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- 4.2 Material-Mikrobiom Wechselwirkungen (24)
- 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien (2)
- 1.4 Prozessanalytik (2)
- 4.5 Kunst- und Kulturgutanalyse (2)
- 8 Zerstörungsfreie Prüfung (2)
- 8.0 Abteilungsleitung und andere (2)
- 9 Komponentensicherheit (2)
- 9.3 Schweißtechnische Fertigungsverfahren (2)
- 4.0 Abteilungsleitung und andere (1)
Paper des Monats
- ja (1)
Eingeladener Vortrag
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Quantitative and Qualitative Comparison of Particulate Emissions from Office Machines (ABSTRACT)
(2009)
Kunststoffverarbeitende 3D-Drucker (FDM-Drucker) werden im Hobbybereich und in der beruflichen Ausbilldung immer beliebter und sind mittlerweile weit verbreitet. Es wird häufig noch nicht ausreichend beachtet, dass von diesen Geräten im Betrieb in erheblichen Mengen Gase und Partikel in die Umgebung emittiert werden. Der Vortrag berichtet über einen Vergleich des Emissions-verhaltens verschiedener Materialien für 3D-Drucker und stellt diese in Zusammenhang mit anderen Innenraum-Emissionsquellen.
NM 105, Ti02 (P25) could not be ignited as dust layer and dispersed in air as dust/air-mixture as well. This dust is not dust explosible and the burning behaviour corresponds to Burning Class 1 (no Ignition). The results have shown that the tested sample is thus not combustible at all, because it is already oxidized completely.
The possible impact of ultrafine particles from laser printers on human health is controversially discussed although there are persons reporting substantial symptoms in relation to these emissions. A randomized, single-blinded, cross-over experimental design with two exposure conditions (high-level and low-level exposure) was conducted with 23 healthy subjects, 14 subjects with mild asthma, and 15 persons reporting symptoms associated with laser printer emissions. To separate physiological and psychological effects, a secondary physiologically based categorization of susceptibility to particle effects was used. In line with results from physiological and biochemical assessments, we found no coherent, differential, or clinically relevant effects of different exposure conditions on subjective complaints and cognitive performance in terms of attention, short-term memory, and psychomotor performance. However, results regarding the psychological characteristics of participants and their situational perception confirm differences between the participants groups: Subjects reporting symptoms associated with laser printer emissions showed a higher psychological susceptibility for adverse reactions in line with previous results on persons with multiple chemical sensitivity or idiopathic environmental intolerance. In conclusion, acute psychological and cognitive effects of laser printer emissions were small and could be attributed only to different participant groups but not to differences in exposure conditions in terms of particle number concentrations.
Mit der überarbeiteten Version der Vergabegrundlagen des Umweltzeichens Blauer Engel für Bürogeräte mit Druckfunktion (RAL-UZ 171:2012) wurde für die Partikelemission ein Prüfverfahren und ein Prüfwert eingeführt. Dies ergänzt die zahlreichen anderen Kriterien, die bereits Voraussetzungen für die Vergabe des Blauen Engels an Bürogeräte mit Druckfunktion waren. Die Anwendung des Prüfwertes für Partikelemissionen wurde von der Jury Umweltzeichen in 2012 zunächst nur für Geräte unterhalb 250 l Volumen - sogenannte Tischgeräte - beschlossen. Für größere Geräte (> 250 l, sogenannte Standgeräte) wurde eine Dokumentation des Messergebnisses im Rahmen des Prüfberichtes festgelegt. Ein Grund für diese Unterscheidung war die Tatsache, dass zu diesem Zeitpunkt für die Standgeräte keine für eine sinnvolle Festlegung eines Prüfwerts ausreichende Zahl an Messwerten und keine Erfahrungen aus entsprechenden Emissionsprüfungen vorlagen. Notwendig zur beabsichtigten Festlegung des Prüfwerts für die Partikelemission aus großen Bürogeräten war deshalb die systematische Erfassung und Bewertung der durch die anerkannten Prüfinstitute nach Inkrafttreten der RAL-UZ 171 ermittelten Ergebnisse. Dies wurde in diesem Forschungsprojekt durchgeführt. Das Forschungsprojekt befasste sich des Weiteren mit der Ermittlung und Beurteilung der Qualität der Partikelemissionsprüfungen auf Basis der zur Verfügung stehenden Prüfberichte in beiden Größenkategorien. Im Ergebnis stellte sich heraus, dass die Qualität der Prüfungen der Partikelemission insgesamt mit einer Fehlerquote von 3 % ungültiger Prüfungen sehr gut war. Ein weiteres Ergebnis ist, dass keine prüfmethodischen oder qualitätsrelevanten Gründe gegen die Anwendung des bestehenden Prüfwerts auf große Bürogeräte sprechen.
Qualitative characterization of nanoparticle emissions from office machines with printing functions
(2007)
Dass Viren sich über Aerosolpartikel ausbreiten können, wurde bereits in vielen Studien gezeigt. Als Aerosol bezeichnet man ein Gemisch aus Luft mit darin verteilten festen oder flüssigen Partikeln. Ein Aerosol ist dabei immer dynamisch, da Partikel neugebildet, in oder mit der Luft transportiert und aus der Luft entfernt werden oder sich im luftgetragenen Zustand verändern. Zum Verständnis der Rolle von Aerosolpartikeln als Übertragungsweg von SARS-CoV-2 ist daher die Kenntnis der verschiedenen Prozesse in einem Aerosol von besonderer Bedeutung. Mit diesem Papier möchte die GAeF einen Beitrag dazu leisten, den momentan so häufig anzutreffenden Begriff „Aerosol“ sowie die relevanten Aerosolprozesse anschaulich darzustellen und zu erläutern. Dabei wird im Rahmen dieses Papiers nur auf die wesentlichen Grundlagen eingegangen.
Für ein tiefergehendes Verständnis der teilweise komplexen Prozesse sei auf die angeführte Sekundärliteratur verwiesen. Das Papier fasst eine Vielzahl von Studien zur Entstehung von virenbeladenen Aerosolpartikeln sowie deren Ausbreitung zusammen. Darauf basierend kann festgestellt werden, dass ausgeatmete Aerosolpartikel auch bei der Corona-Pandemie eine prominente Rolle bei der Verbreitung der Viren spielen. Abschließend geht dieses Papier auf mögliche Maßnahmen zur Verringerung der Ausbreitung von Aerosolpartikeln ein. Die diskutierten Maßnahmen orientieren sich an der derzeitigen öffentlichen Diskussion und beinhalten entsprechend die folgenden Punkte: Lüften, Luftreiniger, Lüftungsanlagen und Masken. Es werden Hinweise zum richtigen und sinnvollen Einsatz dieser Maßnahmen gegeben. Aerosolpartikel haben Größen zwischen ca. 0,001 und mehreren 100 Mikrometern (und nicht wie in vielen Publikationen derzeit definiert < 5μm) und verteilen sich mit Luftströmungen relativ schnell, auch über größere Distanzen. Größere Aerosolpartikel sinken – abhängig von ihrer Größe und Dichte – zu Boden; kleine Aerosolpartikel können hingegen sehr lange in der Luft verbleiben (s. Kapitel 3). Jeder Mensch stößt durch die Atmung sowie beim Sprechen, Husten und Niesen flüssige Aerosolpartikel unterschiedlicher Größen aus (s. Kapitel 4). Ist eine Person mit einem Virus, wie z. B. SARS-CoV-2, infiziert, so können diese Aerosolpartikel Viren enthalten, die in die Luft gelangen und von anderen Personen eingeatmet werden können. SARS-CoV-2 hat eine Größe von 0,06 bis 0,14 Mikrometer, die exhalierten flüssigen Aerosolpartikel sind hingegen größer. Die flüssigen Aerosolpartikel können aber je nach Umgebungsbedingungen durch Verdunstung schrumpfen (s. Kapitel 3.3). Für den Partikeltransport und die Partikelabscheidung ist dabei jeweils die aktuelle Partikelgröße relevant. Das höchste Infektionsrisiko besteht in geschlossenen Innenräumen, da sich hierin Aerosolpartikel anreichern können. Insbesondere hier sind entsprechend Maßnahmen zu treffen, die eine Reduktion der Aerosolpartikelkonzentration ermöglichen.
Vor dem Hintergrund der Aerosolwissenschaften ordnet die GAeF die aktuellen Maßnahmen zur Eindämmung der Pandemie wie folgt ein:
• Prinzipiell gilt: Keine Maßnahme kann für sich alleine funktionieren! Das Zusammenspiel der verschiedensten Maßnahmen ist nach derzeitigem Wissensstand der beste Weg zur Minimierung des Infektionsrisikos.
• Abstand halten ist wichtig, denn mit zunehmendem Abstand werden direkt ausgeatmete Viren verdünnt, und die Wahrscheinlichkeit sich anzustecken sinkt. Der vielfach vorgeschriebene Mindestabstand kann als Anhaltspunkt dienen, sollte aber insbesondere bei längeren Zusammenkünften und auch in Innenräumen mit verringerter Luftbewegung vergrößert und durch weitere Maßnahmen (s.u.) ergänzt werden.
• Masken helfen, einen Teil der exhalierten Partikel (und Viren) zu filtern. Dadurch sinkt die Konzentration der exhalierten Partikel (und Viren) in einem Raum und damit das Infektionsrisiko. Hierbei ist zu beachten, dass die ausgeatmeten Aerosolpartikel durch anhaftende Feuchtigkeit relativ groß sind und somit auch von einfachen Masken effizient zurückgehalten werden können. Da diese Partikel aber mit längerer Verweilzeit in der Raumluft schrumpfen, sind einfache Mund-Nasen-Bedeckungen für den Selbstschutz weniger effizient. Hierfür sind Atemschutzmasken erforderlich, die auch für feine Partikel eine hohe Abscheidung zeigen, z. B. der Klassen FFP2, N95 oder KN95. Diese sind sowohl für den Selbst- als auch den Fremdschutz effizient, sofern sie über kein Ausatemventil verfügen. Masken mit Ausatemventil dienen hingegen nur dem Selbstschutz und widersprechen daher dem Solidaritätskonzept, dass Mitmenschen durch kollektives Maskentragen geschützt werden.
• Gesichtsvisiere, die ohne zusätzliche Verwendung von Masken eingesetzt werden, sind hinsichtlich Aerosolpartikeln weitgehend nutzlos, da die Luft mit Partikeln (und Viren) ungefiltert um die Visiere herumströmt. Gesichtsvisiere werden im klinischen Alltag zusätzlich zu Masken getragen, um Tröpfcheninfektion über die Schleimhäute der Augen zu verhindern. Ebenfalls weitgehend unwirksam gegen die Aerosolverbreitung in Innenräumen sind mobile oder fest installierte Plexiglasbarrieren. Diese können nur kurzfristig die kleinräumige Ausbreitung eines Aerosols, z. B. im Kassenbereich eines Supermarkts, verhindern, bieten aber längerfristig keinen Schutz. Gesichtsvisiere und Plexiglasscheiben dienen im Wesentlichen als Spuck- und Spritzschutz gegenüber großen Tröpfchen.
• Im Freien finden so gut wie keine Infektionen durch Aerosolpartikel statt. Allerdings können Tröpfcheninfektionen auftreten, insbesondere in Menschenansammlungen, wenn Mindestabstände nicht eingehalten und/oder keine Masken getragen werden. In geschlossenen Räumen ist Lüften unerlässlich, um die ausgeatmete Luft in einem Raum durch frische Luft von draußen zu ersetzen. Häufiges Stoß- und Querlüften sind dabei vergleichbar effektiv wie dauernd das Fenster vollständig geöffnet zu lassen. Aus energetischer Sicht ist Stoß- oder Querlüften insbesondere im Winter allerdings effizienter. CO2-Monitore können bei der Überwachung der Luftqualität in Innenräumen helfen. Sie zeigen an, wann gelüftet werden sollte und wann die Luft in einem Raum während des Lüftens ausreichend gewechselt ist. Sie können jedoch nur als Indikator verwendet werden und verhindern selbst bei Einhaltung der vorgeschlagenen CO2-Grenzkonzentrationen keine direkte Infektion durch unmittelbar benachbarte Personen.
• Luftreiniger können einen sinnvollen Beitrag leisten, um die Partikel- und Virenkonzentration in einem Raum zu reduzieren. Bei der Beschaffung von Luftreinigern muss darauf geachtet werden, dass diese für den betrachteten Raum und die betrachtete Anwendung ausreichend dimensioniert sind, um die Partikel- und Virenlast signifikant zu verringern. Dem Luftdurchsatz des Gerätes kommt dabei eine größere Bedeutung zu, als der reinen Effizienz des Filters. Aus energetischen und Kostenerwägungen kann die Verwendung hocheffizienter Filter sogar kontraproduktiv sein. Fest verbaute Lüftungsanlagen können ebenso sinnvoll sein, sofern sie die Luft filtern, um die Partikel- und Virenlast in einem Raum zu verringern. Hierbei ist es zur Vermeidung von Infektionen sinnvoll, diese möglichst mit 100 % Frischluft zu betreiben.
Aus Sicht der Gesellschaft für Aerosolforschung besteht erheblicher Forschungsbedarf insbesondere an den interdisziplinären Grenzen zu Forschungsfeldern der Epidemiologie, Infektiologie, Virologie, Lüftungstechnik und Strömungsmechanik. Die Durchführung gezielter Studien sollte kurzfristig mit speziellen Förder- und Forschungsprogrammen ermöglicht werden. Dieses Papier wurde von Mitgliedern der Gesellschaft für Aerosolforschung verfasst und wird von einer Vielzahl internationaler Aerosolexperten unterstützt (s. Kapitel 8). Neben der vorliegenden Version existiert auch eine englischsprachige Übersetzung (siehe www.info.gaef.de). Sämtliche Abbildungen in diesem Papier stehen unter folgendem Link zum kostenlosen Download bereit: https://www.info.gaef.de/positionspapier. Bei jeder Verwendung ist „Gesellschaft für Aerosolforschung e. V.“ als Quelle zu nennen.
Many studies have already shown that viruses can spread via aerosol particles. An aerosol is a mixture of air with solid or liquid particles dispersed in it. To understand the role of aerosol particles as a transmission path of SARS-CoV-2, knowledge of the different processes in an Aerosol is therefore of particular importance. With this paper, GAeF would like to contribute to a better understanding of the term “aerosol” and the relevant aerosol processes. In the context of this paper only the essential basics will be discussed. For a deeper understanding of the partly complex processes, please refer to the literature mentioned at the end of the paper.
The paper summarises a large number of studies on the formation of virus-laden aerosol particles and their spread. Based on this, it can be concluded that exhaled aerosol particles may play a prominent role in the spread of viruses in the corona pandemic. Finally, this paper discusses possible measures to reduce the spread of aerosol particles. The measures discussed are based on the current public debate including ventilation, air purifiers, HVAC systems and masks. Advice is given on the correct and sensible use of these measures.
An aerosol is always dynamic, as particles are newly formed, transported in or with the air, removed from the air or change in the airborne state. Aerosol particles have sizes between approx. 0.001 and several 100 micrometres (and not < 5 μm as currently defined in many publications) and spread relatively quickly with air currents, even over longer distances. Larger aerosol particles sink to the ground, depending on their size and density, while small aerosol particles can remain in the air for a very long time (see Section 3). Every person emits liquid aerosol particles of various sizes through breathing and when speaking, coughing and sneezing (see Section 4). If a person is infected with a virus, such as SARS-CoV-2, these aerosol particles can contain viruses that can be released into the air and inhaled by other people. SARS-CoV-2 has a size of 0.06 to 0.14 micrometres, but the exhaled liquid aerosol particles are larger. The liquid aerosol particles can shrink by evaporation, depending on the ambient conditions (see Section 3.3). Particle size is relevant for particle transport and particle separation. The highest risk of infection exists in closed indoor spaces, as aerosol particles can accumulate there.
Here in particular, appropriate measures must be taken to reduce the concentration of aerosol particles (see Section 5).
Against the background of aerosol science, the GAeF classifies the current measures to contain the pandemic as follows:
• In principle, no measure can work on its own! According to the current state of knowledge, the interaction of the most varied measures is the best way to minimise the risk of infection.
• Keeping distance is important, because with increasing distance, directly exhaled viruses are diluted and the probability of infection decreases. The often prescribed minimum distance can be used as a guide, but it should be increased and supplemented by other measures (see below), especially for longer meetings and also indoors with reduced air movement.
• Masks help to filter some of the exhaled particles (and viruses). This reduces the concentration of exhaled particles (and viruses) in a room and thus the risk of infection. It should be noted here that the exhaled aerosol particles are relatively large due to adhering moisture and can therefore also be efficiently retained by simple masks. However, since these particles shrink with longer dwell time in the room air, simple mouth-nose masks are less efficient for self-protection. Respiratory masks are required for this purpose, which show a high degree of separation even for fine particles, e.g. of classes FFP2, N95 or KN95. These are efficient for both self-protection and protection of others unless they have an exhalation valve. Masks with an exhalation valve, on the other hand, are only for self-protection and therefore contradict the solidarity concept that fellow human beings are protected by collective mask wearing. Face shields which are used without additional masks are largely useless with regard t• aerosol particles, as the air with particles (and viruses) flows unfiltered around the shields. In everyday clinical practice, facial shields are worn in addition to masks to prevent droplet infection via the mucous membranes of the eyes. Mobile or permanently installed Plexiglas barriers are also largely ineffective against the spread of aerosols indoors. These can only prevent the smallscale spread of an aerosol in the short term, e.g. in the checkout area of a supermarket, but offer no protection in the longer term. Face shields and Plexiglas panels essentially serve as spit and splash protection against large droplets.
• Outdoors, there are practically no infections caused by aerosol transmission. However, droplet infections can still occur, especially in crowds, if minimum distances are not observed and/or masks are not worn. In closed rooms, ventilation is essential to replace the exhaled air in a room with fresh air from outside. Frequent airing and cross-ventilation is just as effective as leaving the window open all the time. From an energy point of view, however, it is more efficient to ventilate the room, especially in winter. CO2 monitors can help to monitor indoor air quality. They indicate when it is necessary to ventilate and when the air in a room has been sufficiently changed during ventilation. However, they can only be used as an indicator and even if the proposed CO2 limit concentrations are met, they do not prevent direct infection by people in the immediate vicinity.
• Air purifiers can make a useful contribution to reducing the concentration of particles and viruses in a room. When procuring air purifiers, care must be taken to ensure that they are adequately dimensioned for the room and application in question in order to significantly reduce the particle and virus load. The air throughput of the unit is more important than the pure efficiency of the filter. For energy and cost reasons, the use of highly efficient filters can even be counterproductive. Permanently installed ventilation systems can also be useful, provided they filter the air to reduce the particle and virus load in a room. To avoid infections, it is advisable to operate them with 100 % fresh air if possible.
From the point of view of the Gesellschaft für Aerosolforschung, there is a considerable need for research, especially at the interdisciplinary borders to research fields of epidemiology, infectiology, virology, ventilation technology and fluid mechanics. The implementation of targeted studies should be made possible at short notice with special funding and research programmes.
This paper was written originally in German by members of the Gesellschaft für Aerosolforschung and is supported by a large number of international aerosol experts. Both the English and German version as well as all images in the paper are available for free download at the following link: https://www.info.gaef.de/positionspapier. The “Gesellschaft für Aerosolforschung e. V.” must be named as the source, whenever an image is used.
Es wurde untersucht, ob und unter welchen Bedingungen sich Kurzfasern aus Hanf heimischer Produktion für die Erzeugung einer Faser-Antifoulingbeschichtung auf Schiffsrümpfen sowie für die Beflockung anderer technischer Oberflächen verwenden lassen.
Das Grundprinzip der Beflockungstechnik besteht darin, Kurzfasern im Längenbereich zwischen 0.5 und 15 mm in einem elektrischen Feld auf eine frisch mit einem Lack oder Kleber beschichtete ebene oder profilierte bzw. gekrümmte Oberfläche aufzubringen und dort bevorzugt senkrecht zu verankern. Auf diese Weise entsteht ein dichter, die Oberfläche vollständig bedeckender Faserflor. Als Flockfasermaterial finden bisher vorwiegend Polyamid (Nylon, Perlon), Viskose, Polyester sowie Baumwolle als nachwachsende Faser Verwendung. Nach der Herstellung unterscheidet man Schnitt- und Mahlflockfasern. Beflockungsmaschinen größerer Leistungsfähigkeit sind in der Regel keine mobilen Aggregate, sondern stationäre, für einen bestimmten Anwendungszweck spezialisierte Aufbauten, auf denen z.B. Gehäuse, PKW-Innenausbauteile, Profile, Bezugsstoffe und andere Textilien beschichtet werden.
Die Besonderheit dieses Vorhabens liegt einerseits in der Verwendung einer neuen Faserart - Hanfkurzfasern - für Beflockungszwecke und andererseits in der Notwendigkeit ein eher mobiles Beflockungsaggregat zu entwickeln, um die Beflockung von Schiffsrümpfen und anderen größeren Objekten prinzipiell zu ermöglichen.
Mobility particle size spectrometers (MPSS) belong to the essential instruments in aerosol science that determine the particle number size distribution (PNSD)in the submicrometer size range. Following calibration procedures and target uncertainties against standards and reference instruments are suggested for a complete MPSS quality assurance program: a) calibration of the CPC counting efficiency curve (within 5% for the plateau counting efficiency; within 1 nm for the 50% detection efficiency diameter), b) sizing calibration of the MPSS, using a certified polystyrene latex (PSL) particle size standard at 203 nm (within 3%), c) intercomparison of the PNSD of the MPSS (within 10% and 20% of the dN/dlogDP concentration for the particle size range 20 – 200 nm and 200 to 800 nm, respectively), and d) intercomparison of the integral PNC of the MPSS (within 10%). Furthermore, following measurement uncertainties have been investigated: a) PSL particle size standards in the range from 100-500nm match within 1% after sizing calibration at 203 nm. b) Bipolar diffusion chargers based on the radioactive nuclides Kr85, Am241 and Ni63 and a new ionizer based on corona discharge follow the recommended bipolar charge distribution, while soft X-ray-based charges may alter faster than expected. c) The use of a positive high voltage supply show a 10% better performance than a negative one. d) The intercomparison of the integral PNC of an MPSS against the total number concentration is still within the target uncertainty at an ambient pressure of approximately 500 hPa.
Ultrafine particles emitted from laser printers are suspected to elicit adverse health effects. We performed 75-minute exposures to emissions of laser printing devices (LPDs) in a standardized, randomized, cross- over manner in 23 healthy subjects, 14 mild, stable asthmatics, and 15 persons reporting symptoms associated with LPD emissions. Low-level exposures (LLE) ranged at the particle background (3000 cm−3) and High-level exposures (HLE) at 100 000 cm−3. Examinations before and after exp sures included spirometry, body plethysmography, transfer factors for CO and NO (TLCO, TLNO), bronchial and alveolar NO, cytokines in serum and nasal secretions (IL-1β, IL-5, IL-6, IL-8, GM-CSF, IFNγ, TNFα), serum ECP, and IgE. Across all participants, no statistically significant changes occurred for lung mechanics and NO. There was a decrease in volume-related TLNO that was more pronounced in HLE, but the difference to LLE was not significant. ECP and IgE increased in the same way after exposures. Nasal IL-6 showed a higher increase after LLE. There was no coherent pattern regarding the responses in the participant subgroups or single sets of variables. In conclusion, the experimental acute responses to short but very high-level LPD exposures were small and did not indicate clinically relevant effects compared to low particle number concentrations.
Vor dem Hintergrund der anhaltenden öffentlichen Diskussion um mögliche gesundheitliche Risiken von Ultrafein- und Feinstaubemissionen aus Bürogeräten mit Laserdruckfunktion (LPD, Laser Printing Device) wurde vom Umweltbundesamt ein Forschungsvorhaben zur Entwicklung einer Prüfprozedur für die Quantifizierung der emittierten Partikel durch Zählung unter Standardbedingungen in Emissionsmesskammern, sowie zur physikalischen und chemischen Charakterisierung dieser Aerosole initiiert. Als Ergebnis konnte die Partikelzählung in den Entwurf des Prüfverfahrens für die Bestimmung von Emissionen (RAL-UZ-122, Anhang S-M) des Umweltzeichens "Blauer Engel" für Bürogeräte sowie in den Prüfstandards ECMA-328 und den Entwurf der ISO/IEC 28360 integriert werden. Die Methode wurde in einem internationalen Ringversuch erfolgreich getestet. Auf dieser Basis können Vergabekriterien und -werte für die Emission von Fein- und Ultrafeinpartikeln im Rahmen der Vergabe des Umweltzeichens Blauer Engel vereinbart und Produktprüfungen vorgenommen werden.
Der vorliegende Bericht ist der 2.Teil eines Gesamtberichtes und schildert ausführlich die im Kontext des BAM-Innovationsoffensive-Projektes „Chemische Brandspurenanalytik“ durchgeführten Untersuchungen und fasst die gewonnenen analytischen Erkenntnisse zusammen. Der gesamte Bericht gliedert sich in drei Teile. Der erste Teil beinhaltet den Aufbau, die Durchführung und die brandtechnologische Auswertung der durchgeführten Raumbrandversuche, während in dem hier vorliegenden Teil die analytischen Methoden zum Nachweis des Brandbeschleunigers in den Brandrückständen vorgestellt und ausgewertet werden. Die Beurteilung von Brandspuren und daraus abgeleitet die Rekonstruktion eines Brandverlaufes beruhen auch auf der präzisen chemischen Analyse der Brandprodukte. Im Rahmen dieses Projektes wurde eine innovative Methodik entwickelt, wie verfügbare Analysetechniken in geeigneter Weise kombiniert werden können, um aus festen, flüssigen und gasförmigen Brandrückständen Rückschlüsse auf den Brandverlauf ziehen zu können. Neben der Untersuchung von Proben von realen Brandorten wurden verschiedene wohnungstypische Materialien unter Laborbedingungen unterschiedlichen Brandszenarien unterworfen. Die dabei entstehenden Brandgase, Aerosole sowie der verbleibende Brandrückstand wurden durch geeignete analytische Verfahren analysiert, um mögliche Brandursachen beurteilen zu können. Der Schwerpunkt dieses Berichtes liegt in dem Nachweis von Brandbeschleunigern. Es zeigte sich, dass mittels der Kombination aus HS-SPME-GC-MS sowohl in den festen Brandrückständen, als auch in den Kondensaten Brandbeschleuniger eindeutig und verlässlich nachgewiesen werden können. Anhand von 5 verschiedenen Zimmerbrandversuchen wurde der Einfluss von Brandbeschleunigern auf den Brandverlauf experimentell untersucht. Es wurden verschiedene brandtechnologische Kennwerte, wie der Massenverlust des gesamten Brandraums, Brandraumtemperaturen, die Wärmefreisetzungen sowie die Rauchgasemissionen ermittelt und beurteilt. Die Rauchgasanalyse erfolgte im Schlot, im Brandraum sowie in der Brandraumöffnung mittels Fourier Transformierte Infrarot-FTIR-Spektroskopie. Neben diesen brandtechnologischen Untersuchungen, die im Bericht Teil 1 enthalten sind, erfolgten auch chemisch-analytische Untersuchungen nach dem Brand, mit dem Ziel, den eingesetzten Brandbeschleuniger nachzuweisen. Im Anschluss an die jeweiligen Zimmerbrandversuche wurden verschiedene Brandrückstandsproben aus dem Brandschutt, Wischproben von den Wänden und den übriggebliebenen Gegenständen genommen und mit Hilfe einer entwickelten HS-SPME-GC-MS-Methode (Headspace-Solid Phase Micro Extraction-Gas Chromatographie-Massenspekrometrie) in Hinblick eines möglichen Brandbeschleunigernachweis analysiert.
In einem von der Firma GSE Lining Technology GmbH geförderten F+E-Vorhaben wurde die Langzeitscherfestigkeit und die Oxidationsstabilität von deren strukturierten PE-HD- Dichtungsbahnen untersucht. Bei diesen strukturierten Dichtungsbahnen wird das Strukturmaterial in einem eigenen Arbeitsgang aufgebracht. Das PE-HD-Material der Grundbahn war in allen Fällen Vestolen A 3512 R. Für das Strukturmaterial wurden die PE- LLD-Werkstoffe Ladene 118 N mit zwei Rußbatches (Proben 229/1 und 229/2) und Dowlex 2045 E mit zwei Rußbatches (Proben 229/3 und 229/4) verwendet. Die Langzeitscherfestigkeit wurde in Zeitstand-Scherversuchen in Wasser bei 80 °C getestet und dabei auch die Veränderung der OIT Werte von Grundbahn und Strukturmaterial gemessen. Die Oxidationsstabilität des Strukturmaterials im Vergleich zur Grundbahn wurde in Autoklavenversuchen an Proben im Wasserbad unter einem Sauerstoffdruck von 20 bar und 80°C geprüft. Nach der Immersion wurde die Veränderung der Reibungsparameter in Scherkastenversuchen ermittelt.
The emission of ultrafine particles from small desktop Fused Filament Fabrication (FFF) 3D printers has been frequently investigated in the past years. However, the vast majority of FFF emission and exposure studies have not considered the possible occurrence of particles below the typical detection limit of Condensation Particle Counters and could have systematically underestimated the total particle emission as well as the related exposure risks. Therefore, we comparatively measured particle number concentrations and size distributions of sub-4 nm particles with two commercially available diethylene glycol-based instruments – the TSI 3757 Nano Enhancer and the Airmodus A10 Particle Size Magnifier. Both instruments were evaluated for their suitability of measuring FFF-3D printing emissions in the sub-4 nm size range while operated as a particle counter or as a particle size spectrometer. For particle counting, both instruments match best when the Airmodus system was adjusted to a cut-off of 1.5 nm. For size spectroscopy, both instruments show limitations due to either the fast dynamics or rather low levels of particle emissions from FFF-3D printing in this range. The effects are discussed in detail in this article. The findings could be used to implement sub-4 nm particle measurement in future emission or exposure studies, but also for the development of standard test protocols for FFF-3D printing emissions.
Quantitative chemical analysis of airborne particulate matter (PM) is vital for the understanding of health effects in indoor and outdoor environments, as well as for enforcing EU air quality regulations. Typically, airborne particles are sampled over long time periods on filters, followed by lab-based analysis, e.g., with inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). During the EURAMET EMPIR AEROMET project, cascade impactor aerosol sampling is combined for the first time with on-site total reflection X-ray fluorescence (TXRF) spectroscopy to develop a tool for quantifying particle element compositions within short time intervals and even on-site. This makes variations of aerosol chemistry observable with time resolution only a few hours and with good size resolution in the PM10 range. The study investigates the proof of principles of this methodological approach. Acrylic discs and silicon wafers are shown to be suitable impactor carriers with sufficiently smooth and clean surfaces, and a non-destructive elemental mass concentration measurement with a lower limit of detection around 10 pg/m3 could be achieved. We demonstrate the traceability of field TXRF measurements to a radiometrically calibrated TXRF reference, and the results from both analytical methods correspond satisfactorily.
A new facility has been developed which allows for a stable and reproducible production of ambient-like model aerosols (PALMA) in the laboratory. The set-up consists of multiple aerosol generators, a custom-made flow tube homogeniser, isokinetic sampling probes, and a system to control aerosol temperature and humidity. Model aerosols containing elemental carbon, secondary organic matter from the ozonolysis of α-pinene, inorganic salts such as ammonium sulfate and ammonium nitrate, mineral dust particles,and water were generated under different environmental conditions and at different number and mass concentrations. The aerosol physical and chemical properties were characterised with an array of experimental methods, including scanning mobility particle sizing, ion chromatography, total reflection X-ray fluorescence spectroscopy and thermo-optical analysis. The facility is very versatile and can find applications in the calibration and performance characterisation of aerosol instruments monitoring ambient air. In this study, we performed, as proof of concept, an intercomparison of three different commercial PM (particulate matter) monitors (TEOM1405, DustTrak DRX 8533 and Fidas Frog) with the gravimetric reference method under three simulated environmental scenarios. The results are presented and compared to previous field studies. We believe that the laboratory-based method for simulating ambient aerosols presented here could provide in the future a useful alternative to time-consuming and expensive field campaigns, which are often required for instrument certification and calibration.
The diversity of fused filament fabrication (FFF) filaments continues to grow rapidly as the popularity of FFF-3D desktop printers for the use as home fabrication devices has been greatly increased in the past decade. Potential harmful emissions and associated health risks when operating indoors have induced many emission studies. However, the lack of standardization of measurements impeded an objectifiable comparison of research findings. Therefore, we designed a chamber-based standard method, i.e., the strand printing method (SPM), which provides a standardized printing procedure and quantifies systematically the particle emission released from individual FFF-3D filaments under controlled conditions. Forty-four marketable filament products were tested. The total number of emitted particles (TP) varied by approximately four orders of magnitude (1E9 ≤ TP ≤ 1E13), indicating that origin of polymers, manufacturer-specific additives, and undeclared impurities have a strong influence. Our results suggest that TP characterizes an individual filament product and particle emissions cannot be categorized by the polymer type (e.g., PLA or ABS) alone. The user's choice of a filament product is therefore decisive for the exposure to released particles during operation. Thus, choosing a filament product awarded for low emissions seems to be an easily achievable preemptive measure to prevent health hazards.
Fused filament fabrication (FFF) is a material extrusion-based technique often used in desktop 3D printers. Polymeric filaments are melted and are extruded through a heated nozzle to form a 3D object in layers. The extruder temperature is therefore a key parameter for a successful print job but also one of the main emission driving factors as harmful pollutants (e.g., ultrafine particles) are formed by thermal polymer degradation. The awareness of potential health risks has increased the number of emission studies in the past years. However, studies usually refer their calculated emission data to the printer set extruder temperature for comparison purposes. In this study, we used a thermocouple and an infrared camera to measure the actual extruder temperature and found significant temperature deviations to the displayed set temperature among printer models. Our result shows that printing the same filament feedstocks with three different printer models and with identical printer set temperature resulted in a variation in particle emission of around two orders of magnitude. A temperature adjustment has reduced the variation to approx. one order of magnitude. Thus, it is necessary to refer the measured emission data to the actual extruder temperature as it poses a more accurate comparison parameter for evaluation of the indoor air quality in user scenarios or for health risk assessments.
In this work, we characterise the performance of a Sharp optical aerosol sensor model GP2Y1010AU0F. The sensor was exposed to different environments: to a clean room, to a controlled atmosphere with known aerosol size distribution and to the ambient atmosphere on a busy city street. During the exposure, the output waveforms of the sensor pulses were digitised, saved and a following offline analysis enabled us to study the behaviour of the sensor pulse-by-pulse. A linear response of the sensor on number concentration of the monosized dispersed PSL particles was shown together with an almost linear dependence on particle diameters in the 0.4 to 4 micrometer range.
The gathered data about the sensor were used to predict its response to an ambient atmosphere, which was observed simultaneously with a calibrated optical particle counter.
Condensation particle counters (CPCs) are widely used for the measurement of aerosol particle number concentrations in the size range from approximately 3 nm to 3 μm. For an SI-traceable calibration of the size-dependent counting efficiency, which is advisable on a regular basis and required in several applications, Faraday cup aerosol electrometers (FCAEs) are considered to be a suitable SI-traceable reference.While the volumetric aerosol inlet flowrate and the electrical current measurement in FCAEs can be related to respective SI references, inter-comparison exercises for FCAEs are still performed on a regular basis to establish reliable uncertainty budgets and to further investigate the influences of designs and operational parameters on comparability. This is strongly demanded in the international community of metrological institutes and aerosol calibration facilities around the world, which provide CPC calibrations. In the present study, the performance of FCAEs was investigated,using Ag test aerosol particles with a 30 nm particle diameter by varying the inlet flowrates from 0.5 l min−1 to 4 l min−1. From our experimental results, significant deviations were observed in FCAE currents at sample flowrates smaller than 1.5 l min−1. It is recommended that these discrepancies should be quantified before an FCAE is used for CPC calibration at low sample flowrates and small particle sizes in the sub-30 nm size range.
The development of traceable new methodologies to quantify elemental air pollutants in particulate matter (PM) supports modernization of methods used in air quality monitoring networks in Europe. In the framework of the EURAMET EMPIR AEROMET II project, the combination of cascade impactor aerosol sampling and total reflection X-ray fluorescence elemental spectroscopy (TXRF) was investigated. This technique requires a traceable calibration based on reference samples. This paper describes a new, simple and effective method to produce such reference samples using flexible, reusable, and low-cost parylene C shadow masks, fabricated by photolithographic steps. These shadow masks can be used to produce reference samples that mimic the Dekati cascade impactor’s deposition patterns by applying as-prepared micro stencils to 30 mm acrylic substrates and evaporating a reference material (Ti) in arrangements of thin circular dots. The highly flexible direct patterning of acrylic discs with reference material, otherwise impossible with conventional photolithography, allows multiple reusing of the same micro stencils. The aspect ratios of the dots could be repeated with an error less than 4 %. A first set of standard reference samples for the 13 stages of the Dekati cascade impactor was produced and preliminary TXRF measurements of the deposited Ti masses were performed. The centricity of the deposition patterns turned out to be an important parameter for the quality of the TXRF results. The parylene mask technology for the production of reference samples turns out to be a promising new approach for the traceable calibration of TXRF spectrometers for the quantification of element concentrations in environmental aerosol samples but, due to its great versatility, it could be used for several other micropatterning applications on conventional and unconventional substrates.
Teil 1: In der Öffentlichkeit werden immer wieder mögliche gesundheitliche Auswirkungen von Laserdruckeremissionen diskutiert. Um diese möglichen Auswirkungen genauer zu analysieren, wurden die Effekte 75-minütiger Expositionen von sogenannten Low-Emittern (LE, Untergrund 2000-4000 UFP/cm3) gegenüber High-Emittern (HE, 100.000 UFP/cm3) untersucht.
Teil 2: Mögliche gesundheitliche Auswirkungen von Laserdruckeremissionen sind immer wieder Gegenstand öffentlicher Aufmerksamkeit. Die dabei auftretenden potenziellen psychologischen Aspekte, wurden in einem standardisierten Szenario mittels 75-minütiger Expositionen gegenüber Low-Emittern (LE, Untergrund 2000-4000 UFP/cm3) und High-Emittern (HE, 100.000 UFP/cm3) untersucht.
11 laser printers from 5 manufacturers were purchased in 2017 and tested for their UFP emissions. Size resolved sampling of the emitted particles was done with a 13 stage (30 nm to 10 µm) low pressure cascade impactor. The sampled particles were analysed for their chemical composition by thermal extraction (vaporization at 290°C) followed by GC-MS analysis. High boiling cyclic siloxanes (D10 to D16) were detected as constituents of UFP from laser printers. In comparison to measurements in 2008, aliphatic long-chain alkanes (C22 to C34) were detected additionally as chemical constituents of UFP from most of the tested printers and their amounts were higher than for cyclic siloxanes. Printers of one manufacturer showed very low UPF emissions compared to the other manufacturers.
Two types of copper samples, compact certified copper reference materials and calibration samples prepared from liquid doped, pressed copper powders, were studied in terms of accuracy of obtained calibration functions originating from infrared spark ablation. Additionally, corresponding particle size distributions of the aerosols from infrared spark ablation were recorded. It is shown that the differences in quantification results, originating from the two sets of calibration functions, could not mainly be ascribed to different particle size distributions of the two copper sample types. Possible other causes, as different ablation rates, parts of melting and differences of the chemical constitutions of the two sample types were explored.
In this work, the elemental composition of fine and ultrafine particles emitted by ten different laser printing devices (LPD) is examined. The particle number concentration time series was measured as well as the particle size distributions. In parallel, emitted particles were size-selectively sampled with a cascade impactor and subsequently analyzed by the means of XRF. In order to identify potential sources for the aerosol's elemental composition, materials involved in the printing process such as toner, paper, and structural components of the printer were also analyzed. While the majority of particle emissions from laser printers are known to consist of recondensated semi volatile organic compounds, elemental analysis identifies Si, S, Cl, Ca, Ti, Cr, and Fe as well as traces of Ni and Zn in different size fractions of the aerosols. These elements can mainly be assigned to contributions from toner and paper. The detection of elements that are likely to be present in inorganic compounds is in good agreement with the measurement of nonvolatile particles. Quantitative measurements of solid particles at 400 °C resulted in residues of 1.6 × 109 and 1.5 × 1010 particles per print job, representing fractions of 0.2% and 1.9% of the total number of emitted particles at room temperature. In combination with the XRF results it is concluded that solid inorganic particles contribute to LPD emissions in measurable quantities. Furthermore, for the first time Br was detected in significant concentrations in the aerosol emitted from two LPD. The analysis of several possible sources identified the plastic housings of the fuser units as main sources due to substantial Br concentrations related to brominated flame retardants.
Quantitative characterization of nanoparticle emissions from office machines with printing function
(2007)
Previous studies have shown that desktop 3D printers (Fused Filament Fabrication) emit high numbers of particulate matter, mainly as ultrafine particles (UFP, particle diameter less than 100 nm). However, the chemical composition of emitted particles has been less extensively investigated. In this study, we therefore focused on the chemical composition of particles emitted from 3D printing. The measurements were conducted in a 1 m³ emission test chamber. Emitted particles were sampled by a 13-stage low-pressure cascade impactor onto aluminum foils and then analyzed by TD-GC/MS to identify their organic compounds. Nine commercial filaments made from basic polymers such as Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS), Acrylonitrile Styrene Acrylate (ASA), Polycarbonate (PC), Poly(methyl methacrylate) (PMMA), Nylon, High Performance Polystyrene (HIPS) and a copper-filled Polylactide (PLA) were investigated. The results show that the organic components of the particles are primarily plastic additives such as plasticizer, antioxidant agents, lubricants, UV-absorbers and UV-stabilizers from the filaments.
Development of wood-inorganic composites with enhanced properties and environmental stability
(2002)
Quantitative chemical analysis of airborne particulate matter (PM) is vital for the understanding of health effects in indoor and outdoor environments, as well as for enforcing air quality regulations. Typically, airborne particles are sampled over long time periods on filters, followed by lab-based analysis, e.g., with inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Within the EURAMET EMPIR AEROMET project, cascade impactor aerosol sampling was combined for the first time with on-site total reflection X-ray fluorescence (TXRF) spectroscopy to develop a tool for quantifying particle element compositions within short time intervals and even on-site. This makes variations of aerosol chemistry observable with time resolution of only a few hours and with good size resolution in the PM10 range. A proof of principles of this methodological approach and the comparison to standard methods within the scope of a field campaign will be presented. Secondly, aerosol sampling and TXRF analysis seems suitable for the quantification of elements in indoor aerosols as well and may provide an important enhancement of existing methods for the analysis of organic species in aerosols (such as sampling and TD-GC/MS). As an example, the TXRF analysis of particles emitted from laser printers under controlled conditions in an environmental test chamber will be presented.
Quantitative chemical analysis of airborne particulate matter (PM) is vital for the understanding of health effects in indoor and outdoor environments and required by EU air quality regulations. Typically, airborne particles are sampled on filters, followed by lab-based analysis, e.g., with inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Within the EURAMET EMPIR AEROMET project, cascade impactor aerosol sampling was combined with on-site total reflection X-ray fluorescence (TXRF) spectroscopy. The study aimed at a proof of principles for this new mobile and on-size tool for the quantification of aerosol element compositions and element mass concentrations within short time intervals of less than 12 h. In a field campaign the method’s technical feasibility could be demonstrated. The TXRF results were traced back to a stationary, reference-free XRS setup in the laboratory of the German national metrology institute PTB at the BESSY II electron storage ring in Berlin, Germany. Simultaneous PM10-filter sampling, followed by standardized lab-based analysis, allowed for a comparison of the field campaign data of both methods. As Fig. 1 shows, the correspondence between PM10 filter sampling and ICP-MS, and on the other hand, cascade impactor sampling and TXRF is quite encouraging. However, for some of the analysed elements, e.g. V and Pb, the observed deviations are higher than expected and this highlights the fact, that spectral deconvolution strategies for TXRF on cascade impactor samples still need some improvement.
This work was supported by the EMPIR programme, co-financed by the Participating States and from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme, through grant agreements 16ENV07 AEROMET and 19ENV08 AEROMET II