Kolnanorör - exponering, toxikologi och skyddsåtgärder i arbetsmiljön. Maria Hedmer Arbets- och miljömedicin Lunds universitet

Transkript

1 Kolnanorör - exponering, toxikologi och skyddsåtgärder i arbetsmiljön Maria Hedmer Arbets- och miljömedicin Lunds universitet

2 Kunskapsöversikt åt AV Rapport 2011:1, Kolnanorör - exponering, toxikologi och skyddsåtgärder i arbetsmiljön Arbetsgrupp Lunds universitet Per Gustavsson (Biologiska institutionen) Maria Hedmer (Arbets- och Miljömedicin) Jenny Rissler (Ergonomi och aerosolteknologi)

3 Disposition Inledning Användning Yrkesmässig exponering Toxikologi Skyddsåtgärder

4 Kol - grafen Vad är kolnanorör? Fysisk likhet med Lager av grafen rullade till rör: asbestfiber Enkelväggiga rör (SWCNT) Flerväggiga rör (MWCNT) 1-3 nm nm ca µm

5 Egenskaper Stor yta relativt sin massa: m 2 /g Låg bulkdensitet: mg/cm 3 Hög hållfasthet Både elektriskt ledande & halvledare Värmeledande Stabila & kan hettas upp till temperaturer >500 C innan de oxiderar & brinner upp

6 Lungdeposition 1,0 Deponerad andel av inhalerat 0,8 0,6 0,4 0,2 Total deposition Alveolar Trachebronchial Head airways Rörets längdaxel parallell med luftflödet ner till alveolerna. Agglomering & aggregering påverkar 0, Partikelstorlek (nm) Långt rör (>5 μm) -ofullständig (frustrerad) fagocytos

7 Global produktion (ton/år) År SWCNT 7 MWCNT 300 Totalt * 9300* *Prognos

8 Användning Blandas i plast, kompositmaterial, gummi Delar till bilar, flygplan, vindkraftverk & sportutrustning Litiumjonbatterier till mobiltelefoner & bärbara datorer Bottenfärg till båtar Flertalet potentiella applikationer Naturlig förekomst i t ex sot

9 Producenter av kolnanorör 40-tal producenter Produceras fr a i Asien Japan, Kina, Korea I Norden bara 1 producent (Norge) I Sverige pågår FoU-arbete på minst 3 företagkompositmaterial till flygindustrin

10 Förekomst i arbetsmiljönexponeringsscenarier Tillverkning (inklusive upprening & funktionalisering) Forsknings- & utvecklingsarbete Tillverkning och bearbetning av produkter innehållande kolnanorör Avfallshantering & återvinning?

11 Exponering vid tillverkning Tillverkas i slutna produktionssystem Ingen exponering Emission i senare led: Manuell överföring Vägning Paketering Städning, underhåll Avfallshantering Bilder från PA Schulte, NIOSH

12 Exponering vid laboratoriearbete Reningsprocess av råmaterial: Vägning Sonikering med ultraljudsbad Kemisk behandling med syror Efterbehandlingar Blandning Skakning Torkning Sprayning Dispersion Funktionalisering Paketering Bilder från Johnson et al. 2010

13 Exponering vid tillverkning & bearbetning av produkter innehållande kolnanorör Tillverkning av Li-jonbatterier (Köhler et al. 2008) Potentiell emission vid varje tillverkningssteg av Li-jon cellen t ex Mekanisk malning av kolnanorör Beredning av elektrodmaterial Mekanisk bearbetning av kompositmaterial Bandsåg (Bello et al. 2009) Borrmaskin (Bello et al. 2010)

14 Exponeringsmätningar i luft I dagsläget vet man inte vilken måttenhet som korrelerar mot toxikologiska effekter Totaldamm Open-face filterkassett Gravimetrisk bestämning Bestämning av antal kolnanorör Provtagning med filterkassett* Analys med SEM/TEM Hittills har endast ett begränsat antal arbetsplatser undersökts *utrustad med elektriskt ledande 50 mm mellanring

15 Exponeringsnivåer (personburet) Arbetsplats (antal prover) Totaldamm median (µg/m 3 ) Fiberkonc. (f/ml) Tillverkning (4) 23 (0,7-53) - - tömning av kärl Tillverkning (1) - ND Forskning (8) -manuell hantering Tillverkning (?) -hantering Paketering (2) damm resp. ND (ND-332) 0,005 (ND-194) 106 (7,8-321) ( ) (80-390)

16 Kolnanorörs toxikologi

17

18 Dos - Effekter Studie Dos (mg/m 3 ) Effekter Pauluhn 0,1 inga 0,4-6 inflammation epitelskador Ma-Hock et al. 0,1 inflammation & lätt granulombildning

19 Typ av kolnanorör Föreslagna hygieniska gränsvärden Hygieniskt nivågränsvärde Referenser MWCNT 2.5 µg/m 3 Nanocyl, 2009 MWCNT 50 µg/m 3 Bayer, 2010 MWCNT 7 µg/m 3 Schulte et al., 2010 kolnanorör 0,01 fiber/cm 3a IFA, 2009 a Riktvärde; ej hälsobaserat

20 Råd och riktlinjer för arbete med kolnanorör Utifrån de nationella organisatioerna NIOSH, HSE, IFA Försiktighetsprincipen bör råda tills man har mer kunskap om toxicitet satt hygieniska gränsvärden Om användning inte kan undvikas, bör en hög grad av eliminationsåtgärder användas för att reducera den yrkesmässiga exponeringen till lägsta möjliga nivå Tekniskt arbetarskydd Personlig skyddsutrustning

21 Tekniskt arbetarskydd Undvika emisson av nanopartiklar till luften genom t ex. inkapslingar, dragskåp, dragbänkar, punktutsug Bilder från CL Gercia, NIOSH Bild från Methner et al. 2008

22 Personlig skyddsutrustning kan behöva användas Andningsskydd (skyddsfaktor 40) Fläktassiterade andningsskydd (P3- filter) Högst skyddsfaktor Mest komfortabelt Halvmask med partikelfilter P3 Används tillsammans med tekniskt arbetarskydd Utbildning + tillpassningstest

23 Skyddsklädsel Skyddshandskar Engånshandskar av nitril verkar vara bäst lämpade för arbete med nanopartiklar Skyddskläder Tillverkade i membranmaterial förhindrar bäst hudexponering Bild från CL Gercia, NIOSH

24 Avfallshantering Avfall innehållande kolnanorör ska klassifcieras och märkas som riskavfall Avfall ska förslutas noggrant Förbränning är att föredra då detta fullständigt oxiderar kolnanorören

25 Frågor?