Isocianatos

Chris Keen, Health & Safety Laboratory, UK

Introducción

Los isocianatos se utilizan en una amplia gama de productos industriales, como pinturas, pegamentos y resinas. Son potentes sensibilizadores de las vías respiratorias y de la piel y una causa común de asma y dermatitis alérgica de contacto, véase el artículo Alérgenos laborales. La exposición a los isocianatos también conlleva otros efectos adversos para la salud, como el cáncer. Cuando se utilizan isocianatos o se generan involuntariamente, por ejemplo cuando se calientan los poliuretanos, es importante que la exposición de los trabajadores se controle adecuadamente. Hay varias formas de conseguirlo, y la forma en que se utiliza o genera el isocianato suele dictar qué estrategia de control es necesaria. Todos los controles de exposición requieren un mantenimiento si se quiere que sigan siendo eficaces, y el artículo proporciona información sobre cómo conseguirlo en el caso de los isocianatos.

Antecedentes

Los isocianatos son una familia de productos químicos orgánicos que tienen uno o más grupos funcionales N=C=O unidos a la molécula. Los isocianatos más comunes que se encuentran en los entornos industriales se basan en moléculas con 2 de estos grupos funcionales, y generalmente se denominan diisocianatos, estos incluyen:

Diisocianato de tolueno (TDI)

Bis(fenilisocianato) de metileno (MDI) o diisocianato de metileno difenil

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Diisocianato de naftalina (NDI)

Diisocianato de hexametileno (HDI)

Diisocianato de isoforona (IPDI)

TDI, MDI e IPDI existen como una mezcla de isómerosEn su forma más simple, estas sustancias existen como monómeros. Sin embargo, muchos preparados industriales de isocianato tienen estructuras moleculares basadas en 2 o más moléculas de monómero unidas químicamente. En general, se denominan prepolímeros u oligómeros. Estas sustancias siguen conteniendo el grupo funcional N=C=O y, por lo tanto, siguen comportando los riesgos para la salud asociados a los isocianatos. Los prepolímeros son menos volátiles que su monómero asociado, por lo que es menos probable que se transmitan por el aire en forma de vapor. Sin embargo, todavía pueden producirse exposiciones por inhalación muy elevadas cuando estos materiales se pulverizan y los riesgos para la salud asociados a la exposición cutánea siguen estando presentes.

También se comercializan formas más complejas de isocianatos, que contienen otros grupos funcionales que pueden reducir el potencial de exposición a los isocianatos. A menudo se denominan isocianatos bloqueados o reforzados. Para que el grupo funcional N=C=O participe en la reacción de polimerización y la pintura, el pegamento, etc. se cure, el isocianato debe estar libre para reaccionar y, por tanto, en algún momento del proceso sigue habiendo un potencial de exposición a los isocianatos asociado a estos materiales.

Los preparados de isocianato disponibles en el mercado son sólidos o líquidos viscosos.

Peligros para la salud

La exposición a los isocianatos conlleva una serie de efectos adversos graves para la salud. Estos incluyen efectos sobre el sistema respiratorio y la piel

Los peligros para la salud del MDI y el TDI se resumen en la Tabla 1. Otros isocianatos tendrán efectos similares sobre la salud. Esta información puede encontrarse en la hoja de datos de seguridad suministrada con el producto químico.

Fuente

Rutas de exposición

La exposición a los isocianatos se produce generalmente por inhalación y/o por vía dérmica. Dependiendo del tipo de isocianato y del método de aplicación, puede haber un potencial de exposición significativo por cualquiera de estas vías, o por ambas, y esto debe considerarse en el enfoque de gestión de riesgos.

La exposición por inhalación puede producirse cuando los isocianatos están presentes en el aire del lugar de trabajo, ya sea en forma de vapor o de aerosol. En algunos casos, los isocianatos en el aire pueden estar presentes en ambas formas simultáneamente.

Los vapores pueden generarse a partir de procesos pasivos por evaporación, y la volatilidad (también conocida como presión de vapor) del isocianato influirá en el grado de vapor en el aire que genera. La evaporación aumentará a medida que aumente la temperatura del proceso, por lo que el calentamiento de los isocianatos incrementará los niveles de vapor en el aire. Los isocianatos líquidos suelen ser muy viscosos a temperatura ambiente y suelen calentarse para que fluyan mejor y, por tanto, sean más fáciles de manejar. Hay que tener en cuenta que esto aumentará la tasa de generación de vapores de isocianato. También hay que tener en cuenta que la reacción isocianato-poliol que tiene lugar para formar un poliuretano es altamente exotérmica, generando mucho calor. De nuevo, esto aumentará la generación de vapor, incluso si no se añade calor externo al proceso.

Los aerosoles pueden generarse por medios deliberados, como la pulverización, o inadvertidamente cuando los isocianatos se agitan mecánicamente o se perturban enérgicamente. Por ejemplo, se generarán partículas finas de aerosol cuando los líquidos se apliquen con un cepillo o se viertan de un recipiente a otro. Sin embargo, la cantidad de aerosol generada de este modo será normalmente mucho menor que la de los procesos de pulverización. Cuando se manipulan isocianatos sólidos, existe la posibilidad de que se genere polvo en el aire.

La exposición dérmica (de la piel) puede producirse siempre que exista la posibilidad de que la piel de los trabajadores entre en contacto con los isocianatos. Los principales mecanismos por los que se produce la exposición dérmica a los isocianatos son:

• Contacto directo con la piel de los trabajadores
• Deposición de aerosol del aire sobre la piel de los trabajadores
• Salpicaduras, durante las actividades de vertido o mezcla, por ejemplo.
• Manejo de elementos contaminados, como herramientas o equipos de protección individual (EPI) usados
• Contacto con superficies contaminadas, como paneles de control o plantas de proceso, durante el mantenimiento, por ejemplo

Aplicaciones comunes

A continuación se enumeran algunos usos industriales comunes de los isocianatos:

• Durecedor de pintura. Muchas pinturas industriales utilizan isocianatos como endurecedor. A menudo se trata de productos de «2 paquetes», en los que se mezclan 2 componentes inmediatamente antes de su uso. En estos casos, el isocianato está presente en el componente endurecedor de la pintura. Algunas pinturas de «1 paquete» sí contienen isocianatos y no es necesario mezclarlas, por lo que se elimina una tarea con potencial de exposición. La hoja de datos de seguridad suministrada con la pintura proporcionará información sobre la presencia de isocianatos. Estas pinturas se utilizan habitualmente en la reparación de vehículos de motor (MVR) y en el pintado de grandes vehículos comerciales y de estructuras de acero. Pueden aplicarse con spray, brocha o rodillo. El mayor potencial de exposición se asocia a la aplicación por pulverización. La exposición por inhalación asociada a la aplicación con brocha o rodillo sería mucho menor, aunque seguiría existiendo el potencial de exposición dérmica. Existe una alta prevalencia de asma ocupacional en los trabajadores del sector MVR que utilizan estas pinturas. Las pinturas se basan generalmente en formas prepoliméricas de HDI, estando el isocianato presente en el componente endurecedor de la mezcla. El lijado y pulido de las pinturas a base de isocianato completamente curadas no libera isocianato en el aire. Sin embargo, cuando se exponen a temperaturas más elevadas, como las producidas por el lijado y la soldadura, se ha demostrado que las pinturas curadas liberan isocianato en el aire.

• Producción de cauchos de poliuretano y elastómeros termoplásticos. Estos se basan generalmente en un isocianato aromático, más comúnmente MDI o TDI, reaccionado con un alcohol polifuncional (poliol) u otro material orgánico. Los isocianatos suelen mezclarse y verterse manualmente. Por lo general, en este sector industrial no hay procesos que impliquen la aplicación de isocianatos por pulverización. La provisión de controles de exposición es variable en esta industria.

• Producción de espuma de poliuretano blanda. Se fabrica a partir de TDI y un poliol, con otros aditivos utilizados para modificar las propiedades del producto final. Los isocianatos suelen mezclarse con un sistema automatizado, con un curado inicial dentro de un recinto extraído. Las concentraciones de isocianatos en el aire dentro del recinto pueden ser elevadas y es necesario llevar un equipo de protección respiratoria (EPR) si hay que entrar en el recinto para realizar tareas de mantenimiento. Existe un potencial de exposición adicional cuando la espuma parcialmente curada se retira del recinto y se corta en bloques más pequeños, donde el interior no curado puede liberar isocianato en el aire.

• Aislamiento térmico de edificios, aparatos domésticos y transporte refrigerado. Esto implica la aplicación por pulverización de una espuma de poliuretano, cuyo componente de isocianato suele estar basado en MDI. Este trabajo suele realizarse in situ y puede llevarse a cabo en entornos con ventilación restringida. Existe un alto potencial de exposición, y a menudo las estrategias de control de la exposición se basan casi por completo en los EPIs.

• Suelos industriales. El MDI es un componente en la producción de suelos industriales de resina de alta calidad y baja porosidad. Se utiliza habitualmente en fábricas de alimentos y otros entornos en los que se requieren suelos higiénicos de fácil limpieza. La resina se suele mezclar en un sistema abierto y el suelo se coloca manualmente con herramientas de mano. Pueden colocarse grandes superficies, de hasta varios cientos de metros cuadrados, en una sola sesión. No hay posibilidad de que se generen aerosoles, y la presión de vapor extremadamente baja del MDI prepolimérico hace que haya muy poco isocianato en el aire y, por tanto, poco riesgo de exposición por inhalación. Sin embargo, existe un potencial significativo de exposición dérmica.

• Aglutinantes de fundición. Los sistemas aglutinantes de uretano, que contienen MDI, se utilizan comúnmente para formar moldes y núcleos de arena en las fundiciones. Existe un potencial de exposición cuando se fabrican los moldes y núcleos, y también a los productos de degradación térmica cuando se vierte el metal caliente en los moldes.

Esta no es una lista exhaustiva, y habrá otras aplicaciones industriales. La presencia de un isocianato en una materia prima debe indicarse en la hoja de datos de seguridad de los materiales. Los procesos que implican el calentamiento de los poliuretanos tienen el potencial de generar isocianato. Al igual que con cualquier proceso industrial, antes de empezar a trabajar con sustancias peligrosas debe realizarse una evaluación de riesgos exhaustiva y aplicarse una estrategia de control de la exposición adecuada.

Gestión de riesgos

Dada la toxicidad de los isocianatos, es importante controlar la exposición de los trabajadores a estas sustancias químicas dondequiera que se utilicen o generen. Una evaluación de riesgos exhaustiva forma parte del proceso para lograr un control adecuado. Esto permitirá definir y aplicar una estrategia adecuada de control de la exposición. La evaluación de riesgos de las sustancias peligrosas es un requisito legal. Debe observarse la jerarquía de control al diseñar las estrategias de control de la exposición, véase también el artículo Sustitución de sustancias químicas peligrosas.

Los límites de exposición profesional (OEL) para los isocianatos existen en varios estados miembros de la UE, pero no representan necesariamente niveles seguros de exposición. En el caso de los isocianatos, las exposiciones deben controlarse para reducirlas al mínimo. Algunos individuos son más susceptibles a los efectos de sensibilización que otros, e incluso las exposiciones sustancialmente inferiores a los OEL pueden provocar efectos graves para la salud.

En términos de efectos respiratorios, los procesos que generan altos niveles de isocianatos en el aire, como la aplicación por pulverización, conllevan el mayor riesgo. Es importante recordar que todos los isocianatos transportados por el aire, ya sean monoméricos o poliméricos, en fase de aerosol o de vapor, son perjudiciales. Incluso cuando es probable que los niveles en el aire sean muy bajos, como en el caso de la aplicación con brocha o rodillo de isocianatos poliméricos de baja volatilidad, el potencial de efectos en la piel sigue existiendo y debe tenerse en cuenta al desarrollar una estrategia de control de la exposición.

Controles de la exposición

Eliminación/sustitución

De acuerdo con los principios de las buenas prácticas de higiene laboral, y la jerarquía de control, la eliminación de un peligro, o la sustitución por un material menos peligroso o una técnica de aplicación menos peligrosa es una opción de control preferible a las soluciones basadas en controles de ingeniería y EPI. Las soluciones de control basadas en la sustitución incluyen:

• La sustitución de las pinturas a base de isocianatos por otros productos menos peligrosos que sigan logrando una calidad y durabilidad de acabado aceptables.

• El uso de isocianatos prepoliméricos en lugar de monómeros. En este caso, aunque el isocianato sigue estando presente, se encuentra en una forma menos volátil, por lo que se reduce el potencial de generación de vapores.

• La adopción de diferentes técnicas de aplicación, que reducen las emisiones del proceso. El uso de brochas o rodillos para la aplicación de pinturas, en lugar de la pulverización, reduce significativamente el potencial de exposición por inhalación.

Control de ingeniería

Cuando la sustitución no es posible, las soluciones de control de ingeniería basadas en la separación del trabajador de la fuente de exposición se consideran la siguiente mejor opción. Los controles técnicos pueden adoptar diversas formas, siendo las siguientes las más relevantes para controlar la exposición a los isocianatos:

• Contención. Esto incluiría el uso de sistemas de manipulación sellados para transferir el material a granel desde los tanques de almacenamiento hasta el punto de uso, o el uso de tapas en los contenedores cuando no se utilizan, para evitar la emisión de vapores en la sala de trabajo.

• Modificación del proceso. Existen pistolas de pulverización de alto volumen y baja presión (HVLP) para pulverizar pinturas de isocianato. Éstas reducen la cantidad de pintura utilizada y minimizan la generación de aerosoles.

• Ventilación de escape local (LEV). Esto incluiría el uso de vitrinas de gases y armarios ventilados para el almacenamiento y la manipulación de cantidades pequeñas y medianas de isocianatos y el uso de cabinas de pulverización ventiladas para la aplicación de pinturas de 2 paquetes en MVR.

• Segregación. En algunas situaciones puede no ser posible aplicar LEV de forma efectiva para controlar la exposición. En tales casos, la segregación del lugar de trabajo para contener el isocianato en áreas designadas y claramente señalizadas reducirá la propagación de la contaminación y protegerá a los trabajadores que no participan directamente en el proceso.

• Distancia de trabajo segura. El uso de herramientas para aumentar la distancia entre el trabajador y la fuente de exposición puede reducir significativamente la exposición dérmica y por inhalación. Algunos ejemplos serían el uso de rodillos de mango largo para alisar el suelo de isocianato y el uso de una espátula en lugar de una mano enguantada para retirar los isocianatos viscosos de las latas.

Equipos de protección personal

Los EPI se consideran generalmente como un control de la exposición menos fiable que los mencionados anteriormente y deben utilizarse sólo como último recurso. Sin embargo, el EPP sigue teniendo un papel que desempeñar y puede haber procesos con un alto potencial de exposición, incluso después de la aplicación de controles técnicos, en los que el EPP es el único medio para lograr un control adecuado. Las siguientes cuestiones son de relevancia específica para los isocianatos.

• Los guantes de protección química deben utilizarse únicamente como protección contra salpicaduras, los procesos no deben diseñarse de manera que los guantes se utilicen como barrera principal contra el contacto directo con los isocianatos o el equipo de trabajo contaminado con isocianatos. Deben seleccionarse guantes que ofrezcan el nivel adecuado de protección química, teniendo también en cuenta otros factores como la necesidad de protección térmica o la destreza manual.

• Los monos de trabajo y los monos de trabajo deben cubrir todo el cuerpo y no dejar expuestas partes del cuerpo susceptibles, como los antebrazos. Los monos desechables pueden ofrecer una mejor solución que las prendas reutilizables, que pueden contaminarse mucho con el tiempo y actuar potencialmente como una fuente de exposición adicional.

• El equipo de protección respiratoria (EPR) debe seleccionarse teniendo en cuenta el «desafío de control» (es decir, las concentraciones de isocianato en el aire fuera del EPR) y los factores de uso, como la duración del uso y la necesidad de otros EPI, como la protección ocular. Los isocianatos en el aire pueden estar presentes en la atmósfera a niveles nocivos y no ser detectables por el olor, por lo que no sería inmediatamente obvio para el usuario si un respirador con filtro fallara. Por esta razón, el uso de EPR con suministro de aire es generalmente la opción preferida para los procesos con alto potencial de exposición por inhalación. Esto se aplicaría a todos los procesos de pulverización manual, como la pulverización de pintura o la aplicación de aislamiento de espuma de poliuretano. Los respiradores con filtro pueden ser aceptables para los procesos con menores emisiones en el aire. El control de la exposición puede desempeñar un papel fundamental en la selección de los EPR. Si se selecciona un EPR que requiera un buen sellado en la cara del trabajador para su funcionamiento efectivo, es importante que el EPR se ajuste correctamente al trabajador. Para garantizarlo, es necesario realizar una prueba de ajuste facial.

En todos los casos, el EPI debe seleccionarse, utilizarse, almacenarse y mantenerse correctamente para obtener la máxima protección.

Los aspectos prácticos para lograr un control adecuado

Casi siempre se da el caso de que una estrategia de control de la exposición práctica y eficaz utilizará una combinación de controles de la exposición. Al diseñar una estrategia de control, deben considerarse todas las vías de exposición y aplicarse la jerarquía de control para cada vía de exposición. Los procesos deben diseñarse para limitar la posibilidad de que los trabajadores entren en contacto con los isocianatos. Los EPI para el control de la exposición dérmica deben proporcionarse para la protección contra salpicaduras y no como barrera principal contra el contacto directo con los isocianatos y el equipo de trabajo muy contaminado.

El EPI será a menudo una parte necesaria para lograr el control y evitar la propagación de la contaminación en el aire a las zonas ocupadas por otros trabajadores que no están directamente involucrados en el proceso de los isocianatos. Sin embargo, este enfoque de control puede fallar debido a un mal diseño, un uso incorrecto o un mantenimiento inadecuado. El diseño y la aplicación de un sistema LEV eficaz requiere los conocimientos especializados de ingenieros de ventilación e higienistas laborales. Es vital establecer que el sistema proporciona un control adecuado cuando se pone en marcha.

Para algunos procesos que implican la aplicación de isocianatos por pulverización, los sistemas LEV por sí solos no pueden proporcionar un control adecuado de la exposición por inhalación, incluso cuando están bien diseñados y se utilizan correctamente. En estas circunstancias también se requerirá un EPR. En la RVM, la función de la cabina ventilada es reducir los niveles de isocianato en el aire en la medida de lo posible durante la pulverización, eliminar el isocianato en el aire del espacio de pulverización lo más rápidamente posible después de la pulverización y contener la contaminación en el aire dentro del espacio de pulverización para evitar la exposición de otros trabajadores. Es esencial tener en cuenta que todas las cabinas de pulverización tardan en eliminar los isocianatos en el aire una vez finalizada la pulverización. Incluso cuando la pulverización visible ha desaparecido, lo que suele ocurrir con bastante rapidez, pueden permanecer niveles peligrosamente altos de isocianato en el aire durante varios minutos. Es una práctica común entre los pintores por pulverización levantar el visor del EPR de cara completa inmediatamente después de la pulverización para inspeccionar el acabado de la pintura. Esto da lugar a picos de exposición por inhalación muy elevados y aumenta considerablemente el riesgo de desarrollar asma. La limpieza manual de las pistolas de pulverización también puede dar lugar a una elevada exposición a los isocianatos, además de a los disolventes de limpieza. Las pistolas de pulverización no deben limpiarse en el taller abierto o en la sala de mezcla de pintura.

Siempre que sea posible, deben diseñarse controles de exposición e incorporarse al proceso. Siempre es más difícil lograr un control adecuado cuando las medidas se instalan a posteriori en instalaciones y maquinaria existentes.

Todos los controles de la exposición requieren mantenimiento si han de ofrecer un control sostenido de la exposición. Los sistemas LEV deben probarse con frecuencia y los filtros deben cambiarse a los intervalos recomendados. Los EPI requieren una comprobación y un mantenimiento adecuados; cuando se utilizan EPR alimentados por aire, es importante asegurarse de que el aire respirable está limpio y se suministra con un caudal y una presión adecuados. Esto también se aplica a los controles de «software», en los que es conveniente actualizar periódicamente la formación de los trabajadores.

Monitoreo de la exposición

El monitoreo de la exposición puede desempeñar un papel clave en el enfoque de gestión de riesgos para la manipulación de isocianatos. A grandes rasgos, puede dividirse en dos áreas: el muestreo del aire y el control biológico.

Muestreo del aire

Desde el punto de vista de la higiene laboral, la forma más común y útil de muestreo del aire es el control personal. Esto permite la mejor estimación de la exposición de los trabajadores, y puede ser un elemento esencial para determinar la idoneidad del control e informar sobre la selección del EPR. La medición de los isocianatos en el aire es compleja y requiere conocimientos especializados. Algunos métodos de medición sólo cuantifican determinadas especies de isocianatos, generalmente monómeros. Los preparados industriales de isocianato son frecuentemente una mezcla de prepolímeros, todos ellos perjudiciales para la salud. Otras técnicas sólo son aplicables al isocianato en fase de vapor o en fase de partículas en el aire. Para que tenga valor en el proceso de evaluación de riesgos, el método de medición debe identificar y cuantificar todos los isocianatos en formas monoméricas y poliméricas, ya sea en fase de vapor o presentes como partículas en el aire. En particular, los métodos que sólo cuantifican los isocianatos monoméricos pueden subestimar enormemente la exposición y dar la impresión de que el riesgo es bajo cuando hay niveles nocivos de isocianato en el aire. Siempre que sea posible, debe emplearse una metodología de medición acreditada por una organización de prestigio. Varios métodos de medición de isocianatos cuentan con la acreditación ISO.

Cuando se manipulan grandes volúmenes de isocianatos bajo contención, son apropiados los monitores de gas de punto fijo continuo y las alarmas. Por lo general, éstos sólo son aplicables al isocianato monomérico en fase de vapor. Las consecuencias de una fuga a gran escala de isocianato a la atmósfera son potencialmente muy graves. Uno de los accidentes industriales más catastróficos de la historia ocurrió en Bhopal, India. En 1984, la pérdida de contención en una planta que contenía isocianato de metilo provocó la muerte de varios miles de personas que vivían en la zona.

Monitoreo biológico

El monitoreo biológico ofrece un enfoque útil para la evaluación de la exposición y puede proporcionar una indicación fiable de la exposición ocupacional reciente. El control biológico puede ser más barato y más fácil de administrar que el muestreo del aire, y puede proporcionar información sobre la exposición total por todas las vías, y sobre la eficacia de los EPI para controlar la exposición. Ciertas aminas que se utilizan con los isocianatos en algunos procesos industriales pueden interferir con el método de control biológico.

Vigilancia de la salud

La vigilancia de la salud desempeña un papel fundamental en el enfoque de gestión de riesgos de los isocianatos. Una vigilancia periódica y específica realizada por una persona competente puede identificar las primeras etapas de las enfermedades cutáneas y respiratorias y, por lo tanto, permitir que se realicen intervenciones a nivel individual y de la empresa.

Resumen

Los isocianatos son productos químicos industriales importantes y útiles, con una amplia gama de aplicaciones. Sin embargo, tienen el potencial de causar una serie de efectos graves para la salud, y debe emplearse una estrategia de control de la exposición rigurosa y sólida siempre que se utilicen isocianatos. Es posible que se necesiten los conocimientos especializados de un higienista ocupacional profesional para garantizar que todos los riesgos se controlen adecuadamente.

Enlaces para lecturas adicionales

• Allport DC, Gilbert DS, Outterside SM (Eds). MDI and TDI: Safety, Health and the Environment: A Source Book and Practical Guide, John Wiley and Sons, 2003.

• Gardner K y Harrington JM. Occupational hygiene. Blackwell Publishing, 3ª edición, 2005.

• Harrington JM, Gill FS, Aw TC y Gardiner K. Occupational Health. Blackwell Science, 4ª edición, 1998.

• Ramachandran. G. Occupational Exposure Assessment for Air Contaminants. Taylor and Francis, 2005.

• Gannon PFG, Berg AS, Gayosso R, Henderson B y Sax SE. Prevención y gestión del asma ocupacional en la industria: un ejemplo de programa global. Occupational medicine 2005. Vol 55, No. 8 , pp. 600 – 605.