Aerosol emission from cleaning sprays - design and evaluation of a generation and a characterization system for spray aerosols and a human pre-exposure study

Abstract

In Sweden, the 10th most common occupation is professional cleaning. Cleaning workers are exposed to many risk factors including high physical workload and the development of new-onset asthma and other types of respiratory symptoms. This master thesis has been a part of a research project at the division of Ergonomics and Aerosol Technology (EAT), Lund University, in which the health aspect of cleaning workers with regards to ergonomic load and airway exposure, when using spray bottles compared to traditional cleaning with cloth and bucket, is being investigated. The main objectives of this thesis have been to identify and characterize the most common spray cleaning products used by cleaning workers in Sweden, and to design a human pre-exposure study to determine dose-response relationships.

The identification of cleaning products was done by a phone survey and based on the responses from this survey six products, for the use in bathrooms, on windows, on stains and for all surfaces were selected. Aerosol characterization of the products was done by two main methods, determining the airborne mass fraction and the particle/gas ratio.

The airborne mass fraction was measured using a paper-setup. The cleaning product was sprayed at a paper taped on the wall and the mass of the bottle and of the paper was weighed before and after spraying, to determine how much mass that remained airborne, the airborne mass fraction.

The particle/gas ratio was determined by measuring the concentration increase during product use, in turn determining the source strength for the particles. This was compared to the total source strength (for the bottle) and the source strength for the surface (obtained from the airborne mass fraction) to determine the particle/gas ratio.

The two window cleaning sprays had a high airborne mass fraction (9.1 and 15.7 % respectively) compared to the sprays for stains and all surfaces (2.7 and 4.9 % respectively). However, the mass percentage of particles suspended in the air after spraying, for all products, was very low. More than 99.9 % of the initial spray droplet mass would evaporate to a gaseous phase. The mass median diameters measured with the APS (for the dried particles) were 1.8-4.2 µm for all products.

The human pre-exposure study showed no statistical connections due to the limited number of subjects and the large individual variations, but some trends could be seen. For example that the tear film break up time decreased with increasing spray dose, suggesting that the tear film is destabilizing with increased exposure to a window cleaning spray. An increase in nose symptoms could also be observed with increasing spray dose.

Popular Abstract (Swedish)

Bättre lite skit i hörnen än ett sprejstädat hem?

Städsprejer används av allt fler, både hemma och på arbetsplatser. Den senaste forskningen visar dock att användning av städsprejer kan leda till akuta hälsoeffekter, både i näsa och i ögon.

I Sverige är städare det tionde vanligaste yrket med mer än 70 000 anställda varav mer än 75 % är kvinnor. Städpersonal är dock utsatt för flera arbetsrelaterade riskfaktorer, däribland hög belastning på skelett och muskler och problem med luftvägarna. Som en del i ett forskningsprojekt vid Lunds universitet har en mindre exponeringsstudie nyligen genomförts. Åtta frivilliga försökspersoner exponerades för olika doser av en fönsterputssprej. Försökspersonerna fick själva putsa ett fönster i en kammare med kontrollerat luftflöde och partikelfiltrering.

Hälsoeffekterna utvärderades sedan med hjälp av tre olika metoder, ett frågeformulär och två medicinska undersökningar. I formulären fick försökspersonerna själva fylla i om de kände av några besvär i näsan, ögonen eller halsen, både före, under och efter sprejningen. Den första medicinska undersökning som genomfördes var en mätning av det maximala luftflöde som försökspersonen kan uppnå genom att andas in genom näsan, en så kallad PNIF-mätning. Denna mätning gjordes både före och efter varje sprejning och gav ett mått på hur påverkad näsan blir av exponeringen. Den andra undersökningen var en mätning av hur lång tid det tar för ögonens tårfilm att börja spricka upp, en så kallad BUT-mätning. Denna gjordes före den första sprejningen och sedan efter varje sprejdos och gav ett mått på hur torra ögonen blev.

Från denna studie kunde ett par trender identifieras. Exempelvis minskade BUT-tiden när spraydosen ökade, vilket innebär att tårfilmen påverkas av sprejningen och ögonen blir torrare. En annan trend som kunde ses var att försökspersonerna verkade uppleva starkare symptom i näsan i takt med att sprejdoserna ökade, en påverkan som dock inte kunde ses i PNIF-mätningarna.

När städsprejerna används bildas vätskedroppar av rengöringsmedel, så kallade aerosoler, vilka sprids i luften. Som en del i projektet undersöktes även hur stor del av den vätska som sprejades ut från flaskan som faktiskt hamnade på väggen (mot vilken sprejningen gjordes) och hur stor del som förblev i luften och därmed kunde andas in. Mätningar gjordes även för att undersöka hur stora vätskedropparna var, direkt när de kommer ut från sprejmunstycket, men också hur små partiklarna blivit efter att de torkat ett par sekunder i luften. Totalt undersöktes sex olika rengöringsprodukter.

Resultaten från dessa mätningar visade att mycket av fönsterputssprejerna stannade kvar i luften, mellan 9 och 16 % av det som sprejades ut från flaskan, i jämförelse med produkterna för fläckar och allmänna ytor. Av dessa förblev endast mellan 3 och 5 % i luften efter sprejning. Dessutom förångades mer än 99,9 % av vätskan från de ursprungliga dropparna (för alla testade produkter) snabbt till gas och storleken på de kvarvarande, torkade partiklarna var mellan 2 och 4 µm.

Vidare forskning inom området behövs, men förhoppningen är att rekommendationer och riktlinjer för städsprejanvändning ska kunna fastslås inom en snar framtid.

• author: Lovén, Karin
• supervisor: Christina Isaxon; Aneta Wierzbicka
• organization: Ergonomics and Aerosol Technology
• course: MAM720 20142
• year: 2015
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Aerosol, spray, emission, characterization, dose-response
• language: English
• id: 5228140
• date added to LUP: 2015-04-01 13:37:36
• date last changed: 2015-04-01 13:37:36