Logo CIOP CIOPMapa serwisu English version
CIOPWsteczPoziom wyżejCIOP
.. | Dobór środków ochrony indywidualnej | Układ oddechowy | Oczy, twarz | Odzież ochronna do prac spawalniczych | Odzież chroniąca przed substancjami chemicznymi | Czynniki gorące | Strefa zagrożona wybuchem | Ciekłe organiczne substancje chemiczne

Materiały informacyjne – odporność na zaparowanie w kontekście komfortu widzenia i bezpieczeństwa pracy  

Opracował: dr inż. Grzegorz Owczarek


Co to są środki ochrony  oczu i twarzy?

Wśród wielu podziałów stosowanych dla środków  ochrony oczu i twarzy można wyróżnić podział na środki ochrony do użytku zawodowego i pozazawodowego.
Środki ochrony oczu i twarzy do zastosowań  zawodowych powinny być stosowane wszędzie, gdzie występują następujące  zagrożenia:
  • uderzenie (np. odpryski ciał stałych),
  • promieniowanie optyczne (np. promieniowanie  powstające w procesach spawalniczych, olśnienie słoneczne, promieniowanie  laserowe),
  • pyły i gazy (np. pył węglowy lub aerozole  szkodliwych substancji chemicznych)
  • krople i rozbryzgi cieczy (np. rozbryzgi  powstające podczas przelewania substancji ciekłych),
  • stopione metale i gorące ciała stałe (np.  odpryski stopionych metali powstające w procesach hutniczych),
  • łuk elektryczny (np. powstający podczas  prowadzenia prac pod napięciem).

Środki ochrony oczu i twarzy do zastosowań  zawodowych dzielimy na cztery następujące kategorie:
  • okulary ochronne,
  • gogle ochronne,
  • osłony twarzy,
  • osłony spawalnicze (do tej kategorii ochron  oczu zalicza się spawalnicze tarcze, przyłbice, gogle i kaptury).

W środkach ochrony oczu wymienionych  kategorii montuje się wizjery, szybki ochronne, siatki lub filtry (do grupy  filtrów zaliczamy: filtry spawalnicze, chroniące przed nadfioletem, chroniące  przed podczerwienią, chroniące przed olśnieniem słonecznym, filtry chroniące  przed promieniowaniem laserowym). Ochrony oczu mogą być również elementem  sprzętu ochrony układu oddechowego (wizjery w aparatach powietrzno-butlowych)  lub środków ochrony głowy (osłony montowane do przemysłowych hełmów  ochronnych). Środki ochrony oczu   wszystkich kategorii składają się z części przeziernej (wizjery, szybki,  siatki lub filtry) oraz z ramki (okulary i gogle) lub korpusu wraz z nagłowiem  (osłony).
Najpowszechniej stosowaną ochroną oczu są okulary  ochronne. Wskazane jest, aby okulary ochronne miały osłonki zabezpieczające  przed dostaniem się niebezpiecznych rozbryzgów cieczy lub odprysków ciał  stałych od strony czoła. Przykładowy model takich okularów ochronnych  przedstawiono na rysunku 1.



Rys. 1. Okulary ochronne

Jeśli ze względu na rodzaj zagrożenia  wymagana jest szczelniejsza ochrona  oczu, należy stosować gogle ochronne. Ich konstrukcja zapewnia ścisłe  przyleganie do twarzy użytkownika, co sprawia, że gogle mogą być stosowane  także do ochrony przed czynnikami biologicznymi. Należy jednak pamiętać, że  systemy wentylacji gogli mogą bardzo różnić się między sobą. Na rysunku  2 przedstawiono typowe gogle ochronne.


Rys. 2. Gogle ochronne

Osłony twarzy chronią całą twarz, a duża powierzchnia ochronna minimalizuje  prawdopodobieństwo przeniknięcia do wnętrza niebezpiecznych rozbryzgów cieczy.  Osłony twarzy można stosować również wraz z okularami (ochronnymi lub  korekcyjnymi), goglami oraz niektórym sprzętem służącym do ochrony układu  oddechowego. Na rysunku 3 przedstawiono typową osłonę twarzy.


Rys. 3. Osłona twarzy

Ostatnią podstawową kategorią środków ochrony  oczu są osłony spawalnicze, czyli sprzęt zapewniający ochronę  użytkownika przed szkodliwym promieniowaniem optycznym i innymi specyficznymi  zagrożeniami powstającymi podczas spawania i/lub w technikach pokrewnych. Do  ochron spawalniczych zalicza się: przyłbice spawalnicze, tarcze spawalnicze,  gogle i okulary oraz kaptury spawalnicze.
Podczas uprawiania dyscyplin  sportowych, takich jak np. narciarstwo, żeglarstwo, pływanie oraz turystyki  rowerowej zalecane jest stosowanie odpowiednich okularów lub gogli.  Zarówno gogle jaki i okulary przeznaczone do  uprawiania sportów mogą w niekorzystnych warunkach temperatury i wilgotności  ulegać zaparowaniu. Zjawisko zaparowania powodujące znaczne ograniczenie  widzenia może stwarzać zagrożenie wypadkowe, szczególnie podczas prowadzenia  pojazdów oraz jazdy na nartach lub snowboardzie.  Poniżej (rysunek 4) przedstawiono przykłady okularów  oraz gogli stosowanych podczas uprawiania wybranych dyscyplin sportowych.


(A) Gogle narciarskie

(C) Gogle pływackie

(A) Okulary przeciwsłoneczne (np. do turystyki rowerowej lub żeglarstwa)

Rys. 4. Przykłady ochron oczu do zastosowań pozazawodowych


Wspólnym elementem dla większości opisanych  powyżej typów środków ochrony oczu jest szybka  ochronna. Ponieważ jej podstawowym zadaniem jest ochrona przed uderzeniami  nazywana jest często szybką przeciwodpryskową, a ochrony, w których jest  montowana przeciwodpryskowymi okularami, goglami lub osłonami twarzy. Jeśli  szybka ochronna posiada również właściwości filtracyjne (np. osłabia natężenie  promieniowania nadfioletowego) jest ona również filtrem. Kształt szybki  ochronnej różni się zasadniczo w okularach, goglach i osłonach twarzy. Do  budowy szybek ochronnych stosowany jest poliwęglan  (PC), polimetakrylan metylu (PMMA) lub octan celulozy (CA) o grubościach od  0,25 mm do 3 mm. Podstawowe właściwości chemiczne wymienionych materiałów  przedstawiono w tabeli1.

Tab.1. Podstawowe właściwości fizyko – chemiczne
Lp.NazwaSkrótySurowiecBudowaGęstość
d [g/cm3]
Współ. załamania światła
n
Temp. stosowania
TP [°C]
Rozpuszczalność1)
ABCDEF
1Polime- takrylan metylu (pleksi)PMMAMetakry- lan metylu1,191,49- 20...+90NRRPNP
2Poliwę- glanPC, PWCOOCl2 +dian1,201,59- 70...+130NPPPNR
3Octan celulozyCAEster kwasu octowego i celulozy[(C6H7O2)(OOCCH3)3]n 1,31,48- 40...+70NPNNRR

1) Opis rozpuszczalności w różnych rozpuszczalnikach: A – woda, B – aceton, C – benzen, D – eter, E – kwasy, F –zasady;
N – nie rozpuszcza się, P – rozpuszcza się powoli i pęcznieje, R –  rozpuszcza się

Dlaczego środki ochrony  oczu i twarzy mogą ulegać zaparowaniu?

Zawartość  pary wodnej w powietrzu nazywa się jego wilgotnością, którą podaje się zwykle w jednostkach  względnych, przyjmując za 100% maksymalną zawartość pary wodnej w określonej  temperaturze, od której zaczyna się w danych warunkach jej skraplanie.  Zawartość wilgoci w powietrzu na terenie otwartym zależy od warunków  atmosferycznych (opady i temperatura). Natomiast zawartość pary wodnej w  powietrzu w pomieszczeniach zależy od wielu czynników:
  • od wilgotności powietrza na zewnątrz,
  • od sposobu ogrzewania i wentylacji,
  • od liczby osób przebywających w pomieszczeniu  i rodzaju ich aktywności,
  • od innych czynników takich jak źródła wilgoci  (np. gotująca się woda, procesy technologiczne wydzielające lub pochłaniające  wodę).

Obszar skraplania pary wodnej zobrazowano na  rysunku 5 przedstawiającym wykres zależności wilgotności powietrza od  temperatury.


Rys. 5. Zależność wilgotności powietrza od temperatury
(http://www2.proclima.com/media/gfx,372,372,00/proclimapl/tauwasser.png)

Wilgotność  w pomieszczeniach, gdzie na stałe przebywają ludzie, powinna mieścić się w  zakresie od 40 do 60%.


W normalnych warunkach, na  powierzchni wielu ciał stałych (np. szkło,  niektóre tworzywa sztucznie, metale, tkaniny itp.) wystawionych na kontakt z powietrzem  powstaje cienka warstwa wody o grubości rzędu od 1 do 10 cząsteczek wody.  Warstwa ta zwykle nie jest zauważalna. Powstaje na skutek osadzania się  wilgoci z powietrza na powierzchni i jest utrzymywana na niej w wyniku  oddziaływań słabych:
  • wiązań  wodorowych,
  • oddziaływań  elektrostatycznych.


Powierzchnie, które są zdolne do  oddziaływań z cząsteczkami wody poprzez tworzenie wiązań wodorowych,  oddziaływań elektrostatycznych i Van Der Waalsa zwykle mają większą tendencję  do zaparowywania się.  Powierzchnie  materiałów, z których wykonane są środki ochrony oczu i twarzy mają również  tendencję do zaparowania

Wilgoć  w większych ilościach może się osadzać na powierzchni w formie mgiełki lub  kropel. Mgiełka osadzająca się na np.  szybach samochodowych lub okularach jest zwykle nieprzeźroczysta, co popularnie nazywa się zaparowywaniem.


Mgiełka ta to w istocie bardzo drobne  i równomiernie rozmieszczone kropelki wody, na których rozprasza się światło. To czy wilgoć osadzi się w formie mgiełki czy  w formie większych kropel, które nie utrudniają widoczności (jeśli nie znajdują  się w polu widzenia), zależy od szybkości tego osadzania oraz od własności  samej powierzchni.

Problem tworzenia warstwy wilgoci na  powierzchni ciał stałych, szkła oraz tworzyw sztucznych  dotyczy również urządzeń optycznych oraz  środków ochrony oczu i twarzy, a szczególności okularów, gogli i osłon twarzy,  stosowanych w warunkach dużej wilgotności powietrza lub możliwości zaparowania  głownie w wyniku:
  • pocenia  się użytkownika (problem dotyczy głownie gogli ochronnych, które ze względu na  swoją konstrukcję ściśle przylegają do twarzy użytkownika, a systemy wentylacji  wbudowane w gogle nie są w stanie odprowadzać nadmiaru wilgoci będącej wynikiem  pocenia się),
  • pracy  polegającej na przemieszczaniu się z miejsc o rożnej temperaturze i  wilgotności.


Problem zaparowania jest niezmiernie istotny dla wszystkich użytkowników stosujących środki ochrony oczu i twarzy.


Zaparowanie wizjerów i szybek ochronnych stosowanych w środkach ochrony oczu (okulary, gogle i osłony twarzy) znacznie pogarsza komfort pracy, a niejednokrotnie ją uniemożliwia.

Z  uwagi na fakt, że liczba osób zatrudnionych w różnych sektorach przemysłu,  zawodach medycznych oraz wojsku i policji, mogących na co dzień stosować środki  ochrony oczu szacowana jest na 4 miliony (stanowi to 30% wszystkich  zatrudnionych w Polsce), zaparowanie jest problemem, który może negatywnie  wpływać nie tylko na komfort widzenia, lecz również ma bezpieczeństwa pracy.  Trudno bowiem przez zaparowane okulary  ochronne prawidłowo i bezpiecznie wykonywać takie czynności, jak np. montaż  instalacji elektrycznych lub załadunek towarów w magazynach wysokiego  składowania (operatorzy wózków widłowych).

Zwiększająca się świadomość społeczeństwa w zakresie bezpieczeństwa spowodowała, że gwałtownie wzrosła również liczba użytkowników środków ochrony oczu przeznaczonych do użytku pozazawodowego (okulary do pływania, uprawiania sportów, itp.).

Na rysunku 6 przedstawiono zaparowaną osłonę twarzy, która była użytkowana w pomieszczeniu o dużej wilgotności powietrza.


Rys. 6. Zaparowana osłona twarzy


Rysunek 7 przedstawia fotografię powierzchni okularów, na których znajdują się krople cieczy oraz warstwa mgiełki.


(B) Krople cieczy na powierzchni
okularów

(B) Zaparowanie powierzchni okularów
Rys. 7. Powierzchnia okularów ochronnych na której znajdują się: (A) – krople cieczy; (B) – warstwa mgiełki (zaparowanie)


Jak uniknąć zaparowania?

Aby uniknąć efektu zaparowania, należy tak zmodyfikować powierzchnię szybki ochronnej, aby zmniejszyć do minimum oddziaływanie szybki w wodą. Wówczas osadzająca się woda ma tendencję do szybszego spływania z powierzchni lub tworzenia dużych kropel.
Modyfikacja powierzchni polega na naniesieniu na powierzchnię okularów substancji zapobiegającej zaparowaniu.


Stosuje się tu zazwyczaj albo stałe warstwy z substancji hydrofobowych (odpychających wodę – np. polietylen), albo środki oparte zwykle na tłuszczach lub zawiesinach polimerów. Na rysunku 8 przedstawiono sposób nałożenia na powierzchnię okularów ochronnych warstwy zapobiegającej zaparowaniu.

Niewielką ilość płynu zapobiegającemu zaparowaniu rozpylana jest na powierzchni okularów.
Po chwili od rozprowadzenia płyn na powierzchni okularów należy wytrzeć je do sucha.
Za pomocą miękkiej chusteczki płyn rozprowadzany jest na całej powierzchni okularów.
Ocenić jakość powierzchni okularów

Rys. 8. Sposób nałożenia na powierzchnię okularów ochronnych warstwy zapobiegającej zaparowaniu


Jak sprawdza się odporność na zaparowanie?

Najbardziej skutecznym sposobem pomiaru, odzwierciedlającym stopień zaparowania jest określenie ilości światła które uległo rozproszeniu po przejściu przez zaparowaną próbkę w stosunku do ilości światła przechodzącego przez próbkę niezaparowaną.
Dla zilustrowania faktu znacznej różnicy w rozpraszaniu światła przez niezaparowane i zaparowane okulary przedstawiono fotografię wiązki lasera przechodzącego przez okulary ochronne (rysunek 9).


(A) Wiązka promieniowania lasera przechodząca przez zaparowane okulary ochronne

(B) Wiązka promieniowania lasera przechodząca przez niezaparowane okulary ochronne
Rys. 9. Różnice w rozpraszaniu światła na powierzchni okularów zaparowanych  (A) i niezaparowanych (B)


Ponieważ jednak pomiar światła  rozproszonego wymaga zastosowania urządzeń pozwalających na sumowanie  wszystkich składowych rozproszenia – tzw. sfery całkujące, o wiele wygodniej  jest mierzyć ilość światła, która nie uległa rozproszeniu na zaparowanej  próbce. Pomiar ilości światła nierozproszonego przed i po zaparowaniu badanej  próbki można więc odnieść do jakości widzenia przez próbkę. Określając ilość  światła nierozproszonego przed i po zaparowaniu próbki nie można jednak mówić o  pełnej ocenie zaparowania. Istotnym jest oczywiście czas, w jakim zmiany te  będą rejestrowane, przy określonych warunkach otoczenia próbki (temperatura,  wilgotność). Parametrem określającym odporność na zaparowanie nie może więc być  jedynie ocena ilości światła nierozproszonego, lecz czas, po jakim obserwowana  jest jego zmiana na określonym (przyjętym w wyniku badań empirycznych  poziomie). Metody badania zaparowania, których celem jest określenie odporności  na zaparowanie elementów optycznych muszą więc uwzględniać następujące  elementy:
  • możliwość zdefiniowania  mierzalnego parametru, którego wartość odpowiada grubości warstwy pary wodnej  na powierzchni badanej próbki, a jednocześnie nie zależy od charakterystyki  widmowej badanego elementu,
  • możliwość pomiaru/monitorowania  czasu, w którym obserwowane są zmiany w wartości zdefiniowanego wcześniej  parametru.


W celu wyjaśnienia przydatności  opisanej powyżej zasady do oceny stopnia zaparowania elementów optycznych  należy odnieść się do zagadnień z zakresu podstaw optyki. Wiązka światła  przechodząc, przez dowolny element optyczny ulega trzem zasadniczym procesom,  tj. transmisji i rozproszeniu do przodu (T), odbiciu i rozproszeniu do tyłu (R)  oraz absorpcji (A). Podstawowe równanie bilansu energetycznego wyraża zależność  między transmisją, odbiciem i absorpcją, następującym wzorem:

 A + R + T =1                                                 (1)

 Zasadę tą zilustrowano na rysunku 10

Rys. 10. Element optyczny i wiązka światła. (1) – próbka elementu optycznego, (2) – wiązka padająca, (3) – wiązka przechodząca, (4) – rozproszenie wsteczne, (5) – część światła zaabsorbowana w próbce, (6) – rozproszenie do przodu.

W praktyce przyjęto, że  parametrem charakteryzującym stopień zaparowania jest tzw. współczynnik  przepuszczania światła nierozproszonego (ang.  non diffused transmittance value). Współczynnik ten zdefiniowany jest w  normie EN 168: 2002, w następujący sposób:
                                               (2)

gdzie :
 Φb - strumień świetlny, w przypadku próbki zaparowanej,
 Φu - strumień świetlny mierzony przed zaparowaniem próbki.
 Ponieważ w pomiarowym układzie optycznym wiązka światła przechodzi  dwukrotnie przez próbkę, to przy pomiarze wyznacza się τr2.

Mierząc zmiany wartości współczynnika przepuszczania światła nierozproszonego można więc oceniać stopień zaparowania dla próbek o różnych charakterystykach widmowych przepuszczania. Wprowadzenie definicji „współczynnika światła nierozproszonego”, która zakłada, że po stronie próbki przeciwnej do padającej wiązki jest „na wyjściu” 100% strumienia świetlnego w przypadku, gdy próbka nie jest zaparowana, sprawia, że niezależnie od charakterystyki widmowej badanych próbek otrzymamy ten sam rezultat, jeśli tylko próbki będą tak samo podatne na zaparowanie. Koncepcję stanowiska badawczego przedstawiono pozwalającego na ocenę stopnia zaparowania elementów przeziernych środków ochrony oczu i twarzy, wykorzystujące zasadę pomiaru „światła nierozproszonego” przedstawiono na rysunku 11.


Rys.  11. Koncepcja  stanowiska badawczego do wyznaczania zmiany wartości współczynnika  przepuszczania „światła nierozproszonego” przez elementy optyczne środków ochrony oczu i twarzy (1  Zwierciadło; 2  Pierścień osadzający do  próbek ; 3 Miękki uszczelniający pierścień gumowy; 4 Laser; 5  Dzielnik wiązki; 6   Przesłona ; 7  Czujnik do pomiaru zmian „światła  nierozproszonego”; 8  Badana próbka;  9  Wentylator wymuszający obieg  powietrza; 10  Kąpiel wodna)


Przeprowadzając badania zgodnie z opisaną  metodą przyjmuje się, że badane próbki są odporne na zaparowanie jeśli czas do momentu, w którym kwadrat stosunku Φb  (strumień  świetlny próbki zaparowanej) do Φu (strumień świetlny mierzony przed  zaparowaniem próbki) spadnie poniżej  80% wartości dla niezaparowanej próbki wynosi nie przekroczy 8s.

W  Centralnym Instytucie Ochrony Pracy – Państwowym Instytucie Badawczym  (CIOP-PIB) istnieje możliwość oceny odporności na zaparowanie środków ochrony  oczu i twarzy zgodnie z wymaganiami PN-EN 166:2005 „Ochrona indywidualna oczu. Wymagania”.


Fotografię stanowiska zbudowanego w oparciu o schemat z rysunku 3 przedstawiono na rysunku 12.

Rys. 12. Stanowisko do badania odporności środków ochrony indywidualnej oczu na zaparowanie


Na górę strony

Siedziba instytutu
Strona głównaIndeks słówStrona BIPCIOP
Linia

Copyright © Centralny Instytut Ochrony Pracy - Państwowy Instytut Badawczy
Wszelkie prawa do udostępnianych materiałów informacyjnych są zastrzeżone.
Kopiowanie w celu rozpowszechniania fragmentów lub całości materiałów jest zabronione. Udostępnione materiały można kopiować zarówno we fragmentach,
jak i w całości wyłącznie na użytek własny.

ul. Czerniakowska 16, 00-701 Warszawa, tel. (+48 22) 623 36 98, fax (+48 22) 623 36 93