Полимерные материалы в строительстве зданий для животных

ОЦЕНКА ПОЛИМЕРНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
ДЛЯ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ЗДАНИЙ

В.Б.ХАБАРОВ
Институт физической химии и электрохимии
им. А. Н. Фрумкина

И.Т.КОВБА
ВНИИВСГЭ

Л.И. ПАНИНА
НИОКО "Биоэкомониторинг", Москва

журнал "Ветеринария" №01 2008

В последние годы в строительстве ограждающих конструкций животноводческих зданий широко используют полимерные строительные материалы (ПСМ), выгодно отличающиеся в техникоэкономическом отношении от природных материалов аналогичного назначения. К ним относятся: полимербетон на основе фурфуролацетонового мономера (ФАМ), цельнопрессованные панели из стеклопластиков на основе фенолформальдегидных лаков ЛБС-1 и ФЛ-5111, армированная поливинилхлоридная (ПВХ) пленка и др. ПСМ представляют собой многокомпонентную систему, содержащую индивидуальные низкомолекулярные вещества, которые химически не связаны с макромолекулой полимера и при эксплуатации выделяются в контактирующие среды (воздух, воду и др.).

Для оценки брали следующие ПСМ -полимербетон на основе ФАМ - предназначен для устройства щелевых полов; цельнопрессованные панели из стеклопластиков на основе фенолформальдегидных лаков ЛБС-1 и ФЛ-5111 -для стен и потолков; армированную ПВХ пленку -для облегченных ограждающих конструкций животноводческих зданий. Ветеринарно-санитарно-гигиеническую оценку материалов проводили на основе результатов санитарно-химических и токсикологических исследований.

Для токсико-биологических исследований ПСМ использовали 100 крысят, которых разделили на подопытных (п=20 на каждый испытуемый материал) и интактных (п=20). По данным исследователей, они отличаются более высокой чувствительностью к химическим веществам по сравнению с половозрелыми животными. Содержали их в течение 1 мес в деревянных клетках со стенами из ПСМ. В клетках № 1 и 2 стены были выложены панелями из стеклопластиков на основе фенолформальдегидного лака ФЛ-5111 и ЛБС-1 при насыщенности (отношение поверхности ПСМ к объему клетки) 1,4 м2/м3; № 3 - одна стена из полимербетона на основе ФАМ при насыщенности 1,4 м2/м3; № 4 - армированной ПВХ пленкой при насыщенности 4 м2/м3; № 5 - контроль - ПСМ не выкладывали. Клетки с крысятами разместили в помещении вивария, в котором полы цементные, а стены кирпичные. При этом температура воздуха составляла 16-22 °С, кратность воздухообмена - 1,5 - 2,0 объема/ч.

Успешное применение метода газовой хроматографии для объективной санитарно-химической оценки (СХО) ПСМ во многом связано с разработкой новых методических подходов, селективных сорбентов, устройств для ввода проб органических веществ, сконцентрированных на сорбентах, в капиллярную и насадочные колонки.

При СХО ПСМ в моделируемых условиях эксплуатации (МУЭ) использовали камеры из стекла объемом 80 - 200 см3 (диаметр 46±2 мм) со шлифом № 45.

При СХО ПСМ на основе фенолоформальдегидной смолы в моделируемых (МУЭ) и натурных условиях эксплуатации (НУЭ), раздельное концентрирование летучих органических веществ проводили в два последовательно соединенные патроны-концентраторы: с сорбентом на основе политетрафторэтилена - полихромом-3 и сорбентом цезийсорбом. На полихроме-3 избирательно концентрировался фенол в режиме полного поглощения ("до проскока") и не концентрировался формальдегид и метанол; на цезийсорбе - соответственно формальдегид и метанол также в режиме "до проскока".

При работе с ПСМ на основе поливинилхлорида в МУЭ и НУЭ на полихроме-3 избирательно концентрировались пластификаторы - диоктилфталат, диоктилсебацинат в режиме "до проскока", а на полифенилхиноксалине - ароматические, предельные и непредельные углеводороды также в режиме "до проскока".

При оценке полимербетона на основе ФАМ концентрирование летучих органических веществ проводили в патрон-концентратор с полифенилхиноксалином в режиме "до проскока".

С помощью разработанного В.Б.Хабаровым устройства, введение пробы из патрона-концентратора в аналитическую колонку осуществляли методом термической десорбции: с полихромом-3 при температуре 170 °С, полифенилхиноксалином - 200 и цезийсорбом - 170°С.

Для хроматографического анализа сконцетрированного фенола в патроне-концентраторе с полихромом-3 использовали колонку из стекла марки "молибден" (2 м х 3 мм) с сорбентом - 2 % полиэтиленгликольадипината на полихроме-1, фр. 0,25 - 0,50 мм; формальдегида и метанола в патроне-концентраторе с цезийсорбом - колонку из стекла марки "молибден" (2 м х 3 мм), заполненную сорбентом - 15 % диэтаноламида стеариновой кислоты на полихроме-1, фр. 0,25 -0,50 мм . Хроматографический анализ фенола, формальдегида и метанола из патронов-концентратов проводили по СТП.

Формальдегид и метанол из патро-на-концентратора с цезийсорбом детектировали на пламенно-ионизационном детекторе (ПИД) в виде метана. При этом на хроматограмме регистрировали два его пика, соответствующие формальдегиду и метанолу. Поток азота, содержащий разделенные вещества из аналитической колонки, смешивался с потоком водорода и поступал в каталитическую ячейку с катализатором -никелем Ренея при температуре 240 °С, установленную в электрической печи газового хроматографа, в которой про-исходит конверсия формальдегида и метанола в метан .

Для градуировки ПИД газового хроматографа использовали способ создания калибровочных смесей формальдегида, не содержащего примесей органических веществ в инертном газе. Основан он на каталитическом превращении метанола в формальдегид в реакторе на катализаторе, состоящем из 20 % хрома и 80 % никеля .

С целью хроматографического анализа сконцентрированных высококипящих органических веществ - пластификаторов, выделяющихся из ПСМ на основе ПВХ, в патроне-концентраторе с полихромом-3 применяли колонку из стекла марки "молибден" (2 м х 3 мм) с сорбентом - 5 % SE-30 на хроматоне N-cynep, фр. 0,16 - 0,20 мм ; легкокипящих органических веществ, выделяющихся из ПСМ на основе поливинилхлорида и полимербетона на основе ФАМ, сконцентрированных в патроне-концентраторе с полифенилхиноксалином - соответственно капиллярную стеклянную колонку из стекла марки "молибден" длиной 50 м, внутренним диаметром 0,53 мм с SE-30 и NaCI .

В течение 1 мес из клеток с крысятами периодически (через 7 сут) отбирали пробы воздуха и концентрировали летучие органические вещества в патроны-концентраторы с полимерными сорбентами.

В таблицах 1 - 3 представлены результаты СХО ПСМ в МУЭ и НУЭ из клеток с крысятами.

Из 5 обнаруженных веществ, выделяющихся из стеклопластиков на основе фенолформальдегидного лака ФЛ-5111 и ЛБС-1 , идентифицировали 3. Концентрации летучих органических веществ в МУЭ при насыщенности 0,4 м2/м3, температуре воздуха 20 °С, кратности газообмена 2 объема/ч превышают ПДКс.с. по формальдегиду в 40 - 60 раз и фенолу - в 5 -7,8 раза; в НУЭ при насыщенности 1,4 м2/м3, температуре 16 - 22 °С и кратности воздухообмена 1,5 - 2,0 объема/ч - соответственно в 140 - 210 и 13,7 - 21 раз (табл. 1).

Результаты санитарно-химической оценки древесины сосны и березы в МУЭ с помощью методики, предложенной В.Б.Хабаровым и соавт. , ставят под сомнение обоснованность величины ПДК формальдегида для атмосферного воздуха и ДУ в России. Межведомственная комиссия по выработке обоснованных нормативов ПДК формальдегида в жилых помещениях деревянных панельных домов, организованная по поручению Совета Министров СССР (1989), рекомендовала изменить ПДК формальдегида в воздухе жилых помещений в диапазоне 0,06-0,10 мг/м3.

Таблица 1

Результаты СХО стеклопластиков на основе

фенолформальдегидного лака

ФЛ-5111 и ЛБС-1, мг/м3

Определяемое

ДУ,

В МУЭ

В НУЭ

вещество

мг/м3

ФЛ-5111

ЛБС-1

ФЛ-5111

ЛБС-1

Формальдегид*0,01 Метанол            0,5 Фенол               0,01

0,40 0,05 0,05

0,60 0,10 0,078

1,40 0,17 0,137

2,10 0,35 0,21

* Фоновая концентрация формальдегида в воздухе вивария составляла 0,04 - 0,05 мг/м3.

Из 14 обнаруженных веществ, выделяющихся из ПВХ пленки, идентифицировали 9. Концентрации летучих органических веществ в МУЭ: при насыщенности 1 м2/м3, температуре 20 °С и газооб-мене 2 объема/ч не превышали ПДКс.с.; в НУЭ: при насыщенности 4 м2/м3, температуре 16 - 22 °С и воздухообмене 1,5 -2,0 объема/ч превышали ПДКс.с. по бензолу в 2 раза, этилбензолу - в 5 , п-ксилолу - в 1,6, о-ксилолу - в 3 и диоктилфталату - 1,8 раза. Выделение из ПВХ пленки пластификаторов - диоктилфталата и диоктилсебацината связано с тем, что в рецептуре пленки их содержится 37,5 весовой части (табл. 2).

Из 11 обнаруженных веществ, выделяющихся из полимербетона на основе ФАМ, идентифицировали 6. При этом концентрации летучих органических веществ в МУЭ: при насыщенности 0,5 м2/м3, температуре 20 °С и газообмене 2 объема/ч превышали ПДКс.с. по фурфуролу в 10,2 раза, а в НУЭ: при насыщенности 1,4 м2/м3, температуре 16 - 22 °С и воздухообмене 1,5 -2,0 объема/ч - в 28,4 раза (табл. 3).

Таблица 2

Результаты СХО ПВХ пленки, мг/м3

 

Определяемое

МДКс.с.

 

 

вещество

или ДУ, мг/мэ

В МУЭ

В НУЭ

Бензол

0,01

0,006

0,020

Толуол

0,5

0,012

0,060

Этилбензол

0,01

0,010

0,050

П-ксилол

0,2

0,060

0,320

Кумол

0,014

0,003

0,013

О-ксилол

0,02

0,012

0,060

Псевдокумол

0,01

0,001

0,004

Диоктилфталат

0,05

0,020

0,090

Диоктилсебацинат

0,005

0,020

Таблица 3

Результаты СХО полимербетона на основе ФАМ, мг/м3

 

Определяемое

МДКс.с.

 

 

вещество

или ДУ, мг/м3

В МУЭ

В НУЭ

Метанол

0,5

Следы

Следы

Этанол

5,0

 

 

Ацетон

0,35

0,14

0,4

Фурфурол

0,05

0,51

1,42

5-метилфурфурол

-

0,11

0,31

Монофурфурили-

 

 

 

денацетон

-

0,03

0,10

У всех крысят выявили практически одинаковые сроки развития шерстного покрова, открывание глаз и ушей, прорезывание верхних и нижних резцов, а также сходный прирост массы тела. Через 1 мес половину подопытных (из каждой группы) и интактных животных убили с последующим патологоанатомическим вскрытием (определяли относительную массу головного мозга и внутренних органов). Видимых патологоанатомических изменений во всех случаях не обнаружили. Однако у крысят из клетки с полимербетоном на основе ФАМ относительная масса головного мозга, сердца, почек была соответственно на 9,7; 8,2 и 4,6 % больше, а масса легких и селезенки на 3,6 и 24,5 % меньше, чем у интактных. Среди животных из клетки, в которой помещены панели стеклопластика на основе фенолформальдегидного лака ЛБС-1, по сравнению с контрольными относительная масса печени уменьшилась на 17,3 %, селезенки -   на 13 и почек - на 6,4 %; в то же время масса головного мозга увеличилась на 28,3 %. У крысят в клетке с панелями из стеклопластика  на  основе  фенолформальдегидного лака ФЛ-5111  увеличилась только относительная масса органов: головного мозга - на 43,4 %, селезенки - на 39, почек - на 8,3 и легких - на 4,3 %. При этом в клетке с ПВХ пленкой относительная масса головного мозга животных увеличилась на 38,8 %, сердца -   на 9,1 и почек - на 10,7 %, в то же время масса легких снизилась на 16,3 и селезенки - на 11,1 %.

При исследовании остальных крысят (из каждой группы по 5 гол.) использовали физико-химический метод Д.Н. Насонова и В.Я. Александрова  в модификации И.Т. Ковба. Он позволяет определять степень денатурационных изменений белков всех видов клеток центральной нервной системы (головной, продолговатый и спинной мозг) и органах животных in vivo.

Для изучения действия комплекса летучих органических веществ, выделяющихся из ПСМ в натурных условиях при воздухообмене 1,5-2 объема/ч и температуре 16 - 22 °С подопытным и интакт-

Таблица 4

Сорбция нейтрального красного органами подопытных новорожденных крысят, содержавшихся в месячном ингаляционном контакте с ПСМ, %

 

 

Стекло-

Стекло-

ПВХ

Полимер-

Орган

пластик

пластик

пленка

бетон на

 

ФЛ-5111

ЛБС-1

 

основе ФАМ

 

Насыщенность, м2/м3

 

1,4

1,4

4,0

1,4

Большие полу-

 

 

 

 

шария головного

 

 

 

мозга

458

414

316

2556

Мозжечок

247

184

187

114

Средний мозг

146

158

242

143

Продолговатый

 

 

 

мозг

211

172

189

146

Сердце

116

112

120

84

Легкие

94

94

83

12

Печень

124

191

177

113

Селезенка

44

170

128

97

Поджелудочная

 

 

 

железа

72

108

292

84

Почки

145

206

166

100

Семенники

186

220

148

100

 ным крысятам подкожно вводили по 0,5 мл 1%-ного раствора красителя основного характера - нейтрального красного. Через 2 ч их убили. При патологоанатомическом вскрытии отобрали пробы больших полушарий головного мозга, мозжечка, среднего и продолговатого мозга, легких, сердца, печени, селезенки, поджелудочной железы, почек и семенников, которые поместили в бюксы с 5 мл 2 %-ного раствора серной кислоты в 70%-ном этиловом спирте. Экстракцию нейтрального красного указанным раствором проводили в течение 24 ч. После этого спиртовые экстракты колориметрировали на ФЭК, а пробы органов высушивали при температуре 56 °С до постоянного веса. Выявленные количества нейтрального красного в спиртовых экстрактах из исследуемых органов рассчитывали на 100 мг их сухого веса. Сорбцию нейтрального красного органами интактных крысят условно принимали за 100 % (табл. 4).

У подопытных новорожденных крысят, содержавшихся в месячном ингаляционном контакте со стеклопластиковой панелью на основе фенолформальдегидного лака ФЛ-5111, развивался высокий сорбционный уровень к красителю в больших полушариях головного мозга, далее в нисходящем порядке в мозжечке, продолговатом мозге, семенниках, среднем мозге, почках, селезенке и печени; со стеклопластиковой панелью на основе фенолформальдегидного лака ЛБС-1 -соответственно в больших полушариях головного мозга, семенниках, почках, печени, мозжечке, продолговатом мозге, селезенке и среднем мозге.

Среди животных из клетки с армированной ПВХ пленкой наиболее высокий сорбционный уровень к красителю также развивался в больших полушариях головного мозга, а в остальных органах эти показатели были ниже. Полученные данные указывают на значительное повышение уровня обратимых денатурационных изменений белков в головном мозге и внутренних органах крысят, содержавшихся в месячном ингаляционном контакте с ПСМ. Следует отметить, что опыты проводили в условиях естественного воздухообмена в клетках с завышенной насыщенностью каждым испытуемым ПСМ.

У крысят, контактирующих с полимербетоном на основе ФАМ, особенно высокий сорбционный уровень к нейтральному красному развивался в больших полушариях головного мозга, далее в нисходящем порядке в продолговатом и среднем мозге, при этом очень резко он снижался в легких.

Понижение сорбционного уровня к нейтральному красному в указанных органах соответствует развитию в них первой фазы парабиотического процесса, а резкое возрастание его в больших полушариях и других отделах головного мозга, печени, почках, семенниках и др. - второй фазы. Однако согласно теории Н.Е. Введенского , этот процесс обратимый. Исходя из результатов токсикобиологических и санитарно-химических исследований, ПСМ - полимербетон на основе ФАМ, цельнопрессованные панели из стеклопластиков на основе фенолформальдегидных лаков ЛБС-1 и ФЛ-5111, армированная ПВХ пленка были допущены к использованию в строительстве животноводческих помещений. А результаты санитарно-химических исследований ПСМ методом газовой хроматографии и физико-химический метод Д.Н.

Насонова и В.Я. Александрова в модификации И.Т. Ковба включили в методические указания .

Заключение. Использование метода газовой хроматографии, пористых полимерных сорбентов, хроматографических насадочных и капиллярных колонок позволяет проводить в МУЭ и НУЭ объективную санитарно-химическую оценку ПСМ, применяемых в строительстве животноводческих зданий.

Физико-химический метод Д.Н. Насонова и В.Я. Александрова в модификации И.Т. Ковба позволяет определить in vivo функциональное состояние клеток органов и тканей новорожденных крысят, подвергавшихся ингаляционному воздействию летучими органическими веществами, выделяющимися из испытуемых ПСМ в НУЭ.

журнал "Ветеринария" №01 2008

 

 

 

 

Реклама на сайте