论铅在人体中的毒性和PE管中的铅含量问题（生命中的化学元素论文）
高分子科学系张恒0244002
近期，同济新村的居民怀疑PE管材中铅含量可能超标，届于同济新村居民的特殊身份——有的是退休的工程学专家，有的是至今仍在高校上课的化学教授和高分子材料方面的老师。因此，对于水管的材质问题，他们的观点也有让人信服的理由。他们带着已铺好的PE管材去同济大学实验室，采用的还是非常权威的光谱分析法，最终得出的结论是：这根PE管，不仅含有聚氯乙稀等杂质，而且，在一克管材中，竟然含有7微克的铅。这个结果届于检测者的特殊身份，很难叫人置之不理。与此相对应的是，施工方拿出的各种检测报告都证明，这是一批合格的PE管，完全符合国家标准。
5月底，同济新村的居民们决定，远赴北京进行管材成分的检测。在北大，清华都做过相应检测。清华大学材料分析中心最后得出结论：在这种PE管中的确含有铅，而且每克管材中的铅含量大约是7.1微克，同济新村居民的实验结果，在权威机构那里再次得到了证实。
凭这个结果，掀起了不小的风波。一时间，各大报纸媒体竞相报道，特别是东方电视台还专门制作了一期节目来谈这个问题。因为大家都知道铅这种重金属元素对人体是最大的一种有毒元素。它的危害可以损坏人体全身的各个主要器官，无一幸免！而PE管材又广泛用在日常生活中各个管道系统。在继续论述铅含量问题之前，我们先来看看铅究竟有什么魔力使人们引起如此大的恐慌。
铅在地壳中的含量很大，在工业生产中的量也是所有有毒元素中最大的，而它对人体影响也最深。铅进入人体后会进入血液，主要是以磷酸氢铅，甘油磷酸铅的形式和血细胞结合，随着血液输送到各个组织。部分铅会从组织中转移到骨骼里面，这就造成了严重问题。因为铅是以沉淀形式留在骨骼里面，很难排出体外。就算是每天引入的铅很少，但是长年累月，铅在人体中蓄积，越来越多，达到一定量时，就会引起铅中毒。更可怕的是中毒以后，仍然无法排除这些铅，医学对此也是束手无策。
铅中毒后，骨骼里面的铅会游离到组织中去，跟许多蛋白质，酶结合，造成它们的生理功能破坏，几乎无一组织幸免。还能阻碍血红蛋白生成和细细胞的成熟。铅中毒常常出现贫血，胃肠道，肾脏，心脏功能受损；对于孕妇的胎儿会引起流产，早产和死亡。严重的铅中毒会损伤大脑，引起神经麻痹。
随着人们对环境保护和自我保护意识的加强，人们清楚的认识到大气，食物，生活日用品中铅的污染是很严重的。对含铅汽油来说，就会引起相当严重的大气污染，所以现在政府已经明令禁止使用含铅汽油。而近期出现的PE管中铅含量过高的问题，自然便引起相当大的反应。
那么是否所有PE管的铅含量都是如此呢？这个同济居民所用的PE管能代表所有的PE管吗？PE管中究竟含什么东西？就这些问题我们可以通过相关专业知识，找到答案。
我们认为正常的PE管材中不可能含有这么大量的铅。这还要从PE管的生产流程中说起。PE就是聚乙烯，现在日常生活用的聚乙烯制品一般有两种，一种叫“高压低密度聚乙烯”，主要用在薄膜制品。一种叫“低压高密度聚乙烯”，主要用在各料塑料和管材。而同济新村居民所用的正是这种“低压高密度聚乙烯”，简称为HDPE。
HDPE现在一般的生产主要是用Ziegler-Natta催化剂，由配位聚合得到的。这种催化剂的主催化剂一般用的是四氯化钛TiCl4，助催化剂用的是三乙基铝AlEt3，载体一般用的是氯化镁MgCl2。这种催化剂是一种高效催化剂，效率可达0.1~1吨聚乙烯每克钛。正是由于催化剂的高效，生产时用的催化剂浓度很低，而这必须要求单体（也就是乙烯）的纯度很高，任何微量杂质如氧气，水，炔烃和一些金属离子（注）将会使催化剂失活。
由这个生产过程来看，铅是无论如何也不可能混入聚乙烯成品中，因为即使是微量的铅也会使催化剂失活而得不到产品。那些唯一可能混入铅的就是在制成管材时所加入的添加剂（增塑剂和稳定剂）了。
增塑剂一般是酯类物质，如邻苯二甲酸二丁酯，磷酸三甲酚酯等，不会有含有铅的化合物。而稳定剂，一般有硬酯酸钙，硬酯酸锌，硬酯酸铅等。有含铅的化合物，但是由于HDPE极易结晶，钙、锌、铅原子都太大，稳定性并不好，一般加的是碳黑复合稳定剂，或者干脆不加稳定剂，因为它的稳定性本来就好。
由此，从整个生产过程可见，铅是不会混入PE管中的。但是为什么同济新村居民用的PE管材为什么含有如此高浓度的铅呢？
首先我想到的是测量的时候给铅玷污了。由于采用的方法是光谱分析，由于操作因素混入铅的可能性很大。但是在两所大学不同的实验室测得的铅的含量居然是一样的！这就不好说是铅玷污了。因为玷污不可能两次恰好都是混入每克管材7微克铅。仔细看了他们的实验结果，我发现他们在PE管中测出了聚氯乙烯（PVC）。一般在PE管的生产过程不会混入PVC的。而PVC这种材料也可以用作管材，而且由于PVC结晶性能很差，可能添加大量的稳定剂，如硬酯酸铅。这就可能引入铅。然而为什么厂家在PE中加入PVC呢？
我们知道像PE这种材料塑性比较高，但是在材料使用中塑性太高易使产品发脆，所以在生产时还要兼顾材料的韧性。对于高分子聚合物来说，分子量分布是不均匀的。一些分子量偏小的部分可以在其中吸收大量冲击能，起到增韧的作用。但是由配位聚合所得的PE分子量分布不是很宽，数均分子量一般在50万左右。PVC管材一般的数均分子量在几万左右。对于50万来说，几万分子量的物质已经可以算是分子量较小部分了。而厂家应该两种管材都会生产，为了方便或者节省成本，可能直接把成品的PVC加入PE中。当然量是不多的，但是由于引入PVC的同时也引入了铅，所以才会发生PE管中测出铅超标的情况。（注）
而随着生产工艺的逐步发展，对环境保护要求越来越高，含铅等重金属元素的添加剂用得越来越少。一般在PVC管或者其它管材中已经不添加含铅的稳定剂了，而添加的是高效的复合稳定剂。这是环境意识提高的一种表现。因为在工业革命以后，人类已经造成了相当严重的环境污染，而污染环境的那些有毒元素对人自身的影响也慢慢被提示出来。无毒害的材料也必将会受到人们的欢迎。
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参考书目：
高分子化学复旦大学高分子科学系编校内内部使用本
高分子物理（修订版）何曼君 陈维孝 董西侠编复旦大学出版社 1990年第一版
注：由于我并没有做过这种实验，这只是凭已有实验现象的推想情况。
2005年6月14日