Pigmenti e tossicologia

01 Panoramica della legislazione relativa ai pigmenti

Per soddisfare i requisiti ambientali e di sicurezza dei prodotti, le materie plastiche e i prodotti in plastica devono essere conformi alle normative vigenti nei vari Paesi e regioni, in particolare per quanto riguarda i controlli sulle sostanze chimiche. Tra queste, le specifiche chimiche per i coloranti (pigmenti) ricevono un'attenzione significativa. A seconda della regione e del tipo di prodotto, i requisiti possono riguardare i pigmenti stessi, i materiali plastici o comprendere disposizioni generali.

Gli effetti delle sostanze chimiche sulle membrane mucose, come la pelle e gli occhi, sono valutati attraverso test di contatto con animali in laboratorio e classificati in base alla gravità dell'irritazione o della corrosione. Le ricerche indicano che la stragrande maggioranza dei pigmenti organici non è irritante per la pelle e le mucose; tra i 192 pigmenti organici comunemente utilizzati, solo 6 hanno mostrato una lieve irritazione negli animali da esperimento.

I pigmenti organici non mostrano alcuna tossicità nei test di esposizione ripetuta e sono esclusi dalle sostanze che richiedono l'etichetta R48 (l'esposizione ripetuta provoca gravi danni) secondo le normative UE.

I pigmenti inorganici spesso contengono metalli pesanti (definiti come aventi una densità >4,5 g/mL). Ad eccezione della polvere di alluminio, del nerofumo e del blu/violetto oltremare, la maggior parte contiene metalli pesanti. I test indicano che, a parte i pigmenti a base di cromo e cadmio, la maggior parte dei pigmenti inorganici è innocua dal punto di vista tossicologico ed ecologico.

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02 Tossicologia ed ecologia dei pigmenti

I pigmenti sono scarsamente solubili in acqua e nei comuni solventi. Il loro impatto ecologico deriva principalmente dalle emissioni di gas di scarico e dalle acque reflue durante la produzione.

-Gas di scarico: L'inquinamento da polveri di pigmenti organici richiede concentrazioni nell'aria inferiori a 6 mg/m³ e deve essere sottoposto a depurazione prima dello scarico. Il personale di produzione deve indossare dispositivi di protezione.

- Acque reflue: Gli effluenti di produzione possono contenere sostanze cancerogene come ammine aromatiche e nitriti, che richiedono un trattamento fisico e biologico per renderli non tossici per i pesci.

Ampie indagini confermano che la tossicologia e l'ecologia dei coloranti comprendono nove aspetti:

2.1 Tossicità acuta

Si riferisce alla tossicità derivante da una singola esposizione. I test condotti sui topi con 108 pigmenti organici hanno mostrato la loro LD₅₀ hanno tutti superato i 5000 mg/kg, più del sale da cucina (circa 3000 mg/kg). L'UE definisce le sostanze con una LD₅₀ al di sotto dei 2000 mg/kg come tossici. I test ETAD su oltre 4.400 coloranti e pigmenti hanno rivelato che solo circa 8% presentano tossicità acuta, principalmente coloranti cationici, coloranti a complessi metallici e prodotti contenenti ausiliari. Attualmente sono vietati 13 pigmenti acutamente tossici (Tabella 1), tra cui 6 pigmenti basici, 2 pigmenti acidi, 1 pigmento diretto, 3 basi color ghiaccio e 1 ftalocianina.

Tabella 1: Pigmenti a tossicità acuta attualmente vietati sul mercato

Numero di serie	Pigmento	Numero di serie	Pigmento
1	Giallo di base 21	8	Arancia acida 165
2	Rosso di base 12	9	Arancione diretto 62
3	Viola di base 16	10	Tintura di ghiaccio Base 20
4	Blu di base 3	11	Tintura di ghiaccio Base 24
5	Blu di base 7	12	Tintura di ghiaccio Base 41
6	Blu di base 81	13	Ingrain Blu 2:2
7	Arancio acido 156

Questi pigmenti acutamente tossici presentano le seguenti caratteristiche: i pigmenti idrosolubili costituiscono la stragrande maggioranza; si dissolvono facilmente in solventi polari come l'etanolo; le loro strutture molecolari contengono forti sostituenti elettron-donatori come gruppi amminici o gruppi amminici sostituiti.

2.2 Tossicità da esposizione ripetuta

Nei test di esposizione ripetuta a dosi subletali sugli animali, la maggior parte dei coloranti e dei pigmenti non ha mostrato tossicità per gli organi a dosi non superiori a 1000 mg/kg.

2.3 Irritazione

Si riferisce agli effetti di irritazione su pelle e mucose. I test ETAD su 68 coloranti e pigmenti hanno rilevato che circa 30% causano irritazione agli occhi o alla pelle, in parte attribuibile agli additivi.

2.4 Allergenicità

Alcuni pigmenti possono causare allergie cutanee o respiratorie. I pigmenti allergenici nei tessuti devono essere controllati al di sotto di 0,006%. L'ETAD ha identificato 27 pigmenti allergenici (Tabella 2), tra cui 26 coloranti dispersi e 1 colorante acido; lo standard Oeko-Tex Standard 100 ne elenca 20. Le loro caratteristiche comuni includono: strutture prevalentemente azoiche o antrachinoniche, peso molecolare relativamente basso (230-400), presenza di forti gruppi elettron-donatori come idrossile o amminico e solubilità in solventi organici.

Tabella 2 Pigmenti allergenici attualmente conosciuti

Numero di serie	Pigmento	Numero di serie	Pigmento
1	C.I. Disperse Yellow 1	15	C.I. Blu disperso 1
2	C.I. Disperse Yellow 3	16	C.I. Disperse Blue 3
3	C.I. Disperse Yellow 9	17	C.I. Disperse Blue 7
4	C.I. Disperse Yellow 39	18	C.I. Blu disperso 26
5	C.I. Disperse Yellow 49	19	C.I. Blu disperso 35
6	C.I. Disperse Orange 1	20	C.I. Blu disperso 85
7	C.I. Disperse Orange 3	21	C.I. Blu disperso 102
8	C.I. Disperse Orange 13	22	C.I. Blu disperso 106
9	C.I. Disperse Orange 37	23	C.I. Blu disperso 124
10	C.I. Disperse Arancione 76	24	C.I. Disperse Brown 1
11	C.I. Disperse Red 1	25	C.I. Disperse Black 1
12	C.I. Disperse Red 11	26	C.I. Disperse Black 2
13	C.I. Disperse Red 15	27	C.I. Acid Black 48
14	C.I. Disperse Red 17

2.5 Mutagenicità

La genotossicità viene valutata attraverso test come il saggio di Ames. Oltre due terzi di più di 200 coloranti non mostrano mutagenicità, mentre solo uno dei 36 pigmenti organici dimostra genotossicità. Anche le impurità possono contribuire agli effetti mutageni.

La Tabella 3 elenca la mutagenicità di 25 pigmenti organici testati con il metodo Ames, rivelando solo effetti mutageni minori in alcune varietà specifiche di pigmenti organici.

Tabella 3: Risultati del test di mutagenicità dei pigmenti organici con il test di Ames

Pigmenti	Indice del colorante Numero di struttura	Risultati	Pigmenti	Indice del colorante Numero di struttura	Risultati
C.I.Pigment Yellow 1	11680	Negativo	Rosso pigmento C.I. 49:2	15630:2	Negativo
C.I.Pigment Giallo 12	21090	Negativo	Rosso pigmento C.I. 53:1	15585 1	Negativo
C.I.Pigment Yellow 74	11741	Negativo	C.I. Pigment Red 57:1	15850 1	Negativo
C.I. Pigmento Arancione 5	12075	Debolemente positivo	C.I. Pigment Red 63:1	158801	Negativo
C.I. Pigmento Arancione 13	21110	Negativo	C.1. Pigmento blu 15	74160	Negativo
C.I.Pigment Red 1	12070	Debolemente positivo	C1. Blu pigmento 15:1	74160.1	Negativo
C.I.Pigment Red 4	12085	Negativo	C1. Pigmento blu 1512	74160 2	Negativo
C.I.Pigment Rosso 22	12815	Negativo	C1. Blu pigmento 15:3	74160-3	Negativo
C.I.Pigment Red 23	12355	Negativo	C1. Pigmento blu 15:4	74160 4	Negativo
C.I.Pigment Red 48:1	15865-1	Negativo	C.1. Pigmento verde 7	74260	Negativo
C.I.Pigment Red 48:2	15865 2	Negativo	C.1. Pigmento verde 36	74265	Negativo
C.I.Pigment Rosso 49	15630	Negativo	C.1. Pigmento Viola 19	73900	Negativo
C.I.Pigment Red 49:1	15630:1	Negativo

2.6 Tossicità cronica e cancerogenicità

Alcuni coloranti possono decomporsi e rilasciare ammine aromatiche cancerogene o presentare una cancerogenicità diretta. L'ETAD ha identificato 143 coloranti potenzialmente decomponibili in ammine cancerogene, di cui 11 classificati come cancerogeni diretti, la maggior parte dei quali caratterizzati da strutture azoiche o da sostituenti amminici. Pigmenti come la ftalocianina di rame possono adsorbire alle proteine del siero e accumularsi, influenzando la composizione del sangue.

2.7 Tossicità acquatica e biodegradabilità

I test ETAD indicano che 59% di coloranti e pigmenti presentano una bassa tossicità per i pesci (LD50 > 100 mg/L), mentre solo 2% dimostrano un'elevata tossicità (LD50 < 1 mg/L). Nei test di tossicità batterica, un piccolo numero di coloranti inibisce la crescita batterica.

2.8 Irritazione della pelle e delle mucose

Tra i 192 pigmenti organici, solo un numero molto ridotto mostra irritazione per la pelle e le membrane mucose degli animali da esperimento, compresi gli effetti degli additivi.

2.9 Impurità nei pigmenti

- Tracce di ammine aromatiche: I Paesi impongono limiti al loro contenuto; ad esempio, i materiali per l'imballaggio degli alimenti richiedono livelli inferiori a 50μg/g.

- Metalli pesanti in tracce: La ricerca del DCMA statunitense indica che i livelli di metalli pesanti dei pigmenti organici sono conformi alle normative.

- Bifenili policlorurati (PCB): Strettamente limitato in Europa e negli Stati Uniti, può essere presente in alcuni pigmenti azoici o prodotti con solventi clorurati.

In sintesi, i pigmenti organici non presentano tossicità acuta, tossicità da dosi ripetute, mutagenicità significativa o cancerogenicità in condizioni convenzionali. Il divieto tedesco del 1994 si applica solo ai coloranti, non ai pigmenti organici. Tuttavia, occorre comunque prestare attenzione alle ammine aromatiche nocive presenti negli ausiliari di produzione, negli additivi e nelle materie prime. Inoltre, è necessario monitorare le varietà che tendono a decomporre sostanze nocive ad alte temperature (ad esempio, i pigmenti a base di biclorobenzidina) e i sottoprodotti come le diossine che possono formarsi durante il trattamento delle acque reflue.