聚乙烯和聚氯乙烯的污染水平及毒理学研究现状

聚乙烯和聚氯乙烯的污染水平及毒理学研究现状

杜松涛

新疆华泰重化工有限责任公司 新疆 乌鲁木齐 830000

摘要：PVC行业的发展在一定程度上带动了PVC热稳定剂产业的发展。从热稳定剂的角度上分析，目前国内主导消费的热稳定剂为铅盐类，约占总消费比例的80%。近年来随着健康、绿色、环保观念的提出和广泛普及，国民的绿色环保意识也随之提升，重金属类热稳定剂逐渐被环保型复合稳定剂所替代。聚乙烯和聚氯乙烯作为全球微塑料中最常见的化学组分，广泛应用于食品包装、衣物、管材、塑料瓶，以及农用薄膜的制造等行业，但由于其吸附性强、难降解等特性对环境造成了重大污染。综述了近年来国内外聚乙烯和聚氯乙烯的污染水平和毒理学方面的研究进展，提出了将大型蚤作为受试生物，研究聚乙烯和聚氯乙烯两种微塑料对大型蚤的慢性毒性作用。

关键词：聚乙烯；聚氯乙烯；污染水平；毒理学

引言

目前，已经检测到的微塑料成分有聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰胺(PA)、聚苯乙烯(PS)等等，其形状多样，具有比表面积大，疏水性强，吸附能力强，难降解等特点，广泛存在于海水、淡水、土壤、沉积物中。聚乙烯作为全球微塑料中最常见的化学组成成分，具有无毒无味、化学稳定性好、绝缘性好等优势，在衣物、食品包装、工业包装，以及农用薄膜的制造上得到广泛应用，而聚氯乙烯主要应用于薄膜、管材、化妆品包装瓶，以及塑料瓶等。微塑料污染已经成为当今世界亟待解决的全球性问题。

1微塑料的污染现状

塑料材料是根据不同的产品需求将聚合物与稳定剂、增塑剂、色料、填料、润滑剂等添加剂按照一定配比加工成型而制成，相对于金属材料有重量轻、便宜等优势而广泛用于包装、建筑、汽车、农业和电子等行业。全球塑料消耗量每年增长8%，预计到2030年塑料的年消耗量将达7亿多t，每年塑料废弃量大概在2．6亿～3亿t，对环境产生了重大影响。解决该问题的方法之一是禁止使用某些非必需塑料制品，但对于其他一些非必需品塑料制品的使用仍是必不可少的。因此，除了实行禁塑令外，还需要探索对塑料进行回收和降解的途径。机械回收是将塑料废物的分类、洗涤、切碎、熔融、造粒以制成新的塑料产品。但在回收的过程会降低塑料的机械性能，导致混合后的塑料废料通常被“向下循环”成次要和价值较低的产品。而且难以从城市固体废物中将不同类型的塑料分类回收，导致机械回收的效率低，在筛选废弃塑料的工程中仍然需要焚烧或填埋无法回收的残留塑料。非生物降解通过氧化降解、热解、光降解、加氢裂化等技术将废弃塑料转化为单体，低聚物和高级碳氢化合物等化学工业中有价值的原料。这些原料可用于合成聚合物，而不会降低产品的质量。其中热解是将混合的塑料废物(MPW)进行分类后在＞500℃高温无氧的情况下进行热分解，将废塑料转化为基础化学品已商业化的回收技术。生物降解主要是通过细菌和真菌等微生物粘附到聚合物表面后产生不同类型降解酶，在酶的催化作用下降解为低分子量的低聚物，其中聚合物的结晶度越高，分子量越大越不易降解。

2聚乙烯(PE)降解

聚乙烯主链是非常稳定C–C结构具有很强的抗氧化能力，对多数化学试剂都是惰性的，一般通过光氧化降解和热氧化降解以及微生物等降解。将聚乙烯在λ≥300nm的光照下进行光氧化以及在100℃的温度下进行热氧化，通过红外光谱研究了聚乙烯的降解通常分为引发，扩散和终止三个步骤，聚合物链中的化学键被破坏释放出自由基，自由基与氧反应并形成过氧自由基，导致聚合物长链断裂为短链，当自由基与自身反应导致自由基减少并形成惰性产物时，自由基反应终止生成烯烃、羧酸、醛和酮等产物。

3聚氯乙烯无毒稳定剂的稳定机理分析

（1）应用镉和锌的皂类、硫醇锡等对PVC分子中的烯丙基氯原子或叔碳位氯原子进行置换，抑制PVC脱氯化氢反应。（2）通过吸收中和氯化氢抑制PVC的自动催化作用，硬脂酸铅、硬脂酸锌等金属皂类能够有效的除去PVC制造过程中的HC1，作为热稳定剂具备良好的应用效果。（3）当PVC与多烯结构发生反应时，加成反应对大共轭体系的形成存在一定的破坏作用，在加成反应中首先确定PVC脱HC1生成的双键与PVC结构中原有的大分子双键都不是稳定基团，那么要想达成PVC稳定的目标就必须在加成反应时加入能够与之发生化学反应的物质，如金属硫醇盐。（4）PVC在生产加工的过程中，受热力作用、机械剪切作用、光氧作用即热氧作用，极易产生大量的自由基，而这些自由基是导致PVC发生大分子降解的关键因素，所以PVC的稳定性控制方式之一就是终止自由基。有研究结果显示低价位的变价元素能够在PVC生产加工的过程中发挥自身的作用终止自由基。所以利用Pb²⁺、Sn²⁺、Ce³⁺、Nd³⁺等变价元素，使其与自由基之间发生化学反应，可有效的终止自由基。（5）光氧化过程的终止。现有研究结果显示，存在部分材料对于290nm至390nm波长的紫外光具备屏蔽功能和吸收功能，在PVC材料中加入这些材料能够起到终止光氧化过程的作用，对PVC材料具备保护作用。通过查阅资料梳理信息

4聚乙烯和聚氯乙烯的毒理学研究

4.1对人类的影响

研究表明，婴幼儿吸入微塑料后的潜在风险比成人更高。微塑料进入人体后可能会异位至循环系统，并转移到组织、器官中，最终引发毒害作用。

4.2对动物的影响

微塑料进入动物体内会改变肠道菌群的组成和多样性，还会对其免疫酶活性和免疫相关基因表达产生一定的影响。同时，微塑料对动物的毒性也会受其粒径的影响。大型蚤是一种枝角类淡水浮游动物，已成为国际公认的标准试验模式生物。塑料降解过程产生的一系列的胁迫因子不可避免地会对大型蚤产生影响，研究微塑料对大型蚤的毒性对评价微塑料的生态效应具有重要的意义。结果显示，与对照组相比，暴露组大型蚤肠道中微塑料的积累量随着粒径增大而增加，造成大型蚤的活动抑制。研究还表明，微塑料暴露对大型蚤脂质代谢存在潜在影响，大型蚤肠道周围组织出现大小不等的油滴状颗粒，推测与受试生物脂肪代谢异常有关。

4.3对植物的影响

通过研究聚氯乙烯微塑料的浸出液对3种海洋微藻光合作用及生长的影响，表明聚氯乙烯浸出液对3种不同海洋微藻生长均表现出显著的影响，不同浓度的聚氯乙烯浸出液对上述海洋微藻的细胞密度表现出不同程度的抑制。探究PVC微塑料对小球藻生长抑制效应及其影响途径，通过酶标仪测定小球藻主要吸收波段处(680nm红光波段，470nm蓝光波段)，结果显示，随着PVC浓度的升高，两个波长的光的透光率逐渐降低。

结束语

塑料过度使用造成的环境污染对人民生活和社会经济产生重大负面影响。针对各类塑料废弃物需要研究新的方法缓解“白色污染”对环境造成的影响。微塑料因其具有难降解性，所以会不断在动植物体内及环境中累积，对动植物、人类及周边环境都有着不同程度的危害。而作为食物链顶端的生物，人类在富集的作用下，会累积大量的微塑料在体内。近年来，学者做了关于微塑料对大型蚤的急性毒性研究，对于慢性毒性试验鲜有报道，然而微塑料对生物的慢性毒性危害才是微塑料最本质的危害。因此，研究微塑料对生物慢性毒性的危害是保障生态环境和人类健康安全亟待解决的问题。

参考文献

［1］陈兴兴，刘敏，陈滢．淡水环境中微塑料污染研究进展［J］．化工进展，2020，39(8):3333－3343．

［2］王洪燕．舟山养殖海域沉积物和海产品体内微塑料污染特征［D］．舟山:浙江海洋大学，2019．