Este relatório detalha uma abordagem iniciadas por microondas para deposição de porfirina acrescida organosilicate poroso sorbents sobre um tecido de algodão e demonstra diminuição do transporte de sulfureto (CEES) etil 2-cloroetil através do tecido resultantes tratamento.
Uma técnica de deposição de microondas para silanes, descrito anteriormente para a produção de tecidos oleophobic, é adaptada para fornecer uma tela suporte material que pode ser posteriormente tratada com revestimento de mergulho. Revestimento de mergulho com uma preparação de sol fornece uma camada porosa com suporte sobre o tecido. Neste caso, a camada porosa é um sistema de adsorvente de porfirina acrescida com base em um material em pó que foi demonstrado anteriormente para a captura e conversão de fosgénio. Um representante revestimento é aplicado ao tecido de algodão em um nível de carga de 10 mg/g. Este revestimento tem um impacto mínimo sobre o transporte de vapor de água através da tela (93% da taxa de tecido de suporte), reduzindo significativamente o transporte de 2-cloroetil sulfeto de etila (CEES) através do material (7% de taxa de tecido de suporte). As abordagens descritas são adequadas para uso com outras telas fornecendo grupos amina e hidroxila para modificação e podem ser usadas em combinação com outras preparações do sol para produzir diferentes funcionalidades.
Atualmente disponível vestuário de protecção químico usado pelo departamento de defesa (DoD) fornece uma barreira total, o traje de proteção química nível A, por exemplo, ou usa várias camadas de tecido para proteção, como o comum serviço leve Tecnologia de fato integrado (JSLIST). Vestuários de barreira completo imponham um encargo significativo para o usuário. Com nenhum transporte de vapor de água através do material, a regulação térmica é prejudicada. Como resultado, a duração de utilização (tempo de missão) é restrita; a roupa é apropriada para uma gama limitada de cenários. O JSLIST, por outro lado, usa uma camada de carbono adsorvente entre uma tela de shell e uma camada de conforto. Os encargos resultantes para o usuário é reduzido mas não eliminado, e recursos de proteção são reduzidos em comparação com os ternos de barreira. Além da carga térmica, o terno JSLIST é apropriado para apenas 24 horas de uso contínuo. Nenhum desses tipos de tecnologia são adequado para proporcionar uma capacidade de proteção da linha de base em um longo prazo, diariamente de desgaste do vestuário. Proteção de linha de base seria de uso para ambientes de baixo risco, as condições adequadas para MOPP 0 a 2 (MOPP – missão orientada para a postura de proteção) e outras condições de baixo risco. Além da preocupação do DoD, proteção de linha de base seria de utilidade para socorristas que pode entrar a ambientes contaminados, sem nenhum aviso prévio.
Pesquisa, buscando melhorias para vestuário de protecção DoD é permanente e contínuo1,2,3,4. Um esforço anterior identificado o potencial de um processo iniciado de microondas para deposição de heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) trimethoxysilane em tecidos para produzir oleophobic comportamento5. A intenção era produzir um tecido que pode reforçar a camada escudo do vestuário JSLIST. Enquanto este oleophobicity pode melhorar a resistência química do vestuário em camadas, não abordará a carga térmica imposta pelo fato. Não há trabalho adicional em curso, focado em solventes e catalisadores para captura e/ou decomposição de ameaças químicas6,7,8,9,10, 11,12,13,14. Uma abordagem descrita recentemente usado organosilicate poroso sorbents combinado com porfirinas para capturar e degradar o fosgênio e utilizados materiais semelhantes para captura de compostos tóxicos industriais (TICS) bem como simuladores de pesticidas e nitroenergetics15 ,16,17,18,19,20. Enquanto prometendo, estes materiais em pó não são directamente aplicáveis para tecnologias de vestuário.
Sistemas de Organosilicate foram aplicados extensamente em mergulho e giram o revestimento abordagens, normalmente, em pastilhas de vidro e silicone. A técnica de deposição de microondas descrita acima fornece um mecanismo para aplicação destes materiais para tecidos. Aqui, usamos o processo descrito em combinação com tetraethylorthosilicate para preparar os tecidos. Então, eles são tratados com os solventes porosa através de uma abordagem de revestimento de mergulho. Caracterização morfológica demonstra a presença do poroso adsorvente no tecido. Avaliação da permeação de sulfureto (CEES) etil 2-cloroetil através da tela com e sem este tratamento mostra um impacto significativo sobre o transporte do alvo em todo o material.
Aqui, mostramos que a deposição de microondas-iniciada de TEOS pode ser usada para preparar o tecido para deposição subsequente de um organosilicate poroso adsorvente. A abordagem leva a carga do tecido com 1,12 g adsorvente por m2 de superfície de tecido. Análise do tecido revestido por adsorção de nitrogênio indicado a deposição de um revestimento poroso com diferenças significativas entre o material tratado completo e que o tecido iniciados. A área de superfície foi, no entanto, inferior ao observado para um material da mesma forma composto sintetizado como um monólito. O adsorvente em paz, reduziu a taxa de transporte CEES em todo o tecido em 85%. Adição de functionalization porfirina para o com suporte adsorvente diminuiu ainda mais transporte (redução de 93% total). Avanço inicial para a porfirina acrescida da tela tratada ocorreu em 2 min; o tecido de algodão estava 0,6 min avanço inicial. Esta redução química permeação foi alcançada com pouco impacto sobre o transporte de vapor de água do tecido.
A depositado adsorvente é não uma fina película contínua. A abordagem produz um revestimento que é mais estreitamente conformal para o fio do tecido. Como resultado, redução de permeação é limitada pela trama do tecido. Aqui, um tecido de algodão leve é usado como o material de apoio. A iniciação de microondas é adequada para uso em outros tecidos que fornecem grupos amina ou hidroxila para modificação. Um tecido mais densamente, tais como a mistura de nylon e algodão utilizado nos Exército Combat Uniform (ACU), produziria maior redução para transporte de destino simplesmente com base na redução de espaços vazios dentro da trama. Um densamente tecido usado como um material de abrigo proporcionaria vantagens semelhantes. Recordando que o tratamento do adsorvente não é limitado à superfície do tecido, um material fornecendo alguma profundidade à maneira de uma lã ou tecido malha pesado também deveria produzir reduções adicionais de permeação. Este conceito também se aplicaria aos materiais plissados tridimensionais usados na filtragem do ar.
O tratamento descrito aqui não está limitado a usar em tecidos tradicionais. Ele fornece o potencial para a modificação do papel, em camadas e materiais normalmente aplicados em abordagens de filtração, bem como têxteis não tecidas de pregas. Em alguns casos, as condições descritas aqui podem precisar de ser acariciados para manter a integridade do suporte material. Reduzindo a concentração da base (hidróxido de amônio) pode ser necessário, como no caso das telas de polietileno. Encurtar a duração do período de microondas pode ser necessário para evitar escaldante (materiais de papel). Alguns tecidos sintéticos, polipropileno, por exemplo, requerem redução das temperaturas de secagem utilizado. Alterações em temperaturas de envelhecimento do sol e durações devem ser evitadas como essas condições têm impacto significativo sobre a morfologia do adsorvente resultante.
Etanol pode ser substituída por metanol no sol do revestimento de mergulho. Isto é incentivado quando a ampliação de uma síntese e utilizando um volume maior de sol, porque o etanol apresenta um menor risco para a saúde. O sol pode ser diluído consideravelmente com álcool, por exemplo, de 4 a 12 g etanol em vez de metanol 2G) para preparar um maior volume da mistura sem um aumento proporcional nas massas de BTE, Pluronic P123, Mesitileno e ácido. Quantidades relativas de reagentes e solventes também podem ser multiplicadas para preparar um sol para geração de amostras maiores de materiais revestidos. O grau de diluição ou de concentração de um sol pode impactar o carregamento em massa resultante do material adsorvente num tecido especial. Vários ciclos de imersão em uma mistura de sol também devem levar a mudanças na carga total.
Otimização da abordagem de deposição para outros materiais de apoio está em curso. Modificação da tela de mistura de nylon e algodão da ACU é de particular interesse para uma solução de desgaste diário fornecendo proteção química de base, como são materiais baseado em malha de jersey. A deposição de outros materiais adsorvente também está sendo explorada. Os solventes diethylbenzene em ponte desenvolveram para captura de alvos de pesticidas, por exemplo, usar uma preparação de sol que difere a um descrito aqui17,20,27 e catálise é baseado em um diferente porfirina. Finalmente, a avaliação dos materiais da tela com suporte contra aerossol, líquido e vapor alvos está em curso.
The authors have nothing to disclose.
Esta pesquisa foi patrocinada pela Agência de redução de ameaça da defesa (DTRA BA08PRO015) e o escritório americano de pesquisa Naval, através de fundos de base Naval Research Laboratory. As opiniões aqui expressadas são as dos autores e não representam as da Marinha dos Estados Unidos, o departamento de defesa dos EUA ou o governo dos EUA.
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 |