Experimentellt protokoll för att undersöka partikel aerosolbildning av en produkt under nötning och enligt miljö Vittring

Med en snabb mognad i nanoteknik, dess avancemang drivs av en snabb kommersialisering av produkter som innehåller konstruerade nanomaterial (ENM) med anmärkningsvärda egenskaper. Som beskrivits av Potocnick ^ett i artikel 18 (5) i förordning 1169/2011, utgiven av Europeiska kommissionen, ENM kan definieras som "avsiktligt tillverkat material som innehåller partiklar i fritt tillstånd eller som ett aggregat eller agglomerat och där det under 50% eller mer av partiklarna i antalsstorleksfördelning, är en eller flera yttre dimensioner i storleksintervallet 1 nm till 100 nm ". Dessutom produkter som innehåller ENM, antingen i sin fasta bulk eller på deras fasta ytor eller i sina flytande suspensioner, kan betecknas som nanostrukturerade produkter. Olika typer av ENM med olika formuleringar och funktionalise används i sådana produkter i enlighet med den typ av ansökan och budget. Produkterna kan vara i form av coatings, färg, kakel, hus tegel, concret e osv.

När det gäller forskning är berörda, kan man också finna enormt antal publikationer på innovationer som har gjorts med hjälp av nanoteknik. Trots denna enorma forskning, tilltalande drag av ENM är under sond för potentiell hälso- eller miljöfaror på grund av deras tendens att få ut eller släpps ut i luften i form av aerosoler under användning eller bearbetning av nanostrukturer produkter (t ex Oberdorster et al ^2, Le Bihan et al. ^3. och Houdy et al. ^4). Kulkarni et al. ⁵ definierar en aerosol som suspension av fasta eller flytande partiklar i det gasformiga mediet. Hsu och Chein ⁶ har visat att vid användning eller behandling av en nanostrukturerade produkt, en nanostrukturerade produkt utsätts för olika mekaniska påfrestningar och miljö vittring som underlättar en sådanutsläpp.

Enligt Maynard ^7, vid exponering kan dessa aerosoler av ENM interagera med mänskliga organismen genom inandning eller dermala kontakter och få deponeras i kroppen som därmed kan orsaka olika skadliga effekter, inklusive cancerframkallande sådana. Således är en grundlig förståelse av fenomenet ENM utsläpp av största vikt med tanke på den exempellösa användning av nanostrukturerade produkter, som nämnts av Shatkin et al. ^8. Detta kan inte bara bidra till att undvika oförutsedda hälsorelaterade komplikationer till följd av deras exponering men också att uppmuntra allmänhetens förtroende för nanoteknik.

Ändå har exponeringen relaterade problem nu börjat få uppmärksamhet från forskarvärlden och har nyligen uppmärksammats av olika forskningsenheterna över hela världen (till exempel Hsu och Chein ^6, Göhler et al. ^9, Allén et al. <sup> 10, Allén et al. ^11, et al. Al-Kattan ^12, Kaegi et al. ^13, Hirth et al. ^14, Shandilya et al. ^{15, 31, 33,} Wohlleben et al. ^16, BOUILLARD ^{et al. 17,} Ounoughene et al. ^18). Med tanke på den storskaliga utbyggnaden av nanostrukturerade produkter i den kommersiella marknaden, skulle det effektivaste sättet att ta itu med problemet vara en förebyggande en. I ett sådant tillvägagångssätt är en produkt som är utformad på ett sådant sätt att det är "nanosafe by design" eller "Design för säkrare nanoteknik" (Morose ¹⁹⁾ det vill säga låg emissions. Med andra ord, maximerar det sina fördelar i problemlösning under dess användning samtidigt avger en minimal mängd av aerosoler i miljön.

För att testa nanosäkerhet by design under användningsfasen av en nanostrukturerade produkt, presenterar författarna en lämplig experimentell metodikatt göra det i denna artikel. Denna metodik består av två typer av kontakter: (i) mekaniska och (ii) miljö som syftar till att simulera det verkliga livet tryck som den nanostrukturerade produkt, en murverk tegel, utsätts för under dess användningsfasen.

(I) En linjär nötningsapparat, som simulerar den mekaniska värvning. Dess ursprungliga och kommersiell form, som visas i figur 1A, refereras i flera internationellt erkända teststandarder som ASTM D4060 ^20, ASTM D6037 ²¹ och ASTM D1044 ^22. Enligt al. Golanski et ^23, på grund av dess robusta och användarvänliga design, är dess ursprungliga form redan används i stor utsträckning inom industrin för att analysera produkternas prestanda som färg, beläggning, metall, papper, textil, etc. Stress är tillämpas genom denna anordning motsvarar den typiska ett tillämpas i en inhemsk inställning, till exempel går medskor och förskjutning av olika objekt i ett hushåll (Vorbau et al. ²⁴ och Hassan et al. ^25). I fig 1A, en horisontellt förskjuta list rullas standard abradant i en fram- och återgående rörelse över provytan. Den avnötning sker vid kontaktytan på grund av friktionen vid kontakten. Storleken av avnötning kan varieras genom att variera den normala belastningen (F _N), som verkar på toppen av den abradant. Genom att ändra typen av abradant och normal lastvärde, kan en variera nötnings och därmed den mekaniska påkänningen. Morgeneyer et al. ²⁶ har påpekat att spänningstensorn ska mätas vid nötning består av normala och tangentiella komponenter. Den normala stress är ett direkt resultat av normal belastning, dvs F _N medan den tangentiella stress är resultatet av the tangentiellt agerar friktionsprocessen, mätt som kraft (F _T) och den verkar parallellt eller anti-parallellt med den riktning i vilken nötning äger rum. I den ursprungliga versionen av detta nötningsapparat kan man inte avgöra F _T. Kan därför inte helt och hållet bestämmas rollen för de mekaniska påkänningar under aerosolbildning av ENM. Att utrota denna begränsning, som beskrivs i detalj av al. Morgeneyer et ^26, har vi (a) modifierat den genom att ersätta redan installerat horisontellt stålstång med en replik av aluminium 2024-legering och (b) är monterad en töjningsgivare på ovansidan av detta replikerade aluminiumlegering bar. Detta visas i figur 1B. Denna töjningsgivare har 1,5 mm aktivt rutnät mätlängd och 5,7 mm för att mäta gallerbärare längd. Den är gjord av en konstantanfolie med 3,8 | j, m tjocklek och 1,95 ± 1,5% av gauge-faktor.En korrekt mätning av de mekaniska påfrestningarna säkras genom en dynamisk töjningsgivare förstärkare, som är ansluten i serie till töjningsgivaren, så att en pålitlig mätning av stammen producerat i mätaren. De data som överförs via förstärkaren förvärvas med hjälp av datainsamling programvara.

Figur 1. Nötnings Apparater och töjningsgivare. Den kommersiella standardformulär för Taber nötningsapparat (A) med slit hastighet, varaktighet och slaglängd kontroller. Den ursprungligen monterade stålstång ersattes med en aluminiumskena och vidare utrustad med en töjningsgivare (B) för att mäta den tangentiella kraften (F _T). klicka här för att se en större version av denna siffra.

i <s Trong> Figur 2 är den fullständiga försöksuppställningen visas där denna modifierade Taber nötningsapparat placeras under överensstämmer en nanosecured arbets post. En partikel fri luft ständigt cirkulerar i detta arbete tjänst vid en flödeshastighet av 31.000 l / min. Den har ett partikelfilter effektivitet 99,99% och har redan använts med framgång av et al. Morgeneyer ²⁷ i olika nanopartiklar "dammbildning tester.

Figur 2. Experimentell Set-up (Shandilya et al. ^31). Ett nanosecured arbete möjlighet att utföra nötningstest och realtid karakterisering (både kvalitativt och quantitavive) av aerosolpartiklar genereras. En liten del av partikeln fri luft passerar genom en slits inuti kammaren utsläpp för att eliminera bakgrunden partiklar nummer koncentration.pload / 53.496 / 53496fig2large.jpg "target =" _ blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Motorn i nötningsapparat hålls utanför och dess linjärt glidande delen hålls inne i ett egendesignade provutsläppskammare, med måtten 0,5 m x 0,3 m x 0,6 m (detaljer i Le Bihan et al. ^28). Det hjälper till att förhindra nötningsapparat "motorutsläppen från att blanda sig i testresultaten. Provtagningen av aerosolpartiklar som genereras görs i närheten av en radiell symmetrisk huva (volym av 713 cm ^3). Genom att utnyttja en sådan huva, kan aerosolpartiklarna förluster på grund av deras avsättning på ytorna minimeras. Den andra fördelen innefattar ökning av aerosolpartiklar antalet koncentration på grund av en relativt lägre volym av huven i förhållande till utsläppsprovet kammaren. Tack vare denna inrättas, en realtids karakterisering och analys av partikel aerosolbörjar bli genereras under avnötning kan göras experimentellt i förhållande till antal koncentrationer, storleksfördelningar, elementära kompositioner och former. Enligt Kulkarni et al. ^5, antalet koncentrationen av ENM aerosoler partiklar kan definieras som "antalet ENM närvarande i enheten kubikcentimeter luft". På samma sätt är storleksfördelningen av ENM aerosoler "förhållandet uttrycker mängden av en ENM egendom (vanligtvis nummer och masskoncentrationer) i samband med partiklar i ett givet storleksintervall".

En partikelräknare (mätbar storleksintervall: 4 nm till 3 mikrometer) mäter aerosolpartiklar antalet koncentration (PNC). Partikel sizers (mätbar storlekar: 15 nm – 20 nm) mäta partikelstorleksfördelningen (PSD). En aerosolpartiklar sampler (beskrivs i detalj av R'mili et al. <sup> 30) används för att samla in partikel genom filtreringsteknik på en porös koppar mesh grid som kan användas senare i transmissionselektronmikroskop (TEM) för olika kvalitativa analyser av de frigjorda partiklarna.

(ii) Miljö värvning kan simuleras genom accelererad artificiell väder i en väderkammare, som visas i figur 3. Som framgår av Shandilya et al. ^31, vittring villkor kan hållas i enlighet med de internationella standarderna eller anpassas beroende på typ av simulering. UV-exponering tillhandahålls via xenonlampa (300-400 nm) installeras med en optisk strålning filter. Verkan av regn simuleras genom att spraya avjoniserat och renat vatten på dem. En reservoar placeras under testproverna för att samla upp avrinningsvatten. Det uppsamlade vattnet eller lakvatten kan användas senare för att utföra ENM urlakningsanalysen.

<imgalt = "Bild 3" src = "/ filer / ftp_upload / 53.496 / 53496fig3.jpg" />
Figur 3. Vittring avdelningen. Den kommersiella formen av Suntest XLS + vittring kammare innehåller en rostfri huva inuti vilken nanocoated proverna är placerade. Vattenbehållaren är placerad under huven som är källan till det vatten som skall sprutas in i huven. Klicka här för att se en större version av denna siffra.