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      三磷酸酯:備受爭議卻又必不可少的安全守護神

      2020-09-15 10:14:46

      2013年7月6日,韓亞航空214號班機在舊金山降落時墜毀,機身起火并冒出了滾滾濃煙。在此次事故中,盡管飛機起火,但絕大多數乘客還是得以順利生還[1]。而為這些乘客爭取到寶貴逃生時間的,是一種生活中廣泛存在,卻往往被人忽視的化學產品——阻燃劑。


      韓亞航空214號班機空難失事飛機殘骸。圖片來自:wikipedia

      作為防火的常規手段,阻燃劑被廣泛地添加到多種材料當中。然而,圍繞阻燃劑,尤其是含溴阻燃劑的質疑之聲也從未停息。不少人認為,阻燃劑在消防中起不了多少作用,它們還會在環境中蔓延,并危害人體健康。事實是這樣嗎?

      阻燃劑,拯救生命的“隱形守護神”

      阻燃劑是一類可以延緩起火時間,并抑制火勢蔓延的添加物,它們通過多種作用原理抑制燃燒反應的發生。氫氧化鋁、氫氧化鎂等無機阻燃劑受熱產生水,在此過程中大量吸熱,同時起到隔絕氧氣的作用;溴系阻燃劑可以捕獲燃燒反應中的自由基,終止鏈式反應的發生;除此之外,也有的阻燃劑會讓材料表面迅速發泡膨脹并碳化,形成保護層。

      從塑料制品、人造皮革、化纖布料到建筑中的泡沫保溫材料,我們的生活中處處都有聚合物材料的身影。這些材料在性能上有很多優勢,但卻有一個明顯的缺陷:它們往往容易燃燒,由此埋下了火災隱患。為了消除隱患,使用阻燃劑提高材料的防火性能就成了必不可少的措施。

      如今,阻燃劑主要應用在交通運輸、電子電氣設備、家具以及建筑材料領域。添加阻燃劑并不能讓材料獲得完全抵抗烈火的能力,不過它依然可以減少火災發生,并為身陷火場的人們迎得寶貴的逃生時間。在起火的空間中,由于易燃氣體和熱量的聚集,可能會發生“閃燃”現象——各種易燃物質都在1~2秒時間內同時起火。而阻燃劑的出現,可以有效避免這種情況。以塑料外殼的陰極射線管電視為例,假如它沒有經過阻燃處理,在起火時留給人們的逃離時間少于2分鐘,而在阻燃劑的幫助下,逃離時間可以提升至30分鐘以上[2]。

      阻燃劑在防火安全中的作用已經得到了證實。據歐盟委員會評估,過去10年中阻燃劑的使用使歐洲的火災死亡人數減少了20%[3]。2009年由英國政府進行的Greenstreet Berman研究表明,自《家具與室內陳設消防安全法規》頒布后,在2002年至2007年間,火災死亡案例年均減少54例,非致命燒傷案年均減少780例,火災事故年均減少1065例[4],而家具的防火處理也離不開阻燃劑。

      2009年,中央電視臺電視文化中心發生大火,火勢迅速蔓延,造成外墻嚴重受損。而這其中,造成火勢蔓延的重要原因就是大樓外層的保溫材料阻燃性能不合格[5]。由此也可以看出,阻燃劑絕非可有可無。


      阻燃劑對家庭消防安全極為重要。視頻來自:溴科學與環境論壇(BSEF),中國阻燃學會

      溴系阻燃劑:我們討厭它,但離不開它

      在阻燃劑當中,溴系阻燃劑是應用Z廣泛的一種,同時圍繞著它也產生了種種爭議。一些含溴的阻燃劑確實可能帶來環境和健康風險,不過在合理使用的情況下,目前批準使用的品種風險依然在可接受范圍內。而且,這些溴系阻燃劑也確實提供了其他阻燃劑很難完全替代的良好性能。中國阻燃學會秘書長周政懋這樣評價溴系阻燃劑:我們討厭它,但離不開它。

      溴系阻燃劑是一系列含溴化合物的總稱,其中包括十溴二苯醚、四溴雙酚A等等。溴化阻燃劑受熱產生的HBr可以直接介入到燃燒的化學反應當中,阻斷反應中產生的自由基,這種直接的作用方式可以在很少的添加量下產生高效的阻燃作用。同時,密度較大的HBr氣體也可以起到隔絕空氣的作用?,F在,在電子設備、軟墊家具、建筑保溫材料中溴系阻燃劑都有廣泛的應用。

      對溴系阻燃劑的疑慮主要來自人體健康和環境兩方面。溴系阻燃劑在受熱分解時可能產生有害物質,它本身也可能從材料中釋放,進入生態環境和食物鏈。那么,這些風險究竟會有多大呢?

      溴系阻燃劑會增加火災“毒性”嗎?

      有毒氣體是火災中的一大致命殺手,那么溴系阻燃劑會不會增加火場有毒氣體的釋放呢?

      個別種類的溴系阻燃劑在特定情況下確實可能產生溴代二噁英等有毒物質(在日常使用條件下不會產生),但值得注意的是,火災中易燃物的燃燒本身就會產生一氧化碳、多環芳烴等一系列有毒氣體,它們都與阻燃劑無關。溴系阻燃劑在聚合物材料中的添加比例很少,它們并不是火災有毒氣體的主要來源,而且它們的存在可以抑制火勢蔓延,因此對減少燃燒產生的有毒氣體也有幫助。也有實驗數據表明,與不含阻燃劑的軟質聚氨酯泡沫相比,含阻燃劑的泡沫材料燃燒時并未釋放更多的有毒物質[6]。

      溴系阻燃劑會危害人體健康和環境嗎?

      目前,發現溴系阻燃劑對健康造成影響的數據主要來自動物實驗。在實驗動物當中,一些阻燃劑對肝臟、神經、免疫、內分泌系統等造成了影響。不過,出現這些效益的劑量往往遠高于環境中的阻燃劑含量。對于目前批準使用的阻燃劑品種,在環境暴露的風險評估中并未發現它們對人體健康存在明顯的威脅。

      對于目前用量Zda的溴系阻燃劑四溴雙酚A,歐洲化學品管理局(European Chemicals Bureau)在評估報告中指出,未發現它會對人體健康造成危害[7]。2011年時,歐洲食品安全局(European Food Safety Authority,EFSA)評估了四溴雙酚A通過環境進入食物的風險,評估結論認為,目前在日常飲食的暴露不存在健康風險,通過室內灰塵的暴露也不太可能引起擔憂[8]。在對多溴聯苯、多溴二苯醚的評估也得出了類似的結論[9,10]。

      目前市場上的溴系阻燃劑中,只有六溴環十二烷(HBCD)被聯合國環境計劃署認定為持久性有機污染物(POPs),并將逐漸被淘汰[11]。而其他被認定為持久性有機污染物的阻燃劑品種(如五溴聯苯醚和八溴聯苯醚)已在更早前停止生產。

      出于對環境和健康風險的考慮,確實有數種溴系阻燃劑的使用受到了各國政府的限制。除了六溴環十二烷以外,歐盟的RoHS指令限制了多溴聯苯和多溴二苯醚兩種溴系阻燃劑在電子電器中的應用,美國禁止了多溴聯苯的使用,在中國的《電子信息產品污染控制管理辦法》中也對多溴聯苯和多溴二苯醚進行了限制。但值得注意的是,并沒有哪個國家支持全面禁用溴系阻燃劑。在上述品種以外,溴系阻燃劑依然在世界各國廣泛使用。

      此外,隨著技術的進步,新型溴系阻燃劑的出現也可以進一步減少風險。例如,目前已有企業研發了大分子聚合型的溴化阻燃劑,用于替代建筑保溫材料中使用的六溴環十二烷。這種聚合型阻燃劑分子很大,難以穿過細胞膜,由此就可以避免進入生物體產生影響。

      “無溴化”:既無必要,也不容易

      出于對溴系阻燃劑的擔憂,不少人希望能用其他類型的阻燃劑將它們完全替代,但這樣做不僅不必要,實施起來也會相當困難。

      在聚合物材料中,阻燃劑的選擇不僅要考慮到防火性能,還要考慮到相容性和對材料性質的影響。與溴系阻燃劑相比,一些類型的阻燃劑(例如無機阻燃劑)所需的添加量較大,更容易對材料本身的性能造成不利影響。此外,與溴系阻燃劑相比,添加其他類型阻燃劑的塑料可回收性也會下降,這對環境保護也是不利的。目前,雖然已經出現了一些替代方案,但它們仍不足以覆蓋溴系阻燃劑的全部功能。

      溴科學與環境論壇中國副主席韓頌青博士還指出,在研究不足的情況下,盲目進行替代也可能帶來新的風險。2010年,松下電器曾在其冰箱產品中使用紅磷阻燃劑替代溴系阻燃劑,結果反而增加了產品的火災隱患,而不得不在當年召回36萬臺冰箱[12]。

      目前,溴系阻燃劑依然是控制火災隱患不可或缺的物質。合理地使用它們不會對人體健康和環境造成明顯的威脅,而且可以拯救許多生命。

      三溴新戊醇

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