Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

SKOP`S USE FOR ENSURING HYGIENIC SAFETY OF PREMISES

Batalin B.S. 1 Kozlov I.A. 2
1 Perm State Technical University
2 Ural ecological company of Ocher
In recent years in industrialized countries began to pay very close attention to sanitary-and-hygienic characteristics of residential and public buildings. Modern researches show presence of harmful for people’s health chemical substances in placements where were used artificial organic materials or materials on their basis us heat insulation material, and also decrease in thermotechnical characteristics of enclosure. The solution of such problems can be find in the field of utilization of protective plasters which can serve as the sorption-active substances, which are capable to protect from harmful substances, as an additional heat insulation of enclosure. As the main sorption-active and heatinsulating component use so-called scop – a fibrous withdrawal of the cardboard production which is forming in large quantities by production of paper by pulp and paper mills is offered. In researches it was used scop by LLC «Permsky karton»
sorption protection
heat insulation
expanded polystyrene
ecology
В Российской Федерации проблема энергосбережения в строительстве остаётся актуальной. Решение её в большей мере сосредоточено на повышении теплозащитных свойств ограждающих конструкций путём монтажа теплоизоляционного материала внутрь ограждающей конструкции или на её поверхности.

В качестве теплоизоляционного материала часто используется пенополистирол и другие органические утеплители. Подобное использование пенополистирола способствует возникновению ряда проблем, основными из которых являются - конструктивные и экологические.

К конструктивным проблемам относится проблема нарушения однородности ограждающих конструкций, приводящая к увлажнению утеплителя, снижению сопротивления теплопередаче и сроков службы стены. Кроме того, срок эксплуатации пенополистирола, по разным оценкам, не превышает 25-50 лет, что делает проблематичным его использование в строительстве зданий со сроком службы 100 лет и более [8].

Экологическая безопасность органических утеплителей в последнее время не внушает доверия. Все или почти все искусственные органические утеплители выделяют вредные для здоровья людей вещества, такие как ароматические и предельные. Следует отметить, что среди химических веществ, мигрирующих из строительных материалов, преобладают ароматические углеводороды - производные бензола, хлорпроизводные углеводороды жирного ряда (хлороформ), большинство которых относиться ко второму классу токсичности по ГОСТ 12.1.007-76, т.е. к высокотоксичным соединениям, обладающим кумулятивными и канцерогенными свойствами.

По существующим данным количество летучих компонентов (пикограммы), выделяемых 1 г исследуемого образца пенополистирола в замкнутом объёме (20 см3) при 50 0С достигает: бензол - 4944,00; хлороформ - 1420,00; стирол - 172600,00; толулол - 1200,00. Согласно СанПиН 2.1.2.729-99 содержание вредных веществ в разумных пределах допустимо, если их количество не превышает предельно-допустимые концентрации (ПДК), но никто не учитывает временной факт воздействия этих компонентов на организм человека [1, 3, 6, 10]. Таким образом, возникает проблема защиты людей от вредных воздействий утеплителя.

Одно из решений данной проблемы заключается в использовании сорбционно-активных веществ. В качестве одного из таких веществ можно выделить так называемый скоп - отход картонного производства, образующийся в огромных количествах при производстве бумаги целлюлозно-бумажными комбинатами, в том числе и предприятием ООО «Пермский картон», скоп которого использовался нами в исследованиях.

Указанный скоп представляет собой волокно целлюлозы с примесями лигнина, карбонатов натрия, калия, магния и кальция, а также небольшого количества фосфатов и нитратов этих же металлов. Волокно по объему составляет 75-90 % скопа, тонкость помола - 60-630 [5], влажность скопа до переработки в листы - 19-65 %, рН - 5,9-6,5, скоп представлен волокнами целлюлозы длиной до 150-250 мкм, толщиной 1-5 мкм. Волокна скопа расположены хаотично относительно друг друга, либо переплетены между собой. Твердые включения или примеси в образцах скопа не обнаружены [2]. По данным института экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН ГУПР по Пермской области скоп предприятия ООО «Пермский картон» относится к V классу опасности для окружающей среды.

Существующие разработки в области материаловедения позволяют говорть о перспективности использования скопа как основного сырья для производства материалов строительного назначения, таких как плиты из скопа, гипсоплиты, неснимаемая опалубка из скопа с цементом и т.д. Благодаря своему химическому составу и строению скоп можно использовать и в качестве самостоятельного органического композиционного вяжущего. Используемый в строительных материалах скоп может одновременно выступать и в качестве сорбента.

Для доказательства способности скопа к адсорбции вредных веществ в лаборатории кафедры строительных материалов и спецтехнологий были изготовлены образцы-кубы пенополистирола с нанесением на их поверхность слоя чистого влажного скопа толщиной 1 см, а также образцы-кубы пенополистирола с нанесением на их поверхность слоя влажной смеси скопа и цемента толщиной 1 см. Смесь скоп-цемент может выступать в качестве штукатурки. Дополнительно для подтверждения чистоты экспериментов нами были изготовлены образцы цементно-песчаного раствора с нанесением на их поверхность аналогичных составов скопа и скопа с цементом. Образцы изготовляли в количестве 3-х шт. каждого состава. Изготовленные образцы хранили в течение 1 года в нормальных условиях, после чего произвели химический анализ слоя чистого скопа, а также смеси скоп-цемент на предмет обнаружения выделенных пенополистиролом и адсорбированных скопом вредных органических соединений, таких как: формальдегид, стирол бензол, толуол, этилбензол, о,м,п-ксилол. Исследования были осуществлены совместно с Пермским Институтом детской экопатологии.

Селективное определение формальдегида в образцах проводили методом высокоэффективной жидкостной хроматографии в обращенно-фазном варианте на колонке, заполненной Диасорбом 130 С16Т, с использованием УФ-детектора. Методика анализа основана на предварительном переводе формальдегида в 2,4-динитрофенилгидразон формальдегида, его концентрировании из образца экстракцией гексаном, высушивании гексанового экстракта, растворении высушенного остатка в ацетонитриле и анализе на жидкостном хроматографе «Милихром-4» при длине волны 358 нм. Методика анализа обеспечивает определение формальдегида в материале в диапазоне концентраций 0,001-2,0 мкг/мг с суммарной погрешностью, не превышающей ±9,52 % для формальдегида. Определению не мешают другие альдегиды, а также алифатические спирты, карбоновые кислоты, кетоны.

Селективное определение стирола в исследуемых образцах проводили методом высокоэффективной жидкостной хроматографии в обращенно-фазном варианте на колонке, заполненной Сепарон C18 , с использованием УФ-детектора. Методика анализа основана на извлечении стирола из субстрата путем экстракции гексаном в присутствии гидроксида натрия и анализе экстракта на жидкостном хроматографе с насосом высокого давления НРР 5001 (ЧССР) при длине волны 254 нм. Методика анализа обеспечивает определение стирола в диапазоне концентраций 0,1-550 мкг/мг с суммарной погрешностью, не превышающей 16,60 % при доверительной вероятности 0,95. Определению не мешают алифатические и ароматические углеводороды.

Исследования по определению содержания ароматических углеводородов выполнены на газовом хроматографе ЛХМ-80. Нижний предел обнаружения: бензола - 0,002 мкг/мл, толуола - 0,002 мкг/мл, этилбензола - 0,005 мкг/мл, п.м-ксилолов - 0,005 мкг/мл, о-ксилола - 0,005 мкг/мл.

Выполнение измерений массовой концентрации ароматических углеводородов проводили методом газовой хроматографии с детектором ионизации в пламени с использованием стальной колонки Зм, заполненной неподвижной жидкой фазой ApiezonL на хроматоне N-супер фракции 0,16-0,20 мм. Методика основана на предварительном выделении ароматических углеводородов из образцов путем нагревания объекта в герметичном объеме и последующего газохроматографического анализа парогазовой пробы [4, 7, 9].

Предварительная подготовка исследуемых образцов из скопа и скопа с цементом заключалась в измельчении и гомогенизации этих образцов с целью получения усредненной пробы. Исследования образцов скоп и скоп-цемент проведены из соответствующих партий сорбентов по трем навескам массой 1 г из каждой партии. Результаты химического анализа образцов представлены в таблице 1.

Таблица 1 Результаты химического анализа образцов скопа и скопа с цементом

Образец

Концентрация, мкг/г

Бензол

Толуол

Формальдегид

1

скоп

0,068

0,240

0,086

 

скоп

0,056

0,254

0,075

 

скоп

0,069

0,340

0,072

 

Среднее значение

0,064

0,278

0,078

2

скоп

0,083

0,250

0,074

 

скоп

0,091

0,256

0,064

 

скоп

0,080

0,251

0,059

 

Среднее значение

0,085

0,252

0,066

3

скоп

0,087

0,258

0,093

 

скоп

0,082

0,240

0,085

 

скоп

0,077

0,249

0,088

 

Среднее значение

0,082

0,249

0,089

1

Скоп+цемент

0,012

0,040

0,096

 

Скоп+цемент

0,015

Не обнаружено

0,117

 

Скоп+цемент

0,013

Не обнаружено

0,111

 

Среднее значение

0,013

0,013

0,108

2

Скоп+цемент

0,022

Не обнаружено

0,083

 

Скоп+цемент

Не обнаружено

0,030

0,094

 

Скоп+цемент

Не обнаружено

Не обнаружено

0,095

 

Среднее значение

0,007

0,010

0,091

3

Скоп+цемент

Не обнаружено

Не обнаружено

0,086

 

Скоп+цемент

0,015

0,050

0,089

 

Скоп+цемент

Не обнаружено

Не обнаружено

0,095

 

Среднее значение

0,005

0,017

0,090

В результате проведенных исследований были обнаружены соединения класса углеводородов бензол и толуол, а также формальдегид, во всех образцах скопа и скопа с цементом, контактировавших с пенополистиролом. Стирол, этилбензол и о,-м,-п-ксилолы в указанных образцах не обнаружены. Исследования показывают, что пробы скопа и скопа с цементом, контактировавшие с образцами цементно-песчаного раствора в отличие от аналогичных проб, контактировавших с пенополистиролом, не содержат в своём составе предельные и ароматические углеводороды.

Полученные результаты позволяют разработать технологии строительных материалов из скопа, который может выступать не только как волокнистый наполнитель, но и как сорбционно-активное вещество, способное на различных этапах эксплуатации строительного объекта поглощать вредные для здоровья людей органические соединения.

Рецензенты:

  • Онорин С. А., д.х.н., профессор кафедры химии и биотехнологии, ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», г. Пермь.
  • Пономарёв А. Б., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой строительного производства, ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», г. Пермь.