马克·琼斯
它在我手里看起来是无害的,但却在生长呼吁禁止它.它可能使用了为曼哈顿计划创造的技术,但在我手里,它感觉不像武器。它感觉很自然,尽管它可能含有非常不自然的材料。我打开它的时候一点也不小心。我把手伸进去,抓了一片。我确实喜欢披萨。
披萨早于曼哈顿计划。虽然严格来说披萨不是问题所在,但问题出在盒子上。比萨盒用的硬纸板使用碳氟化合物制成,既抗油脂又抗蒸汽。五年前,几乎可以肯定会使用全氟或多氟烷基物质(PFAS)。一些州现在已经禁止在披萨盒等产品中使用PFAS。我不在这些状态中。我不确定我手中的盒子是否使用了PFAS。
PFASes最初被确定为热点地区的健康问题。有很多带有标记的地图制造业或消防中大量使用PFAS污染的热点地区最为常见。意识到纸张使用造成的广泛污染可能最终会促使禁令获得支持。
PFASes正受到严格审查,要求全面禁止的高调呼吁变得越来越普遍。与此同时,为了混淆视听,还有至少有9个相互竞争的PFAS定义.有一件事是肯定的:它们现在无处不在。几乎每天都有另一份报告显示,在空气中发现了令人担忧的水平食品包装纸,瓶装水,厕纸,食物,化妆品,滑雪蜡或者其他的产物。(注意从医疗设计与外包:在2010年代一系列严重的医疗器械导丝召回事件中,聚四氟乙烯(PTFE)的重新配方发挥了作用.)
回顾历史就会知道我们是如何走到这一步的。这是一个克服艰巨挑战的故事,是一个令人难以置信的研发努力的故事。这是一个创新的故事,一个将发明付诸实践的故事。这是一个解决困难挑战的故事。这也是一个傲慢的故事,一个由有缺陷的信念驱动的行为的故事。
PFASes的开始
曼哈顿计划小组转而利用气体扩散来生产可裂变铀。六氟化铀(UF6)是当时已知的唯一气态铀化合物。处理UF6过去是,现在仍然是一项艰巨的任务。它对许多普通建筑材料具有腐蚀性,并与脱湿HF发生反应。为了处理这种棘手的材料,曼哈顿计划的科学家们迅速开发出了氟碳聚合物、液体和蜡。
战后,3M公司和杜邦公司的化学家们疯狂地合成新化合物。由于高氟材料的独特性能,应用激增。许多新的应用程序利用了惰性。许多没有。我们都知道油和水不能混合。它们要么喜欢油,要么喜欢水。事实证明,高氟材料不喜欢这两种。它们不想靠近石油,也不想靠近水。这一特性使它们在一系列应用中具有吸引力。
高氟材料完全是人造的,不像自然界中的任何东西。它们的稳定性是惊人的。环境和生物系统不会使它们降解。它们卓越的稳定性使得氟碳化合物不仅仅是安全的——它们是无害的。环境释放是可以的,因为它们是安全的。放置在消费品中是可以的,因为材料是安全的。虽然最初被视为一个显著的好处,但我们已经认识到稳定性是一个问题。
《斯德哥尔摩公约》认识到合成材料的持久性是一种风险。在二战至20世纪90年代期间,全氟C8化合物的生产爆炸式增长。1968年是第一批报告的年份人类血液中的持久性碳氟化合物.50多年前,世界上大部分地区都有接触过辐射的证据。在某种程度上,使用爆炸是基于这些惰性材料在生物学上是良性的假设。到2000年,情况发生了变化。与暴露相关的肝脏变化报告被公开。2000年,3M公司和2006年,其他美国制造商自愿将这些化合物从市场上移除。一个2022年国家科学院报告暴露明显涉及六种负面健康后果。我们对健康和环境影响的理解不断加深,对这些材料在环境中的存在位置的理解也在不断加深。
不仅稳定,而且有抵抗力
曼哈顿计划重视稳定性和抗腐蚀性材料的能力。但碳氟化合物之所以在披萨盒里,是因为它的特性与稳定性无关。功能化的碳氟化合物,当添加到纸浆(即使只有1%左右),使纸板排斥油和水。它们的使用与稳定性无关。它们使纸耐油、防水。它们也用于涂布纸,防止涂布纸在涂布时过多下沉。让这一点深入人心。
PFAS的最低价值用途之一发展成为最大的含氟化学品单一市场.一次性使用后打算扔掉的纸张曾经是,而且可能仍然是大多数PFAS被使用的地方。造纸厂是发现PFAS污染水平较高的地方之一,但在生物固体和堆肥说明论文是一门专业广泛的低水平污染源.过去,PFAS只在发现含量高的地方引起关注。发生了两件事。随着分析化学家寻找的地方越来越多,PFASes在越来越多的地方被发现。它们几乎无处不在。与此同时,人们关注的水平已经从百万分之一下降到千万亿分之一。
织物涂层,使织物耐污和防水,类似于纸涂层。应用于织物在非常低的水平显著改变性能。高水平的碳氟化合物与纺织、皮革和造纸有关。氟碳泡沫能很好地扑灭易燃液体火灾。高氟材料既排斥水又排斥油。适用于易燃液体,它们抑制易燃蒸气的形成。用它们制成的泡沫能迅速扑灭火灾,防止火灾重新燃起。在炼油厂、机场和军事基地的使用导致了非常严重的污染。那些相同的材料,尤其是C8材料卵圆孔未闭和全氟辛酸及其盐类(PFOA),也被用作制造聚合物的助剂。含氟聚合物制造过程中的污染也造成了一些巨大的环境问题。PFAS对人类健康的负面影响在美国附近的人群中逐渐显现出来氟碳聚合物生产基地地下水污染严重。继续使用氟碳聚合物将需要克服这一遗留问题,表明氟碳聚合物可以在不产生环境排放的情况下生产。
除了这些主要用途之外,还有许多次要用途.它们在涂料中很常见,用于金属电镀。它们是浸入式传热流体,有效地去除热量,而不与基材相互作用。它们被用作蒸汽脱脂剂,不易燃,被认为是安全的。它们用于化妆品中,需要疏水性和成膜能力等特性。PFASes使产品更容易应用,使它们更耐用。所有这些用途都是潜在的暴露源和几乎肯定的环境释放。PFASes的使用方式至少对环境有一些释放。
“必要”这个词现在被用来描述PFAS的一些用途,并被用作反对禁令的论据。禁止某些应用程序是很容易的。披萨盒还有其他技术。织物和皮革防护也是如此。化妆品似乎被牢牢地放在了不必要的使用桶里。然而,在使用PFASes的领域中,替代品并不那么明显。
我在工业实验室的第一个项目是自动化氧化滴定。我用的是Kynar材质的手机,蓝宝石窗户用Viton o型圈密封。试剂由聚四氟乙烯阀门控制,并通过用Tefzel卡箍密封的聚四氟乙烯管流入细胞。特氟龙涂层搅拌器确保完全混合。管螺纹用特氟龙胶带润滑。Kynar,聚偏氟乙烯,将随着PFAS禁令而消失。Teflon(聚四氟乙烯[PTFE])、Viton(偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物)、FEP(六氟丙烯和四氟乙烯的共聚物)和Tefzel(乙烯和四氟乙烯的共聚物)也是如此。PFAS的所有工作定义都包括氟碳聚合物。
在上世纪90年代可能实现的东西,在后pfas聚合物时代是无法实现的。所有的聚合物都将被禁止。
许多其他聚合物是PFASes: Gore-Tex(膨胀的聚四氟乙烯),Neoflon(聚氯三氟乙烯,以前称为Kel-F), Krytox润滑脂(聚六氟丙烷氧化物)等都将被禁止。Nafion膜(磺化聚氟乙烯)使氯碱工艺成为化学工业、燃料电池和膜电解槽的基础。我是在一台笔记本电脑上写这篇文章的,它的锂离子电池含有聚偏氟乙烯作为电极粘合剂,半导体可能是用PFAS传热流体加工的,主板可能是用温度稳定、不易燃的氟碳化合物蒸气回流焊接的。如果PFASes被禁止,那就跟所有人说拜拜了。
聚合物制造商正在反击禁令。他们认为,聚合物太大,不会造成健康问题,而且它们不会分解成更小、可摄入的PFAS物种。聚合物带来的危害很小,而它带来的好处远远超过了所冒的风险。历史制造业不小心释放了PFAS。制造商们说,现在不是了。排放是或可以消除的。
在聚合物光谱的另一端是氟化程度较轻的小分子药物或农用化学品.目前有许多广泛使用的化合物,有些人会禁止,有些人会认为甚至不是PFAS,这取决于PFAS的定义。一些最常用的药物含有全氟烷基。百忧解所做的事。对这种广泛使用的处方药的健康研究可以追溯到几十年前,尽管血清中PFAS的含量与普通药物相比很高,但仍未能显示PFAS对健康的影响目前的PFAS关注水平.
新药物,如治疗COVIDPaxlovid从许多定义来看,它都是一个PFAS。广泛使用的农用化学品也是如此diflufenican和fluopyram.研究表明,它们在环境中都是短暂的,PFOA和PFOS等PFASes所观察到的生物积累不会发生。环境命运仍然是一个研究课题。这是很明显的矿化,碳氟键断裂氟变成无机氟化物,要么不发生,要么发生得很慢。这是不好的。这意味着大自然很可能将一种PFAS转化为其他PFAS。含三氟甲基化合物的研究说明三氟乙酸的生产情况.同样,需要更多的研究来更好地了解退化及其带来的危害。在过去十年的大多数年份里,氟化药物占所有新小分子药物注册的四分之一到三分之一。农用化学品的数据也类似。许多非常流行的药物,包括立普妥最常用的处方药都是氟化的将氟从制药化学家的工具箱中移除会产生负面影响。就像聚合物一样,有些人想给这些材料命名,让它们继续使用。其他人则认为它们不应该与高氟化PFAS混为一谈。没有明确的正确答案。
我们的情况不太好。在对某一类材料的内容存在分歧的情况下,禁止这一类材料的讨论肯定是有问题的。那些寻求必要使用豁免的人肯定会面临必要定义的审查。含氟聚合物是一种神奇的材料,令人难以想象一个没有它们的世界。所有证据都表明聚合物是良性的。制造商仍然需要证明生产同样是良性的,聚合物生产可以在没有PFAS释放的情况下进行。经过几十年使用证明安全的药物可能会被协会禁止。潜在的新疗法和新的农用化学品将永远无法进入市场。我们之所以走到今天这一步,是因为我们狂妄自大——因为我们坚信含氟化学品是惰性的,这意味着它们是安全的。我们必须做得更好。
披萨没了。我现在纠结于如何处理这个盒子,同时思考它的含义。PFASes在像披萨盒这样无关紧要的东西上的广泛使用,显然是我们现在面临的一些近乎普遍的污染的原因。这种污染正在推动一种反应,可能会使一些非常有用的,甚至是必不可少的材料和化合物从使用中消失。如果我的披萨盒里有PFAS,那一定是别人决定使用它的。我的手决定了盒子里PFAS的命运。回收站或垃圾桶是可用的选项。
我是在华盛顿特区写这篇文章的。这里的垃圾有两个去处,要么送到垃圾发电厂,要么送到垃圾填埋场,我无法控制这个决定。有令人关切的报道说垃圾发电设施无法摧毁PFASes.一些数据显示,它们实际上把这些物质扩散到了环境中。回收,将纸纤维重新投入循环经济,将PFAS放入回收流中,在那里它将继续增加。有我能做的定性测试希望能确定纸板中是否含有PFAS。相反,我把盒子撕成两半。一半被回收,一半被丢弃。面对两个糟糕的选择,我选择两者兼而有之。
这篇文章最初发表在WTWH Media的姊妹网站R&D World上。