CC BY
7
УДК 614.37-074:678.743.22
С. Е. Катаева, В. О. Шефтель
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА МАТЕМАТИЧЕСКОГО ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА ПРИ ИЗУЧЕНИИ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ МИГРАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ ИЗ ПОЛИВИНИЛХЛОРИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Всесоюзный научно-исследовательский институт гигиены и токсикологии пестицидов, полимерных и пластических масс, Киев
При эксплуатации изделий из поливинилхлоридных материалов, применяемых в пищевой промышленности, водоснабжении, для изготовления одежды и обуви, важное значение приобретают процессы миграции в жидкую среду пластификаторов, стабилизаторов и других добавок, поскольку именно это определяет токсичность полимеров и их гигиеническую оценку.
Исследование закономерностей миграции вредных веществ из поливинилхлоридных материалов и интерпретация полученных математических моделей с целью составления гигиенического заключения проведены нами методами математического планирования эксперимента. Следует отметить, что изучить влияние рецептуры материала и условий его эксплуатации на уровень выделения из него химических веществ с помощью традиционной постановки исследований (поочередное варьирование переменных параметров) невозможно.
В опытах использовали около 40 образцов поливинилхлоридных материалов. Порядок и число опытов устанавливали в соответствии с матрицей планирования трехфакторного эксперимента.
Реализация матрицы планирования позволила получить линейные описания процессов миграции. Коэффициенты уравнений регрессий, характеризующие эффекты каждого фактора, вычисляли на электронно-вычислительной машине «Мннск-22». При этом значимость каждого коэффициента уравнения регрессии характеризуется коэффициентом Стьюдента (<), а пригодность полученной модели — общим коэффициентом корреляции гху. Модель считали достоверной при гх<у $г0,75 и /^2. Коэффициенты взаимодействия факторов оказались незначимыми и в связи с этим в дальнейшем не рассматривались.
Исследования проводили при 20, 40 и 60°, удельной поверхности материала 3 : 1 и времени контакта с модельной средой, равной 1, 3, 5 сут. Эфи-ры фталевой кислоты определяли методами тонкослойной и газовой хрома-тографий (С. Е. Катаева и В. И. Кофанов), порофор ЧХЗ-21 — колориметрическим методом (С. Е. Катаева), кадмий — методом тонкослойной хроматографии.
Изучение закономерностей миграции химических веществ из поливинилхлоридных материалов было начато с выяснения зависимости уровня выделения пластификаторов в воду от их вида и содержания в композиции, температуры модельной среды и экспозиции. При этом использовали по-лнвинилхлоридные пленки, пластифицированные 3 пластификаторами: диоктилфталатом (ДОФ), диалкилфталатом-68 (ДАФ-68) и диалкилфтала-том-789 (ДАФ-789). В композицию пленок каждый пластификатор вводили раздельно.
Был реализован 3-факторный эксперимент: Хх — содержание пластификатора в весовых частях — от 10 (—1) до 110 (+1); Х2 — температура модельной среды в градусах — от 20 (—1) до 60 (+1); Х3 — экспозиция в сутках — от 1 (—1) до 3 (+1).
После обработки экспериментальных данных на ЭВМ получены математические модели, представленные уравнениями регрессии, коэффициенты которых приведены в таблице.
Учитывая, что величина и знак коэффициентов аи а. и а3 соответствуют силе и направленности влияния факторов Хи X2 и Х3, можно заклю-
Коэффициенты уравнений регрессий, описывающих процесс миграции пластификаторов, стабилизаторов и порофора ЧХЗ-21 (азодикарбонамнда)
ХнмнчсскиЛ компонент
о,//, а,II, ОбщмП коэффи-сит корреляции
—0.179 —0,184 —0,114 0,002/5,5 0,003/7.5 0,004/4.7 0,005/4,2 0,006/4,9 0,006/8,4 0,056/2,1 0,041/1,6 0,037/1,5 0,90 0,93 0,94
0,320 0,305/9,9 0,093/2,6 0,042/1,2 0,97
0,493 11,3 0,421/11,0 -5,00/2,5 0,105/2,3 —1,00/0,4 0,114/2,6 0,50/0,22 0,97' 0,70
15,8 0,144 0,337 0,761 — 10,4/4,8 0,015/2,09 0,976/0,45 —0,025/1,0 —2,00/0,82 0,006/2,5 1,001/4,1 0,002/2,3 4,2/1,7 0,09/11,4 0,887/1,9 0,55/18,3 0,89 0,98 0,86 0,99
Диоктилфталат Диалкнлфталат-68 Диалкилфталат-789 Диоктилфталат (с наполнителем) Диоктилфталат (без наполнителя) ПорофорЧХЗ-21 (с наполнителем) Порофор ЧХЗ-21 (без наполнителя) Стабилизатор Пластификатор Порофор ЧХЗ-21
чить, что повышение содержания пластификатора в поливинилхлоридной композиции приводит к более интенсивному выделению фталатов, однако не превышает 2 мг/л (допустимый уровень миграции вредных веществ из полимерных материалов в воду для ДОФ); в принятых условиях моделирования изменение температуры (±20°) и содержание пластификатора в композиции (±50 весовых частей) примерно в 2 раза сильнее влияют на миграцию, чем изменение времени контакта независимо от вида пластификатора (коэффициент а, примерно в 2 раза больше коэффициента а]).
Закономерности миграции химических веществ из поливинилхлорид-ных материалов с наполнителем и без наполнителя можно характеризовать уравнениями регрессии, коэффициенты которых приведены в таблице. Уравнения получены на основании результатов 3-факторного эксперимента, поставленного при следующих условиях: X! — экспозиция в сутках — от 1(—1) до 5 (+1); Xг — температура в градусах — от 20 (—1) до 60 (+1); Х3 — содержание пластификатора в весовых частях — от 50 (—1) до 100 (+1).
Исследования показывают, что введение наполнителя в композицию по-ливннилхлоридных материалов уменьшает миграцию химических веществ. О том же свидетельствует интерпретация полученных уравнений.
Закономерности миграции порофора из поливинилхлоридных материалов изучали в зависимости от температуры, экспозиции, содержания пластификатора и наличия или отсутствия наполнителя в композиции. К сожалению, удовлетворительного линейного описания процесса миграции порофора из поливинилхлоридных материалов с наполнителем не удалось получить (коэффициенты уравнения 6, общий коэффициент корреляции <0,75). Тем не менее следует отметить, что миграция порофора в ряде случаев значительно превышает допустимый уровень миграции в воду, полученный расчетным способом (по формуле Л. Н. Ивановой, 1971). Миграция порофора из материалов без наполнителя вполне удовлетворительно описывается линейным уравнением регрессии, коэффициенты которого приведены в таблице. Условия проведения опытов аналогичны тем, которые применялись при изучении закономерностей миграции пластификаторов.
Анализ математической модели процесса позволяет сделать следующее заключение. Увеличение температуры модельной среды приводит к уменьшению содержания порофора в ней (коэффициент а1 со знаком —). Поскольку у нас нет оснований связывать это с уменьшением миграции порофора из полимерных материалов, данное явление может быть объяснено только разложением его в контактирующей модельной среде при температу-
ре выше 30°. Максимальное количество порофора определяется в воде в первые часы контакта полимерного материала с контактирующей модельной средой (коэффициент аг со знаком —). Это объясняется, по-видимому, тем, что в первые часы контакта в воду выделяется большое количество порофора, не вступившего в химическую связь с поливинилхлорндной композицией и находящегося на поверхности материала или вблизи нее. В дальнейшем, очевидно, превалирует процесс разложения перешедшего в воду порофора. Отмеченные обстоятельства требуют обязательной предварительной отмывки поливинилхлоридных изделий, содержащих порофор ЧХЗ-21. Вместе с тем необходимо учитывать, что механические свойства материалов могут изменяться. Достоверного влияния содержания пластификатора в материале на интенсивность выделения порофора отметить не удалось.
При разработке нетоксичных рецептур поливинилхлоридных материалов большой интерес представляет изучение закономерностей миграции пластификаторов, стабилизаторов и порофора в зависимости от их содержания в композиции. Для проведения соответствующей серии опытов были отобраны поливинилхлоридные материалы с различным содержанием в композиции пластификатора (ДОФ) —от 10 до 110 весовых частей, стабилизатора (стеарат кадмия и барий-кадмиевый стеарат) — от 0,5 до 3 весовых частей и порофора ЧХЗ-21 — от 1 до 4 весовых частей на 100 весовых частей поливинилхлорида.
Был реализован 3-факторый эксперимент: X, — содержание порофора в весовых частях — от 1 (—1) до 4 (-М); Х2 — содержание пластификатора в весовых частях — от 10 (—1) до 110 (+1): Xл — содержание стабилизатора в весовых частях — от 0,5 (—1) до 3 (+1).
Коэффициенты уравнений регрессии, полученные в результате обработки экспериментальных данных на ЭВМ, указаны в таблице.
Анализируя математические модели процесса миграции, мы пришли к выводу об отсутствии достоверного влияния порофора ЧХЗ-21 в полимерном материале на уровень миграции этого компонента в воду через 3 сут контакта.
После 3-суточного контакта материала с модельной средой содержание порофора превышает расчетный допустимый уровень миграции в воду не более чем в 2 раза. Полученные данные, по-видимому, отражают результат 2 одновременно протекающих процессов — миграции порофора и его разложения в модельной среде.
Отмечается наибольшая миграция ДОФ из образцов поливинилхлоридных материалов, которые содержат наименьшие количества стабилизатора и порофора, но во всех случаях не превышает ПДК для воды водоемов.
Выводы
1. Вид пластификатора (ДОФ, ДАФ-68 и ДАФ-789) не оказывает существенного влияния на интенсивность их миграции из полимерного материала в водные среды.
2. Изменение температуры модельной среды, а также содержание пластификатора не вызывают однонаправленных изменений интенсивности выделения порофора ЧХЗ-21 из композиции. Предварительная отмывка изделий из поливинилхлоридных материалов резко снижает дальнейшую миграцию порофора.
3. Интенсивность выделения стабилизатора из поливинилхлоридных композиций сильно зависит от его содержания в рецептуре, но не зависит от содержания пластификатора и порофора.
4. Математическое планирование эксперимента является эффективным способом постановки и анализа исследований с целью выяснения закономерностей миграции химических веществ из полимерных материалов, позволяющим прогнозировать уровень их выделения.
ЛИТЕРАТУРА- Катаева С. Е. Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического совещания «Совершенствование технологии производства жесткого поливи-нилхлорида и тары на его основе». Киев, 1973, с. 43—45. — Катаева С. Е.. К о ф а -н о в В. И- Методические указания по определению сложноэфирных пластификаторов (фталатов и адипатов) в водных вытяжках и в воздухе из поливиннлхлоридных материалов. М., 1972.
Поступила 6/Х1 1975 г.
УДК 616-056.3-02-078.731
Проф. О. Г. Алексеева, кандидаты мед. наук Л. А. Дуева, Н. Р. Поляк, И. Я- Гетманец
К МЕТОДОЛОГИИ ПРИМЕНЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ АЛЛЕРГЕНОВ В ДИАГНОСТИЧЕСКИХ РЕАКЦИЯХ IN VITRO
Научно-нсследовательский институт гигиены труда и профзаболеваний АМН СССР, Москва; Всесоюзный научно-исследовательский институт гигиены и токсикологии пестицидов, полимерных и пластических масс, Киев; Харьковский научно-исследовательский институт
гигиены труда и профзаболеваний
В структуре общей заболеваемости развитых стран возрос удельный вес аллергозов, что в определенной мере связано с аллергизацией населения химическими и лекарственными препаратами, синтетическими полимерными материалами (смолы, волокна, эластомеры, пластмассы и т. п.), пестицидами, детергентами, загрязнителями атмосферы, косметическими средствами, металлами-аллергенами и т. п.
Поскольку установление этиологии распространенного, а тем более профессионального аллергоза имеет не только медицинское, но и социальное значение, увеличение числа больных этими заболеваниями вызывает необходимость усовершенствования методов специфической аллергодиа-гностикн. А так как провокационные пробы не всегда могут быть применены по клиническим показаниям и опасны с высокотоксичными химическими аллергенами, все большее внимание уделяется разработке методов диагностики in vitro с использованием химических соединений (Hoigne и соавт.; Ю. П. Бородин; И. Е. Сосонкин; О. Г. Алексеева и соавт.; А. В. Мысляе-ва и соавт., и др.).
Применение же химических аллергенов в лабораторной диагностике сопряжено с рядом трудностей, так как многие из них обладают цитотокси-ческим действием и денатурирующим белки, образуют в воде нестойкие растворы или вообще не растворяются в ней, а методические ошибки, связанные с особенностями химических соединений, снижают специфичность реакций или приводят к ложноположительным ответам. В связи с этим требуется разработка методологии применения химических соединений в диагностических реакциях in vitro.
Настоящее сообщение мы рассматриваем как первый шаг в этом направлении, основанный на анализе данных литературы и собственного многолетнего опыта по выявлению сенсибилизации химической этиологии у больных бронхиальной астмой, аллергическими дерматозами, бериллиозом и аллергическими поражениями желудочно-кишечного тракта и миокарда. Принципы использования химических аллергенов разработаны в различных серологических реакциях (РПГА, микропреципитация по Hoigne, пассивные тесты дегрануляции базофилов и тучных клеток, высаливание комплекса антиген — антитела) и клеточных (специфическая агломерация лейкоцитов, тест торможения миграции лейкоцитов, специфическая бласттрансформа-ция лимфоцитов, оптределение показателей повреждения нейтрофилов и базофилов больного).
При серологических и иммунологических анализах необходимо применять соединения химически чистые или содержащие лишь минимальное количество посторонних примесей. Многие промышленные химические аллер-
