Este informe detalla un enfoque Iniciado por microondas para la deposición de porfirina funcionalizada poroso organosilicate absorbentes en una tela de algodón y demuestra la reducción en el transporte de sulfuro (CEES) de etilo 2-cloroetilo a través de la tela el resultado tratamiento.
Una técnica de deposición de microondas para silanes, descrito previamente para la producción de tejidos de oleofobicidad, está adaptada para proporcionar una tela de soporte material que puede ser tratado posteriormente por la capa de dip. Capa de inmersión con un preparado de sol proporciona un soporte poroso sobre la tela. En este caso, la capa porosa es un sistema absorbente de porfirina funcionalizado, basado en un material en polvo que se ha demostrado previamente para la captura y conversión de fosgeno. Una representante capa se aplica a la tela de algodón con un nivel de carga de 10 mg/g. Esta capa tiene un impacto mínimo sobre el transporte de vapor de agua a través de la tela (93% de la tasa de tejido de soporte) reduciendo significativamente el transporte de 2-chloroethyl sulfuro de etilo (CEES) a través del material (7% de tasa de tejido de soporte). Los enfoques descritos son adecuados para uso con otras telas proporcionando grupos amina y el hidroxilo para la modificación y pueden utilizarse en combinación con otros preparados del sol para producir diversa funcionalidad.
Actualmente disponible ropa protectora química utilizada por el Departamento de defensa (DoD) proporciona una barrera completa, el traje de protección química de nivel A, por ejemplo, o usa varias capas de tela para la protección, como en el común servicio ligero Traje integral de tecnología (JSLIST). Barrera completa ropa impone una carga significativa para el usuario. No hay transporte de vapor de agua a través del material, la regulación térmica se ve dificultada. Como resultado, la duración del uso (duración de la misión) es restringida; la ropa es apropiada para un rango limitado de situaciones. El JSLIST, por el contrario, utiliza una capa de carbón adsorbente entre una tela de la cáscara y una capa de comodidad. La carga resultante en el usuario es reducida pero no eliminada, y las capacidades de protección se reducen en comparación con los trajes de la barrera. Más allá de la carga térmica, el traje JSLIST es conveniente para sólo 24 horas de uso continuo. Ninguno de estos tipos de tecnología son adecuado para proporcionar una capacidad de protección de línea de base a largo plazo, todos los días ropa de desgaste. Protección de línea de base sería de uso en entornos de bajo peligro, condiciones adecuadas para MOPP 0 a 2 (MOPP – postura protectora orientada de misión) y otras condiciones de bajo riesgo. Más allá de preocupaciones del DoD, referencia protección sería de utilidad para los primeros respondedores que pueden entrar en entornos contaminados, sin previo aviso.
Investigación, búsqueda de mejoras a la ropa protectora de DoD es permanente y continuo1,2,3,4. Un esfuerzo anterior identificado el potencial de un proceso de microondas Iniciado por deposición de 1,1,2,2-heptadecafluoro-tetrahydrodecyl) Isobutiltrimetoxisilano en telas para producir oleophobic comportamiento5. La intención era producir a un tejido que puede mejorar la capa de la cáscara de la ropa JSLIST. Mientras que este oleophobicity puede mejorar la resistencia química de la ropa en capas, no abordará la carga térmica impuesta por el traje. No hay labor más enfocada de adsorbentes y catalizadores para la captura y/o descomposición de amenazas químicas6,7,8,9,10, 11,12,13,14. Utiliza un enfoque recientemente descrito organosilicate poroso adsorbentes combinan con porfirinas para capturar y degradar Fosgeno y utilizan materiales similares para la captura de compuestos industriales tóxicos (TICS) así como simuladores de plaguicidas y nitroenergetics15 ,16,17,18,19,20. Al mismo tiempo prometedor, estos materiales en polvo no son directamente aplicables a tecnologías de la ropa.
Organosilicate sistemas se ha aplicado extensamente en inmersión y centrifugado enfoques, por lo general, la capa en obleas de silicio y vidrio. La técnica de deposición de microondas descrita proporciona un mecanismo para la aplicación de estos materiales a los tejidos. Aquí, utilizamos el proceso descrito en combinación con tetraethylorthosilicate para preparar a las telas. Luego se tratan con los adsorbentes porosos a través de un enfoque de la capa de inmersión. Caracterización morfológica demuestra la presencia de los porosos absorbente en la tela. Evaluación de impregnación de sulfuro (CEES) de etilo 2-cloroetilo a través de la tela con y sin este tratamiento muestra un impacto significativo sobre el transporte de la blanco a través del material.
Aquí, hemos demostrado que la deposición de TEOS Iniciado por microondas puede usarse para preparar a la tela para la posterior deposición de un organosilicate poroso absorbente. El enfoque conduce a la carga de la tela con 1,12 g de adsorbente por m2 de superficie de la tela. Análisis de la tela revestida por adsorción de nitrógeno indicó la deposición de una capa porosa con diferencias significativas entre el material tratado completo y el de la tela iniciada. La superficie fue, sin embargo, menor que el observado para un material similar compuesto sintetizado como un monolito. El solvente solo redujo la tasa de transporte de CEES a través de la tela en un 85%. Adición de la funcionalización de la porfirina para el soporte absorbente disminuyó más transporte (reducción total 93%). Avance inicial de la porfirina funcionalizados tela tratada en 2 min; avance inicial la tela de algodón estaba en 0,6 min. Esta reducción en permeabilidad química logró con poco impacto en el transporte de vapor de agua de la tela.
El depositado es absorbente no una película fina continua. El acercamiento produce una capa que está más cerca conforme al hilo de la tela. Como resultado, reducción de permeabilidad es limitada por el tejido de la tela. Aquí, un tejido ligero de algodón se utiliza como material de apoyo. La iniciación de microondas es conveniente para el uso en otros tejidos que prevén modificación de grupos amino o hidroxilo. Un tejido más denso, como la mezcla de nylon y algodón utilizada en el Nosotros Ejército combate uniforme (ACU), produciría una mayor reducción de transporte destino simplemente sobre la base de reducción de espacios vacíos dentro de la armadura. Un denso tejido utilizado como material de refugio proporcionaría ventajas similares. Recordando que el tratamiento absorbente no se limita a la superficie de la tela, un material de cierta profundidad a la manera de un forro polar o tejido de punto pesado también se espera para producir reducciones adicionales en la penetración. Este concepto también aplicaría a los materiales plisados tridimensionales utilizados en filtración de aire.
El tratamiento descrito aquí no se limita a utilizar en los tejidos tradicionales. Proporciona el potencial para la modificación del papel, capas y materiales más típicamente aplicados en enfoques de la filtración, así como textiles no tejidos con pliegues. En algunos casos, las condiciones descritas aquí deba ser suaviza para mantener la integridad del material de apoyo. Reducción de la concentración de la base (hidróxido de amonio) puede ser necesario, como en el caso de las telas de polietileno. Acortar la duración del periodo de microondas puede ser necesario para evitar el chamusqueo (materiales de papel). Algunas telas sintéticas, polipropileno por ejemplo, requieren reducción en las temperaturas de secado utilizadas. Cambios a sol envejecimiento temperaturas y duraciones deben evitarse ya que estas condiciones tienen impacto significativo en la morfología de la absorbente resultante.
Etanol se puede sustituir por metanol en el sol de la capa de dip. Esto se recomienda cuando el escalado de una síntesis y el uso de un volumen mayor de sol, porque el etanol presenta un menor riesgo para la salud. El sol puede ser considerablemente diluida con alcohol, por ejemplo, de 4 a 12 g etanol en lugar de metanol 2 g) para preparar a un mayor volumen de la mezcla sin un aumento proporcional de las masas de BTE, Pluronic P123, mesitylene y ácido. También pueden multiplicar cantidades relativas de reactivos y solventes para preparar un sol para la generación de muestras más grandes de materiales revestidos. El grado de dilución o concentración de un sol puede afectar la carga de material absorbente en un tejido particular masa resultante. Múltiples ciclos de inmersión en una mezcla de sol deberían conducir también a cambios en la carga total.
Optimización del enfoque de la deposición de otros materiales de apoyo es permanente. Modificación de la tela de mezcla de nylon y algodón ACU es de particular interés para una solución de desgaste diario con protección química base como materiales base punto jersey. La deposición de otros materiales absorbentes también se está estudiando. Los sorbentes dietilbenceno puenteada desarrollaron para la captura de objetivos de pesticidas, por ejemplo, utilizar una preparación de sol que difiere el uno descrito aquí17,20,27 y catálisis se basa en una diferente porfirina. Por último, evaluación de los materiales de tela apoyado contra aerosol, líquido y vapor objetivos está en curso.
The authors have nothing to disclose.
Esta investigación fue patrocinada por la Agencia de reducción de amenaza de defensa (DTRA BA08PRO015) y la oficina de investigación Naval de Estados Unidos a través de fondos base Naval Research Laboratory. Las opiniones expresadas aquí son las de los autores y no representan las de la marina de guerra de Estados Unidos, el Departamento de defensa de Estados Unidos o el gobierno de Estados Unidos.
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 |