Denne betænkning beskriver en mikrobølgeovn-initierede tilgang for deposition af porfyrin functionalized porøse organosilicate sorbents på en bomuldsstof og viser reduktion af 2-chloroethyl ethyl sulfid (CEES) transport gennem stoffet som følge af dette behandling.
En mikrobølgeovn deposition teknik til silaner, tidligere beskrevet for produktion af oleophobic tekstiler, er tilpasset til at give et stof støtte materiale, som efterfølgende kan behandles af dip belægning. DIP belægning med en sol forberedelse giver en understøttet porøse lag på stoffet. I dette tilfælde er det porøse lag en porfyrin functionalized sorptionsmiddel system baseret på en pulveriseret materiale, som har vist sig tidligere til opsamling og konvertering af fosgen. En repræsentativ belægning påføres bomuldsstof på lastning niveau på 10 mg/g. Denne belægning har minimal indvirkning på vanddamp transport gennem stof (93% af den støtte stof sats) samtidig væsentligt reducere transport af 2-chloroethyl ethyl sulfid (CEES) igennem materialet (7% af støtte stof sats). De beskrevne metoder er velegnet til brug med andre tekstiler giver Amin og hydroxyl grupper for ændring og kan bruges i kombination med andre sol forberedelser til at producere varierende funktionalitet.
I øjeblikket tilgængelige kemiske beskyttende tøj brugt af os Department of Defense (DoD) enten give en fuld barriere, niveau A kemiske beskyttelsesdragt, for eksempel, eller bruge flere lag stof for beskyttelse, som i den fælles Service Lightweight Integreret Suit teknologi (JSLIST). Fuld barriere klæder pålægge en betydelig byrde for brugeren. Med ingen vanddamp transport gennem materialet, er termisk forordning hæmmet. Som et resultat, er varigheden af brug (mission længde) begrænset; tøjet er passende til et begrænset udvalg af scenarier. JSLIST, på den anden side bruger et lag af kulstof adsorbent mellem en shell stof og en komfort lag. De deraf følgende byrder for brugeren er reduceret, men ikke elimineres, og beskyttende evner er reduceret i forhold til barriere dragter. Ud over de byrder der termisk, er JSLIST dragten egnet til kun 24 timer kontinuerlig brug. Ingen af disse typer af teknologi er egnet til at give en baseline beskyttende evne i en langsigtet, dagligt slid beklædningsgenstand. Baseline beskyttelse ville være til nytte for lav risiko miljøer, betingelser egnet til MOPP 0-2 (MOPP – Mission orienterede beskyttende kropsholdning) og andre betingelser, lav risiko. Ud over DoD bekymringer, ville baseline beskyttelse være af nytte til første respondenter, der kan angive forurenet miljøer uden forudgående varsel.
Forskning søger forbedringer til DoD beskyttende tøj er vedvarende og kontinuerlig1,2,3,4. En tidligere indsats identificeret potentialet i en mikrobølgeovn indledt processen for deposition af heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) trimethoxysilane på tekstiler til at producere oleophobic adfærd5. Hensigten var at producere et stof, der kan forbedre skallag JSLIST beklædningsgenstanden. Mens denne oleophobicity kan forbedre kemikalieresistens af lagdelt tøjet, vil det ikke behandle den termiske byrde af dragten. Der er yderligere igangværende arbejde fokuseret på sorbents og katalysatorer til opsamling og/eller nedbrydning af kemiske trusler6,7,8,9,10, 11,12,13,14. En nylig beskrevne fremgangsmåde anvendes porøse organosilicate sorbents kombineret med porfyriner at fange og forringe fosgen og brugt lignende materialer til opsamling af giftige industrielle forbindelser (TICS) samt pesticider simulatorer og nitroenergetics15 ,16,17,18,19,20. Mens man lover gælder disse pulveriseret materialer ikke direkte til beklædningsgenstand teknologier.
Organosilicate systemer er blevet bredt anvendt i dip og spin coating metoder, typisk på glas og silicium wafers. Mikrobølgeovn deposition teknik beskrevet ovenfor indeholder en mekanisme til anvendelsen af disse materialer til tekstiler. Her bruger vi den beskrevne proces i kombination med tetraethylorthosilicate for at forberede tekstiler. De behandles derefter med den porøse sorbents gennem en dukkert belægning tilgang. Morfologiske karakterisering viser tilstedeværelsen af den porøse sorptionsmiddel på stoffet. Evaluering af 2-chloroethyl ethyl sulfid (CEES) gennemtrængning gennem stoffet med og uden denne behandling viser en betydelig indvirkning på transport af målet på tværs af materialet.
Her har vi vist at mikrobølgeovn-initierede aflejring af TEOS kan bruges til at forberede efterfølgende aflejring af en porøs organosilicate sorptionsmiddel stof. Metoden fører til lastning af stof med 1,12 g sorptionsmiddel pr. m2 af stoffet overfladen. Analyse af belagt stof af kvælstof adsorption angivet aflejring af en porøs belægning med betydelige forskelle mellem de fulde behandlede materiale, og at den indviede stof. Arealet var imidlertid mindre end der er konstateret for en tilsvarende sammensat materiale syntetiseres som en monolit. Den sorptionsmiddel alene reduceret sats af CEES transport på tværs af stoffet med 85%. Tilsætning af porfyrin functionalization til de understøttede sorptionsmiddel faldt yderligere transport (samlede reduktion af 93%). Første gennembrud for porfyrin functionalized behandlede stof opstod på 2 min. første gennembrud bomuldsstoffet var på 0,6 min. Denne reduktion i kemiske gennemtrængning blev opnået med ringe betydning for vanddamp transport af stoffet.
Den deponerede sorptionsmiddel er ikke en kontinuerlig tynd film. Metoden giver en belægning, der er mere tæt conformal til garn af stoffet. Som følge heraf er reduktion til gennemtrængning begrænset af vævningen af stoffet. Her, anvendes en letvægts bomuldsstof som støttemateriale. Mikrobølgeovn indledning er velegnet til brug på andre stoffer, der giver Amin eller hydroxyl grupper for ændring. En mere tætvævet stof som nylon og bomuld blanding anvendes i os hær Combat Uniform (ACU), ville producere større reduktion til target transport blot på grundlag af reduktion i ugyldige pladser i vævningen. En tætvævet stof anvendes som husly materiale ville give lignende fordele. Minder om, at den sorptionsmiddel behandling ikke er begrænset til overfladen af stoffet, ville et materiale, der giver nogle dybde på samme måde som en fleece eller kraftig Strik stof også forventes at producere yderligere reduktioner i gennemtrængning. Dette begreb ville også gælde for tre-dimensionelle plisseret materialer i air filtration.
Behandling skitseret her er ikke begrænset til brug på traditionelle tekstiler. Det giver potentiale for ændring af papiret, lagdelte og plisseret materialer mere typisk anvendes i filtrering metoder samt ikke-vævet tekstil. I nogle tilfælde kan på betingelser beskrevet her skal være gentled for at bevare integriteten af de understøttende materiale. At reducere koncentrationen af base (ammoniumhydroxid) kan være nødvendigt, som er tilfældet med polyethylen tekstiler. Afkorte varigheden af perioden mikroovn kan være nødvendigt at undgå brændende (papirmaterialer). Nogle syntetiske tekstiler, polypropylen kræver f.eks reduktion i tørring temperaturer bruges. Ændringer til sol aging temperaturer og varigheder bør undgås, da disse betingelser har væsentlig indvirkning på morfologi af den resulterende sorptionsmiddel.
Ethanol kan erstattes af methanol i dip belægning sol. Dette opfordres når skalering op en syntese og ved hjælp af en større volumen af sol, fordi ethanol præsenterer en mindre sundhedsrisiko. Sol kan være fortyndet betydeligt med alkohol, fx 4 til 12 g ethanol i stedet for 2 g methanol) til at forberede en større volumen af blandingen uden en forholdsmæssig forøgelse af masserne af BTE, Pluronic P123, mesitylene og syre. Relative mængder af reaktanter og opløsningsmidler kan også multipliceres med for at forberede en sol for generation af større prøver af overtrukne materialer. Graden af fortynding eller koncentration af en sol kan påvirke den resulterende masse indlæsning af sorptionsmiddel materialet på et bestemt stof. Flere cyklusser af dypning i en sol blandingen bør også føre til ændringer i samlede ladning.
Optimering af deposition tilgang til andre støttematerialer er igangværende. Ændring af ACU nylon og bomuld blanding stoffet er af særlig interesse for en daglig slid løsning giver baseline kemisk beskyttelse, som er jersey Strik baserede materialer. Aflejring af andre sorptionsmiddel materialer er også ved at blive undersøgt. Diethylbenzene bro sorbents udviklet til opsamling af pesticid mål, for eksempel bruge en sol forberedelse, der adskiller sig fra den ene beskrevet her17,20,27 og katalyse er baseret på en anden porfyrin. Endelig er evaluering af stof støttet materialer mod aerosol, flydende og damp mål igangværende.
The authors have nothing to disclose.
Denne forskning blev sponsoreret af Defense trussel reduktion Agency (DTRA BA08PRO015) og amerikanske Office of Naval Research gennem Naval Research Laboratory base midler. Synspunkterne her er dem af forfatterne og repræsenterer ikke US Navy, US Department of Defense eller den amerikanske regering.
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 |