CC BY
4
митета. Являлся членом бюро отделения гигиены, эпидемиологии и микробиологии АМН СССР, активно участвовал в деятельности научного совета ГКНТ при Совете Министров СССР, а также Всесоюзного санитарно-технического совета ВЦСПС. Много лет трудился он в журнале «Гигиена и санитария» в качестве члена редколлегии и заместителя главного редактора.
• Вся сознательная жизнь Самуила Наумовича Черкинского является ярким примером выполнения своего гражданского и врачебного долга. За
успехи в научной и педагогической деятельности он был награжден орденом Трудового Красного Знамени и медалями СССР.
Большая армия советских санитарных врачей и гигиенистов будет еще долго находить для себя ответы на животрепещущие вопросы гигиенической науки и санитарной практики в творческом наследии С. Н. Черкинского — ученого, педагога и организатора, человека, стоявшего у истоков советской гигиенической науки, много сделавшего для ее развития.
Поступила £4.10.86
Методы исследования
УДК 613.5 + 614.371:691.175
Т. С. Васильева, В. Л. Винецкий, В. В. Мальцев
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ, НЕОБХОДИМЫХ ф ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ САНИТАРНО-ХИМИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛИМЕРНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
ВНИИстройполимер, Москва; Институт физики ЛИ УССР, Киев
Прогнозирование уровня выделения летучих веществ из полимерных строительных материалов (ПСМ) в процессе их эксплуатации является важной гигиенической задачей [4, 5, 8]. Исследованиями установлено, что перенос летучих веществ через открытую поверхность ПСМ в воздушную среду помещений определяется их диффузией из толщи ПСМ к его поверхности [2— 5]. Для определения временных характеристик процесса переноса летучих веществ необходимо иметь информацию об эффективных коэффициентах диффузии и начальных концентрациях этих веществ в изучаемом материале. Однако анализ литературы показывает, что справочные данные об эффективных коэффициентах диффузии и начальных концентрациях летучих веществ для решения задачи прогнозирования явно недостаточны.
С этой точки зрения представлялось целесообразным провести измерения этих величин для нескольких типов поливинилхлоридного (ПВХ) линолеума как материала, который находит наиболее массовое применение для отделки жилых * помещений. Эксперименты по определению эффективных коэффициентов диффузии проводились для ПВХ-линолеумов 3 типов: вальцево-ка-ландрового однослойного (ГОСТ 1463—70), вальцево-каландрового с печатной пленкой (ГОСТ 14632—79) и промазного с печатной пленкой (ГОСТ 7251—77). Измерения концентрации ле-
тучих веществ, типичных для данных ПСМ, проводились газохроматографическим метсдом. Условия анализа: неподвижная жидкая фаза БЕ-ЗО, температура колонки 70 °С, скорость потока газа-носителя (азота) 30 см3/мйн, детектор — пламенно-ионизационный. Расчет эффективных коэффициентов диффузии и начальных концентраций летучих веществ в ПВХ-линолеуме проводили в соответствии с соотношениями [2]
4/2 1пСв (/г)-1пСв«») ...
Оэфф = —г •---С>
Св (0) V (а)/2 — 2,46 Дэфф) и С»'= 20эфф 1Э '
где ДЭфф — эффективный коэффициент диффузии; С0 — начальная концентрация; Св (/) — концентрация летучего вещества в воздухе над материалом, г/см3; Св (0) — точка пересечения прямой 1п Св (0 — I с осью ординат, г/см3; I — время выдержки образца, с; У — объем камеры, см3; га — воздухообмен, с-1; / — толщина материала, см; 5 — площадь открытой поверхности материала, см2.
Уравнения (1) и (2) справедливы при условии, что
2,46 ОзФФ ' (3)
В этом случае значение концентрации летучего вещества в воздушной среде будет опреде-
ляться уравнением:
Св(0| у(^0-?46Оэфф) Мехр) " . (4)
Пользуясь уравнением (3), оценим время выдержки, начиная с которого концентрация летучего вещества в воздушной среде будет определяться выражением (4). Для / = 0,15 см и D,фф = = 5- 10 8 см2-с-1 оно будет намного больше 12'/г ч; при уменьшении коэффициента диффузии до 1-Ю-8 см2-с-1 время выдержки должно превышать 2,6 сут. Оценка показывает, что в этом случае время выдержки значительно больше, чем продолжительность хроматографиче-ского анализа пробы при эксперименте. Таким образом, при выполнении условия (3) вполне возможным становится обеспечение высокой точности газохроматографического анализа. С другой стороны, для сокращения времени эксперимента, особенно при малых коэффициентах диффузии, этот эксперимент целесообразно проводить при повышенных температурах.
Эффективные коэффициенты диффузии летучих веществ, выделяющихся из ПСМ, определяли при температурах 60—80 °С. Образец материала, подготовленный, как описано в [6], помещали в стеклянную камеру с постоянным воздухообменом. Камеру устанавливали в термостате, обеспечивающем поддержание температуры с точностью ±0,3 °С. Самая высокая температура, при которой выдерживался материал, доходила до 80 °С.
Через обогреваемый тракт поток азота из камеры с образцом поступал в обогреваемую полую металлическую петлю калиброванного объема (1,8:3,6 или 10 см3), и с помощью крана-до-затора проба азота с находящейся в ней смесью летучих веществ периодически вводилась в хроматограф. Измерения проводили в течение не-
зависимость концентрации бензола от времени выдержки образца.
ПВХ-линолеум вальцево-каландровый однослойный, насыщенность •I м3/м3. температура 80 °С. По оси абсцисс — время выдержки образца (в сут); по оси ординат — концентрация бензола (в 1п). 1 — воздухообмен — 1 объем в час. 2 — воздухообмен — 5 объемов в час.
скольких суток. В одно и то же время суток последовательно отбирали 3—5 проб из потока газовой смеси, выходящей из камеры с образцом, и затем по этим данным рассчитывали среднее значение концентрации летучих веществ, выделившихся из исследуемого ПСМ в данных условиях.
В качестве примера на рисунке приведены графики зависимости Си (t) в координатах In ^ Св(1) —t для бензола, выделяющегося из однослойного вальцево-каландрового ПВХ-линолеума при 80°С и ш = 0,28-10-3 и 1,4-10"3 с"\ что соответствует воздухообмену 1 и 5 объемов в час.
Результаты расчета коэффициента диффузии бензола свидетельствуют о хорошем совпадении значений коэффициентов диффузии (0,86-Ю-8 и 0,91-Ю-8 см2-с~]) независимо от величины воздухообмена. Аналогичные измерения и расчеты были проведены для вальцево-каландрового ПВХ-линолеума с печатной пленкой (Т=80 °С, 10=0,28-10~3 с-1). Коэффициент диффузии бензола при этих условиях составил 0,68- 10-8 см2Х Хс"1). Сопоставление значений коэффициентов диффузии бензола для вальцево-каландрового однослойного и вальцево-каландрового с печат-пой пленкой ПВХ-линолеума с одинаковой ре- * цептурой показывает, что они близки по величине. Но при наличии на поверхности материала печатной пленки коэффициент диффузии бензола несколько ниже, что естественно, поскольку структура объема у этих материалов одинакова, а плотность поверхности в случае вальцево-каландрового ПВХ-линолеума с печатной пленкой выше.
С другой стороны, па коэффициент диффузии большое влияние оказывает структура объема материала. В объеме промазного ПВХ-линолеума значительно больше пор, чем у ПВХ-лино-леума, полученного по вальцево-каландровой технологии. В связи с этим можно ожидать, что в этом материале перенос летучих веществ к нижней поверхности печатной пленки будет про- Ч текать гораздо скорее и соответственно (при прочих равных условиях) летучие вещества из такого материала будут выделяться быстрее. Коэффициент диффузии бензола для этого материала составляет 9,5-Ю-8 см2-с-1 при 80 °С, что в несколько раз выше, чем для вальцево-каландрового ПВХ-линолеума с печатной пленкой.
По данным этих же экспериментов проводили расчет начальной концентрации летучих веществ в соответствии с формулой (2), величина Су, (0) определялась экстраполяцией прямой In Св V) к t = 0, как это показано на рисунке. Расчетные ^ значения начальной концентрации бензола в однослойном ПВХ-линолеуме хорошо совпадают (0,18- Ю-3 —0,19- Ю-3 г/см3).
Для подтверждения правильности соотношений, использованных для рассчета С0, определение этой величины проводили независимым способом по методу, описанному Кольбом [9]. Об-
разец однослойного вальцево-калаидрового ПВХ-лииолеума массой 0,1954 г измельчали и закладывали в нагреваемый до 80 °С металлический патрон, который через кран-дозатор соединяли с хроматографом. При нагреве образца находящиеся в нем летучие вещества диффундировали в полость патрона, и затем периодически током азота из этой полости смесь летучих веществ переносилась в хроматографическую колонку. Площади хроматографических пиков, соответствующих каждому летучему веществу, суммировались и рассчитывалось содержание данного летучего вещества в материале. Продувку патрона осуществляли до тех пор, пока количество данного летучего вещества, выделившегося из исследуемого материала в патрон, было различимо при максимальной чувствительности хроматографа (5-Ю-12 А). Для расчета начальной концентрации бензола в однослойном вальцево-ка-ландровом ПВХ-линолеуме провели более 200 измерений. Найденная при этом величина начального содержания бензола составила 0,19IX XIО-3 г/см3, что хорошо совпадает с результатами, полученными для этого же вещества и материала по формуле (2).
Эффективные коэффициенты диффузии для ряда летучих веществ и их начальные концентрации в изученных материалах приведены в таблице. Пересчет £>эфф на температуру эксплуатации ПВХ-линолеумов осуществлен по энергиям активации [1] в соответствии с известной температурной зависимостью. Полученные значения С0 указывают, что в данном диапазоне начальных концентраций эффективные коэффициенты диффузии постоянны, поскольку, как известно [7], концентрационная зависимость коэффициента диффузии наблюдается при концентрациях диффузанта (летучего вещества) порядка нескольких процентов.
Экспериментальное определение С0 и £>Эфф летучих веществ проводится с целью использования этих данных для непосредственного прогнозирования времени достижения ПДК летучего вещества, выделяющегося из исследуемого материала. Действительно, из соотношения (4) следует, что
0,406/'-
ПДК (часГ
А>фф
In-
2С0Рэфф IN
ыГ- — 2,46 08фф
-In ПДК
-(5)
Это выражение соответствует формулам для ¿пдк. приведенным в работах [2, 3], использование которого для прогнозирования санитар-
Энергии активации, эффективные коэффициенты диффузии и начальные концентрации летучих веществ в ПВХ-линолеу-
мах
Материал Вещество Энергия активации, ккал/моль Коэффициент диффузии (Т= 20 °С). 10« см»-с-1 Начальная концентрация, 10' г/см»
ПВХ-линолеум Циклогексанон 8,8 6,30 38,1
вальцево-каланд- Бензол 7,8 0,73 2,3
ровыи с печат- Мезитнлен 12,1 0,73 2,5
ной пленкой Псевдокумол 13,0 0,46 0,6
(ГОСТ 14632—79)
ПВХ-линолеум Циклогексанон 8,2 13,6 23,9
промазной с пе- Бензол 7,8 9,9 1,6
чатной пленкой Псевдокумол 12,5 2,3 1,2
(ГОСТ 7251—77)
ПВХ-линолеум Бензол 7,3 1,05 19,1
вальцево-каланд- Кумол 9,6 5,25 0,6
ровый однослой- Псевдокумол 10,2 1,55 1.9
ный
(ГОСТ 1463—70)
но-химических характеристик Г1СМ как раз и затрудняется тем, что значения С0 и £>эфф для ПСМ в справочной литературе отсутствуют и их необходимо определять экспериментально.
Таким образом, полученные данные позволяют определить параметры, необходимые для прогнозирования санитарно-химических характеристик ПСМ.
Литература
1. Васильева Т. С., Мальцев В. В //Гиг. и сан.— 1981.— №6. —С. 15—17.
2. Васильева Т. С. Прогнозирование санитарно-химических характеристик полимерных строительных материалов при их разработке или модификации: Автореф. дис... канд. мед. наук. — М., 1984.
3. Дмитриев М. Т., Мищихин В. <4.//Гиг. и сан.— 1979.— № 6. — С. 45—48.
4. Дмитриев М. Т.. Зарубин Г. П., Мищихин В. А. // Там же.— 1982. —№ 12.— С. 55—60.
5. Зарубин Г. П.. Дмитриев М. Т., Мищихин В. А. //Там же. — 1981. —№ 4.— С. 51—54.
6. Мальцев В. В., Васильева Т. С., Бодрова Н. В. // Там же. — 1982. — № 5. _ с. 83—84.
7. Рейтлингер С. А. Проницаемость полимерных материалов.—М„ 1974.
8. Станкевич К. И. // Новые методы гигиенического контроля за применением полимеров в народном хозяйстве. — Киев, 1981. —С. 12—22.
9. Koeb B.//J. Chromatogr. — 1976,— Vol 122.— P. 553.
Поступила i5.10.86
