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溴系阻燃剂:备受争议却又必不可少的安全守护神

文字:[大][中][小] 2018-12-6  浏览次数:57


 
2013年7月6日,韩亚航空214号班机在旧金山降落时坠毁,机身起火并冒出了滚滚浓烟。在此次事故中,尽管飞机起火,但绝大多数乘客还是得以顺利生还[1]。而为这些乘客争取到宝贵逃生时间的,是一种生活中广泛存在,却往往被人忽视的化学产品——阻燃剂。

 

韩亚航空214号班机空难失事飞机残骸。

 

作为防火的常规手段,阻燃剂被广泛地添加到多种材料当中。然而,围绕阻燃剂,尤其是含溴阻燃剂的质疑之声也从未停息。不少人认为,阻燃剂在消防中起不了多少作用,它们还会在环境中蔓延,并危害人体健康。事实是这样吗?

阻燃剂,拯救生命的“隐形守护神”
阻燃剂是一类可以延缓起火时间,并抑制火势蔓延的添加物,它们通过多种作用原理抑制燃烧反应的发生。氢氧化铝、氢氧化镁等无机阻燃剂受热产生水,在此过程中大量吸热,同时起到隔绝氧气的作用;溴系阻燃剂可以捕获燃烧反应中的自由基,终止链式反应的发生;除此之外,也有的阻燃剂会让材料表面迅速发泡膨胀并碳化,形成保护层。

从塑料制品、人造皮革、化纤布料到建筑中的泡沫保温材料,我们的生活中处处都有聚合物材料的身影。这些材料在性能上有很多优势,但却有一个明显的缺陷:它们往往容易燃烧,由此埋下了火灾隐患。为了消除隐患,使用阻燃剂提高材料的防火性能就成了必不可少的措施。

如今,阻燃剂主要应用在交通运输、电子电气设备、家具以及建筑材料领域。添加阻燃剂并不能让材料获得完全抵抗烈火的能力,不过它依然可以减少火灾发生,并为身陷火场的人们迎得宝贵的逃生时间。在起火的空间中,由于易燃气体和热量的聚集,可能会发生“闪燃”现象——各种易燃物质都在1~2秒时间内同时起火。而阻燃剂的出现,可以有效避免这种情况。以塑料外壳的阴极射线管电视为例,假如它没有经过阻燃处理,在起火时留给人们的逃离时间少于2分钟,而在阻燃剂的帮助下,逃离时间可以提升至30分钟以上[2]。

阻燃剂在防火安全中的作用已经得到了证实。据欧盟委员会评估,过去10年中阻燃剂的使用使欧洲的火灾死亡人数减少了20%[3]。2009年由英国政府进行的Greenstreet Berman研究表明,自《家具与室内陈设消防安全法规》颁布后,在2002年至2007年间,火灾死亡案例年均减少54例,非致命烧伤案年均减少780例,火灾事故年均减少1065例[4],而家具的防火处理也离不开阻燃剂。

2009年,中央电视台电视文化中心发生大火,火势迅速蔓延,造成外墙严重受损。而这其中,造成火势蔓延的重要原因就是大楼外层的保温材料阻燃性能不合格[5]。由此也可以看出,阻燃剂绝非可有可无。

 

溴系阻燃剂:我们讨厌它,但离不开它
在阻燃剂当中,溴系阻燃剂是应用最广泛的一种,同时围绕着它也产生了种种争议。一些含溴的阻燃剂确实可能带来环境和健康风险,不过在合理使用的情况下,目前批准使用的品种风险依然在可接受范围内。而且,这些溴系阻燃剂也确实提供了其他阻燃剂很难完全替代的良好性能。中国阻燃学会秘书长周政懋这样评价溴系阻燃剂:我们讨厌它,但离不开它。

溴系阻燃剂是一系列含溴化合物的总称,其中包括十溴二苯醚、四溴双酚A等等。溴化阻燃剂受热产生的HBr可以直接介入到燃烧的化学反应当中,阻断反应中产生的自由基,这种直接的作用方式可以在很少的添加量下产生高效的阻燃作用。同时,密度较大的HBr气体也可以起到隔绝空气的作用。现在,在电子设备、软垫家具、建筑保温材料中溴系阻燃剂都有广泛的应用。

对溴系阻燃剂的疑虑主要来自人体健康和环境两方面。溴系阻燃剂在受热分解时可能产生有害物质,它本身也可能从材料中释放,进入生态环境和食物链。那么,这些风险究竟会有多大呢?

溴系阻燃剂会增加火灾“毒性”吗?
有毒气体是火灾中的一大致命杀手,那么溴系阻燃剂会不会增加火场有毒气体的释放呢?

个别种类的溴系阻燃剂在特定情况下确实可能产生溴代二噁英等有毒物质(在日常使用条件下不会产生),但值得注意的是,火灾中易燃物的燃烧本身就会产生一氧化碳、多环芳烃等一系列有毒气体,它们都与阻燃剂无关。溴系阻燃剂在聚合物材料中的添加比例很少,它们并不是火灾有毒气体的主要来源,而且它们的存在可以抑制火势蔓延,因此对减少燃烧产生的有毒气体也有帮助。也有实验数据表明,与不含阻燃剂的软质聚氨酯泡沫相比,含阻燃剂的泡沫材料燃烧时并未释放更多的有毒物质[6]。

溴系阻燃剂会危害人体健康和环境吗?
目前,发现溴系阻燃剂对健康造成影响的数据主要来自动物实验。在实验动物当中,一些阻燃剂对肝脏、神经、免疫、内分泌系统等造成了影响。不过,出现这些效益的剂量往往远高于环境中的阻燃剂含量。对于目前批准使用的阻燃剂品种,在环境暴露的风险评估中并未发现它们对人体健康存在明显的威胁。

对于目前用量最大的溴系阻燃剂四溴双酚A,欧洲化学品管理局(European Chemicals Bureau)在评估报告中指出,未发现它会对人体健康造成危害[7]。2011年时,欧洲食品安全局(European Food Safety Authority,EFSA)评估了四溴双酚A通过环境进入食物的风险,评估结论认为,目前在日常饮食的暴露不存在健康风险,通过室内灰尘的暴露也不太可能引起担忧[8]。在对多溴联苯、多溴二苯醚的评估也得出了类似的结论[9,10]。

目前市场上的溴系阻燃剂中,只有六溴环十二烷(HBCD)被联合国环境计划署认定为持久性有机污染物(POPs),并将逐渐被淘汰[11]。而其他被认定为持久性有机污染物的阻燃剂品种(如五溴联苯醚和八溴联苯醚)已在更早前停止生产。

出于对环境和健康风险的考虑,确实有数种溴系阻燃剂的使用受到了各国政府的限制。除了六溴环十二烷以外,欧盟的RoHS指令限制了多溴联苯和多溴二苯醚两种溴系阻燃剂在电子电器中的应用,美国禁止了多溴联苯的使用,在中国的《电子信息产品污染控制管理办法》中也对多溴联苯和多溴二苯醚进行了限制。但值得注意的是,并没有哪个国家支持全面禁用溴系阻燃剂。在上述品种以外,溴系阻燃剂依然在世界各国广泛使用。

此外,随着技术的进步,新型溴系阻燃剂的出现也可以进一步减少风险。例如,目前已有企业研发了大分子聚合型的溴化阻燃剂,用于替代建筑保温材料中使用的六溴环十二烷。这种聚合型阻燃剂分子很大,难以穿过细胞膜,由此就可以避免进入生物体产生影响。

“无溴化”:不容易
出于对溴系阻燃剂的担忧,不少人希望能用其他类型的阻燃剂将它们完全替代,但这样做不仅不必要,实施起来也会相当困难。

在聚合物材料中,阻燃剂的选择不仅要考虑到防火性能,还要考虑到相容性和对材料性质的影响。与溴系阻燃剂相比,一些类型的阻燃剂(例如无机阻燃剂)所需的添加量较大,更容易对材料本身的性能造成不利影响。此外,与溴系阻燃剂相比,添加其他类型阻燃剂的塑料可回收性也会下降,这对环境保护也是不利的。目前,虽然已经出现了一些替代方案,但它们仍不足以覆盖溴系阻燃剂的全部功能。

溴科学与环境论坛中国副主席韩颂青博士还指出,在研究不足的情况下,盲目进行替代也可能带来新的风险。2010年,松下电器曾在其冰箱产品中使用红磷阻燃剂替代溴系阻燃剂,结果反而增加了产品的火灾隐患,而不得不在当年召回36万台冰箱[12]。

目前,溴系阻燃剂依然是控制火灾隐患不可或缺的物质。合理地使用它们不会对人体健康和环境造成明显的威胁,而且可以拯救许多生命。

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