Trabajos con nanomateriales

ABSTRACT

En esta ponencia, se recogen aspectos relacionados con el trabajo con nanomateriales tales como la terminología utilizada, las propiedades, la utilización de este tipo de materiales, toxicología, los riesgos a los que se pueden encontrar expuestos los trabajadores y las medidas para su control.

Palabras clave: evaluación, control.

INTRODUCCIÓN

La investigación sobre nanomateriales se está incrementando a pasos agigantados y presenta unos resultados con una perspectiva de aplicación que parece casi ilimitada, al menos, desde el punto de vista teórico. La transferencia del fruto de esta investigación a aplicaciones tanto comerciales como para la industria, se realiza más despacio. También se está investigando el posible daño que la utilización de los nanomateriales puede presentar para la salud de los trabajadores, de los ciudadanos en general y sobre el medio ambiente; queda un largo camino para conocer con detalle estos posibles efectos, por lo que hay que ser cautos con el uso de estos materiales y utilizar las oportunas medidas preventivas para realizar los trabajos de un modo seguro.

TERMINOLOGIA

Nano significa ‘una milmillonésima (10-9) parte’ y se aplica a nombres de unidades de medida para designar el submúltiplo correspondiente, así un nanometro será la milmillonésima parte de un metro o 10-9 m.

Nanoescala aquella que tiene una o mas dimensiones en el rango entre 1 y 100 nm.

Nanoestructurado, el que tiene una estructura a nivel de Nanoescala. Agregados y aglomerados de nanopartículas son ejemplos de partículas nanoestructuradas.

Los nanomateriales son materiales con propiedades morfológicas, entre 1 y 100 nanometros, en al menos una de sus dimensiones. Así se tiene con tres dimensiones los nanocristales y fullerenos, con dos los nanotubos y los nanohilos y con una sola dimensión las películas finas o los recubrimientos superficiales.

Se entiende por nanopartícula, la partícula con al menos una de sus dimensiones en el rango nanométrico entre 1 y 100 nanometros. Existen nanopartículas de origen natural y otras producidas intencionalmente mediante la nanotecnología bien tratando materiales de escala convencional mediante técnicas descendentes o “top-down”, o bien partiendo de otros a escala inferior (átomos o moléculas) con técnicas ascendentes o “bottom-up”. Comercialmente las nanopartículas se las encuentra como tal o formando agregados y aglomerados.
El término nanotecnología engloba aquellos campos de la ciencia y de la tecnología que se aplican al nivel de nanoescala, es decir entre 1 y 100 nm.

Estos y otros términos relacionados vienen recogidos en el informe ISO TS/27687 y en el vocabulario de nanopartículas de BSI [1].

PROPIEDADES Y UTILIZACIÓN DE LOS NANOMATERIALES

Los nanomateriales y las nanopartículas presentan algunas propiedades muy diferentes de las de estos a escala mayor convencional o a granel, lo que les confiere un gran interés científico.

También con la incorporación de concentraciones pequeñas de nanopartículas a otros materiales se puede cambiar o mejorar las propiedades de estos.

Así se pueden conseguir mejoras en sus propiedades mecánicas, ópticas, eléctricas magnéticas, químicas etc., lo que los puede hacer útiles en muchos procesos industriales o para la obtención de bienes de consumo.

De igual forma hay que considerar que esta variación en sus propiedades hace difícil la estimación de sus potenciales riesgos sobre la salud.

Entre los nanomateriales más utilizados, están los que contiene carbón (nanotubos de carbón, fulerenos), metales (Ag y Au) y óxidos (SiO₂, TiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, Fe₃O₄).

Prácticamente existen aplicaciones en sectores de actividad tales como automóvil, aeronáutica, naval, medicina, farmacia, alimentación, electrónica, plásticos, textil. producción y distribución de energía etc.

Actualmente existen en el mercado del orden de 800 productos fabricados mediante esta tecnología. Los analistas de mercado estiman para el año 2014 la creación de 10 millones de empleos con un mercado mundial para las nanotecnologías por un valor entre 1050 millones y 2,8 billones de dólares estadounidenses [2].

TOXICOLOGÍA

Las propiedades diferenciadas de los nanomateriales está predominantemente asociada a su naturaleza nanoestructurada que le confiere una elevada relación superficie/tamaño en relación con los mismos materiales a macroescala. También esto provoca un aumento de la reactividad lo que suele ir asociado con un aumento de la toxicidad. Estudios experimentales en ratas muestran que con dosis similares las nanopartículas presentan efectos más fuertes que las de tamaño mayor y similar composición, produciendo inflamación pulmonar y tumores en el pulmón; estudios realizados en trabajadores expuestos a diversos tipos de nanopartículas presentan efectos adversos en el pulmón aunque los resultados son imprecisos, recomendando continuar investigando las caraterísticas químicas y físicas de las nanopartículas determinantes de su potencial peligrosidad [3]. En la actualidad solo disponemos de datos toxicológicos limitados. Los estudios realizados acaban en conclusiones contradictorias. La medida de la masa/volumen usualmente utilizada en los ensayos toxicológicos para caracterizar la toxicidad de las sustancias, se muestra poco adecuada para explicar la toxicidad de las nanopartículas, aconsejando para estos materiales mediciones que consideren el área superficial/volumen] [4] [5].

La vía respiratoria es la principal vía de entrada al organismo. Las nanopartículas se pueden depositar en todas las regiones del tracto respiratorio incluyendo la parte más interna, pueden incluso atravesar las membranas celulares, así como por la sangre llegar a otros órganos del cuerpo.

La vía dérmica puede ser una vía de entrada importante, dadas las características propias de las nanopartículas y que por su tamaño pueden atravesar las membranas celulares.

La vía digestiva es una vía de entrada menos importante y asociada a malos hábitos de trabajo o higiénicos.

RIESGOS PARA LA SALUD

El riesgo aparecerá por la presencia de los posibles agentes químicos (nanopartículas en este caso) en el medio ambiente laboral, entre ellos tendremos los siguientes:

Riesgos de acccidente. El principal es la exposición accidental a elevadas concentraciones de nanopartículas como consecuencia de la emisión incontrolada por derrames, roturas etc. Por otra parte se ha de considerar el riesgo de incendio o explosión que también se ve incrementado con respecto al que presentan las partículas de mayor tamaño debido al gran aumento de su superficie, sin descartar que en algunos casos las nanopartículas puedan actuar como catalizadores aumentando la velocidad de reacción y en otros reduciendo la temperatura de inflamación.

Riesgos higiénicos. El más importante es la exposición a nanopartículas por vía respiratoria, el de exposición por vía dérmica puede ser importante y el de exposición por vía digestiva es menos significativo ya que es fácil de reducirsimplemente controlando los malos hábitos de trabajo.

EVALUACIÓN DEL RIESGO DE EXPOSICIÓN

En el mercado se encuentran equipos de medida de la concentración ambiental de las nanopartículas que muestran las concentraciones de masa por unidad de volumen para las diferentes fracciones (respirable, inhalable y torácica). Los estudios toxicológicos recomiendan la medición de otros parámetros como son el área superficial o el número de partículas por unidad de volumen, por lo que en el mercado existen otros equipos con estas unidades de medida aunque resulta complicado evaluar la exposición personal de los trabajadores [6] aconsejando realizar una estrategia adecuada para relacionar el muestreo estático con la exposición personal.

En la actualidad no existen valores límite ambientales con los que poder comparar los resultados obtenidos de las mediciones realizadas, por lo que pueden resultar útiles los métodos simplificados de evaluación del tipo control banding [7][8] que utilizan otros parámetros conocidos para realizar la evaluación como son el tamaño de partícula, información toxicológica, frecuencia de utilización etc.

CONTROL DE LA EXPOSICIÓN

Los principios de actuación son los mismos que para el caso de partículas de mayor tamaño, no obstante, teniendo en cuenta la gran velocidad de difusión de las nanopartículas así como su poca velocidad de sedimentación, lo que hace que las nanopartículas alcancen cualquier punto de los locales de trabajo y permanezcan dispersas en el medio ambiente más tiempo que otras de mayor tamaño haciendo más difícil su eliminación, así como el insuficiente conocimiento de sus efectos sobre la salud y la falta de valores límites ambientales, hace aconsejable extremar el principio de precaución.

Para reducir la exposición se puede actuar sobre el propio agente contaminante, sobre las instalaciones y procesos, y sobre los locales y métodos de trabajo, utilizando las siguientes técnicas de control y respetando el siguiente orden de prioridad [9] [10].

Eliminación. Sustitución total del agente, sustitución del proceso, redistribución de los locales y sobre el método de trabajo automatizando, robotizando y mediante control remoto.

Reducción. Por sustitución parcial o cambio de presentación del agente, modificación del proceso de trabajo y realizando un correcto mantenimiento preventivo de las instalaciones, manteniendo un orden y limpieza adecuado de los locales de trabajo y finalmente con buenas prácticas de trabajo y la preceptiva información, formación, motivación y supervisión de los trabajadores.

Aislamiento. Cerramiento o separación de los procesos e instalaciones, instalación de cabinas de seguridad y segregación de los departamentos sucios.

Ventilación. Instalando sistemas de extracción localizada o del tipo push-pull en los procesos o instalaciones donde puedan haber emisiones o desprendimiento de partículas, completando con una buena ventilación general de los locales por dilución e instalando duchas y cortinas de aire y finalmente utilizar herramientas que lleven incorporada extracción localizada en aquellos casos que por su uso puedan desprenderse partículas.

Impedir la exposición. Instalando cabinas para los trabajadores y reduciendo el horario de trabajo.

Protección individual. Utilizar equipos de protección individual (EPI) de vías respiratorias, Guantes y ropa de trabajo. En general utilizando sistemas de ventilación localizada, complementadas con una buena ventilación general, con unas buenas prácticas de trabajo y con la utilización de EPIs, se puede alcanzar un adecuado control de la exposición. No hay que olvidar que los sistemas de ventilación incluidos los sistemas portátiles utilizados en las operaciones de limpieza y dadas las característica propias de las nanopartículas deberán ir equipados con filtros HEPA de alta eficacia, para conseguir filtrar y remover las partículas del aire de una forma efectiva. Lógicamente se habrán de cumplir con las preceptivas disposiciones para la recogida, etiquetado y posterior retirada y eliminación de todos los residuos generados.

CONCLUSIONES

La investigación sobre nanomateriales y nanotecnología seguirá creciendo, fruto de la qual es de esperar un importante desarrollo científico, técnico y económico, pero también se ha de estructurar de manera que permita por una parte conocer el impacto que pueda tener sobre la salud de los trabajadores y de la población en general, así como del medio ambiente y por otra parte que nos facilite la realización de la preceptiva evaluación del riesgo que nos pueda plantear el trabajo, así como la selección de las adecuadas técnicas de control para eliminar el riesgo o mantenerlo tan bajo como sea técnica y razonablemente posible manteniendo así unas condiciones seguras para los trabajadores.

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a mis compañeros del INVASSAT por su apoyo para la presentación de esta ponencia.

REFERENCIAS

1. BSI British Standards Institution PAS 71:2005 Vocabulary. Nanoparticles.
2. Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente, PNUMA Anuario 2009.
3. NIOSH National Institute for Occupational Safety and Health (2009) Approaches to Safe Nanotechnology Managing the Health and Safety Concerns Associated with Engineered Nanomaterials Publicación nº 125.
4. SCENIHR Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks (2006) The appropriateness of existing methodologies to assess the potential risks associated with engineered and adventitious products of nanotechnologies.
5. A.D. Maynard, E.D. Kuempel, (2005) Airborne nanostructured particles and occupational health, J. Nanopart. Res. 7 (6) 587–614.
6. Tanarro Gozalo Celia, Gálvez Pérez Virginia (2009) Nanopartículas: ¿un riesgo pequeño? Seguridad y salud en el trabajo. – Madrid: INSHT Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. – Número 52 – Mes mayo, p. 34-47.
7. Paik S, Zalk D, Swuste P (2008) Application of a pilot control banding tool for risk level assessment and control of nanoparticle exposures. Ann Occup Hyg 52.
8. David M. Zalk, Ryan Kamerzell, Samuel Paik, Jennifer Kapp, Diana Harrington and Paul Swuste (2010) Risk Level Based Management System: A Control Banding Model for Occupational Health and Safety Risk Management in a Highly Regulated Environment, Industrial Health 48, 18–28.
9. Guasch Farras, Juan [et al] (2006) Higiene Industrial Edición 5ª Madrid: INSHT.
10. Rosell Farràs Maria Gràcia, Pujol Senovilla Lluís (2009) Riesgos Asociados a la Nanotecnología Notas técnicas de prevención INSHT; NTP-797.

Por: Martín Penella, Miguel Ángel
Jefe del Laboratorio de Higiene Industrial. INVASSAT Centro Territorial de Valencia

Fuente: Prevencion Integral

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