Summary

Het testen van nanodeeltjes release van een composiet die nanomaterialen bevatten Met behulp van een kamer System

Published: November 22, 2016
doi:

Summary

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.

Abstract

Met de snelle ontwikkeling van nanotechnologie als een van de belangrijkste technologieën in de 21e eeuw, is belangstelling voor de veiligheid van consumentenproducten die nanomaterialen bevatten ook steeds meer. Het evalueren van de nanomateriaal vrijlating uit de producten die nanomaterialen is een cruciale stap in de beoordeling van de veiligheid van deze producten, en heeft geresulteerd in een aantal internationale inspanningen om consistente en betrouwbare technologieën te ontwikkelen voor de normalisatie van de evaluatie van nanomateriaal release. In deze studie wordt het vrijkomen van nanomaterialen uit producten die nanomaterialen geëvalueerd met een kamersysteem dat een condensatie deeltjesteller, optische deeltjesteller omvat, en bemonstering poorten filtermonsters voor elektronenmicroscopie analyse verzamelen. Het voorgestelde kamersysteem wordt getest met behulp van een abrasor en schijfvormige nanocomposiet materiaal exemplaren te bepalen of het nanomateriaal afgifte herhaalbaar en consistent binnen een aanvaardbaar bereik.De testresultaten geven aan dat het totale aantal deeltjes in elke test binnen 20% van het gemiddelde na verschillende proeven. De trends vrijlating zijn vergelijkbaar en ze te laten zien zeer goede herhaalbaarheid. Daarom kan de voorgestelde kamersysteem effectief worden gebruikt voor nanomaterialen vrijgave testen van producten die nanomaterialen bevatten.

Introduction

exposure nanomateriaal is vooral bestudeerd in relatie tot de werknemers op de werkplek de productie, verwerking, het vervaardigen en verpakken van nanomaterialen, terwijl de blootstelling van de consument is niet uitgebreid onderzocht. Een recente analyse van het milieu en de gezondheid literatuur databank die door de Internationale Raad van Nanotechnologie (ICON) ook aangegeven dat de meeste veiligheid nanomateriaal onderzoek heeft zich gericht op de gevaren (83%) en de mogelijke blootstelling (16%), met de release van nanocomposieten, wat neerkomt blootstelling van de consument, maar wat neerkomt op 0,8% 1. Zo erg weinig bekend over de blootstelling van de consument aan nanomaterialen.

Nanodeeltjes afgifte is gebruikt om consumentenblootstelling schatten simulatie studies, waaronder de slijtage en verwering van nanocomposieten, wassen textiel of stofvorming testmethoden, zoals de roterende trommel methode vortex schudden methode en andere methoden shaker 2-3. Plus, een aantal internationalepogingen, zoals ILSI (International Life Science Institute) nanorelease en EU NanoReg, zijn gegeven technologie om de vrijlating van nanomaterialen gebruikt in consumentenproducten begrijpen ontwikkelen. De ILSI nanorelease consumentenproduct gelanceerd in 2011 staat voor een life-cycle benadering van nanomateriaal vrijlating uit consumentenproducten, waarbij fase 1 gaat nanomateriaal selectie, fase 2 omvat evaluatiemethoden, en fase 3 implementeert interlaboratoriumonderzoeken. Diverse monografieën en publicaties over de veiligheid van nanomaterialen in consumentenproducten zijn ook gepubliceerd 4-6.

Ondertussen NanoReg staat voor een gemeenschappelijke Europese aanpak van de voorgeschreven proeven van vervaardigde nanomaterialen en voorziet in een programma van de methoden voor het gebruik in de simulatie zal gaan nanorelease uit consumentenproducten 2. ISO TC 229 probeert ook aan de normen voor de veiligheid van de consument relevant ontwikkelen en indienen van een nieuw werkende punt voorstel voor veiligheid van de consument. De OESO WPMN (working feest op nanomaterialen), in het bijzonder SG8 (stuurgroep op beoordeling van de blootstelling en de blootstelling mitigatie), onlangs een enquête over de richting van de toekomstige werkzaamheden, in het bijzonder van de consument en beoordeling van de blootstelling van het milieu. Daarom is in het licht van deze internationale activiteiten, de Zuid-Koreaanse ministerie van Handel, Industrie en Energie gestart met een tiered project in 2013 gericht op de "ontwikkeling van technologieën voor de veiligheid evaluatie en standaardisatie van nanomaterialen en nanoproducten". Plus, een aantal van de consument veiligheid relevante studies te standaardiseren nanomateriaal vrijlating uit consumentenproducten zijn ook gepubliceerd 7-8.

Een slijtvastheidsproef is een simulatie van de benaderingen in de ILSI nanorelease en NanoReg 2-3 voor het bepalen van de mogelijke emissieniveau van nanodeeltjes van verschillende commerciële samengestelde producten. De massa gewichtsverlies is afgeleid gebaseerd op het verschil in het gewicht monster voor en na abrasion met een abrasor. De nanocomposiet monster wordt afgeschuurd met een constante snelheid, een sampler zuigt de spuitbus en de deeltjes worden vervolgens geanalyseerd met deeltjes telinrichtingen, zoals condensatie deeltjesteller (CPC) of optische deeltjesteller (OPC) en verzameld op een TEM (transmissie elektronenmicroscopie) rooster of membraan voor verdere visuele analyse. Echter, het uitvoeren van een test voor slijtage nanocomposietmaterialen een coherent nanodeeltje afgifte, die moeilijk door deeltjes tenlasteleggen door slijtage en wanneer het deeltje bemonstering plaatsvindt nabij het emissiepunt 2-3, 9-11.

Dienovereenkomstig Dit document presenteert een kamersysteem als een nieuwe methode voor het evalueren van nanomaterialen afgifte bij slijtage van nanocomposiet materialen. Vergeleken met andere schuren en simulatie testen, de voorgestelde kamersysteem verschaft consistente gegevens nanodeeltjes vrijkomen bij slijtage. Bovendien is deze nieuwe testmethodeis op grote schaal gebruikt op het gebied van binnenluchtkwaliteit en semi-gedrag industrie totale deeltjesaantal telmethode 12, 13. Derhalve wordt verwacht dat de voorgestelde methode kan worden ontwikkeld tot een gestandaardiseerde methode voor het testen van nanodeeltjes afgifte van consumentenproducten die nanomaterialen.

Protocol

1. Voorbereiding van de instrumenten en Monsters Abrasor Gebaseerd op slijtage tester, gebruiken een abrasor met één exemplaar rotatie trap (140 mm diameter), twee slijtage wielhouders en een rotatiesnelheid van 30-80 rpm. Gebruik een gewicht aan de slijtage wiel vast aan de slijtage wiel houder, die ook geldt belasting op het proefstuk. Installeer een extra luchtinlaat betere suspensie voor de kaalgeschuurd deeltjes, zie figuur 3. Gebruik een 1…

Representative Results

Schuring Test Herhaalbaarheid Het gebruik van Chamber System De totale deeltjesaantal waren consistent voor 8 Slijtproef, zoals getoond in Tabel 3. De CPC gemeten gemiddeld 3,67 x10 9 deeltjes, terwijl de OPC gemiddeld 1,98 x 10 9 deeltjes (> 0,3 pm) geteld. De afwijkingen waren binnen 20%, met een consistente afgifte van deeltjes tijdens slijtage vertegenwoordigd. <p class="jove_step…

Discussion

De meest kritische stappen bij het uitvoeren van nanorelease test in nanocomposiet materialen met een abrasietest waren: 1) met een kamersysteem van roestvrij staal met een neutralisator voor de elektrostatische lading die door slijpsel te verwijderen en de afzetting van deeltjes op de wanden te verminderen; 2) het leveren van extra lucht beter deeltjessuspensie verschaffen; en 3) het bemonsteren van de vrijgekomen deeltjes en online monitoring met behulp van een CPC en OPC uit het stopcontact dat een mixer, bestaande u…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This research was supported by the “Development of technologies for safety evaluation and standardization of nanomaterials and nanoproducts” (10059135)” through the Korea Evaluation Institute of Industrial Technology by the Korean Ministry of Trade, Industry & Energy.

Materials

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

Referencias

  1. Froggett, S. J., Clancy, S. F., Boverhof, D. R., Canady, R. A. A review and perspectives of existing research on the release of nanomaterials from solid nanocomposites. Part Fibre Toxicol. 11, (2014).
  2. Kingston, C., Zepp, R., Andrady, A., Boverhof, D., Fehir, R., Hawkins, D. Release characteristics of selected carbon nanotube polymer composites. Carbon. 68, 33-57 (2014).
  3. Kaiser, D., Stefaniak, A., Scott, K., Nguyen, T., Schutz, J. . Methods for the Measurement of Release of MWCNTs from MWCNT-Polymer Composites, NIST. , (2014).
  4. Nowack, B., David, R. M., Fissan, H., Morris, H., Shatkin, J. A., Stintz, M. Potential release scenarios for carbon nanotubes used in composites. Environ. Int. 59, 1-11 (2013).
  5. Kim, E., Lee, J. H., Kim, J. K., Lee, G. H., Ahn, K., Park, J. D. Case Study on Risk Evaluation of Silver Nanoparticle Exposure from Antibacterial Sprays Containing Silver Nanoparticles. J of Nanomaterial. , 346586 (2015).
  6. Kim, E., Lee, J. H., Kim, J. K., Lee, G. H., Ahn, K., Park, J. D. Case study on risk evaluation of printed electronics using nanosilver ink. Nano Convergence. , (2016).
  7. 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, 209-217 (2009).
  8. Golanski, L., Gaborieau, A., Guiot, A., Uzu, G., Chatenet, J., Tardif, F. Characterization of abrasion-induced nanoparticle release from paints into liquids and air. J. Phys. Conf. Ser. 304, 012062 (2011).
  9. Wohlleben, W., Brill, S., Meier, M. W., Mertler, M., Cox, G., Hirth, S. On the lifecycle of nanocomposites: Comparing released fragments and their in-vivo hazards from three release mechanisms and four nanocomposites. Small. 7, 2384-2395 (2011).
  10. . . ISO 7784-1, Paints and varnishes — Determination of resistance to abrasion — Part 1: Rotating abrasive-paper-covered wheel method. , (1997).
  11. . . ISO 5470-1, Rubber- or plastics-coated fabrics — Determination of abrasion resistance — Part 1: Taber abrader. , (1999).
  12. Schlagenhauf, L., Chu, B. T. T., Buha, J., Nüsch, F., Wang, J. Release of carbon nanotubes from an epoxy-based nanocomposites during an abrasion process. Enviorn. Sci. Tech. 46, 7366-7372 (2012).
  13. Bello, D., Wardle, B. L., Yamamoto, N., deVilloria, R. G., Garcia, E. J., Hart, A. J. Exposure to nanoscale particles and fibers during machining of hybrid advanced composites containing carbon nanotubes. J. Nanopart. Res. 11, 231-249 (2009).
  14. Cena, L. G., Peters, T. M. Characterization and control of airborne particles emitted during production of epoxy/carbon nanotube nanocomposites. J. Occup. Environ. Hyg. 8, 86-92 (2011).
check_url/es/54449?article_type=t

Play Video

Citar este artículo
Lee, G. H., Ahn, K., Yu, I. J. Testing of Nanoparticle Release from a Composite Containing Nanomaterial Using a Chamber System. J. Vis. Exp. (117), e54449, doi:10.3791/54449 (2016).

View Video