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BUNDESFORSCHUNGS-ERKLÄRUNG
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Diese
Erfindung wurde mit Regierungsunterstützung unter
Kontrakt Nr. W911-QY-05-C-0102 des U.S. Army Soldier Systems Center gemacht.
Die Regierung hat gewisse Rechte an der Erfindung.
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HINTERGRUND
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Diese
Offenbarung bezieht sich auf Schutzanzüge und Verfahren
zu deren Herstellung. Spezifischer bezieht sich diese Offenbarung
auf chemisch-biologische Schutzanzüge und Verfahren zu
deren Herstellung.
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Chemisch-biologische
Schutzanzüge werden getragen, wenn die Umgebung eine potenzielle
Gefahr des Aussetzens einer Person gegenüber schädlichen
oder giftigen Chemikalien und/oder potenziell schädlichen
oder tödlichen biologischen Mitteln bieten kann. Das Aussetzen
gegenüber solchen Mitteln kann das Resultat der unbeabsichtigten
Freisetzung in einer chemischen Herstellungsanlage, in einem wissenschaftlichen oder
medizinischen Laboratorium oder in einem Hospital, der absichtlichen
Freisetzung durch eine Regierung zum Angriff auf militärische
Kräfte des Gegners und/oder der Freisetzung während
Friedenszeiten durch kriminelle oder terroristische Organisationen
mit dem Zweck der Erzeugung von Verstümmelung, Furcht und
weit verbreiteter Zerstörung sein. Aus diesen Gründen
ist die Ent wicklung zuverlässigen angemessenen Schutzes gegen
chemische und biologische Waffen erwünscht.
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Historisch
hatten die für chemisch-biologische Schutzanzüge
benutzten Materialien Bequemlichkeit für Schutz eintauschen
müssen. Das heißt, solche, die mehr Schutz boten,
waren unakzeptabel unbequem und solche, die befriedigend bequem
waren, boten keinen akzeptablen Schutz.
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Die
Entwicklung von Materialien, die angemessenen Schutz vor schädlichen
chemischen oder biologischen Mitteln durch Beschränken
des Durchgangs solcher Mittel bieten, resultierte in der Produktion
von Materialien, die charakteristischerweise den Durchgang von Wasserdampf
verhindern. Ein Material, das zu einem beträchtlichen Ausmaß den
Durchgang von Wasserdampf verhindert, wird als nicht atemfähig
bezeichnet. Aufgrund ihrer nicht atemfähigen Natur verzögert
der Einsatz dieser Materialien die Fähigkeit des menschlichen Körpers,
Wärme durch Schweiß abzugeben, was zur Entwicklung
einer Wärmestress-Belastung beim Träger führt.
So erzeugen, z. B., derzeit kommerziell erhältliche Materialien
eine Wärmestress-Belastung für den den Anzug tragenden
Soldaten.
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Derzeit
kommerziell erhältliche chemische und biologische Schutzanzüge
haben auch keinen Mechanismus, chemische und biologische Mittel
zu entgiften. Diese Arten von Anzügen haben adsorbierende
chemische Schutzsysteme, die durch Absorbieren gefährlicher
Flüssigkeiten und Dämpfe in Absorptionsmitteln wirken,
und hemmen diese somit passiv daran, die Person zu erreichen, die
sie schützen sollen. Eine beschränkende Eigenschaft
dieser Absorptionsmittel ist es jedoch, dass sie eine endliche Fähigkeit
haben, Chemikalien zu adsorbieren. Eine zweite begrenzende Eigenschaft
von Absorptionsmitteln ist, dass sie unterscheidungslos chemische
Verbindungen adsorbie ren, für die Schutz unnötig
ist, was die verfügbare Kapazität zur Adsorption
der Chemikalien verringert, für die sie Schutz bieten sollen.
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Es
ist daher erwünscht, Schutzanzüge zu haben, die
leicht, atemfähig, robust und letztlich selbst-entgiftend
gegen spezifische Mittel sind, von denen bekannt ist, dass sie ernste
Bedrohungen für solche darstellen, die den Krieg gegen
den Terrorismus führen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Offenbart
hierin ist ein Gegenstand, umfassend eine erste Schicht mit einem
porösen Polymersubstrat und einem nukleophilen organischen
Polymer, das auf der Oberfläche oder innerhalb der Poren
des porösen Polymersubstrates unter Benutzung eines Carbamat-Vernetzungsmittels
vernetzt ist, wobei das vernetzte nukleophile Polymer funktionelle
Gruppen umfasst, die eine kovalente Bindung mit einem chemischen
oder biologischen Mittel bilden.
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Offenbart
hierin ist auch ein Gegenstand, umfassend eine erste Schicht mit
einem porösen Polymersubstrat und einem nukleophilen organischen
Polymer, das auf der Oberfläche oder in den Poren des porösen Polymersubstrates
unter Benutzung eines Carbamat-Verrnetzungsmittels vernetzt ist,
eine zweite Schicht mit einem porösen Polymersubstrat und
eine dritte Schicht mit einem gewebten oder nicht gewebten Gewebe,
wobei das vernetzte nukleophile Polymer funktionelle Gruppen umfasst,
um eine kovalente Bindung mit einem chemischen oder biologischen
Mittel zu bilden.
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Offenbart
hierin ist auch ein Verfahren zum Herstellen eines Gegenstandes,
umfassend das Anordnen eines nukleophilen organischen Polymers auf
einem porösen Polymersubstrat, wobei das poröse
Polymersubstrat mit dem darauf angeordneten nukleophilen organischen
Polymer eine erste Schicht bildet, und Vernetzen des nukleophilen
organischen Polymers auf einer Oberfläche oder innerhalb
von Poren des porösen Polymersubstrates unter Benutzung
eines Carbamat-Vernetzungsmittels, wobei das vernetzte nukleophile
Polymer funktionelle Gruppen umfasst, um eine kovalente Bindung
mit einem chemischen oder biologischen Mittel zu bilden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 bietet
eine Darstellung des Verbindens, das zwischen einer chemisch reaktionsfähigen
Gruppe an einem nukleophilen Polymer, in diesem Falle ethoxyliertem
Polyethylenimin (PEI-OH), und einem chemischen Mittel, wie Sarin,
stattfindet;
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2 zeigt
eine schematische Schichtenfolge des Verbundmaterials, das die erste
Schicht und eine wahlweise zweite Schicht umfasst;
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3 ist
eine Darstellung eines mehrschichtigen Verbundmaterials, umfassend
eine erste Schicht, eine zweite Schicht und eine dritte Schicht;
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4 ist
eine Darstellung eines mehrschichtigen Verbundmaterials, umfassend
eine erste Schicht, eine zweite Schicht, eine dritte Schicht und
eine zusätzliche Aktivkohleschicht, die zwischen der ersten
Schicht und der zweiten Schicht angeordnet ist;
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5 ist
eine Darstellung eines mehrschichtigen Verbundmaterials, umfassend
eine erste Schicht, eine zweite Schicht, eine dritte Schicht und
eine zusätzliche Aktivkohle schicht, die zwischen der zweiten Schicht
und der dritten Schicht angeordnet ist;
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6 ist
eine Darstellung eines mehrschichtigen Verbundmaterials, umfassend
eine erste Schicht und eine dritte Schicht, wobei eine zusätzliche
Aktivkohleschicht zwischen der ersten Schicht und der dritten Schicht
angeordnet ist;
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7 ist
eine grafische Darstellung, die die Resultate von Durchlässigkeitstests
für die Vergleichsprobe #1 darstellt;
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8 ist
eine grafische Darstellung, die die Resultate von Durchlässigkeitstests
für die erfindungsgemäße Probe #1 dieser
Offenbarung darstellt; und
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9 ist
ein Chromatogramm, das die 31P-NMR-Festkörperresultate
für Vergleichsprobe #1 mit der Probe #1 vergleicht.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die
Begriffe „ein” und „eine”, wie
sie hierin benutzt werden, bezeichnen keine Beschränkung
der Menge, sondern die Anwesenheit mindestens eines der in Betracht
gezogenen Dinge. Alle hierin offenbarten Bereiche sind einschließlich
und kombinierbar.
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Die
Begriffe „umfasst” und/oder „umfassend”,
wie sie hierin benutzt werden, bezeichnen die Anwesenheit der angegebenen
Merkmale, ganzen Zahlen, Stufen, Operationen, Elemente und/oder
Komponenten, schließen jedoch die Anwesenheit oder Hinzufügung
eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zah len, Stufen, Operationen,
Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht aus.
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Der
Begriff „biologisches Mittel”, wie er hierin benutzt
wird, bezieht sich auf einen Mikroorganismus, wie einen Virus oder
Bakterien, die in Menschen oder in Tieren Morbidität oder
Tod verursachen können. Der Begriff „biologisches
Mittel” umfasst auch Toxine, die durch solche Mikroorganismen
erzeugt werden und die gereinigt und unabhängig von dem
Mikroorganismus eingesetzt werden können.
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Es
sollte klar sein, dass, wenn von einem Element oder einer Schicht
gesagt wird, dass sie sich „auf”, „eingefügt”, „angeordnet” oder „zwischen” einem
anderen Element oder einer anderen Schicht befindet, es/sie direkt
auf, eingefügt, angeordnet oder zwischen dem anderen Element
oder der anderen Schicht sein kann, oder dass Zwischenelemente oder
Zwischenschichten vorhanden sein können.
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Die
Begriffe „erster”, „zweiter”, „dritter” und ähnliche,
wie sie hierin benutzt werden, können verschiedene Elemente,
Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte beschreiben,
doch sollten diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder
Abschnitte nicht durch diese Begriffe beschränkt sein. Diese
Begriffe werden nur benutzt, um ein Element, eine Komponente, Region,
Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Element, Komponente,
Region, Schicht oder Abschnitt zu unterscheiden. Es kann daher ein
erstes Element, Komponente, Region, Schicht oder Abschnitt, wie
unten erläutert, zweites Element, Komponente, Region, Schicht
oder Abschnitt genannt werden, ohne von den Lehren der vorliegenden
Erfindung abzuweichen.
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Die
vorliegende Offenbarung ist auf ein Verbundmaterial gerichtet, das
selektiv undurchlässig ist für chemische und biologische
Mittel. Das hierin beschriebene Verbundmaterial umfasst ein oder
mehrere Schichten, die in der Lage sind, chemische und/oder biologische
Mittel zu binden und zu deaktivieren. In einer beispielhaften Ausführungsform
umfasst das Verbundmaterial mehrere Schichten, die in der Lage sind,
gewisse chemische und/oder biologische Mittel zu absorbieren, zusätzlich
dazu, dass sie in der Lage sind, andere chemische und/oder biologische
Mittel zu binden und zu deaktivieren. Das mehrschichtige Verbundmaterial
wird für die Herstellung von Schutzhüllen, einschließlich
chemisch-biologischer Schutzanzüge, benutzt.
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In
einer Ausführungsform umfasst das Verbundmaterial eine
erste Schicht, die ein poröses Polymersubstrat und ein
nukleophiles organisches Polymer umfasst, das auf der Oberfläche
oder innerhalb der Poren des porösen Polymersubstrates
unter Benutzung eines Vernetzungsmittels vernetzt ist. Spezifisch
ist das Material aus Poren zusammengesetzt, die durch die Dicke
des Materials oder an der Oberfläche von einer Seite zur
anderen miteinander verbunden sind. Die Anwesenheit der Poren gestattet
die Bewegung von Flüssigkeit oder Gas durch das Material.
Die Poren können offen- oder geschlossenzellige Poren sein.
Es ist erwünscht, dass das Verbundmaterial offenzellige
Poren hat.
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Verschiedene
Arten von Polymeren können zum Bilden des porösen
Polymersubstrates benutzt werden. Beispiele von Polymeren, die eingesetzt
werden können, schließen solche ein, die ausgewählt
sind aus der Gruppe bestehend aus Polyolefinen, Polyamiden, Polycarbonaten,
Zellulosepolymeren, Polyurethanen, Polyestern, Polyettern, Polyacrylaten,
Copolyetherestern, Copolyetheramiden, Chitosan, Fluorpolymeren und einer
Kombinati on, die mindestens eines der vorstehenden Polymeren umfasst.
Spezifisch kann das poröse Polymersubstrat ein Fluorpolymer
sein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polytetrafluorethylen,
Poly(vinylidenfluorid), Poly(vinylidenfluorid-cohexafluorpropylen),
Poly(tetrafluorethylenoxid-codifluormethylenoxid), Poly(tetrafluorethylen-co-perfluor(propylvinylether))
und eine Kombination, umfassend mindestens eines der vorstehenden
Fluorpolymeren. Spezifischer kann das poröse Polymersubstrat
poröses Polytetrafluorethylen und noch spezifischer ein
Substrat aus expandiertem porösem PTFE (ePT-FE) sein.
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Das
Polymer kann, z. B., durch Verfahren porös gemacht werden,
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Perforieren, Recken,
Expandieren, Blasen oder Extrahieren des Polymermaterials und einer
Kombination, umfassend mindestens eines der vorhergehenden Verfahren.
Verfahren zum Herstellen des porösen Polymersubstrates
können auch einschließen Schäumen, Schaben
oder Gießen irgendeines der Materialien. In einer Ausführungsform
wird das poröse Polymersubstrat hergestellt durch Extrudieren
einer Mischung von feinen Pulverteilchen und Schmiermittel. Das
kalandrierte Extrudat kann dann in einer oder in mehreren Richtungen
expandiert oder gereckt werden, um Fibrillen zu bilden, die mit
Knoten verbunden sind, um eine dreidimensionale Matrix oder Gitterstruktur
zu bilden. In einer Ausführungsform bedeutet der Begriff „expandiert” über
die Elastizitätsgrenze des Materials hinaus gereckt, um
eine bleibende Verformung oder Dehnung bei den Fibrillen einzuführen.
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Kontinuierliche
Poren können durch das Substrat hindurch erzeugt werden.
Die Porosität des Substrates kann größer
als oder gleich etwa 10 Volumenprozent (Vol.-%) sein. Spezifisch
kann die Porosität in einem Bereich von etwa 10 Vol.-%
bis etwa 90 Vol.-% vorhanden sein. Der Porendurchmesser kann von
Po re zu Pore gleichmäßig sein und die Poren können
ein reguläres periodisches Muster bilden. Alternativ kann
der Porendurchmesser von Pore zu Pore differieren und die Poren
können ein irreguläres aperiodisches Muster bilden. Kombinationen
von Poren, die reguläre, irreguläre, periodische
und aperiodische Muster haben, können auch in dem porösen
Polymersubstrat benutzt werden. Der Durchmesser der Poren kann geringer
sein als oder gleich etwa 50 μm. Spezifisch kann der Durchmesser
der Poren etwa 0,01 μm bis etwa 50 μm betragen.
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Das
poröse Polymersubstrat kann eine dreidimensionale Matrix
sein oder eine Gitterstruktur mit einer Vielzahl von Knoten aufweisen,
die durch eine Vielzahl von Fibrillen miteinander verbunden sind.
Oberflächen der Knoten und Fibrillen bilden eine Vielzahl
von Poren in dem Substrat.
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In
einer Ausführungsform werden ein polymerisierbares nukleophiles
organisches Polymer und ein Vernetzungsmittel auf dem porösen
Polymersubstrat der ersten Schicht angeordnet. Das nukleophile organische
Polymer bildet einen dünnen Überzug oder Film
auf der Oberfläche des porösen Polymersubstrates.
Zusätzlich kann eine Lösung mit dem nukleophilen
organischen Polymer benutzt werden, um die Poren des porösen
Polymersubstrates teilweise oder vollständig zu imprägnieren.
Nach dem Überziehen wird das nukleophile organische Polymer
an Ort und Stelle mit den gegenüberliegenden Oberflächen
des porösen Polymersubstrates und/oder innerhalb der Poren
des porösen Polymersubstrates vernetzt.
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Beispiele
nukleophiler organischer Polymerer sind ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Polyalkyleniminen, z. B. Polyethylenimin;
Polyaminen, z. B. Polyvinylamin und Polyallylamin; Polyvinylalkoholen;
Polyestern; Polyamiden; Polyalkylenglykol-Derivaten, z. B. Polyethylenglykol-
und Polypropy lenglykol-Derivaten und Amin-substituierten Polyethylen-
und Polypropylen-Glykolen; Polyacrylaten, z. B. Amin-substituierten
und Alkohol-substituierten Polyacrylaten; funktionelle Gruppen aufweisenden
Olefinpolymeren; Copolymeren von Polyvinylamin und Polyvinylalkohol
und einer Kombination, umfassend mindestens eines der vorhergehenden nukleophilen
Polymeren. Spezifisch können Polyethylenimine eingesetzt
werden, einschließlich verzweigten oder linearen Polyethylenimins,
acyliertes Polyethylenimin oder ethoxyliertes Polyethylenimin. Spezifischer kann
ethoxyliertes Polyethylenimin (PEI-OH) als das nukleophile organische
Polymer benutzt werden.
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Das
zum Vernetzen des nukleophilen organischen Polymers eingesetzte
Vernetzungsmittel ist ausgewählt im Hinblick auf seine
Fähigkeit, das nukleophile organische Polymer zu vernetzen
und dadurch die Haftung des nukleophilen organischen Polymers an
dem porösen Polymersubstrat zu erleichtern. In einer Ausführungsform
verhindert das Vernetzen des nukleophilen organischen Polymers die
Entfernung des vernetzten nukleophilen organischen Polymers von
dem porösen Polymersubstrat.
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Beispiele
von Vernetzungsmitteln schließen solche ein, ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Carbamaten, blockierten und unblockierten
Isocyanaten, polymeren Polyepoxiden, mehrbasischen Estern, Aldehyden,
Formaldehyden und Melaminformaldehyden, Ketonen, Alkylhalogeniden,
organischen Säuren, Harnstoffen, Anhydriden, Acylhalogeniden,
Chloroformaten, Acrylnitriten, Acrylaten, Methacrylaten, Dialkylcarbonaten,
Diisocyanaten, Dialkylsulfaten, Cyanamiden, Halogenformaten und
einer Kombination, umfassend mindestens einen der vorhergehenden
Vernetzer. Spezifisch werden Carbamate, auch als Urethane bekannt, als
Vernetzungsmittel ausgewählt. Spezifischer ist das Carbamat
ein 1,3,5-Triazincarbamat.
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In
einer Ausführungsform ist der 1,3,5-Triazincarbamat-Vernetzer
ein Material der Formel I, worin R unabhängig bei jedem
Vorkommen ein C1 bis C8-Alkyl
ist. Spezifisch ist die R-Gruppe ein Methyl oder ein Butyl. Spezifischer
haben die 1,3,5-Triazincarbamat-Vernetzer ein molares Verhältnis
von Methyl zu Butyl von etwa 60:40.
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Beispiele
von 1,3,5-Triazincarbamat-Vernetzern der obigen Formel sind ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Tris-(butoxycarbonylamino)-1,3,5-triazin,
Tris-(methylcarbonylamino)-1,3,5-triazin und gemischten Tris-substituierten
(Methoxy/butoxycarbonylamino)-1,3,5-triazin-Systemen.
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Das
nukleophile organische Polymer und das Vernetzungsmittel werden
in einem Lösungsmittel zur Bildung einer Lösung
kombiniert, die dann auf das poröse Polymersubstrat aufgebracht
wird. Die Lösung kann unter Anwendung einer Vielfalt von
Verfahren, einschließlich Eintauchen, Sprühen,
Polstern, Bürsten, Fließüberziehen, Elektroüberziehen,
Schlitz-Überziehen oder elektrostatisches Sprühen
auf das poröse Polymersubstrat aufgebracht werden. Spezifisch
können Schlitzüberzieh-Verfahren effektiv benutzt
werden. Danach kann das Material durch Anwendung von Wärme
bei einer Temperatur und für eine Zeitdauer gehärtet
werden, die genügen, um die Vernetzungsreaktion zu erleichtern
und irgendwelches Restlösungsmittel zu verdampfen. Das
Erhitzen kann in einem Ofen nach dem Überzugsverfahren
oder durch Einstellen der Temperatur der Walzen erfolgen, die in
einem Walze-an-Walze- oder Schlitzgiess-Verfahren bei einem Niveau
erfolgen, das genügt, um sowohl das Lösungsmittel
zu entfernen als auch das nukleophile organische Polymer zu vernetzen.
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Das
nukleophile organische Polymer kann in einer Menge von etwa 1 bis
etwa 95 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Lösung,
benutzt werden. Spezifisch kann das nukleophile organische Polymer
in einer Menge von etwa 5 bis etwa 60 Gew.-% und spezifischer in
einer Menge von etwa 20 bis etwa 40 Gew.-% benutzt werden. Der Vernetzer
kann in einer Menge von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-%, bezogen
auf das Gesamtgewicht der Lösung, eingesetzt werden. Spezifisch
kann der Vernetzer in einer Menge von etwa 1 bis etwa 20 Gew.-%
und, spezifischer, in einer Menge von etwa 5 bis etwa 15 Gew.-%
eingesetzt werden.
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In
einer Ausführungsform bildet das vernetzte nukleophile
Polymer einen Überzug auf der Oberfläche des porösen
Polymersubstrates. Die Dicke des vernetzten nukleophilen Polymerüberzuges
kann variieren, um den erwünschten Graddes Schutzes bereitzustellen.
Die Dicke des aufgebrachten Überzuges steht in direkter Beziehung
zum Gewicht des aufgebrachten vernetzten nukleophilen Polymers.
Spezifisch beträgt das Gewicht des auf das poröse
Polymersubstrat aufgebrachten vernetzten nukleophilen Polymerüberzuges
etwa 1 bis etwa 15 mg/cm2. Der Überzug
kann gleichmäßig in der Dicke sein oder eine Dicke
aufweisen, die von einem Bereich zu einem anderen variiert. In einer
anderen Ausführungsform ist das vernetzte nukleophile Polymer
in die Poren des porösen Polymersubstrates imprägniert.
In noch einer anderen Ausführungsform kann das vernetzte
nukleophile Polymer gleichzeitig sowohl auf die Oberfläche
des porösen Po lymersubstrates als auch innerhalb der Poren
des porösen Polymersubstrates aufgebracht werden.
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Wie
zuvor beschrieben, ist das Vernetzungsmittel für seine
Fähigkeit ausgewählt, das nukleophile organische
Polymer zu vernetzen, um die Verflechtung des nukleophilen Polymers
in und um die Poren des porösen Polymersubstrates herum
zu erleichtern und dadurch einen stabilen Überzug auf der
Oberfläche und/oder in den Poren des porösen Substrates
zu bilden. Zusätzlich kann das Vernetzungsmittel auch für
seine Fähigkeit ausgewählt sein, chemisch reaktionsfähige
funktionelle Gruppen in das nukleophile Polymer einzubauen. Diese
funktionellen Gruppen haben die Fähigkeit, chemische oder
biologische Mittel zu binden.
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In
einer Ausführungsform umfasst das vernetzte nukleophile
organische Polymer der ersten Schicht funktionelle Gruppen, um eine
kovalente Bindung mit einem chemischen oder einem biologischen Mittel
zu bilden. Das Binden eines chemischen oder biologischen Mittels
kann mit einer vor der Vernetzungsreaktion auf dem nukleophilen
Polymer vorhandenen reaktionsfähigen Gruppe erfolgen. Alternativ
kann das Binden eines chemischen oder biologischen Mittels mit einer
nicht-umgesetzten Gruppe erfolgen, die dem vernetzten nukleophilen
Polymer durch das Vernetzungsmittel bereitgestellt wird. 1 gibt
eine Darstellung des kovalenten Bindens, das zwischen einer chemisch
reaktionsfähigen Gruppe auf einem nukleophilen Polymer,
in diesem Falle ethoxyliertem Polyethylenimin (PEI-OH), und einem
chemischen Mittel, wie Sarin, auftreten kann. Wie, z. B., in 1 gezeigt,
ist ein möglicher Mechanismus die Hydrolyse des Nervenmittels
Sarin und die Bildung einer kovalenten Bindung mit der Hydroxylgruppe
auf dem PEI-OH-Molekül. Alternativ kann sich die kovalente Bindung
zwischen Sarin und PEI-OH als eine Folge eines nukleophilen Angriffs
durch den Stickstoff anstelle des Sauerstoffes bilden. Als ein Resultat
dieser kovalenten Wechselwirkung zwischen dem Toxin und dem vernetzten
nukleophilen Polymer ist das Sarinmolekül nicht nur an
die Oberfläche des nukleophilen Polymers gebunden sondern
auch deaktiviert und daher nicht länger in der Lage, eine
toxische Wirkung auszuüben. Die erste Schicht, die ein
poröses Polymersubstrat und ein vernetztes nukleophiles
Polymer umfasst, absorbiert oder blockiert daher ein chemisches
oder biologisches Mittel nicht nur einfach, sondern ist in der Lage,
Mittel zu deaktivieren, die mit der Schicht in Kontakt kommen.
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In
einer Ausführungsform umfasst das Verbundmaterial die erste
Schicht mit dem oben beschriebenen porösen Polymersubstrat
und einer wahlweisen zweiten Schicht benachbart dazu oder auf der
ersten Schicht angeordnet. 2 zeigt
eine schematische Schichtenfolge des Verbundmaterials 100,
das die erste Schicht 10 und die wahlweise Schicht 20 umfast.
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Die
wahlweise zweite Schicht 20 umfasst ein poröses
Polymersubstrat. Das poröse Polymersubstrat, das die wahlweise
zweite Schicht 20 umfasst, kann aus dem gleichen Polymermaterial
zusammengesetzt sein, das in der ersten Schicht 10 vorhanden
ist. Alternativ kann das poröse Polymersubstrat der zweiten
Schicht 20 aus einem Polymer hergestellt sein, das sich
von der ersten Schicht 10 unterscheidet. In einer Ausführungsform
ist das poröse Polymersubstrat der zweiten Schicht 20 unmodifiziert,
d. h., es umfasst ein nukleophiles Polymer, das nicht auf der Oberfläche
oder in den Poren vernetzt ist. In einer anderen Ausführungsform
umfasst die zweite Schicht 20 ein poröses Polymersubstrat,
das weiter ein vernetztes nukleophiles organisches Polymer umfasst.
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In
einer Ausführungsform umfasst das Verbundmaterial eine
wahlweise dritte Schicht, die ein Gewebematerial umfasst. Die wahlweise
dritte Schicht ist allgemein auf einer Oberfläche der zweiten
Schicht 20 angeordnet, die der Oberfläche gegenüberliegt,
auf der die erste Schicht angeordnet ist, d. h., die erste Schicht und
die dritte Schicht sind auf gegenüberliegenden Oberflächen
der zweiten Schicht angeordnet. Die Gewebe der dritten Schicht können
aus gewebtem oder ungewebtem Material hergestellt sein. Die Gewebe
können aus irgendeiner synthetischen oder natürlichen
Faser zubereitet sein, die für den vorgesehenen spezifischen Endeinsatz
geeignet ist. Beispiele von Geweben schließen solche ein,
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyamiden, Polyestern,
Baumwolle, Aramiden und einer Kombination, die mindestens eines
der vorhergehenden Gewebe umfasst. Spezifisch kann das Gewebe eine
Baumwolle/Nylon-Mischung in einer Menge von etwa 50 Teilen Baumwolle
zu etwa 50 Teilen Nylon und mit einer dauerhaften, Wasser abstoßenden
Appretur sein.
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Weitere
Zusätze können in dem Verbundmaterial vorhanden
sein, um die Fähigkeit des mehrschichtigen Verbundmaterials
zu verstärken, chemische und biologische Mittel zu binden
und zu inaktivieren. Beispiele solcher Mittel schließen
antimikrobielle Mittel, Enzyme mit Aktivität für
bekannte chemische und/oder biologische Mittel und chemische Absorptionsmittel
ein. Die zusätzlichen Additive können selektiv
auf der ersten, zweiten oder dritten Schicht angeordnet sein.
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In
einer Ausführungsform können antimikrobielle Mittel
in eine oder mehrere der Schichten eingebracht sein. Der Begriff „antimikrobielles” Mittel,
wie er hier benutzt wird, bezeichnet ein Mittel, das antivirale (tötet
oder unterdrückt die Replikation von Viren), antibakterielle
(bakteriostatisch oder bakteriozid) und/oder antifungale Eigenschaften
(tötet oder unterdrückt die Replikation von Pilzen)
hat. Das Einbringen eines oder mehrerer antimikrobieller Mittel
in das Verbund material ergibt einen zusätzlichen Mechanismus,
der in Verbindung mit der ersten Schicht wirkt und mikrobielle Mittel,
wie Bakterien und Viren, tötet, deaktiviert oder das Wachstum
derselben unterdrückt.
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In
einer Ausführungsform können antimikrobielle Verbindungen,
wie quartäre Ammoniumsalze, N-Halogenamine, antimikrobielle
Metalle und/oder antimikrobielle Metalloxide direkt auf eine Oberfläche
der ersten Schicht oder auf eine Oberfläche der zweiten
Schicht oder wahlweise in das Gewebe der dritten Schicht eingebracht
werden. Beispiele quartärer Ammoniumsalze mit antimikrobieller
Aktivität schließen solche ein, ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Tetraalkylammoniumfluoroboraten, Alkylpyridinumfluorboraten,
Cetylpyridiniumchlorid (CPC), Dodecyltrimethylammoniumbromid (DTAB),
N-(3-Chlor-2-hydroxypropyl)-N,N-dimethyldodecylammoniumchlorid,
1,3-Bis-(N,N-dimethyldodecylammoniumchlorid)-2-propanol, Dodecyltrimethylammoniumchlorid
(DTAC), N-(1-(2,3-Dioleoyloxy)propyl)-N,N,N-trimethylammoniumchlorid
(DOTAP), N-(1-(2,3-Dioleyloxy)propyl)-N,N,N,-trimethylammoniumchlorid
(DOTMA), Dimethyldioctadecylammoniumbromid (DDAB), N,N-Dioleyl-N,N-dimethylammoniumchlorid
(DODAC), 1,2-Dioleoyloxy-3-(N,N,N-trimethylamino)propanchlorid (DOTAP)
und eine Kombination, umfassend mindestens eines der vorhergehenden
quartären Salze. Beispiele antimikrobieller Metalle schließen
solche ein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Silber
(Ag), Gold (Au), Platin (Pt), Palladium (Pd), Iridium (Ir), Zinn
(Sn), Kupfer (Cu), Antimon (Sb), Wismut (Bi), Zink (Zn) und eine
Kombination, umfassend eines oder mehrere der vorhergehenden antibakteriellen
Metalle. Spezifisch können antimikrobielle Metalle, wie
Ag, Au und Cu, eingesetzt werden. Alternativ können antimikrobielle
Metallverbindungen benutzt werden und schließen solche
ein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metalloxiden,
metallhaltigen Ionenaustausch-Verbindungen, metallhalti gen Zeolithen,
metallhaltigem Glas und einer Kombination, umfassend mindestens
eine der vorhergehenden Metallverbindungen. Spezifisch können
Metalloxide benutzt werden. Beispiele von Metalloxiden schließen
solche ein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus AgO,
TiO2, Al2O3, MgO, CuO, und eine Kombination, umfassend
mindestens eines der vorhergehenden Metalloxide.
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Ein „metallischer
Strom” von antimikrobiellem Metall oder Metallverbindung
kann auf der Oberfläche der ersten und/oder zweiten Schicht
in mehreren verschiedenen Weisen abgeschieden werden. Spezifisch können
physikalische Dampfabscheidungs(PVD)-Techniken benutzt werden, um
die Metalle auf der Oberfläche der ersten oder zweiten
Schicht abzuscheiden. Physikalische Dampfabscheidungs-Techniken
scheiden das Metall aus einem Dampf, allgemein Atom für
Atom, auf einer Substratoberfläche ab. PVD-Techniken schließen
solche ein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Vakuum-
oder Lichtbogen-Verdampfung, thermischer Dampfabscheidung, Zerstäubung
und Magnetron-Zerstäubung.
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In
einer anderen Ausführungsform kann das in der dritten Schicht
eingesetzte Gewebe auch mit Enzymen oberflächenbehandelt
werden, die Aktivität für bekannte Mittel zur
chemischen Kriegsführung haben. Die Enzyme können
für ihre Fähigkeit ausgewählt sein, enzymatisch
chemische Mittel, wie Sarin, Soman, Tabun, Senfmittel, VX- und russisches
VX-Nervenmittel, abzubauen. Beispiele solcher Enzyme schließen
solche ein, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Organophosphor-Hydrolase(OPH)-,
Organophosphor-Säureanhydrolase(OPAA)- und Diisopropylfluorphosphatase
(DFPase)-Enzym und eine Kombination, die mindestens eines der vorhergehenden
Enzyme umfasst. Die vorerwähnten Enzyme können
auf der Oberfläche des Gewebes, das in der dritten Schicht
eingesetzt wird, immobilisiert sein und ihre Fähigkeit
zum Inaktivieren und/oder Abbauen bekannter chemischer Mittel beibehalten
und somit eine vorläufige Schicht zum Schutz gegen solche
Mittel bereitstellen.
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In
noch einer anderen Ausführungsform wird eine wahlweise
Schicht aus chemisch absorbierendem Material, wie Aktivkohle, in
das Verbundmaterial eingeführt. Die Aktivkohleschicht kann
auf einer ersten Schicht oder benachbart dazu aufgebracht sein (d.
h., die Aktivkohleschicht ersetzt die zweite oder dritte Schicht);
sie kann zwischen der ersten und einer wahlweisen zweiten Schicht
angeordnet oder zwischen einer zweiten und einer wahlweisen dritten
Schicht angeordnet sein. Alternativ, bei Abwesenheit der wahlweisen zweiten
Schicht, ist die Aktivkohleschicht zwischen der ersten und der dritten
Schicht angeordnet. 3, 4, 5 und 6 sind
schematische Darstellungen der mehrschichtigen Verbundmaterialien 100.
In der 3 ist die zweite Schicht 20 zwischen
der ersten Schicht 10 und der dritten Schicht 30 angeordnet
und steht mit der ersten Schicht 10 und der dritten Schicht 30 in
Kontakt. 4 zeigt eine Aktivkohleschicht 40,
die zwischen der zweiten Schicht 20 und der ersten Schicht 10 angeordnet
ist, während 5 eine alternative Struktur
zeigt, worin die Aktivkohleschicht 40 zwischen der zweiten
Schicht 20 und der dritten Schicht 30 angeordnet ist.
Schließlich zeigt 6 die Aktivkohleschicht
zwischen der ersten Schicht 10 und der dritten Schicht 30 angeordnet.
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Die
Aktivkohle kann in einem Träger, wie Schaum, Gewebe, Filz
oder Papier, imprägniert sein und sie wird in dieser Form
Aktivkohlefaser (ACF) genannt. Die Aktivkohle-Absorber können
direkt auf die Fasern des Trägers aufgebracht werden. Alternativ
können kugelförmige Aktivkohle-Absorber an einem
textilen Träger mit einem Klebebinder oder Harz haften.
ACF-Materialien sind durch ihre Fähigkeit charakterisiert,
große Volumina von Gas zu absorbieren, durch ihre Wärmebeständigkeit
und ihre Be ständigkeit sowohl gegen Säuren als auch
gegen Basen. ACF-Materialien sind in der Lage, nicht-spezifisch
eine weite Vielfalt von Materialien zu absorbieren, wie organische
Dämpfe, z. B. Gasolin, Aldehyde, Alkohole und Phenol; anorganische
Gase, z. B. NO, NO2, SO2,
H2S, HF, HCl und Ähnliche; und
Substanzen in Wasserlösung, z. B. Farbstoffe, COD, BOD, Öle, Metallionen,
Edelmetallionen; und Bakterien. Spezifisch können Verbundfilter-Gewebe
auf der Grundlage hochaktiver harter Kohlenstoffkügelchen,
die auf Textilträgergeweben fixiert sind, wie die SARATOGATM-Geweben, benutzt werden. Der Einschluss
einer Aktivkohleschicht kann eines zusätzliche Sperre für
giftige Gase bereitstellen und dadurch die Fähigkeit des
Verbundmaterials erhöhen, nicht-spezifisch chemische Mittel
herauszufiltrieren.
-
In
einer Ausführungsform ist das Verbundmaterial, das mindestens
eine oder mehrere Schichten umfasst, selektiv durchlässig.
Aus diesem Grunde ist das Verbundmaterial in der Lage, wirksam chemische
und biologische Mittel herauszufiltrieren, während eine
Feuchtigkeitsdampf-Transportrate („MVTR”) von
etwa 1 bis etwa 12 kg/m2/24 h, spezifisch
bis zu etwa 6 kg/m2/24 h und spezifischer
bis zu etwa 8 kg/m2/24 h beibehalten wird,
während die Transportrate von Materialien, die für
die menschliche Gesundheit schädlich sind, gering genug
ist, um das Auftreten von Verletzung, Krankheit oder Tod zu verhindern.
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In
einer anderen Ausführungsform kann das geschichtete Verbundmaterial
für die Herstellung von oder als eine Komponente in einer
Vielfalt von Gegenständen eingesetzt werden, einschließlich
Gegenstände aus Schutzkleidung, besonders für
Bekleidung, Kleidungsstücke oder andere Dinge, die den
Träger oder Benutzer gegen Schaden oder Verletzung schützen
sollen, die durch Aussetzen gegenüber toxischen, chemischen
und/oder biologischen Mitteln verursacht werden.
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In
noch einer anderen Ausführungsform ist die Sache der Schutzkleidung
ein chemisch-biologischer Schutzanzug, brauchbar zum Schützen
militärischen Personals und von Personen, die als erste
eingreifen, vor bekannten oder unbekannten chemischen oder biologischen
Mitteln, die potenziell in einer Notfallsituation angetroffen werden.
Alternativ soll die Sache Reinigungspersonal vor chemischen oder
biologischen Mitteln während einer Situation mit gefährlichem
Material (HAZMAT) oder in verschiedenen medizinischen Anwendungen als
Schutz gegen toxische chemische und/oder biologische Mittel schützen.
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Beispiele
von Arten von Schutzkleidung schließen solche ein, ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Berufskitteln bzw. Overalls, Schutzanzügen,
Mänteln, Jacken, Schutzbekleidung mit begrenztem Gebrauchszweck,
Regenkleidung, Skihosen, Handschuhen, Socken, Stiefeln, Schuh- und
Stiefel-Abdeckungen, Hosen, Hauben, Hüten, Masken und Shirts.
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In
einer anderen Ausführungsform kann das Verbundmaterial
benutzt werden, eine Schutzabdeckung zu erzeugen, wie, z. B., eine
Plane oder eine kollektive Abdeckung, wie ein Zelt, um gegen Mittel
der chemischen und/oder biologischen Kriegsführung zu schützen.
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Artikel,
die das hierin beschriebene Verbundmaterial umfassen, haben die
Fähigkeit, eine weite Vielfalt chemischer und biologischer
Mittel zu binden und zu deaktivieren. Beispiele chemischer Mittel
schließen solche ein, ausgewählt aus der Gruppe
bestehend aus Nervenmitteln, z. B. Sarin, Soman, Tabun und VX; Blasen ziehende
Mittel, z. B. Schwefel-Senfgase; Lewisite, wie 2-Chlorvinyldichlorarsin;
Stickstoff-Senfgase; Tränengase und Mittel zum Kontrollieren
von Aufruhr und eine Kombination, die mindestens eines der vorhergehenden
chemi schen Mittel umfasst. Beispiele potenzieller biologischer Mittel
schließen solche ein, ausgewählt aus der Gruppe
bestehend aus Viren, z. B. Windpocken, Enzephalitis verursachende
Viren und haemorrhagisches Fieber verursachende Viren; Bakterien,
z. B. Yersinia pestis, Vibrio cholerae, Francisella tularensis,
Rickettsia rickettsii, Bacillus anthracis, Coxiella burnetii und
Chlorstridium botulinum; und Toxine, z. B. Ricin, Staphylococcen-Enterotoxin
B, Trichothecene-Mycotoxine und Cholera-Toxine; und eine Kombination,
die mindestens eines der vorstehenden biologischen Mittel umfasst.
Beispiele gefährlicher Materialien zusätzlich
zu den vorstehend aufgelisteten schließen gewisse Pestizide,
insbesondere Organophosphat-Pestizide, ein.
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In
einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Herstellen
eines Gegenstandes bereitgestellt, der das Verbundmaterial umfasst.
Die Schichten des Verbundmaterials können durch irgendwelche
geeigneten Mittel miteinander vereinigt werden, wobei vorgesehen
ist, dass das Zusammengesetzte als ein Ganzes wirkt, was die einzelnen
Schichten teilweise bewirken. Verfahren, die zum Herstellen eines
Gegenstandes aus dem Verbundmaterial benutzt werden können,
schließen ein das Zusammensetzen der Schichten mit diskontinuierlichen
Bindungen, wie diskreten Mustern von Klebstoff oder Punktverbinden,
mechanische Befestigungen, wie genähte Verbindungen oder
andere Fixierungen, schmelzbare Gewebe und thermoplastische lockere
Gewebe, direktes Überziehen auf oder innerhalb, teilweise
oder vollständig, der verschiedenen Schichten in einer Weise,
dass sie in Verbindung miteinander wirken.
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Da
das hierin beschriebene Verbundmaterial sowohl dünner als
auch leichter ist als die Materialien, die derzeit für
andere kommerziell erhältliche Anzüge eingesetzt
werden, und da die MVTR des Verbundmaterials gut ist, sind aus dem
Verbundmaterial hergestellte Gegenstände leichter und bequemer
zu tragen als solche, die derzeit erhältlich sind. Kombiniert
mit der Fähigkeit des Verbundmaterials, chemische und/oder
biologische Mittel zu binden und zu deaktivieren, bieten aus dem
Verbundmaterial hergestellte Gegenstände eine komfortable
und wirksame Sperre für solche, die Schutz vor gefährlichen
Mitteln benötigen.
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BEISPIELE
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Die
folgenden Beispiele sollen nur Verfahren und Ausführungsformen
gemäß der Erfindung veranschaulichen und als solche
nicht dahingehend verstanden werden, dass sie die Ansprüche
beschränken.
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Beispiel 1
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Dieses
Beispiel wurde ausgeführt, um die Vorteile des offenbarten
Verbundmaterials gegenüber einem Verbundmaterial zu zeigen,
das das vernetzte nukleophile organische Polymer nicht enthielt.
Das offenbarte Verbundmaterial wird im Folgenden als Probe #1 bezeichnet,
während die zum Vergleich benutzte Probe als Vergleichsprobe
#1 bezeichnet wird.
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Probe
#1 wurde hergestellt durch Überziehen einer ersten Schicht
aus expandiertem Polytetrafluorethylen (ePTFE) mit einer Überzugslösung,
deren Inhalt in Tabelle 1 gezeigt ist. Die Überzugslösung
wurde zubereitet durch Auflösen des Polyethylenimin-Polymers
in dem 2-Propanol durch mechanisches Rühren. Der Vernetzer
wurde dann zu der Lösung hinzugegeben, nachdem das Polymer
gelöst war. Die Lösung wurde dann filtriert, entgast
und, vor Erreichen des Schlitzdüse, durch einen 40 μm-Filter
hindurchgeschickt.
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Vor
dem Aufbringen der Überzugslösung wurde die Schicht
aus ePTFE mit Polyester laminiert, um ihr eine Strukturstütze
zu geben, wenn sie durch das Schlitzdüsen-Verfahren hindurchgeht.
Die ePTFE-Membran wurde mit Isopropanol vorbenetzt und die ePTFE-Seite
des Laminates wurde mit der in Tabelle 1 gezeigten Schlitzdüsen-Lösung überzogen.
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Durch
Kontrollieren der Dicke der Abstandsscheibe, Strömungsraten
und Ähnlichem kann die Menge des nukleophilen Polymerüberzuges
reguliert werden. So kann, z. B., der nukleophile Polymerüberzug
in einem einzigen Durchgang oder in mehreren Durchgängen
aufgebracht werden, was davon abhängt, wie viel Polymer
aufgebracht werden soll.
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Die überzogene
Membran wurde dann für etwa 10 Minuten auf 180°C
erhitzt, um das PEI-OH mit dem Vernetzer zu vernetzen, um die erste
Schicht der Probe #1 zu bilden. Das Erhitzen auf 180°C
führt auch zum Verdampfen irgendwelchen restlichen Lösungsmittels.
Das behandelte Polymer, ePTFE/Polyester-Laminat, wurde danach mit
einer Aktivkohleschicht von MAST Carbon (C-TEX 13; GB) laminiert,
die Aktivkohleperlen umfasste, die in ein Gewebematerial gewebt
waren. Ein dritte Schicht, umfassend eine 50/50-Mischung aus nicht
reißendem Baumwoll- und Nylon-Gewebe wurde dann weiter
mit der Schicht aus Aktivkohle-Gewebe laminiert. Die Endzusammensetzung
des Probe #1-Laminates war somit folgende: Deckschicht, umfassend nicht
reißendes 50/50 Baumwolle-Nylon-Gewebe; Mittelschicht,
umfassend C-TEX 13-Aktivkohle-Gewebe, und Bodenschicht, umfassend
chem-bio-behandelter ePTFE/Polyester, hergestellt mit dem oben beschriebenen
Schlitzdüsen-Verfahren. In einer anderen Ausführungsform
kann die Kohleschicht irgendeine Art von Kohlenstoffgewebe sein
und kann auch die Bodenschicht statt der Mittelschicht sein.
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Nach
dem Zusammensetzen des Verbundmaterials wurde die Polyesterschicht
von der Endarchitektur entfernt, da sie keinem anderen Zweck diente,
als Strukturstützung für die ePTFE-Schicht während
des Überzugsverfahrens bereitzustellen. Tabelle 1
| Zusammensetzung | Gewichtsprozent
(Gew.-%) |
| Polyethylenimin | 40 |
| 1,3,5-Triazincarbamat
(45 Gew.-% in Butanol) | 20
(Gew.-%), bezogen auf die Masse des ePTFE/Polyester-Laminats |
| 2-Propanol | 52 |
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Wie
oben bemerkt, wurde die erste Schicht mit einer zweiten Schicht
und einer dritten Schicht laminiert, um die Probe #1 zu bilden.
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Herstellung der Vergleichsprobe #1
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Vergleichsprobe
#1 wurde hergestellt durch Laminieren einer C-TEX 13-Aktivkohleschicht
mit einer Schicht von reissfestem 50/50 Baumwolle-Nylon-Gewebe für
die äußere Hülle.
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Testen von Probe #1- und Vergleichsprobe
#1-Stoffmuster
-
Dampfdurchlässigkeits-Testen
sowohl des Vergleichsprobe #1-Stoffmusters als auch des Probe #1-Stoffmusters
wurden gemäß verbesserten Testprozeduren, -methoden
und mit -ausrüstung ausgeführt, wie in der U.S.
Army Test Operations Procedure (TOP) 8-2-501/CRDC-SP-84010, „Permeation
and Penetration Testing of Air Permeable, Semi-permeable, and Impermeable
Materials with Chemical Agents or Simulants" (Swatch Testing) spezifiziert.
Das Mittel Diisopropylfluorphosphat (DFP), ein bekanntes Stimulans
für eine breite Anzahl von Nervenmitteln, wurde zum Bewerten
der Durchlässigkeit der zubereiteten Materialien eingesetzt.
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Stoffmuster
mit einer Oberfläche von 15,2 cm2 und
umfassend die Schichten der Probe #1 oder die Schichten der Vergleichsprobe
#1 wurden in einer Testbefestigung angeordnet, dann wurden 10 g/m2 flüssigen DFP auf die obere Oberfläche
jedes Stoffmusters aufgebracht und die Testbefestigung versiegelt.
Zu spezifischen Zeiten über eine 24 h-Periode wurden Gasproben
von unterhalb des Testmusters genommen. Die Dampfmenge des Mittels,
die durch das Testmuster bei jedem der Zeitpunkte hindurchgegangen
war, wurde unter Benutzung eines sehr empfindlichen und genauen
miniaturisierten Gaschromatographen und eines Probennahmesystems
(MINICAMSTM; OI Analytical, CMS Field Products
Group) gemessen. Die Menge des durch das Stoffmuster hindurchgehenden
Mittels wurde kontinuierlich über eine Dauer von 24 h überwacht
und die Gesamtmenge nachgewiesenen Mittels wurde als Mikrogramm
pro 24 Stunden (μg/24 h) ausgedrückt. Das MINICAMS
weist kontinuierlich nach (etwa alle 2,4 Minuten) und ergibt als
ein Resultat ein kontinuierliches Durchlässigkeitsprofil.
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7 und 8 sind
grafische Darstellungen, die die Resultate des MINICAMS-Durchlässigkeitstestens
für die Vergleichsprobe #1 bzw. Probe #1 zeigen. In 7 ist
ersichtlich, dass die Maximalmenge von DFP, die durch das Vergleichproben
#1-Stoffmuster hindurchgeht, innerhalb der ersten zwei Stunden nach dem
Aussetzen gegenüber dem Mittel erfolgt. Im Gegensatz dazu
zeigt 8, dass die Maximalmenge nachweisbaren DFP durch
das Proben #1-Stoffmuster nach der Zweistundenperiode hindurchgeht
und verzögert wird bis 4 bis 5 Stunden nach dem anfänglichen
Aussetzen. Aus den 7 und 8 ist klar,
dass das Probe #1-Stoffmuster in der Lage ist, das Zeitfenster um
mindestens zwei Stunden zu vergrößern, um maximale DFP-Durchlässigkeitsniveaus
zu erreichen, verglichen mit dem Vergleichsproben #1-Stoffmuster.
Weiter sollte bemerkt werden, dass selbst bei der Spitzendurchlässigkeit
(d. h., 5 Stunden) die Menge an DFP, die durch das Proben #1-Stoffmuster
hindurchgegangen ist, fast nur ein Drittel (2,67) der Menge an DFP
ist, die bei 2 Stunden bei der Vergleichsprobe #1 beobachtet wurde.
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Beispiel 2
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Dieses
Beispiel wurde ausgeführt, um den Unterschied im funktionellen
Verhalten zwischen der Vergleichsprobe #1 und der Probe #1 zu demonstrieren.
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Feststoffphosphor(31P)-NMR wurde an den Proben ausgeführt,
die DHP enthielten, das durch das Stoffmuster hindurchgegangen war. 9 zeigt
die Resultate der NMR-Analyse. Der Peak für „A”,
wie in 9 angezeigt, entspricht der unten angegebenen
Formel A, während der Peak für „B”,
wie in 9 angezeigt, der Formel B unten entspricht.
-
-
Formel
A ist die Struktur für DFP, während Formel B die
Struktur für DFP ist, das hydrolysiert worden ist (DHP).
Die Resultate auf der linken Seite von 9 entsprechen
der Vergleichsprobe #1. Im Falle der Vergleichsprobe #1 wurden zwei
Formel A repräsentierende Peaks nachgewiesen, während
Formel B überhaupt nichtnachgewiesen wurde. Somit ist im
Ver gleichsbeispiel 1 unmodifiziertes DFP, die einzige Struktur,
die nachgewiesen wurde. Im Falle von Beispiel 1 (9,
rechte Seite) wurden zwei Peaks, entsprechend Formel A, beobachtet.
Der dritte Peak, entsprechend Formel B, beginnt jedoch bei etwa
11 bis 12 Stunden nach Beginn des Durchlässigkeitstests
zu erscheinen. Bei 24 Stunden sind 31% des nachgewiesenen
Gesamtmaterials Formel B zuzuschreiben. Bei der erfindungsgemäßen
Probe #1 ist das DFP beim Aussetzen gegenüber dem auf der
Oberfläche des ePTFE vernetzten PEI-OH hydrolysiert worden.
Resultate von Experimenten, die an nachfolgend erzeugten Proben
ausgeführt wurden, zeigen, dass eine vollständige
Hydrolyse des DFP-Moleküls, bei der das gesamte DFP innerhalb
einer Periode von 24 Stunden in DHP umgewandelt ist, nicht stattfindet.
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Beispiel 3
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Dieses
Beispiel wurde ausgeführt, um die Wasserdampf-Übertragungsrate
(MVTR) für die Vergleichsprobe #1 und die Probe #1 zu bestimmen.
Die Wasserdampf-Transportrate wurde nach einem Verfahren gemessen,
das abgeleitet war von dem umgekehrten Becher-Verfahren der MVTR-Messung.
Das Testverfahren ist JIS L 1099 B-2. Tabelle 2 fasst die Merkmale
der Vergleichsprobe #1 und der Probe #1 zusammen. Tabelle 2
| Test | Vergleichsprobe
#1 | Probe
#1 |
| DFP-Durchlässigkeit
total (μg/24 h) | 6,96 ± 3,97 | 10,89 ± 6,42 |
| Luftdurchlässigkeit
(cfm) | 5,3 | 0 (geschlossene Pore) |
| MVTR
(g/m2/24 h) | 5.048 | 4.250 |
| Dicke
(Zoll) | 0,05 | 0,01 |
| Gewicht
(oz/yd2) | 18,1 | 6,5 |
| Schutzmethode | Adsorption | Blockieren/Deaktivieren |
-
Wie
in Tabelle 2 ersichtlich, ist Probe #1 leichter und dünner
als Vergleichsprobe #1. Die MVTR für Probe #1 ist etwa
25% geringer, was zeigt, dass sie besser ist als Vergleichsprobe
#1.
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Zusammenfassend
zeigt das hierin offenbarte Verbundmaterial signifikant bessere
MVTR-Resultate bei geringeren Dicken, verglichen mit anderen kommerziell
erhältlichen Materialien, die in Schutzanzügen
eingesetzt werden.
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Während
die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen
beschrieben wurde, sollte dem Fachmann klar sein, dass verschiedene Änderungen
vorgenommen und Äquivalente für Elemente eingesetzt
werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.
Zusätzlich können viele Modifikationen vorgenommen
werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material
an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne dass deren wesentlicher
Umfang verlassen wird. Die Erfindung soll daher nicht auf die als
beste Methode zum Ausführen der Erfindung offenbarte spezielle
Ausführungsform beschränkt sein.
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Die
vorliegende Offenbarung ist auf ein Verbundmaterial gerichtet, das
ein oder mehrere Schichten umfasst, die in der Lage sind, chemische
und/oder biologische Mittel zu binden und zu deaktivieren. Die erste Schicht 10 umfasst
ein poröses Polymersubstrat und ein nukleophiles organisches
Polymer, das unter Einsatz eines Carbamat-Vernetzungsmittels auf
der Oberfläche oder innerhalb der Poren des porösen
Polymersubstrates vernetzt ist, wobei das vernetzte nukleophile
Polymer funktionelle Gruppen umfasst, die mit einem chemischen oder
biologischen Mittel eine kovalente Bindung bilden. Das Verbundmaterial
wird zum Herstellen von Schutzkleidung einschließlich chemisch-biologischer
Schutzanzüge eingesetzt.
-
- 100
- Vielschichtige
Verbundmaterialien
- 10
- Erste
Schicht
- 20
- Zweite
Schicht
- 30
- Dritte
Schicht
- 40
- Aktivkohleschicht
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Regierungsunterstützung
unter Kontrakt Nr. W911-QY-05-C-0102 des U.S. Army Soldier Systems
Center [0001]
- - U.S. Army Test Operations Procedure (TOP) 8-2-501/CRDC-SP-84010, „Permeation
and Penetration Testing of Air Permeable, Semi-permeable, and Impermeable
Materials with Chemical Agents or Simulants” (Swatch Testing) [0069]
