Zasady zachowania w cleanroomach

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.

Jaki materiał na uszczelki?

Jednym z popularniejszych jest kauczuk etylenowo-propylenowo-dienowy (EPDM). Wyróżnia go odporność chemiczna, w tym na alkaliczne i kwasowe środki czyszczące. W branży mleczarskiej sprawdza się w kontakcie z większością produktów z wyjątkiem tych o dużej zawartości tłuszczu. Przykładowo uszczelniania z EPDM są montowane w nalewarkach, dozownikach, pompach oraz zaworach. Na tłuszcze i oleje pochodzenia zwierzęcego i roślinnego jest z kolei odporny kauczuk butadienowo-akrylonitrylowy (NBR). NBR nie jest jednak dobrym wyborem, jeśli uszczelki będą czyszczone ozonem lub parą wodną. Na wpływ pary wodnej i ozonu są odporne fluoroelastomery. Są również kompatybilne z olejami i tłuszczami roślinnymi, tłuszczami zwierzęcymi i produktami mlecznymi o dużej zawartości tłuszczu. Uszczelki z tego materiału wyróżnia też długa żywotność. Te z perfluoroelastomeru są droższe, lecz sprawdzają się w ekstremalnie agresywnych warunkach procesu i czyszczenia, w których uszczelnienia z innych materiałów szybko ulegają zniszczeniu. Co ważne, fluoroelastomery i perfluoroelastomery nie wchłaniają ani nie przenoszą smaków, ani aromatów. Silikon jest preferowany w produkcji spożywczej ze względu na to, że nie rozwijają się na nim bakterie, pleśnie, grzyby. Jest również odporny na wysokie temperatury i zachowuje elastyczność w niskich, i sprawdza się, wystawiony na działanie ozonu oraz tlenu. Ważną zaletą silikonu jest także łatwość formowania wtryskowego złożonych geometrii. Dużą odpornością charakteryzuje się politetrafluoroetylen (PTFE). Wykazuje ponadto małe tarcie, co pozytywnie wpływa na żywotność uszczelek z tego materiału. Odporność na zużycie, w tym w kontakcie z mediami ściernymi i przy dużym tarciu, cechuje z kolei te z polieteroeteroketonu i polietylenu o ultrawysokiej masie cząsteczkowej.

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.