Detta betänkande Detaljer en mikrovågsugn-initierade strategi för nedfall av porphyrin functionalized porösa organosilicate Sorbenter på ett bomullstyg och visar minskningen 2-kloretyl etyl svavelväte (CEES) transport genom tyget som härrör från detta behandling.
En mikrovågsugn nedfall teknik för silaner, tidigare beskrivits för produktion av fettavvisande tyger, är anpassade för att ge ett tyg stödmaterial som kan behandlas därefter av dopp beläggning. DIP beläggning med en sol beredning ger en stöds porösa lager på tyget. I det här fallet är det porösa skiktet ett porphyrin functionalized sorbent system baserat på en Pulverformat material som har visats tidigare för avskiljning och konvertering av fosgen. En representativ beläggning appliceras bomullstyg på lastning nivå 10 mg/g. Denna beläggning har minimal inverkan på vattenånga transport genom tyget (93% av stöd tyg) samtidigt avsevärt minska transporten av 2-kloretyl etyl svavelväte (CEES) genom materialet (7% av stöd tyg). De beskrivna metoderna är lämpliga för användning med andra tyger som tillhandahåller amine och hydroxyl grupper för modifiering och kan användas i kombination med andra sol-preparat för att producera olika funktionalitet.
För närvarande tillgängliga kemiska skyddande plagg används av den oss Department of Defense (DoD) antingen tillhandahålla en fullständig barriär, den nivå A kemisk skyddsdräkt, exempelvis eller använda flera lager av tyg för skydd, liksom den gemensamma Service-lätta Integrerad kostym teknik (JSLIST). Full barriär plagg innebär en betydande börda för användaren. Med ingen vattenånga transport genom materialet hindras värmereglering. Som ett resultat, är varaktigheten av användning (uppdrag längd) begränsad till. plagget är lämpligt att ett begränsat antal scenarier. JSLIST, däremot, använder ett lager av kol adsorbent mellan ett shell-tyg och ett comfort-lager. Den resulterande belastningen på användaren är minskad men inte elimineras, och skyddande funktioner reduceras jämfört med barriär kostymer. Utöver den termiska belastningen är JSLIST dräkten lämplig för bara 24 timmar kontinuerlig användning. Ingen av dessa typer av teknik lämpar sig för att ge en baslinje skyddande förmåga på lång sikt, dagligen bär plagget. Grundläggande skydd skulle vara för låg risknivå miljöer, villkor passande till MOPP 0 till 2 (MOPP – uppdrag orienterade skyddande hållning) och andra låg risk villkor. Utöver DoD är skulle grundläggande skydd vara av nytta till första responders som kan ange förorenade miljöer utan föregående varning.
Forskning söker förbättringar DoD skyddande plagg är pågående och kontinuerlig1,2,3,4. En tidigare insats identifierade potentialen i en mikrovågsugn inledde processen för nedfall av heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) trimethoxysilane på tyger att producera fettavvisande beteende5. Avsikten var att producera ett tyg som kan förstärka det shell lagret av JSLIST plagget. Denna oleophobicity kan förbättra den kemiska motståndskraften av skiktad plagget, kommer det inte upp den termiska belastningen som införts av dräkten. Det finns ytterligare pågående arbete koncentrerades Sorbenter och katalysatorer för avskiljning eller nedbrytning av kemiska hot6,7,8,9,10, 11,12,13,14. En nyligen beskriven metod används porösa organosilicate Sorbenter kombinerat med porfyriner att fånga och försämra fosgen och använde liknande material för fångst av giftiga industriella föreningar (TICS) samt bekämpningsmedel simulatorer och nitroenergetics15 ,16,17,18,19,20. Samtidigt lovande gäller dessa pulveriserade material inte direkt till garment teknik.
Organosilicate system har tillämpats allmänt i dopp och snurra beläggning metoder, vanligtvis på glas och kisel (wafers). Den mikrovågsugn nedfall teknik som beskrivs ovan ger en mekanism för tillämpningen av dessa material till tyger. Här, använder vi beskrivs processen i kombination med tetraethylorthosilicate för att förbereda tyger. De behandlas sedan med den porösa absorbenter genom en strategi med dopp i beläggning. Morfologisk karakterisering visar förekomsten av den porösa sorbent på tyget. Utvärdering av 2-kloretyl etyl svavelväte (CEES) genomträngning genom tyget med och utan denna behandling visar en betydande inverkan på transport av målet över materialet.
Här har vi visat att mikrovågsugn-initierade nedfall av TEOS kan användas inför efterföljande nedfall av en porös organosilicate sorbent tyg. Metoden leder till lastning av tyget med 1,12 g sorbent per m2 på tyget yta. Analys av belagda tyget av kväve adsorption anges nedfall av en porös beläggning med betydande skillnader mellan full behandlade materialet och initierade tyget. Ytan var dock mindre än den som observerades för en liknande sammansatt material som syntetiseras som en monolit. Sorbenten ensam minskas graden av CEES transport över tyget med 85%. Tillägg av porphyrin funktionalisering till den stöds sorbent minskade ytterligare transport (93% total minskning). Inledande genombrott för porphyrin functionalized behandlat tyg inträffade 2 min; inledande genombrott bomullstyget var 0.6 min. Denna minskning av kemiska permeation uppnåddes med liten inverkan på vattenånga transport av tyget.
Den deponerade sorbent är inte en kontinuerlig tunn film. Metoden ger en beläggning som är närmare conformal till Garnet av tyget. Därför begränsas minskning mot genomträngning av väven av tyget. Här används en lätt bomullstyg som stödmaterial. Mikrovågsugn inledandet är lämplig för användning på andra tyger som ger amine eller hydroxyl grupper för modifiering. Ett tätare vävt tyg, såsom den nylon och bomull blandning som används i oss armé Combat Uniform (ACU), skulle producera större reduktion till målet transport enkelt på grundval av minskning av ogiltiga utrymmen inom väven. Ett tätt vävt tyg som används som skydd material skulle ge liknande fördelar. Som erinrar om att sorbent behandling inte är begränsad till ytan av tyget, förväntas ett material som ger vissa djup på samma sätt som en fleece eller tunga sticka tyg också producera ytterligare sänkningar av genomträngning. Detta begrepp skulle också gälla tredimensionella veckat material som används i luftfiltrering.
Den behandling som beskrivs här är inte begränsat till användning på traditionella tyger. Det ger potential för modifiering av papperet, lager och veckat material mer normalt tillämpas i filtrering metoder samt icke-vävda textilier. I vissa fall, kan de villkor som beskrivs här behöva vara gentled för att upprätthålla integriteten i det stödjande materialet. Att minska koncentrationen av basen (ammoniumhydroxid) kan vara nödvändigt, som i fallet med polyeten tyger. Förkorta varaktigheten av perioden mikrovågsugn kan vara nödvändigt att undvika brännhet (pappersmaterial). Vissa syntetiska tyger, polypropylen exempelvis kräver minskning i snabbtorkande temperaturer används. Ändringar i sol åldrande temperaturer och varaktighet bör undvikas eftersom dessa villkor har betydande inverkan på morfologin av den resulterande sorbent.
Etanol kan ersättas med metanol i dopp beläggning sol. Detta uppmuntras när skala upp en syntes och använda en större mängd sol, eftersom etanol ger mindre hälsofarliga. Sol kan spädas avsevärt med alkohol, t.ex., 4-12 gram etanol i stället för 2 g metanol) att förbereda en större volym av blandningen utan en proportionell ökning av samlas av BTE, Pluronic P123, mesitylene och syra. Relativa belopp för reaktanterna och vätska kan också multipliceras för att förbereda en sol för generering av större prover av belagda material. Graden av utspädning eller koncentrationen av en sol kan påverka resulterande massan lastning av sorbent material på ett särskilt tyg. Flera cykler av doppning i en sol blandning bör också leda till förändringar i totala lastning.
Optimering av metoden nedfall för andra material pågår. Ändring av ACU nylon och bomull blandning tyg är av särskilt intresse för en daglig slitage lösning som ger grundläggande kemiska skydd som är jersey stickat material. Nedfall av andra sorbent material undersöks också. DIETYLBENSENER överbryggas Sorbenter utvecklats för fångst av bekämpningsmedel mål, till exempel använda en sol beredning som skiljer sig från en beskrivs här17,20,27 och katalys är baserad på en annan porphyrin. Slutligen pågår utvärdering av tyg stöds material mot aerosol, vätska och ånga mål.
The authors have nothing to disclose.
Denna forskning sponsrades av Defense Threat minskning Agency (DTRA BA08PRO015) och amerikanska Office för Naval forskning genom Naval Research Laboratory bas fonder. De åsikter som uttrycks här är de av författarna och representerar inte de av US Navy, US Department of Defense eller den amerikanska regeringen.
unbleached 100% cotton fabric | JOANN Stores | N/A | Protocol is suitable for use on a variety of fabrics |
ammonium hydroxide | Aldrich | 32,014-5 | |
tetraethyl orthosilicate | Aldrich | 13,190-3 | |
Pluronic P123 | Aldrich | 435465 | |
mesitylene | Sigma-Aldrich | M7200 | |
1,2-bis(trimethoxysilyl)ethane | Aldrich | 447242 | |
methanol | Fisher Chemical | A454SK-4 | |
nitric acid | Sigma-Aldrich | 438073 | Prepare 0.1 M aqueous solution |
3-aminopropyltriethoxysilane | Gelest | SIA0603.4 | |
toluene | Sigma-Aldrich | 650579 | |
Deuteroporphyrin IX bis ethylene glycol | Frontier Scientific | D630-9 | |
dimethyl sulfoxide | Sigma-Aldrich | 276855 | |
copper chloride | Sigma-Aldrich | 256528 | |
2-(N-morpholino)ethansulfonic acid | Sigma-Aldrich | M3671 | Prepare 0.1M buffer at pH 5.5 |
1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide | Sigma-Aldrich | E6383 | |
ethyl alcohol | Warner-Graham | 64-17-5 | |
Drierite | Sigma-Aldrich | 737828 | |
Microwave | Daewoo | KOR-630A | |
Nitrogen adsorption instrument | Micromeritics | TriStar II Plus | |
Environmental chamber | custom part | N/A | Here, a modified Thermolyne incubator, Compact Series 5000 was used |
Flame ionization detector (FID) | SRI Instruments | 8690-0010 | Model 110 |
Humidity probe | Vaisala | HMT3303E0A193BCAC100A0CCABEA1 | |
AVLAG Cell | custom part | N/A | AERO-Space Tooling and Machining, P/N RS0010 Permeation cell |
Computer controlled heater | World Precision Instruments | AIRTHERMY-ATX | |
Mass flow controller | MKS Instruments | 1179A01312CS | |
Dipper mechanism Type D1L | NIMA Technology Ltd | D1L | |
Gravity oven | Fisher Scientific | 15-103-0520 | |
Stirring hotplate | Fisherbrand | S28482 | |
Octagon spinbar, magnetic stirring bar | Fisherbrand | 14-513-82 | |
PSI-Plot version 9.5 | Poly Software International, Inc | N/A | |
Microsoft Office Professional Plus – Excel 2013 32-bit | Microsoft | N/A | |
MicroActive TriStar II Plus Software | Micromeritics | packaged with the TriStar II nitrogen adsorption instrument |