Kumaş destekler gözenekli Sorbentler birikimi
Summary
Bu rapor bir mikrodalga tarafından başlatılan bir yaklaşım functionalized porfirin gözenekli organosilicate Sorbentler birikimi için pamuk kumaş üzerinde detayları ve 2-chloroethyl etil sülfür (CEES) taşıma bundan kaynaklanan kumaş azalma gösterir tedavi.
Abstract
Silanes, daha önce açıklanan oleophobic kumaşlar, üretim için bir mikrodalga ifade tekniği bir kumaş sağlamak için adapte destek malzeme daha sonra daldırma kaplama ile tedavi edilebilir. Daldırma kaplama bir sol hazırlık ile desteklenen bir gözenekli katman kumaş üzerine sağlar. Bu durumda, gözenekli katman göstermiş olduğu bir toz malzeme daha önce yakalama ve boğucu çevrilmesi için temel bir functionalized porfirin jelleştirici sistemidir. Temsil edici bir kaplama pamuk kumaş 10 mg/g yükleme düzeyinde uygulanır. Bu kaplama kumaş (destek kumaş oranı % 93) yoluyla su buharı ulaşım üzerinde en az etki 2-chloroethyl etil sülfür (CEES) malzeme (destek kumaş oranı % 7) aracılığıyla taşımacılığının önemli ölçüde azaltırken sahiptir. Açıklanan yaklaşımlar Amin ve hidroksil grupları değiştirilmek üzere sağlayan diğer kumaşlar ile kullanım için uygundur ve diğer sol hazırlıklar ile birlikte değişen işlevselliği üretmek için kullanılabilir.
Introduction
Şu anda kullanılabilir kimyasal koruyucu giysiler ABD Savunma Bakanlığı tarafından (DoD) kullanılan tam bir bariyer seviyesi A kimyasal koruyucu elbise sağlayın, ya da ortak hizmet basit olduğu gibi korunması için çok katmanlı kumaş kullanın Entegre takım teknolojisi (JSLIST). Tam bariyer giysiler Kullanıcı üzerinde önemli bir yük empoze. Malzeme yoluyla yok su buharı ulaşım ile termal yönetmelik engelliyordu. Sonuç olarak, kullanım (misyon uzunluğu) süresi sınırlıdır; Giysi senaryoları sınırlı bir alan için uygundur. JSLIST, öte yandan, bir katman karbon bir kabuk kumaş ve bir çift katman adsorbent kullanır. Kullanıcı üzerinde elde edilen yük azaltılmış ama değil ortadan kaldırılmıştır ve koruyucu özellikleri bariyer takım elbise ile karşılaştırıldığında azalır. Termal yük, JSLIST takım elbise sürekli kullanım sadece 24 saat için uygundur. Hiçbiri-in bunlar tip-in teknoloji uzun vadede, günlük giyim giysi bir temel koruma yeteneği sağlamak için uygundur. Temel koruma kullanım düşük tehlike ortamlar, MOPP 0’dan 2 (MOPP – misyon yönelik koruyucu duruş) için uygun koşullar ve diğer düşük risk koşulları için olurdu. DoD endişeleri ötesinde, temel koruma önceden hiçbir uyarı ile kontamine ortamlar giren ilk müdahale için yardımcı olur.
İlerleme-e doğru DoD koruyucu giysiler arayan araştırma devam eden ve sürekli1,2,3,4‘ dir. Önceki bir çaba devrilmesinden sonra heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl için bir mikrodalga başlatılan süreç potansiyeli tespit) oleophobic davranış5üretmek için kumaşlar üzerine trimethoxysilane. JSLIST giysi kabuk tabakasının artırabilir bir kumaş üretmeye niyeti oldu. Bu oleophobicity katmanlı giysi kimyasal dayanım artırabilir süre takım tarafından dayatılan termal yük ele almayacaktır. Sorbentler ve yakalama ve/veya kimyasal tehditler6,7,8,9,10, ayrışma için katalizörler üzerinde duruldu ek devam eden iş 11,12,13,14. Son zamanlarda açıklanan yaklaşım Sorbentler yakalamak ve boğucu porfirinler ile kombine ve böcek ilacı simulants ve nitroenergetics15 yanı sıra benzer maddelerin toksik endüstriyel bileşikler (TİKLER) yakalanması için kullanılan gözenekli organosilicate kullanılan ,16,17,18,19,20. Umut verici iken, bu toz malzeme teknolojileri Konfeksiyon doğrudan geçerli değildir.
Organosilicate sistemleri dalarak yaygın olarak uygulanan ve yaklaşımlar, genellikle, cam ve silikon gofret üzerinde kaplama spin. Yukarıda açıklanan mikrodalga ifade Teknik kumaşlar için bu malzemelerin uygulama için bir mekanizma sağlar. Burada, açıklanan işlem tetraethylorthosilicate ile birlikte kumaşlar hazırlamak için kullanırız. O zaman bir daldırma kaplama yaklaşımla gözenekli Sorbentler ile tedavi edilir. Morfolojik karakterizasyonu gözenekli kumaş üzerine jelleştirici varlığını gösterir. 2-chloroethyl etil sülfür (CEES) Permeasyon kumaş ile ve bu tedavi olmadan değerlendirilmesi önemli bir etkisi hedef araçta malzeme gösterir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada, TEOS mikrodalga tarafından başlatılan birikimi kumaş gözenekli organosilicate jelleştirici sonraki ifade için hazırlamak için kullanılabileceğini göstermiştir. Yaklaşım ile 1.12 g m2 kumaş yüzeyi başına jelleştirici kumaş yükleme yol açar. Azot adsorpsiyon tarafından boyalı kumaş Analizi devrilmesinden sonra gözenekli bir kaplama ile tam tedavi malzeme ve bu başlatılan kumaş arasında önemli farklılıklar göstermiştir. Yüzey alanı, ancak, monolith sentezlenmiş benzer şekilde oluşan bir malzeme için gözlenen daha az oldu. Jelleştirici yalnız indirimli oran CEES taşıma kumaş % 85 oranında. Jelleştirici porfirin functionalization için desteklenen ilavesi daha fazla taşıma (%93 toplam azaltma) azalmıştır. Porfirin için ilk atılım functionalized tedavi kumaş 2 dk az; oluştu 0.6 min pamuk kumaş ilk adımdı. Bu azalma kimyasal nüfuz su buharı taşıma kumaşın üzerinde küçük etkisi ile sağlanır.
Yatırılan jelleştirici sürekli ince bir film değil. Yaklaşım daha yakından kumaş iplik için Açıkorur bir kaplama üretir. Sonuç olarak, azaltma nüfuz için kumaş dokuma tarafından sınırlıdır. Burada, bir hafif pamuklu kumaş destek malzemesi olarak kullanılır. Mikrodalga başlatma Amin veya hidroksil grupları için değişiklik sağlar diğer kumaşlar kullanım için uygundur. BİZE ordu mücadele tek tip (ACU yılında), kullanılan naylon ve pamuk karışımı gibi bir daha yoğun dokuma kumaş büyük azaltma hedef taşıma sadece örgü içinde geçersiz alanlarda azalma temelinde üretecektir. Bir sığınak malzemesi olarak kullanılan bir yoğun dokuma kumaş benzer avantajlar sağlayacaktır. Jelleştirici tedavi kumaş yüzeyine sınırlı olmadığını hatırlatarak, biraz derinlik bir polar veya ağır örme kumaş şekilde sağlayan bir malzeme Permeasyon ek indirimleri üretmek için de beklenir. Bu kavram da hava filtreleme kullanılan üç boyutlu pileli malzeme için de geçerli olacak.
Burada özetlenen tedavi geleneksel kumaşlarda kullanmak için sınırlı değildir. Kağıt, bir değişiklik için potansiyel katmanlı ve genellikle uygulanan filtrasyon yaklaşımlar yanı sıra nonwoven tekstil malzemeleri pilili sağlar. Bazı durumlarda, burada açıklanan koşullar yardımcı malzemeleri bütünlüğünü korumak için berrak gerekebilir. Bankası (amonyum hidroksit) konsantrasyonu azaltarak polietilen kumaşlar durumunda olduğu gibi gerekli olabilir. Mikrodalga dönemi süresinin kısaltılması (kağıt malzeme) kavurucu önlemek gerekli olabilir. Bazı sentetik kumaşlar, polipropilen, kullanılan kurutma sıcaklığı azalma gerektirir. Bu koşullar jelleştirici elde edilen morfoloji üzerinde önemli etkiye sahip olarak sol yaşlanma sıcaklıklar ve süreler değişiklikleri kaçınılmalıdır.
Etanol, metanol daldırma kaplama sol için yerine olabilir. Bu bir sentez ölçeklerken teşvik edilir ve daha az bir sağlık tehlikesi etanol sunar çünkü sol, daha büyük bir birim için. Alkol, Örneğin, 2 g metanol yerine 4-12 g etanol ile sol oldukça seyreltilmiş) karışımı BTE, Pluronic P123, mesitylene ve asit kitlelerin orantılı bir artış olmadan büyük bir hacim hazırlamak için. Reaktanları ve çözücü göreli miktarda da bir sol daha büyük örnekleri kaplı malzemelerin üretimi için hazırlamak için çarpılmış. Seyreltme veya bir sol konsantrasyon derecesi elde edilen toplu yükleme jelleştirici malzeme belirli kumaş üzerinde etkisi olabilir. Sol karışım içine daldırma birden fazla döngüleri da toplam yükleme değişimlere götürmesi gerekiyor.
En iyi duruma getirme için diğer destek malzemeleri ifade yaklaşımın devam ediyor. ACU naylon ve pamuk karışımı kumaş değişiklik için bir günlük giyim çözüm jersey örgü tabanlı malzemeler gibi temel kimyasal koruma sağlayan özel ilgi olduğunu. Birikim jelleştirici diğer malzemelerin de keşfedilmeden. Köprü DIETHYLBENZENE Sorbentler yakalama pestisit hedefler, örneğin, bir tarif burada17,20,27 farklı bir sol hazırlık kullanın ve kataliz farklı bir alan için geliştirilen porfirin. Son olarak, aerosol, sıvı ve buhar hedeflere karşı desteklenen kumaş malzeme değerlendirilmesi devam ediyor.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu araştırma Savunma Tehdit Azaltma Ajansı (DTRA BA08PRO015) ve ABD Office deniz araştırma yoluyla deniz araştırma laboratuvarı temel fon tarafından sponsor oldu. Kez burada ifade yazarlar vardır ve ABD Deniz Kuvvetleri, ABD Savunma Bakanlığı veya ABD hükümeti temsil etmemektedir.
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).
