Phthalate sind Ester aus Phthalsäure und verschiedenen Alkoholen. Eine Reihe von Diestern sind von besonderer praktischer Bedeutung. Dies sind hauptsächlich Diester von Methanol, Ethanol, Butanol, Isobutanol, Isooctanol, 2-Ethylhexanol, Isononanol, Isodecanol und Alfolen mit linearen Ketten. Die Synthese der Phthalate erfolgt im Allgemeinen durch Kombination von Phthalsäureanhydrid und zwei Molekülen des entsprechenden Alkohols.
Verwendet
Phthalatester werden in Nicht-Weichmacher-Produkten wie Parfums und Kosmetika und weichgemachten Produkten wie Vinyl-Schwimmbecken, weichgemachten Vinylsitzen auf Möbeln und in Autos und Kleidung einschließlich Jacken, Regenmänteln und Stiefeln verwendet. Die Hauptverwendung dieser Verbindungen findet sich in der Kunststoffindustrie, die etwa 87 % aller Phthalatester zur Herstellung von „Weich-PVC“ verbraucht. Die restlichen 13 % werden für die Herstellung von Lacken, Dispersionen, Cellulose, Polystyrol, Farben, Synthese- und Naturkautschuk, Schmiermitteln, Polyamiden, Insektenschutzmitteln, Fixiermitteln für Parfüms, Erstarrungsmittel für Sprengstoffe und Arbeitsflüssigkeiten für Hochvakuumpumpen verwendet. Unter den Phthalaten Di-sec-octylphthalat (PDO) und Diisononylphthalat sind die wichtigsten Standardweichmacher.
Dimethylphthalat und kein Englisch (DBP) werden in zahlreichen Industrien, darunter Textilien, Farbstoffe, Kosmetik und Glas, zusätzlich verwendet. Dimethylphthalat ist Farbstoffträger und Weichmacher in Haarspray und Sicherheitsglas. Dibutylphthalat ist nützlich als Insektenschutzmittel für die Imprägnierung von Kleidung und als Weichmacher in Nitrozelluloselacken, Elastomeren, Sprengstoffen, Nagellack und festen Raketentreibstoffen. Es fungiert als Lösungsmittel für Parfümöle, als Fixiermittel für Parfüms und als Gleitmittel für Textilien. Darüber hinaus wird Dibutylphthalat in Sicherheitsglas, Druckfarben, Papierbeschichtungen, Zahnabdruckmaterialien und als Bestandteil von PVC-Plastisol für die Teppichrückenbeschichtung verwendet.
Viele Diallylphthalat-Verbindungen werden unter Militärspezifikation verkauft und für zuverlässige elektrische und elektronische Anwendungen unter langfristigen, widrigen Umgebungsbedingungen verwendet. Diese Verbindungen werden in elektronischen Steckverbindern für Kommunikations-, Computer- und Luft- und Raumfahrtsysteme sowie in Leiterplatten, Isolatoren und Potentiometern verwendet.
Gefahren
Der erste Schritt der Biotransformation der Phthalsäureester ist ihre Spaltung in Monoester. Der nächste Schritt bei Säugetieren ist die Oxidation des verbleibenden Alkohols des Monoesters. Die entsprechenden Ausscheidungsprodukte werden im Urin nachgewiesen.
Phthalate, insbesondere solche mit einer kurzen Alkoholkette, können über die Haut aufgenommen werden. Vierundzwanzig Stunden nach dermaler Anwendung radioaktiver Substanzen Diethylphthalat (DEP) wurden 9 % der Radioaktivität im Urin gefunden, und nach 3 Tagen war das radioaktive Material in verschiedenen Organen nachweisbar. Zwischen Metabolismus und Toxizität der Phthalate scheint ein gewisser Zusammenhang zu bestehen, da die Phthalate mit kurzer Alkoholkette, die eine höhere Toxizität aufweisen, besonders schnell zu Monoestern gespalten werden und viele der toxischen Wirkungen der Phthalate durch die Monoester hervorgerufen werden in den Tierversuchen.
Akute Toxizität. Die akute Toxizität von Phthalaten ist sehr gering und nimmt im Allgemeinen mit steigendem Molekulargewicht ab. In der Literatur wird die mündliche LD50 (Ratte) wird für DBP mit 8 bis 23 g/kg und für DOP mit 30.6 bis 34 g/kg angegeben. Phthalate verursachen bei Kaninchen keine Entzündung der Haut oder der Augen. Fälle von Hautsensibilisierung sind nicht beschrieben, Phthalate sollen jedoch leichte Reizungen der Schleimhäute der Atemwege verursachen. Die Kombination aus geringer Toxizität und niedrigem Dampfdruck impliziert im Allgemeinen nur ein geringes Inhalationsrisiko.
Chronische Toxizität. In subchronischen und chronischen Fütterungsversuchen zeigten Phthalate im Allgemeinen eine relativ geringe Toxizität. Die tägliche Verfütterung von 65 mg DOP/kg Körpergewicht an Ratten zeigte nach 2 Jahren keine Nebenwirkungen. Für andere Phthalate wurden nach Fütterungsversuchen über 1 oder 2 Jahre bei Ratten oder Hunden mit einer Dosis im Bereich von 14 bis 1,250 mg/kg Körpergewicht/Tag keine Nebenwirkungen gemeldet. Nichtsdestotrotz können kürzlich beobachtete Hodenveränderungen und Gewichtszunahmen in der Leber von Ratten nach 0.2-wöchiger Verabreichung von 17 % DOP mit Futter eine Korrektur des „No Adverse Effect Level“ erforderlich machen.
DOP und DBP, die die „No Adverse Effect Levels“ überschritten, führten zu einer Verzögerung der Gewichtszunahme, Leber- und Nierenveränderungen, Veränderungen der Enzymaktivitäten im Lebergewebe und Degeneration der Hoden. Der letzte Effekt kann auf eine Störung des Zinkstoffwechsels zurückgeführt werden. Es konnte jedoch nicht nur durch DBP, sondern auch durch den Monoester und durch DOP provoziert werden. Sowohl DOP als auch der Monoester führten zu ähnlichen Veränderungen des Lebergewebes.
Gemäß dieser Studie sind DOP und das linearkettige Isomer Di-n-Octylphthalat die Verbindungen mit der höchsten kumulativen Toxizität unter den acht getesteten Substanzen. Zwei weitere Phthalsäureester, Bis(2-methoxyethyl)phthalat und Butylcarboxymethylphthalat, hatten eine relativ geringe kumulative Toxizität (Faktor 2.53 bzw. 2.06). Es ist jedoch ungewiss, ob die beobachteten kumulativen Effekte auch bei niedriger Dosierung von Bedeutung sind oder nur unter der Bedingung, dass die Kapazitäten der an der Biotransformation beteiligten Enzyme nicht ausreichen, um nach hochdosierter parenteraler Verabreichung eine ausreichende Eliminationsrate bereitzustellen.
Lokale Reizung. Unverdünntes DOP verursachte weder eine Entzündung der Haut oder des Auges des Kaninchens noch eine Nekrose der Hornhaut. Calley und Mitarbeiter fanden nach intradermaler Injektion eine deutliche Entzündung. Diese Ergebnisse wurden von anderen Autoren nicht bestätigt und sind wahrscheinlich auf die Verwendung ungeeigneter Lösungsmittel zurückzuführen. Das Fehlen einer Reizung des Kaninchenauges wurde jedoch repliziert. Versuche am Menschen (23 Probanden) ergaben keinen Hinweis auf eine Reizung der Rückenhaut nach Kontakt über 7 Tage oder stützen die Vermutung einer Sensibilisierung nach wiederholter Applikation an gleicher Stelle. Sowohl die Resorption der Verbindung durch die intakte Haut als auch die lokale Reizung sind offensichtlich gering.
Toxizität beim Einatmen. In Inhalationsversuchen tolerierten Ratten mit DOP-Dampf gesättigte Luft über 2 h ohne Todesfälle. Bei Verlängerung der Expositionszeit starben alle Tiere innerhalb der folgenden 2 h. In einem anderen Experiment wurde Luft bei 50 °C durch eine DOP-Lösung geleitet und der Dampf gekühlt und einer Inhalationskammer zugeführt. In dieser Kammer wurden Mäuse dreimal pro Woche für 1 h über 12 Wochen dem Dampf ausgesetzt. Alle Tiere haben überlebt. Der histologische Nachweis einer diffusen chronischen Pneumonie bei diesen nach 12 Wochen getöteten Tieren konnte bei einer ausführlichen Untersuchung von 20 Tieren nicht bestätigt werden.
Embryotoxizität und Teratogenität. Mehrere Phthalate sind in hohen Dosen (ein Zehntel der akuten LD50 oder 10 ml/kg DOP intraperitoneal). Die schädliche Wirkung auf den Embryo steigt mit der Löslichkeit der Phthalate. DEP und DOP können den Embryo durch die Plazenta der weiblichen Ratte erreichen. Im Gegensatz zu sechs anderen Phthalaten führten DOP und Di-n-octylphthalat mit linearen Ketten bei den Nachkommen von Sprague-Dawley-Ratten nicht zu Anomalien des Skeletts.
Mutagenität. DOP übertraf im Dominant-Letal-Test an der Maus die Mutagenität von Dimethoxyethylphthalat und zeigte bei einem Drittel, der Hälfte und zwei Dritteln der akuten LD eine deutliche mutagene Wirkung50 wurde gegeben. Teratogene Experimente hatten eine gegensätzliche Rangfolge von Nebenwirkungen gezeigt. Obwohl Ames-Tests, die in vitro auf eine mutagene Aktivität hindeuten, unterschiedliche Ergebnisse zeigten, kann mit diesem Testverfahren von einer schwach mutagenen Aktivität ausgegangen werden. Dieser Effekt könnte ua vom Ausmaß der Esterspaltung in vitro abhängen.
Kanzerogenität. Tierfütterungsversuche mit Ratten und Mäusen haben bei beiden Geschlechtern zu erhöhten Raten hepatozellulärer Veränderungen geführt. Die Humandaten sind für eine Risikobewertung unzureichend; Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) hat DOP jedoch als wahrscheinliches Karzinogen für den Menschen eingestuft.
Menschliche Daten. Nach oraler Aufnahme von 10 g DOP traten bei einem Probanden leichte Magenbeschwerden und Durchfall auf. Ein zweiter Proband verträgt die Aufnahme von 5 g symptomlos. Einige Autoren berichten von fehlender oder nur geringer Reizung der Haut nach lokaler Applikation von DOP bei Probanden. Eine zweite Applikation an der Stelle der vorherigen Applikation ergab keinen Hinweis auf eine Sensibilisierung.
Eine durchschnittliche Expositionszeit von 12 Jahren (Bereich von 4 Monaten bis 35 Jahren) gegenüber Arbeitsraumkonzentrationen zwischen 0.0006 und 0.001 ppm DOP führte weder zu Gesundheitsstörungen noch zu einer erhöhten Rate von Chromosomenaberrationen bei den exponierten Personen. Kunststoffe, die Ester der Phthalsäure – insbesondere DOP als Weichmacher – enthalten, werden in großem Umfang als medizinische Geräte verwendet, beispielsweise als Blutbehälter für die Hämodialyse. Die Problematik einer möglichen direkten intravenösen Aufnahme von Phthalaten beim Menschen ist somit eingehend untersucht worden. In Kunststoffbehältern bei 4 °C gelagerte Blutvorräte zeigten nach 5 Tagen eine DOP-Konzentration von 20 bis 100 mg/21 ml Blut. Dies könnte zu einer DOP-Aufnahme von 300 mg oder 4.3 mg/kg nach einer Ganzkörper-Blutaustauschtransfusion bei einem 70 kg schweren Menschen führen. Theoretische Überlegungen zeigen eine mögliche Aufnahme von 150 mg DOP während einer Hämodialyse von 5 h.
Tabellen zu Phthalaten
Tabelle 1 - Chemische Informationen.
Tabelle 2 - Gesundheitsrisiken.
Tabelle 3 - Physikalische und chemische Gefahren.
Tabelle 4 - Physikalische und chemische Eigenschaften.