Nanopartikel und ultrafeine Partikel

Nanopartikel

Nanopartikel – das sind Teilchen, die über tausendmal kleiner sind als der Durchmesser eines Menschenhaares. Als Nanopartikel werden Partikel definiert, die mit einer Partikelgröße kleiner als 0,1 µm (< 100 nm), gezielt hergestellt und verarbeitet werden, um z. B. bessere Eigenschaften in verschiedenen Technologiebereichen erreichen zu können.

Nanotechnologien besitzen das Potenzial zu langfristig positiven ökonomischen Entwicklungen und zur Sicherung bestehender und Schaffung neuer Arbeitsplätze. Ihre Nutzung wird über die technologische Leistungsfähigkeit des Produktionsstandorts Deutschland und seine zukünftige Stellung im internationalen Wettbewerb mitbestimmen. Durch das außerordentlich breite Anwendungsspektrum dieser innovativen Querschnittstechnologien ergeben sich Auswirkungen in nahezu allen Lebensbereichen (wie Chemie, Optik, Automobiltechnik, Medizintechnik usw.). So z. B. stellt die chemische Industrie verschiedenste Materialien und Grundstoffe für viele Technologiebranchen zur Verfügung und bildet somit eine unabdingbare Basis für die Forschung und Entwicklung von Hochtechnologieprodukten.
 
Nanopartikel lassen sich durch verschiedene Verfahren herstellen: z. B. durch die Gasphasensynthese oder nasschemisch, wie beispielsweise durch das sog. Sol-Gel Verfahren.
 
Nanopartikel und Nanomaterialien können mittels Laserstrahlung, aber auch mittels Zerkleinerungs- und Dispergierverfahren hergestellt werden. Die Nanopartikel können zur Farbgebung (z. B. in der Pigmentindustrie) oder aber auch zur Erhöhung der Kratzfestigkeit von Oberflächen eingesetzt werden, z. B. von beschichteten Brillengläsern oder Autolacken oder bei Antibeschlagbeschichtungen. Sie können Polymere modifizieren durch Einbettung von Nanopartikel in Kunststoffe. Die Werkzeugtechnik oder die Nano-Medizin sind andere Anwendungsbeispiele. Das Laser Zentrum Hannover (LZH) setzt Lasertechnik ein, um diese Nanopartikel herzustellen.

Die Palette der auf dem Markt verwendeten Nanoprodukte ist vielseitig und enthält vorwiegend: Metalle/Metalloxide, Karbide, Kohlenstoffnanoröhrchen, Keramik, Polymeren, Halbleitern, SiO2, Polydisperse Agglomerate, organische Nanopartikel, Pigmentpartikel, NiTi, CdS. Ein Beispiel ist auch die Anwendung der Titandioxidpartikel (TiO2). Sein Einsatzbereich reicht von günstigen Solarzellen über „selbstreinigende“ Oberflächen bis hin zu extrem UV-stabilen Sonnencremes. Ein weiterer Bereich, in dem die Nanotechnologie einen starken Einfluss nehmen wird, ist die Filtration bzw. Separation. Dort finden bereits nanoporöse Materialien in der Medizintechnik ihre Anwendung (Dialyse).
 
Verschiedene Produkte werden gegenwärtig auf dem Markt angeboten, die einen Bezug zur Nanotechnologie haben. Sie reichen von der Automobilbranche bis zu Haushaltsprodukten. Hierbei ist der Mehrwert häufig auf Beschichtungen und den Einsatz von Nanopartikeln zurückzuführen.

In der Automobilindustrie werden viele Innovationen, insbesondere wenn Sicherheits- oder Umweltaspekte eine Rolle spielen, leichter in den Markt eingeführt. In Reifen werden nanometergroße Rußpartikel schon seit geraumer Zeit eingesetzt. Dieser sog. "carbon black" ist für die hohe Laufleistung und Straßenhaftung moderner Reifen verantwortlich. Ebenso können Nanopartikel als Additiv in Schmiermitteln die Reibung im Motor reduzieren und somit zu einer Verschleißminderung beitragen. Nanometergroße Siliziumdioxidpartikel (SiO2) erhöhen die Kratzfestigkeit des Lackes und werden bereits in der Serienfertigung bei großen namhaften Automobilherstellern eingesetzt.

"Die gesetzliche Unfallversicherung befürwortet in Wahrnehmung ihres Auftrags zur Förderung von Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit ein verantwortliches Handeln beim Umgang mit Nanomaterialien am Arbeitsplatz." (Auszug aus dem Positionspapier der gesetzlichen Unfallversicherung (DGUV) "Verantwortungsvoller Umgang mit Nanomaterialien")

"In der Rahmenrichtlinie 89/391/EWG werden Arbeitgeber verpflichtet, Maßnahmen zu ergreifen, die für die Sicherheit und den Gesundheitsschutz von Arbeitnehmern erforderlich sind. Dies betrifft alle Stoffe und Tätigkeiten, insbesondere die Herstellung und Verwendung von Chemikalien auf allen Stufen des Produktionsprozesses, unabhängig von der Anzahl der beteiligten Arbeitnehmer und Mengen der hergestellten Materialien oder der verwendeten Technologien. Diese Richtlinie schließt Nanomaterialien vollständig ein." (Auszug aus den Regelungsaspekten bei Nanomaterialien, Mitteilung der Kommission an das Europäische Parlament, den Rat und den Europäischen Wirtschafts- und Sozialausschuss)

Ultrafeine Partikel

Als Ultrafeine Partikel werden Partikel, Agglomerate und Aggregate mit einer Größe kleiner als 0,1 µm (< 100 nm) definiert, die als unerwünschte Nebenprodukte entstehen, z. B. durch thermische Prozesse, wie Schweißen, thermisches Schneiden, thermisches Spritzen, Löten, Oberflächenbehandlung usw.

Elektronenmikroskopaufnahme, Partikel beim MIG-Schweißen von Aluminiumlegierungen (Auszug BGI 593)
Elektronenmikroskopaufnahme, Partikel beim MAG-Schweißen unter Kohlendioxid (Auszug BGI 593)

Schutzmaßnahmen beim Umgang mit Nanopartikeln und ultrafeinen Partikeln

Maßgebend sind die Maßnahmen zur Sicherheit und des Gesundheitsschutzes bei der Arbeit, z. B. EU-Richtlinie 89/24/EWG oder Sicherheit und Gesundheit bei chemischen Arbeitsstoffen Einzelrichtlinie 98/24/EG sowie die nationale Umsetzung durch z.B. Chemikaliengesetz, Gefahrstoffverordnung (GefStoffV).

Bei der Beurteilung der Gefährdung durch die entstehenden Ultrafeinen Partikel - als Nebenprodukte bei thermischen Prozessen - oder durch die eingesetzten Verfahren und Werkstoffe gezielt hergestellten Nanopartikeln, steht die korrekte und praxisbezogene Ermittlung von verwendeten Materialien/Produkten und dabei entstehenden Gefahrstoffen in der Luft am Arbeitsplatz im Vordergrund.

In erster Linie sind im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung, die in der TRGS 900 festgelegten stoffspezifischen Arbeitsplatzgrenzwerte sowie der Allgemeine Staubgrenzwert (A-und E-Fraktion) einzuhalten. Dabei sind entsprechend der TRGS 905 die Einstufungen krebserzeugender, erbgutverändernder oder fortpflanzungsgefährdender Stoffe zu berücksichtigen und deren Konzentration am Arbeitsplatz zu minimieren.
 
Dieses  Ziel kann, entsprechend der im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung festgestellten Höhe der Gefährdung, durch adäquate Umsetzung von primären und sekundären Schutzmaßnahmen erreicht werden. Dazu gehören:

  1. technische Schutzmaßnahmen wie z. B.
    - korrekt ausgelegte und angewendete lüftungstechnische Maßnahmen mit gut dimensionierter und adäquater Filterungstechnik,
    - prozessoptimierte Parameter, die emissionsreduzierend wirken.
  2. organisatorische Schutzmaßnahmen wie z. B.
    - Arbeitshaltung
    - Pausenregelungen
    - Hygienemaßnahmen
  3. persönliche Schutzmaßnahmen, die in manchen Situationen als ergänzende notwendige Maßnahme umgesetzt werden müssen (z. B. Tragen von Atemschutz)

Arbeitsmedizinische Vorsorgemaßnahmen können unter bestimmten Umständen notwendig sein.

Weiterführende Informationen und Downloads

Gesetze, Verordnungen und Technische Regeln

Fachinformationen und Ratgeber

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