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Engineering

एक समग्र nanomaterial युक्त एक चैम्बर प्रणाली का उपयोग करने से Nanoparticle रिलीज का परीक्षण

Published: November 22, 2016 doi: 10.3791/54449
Automatic Translation
1, 1, 2
1Department of Mechanical Engineering, Hanyang University, 2Institute of Nanoproduct Safety Research, Hoseo University

Abstract

21 वीं सदी में सबसे महत्वपूर्ण प्रौद्योगिकियों में से एक के रूप में नैनो के तेजी से विकास के साथ, उपभोक्ता nanomaterials युक्त उत्पादों की सुरक्षा के हित में भी बढ़ रही है। nanomaterials युक्त उत्पादों से nanomaterial रिहाई का मूल्यांकन इन उत्पादों की सुरक्षा का आकलन करने में एक महत्वपूर्ण कदम है, और nanomaterial रिहाई के मूल्यांकन के मानकीकरण के लिए सुसंगत और विश्वसनीय प्रौद्योगिकियों के विकास के लिए कई अंतर्राष्ट्रीय प्रयासों में हुई है। इस अध्ययन में, nanomaterials युक्त उत्पादों से nanomaterials की रिहाई के एक कक्ष प्रणाली है कि एक संक्षेपण कण काउंटर, ऑप्टिकल कण काउंटर शामिल है का उपयोग कर, और नमूना बंदरगाहों इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी विश्लेषण के लिए फिल्टर के नमूने एकत्र करने के लिए मूल्यांकन किया है। प्रस्तावित चैम्बर प्रणाली निर्धारित करने के लिए कि क्या nanomaterial रिहाई repeatable और लगातार एक स्वीकार्य सीमा के भीतर है एक abrasor और डिस्क प्रकार nanocomposite सामग्री के नमूनों का उपयोग कर परीक्षण किया है।परीक्षण के परिणाम से संकेत मिलता है कि प्रत्येक परीक्षा में कणों की कुल संख्या कई परीक्षणों के बाद औसत से 20% के भीतर है। रिहाई के रुझान समान हैं और वे बहुत अच्छे repeatability दिखा। इसलिए, प्रस्तावित चैम्बर प्रणाली को प्रभावी ढंग nanomaterials युक्त उत्पादों की nanomaterial रिहाई के परीक्षण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।

Introduction

Nanomaterial जोखिम ज्यादातर विनिर्माण कार्यस्थलों में श्रमिकों के संबंध में अध्ययन किया गया है, हैंडलिंग, fabricating, और पैकेजिंग nanomaterials, जबकि उपभोक्ता जोखिम बड़े पैमाने पर अध्ययन नहीं किया गया है। नैनो के अंतर्राष्ट्रीय परिषद (नायक) द्वारा बनाई पर्यावरण और स्वास्थ्य साहित्य डेटाबेस के हाल के एक विश्लेषण यह भी संकेत दिया है कि ज्यादातर nanomaterial सुरक्षा अनुसंधान, nanocomposites से रिलीज के साथ, खतरों (83%) और संभावित जोखिम (16%) पर ध्यान केंद्रित किया है का प्रतिनिधित्व उपभोक्ता जोखिम, केवल 0.8% 1 का प्रतिनिधित्व। इस प्रकार, बहुत कम nanomaterials करने के लिए उपभोक्ता जोखिम के बारे में जाना जाता है।

Nanoparticle रिलीज घर्षण सहित और nanocomposites, वाशिंग वस्त्र, या इस तरह के घूर्णन ड्रम विधि के रूप में Dustiness परीक्षण तरीकों, भंवर मिलाते हुए विधि, और अन्य प्रकार के बरतन तरीकों 2-3 की अपक्षय सिमुलेशन अध्ययन में उपभोक्ता जोखिम आकलन करने के लिए इस्तेमाल किया गया है। इसके अलावा, कई अंतरराष्ट्रीयऐसे आईएलएसआई (अंतर्राष्ट्रीय जीवन विज्ञान संस्थान) nanorelease और यूरोपीय संघ के NanoReg के रूप में प्रयास,, उपभोक्ता उत्पादों में इस्तेमाल किया nanomaterials की रिहाई को समझने के लिए प्रौद्योगिकी विकसित करने के लिए बनाया गया है। आईएलएसआई nanorelease उपभोक्ता 2011 में शुरू उत्पाद उपभोक्ता उत्पादों, जहां चरण 1 nanomaterial चयन शामिल है से nanomaterial रिहाई के लिए एक जीवन चक्र दृष्टिकोण का प्रतिनिधित्व करता है, चरण 2 मूल्यांकन के तरीकों को शामिल किया गया और चरण 3 interlaboratory अध्ययनों से लागू करता है। कई मोनोग्राफ और उपभोक्ता उत्पादों में nanomaterials की सुरक्षा पर प्रकाशनों को भी 4-6 प्रकाशित किया गया है।

इस बीच, NanoReg निर्मित nanomaterials के नियामक परीक्षण करने के लिए एक आम यूरोपीय दृष्टिकोण का प्रतिनिधित्व करता है और सिमुलेशन में उपयोग के लिए तरीकों की एक प्रोग्राम 2. आईएसओ टीसी 229 भी उपभोक्ता सुरक्षा के लिए प्रासंगिक मानकों को विकसित करने के लिए कोशिश कर रहा है उपभोक्ता उत्पादों से nanorelease और एक नया दृष्टिकोण प्रस्तुत करने के लिए प्रदान करता है उपभोक्ता सुरक्षा के लिए काम कर रहे एक आइटम प्रस्ताव। ओईसीडी WPMN (काम कर रहेएनजी nanomaterials पर पार्टी), विशेष रूप से SG8 (जोखिम मूल्यांकन और जोखिम शमन पर स्टीयरिंग समूह), हाल ही भविष्य का काम है, विशेष रूप से उपभोक्ता और पर्यावरण जोखिम मूल्यांकन की दिशा पर एक सर्वेक्षण किया। इसलिए, इन अंतरराष्ट्रीय गतिविधियों के प्रकाश में, व्यापार, उद्योग और ऊर्जा मंत्रालयों कोरियाई 2013 में एक स्तरीय परियोजना "सुरक्षा मूल्यांकन और nanomaterials और nanoproducts के मानकीकरण के लिए प्रौद्योगिकियों के विकास" पर ध्यान केंद्रित का शुभारंभ किया। इसके अलावा, कई उपभोक्ता सुरक्षा-प्रासंगिक अध्ययन के मानकीकरण के लिए उपभोक्ता उत्पादों से nanomaterial रिलीज भी प्रकाशित किया गया है 7-8।

एक घर्षण परीक्षण अनुकरण दृष्टिकोण आईएलएसआई nanorelease और विभिन्न वाणिज्यिक मिश्रित उत्पादों से नैनोकणों के संभावित उत्सर्जन के स्तर को निर्धारित करने के लिए NanoReg 2-3 में शामिल में से एक है। बड़े पैमाने पर वजन घटाने से पहले और बाद Abras नमूना वजन में अंतर के आधार पर deduced हैआयन एक abrasor का उपयोग कर। nanocomposite नमूना एक स्थिर गति से abraded है, एक नमूना एयरोसोल बेकार है, और कणों तो इस तरह के एक संक्षेपण कण काउंटर (सीपीसी) या ऑप्टिकल कण काउंटर (ओपीसी) के रूप में कण गिनती उपकरणों का उपयोग करते हुए विश्लेषण कर रहे हैं, और एक मंदिर पर एकत्र (संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी) ग्रिड या आगे दृश्य विश्लेषण के लिए झिल्ली। हालांकि, nanocomposite सामग्री के लिए एक घर्षण परीक्षण के संचालन के लिए एक सुसंगत nanoparticle जारी है, जो मुश्किल है कारण कण को घर्षण का एक परिणाम के रूप में और चार्ज करने की आवश्यकता कण नमूने उत्सर्जन बिंदु 2-3, 9-11 के पास आयोजित किया जाता है जब।

तदनुसार, इस पत्र nanocomposite सामग्री के घर्षण के मामले में nanomaterial रिहाई के मूल्यांकन के लिए एक नई विधि के रूप में एक कक्ष प्रणाली प्रस्तुत करता है। जब अन्य घर्षण और सिमुलेशन परीक्षण के साथ तुलना में, प्रस्तावित चैम्बर प्रणाली घर्षण के मामले में लगातार nanoparticle रिहाई डेटा प्रदान करता है। इसके अलावा, इस नए परीक्षण विधिघर के अंदर हवा की गुणवत्ता और कुल कण संख्या की गणना के तरीके के रूप में अर्द्ध आचरण उद्योग के क्षेत्र में व्यापक रूप से इस्तेमाल किया गया है 12, 13। इसलिए, यह अनुमान है कि प्रस्तावित विधि उपभोक्ता युक्त उत्पादों से परीक्षण nanoparticle रिहाई के लिए एक मानकीकृत विधि के रूप में विकसित किया जा सकता है nanomaterials।

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Protocol

1. उपकरण और नमूनों की तैयारी

  1. Abrasor
    1. 80 आरपीएम - एक घर्षण परीक्षक के आधार पर, एक नमूना रोटेशन चरण (140 मिमी व्यास), दो पहिया घर्षण धारकों, और 30 के एक रोटेशन की गति के साथ एक abrasor का उपयोग करें।
    2. घर्षण पहिया धारक है, जो भी परीक्षण नमूना लोड लागू होता है घर्षण पहिया सुरक्षित करने के लिए एक वजन का प्रयोग करें।
    3. , Abrased कणों के लिए बेहतर निलंबन प्रदान करने के रूप में 3 चित्र में दिखाया एक अतिरिक्त हवा प्रवेश स्थापित करें। एक 1/8 "का प्रयोग व्यास ट्यूब स्थित ऊपर 15 मिमी और परीक्षण नमूना के केंद्र से दूर 40 मिमी।
  2. घर्षण पहिया
    1. रेत कागज (100 धैर्य और ब्रांड के नए) के साथ घर्षण पहिया (55 मिमी व्यास 13 मिमी मोटी) लपेटें।
  3. नमूना
    1. नमूना परीक्षण के लिए घर्षण nanomaterial युक्त एक समग्र है। abrasor पर स्थापित करने के लिए, नमूना तैयार बुद्धि होना चाहिएज 140 मिमी व्यास।
  4. कक्ष
    1. कक्ष की दीवारों के लिए स्टेनलेस स्टील का उपयोग कण इलेक्ट्रोस्टैटिक बल के कारण बयान से बचने के लिए। चैम्बर (खंड 1 एम 3) (तालिका 1) के अंदर abrasor प्लेस, और क्रमशः कक्ष के ऊपरी और निचले भाग में हवा प्रवेश और दुकान का पता लगाने। एक समान रूप से मिश्रित कण प्रवाह प्राप्त करने के लिए एक मिक्सर का प्रयोग करें, तीन छिद्रित प्लेटों से मिलकर, हवा आउटलेट पर।
  5. neutralizer
    1. विद्युत स्थिर रुप से आरोप लगाया कणों कक्ष की दीवारों पर कण बयान में वृद्धि के रूप में, कणों का आरोप लगाया राज्य को कम से कम करने के लिए एक neutralizer (मुलायम एक्स-रे ionizer) का उपयोग करें।
  6. ऑनलाइन उपकरणों को मापने 12, 13
    1. कण नंबर एकाग्रता और निर्माता के निर्देशों के अनुसार कण आकार के वितरण को मापने के लिए एक CPC और ओपीसी का प्रयोग करें।
    2. outle में CPC और ओपीसी स्थापित करेंचैम्बर के टी कण नंबर एकाग्रता और कण आकार के वितरण को मापने के लिए।
  7. कण नमूने उपकरणों
    1. एक कण पारखी युक्त फिल्टर मीडिया या एक मंदिर ग्रिड का उपयोग कण आकृति विज्ञान और घटकों का विश्लेषण करने के लिए जारी किया गया कणों नमूना।
    2. रिहाई के कणों की आकृति विज्ञान का विश्लेषण करने के लिए चैम्बर की दुकान पर कण पारखी युक्त फिल्टर मीडिया या एक मंदिर ग्रिड स्थापित करें।

2. Nanoparticle रिलीज के लिए घर्षण परीक्षण के चैम्बर प्रणाली का प्रयोग

नोट: घर्षण परीक्षण की स्थिति तालिका 2 में वर्णित हैं।

  1. चैम्बर के केंद्र में abrasor लगाएँ।
  2. abrasor का नमूना रोटेशन मंच पर परीक्षण नमूना स्थापित करें।
  3. एक 1000 ग्राम वजन के साथ घर्षण पहिया धारकों में घर्षण पहियों को सुरक्षित करने के लिए परीक्षण नमूना लोड लागू करने के लिए।
  4. neutralizer (मुलायम एक्स-रे ionizer) का पता लगाएँएक 45 डिग्री के कोण पर परीक्षण नमूना के केंद्र से दूर 28 सेमी, के रूप में चित्रा 2 में देखा, कक्ष की दीवारों पर विद्युत स्थैतिक कण जमाव को कम करने के लिए।
    ध्यान दें: neutralizer किरण जोखिम से विद्युत बल को हटा। हालांकि, बाद से हवा प्रवेश और घर्षण पहियों नमूना रोटेशन मंच के ऊपर स्थित हैं, इस परीक्षण नमूना की सतह के लिए neutralizer बीम का उपयोग प्रतिबंधित है। इसलिए, neutralizer तिरछे किरण संभव के रूप में नमूना की सतह के रूप में ज्यादा तक पहुँचने के लिए अनुमति देने के लिए स्थित है।
  5. एक 50 एल / मिनट प्रवाह दर पर धौंकनी कक्ष की दुकान पर स्थापित कार्य करते हैं।
  6. आपूर्ति 25 एल / मिनट अतिरिक्त कण-मुक्त निलंबन हवा अतिरिक्त हवा प्रवेश के माध्यम से एक हवा कंप्रेसर का उपयोग कर।
    नोट: कण, जो घर्षण से उत्पन्न कर रहे हैं, नमूना और घर्षण पहियों की सतह पर जमा थे दृढ़ता से। इसलिए, यह abrased कणों को मापने के लिए मुश्किल है। अतिरिक्त हवा प्रवेश हेल कर सकते हैंपी कण निलंबन के लिए इस समस्या को हल करने के लिए।
  7. कक्ष के अंदर पृष्ठभूमि कण नंबर एकाग्रता की जाँच चित्रा 4 में वर्णित है, नीचे 1 # / सीसी के 1 घंटे CPC का उपयोग के लिए एक औसत कण नंबर एकाग्रता तक पहुँचने के लिए।
  8. abrasor एक कदम मोटर कि 1000 के घुमाव के साथ 72 rpm पर नमूना रोटेशन चरण घूमता है का उपयोग करने का नमूना रोटेशन चरण कार्य करते हैं।
  9. उपाय और सीपीसी और ओपीसी का उपयोग करते हुए जारी किया कण नंबर एकाग्रता और कण आकार के वितरण का रिकॉर्ड है।
    नोट: कणों nanocomposites से रिहा निलंबित कर दिया और हवा है कि पंप किया जा रहा द्वारा किया जाता है। ये निलंबित कणों अंततः Airstream निम्नलिखित आउटलेट के लिए ले जाया जाता है। जारी कणों तो चैम्बर के आउटलेट पर CPC और ओपीसी से पता चला रहे हैं। एक सीपीसी और ओपीसी सबसे अधिक बार, कण नंबर एकाग्रता को मापने के लिए उपयोग किया जाता है, जबकि एक ओपीसी भी कण आकार के वितरण उपाय कर सकते हैं।
  10. sampLe फिल्टर मीडिया या एक मंदिर ग्रिड से युक्त एक कण पारखी का उपयोग करते हुए जारी किया कणों।
    नोट: कणों Airstream निम्नलिखित चैम्बर के आउटलेट के लिए घर्षण कदम से nanocomposites से जारी किया। चैम्बर के आउटलेट पर, जारी कणों एक कण नमूना का उपयोग कर जांचा जा सकता है। फिल्टर मीडिया या एक मंदिर ग्रिड पर एकत्र जारी कणों तो मंदिर या SEM (स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी) का उपयोग कर विश्लेषण किया जा सकता है।
  11. माप और नमूने जब रोकने के कण नंबर एकाग्रता नीचे पहुंचता है शिखर कण नंबर एकाग्रता के 0.1%।
  12. सभी डेटा (सीपीसी, ओपीसी) को बचाने के लिए और सभी के नमूने (परीक्षण नमूनों) को हटा दें।
  13. प्रत्येक परीक्षा के लिए एक नया नमूना और नए घर्षण पहियों का प्रयोग करें, और चैम्बर धोने और प्रत्येक घर्षण परीक्षण के बाद Kimwipes और आईपीए (आईएसओ propyl शराब) के साथ abrasor repeatability पुष्टि करने के लिए।

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Representative Results

घर्षण परीक्षण Repeatability चैंबर प्रणाली का प्रयोग

के रूप में 3 टेबल में दिखाया कुल कण नंबर, 8 घर्षण परीक्षण के लिए संगत कर रहे थे। सीपीसी, 3.67 X10 9 कणों के एक औसत मापा जाता है जबकि ओपीसी 1.98 x 10 9 कणों (> 0.3 माइक्रोन) के एक औसत गिना। विचलन जो घर्षण के दौरान कणों की एक सुसंगत रिहाई का प्रतिनिधित्व 20%, के भीतर थे।

Nanocomposite से Nanorelease

जैसा कि चित्र में दिखाया गया है 5, nanocomposites युक्त CNTs (कार्बन नैनोट्यूब) 0% और 2% 40 मिमी घर्षण के बाद केंद्र से दूर एक चक्र दिखाया। घर्षण के बाद, मूल परीक्षण नमूनों लगभग 0.6 ग्राम (1.56%) (तालिका 4) को खो दिया। nanocomposite CNTs युक्त 12.6% अधिक कणों था जारी कियाn नियंत्रण समग्र, के रूप में तालिका में दिखाया गया है 5। कई माइक्रोमीटर कणों फिल्टर पर, नमूना है, जबकि एक मंदिर ग्रिड nanoscale कण नमूने के लिए इस्तेमाल किया गया था रहे थे। कणों के अधिकांश घर्षण के कारण कणों फटे थे, और FE-SEM (क्षेत्र उत्सर्जन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी) घर्षण के बाद (चित्रा 6) फिल्टर नमूनों में 2% CNTs युक्त nanocomposite या मिनी कण पारखी नमूनों से भी मुफ्त में सीएनटी संरचनाओं का पता चला ( चित्रा 7)।

आकृति 1
चित्रा 1. Nanorelease परीक्षण के चैम्बर विन्यास। यह आंकड़ा घर्षण परीक्षण के चैम्बर सिस्टम के विन्यास पता चलता है, और चैम्बर विनिर्देशों तालिका 1 में प्रस्तुत कर रहे हैं। चैम्बर के कण-मुक्त हवा प्रदान करने के लिए, एक लकड़ी का कोयला फिल्टर करने के लिए हवा प्रवेश में डाला गया था प्रवाह म्यान हवा, एक मिक्सर, जबकि तीन perf से मिलकरorated प्लेटें, आउटलेट में स्थापित किया गया था एक समान रूप से मिश्रित कण प्रवाह प्राप्त करने के लिए। चैम्बर में हवा परिसंचरण के लिए, एक छिद्र फ्लो मीटर और धौंकनी आउटलेट के अंत में स्थापित किया गया। एक संक्षेपण कण काउंटर (सीपीसी) और ऑप्टिकल कण काउंटर (ओपीसी) मिक्सर कण नंबर एकाग्रता और कण आकार के वितरण को मापने के लिए के बहाव स्थापित किया गया। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

आकृति 1
चित्रा 2. neutralizer और abrasor की नियुक्ति। दो अलग अलग सामग्री के घर्षण से उत्पन्न कणों अत्यधिक शुल्क लिया जाएगा। इस प्रकार, आरोप लगाया कणों को कम करने के लिए, एक neutralizer (मुलायम एक्स-रे ionizer) स्थापित किया गया था। neutralizer की विशिष्टताओं को अनुपूरक 1. बेअसर में प्रस्तुत कर रहे हैंआर (मुलायम एक्स-रे ionizer) 45 डिग्री के कोण पर परीक्षण नमूना के केंद्र से 28 सेमी की दूरी पर स्थित था। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

आकृति 1
चित्रा 3. अतिरिक्त हवा प्रवेश के विन्यास:। (क) सामने का दृश्य (ख) शीर्ष दृश्य घर्षण परीक्षण के लिए, abrasor कक्ष के केंद्र में स्थित था। परीक्षण नमूना, एक अतिरिक्त हवा का प्रवाह का उपयोग कर आपूर्ति की गई थी से रिहा abrased कणों के लिए बेहतर निलंबन प्रदान करने के लिए एक 1/8 "15 मिमी ऊपर और परीक्षण नमूना के केंद्र से दूर 40 मिमी स्थित ट्यूब। एक बड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें यह आंकड़ा का संस्करण।


चित्रा 4. घर्षण परीक्षण प्रक्रिया। मुख्य प्रयोग से पहले, उपकरणों और परीक्षण नमूनों तैयार थे। ऐसे VOC, ओजोन, और धूल के रूप में चैम्बर पृष्ठभूमि मूल्यों, जाँच कर रहे थे, और फिर परीक्षण नमूना और neutralizer साथ abrasor कक्ष में रखा गया था। मुख्य परीक्षा के लिए, एक शून्य की जांच शुरू करने और घर्षण को रोकने के द्वारा स्टैंडबाई चरण में प्रदर्शन किया गया था। सैम्पलिंग घर्षण परीक्षण के दौरान किया गया था। परीक्षण नमूना हटाने के बाद, चैम्बर अगले नमूना परीक्षण के लिए तैयार किया गया था। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

आकृति 1
घर्षण परीक्षण के दौरान कण नंबर एकाग्रता में चित्रा 5. ठेठ बदल जाते हैं। </ strong> (क) Neutralizer बंद; (ख) पर neutralizer। यह आंकड़ा घर्षण परीक्षण के दौरान कण नंबर एकाग्रता में विशिष्ट परिवर्तन को दर्शाता है। घर्षण के दौरान, कण नंबर एकाग्रता में वृद्धि हुई, जबकि घर्षण के बाद, कण नंबर एकाग्रता की कमी हुई। (क) neutralizer बंद शर्त है, और (ख) neutralizer पर शर्त है। neutralizer-ऑन हालत में कण नंबर एकाग्रता बंद हालत की तुलना में अधिक था। इसका कारण यह है neutralizer कणों का आरोप लगाया राज्य को कम से कण दीवार नुकसान कम कर सकते हैं। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

आकृति 1
चित्रा 6 0% CNTs और 2% CNTs युक्त nanocomposites। (ए और बी) CNTs युक्त नहीं; (सी एंड डी) CNTs युक्त; (ए और सी) घर्षण से पहले; (B & D) घर्षण के बाद। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

आकृति 1
चित्रा 7. कण फिल्टर मीडिया पर जांचा। कणों घर्षण से समग्र से रिहा फिल्टर पर जांचा और एफई-SEM द्वारा विश्लेषण किया गया। कणों के अधिकांश घर्षण के कारण कणों फटे थे, और कोई मुक्त सीएनटी संरचनाओं मनाया गया। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।


8 चित्रा कण मंदिर ग्रिड पर जांचा। कणों घर्षण से nanocomposite से रिहा मंदिर ग्रिड पर जांचा और एफई-SEM द्वारा विश्लेषण किया गया। कणों के अधिकांश घर्षण के कारण कणों फटे थे, और कोई मुक्त सीएनटी संरचनाओं मनाया गया। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

आयाम 1000 मिमी x 1000 मिमी x 1000 मिमी (1 एम 3), स्टेनलेस स्टील
ब्लोअर (HEPA फिल्टर के साथ) 200 मिमी x 200 मिमी x 200 मिमी, 909 W
दबाव संवेदक Magnehelic, 0 ~ 100 mmH 2 ओ
फ़िल्टर (चैम्बर इनलेट) 320 मिमी x 320 मिमी x 400 मिमी, HEPA फिल्टर
लकड़ी का कोयला (चैम्बर इनलेट) दीया। 90 मिमी x 260 मिमी

तालिका 1. घर्षण परीक्षण के लिए चैंबर विनिर्देशों। HEPA, उच्च दक्षता कण हवा।

कक्ष हवादार 50 LPM
Abrasor परीक्षण नमूना ⌀140 मिमी, 3 मिमी मोटाई
घर्षण के पहिये रेत पेपर (100 धैर्य) (नया)
रोटेशन 72 आरपीएम, 1000 घुमाव
अतिरिक्त वायु प्रवाह दर (कण निलंबन के लिए) 25 LPM
Neutralizer (मुलायम एक्स-रे ionizer) स्थान 45 डिग्री, (परीक्षण नमूना के केंद्र से) 28 सेमी

तालिका 2 घर्षण परीक्षण की स्थिति। LPM, न्यूनतम प्रति लीटर; आरपीएम, प्रति मिनट क्रांतियों।

ए सीपीसी (संघनन कण काउंटर)
कुल कण संख्या [# / सीसी]
डेटा (X10 9) मतलब ± एसडी (X10 9) + 20% (X10 9) -20% (X10 9)
# 1 टेस्ट 2.86 3.67 ± 0.7 4.40 2.94
# 2 टेस्ट 2.61
# 3 टेस्ट 3.50
# 4 टेस्ट 4.25
# 5 टेस्ट 3.87
टेस्ट # 6 4.66
टेस्ट # 7 3.47
टेस्ट # 8 4.17
बी ओपीसी (ऑप्टिकल कण काउंटर)
कुल कण संख्या [# / सीसी]
डेटा (X10 9) मतलब ± एसडी (X10 9) + 20% (X10 9) -20% (X10 9)
# 1 टेस्ट 1.56 1.98 ± 0.28 2.38 1.58
# 2 टेस्ट 1.81
# 3 टेस्ट 1.82
# 4 टेस्ट 2.12
# 5 टेस्ट 2.05
टेस्ट # 6 2.47
टेस्ट # 7 1.86
टेस्ट # 8 2.15

तालिका 3. कुल कण संख्या 8 घर्षण परीक्षण में CPC और ओपीसी का उपयोग करके मापा। डेटा मतलब है और 8 परीक्षण के मानक विचलन के रूप में प्रस्तुत कर रहे हैं।

इससे पहले (G) बाद (G) वजन घटाने (G) = इससे पहले - बाद वजन घटना, %
सीएनटी (0%) 38.6074 38.0032 0.6042 1.56
सीएनटी (2%) 39.5159 38.9001 0.6158 1.56

तालिका 4 nanocomposite से पहले और घर्षण के बाद CNTs युक्त नमूनों के लिए भार बदल जाता है।

कुल कण संख्या (# / सीसी) अंतर (# / सीसी) = (कण की # सीएनटी 2%) - (कण की # सीएनटी 0%)
सीपीसी (10 x 6) ओपीसी (10 x 6) सीपीसी (10 x 6) ओपीसी (एक्स 10 5)
सीएनटी (0%) 8.74 8.37 1.26
(12.6%) 		1.6
(1.9%)
सीएनटी (2%) 10 8.53

टेबल 5. कुल कण नंबर घर्षण परीक्षण के बाद nanocomposites से जारी किया।

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Discussion

सबसे महत्वपूर्ण कदम जब nanocomposite सामग्री से nanorelease परीक्षण एक घर्षण परीक्षण का उपयोग का आयोजन किया गया: 1) घर्षण से उत्पन्न electrostatic प्रभारी को हटाने और कक्ष की दीवारों पर कणों के बयान कम करने के लिए एक कक्ष में एक neutralizer साथ स्टेनलेस स्टील के बने प्रणाली का उपयोग करते हुए; 2) बेहतर कण निलंबन प्रदान करने के लिए अतिरिक्त हवा की आपूर्ति; और 3) जारी कणों और ऑनलाइन निगरानी एक सीपीसी और आउटलेट है कि तीन छिद्रित प्लेटों से मिलकर एक मिक्सर निहित से ओपीसी का उपयोग कर नमूने।

घर्षण परीक्षक मूल आईएसओ 7784-1 या आईएसओ 5470-1 14-15 के आधार पर घर्षण प्रतिरोध का मूल्यांकन करने के लिए डिजाइन किया गया था। घर्षण परीक्षकों अब व्यापक रूप से sanding प्रक्रियाओं अनुकरण और सामग्री और कोटिंग्स, और इस तरह के घर्षण के तरीकों के घर्षण प्रतिरोध का अध्ययन करने के nanocomposite सामग्री 9-11 से nanoparticle रिहाई की जांच करने के लिए संशोधित किया गया है उपयोग किया जाता है। एक घर्षण परीक्षण भी में से एक हैसिमुलेशन यूरोपीय संघ NanoReg 2 में शामिल दृष्टिकोण। हालांकि, nanocomposite सामग्री के लिए एक घर्षण परीक्षण के संचालन के लिए एक सुसंगत nanoparticle जारी है, जो मुश्किल है कारण कण को ​​घर्षण का एक परिणाम के रूप में और चार्ज करने की आवश्यकता कण नमूने उत्सर्जन बिंदु के पास आयोजित किया जाता है जब। इसलिए, प्रस्तावित चैम्बर एक घर्षण परीक्षण के लिए सेटिंग कणों को निष्क्रिय करने और चैम्बर एक मिक्सर युक्त आउटलेट के डाउन स्ट्रीम के नमूने, जिससे nanocomposite नमूनों से लगातार कण रिहाई को प्राप्त करने से इन समस्याओं को हल करती है।

कई प्रयास पहले से ही मुक्त nanocomposite सामग्री से रिहा CNTs की पहचान करने के लिए बनाया गया है। उदाहरण के लिए, epoxy आधारित nanocomposites CNTs युक्त एक घर्षण की प्रक्रिया का उपयोग कार्बन नैनोट्यूब की रिहाई के लिए परीक्षण किया गया है। नतीजतन, संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (मंदिर) अवलोकन घर्षण 16 के दौरान अलग-अलग CNTs और agglomerates मुक्त खड़े के उत्सर्जन का संकेत दिया 17 के रूप में एक मशीनिंग प्रक्रिया के दौरान दो अलग अलग संकर सीएनटी कंपोजिट (सीएनटी-कार्बन मिश्रित और सीएनटी एल्यूमिना समग्र) के इलेक्ट्रॉन सूक्ष्म परीक्षाओं में मनाया गया। इस बीच, एक और सीएनटी-epoxy nanocomposite अध्ययन से पता चला है कि sanding के दौरान उत्पन्न कणों थे CNTs और कोई मुक्त CNTs 18 फैला हुआ साथ ज्यादातर माइक्रोन आकार के कणों। जब व्यापक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी द्वारा मूल्यांकन nanocomposite घर्षण की वर्तमान अध्ययन में यह भी मुक्त CNTs का कोई पीढ़ी पाया। होते हुए भी, उत्सर्जित सीएनटी संरचनाओं ऐसी यांत्रिक प्रक्रिया के रूप में कई कारकों पर निर्भर करता है अलग होगा, समग्र, और राल में nanocomposite, सीएनटी और सीएनटी सामग्री की किस्म के निर्माण की विधि।

एक चैम्बर प्रणाली पहले से ही nanomaterials युक्त अन्य उत्पादों से nanorelease मूल्यांकन करने के लिए इस्तेमाल किया गया है। उदाहरण के लिए, चांदी नैनो के जोखिम का मूल्यांकन करने के लिएचांदी नैनोकणों युक्त जीवाणुरोधी स्प्रे से कण प्रदर्शन, एक कक्ष में सफलतापूर्वक चांदी नैनोकणों 7 के लिए जोखिम अनुकरण करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। इसके अलावा, कार्यस्थल में जोखिम आकलन अध्ययन करने के साथ शामिल कठिनाइयों को दूर करने के लिए, सिमुलेशन अध्ययन एक कक्ष चांदी nanoparticle जोखिम की हद तक मूल्यांकन करने के लिए आयोजित किया गया है जब मुद्रित इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों nanosilver स्याही का उपयोग कर के साथ काम कर रहे। इस मामले में, एक कक्ष में एक मुद्रित इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस और सभी नमूने वाद्ययंत्र इस पत्र में वर्णित युक्त प्रणाली अनुकरण चांदी nanoparticle जोखिम मूल्यांकन अध्ययन 8 के लिए प्रभावी होना दिखाया गया था। इस प्रकार, प्रस्तावित चैम्बर विधि प्रोटोकॉल केवल घर्षण परीक्षण करने के लिए ही सीमित नहीं है, लेकिन यह भी उपभोक्ता nanomaterials या nanocomposites युक्त उत्पादों से nanoparticle रिहाई की पहचान करने के लिए अन्य सिमुलेशन अध्ययन के लिए लागू किया जा सकता है।

इसलिए, जब एक साथ लिया, प्रस्तावित प्रोटोकॉल का उपयोगएक कक्ष प्रणाली उपभोक्ता कई nanomaterials युक्त उत्पादों की हैंडलिंग और विनिर्माण प्रक्रियाओं का अनुकरण करके nanomaterials युक्त उत्पादों की सुरक्षा का मूल्यांकन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। विशेष रूप से, उत्पादों से कण रिहाई के मामले में प्रस्तावित चैम्बर प्रणाली से अनुरूप परिणाम उत्पादों से रिहा nanomaterials के लिए जोखिम के जोखिम का मूल्यांकन करने के लिए योगदान देगा। भविष्य इरादा आदेश nanomaterial जीवन चक्र के माध्यम से मानव और पर्यावरण जोखिम विशेषताएँ और जोखिम मूल्यांकन के लिए एक उपकरण प्रदान करने के लिए अन्य nanocomposites या उपभोक्ता nanomaterials युक्त उत्पादों के लिए विस्तारित आवेदन के साथ इस प्रोटोकॉल का मानकीकरण करने के लिए है।

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

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References

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इंजीनियरिंग अंक 117 नैनोकणों nanomaterials रिलीज nanocomposites सिमुलेशन चैंबर
एक समग्र nanomaterial युक्त एक चैम्बर प्रणाली का उपयोग करने से Nanoparticle रिलीज का परीक्षण
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Lee, G. H., Ahn, K. H., Yu, I. J.… More

Lee, G. H., Ahn, K. H., 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).

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