ترسب المواد الماصة المسامية في النسيج ويدعم
Summary
هذا التقرير تفاصيل نهج بدأت تعمل بالموجات الدقيقة لترسب المواد الماصة المسامية أورجانوسيليكاتي البورفيرين فونكتيوناليزيد في نسيج القطن ويوضح الحد في 2 كلورواثيل إيثيل كبريتيد (سيس) النقل عن طريق نسيج الناجمة عن هذا العلاج.
Abstract
تقنية ترسب ميكروويف ل silanes، الموصوفة سابقا لإنتاج الأقمشة oleophobic، تكييف لتقديم نسيج دعم المواد التي يمكن معالجتها في وقت لاحق بطلاء وتراجع. طلاء وتراجع مع إعداد سول يوفر طبقة مسامية معتمدة على النسيج. وفي هذه الحالة، هو طبقة مسامية نظام مسيل البورفيرين فونكتيوناليزيد استناداً إلى مادة المجفف التي أثبتت سابقا لالتقاط وتحويل غاز الفوسجين. يتم تطبيق طلاء ممثل للقطن والنسيج على مستوى تحميل من 10 مغ/ز. هذا الطلاء له تأثير ضئيل على نقل بخار الماء من خلال النسيج (93 في المائة معدل دعم النسيج) بينما يقلل نقل 2 كلورواثيل إيثيل كبريتيد (سيس) من خلال المواد (7 في المائة معدل دعم النسيج). وصف النهج هي مناسبة للاستخدام مع الأقمشة الأخرى توفير مجموعات الهيدروكسيل وأمين للتعديل ويمكن استخدامها بالاقتران مع سول الاستعدادات الأخرى لإنتاج وظائف مختلفة.
Introduction
حاليا تتوفر ملابس واقية الكيميائية المستخدمة من قبل “وزارة الدفاع الأمريكية” (وزارة الدفاع) أما توفير حاجز كامل، مستوى A بدلة الوقاية من الكيميائيات، على سبيل المثال، أو استخدام طبقات متعددة من القماش للحماية، كما هو الحال في “الخفيف خدمة مشتركة” دعوى متكامل التكنولوجيا (جسليست). ملابس الحاجز كامل يفرض عبئا كبيرا على المستخدم. مع لا نقل بخار الماء من خلال المواد، تعوق التنظيم الحراري. نتيجة لذلك مقيد مدة استخدام (طول البعثة)؛ الملابس المناسب لمجموعة محدودة من السيناريوهات. من ناحية أخرى، يستخدم جسليست، طبقة من الكربون الممتصة بين نسيج شل وطبقة راحة. تخفيض العبء الناتج عن ذلك على المستخدم ولكن لم يقض، وخفضت قدرات الحماية بالمقارنة مع الدعاوى الحاجز. يتجاوز العبء الحراري، الدعوى جسليست مناسب لمدة 24 ساعة فقط من الاستخدام المستمر. أيا من هذه الأنواع من التكنولوجيا مناسبة لتوفير قدرة حمائية على خط أساس في المدى طويل، يوميا ارتداء الملابس. حماية خط الأساس يمكن استخدامها لبيئات منخفضة المخاطر والظروف الملائمة اتجاهنا 0 إلى 2 (اتجاهنا-الموقف الوقائية الموجهة للبعثة)، وشروط منخفضة المخاطر الأخرى. خارج اهتمامات وزارة الدفاع، ستكون حماية الأساس من الأداة المساعدة لأول المستجيبين الذين قد يدخلون في البيئات الملوثة بدون أي إنذار مسبق.
هو السعي إلى إدخال تحسينات على الملابس الواقية وزارة الدفاع للبحث المستمر والمتواصل1،2،،من34. جهد سابقة حددت إمكانات عملية بدأت تعمل بالموجات الدقيقة للترسب heptadecafluoro-1,1,2,2-تيتراهيدروديسيل) تريميثوكسيسيلاني على الأقمشة لإنتاج oleophobic السلوك5. وكان النية لإنتاج نسيج قد تعزز في طبقة شل الملابس التي جسليست. بينما قد يحسن هذا أوليوفوبيسيتي أن المقاومة الكيميائية للملابس ذات الطبقات، فإنه لن يعالج العبء الحراري بالدعوى. هناك عمل مستمر إضافية تركز على المواد الماصة والعوامل الحفازة لالتقاط و/أو التحلل من التهديدات الكيميائية6،،من78،،من910، 1112،،،من1314. استخدام نهج مؤخرا وصف أورجانوسيليكاتي مسامية المواد الماصة جنبا إلى جنب مع البورفيرنيات التقاط والحط من غاز الفوسجين واستخدام مواد مماثلة للقبض على المركبات الصناعية السامة (التشنجات اللاإرادية) فضلا عن عوامل المحاكاة مبيدات الآفات ونيترونيرجيتيكس15 ،،من1617،18،،من1920. بينما واعدة، هذه المواد المسحوقة لا تنطبق مباشرة على الملابس التكنولوجيات.
تم تطبيقها على نطاق واسع في تراجع النظم أورجانوسيليكاتي وتدور طلاء النهج، عادة، على رقائق السيليكون والزجاج. تقنية ترسب الموجات المذكورة أعلاه توفر إليه لتطبيق هذه المواد للأقمشة. هنا، نحن نستخدم العملية الموصوفة في تركيبة مع تيترايثيلورثوسيليكاتي لتحضير الأقمشة. ثم أنها تعامل مع المواد الماصة المسامية من خلال نهج طلاء وتراجع. توصيف الخصائص المورفولوجية يوضح وجود مسيل على النسيج يسهل اختراقها. يبين تقييم تخلل كبريتيد (سيس) إيثيل 2 كلورواثيل من خلال النسيج مع أو بدون هذا العلاج أثر كبير على النقل الهدف عبر المواد.
Protocol
Representative Results
Discussion
هنا، وقد أظهرنا أن ترسب توس بدأت تعمل بالموجات الدقيقة يمكن استخدامها لإعداد النسيج للترسب أورجانوسيليكاتي المسامية مسيل اللاحقة. النهج الذي يؤدي إلى تحميل النسيج مع ز 1.12 ماصة للواحدة م2 من سطح النسيج. أظهر تحليل النسيج المغلفة بالنيتروجين بالامتزاز ترسب طلاء يسهل اختراقها مع اختلافات كبيرة بين المواد المعالجة الكاملة، وأن بدأ النسيج. ومع ذلك، المساحة السطحية كان أقل من التي لوحظت بالنسبة لمواد وبالمثل تتكون تصنيعه متراصة. مسيل وحدها إلى خفض معدل النقل سيس عبر النسيج بنسبة 85 في المائة. كذلك انخفضت إضافة الروغان البورفيرين إلى دعم ماصة النقل (تخفيض مجموع 93%). اختراق أولى البورفيرين فونكتيوناليزيد النسيج المعالجة وقع في 2 دقيقة؛ اختراق الأولى كان نسيج القطن في دقيقة 0.6. وقد تحقق هذا الخفض في تخلل الكيميائية مع أثر ضئيل على نقل بخار الماء من النسيج.
أودعت مسيل عدم استمرار رقيقة. النهج الذي ينتج طلاء هو أوثق الامتثالي لغزل النسيج. كنتيجة لذلك، خفض إلى تخلل محدود نسج النسيج. هنا، يتم استخدام الأقمشة القطنية الخفيفة الوزن كمواد الدعم. بدء الميكروويف غير مناسبة للاستخدام في غيرها من الأقمشة التي توفر مجموعات أمين أو الهيدروكسيل للتعديل. أن إنتاج قماش منسوج أكثر كثافة، مثل المزج النايلون والقطن المستخدمة في لنا الجيش مكافحة موحدة (ACU)، تخفيض أكبر للنقل الهدف ببساطة على أساس التخفيض في الفراغات داخل نسج. وستوفر الأقمشة منسوجة بكثافة استخدامها كمادة مأوى مزايا مماثلة. وإذ تشير إلى أن معاملة ماصة لا يقتصر على سطح النسيج، يتوقع مواد توفير قدر من التعمق في الطريقة من الصوف أو نسيج متماسكة ثقيلة أيضا أن تنتج تخفيضات إضافية في تخلل. هذا المفهوم ينطبق أيضا على المواد مطوي ثلاثي الأبعاد المستخدمة في تنقية الهواء.
المعاملة المبينة هنا لا يقتصر استخدام الأقمشة التقليدية. أنه يوفر إمكانية التعديل الورق، والطبقات، والطيات مواد أكثر عادة تطبيق النهج الترشيح، فضلا عن الأقمشة غير المنسوجة. في بعض الحالات، قد تحتاج إلى الشروط الموضحة هنا تكون gentled للحفاظ على سلامة المواد الداعمة. قد يكون من الضروري، كما في حالة الأقمشة البولي إثيلين خفض تركيز القاعدة (هيدروكسيد الأمونيوم). تقصير مدة فترة الموجات الدقيقة قد يكون ضروريا لتجنب الحارقة (مواد الورق). بعض الأقمشة الاصطناعية، بولي بروبلين، على سبيل المثال، يتطلب تخفيض في درجات حرارة التجفيف المستخدمة. التغييرات في درجات الحرارة الشيخوخة سول والمدد الزمنية وينبغي تجنب هذه الظروف تأثيراً كبيرا على مورفولوجية مسيل الناجمة عن ذلك.
قد تحل محل الإيثانول والميثانول في سول طلاء وتراجع. شجع هذا هو الارتقاء بتجميع واستخدام حجم أكبر من سول، لأن الإيثانول تمثل خطرا أقل على صحة. سول يمكن أن تضعف إلى حد كبير مع الكحول، مثلاً، من 4 إلى 12 ز الإيثانول بدلاً من الميثانول ز 2) إعداد حجم أكبر من الخليط دون زيادة متناسبة في الجماهير وسيمان، P123 بلورونيك، ميسيتيليني، وحامض. يمكن أيضا مضاعفة الكميات النسبية من كواشف مختبر والمذيبات للتحضير سول لجيل عينات أكبر من المواد المغلفة. قد يؤثر على درجة تخفيف أو تركيز سول تحميل الجماعية الناتجة من مواد ماصة في نسيج معين. دورات متعددة غمس في خليط سول ينبغي أن تؤدي أيضا إلى تغييرات في تحميل المجموع.
الأمثل لنهج ترسب المواد الداعمة الأخرى الجارية. تعديل النسيج مزيج النايلون والقطن اتحاد المقاصة الآسيوي باهتمام خاص لحل ارتداء يومية توفير الحماية الكيميائية الأساسية كما المواد استناداً إلى الترابط جيرسي. ويجري أيضا بحث ترسب مواد ماصة أخرى. وضعت المواد الماصة ديثيلبينزيني سدها لالتقاط الأهداف مبيدات الآفات، على سبيل المثال، استخدم استعدادا سول الذي يختلف عن واحد الموصوفة هنا17،،من2027 ويستند إلى الحفز مختلف البورفيرين. وأخيراً، تقييم مواد النسيج أيد ضد الهباء الجوي، سائل وبخار الأهداف الجارية.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
هذا البحث برعاية وكالة الحد من تهديد الدفاع (متخصصون BA08PRO015) ومكتب الولايات المتحدة للبحوث البحرية من خلال الصناديق الأساسية “مختبر الأبحاث البحرية”. الآراء التي أعرب عنها هنا هي آراء المؤلفين ولا تمثل تلك “القوات البحرية الأمريكية”، و “وزارة الدفاع الأمريكية”، أو “حكومة الولايات المتحدة”.
Materials
| 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 |
References
- Bromberg, L., Pomerantz, N., Schreuder-Gibson, H., Hatton, T. A. Degradation of Chemical Threats by Brominated Polymer Networks. Industrial & Engineering Chemistry Research. 53 (49), 18761-18774 (2014).
- Bui, N., et al. Ultrabreathable and Protective Membranes with Sub-5 nm Carbon Nanotube Pores. Advanced Materials. 28 (28), 5871-5877 (2016).
- Truong, Q., et al. Pilot-scale coating of fabrics with fluorodecyl polyhedral oligomeric silsesquioxane/fluoroelastomer blends. Surface Innovations. 2 (2), 79-93 (2014).
- Kar, F., Fan, J. T., Yu, W. Comparison of different test methods for the measurement of fabric or garment moisture transfer properties. Measurement Science and Technology. 18 (7), 2033-2038 (2007).
- Hayn, R. A., Owens, J. R., Boyer, S. A., McDonald, R. S., Lee, H. J. Preparation of highly hydrophobic and oleophobic textile surfaces using microwave-promoted silane coupling. Journal of Materials Science. 46 (8), 2503-2509 (2011).
- Bae, Y. S., et al. Separation of gas mixtures using Co(II) carborane-based porous coordination polymers. Chem Commun. 46 (20), 3478-3480 (2010).
- Bandosz, T. J., Petit, C. MOF/graphite oxide hybrid materials: exploring the new concept of adsorbents and catalysts. Adsorption. 17 (1), 5-16 (2011).
- Glover, T. G., Peterson, G. W., Schindler, B. J., Britt, D., Yaghi, O. MOF-74 building unit has a direct impact on toxic gas adsorption. Chem Eng Sci. 66 (2), 163-170 (2011).
- Head, A. R., et al. Electron Spectroscopy and Computational Studies of Dimethyl Methylphosphonate. Journal of Physical Chemistry A. 120 (12), 1985-1991 (2016).
- Johnson, R. P., Hill, C. L. Polyoxometalate oxidation of chemical warfare agent simulants in fluorinated media. Journal of Applied Toxicology. 19, S71-S75 (1999).
- Peterson, G. W., Rossin, J. A., Karwacki, C. J., Glover, T. G. Surface Chemistry and Morphology of Zirconia Polymorphs and the Influence on Sulfur Dioxide Removal. Journal of Physical Chemistry C. 115 (19), 9644-9650 (2011).
- Plonka, A. M., et al. In Situ Probes of Capture and Decomposition of Chemical Warfare Agent Simulants by Zr-Based Metal Organic Frameworks. Journal of the American Chemical Society. 139 (2), 599-602 (2017).
- Wang, G., et al. Mechanism and Kinetics for Reaction of the Chemical Warfare Agent Simulant, DMMP(g), with Zirconium(IV) MOFs: An Ultrahigh-Vacuum and DFT Study. Journal of Physical Chemistry C. 121 (21), 11261-11272 (2017).
- Wycisk, R., Barpaga, D., Pintauro, S., Levan, M. D., Pintauro, P. N. Electrospun zirconium hydroxide nanoparticle fabrics as sorptive/reactive media. Adsorption-Journal of the International Adsorption Society. 20 (2-3), 261-266 (2014).
- Johnson, B. J., Leska, I. A., Melde, B. J., Taft, J. R. Removal of phosgene by metalloporphyrin-functionalized porous organosilicates. Catalysis Communications. 27, 105-108 (2012).
- Johnson, B. J., Leska, I. A., Melde, B. J., Taft, J. R. Self-reporting materials: Dual use for porphyrin-embedded sorbents. Sensors and Actuators B-Chemical. , 399-404 (2013).
- Johnson, B. J., et al. Adsorption of organophosphates from solution by porous organosilicates: Capillary phase-separation. Microporous and Mesoporous Materials. 195, 154-160 (2014).
- Johnson, B. J., et al. Porphyrin-embedded organosilicate materials for ammonia adsorption. Journal of Porphyrins and Phthalocyanines. 16 (12), 1252-1260 (2012).
- Johnson-White, B., Zeinali, M., Malanoski, A. P., Dinderman, M. Sunlight catalyzed conversion of cyclic organics with novel mesoporous organosilicas. Catalysis Communications. 8, 1052-1056 (2007).
- Melde, B. J., Johnson, B. J., Dinderman, M. A., Deschamps, J. R. Macroporous Periodic Mesoporous Organosilicas with Diethylbenzene Bridging Groups. Microporous and Mesoporous Materials. 130 (1-3), 180-188 (2010).
- Nakanishi, K., Kobayashi, Y., Amatani, T., Hirao, K., Kodaira, T. Spontaneous Formation of Hierarchical Macro-Mesoporous Ethane-Silica Monolith. Chemistry of Materials. 16, 3652-3658 (2004).
- Johnson, B. J., et al. Miniaturized reflectance devices for chemical sensing. Measurement Science & Technology. 25 (9), 10 (2014).
- D’Onofrio, T. G. . Development of a contact permeation test fixture and method. , (2013).
- Martin, B. D., et al. An Elastomeric Poly(Thiophene-EDOT) Composite with a Dynamically Variable Permeability Towards Organic and Water Vapors. Advanced Functional Materials. 22 (15), 3116-3127 (2012).
- Pushpadass, H. A., Marx, D. B., Hanna, M. A. Effects of Extrusion Temperature and Plasticizers on the Physical and Functional Properties of Starch Films. Starch-Starke. 60 (10), 527-538 (2008).
- Johnson, B. J., Melde, B. J., Moore, M. H., Malanoski, A. P., Taft, J. R. Improving Sorbents for Glycerol Capture in Biodiesel Refinement. Materials. 10 (6), (2017).
- Johnson, B. J., et al. Fluorescent Silicate Materials for the Detection of Paraoxon. Sensors. 10 (3), 2315-2331 (2010).
