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Leiterplatten: Produkte und Nebenprodukte

Zwischen 1929 und 1989 wurden schätzungsweise 1,7 Millionen Tonnen PCBs kommerziell weltweit produziert.2 Diese kommerziellen PCBs wurden in den Vereinigten Staaten unter Dutzenden von verschiedenen Handelsnamen verkauft, von denen die am häufigsten bekannten Aroclor war. Bei diesen Produkten handelt es sich um Mischungen, die unterschiedliche PCB-Kongenere mit jeweils 1 bis 10 Chloratomen enthielten.3 (Unabsichtlich produzierte PCBs treten typischerweise auch als Mischungen von Kongeneren auf.) Jeder der insgesamt 209 PCB-Kongenere hat eine ausgeprägte Struktur, die beeinflusst, wie es sich umweltfreundlich verhält Und wie es mit lebenden Zellen und Organismen interagiert.
Obwohl große Mengen an handelsüblichen PCBs in der Umwelt verbleiben, hat die Überwachung an einer Reihe von Standorten rund um Nordamerika in den vergangenen fünf Jahren bemerkenswerte Luftkonzentrationen von PCB-Kongeneren festgestellt, die nicht Teil der historischen, jetzt verbotenen kommerziellen PCB sind Produkte Diese Kongenere wurden auch in US-Wasserkörpern wie dem Delaware River, dem New York-New Jersey Hafen, dem Houston Shipping Channel und der San Francisco Bay entdeckt. In der Spokane River in Washington State, sind solche PCBs derzeit verantwortlich für die Verletzung der lokalen Wasserqualität Standards.4
Einer dieser Kongener, PCB 11, entsteht als Marker der nonlegacy PCB-Kontamination. In dem, was eine umwelt- und wissenschaftliche Detektivarbeit bedeutet, haben Forscher, die PCB 11 und andere Kongenere in Luftproben entdeckten, entdeckt, dass diese Leiterplatten mit denen übereinstimmen, die zuvor in Wasser entdeckt wurden, das aus Lackherstellungsanlagen entnommen wurde. Die Prüfung von Lackproben hat 50 verschiedene PCB-Kongenere, einschließlich der PCB 11, aufgetreten, von denen bekannt ist, dass sie bei der Herstellung von Diarylidgelbpigmenten hergestellt werden. Die PCB 11 ist weder mit historischen kommerziellen PCB-Produkten verbunden, noch mit einem Ausfall oder einem Dechlorierungsprodukt dieser alten kommerziellen Mischungen.5 Wenn also die PCB 11 in der Umgebung gefunden wird, kommt sie wahrscheinlich aus anderen Quellen als den Legacy-PCBs
PCB 11 wurde in Great Sakes Sediment7 und in polaren Region Luftproben gefunden.8 Arbeit von einer Reihe von Forschungsteams zeigt auf Farben und Pigmente als wahrscheinliche Quellen der PCB 11, die umweltgerecht erkannt werden.7 Aber PCB 11 ist weit von der Bei der Prüfung von Pigmenten und den Produkten, in denen sie verwendet werden. Bei der Prüfung wurde festgestellt, dass PCBs von denen mit nur wenigen Chloratomen, PCBs 1 bis 11, bis zu den am meisten chlorierten Kongeneren, PCBs 206 bis 209, reichen. Diese Kongenere umfassen Eine Anzahl von Dingen, die zuvor als Dioxin-artig identifiziert wurden.11 Dioxinähnliche PCBs strukturell ähnlich zu polychlorierten Dibenzo-p-dioxinen und Dibenzofuranen, Chemikalien, die als umweltverträglich bekannt sind und nachteilige gesundheitliche Auswirkungen haben, darunter Krebs und Auswirkungen auf die Entwicklung, Reproduktion und Immunität. Biologisch teilen sich diese Chemikalien die Fähigkeit, an einen zellulären Rezeptor zu binden, der als der Arylkohlenwasserstoffrezeptor bekannt ist, der die Expression von Genen reguliert, die mehrere Funktionen beeinflussen, einschließlich Enzymproduktion und Hormonregulation.
Die jüngsten Tests von Pigmenten in Japan durch die Japan Dyestuff and Industrial Chemicals Association haben Spuren von PCBs in 57 von 98 getesteten organischen Pigmenten gefunden.9,10 Einige dieser Pigmente wurden PCBs bei Konzentrationen über 50 ppm gefunden. Die Prüfung von Zeitungs- und Zeitschriftenpapieren, Lebensmittelverpackungen und Plastikbeuteln, die mit Tinten und Pigmenten, die mit PCB-Nebenprodukten verbunden sind, gefärbt oder bedruckt sind, hat auch das Vorhandensein dieser PCBs, einschließlich PCB 11.5, bestätigt
Die in den Farb- und Pigmentproben entdeckten PCBs und diejenigen, die in mit solchen Pigmenten gefärbten Fertigprodukten entdeckt wurden, überlappen sich auch mit denen, die im Jahr 2012 die Abwässer aus dem Inland Empire Paper (IEP) Company Recycling-Anlage in Spokane nach IEP-Umweltmanager Doug Krapas identifiziert haben. IEP konnte die Leiterplatten in ihrem Abwasser mit Tinten auf dem Papier verbinden, das es recycelt, viel davon Zeitungen, Zeitschriften, Versandmaterialien und Verpackungen. Papermaking-Prozesse waren historisch eine Quelle von Chlorverbindungen, von denen bekannt ist, dass sie nachteilige gesundheitliche Auswirkungen auf aquatische Ökosysteme haben, aber im Laufe der Zeit hatte IEP seine Prozesse geändert, um die Verwendung von Chlor zu eliminieren. Es hatte auch sekundäre und tertiäre Behandlungs- und Kreislaufsysteme installiert, um den gesamten Wasserverbrauch und die Wasserentladungen zu reduzieren und die Verunreinigungen im Abwasser so weit wie möglich zu reduzieren. Als das Unternehmen entdeckte, dass trotz all dieser Maßnahmen PCBs, die lokale Standards überschritten, es sein Abwasser gefunden haben, erkannte es, dass etwas in dem Papier, das recycelt wird, das Problem verursachen muss.
Nach Krapas, solange Recycling-Anlagen weiterhin Papier verarbeiten, das Tinte enthält mit zulässigen Ebenen von Nebenprodukt-PCBs, wird es Probleme mit der Bewältigung der Wasserqualität Standards. Inkborne PCBs stellen ein besonderes Problem für IEPs Spokane-Anlage dar, da die niedrigen PCB-Werte nach den örtlichen Wasserqualitätsnormen zugelassen sind. Lokale Spokane Tribe-Wasserqualitätsnormen begrenzen PCBs auf 3,37 Teile pro Quadrillion (ppq) .12 Diese Norm basiert auf Fischverbrauch- Das heißt, die Menge der PCBs Menschen würden durch den Fisch essen aus dem Spokane River - und basiert auf dem Vertrauen des Stammes auf lokale Fische als Grundnahrungsmittel.
Keri Hornbuckle, eine Universität von Iowa Professor für Zivil- und Umwelttechnik, sagt, dass vor 2007 die meisten Umweltüberwachung für PCBs nicht für alle 209 PCB-Kongenere ausgelegt wurde, sondern sich nur auf diejenigen konzentrierte, die absichtlich die kommerziellen Aroclor-Mischungen produziert wurden. Dies bedeutet, dass die Umweltüberwachung wahrscheinlich die Erkennung von PCBs fehlt, die unbeabsichtigte Nebenprodukte sind. Neue Monitoring-Technologie von Hornbuckle und Kollegen durch die Finanzierung aus dem Superfund-Forschungsprogramm des Nationalen Instituts für Umweltgesundheitswissenschaften - zunächst zur Überwachung der Luft in Chicago, aber seitdem in vielen anderen Orten geführt - war, was zum ersten Mal profiliert die Umwelt-Präsenz von unabsichtlich Erstellt PCBs.
Hornbuckle und ihre Kollegin Dingfei Hu, eine University of Iowa Assistent Hydro- und Ingenieurwissenschaftler, vermutete, dass, weil die PCB-Kongenere, die sie in Luftproben entdeckten, die gleichen waren wie diejenigen, die in Wasser entdeckt worden waren, das aus Lackherstellungsanlagen entlassen wurde, diese PCB-Kongenere Könnte auch in kommerziellen Farben vorhanden sein. Um zu untersuchen, messen die Forscher PCBs in Pigmenten, die auf dem US-Einzelhandelsmarkt im Jahr 2009 erworben wurden.6 Ihre Analyse fand mehr als 50 verschiedene PCB-Kongenere (darunter mehrere zuvor als Dioxin-ähnliche identifiziert) in den Pigmenten. Die identifizierten PCB-Kongenere schienen je nach Art der analysierten Pigmente und den Herstellungsprozessen in ihrer Produktion unterschiedlich zu sein. Obwohl die als Nebenprodukte erzeugten PCB je nach Pigmenttyp variieren, kombinieren die Prozesse, die zu diesen PCB führen, typischerweise Chlor, Salze und Kohlenwasserstoffe oder chlorierte Kohlenwasserstoffverbindungen bei hohen Temperaturen.
Eine weitere Analyse zeigte, dass bestimmte PCBs in sogenannten Azo-, Diarylid- und Phthalocyaninpigmenten vorherrschten, die üblicherweise zum Einfärben von Farbtinten, Farbstoffen, Lacken, Papier, Textilien, Kunststoffen, Leder, Kosmetika und Lebensmitteln unter anderem Materialien und Produkten verwendet werden . Azo- und Diarylidpigmente werden in erster Linie zur Herstellung von Gelbs, aber auch von einigen Rottönen und Orangen verwendet, während Phthalocyaninpigmente hauptsächlich zur Herstellung von Blues und Grüns verwendet werden.
"Die weit verbreitete Verwendung dieser Pigmente erklärt die Anwesenheit von PCB 11 in kommerziellen Gütern in der modernen Gesellschaft, wie Zeitungen, Zeitschriften und Kartons", schrieb Hu und Horn-Schnalle. "Obwohl wir nicht wissen, ob unbeabsichtigte PCB nachteilige Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben, gibt es aufgrund der physikalisch-chemischen Eigenschaften der Halbflüchtigkeit, der Hydrophobie und der Persistenz viele potenzielle Wege für die menschliche Exposition gegenüber diesen PCBs durch Inhalation, dermale Exposition und Verschlucken. "Sie sagen auch, dass nach ihrem Wissen" Pigmente oder Farbstoffe die einzige signifikante Quelle für PCB 11 "sind und daher der Nachweis von PCB 11 in Luft" mit menschlicher Aktivität unter Verwendung von Pigmenten oder Farbstoffen assoziiert werden muss "
In einer anschließenden veröffentlichten Studie stellten Hu und Hornbuckle fest, dass das Muster der PCBs, die in den getesteten handelsüblichen Pigmenten festgestellt wurden, nicht mit der der kommerziellen PCB-Produktion in Verbindung stand und "viele Kongenere, die hoch bioakkumulierbare, dioxinähnliche und / oder wahrscheinlich krebserzeugende" sind. 7 Sie nannten die Lackherstellung und nutzten die wahrscheinliche Quelle dieser Leiterplatten in Nordamerika. Ihre Untersuchung, die sich auf das Sediment der Großen Seen konzentrierte, schien die Anwesenheit im Umfeld der Herstellung von Nebenprodukt-PCBs zu bestätigen, die nicht mit historischen kommerziellen Mischungen assoziiert waren. Sie bemerken jedoch, dass, weil ihre Sedimentstudie es ihnen nicht erlaubte, Quellen von PCB-Kongeneren zu identifizieren, die sowohl für ältere kommerzielle Aroclor-Mischungen als auch für Pigment-Nebenprodukte gemeinsam zu sein scheinen. Es lässt wichtige Fragen unbeantwortet über dioxinähnliche PCB-Kongenere gefunden werden In diesen Proben, die potenzielle mehrere Quellen haben,
Weiterhin ist die Verknüpfung von Pigmenten und PCBs in der Umwelt durch die Forschung von Lisa Rodenburg, einem Rutgers University Associate Professor für Umweltwissenschaften, in dem sie direkt Produkte gedruckt oder gefärbt mit Pigmenten, die mit Nebenprodukt-PCBs verbunden sind.5,13 Unter den gedruckten Produkte Rodenburg getestet wurden farbige Zeitungen, glänzende Zeitschriftenpapiere, Plastiktüten und Getreide und andere Lebensmittelkartons. Die PCBs, die sie in diesen bedruckten Papier- und Plastikproben identifiziert hatte, waren vorwiegend gelb gefärbt, waren die gleichen Nonlegacy-Kongenere, die in Umweltproben und in Pigmenten von Hu und Hornbuckle gefunden wurden. Sie passten auch die PCBs, die in Abwässern aus der IEP-Spokane-Recyclinganlage gemessen wurden.
Zusätzlich zu den organischen Pigmenten zeigt die Forschung von Rodenburg, dass bestimmte Titandioxid-Herstellungsverfahren auch PCB-Nebenprodukte herstellen können.13 Obwohl Hu und Hornbuckle bei der Prüfung von anorganischen Pigmenten, einschließlich solcher, die Titandioxid enthalten, keine PCBs gefunden haben, ist die Titandioxidherstellung Zitiert als Quelle von Nebenprodukt-PCBs von der Michigan Department of Environmental Quality, 14 die New York Academy of Sciences, 15 und die australische Regierung, 16 unter anderem.
Die Forschung von Hu und Hornbuckle schlug mehrere Möglichkeiten vor, wie bei der Herstellung von Produkt-PCBs entstehen. Die bisher analysierten Phthalocyanin-Blues und Grüns neigen dazu, höherchlorierte PCB-Kongenere (solche mit mehr Chlor) zu enthalten als die getesteten Diarylid-Gelbs. Wie von Hu und Hornbuckle beschrieben, handelt es sich bei dem üblicherweise zur Herstellung dieser Blues und Grüns verwendeten Verfahren um Phthalsäureanhydrid, Harnstoff oder Phthalonitril und ein Kupfer- oder Kupfersalz, die dann unter Verwendung eines Organochlorlösemittels wie Di- oder Trichlorbenzol verarbeitet werden Oben ist die Kombination von chlorierten Kohlenwasserstoffen und Salzen, die bei bestimmten hohen Temperaturen verarbeitet werden, was zur Herstellung von PCBs führt.
Hornbuckle erklärt auch, dass sich die hochchlorierten PCB-Nebenprodukte in blauen und grünen Pigmenten anders verhalten als die leichteren, weniger chlorierten Nebenprodukte in den gelben Pigmenten. Die leichteren, weniger chlorierten Chemikalien sind flüchtiger und daher mobiler in der Luft und können erwartet werden, sich aus den pigmentierten Farben und Tinten leichter als schwerere, mehr chlorierte Chemikalien zu bewegen. Die schwereren blauen und grünen Pigment-Nebenprodukte werden wahrscheinlich bei Lacken mit Lacken bleiben, so dass die Nebenprodukt-Leiterplatten auf den Boden übertragen werden können, wenn diese Lacke im Freien verwendet werden - zum Beispiel im Außenbereich.
Nach der Forschung von Delaware River Basin Kommission Geologe Gregory Cavallo zusammen mit Rodenburg und Kollegen an der Rutgers University, etwa 65% aller organischen Pigmente produziert gehen in Druckfarben (im Gegensatz zu Farbstoffen, Farben oder andere farbige Produkte). Im Jahr 2006 wurde ein Viertel der weltweiten Produktion von 250 Millionen Tonnen organischer Pigmente als diarylidgelbe Pigmente geschätzt. Die Analyse der Druckfarben zeigt an, dass die typische Druckfarbe ein geschätztes 40% Pigment enthält. Cavallo et al. Schätzen daher, dass die weltweite Produktion von PCB 11 durch die Herstellung von Diarylid-Gelbs im Jahr 2006 etwa 1,5 Tonnen betragen hätte.5

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