Приложение 3. Классификация и краткая характеристика основных наноматериалов, подлежащих контролю в воздухе рабочей зоны и атмосферном воздухе населённых мест

Приложение 3
к МР 1.2.0037-11

Классификация и краткая характеристика основных наноматериалов, подлежащих контролю в воздухе рабочей зоны и атмосферном воздухе населённых мест

К основным видам наноматериалов, подлежащих контролю в воздухе рабочей зоны и атмосферном воздухе населённых мест принадлежат:

- углеродные наночастицы (фуллерены, нанотрубки, графен, углеродные нанопены),

- наночастицы металлов и неметаллов,

- наночастицы бинарных соединений (оксидов, нитридов, карбидов металлов и неметаллов),

- квантовые точки (наночастицы полупроводников),

- наночастицы сложных органических соединений (силикатов и алюмосиликатов, титанатов, солей различного состава),

- наночастицы органических полимеров (латексы, дендримеры),

- дисперсии наночастиц органических веществ (мицеллярные растворы, наноэмульсии, наноинкапсуляты. нанолипосомы и т.д.),

- биогенные наночастицы (частицы биополимеров, рекомбинантных вирусов и псевдовирусных частиц).

Ниже представлены краткие сведения по характеристике области применения приоритетных наноматериалов и их свойствах.

Наночастицы оксида цинка. Наночастицы оксида цинка имеют форму близкую к сферической и размер в диапазоне 10-100 нм. Они представляют собой лёгкий порошок белого цвета, не растворимый в воде и органических растворителях, но легко растворимый в разбавленных кислотах и щелочах. Применяется в качестве белой краски (цинковые белила); как ускоритель вулканизации резиновых смесей; в производстве солей цинка, типографских красок, стекла, керамики, спичек, целлулоида; зубного цемента, косметических средств; в текстильной промышленности и пр. Окись цинка широко применяется в солнцезащитных кремах.

Наночастицы диоксида кремния - кремневый ангидрид, аморфный кремнезем, кварц. Форма частиц близка к сферической, размер в зависимости от условий получения варьирует от 5 до 80 нм. Внешний вид наноматериала: лёгкие порошки белого цвета. Наночастицы аморфного кремнезема обладают различной степенью пористости, поэтому данные оценки их удельной площади поверхности на основании геометрии частиц и по методу изотерм адсорбции инертных газов могут сильно расходиться. В среде биологических жидкостей различного состава наночастицы диоксида кремния так же, как и диоксида титана, агрегируют с образованием комплексов субмикронного размера.

Природный кремнезем используют в производстве силикатных стекол, изделий из фарфора и фаянса, бетона, силикатного кирпича, керамики. Синтетический кремнезем - наполнитель в производстве резины; аэросил (безводный кремнезем) используют как адсорбент в хроматографии; как загуститель смазочных материалом, клеев, красок; в радиотехнике, оптике, самолётостроении, электронике., а также как сырьё для производства монокристаллов кварца, кварцевого стекла. Кварцевые волокна используют для создания линий связи и систем передач информации. Также может использоваться в качестве пищевой добавки.

Наночастицы диоксида титана. Диоксид титана существует в виде полиморфных форм: анатаза, рутил. Анатаза - представлена наночастицами формы, близкой к сферической, и размером в диапазоне 5-15 нм; рутил - представлен наночастицами в форме палочек или стержней диаметром около 10 и длиной до 40 нм. Обе изоформы наноразмерного диоксида титана в чистом виде представляют собой лёгкие белые порошки, которые интенсивно электризуются. Они не растворимы в воде, но легко диспергируются в воде с образованием жидкостей молочно-белого цвета, которые затем медленно (на протяжении часов) седиментируют. В среде биологических жидкостей различного состава наночастицы диоксида титана агрегируют с образованием комплексов субмикронного размера.

Используется для активирования исходных реагентов и достижения требуемых характеристик (плотности, прозрачности, прочности, термостойкости) при синтезе различных материалов. Используется в производстве пигментов лакокрасочной промышленности и наполнителей композиционных полимерных материалов, диэлектрической керамики и керамических плёнок. Применяется в виде титановых белил, для обмазки сварочных электродов, в качестве катализатора, как пигмент и наполнитель в резиновой промышленности, в производстве пластмасс, линолеума. Используется как покрытие для увеличения механической прочности изделий. Широко используется в области фотокатализа. Одной из областей применения диоксида титана является создание солнечных батарей.

Наночастицы асбеста. Пыль асбестосодержащая с содержанием хризотиласбеста до 10%. Применяется в самых различных областях: строительстве, автомобильной промышленности и ракетостроении. Текстильные сорта асбеста (с длиной волокон более 2-8 мм) применяют для изготовления шифера, труб и др. Кислотостойкие сорта используют как наполнители пластмасс. Асбест входит в состав более чем трёх тысяч изделий в самых различных областях техники. Из волокон асбеста изготовляют фильтры, брезенты, защитные костюмы (для пожарных), бумагу, картон, асбоцементные строительные материалы и др.

Фуллерены - наночастицы, образованные счетным (обычно 60 или 70) числом атомов углерода, организованных в сферический каркас. Фуллерены можно рассматривать как отдельную аллотропическую форму углерода, не тождественную двум ранее известным - алмазу и графиту. Форма выпуска фуллеренов: порошки или растворы в органических растворителях, а также нанопленки (толщиной до 20 нм). В эту группу входят и химически модифицированные фуллерены: гидроксилированные, галогенированные, связанные с аминокислотами и металлами. Немодифицированные фуллерены практически нерастворимы в воде и полярных растворителях, а также в алифатических углеводородах и в жирах; умеренно растворимы в ароматических углеводородах (толуол, ксилол, хлорбензол). Возможно получение коллоидных (мицеллярных) водных растворов фуллеренов в комплексе с некоторыми поверхностно-активными веществами и полимерами. Многие химически модифицированные фуллерены хорошо растворимы в воде. Истинные (молекулярные) растворы фуллеренов окрашены (имеют красный или фиолетовый цвет), имеют характеристический максимумом поглощения в ближнем ультрафиолете при длине волны 324-340 нм. Контаминация объектов природной среды фуллеренами возможна в ходе их производства, перевозки фуллерен-содержащей продукции и утилизации её отходов.

Углеродные нанотрубки по структуре близки к фуллеренам, но представляют собой не сферические, а линейные (протяженные) каркасные конструкции, сложенные атомами углерода. Различают однослойные (одностенные) и многослойные (многостенные) нанотрубки. Последние представляют из себя конструкции из коаксиально вложенных одна в другую однослойных нанотрубок разного диаметра. Другим показателем структуры нанотрубок является спиральность, то есть величина атомарного сдвига, достигаемого при замыкании плоского слоя, образованного атомами углерода, в трубку. В промышленных условиях производятся нанотрубки различного диаметра (от 1 нм до 90 нм) и различной степени очистки в виде порошков, суспензий в органических растворителях, в отдельных случаях в виде гелей или пленок. Нанотрубки, как и фуллерены, практически нерастворимы в воде и полярных растворителях, однако они обладают липофильностью и способны накапливаться в организме. По условиям своего получения одностенные углеродные трубки практически всегда содержат примесь металлических катализаторов (как правило, переходных металлов VIII группы или меди).

Наночастицы металлического серебра имеют форму, близкую к сферической, и размер, в зависимости от условий получения, от 5 до 80 нм. Различные препараты наносеребра имеют разную степень гетерогенности по размерам частиц. Препараты наночастиц серебра нестабильны и проявляют выраженную склонность к агрегации с образованием комплексов значительно большего, чем исходные частицы, размера. Стабильные дисперсии наночастиц серебра в воде или в органических растворителях (гексан, бензол и т.д.) могут быть получены в присутствии анионактивных поверхностно-активных веществ или полимеров, например, поливинилпирролидона. Они представляют собой жидкости, окрашенные (в зависимости от концентрации наночастиц) в жёлтый или коричневый цвет.

Наночастицы оксида алюминия имеют сферическую форму и размер в диапазоне, как правило, 30-60 нм. В форме нанопорошков они стабильны, в воде и биологических жидкостях проявляют склонность к агрегации. По своему агрегатному состоянию представляют собой лёгкие порошки белого цвета, нерастворимые в воде и органических растворителях, но растворимые в разбавленных кислотах и щелочах.