DE19519869C2 - Dekontaminierbares Schutzmaterial sowie daraus hergestellter ABC- Schutzanzug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein dekontaminierbares Schutzmaterial, für die Herstellung von permeablen ABC-Schutzanzügen mit einem mehrlagigen, textilen, gasdurchlässigen Filtermaterial, welches eine Lage eines Textilmaterials aus Aktivkohlefasern umfaßt, welche flächig mit einer Trägerlage verbunden ist.

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.

In der DE 29 51 827 A1 ist ein Schutzmaterial gegen chemische Schadstoffe beschrieben, welches auf einer flexiblen Träger­ schicht poröse, kugelige Adsorberkörner aufweist, die Einlage­ rungsräume für Katalysatoren aufweisen.

Aus der DE 33 39 756 A1 ist bekannt, faserförmige Aktivkohle, die aus einem Faserkern aus Glas oder Keramik besteht, der eine kohlenstoffhaltige Beschichtung aufweist zur Herstellung von Schutzkleidung zu verwenden.

Außerdem ist in der DE 43 10 110 A1 ein mehrlagiges, textiles, gasdurchlässiges Filtermaterial gegen chemische Schadstoffe be­ schrieben, welches eine textile, aktivierte Kohlenstoffasern enthaltende Lage umfaßt.

Problematisch bei diesen bisher eingesetzten Schutzmaterialien ist allerdings, daß diese einmal in Kontakt mit den schädlichen Gasen und/oder Flüssigkeiten nicht erneut verwendet werden kön­ nen, da die schädlichen Gase und/oder Flüssigkeiten in den Po­ ren der Aktivkohle gefangen gehalten bleiben und selbst bei drastischen Bedingungen nur in einem unzureichenden Umfang wie­ der 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 die Aktivkohle­ fasern mit einem Katalysator imprägniert sind.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß die Verwendung von mit einem Katalysator imprägnierten Aktivkohlefasern bei dem erfindungsgemäßen Schutzmaterial nicht nur dazu führt, daß mehr oder weniger große Mengen des Schadstoffes (Gas und/oder Flüssigkeit) in Kontakt mit den Aktivkohlefasern 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 tivkohlefasern zurückgehaltenen Schadstoffanteile wieder auszu­ treiben, bei wesentlich milderen Bedingungen zu einem ausrei­ chenden Abbau der Schadstoffe führt, so daß der Schadstoffrest­ gehalt 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 lefasern vorkommt.

Als Katalysator zur Imprägnierung der Aktivkohlefasern ist je­ der Katalysator geeignet, welcher in der Lage ist, gegebenen­ falls mittels thermischer Aktivierung auf den Aktivkohlefasern bzw. in den Poren der Aktivkohlefasern enthaltenes Schadstoff­ material in unschädliche Bestandteile zu zersetzen.

Das erfindungsgemäße Schutzmaterial umfaßt ein mehr­ lagiges, textiles, gasdurchlässiges Filtermaterial, wobei mit Gasdurchlässigkeit die Durchlässigkeit des Filterma­ terials nicht nur an der Außenseite zu den Aktivkohlefasern ge­ meint ist, wie es zwingende Voraussetzung für die Wirksamkeit der Aktivkohlefasern 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.

Dieses Filtermaterial umfaßt eine Lage aus mit einem oder mehreren Katalysatoren imprägnierten Aktivkohlefasern.

Bevorzugt werden Aktivkohlefasern in Form von karbonisierten Fasern verwendet, wobei als Ausgangsma­ terial für die karbonisierten Fasern vorzugsweise ein Cellulo­ sematerial, insbesondere regenerierte Cellulose oder Viskose, verwendet wird. Die Imprägnierung erfolgt bei diesen Aktivkoh­ lefasern dadurch, daß die Ausgangsfasern mit dem Katalysator oder den Katalysatoren in geeigneter Form imprägniert werden, so daß sich eine sehr gleichmäßige Verteilung der Katalysator­ komponente in dem Fasermaterial ergibt und erst nachfolgend die Karbonisierung durchgeführt wird. Damit liegt der Katalysator nicht nur an der leicht zugänglichen Oberfläche der Aktivkohle­ fasern vor, sondern auch in der Tiefe derselben, und steht ins­ besondere auch in den Mikroporen zur Zersetzung der adsorbier­ ten 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 Aktivkohlefasern in Form von karbonisierten Fasern liegen in der Form eines Textilmaterials vor, was die Handhabung des Aktivkohleanteils und dessen Verarbeitung 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 werden die Aktivkohlefasern 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 Aktivkohlefasern, sowie der Adsorptionseigen­ schaften kommt. Der Auswaschverlusteffekt derartiger Schutzma­ terialien kann im Vergleich zu den bekannten Materialien prak­ tisch 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 der Aktivkohlefasern als Schichtmaterial zu erlangen und führt andererseits nicht zu einer unnötigen Erhöhung des Flächenge­ wichts 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 der Aktivkohlefa­ sern durch die textile Deckschicht verhindert. Die textile Deckschicht gleitet dabei auf dem Klebefilm bei einer Relativ­ bewegung derselben gegenüber de Aktivkohlefasern und verhindert damit eine vorzeitige strukturelle Beeinträchtigung der Aktiv­ kohlefasern.

Die Luft- und Wasserdampfdurchlässigkeit ist für das erfin­ dungsgemäße Schutzmaterial von besonderer Bedeutung, da dies direkten Einfluß auf den Tragekomfort der Schutzmaterialien und damit indirekt auch Auswirkung auf die Zeitdauer hat, in der das Schutzmaterial von der zu schützenden Person getragen wer­ den kann. Bevorzugt wird eine Luftdurchlässigkeit nach DIN 53887 von mehr als 100 l/m² pro Sekunde, vorzugweise größer als 200 l/m² pro Sekunde realisiert. Vorzugsweise wird ein Wasser­ dampfdurchgangswiderstand gemäß DIN EN 31092 von weniger als 8 m² Pa/W realisiert, vorzugweise ein Durchgangswiderstand von weniger als 4 m² Pa/W.

Mit der gleichen Zielsetzung wird eine Wasserdampfdurchgangsra­ te gemäß DIN EN 31092 von 14000 g/m² in 24 Std. oder mehr be­ vorzugt.

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.s, 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 hätte. 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.s, der Was­ serdampf-Durchgangswiderstand war kleiner als 4 m² Pa/W und die Wasserdampfdurchgangsrate (moisture vapour transmission rate) war größer als 14000 g/m² in 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 (17)

1. Dekontaminierbares Schutzmaterial für die Herstellung von ABC-Schutzanzügen mit einem mehrlagigen, textilen, gas­ durchlässigen Filtermaterial, welches eine Lage eines Tex­ tilmaterials aus Aktivkohlefasern umfaßt, welche flächig mit einer Trägerlage verbunden ist, wobei die Aktivkohlefa­ sern mit einem Katalysator imprägniert sind.

2. Schutzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohlefasern auf Cellulosebasis, auf der Basis von Cellulosederivaten, Phenolharzfasern, Polyvinylalkoholfa­ sern, Pechfasern, Acrylharzfasern, aromatischen Polyamidfa­ sern, Formaldehydharzfasern, Ligninfasern, Baumwolle oder Hanf hergestellt sind.

3. Schutzmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Aktivkohlefasern mit einem Metall und/oder ei­ ner Metallverbindung als Katalysator imprägniert sind, wo­ bei das metallische Element ausgewählt ist aus der Reihe von Kupfer, Cadmium, Silber, Platin, Palladium, Quecksilber und Zink.

4. Schutzmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall und/oder die Metallverbindung auf den Aktivkohlefasern in einer Menge von insgesamt 0,05 bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 8 bis 12 Gew.-%, bezogen auf das im­ prägnierte Aktivkohlefasermaterial, vorhanden ist.

5. Schutzmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Textilmaterial ein Gewebe, Gewirk, Gestrick oder Vlies ist.

6. Schutzmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Textilmaterial mit der Trägerlage mittels eines Schmelzklebers, insbesondere eines reaktiven Schmelzklebers auf PU-Basis, verbunden ist.

7. Schutzmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die flächige Klebeverbindung punktrasterartig ist.

8. Schutzmaterial nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleberauftrag 15 bis 40 g/m² beträgt.

9. Schutzmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Textilmaterials aus Aktivkohlefasern und der Trägerlage mittels einer thermi­ schen Behandlung bis 170°C nicht trennbar ist.

10. Schutzmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Textilmaterial aus Aktivkohlefasern auf der der Trägerlage gegenüberliegenden Seite ein Klebefilm aufkaschiert ist.

11. Schutzmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Textilmaterial aus Aktivkohle­ fasern auf der der Trägerlage gegenüberliegenden Seite ein Vlies von 20 bis 40 g/m² aufkaschiert ist.

12. Schutzmaterial nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächengewicht des Klebefilms 15 bis 30 g/m² be­ trägt.

13. Schutzmaterial nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbund aus Trägerlage, Textilmate­ rial aus Aktivkohlefasern und Klebefilm ein Flächenge­ wicht von 150 bis 400 g/m² aufweist.

14. Schutzmaterial nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbund eine Luftdurchlässigkeit von mehr als 100 l/m².s, vorzugsweise größer als 200 l/m².s aufweist.

15. Schutzmaterial nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Verbund einen Wasserdampfdurchgangswider­ stand von weniger als 8 m² Pa/W, vorzugsweise weniger als 4 m² Pa/W, aufweist.

16. Schutzmaterial nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbund eine Wasserdampfdurchgangs­ rate von 14000 g/m² in 24 Std. und mehr aufweist.

17. Vollwasch- und dekontaminierbarer ABC-Schutzanzug, herge­ stellt unter Verwendung eines Schutzmaterials gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16.