Plasti lisaained

Plasti lisaained on keemilised ained, mida lisatakse polümeeridele nende omaduste parendamiseks polümeeri struktuuri. Peaaegu kõik plastmaterjalid sisaldavad lisandeid. Plastidele lisatakse lisaaineid, et kaitsta neid soojusest, hapnikust, niiskusest ja muudest teguritest põhjustatud lagunemise eest, kuid ka nende füüsikaliste omaduste ja välimuse pikemaajaliseks säilitamiseks, töötlemise lihtsustamiseks, soovitud omaduste saavutamiseks.

Plasti lisaainete tüübid

Plastmaterjalide valmistamisel kasutatakse peaaegu alati spetsiaalseid lisandeid. Puhaste polümeeride füüsikalistest ja keemilistest omadustest ei piisa, et tagada toodete soovitud omadused. Polümeeridele nõutavate omaduste andmiseks kasutatakse mitmesuguseid täiteaineid. Polümeeride lisaaineid on väga palju ja nende arv ületab polümeeride endi arvu. See tagab eri tüüpi plastmaterjalide erinevad omadused. Spetsiaalsed lisaained võivad muuta keemilisi ja mehaanilisi omadusi, nagu näiteks tugevus, elastsus, vastupidavus keskkonnale ja agressiivsetele teguritele. Modifikaatorid parendavad ka tootmisprotsesse, lihtsustades vormimist ja andes toodetele soovitud kuju ja tekstuuri.

Plastifikaatorid

Plastifikaatorid on madalmolekulaarsed ühendid, mida lisatakse polümeeri lahusele, et suurendada selle plastilisust ja paindlikkust. Materjali lisatakse näiteks selliseid lisaaineid nagu di(2-etüülheksüül)ftalaat (DEHP), di-n-propüülftalaat (DPP), dietüülftalaat (DEP) jms, et lisada neile elastsust, venivust ja tugevust ning lihtsustada töötlemist ja parandada mehaanilisi omadusi.

Antioksüdandid

Antioksüdandid on ühendid, mis suudavad kinni püüda väga reaktsioonivõimelisi vabasid radikaale, tekitada kineetiliselt stabiliseeritud vabu radikaale või lagundada oksüdatsiooni käigus tekkivaid polümeeri hüdroperoksiide, ära hoides ahelreaktsiooni ja aeglustades polümeeri oksüdatsiooniprotsessi. Kasutatakse selleks, et kaitsta polümeere UV-kiirguse toimel oksüdeerumise eest, hoides sel viisil ära nende vananemist ja säilitades välimust. Tavaliselt lisatakse neid polüetüleenist, polüpropüleenist ja muudest samalaadsetest materjalidest.

Värvipigmendid

Värvipigmendid on tahked orgaanilised või anorgaanilised pigmendid, mida kasutatakse plasttoodetele värvi andmiseks. Kõige enam kasutatav pigment on titaandioksiid, mis annab plastile valge värvi. Punaste, kollaste ja pruunide toonide saamiseks lisatakse raudoksiide.

Antipüreenid ja süttimisvastased lisandid

Antipüreenid on mitmesugused kemikaalid, mis kantakse materjalidele nende süttimise ärahoidmiseks või tule leviku aeglustamiseks. Näiteks heksabromotsüklododekaan (HBCD) on broomitud leegiaeglusti, mida lisatakse erinevat liiki plastidele, näiteks vahtpolüstüreenile.

Määrdematerjalid

Määrdematerjalid hoiavad ära plastide kleepumise metallist vormide pinnale ja üksteise külge, parandavad nende voolavust ning vähendavad hõõrdumist plasti sulamisel ja vormimisel. Neiks on näiteks hapete estrid ja amiidid, mida kasutatakse määrdelisanditena plasti vormimise ja töötlemise lihtsustamiseks.

Valguse stabilisaatorid

Valguse stabilisaatoreid kasutatakse sageli plastide ja muude materjalide kaitsmiseks UV-kiirguse kestva mõju eest. Kasutatakse sageli polükarbonaatides, polüstüreenides ja muudes termoplastides.

Termilised stabilisaatorid

Termilised stabilisaatorid on ette nähtud selleks, et kaitsta erinevaid polümeerseid materjale kuumuse mõjul purunemise eest, ja need on vajalikud polümeeride struktuurilise terviklikkuse säilitamiseks, hoides ära nende lagunemise ja värvimuutuse kõrgetel temperatuuridel.

Plasti lisandite eraldumine

Plastide segus sisalduvatel lisanditel on omadus eralduda keskkonda – õhku, vette ja pinnasesse. Lisandid ei ole plastidega kovalentselt seotud ja võivad plasti kasutamise või utiliseerimise käigus eralduda. Samuti lagunevad plastide vananemise protsessi käigus polümeeride ahelad, mis kiirendavad lisandite leostumist plastidest. Kogu algsest plastmaterjalist lisandite eraldumise protsessi kontrollib Fricki seadus, mis hõlmab difusiooni, desorptsiooni, sorptsiooni ja adsorptsiooni. Lisandi algne kontsentratsioon plastis, plasti paksus, kristallilisus ja plasti pinna struktuur on tegurid, mis mõjutavad eraldumise kiirust. Tavaliselt kalduvad madalama keemistemperatuuriga väikesed molekulid kalduvad kiiremini eralduma, näiteks monomeerid. Mõnede sagedamini kasutatavate lisandite, nagu broomitud leegiaeglustid, ftalaadid, nonüülfenoolid, bisfenool A ja antioksüdandid, lisamine plastmaterjalidesse on mõnes riigis juba piiratud. See on tingitud nende omadustest, mis on põhjustanud häireid endokriinsüsteemis.

Kahjulikud mõjud

Plasti lisaained keskkonnas

Plastisaaste

Keskkonda sattunud plast hakkab ilmastiku mõjul degradeeruma, lagunedes aja jooksul järjest väiksemateks osakesteks. Plasti lisaained võivad sattuda keskkonda mitmel viisil, sealhulgas tootmise käigus tekkivate heitmete, plastijäätmete käitlemise ja tootmisheitmetega. Selle tulemusena võivad plasti lisaained koguneda pinnasesse, vette ja õhku ning tekitada kahju bioloogilisele mitmekesisusele. Väikeste mõõtmete tõttu on mikroplast potentsiaalselt bioloogiliselt omandatav paljudele organismidele. Kalad, merelinnud, merikilpkonnad ja mereimetajad võivad plastprügi sisse kinni jääda või seda alla neelata, mis võib viia nende hukkumiseni. Plastikut, eriti mikroosakesi, neelab rohkem või vähem alla vähemalt 1500 loomaliiki, sealhulgas mikroplasti (0,001–5 mm plastitükid) ja mikrokiude (0,8–0,9 mm plastitükid, mille keskmine läbimõõt on 16,7 µm). Plastmaterjali tükid lagunevad vertikaalsetes veekihtides mikroosakesteks või settivad meresetetesse, takistades hapniku vertikaalset liikumist. See protsess võib aeglustada või isegi peatada veeorganismide normaalset füsioloogilist ainevahetust, mõjutades nende elutähtsaid protsesse. Tiheasustusega linnades ja piirkondades on mikroplasti sisaldus õhus suur intensiivse inimtegevuse, sealhulgas plastmaterjalide kasutamise ja kõrvaldamise tõttu. On kindlaks tehtud, et linnatranspordi peatustes on mikroplasti kontsentratsioon õhus väga kõrge (287 ± 72 MP/m3), põllumajanduspiirkondades natuke madalam – 137 ± 57 M../m3 ning märgaladel (97 ± 33 m../ m3) ja mägedes (70 ± 18 m../ m3).

Plasti lisaainete mõju inimesele

Plasti lisaained võivad kahjustada endokriinsüsteemi ja neid on seostatud ka paljude terviseprobleemidega, sh viljatus, rasvumine, diabeet, rinna- ja eesnäärmevähk, kilpnäärmehaigused, südamehaiguste tekke risk, kasvuhäired, kognitiivsete funktsioonide halvenemine ning närvihäired. Levinumad plastist eralduvad ja tervist ohustavad, endokriinsüsteemi kahjustavad ained on bisfenool A ja sellega füüsiliselt seotud kemikaalid, leegiaeglustid, ftalaadid, per- ja polüfluoralküülid (PFAS), dioksiinid, UV-stabilisaatorid ja mürkmetallid (plii ja kaadmium). Endokriinsüsteemi kahjustavad ained sisaldavat plasti kasutatakse laialt pakendites, ehituses, põrandakatetes, toidu tootmises ja pakendamiseks ning kööginõude, mänguasjade, puhkusetoodete, mööbli, kodumasinate, kangaste, autode ja kosmeetika tootmisel. Ftalaatide mõju suhtes kõige haavatavamad on lapsed. Kokkupuude plastifikaatoritega varases eas võib põhjustada arenguhäireid, mis ilmnevad alles vanemas eas. Uuringute kohaselt seostatakse sünnieelset kokkupuudet ftalaatidega beebi enneaegsuse, väikese sünnikaalu ja vastsündinud poiste puhul suguelundite düsmorfsete häiretega.

Viited

  1. ↑ Campanale, Massarelli, Savino, Locaputo, & Uricchio. (2020). A Detailed Review Study on Potential Effects of Microplastics and Additives of Concern on Human Health. In International Journal of Environmental Research and Public Health (Vol. 17, Issue 4, p. 1212). MDPI AG. https://doi.org/10.3390/ijerph17041212
  2. ↑ Van Oers, L., van der Voet, E., & Grundmann, V. (2011). Additives in the Plastics Industry. In The Handbook of Environmental Chemistry (pp. 133–149). Springer Berlin Heidelberg. https://doi.org/10.1007/698_2011_112
  3. ↑ Silva, R. R. A., Marques, C. S., Arruda, T. R., Teixeira, S. C., & de Oliveira, T. V. (2023). Biodegradation of Polymers: Stages, Measurement, Standards and Prospects. In Macromol (Vol. 3, Issue 2, pp. 371–399). MDPI AG. https://doi.org/10.3390/macromol3020023
  4. ↑ Hahladakis, J. N., Velis, C. A., Weber, R., Iacovidou, E., & Purnell, P. (2018). An overview of chemical additives present in plastics: Migration, release, fate and environmental impact during their use, disposal and recycling. In Journal of Hazardous Materials (Vol. 344, pp. 179–199). Elsevier BV. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2017.10.014
  5. ↑ European Chemicals Agency (2023). Vaadatud 08.12.23
  6. ↑ Almeida, S., Ozkan, S., Gonçalves, D., Paulo, I., Queirós, C. S. G. P., Ferreira, O., Bordado, J., & Galhano dos Santos, R. (2022). A Brief Evaluation of Antioxidants, Antistatics, and Plasticizers Additives from Natural Sources for Polymers Formulation. In Polymers (Vol. 15, Issue 1, p. 6). MDPI AG. https://doi.org/10.3390/polym15010006
  7. ↑ Tolinski, M. (2015). Colorants. In Additives for Polyolefins (pp. 103–116). Elsevier. https://doi.org/10.1016/b978-0-323-35884-2.00009-0
  8. ↑ Cato, A., Celada, L., Kibakaya, E. C., Simmons, N., & Whalen, M. M. (2014). Brominated flame retardants, tetrabromobisphenol A and hexabromocyclododecane, activate mitogen-activated protein kinases (MAPKs) in human natural killer cells. In Cell Biology and Toxicology (Vol. 30, Issue 6, pp. 345–360). Springer Science and Business Media LLC. https://doi.org/10.1007/s10565-014-9289-y
  9. ↑ Drobny, J. G. (2014). Additives. In Handbook of Thermoplastic Elastomers (pp. 17–32). Elsevier. https://doi.org/10.1016/b978-0-323-22136-8.00003-x
  10. ↑ Andrady, A. L., Heikkilä, A. M., Pandey, K. K., Bruckman, L. S., White, C. C., Zhu, M., & Zhu, L. (2023). Effects of UV radiation on natural and synthetic materials. In Photochemical & Photobiological Sciences (Vol. 22, Issue 5, pp. 1177–1202). Springer Science and Business Media LLC. https://doi.org/10.1007/s43630-023-00377-6
  11. ↑ Jubsilp, C., Asawakosinchai, A., Mora, P., Saramas, D., & Rimdusit, S. (2021). Effects of Organic Based Heat Stabilizer on Properties of Polyvinyl Chloride for Pipe Applications: A Comparative Study with Pb and CaZn Systems. In Polymers (Vol. 14, Issue 1, p. 133). MDPI AG. https://doi.org/10.3390/polym14010133
  12. ↑ Maddela, N. R., Kakarla, D., Venkateswarlu, K., & Megharaj, M. (2023). Additives of plastics: Entry into the environment and potential risks to human and ecological health. In Journal of Environmental Management (Vol. 348, p. 119364). Elsevier BV. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.119364
  13. ↑ Costa, J. P. da, Avellan, A., Mouneyrac, C., Duarte, A., & Rocha-Santos, T. (2023). Plastic additives and microplastics as emerging contaminants: Mechanisms and analytical assessment. In TrAC Trends in Analytical Chemistry (Vol. 158, p. 116898). Elsevier BV. https://doi.org/10.1016/j.trac.2022.116898
  14. ↑ Haque, F., & Fan, C. (2023). Fate of microplastics under the influence of climate change. In iScience (Vol. 26, Issue 9, p. 107649). Elsevier BV. https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.107649
  15. ↑ Torres-Agullo, A., Karanasiou, A., Moreno, T., & Lacorte, S. (2021). Overview on the occurrence of microplastics in air and implications from the use of face masks during the COVID-19 pandemic. In Science of The Total Environment (Vol. 800, p. 149555). Elsevier BV. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.149555
  16. ↑ Sarkar, S., Diab, H., & Thompson, J. (2023). Microplastic Pollution: Chemical Characterization and Impact on Wildlife. In International Journal of Environmental Research and Public Health (Vol. 20, Issue 3, p. 1745). MDPI AG. https://doi.org/10.3390/ijerph20031745
  17. ↑ Maradonna, F., Vandenberg, L. N., & Meccariello, R. (2022). Editorial: Endocrine-Disrupting Compounds in Plastics and Their Effects on Reproduction, Fertility, and Development. In Frontiers in Toxicology (Vol. 4). Frontiers Media SA. https://doi.org/10.3389/ftox.2022.886628
  18. ↑ Darbre, P. D. (2020). Chemical components of plastics as endocrine disruptors: Overview and commentary. In Birth Defects Research (Vol. 112, Issue 17, pp. 1300–1307). Wiley. https://doi.org/10.1002/bdr2.1778
  19. ↑ Gore, A. C. (2016). Endocrine-Disrupting Chemicals. In JAMA Internal Medicine (Vol. 176, Issue 11, p. 1705). American Medical Association (AMA). https://doi.org/10.1001/jamainternmed.2016.5766