化学建材聚氯乙烯_PVC_的环境问题

文章编号:1009-6825(2002)08-0079-02

化学建材聚氯乙烯(PVC )的环境问题

收稿日期:2002-06-07

作者简介:白启荣(1969-),女,1991年毕业于太原工业大学高分子化工专业,工程师,太原市塑料研究所,山西太原 030024

白启荣

摘 要:聚氯乙烯(PVC)已广泛应用于工业和日常生活用品中,它对环境和人体健康的危害一直成为人们争论的焦点之一。就此详细分析了PVC 生命周期期间的各种环境问题,并提出了一些措施来减少对环境的影响。关键词:聚氯乙烯,环境影响,化学建材中图分类号:TU532

文献标识码:A

在最近几十年中,PVC 一直成为人们争论的焦点。PVC 对人体健康和环境的影响从科学、技术和经济等方面分析,存在着不同的观点。许多欧盟成员国已采用一些方法来研究PVC 生命周期的特殊问题。这些方法不是统一的,其中可能存在着内部市场机制的制约问题。

综合这些方法对分析PVC 生命周期是十分必要的,而采取适当的方法可以确保人体健康和环境以及适应内部市场机制功能。目标是:首先在科学的基础上分析PVC 生命周期期间的各种环境问题,包括对人体健康的影响;其次,从持续发展的观点,采取一些方法来减少这些影响。

1 PVC 工业及其产品111 PVC 材料及其应用

聚氯乙烯(PVC)是一种聚合材料(或树脂),它是由分子式为CH 2-C HC L 的单体氯乙烯(VC M)多次叠加而成。除了含氯外,PVC 与聚乙烯具有相同的结构,氯在PVC 中占纯聚合树脂的57%,35%氯来自氯酸钾的电析。

纯PVC 属颗料状材料,机械硬度高,是极好的防气候变化、防水、防化学性能以及电绝缘材料。但是,对热和光相对不稳定,加热和紫外光导致了氯在氯化氢(HCl)中丢失,这可以通过加稳定剂来避免。稳定剂通常由金属盐,如铅、钡、钙、镉或有机锡化合物组成。

PVC 的机械特性可以通过低分子量化合物混合于聚合物矩阵来改变。加上增塑剂使各种材料具有重要的可变特性,使PVC 具有广泛的用途。这种可塑性材料为有机盐,主要为邻苯二甲酸盐和乙二酸。主要应用为刚性PVC(总用量的2/3)和柔性PVC (总用量的1/3)。

表1表示PVC 在欧洲使用的百分比,PVC 使用的生命周期范围如用作结构材料,可达50年。PVC 在欧洲主要应用于建筑行业,占总使用量的57%,产品有较长的平均使用寿命。

表1 PVC 在欧洲(1999)主要使用领域

应用百分比平均寿命/年应用百分比平均寿命/年建筑5710~50电子及电气设备

721包装91汽车712家具117其它

1

2~10

其它家庭应用

18

11

112 PVC 和PVC 化合物的生产过程

PVC 开始生产于20世纪30年代,到50年代和60年代大量生产和使用。现在全世界每年生产2千万吨PVC,而在1965年为

3百万吨,相当于总塑料产量的1/5,因此PVC 是最重要的合成材料。产品主要在美国、西欧和亚洲,西欧产量1998年为550万吨

(大约是全世界产量的26%),近几年PVC 产品的平均增长率为2%~10%,它随地区不同而不同(亚洲高、欧洲低),随应用也不同(刚性高、柔性低)。由于供求方面的变化和原材料价格的变化,PVC 的价格是经常变化的。

PVC 主要有两个生产过程,VC M 的悬浮聚合物(80%)和乳化聚合物(10%)。

在乙烯和氯,或乙烯和氯化氢生产VC M 封闭的工业化生产过程中,排放的氯气、乙烯、聚氯乙烯、HCl 、VC M 和含氯副产品包括二口恶英,可排放到工作环境和外部环境如空气和水中,这些化学物质中有些是有害物质,必须严格控制排放。

原始PVC 在经过一些处理成最终产品前,必须加入一些称为PVC 化合物的添加剂。PVC 是一种热塑材料,也就是通过加热熔化能形成许多形状。冷却后,材料显示它的原始特性。利用该原理,采用大量不同方法促使PVC 的转化,如挤出、层压、注射成型和吹膜等。

在合成和进一步转化期间,一些有害物质的排放使工人受到接触,PVC 粉末和添加剂的合成(以粉末或液体形式)通常在密闭设备中进行,工人仅在混合器中合成时才受到接触,这可以按照欧盟指导文件98/24/EC 中关于防止工人在工作中遭受化学剂风险来减少或排除。

PVC 在通过加热形成和冷却转化过程中出现过热情况,存在一些可降解化合物排放的风险,其中HCl 是最重要的一种。然而,总量是很少的,对环境只有很低的负面效应。VCM 单体在转换过程中排放也认为是非常小的。稳定剂和增塑剂的排放在采取适当的方法后也是很少的。

2 PVC 中添加剂的使用211 添加剂的范围和类型

为了提供最终产品的特殊范围,PVC 聚合物根据它的用途与一些添加剂相混合。PVC 化合物的成分(树脂+添加剂)根据不同量的添加剂有较大的变化。如加入到聚合物中作为填充剂、稳定剂、润滑剂、成形剂、着色剂和阻燃剂,大量不同形式PVC 化合物用作加工产品,增塑剂(主要是邻苯二甲酸盐)和稳定剂的使用量是很高的,构成了PVC 比其它塑料易加工的特殊性质。所有其它类型的添加剂也用于其它塑料材料中。

添加剂最重要的类型是稳定剂,需要科学地分析其危险特性和对人体健康及环境的风险,特别是包含重金属的如铅、镉以及增塑剂如邻苯二甲酸盐。

212 稳定剂

为了防止热和光降解,稳定剂加入到PVC 聚合物中,在最终

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第28卷第8期2002年8月 山西建筑SHANXI ARCHITECTUR E

Vol.28No.8Aug. 2002

产品中使用何种类型的稳定剂,是根据应用范围的技术要求而定。铅稳定剂是最常用的一种,特别是硫化铅和氟化铅。镉稳定剂仍被一些生产厂家作稳定剂,用于PVC 窗框架生产,另外有机锡化合物,特别是单、双有机锡化合物的混合物被用作稳定剂,多数用于颗粒物的包装薄膜、瓶、顶和内衬层。钙/锌和钡/锌是最常用的稳定剂体系。大多数铅化合物包括用于PVC 被归于有害物质,对环境是有害的(生态毒性),表现累积效应,铅是持久的,在一定有机体内能积累。大多数镉化合物对环境有害(生态毒性),有些镉化合物属于高度有害物,还有一些化合物属于致癌物(第二类)。镉是持久性的,一些镉化合物会在一些有机体内积累。

有机锡化合物用作PVC 的稳定剂的数据显示二辛基锡对免疫系统是有毒害的。这种免疫毒性效应对其它有机锡化合物用作PVC 稳定剂并没有观察到,(二甲基锡、十二烷基锡,邻苯二甲酸锡),二辛基锡对水环境化合物可能存在环境风险。

对大多数重金属,镉和铅除了应用于产品中外还以各种方式排放于环境中,这些重金属多数以分散形式分布于环境中,即通过工业活动、石油、肥料生产和下水道污泥。铅和镉这两种重金属也应用于其它产品中,如在干电池和蓄电池中,除了在电池中使用外,PVC 稳定剂也代表了铅的主要用途之一。

由于铅和镉对环境的有害影响,其可能替代品早已使用,主要替代品为钙锌稳定剂和有机锡稳定剂,钙/锌化合物比铅和镉化合物具有更大的优越性,并分类为无害物质。由于技术原因(生产量、标准、测试要求等)和经济原因(价格高)阻碍了铅的替代品的开发。预计在今后几年铅稳定剂和钙/锌稳定剂之间价格的差异由于新的生产能力提高而进一步缩小。锡稳定剂对环境和人体影响,其优越特性不太明显。

213 增塑剂

增塑剂对生产柔性PVC 产品是十分必要的,在西欧每年生产大约100万吨邻苯二甲酸盐,其中90万吨被用作PVC 增塑剂。在

1997年,93%的PVC 增塑剂是邻苯二甲酸盐,通常用的最多的是DE HP 、DIDP 和DINP 。

最近几年,DEHP 的使用已经减少,而DIDP 和DINP 增加了,增塑剂加入到PVC 聚合物中的量是依据所需的特性而不同,根据最终用途,增塑剂的量在15%~60%之间变化,对大多数柔性应用来说典型的范围是35%~40%。

其它增塑剂,特别是乙二酸、有机磷盐和环氧化豆油,也可用

作PVC 的柔性剂,这些增塑剂仅代表了使用中增塑剂的一小部分。这些增塑剂在PVC 中应用对环境和人体健康的资料很有限的。为了分析需要,应有进一步的数据,并根据共使用量和对环境的影响情况,将集中讨论最重要增塑剂)))邻苯二甲酸盐。

有些邻苯二甲酸盐以及其代谢物和降解产品可以引起对人体健康的负面效应(对DINP 影响肝和肾,对DE HP 影响睾丸),是否对内分泌失调有影响正在评估中。由于在PVC 应用中大量使用邻苯二甲酸盐,对当今全球环境来说是到处存在的,大气中的扩散和在某些应用中的渗漏似乎是进入环境的主要途径,高浓度的邻苯二甲酸盐多数存在于沉淀物和下水污泥中,在丹麦已有报告说邻苯二甲酸盐浓度可以超过下水污泥浓度的国家限定值。由于柔性PVC 用于儿童玩具中,邻苯二甲酸盐对儿童可能造成的风险已经由毒性、生态和环境科学委员会(CS T EE)作了分析,当婴儿吸吮时邻苯二甲酸盐从玩具和儿童用品中渗出。因此禁止邻苯二甲酸盐用于能放入嘴中的儿童玩具和物品中。另外由于柔性物质特别是邻苯二甲酸盐在环境中的持续损失,决定有安全替代品存在情况下,逐步减少柔性PVC 的使用。

3 PVC 的废物管理

在技术方面对PVC 废物进行废物管理的四项主要优选项目为机械回收、化学回收、焚烧和填埋。

PVC 的废物管理应遵循以下原则,即预防废物优先,其次是回收,最后是废物的安全处置,进一步说,在环境无害的情况下,在能量回收操作中材料的回收应该优先。这个一般原则是建立在材料恢复比能量回收对废物的预防具有更大影响的事实基础之上的。然而这将必然考虑到环境、经济和科学各方面的影响。在某些情况下,对这些影响的评估将倾向于能量回收优先。

4 结语

1)PVC 化学建材在工业和日常生活中已得到广泛应用(如:塑料门窗型材,建筑管材、管件,防水卷材,密封胶条等),其环境

问题尤为重要。

2)在生产过程中,应采取工作保护措施,以符合有关人体健康和环境保护法规。

3)铅、镉稳定剂的替代品)))钙、锌稳定剂和有机锡稳定剂在今后的发展中由于生产能力的提高将会被广泛应用。4)PVC 的废物管理将考虑到环境、经济、科学等方面的影响,倾向于能量回收优先。

The environment problems of PVC

BAI Q -i rong

(The Plastic Research Institute o f T a iy uan,T a iyuan 030024,China)

Abstract :PVC has been widely applied in industry and daily life necessi ties.The harm for environ ment and human being health caused by PVC is a key problem that is argued all the time.So all kinds of environ ment problems in the period of PVC life are in detail analyzed in this paper.Some suggestions for reducing environment effect are given at last.

Key words:PVC,environment effect,chemistry construction material

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80#第28卷第8期

2002年8月

山西建筑