PFAS verstehen: Perfluoralkyl- und Polyfluoralkylsubstanzen

Perfluoralkyl- und Polyfluoralkyl-Stoffe, oft abgekürzt als Per- und Polyfluoralkyl-Stoffe, oder PFAS, sind eine große, komplexe Gruppe von synthetischen Chemikalien, die in einer Vielzahl von Konsum- und Industrieprodukten verwendet werden. PFAS stehen wegen ihrer potenziellen Risiken für die menschliche Gesundheit und die Umwelt unter verstärkter öffentlicher und behördlicher Beobachtung. Die Elektronikindustrie muss ihre Lieferkette untersuchen, um besser zu verstehen, wo PFAS vorkommen, wie sie verwendet werden, für welche Eigenschaften sie eingesetzt werden und ob es Alternativen gibt.

Geschichte und Hintergrund von PFAS

Die ersten PFAS wurden in den 1930er Jahren erfunden und waren laut dem Interstate Technology and Regulatory Council (ITRC) die Hauptbestandteile von Antihaft- und wasserfesten Beschichtungen. In den frühen 1940er Jahren wurden PFAS (hauptsächlich PFOA und PFOS) in Haushaltsprodukten und in der Industrie weit verbreitet. In der Vergangenheit wurden diese Chemikalien auch in Feuerlöschschäumen verwendet, da sie aufgrund ihrer einzigartigen Fähigkeit, Öl, Fett, Wasser und Hitze abzustoßen, Brände auf Erdölbasis schnell löschen konnten. Die Entwicklung dieser Chemikalien wurde Ende der 1960er Jahre nach einem tödlichen Brand an Bord eines Flugzeugträgers der US Navy, der USS Forrestal, im Jahr 1967 verstärkt.

PFAS sind in Wasser, Luft, Fisch und Boden auf der ganzen Welt zu finden. Wissenschaftliche Studien haben gezeigt, dass die Exposition gegenüber einigen PFAS in der Umwelt mit schädlichen Auswirkungen auf die Gesundheit von Menschen und Tieren verbunden sein kann.

Produkte, die PFAS enthalten

PFAS werden in der Industrie und in Konsumgütern für Anwendungen verwendet, die von der Brandbekämpfung bis zur Flecken- und Wasserabdichtung reichen. Im Folgenden finden Sie einige Beispiele für die Verwendung von PFAS:

• Antihaft-Kochgeschirr
• Fettbeständiges Papier
• Reinigungsmittel
• Fleckenabweisende Beschichtungen für Teppiche, Polstermöbel und andere Stoffe
• Wasserfeste Kleidung
• Hitzebeständige Lebensmittelverpackungen aus Papier und Pappe (wie Popcorn- und Pizzaschachteln für die Mikrowelle)
• Körperpflegeprodukte (Shampoo, Zahnseide, Nagellack und Augen-Make-up)
• Hitzebeständige elektrische Isolierung
• Nicht reaktive Schmiermittel (Öl, Fett)
• Kraftstoff-, öl- und chemikalienbeständige Komponenten
• Sauerstoffsensoren und entsprechende ‘atmungsaktive’ Membranen
• Verdunstungsbarrieren (z. B. Galvanisiertanks)
• Antibeschlagbeschichtungen und -tücher
• Auf Verpackungen (z. B. für Motorenteile)

Quellen von PFAS in der Umwelt

Zu den wichtigsten Quellen für die Kontamination von Trinkwasser, Grundwasser, Böden und Luft mit PFAS gehören:  

• Brandübungsplätze/Brandbekämpfungsplätze
• Industrielle Standorte
• Mülldeponien
• Kläranlagen und anfallende Klärschlämme

Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit

PFAS sind als “ewige Chemikalien” bekannt, weil sie in der Umwelt und im menschlichen Körper sehr langlebig sind. PFAS können sich im Körper anreichern und zu potenziellen Gesundheitsrisiken wie Leberschäden, Schilddrüsenerkrankungen, Fettleibigkeit, Fruchtbarkeitsproblemen und Krebs führen. Forschungen und Studien haben einige Auswirkungen wie Veränderungen in der Entwicklung, der Leber- und Schilddrüsenfunktion, der Immunreaktion und ein erhöhtes Leber- und Nierengewicht sowie zelluläre Veränderungen gezeigt. Bei Tieren, die sehr hohen Dosen von PFOA (Perfluoroctansäure) ausgesetzt waren, wurden auch vermehrt Tumore in bestimmten Organen beobachtet.

Mögliche Expositionspfade

Da sich Kinder noch in der Entwicklung befinden, sind sie möglicherweise empfindlicher gegenüber den schädlichen Auswirkungen von PFAS. Sie können auch stärker exponiert sein als Erwachsene, weil Kinder pro Pfund Körpergewicht mehr Wasser trinken, mehr Nahrung zu sich nehmen und mehr Luft einatmen als Erwachsene. Schwangere und stillende Frauen trinken in der Regel mehr Wasser pro Pfund Körpergewicht als der Durchschnitt der Bevölkerung und können im Vergleich zu anderen Menschen ebenfalls einer höheren PFAS-Belastung ausgesetzt sein, wenn diese in ihrem Trinkwasser enthalten sind.

Trinkwasser ist überall ein primärer Expositionspfad für PFAS-Kontamination. PFAS-Verunreinigungen wurden in mehreren Ländern der EU, darunter Österreich, Dänemark, Frankreich, Deutschland, die Niederlande und Schweden, aber auch außerhalb der EU in Oberflächengewässern festgestellt.

Berufe, die mit großen Mengen PFAS-haltiger Abfälle umgehen, stellen einen weiteren potenziellen Expositionspfad dar. So kann beispielsweise die PFAS-Exposition bei der Handhabung von Elektroschrott zu messbaren Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit führen. Urin-, Serum- und Haarproben von E-Schrott-Arbeitern wiesen laut einer Studie mit dem Titel “Occurrence of PFASs in human matrices” erhöhte PFAS-Werte auf.

Einstufung von PFAS

Die allgemeine Klassifizierung von Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) basiert auf einer gemeinsam vereinbarten Terminologie für die Nomenklatur von PFAS. Diese Klassifizierung wird von der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) erstellt. Die OECD ist eine zwischenstaatliche Organisation, in der Vertreter von 36 Industrieländern aus Nord- und Südamerika, Europa und dem asiatisch-pazifischen Raum sowie die Europäische Kommission zusammenkommen, um ihre Politik zu koordinieren und zu harmonisieren, Fragen von gemeinsamem Interesse zu erörtern und gemeinsam an der Lösung internationaler Probleme zu arbeiten. Der größte Teil der Arbeit der OECD wird von mehr als 200 Fachausschüssen und Arbeitsgruppen geleistet, die sich aus Delegierten der Mitgliedsländer zusammensetzen.

PFAS werden klassifiziert als entweder Nicht-Polymere oder Polymere.

(i) Nicht-Polymere :

• Perfluoralkylsäuren (PFAAs)
  • Perfluoralkylcarbonsäuren (PFCAs)
  • Perfluoralkylsulfonsäuren (PFSAs)
  • Perfluoralkylphosphonsäuren (PFPAs)
  • Perfluoralkylphosphinsäuren (PFPiAs)
• Polyfluoralkansulfonylfluorid (PASF) - Stoffe auf PASF-Basis.
• Perfluoralkyljodide (PFAis)
  • Fluortelomere Jodidien (FTis)
  • Fluorotomere Stoffe
• Stoffe auf Basis von Per- und Polyfluoralkylethern
  • Per- und Polyfluorethercarbonsäuren (PFECAs)
  • Per- und Polyfluorethersulfonsäuren (PFESAs)

(ii) Polymere

• Fluorpolymere (FPs)
• Polytetrafluroethylen (PTFE)
• Poluvinylidenfluorid (PVDF)
• fluoriertes Ethylen-Propylen (FEP)
• Perfluoralkoxyl-Polymer (PFA)
• Polyvinylfluorid (PVF)
• Fluorierte Polymere mit Seitenketten (FPs)
• fluorierte (Meth)acrylat-Polymere
• fluorierte Urethan-Polymere
• fluorierte Oxetan-Polymere
• Perfluorpolyether (PFPEs)

Die gängigsten PFAS und ihre Verwendungen

PFAS werden als Prozesshilfsmittel bei der Herstellung von Halbleitern, als Lötmittel und als Flammschutzmittel zur Verringerung des Brandrisikos eingesetzt.

1. Polytetrafluorethylen (PTFE) – Wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, z. B. für Dichtungen, einschließlich PTFE-O-Ringe, PTFE-Dichtungen, Ventile, Drahtisolierungen, isolierte Transformatoren, Lager, Oberflächenbeschichtungen, chemische Verarbeitungsanlagen.

2. Perfluoroctansäure (PFOA) - Wird hauptsächlich als Fluorpolymer-Verarbeitungshilfsmittel und Tensid verwendet. Seine Salze werden auch häufig als Beschichtungsmittel und Materialien für die Halbleiterherstellung verwendet. Es ist eine unverzichtbare Chemikalie für die Teflonbeschichtung von Bratpfannen und die wasserabweisende Beschichtung verschiedener Produkte.

3. Perfluorooctansulfonsäure (PFOS) - Wird in schmutzabweisenden Stoffen, Feuerlöschschaumstoffen und Lebensmittelverpackungen verwendet.

4. GenX - Chemours Markenname für eine synthetische, kurzkettige fluororganische chemische Verbindung, ein Ammoniumsalz der Hexafluorpropylenoxid-Dimersäure (HFPO-DA)

5. Polytetrafluorethylen (ePTFE) - Wird zur Herstellung einer netzartigen Struktur für medizinische Implantate verwendet. Ermöglicht das nahtlose Einwachsen von Gewebe und ist damit ein hervorragendes Material für Gefäßtransplantate und andere rekonstruktive Eingriffe.

6. Polyvinylidenfluorid (PVDF) - Wird häufig als Isolierung für elektrische Leitungen verwendet, da es eine Kombination aus Flexibilität, geringem Gewicht, niedriger Wärmeleitfähigkeit, hoher chemischer Korrosionsbeständigkeit und Hitzebeständigkeit aufweist.

7. Polyvinylfluorid (PVF) - Hauptsächlich verwendet in Beschichtungen zur Verringerung der Entflammbarkeit von Flugzeuginnenräumen und Rückseiten von Photovoltaikmodulen. Auch in Regenmänteln und Metallblechen verwendet.

8. Polychlortrifluorethylen (PCTFE) - Wird zum Schutz empfindlicher elektronischer Bauteile verwendet, da es einen ausgezeichneten elektrischen Widerstand aufweist und wasserabweisend ist. Weitere Einsatzgebiete sind flexible gedruckte Schaltungen und die Isolierung von Drähten und Kabeln.

9. Fluoriertes Ethylen-Propylen (FEP) - Wird in biomedizinischen Geräten anstelle von PTFE verwendet, da es eine maximale Betriebstemperatur von 204 °C und einen etwas höheren Reibungskoeffizienten als PTFE aufweist.

10. Fluorelastomere - Wird hauptsächlich für Dichtungen und Sperrschichten verwendet, die für andere Elastomere zu harten Bedingungen ausgesetzt sind.

Wie die Exposition gegenüber PFAS reduziert werden kann

PFAS stellen eine ernsthafte Bedrohung für die menschliche Gesundheit dar, und von einigen ist bekannt, dass sie gesundheitsschädliche Wirkungen, einschließlich Krebs, verursachen. Da sie so weit verbreitet sind, sind die Menschen diesen Stoffen häufig ausgesetzt, ob sie es wissen oder nicht. Wir können jedoch als Einzelpersonen und Unternehmen sinnvolle Schritte unternehmen, um unsere Exposition gegenüber PFAS so weit wie möglich zu verringern.

• Überprüfen Sie die Produktetiketten auf Inhaltsstoffe, die die Worte “fluoro” oder “perfluoro”
• Achten Sie auf Lebensmittelverpackungen, die fettabweisende Beschichtungen enthalten
• Vermeiden oder reduzieren Sie die Verwendung von antihaftbeschichtetem Kochgeschirr
• Befolgen Sie die Richtlinien für den Verzehr von Fisch aus kontaminierten Wasserquellen
• Mütter von Kleinkindern können das Stillen in Betracht ziehen, um den Bedarf an abgepackter Babynahrung zu verringern
• Unternehmen können PFAS in ihren Lieferketten identifizieren und daran arbeiten, sie zu eliminieren
• Bleiben Sie auf dem Laufenden über die neuesten Vorschriften
• Umgestaltung der Produkte, um nach Möglichkeit alternative Stoffe zu verwenden

Schlussfolgerung

Da die potenziellen Risiken, die von PFAS ausgehen, immer deutlicher werden, muss die Elektronikindustrie ihre Produktdesigns und Lieferketten entsprechend anpassen. In unserem nächsten Artikel befassen wir uns mit der Regulierung von PFAS und damit, wie sich Elektronikunternehmen auf ein mögliches Verbot dieser Stoffe vorbereiten können.