Name: solution blow spinning of polymeric nano-composite fibers for personal protective equipment
Uploaded: 2021-03-18T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Solution Blow Spinning of Polymeric Nano-Composite Fibers for Personal Protective Equipment at JoVE.com

يود المؤلفون أن ينوهوا السيد دوايت د. باري لمساهماته الهامة في تصنيع جهاز الغزل بالنفخ بالمحلول. يود Zois Tsinas و Ran Tao الاعتراف بالتمويل من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا بموجب الجوائز # 70NANB20H007 و # 70NANB15H112 ، على التوالي.

ملاحظة: يمكن العثور على التفاصيل المتعلقة بالمعدات والأجهزة والمواد الكيميائية المستخدمة في هذا القسم في جدول المواد. يجب أولا مراجعة هذا البروتوكول بأكمله والموافقة عليه من قبل إدارة / موظفي السلامة المؤسسية لضمان الالتزام بالإجراءات والعمليات الخاصة بالمؤسسة.
1...

<ol>
	<li>Lee, B. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Penetration+failure+mechanisms+of+armor-grade+fiber+composites+under+impact.">Penetration failure mechanisms of armor-grade fiber composites under impact.</a> Journal of Composite Materials. 35 (18), 1605-1633 (2001).</li><li>Prevorsek, D. C., Kwon, Y. D., Chin, H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+the+temperature+rise+in+the+projectile+and+extended+chain+polyethylene+fiber+composite+armor+during+ballistic+impact+and+penetration.">Analysis of the temperature rise in the projectile and extended chain polyethylene fiber composite armor during ballistic impact and penetration.</a> Polymer Engineering and Science. 34 (2), 141-152 (1994).</li><li>Park, A. D., Park, D., No Park, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> U.S. Patent. , (2006).</li><li>No Park, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> U.S. Patent. , (1995).</li><li>Harpell, G. A., Prevorsek, D. C., Li, H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flexible+multi-layered+armor.">Flexible multi-layered armor.</a> Patent No. WO/1989. , (1989).</li><li>Cena, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=BSCCO+superconductor+micro/nanofibers+produced+by+solution+blow-spinning+technique.">BSCCO superconductor micro/nanofibers produced by solution blow-spinning technique.</a> Ceramics International. 43 (10), 7663-7667 (2017).</li><li>Miller, C. L., Stafford, G., Sigmon, N., Gilmore, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conductive+nonwoven+carbon+nanotube-PLA+composite+nanofibers+towards+wound+sensors+via+solution+blow+spinning.">Conductive nonwoven carbon nanotube-PLA composite nanofibers towards wound sensors via solution blow spinning.</a> IEEE Transactions on Nanobioscience. 18 (2), 244-247 (2019).</li><li>Iorio, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conformational+changes+on+PMMA+induced+by+the+presence+of+TiO+2+nanoparticles+and+the+processing+by+Solution+Blow+Spinning.">Conformational changes on PMMA induced by the presence of TiO 2 nanoparticles and the processing by Solution Blow Spinning.</a> Colloid and Polymer Science. 296 (3), 461-469 (2018).</li><li>Mart&#237;nez-Sanz, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Antimicrobial+poly+(lactic+acid)-based+nanofibres+developed+by+solution+blow+spinning.">Antimicrobial poly (lactic acid)-based nanofibres developed by solution blow spinning.</a> Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 15 (1), 616-627 (2015).</li><li>Wang, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+flexible+indium+tin+oxide+nanofiber+transparent+electrodes+by+blow+spinning.">Highly flexible indium tin oxide nanofiber transparent electrodes by blow spinning.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 8 (48), 32661-32666 (2016).</li><li>Greenhalgh, R. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hybrid+sol-gel+inorganic/gelatin+porous+fibres+via+solution+blow+spinning.">Hybrid sol-gel inorganic/gelatin porous fibres via solution blow spinning.</a> Journal of Materials Science. 52 (15), 9066-9081 (2017).</li><li>Gonzalez-Abrego, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mesoporous+titania+nanofibers+by+solution+blow+spinning.">Mesoporous titania nanofibers by solution blow spinning.</a> Journal of Sol-Gel Science and Technology. 81 (2), 468-474 (2017).</li><li>Oliveira, J. E., Zucolotto, V., Mattoso, L. H., Medeiros, E. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-walled+carbon+nanotubes+and+poly+(lactic+acid)+nanocomposite+fibrous+membranes+prepared+by+solution+blow+spinning.">Multi-walled carbon nanotubes and poly (lactic acid) nanocomposite fibrous membranes prepared by solution blow spinning.</a> Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 12 (3), 2733-2741 (2012).</li><li>Medeiros, E. S., Glenn, G. M., Klamczynski, A. P., Orts, W. J., Mattoso, L. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solution+blow+spinning:+A+new+method+to+produce+micro-and+nanofibers+from+polymer+solutions.">Solution blow spinning: A new method to produce micro-and nanofibers from polymer solutions.</a> Journal of Applied Polymer Science. 113 (4), 2322-2330 (2009).</li><li>Vasireddi, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solution+blow+spinning+of+polymer/nanocomposite+micro-/nanofibers+with+tunable+diameters+and+morphologies+using+a+gas+dynamic+virtual+nozzle.">Solution blow spinning of polymer/nanocomposite micro-/nanofibers with tunable diameters and morphologies using a gas dynamic virtual nozzle.</a> Scientific Reports. 9 (1), 1-10 (2019).</li><li>Tutak, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+support+of+bone+marrow+stromal+cell+differentiation+by+airbrushed+nanofiber+scaffolds.">The support of bone marrow stromal cell differentiation by airbrushed nanofiber scaffolds.</a> Biomaterials. 34 (10), 2389-2398 (2013).</li><li>Daristotle, J. L., Behrens, A. M., Sandler, A. D., Kofinas, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+the+fundamental+principles+and+applications+of+solution+blow+spinning.">A review of the fundamental principles and applications of solution blow spinning.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 8 (51), 34951-34963 (2016).</li><li>Hofmann, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+nozzle+device+for+ultrafine+fiber+solution+blow+spinning+with+precise+diameter+control.">Microfluidic nozzle device for ultrafine fiber solution blow spinning with precise diameter control.</a> Lab on a Chip. 18 (15), 2225-2234 (2018).</li><li>Behrens, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+deposition+of+PLGA+nanofibers+via+solution+blow+spinning.">In situ deposition of PLGA nanofibers via solution blow spinning.</a> ACS Macro Letters. 3 (3), 249-254 (2014).</li><li>Vural, M., Behrens, A. M., Ayyub, O. B., Ayoub, J. J., Kofinas, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sprayable+elastic+conductors+based+on+block+copolymer+silver+nanoparticle+composites.">Sprayable elastic conductors based on block copolymer silver nanoparticle composites.</a> ACS Nano. 9 (1), 336-344 (2015).</li><li>Srinivasan, S., Chhatre, S. S., Mabry, J. M., Cohen, R. E., McKinley, G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solution+spraying+of+poly+(methyl+methacrylate)+blends+to+fabricate+microtextured,+superoleophobic+surfaces.">Solution spraying of poly (methyl methacrylate) blends to fabricate microtextured, superoleophobic surfaces.</a> Polymer. 52 (14), 3209-3218 (2011).</li><li>Flory, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Principles of polymer chemistry. , (1953).</li><li>Palangetic, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dispersity+and+spinnability:+Why+highly+polydisperse+polymer+solutions+are+desirable+for+electrospinning.">Dispersity and spinnability: Why highly polydisperse polymer solutions are desirable for electrospinning.</a> Polymer. 55 (19), 4920-4931 (2014).</li><li>Ying, Q., Chu, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Overlap+concentration+of+macromolecules+in+solution.">Overlap concentration of macromolecules in solution.</a> Macromolecules. 20 (2), 362-366 (1987).</li><li>Haro-P&#233;rez, C., Andablo-Reyes, E., D&#237;az-Leyva, P., Arauz-Lara, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microrheology+of+viscoelastic+fluids+containing+light-scattering+inclusions.">Microrheology of viscoelastic fluids containing light-scattering inclusions.</a> Physical Review E. 75 (4), 041505 (2007).</li><li>Thiele, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Early+development+drug+formulation+on+a+chip:+Fabrication+of+nanoparticles+using+a+microfluidic+spray+dryer.">Early development drug formulation on a chip: Fabrication of nanoparticles using a microfluidic spray dryer.</a> Lab on a Chip. 11 (14), 2362-2368 (2011).</li><li>Zhao, J., Xiong, W., Yu, N., Yang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+jetting+of+alginate+microfiber+in+atmosphere+based+on+a+microfluidic+chip.">Continuous jetting of alginate microfiber in atmosphere based on a microfluidic chip.</a> Micromachines. 8 (1), 8 (2017).</li><li>Jun, Y., Kang, E., Chae, S., Lee, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+spinning+of+micro-and+nano-scale+fibers+for+tissue+engineering.">Microfluidic spinning of micro-and nano-scale fibers for tissue engineering.</a> Lab on a Chip. 14 (13), 2145-2160 (2014).</li><li>Weng, B., Xu, F., Salinas, A., Lozano, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+production+of+carbon+nanotube+reinforced+poly+(methyl+methacrylate)+nonwoven+nanofiber+mats.">Mass production of carbon nanotube reinforced poly (methyl methacrylate) nonwoven nanofiber mats.</a> Carbon. 75, 217-226 (2014).</li><li>Barton, A. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Solubility+parameters.">Solubility parameters.</a> Chemical Reviews. 75 (6), 731-753 (1975).</li></ol>

توفر الطريقة الموضحة هنا بروتوكولا لإنتاج حصائر الألياف النانوية المصنوعة من المطاط الصناعي البوليمر عبر تقنية جديدة نسبيا تعرف باسم غزل النفخ بالمحلول. تسمح هذه التقنية بتصنيع الألياف في المقياس النانوي ولها العديد من المزايا مقارنة بالتقنيات الأخرى الراسخة ، مثل عملية الغزل الكهربائ...

يتم حاليا إنشاء العديد من أنظمة الدروع الواقية خفيفة الوزن والباليستية باستخدام ألياف بوليمرية عالية المعامل وعالية القوة ، مثل ألياف البولي إيثيلين أو الأراميدات الموجهة وذات الكتلة المولية العالية للغاية ، والتي توفر مقاومة باليستية رائعة 1,2. تستخدم هذه الألياف مع مادة راتنجية مرنة (مادة رابطة) يمكنها اختراق مستوى الفتيل وتأمين الألياف في تكوين 0 درجة / 90 درجة لتشكيل صفائح أحادية الاتجاه غير منسوجة. يجب ألا تتجاوز النسبة المئوية لراتنج المطاط الصناعي البوليمر (الموثق) 13٪ من الوزن الإجمالي للصفائح أحادية الاتجاه للحفاظ على السلامة الهيكلية والخصائص المضادة للباليستية للهيكل الرقائقي 3,4. يعد الموثق مكونا مهما جدا للدرع لأنه يحافظ على الألياف عالية القوة موجهة بشكل صحيح ومعبأة بإحكام داخل كل طبقة صفح3. تحتوي مواد المطاط الصناعي التي يشيع استخدامها كمواد رابطة في تطبيقات الدروع الواقية للبدن على معامل شد منخفض جدا (على سبيل المثال ، ~ 17.2 ميجا باسكال عند ~ 23 درجة مئوية) ، ودرجة حرارة تزجج منخفضة (يفضل أن تكون أقل من -50 درجة مئوية) ، واستطالة عالية جدا عند الكسر (تصل إلى 300٪) ويجب أن تظهر خصائص لاصقة ممتازة5.
لتحسين أداء هذه اللدائن البوليمرية ، تم إجراء SBS لإنشاء مواد مطاطية ليفية يمكن استخدامها كمواد رابطة في تطبيقات الدروع الواقية للبدن. SBS هي تقنية جديدة نسبيا ومتعددة الاستخدامات تسمح باستخدام أنظمة بوليمر / مذيب مختلفة وإنشاء منتجات نهائية مختلفة6،7،8،9،10،11،12،13. تتضمن هذه العملية البسيطة الترسيب السريع (10 أضعاف معدل الغزل الكهربائي) للألياف المطابقة على كل من الركائز المستوية وغير المستوية لتصنيع صفائح أو شبكات من الألياف التي تشمل مقاييس الطول النانوية والصغرى14،15،16،17،18. مواد SBS لها العديد من التطبيقات في المنتجات الطبية ، وفلاتر الهواء ، ومعدات الحماية ، وأجهزة الاستشعار ، والإلكترونيات البصرية ، والمحفزات14،19،20. يمكن أن يؤدي تطوير ألياف ذات قطر صغير إلى زيادة مساحة السطح إلى نسبة الحجم بشكل كبير ، وهو أمر مهم جدا للعديد من التطبيقات ، خاصة في مجال معدات الحماية الشخصية. يعتمد قطر ومورفولوجيا الألياف الناتجة عن SBS على الكتلة المولية للبوليمر ، وتركيز البوليمر في المحلول ، ولزوجة المحلول ، ومعدل تدفق محلول البوليمر ، وضغط الغاز ، ومسافة العمل ، وقطر فوهة الرش14،15،17.
من الخصائص المهمة لجهاز SBS فوهة الرش التي تتكون من فوهة خارجية داخلية ومتحدة المركز. يتم ضخ البوليمر المذاب في مذيب متطاير عبر الفوهة الداخلية بينما يتدفق الغاز المضغوط عبر الفوهة الخارجية. يؤدي الغاز عالي السرعة الخارج من الفوهة الخارجية إلى قص محلول البوليمر المتدفق عبر الفوهة الداخلية. هذا يجبر المحلول على تكوين شكل مخروطي عند الخروج من فوهة الرش. عندما يتم التغلب على التوتر السطحي عند طرف المخروط ، يتم إخراج تيار دقيق من محلول البوليمر ، ويتبخر المذيب بسرعة مما يتسبب في اندماج خيوط البوليمر وترسبها كألياف بوليمر. يعتمد تكوين بنية ليفية ، حيث يتبخر المذيب ، بشدة على الكتلة المولية للبوليمر وتركيز المحلول. تتشكل الألياف عن طريق تشابك السلسلة ، عندما تبدأ سلاسل البوليمر في المحلول في التداخل بتركيز يعرف باسم تركيز التداخل الحرج (c *). لذلك ، من الضروري العمل مع محاليل البوليمر فوق c * لنظام البوليمر / المذيب المحدد. أيضا ، هناك استراتيجية سهلة لتحقيق ذلك وهي اختيار البوليمرات ذات الكتلة المولية العالية نسبيا. زادت البوليمرات ذات الكتلة المولية الأعلى من أوقات استرخاء البوليمر ، والتي ترتبط ارتباطا مباشرا بزيادة تكوين الهياكل الليفية ، كما هو موضح في الأدبيات21. نظرا لأن العديد من المعلمات المستخدمة في SBS مرتبطة ارتباطا وثيقا ، فإن الهدف من هذا العمل هو توفير إرشادات لتطوير مركبات نانوية من الألياف البوليمرية قابلة للضبط ومرنة لاستخدامها كبدائل لمواد الموثق النموذجية الموجودة في تطبيقات الدروع الواقية للبدن من خلال دمج الجسيمات النانوية في مصفوفة البوليمر والمطاط الصناعي الليفية.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>45 MM Toolmaker Vise</td>
			<td>Tormach Inc.</td>
			<td>32547</td>
			<td>To secure substrate onto the collector</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ARES-G2 Rheometer</td>
			<td>TA Instruments</td>
			<td>401000.501</td>
			<td>Rheometer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Branson Ultrasonics M Series - Ultrasonic Cleaning Bath</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>15-336-100</td>
			<td>To disperse nanoparticles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cadence Science&#160;Micro-Mate Interchangeable Syringe</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>14-825-2A</td>
			<td>Glass Syringe 5mL in 1/5mL, Luer Lock Tip</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chemical hood</td>
			<td>Any company</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corning - Disposable Pasteur Glass Pipette</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>CLS7095D5X-200EA</td>
			<td>Non-Sterile</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DWK Life Sciences&#160;Wheaton - Glass Scintillation Vial</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>03-341-25G</td>
			<td>20 mL with cap</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FEI Quanta 200 Scanning Electron Microscope (SEM)</td>
			<td>FEI</td>
			<td></td>
			<td>For imaging samples</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Iron Oxide Nanopowder/Nanoparticles</td>
			<td>US Research Nanomaterials, inc.</td>
			<td>US3320</td>
			<td>Fe3O4, 98%, 20-3- nm, Silicon oil Coated</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KD Scientific Legato 100 Single-Syringe Pump</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>Z401358-1EA</td>
			<td>Single syringe infusion pump</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Master Airbrush - Model S68</td>
			<td>TCP Global</td>
			<td>MAS S68</td>
			<td>Nozzle/needle diameter: 0.35 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mettler Toledo AB265-S/FACT Scale</td>
			<td>Cole-Parmer Scientific</td>
			<td>EW-11333-14</td>
			<td>For weighing polymer and&#160; Nanoparticles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N2 Gas Regulator</td>
			<td>Any company</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nanoenclosure</td>
			<td>Any company</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical Microscopy Glass Slides</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>12-550-A3</td>
			<td>Used as a substrate for fiber mat deposition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OSP Slotted Bob, 33 mm</td>
			<td>TA Instruments</td>
			<td>402796.902</td>
			<td>Bob, upper geometry</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OSP Slotted Double Gap Cup, 34 mm</td>
			<td>TA Instruments</td>
			<td>402782.901</td>
			<td>Double wall cup, lower geometry</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxford BenchMate Digital Vortex Mixer</td>
			<td>Pipette</td>
			<td>VM-D</td>
			<td>Rated up to 4,200 rpm, for mixing solutions</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxford Benchmate Tube Roller</td>
			<td>Pipette</td>
			<td>OTR-24DR</td>
			<td>Sample mixer/rotator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polystyrene-block-polybutadiene-block-polystyrene</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>432490-1KG</td>
			<td>styrene 30 wt. %, Mw ~ 185,000 g/mol</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SEM Pin Stub Specimen Mount</td>
			<td>Ted Pella Inc.</td>
			<td>16119</td>
			<td>18 mm diameter x 8 mm height</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spatula</td>
			<td>VWR</td>
			<td>82027-532</td>
			<td>To load test materials</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrahydrofuran (THF)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>T425-1</td>
			<td>solvent, HPLC grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TRIOS</td>
			<td>TA Instruments</td>
			<td>v4.3.1.39215</td>
			<td>Rheometer software</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

solution blow spinning of polymeric nano-composite fibers for personal protective equipment

تتكون أنظمة الدروع الواقية خفيفة الوزن عادة من معامل عالي (>109 ميجا باسكال) وألياف بوليمرية عالية القوة مثبتة في مكانها بمادة راتنجية مرنة (مادة رابطة) لتشكيل صفائح غير منسوجة أحادية الاتجاه. بينما ركزت الجهود الكبيرة على تحسين الخواص الميكانيكية للألياف عالية القوة ، لم يتم القيام إلا بالقليل من العمل لتحسين خصائص مواد الرابطة. لتحسين أداء مواد رابطة البوليمر المرنة هذه ، تم استخدام عملية تصنيع جديدة وبسيطة نسبيا ، تعرف باسم غزل نفخ المحلول. هذه التقنية قادرة على إنتاج صفائح أو شبكات من الألياف بأقطار متوسطة تتراوح من المقياس النانوي إلى المقياس المجهري. لتحقيق ذلك ، تم تصميم وبناء جهاز غزل النفخ بالمحلول (SBS) في المختبر لتصنيع حصائر الألياف غير المنسوجة من محاليل المطاط الصناعي البوليمر.
في هذه الدراسة ، تم استخدام مادة رابطة شائعة الاستخدام ، وهي بوليمر مشترك من كتلة ستايرين - بوتادين - ستايرين مذاب في رباعي هيدروفيوران ، لإنتاج حصائر ألياف نانوية مركبة عن طريق إضافة جسيمات نانوية معدنية (NPs) ، مثل أكسيد الحديد NPs ، التي تم تغليفها بزيت السيليكون وبالتالي دمجها في الألياف التي تشكلت عبر عملية SBS. سيناقش البروتوكول الموصوف في هذا العمل تأثيرات المعلمات الحرجة المختلفة المشاركة في عملية SBS ، بما في ذلك الكتلة المولية للبوليمر ، واختيار المذيب المناسب ديناميكيا حراريا ، وتركيز البوليمر في المحلول ، وضغط الغاز الناقل لمساعدة الآخرين في إجراء تجارب مماثلة ، بالإضافة إلى توفير إرشادات لتحسين تكوين الإعداد التجريبي. تم فحص السلامة الهيكلية والتشكل لحصائر الألياف غير المنسوجة الناتجة باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) وتحليل الأشعة السينية الأولية عبر التحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDS). الهدف من هذه الدراسة هو تقييم تأثيرات المعلمات التجريبية المختلفة واختيارات المواد لتحسين بنية ومورفولوجيا حصائر الألياف SBS.

في هذه الدراسة ، تم تصنيع حصائر الألياف غير المنسوجة المكونة من ألياف بولي (ستايرين - بوتادين - ستايرين) على نطاق النانو والصغرى ، مع وبدون وجود أكسيد الحديد NPS. لتشكيل الألياف ، يجب اختيار معلمات SBS بعناية لنظام البوليمر / المذيبات المستخدم. تعتبر الكتلة المولية للبوليمر المذاب وتركيز المحل...

Watch this Scientific Journal Video about Solution Blow Spinning of Polymeric Nano-Composite Fibers for Personal Protective Equipment at JoVE.com

Solution Blow Spinning of Polymeric Nano-Composite Fibers for Personal Protective Equipment

الهدف الأساسي من هذه الدراسة هو وصف بروتوكول لإعداد حصائر الألياف البوليمرية مع مورفولوجيا متسقة عن طريق الغزل بالنفخ بالمحلول (SBS). نهدف إلى استخدام SBS لتطوير مركبات نانوية جديدة وقابلة للضبط ومرنة من الألياف البوليمرية لمختلف التطبيقات ، بما في ذلك المواد الواقية ، من خلال دمج الجسيمات النانوية في مصفوفة البوليمر والمطاط الصناعي.

حل ضربة الغزل من الألياف البوليمرية نانو مركب لمعدات الحماية الشخصية

Light-weight, protective armor systems typically consist of high modulus (&#62;109 MPa) and high-strength polymeric fibers held in place with an elastic ...

يغطي هذا البروتوكول الذاتي بعضا من أهم المعلمات والخطوات التي ينطوي عليها غزل المحلول للألياف المركبة النانوية البوليمرية بما في ذلك اختيار الكتلة المولية للبوليمر للمذيبات المناسبة ديناميكيا حراريا ، والتركيز البوليمري في المحلول ، ودمج المواد النانوية ، وضغط الغاز الناقل ، ومسافة العمل. SPS هي تقنية جديدة نسبيا توفر تنوعا كبيرا فيما يتعلق بنظام مذيب البوليمر والمنتج النهائي. علاوة على ذلك ، يمكن استخدامه لإيداع الألياف الرسمية بسرعة على كل من الركائز المستوية وغير المستوية وإنشاء مجموعات أو شبكات من الألياف بأقطار النانو والمجهرية.الهدف من هذا العمل هو توفير التوجيه لتطوير مركبات نانو من الألياف البوليمرية القابلة للضبط والمرنة والتي يمكن استخدامها كبدائل لمواد الموثق النموذجية الموجودة في تطبيقات الدروع الواقية للبدن من خلال دمج جزيئات النانو في مصفوفة المطاط الصناعي البوليمرية للألياف. حاليا ، لا توجد أنظمة متاحة تجاريا أو إجراءات تشغيل قياسية لأداء غزل ضربة الحل على ألياف نانو مركبة بوليمرية قابلة للضبط. يمكن أن يساعد عرض الجسيمات والأجهزة الخاصة بنا الآخرين على تطوير عمليتهم الخاصة بشكل فعال لتطبيقها.للبدء ، قم بنقل الكمية المطلوبة من البوليمر الجاف إلى قارورة زجاجية نظيفة من البورسليكات سعة 20 مل باستخدام ملعقة صغيرة. ضع القارورة في غطاء الدخان الكيميائي وأضف ما يقرب من 10 ملليلتر من رباعي هيدروفوران لتحقيق تركيز 200 ملليغرام لكل ملليلتر. ثم أغلق القارورة وضعها على الخلاط أو الدوار.أضف مسحوق جسيمات أكسيد الحديد النانوية الجافة إلى قارورة زجاجية نظيفة سعة 20 ملليلتر. ثم أضف 10 ملليلتر من رباعي هيدروفوران في القارورة وأغلقها. حرك العينة جيدا على خلاط الدوامة حتى تصبح الجسيمات النانوية غير مرئية في قاع القارورة ثم صوتنة العينة لمدة 30 دقيقة تقريبا مع فاصل زمني من دقيقتين إلى خمس دقائق بين كل صوتنة ، لضمان التشتت الكامل للجسيمات النانوية ، ولتجنب تسخين العينة.أضف البوليمر إلى تشتت الجسيمات النانوية داخل الغطاء الكيميائي وأغلق القارورة. ثم امزجه على الدوار عند 70 دورة في الدقيقة لمدة 60 دقيقة في درجة حرارة الغرفة حتى يذوب البوليمر تماما. اضبط ارتفاع وزاوية البخاخة لتتماشى مع مركز شريحة المجهر الزجاجي المتصلة بالمجمع والمثبتة في مكانها.تأكد من تثبيت أسطوانة الغاز بشكل صحيح على الحائط الخاص بها ، وقم بتوصيل مدخل الغاز للبخاخة بأسطوانة الغاز المضغوطة بالنيتروجين. قم بتشغيل الصمام الرئيسي لأسطوانة الغاز واضبط الضغط ببطء لتحقيق التدفق المطلوب. ثم أغلق الصمام الرئيسي.قم بتأمين الركيزة على المجمع باستخدام الرذيلة المجهزة واضبط ارتفاع المجمع لمحاذاة عمودي على اتجاه الرش ونمط البخاخة لإيداع المادة على الركيزة. حدد مسافة العمل المثلى عن طريق تحريك المجمع إلى أبعد موضع له بعيدا عن فوهة البخاخة. نقل خليط مذيب الجسيمات النانوية البوليمر إلى حقنة زجاجية البورسليكات تحليل الغاز المذاب مجهزة بإبرة الفولاذ المقاوم للصدأ.قم بإزالة أي فقاعات هواء من العينة عن طريق إمساك المحقنة مع توجيه الإبرة لأعلى والنقر على المحقنة برفق ثم الضغط ببطء على المكبس لإزاحة أي هواء زائد. افصل الإبرة ، وأرفق المحقنة بوحدة مضخة المحقنة وثبت المحقنة. قم بتوصيل أنبوب PTFE القادم من مخرج المحقنة بالمدخل المناسب على البخاخة وحدد معدل الحقن المطلوب من قائمة وحدة مضخة المحقنة.افتح الصمام الرئيسي على أسطوانة غاز النيتروجين حتى يتدفق غاز النيتروجين عبر البخاخة وابدأ عملية الرش عن طريق بدء تشغيل وحدة مضخة الحقنة لتوزيع خليط مذيب الجسيمات النانوية البوليمر. راقب نمط الرش وتأكد من عدم وجود قباقيب. قم بزيادة أو تقليل معدل الحقن بشكل تدريجي حتى يتم رش المحلول بحرية.اضبط موضع المجمع لتبخر المذيبات عن طريق تحريكه نحو البخاخة حتى يتم ترسيب الكمية المطلوبة من المادة على الركيزة. ثم أوقف وحدة مضخة المحقنة وأغلق الصمام الرئيسي لأسطوانة غاز النيتروجين. عند التركيز الحرج ، تبدأ ملفات البوليمر المذابة في التداخل مع بعضها البعض وتسبب التشابك.كانت القيم المحسوبة والمتوقعة تجريبيا للتركيز الحرج متشابهة. لذلك ، تم استخدام تركيز بوليمر أعلى من التركيز الحرج لعملية غزل نفخ المحلول. تمت دراسة تأثير تراكيز البوليمر المختلفة على مورفولوجيا حصيرة الألياف ، ولوحظ أن حبات البوليمر غير المرغوب فيها كانت موجودة في تركيزات البوليمر المتداخلة المنخفضة والقريبة من التداخل الحرج.تم الحصول على الألياف البكر والملساء شكليا بتركيزات بوليمر أعلى من التركيز الحرج. عند التكبير المنخفض ، أظهرت حصيرة الألياف الناتجة عن تركيز بوليمر عالي وجود ألياف فردية وأسطوانية الشكل مع الحد الأدنى من الخرز أو لحام الألياف. يؤكد التكبير العالي عدم وجود حبات البوليمر.كما تم دراسة تأثير ضغط الغاز على مورفولوجيا الألياف. مع زيادة الضغط ، ينخفض قطر الألياف بينما ينتج عن الضغط العالي جدا حبات بوليمر كبيرة وألياف ملحومة. تم تحديد وجود جسيمات أكسيد الحديد النانوية داخل ألياف البوليمر باستخدام تحليل الإلكترون المبعثر الخلفي.أشار التحليل الأولي كذلك إلى وجود جسيمات أكسيد الحديد النانوية يعد اختيار المذيب المناسب ، وكذلك الكتلة المولية للبوليمر في تركيزه ومحلوله من أهم المعلمات التي يمكن أن تملي نجاح أو فشل هذا البروتوكول. يمكن تطبيق الطرق الموضحة في هذا البروتوكول لتطوير مركبات الألياف البوليمرية النانوية لمختلف المجالات والتطبيقات الأخرى بما في ذلك المواد الحيوية والمواد الموصلة القائمة على البوليمر وأجهزة الترشيح وغيرها.

Research

JoVE Journal

Engineering

Development of Whispering Gallery Mode Polymeric Micro-optical Electric Field Sensors

تطوير يهمس معرض البوليمرية وضع مايكرو البصرية مجسات المجال الكهربائي

Optical modes of dielectric micro-cavities have received significant attention in recent years for their potential in a broad range of applications. The ...

Fabrication and Characterization of Disordered Polymer Optical Fibers for Transverse Anderson Localization of Light

تصنيع وتوصيف المختلين بوليمر ألياف البصرية لعرضية أندرسون توطين الضوء

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. The developed ...

Mechanical Expansion of Steel Tubing as a Solution to Leaky Wellbores

التوسع الميكانيكي للأنابيب الصلب كحل للراشح Wellbores

Wellbore cement, a procedural component of wellbore completion operations, primarily provides zonal isolation and mechanical support of the metal pipe ...

Writing Bragg Gratings in Multicore Fibers

كتابة براج حواجز شبكية في ألياف متعددة النواة

Fiber Bragg gratings in multicore fibers can be used as compact and robust filters in astronomical and other research and commercial applications. Strong ...

How to Build a Vacuum Spring-transport Package for Spinning Rotor Gauges

كيفية بناء فراغ الربيع النقل التعبئة والتغليف للغزل الدوار المقاييس

The spinning rotor gauge (SRG) is a high-vacuum gauge often used as a secondary or transfer standard for vacuum pressures in the range of 1.0 x 10-4 Pa to ...

Fabrication of Fully Solution Processed Inorganic Nanocrystal Photovoltaic Devices

تصنيع الحل بالكامل معالجتها غير العضوية النانوية الأجهزة الضوئية

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal ...

Experimental Procedure for Warm Spinning of Cast Aluminum Components

الإجراءات التجريبية للغزل دافئ من مكونات الألومنيوم المصبوب

High performance, cast aluminum automotive wheels are increasingly being incrementally formed via flow forming/metal spinning at elevated temperatures to ...

Scalable Solution-processed Fabrication Strategy for High-performance, Flexible, Transparent Electrodes with Embedded Metal Mesh

قابلة للتطوير حل معالجتها استراتيجية تصنيع عالية الأداء، مرنة، أقطاب شفافة مع شبكة معدنية جزءا لا يتجزأ

Here, the authors report the embedded metal-mesh transparent electrode (EMTE), a new transparent electrode (TE) with a metal mesh completely embedded in a ...

New Application of an Atmospheric Pressure Plasma Jet as a Neuro-protective Agent Against Glucose Deprivation-induced Injury of SH-SY5Y Cells

تطبيق جديد لطائرة البلازما الضغط الجوي كعامل العصبية واقية ضد الإصابات الناجمة عن الحرمان الجلوكوز خلايا ش SY5Y

The atmospheric pressure plasma jet (APPJ) has attracted the attention of many researchers from multiple disciplines in recent years because its emissions ...

Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices

ديليكتروفوريسيس ساعد تدفق: طريقة منخفضة تكلفة لتصنيع الأجهزة عالية الأداء الحل مفهرسة أسلاك متناهية الصغر

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of ...