DE68912545T2

DE68912545T2 - Gewebe für schutzkleidung, verfahren zur herstellung.

Info

Publication number: DE68912545T2
Application number: DE89908082T
Authority: DE
Inventors: Christian Bailey; John Bowser; Peter Brown; Robert Henn; Dilip Sakhpara
Original assignee: WL Gore and Associates Inc
Current assignee: WL Gore and Associates Inc
Priority date: 1988-07-06
Filing date: 1989-07-06
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2009-07-07
Also published as: US4961985A; EP0374245A1; DE68912545D1; WO1990000643A2; NO901029D0; AU618112B2; EP0374245B1; ATE100508T1; CA1333680C; WO1990000643A3; AU3872989A; JPH0667604B2; NO901029L; JPH02503335A

Description

GEBIET DIESER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von beschichteten Textilerzeugnissen bzw. Geweben (nachfolgend als beschichtetes Gewebe bezeichnet), die insbesondere eine Schutzsperre gegenüber Mikroorganismen, z.B. Bakterien und Viren, und gegenüber in der Luft schwebendem partikelförmigem Material bieten.

HINTERGRUND DIESER ERFINDUNG

Die chirurgische Bekleidung, Tücher u.ä. schützen chirurgisch vorbereitete Flächen der Haut vor Verunreinigung und schützen auch die Chirurgen und Krankenschwestern vor einer Kontamination durch den Kontakt mit nicht vorbereiteten oder verschmutzten Bereichen der Haut des Patienten. Außerdem sollte die Chirurgenbekleidung eine sterile Sperrschicht darstellen, um die Patienten vor einer Kontamination durch den Kontakt mit dem Chirurgen zu schützen und umgekehrt.
Eine Undurchlässigkeit der Bekleidung oder des Tuchs gegenüber Flüssigkeiten wird als wichtige Eigenschaft angesehen, um zu sichern, daß die Bekleidung oder das Tuch eine sterile Oberfläche darstellt und als Schutzschicht gegenüber der Durchdringung von Bakterien oder Viren wirkt. Körperflüssigkeiten und andere Flüssigkeiten können durch die chirurgische Bekleidung oder das Tuch dringen und mit der Haut des Patienten in Kontakt kommen. Folglich können Bakterien und Viren, z.B. das Aids-Virus, die auf der Oberfläche der Bekleidung oder des Tuches vorhanden sind, durch die Bekleidung zum Patienten oder dem im Raum operierenden Personal befördert werden.
Außer der Zurückweisung von Flüssigkeiten und der Sperrschicht gegenüber Bakterien und Viren zeigt die Krankenhausbekleidung wünschenswerterweise eine nichtglänzende Außenoberfläche, ist nicht fusselnd, besitzt antistatische Eigenschaften und läßt sich, was nicht zuletzt von Bedeutung ist, bequem tragen.
Es ist allgemein bekannt, daß Bekleidung "atmungsaktiv" sein muß, damit sie bequem ist. Es ist jedoch nicht notwendig, daß Luft durch die Bekleidung hindurchgeht, damit sie bequem ist, sondern nur, daß der Wasserdampf der Transpiration von innen nach außen befördert wird, so daß die Unterkleidung nicht feucht wird, und daß eine natürliche Kühl wirkung durch Verdampfung erreicht werden kann. Atmungsaktivität und die Fähigkeit der Beförderung von Wasserdampf aus dem Inneren zur äußeren Umgebung werden hier untereinander austauschbar angewendet. Wenn ein fortlaufender Film aus hydrophilem Material auf einer Seite des Films Luft, die eine wesentliche Menge Wasserdampf enthält, und auf der anderen Seite Luft ausgesetzt wird, die weniger Wasserdampf enthält, wird die Seite des Films, die der höheren Wasserdampfkonzentration ausgesetzt ist, Wassermoleküle absorbieren, die durch den Film diffundieren und auf der Seite desorbiert oder verdampft werden, die der geringeren Wasserdampfkonzentration ausgesetzt ist. Folglich wird der Wasserdampf molekülweise wirksam durch den Film transportiert. Diese Eigenschaft ist als "Atmungsaktivität" bekannt.
Eine Art der allgemein angewendeten Schutzkleidung besteht aus einem Faservliessubstrat aus Polyolefin. Obwohl sie angemessene Schutzeigenschaften aufweist, ist es bekannt, daß aus diesem Material gefertigte Kleidung sehr unbequem ist, dies beruht auf den ihr eigenen Merkmalen der geringen Wasserdampfdurchlässigkeit, und zwar ihrer geringen Atmungsaktivität. Es wurden verschiedene Versuche unternommen, um die Atmungsaktivität dieses ungewebten bzw. Faservliesmaterials zu verbessern. Diese Versuche führten jedoch häufig zu einer weiter geöffneten Struktur des Faservliesmaterials und verringerten folglich auch gleichzeitig ihren Schutzwert. Es wurden Beschichtungen auf Polyolefin-Spinnvlies angewendet, um für die "offene" Grundstruktur des Vlies eine größere Schutzsperre zu erreichen. Die dem Spinnvliesmaterial bereits eigenen Merkmale der geringen Wasserdampfdurchlässigkeit werden jedoch weiter verringert, wobei der Komfort der Bekleidung, die unter Anwendung dieser Technologie hergestellt wird, gleichzeitig reduziert wird.
Schutzkleidung in Operationsräumen von Krankenhäusern wurde aus mit Zellstoff gefülltem, durchlocht gesponnenem Polyester hergestellt, das stark mit einem wasserabweisenden Stoff behandelt wurde. Hier muß wiederum ein Kompromiß der Eigenschaften erreicht werden. Ein größerer Komfort bringt einen Verlust bei der maximalen Schutzsperre vor Mikroorganismen, und eine größere Schutzsperre verringert den Komfort. Wenn z.B. Bekleidungsprodukte für den Operationsraum in einem Krankenhaus einen hervorragenden Schutz vor Mikroorganismen auf der durchbrochen gesponnenen bzw. durch Spinnen verbundenen Polyesterbasis erforderlich machen, wird auf das Polyester üblicherweise ein Polyethylenfilm laminiert. Obwohl gute Sperreigenschaften erreicht werden, wird jedoch die Wasserdampfdurchlässigkeit wesentlich eliminiert.
Die vorher eingereichte EP-A-288 214 (Einreichungsdatum 14.04.88, Prioritätsdatum 21.04.87, Veröffentlichungsdatum 26.10.88) beschreibt ein beschichtetes Produkt, das ein Substrat und ein mikroporöses Gerüst mit einem Hohlraumvolumen von mehr als 40 % aus einer offenen untereinander verbundenen Mikrostruktur umfaßt, wobei der Hohlraum im wesentlichen mit einer chemischen Substanz gefüllt ist, die ein Polymer sein kann.
Wie es aus dem oben Genannten ersichtlich ist, gehen die Schutzeigenschaften und die Komforteigenschaften untere inander einen Kompromiß ein. Die vorliegende Erfindung sorgt für die stark erwünschten Schutzsperreigenschaften, während gleichzeitig gute Wasserdampfdurchlässigkeitseigenschaften erreicht werden; und zwar Schutz mit Komfort.

ZUSAMMENFASSUNG DIESER ERFINDUNG

Es wurde nunmehr ein Beschichtungsverfahren entdeckt, bei dem die Kombination aus einem porösen Gerüstmaterial, einem hydrophilen Polyurethanharz und einem Substrat, alle in einem geeigneten Verhältnis zueinander, zu einem beschichteten Produkt führt, das die erwünschte Ästhetik aufweist und vorteilhafte Sperreigenschaften gegenüber Mikroorganismen und partikelförmigem Material hat. Insbesondere bietet dieses beschichtete Produkt eine funktionelle Sperre, ohne daß der Komfort für den Benutzer beeinträchtigt wird. Diese gebildete funktionelle Sperre dient als wirksame Sperre vor Mikroorganismen und schwebenden partikelförmigen Materialien.
Bei dieser Erfindung wird auf bestimmte Weise auf eine Seite des Substrats eine Beschichtung aufgebracht, um die gewünschten Besonderheiten der Sperrschicht zu verleihen. Diese Beschichtung ist eine Kombination aus einer polymeren mikroporösen Gerüstschicht als auch einem hydrophilen Polyurethanharz.
Folglich umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren:
a) Bildung der Beschichtung durch Kontakt eines mikroporösen Gerüstmaterials mit einer Mikrostruktur aus offenen, untereinander verbundenen Hohlräumen, wobei das Hohlraumvolumen des Gerüstmaterials mindestens 65 % des Gesamtvolumens des Gerüstmaterials beträgt, wobei dieses Gerüstmaterial ein Gewicht zwischen 1 und 10 g/m² hat, mit einem hydrophilen Polyurethan-Vorpolymerisat zwischen Walzen, wobei der Druck zwischen den Walzen und der Betrag des Polyurethanflusses so eingestellt werden, daß sie dazu führen, daß das Vorpolymerisat auf dem Gerüstmaterial eine Schicht bildet und teilweise in die Poren des mikroporösen Gerüstmaterials eindringt, ohne diese vollständig zu füllen, wobei die gebildete Polyurethanschicht ein Gewicht von 5 bis 25 g/m² aufweist,
b) Kontakt eines Gewebesubstrates mit einer Wasserdampfdurchlässigkeit von mindestens 5000 g/m²/24h mit der Schicht dieser Beschichtung zwischen zwei Walzen, wobei das Vorpolymerisat polymerisiert, um die Beschichtung nur an bestimmten erhöhten Punkten auf dem Gewebesubstrat anzubringen.
Die Oberfläche des beschichteten Gewebes hat ein angenehmes Aussehen, dies beruht auf der Tatsache, daß das Polyurethanharz die Hohlräume des Gerüstmaterials nicht bis zu dem Ausmaß füllt, daß dieses Harz auf der entgegengesetzten Seite des Gerüsts vorhanden ist. Um zu sichern, daß es auf der entgegengesetzten Seite eine frei liegende mikroporöse Oberfläche gibt, kann alternativ auf diese Oberfläche eine zweite Schicht eines unbehandelten Gerüsts aufgebracht werden.
Die Produkte dieses erfindungsgemäßen Verfahrens sind kontinuierliche Beschichtungen und zeigen als solche im wesentlichen keine Luftdurchlässigkeit und erzielen somit eine Sperre gegenüber schwebenden partikelförmigen Materialien. Die Produkte dieser Erfindung wirken außerdem als Sperre gegenüber Mikroorganismen, z.B. Viren und Bakterien. Diese Sperreigenschaften werden erreicht, während die Wasserdampfdurchlässigkeit (MVTR) des beschichteten Produktes nur wenig geringer als die MVTR des unbeschichteten Ausgangssubstrats ist. Folglich erreicht das Produkt dieser Erfindung sowohl einen Schutz als auch Komfort, wobei beide auf einen Höchstwert gebracht werden, ohne daß zwischen beiden ein Kompromiß eingegangen werden muß. Es sollte darauf hingewiesen werden, daß diese Merkmale auch nach einer Sterilisation mit γ-Strahlen beibehalten wird.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 und 2: zeigen den Aufbau einer Ausführungsform dieser Erfindung.
Fig. 3 und 4: zeigen Ansichten der Vorrichtung, die für die Prüfung der beschichteten Gewebe bei der Sperrleistung gegenüber Viren verwendet wurde.
Fig. 5: ist eine schematische Darstellung des bei dieser Erfindung angewendeten Verfahrens.
Fig. 6: ist eine Rasterelektronen-Mikroaufnahme der Produkte dieser Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Das hier verwendete beschichtete Produkt oder Gewebe ist ein solches, bei dem das Substrat auf einer Oberfläche kontinuierlich mit einem oder mehreren Materialien bedeckt ist, um dem Substrat eine Eigenschaft zu verleihen, die es selbst nicht aufweist.
Das bei dieser Erfindung verwendete Substrat kann jedes Gewebe bzw. Textilerzeugnis sein, das eine Wasserdampfdurchlässigkeit von mindestens 5000 g/m²/24h aufweist. Dieses Textilerzeugnis kann gewebt, Faservlies oder Strick- bzw. Wirkware sein. Das Substrat kann aus Papier bestehen. Es kann auch in Form von Mull, in Form eines Siebs oder Gitters vorliegen. Bei Anwendungszwecken wie z.B. Krankenhausbekleidung wird oft ein textiles Gewebe, z.B. eine Polyester-Baumwoll-Mischung, oder eine Faservliesmaterial als Substrat verwendet, das Zellstoff enthält.
Das polymere Gerüstmaterial ist ein mikroporöses Polymer mit einer Mikrostruktur aus offenen, untereinander verbundenen Hohlräumen und mit einem Hohlraumvolumen von mehr als 65 %. Bei einigen Anwendungszwecken kann es bevorzugt sein, daß das Hohlraumvolumen mehr als 70 oder sogar 85 % beträgt. Das Gerüstmaterial kann eine Dicke von weniger als 100 um, vorzugsweise weniger als 35 um und am bevorzugtesten weniger als 20 um aufweisen.
Die Gerüstmaterialien umfassen Filme aus mikroporösen Polyolefinen, z.B. Polytetrafluorethylen, Polypropylen, Polyethylen und andere mikroporöse Polymere, die eine hohe Wasserdampfdurchlässigkeit aufweisen.
Ein bevorzugtes Gerüstmaterial ist gedehntes Polytetrafluorethylen (PTFE). Dieses Material wird durch eine Vielzahl offener, untereinander verbundener Hohlräume, große Festigkeit und beständige chemische Eigenschaften gekennzeichnet. US-Patent Nr. 3 953 566 und 4 187 390 beschreiben die Herstellung der gewünschten mikroporösen, gedehnten Polytetrafluorethylenfilme. Diese Filme sind im Handel von W.L. Gore & Associates, Inc. erhältlich und werden unter dem Warenzeichen GORE-TEX gehandelt.
Diese hydrophile Polyurethanschicht befördert das Wasser selektiv durch Diffusion, unterstützt jedoch den durch Druck hervorgerufenen Flüssigkeitsstrom nicht. Folglich wird Feuchtigkeit befördert, die kontinuierliche Schicht schließt jedoch den Durchgang von Mikroorganismen und Luft aus.
Die hier vorteilhaften Polyurethane umfassen das Produkt eines Polyols aus in erster Linie Oxyethyleneinheiten und einem Polyisocyanat. Der Polyolanteil umfaßt mehr als 45 Gew.-% Polyurethan, vorzugsweise mehr als 60 %, am bevorzugtesten mehr als 70 %.
Eine Klasse dieser Polyurethane ist die, die ein Grundgerüst aus Polyoxyethylen aufweisen, die mit Toluoldiisocyanatgruppen enden. Sie weist verzweigte Polyether mit mindestens drei reaktiven Isocyanatgruppen auf.
Eine weitere Klasse dieser Polyurethane umfaßt das Reaktionsprodukt von:
(i) einem Polyol (A) mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von etwa 600 bis etwa 3500 und einer Funktionalität von mindestens 2;
(ii) einem Isocyanat (B) mit einer Funktionalität von mindestens 2; und
(iii) einem Kettenverlängerungsmittel mit geringem Molekulargewicht (C) mit einem Molekulargewicht im Bereich von weniger als etwa 500 und einer Funktionalität von mindestens 2, wobei diese Reaktanten in solchen Verhältnissen eingesetzt werden, daß sie die folgenden Gleichungen erfüllen:
worin EqNCO das Äquivalent der eingesetzten Isocyanatarten ist, und EqOH und EqCE die entsprechenden molaren Äquivalente des eingesetzten Polyols und des eingesetzten Kettenverlängerungsmittels kennzeichnen, wobei die weichen Segmente durch das Polyol primär aus Oxyethyleneinheiten gebildet werden, und die geeigneten harten Segmente durch das Reaktionsprodukt des Isocyanats und des Kettenverlängerungsmittels gebildet werden, die die Phasentrennung der harten und der weichen Segmente einleiten. Das Reaktionsprodukt aus:
(i) einem Polyol (A) aus in erster Linie Oxyethyleneinheiten, das ein Zahlenmittel des Molekulargewichts von etwa 600 bis etwa 3500 aufweist;
(ii) einem Polyisocyanat (B); und
(iii) einem bifunktionellen Kettenverlängerungsmittel mit geringem Molekulargewicht (C), das ein Molekulargewicht in einem Bereich von unterhalb etwa 500 aufweist, ist bevorzugt.
Am bevorzugtesten ist das Reaktionsprodukt aus:
(i) einem Poly(alkylenether)glycol (A) aus in erster Linie Oxyethyleneinheiten, das ein Zahlenmittel des Molekulargewichts von etwa 600 bis etwa 3500 aufweist;
(ii) einem Diisocyanat (B); und
(iii) einem bifunktionellen Kettenverlängerungsmittel mit geringem Molekulargewicht (C), das ein Molekulargewicht in einem Bereich von unterhalb etwa 500 aufweist.
Diese Polyurethane werden in US-Patent Nr. 4 532 316 detaillierter beschrieben.
Um die Produkte dieser Erfindung herzustellen, wird das Polyurethan in Form seiner flüssigen Phase in einer geregelten Menge auf eine Seite des Gerüstmaterials aufgebracht, um auf diesem Material eine Schicht zu bilden und damit es teilweise in die Hohlräume dieses Materials eindringt. Das Substrat wird mit der Polyurethanseite dieser Kombination aus Polyurethan/Gerüst (Beschichtung) kombiniert und anschließend dazu gebracht, daß es sich verfestigt und/oder in einer festen Bindung zwischen dem Substrat und der Beschichtung aushärtet.
Dieses Beschichtungsverfahren wird in der folgenden Beschreibung einer Gruppe aus vier Walzen dargestellt, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Für die dosierte Regelung des Polyurethan wird von einer Gravur- bzw. Tiefdruckwalze 1 (nachfolgend als Tiefdruckwalze bezeichnet) und einem Abstreichmesser/Zufuhrbehälter 10 gesorgt. Das Polyurethan 9 wird in einer geregelten Menge auf das sich kontinuierlich bewegende Gerüstmaterial 5 im Walzenspalt zwischen den beiden Rotationswalzen 2 und 3 aufgebracht; eine solche Rotationswalze 2 trägt die geregelte Menge des Polyurethan, und die andere Walze 3 sorgt für den Halt, so daß das Polyurethan teilweise in die poröse Struktur des Gerüstmaterials 5 gedrückt wird. Die Beschichtung 7 (und zwar die Kombination aus Gerüstmaterial und Polyurethan) wird im Walzenspalt zwischen den beiden Rotationswalzen 3 und 4 mit dem Substrat 6 kombiniert, dies führt zum beschichteten Produkt 8 dieser Erfindung. Dieses Verfahren kann weiter modifiziert werden, so daß für ein zweites Substrat gesorgt wird, das in die Rückseite der Beschichtung gebracht wird, um einen Zwischenlagerungseffekt zu bewirken, wobei sich die Beschichtung zwischen diesen beiden Substraten befindet.
Der Druck zwischen den Walzen 2 und 3 und der Betrag des Polyurethanflusses werden so eingestellt, daß diese dazu führen, daß das Polyurethan sowohl die Oberfläche des Gerüstmaterials beschichtet als auch bis zu einem bestimmten Ausmaß in die Hohlräume des Gerüsts eindringt. Es ist jedoch Vorsicht geboten, damit die Hohlräume des mikroporösen Gerüsts nicht vollständig gefüllt werden.
Es wird auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen, die ein repräsentatives beschichtetes Produkt zeigen, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde; das Substrat 1 ist in Fig. 1 als gewebtes Textilerzeugnis gezeigt, das aus den Fasern 2 hergestellt wurde, und in Fig. 2 als Faservlies. Erhabene oder erhöhte Abschnitte des Gewebes sind als 3 dargestellt. Die Polyurethanschicht ist mit 4 bezeichnet und berührt das Substrat an den erhabenen oder erhöhten Punkten 3 und haftet an diesen Punkten, wie es ersichtlich ist. Lufträume im Gewebe sind als 8 gekennzeichnet. Das Gerüstmaterial trägt die Bezugsziffer 5 und die Hohlräume sind mit 6 bezeichnet und sind teilweise mit Polyurethan gefüllt, wie es mit der Bezugsziffer 7 gezeigt ist.
Diese Beschichtung (die Kombination aus Polyurethan und Gerüstmaterial) wird in einer einzigartigen Weise am Substrat angebracht. Die Beschichtung und das Substrat haften nur an erhöhten spezifischen Punkten. Dies steht im Gegensatz zu dem, was man normalerweise im Stand der Technik sieht, wobei die Beschichtung im allgemeinen der Kontur des Substrates zu folgen scheint und/oder die Hohlräume und Vertiefungen im Substrat füllt und somit ersichtlich ist, daß sie nicht überall eine regelmäßige Dicke aufweist. Mit anderen Worten ist mikroskopisch ersichtlich, daß die Beschichtung hier eher zwischen den Kontaktpunkten des Substrats gespannt ist, als der Kontur dieser Oberfläche zu folgen.
Es wird angenommen, daß dieses Phänomen dieses gute Drapieren des Gewebes hervorruft. Das Drapieren wird als die Art und Weise definiert, in der das Gewebe fällt, wenn es in unterschiedlichen Positionen hängt. Das Drapieren ist mit Flexibilität und Geschmeidigkeit verbunden. Außerdem wird angenommen, daß die Kombination aus Gerüst und Polyurethan für eine derart dünne hydrophile Polyurethanschicht sorgt, die derart kontinuierlich ist. Diese Kontinuität sorgt für die gewünschten funktionellen Sperreigenschaften und die Dünne erlaubt die hohen Werte der Wasserdampfdurchlässigkeit.
Obwohl die Produkte dieses erfindungsgemäßen Verfahrens aufgrund ihrer guten Sperreigenschaften gegenüber Viren und Bakterien bei Krankenhausbekleidung zweckmäßig sind, finden sie auch bei anderen Anwendungszwecken Verwendung, bei denen diese guten Sperreigenschaften für Mikroorganismen erwünscht sind, z.B. bei Bettzeug für Krankenhäuser, Inkontinenzeinrichtungen, Hygieneprodukten und anderen ähnlichen Anwendungs zwecken.
Die Produkte dieser Erfindung werden auch bei Anwendungszwecken verwendet, bei denen eine geregelte Sperre für schwebende partikelförmige Materialien erwünscht ist. Sie sind z.B. bei der Asbestreinigung zweckmäßig, bei denen die Produkte für den Arbeiter bequem sein müssen, ihn jedoch noch schützen. Wenn man dieses Schutzkonzept umdreht, findet dieses Produkt auch Anwendung, wenn Körperpartikel von empfindlichem Material ferngehalten werden sollen, das in einem sauberen Raum hergestellt oder angewendet wird.
Im Verlaufe der Prüfung der Sperrschichten gegenüber Bakterien und Viren zur Anwendung bei Bekleidung in Operationssälen wurde die Arbeit von Laufman et al. (Ann. Surg. 875, Juni 1975) in Betracht gezogen. Diese mißt die Belastungskräfte bei chirurgischen Sperrschichten während ihrer Verwendung und fand Kräfte in der Größenordnung von 2,27 kg (5 lbs.) am Ellbogen und 4,54 kg (10 lb.) an der Taille. Unter der Annahme, daß die Ellbogenfläche einen Kreis mit einem Durchmesser von 10,16 cm (4 inch) und die Taille eine Fläche von 91,4 cm (36 inch) umgeben, entsprechen diese Kräfte 28 kg/cm² (0,40 psi) bzw. 19,7 kg/cm² (0,28 psi). Um einen Sicherheitsgrad zu bieten, wurde die Prüfung der Sperrschicht vor Viren mit einem Druck bis zu 1,3 bar (4 psig) entlang der Membrantestprobe durchgeführt.

Prüfverfahren

In den Beispielen wurde eine Vielzahl unterschiedlicher Versuche angewendet. Diese werden wie folgt beschrieben:

Bestimmung der Luftdurchlässigkeit

Die Substrate und die beschichteten Produkte dieser Erfindung wurden nach Gurley-Sekunden geprüft, die als die Zeit in Sekunden definiert werden, damit 100 cm³ Luft bei einem Druckabfall von 1,2 kPa durch 6,45 cm² des Versuchsmaterials strömen. Diese Gurley-Sekunden wurden in die Luftdurchlässigkeit umgewandelt, indem diese in 100 cm³ Luft unterteilt wurden. Die Luftdurchlässigkeit als solche wird in cm³/min Luft durch die Versuchsfläche aufgeführt. Die Versuchsvorrichtung, ein Gurley-Dichtemeßgerät Modell 4110 oder Modell 4120 wurde in einem Verfahren verwendet, das dem Verfahren A nach ASTM D726-58 ähnlich ist. Das Modell 4110 wurde bei unbeschichteten Substraten, 4120 bei beschichteten Proben verwendet. Die beschichteten Proben wurden mit der beschichteten Seite nach oben orientiert, um eine möglichst wirksame Abdichtung zu sichern, man muß jedoch vorsichtig sein, um das Entweichen entlang der Kante der Versuchsfläche zu minimieren. Hier wurde eine Luftdurchlässigkeit von weniger als 6 cm³/min als Kriterium verwendet, um keine Luftströmung nachzuweisen.

Prüfung der Wasserdampfdurchlässigkeit

Nachfolgend ist eine Beschreibung des Versuchs angegeben, der zur Messung der Wasserdampfdurchlässigkeit (MVTR) angewendet wurde. Das Verfahren hat sich als geeignet erwiesen, um Beschichtungen und beschichtete Produkte zu prüfen.
Bei diesem Verfahren wurden etwa 70 ml einer gesättigten Salzlösung aus Kaliumacetat und destilliertem Wasser in einen 133 ml Polypropylenbecher mit einem Innendurchmesser von 6,5 cm an der Öffnung gegeben. Eine Membran aus gedehntem PTFE mit einer Gurley-Zahl von etwa 7 s, einem Blasenbildungspunkt von etwa 179 kPa, der wie in ASTM F316 beschrieben bestimmt wurde, einer Dicke von etwa 37 um und einem Gewicht von etwa 20 g/cm², von W.L. Gore & Associates of Newark Delaware wurde auf die Öffnung des Bechers heiß versiegelt, um eine straffe auslaufdichte mikroporöse Sperre zu bilden, die die Salzlösung enthält. Eine ähnliche Membran aus gedehntem PTFE wurde straff in einem Stickrahmen mit 12,5 cm befestigt und schwamm auf der Oberfläche eines Wasserbades. Dieser Aufbau des Wasserbades wurde bei 23ºC plus oder minus 0,1ºC geregelt, wobei ein temperaturgeregelter Raum und ein zirkulierendes Wasserbad angewendet wurden.
Danach wurden die beschichteten Proben mit der beschichteten Seite nach unten auf der Oberfläche der schwimmenden Membran aus gedehntem PTFE angeordnet.
Dieser Becheraufbau wurde auf genau 1/1000 g gewogen und umgekehrt auf der Mitte der Versuchsprobe angeordnet.
Der Wassertransport wurde durch die Antriebskraft zwischen dem Wasser und der gesättigten Salzlösung geschaffen, wobei durch die Diffusion in dieser Richtung ein Wasserfluß geschaffen wurde. Die Probe wurde 15 Minuten lang geprüft und der Becheraufbau wurde anschließend entfernt, wiederum innerhalb 1/1000 g gewogen.
Die MVTR der Probe wurde aus der Gewichtszunahme des Becheraufbaus berechnet und in Gramm Wasser pro Quadratmeter der Oberfläche der Probe pro 24 Stunden ausgedrückt.
Gleichzeitig wurde ein zweiter Becheraufbau innerhalb 1/1000 g gewogen und wie oben in umgekehrter Weise auf der Versuchsprobe angeordnet. Dieser Versuch wurde wiederholt, bis ein stabiler Zustand der MVTR durch zwei sich wiederholende MVTR-Werte beobachtet wurde. Bei dünnen Beschichtungen (weniger als 0,25 mm) wurde im allgemeinen gefunden, daß nur ein Versuchsintervall notwendig ist, um innerhalb der Abweichungen des Versuchs die Information über den stabilen Zustand zu erhalten.

Stabilitätsprüfung nach Suter

Die Kontinuität bzw. Stabilität der beschichteten Produkte dieser Erfindung wurde unter Verwendung einer modifizierten Versuchsvorrichtung nach Suter geprüft, die eine Prüfung bei geringem Eingangsdruck des Wassers darstellt. Das Wasser wurde gegen eine Probe mit 10 cm Durchmesser gedrückt, die in einer festgeklemmten Anordnung von zwei Gummidichtungen abgedichtet war. Die Probe wurde mit der Beschichtungsseite nach unten gegen das Wasser befestigt. Es ist wichtig, daß durch den Klemmechanismus, die Dichtungen und die Probe eine auslaufdichte Abdichtung gebildet wird. Bei deformierbaren Proben wurde die Probe durch verstärkenden Mull oder Heftgaze (z.B. offenes Faservlies) in ihrer Position gehalten. Die Probe stand gegenüber den atmosphärischen Bedingungen offen und war vom Betreiber sichtbar. Der Wasserdruck auf der Probe wurde durch eine Pumpe auf 6,89 kPa erhöht, die mit einem Wasserbehälter verbunden war, dies wurde von einem geeigneten Meßinstrument angezeigt und durch ein direktes Ventil geregelt. Die Versuchsprobe befand sich in einem Winkel und das Wasser wurde rezirkuliert, um zu sichern, daß Wasser die untere Oberfläche der Probe berührt und nicht Luft. Die obere Oberfläche der Probe wurde während eines Zeitraums von mindestens einer Minute visuell auf das Auftreten von Wasser beobachtet, das durch die Probe gedrückt wird. Wenn auf der Oberfläche flüssiges Wasser sichtbar war, wurde dies als Mangel der Kontinuität der Beschichtung interpretiert. Der Grad bestanden wurde erteilt, wenn innerhalb von 3 Minuten kein flüssiges Wasser sichtbar war, dies weist folglich auf eine kontinuierliche Beschichtung hin.

Prüfung der Leistungsfähigkeit als Virussperre

Es wurde eine Aufspannvorrichtung gestaltet, wie sie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, um die Sperre festzuhalten, die geprüft wird.
Oberhalb der Sperre ist die Virussuspension in einem komprimierbaren Behälter enthalten.
Ein zweiter Behälter unterhalb der Sperre enthält eine Trypton-Nährbouillon, die so gepumpt wird, daß die Unterseite der Sperre kontinuierlich durch die Nährbouillon gewaschen wird. Diese Waschungen werden dem Aufnahmegefäß für die Nährbouillon zurückgeführt. Der obere Behälter wird mit einer Virussuspension (mindestens 1 x 10&sup8; Viruspartikel/ml) gefüllt und komprimiert. Alle Viruspartikel, die durch die Sperre hindurchgehen, werden in die Nährbouillon gewaschen. Nach einem festgelegten Zeitraum werden von der Nährbouillon Proben zur Untersuchung genommen.
Zur Prüfung der Virussperren wurde eine kleine Bakteriophage mit Ikosaeder-Form (Phi-X174) mit einem Durchmesser von 27 nm verwendet. Die Suspensionsflüssigkeit war Humanserum. Der Versuchszeitraum betrug 30 Minuten bei einem Wasserdruck von 0,5 bis 1 cm, 30 Minuten bei einem Wasserdruck von 4 cm, 30 Minuten bei 1,1 bar (1 psig) und 30 Minuten bei 1,3 bar (4 psig), der auf den Behälter der Virussuspension angewendet wurde. Proben der Nährbouillon wurden zu Beginn und am Ende jedes Intervalls aufgefangen.
Zur mengenmäßigen Erfassung verdünnt man die Proben nacheinander bis 10 in der Trypton-Nährbouillon. Es werden 0,5 ml jeder Verdünnung in 2,5 ml von der Autoklavbehandlung unterzogenem Top-Agar (top agar) in sterilisierten Versuchsröhrchen gegeben, jedem Röhrchen wird ein Tropfen der Wirtsbakteriensuspension zugesetzt, es wird gut gemischt und auf die Oberfläche von Boden-Agarplatten (bottom agar plates) gegossen. Es wird 4 bis 12 Stunden lang bei 37 + 2ºC inkubiert, um Belege zu erhalten, die zum Zählen groß genug sind jedoch nicht verschmelzen. Der Titer der Phage wird aus der Zählung des Belags berechnet und die Ergebnisse werden in PFU/ml (Belag bildende Einheiten/ml) aufgeführt.
Außerdem sollte jede Volumenzunahme der zirkulierenden Nährbouillon festgestellt werden, sie weist auf einen Fluidstrom aus dem oberen Behälter hin.
Die Leistungsfähigkeit der Sperre wird gemessen, indem der Druck beobachtet wird, bei dem der Virusdurchbruch bis zu 1,3 bar (4 psig) erfolgt. Jeder Durchbruch wird als Fehler eingeschätzt. Bestanden bedeutet kein Durchbruch bei 1,3 bar (4 psig).
Die verwendeten Medien sind nachfolgend gezeigt.

MEDIEN:

Trypton-Nährbouilon:
Bacto-Trypton 10,0 g
KCl 5,0 g
CaCl&sub2; 0,15 g
gereinigtes Wasser in genügender Menge 1000 ml
Mit 2,5 n NaOH wird auf pH = 7,3 eingestellt; sterilisiert
Top-Agar:
Bacto-Agar 6,5 g
Trypton 13,0 g
NaCl 8,0 g
Glucose 3,0 g
Natriumcitrat 2,0 g
gereinigtes Wasser in genügender Menge 1000 ml
Jeder Bestandteil wird in dieser Reihenfolge zugesetzt. Mit 2,5 n NaOH oder HCl wird auf pH = 7,5 eingestellt; Autoklav
Boden-Agar:
Bacto-Agar 10,0 g
Trypton 13,0 g
NaCl 8,0 g
Glucose 1,3 g
Natriumcitrat 2,0 g
gereinigtes Wasser in genügender Menge 1000 ml
Jeder Bestandteil wird in dieser Reihenfolge zugesetzt. Mit 2,5 n NaOH oder HCl wird auf pH = 7,5 eingestellt, Autoklav, in Platten gegossen.
Fig. 2 ist eine Darstellung der Aufspannvorrichtung, die bei der Prüfung der Leistungsfähigkeit als Virussperre verwendet wurde. 1 ist die zu prüfende Sperre, 2 ist der Behälter zur Aufnahme der Virussuspension, 3 ist der Behälter, der die Nachweislösung enthält, 4 ist der Einlaß und 5 die Auslässe zur Zirkulation der Nachweislösung.
Fig. 3 ist eine Darstellung der Ausrüstung, die zur Prüfung der Sperreigenschaften mit Virussuspensionen verwendet wurde. Der obere Behälter ist mit einem Ventil an jedem Auslaß, einem Druckmeßinstrument und einer Einrichtung zur Erzeugung eines Drucks für die Virussuspension verbunden. Der Einlaß (4) ist mit einer Rollkolbenpumpe 6, die die Nachweislösung aus dem Zufuhrgefäß (7) abzieht, und Auslässen (5) verbunden, die die Nachweisflüssigkeit zu 7 zurückführen. Die Flüssigkeit wird durch einen Magnetrührer/Heizvorrichtung (8) gerührt und erwärmt.

Prüfung der Anforderungen als Bakteriensperre

Das Versuchsverfahren wurde in Anbetracht der Begriffe Belastung, Oberflächenspannung und Durchdringung der Flüssigkeit aufgebaut.
Diese Prüfung stellt ein Diffusionsverfahren dar, bei dem die Sperre in einer Position zwischen zwei wäßrigen Lösungen festgeklemmt ist. Eine Lösung enthält Bakterien und die andere Lösung ist steril. Die Aufgabe dieses Verfahrens besteht in der Bestimmung, ob die Bakterien die sterile Lösung verunreinigen können, indem sie durch die Sperre hindurchdringen.
Es wird eine Belastung geschaffen, indem das Fluidniveau in der Probe-Hälfte der Diffusionsvorrichtung erhöht wird. Die verwendete Lösung sollte im Bereich der Oberflächenspannung von Blut und Körperfluiden sein. Die Proben können im Verlauf der Zeit aus der Vorrichtung entnommen werden, ohne diese oder die Versuchsproben zu zerstören. Sperren unterschiedlicher Qualität können unterschieden werden, indem eine längere Zeit oder ein erhöhter Druck gewählt werden. Aufgrund der Beschichtung mit serienmäßiger Verdünnung sind alle Ergebnisse numerisch.
Diese Vorrichtung besteht aus zwei Kammern, deren offene Seiten zusammenpassen. Jede Kammer weist einen oberen Einlaß zur Einführung des Mediums oder zur Ausübung eines Drucks auf diese Kammer auf und jede weist an der Unterseite einen Probenauslauf auf. Die zu prüfende Sperre wird zwischen den offenen Seiten der beiden Kammern angeordnet und diese Seiten werden zusammengeklemmt. Das Probemedium, das die Bakterien enthält, wird in eine Kammer der steriliserten Diffusionsvorrichtung eingeführt, während der zweiten gleichzeitig ein Nachweismedium zugesetzt wird, um einen vorzeitigen Druckabfall zu verhindern.
Das Niveau des Probemediums wird so eingestellt, daß gegenüber dem Nachweismedium ein positiver Druck entsteht.
Innerhalb eines Zeitraums werden aus der Nachweis-Nährlösung Proben abgezogen. Am Ende des Versuchs sollte der gesamte Inhalt der Nachweiskammer abgelassen und vor der Beschichtung vermischt werden. Für Proben mit sehr geringer Auszählung kann die Inkubation des Nachweismediums über Nacht angewendet werden.
Die Proben werden mit Verdünnungen von 1, 100, 10 000 und 1 000 000 auf Agar geschichtet. Die Ergebnisse werden in CFU/ml (Kolonie bildende Einheiten/ml) aufgezeichnet.
Für diesen Versuch wurde als Probesuspension E. coli in einer Konzentration von 2 x 10&sup8; CFU/ml in Triptikase-Soja- Nährbouillon verwendet. Die Einwirkungszeiten betrugen bei 10,16 cm (4 inch) der hydrostatischen Druckhöhe von Wasser auf das Probemedium 30 Minuten.

Beispiel 1

Nach der vorliegenden Erfindung wurde ein beschichtetes Produkt hergestellt, wobei die in Fig. 5 gezeigte Vorrichtung verwendet wurde. Es wurde eine Walzenbeschichtungsvorrichtung mit einer Konfiguration einer Gruppe aus vier Walzen in Reihe mit einer Aufnahme verwendet. Die Gruppe umfaßte eine Tiefdruckwalze mit viereckigem Profil, 33 Zellen pro cm, Zelltiefe 110 um (33Q/110), die durch Druck gegen eine Polyurethankautschukwalze gedrückt wurde, die durch Druck gegen eine Chromwalze gedrückt wurde, die durch Druck gegen eine Siliconkautschukwalze gedrückt wurde. Diese Tiefdruckwalze wurde auf 100ºC und die Chromwalze auf 100ºC erwärmt; die damit in Kontakt stehende Polyurethankautschukwalze hatte ebenfalls eine erhöhte Temperatur. Die Tiefdruckwalze lag mit einer Mulde vor, die eine reaktive heiße Schmelze enthielt - hydrophiles Polyurethan, das aus 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, Polyoxyethylen mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichtes von 1450 und Hydrochinondi(2- hydroxyethyl)ether hergestellt worden war, das nach der Beschreibung von US-Patent Nr. 4 532 316 hergestellt wurde. Die Schmelzviskosität des Polyurethan betrug etwa 2000 cP, dies wurde mit einem Rheometer unter Anwendung parallel schwingender Scheiben bei einer Anwendungstemperatur von 100ºC gemessen. Das hydrophile Polyurethan wurde von der Tiefdruckwalze entlang der Gruppe befördert, bis es mit dem Gerüstmaterial in Kontakt kam. Dieses Gerüstmaterial war gedehntes PTFE, das nach der Beschreibung von US-Patent Nr. 3 953 566 und 4 187 390 hergestellt worden war, ein Gewicht von etwa 2 bis 3 g/m² und ein Hohlraumvolumen von mehr als 65 % hatte. Die Beschichtung (und zwar die Kombination aus Gerüst und Polyurethan) wurde am Walzenspalt von Chromwalze/Siliconwalze mit 70 g/m² eines mit Zellstoff gefüllten, durchbrochen gesponnenen Faservlies aus Polyester in Kontakt gebracht. Das so hergestellte beschichtete Produkt wurde dann auf der Aufnahme aufgefangen. Das beschichtete Produkt wurde dann 48 Stunden lang bei Umgebungsbedingungen gehärtet. Das Produkt was ästhetisch angenehm und fiel gut. Fig. 6 zeigt eine repräsentative Mikroaufnahme mit 200 x. Eine handelsübliche OP-Bekleidung, American Converter's OPTIMA -Gewebe, ist für ein mit Zellstoff gefülltes, durchbrochen gesponnenes Faservlies aus Polyester repräsentativ, das mit dem beschichteten Produkt dieser Erfindung verglichen werden soll. Die Endeigenschaften des beschichteten Produktes sind zusammen mit dem OPTIMA -Substrat in Tabelle 1 aufgeführt. Alle Eigenschaften wurden durch die geeigneten oben beschriebenen Versuche gekennzeichnet. Die Prüfung der Leistungsfähigkeit als Virussperre wurde nach einer Sterilisierung mit γ-Strahlung mit 2,5 bis 5 Mrd durchgeführt.
Wie es aus diesen Werten ersichtlich ist, wurde ein Produkt mit hoher Wasserdampfdurchlässigkeit nachgewiesen, das die hier beanspruchten Sperreigenschaften zeigt. Beispiel 1 Tabelle 1 Optima-Substrat Beschichtetes Produkt Beschichtungsgewicht (g/m²) Kontinuitätsprüfung nach Suter (1 psig/3 min) (1,08 bar/3 min) Luftdurchlässigkeit (cm³/min) Prüfung der Leistungsfähigkeit als Virussperre (psig) versagt bestanden * N/A = nicht anwendbar

Beispiel 2

Um die Anwendbarkeit dieser Erfindung zu erläutern, wird das im Beispiel 1 beschriebene beschichtete Produkt in Tabelle 2 mit Strukturen verglichen, die gegenwärtig in der Schutzbekleidungsindustrie gehandelt werden.
Das folgende ist für Materialien repräsentativ, die für entsorgungsfähige Anwendungszwecke gehandelt werden.
Probe 1 = Polyolefin-Spinnvlies
Probe 2 = zwei Schichten, Polypropylen-Spinnvlies
Probe 3 = durchbrochen gesponnener Zellstoff-Polyester
Probe 4 = durchbrochen gesponnener Zellstoff-Polyester mit einer Verstärkung aus Polyethylenfilm.
Probe 5 ist eine Polyester/Baumwoll-Mischung 50/50 mit hoher Auszählung (280), fluidabweisend behandelt, die für ein wiederverwendbares Produkt repräsentativ ist, diese wurde ebenfalls geprüft. Alle Materialien wurden so geprüft, wie sie empfangen wurden. Tabelle 2 Probe Beschichtetes Produkt von Beispiel 1 Gewicht (g/m²) Kontinuität nach Suter Luftdurchlässigkeit (cm³/min) Prüfung der Leistungsfähigkeit als Virussperre versagt bestand. NT = nicht geprüft, da die Probe die Kontinuitätsprüfung nach Suter nicht bestand
Wie es deutlich sichtbar ist, liefert das Produkt nach diesem erfindungsgemäßen Verfahren einen Schutz, der allen alternativen Materialien gleich oder diesen überlegen ist, und dies erfolgt gleichzeitig mit einer MVTR, die den Alternativen im wesentlichen gleich oder besser als diese ist.

Beispiel 3

Um die Flexibilität dieses Produktes bei der Substratauswahl zu erläutern, wurden verschiedene Basissubstrate wie in Beispiel 1 hergestellt.
Erläuterte Substrate:
Probe 1 = 67 g/m² durchbrochen gesponnener 100 % Polyester
Probe 2 = 40 g/m² durchbrochen gesponnener 100 % Polyester
Probe 3 = 67 g/m² punktweise gebundenes Nylon
Probe 4 = 42 g/m² Strickgewebe
Die Werte sind in Tabelle 3 zusammengefaßt. Tabelle 3 Probe Beispiel Kontrolle* Beschichtet Kontinuitäts prüfung nach Suter Prüfung der Luftdurchlässigkeit (cm³/min) versagt bestanden * Die Kontrollen sind das unbeschichtete Äquivalent oder dafür repräsentativ
Die resultierende Geschwindigkeit der Wasserdampfdurchlässigkeit ist bei den Produkten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren außergewöhnlich hoch. In vielen Fällen ist die MVTR des beschichteten Materials mit der des unbeschichteten Substrats vergleichbar und liefert außerdem wirksame Sperreigenschaften, die im Substrat allein nicht vorhanden sind. Um diese Besonderheit der Erfindung auzunutzen, werden Substrate mit einer MVTR von mindestens 5000 g/m²/24h ausgewählt, so daß das Substrat die hohe Wasserdampfdurchlässigkeit nicht einschränkt.

Beispiel 4

Um den bevorzugtesten Bereich des Gewichtes des Gerüstes darzustellen, wurden drei Produkte des erfindungsgemäßen Verfahrens wie im Beispiel 1 hergestellt, wobei der einzige Unterschied im eingesetzten Gewicht des Gerüsts lag. Tabelle 4 Beschichtetes Produkt Gewicht des Gerüstes (g/m²) Kontinuitätsprüfung nach Suter Luftdurchlässigkeit (cm³/min) bestanden

Claims

1) Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Produktes, welches umfaßt

a) Bildung der Beschichtung durch Kontakt eines mikroporösen Gerüstmaterials mit einer Mikrostruktur aus offenen, untereinander verbundenen Hohlräumen, wobei das Hohlraumvolumen des Gerüstmaterials mindestens 65% des Gesamtvolumens des Gerüstmaterials beträgt, wobei dieses Gerüstmaterial ein Gewicht zwischen 1 und 10 g/m² hat, mit einem hydrophilen Polyurethan-Vorpolymerisat zwischen Walzen, wobei der Druck zwischen den Walzen und der Betrag des Polyurethanflusses so eingestellt werden, daß sie dazu führen, daß das Vorpolymerisat auf dem Gerüstmaterial eine Schicht bildet und teilweise in die Poren des mikroporösen Gerüstmaterials eindringt, ohne diese vollständig zu füllen, wobei die gebildete polyurethanschicht ein Gewicht von 5 bis 25 g/m² aufweist,

b) Kontakt eines Gewebesubstrates mit einer wasserdampfdurchlässigkeit von mindestens 5000 g/m²/24h mit der Schicht dieser Beschichtung zwischen zwei Walzen, wobei das Vorpolymerisat polymerisiert, um die Beschichtung nur an bestimmten erhöhten Punkten auf dem Gewebesubstrat anzubringen.