Ενδύματα υψηλής προστασίας για ομάδες που επιχειρούν σε επικίνδυνες καταστάσεις - Το ευρωπαϊκό έργο SAFEPROTEX (2ο μέρος)

Εισαγωγή

Στο 1ο μέρος έγινε μια εισαγωγή στο Ευρωπαϊκό Ερευνητικό Έργο SAFEPROTEX («High Protective Clothing for Complex Emergency Operations»), το οποίο υλοποιείται στο 7ο Πρόγραμμα Πλαίσιο με τη συμμετοχή 18 Φορέων απ' όλη την Ευρώπη και συντονιστή την ΕΤΑΚΕΙ. Στόχος του Έργου είναι η ανάπτυξη στολών προστασίας για ομάδες που επιχειρούν σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης, οι οποίες θα φέρουν τα εξής χαρακτηριστικά:

- Προστασία απέναντι σε πολλαπλούς κινδύνους.

- Φυσιολογική άνεση και υψηλές μηχανικές αντοχές.

- Παρατεταμένη διάρκεια ζωής σε σχέση με τις υπάρχουσες στολές προστασίας.

Για την επίτευξη αυτού του στόχου έχουν επιλεγεί προς μελέτη προηγμένα έξυπνα και νανοσκοπικά υλικά τα οποία θα ενσωματωθούν στις ίνες, θα χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ινών ή θα εφαρμοστούν στην επιφάνεια των υφασμάτων που θα αναπτυχθούν προκειμένου να τους προσδώσουν τις επιθυμητές λειτουργικές ιδιότητες.

Στις παραγράφους που ακολουθούν γίνεται μια συνοπτική παρουσίαση ορισμένων από τα υλικά που εξετάζονται στο πλαίσιο του Έργου, και συγκεκριμένα νανο-υλικών που προορίζονται για ενσωμάτωση σε συνθετικές ίνες, και συγκεκριμένα ίνες πολυεστέρα, πολυαμιδίου ή / και πολυπροπυλενίου.

Νανοσωλήνες άνθρακα

Η εφαρμογή νανοσωλήνων άνθρακα για την ανάπτυξη λειτουργικών κλωστοϋφαντουργικών προϊόντων έχει προσελκύσει τα τελευταία χρόνια σημαντικό ενδιαφέρον. Οι εξαιρετικές μηχανικές τους ιδιότητες έχουν αποδειχθεί πειραματικά και παρουσιάζονται στον ακόλουθο πίνακα συγκρινόμενες με εκείνες των ινών άνθρακα. Οι νανοσωλήνες άνθρακα χαρακτηρίζονται επίσης από εξαιρετικές θερμικές και ηλεκτρικές ιδιότητες που τους καθιστούν κατάλληλους για την ανάπτυξη αγώγιμων πολυμερών. Επιπλέον, έχει αναφερθεί πως η προσθήκη νανοσωλήνων άνθρακα σε πολυμερή μπορεί να αυξήσει την αντίστασή τους στην καύση.

Σε κάθε περίπτωση, η αποτελεσματική χρήση των νανοσωλήνων καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από τη δυνατότητα διασποράς τους στα πολυμερή η οποία θα πρέπει να γίνεται ομοιόμορφα και χωρίς να προκαλείται φθορά των νανοσωλήνων. Προκειμένου να καταστεί ευκολότερη η διασπορά σε πολυμερικές μήτρες, οι νανοσωλήνες άνθρακα συχνά τροποποιούνται με φυσικές ή χημικές μεθόδους, στόχος των οποίων είναι να εισαγάγουν δραστικές ομάδες στην επιφάνεια των νανοσωλήνων. Έτσι, στο πλαίσιο του SAFEPROTEX εξετάζεται η τροποποίηση νανοσωλήνων άνθρακα με την εισαγωγή καρβοξυλομάδων, αμινομάδων ή υδροξυλομάδων στην επιφάνειά τους, ενώ προβλέπεται και η τροποποίησή τους με επιλεγμένα πολυμερή και συμπολυμερή.

Σημειώνεται πως η ελληνική εταιρεία NANOTHINX που συμμετέχει στο Έργο ειδικεύεται στην παραγωγή και την τροποποίηση νανοσωλήνων άνθρακα υψηλής ποιότητας, ενώ έχει αναπτύξει καινοτόμο τεχνική για την παραγωγή τους σε σχετικά μεγάλη κλίμακα και με χαμηλό κόστος.

Πολυστρωματικές άργιλοι ή νανο-πηλοί

Πολυστρωματικές άργιλοι, όπως ο μοντμοριλλονίτης, χρησιμοποιούνται στο πλαίσιο του Έργου SAFEPROTEX για να προσδώσουν πυρανθεκτικότητα στις κλωστοϋφαντουργικές ίνες και ταυτόχρονα να βελτιώσουν τη θερμική τους σταθερότητα και τις μηχανικές τους ιδιότητες.

Ειδικότερα σε ότι αφορά στην πυρανθεκτικότητα, έχει διαπιστωθεί πως η διασπορά πολυστρωματικών αργίλων σε πολυμερή μπορεί να αυξήσει την αντίστασή τους στην καύση, μια προσέγγιση που εμφανίζει σημαντικά πλεονεκτήματα. Καταρχήν, η τροποποίηση της μάζας των ινών πλεονεκτεί έναντι της χρήσης φινιρισμάτων επιβραδυντών καύσης στο ότι έχει πιο σταθερά αποτελέσματα, με τις ιδιότητες πυρανθεκτικότητας που επιτυγχάνονται να μην υποβαθμίζονται ακόμα και μετά από πολλούς κύκλους πλύσης. Επιπλέον, οι συμβατικοί επιβραδυντές καύσης που χρησιμοποιούνται σε κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα πρέπει να εφαρμοστούν σε υψηλές συγκεντρώσεις, της τάξης του 30 - 60 % κ.β. προκειμένου να είναι αποτελεσματικοί, κάτι που αυξάνει την πυκνότητα των υλικών, μειώνει την ευκαμψία και τις μηχανικές ιδιότητες των τελικών προϊόντων, ενώ συχνά δημιουργεί προβλήματα και κατά την ινοποίηση.

Από την άλλη πλευρά, η διασπορά πολυστρωματικών αργίλων σε πολυμερή ακόμα και σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις, της τάξης του 2 - 5 % κ.β., μπορεί να αυξήσει τη θερμική τους σταθερότητα και την πυρανθεκτικότητά τους, καθώς οδηγεί στη δημιουργία απανθρακώματος που δρα ως φράγμα απέναντι στη μεταφορά του οξυγόνου και των πτητικών προϊόντων της αποδόμησης του πολυμερούς. Όμως παρότι τα νανοσύνθετα πολυμερών / πολυστρωματικών αργίλων εμφανίζουν κάποια πυρανθεκτικότητα σε σχέση με τα αντίστοιχα καθαρά πολυμερή (εμφανίζουν χαμηλότερο ρυθμό αποδέσμευσης θερμότητας κατά την καύση τους), αναφλέγονται γρηγορότερα και τελικά καίγονται πλήρως.
Έτσι, στο πλαίσιο του Έργου αναπτύσσονται συνεργιστικά συστήματα επιβράδυνσης της καύσης με την ενσωμάτωση συμβατικών επιβραδυντών καύσης στα ενδιάμεσα στρώματα πολυστρωματικών αργίλων. Στόχος είναι η αντικατάσταση ενός κλάσματος του συμβατικού επιβραδυντή από την πολυστρωματική άργιλο σε αναλογία χαμηλότερη του 1:1, έτσι ώστε να επιτευχθεί η απαιτούμενη πυρανθεκτικότητα χωρίς υποβάθμιση των ιδιοτήτων του υλικού. Σημειώνεται ότι η ενσωμάτωση των επιβραδυντών στα ενδιάμεσα στρώματα της αργίλου, όπως προτάθηκε από την ΕΤΑΚΕΙ, πλεονεκτεί της απλής ανάμιξης των επιμέρους υλικών στο ότι πτητικοί επιβραδυντές καύσης μπορούν να προστατευτούν κατά το στάδιο της ινοποίησης που λαμβάνει χώρα σε υψηλές θερμοκρασίες.

Νανοσκοπικό διοξείδιο του τιτανίου (TiO2)

Ένα ακόμα υλικό που εξετάζεται στο πλαίσιο του Έργου προκειμένου να προσδώσει στα υφάσματα ιδιότητες αυτό-καθαρισμού, προστασίας από την υπεριώδη (UV) ακτινοβολία και αντιμικροβιακή δράση είναι το νανοσκοπικό διοξείδιο του τιτανίου. Χάρη στην φωτο-καταλυτική του δράση το TiO2 μπορεί να αποδομήσει κοινούς οργανικούς λεκέδες, ενώσεις που προκαλούν κακοσμία, ακόμα και βακτήρια.

Στο πλαίσιο του SAFEPROTEX εξετάζεται τόσο η ενσωμάτωση νανοσωματιδίων TiO2 στη μάζα συνθετικών ινών κατά το στάδιο της ινοποίησης, όσο και η ενσωμάτωσή του σε νανοσκοπική επίστρωση που θα εφαρμοστεί στην επιφάνεια των υφασμάτων, στο στάδιο του φινιρίσματος, όπως θα παρουσιαστεί σε επόμενο τεύχος.

Στα επόμενα τεύχη θα παρουσιαστούν ορισμένα ακόμα από τα υλικά που εφαρμόζονται στο Έργο SAFEPROTEX για την ανάπτυξη προηγμένων στολών προστασίας και τα οποία περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, υλικά αλλαγής φάσης (phase change materials, PCMs), θερμοχρωμικές βαφές, ενώσεις και πολυμερή με βάση τη βενζοφαινόνη, νανοσκοπικές επιστρώσεις σιλανίων, κ.ά.

Το Έργο SAFEPROTEX χρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Κοινότητα, στο 7ο Πρόγραμμα Πλαίσιο

Σίλβια Παυλίδου
Δρ. Χημικός Μηχανικός
Τμήμα Έρευνας και Ανάπτυξης
ΕΤΑΚΕΙ Α.Ε.

back