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有机保温材料阻燃剂HBCD大限将至

六溴环十二烷(又称HBCD),呈白色粉末状,是一种高溴含量的脂环烃化合物,分子式为C12H18Br6,分子量为641.70。理论溴含量为74.71%。HBCD主要应用于建筑保温材料中的发泡聚苯乙烯(EPS)和挤塑聚苯乙烯(XPS)中,作为高效阻燃剂使用。

HBCD中的C-Br键的键能较低,使得溴系阻燃剂的分解温度大约在200-300℃,与各种高聚物材料的分解温度相匹配,所以能在最佳时刻于气相和凝聚相中同时起到阻燃作用。其主要的作用机理是溴系阻燃剂受热分解成HBr,而HBr能捕获传递燃烧链式反应的活性自由基,生成活性较低的溴自由基,致使燃烧减缓或终止。此外,HBr为密度较大的气体,并且难燃,它不仅能稀释空气中的氧,还能覆盖于材料表面,替代空气,致使材料的燃烧速度降低或者自熄。
然而HBCD作为阻燃剂使用存在一定的应用风险。HBCD作为添加型阻燃剂,与聚苯乙烯的母体之间为物理性混合,没有共价键作用,可以有多种方式和途径释放到环境中,从而导致空气污染和聚苯乙烯阻燃性能的下降。另外,溴系阻燃剂虽然自身的毒性较小,但用其阻燃的高聚物在燃烧时会生成较多的烟有毒气体及腐蚀性气体,主要包括HX、CO、CO2、SO2、NO2、NH3和HCN等。
HBCD具有长距离迁移能力,目前已在北极地区动物体内发现其存在;在检测湖中浮游生物时,随着营养级的升高,生命体内总HCBD含量呈升高趋势;从环境毒性观测数据来看,HBCD影响神经系统,与十溴联苯醚等其他化学物质交互后,毒性危害更加严重。更为可怕的是,动物实验结果显示,HBCD可能会导致血清中促甲状腺激素水平下降,同时胎儿从母乳中直接摄入HBCD,因此其致畸潜力不容忽视。
HBCD的持久性、生物蓄积性和远距离迁移性已被证实,其对环境的危害也引起了全球性的重视。2013年5月,来自世界160多个国家和组织代表在联合国化学会议上决定:在全球禁止使用阻燃剂六溴环十二烷。六溴环十二烷被加入到《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》禁用化学制品的附录A名单。全球禁止使用六溴环十二烷的期限是2014年春,瑞士日内瓦国际环境法中心和其他环保组织对于在建筑用发泡聚苯乙烯保温材料和挤塑聚苯乙烯保温材料中使用HBCD设置了一个5年的缓冲期(即2019年)
2014年9月25日,由清华大学持久性有机污染物研究中心、中国环境科学学会持久性有机污染物专业委员会共同主办的“阻燃剂六溴环十二烷(HBCD)环境影响研讨会”在京举行,来自环保部对外合作中心、中国绝热节能材料协会、清华大学、北京大学和北欧产品可持续性与环境化学及毒性研究所的环境和建筑建材行业的数十位专家,分别从不同角度介绍了六溴环十二烷的生产和使用状况、对环境产生的影响、全球环境管理规定、欧美管理历程,并分析了HBCD在国内建筑保温市场的应用情况,讨论了我国HBCD管理政策及实施计划。
在2018年5月29日于北京召开的防火安全研讨会上,中国塑料加工工业协会副理事长王占杰称,HBCD作为阻燃剂,主要应用于PS发泡材料。由于其对人体和环境存在一定风险,已被列入POPs名单。2016年7月,全国人大常委会批准了《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约)新增列六溴环十二烷修正案》,自2016年12月26日起禁止HBCD的生产、使用和进出口,但由于缺乏合适的替代品,用于建筑物保温材料XPS和EPS阻燃剂的HBCD获得了5年豁免期,豁免期将于2021年12月25日终止。因此,寻求新替代品是XPS和EPS行业的当务之急。