L'influenza dell'abbigliamento sulla pulizia tecnica

Figura 2a: Configurazione dell'esperimento; cornice e pedale nella Body-Box

Figura 2b: Tensione del panno di analisi

Figura 2c: Il soggetto esegue il movimento attraverso il telo di analisi

Presentazione del nuovo metodo

Sistemi di abbigliamento

La scelta corretta: Sistemi di abbigliamento nella Pulizia Tecnica – primo studio Body-Box con rilevamento di un intervallo di dimensioni dei particelle ≥ 0,5 µm fino a > 3.000 µm

Presentazione del nuovo metodo
Di seguito viene presentato il nuovo metodo. Si basa sul metodo di misurazione Body-Box, che si ispira alla IEST-RP-CC003.4 e che è stato implementato da Dastex nel 2004 [6]. Questo metodo è attualmente l’unico procedimento di misurazione con cui è possibile testare i sistemi di abbigliamento in ambienti di sala bianca in condizioni pratiche. In un’area pura di circa 1,20 x 1,20 x 2,40 m, un campione con il sistema di abbigliamento da esaminare esegue sequenze di movimenti definite. I particelle generate vengono rilevate tramite contatori ottici di particelle (OPZ) e analizzate di conseguenza.

Nelle aree di sala bianca, l’uomo rappresenta una grande fonte di contaminazione [8]. Non bisogna sottovalutare anche il suo peso, specialmente nelle aree di pulizia dell’industria automobilistica [11]: il personale può introdurre contaminazioni critiche, parzialmente funzionali o rilevanti per la sicurezza, non solo durante la produzione ma anche nel prodotto finale. Sia nelle aree di sala bianca che in quelle di pulizia, un sistema di abbigliamento correttamente scelto, in accordo con il processo e le sue specifiche, contribuisce in modo significativo a prevenire tali contaminazioni. Finora non esisteva né una metodologia di misurazione né dati a riguardo. Dal 2004, il dipartimento di Ricerca e Sviluppo di Dastex conduce studi Body-Box [6], che riguardano questioni interne o richieste dei clienti. Fino ad ora, sono stati trattati temi come ad esempio monouso vs. riutilizzabile [7], abbigliamento intermedio, misurazioni di germinazioni [9] e studi di invecchiamento [10]. Finora, l’attenzione si è concentrata su un intervallo di dimensioni dei particelle ≥ 0,5 µm fino a ≥ 10 µm (secondo DIN EN ISO 14644) e, in alcuni studi, sulla rilevazione del numero di germi tramite BioTrak e contatori di germinazioni (secondo linee guida GMP). Con il metodo recentemente introdotto in collaborazione con CleanControlling GmbH, l’intervallo di dimensioni dei particelle è stato esteso fino a una dimensione di ≥ 3.000 µm, colmando così una lacuna di ricerca (vedi figura 1). Il metodo Body-Box per il settore della Pulizia Tecnica secondo VDA Band 19 è stato stabilito con successo in uno studio pilota. I risultati mostrano chiaramente quali sistemi di abbigliamento in sala bianca dovrebbero essere utilizzati nel settore della pulizia tecnica.

Selezione del metodo di misurazione dei particelle più adatto:

La rilevazione delle particelle tramite contatori ottici di particelle è affidabile e utilizzabile solo fino a una certa dimensione delle particelle.

I motivi di ciò includono:

- Diverse proprietà fisiche. Forze di gravità, ad esempio, possono causare sedimentazione di particelle ≥ 5 µm [3]. Questo effetto aumenta notevolmente con l’aumentare della lunghezza di conduzione o del diametro delle particelle. Inoltre, a causa di forze di inerzia e turbolenze, possono verificarsi perdite di particelle [3]. Particelle > 100 µm si sedimentano lungo il percorso fino all’OPZ e non vengono conteggiate nel risultato.

- Inoltre, la tecnica di scattering della luce non permette di rilevare particelle di tali dimensioni. I dispositivi disponibili sul mercato sono utilizzabili fino a una dimensione di particella di 500 µm (contatore di particelle d’aria Abakus® mobil air LDS 2/2; 5 – 500 µm della Markus Klotz GmbH [5]), purché le particelle arrivino comunque nella camera di misurazione nonostante le influenze sopra descritte. Ad esempio, nei dispositivi di Klotz, la camera di misurazione è posizionata immediatamente dopo la sonda di campionamento, evitando il passaggio attraverso un lungo tubo di campionamento.

- I contatori ottici di particelle sono generalmente calibrati con particelle di polistirene (PSL) monodisperse. Le particelle PSL sono ideali e rotonde. "Quindi, tutti i conteggi e le dimensioni delle particelle misurate con un dispositivo calibrato si riferiscono al diametro delle particelle PSL" [3]. Tuttavia, questa forma e presenza naturale delle particelle non corrisponde alla realtà. Particelle di dimensioni maggiori possono avere deformazioni di lunghezza e larghezza molto diverse. Il contatore ottico rileva le particelle in base all’orientamento e all’incidenza della luce, non alla loro reale dimensione.

Nel settore automobilistico, si definisce anche il "potenziale di danno nel caso peggiore" in base alla massima estensione (Feretmax) di una particella [12]. Perciò, la corretta misurazione delle particelle > 100 µm è di grande importanza.

La misurazione tramite contatori ottici di particelle non è quindi adatta per rilevare particelle fino a ≥ 3000 µm.

Nei test con contatori ottici di particelle nella Body-Box, il flusso d’aria è stato progettato "per garantire un campionamento rappresentativo" [6]. Tuttavia, questa configurazione è efficace solo per le particelle più piccole. Le ragioni (proprietà fisiche) sono state già spiegate altrove. Per le particelle più piccole, durante le misurazioni con OPZ, basta misurare un flusso parziale e proporzionare i risultati all’intero volume. A causa della distribuzione naturale delle dimensioni delle particelle, si prevedono meno particelle di grandi dimensioni. Inoltre, le particelle di grandi dimensioni non sono distribuite uniformemente nel flusso d’aria. Perciò, si considera insufficiente l’analisi di un solo flusso parziale e si filtra, cattura e analizza l’intera quantità di aria. Per minimizzare la perdita di particelle, il filtraggio viene posizionato vicino e subito sotto il punto di generazione delle particelle. Per rispettare i requisiti di pulizia tecnica dell’industria automobilistica, la metodologia di analisi comprende l’estrazione delle particelle dal filtro e l’analisi secondo lo standard VDA19 parte 1.

Nuovo metodo di prova integrato nella Body-Box

Dopo un’attenta valutazione di vari concetti, è stato perfezionato e implementato un nuovo approccio. Come si vede nella figura 2a, è stato integrato un telaio nella Body-Box. In questo telaio viene teso, sotto elevati requisiti di purezza, un apposito tessuto analitico (figura 2b). Questo funge da filtro di raccolta per le particelle rilasciate dal soggetto o dal sistema di abbigliamento. È progettato in modo da influenzare minimamente il flusso d’aria e allo stesso tempo trattenere in modo affidabile particelle ≥ 15 µm. Il soggetto esegue i movimenti richiesti salendo su un gradino sopra il tessuto analitico (figura 2c). La procedura di prova è identica a quella di altri studi. Il soggetto entra nella Body-Box e rimane in piedi per cinque minuti, poi cammina sul posto per altri cinque minuti. Il ciclo si ripete e si conclude con una fase di cinque minuti in piedi. Non è possibile distinguere tra le fasi di cammino e di stazionamento con questa sequenza, ma può essere adattata. Per evitare la perdita di particelle durante la rimozione del tessuto analitico, si utilizza una tecnica di piegatura predefinita. Successivamente, il tessuto viene confezionato in un sacchetto sterile, etichettato e inviato a CleanControlling per analisi ed elaborazione.

Dopo il trasporto delicato del tessuto nel laboratorio di pulizia tecnica di CleanControlling, il campione viene inserito attraverso la camera di carico nel ambiente ISO Classe 6 e preparato per l’estrazione.

Per l’estrazione delle particelle dal tessuto aperto, si utilizza una camera di estrazione di dimensioni adeguate, impiegata nell’industria automobilistica per i carter dei camion. La camera ha uno stato di pulizia definito e noto, determinato tramite misurazione di valore di riferimento. La valutazione del valore di riferimento avviene secondo le specifiche VDA19 parte 1. Il tessuto viene inserito trasversalmente nella camera e spruzzato su entrambi i lati con 20 litri di detergente freddo e portata di volume definita. Il liquido di prova viene condotto tramite un imbuto di raccolta verso il punto di filtrazione, dove è inserito un filtro a maglia con apertura di 1 µm. La filtrazione è supportata da vuoto. Dopo una procedura di risciacquo, il filtro viene consegnato per l’analisi microscopica.

L’analisi microscopica delle particelle sul filtro viene eseguita con un sistema stereo a luce con tavolo xy automatico e software di conteggio particelle JOMESA. Il sistema è parametrizzato secondo lo standard VDA19 parte 1, con particolare attenzione alle particelle > 50 µm e alla lunghezza delle particelle secondo Feretmax, per misurare la massima estensione. Con un filtro polarizzatore vengono conteggiate e misurate particelle metalliche e non metalliche, e vengono considerate anche fibre in base a lunghezza/larghezza.

Per le particelle di grandi dimensioni, vengono controllate manualmente tramite l’immagine dal vivo e, se necessario, modificate. Successivamente, le particelle più grandi vengono documentate nel rapporto.

Il rapporto con tutti i risultati dell’analisi viene inviato a Dastex per ulteriori elaborazioni.

Elaborazione dei risultati:

Per l’intera studio, si utilizza parallelamente un contatore ottico di particelle per le particelle ≥ 0,5 – ≥ 10 µm. Per l’analisi e la presentazione dei risultati, i conteggi delle particelle ottenuti tramite estrazione, analisi microscopica e contatori ottici vengono convertiti in numero di particelle per minuto in modo uniforme.

Non si fornisce una classificazione dettagliata delle tipologie di particelle nei risultati di questo studio, poiché non ci si aspetta la presenza di particelle metalliche in questa configurazione sperimentale. Tuttavia, in studi futuri, questa possibilità può essere considerata, specialmente se si testano abbigliamenti già indossati.

Risultati e discussione:

La tabella 2 mostra una panoramica del numero di particelle rilevate. I canali di dimensione ≥ 0,5 – ≥ 10 µm sono stati rilevati con il contatore ottico di particelle. Le aree tra 15 – > 1.500 µm sono state analizzate tramite estrazione e metodo ottico di luce.

Già l’osservazione dei filtri di analisi evidenzia chiaramente il risultato, che può essere confermato dai numeri: indossare semplicemente un camice sopra l’abbigliamento da strada non è sufficiente. Sebbene si ottenga una riduzione del 63% considerando l’intero intervallo di dimensioni delle particelle, le particelle grandi continuano a cadere facilmente fuori dal camice. Questo spiega il miglioramento di appena il 4-17% nelle dimensioni > 100 µm e > 400 µm.

Sostituendo l’abbigliamento da strada con un abbigliamento intermedio di sala bianca, si ottiene una riduzione molto più significativa fino al 99%. Un risultato simile si ottiene indossando un overall in ION-NOSTAT LS Light 125.2 sopra l’abbigliamento da strada. Con questo numero molto basso di particelle, non è possibile stabilire quale dei due sistemi di abbigliamento sia "migliore". Entrambi mostrano ottimi risultati, e la scelta tra i due dipende da altri fattori che non saranno approfonditi qui.

Le immagini dei filtri di analisi mostrano inoltre che la sfida principale nell’analisi microscopica e nel controllo successivo consisteva nel modificare le numerose particelle fibrose, talvolta intrecciate, in modo che i risultati di conteggio potessero essere confrontabili e affidabili.

La tabella 3 confronta i numeri di particelle tra lo stato nuovo (nuovo) e quello simulato di invecchiamento (60x). I risultati indicano che i tessuti, dopo 60 cicli di decontaminazione, trattengono circa la stessa quantità di particelle o anche di più rispetto allo stato iniziale.

Come mostra la classifica dei sistemi di abbigliamento (Fig. 3), i sistemi con 0 – 6 particelle/minuto (a seconda dell’intervallo di dimensioni) sono stati rilevati con un camice in ION-NOSTATVI.2 combinato con un abbigliamento intermedio di sala bianca, che ha prodotto il minor numero di particelle rilevate. Seguono i valori dell’overall in ION-NOSTAT LS Light 125.2 con 5–48 particelle/minuto (a seconda dell’intervallo di dimensioni). Allo stesso tempo, questo tessuto offre un elevato comfort di indossamento. L’abbigliamento da strada, come previsto, rilascia il maggior numero di particelle, con 59 – 198 particelle/minuto. È importante sottolineare che si tratta di un completo di cotone appena lavato, indossato solo nella Body-Box. In condizioni di abbigliamento da strada normale, ci si può aspettare un livello di contaminazione molto più elevato, considerando contaminazioni da sporco stradale, animali domestici e altri fattori. Tutte queste particelle cadono dal camice, quindi i valori di particelle dell’abbigliamento da strada più camice, circa 32–165 particelle/minuto, sono elevati anche con tessuti di alta qualità come ION-NOSTAT VI.2. Le contaminazioni che cadono verso il basso non sedimentano automaticamente sul pavimento e non rimangono immobili. A seconda del tipo di particella, queste possono rimanere in sospensione nell’aria a lungo. Movimenti (camminata del personale, flussi d’aria, ecc.) possono sollevare le particelle e farle depositare sulle aree di lavoro e sui prodotti. Perciò, si sconsiglia l’uso di abbigliamento da strada + camice oltre un certo livello di pulizia richiesto.

Conclusioni e prospettive future

I risultati di questa prima studio evidenziano chiaramente quali sistemi di abbigliamento dovrebbero essere scelti per le diverse aree. Inoltre, si evidenzia l’influenza del tessuto e della forma sull’igiene. In base alle specifiche esigenze, diversi sistemi di abbigliamento possono ridurre la contaminazione umana in ambienti di sala bianca e pulizia.

Il metodo di misurazione introdotto colma una lacuna esistente e permette di determinare in modo pratico i valori di particelle fino a una dimensione ≥ 3.000 µm. La metodologia adottata non fornisce solo un’analisi quantitativa, ma, se necessario e opportuno, può anche suddividere le particelle per tipologia. Se un utente decide di condurre uno studio con abbigliamento già indossato in produzione, potrebbe essere possibile trarre conclusioni sulla rimozione di particelle metalliche tramite decontaminazione. È plausibile che particelle metalliche aderiscano alle fibre e vengano rimosse solo con il movimento del personale. Attraverso uno studio di questo tipo, si potrebbero definire, ad esempio, i cicli massimi di utilizzo o ottimizzare i sistemi di abbigliamento nelle aree più soggette a usura.

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Studio pubblicato nell’ottobre 2022, numero 10 del Journal für Oberflächentechnik
link.springer.com/journal/35144/volumes-and-issues

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Fonti
[1] Dastex Reinraumzubehör GmbH & Co. KG (2019). ION-NOSTAT VI.2.
https://www.dastex.com/produktportfolio/oberbekleidung/gewebe-der-oberbekleidung-auf-einen-blick/ion-nostat-vi2/ [Accesso: 11.01.2021]
[2] Dastex Reinraumzubehör GmbH & Co. KG. (2019). ION-NOSTAT LS Light 125.2
https://www.dastex.com/produktportfolio/oberbekleidung/gewebe-der-oberbekleidung-auf-einen-blick/ion-nostat-ls-light-1252/ [Accesso: 11.01.2021]
[3] Hauptmann & Hohmann (1999). Manuale di pratica delle sale bianche III – 2 Monitoraggio dei processi nelle sale bianche; Tecnologia delle sale bianche S.18ff
[4] Jost, J. (2020). Implementazione e verifica di un metodo di prova Bodybox per la rilevazione di particelle nella gamma di ≥ 15 fino a ≥ 3.000 µm. Tesi di laurea, Hochschule Albstadt-Sigmaringen, Facoltà di Scienze della Vita.
[5] Markus Klotz GmbH. Scheda tecnica del contatore di particelle d’aria Abakus® mobil air. https://www.fa-klotz.de/partikelzaehler-wAssets/docs/abakus-mobil-air-de.pdf [Accesso: 11.01.2021]
[6] Moschner, C. & von Kahlden, T. (2004). Test Body-Box: un metodo di prova su banco. ReinRaumTechnik, 02, 38-39
[7] Moschner, C. (2006). Abbigliamento monouso – Effettivamente un’alternativa all’abbigliamento tessile riutilizzabile in sala bianca? ReinRaumTechnik 3, 28-31
[8] Moschner, C. (2010). Fonte di contaminazione umana – emissione di particelle da parte dell’uomo. ReinRaumTechnik, 01, 30-33
[9] Moschner, C. (2015). Misurazioni di germinazioni nella Body-Box. reinraum online, 04, 4-6
[10] Moschner, C. & Gaza, S. (2017). Segni di invecchiamento dell’abbigliamento sterile in sala bianca. ReinRaumTechnik, 1, 52-54
[11] Verband der Automobilindustrie e. V. (2010). Gestione della qualità nell’industria automobilistica – Volume 19 Parte 2 Pulizia tecnica in assemblaggio
[12] Verband der Automobilindustrie e. V. (2015). Gestione della qualità nell’industria automobilistica – Volume 19 Parte 1 Verifica della pulizia tecnica – Contaminazione di particelle di componenti automobilistici funzionali