Sol og regn beskriver, hvordan nanopartikler kan undslippe fra plastikbelægninger til miljøet

Hvis filmen "The Graduate" fra 1967 blev lavet om i dag, Mr. McGuires berømte råd til den unge Benjamin Braddock ville sandsynligvis blive opdateret til "Plastik ... med nanopartikler." Disse dage, det mekaniske, polymerers elektriske og holdbarhedsegenskaber - den klasse af materialer, der inkluderer plastik - forbedres ofte ved at tilføje miniaturepartikler (mindre end 100 nanometer eller milliardtedele af en meter) lavet af elementer som silicium eller sølv. Men kunne disse nanopartikler frigives til miljøet, efter at polymererne er blevet udsat for årevis med sol og vand - og hvis ja, hvad kan de sundhedsmæssige og økologiske konsekvenser være?

I et nyligt offentliggjort papir, forskere fra National Institute of Standards and Technology (NIST) beskriver, hvordan de udsatte en kommerciel nanopartikel-infunderet belægning for NIST-udviklede metoder til at accelerere virkningerne af forvitring fra ultraviolet (UV) stråling og simulerede skylninger af regnvand. Deres resultater indikerer, at fugtighed og eksponeringstid er medvirkende faktorer for frigivelse af nanopartikler, resultater, der kan være nyttige til at designe fremtidige undersøgelser for at bestemme potentielle påvirkninger.

I deres seneste eksperiment, forskerne udsatte flere prøver af en kommercielt tilgængelig polyurethanbelægning indeholdende siliciumdioxidnanopartikler for intens UV-stråling i 100 dage inde i NIST SPHERE (Simuleret fotonedbrydning via High-Energy Radiant Exposure), en hulning, 2 meter (7 fod) diameter sort aluminiumskammer foret med stærkt UV-reflekterende materiale, der har en afslappet lighed med Dødsstjernen i filmen "Star Wars". Til denne undersøgelse, en dag i Sfæren svarede til 10 til 15 dage udendørs. Alle prøver blev forvitret ved en konstant temperatur på 50 grader Celsius (122 grader Fahrenheit) med en gruppe udført under ekstremt tørre forhold (ca. 0 procent luftfugtighed) og den anden under fugtige forhold (75 procent luftfugtighed).

For at bestemme, om der blev frigivet nanopartikler fra polymerbelægningen under UV-eksponering, forskerne brugte en teknik, de skabte og kaldte "NIST simuleret regn." Filtreret vand blev omdannet til små dråber, sprøjtes under tryk på de enkelte prøver, og så blev afstrømningen – med eventuelle løse nanopartikler – opsamlet i en flaske. Denne procedure blev udført i begyndelsen af ​​UV-eksponeringen, hver anden uge under forvitringsløbet og til sidst. Alle afstrømningsvæsker blev derefter analyseret af NIST-kemikere for tilstedeværelsen af ​​silicium og i hvilke mængder. Derudover de forvitrede belægninger blev undersøgt med atomkraftmikroskopi (AFM) og scanningselektronmikroskopi (SEM) for at afsløre overfladeændringer som følge af UV-eksponering.

Begge sæt belægningsprøver - dem, der forvitrede i meget lav luftfugtighed, og de andre under meget fugtige forhold - blev nedbrudt, men frigav kun små mængder af nanopartikler. Forskerne fandt ud af, at der blev genvundet mere silicium fra prøverne, der var forvitret under fugtige forhold, og at frigivelsen af ​​nanopartikler steg, efterhånden som UV-eksponeringstiden steg. Mikroskopisk undersøgelse viste, at deformationer i belægningsoverfladen blev flere med længere eksponeringstid, and that nanoparticles left behind after the coating degraded often bound together in clusters.

"Disse data, and the data from future experiments of this type, are valuable for developing computer models to predict the long-term release of nanoparticles from commercial coatings used outdoors, og til gengæld help manufacturers, regulatory officials and others assess any health and environmental impacts from them, " said NIST research chemist Deborah Jacobs, lead author on the study published in the Journal of Coatings Technology and Research .