DE19516746A1

DE19516746A1 - Schutzmaterial

Info

Publication number: DE19516746A1
Application number: DE1995116746
Authority: DE
Inventors: Ernest De Dr Ruiter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-05-06
Filing date: 1995-05-06
Publication date: 1996-11-07

Description

Die Bedrohung des Soldaten durch chemische Kampfstoffe ist auch heute noch ein aktuelles Thema, insbesondere da ihre Herstellung keiner komplizier ten Technologie bedarf. Ihr Einsatz kann besonders dann verlockend sein, wenn der Gegner nicht über einen ausreichenden Schutz verfügt. Da viele Kampfstoffe nicht nur über die Atemwege, sondern auch durch die Haut ange nommen werden, bedarf es neben der Atemschutzmaske auch eines Schutz anzuges, der den ganzen Körper schützt. Da Schutzanzüge während Stunden bzw. sogar Tage getragen werden müssen, ist das Abführen der Körperfeuch tigkeit unerläßlich.

Das gab Anlaß zur Entwicklung von luftdurchlässigen Schutzanzügen. Ein sol cher Schutzanzug hat immer eine Filterschicht auf Aktivkohlebasis, die die Kampfstoffe aus der in den Anzug eindringenden Luft herausfiltert. Da die Ak tivkohle nur Dämpfe, aber keine Flüssigkeiten adsorbieren soll - letztere wür den die Kohle örtlich absättigen - müssen Kampfstoff-Tröpfchen durch eine ölabweisende Außenschicht von der Adsorptionsschicht ferngehalten werden. Ölabweisende Schicht und Filterschicht müssen geschmeidig und flexibel sein, um zum Anzug verarbeitet werden zu können.

Für die Filterschicht gibt es heute mehrere Möglichkeiten. So beschreibt bei spielsweise die GB 1.173.143 ein dünnes Vlies, das mit einer Aufschlemmung von fein vermahlener Aktivkohle in einer Binderdispersion besprüht wird, so daß die Fasern mit einer kohlehaltigen Schicht ummantelt werden. Die DE 2.843.974 beschreibt einen 1,5-2 mm dicken, offenporigen Polyurethan schaum, der ebenfalls mit einer kohlehaltigen Aufschlemmung von fein ver mahlener Kohle in einer Binderdispersion überzogen wird. Bei beiden Ausfüh rungen handelt es sich um sehr fein vermahlene Kohle (mittlere Teilchengröße 10 µm), deren Adsorptionskinetik aber durch den alles umhüllenden Binder stark gebremst ist. Des weiteren können maximal 80 g Kohle/m² aufgebracht werden. Beide Ausführungen haben den Nachteil, daß die Aktivkohle im Bin der eingebettet ist, so daß die Kampfstoffe zuerst durch den Binder hindurch wandern müssen, was natürlich die Adsorptionskinetik sehr stört. Im Binder gelö ste Kampfstoffe können darüber hinaus bei Erwärmung (Sonneneinstrahlung) wieder desorbieren.

Einen wesentlichen Fortschritt stellt die in der DE 29 51 827 beschriebene Fil terschicht dar. Hier wird ein luftdurchlässiges, textiles Trägermaterial mit einer Haftmasse punktförmig beaufschlagt und mit einer Korn- oder Kugelkohle (mittlerer Durchmesser 0,5 mm) bestreut. Besondere Verfahrensweisen führen unter jedem Kohleteilchen zu kleinen Tragesockeln, die die Zugänglichkeit der Aktivkohle noch verbessern. Der wesentliche Unterschied zu den beiden zuerst beschriebenen Filtermaterialien ist, daß das Adsorbens nur zu einem geringen Teil (15-20%) mit Kleber bedeckt ist und somit die Nachteile dieser Filter vermieden werden. Darüber hinaus ist wegen der hohen Kohleauflage (bis zu 200 g/m²) die Adsorptionskapazität wesentlich höher.

Eine weitere Verbesserung des zuletzt beschriebenen Filtermaterials ist in der DE 33 04 349 beschrieben. Durch den Einsatz eines maskierten, präpolyme ren Diisocyanats als Haftmasse, das mit einem Diamin vernetzt wird, wurde eine besonders gute Haftung der Kügelchen zum Substrat sowie die automati sche Ausbildung von "Tragesockeln" erreicht, weil das Haftsystem während der Vernetzung ein ausgeprägtes Viskositätsminimum durchläuft. Dieses Haft system hat aber auch Nachteile, die sich insbesondere bei ausgesprochen mi kroporösen Kohlen bemerkbar machen. Die bei der Vernetzung abgespaltene, maskierende Komponente, Butanonoxim, wird zum Großteil trotz der hohen Temperatur in den engen Mikroporen adsorbiert und führt zu Kapazitätsverlu sten bis zu 20%, wenn es sich um schwer zu adsorbierende Stoffe, wie bei spielsweise Butan, in niedrigen Konzentrationsbereichen handelt.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß Polyurethan-Isocyanat- Präpolymere sich ausgezeichnet als Haftsystem für die Aktivkohlekörner ver wenden lassen und die genannten Nachteile der DE 33 04 349 nicht aufwei sen. Der normale Verwendungszweck der erfindungsgemäßen Haftmasse ist die Beschichtung von Textilien zwecks Herstellung von Schuh- und Taschen material mit schaumiger Struktur, die an das Koagulationsverfahren erinnert. Die Vernetzung erfolgt auch ohne Hitzeeinwirkung durch Luftfeuchtigkeit.

Mit einer Anfangsviskosität von ca. 19.000 Pa·s läßt sich die erfindungsgemä ße Haftmasse problemlos mit einer Rotationsdruckschablone auf ein textiles Substrat drucken, wobei halbkugelförmige Kleberhäufchen gebildet werden, die ausschließend mit Adsorberkörnern, bevorzugterweise mit kugelförmiger Aktivkohle (mittlerer Durchmesser ca. 0,5 mm), bestreut werden, welche an diesen sofort haftet. Die hohe Anfangsklebrigkeit bewirkt, daß die Teilchen bleiben, wo sie auftreffen. Da sowohl die Aktivkohle wie der textile Träger et was Feuchtigkeit beinhalten, setzt an den Grenzflächen des Klebers zur Kohle bzw. zum Textil sehr schnell die Vernetzung ein, was bewirkt, daß der Kleber nicht in das Textil einsackt und die Aktivkohleteilchen an der Oberseite des Häufchens bleiben und nicht wegsacken. Im weiteren Verlauf der Vernetzung bläht sich das Kleberhäufchen leicht auf, so daß sich der in den beiden vorher gehenden Anmeldungen beschriebene "Tragesockel" wieder ausbildet. Die Haftung der Adsorberteilchen zum Substrat ist ausgezeichnet. Es wurde wei ter festgestellt, daß die Butankapazität einer mikroporösen Aktivkohle auf das Trägermaterial in keiner Weise gelitten hat (s. Beispiele).

Mit dem beschriebenen Verfahren wurde ein Flächenfilter hergestellt, das den NATO-Anforderungen entsprach. Bei Verwendung von 14 und 25 mesh-Scha blonen werden je nach Rakeleinstellung Kleberauflagen zwischen ca. 20 und 70 g/m², bevorzugterweise 30-50 g/m², erreicht. Die Kohleauflage beträgt je nach Teilchengröße und Art der Körner (Kugeln) 100-250 g/m², in Extremfäl len 300 g/m². Bei doppelseitiger Belegung sind die Mengen dementsprechend höher.

Dem Fachmann stehen körnige bzw. sehr harte kugelförmige Aktivkohlen (letztere auf Pechbasis) zur Verfügung, deren innere Oberfläche von 900-1.700 m²/g variieren kann. Für den Zweck der Erfindung werden solche mit 1.000-1.300 m²/g bevorzugt. Die Rütteldichte bewegt sich zwischen 400-650 g/l.

Sehr gut geeignet sind kugelförmige Adsorbenzien, die durch Schwelen und Aktivieren bestimmter Ionenaustauscher erhalten werden (DE 43 04 026 und DE 43 28 219). Während man ausgehend von makroporösen Kationenaustau schern auf Styrolbasis Adsorbenzien erhält, die neben Mikroporen viele Meso poren im Bereich 100-300Å enthalten und diese Adsorbenzien mit der übli chen Aktivkohle gut vergleichbar sind, werden aus gelförmigen Kationenaus tauschern durch Schwelen und Aktivieren kugelförmige Adsorbenzien mit sehr ausgeprägter Mikroporenstruktur ohne nennenswerte Mengen größere Poren erhalten, die in mancher Hinsicht an Kohlenstoff-Molekularsiebe erinnert und zum Zwecke der Erfindung ausgezeichnet geeignet sind.

Die unter dem Namen Sorbathene der DOW Chemical Cy bekannten Polyme radsorber werden in der DE 42 05 648 beschrieben. Sie sind wegen der ihnen eigenen Desorbierbarkeit geschätzt. Sie erlauben eine schnelle Dekontamina tion versuchter Schutzanzüge.

Ebenfalls geeignet sind Pellets aus feuchtigkeitsunempfindlichen Zeolithen. Sie sind aber aus Preisgründen noch nicht eingesetzt worden.

Für spezielle Aufgaben kann es vorteilhaft sein, einen sehr offenen Träger, beispielsweise eine Wirkware, bevorzugterweise eine Kettstuhlware, beidseitig zu belegen. In diesem Fall wird die Ware nicht bedruckt, sondern mit der Haft masse abgequetscht und beidseitig belegt. Dabei sind Auflagen von bis 500 g Adsorbens/m² möglich.

Die erfindungsgemäße Haftmasse erleichtert das Herstellungsverfahren be trächtlich, weil keine Wärmebehandlung nötig ist. Die Vernetzung ist allerdings schneller, wenn man Feuchtigkeit zuführt und das Material auf 60-70°C er wärmt, was ein sofortiges Aufwickeln erlaubt.

Beispiel 1

Ein Baumwollgewebe mit Flächengewicht von ca. 100 g/m² wurde mittels einer 25 mesh-Schablone mit 42% Durchlaß mit Levacast Addukt 43131 der Bayer AG bedruckt (Auflage 39 g/m²) und sofort danach mit einer Kugelkohle mit mittlerem Durchmesser von 0,45 mm bestreut. Die aufgedruckten Kleber häufchen waren halbkugelförmig und hatten einen Durchmesser von ca. 0,5 mm. Die Kugelkohle war durch Karbonisieren und Aktivieren eines Katio nenaustauschers von der Gel-Type hergestellt worden, hatte eine innere Oberfläche von 1.100 m²/g und eine Rütteldichte von 0,72 g/cm³. Es handelte sich dabei um eine ausgesprochen mikroporöse Kohle mit nur sehr wenigen Meso- und Makroporen. Nach dem Aufstreuen der Kohle wurde der Über schuß abgesaugt und die Warenbahn in einem Trockenkanal bei 60°C leicht gedämpft. Nach einer Verweilzeit von 50 s wurde die Warenbahn in aufge wickelten Zustand zum Nachkondensieren 3 Tage stehengelassen. Die dyna mische Butanadsorption wurde bei einer Konzentration von 76 ppm bei 25°C und einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,6 m durch 3 Lagen des Flächenfil ters bestimmt, indem die gesamte Durchbruchskurve aufgezeichnet wurde. Die Butankapazität betrug 53 mg/g Kohle. Daraufhin wurde die gleiche Kohle in Schüttung zwischen zwei porösen Geweben unter den gleichen Bedingun gen untersucht. Dabei wurde ein Wert von 51,5 g Butan/g Kohle gefunden. Diese beiden Werte konnten als gleich angesehen werden.

Beispiel 2

Das gleiche Baumwollgewebe wurde dann mit einem Klebersystem auf Basis eines maskierten Isocyanats, das mit einem Diamin vernetzt wurde, bedruckt und wie in Beispiel 1 mit der gleichen Kugelkohle bestreut. Das Klebersystem wurde bei 160°C ausgehärtet. Die Butankapazität wurde an 3 Lagen des Flä chenfilters bestimmt. Sie betrug 39,5 mg/g Kohle, was einem Kapazitätsver lust von fast 25% entspricht.

Bespiel 3

Hier wurde wie im Beispiel 1 gearbeitet mit dem Unterschied, daß kugelförmi ge, polymere Adsorbenzien (Sorbathene der DOW Deutschland) verwendet wurden. Dabei wurde lediglich die Haftung der Kügelchen bei Verwendung des neuen Klebersystems untersucht. Die Haftung war ausgezeichnet.

Beispiel 4

In Analogie zu Beispiel 3 wurde die Haftung von ca. 1,2 mm großen Teilchen aus agglomerierten, feuchteunempfindlichen Molekularsieben untersucht. Auch mit diesen Adsorbenzien war die Haftung sehr gut.

Claims

1. Flächenfilter aus einem luftdurchlässigen, flexiblen, insbesondere textilen Trägermaterial, auf welchen mittels punktförmig aufgebrachter Häufchen einer Haftmasse körnige Adsorbenzien haften, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftmasse ein präpolymeres Isocyanat ist, das durch Feuchtigkeit vernetzt.

2. Flächenfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kleber häufchen halbkugel- oder kegelförmig sind und einen Durchmesser von 0,3-1 mm haben.

3. Flächenfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kleberhäufchen 30-70% der Oberfläche des Trägers bedecken.

4. Flächenfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Kleberhäufchen Tragesockeln für die Adsorbenzien ausgebildet werden und damit deren Zugänglichkeit erhöht wird.

5. Flächenfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorbens eine Kugelkohle auf Pechba sis mit einem Durchmesser von 0,1 bis 1 mm, bevorzugterweise 0,3-0,8 mm, ist und eine innere Oberfläche von 900-1.600, bevorzugterweise 1.000-1.300 m²/g hat.

6. Flächenfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsor bens durch Schwelen und Aktivieren von Ionenaustauschern hergestellt ist.

7. Flächenfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsor bens in Hauptsache Mikroporen besitzt und eine Rütteldichte von 0,60-0,75, bevorzugterweise von ca. 0,7 g/cm³, aufweist.

8. Flächenfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorbens ein poröses Polymer in Kugel form mit Durchmessern von 0,1 bis 1 mm, bevorzugterweise 0,3-0,8 mm, ist.

9. Flächenfilter nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorbens ein hydrophobes Molekular sieb in Pelletform ist.