JoVE Logo

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

במאמר זה, פרוטוקול ניסוי לחקור aerosolization חלקיקים של מוצר תחת שחיקה ותחת בליה סביבתית הוצג. תוצאות על הפליטה של ​​ננו המהונדס, בצורת אירוסולים מוצגות. הסט-אפ הניסוי הספציפי מתואר בפירוט.

Abstract

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.

Introduction

עם בגרה מהירה ננוטכנולוגיה, בקידומו הוא מונע על ידי מסחור מהיר של מוצרים המכילים ננו Engineered (ENM) עם תכונות מדהימות. כפי שתואר על ידי Potocnick 1 במאמר 18 (5) של תקנה 1169/2011, שהונפקו על ידי הנציבות האירופית, ENM יכולה להיות מוגדרת כ "וכל חומר המיוצר בכוונה, המכיל חלקיקים, במצב מאוגד או כמצבור או כקובץ מצבר והיכן, עבור 50% או יותר של חלקיקי התפלגות גודל המספר, אחד או יותר ממדים חיצוניים נמצאים ננומטר גודל הטווח -1 עד 100 ננומטר ". יתר על כן, המוצרים המכילים ENM, גם בכמויות הגדולות המוצקות שלהם או על המשטחים המוצקים שלהם או ההשעיות הנוזליות שלהם, ניתן לכנות כמוצרים Nanostructured. סוגים שונים של ENM עם פורמולציות functionalizations שונים משמשים במוצרים כגון בהתאם לאופי של יישום ותקציב. את המוצרים ניתן להיות בצורה של הקואטיNGS, צבעים, אריחים, לבני בית, בטון דואר וכו.

ככל שהמחקר הוא מודאג, ניתן גם למצוא מספר עצום של פרסומים על החידושים הושגו באמצעות ננוטכנולוגיה. למרות המחקר העצום הזה, את התכונות המפתות של ENM נמצאות תחת בדיקה עבור בריאותי או סכנות סביבתיות בשל נטייתם להשתחרר או נפלטים אוויר בצורה אירוסולים במהלך השימוש או העיבוד של מוצרי ננו (למשל Oberdorster ואח . 2, Le ביחאן et al. 3 ו Houdy et al. 4). קולקרני et al. 5 מגדיר בתרסיסים כמו ההשעיה של חלקיקים מוצקים או נוזלים במדיום הגזים. הסה חן 6 הוכיחו כי במהלך השימוש או העיבוד של מוצר nanostructured, מוצר nanostructured הוא נתון ללחצים מכאניים שונים בליה סביבתית המאפשרים כזהפְּלִיטָה.

לדברי מיינרד 7, בחשיפה, אירוסולים אלה של ENM עלול ליצור אינטראקציה עם האורגניזם האנושי באמצעות אנשי הקשר משאיפת או עורי לקבל שהופקדו בתוך הגוף אשר כתוצאה מכך עלול לגרום השפעות מזיקות שונים, כולל אלה מסרטנים. לפיכך, הבנה מעמיקה של תופעת פליטת ENM הוא בעל חשיבות עליונה בהתחשב שימוש חסר תקדים של מוצרים nanostructured, כפי שהוזכר על ידי Shatkin et al. 8. זה לא יכול לעזור רק הימנעות סיבוכים הקשורים לבריאות צפויה הנובעים מהחשיפה שלהם אלא גם בעידוד אמון ציבור ננוטכנולוגיה.

אף על פי כן, את הבעיה הקשורה לחשיפה החלה חברה מקבלת תשומת לב על ידי קהילת המחקר כבר מסומן לאחרונה על ידי יחידות מחקר שונות ברחבי העולם (למשל, הסה חן 6, Göhler et al. 9, Allen et al. 10, אלן et al. 11, אל-Kattan et al. 12, Kaegi et al. 13, קיבלה אחרי שנולדה et al. 14, Shandilya et al. 15, 31, 33, Wohlleben et al. 16, Bouillard et al. 17, Ounoughene et al. 18). בהתחשב הפריסה בקנה מידה הגדולה של מוצרי nanostructured בשווקים המסחריים, הגישה היעילה ביותר כדי להתמודד עם הבעיה תהיה אחד מנע. בגישה כזו, מוצר מעוצב בצורה כזאת שזה "nanosafe-ידי-עיצוב" או "עיצוב לננוטכנולוגיה בטוחה" (חמוץ-סבר 19) כלומר, emissive נמוך. במילים אחרות, זה מגדיל את היתרונות שלהם בפתרון בעיות במהלך השימוש בו בזמן שהם פולטים כמות מינימלית של אירוסולים לסביבה.

כדי לבדוק את nanosafety-ידי עיצוב בשלב השימוש של מוצר nanostructured, המחברים מציגים מתודולוגיה ניסויית המתאיםכדי לעשות זאת במאמר הנוכחי. מתודולוגיה זו מורכבת משני סוגים של לפניות: (i) מכאני (ii) סביבתי אשר מכוון לדמות את החיים האמיתיים מדגיש שאליו מוצר nanostructured, לבנה ובנייה, הוא נתון במהלך שלב השימוש בו.

(ט) מנגנון שחיקה ליניארי המדמה שידול מכני. טופס המקורי ומסחרי, כפי שמוצג באיור 1 א ', נזכר תקני בדיקה רב להכרה בינלאומית כמו ASTM D4060 20, ASTM D6037 21 ו ASTM D1044 22. לדברי Golanski et al. 23, בשל עיצובו חזק וידידותי למשתמש, בצורתו המקורית כבר נמצאה בשימוש נרחב בתעשיות לניתוח הביצועים של מוצרים כמו צבע, ציפוי, מתכת, נייר, טקסטיל וכו 'הלחץ להיות מיושם באמצעות מנגנון זה תואם את אחד טיפוסי יישום במצבים מקומיים, למשל, הליכה עםנעליים ותזוזה של חפצים שונים במשק בית (Vorbau et al. 24 וחסן et al. 25). באיור 1 א ', בר לעקירתם אופקית מעביר את abradant הסטנדרטי הלוך ושוב תנועה על פני השטח המדגם. שחיקת שחיקה מתרחשת על פני שטח המגע בשל החיכוך בעת המגע. סדר הגודל של ללבוש שחיקה ניתן לשנות על ידי שינוי העומס הרגיל (F N) הפועל בחלק העליון של abradant. על ידי שינוי סוג של ערך עומס abradant ונורמלי, ניתן לגוון את abrasiveness ומכאן הלחץ המכני. Morgeneyer et al. 26 הצביעו כי טנזור המאמץ כדי להימדד במהלך שחיקה מורכב מרכיבים נורמלים משיקים. הלחץ הנורמלי הוא התוצאה הישירה של העומס הרגיל, כלומר, של F N ואילו המתח המשיק הוא התוצאה של הדואר בעקיפין מתנהג תהליך החיכוך, כפי שהיא נמדדת בכוח (F T) והיא פועלת במקביל או אנטי במקביל לכיוון שבו שחיקה מתרחש. בטופס המקורי של מנגנון שחיקה זו, אי אפשר לקבוע F T. לכן תפקידו של המכנים מדגישים במהלך aerosolization של ENM לא ניתן לקבוע לחלוטין. כדי למגר מגבלה זו, כמתואר מפורט לפי Morgeneyer et al. 26, יש לנו (א) לשנות אותו על ידי החלפת מוט פלדה אופקית כבר מותקן על ידי העתק מסגסוגת אלומיניום 2024 ו- (ב) רכוב מד לחץ על המשטח העליון של בר סגסוגת אלומיניום משוכפל זה. זה מוצג באיור 1B. יש מד לחץ זה 1.5 מ"מ באורך רשת מדידה פעיל ו -5.7 מ"מ של מדידת אורך המוביל לרשת. הוא עשוי רדיד constantan שיש 3.8 מיקרומטר של עובי 1.95 ± 1.5% של גורם מד.מדידה נכונה של מכני המדגיש הם הבטיחו דרך מגבר מד לחץ דינמי אשר מחובר בסדרה על מד הלחץ, ובכך מאפשר מדידה אמינה של הזן המיוצר המד. הנתונים מועברים באמצעות מגבר נרכש באמצעות תוכנת רכישת נתונים.

figure-introduction-6060
איור 1. Apparatus שחיקה טען תאים. הטופס הסטנדרטי המסחרי של מנגנון שחיקה Taber (א) עם מהירות שחיקה, משך ואורך שבץ שולט. בר הפלדה הרכוב במקור הוחלף בר אלומיניום היה מצויד נוסף עם מד לחץ (ב) כדי למדוד את הכח המשיק (F T). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

ב טרונג> איור 2, ניסוי ההגדרה המלאה מוצגת שם שונה זה מנגנון שחיקה Taber מושם תחת קונפורמיות של פוסט עבודה nanosecured. אווירת חלקיק חופשי זורמת כל זמן בתוך פוסט עבודה זו בקצב זרימה של 31,000 ליטר / דקה. יש לו יעילות מסנן חלקיקים של 99.99% ו כבר מועסק בהצלחה על ידי Morgeneyer et al. 27 בבדיקות אבק 'חלקיקים שונים.

figure-introduction-7061
איור 2. ניסיוני Set-up (Shandilya et al. 31). מתקן עבודה nanosecured לבצע את בדיקות שחיקה ואפיון בזמן אמת (הן איכותית quantitavive) של חלקיקים, שנוצר. חלק קטן מן אוויר החלקיק חופשי עובר דרך חריץ בתוך חדר הפליטה לחסל הרקע שלה חלקיקי ריכוז מספר."Target =" pload / 53,496 / 53496fig2large.jpg _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

המנוע של המנגנון שחיקה נשמר מחוץ ובגין חלקיו הזזה באופן ליניארי נשמר בתוך חדר בדיקת פליטה נועד עצמית, עם ממדים, 0.5 מ '× 0.3 מ' × 0.6 מ ', (פרטי Le ביחאן et al. 28). זה עוזר במניעת פליטת המנוע 'מנגנון שחיקה מלהתערב תוצאות הבדיקה. הדגימה של חלקיקים, שנוצר נעשית בתוך הקרבה של ברדס סימטרי רדיאלי (נפח של 713 ס"מ 3). על ידי העסקת ברדס כזה, ההפסדים חלקיקי אירוסול בשל בתצהיר שלהם על משטחים ניתן למזער. היתרון השני כולל גם מעלייה בריכוז מספר חלקיקי אירוסול בשל נפח יחסית נמוך של מכסה המנוע ביחס לתא בדיקת פליטה. הודות לכך להגדיר, אפיון בזמן אמת וניתוח של אירוסול החלקיקיםמתחיל להיות שנוצר במהלך ללבוש שחיקה יכול להיעשות באופן ניסיוני מבחינת ריכוזי מספרם, הפצות גודל, קומפוזיציות וצורות יסודות. לדברי קולקרני et al. 5, ריכוז מספר ENM אירוסולים חלקיקים יכולים להיות מוגדרים כ "מספר נוכחי ENM ב סנטימטר מעוקב יחידת האוויר". בדומה לכך, חלוקת גודל של אירוסולים ENM הוא "היחסים המבטא את כמות נכס ENM (בדרך כלל בריכוזים מספר ומסה) הקשורים חלקיקים במגוון בגודל נתון".

מונה חלקיקים (טווח גודל מדיד: 4 ננומטר ל -3 מיקרומטר) מודד את תרסיס חלקיקי ריכוז מספר (מל"פ). Sizers החלקיקים (טווח גודל מדיד: 15 ננומטר - 20 מיקרומטר) למדוד את התפלגות גודל החלקיקים (PSD). סמפלר חלקיקי אירוסול (תיאר בפרטים על ידי אל R'mili et. 30) משמש לאיסוף החלקיקים באמצעות טכניקת סינון על רשת רשת נחושת נקבובית אשר ניתן להשתמש בם מאוחר יותר הילוכי אלקטרונים מיקרוסקופים (TEM) עבור ניתוחים איכותיים שונים של החלקיקים שוחררו.

(ii) השידול הסביבתי ניתן לדמות באמצעות בליה מלאכותית מואצת בתא בליה, שמוצגת באיור 3. כפי שמוצג על ידי Shandilya et al. 31, תנאי הבליה יכולים להישמר בהתאם לסטנדרטים הבינלאומיים או להיות מותאמים אישית בהתאם סוג של סימולציה. חשיפת UV מסופקת באמצעות מנורת קשת קסנון (300 - 400 ננומטר) מותקנת עם מסנן קרינה אופטי. הפעולה של גשם היא מדומה על ידי ריסוס ללא יונים ומים מטוהרים על אותם. מאגר מושם מתחת דגימות הבדיקה כדי לאסוף את מי הנגר. המים שנאספו או תשטיפים ניתן להשתמש מאוחר יותר כדי לבצע את הניתוח שטיפת ENM.

figure-introduction-9919
לשכת איור 3. בליה. הצורה המסחרית של XLS Suntest + תא בליה מכילה ברדס נירוסטה שבתוכה דגימות nanocoated ממוקמות. מאגר המים מושם מתחת למכסה המנוע המהווה את מקור המים להיות מרוסס בתוך מכסה המנוע. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Protocol

הערה: הטכניקה מוצגת לפרוטוקול כאן אינה מוגבלת רק על דגימות הבדיקה הציגו אבל יכולה לשמש דוגמאות אחרות גם כן.

1. מלאכותית בליה [פלטפורמת CEREGE, אקס און פרובאנס]

  1. קח מדגם 250 מיליליטר של מים ללא יונים וטהרו להיות מרוסס בכוס. לטבול את קצה מד מוליכות מים למים. הערת מוליכות המים. חזור על התהליך וציין את מוליכות המים בכל פעם.
    הערה: על פי ISO 16,474 32, זה אף פעם לא צריך להיות גבוה מ -5 מיקרו-שניות / ס"מ.
  2. לאחר מדידת המוליכות, לחבר את מקור המים אל המאגר של ההווה קאמרי בליה מתחת למכסת מנוע הנירוסטה (המוצג באיור 3).
  3. חבר את הזרבובית הציף על החלק האחורי של החדר כדי פתח ניקוז דרך צינור צינור.
  4. מניחים את דגימות nanocoating מזג האוויר לתוך מכסה המנוע נירוסטה ולסגור את הדלת. כדי enable בהערכה סטטיסטית של התוצאות, משתמש מינימום של שלוש דגימות nanocoating והתייחסות זהות.
  5. על הקונסולה הדיגיטלית, המצויים על גבי החלק הקדמי של תא בליה, בחר מחזור hr 2 מורכב 120 דקות של אור UV, 102 דק יבש 18 תרסיס מים דק.
  6. הזן את מספר מחזורי שווה 2658 אשר תואמים 7 חודשים.
  7. בחר את רמת irradiance של מנורת קשת קסנון שווה 60 ± 5 W / m 2.
  8. הגדר את טמפרטורת הסביבה על 38 מעלות צלזיוס.
  9. הפעל את בדיקת הבליה על ידי לחיצה על כפתור השיגור על הקונסולה.

2. אפיון אירוסולים שחיקה ENM [INERIS S-ננו פלטפורמה, Verneuil]

הערה: לפני השימוש, מראש לאמת את אירוסול החלקיקים מאפיינים מכשירים על ספסל כיול INERIS S-ננו הפלטפורמה אשר כולל של חלקים נפרדים כבר מותקנים מונה התייחסות. על ידי ביצוע פרוטוקול מסוים, להבטיח כי המכשירים פועלים אביזרכיאות.

  1. הרכב את כל היחידות ומכשירי המוצגים הניסוי הגדרה ולעשות את החיבורים הנדרשים כפי שמוצג באיור 2 (פרטים על היחידות וקשירת המכשירים ניתנות Shandilya et al. 33).
  2. הפעל את זרימת האוויר חלקיק חופשי בתוך workpost nanosecured ידי לחיצה על FLUX על הכפתור.
  3. הפוך אוויר החופשי החלקיק הזה לעבור דרך חדר בדיקת פליטה ידי פתיחת התא ושמירתו לפתוח בתוך פוסט עבודת nanosecured.
  4. כדי להגדיר את הניסוי, להתחבר מונה החלקיקים ישירות לתא בדיקת הפליטה למדוד את ריכוז המספר המיידי של החלקיקים בתוך החדר. שים את ערך הריכוז ישירות על דלפק התצוגה.
  5. בעוד בחלקיקים בחינם עוברים דרך התא, ממשיך לעקוב אחר ערך ריכוז מספר רגעי זה עד יורד לאפס. בדרך זו, להבטיח כיהחדר הוא ללא כל חלקיק ברקע.
  6. בינתיים, chamfer את הקצוות של abradant cylindrically הסטנדרטי בצורה ידי סיבוב הקצה אחד שלה בעדינות קדימה ואחורה בתנועה בתוך החריץ של כלי מסופק עם מנגנון שחיקה.
  7. באמצעות איזון דיגיטלי עם דיוק מדידה של גרם 0.001 לפחות, לשקול את abradant מדגם להיות משופשף.
  8. פעם עשה, לתקן את abradant chamfered אל הפיר האנכי של המנגנון שחיקה באמצעות מתנה צ'אק שבתחתיתו.
  9. מניח את מוצר nanostructured להיות משופשף בעדינות מתחת abradant הקבוע ובתקיפות לתקן את עמדתה על מערכת ההרכבה.
  10. פתח את סמפלר אירוסול, באמצעות פינצטה, למקם רשת רשת נחושת בתוך החריץ עם הצד החיובי כלפי מעלה. שים טבעת עגולה על גבי הרשת כדי לתקן את זה.
  11. סגור את סמפלר ולחבר אותו משאבה באמצעות מסנן על קצה אחד (כלומר, כלפי הצד האפל של הרשת) ו למקור החלקיקים על othאה סוף (כלומר, כלפי הצד החיובי של הרשת). הר העומס הנורמלי הנדרש על הפיר האנכי באמצעות המשקולות מת.
  12. באמצעות מונה החלקיקים, לבדוק אם ריכוז החלקיקים רקע בתוך החדר פתוח ירד לאפס. אם לא, מתן. אם כן, לסגור את הדלת של חדר בדיקת פליטה.
  13. Via הקונסולות הדיגיטליות על המכשירים, הגדר את הספיקות ידניות של מונה חלקיקים ואת sizers כדלקמן: 1.5 ליטר / דקה CPC-; 0.3 ליטר / דקה SMPS-; APS- 5 ליטר / דקה
  14. הגדר את משך הדגימה הכולל ב -20 דקות עבור כל המכשירים שלושת אלה. הגדר את משך שחיקה מהירות השווה ל -10 דקות ו -60 מחזורים לדקה בהתאמה במנגנון שחיקה.
  15. חבר את מד הלחץ למגבר מד הלחץ הדינמי. חבר את מגבר מד לחץ הדינמי למחשב אשר ישמש לרכישת הנתונים באמצעות תוכנות מותקנות בו.
  16. פתח את התוכנה.
  17. לחץ החדש DAQ פרויקט oעוט קובץ רכישת נתונים חדש.
  18. עצור את האופציה לרכישת נתונים חייה על ידי לחיצה על עדכן LIVE
  19. לחץ 0 EXECUTE כדי לקבוע את הערך של אות הייחוס שווה לאפס.
  20. החלף חזרה על רכישת נתונים בזמן אמת על ידי לחיצה על עדכן LIVE.
  21. לחץ על הצגה לבחור את המצב הגרפי בזמן האמת של ייצוג מידע.
  22. לחץ על חדש כדי לפתוח את התבניות.
  23. בחר בחלונית אפשרויות ההיקף, למשל.
  24. הפעל את רכישת נתונים מוני חלקיקים ו sizers בבת אחת.
  25. לאחר עיכוב של כ. 5 דקות, להתחיל שחיקה.
  26. לחץ START בחלון התוכנה רכישת נתונים כדי לרכוש את אותות מד הלחץ המתאים שחיקה מתמשכת.
  27. לאחר 2 דקות, לעבור על המשאבה מחוברת MPS.
  28. שמור על ריצת המשאבה עבור 2 - 4 דקות תלויות בכמות פליטת חלקיקי אירוסול. הערה: מספר החלקיקים תרסיס שנדגמו באמצעות MPS צריך להיות אופטימלי מספר כלומר,לא נדיר מדי ולא יותר מדי עודף, עלול למנוע ניתוח מיקרוסקופי יסודי.
  29. לאחר שחיקה מפסיק, לכבות את רכישת נתונים על ידי לחיצה על עצור.
  30. שמור את הנתונים נרכשו על ידי לחיצה על שמורים כעת נתונים.
  31. לאחר הדלפק sizers להפסיק לרכוש נתונים, פתח את תא פליטת הבדיקה ולשקול שוב את abradant לבין מוצר nanostructured משופשפת.
  32. משך התהליך עבור כל בדיקת שחיקה.
  33. לאחר בדיקות שחיקה, שוב לאמת שלושה אירוסול החלקיקים מאפיינים מכשירים הם על ספסל כיול INERIS S-ננו הפלטפורמה.

.3 ניתוח TEM של טכניקת הפקדת הנוזלים Suspensions- זרוק [פלטפורמת כיול INERIS, Verneuil]

  1. כן נפח 1% בדילול בתמיסה מימית של ההשעיה הנוזלית (כלומר, 'הצבע') על ידי הוספת 1 ​​חלק השעית הציפוי ב 99 חלקים של מים המסוננים לא מיוננים.
  2. פתח את הקובr של המכונה זוהר הפרשות
  3. הגדר את תנאי ההפעלה הבאות: 0.1 mbar, 45 מילי-אמפר, 3 משך דקות.
  4. על מנת להפוך את רשת רשת נחושת TEM הידרופילי ידי טיפול הפלזמה שלה, לשים אותו על דוכן העדים מתכת. סגור את המכסה ולהתחיל המנוע. לאחר 3 דקות, היא מפסיקה באופן אוטומטי.
  5. קח את גריד הרשת פנה הידרופילי באמצעות פינצטה. מניחים אותו בעדינות עם עד הצד החיובי שלה. להפקיד טיפת הפתרון המדולל (8 μl כ.) גבי רשת רשת הידרופילי באמצעות מזרק.
  6. לייבש את רשת הרשת בתא סגור כך שתוכן המים מקבל התאדה חלקיקי המרכיבים סמוכים שהופקד על הרשת. ודא כי רשת הרשת אינה מחויבת לקבל עם החלקיקים התועים אשר ניתן לזהות בקלות כמו צורות מעגליות או גדיל אופייניים חלקיקי שמן או פיח.
  7. ברגע המוכן, לשים את רשת חללית TEM ולבצע את הניתוח המיקרוסקופי. [מאיץ אלקטרונים ק ו מתח 120, cf ] 31.
  8. אם הרשת מופיעה עמוסה מדי עם חלקיקים לנתח, מנמיך את אחוז הדילול ונפח של הירידה שהופקדה. הנפח המקסימאלי מפעיל הוא מסוגל להפקיד שווה בערך 12 μl.

תוצאות

דוגמאות מבחן
הפרוטוקולים שהוצגו במאמר יושמו שלושה מוצרי nanostructured מסחריים שונים. מוקד לשים כאן על הפרטים של הגישה הניסויית:
(א) לבנים סיליקט alumino מחוזק עם חלקיקים 2 Tio, (11 ס"מ x 5 ס"מ X 2 ס"מ). זה ממצא היישום התכוף שלה בבניית חזי?...

Discussion

במאמר הנוכחי, חקירה ניסויית של nanosafety-ידי עיצוב של מוצרי nanostructured מסחריים מוצגת. Nanosafety-ידי עיצוב של כל מוצר ניתן ללמוד מבחינת PNC שלה PSD כאשר הוא נתון ללחצים מכאניים בליה סביבתית. המוצרים שנבחרו למחקר הם alumino סיליקט לבנים מחוזקים עם חלקיקי 2 Tio, זיגוג עם חלקיקי מנכ"...

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

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.

Materials

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

References

  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).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

115Nanosafety

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved