TOKSYCZNOŚĆ TWORZYW
SZTUCZNYCH
Andrzej Kunt
Wykład XXIII
TOKSYCZNOŚĆ TWORZYW
SZTUCZNYCH
Andrzej Kunt
Wykład XXIII
TOKSYCZNOŚĆ TWORZYW SZTUCZNYCH
Tworzywa sztuczne zastępują obecnie wiele materiałów
naturalnych, takich jak skóra, lateks, bawełna, drewno, metale,
przewyższając w wielu przypadkach ich właściwości. Tworzywa
zrewolucjonizowały przemysł lotniczy i samochodowy, a także
budownictwo i produkcje mebli. Współczesny przemysł
elektryczny i elektroniczny nie mógłby istnieć bez tworzyw
sztucznych. Są szeroko stosowane do produkcji opakowań, a
także w stomatologii, medycynie i farmacji.
Do największych zalet tworzyw sztucznych należą łatwość
formowania, mały ciężar właściwy, odporność na korozję, słabe
przewodnictwo ciepła i elektryczne, mała reaktywność
chemiczna oraz walory estetyczne. Istnieją także cechy ujemne:
niezbyt wysoka odporność mechaniczna i termiczna oraz
podatność na rozkład pod wpływem światła i powietrza.
Potencjalna szkodliwość tworzyw sztucznych zależy od wielu
czynników. Najważniejsze z nich to: charakter chemiczny
makrocząsteczek wchodzących w skład tworzywa, zjawisko
degradacji tworzyw prowadzące do uwalniania substancji
szkodliwych, obecność środków pomocniczych dodawanych w
celu polepszenia właściwości materiału.
Wiele substancji pomocniczych stosowanych do produkcji
tworzyw wykazuje znaczne właściwości toksyczne, a ponadto są
to związki małocząsteczkowe, co oznacza zdolność przenikania
do środowiska, z którym mają kontakt, np. do środków
spożywczych, leków, żywych tkanek. Nawet prawidłowo
wyprodukowany polimer może ulec niekorzystnym zmianom
podczas obróbki (niewłaściwa temperatura, ciśnienie, czas), co
powoduje uwolnienie toksycznego monomeru, np.
formaldehydu i fenolu w wyrobach z fenoplastów.
Swoistym czynnikiem, który należy uwzględnić, oceniając
potencjalną szkodliwość tworzyw, jest ich rozpad termiczny i
spalanie. Podczas tych procesów tworzy się duża ilość
toksycznych par i gazów.
Z początkiem lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku zaczęto
notować liczne przypadki występowania nowotworów u
pracowników zatrudnionych przy produkcji polichlorku
winylu). Czynnikiem rakotwórczym okazał się chlorek winylu.
W późniejszym okresie stwierdzono również rakotwórcze
działanie akrylonitrylu..
Wielka liczba związków chemicznych, używanych do wyrobu mas plastycznych i
gum, ma właściwości uczulające i wywołuje liczne odczyny alergiczne u
pracowników.
Podczas produkcji tworzyw sztucznych polimerowych pracownicy mogą być
narażeni na substancje wykazujące silne działanie drażniące na skórę, błony
śluzowe i oczy.
W ostatnim 40-leciu tworzywa sztuczne znalazły szerokie zastosowanie
w praktyce medycznej, stomatologicznej i farmaceutycznej. Z materiałów tych
sporządza się m.in. sztuczne zastawki serca, protezy naczyniowe, protezy
narządów ruchu, protezy oka, soczewki kontaktowe, protezy dentystyczne,
zestawy do pobierania i przetaczania krwi, zestawy do wlewów naczyniowych,
części do hemodializatorów i aparatów krążenia pozaustrojowego, cewniki,
zgłębniki, dreny, nici chirurgiczne, kleje do kości, materiały opatrunkowe,
strzykawki, opakowania leków.
Tworzywa sztuczne do celów medycznych, ze względu na bezpośredni kontakt z
tkankami i płynami biologicznymi muszą odpowiadać najwyższym wymaganiom
jakościowym, zwłaszcza odznaczać się dużą trwałością (nie uwalniać substancji
małocząsteczkowych) i nie wywoływać reakcji szkodliwych dla zdrowia.
Problemy toksykologiczne związane z
produkcją i zastosowaniem tworzyw
sztucznych
Podczas pirolizy (rozkładu cząsteczek pod wpływem wysokiej temperatury) i
spalania tworzyw sztucznych powstają lotne substancje, często o silnych
właściwościach toksykodynamicznych.
W zależności od budowy chemicznej polimerów i warunków, w jakich
zachodzą procesy pirolizy i spalania, skład ilościowy i jakościowy produktów
spalania jest bardzo różnorodny. Zidentyfikowano np. kilkadziesiąt
produktów pirolizy poliuretanów.
Oprócz tlenku węgla przy spalaniu polimerów powstają nasycone i
nienasycone węglowodory alifatyczne, alkohole, ketony, aldehydy, kwasy.
Niektóre z tych substancji (akroleina, aldehyd mrówkowy, aldehyd octowy,
kwas mrówkowy. kwas octowy) silnie drażnią błonę śluzową dróg
oddechowych i spojówki.
Z tworzyw bogatych w siarkę (gumy syntetyczne i naturalne) powstaje
ditlenek siarki. W wyniku rozkładu polistyrenu uwalnia się styren.
Podczas pirolizy i spalania różnych substancji naturalnych i syntetycznych
powstają także aerozole o wymiarach cząstek 0,1-0,5 µm, które tworzą
wolne rodniki o dużej aktywności biologicznej.
Rozkład termiczny tworzyw sztucznych w
aspekcie toksykologicznym
W wyniku rozkładu termicznego politetrafluoroetylenu (PTFE), w
zależności od temperatury, tworzą się różne substancje, z których
najsilniejsze działanie toksyczne wykazują: fluorowodór, fluorek
karbonylu (COF2) oraz perfluoroizobutylen (PFIB). Podczas
termicznego rozkładu tego polimeru w temp. 350-450°C powstają
toksyczne dymy, wywołujące u ludzi objawy zatrucia zbliżone do tzw.
gorączki odlewników (dreszcze, gorączka, ucisk w klatce piersiowej,
ból głowy, kaszel, złe samopoczucie, osłabienie kończyn dolnych).
Objawy te zazwyczaj ustępują całkowicie w ciągu 18-48h.
Przy obróbce termicznej niektórych wyrobów z tworzyw sztucznych
(folia z polichlorku winylu, pianka poliuretanowa) występują u
niektórych pracowników objawy, prawdopodobnie o podłożu
alergicznym, zbliżone do dychawicy oskrzelowej.
Zmniejszające się zasoby surowców petrochemicznych do produkcji
tworzyw polimerowych zmuszają do racjonalnego gospodarowania
nimi m.in. przez utylizację odpadów. Z drugiej strony zaniepokojenie
budzi wzrastające zanieczyszczenie środowiska naturalnego
tworzywami sztucznymi stanowiącymi ok. 30% masy odpadów.
Od początku lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku prowadzi się na
świecie intensywne badania nad wykorzystaniem odpadów polimerów
jako dodatkowego źródła surowców chemicznych i energetycznych.
Ze względu na dość dużą wartość opałową istnieje możliwość
wykorzystania odpadowych i poużytkowych tworzyw sztucznych jako
źródła energii cieplnej. Wartość opałowa polietylenu i polistyrenu
przewyższa nawet wartość oleju opałowego.
Recykling tworzyw sztucznych
Odpady polimerów mogą stanowić cenne źródło surowców
chemicznych.
Ogólnie metody recyklingu tworzyw polimerowych można
podzielić na 3 grupy:
recykling materiałowy oparty na zagospodarowaniu
odpadów bez rozkładu polimeru,
recykling chemiczny polegający na rozkładzie tworzywa na
surowce wyjściowe i ponownym skierowaniu ich do
produkcji,
recykling energetyczny oparty na wykorzystaniu energii
zawartej w odpadach w wyniku ich spalania.
Chlorek winylu występuje w dymie tytoniowym w ilościach 5-
16 µg/papieros. Największa ekspozycja związana jest z
produkcją chlorku winylu, polimeryzacją i produkcją wyrobów
z PCW, zwłaszcza z obróbką cieplną polimeru. Wykładziny
podłogowe i tapety z PCW stale emitują chlorek winylu, w
związku z tym nie powinny być stosowane w mieszkaniach
miejscach pracy. Chlorek winylu przenika z naczyń z PCW do
żywności napojów.
Chlorek winylu
Mechanizm działania toksycznego. Reaktywne metabolity chlorku
winylu - tlenek chloroetylenu i aldehyd chlorooctowy - reagują z
makrocząsteczkami komórkowymi, w tym z DNA, działając mutagennie lub
inicjując proces nowotworowy.
Chlorek winylu w dużych stężeniach wywołuje objawy narkotyczne, działa
depresyjnie na o.u.n. U pracowników występują zawroty głowy, senność,
utrata przytomności, zaburzenia wzroku i słuchu. Działa drażniąco na
skórę oraz błony śluzowe oczu i dróg oddechowych.
W zatruciu przewlekłym obserwuje się uszkodzenie wątroby,
trombocytopenię, zaburzenia termoregulacji, kontaktowe zapalenie skóry,
twardzinę skóry (scleroderma). U pracowników występują aberracje
chromosomów.
Chlorek winylu jest substancją o udowodnionym epidemiologicznie
działaniu rakotwórczym na ludzi. Najpoważniejszym skutkiem działania
chlorku winylu jest angiosarcoma wątroby (naczyniakomięsak
krwionośny). Wywołuje także nowotwory płuc, mózgu, układu
krwiotwórczego i limfatycznego. Okres latencji wynosi średnio powyżej 20
lat.
Akrylonitryl stosowany jest do wyrobu poliakrylonitrylu,
używanego do produkcji włókien sztucznych (orlon). Jako
kopolimer z butadienem i styrenem służy do wyrobu kauczuków
syntetycznych.
Akrylonitryl wykazuje działanie neurotoksyczne, powoduje
uszkodzenie o.u.n., zwyrodnienie wątroby i nerek oraz działa
drażniąco na skórę i błony śluzowe powodując obrzęk, a nawet
martwicę.
W zatruciu ostrym występują: nudności, bóle głowy, głuchota,
objawy wyczerpania, bóle brzucha, wymioty. Większe dawki
powodują utratę przytomności, pogłębienie i przyspieszenie
oddechu, drgawki oraz śpiączkę prowadzącą do zgonu.
W narażeniu długotrwałym w warunkach przemysłowych
obserwuje się podrażnienie skóry i górnych dróg oddechowych,
uczucie zmęczenia i brak łaknienia, czasem zmiany w układzie
krwiotwórczym.
Akronitryl
Fenol jest składnikiem smoły węglowej, powstaje także
podczas procesu naturalnego rozkładu materii organicznej.
Największe narażenie na fenol jest następstwem stosowania
żywic fenolowych głównie jako środka wiążącego w
materiałach izolacyjnych, płytach wiórowych i formach
odlewniczych. Fenol wykorzystuje się do produkcji zmywaczy
farb i pokostów, lakierów, gum, barwników, perfum i mydeł.
Źródłem narażenia populacji ogólnej mogą być wędzone
produkty spożywcze oraz woda pitna.
Roztwory fenolu działają drażniąco na skórę i oczy. Pary
fenolu mogą powodować podrażnienie dróg oddechowych.
Fenol działa neurotoksycznie, powodując demielinizację
włókien nerwowych.
Fenol
Wchłanianie fenolu przez skórę może spowodować u ludzi
zatrucie ostre, objawiające się wstrząsem sercowo-
naczyniowym, silną kwasicą metaboliczną, uszkodzeniem
nerek, drgawkami i methemoglobinemią. Ciemne zabarwienie
moczu jest spowodowane obecnością metabolitów fenolu.
Podobne są objawy zatrucia drogą pokarmową. Dodatkowo
występuje podrażnienie żołądka i jelit. Wdychanie par fenolu
nie wywołuje zatruć śmiertelnych. Obserwuje się podrażnienie
płuc, zapalenie oskrzeli i odoskrzelowe zapalenie płuc.
U osób spożywających zanieczyszczoną wodę stwierdzono
zachorowania na biegunkę, podrażnienie i poparzenie jamy
ustnej oraz wydalanie moczu o ciemnej barwie.
Dziękuję za uwagę