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2023年9月25日星期一

【永遠的化學品PFAS】— 防水耐熱又光滑的頂級化合物,怎麼捨得讓它被消失!?

這一篇的名詞解釋會多一點跟化學有關的知識,但我滿喜歡的~

前言 — 名詞解釋

簡而言之,PFAS 泛指一類具有特殊化學結構的化合物,具有極低的表面張力、出色的防水、抗油、抗污染和高熱穩定性。因為這些強大的技能加持,PFAS 在問世之後,廣泛的被使用在餐具、防寒衣物、電子產業、消防設備、鍋具、以及醫療等更多更多產業。

我們任意舉幾個有關它的名稱:

PFAS 全氟和多氟甲烷基物質 Per- and Polyfluoroalkyl Substances

PFAS 全氟烷基磺酸鹽 Perfluoroalkyl Sulfonate

PAS 全氟介面活性劑 Perfluorinated Surfactants

PFC 全氟化合物 Perfluorinated Chemicals

 

你是不是都看到了同樣的名稱 —「全氟」?沒錯,PFAS 多數是圍繞在很多的氟」這玩意兒。

對於「全氟」的概念有一個相對簡單的說法,就是我們比較熟悉的-氫原子鍵(很多有機化合物的基體),變成-氟原子鍵。因此不管 PFAS 名詞怎麼繞,都一定會有氟(Fluorine),所以上面的名稱都會有 Fluoro- 或是 Fluori- 的英文字根在裡面

OECD(經濟合作暨發展組織)對於 PFAS 的名詞定義,則是化合物中含有至少一個完全被氟取代的甲基(-CH3)或是亞甲基(-CH2-)碳原子氟化物質。也就是說,一個化學品裡面,只要有看到全氟甲基(-CF3)或是全氟亞甲基(-CF2-),都算是 PFAS比方說下面的PFOS,就是一堆的碳被氟完整的包圍著。

擷取自commonchemistry.cas.org,PFOA的組成結構

但有一個小知識,OECD 認為即便碳(C)的已經有三個鏈是氟(F),如果第四鏈接的是H / Cl / Br / I,那就不算是 PFAS;但在美國的標準下,即便這樣還是會被算成 PFAS

 

PFAS的歷史

隨然 PFAS 從開始到現在不到 100 年的時間,但我還是根據所發生的事件,把它大歸類為三個時期。

PFAS 的初期開發史:改變世界的化合物誕生

1930 通用汽車(General Motors)和杜邦(DuPont,全名E. I. du Pont de Nemours and Company)一起生產氟利昂(Freon),並開發了二氟二氯甲烷(R-12)。

1938 杜邦公司的研究化學家 羅伊·J·布朗克(Roy J. Plunkett)發現了人工合成的高分子材料 — 聚四氟乙烯(PTFE),一個耐腐蝕、絕緣性、低摩擦係數和高耐熱性的化學物。杜邦公司之後用於商業化生產,並以商品名「鐵氟龍Teflon®」銷售,用於製造不沾鍋等產品。

1950s 根據2016年的一份起訴文件,3M在其位於明尼蘇達州奧克代爾的設施處置了 PFC 和含PFC 的廢棄物」。

1951 杜邦公司開始在製造流程使用全氟辛酸(Perfluorooctanoic Acid, PFOA)。

 

PFAS 中期的歷史:這個偉大發明…伴隨著巨大風險

1955 美國史丹佛大學研究發現 PFAS 會與人類血液中的蛋白質結合。

1961 杜邦公司的毒理學家報告 PFOA 有毒,需要被非常小心的處理。

1963 美國海軍和 3M 合作開發消防泡沫(AFFF),內含有全氟辛烷磺酸(Perfluorooctane Sulfonate, PFOS)。

1970 3M 研究的文件記錄在魚的體內發現 PFOS 和 PFOA 殘留。

1978 3M 發表文章,認為熱銷燬有害物質是最好的處理方法。

1998 美國環保署(EPA)首次意識到這人造「永遠的化學品」— PFAS 的風險。

1998 3M 的動物實驗研究,將老鼠給予一定劑量的化學物質,老鼠會在四天後死亡。

 

PFAS 持續的研究、對應政策、以及不間斷的控訴

2000 3M 停止生產 PFOS,在此之前的消防泡沫都含有 PFOS

2001 美國政府要求杜邦公司揭露 1950 年代關於醫療健康研究的 11萬頁機密文件,經過數個月的研讀,律師提供了一份 972 頁的報告要求管制 PFOA,並提供杜邦公司的華盛頓廠區附近居民乾淨的水。

2002 杜邦公司的北卡羅萊工廠開始生產 PFOA

2004 杜邦公司聘請產業風險評估員,回報 1951 ~ 2003 年,杜邦的華盛頓廠區傾倒了 1.7 萬噸的 PFOA

2006 美國環保署和杜邦公司,以其他八家主要公司達成自願性協議,逐步停止在美國使用 PFOS PFOA

2014 EPA發佈 PFOS PFOA的摘要,包括它的特性,以及對於環境和健康的影響。當初的廠房所在州,訂定飲用水中的 PFOA / PFOS 含量標準。

2017 消防泡沫聯盟情況說明書提到,短鏈的氟表面活性劑,比長鏈的毒性低、就目前監管標準,不具有生物累積性。

2021 美國環保署稱要發展 PFOA 和 PFOS 的國家飲水標準。

2022 3M 控訴密西根,試圖無效化其新的飲水標準。

 

美國以外的國家怎麼看待?

基本上我們可以說 PFAS 是從美國的兩大材料公司 — 杜邦 & 3M — 開始,因此主要歷史也都是圍繞在美國本土。

但由於對PFAS的潛在危害,不只美國,有更多國家和地區都開始實施限制和監管措施,包括將一些PFAS列為受控物質、設立飲用水標準、以及制定環境法規等。

【永遠的化學品PFAS】— 防水耐熱又光滑的頂級化合物,怎麼捨得讓它被消失!?-from BU
擷取自 https://www.bureauveritas.com.tw/newsroom/20221221-PFAS

 

PFAS 都是一樣的危險嗎?

以目前我們所得到的知識,「全氟」本身其實不代表「危險」。但這複雜程度我實在無法理解,幾個例子:

全氟三丁胺(Perfluorotributylamine,PFTBA)

超強溫室氣體。但至少沒看到有生物毒性。

全氟三戊胺(Perfluorotripentylamine)

安全的電子冷卻劑。

全氟異丁烯PFIB

劇毒物。

全氟辛烷磺酸(英語:Perfluorooctanesulfonic acid, PFOS

環境汙染物,PFAS 最常見的汙染物之一。


但至少目前有一個比較一致的風險分類,就是用聚合物來分類:

非聚合物,無重複性結構,危害性高

比方說 PFOS 的分子式 C8F17SO3H 和 PFOA的分子式 C7F15COOH。

【永遠的化學品PFAS】— 防水耐熱又光滑的頂級化合物,怎麼捨得讓它被消失!?-PFOA
PFOA 分子式

聚合物,有重複性結構,分子量大不易穿過人體黏膜,危害性低

比方說 PTEE 的分子式 (CF2CF2)n、 PVDF 的分子式 (CH2CF2)n、或是 ETFE 的是 (CH2CH2CF2CF2)n。

【永遠的化學品PFAS】— 防水耐熱又光滑的頂級化合物,怎麼捨得讓它被消失!?-ETFE
ETFE分子式

PFAS 是不是真的永遠無法被分解?

地球上幾乎有人經過過的地方,就會有PFAS的存在,包含全世界的雨水都含有低含量的 PFAS,這是歷史共業。美國哈佛大學教授桑德蘭(Elsie Sunderland)有指出,3M 在1978 年提到的熱銷燬其實效果不佳,因為真的要有效銷毀所需要的溫度極高,成本昂貴。

之所以 PFAS 被稱為「永遠的化學品」,是因為這些化合物的-氟原子鍵,這是有機化學中目前已知最強的化學鍵。也因為這個碳氟鍵排斥液體(稱為「全疏),所以它對於藥物和食品業就非常有用。

不過在 2022 年,美國西北大學的研究發現,可以用低溫和便宜的方式來消除 PFAS。西北大學研究人員莊(Brittany Trang)表示,使用氫氧化鈉可以分解 PFAS 的長尾末端,有效的「從尾端切除前端」,就可以瓦解 PFAS 而變成無害的產品。

雖然目前尚未有看到進一步研究結果,而且不是每一種 PFAS 都有用,但我們期待能找到,透過可商業化或是低成本的方式,可以有效的分解目前世界上已經存在 PFAS。


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