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科学普及:玻璃纤维与人体健康(二)
2025-11-183

引言:

玻璃纤维是把叶蜡石、高岭土、石英砂等矿石原材料经池窑高温熔化成液体后,在玻璃态下拉制而成的连续纤维,实际是各类无机非金属连续纤维的统称。玻璃纤维既具备无机非金属材料的稳定物理化学特性,又具备高性能纤维材料的轻质高强机械力学性能和纺织加工灵活性,所以被广泛应用于结构增强、电气绝缘、绝热节能、化学防腐等诸多应用场景,在满足人民生活水平提升和人类社会进步发展方面发挥着越来越重要的材料支撑作用。

然而随着玻璃纤维的应用普及和市场拓展,近期社会上陆续出现一些有关玻璃纤维的负面报道。尤其是有些自媒体平台在报道玻璃纤维增强复合材料材质的安全护栏、风电叶片、体育场座椅、帐篷杆等领域出现的产品质量事故(多数未经证实)过程中,不是将问题聚焦在产品质量控制和市场规范化建设,而是针对普通大众对于玻璃纤维的陌生感,有意无意将玻璃纤维与人体健康挂钩,通过贩卖焦虑,博取眼球吸引流量。对此,协会坚决反对,并已将相关情况汇报给政府有关部门。

人类社会已经生产和应用玻璃纤维材料近百年历史。关于玻璃纤维与人体健康相关性,全球范围内早已有研究和定论。近期协会将陆续整理并发布一批国内外相关研究成果和学术论文,希望能够给大家正确认识和使用玻璃纤维提供一些启示。


论文题目:连续玻璃纤维与人体健康(Continuous Filament Glass Fibre and Human Health)

发表时间:2003年,欧洲玻璃纤维行业协会研究专报

英语全文附后,全文简要翻译如下:

连续玻璃纤维与人体健康

一、连续玻璃纤维的性能特征

1.简介

人类实现玻璃纤维的商业生产和销售已有60多年历史(以2003年计,译者注)。它已经成为世界上最有用和最有益的人造材料之一。 玻璃纤维主要有两种,一种是玻璃棉,用于保温隔热领域,另一种就是玻璃纤维连续长丝,也称连续玻璃纤维,具有广泛用途。

2.连续玻璃纤维制品及其应用

连续玻璃纤维产品具体形式包括连续无捻粗纱、加捻纱线、短切原丝、织物及毡制品等。其最终用途,一方面是增强热固性和热塑性树脂,主要市场是汽车和运输行业、电气/电子行业工业和建筑业,其他市场包括管道和储罐、农业设备、工业机械、风力涡轮机叶片以及运动、休闲和海洋领域;另一方面是制造用于各类产业用纺织品,以及电子用织物制品,主要市场是印刷线路板生产。

3.人造(合成)玻璃纤维(MMVF/SVF)的概念

玻璃纤维曾被称为人造矿物纤维(MMMF)。然而,其更合适的名称应该是人造玻璃纤维(MMVF)或合成玻璃纤维(SVF),因其是用各类无机矿物材料通过高温熔融,在玻璃态,即非晶态下拉制而成。

4.连续玻璃纤维的成份

连续长丝玻璃纤维的主要玻璃成分被称为E-玻璃,E-玻璃是硅酸铝钙玻璃家族成员。此外氧化硼通常是E-玻璃的主要添加剂,钠和钾等少量碱性氧化物得以保留。近年来,无硼配方逐步替代传统E玻璃配方,其它氧化物添加剂已被开发并用于一些需要特定性能的应用,例如高机械强度、更高的耐温性,提高耐腐蚀性、水泥耐碱性、低介电性能等。

5.连续玻璃纤维的生产

连续玻璃纤维是通过连续拉丝工艺生产,纤维直径恒定。连续长丝产品中直径的标准偏差通常小于公称直径的10%,公称直径范围为525微米(视产品而定),其中大多数产品的直径为9微米或更大。此外,构成纤维束的连续长丝具有平行排列的方向。对连续玻璃纤维进行进一步加工,既不会改变其直径,也不会改变长丝束的平行排列方向。

二、连续玻璃纤维的对人体健康与安全的影响

1.可吸入性

空气中悬浮的纤维易通过呼吸被吸入人体。然而,吸入的玻璃纤维是否会对健康造成危害取决于其“可吸入性”。事实上,对产品进行健康和安全评估的关键在于确定该产品是否可能通过呼吸引发肺部疾病。直径超过3微米的长纤维不易吸入呼吸道深处,故而不会引起严重的肺部疾病。根据世界卫生组织的定义,可吸入纤维的直径小于3微米,长度大于5微米,且长径比大于等于3。连续纤维不具备可以使其径向破坏的机理,而是横向断裂成直径不变而长度更短的纤维和少量粉尘。通过对高度破碎的玻璃粉尘进行的显微镜表征显示其中存在少量可吸入粉尘颗粒。在这些可吸入颗粒中,有些在长径比上呈纤维状,但其并非规则形状的纤维,而是具有纤维状尺寸的不规则形状颗粒。而在欧洲玻纤制造工厂中,这些可吸入颗粒浓度一般都低于标准要求的50-1000倍。

2.刺激性

部分玻璃纤维确实会引起皮肤和眼睛的纯粹机械性刺激(瘙痒),而非过敏。这一点已得到关于人造纤维危险物质认证的确认,但此认证仅涉及特定情况下的玻璃棉或岩棉以及耐火纤维,连续长丝玻璃纤维则不在此列。在玻璃纤维生产过程中,当有足够数量的玻璃纤维粉尘释放到空气中时,一些工人可能会暂时感到上呼吸道刺激。与皮肤刺激一样,上呼吸道刺激是对纤维的一种机械反应而非过敏反应,症状通常不会持续。这种暴露于高浓度空气纤维中的情况可能会导致暂时性咳嗽和/或打喷嚏。当工人脱离暴露环境后,这些影响会消退,不会对其健康产生进一步影响。只要按照使用规程操作,这些影响可以避免。一般来说,当人体不再接触该产品时,玻璃纤维引起的机械刺激就会消失。

3.人类流行病学研究

评估某种物质对人类影响的一个重要方法是通过流行病学研究。此类研究通常会考察大量接触过所研究物质的人群。由匹兹堡大学公共卫生学院和国际癌症研究机构(IARC)分别在美国和欧洲对21500名工人进行的两项大型研究表明,从事玻璃纤维生产的人员中,肺癌或非恶性呼吸道疾病的发病率并未增加。在加拿大一家连续长丝玻璃纤维制造厂对工人进行的一项规模较小的研究也得出了相同的结论。近期有三篇关于熔融矿物纤维(MMMF)工厂中工人流行病研究的报道。第一篇由Boffetta1997)在欧洲发表,该研究针对不同类型的熔融矿物微纤维进行了探讨,发现与参照样本相比,北爱尔兰和意大利的两家工厂中不同类型的癌症发病率没有显著增加。另外两项由Chiazze进行的研究则专门针对美国一家生产连续长丝玻璃纤维的工厂。Chiazze1997)得出结论,没有证据表明长期(超过15年)在该工厂工作的人群中癌症发病率过高。相关报道见本文所附参考文献。

4.动物实验

2000年,位于苏格兰爱丁堡的职业医学研究所(Institute of Occupational MedicineIOM)在《吸入毒理学》(Inhalation Toxicology)科学期刊上发表了一项关于动物长期吸入可吸入纤维的研究结果。在IOM的研究中,所使用的微纤维是平均直径为0.5微米的可吸入纤维。实验动物暴露于每立方厘米空气(f/cc)中含有1022个可吸入纤维的极高浓度E玻璃微纤维环境中,每天暴露5小时,每周7天,持续52周。研究表明只有暴露于极高浓度的可吸入微纤维环境中,会导致纤维化、肺部和肺肿瘤的发展。研究中使用的可吸入纤维粉尘浓度水平,比我们连续玻璃纤维制造业务中通常测量的纤维水平要高出10万倍。

5.分类与监管

近年来,多个国际专业组织针对玻璃纤维的健康和安全影响进行了多次重要研究。其中第一次研究是由国际癌症研究机构(IARC)于1987年进行的。IARC研究的目的是确定这些纤维是否对人类具有致癌性。当时,IARC的结论是,连续长丝玻璃纤维对人类的致癌性无法分类(IARC分类为第3组)。200110月,在对近期的人类流行病学和动物毒性数据进行全面审查后,IARC得出结论,将连续长丝玻璃纤维归为第3组是恰当的,并确认目前没有证据表明连续长丝玻璃纤维对人类具有致癌性(IARC专论《人造玻璃纤维》第81卷,2002年)。

加拿大环境部完成了一项针对玻璃纤维科学性数据的研究。该研究旨在评估玻璃纤维的危害以及这些纤维对人类和环境构成的风险。针对连续玻璃纤维得出以下结论:“鉴于连续玻璃纤维生产和使用过程中产生的可吸入纤维数量极少,且在一般环境中的浓度应极低,我们得出结论:在加拿大,连续玻璃纤维进入环境的数量或条件均不会对人类生命或健康构成威胁。”

美国政府工业卫生学家会议(ACGIH)已将连续长玻璃纤维列为“不可归类为人类致癌物”。ACGIH为玻璃纤维设定的阈限值(TLV,即建议接触限值)为:可吸入纤维为每立方厘米空气中1根纤维,可吸入玻璃纤维粉尘为每立方米空气中5毫克。这些限值旨在防止对上呼吸道产生物理刺激。

国际癌症研究机构(IARC)、美国国家毒理学计划(NTP)和美国职业安全与健康管理局(OSHA)均未将连续长丝玻璃纤维列为致癌物。而对于粉尘形态的无机化学品,如含有(疑似)致癌物,按照德国TA-Luft分类规则,无机化学品粉尘疑似致癌物被归为第三类。这些化学品的空气中阈限值(TLV)质量浓度为5 mg/m3。在德国MAK值列表中,列出了纤维的致癌性标准:长度/直径比大于3,长度大于μm,直径小于μm。这些标准可在第三章“致癌工业化学品”的“纤维粉尘”(Faserstaub)段落中找到。而连续长玻璃纤维直径均大于3微米,因此根据德国MAK值列表的定义,不应被视为(疑似)致癌物。

根据欧洲指令67/548/EC关于危险物质标签的规定及其后续修正案,连续长玻璃纤维不被视为危险物质。这一点已得到关于人造矿物纤维的第23号修正案(指令97/69/EC)的认证,其中规定连续玻璃纤维无需标注毒性、致癌性或刺激性。认证仅在某些情况下适用于玻璃棉或岩棉以及耐火纤维。

6.操作建议

虽然连续玻璃纤维的生产和处理是安全的,但参与操作的人员仍应遵循一些通用工作规范。除了旨在降低产生粉尘或断裂纤维可能性的预防措施外,还建议在暴露程度高的区域采取一系列防护措施,如手套、长袖衬衫、长裤、呼吸面罩,尤其是对于从事切割操作、清洁或容器排放的工作人员需更加严格。此外,还建议定期测量空气中的纤维数量,以防止纤维或粉尘暴露水平过高,从而确保符合现有的暴露限值。在欧洲玻璃纤维制造工厂进行的多年空气纤维采样证实,生产环境中可能存在极低浓度的可吸入纤维,但其浓度远低于当前推荐的暴露限值。

总结

连续玻璃纤维直径均大于3微米,不属于可吸入纤维,从而极大降低了与接触这些纤维相关的任何慢性肺部影响的潜在风险。这些纤维可能引起的刺激是单纯的物理性刺激,通过良好的工业卫生实践可以将其降至最低。玻璃纤维的生产和使用应遵循相应的操作规范以确保使用安全。相关单位应采取相应措施,以最大程度降低粉尘的产生。如有必要,应使用局部排气通风设备,以将空气中的粉尘浓度保持在合理范围。如有需要,操作人员应佩戴合规防尘口罩。

玻璃纤维相关流行病学研究参考文献:

1Paolo Boffeta and al Cancer mortality among man-made vitreous fibre production workers Epidemiology May 1997, volume 3, number 3, pp 259-268.

(2)R.T. Cullen and al Pathogenicity of a special-purpose glass microfiber (E glass) relative to another glass microfiber and amosite asbestos Institute of Occupational Medicine Edinburgh UK - Inhalation Toxicology. 12; 959-977, 2000.


3L. Chiazze, D. Watkins, C. Fryar Historical cohort mortality study of a continuous filament fibreglass manufacturing plant I - White men JOEM, vol 39 Number 5, May 1997, pp 432-441 II- Women and minorities JOEM, vol 39 Number 6, June 1997, pp 548-555.


Continuous Filament Glass Fibre and Human Health.pdf


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