从使用室系统一个复合含纳米材料的纳米颗粒释放测试

摘要

Nanoparticle release is tested using a chamber system that includes a condensation particle counter, an optical particle counter and sampling ports to collect filter samples for microscopy analysis. The proposed chamber system can be effectively used for nanomaterial release testing with a repeatable and consistent data range.

摘要

随着纳米技术作为^在 21世纪最重要的技术之一的迅速发展，在含有纳米材料的消费品的安全利益也越来越多。从评估含有纳米材料的产品的纳米材料释放在评估这些产品的安全性的关键一步，并导致一些国际努力，以建立一致的，可靠的技术，为规范纳米材料释放的评价。在这项研究中，从含有纳米材料的制品纳米材料的释放，使用的腔室系统，其包括缩合粒子计数器，光学粒子计数器，和取样口，以收集电子显微镜分析滤波器样品进行评价。所提出的腔室系统是使用abrasor和圆盘型纳米复合材料样品以确定所述纳米材料释放是否是在可接受的范围内可重复和一致的测试。测试结果表明，颗粒在每个测试的总数是从平均20％的范围内经过多次试验。流行趋势的发布是相似的，它们显示出非常良好的重复性。因此，所提出的腔室系统可有效地用于含纳米材料的纳米材料的产品释放测试。

引言

纳米材料的曝光大多被研究有关工人工作场所制造，处理，制造，包装纳米材料，而消费者接触还没有被广泛研究。通过纳米技术国际理事会（ICON）创造了环境和健康文献数据库的最近的分析也表明，大多数纳米材料安全性研究都集中在危害（83％）和潜在风险（16％），与纳米复合材料的发布，代表消费者接触，仅相当于^0.8％1。因此，很少有人知道有关消费者接触纳米材料。

纳米颗粒释放已被用来估计在模拟研究，包括磨损，纳米复合材料，洗涤纺织品，或含尘测试方法，如旋转鼓的方法，涡流振荡方法以及其它摇床方法^2-3的风化消费者接触。此外，一些国际尝试，如ILSI（国际生命科学研究所）nanorelease和欧盟NanoReg，已经进行了技术开发，以了解在消费产品中使用的纳米材料的释放。于2011年推出的ILSI nanorelease消费产品代表了生命周期方法，从消费类产品，其中第一阶段涉及纳米材料的选择纳米材料的释放，第二阶段涵盖的评价方法，以及第3阶段实施间研究。在消费类产品纳米材料的安全性几个专着和出版物也已出版了^4-6。

同时，NanoReg代表欧洲共同的方法来制造纳米材料的法规测试，并提供了在使用模拟方法的程序方法，从消费产品到nanorelease 2. ISO TC 229还试图制定有关消费者的安全标准，并提交新工作项目建议为消费者的安全。经合组织WPMN（worki纳克纳米材料派对），特别是SG8（督导组暴露评估和暴露减缓），最近在今后的工作，尤其是消费者和环境暴露评估的方向进行了调查。因此，在这些国际活动的光，贸易，工业和能源部韩国部委发起于2013年的分层项目主要集中在了"纳米材料和纳米产品的安全性评价和标准化的技术发展。"此外，一些消费者安全相关的研究，以规范从消费产品的纳米材料的释放也已出版了^7-8。

磨损试验是包括在ILSI nanorelease和NanoReg ^2-3用于确定从不同的商业复合产品纳米颗粒的电势发射电平的模拟方法之一。质量重量损失推导基于之前和阿巴拉后在试样重量差离子使用abrasor。所述纳米复合材料样品以恒定的速度磨损，采样吸收了气溶胶，然后将颗粒用粒子计数装置，如一个冷凝粒子计数器（CPC）或光学粒子计数器（OPC）进行分析，并收集在TEM （透射电子显微镜）网格或膜，用于进一步的视觉分析。然而，进行了纳米复合物材料的磨损试验需要一致的纳米颗粒的释放，这是困难的，因为颗粒充电作为磨损的结果，并当粒子采样发光点^2-3，9-11邻近进行。

因此，本文提出了一种腔系统，作为纳米复合材料的磨损情况评估纳米材料释放的新方法。当与其它磨损和模拟测试相比，该室系统提供了在磨损的情况下一致纳米粒子释放的数据。此外，这种新的测试方法已在室内空气质量和半行为行业占总粒子数的计数方法的领域广泛使用的^12，13，因此，可以预见，该方法可被开发成用于从含有消费品测试纳米粒子释放的标准化方法纳米材料。

研究方案

1.仪器和样品的制备

1. Abrasor
   1. 基于磨耗试验机，使用一个abrasor与一种样品旋转台（140毫米直径），两个磨轮支架，和30的旋转速度 - 80转。
   2. 使用权重的磨损轮固定在磨损轮夹持，这也适用于负载的试样。
   3. 安装一个额外的空气入口为abrased颗粒提供较好的悬浮， 如图3。使用1/8" -直径管仅有15毫米的位置和40 mm的试验片的中心距离。
2. 砂轮
   1. 包裹砂轮（直径55毫米13毫米厚）用砂纸（100砂砾和全新的）。
3. 标本
   1. 样品是包含磨耗试验纳米材料的复合材料。要安装在abrasor，试样应该准备机智ħ140毫米直径。
4. 房间
   1. 使用不锈钢室壁以避免由于静电力颗粒沉积。放置所述腔室（体积1米^3）（ 表1）内的abrasor，并分别定位在腔室的上部和下部的空气入口和出口。使用混合器，由三个多孔板，在空气出口处实现了均匀混合的颗粒流。
5. 中和剂
   1. 作为静电的颗粒提高在室壁上颗粒沉积，使用的中和剂（软X射线离子发生器），以最大限度地减少颗粒的带电状态。
6. 在线测量仪器^12，13
   1. 使用单次点击和OPC来测量粒子个数浓度和粒度分布按照制造商的说明。
   2. 安装在outle党和OPC腔室的吨至测量颗粒个数浓度及粒径分布。
7. 粒子采样仪器
   1. 样品使用含粒子取样的过滤介质或TEM网格来分析颗粒形态和成分的释放的粒子。
   2. 在腔室的出口处安装含粒子取样的过滤介质或TEM网格来分析释放颗粒的形态。

使用室系统2.磨损试验的纳米粒子释放

注:磨损试验条件在表2中描述。

1. 定位在腔室的中心abrasor。
2. 在abrasor的试样旋转阶段安装试验片。
3. 固定在磨轮支架的磨损轮与千克体重施加负载到测试样品。
4. 找到中和剂（软X射线离子发生器）28厘米从试样在45°角的中心距离，如在图2中看到的，为了减少在室壁上的静电颗粒沉积。
   注:中和剂删除由束曝光的静电力。然而，由于进气口和磨损轮上方的样品旋转台，这限制了中和剂束到测试样品表面的访问。因此，在中和器位于斜，以允许光束到达尽可能多的试样表面尽可能的。
5. 操作安装在腔室的出口的鼓风机以50升/分钟的流速。
6. 供给25升/分钟，用空气压缩机通过附加空气入口附加无颗粒的悬浮液的空气。
   注:颗粒，这是由摩擦而产生的，沉积在试样和磨损轮的表面上，强烈。因此，很难以测量abrased颗粒。额外的进气口可以HELp来解决这个问题，以粒子悬浮液。
7. 检查背景颗粒数浓度腔室内部达到的平均颗粒数浓度使用中共低于1＃/立方厘米1小时，如在图4中描述。
8. 操作使用的步进马达，在每分钟72与1000转旋转试样旋转阶段abrasor的检体旋转的阶段。
9. 测量并记录使用党和OPC释放的粒子数浓度和粒径分布。
   注意:从纳米复合材料释放的颗粒悬浮和通过正被泵送的空气中进行。这些悬浮颗粒最终被输送到气流以下的出口。被释放的颗粒然后由中共和OPC在腔室的出口处检测到。每次点击成本和OPC最常用于测量粒子个数浓度，而一个OPC还可以测量粒径分布。
10. 桑普乐使用含有过滤介质或TEM网格上的粒子采样器释放粒子。
    注:因磨损举动从纳米复合材料释放到腔室的气流以下出口处的颗粒。在腔室的出口，被释放的颗粒可以使用粒子采样进行采样。收集在过滤介质或TEM网格释放粒子然后可以用TEM或SEM（扫描电子显微镜）分析。
11. 停止测量和取样时，下面的粒子个数浓度达到峰值粒子个数浓度为0.1％。
12. 保存所有数据（CPC，OPC），并删除所有样品（样品）。
13. 使用一个新的样品和新磨损轮为每个测试，和洗涤腔室和各磨损试验后的Kimwipes和IPA（异丙醇）abrasor确认重复性。

结果

磨损试验重复性使用室系统

总颗粒数分别为8磨损试验相一致，如表3所示。中共测定3.67×10 ^9个粒子的平均值，而在OPC计数1.98×10 ⁹颗粒（> 0.3微米）的平均。的偏差为20％，这表示磨损期间颗粒的一致释放内。

Nanorelease从纳米复合材料

讨论

使用的磨损试验进行从纳米复合材料nanorelease测试时最重要的步骤是:1使用具有中和剂由不锈钢制成的腔室系统以除去因磨损所产生的静电荷，并减少在室壁上的颗粒的沉积）; 2）提供额外的空气以提供更好的颗粒悬浮液; 3）抽样利用包含由三个多孔板的混频器出口的中国共产党和OPC释放粒子和在线监测。

耐磨测试仪最初设计基于ISO 7784-1或ISO 5470-1 ^14-15评估耐磨性。耐...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Foamex	Taeyoung, R. of Korea
MWCNT (multiwalled carbon nanotube) composite	Hanwha, Incheon, R. of Korea		2% MWCNTs in low density polyethylene
Abrasion Paper	Derfos, R. of Korea	#100	100 grit sand paper
Condensation Particle Counter (CPC)	TSI Inc, Shoreview, MN	UCPC 3775
Optical Paritcle Counter (OPC)	Grimm, Ainring, Germany	1.109
Mini Particle Sampler	Ecomesure, Saclay, France
Quantifoil Holey Carbon Film	TED PELLA Inc. USA	1.2/1.3
Filter Holder			custom made
Polycarbonate Filter	Millipore, USA	CAT No. GTTP02500
Soft X-ray Ionizer (Neutralizer)	SUNJE, R. of Korea	SXN-05U
Field Emission-Scanning Electron Microscope (FE-SEM)	Hitachi	S-4300