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

Summary

De afgifte van nanodeeltjes wordt getest met behulp van een kamersysteem dat een condensatiedeeltjesteller, een optische deeltjesteller en monsternamepoorten omvat om filtermonsters te verzamelen voor microscopieanalyse. Het voorgestelde kamersysteem kan effectief worden gebruikt voor het testen van de afgifte van nanomaterialen met een herhaalbaar en consistent bereik van gegevens.

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

1. Abrasor
   1. 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.
   2. Gebruik een gewicht aan de slijtage wiel vast aan de slijtage wiel houder, die ook geldt belasting op het proefstuk.
   3. Installeer een extra luchtinlaat betere suspensie voor de kaalgeschuurd deeltjes, zie figuur 3. Gebruik een 1/8 "-diameter beeldbuis 15 mm boven en 40 mm van het middelpunt van het testmonster.
2. abrasiewiel
   1. Wikkel de slijtage wiel (55 mm, 13 mm dik) met schuurpapier (100 grit en gloednieuw).
3. specimen
   1. Specimen is een samengestelde die nanomaterialen bevatten voor slijtage-test. Om geïnstalleerd in abrasor, moet het monster bereide wit zijnh 140 mm diameter.
4. Kamer
   1. Gebruik roestvrij staal voor de wanden aan depositie van deeltjes als gevolg van elektrostatische kracht te voorkomen. Plaats de abrasor binnen de kamer (volume 1 m ³⁾ (Tabel 1), en zoek de luchtinlaat en afvoer in het bovenste en onderste deel van de kamer resp. Gebruik een mixer, bestaande uit drie geperforeerde platen, bij de luchtuitlaat aan een gelijkmatig gemengde deeltjesstroom bereiken.
5. Neutralizer
   1. Al-elektrostatisch geladen deeltjes verbeteren deeltjesneerslag op de kamerwanden, gebruik neutralisator (zachte röntgenstraal ionisator) aan de geladen toestand van de deeltjes te minimaliseren.
6. Online meetinstrumenten ^{12, 13}
   1. Gebruik een CPC en OPC het deeltjesaantalconcentratie en deeltjesgrootteverdeling instructies van de fabrikant gemeten.
   2. Installeer de CPC en de OPC op de outlet van de kamer naar de deeltjesaantalconcentratie en deeltjesgrootteverdeling te meten.
7. Particle sampling instrumenten
   1. Proef de vrijgekomen deeltjes met een deeltjes- sampler met filtermedia of TEM rooster om de deeltjesmorfologie en componenten te analyseren.
   2. Installeer de deeltjes sampler met filtermateriaal of een TEM rooster aan de uitlaat van de kamer naar de morfologie van de deeltjes met analyseren.

2. Schuring test voor nanodeeltjes release behulp Chamber System

OPMERKING: De slijtage testomstandigheden worden beschreven in tabel 2.

1. Zoek de abrasor in het midden van de kamer.
2. Installeer het proefstuk op het monster rotatie fase van de abrasor.
3. Zet de abrasiewielen in de houders schuren wiel met een 1000 g gewicht aan lading van toepassing op het proefstuk.
4. Zoek de neutralisator (soft X-ray ionisator)28 cm van het midden van het proefstuk bij een 45 ° hoek, gezien in figuur 2, de elektrostatische depositie van deeltjes op de wanden te verminderen.
   NB: De neutralisator verwijdert de elektrostatische kracht door blootstelling balk. Aangezien de luchtinlaat en abrasiewielen boven het monster rotatie stadium bevinden, dit beperkt de toegang tot de neutralisator bundel het oppervlak van het proefstuk. Daarom wordt de neutralisator zich schuin zodat de bundel om zoveel mogelijk van het monster oppervlak mogelijk te bereiken.
5. Bedien de ventilator geïnstalleerd aan de uitlaat van de kamer in een 50 l / min stroomsnelheid.
6. Supply 25 l / min extra deeltje-vrije ophanging lucht met behulp van een luchtcompressor door de extra luchtinlaat.
   OPMERKING: De deeltjes die worden gegenereerd door slijtage, werden op het oppervlak van het model en abrasiewielen sterk. Daarom is het moeilijk om de kaalgeschuurd te meten. De extra luchtinlaat kan help dit probleem deeltjessuspensie lossen.
7. Controleer de achtergrond deeltjesaantalconcentratie binnen de kamer tot een gemiddelde deeltjesaantalconcentratie bereikt gedurende 1 h onder 1 # / cc CPC gebruikt, zoals beschreven in figuur 4.
8. Bedien het monster rotatie fase van de abrasor met behulp van een stappenmotor die het monster rotatie stadium bij 72 rpm met 1000 rotaties roteert.
9. Meet en noteer de vrijgekomen deeltjes aantal concentratie en de verdeling van de deeltjesgrootte met behulp van de CPC en OPC.
   OPMERKING: De vrijkomende deeltjes van de nanocomposieten hangen en gedragen door de lucht die wordt gepompt. Deze zwevende deeltjes worden uiteindelijk getransporteerd naar de uitlaat volgens de luchtstroom. De vrijgemaakte deeltjes worden vervolgens gedetecteerd door de CPC en OPC aan de uitlaat van de kamer. Een CPC en OPC worden het meest gebruikt voor het meten van de deeltjesaantalconcentratie, terwijl een OPC ook meten van de deeltjesgrootteverdeling.
10. sample de vrijgekomen deeltjes met behulp van een deeltje sampler met filter media of een TEM rooster.
    OPMERKING: De deeltjes vrijkomen uit nanocomposieten door slijtage overgang naar de uitlaat van de kamer na de luchtstroom. Aan de uitgang van de kamer, kan de vrijgekomen deeltjes worden bemonsterd met een deeltje sampler. De vrijgekomen deeltjes verzameld op filter media of een TEM rooster kan vervolgens worden geanalyseerd met behulp van TEM of SEM (scanning elektronenmicroscopie).
11. Stop de meting en bemonstering wanneer de deeltjes aantal concentratie lager dan 0,1% van de piek deeltjesaantal concentratie bereikt.
12. Sla de alle gegevens (CPC, OPC) en verwijder alle monsters (proefstukken).
13. Gebruik een nieuw model en nieuwe abrasiewielen voor elke test, en was de kamer en abrasor met kimwipes en IPA (isopropylalcohol) na elke slijtage test om herhaalbaarheid bevestigen.

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.

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...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Foamex	Taeyoung, R. van Korea
MWCNT (multiwalled carbon nanotube) composiet	Hanwha, Incheon, R. van Korea		2% MWCNT's in lagedichtheid polyethyleen
Schuurpapier	Derfos, R. van Korea	#100	Schuurpapier met 100 korrels
Condensatiedeeltjesteller (CPC)	TSI Inc, Shoreview, MN	UCPC 3775
Optische deeltjesteller (OPC)	Grimm, Ainring, Duitsland	1.109
Mini deeltjesmonsternemer	Ecomesure, Saclay, Frankrijk
Quantifoil gaziger koolstoffilm	TED PELLA Inc. VS	1.2/1.3
Filterhouder			op maat gemaakt
Polycarbonaatfilter	Millipore, VS	CAT Nr. GTTP02500
Zachte röntgenionisator (neutralisator)	SUNJE, R. van Korea	SXN-05U
Veld emissie-scanning elektronenmicroscoop (FE-SEM)	Hitachi	S-4300