Wysoka czystość w przemyśle

Nie zawsze wystarczy przestrzeganie standardów higieny. W wielu branżach zagrożenie stanowią nie tylko drobnoustroje chorobotwórcze i brud, ale wszystkie cząstki, nawet te niewidoczne gołym okiem o rozmiarach rzędu mikro-, a nawet nanometrów. Przykład to przemysł półprzewodnikowy, w którym okazują się większe niż rozdzielczość procesów technologicznych, dlatego gdy zanieczyszczą sprzęt lub płytkę półprzewodnikową, mogą zniszczyć miliony podzespołów. Wysoka czystość jest także wymagana w biotechnologii, nanotechnologii, produkcji elementów optycznych, jak miniaturowe kamery smartfonów oraz lasery do zastosowań specjalnych (medycznych, kosmicznych), branży medycznej, szczególnie w badaniach na przykład nad wykorzystaniem komórek macierzystych, w terapii genowej i branży farmaceutycznej, na przykład produkcji szczepionek. By takie warunki zapewnić, korzysta się z izolowanych pomieszczeń – cleanroomów. Wysoką czystość pozwalają w nich uzyskać i utrzymać stosowane rozwiązania konstrukcyjne i materiały, sposób organizacji przestrzeni, procedury użytkowania i kontrola warunków środowiskowych (temperatury, wilgotności, ciśnienia, przepływu powietrza). Dzięki nim w cleanroomach ogranicza się przenikanie z zewnątrz cząstek zanieczyszczeń i eliminuje ich źródła wewnętrzne oraz zapobiega ich w nich zatrzymywaniu.

Elementy konstrukcyjne cleanroomów

Standard wykonania cleanroomów musi być wyższy od przeciętnego. Dotyczy to typu i wykończenia powierzchni ścian, sufitów, drzwi, zapewniających ich łatwe czyszczenie. Popularne są modułowe systemy ścienne wykorzystujące panele z powlekanej stali lub aluminiowe. Spotykane są także ściany betonowe odpowiednio wykończone farbami o wyższej odporności na zmywanie, trwałości, ograniczonym pyleniu. Niedozwolone są ostre kąty, zastępowane przez zaokrąglone rogi, które można skuteczniej wyczyścić, a kanty trzeba zabezpieczyć przed obijaniem. Wykończenie sufitów musi być takie jak ścian. Jeśli chodzi o podłogi, to popularne są winylowe płytki z wklęsłymi narożnikami, zapewniającymi ciągłość połączenia ze ścianą. Okna wewnętrzne z kolei muszą być wykonane ze szkła lub szkła akrylowego odpornego na uderzenia. W cleanroomach panuje na ogół nadciśnienie, wchodzi się więc do nich zwykle przez śluzy powietrzne wymagane do utrzymania różnicy ciśnień. Uszczelnienia drzwi muszą być hermetyczne. W tym zastosowaniu popularne są uszczelki neopremowe, niezalecane są natomiast te z pianki gumowej, które szybko się niszczą i kruszą. Drzwi wahadłowe powinny mieć mechanizm samozamykający. Przesuwane, z których korzysta się w razie ograniczeń przestrzennych i by usprawnić przejście między pomieszczeniami o tej samej klasie czystości, muszą być specjalne zaprojektowane, ponieważ ich mechanizm może być źródłem zanieczyszczeń.

Projektowanie cleanroomów

Projektując cleanroomy, najpierw planuje się przepływ ludzi i materiałów, tak by izolować krytyczne procesy od ścieżek ruchu o największym natężeniu. Kluczowych stanowisk nie należy także umieszczać przy drzwiach. Najlepiej jest, aby dostęp do nich był możliwy tylko jednym wejściem, by zapobiec sytuacji, w której staną się przechodnim pomieszczeniem albo stanowiskiem często mijanym po drodze do niekrytycznych przestrzeni. Następnie określa się wymagany stopień czystości w poszczególnych strefach. Charakteryzuje go dopuszczalna liczba cząstek w jednostce objętości powietrza według klasyfikacji ISO.

W sektorach najbardziej sterylnych (ISO 1) akceptowalne są tylko 2 i 10 cząsteczek o średnicach odpowiednio 0,2 μm i 0,1 μm na metr sześcienny powietrza, natomiast na przykład w tych zaliczanych do ISO 7 dopuszczalna jest obecność tych w rozmiarze 0,5 μm, 1 μm i 5 μm w liczbie odpowiednio 352 tys., ponad 83 tys. oraz prawie 3 tys. W tabeli 2 przedstawiamy poziomy czystości zalecane dla różnych zadań produkcyjnych – przykładowo w produkcji półprzewodników jest to ISO 5, a w pakowaniu wyrobów medycznych ISO 7–8. Pomiędzy sąsiadującymi, połączonymi przestrzeniami różnica poziomów czystości nie może być większa niż dwa rzędy wielkości. Określić też trzeba optymalną różnicę ciśnień między strefami o różnej czystości. Musi być wystarczająca, żeby zapobiec przenikaniu zanieczyszczeń, lecz zarazem za wysoka oznacza wyższe koszty, trudności w kontroli i konieczność używania większej siły do otwierania i zamykania drzwi. Kolejna decyzja projektowa dotyczy szybkości wymiany powietrza, która zależy od: stopnia zajętości i aktywności w pomieszczeniu, nasilenia generowania w nim cząstek i różnicy ciśnień względem pomieszczenia przylegającego. Trzeba także znaleźć i oszacować nieuniknione wycieki powietrza z/do cleanroomu (przez gniazdka elektryczne, oprawy oświetleniowe, ramy okienne, ramy drzwi). Ważne kwestie to też: optymalne dla potrzeb procesów i komfortu pracowników temperatura, wilgotność, z uwzględnieniem jej wpływu na elektryczność statyczną (i wpływ tej na przyczepność cząstek) oraz wrażliwość komponentów i materiałów, wykorzystywanych w cleanroomie, poziom hałasu i wibracji.

Zasady zachowania w cleanroomach

Nie tylko projektując cleanroomy, ale także w nich przebywając, trzeba przestrzegać zasad wymuszanych

ich specyfiką. Przede wszystkim personel zobowiązany jest nosić specjalne ubrania, które zakłada w przedsionku. Z niego do strefy czystej przechodzi przez śluzę powietrzną wyposażoną w prysznic powietrzny. Rękawiczki i maseczki na twarz oraz nakrycia głowy są standardem w prawie każdym pomieszczeniu czystym. Noszone są także fartuchy i kombinezony. Pracownicy muszą też przestrzegać określonych zasad zachowania. Na przykład nie mogą wnosić rzeczy osobistych, jak klucze, portfele, telefony, biżuteria, a jeśli jest to naprawdę konieczne, muszą je zakrywać odzieżą ochronną. Zakazane jest jedzenie, picie, palenie i żucie gumy, a ponadto noszenie makijażu i używanie perfum. Palić nie wolno także bezpośrednio przed wejściem – powinno się odczekać co najmniej 20 minut, żeby resztki dymu mogły się ulotnić z ubrania i skóry. Obowiązuje też wymóg stosowania płynów i mydeł zmniejszających łuszczenie się naskórka. Zabronione jest wykonywanie szybkich ruchów, jak bieganie i szybkie chodzenie, by nie wzburzać powietrza. Pracownik nie powinien wchodzić jeżeli źle się czuje albo podejrzewa, że jest chory. Zakazane jest siadanie na i opieranie się o sprzęty i powierzchnie robocze. Dotykać należy tylko tych niezbędnych do wykonania pracy. Nie wolno dotykać twarzy ani włosów dłońmi w rękawiczkach. Zabronione jest pisanie na sprzęcie, odzieży i noszenie odzieży ochronnej poza cleanroomem. Od personelu wymaga się też oczywiście przestrzegania zasad higieny osobistej.

Branżą, która potrzebuje dedykowanych rozwiązań, jest też ta produkująca sprzęty i wyroby medyczne. Poza zapewnieniem sterylności ich specyfika wymaga stosowania maszyn specjalistycznych.