===== Vybrané materiály používané v elektrotechnické výrobě ===== ==== Azbest (osinek) ==== Azbest je skupina nerostů (silikátů), které se vyskytují ve dvou formách – serpentiny a amfiboly (hadec a jinoráz). Jejich společnou vlastností je vláknitá struktura, kdy délka mnohonásobně převyšuje průřez. Vlákna jsou nehořlavá, odolná ke kyselinám a zásadám {{ :obr:1_12.png?nolink&100|}}.Je špatným tepelným vodičem, k roztavení amfibolového azbestu dochází okolo teploty 1100 °C. V elektrotechnice se využívala forma chryzotil („bílý azbest“) - serpentinová vlákna. __Použití:__ Nehořlavost a značná žáruvzdornosti azbestu se využívala při výrobě ochranných ohnivzdorných hasičských pomůcek a ve stavebnictví (azbestocementová krytina na střechách, azbestové protipožární nástřiky v budovách). Z azbestu se vyrábělo těsnění k součástem strojů pracujících za vysokých teplot (brzdová obložení). V elektrotechnice se využíval pro své tepelné vlastnosti azbest na izolace vinutí trakčních motorů. __Ekologický dopad:__ Azbestová vlákna o velikosti kolem 5 mum se vdechováním dostávají do plicních sklípků. kde vyvolávají zánětlivý a fibrotizující proces. Onemocnění nazývané **[[slovnik:start#azb|azbestóza]]** se obvykle projevuje po dlouhé době od prvního kontaktu s azbestem. Může se projevit i v době, kdy dotyčný s azbestem již řadu let nepracuje. __Náhrada:__ * Sklo (např. pletené izolační šňůry) * [[slovnik:start#phtc|Heterocyklické polymery]] s tuhými řetězci (odolné vůči dlouhodobému [[slovnik:start#crp|creepu]], oděru a chemikáliím, organickým rozpouštědlům). * Polyamid (pro filtraci horkých plynů a termoizolační účely, pro speciální papíry pro elektroniku). * Polyvinylalkohol (vhodné do kompozitů). * Přírodní vlákna (len, konopí), vhodná pro výrobu lisovaných kompozitních obrobitelných materiálů. ==== Fluorid sírový ==== Fluorid sírový (hexafluorid síry) je bezbarvá, plynná, anorganická chemická látka se vzorcem {{ :obr:1_28.png?nolink&100|}} SF6. Je to nepolární plyn, špatně rozpustný ve vodě. Jeho hustota je asi 6krát vyšší, než je hustota vzduchu. Na rozdíl od ostatních fluoridů síry není SF6 jedovatý. __Použití:__ Asi 70 % SF6 se využívá v elektrotechnickém průmyslu. Používá se jako plynné dielektrické médium pro vysokonapěťové vypínače, rozváděče a jiná elektrická zařízení. Přístroje s tímto mediem často nahrazují vypínače s olejem, které mohou obsahovat škodlivé PCB. Florid sírový mnohem vyšší dielektrickou pevnost než vzduch nebo suchý dusík. V plynné formě. pod tlakem, se používá jako izolátor v plynem izolovaných rozváděčích, nebo jako zhášedlo spínacích zařízeních. Menší použití je také ve výrobě polovodičů. Vzhledem k jeho netečnosti se používá při tavení hořčíku. __Ekologický dopad:__ Fluorid sírový uvolněný do ovzduší, chová se podle [[slovnik:start#ipcc|IPCC]] jako skleníkový plyn. Expozice oblouku chemicky rozkládá SF6 na vysoce toxický plyn s toxicitou podobnou fosgenu. V prostředí se zvýšenou vlhkostí se může projevit proces obdobný atmosférické korozi. ==== Fenoly ==== Fenoly (fenolické sloučeniny) je třída sloučenin, které obsahují hydroxylovou funkční skupinu (-OH) vázanou {{ :obr:1_10.png?nolink&180|}} přímo na benzenový kruh (aromatické jádro). Nejjednodušším členem této skupiny je fenol (C6H5OH).Fenoly řadíme do skupiny těkavých organických látek ([[slovnik:start#voc|VOC]]). __Použití__ Fenol je hlavní chemický meziprodukt, používaný ve výrobě fenolových pryskyřic a chemických vláken. __Ekologický dopad__ Nadměrné působení fenolu může způsobit poškození mozku, zažívacího traktu, očí, srdce. Fenol může také způsobit genetické poruchy. ==== Formaldehyd ==== Formaldehyd (systematický název methanal) je nejjednodušší aldehyd derivátů uhlovodíků. Formaldehyd je bezbarvý hořlavý plyn {{ :obr:1_11.png?nolink&100|}}s pronikavým dusivým zápachem. Ve venkovním prostředí se formaldehyd vyskytuje v koncentracích v rozmezí 10 - 100 µg/m3 (znečištěný městský vzduch). Ve vnitřním prostředí bývají koncentrace formaldehydu zpravidla vyšší (odpařováním ze stavebního materiálu, dřevotřískového nábytku) a může přesáhnout hodnoty až 370 µg/m3. __Použití__ Formaldehyd je základní surovina pro výrob řady chemických látek (barviva, laky, lepidla, mořidla), __Ekologický dopad__ Jako organická těkavá látka VOC se může podílet při reakcích s jinými znečišťujícími látkami na vzniku přízemního ozónu. Může mít potenciální škodlivé následky pro lidské zdraví. Formaldehyd byl Mezinárodní agenturou pro výzkum rakoviny klasifikován jako karcinogen první skupiny, tedy prokázaný karcinogen pro člověka. ==== Polychlorované bifenyly ==== Polychlorované bifenyly (PCB, PCBs) jsou skupinou [[slovnik:start#lper|perzistentních látek]] {{ :obr:1_22.png?nolink&180|}}vznikajících chlorací bifenylů. Organická látka, u nichž jsou vodíkové atomy na bifenylovém skeletu nahrazeny v různé míře atomy chloru. Podle různých poloh umístění těchto atomů tak může teoreticky existovat 209 izomerů (kongenerů) PCB. Masivně vyráběné a používané byly mezi 30. a 70. lety minulého století. __Použití__ Z technického hlediska jsou PCB vynikající látky. Jsou: * termostabilní, * nehořlavé a nevznětlivé, málo těkavé, * chemicky inertní (odolné vůči kyselinám a zásadám, vůči oxidaci i redukci). Mají: * dobré dielektrické vlastnosti, * vysoký elektrický odpor, * výborné teplonosné vlastnosti, * výbornou mísitelnost s organickými rozpouštědly, Používaly se mimo jiné jako přísada do barev. retarder hoření v umělých hmotách. nebo jako olej v transformátorech a kondenzátorech. __Ekologický dopad__ Do životního prostředí se PCB dostávají například v důsledku požárů a úniků z uzavřených systémů (transformátorů, kondenzátorů a dalších), z barev či omítek s obsahem PCB, z úložišť odpadů s obsahem PCB, spalováním odpadů s obsahem PCB. Běžná hodnota zátěže v industrializovaných zemích činí asi 1 - 3 pg/kg tělesné hmotnosti osoby/den. Příspěvek k zátěži v důsledku kontaminace potravin PCB byl v roce 1997 odhadován na 1,3 pg [[slovnik:start#teq|TEQ TCDD]]/kg tělesné hmotnosti osoby/den I když karcinogenita PCB nebyla v plném rozsahu prokázána, je známa a potvrzena souvislost například s rakovinou tlustého střeva. Nadměrné působení PCB může ohrozit mozek, oči, srdce, imunitní systém, ledviny, játra, rozmnožovací orgány. Od roku 1984 je u nás výroba PCB zakázána. Nebezpečí úniku polychromovaných bifenylů do životního prostředí tu stále je (např. transformátory). ==== Retardéry hoření ==== Bromované zpomalovače hoření ([[slovnik:start#bfr|BFR]]) skupina látek zahrnující polybromované difenyletery (PBDE), polybromované bifenyly (PBB), bromované bisfenoly (např. TBBP-A) a hexabromcyklododekan (HBCD). Jedná se o chemické {{ :obr:1_08.png?nolink&200|}}sloučeniny přidávané do výrobků za účelem zmírnění průběhu hoření. Množství BFRs v jednotlivých výrobcích se liší v závislosti na jejich složení, ale může se pohybovat v rozmezí desetin až desítek procent. __Použití__ Uplatnění nacházejí především v elektrotechnice jako zpomalovače hoření plastů. Vyskytuji se ale i textiliích a nábytku. __Ekologický dopad__ Do lidského organismu se dostávají BFR při kontaktu s kůží, vdechem nebo konzumací potravy (zejména ryb), v níž jsou BFR obsaženy. Řada BFR podléhá autorizaci [[slovnik:start#rea|REACH]]. Většina z bromovaných zpomalovačů hoření je toxických – negativně ovlivňují imunitu, reprodukční cyklus a vývoj jedince, narušují hormonální systém a existuje i podezření, že jsou rakovinotvorné. Direktiva [[slovnik:start#roh|RoHS]] používání BFR v elektrotechnických zařízeních zakázala. Náhradou může být např. oxid hlinitý, hydroxid hlinitý, hydroxid hořečnatý, uhličitan hořečnatý. Vhodná přísada se musí vybrat s ohledem na příslušný plast. ==== Měď ==== Měď (Cu) je ušlechtilý kovový prvek načervenalé barvy.Taje při teplotě 1083 °C. Vyznačuje se velmi dobrou tepelnou a elektrickou vodivostí. Pouze stříbro je lepším vodičem. Měď se dobře mechanicky zpracovává a je odolná vůči [[koroze:kprostredi#atk|atmosférické korozi]]. __Použití__ Je základní součástí řady velmi důležitých slitin (mosaz, bronz, ...). Mimořádně důležitá je měď pro elektrotechniku. Využívá v elektronických a elektrických zařízeních, ve výměnících tepla a v dalších výrobcích. __Ekologický dopad__ Nejvýznamnější naleziště mědi je v Chile, po kterém následuje Peru a USA. Lodní doprava a zpracování této suroviny se výrazně podílí na produkci skleníkových plynů.\\ Pokud se dostane nadměrné množství mědi a jejích sloučenin do lidského organizmu může to mít nepříznivý zdravotní vliv na zažívací trakt, oči, ledviny, játra, plíce a nos. ==== Stříbro a slitiny legované stříbrem ==== Stříbro (Ag) je ušlechtilý kov bílé barvy. Vyznačuje se nejlepší elektrickou a tepelnou vodivostí ze všech známých kovů. Slouží jako součást různých slitin pro použití v elektronickém průmyslu. __Použití__ Pokud se tento kov, nebo jeho slitiny, použijí jako kontaktní materiál je nutné počítat s tím, že spoj bud náchylný k černání způsobenému malým množstvím sirovodíku, který se v okolním prostředí vyskytuje. Zplodiny vzniklé černáním jsou tmavé a skládají se především z beta-sulfidu stříbrného. Následkem černání může dojít ke zvýšení přechodového odporu a k přerušení kontaktu. __Ekologický dopad__ V čistých atmosférách stříbro prakticky nekoroduje. Velmi silně je však napadáno sirným znečištěním (např.sirovodíkem). Ve velmi agresivních prostředích může docházet ke vzniku a vývoji [[slovnik:start#whs|whiskerů]] sulfidu stříbrného, které mohou v průběhu několika let narůstat do délky i několika milimetrů. Důvodem pro omezování stříbra ve výrobě elektronických prvků je celá řada: * migrace korozních produktů stříbra na izolační plochy. * elektrolytická koroze. ==== Zinek ==== Zinek (Zn) je měkký lehce tavitelný kov. Čistý zinek je modrobílý lesklý kov. Při obvyklých teplotách je křehký a je poměrně dobrým vodičem elektrického proudu. __Použití__ Zinek má uplatnění jako protikorozní ochrana, pokrývačský materiál, ve slitinách jako je mosaz a bronz. Používá se v zinko-uhlíkových, zinko-chloridovým bateriích (suchý [[slovnik:start#cgal|galvanický článek]]). Sloučeniny zinku se používají v průmyslu při výrobě barev, umělých hmot, pryže. __Ekologický dopad__ Při vytváření povrchové ochrany ponorem do roztaveného zinku se uvolňují zinkové páry, které jsou výbušné.\\ Nadměrné působení zinku a jejích sloučenin může mít pro člověka nepříznivé dopady na mozek, zažívací trakt, oči. ==== Chrom ==== Chrom (Cr) je světle bílý, lesklý, velmi tvrdý a zároveň křehký kov. Má tři hlavní formy mocenství – kovový chrom (0), trojmocný chrom (III) a šestimocný chrom (VI). Používá se v metalurgii při výrobě legovaných ocelí a dalších slitin, tenká vrstva chromu chrání povrch kovových předmětů před korozí a zvyšuje jejich tvrdost. __Použití__ Kovový chrom je nezbytný jako zušlechťovací prvek korozivzdorné oceli. CrIII a CrVI se používají jako pigmenty a pro výrobu barviv. Při údržbě a obsluze kopírovacích strojů, nakládání s některými náplněmi tonerů do kopírek se používá CrVI Šestimocný chrom se používal ve výrobě baterii a protikorozní povrchové ochraně ([[npovlak:apovlaky#chr|chromátování]]). __Ekologický dopad__ Sloučeniny šestimocného chrómu jsou toxické a jsou snadno absorbovány biologickými systémy. Nadměrné působení sloučenin šestimocného chrómu může vést k poškození zdraví. Dlouhodobá expozice CrVI vede k rozvoji nádorů plic a horních cest dýchacích. CrVI je klasifikován jako lidský karcinogen a může způsobit rakovinu, Direktiva [[slovnik:start#R|RoHS]] používání této složky chromu zakázala. ==== Kadmium ==== Kadmium (Cd) je měkký, lehce tavitelný, toxický kovový prvek. Kadmium je prvek patřící do skupiny těžkých kovů. V přírodě se kadmium nachází téměř vždy v kombinaci s jinými prvky, obvykle se extrahuje ze zinkových, olověných a měděných rud. Používá se jako součást různých slitin a k povrchové ochraně jiných kovů proti korozí. Vzhledem k jeho toxicitě je jeho praktické využití omezováno na nejnutnější minimum. __Použití__ Kadmium se používalo v nikl-kadmiových bateriích, při výrobě pigmentů a stabilizátorů umělých hmot, v ložiscích a ve slitinách s nízkým bodem tání. Velké výhody mělo kadmium v oblasti protikorozní povrchové ochraně (povlakové systémy). Korozní zplodiny kadmiových povlaků jsou maloobjemové. Spojovací materiál s touto povrchovou ochranou byl proto snadno rozebiratelný. Kadmiové povlaky jsou pájitelné, což dovolovalo např. z důvodu EMC v rozvaděčových skříní jednotlivé díly pospojovat a vytvořit [[slovnik:start#klfar|faradyovu klec]]. Vzhledem k prokázané toxicitě bylo kadmium z běžné elektrotechnické výroby direktivou RoHS vyloučeno. Jako náhradu kadmia pro vrstvy zajišťující kluznost, vrstvy chránící proti korozi, pigment v barvách, stabilizátor v plastech, součást pájek se může použít cín a jeho slitiny, zinek a jeho slitiny. Na konektory lze použít jako náhradu NiAl nebo bronz. Vrstvu kadmia nahrazuje často hliník a jeho slitiny. V protikorozní ochraně se nahrazuje kadmium zinkem, nebo slitinovými povlaky (ZnFe, ZnSn). __Ekologický dopad__ Kadmium v přírodě se nerozkládá, ale vstupuje do různých sloučenin. Většinou po dlouhou dobu setrvává na místě, kde vstoupilo do životního prostředí. Část kadmia se z vody uloží v půdách či sedimentech, ale podstatná část ho zůstává ve vodě. Z půd se může tento těžký kov vymývat do vod a nebo se kumuluje v rostlinách. V lidském těle se Cd hromadí hlavně v ledvinách a játrech, přičemž příjem i velmi malých dávek tohoto kovu může vést k selhání ledvin. Akutní otravy kadmiem jsou velmi vážné. Způsobují zvýšení krevního tlaku, selhání ledvin a rozklad červených krvinek. ==== Olovo ==== Olovo (Pb) je namodrale bílý kov s vysokou měrnou hmotností, přirozeně se vyskytující v zemské kůře.Má velmi nízkou teplotu tání Je to velmi měkký, vysoce kujný i při pokojové teplotě.\\ Je poměrně špatným vodičem elektrického proudu. Za normálních podmínek je olovo odolné vůči atmosférickým vlivům. Ve vlhkém prostředí se příliš nemění, pouze zvolna ztrácí lesk a tvoří se na něm šedobílá vrstva oxidů, hydroxidů a uhličitanů. __Použití__ Olovo začali lidé používat již v dávnověku. Vysoké odolnosti olova vůči korozi vodou bylo využíváno ke konstrukci vodovodních rozvodů. Přidáním olova do skla se zvyšuje značně jeho index lomu a zároveň snižuje jeho tvrdost, což znamená, že se snáze brousí a leští (olovnaté sklo). V elektrotechnice se olovnaté sklo používalo pro trubice [[slovnik:start#crt|CRT]] zobrazovačů (pro potlačení [[slovnik:start#zel|elektromagnetického záření]]. Pro snížení bodu tání a zlepšení smáčecího úhlu se přidávalo olovo do cínových pájek (olovnaté pájky). Olovo v pájkách významně potlačuje [[slovnik:start#mor|cínový mor]]. V současnosti hlavní oblast použití olova jsou olověné akumulátory. __Ekologický dopad__ Olovo může ovlivňovat krvetvorný a nervový systém, ledviny, imunitní mechanismy, trávící a reprodukční systém. Při vyšších dávkách se olovo hromadí v kostech, játrech a ledvinách. Nadměrné působení olova a některých jeho sloučenin může způsobit poškození mozku. Z důvodu vysoké toxicity bylo olovo direktivou [[slovnik:start#roh|RoHS]] v elektrotechnice zakázáno. Výjimku tvoří olověné akumulátory, u kterých se nepředpokládá, že se dostanou do komunálního odpadu. ==== Rtuť ==== Rtuť (Hg) je těžký, toxický kovový prvek. Je jediným z kovových prvků, který je za normálních podmínek kapalný. Mrzne při –39 °C a vře za normálního tlaku při 357 °C. Rtuť je značně těkavá. Nezapáchá a není hořlavá. Je relativně špatným tepelným vodičem, na druhou stranu dobře vede elektrický proud. Řadí se mezi velice toxické látky. __Použití__ Používala se pro výrobu rtuťových výbojek, usměrňovačů, reklamních štítů, je ve rtuťových elektrických spínačích, bateriích a jiných elektrických přístrojích. __Ekologický dopad__ Nadměrné působení rtuti a jejích sloučenin může mít nepříznivé dopady na mozek, zažívací trakt, oči. Sloučeniny rtuti jsou velmi toxické pro volně žijící živočichy. Kvůli vysoké toxicite bylo používání rtuti direktivou RoHS v elektrotechnice zakázáno. === Literatura === [1] Všeobecné směrnice pro elektrotechnická zařízení určená do ztížených klimatických podmínek, Praha SVÚSE-T 1120 1965\\ [2] M. Černý a kol. Korozní vlastnosti kovových konstrukčních materiálů. Praha, SNTL 1984\\ [3] R. Bartoníček a kol: Koroze a protikorozní ochrana kovů. Praha, Academia 1966\\ [4] Kolektiv SVÚOM: Směrnice pro ochranu strojírenských a elektrotechnických výrobků proti vlivům prostředí I. Obecné základy. Praha, SVÚOM 1985\\ [5] Kolektiv SVÚOM: Směrnice pro ochranu strojírenských a elektrotechnických výrobků proti vlivům prostředí II. Korozní vlastnosti kovových materiálů a zásady konstrukčního řešení výrobků. Praha, SVÚOM 1985\\ [6] Kolektiv SVÚOM: Směrnice pro ochranu strojírenských a elektrotechnických výrobků proti vlivům prostředí IV. Klimatická odolnost organických materiálů. Praha, SVÚOM 1985\\ [7] Kolektiv SVÚOM: Směrnice pro ochranu strojírenských a elektrotechnických výrobků proti vlivům prostředí V. Materiály pro elektrotechniku a zásady konstrukce elektrotechnických zařízení. Praha. SVÚOM 1985\\ [8] {{:literatura:02_ekologie_technologickych_procesu.pdf |I. Kudláček Úprava elektrotechnických zařízení do ztížených provozních prostředí, Praha, Vydavatelství ČVUT 2005}}\\ [9] https://arnika.org [<8>]