DGUV Information 213-021: Nanomaterialien am Arbeitsplatz (bisher BGI/GUV-I 5149)

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Herausgeber: Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung

Die rasante Entwicklung der Nanotechnologie hat auch Auswirkungen auf den Arbeitsschutz. Nanotechnologie verspricht einen bedeutenden Nutzen, von ihr können aber auch Gefahren ausgehen. Trotz weltweit intensiver Forschung ist eine abschließende Bewertung der Gefährdungen zurzeit nicht möglich. Es gibt jedoch Hinweise, dass von bestimmten Nanomaterialien unter Umständen Risiken für Gesundheit und Sicherheit ausgehen können. Dieser Umstand sollte zu entsprechender Vorsicht und einem verantwortungsvollen Umgang mit diesen Technologien Anlass geben.

Dieser Beitrag beruht auf der Schrift "Nanopartikel an Arbeitsplätzen" der Schweizerischen Unfallversicherungsanstalt Suva (siehe Kapitel 3.). Er informiert nach heutigem Wissensstand über Nanomaterialien an Arbeitsplätzen und zeigt konkrete Maßnahmen auf, die zum Schutz der Beschäftigten eingesetzt werden können.

1 Ausgangslage

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Die Nanotechnologie wird als eine Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts bezeichnet. Bereits heute basieren viele Alltagsprodukte wie Kosmetika, Lacke oder Textilien auf dem Einsatz von Nanotechnologie oder sie beinhalten Nanomaterialien. Fast täglich kommen neue Anwendungen hinzu.

1.1 Begriffe/Eigenschaften

Nanotechnologie beinhaltet die gezielte Herstellung, Untersuchung und Anwendung von kleinsten Strukturen und Materialien. Diese Technologie macht sich Effekte zunutze, welche bei stetiger Verringerung der Strukturgröße auftreten, wie:

• Massive Zunahme der massen- oder volumenbezogenen Oberfläche dieser Strukturen
• Mögliche Veränderung von Materialeigenschaften und -verhalten gegenüber dem Ursprungsmaterial

Besonders ausgeprägt treten diese Effekte bei Strukturgrößen unter ungefähr 100 Nanometern auf. Ein Nanometer (nm) entspricht einem Milliardstel Meter und damit ungefähr dem Zehnfachen der Größe einzelner Atome. Nach gängiger Definition umfasst der Nanomaßstab den Größenbereich von 1-100 Nanometern. Strukturen dieser Größe sind nanoskalig.

Gezielt hergestellte Nanomaterialien werden in Nanoobjekte und nanostrukturierte Materialien unterschieden (siehe CEN ISO/TS 27687). Nanoobjekte untergliedern sich aufgrund ihrer äußeren Abmessungen in Nanopartikel: dreidimensional nanoskalig, Nanofasern (auch Nanoröhrchen und Nanostäbchen): zweidimensional nanoskalig und Nanoplättchen (auch Nanofilm): eindimensional nanoskalig.

Nanostrukturierte Materialien haben eine nanoskalige innere Struktur oder Oberflächenstruktur und treten als Verbundsysteme von Nanoobjekten auf.

Unter den Produkten der Nanotechnologie interessieren aus Sicht des Arbeitsschutzes in erster Linie solche mit Strukturen im Nanomaßstab, welche als einzelne Teilchen vorliegen oder unter Arbeitplatzbedingungen freigesetzt werden können, was Wechselwirkungen mit dem Menschen wahrscheinlicher macht. Im Rahmen dieses Beitrages werden solche Strukturen vereinfachend unter dem Begriff "Nanopartikel" zusammengefasst. Sie zeigen untereinander eine ausgeprägte Tendenz zum Zusammenballen in größeren Verbänden (Agglomeration) oder lagern sich auch an andere verfügbare Oberflächen an. Solche Vorgänge führen zu einer Verringerung der Partikelanzahl. Durch gezielte Oberflächenbehandlung lässt sich das Agglomerationsverhalten der Partikel beeinflussen. Neben der äußeren Form können Nanopartikel nach Kriterien wie chemischer Zusammensetzung oder Oberflächenfunktionalisierung weiter charakterisiert werden.

"Nanopartikel" steht damit als Oberbegriff für ganz unterschiedlich geartete Partikel. In den meisten der derzeit in größeren Mengen nanotechnologisch hergestellten Produkte sind Nanopartikel nicht als einzelne Teilchen sondern als Verbund mehrerer Teilchen enthalten.

1.2 Verbreitung

Nanopartikel im Sinne der gängigen, größenbasierten Definition sind nicht grundsätzlich neu. So werden z. B. Industrieruße und bestimmte Kieselsäureformen seit Jahrzehnten in großen Mengen eingesetzt. Mit der Entwicklung der Nanotechnologie werden jedoch neuerdings vermehrt herkömmliche Stoffe in Nanopartikel-Schweißrauch größe angewendet, deren Oberflächen modifiziert oder von Grund auf neue Strukturen im Nanomaßstab synthetisiert. Mengenmäßig wichtige bekannt gewordene Anwendungen von Nanopartikeln sind derzeit Sonnenschutzmittel, Lacke oder Textilien.

Neben der gezielten Herstellung können Partikel im Nanomaßstab als Nebenprodukte entstehen, besonders bei Verbrennungsvorgängen oder thermischen Prozessen wie dem Schweißen. Sie werden in diesem Fall als ultrafeine Partikel, Ultrafeinstaub oder ultrafeine Aerosole bezeichnet. Solche ultrafeinen Partikel sind deshalb in industrialisierten Zonen allgegenwärtig. "Saubere" Luft in städtischen Gebieten enthält einige tausend bis zehntausend solcher Partikel pro Kubikzentimeter.

Schweißrauch

1.3 Gefährdung durch Nanopartikel

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Aufgrund ihrer extrem geringen Größe weisen Nanopartikel bezogen auf ihre Masse eine sehr große Oberfläche und hohe Beweglichkeit auf. Dies befähigt sie, ausgeprägt mit ihrer Umgebung zu reagieren. Potenzielle Risiken ergeben sich in erster Linie durch die Einwirkung von Nanopartikeln auf den menschl...