Dustiness of 14 carbon nanotubes using the vortex shaker method

Claire Dazon (1) , Olivier Witschger (1) , Sébastien Bau (1) , Raphaël Payet (1) , Karine Beugnon (2) , Geneviève Petit (2) , Thibaut Garin (2) , Laurent Martinon (2)

1 Laboratoire de Métrologie des Aérosols
2 LAFP - Laboratoire Amiante Fibres Particules

The handling of carbon nanotube (CNT) powders is a plausible scenario during the course of the CNT life-cycle. However, related exposure data remain limited. In this context, information about the dustiness of CNT is therefore of great interest, for example for control banding or exposure modelling. Here, we investigate the dustiness of fourteen CNT powders using the Vortex Shaker (VS) method. The central component of the VS method is a stainless steel cylindrical tube, continuously shaken in a circular orbital motion, in which a small volume (0.5 cm 3) of the powder to be tested is placed. All samples were obtained through the NANoREG Nanomaterials Information and Web-Order system. The test procedure that we have developed is based on four principal components: (i) a respirable cyclone for gravimetric sampling, (ii) a CPC as a reference instrument for number concentration measurement, (iii) an MPS for collection of particles for EM observations/analysis, and (iv) an ELPI for size-resolved aerosol measurement. In this paper, the data were evaluated using two parameters: (i) the mass-based dustiness index in the respirable fraction; and (ii) the number-based dustiness index in the respirable fraction. The results indicate that the method leads to relatively accurate mass-and number-based dustiness indices. The indices obtained span wide ranges, of 2 and 3 orders of magnitude variation for mass and number respectively, suggesting a corresponding significant difference in terms of potential exposure. EM observations reveal that airborne CNTs are mostly released as bundles of different shapes ranging from a few tens of nanometers up to tens of micrometers in size.

La manipulation de nanotubes de carbone (NTC) sous la forme d'une poudre est un scénario d'exposition plausible et qui peut être rencontré sur l'ensemble du cycle de vie des NTC. Néanmoins, les données d'exposition restent rares à ce jour. Dans ce contexte, connaître la pulvérulence (dustiness) des NTC est d'un grand intérêt pour les outils d'évaluation du risque (control banding) ou bien pour la modélisation des expositions. Dans ce travail, une méthode dite du Vortex Shaker (VS) pour caractériser la pulvérulence de NTC a été développée et mise en oeuvre sur une série de quatorze NTC fabriqués industriellement et issus de la banque de nanomatériaux de référence du Joint Research Centre (JRC). La procédure développée vise à déterminer différents indicateurs caractérisant la pulvérulence : indices de pulvérulence sur la fraction alvéolaire en masse et en nombre, taux d'émission en nombre et distribution granulométrique. Les résultats obtenus indiquent que les indices de pulvérulence (nombre et masse) couvrent une large gamme, sur 2 à 3 ordres de grandeur, ce qui suggère une différence significative en termes d'exposition potentielle. Les observations en microscopie électronique révèlent que les NTC émis le sont majoritairement sous forme de faisceaux ou pelotes de différentes formes et dimensions sur la gamme comprise entre quelques dizaines de nanomètres et plusieurs micromètres.

Mots clés: CARBONE; NANOMATERIAU; POUDRE; 7440-44-0; AEROSOL; AIR; ANALYSE CHIMIQUE; CONGRES; EFFICACITE; ESSAI; ESSAI COMPARATIF; EVALUATION DE L'EXPOSITION; EXPERIMENTATION; EXTRAIT; METHODOLOGIE; PARTICULE; PRELEVEMENT; PRODUIT CHIMIQUE

Domaines: Micro et nanotechnologies/Microélectronique; Génie chimique; Instrumentations et Détecteurs [physics.ins-det]; Toxicologie

Claire Dazon, Olivier Witschger, Sébastien Bau, Raphaël Payet, Karine Beugnon, et al.. Dustiness of 14 carbon nanotubes using the vortex shaker method. Journal of Physics: Conference Series, 2017, 838, pp.012005. ⟨10.1088/1742-6596/838/1/012005⟩. ⟨hal-01639724⟩