ИССЛЕДОВАНИЕ  МИГРАЦИИ  ВРЕДНЫХ  ВЕЩЕСТВ  В  ВОДУ  ИЗ  ПОЛИСТИРОЛА  И  ЕГО  СОПОЛИМЕРОВ

Солопенко  Анна  Валерьевна

Десятерик  Дмитрий  Юрьевич

студенты  4  курса,  факультет  среднего  профессионального  образования,  Воронежского  государственного  университета  инженерных  технологий,  РФ,  г.  Воронеж

E-mail:  miss.solopenko@mail.ru

Михайлова  Нина  Алексеевна

научный  руководитель,  канд.  техн.  наук,  преподаватель  Воронежского  государственного  университета  инженерных  технологий,  РФ,  г.  Воронеж

Коровина  Татьяна  Ивановна

научный  руководитель,  преподаватель  Воронежского  государственного  университета  инженерных  технологий,  РФ,  г.  Воронеж

Полистирол  является  одной  из  наиболее  широко  используемых  полимеризационных  пластмасс.  Высокие  диэлектрические  свойства,  водостойкость  и  хорошая  химическая  стойкость,  прозрачность,  способность  легко  перерабатываться  в  изделия  обеспечили  ему  широкое  применение  в  различных  отраслях  народного  хозяйства  и  в  быту. 

Ассортимент  полистирольных  пластмасс  расширяется  за  счет  выпуска  модифицированных  материалов:  армированных,  наполненных  и  совмещенных  с  другими  полимерами.  Все  полистирольные  пластмассы  легко  окрашиваются  в  любые  цвета  и  используются  для  изготовления  изделий,  контактирующих  с  пищевыми  продуктами  [2,  с.  138].

Основным  сырьем  для  получения  полистирола  и  его  сополимеров  являются  стирол,  метилстирол,  хлорстирол,  метилметакрилат.

В  качестве  эмульгаторов  при  эмульсионной  полимеризации  применяются  поверхностно-активные  вещества:  натриевые  или  калиевые  соли  жирных  кислот  (стеариновой,  олеиновой  и  др.),  соли  алифатических  и  ароматических  сульфокислот  (лаурилсульфат,  дибутилнафталинсульфат  и  др.);  в  качестве  инициаторов  —  водорастворимые  и  органические  пероксиды  (пероксид  водорода,  пероксид  бензоила),  смеси  пероксидов  [2,  с.  148].

Для  улучшения  эластичности  полистирола  вводятся  пластификаторы,  в  качестве  которых  обычно  используются  хлорированные  ароматические  углеводороды,  эфиры  низших  спиртов  с  высшими  жирными  кислотами,  трикрезилфосфат,  дибутилфталат.

В  процессе  эксплуатации  изделий  из  полистирола  и  его  сополимеров  происходит  их  старение,  то  есть  изменение  физико-химических  и  физико-механических  свойств  под  влиянием  внешних  факторов.  Старение  полистирола  и  его  сополимеров  обусловлено  протеканием  реакций  деструкции,  связанных  с  разрывом  молекулярной  цепи.  В  результате  деструкции  может  происходить  деформация  изделий,  их  растрескивание  и  разрушение,  при  этом  в  окружающую  среду  выделяются  токсические  вещества.

Некоторые  процессы  сопровождаются  изменением  внешнего  вида  изделий,  появлением  пятен,  пожелтением  и  помутнением.  Обычно  деструкция  происходит  под  влиянием  физических  воздействий  (тепла,  света,  ионизационного  излучения,  механической  энергии).

Термостарение  полистирола  и  его  сополимеров  в  значительной  степени  зависит  от  химической  структуры  полимера  и  сополимера.  При  введении  в  полистирольную  молекулу  нитрильной  группы  стойкость  пластиков  к  термическому  воздействию  увеличивается.  Нитрильная  группа  повышает  и  стойкость  по  отношению  к  экстрагентам.

С  точки  зрения  предупреждения  термоокислительной  деструкции  и  старения  полистирола  и  его  сополимеров  велико  значение  стабилизаторов.  На  стадии  переработки  стабилизаторы  повышают  стойкость  полимера  и  предохраняют  его  от  разложения  при  высоких  температурах.  Введение  стабилизаторов  также  замедляет  процесс  термоокислительной  деструкции,  наблюдающейся  и  при  нормальной  температуре.

При  непосредственном  контакте  изделий  из  полистирола  и  его  сополимеров  с  жидкостями  в  водные  среды  могут  мигрировать  мономеры  (стирол,  метилстирол,  акрилонитрил,  метилметакрил),  добавки  (пластификаторы,  стабилизаторы,  смазки,  наполнители,  красители,  регуляторы  роста  полимерной  цепи),  примеси  в  количествах,  превышающих  предельно-допустимые  концентрации  этих  веществ  в  воде  и  других  жидких  средах  [3,  с.  40—41].

Стабилизаторы,  находясь  в  механической  связи  с  компонентами  полимерной  композиции,  как  бы  растворены  в  ней.  Это  обуславливает  возможность  миграции  стабилизаторов  на  поверхность  изделий  из  полистирольных  пластиков,  а  также  в  пищевые  продукты,  воду  и  другие  среды  в  зависимости  от  сферы  использования  и  назначения  полимерного  материала.

Стабилизаторы  вводятся  в  полимерные  материалы  в  очень  незначительных  количествах  от  0,01  до  1  %.  Возможность  контакта  с  ними  человека,  а  также  пищевых  продуктов,  косметических  средств,  воды,  продолжается  в  течение  всей  жизни  человека.  Поэтому,  учитывая  широкую  вариабельность  индивидуальной  чувствительности  к  химическим  агентам,  опасность  проникновения  ряда  стабилизаторов  через  поврежденную  кожу,  а  также  возможность  аллергического,  канцерогенного  и  мутагенного  действия,  выбор  их  для  синтетических  материалов  следует  осуществлять  только  после  соответствующей  гигиенической  оценки.

В  полистирольные  пластики  стабилизаторы  добавляются  для  того,  чтобы  затормозить  их  старение  в  условиях  эксплуатации.  Если  полимерные  материалы  предназначены  для  технических  целей,  то  нет  оснований  для  ограничения  списка  применяемых  в  качестве  стабилизаторов  химических  веществ.

Неблагоприятным  фактором  применения  полистирольных  пластиков  является  выделение  незаполимеризованного  стирола.  В  водных  и  молочнокислых  вытяжках,  полученных  при  температуре  37  ⁰С  из  образцов  из  ударопрочного  полистирола  выделяется  от  0,18  до  42  мг/дм³  стирола.

Из  сополимеров  стирола  с  акрилонитрилом,  предназначенного  для  изделий,  используемых  при  переливании  крови,  в  водной  вытяжке  обнаруживается  акрилонитрил  до  0,28  мг/дм³.  С  увеличением  времени  контакта  усиливается  миграция  мономера,  в  водной  вытяжке  обнаруживается  стирол  до  0,14  мг/дм³.

При  миграции  мономера  из  детских  игрушек  из  полистирола  обнаруживается  0,21—0,44  мг/дм³.  При  деструкции  из  полистирола  в  воду  мигрируют  бензальдегид,  бензольная  кислота  и  формальдегид  [3,  с.  40—43].

В  работе  проводились  исследования  водных  вытяжек  из  полистирольных  пластиков  марок  СНП-2,  УП-1Э,  ПС-СУ2.  Для  исследования  использовались  образцы  в  форме  диска  диаметром  5  см  и  толщиной  3  мм,  изготовленные  методом  литья  под  давлением.  В  водных  вытяжках  проводилось  определение  окисляемости  и  содержание  стирола.

Образцы  выдерживались  в  дистиллированной  воде  в  течение  10  суток  при  температурах  20  ⁰С  и  60  ⁰С.  По  истечению  каждого  срока  настаивания  водные  вытяжки  анализировались,  а  образцы  заливались  свежей  порцией  дистиллированной  воды.

Окисляемость  определяет  общее  содержание  в  воде  восстановителей  (органических  и  неорганических),  реагирующих  с  сильными  окислителями.  Метод  определения  окисляемости  основан  на  способности  йодата  калия  в  сернокислом  растворе  количественно  окислять  органические  вещества.  Количество  израсходованного  на  это  окисление  йодата  калия  показывает  общую  окисляемость  анализируемой  воды.

Результаты  определения  окисляемости  в  водных  вытяжках  из  полистирольных  пластиков  представлены  на  рисунках  1—3.

Рисунок  1.  Изменение  окисляемости  водных  вытяжек  из  полистирола  СНП-2  в  зависимости  от  времени  и  температуры  выдержки

Рисунок  2.  Изменение  окисляемости  водных  вытяжек  из  полистирола  ПС-СУ2  в  зависимости  от  времени  и  температуры  выдержки

Рисунок  3.  Изменение  окисляемости  водных  вытяжек  из  полистирола  УП-1Э  в  зависимости  от  времени  и  температуры  выдержки

Все  полистирольные  пластики  содержат  незаполимеризованный  (остаточный)  стирол,  поэтому  определение  содержания  его  в  водных  вытяжках  является  обязательным.  Определение  остаточного  стирола  основано  на  присоединения  галогенов  по  месту  двойной  связи  к  стиролу  и  другим  непредельным  соединениям  при  взаимодействии  с  раствором  однохлористого  йода  и  последующим  йодометрическим  определением  [1,  с.  246]. 

Результаты  определения  содержания  стирола  в  водных  вытяжках  из  полистирольных  образцов  представлены  на  рисунках  4—6.

Рисунок  4.  Изменение  концентрации  стирола  в  водных  вытяжках  из  полистирола  СНП-2  в  зависимости  от  времени  и  температуры  выдержки

Рисунок  5.  Изменение  концентрации  стирола  в  водных  вытяжках  из  полистирола  ПС-СУ2  в  зависимости  от  времени  и  температуры  выдержки

Рисунок  6.  Изменение  концентрации  стирола  в  водных  вытяжках  из  полистирола  УП-1Э  в  зависимости  от  времени  и  температуры  выдержки

Определение  окисляемости  в  водных  вытяжках  показало,  что  максимальное  количество  веществ  мигрирует  из  исследуемых  марок  полистирола  в  течение  5—6  суток.  При  увеличении  времени  выдержки  образцов  в  воде  происходит  постепенное  снижение  содержания  восстановителей.  Такая  динамика  миграции  веществ  их  полистирола  наблюдается  как  при  температуре  20  ⁰С,  так  и  60  ⁰С.  Резкое  снижение  окисляемости  вначале  настаивания  указывает  на  активное  вымывание  растворимых  веществ  с  поверхностного  слоя  полимера.  Затем  происходит  более  равномерная  миграция  веществ  из  более  глубоких  слоев  исследуемых  образцов.  Для  всех  марок  полистирола  наблюдается  увеличение  процесса  миграции  веществ  в  воду  с  повышением  температуры  до  60  ⁰С.

Все  исследуемые  марки  полистирола  в  течение  10  суток  постоянно  выделяют  в  воду  стирол.  Характер  вымывания  стирола  из  исследуемых  материалов  неодинаков.  Миграция  стирола  зависит  от  содержания  остаточного  мономера.  Повышение  температуры  от  20  до  60  ⁰С  увеличивает  интенсивность  выделения  стирола  в  воду.  При  сравнении  трех  марок  полистирола  установлено,  что  остаточный  стирол  извлекается  водой  труднее  из  сополимера  СНП-2.

Наиболее  интенсивно  стирол  переходит  в  воду  из  полистирола  УП-1Э.  В  вытяжках,  настаиваемых  при  комнатной  температуре,  содержание  стирола  превышает  максимальную  концентрацию  его  в  вытяжках  их  полистирола  СНП-2  при  температуре  60  ⁰С.  Максимальная  концентрация  стирола  в  водных  вытяжках  из  УП-1Э  при  20  ⁰С  составила  0,82  мг/дм^3,  при  60  ⁰С  —  4,50  мг/дм³,  что  можно  объяснить  большим  содержанием  в  полистироле  УП-1Э  незаполимеризованного  стирола.

По  способности  выделять  стирол  в  воду  исследуемые  марки  полистирола  можно  расположить  в  следующий  ряд:  УП-1Э  >  ПС-СУ2  >  СНП-2.

Список  литературы:

1. Перегуд  Е.А.  Санитарная  химия  полимеров.  Л.:  Химия,  1967.  —  380  с.

2.Технология  полимерных  материалов:  учеб.  пособие  /  А.Ф.  Николаев,  В.К.  Крыжановский,  В.В.  Бурлов  и  др.;  под  общ.  ред.  В.К.  Крыжановского.  СПб.:  Профессия,2008.  —  544  с.

3.Шефтель  В.О.,  Катаева  С.Е.  Миграция  вредных  химических  веществ  из  полимерных  материалов.  М.:  Химия,  1978.  —  168  с.