Esempi di operazioni di trattamento chimico
L'istituto del cloro, Inc.
L'elettrolisi delle salamoie produce cloro e sostanze caustiche. Il cloruro di sodio (NaCl) è il sale principale utilizzato; produce soda caustica (NaOH). Tuttavia, l'uso di cloruro di potassio (KCl) produce potassa caustica (KOH).
2 NaCl + 2 H2O → Cl2↑+2NaOH+H2↑
sale + acqua → cloro (gas) + caustico + idrogeno (gas)
Attualmente il processo con celle a diaframma è il più utilizzato per la produzione commerciale di cloro, seguito dal processo con celle a mercurio e quindi dal processo con celle a membrana. A causa di problemi economici, ambientali e di qualità del prodotto, i produttori ora preferiscono il processo con cella a membrana per i nuovi impianti di produzione.
Il processo della cella a diaframma
Una cella a diaframma (vedi figura 1) viene alimentata con salamoia satura in un compartimento contenente un anodo di titanio rivestito con sali di rutenio e altri metalli. Una testa della cella di plastica raccoglie il cloro gassoso caldo e umido prodotto su questo anodo. L'aspirazione da parte di un compressore aspira quindi il cloro in un collettore di raccolta per l'ulteriore lavorazione consistente in raffreddamento, essiccazione e compressione. L'acqua e la salamoia non reagita percolano attraverso un separatore a diaframma poroso nel compartimento catodico dove l'acqua reagisce su un catodo di acciaio per produrre idrossido di sodio (soda caustica) e idrogeno. Il diaframma trattiene il cloro prodotto all'anodo dall'idrossido di sodio e l'idrogeno prodotto al catodo. Se questi prodotti si combinano, il risultato è ipoclorito di sodio (candeggina) o clorato di sodio. I produttori commerciali di clorato di sodio utilizzano celle prive di separatori. Il diaframma più comune è un composto di amianto e un polimero di fluorocarburo. I moderni impianti con celle a diaframma non presentano i problemi sanitari o ambientali storicamente associati all'uso di diaframmi in amianto. Alcuni impianti impiegano diaframmi non amianto, che sono ora disponibili in commercio. Il processo della cella a diaframma produce una soluzione debole di idrossido di sodio contenente sale non reagito. Un ulteriore processo di evaporazione concentra la sostanza caustica e rimuove la maggior parte del sale per ottenere una sostanza caustica di qualità commerciale.
Figura 1. Tipi di processi cellulari cloralcali
Il processo della cella di mercurio
Una cella a mercurio consiste in realtà di due celle elettrochimiche. La reazione nella prima cella all'anodo è:
2 Cl- → DO12 + 2 e-
cloruro → cloro + elettroni
La reazione nella prima cella al catodo è:
Na+ + Hg + e- →Na·Hg
ione sodio + mercurio + elettroni → amalgama di sodio
La salamoia scorre in una vasca d'acciaio inclinata con lati rivestiti in gomma (vedi figura 4) Il mercurio, il catodo, scorre sotto la salamoia. Gli anodi di titanio rivestito sono sospesi nella salamoia per la produzione di cloro, che esce dalla cella verso un sistema di raccolta e lavorazione. Il sodio viene elettrolizzato nella cella e lascia la prima cella amalgamato con il mercurio. Questo amalgama fluisce in una seconda cella elettrochimica chiamata decompositore. Il decompositore è una cella con grafite come catodo e l'amalgama come anodo.
La reazione nel decompositore è:
2 Na•Hg + 2 H2O → 2 NaOH + 2 Hg + H2 ↑
Il processo della cella a mercurio produce NaOH commerciale (50%) direttamente dalla cella.
Il processo cellulare a membrana
Le reazioni elettrochimiche in una cella a membrana sono le stesse della cella a diaframma. Una membrana a scambio cationico viene utilizzata al posto del diaframma poroso (vedi figura 1). Questa membrana impedisce la migrazione di ioni cloruro nel catolita, producendo in tal modo sostanza caustica dal 30 al 35% essenzialmente senza sale direttamente dalla cella. L'eliminazione della necessità di rimuovere il sale rende più semplice l'evaporazione della sostanza caustica al 50% commerciale e richiede meno investimenti ed energia. Il nichel costoso viene utilizzato come catodo nella cella della membrana a causa della caustica più forte.
Rischi per la sicurezza e la salute
A temperature ordinarie, il cloro secco, liquido o gassoso, non corrode l'acciaio. Il cloro umido è altamente corrosivo perché forma acido cloridrico e ipocloroso. Devono essere prese precauzioni per mantenere il cloro e le apparecchiature per il cloro asciutte. Tubazioni, valvole e contenitori devono essere chiusi o tappati quando non in uso per tenere fuori l'umidità atmosferica. Se si utilizza acqua su una perdita di cloro, le condizioni corrosive risultanti peggioreranno la perdita.
Il volume del cloro liquido aumenta con la temperatura. Devono essere prese precauzioni per evitare la rottura idrostatica di tubazioni, recipienti, contenitori o altre apparecchiature riempite con cloro liquido.
L'idrogeno è un coprodotto di tutto il cloro prodotto dall'elettrolisi di soluzioni acquose di salamoia. Entro un intervallo di concentrazione noto, le miscele di cloro e idrogeno sono infiammabili e potenzialmente esplosive. La reazione di cloro e idrogeno può essere avviata dalla luce solare diretta, da altre fonti di luce ultravioletta, dall'elettricità statica o da un forte impatto.
Piccole quantità di tricloruro di azoto, un composto instabile e altamente esplosivo, possono essere prodotte nella produzione di cloro. Quando il cloro liquido contenente tricloruro di azoto viene evaporato, il tricloruro di azoto può raggiungere concentrazioni pericolose nel restante cloro liquido.
Il cloro può reagire, a volte in modo esplosivo, con una serie di materiali organici come olio e grasso provenienti da fonti quali compressori d'aria, valvole, pompe e strumentazione a membrana oleosa, nonché legno e stracci provenienti da lavori di manutenzione.
Non appena vi è alcuna indicazione di un rilascio di cloro, è necessario adottare misure immediate per correggere la condizione. Le perdite di cloro peggiorano sempre se non vengono tempestivamente corrette. Quando si verifica una perdita di cloro, il personale autorizzato e addestrato dotato di respiratori e altri dispositivi di protezione individuale (DPI) appropriati deve indagare e adottare le misure adeguate. Il personale non deve entrare in atmosfere contenenti concentrazioni di cloro superiori alla concentrazione immediatamente pericolosa per la vita e la salute (IDLH) (10 ppm) senza DPI adeguati e personale di supporto. Il personale non necessario deve essere tenuto lontano e l'area di pericolo deve essere isolata. Le persone potenzialmente colpite da un rilascio di cloro dovrebbero essere evacuate o riparate sul posto a seconda delle circostanze.
I monitor del cloro dell'area e gli indicatori di direzione del vento possono fornire informazioni tempestive (ad esempio, vie di fuga) per aiutare a determinare se il personale deve essere evacuato o riparato sul posto.
Quando viene utilizzata l'evacuazione, le persone potenzialmente esposte dovrebbero spostarsi in un punto sopravento rispetto alla perdita. Poiché il cloro è più pesante dell'aria, sono preferibili quote più elevate. Per fuggire nel più breve tempo possibile, le persone che si trovano già in un'area contaminata devono muoversi con vento laterale.
Quando all'interno di un edificio e viene selezionato il riparo sul posto, è possibile ottenere un riparo chiudendo tutte le finestre, porte e altre aperture e spegnendo i condizionatori d'aria e i sistemi di aspirazione dell'aria. Il personale deve spostarsi sul lato dell'edificio più lontano dal rilascio.
Si deve prestare attenzione a non posizionare il personale senza una via di fuga. Una posizione sicura può essere resa pericolosa da un cambio di direzione del vento. Potrebbero verificarsi nuove perdite o la perdita esistente potrebbe aumentare.
Se l'incendio è presente o imminente, i contenitori e le attrezzature per il cloro devono essere spostati lontano dall'incendio, se possibile. Se un contenitore o un'attrezzatura che non perde non può essere spostato, dovrebbe essere mantenuto fresco applicando acqua. L'acqua non deve essere utilizzata direttamente su una perdita di cloro. Il cloro e l'acqua reagiscono formando acidi e la perdita peggiorerà rapidamente. Tuttavia, se sono coinvolti più contenitori e alcuni perdono, può essere prudente utilizzare uno spruzzo d'acqua per aiutare a prevenire la sovrapressione dei contenitori che non perdono.
Ogni volta che i contenitori sono stati esposti alle fiamme, l'acqua di raffreddamento deve essere applicata fino a quando il fuoco non si è spento e i contenitori si sono raffreddati. I contenitori esposti al fuoco devono essere isolati e il fornitore deve essere contattato il prima possibile.
Le soluzioni di idrossido di sodio sono corrosive, specialmente se concentrate. I lavoratori a rischio di esposizione a fuoriuscite e perdite devono indossare guanti, visiera, occhiali e altri indumenti protettivi.
Ringraziamenti: Si ringrazia il Dr. RG Smerko per aver messo a disposizione le risorse del Chlorine Institute, Inc.
Adattato da NIOSH 1984.
Le pitture e i rivestimenti includono pitture, vernici, lacche, tinte, inchiostri da stampa e altro ancora. Le vernici tradizionali consistono in una dispersione di particelle di pigmento in un veicolo costituito da un filmogeno o legante (solitamente un olio o una resina) e un diluente (solitamente un solvente volatile). Inoltre, può esserci un'ampia varietà di riempitivi e altri additivi. Una vernice è una soluzione di olio e resina naturale in un solvente organico. Possono essere utilizzate anche resine sintetiche. Le vernici sono rivestimenti in cui il film si asciuga o si indurisce interamente per evaporazione del solvente.
Le vernici tradizionali contenevano meno del 70% di solidi, mentre il resto era costituito principalmente da solventi. Le normative sull'inquinamento atmosferico che limitano la quantità di solventi che possono essere emessi nell'atmosfera hanno portato allo sviluppo di un'ampia varietà di vernici sostitutive con solventi organici bassi o assenti. Questi includono: vernici al lattice a base d'acqua; vernici catalizzate bicomponenti (es. sistemi epossidici e uretanici); vernici ad alto contenuto di solidi (oltre il 70% di solidi), comprese le vernici al plastisol costituite principalmente da pigmenti e plastificanti; vernici polimerizzate con radiazioni; e rivestimenti in polvere.
Secondo il National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH 1984) degli Stati Uniti, circa il 60% dei produttori di vernici impiegava meno di 20 lavoratori e solo il 3% circa aveva più di 250 lavoratori. Queste statistiche dovrebbero essere rappresentative dei produttori di vernici in tutto il mondo. Ciò indica una predominanza di piccoli negozi, la maggior parte dei quali non dispone di competenze interne in materia di salute e sicurezza.
Processo di produzione
In generale, la produzione di vernici e altri rivestimenti è una serie di operazioni unitarie che utilizzano processi batch. Ci sono poche o nessuna reazione chimica; le operazioni sono per lo più meccaniche. La produzione prevede l'assemblaggio delle materie prime, la miscelazione, la dispersione, la diluizione e la regolazione, il riempimento dei contenitori e lo stoccaggio.
Vernici
Le materie prime utilizzate per la produzione di vernici si presentano come liquidi, solidi, polveri, paste e impasti. Questi vengono pesati manualmente e premiscelati. Le particelle di pigmento agglomerato devono essere ridotte alla dimensione originale del pigmento e le particelle devono essere bagnate con il legante per garantire la dispersione nella matrice liquida. Questo processo di dispersione, chiamato macinazione, viene eseguito con una varietà di tipi di apparecchiature, tra cui disperditori ad alta velocità con girante ad albero, impastatrici, mulini a sfere, mulini a sabbia, mulini a triplo rullo, mulini a pug e così via. Dopo un ciclo iniziale, che può richiedere fino a 48 ore, la resina viene aggiunta alla pasta e il processo di macinazione viene ripetuto per un periodo più breve. Il materiale disperso viene quindi trasferito per gravità in un serbatoio di scarico dove è possibile aggiungere materiale aggiuntivo come composti coloranti. Per le vernici a base d'acqua, il legante viene solitamente aggiunto in questa fase. La pasta viene poi diluita con resina o solvente, filtrata e quindi trasferita nuovamente per gravità nella zona di riempimento dei barattoli. Il riempimento può essere effettuato manualmente o meccanicamente.
Dopo il processo di dispersione, può essere necessario pulire i serbatoi ei mulini prima di introdurre un nuovo lotto. Ciò può comportare utensili manuali e elettrici, nonché detergenti alcalini e solventi.
lacche
La produzione di vernice viene solitamente eseguita in apparecchiature chiuse come serbatoi o miscelatori per ridurre al minimo l'evaporazione del solvente, che provocherebbe depositi di una pellicola di vernice secca sull'apparecchiatura di lavorazione. In caso contrario, la produzione di vernici avviene allo stesso modo della produzione di vernici.
vernici
La fabbricazione di vernici oleoresinose prevede la cottura dell'olio e della resina per renderli più compatibili, sviluppare molecole o polimeri ad alto peso molecolare e aumentare la solubilità nel solvente. Gli impianti più vecchi possono utilizzare bollitori portatili e aperti per il riscaldamento. La resina e l'olio o la sola resina vengono aggiunti al bollitore e poi riscaldati a circa 316ºC. Le resine naturali devono essere riscaldate prima di aggiungere gli oli. I materiali vengono versati sopra la parte superiore del bollitore. Durante la cottura i bollitori vengono coperti con cappe aspiranti in refrattario. Dopo la cottura, i bollitori vengono spostati in stanze dove vengono raffreddati rapidamente, spesso mediante spruzzi d'acqua, quindi vengono aggiunti diluenti ed essiccatori.
Gli impianti moderni utilizzano grandi reattori chiusi con capacità da 500 a 8,000 galloni. Questi reattori sono simili a quelli utilizzati nell'industria dei processi chimici. Sono dotati di agitatori, spie, linee di riempimento e svuotamento dei reattori, condensatori, dispositivi di misurazione della temperatura, fonti di calore e così via.
Sia negli impianti più vecchi che in quelli moderni, la resina diluita viene filtrata come fase finale prima del confezionamento. Questo viene normalmente fatto mentre la resina è ancora calda, di solito usando una filtropressa.
Vernici in polvere
I rivestimenti in polvere sono sistemi senza solventi basati sulla fusione e fusione di particelle di resina e altri additivi sulle superfici di oggetti riscaldati. I rivestimenti in polvere possono essere sia termoindurenti che termoplastici e comprendono resine come epossidiche, polietilene, poliesteri, cloruro di polivinile e acrilici.
Il metodo di produzione più comune prevede la miscelazione a secco degli ingredienti in polvere e la miscelazione allo stato fuso per estrusione (vedere figura 1). La resina secca o il legante, il pigmento, il riempitivo e gli additivi vengono pesati e trasferiti in un premiscelatore. Questo processo è simile alle operazioni di miscelazione a secco nella produzione di gomma. Dopo la miscelazione, il materiale viene posto in un estrusore e riscaldato fino a fusione. Il materiale fuso viene estruso su un nastro trasportatore di raffreddamento e quindi trasferito a un granulatore grosso. Il materiale granulato viene fatto passare attraverso un trituratore fine e quindi setacciato per ottenere la granulometria desiderata. Il rivestimento in polvere viene quindi confezionato.
Figura 1. Diagramma di flusso per la produzione di rivestimenti in polvere mediante il metodo di miscelazione a fusione per estrusione
Pericoli e loro prevenzione
In generale, i maggiori rischi associati alla produzione di vernici e rivestimenti riguardano la movimentazione dei materiali; sostanze tossiche, infiammabili o esplosive; e agenti fisici come scosse elettriche, rumore, caldo e freddo.
La movimentazione manuale di scatole, barili, contenitori e così via che contengono le materie prime e i prodotti finiti sono le principali fonti di lesioni dovute a sollevamento improprio, scivolamenti, cadute, caduta di contenitori e così via. Le precauzioni includono controlli ingegneristici/ergonomici come ausili per la movimentazione dei materiali (rulli, martinetti e piattaforme) e attrezzature meccaniche (trasportatori, paranchi e carrelli elevatori), pavimenti antiscivolo, dispositivi di protezione individuale (DPI) come scarpe antinfortunistiche e formazione adeguata nel sollevamento manuale e in altre tecniche di movimentazione dei materiali.
I pericoli chimici includono l'esposizione a polveri tossiche come il pigmento cromato di piombo, che può verificarsi durante la pesatura, il riempimento delle tramogge del miscelatore e del mulino, le operazioni di apparecchiature non chiuse, il riempimento di contenitori di vernice in polvere, la pulizia delle apparecchiature e da fuoriuscite di contenitori. La produzione di rivestimenti in polvere può comportare un'elevata esposizione alla polvere. Le precauzioni includono la sostituzione di paste o impasti con polveri; ventilazione di scarico locale (LEV) per l'apertura di sacchi di polveri (vedere la figura 2) e per le apparecchiature di lavorazione, la chiusura delle apparecchiature, le procedure di pulizia delle fuoriuscite e la protezione delle vie respiratorie quando necessario.
Figura 2. Sistema di controllo del sacchetto e della polvere
Nella produzione di vernici e rivestimenti viene utilizzata un'ampia varietà di solventi volatili, inclusi idrocarburi alifatici e aromatici, alcoli, chetoni e così via. I solventi più volatili si trovano solitamente nelle lacche e nelle vernici. L'esposizione ai vapori di solventi può verificarsi durante la diluizione nella produzione di vernici a base di solventi; durante il caricamento dei recipienti di reazione (soprattutto i vecchi tipi di bollitore) nella produzione di vernici; durante il riempimento delle lattine in tutte le vernici a base solvente; e durante la pulizia manuale delle apparecchiature di processo con solventi. La chiusura di apparecchiature come reattori per vernici e miscelatori per vernici di solito comporta una minore esposizione ai solventi, tranne in caso di perdite. Le precauzioni includono la chiusura delle apparecchiature di processo, LEV per le operazioni di diradamento e riempimento delle lattine e la protezione delle vie respiratorie e le procedure in spazi ristretti per la pulizia dei recipienti.
Altri rischi per la salute includono l'inalazione e/o il contatto cutaneo con isocianati utilizzati nella produzione di vernici e rivestimenti poliuretanici; con acrilati, altri monomeri e fotoiniziatori utilizzati nella fabbricazione di rivestimenti indurenti per radiazione; con acroleina e altre emissioni gassose dalla cottura della vernice; e con agenti indurenti e altri additivi nei rivestimenti in polvere. Le precauzioni includono custodia, LEV, guanti e altri indumenti e dispositivi di protezione individuale, formazione sui materiali pericolosi e buone pratiche di lavoro.
Solventi infiammabili, polveri combustibili (soprattutto la nitrocellulosa utilizzata nella produzione di lacche) e oli sono tutti rischi di incendio o esplosione se innescati da una scintilla o da alte temperature. Le fonti di ignizione possono includere apparecchiature elettriche difettose, fumo, attrito, fiamme libere, elettricità statica e così via. Gli stracci imbevuti d'olio possono essere fonte di autocombustione. Le precauzioni includono l'incollaggio e la messa a terra dei contenitori durante il trasferimento di liquidi infiammabili, la messa a terra di apparecchiature come mulini a sfere contenenti polveri combustibili, la ventilazione per mantenere le concentrazioni di vapore al di sotto del limite inferiore di esplosività, la copertura dei contenitori quando non sono in uso, la rimozione di fonti di ignizione, l'uso di dispositivi antiscintilla strumenti di metalli non ferrosi attorno a materiali infiammabili o combustibili e buone pratiche di pulizia.
I rischi legati al rumore possono essere associati all'uso di mulini a sfere ea ciottoli, dispersori ad alta velocità, vibrovagli utilizzati per la filtrazione e così via. Le precauzioni includono isolatori di vibrazioni e altri controlli tecnici, sostituzione di apparecchiature rumorose, buona manutenzione delle apparecchiature, isolamento della fonte di rumore e un programma di conservazione dell'udito in presenza di rumore eccessivo.
Altri pericoli includono protezioni inadeguate della macchina, una fonte comune di lesioni intorno ai macchinari. I rischi elettrici sono un problema particolare se non esiste un programma di lockout/tagout adeguato per la manutenzione e la riparazione delle apparecchiature. Le ustioni possono derivare da recipienti di cottura verniciati a caldo e materiali schizzati e da colle a caldo utilizzate per confezioni ed etichette.
Adattato dalla 3a edizione, Encyclopaedia of Occupational Health and Safety
L'industria della plastica è suddivisa in due settori principali, la cui interrelazione può essere vista nella figura 1. Il primo settore comprende i fornitori di materie prime che producono polimeri e composti per stampaggio da intermedi che possono anche aver prodotto loro stessi. In termini di capitale investito questo è solitamente il maggiore dei due settori. Il secondo settore è costituito dai trasformatori che trasformano le materie prime in articoli vendibili attraverso vari processi come l'estrusione e lo stampaggio ad iniezione. Altri settori includono produttori di macchinari che forniscono attrezzature ai trasformatori e fornitori di additivi speciali per l'uso all'interno dell'industria.
Figura 1. Sequenza produttiva nella lavorazione delle materie plastiche
Produzione di polimeri
I materiali plastici rientrano sostanzialmente in due categorie distinte: materiali termoplastici, che possono essere ammorbiditi ripetutamente mediante l'applicazione di calore e materiali termoindurenti, che subiscono un cambiamento chimico quando riscaldati e modellati e non possono successivamente essere rimodellati dall'applicazione di calore. Diverse centinaia di singoli polimeri possono essere realizzati con proprietà molto diverse, ma solo 20 tipi costituiscono circa il 90% della produzione mondiale totale. I termoplastici sono il gruppo più numeroso e la loro produzione sta aumentando a un ritmo più elevato rispetto ai termoindurenti. In termini di quantità di produzione i termoplastici più importanti sono il polietilene ad alta e bassa densità e il polipropilene (le poliolefine), il cloruro di polivinile (PVC) e il polistirene.
Importanti resine termoindurenti sono il fenolo-formaldeide e l'urea-formaldeide, sia sotto forma di resine che di polveri per stampaggio. Rilevanti anche le resine epossidiche, i poliesteri insaturi ei poliuretani. Un volume minore di "tecnopolimeri", ad esempio poliacetali, poliammidi e policarbonati, ha un valore elevato se utilizzato in applicazioni critiche.
La notevole espansione dell'industria delle materie plastiche nel secondo dopoguerra fu grandemente facilitata dall'ampliamento della gamma delle materie prime di base che la alimentavano; la disponibilità e il prezzo delle materie prime sono cruciali per qualsiasi industria in rapido sviluppo. Le materie prime tradizionali non avrebbero potuto fornire intermedi chimici in quantità sufficienti a un costo accettabile per facilitare la produzione commerciale economica di materiali plastici di grandi tonnellaggi ed è stato lo sviluppo dell'industria petrolchimica a rendere possibile la crescita. Il petrolio come materia prima è abbondantemente disponibile, facilmente trasportabile e maneggiabile ed era, fino alla crisi petrolifera degli anni '1970, relativamente economico. Pertanto, in tutto il mondo, l'industria delle materie plastiche è principalmente legata all'utilizzo di intermedi ottenuti dal cracking del petrolio e dal gas naturale. Le materie prime non convenzionali come la biomassa e il carbone non hanno ancora avuto un impatto importante sull'approvvigionamento dell'industria della plastica.
Il diagramma di flusso in figura 2 illustra la versatilità delle materie prime di petrolio greggio e gas naturale come punti di partenza per gli importanti materiali termoindurenti e termoplastici. Dopo i primi processi di distillazione del petrolio greggio, la materia prima della nafta viene crackizzata o riformata per fornire utili intermedi. Così l'etilene prodotto dal processo di cracking è di uso immediato per la produzione di polietilene o per l'utilizzo in un altro processo che fornisce un monomero, il cloruro di vinile, la base del PVC. Il propilene, anch'esso prodotto durante il processo di cracking, viene utilizzato per via del cumene o per via dell'alcool isopropilico per la produzione dell'acetone necessario per il polimetilmetacrilato; è anche utilizzato nella produzione di ossido di propilene per resine poliestere e polietere e può essere nuovamente polimerizzato direttamente a polipropilene. I buteni trovano impiego nella produzione di plastificanti e l'1,3-butadiene viene utilizzato direttamente per la produzione di gomma sintetica. Gli idrocarburi aromatici come il benzene, il toluene e lo xilene sono ora ampiamente prodotti dai derivati delle operazioni di distillazione del petrolio, invece di essere ottenuti dai processi di coking del carbone; come mostra il diagramma di flusso, si tratta di intermedi nella fabbricazione di importanti materie plastiche e di prodotti ausiliari come i plastificanti. Gli idrocarburi aromatici sono anche un punto di partenza per molti polimeri richiesti nell'industria delle fibre sintetiche, alcuni dei quali sono discussi altrove in questo Enciclopedia.
Figura 2. Produzione di materie prime in plastica
Molti processi molto diversi contribuiscono alla produzione finale di un articolo finito realizzato interamente o parzialmente in plastica. Alcuni processi sono puramente chimici, altri implicano procedure di miscelazione puramente meccaniche, mentre altri, in particolare quelli verso l'estremità inferiore del diagramma, comportano un uso estensivo di macchinari specializzati. Alcuni di questi macchinari assomigliano a quelli utilizzati nelle industrie della gomma, del vetro, della carta e del tessile; il resto è specifico per l'industria della plastica.
Lavorazione delle materie plastiche
L'industria della lavorazione delle materie plastiche converte il materiale polimerico sfuso in articoli finiti.
Materie prime
La sezione di trasformazione dell'industria della plastica riceve le sue materie prime per la produzione nelle seguenti forme:
Ad aggravare
La produzione di composti da polimero comporta la miscelazione del polimero con additivi. Sebbene a tale scopo venga impiegata una grande varietà di macchinari, dove si trattano polveri, i mulini a sfere o i miscelatori ad elica ad alta velocità sono i più comuni e dove si mescolano masse plastiche, impastatrici come i rulli aperti o i miscelatori di tipo Banbury , o gli estrusori stessi sono normalmente impiegati.
Gli additivi richiesti dall'industria sono numerosi e variano ampiamente nel tipo chimico. Di circa 20 classi, le più importanti sono:
Processi di conversione
Tutti i processi di trasformazione richiamano il fenomeno “plastico” dei materiali polimerici e si dividono in due tipologie. In primo luogo, quelli in cui il polimero viene portato dal calore ad uno stato plastico in cui gli viene data una costrizione meccanica che porta ad una forma che mantiene per consolidamento e raffreddamento. In secondo luogo, quelli in cui un materiale polimerizzabile - che può essere parzialmente polimerizzato - è completamente polimerizzato dall'azione del calore, o di un catalizzatore o da entrambi che agiscono insieme mentre è sottoposto a un vincolo meccanico che porta a una forma che mantiene quando completamente polimerizzato e freddo . La tecnologia delle materie plastiche si è sviluppata per sfruttare queste proprietà per produrre beni con il minimo sforzo umano e la massima coerenza nelle proprietà fisiche. I seguenti processi sono comunemente usati.
Stampaggio a compressione
Consiste nel riscaldare un materiale plastico, che può essere sotto forma di granuli o polvere, in uno stampo che viene tenuto in una pressa. Quando il materiale diventa “plastico” la pressione lo costringe a conformarsi alla forma dello stampo. Se la plastica è del tipo che indurisce per riscaldamento, l'articolo formato viene rimosso dopo un breve periodo di riscaldamento aprendo la pressa. Se la plastica non si indurisce al riscaldamento, è necessario effettuare il raffreddamento prima di poter aprire la pressa. Gli articoli realizzati mediante stampaggio a compressione comprendono tappi di bottiglia, chiusure di barattoli, spine e prese elettriche, copriwater, vassoi e oggettistica. Lo stampaggio a compressione viene impiegato anche per realizzare lastre per la successiva formatura nel processo di formatura sottovuoto o per la costruzione di serbatoi e grandi contenitori mediante saldatura o rivestimento di serbatoi metallici esistenti.
Stampaggio a trasferimento
Questa è una modifica dello stampaggio a compressione. Il materiale termoindurente viene riscaldato in un'intercapedine e poi forzato da un pistone nello stampo, che è fisicamente separato e riscaldato indipendentemente dall'intercapedine di riscaldamento. Viene preferito al normale stampaggio a compressione quando l'articolo finale deve portare inserti metallici delicati come nei piccoli quadri elettrici, o quando, come in oggetti molto spessi, non si potrebbe ottenere il completamento della reazione chimica mediante il normale stampaggio a compressione.
Stampaggio ad iniezione
In questo processo, i granuli o le polveri di plastica vengono riscaldati in un cilindro (noto come cilindro), separato dallo stampo. Il materiale viene riscaldato fino a diventare fluido, mentre viene convogliato attraverso il cilindro da una vite elicoidale e quindi forzato nello stampo dove si raffredda e si indurisce. Lo stampo viene quindi aperto meccanicamente e gli articoli formati vengono rimossi (vedi figura 3). Questo processo è uno dei più importanti nell'industria della plastica. È stato ampiamente sviluppato ed è diventato in grado di realizzare articoli di notevole complessità a costi molto contenuti.
Figura 3. Un operatore rimuove una tazza in polipropilene da una macchina per lo stampaggio a iniezione.
Sebbene il trasferimento e lo stampaggio a iniezione siano identici in linea di principio, i macchinari utilizzati sono molto diversi. Lo stampaggio a trasferimento è normalmente limitato ai materiali termoindurenti e lo stampaggio a iniezione ai termoplastici.
Estrusione
Questo è il processo in cui una macchina ammorbidisce una plastica e la forza attraverso uno stampo che le conferisce la forma che mantiene al raffreddamento. I prodotti dell'estrusione sono tubi o barre che possono avere sezioni trasversali di quasi tutte le configurazioni (vedi figura 4). I tubi per uso industriale o domestico vengono prodotti in questo modo, ma altri articoli possono essere realizzati con processi sussidiari. Ad esempio, le bustine possono essere realizzate tagliando tubi e sigillando entrambe le estremità e le buste da tubi flessibili a parete sottile tagliando e sigillando un'estremità.
Il processo di estrusione ha due tipi principali. In uno viene prodotto un foglio piatto. Questo foglio può essere convertito in beni utili mediante altri processi, come la termoformatura.
Figura 4. Estrusione della plastica: il nastro viene tagliato per produrre pellet per macchine per lo stampaggio a iniezione.
Ray woodcock
Il secondo è un processo in cui il tubo estruso viene formato e quando è ancora caldo viene fortemente espanso da una pressione d'aria mantenuta all'interno del tubo. Ciò si traduce in un tubo che può avere un diametro di diversi piedi con una parete molto sottile. Al taglio, questo tubo dà una pellicola ampiamente utilizzata nell'industria dell'imballaggio per il confezionamento. In alternativa, il tubo può essere piegato in modo piatto per ottenere un foglio a due strati che può essere utilizzato per realizzare semplici sacchetti tagliando e sigillando. La Figura 5 fornisce un esempio di ventilazione locale appropriata in un processo di estrusione.
Figura 5. Estrusione di plastica con cappa di aspirazione locale e bagno d'acqua alla testa dell'estrusore
Ray woodcock
calandratura
In questo processo, una plastica viene alimentata a due o più rulli riscaldati e forzata in un foglio passando attraverso un punto di contatto tra due di tali rulli e successivamente raffreddata. Il foglio più spesso del film è realizzato in questo modo. Il foglio così realizzato viene impiegato in applicazioni industriali e domestiche e come materia prima nella fabbricazione di abbigliamento e articoli gonfiati come i giocattoli (vedi figura 6).
Figura 6. Cappe a tettoia per catturare le emissioni calde dai mulini di riscaldamento su un processo di calandratura
Ray woodcock
Soffiatura
Questo processo può essere considerato come una combinazione del processo di estrusione e termoformatura. Un tubo viene estruso verso il basso in uno stampo aperto; quando raggiunge il fondo, lo stampo viene chiuso attorno ad esso e il tubo viene espanso dalla pressione dell'aria. Così la plastica viene forzata ai lati dello stampo e la parte superiore e inferiore sigillate. Al raffreddamento, l'articolo viene prelevato dallo stampo. Questo processo produce articoli cavi di cui le bottiglie sono le più importanti.
La compressione e la resistenza all'urto di alcuni prodotti in plastica realizzati mediante soffiaggio possono essere notevolmente migliorate utilizzando tecniche di stiro-soffiaggio. Ciò si ottiene producendo una preforma che viene successivamente espansa dalla pressione dell'aria e stirata biassialmente. Ciò ha portato a un tale miglioramento della resistenza alla pressione di scoppio delle bottiglie in PVC che vengono utilizzate per bevande gassate.
Stampaggio rotazionale
Questo processo viene utilizzato per la produzione di articoli stampati riscaldando e raffreddando una forma cava che viene fatta ruotare per consentire alla gravità di distribuire polvere o liquido finemente suddiviso sulla superficie interna di quella forma. Gli articoli prodotti con questo metodo includono palloni da calcio, bambole e altri articoli simili.
Colata cinematografica
Oltre al processo di estrusione, i film possono essere formati estrudendo un polimero caldo su un tamburo di metallo lucidato a specchio, oppure una soluzione di polimero può essere spruzzata su un nastro in movimento.
Un'importante applicazione di alcune materie plastiche è il rivestimento della carta. In questo, un film di plastica fusa viene estruso su carta in condizioni in cui la plastica aderisce alla carta. Il cartone può essere rivestito allo stesso modo. La carta e il cartone così rivestiti sono ampiamente utilizzati negli imballaggi e il cartone di questo tipo viene utilizzato nella fabbricazione di scatole.
Termoformatura
Sotto questa voce sono raggruppate una serie di lavorazioni in cui una lastra di materiale plastico, il più delle volte termoplastico, viene riscaldata, generalmente in un forno, e dopo il fissaggio perimetrale viene forzata ad una forma prestabilita mediante pressione che può essere da pistoni ad azionamento meccanico o ad aria compressa o vapore. Per articoli molto grandi il foglio caldo “gommoso” viene movimentato con pinze sopra formatori. I prodotti così fabbricati includono apparecchi di illuminazione esterna, segnaletica stradale pubblicitaria e direzionale, bagni e altri articoli per toilette e lenti a contatto.
Formatura sottovuoto
Ci sono molti processi che rientrano in questa categoria generale, tutti aspetti della formatura termica, ma hanno tutti in comune il fatto che un foglio di plastica viene riscaldato in una macchina sopra una cavità, attorno al bordo della quale viene bloccato, e quando flessibile viene forzato per aspirazione nella cavità, dove assume una forma specifica e si raffredda. In una successiva operazione, l'articolo viene rifilato dal foglio. Questi processi producono contenitori a parete sottile molto economici di tutti i tipi, nonché articoli espositivi e pubblicitari, vassoi e articoli simili e materiali ammortizzanti per l'imballaggio di prodotti come torte fantasia, frutti di bosco e carne tagliata.
laminazione
In tutti i vari processi di laminazione, due o più materiali sotto forma di fogli vengono compressi per dare un foglio o pannello consolidato di proprietà speciali. Ad un estremo si trovano i laminati decorativi realizzati con resine fenoliche e amminiche, all'altro film complessi utilizzati negli imballaggi aventi, ad esempio, cellulosa, polietilene e lamina metallica nella loro costituzione.
Processi di tecnologia della resina
Questi includono la produzione di compensato, la fabbricazione di mobili e la costruzione di articoli grandi ed elaborati come carrozzerie di automobili e scafi di barche in fibra di vetro impregnata di poliestere o resine epossidiche. In tutti questi processi, una resina liquida viene fatta consolidare sotto l'azione del calore o di un catalizzatore e quindi legare insieme particelle discrete o fibre o pellicole o fogli meccanicamente deboli, ottenendo un pannello robusto di costruzione rigida. Queste resine possono essere applicate con tecniche di stratificazione manuale come pennello e immersione o a spruzzo.
Piccoli oggetti come souvenir e gioielli in plastica possono essere realizzati anche per fusione, dove la resina liquida e il catalizzatore vengono mescolati insieme e versati in uno stampo.
Processi di finitura
Inclusi in questa voce sono una serie di processi comuni a molte industrie, ad esempio l'uso di vernici e adesivi. Esistono, tuttavia, numerose tecniche specifiche utilizzate per la saldatura delle materie plastiche. Questi includono l'uso di solventi come idrocarburi clorurati, metiletilchetone (MEK) e toluene, che vengono utilizzati per incollare insieme fogli di plastica rigida per la fabbricazione generale, espositori pubblicitari e lavori simili. La radiazione a radiofrequenza (RF) utilizza una combinazione di pressione meccanica e radiazione elettromagnetica con frequenze generalmente comprese tra 10 e 100 mHz. Questo metodo è comunemente utilizzato per saldare insieme materiale plastico flessibile nella produzione di portafogli, valigette e passeggini per bambini (vedere il riquadro allegato). Le energie ultrasoniche vengono utilizzate anche in combinazione con la pressione meccanica per una gamma di lavoro simile.
Riscaldatori e sigillatori dielettrici RF
I riscaldatori e i sigillanti a radiofrequenza (RF) sono utilizzati in molte industrie per riscaldare, fondere o polimerizzare materiali dielettrici, come plastica, gomma e colla che sono isolanti elettrici e termici e difficili da riscaldare con metodi normali. I riscaldatori RF sono comunemente usati per sigillare cloruro di polivinile (ad esempio, produzione di prodotti in plastica come impermeabili, coprisedili e materiali da imballaggio); indurimento di colle utilizzate nella lavorazione del legno; goffratura e asciugatura di tessuti, carta, pelle e plastica; e polimerizzazione di molti materiali contenenti resine plastiche.
I riscaldatori RF utilizzano la radiazione RF nell'intervallo di frequenza da 10 a 100 MHz con una potenza di uscita da meno di 1kW a circa 100kW per produrre calore. Il materiale da riscaldare viene posto tra due elettrodi sotto pressione, e la potenza RF viene applicata per periodi che vanno da pochi secondi a circa un minuto, a seconda dell'utilizzo. I riscaldatori RF possono produrre campi elettrici e magnetici RF ad alta dispersione nell'ambiente circostante, soprattutto se gli elettrodi non sono schermati.
L'assorbimento dell'energia RF da parte del corpo umano può causare un riscaldamento localizzato e dell'intero corpo, che può avere effetti negativi sulla salute. La temperatura corporea può aumentare di 1 °C o più, il che può causare effetti cardiovascolari come aumento della frequenza cardiaca e della gittata cardiaca. Gli effetti localizzati includono cataratta oculare, conta spermatica ridotta nel sistema riproduttivo maschile ed effetti teratogeni nel feto in via di sviluppo.
I rischi indiretti includono ustioni da radiofrequenza da contatto diretto con parti metalliche del riscaldatore che sono dolorose, profonde e lente a guarire; intorpidimento della mano; ed effetti neurologici, tra cui la sindrome del tunnel carpale e gli effetti sul sistema nervoso periferico.
Controls
I due tipi fondamentali di controlli che possono essere utilizzati per ridurre i rischi derivanti dai riscaldatori RF sono le pratiche di lavoro e la schermatura. La schermatura, ovviamente, è preferibile, ma anche adeguate procedure di manutenzione e altre pratiche lavorative possono ridurre l'esposizione. È stato utilizzato anche un controllo amministrativo per limitare la quantità di tempo in cui l'operatore è esposto.
Le corrette procedure di manutenzione o riparazione sono importanti perché la mancata reinstallazione corretta della schermatura, degli interblocchi, dei pannelli dell'armadio e dei dispositivi di fissaggio può provocare un'eccessiva dispersione RF. Inoltre, l'alimentazione elettrica al riscaldatore deve essere scollegata e bloccata o contrassegnata per proteggere il personale addetto alla manutenzione.
I livelli di esposizione dell'operatore possono essere ridotti mantenendo le mani e la parte superiore del corpo dell'operatore il più lontano possibile dal riscaldatore RF. I pannelli di controllo dell'operatore per alcuni riscaldatori automatizzati sono posizionati a distanza dagli elettrodi del riscaldatore utilizzando vassoi navetta, tavoli girevoli o nastri trasportatori per alimentare il riscaldatore.
L'esposizione del personale operativo e non operativo può essere ridotta misurando i livelli RF. Poiché i livelli RF diminuiscono con l'aumentare della distanza dal riscaldatore, attorno a ciascun riscaldatore è possibile identificare un'"area di rischio RF". I lavoratori possono essere avvisati di non occupare queste aree pericolose quando il riscaldatore RF è in funzione. Ove possibile, devono essere utilizzate barriere fisiche non conduttive per mantenere le persone a distanza di sicurezza.
Idealmente, i riscaldatori RF dovrebbero avere uno schermo a scatola attorno all'applicatore RF per contenere la radiazione RF. Lo schermo e tutti i giunti devono avere un'elevata conduttività per le correnti elettriche interne che scorreranno nelle pareti. Dovrebbero esserci meno aperture possibili nello scudo e dovrebbero essere piccole quanto è pratico per il funzionamento. Le aperture devono essere dirette lontano dall'operatore. Le correnti nella schermatura possono essere ridotte al minimo avendo conduttori separati all'interno dell'armadio per condurre correnti elevate. Il riscaldatore deve essere adeguatamente messo a terra, con il filo di terra nello stesso tubo della linea elettrica. Il riscaldatore deve disporre di interblocchi adeguati per evitare l'esposizione ad alte tensioni ed elevate emissioni RF.
È molto più semplice incorporare questa schermatura nei nuovi progetti di riscaldatori RF da parte del produttore. Il retrofit è più difficile. Gli involucri delle scatole possono essere efficaci. Anche una corretta messa a terra può spesso essere efficace nel ridurre le emissioni RF. Le misurazioni RF devono essere effettuate con attenzione in seguito per garantire che le emissioni RF siano state effettivamente ridotte. La pratica di racchiudere il riscaldatore in una stanza rivestita di schermo metallico può effettivamente aumentare l'esposizione se anche l'operatore si trova in quella stanza, sebbene riduca le esposizioni all'esterno della stanza.
Fonte: ICNIRP in corso di stampa.
Pericoli e loro prevenzione
Produzione di polimeri
I rischi particolari dell'industria dei polimeri sono strettamente correlati a quelli dell'industria petrolchimica e dipendono in larga misura dalle sostanze utilizzate. I rischi per la salute delle singole materie prime si trovano altrove in questo Enciclopedia. Il pericolo di incendio ed esplosione è un pericolo generale importante. Molti processi di polimero/resina presentano un rischio di incendio ed esplosione a causa della natura delle materie prime primarie utilizzate. Se non vengono prese adeguate misure di sicurezza, a volte c'è il rischio durante la reazione, generalmente all'interno di edifici parzialmente chiusi, di gas o liquidi infiammabili che fuoriescono a temperature superiori al loro punto di infiammabilità. Se le pressioni coinvolte sono molto elevate, si dovrebbe prevedere un adeguato sfiato nell'atmosfera. Potrebbe verificarsi un eccessivo accumulo di pressione dovuto a reazioni esotermiche inaspettatamente rapide e la manipolazione di alcuni additivi e la preparazione di alcuni catalizzatori potrebbe aumentare il rischio di esplosione o incendio. L'industria ha affrontato questi problemi e in particolare per quanto riguarda la produzione di resine fenoliche ha prodotto note guida dettagliate sull'ingegneria della progettazione degli impianti e sulle procedure operative sicure.
Lavorazione delle materie plastiche
L'industria della lavorazione della plastica presenta rischi di lesioni a causa dei macchinari utilizzati, rischi di incendio a causa della combustibilità delle materie plastiche e delle loro polveri e rischi per la salute a causa delle numerose sostanze chimiche utilizzate nell'industria.
Infortuni
L'area principale per gli infortuni è nel settore della lavorazione della plastica dell'industria della plastica. La maggior parte dei processi di trasformazione delle materie plastiche dipende quasi interamente dall'utilizzo di macchinari. Di conseguenza i pericoli principali sono quelli associati all'uso di tali macchinari, non solo durante il normale funzionamento ma anche durante la pulizia, l'impostazione e la manutenzione delle macchine.
Le presse a compressione, transfer, iniezione e soffiaggio sono tutte dotate di piastre di pressatura con una forza di bloccaggio di molte tonnellate per centimetro quadrato. Devono essere montate protezioni adeguate per evitare amputazioni o lesioni da schiacciamento. Ciò si ottiene generalmente racchiudendo le parti pericolose e interbloccando eventuali ripari mobili con i comandi della macchina. Una protezione interbloccata non dovrebbe consentire movimenti pericolosi all'interno dell'area protetta con la protezione aperta e dovrebbe arrestare le parti pericolose o invertire il movimento pericoloso se la protezione viene aperta durante il funzionamento della macchina.
Laddove esiste un grave rischio di lesioni ai macchinari, come i piani delle macchine per lo stampaggio, e l'accesso regolare all'area di pericolo, è necessario uno standard di interblocco più elevato. Ciò può essere ottenuto mediante una seconda disposizione di interblocco indipendente sulla protezione per interrompere l'alimentazione e impedire un movimento pericoloso quando è aperta.
Per i processi che coinvolgono fogli di plastica, un rischio comune riscontrato dai macchinari è rappresentato dalle trappole in corsa tra i rulli o tra i rulli e il foglio in lavorazione. Questi si verificano sui rulli tenditori e sui dispositivi di traino negli impianti di estrusione e nelle calandre. La messa in sicurezza può essere ottenuta mediante l'utilizzo di un dispositivo di scatto, opportunamente posizionato, che porti immediatamente a fermo i rulli o inverta il moto pericoloso.
Molte delle macchine per la lavorazione della plastica funzionano a temperature elevate e si possono verificare gravi ustioni se parti del corpo entrano in contatto con metallo o plastica calda. Ove possibile, tali parti dovrebbero essere protette quando la temperatura supera i 50 ºC. Inoltre, i blocchi che si verificano sulle presse ad iniezione e sugli estrusori possono liberarsi violentemente. Quando si tenta di liberare tappi di plastica congelati, è necessario seguire un sistema di lavoro sicuro, che dovrebbe includere l'uso di guanti adeguati e protezione per il viso.
La maggior parte delle moderne funzioni delle macchine sono ora controllate da un controllo elettronico programmato o da sistemi informatici che possono anche controllare dispositivi di decollo meccanico o sono collegati a robot. Sulle nuove macchine c'è meno necessità che un operatore si avvicini alle aree pericolose e ne consegue che la sicurezza delle macchine dovrebbe migliorare di conseguenza. C'è, tuttavia, una maggiore necessità che setter e ingegneri si avvicinino a queste parti. È quindi essenziale che venga istituito un adeguato programma di lockout/tagout prima di eseguire questo tipo di lavoro, in particolare laddove non sia possibile ottenere una protezione completa da parte dei dispositivi di sicurezza della macchina. Inoltre, dovrebbero essere progettati e concepiti adeguati sistemi di backup o di emergenza per far fronte a situazioni in cui il controllo programmato fallisce per qualsiasi motivo, ad esempio durante l'interruzione dell'alimentazione.
È importante che le macchine siano adeguatamente disposte in officina con buoni spazi di lavoro liberi per ciascuna. Questo aiuta a mantenere elevati standard di pulizia e ordine. Anche le macchine stesse dovrebbero essere manutenute correttamente e i dispositivi di sicurezza dovrebbero essere controllati regolarmente.
Una buona pulizia è essenziale e si dovrebbe prestare particolare attenzione a mantenere puliti i pavimenti. Senza la pulizia ordinaria, i pavimenti saranno gravemente contaminati dall'olio della macchina o dai granuli di plastica versati. Dovrebbero essere presi in considerazione e forniti anche metodi di lavoro, inclusi mezzi di accesso sicuri alle aree al di sopra del livello del pavimento.
Dovrebbe essere previsto un adeguato distanziamento anche per lo stoccaggio delle materie prime e dei prodotti finiti; queste aree dovrebbero essere chiaramente designate.
Le materie plastiche sono buoni isolanti elettrici e, per questo motivo, le cariche statiche possono accumularsi sui macchinari su cui viaggiano fogli o pellicole. Queste cariche possono avere un potenziale sufficientemente elevato da causare un grave incidente o fungere da fonti di accensione. Per ridurre queste cariche devono essere utilizzati eliminatori statici e parti metalliche opportunamente messe a terra o messe a terra.
Sempre più spesso, il materiale plastico di scarto viene rielaborato utilizzando granulatori e miscelato con nuovo stock. I granulatori devono essere completamente chiusi per impedire qualsiasi possibilità di raggiungere i rotori attraverso le aperture di scarico e alimentazione. Il design delle aperture di alimentazione su macchine di grandi dimensioni dovrebbe essere tale da impedire l'ingresso di tutto il corpo. I rotori funzionano ad alta velocità e le coperture non devono essere rimosse finché non si sono arrestate. Se sono montate protezioni ad incastro, dovrebbero impedire il contatto con le lame fino a quando non si sono completamente arrestate.
Rischi di incendio ed esplosione
Le materie plastiche sono materiali combustibili, sebbene non tutti i polimeri supportino la combustione. In forma di polvere finemente suddivisa, molti possono formare concentrazioni esplosive nell'aria. Laddove questo rappresenta un rischio, le polveri devono essere controllate, preferibilmente in un sistema chiuso, con sufficienti pannelli di sfogo che sfoghino a bassa pressione (circa 0.05 bar) in un luogo sicuro. Una scrupolosa pulizia è indispensabile per evitare accumuli nei locali di lavoro che possano disperdersi nell'aria e provocare una seconda esplosione.
I polimeri possono essere soggetti a degradazione termica e pirolisi a temperature non molto superiori alle normali temperature di lavorazione. In queste circostanze, pressioni sufficienti possono accumularsi nel cilindro di un estrusore, ad esempio, per espellere plastica fusa e qualsiasi tappo solido di plastica causando un blocco iniziale.
I liquidi infiammabili sono comunemente usati in questo settore, ad esempio come vernici, adesivi, detergenti e nella saldatura a solvente. Anche le resine in fibra di vetro (poliestere) sviluppano vapori di stirene infiammabili. Le scorte di tali liquidi dovrebbero essere ridotte al minimo nel laboratorio e conservate in un luogo sicuro quando non vengono utilizzate. Le aree di stoccaggio dovrebbero includere luoghi sicuri all'aria aperta o un deposito resistente al fuoco.
I perossidi utilizzati nella produzione di resine in vetroresina (GRP) devono essere stoccati separatamente da liquidi infiammabili e altri materiali combustibili e non sottoposti a temperature estreme poiché sono esplosivi se riscaldati.
Rischi per la salute
Esistono numerosi potenziali rischi per la salute associati alla lavorazione della plastica. Le materie plastiche grezze sono raramente utilizzate da sole e dovrebbero essere prese opportune precauzioni per quanto riguarda gli additivi utilizzati nelle varie formulazioni. Gli additivi utilizzati includono saponi di piombo in PVC e alcuni coloranti organici e al cadmio.
Esiste un rischio significativo di dermatite da liquidi e polveri solitamente da "sostanze chimiche reattive" come resine fenoliche formaldeide (prima della reticolazione), uretani e resine poliestere insature utilizzate nella produzione di prodotti in vetroresina. Indossare indumenti protettivi adeguati.
È possibile che si generino fumi dalla degradazione termica dei polimeri durante la lavorazione a caldo. I controlli tecnici possono ridurre al minimo il problema. Particolare attenzione, tuttavia, deve essere prestata per evitare l'inalazione di prodotti di pirolisi in condizioni avverse, ad esempio durante lo spurgo del cilindro dell'estrusore. Potrebbero essere necessarie condizioni di buon LEV. Si sono verificati problemi, ad esempio, quando gli operatori sono stati sopraffatti dal gas di acido cloridrico e hanno sofferto di "febbre da fumi di polimero" a seguito del surriscaldamento rispettivamente di PVC e politetrafluoretilene (PTFE). La scatola allegata descrive in dettaglio alcuni prodotti di decomposizione chimica della plastica.
Tabella 1. Prodotti volatili della decomposizione della plastica (componenti di riferimento)*
*Ristampato da BIA 1997, con permesso.
In molti settori industriali, le materie plastiche sono soggette a stress termico. Le temperature vanno da valori relativamente bassi nella lavorazione delle materie plastiche (ad es. da 150 a 250 ºC) a casi estremi, ad es. quando si saldano lamiere verniciate o tubi rivestiti in plastica). La domanda che si pone costantemente in questi casi è se nelle aree di lavoro si verificano concentrazioni tossiche di prodotti volatili di pirolisi.
Per rispondere a questa domanda, occorre prima determinare le sostanze rilasciate e quindi misurare le concentrazioni. Mentre la seconda fase è in linea di principio fattibile, di solito non è possibile determinare i prodotti di pirolisi pertinenti sul campo. Il Berufsgenossenschaftliches Institut für Arbeitssicherheit (BIA) ha quindi esaminato questo problema per anni e nel corso di numerosi test di laboratorio ha determinato prodotti di decomposizione volatili per la plastica. I risultati dei test per i singoli tipi di plastica sono stati pubblicati (Lichtenstein e Quellmalz 1984, 1986a, 1986b, 1986c).
Di seguito è riportato un breve riepilogo dei risultati fino ad oggi. Questa tabella è intesa come un aiuto per tutti coloro che devono misurare le concentrazioni di sostanze pericolose nelle aree di lavoro pertinenti. I prodotti di decomposizione elencati per le singole materie plastiche possono servire come "componenti di riferimento". Va ricordato, tuttavia, che la pirolisi può dare origine a miscele di sostanze molto complesse, la cui composizione dipende da molti fattori.
La tabella quindi non pretende di essere completa per quanto riguarda i prodotti di pirolisi elencati come componenti di riferimento (tutti determinati in esperimenti di laboratorio). Non si può escludere la presenza di altre sostanze con potenziali rischi per la salute. È praticamente impossibile registrare completamente tutte le sostanze presenti.
Plastica |
Abbreviazione |
Sostanze volatili |
poliossimetilene |
POM |
Formaldehyde |
Resine epossidiche a base di |
Fenolo |
|
Gomma cloroprene |
CR |
Cloroprene (2-clorobuta-1,3-diene), |
Polistirolo |
PS |
Styrene |
Acrilonitrile-butadiene-stirene- |
ABS |
Stirene, 1,3-butadiene, acrilonitrile |
Copolimero stirene-acrilonitrile |
SAN |
Acrilonitrile, stirene |
Policarbonati |
PC |
Fenolo |
Cloruro di polivinile |
PVC |
Acido cloridrico, plastificanti |
Poliammide 6 |
AP 6 |
e-caprolattame |
Poliammide 66 |
AP 66 |
Ciclopentanone, |
Polietilene |
PEHD, PELD |
idrocarburi alifatici insaturi, |
politetrafluoroetilene |
PTFE |
Insaturi perfluorurati |
Polimetilmetacrilato |
PMMA |
Metacrilato di metile |
poliuretano |
PUR |
A seconda del tipo, ampiamente variabile |
polipropilene |
PP |
Alifatici insaturi e saturi |
Polibutile entereftalato |
PBT |
1,3-butadiene, benzene |
Poliacrilonitrile |
PAN |
Acrilonitrile, acido cianidrico2 |
Acetato di cellulosa |
CA |
Acido acetico |
Norbert Liechtenstein
1 L'uso è interrotto.
2 Non è stato possibile rilevarlo con la tecnica analitica utilizzata (GC/MS) ma è noto dalla letteratura.
Esiste anche il pericolo di inalazione di vapori tossici da alcune resine termoindurenti. L'inalazione di isocianati usati con resine poliuretaniche può portare a polmonite chimica e asma grave e, una volta sensibilizzate, le persone dovrebbero essere trasferite a un lavoro alternativo. Un problema simile esiste con le resine di formaldeide. In entrambi questi esempi è necessario uno standard elevato di LEV. Nella fabbricazione di articoli in vetroresina si sprigionano notevoli quantità di vapori di stirene e questo lavoro deve essere svolto in condizioni di buona ventilazione generale del locale di lavoro.
Ci sono anche alcuni rischi che sono comuni a un certo numero di industrie. Questi includono l'uso di solventi per la diluizione o per gli scopi menzionati in precedenza. Gli idrocarburi clorurati sono comunemente usati per la pulizia e l'incollaggio e senza un'adeguata ventilazione di scarico le persone possono soffrire di narcosi.
Lo smaltimento dei rifiuti di plastica mediante combustione deve essere effettuato in condizioni attentamente controllate; ad esempio, PTFE e uretani dovrebbero trovarsi in un'area in cui i fumi vengono scaricati in un luogo sicuro.
Durante l'uso dei granulatori si ottengono generalmente livelli di rumore molto elevati, che possono portare alla perdita dell'udito degli operatori e delle persone che lavorano nelle vicinanze. Questo pericolo può essere limitato separando questa apparecchiatura da altre aree di lavoro. Preferibilmente i livelli di rumore dovrebbero essere ridotti alla fonte. Ciò è stato ottenuto con successo rivestendo il granulatore con materiale fonoassorbente e montando deflettori all'apertura di alimentazione. Potrebbe anche esserci un pericolo per l'udito creato dal suono udibile prodotto dalle saldatrici a ultrasuoni come normale accompagnamento delle energie ultrasoniche. Gli involucri idonei possono essere progettati per ridurre i livelli di rumore ricevuti e possono essere interbloccati per prevenire un rischio meccanico. Come standard minimo, le persone che lavorano in aree ad alto livello di rumore dovrebbero indossare un'adeguata protezione dell'udito e dovrebbe esserci un adeguato programma di conservazione dell'udito, compresi i test audiometrici e la formazione.
Anche le ustioni sono un pericolo. Alcuni additivi e catalizzatori per la produzione e la lavorazione della plastica possono essere altamente reattivi al contatto con aria e acqua e possono facilmente causare ustioni chimiche. Ovunque vengano movimentati o trasportati termoplastici fusi esiste il pericolo di schizzi di materiale caldo e conseguenti ustioni e scottature. La gravità di queste ustioni può essere aumentata dalla tendenza dei termoplastici caldi, come la cera calda, ad aderire alla pelle.
I perossidi organici sono irritanti e possono causare cecità se spruzzati negli occhi. È necessario indossare una protezione per gli occhi adeguata.
Evoluzione e profilo
La biotecnologia può essere definita come l'applicazione di sistemi biologici a processi tecnici e industriali. Comprende sia gli organismi tradizionali che quelli geneticamente modificati. La biotecnologia tradizionale è il risultato della classica ibridazione, accoppiamento o incrocio di vari organismi per creare nuovi organismi utilizzati da secoli per produrre pane, birra, formaggio, soia, saki, vitamine, piante ibride e antibiotici. Più recentemente, vari organismi sono stati utilizzati anche per il trattamento delle acque reflue, delle acque reflue umane e dei rifiuti tossici industriali.
La moderna biotecnologia combina i principi della chimica e delle scienze biologiche (biologia molecolare e cellulare, genetica, immunologia) con le discipline tecnologiche (ingegneria, informatica) per la produzione di beni e servizi e per la gestione ambientale. La moderna biotecnologia utilizza gli enzimi di restrizione per tagliare e incollare le informazioni genetiche, il DNA, da un organismo all'altro al di fuori delle cellule viventi. Il DNA composito viene quindi reintrodotto nelle cellule ospiti per determinare se il tratto desiderato è espresso. La cellula risultante è chiamata clone ingegnerizzato, ricombinante o organismo geneticamente manipolato (OGM). L'industria biotecnologica "moderna" è nata nel 1961-1965 con la rottura del codice genetico ed è cresciuta notevolmente dai primi esperimenti riusciti di clonazione del DNA nel 1972.
Dall'inizio degli anni '1970, gli scienziati hanno capito che l'ingegneria genetica è una tecnologia estremamente potente e promettente, ma che ci sono rischi potenzialmente seri da considerare. Già nel 1974, gli scienziati hanno chiesto una moratoria mondiale su tipi specifici di esperimenti al fine di valutare i rischi ed elaborare linee guida appropriate per evitare pericoli biologici ed ecologici (Comitato per le molecole di DNA ricombinante, Consiglio nazionale delle ricerche, Accademia nazionale delle scienze 1974 ). Alcune delle preoccupazioni espresse riguardavano la potenziale "fuga di vettori che potrebbero avviare un processo irreversibile, con un potenziale di creare problemi molte volte maggiori di quelli derivanti dalla moltitudine di ricombinazioni genetiche che si verificano spontaneamente in natura". Si temeva che “i microrganismi con geni trapiantati potessero rivelarsi pericolosi per l'uomo o per altre forme di vita. Potrebbe derivarne un danno se la cellula ospite alterata ha un vantaggio competitivo che favorirebbe la sua sopravvivenza in qualche nicchia all'interno dell'ecosistema” (NIH 1976). Era anche ben chiaro che i lavoratori di laboratorio sarebbero stati i "canarini nella miniera di carbone" e si sarebbe dovuto fare qualche tentativo per proteggere i lavoratori e l'ambiente dai pericoli sconosciuti e potenzialmente gravi.
Nel febbraio 1975 si tenne una conferenza internazionale ad Asilomar, in California. Il suo rapporto conteneva le prime linee guida di consenso basate su strategie di contenimento biologico e fisico per il controllo dei potenziali pericoli previsti dalla nuova tecnologia. Si ritenne che alcuni esperimenti ponessero pericoli potenziali così seri che la conferenza ne sconsigliava la conduzione in quel momento (NIH 1976). Il seguente lavoro è stato originariamente bandito:
Negli Stati Uniti le prime linee guida del National Institutes of Health (NIHG) sono state pubblicate nel 1976, in sostituzione delle linee guida Asilomar. Questi NIHG hanno consentito alla ricerca di procedere classificando gli esperimenti in base alle classi di pericolo basate sui rischi associati alla cellula ospite, ai sistemi vettoriali che trasportano i geni nelle cellule e agli inserti genici, consentendo o limitando in tal modo lo svolgimento degli esperimenti in base alla valutazione del rischio. La premessa di base del NIHG - provvedere alla protezione dei lavoratori e, per estensione, alla sicurezza della comunità - rimane in vigore oggi (NIH 1996). Gli NIHG vengono aggiornati regolarmente e si sono evoluti fino a diventare uno standard di pratica ampiamente accettato per la biotecnologia negli Stati Uniti. La conformità è richiesta dalle istituzioni che ricevono finanziamenti federali, nonché da molte ordinanze cittadine o cittadine locali. Il NIHG fornisce una base per le normative in altri paesi del mondo, tra cui la Svizzera (SCBS 1995) e il Giappone (National Institute of Health 1996).
Dal 1976, il NIHG è stato ampliato per incorporare considerazioni di contenimento e approvazione per le nuove tecnologie, inclusi impianti di produzione su larga scala e proposte di terapia genica somatica vegetale, animale e umana. Alcuni degli esperimenti originariamente vietati sono ora consentiti con specifica approvazione da parte degli NIH o con specifiche pratiche di contenimento.
Nel 1986 l'Office of Science and Technology Policy (OSTP) degli Stati Uniti ha pubblicato il suo Coordinated Framework for Biotechnology Regulation. Ha affrontato la questione politica sottostante se le normative esistenti fossero adeguate per valutare i prodotti derivati dalle nuove tecnologie e se i processi di revisione per la ricerca fossero sufficienti per proteggere il pubblico e l'ambiente. Le agenzie di regolamentazione e ricerca statunitensi (Environmental Protection Agency (EPA), Food and Drug Administration (FDA), Occupational Safety and Health Administration (OSHA), NIH, US Department of Agriculture (USDA) e National Science Foundation (NSF)) hanno concordato di regolamentare i prodotti, non i processi, e che non erano necessarie nuove norme speciali per proteggere i lavoratori, il pubblico o l'ambiente. La politica è stata stabilita per gestire i programmi di regolamentazione in modo integrato e coordinato, riducendo al minimo le sovrapposizioni e, per quanto possibile, la responsabilità dell'approvazione del prodotto sarebbe spettata a un'agenzia. Le agenzie coordinerebbero gli sforzi adottando definizioni coerenti e utilizzando revisioni scientifiche (valutazioni del rischio) di pari rigore scientifico (OSHA 1984; OSTP 1986).
Il NIHG e il quadro coordinato hanno fornito un grado adeguato di discussione scientifica obiettiva e partecipazione pubblica, che ha portato alla crescita della biotecnologia statunitense in un'industria multimiliardaria. Prima del 1970, c'erano meno di 100 aziende coinvolte in tutti gli aspetti della moderna biotecnologia. Nel 1977, altre 125 aziende si unirono ai ranghi; nel 1983 altre 381 società portarono il livello degli investimenti di capitale privato a più di 1 miliardo di dollari. Nel 1994 l'industria era cresciuta fino a superare le 1,230 società (Massachusetts Biotechnology Council Community Relations Committee 1993) e la capitalizzazione di mercato superava i 6 miliardi di dollari.
L'occupazione nelle aziende biotecnologiche statunitensi nel 1980 era di circa 700 persone; nel 1994 circa 1,300 aziende impiegavano più di 100,000 lavoratori (Massachusetts Biotechnology Council Community Relations Committee 1993). Inoltre, esiste un'intera industria di supporto che fornisce forniture (prodotti chimici, componenti dei media, linee cellulari), attrezzature, strumentazione e servizi (banca cellulare, validazione, calibrazione) necessari per garantire l'integrità della ricerca e della produzione.
In tutto il mondo c'è stato un grande livello di preoccupazione e scetticismo sulla sicurezza della scienza e dei suoi prodotti. Il Consiglio delle Comunità europee (Parlamento delle Comunità europee 1987) ha sviluppato direttive per proteggere i lavoratori dai rischi associati all'esposizione a sostanze biologiche (Consiglio delle Comunità europee 1990a) e per imporre controlli ambientali sulle attività sperimentali e commerciali, compreso il rilascio deliberato. Il termine “rilascio” comprende la commercializzazione di prodotti che utilizzano OGM (Consiglio delle Comunità europee 1990b; Van Houten e Flemming 1993). Sono stati sviluppati standard e linee guida relativi ai prodotti biotecnologici all'interno di organizzazioni internazionali e multilaterali come l'Organizzazione mondiale della sanità (OMS), l'Organizzazione internazionale per gli standard (ISO), la Commissione della Comunità europea, l'Organizzazione per l'alimentazione e l'agricoltura (FAO) e la rete di dati sui ceppi microbici ( OSTP 1986).
L'industria biotecnologica moderna può essere considerata in termini di quattro settori industriali principali, ciascuno con ricerca e sviluppo (R&S) di laboratorio, sul campo e/o clinica a supporto dell'effettiva produzione di beni e servizi.
Tabella 1. Microrganismi di importanza industriale
Nome |
Organismo ospite |
si utilizza |
Acetobatteri aceti |
Batterio aerobico |
Fermenta la frutta |
Aspirgillo niger |
Fungo asessuato |
Degrada la materia organica |
Aspirgillo oryzae |
Fungo asessuato |
Utilizzato nella produzione di miso, salsa di soia e sake |
Bacillis licheniformis |
Batterio |
Prodotti chimici ed enzimi industriali |
Bacillis subtilis |
Batterio |
Prodotti chimici, enzimi, fonte di proteine unicellulari per il consumo umano in Asia |
Cellule ovariche di criceto cinese (CHO)* |
Coltura di cellule di mammifero |
Produzione di biofarmaci |
Clostridium acetobutilico |
Batterio |
Butanolo, produzione di acetone |
Escherichia coli K-12* |
Ceppo batterico |
Clonazione per fermentazione, produzione di prodotti farmaceutici e biologici |
Penicillium Roqueforti |
Fungo asessuato |
Produzione di formaggio blu |
Saccharomyces cerevisiae* |
Lievito |
Clonazione per la produzione di birra |
Saccharomyces uvarum* |
Lievito |
Clonazione per bevande alcoliche e produzione industriale di alcol |
* Importante per la moderna biotecnologia.
Lavoratori della biotecnologia
La biotecnologia inizia nel laboratorio di ricerca ed è una scienza multidisciplinare. Biologi molecolari e cellulari, immunologi, genetisti, chimici di proteine e peptidi, biochimici e ingegneri biochimici sono i più direttamente esposti ai rischi reali e potenziali della tecnologia del DNA ricombinante (rDNA). Altri lavoratori che possono essere esposti meno direttamente ai rischi biologici rDNA includono personale di servizio e supporto come tecnici di ventilazione e refrigerazione, fornitori di servizi di calibrazione e personale addetto alle pulizie. In un recente sondaggio tra i professionisti della salute e della sicurezza nel settore, è emerso che i lavoratori esposti direttamente e indirettamente costituiscono circa il 30-40% della forza lavoro totale nelle tipiche aziende biotecnologiche commerciali (Lee e Ryan 1996). La ricerca biotecnologica non si limita all'“industria”; è condotto anche nelle istituzioni accademiche, mediche e governative.
Gli addetti ai laboratori di biotecnologia sono esposti a un'ampia varietà di sostanze chimiche pericolose e tossiche, a pericoli biologici ricombinanti e non ricombinanti o "wild type", agenti patogeni a trasmissione ematica umana e malattie zoonotiche, nonché materiali radioattivi utilizzati negli esperimenti di etichettatura. Inoltre, i disturbi muscoloscheletrici e le lesioni da sforzi ripetuti stanno diventando sempre più ampiamente riconosciuti come potenziali rischi per i ricercatori a causa dell'uso estensivo di computer e micropipettatrici manuali.
Anche gli operatori della produzione di biotecnologie sono esposti a sostanze chimiche pericolose, ma non la varietà che si vede nel contesto della ricerca. A seconda del prodotto e del processo, potrebbe verificarsi un'esposizione ai radionuclidi durante la produzione. Anche al livello di rischio biologico più basso, i processi di produzione biotecnologici sono sistemi chiusi e il potenziale di esposizione alle colture ricombinanti è basso, tranne in caso di incidenti. Negli impianti di produzione biomedica, l'applicazione delle attuali buone pratiche di fabbricazione integra le linee guida sulla biosicurezza per proteggere i lavoratori nell'impianto. I principali rischi per i lavoratori della produzione nelle operazioni di buona pratica su larga scala (GLSP) che coinvolgono organismi ricombinanti non pericolosi includono lesioni muscoloscheletriche traumatiche (ad es. stiramenti e dolori alla schiena), ustioni termiche da linee di vapore e ustioni chimiche da acidi e sostanze caustiche (acido fosforico , idrossido di sodio e di potassio) utilizzati nel processo.
Gli operatori sanitari, compresi i tecnici dei laboratori clinici, sono esposti a vettori di terapia genica, escrementi e campioni di laboratorio durante la somministrazione di farmaci e la cura dei pazienti arruolati in queste procedure sperimentali. Anche le governanti possono essere esposte. La protezione dei lavoratori e dell'ambiente sono due punti sperimentali obbligatori da considerare nel fare domanda al NIH per esperimenti di terapia genica umana (NIH 1996).
I lavoratori agricoli possono avere una forte esposizione a prodotti, piante o animali ricombinanti durante l'applicazione di pesticidi, la semina, la raccolta e la lavorazione. Indipendentemente dal potenziale rischio di rischio biologico derivante dall'esposizione a piante e animali geneticamente modificati, sono presenti anche i tradizionali pericoli fisici che coinvolgono le attrezzature agricole e l'allevamento di animali. I controlli tecnici, i DPI, la formazione e la supervisione medica sono utilizzati in modo adeguato ai rischi previsti (Legaspi e Zenz 1994; Pratt e maggio 1994). I DPI, tra cui tute, respiratori, guanti multiuso, occhiali o cappucci, sono importanti per la sicurezza dei lavoratori durante l'applicazione, la crescita e la raccolta delle piante geneticamente modificate o degli organismi del suolo.
Processi e pericoli
Nel processo biotecnologico nel settore biomedico le cellule o gli organismi, modificati in modi specifici per ottenere i prodotti desiderati, vengono coltivati in bioreattori monocoltura. Nella coltura di cellule di mammifero, il prodotto proteico viene secreto dalle cellule nel mezzo nutritivo circostante e una varietà di metodi di separazione chimica (cromatografia dimensionale o di affinità, elettroforesi) può essere utilizzata per catturare e purificare il prodotto. Dove Escherichia coli gli organismi ospiti vengono utilizzati nelle fermentazioni, il prodotto desiderato viene prodotto all'interno della membrana cellulare e le cellule devono essere fisicamente rotte per poter raccogliere il prodotto. L'esposizione alle endotossine è un potenziale pericolo di questo processo. Spesso gli antibiotici vengono aggiunti ai terreni di produzione per migliorare la produzione del prodotto desiderato o mantenere una pressione selettiva su elementi di produzione genetica altrimenti instabili (plasmidi). Sono possibili sensibilità allergiche a questi materiali. In generale, questi sono rischi di esposizione all'aerosol.
Sono previste perdite e rilasci di aerosol e la potenziale esposizione è controllata in diversi modi. Le penetrazioni nei recipienti del reattore sono necessarie per fornire nutrienti e ossigeno, per la degassificazione dell'anidride carbonica (CO2) e per il monitoraggio e il controllo del sistema. Ogni penetrazione deve essere sigillata o filtrata (0.2 micron) per evitare la contaminazione della coltura. La filtrazione dei gas di scarico protegge anche i lavoratori e l'ambiente nell'area di lavoro dagli aerosol generati durante la coltura o la fermentazione. A seconda del potenziale di rischio biologico del sistema, l'inattivazione biologica convalidata degli effluenti liquidi (di solito mediante calore, vapore o metodi chimici) è una pratica standard. Altri potenziali pericoli nella produzione biotecnologica sono simili a quelli di altri settori: rumore, protezione meccanica, ustioni da vapore/calore, contatto con sostanze corrosive e così via.
Gli enzimi e la fermentazione industriale sono coperti altrove in questo Enciclopedia e coinvolgere i processi, i rischi ei controlli che sono simili per i sistemi di produzione geneticamente modificati.
L'agricoltura tradizionale dipende dallo sviluppo del ceppo che utilizza l'incrocio tradizionale di specie vegetali correlate. Il grande vantaggio delle piante geneticamente modificate è che il tempo tra le generazioni e il numero di incroci necessari per ottenere il tratto desiderato è notevolmente ridotto. Anche la dipendenza attualmente impopolare da pesticidi e fertilizzanti chimici (che contribuiscono all'inquinamento da ruscellamento) sta favorendo una tecnologia che potenzialmente renderà superflue queste applicazioni.
La biotecnologia vegetale implica la scelta di una specie vegetale geneticamente flessibile e/o finanziariamente significativa per le modifiche. Poiché le cellule vegetali hanno pareti cellulari dure e cellulosiche, i metodi utilizzati per trasferire il DNA nelle cellule vegetali differiscono da quelli utilizzati per i batteri e le linee cellulari di mammiferi nel settore biomedico. Esistono due metodi principali utilizzati per introdurre DNA ingegnerizzato estraneo nelle cellule vegetali (Watrud, Metz e Fishoff 1996):
Tipo selvaggio Agrobacterium tumefaciens è un patogeno naturale delle piante che causa tumori della cistifellea nelle piante ferite. Questi ceppi vettoriali disarmati e ingegnerizzati non causano la formazione di tumori vegetali.
Dopo la trasformazione con entrambi i metodi, le cellule vegetali vengono diluite, placcate e coltivate su terreni di coltura tissutale selettivi per un periodo relativamente lungo (rispetto ai tassi di crescita batterica) in camere di crescita delle piante o incubatori. Le piante rigenerate dal tessuto trattato vengono trapiantate nel terreno in camere di crescita chiuse per un'ulteriore crescita. Dopo aver raggiunto l'età appropriata vengono esaminati per l'espressione dei tratti desiderati e poi coltivati in serra. Sono necessarie diverse generazioni di esperimenti in serra per valutare la stabilità genetica del tratto di interesse e per generare lo stock di semi necessario per ulteriori studi. Anche i dati sull'impatto ambientale vengono raccolti durante questa fase del lavoro e presentati con proposte alle agenzie di regolamentazione per l'approvazione del rilascio di prove in campo aperto.
Controlli: l'esempio degli Stati Uniti
Il NIHG (NIH 1996) descrive un approccio sistematico per prevenire sia l'esposizione dei lavoratori che il rilascio nell'ambiente di organismi ricombinanti. Ogni istituzione (ad es. università, ospedale o laboratorio commerciale) è responsabile di condurre la ricerca sull'rDNA in modo sicuro e in conformità con il NIHG. Ciò si ottiene attraverso un sistema amministrativo che definisce le responsabilità e richiede valutazioni del rischio complete da parte di scienziati esperti e responsabili della biosicurezza, l'attuazione di controlli dell'esposizione, programmi di sorveglianza medica e piani di emergenza. Un comitato istituzionale per la biosicurezza (IBC) fornisce i meccanismi per la revisione e l'approvazione degli esperimenti all'interno dell'istituto. In alcuni casi, è richiesta l'approvazione del comitato consultivo ricombinante (RAC) dell'NIH stesso.
Il grado di controllo dipende dalla gravità del rischio ed è descritto in termini di designazioni di livello di biosicurezza (BL) 1-4; BL1 è il meno restrittivo e BL4 il più. Vengono fornite linee guida per il contenimento per la ricerca, la R&S su larga scala (superiore a 10 litri di coltura), la produzione su larga scala e gli esperimenti su animali e piante su larga e piccola scala.
L'Appendice G del NIHG (NIH 1996) descrive il contenimento fisico su scala di laboratorio. BL1 è appropriato per lavorare con agenti di cui non si conosce o che presentano un rischio potenziale minimo per il personale di laboratorio o per l'ambiente. Il laboratorio non è separato dai modelli di traffico generale nell'edificio. Il lavoro è condotto sui benchtops aperti. Non sono richiesti o utilizzati dispositivi di contenimento speciali. Il personale di laboratorio è addestrato nelle procedure di laboratorio e supervisionato da uno scienziato con una formazione generale in microbiologia o in una scienza correlata.
BL2 è idoneo per lavori che coinvolgono agenti di moderato potenziale pericolo per il personale e per l'ambiente. L'accesso al laboratorio è limitato durante lo svolgimento del lavoro, i lavoratori hanno una formazione specifica nella manipolazione di agenti patogeni e sono diretti da scienziati competenti e il lavoro che crea aerosol viene svolto in cappe di sicurezza biologica o altre apparecchiature di contenimento. Questo lavoro può richiedere sorveglianza medica o vaccinazioni come appropriato e determinato dall'IBC.
BL3 è applicabile quando il lavoro è svolto con agenti indigeni o esotici che possono causare malattie gravi o potenzialmente letali a seguito di esposizione per inalazione. I lavoratori hanno una formazione specifica e sono supervisionati da scienziati competenti che hanno esperienza nel lavorare con la manipolazione di questi agenti pericolosi. Tutte le procedure vengono eseguite in condizioni di contenimento che richiedono ingegneria e DPI speciali.
BL4 è riservato agli agenti più pericolosi ed esotici che presentano un elevato rischio individuale e comunitario di malattie potenzialmente letali. Esistono solo pochi laboratori BL4 al mondo.
L'Appendice K riguarda il contenimento fisico per attività di ricerca o produzione in volumi superiori a 10 litri (su larga scala). Come nelle linee guida su piccola scala, esiste una gerarchia di requisiti di contenimento dal potenziale di pericolo più basso a quello più alto: da GLSP a BL3-Large-Scale (BL3-LS).
Il NIHG, Appendice P, copre il lavoro con le piante a livello del banco, della camera di crescita e della scala della serra. Come osserva l'introduzione: “Lo scopo principale del contenimento delle piante è quello di evitare la trasmissione involontaria di un genoma vegetale contenente DNA ricombinante, incluso materiale ereditario nucleare o organello o il rilascio di organismi derivati da DNA ricombinante associati alle piante. In generale questi organismi non rappresentano una minaccia per la salute umana o per gli animali superiori, a meno che non siano deliberatamente modificati a tale scopo. Tuttavia, è possibile la diffusione involontaria di un patogeno grave da una serra a una coltura agricola locale o l'introduzione e l'insediamento involontari di un organismo in un nuovo ecosistema” (NIH 1996). Negli Stati Uniti, l'EPA e l'APHIS (Animal and Plant Health Inspection Service) dell'USDA sono congiuntamente responsabili della valutazione del rischio e della revisione dei dati generati prima di concedere l'approvazione per i test di rilascio sul campo (EPA 1996; Foudin e Gay 1995). Vengono valutate - spesso prima in serra - questioni come la persistenza e la diffusione in acqua, aria e suolo, da parte di insetti e specie animali, la presenza di altre colture simili nell'area, la stabilità ambientale (sensibilità al gelo o al caldo) e la competizione con le specie autoctone (Liberman et al. 1996).
Anche i livelli di contenimento degli impianti per le strutture e le pratiche vanno da BL1 a BL4. I tipici esperimenti BL1 riguardano l'auto-clonazione. BL2 può comportare il trasferimento di tratti da un patogeno a una pianta ospite. BL3 potrebbe comportare l'espressione di tossine o agenti pericolosi per l'ambiente. La protezione dei lavoratori è raggiunta nei vari livelli da DPI e controlli tecnici come serre e capannoni con flusso d'aria direzionale e filtri antiparticolato ad alta efficienza (HEPA) per prevenire il rilascio di polline. A seconda del rischio, la protezione dell'ambiente e della comunità da agenti potenzialmente pericolosi può essere raggiunta mediante controlli biologici. Esempi sono un tratto sensibile alla temperatura, un tratto di sensibilità ai farmaci o esigenze nutrizionali non presenti in natura.
Con l'aumentare delle conoscenze scientifiche e l'avanzare della tecnologia, ci si aspettava che il NIHG avrebbe avuto bisogno di revisione e revisione. Negli ultimi 20 anni, il RAC si è riunito per esaminare e approvare proposte di modifica. Ad esempio, il NIHG non emette più divieti generali sul rilascio deliberato di organismi geneticamente modificati; I rilasci sperimentali sul campo di prodotti agricoli e gli esperimenti di terapia genica umana sono consentiti in circostanze appropriate e dopo un'adeguata valutazione del rischio. Un emendamento molto significativo al NIHG è stata la creazione della categoria di contenimento GLSP. Ha allentato i requisiti di contenimento per "ceppi ricombinanti non patogeni e non tossici derivati da organismi ospiti che hanno una lunga storia di uso sicuro su larga scala, o che hanno costruito limitazioni ambientali che consentono una crescita ottimale su larga scala ma una sopravvivenza limitata senza conseguenze negative per l'ambiente” (NIH 1991). Questo meccanismo ha permesso alla tecnologia di progredire pur tenendo conto delle esigenze di sicurezza.
Controlli: l'esempio della Comunità Europea
Nell'aprile 1990 la Comunità Europea (CE) ha emanato due Direttive sull'uso confinato e l'emissione deliberata nell'ambiente di OGM. Entrambe le direttive impongono agli Stati membri di garantire che vengano prese tutte le misure appropriate per evitare effetti negativi sulla salute umana o sull'ambiente, in particolare facendo valutare preventivamente all'utilizzatore tutti i rischi pertinenti. In Germania, il Genetic Technology Act è stato approvato nel 1990 in parte in risposta alle Direttive CE, ma anche per rispondere alla necessità di un'autorità legale per costruire un impianto di produzione di insulina ricombinante per operazioni di prova (Reutsch e Broderick 1996). In Svizzera, i regolamenti si basano sul NIHG statunitense, sulle direttive del Consiglio della CE e sulla legge tedesca sull'ingegneria genetica. Gli svizzeri richiedono al governo la registrazione annuale e gli aggiornamenti degli esperimenti. In generale, gli standard sull'rDNA in Europa sono più restrittivi che negli Stati Uniti, e questo ha contribuito al fatto che molte aziende farmaceutiche europee hanno spostato la ricerca sull'rDNA dai loro paesi d'origine. Tuttavia, le normative svizzere consentono una categoria di sicurezza su larga scala di livello 4, che non è consentita dal NIHG (SCBS 1995).
Prodotti di biotecnologia
Alcuni dei prodotti biologici e farmaceutici che sono stati realizzati con successo dalle biotecnologie del DNA ricombinante includono: insulina umana; Ormone della crescita umano; vaccini contro l'epatite; alfa-interferone; beta-interferone; gamma-interferone; Fattore stimolante le colonie di granulociti; attivatore tissutale del plasminogeno; Fattore stimolante le colonie di granulociti-macrofagi; IL2; Eritropoietina; Crymax, prodotto insetticida per il controllo dei bruchi negli ortaggi; colture di noci e viti; Flavr Savr (TM) pomodoro; Chimogeno, un enzima che produce il formaggio; ATIII (antitrombina III), derivato dal latte di capra transgenico utilizzato per prevenire la formazione di coaguli di sangue in chirurgia; BST e PST (somatotropina bovina e suina) utilizzate per aumentare la produzione di latte e carne.
Problemi di salute e modelli di malattia
Esistono cinque principali rischi per la salute derivanti dall'esposizione a microrganismi o ai loro prodotti nella biotecnologia su scala industriale:
L'infezione è improbabile poiché nella maggior parte dei processi industriali vengono utilizzati agenti non patogeni. Tuttavia, è possibile che microrganismi considerati innocui come Pseudomonas ed Aspergillus specie possono causare infezione in individui immunocompromessi (Bennett 1990). L'esposizione all'endotossina, un componente dello strato di lippopolisaccaridi della parete cellulare di tutti i batteri gram-negativi, a concentrazioni superiori a circa 300 ng/m3 provoca sintomi transitori simil-influenzali (Balzer 1994). I lavoratori di molti settori, tra cui l'agricoltura tradizionale e la biotecnologia, hanno sperimentato gli effetti dell'esposizione alle endotossine. In molti settori si verificano anche reazioni allergiche al microrganismo o al prodotto. L'asma professionale è stata diagnosticata nell'industria biotecnologica per un'ampia gamma di microrganismi e prodotti inclusi Aspergillus niger, Penicillium spp. e proteasi; alcune aziende hanno rilevato incidenze superiori al 12% della forza lavoro. Le reazioni tossiche possono essere tanto varie quanto gli organismi e i prodotti. È stato dimostrato che l'esposizione agli antibiotici causa cambiamenti nella flora microbica nell'intestino. È noto che i funghi sono in grado di produrre tossine e agenti cancerogeni in determinate condizioni di crescita (Bennett 1990).
Per affrontare la preoccupazione che i lavoratori esposti sarebbero i primi a sviluppare potenziali effetti negativi sulla salute dalla nuova tecnologia, la sorveglianza medica dei lavoratori rDNA è stata una parte del NIHG sin dal loro inizio. I Comitati Istituzionali per la Biosicurezza, in consultazione con il medico di medicina del lavoro, hanno il compito di determinare, progetto per progetto, quale sorveglianza medica sia opportuna. A seconda dell'identità dell'agente specifico, della natura del rischio biologico, delle potenziali vie di esposizione e della disponibilità di vaccini, i componenti del programma di sorveglianza medica potrebbero includere controlli fisici pre-collocamento, esami periodici di follow-up, vaccini specifici, valutazioni di allergie e malattie, sieri pre-esposizione e indagini epidemiologiche.
Bennett (1990) ritiene improbabile che i microrganismi geneticamente modificati rappresentino un rischio maggiore di infezione o allergia rispetto all'organismo originale, ma potrebbero esserci rischi aggiuntivi dal nuovo prodotto o dall'rDNA. Un recente rapporto rileva che l'espressione di un allergene della noce brasiliana nei semi di soia transgenici può causare effetti inaspettati sulla salute tra lavoratori e consumatori (Nordlee et al. 1996). Altri nuovi rischi potrebbero essere l'uso di linee cellulari animali contenenti oncogeni o virus sconosciuti o non rilevati potenzialmente dannosi per l'uomo.
È importante notare che i primi timori riguardanti la creazione di specie mutanti geneticamente pericolose o di supertossine non si sono materializzati. L'OMS ha scoperto che la biotecnologia non presenta rischi diversi da quelli di altre industrie di trasformazione (Miller 1983) e, secondo Liberman, Ducatman e Fink (1990), “l'attuale consenso è che i potenziali rischi dell'rDNA sono stati inizialmente sopravvalutati e che il i pericoli associati a questa ricerca sono simili a quelli associati all'organismo, al vettore, al DNA, ai solventi e all'apparato fisico utilizzato”. Concludono che gli organismi ingegnerizzati sono destinati a presentare pericoli; tuttavia, il contenimento può essere definito per ridurre al minimo l'esposizione.
È molto difficile identificare le esposizioni professionali specifiche dell'industria biotecnologica. La "biotecnologia" non è un'industria separata con un codice SIC (Standard Industrial Classification) distintivo; piuttosto, è visto come un processo o un insieme di strumenti utilizzati in molte applicazioni industriali. Di conseguenza, quando vengono segnalati incidenti ed esposizioni, i dati sui casi che coinvolgono lavoratori delle biotecnologie sono inclusi tra i dati su tutti gli altri che si verificano nel settore industriale ospitante (ad esempio, agricoltura, industria farmaceutica o sanità). Inoltre, gli incidenti e gli incidenti di laboratorio sono notoriamente sottostimati.
Sono state segnalate poche malattie specificamente dovute a DNA geneticamente modificato; tuttavia, non sono sconosciuti. Almeno un'infezione locale documentata e sieroconversione è stata segnalata quando un lavoratore ha subito una puntura d'ago contaminata con un vettore ricombinante di vaccinia (Openshaw et al. 1991).
Problemi di politica
Negli anni '1980 sono emersi i primi prodotti della biotecnologia negli Stati Uniti e in Europa. L'insulina geneticamente modificata è stata approvata per l'uso nel 1982, così come un vaccino geneticamente modificato contro la "razza" della malattia dei suini (Sattelle 1991). È stato dimostrato che la somatotropina bovina ricombinante (BST) aumenta la produzione di latte vaccino e il peso dei bovini da carne. Sono state sollevate preoccupazioni in merito alla salute pubblica e alla sicurezza dei prodotti e se le normative esistenti fossero adeguate per affrontare tali preoccupazioni in tutte le diverse aree in cui i prodotti della biotecnologia potrebbero essere commercializzati. Il NIHG fornisce protezione dei lavoratori e dell'ambiente durante le fasi di ricerca e sviluppo. La sicurezza e l'efficacia del prodotto non sono responsabilità di NIHG. Negli Stati Uniti, attraverso il Coordinated Framework, i rischi potenziali dei prodotti della biotecnologia vengono valutati dall'agenzia più appropriata (FDA, EPA o USDA).
Il dibattito sulla sicurezza dell'ingegneria genetica e dei prodotti della biotecnologia continua (Thomas e Myers 1993), soprattutto per quanto riguarda le applicazioni agricole e gli alimenti per il consumo umano. I consumatori in alcune aree vogliono prodotti etichettati per identificare quali sono gli ibridi tradizionali e quali sono derivati dalla biotecnologia. Alcuni produttori di prodotti lattiero-caseari si rifiutano di utilizzare il latte delle mucche che ricevono BST. È vietato in alcuni paesi (ad esempio, Svizzera). La FDA ha ritenuto i prodotti sicuri, ma ci sono anche questioni economiche e sociali che potrebbero non essere accettabili per il pubblico. La BST può effettivamente creare uno svantaggio competitivo per le aziende agricole più piccole, la maggior parte delle quali sono a conduzione familiare. A differenza delle applicazioni mediche in cui potrebbe non esserci alternativa al trattamento geneticamente modificato, quando i cibi tradizionali sono disponibili e abbondanti, il pubblico è a favore dell'ibridazione tradizionale rispetto al cibo ricombinante. Tuttavia, gli ambienti difficili e l'attuale carenza di cibo a livello mondiale possono cambiare questo atteggiamento.
Nuove applicazioni della tecnologia alla salute umana e alle malattie ereditarie hanno ravvivato le preoccupazioni e creato nuove questioni etiche e sociali. Il Progetto Genoma Umano, iniziato nei primi anni '1980, produrrà una mappa fisica e genetica del materiale genetico umano. Questa mappa fornirà ai ricercatori informazioni per confrontare l'espressione genica "sana o normale" e "malata" per comprendere meglio, prevedere e indicare le cure per i difetti genetici di base. Le tecnologie del genoma umano hanno prodotto nuovi test diagnostici per la malattia di Huntington, la fibrosi cistica e il cancro al seno e al colon. La terapia genica umana somatica dovrebbe correggere o migliorare i trattamenti per le malattie ereditarie. Il "fingerprinting" del DNA mediante la mappatura del polimorfismo dei frammenti di restrizione del materiale genetico viene utilizzato come prova forense nei casi di stupro, rapimento e omicidio. Può essere utilizzato per dimostrare (o, tecnicamente, confutare) la paternità. Può anche essere utilizzato in aree più controverse, come per valutare le possibilità di sviluppare cancro e malattie cardiache per coperture assicurative e trattamenti preventivi o come prova nei tribunali per crimini di guerra e come "targhette" genetiche nell'esercito.
Sebbene tecnicamente fattibile, il lavoro sugli esperimenti sulla linea germinale umana (trasmissibile di generazione in generazione) non è stato considerato per l'approvazione negli Stati Uniti a causa delle serie considerazioni sociali ed etiche. Tuttavia, negli Stati Uniti sono previste udienze pubbliche per riaprire la discussione sulla terapia della linea germinale umana e sui desiderabili miglioramenti dei tratti non associati alle malattie.
Infine, oltre alle questioni di sicurezza, sociali ed etiche, sono ancora in evoluzione le teorie legali sulla proprietà dei geni e del DNA e sulla responsabilità per uso o uso improprio.
Devono essere seguite le implicazioni a lungo termine del rilascio ambientale di vari agenti. Nuove questioni relative al contenimento biologico e alla gamma degli ospiti emergeranno per il lavoro che è attentamente e opportunamente controllato nell'ambiente di laboratorio, ma per il quale non sono note tutte le possibilità ambientali. I paesi in via di sviluppo, in cui potrebbero non esistere un'adeguata competenza scientifica e/o agenzie di regolamentazione, potrebbero trovarsi riluttanti o incapaci di assumersi la valutazione del rischio per il loro particolare ambiente. Ciò potrebbe portare a restrizioni inutili oa un'imprudente politica della “porta aperta”, entrambe le quali potrebbero rivelarsi dannose per i benefici a lungo termine del paese (Ho 1996).
Inoltre, la cautela è importante quando si introducono agenti agricoli ingegnerizzati in nuovi ambienti in cui non sono presenti gelo o altre pressioni di contenimento naturali. Le popolazioni indigene o gli scambiatori naturali di informazioni genetiche si accoppieranno con agenti ricombinanti in natura con conseguente trasferimento di tratti ingegnerizzati? Questi tratti si sarebbero rivelati dannosi in altri agenti? Quale sarebbe l'effetto per gli amministratori del trattamento? Le reazioni immunitarie limiteranno la diffusione? Gli agenti vivi ingegnerizzati sono in grado di attraversare le barriere delle specie? Persistono nell'ambiente di deserti, montagne, pianure e città?
In breve
La biotecnologia moderna negli Stati Uniti si è sviluppata secondo le linee guida del consenso e l'ordinanza locale dall'inizio degli anni '1970. Un attento esame non ha mostrato tratti inaspettati e incontrollabili espressi da un organismo ricombinante. È una tecnologia utile, senza la quale non sarebbero stati possibili molti miglioramenti medici basati su proteine terapeutiche naturali. In molti paesi sviluppati la biotecnologia è una grande forza economica e un'intera industria è cresciuta attorno alla rivoluzione biotecnologica.
I problemi medici per i lavoratori della biotecnologia sono legati ai rischi specifici dell'ospite, del vettore e del DNA e alle operazioni fisiche eseguite. Finora la malattia dei lavoratori è stata prevenibile mediante ingegneria, pratica lavorativa, vaccini e controlli di contenimento biologico specifici per il rischio, valutati caso per caso. E la struttura amministrativa è pronta per fare valutazioni prospettiche del rischio per ogni nuovo protocollo sperimentale. Se questo track record di sicurezza continua nell'arena del rilascio ambientale di materiali vitali è una questione di valutazione continua dei potenziali rischi ambientali: persistenza, diffusione, scambiatori naturali, caratteristiche della cellula ospite, specificità dell'intervallo ospite per gli agenti di trasferimento utilizzati, natura del gene inserito e così via. Questo è importante da considerare per tutti i possibili ambienti e specie interessati al fine di ridurre al minimo le sorprese che la natura spesso presenta.
Adattato dalla 3a edizione, "Encyclopaedia of Occupational Health and Safety".
L'industria pirotecnica può essere definita come la fabbricazione di articoli pirotecnici (fuochi d'artificio) per l'intrattenimento, per uso tecnico e militare nella segnalazione e nell'illuminazione, per uso come pesticidi e per vari altri scopi. Questi articoli contengono sostanze pirotecniche costituite da composizioni in polvere o in pasta che vengono modellate, compattate o compresse secondo necessità. Quando vengono accesi, l'energia che contengono viene rilasciata per dare effetti specifici, come illuminazione, detonazione, fischi, urla, formazione di fumo, combustione senza fiamma, propulsione, accensione, adescamento, spari e disintegrazione. La sostanza pirotecnica più importante è ancora la polvere nera (polvere da sparo, costituita da carbone, zolfo e nitrato di potassio), che può essere utilizzata sfusa per la detonazione, compattata per la propulsione o il tiro, o tamponata con carbone di legna come innesco.
Processi
Le materie prime utilizzate nella fabbricazione di articoli pirotecnici devono essere purissime, prive di ogni impurità meccanica e (soprattutto) prive di ingredienti acidi. Questo vale anche per materiali sussidiari come carta, cartone e colla. La tabella 1 elenca le materie prime comuni utilizzate nella produzione di articoli pirotecnici.
Tabella 1. Materie prime utilizzate nella fabbricazione di articoli pirotecnici
Prodotti |
Materie prime |
Esplosivi |
Nitrocellulosa (lana di collodio), fulminato d'argento, polvere nera |
Materiali combustibili |
Resina acaroide, destrina, acido gallico, gomma arabica, legno, carbone, |
Materiali ossidanti |
Clorato di potassio, clorato di bario, potassio, perclorato, bario |
Materiali ignifughi |
Carbonato di bario (verde), criolite (giallo), rame, ammonio |
Materiali inerti |
Tristearato di glicerile, paraffina, farina fossile, calce, gesso. |
Dopo essere state essiccate, macinate e setacciate, le materie prime vengono pesate e miscelate in un apposito edificio. Anticamente si impastavano sempre a mano ma negli impianti moderni si utilizzano spesso impastatrici meccaniche. Dopo la miscelazione, le sostanze devono essere conservate in appositi magazzini per evitare accumuli nei locali di lavoro. Da questi edifici dovrebbero essere portati nei laboratori solo le quantità necessarie per le effettive operazioni di lavorazione.
Le custodie per articoli pirotecnici possono essere di carta, cartone, materiale sintetico o metallo. Il metodo di imballaggio varia. Ad esempio, per la detonazione la composizione viene versata sciolta in una custodia e sigillata, mentre per la propulsione, l'illuminazione, l'urlo o il fischio viene versata sciolta nella custodia e quindi compattata o compressa e sigillata.
La compattazione o la compressione in passato avveniva mediante colpi di mazzuolo su uno strumento di "fissatura" in legno, ma questo metodo è raramente utilizzato nelle strutture moderne; si utilizzano invece presse idrauliche o presse rotative a losanga. Le presse idrauliche consentono di comprimere simultaneamente la composizione in un certo numero di casi.
Le sostanze di illuminazione vengono spesso modellate quando sono bagnate per formare stelle, che vengono poi essiccate e messe in custodie per razzi, bombe e così via. Le sostanze prodotte con un processo a umido devono essere ben essiccate o possono incendiarsi spontaneamente.
Poiché molte sostanze pirotecniche sono difficili da accendere quando vengono compresse, gli articoli pirotecnici interessati sono dotati di un ingrediente intermedio o di adescamento per garantire l'accensione; la custodia viene quindi sigillata. L'articolo viene acceso dall'esterno da un fiammifero, una miccia, un raschietto o talvolta da una capsula a percussione.
Pericoli
I pericoli più importanti nella pirotecnica sono chiaramente il fuoco e l'esplosione. A causa del numero ridotto di macchine coinvolte, i rischi meccanici sono meno importanti; sono simili a quelli di altri settori.
La sensibilità della maggior parte delle sostanze pirotecniche è tale che in forma sciolta possono essere facilmente accese da colpi, attrito, scintille e calore. Presentano rischi di incendio ed esplosione e sono considerati esplosivi. Molte sostanze pirotecniche hanno l'effetto esplosivo degli esplosivi ordinari e i lavoratori rischiano che i loro vestiti o il loro corpo vengano bruciati dalle fiamme.
Durante la lavorazione di sostanze tossiche utilizzate nella pirotecnica (ad es. composti di piombo e bario e arsenito di acetato di rame) può essere presente un pericolo per la salute dovuto all'inalazione della polvere durante la pesatura e la miscelazione.
Misure di sicurezza e salute
Solo persone affidabili dovrebbero essere impiegate nella produzione di sostanze pirotecniche. I giovani sotto i 18 anni non dovrebbero essere assunti. Sono necessarie adeguate istruzioni e supervisione dei lavoratori.
Prima di intraprendere qualsiasi processo produttivo è importante accertare la sensibilità delle sostanze pirotecniche all'attrito, all'urto e al calore, nonché la loro azione esplosiva. La natura del processo di produzione e le quantità consentite nei locali di lavoro e negli edifici di stoccaggio ed essiccazione dipenderanno da queste proprietà.
Le seguenti precauzioni fondamentali devono essere prese nella fabbricazione di sostanze e oggetti pirotecnici:
Si consigliano le seguenti distanze:
Le distanze tra i locali di lavoro possono essere ridotte in circostanze favorevoli e se tra di essi vengono costruite pareti protettive.
Dovrebbero essere forniti edifici separati per i seguenti scopi: stoccaggio e preparazione delle materie prime, miscelazione, stoccaggio di composizioni, lavorazione (imballaggio, compattazione o compressione), essiccazione, finitura (incollaggio, laccatura, imballaggio, paraffinatura, ecc.), essiccazione e stoccaggio del articoli finiti e deposito di polvere nera.
Le seguenti materie prime devono essere conservate in locali isolati: clorati e perclorati, perclorato di ammonio; nitrati, perossidi e altre sostanze ossidanti; metalli leggeri; sostanze combustibili; liquidi infiammabili; fosforo rosso; nitrocellulosa. La nitrocellulosa deve essere mantenuta bagnata. Le polveri metalliche devono essere protette dall'umidità, dagli oli grassi e dal grasso. Gli ossidanti devono essere conservati separatamente dagli altri materiali.
Progettazione di edifici
Per la miscelazione, gli edifici del tipo di sfogo delle esplosioni (tre pareti resistenti, tetto resistente e una parete di sfogo delle esplosioni in teli di plastica) sono i più adatti. Si consiglia una parete di protezione davanti alla parete di sfogo dell'esplosione. Le camere di miscelazione per sostanze contenenti clorati non devono essere utilizzate per sostanze contenenti metalli o solfuro di antimonio.
Per l'essiccazione si sono dimostrati soddisfacenti gli edifici con zona di sfogo e gli edifici ricoperti di terra e dotati di parete di sfogo di esplosione. Dovrebbero essere circondati da un terrapieno. Negli essiccatoi è consigliabile una temperatura ambiente controllata di 50 ºC.
Negli edifici di lavorazione dovrebbero esserci locali separati per: riempimento; comprimere o compattare; tagliare, “soffocare” e chiudere gli astucci; laccatura di sostanze pirotecniche sagomate e compresse; adescamento di sostanze pirotecniche; stoccaggio di sostanze pirotecniche e prodotti intermedi; Imballaggio; e lo stoccaggio di sostanze imballate. Una fila di edifici con aree di sfiato delle esplosioni si è rivelata la soluzione migliore. La resistenza delle pareti intermedie deve essere adeguata alla natura e alla quantità delle sostanze trattate.
Di seguito sono riportate le regole di base per gli edifici in cui sono utilizzati o presenti materiali potenzialmente esplosivi:
Attrezzatura
Le presse meccaniche devono essere dotate di schermi o pareti protettive in modo che, in caso di incendio, i lavoratori non siano in pericolo e l'incendio non possa propagarsi ai luoghi di lavoro vicini. Se vengono movimentate grandi quantità di materiali, le presse dovrebbero trovarsi in locali isolati e azionate dall'esterno. Nessuno dovrebbe rimanere nella sala stampa.
Gli impianti antincendio devono essere forniti in quantità sufficiente, contrassegnati in modo evidente e controllati a intervalli regolari. Dovrebbero essere adatti alla natura dei materiali presenti. Gli estintori di classe D devono essere utilizzati su polvere metallica in fiamme, non acqua, schiuma, prodotti chimici secchi o anidride carbonica. Docce, coperte di lana e coperte ignifughe sono consigliate per spegnere indumenti in fiamme.
Le persone che entrano in contatto con sostanze pirotecniche o che rischiano di essere messe in pericolo da lastre di fiamma devono indossare adeguati indumenti protettivi resistenti al fuoco e al calore. Gli indumenti devono essere depolverati quotidianamente in un luogo designato allo scopo per rimuovere eventuali contaminanti.
Nell'impresa dovrebbero essere prese misure per fornire il primo soccorso in caso di incidenti.
Materiali
I rifiuti pericolosi con proprietà diverse devono essere raccolti separatamente. I contenitori dei rifiuti devono essere svuotati giornalmente. Fino alla distruzione, i rifiuti raccolti devono essere conservati in un luogo protetto ad almeno 15 m da qualsiasi edificio. I prodotti difettosi ei prodotti intermedi dovrebbero di norma essere trattati come rifiuti. Dovrebbero essere rielaborati solo se farlo non crea alcun rischio.
Quando vengono lavorati materiali dannosi per la salute, evitare il contatto diretto con essi. I gas, i vapori e le polveri nocivi devono essere scaricati in modo efficace e sicuro. Se i sistemi di scarico sono inadeguati, è necessario indossare dispositivi di protezione delle vie respiratorie. Devono essere forniti indumenti protettivi adeguati.
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