Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Экспериментальный протокол по расследованию частиц аэрозолизация продукта Под истирания и по охране окружающей среды выветривания

Published: September 16, 2016 doi: 10.3791/53496
Automatic Translation
1,2, 1, 1, 2
1Direction des Risques Chroniques, Institut National de l'Environnement Industriel et des Risques (INERIS), 2Génie des Procédés Industriels, Université de Technologie de Compiègne (UTC)

Summary

В этой статье экспериментальный протокол для исследования аэрозолизацию частиц продукта под истирания и под экологической выветривание представлена. Результаты по эмиссии наноматериалов, в виде аэрозолей представлены. Конкретный экспериментальная установка описана подробно.

Introduction

С быстрой зрелости в области нанотехнологий, его продвижение приводится в движение быстрой коммерциализации продуктов , содержащих наноматериалы (Engineered ENM) с замечательными свойствами. Как описано Potocnick 1 в статье 18 (5) Регламента 1169/2011, выданного Европейской комиссией, ENM может быть определен как "любой преднамеренно производимого материала, содержащий частицы в свободном состоянии или в виде агрегата или в виде агломерата и где, на 50% или более частиц в Количественное распределение по размеру, один или более внешние размеры находится в диапазоне размеров 1 нм до 100 нм ". Кроме того, продукты , содержащие ENM, либо в их твердой массе или на их поверхности твердых тел или в их жидких суспензий, можно назвать как продукты наноструктурированных. Различные типы ENM с разными формулировками и функционализации используются в таких продуктах, в соответствии с характером применения и бюджета. Продукты могут быть в форме коатиNGS, краски, плитки, кирпича дома, и т.д. для бетона э.

Что касается исследований, то, можно также найти огромное количество публикаций на инновации, которые были достигнуты с помощью нанотехнологий. Несмотря на это огромное исследования, привлекательному черты ENM находятся под зондом для потенциального здоровья или экологической опасности , из - за их склонности к освобождается от блокировки или испускается в воздухе в виде аэрозолей во время использования или переработки продуктов наноструктуры (например Обердостер др . 2, Ле Бихан и др. 3 и Houdy и др. 4). Кулькарни и др. 5 определяет аэрозоль в виде суспензии твердых или жидких частиц в газовой среде. Хсу и Чейн 6 показали , что во время использования или переработки наноструктурного продукта, наноструктурного продукт подвергается различным механическим нагрузкам и атмосферным воздействиям окружающей среды , которые облегчают такоевыбросов.

По словам Maynard 7, при воздействии, эти аэрозоли ENM могут взаимодействовать с человеческим организмом через вдыхание или кожными контактов и получить на хранение внутри тела , которые , следовательно , могут вызывать различные вредные эффекты, в том числе канцерогенными. Таким образом, глубокое понимание феномена эмиссии ENM имеет первостепенное значение , учитывая беспрецедентное использование наноструктурных продуктов, как было упомянуто Shatkin и др. 8. Это может не только помочь избежать непредвиденных осложнений , связанных со здоровьем , связанных с их воздействием , но и в стимулировании общественного доверия к нанотехнологиям.

Тем не менее, проблема экспозиции , связанные в настоящее время начали привлекать внимание научно - исследовательским сообществом и был недавно выделен различными исследовательскими подразделениями по всему миру (например, Хсу и Чейн 6, Göhler и др. 9, Аллен и др. др. 11, Al-Каттан и др. 12, Кеги и др. 13, Хирт и др. 14, Shandilya и др. 15, 31, 33, Wohlleben и др. 16, Bouillard и др. 17, Ounoughene и др. 18). Учитывая крупномасштабное развертывание наноструктурных продуктов в коммерческих рынках, наиболее эффективный подход к решению этой проблемы была бы упреждающая один. При таком подходе, продукт разработан таким образом , что это "NanoSafe-по-дизайн" или "дизайн для более безопасного нанотехнологий" (Morose 19) , то есть, низкая эмиссионная. Другими словами, оно максимизирует их преимущества в решении проблем в процессе ее использования при испускании минимальное количество аэрозолей в окружающую среду.

Для проверки нанобезопасности, заложенной в конструкции во время фазы использования наноструктурированной продукта, авторы представляют соответствующую экспериментальную методологиюсделать это в настоящей статье. Эта методика состоит из двух типов: домогательствах (I) и механические (II) окружающей среды , которые направлены на имитации реальной жизни напряжения, которым продукт наноструктурного, кладки кирпича, подверженного во время его фазы использования.

(I) линейный истирания устройство, которое имитирует механическое вымогательство. Его оригинальная и коммерческая форма, как показано на рисунке 1А, упоминается в многочисленных международно признанных стандартов испытаний , как ASTM D4060 20, ASTM D6037 21 и ASTM D1044 22. Согласно Голяньски и др. 23, благодаря своей надежной и удобной для пользователя дизайн, его оригинальная форма уже широко используется в промышленности для анализа производительности продуктов , таких как краски, покрытия, металла, бумаги, текстиля и т.д. Стресс является применяется через этот аппарат соответствует типичному, прикладываемое в домашней обстановке, например, ходьба собувь и перемещение различных предметов в домашнем хозяйстве (Vorbau и др. 24 и Хасан и др. 25). На рисунке 1А, горизонтально вытесняя бар перемещает стандартный абразивный Не на взад и вперед , движение по поверхности образца. Износ истирание происходит на поверхности контакта из-за трения в контакте. Величина износа абразивной может изменяться путем изменения нормальной нагрузки (F N) , который действует в верхней части абразив. Изменяя тип абразив и нормальной величины нагрузки, можно варьировать абразивность и, следовательно, механические нагрузки. Morgeneyer и др. 26 указали , что тензор напряжений измеряется во время истирания состоит из нормальных и тангенциальных составляющих. Нормальное напряжение является прямым результатом нормальной нагрузки, то есть из F N , тогда как касательное напряжение является результатом гое тангенциально действующий процесс трения, измеренный как сила (F T) , и он действует параллельно или антипараллельно направлению , в котором происходит истирание. В первоначальном виде этого аппарата к истиранию, не может определить , F T. Таким образом, роль механических напряжений во время аэрозолизация из ENM может не быть полностью определено. Для того, чтобы искоренить это ограничение, как описано в деталях с помощью Morgeneyer и др. 26, мы (а) модифицировали его путем замены уже установленной горизонтальный стальной стержень точной копией в алюминиевую 2024 сплава и (б) , установленный тензометр на верхней поверхности этого реплицированную бара из алюминиевого сплава. Это показано на фигуре 1В. Этот тензодатчик имеет 1,5 мм длины активной измерительной сетки и 5,7 мм для измерения длины несущей сетки. Он изготовлен из константан фольги, имеющей 3,8 мкм толщиной и 1,95 ± 1,5% от коэффициента датчика.Правильное измерение механических напряжений обеспечивается с помощью динамического тензодатчика усилителя, который соединен последовательно с тензодатчика, что позволяет надежное измерение напряжения, полученного в калибровке. Данные, передаваемые через усилитель приобретается с использованием программного обеспечения для сбора данных.

Рисунок 1
Рисунок 1. истирание Устройство и тензометрических. Коммерческий стандартная форма абразивной аппарата Табер (А) со скоростью истирания, продолжительность и длина хода управления. Первоначально установлен стальной стержень был заменен бар алюминия и дополнительно оснащен тензодатчика (в) для измерения тангенциальной силы (F T). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

в Чонг> Рисунок 2, полная экспериментальная установка , где показана эта модифицированная истирания устройство Табер помещается под соответствие занимаемой должности nanosecured работы. Частица свободный воздух постоянно циркулирует внутри этой рабочей должности при расходе 31000 л / мин. Он имеет эффективность фильтра частиц 99,99% и уже с успехом использована Morgeneyer и др. 27 в запыленность испытаний различных наночастиц.

фигура 2
Рисунок 2. Экспериментальная установка (Shandilya и др. 31). Nanosecured работы объекта для проведения испытаний истиранию и в реальном масштабе времени характеристику (как качественные , так и quantitavive) генерируемых частиц аэрозоля. Небольшая доля частиц воздуха, не проходит через щель внутри камеры излучения для устранения его фоновых частиц концентрации число.pload / 53496 / 53496fig2large.jpg "целевых =" _blank "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Мотор для абразивной аппарата хранится снаружи и его линейно Скользящая часть удерживается внутри собственной разработки испытательной камеры, с размерами, 0,5 м × 0,3 м × 0,6 м, (подробности в Le Bihan и др. 28). Это помогает в предотвращении выбросов двигателя истирания устройство »от вмешательства в результаты испытаний. Отбор проб из образовавшихся частиц аэрозоля осуществляется внутри вблизи радиального симметричного колпака (объемом 713 3 см). Используя такую ​​вытяжку, потери аэрозольных частиц за счет их осаждения на поверхности могут быть сведены к минимуму. Другое преимущество включает увеличение концентрации числа частиц аэрозоля из-за сравнительно небольшой объем колпака относительно испытательной камеры. Благодаря этому установить, реальную характеристику времени и анализа частиц аэрозоляОпускается генерируется во время износа абразивной можно сделать экспериментально с точки зрения их концентраций чисел, распределения по размерам, элементного состава и форм. Согласно Кулкарни и др. 5, концентрация количество ENM аэрозолей частицы могут быть определены как "числа ENM , присутствующего в единичной кубическом сантиметре воздуха". Аналогичным образом, распределение по размерам ENM аэрозолей "отношения, выражающее количество в ENM собственности (как правило, количество и массовых концентраций), связанных с частицами в заданном диапазоне размеров".

Счетчика частиц (диапазон измерения размер: 4 нм до 3 мкм) измеряет концентрацию частиц аэрозоля номер (PNC). В Sizers частиц (диапазон измерения размер: 15 нм - 20 мкм) измерения распределения частиц по размерам (PSD). Аэрозольные частицы пробоотборник (подробно описано с помощью R'mili и др.

(II) Экологический вымогательство может быть смоделировано за счет ускоренного искусственного выветривания в ЗМС камере, показанной на рисунке 3. Как было показано Shandilya и др. 31, условия выветривания могут быть сохранены в соответствии с международными стандартами или быть настроены в зависимости от тип моделирования. Воздействие УФ-излучением обеспечивается с помощью ксеноновой дуговой лампы (300 - 400 нм), установленного с фильтром оптического излучения. Действие дождя моделируется путем распыления деионизированной и очищенной воды на них. Резервуар помещается ниже тестовых образцов для сбора поверхностного стока воды. Собранную воду или щелок можно использовать в дальнейшем для проведения анализа ENM выщелачивания.

Рисунок 3. Выветривание палата. Коммерческая форма XLS SUNTEST + выветривание камеры содержит кожух из нержавеющей стали , внутри которого nanocoated образцы помещаются. Резервуар для воды находится под капотом , который является источником воды для распыления внутри капота. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Примечание: Методика представлена ​​в Протоколе здесь не ограничивается только представленных образцов для испытаний, но могут быть использованы для других образцов, а также.

1. Искусственное выветривание [CEREGE Платформа, Экс-ан-Прованс]

  1. Возьмите пробу 250 мл деионизированной и очищенной воды, чтобы распылить в химическом стакане. Погрузить кончик измерителя проводимости воды в воду. Обратите внимание на проводимость воды. Повторите процесс и обратите внимание проводимость воды каждый раз.
    Примечание: В соответствии с ISO 16474 32, она никогда не должна быть выше , чем 5 мкСм / см.
  2. После измерения проводимости, подключите источник воды в резервуар выветривание камеры настоящее время под капотом из нержавеющей стали (показано на рисунке 3).
  3. Подключение переливную горловину на задней части камеры к сливное отверстие через шланг трубы.
  4. Поместите образцы нанопокрытие к погодным условиям в капот из нержавеющей стали и закройте дверцу. Для Enabле статистическая оценка результатов, использовать минимум три одинаковых нанопокрытие и эталонных образцов.
  5. На цифровой консоли, присутствует на передней части камеры ЗМС, выберите цикл 2 ч, состоящую из 120 мин УФ-света, 102 мин в сухой атмосфере и 18 мин распылителем воды.
  6. Введите количество циклов, равное 2658, что соответствует 7 месяцев.
  7. Выберите уровень освещенности ксеноновой дуговой лампы , равной 60 ± 5 Вт / м 2.
  8. Установите температуру окружающей среды при температуре 38 ° C.
  9. Запустите тест к погодным условиям, нажав кнопку запуска на консоли.

2. истирание и ENM Аэрозоли Характеристика [ИНЕРИС S-NANO Платформа, Верней]

Примечание: Перед использованием предварительно проверить аэрозольных частиц, характеризующую инструменты на калибровочном скамейке INERIS S-NANO платформы, которая состоит из отдельных и уже установленных опорных частей счетчика. Следуя конкретного протокола, убедитесь, что инструменты работают пропеллербезупречной.

  1. Соберите все узлы и приборы , показанные в экспериментальной установке и сделать необходимые соединения , как показано на рисунке 2 (Подробную информацию о единицах и настройке приборов представлены в Shandilya и др. 33).
  2. Включите циркуляции частиц воздуха, не содержащей внутри nanosecured workpost, нажав кнопку на FLUX.
  3. Эту частицу свободный воздух, чтобы пройти через испытательную камеру излучения, открыв камеру и держать ее открытой внутри nanosecured рабочей должности.
  4. Чтобы настроить эксперимент, подключить счетчик частиц непосредственно в испытательную камеру для измерения мгновенной концентрации числа частиц внутри камеры. Обратите внимание на значение концентрации непосредственно на дисплее счетчика.
  5. В то время как частица свободный воздух проходит через камеру, и далее следить за этим мгновенное значение концентрации число, пока не падает до нуля. Таким образом, убедитесь, чтокамера свободна от любых фоновых частиц.
  6. В то же время, фаска края стандартной цилиндрической формы абразив, осторожно поворачивая его один конец в взад и вперед, движение внутри паза инструмента, снабженного устройством ссадины.
  7. С помощью цифрового весы с точностью измерения, по меньшей мере 0,001 г взвешивают абразивный и образец прошлифовать.
  8. После этого, зафиксировать скошенную абразивный для вертикального вала абразивной аппарата через патроном настоящее время на его дне.
  9. Поместите наноструктурного продукт прошлифовать мягко под фиксированным абразив и прочно закрепить свои позиции на монтажной системы.
  10. Откройте аэрозольный пробоотборник и, используя пинцет, поместите сетку медной сетки внутри паза с его яркой стороной вверх. Поместите круглое кольцо над сеткой, чтобы исправить это.
  11. Закройте пробник и подключите его к насосу через фильтр на одном конце (то есть, в сторону более темной стороне сетки) и источника частиц на дрэр конец (то есть в направлении более яркой стороне сетки). Установите требуемую нормальную нагрузку на вертикальном валу с использованием весов мертвых.
  12. Через счетчик частиц, проверьте, если концентрация фоновые частицы внутри открытой камеры упала до нуля. Если нет, то ждать его. Если да, то закройте дверь испытательной камеры.
  13. С помощью цифровых консолей на инструментах, вручную установить скорости потока счетчика частиц и классификаторов следующим образом: КОП 1,5 л / мин; SMPS- 0,3 л / мин; APS- 5 л / мин
  14. Установить общую продолжительность выборки в 20 мин для всех этих трех инструментов. Установите продолжительность истирание и скорость, равную 10 мин и 60 циклов в минуту, соответственно, в абразивной аппарате.
  15. Подключите тензометр к динамическому усилителя тензометрическом. Подключите динамический усилитель тензодатчика к компьютеру, который будет использоваться для сбора данных с использованием программного обеспечения, установленного в нем.
  16. Откройте программное обеспечение.
  17. Нажмите НОВЫЙ DAQ ПРОЕКТ -оперо новый файл сбора данных.
  18. Остановить вариант для приобретения данных в реальном, нажав кнопку Live Update
  19. Нажмите 0 ВЫПОЛНИТЬ, чтобы установить значение опорного сигнала, равный нулю.
  20. Переключитесь на приобретение данных в реальном, нажав кнопку Live Update.
  21. Нажмите ВИЗУАЛИЗАЦИЯ выбрать в режиме реального времени графический способ представления данных.
  22. Нажмите Создать, чтобы открыть шаблоны.
  23. Выберите опцию SCOPE ПАНЕЛЬ, например.
  24. Начало сбора данных в счетчиков частиц и дробилок сразу.
  25. После задержки ок. 5 мин, начните истирание.
  26. Нажмите кнопку Пуск в окне программы сбора данных для получения сигналов тензометрических, соответствующие текущей истирания.
  27. Через 2 мин, включите насос, подключенный к МОБ.
  28. Держите работу насоса в течение 2 - 4 мин в зависимости от количества эмиссии частиц аэрозоля. ПРИМЕЧАНИЕ: Количество аэрозольных частиц пробы с помощью MPS должно быть оптимальным числом т.е.ни слишком мало, ни слишком излишки, которые могли бы предотвратить тщательный микроскопический анализ.
  29. После того, как ссадины останавливается, выключите сбор данных, нажав кнопку STOP.
  30. Сохраните полученные данные, нажав кнопку Сохранить данные СЕЙЧАС.
  31. После того, как счетчик и Sizers прекратить сбор данных, открыть испытательную ячейку и весят снова абразивный и поврежденную наноструктурного продукт.
  32. Продолжить весь процесс для каждого испытания на абразивную стойкость.
  33. После испытаний на истирание, еще раз проверить аэрозоль три частицы, характеризующие инструменты на калибровочном скамейке INERIS S-NANO платформы.

3. ПЭМ Анализ жидкости Suspensions- падения напыления Техника [ИНЕРИС калибровки платформы, Верней]

  1. Приготовьте объем 1% разбавленного водного раствора жидкой суспензии (то есть, "краска") путем добавления 1 часть суспензии для покрытия в 99 частей отфильтрованного и деионизованной водой.
  2. Открыть бухтур от тлеющего разряда машины
  3. Установить следующие условия эксплуатации: 0,1 мбар, 45 мА, 3 продолжительность мин.
  4. Для того, чтобы сетка сетки TEM меди гидрофильность путем его обработки плазмой, положил его на металлической подставке. Закройте крышку и запустить двигатель. Через 3 минуты, он автоматически останавливается.
  5. Выньте гидрофильную сетку сетки превратилась используя пинцет. Поместите это мягко с его яркой стороной вверх. Депозит каплю разбавленного раствора (8 мкл прибл.) На гидрофильной сетки меш с помощью шприца.
  6. Сушат сетки сетки в закрытой камере таким образом, чтобы содержание воды испаряется и составные частицы оседают на пребывать сетке. Убедитесь, что сетка сетка не заряжаются с бродячими частиц, которые могут быть легко идентифицированы как круговыми или прядей форм, характерных для частиц масла или сажи.
  7. После того, как готов, поставить сетку в ТЭМ зонда и проводят микроскопический анализ. [электронный ускоряющее напряжение 120 кВ, ср 31.
  8. Если сетка оказывается слишком нагруженные частицы для анализа, снизить процент разбавления и объем осажденного капли. Максимальный объем оператор может внести примерно равен 12 мкл.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

тестовые образцы
Протоколы, представленные в статье были применены к трем различным коммерческим продуктам наноструктурных. Акцент ставится здесь на деталях экспериментального подхода:
(а) алюмо-силикатного кирпича армированных наночастицами TiO 2, (11 см х 5 см х 2 см). Он находит частое применение в строительстве фасадов, стены дома, настенной плитки, тротуаров и т.д. Его свойства материала наряду с помощью сканирующего электронного микроскопа изображение , приведены в таблице 1 и на рисунке 4 , соответственно.

Рисунок 4
Рисунок 4. РЭМ изображение наноструктурных алюмосиликат Кирпич (Shandilya и др. 33). Шероховатую поверхность с микронного обрешетки или неровностей поверхности можно наблюдать в изображении. Эти шероховатости поверхности взаимодействуют с абradant во время истирания. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

свойства Стоимость
Состав Al, Si, Ca, Ti,
шероховатость эфф 7 мкм
Средний размер первичных частиц TiO 2 <20 нм
модуль упругости 20 гПа (прибл.)
коэффициент Пуассона 0,2
Твердость по Виккерсу 800 (прибл.)

Таблица 1: Свойства материала наноструктурных алюмосиликат Кирпич.

(Б) Photocatalytic нанопокрытия, состоящие из наночастиц диоксида титана анатаза с основанием ПММА и алкогольным в качестве диспергаторов соответственно. Анализ просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ) двух нанопокрытиями, показано на фигурах 5 (А) и (В), показывают среднюю TiO 2 размер частиц , равный 8 ± 4 нм в первом случае в то время как 25 ± 17 нм в последнем. Кроме того , две отдельные фазы , вносимого диспергатора (серого цвета) и включены наночастицы TiO 2 тона (черный цвет) , также можно наблюдать. Объемные проценты наночастиц диоксида титана в двух нанопокрытиями одинаковы и равны 1,1%. Энергодисперсионный рентгеноструктурного анализа (EDX) элементного состава двух нанопокрытиями, полученных после того, как в соответствии с протоколом для метода осаждения капли, показывают , что аналогичные наблюдения т.е., C ( от 60 до 65% по массе), O ( от 15 до 20 % по массе) и Ti (от 10 до 15% по массе). Следует отметить, что оба нанопокрытиямиповторно изготовлены специально для применения на внешних поверхностях зданий, которые, как правило, пористый, как кирпич, бетон и т.д. Таким образом, субстрат, выбранный для применения нанопокрытие был коммерческим равнине кладка кирпича (11 см × 5 см × 5 см).

Рисунок 5
Рисунок 5. ТЕМ изображение Наночастицы , присутствующие в нанопокрытиями (а) с ПММА и (б) основы алкогольного как диспергаторы соответственно (Shandilya и др. 33). Помимо различных составляющих наночастиц размеров двух нанопокрытиями, их индивидуальные морфологии также различны т.е. облако как структура для бывшего в то время как на мель для последнего. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы увидеть увеличенную версиюэтой фигуры.

(с) Прозрачная глазурь добавка , состоящая из наночастиц CeO 2 , имеющих основной размер 10 нм. Мешок диспергируетс в глазурь с 1,3% объемных процентах. Такая глазурь, как правило, наносят на внешние лежа окрашенные деревянные поверхности для придания защиты по отношению к их возможному изменению цвета и атмосферным воздействиям со временем. На фиг.6А и В, ПЭМ изображение и элементного анализа состава капли образца показаны соответственно.

Рисунок 6
Рис . 6: ПЭМ изображение и элементный состав анализа образца падения ТЭМ изображения (A) и анализа элементный состав (В) капли образца показаны Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы увидеть увеличеннуюверсия этой фигуры.

Излучение от наноструктурированных Кирпич
Эволюция общей изношенной массы наноструктурированного кирпича (М г) во время истирания показан относительно F N на рисунке 7. Для каждого значения F N, испытание на абразивную стойкость повторялась трижды. Эта эволюция , как представляется , следовать линейному пути до F N = 10,5 N , после чего неожиданно увеличивается для более высоких нагрузок. Стандартные отклонения, измеренные в значениях изношенной массы, в диапазоне от 0 до 0,023 г. Изношенной масса абразив во время испытания на истирание менее чем на 2%, что из кирпича, поэтому ничтожна.

Рисунок 7 >
Рисунок 7. Износ масса в зависимости от нормальной нагрузки. Общая изношенный масса кирпича увеличивается однообразно в течение износом с постоянно возрастающей нормальной нагрузке (Shandilya и др. 33) Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

На рисунке 8, унимодальны PSD излучаемых частиц аэрозоля приведены для различных значений F N. Для каждого значения, испытание на абразивную стойкость повторялось трижды. С увеличением F N, режим СДП также растет. Тем не менее, за 10,5 N, пик концентрации количество или концентрация максимальное количество частиц остается на прежнем уровне при ~ 645 см -3.

tp_upload / 53496 / 53496fig8.jpg "/>
Рисунок 8. аэрозольных частиц Размер как функция Нормальной нагрузки. Модальный размер распределения частиц по размерам (PSD) кривые излучаемых аэрозольных частиц возрастает с нормальной нагрузкой (Shandilya и др. 33) Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы увидеть увеличенную версию эта фигура.

На фиг.9А, эволюция общего PNC показана относительно F N. Для частиц, имеющих размеры в диапазоне 20-500 нм, по-видимому, чтобы увеличить до 10,5 N, после чего она начинает уменьшаться. Для 0,5 - 20 мкм диапазоне размеров, она непрерывно увеличивается. Тем не менее, как представляется, приблизиться к постоянному значению за 10.5 N. Однако поведение общего PNC относительно увеличения F T рисунке 9Б отличается , так как это увеличивает однообразно. Аналогичное наблюдение можно наблюдать за PSD мод тоже.

Рисунок 9
Рисунок 9. излучаемого аэрозольных частиц. (A) Всего излучаемый аэрозольные частицы числовая концентрация (PNC) аэрозольных частиц в зависимости от нормальной нагрузки (Shandilya и др. 34) (В) Всего КНП и СДП режим в зависимости от тангенциальной нагрузки Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Для анализа ПЭМ дискретизированных аэрозольных частиц , которые собирают на сетке меш в течение истирание при 4 -х различных значениях F N, размеры 50 DIFаэрозольные частицы гой измеряли для каждой сетки, а их средние размеры были определены в каждом конкретном случае. В таблице 2 приведены средние значения. Явное увеличение среднего размера отобранных аэрозольных частиц можно видеть , с увеличением F N.

Нормальная нагрузка (N) Средний размер частиц аэрозоля (мкм)
6 0,2 ± 0,1
9 0,9 ± 0,3
10.5 3 ± 0,7
13 5 ± 0,6

Таблица 2: Средний размер частиц аэрозоля отобранного аэрозольных частиц при различных значениях F N.

Излучение от фотокаталитический нанопокрытий
Для проверки эмиссии аэрозольных частиц из фотокаталитическими нанопокрытий, были сделаны истирания испытания их выветренных и не выветренных испытательных образцов. Результаты, относящиеся к их не-выветренных образцов представлены в первую очередь. Кривые PNC полученные при испытываемые образцы 4 - слоистых нанопокрытиями 'были истирается при нормальной нагрузке 6 Н показаны на 10А фигурах. Тест повторили трижды при тех же самых условиях. Для справки без покрытия, повторение было сделано на том же кирпича. В фигуре 10А истирание начинается при Т = 240 сек и заканчивается при Т = 840 сек. До и после этого интервала времени (т = 0 до 240 сек), система находится в режиме ожидания. Нанопокрытие с алкогольным основанием, кажется, не придают никакой разницы на PNC при сравнении с непокрытым ссылкой. Оба имеют почти одинаковые уровни PNC. Так как нанопокрытие, вероятно, получает стираться полностью withoут обеспечивая любое сопротивление, НСП достигает своего максимального значения (≈ 200 см - 3) вскоре после того, как начинается истирание. Стандартное отклонение составляет от 5 до 16 см - 3. Для нанопокрытия с ПММА, НСП изначально низкая (≈ 14 см - 3) из - за возможного сопротивления нанопокрытия к истиранию. Тем не менее, это сопротивление продолжается до определенного момента (Т = 624 сек), после чего он может начать получать стиралось. В результате НСП начинает постепенно увеличиваться. Он достигает того же значения, что и для других нанопокрытия или ссылки к концу истирания. Стандартное отклонение в измеренных значений для нанопокрытия с ПММА колеблется от 0,7 до 27 см - 3.

Рисунок 10
Рисунок 10. Влияние типов нанопокрытие на аэрозольных частиц поколения от нанопокрытий. (А) изменение PNC с течением времени (B) PSD аэрозольных частиц , испускаемых при абразии 4 слоев нанопокрытия под 6 Н нормальной нагрузки (примечание: все кривые представляют собой средние кривые , полученные из 3 -х повторных испытаний) (Shandilya и др и др. 33) Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

На рисунке 10B, СПМ излучаемых частиц аэрозоля показано. Нанопокрытие с алкогольным основанием кажется, не имеет никакого влияния на PSD либо, кроме смены режима размера в сторону меньших размеров частиц (154 ± 10 нм). Стандартное отклонение в PSD , измеренной в данном случае изменяется от 0,2 до 16 см - 3. Нанопокрытие с ПММА значительно падает пик PSD кривой в ~ 30 оказывающей ЕМ частицission совершенно незначительна. Стандартное отклонение измеряется здесь составляет 8 см - 3 максимум.

На рисунке 11А, эффект увеличения F N было показано на 4 слоистой нанопокрытия с ПММА. Трение начинается при Т = 240 сек и заканчивается при Т = 840 сек. Для получения четкого представления о НГП, между Т = 240 сек и т = 480 сек, увеличенный вид на Рисунке 11A1 также показано на рисунке. PNC увеличивается с нормальной нагрузкой. Та же картина продолжается на рисунке 11В для 4 слоистой нанопокрытия с алкогольным основанием тоже. При измерении PSD для нанопокрытия с ПММА, СДП показали очень низкие концентрации, которые были даже близко к их порогов обнаружения частиц. Следовательно, эти два Sizers частицы не были использованы в дальнейшем. Но для нанопокрытия с алкогольным основанием, не было таких проблем. PSD в этом случае показано наРисунок 11C. Три одновершинных распределений с увеличением размера мод (т.е. 154 нм до 274 нм до 365 нм) и увеличение пиков концентрации можно увидеть для увеличения нормальных нагрузок.

Рисунок 11
Рисунок 11. Влияние нормальной нагрузки на аэрозольных частиц из поколения нанопокрытиями (А) изменение КНП со временем в течение 4 слоев нанопокрытия с ПММА , и (б) основы алкогольного. (. Shandilya и др 33):; (а1) масштаб изображения вид (C) PSD аэрозольных частиц , испускаемых при абразии 4 слоя нанопокрытия с алкогольным базовой (обратите внимание все кривые представляют собой средние кривые , полученные из 3 -х повторных испытаний) Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 12 демонстрирует этот эффект , когда два образца, имеющие 2 и 4 слоев нанопокрытия с ПММА, испытываются на F N = 6 N. истирание начинается при Т = 240 сек и заканчивается при Т = 840 сек. НГП всегда ниже , когда 4 слоев нанопокрытия: - истертые является , по сравнению с 2 -х слоев (станд отклонение от 2 до 27 см 3.) ​​(Станд отклонение:. От 13 до 37 см - 3) или без покрытия ссылка. Оба набора слоев, кажется, обеспечивают устойчивость к истиранию. Тем не менее, в случае нанопокрытия с алкогольным основанием, как через 2 и 4-х слоев имеют одинаковую PNC.

Рисунок 12
Рисунок 12. Влияние Количество дополнительных покрытий на генерацию аэрозольных частиц из нано-покрытий. Изменение PNC с Тимоме для 2 -х и 4 -х слоев нанопокрытия с ПММА (примечание: все кривые представляют собой средние кривые , полученные из 3 -х повторных испытаний) (. Shandilya и др 33) Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

РЭМ наблюдения 4 слоистой нанопокрытия с ПММА также были сделаны в конце абразивной обработки. На рисунке 13 показано наблюдение. Unabraded поверхность с покрытием (с буквой А), имел среднее содержание Ti от ~ 12% (в массе). Для шлифованной части (отмечен B), среднее содержание Ti снижается до ~ 0% (в массе), таким образом, полностью обнажая кирпичную поверхность.

Рисунок 13
Рисунок 13. микроскопический анализ Nanocoated поверхностей. СЭМ - изображение и анализ EDX из покрытымй прошлифовать части нанопокрытия с ПММА; часть (A): unabraded поверхность с покрытием; часть (B): истирается (. Shandilya и др 33) Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Следовательно, 4 слоистый nanocating с ПММА выступал на удивление хорошо по сравнению с ее 2 слоистого аналога или другого нанопокрытия, в том числе его как через 2 и 4 слоя нанопокрытия. Учитывая это замечание, некоторые 4 слоистые образцы из нанопокрытия с ПММА также подвергается воздействию искусственного ускоряются погодным условиям до их истиранию. На рисунках 14A-E, то можно увидеть , ухудшающееся эффект атмосферных воздействий. Непрерывный и комплексная форма nonweathered нанопокрытия можно наблюдать на рисунке 14А. Прогрессирующее ухудшение нанопокрытие против И. крекинг может быть затем наблюдается в последующих фигурах т.е. цифры 14B, C, D и Е. Наоборот, без покрытия ссылка не показывает таких эффектов. Сушку стресс из - за испарения содержания воды и постепенным хрупкости полимерного связующего , присутствующего в нанопокрытия при его взаимодействии с УФ - лучами приводят к такому ухудшению (Белый 35, Мюррей 36, Дафресн и др. 37, Hare 38 Tirumkudulu и Russel 39) , Анализ СЭД в выветренного нанопокрытия через элементного картирования между Ti (внесенной nancoating) и Са (внесенной кирпича) показано на рисунках 14F-J. На рисунке, почти застойный содержание титана на поверхности (среднее значение ~16.1%) можно наблюдать с увеличением содержания Са и, следовательно, открытой поверхности. Одним из главных последствий этого результата может быть усадка нанопокрытия с атмосферным воздействиям.

ontent "> Рисунок 14
Рисунок 14. Микроскопический анализ поступательно ухудшающейся нанопокрытие (Shandilya и др. 31). Ухудшение происходит через появление трещин на поверхности , которая углубляется в ногу со временем Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Количественное определение TiO 2 эмиссии наночастиц в воде проводили при интервалах 2, 4, 6 и 7 месяцев погодным условиям . Для этой 100 мл образцы фильтрате были взяты из собранного поверхностного стока воды и анализировали с использованием индуктивно связанной плазмы масс - спектрометрии (ICP-MS). В таблице 3 приведены условия эксплуатации ICP-МС. Мы обнаружили, что Ti, было обнаружено, что всегда ниже значения порога обнаружения (= 0,5 мкг / л) вобъем образца. Это наблюдение приводит к выводу, что, несмотря на ухудшение в результате выветривания, то нанопокрытие все еще сильно связаны, чтобы противостоять их вымывание в стоковых водах.

объем пробы 2 мл
Мощность РЧ 1550 Вт
РФ Matching 1,78 V
Газ-носитель 0,85 л / мин
Макияж газа 0,2 л / мин
Распылитель Micromist
ингалятор насос 0,1 г / сек
S / C температура 15 ° C
скорость потока Он 5 мл / мин
Скорость потока 2 H 2 мл / мин
время интеграции 0,1 с
Камерный & Torch кварцевый
конусообразный Ni

Таблица 3: Условия эксплуатации ICP-MS.

Выветривание сопровождался истирания. Фигуры 15А и В показывают результаты ПЭМ анализа отобранных проб частиц аэрозоля, в течение первых 2 мин истирания 4 и 7 месяцев выветренными нанопокрытие при тех же самых условиях , для отбора проб. Качественно выше осаждение аэрозольных частиц на сетке сеток можно наблюдать в случае последнего. Частицы полидисперсного аэрозоля могут наблюдаться при большем увеличении. Несмотря на то, что мы были не в состоянии оценить, но наблюдалось значительное количество свободных наночастиц TiO2 (т.е. Ti масса> 90%) , когда 7 месяцев выветривание нанопокрытие был истирается (рис 15C и D). Доверительные интервалы малы для измеряемых величини, таким образом пренебречь в сюжетах. Этот результат отличается от результатов , не выветренных нанопокрытий и различных других исследований , таких как Shandilya и др. 15, Голяньски и др. 23, Göhler и др. 29, Shandilya и др. 33. Следовательно, она имеет более особый интерес. В ранее полученных результатов для не выветренных нанопокрытий и других упомянутых исследований, большая часть испускаемых аэрозолей состоит из наноматериала в матрице-связанном состоянии, а не в свободном состоянии.

Рисунок 15
Рисунок 15. Микроскопический анализ аэрозольных частиц. ПЭМ изображение аэрозольных частиц , вылетающих из абразии (A) 4 месяца и (В) 7 месяцев выветривание нанопокрытие (C, D) свободные наночастицы , испускаемые от истирания 7 месяцев выветривание нанопокрытие др. 31) Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

В рисунке 15Е, вариации в процентах от трех элементы- C, Ti и Са показаны , когда длительность выветривание достигает 7 месяцев от 4 -х месяцев. Четкий эффект полимера хрупкости может наблюдаться с падением содержания C с 56% до 12%. Это падение непосредственно подразумевает сокращение в присутствии матрицы вокруг излучаемых частиц аэрозоля. Увеличение по сравнению с 7% до 55% в содержании Ti означает увеличение концентрации Ti в излучаемых частиц аэрозоля. Открытая поверхность основного кирпича, после 7 месяцев атмосферных воздействий, дает некоторые аэрозольные частицы слишкомна истирание. В результате, некоторые аэрозольные частицы из кирпича также наблюдается после 7 месяцев атмосферных воздействий. Следовательно, продолжительность выветривание оказывает непосредственное влияние на размер и химического состава аэрозольных частиц.

Рисунок 16
Рисунок 16. PNC и PSD как функция истирание Продолжительность: PNC и PSD во время истирания выветрившейся ссылки и нанопокрытия. Трение происходит при Т = 120-720 сек в панелях (А) и (В). (Shandilya и др. 31) Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Фигуры 16А-D показывают результаты на PNC и PSD аэрозольных частиц , отобранных в пределах объема samplinг капот. На рисунках 16А и В, начиная с Т = 120 сек и продолжается до Т = 720 сек, истирание непокрытого ссылки дали постоянный и погодным условиям продолжительность независимой PNC (~ 500 см - 3; стандартное отклонение 5 - 16 см - 3; повторяется трижды). Таким образом, искусственное выветривание не оказывает заметного влияния на вылетающих частиц аэрозоля из непокрытого ссылки. Тем не менее, в случае nanoacoating, четкий эффект продолжительности ЗМС можно наблюдать, как НСП возрастает с увеличением длительности выветривание. 6 и 7 месяцев За исключением случаев , характер ее изменения со временем также поразительно напоминает то есть начальное вознесение, с последующим застоем, затем снова вознесения, и окончательный застой. За 6 и 7 месяцев, существует непосредственная шишка в концентрации, как только начинается истирание. Этот начальный удар в концентрации даже выше, чем у эталона. ЧАСowever, после того, как т = 360 сек, она стремится вернуться к исходному уровню. Это различие в поведении нанопокрытия по отношению к истиранию можно объяснить на основе механизма его удаления во время истирания. До 4-х месяцев выветривание, то нанопокрытие не считается достаточно сильным, чтобы противостоять его истиранию. В результате, она изнашивается медленно и , следовательно, концентрация число излученных аэрозолей медленно возрастает. Тем не менее, после того, как 6 и 7 месяцев выветривание, то нанопокрытие комковатая (как уже было показано на рисунке 14Е) , как , возможно , слабо прикреплены к поверхности кирпичной в. В результате, как только начинается истирание, эти нанопокрытие комки легко получить вырваны с корнем , который показывает выпуклость в концентрации количество излучаемых частиц аэрозоля. PSD излучаемых частиц аэрозоля для сравнения (рис 16С) не показывает никакого очевидного эффекта выветривание (режим чередующиеся между 250 и 350 нм; PNC ≈ 375 см 3; стандартное отклонение 0,2 - 8 см - 3). На рисунке 16D, распределение частиц по размерам показано на нанопокрытия , которые соответствуют первой фазе в течение которой НСП застаивается. Эта цифра не показывает кривую на 6 и 7 месяцев погодным условиям, так как нет первого застойной фазы для них. Как можно ясно видеть, есть увеличение в режиме размера, а также максимальной PNC.

Излучение от Glaze
В отличие от наблюдений выбросов аэрозольных частиц в случае армированных кирпичей и фотокаталитические нанопокрытий, были найдены два слоя глазури , чтобы быть не эмиссионные во время их истирание , когда F N = 6 Н. Концентрация количество излучаемых частиц аэрозоля, полученного с использованием счетчика частиц, всегда оказывается меньше , чем на 1 см -3, следовательно , insignificant.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

В настоящей статье, экспериментальное исследование нанобезопасности-по-дизайн коммерческих продуктов наноструктурированных представлена. Нанобезопасности-по-дизайн любого продукта могут быть изучены с точки зрения его PNC и PSD, когда он подвергается механическим нагрузкам и атмосферным воздействиям окружающей среды. Продукты , выбранные для исследования являются алюмосиликат кирпич армированный с наночастицами TiO 2, глазурь с CeO 2 наночастиц и фотокаталитические нанопокрытий с наночастицами TiO 2. Эти продукты легко доступны для клиентов на коммерческом рынке и хорошо связаны с их повседневной жизни. Поэтому их исследование к их нанобезопасности-по-дизайн имеет решающее значение.

Искусственное выветривание
Разброс наблюдений деградации можно ожидать при использовании различных условий эксплуатации. Кроме того, спектральное распределение мощности света от люминесцентных УФ / ксеноновые дуговые лампы является признакомificantly отличается от производства в легкой и воздействия воды устройств, использующих другие источники света. Тип и скорость деградации и рейтинга эффективности, полученных в экспозиции УФ-ламп могут значительно отличаться от тех, которые получают путем воздействия на другие типы источников света лаборатории. Результаты испытаний погодным условиям также зависит от ухода, который берется для работы камеры к погодным условиям. Следовательно, такие факторы, как регулирование напряжения сети, температура в помещении, в котором устройство работает, система контроля температуры и состояния и возраста лампы также играют важную роль в выполнении выветривания камеры. Во время тестирования освещенности может измениться из-за старения УФ-лампы. Стандартная лампа имеет средний срок службы ≈1,400 ч. Поэтому перед началом теста к погодным условиям, следует убедиться, что от количества часов, оставшихся для лампы для запуска. Присутствие металлических ионов в воде, чтобы распылить внутри ЗМС камеры, которые увеличивают его CONПроводимость также является важным аспектом, чтобы заботиться о. Если проводимость воды превышает допустимый уровень, он может оставить следы растворенных металлов на поверхности выветривания. В таких случаях более деградирует поверхность получается, чем ожидалось. Распределение излучения от УФ-лампы иногда не является равномерным по всей опоры из нержавеющей стали, в течение которого образцы нанопокрытие помещены. В таком случае, следует соблюдать осторожность во время размещения образцов нанопокрытие так , что индивидуальные различия в уровне освещенности на поверхности каждого образца не превышает ± 2 Вт / м 2. Чтобы разрешить воспроизводимости результатов атмосферных воздействий, по крайней мере, три параллельных образца каждого материала должны быть выставлены.

Истирание и ENM Аэрозоли Характеристика
Концентрация количество частиц изменяется в зависимости от размещения точки отбора проб аэрозольных частиц внутри испытательной камеры, как концентрацияне является равномерным по всей камере. В настоящем исследовании, точка отбора была сохранена близко к поверхности будучи истирается. Это позволяет минимизировать диффузии и седиментации потерь аэрозольных частиц, поскольку они отбираются, как только они получают, полученные от истирания. Скорость потока частиц воздуха, не содержащей также имеет важное значение, как оно должно быть достаточно высоким, чтобы уменьшить фоновых частиц до их минимальной концентрации, так что они не мешают характеристике истирание образовавшихся частиц. Во время истирания, край с фаской абразив позволяет истирание быть однородным внутри ее площадь контакта с наноструктурных продуктом. Если края не скошены должным образом, они могут отклеиться контактную поверхность тоже. При работе с наноструктурных продуктов, оператор очень чувствителен к его / ее воздействием испускаемых наночастиц. Следовательно, любой вид манипуляций с наноструктурных продуктов, в том числе истиранию, должны выполняться Внутризамкнутое соответствие, которое способно помешать любому наночастицу пройти.

ТЕМ Анализ жидкой суспензии
Гидрофильный характер сетки медной сетки имеет первостепенное значение в то время как осаждение в водном растворе основания капли. Это стабилизирует падение на поверхности сетке, а также исключает необходимость поверхностных предварительным смачиванием операций. Сушку заряженной сетки внутри закрытой камеры также имеет важное значение, чтобы избежать его загрязнения с окружающей частиц грязи, поскольку они могут создавать помехи при анализе ТЭМ.

Стандартное истирание устройство было модифицировано путем замены уже установленного горизонтального стальной стержень точной копией в алюминиевый сплав 2024 и монтаж тензометр на верхней поверхности этого реплицированную панели из алюминиевого сплава. Эта модификация позволяет знать полное механическое состояние стресса во время истирания и, следовательно, лучше контролировать процесс, который было невозможно ранее. Для microscoКВС анализ аэрозольных частиц, в новой методики сбора частиц на основе фильтрации через ТЭМ выделенному опор, а именно TEM был использован в настоящем исследовании с помощью держателя фильтра, который был разработан специально для этого применения пористых сеток.

Искусственное выветривание
Способность покрытия противостоять ухудшению ее физических свойств, вызванных воздействием света, тепла и воды может быть очень важным для многих применений. Тип экспозиции, представленной в этой статье, ограничено и не может имитировать ухудшение, вызванное локализованных погодных явлений, таких как загрязнение атмосферы, биологического нападения, или под воздействием соленой воды.

Истирание и ENM Аэрозоли Характеристика
Основным ограничением протокола, представленного для определения характеристик аэрозольной ENM является то, что часть этих ENM аэрозолей теряться, прежде чем они могут быть охарактеризованы по их размеру иномер. Такие потери могут быть отнесены к различным явлениям, связанных с динамикой аэрозоля, как осаждение, диффузия, турбулентность в потоке воздуха, инерционных и т.д., которые действуют на частицы аэрозоля одновременно, как только он получает сигнал. Эта потеря является прямой функцией от размера частиц аэрозоля. Этот аспект был рассмотрен в некоторых предыдущих публикациях как Shandilya и др. 31, Shandilya и др. 33, Shandilya и др. 34. Однако рассмотрение подход был реактивным в этих исследованиях , то есть расчеты были проведены , чтобы приблизительно оценить потери и конечные результаты эксперимента были изменены на основе результатов вычислений.

ТЕМ Анализ жидкой суспензии
Методика представлена ​​здесь для анализа ПЭМ разбавленной пробы жидкой суспензии вынуждает взвешенные частицы, чтобы прилипать к поверхности сетки путем испаренияобщее содержание воды. Это может позволить образование более крупные агрегаты на сетке, которые не присутствуют в исходной жидкой суспензии. Следовательно, этот метод не может полностью представить морфологию взвешенных частиц в первоначально условиях.

Методика, представленная здесь направлена ​​на контроль параметров, которые играют ключевую роль в частицах аэрозолизация, будь то во время механического или экологического старения. Кроме того, он сосредоточен на поиске порог продолжительности погодным условиям, за которой выбранный нанопокрытие превысил свою жизнь NanoSafe. (В данном случае, это 4 месяца ускоренного выветривания.) Это делается путем непрерывного мониторинга состояния нанопокрытие в процессе производства, что позволило нам отметить точную продолжительность, в котором нанопокрытие начала ухудшаться. Это особенность, которая отличает его от предыдущих научных исследований, как они имеют дело с концепцией экологической атмосферных воздействий, применяя его наИсследуемый образец в течение заданного срока, без контроля качества в процессе продолжающегося атмосферных воздействий. Выбранный подход в исследовании , представленном здесь позволяет количественно сравнивать экспериментально измеренные нанобезопасности пороговые значения (т.е. NanoSafe времена жизни) различных -Но подо- нанопродуктов 42 (в аналогичных условиях ускоренными жизни). Таким образом, первый шаг разработки продуктов на индивидуальной основе нанобезопасности-по-дизайн.

Что касается будущего, полностью упреждающий подход разрабатывается в котором экспериментальная установка минимизирует потери частиц аэрозоля в реальном времени и полное количественное исследование испускаемых частиц аэрозоля может быть сделано с точностью.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Photocal Masonry Nanofrance Technologies Test sample
Masonry brick (ref. 901796) Castorama Support for test sample
Optical microscope (model Imager.M1m) Carl Zeiss
MicroImaging GmbH		 For microcopic analysis
Energy-dispersion spectroscope (model X-max) Oxford Instruments For elemental composition analysis
Transmission Electron
Microscope (model CM12)		 Philips For microcopic analysis
Weathering chamber (model Suntest XLS+) Atlas For accelerated artificial weathering
Xenon arc lamp (model NXE 1700) Ametek SAS UV rays source
Inductively Coupled Plasma Mass spectrometer (model 7500cx) Agilent Technologies For leachate
water samples analysis
Taber linear abraser (model 5750) Taber Inc. For abrasion
Taber H38 abradant Taber Inc. For abrasion
Condensation Particle Counter 3775 TSI For counting number concentration of aerosol particles
Aerodynamic Particle Sizer 3321 TSI For measuring the size of aerosol particles 
Differential Mobility Analyzer 3081 TSI For measuring the size of aerosol particles 
Mini Particle Sampler Ecomesure For sampling the aerosol particles
Gilian LFS-113 Low Flow Personal Air Sampling Pump Sensidyne For sampling the aerosol particles

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Potocnick, J. European Commission Recommendation on the definition of nanomaterial (2011/696/EU). , (2011).
  2. Oberdorster, G., Oberdorster, E., Oberdorster, J. Nanotoxicology: an emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles. Environ Health Persp. 113 (7), 823-839 (2005).
  3. Le Bihan, O., Shandilya, N., Gheerardyn, L., Guillon, O., Dore, E., Morgeneyer, M. Investigation of the Release of Particles from a Nanocoated Product. Adv Nanoparticles. 2 (1), 39-44 (2013).
  4. Houdy, P., Lahmani, M., Marano, F. Nanoethics and Nanotoxicology. , 1st ed, Springer. Heidelberg, Germany. (2011).
  5. Kulkarni, P., Baron, P. A., Willeke, K. Aerosol Measurement: Principle, Techniques and Applications. , 3rd ed, John Wiley and Sons. Hoboken, NJ, USA. (2011).
  6. Hsu, L. Y., Chein, H. M. Evaluation of nanoparticle emission for TiO2 nanopowder coating materials. J Nanopart Res. 9 (1), 157-163 (2007).
  7. Maynard, A. D. Safe handling of nanotechnology. Nature. 444 (1), 267-269 (2006).
  8. Shatkin, J. A., et al. Nano risk analysis: advancing the science for nanomaterials risk management. Risk Anal. 30 (11), 1680-1687 (2011).
  9. Göhler, D., Nogowski, A., Fiala, P., Stintz, M. Nanoparticle release from nanocomposites due to mechanical treatment at two stages of the life-cycle. Phys Conf Ser. 429, 012045 (2013).
  10. Allen, N. S., et al. Ageing and stabilisation of filled polymers: an overview. Polym Degrad Stabil. 61 (2), 183-199 (2004).
  11. Allen, N. S., et al. Degradation and stabilisation of polymers and coatings: nano versus pigmentary titania particles. Polym Degrad Stabil. 85 (3), 927-946 (2004).
  12. Al-Kattan, A., et al. Release of TiO2 from paints containing pigment-TiO2 or nano-TiO2 by weathering. J Environ Monitor. 15 (12), 2186-2193 (2013).
  13. Kaegi, R., et al. Synthetic TiO2 nanoparticle emission from exterior facades into the aquatic environment. Environ Pollut. 156 (2), 233-239 (2008).
  14. Hirth, S., Cena, L., Cox, G., Tomovic, Z., Peters, T., Wohlleben, W. Scenarios and methods that induce protruding or released CNTs after degradation of nanocomposite materials. J Nanopart Res. 15 (2), 1504-1518 (2013).
  15. Shandilya, N., Le Bihan, O., Morgeneyer, M. A review on the study of the generation of (nano-) particles aerosols during the mechanical solicitation of materials. J Nanomater. 2014, 289108 (2014).
  16. Wohlleben, W., et al. On the lifecycle of nanocomposites: comparing released fragments and their in vivo hazards from three release mechanisms and four nanocomposites. Small. 7 (16), 2384-2395 (2011).
  17. Bouillard, J. X., et al. Nanosafety by design: risks from nanocomposite/nano waste combustion. J Nanopart Res. 15 (1), 1519-1529 (2013).
  18. Ounoughene, G., et al. Behavior and fate of Halloysite Nanotubes (HNTs) when incinerating PA6/HNTs nanocomposite. Environ Sci Technol. 49 (9), 5450-5457 (2015).
  19. Morose, G. The 5 principles of "Design for Safer Nanotechnology". J Clean Prod. 18 (3), 285-289 (2010).
  20. ASTM International. ASTM D4060: Standard test method for the abrasion of organic coatings by the Taber abradant. , (2007).
  21. ASTM International. ASTM D6037: Standard test methods for dry abrasion mar resistance of high gloss coatings. , (1996).
  22. ASTM International. ASTM D1044: Standard test method for resistance of transparent plastics to surface abrasion. , (2008).
  23. Golanski, L., Guiot, A., Pras, M., Malarde, M., Tardif, F. Release-ability of nano fillers from different nanomaterials (toward the acceptability of nanoproduct). J Nanopart Res. 14 (1), 962-970 (2012).
  24. 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 (3), 209-217 (2009).
  25. Hassan, M. M., Dylla, H., Mohammad, L. N., Rupnow, T. Evaluation of the durability of titanium dioxide photocatalyst coating for concrete pavement. Constr Build Mater. 24 (8), 1456-1461 (2010).
  26. Morgeneyer, M., Shandilya, N., Chen, Y. M., Le Bihan, O. Use of a modified Taber abrasion apparatus for investigating the complete stress state during abrasion and in-process wear particle aerosol generation. Chem Eng Res Des. 93 (1), 251-256 (2015).
  27. Morgeneyer, M., Le Bihan, O., Ustache, A., Aguerre Chariol, O. Experimental study of the aerosolization of fine alumina particles from bulk by a vortex shaker. Powder Technol. 246 (1), 583-589 (2013).
  28. Le Bihan, O., Morgeneyer, M., Shandilya, N., Aguerre Chariol, O., Bressot, C. Chapter 7. Handbook of Nanosafety: Measurement, Exposure and Toxicology. Vogel, U., Savolainen, K., Wu, Q., Van Tongeren, M., Brouwer, D., Berges, M. , Academic Press. San Diego, CA. (2014).
  29. Göhler, D., Stintz, M., Hillemann, L., Vorbau, M. Characterization of nanoparticle release from surface coatings by the simulation of a sanding process. Ann Occup Hyg. 54 (6), 615-624 (2010).
  30. R'mili, B., Le Bihan, O., Dutouquet, C., Aguerre Charriol, O., Frejafon, E. Sampling by TEM grid filtration. Aerosol Sci Tech. 47 (7), 767-775 (2013).
  31. Shandilya, N., Le Bihan, O., Bressot, C., Morgeneyer, M. Emission of Titanium Dioxide Nanoparticles from Building Materials to the Environment by Wear and Weather. Environ Sci Technol. 49 (4), 2163-2170 (2015).
  32. AFNOR. ISO 16474-1: Paints and varnishes − Methods of exposure to laboratory light sources − Part 1: General guidance. , (2012).
  33. Shandilya, N., Le Bihan, O., Bressot, C., Morgeneyer, M. Evaluation of the particle aerosolization from n-TiO2 photocatalytic nanocoatings under abrasion. J Nanomater. 2014, 185080 (2014).
  34. Shandilya, N., Le Bihan, O., Morgeneyer, M. Effect of the Normal Load on the release of aerosol wear particles during abrasion. Tribol Lett. 55 (2), 227-234 (2014).
  35. White, L. R. Capillary rise in powders. J Colloid Interf Sci. 90 (2), 536-538 (1982).
  36. Murray, M. Cracking in coatings from colloidal dispersions: An industrial perspective. Proceedings Rideal Lecture. , Available from: http://www.soci.org/~/media/Files/Conference%20Downloads/2009/Rideal%20Lectures%20Apr%2009/Murray.ashx (2009).
  37. Dufresne, E. R., et al. Flow and fracture in drying nanoparticle suspensions. Phys Rev Lett. 91, 224501 (2003).
  38. Hare, C. H. The degradation of coatings by ultraviolet light and electromagnetic radiation. JPCL. , (1992).
  39. Tirumkudulu, M. S., Russel, W. B. Cracking in drying latex films. Langmuir. 21 (11), 4938-4948 (2005).
  40. Shandilya, N., Morgeneyer, M., Le Bihan, O. First development to model aerosol emission from solid surfaces subjected to mechanical stresses: I. Development and results. J Aerosol Sci. 89, 43-57 (2015).
  41. Shandilya, N., Morgeneyer, M., Le Bihan, O. First development to model aerosol emission from solid surfaces subjected to mechanical stresses: II. Experiment-Theory comparison, simulation and sensibility analysis. J Aerosol Sci. 89, 1-17 (2015).
  42. Bressot, C., et al. Environmental release of engineered nanomaterials from commercial tiles under standardized abrasion conditions. J Hazardous Materials. , (2016).

Tags

Инженерия выпуск 115 наноматериалы Частицы нанобезопасности-по-дизайн дизайн продукта ссадины выветривание эмиссия аэрозольные. физика
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Shandilya, N., Le Bihan, O. L.,… More

Shandilya, N., Le Bihan, O. L., Bressot, C., Morgeneyer, M. Experimental Protocol to Investigate Particle Aerosolization of a Product Under Abrasion and Under Environmental Weathering. J. Vis. Exp. (115), e53496, doi:10.3791/53496 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter