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Dec 10, 2023

Le problème de la boîte à pizza - et pourquoi il pourrait tout tuer, du téflon à la drogue

Par Paul Heney | 26 avril 2023 Cela semble anodin dans ma main, pourtant il y a

Par Paul Heney | 26 avril 2023

Cela semble inoffensif dans ma main, mais il y a de plus en plus d'appels à l'interdire. Il utilise peut-être une technologie créée pour le projet Manhattan, mais, dans ma main, cela ne ressemble pas à une arme. Il semble naturel, malgré les matériaux très peu naturels qu'il peut contenir. Je ne suis pas du tout prudent lorsque je l'ouvre. En m'approchant, j'attrape une tranche. J'adore les pizzas.

La pizza est antérieure au projet Manhattan. Bien que la pizza ne soit techniquement pas le problème, c'est la boîte. Le carton pour boîtes à pizza a été rendu résistant à la fois à la graisse et à la vapeur grâce à des fluorocarbures. Il y a cinq ans, presque certainement, des substances alkyles per- ou polyfluorées, les PFAS, auraient été utilisées. Certains États ont maintenant interdit les PFAS dans des choses comme les boîtes à pizza. Je ne suis pas dans un de ces états. Je ne peux pas être sûr que la boîte dans ma main utilise ou non du PFAS.

Les PFAS ont été initialement identifiés comme un problème de santé dans les points chauds. Il existe de nombreuses cartes avec des marqueurs localisant ces points chauds contaminés le plus souvent par une utilisation intense de PFAS dans la fabrication ou la lutte contre les incendies. La prise de conscience d'une contamination généralisée due à l'utilisation du papier pourrait finalement être le déclencheur d'interdictions qui gagnent du terrain.

Les PFAS font l'objet d'un examen minutieux et des appels très médiatisés pour une interdiction complète deviennent de plus en plus courants. Dans le même temps, juste pour brouiller les choses, il existe au moins neuf définitions concurrentes des PFAS. Une chose est sûre : ils sont désormais partout. Il ne se passe pratiquement pas de jour sans qu'un autre rapport ne signale des niveaux préoccupants dans les emballages alimentaires, l'eau en bouteille, le papier hygiénique, la nourriture, les cosmétiques, la cire de ski ou tout autre produit.

Un examen de l'histoire montre comment nous en sommes arrivés là. C'est l'histoire de défis de taille surmontés, d'efforts de R&D incroyables. C'est une histoire d'innovation, d'invention mise en pratique. C'est une histoire de résolution de défis difficiles. C'est aussi une histoire d'orgueil, d'actions motivées par des croyances erronées.

Le début des PFAS L'équipe du projet Manhattan s'est tournée vers la diffusion gazeuse pour produire de l'uranium fissile. L'hexafluorure d'uranium, UF6, était le seul composé d'uranium gazeux connu à l'époque. La manipulation de l'UF6 était, et reste, une tâche ardue. Il est corrosif pour de nombreux matériaux de construction courants et réagit avec le HF libérant de l'humidité. Chargés de gérer ce matériau gênant, les scientifiques du projet Manhattan ont rapidement développé des polymères, des fluides et des cires fluorocarbonés.

Après la guerre, les chimistes de 3M et de DuPont se sont déchaînés en synthétisant de nouveaux composés. Les applications ont explosé en raison des propriétés uniques des matériaux hautement fluorés. De nombreuses nouvelles applications ont utilisé l'inertie. Beaucoup ne l'ont pas fait. Nous avons tous appris que l'huile et l'eau ne se mélangent pas. Les choses aiment le pétrole ou elles aiment l'eau. Il s'avère que les matériaux hautement fluorés n'aiment pas non plus. Ils ne veulent pas être près du pétrole, ils ne veulent pas être près de l'eau. Cette caractéristique les a rendus attrayants dans une gamme d'applications.

Les matériaux hautement fluorés sont complètement artificiels, contrairement à tout ce qui est fabriqué dans la nature. Leur stabilité est remarquable. Les systèmes environnementaux et biologiques ne les dégradent pas. Leur stabilité remarquable a conduit à définir les fluorocarbures comme plus que sûrs - ils étaient inoffensifs. La libération environnementale était acceptable parce qu'ils étaient en sécurité. Le placement dans les produits de consommation était correct car les matériaux étaient sûrs. Bien qu'à l'origine considéré comme un avantage remarquable, nous en sommes venus à reconnaître que la stabilité est un problème.

La Convention de Stockholm reconnaît que la persistance des matériaux synthétiques est un risque. La production de composés perfluorés en C8 a explosé entre la guerre et les années 1990. 1968 marque l'année des premiers signalements d'espèces de fluorocarbures persistantes dans le sang humain. Une grande partie du monde portait la preuve d'une exposition il y a plus de 50 ans. L'explosion de l'utilisation était, en partie, basée sur des hypothèses selon lesquelles ces matériaux inertes étaient biologiquement bénins. En 2000, cela a changé. Des rapports de changements hépatiques corrélés à l'exposition ont été rendus publics. Les composés ont été volontairement retirés du marché, en 2000 par 3M et en 2006 par d'autres fabricants américains. Un rapport de 2022 des National Academies impliquait clairement six résultats négatifs pour la santé avec l'exposition. Notre compréhension des impacts sur la santé et l'environnement continue de croître, tout comme notre compréhension de la présence de ces matériaux dans l'environnement.

Non seulement stable, mais résistant Le projet Manhattan a évalué la stabilité et la résistance aux matériaux agressifs et corrosifs. Mais les fluorocarbures sont dans la boîte à pizza en raison de caractéristiques sans rapport avec la stabilité. Les fluorocarbures fonctionnalisés, lorsqu'ils sont ajoutés à la pâte (même à seulement 1 % environ), font que le carton repousse à la fois l'huile et l'eau. Leur utilisation n'a rien à voir avec la stabilité. Ils rendent le papier résistant à la graisse et à l'eau. Ils sont également utilisés dans les papiers couchés, empêchant les revêtements de trop s'enfoncer lors de l'application. Laissez cela pénétrer.

L'une des utilisations les moins valorisées des PFAS est devenue le plus grand marché unique des produits chimiques fluorés. Le papier destiné à être jeté après une seule utilisation était, et peut rester, là où la plupart des PFAS sont utilisés. Les usines de papier sont l'un des endroits où l'on trouve des niveaux élevés de contamination par les PFAS, mais la présence dans les biosolides et le compost indique que le papier est une source majeure de contamination généralisée de faible niveau. Auparavant, les PFAS n'étaient une préoccupation que dans les endroits où des niveaux élevés ont été trouvés. Deux choses se sont produites. Alors que les chimistes analytiques recherchent de plus en plus d'endroits, les PFAS se retrouvent dans de plus en plus d'endroits. Ils sont un peu partout. Dans le même temps, les niveaux de préoccupation sont passés de parties par million à parties par quadrillion.

Le revêtement de tissu, qui rend les tissus résistants aux taches et à l'eau, est similaire au revêtement de papier. L'application sur le tissu à de très faibles niveaux modifie considérablement les propriétés. Des niveaux élevés de fluorocarbures sont associés à la fabrication de textiles, de cuir et de papier. Les mousses de fluorocarbone éteignent étonnamment bien les incendies de liquides inflammables. Les matériaux hautement fluorés repoussent à la fois l'eau et l'huile. Appliqués aux liquides inflammables, ils suppriment la formation de vapeurs inflammables. Les mousses fabriquées avec eux suppriment rapidement les incendies et les empêchent de se rallumer. L'utilisation dans les raffineries, les aéroports et les bases militaires a entraîné des niveaux de contamination très élevés. Ces mêmes matériaux, en particulier les matériaux C8 appelés SPFO et PFOA, ont également été utilisés comme auxiliaires technologiques dans la fabrication de polymères. La contamination due à la fabrication de fluoropolymères a également créé d'énormes problèmes environnementaux. Les impacts négatifs des PFAS sur la santé ont été mis en évidence dans les populations proches des sites de fabrication de polymères fluorocarbonés avec une contamination importante des eaux souterraines. L'utilisation continue des polymères fluorocarbonés nécessitera de surmonter cet héritage, en montrant que les polymères fluorocarbonés peuvent être produits sans émissions environnementales.

En plus de ces utilisations majeures, il existe de nombreuses utilisations mineures. Ils sont courants dans les revêtements et utilisés dans le placage des métaux. Ce sont des fluides caloporteurs à immersion, efficaces pour évacuer la chaleur sans interagir avec les substrats. Ils sont utilisés comme agents de dégraissage à la vapeur, ininflammables et présumés sûrs. Ils sont utilisés en cosmétique, où des propriétés telles que l'hydrophobicité et la capacité filmogène sont recherchées. Les PFAS facilitent l'application des produits et les rendent plus durables. Toutes ces utilisations sont des sources d'exposition potentielle et de rejet quasi certain dans l'environnement. Les PFAS sont utilisés de manière à ce qu'il y ait au moins un certain rejet dans l'environnement.

Essential est un mot qui s'applique maintenant pour décrire certaines utilisations des PFAS et comme argument contre les interdictions. Il est facile d'argumenter en faveur de l'interdiction de certaines applications. Il existe d'autres technologies pour les boîtes à pizza. Il en est de même pour la protection des tissus et des cuirs. Les cosmétiques semblent fermement dans le panier des utilisations non essentielles. Il existe cependant des domaines où les PFAS sont utilisés où les remplacements ne sont pas si évidents.

Mon premier projet dans un laboratoire industriel a été d'automatiser un titrage oxydant. J'ai utilisé une cellule en Kynar avec des fenêtres en saphir scellées avec des joints toriques en Viton. Les régents étaient contrôlés par des vannes en PTFE et s'écoulaient dans la cellule à travers un tube FEP scellé à la cellule avec des viroles en Tefzel. Un agitateur revêtu de téflon assurait un mélange complet. Les filetages des tuyaux ont été lubrifiés avec du ruban Téflon. Le Kynar, fluorure de polyvinylidène, disparaîtrait avec une interdiction des PFAS. Il en serait de même pour le Téflon (polytétrafluoroéthylène [PTFE]), le Viton (fluorure de vinylidène et copolymère d'hexafluoropropylène), le FEP (copolymère d'hexafluoropropylène et de tétrafluoroéthylène) et le Tefzel (copolymère d'éthylène et de tétrafluoroéthylène). Toutes les définitions de travail des PFAS incluent les polymères fluorocarbonés.

Ce qui était possible dans les années 1990 serait inconstructible dans un monde de polymères post-PFAS. Tous les polymères seraient interdits.

De nombreux autres polymères sont des PFAS : Gore-Tex (PTFE expansé), Neoflon (polychlorotrifluoroéthylène et anciennement vendu sous le nom de Kel-F), graisse Krytox (oxyde de polyhexafluoropropylène), et bien d'autres seraient tous interdits. Les membranes Nafion (polyfluoroéthylène sulfoné) permettent le procédé chlore-alcali fondamental pour l'industrie chimique, les piles à combustible et les électrolyseurs à membrane. J'écris ceci sur un ordinateur portable avec une batterie lithium-ion contenant du fluorure de polyvinylidène comme liant d'électrode, avec des semi-conducteurs probablement traités avec des fluides caloporteurs PFAS, et avec une carte principale qui peut avoir été soudée à l'aide d'une soudure par refusion à la vapeur à température stable, fluorocarbures ininflammables. Adieu à tous si les PFAS sont interdits.

Les fabricants de polymères repoussent les interdictions. Selon eux, les polymères sont trop gros pour causer des problèmes de santé et ils ne se décomposent pas pour former des espèces de PFAS plus petites et ingérables. Les dangers présentés par les polymères sont faibles et les avantages valent largement le risque. La fabrication historique a négligemment publié le PFAS. Plus maintenant, disent les fabricants. Les émissions sont ou peuvent être éliminées.

À l'autre extrémité du spectre des polymères se trouvent les petites molécules plus légèrement fluorées utilisées comme médicaments ou produits chimiques agricoles. Il existe de nombreux composés actuellement largement utilisés que certains interdiraient et d'autres diraient qu'ils ne sont même pas un PFAS, selon la définition du PFAS. Certains des médicaments les plus utilisés ont un groupe alkyle perfluoré. Le Prozac le fait. Les études sur la santé de ce médicament largement prescrit remontant à des décennies ne parviennent pas à montrer les effets sur la santé attribués au PFAS, même si les niveaux sériques sont élevés par rapport aux niveaux actuels de PFAS préoccupants.

De nouveaux médicaments, tels que le traitement COVID Paxlovid, sont des PFAS selon de nombreuses définitions. Il en va de même pour les produits agrochimiques largement utilisés, le diflufenican et le fluopyram. Des études montrent que tous sont transitoires dans l'environnement, que la bioaccumulation observée pour les PFAS comme le PFOA et le PFOS ne se produit pas. Le devenir environnemental est encore un sujet de recherche. Il s'agit d'une minéralisation assez claire, où les liaisons carbone-fluor sont rompues et le fluor devient un fluorure inorganique, soit ne se produit pas, soit ne se produit que très lentement. C'est mauvais. Cela signifie que la nature transforme probablement un PFAS en un autre. Des études sur des composés avec des groupes trifluorométhyle indiquent la production d'acide trifluoroacétique. Encore une fois, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre à la fois la dégradation et le danger qu'elle présente. Pendant la plupart des années au cours de la dernière décennie, les produits pharmaceutiques fluorés ont représenté entre un quart et un tiers de tous les nouveaux enregistrements de médicaments à petites molécules. Les chiffres sont similaires pour les produits agrochimiques. De nombreux médicaments très populaires, dont le Lipitor, le médicament le plus prescrit de tous les temps, sont fluorés. Retirer le fluor de la boîte à outils du chimiste pharmaceutique aura des conséquences négatives. Tout comme pour les polymères, certains veulent nommer les matériaux essentiels et permettre une utilisation continue. D'autres soutiennent qu'ils ne devraient pas être regroupés avec des PFAS plus hautement fluorés. Il n'y a pas de bonne réponse claire.

Nous ne sommes pas au bon endroit. Parler d'interdire une classe de matériaux lorsqu'il y a désaccord sur ce qui se trouve dans la classe est certainement problématique. Ceux qui demandent des exemptions pour utilisations essentielles seront sûrement confrontés à un examen minutieux de la définition d'essentiel. Les fluoropolymères sont des matériaux incroyables, tellement incroyables qu'il est difficile d'imaginer un monde sans eux. Toutes les preuves indiquent que les polymères sont bénins. Les fabricants doivent encore prouver que la fabrication est également bénigne, que la production de polymères peut se faire sans libération de PFAS. Les médicaments dont l'innocuité a été prouvée pendant des décennies d'utilisation peuvent être interdits par association. De nouveaux traitements potentiels et de nouveaux produits agrochimiques n'arriveront jamais sur le marché. Nous sommes là où nous en sommes à cause de l'orgueil - parce que la conviction profonde que les produits chimiques fluorés étaient inertes signifiait qu'ils étaient sûrs. Nous devons faire mieux pour aller de l'avant.

La pizza est partie. Je suis maintenant coincé à décider quoi faire avec la boîte, tout en réfléchissant aux implications. L'utilisation généralisée des PFAS pour quelque chose d'aussi insignifiant qu'une boîte à pizza est clairement responsable d'une partie de la contamination quasi universelle à laquelle nous sommes actuellement confrontés. Cette contamination entraîne une réponse qui peut empêcher l'utilisation de certains matériaux et composés très utiles, voire essentiels. Si du PFAS est présent dans ma boîte à pizza, quelqu'un d'autre a pris la décision de l'utiliser. C'est ma main qui détermine le sort du PFAS dans la boîte. Corbeille ou poubelle sont les options disponibles.

J'écris ceci à Washington, DC Les ordures ici vont à l'un des deux endroits, soit dans des installations de valorisation énergétique des déchets, soit dans une décharge, et je ne contrôle pas cette décision. Des rapports inquiétants indiquent que les installations de valorisation énergétique des déchets ne parviennent pas à détruire les PFAS. Certaines données montrent qu'ils répandent effectivement les matériaux dans l'environnement. Le recyclage, en remettant la fibre de papier dans l'économie circulaire, placera le PFAS dans le flux de recyclage où il continuera à se développer. Il existe des tests qualitatifs que je pourrais effectuer dans l'espoir de déterminer si le PFAS est présent dans le carton. Au lieu de cela, je déchire la boîte en deux. La moitié au recyclage, l'autre moitié à la poubelle. Face à deux mauvaises options, je choisis un peu des deux.