Sicheres Arbeiten mit Nanomaterialien

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Sicheres Arbeiten mit Nanomaterialien

  1. 1. Bildungsplattform zur Mikro- und Nanotechnologie fürBerufsfach- und Mittelschulen sowie Höhere FachschulenModul „Sicheres Arbeiten mitNanomaterialien“ (Teil I)Datum: Juli 2012Autor: Helmut ElbertSwiss Nano-CubeLerchenfeldstrasse 5, 9014 St.GallenTel. +41 (0) 71 274 72 66, info@swissnanocube.chwww.swissnanocube.ch
  2. 2. Gesundheitsschutz beim Umgang mit Nanomaterialien Gliederung  Nanomaterialien und Arbeitsschutz: wichtige Begriffe (Teil I)  Aufnahmewege beim Menschen (Teil II)  Präventive Schutzmassnahmen (Teil III)© 2012 - Swiss Nano-Cube 1
  3. 3. Nanomaterialien und Gesundheitsschutz 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)© 2012 - Swiss Nano-Cube 2
  4. 4. Nanomaterialien und Gesundheitsschutz Abgrenzung: Nanostäube von Fein- und Ultrafeinstäuben  "Nanostäube" sind Stäube, die granuläre Nanopartikel oder faserförmige Nanoobjekte (Nanofasern, Nanoröhrchen, Nanodraht) im 0.001 μm Grössenbereich von 1 bis 100 nm enthalten. ( = 1 nm)  "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 0.1 μm Werkstoffen. Nanostaub + Ultrafeinstaub  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. 5 μm Feinstaub© 2012 - Swiss Nano-Cube 3
  5. 5. Nanomaterialien und Gesundheitsschutz Begriffsunterschied: Nanopartikel und Ultrafeinstäube (1) 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.)© 2012 - Swiss Nano-Cube 4
  6. 6. Nanomaterialien und Gesundheitsschutz Begriffsunterschied: Nanopartikel und Ultrafeinstäube (2) 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)© 2012 - Swiss Nano-Cube 5
  7. 7. Nanomaterialien und Gesundheitsschutz Übersicht: Nanomaterialien und deren Einteilung (in Anlehnung an die Definition von ISO, Technical Committee 229) Nanomaterialien Nanoobjekte Nanostrukturierte Materialien Material mit 3 Material mit 2 Material mit 1 Nano Dimensionen Dimensionen zw. Dimensionen Kompositezw. 1 u. 100 nm 1 u. 100 nm zw. 1 u. 100 nm Faserförmige (Granuläre) Nanoobjekte Nanopartikel / (Nanofasern, Nanoplättchen -stäbchen in Nanopartikel Nanoröhrchen, Komposit Nanodraht) Beispiel anorg. Beispiel anorg. Bsp.: In SiO einge- Bsp.: Ceroxid 2 Nanopartikel Nanofaser bund. Chitinstäbchen Besondere Relevanz für Arbeitsschutz © 2012 - Swiss Nano-Cube 6
  8. 8. Nanomaterialien und Gesundheitsschutz Übersicht: Nanoobjekte und deren Einteilung Nanoobjekte Material mit 3 Material mit 2 Material mit 1 Dimensionen Dimensionen Dimensionen zw. 1 u. 100 nm zw. 1 u. 100 nm zw. 1 u. 100 nm Faserförmige (Granuläre) Nanoobjekte Nanopartikel (Nanofasern, Nanoplättchen Nanoröhrchen, Nanodraht) Bsp. anorg.Nanopartikel Bsp. Anorg. Nanofaser Bsp.: Ceroxid Besondere Bedeutung für Arbeitsschutz© 2012 - Swiss Nano-Cube 7
  9. 9. Nanostäube, Fein- und Ultrafeinstäube 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. © 2012 - Swiss Nano-Cube 8
  10. 10. Nanomaterialien und Gesundheitsschutz Materialien / Partikel und ihre Grösse in μm Grosse rote Blut- C60 Fulleren Viren Bakterien Pollen Haardurchmesser Moleküle körperchen0.001 μm 0.01 μm 0.1 μm 1 μm 10 μm 100 μm( = 1 nm) einatembarer Staub alveolengängiger Staub Nanopartikel / "Feinstaub" ultrafeine Aerosole © 2012 - Swiss Nano-Cube 9
  11. 11. Nanomaterialien und Gesundheitsschutz 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.© 2012 - Swiss Nano-Cube 10
  12. 12. Nanomaterialien und Gesundheitsschutz Potentielle Gesundheitsgefahren durch NanopartikelFazit: Nanoprodukte können auch gefährlich sein - bisher ist hierüber (noch) zu wenig bekannt. Deshalb ist präventives Handeln angezeigt. © 2012 - Swiss Nano-Cube 11
  13. 13. Aufnahmewege beim Menschen Übersicht: Aufnahmewege für Nanopartikel beim Mensch inhalativ* = über Atemwege u. Lunge oral* = über Magen / Darm dermal* = über die Haut *zuzüglich Kombination(en) der drei Aufnahmewege = Nanopartikel© 2012 - Swiss Nano-Cube 12
  14. 14. Aufnahmewege beim Menschen Nanopartikel: Aufnahme über Atemwege u. Lunge (= inhalativer Aufnahmeweg) 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. © 2012 - Swiss Nano-Cube 13
  15. 15. Aufnahmewege beim Menschen 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. © 2012 - Swiss Nano-Cube 14
  16. 16. Aufnahmewege beim Menschen 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. © 2012 - Swiss Nano-Cube 15
  17. 17. Aufnahmewege beim MenschenEine mögliche Aufnahme von Nanomaterialien in den menschlichenKörper hängt davon ab, wie sie in der Umgebung vorliegen: Nanomaterialien Risiko bzgl. Körperaufnahme Praxisbeispiel ohne Schutzmassnahmen freie Nanopartikel Arbeiten mit (inkl. Agglomerate u. Aggregate) pulverförmigen gross Nanopartikeln Nanopartikel gebunden in Nanopartikel als eine andere Substanz Verstärkung in mässig / gering Kunststoffen Nanopartikel verteilt in einer Flüssigkeit (Suspension) Spray-Applikation, starkes Umrühren gross etc). © 2012 - Swiss Nano-Cube 16
  18. 18. Präventive Schutzmassnahmen Das „STOP-Modell“ 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© 2012 - Swiss Nano-Cube 17
  19. 19. 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).© 2012 - Swiss Nano-Cube 18
  20. 20. Präventive SchutzmassnahmenTechnische 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© 2012 - Swiss Nano-Cube 19
  21. 21. Präventive Schutzmassnahmen Organisatorische Schutzmassnahmen 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)© 2012 - Swiss Nano-Cube 20
  22. 22. Präventive Schutzmassnahmen Personenbezogene Schutzmassnahmen (= Individualschutz) Sie sind notwendig, wenn Aerosolbildung und / oder Hautkontakt durch technische Massnahmen nicht ausgeschlossen werden können:  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)© 2012 - Swiss Nano-Cube 21
  23. 23. Präventive Schutzmassnahmen 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.© 2012 - Swiss Nano-Cube 22
  24. 24. Präventive Schutzmassnahmen Personenbezogene Schutzmassnahmen (2/7) 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.© 2012 - Swiss Nano-Cube 23
  25. 25. Präventive SchutzmassnahmenPersonenbezogene 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.© 2012 - Swiss Nano-Cube 24
  26. 26. Präventive Schutzmassnahmen Personenbezogene Schutzmassnahmen (4/7) Schuhe / Stiefel (Hautschutz):  Sorgfältiges An- und Ausziehen der Schuhe / Stiefel und Überlappung mit dem Schutzanzug ist sehr wichtig.© 2012 - Swiss Nano-Cube 25
  27. 27. Präventive Schutzmassnahmen Personenbezogene Schutzmassnahmen (5/7) 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)© 2012 - Swiss Nano-Cube 26
  28. 28. Präventive Schutzmassnahmen Personenbezogene Schutzmassnahmen (6/7) Allgemeine arbeitshygienische Massnahmen:  Vermeidung gesundheitsschädlicher Arbeitsbedingungen  Schaffung gesundheitsfördernder Arbeitsbedingungen  Gegenstand der Arbeitshygiene: Sämtliche Belastungsfaktoren am Arbeitsplatz (z. B. Gefahrstoffe)© 2012 - Swiss Nano-Cube 27
  29. 29. Präventive Schutzmassnahmen Personenbezogene Schutzmassnahmen (7/7) Hygienemassnahmen:  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.© 2012 - Swiss Nano-Cube 28
  30. 30. Präventive Schutzmassnahmen 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.© 2012 - Swiss Nano-Cube 29

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