Name: experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental weathering
Uploaded: 2016-09-16T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Experimental Protocol to Investigate Particle Aerosolization of a Product Under Abrasion and Under Environmental Weathering at JoVE.com

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.

NOTA: A técnica apresentada no protocolo aqui não se limita apenas às amostras de ensaio apresentados, mas pode ser utilizado para outras amostras, bem. 1. Artificial Weathering [CEREGE Platform, Aix-en-Provence] <ol><li> Retirar uma amostra de 250 ml de água desionizada e purificou-se a ser pulverizado numa proveta. Imergir a ponta do medidor de condutividade da água para a água. Note-se a condutividade da água. Repita o processo e observe a condutividade da água de cada vez. NOTA: De acordo co...

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	<li>Potocnick, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> European Commission Recommendation on the definition of nanomaterial (2011/696/EU). , (2011).</li><li>Oberdorster, G., Oberdorster, E., Oberdorster, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanotoxicology:+an+emerging+discipline+evolving+from+studies+of+ultrafine+particles.">Nanotoxicology: an emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles.</a> Environ Health Persp. 113 (7), 823-839 (2005).</li><li>Le Bihan, O., Shandilya, N., Gheerardyn, L., Guillon, O., Dore, E., Morgeneyer, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+the+Release+of+Particles+from+a+Nanocoated+Product.">Investigation of the Release of Particles from a Nanocoated Product.</a> Adv Nanoparticles. 2 (1), 39-44 (2013).</li><li>Houdy, P., Lahmani, M., Marano, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Nanoethics and Nanotoxicology. , (2011).</li><li>Kulkarni, P., Baron, P. 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Development and results.</a> J Aerosol Sci. 89, 43-57 (2015).</li><li>Shandilya, N., Morgeneyer, M., Le Bihan, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=First+development+to+model+aerosol+emission+from+solid+surfaces+subjected+to+mechanical+stresses:+II.+Experiment-Theory+comparison,+simulation+and+sensibility+analysis.">First development to model aerosol emission from solid surfaces subjected to mechanical stresses: II. Experiment-Theory comparison, simulation and sensibility analysis.</a> J Aerosol Sci. 89, 1-17 (2015).</li><li>Bressot, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Environmental+release+of+engineered+nanomaterials+from+commercial+tiles+under+standardized+abrasion+conditions.">Environmental release of engineered nanomaterials from commercial tiles under standardized abrasion conditions.</a> J Hazardous Materials. , (2016).</li></ol>

No presente artigo, uma investigação experimental do Nanosafety-by-design de produtos nanoestruturados comerciais é apresentado. O Nanosafety-by-design de qualquer produto pode ser estudado em termos da sua PNC e PSD quando ele é submetido a tensões mecânicas e desgaste ambiental. Os produtos escolhidos para o estudo são alumino-silicato de tijolo reforçados com TiO 2 nanopartículas, esmalte com o CEO 2 nanopartículas e nanocoatings fotocatalíticos com TiO 2 nanopartículas. E...

Com um prazo rápido na nanotecnologia, seu avanço é impulsionado pela rápida comercialização de produtos que contenham Engineered Nanomateriais (ENM) com propriedades notáveis. Conforme descrito por Potocnick 1 no artigo 18 (5) do Regulamento 1169/2011, emitido pela Comissão Europeia, ENM pode ser definida como &quot;qualquer material intencionalmente fabricado, contendo partículas, num estado desagregado ou como um agregado ou de um aglomerado e onde, para 50% ou mais das partículas na distribuição de tamanho de número, uma ou mais dimensões externas na gama de tamanho de 1 nm a 100 nm &quot;. Além disso, os produtos que contenham ENM, quer na sua massa sólida ou sobre as suas superfícies sólidas ou em suas suspensões líquidas, pode ser denominado como produtos nanoestruturados. Diferentes tipos de ENM com diferentes formulações e funcionalizações são usadas em tais produtos de acordo com a natureza da aplicação e do orçamento. Os produtos podem ter a forma de coatiNGS, tintas, azulejos, casas de tijolos, betão e etc. Tanto quanto a pesquisa está em causa, pode-se também encontrar grande número de publicações sobre as inovações que foram realizadas através da nanotecnologia. Apesar desta enorme pesquisa, as características atraentes de ENM estão sob investigação para o potencial de saúde ou riscos ambientais devido à sua tendência para se liberado ou emitido no ar sob a forma de aerossóis durante o uso ou a transformação dos produtos nanoestruturados (por exemplo Oberdörster et al . 2, Le Bihan et al. 3 e Houdy et al. 4). Kulkarni et ai. 5 define um aerossol de suspensão de partículas sólidas ou líquidas no meio gasoso. Chein Hsu e 6 demonstraram que, durante a utilização ou a transformação de um produto nanoestruturada, um produto nanoestruturada é submetido a várias tensões mecânicas e às condições atmosféricas do ambiente, que facilitam talemissão. De acordo com Maynard 7, após a exposição, estes aerossóis de ENM podem interagir com o organismo humano através da inalação ou dérmicos contatos e se depositam no interior do corpo que, consequentemente, pode causar vários efeitos prejudiciais, incluindo as cancerígenas. Assim, uma compreensão completa do fenômeno de emissão ENM é de suma importância dada a utilização sem precedentes de produtos nanoestruturados, como mencionado por Shatkin et al. 8. Isso pode não só ajudar a evitar complicações de saúde relacionados imprevistos decorrentes da sua exposição, mas também no sentido de incentivar a confiança do público em nanotecnologias. No entanto, o problema da exposição relacionada começou agora recebendo atenção por parte da comunidade de pesquisa e foi recentemente destacado por várias unidades de investigação em todo o mundo (por exemplo, Hsu e Chein 6, Göhler et al. 9, Allen et al. <suP&gt; 10, Allen et al. 11, Al-Kattan et al. 12, Kaegi et al. 13, Hirth et ai. 14, Shândilya et al. 15, 31, 33, Wohlleben et al. 16, Bouillard et ai. 17, Ounoughene et ai. 18). Considerando a implantação em grande escala de produtos nanoestruturados nos mercados comerciais, a abordagem mais eficaz para resolver o problema seria uma preferência. Em tal abordagem, um produto é projetado de tal forma que é &quot;nanosafe-by-design&quot; ou &quot;Design for Nanotechnology mais seguro&quot; (Morose 19), ou seja, baixa emissiva. Em outras palavras, ele maximiza seus benefícios na resolução de problemas durante a sua utilização durante a emissão de uma quantidade mínima de aerossóis no ambiente. Para testar a Nanosafety-by-design durante a fase de utilização dos produtos nanoestruturados, os autores apresentam uma metodologia experimental adequadaa fazê-lo no presente artigo. Esta metodologia consiste em dois tipos de solicitações: (i) mecânicas e (ii) do meio ambiente que se destinam a simular a vida real tensões a que o produto nanoestruturada, um tijolo de alvenaria, é sujeito durante a sua fase de utilização. (I) Um aparelho de abrasão linear que simula a solicitação mecânica. Sua forma original e comercial, como mostrado na Figura 1A, é referenciado em vários padrões de teste reconhecidos internacionalmente como D4060 ASTM 20, ASTM D6037 21 e D1044 ASTM 22. De acordo com Golanski et al. 23, devido ao seu design robusto e user-friendly, a sua forma original já está sendo amplamente utilizado nas indústrias para analisar o desempenho de produtos como pintura, revestimento, metal, papel, têxteis, etc. O estresse sendo aplicado através deste aparelho corresponde à uma típica aplicada num ambiente doméstico, por exemplo, com uma curtasapatos e deslocamento de diferentes objetos em uma casa (Vorbau et al. 24 e Hassan et al. 25). Na Figura 1A, uma barra de deslocamento horizontal move o abrasiva normal num movimento para frente e para trás ao longo da superfície da amostra. O desgaste por abrasão ocorre na superfície de contacto, devido ao atrito no contacto. A magnitude do desgaste por abrasão pode ser variado através da variação da carga normal (F N) que actua na parte superior do abrasivo. Alterando o tipo do valor da carga abrasivo e normal, pode-se variar a abrasividade e, portanto, o esforço mecânico. Morgeneyer et al. 26 têm apontado que o tensor de tensão a ser medida durante a abrasão é composto de componentes normal e tangencial. A tensão normal é o resultado direto da carga normal, ou seja, da F N enquanto que o estresse tangencial é o resultado de the agindo tangencialmente processo de atrito, medido como a força (F T) e actua paralela ou anti-paralela à direcção, na qual tem lugar a abrasão. Na forma original do presente aparelho de abrasão, não se pode determinar f t. Portanto, não pode ser completamente determinada a função das tensões mecânicas durante a dispersão em aerossol da ENM. Para erradicar a esta limitação, como descrito em detalhes por Morgeneyer et al. 26, temos (a) modificado que, substituindo a barra de aço horizontais já instalado por uma réplica, em alumínio 2024 liga e (b) montado um medidor de tensão na superfície de topo desta barra de liga de alumínio replicado. Isto é mostrado na Figura 1B. Este medidor de tensão tem 1,5 mm de comprimento da grade de medição ativa e 5,7 mm de medição do comprimento transportadora grid. É feito de uma folha de constantan ter 3,8 uM de espessura e 1,95 ± 1,5% de factor de calibre.Uma medição adequada de as tensões mecânicas são asseguradas por meio de um amplificador aferidor de tensão dinâmica, que está ligado em série com o medidor de tensão, permitindo assim uma medição fiável da estirpe produzida no indicador. Os dados transmitidos via amplificador é adquirido usando software de aquisição de dados. <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/53496/53496fig1.jpg" /> Figura 1. Aparelho de abrasão e Strain Gauge. A forma padrão comercial do aparelho de abrasão Taber (A) com controles de velocidade abrasão, duração e comprimento do curso. A barra de aço originalmente montada foi substituído por uma barra de alumínio e foi ainda equipado com um medidor de tensão (B) para medir a força tangencial (F T). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/53496/53496fig1large.jpg" target="_blank">por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> No <s<html> trong&gt; Figura 2, a completa experimental set-up é mostrado onde este aparelho à abrasão Taber modificado é colocado sob a conformidade de um posto de trabalho nanosecured. Um ar de partículas livre está constantemente circulando dentro deste posto de trabalho, a um caudal de 31.000 l / min. Ele tem uma eficiência do filtro de partículas de 99,99% e que já tem sido empregada com sucesso por Morgeneyer et al. 27 em vários ensaios pulverulência nanopartículas. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/53496/53496fig2.jpg" /> Figura 2. Experimental Set-up (Shandilya et al. 31). A facilidade de trabalho nanosecured para realizar os testes de abrasão e caracterização em tempo real (tanto qualitativa e quantitavive) das partículas de aerossol geradas. Uma pequena fracção do ar de partículas livre passa por uma fenda no interior da câmara de emissão para eliminar seu fundo partículas concentração em número.pload / 53496 / 53496fig2large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. O motor do aparelho de abrasão é mantido fora e sua parte de forma linear deslizante é mantida dentro de uma câmara de teste de emissão de auto-concebidos, com dimensões, 0,5 m × 0,3 m × 0,6 m, (detalhes em Le Bihan et al. 28). Ele ajuda na prevenção de emissões do motor do aparelho de abrasão &#39;de interferir nos resultados do teste. A amostragem das partículas de aerossol gerado é feito no interior da proximidade de uma capa simétrica radial (volume de 3 713 cm). Ao empregar um tal capa, as perdas de partículas de aerossol, devido à sua deposição nas superfícies pode ser minimizada. A outra vantagem inclui o aumento do número de partículas de aerossol de concentração devido a um volume relativamente mais baixo do capuz com respeito à câmara de ensaio das emissões. Graças a esta configuração, uma caracterização em tempo real e análise do aerossol de partículasficando gerado durante o desgaste por abrasão pode ser feito experimentalmente, em termos das suas concentrações número, as distribuições de tamanho, composições elementares e formas. De acordo com Kulkarni et ai. 5, o número de concentração ENM aerossóis partículas pode ser definido como &quot;o número de ENM presente na unidade de centímetro cúbico de ar&quot;. De modo semelhante, a distribuição de tamanho de aerossóis ENM é &quot;a relação que expressa a quantidade de uma propriedade ENM (geralmente o número e as concentrações de massa) associados com partículas num determinado intervalo de tamanho&quot;. Um contador de partículas (mensurável faixa de tamanho: 4 nm a 3 um) mede o aerossol partículas concentração em número (PNC). Os medidores de partículas (gama de tamanho mensurável: 15 nm - 20 um) medir a distribuição do tamanho de partícula (PSD). Um amostrador de partículas de aerossol (descrita em detalhes por R&#39;mili et ai. <sup&gt; 30) é utilizado para a recolha de partículas através de técnica de filtração sobre uma grelha de cobre de malha poroso, que pode ser usado mais tarde no Microscópio Electrónico de Transmissão (TEM) para várias análises qualitativas das partículas libertadas. (ii) A solicitação ambiental pode ser simulada por meio de envelhecimento artificial acelerado numa câmara de desgaste, mostrado na Figura 3. Tal como se mostra por Shândilya et al. 31, as condições atmosféricos pode ser mantido em conformidade com as normas internacionais ou ser personalizadas, dependendo de o tipo de simulação. A exposição aos raios UV é fornecida através de lâmpada de arco de xenon (300-400 nm) instalado com um filtro de radiação óptica. A acção da chuva é simulada por pulverização desionizada e água purificada para eles. Um reservatório é colocado sob as amostras de teste para recolher a água da enxurrada. A água coletada ou lixiviado pode ser usado mais tarde para realizar a análise ENM lixiviação. <imgalt = &quot;Figura 3&quot; src = &quot;/ files / ftp_upload / 53496 / 53496fig3.jpg&quot; /&gt; Figura 3. Weathering Câmara. A forma comercial da XLS Suntest + câmara de intemperismo contém uma capa de aço inoxidável no interior do qual as amostras nanoencapsulados são colocados. O reservatório de água é colocada sob o capô que é a fonte da água a ser pulverizado no interior do exaustor. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/53496/53496fig3large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="600">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Photocal Masonry</td>
			<td style="width:99px;">Nanofrance Technologies</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">Test sample</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Masonry brick (ref. 901796)</td>
			<td style="width:99px;">Castorama</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Support for test sample</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Optical microscope (model Imager.M1m)</td>
			<td style="width:99px;">Carl Zeiss 
			MicroImaging GmbH</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>For microcopic analysis</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Energy-dispersion spectroscope (model X-max)</td>
			<td style="width:99px;">Oxford Instruments</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">For elemental composition analysis</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Transmission Electron 
			Microscope (model CM12)</td>
			<td style="width:99px;">Philips</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>For microcopic analysis</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Weathering chamber (model Suntest XLS+)</td>
			<td style="width:99px;">Atlas</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">For accelerated artificial weathering</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Xenon arc lamp (model NXE 1700)</td>
			<td style="width:99px;">Ametek SAS</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>UV rays source</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Inductively Coupled Plasma Mass spectrometer (model 7500cx)</td>
			<td style="width:99px;">Agilent Technologies</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">For leachate 
			water samples analysis</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Taber linear abraser (model 5750)</td>
			<td style="width:99px;">Taber Inc.</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>For abrasion</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Taber H38 abradant</td>
			<td style="width:99px;">Taber Inc.</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>For abrasion</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Condensation Particle Counter 3775</td>
			<td style="width:99px;">TSI</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">For counting number concentration of aerosol particles</td>
		</tr>
		<tr height="50">
			<td height="50" style="height:50px;width:216px;">Aerodynamic Particle Sizer 3321</td>
			<td style="width:99px;">TSI</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">For measuring the size of aerosol particles&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Differential Mobility Analyzer 3081</td>
			<td style="width:99px;">TSI</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">For measuring the size of aerosol particles&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Mini Particle Sampler</td>
			<td style="width:99px;">Ecomesure</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">For sampling the aerosol particles</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Gilian LFS-113 Low Flow Personal Air Sampling Pump</td>
			<td style="width:99px;">Sensidyne</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">For sampling the aerosol particles</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental weathering

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.

As amostras de teste Os protocolos apresentados no artigo foram aplicados a três produtos nanoestruturados comerciais diferentes. Um foco é colocado aqui sobre os detalhes da abordagem experimental: (a) alumino-silicato de tijolo reforçado com TiO 2 nanopartículas, (11 cm x 5 cm x 2 cm). Ela encontra a sua aplicação frequente na construção de fachadas, paredes da casa, azulejos, pavimentos, etc. suas propriedades materiais, junta...

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Experimental Protocol to Investigate Particle Aerosolization of a Product Under Abrasion and Under Environmental Weathering

Neste artigo, um protocolo experimental para investigar aerossolização de partículas de um produto sob a abrasão e sob intemperismo ambiental é apresentada. Resultados sobre a emissão de nanomateriais, sob a forma de aerossóis são apresentados. O específica experimental set-up é descrito em detalhes.

Protocolo Experimental para investigar Particle aerossolização de um produto Segundo abrasão e Sub Weathering Ambiental

The present article presents an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental ...

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