Ce rapport détaille une approche initiée par micro-ondes pour les dépôts de porphyrine fonctionnalisé silicatées poreux absorbants sur un tissu de coton et démontre la réduction 2-chloroéthyl éthyle sulfure (CEES) transport à travers le tissu résultant de cette traitement.
Une technique de dépôt de micro-ondes pour les silanes, décrit précédemment pour la production de tissus oléophobe, est adaptée pour fournir un tissu matériel qui peut être traitée par la suite par un revêtement dip de soutien. Revêtement de trempette avec une préparation de sol fournit une couche poreuse pris en charge sur le tissu. Dans ce cas, la couche poreuse est un système de sorbant de porphyrine fonctionnalisé basé sur un matériau en poudre qui a été démontré précédemment pour la capture et la conversion du phosgène. Un revêtement représentatif est appliqué au tissu de coton à un niveau de chargement de 10 mg/g. Ce revêtement a un impact minimal sur le transport de vapeur d’eau à travers le tissu (93 % de la vitesse de tissu de soutien) tout en réduisant considérablement le transport de 2-chloroéthyl sulfure d’éthyle (FEC) à travers le matériau (7 % de taux de tissu de soutien). Les approches décrites peuvent être utilisés avec autres groupes amine et hydroxyle prévoyant une modification des tissus et peuvent être utilisés en combinaison avec d’autres préparations de sol pour produire différentes fonctionnalités.
Actuellement des vêtements de protection chimiques disponibles, utilisés par le département américain de la défense (DoD) fournissent une barrière pleine, la tenue de protection chimique de niveau A, par exemple, soit utilisent plusieurs couches de tissu pour la protection, comme dans le léger de Service commun Technologie intégrée costume (JSLIST). Barrière pleine vêtements imposent un lourd fardeau pour l’utilisateur. Sans aucun transport de vapeur d’eau à travers le matériau, la régulation thermique est entravée. En conséquence, la durée d’utilisation (durée de la mission) est restreinte ; le vêtement est approprié pour un nombre limité de scénarios. Le JSLIST, en revanche, utilise une couche de charbon adsorbant entre un tissu et une couche de confort. La charge qui en découle sur l’utilisateur est réduite mais pas éliminée, et des capacités de protection sont réduites en comparaison avec les costumes de la barrière. Au-delà de la charge thermique, le costume JSLIST convient pour seulement 24 heures d’utilisation continue. Aucun de ces types de technologie ne conviennent pas pour fournir une capacité de protection de base à long terme, tous les jours de porter vêtement. Protection de base serait utile pour les environnements de faible risque, conditions propices au MOPP 0 à 2 (MOPP – Mission axée sur la Posture protectrice) et d’autres conditions de faible risque. Au-delà des préoccupations du DoD, protection de base serait d’utilité pour les premiers intervenants qui peuvent pénétrer dans des environnements contaminés sans avertissement préalable.
Recherche d’améliorations à des vêtements de protection DoD est en cours et continue1,2,3,4. Un effort précédent identifié le potentiel d’un processus de micro-ondes lancé pour le dépôt du 1,1,2,2-tétrachloroéthane-heptadécafluorooctanesulfonamide-tetrahydrodecyl) trimethoxysilane sur les tissus pour produire oléophobe comportement5. L’intention était de produire un tissu qui peut améliorer la couche de la coquille du vêtement JSLIST. Alors que cette oléophobicité peut améliorer la résistance chimique du vêtement en couches, il n’abordera pas la charge thermique imposée par le costume. Il y a des travaux en cours supplémentaire sur sorbants et catalyseurs pour la capture ou de la décomposition des menaces chimiques6,7,8,9,10, 11,12,13,14. Une approche décrite récemment utilisé silicatées poreuses absorbants combiné avec porphyrines pour capturer et dégrader le phosgène et utilisé des matériaux similaires pour la capture des composés industriels toxiques (TICS) ainsi que les simulateurs de pesticides et nitroenergetics15 ,16,17,18,19,20. Tout en promettant, ces matériaux en poudre n’est pas directement applicables aux technologies de vêtement.
Silicatées systèmes ont été largement appliquées en trempette et essorage revêtement des approches, en général, sur des plaquettes de silicium et de verre. La technique de dépôt de micro-ondes décrite ci-dessus fournit un mécanisme pour l’application de ces matériaux aux tissus. Ici, nous utilisons le processus décrit en combinaison avec l’orthosilicate de préparer les tissus. Ils sont ensuite traités avec les sorbants poreux grâce à une approche de revêtement de trempette. Caractérisation morphologique montre la présence de la poreux absorbant sur le tissu. Évaluation de la perméation de sulfure (CEES) éthyl 2-chloroéthyl à travers le tissu, avec ou sans ce traitement montre un impact significatif sur le transport de la cible à travers le matériau.
Ici, nous avons montré que les dépôts initiée par micro-ondes de TEOS peuvent servir à préparer le tissu pour les dépôts ultérieurs d’une silicatées poreuses absorbants. La démarche conduit à chargement du tissu avec 1,12 g sorbant par m2 de surface de tissu. L’analyse du tissu enduit par adsorption d’azote a indiqué le dépôt d’un revêtement poreux avec des différences significatives entre le matériau traité complet et celui du tissu initié. La surface était, toutefois, inférieure à celle observée pour un matériau de même composé synthétisé sous forme d’un monolithe. Le sorbant seul réduit le taux de transport CEES à travers le tissu de 85 %. Ajout de la fonctionnalisation de porphyrine à la prise en charge sorbant a encore diminué transport (réduction totale de 93 %). La percée initiale pour la porphyrine fonctionnalisés tissu traité a eu lieu à 2 min ; percée initiale effectuée : le tissu de coton à 0,6 min. Cette réduction de perméation chimique a été réalisée avec peu d’impact sur le transport de vapeur d’eau du tissu.
Le dépôt sorbant n’est pas un mince film continu. L’approche produit une couche qui est davantage conforme au fil du tissu. Ainsi, la réduction à la perméation est limitée par la trame du tissu. Ici, un tissu de coton léger est utilisé comme matériau de support. L’initiation de micro-ondes est adaptée pour une utilisation sur d’autres tissus qui fournissent des groupes amide ou hydroxyle pour modification. Un tissu plus dense, comme le mélange de nylon et coton utilisé dans le nous armée Combat uniforme (ACU), produirait une réduction plus importante de transport cible simplement sur la base de la réduction des espaces vides dans l’armure. Un tissu dense utilisé comme matériau abri offrirait des avantages similaires. Rappelant que le traitement absorbant n’est pas limité à la surface du tissu, un matériau offrant de la profondeur à la manière d’un molleton ou tricot lourd devraient aussi pour produire des réductions additionnelles de perméation. Ce concept s’appliquent aussi aux matériaux plissés tridimensionnelles utilisés pour la filtration de l’air.
Le traitement indiqué ici n’est pas limiter à une utilisation sur des tissus traditionnels. Il offre la possibilité de modification du document, en couches et plissée de matériaux plus généralement appliquées dans les approches de filtration ainsi que les textiles non tissés. Dans certains cas, les conditions décrites ici devrez peut-être être gentled pour maintenir l’intégrité des documents justificatifs. Réduction de la concentration de la base (hydroxyde d’ammonium) peut être nécessaire, comme dans le cas des tissus en polyéthylène. Raccourcissement de la durée de la période de four à micro-ondes peut être nécessaire pour éviter les brûlures (documents papier). Certains tissus synthétiques, polypropylène par exemple, exiger la réduction dans les températures de séchage utilisées. Changements aux durées et températures de sol vieillissement il faut éviter que ces conditions ont des répercussions importantes sur la morphologie du sorbant résultant.
L’éthanol peut être substituée pour le méthanol en sol revêtement dip. C’est encouragé lors de l’intensification de la synthèse et à l’aide d’un plus grand volume de sol, parce que l’éthanol présente un risque moindre pour la santé. Le sol peut être considérablement diluée avec de l’alcool, par exemple, de 4 à 12 g éthanol au lieu de méthanol de 2 g) d’établir un plus grand volume du mélange sans une augmentation proportionnelle des masses de BTE Pluronic P123, mésitylène et acide. Les quantités relatives des réactifs et solvants peuvent également être multipliées afin de préparer un sol pour la production de plus grands échantillons des matériaux enduits. Le degré de dilution ou de la concentration d’un sol peut affecter l’emplissage résultant de matériaux absorbants sur un tissu particulier. Plusieurs cycles de tremper dans un mélange de sol devraient aussi conduire à des changements dans la charge totale.
Optimisation de la démarche de dépôts pour les autres matériaux de soutien est en cours. Modification du nylon et coton tissu mélange ACU est particulièrement intéressante pour une solution usure quotidienne, fournissant protection chimique de base que sont les matières jersey tricot. La déposition des autres matériaux adsorbants ou absorbants est également explorée. Les sorbants diéthylbenzène ponté développé pour capture de cibles de pesticides, par exemple, utiliser une préparation de sol qui diffère de l’un décrit ici17,20,27 et catalyse repose sur un autre porphyrine. Enfin, l’évaluation des matériaux tissu appuyé contre aérosol, liquide et vapeur cibles se poursuit.
The authors have nothing to disclose.
Cette recherche a été parrainée par la Defense Threat Reduction Agency (DTRA BA08PRO015) et le U.S. Office of Naval Research par le biais de fonds de base Naval Research Laboratory. Les opinions exprimées ici sont celles des auteurs et ne reflètent pas celles de l’US Navy, l’US Department of Defense ou le gouvernement des États-Unis.
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 |