JP2010512467A - 出動用装備服における化学的および生物学的保護を提供するための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

化学的および生物学的保護用の消防士の出動用装備服が提供される。保護織布は、少なくとも１種の化学剤または生物剤からの保護を提供できる、少なくとも１種の収着性物質、反応性物質、または収着性と反応性を併せ持つ物質を含む。収着性物質、反応性物質または収着／反応性物質は、好ましくは、衣服の寿命を延ばすことができるように、再活性化、再生または除去・交換が可能である。織布、衣服、ならびに織布および／または衣服の製造方法の実施態様では、防護服において、収着／反応能力、耐燃性、透湿性、液不透過性、快適性および耐久性を独特に組み合わせて提供できる。

Description

化学的および生物学的防護服、特に出動用装備服（ｔｕｒｎｏｕｔ ｇｅａｒ ｇａｒｍｅｎｔｓ）が提供される。

職業によっては、個々が極度の熱および／または炎にさらされる可能性は避けられない。そのような状況で作業している間に損傷するのを避けるために、そうした個々は、一般には、熱および炎の両方から保護するよう設計された特別の耐燃性材料で構成されている防護服を着用する。業界では「出動用装備（ｔｕｒｎｏｕｔ ｇｅａｒ）」と一般に呼ばれる衣服などの防護服の一例が、消防士によって着用される。このような出動用装備としては、例えば、カバーオール、ズボン、およびジャケットなどの、さまざまな衣服を挙げることができる。これらの衣服は通常、材料層として、例えば、着用者または使用者を炎から保護する耐燃性繊維で作られた外殻、衣服へ液体が入り込むのを防ぐ防湿層（ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｂａｒｒｉｅｒ）、および着用者または使用者を極度の熱から保護する１つまたは複数の断熱（ｔｈｅｒｍａｌ ｂａｒｒｉｅｒ）層を含む、幾つかの材料層を含む。これらの衣服は、熱および炎から着用者を保護する一方、このような極限状況にさらされた場合に、着用者が体熱を追い出すことができるように高透湿性が考慮されたものでもあることが望ましい。

消防活動に関係する個人および他の緊急救助専門職の人は、工業薬品などの有害な作用剤、血液や他の体液、バクテリア、および微生物などにさらされることがある。このような個人は、有害な薬品または生物兵器にさらされることもある。このような個人が着用する衣服は強くて耐久性があるように作られているが、作業状況からして、衣服の完全な状態が損なわれうることは意外なことではない。さらに、蒸気が透過するように衣服が作られているということは、空気によって運ばれるかまたはガス状の特定の化学剤および生物剤に対して、衣服は無防備ともなりうる。したがって、万一このような作用剤が衣服に浸透した場合に、このような衣服において、化学剤および生物剤から着用者を保護するよう設計されたシステムを提供することが望まれる。

従来の衣服における化学的および／または生物学的保護は、選択的半透過性膜を防湿層として衣服に組み込むことによって実現されてきた。このように構成された衣服は、比較的ごわごわしたものになり得るし、透湿性がなくなることもあるため、着心地が悪い。一部の半透過性膜は比較的耐久性がないことがあるか、または耐摩耗性がないことがあるため、このような衣服は頻繁に交換する必要のある場合がある。さらに別の半透過性膜は、時間の経過に伴ってある特定の液体に対する透過抵抗（ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）の一部または全部を失うことがある。さらに、防湿層が破られると、衣服は有害な化学剤または生物剤が容易に通過して衣服の着用者に向かうことになる。

衣服における化学的および／または生物学的保護はまた、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）フィルムなどの膜内に埋め込まれた収着性物質を、防湿層に設けることにより実現されてきた。そのような織布（ｆａｂｒｉｃ）および衣服は比較的着心地の悪いものとなりうるし、収着容量が限られている。加えて、収着性物質は膜に埋め込まれるため、膜（したがって防湿層）の多孔性（したがって透湿性）が実質的に減少し、透湿特性が不十分な心地の悪い衣服となる。このような衣服は、北アメリカで調達される消防士の出動服に関する最低限の順守要件を規定している広く受け入れられている規格（但し、自主的なもの）である“Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｆｉｒｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（“ＮＦＰＡ”）１９７１ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｎ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ Ｅｎｓｅｍｂｌｅｓ ｆｏｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｆｉｒｅ Ｆｉｇｈｔｉｎｇ ａｎｄ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｆｉｒｅ Ｆｉｇｈｔｉｎｇ”（２００７年版）に適合しない。かかる規格は、透湿性、熱、炎、火事および安全性能を対象としている。ＮＦＰＡ １９７１規格は、有毒な化学兵器および／または生物兵器からの保護に関する任意の最低限の要件も規定している。

さらに、さまざまな理由により、ＰＴＦＥ防湿層は、一般に保護用の集合体（ｅｎｓｅｍｂｌｅ）において最も耐久性の低い構成材であり、衣服の他の構成材よりも速く、頻繁にピンホールが形成される（すなわち、漏れが生じる）。したがって、ＰＴＦＥ防湿層は、他の材料（例えば、織布から作られるもの）よりも著しく耐久性が小さく、またＰＴＦＥ防湿層を組み込んでいる衣服は他の材料よりも有効寿命がひどく短い。

したがって、ＮＦＰＡ １９７１規格に適合する、改善した化学的および生物学的保護を有する衣服を提供することが望まれている。

少なくとも１種の化学剤または生物剤からの保護を提供できる、少なくとも１種の収着性物質、反応性物質、または収着性と反応性を併せ持つ物質が組み込まれている、化学的および生物学的防護服が提供される。収着性物質、反応性物質または収着／反応性物質は、好ましくは、衣服の寿命を延ばすことができるように、再活性化（ｒｅｃｈａｒｇｅ）、再生または除去および交換が可能である。織布、衣服、ならびに織布および／または衣服の製造方法の実施態様では、防護織布において、収着性／反応性、耐燃性、透湿性、液体不透過性、快適性および耐久性を独特に組み合わせて提供できる。

本明細書に記載する方法およびシステムは、以下の図面を参照してよりよく理解できる。図面中の構成材は必ずしも縮尺どおりではない。

本発明の一実施態様による防護服の一部切り欠き図を示す。

衣服において化学的および生物学的保護を与えるためのシステムが提供される。説明の目的のため、消防士の出動服に用いられるシステムについて記載し、説明する。しかし、本明細書に開示されている本発明の実施態様は、そのような用途に限定されない。どちらかと言えば、開示されているシステムは他のタイプの防護服に組み込むことができることが企図される。

図１は、従来の消防士の出動服の形態における多層防護服１００を示す。防護服１００は、外殻１０２、半透過性防湿層１０４、および保温層（ｔｈｅｒｍａｌ ｌａｙｅｒ）１０８を含んでいる。この実施態様では、外殻１０２は着用者の皮膚から一番離れている衣服の外側であり、保温層１０８は、着用者の皮膚に最も近い衣服の内側である。

外殻１０２は好ましくは耐燃性繊維で作られた織布である。外殻は消防士の防御の最前線と見なされるので、炎に耐えるだけでなく、通常の消防活動時に裂けたり、すり減ったり、ひっかかったりしないように強靭かつ耐久性もあるべきである。外殻用の好適な耐燃性繊維としては、パラアラミド繊維（ＫＥＶＬＡＲ（商標）、ＴＥＣＨＮＯＲＡ（商標）、およびＴＷＡＲＯＮ（商標）など）、メタアラミド繊維（ＮＯＭＥＸ（商標）、ＣＯＮＥＸ（商標）、およびＡＰＹＥＩＬ（商標）など）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）繊維、ポリベンゾキサゾール（ＰＢＯ）繊維、メラミン繊維（ＢＡＳＯＦＩＬ（商標）など）、炭素繊維、予備酸化（ｐｒｅ−ｏｘｉｄｉｚｅｄ）アクリル繊維、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）繊維（Ｐａｎｏｘ（登録商標）など）、ＴＡＮＬＯＮ（商標）、ポリアミド−イミド繊維（ＫＥＲＭＥＬ（商標）など）、ＦＲナイロン、ＦＲレーヨン、ＦＲ綿、およびこれらの混合物があるが、これらに限定されない。

外殻１０２は、ペルフルオロ炭化水素（ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ）などの耐水性仕上剤で任意選択的に処理して、衣服１００が使用される外部環境からの水の吸収を阻止または減らすことができる。他の実施態様では、吸湿／ウィッキング仕上剤（ｍｏｉｓｔｕｒｅ ａｂｓｏｒｂｉｎｇ／ｗｉｃｋｉｎｇ ｆｉｎｉｓｈ）などの、他の仕上剤を使用できる。

防湿層１０４は、好ましくは、液体不浸透性の透湿性（すなわち、半透過性）の材料で作られる。防湿層は、耐燃性でもある一方、液体が浸透して衣服を濡らさないようにするために存在する。外側から過剰の水分が装備に入ると、余分の重量が着用者に加わり、かつ熱中症（ｈｅａｔ ｓｔｒｅｓｓ）の可能性が増大し、着用者への負荷が増大するであろう。防湿層１０４は、ＧＯＲＥ−ＴＥＸ（登録商標）ブランドのＰＴＦＥで被覆された織布で作られた膜（Ｇｏｒｅ（商標）から入手可能なＲＴ７１００およびＣｒｏｓｓｔｅｃｈ（登録商標）製品など）に積層されたＦＲ織布（Ｎｏｍｅｘ（登録商標）など）を含むことができる。

保温層１０８は耐燃性であり、衣服によって提供される熱的保護の大半を担う。保温層は、耐燃性繊維のニードルパンチバット（ｎｅｅｄｌｅ−ｐｕｎｃｈｅｄ ｂａｔｔ）を軽量の面布（ｆａｃｅ ｃｌｏｔｈ）（好ましくは、これも耐燃性繊維で作られている）に縫い付けたものであってよい。保温層は、面布が消防士に面するように衣服の中に配置することができる。これは、着用者の体から水分を逃がすウィッキング仕上剤を有していてもよい。保温層１０８用の好適な耐燃性繊維として、アラミド、耐燃性ポリノジックレーヨン、耐燃性綿、耐燃性ポリエステル、ポリベンズイミダゾール、ポリビニルアルコール、ポリテトラフルオロエチレン、耐燃性羊毛、ポリ塩化ビニル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリクラール、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミド−アミド、ポリオレフィン、ポリベンゾキサゾール、耐燃性アセトン、炭素、モダクリル、アクリル、メラミン、ガラス、およびこれらのコポリマーおよび混合物を含むことができるが、これらに限定されない。好ましくは、保温層１０８は、ＴｅｎＣａｔｅ（商標）Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｍｉｌｌｓ（商標）から入手可能なＣａｌｄｕｒａ（登録商標）およびＡｒａｌｉｔｅ（登録商標）製品系列などのアラミド繊維から作られる。

衣服は、保温層１０８に関して上記に列挙したのと同じ材料から作られる２つ以上の保温層を含むことができる。２番目またはそれ以降の保温層は、衣服システムのいずれの場所にも置くことができるが、典型的には外殻１０２の内側、例えば、外殻１０２と防湿層１０４との間、より好ましくは、防湿層１０４と保温層１０８との間に配置されるであろう。

本発明の実施態様では、衣服に浸透しうる有害な化学剤および／または生物剤から衣服の着用者を保護するために、上述した従来の出動服などの耐燃性衣服に少なくとも１つの保護構成材を組み込む。保護構成材は、少なくとも１種の収着性物質、反応性物質、または収着性と反応性とを併せ持つ物質を含む。好ましい収着性物質は活性炭である。好ましい反応性物質は二酸化チタンである。

活性炭が好ましい収着性物質であるが、収着性物質は（吸収または吸着によって）少なくとも１種の生物剤または化学剤を吸い取るかまたは蓄積して、生物剤または化学剤に使用者がさらされないように保護するか、またはそうでなければ生物剤または化学剤にさらされるのを軽減することのできる、任意の物質を含みうる。さらに、二酸化チタンは好ましい反応性物質であるが、少なくとも１種の生物剤または化学剤と反応して、それらの破壊を引き起こして（または破壊を促進して）、生物剤または化学剤に使用者がさらされないように保護するか、またはそうでなければさらされるのを軽減することのできる、任意の物質または樹脂系を利用できる。

保護構成材は、さまざまな形態をしていてよく、またさまざまな方法で衣服に組み込むことができる。１つの実施態様では、保護構成材は、他の衣服の層とは独立した保護層１０６である（図１を参照）。さらに詳細には、保護構成材は、少なくとも部分的に支持体層に組み込まれるかそうでなければ結合されている、活性炭を含むことができる。支持体層は、処理して耐燃性にすることができる柔軟な半透過性フィルムなどのフィルムであってよい。ウレタンフィルムは、保護システムに用いるのに特に好適である。あるいはまた、支持体層は織布であってよく、および好ましくは少なくとも部分的に耐燃性繊維で作られた織布（必ずしもそうでなくてもよい）であってよい。活性炭は、従来の化学的結合手法（例えば、接着剤）または機械的結合手法（例えば、ニードルパンチング（ｎｅｅｄｌｅ−ｐｕｎｃｈｉｎｇ）など）によってかかる織布に結合させることができる。活性炭は、典型的にはビーズ、繊維、粒子、および織布の形態であるが、他の任意の好適な形態であってもよい。好適な活性炭の一例は、ＴｒａｐＴｅｋ，ＬＬＣ（Ｃｏｌｏｒａｄｏ，Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ）によって提供される。好適な二酸化チタンの一例は、Ｅ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙによって提供される。二酸化チタンは、活性炭と組み合わせて上記のように施すことができ、または反応樹脂系に組み込むこともできる。

保護構成材１０６は、衣服内のさまざまな位置に配置することができる。外殻１０２と防湿層１０４との間、防湿層１０４の中、防湿層１０４と保温層１０８との間、または保温層１０８の中（例えば、保温層１０８の不織層と織層との間、または複数の保温層１０８の間）に配置することができる。

他の実施態様では、保護構成材は独立した層ではなく、むしろ既存の衣服の層に結合されるか、または既存の衣服の層中に設けられる。例えば、収着性物質、反応性物質、または収着性と反応性とを併せ持つ物質を、防湿層１０４、保温層１０８または外殻１０２に直接適合することができる。さらに具体的には、活性炭または二酸化チタンを、外殻１０２、防湿層１０４、および／または保温層１０８の表面に、化学的または機械的に結合させることができる。

保護構成材を設ける手段にかかわらず、保護構成材は、好ましくは防湿層１０４と保温層１０８との間、またはそれらの中に配置するが、必ずしもそうであるわけではない。１つの実施態様（図１に示す）では、保護構成材（保護層１０６の形態）は保温層１０８と防湿層１０４との間に配置する。しかし、保護構成材は、防護服内のどの位置に配置してもよい。例えば、保護構成材は防湿層１０４と外殻１０２との間に配置してよい。しかしながら、使用中に、収着性物質、反応性物質、または収着性と反応性を併せ持つ物質は、収着性物質、反応性物質または収着／反応性物質が防湿層１０４と保温層１０８との間またはそれらの中に配置された場合よりも、熱および化学剤または生物剤により高頻度で曝露されることになり、しかもさらにいっそう負荷を負うかまたは反応することになるので、これはあまり望ましくない。

使用中に、万一有害な化学剤および生物剤が衣服に浸透した場合、保護構成材はそのような作用剤から着用者を保護する。収着性物質（例えば、活性炭）は、炭素粒子が飽和状態になるまで、または十分取り込むまで、作用剤を吸収および／または吸着する。反応性物質（例えば、二酸化チタン）は、作用剤と反応してそれを破壊するか、または作用剤の破壊を促進するかのいずれかである。

収着性物質として利用する場合、活性炭は、再活性化、再生、または容易な交換が可能なことが好ましい。すなわち、活性炭の孔の中にある望ましくない化学的または生物学的物体または物質を除去するために、活性炭に好適な処理を施すことができる（例えば、既知の熱処理、蒸気処理または化学処理による）。そうすることにより、活性炭の吸い取り能力を増大させることができるか、あるいはそうでなければ活性炭はさらなる化学的または生物学的物体または物質を吸収できるようになる。熱再生プロセス（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ）は、活性炭の再活性化または再生に好適な手段である。

したがって、（１）収着性物質、反応性物質、または収着性と反応性を併せ持つ物質の再活性化／再生を促進するため、または（２）収着性物質、反応性物質または収着／反応性物質の交換を可能にするために、保護構成材は防護服から取り外し可能であることが望ましい。単なる例としてであるが、保護構成材を独立した保護層１０６として衣服の中に設ける場合、このような層は、容易に取り外し可能／交換可能であるように、衣服中に一時的に固定できる（例えば、留め金、マジックテープ（登録商標）および他の機械的保持手段による）。同様に、保護構成材を既存の衣服の層の上またはその中に設ける場合、このような層も同様に一時的に衣服に固定してよい。したがって、保護構成材の収着性物質、反応性物質または収着／反応性物質は、再活性化／再生または交換のために、衣服から容易に取り外すことが可能である。

上述の方法にしたがって作られた防護服は、以前の織布および衣服よりも予想外に優れた性能をもたらす。必要とされる耐燃性を引き続き提供する一方、こうした衣服は、衣服の透湿性（したがって着心地）に不利な影響を及ぼすことなく、化学的および生物学的保護を着用者に与える。その結果として、そのような衣服はＮＦＰＡ １９７１規格に示されている透湿性要件の順守を保持する。

化学耐性（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ）および生物耐性（ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ）が向上した耐燃性防護服の特定の実施態様を、例示の目的のため前述の説明および図面で詳細に開示してきたが、開示内容の範囲を逸脱しない範囲でその変更および修正を行えることは、当業者に理解されるであろう。

Claims (20)

1. 耐燃性繊維を含む織布の外層と、
   耐燃性繊維を含む織布の保温層と、
   耐燃性繊維を含む半透過性織布を含み、かつ前記外層と前記保温層との間に配置された防湿層と、
   活性炭または二酸化チタンの少なくとも一方を含む保護構成材と、
   を含む衣服。
2. 前記保護構成材が、前記防湿層と前記保温層との間またはこれらの中に配置されている、請求項１に記載の衣服。
3. 前記保護構成材が前記防湿層に結合されている、請求項２に記載の衣服。
4. 前記保護構成材が前記保温層に結合されている、請求項２に記載の衣服。
5. 前記保護構成材が前記保温層内に配置されている、請求項２に記載の衣服。
6. 前記保護構成材が層を含む、請求項２に記載の衣服。
7. 前記層が、少なくとも部分的にフィルムに埋め込まれている活性炭を含む、請求項６に記載の衣服。
8. 前記フィルムがウレタンを含む、請求項７に記載の衣服。
9. 前記層が、耐燃性繊維を含む織布に結合されている活性炭を含む、請求項６に記載の衣服。
10. 前記保護構成材が前記衣服から取り外し可能である、請求項１に記載の衣服。
11. 前記衣服がＮＦＰＡ １９７１に適合する、請求項１に記載の衣服。
12. 耐燃性繊維を含む織布の外層と、
    耐燃性繊維を含む織布の保温層と、
    前記外層と前記保温層との間に配置された、半透過性織布を含む防湿層と、
    を含む衣服であって、
    活性炭または二酸化チタンの少なくとも一方が、前記外層、防湿層、または保温層の少なくとも１つの表面に施されている、衣服。
13. 防護服の作製方法であって、
    ａ．（ｉ）耐燃性繊維を含む織布の外層と、
    （ｉｉ）耐燃性繊維を含む織布の保温層と、
    （ｉｉｉ）前記外層と前記保温層との間に配置された、耐燃性繊維を含む半透過性織布を含む防湿層と、
    を含む衣服を用意するステップと、
    ｂ．活性炭または二酸化チタンの少なくとも一方を含む保護構成材を前記衣服に組み込むステップと、
    を含む、方法。
14. 前記保護構成材が層を含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記層が、耐燃性繊維を含む織布に結合されている活性炭を含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記保護構成材を前記衣服から取り外すことをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
17. 前記取り外された保護構成材を前記衣服に再び組み込むことをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 新しい保護構成材を前記衣服に組み込むことをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
19. 化学的または生物学的保護特性が低下した防護服の化学的または生物学的保護を向上させる方法であって、
    ａ．（ｉ）耐燃性繊維を含む織布の外層と、
    （ｉｉ）耐燃性繊維を含む織布の保温層と、
    （ｉｉｉ）前記外層と前記保温層との間に配置された、耐燃性繊維を含む半透過性織布を含む防湿層と、
    （ｉｖ）活性炭または二酸化チタンの少なくとも一方を含む取り外し可能な保護構成材と、
    を含む防護服を用意するステップであって、前記保護構成材は化学的または生物学的保護能力が低下している、ステップと、
    ｂ．前記保護構成材を前記衣服から取り外すステップと、
    ｃ．前記保護構成材中の前記活性炭または二酸化チタンの再生、再活性化または交換を行うステップと、
    ｄ．前記再生、再活性化または交換の行われた活性炭または二酸化チタンを有する前記取り外し可能な保護構成材を前記衣服に組み込むステップと、
    を含む、方法。
20. 前記取り外し可能な保護構成材が活性炭を含み、前記活性炭が熱再生プロセスの適用により再生または再活性化される、請求項１９に記載の方法。

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