Đánh Giá Mức Độ Ô Nhiễm Isoxyanat Trong Môi Trường Không Khí Khu Vực Làm Việc

Luận văn thạc sĩ môi trường phân tích hus đánh giá mức độ ô nhiễm isoxyanat trong môi trường không khí khu vực làm việc và nguy cơ rủi ro, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề

• Tác giả: Đỗ Thị Nhung
• Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Quang Huy
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên - Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa Học Môi Trường
• Đề tài: Đánh Giá Mức Độ Ô Nhiễm Isoxyanat Trong Môi Trường Không Khí Khu Vực Làm Việc Và Nguy Cơ Rủi Ro Sức Khỏe
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu về isoxyanat
• 1.2. Phân loại isoxyanat
• 1.3. Isoxyanat trong sơn hai thành phần
• 1.4. Lịch sử phát triển của poliuretan
• 1.5. Thành phần isoxyanat trong sơn poliuretan
• 1.6. Sơn PU sử dụng trong sơn ô tô
• 1.7. Tình hình sử dụng sơn hai thành phần trong công nghiệp
• 1.8. Ảnh hưởng của isoxyanat đến sức khỏe con người
• 1.9. Các quy định hiện hành về isoxyanat
• 1.9.1. Các quy định của Việt Nam
• 1.9.2. Các quy định ở các nước trên thế giới
• 1.10. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao
• 1.11. Phân tích isoxyanat trên HPLC
• 1.12. Đánh giá rủi ro sức khỏe của isoxyanat đối với con người
• 1.12.1. Đánh giá rủi ro sức khỏe
• 1.12.2. Nguy cơ rủi ro gây ung thư của isoxyanat
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu
• 2.2.2. Phương pháp lấy mẫu ngoài hiện trường
• 2.2.3. Phương pháp thực nghiệm
• 2.2.4. Phương pháp đánh giá rủi ro sức khỏe
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đánh giá điều kiện tách chất, làm giàu isoxyanat từ mẫu không khí
• 3.1.1. Đánh giá điều kiện tách chất
• 3.1.2. Đánh giá điều kiện làm giàu isoxyanat từ mẫu không khí
• 3.1.3. Đánh giá điều kiện phân tích isoxyanat trên HPLC
• 3.1.3.1. Lựa chọn thể tích vòng bơm mẫu
• 3.1.3.2. Lựa chọn cột phân tích
• 3.1.3.3. Lựa chọn bước sóng cho detectơ
• 3.1.3.4. Điều kiện phân tích trên HPLC
• 3.1.4. Giới hạn định tính và định lượng trong phân tích isoxyanat trên HPLC
• 3.1.5. Đánh giá độ chính xác, độ lặp lại xác định isoxyanat bằng HPLC
• 3.2. Kết quả xác định nồng độ các isoxyanat trong không khí khu vực làm việc
• 3.2.1. Xác định nồng độ các isoxyanat trong không khu vực sơn ô tô
• 3.2.2. Xác định nồng độ các isoxyanat trong không khí khu vực bả matit
• 3.2.3. Nồng độ các isoxyanat trong không khí xung quanh khu vực phun sơn
• 3.3. Đánh giá rủi ro sức khỏe do isoxyanat gây ra đối với người lao động
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Ô Nhiễm Isoxyanat Trong Không Khí

Ô nhiễm không khí là một vấn đề nghiêm trọng hiện nay, đặc biệt trong các khu vực làm việc. Isoxyanat, một hợp chất hóa học có chứa nhóm -NCO, là một trong những tác nhân gây ô nhiễm đáng lo ngại. Chất này thường xuất hiện trong các ngành công nghiệp như sơn, dệt may và xây dựng. Việc đánh giá mức độ ô nhiễm isoxyanat trong không khí là cần thiết để bảo vệ sức khỏe người lao động.

1.1. Isoxyanat Là Gì Và Tác Động Đến Sức Khỏe

Isoxyanat là hợp chất hóa học có khả năng gây ra các bệnh về đường hô hấp, bao gồm hen suyễn và bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính. Nghiên cứu cho thấy, tiếp xúc với nồng độ cao isoxyanat có thể dẫn đến các triệu chứng nghiêm trọng như khó thở và tức ngực.

1.2. Các Loại Isoxyanat Thường Gặp Trong Công Nghiệp

Các loại isoxyanat phổ biến bao gồm Toluen diisoxyanat (TDI), Diphenylmetan diisoxyanat (MDI) và Hexametylen diisoxyanat (HDI). Mỗi loại có ứng dụng riêng trong sản xuất và đều có nguy cơ gây hại cho sức khỏe con người.

II. Vấn Đề Ô Nhiễm Isoxyanat Trong Khu Vực Làm Việc

Ô nhiễm isoxyanat trong không khí khu vực làm việc đang gia tăng do sự phát triển của các ngành công nghiệp. Các công nhân tiếp xúc với isoxyanat có nguy cơ cao mắc các bệnh nghề nghiệp. Việc đánh giá mức độ ô nhiễm là rất quan trọng để bảo vệ sức khỏe người lao động.

2.1. Nguyên Nhân Gây Ô Nhiễm Isoxyanat

Nguyên nhân chính gây ô nhiễm isoxyanat bao gồm quy trình sản xuất sơn, keo dán và các sản phẩm hóa học khác. Việc sử dụng các hóa chất này mà không có biện pháp bảo vệ thích hợp sẽ dẫn đến nồng độ isoxyanat cao trong không khí.

2.2. Tác Động Của Ô Nhiễm Isoxyanat Đến Sức Khỏe

Tiếp xúc lâu dài với isoxyanat có thể gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, bao gồm bệnh hen suyễn nghề nghiệp và các bệnh phổi khác. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, người lao động trong ngành sơn có nguy cơ cao mắc các bệnh này.

III. Phương Pháp Đánh Giá Ô Nhiễm Isoxyanat

Để đánh giá mức độ ô nhiễm isoxyanat trong không khí, cần áp dụng các phương pháp phân tích hiện đại. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để xác định nồng độ isoxyanat trong không khí.

3.1. Phương Pháp Sắc Ký Lỏng Hiệu Năng Cao HPLC

HPLC là phương pháp phân tích chính được sử dụng để xác định nồng độ isoxyanat trong không khí. Phương pháp này cho phép phát hiện nồng độ thấp của isoxyanat và đảm bảo độ chính xác cao trong kết quả phân tích.

3.2. Quy Trình Lấy Mẫu Và Phân Tích

Quy trình lấy mẫu không khí cần được thực hiện cẩn thận để đảm bảo tính đại diện. Sau khi lấy mẫu, các mẫu sẽ được phân tích bằng HPLC để xác định nồng độ isoxyanat và đánh giá mức độ ô nhiễm.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Về Ô Nhiễm Isoxyanat

Kết quả nghiên cứu cho thấy nồng độ isoxyanat trong không khí khu vực làm việc thường vượt quá giới hạn cho phép. Điều này cho thấy sự cần thiết phải có các biện pháp kiểm soát ô nhiễm hiệu quả để bảo vệ sức khỏe người lao động.

4.1. Nồng Độ Isoxyanat Trong Không Khí Khu Vực Làm Việc

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nồng độ isoxyanat trong không khí khu vực làm việc có thể lên đến mức cao, đặc biệt là trong các xưởng sơn. Việc theo dõi thường xuyên là cần thiết để đảm bảo an toàn cho người lao động.

4.2. Đánh Giá Rủi Ro Sức Khỏe

Đánh giá rủi ro sức khỏe từ isoxyanat là rất quan trọng. Các nghiên cứu cho thấy rằng, người lao động tiếp xúc với nồng độ cao isoxyanat có nguy cơ mắc các bệnh nghiêm trọng, bao gồm ung thư.

V. Giải Pháp Kiểm Soát Ô Nhiễm Isoxyanat

Để giảm thiểu ô nhiễm isoxyanat trong không khí, cần áp dụng các biện pháp kiểm soát hiệu quả. Các biện pháp này bao gồm cải thiện quy trình sản xuất, sử dụng thiết bị bảo hộ cá nhân và thực hiện các biện pháp an toàn lao động.

5.1. Cải Thiện Quy Trình Sản Xuất

Cải thiện quy trình sản xuất là một trong những cách hiệu quả nhất để giảm thiểu ô nhiễm isoxyanat. Việc sử dụng công nghệ mới và quy trình sản xuất an toàn sẽ giúp giảm nồng độ isoxyanat trong không khí.

5.2. Sử Dụng Thiết Bị Bảo Hộ Cá Nhân

Người lao động cần được trang bị đầy đủ thiết bị bảo hộ cá nhân để giảm thiểu tiếp xúc với isoxyanat. Điều này bao gồm khẩu trang, găng tay và đồ bảo hộ khác.

VI. Kết Luận Và Tương Lai Của Nghiên Cứu Về Isoxyanat

Nghiên cứu về ô nhiễm isoxyanat trong không khí khu vực làm việc là rất cần thiết để bảo vệ sức khỏe người lao động. Cần có các biện pháp kiểm soát ô nhiễm hiệu quả và tiếp tục nghiên cứu để hiểu rõ hơn về tác động của isoxyanat.

6.1. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu về ô nhiễm isoxyanat giúp nâng cao nhận thức về nguy cơ sức khỏe và thúc đẩy các biện pháp bảo vệ người lao động. Điều này là cần thiết để đảm bảo an toàn trong môi trường làm việc.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai

Hướng nghiên cứu tương lai cần tập trung vào việc phát triển các phương pháp phân tích mới và cải thiện quy trình sản xuất để giảm thiểu ô nhiễm isoxyanat trong không khí.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thị trường sơn và chất phủ polyurethane (PU) hiện chiếm khoảng 6% tổng sản lượng tiêu thụ polymer trên toàn cầu, trong đó mức tiêu thụ sơn tại Việt Nam từng vượt mốc 241.000 tấn và duy trì đà tăng trưởng trên 10 triệu lít mỗi năm. Trong ngành công nghiệp sửa chữa và bảo dưỡng ô tô, sơn hai thành phần được sử dụng rộng rãi nhờ độ bóng, độ bám dính vượt trội và khả năng chống chịu thời tiết khắc nghiệt. Tuy nhiên, thành phần chất đóng rắn trong hệ sơn này chứa các hợp chất isoxyanat hoạt tính cao như hexametylen diisoxyanat (HDI), toluen diisoxyanat (TDI) và diphenylmetan diisoxyanat (MDI). Quá trình phun sơn và gia nhiệt làm phát tán lượng lớn hơi và bụi sol khí isoxyanat vào không khí nơi làm việc, gây kích ứng mạnh niêm mạc phế quản, suy giảm thể tích thở và dẫn đến bệnh hen phế quản nghề nghiệp với tỷ lệ mắc mới hàng năm khoảng 5% đến 6% ở nhóm lao động phơi nhiễm. Nghiêm trọng hơn, cơ quan IARC đã xếp TDI vào nhóm 2B với tiềm năng gây ung thư ở người.

Nghiên cứu này được thực hiện nhằm xây dựng quy trình phân tích định lượng isoxyanat trong không khí bằng hệ thống sắc ký lỏng hiệu năng cao đầu dò tử ngoại (HPLC-UV), đồng thời khảo sát thực trạng ô nhiễm tại 2 xưởng sơn ô tô quy mô lớn của hãng K và M trên địa bàn thành phố Hà Nội trong giai đoạn từ tháng 01/2017 đến tháng 04/2017. Thông qua việc áp dụng mô hình đánh giá rủi ro sức khỏe (HRA) theo tiêu chuẩn quốc tế, đề tài cung cấp cơ sở khoa học định lượng về hệ số rủi ro không gây ung thư (Hazard Quotient - HQ) so sánh với ngưỡng tham chiếu RfD của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (US EPA). Kết quả nghiên cứu đóng góp luận cứ thực tiễn quan trọng phục vụ công tác kiểm soát an toàn lao động, hướng tới việc tuân thủ các ngưỡng tiếp xúc ca làm việc 8 giờ (TWA ở mức 0,005 ppm theo ACGIH) và bảo vệ sức khỏe cho hàng chục nghìn công nhân cơ khí ô tô tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Đề tài vận dụng khung lý thuyết đánh giá rủi ro sức khỏe con người (HRA) 4 bước theo hướng dẫn của US EPA và hệ thống IRIS, bao gồm: nhận dạng mối nguy, đánh giá phơi nhiễm qua liều hấp thụ hàng ngày (CDI), đánh giá độc tính qua liều tham chiếu (RfD), và mô tả rủi ro qua hệ số nguy hại (HQ). Lý thuyết này cho phép chuyển đổi nồng độ chất ô nhiễm trong không khí thành liều lượng thâm nhập vào cơ thể thợ sơn qua đường hô hấp để tính toán nguy cơ mắc bệnh mãn tính.

Song song với đó, nghiên cứu áp dụng lý thuyết cơ chế phản ứng hóa học của nhóm chức -NCO trong hóa học polymer. Nhóm -NCO phản ứng mạnh với các hợp chất chứa hydro hoạt động như polyol để tạo liên kết uretan, nhưng khi đi vào đường hô hấp, chúng phản ứng ngay lập tức với nước và protein trong biểu mô phế nang, gây đông cứng tế bào và cản trở trao đổi khí.

Các khái niệm then chốt được sử dụng xuyên suốt gồm:

• Hexametylen diisoxyanat (HDI): Diisoxyanat mạch béo có áp suất hơi 0,7 Pa ở 20°C, là thành phần chủ yếu trong chất đóng rắn sơn bóng ô tô.
• Toluen diisoxyanat (TDI): Hợp chất diisoxyanat thơm độc tính cao, thường tồn tại dưới dạng hỗn hợp đồng phân 2,4-TDI và 2,6-TDI tỷ lệ 80:20.
• Liều lượng đi vào cơ thể hàng ngày (CDI): Lượng hóa chất thâm nhập tính bằng mg/kg thể trọng/ngày trong suốt thời gian làm việc.
• Hệ số rủi ro (HQ): Tỷ số giữa liều tiếp nhận thực tế CDI và liều tham chiếu an toàn RfD. Khi giá trị HQ vượt quá 1,0, rủi ro sức khỏe phi ung thư được coi là ở mức đáng báo động.
• Giới hạn tiếp xúc cho phép (PEL): Ngưỡng nồng độ giới hạn do OSHA quy định đối với TDI ở mức 0,02 ppm (tương đương 0,14 mg/m3).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu triển khai thu thập nguồn dữ liệu thực nghiệm gồm tổng cộng 122 mẫu không khí tại 2 cơ sở bảo dưỡng ô tô K và M tại Hà Nội trong thời gian từ ngày 03/01/2017 đến ngày 19/04/2017. Cỡ mẫu bao gồm 83 mẫu cá nhân tại buồng phun sơn (51 mẫu tại cơ sở K, 32 mẫu tại cơ sở M), 31 mẫu tại khu vực bả matit (16 mẫu tại K, 15 mẫu tại M), và 8 mẫu nền môi trường không khí xung quanh xưởng. Phương pháp chọn mẫu là lấy mẫu ngẫu nhiên phân tầng theo vị trí thao tác và thời gian hoạt động thực tế của thợ sơn.

Quy trình lấy mẫu hiện trường sử dụng bơm hút mini Sibata vận hành ở lưu lượng ổn định 1,0 lít/phút. Mẫu khí được dẫn qua màng lọc sợi thủy tinh đường kính 25 mm đã tẩm thuốc thử 1-(2-metoxyphenyl)piperazin (MP) nồng độ 400 mg/100 mL dung môi toluen khô. Đầu lấy mẫu cá nhân gắn tại ve áo thuộc vùng thở của công nhân ở độ cao 1,5 m, bơm treo ngang thắt lưng ở độ cao 1,0 m. Sau khi lấy mẫu, màng lọc được giải hấp bằng 2,0 mL dung môi axetonitril (ACN).

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích sắc ký lỏng hiệu năng cao HPLC-UV (hệ thống Perkin Elmer Series 200, cột C18, pha động natri axetat pH 6 kết hợp ACN theo tỷ lệ 45:55, 55:45 và 65:35) là vì kỹ thuật này cho phép tách chọn lọc dẫn xuất urê bền nhiệt của isoxyanat với độ nhạy cao. Phương pháp đạt hiệu suất thu hồi trên 95%, độ tuyến tính R2 lớn hơn 0,999, giới hạn phát hiện LOD và giới hạn định lượng LOQ đạt mức từ 0,01 ng/µL đến 0,05 ng/µL, vượt trội hơn các phương pháp so màu hoặc trích ly thông thường.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích 122 mẫu không khí tại hai xưởng ô tô đã đem lại các kết quả thực nghiệm quan trọng:

Thứ nhất, HDI và các oligomer của nó là tác nhân ô nhiễm isoxyanat chủ yếu tại cả hai cơ sở do thợ sơn sử dụng chất đóng rắn ED-065 chứa hàm lượng nhóm -NCO tự do dao động từ 11,5% đến 21,5%. Các dẫn xuất monome TDI và MDI không xuất hiện đáng kể trong pha khí của buồng sơn bóng.

Thứ hai, nồng độ HDI trong không khí buồng phun sơn tại cơ sở K dao động từ 0,012 mg/m3 đến 0,085 mg/m3, và tại cơ sở M dao động từ 0,015 mg/m3 đến 0,092 mg/m3. Trong đó, có khoảng 18% đến 25% số mẫu vượt ngưỡng tiếp xúc ngắn STEL (0,035 mg/m3) theo tiêu chuẩn quốc tế khi công nhân thực hiện phun dặm chi tiết lớn mà không bật quạt hút thông gió.

Thứ ba, nồng độ HDI tại khu vực bả matit thấp hơn đáng kể, dao động từ 0,002 mg/m3 đến 0,008 mg/m3, tương ứng mức giảm từ 75% đến 88% so với buồng phun sơn. Tất cả các mẫu không khí xung quanh xưởng đều có nồng độ dưới giới hạn định lượng LOQ (nhỏ hơn 0,001 mg/m3).

Thứ tư, tính toán đánh giá rủi ro sức khỏe cho thấy hệ số HQ của thợ sơn tại cơ sở K dao động từ 1,2 đến 4,2 và tại cơ sở M dao động từ 1,5 đến 4,8. Trung bình giá trị HQ tại cả hai cơ sở đều vượt mức an toàn tiêu chuẩn từ 1,5 đến 2,8 lần, chứng minh nguy cơ suy giảm hô hấp mãn tính hiện hữu rõ rệt đối với người lao động.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến nồng độ HDI tăng vọt trong buồng sơn là do thao tác phun sơn sử dụng khí nén áp suất cao tạo sol khí hạt mịn lơ lửng, kết hợp với quá trình sấy nhiệt ở nhiệt độ 60°C đến 80°C làm tăng tốc độ bay hơi của các monome tự do chưa kịp phản ứng. Thêm vào đó, nhiều thợ sơn có thói quen tháo bỏ khẩu trang phòng độc chuyên dụng khi pha chế dung môi hoặc khi kiểm tra bề mặt chi tiết, khiến lượng hóa chất thâm nhập qua đường hô hấp gia tăng.

Khi đối chiếu với các nghiên cứu quốc tế, kết quả này hoàn toàn tương đồng với báo cáo của cơ quan thanh tra an toàn lao động Thụy Điển khi ghi nhận 6% số mẫu công nghiệp vượt giới hạn tiếp xúc nghề nghiệp, cũng như nghiên cứu dịch tễ của Ott tại Mỹ chứng minh nồng độ isoxyanat vượt ngưỡng làm suy giảm thể tích thở ra gắng sức trong một giây (FEV1) trên 15% ở công nhân sau 5 năm làm việc liên tục.

Về mặt biểu diễn dữ liệu, toàn bộ phân bố nồng độ HDI có thể được trực quan hóa thông qua biểu đồ cột kép so sánh mức độ ô nhiễm giữa buồng sơn và khu vực bả matit theo từng ngày lấy mẫu. Đồng thời, cấu trúc dữ liệu rủi ro có thể được tổng hợp thành bảng tương quan thể hiện giá trị HQ phân tầng theo 3 nhóm thâm niên làm việc: dưới 3 năm, từ 3 đến 7 năm, và trên 7 năm để thấy rõ xu hướng tích lũy tác động bất lợi đến biểu mô phổi.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả quan trắc thực tế và tính toán độc học môi trường, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp cụ thể:

Thứ nhất, nâng cấp và bảo dưỡng định kỳ hệ thống thông gió cục bộ buồng phun sơn. Ban giám đốc xưởng cơ khí cần duy trì vận tốc gió hút tại mặt sàn buồng sơn đạt tối thiểu 0,5 m/s và thay thế màng lọc hấp phụ than hoạt tính định kỳ 2 tuần một lần, hướng tới mục tiêu giảm từ 70% đến 85% nồng độ bụi sol khí isoxyanat phát tán trong vòng 3 tháng tới.

Thứ hai, chuẩn hóa 100% trang thiết bị bảo hộ lao động cá nhân cho thợ sơn. Bộ phận an toàn lao động phải cấp phát mặt nạ phòng độc có phin lọc hơi hữu cơ đạt chuẩn NIOSH, kính bảo hộ kín khít và găng tay cao su butyl chống thấm hóa chất; đồng thời ban hành quy chế kiểm tra bắt buộc người lao động mang bảo hộ liên tục trong suốt ca làm việc 8 giờ, triển khai áp dụng ngay trong quý tiếp theo.

Thứ ba, thiết lập chương trình giám sát y tế và đo chức năng hô hấp định kỳ. Phòng nhân sự và y tế doanh nghiệp phối hợp cùng trung tâm y tế lao động tổ chức khám sức khỏe 6 tháng một lần, đo chỉ số dung tích sống FEV1 nhằm phát hiện sớm các dấu hiệu hen phế quản và kiểm soát hệ số phơi nhiễm HQ duy trì dưới ngưỡng 1,0.

Thứ tư, hoàn thiện khung pháp lý và quy chuẩn kỹ thuật môi trường quốc gia. Kiến nghị Bộ Y tế phối hợp với Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành quy chuẩn bổ sung giới hạn tiếp xúc ca làm việc TWA đối với monome HDI ở mức 0,005 ppm (tương đương 0,034 mg/m3) theo lộ trình 12 đến 24 tháng tới nhằm tạo hành lang pháp lý đồng bộ với các tiêu chuẩn REACH và OSHA.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và phương pháp trong luận văn mang tính ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng chính:

1. Cán bộ phụ trách an toàn, sức khỏe và môi trường (EHS/HSE) tại các doanh nghiệp sản xuất ô tô, xưởng sửa chữa cơ giới và nhà máy chế biến gỗ nội thất: Áp dụng phương pháp đánh giá rủi ro HRA và bảng định mức nồng độ để thiết lập quy trình kiểm soát vi khí hậu xưởng sơn.
2. Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Khoa học Môi trường, Hóa phân tích và Độc học Môi trường: Tham khảo quy trình chế tạo chất dẫn xuất với thuốc thử MP và kỹ thuật tối ưu hóa sắc ký HPLC-UV để phân tích các hợp chất hữu cơ dễ phản ứng trong môi trường không khí.
3. Cơ quan quản lý nhà nước về vệ sinh an toàn lao động và bảo vệ môi trường: Sử dụng bộ số liệu thực nghiệm từ 122 mẫu đo đạc tại Hà Nội làm căn cứ khoa học phục vụ việc xây dựng quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nồng độ giới hạn isoxyanat trong công nghiệp.
4. Kỹ sư R&D trong ngành sản xuất sơn và vật liệu phủ polymer: Nghiên cứu cải tiến công thức sơn PU hai thành phần theo hướng giảm thiểu hàm lượng monome tự do xuống dưới 0,1% hoặc phát triển dòng sơn gốc nước thân thiện với sức khỏe người sử dụng.

Câu hỏi thường gặp

1. Hợp chất isoxyanat nào phát tán phổ biến nhất trong các xưởng sơn ô tô hiện nay? Khảo sát tại 2 xưởng sơn K và M chỉ ra rằng Hexametylen diisoxyanat (HDI) và các polymer của nó là thành phần chính do chiếm tỷ lệ cao trong chất đóng rắn ED-065 của sơn bóng PU, trong khi TDI và MDI hầu như không phát hiện ở công đoạn phủ bề mặt vỏ xe.

2. Vì sao cần dùng màng lọc tẩm thuốc thử MP khi lấy mẫu isoxyanat trong không khí? Do các monome isoxyanat có hoạt tính hóa học rất mạnh và dễ thủy phân khi gặp ẩm, thuốc thử 1-(2-metoxyphenyl)piperazin tẩm trên màng lọc 25 mm giúp khóa các nhóm -NCO thành dẫn xuất urê bền vững, đảm bảo hiệu suất thu hồi mẫu đạt trên 95% trước khi phân tích HPLC.

3. Hệ số rủi ro sức khỏe HQ lớn hơn 1 tại xưởng sơn phản ánh nguy cơ gì? Hệ số rủi ro HQ dao động từ 1,2 đến 4,8 vượt ngưỡng an toàn chuẩn (HQ bằng 1,0), phản ánh liều hấp thụ CDI của công nhân cao gấp 1,5 đến 4,8 lần liều tham chiếu RfD của US EPA, cảnh báo nguy cơ cao mắc bệnh viêm phế quản tắc nghẽn mãn tính và hen nghề nghiệp.

4. Biện pháp bảo hộ nào hiệu quả nhất để ngăn ngừa hơi sơn isoxyanat xâm nhập cơ thể? Thợ sơn bắt buộc phải trang bị mặt nạ phòng độc có phin lọc hơi hữu cơ chuyên dụng, mặc quần áo bảo hộ liền thân và đeo găng tay cao su butyl. Việc sử dụng đúng cách giúp loại bỏ hơn 85% đến 90% lượng hơi độc thâm nhập qua đường hô hấp và da.

5. Ngưỡng giới hạn tiếp xúc nghề nghiệp đối với isoxyanat trên thế giới được quy định ra sao? Cục OSHA của Mỹ quy định giới hạn tiếp xúc cho phép PEL đối với TDI là 0,02 ppm (0,14 mg/m3), còn ACGIH khuyến cáo mức TWA 8 giờ nghiêm ngặt hơn là 0,005 ppm (0,036 mg/m3). Tại Anh, giới hạn tiếp xúc 8 giờ cho tổng isoxyanat là 20 µg/m3.

Kết luận

• Xây dựng thành công quy trình lấy mẫu và phân tích định lượng isoxyanat bằng hệ thống HPLC-UV với hiệu suất thu hồi trên 95% và giới hạn phát hiện LOD ở mức 0,01 ng/µL.
• Hoàn thành đo đạc thực tế 122 mẫu không khí tại 2 xưởng bảo dưỡng ô tô ở Hà Nội, xác định nồng độ HDI trong buồng sơn dao động từ 0,012 mg/m3 đến 0,092 mg/m3.
• Định lượng hệ số rủi ro không gây ung thư HQ từ 1,2 đến 4,8, chứng minh thợ sơn đang chịu rủi ro phơi nhiễm mãn tính đối với các bệnh đường hô hấp.
• Đề xuất 4 giải pháp đồng bộ kết hợp nâng cấp hệ thống hút lọc khí buồng sơn đạt vận tốc hút 0,5 m/s và kiểm tra chức năng phổi định kỳ 6 tháng một lần.
• Đóng góp luận cứ khoa học thực tiễn đầu tiên tại Việt Nam giúp các nhà hoạch định chính sách xây dựng quy chuẩn tiếp xúc nghề nghiệp đối với HDI trong lộ trình 12 đến 24 tháng tới.

Công trình là tài liệu tham khảo giá trị cho các nhà quản lý môi trường và doanh nghiệp cơ khí ô tô trong việc chủ động kiểm soát ô nhiễm, trang bị phương tiện bảo vệ cá nhân đạt chuẩn và bảo vệ sức khỏe bền vững cho người lao động.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. Giới thiệu về isoxyanat 1. Isoxyanat Isoxyanat là tên gọi chung của các hợp chất hóa học có chứa một hoặc nhiều nhóm – NCO (Nitơ, Cacbon, Oxy) liên kết với một gốc hữu cơ, được viết tắt là R- NCO. Thuật ngữ isoxyanat cũng được sử dụng để nói về tất cả các chất hóa học có chứa hai hoặc nhiều nhóm -NCO như diisoxyanat hoặc poliisoxyanat.

Diisoxyanat gồm 2 nhóm -NCO kết hợp với một hợp chất thơm hoặc hợp chất béo. Các diisoxyanat cũng dễ dàng phản ứng với các hợp chất chứa các nguyên tử hydro hoạt động, do đó chúng dễ dàng phản ứng với nước, rượu, amin để tạo thành dime hoặc trime. Khi một isoxyanat phản ứng với các gốc rượu bậc I, II, III thì một cacbamat (NHCOO-) được hình thành và gọi là uretan. Nếu phản ứng xẩy ra liên tiếp giữa các phân tử sẽ hình thành nên polime liên kết ngang thì sẽ tạo ra poliuretan.

Chính vì vậy, ngày nay isoxyanat là chất được sử dụng rộng rãi trong công nghệ tạo lớp phủ bề mặt, bọt poliuretan, keo dán, nhựa, chất đàn hồi, chất kết dính và chất bịt kín [18]. Diisoxyanat có thể gây ra phản ứng lên phế quản, có biểu hiện khò khè, khó thở và tức ngực. Những triệu chứng này có thể xảy ra ngay lập tức hoặc 6 đến 8 giờ sau khi phơi nhiễm. Diisoxyanat liên quan đến bệnh hen suyễn, nếu được chuẩn đoán sớm ở những người không tiếp xúc thường xuyên thì có thể được phục hồi sức khỏe hoàn toàn (Tarlo, 1997; Pisati, 2007).

Tuy nhiên, nếu tiếp tục tiếp xúc với diisoxyanat thì sẽ mắc bệnh hen suyễn mãn tính, chức năng phổi giảm sút nghiêm trọng với các mức độ khác nhau. Do đó, các nghiên cứu cho thấy rằng, giám sát y tế kịp thời và đúng cách, không để người lao động tiếp xúc liên tục với diisoxyanat giúp cho cơ thể được phục hồi bệnh hen suyễn dễ dàng hơn. Ngoài ra, khi tiếp xúc với diisoxyanat nóng thì cực kỳ nguy hiểm, không chỉ vì nồng độ cao được hình thành mà nó còn dẫn đến ngưng tụ các hạt trong không khí, gây tổn thương cho mắt, da và các hạt nhỏ dễ dàng xâm nhập vào cơ thể qua đường hô hấp. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Chuẩn đoán bệnh hen suyễn nghề nghiệp do diisoxyanat gây ra bao gồm chuẩn đoán chính xác về bệnh hen suyễn và thiết lập các phản ứng xẩy ra liên quan đến việc tiếp xúc với diisoxyanat và khẳng định không có chất kích thích khác ngoài diisoxyanat ở nơi làm việc [16].

Phân loại isoxyanat + Toluen diisoxyanat (TDI) Công thức hóa học TDI được sử dụng phổ biến nhất và là hỗn hợp của hai đồng phân 2,4 - TDI và 2,6-TDI với tỷ lệ 80:20 (TDI 80) hoặc 65:35 (TDI 65). Tính chất hóa lý TDI là chất lỏng màu vàng nhạt, có mùi hăng. TDI được sử dụng phổ biến trong sản xuất bọt xốp (mút Poliurethan sử dụng lượng lớn TDI để sản xuất cung cấp cho thị trường sản xuất đệm, mút, đồ nội thất, thảm lót…); chất kết dính, chất bịt kín, chất phủ bề mặt và chất đàn hồi (TDI được sử dụng chủ yếu để bịt kín trong xây dựng…). Ngoài ra, TDI được sử dụng như một sản phẩm trung gian trong công nghiệp hóa chất, chủ yếu dung trong sản xuất chất kết dính và chất đóng rắn cho nguyên liệu sơn phủ hoặc keo dán.

Quá trình thao tác với các nguyên liệu sơn phủ hoặc keo dán có chứa polyisoxyanat hoạt tính và dư lượng TDI đơn phân tử đòi hỏi phải có trang bị bảo hộ thích hợp. Các sản phầm này chỉ nên sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và thương mại. Không thích hợp với các ứng dụng trong gia đình. + Diphenylmetan diisoxyanat (MDI) Công thức hóa học: Tính chất hóa lý MDI tinh khiết là dạng rắn ở nhiệt độ phòng.

4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Nóng chảy ở 38oC Điểm cháy ở 39,5oC MDI lỏng có màu vàng, mùi nhẹ. Trong quá trình sản xuất MDI thường hình thành hỗn hợp đồng phân, các trime hay các isoxyanat khác có độ polime hóa cao hơn. Hỗn hợp như vậy là chất lỏng có màu nâu thẫm ở nhiệt độ phòng, còn gọi là MDI thô hay MDI polime hóa. Đặc biệt chiếm ưu thế là triisoxyanat có cấu trúc cơ bản sau: MDI thô sử dụng chủ yếu để tạo mút cứng và một phần cho mút mềm.

Trong khi MDI tinh khiết dùng cho quá trình chế tạo những vật liệu đàn hổi. Ứng dụng của MDI MDI được sử dụng trong các sản phẩm nhựa nhiệt dẻo poliuretan, sợi, keo, lớp phủ bề mặt, lốp, bánh xe công nghiệp, đế giày,. Các sản phẩm bằng nhựa polime MDI phù hợp cho nhiều ngành công nghiệp, sản xuất và đặc biệt sử dụng cho tấm cách nhiệt tủ lạnh, trang trí nội thất ô tô và ghế ngồi, vật liệu xây dựng, công nghiệp sơn, keo dán, chất kết dính, bao bì, đồ nội thất,. + Hexametylen diisoxyanat (HDI) Công thức hóa học: 1,6 Hexametylen diisoxyanat Tên IUPAC: 1,6-diisoxyanatohexan Điều chế HDI: 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Tính chất hóa lý Hexametylen diisoxyanat là một chất lỏng không màu hoặc hơi vàng ở nhiệt độ nóng chảy - 67oC Khối lượng riêng 1,05 g/cm3 ( ở 25oC) Áp suất hơi: 0,7 Pa ( ở 20oC) HDI có thể được sản xuất bởi phosgen và hexanmethylen diamin trong dung môi thích hợp.

HDI không được sử dụng như là các monome mà được sản xuất trong công nghiệp như một loại polime. Hơn nữa HDI có thể được chế biến trong công nghiệp với các poliol để tăng trọng lượng phân tử. Những sản phẩm này thường chỉ chứa 0,5% HDI monome, chúng được sử dụng trong công nghiệp làm chất phủ bề mặt rất tốt. Ngoài dùng cho các loại sơn thì HDI còn được cho vào các chất bịt kín, chất kết dính.

Ba trường hợp thủy phân của HDI: - HDI không hòa tan trong nước khi không có dung môi khác. Khi hòa tan nó tạo thành giọt dầu. - Các nhóm diisoxyanat trong phân tử HDI phản ứng với nước tạo thành diamin và CO2. - Các nhóm diisoxyanat của HDI cũng có thể phản ứng với các amin hình thành từ quá trình thủy phân và thu được oligome và poliure.

Isoxyanat trong sơn hai thành phần Sơn hai thành phần được sử dụng nhiều nhất hiện nay là sơn PU hai thành phần (sơn poliuretan). Sự khác biệt giữa sơn poliuretan và các loại sơn khác là trong sơn poliuretan có thành phần chất tạo màng có chứa nhóm isoxyanat (NCO). Nhóm này sẽ phản ứng với bất kỳ loại hidro hoạt động nào trong thành phần của nhựa gốc để tạo thành màng sơn, có thể thấy được rõ điều này trên phổ cộng hưởng nhóm isoxyanat: 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] R–N–C=O↔R–N=C=O↔R–N=C–O Hidro hoạt động phản ứng với nối đôi C=N, trong đó hydro tấn công vào vị trí nito và phần còn lại tấn công vào vị trí cacbon. Để tạo thành poliuretan trước hết isoxyanat phản ứng với poliol: Poliol phản ứng khá nhanh với isoxyanat, tuy nhiên tốc độ phản ứng khác nhau nhiều tùy thuộc vào poliol.

Các rượu bậc một phản ứng mãnh liệt với isoxyanat ở nhiệt độ thường, trong khi tốc độ phản ứng của rượu bậc hai chỉ bằng 0,3 lần và rượu bậc 3 bằng khoảng 0,005 lần. Do sự che chắn không gian lớn của rượu bậc cao hơn sẽ là giảm tốc độ của phản ứng. Ngược lại, phản ứng của isoxyanat với amin thì rất nhanh. Cũng như rượu, các amin bậc càng thấp thì phản ứng xảy ra càng mạnh, các amin bậc một mạch thẳng có thể phản ứng nhanh hơn rượu bậc một từ 100-1000 lần, trong khi các amin bậc hai mạch thẳng và bậc một mạch vòng thơm thì khả năng phản ứng thấp hơn và amin bậc hai vòng thơm còn phản ứng chậm hơn nữa.

Lịch sử phát triển của poliuretan Năm 1849, Wurtz và Hofmann lần đầu tiên báo cáo về phản ứng giữa isoxyanat và một hợp chất hidroxyl. Nhưng mãi cho đến năm 1937, Otto Bayer và các cộng sự tại phòng thí nghiệm I. Farnen (Đức) tìm thấy ứng dụng thương mại của sản phẩm dựa trên phản ứng giữa hexametylen diisoxyanat và butanediol, sản phẩm có tính chất cơ lý tương tự nilon (poliamit), ngày nay vẫn còn được sử dụng để làm các sợi cho bàn chải. Sự thiếu trầm trọng nguyên vật liệu trong chiến tranh Thế giới II (1937 – 1945) đã giúp đẩy mạnh sự phát triển nguyên liệu Poliuretan cho ngành sợi, sơn và mút xốp.

Tuy nhiên sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực này xảy ra vào những năm 1950 khi người ta tìm ra nguyên liệu mới toluen diisoxyanat (TDI) và polieste poliol để sản xuất mút mềm ở Đức. Sự nhảy vọt thực sự vào năm 1957 khi có nhiều loại poliete poliol (polieste) được cho vào công thức sản xuất mút xốp. Chúng không chỉ có giá cạnh tranh hơn mà mút tạo ra còn có tính chất cơ lý tốt hơn các sản phẩm từ polieste poliol (polieste). Sự phát triển mạnh mẽ hơn còn nhờ vào nhu cầu lớn mạnh từ thị trường 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Châu Âu, Mỹ và Nhật Bản.

Ngày nay, Poliuretan đứng hàng thứ 6 trong tổng lượng tiêu thụ các loại polime, với khoảng 6% thị trường tiêu thụ. Phần ứng dụng lớn nhất của uretan là mút xốp mềm (khoảng 44%), mút cứng (khoảng 28%), còn lại 28% cho ứng dụng trong sơn, keo dán, gioăng phớt và dạng PU đàn hồi (số liệu về thị phần ứng dụng có thể khác nhau tùy theo vùng, nước, khu vực). Ngoài isoxyanat trong sơn poliuretan còn có các thành phần khác như trong dung dịch pha sơn có etyl axetat, butyl axetat, butanol, toluen, xylen,…; chất tạo màu sơn; nhựa là thành phần chính trong sơn và đóng vai trò quan trọng tạo ra một lớp sau khi sơn lên vật thể và làm khô, các loại nhựa điển hình như nitroxenlulo6, xenlulo axetat butin acrylic và nilong; các phụ gia như chất dẻo hóa, độ phân tán chất màu, chất ngăn cản lắng sơn, chất ngăn cản sự tách màu, chất san bằng, chất chống sủi bọt, chất hấp thụ tia cực tím và chất đóng rắn. Các hợp chất kết hợp lại để tạo nên loại sơn bóng đẹp sử dụng cho các loại sơn nhưng chúng ảnh hưởng rất lớn đến sức khỏe con người như kích ứng đường hô hấp, gây hen xuyễn, viêm xoang, viêm phổi; tiếp xúc da và tăng số lượng hóa chất trong máu; tiếp xúc với lượng lớn hơi sơn khi phun sơn có thể gây tổn thương hệ thống thần kinh, phụ nữ mang thai có thể gây dị tật bẩm sinh ở thai nhi.

Thành phần isoxyanat trong sơn poliuretan Có thể nói, việc tạo màng sơn poliuretan có thể do sự kết hợp của isoxyanat (chất đóng rắn) với các poliol (nhựa gốc) hoặc có thể được đóng rắn bằng hơi ẩm và nhiệt.