JoVE Logo

Anmelden

Zum Anzeigen dieser Inhalte ist ein JoVE-Abonnement erforderlich. Melden Sie sich an oder starten Sie Ihre kostenlose Testversion.

In diesem Artikel

  • Zusammenfassung
  • Zusammenfassung
  • Einleitung
  • Protokoll
  • Ergebnisse
  • Diskussion
  • Offenlegungen
  • Danksagungen
  • Materialien
  • Referenzen
  • Nachdrucke und Genehmigungen

Zusammenfassung

In diesem Artikel zu einem Versuchsprotokoll Partikel Vernebelung eines Produkts unter Abrieb und unter Umwelt Verwitterung untersuchen vorgestellt. Die Ergebnisse für die Emission von Nanomaterialien in Form von Aerosolen werden vorgestellt. Die spezifische Versuchsaufbau wird im Detail beschrieben.

Zusammenfassung

The present article presents an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental weathering, which is a fundamental element to the approach of nanosafety-by-design of nanostructured products for their durable development. This approach is basically a preemptive one in which the focus is put on minimizing the emission of engineered nanomaterials' aerosols during the usage phase of the product's life cycle. This can be attained by altering its material properties during its design phase without compromising with any of its added benefits. In this article, an experimental protocol is presented to investigate the nanosafety-by-design of three commercial nanostructured products with respect to their mechanical solicitation and environmental weathering. The means chosen for applying the mechanical solicitation is an abrasion process and for the environmental weathering, it is an accelerated UV exposure in the presence of humidity and heat. The eventual emission of engineered nanomaterials is studied in terms of their number concentration, size distribution, morphology and chemical composition. The purpose of the protocol is to study the emission for test samples and experimental conditions which are corresponding to real life situations. It was found that the application of the mechanical stresses alone emits the engineered nanomaterials' aerosols in which the engineered nanomaterial is always embedded inside the product matrix, thus, a representative product element. In such a case, the emitted aerosols comprise of both nanoparticles as well as microparticles. But if the mechanical stresses are coupled with the environmental weathering, the experimental protocol reveals then the eventual deterioration of the product, after a certain weathering duration, may lead to the emission of the free engineered nanomaterial aerosols too.

Einleitung

Mit einer schnellen Reife in der Nanotechnologie, wird ihr Fortschritt durch eine schnelle Vermarktung von Produkten mit Nanomaterialien (ENM) mit bemerkenswerten Eigenschaften angetrieben. Wie durch Potocnick 1 in dem Artikel 18 (5) der Verordnung 1169/2011, die von der Europäischen Kommission erhalten hat, eine ENM als "jedes absichtlich hergestelltes Material definiert werden, enthält Partikel, in einem ungebundenen Zustand oder als ein Aggregat oder als Agglomerat und bei dem mindestens 50% oder mehr der Teilchen in der Anzahl Größenverteilung, eine oder mehrere Außenabmessungen ist im Größenbereich von 1 nm bis 100 nm. " Darüber hinaus sind die Produkte , die ENM, entweder in ihrem festen Masse oder auf ihren festen Oberflächen oder in ihrer flüssigen Suspensionen, können als Nanostrukturierte Produkte bezeichnet werden. Verschiedene Arten von ENM mit verschiedenen Formulierungen und Funktionalisierungen sind in solchen Produkten je nach der Art der Anwendung und Budget verwendet. Die Produkte können in Form von Nasenbär seinNGS, Farben, Fliesen, Haus Ziegel, concret e etc.

Was die Forschung betrifft, so kann man auch enorme Anzahl von Publikationen zu den Neuerungen finden, die durch Nanotechnologie erreicht wurden. Trotz dieser enormen Forschung sind die ansprechenden Züge von ENM unter Sonde für mögliche Gesundheits- oder Umweltgefahren aufgrund ihrer Neigung in Form von Aerosolen während der Verwendung oder Verarbeitung der Nanoprodukte (zB Oberdörster et al in Luft freigesetzt oder emittiert zu erhalten . 2, al et Le Bihan. 3 und Houdy et al. 4). Kulkarni et al. 5 definiert ein Aerosol als Suspension von festen oder flüssigen Teilchen in dem gasförmigen Medium. Hsu und Chein 6 haben gezeigt , dass bei der Verwendung oder Verarbeitung eines nanostrukturierten Produkt wird eine nanostrukturierte Produkt zu verschiedenen mechanischen Belastungen und Umwelt Verwitterung ausgesetzt, erleichtern eine solcheEmission.

Gemäß Maynard 7, bei Einwirkung interagieren diese Aerosole ENM können mit menschlichen Organismus durch Kontakte Inhalation oder dermal und erhalten im Inneren des Körpers abgeschieden , die folglich verschiedene nachteilige Wirkungen, einschließlich der karzinogenen diejenigen verursachen. Somit ist ein gründliches Verständnis der ENM Emissionsphänomen von größter Bedeutung der beispiellose Verwendung von nanostrukturiertem Produkte gegeben, wie durch Shatkin erwähnt et al. 8. Dies kann nicht nur bei der Vermeidung von unerwarteten gesundheitlichen Komplikationen helfen , von ihrer Exposition entstehen , sondern auch das Vertrauen der Öffentlichkeit in die Nanotechnologien bei der Förderung.

Dennoch hat sich die Belichtungsproblem nun begonnen , die Aufmerksamkeit von der Forschungsgemeinschaft bekommen und von verschiedenen Forschungseinrichtungen in der ganzen Welt (zum Beispiel Hsu und Chein 6, Göhler et al. 9, Allen et al kürzlich hervorgehoben wurde. 10, Allen et al. 11, Al-Kattan et al. 12, Kaegi et al. 13, Hirth et al. 14, Shandilya et al. 15, 31, 33, Wohlleben et al. 16, Bouillard et al. 17, Ounoughene et al. 18). In Anbetracht der großflächigen Einsatz von nanostrukturierten Produkte in den kommerziellen Märkten, der wirksamste Ansatz zur Bewältigung des Problems wäre ein preemptives sein. Bei einem solchen Ansatz wird ein Produkt in einer solchen Weise , dass es "Nanosafe-by-Design" oder "Design for sicherer Nanotechnologie" (Morose 19) dh niedrige Emissions ist. Mit anderen Worten, maximiert sie ihre Vorteile in Problem bei seiner Verwendung zu lösen, während eine minimale Menge von Aerosolen in die Umgebung emittiert.

Um zu testen, die Nanosicherheit-by-Design während der Nutzungsphase eines nanostrukturierten Produkt präsentieren die Autoren eine geeignete experimentelle Methodikso in diesem Artikel zu tun. Diese Methode besteht aus zwei Arten von Ansuchen: (i) mechanische und (ii) Umwelt , die an das wirkliche Leben zu simulieren Ziel betont , auf die sich die Nanostruktur Produkt, ein Mauerziegel, wird während seiner Nutzungsphase unterzogen.

(I) Eine lineare Abriebvorrichtung, die die mechanische Aufforderung simuliert. Seine ursprüngliche und kommerzielle Form, wie in 1A gezeigt ist , ist in zahlreichen international anerkannten Prüfnormen wie ASTM D4060 20, ASTM D6037 21 und ASTM D1044 22 verwiesen. Nach Golanski et al. 23, durch seine robuste und benutzerfreundliches Design, ist seine ursprüngliche Form bereits für die Analyse der Leistung von Produkten wie Farben, Beschichtungen, Metall, Papier, Textil weit verbreitet in der Industrie verwendet wird, usw. Der Stress wird durch diese Vorrichtung angewendet entspricht dem typischen einem in einer häuslichen Umgebung angewendet wird, beispielsweise mit WanderSchuhe und Verschiebung von verschiedenen Objekten in einem Haushalt (Vorbau et al. 24 und Hassan et al. 25). In 1A bewegt sich ein horizontales Verschieben der Bar den Standard abradant in einem hin und her Bewegung über die Probenoberfläche. Die Abriebverschleiß auftritt, an der Kontaktfläche durch die Reibung an der Kontakt. Der Betrag des Abriebverschleiß kann durch Variation der normalen Last (F N) , die an der Oberseite des abradant wirkt variiert werden. Durch Ändern des Typs des abradant und normalen Belastungswert kann man die Abrasivität variieren und damit die mechanische Belastung. Morgeneyer et al. 26 haben darauf hingewiesen , dass der Stress Tensor während Abrieb zu messen ist , die aus normalen und tangentialen Komponenten. Die normale Belastung ist das direkte Ergebnis der normalen Last, das heißt von F N während die tangentiale Spannung das Ergebnis der the tangential wirkenden Reibungsprozess, gemessen als Kraft (F T) und es wirkt parallel oder antiparallel zu der Richtung , in der Abrieb stattfindet. In der ursprünglichen Form dieser Abriebsvorrichtung kann man nicht F T bestimmen. Daher kann die Rolle der mechanischen Spannungen während der Aerosolisierung ENM nicht vollständig bestimmt werden. Um diese Einschränkung zu beseitigen, wie al in Details von Morgeneyer et. 26 beschrieben, haben wir (a) geändert durch die bereits installierte horizontale Stahlstange ersetzt durch eine Nachbildung aus Aluminium Legierung 2024 und (b) angebracht , um einen DMS auf der Oberseite dieser replizierten Aluminiumlegierung bar. Dies ist in 1B gezeigt. Diese Dehnmessstreifen hat 1,5 mm aktive Messgitterlänge und 5,7 mm Raster Trägerlänge zu messen. Es besteht aus einer Konstantan-Folie 3,8 um Dicke und 1,95 ± 1,5% der Dehnungsfaktor aufweist.Eine korrekte Messung der mechanischen Spannungen werden durch einen dynamischen Dehnungsmessverstärker gewährleistet, die in Reihe mit dem Dehnungsmeßstreifen verbunden ist, wodurch eine zuverlässige Messung der in dem Sensor erzeugten Belastung ermöglicht. Die Daten über den Verstärker übertragen wird unter Verwendung von Datenerfassungs-Software erworben.

figure-introduction-7928
Abbildung 1. Abrieb Geräte und DMS. Die kommerzielle Standardform des Taber - Abriebgerät (A) mit abrieb Geschwindigkeit, Dauer und Hublänge steuert. Die ursprünglich montierten Stahlstab wurde durch eine Aluminiumstange ersetzt und wurde weiter mit einem Dehnungsmesser ausgestattet (B) die Tangentialkraft (F T) zu messen. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

In dem trong> 2 ist die komplette Versuchsaufbau gezeigt wird , in dem Taber - Abrieb modifizierte Vorrichtung unter der Konformität eines nanosecured Arbeit Post platziert wird. Ein partikelfreie Luft wird innerhalb dieser Arbeit Post mit einer Flussrate von 31.000 l / min zirkuliert ständig. Es verfügt über einen Partikelfilter Effizienz von 99,99% und wurde bereits von Morgeneyer erfolgreich eingesetzt worden , et al. 27 in Staubigkeit Tests "verschiedene Nanopartikel.

figure-introduction-9233
Abbildung 2. Versuchsaufbau (Shandilya et al. 31). Eine nanosecured Arbeit Möglichkeit , die Abriebtests und Echtzeit - Charakterisierung durchzuführen (sowohl qualitative als auch quantitavive) der erzeugten Aerosolpartikel. seinen Hintergrund Ein kleiner Teil der partikelfreie Luft strömt innerhalb der Abgabekammer durch einen Schlitz Partikel Konzentration Nummer zu beseitigen.pload / 53496 / 53496fig2large.jpg "target =" _ blank "> Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Der Motor der Abriebvorrichtung gehalten außerhalb und dessen linear gleitenden Teil ist in einem selbst entworfenen Emissionsmesskammer mit den Abmessungen 0,5 m × 0,3 m × 0,6 m, (Details in Le Bihan et al. 28) gehalten. Es hilft bei der Verhinderung der Motoremissionen "Abriebgerät aus in den Testergebnissen zu stören. Die Abtastung der erzeugten Aerosolpartikel innerhalb der Nähe einer radial symmetrischen Haube (Volumen 713 cm 3) durchgeführt. Durch Verwendung einer solchen Haube, die Aerosolpartikel Verluste aufgrund ihrer Ablagerung auf den Oberflächen minimiert werden. Der andere Vorteil beinhaltet Erhöhung der Aerosolteilchen Anzahlkonzentration aufgrund eines relativ geringeren Volumens der Haube in Bezug auf die Emissionsmesskammer. Dank dieser Einrichtung, eine Echtzeit-Charakterisierung und Analyse der Partikelaerosols immer während der Abrieb erzeugbar experimentell hinsichtlich ihrer Anzahl Konzentrationen Größenverteilungen, Elementzusammensetzungen und Formen durchgeführt werden. Nach Kulkarni et al. 5, Aerosole die Anzahlkonzentration von ENM können Teilchen als "die Anzahl der ENM in Einheit Kubikzentimeter Luft" definiert werden. In ähnlicher Weise wird die Größenverteilung der ENM Aerosolen "das Verhältnis der Menge eines ENM Eigenschaft (gewöhnlich Anzahl und Massenkonzentrationen), die mit Teilchen in einem bestimmten Grßenbereich exprimierenden".

Ein Partikelzähler (messbare Größe Bereich: 4 nm bis 3 & mgr; m) misst die Aerosolteilchen Anzahlkonzentration (PNC). Die Particle Sizer (messbare Größenbereich: 15 nm - 20 & mgr; m) messen die Partikelgrößenverteilung (PSD). Eine Aerosolpartikel sampler (in Einzelheiten von R'mili et al. 30) für die Partikelsammlung durch Filtrationstechnik auf einer porösen Kupfermaschengitter verwendet werden , die später im Transmissionselektronenmikroskop (TEM) für verschiedene qualitative Analyse der freigesetzten Teilchen verwendet werden können.

(ii) Die Umwelt Aufforderung kann in einer Bewitterungskammer durch beschleunigte künstliche Bewitterung simuliert werden, in Abbildung 3 gezeigt. Wie durch Shandilya gezeigt et al. 31, können die Witterungsbedingungen in Übereinstimmung mit den internationalen Standards gehalten werden oder auf die je individuell angepasst werden Art der Simulation. (- 400 nm 300) mit einer optischen Strahlungsfilter installiert, um die UV-Belichtung wird über Xenon-Bogenlampe zur Verfügung gestellt. Die Wirkung der regen durch Besprühen entsalztem und gereinigtes Wasser auf sie simuliert. Ein Reservoir wird unter den Testproben angeordnet, um die Abflusswasser zu sammeln. Das gesammelte Wasser oder Sickerwasser können später die ENM Auslaugung Analyse durchzuführen verwendet werden.

figure-introduction-12882
Abbildung 3. Bewitterungskammer. Die kommerzielle Form der Suntest XLS + Bewitterungskammer enthält eine Edelstahlhaube innerhalb dessen die nano - beschichteten Proben platziert werden. Das Wasserreservoir ist unter der Haube angeordnet , die die Quelle des Wassers im Inneren der Kapuze aufgesprüht werden. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Protokoll

HINWEIS: Die Technik, die in dem Protokoll vorgestellt wird hier nicht nur auf die dargestellten Testproben beschränkt, sondern kann auch für andere Proben verwendet werden.

1. künstliche Bewitterung [CEREGE Plattform, Aix en Provence]

  1. Nehmen Sie eine 250 ml Probe des deionisierten und gereinigten Wassers in ein Becherglas gesprüht werden. Tauchen Sie die Spitze des Wasserleitfähigkeit Meter ins Wasser. Beachten Sie die Wasserleitfähigkeit. Wiederholen Sie den Vorgang, und beachten Sie jedes Mal, wenn die Wasserleitfähigkeit.
    HINWEIS: Gemäß der ISO 16474 32, sollte es niemals höher sein als 5 & mgr; S / cm.
  2. Nach Messung der Leitfähigkeit, eine Verbindung mit dem Reservoir der Bewitterungskammer vorhanden unterhalb der Edelstahlhaube (siehe Abbildung 3) , um die Wasserquelle.
  3. Schließen Sie den Überlaufstutzen auf der Rückseite der Kammer mit einer Ablassöffnung durch eine Schlauchleitung.
  4. Legen Sie die Nano-Beschichtung Proben Wetter in die Edelstahlhaube und schließen Sie die Tür. Um EnAble eine statistische Auswertung der Ergebnisse, mit einem Minimum von drei identischen Nano-Beschichtung und Referenzproben.
  5. Auf der digitalen Konsole, die auf der Vorderseite der Bewitterungskammer, wählen Sie einen 2-Takt-h von 120 min von UV-Licht zusammengesetzt, 102 min trocken und 18 min Sprühwasser.
  6. Geben Sie die Anzahl der Zyklen gleich 2658, die zu 7 Monaten entspricht.
  7. Wählen Sie die Bestrahlungsstärke der Xenonbogenlampe gleich 60 ± 5 W / m 2.
  8. Stellen Sie die Umgebungstemperatur auf 38 ° C.
  9. Starten Sie den Bewitterungstest durch die LAUNCH-Taste auf der Konsole drücken.

2. Abrieb und ENM Aerosols Charakterisierung [INERIS S-NANO-Plattform, Verneuil]

HINWEIS: Vor der Verwendung vorge überprüfen die Partikelaerosolinstrumente auf einem Kalibrierstand von INERIS S-NANO-Plattform zu charakterisieren, die getrennte und bereits Referenzzähler Teile installiert umfasst. Durch ein bestimmtes Protokoll folgen, sicherzustellen, dass die Instrumente arbeiten properly.

  1. Montieren Sie alle Einheiten und in den Versuchsaufbau gezeigt Instrumente und die notwendigen Verbindungen wie in Abbildung 2 dargestellt (Einzelheiten zu den Einheiten und die Einrichtung von Instrumenten zur Verfügung gestellt werden , in Shandilya et al. 33).
  2. Schalten Sie die Zirkulation des partikelfreie Luft im Inneren des nanosecured workpost durch die FLUX ON-Taste drücken.
  3. Machen Sie diese Partikel frei von Luft durch die Emissionsmesskammer passieren durch Öffnen der Kammer und halten es in der nanosecured Arbeit Post öffnen.
  4. So stellen Sie das Experiment nach oben, schließen Sie den Partikelzähler direkt an den Emissionsmesskammer die momentane Anzahl Konzentration der Partikel in der Kammer zu messen. Beachten Sie die Konzentrationswert direkt auf dem Display Zähler.
  5. Während die partikelfreie Luft durch die Kammer passiert haben, fahren diese momentane Anzahl Konzentrationswert zu überwachen, bis er auf Null abfällt. Auf diese Weise sicherzustellen, dass dieKammer ist frei von jedem Hintergrund Teilchen.
  6. In der Zwischenzeit Anfasen der Kanten des Standard zylinderförmigen abradant mit seinem einen Ende in eine Hin- und Herbewegung innerhalb des Schlitzes eines Werkzeuges mit der Abriebsvorrichtung vorgesehen sanft drehen.
  7. Verwendung eines digitalen Waage mit einer Messgenauigkeit von mindestens 0,001 g wiegen abgerieben die abradant und Probe werden.
  8. Ist das erledigt, fixieren Sie die gefast abradant auf die vertikale Achse des Abriebs Vorrichtung durch ein Spannfutter, die an dessen Unterseite.
  9. Stellen Sie das Produkt Nanostruktur werden sanft unter dem festen abradant abgeschliffen und fest fixieren seine Position auf dem Montagesystem.
  10. Öffnen Sie die Aerosolsammler und durch eine Pinzette verwenden, legen eine Kupfermaschengitter in dem Schlitz mit seiner helleren Seite nach oben. Setzen Sie ein Kreisring über das Gitter, es zu beheben.
  11. Schließen Sie den Sampler und verbinden Sie es mit einer Pumpe über einen Filter an einem Ende (dh in Richtung dunklere Seite des Gitters) und auf die Partikelquelle auf dem other Ende (dh in Richtung hellere Seite des Gitters). Montieren Sie die erforderliche Normallast auf der vertikalen Achse die toten Gewichte.
  12. Durch den Partikelzähler, prüfen Sie, ob die Hintergrundpartikel-Konzentration innerhalb der offenen Kammer auf Null gesunken ist. Wenn nicht, denn es warten. Wenn ja, schließen Sie die Tür des Emissionsmesskammer.
  13. Über die digitalen Konsolen auf den Instrumenten, stellen Sie manuell die Strömungsgeschwindigkeiten des Partikelzählers und die Sizer wie folgt: CPC- 1,5 l / min; SMPS- 0,3 l / min; APS 5 l / min
  14. Stellen Sie die Gesamtprobenahmedauer bei 20 min für alle diese drei Instrumente. Stellen Sie die Abrieb Dauer und Geschwindigkeit gleich 10 min und 60 Zyklen pro Minute jeweils in der Abriebgerät.
  15. Schließen Sie den DMS-dem dynamischen DMS-Messverstärker. Schließen Sie das dynamische DMS-Messverstärker an den Computer, die für die Datenerfassung verwendet werden sollen Software installiert werden.
  16. Öffnen Sie die Software.
  17. Klicken Sie auf NEW DAQ PROJECT oStift eine neue Datenerfassungsdatei.
  18. Stoppen Sie die Option für die Live-Datenerfassung von LIVE UPDATE klicken
  19. Klicken Sie auf 0 EXECUTE den Referenzsignalwert gleich Null zu setzen.
  20. Wechseln Sie zurück auf die Live-Datenerfassung von LIVE UPDATE klicken.
  21. Klicken Sie auf VISUALIZATION die Echtzeit-Grafik-Modus von Datendarstellung zu wählen.
  22. Klicken Sie auf Neu, um die Vorlagen zu öffnen.
  23. Wählen Sie die Option SCOPE PANEL, zum Beispiel.
  24. Starten Sie die Datenerfassung in den Partikelzähler und Sizer auf einmal.
  25. Nach einer Verzögerung von ca. 5 min, starten Sie den Abrieb.
  26. Klicken Sie in der Datenerfassungssoftware Fenster, um die DMS-Signale entsprechend dem laufenden Abrieb zu erwerben.
  27. Nach 2 min schalten Sie die Pumpe mit dem MPS verbunden.
  28. Halten den Pumpenlauf für 2 bis 4 min in Abhängigkeit von der Menge der Emission der Aerosolpartikel. HINWEIS: Die Anzahl von Aerosolpartikeln unter Verwendung von MPS abgetastete sollte in Nummer also optimal,weder zu knapp noch zu Überschuss was könnte eine gründliche mikroskopische Analyse verhindern.
  29. Sobald der Abrieb stoppt, schalten Sie die Datenerfassung durch einen Klick zu stoppen.
  30. Speichern Sie die erfassten Daten durch SAVE DATA Klick JETZT.
  31. Nachdem der Zähler und Sizer Erfassen von Daten zu stoppen, öffnen Sie die Emissionsmesskammer und wiegen wieder die abradant und abgerieben nanostrukturierte Produkt.
  32. Weiter den gesamten Prozess für jeden Abriebtest.
  33. Sobald die Abriebtests, überprüfen Sie noch einmal die drei Partikelaerosol charakterisierenden Instrumente sind auf der Kalibrierstand von INERIS S-NANO-Plattform.

3. TEM-Analyse der flüssigen Suspensions- Tropfenabscheidungstechnik [INERIS Kalibrierung Platform, Verneuil]

  1. Bereiten einer 1% Volumen verdünnten wässrigen Lösung der flüssigen Suspension (dh die "Farbe") durch Zusatz von 1 Teil der Beschichtungssuspension in 99 Teilen des gefilterten und deionisiertes Wasser.
  2. Öffnen Sie die Buchtr der Glimmentladung Maschine
  3. Legen Sie die folgenden Betriebsbedingungen: 0,1 mbar, 45 mA, 3 min Dauer.
  4. Um eine TEM-Kupfermaschengitter hydrophilem durch seine Plasmabehandlung zu machen, setzte sie auf das Metall. Schließen Sie den Deckel und den Motor starten. Nach 3 min, stoppt sie automatisch.
  5. Nehmen Sie die hydrophile gedreht Maschengitter mit einer Pinzette heraus. Legen Sie sie sanft mit seiner helleren Seite nach oben. Abzuscheiden einen Tropfen der verdünnten Lösung (8 & mgr; l ca..) Auf die hydrophile Maschengitter unter Verwendung einer Spritze.
  6. Trocknen Sie das Maschengitter in einer geschlossenen Kammer, so dass der Wassergehalt verdampft wird und die konstituierenden Teilchen Ruhe auf dem Gitter abgeschieden. Stellen Sie sicher, dass das Maschengitter nicht mit den Streupartikeln aufgeladen bekommt, die leicht als Kreis- oder Strangformen identifiziert werden können, die von Öl oder Rußpartikel charakteristisch sind.
  7. Einmal fertig, setzen Sie das Gitter in der TEM-Sonde und tragen die mikroskopische Analyse aus. [Elektronenspannung 120 kV Beschleunigungs, cf ] 31.
  8. Wenn das Raster zu laden erscheint mit Partikeln zu analysieren, den Verdünnungsanteil und Volumen der abgeschiedenen Tropfen verringern. Die maximale Lautstärke ein Bediener in der Lage ist, bis zu 12 & mgr; l in etwa gleich zu deponieren.

Ergebnisse

Testproben
Die Protokolle in dem Artikel vorgestellt wurden auf drei verschiedene kommerzielle Produkte nanostrukturierten angewendet. Ein Fokus liegt hier auf die Einzelheiten des experimentellen Ansatzes:
(a) Alumosilikat brick verstärkt mit TiO 2 -Nanopartikel (11 cm x 5 cm x 2 cm). Sie findet ihre häufige Anwendung Fassaden in den Bau, Hauswände, Wandbekleidungen, Bodenbeläge usw. Die Materialeigenschaften zusammen mit einem Rast...

Diskussion

Im vorliegenden Artikel, eine experimentelle Untersuchung der Nanosicherheits-by-Design von kommerziellen Produkte nanostrukturierten vorgestellt. Die Nanosicherheit-by-Design jedes Produkt kann in Bezug auf seine PNC und PSD untersucht werden, wenn es um die mechanischen Belastungen und Umwelt Bewitterung ausgesetzt ist. Die Produkte für die Studie ausgewählt sind Alumosilikat Ziegel mit TiO 2 Nanopartikel verstärkt, Glasur mit CeO 2 Nanopartikeln und Nanobeschichtungen mit photokatalytischer T...

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Danksagungen

This work was carried out in the framework of the Labex SERENADE (ANR-11-LABX-0064) and the A*MIDEX Project (ANR-11-IDEX-0001-02), funded by the French Government program, Investissements d'Avenir, and managed by the French National Research Agency (ANR). We thank the French Ministry of Environment (DRC 33 and Program 190) and ANSES (Nanodata Project 2012/2/154, APR ANSES 2012) for financing the work. We are equally grateful to Olivier Aguerre-Chariol, Patrice Delalain, Morgane Dalle, Laurent Meunier, Pauline Molina, and Farid Ait-Ben-Ahmad for their cooperation and advice during the experiments.

Materialien

NameCompanyCatalog NumberComments
Photocal MasonryNanofrance TechnologiesTest sample
Masonry brick (ref. 901796)CastoramaSupport for test sample
Optical microscope (model Imager.M1m)Carl Zeiss
MicroImaging GmbH
For microcopic analysis
Energy-dispersion spectroscope (model X-max)Oxford InstrumentsFor elemental composition analysis
Transmission Electron
Microscope (model CM12)
PhilipsFor microcopic analysis
Weathering chamber (model Suntest XLS+)AtlasFor accelerated artificial weathering
Xenon arc lamp (model NXE 1700)Ametek SASUV rays source
Inductively Coupled Plasma Mass spectrometer (model 7500cx)Agilent TechnologiesFor leachate
water samples analysis
Taber linear abraser (model 5750)Taber Inc.For abrasion
Taber H38 abradantTaber Inc.For abrasion
Condensation Particle Counter 3775TSIFor counting number concentration of aerosol particles
Aerodynamic Particle Sizer 3321TSIFor measuring the size of aerosol particles 
Differential Mobility Analyzer 3081TSIFor measuring the size of aerosol particles 
Mini Particle SamplerEcomesureFor sampling the aerosol particles
Gilian LFS-113 Low Flow Personal Air Sampling PumpSensidyneFor sampling the aerosol particles

Referenzen

  1. Potocnick, J. . European Commission Recommendation on the definition of nanomaterial (2011/696/EU). , (2011).
  2. Oberdorster, G., Oberdorster, E., Oberdorster, J. Nanotoxicology: an emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles. Environ Health Persp. 113 (7), 823-839 (2005).
  3. Le Bihan, O., Shandilya, N., Gheerardyn, L., Guillon, O., Dore, E., Morgeneyer, M. Investigation of the Release of Particles from a Nanocoated Product. Adv Nanoparticles. 2 (1), 39-44 (2013).
  4. Houdy, P., Lahmani, M., Marano, F. . Nanoethics and Nanotoxicology. , (2011).
  5. Kulkarni, P., Baron, P. A., Willeke, K. . Aerosol Measurement: Principle, Techniques and Applications. , (2011).
  6. Hsu, L. Y., Chein, H. M. Evaluation of nanoparticle emission for TiO2 nanopowder coating materials. J Nanopart Res. 9 (1), 157-163 (2007).
  7. Maynard, A. D. Safe handling of nanotechnology. Nature. 444 (1), 267-269 (2006).
  8. Shatkin, J. A., et al. Nano risk analysis: advancing the science for nanomaterials risk management. Risk Anal. 30 (11), 1680-1687 (2011).
  9. Göhler, D., Nogowski, A., Fiala, P., Stintz, M. Nanoparticle release from nanocomposites due to mechanical treatment at two stages of the life-cycle. Phys Conf Ser. 429, 012045 (2013).
  10. Allen, N. S., et al. Ageing and stabilisation of filled polymers: an overview. Polym Degrad Stabil. 61 (2), 183-199 (2004).
  11. Allen, N. S., et al. Degradation and stabilisation of polymers and coatings: nano versus pigmentary titania particles. Polym Degrad Stabil. 85 (3), 927-946 (2004).
  12. Al-Kattan, A., et al. Release of TiO2 from paints containing pigment-TiO2 or nano-TiO2 by weathering. J Environ Monitor. 15 (12), 2186-2193 (2013).
  13. Kaegi, R., et al. Synthetic TiO2 nanoparticle emission from exterior facades into the aquatic environment. Environ Pollut. 156 (2), 233-239 (2008).
  14. Hirth, S., Cena, L., Cox, G., Tomovic, Z., Peters, T., Wohlleben, W. Scenarios and methods that induce protruding or released CNTs after degradation of nanocomposite materials. J Nanopart Res. 15 (2), 1504-1518 (2013).
  15. Shandilya, N., Le Bihan, O., Morgeneyer, M. A review on the study of the generation of (nano-) particles aerosols during the mechanical solicitation of materials. J Nanomater. 2014, 289108 (2014).
  16. Wohlleben, W., et al. On the lifecycle of nanocomposites: comparing released fragments and their in vivo hazards from three release mechanisms and four nanocomposites. Small. 7 (16), 2384-2395 (2011).
  17. Bouillard, J. X., et al. Nanosafety by design: risks from nanocomposite/nano waste combustion. J Nanopart Res. 15 (1), 1519-1529 (2013).
  18. Ounoughene, G., et al. Behavior and fate of Halloysite Nanotubes (HNTs) when incinerating PA6/HNTs nanocomposite. Environ Sci Technol. 49 (9), 5450-5457 (2015).
  19. Morose, G. The 5 principles of "Design for Safer Nanotechnology". J Clean Prod. 18 (3), 285-289 (2010).
  20. ASTM International. . ASTM D4060: Standard test method for the abrasion of organic coatings by the Taber abradant. , (2007).
  21. ASTM International. . ASTM D6037: Standard test methods for dry abrasion mar resistance of high gloss coatings. , (1996).
  22. ASTM International. . ASTM D1044: Standard test method for resistance of transparent plastics to surface abrasion. , (2008).
  23. Golanski, L., Guiot, A., Pras, M., Malarde, M., Tardif, F. Release-ability of nano fillers from different nanomaterials (toward the acceptability of nanoproduct). J Nanopart Res. 14 (1), 962-970 (2012).
  24. Vorbau, M., Hillemann, L., Stintz, M. Method for the characterization of the abrasion induced nanoparticle release into air from surface coatings. J Aerosol Sci. 40 (3), 209-217 (2009).
  25. Hassan, M. M., Dylla, H., Mohammad, L. N., Rupnow, T. Evaluation of the durability of titanium dioxide photocatalyst coating for concrete pavement. Constr Build Mater. 24 (8), 1456-1461 (2010).
  26. Morgeneyer, M., Shandilya, N., Chen, Y. M., Le Bihan, O. Use of a modified Taber abrasion apparatus for investigating the complete stress state during abrasion and in-process wear particle aerosol generation. Chem Eng Res Des. 93 (1), 251-256 (2015).
  27. Morgeneyer, M., Le Bihan, O., Ustache, A., Aguerre Chariol, O. Experimental study of the aerosolization of fine alumina particles from bulk by a vortex shaker. Powder Technol. 246 (1), 583-589 (2013).
  28. Le Bihan, O., Morgeneyer, M., Shandilya, N., Aguerre Chariol, O., Bressot, C., Vogel, U., Savolainen, K., Wu, Q., Van Tongeren, M., Brouwer, D., Berges, M. Chapter 7. Handbook of Nanosafety: Measurement, Exposure and Toxicology. , (2014).
  29. Göhler, D., Stintz, M., Hillemann, L., Vorbau, M. Characterization of nanoparticle release from surface coatings by the simulation of a sanding process. Ann Occup Hyg. 54 (6), 615-624 (2010).
  30. R'mili, B., Le Bihan, O., Dutouquet, C., Aguerre Charriol, O., Frejafon, E. Sampling by TEM grid filtration. Aerosol Sci Tech. 47 (7), 767-775 (2013).
  31. Shandilya, N., Le Bihan, O., Bressot, C., Morgeneyer, M. Emission of Titanium Dioxide Nanoparticles from Building Materials to the Environment by Wear and Weather. Environ Sci Technol. 49 (4), 2163-2170 (2015).
  32. AFNOR. . ISO 16474-1: Paints and varnishes − Methods of exposure to laboratory light sources − Part 1: General guidance. , (2012).
  33. Shandilya, N., Le Bihan, O., Bressot, C., Morgeneyer, M. Evaluation of the particle aerosolization from n-TiO2 photocatalytic nanocoatings under abrasion. J Nanomater. 2014, 185080 (2014).
  34. Shandilya, N., Le Bihan, O., Morgeneyer, M. Effect of the Normal Load on the release of aerosol wear particles during abrasion. Tribol Lett. 55 (2), 227-234 (2014).
  35. White, L. R. Capillary rise in powders. J Colloid Interf Sci. 90 (2), 536-538 (1982).
  36. Dufresne, E. R., et al. Flow and fracture in drying nanoparticle suspensions. Phys Rev Lett. 91, 224501 (2003).
  37. Hare, C. H. The degradation of coatings by ultraviolet light and electromagnetic radiation. JPCL. , (1992).
  38. Tirumkudulu, M. S., Russel, W. B. Cracking in drying latex films. Langmuir. 21 (11), 4938-4948 (2005).
  39. Shandilya, N., Morgeneyer, M., Le Bihan, O. First development to model aerosol emission from solid surfaces subjected to mechanical stresses: I. Development and results. J Aerosol Sci. 89, 43-57 (2015).
  40. Shandilya, N., Morgeneyer, M., Le Bihan, O. First development to model aerosol emission from solid surfaces subjected to mechanical stresses: II. Experiment-Theory comparison, simulation and sensibility analysis. J Aerosol Sci. 89, 1-17 (2015).
  41. Bressot, C., et al. Environmental release of engineered nanomaterials from commercial tiles under standardized abrasion conditions. J Hazardous Materials. , (2016).

Nachdrucke und Genehmigungen

Genehmigung beantragen, um den Text oder die Abbildungen dieses JoVE-Artikels zu verwenden

Genehmigung beantragen

Weitere Artikel entdecken

TechnikHeft 115NanomaterialienPartikelNanosicherheits by DesignProdukt DesignAbriebVerwitterungEmissionAerosol Physik

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Datenschutz

Nutzungsbedingungen

Richtlinien

Forschung

Lehre

ÜBER JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Alle Rechte vorbehalten