طبق تعریف سازمان بهداشت جهانی الیاف مضر ذراتی هستند که طول آن ها بیشتر از 5 میکرومتر و قطر آن ها بیشتر از 3 میکرومتر و نسبت طول به قطر بیشتر از 3 داشته باشند. متخصصین سازمان بهداشت جهانی این ذرات را الیاف بحرانی یا الیاف WHO نامگذاری می کنند. اطلاعات در دسترس از روش های قابل قبول آنالیز و نمونه گیری آزبست نشان می دهد که سطح الیاف (الیاف کوچکتر از 5 میکرومتر در طول) در مناطق در دوردست روستایی معمولا زیر حد معین قابل اندازه گیری می باشند در حالی که در مناطق شهری این دامنه از 1 تا 10 و حتی بالاتر تغییر می کند. خصوصا سطح آلودگی در مناطق مسکونی در اطراف مراکز صنعتی بیشتر نمایانگر است. در صنایع مدرن این مقدار زیر 2 لیتر / لیف می باشد.
مطابق قانوت حفظ سلامتی هر کارفرمایی بایستی حدود همه مواد مختلف مضر برای سلامتی برای کارگران را بداند. از جمله موادی که مطابق قوانین به عنوان یک ماده مضر شناخته می شود، آزبست است. همچنین اگر مقدار مواد مضر به سمت صفر نزدیک شود، از نظر عملی مشکل ساز نیست ولی مقدار آن نباید از حد مجاز تجاوز نماید.
استنشاق الیاف آزبستی، یکی از راه های بسیار خطرناک ورود الیاف به بدن می باشند. از این طریق الیاف خود را به قسمت های مختلف دستگاه تنفسی رسانده و ضایعات جبران ناپذیری را از خود به جا می گذارند. البته این الیاف از راه دستگاه گوارش نیز به بدن وارد می شوند و صدماتی به بار می آورند، ولی با مطالعاتی که بر روی حیوانات انجام گرفته است، به این نتیجه رسیده اند که خطرات ناشی از بلعیدن آزبست زیاد مهم نیست. تماس های پوستی نیز چندان خطرناک به نظر نمی رسند و ظاهرا از راه پوست الیاف نمی توانند به داخل بدن نفوذ کنند. در این قسمت به بررسی راه های نفوذ الیاف می پردازیم. جهت کسب اطلاعات بیشتر در خصوص آزبست می توانید به مقاله آزبست چیست مراجعه نمایید.
دستگاه تنفسی
برای نفوذ الیاف از راه تنفسی، 3 منطقه را می توان در نظر گرفت:
منطقه دماغی – حلقی
منطقه نای – ریوی
منطقه تنفسی
به طور کلی، تمام آتروسلهای موجود در هوای تنفسی نمی توانند از منطقه دماغی – حلقی عبور کرده و به مناطق بعدی دسترسی پیدا کنند. معمولا ذرات تا قطر 100 میکرومتر از لبها عبور کرده، به منطقه دماغی حلقه وارد می شوند. در این جا بخش ذرات درشت به دام می افتند و ذرات ریزتر به همراه هوای تنفسی وارد مناطق بعدی می شوند. موادی که به منطقه سوم یعنی منطقه تنفسی وارد می شوند باید دارای اندازه بسیار ریزی باشند که اصطلاحا به مواد قابل استنشاق معروف هستند. این الیاف دارای قطری کمتر از 3 میکرومتر و طول کمتر از 100-50 میکرومتر می باشند. امروزه این یقین وجود دارد که الیاف قابل استشاق و بلند، حتی به طول 200 میکرومتر می توانند به قسمت های تحتانی دستگاه تنفسی وارد شوند و بیماری های مختلفی را به وجود آورند این گونه الیاف در محیط دستگاه تنفسی بسیار پایدار هستند و در نهایت موجب سرطان می شوند.
از طرفی علاوه بر طول و قطر الیاف، شکل آن ها هم بر میزان نفوذشان در دستگاه تنفسی بی تاثیر نمی باشد. احتمال نفوذ الیاف صاف و بی انحنا 2 برابر الیاف خمیده و منحنی شکل است. از این رو در زمان استنشاق انواع الیاف، شانس نفوذ الیاف صاف و سوزنی شکل آمفیبولها در مقایسه با الیاف خمیده و منحنی شکل بیشتر کریزوتایل است. بنابراین استنشاق الیاف آمفیبولی از الیاف سرپنتاین خطرناک تر است.
دستگاه گوارش
انواع الیاف آزبستی به شرح زیر به دستگاه گوارش راه می یابند.
مستقیم
الیاف آزبستی از طریق دهان مستقیما به سیستم گوارشی افراد راه می یابند. در مورد افرادی که در تماس حرفه ای با الیاف آزبستی قرار دارند، این امر در هنگام خوردن، آشامیدن و استعمال دخانیات در محیط آلوده و همین طور به واسطه عدم رعایت بهداشت دست ها و لباس ها صورت می پذیرد. در مورد سایر افراد، به طور عمده از طریق مواد غذایی و آشامیدن نوشابه ها و آب های آلوده به آزبست رخ می دهد.
غیر مستقیم
خلطی که در اثر پاکسازی الیاف از ریه ها و مجاری تحتانی تنفسی به وجود می آید حاوی الیاف آزبستی می باشد. این خلط به طور منظم بلعیده می شود و از این طریق نیز الیاف زیادی به سیستم گوارش راه می یابند.
الیاف آزبست برای سلامتی زیان آور بوده و در بعضی اوقات حتی مرگ آور است. در بعضی از مراجع، آزبست را بعد از سرب و جیوه به عنوان خطرناک ترین ماده برای محیط زیست تلقی کرده اند. برای اولین بار در سال 1923 میلادی بعد از تحقیقاتی که انجام شد رابطه مستقیم آزبست و بیماری های مرگ آور کشف گردید و این بیماری آزبستوز نامیده شد.
همان طوری که گفته شد آزبست می تواند سبب بیماری های آزبستوس، سرطان ریه و مزوتلیوم باشد. گاهی اوقات هم سبب بیماری های دیگر از جمله سرطان معده و کلیه می شود. معمولا زیان آزبست برای مردها و زن ها به یک اندازه بوده ولی به خاطر وضعیت کاری، بیشتر مردها به این بیماری ها مبتلا می شوند.
آزبستوس
آزبستوس نوعی بیماری ریوی است که به وسیله تنفس کردن الیاف بسیار نازک آزبستی به وجود می آید و معمولا بستگی به مقدار الیاف تنفس شده دارد. از آنجایی که آزبست از لحاظ شیمیایی خیلی پایدار می باشد، این الیاف سوزنی شکل به آسانی حل نشده، بلکه سالیان زیادی در بافت ریه باقی می مانند و به مرور زمان منتهی به فیبروز ریه، یعنی سفت شدن بافت ریوی می گردد. این سفت شدن موجب کم شدن فونکسیون فعال شش ها گردیده و به این وسیله فرد مذکور به مرور زمان دچار تنگی نفس می گردد و در موارد شدیدتر ممکن است بیمار در اثر تنگی نفس دچار خفگی شده، جان خود را از دست بدهد.
زمان بروز بیماری های آزبستوز بستگی به مقدار آزبست تنفس شده دارد. در اوایل قرن حاضر زمانی که در کارخانه ها حتی از ساده ترین وسایل ایمنی هم استفاده نمی شد، بعضی از کارگران پس از گذشت چندین ماه به این بیماری مبتلا می شدند. ولی امروزه ممکن است بیش از 10 سال طول بکشد تا کارگری به این بیماری مبتلا گردد.
سرطان ریه
دومین گروه از بیماری هایی که آزبست می تواند مسبب آن ها باشد، انواع مختلف سرطان ریه است. مشکلی که در این جا وجود دارد، پیدا کردن رابطه سرطان ریه و آزبست می باشد. در مورد بیماری آزبستوس می توان رابطه مستقیم این بیماری را با مسبب آن پیدا کرد. نتایج به دست آمده از مطالعاتی که در مورد مرگ و میر از بیماران سرطانی مربوط به آزبست صورت گرفته است، بیانگر این مطلب می باشد که میزان تلفات بیماری ریه، به علت تماس در محیطی که میزان غبار آن بین 6 تا 1.15 درصد پرز در نوسان است، در مدت عمر یک شخص نزدیک به 1 درصد می باشد که زیر میزان استانداردی است که در محیط کار لازم است.
مزوتلیوم
غیر از آزبستوس و سرطان ریه، یکی دیگر از بیماری هایی که به خاطر تنفس کردن گرد و غبار آزبست به وجود می آید مزوتلیوم است که از شدیدترین انواع بیماری های تنفسی می باشد. این بیماری هم مانند دیگر بیماری های بحث شده، در ریه ایجاد می گردد، بر روی سطح خارجی ریه ها دو لایه پوسته بافتی نازک است که بین آن ها فضایی قرار دارد که در داخل این فضا مایعی وجود دارد. از سلول های بافت این پوسته ها، سرطان بدخیمی به نام مزوتلیوم ایجاد می شود که به داخل بافت ریه منتشر می گردد.
این بیماری به ندرت معالجه نشدنی است به طوری که ابتدا در شخص بیمار هیچ علائمی از خود نشان نمی دهد و فقط از طریق عکس برداری های مختلف با اشعه ایکس می توان سایه های تیره در عکس را تشخیص داد.
با وجود تبلیغات مخالف فراوان، صنایع آزبستی تا سال 1970 میلادی رشد چشمگیری داشتند، به طوری که تولید جهانی الیاف آزبستی به مرز 5 میلیون در سال رسیده بود، از سال 1970 میلادی تولید آزبست کاهش یافت تا اینکه تولید جهانی آن در سال 1985 تا حدود 4 میلیون تن رسید.
تحقیقات فراوانی برای شناخت خواص فیزیکی، شیمیایی، مینرالوژی و زمین شناسی آزبست انجام گرفته است و امروزه خطرات زیست محیطی و بیولوژیکی آن کاملا شناخته شده است و یک طیف وسیعی از الیاف معدنی مصنوعی، الیاف آلی طبیعی و مصنوعی به عنوان جایگزین های آزبست مطرح شده اند که هرکدام گوشه ای از خواص مطلوب آزبست ها را دارا هستند. این الیاف به سه دسته عمده تقسیم می شوند:
1 - الیاف معدنی ساخته انسان که شامل الیاف شیشه ای و معدنی، الیاف نسوز می باشند.
2 - الیاف مصنوعی که شامل الیاف آلی مصنوعی، الیاف کربنی و الیاف استیل می باشند
3 - الیاف طبیعی که الیاف آلی طبیعی و یک سری مواد معدنی صنعتی را در بر می گیرد.
پشم شیشه با دارا بودن خاصیت ضد آتش و ضد اسیدی، نرم و انعطاف پذیر بودن به محصولی بسیار مناسب جهت استفاده در موارد ساختمانی و صنعتی مبدل شده است که در واقع از دمیدن مذاب با بخار آب تولید می شود. این الیاف کاملا بی ضرر بوده و در عین حال بسیار کاربردی و کم خطر است. اما در کنار آن الیاف آزبست وجود دارد که این الیاف سرطان زاست و با ورود به درون دستگاه تنفس انسان موجب ایجاد سرطان و بیماری خواهد شد. در مواردی پیش آمده افراد تصور می کنند درون پشم شیشه الیاف آزبست وجود دارد. باید در پاسخ به این سوال اینگونه بیان کرد که در تولید پشم شیشه هیچ اثری از الیاف پشم شیشه وجود ندارد و در واقع می توان گفت این دو ماده اصلا قابل قیاس با یکدیگر نمی باشند. علاوه بر آن مطابق با آنچه از سوی آژانس بین الملل تحقیقات سرطان منتشر شده است پشم شیشه در گروه کافئین و چایی از عوامل سرطان زاست در صورتیکه آزبست در گروه اول عوامل سرطان زا قرار دارد. جهت کسب اطلاعات بیشتر می توانید به مقاله تفاوت پشم شیشه و آزبست مراجعه نمایید.
الیاف شیشه ای و پشم های معدنی
این الیاف شامل الیاف معدنی ساخته دست بشر می باشد که الیاف شیشه ای بی شکل ساخته شده از سرباره های مذاب، انواع معین صخره های طبیعی و ترکیبات شیشه ای را شامل می شود. عبارت فوق انواع مختلف الیاف نسوز مصنوعی دما بالا را نیز در بر می گیرد.
اگرچه در بعضی مواقع با محدودیت هایی در مواد جایگزینی مواجه می شویم اما الیاف شیشه ای از جمله جایگزین های معروف آزبست ها می باشند. بیشترین تبلیغات در مورد این الیاف در طول 20 تا 50 سال گذشته به الیاف شیشه ای مقاوم در مقابل قلیایی که به الیاف شیشه ای AR معروف هستند بر می گردد که به عنوان یک جایگزین برای آزبست در صنایع آزبست سیمانی مطرح است.
الف – الیاف شیشه ای مقاوم در برابر قلیایی ها
این نوع الیاف شیشه ای مقاوم در محیط شیمیایی، بر پایه زیرکونیا می باشند. اقدامات بسیار زیادی برای بهبود خواص و مقاومت الیاف شیشه ای مقاوم در برابر قلیایی ها صورت گرفته است، از جمله استفاده از پوشش های مختلف و یا به کارگیری شیشه های با سرب و زیرکونیای بالا و همچنین شیشه های حاوی روی، منگنز، تیتانیوم و لانتان می باشد. نقطه ذوب این شیشه ها بین 1200 تا 1500 درجه سانتی گراد است و در نتیجه هزینه زیادی صرف تولید این الیاف می شود.
الیاف شیشه ای رشته ای مداوم
این گونه الیاف را با کشیدن مداوم مذاب به طور پی در پی می توان تولید کرد. به طور طبیعی این ها دارای قطرهایی بین 6 تا 25 میکرومتر می باشند، اما در مقابل شعله می توانند به صورت رشته هایی تا قطر کمتر از 1 میکرومتر تقلیل یابند. شیشه های رشته ای مداوم می توانند به صورت الیافی، در صنایع نساجی به کار روند که معمولا برای پارچه ها، تایر ماشین ها، غربال های میکرو مش و پلاستیک های تقویت شده مورد استفاده قرار می گیرند. شیشه رشته ای دارای برتری بزرگی نسبت به انواع مشابه است و آن اینکه این گونه الیاف می توانند به صورت لیف منظم به کار گرفته شوند، به طوری که باعث مقاومت بالای شبکه می شود. مثلا در لوله های پلاستیکی تقویت شده با الیاف فوق، لوله حاصل دارای خواص خوبی در جهت های حلقه ای و محوری می باشد.
پشم معدنی و پشم شیشه
این مواد بزرگ ترین حجم از مواد معدنی ساخته شده دست بشر هستند و به عنوان پتانسیلی برای جایگزینی آزبست ها در عایق های حرارتی از سالیان دور مطرح می باشند. در پشم های عایقی جدید، بیشتر الیاف با قطری کمتر از 6 میکرومتر می باشند که منجر به بهبود پیدا کردن خواص عایقی می شود. هدایت های حرارتی محصولات عایق پشم معدنی حدود 0.09 w/Mc در دماهای حدود 300 تا 350 درجه سانتی گراد می باشند. دانسیته چنین محصولاتی حدود نصف عایق های آزبستی می باشد.
پشم های معدنی شامل پشم سرباره و پشم سنگ ، از طریق سرباره های کوره ذوب آهن و از سنگ آذرین خرد شده شبیه بازالت، دیاباز و مواد معدنی غنی از اولیوین به دست می آیند. این صخره ها به خاطر درصد منیزیم و آهن بالا و همین طور نقاط ذوب نسبتا بالایشان شناخته می شوند که با اضافه کردن روانسازهای سودا به مخلوط مواد خام کاهش می یابند. محصولات پشم شیشه و پشم معدنی به وسیله دمیدن یک بخار نازک مذاب به وسیله هوای فشار بالا یا جت های بخار یا به وسیله چرخش سانتریفیوژی که به مذاب اجازه می دهد تا روی یک دیسک دوار با سرعت بالا بریزد، تشکیل می شود.
این الیاف کاربرد وسیعی را در زمینه های صنعتی و خانگی و همین طور عایق برای کوره ها و لوله های صنعتی دارا هستند. در جدول زیر خواص فیزیکی تعدادی از این الیاف آورده شده است.
مشخصات فیزیکی الیاف شیشه ای و الیاف MMMF
الیاف مصنوعی
لیف مصنوعی یک قطعه انعطاف پذیر و از نقطه نظر ماکروسکوپی یکنواخت است که نسبت طول به ضخامت آن بالا می باشد و سطح مقطع کوچک دارد. این الیاف از ماکرومولکول ها و پلیمرهای مصنوعی ساخته می شوند و قرارگیری زنجیره های پلیمری در فضای سه بعدی، تا حد زیادی مشخصات مکانیکی، فیزیکی و شیمیایی الیاف را تعیین می کند. همه الیاف دارای یک شکل ساختاری خاص به علت نحوه قرارگیری واحدهای اساسی آن ها در ارتباط با محور اصلی الیاف می باشد. ترکیبات ماکرومولکولی که برای ساختن الیاف به کار می روند بسیار شبیه به ترکیباتی هستند که برای پلاستیک ها استفاده می شوند، اما برای تولید الیاف نسبت طول به قطر بی نهایت است. تبدیل توده پلیمر به الیاف توسط چرخش سانتریفیوژی صورت می گیرد که نیاز به محلول یا مذاب پلیمری است.
مشخصات الیاف مصنوعی تغییرات گسترده ای دارد، مخصوصا در زمینه مدول الاستیسیته که از مشخصه های مهم، به خصوص هنگام به کارگیری الیاف در کامپوزیت می باشد. جدول زیر مشخصات فیزیکی تعدادی از الیاف مصنوعی را به طور خلاصه نشان می دهد.
تعدادی از الیاف مصنوعی به عنوان جایگزین های آزبست مطرح هستند و بیشتر در صنایع آزبست سیمانی ، منسوجات مقاوم حرارتی، مواد اصطکاکی، پلاستیک های تقویت شده کاربرد دارند و کمتر در ساختن درزگیرها، پوشال ها و اتصالات به کار می روند. این مواد تشکیل دو گروه را می دهند، آن هایی که کابردهایی به عنوان الیاف تقویت کننده در سیمان ها و آن هایی که به عنوان منسوجات با کارایی بالا بررسی می گردند. از انواع الیاف مصنوعی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
الیاف استیل
الیاف استیل به عنوان الیاف مسلح کننده، در بتن ها در قطرهای متفاوت از چند میکرومتر تا چند میلی متر به کار می روند. به دلایل عملی الیاف استیل نمی توانند به عنوان جایگزین مستقیم برای آزبست ها در محصولات سیمان مسلح با الیاف مناسب استفاده شوند، اما می توان از آن ها در سیمان و محصولات بتنی اسپری شده یا قالبی استفاده کرد.
مقایسه بین آزبست و الیاف استیل
الیاف نسوز
اکثر الیاف نسوز به عنوان یک جایگزین مستقیم برای آزبست به کار نمی روند. آن ها به عنوان مواد مقاوم حرارتی در دماهای بالا در دامنه 700 تا 1800 درجه سانتی گراد که الیاف آزبستی، پشم های شیشه و پشم های معدنی طویل جوابگو نیستند، به کار می روند. دسترسی به این مواد کم است و هزینه در بسیاری از مواقع از انواع مختلف آزبست ها بیشتر می باشد.