DE19519869A1 - Dekontaminierbares Schutzmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein dekontaminierbares Schutzmaterial, welches insbesondere für die Herstellung von permeablen ABC- Schutzanzügen geeignet sein soll.

Schutzmaterialien zur Herstellung von ABC-Schutzanzügen, welche gesundheitsgefährdende oder tödlich wirkende Gase von der den Schutzanzug tragenden Person abhalten, sind in großer Vielzahl bekannt. Bekannt ist in diesem Zusammenhang auch die Verwendung von Aktivkohleanteile enthaltenden Schutzmaterialien, die auf­ grund der Porenstruktur der Aktivkohle die schädlichen Gase und/oder Flüssigkeiten zurückhalten und nicht ins Innere des Schutzanzugs bzw. zu der das Schutzmaterial tragenden Person gelangen lassen.

Problematisch bei diesen Schutzmaterialien ist allerdings, daß diese einmal in Kontakt mit den schädlichen Gasen und/oder Flüssigkeiten nicht erneut verwendet werden können, da die schädlichen Gase und/oder Flüssigkeiten in den Poren der Aktiv­ kohle gefangen gehalten bleiben und selbst bei drastischen Be­ dingungen nur in einem unzureichenden Umfang wieder entfernbar (dekontaminierbar) sind.

Damit handelt es sich bei den herkömmlichen Schutzmaterialien, insbesondere den daraus hergestellten Schutzanzügen, um Einweg­ produkte, die lediglich einmal im Ernstfall eingesetzt werden können und die sodann zu entsorgen sind.

Aus diesem Grund ist eine sehr große Lagerhaltung an solchen Materialien erforderlich, da das solche schädlichen Gase und/oder Flüssigkeiten bekämpfende Personal unter Umständen mehrfach und an mehreren Tagen eingesetzt und damit entspre­ chend eingekleidet werden muß.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Schutz­ material der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß es dekontaminierbar wird. Unter "Dekontaminierbarkeit" wird im vorliegenden Zusammenhang verstanden, daß die Anteile an schäd­ lichen Gasen und/oder Flüssigkeiten, die in dem Schutzmaterial zurückgehalten werden, bis auf einen akzeptablen Wert unter Be­ dingungen abbaubar sind, die das Schutzmaterial im wesentlichen in seiner Funktion unbeeinträchtigt lassen, und somit eine er­ neute Nutzung ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Schutzmaterial der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß der Aktivkohle­ anteil ein mit einem oder mehreren Katalysatoren imprägnierter Aktivkohleanteil ist.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß die Verwendung eines mit einem Katalysator imprägnierten Aktivkohleanteils bei dem erfindungsgemäßen Schutzmaterial nicht nur dazu führt, daß mehr oder weniger große Mengen des Schadstoffes (Gas und/oder Flüssigkeit) in Kontakt mit dem Aktivkohleanteil bereits abge­ baut werden kann, sondern daß auch eine Dekontaminierung, die in der Regel eine thermische Behandlung (z. B. Heißgas/Heißdampf oder Kochwaschverfahren) bedeutet, um die in den Poren der Ak­ tivkohle zurückgehaltenen Schadstoffanteile wieder auszutrei­ ben, bei wesentlich milderen Bedingungen zu einem ausreichenden Abbau der Schadstoffe führt, so daß der Schadstoffrestgehalt in dem Schutzmaterial für den Träger des Schutzmaterials bzw. der Schutzkleidung unproblematisch ist.

Darüber hinaus lassen diese milderen Bedingungen das Schutzma­ terial im wesentlichen in seiner Funktionsfähigkeit unbeein­ trächtigt, so daß das Schutzmaterial nach einem Dekontaminie­ rungsschritt wieder seine im wesentlichen ursprüngliche Wirkung entfaltet. Dies schließt auch ein, daß die Struktur des Schutz­ materials, das in der Regel mehrlagig ist, im wesentlichen un­ verändert erhalten bleibt und insbesondere auch keine Verände­ rung in der flächenmäßig gleichmäßigen Verteilung der Aktivkoh­ leanteile vorkommt.

Als Katalysator zur Imprägnierung des Aktivkohleanteils ist je­ der Katalysator geeignet, welcher in der Lage ist, gegebenen­ falls mittels thermischer Aktivierung auf der Aktivkohle bzw. in den Aktivkohleporen enthaltenes Schadstoffmaterial in un­ schädliche Bestandteile zu zersetzen.

Das erfindungsgemäße Schutzmaterial wird vorzugsweise ein mehr­ lagiges, textiles, gasdurchlässiges Filtermaterial umfassen, wobei mit Gasdurchlässigkeit die Durchlässigkeit des Filterma­ terials nicht nur an der Außenseite zu dem Aktivkohleanteil ge­ meint ist, wie es zwingende Voraussetzung für die Wirksamkeit des Aktivkohleanteils ist, sondern eine Durchlässigkeit durch das Filtermaterial hindurch, was insbesondere eine gewisse Was­ serdampfdurchlässigkeit des Materials mit sich bringt, so daß damit ein atmungsaktives Schutzmaterial herstellbar ist.

Vorzugsweise wird dieses Filtermaterial eine Lage aus mit einem oder mehreren Katalysatoren imprägnierter Aktivkohle umfassen.

Obwohl für die mit einem oder mehreren Katalysatoren imprä­ gnierte Aktivkohle eine Vielzahl von Aktivkohleformen möglich ist, beispielsweise sogenannte Kugelkohle, bei der die Aktiv­ kohle in Form kleiner Aktivkohle-Kügelchen vorliegt und auf ei­ ner Trägerlage, beispielsweise mittels Verklebung oder mittels Einlagerung in eine offenporige Schaumstoffschicht, gehalten ist, wird bevorzugt der Aktivkohleanteil in Form von karboni­ sierten Fasern verwendet, wobei als Ausgangsmaterial für die karbonisierten Fasern vorzugsweise ein Cellulosematerial, ins­ besondere regenerierte Cellulose oder Viskose, verwendet wird. Die Imprägnierung erfolgt bei diesen Aktivkohlematerialien da­ durch, daß die Ausgangsfasern mit dem Katalysator oder den Ka­ talysatoren in geeigneter Form imprägniert werden und daß sich eine sehr gleichmäßige Verteilung der Katalysatorkomponente in dem Aktivkohlematerial ergibt und erst nachfolgend die Karboni­ sierung durchgeführt wird. Damit liegt der Katalysator nicht nur an der leicht zugänglichen Oberfläche des Aktivkohlemateri­ als vor, sondern auch in der Tiefe derselben, und steht insbe­ sondere auch in den Mikroporen zur Zersetzung der adsorbierten Schadstoffe zur Verfügung.

Als besonders geeignete Katalysatoren im Hinblick auf die De­ kontaminierbarkeit des Schutzmaterials haben sich Edel- und Halbedelmetallverbindungen erwiesen, wobei aus Kostengründen häufig Kupferverbindungen, wie z. B. Kupfersulfat, bei der Im­ prägnierung bevorzugt werden.

Die Aktivkohlematerialien in Form von karbonisierten Fasern werden vorzugsweise in der Form eines Textilmaterials vorlie­ gen, was die Handhabung des Aktivkohleanteils und dessen Verar­ beitung zu dem Schutzmaterial wesentlich erleichtert.

Obwohl eine Vielzahl von Herstellungsmöglichkeiten für das Tex­ tilmaterial gegeben sind und auch Non-woven-Materialien, wie z. B. Vliese, etc., verwendet werden können, werden Gewebe oder Gestricke bevorzugt. Bevorzugt wird das Aktivkohlematerial mit einer 8 bis 12 Gew.-%igen Lösung oder Suspension der Katalysa­ torverbindung imprägniert, wobei die Lösung bzw. Suspension elementare Metalle, Metalloxide, Metallsalze, etc. auf der Ba­ sis von Elementen wie Kupfer, Cadmium, Silber, Platin, Palladi­ um, Quecksilber, Zink und ähnliche beinhalten kann. Zur besse­ ren Handhabung des Textilmaterials aus karbonisierten Fasern wird das Textilmaterial flächig mit einer Trägerlage verbunden, wobei unter einer flächigen Verbindung keineswegs eine vollflä­ chige Verklebung, etc. zu verstehen ist, sondern eine Verhef­ tung des Textilmaterials mit der Trägerlage über eine Vielzahl von kleinen bis kleinsten punktförmigen Flächen. Der Verbund kann mittels eines Schmelzklebers, insbesondere eines reaktiven Schmelzklebers auf PU-Basis, hergestellt werden, aber auch auf jede andere Art, beispielsweise durch Aufkaschieren von eine durchlässige Kleberschicht ergebenden Folien oder das Flammka­ schieren entsprechender Schaumstofflagen.

Bevorzugt wird eine punktrasterförmige Auftragung des Klebers, insbesondere des zuvor erwähnten reaktiven Schmelzklebers auf PU-Basis. Der Kleberauftrag beträgt bevorzugt ca. 10 bis 40 g/m², vorzugsweise ca. 25 g/m² oder weniger.

Bei der Auswahl der Klebersysteme sowie der Trägerlage wird darauf zu achten sein, daß die Verbindung des Textilmaterials aus karbonisierten Fasern und der Trägerlage mittels einer thermischen Behandlung bei 100°C oder mehr, vorzugsweise bei 170°C und mehr, nicht trennbar ist. Diese Temperaturen reichen bei dem erfindungsgemäßen Schutzmaterial aus, um sehr große De­ kontaminationseffekte zu erzielen, so daß das dekontaminierte Schutzmaterial problemlos wieder eingesetzt werden kann.

Schutzmaterialien, die solche Dekontaminationsschritte unbe­ schadet überstehen, lassen sich in der Regel auch ohne Verlust ihrer strukturellen Unversehrtheit mehr als 30mal einer Wasch­ behandlung bei 60°C unterziehen, und selbst Kochwaschbehand­ lungen lassen sich 10mal und mehr durchführen, ohne daß es zu einer Delaminierung und/oder einer nennenswerten Beeinträchti­ gung des strukturellen Aufbaus, insbesondere der gleichmäßigen Verteilung der Aktivkohlematerialien, sowie der Adsorptionsei­ genschaften kommt. Der Auswaschverlusteffekt derartiger Schutz­ materialien kann im Vergleich zu den bekannten Materialien praktisch vernachlässigt werden.

Bei einem bevorzugten Schutzmaterial ist vorgesehen, daß das Filtermaterial einen aufkaschierten Klebefilm als eine außen­ liegende Schicht umfaßt, die direkt auf das Textilmaterial aus karbonisierten Fasern auf dessen der Trägerlage gegenüberlie­ genden Seite aufgebracht ist. Der Klebefilm sollte, um die ein­ gangs geschilderte Wunschvorstellung der Permeabilität des ge­ samten Gewebes mit der Folge der Wasserdurchlässigkeit zu rea­ lisieren, porös sein.

Das Flächengewicht des Klebefilms wird bevorzugt im Bereich zwischen ca. 15 bis ca. 30 g/m² betragen.

Dies ist zum einen ausreichend, um eine zusätzliche Stabilität des Aktivkohlematerials als Schichtmaterial zu erlangen und führt andererseits nicht zu einer unnötigen Erhöhung des Flä­ chengewichts des Schutzmaterials insgesamt.

Das Schutzmaterial beinhaltet vorzugsweise den Verbund aus Trä­ gerlage, Textilmaterial aus karbonisierten Fasern und Klebefilm mit einem Flächengewicht von ca. 150 bis 400 g/m². Dieses den Verbund bildende Filtermaterial läßt sich dann beispielsweise mit einem Oberstoff versehen und zu Schutzanzügen verarbeiten. Der Klebefilm weist bei dieser Ausgestaltung eine zusätzliche Funktion auf, indem er nämlich einen Abrieb des Aktivkohlemate­ rials durch die textile Deckschicht verhindert. Die textile Deckschicht gleitet dabei auf dem Klebefilm bei einer Relativ­ bewegung derselben gegenüber dem Aktivkohlematerial und verhin­ dert damit eine vorzeitige strukturelle Beeinträchtigung des Aktivkohlematerials.

Die Wasserdampfdurchlässigkeit ist für das erfindungsgemäße Schutzmaterial von besonderer Bedeutung, da dies direkten Ein­ fluß auf den Tragekomfort der Schutzmaterialien und damit indi­ rekt auch Auswirkung auf die Zeitdauer hat, in der das Schutz­ material von der zu schützenden Person getragen werden kann. Hierbei wird vorzugsweise ein Wasserdampfdurchgangswiderstand von weniger als 8 m² Pa/W realisiert, vorzugsweise ein Durch­ gangswiderstand von weniger als 4 m² Pa/W.

Mit der gleichen Zielsetzung wird eine Wasserdampfdurchgangsra­ te von 14000 g/m² und 24 Std. oder mehr bevorzugt.

Das erfindungsgemäße Schutzmaterial findet insbesondere bei der Herstellung von voll waschbaren und dekontaminierbaren ABC- Schutzanzügen Verwendung.

Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand von Beispielen sowie einer beispielhaften Verfahrensfüh­ rung zur Erlangung von katalysatorimprägnierten karbonisierten Fasern noch näher erläutert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Aus­ führungsbeispiels beschrieben, bei dem als Aktivkohlematerial karbonisierte Fasern verwendet werden, welche in Form eines Ge­ stricks oder Gewebes vorgelegt werden. Im vorliegenden konkre­ ten Beispiel wird als Ausgangsmaterial regenerierte Cellulose verwendet. Aus der regenerierten Cellulose wird zunächst ein Gewebe oder Gestrick mit einem Flächengewicht von ca. 300 g/m² gebildet, wobei die Fasern einen Titer im Bereich von ca. 1,5 bis 1,7 dtex aufwiesen. Dieses Textilmaterial wird anschließend mit einer wäßrigen Lösung, die 10 Gew.-% Kupfersulfat beinhal­ tet, imprägniert, getrocknet und dann dem Karbonisierungsver­ fahren unterworfen, wie es beispielsweise aus dem britischen Patent 1 310 011 bekannt ist. Dabei wird insbesondere in einer inerten Atmosphäre, beginnend mit einer Temperatur von 70°C, ansteigend auf 300°C, karbonisiert und anschließend zum Zwecke der Aktivierung bei einer Temperatur von beginnend mit 600°C auf 1000°C ansteigend weiterbehandelt. Das so erhaltene Tex­ tilmaterial aus karbonisierten Fasern hatte ein Flächengewicht von ca. 150 g/m², eine Luftdurchlässigkeit von ca. 1000 l/m² und Sekunde, eine spezifische Oberfläche <1400 m²/g bei einem Porenvolumen von 0,5 cm³/g und einem Mikroporenvolumen <0,25 cm³/g. Dieses Aktivkohlefasermaterial wurde auf ein Trägermate­ rial, bestehend aus Baumwolle und Polyestergarnen, Mischungs­ verhältnis 50 : 50, bei einem Flächengewicht von ca. 110 g/m² zu einem im Raster aufgetragenen Schmelzkleber auf Polyurethan- Basis zu einem Verbund verklebt, wobei der Kleberauftrag ca. 22 g/m² betragen hatte. Bei der Verklebung wird beim Zusammenfüh­ ren des Aktivkohlefasermaterials mit dem Trägermaterial oder der Trägerlage lediglich ein leichter Druck angewendet. Nach dem Aushärten des Reaktivschmelzklebers wird auf die der Trä­ gerlage gegenüberliegenden Seite des Aktivkohlefasermaterials ein poröser Klebefilm eines Polyurethanklebstoffs mit einem Flächengewicht von ca. 20 g/m² unter Wärmeeinwirkung aufka­ schiert, so daß das fertige aktivkohlefaserhaltige Schutzmate­ rial ein Flächengewicht von ca. 300 g/m² aufwies. Der Griff dieses Materials war weich, aber keinesfalls lappig. Die Luft­ durchlässigkeit betrug mehr als 200 l/m² und Sekunde, der Was­ serdampf-Durchgangswiderstand war kleiner als 4 m² Pa/W und die Wasserdampfdurchgangsrate (moisture vapour transmission rate) war größer als 14000 g/m² und 24 Std.

Das so hergestellte Schutzmaterial wurde einer 30fachen Wasch­ behandlung bei 60°C unterzogen und zeigte danach keinerlei An­ zeichen von Delaminierung oder einen Abbau der Aktivkohlefaser­ struktur.

In einem weiteren Test wurde das Material einer 10maligen Koch­ waschbehandlung unterzogen, und auch hier konnte keinerlei De­ laminierung und/oder struktureller Abbau der Aktivkohlelage festgestellt werden.

Darüber hinaus zeigte das gewaschene Material im wesentlichen unveränderte Adsorptionswerte.

Dekontaminierungstest

Als Testsubstanz für die Prüfung der Dekontaminationseigen­ schaften des erfindungsgemäßen Schutzmaterials wurde S-Lost in unverdickter Form verwendet und das erfindungsgemäße Schutzma­ terial mit 10 g S-Lost/m² beaufschlagt. Verwendet wurden Pro­ bengrößen des erfindungsgemäßen Schutzmaterials mit der Abmes­ sung 10 cm × 10 cm, die aufgetragenen Kampfstofftropfengrößen betrugen ca. 1 bis 2 µl. Die Einwirkzeit des Kampfstoffs betrug 3 Std. bei Raumtemperatur in einem geschlossenen Behältnis. Da­ nach wurde die Dekontamination mittels Heißgas/Wasserdampf­ gemisch bei einer Dekontaminationstemperatur von 170°C während 30 min durchgeführt. Der adsorbierte Restgehalt in g S-Lost pro m² wurde gaschromatographisch bestimmt. Parallel dazu wurde die Bestimmung der desorbierten Menge in g S-Lost pro m² nach 15 und 45 min durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der nachstehen­ den Tabelle festgehalten.

Als Ergebnis kann festgestellt werden, daß das erfindungsgemäße dekontaminierbare Schutzmaterial nach einer Dekontamination bei 170°C bei einer Behandlungszeit von 30 min Restgehalte von we­ niger als 0,03 g/m² aufwies, d. h. unterhalb der Nachweisgrenze lag. Das Vergleichsmuster, das nicht mit Kupfer imprägniert war, zeigte nach derselben Dekontaminationsbehandlung einen Restgehalt an S-Lost von <0,5 g/m².

Claims (22)

1. Dekontaminierbares Schutzmaterial, insbesondere für die Herstellung von ABC-Schutzanzügen, mit einem mit einem Ka­ talysator imprägnierten Aktivkohleanteil.

2. Schutzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzmaterial ein mehrlagiges, textiles, gasdurchläs­ siges Filtermaterial umfaßt.

3. Schutzmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtermaterial eine Lage aus mit einem Katalysator im­ prägnierter Aktivkohle umfaßt.

4. Schutzmaterial nach einem Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Aktivkohleanteil in Form von karboni­ sierten Fasern enthalten ist.

5. Schutzmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die karbonisierten Fasern auf Cellulosebasis, auf der Basis von Cellulosederivaten, Phenolharzfasern, Polyvinylalkohol­ fasern, Pechfasern, Acrylharzfasern, aromatischen Polyamid­ fasern, Formaldehydharzfasern, Ligninfasern, Baumwolle oder Hanf gewonnen werden.

6. Schutzmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Aktivkohleanteil mit einem Metall und/oder einer Metallverbindung als Katalysator im­ prägniert ist, wobei das metallische Element ausgewählt ist aus der Reihe von Kupfer, Cadmium, Silber, Platin, Palladi­ um, Quecksilber und Zink.

7. Schutzmaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall und/oder die Metallverbindung auf dem Aktivkoh­ lematerial in einer Menge von insgesamt 0,05 bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 8 bis 12 Gew.-%, bezogen auf das imprägnierte Aktivkohlematerial, vorhanden ist.

8. Schutzmaterial nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohlefasern in Form eines Tex­ tilmaterials vorliegen.

9. Schutzmaterial nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Textilmaterial ein Gewebe, Gewirk, Gestrick oder Vlies ist.

10. Schutzmaterial nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich­ net, daß das Textilmaterial aus Aktivkohlefasern flächig mit einer Trägerlage verbunden ist.

11. Schutzmaterial nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Textilmaterial mit der Trägerlage mittels eines Schmelzklebers, insbesondere eines reaktiven Schmelzklebers auf PU-Basis, verbunden ist.

12. Schutzmaterial nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die flächige Klebeverbindung mit einem punktrasterfarbigen Kleberauftrag hergestellt ist.

13. Schutzmaterial nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleberauftrag ca. 15 bis ca. 40 g/m² beträgt.

14. Schutzmaterial nach Anspruch 10 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindung des Textilmaterials aus Aktiv­ kohlefasern und der Trägerlage mittels einer thermischen Behandlung bei 100°C oder mehr, vorzugsweise bei 170°C und mehr, nicht trennbar ist.

15. Schutzmaterial nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Textilmaterial aus Aktivkohle­ fasern auf der der Trägerlage gegenüberliegenden Seite ein Klebefilm aufkaschiert ist.

16. Schutzmaterial nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Textilmaterial aus Aktivkohle­ fasern auf der der Trägerlage gegenüberliegenden Seite ein Vlies von ca. 20 bis 40 g/m² aufkaschiert ist.

17. Schutzmaterial nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Flächengewicht des Klebefilms ca. 15 bis ca. 30 g/m² beträgt.

18. Schutzmaterial nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbund aus Trägerlage, Textilmate­ rial aus Aktivkohlefasern und Klebefilm ein Flächengewicht von ca. 150 bis ca. 400 g/m² aufweist.

19. Schutzmaterial nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbund eine Luftdurchlässigkeit von mehr 100 l/m² und Sekunde, vorzugsweise größer als 200 l/m² und Sekunde, aufweist.

20. Schutzmaterial nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Verbund einen Wasserdampfdurchgangswider­ stand von weniger als 8 m² Pa/W, vorzugsweise weniger als 4 m² Pa/W, aufweist.

21. Schutzmaterial nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbund eine Wasserdampfdurchgangs­ rate von 14000 g/m² und 24 Std. und mehr aufweist.

22. Vollwasch- und dekontaminierbarer ABC-Schutzanzug, herge­ stellt unter Verwendung eines Schutzmaterials gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21.