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Swiss Nano-Cube
Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St.Gallen
Tel. +41 (0) 71 274 72 66, info@swissnanocube.ch
www.swissnanocube.ch
Bildungsplattform zur Mikro- und Nanotechnologie für
Berufsfach- und Mittelschulen sowie Höhere
Fachschulen
Modul „Sicheres Arbeiten mit
Nanomaterialien“ (Teil I)
Datum: Juli 2012
Autor: Helmut Elbert
© 2012 - Swiss Nano-Cube
Gesundheitsschutz beim Umgang mit Nanomaterialien
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Gliederung
Nanomaterialien und Arbeitsschutz: wichtige Begriffe (Teil I)
Aufnahmewege beim Menschen (Teil II)
Präventive Schutzmassnahmen (Teil III)
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Begriffe und Definitionen Nanomaterialien sind beabsichtigt hergestellte Materialien, die
a) entweder in ein, zwei oder drei Dimensionen nanoskalig* sind (Nanoobjekte)
b) oder deren innerer bzw. äusserer Aufbau nanoskalige Strukturen aufweist
(nanostrukturierte Materialien).
Nanoobjekte mit 3 Aussenmassen (= Dimensionen) im Nanomassstab werden als
Nanopartikel bezeichnet.
Für den Arbeitsschutz besonders relevant sind Stäube, die granuläre
Nanopartikel oder faserförmige Nanoobjekte (Nanofasern, Nanoröhrchen,
Nanodraht) enthalten.
Nanopartikel können sich durch stärkere bzw. schwächere Bindungskräfte zu
Aggregaten bzw. Agglomeraten zusammenlagern.
* nanoskalig = Dimensionen zwischen 1 und 100 Nanometern (Abk. nm)
Nanomaterialien und Gesundheitsschutz
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"Nanostäube" sind Stäube, die granuläre Nanopartikel oder
faserförmige Nanoobjekte (Nanofasern, Nanoröhrchen, Nanodraht)
im Grössenbereich von 1 bis 100 nm enthalten.
"Ultrafeine Stäube" enthalten ebenfalls Partikel im Grössenbereich
von 1 bis 100 nm. Sie entstehen jedoch im Gegensatz zu
Nanostäuben unabsichtlich, z. B. bei thermischen Prozessen (u. a.
Schweissprozesse) oder der mechanischen Bearbeitung von
Werkstoffen.
Für den Begriff „Feinstaub“ gibt es verschiedene Definitionen. Der
Begriff "Feinstaub" wurde im Arbeitsschutz durch den Begriff
„alveolengängige Staubfraktion“ („a-Staub“ steht für den Massenanteil
der inhalierbaren Partikel, der bis in die Alveolen vordringt) ersetzt.
Abgrenzung: Nanostäube von Fein- und Ultrafeinstäuben
5 μm
0.001 μm ( = 1 nm)
0.1 μm
Feinstaub
Nanostaub +
Ultrafeinstaub
Nanomaterialien und Gesundheitsschutz
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Ultrafeinstäube (Partikelgrösse 1 bis 100 nm) …
werden nicht gezielt hergestellt; sie entstehen als Nebenprodukt
aus (thermischen) Prozessen.
werden durch Menschen verursacht.
Beispiele: Metallverarbeitung, Verbrennungsmotoren, Heizungen
stammen aus natürlichen Quellen.
Beispiele: Vulkanasche, Waldbrände, Wirbelstürme
Bestehen aus einem komplexen Gemisch von chemischen
Substanzen (Metalle, Kohlenwasserstoffe, Inertmaterialien etc.)
Begriffsunterschied: Nanopartikel und Ultrafeinstäube (1)
Nanomaterialien und Gesundheitsschutz
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Nanopartikel (Partikelgrösse 1 bis 100 nm) …
werden gezielt hergestellt.
haben besondere Eigenschaften u. Funktionen auf Grund der
Nanometer-Grösse. Sie haben z.B. eine andere Farbe als
dasselbe Material in Mikroform (z.B. Gold) oder sie sind viel
reaktionsfreudiger (pyrophores Eisen).
können sich durch stärkere bzw. schwächere Bindungskräfte zu
Aggregaten bzw. Agglomeraten zusammenlagern.
Beispiele: Industrie-Russ, Titandioxid, Zinkoxid, Carbon-
Nanotubes (CNT)
Begriffsunterschied: Nanopartikel und Ultrafeinstäube (2)
Nanomaterialien und Gesundheitsschutz
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Faserförmige Nanoobjekte (Nanofasern,
Nanoröhrchen, Nanodraht)
Nanoplättchen
N a n o o b j e k t e
Material mit 3 Dimensionen
zw. 1 u. 100 nm
Material mit 2 Dimensionen zw.
1 u. 100 nm
Material mit 1 Dimensionen
zw. 1 u. 100 nm
Bsp.: Ceroxid Beispiel anorg. Nanofaser
Beispiel anorg. Nanopartikel
Besondere Relevanz für Arbeitsschutz
N a n o m a t e r i a l i e n
N a n o s t r u k t u r i e r t e M a t e r i a l i e n
Nano Komposite
(Granuläre) Nanopartikel
Bsp.: In SiO einge-
bund. Chitinstäbchen2
Nanopartikel / -stäbchen in
Komposit
Übersicht: Nanomaterialien und deren Einteilung (in Anlehnung an die Definition von ISO, Technical Committee 229)
Nanomaterialien und Gesundheitsschutz
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(Granuläre) Nanopartikel
Faserförmige Nanoobjekte (Nanofasern,
Nanoröhrchen, Nanodraht)
Nanoplättchen
N a n o o b j e k t e
Material mit 3 Dimensionen
zw. 1 u. 100 nm
Material mit 2 Dimensionen
zw. 1 u. 100 nm
Material mit 1 Dimensionen
zw. 1 u. 100 nm
Bsp.: Ceroxid Bsp. Anorg. NanofaserBsp. anorg.Nanopartikel
Besondere Bedeutung für Arbeitsschutz
Übersicht: Nanoobjekte und deren Einteilung
Nanomaterialien und Gesundheitsschutz
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Nanostäube, Fein- und Ultrafeinstäube
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Was versteht man unter Feinstaub ?
Staub ist ein natürlicher Bestandteil der Luft und damit so gut wie überall präsent. Je nach Größe der Staubteilchen (Partikel) spricht man von, Feinstaub oder ultrafeinem Staub.
Feinstaub PM10, der kleiner als 10 Mikrometer ist, gelangt bis in den oberen Bereich der Lunge.
Feinstaub PM2,5, der kleiner als 2,5 µm ist, dringt tief bis in die Atemwege zu den Bronchiolen vor.
Ultrafeinstaub PM0,1 ist kleiner als 0,1 µm und kann sogar in die Lungenbläschen eindringen.
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0.001 μm ( = 1 nm)
0.01 μm 0.1 μm 1 μm 10 μm 100 μm
HaardurchmesserPollenrote Blut-
körperchenBakterienVirenGrosse MoleküleC Fulleren60
einatembarer Staub
alveolengängiger Staub "Feinstaub"Nanopartikel /
ultrafeine Aerosole
Materialien / Partikel und ihre Grösse in μm
Nanomaterialien und Gesundheitsschutz
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Nanopartikel und ultrafeine Aerosole sind allgegenwärtig . . . einige Beispiele aus der Praxis (10 - 100 nm)
Nanomaterialien und Gesundheitsschutz
Ort der Messung Partikelzahl pro cm3 Luft
geschlossene Räume 1.000 – 10.000
industrielle Arbeitsplätze 5.000 – 100.000
stark befahrene Strasse bis zu 100.000
am Ofen einer Bäckerei bis zu 640.000
im Zigarettenrauch bis zu 1.000.000
in Dieselmotorabgasen bis zu 10 Mrd.
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Potentielle Gesundheitsgefahren durch Nanopartikel
Vergiftungsgefahr bei Reinigungsspray "Magic Nano"
- Produkt wurde kurzfristig bei Penny verkauft
Zwei Reinigungssprays, siw kuezfristig beim Discounter Penny im Angebot waren, sind wegen
möglicher Gesundheitsgefahren aus dem Handel genommen worden. Es handelt sich dabei um
die Produkte "Magic Nano Bad- und WC-Versiegeler" und "Magic Nano Glas- und Keramik-
Versiegeler", wie der Hersteller Kleinmann in Sonnenbühl mitteilte. Die Produkte führten
möglicherweise zu einer Reizung der Atemwege und könnten unter Umständen zur Atemnot
führen. Gesundheitsgefahren könnten daher nicht "restlos" ausgeschlossen werden.
Gesundheit: Umweltbundesamt warnt vor
Nanotechnologie Mittwoch, 21.10.2009, 08:45
dpa Nanotechnologie macht´s möglich: Honig
perlt vom Löffel ab. Das Umweltbundesamt (UBA) warnt angesichts
unerforschter Risiken vor einer sorglosen Verwendung
von Nanoteilchen
Nanomaterialien und Gesundheitsschutz
Fazit: Nanoprodukte können auch gefährlich sein - bisher ist hierüber (noch) zu wenig bekannt. Deshalb ist präventives Handeln angezeigt.
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Übersicht: Aufnahmewege für Nanopartikel beim Mensch
inhalativ* = über Atemwege u. Lunge
oral* = über Magen / Darm
dermal* = über die Haut
= Nanopartikel*zuzüglich Kombination(en) der drei Aufnahmewege
Aufnahmewege beim Menschen
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Nanopartikel werden hauptsächlich über die
Atemwege aufgenommen.
Inhalierte Nanopartikel besitzen die Fähigkeit,
Gewebe zu durchdringen. So können sie über die
Alveolen (= Lungenbläschen) der Lunge direkt in
den Blutkreislauf und von dort in sekundäre
Zielorgane (z. B. die Nieren) gelangen.
Die Lunge ist das kritischste Organ bei der
Aufnahme von Nanopartikeln in den Körper.
Im Tierversuch wurde gezeigt, dass über das
Epithel der Riechschleimhaut aufgenommene
Nanopartikel bis in das Gehirn gelangen können.
Nanopartikel: Aufnahme über Atemwege u. Lunge (= inhalativer Aufnahmeweg)
Aufnahmewege beim Menschen
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Aufnahme über den Magen / Darm (= oraler Aufnahmeweg)
Nanopartikel können auch über die Schleimhäute des
Magen-Darm-Traktes aufgenommen werden.
Auch hier gilt: Je kleiner die Partikel sind, desto
grösser ist die Wahrscheinlichkeit, dass es zu einer
Ablagerung der aufgenommenen Partikel in
bestimmten Geweben und Organen und zur
Schädigung derselben kommen kann.
Ist die Darmbarriere infolge entzündlicher
Erkrankungen in seiner Funktion beeinträchtigt,
können die Transportraten durchaus höher liegen, als
bei einem gesunden Darm.
Aufnahmewege beim Menschen
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Aufnahme über die Haut ( = dermaler Aufnahmeweg)
Das gesundheitliche Risiko einer
Aufnahme von staubförmigen
Nanopartikeln über die Haut wird derzeit
als gering beurteilt.
Die gesunde Haut scheint eine wirksame
Barriere gegen das Eindringen von
Nanopartikeln zu sein.
Aufnahmewege beim Menschen
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Aufnahmewege beim Menschen
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Nanomaterialien
freie Nanopartikel (inkl. Agglomerate u. Aggregate)
Nanopartikel gebunden in eine andere Substanz
Nanopartikel verteilt in einer Flüssigkeit (Suspension)
Eine mögliche Aufnahme von Nanomaterialien in den menschlichen Körper hängt davon ab, wie sie in der Umgebung vorliegen:
Praxisbeispiel
Arbeiten mit pulverförmigen Nanopartikeln
Nanopartikel als Verstärkung in Kunststoffen
Spray-Applikation, starkes Umrühren etc).
Risiko bzgl. Körperaufnahme ohne Schutzmassnahmen
gross
mässig / gering
gross
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Substitution: Gesundheitsgefährdende Stoffe durch harmlosere ersetzen.
Technische Schutzmassnahmen: (= Kollektivschutz): Zum Erfassen, Begrenzen u. Abführen gefährlicher Gase, Dämpfe, Stäube.
Organisatorische Schutzmassnahmen: z. B. Minimierung der Expositionszeiten, Zugangsbeschränkung etc.
Personenbezogene Schutzmassnahmen: (Individualschutz):z. B. Verwendung persönlicher Schutzausrüstung
Das „STOP-Modell“
Präventive Schutzmassnahmen
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Substitution= Gesundheitsgefährdende Stoffe werden durch
harmlosere ersetzt.
Beispiele:
Ersatz pulverförmiger Nanopartikel-
Zubereitungen durch solche, die Nanopartikel
gebunden enthalten und damit eine Freisetzung
erschweren (Dispersionen, Pasten, Granulate,
Compounds etc.).
Ersatz von Sprühanwendungen durch
aerosolarme Verfahren (Streichen, Tauchen).
Präventive Schutzmassnahmen
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Technische Schutzmassnahmen (= Kollektivschutz)
Verwenden von geschlossenen Apparaturen u.
Materialien-Transfersystemen
Absaugen von Stäuben oder Aerosolen direkt an der
Quelle
Raumlüftung und Abluftfiltersystem für abgesaugte
Luft vorsehen (HEPA-Filter H14), keine Abluft-
Rezirkulation
Abtrennung von Arbeitsbereichen (Separaträume) und
Anpassung der Raumlüftung (leichter Unterdruck)
Reinigung nur durch Aufsaugen mit geeigneten
Geräten oder feucht aufwischen, kein Abblasen
Präventive Schutzmassnahmen
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Beispiele:
Minimieren der Expositionszeit
Minimieren der Anzahl exponierter Personen
Entstehen von Stäuben oder Aerosolen vermeiden
Beschränkung des Zugangs
Unterweisen des Personals über Gefahren und Schutzmassnahmen (Betriebsanweisungen)
Organisatorische Schutzmassnahmen
Präventive Schutzmassnahmen
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Partikelfiltrierender Atemschutz (mindestens Filtertyp FFP2 gemäss SUVA)
Schutzhandschuhe (bei Einweghandschuhen wird ein Übereinandertragen von 2 Handschuhen empfohlen)
Geschlossene, gut sitzende Schutzbrille
Schutzbekleidung mit Kapuze (non woven)
Arbeitshygienemassnahmen (siehe Folien 11 und 12)
Personenbezogene Schutzmassnahmen (= Individualschutz)
Sie sind notwendig, wenn Aerosolbildung und / oder Hautkontakt durch
technische Massnahmen nicht ausgeschlossen werden können:
Präventive Schutzmassnahmen
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Personenbezogene Schutzmassnahmen (1/7)
Augenschutz:
Mindestens eine dicht schliessende Schutzbrille
verwenden (z. B. Korbbrille)
Vollmasken bieten besseren Schutz:
sie umschliessen das ganze Gesicht
schützen gleichzeitig auch die Augen
Als Folge der verbesserten Abdichtung
zwischen Gesicht und Maske resultiert
gleichermassen der bessere nominelle
(Atem-)Schutzfaktor.
Präventive Schutzmassnahmen
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Atemschutz:
Wenn die Freisetzung von Nanopartikeln (als Staub
oder Aerosol) nicht verhindert werden kann, zusätz-
lich zu den technischen Massnahmen (siehe dort)
eine Atemschutzmaske tragen
(mindestens Halbmaske, Filterklasse 3; sie
umschliesst Mund, Nase und Kinn).
Dichtsitz der Maske speziell bei Bartträgern kontrollieren.
Personenbezogene Schutzmassnahmen (2/7)
Präventive Schutzmassnahmen
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Personenbezogene Schutzmassnahmen (3/7)
Handschuhe (Hautschutz) Sorgfältiges An- und Ausziehen der Handschuhe und
Überlappung mit dem Schutzanzug ist sehr wichtig.
Bei direktem Kontakt mit Nanopartikeln (fest, flüssig
oder staubförmig)
- möglichst zwei Schichten von Handschuhen
übereinander tragen (z. B. Latex- +
Chemiehandschuhe oder
- zwei Einweghandschuhe übereinander tragen;
dabei das Handschuhmaterial entsprechend den
jeweiligen Chemikalien wählen.
Die richtige Handhabung der Handschuhe ist wichtiger
als die Durchdringzeit des Handschuhmaterials für
Nanopartikeln.
Präventive Schutzmassnahmen
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Personenbezogene Schutzmassnahmen (4/7)
Schuhe / Stiefel (Hautschutz):
Sorgfältiges An- und Ausziehen der Schuhe / Stiefel und Überlappung mit dem Schutzanzug ist sehr wichtig.
Präventive Schutzmassnahmen
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Schutzanzug (Hautschutz):
Langärmeliger Schutzanzug aus Membranmaterial
(non-woven oder Vlies, z. B. Tyvek®) mit Kapuze
verwenden; gewobene Stoffe sind zu vermeiden
Sorgfältiges An- und Ausziehen der Handschuhe und
Überlappung mit dem Schutzanzug ist sehr wichtig
Gleichermassen wichtig ist das richtige An- und
Ausziehen des Schutzanzugs (siehe Video:
http://www.youtube.com/watch?v=qPWKHhmGqYc)
Personenbezogene Schutzmassnahmen (5/7)
Präventive Schutzmassnahmen
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Allgemeine arbeitshygienische Massnahmen:
Vermeidung gesundheitsschädlicher
Arbeitsbedingungen
Schaffung gesundheitsfördernder Arbeitsbedingungen
Gegenstand der Arbeitshygiene: Sämtliche
Belastungsfaktoren am Arbeitsplatz (z. B. Gefahrstoffe)
Personenbezogene Schutzmassnahmen (6/7)
Präventive Schutzmassnahmen
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Personenbezogene Schutzmassnahmen (7/7)
technische u. arbeitsmedizinische Massnahmen zum Abbau von Belastungen durch Arbeitsstoffe und -mittel
saubere Arbeitsplätze, -geräte und -kleidung, geschützte Aufbewahrung der beruflich nicht eingesetzten Kleider (= Ausgangskleider)
persönliche Hygienemassnahmen einschliesslich Hautschutz und Hautpflege (geeignete Waschgelegenheiten und -mittel etc.)
besondere Schutzmassnahmen bei Tätigkeiten mit gefährlichen Stoffen.
Hygienemassnahmen:
Präventive Schutzmassnahmen
© 2012 - Swiss Nano-Cube 30
FAZIT:
Die bisher vorliegenden Untersuchungsergebnisse zum Thema Arbeits- und Gesundheitsschutz beim Umgang mit Nanomaterialien zeigen, dass die gegen Stäube üblichen Schutzmassnahmen auch gegenüber Nanopartikeln wirksam sind.
Präventive Schutzmassnahmen
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