Les chercheurs du NIST simulent « le soleil et la pluie » pour déterminer si les intempéries provoquent la libération des nanoparticules qu'ils contiennent dans l'environnement. À gauche, Li-Piin Sung place un polymère disponible dans le commerce avec des nanoparticules de dioxyde de silicium dans une chambre du NIST SPHERE, un dispositif d'altération accélérée qui, en une journée, soumet des échantillons à l'équivalent de 10 à 15 jours d'exposition à l'extérieur. Sur la droite, Deborah Jacobs applique une « pluie simulée NIST » à l'échantillon altéré pour collecter les nanoparticules perdues dans le ruissellement. Crédit :F. Webber/NIST
Si le film de 1967 "Le Diplômé" était refait aujourd'hui, Le célèbre conseil de M. McGuire au jeune Benjamin Braddock serait probablement mis à jour en « Plastiques… avec des nanoparticules ». Ces jours, la mécanique, les propriétés électriques et de durabilité des polymères - la classe de matériaux qui comprend les plastiques - sont souvent améliorées en ajoutant des particules miniatures (inférieures à 100 nanomètres ou milliardièmes de mètre) constituées d'éléments tels que le silicium ou l'argent. Mais ces nanoparticules pourraient-elles être libérées dans l'environnement après que les polymères aient été exposés à des années de soleil et d'eau ? quelles pourraient être les conséquences sanitaires et écologiques ?
Dans un article récemment publié, des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) décrivent comment ils ont soumis un revêtement commercial infusé de nanoparticules à des méthodes développées par le NIST pour accélérer les effets des intempéries du rayonnement ultraviolet (UV) et des lavages simulés de l'eau de pluie. Leurs résultats indiquent que l'humidité et le temps d'exposition sont des facteurs contribuant à la libération de nanoparticules, résultats qui peuvent être utiles dans la conception d'études futures pour déterminer les impacts potentiels.
Dans leur récente expérience, les chercheurs ont exposé plusieurs échantillons d'un revêtement en polyuréthane disponible dans le commerce contenant des nanoparticules de dioxyde de silicium à un rayonnement UV intense pendant 100 jours à l'intérieur du NIST SPHERE (photodégradation simulée via une exposition radiante à haute énergie), un creux, Chambre en aluminium noir de 2 mètres (7 pieds) de diamètre doublée d'un matériau hautement réfléchissant les UV qui ressemble à l'étoile de la mort dans le film "Star Wars". Pour cette étude, une journée dans la SPHERE équivalait à 10 à 15 jours à l'extérieur. Tous les échantillons ont été altérés à une température constante de 50 degrés Celsius (122 degrés Fahrenheit) avec un groupe effectué dans des conditions extrêmement sèches (environ 0 pour cent d'humidité) et l'autre dans des conditions humides (75 pour cent d'humidité).
Pour déterminer si des nanoparticules ont été libérées du revêtement polymère pendant l'exposition aux UV, les chercheurs ont utilisé une technique qu'ils ont créée et baptisée « pluie simulée par le NIST ». L'eau filtrée était transformée en minuscules gouttelettes, pulvérisé sous pression sur les échantillons individuels, puis le ruissellement - avec toutes les nanoparticules en vrac - a été collecté dans une bouteille. Cette procédure a été réalisée au début de l'exposition aux UV, à toutes les deux semaines pendant la période d'altération et à la fin. Tous les fluides de ruissellement ont ensuite été analysés par des chimistes du NIST pour la présence de silicium et en quelles quantités. En outre, les revêtements altérés ont été examinés par microscopie à force atomique (AFM) et microscopie électronique à balayage (MEB) pour révéler les changements de surface résultant de l'exposition aux UV.
Les deux ensembles d'échantillons de revêtement - ceux qui ont été altérés dans une très faible humidité et les autres dans des conditions très humides - se sont dégradés mais n'ont libéré que de petites quantités de nanoparticules. The researchers found that more silicon was recovered from the samples weathered in humid conditions and that nanoparticle release increased as the UV exposure time increased. Microscopic examination showed that deformations in the coating surface became more numerous with longer exposure time, and that nanoparticles left behind after the coating degraded often bound together in clusters.
"These 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, and in turn, 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 .
