PVC - fakty i mity

Od lat osiemdziesiątych XX wieku wiadomo, że wiele związków organicznych chloru, takich jak propelenty aerozolowe, farby, rozpuszczalniki są toksyczne, rakotwórcze, szkodliwe dla genomu i dla środowiska. Polichlorek winylu zawiera w swojej budowie chemicznej dużą ilość chloru i może to właśnie jest przyczyną wielu zastrzeżeń związanych z tym materiałem.

Prawdopodobnie żaden materiał nie został tak szczegółowo przebadany pod kątem szkodliwości dla środowiska jak PVC. Jednak, mimo wszystko, zdanie opinii publicznej często nie jest kształtowane przez wyniki szczegółowych badań, ale przez informacje rozpowszechniane przez media. Artykuły prasowe opisujące chociażby dwa wielkie pożary z udziałem PVC: fabryki recyklingu tworzyw sztucznych w Lengerich (1992 r.) i lotniska w Dusseldorfie (1996 r.), szybko sprowadzały dyskusję na tory emocjonalne, rozpalając ponownie dawne uprzedzenia. Neutralne stanowisko oparte na mocnych podstawach zakłada jednak znajomość ekologicznych, ekonomicznych i społecznych aspektów materiału, podczas rozpatrywania jego całego okresu użytkowania.

W świadomości społecznej istnieje ciągle wiele uprzedzeń związanych z PVC; takie hasła jak chlorek winylu, metale ciężkie i dioksyny są jeszcze dzisiaj głównymi argumentami przeciwko stosowaniu tego tworzywa. Nauka traktuje dziś kwestię dioksyn bardziej realistycznie i nie jest ona już postrzegana tak dramatycznie. Jednak debaty publiczne bywają wciąż nacechowane emocjami. Brak wiedzy o wpływie dioksyn na człowieka i środowisko, wieloletnie, beztroskie postępowanie z tymi substancjami, długo uniemożliwiały jakiekolwiek rzeczowe dyskusje na ten temat. Szczególnie naładowana emocjami, wskutek wypadku na lotnisku w Dusseldorfie (1996), była dyskusja na temat zachowania się PVC w przypadku pożaru. Chociaż raporty prokuratury i niezależnej komisji ekspertów do spraw badania konsekwencji pożaru na lotnisku w Dusseldorfie stwierdziły, że PVC nie odegrał żadnej specjalnej roli, w porównaniu z innymi materiałami, pod względem zagrożeń dla zdrowia i szkód rzeczowych, włącznie z konieczną renowacją, nie wspominając nawet, że nie był przyczyną wybuchu pożaru, do dzisiaj nie zostały obalone uprzedzenia w stosunku do PVC.

Warto zatem pochylić się nad najpoważniejszymi zastrzeżeniami, które często wynikają z braku informacji na temat aktualnego stanu wiedzy.

Podczas produkcji PVC trwoni się zasoby ropy naftowej

Istotnymi surowcami do produkcji PVC są chlor i eten (etylen). Źródłem chloru jest sól, z reguły kamienna lub morska. Sól jest surowcem występującym prawie bez żadnych ograniczeń na całym świecie. Tym samym chlor jest w naturze jednym z najbardziej rozpowszechnionych pierwiastków. Nieoczyszczona ropa naftowa jest materiałem wyjściowym do produkcji etenu, który jest uzyskiwany w rafineriach podczas destylacji nieoczyszczonej ropy naftowej i następującego potem procesu petrochemicznego. Około 80% ropy naftowej jest spalane w celu wytworzenia prądu i ciepła oraz do napędu środków komunikacji. Chociaż ropa naftowa stanowi podstawowy surowiec do produkcji prawie wszystkich tworzyw sztucznych, ich udział w zapotrzebowaniu na ropę naftową wynosi jedynie 4%. Udział PVC wynosi przy tym znacznie poniżej 1%. W porównaniu z innymi tworzywami sztucznymi PVC ma te zaletę, że tylko 43% masy produktu jest potrzebne do produkcji etylenu, co ma pozytywny wpływ na zużycie płynnych zasobów naturalnych.

Stężenia chlorku winylu na stanowisku pracy są szczególnie groźne dla zdrowia

Materiałem wyjściowym do produkcji polichlorku winylu jest monomerowy chlorek winylu, gaz przybierający postać stałą dopiero wskutek polimeryzacji, składający się z długich łańcuchów molekuł. Powstający przy produkcji PVC chlorek winylu był przez lata uważany za nieszkodliwą substancję i był nawet używany w medycynie, jako środek anestezjologiczny. Dopiero w latach siedemdziesiątych ustalono, że duże stężenia we wdychanym powietrzu działają rakotwórczo przy długotrwałej ekspozycji. W roku 1999 Rada Ministrów UE podjęła decyzję o objęciu monomerów chlorku winylu dyrektywą w sprawie zapobiegania ryzyku zawodowemu i jego kontroli (90/394/EEL) oraz ustaliła maksymalnie dopuszczalną wartość na stanowisku pracy w wysokości 3 ppm. Od tego czasu w przemyśle chemicznym na całym świecie wprowadzono bardzo surowe środki bezpieczeństwa.Już od wielu lat chlorek winylu jest stosowany w przemyśle tylko w zamkniętych układach, dzięki czemu nie stanowi żadnego szczególnego ryzyka.

Stabilizatory stanowią zagrożenie dla środowiska

PVC nigdy nie jest przetwarzany w czystej postaci. Wprawdzie w procesie polimeryzacji nabywa on określonych właściwości, ale dopiero duża liczba substancji dodatkowych umożliwia dostosowanie właściwości PVC do przewidzianego zastosowania. Dodatki stosowane w produkcji PVC służą do poprawy właściwości fizycznych, jak odporność na temperaturę, światło i warunki atmosferyczne, ciągliwość, elastyczność i przezroczystość, ale również do poprawy zdolności przetwórczych. Zaliczają się do nich środki przeciwstarzeniowe, zabezpieczające przed działaniem ciepła, stabilizatory UV, antyoksydanty, barwniki (pigmenty), środki ogniochronne, poślizgowe i napełniacze. W twardym PVC udział dodatków wynosi 10 - 25%. Przed przetworzeniem dodatki zostają równomiernie rozprowadzone w surowym PVC, przez mieszanie, aglomerację i granulację.

Ciepło, promieniowanie UV, tlen atmosferyczny oraz wilgoć działają szkodliwie na polimery, co powoduje rozpad łańcucha i w związku z tym pogorszenie właściwości mechanicznych. Z tego powodu oraz w celu umożliwienia obróbki PVC w temperaturze około 180°C, konieczne jest dodawanie stabilizatorów do surowego PVC. Zapobiegają one odszczepianiu chlorowodoru lub opóźniają je. Przy produkcji rur już od wielu lat zrezygnowano ze stabilizatorów zawierających kadm. Również zastosowanie stabilizatorów zawierających ołów zostaje coraz bardziej ograniczone przez dobór odpowiednich receptur lub substytucję. Ołów występuje w rurach w postaci trudno rozpuszczalnego związku, w związku z tym w rurach z PVC - U, stosowanych do budowy rurociągów do wody pitnej, dopuszczalna zawartość jest o wiele niższa od ustanowionych wartości granicznych. Rozpoczęta już substytucja stabilizatorów zawierających ołów przez stabilizatory zawierające wapń, cynk lub również cynę ulegnie w przyszłości jeszcze większemu nasileniu.

Podczas pożaru następuje szczególnie szybkie spalanie PVC, z którego powstają toksyczne gazy pożarowe

W celu obiektywnej oceny reakcji materiału na ogień należy uwzględnić wiele parametrów. W przeciwieństwie do innych tworzyw sztucznych PVC jest trudno zapalny, ponieważ w celu uzyskania tej właściwości potrzebne są dodatki w postaci środków ogniochronnych. 57% zawartość chloru w PVC stanowi wewnętrzny środek ogniochronny, wskutek czego PVC posiada wyższą temperaturę zapłonu, w przedziale od 330° do 400°C, niż większość innych tworzyw sztucznych. A zatem zastosowanie PVC nie zwiększa ryzyka pożaru w porównaniu z innymi tworzywami sztucznymi.

Wadą produktów z PVC jest wytwarzanie podczas pożaru żrących i korozyjnych emisji chlorowodoru. U ludzi może to prowadzić do poważnych poparzeń dróg oddechowych i śluzówek. Jeżeli w związku z innymi tworzywami sztucznymi można mówić o zalecie, to polega ona na tym, że nawet przy bezpiecznych stężeniach HCl jego obecność jest wyczuwalna dla ludzi na skutek działania drażniącego na śluzówki, zaś żrące działanie chloru wywołuje natychmiastową reakcję ucieczkową. To „zauważalne” działanie stoi w przeciwieństwie do innych powstających w ognisku pożaru bezwonnych i zagrażających życiu gazów pożarowych. Poza tym podczas spalania mogą powstawać zawierające chlor związki organiczne PCDD/PCDF (polichlorowana dibenzodioksyna i dibenzofuran. Niemieckie Towarzystwo Analizy Stanowisk Pracy i Środowiska (GfA) poddało badaniom ponad 200 próbek z pożarów, w których pewną rolę odgrywały tworzywa sztuczne chloroorganiczne, przede wszystkim PVC. W ponad 90% wszystkich próbek wykryto PCDD i PCDF.

W przypadku pożaru z udziałem PVC krytyczny jest kontakt chlorowodoru z wodą gaśniczą, który powoduje wytworzenie się kwasu solnego i powstanie szkód korozyjnych w budynku. Jednak znaczenie tego efektu w porównaniu z dominującymi zniszczeniami spowodowanymi przez wysoką temperaturę pożaru pozostaje w każdym przypadku do indywidualnej oceny. Renowacje miejsc pożaru, niezależnie od występowania, albo niewystępowania PVC, należy przeprowadzić starannie, według aktualnego stanu techniki. W przypadku pożaru występują temperatury znacznie przekraczające 1000°C. To ekstremalne obciążenie temperaturą jest główną przyczyną nienaprawialnych uszkodzeń budynków.

W pogorzeliskach głównym zagrożeniem dla zdrowia są: sadza, policykliczne węglowodory aromatyczne (PAK), bifenyle polichlorowane (PCB) i dioksyny. Powstające związki stałe są jednak związane z sadzą powstałą w wyniku pożaru i z tego powodu wykazują tylko niewielką mobilność. Jeżeli nawet podczas pożaru i po jego zakończeniu należy zakładać istnienie ryzyka wchłonięcia dioksyn przez wdychanie sadzy, jak dotąd nie stwierdzono zwiększonej zawartości dioksan we krwi nawet u strażaków, którzy w przypadku pożarów należą do grupy poddanej najwyższej ekspozycji.

Wyroby budowlane z PVC stwarzają problemy podczas usuwania na składowiskach wskutek wypłukiwania z nich substancji toksycznych

Ponieważ PVC nadaje się do recyklingu, więc rury z PVC nie powinny być przekazywane na składowiska, ale wykorzystywane, jako surowiec wtórny. W Republice Federalnej Niemiec od 2005 roku przepisy zabraniają przekazywania na składowiska materiałów nadających się do wykorzystania energetycznego, do których zalicza się również PVC. Od 1994 roku został utworzony system zbiórki i ponownego wykorzystania rur PVC. Dzięki systemowi zbiórki, zorganizowanemu przez Kunststoffrohrverband e.V. (Związek Rur z Tworzyw Sztucznych) we współpracy z posiadającymi certyfikat specjalistycznymi zakładami, zapewniono i udokumentowano system zbiórki, obróbki i wykorzystania wszystkich odpadów pochodzących z rur z tworzyw sztucznych.

Odpady rur są sortowane, oczyszczane i rozdrabniane. Rozdrobnione tworzywo sztuczne jest ponownie wykorzystywane w przemyśle tworzyw sztucznych. Wykorzystanie istniejącego potencjału przetwórczego zależy jednak od szczegółowych informacji, jak również od gotowości pokrycia kosztów przerobu przy zakupie wyrobu. Wskutek długiej trwałości wyrobów z PVC stosowanych w budownictwie, występująca aktualnie ilość odpadów w stosunku do wielkości produkcji jest bardzo mała.

Składowane odpady z wyrobów z PVC zasadniczo nie ulegają rozkładowi i zachowują się w znacznym stopniu neutralnie w stosunku do powietrza, gleby i wody. Makromolekuły w PVC nie ulegają rozkładowi przez mikroorganizmy. Inaczej sprawa wygląda z plastyfikatorami, które nie występują w rurach z PVC - U. Nie zachodzi depolimeryzacja, to znaczy rozkład makromolekularnego polichlorku winylu na toksyczny, monomerowy chlorek winylu. Z PVC nie mogą również ujść duże ilości chloru, ponieważ są one trwale związane w jego strukturze. Trudno ocenić możliwość wypłukania czysto fizycznie osadzonych stabilizatorów pod wpływem składników zawartych w odciekach wysypiskowych, ponieważ składniki tych odcieków są trudne do określenia. Badania wykazały, że wypłukiwanie, jeżeli w ogóle zachodzi, dotyczy cząstek osadzonych na powierzchni. W porównaniu z innymi, znajdującymi się na wysypisku odpadami, ryzyko stwarzane przez szkodliwe substancje zawarte w PVC jest znikome.

Spalanie odpadów zawierających PVC w spalarniach śmieci powoduje znaczne zwiększenie toksycznych emisji

Spalarnie odpadów, w których zachodzi termiczne wykorzystanie odpadów PVC, są wyposażone w nowoczesne układy obróbki gazów spalinowych, dzięki czemu powstające substancje szkodliwe mogą zostać oddzielone. Udział PVC w zanieczyszczeniu metalami ciężkimi jest dzisiaj nieznaczny, ponieważ praktycznie nie używa się już kadmu jako stabilizatora. Zawarte w śmieciach metale ciężkie, w większości niepochodzące z PVC, ulegają podczas spalania częściowo migracji i dostają się do strumienia gazów spalinowych. Wraz z innymi cząstkami pyłów zostają one jednak w 99% zatrzymane w urządzeniach odpylających.

Ze względu na zawartość chloru i wskutek tego mniejszy udział węgla i niższą wartość opałową, ilość energii uzyskanej z PVC jest z jednej strony niższa, a z drugiej strony przy spalaniu powstaje chlorowodór, który w płuczkach przekształca się w kwas solny, następuje uwolnienie zastosowanych stabilizatorów i powstanie dioksyn. Ponieważ niezależnie od PVC nie można wykluczyć obecności halogenów (chlor albo fluor), każda spalarnia ma dzisiaj obowiązek posiadania wielostopniowych płuczek i filtrów dioksyn. Koszty oczyszczania powietrza odlotowego nie zależą w istotnym stopniu od PVC. Kwas solny, powstający w płuczkach z chlorowodoru, przechodzi do medium stosowanego w płuczkach i nie stanowi dodatkowego zagrożenia.

PVC zakłóca proces recyklingu

Pojęcie "recykling" trzeba traktować w sposób bardzo zróżnicowany. Odpady z PVC powstają nie tylko podczas produkcji, ale również po fazie użytkowania. Recycling zakładowy jest dzisiaj już w bardzo dużym stopniu zoptymalizowany. Nowoczesne technologie pozwalają na utrzymywanie liczby odpadów na niskim poziomie we wszystkich stadiach produkcji PVC. Odpady produkcyjne zostają wprowadzone ponownie bezpośrednio do procesu produkcyjnego i w ogóle nie są kierowane do strumienia odpadów.

Dla potrzeb silnie zanieczyszczonych odpadów z PVC albo materiałów zmieszanych opracowano recykling surowcowy, w którym makromolekuły odpadów z tworzyw sztucznych zostają poddane rozkładowi za pomocą metod chemicznych lub termicznych na mniejsze jednostki, aż do monomerów i zostają odzyskane. Komponenty te mogą zostać następnie ponownie przekazane, (jako surowce wtórne), do przemysłu chemicznego. Z reguły przy wykorzystaniu surowcowym odpadów z PVC następuje odzysk chloru przez dechlorowanie i następnie wprowadzenie na rynek w postaci kwasu solnego albo chlorku sodu lub wprowadzenie do cyklu produkcyjnego chlorku winylu.

Podsumowanie

PVC stanowi w przemyśle budowlanym nieodzowny składnik palety materiałów. Jednak nie jest on materiałem uniwersalnym, posiada zalety eksploatacyjne, ale i ograniczenia w zastosowaniu. Te ostatnie wynikają zwłaszcza z reakcji na ogień, wskutek czego rury i kształtki z PVC, jak również z innych tworzyw sztucznych, nie mogą być stosowane bez zastrzeżeń w obszarach zagrożonych pożarem.

Prawdą jest, że monomer chlorku winylu jest rakotwórczy, natomiast nieprawdziwe jest twierdzenie, że wyroby PVC mogą emitować monomer i w ten sposób zagrażać zdrowiu ich użytkowników (nie zawierają praktycznie monomeru).

Nie potwierdzono, iż toksyczność dymu z PVC jest większa niż z innych materiałów, naturalnych bądź syntetycznych, jak również nie stwierdzono, że strażacy gaszący pożary z udziałem PVC są z tego tytułu narażeni na zwiększone ryzyko. Największym zagrożeniem dla człowieka w pożarze jest tlenek węgla, który tworzy się przy spalaniu wszystkich bez wyjątku materiałów tak naturalnych jak i syntetycznych.

PVC świetnie nadaje się do ponownego przerobu i spalania i od lat w krajach rozwiniętych recykling PVC jest przemysłowo stosowany i dla wielu wyrobów opłacalny.

Stosowane obecnie (przy dotrzymaniu obowiązujących przepisów) systemy stabilizatorów dla PVC nie niosą zagrożenia dla zdrowia ludzkiego i środowiska. Stabilizatory oparte na różnych metalach są stosowane z wielu słusznych technicznie powodów i dostarczają społeczeństwu wartościowych produktów, od wyrobów dla medycyny po materiały budowlane o długim czasie użytkowania.

PVC oczywiście posiada zamienniki naturalne i syntetyczne, natomiast zastąpienie PVC w jego podstawowych zastosowaniach innymi materiałami, naturalnymi bądź syntetycznymi nie zawsze może być ekologicznie korzystne. Mogłoby to spowodować nie tylko utratę wszystkich korzyści osiągniętych dzięki stosowaniu PVC ale również dewastację środowiska naturalnego poprzez zwiększone zużycie surowców naturalnych i energii oraz częstokroć większą przy produkcji innych materiałów emisję gazów i ścieków.

Na przestrzeni lat niektóre kraje czy regiony krajów wprowadziły pewne restrykcje przeciwko PVC, z których się po kolei wycofują ponieważ okazały się nieuzasadnione. Unia Europejska w żadnej ze swoich dyrektyw nie dyskryminuje PVC. Kompetentne orzeczenia fachowych gremiów wskazujące bezzasadność zastępowania PVC innymi materiałami i jego nieszkodliwość dla zdrowia i środowiska zaczynają powoli znajdować oddźwięk także u decydentów.

Jacek Leszczyński

oprac. na podst. "Zastosowanie PVC do renowacji kanałów" Roberta Steina. Polskie Stowarzyszenie Producentów Rur i Kształtek z Tworzyw Sztucznych, Toruń 2014. ISBN 978-83-930901-6-7