ГИГИЕНА ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ И СИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ Использование

ГИГИЕНА ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ И СИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Использование полимерных материалов и изделий из них достигло в настоящее время колоссальных размеров, а перспективы их производства и применения в различных областях промышленности, сельского хозяйства и в быту постоянно расширяются. В контакт с полимерами вовлечено практически всё населения, в т. ч. непосредственно не связанное с их производством. Пластмассы являются потенциальным источником выделения химических веществ в окружающую среду, необходимы профилактические мероприятия, обеспечивающие их безопасное для здоровья производство и применение.

• Перед профилактической медициной возник комплекс новых задач, потребовавший решения теоретических и методических вопросов ее нового направления – гигиены применения полимеров. • Целью гигиены полимеров является изучение потенциальной опасности применения полимерных материалов и изделий из них для здоровья человека, а также разработка рекомендаций по безопасности их производства и использования.

• Полимеры (от греч. polymeres - состоящий из многих частей, многообразный) - это химические соединения с высокой молекулярной массой (от нескольких тысяч до многих миллионов), молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся группировок (мономерных звеньев).

Классификации. • По происхождению полимеры делятся на природные (биополимеры), например белки, нуклеиновые кислоты, смолы природные, и синтетические, например полиэтилен, феноло-формальдегидные смолы. • Атомы или атомные группы могут располагаться в макромолекуле в виде: открытой цепи или вытянуты в линию (линейные полимеры - каучук натуральный); цепи с разветвлением (разветвленные - амилопектин); трёхмерной сетки (сшитые - отверждённые эпоксидные смолы).

Классификации. • Полимеры, молекулы которых состоят из одинаковых мономерных звеньев, называются гомополимерами, например поливинилхлорид, поликапроамид, целлюлоза. • Полимеры, макромолекулы которых содержат несколько типов мономерных звеньев, называются сополимерами.

• Полиэтилентерефталат подходит только для однократного применения • Полиэтилен высокой плотности - относительно безопасен • Поливинилхлорид - запрещен для пищевого применения • Полиэтилен низкой плотности - безопасен для пищевого применения. • Полипропилен - довольно безопасен, но при определенных условиях может выделять формальдегид. • Полистирол - может выделять стирол, поэтому одноразовая посуда и называется одноразовой

ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Получение. • Природные полимеры образуются в процессе биосинтеза в клетках живых организмов. С помощью экстракции, фракционного осаждения и др. методов они могут быть выделены из растительного и животного сырья. • Синтетические полимеры получают полимеризацией и поликонденсацией.

• В состав ПМ могут вводиться отвердители, пластификаторы, стабилизаторы и др. вспомогательные вещества. В составе ПМ и изделий из них кроме макромолекул и добавок могут быть остатки незаполимеризированных мономеров, катализаторы полимеризации или поликонденсации, продукты деструкции. • Мономеры очень реактивны и биологически агрессивны – они способны поражать кожу и слизистые оболочки, некоторые из них обладают аллергенным действием, влияют на печень, репродуктивную функцию, могут индуцировать канцерогенез.

• Главная функция стабилизаторов (доля до 1%) – задержать распад полимеров. Легко выщелачиваются из изделий в воду. • Пластификаторы – в результате полимерное вещество становится мягче, эластичнее, легче перерабатываются. Пластификаторы токсичны, почти всегда существует возможность выделения их из пластмассовых изделий. Количество пластификаторов в ПМ может достигать 60%.

• Важное гигиеническое значение имеют процессы деструкции и старения полимерных материалов, так как эти явления связаны с выделением в окружающую среду вредных химических веществ. • Чистыми с гигиенической точки зрения могут быть только полимеры без добавок. Однако это обычно недостижимо, при производстве большинства из них применяют различные вспомогательные вещества, определяющие качество ПМ.

Вещества, входящие в состав пластмасс или образующиеся в результате их деструкции, которые вызывают специфические и отдаленные эффекты: • Бластомогенный эффект: • Полициклические углеводороды, перекиси, гидроперекиси, диэтиленгликоль и др. • Гонадотоксический и аллергический эффекты: • Фталаты, капролактам и др.

• Тератогенный и эмбриотоксический эффекты: • Бензол, фенол, формальдегид, оловоорганические соединения и др. • Мутагенный и аллергический эффекты: • Акролеин, гидроперекись изопропилбензола, диметиламин, диэтиламин, крезол, окись пропилена, пропиленгликоль, уретан, фенол, формамид, формальдегид, эпихлоргидрин, этиленгликоль, этиленамин и др.

Основные достоинства пластмасс возможность производства деталей сложной формы и полуфабрикатов (пленок, труб, профилей и т. п. ) высокопроизводительными, малоэнергоемкими и безотходными методами формования, низкая плотность, устойчивость в агрессивных средах, к воздействиям вибрации и ударных нагрузок, радиационных излучений, атмосферостойкость, высокие оптические и диэлектрические свойства, легкость окрашивания.

Основные недостатки горючесть, большое тепловое расширение, низкие термо- и теплостойкость, склонность к ползучести и релаксации напряжения, растрескивание под напряжением.

• Основным принципом гигиенической регламентации применения полимеров является недопустимость выделения в окружающую среду таких количеств химических веществ, которые при любых возможных условиях могли бы неблагоприятно действовать на организм человека. • Все изделия из полимерных материалов проходят гигиеническую оценку с применением современных методов исследования.

1. Санитарно-химические исследования. Определяют степень, скорость и длительность миграции токсичных примесей и мономеров в воздушную, водную и некоторые агрессивные среды, например в слюну, желудочный сок, пот и т. д. 2. Оценка санитарно- физических свойств ПМ и изделий из них, направленная на определение электризуемости, теплопроводности, отношения к воздуху (пористость, воздухопроницаемость), к воде (водопоглощение, гигроскопичность, паропроницаемость) 3. Физиолого- гигиенические исследования - одориметрические исследования на добровольцах (определение запаха) с одновременным контролем их физиологических функций.

4. Санитарно- токсикологические исследования. Позволяют оценить реакцию организма при высоких и даже смертельных уровнях токсического воздействия. 5. Санитарно- микробиологические исследования, направленные на оценку бактерицидного, бактериостатического, фунгицидного действия ПМ. 6. На заключительном этапе при обобщении результатов комплексного исследования врач- гигиенист составляет санитарное заключение по исследованным образцам полимера, на основании которого выдается гигиенический сертификат о возможности безопасного использования данных образцов в соответствующей области.

ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Применение в медицине полимеров вместо металлов, стекла обусловлено их лучшими технологическими свойствами, возможностью переработки в изделия массового выпуска и возможностью однократного применения. Полимерные материалы, используемые в медицине должны соответствовать ряду требований: быть физиологически безвредными, отличаться отсутствием токсичности, аллергенности,

отличаться минимальным уровнем раздражения тканей организма, постоянством своих механических и химических свойств. минимальное выделение в окружающую среду газообразных продуктов; нерастворимость в моющих растворах; возможность стерилизации дезрастворами, газами, УФ-облучением, гамма-излучением Изделия, изготовленные из пластмасс и предназначенные для имплантации, кроме того, должны отличаться прочностью.

• Для медицинских целей используют полимеры общетехнического назначения, а также специальные медицинского назначения. • Из первых изготавливают строительное и санитарно-техническое оборудование лечебных учреждений, белье, посуду, предметы ухода за пациентами, детали различных приборов, исследовательской и лечебной аппаратуры, инструментов, посуды для аналитических лабораторий и др.

• Наиболее широко применяются полимеры на основе поливинилхлорида, сополимеров стирола, полипропилена, полиметилметакрилата, полиуретанов, фенол-, мочевино-меламиноформальдегидных смол. • Из них выпускают изделия различного назначения, а также плиты, листы, пленки, трубы, тканые и нетканые материалы на основе волокон, пасты, герметики, лаки, клеи.

• Специальные полимеры медицинского назначения предназначены для непосредственного контакта с живым организмом — в эндопротезах и материалах для восстановительной хирургии, в материалах и изделиях для службы крови, в виде инструментов для внутриорганных исследований, аппаратуры, заменяющей функции сдельных органов, компонентов терапевтических и диагностических средств. Основу их составляют синтетические и природные высокомолекулярные соединения, не оказывающие на живой организм вредного воздействия.

Биоинертные полимеры - практически не изменяют своих свойств под влиянием сред живого организма. Их используют для создания искусственных сосудов (полиэтилентерефталат, полипропилен, фторопласт), клапанов сердца (силикон, фторопласт, полипропилен, полиэтилентерефталат), хрусталиков глаз (полиметилметакрилат), частей эндопротезов суставов (полиамиды, фторопласт), в качестве искусственных сухожилий, мышечных связок (полипропилен, полиэтилентерефталат), деталей аппаратов искусственная почка, искусственное сердце — легкое (полиэтилен, полипропилен, полиакрилаты, силиконы, эфиры целлюлозы) и др.

Биосовместимые полимеры - способны постепенно подвергаться биодеструкции или растворению в биологических средах, что позволяет осуществлять восстановительные хирургические операции, используя регенераторные функции организма. Материалы сополимеров винилпирролидона, акриламида, акрилатов, полиамидов и др. в виде комбинированных протезов, сеток, пленок, клеящих композиций, пеноматериалов, рассасывающихся шовных материалов применяют для временного замещения тканей при резекциях, закрытия раневых поверхностей внутренних органов, заполнения послеоперационных полостей.

Биосовместимые полимеры В травматологии сополимеры винилпирролидона и метилметакрилата, цианакрилатов применяют для замещения дефектов костной ткани, в виде различных соединительных элементов, для склеивания костных отломков и др. В сердечнососудистой хирургии аналогичные П. м. из сополимеров винилпирролидона и бутилметакрилата используют при протезировании сосудов, укреплении сердечной стенки, герметизации анастомозов.

Биоактивные полимеры могут обладать направленной физиологической активностью благодаря лекарственным препаратам, содержащимся в них в виде компонента. Применяют готовые лекарственные формы в виде композиций, где высокомолекулярные соединения либо играют роль основы-носителя (глазные лекарственные пленки с различными препаратами — сульфапиридазином, пилокарпином, канамицином и др. ), либо обладают собственной физиологической активностью макромолекул — полимерные лекарства, антитромбогенные полимеры, искусственные плазмо- и кровезаменители, энтеро- и гемосорбенты (гемодез, полиглюкин и др. ).

Биоактивные полимеры Для биосовместимых и биоактивных П. м. используют высокомолекулярные соединения на основе N-винилпирролидона, акриламида, некоторых акрилатов, гликолида, лактидов, Nокисей. производных целлюлозы, коллагена и др.

ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛИМЕРНЫХ И СИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Материалы, применяемые в жилищном строительстве • Естественные материалы— это дерево, гранит, базальт, ракушечник, мрамор, песок, гравий, глина. • К искусственным материалам относятся различные виды кирпича, термоблоки; искусственные вяжущие вещества: гипс (алебастр), портландцемент, известь, магнезит, асфальт, асбест и асбоцемент; стекло (оконное, теплозащитное) и изделия из стекла (стеклянное волокно и вата).

Особую группу искусственных строительных и отделочных материалов составляют синтетические полимерные материалы. Полимерные материалы применяются для гидроизоляции, теплоизоляции и герметизации, покрытия полов, отделки стен, изготовления оконных блоков и дверей; а также используются для изготовления современной мебели с применением древесно-стружечных плит (ДСП), ковров и ковровых изделий из химических волокон, линолеумов, лакокрасочных покрытий, синтетических клеев, замазки, шпатлевки и др.

• Положительные свойства - малый объем по массе, высокие показатели прочности, низкая теплопроводность, химическая стойкость, способность сопротивляться истирающим усилиям, возможность придания им разнообразных сложных форм.

Отрицательные свойства. 1. Синтетические стройматериалы могут выделять в воздушную среду помещений свободные мономеры, катализаторы, пластификаторы, отвердители и др. Многие из этих веществ летучи и ядовиты (гидроперекись изопропилбензола). Выделение вредных веществ вследствие процессов деструкции полимера, происходящих под влиянием различных факторов внешней среды (тепло, влага, УФ радиация, механические нагрузки).

Многокомпозиционный состав полимерных материалов определяет исключительное разнообразие химических веществ, поступающих в воздушную среду помещений. Чаще всего выделяются из полимерных материалов - формальдегид, стирол, бензол, толуол, фенол, ацетон, аммиак, циклогексан, бутилакрилат и др.

Отрицательные свойства. 2. Низкие теплозащитные свойства. 3. На поверхности полов могут возникать высокие заряды статического электричества которые вызывают неприятные и болевые ощущения. 4. Некоторые полимеры обладают биологической активностью, они способны вызывать усиленный рост бактерий, плесени.

При гигиенической оценке полимерных строительных материалов необходимо руководствоваться следующими основными требованиями: - ПМ не должны создавать в помещении специфического запаха к моменту заселения дома - не должны выделять в воздух летучие вещества в опасных для здоровья концентрациях - напряженность поля статического электричества на поверхности конструкций из ПМ в условиях эксплуатации помещений не должна

- не должны стимулировать развитие микрофлоры на своей поверхности - должны быть доступны влажной дезинфекции - напряженность поля статического электричества на поверхности конструкций из ПМ в условиях эксплуатации помещений не должна превышать 150 В/см - ПМ не должны ухудшать микроклимат помещений

ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИХ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ КОНТАКТА С ПИЩЕВЫМИ ПРОДУКТАМИ

Увеличение выпуска объема фасованных пищевых продуктов, расширение их ассортимента выдвигают определенные требования к материалам, используемым для упаковки, и к их маркировке. Наряду с традиционным материалом, таким как бумага, все большее применение находят полимеры, используемые в чистом виде, и в сочетании с другими материалами: бумагой, картоном, алюминиевой фольгой и т. д. К прогрессивным тароупаковочным материалам, применяемым для фасовки пищевых продуктов, относятся полимерные пленки и комбинированные материалы на их основе.

Преимущества При упаковке в полимерные материалы увеличиваются сроки хранения пищевых продуктов, улучшаются санитарно-гигиенические условия в промышленности и торговле, уменьшается естественная убыль продуктов, сокращаются потери упаковочных материалов. Наибольшее распространение для упаковки пищевых продуктов получил целлофан, пленки из полиолефинов, пленки из поливинилхлорида.

Преимущества Особое значение для упаковки продукта приобрели многослойные комбинированные материалы, в которых сочетаются различные полимерные пленки между собой или с бумагой, картоном, фольгой. К ним относят целлофан-полиэтилен, целлофан-саран, лавсан-полиэтилен. Эти материалы сочетают высокую механическую прочность, газонепроницаемость, восприимчивость к печатным краскам целлофана с водостойкостью, влагонепроницаемостью, морозостойкостью, эластичностью и термосваримостью полиэтилена.

Гигиенические требования, предъявляемые к полимерной упаковке, контактирующей с пищевыми продуктами. • В состав полимерного упаковочного материала не должны входить вещества, обладающие высокой токсичностью, выраженными кумулятивными свойствами, специфическим действием на организм человека (канцерогенным, мутагенным, аллергенным и др. ) • В процессе хранения не должны изменяться органолептические свойства продукта

• Жесткие требования по физиологической безвредности предъявляются к полимерным упаковкам для жиросодержащих продуктов, которые обладают повышенной экстракционной способностью к низкомолекулярным соединениям. Ассортимент жиростойких материалов не очень велик. К ним относятся ПВХ, ПС и их сополимеры. • Полимеры для упаковки хлеба должны быть термоустойчивы, поскольку хлеб зачастую упаковывают еще теплым. • Поверхности изделий должны быть чистыми, гладкими, без раковин и трещин.

• Маркировка изделия должна включать отметку об условиях применения, например «для сыпучих продуктов» , «для холодной воды» , «для нежирных продуктов» и т. д. , отпрессованных непосредственно на изделии; • Нормативно-техническая документация на изготовление изделий должна быть согласована с органами Роспотребнадзора, в связи с тем, что изменения технологических режимов переработки материалов в изделия могут изменить гигиенические показатели качества полимерных изделий.

• Не должны выделяться химические вещества, входящие в состав полимерного изделия, в количествах, превышающих допустимые уровни. • ДКМ - допустимое количество миграции из полимерного материала химического вещества, действие которого на организм человека в течение всей жизни прямо или опосредованно не вызывает отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследования, сразу или в отдаленные сроки жизни настоящих или последующих поколений.

• Количество и длительность миграции из пластмасс вредных веществ зависят от их растворимости, воздействия солнечного света, температуры окружающей среды, срока и условий хранения, степени агрессивности сред, с которыми контактируют изделия из пластмасс.

• Полимеры, применяемые в контакте с питьевой водой, не должны ухудшать органолептические и физико-химические показатели качества воды, выделять в воду химические вещества в количестве, в котором они могут оказать вредное действие на организм, стимулировать развитие водной микрофлоры, взаимодействовать с растворенным в воде хлором. Нарушение каждого из этих требований может быть обусловлено миграцией химических веществ из пластмасс в питьевую воду.

Пути снижения миграции • Совершенствования технологического процесса производства пластмасс • Выпуск изделий в строгом соответствии с гигиеническими требованиями • Эксплуатация и хранение в соответствии с регламентируемым температурновременным режимом и др. условиями. • Усиление госсанэпиднадзора и контроля за производством и выпуском полимерных материалов.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПОЛИМЕРНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ И УПАКОВКОЙ

• Высокие темпы роста производства и потребления полимерных материалов привели к повышению их доли в структуре отходов. • Годовой уровень накопления отходов полимерных материалов составляет в России 0, 71 млн. т. • При небольшом удельном весе отходы полимерных материалов по объему занимают до 25% от всех отходов.

Полимерные материалы, разлагаясь на свалках и полигонах, загрязняют окружающую среду продуктами разной степени опасности. Основную опасность представляют летучие продукты фотохимической деструкции отходов полимерных материалов (фосген, формальдегид, ацетальдегид, винилхлорид, пропилен, акролеин, ацетон, дихлорметан, толуол, бензальдегид, бутаналь, ацетофенон, бензол, хлорбензол, этилбензол, стирол и др. ) – более 100 соединения, из которых половина не имеет гигиенических нормативов. Величины превышения ПДК м. р. – 100 и более раз.

К наиболее гигиенически значимым веществам, поступающим в воздух с продуктами сжигания полимерных материалов, следует отнести канцерогенные вещества, в частности бензол и винилхлорид, а также фуран и формальдегид – вещества. Всего обнаружено около 50 соединений (пентан, пропилен, толуол, этилбензол, хлорбензол, стирол, ацетальдегид, бутаналь, бензальдегид, ацетон, ацетофенон, дихлорметан, фосген, акролеин и др. ), треть не имеет гигиенических нормативов. При сжигании полимеров максимальные уровни превышения ПДКм. р. – более 10 000 раз - были получены по стиролу, бензолу, ацетофенону.

• Золы отходов полимеров, подвергшихся сжиганию, также обладают опасностью для здоровья человека и окружающей среды. • После фотохимической и термоокислительной деструкции воздействие отходов полистирола, поливинилхлорида, полиэтилена низкого давления приводит к изменению микробоценоза почвы (снижение численности до 2 раз почвенных сапротрофных бактерий и микромицетов), что способствует нарушению процессов самоочищения почвы.

• Решение экологических проблем, связанных с использованием полимерных изделий и упаковок, планируется по следующим направлениям: • применение многооборотной тары; • сжигание использованной полимерной упаковки по специальной технологии; • утилизация отходов полимерной тары во вторичное сырье для получения новой тары и упаковки, изготовление изделий бытового и технического назначения;

• использование самодеструктируемой полимерной упаковки (биодеструктируемые полимеры, фотодеструктируемые, полимеры окислительной деструкции). Особенностью данного вида материалов упаковок является ее способность к разложению под воздействием микроорганизмов, света, кислорода и других факторов.

Разложение одноразового стаканчика из биоразлагаемого синтетического полимера – полимолочной кислоты.

• Ученые однозначно доказали, что если сортировать бытовые отходы на отдельные фракции, выбирать стекло, металлы и полимерные материалы, то выбросы диоксинов в окружающую среду снижаются более чем в десять раз. • Важную роль играет экологическое образование и просвещение населения относительно роли полимеров в нашей жизни.

ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ОПАСНОСТИ ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ ЧЕЛОВЕКА НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ

• Нанообъекты - структурные элементы, линейный размер которых хотя бы в одном измерении имеет величину, составляющую 1 -100 нм, определяющие основные свойства и характеристики наносистемы.

• Наносистема - система (в том числе наноматериалы и наноустройства), содержащая структурные элементы - нанообъекты, линейный размер которых хотя бы в одном измерении имеет величину, составляющую 1100 нм, определяющие основные свойства и характеристики этой системы.

• Нанотехнологии - технологии, направленные на создание и практическое использование нанообъектов и наносистем с заданными свойствами и характеристиками. • Наноиндустрия - межотраслевой комплекс организаций, а также междисциплинарный комплекс организаций (комплекс организаций, осуществляющих деятельность в рамках различных научных дисциплин на основе единого подхода к рассмотрению материи на атомно-молекулярном уровне), обеспечивающих и осуществляющих целенаправленную деятельность по разработке и коммерциализации нанотехнологии.

• Национальная нанотехнологическая сеть - совокупность организаций различных форм собственности, обеспечивающих и осуществляющих скоординированную деятельность по разработке и коммерциализации нанотехнологии, разработке и выпуску продукции наноиндустрии, ее метрологическому обеспечению, стандартизации, оценке и подтверждению соответствия, обеспечению безопасности создания и применения, подготовке, переподготовке и повышению квалификации кадров для наноиндустрии, а также по финансированию проектов развития наноиндустрии.

• Постановление Правительства Российской Федерации от 23 апреля 2010 г. N 282 "О национальной нанотехнологической сети" • MP 1. 2. 0023 -11 «Контроль наноматериалов в пищевой продукции» • МР 1. 2. 2522 -09 «Выявление наноматериалов, представляющих потенциальную опасность для здоровья человека»