Évaluation de la sécurité des poussières de composites renforcés de graphène
Évaluation des risques pour la santé
Les particules à base de graphène libérées des composites polymères après abrasion induisent des effets négligeables sur la santé. Sous la direction de l'Empa, une équipe internationale de chercheurs du projet "Graphene Flagship" a mené une étude sur les risques pour la santé des nanoparticules contenant du graphène et a publié ses résultats dans le "Journal of Hazardous Materials".
Les chercheurs de Graphene Flagship ont analysé l'effet des particules dérivées du polyamide renforcé avec de l'oxyde de graphène réduit. Images SEM de particules abrasées, colorées.
Empa / Journal of Hazardous Materials
Les matériaux liés au graphène (GRM) sont souvent utilisés pour renforcer les polymères. En petites concentrations, jusqu'à cinq pour cent en poids, les GRM peuvent améliorer de manière significative la résistance, la conductivité électrique et le transport thermique des composites pour une variété d'applications. Cependant, étant donné qu'il s'agit d'un ensemble de matériaux relativement nouveaux, le graphène et les GRM doivent être soigneusement évalués afin d'identifier les effets indésirables potentiels avant leur commercialisation.
Dans une nouvelle étude, une grande équipe interdisciplinaire de scientifiques financée par le projet Graphene Flagship de l'UE, dont l'Empa fait partie, a préparé un composite de polyamide 6 (PA6, également connu sous le nom de Nylon-6) - un polymère thermoplastique utilisé dans plusieurs secteurs tels que l'automobile et les équipements sportifs - avec 2,5 pour cent d'oxyde de graphène réduit (rGO), une forme de graphène qui améliore le renforcement du polymère. Ils ont ensuite abrasé ce matériau en imitant des scénarios de traitement ultérieur ou de fin de vie, créant des particules d'un diamètre moyen de 1,9 μm pour le rGO-PA6 ou de 3,2 μm avec le PA6 pur, respectivement.
Matériaux en suspension dans l'air
Les chercheurs ont analysé et comparé les effets des particules abrasives composées de PA6-rGO, de PA6 seul ou de rGO "pur" le long des voies d'exposition les plus probables. Ils ont donc utilisé des modèles cellulaires représentant les poumons humains, le tractus gastro-intestinal (GI), la peau et le système immunitaire ainsi qu'un modèle de souris in vivo pour l'exposition pulmonaire.
Les chercheurs n'ont constaté que des réactions aiguës limitées après une exposition au PA6-rGO dans les différents modèles cellulaires. Seul le rGO a induit des effets indésirables importants, en particulier sur les macrophages, un type de cellules immunitaires. L'inhalation de matériaux en suspension dans l'air étant un problème majeur du monde professionnel, l'équipe a mené une étude d'exposition unique chez la souris. En accord avec les données aiguës in vitro, le PA6-rGO a induit une inflammation pulmonaire modeste et transitoire. Dans l'ensemble, cette étude complète suggère un risque probablement faible pour la santé humaine dans des conditions d'exposition aiguë au rGO-PA6. Toutefois, d'autres études seraient nécessaires pour évaluer les effets chroniques ou l'impact sur les patients souffrant de bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) ou d'asthme.
"Nous voulons anticiper le scénario "que se passerait-il si ?" avant l'utilisation à grande échelle de ces matériaux émergents, afin d'éviter les inconvénients sociaux et économiques futurs", explique Peter Wick, scientifique de l'Empa et auteur principal de l'étude. Nous avons anticipé des questions qui deviendront pertinentes pour la "stratégie chimique pour la durabilité vers un environnement sans toxicité" de la Commission européenne, facilitant l'utilisation sûre et durable des matériaux renforcés de GRM. Cela n'a été possible que grâce à une équipe multidisciplinaire d'experts en polymères, graphène et nanosécurité, favorisée par l'écosystème Graphene Flagship."
Andrea C. Ferrari, responsable scientifique et technologique du "Graphene Flagship" et président de son comité de gestion, ajoute : "Cette étude exhaustive de la toxicité possible des fragments de composites graphène-polymère souligne le rôle central que jouent la santé et la sécurité dans le "Graphene Flagship" depuis ses débuts. Lorsque ces composites sont transformés en pièces industrielles, il convient de prendre sérieusement en considération les éventuelles implications sanitaires dues aux particules émises/abrasées. Il est rassurant de voir que cette étude montre des effets négligeables, confirmant ainsi la viabilité du graphène pour les applications de masse".
Publication originale
S Chortarea, OC Kuru, W Netkueakul, M Pelin, S Keshavan, Z Song, B Ma, J Gomes, E Villaro Abalos, LA Visani de Luna, T Loret, A Fordham, M Drummond, N Kontis, G Anagnostopoulos, G Paterakis, P Cataldi, A Tubaro, C Galiotis, I Kinloch, B Fadeel, C Bussy, K Kostarelos, T Buerki-Thurnherr, M Prato, A Bianco, P Wick; Hazard Assessment of Abraded Thermoplastic Composites Reinforced with Reduced Graphene Oxide; Journal of Hazardous Materials (2022)
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