Пенопласт состав влияние на организм: Вреден ли пенопласт какие опасности подстерегает в себе пенополистирол

Содержание

характеристики и критерии выбора. Разбираемся, вредит ли пенопласт здоровью людей Пеноплекс при нагревании выделяет

Статья о вреде, который способен причинить пенополистирол здоровью человека. Не всё так хорошо, как кажется. Советуем вам прочитать статью полностью. Скорее всего, будете удивлены. В конце статьи — интересный опрос .

Уже давно не утихают споры относительно данного вопроса. Ученые, строители и рядовые потребители хотят докопаться до сути и выяснить — действительно ли вреден пенопласт для человека и насколько.

В этой статье мы постарались систематизировать имеющуюся на сегодняшний день информацию и привести самые важные моменты, на которые стоит обратить внимание в первую очередь. Это очень важно, поэтому советуем вам дочитать статью до конца. (Кстати, обязательно почитайте — будет полезно.)

Пенопласт — вред или нет?

Наверняка вы знаете, что пенополистирол — это материал искусственного происхождения. И наверняка вы догадываетесь, что такой материал не может быть абсолютно безвредным для здоровья.

Это действительно так.

Почему на сайтах производителей, продавцов мы читаем обратное? Да, можно встретить информацию о том, что пенопласт абсолютно безвредный материал, экологически чистый. Некоторые даже не просто говорят о том, что он не выделяет никаких вредных веществ, но и заявляют следующее:

«…пенопласт при горении не вреднее, чем дерево…»

Конечно, это неправда. Обман потребителей. На что только не идут ради продаж…

Пенопласт способен наносить вред здоровью человека (и не только). И это нужно обязательно учитывать в строительстве, при обустройстве помещений, особенно жилых.

В общем, давайте рассмотрим подробнее.

Вред №1: при горении выделяет сильные яды!

Это правда. Уже давно доказано, что в процессе горения этот материал интенсивно выделяет очень вредные, токсичные вещества. Это настоящие яды для организма человека и не только.

Есть масса жизненных примеров, когда отравление людей происходило именно из-за ядов, которые при пожаре выделялись из пенопласта.

Причем обычный пенополистирол воспламеняется очень легко. Поэтому при использовании этого материала нужно учитывать высокую пожароопасность. Не в коем случае нельзя применять его внутри жилых помещений (например, утеплять потолок, стены). Всякое может быть — неисправная электрическая проводка, бытовая техника…

И как вам теперь фраза о том, что «при горении пенопласт не вреднее, чем дерево»? Явное искажение фактов. С давних времен люди делали костры из древесины, готовили пищу, грелись. А можно ли представить костер из пенопласта, разведенный для таких же целей? Такое даже представить страшно. Любой здравомыслящий человек понимает: будут выделяться ядовитые вещества, это очень опасно.

Каждый ли пенопласт одинаково горит?

Нет, не каждый. Например, есть так называемый самозатухающий материал, который не поддерживает горение. И даже после возгорания, если источник огня будет убран, такой пенополистирол быстро затухнет.

Однако это свойство мало что дает. Ведь зачастую (например, при пожаре) вблизи пенопласта могут быть другие горючие материалы, которые будут отлично поддерживать горение. А значит — даже самозатухающий пенополистирол будет продолжать гореть и выделять ядовитые вещества.

Иными словами, свойство самозатухания не решает полностью проблему возгорания и выделения вредных токсинов. Лишь в отдельных случаях помогает уменьшить масштабы горения.

Также нужно учитывать, что на рынке есть недобросовестные производители. Бывает и такое: на упаковке указано, что материал самозатухающий, а в действительности… он самый обычный. Такой, который легко воспламеняется и прекрасно горит, поддерживает горение.

То есть некоторые продавцы могут брать с потребителей деньги за такие свойства пенопласта, которых на самом деле нет. В общем, обманывают и наживаются на этом.

Именно поэтому при покупке нужно большое внимание уделять наличию у продавцов сертификатов качества, отдавать предпочтение только проверенным производителям.

Вред №2: выделение стирола при комнатной температуре

Некоторые почему-то думают, что пенополистирол опасен только тогда, когда горит. Однако это не так. Этот материал способен наносить вред окружающим людям даже при комнатной температуре.

Дело в том, что после производства в пенополистироле содержится остаточный стирол — очень токсичное вещество. Особенно велика его концентрация в материале низкого качества. Наименьшая — в качественном пенопласте (серьезных производителей).

Выделяющийся стирол способен наносить вред здоровью людей. Особенно велика восприимчивость у детей. И с повышением температуры воздуха количество выделяемого стирола, как правило, увеличивается. Например, вред пенопласта может усиливаться в жаркую погоду, когда он расположен в теплых помещениях — кухня, баня и т.д.

Это еще одно подтверждение того, что использовать пенополистирол внутри жилых помещений не стоит. Зачем вам этот вредный стирол, который даже при комнатной температуре будет постепенно выделяться и вредить вашему здоровью?

Более того — некоторые специалисты утверждают, что даже при наружном утеплении часть стирола способна поступать вовнутрь помещений. Конечно, концентрации будут значительно ниже (по сравнению с расположением внутри помещений) и это относится к таким стенам, которые обладают хорошей паропроницаемостью.

По словам специалистов, проникновение небольшой дозы стирола (через стены) вовнутрь помещений может происходить из-за разности температур и парциальных давлений паров внутри дома и на улице. Как правило, летом, когда расположенный снаружи пенопласт нагревается, что усиливает выделение стирола.

Вред №3: другие токсичные вещества

Ученые утверждают, что стирол — это далеко не единственное вредное вещество, содержащееся в пенопласте. Есть еще фенол, формальдегид, которые также способны оказывать вредное воздействие на организм человека.

По некоторым данным, в этом материале присутствуют и другие вредные вещества, которые хоть и в меньшей степени, но все равно отрицательно влияют на здоровье людей. Особенно, если их концентрация в воздухе превышает допустимые нормы (например, из-за плохой вентиляции, при использовании низкосортного пенополистирола).

Из-за этого многие потребители категорически отказываются использовать пенополистирол внутри помещений. Если утепляют свое жилье этим материалом, то только снаружи. И правильно делают.

Разумеется, содержание подобных вредных веществ в продукции разных производителей может отличаться, причем значительно. Однако некоторые люди предпочитают не рисковать.

Вред №4: паробарьер

Это нельзя назвать сильной опасностью. Однако негативное воздействие все же может быть.

О чем именно идет речь? Дело в том, что паропроницаемость пенопласта очень низкая, практически равна нулю. Проще говоря, этот материал «не дышит». А если и «дышит», то очень плохо. И, например, когда утепляются стены, изготовленные из «дышащих» материалов (дерево, глина, кирпич), то очень быстро можно заметить негативное влияние.

Из-за пенопласта водяной пар будет очень плохо выходить из помещений через стены на улицу. То есть, стены станут плохо «дышать». А значит — если в доме нет хорошей вентиляционной системы, то микроклимат в помещениях может заметно ухудшиться. В комнатах со временем повысится уровень влажности, станет некомфортно.

Естественно, это создаст негативное влияние на здоровье проживающих в доме людей. Прежде всего, отразится на дыхательной системе.

К тому же, из-за постепенно накапливающейся влаги в толще стены, может заметно снижаться срок их службы и всего дома в целом. Именно поэтому многие специалисты настоятельно советуют если и применять пенопласт для утепления домов, то только таких, где стены выполнены из материалов, обладающих практически нулевой паропроницаемостью (например, бетон). В этих домах стены и так очень плохо «дышат», поэтому пенополистирол никакого паробарьера создавать не будет. Выведение же паров и комфортный микроклимат в таких домах обеспечиваются именно за счет работы системы вентиляции. Естественно, речь идет о наружном утеплении.

О вреде пенопласта можно говорить долго

Скорее всего, ученые привели бы еще несколько аргументов для того, чтобы отказаться от пенополистирола. Мы же не будем загружать вас целым списком негативных факторов, сложными научными фразами. Ведь даже тех моментов, которые мы привели, достаточно для того, чтобы задуматься о целесообразности использования пенопласта для решения определенных задач. И чтобы понять: далеко не во всех случаях есть смысл применять пенопласт. Особенно когда стоит задача обустройства жилых домов. И тем более внутри помещений.

Не забывайте о том, что на рынке есть много других материалов, которые способны в ряде случаев достойно заменить пенополистирол. А, порой, и превзойти его по некоторым показателям.

Полистирол – искусственный полимерный материал, являющийся продуктом полимеризации стирола. Характеризуется жесткостью, хрупкостью, низкой плотностью, высокой термостойкостью, хорошей морозостойкостью, отличными светопропускающими и диэлектрическими свойствами.

Благодаря всем этим свойствам, а также сравнительно низкой себестоимости, полистирол получил очень широкое распространение. Где его только не используют! Из-за его диэлектрических свойств он широко применяется в радиотехнике (для производства диэлектрических антенн, опор коаксиальных кабелей и др. ). Из-за хороших светопропускающих свойств он применяется при производстве оптических волоконных кабелей, оптических линз и др.


Очень широко распространен продукт, изготавливаемый из полистирола, который называется «пенопласт ». Для производства пенопласта гранулы стирола нагревают и добавляют в них специальную парообразующую смесь. В результате этого происходит выделение газа, полистирольная масса начинает пениться и расти как дрожжевое тесто. При застывании получается всем известный пенопласт, в который упакована почти вся бытовая техника. Еще он используется в качестве термо и , которая устанавливается в стены, потолок и даже пол домов и квартир. Однако нам всем более знакомо бытовое применение полистирола. Из полистирола можно создавать очень тонкие пленки (до 20 мкм), поэтому этот материал широко используется в создании упаковки. Еще и полистирола делают одноразовые тарелки, ложки, стаканчики, корпуса шариковых ручек, коробки компакт-дисков, детские игрушки, корпуса бытовых приборов и многое-многое другое.


Ввиду того, что нам приходится жить рядом с полистиролом и даже есть из него, закономерен вопрос о том, в чем может проявиться вредность полистирола для человека. И, как ни печально, но полистирол вреден. Научно доказано, что под воздействием света, высокой температуры, кислорода, воды, механических воздействий и других факторов полистирол выделяет высокотоксичный мономер «стирол» (так называемый «свободный стирол»). И чем сильнее эти факторы воздействуют на предметы из полистирола, тем активнее эти предметы выделяют стирол. Со временем его концентрация в воздухе увеличивается, и человек начинает дышать отравленным воздухом. При малых концентрациях и при коротком воздействии на организм свободный стирол безвреден и ни к чему плохому привести не может. Но если вдыхать пары стирола приходится годами, то со временем это начинает отравлять организм. Серьезное воздействие полистирол оказывает на печень, которая принимает на себя весь удар. Со временем от этого даже может развиться токсический гепатит. Кроме печени страдает еще сердце, легкие и другие органы. А в случае пожара полистирол становится не просто опасен, а смертельно опасен, т.к. выделяемые при его горении химические элементы являются сильнейшим ядом. Кроме того, горящий полистирол создает пламя очень высокой температуры, отчего вероятность своевременно потушить пожар значительно снижается. Для того, что бы придать полистиролу дополнительные свойства (прочность, эластичность и др.), зачастую в его состав добавляют посторонние полимерные вещества, многие из которых как же представляют опасность для здоровья. Определить, что именно производитель добавил в состав полистирола и, соответственно, степень опасности для человека, простому потребителю не представляется возможным. Но не стоит впадать в панику! Концентрация ядовитого стирола, выделяемая полистиролом, в большинстве случаев чрезвычайно мала, и зачастую она оказывает влияние на организм не больше, чем загрязненная автомобильными газами атмосфера.


Как отличить полистирол от других типов пластмасс? Отличить можно по маркировке. Иногда на пластмассовом изделии наносят маркировку «PS», что означает, что оно изготовлено из полистирола. Но проще всего отличить по внешнему виду. Полистирол (если он не вспененный) – это прозрачный материал. И для всех изделий из прозрачной пластмассы можно с 95-ти процентной вероятностью утверждать, что изготовлены они из полистирола.

Как избежать вредного воздействия стирола на организм? Самый надежные способ – это отказаться от материалов, содержащих полистирол. Но сделать это практически невозможно. Единственно, что можно, так это уменьшить количество таких материалов в доме. Поэтому необходимо по возможности использовать строительные элементы и предметы быта только из натуральных материалов – керамика, дерево, металл, бумага и др. Если в качестве утеплителя использован пенопласт, то его необходимо изолировать от контакта с комнатой, например, зашить гипсокартоном и герметично проклеить или зашпаклевать все стыки. Также полезным является периодическое проветривание комнаты. И чем чаще комната будет проветриваться, тем лучше.

Современное строительство задействует большое разнообразие утеплительных материалов, технические характеристики и качества которых заметно разнятся. При этом многих волнует в первую очередь экологичность утеплителя, то, не оказывает ли он вреда здоровью. Повышенный интерес к безопасности материалов вызван тем, что распространяются разные слухи и домыслы о выделении токсичных веществ при использовании конкретного вида утеплителя.

Пенопласт имеет низкую теплопроводность и длительный срок эксплуатации.

Особенно часто упоминают вред пенопласта, когда заходит речь о выделении различных веществ утеплителями. Что не удивительно, ведь данный материал достаточно востребован в строительной сфере. Именно по этой причине следует четко разобраться с каждым свойством пенопласта и выяснить его влияние на организм человека, чем и займемся дальше.

Вреден ли пенопласт на самом деле?

Чтобы выяснить, имеется ли вред от пенопласта, нужно изучить его состав, технологию изготовления и свойства. Отдельно стоит проанализировать область применения, поскольку именно от нее зависит итоговая величина степени вреда на человеческое здоровье.

Применение пенопласта в качестве слоя теплоизоляции

Теплозащитные свойства материала находятся на весьма достойном уровне. Его структура с пористостью позволяет существенно понижать теплопроводность.

Плиты отлично сохраняют форму, что нельзя сказать ни про один из материалов данного ценового сегмента. Воздух — это 90% его состава, потому пенопласт не горюч и горение не поддерживает. Он может загореться исключительно при взаимодействии с открытым пламенем.

Срок эксплуатации пенопластовых плит превышает полсотни лет. О чем свидетельствует сертификат качества на продукцию и инструкция к применению, прилагающиеся практически ко всем изделиям из этого вида материала.

Обратите внимание, что эта разновидность средств теплоизоляции отлично поглощает влагу, теряя при этом свои первоначальные свойства. Следовательно, ее рекомендуют предохранять от пагубного воздействия окружающих климатических условий.

Вернуться к оглавлению

Вредность пенопласта от выделения отравляющих веществ

При сильном нагревании или горении пенопласт выделяет стирол, являющийся веществом повышенной токсичности. При выделении в атмосферу последний способен влиять на самочувствие людей. Поэтому вред от пенопласта все-таки реально существует. Но насколько дело принимает серьезные обороты или в каких количествах стирол способен наносить урон здоровью? Промышленными предприятиями в нашей стране производят изделия, содержание стирола в которых варьируется в районе 0,07-0,2%. В такой концентрации, без сомнения, токсичность при определенных условиях скажется на здоровье.

Признанные мировые производства добились снижения токсина до уровня 0,01-0,05%, который считается абсолютно безвредным.

Один важный нюанс, который стоит учитывать: стирол начинает проникать наружу лишь при нагревании более 40 градусов, а как уже выяснили, пенопласт негорюч. Если пожар и возникнет, то в помещении имеется немало других материалов, способных загрязнить окружающее пространство токсинами.

Исключительно из этих соображений не следует применять материал в качестве теплоизоляционного слоя кровли. В особенности если крыша покрыта металлопрофилем, а дом при этом расположен в теплой климатической зоне.

Поэтому вполне логичным становится то, что осуществлять утепление нежилых помещений (лоджий, балконов, коридоров, чердаков) посредством пенопласта вполне приемлемо. В той ситуации, когда материал начнет выделять вредные токсины, отыщется множество иных предметов, которые могут причинить больший вред (те же виниловые обои либо предметы интерьера из пластика).

Обратите внимание: грызунами эта разновидность утеплителей опробована на вкус, и они неплохо утоляют голод за счет них, что свидетельствует о том, что вредность пенопластовых плит не столь велика.

Вернуться к оглавлению

Сфера использования пенопластовой теплоизоляции

Определившись с уровнем вреда от данного материала, важно выяснить места его применения. При внутреннем процессе утепления пенопласт задействуют по большей части для изоляции входных дверей и пластиковых окон. В других ситуациях прибегают к использованию более экономичных изоляторов тепла. Потому воздействие стирола на человека очень ничтожно.

Стоит сказать несколько слов и про утепление стеновых поверхностей от уличных осадков. Изолировать стены рекомендуют со стороны улицы, а иначе в пространстве между утеплителем и перегородкой будет образовываться конденсат, грибок и плесневелость. При возведении гипсокартонных перегородок совершенно неважным становится вопрос о том, выделяет или нет пенопласт токсичный стирол. Потому как материал попадает в такие условия, при которых его дальнейшая эксплуатация считается совершенно безвредной с экологической точки зрения.

Как уже отмечалось выше, единственное место, куда следует стелить пенопласт с высокой долей опасения, это кровельное пространство под металлопрофилем. Однако при учете всех требований к созданию «пирога» теплоизоляции (от накаливаемой поверхности стелют слой гидроизоляции, а со стороны жилого помещения — пароизолирующую пленку) и здесь допустимо использовать пенопласт.

Следует уделить больше внимания защите утеплителя от намокания, дабы он полностью не утратил свои свойства.

Существуют ли исследования по данному вопросу и что думают практики?

Начинающие домашние строители, выполняя ремонт собственноручно, нередко нуждаются в консультировании у грамотных специалистов. Однако мнения признанных мастеров в данном вопросе далеко не однозначны, к тому же они не подкреплены достоверными исследованиями работников науки.

На практике было выявлено, что место расположения материала и воздействия на него извне не могут исключить абсолютно выделение угрожающих здоровью человека токсинов. Только вот процент подобных случаев от общего числа использования пенопласта настолько мал и невозможен без существования сопутствующих условий, что принимать всерьез его не следует.

Однако никто не возьмется оспаривать и тот факт, что при высокой стоимости прочих утеплительных материалов, являющихся экологически безопасными, при сильном нагреве или горении они источают опасные вещества.

Так что вопрос о токсичности пенопласта относителен и достаточно субъективен.


Монтаж утепления дома позволяет в значительной мере снизить финансовые траты на отопление помещений. Особой популярностью пользуется среди профессиональных строителей пенополистирол.

В быту этот материал чаще всего именуется пенопластом.

Высокая популярность этого материала заставляет задуматься над вопросом о том, вреден ли пенополистирол для человека, особенно при использовании его в качестве утеплителя внутри помещения.

Для того чтобы понять опасно ли для людей использовать в качестве утеплителя этот материал, и в чем заключается его вред для организма человека, следует разобраться что он представляет собой и какова технология изготовления.

Пенополистирол — его состав и технология производства

Что такое пенопласт и из чего осуществляется его производство?

Пенополистирол представляет собой газонаполненный материал. Его изготовление осуществляется путем парового нагрева специально подготовленных гранул полистирола.

Полистирол предварительно подвергают специальной обработке – его гранулы заполняются газом.

В зависимости от назначения конечного продукта может применять природный газ или углекислый.

Углекислый газ используется при производстве пожаростойкого материала.

В процессе проведения нагрева газ начинает заполняющий гранулы расширяется, что приводит к увеличению объема последних. Объем гранул способен увеличить в 15-30 раз.

Если процесс не сдерживается, то по окончании нагрева получается рассыпчатый материал, применяемый для наполнения бескаркасной мебели и в качестве насыпного утеплителя при осуществлении строительных работ.

При необходимости получения твердого пенополистирола, вспенивание проводится в соответствующей замкнутой форме.

Таким способом изготавливается пенополистирольные плиты, используемые для обшивки стен при проведении утепления зданий.

При вспенивании пенопласта в закрытой форме изготавливаются также разнообразные декоративные элементы. Коробки для упаковки различных бытовых изделий и т.д.

Этот теплоизоляционный материал обладает рядом преимуществ, основными среди которых являются следующие:

Еще одним существенным преимуществом этого теплоизоляционного материала является его низкая стоимость.

Пенополистирол — вреден или нет для здоровья людей

Каждый владелец дома задумывается в процессе строительства и перед тем как применять для утепления пенопласт над вопросом о том, в чем вред полистирола и как обезопасить себя и свою семью от вредного воздействия, при этом качественно утеплив помещение.

Дело в том, что практически любой материал для утепления, полученный синтетическим путем способен выделять в окружающую среду вредные для организма компоненты, абсолютно безвредными являются только натуральные материалы такие как, например, мох.

При использовании пенополистирола экструдированного вред для организма человека заключается в его способности под влиянием негативных факторов окружающей среды выделять в нее свободный стирол. Это соединение является очень токсичным для человека.

Выделение из материала стирола происходит под влиянием следующих негативных факторов:

  1. Воздействие солнечного света.
  2. Воздействие озона.
  3. Влияние теплового излучения.
  4. Влияние ионизирующего излучения.
  5. Влияние механического воздействия.

Ради справедливости стоит заметить, что выделения свободного стирола являются ничтожно малыми и находятся в пределах допустимых концентраций. Исследователи однозначно не рекомендуют продолжительное время контактировать даже с небольшими концентрациями этого соединения.

Вред пенополистирола от выделяемого свободного стирола проявляется на людях имеющих проблемы в работе сердечной и сосудистой систем.

Полистирол вред способен ощутимый нанести женскому организму.

Остаточный стирол, являясь сильно токсичным соединением, отлично растворяется в воздухе и оказывает негативное влияние на самочувствие человека. Одними из признаков влияния на человека этого соединения являются:

  • появление продолжительных головных болей;
  • раздражение сетчатки глаза;
  • появление головокружения;
  • в некоторых случаях возможно появление спазмов.

Дополнительно токсин способен оказывать негативное влияние на печень, что может стать причиной развития гепатита.

Все исследования однозначно подтверждают, что полистирол вреден для организма человека.

Пенополистирол вред максимальный может нанести, если его использовать сразу после изготовления.

В этот момент содержание стирола в материале является максимальным. После того как материал отлежится и вызреет влияние токсина сводится практически к нулю.

Вред пенополистирола экструдированного для организма

Основой производства экструдированного пенополистирола является использование специальных установок – экструдеров.

Это оборудование функционирует на основе использования принципа экструзии, заключающегося в продавливании разогретого исходного материала через узкие щели, в процессе производства формируется утеплитель в виде плиты.

Применение пенополистирола экструдированного вред для здоровья может нанести существенный. Особенно вред этого материала проявляется при воздействии на него высокой температуры. Это связано с тем, что из него выделяются такие токсические соединения как:

  1. пары стирола.
  2. Пары бензола.
  3. Сажа.
  4. Двуокись углерода.
  5. Окись углерода или угарный газ.

Температура горения основного компонента пенополистирола – стирола составляет около 1100 градусов Цельсия.

Для окружающей среды использование этого материала в строительстве также наносит вред это связано с длительным сроком разложения полистирола, который составляет более ста лет. За период интенсивной эксплуатации, составляющий около 20-25 лет, материал подвергается значительному изнашиванию, что приводит к значительному увеличению вредного воздействия на людей.

За период интенсивной эксплуатации полистирольная плита выделяет до 60% разложившегося стирола.

Поступающий в окружающую атмосферу стирол взаимодействует с кислородом, что приводит к образованию таких высокотоксичных соединений как формальдегид и бензальдегид.

Образующиеся токсины оказывают критическое воздействие на организм беременных женщин.

Применение этого материала для утепления дома изнутри является недопустимым вследствие наличия высокой вероятности выделения из него токсических соединений.

Пеноплекс лучше всего использовать для утепления цоколя здания, фундамента и стен с наружной стороны. Допустимо использование этого материала в качестве утеплителя под кровельным материалом на крыше в том случае если чердачное помещение в доме является нежилым.

В жилых помещениях разрешается применять элементы декора изготовленные из пенополистирола.

Недостатки пеноплекса при использовании его в качестве утеплителя

Для материалов, применяемых в качестве утеплителей, одной из основных характеристик является степень паропроницаемости, утеплитель должен дышать. Полистирол в любой форме не может похвастаться такой способностью. Применение этого стройматериала приводит к возникновению нарушений в процессах газообмена.

Нарушение газообмена способствует появлению в помещении мест, в которых наблюдается скопление влаги. Чаще всего такие места появляются там, где нарушена или отсутствует хорошая вентиляция.

Появление высокой степени влажности приводит к возникновению грибкового заражения поверхностей, в таких местах начинает бурно развиваться плесень.

В помещении, имеющем плесневое заражение поверхностей, обнаруживается большое количество грибковых спор.

Проникновение грибковых спор в организм человека может спровоцировать развитие некоторых легочных заболеваний и нарушений в работе других систем.

Такими заболеваниями и нарушениями могут быть:

  • астма и другие недуги системы дыхания;
  • нарушения в работе пищеварительной системы;
  • приступы сильной продолжительной головной боли сходной с мигренью;
  • возможно появление внутренних кровотечений;
  • нарушения в работе большинства внутренних органов.

Особенно уязвимыми являются детские организмы и организмы женщин, находящихся в состоянии вынашивания ребенка. Детский организм является неокрепшим, а для беременной женщины споры грибка опасны тем, что способны воздействовать не только на организм будущей матери, но и на развивающийся плод ребенка.

Еще одним недостатком пеноплекса является высокая степень горючести материала. Огонь во время пожара является сам по себе опасным, а в дополнение к этому при горении пенопласта выделяются соединения способные вызвать не только отравление человеческого организма, но и спровоцировать развитие раковых заболеваний.

Все указанные недостатки такого материала как пенополистирол указывают на то, что его лучше не применять при проведении работ внутри помещения направленных на утепление. Оптимальным вариантом применения пеноплекса является использование материала для наружного утепления зданий и сооружений.

Знаете чем отличаются маленькие дети от подростков? Спрашиваете, как это связано с вопросом: вреден ли пенопласт для здоровья? Сейчас все поймете. Дело в том, что маленькие дети воспринимают все только как «черное» и «белое». Для них что-то или хорошо или плохо. Есть только два варианта. Подростки, же умеют отличать градации. Как вы, наверное, уже поняли вред пенополистирола и его пагубные свойства — неоднозначный вопрос. И все же, есть несколько важных моментов, которые нужно учесть, размышляя, использовать этот материал во время строительства или нет. Давайте рассмотрим принципы производства пенопласта, области его использования и особенности монтажа, а уже после, сделаем собственные выводы.

Итак, пенопласт это, по своей сути, вспененный полистирол. Слово «стирол» в составе уже настораживает, но об этом чуть позже. Для производства утеплителя используют, среди прочего, пентан и метиленхлорид. Это высокотемпературные жидкости, которые нужны для вспенивания полистирола.

В результате вспенивания образуется большое количество пор или шариков. Для превращения их в твердые вещества требуется провести процесс полимеризации. Это процесс проводится с участием токсичных веществ. Кстати, вот здесь и вступает в действие упомянутый выше, небезызвестный стирол.

Полимеризация — простым языком, склеивание молекул, в результате которого образуются высокомолекулярные, твердые вещества.

Ясно, что полимеризация это реакция нескольких химических вещества. И вместе с тем ясно, что ни одна реакция никогда не проходит на 100%. Это может быть 95%-96% или даже 99,9%. Но, всегда остается какая-то часть вещества, которая не вступила в реакцию. В нашем случае осталась высокотоксичным веществом.

Итак, подведем итог: по свой сути, пенопласт изготавливается из опасных веществ. Однако, если при изготовлении соблюдены все стандарты, этот материал соответствует отечественным, и даже международным нормам строительной гигиены. Об относительной безвредности этого материала может говорить также то, что он используется не только как утеплитель. Из известного, «белого» материала, изготавливают подложки для разных товаров, в том числе и продуктов, одноразовую посуду, а в некоторых местах существует целые пенопластовые дома.

Пенопласт использует не только в строительстве, но и, например, в пищевой промышленности.


Как используется пенопласт

Возможно, из школьного курса химии вы помните, что любая химическая реакция, в том числе и полимеризация, могут проходить в обратном порядке, так называемый распад молекул. А это, значит, что вредные вещества, которые некогда превратились в безопасные твердые, могут снова в виде паров оказаться «на свободе». Например, выделение таких веществ как бензальдегид, формальдегид и стирол может нанести вред здоровью. Но, конечно, для этого нужны определённые условия. Поэтому, никогда не нарушайте инструкцию по монтажу пенопласта. Двумя главными врагами пенопласта являются:

  • Высокая температура.

Строители говорят, что объекты обычно лучше утеплять осенью или весной. В эти времена года, даже если на короткое время пенопласт остается снаружи фасада непокрытым, солнечные лучи не будут оказывать на него такое разрушительное воздействие.

Определить разрушается пенопласт или нет можно по желтым пятнам. Заметив этот признак, безопаснее всего сменить утеплитель. Если мы говорим о правильном монтаже пенополистирола вреда для здоровья может и не быть.

Пенополистерол выделяет опасные вещества только в определённых условиях.

Никогда не нарушайте инструкцию по монтажу пенопласта

Но, кто-то скажет: «О каком вреде идет речь, если мы говорим о наружном использовании пенопласта?». На самом деле, лишь в небольшом количестве случаев толщина стен достаточна, чтобы не пропустить токсичные вещества внутрь дома. В большинстве же мест, токсичные элементы исходящие из подвергшегося коррозии пенопласта вполне себе беспрепятственно попадают внутрь дома.

Итак, хотя экологичность пенополистирола и вызывает некоторые сомнения, правильный монтаж при наружном использовании защищает от опасностей. А что можно сказать о внутреннем утеплении? Вреден или нет полистирол в нашем жилище?

Опасен ли пенопласт при внутреннем утеплении

Если сказать просто, все зависит от правильности использования. Если пенопласт не крошится под воздействием тепла, например, батареи рядом или не подвергается воздействию вредных веществ, его можно считать безопасным. Но, есть три косвенных момента, которые стоит учесть, размышляя об использовании этого материала внутри помещения.

  1. Пенопласт горит или нет? Горючесть пенопласта вызывает много споров. Если сказать коротко, так как материал на 90% состоит из воздуха, он не горит. Скорее можно сказать, что горение пенопласта это процесс плавки. Само собой, во время плавления выделяются токсичные вещества. Поэтому, даже негорючий пенопласт — это материал, который плавится. А значит, утеплитель должен быть со всех сторон защищен негорючими веществами, например, штукатуркой или использоваться как начинка для сэндвич-панелей. Вредный пенопласт — плавящийся пенопласт.
  2. Мыши и другие грызуны. Хотя эти животные не едят пенополистирол, они активно грызут его, чтобы создать себе жилище.
  3. Плесень. Так как пенопласт не пропускает тепло, если с одной стороны попадет холодный воздух, между стеной и утеплителем образуется конденсат. А влажная среда отлично подходит для размножения бактерий и появления грибка. Кажется, не стоит объяснять, что плесень очень отрицательно сказывается на здоровье.

Если на стенах внутри утеплитель из пенопласта вредно ли будет находиться в помещении? Как и в случае использования материала, снаружи, его безопасное использование внутри зависит от применения инструкции.

В качестве вывода: полистирол вред которого не подтверждён фактами, можно считать безопасным.

Что говорят эксперты

Конечно, хотелось бы, чтобы все наши рассуждения были подкреплены мнением людей, которые занимаются исследованиями.

Роман Эберсталлер , руководитель производства австрийского завода «Sunpor» говорит:

«В Европе пенополистирол используется уже почти полвека. За это время еще никто не превзошел этот материал по экологичности и экономичности, ведь он применяется и при строительстве и при теплоизоляции и для упаковки пищевых продуктов, лекарств и хрупких предметов… Европейские потребители часто используют наш материал при упаковке пищевых продуктов и медикаментов. В этих ситуациях очень высокие требования к качеству. Это лучшее свидетельство того, что пенополистирол не опасен для природы и человека».

Аргумент кажется убедительным, не так ли? Если мы не боимся взять с полки супермаркета конфеты, которые лежат на подложке из пенопласта, стоит ли бояться утеплять им стену дома?

«Это лучшее свидетельство того, что пенополистирол не опасен для человека и природы»

В качестве обратного, уравновешивающего довода можно привести следующее:

  • Люди изобрели отличный, экономичный и, кажется, не вредный пластик. Но, салоны дорогих автомобилей отделывают натуральной кожей;
  • Люди придумали недорогие ДСП. МДФ, но, дорогую мебель, по-прежнему, делают из натурального дерева.

Уловили суть? Все современные технологии направлены в основном на экономичность решений. А это значит, что САМЫМ КАЧЕСТВЕННЫМ остается натуральное. Ожидать от пенополистирола экологичности льняного утеплителя не совсем честно. Но, вопрос финансов никто не отменял. И пенополистирол остается самым-самым в соотношении цена-качество. Это значит, что принимать решения, нужно с учетом финансовых возможностей. Если вы тщательно не выбирали место на планете для жительства, не вычитываете книги по питанию и не занимаетесь каждый день спортом, вряд ли пенопластовый утеплитель будет самым страшным врагом вашей семье. Если же вы относитесь к здоровью щепетильно и даже педантично, возможно, стоит сосредоточиться на выборе более натурального утеплителя. Хотя разговор о вредности пенопласта можно было бы и продолжить, мыслей для размышления уже предостаточно.

Вспомните, пожалуйста, пример о детях вначале статьи. Теперь нам ясно, что вред пенопласта вопрос не-детский. И все же мы обладаем принципами и фактами, которых достаточно для принятия решения о собственном жилище.

На видео ниже показаны некоторые свойства пеноплекса. В нем ребята делают вывод, что пеноплекс не вреден для здоровья. Но, при плавлении его токсичность, конечно, однозначна.

Влияние на здоровье ПВХ, пенопласта, минваты в помещениях

В Западной Европе, более «продвинутой» в плане защиты экологии, использование ПВХ давно считается дурным тоном, несмотря на удобство применения и внешнюю привлекательность тех же, например, виниловых обоев.

Европейцы отказываются от ПВХ в пользу других, более экологически чистых материалов, поэтому производители изделий из ПВХ, чтобы не потерять бизнес, активно внедряют его в России, сопровождая собственный приход шумной рекламной кампанией: покупайте наши покрытия и краски – они “качественные и экологически чистые”…

Мнение не в пользу поливинилхлорида основано на том, что он относится к первой группе канцерогенов – веществ, вызывающих онкологические заболевания.

“Материал ПВХ разлагается при нормальной комнатной температуре, особенно при прямом попадании солнечных лучей, в процессе распада выделяя в атмосферу гидрохлорид, который создает в легких вреднейшую кислотную среду. Продукты разложения ПВХ легко проникают в тело человека через кожу, оказывая крайне вредное воздействие на кровь и печень” (из статьи на сайте blog.inlineglass.ru).

Вреден ли ПВХ настолько, как описывается в вышепроцитированной статье, или нет – ясно одно: что если какие-то конкретные синтетические стройматериалы окажутся вредными, то воспрепятствовать их проникновению на российский рынок никто не сможет. В России нет современных стандартов экологической безопасности стройматериалов, а соответствие старым ГОСТам, требованиям Госстроя РФ и стандартам ИСО 9000 ничего не гарантирует. Там нет требований экологической безопасности!

В погоне за модой, внешней привлекательностью жилья и удобством многие из нас стали большими поклонниками материалов из пластика, винила, ПВХ и пр.
Мы покупаем пластиковую мебель, застилаем полы линолеумом, клеим на стены виниловые обои, покрываем поверхности акриловой краской, заполняем щели полистирольной монтажной пеной, утепляем дом пенопластом, минеральной ватой или стекловатой. Иными словами, превращаем свою квартиру или дом в сплошной пластиковый “рай”, который со временем может обернуться адом.

Это не значит, что любой ПВХ, пенопласт, любые виниловые обои или утеплитель будут выделять вредные вещества сверх предельно  допустимой концентрации. Но когда ими “напичкана” вся квартира или офис… Ведь в вопросе, вредно или нет то или иное вещество, всегда играет роль его концентрация!

В итоге, потом люди недоумевают, откуда у них онкологические заболевания, почему у ребенка врожденная астма, страшная аллергия и еще целый набор болезней, и как так вышло, что родители угасли в течение года после переезда… А ответ прост – от синтетики, точнее, от продуктов ее распада. Стиролы, фенолы, формальдегид, этилбензол – это далеко не полный перечень ядов, выделяемых синтетическими строительными и отделочными материалами.

Например, оглянитесь на помещение, в котором живете или работаете.

На полу лежит линолеум или синтетический ковролин? Значит, вполне вероятно, вы вдыхаете диоксин, опаснейший канцероген.

Если стены утеплены стекловатой или, тем более, минеральной ватой, то будьте готовы к проблемам с дыхательными путями: мелкие волокна, попадая в легкие, задерживаются в них и могут стать причиной рака. Спасти вас может только полная герметизация утепленной поверхности.

Или другой пример. Очень модно стало в качестве утеплителя, скажем, киосков на остановках использовать пенопластовые плиты или минеральную вату. Они прокладываются между листами стального профиля – и начинается! Зимой трехсантиметровый пенопласт (пенополистирол) и минвата промерзают, через неплотные стыки проникает холодный воздух. Кроме того, не впитывающий влагу пенополистирол создает на металлических конструкциях конденсат, и постройка начинает ржаветь.

А под воздействием солнца (обратите внимание на эту оговорку) пенополистирол выбрасывает в воздух целую гамму отравляющих веществ: стирол, этилбензол и так далее. Журнал «Архитектура и строительство России», в частности, предупреждает, что воздействие этих ядов может привести к рождению детей-уродов. Стирол, например, вызывает раздражение слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей, нарушение функций вегетативной и центральной нервной системы.

Стирол в строительных и отделочных материалах. Его влияние на организм человека.

При проведении оценки соответствия концентрации вредных веществ в воздухе помещений жилого, общественного, производственного и служебного назначения требованиям технических регламентов и проектной документации, обязательной оценке подлежат такие вещества как аммиак, фенол, формальдегид, диоксид серы, стирол и т.д.

Стирол (винилбензол, фенилэтилен) – непредельный, ароматический углеводород, прозрачное бесцветное вещество с химической формулой C8H8. Плотность вещества 0,906 г/см3, температура кипения 145,2ºС. Его относят к высокотоксичным веществам, который имеет неприятный специфический запах и ощущается даже при небольшой концентрации. Обладает высокой способностью к накоплению в организме человека.

Стирол легко окисляется, присоединяет галогены, полимеризуется с различными мономерами, образуя твердую стекловидную массу – полистирол. Полимеризация происходит при комнатной температуре.

Полистирол – твердое, упругое, бесцветное вещество. Это аморфный полимер с невысокой механической прочностью при растяжении и изгибе. Полистирол имеет низкую плотность, термическую стойкость, обладает отличными диэлектрическими свойствами. Он легко деформируется при относительно невысоких температурах (80ºC).

Стирол является основным веществом для производства синтетических полимеров на основе полистирола, используемых в строительных материалах, таких как, пенопласт, утеплители, теплоизоляционные материалы, пластик, используемый при звукоизоляции помещений и для герметизации труб, влагостойкие обои, прочие виды материалов, используемых для строительства и отделки помещений, производится из полистирола.

Полистирол лёгкий и удобный в работе, значительно удешевляет и ускоряет процесс строительства. Находит применение на всех этапах работ: утепление фундаментов; возведение монолитных стен с несъёмной опалубкой; изготовление и устройство шумоизолирующих стеновых панелей; утепление стен, полов, потолков и чердачных перекрытий; изготовление декоративных облицовочных панелей и элементов.

Помимо пластика, из стирола производят каучуки, искусственную вату, клей, линолеум, а также лакокрасочные материалы. Также стирол входит в состав многих бытовых предметов, окружающих человека каждый день. Например, пластиковая посуда, упаковочный материал, пластиковые детали цифровых, электрических устройств и детских игрушек, части внутренней и внешней отделки автотранспорта и многие другие.

Опасность этих строительных материалов может заключаться в том, что в течение длительного времени они могут выделять пары стирола. Полимеры, входящие в состав используемого материала, разлагаются под воздействием воды, кислорода, света, тепла. Таким образом, образуется свободный стирол. А при повышении температуры воздуха в помещении, стирол может выделяться ещё более активно. Поэтому во время отопительного сезона негативное воздействие отделочных материалов в квартирах может возрастать. С увеличением эксплуатационных сроков выделение стирола из пенопласта при естественном износе материалов возрастает в два-три раза. А также, при окислении стирола кислородом воздуха образуется бензальдегид и формальдегид.

Стирол относят к третьему классу опасности. Для него установлены следующие нормативы согласно ГН 2.1.6.3492-17 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе городских и сельских поселений»

— максимальная разовая – 0,04 мг/ дм3 (40 мкг/м3).

— среднесуточная ПДК за год – 0,002 мг/дм3 (2 мкг/м3).

Кроме ингаляционного попадания в организм человека, стирол может проникнуть и через кожу при контакте со стиролосодержащими жидкостями. Непродолжительное вдыхание паров стирола может вызывать раздражение слизистых оболочек верхних дыхательных путей, головную боль, тошноту. головокружение, потерю сознания. Систематическое вдыхание стирола может оказывать пагубное влияние на работу почек и печени (токсический гепатит), а также на нервную и кровеносную системы. Пары стирола обладают наркотическими и судорожными свойствами. Следствием попадания стирола в организм человека на протяжении долгого времени может стать нарушение работы вегетативной системы, изменение состава крови, нарушение азотисто-белкового, холестеринового и липидного обмена, снижение репродуктивной способности у женщин.

Особую опасность несут в себе пожары строений, при отделке которых были использованы материалы с содержанием полистирола. При плавлении этих материалов температура горения достигает настолько высоких отметок, что это может привести к разрушению даже металлоконструкций. Помимо этого, в воздух вырываются пары с высоким содержанием стирола, которые могут негативно отразиться на здоровье людей, находящихся в ближайшем окружении при ликвидации возгорания.

Нейтрализовать отрицательное воздействие вредных веществ можно, используя материалы, специально разработанные для отделки помещений и имеющие сертификаты и паспорта качества. Также независимо от вида используемых материалов, важно обязательно проводить регулярное проветривание помещения как после ремонта, так и при последующей эксплуатации.

На производствах и в лабораториях при работе даже с невысокими концентрациями стирола в перечень правил входит обязательное использование резиновых перчаток, а в случае повышенной концентрации вещества работать разрешено только в противогазе. Мерами предосторожности также служат местные вытяжные устройства и общая вентиляция помещений.

При подозрении на повышенное содержание стирола в помещениях необходимо провести замеры концентраций стирола. При подтверждении повышенных значений содержания стирола необходимо выявить источник, для дальнейших работ по устранению превышений ПДК.

Лаборатория санитарно-эпидемиологического и радиационного контроля ГБУ «Центр экспертиз, исследований и испытаний в строительстве» по заказу комитета государственного строительного надзора с 2016 года осуществляет контроль содержания стирола в воздухе помещений жилого, общественного, производственного и служебного назначения на строительных объектах г. Москвы. Оценка проводится на завершающем этапе строительства, при вводе объекта в эксплуатацию. Отделочные работы должны быть закончены в полном объеме. Инженерное оборудование (отопление, вентиляция, кондиционирование) должно быть смонтировано и запущено в штатном режиме.

По результатам выполненной государственной работы выдается заключение о соответствии (или несоответствии) измеренной концентрации стирола требованиям гигиенических нормативов для атмосферного воздуха населенных мест и ФЗ №384 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», ст. 10, п. 2, п. 1 и СП 60.13330.2012, п.4.2, б.

Статью написал / оформил лаборант Лаборатории «СЭиРК» Миронова О.Н.

Статью правил / утвердил Начальник Лаборатории «СЭиРК» Ипполитов Д.Е.

Почему несъемная опалубка из пенопласта не вредна для человека

 

Многие люди, задумавшись о строительстве дома, не могут определиться с выбором необходимых материалов. Несомненно, все хотят найти не только относительно не дорогой, прочный материал, но и чтобы он был безвреден. Некоторые из них советуются со знакомыми, а другие обращаются к «всемогущему» Интернету. И это неспроста, ведь именно в сети можно найти самую актуальную и точную информацию.

 

Какие же выбрать материалы для строительства различных сооружений? Этот вопрос волнует многих граждан. Ответ же на него прост, ведь наиболее популярным, выгодным и безвредным является такой материал как армированный пенопласт.

 

Несъемная опалубка из пенопласта представляет собой штучные изделия, которые используются при возведении стен различных сооружений и зданий. Армированный пенопласт отличается высокой экологичностью, теплоизолирующими средствами и прочностью, что позволяет избежать каких-либо расходов на покупку дополнительных материалов и утепление. Что касается последнего преимущества, то по сравнению с другими многочисленными строительными материалами, пенопласт не выделяют вредные пары, газы и другие вещества.

Армированный пенопласт характеризуется как прочный и легкий материал. Но все, же иногда у потребителей возникают сомнения по поводу его выбора. Некоторые говорят о вреде исходящим от данного материала, другие и вовсе о том, что его могут прогрызть мыши. Но это все далеко не так.

 

Несъемная опалубка из пенопласта поставляемая потребителям не содержит такого компонента как пентан. Хотя в некоторых случаях это вещество встречается в минимальных дозировках, что для людей не представляет никакой опасности.

 

Армированный пенопласт выдерживает широкий диапазон температур от – 40 до + 80 С. Именно поэтому находящийся в его составе пенополистирола, который деполимеризуется при 320 С, нисколько не влияет на человеческое здоровье.

 

Что касается возгораний, то несъемная опалубка из пенопласта может легко воспламениться, но при отсутствии огня сразу же затихает. Также данный материал не боится пара, воды.

 

Преимущества несъемной опалубки из пенопласта:

 

  • Строительство домов с использованием несъемной опалубки из пенопласта и пластиковых ПВХ сэндвич панелей позволит создать своему обладателю надежную защиту от различных видов радиации;

  • Несъемная опалубка не образует конденсат;

  • Вследствие того что опалубка из пенопласта является синтетическим материалом, на ней не образуется питательной среды и соответственно не размножаются микроорганизмы и другие бактерии;

  • При строительстве домов с использованием несъемной опалубки, она не допускает пропускания сквозняков, поскольку в ней не образуются щели;

  • Несъемная опалубка универсальна и подойдет для возведения любых сооружений с различными архитектурными решениями и конструкционными особенностями;

  • Быстрое возведение любых сооружений, что прибавляет опалубке из пенопласта еще большей популярности;

  • Пенополистирольная стена имеет очень высокую жесткость, прочность и надежность;

  • Простота использование;

  • Длительный срок эксплуатации;

  • Применения несъемной опалубке из пенопласта не требует специальных навыков.

 

Несъемная опалубка из пенопласта помогает одновременно решить не одну задачу. Высокая теплоотдача, не приносящая вреда, сокращение продолжительности работ, снижение их себестоимости – это всего лишь некоторые достоинства. Купить несъемную опалубку из пенопласта можно в любом специализированном магазине.

 

Мифология строительных материалов: пенопласт

Пенополистирол — широко распространенный теплоизоляционный материал, известный каждому как пенопласт. Его свойства сохранять тепло обусловливает изолированный в замкнутых ячейках неподвижный воздух. Материал легок, прочен, прост в обработке и не требует специальных средств защиты при работе с ним. Казалось бы, — идеальный материал?!

Так почему не утихают споры вокруг утеплителей из пенопласта? Ответы на злободневные вопросы безопасности, долговечности, горючести, допуска и правил применения в строительстве, а также привлекательности для мышей — в нашем обзоре. Эксперты «Стройки» разбирались.

 

Вреден ли?

Пентан. Пенополистирол на 98 % состоит из воздуха и лишь на 2 % — из полистирола, являющегося исходным сырьем для его производства и получаемого полимеризацией стирола. Высокое процентное содержание воздуха в структуре материала обеспечивается практически полным (на 80–90 % при первичном и на 10–20 % при вторичном вспенивании) замещением вспенивающего агента (пентана), который изначально содержится в гранулах и при их нагреве переходит в летучее состояние, расширяясь сам и расширяя (вспенивая) гранулы полистирола. Остатки пентана «улетучиваются» на стадии вылеживания гранул и уже готовых блоков. К моменту поставки конечного продукта потребителю, пентана в изделиях из пенопласта либо нет вовсе, либо его содержание настолько мало, что никакой угрозы для здоровья человека не представляет.

 
Структура вспененного полистирола — 98 % воздуха, 2 % полистирола. Ячейки замкнуты

Остаточный мономер

Как известно, полная полимеризация стирола невозможна, вследствие чего пенополистирол содержит в своем составе остаточный мономер — стирол. Стирол является токсическим веществом, относящимся к третьему классу опасности. Он оказывает раздражающее действие на слизистые и вредное влияние на сердце и печень человека. Процентное содержание мономера в готовых качественно изготовленных плитах или блоках — не более 0,005 %. Миграция стирола в воздух не превыщает 0,001 мг/м3. Предельно допустимые же концентрации стирола: в воздухе рабочей зоны — 30 мг/м3; максимально-разовая — 0,04 мг/м3; среднесуточная — 0,002 мг/м3. Таким образом, возможное процентное содержание и миграция стирола в разы и на порядок меньше предельно допустимых концентраций его содержания.


Молекула стирола

Деполимеризация

Полистирол является равновесном полимером, то есть находится в термодинамическом равновесии со своим мономером. Процесс деполимеризации начинается при температуре 320 °С. Нормируемая температура применения изделий из пенополистирола — от минус 40 °С до 80 °С. Таким образом, выделения стирола возможны лишь при температурах, существенно превышающих предельныеВ температурном интервале допуска к эксплуатации изоляция из пенополистирола опасности не представляет.

Проникновения

В любой многослойной конструкции стены, состоящей, например, из кирпича, пенополистирола и слоя штукатурки, градиент парциального давления газовой смеси направлен изнутри наружу: газ всегда стремится из области с высоким парциальным давлением в область с низким — от теплого к холодному. Поэтому миграции любых небезопасных веществ возможны лишь наружу, а не внутрь.

Более того, вероятность проникновения стирола через штукатурку толщиной 2 см в четыре раза ниже вероятности проникновения клетки вируса СПИДа через латекс средства контрацепции.

Опасен ли?

Пенополистирол является горючим материалам и относится к наивысшей группе горючести — Г4. Если подвергать его воздействию открытого огня, он, вероятнее всего, сгорит.

Пожарный допуск применения в строительстве. Строительный пенополистирол допускается к применению на строительных объектах лишь при введение в состав гранул, используемых для его изготовления, антипиренов — специальных добавок, замедляющих воспламенение и затрудняющих горение пенопласта. Под воздействием пламени такой материал оплавляется и теряет в объеме, при отсутствии огня — быстро затухает.

 
 

Воспламенение открытого материала возможно от пламени спички, зажигалки, паяльной лампы, искр автогенной сварки. Невозможно — от прокаленного железного провода, горящей сигареты и от искр, возникающих при точке стали. Самовоспламенение пенополистирола происходит при температурах от 460 до 490 °С.

 
 

Применение в конструкции. В том случае, если пенополистирольный утеплитель применяется внутри многослойной конструкции, он в обязательном порядке подлежит защите со всех сторон негорючими материалами. Грамотная тепловая реабилитация дома плитами из пенополистирола сводит вероятность возгорания утеплителя к нулю. Слой штукатурки толщиной в несколько сантиметров способен сдерживать возгорание пенопласта в течение 15 минут. Регламентированное время прибытия пожарного расчета — 10 минут.

Долговечен ли?

Долговечность материала вне конструкции определяется качеством сырья и спекания гранул; в конструкции — качеством производства и монтажа конструкции.

Деструкция. Пенополистирол не боится воды, пара, перепадов температры, но под действием солнечного света возможно незначительное разрушение верхних слоев материала, толщина которых исчисляется десятыми долями миллиметра. Проявляется такое разрушение в пожелтении материала.

Пенополистирол боится прямого действия органических растворителей, бензина, ацетона, уайт-спирита. Под их воздействием пенопласт расплавляется, теряя до 100 % объема, поэтому нанесение химических средств, содержащих растворители в своем составе, непосредственно на поверхность пенопласта запрещено.

 
 

Стабильность свойств. Актуальные данные испытаний отечественных и зарубежных исследователей показывают, что пенополистирол не меняет своих физико-механических и теплотехнических свойств до 50–80 лет. Материал успешно выдерживает испытания попеременным замораживанием—оттаиванием, при этом его характеристики существенным образом не изменяются, а сам материал не разрушается. В правильно изготовленной и смонтированной конструкции долговечность пенопласта определяется долговечностью самой конструкции и материалов, из которых она состоит.

Грызуны. Исследования ученых доказали, что пенополистирол как средство пропитания никакого интереса для грызунов не представляет. «Хвостатые соседи» проявляют к пенопласту «интерес» лишь в случаях, когда последний является препятствием на их пути к пище и воде, что исключается правильным устройством теплоизоляции. Также встречаются случаи, когда мыши устраивают норы в плитах пенопласта, либо используют его в качестве подстилки. Случается подобное не чаще, чем грызуны используют для тех же целей дерево, мешковину или бумагу.

 

Как выбрать?

Основные свойства пенополистирола определяются сырьем, используемым для его изготовления, и качеством спекания вспененных гранул. Оба критерия просты для оценки и доступны рядовому потребителю, приобретающему пенопласт на рынке.

Рассев. Желающий сэкономить производитель знает, что не рассеянный на фракции полистирол стоит дешевле и является компромиссным решением как для не вникающего в вопросы качества, стремящегося сэкономить потребителя, так и для жаждущего «навариться» изготовителя. Отличить такой пенопласт просто  — размеры шариков существенно разнятся. Пенополистирол, сделанный из рассеянного сырья, будет отличаться одинаковым размером всех гранул и, как следствие, стабильностью свойств плиты или изделия.

 
На фото: слева — плита, изготовленная из не рассеянного сырья, содержит в структуре гранулы, существенно различающиеся размером; справа — плита, изготовленная из рассеянного сырья, в которой все гранулы примерно одинакового размера.

Спекание гранул. Прочностные свойства пенопласта, его способность противостоять воздействиям мороза и воды — прямое следствие качества спекания гранул. Чем большей поверхностью гранулы соприкасаются друг с другом, тем прочнее связи между ними и тем качественнее ваш утеплитель. Круглые шарики — признак плохого спекания. Если же гранулы имеют форму многогранника, то спек хороший. Если при касании материал рассыпается на гранулы, независимо от их формы, — спек плохой.

 
На фото: слева — пример хорошего спекания гранул; справа — плохо спекшаяся плита рассыпается от одного прикосновения, все гранулы круглые.

Выдержка и запах, влажность. Понюхайте и ощупайте приобретаемый пенополистирол. Изготовленный с соблюдением технологических параметров и выдержанный пенопласт практически не имеет запаха. Если же от материала исходит неприятный запах — скорее всего, производитель не соблюдал регламент производства, и от покупки такого утеплителя лучше отказаться. Если между плитами предлагаемого вам полистирола влажно — пенопласт не высушили, а значит, и желаемой теплопроводности вам не видать.

Вместо эпилога

Соблюдение технологического регламента, использование качественного сырья, правильный монтаж в конструкции и защита от внешнего воздействия способны гарантировать вам долговечную и безопасную теплоизоляцию. Потребителю достаточно не гнаться за сомнительной экономией, а отдавать предпочтение крупному производителю; строителю — умело применять материал в конструкции.

Потенциальная токсичность частиц микропластика полистирола

Резюме

Загрязнение окружающей среды пластмассовыми отходами является серьезной глобальной проблемой. Пластиковые макрочастицы, микрочастицы и наночастицы могут влиять на морские экосистемы и здоровье человека. Общепризнано, что частицы микропластика не вредны или в лучшем случае минимальны для здоровья человека. Однако прямой контакт с частицами микропластика может иметь возможный неблагоприятный эффект на клеточном уровне.В центре внимания этого исследования были частицы первичного полистирола (ПС), и мы исследовали потенциальное воздействие этих микропластиков на здоровье человека на клеточном уровне. Мы определили, что частицы PS являются потенциальными иммуностимуляторами, которые индуцируют выработку цитокинов и хемокинов в зависимости от размера и концентрации.

Тематические термины: Клеточная культура, Мониторинг окружающей среды, Супрамолекулярные полимеры

Введение

Частицы микропластика можно разделить на две категории: первичные и вторичные.Пластиковые частицы диаметром менее 5 мм считаются микропластиком 1 . Хотя в 2015 году местные и национальные правительства Северной Америки приняли меры по регулированию производства микрогранул, частицы микропластика по-прежнему производятся в других частях мира 2 . Первичные микропластические частицы намеренно изготавливаются в микросхем и являются ключевыми ингредиентами в Scrubs 3 , мышь на мыпле 4 , Cleansers 5 , зубные пасты 6 и биомедицинские продукты 7 .Первичные частицы микропластика, особенно диаметром от 1 до 5 мкм, имеют сферическую форму и часто изготавливаются из полипропилена (ПП), полистирола (ПС) или полиэтилена (ПЭ).

В отличие от первичных частиц микропластика, вторичные частицы микропластика образуются в результате фрагментации пластикового мусора 8 10 . Пластиковый мусор является основным источником вторичных частиц микропластика, обнаруженных в океане и почве, потому что мусор распадается на мезо- и макрочастицы.Ультрафиолетовое (УФ) излучение солнца и физические силы разлагают эти частицы на пластиковые микрочастицы и наночастицы 11 , 12 . В недавнем исследовании изучалась фрагментация крышек для кофейных чашек из полистирола, одноразовых тарелок и пенопласта из полистирола, облученных искусственным ультрафиолетовым светом, для определения механизма разложения 13 .

Морепродукты также являются потенциальным источником загрязнения пластиковыми частицами 14 18 .В исследовании 2015 года 19 антропогенный мусор, включая пластиковые частицы и волокна, был обнаружен более чем в 20% отдельных моллюсков и в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) рыб. Проглатывание микропластика рыбами и моллюсками было продемонстрировано в нескольких исследованиях 16 , 18 , 20 .

Продукты питания, пищевые контейнеры, предметы повседневного обихода (предметы личной гигиены), биомедицинские продукты и питьевая вода не являются основными источниками загрязняющих частиц пластика.Однако они могут быть постоянными источниками пластиковых частиц 21 24 . Например, в ходе одного исследования фрагменты микропластика были обнаружены во всех типах многоразовых и одноразовых пластиковых бутылок 24 . Другие примеры включают скрабы для лица, которые обычно используются для отшелушивания. Подсчитано, что 1,1 миллиона женщин в Великобритании используют эти скрабы каждый день. Типичное количество для ежедневного использования составляет 5 мл, которые содержат от 4594 до 94500 частиц микропластика 4 , 5 .Кроме того, три из четырех эксфолиантов для тела содержат микропластик. Эти первичные пластиковые частицы могут попасть в канализацию 4 , и только 25% из них отфильтровываются из водоочистных сооружений 4 , 25 . Поэтому прямой контакт с частицами микропластика в повседневных продуктах является потенциально серьезной проблемой. Согласно одному исследованию, частицы полистирола из лабораторий могут быть источником первичных загрязнителей пластиковыми частицами 26 .В этом исследовании мы сосредоточились на наночастицах и микрочастицах полистирола, обнаруженных в окружающей среде. В зависимости от их размера, формы и химического состава функциональных групп проглоченные частицы микропластика могут вызывать различные проблемы. Частицы микропластика не перевариваются, поэтому агрегаты, содержащие биомолекулы и микропластики или нанопластики, могут вызвать нарушение моторики или обструкцию желудочно-кишечного тракта. Хорошо известно, что размер является важным параметром цитотоксичности.В недавнем исследовании частицы COOH-PS размером 30 нм в морской воде агрегировались менее чем за 30 минут 28 . Гидродинамический диаметр частиц нанопластика увеличивается с увеличением концентрации NaCl. Гидродинамический диаметр наночастиц (НЧ) ФС составляет ~100 нм при низкой ионной силе NaCl (1–50 мМ). Однако было обнаружено, что PS NP агрегируют, когда концентрация NaCl выше 29 . Таким образом, ожидается, что полистирольные наночастицы легко агрегируют в морской воде.Их взаимодействие с различными примесями может нанести вред водным животным и вызвать побочные эффекты у человека. Поглощенные микропластики и нанопластики диаметром менее 1,5 мкм могут напрямую повреждать клетки. НЧ были недавно получены посредством деградации микропластиков полистирола через 56 дней просто путем их облучения УФ-светом, что было в три раза быстрее, чем деградация без УФ-облучения 13 . Эти данные свидетельствуют о том, что простые химические взаимодействия могут генерировать наноразмерные частицы из частиц полистирола и приводить к прямому повреждению клеток.В нескольких исследованиях сообщалось, что микропластик диаметром <1,5 мкм может проникать в ткани и приводить к накоплению микропластика 6 , 30 , 31 . Считается, что от 1% до 4% частиц ФС в кишечнике мигрируют в кровоток. Транслокация наночастиц считается очень низкой, и наиболее вероятными местами их накопления являются пейеровы бляшки в тонкой кишке 32 . Однако не исключено, что попадание нанопластика в кровоток после приема внутрь может привести к локальному воспалению или вызвать аллергические реакции в тканях 29 , 33 35 .Агрегация микропластика и нанопластика с биомолекулами и химическими веществами часто оказывает токсическое воздействие. Согласно руководящим принципам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), воздействие мономеров стирола на человека должно быть ограничено средневзвешенной по времени концентрацией (TWA) 20 ppm (85 мг/м 3 ) с пределом кратковременного воздействия ( STEL) 40 ppm (170 мг/м 3 ) 36 . Химические вещества, используемые для синтеза частиц полистирола, такие как монофункциональные пероксиды, также могут вызывать токсичность.Инициаторы, такие как пероксид бензоила и азобисизобутиронитрил, используются для сокращения времени полимеризации. Другие химические вещества, используемые для синтеза PS, включают катализаторы, такие как цеолиты и оксиды железа (III); эмульгаторы; и стабилизаторы, такие как бис(2,2,6,6-тетраметилпиперидин-4-ил)декандиоат. Эти химические вещества встречаются во всем мире и считаются загрязнителями окружающей среды. Они накапливаются в пищевой цепи, преимущественно в жировых тканях животных. Большая часть микропластика и нанопластика, потребляемого человеком, содержится в продуктах питания, пищевых контейнерах и воде 18 , 19 , 31 .Бытовые продукты и загрязненная почва также могут быть источниками первичных микропластиков, и их попадание в организм человека может вызвать проблемы со здоровьем 4 , 37 . В среднем человек проглатывает около 11 000 частиц микропластика и нанопластика ежегодно, потребляя морепродукты, такие как устрицы, крабы и рыба 18 , 38 . Многоразовые и одноразовые пластиковые бутылки могут содержать до 15 макрочастиц или наночастиц на литр 24 .В питьевой воде были обнаружены микрочастицы размером от 1 до 500 мкм. Пятьдесят процентов микропластика и нанопластика имеют диаметр менее 1,5 мкм. Эти частицы обнаружены в волокнах, фрагментах и ​​сферических пенопластах 24 , 39 , 40 , что указывает на то, что сферические пенопластовые микропластики и нанопластики могут быть первичными пластиковыми частицами. Также было высказано предположение, что микрочастицы полистирола составляют менее 10% частиц пластика в неочищенной воде и отложениях 39 .Следовательно, мониторинг первичных частиц полистирола может выявить происхождение этих загрязняющих веществ.

Полистирол представляет собой бесцветный прозрачный полимер, состоящий из мономеров стирола, с удельным весом 1,04–1,07  г/см 3 . PS растворим в органических растворителях, таких как кетоны, сложные эфиры и ароматические углеводороды. Устойчив к кислотам, щелочам, солям, минеральным маслам, органическим кислотам и спиртам 41 . Твердый и прочный пластик PS часто используется для производства прозрачных продуктов, таких как упаковка для пищевых продуктов и лабораторная посуда.Легкий пенополистирол обеспечивает отличную теплоизоляцию для многих применений, таких как кровля, стены зданий, холодильники и морозильники.

В этом исследовании мы сосредоточились на потенциальном воздействии первичных частиц полистирола на здоровье человека в зависимости от размера и концентрации частиц, а не воздействия отдельных химических веществ. Мы оценили способность первичных частиц ФС вызывать токсичность на клеточном уровне. Хотя многие организации и исследовательские группы исследовали влияние первичных микрочастиц и наночастиц ФС на морские экосистемы 42 44 , неясно, какое влияние первичные частицы ФС оказывают на человека.Сферические первичные частицы PS используются для широкого спектра биомедицинских приложений, которые непосредственно влияют на людей, таких как доставка лекарств 45 , визуализация 7 , 46 и лабораторное оборудование. Таким образом, изучение взаимосвязи между первичными частицами полистирола и потенциальными рисками для здоровья человека важно для понимания токсичности частиц полистирола. В этом исследовании мы оценили способность первичных микрочастиц и наночастиц PS вызывать токсичность у людей в зависимости от размера и концентрации и исследовали, опосредуют ли частицы PS иммунные ответы и аллергические реакции.

Результаты и обсуждение

Мы предположили, что люди могут поглощать частицы ФС из продуктов повседневного пользования, продуктов питания, биомедицинских продуктов, пищевых контейнеров и питьевой воды 24 , 38 . Мы протестировали частицы PS шести разных размеров, используя кожные фибробласты человека (HDF), мононуклеарные клетки периферической крови человека (PBMC) и линию тучных клеток человека (HMC-1), чтобы определить их цитотоксический потенциал (рис. ).

Иллюстрация путей поглощения частиц ФС тремя клеточными линиями.Поступление в организм человека частиц PS из продуктов личной гигиены может происходить через кожу. Поступление также может происходить при попадании частиц ФС в пищу, контейнеры для пищевых продуктов, питьевую воду или биомедицинские продукты. Мы оценили способность первичных микрочастиц и наночастиц ФС вызывать токсичность у людей на основе размера и концентрации частиц в клетках человека.

Характеристика частиц полистирола

Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), использовались для изучения морфологии отдельных частиц полистирола, покрытых платиной (рис.) в агрегатах. Более мелкие частицы с большей вероятностью агрегировали из-за ван-дер-ваальсовых взаимодействий с Na + или Ca 2+ в буфере. Дзета-потенциал частиц полистирола с длиной волны 460 нм составлял -2,2 ± 0,1 мВ (рис. ), в то время как дзета-потенциалы других частиц полистирола были ближе к нулю. Формирование агрегатов наночастиц ПС можно объяснить теорией Держагина-Ландау-Фервея-Овербека (DLVO). Согласно теории DLVO, мелкие частицы несут меньший заряд, чем крупные частицы при рН 7.Силы отталкивания электрического двойного слоя (EDL) между маленькими частицами при данной ионной силе, таким образом, меньше 47 . Частицы PS с небольшим отрицательным зарядом имели тенденцию сближаться друг с другом по мере увеличения ионной силы NaCl до 137  мМ в буфере PBS. Кроме того, все частицы ПС были одинаковыми по размеру (рис. ).

СЭМ-изображения и дзета-потенциалы частиц полистирола. ( A ) 460 нм наночастиц полистирола. ( B ) Частицы полистирола размером 1 мкм. ( C ) Частицы полистирола размером 3 мкм.( D ) Частицы полистирола размером 10 мкм. ( E ) Частицы полистирола размером 40 мкм. ( F ) Частицы полистирола размером 100 мкм (масштабная линейка = 200 нм, 1 мкм, 2 мкм, 10 мкм и 20 мкм). ( G ) Дзета-потенциалы частиц полистирола.

Тесты на цитотоксичность

Мы исследовали реакцию HDF человеческого происхождения, клеток HMC-1, PBMC и других клеток на частицы PS. HDFs являются преобладающими клетками в стромальной ткани, которая играет важную роль в процессе заживления ран, а также обеспечивает защитный барьер для предотвращения поглощения частиц PS.Для этого исследования были выбраны тучные клетки человека, поскольку они обладают многими ключевыми характеристиками тучных клеток ткани. К ним относятся экспрессия гистамина, триптазы и гепарина, что может указывать на тесную связь между микрочастицами ФС, иммунной системой человека и гиперчувствительностью 48 . Поведение изолированных РВМС, такое как экспрессия цитокинов, может предоставить уникальную информацию об иммунном ответе человека на частицы ФС в организме. Клетки были полностью покрыты частицами PS (1 мг/мл) во время обработки.Отсутствие токсичности ГДФ может указывать на то, что первичные частицы ФС меньше повреждают органы и кожу. Ни одна из частиц PS не вызывала значительной цитотоксичности в клетках HDF или PBMC (рис.) при концентрациях до 500 мкг/мл. Мы также включили в план эксперимента концентрацию PS выше 500 мкг/мл. Жизнеспособность клеток HDF, обработанных частицами ФС размером 3 мкм в концентрации 1000 мкг/мл, снижалась на 40% (** p  < 0,001), в то время как жизнеспособность РВМС не снижалась.Профили жизнеспособности клеток в отношении РВМС показаны на рис. Можно сделать вывод, что частицы PS не являются цитотоксичными для HDF и PBMC в обычных условиях, но могут вызывать повреждение кожи в условиях экстремально высоких концентраций.

Цитотоксичность частиц ФС. ( A ) Наночастицы полистирола с длиной волны 460 нм на HDF. ( B ) Частицы полистирола размером 1 мкм на HDF. ( C ) Частицы полистирола размером 3 мкм на HDF. ( D ) Частицы полистирола размером 10 мкм на HDF. ( E ) Частицы полистирола размером 40 мкм на HDF.( F ) Частицы полистирола размером 100 мкм на HDF. ( G ) Наночастицы PS 460 нм на PBMC. (H ) Частицы полистирола размером 3 мкм на РВМС. ( I ) Частицы полистирола размером 10 мкм на РВМС.

Оценивалось поступление частиц ФС с пищей, продуктами повседневного обихода и биомедицинскими продуктами. Согласно данным Sigma, средний вес частицы PS размером 3 мкм составляет 1,5 × 10 –8 мг. Основываясь на опубликованных данных, мы рассчитали максимальное потребление 11 000 пластиковых частиц на человека в год с пищей.Люди потенциально могут потреблять до 325 пластиковых частиц на литр питьевой воды. Исходя из рекомендации выпивать два литра воды в день, человек может потреблять до 237 250 пластиковых частиц в год. Таким образом, можно ожидать максимальное годовое потребление 248 250 пластиковых частиц, включая пластиковые частицы из питьевой воды 18 , 39 , 49 51 , что можно преобразовать в 4  мкг/год при условии размера частиц полистирола. 3 мкм. Мы рассчитали годовое поступление частиц полистирола, предполагая, что удельный вес, размеры и форма частиц пластика варьируются.Максимальное годовое потребление на человека может превышать 133 мг/год, если пластиковые частицы имеют диаметр более 100 мкм (более чем пластиковые частицы размером 100 мкм представляют собой увеличение объема на 33 3 по сравнению с частицами размером 3 мкм, где удельный вес составляет 1,04). –1,07 г/см 3 ). Максимальное потребление частиц PS из продуктов личной гигиены или биомедицинских продуктов на основе объема продукта 5  мл варьировалось от 4594 до 94500 частиц в день 4 , 52 , 53 .Основываясь на этом диапазоне, мы подсчитали, что ежегодно используется до 35 × 10 6 первичных пластиковых частиц. Предполагая, что размер частиц <3 мкм или >100 мкм, это было эквивалентно потреблению первичных пластиковых частиц в количестве 0,5–18 860 мг на человека только в результате чистки. Таким образом, мы увеличили оценочное количество общего воздействия первичных пластиковых частиц на человека до 0–19 000 мг год −1 л −1 . Сообщалось, что менее 10% пластиковых отходов состоит из частиц полистирола 39 .Мы подсчитали, что среднее индивидуальное потребление частиц ФС составляет 0–19 мг год −1 л −1 , или 0–19 мкг/мл, с частицами размером от нанометров до микрометров. Мы предположили, что частицы PS наносились на заданную площадь в максимальной концентрации в течение определенного времени для контроля биологической реакции.

Конфокальная визуализация

Механизм клеточного поглощения зависит от размера и поверхностного заряда частиц. Поглощение частиц меньше 700 нм происходит посредством опосредованного рецептором эндоцитоза 54 , тогда как более крупные частицы захватываются посредством фагоцитоза 55 .Полистироловые наносферы с концевыми концами NH 2 обладают высокой токсичностью по отношению к макрофагам RAW 264.7, эпителиальным клеткам и клеткам эндотелиальной гепатомы микрососудов человека 56 . Это было связано с отложением частиц в цитозоле, что вызывало увеличение митохондриального захвата Ca 2+ и гибель клеток. Отрицательно заряженные полимерные наночастицы диаметром менее 500 нм имеют тенденцию эффективно накапливаться в опухолях мышей 57 .На основании этих результатов для нашего исследования были выбраны частицы PS-FITC размером 460 нм. Микрочастицы полистирола могут быть преобразованы в наночастицы 13 , поэтому мы подумали, что результаты этих исследований будут полезны для понимания токсичности частиц полистирола. Мы также проверили, чтобы определить, вызывают ли частицы полистирола размером 460 нм другую биологическую реакцию. Наночастицы ФС с длиной волны 460 нм, меченные FITC, позволили нам определить расположение частиц внутри клеток после эндоцитоза (рис.). Частицы PS-FITC располагались в основном в цитоплазме фагоцитирующих клеток, таких как нейтрофилы и макрофаги, тогда как фагоцитоз лимфоцитоподобными клетками не указывался (рис. ) на изображениях Z-среза 57 . Подобно нашему наблюдению в PBMC, частицы PS-FITC в клетках HDF в основном располагались в цитоплазме, что указывало на успешное поглощение частиц (рис. ).

Конфокальные изображения частиц ФС в клетках. ( A ) Флуоресцентные изображения наночастиц PS-FITC с длиной волны 460 нм в РВМС после окрашивания DAPI (масштабная линейка = 10 мкм).Справа: изображения Z-сечения. ( B ) Флуоресцентные изображения наночастиц PS-FITC с длиной волны 460 нм, поглощенных HDF, собранных после окрашивания DAPI (масштабная линейка = 50 мкм). Справа: изображения Z-сечения.

Тест на гемолиз

Анализ гемолиза in vivo был проведен для оценки совместимости частиц PS с кровью, что позволило бы нам выявить тяжелые острые токсические реакции в эритроцитах 58 . Гемоглобин представляет собой железосодержащий металлопротеин, переносящий кислород, который играет важную роль в транспортировке кислорода от легких к клеткам и тканям 59 .Хорошая корреляция между в анализах гемолиза vitro и токсичностью в vivo была продемонстрирована в нескольких исследованиях 60 , 61 . Результаты этих исследований показывают, что полимеры, как правило, вредны для клеток, хотя величина токсичности зависит от концентрации, времени воздействия и катионной природы полимеров. Частицы микропластика диаметром менее 5 мкм оказывали гемолитическое действие на эритроциты из-за их поверхностного заряда и агрегации в сильно солевом буфере (* p  < 0.03, рис. ). Агрегаты пластиковых частиц и биомолекул выделяют химические вещества, которые также обладают цитотоксическими эффектами 62 65 . Мы исследовали гемолиз эритроцитов после прямого контакта с частицами ФС различной концентрации и размера. Частицы ФС диаметром более 10 мкм не могут проникать в кровеносные сосуды. Однако наблюдаемые гемолитические эффекты указывали на то, что прямой контакт приводил к цитотоксичности. Частицы полистирола диаметром менее 5 мкм обладали гемолитическим эффектом примерно на 4 % по сравнению с контролем.Это означало, что более мелкие частицы имели более сильную тенденцию к агрегации из-за размера, а высокая концентрация влияла на гемолиз эритроцитов. Индукция гемолиза зависела только от размера, а не от концентрации. Частицы ФС меньше, чем эритроциты, средний диаметр которых составляет 6–8 мкм, были более цитотоксичны при каждой концентрации из-за их большой площади поверхности. Напротив, крупные частицы ФС не оказывали гемолитического действия на эритроциты (рис. ). Хотя индекс гемолиза, показанный в этом исследовании, не был очевиден 66 , гемолиз был связан с размером частиц в отрицательной корреляции.Таким образом, гемолитический побочный эффект in vivo наночастиц должен быть дополнительно изучен, особенно для малых наночастиц.

Гемолиз эритроцитов после контакта с частицами ФС. ( A ) 460 нм наночастиц полистирола. ( B ) Частицы полистирола размером 1 мкм. ( C ) Частицы полистирола размером 3 мкм. ( D ) Частицы полистирола размером 10 мкм. ( E ) Частицы полистирола размером 40 мкм. ( F ) Частицы полистирола размером 100 мкм. 5% TX-100 служил положительным контролем. Cntl указывает на отсутствие лечения.Поглощение измеряли при 540 нм.

Профили цитокинов

Риск проглатывания микропластика при испытаниях на животных зависит от степени воздействия и размера пораженной области 16 . Перемещение, перераспределение и удержание являются основными проблемами 67 , 68 . Как и в случае с пыльцой и пылью, прямой контакт с пластиковыми частицами может индуцировать первичные защитные механизмы тела для выброса, такие как слезотечение, выделение мокроты, чихание и кашель 69 .Микрочастицы в тонком кишечнике, образующиеся в результате абсорбции через кожу и клетки, переносились в другие ткани организма через кровеносные сосуды в тестах на животных, где проявлялись клеточно-опосредованные защитные механизмы 67 . В таких случаях микрочастицы пластика могут быть обнаружены в просвете кровеносных и лимфатических сосудов в течение минут 70 , 71 . Всасывание более мелких пластиковых нано- и микрочастиц в пищеварительном тракте происходит через пиноцитоз и везикулярный фагоцитоз фагоцитами 72 74 .Эти процессы зависят от размера частиц. Результаты нескольких исследований показывают, что пластиковые микросферы диаметром 50–100 нм легче всасываются через пейеровы бляшки и ворсинки в кишечнике, чем частицы с большим диаметром 300–3000 нм 75 , а поверхностный заряд и гидрофильность увеличиваются. сродство к поглощению 76 78 .

В этом исследовании мы оценили профили высвобождения цитокинов иммунными клетками, чтобы определить, может ли воспаление быть вызвано лечением частицами PS.Мы также исследовали, происходит ли высвобождение цитокинов в зависимости от размера или концентрации. Интерлейкин 2 (IL-2) является одним из наиболее распространенных цитокинов и участвует в контроле клеточной толерантности и иммунитета. ИЛ-2 представляет собой фактор роста Т-клеток (TCGF), который был обнаружен в супернатантах, полученных из стимулированных митогеном лимфоцитов периферической крови. ИЛ-2 продуцируется преимущественно активированными CD 4 + и CD 8 + Т-лимфоцитами 79 . TNF-α служит иммунным медиатором для клеточной адгезии, миграции, ангиогенеза и апоптоза.TNF-α является провоспалительным цитокином, продуцируемым клетками костного мозга, в первую очередь макрофагами, а также широким спектром клеток (лимфоцитами, тучными клетками, эндотелиальными клетками и т. д.) после стимуляции различными агентами 80 . Активация этих цитокинов является потенциальным индикатором иммунного ответа и воспаления. ИЛ-6 действует как провоспалительный цитокин и противовоспалительный миокин. ИЛ-6 вырабатывается в ответ на инфекции и повреждения тканей и способствует защите хозяина, стимулируя реакцию острой фазы 81 .IL-10 представляет собой противовоспалительный цитокин, подавляющий активность клеток Th2, NK-клеток и макрофагов во время инфекции 82 .

Результаты ИФА (рис. ) показали увеличение секреции TNF-α при обработке частицами ФС диаметром менее 1 мкм в концентрации 500 мкг/мл (*P < 0,03) и значительное изменение секреция ИЛ-6 при обработке частицами ФС диаметром менее 10 мкм в концентрации 500 мкг/мл (*P < 0,04, рис.). Однако секреция ИЛ-2 обработанными клетками и контрольными образцами не различалась (рис. ). Это указывает на то, что высокая концентрация мелких частиц ФС может вызывать воспаление через врожденную иммунную систему, а не через адаптивную иммунную систему. Наряду с результатом конфокальной визуализации (рис. ), мы предполагаем, что иммунные клетки способны фагоцитировать частицы PS и, возможно, распознавать их как патогены. Эти результаты согласуются с предыдущими исследованиями, которые показали, что частицы ФС диаметром менее 3 мкм ускоряют фагоцитоз за счет увеличения продукции цитокинов, включая ИЛ-1 и ИЛ-6.Эти цитокины секретируются макрофагами, которые связаны с врожденным иммунитетом и воспалением 83 , 84 . ИЛ-10 подавляет или регулирует воспалительный ответ антигенпрезентирующих клеток (АРС), таких как дендритные клетки и макрофаги, и ограничивает адаптивный ответ CD4 + Т-клеток. Никакого повышения секреции ИЛ-10 не наблюдалось ни в одном из условий эксперимента (рис. ). Это указывало на то, что ранняя стадия воспаления была вызвана фагоцитозом частиц ФС макрофагоподобными клетками и что частицы ФС не будут подавлять иммунный ответ.Хотя эффекты частиц PS в более низких концентрациях и более крупных частиц PS на ранней стадии воспаления были менее очевидными, частицы PS, таким образом, потенциально могли вызывать токсичность, вызывая воспаление в зависимости от размера и концентрации.

Профили цитокинов ФНО-альфа, ИЛ-2, ИЛ-6, ИЛ-10 и гистамина. Секреция TNF-α, индуцированная частицами ФС различного размера в концентрациях ( A ) 500 мкг/мл, ( B ) 100 мкг/мл и ( C ) 10 мкг/мл.Секреция ИЛ-2, индуцированная частицами ФС различного размера в концентрациях ( D ) 500 мкг/мл, ( E ) 100 мкг/мл и ( F ) 10 мкг/мл. Секреция ИЛ-6, индуцированная частицами ФС различного размера в концентрациях ( G ) 500 мкг/мл, ( H ) 100 мкг/мл и ( I ) 10 мкг/мл. Секреция ИЛ-10, индуцированная частицами ФС различного размера в концентрациях ( J ) 500 мкг/мл, ( K ) 100 мкг/мл и ( L ) 10 мкг/мл.( M ) Профили гистамина после обработки частицами полистирола 500 мкг/мл разного размера. Cntl: без лечения. ЛПС: 2,5 мкг/мл.

Профили гистамина

Анализ гистамина проводили с использованием частиц PS разного размера в высокой концентрации 500  мкг/мл, которая индуцировала секрецию IL-6 (рис. ). В отличие от результатов предыдущего исследования частиц полипропилена 49 , частицы полистирола разных размеров не вызывали различий в высвобождении гистамина по сравнению с контролем.Тучные клетки MHC-1 выполняют ключевую функцию на стыке врожденного и адаптивного иммунитета и являются первичными эффекторами гиперчувствительности немедленного типа. Сообщалось, что TNF-α, полученный из тучных клеток, играет особенно важную роль в аллергическом воспалении. В нашем исследовании обработка частицами ФС не влияла на секрецию ИЛ-2. Однако это может свидетельствовать о том, что частицы ФС вызывают острое воспаление без участия гистаминов и что они с большей вероятностью активируют врожденный иммунитет, чем адаптивный.

Мы провели тесты с HDF и PBMC, чтобы определить, могут ли первичные частицы PS вызывать воспаление и цитотоксические эффекты у людей без гистаминового посредничества. Для этого эксперимента использовались частицы ПС диаметром 0,46, 1, 3, 10, 40 и 100 мкм и близкими дзета-потенциалами (1 ± 2 мВ). Результаты цитотоксичности показали, что концентрация частиц PS на уровне <500  мкг/мл не снижает жизнеспособность клеток HDF и PBMC. Однако высокая концентрация (1000 мкг/мл) вызывала цитотоксичность до 50% клеток HDF.Размер частиц PS и поверхностный заряд были важными факторами цитотоксичности. Согласно недавнему исследованию, наночастицы полистирола, меченные NH 2 , были высокотоксичны для макрофагов RAW 264.7. Как и в наших наблюдениях, наночастицы ФС накапливались в цитоплазме и индуцировали поглощение кальция митохондриями, что приводило к гибели клеток 56 . Макрофаги человека могут избирательно фагоцитировать наночастицы PS, особенно частицы PS с концевыми COOH. Линия моноцитарных клеток человека THP-1 с большей вероятностью эндоцитировала наночастицы PS с концевыми NH 2 .Другое исследование показало, что частицы ФС различного размера накапливаются в печени, жабрах и кишечнике рыбок данио и вызывают воспаление 85 .

Потенциальная токсичность частиц микропластика полистирола

Abstract

Загрязнение окружающей среды пластиковыми отходами является серьезной проблемой во всем мире. Пластиковые макрочастицы, микрочастицы и наночастицы могут влиять на морские экосистемы и здоровье человека. Общепризнано, что частицы микропластика не вредны или в лучшем случае минимальны для здоровья человека.Однако прямой контакт с частицами микропластика может иметь возможный неблагоприятный эффект на клеточном уровне. В центре внимания этого исследования были частицы первичного полистирола (ПС), и мы исследовали потенциальное воздействие этих микропластиков на здоровье человека на клеточном уровне. Мы определили, что частицы PS являются потенциальными иммуностимуляторами, которые индуцируют выработку цитокинов и хемокинов в зависимости от размера и концентрации.

Тематические термины: Клеточная культура, Мониторинг окружающей среды, Супрамолекулярные полимеры

Введение

Частицы микропластика можно разделить на две категории: первичные и вторичные.Пластиковые частицы диаметром менее 5 мм считаются микропластиком 1 . Хотя в 2015 году местные и национальные правительства Северной Америки приняли меры по регулированию производства микрогранул, частицы микропластика по-прежнему производятся в других частях мира 2 . Первичные микропластические частицы намеренно изготавливаются в микросхем и являются ключевыми ингредиентами в Scrubs 3 , мышь на мыпле 4 , Cleansers 5 , зубные пасты 6 и биомедицинские продукты 7 .Первичные частицы микропластика, особенно диаметром от 1 до 5 мкм, имеют сферическую форму и часто изготавливаются из полипропилена (ПП), полистирола (ПС) или полиэтилена (ПЭ).

В отличие от первичных частиц микропластика, вторичные частицы микропластика образуются в результате фрагментации пластикового мусора 8 10 . Пластиковый мусор является основным источником вторичных частиц микропластика, обнаруженных в океане и почве, потому что мусор распадается на мезо- и макрочастицы.Ультрафиолетовое (УФ) излучение солнца и физические силы разлагают эти частицы на пластиковые микрочастицы и наночастицы 11 , 12 . В недавнем исследовании изучалась фрагментация крышек для кофейных чашек из полистирола, одноразовых тарелок и пенопласта из полистирола, облученных искусственным ультрафиолетовым светом, для определения механизма разложения 13 .

Морепродукты также являются потенциальным источником загрязнения пластиковыми частицами 14 18 .В исследовании 2015 года 19 антропогенный мусор, включая пластиковые частицы и волокна, был обнаружен более чем в 20% отдельных моллюсков и в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) рыб. Проглатывание микропластика рыбами и моллюсками было продемонстрировано в нескольких исследованиях 16 , 18 , 20 .

Продукты питания, пищевые контейнеры, предметы повседневного обихода (предметы личной гигиены), биомедицинские продукты и питьевая вода не являются основными источниками загрязняющих частиц пластика.Однако они могут быть постоянными источниками пластиковых частиц 21 24 . Например, в ходе одного исследования фрагменты микропластика были обнаружены во всех типах многоразовых и одноразовых пластиковых бутылок 24 . Другие примеры включают скрабы для лица, которые обычно используются для отшелушивания. Подсчитано, что 1,1 миллиона женщин в Великобритании используют эти скрабы каждый день. Типичное количество для ежедневного использования составляет 5 мл, которые содержат от 4594 до 94500 частиц микропластика 4 , 5 .Кроме того, три из четырех эксфолиантов для тела содержат микропластик. Эти первичные пластиковые частицы могут попасть в канализацию 4 , и только 25% из них отфильтровываются из водоочистных сооружений 4 , 25 . Поэтому прямой контакт с частицами микропластика в повседневных продуктах является потенциально серьезной проблемой. Согласно одному исследованию, частицы полистирола из лабораторий могут быть источником первичных загрязнителей пластиковыми частицами 26 .В этом исследовании мы сосредоточились на наночастицах и микрочастицах полистирола, обнаруженных в окружающей среде. В зависимости от их размера, формы и химического состава функциональных групп проглоченные частицы микропластика могут вызывать различные проблемы. Частицы микропластика не перевариваются, поэтому агрегаты, содержащие биомолекулы и микропластики или нанопластики, могут вызвать нарушение моторики или обструкцию желудочно-кишечного тракта. Хорошо известно, что размер является важным параметром цитотоксичности.В недавнем исследовании частицы COOH-PS размером 30 нм в морской воде агрегировались менее чем за 30 минут 28 . Гидродинамический диаметр частиц нанопластика увеличивается с увеличением концентрации NaCl. Гидродинамический диаметр наночастиц (НЧ) ФС составляет ~100 нм при низкой ионной силе NaCl (1–50 мМ). Однако было обнаружено, что PS NP агрегируют, когда концентрация NaCl выше 29 . Таким образом, ожидается, что полистирольные наночастицы легко агрегируют в морской воде.Их взаимодействие с различными примесями может нанести вред водным животным и вызвать побочные эффекты у человека. Поглощенные микропластики и нанопластики диаметром менее 1,5 мкм могут напрямую повреждать клетки. НЧ были недавно получены посредством деградации микропластиков полистирола через 56 дней просто путем их облучения УФ-светом, что было в три раза быстрее, чем деградация без УФ-облучения 13 . Эти данные свидетельствуют о том, что простые химические взаимодействия могут генерировать наноразмерные частицы из частиц полистирола и приводить к прямому повреждению клеток.В нескольких исследованиях сообщалось, что микропластик диаметром <1,5 мкм может проникать в ткани и приводить к накоплению микропластика 6 , 30 , 31 . Считается, что от 1% до 4% частиц ФС в кишечнике мигрируют в кровоток. Транслокация наночастиц считается очень низкой, и наиболее вероятными местами их накопления являются пейеровы бляшки в тонкой кишке 32 . Однако не исключено, что попадание нанопластика в кровоток после приема внутрь может привести к локальному воспалению или вызвать аллергические реакции в тканях 29 , 33 35 .Агрегация микропластика и нанопластика с биомолекулами и химическими веществами часто оказывает токсическое воздействие. Согласно руководящим принципам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), воздействие мономеров стирола на человека должно быть ограничено средневзвешенной по времени концентрацией (TWA) 20 ppm (85 мг/м 3 ) с пределом кратковременного воздействия ( STEL) 40 ppm (170 мг/м 3 ) 36 . Химические вещества, используемые для синтеза частиц полистирола, такие как монофункциональные пероксиды, также могут вызывать токсичность.Инициаторы, такие как пероксид бензоила и азобисизобутиронитрил, используются для сокращения времени полимеризации. Другие химические вещества, используемые для синтеза PS, включают катализаторы, такие как цеолиты и оксиды железа (III); эмульгаторы; и стабилизаторы, такие как бис(2,2,6,6-тетраметилпиперидин-4-ил)декандиоат. Эти химические вещества встречаются во всем мире и считаются загрязнителями окружающей среды. Они накапливаются в пищевой цепи, преимущественно в жировых тканях животных. Большая часть микропластика и нанопластика, потребляемого человеком, содержится в продуктах питания, пищевых контейнерах и воде 18 , 19 , 31 .Бытовые продукты и загрязненная почва также могут быть источниками первичных микропластиков, и их попадание в организм человека может вызвать проблемы со здоровьем 4 , 37 . В среднем человек проглатывает около 11 000 частиц микропластика и нанопластика ежегодно, потребляя морепродукты, такие как устрицы, крабы и рыба 18 , 38 . Многоразовые и одноразовые пластиковые бутылки могут содержать до 15 макрочастиц или наночастиц на литр 24 .В питьевой воде были обнаружены микрочастицы размером от 1 до 500 мкм. Пятьдесят процентов микропластика и нанопластика имеют диаметр менее 1,5 мкм. Эти частицы обнаружены в волокнах, фрагментах и ​​сферических пенопластах 24 , 39 , 40 , что указывает на то, что сферические пенопластовые микропластики и нанопластики могут быть первичными пластиковыми частицами. Также было высказано предположение, что микрочастицы полистирола составляют менее 10% частиц пластика в неочищенной воде и отложениях 39 .Следовательно, мониторинг первичных частиц полистирола может выявить происхождение этих загрязняющих веществ.

Полистирол представляет собой бесцветный прозрачный полимер, состоящий из мономеров стирола, с удельным весом 1,04–1,07  г/см 3 . PS растворим в органических растворителях, таких как кетоны, сложные эфиры и ароматические углеводороды. Устойчив к кислотам, щелочам, солям, минеральным маслам, органическим кислотам и спиртам 41 . Твердый и прочный пластик PS часто используется для производства прозрачных продуктов, таких как упаковка для пищевых продуктов и лабораторная посуда.Легкий пенополистирол обеспечивает отличную теплоизоляцию для многих применений, таких как кровля, стены зданий, холодильники и морозильники.

В этом исследовании мы сосредоточились на потенциальном воздействии первичных частиц полистирола на здоровье человека в зависимости от размера и концентрации частиц, а не воздействия отдельных химических веществ. Мы оценили способность первичных частиц ФС вызывать токсичность на клеточном уровне. Хотя многие организации и исследовательские группы исследовали влияние первичных микрочастиц и наночастиц ФС на морские экосистемы 42 44 , неясно, какое влияние первичные частицы ФС оказывают на человека.Сферические первичные частицы PS используются для широкого спектра биомедицинских приложений, которые непосредственно влияют на людей, таких как доставка лекарств 45 , визуализация 7 , 46 и лабораторное оборудование. Таким образом, изучение взаимосвязи между первичными частицами полистирола и потенциальными рисками для здоровья человека важно для понимания токсичности частиц полистирола. В этом исследовании мы оценили способность первичных микрочастиц и наночастиц PS вызывать токсичность у людей в зависимости от размера и концентрации и исследовали, опосредуют ли частицы PS иммунные ответы и аллергические реакции.

Результаты и обсуждение

Мы предположили, что люди могут поглощать частицы ФС из продуктов повседневного пользования, продуктов питания, биомедицинских продуктов, пищевых контейнеров и питьевой воды 24 , 38 . Мы протестировали частицы PS шести разных размеров, используя кожные фибробласты человека (HDF), мононуклеарные клетки периферической крови человека (PBMC) и линию тучных клеток человека (HMC-1), чтобы определить их цитотоксический потенциал (рис. ).

Иллюстрация путей поглощения частиц ФС тремя клеточными линиями.Поступление в организм человека частиц PS из продуктов личной гигиены может происходить через кожу. Поступление также может происходить при попадании частиц ФС в пищу, контейнеры для пищевых продуктов, питьевую воду или биомедицинские продукты. Мы оценили способность первичных микрочастиц и наночастиц ФС вызывать токсичность у людей на основе размера и концентрации частиц в клетках человека.

Характеристика частиц полистирола

Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), использовались для изучения морфологии отдельных частиц полистирола, покрытых платиной (рис.) в агрегатах. Более мелкие частицы с большей вероятностью агрегировали из-за ван-дер-ваальсовых взаимодействий с Na + или Ca 2+ в буфере. Дзета-потенциал частиц полистирола с длиной волны 460 нм составлял -2,2 ± 0,1 мВ (рис. ), в то время как дзета-потенциалы других частиц полистирола были ближе к нулю. Формирование агрегатов наночастиц ПС можно объяснить теорией Держагина-Ландау-Фервея-Овербека (DLVO). Согласно теории DLVO, мелкие частицы несут меньший заряд, чем крупные частицы при рН 7.Силы отталкивания электрического двойного слоя (EDL) между маленькими частицами при данной ионной силе, таким образом, меньше 47 . Частицы PS с небольшим отрицательным зарядом имели тенденцию сближаться друг с другом по мере увеличения ионной силы NaCl до 137  мМ в буфере PBS. Кроме того, все частицы ПС были одинаковыми по размеру (рис. ).

СЭМ-изображения и дзета-потенциалы частиц полистирола. ( A ) 460 нм наночастиц полистирола. ( B ) Частицы полистирола размером 1 мкм. ( C ) Частицы полистирола размером 3 мкм.( D ) Частицы полистирола размером 10 мкм. ( E ) Частицы полистирола размером 40 мкм. ( F ) Частицы полистирола размером 100 мкм (масштабная линейка = 200 нм, 1 мкм, 2 мкм, 10 мкм и 20 мкм). ( G ) Дзета-потенциалы частиц полистирола.

Тесты на цитотоксичность

Мы исследовали реакцию HDF человеческого происхождения, клеток HMC-1, PBMC и других клеток на частицы PS. HDFs являются преобладающими клетками в стромальной ткани, которая играет важную роль в процессе заживления ран, а также обеспечивает защитный барьер для предотвращения поглощения частиц PS.Для этого исследования были выбраны тучные клетки человека, поскольку они обладают многими ключевыми характеристиками тучных клеток ткани. К ним относятся экспрессия гистамина, триптазы и гепарина, что может указывать на тесную связь между микрочастицами ФС, иммунной системой человека и гиперчувствительностью 48 . Поведение изолированных РВМС, такое как экспрессия цитокинов, может предоставить уникальную информацию об иммунном ответе человека на частицы ФС в организме. Клетки были полностью покрыты частицами PS (1 мг/мл) во время обработки.Отсутствие токсичности ГДФ может указывать на то, что первичные частицы ФС меньше повреждают органы и кожу. Ни одна из частиц PS не вызывала значительной цитотоксичности в клетках HDF или PBMC (рис.) при концентрациях до 500 мкг/мл. Мы также включили в план эксперимента концентрацию PS выше 500 мкг/мл. Жизнеспособность клеток HDF, обработанных частицами ФС размером 3 мкм в концентрации 1000 мкг/мл, снижалась на 40% (** p  < 0,001), в то время как жизнеспособность РВМС не снижалась.Профили жизнеспособности клеток в отношении РВМС показаны на рис. Можно сделать вывод, что частицы PS не являются цитотоксичными для HDF и PBMC в обычных условиях, но могут вызывать повреждение кожи в условиях экстремально высоких концентраций.

Цитотоксичность частиц ФС. ( A ) Наночастицы полистирола с длиной волны 460 нм на HDF. ( B ) Частицы полистирола размером 1 мкм на HDF. ( C ) Частицы полистирола размером 3 мкм на HDF. ( D ) Частицы полистирола размером 10 мкм на HDF. ( E ) Частицы полистирола размером 40 мкм на HDF.( F ) Частицы полистирола размером 100 мкм на HDF. ( G ) Наночастицы PS 460 нм на PBMC. (H ) Частицы полистирола размером 3 мкм на РВМС. ( I ) Частицы полистирола размером 10 мкм на РВМС.

Оценивалось поступление частиц ФС с пищей, продуктами повседневного обихода и биомедицинскими продуктами. Согласно данным Sigma, средний вес частицы PS размером 3 мкм составляет 1,5 × 10 –8 мг. Основываясь на опубликованных данных, мы рассчитали максимальное потребление 11 000 пластиковых частиц на человека в год с пищей.Люди потенциально могут потреблять до 325 пластиковых частиц на литр питьевой воды. Исходя из рекомендации выпивать два литра воды в день, человек может потреблять до 237 250 пластиковых частиц в год. Таким образом, можно ожидать максимальное годовое потребление 248 250 пластиковых частиц, включая пластиковые частицы из питьевой воды 18 , 39 , 49 51 , что можно преобразовать в 4  мкг/год при условии размера частиц полистирола. 3 мкм. Мы рассчитали годовое поступление частиц полистирола, предполагая, что удельный вес, размеры и форма частиц пластика варьируются.Максимальное годовое потребление на человека может превышать 133 мг/год, если пластиковые частицы имеют диаметр более 100 мкм (более чем пластиковые частицы размером 100 мкм представляют собой увеличение объема на 33 3 по сравнению с частицами размером 3 мкм, где удельный вес составляет 1,04). –1,07 г/см 3 ). Максимальное потребление частиц PS из продуктов личной гигиены или биомедицинских продуктов на основе объема продукта 5  мл варьировалось от 4594 до 94500 частиц в день 4 , 52 , 53 .Основываясь на этом диапазоне, мы подсчитали, что ежегодно используется до 35 × 10 6 первичных пластиковых частиц. Предполагая, что размер частиц <3 мкм или >100 мкм, это было эквивалентно потреблению первичных пластиковых частиц в количестве 0,5–18 860 мг на человека только в результате чистки. Таким образом, мы увеличили оценочное количество общего воздействия первичных пластиковых частиц на человека до 0–19 000 мг год −1 л −1 . Сообщалось, что менее 10% пластиковых отходов состоит из частиц полистирола 39 .Мы подсчитали, что среднее индивидуальное потребление частиц ФС составляет 0–19 мг год −1 л −1 , или 0–19 мкг/мл, с частицами размером от нанометров до микрометров. Мы предположили, что частицы PS наносились на заданную площадь в максимальной концентрации в течение определенного времени для контроля биологической реакции.

Конфокальная визуализация

Механизм клеточного поглощения зависит от размера и поверхностного заряда частиц. Поглощение частиц меньше 700 нм происходит посредством опосредованного рецептором эндоцитоза 54 , тогда как более крупные частицы захватываются посредством фагоцитоза 55 .Полистироловые наносферы с концевыми концами NH 2 обладают высокой токсичностью по отношению к макрофагам RAW 264.7, эпителиальным клеткам и клеткам эндотелиальной гепатомы микрососудов человека 56 . Это было связано с отложением частиц в цитозоле, что вызывало увеличение митохондриального захвата Ca 2+ и гибель клеток. Отрицательно заряженные полимерные наночастицы диаметром менее 500 нм имеют тенденцию эффективно накапливаться в опухолях мышей 57 .На основании этих результатов для нашего исследования были выбраны частицы PS-FITC размером 460 нм. Микрочастицы полистирола могут быть преобразованы в наночастицы 13 , поэтому мы подумали, что результаты этих исследований будут полезны для понимания токсичности частиц полистирола. Мы также проверили, чтобы определить, вызывают ли частицы полистирола размером 460 нм другую биологическую реакцию. Наночастицы ФС с длиной волны 460 нм, меченные FITC, позволили нам определить расположение частиц внутри клеток после эндоцитоза (рис.). Частицы PS-FITC располагались в основном в цитоплазме фагоцитирующих клеток, таких как нейтрофилы и макрофаги, тогда как фагоцитоз лимфоцитоподобными клетками не указывался (рис. ) на изображениях Z-среза 57 . Подобно нашему наблюдению в PBMC, частицы PS-FITC в клетках HDF в основном располагались в цитоплазме, что указывало на успешное поглощение частиц (рис. ).

Конфокальные изображения частиц ФС в клетках. ( A ) Флуоресцентные изображения наночастиц PS-FITC с длиной волны 460 нм в РВМС после окрашивания DAPI (масштабная линейка = 10 мкм).Справа: изображения Z-сечения. ( B ) Флуоресцентные изображения наночастиц PS-FITC с длиной волны 460 нм, поглощенных HDF, собранных после окрашивания DAPI (масштабная линейка = 50 мкм). Справа: изображения Z-сечения.

Тест на гемолиз

Анализ гемолиза in vivo был проведен для оценки совместимости частиц PS с кровью, что позволило бы нам выявить тяжелые острые токсические реакции в эритроцитах 58 . Гемоглобин представляет собой железосодержащий металлопротеин, переносящий кислород, который играет важную роль в транспортировке кислорода от легких к клеткам и тканям 59 .Хорошая корреляция между в анализах гемолиза vitro и токсичностью в vivo была продемонстрирована в нескольких исследованиях 60 , 61 . Результаты этих исследований показывают, что полимеры, как правило, вредны для клеток, хотя величина токсичности зависит от концентрации, времени воздействия и катионной природы полимеров. Частицы микропластика диаметром менее 5 мкм оказывали гемолитическое действие на эритроциты из-за их поверхностного заряда и агрегации в сильно солевом буфере (* p  < 0.03, рис. ). Агрегаты пластиковых частиц и биомолекул выделяют химические вещества, которые также обладают цитотоксическими эффектами 62 65 . Мы исследовали гемолиз эритроцитов после прямого контакта с частицами ФС различной концентрации и размера. Частицы ФС диаметром более 10 мкм не могут проникать в кровеносные сосуды. Однако наблюдаемые гемолитические эффекты указывали на то, что прямой контакт приводил к цитотоксичности. Частицы полистирола диаметром менее 5 мкм обладали гемолитическим эффектом примерно на 4 % по сравнению с контролем.Это означало, что более мелкие частицы имели более сильную тенденцию к агрегации из-за размера, а высокая концентрация влияла на гемолиз эритроцитов. Индукция гемолиза зависела только от размера, а не от концентрации. Частицы ФС меньше, чем эритроциты, средний диаметр которых составляет 6–8 мкм, были более цитотоксичны при каждой концентрации из-за их большой площади поверхности. Напротив, крупные частицы ФС не оказывали гемолитического действия на эритроциты (рис. ). Хотя индекс гемолиза, показанный в этом исследовании, не был очевиден 66 , гемолиз был связан с размером частиц в отрицательной корреляции.Таким образом, гемолитический побочный эффект in vivo наночастиц должен быть дополнительно изучен, особенно для малых наночастиц.

Гемолиз эритроцитов после контакта с частицами ФС. ( A ) 460 нм наночастиц полистирола. ( B ) Частицы полистирола размером 1 мкм. ( C ) Частицы полистирола размером 3 мкм. ( D ) Частицы полистирола размером 10 мкм. ( E ) Частицы полистирола размером 40 мкм. ( F ) Частицы полистирола размером 100 мкм. 5% TX-100 служил положительным контролем. Cntl указывает на отсутствие лечения.Поглощение измеряли при 540 нм.

Профили цитокинов

Риск проглатывания микропластика при испытаниях на животных зависит от степени воздействия и размера пораженной области 16 . Перемещение, перераспределение и удержание являются основными проблемами 67 , 68 . Как и в случае с пыльцой и пылью, прямой контакт с пластиковыми частицами может индуцировать первичные защитные механизмы тела для выброса, такие как слезотечение, выделение мокроты, чихание и кашель 69 .Микрочастицы в тонком кишечнике, образующиеся в результате абсорбции через кожу и клетки, переносились в другие ткани организма через кровеносные сосуды в тестах на животных, где проявлялись клеточно-опосредованные защитные механизмы 67 . В таких случаях микрочастицы пластика могут быть обнаружены в просвете кровеносных и лимфатических сосудов в течение минут 70 , 71 . Всасывание более мелких пластиковых нано- и микрочастиц в пищеварительном тракте происходит через пиноцитоз и везикулярный фагоцитоз фагоцитами 72 74 .Эти процессы зависят от размера частиц. Результаты нескольких исследований показывают, что пластиковые микросферы диаметром 50–100 нм легче всасываются через пейеровы бляшки и ворсинки в кишечнике, чем частицы с большим диаметром 300–3000 нм 75 , а поверхностный заряд и гидрофильность увеличиваются. сродство к поглощению 76 78 .

В этом исследовании мы оценили профили высвобождения цитокинов иммунными клетками, чтобы определить, может ли воспаление быть вызвано лечением частицами PS.Мы также исследовали, происходит ли высвобождение цитокинов в зависимости от размера или концентрации. Интерлейкин 2 (IL-2) является одним из наиболее распространенных цитокинов и участвует в контроле клеточной толерантности и иммунитета. ИЛ-2 представляет собой фактор роста Т-клеток (TCGF), который был обнаружен в супернатантах, полученных из стимулированных митогеном лимфоцитов периферической крови. ИЛ-2 продуцируется преимущественно активированными CD 4 + и CD 8 + Т-лимфоцитами 79 . TNF-α служит иммунным медиатором для клеточной адгезии, миграции, ангиогенеза и апоптоза.TNF-α является провоспалительным цитокином, продуцируемым клетками костного мозга, в первую очередь макрофагами, а также широким спектром клеток (лимфоцитами, тучными клетками, эндотелиальными клетками и т. д.) после стимуляции различными агентами 80 . Активация этих цитокинов является потенциальным индикатором иммунного ответа и воспаления. ИЛ-6 действует как провоспалительный цитокин и противовоспалительный миокин. ИЛ-6 вырабатывается в ответ на инфекции и повреждения тканей и способствует защите хозяина, стимулируя реакцию острой фазы 81 .IL-10 представляет собой противовоспалительный цитокин, подавляющий активность клеток Th2, NK-клеток и макрофагов во время инфекции 82 .

Результаты ИФА (рис. ) показали увеличение секреции TNF-α при обработке частицами ФС диаметром менее 1 мкм в концентрации 500 мкг/мл (*P < 0,03) и значительное изменение секреция ИЛ-6 при обработке частицами ФС диаметром менее 10 мкм в концентрации 500 мкг/мл (*P < 0,04, рис.). Однако секреция ИЛ-2 обработанными клетками и контрольными образцами не различалась (рис. ). Это указывает на то, что высокая концентрация мелких частиц ФС может вызывать воспаление через врожденную иммунную систему, а не через адаптивную иммунную систему. Наряду с результатом конфокальной визуализации (рис. ), мы предполагаем, что иммунные клетки способны фагоцитировать частицы PS и, возможно, распознавать их как патогены. Эти результаты согласуются с предыдущими исследованиями, которые показали, что частицы ФС диаметром менее 3 мкм ускоряют фагоцитоз за счет увеличения продукции цитокинов, включая ИЛ-1 и ИЛ-6.Эти цитокины секретируются макрофагами, которые связаны с врожденным иммунитетом и воспалением 83 , 84 . ИЛ-10 подавляет или регулирует воспалительный ответ антигенпрезентирующих клеток (АРС), таких как дендритные клетки и макрофаги, и ограничивает адаптивный ответ CD4 + Т-клеток. Никакого повышения секреции ИЛ-10 не наблюдалось ни в одном из условий эксперимента (рис. ). Это указывало на то, что ранняя стадия воспаления была вызвана фагоцитозом частиц ФС макрофагоподобными клетками и что частицы ФС не будут подавлять иммунный ответ.Хотя эффекты частиц PS в более низких концентрациях и более крупных частиц PS на ранней стадии воспаления были менее очевидными, частицы PS, таким образом, потенциально могли вызывать токсичность, вызывая воспаление в зависимости от размера и концентрации.

Профили цитокинов ФНО-альфа, ИЛ-2, ИЛ-6, ИЛ-10 и гистамина. Секреция TNF-α, индуцированная частицами ФС различного размера в концентрациях ( A ) 500 мкг/мл, ( B ) 100 мкг/мл и ( C ) 10 мкг/мл.Секреция ИЛ-2, индуцированная частицами ФС различного размера в концентрациях ( D ) 500 мкг/мл, ( E ) 100 мкг/мл и ( F ) 10 мкг/мл. Секреция ИЛ-6, индуцированная частицами ФС различного размера в концентрациях ( G ) 500 мкг/мл, ( H ) 100 мкг/мл и ( I ) 10 мкг/мл. Секреция ИЛ-10, индуцированная частицами ФС различного размера в концентрациях ( J ) 500 мкг/мл, ( K ) 100 мкг/мл и ( L ) 10 мкг/мл.( M ) Профили гистамина после обработки частицами полистирола 500 мкг/мл разного размера. Cntl: без лечения. ЛПС: 2,5 мкг/мл.

Профили гистамина

Анализ гистамина проводили с использованием частиц PS разного размера в высокой концентрации 500  мкг/мл, которая индуцировала секрецию IL-6 (рис. ). В отличие от результатов предыдущего исследования частиц полипропилена 49 , частицы полистирола разных размеров не вызывали различий в высвобождении гистамина по сравнению с контролем.Тучные клетки MHC-1 выполняют ключевую функцию на стыке врожденного и адаптивного иммунитета и являются первичными эффекторами гиперчувствительности немедленного типа. Сообщалось, что TNF-α, полученный из тучных клеток, играет особенно важную роль в аллергическом воспалении. В нашем исследовании обработка частицами ФС не влияла на секрецию ИЛ-2. Однако это может свидетельствовать о том, что частицы ФС вызывают острое воспаление без участия гистаминов и что они с большей вероятностью активируют врожденный иммунитет, чем адаптивный.

Мы провели тесты с HDF и PBMC, чтобы определить, могут ли первичные частицы PS вызывать воспаление и цитотоксические эффекты у людей без гистаминового посредничества. Для этого эксперимента использовались частицы ПС диаметром 0,46, 1, 3, 10, 40 и 100 мкм и близкими дзета-потенциалами (1 ± 2 мВ). Результаты цитотоксичности показали, что концентрация частиц PS на уровне <500  мкг/мл не снижает жизнеспособность клеток HDF и PBMC. Однако высокая концентрация (1000 мкг/мл) вызывала цитотоксичность до 50% клеток HDF.Размер частиц PS и поверхностный заряд были важными факторами цитотоксичности. Согласно недавнему исследованию, наночастицы полистирола, меченные NH 2 , были высокотоксичны для макрофагов RAW 264.7. Как и в наших наблюдениях, наночастицы ФС накапливались в цитоплазме и индуцировали поглощение кальция митохондриями, что приводило к гибели клеток 56 . Макрофаги человека могут избирательно фагоцитировать наночастицы PS, особенно частицы PS с концевыми COOH. Линия моноцитарных клеток человека THP-1 с большей вероятностью эндоцитировала наночастицы PS с концевыми NH 2 .Другое исследование показало, что частицы ФС различного размера накапливаются в печени, жабрах и кишечнике рыбок данио и вызывают воспаление 85 .

Потенциальная токсичность частиц микропластика полистирола

Abstract

Загрязнение окружающей среды пластиковыми отходами является серьезной проблемой во всем мире. Пластиковые макрочастицы, микрочастицы и наночастицы могут влиять на морские экосистемы и здоровье человека. Общепризнано, что частицы микропластика не вредны или в лучшем случае минимальны для здоровья человека.Однако прямой контакт с частицами микропластика может иметь возможный неблагоприятный эффект на клеточном уровне. В центре внимания этого исследования были частицы первичного полистирола (ПС), и мы исследовали потенциальное воздействие этих микропластиков на здоровье человека на клеточном уровне. Мы определили, что частицы PS являются потенциальными иммуностимуляторами, которые индуцируют выработку цитокинов и хемокинов в зависимости от размера и концентрации.

Тематические термины: Клеточная культура, Мониторинг окружающей среды, Супрамолекулярные полимеры

Введение

Частицы микропластика можно разделить на две категории: первичные и вторичные.Пластиковые частицы диаметром менее 5 мм считаются микропластиком 1 . Хотя в 2015 году местные и национальные правительства Северной Америки приняли меры по регулированию производства микрогранул, частицы микропластика по-прежнему производятся в других частях мира 2 . Первичные микропластические частицы намеренно изготавливаются в микросхем и являются ключевыми ингредиентами в Scrubs 3 , мышь на мыпле 4 , Cleansers 5 , зубные пасты 6 и биомедицинские продукты 7 .Первичные частицы микропластика, особенно диаметром от 1 до 5 мкм, имеют сферическую форму и часто изготавливаются из полипропилена (ПП), полистирола (ПС) или полиэтилена (ПЭ).

В отличие от первичных частиц микропластика, вторичные частицы микропластика образуются в результате фрагментации пластикового мусора 8 10 . Пластиковый мусор является основным источником вторичных частиц микропластика, обнаруженных в океане и почве, потому что мусор распадается на мезо- и макрочастицы.Ультрафиолетовое (УФ) излучение солнца и физические силы разлагают эти частицы на пластиковые микрочастицы и наночастицы 11 , 12 . В недавнем исследовании изучалась фрагментация крышек для кофейных чашек из полистирола, одноразовых тарелок и пенопласта из полистирола, облученных искусственным ультрафиолетовым светом, для определения механизма разложения 13 .

Морепродукты также являются потенциальным источником загрязнения пластиковыми частицами 14 18 .В исследовании 2015 года 19 антропогенный мусор, включая пластиковые частицы и волокна, был обнаружен более чем в 20% отдельных моллюсков и в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) рыб. Проглатывание микропластика рыбами и моллюсками было продемонстрировано в нескольких исследованиях 16 , 18 , 20 .

Продукты питания, пищевые контейнеры, предметы повседневного обихода (предметы личной гигиены), биомедицинские продукты и питьевая вода не являются основными источниками загрязняющих частиц пластика.Однако они могут быть постоянными источниками пластиковых частиц 21 24 . Например, в ходе одного исследования фрагменты микропластика были обнаружены во всех типах многоразовых и одноразовых пластиковых бутылок 24 . Другие примеры включают скрабы для лица, которые обычно используются для отшелушивания. Подсчитано, что 1,1 миллиона женщин в Великобритании используют эти скрабы каждый день. Типичное количество для ежедневного использования составляет 5 мл, которые содержат от 4594 до 94500 частиц микропластика 4 , 5 .Кроме того, три из четырех эксфолиантов для тела содержат микропластик. Эти первичные пластиковые частицы могут попасть в канализацию 4 , и только 25% из них отфильтровываются из водоочистных сооружений 4 , 25 . Поэтому прямой контакт с частицами микропластика в повседневных продуктах является потенциально серьезной проблемой. Согласно одному исследованию, частицы полистирола из лабораторий могут быть источником первичных загрязнителей пластиковыми частицами 26 .В этом исследовании мы сосредоточились на наночастицах и микрочастицах полистирола, обнаруженных в окружающей среде. В зависимости от их размера, формы и химического состава функциональных групп проглоченные частицы микропластика могут вызывать различные проблемы. Частицы микропластика не перевариваются, поэтому агрегаты, содержащие биомолекулы и микропластики или нанопластики, могут вызвать нарушение моторики или обструкцию желудочно-кишечного тракта. Хорошо известно, что размер является важным параметром цитотоксичности.В недавнем исследовании частицы COOH-PS размером 30 нм в морской воде агрегировались менее чем за 30 минут 28 . Гидродинамический диаметр частиц нанопластика увеличивается с увеличением концентрации NaCl. Гидродинамический диаметр наночастиц (НЧ) ФС составляет ~100 нм при низкой ионной силе NaCl (1–50 мМ). Однако было обнаружено, что PS NP агрегируют, когда концентрация NaCl выше 29 . Таким образом, ожидается, что полистирольные наночастицы легко агрегируют в морской воде.Их взаимодействие с различными примесями может нанести вред водным животным и вызвать побочные эффекты у человека. Поглощенные микропластики и нанопластики диаметром менее 1,5 мкм могут напрямую повреждать клетки. НЧ были недавно получены посредством деградации микропластиков полистирола через 56 дней просто путем их облучения УФ-светом, что было в три раза быстрее, чем деградация без УФ-облучения 13 . Эти данные свидетельствуют о том, что простые химические взаимодействия могут генерировать наноразмерные частицы из частиц полистирола и приводить к прямому повреждению клеток.В нескольких исследованиях сообщалось, что микропластик диаметром <1,5 мкм может проникать в ткани и приводить к накоплению микропластика 6 , 30 , 31 . Считается, что от 1% до 4% частиц ФС в кишечнике мигрируют в кровоток. Транслокация наночастиц считается очень низкой, и наиболее вероятными местами их накопления являются пейеровы бляшки в тонкой кишке 32 . Однако не исключено, что попадание нанопластика в кровоток после приема внутрь может привести к локальному воспалению или вызвать аллергические реакции в тканях 29 , 33 35 .Агрегация микропластика и нанопластика с биомолекулами и химическими веществами часто оказывает токсическое воздействие. Согласно руководящим принципам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), воздействие мономеров стирола на человека должно быть ограничено средневзвешенной по времени концентрацией (TWA) 20 ppm (85 мг/м 3 ) с пределом кратковременного воздействия ( STEL) 40 ppm (170 мг/м 3 ) 36 . Химические вещества, используемые для синтеза частиц полистирола, такие как монофункциональные пероксиды, также могут вызывать токсичность.Инициаторы, такие как пероксид бензоила и азобисизобутиронитрил, используются для сокращения времени полимеризации. Другие химические вещества, используемые для синтеза PS, включают катализаторы, такие как цеолиты и оксиды железа (III); эмульгаторы; и стабилизаторы, такие как бис(2,2,6,6-тетраметилпиперидин-4-ил)декандиоат. Эти химические вещества встречаются во всем мире и считаются загрязнителями окружающей среды. Они накапливаются в пищевой цепи, преимущественно в жировых тканях животных. Большая часть микропластика и нанопластика, потребляемого человеком, содержится в продуктах питания, пищевых контейнерах и воде 18 , 19 , 31 .Бытовые продукты и загрязненная почва также могут быть источниками первичных микропластиков, и их попадание в организм человека может вызвать проблемы со здоровьем 4 , 37 . В среднем человек проглатывает около 11 000 частиц микропластика и нанопластика ежегодно, потребляя морепродукты, такие как устрицы, крабы и рыба 18 , 38 . Многоразовые и одноразовые пластиковые бутылки могут содержать до 15 макрочастиц или наночастиц на литр 24 .В питьевой воде были обнаружены микрочастицы размером от 1 до 500 мкм. Пятьдесят процентов микропластика и нанопластика имеют диаметр менее 1,5 мкм. Эти частицы обнаружены в волокнах, фрагментах и ​​сферических пенопластах 24 , 39 , 40 , что указывает на то, что сферические пенопластовые микропластики и нанопластики могут быть первичными пластиковыми частицами. Также было высказано предположение, что микрочастицы полистирола составляют менее 10% частиц пластика в неочищенной воде и отложениях 39 .Следовательно, мониторинг первичных частиц полистирола может выявить происхождение этих загрязняющих веществ.

Полистирол представляет собой бесцветный прозрачный полимер, состоящий из мономеров стирола, с удельным весом 1,04–1,07  г/см 3 . PS растворим в органических растворителях, таких как кетоны, сложные эфиры и ароматические углеводороды. Устойчив к кислотам, щелочам, солям, минеральным маслам, органическим кислотам и спиртам 41 . Твердый и прочный пластик PS часто используется для производства прозрачных продуктов, таких как упаковка для пищевых продуктов и лабораторная посуда.Легкий пенополистирол обеспечивает отличную теплоизоляцию для многих применений, таких как кровля, стены зданий, холодильники и морозильники.

В этом исследовании мы сосредоточились на потенциальном воздействии первичных частиц полистирола на здоровье человека в зависимости от размера и концентрации частиц, а не воздействия отдельных химических веществ. Мы оценили способность первичных частиц ФС вызывать токсичность на клеточном уровне. Хотя многие организации и исследовательские группы исследовали влияние первичных микрочастиц и наночастиц ФС на морские экосистемы 42 44 , неясно, какое влияние первичные частицы ФС оказывают на человека.Сферические первичные частицы PS используются для широкого спектра биомедицинских приложений, которые непосредственно влияют на людей, таких как доставка лекарств 45 , визуализация 7 , 46 и лабораторное оборудование. Таким образом, изучение взаимосвязи между первичными частицами полистирола и потенциальными рисками для здоровья человека важно для понимания токсичности частиц полистирола. В этом исследовании мы оценили способность первичных микрочастиц и наночастиц PS вызывать токсичность у людей в зависимости от размера и концентрации и исследовали, опосредуют ли частицы PS иммунные ответы и аллергические реакции.

Результаты и обсуждение

Мы предположили, что люди могут поглощать частицы ФС из продуктов повседневного пользования, продуктов питания, биомедицинских продуктов, пищевых контейнеров и питьевой воды 24 , 38 . Мы протестировали частицы PS шести разных размеров, используя кожные фибробласты человека (HDF), мононуклеарные клетки периферической крови человека (PBMC) и линию тучных клеток человека (HMC-1), чтобы определить их цитотоксический потенциал (рис. ).

Иллюстрация путей поглощения частиц ФС тремя клеточными линиями.Поступление в организм человека частиц PS из продуктов личной гигиены может происходить через кожу. Поступление также может происходить при попадании частиц ФС в пищу, контейнеры для пищевых продуктов, питьевую воду или биомедицинские продукты. Мы оценили способность первичных микрочастиц и наночастиц ФС вызывать токсичность у людей на основе размера и концентрации частиц в клетках человека.

Характеристика частиц полистирола

Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), использовались для изучения морфологии отдельных частиц полистирола, покрытых платиной (рис.) в агрегатах. Более мелкие частицы с большей вероятностью агрегировали из-за ван-дер-ваальсовых взаимодействий с Na + или Ca 2+ в буфере. Дзета-потенциал частиц полистирола с длиной волны 460 нм составлял -2,2 ± 0,1 мВ (рис. ), в то время как дзета-потенциалы других частиц полистирола были ближе к нулю. Формирование агрегатов наночастиц ПС можно объяснить теорией Держагина-Ландау-Фервея-Овербека (DLVO). Согласно теории DLVO, мелкие частицы несут меньший заряд, чем крупные частицы при рН 7.Силы отталкивания электрического двойного слоя (EDL) между маленькими частицами при данной ионной силе, таким образом, меньше 47 . Частицы PS с небольшим отрицательным зарядом имели тенденцию сближаться друг с другом по мере увеличения ионной силы NaCl до 137  мМ в буфере PBS. Кроме того, все частицы ПС были одинаковыми по размеру (рис. ).

СЭМ-изображения и дзета-потенциалы частиц полистирола. ( A ) 460 нм наночастиц полистирола. ( B ) Частицы полистирола размером 1 мкм. ( C ) Частицы полистирола размером 3 мкм.( D ) Частицы полистирола размером 10 мкм. ( E ) Частицы полистирола размером 40 мкм. ( F ) Частицы полистирола размером 100 мкм (масштабная линейка = 200 нм, 1 мкм, 2 мкм, 10 мкм и 20 мкм). ( G ) Дзета-потенциалы частиц полистирола.

Тесты на цитотоксичность

Мы исследовали реакцию HDF человеческого происхождения, клеток HMC-1, PBMC и других клеток на частицы PS. HDFs являются преобладающими клетками в стромальной ткани, которая играет важную роль в процессе заживления ран, а также обеспечивает защитный барьер для предотвращения поглощения частиц PS.Для этого исследования были выбраны тучные клетки человека, поскольку они обладают многими ключевыми характеристиками тучных клеток ткани. К ним относятся экспрессия гистамина, триптазы и гепарина, что может указывать на тесную связь между микрочастицами ФС, иммунной системой человека и гиперчувствительностью 48 . Поведение изолированных РВМС, такое как экспрессия цитокинов, может предоставить уникальную информацию об иммунном ответе человека на частицы ФС в организме. Клетки были полностью покрыты частицами PS (1 мг/мл) во время обработки.Отсутствие токсичности ГДФ может указывать на то, что первичные частицы ФС меньше повреждают органы и кожу. Ни одна из частиц PS не вызывала значительной цитотоксичности в клетках HDF или PBMC (рис.) при концентрациях до 500 мкг/мл. Мы также включили в план эксперимента концентрацию PS выше 500 мкг/мл. Жизнеспособность клеток HDF, обработанных частицами ФС размером 3 мкм в концентрации 1000 мкг/мл, снижалась на 40% (** p  < 0,001), в то время как жизнеспособность РВМС не снижалась.Профили жизнеспособности клеток в отношении РВМС показаны на рис. Можно сделать вывод, что частицы PS не являются цитотоксичными для HDF и PBMC в обычных условиях, но могут вызывать повреждение кожи в условиях экстремально высоких концентраций.

Цитотоксичность частиц ФС. ( A ) Наночастицы полистирола с длиной волны 460 нм на HDF. ( B ) Частицы полистирола размером 1 мкм на HDF. ( C ) Частицы полистирола размером 3 мкм на HDF. ( D ) Частицы полистирола размером 10 мкм на HDF. ( E ) Частицы полистирола размером 40 мкм на HDF.( F ) Частицы полистирола размером 100 мкм на HDF. ( G ) Наночастицы PS 460 нм на PBMC. (H ) Частицы полистирола размером 3 мкм на РВМС. ( I ) Частицы полистирола размером 10 мкм на РВМС.

Оценивалось поступление частиц ФС с пищей, продуктами повседневного обихода и биомедицинскими продуктами. Согласно данным Sigma, средний вес частицы PS размером 3 мкм составляет 1,5 × 10 –8 мг. Основываясь на опубликованных данных, мы рассчитали максимальное потребление 11 000 пластиковых частиц на человека в год с пищей.Люди потенциально могут потреблять до 325 пластиковых частиц на литр питьевой воды. Исходя из рекомендации выпивать два литра воды в день, человек может потреблять до 237 250 пластиковых частиц в год. Таким образом, можно ожидать максимальное годовое потребление 248 250 пластиковых частиц, включая пластиковые частицы из питьевой воды 18 , 39 , 49 51 , что можно преобразовать в 4  мкг/год при условии размера частиц полистирола. 3 мкм. Мы рассчитали годовое поступление частиц полистирола, предполагая, что удельный вес, размеры и форма частиц пластика варьируются.Максимальное годовое потребление на человека может превышать 133 мг/год, если пластиковые частицы имеют диаметр более 100 мкм (более чем пластиковые частицы размером 100 мкм представляют собой увеличение объема на 33 3 по сравнению с частицами размером 3 мкм, где удельный вес составляет 1,04). –1,07 г/см 3 ). Максимальное потребление частиц PS из продуктов личной гигиены или биомедицинских продуктов на основе объема продукта 5  мл варьировалось от 4594 до 94500 частиц в день 4 , 52 , 53 .Основываясь на этом диапазоне, мы подсчитали, что ежегодно используется до 35 × 10 6 первичных пластиковых частиц. Предполагая, что размер частиц <3 мкм или >100 мкм, это было эквивалентно потреблению первичных пластиковых частиц в количестве 0,5–18 860 мг на человека только в результате чистки. Таким образом, мы увеличили оценочное количество общего воздействия первичных пластиковых частиц на человека до 0–19 000 мг год −1 л −1 . Сообщалось, что менее 10% пластиковых отходов состоит из частиц полистирола 39 .Мы подсчитали, что среднее индивидуальное потребление частиц ФС составляет 0–19 мг год −1 л −1 , или 0–19 мкг/мл, с частицами размером от нанометров до микрометров. Мы предположили, что частицы PS наносились на заданную площадь в максимальной концентрации в течение определенного времени для контроля биологической реакции.

Конфокальная визуализация

Механизм клеточного поглощения зависит от размера и поверхностного заряда частиц. Поглощение частиц меньше 700 нм происходит посредством опосредованного рецептором эндоцитоза 54 , тогда как более крупные частицы захватываются посредством фагоцитоза 55 .Полистироловые наносферы с концевыми концами NH 2 обладают высокой токсичностью по отношению к макрофагам RAW 264.7, эпителиальным клеткам и клеткам эндотелиальной гепатомы микрососудов человека 56 . Это было связано с отложением частиц в цитозоле, что вызывало увеличение митохондриального захвата Ca 2+ и гибель клеток. Отрицательно заряженные полимерные наночастицы диаметром менее 500 нм имеют тенденцию эффективно накапливаться в опухолях мышей 57 .На основании этих результатов для нашего исследования были выбраны частицы PS-FITC размером 460 нм. Микрочастицы полистирола могут быть преобразованы в наночастицы 13 , поэтому мы подумали, что результаты этих исследований будут полезны для понимания токсичности частиц полистирола. Мы также проверили, чтобы определить, вызывают ли частицы полистирола размером 460 нм другую биологическую реакцию. Наночастицы ФС с длиной волны 460 нм, меченные FITC, позволили нам определить расположение частиц внутри клеток после эндоцитоза (рис.). Частицы PS-FITC располагались в основном в цитоплазме фагоцитирующих клеток, таких как нейтрофилы и макрофаги, тогда как фагоцитоз лимфоцитоподобными клетками не указывался (рис. ) на изображениях Z-среза 57 . Подобно нашему наблюдению в PBMC, частицы PS-FITC в клетках HDF в основном располагались в цитоплазме, что указывало на успешное поглощение частиц (рис. ).

Конфокальные изображения частиц ФС в клетках. ( A ) Флуоресцентные изображения наночастиц PS-FITC с длиной волны 460 нм в РВМС после окрашивания DAPI (масштабная линейка = 10 мкм).Справа: изображения Z-сечения. ( B ) Флуоресцентные изображения наночастиц PS-FITC с длиной волны 460 нм, поглощенных HDF, собранных после окрашивания DAPI (масштабная линейка = 50 мкм). Справа: изображения Z-сечения.

Тест на гемолиз

Анализ гемолиза in vivo был проведен для оценки совместимости частиц PS с кровью, что позволило бы нам выявить тяжелые острые токсические реакции в эритроцитах 58 . Гемоглобин представляет собой железосодержащий металлопротеин, переносящий кислород, который играет важную роль в транспортировке кислорода от легких к клеткам и тканям 59 .Хорошая корреляция между в анализах гемолиза vitro и токсичностью в vivo была продемонстрирована в нескольких исследованиях 60 , 61 . Результаты этих исследований показывают, что полимеры, как правило, вредны для клеток, хотя величина токсичности зависит от концентрации, времени воздействия и катионной природы полимеров. Частицы микропластика диаметром менее 5 мкм оказывали гемолитическое действие на эритроциты из-за их поверхностного заряда и агрегации в сильно солевом буфере (* p  < 0.03, рис. ). Агрегаты пластиковых частиц и биомолекул выделяют химические вещества, которые также обладают цитотоксическими эффектами 62 65 . Мы исследовали гемолиз эритроцитов после прямого контакта с частицами ФС различной концентрации и размера. Частицы ФС диаметром более 10 мкм не могут проникать в кровеносные сосуды. Однако наблюдаемые гемолитические эффекты указывали на то, что прямой контакт приводил к цитотоксичности. Частицы полистирола диаметром менее 5 мкм обладали гемолитическим эффектом примерно на 4 % по сравнению с контролем.Это означало, что более мелкие частицы имели более сильную тенденцию к агрегации из-за размера, а высокая концентрация влияла на гемолиз эритроцитов. Индукция гемолиза зависела только от размера, а не от концентрации. Частицы ФС меньше, чем эритроциты, средний диаметр которых составляет 6–8 мкм, были более цитотоксичны при каждой концентрации из-за их большой площади поверхности. Напротив, крупные частицы ФС не оказывали гемолитического действия на эритроциты (рис. ). Хотя индекс гемолиза, показанный в этом исследовании, не был очевиден 66 , гемолиз был связан с размером частиц в отрицательной корреляции.Таким образом, гемолитический побочный эффект in vivo наночастиц должен быть дополнительно изучен, особенно для малых наночастиц.

Гемолиз эритроцитов после контакта с частицами ФС. ( A ) 460 нм наночастиц полистирола. ( B ) Частицы полистирола размером 1 мкм. ( C ) Частицы полистирола размером 3 мкм. ( D ) Частицы полистирола размером 10 мкм. ( E ) Частицы полистирола размером 40 мкм. ( F ) Частицы полистирола размером 100 мкм. 5% TX-100 служил положительным контролем. Cntl указывает на отсутствие лечения.Поглощение измеряли при 540 нм.

Профили цитокинов

Риск проглатывания микропластика при испытаниях на животных зависит от степени воздействия и размера пораженной области 16 . Перемещение, перераспределение и удержание являются основными проблемами 67 , 68 . Как и в случае с пыльцой и пылью, прямой контакт с пластиковыми частицами может индуцировать первичные защитные механизмы тела для выброса, такие как слезотечение, выделение мокроты, чихание и кашель 69 .Микрочастицы в тонком кишечнике, образующиеся в результате абсорбции через кожу и клетки, переносились в другие ткани организма через кровеносные сосуды в тестах на животных, где проявлялись клеточно-опосредованные защитные механизмы 67 . В таких случаях микрочастицы пластика могут быть обнаружены в просвете кровеносных и лимфатических сосудов в течение минут 70 , 71 . Всасывание более мелких пластиковых нано- и микрочастиц в пищеварительном тракте происходит через пиноцитоз и везикулярный фагоцитоз фагоцитами 72 74 .Эти процессы зависят от размера частиц. Результаты нескольких исследований показывают, что пластиковые микросферы диаметром 50–100 нм легче всасываются через пейеровы бляшки и ворсинки в кишечнике, чем частицы с большим диаметром 300–3000 нм 75 , а поверхностный заряд и гидрофильность увеличиваются. сродство к поглощению 76 78 .

В этом исследовании мы оценили профили высвобождения цитокинов иммунными клетками, чтобы определить, может ли воспаление быть вызвано лечением частицами PS.Мы также исследовали, происходит ли высвобождение цитокинов в зависимости от размера или концентрации. Интерлейкин 2 (IL-2) является одним из наиболее распространенных цитокинов и участвует в контроле клеточной толерантности и иммунитета. ИЛ-2 представляет собой фактор роста Т-клеток (TCGF), который был обнаружен в супернатантах, полученных из стимулированных митогеном лимфоцитов периферической крови. ИЛ-2 продуцируется преимущественно активированными CD 4 + и CD 8 + Т-лимфоцитами 79 . TNF-α служит иммунным медиатором для клеточной адгезии, миграции, ангиогенеза и апоптоза.TNF-α является провоспалительным цитокином, продуцируемым клетками костного мозга, в первую очередь макрофагами, а также широким спектром клеток (лимфоцитами, тучными клетками, эндотелиальными клетками и т. д.) после стимуляции различными агентами 80 . Активация этих цитокинов является потенциальным индикатором иммунного ответа и воспаления. ИЛ-6 действует как провоспалительный цитокин и противовоспалительный миокин. ИЛ-6 вырабатывается в ответ на инфекции и повреждения тканей и способствует защите хозяина, стимулируя реакцию острой фазы 81 .IL-10 представляет собой противовоспалительный цитокин, подавляющий активность клеток Th2, NK-клеток и макрофагов во время инфекции 82 .

Результаты ИФА (рис. ) показали увеличение секреции TNF-α при обработке частицами ФС диаметром менее 1 мкм в концентрации 500 мкг/мл (*P < 0,03) и значительное изменение секреция ИЛ-6 при обработке частицами ФС диаметром менее 10 мкм в концентрации 500 мкг/мл (*P < 0,04, рис.). Однако секреция ИЛ-2 обработанными клетками и контрольными образцами не различалась (рис. ). Это указывает на то, что высокая концентрация мелких частиц ФС может вызывать воспаление через врожденную иммунную систему, а не через адаптивную иммунную систему. Наряду с результатом конфокальной визуализации (рис. ), мы предполагаем, что иммунные клетки способны фагоцитировать частицы PS и, возможно, распознавать их как патогены. Эти результаты согласуются с предыдущими исследованиями, которые показали, что частицы ФС диаметром менее 3 мкм ускоряют фагоцитоз за счет увеличения продукции цитокинов, включая ИЛ-1 и ИЛ-6.Эти цитокины секретируются макрофагами, которые связаны с врожденным иммунитетом и воспалением 83 , 84 . ИЛ-10 подавляет или регулирует воспалительный ответ антигенпрезентирующих клеток (АРС), таких как дендритные клетки и макрофаги, и ограничивает адаптивный ответ CD4 + Т-клеток. Никакого повышения секреции ИЛ-10 не наблюдалось ни в одном из условий эксперимента (рис. ). Это указывало на то, что ранняя стадия воспаления была вызвана фагоцитозом частиц ФС макрофагоподобными клетками и что частицы ФС не будут подавлять иммунный ответ.Хотя эффекты частиц PS в более низких концентрациях и более крупных частиц PS на ранней стадии воспаления были менее очевидными, частицы PS, таким образом, потенциально могли вызывать токсичность, вызывая воспаление в зависимости от размера и концентрации.

Профили цитокинов ФНО-альфа, ИЛ-2, ИЛ-6, ИЛ-10 и гистамина. Секреция TNF-α, индуцированная частицами ФС различного размера в концентрациях ( A ) 500 мкг/мл, ( B ) 100 мкг/мл и ( C ) 10 мкг/мл.Секреция ИЛ-2, индуцированная частицами ФС различного размера в концентрациях ( D ) 500 мкг/мл, ( E ) 100 мкг/мл и ( F ) 10 мкг/мл. Секреция ИЛ-6, индуцированная частицами ФС различного размера в концентрациях ( G ) 500 мкг/мл, ( H ) 100 мкг/мл и ( I ) 10 мкг/мл. Секреция ИЛ-10, индуцированная частицами ФС различного размера в концентрациях ( J ) 500 мкг/мл, ( K ) 100 мкг/мл и ( L ) 10 мкг/мл.( M ) Профили гистамина после обработки частицами полистирола 500 мкг/мл разного размера. Cntl: без лечения. ЛПС: 2,5 мкг/мл.

Профили гистамина

Анализ гистамина проводили с использованием частиц PS разного размера в высокой концентрации 500  мкг/мл, которая индуцировала секрецию IL-6 (рис. ). В отличие от результатов предыдущего исследования частиц полипропилена 49 , частицы полистирола разных размеров не вызывали различий в высвобождении гистамина по сравнению с контролем.Тучные клетки MHC-1 выполняют ключевую функцию на стыке врожденного и адаптивного иммунитета и являются первичными эффекторами гиперчувствительности немедленного типа. Сообщалось, что TNF-α, полученный из тучных клеток, играет особенно важную роль в аллергическом воспалении. В нашем исследовании обработка частицами ФС не влияла на секрецию ИЛ-2. Однако это может свидетельствовать о том, что частицы ФС вызывают острое воспаление без участия гистаминов и что они с большей вероятностью активируют врожденный иммунитет, чем адаптивный.

Мы провели тесты с HDF и PBMC, чтобы определить, могут ли первичные частицы PS вызывать воспаление и цитотоксические эффекты у людей без гистаминового посредничества. Для этого эксперимента использовались частицы ПС диаметром 0,46, 1, 3, 10, 40 и 100 мкм и близкими дзета-потенциалами (1 ± 2 мВ). Результаты цитотоксичности показали, что концентрация частиц PS на уровне <500  мкг/мл не снижает жизнеспособность клеток HDF и PBMC. Однако высокая концентрация (1000 мкг/мл) вызывала цитотоксичность до 50% клеток HDF.Размер частиц PS и поверхностный заряд были важными факторами цитотоксичности. Согласно недавнему исследованию, наночастицы полистирола, меченные NH 2 , были высокотоксичны для макрофагов RAW 264.7. Как и в наших наблюдениях, наночастицы ФС накапливались в цитоплазме и индуцировали поглощение кальция митохондриями, что приводило к гибели клеток 56 . Макрофаги человека могут избирательно фагоцитировать наночастицы PS, особенно частицы PS с концевыми COOH. Линия моноцитарных клеток человека THP-1 с большей вероятностью эндоцитировала наночастицы PS с концевыми NH 2 .Другое исследование показало, что частицы ФС различного размера накапливаются в печени, жабрах и кишечнике рыбок данио и вызывают воспаление 85 .

Наночастицы полистирола: источники, появление в окружающей среде, распределение в тканях, накопление и токсичность для различных организмов

Развитие цивилизации связано с использованием пластика. Когда пластик появился на рынке, предполагалось, что он менее токсичен, чем стекло. В последнее время стало известно, что пластмассы представляют серьезную экологическую проблему, они не разлагаются и остаются в окружающей среде сотни лет.

Пластик может разлагаться на микрочастицы диаметром < 5000 нм, а затем на наночастицы (НЧ) < 100 нм в диаметре. НЧ обнаружены в воздухе, почве, воде и иле.

Одним из наиболее часто используемых пластиков является полистирол (ПС) — продукт полимеризации мономеров стирола. Он используется для производства пенополистирола и других продуктов, таких как игрушки, компакт-диски и крышки для чашек. Исследования in vivo и in vitro показали, что наночастицы полистирола (PS-NP) могут проникать в организм несколькими путями, т.е.е. кожи, дыхательных и пищеварительных путей. Они могут откладываться в живых организмах и накапливаться дальше по пищевой цепи. НЧ окружены «белковой короной», что позволяет им проникать через клеточные мембраны и взаимодействовать с клеточными структурами. В зависимости от типа клеток НЧ могут транспортироваться посредством пиноцитоза, фагоцитоза или пассивно. В настоящее время нет исследований, которые указывали бы на канцерогенный потенциал PS-NP. С другой стороны, мономер PS (стирол) был классифицирован Международным агентством по изучению рака (IARC) как потенциально канцерогенное вещество (класс канцерогенности B2).

Несмотря на широкое использование пластмасс и наличие НЧ пластмасс вторичной или первичной природы, исследований, в которых оценивалось бы влияние этих веществ на организм человека, не проводилось. Целью настоящего исследования был обзор литературных данных об образовании ФС-НЧ в окружающей среде, их накоплении в пищевой цепи и возможном неблагоприятном воздействии на организмы на различных уровнях организации живого.

(PDF) Модификация композитов на основе полистирола для обеспечения экологической устойчивости: обзор

RAFAS

Journal of Physics: Conference Series 1531 (2020) 012107

IOP Publishing

doi:10.1088/1742-6596/1531/1/012107

18

18

[26] Канче Г., Родриг Д., Москосо Ф. Дж. и Марти Л. 2012. 1–8.

https://doi.org/10.1002/app.37843

[27] Аннандараджа К., Ли П., Мишель М., Чен Ю., Джамшиди Р., Кизилтас А., Montazami,

R. 2018. https://doi.org/10.3390/ma12010099

[28] Poletto, M., Dettenborn, J., Zeni, M., and Zattera, AJ 2011.

https:/ /doi.org/10.1016/j.wasman.2010.10.027

[29] Lisperguer, J., Bustos, X., and Saravia, Y. 2010. https://doi.org/10.1002/app

[30] Poletto, M., Dettenborn, J., Zeni, M., and Zattera, AJ 2011.

https://doi.org/10.1016/j.wasman.2010.10.027

[31] Barzegari, MR, Alemdar, A., Zhang, Y ., and Rodrigue, D. 2013.

[32] Zhang, Z., Mulyadi, A., Kuang, X., Liu, W., Li, V., Gogoi, P., and Liu, X. 2018

https://doi.org/10.1002/pen.25046

[33] Barzegari, MR, Alemdar, A., Zhang, Y., and Rodrigue, D. 2012.

https://doi.org/10.1002/pc

[34] Hu , Ф., Го, Л., Цю, Т., и Ли, X 2016. https://doi.org/10.1039/C6RA06498A

[35] Альшабанат, М., Аль-Арраш, А., и Мехамер , W. 2013.

http://dx.doi.org/10.1155/2013/650725

[36] Yu, C., Ke, Y., Hu, X., Zhao, Y., Deng, Q ., and Lu, S. 2019. doi:

10.3390/polym11050834

[37] Parameswaranpillai, J., Санджай М.Р., Варгезе С.А., Хосе С., Салим Н., Хамид Н.,

и Магересс А. 2018. SC. https://doi.org/10.1016/j.ijlmm.2018.12.003

[38] Parameswaranpillai, J., Sanjay, MR, Varghese, SA, Jose, S., Salim, N., Hameed, N.,

и Magueresse, A. 2018. https://doi.org/10.1016/j.ijlmm.2018.12.003

[39] Parameswaranpillai, J., Joseph, G., Shinu, KP, Sreejesh, PR, Jose , С., Салим, Н. В.,

, и Хамид, Н. 2015. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2015.07.028

[40] Дэн С., Цао Л., Конг Д., Лин З. и Цао Л. 2017

https://doi. org/10.1080/03602559.2017.1354225

Индукция генотоксичности и окислительного стресса полистироловыми наночастицами в клеточной линии колоректального рака HCT116

%PDF-1.6 % 1 0 объект >поток doi:10.1371/journal.pone.0255120

  • Джулия Веккиотти, Сабрина Колафарина, Массимо Алоизи, Освальдо Зариви, Пьеро Ди Карло, Анна Пома
  • Генотоксичность и индукция окислительного стресса полистироловыми наночастицами в клеточной линии колоректального рака HCT116
  • 10.1371/journal.pone.0255120http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.02551202021-07-23false10.1371/journal.pone.0255120
  • www.plosone.org
  • 10.1371/journal.pone.02551202021-07-23false
  • www.plosone.org
  • конечный поток эндообъект 2 0 объект > эндообъект 5 0 объект >/ProcSet 10 0 R/XObject>>> эндообъект 6 0 объект [12 0 R 13 0 R 14 0 R 15 0 R 16 0 R 17 0 R 18 0 R 19 0 R 20 0 R 21 0 R 22 0 R 23 0 R 24 0 R 25 0 R 26 0 R 27 0 R 28 0 R 29 0 R 30 0 R 31 0 R 32 0 R 33 0 R 34 0 R 35 0 R 36 0 R] эндообъект 12 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 13 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 14 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 15 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 16 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 17 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 18 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 19 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 20 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 21 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 22 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 23 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 24 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 25 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 26 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 27 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 28 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 29 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 30 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 31 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 32 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 33 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 34 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 35 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 36 0 объект >/Граница[0 0 0]>> эндообъект 37 0 объект > эндообъект 3 0 объект >поток x\ےFr}#Znn헵vJ[>I4 p

    Влияние размера частиц пенополистирола на технические свойства глинистого грунта

    Размер частиц пенополистирола (EPS) влияет на технические свойства смесей EPS-глина.Однако влияние различий между размерными группами частиц ЭПС, подразделяющимися в пределах 1–3 мм, на технические свойства обычно не учитывается. В этом исследовании были рассмотрены различные размеры частиц гранул пенополистирола для отдельного изучения влияния на оптимальное содержание воды (OWC), максимальную плотность в сухом состоянии (MDD), прочность на неограниченное сжатие (UCS), пластичность, коэффициент проницаемости и индекс сжатия. из пенополистирольных смесей. Результаты показывают, что MDD, пластичность, гидравлическая проводимость и индекс сжатия смесей пенополистирол-глина не увеличиваются с увеличением размера частиц пенополистирола в диапазоне 0.3–3 мм, при этом ВНК и ПСК не уменьшаются. При заданном содержании пенополистирола среди образцов с размером частиц пенополистирола 0,3–1 мм, 1–2 мм и 2–3 мм МСД и ПХС смесей пенополистирол-глина с размером частиц пенополистирола 1–2 мм являются максимальными. самые большие, в то время как ВНК, пластичность, коэффициент проницаемости и индекс сжатия самые маленькие. Анализ микроструктуры показывает, что для образцов с размером частиц пенополистирола 1-2 мм объем пор меньше, а микроструктура более плотная, что является основной причиной того, что размер частиц пенополистирола может влиять на технические свойства смесей пенополистирол-глина.

    1. Введение

    Из-за чрезмерного веса засыпного грунта или недостаточной несущей способности фундамента в инженерном сооружении склонны к неравномерной осадке мягкого основания и неустойчивости подпорной стены [1– 3]. Обычные методы обработки включают подушку замены почвы, укрепление дренажа, затвердевание цементным раствором, методы армирования и т. д. [4]. Эти методы позволяют улучшить свойства и характеристики фундамента [5–7].Применение легкого грунта в качестве грунта-наполнителя является новым методом, позволяющим снизить уровень напряжений в мягком основании за счет уменьшения веса грунта-наполнителя [8–10]. Легкий грунт, изготовленный из возобновляемых ресурсов, таких как пенопласт, не только уменьшает вес грунта-наполнителя, но и решает проблему загрязнения пластиковыми отходами [11].

    Пенополистирол (EPS) представляет собой разновидность пенопласта и обладает многими свойствами, такими как легкий вес, устойчивость к давлению, долговечность и теплоизоляция, что может быть использовано для производства легкого грунта и широко применяется в инженерном строительстве [ 12–14].Еще в 1970-х годах европейские страны, такие как Норвегия и Голландия, начали использовать формованный пенополистирол для изготовления облегченных насыпей [15, 16]. В 1980-х годах пенополистирол, смешанный с другими вяжущими материалами, добавляли в грунт для получения стабилизированного легкого грунта в Японии и других странах [17–19]. К началу двадцать первого века технология производства легкого грунта была внедрена в Китае и получила множество исследований по легкому грунту из пенополистирола [20, 21].

    Среди исследований легких грунтов с пенополистиролом нельзя игнорировать влияние размера частиц пенополистирола на инженерные свойства грунтов (например, водопроницаемость, предел прочности при неограниченном сжатии (UCS) и характеристики сжатия) [22]. Ямада и др. [23] показали, что водопроницаемость образцов увеличивалась с увеличением размера частиц ЭПС, когда диаметр ЭПС находился в диапазоне 1–5 мм. Впоследствии сообщалось о том, что ПСК сферических частиц ЭПС размером 1–3 мм больше, чем у битых и чешуйчатых частиц ЭПС [8].С целью снижения стоимости проекта было изучено влияние гранул пенополистирола с размером частиц более 3 мм на сопротивление сдвигу легкого грунта [12]. Затем было исследовано влияние типов испытаний на уплотнение на характеристики уплотнения легкого грунта с размером частиц пенополистирола 3–5  мм [24]. Можно обнаружить, что текущие исследования в основном сосредоточены на использовании группы 1–3 мм и группы крупнее 3 мм по размерам частиц ЭПС [21, 25]. Однако в этих исследованиях не учитывается влияние различий между размерными группами пенополистирола, подразделяющимися в пределах 1–3 мм, которые широко используются в строительных проектах, на технические свойства смесей пенополистирол-глина [21, 25].

    Это исследование направлено на изучение влияния образцов, разделенных по размерам частиц пенополистирола в пределах 0,3–3  мм, на физико-механические свойства смесей пенополистирола и глины. Во-первых, была проведена серия геотехнических испытаний, включая испытания на уплотнение по Проктору, неограниченное сжатие, испытания на водопроницаемость и одномерное сжатие соответственно. Затем была идентифицирована микроструктура, чтобы выявить механизм влияния размера частиц пенополистирола на инженерные свойства смесей пенополистирол-глина с использованием теста на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ).Ожидается, что он предоставит основные данные для соответствующего проектирования и строительства объектов гражданского строительства.

    2. Материалы и методы
    2.1. Тестовые материалы

    Глинистая почва, используемая в этом исследовании, была взята со строительной площадки в Чжэцзяне, Китай. В таблице 1 представлены физико-механические свойства этого глинистого грунта. В соответствии с Единой системой классификации почв (ASTM D2487-11) глинистая почва была классифицирована как глина с низкой пластичностью (CL).

    30-200

    Материалы Лимит жидкости (%) Пластиковый предел (%) Пластичный индекс 11807 Плотность (G / см 3 ) Содержание воды (%) UCS (кПа)

    Глинистый грунт 39.15 21,75 17,4 1,82 34,95 143,31
    EPS — 0,02-0,04 —

    EPS, используемый в этой экспериментальной программе, был получен на коммерческой основе от архитектурной компании из Гуанчжоу. На основании результатов предыдущего исследования [8] гранулы пенополистирола были отобраны и просеяны, чтобы убедиться, что размер пенополистирола равен 0.3–1 мм, 1–2 мм и 2–3 мм соответственно. На рис. 1 показаны фотографии пенополистирола с тремя разными размерами частиц. Видно, что разница в размерах частиц 1-2 мм и 2-3 мм больше, чем разница 0,3-1 мм и 1-2 мм.

    2.2. Подготовка пробы

    Было выбрано более низкое содержание пенополистирола, 1% и 2%, чтобы предотвратить сегрегацию частиц пенополистирола в матрице образца. Содержание пенополистирола по массе сухого образца использовалось для всех образцов для получения сравнительных данных для оценки влияния размера частиц пенополистирола.Для минимизации влияния продуктов гидратации на результаты испытаний цемент и известь не добавляли [26]. В зависимости от размера частиц ЭПС образцы были разделены на три группы: группа 0,3–1 мм, группа 1–2 мм и группа 2–3 мм. В качестве контрольной группы была взята несмешанная почва. Сначала определяли оптимальное содержание воды (OWC) и максимальную плотность в сухом состоянии (MDD) каждой группы с помощью теста на уплотнение по Проктору в соответствии со стандартом ASTM 2000, D698a. Затем смеси пенополистирол-глина были приготовлены в большом лотке путем постоянного распыления воды в количествах, рассчитанных для OWC, через пульверизатор и перемешивания с помощью шпателя до достижения однородного внешнего вида.Подготовленные смеси пенополистирола и глины затем обернули толстыми пластиковыми листами и поместили на 24 часа, чтобы вода равномерно распределилась в смесях.

    2.3. Планы испытаний

    Смеси пенополистирола и глины были спрессованы в стандартные цилиндрические стальные формы для получения образцов диаметром 39 мм и высотой 80 мм для испытаний на неограниченное сжатие. По нормативу плотности грунтового основания городских дорог плотность образцов была рассчитана на 95 %. Испытание с контролируемой деформацией было типом, который проводился с наборами образцов и устройством, прикладываемым к деформации со скоростью 1.6 мм/мин. Для испытания на водопроницаемость методом пермеаметра с переменным напором были приготовлены образцы диаметром 61,8 мм и высотой 40 мм. Для испытания на сжатие размер образцов составлял 61,8 мм в диаметре и 20 мм в высоту. Исходя из требований геостатического напряжения и дополнительного напряжения, шаг за шагом применялось нагрузочное напряжение 50 кПа, 100 кПа, 200 кПа, 400 кПа и 800 кПа. Когда скорость деформации составляла менее 0,005 мм/ч, применялось напряжение следующей стадии нагружения.Для теста СЭМ лиофилизированный образец, нарезанный на кубики размером 10 мм × 10 мм × 10 мм, покрывали слоем золота для индуцирования проводимости. SEM-анализ этих образцов был проведен с использованием сканирующего электронного микроскопа. В этом эксперименте для расчета было выбрано среднее значение двух повторных тестов.

    3. Результаты и обсуждение
    3.1. Характеристики уплотнения

    На рис. 2 показаны кривые уплотнения по Проктору для почвы, смешанной с различными размерами пенополистирола. С увеличением содержания воды сухая плотность смесей пенополистирола с различными размерами частиц пенополистирола сначала увеличивается, а затем снижается.На кривой уплотнения по Проктору есть пик, похожий на параболу. Это указывает на то, что OWC и MDD смесей пенополистирол-глина с различными размерами частиц пенополистирола могут быть получены с помощью испытания на уплотнение. При заданном содержании пенополистирола кривая уплотнения по Проктору для группы 1-2 мм лежит выше, чем для групп 0,3-1 мм и 2-3 мм. Это означает, что сухая плотность группы 1-2 мм больше, чем у других групп при той же работе уплотнения и влажности. По сравнению с размером частиц EPS 0.3–1 мм и 12 мм, 2-3 мм у частиц пенополистирола самый большой размер, а сцепление между частицами пенополистирола и частицами грунта хуже. Соответственно, при той же работе молотка, что и у других групп, увеличение объемного сжатия, пластической деформации и плотности для группы 2-3 мм невелико. С другой стороны, при одинаковом содержании воды группу 2-3 мм труднее цементировать из-за наибольшего размера частиц и удельной поверхности, что приводит к наименьшей плотности в сухом состоянии.По сравнению с размером частиц пенополистирола 1-2 мм и 2-3 мм, размер частиц пенополистирола 0,3–1 мм является наименьшим, что легко может быть сильным сцеплением между частицами пенополистирола и частицами почвы. Такое поведение рассеивает часть энергии уплотнения, что затрудняет уплотнение смесей пенополистирола и глины при одинаковой работе по уплотнению. Кроме того, при одинаковом содержании воды на поверхности частиц ЭПС размером 0,3–1 мм легче образуется слой водяной пленки, способствующий диссипации энергии уплотнения.


    ВНК и MDD почвы являются двумя важными параметрами, отражающими характеристики ее уплотнения [24]. Путем расчета сухой плотности почвы после уплотнения исследуется влияние различных размеров частиц пенополистирола на характеристики уплотнения смесей пенополистирол-глина. На рис. 3(а) показано сравнение ВНК смесей пенополистирол-глина с различными размерами частиц пенополистирола. Для данного содержания ЭПС ВНК группы 1-2  мм меньше, чем у группы 0.3–1 мм и 2-3 мм. Например, ВНК групп 0,3–1 мм, 1–2 мм и 2–3 мм составляет 23,42%, 22,61% и 24,61% соответственно при содержании ЭПС 1%. Видно, что ВНК смесей пенополистирол-глина не увеличивается с увеличением размера частиц пенополистирола. Для группы 0,3–1  мм большое количество мелких частиц создает множество пор между частицами пенополистирола, что приводит к необходимости большого количества воды для сцепления с частицами пенополистирола и глины. Для группы 2-3 мм размер частиц ЭПС больше по сравнению с размером частиц ЭПС 0.3–1 мм и 1–2 мм, что приводит к большей удельной поверхности и размеру пор между частицами за счет гидрофобности ЭПС [24]. Следовательно, шарикам пенополистирола с размером частиц 2–3 мм требуется много воды для связывания с глинистой почвой, что приводит к большому ВНК для группы 2–3 мм. На рис. 3(b) показано сравнение MDD смесей пенополистирол-глина с различными размерами частиц пенополистирола. Точно так же МДР смесей ВПС-глина не уменьшается с увеличением размера частиц ВПС, например, МДР группы 1-2 мм составляет 1.147 г/см 3 , что больше, чем у группы 0,3–1 мм и 2–3 мм. Для группы 0,3–1 мм размер частиц близок к размеру частиц глины, которая легко сцепляется с частицами почвы, образуя упругое тело. В результате труднее сжиматься при тех же работах по уплотнению, что и у других групп. Кроме того, малый размер пор группы 0,3–1 мм легче заполнить свободной водой и сформировать поровое давление воды. Такое поведение приводит к рассеиванию энергии работы уплотнения, что приводит к тому, что образцы труднее уплотняются.Для группы 2-3  мм большой размер частиц приводит к большому эффекту отскока при уплотнении из-за эластичности пенополистирола, что затрудняет его уплотнение. Кроме того, увеличение сухой плотности смесей пенополистирола с глиной в процессе уплотнения происходит не только за счет уменьшения количества и размера пор между частицами, но и за счет пластической деформации шариков пенополистирола. Соответственно, трудно увеличить сухую плотность за счет увеличения работы по уплотнению после достижения предела деформации гранул пенополистирола.

    3.2. Прочностные характеристики

    На рис. 4 показана кривая напряжения-деформации для образцов с различными размерами частиц пенополистирола. При заданном содержании добавки, когда размер частиц пенополистирола составляет 1–2 мм, 0,3–1 мм и 2–3 мм соответственно, данные показывают, что кривые напряжения-деформации смещаются вниз и вправо. Это означает, что образцы с размером ЭПС 1-2 мм обладают более высокой прочностью и меньшей пластичностью, чем образцы группы 0,3-1 мм и 2-3 мм. По сравнению с другими группами, при одинаковой компактности плотность группы 1-2 мм является наибольшей из-за ее наибольшего МДР.Частицы образца плотно соприкасаются и смыкаются, что увеличивает прочность образца на сдвиг. С другой стороны, мелкие поры между частицами группы 1-2 мм приводят к более затрудненному движению частиц. Как только напряжение сдвига достигает прочности образца на сдвиг, образец группы 1-2  мм легко разрушается за очень короткое время из-за того, что энергия труднее рассеивается, что является причиной снижения пластичности образца. . Кроме того, прочность уменьшается, а пластичность увеличивается с увеличением содержания пенополистирола.Такое поведение является результатом увеличения OWC и снижения MDD с увеличением содержания EPS [27, 28]. Кроме того, поскольку пенополистирол, материал с более низкой прочностью и более высокой пластичностью, заменяет глинистую почву в смесях, прочность смесей пенополистирол-глина снижается, а пластичность увеличивается. Неспособность гранул пенополистирола сцепляться с частицами почвы является еще одной причиной снижения прочности смесей пенополистирола и глины. Чтобы количественно изучить прочностные свойства, UCS и пластичность извлекаются для дальнейшего сравнительного анализа.


    На рис. 5(а) показано сравнение UCS с различными размерами частиц EPS. При заданном содержании добавки UCS для группы 1-2  мм выше, чем для других групп. Видно, что UCS смесей пенополистирол-глина не уменьшается с увеличением размера частиц пенополистирола. Например, при содержании ЭПС 1 % ПСК образцов для групп 0,3–1 мм, 1–2 мм и 2–3 мм составляет 95,5 кПа, 127,4 кПа и 87,6 кПа соответственно. Это можно объяснить самой высокой МДР группы 1-2 мм при том же содержании добавки.В результате ожидается более плотная микроструктура образцов с размером частиц пенополистирола 1-2 мм по сравнению с другими группами, что приводит к более высокой прочности. Кроме того, разница UCS между группами 0,3–1 мм и 1–2 мм меньше, чем между группами 1–2 мм и 2–3 мм. Это свидетельствует о том, что разница в составе почв групп 0,3–1 мм и 1–2 мм невелика из-за примерно одинакового размера частиц. Для группы 2-3 мм размер частиц ППС намного больше, чем у частиц почвы, что делает частицы почвы неспособными плотно сцепиться с частицами ППС.Более того, наибольшая удельная поверхность и гладкая поверхность пенополистирола с размером частиц 2-3 мм ослабляют окклюзионный эффект между частицами грунта, что приводит к наименьшей прочности среди всех групп. На рис. 5(b) показано сравнение пластичности с различными размерами частиц пенополистирола. Точно так же пластичность смесей пенополистирола и глины не увеличивается с увеличением размера частиц пенополистирола. По сравнению с группой 0,3-1 мм и 2-3 мм пластичность образца с размером частиц ЭПС 1-2 мм самая низкая, т.е.г., пластичность образцов составляет 2,91, 2,23 и 3,57 соответственно для группы 0,3–1 мм, 1–2 мм и 2–3 мм при содержании добавки 1 %. Для образцов группы 0,3–1 мм размер пор невелик, но количество пор велико. Для образцов группы 2-3 мм не только размер пор велик, но и количество пор велико. При приложении напряжения сдвига поры между частицами могут помочь частицам отрегулировать свое положение для рассеивания энергии, что увеличивает пластичность образцов с 0.Размер частиц пенополистирола 3–1 мм или 2–3 мм. Наоборот, размер пор группы 1-2 мм невелик, а количество пор мало, что делает образец выдерживающим большие напряжения, но склонным к хрупкому разрушению.

    3.3. Гидравлические характеристики

    Как уже упоминалось, гидравлическая проводимость смесей пенополистирол-глина определяется при соответствующих ВНК и МДД смесей. На рис. 6 показано сравнение гидравлической проводимости с различными размерами частиц пенополистирола. При заданном содержании добавки гидравлическая проводимость смесей пенополистирол с фракцией 1-2 мм ниже, чем у смесей пенополистирол с 0.3–1 мм и 2–3 мм, т. е. гидравлическая проводимость смесей пенополистирола с глиной не увеличивается с увеличением размера частиц пенополистирола в диапазоне 0,3–3 мм. Например, при содержании добавки 1 % гидравлическая проводимость смесей пенополистирола с глиной составляет 60,9 × 10 −6 см/с, 9,0 × 10 −6 см/с и 710,6 × 10 −6 см/с. см/с соответственно для группы 0,3–1 мм, 1–2 мм и 2–3 мм. Поскольку MDD группы 1-2  мм является самой большой среди всех групп, коэффициент пустотности или пустое пространство уплотненных смесей является наименьшим.Небольшие и немногочисленные поры приводят к самому низкому гидравлическому коэффициенту группы 1-2  мм. Кроме того, адсорбированная вода между частицами группы 1-2 мм обеспечивает большее вязкостное сопротивление из-за большой плотности образца, препятствующего прохождению свободной воды. Следовательно, гидравлическая проводимость уменьшается для группы 1-2 мм. По сравнению с образцами с размером частиц пенополистирола 1–2 мм большая гидравлическая проводимость групп 0,3–1 мм и 2–3 мм обусловлена ​​большим количеством пор между частицами.Кроме того, наибольшая разница гидравлической проводимости между группами 1-2 мм и 2-3 мм связана с наибольшей разницей МДД и ВНК между ними. Гидравлическая проводимость группы 2-3 мм является наибольшей при одинаковом содержании ЭПС из-за большого количества и размеров пор в образцах, а также большой гладкой поверхности гранул ЭПС.


    3.4. Характеристики сжатия

    На рис. 7 показаны кривые сжатия смесей пенополистирола и глины с различными размерами частиц пенополистирола.При нагрузочном напряжении меньше предела текучести кривая образцов с размером частиц пенополистирола 1-2 мм лежит ниже кривой группы 0,3-1 мм и 2-3 мм при заданном содержании добавки. Это означает, что начальный коэффициент пустотности группы 1–2 мм меньше, чем у групп 0,3–1 мм и 2–3 мм. При одинаковой компактности сухая плотность группы 1-2 мм является наибольшей из-за наибольшего МДР, что обуславливает наибольшую начальную пористость образца. Кроме того, разница в начальном коэффициенте пустот между группами 1–2 мм и 2–3 мм велика из-за большой разницы MDD.Когда нагрузочное напряжение больше предела текучести, наклон кривой сжатия группы 1-2 мм меньше, чем у группы 0,3-1 мм и 2-3 мм, что также связано с более высоким MDD группа 1-2 мм. Из-за большего количества и размера пор группы 2-3 мм деформация образца больше при каждом нагружении, что приводит к большему наклону кривой сжатия.


    На рис. 8 показано сравнение индекса сжатия для различных размеров частиц пенополистирола.Видно, что индекс сжатия образцов не увеличивается с увеличением размера частиц ЭПС. При заданном содержании добавки показатель сжатия группы 1-2 мм является наименьшим, а группы 2-3 мм – наибольшим среди всех групп. Наибольшая МДР и наименьшая ВНК группы 1-2 мм приводят к наименьшей сжимаемости образцов по сравнению с другими группами. Другими словами, образец трудно поддается сжатию из-за малого количества и размера пор при одинаковом нагружении.С другой стороны, как сжимаемый материал, пластическая деформация частиц пенополистирола увеличивается с увеличением нагрузки. Для группы 2-3  мм наибольшая деформация сжатия смесей пенополистирола с глиной также связана с наибольшей величиной деформации сжатия гранул пенополистирола с большим размером частиц. Следовательно, сжимаемость смесей пенополистирол-глина с частицами пенополистирола размером 2-3 мм увеличивается. Более того, с увеличением содержания пенополистирола увеличивается сжимаемость образцов, что означает, что пенополистирол может выдерживать более высокий коэффициент пустотности.


    3.5. Анализ микроструктуры

    На рис. 9 показано сравнение СЭМ-изображений смесей пенополистирола и глины с различными размерами частиц пенополистирола. Можно установить, что основной частицей почвенных образцов является крупный ил с размером частиц 10–75  мкм м [29]. Кроме того, размер частиц пенополистирола влияет на объем пор, что приводит к рыхлому состоянию микроструктуры. Когда содержание EPS одинаково, размер пор увеличивается с увеличением размера частиц EPS.Например, при содержании пенополистирола 1 % размер пор группы 0,3–1 мм, 1–2 мм и 2–3 мм составляет примерно 5–22  мкм мкм, 8–25  мкм мкм. и 15–36  μ м соответственно. По сравнению с техническими свойствами группы 2-3 мм более низкие ВНК, пластичность, коэффициент проницаемости и индекс сжатия, а также более высокие MDD и UCS группы 0,3-1 мм и 1-2 мм относятся к более низкой пористости объем и более плотную микроструктуру. Для группы 2-3 мм объем пор самый большой, потому что размер частиц пенополистирола самый большой во всех группах.Частицы грунта не могут плотно соприкасаться, что делает микроструктуру образца рыхлой. Количество пор для группы 0,3–1 мм больше, чем для группы 1–2 мм, что приводит к более высоким ВНК, пластичности, коэффициенту проницаемости и индексу сжатия, а также к более низким МДР и ПСК. Иными словами, для группы 1-2 мм частицы грунта связаны друг с другом, что приводит к тому, что микроструктура образца находится в более плотном состоянии. С увеличением содержания ЭПС микроструктура становится рыхлой, а объем пор увеличивается.

    4. Заключение

    С целью сравнения влияния различных размеров частиц пенополистирола на технические свойства глин определяли ВНК, МСД, коэффициент проницаемости, ПСК, пластичность и индекс сжатия при различных размерах частиц пенополистирола Смеси EPS-глины. Таким образом, исследование добавляет новые аспекты к тому, что было сделано до сих пор в этой области исследований, и помогает сделать весьма интересные и оригинальные выводы. На основе экспериментального исследования можно сделать следующие выводы: (а) С увеличением размера частиц пенополистирола ВНК смесей пенополистирол-глина не увеличивается, а МДР не уменьшается.Среди групп 0,3–1 мм, 1–2 мм и 2–3 мм ВНК группы 1–2 мм наименьшая, а МДР — наибольшая. Для группы 2-3  мм большая удельная площадь поверхности и поры между частицами приводят к тому, что требуется больше воды для сцепления с частицами пенополистирола и глины от раздробленного состояния до цельного состояния. Более того, эффект отскока при уплотнении велик из-за большого размера частиц для группы 2-3 мм. Для группы 0,3–1 мм большее количество пор между частицами и размер частиц ППС, наиболее близкий к размеру частиц глины, позволяют гранулам ППС легко сцепляться с частицами глины, образуя упругое тело.(б) Технические свойства, в том числе пластичность, гидравлическая проводимость и индекс сжатия смесей пенополистирола с глиной, не увеличиваются, а ПСК не снижается с увеличением размера частиц пенополистирола в диапазоне 0,3–3 мм. При заданном содержании добавки УКС смесей ЭПС-глины с ЭПС 1-2 мм выше, чем у других групп, а пластичность, гидравлическая проводимость и индекс сжатия ниже. Это можно объяснить наибольшим МДР и наименьшим ВНК группы 1-2 мм при одинаковом содержании добавки.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.

    © 2011-2022. Mkada.ru | Cтроительная доска бесплатных объявлений.