Nowe materiały polimerowe i węglowe, które ochronią człowieka przed nanocząsteczkami o szkodliwych właściwościach oraz specyficznymi parami i gazami, opracowują naukowcy z Centralnego Instytutu Ochrony Pracy-Państwowego Instytutu Badawczego (CIOP-PIB). W odróżnieniu od dotychczas stosowanych materiałów filtrująco-pochłaniających będą zatrzymywały nie tylko parę i gaz, ale nawet najmniejsze cząsteczki o wielkości od 1 do 100 nanometrów (1 nanometr to jedna milionowa milimetra).
Na realizację projektu “Innowacyjne materiały polimerowe i węglowe chroniące przed nanocząsteczkami, parami i gazami” naukowcy otrzymali ponad 6,5 mln złotych ze środków Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka. Fundusze przyznano w ramach konkursu Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego.
Jak powiedziała kierująca badaniami dr inż. Agnieszka Brochocka z łódzkiego Zakładu Ochron Osobistych CIOP-PIB, naukowcy pracują nad materiałami włókninowymi na bazie polimerów: polipropylenu i poliwęglanu. Drugim materiałem stworzonym przez naukowców będą tzw. węgle aktywne, które stanowią materiał bazowy przy konstrukcji pochłaniaczy.
Włókninowe materiały polimerowe będą stanowiły bazowy materiał w konstrukcji np. półmasek filtrujących i filtrów. Takie półmaski są zbudowane z kilku warstw materiałów otrzymywanych różnymi technikami, które łączy się ze sobą np. poprzez zgrzewanie ultradźwiękami. “Warstwy te nie są ze sobą zszywane, ponieważ w ten sposób mogą powstać otwory, które umożliwiłyby drobniutkim cząsteczkom przeniknięcie do układu oddechowego człowieka” – wyjaśnia dr inż. Brochocka.
“Pochłaniacze chronią człowieka przed parami i gazami, natomiast materiały filtrujące przed aerozolami: pyłem, dymem i mgłą. W zależności od budowy morfologicznej materiałów filtrujących, zatrzymują one najpierw grube cząstki, a później coraz mniejsze. Nowe materiały będą chroniły przede wszystkim przed nanocząsteczkami” – dodaje.
Jej zdaniem, mimo że przemysł kładzie coraz większy nacisk na nanotechnologie, to do tej pory nie było wystarczającej ochrony przed nanocząsteczkami, a większość materiałów ochronnych zabezpieczała jedynie przed aerozolami.
“My opracowujemy materiały polimerowe, które będą stanowiły efektywną barierę wobec aerozoli zawierających nanocząsteczki zanieczyszczające powietrze w takich sektorach jak: przemysł chemiczny (nanoczasteczki srebra, miedzi, dwutlenku tytanu) farmaceutyczny, przemysł spożywczy, elektroniczny (nanorurki węglowe) oraz przemysł metalurgiczny (pyły manometryczne, dymy spawalnicze, pyły powstające na skutek precyzyjnego ciecia manometryczne szlifowania)” – podkreśla naukowiec.
Modyfikowane materiały węglowe będzie można wykorzystywać do oczyszczania powietrza z tlenku etylenu, alkoholu etylowego lub formaldehydu, które są zagrożeniem np. dla osób pracujących w środowisku medycznym (szpitale, laboratoria analityczne i diagnostyczne, zakłady opieki zdrowotnej).
Zastosowanie zmodyfikowanych sorbentów węglowych w produkcji pochłaniającego sprzętu ochrony układu oddechowego przyczyni się do poprawy bezpieczeństwa pracy użytkowników: operatorów wtryskarek, obsługujących zbiorniki substancji chemicznych, a także personelu laboratoriów chemicznych i szpitali narażonych na oddziaływanie specyficznych par i gazów substancji organicznych. Jednak te występują również m.in. w przemyśle chemicznym, rolniczym, spożywczym. Osoby, które pracują w tych gałęziach przemysłu również mogłyby skorzystać z nowatorskich materiałów.
“Materiały polimerowe stosowane w sprzęcie filtrującym będą otrzymywane techniką +pneumotermicznego formowania runa+. W praktyce oznacza to rozdmuchiwanie polimeru gorącym powietrzem” – opisuje dr inż. Brochocka. Do włókien będą dodawane specjalne modyfikatory, których zadaniem będzie zagęszczenie struktury uzyskanej włókniny. Jednocześnie wprowadzenie ich spowoduje zwiększenie ładunku elektrostatycznego w materiale, co z kolei powoduje zwiększenie skuteczności filtracji aerozoli, w tym nanoaerozoli, poprzez wzmocnienie efektu aktywacji elektrostatycznej. Cząsteczki, które znajdują się w powietrzu mają również swój ładunek elektrostatyczny.
“Kiedy oddychamy przez filtr, to wciągamy je do wnętrza materiału, a umieszczony na włóknach ładunek dodatkowo je przyciąga” – mówi.
“Standardowe materiały, których używa się w tego typu ochronach, również są ładowane elektrostatycznie. Jednak ładunek, który gromadzi się na tych włókienkach jest nietrwały, a chodzi o to, by zatrzymywał cząsteczki z zanieczyszczonego nimi powietrza. Wprowadzając modyfikatory chcemy wzmocnić ładunek elektrostatyczny” – wyjaśnia. “Chodzi o to, by struktura materiału – oglądana pod mikroskopem – miała postać jodełki, gęstych rozgałęzień. Na każdej gałązce powinno znajdować się dużo cząstek naładowanych, które silniej przyciągną nanocząsteczki” – dodaje.
Jak zapewniła dr inż. Brochocka, dodatkową zaletą opracowywanych materiałów jest to, że umożliwią one wydłużenie czasu użytkowania sprzętu chroniącego układ oddechowy. “Do tej pory badania przenikania cząstek przez materiał przeprowadzano w 3 minuty. My badamy dany materiał np. przez godzinę, a potem znów po 24 godzinach” – wyjaśnia.
Projekt rozpoczął się w maju 2009 r. i potrwa do czerwca 2013 roku. Dr inż. Brochocka jest spokojna o zainteresowanie przemysłu opracowywaną technologią, m.in. dlatego, że obecni na rynku producenci materiałów filtrujących mają trudności związane z wprowadzaniem ładunków elektrostatycznych w strugę polimeru podczas ich wytwarzania.
