摩耗の下で環境風化の下で製品の粒子エアロゾル化を調査するための実験プロトコール
Summary
この記事では、摩耗の下で、環境風化の下で製品の粒子エアロゾル化を調査するための実験プロトコルが提示されます。エアロゾルの形態での工業ナノ材料の発光、上の結果が提示されています。特定の実験設定について詳細に説明します。
Abstract
The present article presents an experimental protocol to investigate particle aerosolization of a product under abrasion and under environmental weathering, which is a fundamental element to the approach of nanosafety-by-design of nanostructured products for their durable development. This approach is basically a preemptive one in which the focus is put on minimizing the emission of engineered nanomaterials’ aerosols during the usage phase of the product’s life cycle. This can be attained by altering its material properties during its design phase without compromising with any of its added benefits. In this article, an experimental protocol is presented to investigate the nanosafety-by-design of three commercial nanostructured products with respect to their mechanical solicitation and environmental weathering. The means chosen for applying the mechanical solicitation is an abrasion process and for the environmental weathering, it is an accelerated UV exposure in the presence of humidity and heat. The eventual emission of engineered nanomaterials is studied in terms of their number concentration, size distribution, morphology and chemical composition. The purpose of the protocol is to study the emission for test samples and experimental conditions which are corresponding to real life situations. It was found that the application of the mechanical stresses alone emits the engineered nanomaterials’ aerosols in which the engineered nanomaterial is always embedded inside the product matrix, thus, a representative product element. In such a case, the emitted aerosols comprise of both nanoparticles as well as microparticles. But if the mechanical stresses are coupled with the environmental weathering, the experimental protocol reveals then the eventual deterioration of the product, after a certain weathering duration, may lead to the emission of the free engineered nanomaterial aerosols too.
Introduction
ナノテクノロジーの急速な成熟度と、その進歩は顕著な特性と工業ナノ材料 （ENM）を含む製品の急速な商業化によって駆動されます。規制1169/2011の第18条（5）にPotocnick 1で説明したように、欧州委員会によって発行され、ENMは、非結合状態や集合として、または凝集体などの粒子を含む、任意の意図的に製造材料」として定義することができますそして、個数粒度分布における粒子の50％以上を、1つまたは複数の外部寸法は、「サイズ範囲1ナノメートル〜100ナノメートルです。また、ENMを含有する製品は、その固体バルクまたはその固体表面上またはその液体懸濁液のいずれかで、 ナノ構造物と呼ぶことができます。異なる製剤および機能化とENMの異なるタイプのアプリケーションや予算の性質に応じて、このような製品に使用されています。製品はハナグマの形態であり得ますNGS、塗料、タイル、家のレンガ、concret 電子など 。
限り研究に関しては、1はまた、ナノテクノロジーを介して達成されてきた技術革新に関する出版の膨大な数を見つけることができます。この膨大な研究にもかかわらず、ENMの魅力的な特性は、例えばオバドルスターらのために（ナノ構造製品の使用または処理中にエアロゾルの形で放出や空気中に放出された取得するそれらの傾向に潜在的な健康又は環境の危険のためのプローブの下にあります2、ルBihan ら 3及びHoudy ら 4）。 Kulkarniさんら 5は、気体媒質中の固体または液体粒子の懸濁液としてエアロゾルを定義します。スーおよびChein 6は、ナノ構造物の使用または処理中に、ナノ構造物は、例えば、容易に様々な機械的応力及び環境風化にさらされることが実証されています放射。
メイナード7によると、暴露されると、ENMのこれらのエアロゾルは、吸入または皮膚に接触を通して、人間の生物と相互作用することができる、その結果、発がん性のものも含め、様々な有害な影響を引き起こすこともあり体の内部に堆積します。このように、ENM放出現象の十分な理解がShatkin ら 8で述べたように、ナノ構造物の前例のない使用与えられた最も重要です。これはのみ の曝露から生じる不測の健康関連の合併症を回避することにもナノテクノロジーに対する国民の信頼を奨励に役立つしない場合があります。
それにもかかわらず、露出関連の問題は、現在、研究コミュニティで注目を集め始めているし、最近世界中の様々な研究ユニット（例えば、スーとChein 6、ゲーラーらによって強調されている。9、アレンら。 <suP> 10、アレンら 11はAl-Kattanら12、ケーギら13、ハースら 14、Shandilya ら 15、31、33、Wohlleben ら 16、Bouillard ら。 17、Ounoughene ら 18）。商業市場におけるナノ構造物の大規模な展開を考えると、問題に取り組むための最も効果的なアプローチは、プリエンプティブ1になります。このようなアプローチでは、製品は、それが「バイ・デザインnanosafe-」または「より安全なナノテクノロジーのためのデザイン」（不機嫌19） すなわち、低放射であるように設計されています。換言すれば、環境中のエアロゾルの最小量を放出しつつ、その使用時に問題解決においてその利点を最大化します。
ナノ構造製品の使用段階中にnanosafety・バイ・デザインをテストするために、著者らは、適切な実験方法を提示します本記事でそうします。この方法論は、勧誘の2種類で構成されています。実際の生活は、ナノ構造の製品、石材レンガれる強調シミュレートすることを目指している（ⅰ） 機械及び（ii） 環境 、その使用段階の間に供されます。
（ⅰ）機械的な勧誘をシミュレートするリニア磨耗装置。その元と商業形態は、 図1（a）に示すように 、ASTM D4060 20、ASTM D6037 21およびASTM D1044 22のような多数の国際的に認められた試験規格で参照されています。 Golanski ら 23によると、原因でその堅牢かつユーザーフレンドリーなデザインに、元の形はすでにストレスがあることなど、塗料、コーティング、金属、紙、繊維製品、などの製品の性能を分析するための業界で広く使用されていますこの装置を通って歩いて、例えば、家庭環境に適用される代表的なものに対応して適用されます靴や家庭内の別のオブジェクトの変位（Vorbau ら 24とハッサンら 25）。 図1Aでは、水平変位のバーは、試料表面上への往復運動で、標準的な研磨材を移動させます。摩耗量は、接触で摩擦による接触面で発生します。摩耗量の大きさは、研磨材の上部に作用する垂直荷重（F N）を変えることによって変化させることができます。研磨材と通常負荷値の種類を変更することにより、一方が摩耗し、したがって機械的応力を変化させることができます。 Morgeneyer ら 26は、摩耗の間に測定される応力テンソルは、通常および接線成分から構成されていることを指摘しています。接線方向の応力が目の結果であるのに対し、垂直応力はF Nの垂直荷重の直接の結果、 すなわち、ありますeは接線方向力（F T）として測定した摩擦プロセスを、作用して摩耗が行われる方向に平行または逆平行に作用します。この摩耗装置の本来の形では、1はF Tを決定することはできません。したがって、ENMのエアロゾル中の機械的応力の役割は完全に決定することができません。 Morgeneyer ら 26により詳細に記載されているように、この制限を根絶するために、我々は、（a）と（b）の上面にひずみゲージを取り付けられたアルミニウム2024合金にレプリカによって既にインストールされている水平鋼棒を交換することによって、それを変更しましたこの複製されたアルミニウム合金バー。これは、 図1Bに示されています。この歪みゲージは、アクティブな測定グリッド長さ1.5 mmであり、グリッドキャリアの長さを測定5.7ミリメートル（mm）です。これは、厚さ3.8ミクロンとゲージ率の1.95±1.5％を有するコンスタンタン箔で形成されています。機械的応力の適切な測定は、このように、ゲージに生じる歪の信頼できる測定を可能にする、歪みゲージに直列に接続された動的歪ゲージアンプを介して確保されます。アンプを介して送信されたデータは、データ収集ソフトウェアを使用して取得されます。
図1.摩耗装置およびひずみゲージ。摩耗速度、持続時間およびストローク長コントロールとテーバー摩耗装置（A）の市販の標準形式。もともと搭載され鋼棒はアルミ棒に置き換えられましたし、さらにひずみゲージが装備されていました（B）接線力（F T）を測定する。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
の中に<sこの修正されたテーバー摩耗装置はnanosecured作業後の適合下に置かれている場所をtrong>図2は、完全な実験の設定が表示されます。粒子のない空気が常に31,000リットル/分の流速でこのワークポスト内を循環されます。これは99.99％の粒子フィルタ効率を有しており、すでに正常Morgeneyer らによって採用されている。様々なナノ粒子の粉塵試験における27。
生成されたエアロゾル粒子の摩耗試験とリアルタイム特性評価（定性的およびquantitavive両方）を実行する図2.実験のセットアップ（Shandilya ら 31）。nanosecured作業施設。粒子自由大気のごく一部は、その背景粒子数濃度を排除するために、発光チャンバ内のスロットを通過します。PLOAD / 53496 / 53496fig2large.jpg "ターゲット=" _空白 ">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
（ルBihanのディテールら 28）、0.6メートル×0.3メートル×摩耗装置を外部に保持されており、その直線的に摺動部が寸法で、自己設計されたエミッション試験室の内部に保持され、0.5メートルのモーター。これは、テスト結果に干渉するの摩耗装置「モーターの排出を防止するのに役立ちます。生成されたエアロゾル粒子のサンプリングは、半径方向対称フード（713センチメートル3の容積）の近接内で行われます。このようなフードを採用することにより、表面上での堆積のためにエアロゾル粒子の損失を最小限に抑えることができます。他の利点は、放出試験室に対するフードの比較的低い体積にエアロゾル粒子数濃度の増加を含みます。これのおかげで、粒子エアロゾルのリアルタイム特性評価および分析を設定しました摩耗時に発生する取得Sはその数濃度 、 サイズ分布 、 元素組成および形状の点で実験的に行うことができます。 Kulkarniさんら 5によれば、ENMの個数濃度は、粒子が「空気の単位立方センチメートルでENM存在数」として定義することができるエアロゾル。同様に、ENMのエアロゾルの粒度分布は、「与えられたサイズ範囲内の粒子に関連付けられたENMプロパティの量（通常数と質量濃度）を発現する関係」です。
パーティクルカウンター（測定可能なサイズ範囲：3ミクロン〜4 nm）はエアロゾル粒子数濃度（PNC）を測定します 。パーティクルサイザー（測定可能なサイズ範囲：15ナノメートル- 20μm）は、粒子サイズ分布（PSD）を測定します 。 R'mili らによって詳細に記載されたエアロゾル粒子サンプラー（。 <sup> 30）が放出された粒子の種々の定性分析のために透過型電子顕微鏡（TEM）で後に使用することができる多孔性銅メッシュグリッド上での濾過技術によって、粒子収集のために使用されます。
環境の要請は、 図3に示す耐候室に加速人工風化を通じてシミュレートすることができる。Shandilya らによって示されているように 31（ii）は、風化条件が国際標準に準拠して維持することができるか、に応じてカスタマイズすることがシミュレーションのタイプ。光放射フィルターを使用してインストール – （400から300nm）UV露光をキセノンアークランプを介して提供されます。雨の作用は、それらの上に、脱イオン精製水を噴霧することによってシミュレートされます。リザーバは、流出水を集めるために、試験サンプルの下に配置されています。集めた水または浸出液はENM浸出分析を実行するために後で使用することができます。
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図3. 風化商工会議所。サンテストのXLS +風化室の商業形態はナノコートサンプルが置かれている内部のステンレス製のフードが含まれています。貯水槽は、フードの内側に噴霧される水の源であるボンネットの下に配置されている。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
Protocol
Representative Results
Discussion
本記事では、nanosafety・バイ・デザインの商用ナノ構造物の実験調査が提示されています。それは、機械的応力及び環境風化にさらされたときnanosafetyバイデザイン任意の生成物は、PNCとPSDの観点から検討することができます。研究のために選択された製品は、TiO 2ナノ粒子はTiO 2ナノ粒子とのCeO 2ナノ粒子と光触媒ナノコーティングと釉薬で強化されたアルミノシリケ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was carried out in the framework of the Labex SERENADE (ANR-11-LABX-0064) and the A*MIDEX Project (ANR-11-IDEX-0001-02), funded by the French Government program, Investissements d’Avenir, and managed by the French National Research Agency (ANR). We thank the French Ministry of Environment (DRC 33 and Program 190) and ANSES (Nanodata Project 2012/2/154, APR ANSES 2012) for financing the work. We are equally grateful to Olivier Aguerre-Chariol, Patrice Delalain, Morgane Dalle, Laurent Meunier, Pauline Molina, and Farid Ait-Ben-Ahmad for their cooperation and advice during the experiments.
Materials
| 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 |
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