Bildungsplattform zur Mikro- und Nanotechnologie für
Berufsfach- und Mittelschulen sowie Höhere Fachschulen
Modul „Sicheres Arbeiten mit
Nanomaterialien“ (Teil I)
Datum:
September 2014
Autor:
Helmut Elbert
Swiss Nano-Cube
Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St.Gallen
Tel. +41 (0) 71 278 02 04, [email protected]
www.swissnanocube.ch
Gesundheitsschutz
beim Umgang mit Nanomaterialien
Gliederung

Nanomaterialien und Arbeitsschutz:
wichtige Begriffe (Teil I)

Aufnahmewege beim Menschen (Teil II)

Präventive Schutzmassnahmen (Teil III)
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1
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)
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Nanomaterialien und Gesundheitsschutz
Abgrenzung: Nanostäube von Fein- und Ultrafeinstäuben



"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.
0.001 μm
( = 1 nm)
0.1 μm
Nanostaub
+
Ultrafeinstaub
5 μm
Feinstaub
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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.)
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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, CarbonNanotubes (CNT)
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Nanomaterialien und Gesundheitsschutz
Übersicht: Nanomaterialien und deren Einteilung
(in Anlehnung an die Definition von ISO, Technical Committee 229)
Nanomaterialien
Nanostrukturierte Materialien
Nanoobjekte
Material mit 3
Dimensionen
zw. 1 u. 100 nm
(Granuläre)
Nanopartikel
Beispiel anorg.
Nanopartikel
Material mit 2
Dimensionen zw.
1 u. 100 nm
Material mit 1
Dimensionen
zw. 1 u. 100 nm
Nano
Komposite
Nanoplättchen
Nanopartikel /
-stäbchen in
Komposit
Faserförmige
Nanoobjekte
(Nanofasern,
Nanoröhrchen,
Nanodraht)
Beispiel anorg.
Nanofaser
Bsp.: Ceroxid
Bsp.: In SiO2 eingebund. Chitinstäbchen
Besondere Relevanz für
Arbeitsschutz
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Nanomaterialien und Gesundheitsschutz
Übersicht: Nanoobjekte und deren Einteilung
Nanoobjekte
Material mit 3
Dimensionen
zw. 1 u. 100 nm
(Granuläre)
Nanopartikel
Bsp. anorg.Nanopartikel
Material mit 2
Dimensionen
zw. 1 u. 100 nm
Material mit 1
Dimensionen
zw. 1 u. 100 nm
Faserförmige
Nanoobjekte
(Nanofasern,
Nanoröhrchen,
Nanodraht)
Bsp. Anorg. Nanofaser
Nanoplättchen
Bsp.: Ceroxid
Besondere Bedeutung für
Arbeitsschutz
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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.
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Nanomaterialien und Gesundheitsschutz
Materialien / Partikel und ihre Grösse in μm
C60 Fulleren
0.001 μm
( = 1 nm)
Grosse
Moleküle
0.01 μm
Bakterien
Viren
0.1 μm
1 μm
rote Blutkörperchen
Pollen
Haardurchmesser
10 μm
100 μm
einatembarer Staub
Nanopartikel /
ultrafeine Aerosole
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alveolengängiger Staub
"Feinstaub"
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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.
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Nanomaterialien und Gesundheitsschutz
Potentielle Gesundheitsgefahren durch Nanopartikel
Fazit: Nanoprodukte können auch gefährlich sein - bisher ist hierüber (noch) zu wenig
bekannt. Deshalb ist präventives Handeln angezeigt.
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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
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= Nanopartikel
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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.
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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.
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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.
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Aufnahmewege beim Menschen
Eine mögliche Aufnahme von Nanomaterialien in den menschlichen
Körper hängt davon ab, wie sie in der Umgebung vorliegen:
Nanomaterialien
 freie Nanopartikel
(inkl. Agglomerate u. Aggregate)
 Nanopartikel gebunden in
eine andere Substanz
Praxisbeispiel
Arbeiten mit
pulverförmigen
Nanopartikeln
gross
Nanopartikel als
Verstärkung in
Kunststoffen
mässig / gering
 Nanopartikel verteilt in
einer Flüssigkeit (Suspension) Spray-Applikation,
starkes Umrühren
etc).
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Risiko bzgl. Körperaufnahme
ohne Schutzmassnahmen
gross
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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
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Präventive Schutzmassnahmen
Substitution
= Gesundheitsgefährdende Stoffe werden durch
harmlosere ersetzt.
Beispiele:
 Ersatz pulverförmiger NanopartikelZubereitungen durch solche, die Nanopartikel
gebunden enthalten und damit eine Freisetzung
erschweren (Dispersionen, Pasten, Granulate,
Compounds etc.).
 Ersatz von Sprühanwendungen durch
aerosolarme Verfahren (Streichen, Tauchen).
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Präventive Schutzmassnahmen
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 AbluftRezirkulation

Abtrennung von Arbeitsbereichen (Separaträume) und
Anpassung der Raumlüftung (leichter Unterdruck)

Reinigung nur durch Aufsaugen mit geeigneten
Geräten oder feucht aufwischen, kein Abblasen
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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)
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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)
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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.
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Präventive Schutzmassnahmen
Personenbezogene Schutzmassnahmen (2/7)
Atemschutz:

Wenn die Freisetzung von Nanopartikeln (als Staub
oder Aerosol) nicht verhindert werden kann, zusätzlich 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.
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Präventive Schutzmassnahmen
Personenbezogene 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.
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Präventive Schutzmassnahmen
Personenbezogene Schutzmassnahmen (4/7)
Schuhe / Stiefel (Hautschutz):

Sorgfältiges An- und Ausziehen der Schuhe /
Stiefel und Überlappung mit dem Schutzanzug
ist sehr wichtig.
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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)
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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)
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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.
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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.
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Präsentation Teil I bis III Gesamtversion