生活中的分子

双酚A——塑料中的“环境荷尔蒙”

一、引言

材料的发展标志着社会的进步,它与资讯、能源并称现代文明的三大支柱,其中以塑料为代表的合成高分子材料的使用彻底改变了世界面貌,对于人类的生产生活方式产生重要影响。然而,自塑料面世并取得广泛应用以来,环境问题相伴而生:塑料垃圾难以自然分解,导致固体废物的增加,若焚化塑料垃圾还会造成严重空气污染;流入海洋的塑料导致海洋生物误食、窒息、中毒,严重影响海洋生态;部分塑料在某些条件下或会释出有害物质或“环境荷尔蒙”(内分泌干扰素),危害生物的健康以及生长发育机能。

图 1 塑料正威胁着海洋动物的生存

二、塑料的新威胁——“环境荷尔蒙”

近年来,塑料污染给人类带来了新的威胁——微塑料和环境荷尔蒙的产生。微塑料,顾名思义就是微小的塑料颗粒,通常来源于降解后的塑料碎片。2018年科学家首次在人类粪便中检测到九种介于50-500微米的塑料颗粒,但微塑料如何进入人体目前尚不明确,初步推测可能是通过海洋生物、瓶装水及食物等“食物链”途径进入人体。然而更重要的是,微塑料对人体健康的影响程度以及该影响是否与“阈值”有关目前更不明确。

众所周知,人体许多生理活动都依靠体内分泌的激素进行调节。然而,还有许多自然的或者人工合成的外源化合物可以对人体产生类似激素的效果,通常被称之为环境荷尔蒙(Endocrine Disrupting Chemicals,EDCs),也被称为内分泌干扰素。环境荷尔蒙结构类似于人体荷尔蒙,对自然激素的合成、分泌、运输和功效等产生干扰,进而影响人体稳态、生殖、生长发育等。目前,邻苯二甲酸酯、多氯联苯、二噁英、烷基酚、双酚A等化学物质已被证实具有环境荷尔蒙的作用,其中双酚A正是来源于塑料制品,也是本文需要重点介绍的对象。

图 2 微塑料(图片来源于网络)

三、双酚A:聚碳酸酯和环氧树脂的原料

聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)是一种无色透明的无定性热塑材料,常用于CD/VCD光盘、桶装水瓶、婴儿奶瓶、树脂镜片、手机外壳等;环氧树脂(Epoxy)是一类热固性塑料,广泛用于粘着剂、涂料、电路板以及食品与罐装饮料包装的内层涂料等。它们二者的重要生产原料都是双酚A(Bisphenol A,BPA)——诞生于1891年的有机化合物。

图 3 聚碳酸酯和环氧树脂的结构

双酚A名字的来历与它的合成方法密切相关,1891年俄国化学家Alexander Dianin利用丙酮和两分子的苯酚在强酸条件下首次合成了该化合物,结合苯酚的英文单词和丙酮(Acetone)英文单词的首字母A,这一化合物被命名为双酚A(Bisphenol A,BPA)。上世纪80年代,双酚A在全世界的产量超过100万吨,2009年时全世界更是出产了超过220万吨双酚A,其中绝大部分被用于生产塑料制品。

图 4 俄国化学家Alexander Dianin合成双酚A的方法

四、双酚A:雌激素干扰物质

事实上,双酚A引发的健康问题早在20世纪30年代就被提出,人们发现双酚A可以发挥雌激素的作用,由此引发了多个领域的争论。双酚A之所以具有雌激素作用,与它的结构密不可分,研究发现它与人体主要的雌激素雌二醇(Estradiol)具有一定相似性。2012年,美国科研人员进行猕猴动物实验结果证实双酚A会影响猕猴雌性后代的生殖系统,导致卵细胞染色体异常。庆幸的是,2008年开始就有政府采取措施将相关产品下架并寻求其替代物,欧盟和加拿大鉴于婴幼儿尚在生长发育阶段更易受到影响,因而禁止双酚A用于生产婴儿奶瓶。

图 5 人体主要的雌激素——雌二醇

尽管含双酚A的材料在食品容器和包装材料中的应用已经开始受到限制,但关于双酚A的安全性目前仍有很大争议,一个重要的原因是现有的研究仍然不足以充分证明目前人体内低浓度的双酚A能够给健康带来危害。此外,对于限制双酚A的使用在不同的机构和不同的国家仍然存在诸多争议,由于它仍是一种被广泛用于制作与人们生活密切相关的塑料制品的基础化学品,因此想要完全限制双酚A的使用并不是一件容易的事情。

五、结束语

想要完全明确低浓度的双酚A对健康的影响,恐怕还需要若干年的时间。这段时间里,含有双酚A的塑料制品可能仍会在一定程度上被用作食品容器和包装材料。日常生活中,我们可以通过塑料分类标志判断塑料制品是否含有双酚A。一般说来,塑胶分类标志为1、2、4、5、6的塑料不太可能在生产中与双酚A接触,而有一些(不是全部)塑胶分类标志为3或7的塑料生产中可能会接触到双酚A,因此消费者在选购时可以尽量避开这两类塑料制品。

图 6 可能接触到双酚A的塑料制品(PVC:聚氯乙烯;O:其他塑料制品)

随着研究的不断深入,未来我们关于双酚A对健康的影响将会有更加准确和全面的认识,但这也会不可避免地影响到以双酚A为原料的聚碳酸酯等高分子材料在我们生活中的应用。无论如何,我们都不能否认以双酚A为原料的塑料制品给生活带来的便利,更不能忽视双酚A作为环境荷尔蒙对人类健康造成的潜在威胁,应当警钟长鸣。

参考资料

  • [1] 赵淑江, 王海雁, 刘健. 微塑料污染对海洋环境的影响[J]. 海洋科学, 2009 (3): 84-86.
  • [2] 王佳, 詹平. 双酚 A 对机体影响及其机制的研究进展[J]. 预防医学情报杂志, 2005, 21, 541.
  • [3] 郭永梅. 双酚 A 的危害及相关限制法规[J]. 现代食品科技, 2012, 05, 549.
  • [4] 许立. 扰乱内分泌的化学物质——环境荷尔蒙[J]. 化学教育, 2001, 22 (3): 1-2.
  • [5] 李剑, 徐飞, 李少旦, 等. 环境雌激素研究进展[J]. 现代预防医学, 2006, 33(8): 1355-1359.

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