PVC是聚氯乙稀(polyvinyl chloride)塑料的英文縮寫,這種讓人歡喜讓人憂的塑料制品其實是一種乙烯基的聚合物質。
簡單地說,鹽的水溶液在電流作用發(fā)生化學分解,這一過程會產(chǎn)生氯、苛性鈉和氫氣。精煉、裂化石油或汽油能產(chǎn)生乙烯。當氯和乙烯混合后,就會產(chǎn)生二氯乙烯;二氯乙烯又可以轉換產(chǎn)生氯化乙烯基,它是聚氯乙烯的基本組成部分。聚合過程將氯化乙烯基分子連接在一起組成了聚氯乙烯鏈。以這種方式生成的聚氯乙烯呈白色粉末狀。它是不能單獨使用的,但是可以與其它成分混合生成許多產(chǎn)品。
氯化乙烯基*初是在1835年在Justus von Liebig實驗室合成出來的。而聚氯乙烯是由Baumann在1872年合成的。但是直到19世紀20年代才在美國生產(chǎn)出了**個聚氯乙烯的商業(yè)產(chǎn)品,在接下來的20年內(nèi)歐洲才開始大規(guī)模生產(chǎn)。
聚氯乙稀具有原料豐富(石油、石灰石、焦炭、食鹽和天然氣)、制造工藝成熟、價格低廉、用途廣泛等突出特點,現(xiàn)已成為世界上僅次于聚乙烯樹脂的**大通用樹脂,占世界合成樹脂總消費量的29%。聚氯乙烯容易加工,可通過模壓、層合、注塑、擠塑、壓延、吹塑中空等方式進行加工。聚氯乙烯主要用于生產(chǎn)人造革、薄膜、電線護套等塑料軟制品,也可生產(chǎn)板材、門窗、管道和閥門等塑料硬制品。
聚氯乙稀具有阻燃(阻燃值為40以上)、耐化學藥品性高(耐濃鹽酸、濃度為90%的硫酸、濃度為60%的硝酸和濃度20%的氫氧化鈉)、機械強度及電絕緣性良好的優(yōu)點。但其耐熱性較差,軟化點為80℃,于130℃開始分解變色,并析出HCI。
其實,敘述了這么多,我們*應該了解到的是:在提供給人類諸多方便了之后,PVC還有它*致命的缺點;它是對環(huán)境*具破壞力的塑料制品。PVC的生產(chǎn)、使用和處理過程中均會導致有毒氯化物的釋放。這些**會很輕易的進入水、空氣和食物鏈中,進而對環(huán)境造成極大的損害。而且據(jù)說PVC間接地和癌癥、***失調(diào)、生育缺陷、糖尿病、神經(jīng)損傷及**抑制后果有關。在PVC材質的玩具中,鄰苯二甲酸酯被用作軟化劑,具有健康意識的家長已經(jīng)開始擔心這種物質是否對他們的孩子有害:因為兒童會咀嚼和吮吸他們的玩具,如果這些添加劑有毒怎么辦?
為什么聚氯乙稀被人們這樣的又愛又恨呢?其實,氯在聚氯乙稀中的作用也是讓人們愛恨交加的,原來大多數(shù)日用塑料制品是以碳和氫為主要組成元素的。聚氯乙烯的不同之處是除碳、氫之外還含有氯(大約占重量的57%)。由于分子中氯的存在使得聚氯乙烯的作用變得特別豐富,因為它可以使聚氯乙烯與其它許多物質相兼容。氯的成分還有助于延緩聚氯乙烯的燃燒,還可以把它當作在塑料回收時的自動分類系統(tǒng)中我們區(qū)分聚氯乙烯的"標記"。我們還可以使用多種技術發(fā)展聚氯乙烯的制造方法,幾乎不要使用能源就可以制成*終的產(chǎn)品形態(tài)。所以,是氯元素的存在才使聚氯乙稀有了這么快速及廣闊的應用領域。
但,同時,我們不能忘記:氯也被人們稱之為"PVC中致命的結構單元"。它是PVC污染環(huán)境的主犯。事實上它也是很多聲名狼藉的毒性物質的基本組成部分,如CFC(氟氯化碳)、二惡英污染、PCB(多氯化聯(lián)二苯)和DDT殺蟲劑。大量的氯化**入侵空氣、水流和食物鏈中。這些化學物質中的多數(shù)--有機氯--不易分解,會在環(huán)境中保留幾十年,人類和動物不能有效地將它從體內(nèi)排除……,這樣,危險就這樣的埋伏了下來。
PVC的生產(chǎn)在20世紀60年代得到了飛速發(fā)展。隨著其它使用工業(yè)化氯的產(chǎn)品被禁止(如多氯化聯(lián)二苯(PCB)、氟氯化碳(CFC)和含氯的溶劑等),氯工業(yè)轉向PVC以消耗其額外的氯。PVC的生產(chǎn)逐漸增加,尤其是在亞洲和拉丁美洲。現(xiàn)在世界上超過30%的氯產(chǎn)品被用來生產(chǎn)PVC。
聚氯乙烯在化學性質上是穩(wěn)定的、中性的、無毒的。PVC既輕又堅固,適應性強且價格便宜,這些性質決定了它的使用非常普遍,包括制造敏感程度*強的物品,如醫(yī)療器械、建筑材料、玩具、汽車電纜。正因為PVC的制造方便且低成本,性質穩(wěn)定,用途廣泛等等地優(yōu)點,使得它在近幾年來發(fā)展的很快,在很大范圍上替代了其它有較少問題的材料,如玻璃、金屬、紙、陶瓷和樹木等,并且它阻礙了無氯塑料的使用。
PVC的*大應用是在建筑材料-電纜、窗框、門、墻、鑲板、水管和污水管-而在家庭產(chǎn)品中-塑料地板、塑料墻紙、百葉窗和淋浴的門簾。
PVC也用于消費者的用品,如信用卡、唱片和玩具;辦公用品則有家具、裝訂工具、文件夾和鋼筆;它也用于汽車工業(yè),特別是密封,一輛中等尺寸的汽車使用約16公斤的PVC。這種聚合體是一種防止磨損的覆蓋膜層,被用作延長汽車壽命的主要保護材料;在醫(yī)院里是一次性用品(包括醫(yī)藥器皿、血液袋、導尿管、外科手套、心肺通道裝置、藥丸藥片包裝等等),同樣它還可以是電線和電纜的絕緣、皮革的仿制品和花園的家具。
其實,聚氯乙稀的危害是廣泛和長期的,從聚氯乙稀塑料的原料、生產(chǎn)、使用、焚化等,在它的整個生命周期中都存在著潛在的環(huán)境污染。在所有的塑料中,PVC塑料是*具環(huán)境破壞性的。在它的壽命中,在生產(chǎn)中它需要危險的化學藥品,釋放有害的添加劑并且產(chǎn)生有毒的廢料。令人擔心的消息是PVC的生產(chǎn)在全世界都在增加。盡管事實上,目前已經(jīng)存在可以替代PVC所有產(chǎn)品的更**、更可行的產(chǎn)品。
在聚氯乙稀的生產(chǎn)過程中同樣也包括了諸多的危險:
PVC粉末的生產(chǎn)包括運輸危險的爆炸性原料,如聚氯乙稀單體(VCM)和有毒廢物的產(chǎn)生,特別是二氯乙烯(EDC)焦油。焦油廢料包含大量的二惡英,然后其被燒棄、傾倒,會將二惡英散布到空氣中。
先前,這些焦油廢物在海洋的焚化容器中焚化直到1991年在世界范圍內(nèi)被禁止,由于其有毒物的散發(fā)會影響海洋生態(tài)系統(tǒng)。現(xiàn)在,這些廢物的處理方法是在陸地的焚化爐中焚化或者是被掩埋到深層地下。
在PVC的生產(chǎn)過程中會使用大量的添加劑,這樣就會使得PVC能夠適用于各種不同的用途。一些添加劑是增塑劑,用于使塑料更加柔軟,重金屬是穩(wěn)定劑或著色劑,而殺**劑使得其它添加劑免于**的破壞。所以PVC的生產(chǎn)伴隨著大量的次級有毒生產(chǎn)。
英國化學工業(yè)公司(ICI)生產(chǎn)的這些廢物中含有大量的二惡英,并且綠色和平組織在1994和1996年調(diào)查美國的PVC工業(yè)時發(fā)現(xiàn)了類似的照片。在荷蘭,聚氯乙稀單體(VCM)的生產(chǎn)在鹿特丹產(chǎn)生了大量的二惡英的污染物。在威尼斯,綠色和平組織分析了取自Porto Marghera的沉淀物。它明顯的表明了瀉湖被生產(chǎn)聚氯乙稀單體的Enichem plant產(chǎn)生的二惡英的污染物所污染。1994年,德國下薩克森的環(huán)境部門發(fā)現(xiàn)在威廉港的歐洲乙烯公司的PVC生產(chǎn)地的污水處理工廠的淤泥中含有大量的二惡英。二惡英也存在于存放這些污泥的垃圾傾倒處。
在使用過程中,作為對環(huán)境有破壞性的生產(chǎn)的PVC的消費產(chǎn)品也產(chǎn)生了對消費者的危險。增塑劑并不是與塑料緊密的結合在一起,而會隨著時間慢慢地濾去。例如,在塑料地板中的增塑劑會揮發(fā)到室內(nèi)。*一般的增塑劑,鄰苯二甲酸酯DEHP,是一種可疑的致癌物質。鄰苯二甲酸酯柔順劑是全球性的污染物,并且超過90%是用于PVC塑料。近來,許多政府禁止了含有柔順劑的塑料玩具和出牙嚼器。原因是當嬰兒吸和咀嚼時會有柔順劑漏入嘴中的危險。
PVC的處理產(chǎn)生了更多的環(huán)境問題。如果焚燒,無論在火中還是焚燒爐,PVC由于其含氯將會釋放含有二惡英的酸性氣體。PVC是全球性二惡英的主要來源。如果采用垃圾掩埋,其*終將會釋放添加劑,從而威脅地下水的供應;垃圾掩埋的PVC燃燒也是二惡英的進一步來源。
PVC是二惡英的主要來源。當PVC生產(chǎn)、回收和在焚燒爐中毀棄,或者PVC的產(chǎn)品在意外燃燒時如垃圾掩埋時,就會產(chǎn)生二惡英。二惡英在環(huán)境和食物鏈中產(chǎn)生;所有人都會在食物中遭遇到它,特別是含脂肪的食物如牛奶、肉、魚和蛋。二惡英(TCDD),二氧(雜)芑家族中*致命的物質是一種眾所周知的致癌物質和***分解者及一種有毒的化合物。所有的人和動物都承擔著二惡英和其它二氧(雜)芑的負擔。
1997年的7月9日到12日,在安大略湖的Plastimet,Inc,Hamilton,至少有400噸的PVC在大火中付之一炬。是一家汽車制造商的材料。在工廠的PVC火災之后對煙灰的分析表明二惡英比允許的水平高了大約66倍。這一火災提高了加拿大1997年二惡英排放的4%。
即使是很小的家庭火災都可能產(chǎn)生大量的二惡英,這是因為二惡英是在家具和產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生的,如地板和墻紙,和電氣裝置,如電纜。PVC燃燒時產(chǎn)生的鹽酸,會導致危險的肺的傷害和對建筑物的侵蝕。
在一場保齡球館的火災產(chǎn)生了大量的昂貴的二惡英清理問題后,在1986年,德國比勒菲爾德鎮(zhèn)**次限制PVC使用于公共建筑。1993年,德國環(huán)境保護處建議在長期內(nèi),"在所有的范圍內(nèi),PVC產(chǎn)品應該被其它材料所替代,以減少由于火災所產(chǎn)生的二惡英及氫氯化合物所造成的對人類健康和環(huán)境的潛在的傷害。"
1997年的夏天,在加拿大的Hamilton的一家汽車拆卸場發(fā)生的一起PVC火災,導致了數(shù)百人的撤離,和在廢墟中的存留的大量的二惡英污染物。居民們被建議不要食用當?shù)爻霎a(chǎn)的食物,并且不要讓他們的孩子在附近的草地上玩耍。
垃圾掩埋中的火是時常發(fā)生的,甚至在工業(yè)化國家。例如,美國環(huán)境保護署*近估計垃圾掩埋產(chǎn)生的火導致的二惡英占向空氣中排放的總二惡英的20%。其研究表明,PVC是二惡英產(chǎn)生的主要氯源。在歐洲并沒有這樣的調(diào)查。然而,根據(jù)歐洲二惡英的總量,"家庭廢棄物的燃燒是不為人所知的,也是應該被重新估價的……因為有相當多的二惡英是從壁爐中散發(fā)出來的。"在瑞典,54%的二惡英是從住宅的壁爐中燃燒木頭和其它未知的家庭廢棄物,而散發(fā)到空氣中的。
主要的PVC塑料的添加劑與其它的塑料相似,主要有以下幾種,填料、潤滑劑、顏料、阻燃劑、穩(wěn)定劑和增塑劑。而在實際使用中,*大量使用的是穩(wěn)定劑和增塑劑,其也使得PVC在特征上與其它的塑料不同。在這些添加劑中,對人類健康和環(huán)境造成很大危險的主要是穩(wěn)定劑和增塑劑。穩(wěn)定劑,主要是包含一些重金屬,如鉛和鎘。在PVC中加入重金屬,主要是為了防止PVC由于光和熱而產(chǎn)生降解,比如加入鉛這樣的重金屬是為了固化PVC以抗熱,并使PVC的特殊性能一直保持很多年。PVC的窗框就可以使用五十至一百年,不需要油漆也不需要其它的加工。
如果PVC廢物不經(jīng)合理處理,就可能將這些有害金屬擴散到周圍環(huán)境中。隨著對重金屬問題的認識,業(yè)界已經(jīng)開始尋找替代的解決方案。一些方案正在研究之中,當然,這些解決方案會對技術執(zhí)行和總體成本造成影響。這就意味著替代品的*終出現(xiàn)需要一段時間。現(xiàn)在,"鎘"的替代品已被廣泛使用,在PVC工業(yè)中,它已不再用作添加劑。就"鉛"而言,正有一個計劃,旨在逐步減低鉛在PVC生產(chǎn)中的使用。業(yè)界已經(jīng)決定在自愿的基礎上到2015年停止使用鉛。鉛被其它毒性較低的物質所代替,如鈣、鋇或鋅,很明顯它們的毒性較低。有些替代物質技術上效率較低,這也是為什么需要時間來找到可行的解決方案。PVC門窗框是壽命較長的產(chǎn)品,也會長久地包含任何添加其中的重金屬。
對于增塑劑,主要是鈦酸鹽。這些添加劑提供給PVC需要的機械特性、抗熱性、顏色、透明性能和彈性等。*普遍的鈦酸鹽有DINP和DEHP。DINP經(jīng)常用于制造玩具,DEHP主要用于PVC的醫(yī)療應用(至少在歐洲)。但在歐洲或美國你很難找到使用這類酞酸鹽的玩具產(chǎn)于這些地區(qū)。
應該補充的是,作為世界上*普遍使用的增塑劑,DEHP被確認對人體沒有致癌影響。例如在醫(yī)療應用中,從功效的角度講,酞酸鹽是*好的增塑劑,能緩和病人的痛苦。酞酸鹽**的缺點是:當將軟化劑和PVC混合時,軟化劑時間長會稍稍分解。這項調(diào)查結果來自**的國際癌癥權威--國際癌癥調(diào)查機構,它是世界健康組織(WHO)的一部分。下面是摘自美國科學與健康協(xié)會的評論和聲明:
專家組認為醫(yī)療設備中的DEHP是無害的,即使對那些接受某些醫(yī)療過程,有高度接觸的人也是無害的。如常見的血液透析或體外隔膜氧化(ECMO)。并且專家組認為DEHP賦予醫(yī)療設備許多重要的物理特性,這些特性對醫(yī)療設備的功能很關鍵。如果這些產(chǎn)品沒有DEHP,會對某些人造成傷害。任何DEHP或含有DEHP的醫(yī)療設備的替代品都應經(jīng)過評測,必須采用和DEHP相同的標準:1.說明受到批評的醫(yī)療設備應用中其適當?shù)奈锢硖匦院凸δ埽?/span>2.在研究對動物和人體的毒性和人體接觸數(shù)據(jù)的基礎上進行風險評估。
有關DINP的科學著作沒有DEHP這么豐富。雖然動物毒性測試結果建議需要進行徹底評測,但是專家組認為這個事實中的很多部分對人類的影響很小。正常使用玩具,在玩具里的DINP對孩子是無害的。為了更加了解玩具中的DINP對孩子的暴露程度,專家組推薦進行深入的研究,記錄文檔:1.兒童和玩具及其它物體的接觸時間和兒童用嘴的行為;2.現(xiàn)實條件下DINP的釋放率。這種研究將提高DINP暴露評估的**度,也將有利于評價DINP對被孩子含在嘴里的玩具或其它物體上的別的物質的影響。任何DINP或含有DINP的柔軟玩具都應進行潛在風險評估,這種評估必須建立在動物和人體毒性數(shù)據(jù)以及人體暴露于DINP數(shù)據(jù)的基礎上。世界正面臨著由于PVC所產(chǎn)生的廢料危機。短期的PVC生產(chǎn),數(shù)年的處理,產(chǎn)生了大量的PVC廢料問題,特別是在燒棄時。
在耐用產(chǎn)品的平均生命周期――組成了超過半數(shù)的PVC消耗――是大約34年。這種耐用的乙烯類塑料在20世紀60年代開始生產(chǎn)和銷售――當塑料的繁榮時期開始――現(xiàn)在正在開始進入廢物泛濫的時期。我們現(xiàn)在看到的PVC廢物堆積的小山僅僅是危機迫近的**階段。
在全球范圍內(nèi),有超過1.5億噸的長壽命PVC產(chǎn)品,大多數(shù)使用在建筑物的部分,其將在接下來的年代里組成PVC的廢物小山。根據(jù)正在增加的產(chǎn)品,在2005年,這一小山將會加倍,并且世界將會進入PVC的廢料時期并不得不處理大約3億噸的PVC廢物。在工業(yè)化國家,大量的PVC廢物的增加已經(jīng)超過了PVC的生產(chǎn)。*令人關心的事實是PVC工業(yè)在拉丁美洲和亞洲正在蓬勃發(fā)展,以至于*終的廢料山將會產(chǎn)生在世界的這些地方。大量的PVC產(chǎn)品在將來的年代里成為廢物,而不斷增長的PVC生產(chǎn)項目,也表明PVC的逐步淘汰也是迫切需要的。只有這樣才能阻止一個不斷增長的、危險的和難以處理的廢物問題。
所以我們將要對這些廢物作些什么呢?哪里有解決方案?因為PVC,像大多數(shù)的塑料,不會迅速的生物降解,存在三種主要的選擇:掩埋、焚燒或者是回收。
現(xiàn)今,已有260-290萬噸的聚氯乙烯廢料被填埋,但同時只有10萬噸廢料得到回收利用,只有60萬噸廢料被焚燒處理。歐盟委員會將會采取措施使填埋法不再那么具有吸引力了(因為它不能*終的解決危害環(huán)境問題),同樣的,焚燒法也無計于問題的*終解決。在這方面回收利用可能成為*為有效的解決辦法,但是在目前的歐盟國家,回收利用仍處于一個較低的水平,回收量低于總量的3%。
聚氯乙稀的回收方法分為兩種:機械回收和給料回收。機械性的回收過程指的是塑料的直接回收,將被丟棄的物質轉變?yōu)樗芰闲∏颉H缓髮⑦@些被回收的小球投入塑料的生產(chǎn)過程以形成新的產(chǎn)品。給料回收特別用于那些不適合機械性回收的廢料。聚氯乙烯在高溫下被分解,它的化學成分得到了還原。在富含聚氯乙烯的給料回收中,鹽酸(HCI)是回收的主要化學劑,然后將它作為一種原材料在聚氯乙烯的生產(chǎn)過程中重新加以使用。
其實目前,只有不到1%的PVC在本質上是可以回收的。這種PVC廢料產(chǎn)品無法循環(huán)成原來的質量,這是由于PVC是需要純PVC才能得到同一的質量。這種產(chǎn)品主要是"下降性循環(huán)"或者用于制造"次等的"產(chǎn)品,如公園的長椅和高速公路的柵欄。
許多循環(huán)利用的PVC產(chǎn)品重新添加了有毒的重金屬化合物或其它的穩(wěn)定劑,更多是增加的**產(chǎn)品中的危險的化合物。
那么是不是回收利用也不是*終的解決辦法呢?當然不是,但有一些有趣的發(fā)展趨勢正有利于產(chǎn)生好的解決方法。當我們回收塑料制品(不僅是聚氯乙烯)的時候,我們一定會尋找*好的解決方法,不僅僅從經(jīng)濟的角度看,從環(huán)境、能源利用的角度看也要是*好的。如果使用能源回收塑料對環(huán)境的影響比對生產(chǎn)新的塑料物品的影響更大,那么使用大量的能源來回收有限量的塑料制品是沒有什么意義的。在我們回收利用之前,還可以采取更好的措施,例如再次使用那些用于制造塑料的能源。我們可以回收利用塑料,但不用通過下降性循環(huán)的方法。這需要用復雜的生產(chǎn)方法來真正復原原始的產(chǎn)品,將它作為一種相等的物品進行再次使用。
在意大利的費拉拉已經(jīng)建成了一家專業(yè)回收利用聚氯乙稀塑料的工廠。回收利用的聚氯乙烯在質量上與原始的產(chǎn)品是一致的。所以,這些回收利用生產(chǎn)出的產(chǎn)品的經(jīng)濟價值也證明了工廠的運行有充分的理由。這家工廠也提出了新的觀點。當每年有8500噸或9000噸的聚氯乙烯得到回收利用的時候,就可以減少我們對原材料成本變化的敏感度。同樣的,這種技術也可以生產(chǎn)出具有超乎尋常品質的聚氯乙烯,為產(chǎn)生新穎的、**的應用方法開啟一扇大門。同時比利時的沙爾瓦伊集團也發(fā)明了一種處理PVC廢舊材料的新方法,即"乙烯循環(huán)"技術。該技術不僅可以處理復合的PVC廢舊材料,還可以生產(chǎn)出高價值的再生PVC。"乙烯循環(huán)"技術利用了PVC的特性(有選擇的可溶性),將PVC材料與其它材料分開,生產(chǎn)出可與新PVC媲美的再生材料。*近,該集團已經(jīng)與意大利弗拉拉公司合作建成**個"乙烯循環(huán)"裝置,這個價值1200萬歐元的裝置,年處理廢舊電纜的能力為1.5萬噸,同時可獲得1萬噸再生PVC。
在廉價、性能優(yōu)越和環(huán)保、健康之間若要人類做出選擇的話,我想,我們會毫不猶豫地選擇后者,雖然我們現(xiàn)今還沒有找到一種合理的、有效的解決聚氯乙稀塑料毒害問題的方法,但科學家們是*終會給人類一個答復的,要么終止聚氯乙稀塑料的生產(chǎn)及使用,要么使用替代原料、改進制備方法……,總之,人類需要的是健康的生存環(huán)境,徹底解決聚氯乙稀塑料矛盾問題的日子應該不會遙遠了。