Тестирование наночастиц Release из композита, содержащего наноматериал с помощью системы, Камерный

Резюме

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.

Аннотация

С быстрым развитием нанотехнологий в качестве одного из наиболее важных технологий в 21 - ^м веке, интерес к безопасности потребительских товаров , содержащих наноматериалы также растет. Оценка высвобождения наноматериала из продуктов, содержащих наноматериалы, является важным шагом в оценке безопасности этих продуктов, и привело к ряду международных усилий по разработке последовательных и надежных технологий для стандартизации оценки выпуска наноматериала. В этом исследовании, выпуск наноматериалов из продуктов, содержащих наноматериалы оценивается с помощью системы камеры, которая включает в себя счетчик частиц конденсации, оптический счетчик частиц, и отбор проб портов для сбора образцов фильтров для анализа электронной микроскопии. Предлагаемая система камеры проверяются при помощи распатор и дискового типа нанокомпозит образцы материалов, чтобы определить, является ли повторим и согласуется в пределах приемлемого диапазона высвобождение наноматериала.Результаты испытаний показывают, что общее число частиц в каждом испытании находится в пределах 20% от средней величины после того, как несколько испытаний. Тенденции выпуска похожи, и они показывают очень хорошую повторяемость. Таким образом, предлагаемая система камера может быть эффективно использован для тестирования высвобождения наноматериал продуктов, содержащих наноматериалы.

Введение

воздействие наноматериалов в основном было изучено в отношении работников на рабочих местах, производственных, обработки, изготовления и упаковки наноматериалов, в то время как воздействие потребитель не был изучен широко. Недавний анализ экологической и медицинской литературы базы данных, созданной Международным советом нанотехнологий (ICON) также показали, что большинство исследований безопасности наноматериала было сосредоточено на опасности (83%) и потенциального облучения (16%), с освобождением от нанокомпозитов, представляющих воздействия на потребителей, только что составляет 0,8% ^1. Таким образом, очень мало известно о потребительском воздействии наноматериалов.

Релиз Nanoparticle был использован для оценки подверженности потребителей в исследованиях моделирования, в том числе истиранию и погодным условиям нанокомпозитов, стиральные текстиля, или запыленности тестирования методов, таких как метод вращающегося барабана, вихревой встряхивая методом и другими методами шейкер ^2-3. Кроме того, несколько международныхпопытки, такие как ИЛСИ (International Life Science Institute) nanorelease и NanoReg ЕС, были сделаны разработать технологию, чтобы понять выпуск наноматериалов, используемых в потребительских товарах. Nanorelease потребительский продукт ИЛСИ запущен в 2011 году представляет собой жизненный цикл подхода к выпуску наноматериала от потребительских товаров, где фаза 1 включает выбор наноматериала, фаза 2 охватывает методы оценки, и фаза 3 реализует межлабораторных исследований. Несколько монографий и публикаций по безопасности наноматериалов в потребительских товарах , также были опубликованы ^4-6.

В то же время, NanoReg представляет собой общий европейский подход к регулирующему испытаний производимых наноматериалов и обеспечивает программа методов для использования при моделировании подходов к nanorelease от потребительских товаров 2. ISO TC 229 также пытается разработать стандарты, имеющие отношение к безопасности потребителей и представить новый рабочее предложение пункта для безопасности потребителей. WPMN ОЭСР (Workiнг партии на наноматериалах), особенно SG8 (Руководящая группа по оценке воздействия и уменьшения воздействия), недавно был проведен опрос по направлению будущей работы, особенно потребительского и оценки воздействия на окружающую среду. Поэтому, в свете этих международных мероприятий, корейские Министерства торговли, промышленности и энергетики запустили многоуровневый проект в 2013 году сосредоточены на «Развитие технологий для оценки безопасности и стандартизации наноматериалов и нанопродуктов». Кроме того , несколько релевантных для безопасности исследования потребительских стандартизировать выпуск наноматериал от потребительских товаров также были опубликованы ^7-8.

Испытание на истирание является одним из подходов моделирования , включенных в nanorelease ILSI и NanoReg ^2-3 для определения потенциального уровня выбросов наночастиц из различных коммерческих композитных изделий. Потеря массы веса, выведенной на основе разницы в весе образца до и после Abrasионов с помощью распатор. Образец нанокомпозит прошлифовать с постоянной скоростью, пробоотборник сосет аэрозоль, а также частицы, затем анализируют с помощью подсчета частиц устройств, например, счетчик конденсации частиц (CPC) или оптического счетчика частиц (ОРС), и собирали на ПЭМ (просвечивающая электронная микроскопия) сетка или мембрана для дальнейшего визуального анализа. Тем не менее, проведения испытания на истирание для нанокомпозитных материалов требует последовательного высвобождения наночастиц, что трудно из - за зарядки частицы в результате абразивного износа и , когда отбор проб частиц проводится вблизи точки выброса ^{2-3, 9-11.}

Соответственно, эта статья представляет собой систему камеры в качестве нового способа оценки высвобождения наноматериала в случае истирания нанокомпозитных материалов. При сравнении с другими истирания и имитационных испытаний, предлагаемая система камера обеспечивает согласованные данные высвобождения наночастиц в случае истирания. Кроме того, этот новый метод испытанийшироко используется в области качества воздуха в помещениях и полу-поведения промышленности как общее число частиц методом подсчета ^{12, 13.} Таким образом, предполагается , что предложенный метод может быть разработан в стандартизованный метод для выпуска тестирования наночастиц от потребления продуктов , содержащих наноматериалы.

протокол

1. Подготовка инструментов и образцов

1. распатор
   1. На основе ссадины тестера, используйте распатор с одной стадии вращения образца (диаметр 140 мм), два держателя ссадины колеса и скорости вращения 30 - 80 оборотов в минуту.
   2. Используйте вес, чтобы закрепить к истиранию колесо с держателем истирание колеса, который также применяется нагрузка на испытуемого образца.
   3. Установить дополнительный воздухозаборник для обеспечения лучшей суспензии для abrased частиц, как показано на рисунке 3. Используйте 1/8 "-диаметр трубка расположена на 15 мм выше и на 40 мм от центра образца.
2. Абразивная колеса
   1. Оберните истиранию колесо (диаметр 55 мм, толщиной 13 мм) с наждачной бумагой (100 грит и совершенно новый).
3. образчик
   1. Образец представляет собой композиционный содержащий наноматериал для испытания на истирание. Для того, чтобы установленный на распатор, образец должен быть подготовлен остроумиеч диаметр 140 мм.
4. камера
   1. Использование нержавеющей стали для стенок камеры, чтобы избежать осаждения частиц из-за электростатической силы. Поместите распатор внутри камеры (объем 1 м ³⁾ (таблица 1), и определить местонахождение входа и выхода воздуха в верхней и нижней части камеры, соответственно. С помощью миксера, состоящий из трех перфорированных пластин, на выходе воздуха для достижения равномерного смешанного потока частиц.
5. нейтрализатор
   1. Как электростатически заряженные частицы усиления осаждения частиц на стенках камеры, использовать нейтрализатор (мягкого рентгеновского излучения, ионизатор), чтобы минимизировать заряженное состояние частиц.
6. Онлайн измерительные приборы ^{12, 13}
   1. Использование КПК и OPC для измерения концентрации количества частиц и распределение частиц по размерам в соответствии с инструкциями изготовителя.
   2. Установите КПК и OPC на outleт камеры для измерения концентрации количества частиц и распределение частиц по размерам.
7. Приборы для отбора проб частиц
   1. Пример высвобожденные частицы с использованием пробоотборник частиц, содержащих фильтрующий материал или ТЕМ сетки для анализа морфологии и компонентов частиц.
   2. Установите пробоотборник частиц, содержащих фильтрующий материал или ПЭМ сетку на выходе из камеры для анализа морфологии частиц высвобождения.

2. Тест на истирание для наночастиц высвобождения с использованием Chamber System

Примечание: Условия испытаний истиранию описаны в таблице 2.

1. Найдите распатор в центре камеры.
2. Установить образец для испытания на стадии вращения образца в распатор.
3. Закрепить абразивных кругов в держатели истирание колеса с 1000 г веса, чтобы применить нагрузку на испытываемый образец.
4. Найдите нейтрализатор (мягкого рентгеновского излучения, ионизатор)28 см от центра испытуемого образца под углом 45 °, как показано на рисунке 2, чтобы уменьшить электростатики осаждения частиц на стенках камеры.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Нейтрализатор удаляет электростатической силы под воздействием луча. Тем не менее, так как воздухозаборником и истирание колеса расположены выше стадии вращения образца, это ограничивает доступ нейтрализатора луча к поверхности испытуемого образца. Таким образом, нейтрализатор расположен по диагонали, чтобы позволить лучу достичь, как большая часть поверхности образца, насколько это возможно.
5. Эксплуатация вентилятора, установленного на выходе из камеры при скорости потока / мин 50 л.
6. Поставка 25 л / мин дополнительная без частиц пневмоподвески с помощью воздушного компрессора через дополнительный воздухозаборник.
   Примечание: Частицы, которые генерируются в результате истирания, были нанесены на поверхности образца и абразивных кругов, сильно. Таким образом, трудно измерить abrased частиц. Дополнительный воздухозаборник может Хельр, чтобы решить эту проблему к суспензии частиц.
7. Проверьте концентрацию число фоновых частиц внутри камеры , чтобы достичь средней концентрации числа частиц в течение 1 ч ниже 1 # / куб.см с использованием КОП, как описано на фиг.4.
8. Эксплуатировать этап вращения образца в распатор с помощью шагового двигателя, который вращает этап вращения образца при 72 оборотах в минуту с 1000 оборотов.
9. Измерьте и запишите выпущенное концентрации частиц количество и распределение размеров частиц с использованием КПК и OPC.
   Примечание: Частицы, высвобождаемые из нанокомпозитов приостанавливаются и переносится воздухом, который нагнетается. Эти взвешенные частицы в конечном счете, транспортируются к выпускному отверстию следующего за воздушным потоком. Освобожденные частицы затем детектируется КПК и OPC на выходе из камеры. СРС и ОРС наиболее часто используются для измерения концентрации числа частиц, в то время как ОРС можно также измерить распределение частиц по размерам.
10. маисовая крупале высвобожденные частицы с использованием пробоотборника частиц, содержащий фильтрующий материал или ТЕМ сетку.
    Примечание: Частицы, высвобождаемые из нанокомпозитов на истирание двигаться к выходу камеры следующей воздушной струи. На выходе из камеры, освобожденные частицы могут быть отобраны с использованием пробоотборника частиц. Освобожденные частицы, собранные на фильтрующей среды или TEM сетки могут быть проанализированы с помощью ПЭМ или СЭМ (сканирующая электронная микроскопия).
11. Остановить измерение и отбор проб при концентрации числа частиц достигает ниже 0,1% от концентрации числа частиц пика.
12. Сохраните все данные (CPC, OPC) и удалите все образцы (образцы для испытаний).
13. Используйте новые образцы и новые колеса для истирания каждого теста, и промойте камеру и распатор с Kimwipes и IPA (изопропиловый спирт) после каждого испытания на истирание для подтверждения воспроизводимости.

Результаты

Абразивная воспроизводимости Использование Chamber System

Соответственно общее число частиц согласовывались для испытаний 8 , к истиранию, как показано в таблице 3. КОП измеряется в среднем 3,67 х10 ⁹ частиц, в то время как ОРС подс?...

Обсуждение

Наиболее важные шаги при проведении испытаний nanorelease из нанокомпозитных материалов с использованием теста на истирание были: 1) с использованием системы камера из нержавеющей стали с нейтрализатором, чтобы снять электростатический заряд, генерируемый истирания и уменьшить осаждение ...

Материалы

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