Dit verslag een magnetron aangestuurde benadering voor afzetting van porfyrine matiemaatschappij poreuze organosilicate SPE op een katoenweefsel details en toont vermindering in het 2-chloorethyl ethyl sulfide (CEES) vervoer door het weefsel ten gevolge van dit behandeling.
Een magnetron afzetting techniek voor silanes, eerder beschreven voor productie van oleophobic stoffen, is aangepast aan het bieden van een weefsel materiaal dat nadien kan worden behandeld door dip coating ondersteunen. Dip coating met de voorbereiding van een sol biedt een ondersteunde poreuze laag op de stof. In dit geval is de poreuze laag een porfyrine matiemaatschappij sorptiemiddel systeem gebaseerd op een poedervorm materiaal dat is aangetoond eerder voor de opname en de omschakeling van fosgeen. Een representatieve coating wordt toegepast op de katoenen stof op het niveau van een lading van 10 mg/g. Deze coating is minimale impact op waterdamp vervoer door middel van het weefsel (93% van de steun stof) terwijl het vervoer van 2-chloorethyl ethyl sulfide (CEES) door middel van het materiaal (7% van support stof tarief) aanzienlijk te verminderen. De beschreven methoden zijn geschikt voor gebruik met andere stoffen, amine en hydroxyl groepen voorziet in wijziging en kunnen worden gebruikt in combinatie met andere sol-preparaten te produceren verschillende functionaliteit.
Momenteel beschikbare chemische beschermende kleding gebruikt door het Amerikaanse ministerie van defensie (DoD) bieden een volledige belemmering, de chemische beschermende pak van niveau A, bijvoorbeeld, of meerdere lagen stof gebruiken voor bescherming, zoals in de gezamenlijke dienst lichtgewicht Geïntegreerde pak technologie (JSLIST). Volledige barrière kledingstukken opleggen een aanzienlijke belasting voor de gebruiker. Met geen waterdamp vervoer door middel van het materiaal, wordt thermische verordening belemmerd. Dientengevolge, is de duur van gebruik (de lengte van de missie) beperkt; het kledingstuk is geschikt voor een beperkt aantal scenario’s. De JSLIST, aan de andere kant, maakt gebruik van een laag van koolstof adsorberende tussen een shell stof en een comfort laag. De daaruit voortvloeiende lasten voor de gebruiker is beperkt maar niet geëlimineerd, en beschermende mogelijkheden zijn verminderd in vergelijking met de pakken van de barrière. Buiten de thermische belasting is het pak van de JSLIST geschikt voor slechts 24 uren van ononderbroken gebruik. Geen van deze soorten technologie zijn geschikt voor het bieden van een beschermende vermogen van basislijn in een lange termijn, dagelijks slijtage kledingstuk. Basislijn bescherming zou voor lage gevaar omgevingen, andere laag risico-omstandigheden en voorwaarden geschikt om MOPP 0 tot en met 2 (MOPP – missie georiënteerde beschermende houding). Buiten DoD zorgen zou basislijn bescherming van nut aan eerste responders die vervuilde omgevingen zonder voorafgaande waarschuwing kunnen invoeren.
Onderzoek op zoek naar verbeteringen voor het DoD beschermende kleren is lopende en continu1,2,3,4. Een eerdere poging geïdentificeerd het potentieel van een magnetron begonnen proces voor de afzetting van heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) trimethoxysilane op stoffen te produceren oleophobic gedrag5. De bedoeling was om het produceren van een stof die de laag van de shell van het JSLIST kledingstuk kan verbeteren. Terwijl deze oleophobicity de chemische weerstand van de gelaagde kledingstuk verbeteren kan, zal het niet de thermische belasting opgelegd door het pak pakken. Er is aanvullende lopende werkzaamheden gericht op SPE en katalysatoren voor opname en/of ontbinding van de chemische bedreigingen6,7,8,9,10, 11,12,13,14. Een recent beschreven aanpak gebruikt poreuze organosilicate SPE in combinatie met porphyrins te vangen en degraderen fosgeen en soortgelijke materialen voor vangst van toxische industriële verbindingen (TICS) gebruikt pesticide simulatiestoffen en nitroenergetics15 ,16,17,18,19,20. Terwijl veelbelovend zijn deze poedervorm materialen niet rechtstreeks toepasselijk om het kledingstuk technologieën.
Organosilicate systemen zijn grote schaal toegepast in de duik en spin coating benaderingen, meestal op glas en silicium wafers. De magnetron afzetting techniek hierboven beschreven biedt een mechanisme voor de toepassing van deze materialen aan weefsels. Hier, gebruiken we het beschreven proces in combinatie met tetraethylorthosilicate voor te bereiden van stoffen. Ze worden dan behandeld met de poreuze SPE door een dip coating aanpak. Morfologische karakterisering toont de aanwezigheid van de poreuze sorptiemiddel op de stof. Evaluatie van 2-chloorethyl ethyl sulfide (CEES) Permeatie door de stof met en zonder deze behandeling toont een aanzienlijke invloed op vervoer van de doelgroep over het materiaal.
Hier hebben we aangetoond dat de magnetron aangestuurde afzetting van TEOS stof voorbereiden op latere afzetting van een sorptiemiddel poreuze organosilicate kan worden gebruikt. De aanpak leidt tot het laden van de stof met 1.12 g sorptiemiddel per m2 van oppervlakte van de stof. Analyse van de gecoate stof door stikstof adsorptie aangegeven afzetting van een poreuze coating met significante verschillen tussen de volledige behandelde materiaal en dat van de ingezette stof. De oppervlakte is, echter minder dan die voor een op dezelfde wijze samengesteld materiaal gesynthetiseerd als een monoliet waargenomen. Het sorptiemiddel alleen het tarief van CEES vervoer over de stof met 85% verlaagd. Toevoeging van de porfyrine functionalization naar de ondersteunde sorptiemiddel daalde verder vervoer (93% totale reductie). Eerste doorbraak voor de porfyrine matiemaatschappij behandelde stof vond plaats in 2 min; eerste doorbraak het katoenweefsel bedroeg 0,6 min. Deze afname van de chemische permeatie werd bereikt met weinig invloed op het vervoer van de waterdamp van het weefsel.
De gedeponeerde sorptiemiddel is niet een ononderbroken dunne film. De aanpak produceert een coating die is nauwer hoekgetrouwe aan het garen van het weefsel. Dientengevolge, wordt verlaging tot permeatie beperkt door het weefsel van het weefsel. Hier, wordt een lichtgewicht katoenen stof gebruikt als het dragermateriaal. De inleiding van de magnetron is geschikt voor gebruik op andere stoffen waarmee amine of hydroxyl groepen voor wijziging. Een dichter geweven stof, zoals de nylon en katoen mix gebruikt in de ons Army Combat Uniform (ACU), zou leiden tot grotere beperking tot doel vervoer alleen op basis van vermindering van ongeldig ruimten binnen het weefsel. Een dicht geweven stof gebruikt als schuilplaats materiaal zou gelijkaardige voordelen bieden. Eraan herinnerend dat de sorptiemiddel behandeling niet beperkt tot het oppervlak van de stof is, zou een materiaal bieden wat diepte in de wijze van een fleece of zware gebreide stof ook worden verwacht om te produceren extra verlagingen van de permeatie. Dit concept zou ook van toepassing op de drie-dimensionale geplooide materialen gebruikt in lucht filtratie.
De hier geschetste behandeling is niet beperkt tot gebruik op traditionele stoffen. Het biedt de mogelijkheid van wijziging van het papier, gelaagde en geplooid typischer toegepast in filtratie benaderingen evenals nonwoven textiel materialen. In sommige gevallen wellicht de hier beschreven voorwaarden worden zachtere te handhaven van de integriteit van het ondersteunende materiaal. Vermindering van de concentratie van de base (ammonia) wellicht nodig, zoals in het geval van polyethyleen stoffen. Verkorting van de duur van de periode van de magnetron mogelijk moet vermijden verzengende (papier materialen). Sommige synthetische stoffen, polypropyleen bijvoorbeeld is geenverlaging in de drogen temperaturen gebruikt. Wijzigingen sol veroudering temperaturen en duur moeten worden vermeden, aangezien deze voorwaarden aanzienlijke invloed op de morfologie van de resulterende sorptiemiddel hebben.
Ethanol kan worden vervangen voor methanol in de dip coating sol. Dit wordt aangemoedigd wanneer een synthese schaalvergroting en het gebruik van een grotere hoeveelheid sol, omdat ethanol een mindere gevaar voor de gezondheid presenteert. De sol kan sterk verdund worden met alcohol, bijvoorbeeld 4 tot en met 12 g ethanol in plaats van 2 g methanol) voor te bereiden van een groter volume van het mengsel zonder een evenredige verhoging van de massa’s van BTE, Pluronic P123 Mesityleen en zuur. Relatieve hoeveelheid reactanten en oplosmiddel kunnen ook worden vermenigvuldigd om te bereiden een sol voor generatie van grotere monsters van gecoate materialen. De mate van verdunning of concentratie van een sol mogelijk van invloed op de resulterende massa laden van absorberend materiaal op een bepaalde stof. Meerdere cycli van dompelen in een mengsel van sol moeten ook leiden tot wijzigingen in de totale laden.
Optimalisatie van de aanpak van de depositie voor andere ondersteunend materiaal is lopende. Wijziging van het ACU nylon en katoen mix weefsel is van bijzonder belang zijn voor een dagelijkse slijtage oplossing aanbieden van basislijn chemische bescherming zijn trui breien op basis materialen. De afzetting van ander absorberend materiaal is ook onderzocht. De diethylbenzene overbrugd SPE ontwikkeld voor inname van bestrijdingsmiddelen doelstellingen, bijvoorbeeld, gebruikt een sol-preparaat die verschilt van de ene beschreven hier17,20,27 en katalyse is gebaseerd op een ander porfyrine. Tot slot is evaluatie van het weefsel ondersteund materialen tegen aërosol, vloeistof en damp doelstellingen loopt.
The authors have nothing to disclose.
Dit onderzoek werd gesponsord door de Defense bedreiging vermindering Agency (DTRA BA08PRO015) en de Amerikaanse Office of Naval Research via Naval Research Laboratory basis fondsen. De standpunten die hier zijn die van de auteurs en die van de US Navy, het Amerikaanse ministerie van defensie en de Amerikaanse regering niet vertegenwoordigen.
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 |