Isosyanaatiton polyuretaanivaahto ja isosyanaatin käytön terveysriskit

Abstract

Polymeerejä vaahdottamalla niille voidaan aikaansaada ominaisuuksia, jotka vastaavat lukuisiin modernin teollisen tuotannon, rakennusalan ja pakkaustarpeisiin: vaahdotettuja polymeerejä yhdistävät muun muassa keveys, korkea eristyskyky, hyvät vaimennusominaisuudet, pehmeys, muokattavuus, elastisuus ja ominaisuuksien säädettävyys. Vaahdotetuista polymeereistä käytetyin on polyuretaani, jota käytetään esimerkiksi patjoissa, pehmusteissa, ääneneristeenä, lämmöneristeenä ja tiivisteenä. Käytetyin tapa valmistaa polyuretaanivaahtoa perustuu di-isosyanaatin käytölle: di-isosyanaattia hyödynnetään sekä polyuretaanimolekyylien että vaahtorakenteen muodostamisessa. Metodi ei ole kuitenkaan ongelmaton, sillä di-isosyanaatit on tunnettu pitkään yhtenä yleisimmistä työperäisen astman aiheuttajista. Tämän kandidaatintyön tavoitteena oli selvittää kirjallisuustutkimuksen avulla di-isosyanaattien terveyshaitat polyuretaanivaahtojen kontekstissa, ja di-isosyanaatittomien polyuretaanivaahtojen valmistustapoja.

Työn aluksi selvitetään di-isosyanaattipohjaisen polyuretaanivaahdon valmistuksen vaiheet ja lähtöaineet, sekä miten niitä muokkaamalla voidaan vaikuttaa polyuretaanivaahdon ominaisuuksiin. Tämän jälkeen kartoitetaan di-isosyanaattien valmistuksen ja käytön haitallisia terveysvaikutuksia niin tuotantotyöntekijöiden kuin lopputuotteen käyttäjienkin kannalta. Viimeisessä kappaleessa selvitetään di-isosyanaattivapaita polyuretaanivaahdon valmistusmenetelmiä ja analysoidaan niiden soveltuvuutta mahdollisuuksien mukaan.

Kirjallisuuskatsauksen myötä selvisi, että isosyanaattien valmistuksessa käytettävä fosgeeni on huomattavan haitallista hengityselimistölle pienilläkin pitoisuuksilla; keuhkoödeeman lisäksi fosgeenialtistuminen voi johtaa kuolemaan. Isosyanaatit ovat yksi yleisimmistä työperäisen astman aiheuttajista. Pääosin hengitysteitä koskevat terveysongelmat kuten astma, erinäiset ärsytysoireet, syöpäriskin kohoaminen ja äärimmäisissä tapauksissa jopa kuolema, kehittyvät useimmiten vähitellen pienilläkin altistumispitoisuuksilla. Tarkkoja herkistymisen raja-arvoja ei tunneta, ja nykyiset arvot ehkäisevät vain akuuttia hengitysteiden ärsytystä.

Isosyanaatittomia polyuretaanivaahtojen valmistusmenetelmiä on kehitetty lukuisia. Valtaosa menetelmistä perustuu, useimmiten propyleenikarbonaattiryhmiä sisältävän, polysyklisen karbonaatin ja moniarvoisen amiinin additioreaktioon. Vaahdotustavat vaihtelevat liki menetelmittäin: sekä itsevaahdottuvia kemiallisia solustusmenetelmiä että ulkoisia fysikaalisia solustusaineita hyödynnetään. Suurin osa menetelmistä on vielä kehitysvaiheessa, eikä vaahtojen mekaanisia ominaisuuksia tai teollisen skaalan tuotantometodeja ole toistaiseksi laajalti dokumentoitu. Monet metodeista hyödyntävät joko osittain tai täysin biopohjaisia raaka-aineita, ja osa on hiilidioksidia sitovia. Polysyklisten karbonaattien hyödyntäminen on lupaavin tapa valmistaa isosyanaatittomia polyuretaanivaahtoja, mutta monien menetelmien teollisen skaalan käyttöönoton hidasteina ovat toistaiseksi joko vaaditut korkeat paineet tai pitkät valmistusajat.

Tutkimuksen myötä selvisi, että tutkittua tietoa ei ole toistaiseksi riittävästi saatavilla isosyanaattien terveyshaittojen esiintyvyydestä tuotteiden loppukäyttäjien kontekstissa, tai isosyanaatittomien polyuretaanivaahtojen tarkemmista mekaanisista ominaisuuksista ja soveltuvuuksista teollisiin tuotantoprosesseihin.