Denne rapporten viser en mikrobølgeovn startet tilnærming til deponering av porphyrin functionalized porøse organosilicate sorbents på en bomull og viser reduksjon i 2-chloroethyl ethyl sulfide (CEES) transport gjennom stoffet som følge av dette behandling.
En mikrobølgeovn deponering teknikk for silanes, tidligere beskrevet produksjonen av oleophobic stoffer, er tilpasset for å gi et stoff støtte materiale som kan behandles senere ved dukkert belegg. Dukkert belegg med en sol forberedelse gir et støttet porøse lag på stoffet. I dette tilfellet er porøse laget et porphyrin functionalized absorberende system basert på pulverisert materiale som er vist tidligere for fangst og konvertering av phosgene. En representant belegg brukes til bomull på et lasting 10 mg/g. Dette belegget har minimal påvirkning på vanndamp transport gjennom stoffet (93% av støtte stoff rate) mens redusere transport av 2-chloroethyl ethyl sulfide (CEES) gjennom materialet (7% av støtte stoff rate). Beskrevet tilnærminger er egnet for bruk med andre stoffer gir Amin og hydroksyl for endring og kan brukes i kombinasjon med andre sol forberedelser til å produsere ulike funksjonalitet.
Foreløpig tilgjengelig kjemiske beskyttende plagg brukes av oss Department of Defense (DoD) gir en full barriere, nivå A kjemiske beskyttelsesklær, for eksempel eller bruke flere lag av stoff for beskyttelse, som i den felles Service lette Integrert Dress teknologi (JSLIST). Full barriere plagg pålegge en betydelig belastning på brukeren. Med ingen vanndamp transport gjennom materialet, er termisk regulering hindret. Som et resultat, begrenses varigheten av bruk (misjon lengde); plagget er passende for et begrenset utvalg av scenarier. JSLIST, derimot, bruker en laget av karbon adsorbent mellom en shell stoff og et comfort-lag. Resulterende belastningen på brukeren er redusert, men ikke eliminert, og beskyttende evner er redusert i forhold til barriere drakter. Utover termisk byrden passer JSLIST drakten for bare 24 timer med kontinuerlig bruk. Ingen av disse typer teknologi er egnet for å gi en planlagt beskyttende funksjon på lang sikt, daglig slitasje plagg. Planlagte beskyttelse ville være bruk for lav fare miljøer, betingelser egnet til MOPP 0 til 2 (MOPP – oppgave orientert beskyttende holdning) og andre lav risiko forhold. Utover DoD bekymringer skulle opprinnelig beskyttelse av verktøyet til første responders som kan angi forurenset miljøer med ingen advarsel.
Forskning søker forbedringer DoD beskyttende plagg er kontinuerlig og sammenhengende1,2,3,4. En tidligere innsats identifisert potensialet i en mikrobølgeovn initiert prosess til deponering av heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) trimethoxysilane på stoffer å produsere oleophobic atferd5. Hensikten var å produsere et stoff som kan øke ytterlag av JSLIST plagget. Denne oleophobicity kan forbedre kjemisk motstand av lagdelt plagget, vil det ikke adressen den termiske byrden som pålegges av drakten. Det er flere pågående arbeid fokusert på sorbents og katalysatorer for fangst og/eller nedbryting av kjemiske trusler6,7,8,9,10, 11,12,13,14. En nylig beskrevet tilnærming brukes porøse organosilicate sorbents kombinert med porphyrins å fange og redusere phosgene og brukt lignende materialer for fange av giftige industrielle forbindelser (TICS) samt plantevernmidler simulants og nitroenergetics15 ,,16,,17,,18,,19,,20. Mens lovende er disse pulverisert materialer ikke direkte gjelder plagget teknologier.
Organosilicate har vært mye brukt i dukkert og spinne belegg tilnærminger, vanligvis på glass og silisium wafere. Mikrobølgeovn deponering teknikken beskrevet ovenfor gir en mekanisme for anvendelse av disse materialene til stoffer. Her, bruker vi den beskrevne prosessen i kombinasjon med tetraethylorthosilicate for å forberede stoffer. De behandles deretter med den porøse sorbents gjennom en dukkert belegg tilnærming. Morfologiske karakterisering viser tilstedeværelse av den porøse absorberende på stoffet. Evaluering av 2-chloroethyl ethyl sulfide (CEES) gjennomtrengning gjennom stoffet med og uten denne behandlingen viser en betydelig innvirkning på transport av målet over materialet.
Her har vi vist at mikrobølgeovn startet avsetning av TAKHOS kan brukes til å forberede stoff til etterfølgende deponering av en porøs organosilicate absorberende. Tilnærmingen fører til lasting av stoff med 1,12 g absorberende per m2 stoff underlag. Analyse av belagt stoff av nitrogen adsorpsjon indikerte deponering av et porøst belegg med betydelige forskjeller mellom full behandlet materialet og initiert stoffet. Arealet var imidlertid mindre enn den observerte en tilsvarende består materiale syntetisert som en Monolitten. Den absorberende alene redusert frekvensen av CEES transport over stoffet med 85%. Tillegg av porphyrin functionalization til de støttede absorberende redusert videre transport (93% total reduksjon). Første gjennombrudd for porphyrin functionalized behandlet stoff skjedde på 2 min; første gjennombrudd bomull var på 0,6 min. Denne reduksjonen i kjemisk gjennomtrengning ble oppnådd med liten innvirkning på vanndamp transport av stoffet.
Det avsatt absorberende er ikke en kontinuerlig tynn film. Tilnærmingen lager en coating som er nærmere conformal til tråden på stoffet. Resultatet er reduksjon mot gjennomtrengning begrenset av vev av stoffet. Her, brukes en lett bomull som støtte materiale. Mikrobølgeovn initiering er egnet for bruk på andre stoffer som gir Amin eller hydroksyl grupper for endring. En mer tett vevd stoff, slik som nylon og bomull blanding brukes i oss Army Combat Uniform (ACU), vil produsere større reduksjon mål transport bare på grunnlag av reduksjon i ugyldig mellomrom i veven. Et tett vevd stoff brukt som ly materiale vil gi tilsvarende fordeler. Minner om at absorberende behandling ikke er begrenset til overflaten av stoffet, vil et materiale gir noen dybde på måten av en fleece eller tunge strikk stoff også forventes å produsere ytterligere reduksjon i gjennomtrengning. Dette konseptet vil også bruke tredimensjonale pleated materialene som brukes i luftfiltrering.
Behandling skissert her er ikke begrenset til bruk på tradisjonelle stoffer. Det gir potensial for endring av papiret, lagdelt og pleated materiale mer brukt i filtrering metoder samt nonwoven tekstiler. I noen tilfeller må forholdene beskrevet her være gentled for å opprettholde integriteten av støtte. Å redusere konsentrasjonen av base (ammonium hydroksid) kan være nødvendig, som i tilfelle av polyetylen stoffer. Avtalens varighet mikrobølgeovn perioden kan være nødvendig å unngå glohet (papir materialer). Noen syntetiske stoffer, polypropylen krever for eksempel reduksjon i tørking temperaturene brukes. Endringer i sol aldring temperaturer og varigheter bør unngås så disse forholdene har betydelig innvirkning på morfologi av den resulterende absorberende.
Etanol kan erstatte metanol i dukkert belegg sol. Dette er oppmuntret ved skalering opp en syntese og med et større volum av sol, fordi etanol presenterer mindre helsefarlig. Sol kan fortynnes betydelig med alkohol, f.eks 4 til 12 g etanol i stedet for 2 g metanol) å forberede et større volum av blandingen uten en proporsjonal økning i massene av BTE, Pluronic P123, mesitylene og syre. Relativ mengder reaktantene og løsemiddel kan også multipliseres for å forberede en sol generasjon av større prøver av belegg materialer. Fortynning eller konsentrasjon av en sol kan påvirke resulterende masse lasting av absorberende materiale på et bestemt stoff. Flere sykluser av dipping i en sol blanding bør også føre til endringer i totalt lasting.
Optimalisering av avsetning tilnærming for andre støtte materiale pågår. Endring av ACU nylon og bomull blanding stoff er av spesiell interesse for en daglig slitasje løsning gir planlagte kjemisk beskyttelse som jersey strikk baserte materialer. Avsetning av andre absorberende materiale er også undersøkt. Diethylbenzene bro sorbents utviklet for fangst av plantevernmidler mål, for eksempel bruke en sol forberedelse som er forskjellig fra de en beskrevne her17,20,27 og katalyse er basert på en annen porphyrin. Endelig pågår evaluering av stoff støttes mot aerosol, væske og damp mål.
The authors have nothing to disclose.
Denne forskningen ble sponset av Defense trussel reduksjon Agency (DTRA BA08PRO015) og amerikanske Office of Naval Research gjennom Naval Research Laboratory base midler. Synspunktene her er de av forfatterne, og representerer ikke synspunktene av US Navy, US Department of Defense eller den amerikanske regjeringen.
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 |