DE4235750C2 - Schutzbekleidung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Aktivkohle enthaltende Schutzbekleidung gegen chemische Kampfstoffe.

Mit Nachteil können derartige Schutzbekleidungen nur einmal benutzt werden und müssen nach einem Einsatz entsorgt werden.

Aus der DE-OS 33 10 117 ist dem Fachmann ein Verfahren zur Entgiftung von mit chemischen Kampfstoffen kontaminierten Flächen bekanntgeworden. Dieses Verfahren sieht vor, daß man nach einer Vergiftung auf die chemischen Kampfstoffe einen Stoff mit Konvertermolekülen (bzw. einen Sensibilisator) aufträgt. Anschließend bestrahlt man die so behandelten Flächen mit elektromagnetischen Wellen bestimmter Frequenzen. In Wechselwirkung mit der Bestrahlung emittieren die Konvertermoleküle (bzw. der Sensibilisator) eine Folgestrahlung, welche die chemischen Kampfstoffe unschädlich macht.

In der DE-PS 30 06 886 ist die Photooxidation unter Verwendung eines Sensibilisators beschrieben, um Schadstoffe oder schädliche Organismen unschädlich zu machen. Dieser dort eingesetzte Sensibilisator bewirkt durch Übertragung von adsorbierter Lichtenergie auf eine reaktionsfähige Substanz die Oxidation derselben. Als Träger des Sensibilisators eignet sich beispielsweise Aktivkohle.

Der hinsichtlich der Erfindung verwendete Begriff "Sensibilisator" ist insofern mit dem hinsichtlich der Erfindung verwendeten Begriff "Konvertermoleküle" gleichzusetzen, als daß beide Begriffe Substanzen betreffen, die nach verschiedenen Mechanismen Strahlungsenergie aufnehmen und auf ein Reaktionssystem übertragen, ohne dabei bleibende Veränderungen zu erfahren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aktivkohle enthaltende Schutzbekleidung gegen chemische Kampfstoffe derart auszubilden, daß die Schutzbekleidung mehrfach verwendbar ist und nach einem Einsatz schnell und ohne großen Personaleinsatz entgiftet werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß eine Schutzbekleidung nach einem Einsatz unproblematisch entgiftet und nochmals verwendet werden kann, wie nachfolgend näher beschrieben wird:

Personen tragen Schutzbekleidungen mit hierin eingebrachten Konvertermolekülen. Nach dem Abschluß der Arbeiten im kontaminierten Freien betritt die mit Vollschutz bekleidete Person eine Art Schleuse zur Dekontamination mittels einer induzierten Strahlung. Das dort angewendete Feld ist so gewählt, da es nach Art, Energiedichte und Stärke nicht geeignet ist, die zu dekontaminierende Person zu schädigen. Das auf der Oberfläche der Schutzbekleidung entstehende Sekundärfeld hoher Dichte dekontaminiert die Oberbekleidung vollständig und das Personal kann den Schutzanzug (Overgarment oder ZODIAK) mehrfach ohne den zeitraubenden Vorgang des herkömmlichen Dekontaminierens verwenden. Dadurch steigt auch die mittlere Einsatzdauer des einzelnen Soldaten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipskizze betreffend den Entgiftungs­ vorgang mit einer ausschnittsweise und im Schnitt dargestellten Schutzbekleidung,

Fig. 2 ein vereinfacht dargestelltes Molekül einer zu entgiftenden Chemikalie,

Fig. 3 die Bruchstücke des in Fig. 2 dargestellten Moleküls nach der Entgiftung,

Fig. 4 und 5 jeweils ein Diagramm betreffend die von einem bestrahlten Konvertermolekül aufgenommenen und abgegebenen Energiequanten über die Zeit hin­ weg,

Fig. 6 eine Anlage zur Entgiftung von Schutzbekleidungen.

Die Fig. 1 zeigt einen äußeren Randbereich einer zu entgif­ tenden Schutzbekleidung, die mit einer Chemikalie in Form eines chemischen Kampfstoffes kontaminiert ist. Dieser Gegenstand ist an seiner äußeren Fläche mit einer Aktivkohle enthaltenden Schicht 11 versehen, worin sogenannte Konvertermoloküle 12 eingebun­ den sind, auf die von unterschiedlichen Gesichtspunkten aus noch näher eingegangen wird. Zur Darstellung der Kontamina­ tion ist auf der äußeren Schicht 11 ein zu entgiftender Tropfen 20 eingezeichnet.

Zur Dekontamination braucht der Gegenstand lediglich mit be­ stimmten elektromagnetischen Wellen bestrahlt zu werden. Die Frequenz oder die Frequenzen sind so gewählt, daß die Konver­ termoleküle 12 in Wechselwirkung mit der Bestrahlung hν₁ eine Folgestrahlung hν₂ emittieren, was wiederum bewirkt, daß die einzelnen Molekülketten des Kampfstofftropfens 20 gebrochen und somit unschädlich gemacht werden. Um dies zu verdeutli­ chen, zeigt die Fig. 2 ein zu entgiftendes Kampfstoffmolekül 21, wogegen in der Fig. 3 die ungefährlichen Bruchstücke 22 dieses Moleküls dargestellt sind.

Einzelheiten und relevante physikalische Grundlagen zum in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel gehen aus der Fig. 4 hervor. Durch eine mit E_p gekennzeichnete Wellenlinie ist symbolisch das zur Dekontamination auf den Gegenstand gerich­ tete elektromagnetische Feld dargestellt. Die Frequenz dieses Feldes E_p ist so gewählt, daß die Konvertermoleküle einen Teil der Feldenergie zu einem Übergang nutzen können, der durch einen Pfeil X₁ dargestellt ist. Durch die Entnahme eines Energiequants aus dem Primär­ feld E_p entsteht ein sogenanntes Sekundärfeld E_s. Bei der Rückkehr vom angeregten in den niedrigeren Zustand, darge­ stellt durch den Pfeil Y₁, wird das diesen Übergang entspre­ chende Energiequant oder das induzierte Feld E_i abgestrahlt.

Die Konvertermoleküle sind ihrerseits so gewählt, daß einer oder mehrere ihrer Zustandsübergänge und damit das abge­ strahlte induzierte Feld E_i oder das Sekundärfeld E_s einem oder mehreren Übergängen des Zielmoleküls entsprechen. Dieses induzierte Feld oder das Sekundärfeld regen den oder die Übergänge des Zielmoleküls so stark an, daß daraus der ge­ wünschte Bruch der chemischen Bindungen im Zielmolekül er­ folgt.

Dies wird im besonderen durch die ausschließlich am Ort ihres Entstehens hohe Dichte des erzeugten elektromagnetischen Fel­ des erreicht. Das Primärfeld besitzt zwar eine relativ ge­ ringe Felddichte, die jedoch infolge der Absorption zu einer hohen Energiedichte führt.

Im Gegensatz zur Fig. 4, worin vereinfacht nur Sprünge zwi­ schen einem (n-1)-ten und einem n-ten angeregten Zustand eingezeichnet sind, zeigt die Fig. 5 eine kompliziertere Kon­ stellation, bei der durch eine mehrfach wiederholte Absorp­ tion des primären elektromagnetischen Feldes, dargestellt durch die Pfeile X₁, X₂ und X₃, immer höhere angeregte Zu­ stände erreicht werden, bis nach Erreichung eines höheren an­ geregten Zustandes ein Gesamtrücksprung Y₁, wie in der Dar­ stellung, oder einzelne Teilrücksprünge stattfinden.

Für das Vorgenannte gilt, daß der verwendete Begriff "Zu­ stand" auch elektronische Schwingungs- und Rotationsüber­ gänge einschließt, und daß der Begriff "elektromagnetisches Feld" auch magnetische und elektrische Felder beinhaltet.

Eingehend auf die Frequenzen der elektromagnetischen Bestrah­ lung, so eignet sich beispielsweise ein infrarotes Licht des oberen Spek­ trums. Dieses Licht wird mittels einer Antenne mit niedriger Felddichte auf den zu dekontaminierenden Gegenstand abge­ strahlt.

Die Konvertermoleküle im Material absor­ bieren dieses Licht und gehen in einen angeregten Rotations­ zustand eines angeregten Schwingungszustandes über. Hier, so­ wie bei der Rückkehr in den niedrigeren Schwingungszustand, finden Übergänge auch zwischen Rotationszuständen statt, was ein sekundäres Mikrowellenfeld erzeugt. Dieses Feld wiederum entspricht in seiner Frequenz einer der möglichen Rotationen im Kampfstoffmolekül. Das Kampfstoffmolekül absorbiert das erzeugte Feld und wird zur Rotation angeregt. Im Verlaufe der zunehmenden Rotation erfolgt zwangsläufig ein Bruch der che­ mischen Bindungen im Molekül, wodurch es unschädlich wird.

Weiterhin eignet sich zur Dekontamination eine Bestrahlung mit Mikrowellenlicht geringer Dichte. Die Konvertermoleküle werden zu höheren Rotationszuständen angeregt. Von diesen Zu­ ständen aus werden z. B. durch strahlungslose Übergänge nied­ rigere Rotationszustände eines höheren Schwingungsniveaus er­ reicht. Von dort aus kehrt das Konvertermolekül in den nied­ rigeren Schwingungszustand zurück. Hierbei wird ein infraro­ tes Energiequant ausgesendet (= ein infrarotes Feld erzeugt), das der Frequenz einer Schwingung im Kampfstoffmolekül ent­ spricht. Das Kampfstoffmolekül absorbiert das erzeugte Feld und wird zur Schwingung angeregt. Im Verlaufe der zunehmenden Vibration erfolgt zwangsläufig ein Bruch der chemischen Bin­ dungen im Molekül.

Konkretisierte Ausführungsbeispiele

Zur Erläuterung werden zunächst einige Anmerkungen vorange­ stellt.

Nachdem die Erfindung vom Prinzip her beschrieben wurde, wird nachfolgend anhand zweier konkreter Ausführungsbeispiele de­ tailliert auf folgende Parameter eingegangen:

• a) Verwendeter Stoff für die Konvertermoleküle und Art und Weise, wie der zu dekontaminierende Gegenstand mit diesem Stoff versehen ist,
• b) Art der Kontamination,
• c) Art und Weise der Entstehung der zur Entgiftung notwendi­ gen Folgestrahlung (auch Sekundärstrahlung genannt),
• d) Frequenz der Primär- und Sekundärstrahlung.

Die Auswahl der Konvertermoleküle und die Auswahl der Fre­ quenzen für die Primär- und Sekundärstrahlung erfolgte mit Hilfe des Fachbuches "Atlas of Spectral Data and Physical Constants for Organic Compounds" von CRC-Press. Der Hinter­ grund wird z. B. in folgenden Fachbüchern beschrieben:

• - "Molecular Spectra and Molecular Structure" von G. Herzberg, herausgegeben von "Krieger" im Jahr 1989,
• - "Physikalische Chemie" von W. Moore, und D. Hummel, 1. Auflage 1973, herausgegeben von "de Gruyter",
• - "Grundlagen der physikalischen Chemie" von W. Moore, 1990, herausgegeben von "de Gruyter" im Jahr 1990.

In den o. g. Fachbüchern sind auch die folgenden Abkürzungen verwendet, wie sie auch in den Ausführungsbeispielen enthal­ ten sind:
S₀ = Singulettgrundzustand,
S₁ = erster angeregter Singulettzustand,
T₁ = erster angeregter Triplettzustand,
X* = angeregter Schwingungszustand des elektronischen Zustandes "X".

In den Ausführungsbeispielen wird prinzipiell die Folgestrah­ lung genutzt, die nach dem Übergang S₀ → S₁ entsteht. Der Einfachheit halber wird von der Faustregel ausgegangen, daß sich die Energie der Schwingung des Konvertermoleküls und damit ihre Wellenzahl beim Übergang in den ersten angeregten elektronischen Zustand um ca. 10% erhöht (nach dem zuvor zitierten Fachbuch "Molecular Spectra and Molecular Structure").

In allen Beispielen geht es um eine Kontamination mit S-Lost oder phosphororganischen Nervenkampfstoffen. Zur Zerstörung von S-Lost-Molekülen eignet sich eine Sekundär­ strahlung oder eine induzierte Strahlung mit Wellenzahlen im Bereich von 700-750 cm^-1. Diese Wellenzahlen entsprechen den Valenzschwingungen zwischen dem Kohlenstoff und dem Chlor (C-Cl). Zur Zerstörung von phosphororganischen Kampfstoffmo­ lekülen ist eine Sekundär- oder induzierte Strahlung im Be­ reich der Valenzschwingungen zwischen dem Phosphor und dem Sauerstoff (P-O) von 1000-1040 cm^-1 anwendbar. Aus der kurz zuvor erwähnten 10%-Regel läßt sich ableiten, daß im Falle einer Kontamination mit S-Lost ein Konvertermolekül eine nutzbare Schwingung mit Wellenzahlen von ca. 640-670 cm^-1 aufweisen muß. Im Falle einer Kontamination mit phosphororganischen Kampfstoffen kommen Konvertermoleküle mit einer nutzbaren Schwingung mit Wellenzahlen von 910-945 cm^-1 in Frage.

Die Fig. 6 zeigt eine geeignete Anlage 30 zur Entgiftung. Mit der Antenne 32 wird das zur Anregung der Konvertermoleküle erforderliche Primärfeld erzeugt. Zur Energieversorgung dient eine Kabine 31.

Die zuvor genannten Ultraviolett (UV)-Frequenzen stellen die Absorptionsmaxima der Konvertermoleküle im UV-Spektrum dar. Als Primärstrahlung eignet sich auch weißes UV-Licht, welches die zur Entgiftung notwendigen Frequenzen enthält.

Die zuvor für die Einteilung der Parameter verwendeten Glie­ derungszeichen von a) bis d) werden zur Verdeutlichung in den Ausführungsbeispielen übernommen.

1. Ausführungsbeispiel

• a) Eine Schutzbekleidung ist mit einem Material beschichtet, welches Phthalsäure enthält.
• b) Die Schutzbekleidung ist mit einem phosphororganischen Kampfstoff und/oder mit S-Lost kontaminiert.
• c) Übergänge: S₀ + hν → S₁ → T₁* → T₁ + hν′ → S₀ + hν".
  Es wird ausschließlich die Entstehung der Sekundärstrah­ lung in Folge des Überganges in den ersten Triplettzustand betrachtet.
• d) Die kontaminierte Schutzbekleidung wird durch eine Anlage entspre­ chend der Fig. 6 geschleust, wobei es mit ultraviolettem Licht der Wellenlänge von 272 nm bestrahlt wird. Die Phthalsäuremoleküle werden hierbei elektronisch angeregt und emittieren beim Übergang von einem angeregten Schwin­ gungszustand des ersten angeregten Triplettzustandes T₁* zum Schwingungsgrundzustand dieses Triplettzustandes T₁ unter anderem die Infrarotfrequenzen mit Wellenzahlen von ca. 710 und ca. 1000 cm^-1, entsprechend den Schwingungsfrequenzen mit den Wellenzahlen von 640 und 910 cm^-1 im elektronischen Grundzustand. Danach kehren die Phthalsäuremoleküle unter Abgabe von Phosphoreszenzlicht in den elektronischen Grundzustand zurück.

2. Ausführungsbeispiel

• a) Eine Schutzbekleidung ist mit einem Material beschichtet, welches Carbazol (C₁₂ H₉ N) enthält.
• b) Die Schutzbekleidung ist mit einem phoshororganischen Kampfstoff kon­ taminiert.
• c) Übergänge: S₀ + hν → S₁* → S₁ + hν′ → S₀ + hv".
  Es wird ausschließlich die Entstehung der Sekundärstrah­ lung in Folge des Überganges in den ersten angeregten Sin­ gulettzustand betrachtet.
• d) Die kontaminierte Schutzbekleidung wird durch eine Anlage entspre­ chend der Fig. 6 gefahren, wobei es mit ultraviolettem Licht der Wellenlängen von 340-230 nm bestrahlt wird. Die Konvertermoleküle werden hierbei elektronisch angeregt und emittieren beim Übergang von einem angeregten Schwin­ gungszustand des ersten angeregten Singulettzustandes S₁* zum Schwingungsgrundzustand dieses Singulettzustandes S₁ unter anderem die Infrarotfrequenz mit der Wellenzahl von ca. 1020 cm^-1, entsprechend der Schwingungsfrequenz mit der Wellenlänge von 930 cm^-1 im elektronischen Grundzu­ stand. Danach kehren die Konvertermoleküle unter Abgabe von Fluoreszenzlicht in den elektronischen Grundzustand zurück.

Konkretisierung der erfindungsgemäßen Schutzbekleidung

Die für Overgarmentmaterialien vorgesehene Ak­ tivkohle wird bei der Herstellung mit Konvertermolekülen versetzt. Hierdurch ist es möglich, daß die in der Aktiv­ kohle aufkonzentrierte Kontamination durch eine Applikation eines geeigneten elektromagnetischen Feldes leicht zu de­ kontaminieren ist. Durch eine gezielte Auswahl von Konvertermolekülen bezüg­ lich der zu erwartenden Kontamination wird eine einfache Entgiftung und/oder Entseuchung ermöglicht. Beispielsweise kann dies den Auftrag des Wartungspersonals von Kampfflug­ zeugen im Fall von mit chemischen Kampfstoffen kontaminier­ ten Flugfeldern erheblich erleichtern. Hierzu ist vorgese­ hen, daß die Personen Schutzbekleidungen mit hierin einge­ brachten Konvertermolekülen tragen. Nach dem Abschluß der Arbeiten im kontaminierten Freien betritt die mit Voll­ schutz bekleidete Person eine Art Schleuse zur Dekontami­ nation mittels einer induzierten Strahlung. Das dort ange­ wendete Feld ist so gewählt, daß es nach Art, Energiedichte und Stärke nicht geeignet ist, die zu dekontaminierende Person zu schädigen. Das auf der Oberfläche der Schutzbe­ kleidung entstehende Sekundärfeld hoher Dichte dekontami­ niert die Oberbekleidung vollständig und das Personal kann den Schutzanzug (Overgarment oder ZODIAK) mehrfach ohne den zeitraubenden Vorgang des Dekontaminierens verwenden. Da­ durch steigt auch die mittlere Einsatzdauer des einzelnen Soldaten.

Bezugszeichenliste

10 Schutzbekleidung
11 Aktivkohle enthaltende Schicht
12 Konvertermoleküle
20 Tropfen eines Kampfstoffes
21 Kampfstoffmolekül
22 Bruchstücke des Kampfstoffmoleküls
30 Dekontaminationsstation
31 Kabine zur Energieversorgung
32 Einrichtung zur Abstrahlung elektromagnetischer Wellen
hν₁ Bestrahlung
hν₂ Folgestrahlung
E_p Primärfeld
E_s Sekundärfeld
E_i induziertes Feld
X₁, X₂, X₃ je Sprung zu höher angeregtem Zustand
Y₁ Rücksprung

Claims (1)

1. Aktivkohle enthaltende Schutzbekleidung gegen chemische Kampfstoffe, bei der die Aktivkohle mit Konvertermolekülen versehen ist, die durch eine Bestrahlung mit elektromagnetischen Wellen bestimmter Frequenzen eine Folgestrahlung emittieren, welche die Molekülketten der Kampfstoffe bricht.