全氟和多氟烷基物质（通常称为 PFAS）是一类人造的高氟化有机分子，其特征是具有极强的碳-氟键。这些化学键赋予了材料卓越的性能：耐化学和物理降解、防水防油、乳化能力以及高温稳定性。
这些特性使 PFAS 在众多行业中极具价值，包括常见的家用产品（不粘炊具、个人护理用品等）、制药、塑料、电子产品、消防、化妆品、汽车、航空航天和能源存储。
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然而，正是这些特性——以及碳-氟键的强度——引发了人们对 PFAS 环境持久性及其对人类健康潜在影响的担忧。因此，全球监管机构正在通过不断演变的规则和限制措施做出回应，消费者也日益呼吁寻找替代方案。
为了更深入地了解 PFAS 在科学出版物中的普遍性，我们在 CAS Content CollectionTMTM（全球最大的经人工收录的科学信息库）中进行了基于化学结构的系统检索。我们的分析揭示了基于不同监管定义下，PFAS 识别结果的显著差异（见图 1）：
- 遵循 经济合作与发展组织 (OECD) 2021 年定义 指南（其中包括含有至少一个 -CF₃ 或 -CF₂ 基团的化合物）， 在 CAS Content Collection 中识别出了约 2400 万种不同的 PFAS 分子。
- 相比之下，当应用更为严格的 美国环境保护署 (U.S. EPA) 定义时 （要求至少含有两个 -CF₂ 或 -CF₃ 基团），被归类为 PFAS 的物质数量显著减少至 约 180 万种化合物。
这些数字远高于此前估计的 10,000 至 15,000 种 PFAS 化合物，这意味着可能有更多的产品受到法规影响，或需要通过配方调整以在应用中实现类似的性能。通过聚焦于具有明确科学或商业相关性的物质，我们分析了出现在超过一百万份科技文献中的 35 万多种独特化合物。
尽管关于 PFAS 减排或修复的出版物数量随时间推移呈现出明显的增长（见图 2），但鉴于 PFAS 的广泛使用及其对环境的影响，目前的研究规模仍然不足。值得注意的是，美国在 PFAS 修复研究方面表现得最为积极且具有影响力，推动了该领域的重大进展。欧盟和中国也已成为关键参与者，正加大研究力度以应对 PFAS 相关的挑战。
这进一步强调了全球必须加强协作，开发有效的 PFAS 污染治理方法，从而确保环境安全并保护公众健康。我们的分析涵盖了不断变化的监管环境以及 PFAS 在 25 个主要应用领域中的普遍性。基于 CAS Content Collection 中的文献，我们确定了出版趋势以及各应用领域中潜在的替代方案。
PFAS 文献中的地理变迁与商业模式
在我们的分析中，我们审查了 CAS Content Collection 中 100 万份文献，这些文献引用了超过 35 万种独特的 PFAS 化合物。时间序列分析显示，过去 70 年间，期刊和专利出版物的数量呈显著上升趋势（见图 3）。尽管全球监管日益严格，但 2:3 的专利与期刊比例表明，PFAS 化合物在各类工业应用中依然被广泛使用。
我们对这些出版物全球分布的分析显示，尽管美国依然占据重要地位，但亚洲国家（尤其是中国和日本）也是 PFAS 研究和应用的关键中心（见图 4）。这一趋势可能是由于这些地区缺乏严格的 PFAS 管控信息所致。此外，欧洲国家的专利出版数量较低，这表明在欧盟可能实施选择性 PFAS 禁令的相关行业中，PFAS 的使用呈下降趋势或有所减少。
通过分析这些地区各行业发表的专利数量，我们评估了 PFAS 在各国的商业用途（见图 5）。值得注意的是，日本在 PFAS 商业应用方面处于领先地位，其次是美国和中国。图 5 中各国专利出版物的时间分析显示，中国是唯一一个 PFAS 相关商业专利数量显著增加的国家，而除韩国外，所有其他国家的商业用途均已放缓。
正如我们将看到的，这些模式反映了 PFAS 在多个行业和应用中的广泛使用，以及各地区监管方法的多样性。
不断变化的 PFAS 监管布局
监管 PFAS 面临着超越简单淘汰的复杂挑战，需要在降低环境和健康风险与维持基本功能之间取得微妙的平衡。由于 PFAS 化合物的多样性、对其毒性、持久性和生物累积性的科学不确定性，以及这些化学品在医疗保健、国防和消防安全等领域的重要作用，监管布局变得更加复杂。
此外，在去除或替换 PFAS 的过程中还存在实际障碍，包括检测限制、修复成本以及在某些关键应用中缺乏合适的替代品。这需要细致的监管方法，优先淘汰非必要用途，同时为那些立即淘汰会造成不可接受的破坏或安全隐患的应用进行谨慎的过渡管理。
过去 15 年间，不同地区已采取行动对 PFAS 进行监管，随着公众对 PFAS 对环境和人类健康影响的担忧日益加剧，相关活动在过去五年中有所增加（见图 6）。
美国法规
美国环保署（EPA）已采取措施，逐步有选择地限制或禁止 PFAS。2023 年，该机构引入了一项新框架，以建立更严格的审查流程：对于暴露风险和环境释放风险可忽略不计的 PFAS，在获得基本的物理化学性质数据并确保其能够妥善处置后，即可进行商业化；对于释放潜力较低但不可忽略的 PFAS，在批准制造前需要进行额外的测试，例如提供毒代动力学数据。
对于可能导致重大环境释放或暴露的 PFAS（如喷涂式防污剂），EPA 通常 禁止 其商业化，除非存在关键的军事需求，否则必须在完成关于物理/化学性质、毒性和环境归趋的广泛测试后方可进行。
EPA 的 2024 年 PFAS 战略路线图 根据《综合环境反应、赔偿和责任法》（CERCLA，通常称为“超级基金法”），将两种使用最广泛且危害最大的 PFAS（PFOA 和 PFOS）及其盐类和结构异构体指定为危险物质。这一指定为工业界、业主和联邦机构带来了多项报告要求和披露义务，使 EPA 能够处理更多受污染场地，采取早期行动，并加快最终的清理工作。
此外，许多州级法规通常要求进行产品通报、制造商和分销商合规认证，并直接禁止某些有意添加 PFAS 的产品类别。加利福尼亚州、缅因州、华盛顿州等地已在各类消费品类别中实施了全面的 PFAS 禁令。
尽管缺乏强有力的联邦法律，但各州法规的差异可能会给企业带来困扰，而这些行动正在推动市场远离 PFAS 化学品。随着公众对这些持久性“永久化学品”的担忧不断增加，越来越多的州正在主动解决这一问题，而不是等待联邦政府的干预。
欧盟 PFAS 法规
与美国相比，欧盟（EU）通常对 PFAS 实施更为严格的限制，其依据是 《斯德哥尔摩公约》。各成员国也已颁布了部分禁令，例如丹麦，自 2026 年 7 月起，在大多数情况下，该国将禁止进口和销售含有 PFAS 的服装、鞋类及其防水剂。
欧洲化学品管理局（ECHA） 估计 ，如果目前的做法持续下去，未来三十年内将有 440 万公吨的 PFAS 被排放到环境中。由于 PFAS 排放具有持久性，这种情况对环境和公众健康构成了重大风险。因此，2023 年，ECHA 与来自丹麦、德国、荷兰、挪威和瑞典的欧洲当局合作，提出了一项提案，旨在 有效禁止 欧洲境内所有符合 OECD 定义的 PFAS（特定豁免情况除外）。
欧盟各机构已收到数千条关于拟议立法的意见，其中包括对潜在失业和供应链中断的担忧。截至本文撰写之时，关于潜在禁令及其任何经济影响的审议仍在继续。
亚太地区法规
《斯德哥尔摩公约》 影响 了亚太地区大部分的 PFAS 法规。包括中国、日本、韩国、澳大利亚和新西兰在内的国家已经禁止或限制了 PFAS 物质。然而，这些国家的监管布局仍在不断演变，其中一些国家正在采取与美国和欧盟类似的前瞻性措施。
按应用划分的 PFAS 使用模式
概述
在对 CAS Content Collection 进行分析时，我们根据 CAS 的主题部分将出版物归类为各种应用。我们根据其较高的专利与期刊比率，将重点缩小到 25 个主要应用领域（见图 7）。
在此基础上，我们对 10 个选定应用领域中的化学物质与科学概念之间的关系进行了深入分析，这些领域是根据其独特的氟含量分布特征以及较高的专利/期刊发表比例筛选出来的。
塑料
PFAS 被 掺入 各种塑料配方中，以赋予其关键的性能，包括增强的耐化学性、热稳定性和降低摩擦力。如图 8 所示，小分子和聚合物是 PFAS 物质的主要类别。
在传统塑料中，PFAS 用作脱模剂和抗粘连添加剂，以防止制造过程中塑料表面之间的粘连。PFAS 已广泛用于塑料食品包装，但人们发现它们 会 迁移到食品中，引发了对人体接触风险的担忧。目前，食品包装已有多种替代方案，例如聚乙烯以及硅树脂和硅油。
为了探索塑料中常用 PFAS 分子的功能，我们分析了关键科学概念与 PFAS 物质的共现情况。如图 8 所示，一些 PFAS 分子，如 1107-00-2（4,4'-(六氟异丙亚基)二邻苯二甲酸酐）和 341-58-2（2,2'-双(三氟甲基)-4,4'-二氨基联苯），在讨论塑料薄膜和光学成像设备的文献中尤为突出。其他分子，如 9011-17-0（六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物）和 25067-11-2（六氟丙烯-四氟乙烯共聚物），则出现在多个应用概念中，例如炭黑掺入、塑料薄膜、涂层材料和膜。
其他应用
在对 CAS Content CollectionTM 中 PFAS 相关文献的分析中，我们考察了众多的工业应用，包括农用化学品生物调节剂；能量存储与转换；摄影与辐射；电子产品，特别是 PFAS 在半导体制造和电池技术中的应用；涂层与油墨；橡胶与合成弹性体；以及制冷与分离物质。小分子是这些应用中的主要物质类别之一，此外还有聚合物和盐类。我们还分析了消费品类别中的 PFAS 物质，包括精油、化妆品以及纺织品与织物。PFAS 在这些领域中应用广泛，但这些类别也拥有最可行的替代材料。
值得注意的是，从文献数量来看，药物是 PFAS 最普遍的应用领域。我们发现了近 56 万份包含 PFAS 参考文献的文档，涉及各种药物、药物载体、药物递送系统及其功能研究。然而，尽管从技术上讲它们符合 OECD 对 PFAS 的定义，但药物应用中的 PFAS 分子通常具有与其它长链 PFAS 分子不同的化学结构。由于药物在医疗中的关键作用以及目前缺乏非氟化替代品，药物也被归类为 PFAS 的“必要用途”。
如需深入探讨这些应用， 请下载完整报告。
淘汰 PFAS 面临的挑战
我们的完整报告对 PFAS 进行了前所未有的分析，提供了数据驱动的视角，从而改变了我们对这一关键化学类别的理解。我们对 CAS Content CollectionTM 的全面审查表明，PFAS 的范畴远比监管和科学讨论中通常所理解的更为庞大且结构更为多样，这对政策制定和转型规划具有重大意义。
我们的分析所揭示的结构-功能关系证明了 PFAS 为何能如此深入地整合到各行各业中——其独特的性质是通过针对应用需求量身定制的特定氟模式而精心设计的。这解释了它们的技术价值以及寻找合适替代品的挑战。
我们的全球监管分析揭示了一个碎片化的格局，其演变速度和方式各不相同。这为跨国运营创造了复杂的合规环境，并表明随着企业适应不同的要求，区域性的制造和创新转移很可能会发生。例如，欧盟的全面方法与美国更为选择性的联邦战略之间的对比，凸显了在应对新兴关注化学品时，预防原则与基于风险的监管之间存在的根本张力。
未来的 PFAS 格局将由技术创新、监管演变和市场转型之间的相互作用所塑造。那些基于对其 PFAS 产品组合的结构性理解，制定全面且针对特定应用策略的组织，将处于最有利的位置来应对这一复杂的转型。那些能够通过基于证据的技术可行性评估，积极参与监管讨论的企业，将有助于塑造更有效的政策方法，在保护环境和公众健康的同时，保留关键技术。
