تاثير عملية التجميد والظروف البيئية على الماء المعبأ في قناني بلاستيكية

Abstract

الخلاصة درس هذا البحث تأثير الظروف البيئية المختلفة مثل اختلاف درجات الحرارة عند (85˚C) والتعرض الى الاشعة فوق البنفسجية والتعرض الى الظروف الجوية اضافة الى تأثير عملية التجميد بدرجة (- 5˚C) ولفترات زمنية طويلة [من (574) ساعة الى (928) ساعة] على الماء المعبأ بقناني بلاستيكية (بوليمر البولي اثيلين تيرفثاليت). وجرت هذه التجارب على مدى ثمانية اشهر من شهر شباط الى شهر تشرين الاول من عام 2012 على قناني فارغة ومملؤة بالماء اخذت من خط انتاج معمل انتاج المياه المعبأة التابع لمعمل المصابيح الكهربائية / وزارة الصناعة والمعادن ودرست خواص البوليمر [بولي اثيلين تيرفثاليت (PET)] بعدة طرق مثل حيود الاشعة السينية (XRD) ، مجهر القوة الذرية (AFM)، امتصاص الاشعة تحت الحمراء(FT-IR), الممر الحراري التفاضلي (DSC) اضافة الى امتصاص الاشعة فوق البنفسجية– الاشعة المرئية (UV-Vis). وقورنت هذه النتائج مع نتائج مثيلاتها من نماذج البوليمر الجاف وبوليمر القناني المملؤة بالماء والتي لم تتعرض الى أي نوع من الاجهادات السابقة . كذلك حلل الماء المعبأ في تلك العبوات بجهاز الكروموتوغرافيا السائل عالي الدقة (HPLC) وجهاز الاشعة فوق البنفسجية – الاشعة المرئية (UV-Vis) لمعرفة نوع وتراكيز استرات الفثاليت المنتقلة من البوليمر الى الماء او الناتجة عن تفكك البوليمر نتيجة التعرض للاجهادات التي ذكرت آنفاﹰ ولفترات طويلة . الفحوصات آنفاﹰ اظهرت – بما لايقبل الشك – تفكك البوليمر (PET) او تغير درجة بلوريته عند حفظ القناني المملؤة بالماء في الظلام ، وإن التعرض الى الظروف المختلفة المذكورة آنفاﹰ وحالة الانجماد تزيد من تفكك البوليمر والذي بدوره يؤدي الى تكون المواد الضارة مثل استرات الفثاليت وغيرها ومن ثم انتقالها الى الماء ، وتأكد لنا وجود تلك الاسترات في جميع انواع القناني التي فحصت ضمن ظروف تجارب هذا البحث .

مفتاح:- تعبئة مياه الشرب , قناني بلاستيكية , استرات الفثاليت , PET

المقدمة أشارت بعض المعلومات مؤخراً بأن هناك خطورة في تجميد الماء في قناني بلاستيكية اذ تفيد هذه المعلومات بأن هناك انحلال بعض مركبات البلاستيك في الماء بسبب التجميد او بسبب ظروف بيئية أخرى. ان من اهم المواد البلاستيكية المستخدمة في صناعة قناني تعبئة المياه هي مادة البولي اثيلين تيرافثاليت (PET) والتي وجدت لها رواجاً كبيراً في الاستعمال في مجال التعبئة والتغليف لما تتمتع به من خواص ميكانيكية وصلادة جيدة ومقاومة للزحف ومرونة عالية تزيد من مقاومتها للكسر تحت تأثير الضغط كما ان لها خواص حجز جيدة وقابلية على امتصاص الماء منخفضة مع قوة شد عالية وشفافية ونعومة ملمس عند التصنيع, كل هذا جعلها تستخدم على نطاق واسع في صنع قناني تعبئة المياه والعصائر . أختيرت مجموعة من قناني الماء نوع PET والتي سحبت بعد انتاجها مباشرة من قاعة انتاج معمل انتاج المياه المعبأة التابعة لمعمل المصابيح الكهربائية/وزارة الصناعة والمعادن لغرض اجراء الاختبارات والفحوصات عليها اذ عرضت مجموعة منها الى عدة انواع من الاجهادات (التجميد ، التسخين ، تعرض لاشعة UV-A والتعرض لظروف جوية طبيعية) ولفترات زمنية مختلفة مع اجراء الفحوصات والتحاليل للماء ولمادة الPET للوصول الى نتائج تبين صحة المعلومات المنشورة حول هذه المادة من عدمها والتي تخص انحلال بعض مركبات هذه المادة وهجرتها الى المياه المعبأة داخلها .

الجزء العملي 1- النمذجة : أخذت (100) قنينة مملوءة بالماء سعة (500) مل سحبت مباشرة من خط الانتاج لمعمل الشذر التابع لمعمل المصابيح الكهربائية التابع لوزارة الصناعة وقسمت الى المجاميع التالية : المجموعة الاولى : لم تعرض لأي إجهاد حفظت في مكان مظلم, المجموعة الثانية : عرضت الى حالة التجميد (- (5م , المجموعة الثالثة : وضعت داخل الفرن بدرجة حرارة (85) م , المجموعة الرابعة : وضعت على سطح البناية لتعريضها للعوامل الجوية الطبيعية , المجموعة الخامسة : عرضت الى اشعة UV- A من مصدر ضوئي, المجموعة السادسة : قناني فارغة سحبت مباشرة من خط الانتاج قبل ملئها بالماء وحفظت في مكان مظلم . 2- طرائق الاجهاد : 2-1 تجميد النماذج : عرضت (10) قناني مملوءة بالماء الى درجات حرارة منخفضة باستخدام (مجمدة) لغرض تجميد الماء بداخلها والاحتفاظ به على هذه الحالة لمدة (928) ساعة بصورة مستمرة مع اجراء فحوصات على هذه العينات . 2-2 تسخين النماذج : وضعت 20)) عبوة مملوءة بالماء بشكل عامودي داخل فرن بدرجة حرارة (( 85 م° وهي الدرجة التي تصنع فيها القنينة (عملية نفخ) ولمدة (928) ساعة, كان معدل التسخين من 5) ) الى (6) ساعات يومياً اثناء الدوام الرسمي فقط . مع اخذ عينات للفحص بين فترة واخرى . 2-3 التعرض للظروف الجوية : عرض عدد من النماذج الى الظروف الجوية الخارجية لدراسة تأثرها بالاجهادات البيئية من اشعة شمس وضغط جوي ورطوبة ودرجات حرارة متغيرة وبصورة مستمرة (للفترة من شهر شباط الى شهر تشرين الاول من عام 2012) اذ تركت النماذج بوضع عامودي فوق سطح الطابق الثاني من البناية لتتعرض للظروف البيئية 2-4 التعرض لاشعة U.V- A : عرضت قنينتان مملوئتان بالماء الى ثلاث مصادر لاشعة UV-A المشابهة في طبيعتها لاشعة ضوء الشمس . طول كل مصباح (28.7cm) وقطره (1.6 cm) وحددت المسافة بين قاعدة المصادر الضوئية والنماذج 5 cm. طاقة كل مصدر (15 W) وشدة الاشعاع على سطح النماذج كانت (2345 lux) قيست بجهاز : Wide Range Light Meter – EA30] ] امريكي الصنع . اجريت هذه التجربة في حجرة سحب الغازات منها لتلافي اثار الاوزون المتكون واحيطت المنظومة بصندوق مغلف بصفائح الالمنيوم منعاً لتسرب الاشعة فوق البنفسجية الضارة . 2-5 بدون اجهاد : حفضت عينات من قناني مملؤة بالماء واخرى فارغة في مكان مظلم وبدرجة حرارة الغرفة لضمان عدم تعرضها الى أي نوع من الاجهادات . 3- طرائق الفحص والتحليل : 3-1 أستعمل جهاز HPLC وجهاز UV- Vis لفحص الماء والكشف عن الملوثات المتكونة فيه وقياس تراكيزها. 3-2 أستعملت اجهزة XRD , UV-Vis ، FT-IR ، AFM ، DSC والمجهر الضوئي للكشف عن أي تحلل او تغير طرأ على جدار العبوة (PET) نتيجة الاجهادات. 3-3 أجريت التحاليل البايولوجية لمعرفة وجود البكتريا لأن للبكتريا اثرا" في تحطم الأسترات التي قد توجد في الماء نتيجة لتحلل البوليمر.

المناقشة والاستنتاج 1- اثبتت فحوصات FT-IR تكون مناطق اهتزاز جديدة تعزى الى تفكك البوليمر وانحراف في مقادير بعض القمم نتيجة لتكون اواصر جديدة واشارت الفحوصات ايضاً الى تغير بلورية البوليمر وبدرجات مختلفة وحسب ظروف التجربة. 2- تطابقت مع تلك النتائج فحوصات الاشعة السينية إذ وجدت انحرافات في قمم 2θ اضافة الى تغير شديد في نسب تبلورها. 3- اشارت فحوصات DSC ان درجة انصهار البوليمر في حدود 249-247 درجة مئوية (وهي الدرجة المميزة للبوليمر) ولا يوجد تغير طوري عند منطقة التبلور لان البوليمر اصلاً على درجة عالية من التبلور ويؤيد ذلك درجة Tg المرتفعة (73-75 C˚) . 4- اثبتت فحوصات AFM وجود انخفاض في خشونة السطح (RMS) عند تعرضه للماء ثم تزداد تلك الخشونة (وبنسب مختلفة) عند تعرض العينات الى الاجهادات البيئية المختلفة. 5- كانت تحاليل UV-Vis مهمة جداً وبينت ان طيف امتصاص PET مشابه الى الطيف الموجود في الادبيات المنشورة وان النفاذية الضوئية (T) كانت ضمن الحدود المعروفة له . وبينت فحوصات الماء وجود العديد من المركبات نتيجة التعرض للظروف البيئية التي ذكرت سابقا . وعند مراجعة اطياف امتصاص نماذج الفثاليت القياسية كانت كلها تمتص بشدة عند منطقة 350-355) nm) وهي تقريباً نفس منطقة امتصاص البوليمر PET وهذا يؤيد وجود الفثاليت وقد يشير الى فقدان بعض البوليمر وانتقاله الى الماء وان بعض النشرات تؤيد هذا الرأي . 6- اثبتت تحاليل HPLC وجود مركبات الفثاليت وبتراكيز مختلفة في جميع النماذج على امل ان تحدد تراكيزها لاحقاً . -7 أثبتت التحاليل البايولوجية خلو النماذج من البكتريا الهوائية والبكتريا القولونية.

وأوصى البحث 1- استيراد مواد اولية لصناعة العبوات لاتحتوي على أسترات الفثاليت كملدنات, ويمكن الاستعاظة عنها بمواد اخرى وعلى سبيل المثال نذكر المادة: Cyclohexane dicerboxylic acid di isonyl esters and citrates 1.2- 2- عدم تخزين مياه الشرب في قناني بلاستيكية لفترات طويلة لأحتمال انتقال المواد الملدنة الضارة الى الماء, ويمكن السيطرة على ذلك من خلال تحديد كميات الانتاج. 3- النتائج التي حصلنا عليها كانت لمعمل واحد في بغداد لتعبئة مياه الشرب ومن الضروري أجراء مسوحات شاملة لجميع انواع مياه الشرب والعصائر المنتجة محلياﹰ وكذلك المستوردة. 4- الانتقال التدريجي الى استعمال العبوات الزجاجية بدل البلاستيكية.

المصادر 1- N. Casa Juana and S. Lacorte , Presence and Release of Phthalic Esters and other Endocrine Disrupting compounds in Drinking Water – CHROMATO GRAPHIA – (2003),57,649,655 . 2- M. Wegelin , S. Canonic , A-C Alder , D. Mara Zuela and M.S.F. suber - Does sunlight change the material and content of polyethylene terephthalate (PET) bottles , Journal of water supply research and technology , AQUA/50.3/2001 . 3 - The Wiley Encyclopedia of packing technology .2nd edition . Pubs . John Wiley & sons , New York , 1997,PP742-745