Hình 1.2. Cơ chế hình thành PBDDs và PBDFs từ DecaBDE
Liên kết cacbon – brom trong phân tử các hợp chất cơ brom là loại liên kết kém bền, nhất là ở điều kiện nhiệt độ cao liên kết này dễ bị bẻ gãy tạo ra các dạng brom tự do. Trong quá trình cháy, pha khí hình thành nhiều gốc tự do có năng lượng cao như O*, H* hoặc OH*, brom tự do được giải phóng từ các chất chống cháy sẽ kết hợp với các gốc này để hình thành các chất ít hoạt động hơn, góp phần ngăn cản sự cháy, đây là cơ chế dập tắt sự cháy trong pha khí. Chất chống cháy bị phân hủy hoặc bị bay hơi ở nhiệt độ quá thấp hơn hoặc cao hơn vật liệu nhựa thì không có tác dụng chống cháy. Thông thường, chất chống cháy có nhiệt độ phân hủy thấp hơn vật liệu nhựa khoảng 500C là tốt nhất, các hợp chất brom thơm đảm bảo được tiêu chí này nên được sử dụng phổ biến để làm phụ gia chống cháy cho nhiều loại polyme khác nhau [25].
1.1.3. Độc tính của PBDEs:
Cho đến nay, hiểu biết của chúng ta về độc tính của PBDEs vẫn chưa đủ để có thể đánh giá một cách toàn diện các tác động xấu của chúng đối với sức khỏe con người. Một trong những hạn chế cơ bản khi đánh giá rủi ro của PBDEs là tác động của các tạp chất cơ halogen khác như PBDD/Fs có mặt trong các hỗn hợp PBDEs thương mại. Hơn nữa ảnh hưởng của các PBDEs trên người chủ yếu được đánh giá từ thông tin của các nghiên cứu trên động vật trong môi trường thí nghiệm [17,33].
Độ độc cấp tính của các PBDEs tương đối thấp nhưng chúng lại có khả năng tích lũy sinh học cao để gây những tác động lâu dài. Để gây các tác động với mức độ tương đương thì các PBDEs có số nguyên tử brom thấp cần liều lượng thấp hơn so với các PBDEs có số nguyên tử brom cao; hỗn hợp DecaBDEs thương mại có độ độc thấp hơn so với các thương phẩm chứa PBDEs có ít nguyên tử brom. Các tác động của PBDEs đến cơ thể con người và động vật có thể chia thành 6 loại là: (1) ảnh hưởng đến hệ nội tiết, chủ yếu là tuyến giáp; (2) gây độc thần kinh; (3) gây độc gan; (4) gây suy giảm miễn dịch; (5) ảnh hưởng đến sự sinh sản và phát triển; và (6) gây ung thư [17,33,36].
DecaBDE đã được Cục Bảo vệ môi trường Mỹ (US EPA) xếp vào Nhóm C (các chất có thể gây ung thư đối với con người) trong khi Cơ quan Quốc tế Nghiên cứu về ung thư Quốc tế (IARC) lại xếp chất này vào Nhóm 3 (các chất không gây ung thư cho con người). Các đồng loại từ Di đến NonaBDEs được US EPA xếp vào Nhóm D (các chất không gây ung thư cho con người) do không có đủ dữ liệu về các nghiên cứu trên con người và động vật. Bộ Y tế và các dịch vụ con người của Mỹ đã không phân loại bất kỳ hỗn hợp PBDEs nào vào nhóm các chất gây ung thư [33].
Một số liều lượng và nồng độ gây độc của PBDEs được đưa ra trong Bảng 1.5 [33, 37].
Bảng 1.5. Một số liều lượng và nồng độ gây độc của PBDEs
TT
|
Nhóm
|
Liều lượng và nồng độ gây chết
|
1
|
MonoBDEs
|
LC50 (96h) đối với cá mặt trời mang xanh
|
4,9 mg/l
|
LC50 (48h) đối với rận nước
|
0,36 mg/l
|
2
|
DiBDEs
|
LD50 đối với chuột nhỏ
|
125 mg/kg
|
3
|
PentaBDEs
|
LD50 (cấp tính, qua đường miệng) đối với chuột đực
|
7400 mg/kg
|
LD50 (cấp tính, qua đường miệng) đối với chuột cái
|
5800 mg/kg
|
LC50 (qua đường hô hấp) đối với chuột lớn
|
> 200 mg/l
|
4
|
HeptaBDEs
|
LD50 (cấp tính, qua đường miệng) đối với chuột lớn
|
> 5000 mg/kg
|
LD50 (qua da) đối với thỏ
|
> 2000 mg/kg
|
5
|
OctaBDEs
|
LD50 (cấp tính, qua đường miệng) đối với chuột lớn
|
> 5000 mg/kg
|
LD50 (qua da) đối với thỏ
|
> 2000 mg/kg
|
LC50 (qua đường hô hấp) đối với chuột lớn
|
> 50 mg/l
|
6
|
DecaBDE
|
LD50 (qua đường miệng) đối với chuột lớn
|
> 2000 mg/kg
|
TT
|
Nhóm
|
Đối tượng / Đường phơi nhiễm
|
Thời gian
|
NOAEL
|
LOAEL
|
1
|
DecaBDE
|
Chuột lớn, cơ thể / Miệng*
|
Cấp tính
|
5000
|
-
|
Chuột nhỏ, cơ thể / Miệng
|
14 ngày
|
19000
|
-
|
Chuột lớn, gan / Miệng
|
13 tuần
|
8000
|
-
|
Chuột nhỏ, gan / Miệng
|
13 tuần
|
9500
|
-
|
2
|
Mono - NonaBDEs
|
Chuột lớn, gan / Hô hấp**
|
14 ngày
|
0,6
|
3,7
|
Chuột lớn, cơ thể / Miệng
|
10 ngày
|
25
|
50
|
Chuột lớn, nội tiết / Miệng
|
90 ngày
|
2
|
10
|
Ghi chú: * tính theo mg/kg/ngày; ** tính theo mg/m3 không khí; LD50: liều lượng gây chết ½ số vật thí nghiệm; LC50: nồng độ gây chết ½ số vật thí nghiệm; NOAEL: liều lượng không gây ảnh hưởng xấu có thể quan sát được; LOAEL: liều lượng thấp nhất gây tác động xấu có thể quan sát được.
|
LD50 của các PBDEs đối với vật thí nghiệm là chuột và phơi nhiễm qua đường miệng nằm trong khoảng 2000 đến 5000 mg/kg. So sánh với giá trị LD50 của một số chất độc khác trên đối tượng và con đường phơi nhiễm tương tự, ví dụ như melamin (6000 mg/kg); DDT (113 mg/kg); nicotin (50 mg/kg); 2,3,7,8-TBDD (200μg/kg); 2,3,7,8-TCDD (20 μg/kg) có thể nhận thấy độ độc của PBDEs thấp hơn so với các hợp chất tương tự là PCDDs và PBDDs [12,16,22,34,38].
1.1.4. Tình hình sản xuất, sử dụng và thải bỏ PBDEs:
1.1.4.1. Tình hình sản xuất PBDEs thương mại:
Các hỗn hợp PBDEs thương mại bắt đầu được sản xuất từ những năm 1970 tại Đức [33]. Hà Lan, Pháp, Anh, Thụy Điển, Mỹ và Nhật Bản là các quốc gia đứng đầu về lượng PBDEs thương mại sản xuất được trên thế giới [37]. Các sản phẩm thương mại chính của PBDEs là PentaBDEs, OctaBDEs và DecaBDEs, thành phần % về khối lượng của các nhóm đồng phân PBDEs trong các sản phẩm này, cũng như phương pháp hóa học dùng để tổng hợp một số nhóm PBDEs được đưa ra trong Bảng 1.6 [37].
Bảng 1.6. Thành phần của một số PBDEs thương mại và phương pháp hóa học tổng hợp một số nhóm PBDEs
TT
|
Thành phần
|
PentaBDEs thương mại
|
OctaBDEs thương mại
|
DecaBDEs thương mại
|
1
|
TriBDEs
|
0 – 1%
|
–
|
–
|
2
|
TetraBDEs
|
24 – 38%
|
–
|
–
|
3
|
PentaBDEs
|
50 – 62%
|
–
|
–
|
4
|
HexaBDEs
|
4 – 8%
|
10 – 12%
|
–
|
5
|
HeptaBDEs
|
–
|
43 – 44%
|
–
|
6
|
OctaBDEs
|
–
|
31 – 35%
|
–
|
7
|
NonaBDEs
|
–
|
9 – 11%
|
0,3 – 3%
|
8
|
DecaBDE
|
–
|
0 – 1%
|
97 – 98%
|
TT
|
Nhóm
|
Phương pháp tổng hợp
|
1
|
MonoBDEs
|
Phản ứng giữa diphenyl ete và Br2 ở nhiệt độ 95 – 1000C trong cacbon tetraclorua.
|
2
|
DiBDEs
|
Phản ứng của phenoxyanilin với lần lượt các hỗn hợp HBr + NaNO2 và HBr + Br2 sau khi làm nóng trong môi trường axit axetic.
|
TT
|
Nhóm
|
Phương pháp tổng hợp
|
3
|
PentaBDEs
|
Phản ứng giữa diphenyl ete với Br2 theo tỉ lệ mol 1:5 ở nhiệt độ 30 – 650C với sự có mặt của bột sắt.
|
4
|
OctaBDEs
|
Phản ứng giữa diphenyl ete với Br2 theo tỉ lệ mol 1:8 ở nhiệt độ 35 – 1200C với sự có mặt của Al2Cl6/Al2Br6.
|
5
|
NonaBDEs
|
Phản ứng của DecaBDE với NaHS trong xylen ở 1300C trong 2 giờ.
|
6
|
DecaBDE
|
Phản ứng giữa diphenyl ete và Br2 có mặt xúc tác Friedel – Craft.
|
Theo báo cáo của Tổ chức Y tế thế giới (WHO) trong những năm 1990, tổng lượng PBDEs tiêu thụ mỗi năm lên đến 40000 tấn; trong đó DecaBDEs là thương phẩm chính, chiếm tỉ lệ 75%, tiếp đó là OctaBDEs và PentaBDEs chiếm tỉ lệ lần lượt 15% và 10%. Các quốc gia công nghiệp phát triển tại châu Âu có mức tiêu thụ PBDEs hàng năm rất cao, trong những năm đầu thập niên 1990, lượng PBDEs tiêu thụ tại các nước Đức, Hà Lan, Anh, Thụy Điển lần lượt là 3000 – 5000; 3300 – 3700; 2000; 1700 – 2000 tấn/năm. Tại Nhật Bản, tổng lượng chất chống cháy cơ brom (trong đó có PBDEs) tiêu thụ năm 1975 là 2500 tấn thì năm 1987 đã lên đến 22100 tấn [37]. Diễn đàn Môi trường và khoa học về brom (BSEF), một tổ chức quốc tế về brom và các hợp chất của brom do các tập đoàn sản xuất brom lớn trên thế giới thành lập năm 1997 đã ước tính lượng PBDEs tiêu thụ tại các châu lục và trên toàn thế giới năm 2001, các số liệu được đưa ra trong Bảng 1.7 [6].
Bảng 1.7. Lượng PBDEs thương mại tiêu thụ trên thị trường năm 2001 (tấn)
TT
|
Khu vực
|
PentaBDEs thương mại
|
OctaBDEs thương mại
|
DecaBDEs thương mại
|
Tổng
|
1
|
Châu Mỹ
|
7100
|
1500
|
24500
|
33100
|
2
|
Châu Âu
|
150
|
610
|
7600
|
8360
|
3
|
Châu Á
|
150
|
1500
|
23000
|
24650
|
4
|
Các khu vực còn lại
|
100
|
180
|
1050
|
1330
|
Tổng
|
7500
|
3790
|
56150
|
67440
|
Theo bảng số liệu trên, đến những năm 2000, tổng lượng PBDEs tiêu thụ trên toàn thế giới lên đến 67440 tấn/năm; gấp gần 1,7 lần so với những năm 1990. Các quốc gia châu Mỹ, trong đó chủ yếu là Mỹ là thị trường tiêu thụ lớn nhất thế giới, chiếm gần 50% tổng lượng tiêu thụ; tiếp đến là các quốc gia châu Á và châu Âu chiếm tỉ lệ tương ứng 36,6% và 12,4%. DecaBDEs là thương phẩm chính với tỉ lệ trên 83%, đặc biệt tại thị trường châu Á, DecaBDEs chiếm đến 93,3% tổng lượng PBDEs tiêu thụ.
1.1.4.2. Tình hình sử dụng PBDEs thương mại:
Với tính chất hóa học đã trình bày trong mục 1.1.2, các PBDEs được sử dụng như một phụ gia trong quá trình sản xuất nhiều loại vật liệu khác nhau nhằm mục đích chống cháy, nói chính xác hơn là làm giảm khả năng bắt cháy, làm chậm quá trình cháy rồi tắt cháy theo cơ chế dập tắt sự cháy trong pha khí. Hàng chục nghìn tấn PBDEs thương mại được tiêu thụ mỗi năm cho thấy vai trò quan trọng của các hợp chất này đối với các ngành công nghiệp sản xuất vật liệu như chất dẻo, polyme, chất nền, cao su, tơ sợi, sơn,…Bảng 1.8 trình bày các vật liệu có sử dụng PBDEs thương mại, dấu X thể hiện sự có mặt của thương phẩm PBDEs trong vật liệu [8].
Bảng 1.8. Ứng dụng của PBDEs trong các loại vật liệu
TT
|
Vật liệu
|
DecaBDEs thương mại
|
OctaBDEs thương mại
|
PentaBDEs thương mại
|
1
|
Acrilonitril-butadien Stiren (ABS)
|
|
X
|
|
2
|
Nhựa epoxi
|
X
|
|
|
3
|
Nhựa phenolic
|
X
|
|
X
|
4
|
Poliacrylonitril (PAN)
|
X
|
|
|
5
|
Polyamit
|
X
|
X
|
|
6
|
Polybutylen terephtalat (PBT)
|
X
|
X
|
|
7
|
Polyetylen (PE)
|
X
|
|
|
8
|
Polyetylen terephtalat (PET)
|
X
|
|
|
9
|
Polypropylen (PP)
|
X
|
|
|
10
|
Polystiren (PS)
|
X
|
X
|
|
11
|
Polyvinylclorua (PVC)
|
X
|
|
X
|
12
|
Polyuretan (PU)
|
|
|
X
|
13
|
Polyeste chưa bão hòa
|
X
|
|
X
|
14
|
Cao su
|
X
|
|
X
|
15
|
Sơn
|
X
|
|
X
|
16
|
Sợi dệt
|
X
|
|
X
|
Chia sẻ với bạn bè của bạn: |