Evaluación de la eficacia de equipos de protección individual frente a nanopartículas

Abstract

El creciente uso de la tecnología basada en los nanomateriales (NM) ha supuesto la aparición de nuevos riesgos en el ámbito laboral frente a los que resulta necesario aplicar medidas de protección apropiadas para salvaguardar la seguridad y la salud de los trabajadores. Dentro de estas medidas se encuentra el uso de los equipos de protección individual (EPI). La eficacia de un EPI frente a riesgos concretos se verifica mediante la realización de pruebas estandarizadas en su fase de fabricación, generalmente apoyadas en normas técnicas y que, en cualquier caso, deben garantizar el cumplimiento de la reglamentación aplicable. Analizando las normas técnicas existentes en el área de los NM a nivel europeo e internacional, se puede concluir que actualmente no se dispone de normas técnicas desarrolladas específicamente para la evaluación de la capacidad de protección de los EPI frente a los NM. La presente tesis recoge una investigación llevada a cabo en el ámbito de los guantes y la ropa de protección con el objetivo general de avanzar en el conocimiento del comportamiento de los EPI de protección dérmica frente a las NP y dos objetivos específicos: realizar un estudio del estado de arte de la evaluación de la permeación de NP a través de guantes y ropa de protección y establecer un método de ensayo para la medir la permeación de las NP a través de dichos materiales y probarlo experimentalmente. En cuanto al alcance y en relación con los materiales, se han ensayado cinco tipos diferentes de guantes de protección química (nitrilo (dos), látex, vinilo y butilo) y cuatro tipos diferentes de materiales de ropa de protección química (todos ellos materiales no tejidos), más dos materiales de ropa de protección tejidos. En relación con los NM estudiados, las muestras de material se expusieron a tres tipos diferentes de suspensiones de NP (suspensión de ZnO, TiO2 y SiO2). Por último, en lo relativo a propiedades evaluadas, la investigación se ha centrado en la medición de la permeación acumulada de sustancias químicas a través de los materiales. La investigación realizada se estructura en tres partes. En primer lugar, se aborda el estudio del estado del arte y se proporciona una revisión de la literatura científica existente sobre la evaluación de la permeación de NP a través de los guantes y la ropa de protección. La metodología empleada sigue la declaración Preferred Reporting Items for Systematic reviews and Meta-Analyses (PRISMA) (PRISMA, 2023), en su versión actualizada de 2020. Esta revisión bibliográfica pone de manifiesto que la investigación realizada hasta la fecha es escasa, que es difícil de analizar debido a la variedad de diseños experimentales que engloba y que, en los pocos casos en que está basada en diseños experimentales probados previamente, lo hace tomando modelos de penetración (no de permeación) pertenecientes al ámbito de la protección respiratoria. En segundo lugar, se presenta la adaptación de un método de ensayo normalizado a la evaluación de EPI frente a NM tomando como especificación técnica de partida la norma UNE-EN ISO 19918. El método resultante permite, por un lado, medir la permeación acumulada de NP (agentes químicos en estado sólido) a través de materiales de elastómeros, polímeros no tejidos y materiales tejidos, posibilitando la evaluación cuantitativa de dicha permeación (cálculo de la cantidad de sustancia que ha permeado) y, por otro, la evaluación cualitativa del fenómeno de permeación a través del material ensayado (visualización del gradiente de NP a través del material mediante microscopía SEM). En tercer y último lugar, se exponen los resultados de la experimentación llevada a cabo en los diferentes materiales de guantes y ropa de protección química expuestos a las diferentes suspensiones de NP. La metodología seguida en la experimentación fue la descrita en el método de ensayo adaptado de la norma UNE-EN ISO 19918. Los resultados de esta experimentación además de confirmar algunos de los hallazgos encontrados en investigaciones anteriores, revelan aspectos novedosos respecto a la relación del fenómeno de la permeación con la naturaleza de las NP, el tipo de material y la concentración de la sustancia de ensayo. Como conclusiones principales de esta tesis se presentan las siguientes: - No existe un método normalizado específico para evaluar la protección de los guantes y la ropa de protección frente a las NP. - En el ámbito concreto de estos EPI, las investigaciones son escasas y sin metodologías de ensayo específicas para el estudio de la permeación de NP en materiales de guantes y ropa de protección. - La permeación de NP a través de materiales poliméricos y elastómeros de guantes y de materiales no tejidos de ropa de protección, parece estar relacionada con el tipo de NP y ser independiente del tipo de material. - El grado de permeación parece ser inversamente proporcional a la concentración de la suspensión original de ensayo. Este hecho podría deberse a la mayor facilidad de formación de aglomerados cuando la suspensión va aumentando su concentración.

The increasing use of nanomaterial (NM)-based technology has caused the emergence of new risks for which it is necessary to apply appropriate protective measures to preserve the safety and health of workers. Among these measures is the use of personal protective equipment (PPE). The effectiveness of a PPE against specific risks is verified through the performance of standardized tests in its manufacturing phase, generally supported by technical standards and which must guarantee compliance with the applicable regulations. Analysing the existing technical standards in the field of NMs at European and international level, it can be concluded that there are currently no technical standards developed specifically for the evaluation of the protection capacity of PPE against NMs. This thesis presents a research carried out in the field of gloves and protective clothing with the general objective of advancing in the knowledge of the behaviour of PPE for dermal protection against NPs and with two specific objectives: first, to carry out a state-of-the-art study of the evaluation of the permeation of NPs through gloves and protective clothing and second, to establish a test method for measuring the permeation of NPs through these materials and to test it experimentally. In terms of scope and in relation to materials, five different types of chemical protective gloves (nitrile (two), latex, vinyl and butyl) and four different types of chemical protective clothing materials (all nonwoven materials), plus two woven protective clothing materials were tested. Regarding the NMs studied, the material samples were exposed to three different types of NP suspensions (ZnO, TiO2 and SiO2 suspension). Finally, in terms of properties evaluated, the research has focused on measuring the cumulative permeation of chemicals through the materials. The research carried out is structured in three parts. First, the study addresses the state of the art and provides a review of the existing scientific literature on the evaluation of NP permeation through gloves and protective clothing. The methodology used follows the Preferred Reporting Items for Systematic reviews and Meta-Analyses (PRISMA) statement (PRISMA, 2023), in its 2020 updated version. This literature review shows that the research conducted to date is scarce and difficult to analyse due to the variety of experimental designs involved. Moreover, in the few cases in which research is based on previously tested experimental designs, it is based on penetration models (not permeation) belonging to the field of respiratory protection. Secondly, the adaptation of a standardized test method for the evaluation of PPE against NM is presented, taking UNE-EN ISO 19918 as technical specification. The resulting method allows, on the one hand, to measure the accumulated permeation of NPs (chemical agents in solid state) through elastomer materials, nonwoven polymers and woven materials, making possible the quantitative evaluation of such permeation (calculation of the amount of substance that has permeated) and, on the other hand, the qualitative evaluation of the permeation phenomenon through the tested material (visualization of the NP gradient through the material by means of SEM microscopy). Thirdly and finally, the results of the experimentation carried out on the different materials of gloves and chemical protective clothing exposed to the different NP suspensions are presented. The methodology followed in the experimentation was the one described in the test method adapted from the UNE-EN ISO 19918 standard. The results of this experimentation, in addition to confirming some of the findings found in previous research, reveal novel aspects regarding the relationship of the permeation phenomenon with the nature of the NPs, the type of material and the concentration of the test substance. The main conclusions of this thesis are the following: - There is no specific standardized method to evaluate the protection of gloves and protective clothing against NP. - In the specific field of these PPE, research is scarce and there are no specific test methodologies for the study of NP permeation in glove and protective clothing materials. - The permeation of NPs through polymeric and elastomeric materials of gloves and nonwoven materials of protective clothing appears to be dependent on the type of NP and independent of the type of material. - The degree of permeation seems to be inversely proportional to the concentration of the original test suspension. This fact could be due to the greater ease of agglomerate formation as the suspension increases in concentration.