Sicheres Arbeiten mit Nanomaterialien

Swiss Nano-Cube

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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)

© 2012 - Swiss Nano-Cube 3

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


"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



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)



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)



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


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)


http://www.nanas-kleine-welt.de/wp-content/uploads/2010/03/02_Nanofasern_calciniert_7000x_EN.jpg


(Granuläre) Nanopartikel

Faserförmige Nanoobjekte (Nanofasern,

Nanoröhrchen, Nanodraht)

Nanoplättchen

N a n o o b j e k t e


zw. 1 u. 100 nm


zw. 1 u. 100 nm


zw. 1 u. 100 nm

Bsp.: Ceroxid Bsp. Anorg. NanofaserBsp. anorg.Nanopartikel

Besondere Bedeutung für Arbeitsschutz

Übersicht: Nanoobjekte und deren Einteilung


http://www.nanas-kleine-welt.de/wp-content/uploads/2010/03/02_Nanofasern_calciniert_7000x_EN.jpg


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.


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



Nanopartikel und ultrafeine Aerosole sind allgegenwärtig . . . einige Beispiele aus der Praxis (10 - 100 nm)


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.


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


Fazit: Nanoprodukte können auch gefährlich sein - bisher ist hierüber (noch) zu wenig bekannt. Deshalb ist präventives Handeln angezeigt.

http://p4.focus.de/img/gen/5/6/1256108742_nanao_22748098_1158422_4_dpa_Pxgen_r_700xA.jpg


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


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)



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.



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.




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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


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


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).



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



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



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:



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.



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.





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.




Schuhe / Stiefel (Hautschutz):

Sorgfältiges An- und Ausziehen der Schuhe / Stiefel und Überlappung mit dem Schutzanzug ist sehr wichtig.



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)




Allgemeine arbeitshygienische Massnahmen:

Vermeidung gesundheitsschädlicher

Arbeitsbedingungen

Schaffung gesundheitsfördernder Arbeitsbedingungen

Gegenstand der Arbeitshygiene: Sämtliche

Belastungsfaktoren am Arbeitsplatz (z. B. Gefahrstoffe)





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:



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.


Documents

Sicheres Arbeiten mit Nanomaterialien