Polyvinylchlorid (PVC) je třetím nejpoužívanějším plastem na Zemi, hned po polyethylenu a polypropylenu. Poprvé byl syntetizován v roce 1835. PVC nalezl své uplatnění ve všech oborech lidské činnosti. Používá se ve stavebnictví, při výrobě nábytku a bytových doplňků, v oděvním a obuvnickém průmyslu. Vyrábí se z něj hračky, kancelářské potřeby, zdravotnické pomůcky, obaly včetně potravinových a mnoho dalších předmětů.
Polyvinylchlorid není rozpustný ve vodě, v olejích ani v koncentrovaných anorganických kyselinách a zásadách.
Výroba polyvinylchloridu
Základní surovinou pro výrobu PVC je vinylchlorid monomer (VCM), který je prchavý, jemně nasládlý plyn. Vzniká obvykle rozkladem 1,2-dichlorethanu. Polymerací VCM do jen částečně se rozvětvujících řetězců vzniká bílý prášek nebo granulát.
Výrobu PVC lze zjednodušeně popsat následovně:
- Sloučením ethylenu a chloru vzniká ethylendichlorid (EDC).
- Z EDC se dále vyrábí vinylchlorid monomer (VCM) - základní stavební jednotka PVC.
- Polymerací VCM vzniká samotný polymer PVC.
Samotný polymer se poté mísí s různými přísadami, které zlepšují jeho vlastnosti v tom kterém směru podle cílového použití. Důvodem značného rozšíření PVC je poměrně jednoduchá, a tedy levná výroba tak základního vinylchloridu, jakož i významné užitkové vlastnosti jeho polymeru:
Čtěte také: Cement: složení a vlastnosti
- Jednoduchá zpracovatelnost prakticky všemi základními postupy (válcováním, vytlačováním, vstřikováním, vyfukováním, vakuovým tvarováním atd.).
- Schopnost želatinace s různými změkčovadly.
- Značná chemická a biologická odolnost až netečnost.
- Dobrá tepelná odolnost.
Přísady do PVC
Polyvinylchlorid je ve svém surovém stavu velmi křehká a nepružná hmota. Kvůli dosažení požadovaných mechanických vlastností, které se odvíjejí od způsobu jeho použití, se do něj musí přidávat mnoho přísad. Mezi nejdůležitější aditiva patří především plniva, stabilizátory a plastifikátory (změkčovadla).
Plniva
Plniva, například křída, se přidávají pro zlepšení některých mechanických vlastností a snížení nákladů.
Stabilizátory
Ačkoliv čisté PVC je mechanicky pevný materiál, dobře odolný počasí, vodě a chemikáliím, je relativně nestálý vůči teplu a světlu. Teplo a ultrafialové záření vede ke ztrátě chlóru ve formě chlorovodíku. Tomu je možné zabránit pomocí přídavku stabilizátoru, který se liší dle účelu použití PVC.
V minulosti se jako stabilizátory používaly i těžké kovy jako je olovo a kadmium nebo barium, vápník a další organické látky. Členové Evropské asociace výrobců stabilizátorů (ESPA) ukončili prodej stabilizátorů na bázi kadmia v zemích evropské patnáctky v roce 2001. Kadmium se tak v EU přestalo do PVC přidávat v roce 2007, od roku 2015 PVC průmysl vyřadil z výroby PVC i olovo. Těžké kovy se však stále vyskytují v odpadech z PVC.
Jako náhrada stabilizátorů na bázi těžkých kovů začaly být používány organické stabilizátory (např. tributyltin, tetrabutyltin, monooctyltin, dioctyltin). Nicméně i v tomto případě přetrvávají obavy týkající se jejich nepříznivého vlivu na lidské zdraví.
Čtěte také: Cement a jeho chemie
Změkčovadla (plastifikátory)
Pro zvýšení pružnosti PVC se přidávají složky s nízkou molekulární vahou, které se smíchají se základní polymerovou hmotou. Přidání takzvaných plastifikátorů (změkčovadel) v různých množstvích vytváří materiály s důležitými mnohostrannými vlastnostmi. Tyto přísady zlepšují vlastnosti pro lepší manipulaci a zpracovatelnost.
Jako změkčovadla se zpravidla používají ftaláty (např. DEHP - di-2-ethyl-hexylftalát). Ftaláty představují skupinu asi 40 látek, přičemž nejčastěji se používal DEHP. Ten je v současné době nahrazován ftaláty s nižší molekulární hmotností.
Mezi další změkčovadla patří adipáty, trimelitáty, citráty a další organické sloučeniny. Negativní účinky adipátů na lidské zdraví a životní prostředí se v současné době důsledně zkoumají. Např. americká „Agency for Toxic Substancec and Disease Registry“ (Agentura pro registraci toxických látek a nemocí) zařadila di(2-ethylhexyl)adipát, neboli DEHA na „Priority List of Hazardous Substances“. DEHA se používá jako změkčovadlo pro PVC, ze kterého se vyrábí některé obalové materiály pro potraviny. Do takto měkčeného druhu PVC se balí potraviny i v České republice.
Vliv PVC na životní prostředí a zdraví
Celý životní cyklus PVC - výrobu, používání i likvidaci - doprovází úniky toxických látek. Mnohé z nich jsou rakovinotvorné, způsobují poruchy reprodukce, vrozené vady, poškozují imunitní systém. Záleží samozřejmě také na jejich koncentracích a době, po jakou jsme působení těchto látek vystaveni.
Rizika při výrobě PVC
Při výrobě může do prostředí uniknout tak toxický prvek chlór, jakož i primární vinylchlorid monomér, který je karcinogenem. Výrobu polyvinylchloridu provází vznik dioxinů, které patří mezi rizikové toxické látky. K problematickým látkám provázejícím výrobu PVC patří i chloroform, 1,1,2-trichlorethen, tetrachloretan anebo tetrachlormetan. Vesměs se jedná o těkavé organické látky, které se snadno vypařují a zhoršují kvalitu ovzduší.
Čtěte také: Aplikace chemických kotev Fischer
Rovněž meziprodukty samotné výroby PVC - ethylendichlorid (EDC) a vinylchlorid monomer (VCM) - jsou velice nebezpečné a toxické chemikálie. Tyto dvě látky mohou zapříčinit vznik rakoviny, způsobují poškození jater, plic, kardiovaskulárního, nervového, imunitního a reprodukčního systému.
Mezi chlororganické sloučeniny spadají mimo jiné nechvalně známé dioxiny a furany, polychlorované bifenyly (PCB), hexachlorbenzen, hexachloretan a hexachlorbutadien. Přítomnost chlóru v těchto látkách způsobuje, že jsou velmi toxické, téměř se neodbourávají z prostředí a snadno se akumulují v potravním řetězci.
Přehled rizikových látek a jejich dopadů:
| Látka | Vliv na zdraví / životní prostředí | Fáze životního cyklu |
|---|---|---|
| Chlór | Toxický prvek, uniká do prostředí | Výroba |
| Vinylchlorid monomer (VCM) | Karcinogen, poškození jater, plic, kardiovaskulárního, nervového, imunitního a reprodukčního systému | Výroba, používání (únik z výrobků) |
| Ethylendichlorid (EDC) | Poškození jater, plic, kardiovaskulárního, nervového, imunitního a reprodukčního systému | Výroba |
| Dioxiny | Rizikové toxické látky, poruchy imunitního, hormonálního a reprodukčního systému, karcinogenní | Výroba, spalování, náhodné požáry |
| Rtuť | Poškozuje nervovou soustavu a trávicí trakt | Výroba (při amalgámové elektrolýze pro výrobu chlóru) |
| Chloroform, Trichlorethen, Tetrachloretan, Tetrachlormetan | Těkavé organické látky, zhoršují kvalitu ovzduší; Tetrachlormetan přispívá k poškozování ozonové vrstvy | Výroba |
| Ftaláty (např. DEHP) | Nepříznivý vliv na vývoj mužských reprodukčních orgánů, toxické pro testikulární buňky | Používání (uvolňování ze změkčeného PVC), likvidace (únik na skládkách) |
| Adipáty (např. DEHA) | Negativní účinky na lidské zdraví a životní prostředí (zkoumá se) | Používání (uvolňování ze změkčeného PVC) |
| Chlorovodík | Vysoce toxický plyn, způsobuje popáleniny kůže, poškození zraku, poškození plic | Požáry |
| Těžké kovy (Pb, Cd) | Toxické látky, stále se vyskytují v odpadech z PVC | Výroba (historicky), likvidace (únik ze skládek) |
Rizika při používání PVC
PVC představuje přímé riziko pro své uživatele. Některé přísady, které se do PVC přidávají během výroby, nejsou v PVC pevně vázány a postupně se z něj uvolňují. Řeč je především o změkčovadlech PVC. Z měkčeného PVC se vyrábí např. podlahové krytiny, izolační folie, lékařské pomůcky, části oblečení, dětské hračky, oplášťování kabelů apod. Změkčovadla mohou tvořit až 50 % hmotnosti samotného výrobku, ze kterého se však během používání uvolňují a následně se mohou dostat do lidského organismu.
Některé ftaláty nebo adipáty se řadí k nejškodlivějším látkám, které se musejí do PVC přidávat. Používání těch nejrizikovějších bylo již v minulosti omezeno v hračkách a potravinových obalech. Stále se nicméně používají například v určitých typech zdravotnických pomůcek.
Rizika při likvidaci a recyklaci PVC
Když výrobek z PVC doslouží, nastává problém, jak ho bezpečně zlikvidovat. Většina PVC končí na skládkách, kde degraduje a uvolňují se z něj ftaláty a těžké kovy. Ty kontaminují skládkové vody. Při jejich likvidování v čistírnách odpadních vod se dostanou nebezpečné látky do řeky nebo skončí v čistírenských kalech. Čistírny je nezachytí a ani jejich únik nesledují.
Při náhodných požárech budov či skládek, kde je přítomno PVC, se do ovzduší uvolňuje chlorovodík - plyn s vysokou toxicitou způsobující popáleniny kůže nebo poškození zraku. Při vdechnutí ve vlhkém prostředí lidského těla se mění na kyselinu chlorovodíkovou, která může způsobit vážné a trvalé poškození plic.
Spalování je vůbec nejhorším způsobem likvidace PVC, protože se při něm uvolňují do životního prostředí nebezpečné látky jako chlorovodík, dioxiny, hexachlorbenzen, polyaromatické uhlovodíky. Do škváry a popílku ze spaloven se z PVC dostávají těžké kovy. K velkým nešvarům patří spalování PVC v domácích topeništích anebo na otevřených ohništích.
Recyklace PVC s sebou nese značná omezení. PVC průmysl udává, že se v EU zrecykluje přes 27 % odpadů z PVC. Příčinou nevhodnosti PVC k recyklaci je, že každý výrobce přidává do PVC odlišná aditiva, aby docílil požadovaných vlastností. Recyklovaný PVC plast navíc často obsahuje již zakázané stabilizátory a změkčovadla, která jsou zdraví nebezpečná a pro spotřebitele tak představuje rizikový materiál. Doposud není vyřešen problém recyklace separovaného sběru PVC. PVC se nehodí do směsného plastu určeného k recyklaci, protože negativně ovlivňuje jeho vlastnosti. Například jedna láhev z PVC může znehodnotit recyklaci 30 - 50 tisíc lahví z PETu.