Los compuestos epoxi son aquellos que consisten en anillos de oxirano (ya sea uno o más). Un anillo de oxirano es esencialmente un átomo de oxígeno unido a dos átomos de carbono. Estos reaccionarán con grupos amino, hidroxilo y carboxilo, así como con ácidos inorgánicos para producir compuestos relativamente estables.
Usos
Los compuestos epoxi han encontrado un amplio uso industrial como productos químicos intermedios en la fabricación de disolventes, plastificantes, cementos, adhesivos y resinas sintéticas. Se utilizan comúnmente en diversas industrias como revestimientos protectores para metales y madera. Los compuestos alfa-epoxi, con el grupo epoxi (COC) en la posición 1,2, son los más reactivos de los compuestos epoxi y se utilizan principalmente en aplicaciones industriales. Las resinas epoxi, cuando se convierten mediante agentes de curado, producen materiales termoendurecibles altamente versátiles que se utilizan en una variedad de aplicaciones que incluyen revestimientos de superficies, electrónica (compuestos de encapsulado), laminación y unión de una amplia variedad de materiales.
Óxidos de butileno (1,2-epoxibutano y 2,3-epoxibutano) se utilizan para la producción de butilenglicoles y sus derivados, así como para la fabricación de agentes tensoactivos. Epiclorhidrina es un producto químico intermedio, insecticida, fumigante y disolvente de pinturas, barnices, esmaltes y lacas para uñas. También se utiliza como material de recubrimiento de polímero en el sistema de suministro de agua y como materia prima para resinas de alta resistencia en húmedo para la industria del papel. glicidol (o 2,3-epoxipropanol) es un estabilizador para aceites naturales y polímeros de vinilo, un agente de nivelación de tintes y un emulsionante.
1,2,3,4-Diepoxibutano. Los estudios de inhalación a corto plazo (4 horas) con ratas han causado lagrimeo de los ojos, opacidad de la córnea, dificultad para respirar y congestión pulmonar. Experimentos en otras especies animales han demostrado que diepoxibutano, como muchos de los otros compuestos epoxi, puede causar irritación en los ojos, quemaduras y ampollas en la piel e irritación del sistema pulmonar. En humanos, la exposición "menor" accidental causó hinchazón de los párpados, irritación de las vías respiratorias superiores e irritación ocular dolorosa 6 horas después de la exposición.
Aplicación cutánea de D,L- y la meso- formas de 1,2,3,4-diepoxibutano han producido tumores cutáneos, incluidos carcinomas cutáneos de células escamosas, en ratones. Los isómeros D y L han producido sarcomas locales en ratones y ratas por inyección subcutánea e intraperitoneal respectivamente.
Varios compuestos epoxídicos se emplean en las industrias alimentaria y del cuidado de la salud. Óxido de etileno se utiliza para esterilizar instrumentos quirúrgicos y equipos hospitalarios, telas, productos de papel, sábanas e instrumentos de aseo. También es fumigante para alimentos y textiles, propulsor de cohetes y acelerador del crecimiento de las hojas de tabaco. El óxido de etileno se utiliza como intermediario en la producción de etilenglicol, película y fibra de poliéster de tereftalato de polietileno y otros compuestos orgánicos. Guaiacol es un agente anestésico local, antioxidante, expectorante estimulante y un intermediario químico para otros expectorantes. Se utiliza como agente aromatizante para bebidas no alcohólicas y alimentos. Óxido de propilenoo 1,2-epoxipropano, se ha utilizado como fumigante para la esterilización de productos alimenticios envasados y otros materiales. Es un intermediario altamente reactivo en la producción de polioles de poliéter que, a su vez, se utilizan para fabricar espumas de poliuretano. El producto químico también se utiliza en la producción de propilenglicol y sus derivados.
Vinilciclohexeno dióxido se utiliza como diluyente reactivo para otros diepóxidos y para resinas derivadas de epiclorhidrina y bisfenol A. Se ha investigado su uso como monómero para la preparación de poliglicoles que contienen grupos epóxido libres o para la polimerización a una resina tridimensional.
Furfural se utiliza en pruebas de detección de orina, refinación de aceites de petróleo con disolventes y fabricación de barnices. Es un agente saborizante sintético, un solvente para el algodón nitrado, un componente de los cementos de caucho y un agente humectante en la fabricación de ruedas abrasivas y pastillas de freno. Alcohol furfuril es también un agente saborizante, así como un propelente líquido y solvente para tintes y resinas. Se utiliza en selladores y cementos resistentes a la corrosión y núcleos de fundición. Tetrahidrofurano se utiliza en histología, síntesis química y en la fabricación de artículos para el envasado, transporte y almacenamiento de alimentos. Es un solvente para aceites grasos y caucho no vulcanizado. diepoxibutano se ha utilizado para evitar el deterioro de los productos alimenticios, como agente de curado de polímeros y para entrecruzar fibras textiles.
Peligros
Hay numerosos compuestos epoxi en uso hoy en día. Los específicos de uso común se analizan individualmente a continuación. Hay, sin embargo, ciertos peligros característicos compartidos por el grupo. En general, la toxicidad de un sistema de resina es una interacción complicada entre las toxicidades individuales de los diversos ingredientes que lo componen. Los compuestos son conocidos sensibilizadores de la piel, y aquellos con mayor potencial de sensibilización son los de menor peso molecular relativo. El bajo peso molecular también se asocia generalmente con una mayor volatilidad. Se han notificado dermatitis epoxi alérgica inmediata y retardada y dermatitis epoxi irritante. La dermatitis generalmente se desarrolla primero en las manos entre los dedos y puede variar en severidad desde el eritema hasta la erupción ampollosa marcada. Otros órganos diana afectados adversamente por la exposición al compuesto epoxi incluyen el sistema nervioso central (SNC), los pulmones, los riñones, los órganos reproductivos, la sangre y los ojos. También hay evidencia de que ciertos compuestos epoxi tienen potencial mutagénico. En un estudio, 39 de los 51 compuestos epoxi probados indujeron una respuesta positiva en el Ames/Salmonella, ensayo. Se ha demostrado que otros epóxidos inducen intercambios de cromátidas hermanas en linfocitos humanos. Se están realizando estudios en animales que analizan las exposiciones a epóxidos y los cánceres asociados.
Cabe señalar que algunos de los agentes de curado, endurecedores y otros agentes de procesamiento utilizados en la producción de los compuestos finales también tienen toxicidades asociadas. Uno en particular, la 4,4-metilendianilina (MDA), está asociado con hepatotoxicidad y daño a la retina del ojo, y se sabe que es un carcinógeno animal. Otro es el anhídrido trimelítico (TMA). Ambos se analizan en otra parte de este capítulo.
Un compuesto epoxi, epiclorhidrina, se ha informado que causa un aumento significativo de cáncer pulmonar en trabajadores expuestos. Este químico está clasificado como un químico del Grupo 2A, probablemente cancerígeno para los humanos, por la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC). Se informó que un estudio epidemiológico a largo plazo de trabajadores expuestos a epiclorhidrina en dos instalaciones de Shell Chemical Company en EE. UU. demostró un aumento estadísticamente significativo (p < 05) en las muertes por cáncer respiratorio. Al igual que los otros compuestos epoxi, la epiclorhidrina irrita los ojos, la piel y las vías respiratorias de las personas expuestas. La evidencia humana y animal ha demostrado que la epiclorhidrina puede inducir daños severos en la piel y envenenamiento sistémico luego de un contacto dérmico prolongado. Se ha informado que las exposiciones a epiclorhidrina a 40 ppm durante 1 hora causan irritación de los ojos y la garganta durante 48 horas, y a 20 ppm causan ardor temporal en los ojos y las fosas nasales. Se ha informado esterilidad inducida por epiclorhidrina en animales, al igual que daño hepático y renal.
La inyección subcutánea de epiclorhidrina ha producido tumores en ratones en el lugar de la inyección, pero no ha producido tumores en ratones mediante el ensayo de pintura de la piel. Los estudios de inhalación con ratas han mostrado un aumento estadísticamente significativo en el cáncer nasal. La epiclorhidrina ha inducido mutaciones (sustitución de pares de bases) en especies microbianas. Se han informado aumentos en las aberraciones cromosómicas encontradas en los glóbulos blancos de trabajadores expuestos a epiclorhidrina. A partir de 1996 la Conferencia Estadounidense de Higienistas Industriales Gubernamentales (ACGIH) estableció un TLV de 0.5 ppm, y se considera un carcinógeno A3 (carcinógeno animal).
1,2-Epoxibutano e isómeros (óxidos de butileno). Estos compuestos son menos volátiles y menos tóxicos que el óxido de propileno. Los principales efectos adversos documentados en humanos han sido la irritación de los ojos, las fosas nasales y la piel. En animales, sin embargo, se observaron problemas respiratorios, hemorragia pulmonar, nefrosis y lesiones en la cavidad nasal en exposiciones agudas a concentraciones muy altas de 1,2-epoxibutano. No se han demostrado efectos teratogénicos consistentes en animales. IARC ha determinado que existe evidencia limitada de la carcinogenicidad del 1,2-epoxibutano en animales de experimentación.
Cuándo 1,2-epoxipropano (óxido de propileno) se compara con el óxido de etileno, otro compuesto epoxi comúnmente utilizado en la esterilización de suministros quirúrgicos/hospitalarios, se considera que el óxido de propileno es mucho menos tóxico para los humanos. La exposición a esta sustancia química se ha asociado con efectos irritantes en los ojos y la piel, irritación de las vías respiratorias y depresión del SNC, ataxia, estupor y coma (estos últimos efectos hasta ahora se han demostrado significativamente solo en animales). Además, se ha demostrado que el 1,2-epoxipropano actúa como un agente alquilante directo en varios tejidos y, por lo tanto, aumenta la posibilidad de potencial carcinogénico. Varios estudios en animales también han implicado fuertemente la carcinogenicidad del compuesto. Los principales efectos adversos que hasta ahora se han demostrado definitivamente en seres humanos implican quemaduras o ampollas en la piel cuando se produce un contacto prolongado con productos químicos no volatilizados. Se ha demostrado que esto ocurre incluso con bajas concentraciones de óxido de propileno. También se han informado quemaduras en la córnea atribuidas a la sustancia química.
Dióxido de vinilciclohexeno. La irritación que produce el compuesto puro tras su aplicación sobre la piel de conejo se asemeja al edema y enrojecimiento de las quemaduras de primer grado. La aplicación cutánea de dióxido de vinilciclohexeno en ratones produce un efecto cancerígeno (carcinomas de células escamosas o sarcomas); la administración intraperitoneal en ratas provocó efectos análogos (sarcomas de la cavidad peritoneal). La sustancia ha demostrado ser mutagénica en Salmonella typhimurium TA 100; también produjo un aumento significativo de mutaciones en células de hámster chino. Debe tratarse como una sustancia con potencial cancerígeno y deben implementarse los controles de ingeniería e higiene apropiados.
En la experiencia industrial, se ha demostrado que el dióxido de vinilciclohexeno tiene propiedades irritantes para la piel y que causa dermatitis: se observó una severa formación de vesículas en ambos pies en un trabajador que se había puesto zapatos contaminados por el compuesto. Las lesiones oculares también son un peligro definitivo. No se dispone de estudios sobre los efectos crónicos.
2,3-epoxipropanol. Según estudios experimentales con ratones y ratas, se descubrió que el glicidol causa irritación en los ojos y los pulmones. Se encontró que la CL50 para una exposición de ratones de 4 h era de 450 ppm, y para una exposición de ratas de 8 h era de 580 ppm. Sin embargo, a concentraciones de 400 ppm de glicidol, las ratas expuestas durante 7 horas al día durante 50 días no mostraron evidencia de toxicidad sistémica. Después de las primeras exposiciones, se notó una ligera irritación en los ojos y dificultad respiratoria.
Óxido de etileno (ETO) es un químico altamente peligroso y tóxico. Reacciona exotérmicamente y es potencialmente explosivo cuando se calienta o se pone en contacto con hidróxidos de metales alcalinos o superficies catalíticas altamente activas. Por lo tanto, cuando se usa en áreas industriales, es mejor si está estrictamente controlado y confinado a procesos cerrados o automatizados. La forma líquida de óxido de etileno es relativamente estable. La forma de vapor, en concentraciones tan bajas como el 3%, es muy inflamable y potencialmente explosiva en presencia de calor o llamas.
Existe una gran cantidad de información sobre los posibles efectos de este compuesto en la salud humana. El óxido de etileno es un irritante respiratorio, cutáneo y ocular. En altas concentraciones también se asocia con depresión del sistema nervioso central. Algunas personas expuestas a altas concentraciones de la sustancia química han descrito un sabor extraño en la boca después de la exposición. Los efectos retardados de exposiciones agudas altas incluyen dolor de cabeza, náuseas, vómitos, dificultad para respirar, cianosis y edema pulmonar. Los síntomas adicionales que se han informado después de exposiciones agudas incluyen somnolencia, fatiga, debilidad y falta de coordinación. La solución de óxido de etileno puede causar una quemadura característica en la piel expuesta entre 1 y 5 horas después de la exposición. Esta quemadura a menudo progresa de vesículas a ampollas coalescentes y descamación. Las heridas de la piel a menudo se resuelven espontáneamente, con un aumento de la pigmentación en el sitio de la quemadura.
Las exposiciones crónicas o prolongadas de bajas a moderadas al óxido de etileno están asociadas con actividad mutagénica. Se sabe que actúa como agente alquilante en sistemas biológicos, uniéndose al material genético y otros sitios donantes de electrones, como la hemoglobina, y causando mutaciones y otros daños funcionales. ETO se asocia con daño cromosómico. La capacidad del ADN dañado para repararse a sí mismo se vio afectada negativamente por una exposición baja pero prolongada a ETO en un estudio de sujetos humanos expuestos. Algunos estudios han relacionado la exposición a ETO con un aumento en el recuento absoluto de linfocitos en los trabajadores expuestos; sin embargo, estudios recientes no apoyan esta asociación.
El potencial cancerígeno del óxido de etileno se ha demostrado en varios modelos animales. La IARC ha clasificado el óxido de etileno como carcinógeno humano conocido del Grupo 1. La leucemia, el mesotelioma peritoneal y ciertos tumores cerebrales se han asociado con la inhalación prolongada de ETO en ratas y monos. Los estudios de exposición en ratones han relacionado las exposiciones por inhalación con cánceres de pulmón y linfomas. Tanto el Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional de EE. UU. (NIOSH) como la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional de EE. UU. (OSHA) han concluido que el óxido de etileno es un carcinógeno humano. El primero realizó un estudio a gran escala de más de 18,000 trabajadores expuestos a ETO durante un período de 16 años y determinó que las personas expuestas tenían tasas de cáncer de sangre y de linfa superiores a las esperadas. Estudios posteriores han encontrado que no se ha asociado un aumento en las tasas de estos cánceres con los trabajadores expuestos. Uno de los principales problemas de estos estudios, y una posible razón de su naturaleza contradictoria, ha sido la incapacidad de cuantificar con precisión los niveles de exposición. Por ejemplo, gran parte de la investigación disponible sobre los efectos cancerígenos humanos de ETO se ha realizado utilizando esterilizadores hospitalarios expuestos. Las personas que trabajaron en estos trabajos antes de la década de 1970 probablemente experimentaron una mayor exposición al gas ETO debido a la tecnología y la falta de medidas de control locales vigentes en ese momento. (Las salvaguardas en el uso de ETO en entornos de atención médica se analizan en el Instalaciones y servicios de salud capítulo de este volumen).
El óxido de etileno también se ha asociado con efectos reproductivos adversos tanto en animales como en humanos. Las mutaciones letales dominantes en las células reproductivas han resultado en tasas más altas de muerte embrionaria en la descendencia de ratones y ratas machos y hembras expuestos a ETO. Algunos estudios han relacionado la exposición al óxido de etileno con mayores tasas de aborto espontáneo en humanos.
Se han informado efectos neurológicos y neuropsiquiátricos adversos resultantes de la exposición al óxido de etileno en animales y humanos. Ratas, conejos y monos expuestos a 357 ppm de ETO durante un período de 48 a 85 días desarrollaron deterioro de la función motora y sensorial, y atrofia muscular y debilidad de las extremidades traseras. Un estudio encontró que los trabajadores humanos expuestos a ETO demostraron deterioro del sentido vibratorio y reflejos tendinosos profundos hipoactivos. La evidencia de deterioro del funcionamiento neuropsiquiátrico en humanos expuestos a niveles bajos pero prolongados de óxido de etileno es incierta. Algunos estudios y un creciente cuerpo de evidencia anecdótica sugieren que la ETO está relacionada con la disfunción del SNC y el deterioro cognitivo, por ejemplo, pensamiento nublado, problemas de memoria y tiempos de reacción más lentos en ciertos tipos de pruebas.
Un estudio de personas expuestas al óxido de etileno en un entorno hospitalario sugirió una asociación entre esa exposición y el desarrollo de cataratas oculares.
Un peligro adicional asociado con la exposición al óxido de etileno es la posibilidad de formación de clorhidrina de etileno (2-cloroetanol), que puede formarse en presencia de humedad e iones de cloruro. La clorhidrina de etileno es un veneno sistémico grave y la exposición al vapor ha causado muertes humanas.
Tetrahidrofurano (THF) forma peróxidos explosivos cuando se expone al aire. También pueden ocurrir explosiones cuando el compuesto entra en contacto con aleaciones de litio y aluminio. Su vapor y peróxidos pueden causar irritación de las membranas mucosas y la piel, y es un fuerte narcótico.
Si bien hay datos limitados disponibles sobre las experiencias industriales con THF, es interesante notar que los investigadores que participaron en experimentos con animales con este compuesto se quejaron de fuertes dolores de cabeza occipitales y embotamiento después de cada experimento. Los animales sometidos a dosis letales de tetrahidrofurano cayeron rápidamente en narcosis, que se acompañó de hipotonía muscular y desaparición de los reflejos corneales, seguida de coma y muerte. Las dosis únicas tóxicas causaron vértigo, irritación de las membranas mucosas con abundante flujo de saliva y mucosidad, vómitos, marcada caída de la presión arterial y relajación muscular, seguido de un sueño prolongado. Generalmente, los animales se recuperaron de estas dosis y no mostraron evidencia de cambios biológicos. Después de exposiciones repetidas, los efectos incluyeron irritación de las membranas mucosas, que puede ser seguida por alteración renal y hepática. Las bebidas alcohólicas potencian el efecto tóxico.
Medidas de Seguridad y Salud
Los propósitos principales de las medidas de control para los compuestos epoxi deben ser reducir el potencial de inhalación y contacto con la piel. Siempre que sea factible, el control en la fuente de contaminación debe implementarse con el encierro de la operación y/o la aplicación de ventilación por extracción local. Donde tales controles de ingeniería no sean suficientes para reducir las concentraciones en el aire a niveles aceptables, pueden ser necesarios respiradores para prevenir la irritación pulmonar y la sensibilización en los trabajadores expuestos. Los respiradores preferidos incluyen máscaras antigás con botes de vapor orgánico y filtros de partículas de alta eficiencia o respiradores con suministro de aire. Todas las superficies del cuerpo deben protegerse contra el contacto con compuestos epoxi mediante el uso de guantes, delantales, protectores faciales, gafas protectoras y otros equipos y prendas de protección, según sea necesario. La ropa contaminada debe quitarse lo antes posible y las áreas afectadas de la piel deben lavarse con agua y jabón.
Las duchas de seguridad, las fuentes lavaojos y los extintores de incendios deben ubicarse en áreas donde se utilicen cantidades apreciables de compuestos epoxi. Las instalaciones para el lavado de manos, agua y jabón deben estar disponibles para los empleados involucrados.
Los peligros potenciales de incendio asociados con los compuestos epoxi sugieren que no se permitan llamas u otras fuentes de ignición, como fumar, en las áreas donde se almacenan o manipulan los compuestos.
Los trabajadores afectados deberían, según sea necesario, ser retirados de las situaciones de emergencia y, si los ojos o la piel se han contaminado, deberían lavarse con agua. La ropa contaminada debe quitarse rápidamente. Si la exposición es grave, se recomienda hospitalización y observación durante 72 h por aparición tardía de edema pulmonar grave.
Cuando los compuestos epoxi, como el óxido de etileno, son extremadamente volátiles, se deben tomar medidas de seguridad estrictas para evitar incendios y explosiones. Estas salvaguardas deben incluir el control de las fuentes de ignición, incluida la electricidad estática; la disponibilidad de extintores de espuma, dióxido de carbono o químicos secos (si se usa agua en incendios grandes, la manguera debe estar equipada con una boquilla nebulizadora); el uso de vapor o agua caliente para calentar el óxido de etileno o sus mezclas; y almacenamiento lejos del calor y oxidantes fuertes, ácidos fuertes, álcalis, cloruros anhidros o hierro, aluminio o estaño, óxido de hierro y óxido de aluminio.
Se debe disponer de procedimientos de emergencia y equipos de protección adecuados para hacer frente a derrames o fugas de óxido de etileno. En caso de derrame, el primer paso es evacuar a todo el personal, excepto a los involucrados en las operaciones de limpieza. Todas las fuentes de ignición en el área deben eliminarse o apagarse y el área debe estar bien ventilada. Pequeñas cantidades de líquido derramado pueden absorberse en tela o papel y permitir que se evaporen en un lugar seguro, como una campana extractora de humos químicos. No se debe permitir que el óxido de etileno entre en un espacio confinado como una alcantarilla. Los trabajadores no deben ingresar a espacios confinados donde se haya almacenado óxido de etileno sin seguir los procedimientos operativos adecuados diseñados para garantizar que no haya concentraciones tóxicas o explosivas. Siempre que sea posible, el óxido de etileno debe almacenarse y usarse en sistemas cerrados o con ventilación de extracción local adecuada.
Todas las sustancias con propiedades cancerígenas, como el óxido de etileno y el dióxido de vinilciclohexeno, deben manipularse con extremo cuidado para evitar el contacto con la piel de los trabajadores o ser inhaladas durante la producción y el uso. También se promueve la prevención del contacto mediante el diseño de los locales de trabajo y la planta de proceso para evitar cualquier fuga del producto (aplicación de una ligera presión negativa, proceso sellado herméticamente, etc.). Las precauciones se analizan con más detalle en otra parte de este Enciclopedia.
Tablas de compuestos epoxi
Tabla 1 - Información química.
Tabla 2 - Riesgos para la salud.
Tabla 3- Riesgos físicos y químicos.
Tabla 4 - Propiedades físicas y químicas.