電子電氣行業阻燃劑的危害、暴露及其限制管控與綠色化學品替代選擇

2023年12月13日

每年有數以百萬計的電氣和電子設備,包括電腦、手機、家用電器和醫療設備等產品,因損壞而報廢或因過時而丟棄,這些廢棄設備被稱為為電子垃圾(E-Waste)。

電子垃圾是世界上增長速度最快的固體廢物。聯合國的統計資料顯示,2019年全球電子垃圾的產生量預估為5360萬噸。然而,其中僅有17.4%得到了有效的回收和再利用[1]。

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阻燃劑作為電子電氣設備的重要原料之一,廣泛應用於建築業、電子電器設備、運輸行業和傢俱等多個行業中,起到防火和抑制火災蔓延等消防作用。

然而,隨著越來越多的阻燃劑被列入斯德哥爾摩公約,人們逐漸意識到,阻燃劑並非僅存在於產品中,而是會隨著使用和廢棄進入人體和環境。而消防作用又要求阻燃劑的化學性能需足夠穩定,這也意味著它們會在環境和食物鏈中存留很長時間,直到人體毒性和環境危害使人們意識到它們的存在。

阻燃劑的危害

目前國際上通常根據化學結構和性質對阻燃劑進行分組,常見有氯系、溴系、磷基、氮系和無機阻燃劑等。其中,部分阻燃劑因其具有高持久性、生物累積、生物放大和遠距離遷移的特徵,會造成生殖、發育、行為、神經、內分泌和免疫系統毒性甚至癌症。

阻燃劑

相關健康影響

PBDEs(多溴二苯醚)

兒童神經發育受損和生長緩慢。動物研究中發現了癌症和神經行為學改變;儘管美國環保署沒有足夠的資料來評估五溴二苯醚和四溴二苯醚製劑的致癌潛力,但十溴二苯醚被列為具有“致癌潛力的提示性證據”,這些研究將大鼠暴露於極大量的五溴二苯醚。

TBBPA(四溴雙酚A)

內分泌毒性和致癌性。

HBCD(六溴環十二烷)

有限的證據表明該物質具有神經系統毒性。

TDCPP(氯化有機磷酸酯)

動物研究中發現了致癌性和內分泌毒性。

Firemaster   550(溴化阻燃劑和無鹵阻燃劑的混合物)

在大鼠研究中,發現了內分泌毒性和對代謝的影響,可能產生肥胖和早發性青春期的風險。

表1. 部分已列入管制的常用阻燃劑及已被證實的健康影響

阻燃劑的暴露

阻燃劑多以物理混合的形式加入產品中,隨著時間的推移會釋放到空氣中,繼而附著在灰塵、食物和水中被吸入和吞食,最終直接進入人體。

值得注意的是,由於兒童特殊的手-口行為和較高呼吸頻率,使得他們的暴露風險也相對更高。有調查發現,兒童體內迴圈的阻燃劑濃度高於成人,且在幼兒的排泄物中也發現了阻燃劑[2][3]。在瑞典的一項為期25年的研究中發現,母乳中的多溴二苯醚濃度在25年間每5年就會翻一番[4]。

在火災發生期間,阻燃劑及其燃燒副產物會釋放出來,成為有毒氣體,對消防員的健康構成直接威脅。《芝加哥論壇報》曾報導,在當地的消防站中發現了幾十年前就被限制在兒童衣物中使用的阻燃劑TDCPP(其多種代謝物被IARC確認致癌)。

此外,在處理包含阻燃劑的廢棄產品時,燃燒、拆卸和回收等操作都會讓工人面臨比普通人更高的暴露風險。

法規監管與行業認證促進綠色替代

2021年年底和2022年年初,美國紐約州長分別簽署了《環境保護法》第37條第10款修訂法案 S4630 和 S7737,確定了對軟墊傢俱、床墊和電子顯示器外殼及支架中阻燃劑的限制管控。

近年來,包括美國在內的各個國家和地區都加強了對阻燃劑的監管。市場上曾常用的高關注阻燃劑陸續被納入歐盟POPs清單、RoSH清單、SVHC清單和美國EPA及各州的管控清單,意味著這些物質已被確認對人類或環境具有高度危害,將被禁止或限制在供應鏈中使用。

TCO認證和EPEAT認證是目前電子電氣行業最大的兩個認證標準:

  • TCO認證規定了產品中只能使用TCO可接受物質清單中的阻燃劑,未列入清單的阻燃劑必須進行GreenScreen評估並獲得2級及以上的危害評級。

  • EPEAT認證中要求產品中重量比超過0.1%的阻燃劑進行GreenScreen評估並獲得2級及以上的危害評級。

近期,越來越多電子電氣行業的原料生產商被上游要求出具包括GreenScreen評估報告在內的佐證,以證明其阻燃劑產品的安全性。這意味著,整個行業正在經歷一場從被動限制到主動淘汰危險阻燃劑的轉變。

在綠色可持續發展趨勢下,產品的要求在慢慢轉變,阻燃劑原料端也因此面臨著諸多挑戰:

  • 各國禁限控清單一直在更新,我們無法預知下一個被納入清單的物質是否會直接影響我們的貿易;

  • 曾經大量應用的阻燃劑多被加入清單導致出口貿易頻繁受阻;

  • 投入巨大資金研發的性能優越的新型阻燃劑,幾年後可能又因危害性被納入禁限控清單

  • ......

事實上,這些挑戰並不止於阻燃劑行業,在當前綠色可持續趨勢下,如何尋找綠色化學品、避免高危害化學品,是整個製造業正在面臨的巨大考驗。

過去,在化學品原料的選擇中,我們往往只關注其性能,如高溫穩定性等問題,而忽略了其危害性。

如今,我們需要在原料選擇之初就使用一種方法,兼顧性能和危害,來説明我們選擇性能優良且危害性可控的綠色阻燃劑。

聯合國UNEP發佈的綠色可持續化學發展戰略推薦了多種用於尋找替代化學品的工具,GreenScreen便是其中之一。

該方法的第一次公開應用便是用於評估電視外殼中的阻燃劑。當時歐盟計畫限制電子產品中的十溴二苯醚(decaBDe),企業和政府需要一種方法從人類健康和環境安全的角度評估和尋找更安全的替代阻燃劑。

CPA於2007年向公眾發佈的報告中,首次公開了GreenScreen評估方法,並用該方法確定了多個比decaBDe更安全的替代品。如今GreenScreen評估方法已在多個國際組織、政府機構和行業認證中被廣泛使用。

瑞歐科技作為亞洲首家、也是目前唯一一家獲得官方授權的GreenScreen物質評估和產品認證分析機構,可提供適用於整條供應鏈的綠色化學品解決方案,為企業的綠色化學品篩選和可持續合規准入保駕護航。

謹慎選擇替代產品

通常情況下,一旦某個阻燃劑被禁用,行業會迅速湧現出多個新興阻燃劑作為替代。然而,選擇這些替代化學品時須格外謹慎,以確保一種危險化學品不會被另一種危險化學品替代。

替代品的選擇可能是一個非常複雜的過程。在決定更換物質之前,必須全面瞭解候選替代物質的成本、性能和危害,這需要化學家、毒理學家和配方師的共同努力,根據實際情況分配權重,才能找到最合適的替代品。



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