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

Yazarlar, çözelti üflemeli eğirme aparatının imalatına yaptığı önemli katkılardan dolayı Bay Dwight D. Barry'ye teşekkür etmek ister. Zois Tsinas ve Ran Tao, sırasıyla # 70NANB20H007 ve # 70NANB15H112 Ödülleri kapsamında Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'nden fon almayı kabul etmek istiyor.

NOT: Bu bölümde kullanılan ekipman, enstrümantasyon ve kimyasallarla ilgili ayrıntılar Malzeme Tablosunda bulunabilir. Bu protokolün tamamı, kuruma özgü prosedür ve süreçlere uyulmasını sağlamak için öncelikle kurumsal güvenlik departmanı/personeli tarafından gözden geçirilmeli ve onaylanmalıdır.
1. Uygun çözücü kullanılarak polimer çözeltisinin hazırlanması
NOT: Her kimyasal/malzeme ile birlikte kullanılacak uygun k...

<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>

Burada açıklanan yöntem, çözelti üflemeli eğirme olarak bilinen nispeten yeni bir teknikle polimer elastomer nanokompozit fiber paspasların üretilmesi için bir protokol sağlar. Bu teknik, liflerin nano ölçekte üretilmesine izin verir ve atmosferik basınç ve oda sıcaklığı27 altında gerçekleştirilebildiği için elektrospinning işlemi gibi diğer köklü tekniklere göre çeşitli avantajlara sahiptir. Ayrıca, SBS yerel çevresel değişikliklere (sıcaklık veya nem) karş?...

Birçok hafif, balistik, koruyucu zırh sistemi şu anda olağanüstü balistik direnç sağlayan yönlendirilmiş, ultra yüksek molar kütleli polietilen lifler veya aramidler gibi yüksek modüllü ve yüksek mukavemetli polimerik lifler kullanılarak inşa edilmektedir 1,2. Bu lifler, filament seviyesine nüfuz edebilen ve dokunmamış, tek yönlü bir laminat oluşturmak için lifleri 0 ° / 90 ° konfigürasyonda sabitleyebilen elastik bir reçine malzemesi (bağlayıcı) ile birlikte kullanılır. Polimer elastomer reçinesinin (bağlayıcı) yüzdesi, laminat yapısının yapısal bütünlüğünü ve antibalistik özelliklerini korumak için tek yönlü laminatın toplam ağırlığının%13'ünü geçmemelidir 3,4. Bağlayıcı, zırhın çok önemli bir bileşenidir, çünkü yüksek mukavemetli lifleri her laminat katmanı3 içinde düzgün bir şekilde yönlendirilmiş ve sıkıca paketlenmiş halde tutar. Vücut zırhı uygulamalarında bağlayıcı olarak yaygın olarak kullanılan elastomer malzemeler çok düşük çekme modülüne (örneğin, ~ 23 ° C'de ~ 17.2 MPa), düşük cam geçiş sıcaklığına (tercihen -50 ° C'nin altında), kopmada çok yüksek uzama (% 300'e kadar) sahiptir ve mükemmel yapışkan özellikler göstermelidir5.
Bu polimer elastomerlerin performansını artırmak için, vücut zırhı uygulamalarında bağlayıcı olarak kullanılabilecek lifli elastomer malzemeler oluşturmak için SBS yapıldı. SBS, farklı polimer / çözücü sistemlerinin kullanılmasına ve farklı son ürünlerin oluşturulmasına izin veren nispeten yeni, çok yönlü bir tekniktir 6,7,8,9,10,11,12,13. Bu basit işlem, nano ve mikro uzunluk ölçekleri 14,15,16,17,18'i kapsayan lif tabakaları veya ağlarını üretmek için konformal liflerin hem düzlemsel hem de düzlemsel olmayan substratlara hızlı (elektrospinning hızının 10 katı) birikmesini içerir. SBS malzemelerinin tıbbi ürünler, hava filtreleri, koruyucu ekipmanlar, sensörler, optik elektronik ve katalizörler 14,19,20'de çok sayıda uygulaması vardır. Küçük çaplı liflerin geliştirilmesi, yüzey alanı/hacim oranını büyük ölçüde artırabilir, bu da özellikle kişisel koruyucu ekipman alanında birçok uygulama için çok önemlidir. SBS tarafından üretilen liflerin çapı ve morfolojisi, polimerin molar kütlesine, çözeltideki polimer konsantrasyonuna, çözeltinin viskozitesine, polimer çözeltisi akış hızına, gaz basıncına, çalışma mesafesine ve püskürtme nozulunun çapına bağlıdır14,15,17.
SBS aparatının önemli bir özelliği, bir iç ve bir eşmerkezli dış nozuldan oluşan sprey nozuludur. Uçucu bir çözücü içinde çözünen polimer, iç nozuldan pompalanırken, basınçlı bir gaz dış nozuldan akar. Dış nozuldan çıkan yüksek hızlı gaz, iç nozuldan akan polimer çözeltisinin kesilmesine neden olur. Bu, sprey nozulundan çıkarken çözeltiyi konik bir şekil oluşturmaya zorlar. Koninin ucundaki yüzey gerilimi aşıldığında, ince bir polimer çözeltisi akışı dışarı atılır ve çözücü hızla buharlaşarak polimer iplikçiklerinin polimer lifler olarak birleşmesine ve birikmesine neden olur. Çözücü buharlaştıkça lifli bir yapının oluşumu, polimer molar kütlesine ve çözelti konsantrasyonuna büyük ölçüde bağlıdır. Lifler, çözeltideki polimer zincirleri kritik örtüşme konsantrasyonu (c*) olarak bilinen bir konsantrasyonda üst üste binmeye başladığında, zincir dolaşıklığı ile oluşur. Bu nedenle, seçilen polimer / çözücü sisteminin c * 'sinin üzerindeki polimer çözeltileri ile çalışmak gerekir. Ayrıca, bunu başarmak için kolay bir strateji, nispeten yüksek molar kütleye sahip polimerleri seçmektir. Daha yüksek molar kütleye sahip polimerler, literatürde açıklandığı gibi lifli yapıların oluşumundaki artışla doğrudan ilişkili olan polimer gevşeme sürelerini arttırmıştır21. SBS'de kullanılan parametrelerin birçoğu güçlü bir şekilde ilişkili olduğundan, bu çalışmanın amacı, nanopartikülleri lifli polimer-elastomer matrisine dahil ederek vücut zırhı uygulamalarında bulunan tipik bağlayıcı malzemeler için alternatif olarak kullanılacak ayarlanabilir ve esnek polimerik fiber nanokompozitlerin geliştirilmesine rehberlik etmektir.

<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

Hafif, koruyucu zırh sistemleri tipik olarak dokunmamış, tek yönlü bir laminat oluşturmak için elastik bir reçine malzemesi (bağlayıcı) ile yerinde tutulan yüksek modüllü (>109 MPa) ve yüksek mukavemetli polimerik liflerden oluşur. Yüksek mukavemetli liflerin mekanik özelliklerini iyileştirmeye önemli çabalar odaklanmış olsa da, bağlayıcı malzemelerin özelliklerini iyileştirmek için çok az çalışma yapılmıştır. Bu elastomerik polimer bağlayıcıların performansını artırmak için, çözelti üfleme eğirme olarak bilinen nispeten yeni ve basit bir üretim süreci kullanılmıştır. Bu teknik, nano ölçekten mikro ölçeğe kadar değişen ortalama çaplara sahip levhalar veya lif ağları üretebilir. Bunu başarmak için, polimer elastomer çözeltilerinden dokunmamış elyaf paspaslar üretmek için laboratuvarda bir çözelti üfleme eğirme (SBS) aparatı tasarlanmış ve üretilmiştir.
Bu çalışmada, yaygın olarak kullanılan bir bağlayıcı malzeme, tetrahidrofuran içinde çözünmüş bir stiren-bütadien-stiren blok-ko-polimer, silikon yağı ile kapsüllenmiş ve böylece SBS işlemi ile oluşturulan liflere dahil edilen demir oksit NP'ler gibi metalik nanopartiküller (NP'ler) eklenerek nanokompozit lif paspasları üretmek için kullanılmıştır. Bu çalışmada açıklanan protokol, polimer molar kütlesi, termodinamik olarak uygun çözücünün seçimi, çözeltideki polimer konsantrasyonu ve benzer deneylerin gerçekleştirilmesinde başkalarına yardımcı olmak için taşıyıcı gaz basıncı dahil olmak üzere SBS prosesinde yer alan çeşitli kritik parametrelerin etkilerini tartışacak ve ayrıca deney düzeneğinin konfigürasyonunu optimize etmek için rehberlik sağlayacaktır. Elde edilen dokunmamış elyaf paspasların yapısal bütünlüğü ve morfolojisi, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağıtıcı X-ışını spektroskopisi (EDS) yoluyla elementel X-ışını analizi kullanılarak incelenmiştir. Bu çalışmanın amacı, SBS fiber paspasların yapısını ve morfolojisini optimize etmek için çeşitli deneysel parametrelerin ve malzeme seçimlerinin etkilerini değerlendirmektir.

Bu çalışmada, nano ve mikro ölçekte poli(stiren-bütadien-stiren) liflerden oluşan dokunmamış elyaf paspaslar, demir oksit NP'lerin varlığı ile ve yokluğunda sentezlenmiştir. Elyaf oluşturmak için, SBS parametreleri kullanılan polimer / çözücü sistemi için dikkatlice seçilmelidir. Çözünmüş polimerin molar kütlesi ve çözelti konsantrasyonu, SBS işlemi tarafından üretilen yapıların morfolojisini kontrol etmede kritik öneme sahiptir. Bu çalışmada, yaklaşık 185.000 g/mol molar kütle ...

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

Bu çalışmanın temel amacı, çözelti üflemeli eğirme (SBS) yoluyla tutarlı morfolojiye sahip polimerik fiber paspaslar hazırlamak için bir protokol tanımlamaktır. SBS'yi, nanopartikülleri bir polimer-elastomer matrisine dahil ederek, koruyucu malzemeler de dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için yeni, ayarlanabilir, esnek polimerik fiber nanokompozitler geliştirmek için kullanmayı hedefliyoruz.

Kişisel Koruyucu Ekipmanlar için Polimerik Nano-Kompozit Liflerin Çözelti Üfleme İpliği

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

Bu kendi kendine protokol, termodinamik olarak uygun çözücülerin polimer molar kütle seçimi, çözeltideki polimerik konsantrasyon, nano malzemelerin dahil edilmesi, taşıyıcı gaz basıncı ve çalışma mesafesi dahil olmak üzere polimerik nano kompozit liflerin çözelti üflemeli eğirmesinde yer alan en önemli parametrelerden ve adımlardan bazılarını kapsar. SPS, polimer solvent sistemi ve son ürün açısından çok yönlülük sunan nispeten yeni bir tekniktir. Ayrıca, resmi lifleri hem düzlemsel hem de düzlemsel olmayan substratlara hızlı bir şekilde biriktirmek ve hem nano hem de mikro ölçekli çaplarda liflerin oturması veya ağlarını oluşturmak için kullanılabilir.Bu çalışmanın amacı, nano parçacıkları elyafın polimer elastomer matrisine dahil ederek vücut zırhı uygulamalarında bulunan tipik bağlayıcı malzemeler için alternatif olarak kullanılabilecek ayarlanabilir ve esnek polimerik fiber nano kompozitlerin geliştirilmesine rehberlik etmektir. Şu anda, ayarlanabilir polimerik nano kompozit elyaflar üzerinde bir çözelti üfleme eğirme gerçekleştirmek için ticari olarak temin edilebilen sistemler veya standart çalışma prosedürleri yoktur. Parçacık ve cihazlarımızın gösterilmesi, başkalarının uygulamaları için kendi süreçlerini etkili bir şekilde geliştirmelerine yardımcı olabilir.Başlamak için, istenen miktarda kuru polimeri küçük bir spatula kullanarak temiz bir 20 mililitrelik borosilikat cam şişeye aktarın. Şişeyi kimyasal duman davlumbazına yerleştirin ve mililitre konsantrasyon başına 200 miligram elde etmek için yaklaşık 10 mililitre tetrahidrofuran ekleyin. Ardından şişeyi kapatın ve karıştırıcıya veya döndürücüye yerleştirin.Kuru demir oksit nanopartikül tozunu temiz bir 20 mililitrelik cam şişeye ekleyin. Daha sonra şişeye 10 mililitre tetrahidrofuran ekleyin ve kapatın. Nanopartiküller şişenin dibinde görünmez hale gelene kadar vorteks karıştırıcı üzerindeki numuneyi iyice çalkalayın ve daha sonra nanopartiküllerin tamamen dağılmasını sağlamak ve numunenin ısınmasını önlemek için numuneyi her sonikasyon arasında iki ila beş dakikalık bir aralıkla yaklaşık 30 dakika boyunca sonikleştirin.Polimeri kimyasal davlumbazın içindeki nanopartikül dağılımına ekleyin ve şişeyi kapatın. Daha sonra, polimer tamamen çözünene kadar oda sıcaklığında 60 dakika boyunca 70 RPM'de rotatörde karıştırın. Hava fırçasının yüksekliğini ve açısını, toplayıcıya bağlı ve yerine sabitlenmiş cam mikroskop slaytının ortasıyla aynı hizada olacak şekilde ayarlayın.Gaz tüpünün duvara montajına düzgün bir şekilde sabitlendiğinden emin olun ve airbrush'ın gaz girişini azot basınçlı gaz silindirine bağlayın. Gaz silindirinin ana valfini açın ve istenen akışı elde etmek için basıncı yavaşça ayarlayın. Ardından ana vanayı kapatın.Donanımlı mengeneyi kullanarak substratı kolektör üzerine sabitleyin ve malzemeyi substrat üzerinde biriktirmek için hava fırçasının püskürtme yönüne ve desenine dik olarak hizalamak için kolektörün yüksekliğini ayarlayın. Kollektörü airbrush nozulundan uzaktaki en uzak konumuna kaydırarak optimum çalışma mesafesini belirleyin. Polimer nanopartikül çözücü karışımını, paslanmaz çelik bir iğne ile donatılmış çözünmüş bir gaz analizi borosilikat cam şırıngasına aktarın.Şırıngayı iğne yukarı bakacak şekilde tutarak ve şırıngaya hafifçe dokunarak numunedeki hava kabarcıklarını çıkarın, ardından fazla havanın yerini almak için pistonu yavaşça bastırın. İğneyi çıkarın, şırıngayı şırınga pompası ünitesine takın ve şırıngayı sabitleyin. Şırınganın çıkışından gelen PTFE borusunu airbrush üzerindeki uygun girişe bağlayın ve şırınga pompa ünitesi menüsünden istediğiniz enjeksiyon hızını seçin.Azot gazının airbrush'tan akması için azot gazı silindiri üzerindeki ana valfi açın ve polimer nanopartikül çözücü karışımını dağıtmak için şırınga pompası ünitesini başlatarak püskürtme işlemini başlatın. Püskürtme düzenine dikkat edin ve tıkanma olmadığından emin olun. Çözelti serbestçe püskürtülene kadar enjeksiyon hızını kademeli olarak artırın veya azaltın.Kollektörün solvent buharlaşması için konumunu, malzemenin istenen miktarı substrat üzerinde birikinceye kadar airbrush'a doğru kaydırarak ayarlayın. Ardından şırınga pompası ünitesini durdurun ve azot gazı silindirinin ana valfini kapatın. Kritik konsantrasyonda, çözünmüş polimer bobinler birbirleriyle örtüşmeye başlar ve dolaşıklığa neden olur.Kritik konsantrasyonun hesaplanan ve deneysel olarak tahmin edilen değerleri benzerdi. Bu nedenle, çözelti üfleme eğirme işlemi için kritik konsantrasyonun üzerinde bir polimer konsantrasyonu kullanılmıştır. Farklı polimer konsantrasyonlarının lif mat morfolojisi üzerindeki etkisi incelenmiş ve istenmeyen polimer boncukların kritik örtüşen polimer konsantrasyonlarının altında ve yakınında bulunduğu gözlenmiştir.El değmemiş ve morfolojik olarak pürüzsüz lifler, kritik konsantrasyonun üzerindeki polimer konsantrasyonlarında elde edildi. Düşük büyütmede, yüksek polimer konsantrasyonundan üretilen fiber paspas, minimum boncuk veya elyaf kaynağı ile bireysel ve silindirik şekilli liflerin varlığını göstermiştir. Daha yüksek büyütme, polimer boncukların yokluğunu doğrular.Gaz basıncının lif morfolojisi üzerindeki etkisi de incelenmiştir. Basınç arttıkça elyaf çapı azalırken, çok yüksek basınç büyük polimer boncuklar ve kaynaklı liflerle sonuçlanır. Polimer lifleri içindeki demir oksit nanopartiküllerinin varlığı, geri saçılan elektron analizi kullanılarak belirlendi.Element analizi ayrıca demir oksit nanopartiküllerinin varlığını gösterdi Uygun bir çözücünün seçiminin yanı sıra polimerin konsantrasyonu ve çözeltisindeki molar kütlesi, bu protokolün başarısını veya başarısızlığını belirleyebilecek en kritik parametrelerden bazılarıdır. Bu protokolde açıklanan yöntemler, biyomalzemeler, polimer bazlı iletken malzemeler, filtrasyon cihazları ve diğerleri dahil olmak üzere çeşitli diğer alanlar ve uygulamalar için polimerik fiber nano kompozitler geliştirmek için uygulanabilir.

Research

JoVE Journal

Engineering

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

Galeri Modu Polimerik Mikro-optik Elektrik Alan Sensörleri Whispering Gelişimi

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

Işık Enine Anderson lokalizasyonu Düzensiz Polimer Fiber Optik imalatı ve Karakterizasyonu

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

Çatlak kuyularda Çözümüne olarak Çelik Boru Mekanik Genişleme

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

Çok çekirdekli Fibers Bragg Izgaralar Yazma

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

Nasıl Rotor Gauges Spinning için Vakum İlkbahar-taşıma Paketi kurmak için

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

Tam Çözüm İşlenmiş İnorganik nanokristal Fotovoltaik Cihazlarının İmalatı

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

Cast Alüminyum Bileşenlerinin Sıcak Spinning için Deneysel Yöntem

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

Gömülü Metal Örgülü Yüksek Performanslı, Esnek, Şeffaf Elektrotlar için Ölçeklenebilir Çözeltiyle İşlenmiş Üretim Stratejisi

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

Bir atmosferik basınç plazma Jet yeni uygulama SH-SY5Y hücrelerin glikoz yoksunluğu kaynaklı yaralanma karşı bir nöro-koruyucu ajan olarak

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

Akış yoluyla Dielectrophoresis: Yüksek performanslı çözüm processable Nanowire cihazları imalatı için düşük maliyetli bir yöntem

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