Avaliação da Importância das Emissões de Gases Tóxicos de Blendas de Modacrilico e Algodão com Tratamento Retardande de Chama Angela C. Vargas 3 de Setembro de 2013
Agenda Introdução O que e Modacrílico? Tipos de Modacrílico Decomposição Térmica de Fibras Sintéticas Estudos de decomposição térmica Estudo do AMEC Estudo do Ackerman Conclusões
Introdução Esta apresentação tem o objetivo de discutir os riscos para os trabalhadores no setor elétrico, em virtude das emissões de gases a partir da combustão dos materiais contendo modacrilico durante um evento de Arco Elétrico. Serão analisados diferentes tipos de modacrilico e os aplicáveis a vestimentas de proteção.
O que é Modacrilico? Copolímero que compreende principalmente o monômero do acrilonitrilo (35% 85%) nch 2 = CH CN + nch 2 = CH X CH 2 CH CH 2 CN X CH n Os tipos diferentes de monômeros podem provocar modificações nas propriedades mecânicas e de resistência a chama do copolímero; Para melhorar as propriedade de resistência a chama do copolímero é possível : Utilizar o cloreto de vinilo para a copolimerização Uso de aditivos durante o processo
Tipos de Modacrilico Modacrílico Padrão: Copolímero que compreende acrilonitrilo (35% 70%) e um monómero de vinila que contem um halogênios p.e. Cloreto de vinila, cloreto de vinilideno, brometo de vinila, brometo de vinilideno, etc. Aplicações: cabelos de bonecas, filtros, rolos de pintura e brinquedos de pelúcia Modacrílico Retardante de chama: são modacrilicos aditivados para aumentar a resistência a chama. Um dos principais aditivos utilizados são os o óxidos de antimônio pois eles aumentam a temperatura de pirólise do material. PROTEX : Polimerizado com trióxido de antimônio Aplicações: roupas de proteção, tapetes industriais
Decomposição Térmica de Fibras Sintéticas Pirolise é uma reação de decomposição de um material que ocorre pela ação de altas temperaturas em um ambiente com pouco ou nenhum oxigênio. Produtos mais comuns da combustão incompleta: Hidrogênio, água, monóxido de carbono e dióxido de carbono. Outros produtos podem incluir nitrogênio, enxofre e halogênios. O IDHL (Immediatly Dangerous to Health and Life Imediatamente perigoso para saúde e a vida) determina a concentração que pode ter efeitos prejudiciais para as pessoas
Estudos sobre a decomposição térmica dos modacrilicos Estudo de AMEC Kaneka Corporation Objetivo: Analizar as implicações da produção de gases piroliticos tóxicos de vestimentas de proteção contra fogo dentro do contexto de uso ocupacional. Teste em amostras: 1. Modacrílico/aramida 2. Protex: modacrílico retardante de chama (polimerizado com trióxido de antimônio) Metodologia: Thermal capacity of fire figther protective clothing (NIOSHI, N. N. 2008) Amostragem dentro da zona de respiração efetiva area dorsal frontal e externa a distância de 30cm.
Estudos sobre a decomposição térmica dos modacrilicos Metodologia: Thermal capacity of fire figther protective clothing (NIOSHI, N. N. 2008) Técnica de Laboratório para medir a energia transmitida e armazenada em sistemas expostos a um nível de energia radiante de 0.2 cal/cm 2 s (8.4 kw/m 2 s)
Estudo de AMEC - Kaneka Corporation A fibra PROTEX apresenta temperatura pirolítica de 575 C (Kaneka) Um modacrilico/aramida 50/50 sem tratamento retardante a chama apresenta temperatura de pirólise de cerca de 300 C (Walters et al., 2000) Exposição a 8.4 kw/m 2 s ultrapassa o limite de energia para ter queimaduras de segundo grau após cerca de 13 s de exposição. 1 cal/cm 2 = 42 kw/m 2 s
Modacrilico Não tratado/ Aramida Inicio de liberação de gases tóxicos 390 C 88 s 13 s 100 s IDHL (Immediately Dangerous To Health and Life) TPP: Thermal Protection Performance (desempenho de proteção térmica) Figura 1: Comparação da taxa de queimadura de pele (exposta e protegida) e formação de gás pirolítico dentro da zona de respiração para um indivíduo utilizando um casaco (TPP = 41) com revestimento externo de 50:50 modacrílico/aramida e exposto a uma taxa de calor incidente de 8.4 kj m-2 s-1
Modacrilico Retardante a Chama 174 s 13 s 100 s IDHL (Immediately Dangerous To Health and Life) TPP: Thermal Protection Performance (desempenho de proteção térmica) Figura 2: Comparação da taxa de queimadura de pele (exposta e protegida) e a formação de gases pirolíticos dentro da zona de respiração de um indivíduo utilizando um casaco (TPP = 41) com revestimento externo de Protex M e exposto a uma taxa de calor incidente de 8.4 kj m-2 s-1.
Decomposição Térmica de Fibras Sintéticas CO: é o mais prevalecente dos produtos gasosos de combustão incompleta. É incolor, inodoro e não irritante. A exposição acima dos limites permitidos pode resultar em isquemia cerebral. IDHL=1200ppm CN (cianeto): é um gás incolor com um forte cheiro de amêndoa. É altamente tóxico em concentrações suficientemente altas, porém é rapidamente metabolizado, de forma que não há efeitos significativos de exposições sub agudas. IDHL=50pmm HCl: possuem um odor extremamente distinto que irrita as vias respiratórias, causando refluxo faríngeo. IDHL=50ppm
2 cal/cm 2 s Estudo de AMEC - Kaneka Corporation
Estudo de AMEC - Kaneka Corporation Em condições de fogo repentino (84 kw/m 2 s = 2cal/cm 2 ) o Protex alcançaria temperaturas de pirólise (inicio da decomposição do material e produção de gases ) 13s depois de iniciado o fogo (Tabela 2). Se o trabalhador estivesse exposto todo esse tempo, as queimaduras sofridas pelo trabalhador seriam o risco mais relevante pois podem ser instantâneas (<1s). O Modacrílico, Aramida e Protex M não demonstram combustão sustentada e, dessa forma, a pirólise cessa quando o corpo é retirado da fonte de chama, isso acontece porque esses materiais nascem com a propriedade resistente a chama ou seja não propagam o fogo. Nesse momento a temperatura da vestimenta cai abaixo do limite de pirólise e não há geração dos gases.
Estudo de Ackerman Decomposição Térmica de materiais de roupas resistentes a chamas Baseado na Norma USFS 51000-615 (Método do Serviço Florestal Norte-Americano) Testes em 4 materiais resistentes a chama Algodão tratado Aramida Blenda de algodão/modacrílico* Blenda de aramida/modacrilico* Não é especificado o tipo, gramatura a construção de aramida, algodão ou modacrílico Utilizou-se uma câmara para aquecimento da amostra e coleta dos gases liberados Aquecimento elétrico de um cadinho contendo 2g de amostra, com exposição prolongada de 10min. Decomposições ocorreram sob temperaturas de 275 a 575o C
Equipamento de ensaio de Decomposição Térmica adaptado para Norma USFS 51000-615
Equipamento de ensaio de Decomposição Térmica adaptado para Norma USFS 51000-615
Problemas identificados no estudo de Ackerman (2011) Ausência de dados Foi descrita a coleta de dados em tempo real para Oxigênio, CO e CO 2 na câmara de amostragem, mais os resultados foram omitidos no estudo. Os dados seriam importantes para discussão dos potenciais impactos de riscos, considerando que o CO é o elemento tóxico de maior concentração e com maior probabilidade de atingir individuos desprotegidos em incêndios Métodos não específicos de análise A solução do trap de Hidróxido de Sódio não foi testada por Cromatografia como os gases da câmara. Foram usados métodos colorimétricos de água potável e efluentes, pouco seletivos.
Problemas identificados no estudo de Ackerman (2011) Métodos não específicos de análise Ex: Imidas, nitrilos orgânicos e isocianatos produtos comuns de da combustão de polinitrilos (modacrílico) não possuem toxicidade extrema como a de cianeto. Nitrilos e imido-complexos podem aumentar a recuperação do cianeto de concentrações máximas de 3.000 a 12.000mg, ou seja são interferentes para o método utilizado. Método para determinação de cloretos(epa 328.1) sofre interferência por altas concentrações de cianetos.
Problemas identificados no estudo de Ackerman (2011) O estudo referenciou, mas não seguiu a Norma USFS 51000-615 Norma USFS 51000-615 Uso de chama direta sobre amostra Sistema aberto Duração proporcional ao tempo de queima Metodologia usada no estudo de Ackerman (2011) Uso de aquecimento elétrico, sem chama Sistema fechado, câmara de combustão de 42 L Duração prolongada de decomposição térmica
Problemas identificados no estudo de Ackerman (2011) O estudo referenciou, mas não seguiu a Norma USFS 51000-615 Norma USFS 51000-615 Sistema aberto com abundância de oxigênio Condição real de temperatura de gases em sistema aberto Metodologia usada no estudo de Ackerman (2011) Queima da amostra em cadinho dentro da câmara relação estequiométrica de oxigênio com sua demanda se inverte de 6:1 para 1:133 ocasionando combustão incompleta disponibilidade de Oxigênio resulta em resultados inconsistentes de cianetos Temp. ambiente dos gases fora do cadinho, aumentando da quantidade de cianetos detectada
Problemas identificados no estudo de Ackerman (2011) Limitações do ensaio USFS 5100-615: Os resultados do laboratório não podem ser extrapolados diretamente para condições em campo por causa das direfenças em exposição da amostra (USA, 2007) Trecho citado no estudo: Akerman, M. (2011). Thermal decomposion of selected flame resistant materials. pag 10.
Conclusões O estudo de Ackerman (2011) tinha por objetivo determinar o risco em sistema fechado dentro da qual um ensaio de ThermoMan NFPA 2112 havia sido executado.
Conclusões Suas conclusões declararam que testes em vestimentas com modacrílico executados em 10m 3 (O espaço de um cubículo típico de trabalho) as concentrações de gases pirolíticos seriam perigosas. Para que isso fosse verdade e aplicável em uma situação real, diversas condições específicas teriam que ser atendidas: A vestimenta deveria ser mantida acima das temperaturas de pirólise por um período significativamente maior que 5 minutos A temperatura do ar na câmara deveria permanecer próxima à temperatura ambiente enquanto a vestimenta sofria pirólise para impedir que os intermediários da combustão se oxidassem em dióxido de carbono, nitróxidos e cloratos O oxigênio segundo a demanda de oxigênio estequiométrica deveria ser mantido abaixo de uma relação de 1:133 Os indivíduos sujeitos à reentrada não conseguiriam sentir o cheiro do cloreto de hidrogênio.
Conclusões As condições de exposição ao calor necessárias para produzir formação de gases pirolíticos do 50/50 modacrílico não tratado/aramida ou Protex M retardante de chama seriam fatais a qualquer pessoa que não estivesse 100% protegida por vestimentas de alto TPP (bombeiros), devido as queimaduras que ultrapassam o 50% de corpo queimado (limite para ter em risco a vida das pessoas) Embora seja verdade que uma vestimenta de modacrílico sujeita a altas taxas de calor incidente produza gases tóxicos de pirólise que, se contidos em um espaço fechado pequeno, podem representar uma ameaça, a aplicabilidade desse cenário é limitada ao mínimo no contexto de uso ocupacional, especialmente no setor elétrico onde os eventos tem uma duração muito curta (milisegundos)
Conclusões Quando utiliza-se modacrílico resistente à chama, a ameaça potencial ao usuário torna-se insignificante devido aos riscos associados à exposição térmica, os produtos pirolíticos seriam somente produzidos enquanto o tecido estivesse exposto a uma fonte de calor externa que mantivesse o material acima da temperatura crítica de pirólise durante um tempo maior do que 13s em condições de fogo repentino.
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