Als de film "The Graduate" uit 1967 vandaag opnieuw zou worden gemaakt, Het beroemde advies van de heer McGuire aan de jonge Benjamin Braddock zou waarschijnlijk worden geüpdatet tot 'Plastics... met nanodeeltjes'. Tegenwoordig, de mechanische, elektrische en duurzaamheidseigenschappen van polymeren - de klasse van materialen die kunststoffen omvat - worden vaak verbeterd door het toevoegen van miniatuurdeeltjes (kleiner dan 100 nanometer of miljardsten van een meter) gemaakt van elementen zoals silicium of zilver. Maar kunnen die nanodeeltjes in het milieu terechtkomen nadat de polymeren jarenlang zijn blootgesteld aan zon en water - en zo ja, wat kunnen de gezondheids- en ecologische gevolgen zijn?

In een onlangs gepubliceerd artikel, onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) beschrijven hoe ze een commerciële nanodeeltjes-geïnfuseerde coating hebben onderworpen aan door NIST ontwikkelde methoden om de effecten van verwering door ultraviolette (UV) straling en gesimuleerde wassingen van regenwater te versnellen. Hun resultaten geven aan dat vochtigheid en blootstellingstijd bijdragende factoren zijn voor het vrijkomen van nanodeeltjes, bevindingen die nuttig kunnen zijn bij het ontwerpen van toekomstige studies om mogelijke effecten te bepalen.

In hun recente experiment, de onderzoekers hebben meerdere monsters van een in de handel verkrijgbare polyurethaancoating met siliciumdioxide-nanodeeltjes gedurende 100 dagen blootgesteld aan intense UV-straling in de NIST SPHERE (Simulated Photodegradation via High-Energy Radiant Exposure), een holte, Zwarte aluminium kamer met een diameter van 2 meter, bekleed met sterk UV-reflecterend materiaal dat een nonchalante gelijkenis vertoont met de Death Star in de film 'Star Wars'. Voor deze studie is één dag in de SPHERE kwam overeen met 10 tot 15 dagen buitenshuis. Alle monsters werden verweerd bij een constante temperatuur van 50 graden Celsius (122 graden Fahrenheit) waarbij de ene groep werd gedaan in extreem droge omstandigheden (ongeveer 0 procent vochtigheid) en de andere in vochtige omstandigheden (75 procent vochtigheid).

Om te bepalen of er nanodeeltjes zijn vrijgekomen uit de polymeercoating tijdens UV-blootstelling, de onderzoekers gebruikten een techniek die ze hebben gemaakt en "NIST gesimuleerde regen" genoemd. Gefilterd water werd omgezet in kleine druppeltjes, onder druk op de individuele monsters gespoten, en vervolgens werd de afvoer - met eventuele losse nanodeeltjes - opgevangen in een fles. Deze procedure werd uitgevoerd aan het begin van de UV-blootstelling, om de twee weken tijdens de verweringsloop en aan het einde. Alle afvoervloeistoffen werden vervolgens door NIST-chemici geanalyseerd op de aanwezigheid van silicium en in welke hoeveelheden. Aanvullend, de verweerde coatings werden onderzocht met atoomkrachtmicroscopie (AFM) en scanning-elektronenmicroscopie (SEM) om oppervlakteveranderingen als gevolg van UV-blootstelling te onthullen.

Beide sets coatingmonsters - die verweerd in een zeer lage luchtvochtigheid en de andere in zeer vochtige omstandigheden - degradeerden maar gaven slechts kleine hoeveelheden nanodeeltjes vrij. De onderzoekers ontdekten dat er meer silicium werd teruggewonnen uit de monsters die waren verweerd in vochtige omstandigheden en dat de afgifte van nanodeeltjes toenam naarmate de UV-blootstellingstijd toenam. 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, en op zijn beurt, 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 .