Как наночастицы высвобождаются из полимерных покрытий под воздействием солнца и воды
Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) изучили, могут ли наночастицы (размером менее 100 нанометров), добавляемые в полимеры для улучшения их свойств, высвобождаться в окружающую среду после многолетнего воздействия солнца и воды.
Методология эксперимента
- Материал: Коммерческое полиуретановое покрытие, содержащее наночастицы диоксида кремния (SiO2).
- Ускоренное старение: Образцы подвергали интенсивному УФ-излучению в течение 100 дней в камере NIST SPHERE. Один день в камере эквивалентен 10–15 дням на открытом воздухе. Температура поддерживалась на уровне 50 °C.
- Условия влажности: Одна группа образцов выдерживалась в сухих условиях (~0% влажности), другая — во влажных (75% влажности).
- Анализ высвобождения: Для сбора возможных высвободившихся наночастиц использовали методику «моделируемого дождя NIST»: воду распыляли на образцы и собирали сток. Процедуру проводили в начале, каждые две недели и в конце УФ-воздействия.
- Анализ: Собранную жидкость анализировали на содержание кремния. Поверхность покрытий после старения изучали с помощью атомно-силовой микроскопии (AFM) и сканирующей электронной микроскопии (SEM).
Ключевые результаты
- Обе группы образцов (сухие и влажные) деградировали, но высвободили лишь небольшое количество наночастиц.
- Больше кремния было обнаружено в стоках с образцов, состаренных во влажных условиях.
- Высвобождение наночастиц увеличивалось с ростом времени УФ-облучения.
- Микроскопия показала, что с увеличением времени экспозиции на поверхности покрытия становится больше деформаций, а высвободившиеся наночастицы часто образуют скопления (кластеры).
Значение исследования
Полученные данные важны для разработки компьютерных моделей, прогнозирующих долгосрочное высвобождение наночастиц из коммерческих покрытий. Это, в свою очередь, поможет производителям и регулирующим органам оценить их потенциальное воздействие на здоровье и экологию.