Kolnanorör - exponering, toxikologi och skyddsåtgärder i arbetsmiljön Maria Hedmer Arbets- och miljömedicin Lunds universitet
Kunskapsöversikt åt AV Rapport 2011:1, Kolnanorör - exponering, toxikologi och skyddsåtgärder i arbetsmiljön www.av.se/publikationer/rapporter/ Arbetsgrupp Lunds universitet Per Gustavsson (Biologiska institutionen) Maria Hedmer (Arbets- och Miljömedicin) Jenny Rissler (Ergonomi och aerosolteknologi)
Disposition Inledning Användning Yrkesmässig exponering Toxikologi Skyddsåtgärder
Kol - grafen Vad är kolnanorör? Fysisk likhet med Lager av grafen rullade till rör: asbestfiber Enkelväggiga rör (SWCNT) Flerväggiga rör (MWCNT) 1-3 nm 10-200 nm ca 10-100 µm
Egenskaper Stor yta relativt sin massa: 300-1300 m 2 /g Låg bulkdensitet: 1-100 mg/cm 3 Hög hållfasthet Både elektriskt ledande & halvledare Värmeledande Stabila & kan hettas upp till temperaturer >500 C innan de oxiderar & brinner upp
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 0,0 1 10 100 1000 10000 100000 Partikelstorlek (nm) Långt rör (>5 μm) -ofullständig (frustrerad) fagocytos
Global produktion (ton/år) År 2000 2010 2015 SWCNT 7 MWCNT 300 Totalt 307 710* 9300* *Prognos
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
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
Förekomst i arbetsmiljönexponeringsscenarier Tillverkning (inklusive upprening & funktionalisering) Forsknings- & utvecklingsarbete Tillverkning och bearbetning av produkter innehållande kolnanorör Avfallshantering & återvinning?
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
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
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)
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
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) - 1340 (290-2390) - 235 (80-390)
Kolnanorörs toxikologi
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
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
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
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
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
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
Avfallshantering Avfall innehållande kolnanorör ska klassifcieras och märkas som riskavfall Avfall ska förslutas noggrant Förbränning är att föredra då detta fullständigt oxiderar kolnanorören
Frågor?