유해 가스로부터 착용자를 보호하는 새로운 직물 Nanotechnology fabrics that protect against chemical warfare agents

Nanotechnology fabrics that protect against chemical warfare agents

Apr 05, 2019

(Nanowerk News) A new coating for textile fibers shows promise for efficiently capturing toxic industrial chemicals and chemical warfare agents under real-world conditions, including high humidity (Small, "Water-Stable Chemical-Protective Textiles via Euhedral Surface-Oriented 2D Cu–TCPP Metal-Organic Frameworks"). The research could lead to improved masks and personal protective equipment for soldiers and others at risk of exposure.

The fabrics that could protect you from chemical warfare agents/Nano Magazine

유해 가스로부터 착용자를 보호하는 새로운 직물  노스캐롤라이나 주립대학    노스캐롤라이나 주립대학(North Carolina State University)과 미 육군의 CCDC CBC(Combat Capabilities Development Command Chemical Biological Center)의 연구진은 80%의 상대습도 하에서 수포 작용제(blister agent)를 중화시키는 새로운 기능성 직물을 개발했다. 이 직물은 미국에서 일반적으로 생산되는 산업용 화학 물질인 암모니아 가스를 포획할 수 있었다. 섬유를 위한 이러한 새로운 코팅은 유독 산업용 화학 물질과 화학적 작용제를 효과적으로 포집하는데 유망하다. 이 연구는 노출 위험이 있는 군인 등을 위해서 개선된 마스크 및 개인 보호 장비를 개발하는데 매우 유용할 것이다. 우리는 제 1차 세계 대전에서부터 최근 시리아 민간인에 대한 공격까지 화학적 작용제와 염소 및 겨자 가스로부터 위협을 받고 있다. 그래서 실용적이고 우수한 성능을 가진 보호 장비를 이용해서 유독 가스를 포획하고 화학적으로 분해할 수 있는 방법을 찾아야 한다. 이번 연구진은 마이크로섬유 위에 금속-유기 골격체(metal-organic framework, MOF)를 코팅하는 연구를 수행했다. 이 코팅에는 두 가지 어려움이 존재했다. 첫 번째는 습기가 있는 상태에서 안정성을 유지하면서 유해 화합물을 흡착/흡수로 포집할 수 있는 MOF를 만드는 것이었다. 두 번째는 독성 화학물질을 분해하는데 효과적인 코팅을 수행하는 것이었다. 이번 연구진은 수분에 안정적인 구리 기반의 MOF 박막을 만들었다. MOF는 분말로 이용되는 것이 아니라 섬유 위에 고체 박막으로 증착되었다. 이렇게 함으로써 MOF 분말보다 3배 많은 암모니아 가스를 포획할 수 있었다. 전자 현미경으로 관찰한 결과, 이전에는 보고되지 않았던 독특한 형상(섬유로부터 방사선 성장)을 가진 MOF 결정이 확인되었다. 이러한 정렬은 섬유 표면에 밀집된 코팅을 형성하게 만들었고, 유해 가스에 대한 흡착 성능을 향상시켰다. 이 새로운 MOF로 코팅된 복합재료는 방직용 섬유를 위한 코팅 박막으로 사용될 수 있을 것이다. 또한 이 방법은 센서와 같은 다양한 기능을 가진 스마트 직물을 만드는데 적합할 것이다. 향후 계획은 미 육군 전문가와 협력해서 실제 화학 작용제로 이 신소재를 시험하는 것이 될 것이다. 이 연구결과는 저널 Small에 “Water-Stable Chemical-Protective Textiles via Euhedral Surface-Oriented 2D Cu–TCPP Metal-Organic Frameworks” 라는 제목으로 게재되었다(https://doi.org/10.1002/smll.201805133). ndsl.kr

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Researchers at North Carolina State University and the U.S. Army’s Combat Capabilities Development Command Chemical Biological Center (CCDC CBC) developed functional textiles that neutralized a blistering agent simulant under conditions of 80 percent relative humidity. The new coating also captured ammonia gas, a commonly produced industrial chemical in the U.S.

textile coatings fabricated with water-stable metal-organic frameworks protect against poison gas

“For more than a century, we’ve had threats from chemical warfare agents, from chlorine and mustard gas in World War I to recent attacks against civilians in Syria,” says Dennis T. Lee, a recent Ph.D. recipient at NC State and lead author of an article about the work. “We need to find ways to capture and chemically break down toxic gases for practical, better-performing protective equipment.”

Researchers worked with metal-organic frameworks (MOFs) – coatings that are synthesized over microfibers. There are two significant challenges. The first lies in creating MOFs that can remain stable in the presence of moisture while holding the hazardous compounds in a thin film, a process known as adsorption/absorption. The second is achieving a coating that’s effective in degrading toxic chemicals.

The team created a water-stable copper (Cu)-based MOF film. Instead of working with a powder source, researchers used a solid film deposited on the fiber, which captured three times more ammonia gas than the same MOF powder.

 

To protect against toxic industrial chemicals and chemical warfare agents, researchers are creating textile coatings using water-stable metal-organic frameworks. (Image: NCSU)

Electron microscope images showed MOFs in crystal formations that grew out radially from the fiber – a distinctive shape that hadn’t been previously reported. The MOFs bonded strongly with the surface of the polypropylene fibers, resisting flaking when handled in the lab and when swept with a nylon brush.

“This alignment formed a dense coating on the fibers, with better integration and adhesion to the surface, and improved adsorptive performance for hazardous gases,” Lee says.

The new MOF-coated composites have potential to be used as a base film in protective textiles, Lee says. The method would also be suitable for use in smart textiles that have multiple functions, such as sensors, he adds.

Future plans call for testing the new materials with real chemical warfare agents, working with U.S. Army experts at the CCDC CBC.

Source: North Carolina State University

https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=52534.php

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