I composti epossidici sono quelli costituiti da anelli ossiranici (uno o più). Un anello ossirano è essenzialmente un atomo di ossigeno legato a due atomi di carbonio. Questi reagiranno con gruppi amminici, ossidrilici e carbossilici nonché con acidi inorganici per produrre composti relativamente stabili.
si utilizza
I composti epossidici hanno trovato ampio uso industriale come intermedi chimici nella produzione di solventi, plastificanti, cementi, adesivi e resine sintetiche. Sono comunemente usati in vari settori come rivestimenti protettivi per metallo e legno. I composti alfa-epossidici, con il gruppo epossidico (COC) in posizione 1,2, sono i più reattivi tra i composti epossidici e sono utilizzati principalmente nelle applicazioni industriali. Le resine epossidiche, quando convertite da agenti indurenti, producono materiali termoindurenti altamente versatili utilizzati in una varietà di applicazioni tra cui rivestimenti superficiali, componenti elettronici (composti per impregnazione), laminazione e incollaggio di un'ampia varietà di materiali.
Ossidi di butilene (1,2-epossibutano ed 2,3-epossibutano) sono utilizzati per la produzione di glicoli butilenici e loro derivati, nonché per la produzione di tensioattivi. epicloridrina è un intermedio chimico, insetticida, fumigante e solvente per pitture, vernici, smalti per unghie e lacche. Viene anche utilizzato nel materiale di rivestimento polimerico nel sistema di approvvigionamento idrico e nella materia prima per resine ad alta resistenza all'umidità per l'industria della carta. glicidi (o 2,3-epossipropanolo) è uno stabilizzante per oli naturali e polimeri vinilici, un livellante del colorante ed un emulsionante.
1,2,3,4-diepossibutano. Studi di inalazione a breve termine (4 ore) con ratti hanno causato lacrimazione degli occhi, annebbiamento della cornea, respiro affannoso e congestione polmonare. Esperimenti su altre specie animali lo hanno dimostrato diepossibutano, come molti altri composti epossidici, può causare irritazione agli occhi, ustioni e vesciche sulla pelle e irritazione del sistema polmonare. Negli esseri umani, l'esposizione accidentale "minore" ha causato gonfiore delle palpebre, irritazione del tratto respiratorio superiore e irritazione oculare dolorosa 6 ore dopo l'esposizione.
Applicazione cutanea di D,L- e the meso- forme di 1,2,3,4-diepossibutano hanno prodotto tumori cutanei, inclusi carcinomi cutanei a cellule squamose, nei topi. Gli isomeri D- e L- hanno prodotto sarcomi locali nei topi e nei ratti mediante iniezione sottocutanea e intraperitoneale rispettivamente.
Diversi composti epossidici sono impiegati nell'industria sanitaria e alimentare. Ossido di etilene viene utilizzato per sterilizzare strumenti chirurgici e attrezzature ospedaliere, tessuti, prodotti in carta, lenzuola e strumenti per la toelettatura. È anche un fumigante per alimenti e tessuti, un propellente per razzi e un acceleratore di crescita per le foglie di tabacco. L'ossido di etilene è utilizzato come intermediario nella produzione di glicole etilenico, film e fibre di poliestere di polietilene tereftalato e altri composti organici. guaiacolo è un agente anestetico locale, antiossidante, espettorante stimolante e un intermedio chimico per altri espettoranti. È usato come agente aromatizzante per bevande analcoliche e alimenti. Ossido di propilene, o 1,2-epossipropano, è stato utilizzato come fumigante per la sterilizzazione di prodotti alimentari confezionati e altri materiali. È un intermediario altamente reattivo nella produzione di polietere polioli, che a loro volta vengono utilizzati per produrre schiume poliuretaniche. La sostanza chimica è utilizzata anche nella produzione di glicole propilenico e dei suoi derivati.
Vinilecicloesene biossido viene utilizzato come diluente reattivo per altri diepossidi e per resine derivate da epicloridrina e bisfenolo A. È stato studiato il suo utilizzo come monomero per la preparazione di poliglicoli contenenti gruppi epossidici liberi o per la polimerizzazione a resina tridimensionale.
furfurolo viene utilizzato nei test di screening per l'urina, nella raffinazione con solvente di oli di petrolio e nella produzione di vernici. È un agente aromatizzante sintetico, un solvente per cotone nitrato, un costituente di mastici di gomma e un agente bagnante nella produzione di ruote abrasive e guarnizioni dei freni. Alcol furfurilico è anche un agente aromatizzante, oltre che propellente liquido e solvente per coloranti e resine. Viene utilizzato in sigillanti e cementi resistenti alla corrosione e anime di fonderia. tetraidrofurano è utilizzato in istologia, sintesi chimica e nella fabbricazione di articoli per l'imballaggio, il trasporto e la conservazione degli alimenti. È un solvente per oli grassi e gomma non vulcanizzata. Diepossibutano è stato utilizzato per prevenire il deterioramento dei prodotti alimentari, come agente di polimerizzazione e per la reticolazione delle fibre tessili.
Pericoli
Ci sono numerosi composti epossidici in uso oggi. Quelli specifici comunemente usati sono discussi individualmente di seguito. Ci sono, tuttavia, alcuni rischi caratteristici condivisi dal gruppo. In generale, la tossicità di un sistema di resine è una complicata interazione tra le singole tossicità dei suoi vari ingredienti componenti. I composti sono noti sensibilizzanti della pelle, e quelli con il più alto potenziale di sensibilizzazione sono quelli di peso molecolare relativo inferiore. Il basso peso molecolare è anche generalmente associato a una maggiore volatilità. Sono state segnalate dermatiti epossidiche allergiche ritardate e immediate e dermatiti epossidiche irritanti. La dermatite di solito si sviluppa prima sulle mani tra le dita e può variare in gravità dall'eritema alla marcata eruzione bollosa. Altri organi bersaglio, secondo quanto riferito, influenzati negativamente dall'esposizione al composto epossidico includono il sistema nervoso centrale (SNC), i polmoni, i reni, gli organi riproduttivi, il sangue e gli occhi. Ci sono anche prove che alcuni composti epossidici hanno un potenziale mutageno. In uno studio, 39 dei 51 composti epossidici testati hanno indotto una risposta positiva nel test Ames/Salmonella saggio. È stato dimostrato che altri epossidi inducono scambi di cromatidi fratelli nei linfociti umani. Sono in corso studi sugli animali che esaminano le esposizioni associate all'epossido e i tumori.
Va notato che alcuni degli agenti indurenti, indurenti e altri agenti di lavorazione utilizzati nella produzione dei composti finali hanno anche tossicità associate. Una in particolare, la 4,4-metilenedianilina (MDA), è associata a epatotossicità e danni alla retina dell'occhio ed è nota per essere cancerogena per gli animali. Un altro è l'anidride trimellitica (TMA). Entrambi sono discussi altrove in questo capitolo.
Un composto epossidico, epicloridrina, è stato segnalato per causare un aumento significativo del cancro polmonare nei lavoratori esposti. Questa sostanza chimica è classificata come sostanza chimica del gruppo 2A, probabilmente cancerogena per l'uomo, dall'Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro (IARC). Uno studio epidemiologico a lungo termine sui lavoratori esposti all'epicloridrina in due strutture statunitensi della Shell Chemical Company ha dimostrato un aumento statisticamente significativo (p <.05) dei decessi dovuti a cancro respiratorio. Come gli altri composti epossidici, l'epicloridrina è irritante per gli occhi, la pelle e le vie respiratorie degli individui esposti. Prove umane e animali hanno dimostrato che l'epicloridrina può indurre gravi danni alla pelle e avvelenamento sistemico a seguito di un contatto cutaneo prolungato. È stato riportato che esposizioni all'epicloridrina a 40 ppm per 1 ora causano irritazione agli occhi e alla gola della durata di 48 ore, mentre a 20 ppm causa bruciore temporaneo degli occhi e delle vie nasali. È stata segnalata sterilità indotta da epicloridrina negli animali, così come danni al fegato e ai reni.
L'iniezione sottocutanea di epicloridrina ha prodotto tumori nei topi nel sito di iniezione ma non ha prodotto tumori nei topi mediante test di pittura della pelle. Studi di inalazione con ratti hanno mostrato un aumento statisticamente significativo del cancro nasale. L'epicloridrina ha indotto mutazioni (sostituzione di coppie di basi) in specie microbiche. Sono stati segnalati aumenti delle aberrazioni cromosomiche riscontrate nei globuli bianchi dei lavoratori esposti all'epicloridrina. A partire dal 1996 l'American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) ha stabilito un TLV di 0.5 ppm, ed è considerato cancerogeno A3 (cancerogeno per animali).
1,2-epossibutano e isomeri (ossidi di butilene). Questi composti sono meno volatili e meno tossici dell'ossido di propilene. I principali effetti avversi documentati nell'uomo sono stati l'irritazione degli occhi, delle vie nasali e della pelle. Negli animali, tuttavia, sono stati osservati problemi respiratori, emorragie polmonari, nefrosi e lesioni della cavità nasale in caso di esposizioni acute a concentrazioni molto elevate di 1,2-epossibutano. Non sono stati dimostrati effetti teratogeni consistenti negli animali. La IARC ha stabilito che vi sono prove limitate della cancerogenicità dell'1,2-epossibutano negli animali da esperimento.
Quando 1,2-epossipropano (ossido di propilene) viene confrontato con l'ossido di etilene, un altro composto epossidico comunemente usato nella sterilizzazione di forniture chirurgiche/ospedaliere, l'ossido di propilene è considerato molto meno tossico per l'uomo. L'esposizione a questa sostanza chimica è stata associata a effetti irritanti su occhi e pelle, irritazione delle vie respiratorie e depressione del SNC, atassia, stupore e coma (questi ultimi effetti sono stati finora dimostrati in modo significativo solo negli animali). Inoltre, è stato dimostrato che l'1,2-epossipropano agisce come agente alchilante diretto in vari tessuti, aumentando così la possibilità di un potenziale cancerogeno. Anche diversi studi sugli animali hanno fortemente implicato la cancerogenicità del composto. I principali effetti avversi che sono stati finora definitivamente dimostrati nell'uomo comportano ustioni o formazione di vesciche sulla pelle in caso di contatto prolungato con sostanze chimiche non volatilizzate. È stato dimostrato che ciò si verifica anche con basse concentrazioni di ossido di propilene. Sono state segnalate anche ustioni corneali attribuite alla sostanza chimica.
Diossido di vinilcicloesene. L'irritazione prodotta dal composto puro dopo l'applicazione sulla pelle del coniglio ricorda l'edema e l'arrossamento delle ustioni di primo grado. L'applicazione cutanea di diossido di vinilcicloesene nei topi produce un effetto cancerogeno (carcinomi a cellule squamose o sarcomi); la somministrazione intraperitoneale nei ratti ha provocato effetti analoghi (sarcomi della cavità peritoneale). La sostanza si è rivelata mutagena in Salmonella tiphimurium TA 100; ha anche prodotto un aumento significativo delle mutazioni nelle cellule di criceto cinese. Dovrebbe essere trattata come una sostanza con potenziale cancerogeno e dovrebbero essere messi in atto controlli tecnici e igienici appropriati.
Nell'esperienza industriale il biossido di vinilcicloesene ha dimostrato di avere proprietà irritanti per la pelle e di provocare dermatiti: è stata osservata una grave vescicolazione di entrambi i piedi in un lavoratore che aveva calzato scarpe contaminate dal composto. Anche le lesioni agli occhi sono un pericolo definito. Non sono disponibili studi sugli effetti cronici.
2,3-epossipropanolo. Sulla base di studi sperimentali con topi e ratti, è stato riscontrato che il glicidolo causa irritazione agli occhi e ai polmoni. La LC50 per un'esposizione di 4 ore di topi è risultata essere di 450 ppm e per un'esposizione di 8 ore di ratti era di 580 ppm. Tuttavia, a concentrazioni di 400 ppm di glicidolo, i ratti esposti per 7 ha al giorno per 50 giorni non hanno mostrato evidenza di tossicità sistemica. Dopo le prime esposizioni, sono state notate una leggera irritazione oculare e distress respiratorio.
Ossido di etilene (ETO) è una sostanza chimica altamente pericolosa e tossica. Reagisce in modo esotermico ed è potenzialmente esplosivo se riscaldato o posto a contatto con idrossidi di metalli alcalini o superfici catalitiche altamente attive. Pertanto, quando è in uso in aree industriali, è meglio se è strettamente controllato e limitato a processi chiusi o automatizzati. La forma liquida dell'ossido di etilene è relativamente stabile. La forma di vapore, in concentrazioni fino al 3%, è molto infiammabile e potenzialmente esplosiva in presenza di calore o fiamme.
Esistono numerose informazioni sui possibili effetti sulla salute umana di questo composto. L'ossido di etilene è irritante per le vie respiratorie, la pelle e gli occhi. Ad alte concentrazioni è anche associato alla depressione del sistema nervoso centrale. Alcuni individui esposti ad alte concentrazioni della sostanza chimica hanno descritto uno strano sapore in bocca dopo l'esposizione. Gli effetti ritardati di esposizioni acute elevate includono mal di testa, nausea, vomito, respiro corto, cianosi ed edema polmonare. Ulteriori sintomi che sono stati riportati dopo esposizioni acute includono sonnolenza, affaticamento, debolezza e incoordinazione. La soluzione di ossido di etilene può causare una caratteristica ustione sulla pelle esposta da 1 a 5 ore dopo l'esposizione. Questa ustione spesso progredisce dalle vescicole alle bolle coalescenti e alla desquamazione. Le ferite cutanee spesso si risolvono spontaneamente, con un aumento della pigmentazione risultante nel sito dell'ustione.
Esposizioni prolungate croniche o da basse a moderate all'ossido di etilene sono associate ad attività mutagena. È noto che agisce come agente alchilante nei sistemi biologici, legandosi al materiale genetico e ad altri siti donatori di elettroni, come l'emoglobina, e causando mutazioni e altri danni funzionali. L'ETO è associato a danno cromosomico. La capacità del DNA danneggiato di ripararsi è stata influenzata negativamente dall'esposizione bassa ma prolungata all'ETO in uno studio su soggetti umani esposti. Alcuni studi hanno collegato l'esposizione all'ETO con un aumento della conta assoluta dei linfociti nei lavoratori esposti; tuttavia, studi recenti non supportano questa associazione.
Il potenziale cancerogeno dell'ossido di etilene è stato dimostrato in diversi modelli animali. La IARC ha classificato l'ossido di etilene come cancerogeno noto per l'uomo del Gruppo 1. La leucemia, il mesotelioma peritoneale e alcuni tumori cerebrali sono stati associati all'inalazione a lungo termine di ETO nei ratti e nelle scimmie. Gli studi sull'esposizione nei topi hanno collegato l'esposizione per inalazione a tumori polmonari e linfomi. Sia il National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) degli Stati Uniti che l'US Occupational Safety and Health Administration (OSHA) hanno concluso che l'ossido di etilene è cancerogeno per l'uomo. Il primo ha condotto uno studio su larga scala su oltre 18,000 lavoratori esposti all'ETO per un periodo di 16 anni e ha stabilito che gli individui esposti avevano tassi di tumori del sangue e della linfa superiori al previsto. Studi successivi hanno scoperto che nessun aumento dei tassi di questi tumori è stato associato ai lavoratori esposti. Uno dei maggiori problemi con questi studi, e una possibile ragione per la loro natura contraddittoria, è stata l'incapacità di quantificare con precisione i livelli di esposizione. Ad esempio, gran parte della ricerca disponibile sugli effetti cancerogeni umani dell'ETO è stata condotta utilizzando operatori di sterilizzatori ospedalieri esposti. Gli individui che hanno svolto questi lavori prima degli anni '1970 molto probabilmente hanno subito esposizioni più elevate al gas ETO a causa della tecnologia e della mancanza di misure di controllo locali in atto in quel momento. (Le salvaguardie nell'uso dell'ETO nelle strutture sanitarie sono discusse nel Strutture e servizi sanitari capitolo di questo volume.)
L'ossido di etilene è stato anche associato a effetti riproduttivi avversi sia negli animali che nell'uomo. Le mutazioni letali dominanti nelle cellule riproduttive hanno portato a tassi di mortalità embrionale più elevati nella prole di topi e ratti maschi e femmine esposti all'ETO. Alcuni studi hanno collegato l'esposizione all'ossido di etilene all'aumento dei tassi di aborto spontaneo negli esseri umani.
Sono stati segnalati effetti avversi neurologici e neuropsichiatrici derivanti dall'esposizione all'ossido di etilene negli animali e nell'uomo. Ratti, conigli e scimmie esposti a 357 ppm di ETO per un periodo da 48 a 85 giorni hanno sviluppato compromissione della funzione sensoriale e motoria, atrofia muscolare e debolezza degli arti posteriori. Uno studio ha rilevato che i lavoratori umani esposti all'ETO hanno dimostrato un senso vibratorio compromesso e riflessi tendinei profondi ipoattivi. L'evidenza di compromissione del funzionamento neuropsichiatrico negli esseri umani esposti a livelli bassi ma prolungati di ossido di etilene è incerta. Alcuni studi e un numero crescente di prove aneddotiche suggeriscono che l'ETO è collegato alla disfunzione del sistema nervoso centrale e al deterioramento cognitivo, ad esempio pensiero offuscato, problemi di memoria e tempi di reazione rallentati su determinati tipi di test.
Uno studio su individui esposti all'ossido di etilene in ambiente ospedaliero ha suggerito un'associazione tra tale esposizione e lo sviluppo di cataratta oculare.
Un ulteriore pericolo associato all'esposizione all'ossido di etilene è la potenziale formazione di etilene cloridrina (2-cloroetanolo), che può formarsi in presenza di umidità e ioni cloruro. L'etilene cloridrina è un grave veleno sistemico e l'esposizione al vapore ha causato vittime umane.
tetraidrofurano (THF) forma perossidi esplosivi se esposto all'aria. Possono verificarsi esplosioni anche quando il composto viene portato a contatto con leghe di litio-alluminio. I suoi vapori e perossidi possono causare irritazione delle mucose e della pelle, ed è un forte narcotico.
Sebbene siano disponibili dati limitati sulle esperienze industriali con il THF, è interessante notare che i ricercatori impegnati in esperimenti sugli animali con questo composto si sono lamentati di forti mal di testa occipitali e ottusità dopo ogni esperimento. Gli animali sottoposti a dosi letali di tetraidrofurano cadevano rapidamente in narcosi, che era accompagnata da ipotonia muscolare e scomparsa dei riflessi corneali, seguita da coma e morte. Singole dosi tossiche hanno causato vertigini, irritazione delle mucose con abbondante flusso di saliva e muco, vomito, marcato calo della pressione sanguigna e rilassamento muscolare, seguiti da sonno prolungato. In generale, gli animali si sono ripresi da queste dosi e non hanno mostrato segni di alterazioni biologiche. Dopo ripetute esposizioni, gli effetti includevano irritazione delle mucose, che può essere seguita da alterazione renale ed epatica. Le bevande alcoliche aumentano l'effetto tossico.
Misure di sicurezza e salute
Lo scopo principale delle misure di controllo per i composti epossidici dovrebbe essere quello di ridurre il potenziale di inalazione e contatto con la pelle. Ove possibile, il controllo alla fonte della contaminazione dovrebbe essere implementato con la chiusura dell'operazione e/o l'applicazione di ventilazione di scarico locale. Laddove tali controlli tecnici non sono sufficienti per ridurre le concentrazioni nell'aria a livelli accettabili, possono essere necessari respiratori per prevenire l'irritazione polmonare e la sensibilizzazione nei lavoratori esposti. I respiratori preferiti includono maschere antigas con contenitori per vapori organici e filtri antiparticolato ad alta efficienza o respiratori ad adduzione d'aria. Tutte le superfici del corpo devono essere protette dal contatto con composti epossidici mediante l'uso di guanti, grembiuli, schermi facciali, occhiali e altri dispositivi e indumenti protettivi, se necessario. Gli indumenti contaminati devono essere rimossi il prima possibile e le aree della pelle interessate devono essere lavate con acqua e sapone.
Docce di sicurezza, fontanelle lavaocchi ed estintori devono essere collocati in aree in cui sono in uso quantità apprezzabili di composti epossidici. Strutture per il lavaggio delle mani, acqua e sapone dovrebbero essere messi a disposizione dei dipendenti coinvolti.
I potenziali rischi di incendio associati ai composti epossidici suggeriscono che non siano consentite fiamme o altre fonti di ignizione, come il fumo, nelle aree in cui i composti sono immagazzinati o maneggiati.
I lavoratori interessati dovrebbero, se necessario, essere allontanati dalle situazioni di emergenza e, se gli occhi o la pelle sono stati contaminati, dovrebbero essere lavati con acqua. Gli indumenti contaminati devono essere prontamente rimossi. Se l'esposizione è grave, è consigliabile l'ospedalizzazione e l'osservazione per 72 ore per l'insorgenza ritardata di edema polmonare grave.
Quando i composti epossidici, come l'ossido di etilene, sono estremamente volatili, è necessario adottare rigorose misure di salvaguardia per prevenire incendi ed esplosioni. Tali salvaguardie dovrebbero includere il controllo delle fonti di ignizione, compresa l'elettricità statica; la disponibilità di estintori a schiuma, anidride carbonica o prodotti chimici a secco (se si utilizza acqua su incendi di grandi dimensioni, la manichetta deve essere dotata di un ugello nebulizzatore); l'uso di vapore o acqua calda per riscaldare l'ossido di etilene o sue miscele; e lo stoccaggio lontano da fonti di calore e forti ossidanti, acidi forti, alcali, cloruri anidri o ferro, alluminio o stagno, ossido di ferro e ossido di alluminio.
Devono essere disponibili adeguate procedure di emergenza e dispositivi di protezione per far fronte a fuoriuscite o perdite di ossido di etilene. In caso di sversamento, il primo passo è l'evacuazione di tutto il personale ad eccezione di quelli coinvolti nelle operazioni di pulizia. Tutte le fonti di accensione nell'area devono essere rimosse o spente e l'area ben ventilata. Piccole quantità di liquido versato possono essere assorbite su stoffa o carta e lasciate evaporare in un luogo sicuro come una cappa chimica. L'ossido di etilene non dovrebbe entrare in uno spazio ristretto come una fogna. I lavoratori non devono entrare in spazi ristretti in cui è stato immagazzinato l'ossido di etilene senza seguire procedure operative adeguate progettate per garantire che non siano presenti concentrazioni tossiche o esplosive. Quando possibile, l'ossido di etilene deve essere conservato e utilizzato in sistemi chiusi o con un'adeguata ventilazione locale dei gas di scarico.
Tutte le sostanze aventi proprietà cancerogene, come l'ossido di etilene e il biossido di vinilcicloesene, devono essere maneggiate con estrema cura per evitare il contatto con la pelle dei lavoratori o l'inalazione sia durante la produzione che durante l'utilizzo. La prevenzione del contatto viene promossa anche progettando i locali di lavoro e l'impianto di processo in modo da impedire qualsiasi fuoriuscita del prodotto (applicazione di una leggera depressione, processo a tenuta ermetica e così via). Le precauzioni sono discusse più ampiamente altrove in questo Enciclopedia.
Tabelle dei composti epossidici
Tabella 1 - Informazioni chimiche.
Tabella 2 - Rischi per la salute.
Tabella 3- Pericoli fisici e chimici.
Tabella 4 - Proprietà fisiche e chimiche.