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La substitution des solvants par les nettoyants aqueux Le dégraissage des métau

La substitution des solvants par les nettoyants aqueux Le dégraissage des métaux Jérôme Lavoué Denis Bégin Michel Gérin RAPPORT B-064 Mars 2002 BILANS DE CONNAISSANCES Dépôt légal Bibliothèque nationale du Québec 2002 IRSST - Direction des communications 505, boul. de Maisonneuve Ouest Montréal (Québec) H3A 3C2 Téléphone : (514) 288-1551 Télécopieur : (514) 288-7636 publications@irsst.qc.ca www.irsst.qc.ca © Institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail, mars 2002. L’Institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail (IRSST) est un organisme de recherche scientifique voué à l’identification et à l’élimination à la source des dangers professionnels, et à la réadaptation des travailleurs qui en sont victimes. Financé par la CSST, l’Institut réalise et subventionne des recherches qui visent à réduire les coûts humains et financiers occasionnés par les accidents de travail et les maladies professionnelles. Pour tout connaître de l’actualité de la recherche menée ou financée par l’IRSST, abonnez-vous gratuitement au magazine Prévention au travail, publié conjointement par la CSST et l’Institut, en téléphonant au 1-877-221-7046. Les résultats des travaux de l’Institut sont présentés dans une série de publications, disponibles sur demande à la Direction des communications ou gratuitement sur le site de l’Institut. BILANS DE CONNAISSANCES La substitution des solvants par les nettoyants aqueux Le dégraissage des métaux Jérôme Lavoué, Denis Bégin et Michel Gérin, Université de Montréal, Faculté de médecine, Département de santé environnementale et santé au travail RAPPORT Cette étude a été financée par l’IRSST. Les conclusions et recommandations sont celles des auteurs. www.irsst.qc.ca Clic Research Cette publication est disponible en version PDF sur le site Internet de l’IRSST. Les nettoyants aqueux i J. Lavoué, D. Bégin, M. Gérin septembre 2001 RÉSUMÉ Les nettoyants aqueux sont des produits qui, à l’utilisation, ne sont constitués que de quelques pour-cent d’agents actifs dissous ou en suspension dans de l’eau. Ces agents actifs comprennent des tensioactifs, des agents de pH, des agents de séquestration ou de chélation, des agents anticorrosion, des solvants et divers autres additifs. Vendus sous forme de concentrés, ils sont dilués généralement de 5 à 20 fois avant utilisation. Par convention le concentré ne contient pas plus de 10 % de composés organiques volatils, notamment de solvants. La détergence, le processus par lequel les salissures sont mises en suspension ou en solution, met en jeu plusieurs phénomènes physico-chimiques selon la composition du nettoyant, les caractéristiques de la surface métallique à nettoyer et celles des salissures, dont les plus courantes sont les lubrifiants, les fluides de coupe et les particules solides. Une enquête sur la composition des préparations disponibles indique que les principaux tensioactifs utilisés sont les non ioniques, notamment les alcools éthoxylés et les alkylphénols éthoxylés. Les agents de pH sont des hydroxydes alcalins, du carbonate et des silicates de sodium ainsi que divers phosphates. Parmi les autres composés souvent retrouvés mentionnons l’acide éthylènediamine tétraacétique (EDTA), l’acide nitrilotriacétique (NTA), des éthanolamines, des éthers de glycol et du d-limonène. L’agitation mécanique et la température jouent un rôle crucial dans la mise en œuvre des nettoyants aqueux qui peut se faire à la main, à la lance, sur fontaine, par immersion ou par aspersion, par lot ou en continu dans des systèmes intégrés. Certains systèmes impliquent l’utilisation de bactéries qui nettoient la solution en digérant certaines salissures, d’autres impliquent l’application d’ultrasons. Diverses techniques de rinçage et de séchage sont disponibles lorsque le procédé industriel est incompatible avec la présence de résidus sur la surface métallique. Des méthodes qualitatives ou quantitatives permettent de mesurer la propreté de la pièce. L’évaluation toxicologique des nettoyants aqueux, mélanges souvent complexes et variés, est basée sur celle de ses composants. D’une manière générale les tensioactifs utilisés possèdent une faible toxicité aiguë comme chronique et une faible absorption dans l’organisme. Ces composés sont pour la plupart des irritants cutanés et oculaires. Des doutes persistent sur le pouvoir allergène de certains qui pourrait être relié à leur dégradation dans le temps ou à la présence d’impuretés de synthèse. Les préparations de pH élevé (>11) peuvent être irritantes ou corrosives. Des toxiques systémiques, avérés ou potentiels, comme les borates, le NTA et l’EDTA ont un potentiel très faible d’absorption dans les conditions d’utilisation des nettoyants aqueux. Les éthanolamines peuvent provoquer des dermatites allergiques, et former des produits possiblement cancérogènes lorsqu’en présence de nitrites. Les éthers de glycol peuvent pénétrer par la peau et, à l’exception de ceux dérivés du propylène glycol et dont la fonction alcool est secondaire, constituer un danger pour les système sanguin et reproducteur et pour le développement. L’absence de données sur l’exposition réelle aux divers composés en milieu de travail incite à la prudence, notamment par le port d’équipements de protection cutanée lorsque certaines substances sont présentes. L’impact environnemental aquatique des composants de nettoyants aqueux est généralement considéré comme faible, beaucoup de produits étant biodégradables ou peu toxiques ou éliminés dans les stations de traitement des eaux usées. Les alkylphénols éthoxylés et leurs métabolites, soupçonnés d’agir comme perturbateurs endocriniens, sont cependant l’objet d’une attention particulière. À cause notamment de la ii Les nettoyants aqueux Département de santé environnementale et santé au travail septembre 2001 Faculté de médecine, Université de Montréal présence de contaminants provenant des salissures (p. ex. huiles, métaux), les effluents doivent en règle générale être purifiés avant la décharge, soit envoyés à des sociétés spécialisées de gestion des déchets. Divers moyens de recyclage permettent cependant une longue durée de vie aux bains de nettoyage aqueux. Ces méthodes, qui sont de plus en plus répandues dans les procédés actuels, entraînent une réduction importante (voir l’élimination) des effluents aqueux et minimisent ainsi le potentiel de nuisance à l’environnement. Les caractéristiques techniques, sanitaires et environnementales des nettoyants aqueux font de ces produits des solutions à considérer de façon prioritaire pour la substitution des solvants organiques traditionnels pour le nettoyage des pièces métalliques. Les nettoyants aqueux iii J. Lavoué, D. Bégin, M. Gérin septembre 2001 TABLE DES MATIÈRES RÉSUMÉ .......................................................................................................................... I TABLE DES MATIÈRES................................................................................................ III FIGURES ET TABLEAUX............................................................................................VIII SIGLES ET ACRONYMES.............................................................................................IX 1.0 INTRODUCTION ....................................................................................................... 1 2.0 MÉTHODOLOGIE ..................................................................................................... 2 3.0 LA CHIMIE DES NETTOYANTS AQUEUX .............................................................. 3 3.1 Définition...................................................................................................................................3 3.2 La théorie de la détergence......................................................................................................4 3.2.1 Définition ............................................................................................................................4 3.2.2 Le nettoyage des salissures liquides....................................................................................5 3.2.2.1 Le mécanisme de « rolling up » ...................................................................................5 3.2.2.2 Le mécanisme d’émulsification ...................................................................................7 3.2.2.3 Le mécanisme de solubilisation ...................................................................................7 3.2.2.4 Formation d’une phase mésomorphe ...........................................................................7 3.2.2.5 Mécanisme de la saponification...................................................................................8 3.2.2.6 Cas particulier des agrégats polycristallins..................................................................8 3.2.3 Le nettoyage des salissures solides .....................................................................................8 3.2.3.1 La théorie électrique.....................................................................................................8 3.2.3.2 La théorie thermodynamique .......................................................................................8 3.3 Les caractéristiques de la solution de nettoyage....................................................................9 3.4 Les caractéristiques du substrat .............................................................................................9 3.5 Les caractéristiques des salissures........................................................................................11 3.5.1 Les lubrifiants et fluides de coupe.....................................................................................11 3.5.2 Les particules solides ........................................................................................................13 3.5.3 Les salissures de nature protéinique..................................................................................13 3.5.4 Les résidus de flux de soudage..........................................................................................14 3.6 Les caractéristiques de la préparation détergente ..............................................................14 3.6.1 Les tensioactifs..................................................................................................................14 3.6.1.1 Généralités..................................................................................................................14 iv Les nettoyants aqueux Département de santé environnementale et santé au travail septembre 2001 Faculté de médecine, Université de Montréal 3.6.1.2 Propriétés chimiques ..................................................................................................15 3.6.1.3 Les tensioactifs anioniques.........................................................................................16 3.6.1.4 Les tensioactifs non ioniques .....................................................................................18 3.6.1.5 Les tensioactifs cationiques........................................................................................20 3.6.1.6 Les tensioactifs amphotères .......................................................................................20 3.6.2 Les adjuvants ou « builders »............................................................................................21 3.6.2.1 Définition ...................................................................................................................21 3.6.2.2 Les agents de pH ........................................................................................................21 3.6.2.3 Les phosphates ...........................................................................................................22 3.6.2.4 Les agents de séquestration spécifiques.....................................................................23 3.6.3 Les agents anticorrosion....................................................................................................23 3.6.4 Les solvants.......................................................................................................................24 3.6.5 Additifs divers...................................................................................................................24 3.6.6 Composition type des préparations disponibles sur le marché actuel...............................24 3.6.6.1 Identification des composants majeurs des préparations industrielles......................24 3.6.6.2 Catégorisation des préparations industrielles existantes............................................26 3.7 Les facteurs déterminants de la détergence.........................................................................27 3.7.1 Les caractéristiques de la solution de nettoyage ...............................................................27 3.7.2 La mousse..........................................................................................................................27 3.7.3 L’énergie mécanique.........................................................................................................27 3.7.4 La température d’utilisation ..............................................................................................28 3.7.5 La durée du nettoyage .......................................................................................................28 4.0 TECHNIQUES DE MISE EN ŒUVRE DES NETTOYANTS AQUEUX ................... 28 4.1 Les équipements de nettoyage...............................................................................................28 4.1.1 Les équipements à flux modérés de pièces .......................................................................29 4.1.1.1 Le nettoyage mobile...................................................................................................29 4.1.1.2 Le nettoyage sur fontaine (« sink top » ou « sink on a drum »).................................29 4.1.1.3 Le nettoyage par immersion.......................................................................................31 4.1.1.4 Le cabinet à aspersion (« spray cabinet ») .................................................................32 4.1.2 Les équipements à flux élevés de pièces : les systèmes intégrés au procédé de fabrication ....................................................................................................................................................33 4.1.2.1 Les systèmes basés sur l’immersion...........................................................................33 4.1.2.2 Les systèmes basés sur l’aspersion.............................................................................34 4.2 Opérations de rinçage et de séchage.....................................................................................34 4.2.1 Le processus de rinçage.....................................................................................................34 4.2.2 Le processus de séchage....................................................................................................35 4.3 Les techniques d’évaluation de la propreté .........................................................................36 4.3.1 Définition ..........................................................................................................................36 4.3.2 Les méthodes de mesure ...................................................................................................36 4.3.2.1 Méthodes qualitatives.................................................................................................37 4.3.2.2 Méthodes quantitatives...............................................................................................38 4.3.2.3 Tests de fonctionnalité ...............................................................................................39 Les nettoyants aqueux v J. Lavoué, D. Bégin, M. Gérin septembre 2001 5.0 TOXICOLOGIE DES NETTOYANTS AQUEUX...................................................... 39 5.1 La toxicologie des tensioactifs ...............................................................................................40 5.1.1 Interactions biologiques des molécules de tensioactifs.....................................................40 5.1.1.1 Interactions avec les protéines....................................................................................40 5.1.1.2 Effets sur les enzymes................................................................................................41 5.1.1.3 Effets sur les membranes............................................................................................41 5.1.1.4 Autres effets ...............................................................................................................42 5.1.2 Éléments de toxicocinétique..............................................................................................42 5.1.2.1 Absorption..................................................................................................................42 5.1.2.2 Distribution et biotransformation...............................................................................42 5.1.2.3 Excrétion ....................................................................................................................43 5.1.3 Effets des tensioactifs sur la peau .....................................................................................44 5.1.3.1 Potentiel d’irritation cutanée......................................................................................44 5.1.3.2 Effets sur la fonction de barrière de la peau...............................................................47 5.1.3.3 Effets allergènes.........................................................................................................48 5.1.4 Irritation oculaire...............................................................................................................49 5.1.5 Toxicité aiguë....................................................................................................................50 5.1.5.1 Toxicité aiguë uploads/Sante/ b-064-pt-degresare-spalare-pdf.pdf