Over Nano

Nanomaterialen en nanodeeltjes.

Definitie
De meeste vaste stoffen bestaan uit deeltjes die niet allemaal even groot zijn, maar waarvan het merendeel zich wel tussen een minimum en maximum grootte bevinden. Deze variatie in grootte van de deeltjes wordt een deeltjesgrootteverdeling genoemd. De meeste vaste stoffen worden dus gekenmerkt door een deeltjesgrootteverdeling. Dit geldt ook voor nanomaterialen. De Europese Commissie heeft in 2011 de “Aanbeveling inzake de definitie van een nanomateriaal” gepubliceerd. Hierin wordt voorgesteld om een nanomateriaal te definiëren als een materiaal bestaande uit deeltjes, waarvan minstens 50 % van de deeltjes een grootte heeft tussen 1 en 100 nanometer. Dit houdt in dat een nanomateriaal ook grotere deeltjes kan bevatten. Deze definitie is voorgesteld om onderscheid te kunnen maken tussen nanomaterialen en niet-nanomaterialen.
 
Nanodeeltjes hebben dus een grootte tussen 1 en 100 nanometer. Om een beeld te geven, één nanometer is 80.000 keer kleiner dan de doorsnede van een menselijke haar. Dit kan in 1, 2 of 3 dimensies het geval zijn. Nanomaterialen kunnen dus voorkomen als plaatjes (bijvoorbeeld klei), buisjes (bijvoorbeeld koolstof nanobuisjes) en ‘bolletjes’ (TiO2).
 
Kleine deeltjes tussen 1 en 100 nm hebben de neiging te klonteren tot grotere eenheden. Dit wordt aggregeren of agglomereren genoemd. Als de deeltjes losjes tegen elkaar liggen noemen we het agglomereren en als de deeltjes bijna zijn ‘samengesmolten’ noemen we het aggregeren.
 
Ook deze grotere ‘klontjes’ vallen binnen de definitie, omdat ze eigenlijk zijn opgebouwd uit deeltjes van 1-100 nm. Ze zijn dus niet hetzelfde als grotere deeltjes.
 
Grotere deeltjes vertonen ander gedrag dan nanodeeltjes; het gedrag van aggregaten en agglomeraten lijkt soms meer op dat van grotere deeltjes en soms meer op dat van nanodeeltjes. Dat hangt af van de omstandigheden.
 
Grofweg kunnen nanomaterialen worden ingedeeld in drie categorieën:
• Van nature voorkomende materialen zoals (vulkanisch) as, mineralen, etc.
• Bijproducten van processen met hoge temperatuur zoals verbranding, industriële processen, lassen, etc.
• Synthetische nanomaterialen

Synthetische nanomaterialen worden doelbewust geproduceerd vanwege de bijzondere eigenschappen. De discussie over veiligheid van nanomaterialen richt zich vooral op deze categorie.

Momenteel wordt gedacht dat het vooral de vrije nanodeeltjes zijn die gezondheidsrisico’s kunnen veroorzaken. Er is daarom veel discussie over de vraag hoe de definitie geïmplementeerd kan worden in wet- en regelgeving om gezondheidsrisico’s te beperken (zie bv. Bleeker et al. 2013). Van de materialen die binnen de definitie vallen is duidelijk dat ze vrije nanodeeltjes kunnen bevatten, maar van de materialen die buiten de definitie vallen kan niet worden uitgesloten dat ze vrije nanodeeltjes (met potentieel gerelateerde gezondheidsrisico’s) bevatten.
 
Waarom worden nanomaterialen toegepast?
Chemische stoffen krijgen op de nanoschaal soms andere, nieuwe eigenschappen waardoor nieuwe toepassingsmogelijkheden ontstaan. Zo kunnen nanomaterialen mechanische, optische, elektrische of magnetische eigenschappen hebben die dezelfde stoffen bij grotere afmetingen niet hebben. Door deze materialen toe te passen in bestaande producten, kunnen deze nieuwe eigenschappen krijgen met nieuwe innovatieve toepassingen als gevolg. Deze nieuwe eigenschappen bieden het bedrijfsleven dus economische kansen.
 
Het toepassen van nanomaterialen is een vorm van nanotechnologie. Onder nanotechnologie wordt het bewerken van materialen op zeer kleine schaal verstaan. Dit kan zowel producten als processen betreffen. Ook het creëren van nanostructuren valt onder nanotechnologie. Dit kan door nanomaterialen op een bepaalde manier te ‘stapelen’, maar is ook mogelijk zonder gebruik van nanomaterialen via een proces op nanoschaal. Bijvoorbeeld bij nano-elektronica waarbij in printplaatjes of computerchips vaak gebruik wordt gemaakt van mechanische groeven (enkele nanometers breed) in groter materiaal. Nanoproducten en -processen worden al in veel sectoren toegepast.
 
Naast voordelen van nanotechnologie en nanomaterialen, zijn er ook zorgen met betrekking tot veiligheid van mens en milieu. Het zijn met name de vrije, slecht afbreekbare, synthetische nanodeeltjes die momenteel reden geven tot zorg voor de veiligheid van mens en milieu.

Veel gebruikte nanomaterialen

Het aanbod van verschillende nanomaterialen is aanzienlijk en de functionaliteiten waarvoor deze nanomaterialen worden gebruikt zijn groot. Zo worden sommige producten ultrasterk of extreem zuinig, andere juist vuilafstotend.
Veel voorkomende nanomaterialen zijn metaaloxides, zoals TiO2, SiO2, ZnO, CeO2, maar ook metalen zoals zilver en aluminium, of koolstofverbindingen zoals koolstofnanobuisjes (carbon nanotubes; CNT). Nanomaterialen worden onder meer gebruikt voor antibacteriële eigenschappen (zilver en TiO2), “easy-to-clean” oppervlakken (TiO2), bescherming tegen UV-licht (TiO2, ZnO, CeO2), verhoogde corrosiebestendigheid (SiO2), brandvertrager (TiO2, SiO2, klei), betere geleiding (CNT), waterzuivering (aluminium, zilver, TiO2) en sterkere en lichtere materialen (CNT). Dit zijn slechts enkele veel voorkomende toepassingen, er zijn nog veel toepassingen mogelijk.

Mogelijke gezondheidseffecten van nanomaterialen

Over de gezondheidseffecten die door blootstelling aan nanomaterialen kunnen ontstaan komen we steeds meer te weten, maar we zijn er nog lang niet. Men maakt zich vooral zorgen om de niet-oplosbare nanodeeltjes. Hun extreem geringe omvang vergroot de kans op opname van de nanodeeltjes door de luchtwegen/longen, de darmen, en de huid. Wat de gezondheidseffecten zijn van opname in het lichaam is nog grotendeels onbekend, maar hangt af van de hoeveelheid opgenomen deeltjes, de frequentie van blootstelling, de eigenschappen van deeltjes en de organen/weefsels waar ze in terecht komen. Kleinere deeltjes hebben bij dezelfde massa een groter oppervlak dan grotere deeltjes wat er voor zorgt dat ze veel reactiever zijn dan grotere deeltjes met dezelfde massa en bijvoorbeeld ook meer ionen afgeven. De hoge reactiviteit kan lichaamscellen aanzetten tot het produceren van grote hoeveelheden chemisch-reactieve moleculen, waaronder vrije zuurstofradicalen en ontstekingsboodschappers. Dit kan leiden tot bijvoorbeeld weefselschade en verstoring van normale lichaamsfuncties.
 
Hoewel al deze processen een rol kunnen spelen, is nog lang niet voor alle nanomaterialen duidelijk of en hoe ze gezondheidseffecten kunnen veroorzaken.
 
Er bestaan geen lijsten met veilige of niet-veilige nanomaterialen. Mogelijk is de kans op gezondheidseffecten met name groot bij blootstelling aan onoplosbare, lange en stijve vezel- en plaatvormige deeltjes en onoplosbare nanodeeltjes waarvan het moedermateriaal geclassificeerd is als carcinogeen, mutageen, astma-verwekkend en/of toxisch voor reproductie (Cornelissen et al., 2011). Het ontbreekt echter aan experimentele toxiciteitsdata en epidemiologische studies naar de gezondheidsrisico’s. Het gedrag en de schadelijkheid van nanomaterialen is afhankelijk van de eigenschappen, niet alleen de chemische samenstelling, maar ook de deeltjesgrootte, de vorm van het deeltje, de elektrische lading, de oppervlakte van de buitenkant van het deeltje en eventueel aanwezige functionele groepen die op het oppervlak zijn aangebracht. De diversiteit in deeltjes is zo groot, dat het een ondoenlijk karwei is alle deeltjes volledig te testen. Onderzoek richt zich daarom steeds meer op het vinden van relaties tussen eigenschappen van deeltjes en toxicologisch gedrag om daarmee toxiciteit te voorspellen in plaats van te testen.
 
Wat zegt de wetgeving?
Nanomaterialen zijn chemische stoffen, waarop voor arbo vooral de volgende wetgeving van toepassing is:
• De Nationale Arbeidsomstandighedenwet (Arboportaal) is een nationale invulling van de Europese Chemical Agent Directive (CAD), waarin de belangrijkste bepalingen zijn vastgelegd voor de werkplek. De CAD legt vast dat de werkgever zorg dient te dragen voor een gezonde werkomgeving voor zijn werknemers. Risico’s en (voorgenomen) beheersmaatregelen moeten worden opgenomen in de risico-inventarisatie en -evaluatie (RI&E) en een plan van aanpak (PVA). Indien je aan de Arbowet voldoet, voldoe je automatisch ook aan de Europese wetgeving Chemical Agent Directive (CAD).
• Naast de Arbowet, is nog een aantal Nederlandse wetten van toepassing op het omgaan met gevaarlijke stoffen, onder andere met betrekking tot opslag, etikettering van (gebruiks)verpakkingen en vervoer. Meer informatie is beschikbaar op het Arboportaal.
• De Europese verordening CLP  betreft de wijze van indeling, etikettering en verpakking van chemische stoffen en preparaten.
• De Europese verordening REACH heeft betrekking op de registratie, evaluatie, autorisatie en beperking van chemische stoffen. Producenten en importeurs van grote hoeveelheden stoffen (>1 ton per jaar) moeten hiertoe onder andere risicobeoordelingen uitvoeren en voorschrijven hoe eventuele risico’s beheerst kunnen worden. De producent/importeur van de stof dient aan te tonen dat alle geregistreerde toepassingen van de stof veilig zijn voor mens en milieu.
 
Op het gebied van cosmetica en voeding zijn wel al nanospecifieke aanpassingen in de wetgeving aangebracht. In de nieuwe Europese cosmetica verordening is een notificatieplicht opgenomen voor nano-ingrediënten in cosmeticaproducten. Daarnaast moet op de cosmeticaproducten met nanomaterialen deze aanwezigheid worden vermeld. Voor voeding wordt nieuwe Europese wetgeving van kracht vanaf 13 december 2014 waarin wordt geëist dat ingrediënten die nanomaterialen bevatten op het etiket moeten worden vermeld door achter het betreffende ingrediënt tussen haakjes ‘nano’ te vermelden.
 
Het Arbobesluit is een uitwerking van de Arbowet. Hierin staan de regels waar zowel werkgever als werknemer zich aan moeten houden om arbeidsrisico's tegen te gaan. Concreet en net als voor andere stoffen gelden voor nanomaterialen volgens het arbobesluit de volgende verplichtingen. De werkgever moet:
• Synthetische nanomaterialen opnemen in de risico-inventarisatie en –evaluatie (RI&E).
• Een plan van aanpak opstellen, waarin maatregelen zijn opgenomen om de blootstelling aan synthetische nanomaterialen zo goed mogelijk te beheersen. Leidend hierin is het zogenoemde ALARA-principe: As Low As Reasonably Achievable. De blootstelling van mens en milieu moet minimaal zijn: zo laag als redelijkerwijs haalbaar. Hierbij dient de arbeidshygiënische strategie te worden gevolgd, welke stelt dat allereerst de blootstelling dient te worden gereduceerd door het nemen van bronmaatregelen, en als laatste moet worden gekozen voor persoonlijke beschermingsmiddelen.
• Maatregelen uitvoeren die zijn opgenomen in een plan van aanpak.
• Opleiding en voorlichting geven over risico’s en maatregelen aan werknemers die met nanomaterialen werken.
 
Hoe invulling te geven aan de wetgeving?
In 2009 is een SER-advies "veilig omgaan met nanodeeltjes op de werkplek" opgesteld. Het advies richt zich op de veiligheid en gezondheid van de werknemers die op de werkvloer met nanomaterialen werken. Omdat we nog zo weinig weten over de gezondheidseffecten die nanomaterialen kunnen veroorzaken, is het uitgangspunt in het advies dat nanomaterialen of -producten met onzekere of onbekende risico’s behandeld moeten worden als (zeer) gevaarlijk. Dat betekent dat de blootstelling aan nanomaterialen voorkómen of geminimaliseerd moet worden, indien medewerkers met nanomaterialen werken (voorzorgsprincipe).
Dus, omdat we nog lang niet voldoende weten van de toxiciteit van nanomaterialen richt de aandacht zich nu vooral op het voorkomen van blootstelling aan de materialen. Blootstelling door inademing van nanomaterialen op de werkplek heeft op dit moment de meeste aandacht. Van alle mogelijke werkzaamheden die kunnen plaatsvinden met nanoproducten springen er een paar uit waarbij de kans op inademing van nanomaterialen aanzienlijk is. Inademing is bijvoorbeeld te verwachten tijdens de productie van nanomaterialen, het verwerken van nanopoeders, of het vernevelen van vloeistoffen waarin nanomaterialen aanwezig zijn. Voor met name deze werkzaamheden is het belangrijk de blootstelling aan nanomaterialen te beheersen. Hiertoe bestaan goede mogelijkheden, zowel in procestechniek als in aanvullende beheersmaatregelen, die op maat voor specifieke situaties kunnen worden ingezet.
In hetzelfde SER-advies werd geadviseerd de Gezondheidsraad met voorrang te verzoeken gezondheidskundige grenswaarden af te leiden voor een aantal veelgebruikte nanomaterialen. Momenteel is er voor de Gezondheidsraad echter te weinig wetenschappelijke kennis beschikbaar om gezondheidskundig onderbouwde grenswaarden te kunnen vaststellen. Het ontbreken van grenswaarden, in combinatie met het voorzorgsbeginsel, betekent dat alle bedrijven maximale maatregelen moeten nemen om blootstelling aan nanomaterialen te voorkomen. Om een oplossing te bieden, wordt bij afwezigheid van informatie geadviseerd gebruik te maken van voorlopige nanoreferentiewaarden (NRV’s; Nano Reference Values). Deze referentiewaarden zijn niet gezondheidskundig onderbouwd, en dus geen garantie voor het uitblijven van gezondheidseffecten. Ze zijn echter wel bruikbaar als indicatie van het niveau tot waar de blootstelling moet worden teruggedrongen. Deze NRV’s zullen vervallen zodra er voor de specifieke nanodeeltjes, of voor een groep van gelijksoortige nanodeeltjes gezondheidskundig onderbouwde grenswaarden beschikbaar komen, zoals HBR-OEL’s (Health-Based Recommended Occupational Exposure Limits) of DNEL’s (Derived No-Effect Levels), die in het kader van REACH worden opgesteld.
Om te ondersteunen bij het beoordelen van risico’s zijn ook de eerste modellen en handleidingen voor veilig werken ontwikkeld of in ontwikkeling.
 
Voorlopige nanoreferentiewaarden
In onderstaande tabel zijn de afgesproken voorlopige nanoreferentiewaarden opgenomen voor vier klassen van “engineered nanoparticles (ENP’s)”. De NRV’s (Nano Reference Values) zijn uitsluitend bedoeld als pragmatische richtwaarden, en garanderen niet dat blootstelling lager dan de nanoreferentiewaarden veilig is.
 
 Klasse  Beschrijving  Dichtheid  NRV (8-uur tijdgewogen gemiddelde)  Voorbeeld
1 Rigide, biopersistente nanovezels waarvoor asbestachtige effecten
niet zijn uitgesloten
-  0,01 vezels/cm³
(= 10.000 vezels/m³)
 

Enkel/meerwandige koolstofnanobuisjes of vezelvormige
metaaloxiden waarvoor asbestachtige effecten niet zijn uitgesloten door de fabrikant.
 

2  Biopersistente, granulaire nanomaterialen in de range van 1 tot 100 nm  > 6000 kg/m³  20.000 deeltjes/cm³  Ag, Au, CeO2, CoO, Fe, FexOy, La, Pb, Sb2O5, SnO2,
3 Biopersistente, granulaire en vezelvormige nanomaterialen in de range van 1 tot 100 nm  < 6000 kg/m³  40.000 deeltjes/cm³ Al2O3, SiO2, TiN, TiO2, ZnO, nanoklei, Carbon Black, C60, dendrimeren, polystyreen
Nanovezels waarvoor asbestachtige effecten expliciet zijn uitgesloten.
4 Niet-biopersistente

granulaire
nanomaterialen in de range van 1 tot 100 nm 

- Gangbare grenswaarde Vb.: vetten, keukenzout (=NaCl)
 
Als aan de NRV is voldaan, wordt toch aanbevolen om maatregelen te nemen die redelijkerwijs mogelijk zijn. Met redelijkerwijs wordt bedoeld dat de maatregelen technisch, organisatorisch en economisch haalbaar moeten zijn. Hierbij is van belang dat het zo laag mogelijk houden van de blootstelling aan kleine stofdeeltjes qua duur en omvang leidend is.

Als niet aan de NRV is voldaan, wordt aanbevolen alle mogelijke technische en organisatorische maatregelen te treffen om de blootstelling te reduceren tot onder de NRV of om de samenstelling van de nanomaterialen in de inademingslucht te analyseren (synthetische nanomaterialen en process-generated nanoparticles – PGNP’s). Wanneer de hoeveelheid synthetische nanomaterialen hoger is dan de NRV, wordt aanbevolen alle mogelijke technische en organisatorische maatregelen te treffen om de blootstelling te reduceren tot onder de NRV. Wanneer de hoeveelheid synthetische nanomaterialen lager is dan de NRV, wordt toch aanbevolen om maatregelen te nemen die redelijkerwijs mogelijk zijn om de blootstelling te beperken.

Modellen en handleidingen voor veilig werken
Omdat veel informatie over gevaar van nanomaterialen niet voorhanden is en het nog moeilijk is de precieze blootstelling te bepalen, zijn er diverse methoden ontwikkeld waarmee toch een indicatie verkregen kan worden van de risico’s. We noemen dit kwalitatieve methoden, of prioriteringsmodellen.
Er zijn verschillende modellen en handleidingen voor veilig werken ontwikkeld en/of in ontwikkeling:
Stoffenmanager Nano: Met deze module kunnen de gezondheidsrisico's van blootstelling aan synthetische nanomaterialen kwalitatief beoordeeld worden. Beheersmaatregelen kunnen worden geselecteerd en worden opgenomen in het Plan van Aanpak.
 Handleiding Veilig werken met nanomaterialen en -producten (2010): Deze handleiding richt zich op het creëren van een veilige werkplek als er wordt gewerkt met nanomaterialen en/of nanoproducten.
• Control Banding Nanotool: Een tool voor het beoordelen van de blootstelling bij nano-specifieke werkzaamheden tijdens onderzoek en in mindere mate voor het inschatten van het gezondheidsrisico bij eindgebruikers.
 
 

Heeft u meer vragen?

Telefoonnummer +31(0) 88 585 2222 (8.30-17.00 uur)