ІПДО НУХТ

КИНЕТИКА МИГРАЦИИ ОСНОВНЫХ ТОКСИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТОВ
ИЗ ПЛАСТМАССОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Профессор кафедры биотехнологии, д.б.н., Катаева С. Е.
Национальный университет пищевых технологий
Институт последипломного образования
Украина, 03190, г. Киев, ул. Эстонская, 8-а
тел.:+38 449 21 04
факс: +38 449 12 33

Вследствие того, что практически все пластмассы, применяемые в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения, используются в течение длительного срока эксплуатации (15-50 лет и более), для обоснования гигиенических регламентов по безопасному применению их значительный интерес представляют результаты кинетики миграции основных токсических компонентов пластмасс в водопроводную воду в убывающем режиме при экспозиции от 1 суток до 1,5-3 лет и более.
В литературе такие данные отсутствуют.
Из числа исследуемых в настоящее время в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения изделий полимерных материалов реальную опасность для контакта с питьевой водой представляют крупногабаритные изделия (трубопроводы, ёмкости для воды, шланги и т.п.).
Для их производства широко применяют полиолефины, поливинилхлорид, полистирол, полиамиды и эпоксидные материалы.
При выборе основных токсических веществ из этих материалов мы ориентировались на токсичность, растворимость в воде и количественное содержание веществ в рецептурной композиции. Изучение кинетики миграции токсических веществ из полимерных материалов проводили в убывающем режиме при температуре 20, 45 и 70 °С и экспозиции от 1 суток до 2,5 - 3 лет. В качестве исследуемой среды использована водопроводная вода. Для исследований были отобраны лабораторные и промышленные образцы материалов различной толщины (а в случае трубопроводов - различного диаметра), отличающихся качественным и количественным составом рецептуры пластмасс.
В связи с тем, что наибольший интерес с гигиенических позиций представляют собой жесткие поливинилхлоридные материалы, стабилизированные соединениями свинца, применяемые в качестве трубопроводов, наибольший объем исследований в нашей работе уделён этим материалам.
В рецептурах исследуемых образцов труб содержание стабилизатора колебалось от 1,6 до 3,7 м.ч. Образцы материалов были стабилизированы трехосновным сульфатом свинца (ТОСС), двухосновным стеаратом свинца (ДОСС), стеаратом свинца (СС) и фталатом свинца (ФС), как индивидуальным стабилизатором, так и смесью нескольких стабилизаторов (более 80 образцов).
Изучение кинетики миграции свинца в воду проводили методами атомно-абсорбционной спектрофотометрии, сканирующей электронной спектроскопии и электронно-зондового анализа (применение которых состояло в исследовании структуры и распределения стаби¬лизаторов по толщине слоя ПВХ-трубы).
Из всех исследуемых нами образцов поливинилхлоридных трубопроводов, ПВХ труб при 20 °С наблюдалось выделение свинца в водопроводную воду в концентрации, превышающей величину гигиенического норматива в течении 1-6 месяцев (в зависимости от количественного содержания и химической структуры в рецептуре материала).
Установлено, что скорость выделения свинца не постоянна во времени и делиться на два периода: максимальная до 1-6 месяцев (вероятно, до отмывки свинца на поверхности материала) и минимальная (практически постоянная) в течение последующего времени - 2,5 года.
Исследования, проведенные на спектометре "Полюс-4" методом ионного зонда, показали, что содержание свинца в поверхностном внутреннем слое образцов, контактировавших с водой в статических и динамических условиях в 10-12 раз меньше по сравнению с исходным.
Количество выделившегося свинца в пересчёте от введенного в пластмассу составило 4,7% за 2,5 года и 5,2 % в течении трёх лет.
Миграция свинца зависит от количественного содержания в рецептуре материала, температуры и рН воды, диаметра трубы и химической природы стабилизатора.
При сравнении ИК-спектров исходного образца с образцами, контактировавшими с водой при 20 °С (экспозиция 3 года и 14 месяцев), установлено появление новых характе¬ристических пиков поглощения в области длин волн 870 и 690 нм. Причем по высоте этих пиков можно сделать вывод, что образец ПВХ-трубы после контакта с водой в динамических условиях в течение 14 месяцев, подвергался действию воды в большей степени, чем образец с экспозицией 3 года в статистических условиях.
Полученные данные по кинетике миграции свинца из ПВХ-материалов позволили рассчитать эффективные коэффициенты диффузии и энергию активации процесса. Величины коэффициентов диффузии зависят от диаметра и толщины исследуемых ПВХ-труб.
По результатам экспериментальных данных были рассчитаны также параметры парной регрессии и получены материтические модели, описывающие процесс выделения свинца в воду, что позволяет прогнозировать в зависимости от экспозиции уровни выделения свинца в любой момент времени, а также время, когда концентрация свинца достигает ве¬личины гигиенического норматива.
Структурно-морфологическими методами анализа (электронно-микроскопическими, проведёнными на растровом электронном микроскопе "ISM-V3" в сочетании с рентгенов¬ским микроанализом на приборе фирмы "Kevex") было установлено, что в исследованных образцах стабилизатор распределён неравномерно по толщине материала. А во внутреннем поверхностном слое концентрация свинца на порядок и более превышает концентрацию вещества в объеме. Причем с увеличением количественного содержания стабилизатора в рецептуре материала концентрация свинца в поверхностном слое возрастает.
В процессе миграции свинца в воду концентрация его в поверхностном слое умень¬шается, в связи с чем максимум свинца наблюдается в центре образца.
Определяющим фактором выделения свинца в воду является деструкция ПВХ. Высокая скорость миграции вещества в течение 1-6 месяцев объясняется не только неоднородностью распределения стабилизатора в пластмассе, но и образованием хлорида свинца ещё на стадии переработки пластмассы в изделия.
Проведенные исследования по выбору способа отмывки ПВХ-труб, содержащих 2 м.ч. стабилизатора, от хлорида свинца водопроводной водой при 20 и 50 °С и 2% уксусной кислотой в течение 35 дней показали, что наибольший эффект отмывки приповерхстного слоя изделия был достигнут при использовании горячей воды (температура 50 °С) в течение 3-5 дней.
Изменение цвета и образование микродефектов образцов (трещин, полостей и т.п.), контактировавших с водой, как предполагают авторы /1,2, 3/, является результатом ком¬плексного воздействия различных факторов (температуры, давления, механических воз¬действий и др.) и, прежде всего, воды, и объясняется образованием гидрофильных продуктов взаимодействия стабилизаторов с НС1, выделяющемся из ПВХ-материалов в процессе эксплуатации.
При возникновении деструкции ПВХ-материалов наблюдаются изменения в поверхностном слое толщиной от 0,1 мм и более в зависимости от экспозиции (в наших исследованиях за 3 года - 0,3 мм) и не связаны с изменениями, происходящими в более глубоких слоях материала, что подтверждается структурно-морфологическими исследованиями (см. рис. 8-12), то есть с ухудшением эксплуатационных его свойств.

Литература
1.    Минскер К.С., Федосеева Г.Т. Деструкция и стабилизация поливинилхлорида, - М.: Химия, 1979. - 271 с.
2.    Воробьёва Г.Я. Химическая стойкость полимерных материалов. - Л.: Химия, 1987. - с. 98-99.
3.    Павлов Н.Н. Старение пластмасс в естественных и искусственных условиях. М.: Химия, 1993. - 248 с.