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

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 "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 ". 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> 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 "nanosafe-by-design" ou "Design for Nanotechnology mais seguro" (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.

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). por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

No <s trong> 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.

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 "target =" _ blank "> 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 '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 "o número de ENM presente na unidade de centímetro cúbico de ar". De modo semelhante, a distribuição de tamanho de aerossóis ENM é "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".

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'mili et ai. <sup> 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.

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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. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.