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。
这些特性使得 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）、医药、塑料、电子产品、消防、化妆品、汽车、航空航天和能源存储等领域。
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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。
为了深入了解 PFAS 在科学出版物中的普及程度，我们在 CAS Content CollectionTM（全球最大的人工标引科学信息库）中进行了基于化学结构的系统性检索。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 年的定义 指南（包括含有至少一个 -CF₃ 或 -CF₂ 基团的化合物），在 CAS Content Collection 中识别出约 2400 万种不同的 PFAS 分子。
- 相比之下，当应用更严格的 美国环境保护署 (U.S. EPA) 定义（要求至少含有两个 -CF₂ 或 -CF₃ 基团）时，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，这意味着更多的产品可能会受到法规影响，或需要通过改变配方来实现其应用所需的性能。通过聚焦于具有既定科学或商业意义的物质，我们分析了出现在超过一百万份科学文献中的 350,000 多种独特化合物。
尽管随着时间的推移，关于 PFAS 减排或修复的出版物数量明显增加（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 减排研究方面表现最为突出且积极，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。
这进一步强调了加强全球合作以开发有效 PFAS 污染治理方法的必要性，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演变的监管环境以及 PFAS 在 25 个主要应用领域中的普及情况。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的潜在替代方案。
PFAS 文献中的地理转移与商业模式
在我们的分析中，我们审查了 CAS Content Collection 中 100 万份引用了超过 350,000 种独特 PFAS 化合物的文献。时间序列分析显示，过去 70 年来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仍被广泛使用。
我们对全球相关出版物的分布分析显示，尽管美国仍占据重要地位，但亚洲国家（尤其是中国和日本）也是 PFAS 研究与应用的关键中心（见图 4）。这一趋势可能源于这些地区缺乏严格的 PFAS 法规。此外，欧洲国家的专利出版数量较少，这表明随着欧盟可能实施选择性 PFAS 禁令，该地区工业对 PFAS 的使用呈下降趋势或有所减少。
通过分析各地区不同行业发布的专利数量，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序分析显示，中国是唯一一个 PFAS 相关商业专利数量显著增长的国家，而除韩国外，其他所有国家的商业应用均有所放缓。
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差异性。
不断变化的 PFAS 监管格局
监管 PFAS 不仅仅是简单的淘汰，还面临着复杂的挑战，需要在降低环境与健康风险的同时，维持其必要功能，这需要精细的平衡。由于 PFAS 化合物种类繁多，加之科学界对其毒性、持久性和生物累积性尚存不确定性，以及这些化学品在医疗、国防和消防安全等领域发挥的关键作用，使得监管格局变得错综复杂。
此外，在去除或替代 PFAS 的过程中还存在实际障碍，包括检测局限性、修复成本以及在某些关键应用中缺乏合适的替代品。因此，监管方法需要更加审慎，优先淘汰非必要用途，同时针对那些立即淘汰会造成不可接受的干扰或安全隐患的应用，进行谨慎的过渡管理。
过去 15 年间，不同地理区域已采取行动监管 PFAS，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，逐步对 PFAS 进行选择性限制或禁止。2023 年，该机构引入了一项新框架，旨在建立更严格的审查流程：对于暴露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可妥善处置后，方可进行商业化；对于释放潜力较低但并非可忽略不计的 PFAS，在批准生产前需进行额外测试，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，否则必须完成关于物理/化学性质、毒性和环境归宿的广泛测试。
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列为危险物质。这一认定促使行业、业主和联邦机构承担多项报告和披露义务，使 EPA 能够处理更多污染场地，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申报、制造商和分销商合规认证，并明确禁止某些故意添加 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中实施了全面的 PFAS 禁令。
企业可能会因各州法规不一而感到困扰，但尽管缺乏强有力的联邦法律，这些行动正在推动市场摆脱 PFAS 化学品。随着公众对这些持久性“永久化学品”的担忧加剧，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
The European Union (EU) generally has more stringent restrictions on PFAS than the U.S. under the Stockholm Convention. Member states have also enacted partial bans, such as Denmark, where the import and sale of clothing, footwear, and their waterproofing agents containing PFAS will be banned in most cases beginning July 2026.
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 万吨 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巨大风险。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经合组织（OECD）定义的 PFAS（特定豁免情况除外）。
欧盟机构已收到数千条关于该拟议立法的意见，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，关于潜在禁令及其经济影响的审议工作仍在进行中。
亚太地区法规
《斯德哥尔摩公约》影响着亚太地区大部分的 PFAS 法规。中国、日本、韩国、澳大利亚和新西兰等国已禁止或限制使用 PFAS 物质。然而，这些国家的监管环境仍在不断演变，其中一些国家正采取积极措施，效仿美国和欧盟的做法。
PFAS 的应用模式
概述
在对 CAS 内容合集（CAS Content Collection）进行分析时，我们根据 CAS 的主题分类将出版物归入各类应用中。基于专利与期刊的高比例，我们将重点缩小至 25 个主要应用领域（见图 7）。
在此基础上，我们针对 10 个精选应用领域进行了深入分析，研究了化学物质与科学概念之间的关系。这些领域是根据其独特的氟含量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，小分子和聚合物是主要的 PFAS 物质类别。
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附。PFAS 已被广泛用于塑料食品包装，并被发现会从包装迁移到食品中，引发了人们对人体暴露风险的担忧。目前，食品包装已有许多替代品，如聚乙烯、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'-(六氟异丙烯)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）在探讨塑料薄膜和光学成像设备的出版物中尤为突出。其他如 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）则出现在碳黑掺入、塑料薄膜、涂层材料和膜等多个应用概念中。
其他应用
在对 CAS 内容合集中 PFAS 相关文献的分析中，我们考察了众多工业应用，包括农用化学品生物调节剂；能源存储与转换；摄影与辐射；电子产品（特别是半导体制造和电池技术中的 PFAS 使用）；涂料与油墨；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精油、化妆品以及纺织品和织物中的 PFAS 物质。PFAS 在这些领域应用广泛，但这些类别也拥有最可行的替代材料。
值得注意的是，从数量上看，医药是文献中最常见的应用领域。我们发现了近 56 万份包含 PFAS 引用的文献，涉及各种药物、药物载体、药物递送系统及其功能研究。然而，医药应用中的 PFAS 分子通常具有与其他长链 PFAS 分子不同的化学结构，尽管它们在技术上符合 OECD 对 PFAS 的定义。由于医药在药物中的关键作用以及目前缺乏非氟化替代品，医药也被归类为 PFAS 分子的“必要用途”。
如需深入探讨这些应用，请下载完整版报告。
逐步淘汰 PFAS 的挑战
我们的完整版报告对 PFAS 进行了前所未有的分析，提供了数据驱动的视角，改变了我们对这一关键化学品类别的理解。我们对 CAS 内容合集的全面审查表明，PFAS 的范畴远比监管和科学讨论中通常认为的要大得多，结构也更多样化，这对政策制定和转型规划具有重大影响。
我们的分析揭示的结构-功能关系证明了 PFAS 为何能如此深入地融入各行各业——其独特的性能是根据应用需求，通过特定的氟模式精心设计的。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，其演变速度和方法各不相同。这为跨国运营带来了复杂的合规环境，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联邦更具选择性的策略之间的对比，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，将处于应对这一复杂转型的最佳位置。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，将有助于制定更有效的政策，在保护环境和公众健康的同时，保留关键技术。
