环境科学:纳米博客新利手机客户端

答案是纳米材料。特别是炭黑(CB)和二氧化硅纳米材料，增强了橡胶的耐久性，道路抓地力和里程。其它材料,例如碳纳米管(CNTs)，通过节约燃料，提供更好的性能和生态效益。然而,这些更贵，因此它们的使用仍然非常有限。

纳米材料碎片通常被释放到环境中，纳米复合材料的一个相当不可控的发射源。在一些已经需要公布数量的国家，这些排放物估计有4 000至7 000吨微塑料碎片。尽管这种巨大的环境影响，关于纳米复合材料在机械应力和化学应力共同作用下的释放，人们知之甚少。挑战压力协同作用导致释放的假设，Wohlleben和同事引入一个新的序列来测试降解途径(图1)，并对适当的分析技术进行重新审视。

图1所示。机械应力和化学应力联合作用的协同降解途径。

在图1所示的两种情况中，只有化学降解或机械剪切不会引起碎片的明显释放。只有在引入第二个应力时，表明协同降解发生在上述方案的对角线上。
在第一种情况下，先在标准条件下老化不同单填料(图1蓝色通道)的聚氨酯(PU)，然后模拟降雨条件(浸没，摇动或用)。紫外光谱(紫外可见),采用透射电镜(TEM)和分析超离心(AUC)或场流分馏技术对结果进行分析。x射线光电子能谱(XPS)图像显示，纳米填料在经受紫外线和雨水的侵蚀后仍然留在表面，当聚合物基质被光解和水解去除后，聚集成致密的团聚体。

此外,通过创建一个扩展，高度可再生的,极低散射半定量方法分析释放碎片的浑浊度，Wohlleben和他的同事证实，使用CNTs时，释放量减少(图2a)。考虑到碎片直径小于150nm，填充CNTs的PU的释放也减少(图2b)。更重要的是,来自含有碳纳米管的聚氨酯的碎片主要是有机的，结果表明，纳米填料的释放受到抑制。

图2。a)老化聚氨酯表面经紫外线和雨水照射后释放的碎片的浑浊度评估;随着机械剪切量的增加:24h浸泡(浅灰色)，24小时震动(深灰色)和1小时超声(黑色)。b)老化聚氨酯表面经紫外线和雨淋后释放的5 ~ 150 nm大小片段的尺寸选择性分析(AUC)，随着机械剪切量的增加:24h浸泡(浅灰色)，24小时震动(深灰色)和1小时超声(黑色)。

在图1中的第二种情况中，采用40% CB和4% CNT填充天然橡胶(NR)纳米复合材料，制备了一种新型增强胎面胶，并与40% CB填充天然橡胶(NR)纳米复合材料进行了对比。测试集中在一系列的机械-化学-机械应力上，模拟干燥道路上的尘埃老化过程，以及利用紫外线照射二次碎片直接流入地表水的过程。

在砂光,三种橡胶试样的颗粒浓度无明显差异。老化后,在干老化和湿老化过程中，碎片的结构差异很小。此外,由于CB和CNT对紫外线降解的惰性相对较强，它们似乎积累在表面(较少氧化的有机结构被量化)。

碎片可能释放更小的碎片，甚至游离纳米材料。因此,Wohlleben和他的同事也分析了这种情况，当采用第二次砂光工艺时，会形成更小的碎片，两种填料的NB与仅CB的NB无显著差异。然而,可见，干老化引起的次生破碎比浸没老化更强，这些结果与水解和光解的预期联合效应相矛盾，光解比光解更具侵略性。

总之,关于分析技术,简单的UV-Vis技术被证明是最敏感的技术。透射电镜定性识别是必不可少的，对XPS图像的分析对可信性检查也很重要。

本研究首次分析了机械破碎的合力，环境老化和机械应力，显示一个逐步的序列，该序列可以无限地继续下去，并且可以被调整以模拟特定的场景并提供有用的释放率估计，使建模和风险评估更加可靠。

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纳米材料在使用阶段的释放:将机械和化学应力结合应用于模拟纳米增强轮胎磨损的简单和多填料纳米复合材料
Wendel Wohlleben,杰西卡·迈耶朱莉·穆勒菲利普·穆勒,克劳斯•麦尔Burkard Stahlmecke和Thomas A。J。Kuhlbusch

环绕。SCI:纳米,2016年,3.,1036 - 1051
DOI:10.1039 / C6EN00094K,纸