I MATERIALI SOSTITUIVI DELL'AMIANTO

Nota tecnica sul problema dell'uso delle fibre minerali artificiali vetrose

INTRODUZIONE

Il vetro è uno dei più antichi e versatili materiali che l'uomo abbia utilizzato con innumerevoli risultati, ma la possibilità di ottenerne fibre si concretizzata solo negli anni '30, anche se la filatura di sostanze vetrose é molto antica: già gli Etruschi, per la decorazione di vasi, usavano dei fili di vetro ottenuti per estrazione con una bacchetta di rame da un crogiolo contenente sabbia fusa.

Sembra comunque che la prima macchina per filare il vetro sia stata costruita in Inghilterra addirittura nel 1841, ma solo nel corso della prima guerra mondiale é iniziata una significativa produzione di fibre di vetro per la coibentazione, come sostitute dell'amianto, divenuto materiale strategico e di cui vi era penuria.

Successivamente negli Stati Uniti, in particolare dopo la seconda guerra mondiale, si sviluppò la produzione industriale, basata su un procedimento relativamente semplice come quello dell'estrusione di vetro fuso attraverso una filiera, con un crescente utilizzo per la coibentazione degli edifici.

Attualmente le man-made vitreous fiber (MMVF), spesso chiamate nel passato anche man-made mineral fiber (MMMF), includono una larga varietà di prodotti inorganici fibrosi ottenuti sinteticamente (lana di vetro, di roccia, di scoria, ed anche fibre ceramiche e le fibre di carbonio e grafite), con un uso sempre più diffuso per l'isolamento termico ed acustico, ma anche nel rinforzo di materiali plastici e nell'industria tessile: globalmente sono al giorno d'oggi conosciute oltre 30.000 utilizzazioni.

Una così vasta diffusione si spiega considerando le particolari proprietà di tali materiali. Le MMVF sono infatti dotate di un'alta stabilità chimica e fisica (resistenza e inestensibilità); sono ininfiammabili e scarsamente attaccabili dalla umidità e da agenti chimici corrosivi; posseggono un ottimo rapporto peso-durezza; sono dotate di alta flessibilità ; hanno proprietà dielettrica; posseggono un'alta qualità di isolamento acustico e termico; non sono infine degradabili da microorganismi.

Alla luce della messa al bando dell'amianto e della odierna rilevanza del risparmio energetico, l'uso attuale e l'incremento futuro di tali prodotti per la coibentazione nell'edilizia civile e nell'industria, risultano evidenti: già a partire dal 1985, con 6 milioni di tonnellate/anno, la produzione mondiale di MMVF ha superato quella che negli anni '70 veniva riconosciuta come la massima produzione di amianto, stimata intorno ai 5 milioni di tonnellate/anno.

I moderni processi produttivi delle MMVF sono molto simili fra loro come principio di funzionamento, essi però differiscono per le caratteristiche dei materiali primari, per i controlli e per l'automazione dei sistemi di mescola e per particolari tecnici, molti dei quali brevettati o sottoposti a segreto industriale.

L'elemento comune è costituito da un sistema di dosaggio e mescola dei componenti, da un forno continuo,generalmente elettrico, da un crogiolo provvisto di canali di alimentazione, dalle macchine di fibraggio e dai sistemi di assiemaggio e rifinitura della fibra in relazione al tipo di prodotto richiesto.

La testa di fibraggio é schematicamente costituita da una coppia rotante in platino, con corona forata, nella quale cola il magma fuso; l'azione centrifuga spinge il magma ad uscire dalla filiera e ne determina la stiratura fino all'ottenimento dei diametri previsti di qualche micron.

Un successivo getto di aria calda convoglia la fibra, attraverso spruzzatori di appretto, su rulli trasportatori. Il feltro che si ottiene viene stabilizzato dimensionalmente in forni prima del trattamento di rifinitura ed imballaggio.

In particolare, le fibre di lana di roccia sono prodotte in condizioni controllate attraverso la soffiatura di un flusso fuso di una miscela di scorie di fusione ed altri materiali. I principali componenti di queste fibre sono calcio, silicati di magnesio e di alluminio, con quantità minori di manganese, ferrosilicati ed ossidi di zolfo.

I lavoratori addetti alla produzione di MMVF nei paesi europei assommano ormai a diverse decine di migliaia, come altrettanto numerosi sono gli utilizzatori diretti, quali quelli nell'industria delle costruzioni.

In questo contesto la rilevanza di un potenziale effetto per la salute, dell'esposizione a MMVF, risulta evidente.

Effetti acuti e, con minor frequenza, sintomi persistenti a carico della cute e dell'apparato respiratorio sono stati rilevati in una quota significativa dei lavoratori esposti a fibre artificiali.

Di maggiore rilevanza sono gli effetti correlati non immediatamente riconoscibili, a causa della latenza nel manifestarsi, come i tumori polmonari.

Attualmente, la Agenzia Internazionale per la Ricerca sul Cancro (IARC) classifica tutti e quattro i principali tipi di MMVF nel Gruppo 2B ("Possibile cancerogeno per l'uomo"), con l'eccezione dei filamenti di vetro, che sono classificati nel Gruppo 3 ("Non classificabile come cancerogeno per l'uomo").

In attesa di dare una definitiva definizione della capacità cancerogena per l'uomo delle MMVF (ad eccezione delle fibre ceramiche refrattarie, classificate come cancerogene di seconda categoria e etichettate con la Frase di Rischio: R49: "Può provocare il cancro per inalazione", vedi Circolare 15 marzo 2000, n.4 del Ministero della Sanità) e di una chiarificazione degli eventi più fini che si stabiliscono tra la fibra e la cellula fino a condurre al cancro, è da sottolineare un dato che emerso con autorevolezza sempre maggiore in questi anni nelle ricerche sugli effetti dell'asbesto, cioé che "l'amianto provoca tumori non perché amianto, ma a causa della particolare struttura fisica di cui dotato": in tal senso le MMVF sono da considerarsi sicuramente un materiale con tali caratteristiche.


LE MMVF (MAN-MADE VITREOUS FIBERS) o FIBRE ARTIFICIALI VETROSE

Con il termine MMVF si indica una serie di prodotti e materiali costituiti da fibre ed in particolare, fibre tessili di vetro, prodotti di lana di vetro per coibentazioni e controsoffittature, lana di roccia e di scoria, fibre di ceramica refrattaria, e specialmente fibre di vetro usate per esempio nella filtrazione di liquidi e di gas.
Nel passato sono state anche chiamate MMMF ("man-made mineral fibers"), ma poiché tecnicamente non sono minerali, è raccomandato l'uso dell'acronimo MMVF.

Definizione di fibra
La fibra ha una struttura allungata e sottile, a prescindere dalla sua origine o composizione, e ha sostanzialmente i lati paralleli che la distinguono dalla polvere e dai frammenti irregolari di minerali o di materiali.
Per essere più precisi è necessario specificarne la lunghezza minima e il minimo rapporto di allungamento (il minimo rapporto tra lunghezza e diametro, o larghezza) in modo da definirla compiutamente. La definizione, d'altra parte, è relativa al motivo di interesse: per esempio se si vuole caratterizzare il potere di coibentazione o di isolamento acustico delle fibre, un diametro medio minore risulterà più efficace.

Dal punto di vista delle caratteristiche di interesse biologico, fibre corte ed in particolare, fibre corte e spesse, avranno in ultima analisi comportamenti analoghi a quelli delle polveri.

Quest'ultimo aspetto è stato quindi studiato approfonditamente per le fibre, sia per le MMVF che per quelle cristalline, e specifici valori del rapporto di allungamento, come pure del diametro e della lunghezza massimi, sono stati indicati per definire le fibre biologicamente significative o per caratterizzarle come respirabili.

L'O.M.S. (Organizzazione Mondiale della Sanità ) ha definito, insieme ad altre proprietà , una fibra come una particella di lunghezza superiore a 5 µm (O.M.S., 1985).

Il N.I.O.S.H. (National Institute of Occupational, Safety and Health degli U.S.A.) nel Manuale dei metodi analitici, Metodo 7400 (N.I.O.S.H., 1989), propone lo stesso limite di 5 µm.

Alcuni studi segnalano valori minimi di lunghezza pari ad 8 o 10 o perfino 17 µ perché le fibre acquistino potenziale significato biologico.

La prevalente opinione scientifica, ripresa anche dall'EPA (Environmental Protection Agency) e altre agenzie statunitensi, concorda su una lunghezza minima di 5 µ e di un rapporto di allungamento minimo di 3:1, anche se diversi studi indicano un rapporto minimo di 5:1 come la migliore caratterizzazione delle fibre, anche dal punto di vista della ripetibilità delle misure tra laboratori.

Definizione di fibra respirabile
Le fibre respirabili sono tutte quelle che possono essere inalate e penetrare nella profondità dei polmoni. Come gi accennato, per l'O.M.S., "... una fibra definita da una lunghezza superiore od uguale a 5 µ e da un rapporto di allungamento (L : D) maggiore od uguale a 3 : 1".

Fibre con diametri inferiori a 3 µ sono da considerare respirabili..." (O.M.S., 1985) ed alcuni studi concordano con la scarsa possibilità per fibre di diametro superiore a 3.5 µ di penetrare sino al livello alveolare dei polmoni.

Riguardo alla lunghezza, è dimostrata la scarsa influenza della lunghezza sul comportamento aerodinamico, ed è opinione diffusa che fibre di lunghezza superiore a 200 - 250 µ siano troppo grandi per depositarsi nei polmoni e che siano da ritenere quindi non respirabili a tutti gli effetti; alcuni autori diminuiscono sino a 100 µ il limite dimensionale per la deposizione polmonare.

Classificazione delle fibre naturali ed artificiali
Le fibre usate industrialmente possono essere suddivise in due gruppi principali, le fibre di origine artificiale (sintetiche) e fibre di origine naturale; ciascun gruppo può essere suddiviso in organiche ed inorganiche.

Tra quelle artificiali possono annoverarsi quelle cosiddette fibre minerali artificiali o MMMF (Man-made Mineral Fibers), che l'O.M.S. classifica secondo i diametri medi.

Recentemente la Thermal Insulation Manifactures Association (TIMA, 1991) ha proposto una classificazione secondo cui sarebbe più corretto indicare tali fibre come fibre artificiali vetrose silicee (MMVF), risultando abbastanza contraddittorio l'uso congiunto dei termini "man-made" e minerale, poiché per definizione i minerali sono composti che si ritrovano in natura con specifica composizione chimica e struttura cristallina. Al contrario, seppure il principale componente delle fibre sintetiche sia il quarzo (SiO2), questo risulta sempre presente allo stato amorfo.

Fibra vista al microscopio

Lo stato non cristallino è poi identificabile in un importante comportamento fisico delle MMVF, cioè quello che determina, al pari di altri oggetti vetrosi, la proprietà di frattura in modo concoidale ("shell-like").

Una conseguenza di questa caratteristica che le fibre MMVF non si sezionano longitudinalmente come avviene per le fibre di asbesto, ma si frammentano esclusivamente in modo trasversale, cio possono dar vita a fibre di minor lunghezza e non di diametro inferiore.

Le fibre possono poi dividersi tra naturali e "man-made" (sintetiche) ed ognuno di questi due gruppi a sua volta diviso in fibre organiche ed inorganiche.

Le MMVF, a base vetrosa, comprendono un gran numero di prodotti manufatti molto diffusi nel mondo, che sono conosciuti nell'industria come fibre tessili, lana per coibentazione e controsoffittature, ed includono fibre di vetro, lana di roccia e scoria, fibre ceramiche refrattarie, e fibre di vetro speciali.

Le fibre si distinguono le une dalle altre per le proprietà fisiche e per la composizione chimica. Le differenze in proprietà e composizione si caratterizzano per gli usi richiesti, per i differenti processi industriali che le realizzano e per le materie prime impiegate.

Caratteristiche delle lane minerali
I campi di applicazione delle fibre e dei relativi manufatti sono definiti dalle specifiche caratteristiche:

1) temperatura massima di impiego: dipende dal tipo di materiale con cui é costituita la fibra e dal tipo di appretto. Le lane minerali, a fronte di un maggior diametro e di un materiale chimicamente più aggressivo, presentano temperatura di impiego più elevata. Le fibre di vetro nude possono lavorare fino a temperature dell'ordine di 550° C, mentre quelle apprettate presentano valori massimi in relazione alla resina utilizzata.

2) conduttività termica: migliora al diminuire del diametro delle fibre e presenta un valore minimo ad una densità definita in relazione alla temperatura media di impiego.

La tecnologia attuale della produzione delle fibre permette di ottenere un prodotto ottimizzato sotto molteplici aspetti. La composizione chimica dei materiali di carica del forno viene scelta e rigorosamente controllata durante la produzione, al fine di ottenere un magma di viscosità appropriata per un corretto fibraggio ed un prodotto chimicamente inerte e stabile nel tempo.
A titolo di esempio, da 1 grammo di magma fuso è possibile ottenere fibre di lunghezza pari a 4.7 km per un diametro di circa 10µ e di ben 118 km se il diametro scende a 2 µ.

3) consistenza del materiale fibrato: l'apprettatura e successiva polimerizzazione costituiscono un legame fra le fibre fornendo una rigidezza, una coesione ed una dimensione al manufatto finale.
Il materiale non fibrato costituisce una zavorra inefficiente e fastidiosa nella manipolazione dei manufatti.

Composizione chimica delle MMVF
In generale molti elementi chimici possono essere utilizzati nel processo di formazione di un vetro, ma in realtà nella produzione industriale il numero di sostanze é limitato dal loro costo. In ogni caso il principale ingrediente è il quarzo (SiO2), assieme ad altri componenti "vetrificatori", cioé a sostanze che hanno il potere di fondere in uno stato vetroso, come l'ossido di Bario (B203), di Fosforo (P2O5), di Germanio (GeO2).

Accanto a questi, vengono utilizzati come "intermedi", altri ossidi come l' ossido di Al (Al2O3), di Titanio (TiO2) e di Zinco (ZnO), insieme a "modificatori" o "fluidificanti" quali l'ossido di Mg (MgO), di Litio (Li2O), di Bario (BaO), di Calcio (CaO), di Sodio (Na2O) e di Potassio (K2O).

La composizione è aggiustata a seconda degli scopi di utilizzo e del processo produttivo impiegato, in cui i principali punti critici sono la fluidità del magma fuso e la rapidità di raffreddamento allo stato vetroso; in ultima analisi, la composizione finale scelta è un compromesso tra gli obblighi di fusione e fibraggio, la necessità di ottenere certe proprietà fisiche del prodotto ed i costi.

Materiali vetrosi ottenuti con alte percentuali di fluidificanti permette di lavorare a temperature relativamente basse, ma il materiale vetroso ottenuto presenta bassa resistenza chimica.
Ad esempio, un vetro di sodio silicato con una alta percentuale di soda (Na2O), risulterà solubile in acqua, mentre maggiori quantità di intermedi, conferiranno al prodotto un alto grado di resistenza chimica.

Le materie prime per produrre le MMVF possono essere divise in tre classi, a secondo della provenienza:

- materiali da miniere o cave: sono estratti e selezionati per essere maggiormente utilizzabili in produzione; alcuni esempi sono la sabbia, l'argilla, pietre calcaree, dolomite, rocce di basalto.

- prodotti chimici di sintesi: derivati spesso dai minerali estratti, ma processati per ottenere composti chimici maggiormente puri; alcuni esempi sono le ceneri di soda, il borace, l'acido borico e l'allumina.

- prodotti secondari di altri processi produttivi: scorie o sottoprodotti di altri processi produttivi, come le scorie di altoforno che si ottengono durante la produzione della ghisa.

Processi di formazione delle MMVF
Attualmente ci sono sei principali tipologie di processo produttivo con cui la maggior parte delle MMVF viene preparata:

- il processo continuo ("drawing") per produrre le fibre di vetro continue, da cui quasi tutte le fibre tessili sono prodotte;

- il processo che utilizza una testa rotante, con cui si produce la maggior parte delle fibre vetrose usate per le coibentazioni;

- il processo con attenuazione di fiamma, per produrre fibre "fini" per usi speciali, come per la filtrazione;

- il processo con soffiaggio, utilizzato soprattutto per produrre fibre ceramiche refrattarie;

- il processo a centrifugazione o "a cascata", per produrre in particolare lana di scoria e di roccia;

- il processo Downey, che sfrutta sempre la centrifugazione, usato per la produzione di fibre ceramiche refrattarie, lana di roccia e di scoria.


La lana di roccia: produzione e sue carattaristiche
La lana di roccia e di scoria sono prodotte con il processo di centrifugazione e con il Downey; questi processi producono fibre con diametri da circa 2µ a più di 6µ. La lunghezza delle fibre individuali è virtualmente impossibile da misurare perché le fibre sono così lunghe che si rompono facilmente quando vengono estratte dalla massa lanosa.

La prima documentata produzione di lana di scoria può essere rintracciata nel Galles nel 1840. Negli USA la iniziale produzione di lana di scoria comincia nel 1869. Alcune fonti indicano che la prima commercializzazione di successo di lana di scoria fu impiantata a Manchester, Gran Bretagna, nel 1885, mentre il primo impianto negli USA comincia a Stanhope, New Jersey nel 1875.

La produzione su larga scala di lana di roccia comincia negli USA ad Alexandria, Indiana, circa nel 1897, quando fu scoperto che i locali depositi di sedimenti calcarei potevano essere fusi e trasformati in lana commercialmente appetibile. La produzione europea di questi materiali comincia con scorie di vario tipo e continua fino alla metà degli anni '40.

Dopo la seconda guerra mondiale la maggior parte di questi impianti comincia ad usare roccia invece che scoria come materiale grezzo.
In Europa la lana di roccia viene ottenuta prevalentemente dalla frantumazione e fusione di rocce ignee come basalto o materiali ricchi di olivina.

Negli Usa la produzione di lana di roccia ha dominato dai primi anni del '900 fino alla fine degli anni '30. In quel periodo molti degli impianti di lana di roccia si convertono per utilizzare scoria di fornace metallurgica, un prodotto di scarto degli altoforni nella produzione di ghisa, poiché l'uso della scoria risultava più economico.

Gli impianti di lana di roccia usano rocce basaltiche, rocce calcaree, argilla e feldspati, più addittivi come ghiaia, nefelina, sienite.

Le moderne lane di roccia e di scoria sono silicati vetrosi di calcio, magnesio e alluminio. Sono prodotte dalla fusione di un miscela di varie scorie e/o rocce di materiale grezzo in un crogiolo, alimentato a gas o ad elettricità.

Le materie prime vengono fuse, quindi sottoposte a centrifugazione; sui dischi rotanti viene spruzzato un lubrificante per minimizzare la dispersione di polveri.
Gli agenti depolverizzanti più usati risultano essere gli oli minerali emulsionanti a base d'acqua, oli minerali e glicopropilene.

La linea di produzione prosegue con la confezione in materassini ed il trattamento con resine fenoliche, che può rappresentare sino al 10 % del peso.
Gli appretti usati oggi per prodotti di coibentazione sono resine fenoliche, mentre altri materiali sono stati usati sino ai primi anni '50. Era infatti comune usare composti come il catrame, l'asfalto e la nafta.

Dopo il trattamento con appretto, la lana viene scaldata con ossigeno sufficiente a causare una leggera ossidazione.

Uno dei principali usi della lana di roccia è quello di prevenire la diffusione del fuoco in caso di incendio, in cui le temperature in un edificio possono raggiungere valori compresi tra 935 °C e 1030 °C in circa due ore.
Quando la lana di roccia o di scoria è esposta ad oltre 850 °C, viene parzialmente devetrificata e forma un materiale policristallino che termicamente e dimensionalmente è abbastanza stabile. Questo può essere composto da anortite, pseudowallastonite e da altre sostanze, a seconda dei componenti di partenza, ma non contiene cristobalite o qualche altra forma di silice cristallina.
La temperatura di fusione di questo composto policristallino, di circa 1225 - 1360 °C, mantiene quindi per diverse ore la propria struttura contribuendo al contenimento delle fiamme.
La massima temperatura di servizio operativo continuo consigliata per la lana di roccia infatti è di 650°C, mentre, per le coibentazioni a più alte temperature, è necessario usare altre lane minerali.

Le altre principali caratteristiche fisico-meccaniche delle fibre di lana di roccia sono, ad esempio:

- temperatura di transizione a vetro (°C) 760 -/- 870
- peso specifico (g/m3) 2.7
- lunghezza fibre (mm) 1 -/- 6
- diametro fibre (µ) 2 -/- >6
- durezza (scala Mohs) 6
- resistenza alla trazione (Kg/cm2) 5500 -/- 10000
- modulo Young (elasticità Kg/cm2) 700.000
- allungamento a rottura (%) 2 -/- 3
- indice di rifrazione 1.6 -/-1.8
- particolato non fibroso (% in peso) 20 -/- 50


EFFETTI BIOLOGICI E VALUTAZIONE DELLA CANCEROGENICITA' DELLE MMVF

Fibra vista al microscopio

Un grande numero di studi sperimentali ha ormai evidenziato che l'inalazione di alcuni tipi di fibre minerali naturali, come gli amianti, sia correlabile con un aumento del rischio di tumore polmonare e di patologie respiratorie non maligne soprattutto nei lavoratori esposti.

Il rischio di contrarre una patologia viene associato con il tipo di fibra ed il processo produttivo, insieme ad abitudini di vita non corrette, come il fumo.
La messa al bando dell'amianto ha indotto lo sviluppo delle ricerche applicative di vari tipi di fibre artificiali destinate alla sua sostituzione, in particolare delle MMVF, che rivestono attualmente una importanza commerciale rilevante, con oltre 5 milioni di tonnellate l'anno.

Le analogie morfologiche e tossicologiche esistenti tra amianto e MMVF hanno indotto il sospetto che anche le fibre sintetiche possano produrre effetti biologici negativi, di diversa potenza, ma della stessa natura di quelli causati dall'amianto.

I problemi chiave per valutare la tossicità e/o la cancerogenicità delle MMVF sono:

(1) biodisponibilità, biosolubilità e biopersistenza, tenuto conto della loro rilevanza sia per l'identificazione del possibile rischio cangerogeno e per la classificazione delle fibre, che per la relazione tra le proprietà chimiche di superficie delle fibre e la loro solubilità e tossicità;

(2) estrapolazione dei risultati delle sperimentazioni sugli animali ai possibili effetti per l'uomo, tenuto conto delle differenze nella inalazione e distribuzione dimensionale delle fibre; la latenza della cancerogenicità, e i problemi generali correlati al disegno e alla valutazione degli studi condotti sugli animali;

(3) interpretazione dei risultati degli studi sull'uomo;

(4) identificazione delle fibre respirabili sulla base della lunghezza, diametro e forma, con la messa a punto di standard e test per la caratterizzazione delle fibre respirabili nel materiale in massa.

Biodisponibilità
La biodisponibiltà riflette la disponibilità del materiale per il sistema biologico.
E' un termine generale che può essere inteso in vari modi. Le fibre possono essere ritenute non biodisponibili se non possono essere inalate, come ad esempio le fibre con diametri elevati, oppure, nonostante siano in grado di penetrare nell'organismo, non siano biologicamente importanti, come nel caso di fibre rapidamente inglobate da macrofagi alveolari e successivamente espulse dai polmoni.

Le fibre che non sono biodisponibili potrebbero non essere considerate pericolose e non essere quindi oggetto di valutazione di rischio. Quindi per fibre biodisponibili, si devono intendere tutte le fibre inalabili, che per l'uomo includono quelle con diametri inferiori a 3µ.

La respirabilità e la deposizione polmonare sono quindi parametri importanti da considerare nella stima del rischio da MMVF.

Il trasporto di fibre nelle vie respiratorie é determinato dal loro comportamento aerodinamico; la migliore misura di tale comportamento e' il diametro aerodinamico (Dae), che può essere definito come il diametro equivalente di una particella di densità unitaria che ha lo stesso comportamento aerodinamico della fibra considerata.

Il Dae puo' a sua volta essere stimato molto grossolanamente quando il rapporto di allungamento della fibra (L : D) sia maggiore od uguale a 10, in 3 o 4 volte il diametro reale.

La deposizione delle fibre dopo l'inalazione e' una funzione delle caratteristiche delle fibre e della struttura del tratto respiratorio, che differisce tra le varie specie di organismi.
Poiche' in pratica tra le fibre aerodisperse é presente sempre un largo spettro di diametri e lunghezze, la deposizione nelle vie respiratorie nell'uomo avviene in funzione del Dae (e del diametro termodinamico per le particelle con diametri inferiori a 0.3µ, che risentono dei moti browniani).

Il massimo Dae che si considera essere respirabile (cioè che si può depositare nella regione alveolare interstiziale dei polmoni umani) è di circa 13µ.
Per una fibra di forma regolare, questo viene a corrispondere ad un diametro reale di circa 3.5µ
Poiché 10µ è circa il limite di respirabilità per sfere di densita' unitaria, la conseguenza é che fibre con diametri maggiori di 3µ riescono difficilmente a raggiungere gli alveoli.

Quest'ultima considerazione sembra essere sostanzialmenete in accordo con quanto si e' evidenziato per fibre di amianto anfibolo che, per diametri eccedenti i 3µ, sono state rarissimamente riscontrate in polmoni umani digeriti.

Biosolubilità
La biosolubilità viene misurata come velocità con cui la fibra si dissolve nell'ambiente biologico, quale può essere il parenchima polmonare, i macrofagi e la cavità peritoneale.
Può essere misurata fisicamente come diminuizione del diametro delle fibre nel tempo, oppure con la velocità con cui gli elementi chimici costituenti la fibra, come alluminio, magnesio e silicio, vengono rilasciati.

La biosolubilità di una fibra dipende inoltre dal chimismo e dalle dimensioni.
Nel polmone, le fibre lunghe si dissolvono più rapidamente di quelle brevi e il contenuto di alluminio sembra essere critico, poiché più questo è alto più bassa risulta la solubilità, infatti le fibre di lana di roccia, che hanno la più alta percentuale di alluminio tra le MMVF, mostrano una bassissima solubilità .
E' stato proposto un indice di solubilità , che può essere calcolato con i seguenti parametri:

I = Somma (ossidi di Na,K,Ca,Mg,Ba) % - 2 x (ossidi di Al) %

Più è alto l'indice I , maggiore é la solubilità e più bassa la biodurabilità .

Biopersistenza
La biopersistenza (o durabilità) è la misura della ritenzione di fibre in un ambiente biologico.
Essa dipende dalla combinazione delle caratteristiche di biosolubiltà del materiale e dalla velocità di rimozione dal tessuto, quale il meccanismo di depurazione polmonare.

Il destino delle fibre nel polmone dipende in primo luogo dalla loro lunghezza:
fibre brevi (< 20µ) sono inglobate dai macrofagi, mentre quelle più lunghe non possono essere inglobate completamente, benché i macrofagi possono attaccare parti di fibre. Le fibre corte possono così essere espulse fisicamente dal polmone, sia tramite l'azione dei macrofagi, con attacco acido ed enzimatico, che con i meccanismi mucociliari di espulsione, ma si determina solo una depurazione molto bassa o assente nel caso di inalazione di fibre più lunghe.

Evidenze derivanti da studi sull'amianto hanno dimostrato che le fibre lunghe e persistenti hanno maggiori effetti cancerogeni e le fibre MMVF appartengono ad una categoria di durabilità inferiore, ma non molto lontana da quella dell'amianto.

Studi sperimentali in vivo
In mancanza di studi adeguati circa gli effetti sanitari sull'uomo derivanti dall'esposizione alle MMVF usate commercialmente e data l'esigenza di valutare nuovi tipi di fibre, sempre maggiore attenzione viene posta agli studi sugli animali da laboratorio per caratterizzare il potenziale tossico e cancerogeno delle MMVF.

I principali filoni che si sono sviluppati sono quelli che utilizzano l'instillazione, l'impianto localizzato nelle regioni polmonari più sensibili o l'inalazione di fibre.
Le critiche principali a questi metodi, riguardano principalmente le differenze che si creano rispetto alla realtà di esposizione.

Nel caso dell'impianto si critica il metodo che fa assumere istantaneamente alle cavie quantità di fibre enormemente più grande di quanto possa avvenire in condizioni estreme; inoltre le tecniche di impianto locale evitano i meccanismi naturali di difesa e di epurazione polmonare.

Per quanto riguarda gli esperimenti realizzati usando la via inalatoria, la principale limitazione riguarda le differenze dimensionali delle vie aeree dei roditori utilizzati, che filtrano fibre che normalmente penetrerebbero nel polmone dell'uomo, falsando confronti sugli effetti biologici.

Non risulta attualmente una chiara azione cancerogena da parte delle fibre di vetro, lana di roccia e di scoria, mentre le fibre ceramiche hanno mostrato una significativa attività cancerogena polmonare.

Epidemiologia
Le conoscenze sugli effetti tossici e cancerogeni delle MMVF sono relativamente recenti; infatti i primi studi sugli effetti a lungo termine risalgono alla fine degli anni '70.
Si tratta essenzialmente di studi di coorte che hanno esaminato la mortalità di lavoratori addetti alla produzione dei vari tipi di fibre.

Nei numerosi studi epidemiologici sugli addetti alla produzione dei tipi più diffusi di MMVF, condotti in Europa, negli Stati Uniti e in Canada, è stato dimostrato che esiste un rischio di tumore polmonare per il settore produttivo della lana di roccia e di scoria, limitate evidenze per la lana di vetro, maggiori evidenze a carico delle microfibre, soprattutto ceramiche.

Le concentrazioni di fibre aerodisperse, misurate in un gran numero di impianti statunitensi ed europei produttori di MMVF, hanno mostrato concentrazioni medie generalmente basse, con valori compresi tra < 0.01 e 0.8 ff/ml, mentre le concentrazioni relative a specifiche operazioni dei processi produttivi sono comprese tra 0.01 e 1.00 ff/ml. Concentrazioni più basse sono state normalmente osservate negli impianti produttivi di fibre a filamento continuo, mentre queste risultano più elevate durante la produzione di fibre con diametri più fini mediante i processi ad attenuazione di fiamma.

I livelli di concentrazione in tutti questi impianti erano probabilmente più elevati nel passato, in quanto l'applicazione generalizzata dei sistemi di controllo tecnologico, nel corso degli ultimi venti anni, ha consentito di abbassare le concentrazioni in aria. Concentrazioni di fibre aerodisperse significativamente più elevate sono state osservate in impianti produttivi o in situazioni di utilizzo di fibre di vetro con diametri tra 0.1 e 3.0µ, destinate a scopi speciali.

In questi casi i livelli medi di concentrazione misurati variavano tra 0.03 e 22 ff/ml. I livelli di esposizione correnti negli impianti produttivi di questo tipo di fibre sono situati tra 0.5 e 2.0 ff/ml. Nel caso delle fibre ceramiche sono stati riportati livelli medi di esposizione compresi tra 0.23 e 3.30 ff/ml, con punte fino a circa 9.0 ff/ml.

Durante l'applicazione di materiali isolanti contenenti MMVF sono stati riscontrati generalmente livelli di esposizione superiori a quelli osservati durante la produzione. Ad esempio nel caso di applicazione a spruzzo in sottotetti sono state misurate concentrazioni medie tra 0.02 e 9.0 ff/ml, e valori medi di 0.01 - 0.7 ff/ml nel caso di isolamenti di ambienti a bordo di navi; nel caso di coibentazioni di una centrale termoelettrica con fibre ceramiche sono stati misurati valori vicini a 2.0 ff/ml.