Nanomateriales: ¿por qué la evaluación de...sí de una forma más o menos intensa a modo de...

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Nanomateriales: ¿por qué la evaluación de riesgos es tan difícil?

La producción de nanomateriales está en auge en todo el mundo, pero al mismo tiempo, se sospecha que tienen efectos serios sobre la salud.

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NANOMATERIALES: ¿POR QUÉ LA EVALUACIÓN DE RIESGOS ES TAN DIFÍCIL?

Bajo sospecha: los nanomateriales y su riesgo para la salud

Cualquier persona que esté en contacto con nanomateriales en su vida profesional requiere una protección óptima. Pero una cosa es decirlo y otra hacerlo: la verificación y el análisis de muchos nanomateriales resultan complicadas debido a sus propiedades físicas y químicas especiales. Las recomendaciones acerca de los límites de exposición profesional para determinados nanomateriales son todavía escasas. El reto para los empleadores consiste en establecer un entorno de trabajo seguro sin conocer los riesgos exactos de los que los empleados tienen que protegerse.

¿Qué son los nanomateriales?La importancia de los nanomateriales está aumentando rápidamente en todo el mundo. El proyecto abierto de base de datos estadounidense PEN (siglas en inglés de “Proyecto sobre Nanotecnologías Emergentes”) abarca actualmente más de 1800 productos que contienen nanomateriales. En concreto, se utilizan para fabricar cosméticos, baterías, productos textiles, pinturas y revestimientos, así como alimentos. Los nanomateriales hacen referencia a sustancias que contienen nanoobjetos, ya sea en forma individual, o conectados entre sí de una forma más o menos intensa a modo de aglomerados. Los nano-objetos incluyen las nanopartículas, las nanobarras y las nanoplaquetas. Se

miden en nanómetros (nm); 1 nm equivale a la milmillonésima parte de un metro. A diferencia de los procesos de fabricación industrial tradicionales, que producen partículas ultrafinas con un tamaño de 10 a 5000 nm, los nanomateriales contienen partículas con un tamaño de apenas 1 a 100 nm. La finura de las partículas, su uso en grandes cantidades y la tendencia a cambiar su formación y su apariencia externa mediante la formación de aglomerados permiten que los nanomateriales formen superficies extremadamente grandes. Sus propiedades físicoquímicas son altamente reactivas, muy superiores a las de sus sustancias originales. Esto significa que pueden utilizarse para fabricar productos de una forma más compacta de lo que era posible anteriormente; pueden ayudar a reducir significativamente el peso del producto o mejorar las propiedades del mismo en cuanto a durabilidad, resistencia a la contaminación, solubilidad y conductividad.2

Sin embargo, los beneficios de los nanomateriales deben sopesarse frente a sus desventajas: se considera probable que, si se inhalan, se consumen por vía oral o entran en contacto con la piel, los nanomateriales puedan penetrar profundamente en los cuerpos de los organismos vivos y ejercer un efecto cancerígeno o incluso genéticamente dañino.

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Nomenclatura de los nanomaterialessegún la norma ISO TS27687

Nanomateriales

UnidimensionalesCapas finas

BidimensionalesFibras finas nanoanchas

Tridimensionales

Nanoobjetos Materiales nanoestructurados

1-3 DimensionesNanoescala 1-100 nm

Estructura interna a nanoescala

Nanoplaquetas, Nanobarras, Nanopartículas

Agregados, Aglomerados

Aerosoles (fase gaseosa)Dispersiones/coloides (fase líquida)

Compuestos (fase sólida)

Fuente:Instituto de Tecnología Energética y Ambiental (IUTA), Duisburgo; Centro de Nanointegración Duisburgo-Essen (CeNIDE), Duisburgo; https://www.aerztekammer-bw.de/10aerzte/20fortbildung/20praxis/85arbeitsmedizin/1112.pdf



Guía para la salud y seguridad industrial en el trabajo con nanomateriales

Normalmente, muchos países con industrias en las que se emplean los nanomateriales garantizan que los empleados puedan disponer de medios de protección frente a los riesgos en el lugar de trabajo. Algunos países industrializados incluso han dado un paso más allá. En tales casos, se han ofrecido recomendaciones específicas de salud y seguridad en el trabajo para la manipulación de nanomateriales. La Directiva 89/391/CEE de la Agencia Europea para la Seguridad y la Salud en el Trabajo, por ejemplo, dispone que los empresarios deben realizar periódicamente evaluaciones de riesgos relacionados con el lugar de trabajo y adoptar las medidas de prevención adecuadas. Esto también hace referencia de manera explícita a los riesgos potenciales derivados del uso de nanomateriales. Se aplican disposiciones aún más estrictas si los nanomateriales ya han sido identificados como sustancias peligrosas, por ejemplo, si están incluidos en bases de datos como el Registro, evaluación, autorización y restricción de sustancias químicas (REACH) o la base de datos de Clasificación, etiquetado y envasado (CLP), o si se ha demostrado su efecto cancerígeno o genéticamente dañino3. En 2012, la Unión Europea (UE) también impulsó el proyecto “Nanodispositivo”, que tiene por finalidad desarrollar normas relativas a los equipos de protección personal (EPI), incluida la protección respiratoria, la protección de manos y brazos, y los chalecos salvavidas4; los resultados aún no se han publicado.

La agencia estadounidense Occupational Safety & Health Administration (OSHA, Administración para la salud y la seguridad en el trabajo) ya ha publicado los reglamentos correspondientes acerca del trabajo con nanomateriales5. Recomienda identificar los procesos y procedimientos típicos durante los cuales los empleados pueden estar expuestos a los nanomateriales. Esto incluye la determinación del estado físico del material (polvos, aerosoles sólidos o líquidos),

Obstáculos en el camino hacia una adecuada salud y seguridad en el trabajo

La selección del sistema de filtrado siempre depende de la situación que se dé a nivel local.

así como la descripción de los tipos de exposición potenciales (inhalación, contacto con la piel, ingestión) y la decisión acerca de los métodos de muestreo y medición que se utilizarán para documentar la exposición.

En general, la OSHA (EE. UU.) recomienda trabajar solamente con nanomateriales en espacios cerrados o donde exista una campana de extracción. También se debe evitar el barrido en seco o la formación de remolinos de polvo. Además, los empleados deben contar con equipo de protección individual adecuado, como dispositivos de protección respiratoria, guantes y prendas de protección. Pero, ¿qué significa “adecuado” cuando hablamos de nanomateriales?

Hay otro trasfondo, es decir, el problema podría estar en la evaluación de riesgos de los lugares de trabajo, que pueden estar contaminados por nanomateriales. En primer lugar, una evaluación de riesgos fiable solo es posible si se es consciente de que podría haber nanomateriales presentes y se sabe cuáles son. La evaluación de la toxicidad es otra dificultad para la identificación de las sustancias, puesto que la selección del equipo de protección adecuado depende de la toxicidad de las sustancias que pueden estar presentes. Actualmente, solo existen límites oficiales de exposición profesional reconocidos por las organizaciones

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nacionales o internacionales de salud y seguridad en el trabajo para unos pocos nanomateriales conocidos. Para ayudar a solucionar esta carencia, Dräger se está ocupando actualmente de los principales escollos en la evaluación de riesgos y la selección de los equipos de protección individual adecuados:

La toxicidad de las sustancias siempre se había definido anteriormente como una proporción de la masa (por ejemplo, ppm, partes por millón como medida de concentración). Al parecer, esto ya no se aplica a las nanopartículas. En este caso, la superficie es más importante. Dado que en un material de soporte existe un número extremadamente elevado de nanopartículas, su superficie total también es muy grande.

Determinar la toxicidad de estas sustancias es un problema importante. El dióxido de titanio (TiO2), por ejemplo, es un nanomaterial que se utiliza con bastante frecuencia en cremas para la piel, así como en pinturas para fachadas. Pero no es posible determinar la toxicidad de 10 nm de dióxido de titanio, ya que depende de cómo se haya elaborado la sustancia. La sustancia presenta diferentes toxicidades dependiendo de si se ha empleado uno u otro proceso químico. Visto desde fuera, el material es básicamente el mismo, pero en la superficie podrían estar presentes varias sustancias que pueden provocar diferentes reacciones químicas. En la práctica, es extremadamente difícil conseguir una superficie específica de forma controlada durante la fabricación de nanomateriales. Esto se debe también al hecho de que las nanopartículas tienden a aglomerarse.

En el caso de los aerosoles líquidos, por ejemplo en la industria de la pintura, las partículas se reducen con el tiempo y el disolvente se evapora. Si se utiliza un disolvente orgánico, debe utilizarse un filtro de gas además del filtro de partículas para la protección contra los vapores orgánicos, ya que existe riesgo de inhalación tanto en estado líquido como gaseoso. “Existen datos que sugieren que, debido a que las nanopartículas han continuado disminuyendo de tamaño en los últimos años a medida que la tecnología ha avanzado, estas partículas pueden ser inhaladas hacia los alvéolos, atravesar las barreras sanguíneas y llegar incluso al cerebro. Esto no es posible en el caso de las partículas más grandes”, asegura el Dr. Harald Heyer, del departamento de investigación y desarrollo de componentes químicos, Dräger Safety AG & Co KGaA, Lübeck/Alemania.

En resumen, puede afirmarse que, en la actualidad, es imposible determinar la toxicidad de los nanomateriales en su conjunto. Depende del proceso de fabricación, del tamaño de la superficie y de su estado. Sin embargo, teniendo en cuenta el estado actual del flujo en términos de conocimientos y tecnología, no es posible descartar que se vayan a necesitar otros criterios para determinar la toxicidad.

Una de las principales dificultades para caracterizar los nanomateriales es que las partículas pequeñas tienden a formar aglomerados. Estos aglomerados podrían identificarse incorrectamente como una sola partícula más grande durante la medición. Sin embargo, si se trata de un aglomerado y no de una partícula grande, se puede destruir posteriormente durante el procesamiento o como consecuencia de otras reacciones físicas. Esto, a su vez, libera una vez más una multitud de pequeñas partículas. Como resultado, es posible que el carácter potencialmente peligroso del material no se detecte durante la medición.

1. ¿Cómo se puede identificar la toxicidad de los nanomateriales?

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2. ¿Por qué es tan difícil caracterizar con claridad los nanomateriales?



El número y el tamaño de las nanopartículas se siguen determinando a menudo por medio de métodos de medición de masa o contadores de partículas. Sin embargo, estos métodos no pueden distinguir entre aglomerados y partículas individuales. La medición se vuelve más difícil porque las partículas pequeñas pueden flotar en el aire durante un largo periodo de tiempo y tienen una masa muy baja. Esto significa que el alcance de los riesgos no se puede especificar ni limitar, a menos que el trabajo se realice en un sistema cerrado con ventilación mediante sistema de extracción. En la actualidad, en la industria química se utilizan por lo general muestreadores individuales. Estas unidades recogen partículas separadas en el área de fabricación como muestras. Luego se evalúan cuando se cuentan bajo un microscopio electrónico. Esto le permite identificar el tamaño geométrico, pero no necesariamente le permite extraer conclusiones acerca de la selección de las medidas adecuadas de salud y seguridad en el trabajo. Según el Dr. Heyer: “La medición del diámetro aerodinámico proporcionaría la mayor cantidad de información. Esta determina a qué partes del cuerpo puede llegar la partícula después de la inhalación, si se encuentra atrapada en los pulmones o si puede penetrar en los alvéolos. El problema es que la mayoría de los instrumentos de medición se basan en el principio de la dispersión de la luz y no proporcionan información acerca del diámetro aerodinámico”.

Los sistemas ópticos de medición se pueden utilizar generalmente para los aerosoles. Sin embargo, el límite de medición de los sistemas convencionales

se encuentra entre 50 y 100 nm. Si bien existen los SMPS (dimensionadores de partículas por escaneo de movilidad) que pueden medir partículas de más de 2 nm basándose en el principio del movimiento de partículas en un campo eléctrico, estos instrumentos de medición son extremadamente caros, a veces están equipados con fuentes radioactivas y no son móviles. Además, los aerosoles que contienen nanopartículas pueden ser extremadamente volátiles, es decir, que no siguen existiendo como tales durante un largo periodo de tiempo. Las partículas grandes aglomeradas se sedimentan y las pequeñas se evaporan. Así pues, tomar muestras en la planta de producción para enviarlas a una ubicación remota donde haya un SMPS no tiene mucho sentido. Si se toma una muestra de aire, las partículas pueden depositarse en la pared del recipiente de la muestra, lo que significa que ya no se puede medir como partículas que se mueven libremente.

En la actualidad, los empresarios deben aplicar varios métodos de medición, comparar los resultados y realizar una evaluación de riesgos sobre esta base.

Algunas iniciativas iniciales internacionales y nacionales están tratando de definir los límites de la exposición ocupacional. Sin embargo, la definición de los límites de exposición ocupacional requiere la identificación de las sustancias existentes y de su toxicidad. Las dificultades de este proceso se explican en el punto 2. Como consecuencia, este proceso se encuentra todavía en sus primeras etapas. Sin embargo, las directrices iniciales ya están disponibles. Por ejemplo, el National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH, Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional) de Estados Unidos recomienda un límite de exposición (límite de exposición recomendado, REL) de 2,4 mg/m3 para el pigmento de dióxido de titanio (TiO2) y 0,3 mg/m3 para dióxido de titanio ultrafino. El NIOSH clasifica a este último como una sustancia potencialmente cancerígena6.

NIOSH también ha desarrollado una guía completa para la exposición profesional a una sustancia potencialmente cancerígena CNT (nanotubos de carbono). Se recomienda que la exposición máxima al CNT respirable no supere un valor de 1,0 µg/m3 por TWA (promedio ponderado en el tiempo)7, 8.

5. ¿Cómo puede un empleador realizar una evaluación de riesgos en estas circunstancias?

6. ¿Qué ocurre con la definición vinculante de los límites de exposición profesional?

3. ¿Cómo puede medirse el número y el tamaño de las nanopartículas?

4. ¿Por qué es tan difícil medir los aerosoles que contienen nanopartículas?

En la actualidad, es imposible determinar la toxicidad de los nanomateriales en su conjunto.

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Una recomendación actual para trabajar con nanomateriales consiste en utilizar una máscara completa o semimáscara con un filtro de clase P2 o P3, es decir, un filtro con un rendimiento de al menos el 94 % (P2) o 99,95 % (P3)9. A diferencia de lo que a menudo presuponen las personas sin experiencia en la materia, este tipo de filtro de profundidad no actúa como un tamiz: un tamiz recoge las partes grandes, mientras que las pequeñas lo atraviesan. Por el contrario, un filtro de profundidad retiene tanto las nanopartículas pequeñas como las grandes. Son las nanopartículas de tamaño medio las que tienden a causar problemas. Son las que tienen más probabilidades de atravesar el filtro. Los resultados observados sugieren que la eficiencia de filtración mínima, es decir, el punto donde la mayoría de las partículas pueden atravesar el filtro, en el caso de los filtros electrostáticos, es con partículas de un tamaño aproximado de 40 nm. En el caso de los filtros

mecánicos, la eficacia de filtración mínima se da en el caso de partículas con un tamaño aproximado de 150 nm.Por lo general, hay que elegir entre filtros mecánicos y electrostáticos. Estos últimos se basan en el principio de la unión de sustancias mediante una carga electrostática. Esta carga puede resultar alterada con aerosoles, así como por condiciones de almacenamiento incorrectas (temperatura, humedad), lo que se traduce en una disminución del rendimiento del filtro. Estos filtros electrostáticos son menos costosos pero, como se ha indicado anteriormente, también son más vulnerables y su protección no es tan efectiva.

En el caso de los aerosoles líquidos, las gotas que se separan son líquidas, mientras que en los aerosoles sólidos, son sólidas. Estos aerosoles tienen un efecto diferente sobre los materiales filtrantes. Si los aerosoles sólidos se

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8. ¿Qué efecto tiene el tipo de (nano)aerosol sobre la vida útil del filtro?

7. El mayor riesgo para los empleados de la industria parece ser la exposición a nanosustancias respirables: aerosoles y gases. ¿Cómo puede protegerse?



Esto hace que resulte imposible realizar una recomendación general acerca de la selección de filtros.

separan en el filtro, la resistencia a la respiración tiende a aumentar rápidamente. Sin embargo, en el caso de los aerosoles líquidos, se debe separar un volumen mucho mayor antes de que se perciba este efecto negativo. En principio, se recomienda que los usuarios sustituyan el filtro en cuanto noten un aumento de la resistencia respiratoria.

También se debe prestar atención a las fugas en la máscara, es decir, el sello hermético sobre la cara. Son mucho mayores en una semimáscara con filtro de partículas (mascarillas) que en una máscara reutilizable a base de polímeros o de silicona. Una opción consistiría en seleccionar una máscara reutilizable de alta calidad en lugar de una mascarilla de partículas desechable, por muy buena que esta sea.

“La selección del sistema de filtrado siempre depende de la situación que se dé a nivel local. Si el usuario solo entra en contacto con partículas, la primera opción debería ser un filtro de partículas. Sin embargo, si también hay presencia de gases debido a la evaporación de las partículas, es necesario utilizar un filtro combinado”, según el Dr. Heyer. La comodidad de manejo del usuario

9. ¿Qué otros factores críticos deben tenerse en cuenta al seleccionar la protección respiratoria para los nanoaerosoles?

10. ¿Qué otros criterios generales hay que tener en cuenta?

también juega un papel importante: Los materiales electrostáticos suelen presentar resistencias a la respiración mucho más bajas que los materiales convencionales. Sin embargo, como se ha mencionado anteriormente, también existe el inconveniente de que pueden resultar dañados por los aerosoles y las condiciones de almacenamiento, y tener una vida útil más corta. “Esto hace que resulte imposible realizar una recomendación general acerca de la selección de filtros”, asegura el experto de Dräger.

INFORMACIÓN EDITORIALALEMANIADräger Safety AG & Co. KGaARevalstraße 123560 Lübeck

www.draeger.com

www.draeger.com/chemical

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FUENTES (EXTRACTO):

1 http://www.nanotechproject.org/cpi/products/; consultado el: 08/08/20142 E-fact-74-nanomaterials-in-maintenance-work-occupational-risks-and-prevention.pdf; https://osha.europa.eu/

en/publications/e-facts/e-fact-74-nanomaterials-in-maintenance-work-occupational-risks-and-prevention/view;

consultado el: 08/08/20143 E-fact-74-nanomaterials-in-maintenance-work-occupational-risks-and-prevention.pdf; https://osha.europa.eu/

en/publications/e-facts/e-fact-74-nanomaterials-in-maintenance-work-occupational-risks-and-prevention/view;

consultado el: 08/08/20144 http://www.nano-device.eu/fileadmin/user_upload/_temp_/pictures/NANODEVICE/Nanodevice_Brochure2_

final_os01082012.pdf; consultado el: 08/08/20145 OSHA Fact Sheet: Working Safely with Nanomaterials; https://www.osha.gov/Publications/OSHA_FS-3634.pdf;

consultado el: 08/08/20146 Current Intelligence Bulletin 63: Occupational Exposure to Titanium Dioxide (2011); http://www.cdc.gov/

niosh/docs/2011-160/pdfs/2011-160.pdf; consultado el: 08/08/20147 http://www.cdc.gov/niosh/updates/upd-04-24-13.html; consultado el: 08/08/20148 Current Intelligence Bulletin 65: Occupational Exposure to Carbon Nanotubes and Nanofibers (2013);

http://www.cdc.gov/niosh/docs/2013-145/pdfs/2013-145.pdf; consultado el: 08/08/20149 Según la norma de la UE EN 143

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