Fachwissen Schutzkleidungsmaterialien - Mario Groß, Dupont

Vergleich Spunbond/Meltblown/Spunbond (SMS), Mikroporöser Film (MPF) und Tyvek

Materialstruktur

Spunbond/Meltblown/Spunbond (SMS) ist ein Verbund aus einer aus spröden und sehr dünnen schmelzegeblasenen Polypropylen-(PP)-Fasern (Meltblown), der eigentlichen Barriereschicht, zwischen zwei Schichten PP-Spinnvlies. Die Barriereschicht besitzt eine Dicke von 0,1 mm. Dank seiner relativ großen Poren besitzt das Material eine hohe Luft- und Wasserdampfdurchlässigkeit, bietet aber eine im Vergleich zu anderen Materialien geringere Partikelbarriere.

Mikroporöser Film (MPF) besteht aus einer Polyethylen-(PE)-Folie mit mikroskopisch kleinen Poren, die auf ein Trägermaterial aus Spinnvlies aufgebracht ist. Die PE-Folie ist die eigentliche Barriereschicht, ihre Dicke beträgt lediglich 0,02 mm, und sie besitzt eine sehr geringe Abriebbeständigkeit.

DuPont™ Tyvek® besteht aus sehr feinen, versponnen Endlosfasern aus Polyethylen hoher Dichte (HD-PE), die anschließend unter Wärme und Druck zu einem vliesähnlichen Material verdichtet werden. Die inhärente, durch die besondere Materialstruktur bedingte Barriere (0,1 mm) bietet hohen Schutz gegen luftgetragene Partikel und zahlreiche wasserlösliche anorganische Chemikalien. Das Material ist nicht nur äußerst widerstandsfähig – Tyvek® besitzt eine hohe Reiß-, Weiterreiß- und Abriebfestigkeit –, sondern auch leicht, weich sowie luft- und wasserdampfdurchlässig und bietet so einen hohen Tragekomfort. Während der Herstellung werden zudem weder Füllstoffe noch Bindemittel, Weichmacher oder Silikone zugesetzt.

Bild 1: Vergleich der Materialstruktur von SMS, MPF und Tyvek®. Die eigentliche Barriereschicht ist pink dargestellt.

Schutz gegen Chemikalien

Permeation bezeichnet das Durchdringen von Flüssigkeiten oder Gasen durch das Anzugmaterial auf molekularer Ebene. Nach EN ISO 65291 durchgeführte Permeationstests geben Hinweise auf das Langzeitverhalten (normale Testdauer 480 Minuten) eines Materials und sind damit für die Praxis aussagekräftiger als Penetrationstests, bei denen die normale Testdauer eine Minute beträgt.

Ein von DuPont beauftragtes externes Labor hat die Durchbruchzeiten von Tyvek®, SMS (DuPont™ ProShield® 10) und MPF (DuPont™ ProShield® 30) für eine 18%ige Schwefelsäure und eine 40%ige Natronlauge gemessen, zwei in der Industrie gängige Substanzen. Die Tests wurden in druckloser Atmosphäre und bei 23 °C Raumtemperatur durchgeführt.

Für den Permeationstest wählten die Prüfer zur Bestimmung der normalisierten Durchbruchzeit eine 40%ige Natronlauge und eine 18%ige Schwefelsäure, zwei in der Industrie gängige Chemikalien. Die Ergebnisse spiegeln die Minimalwerte für die verschiedenen Testmuster wider. Tyvek® erreichte für beide Substanzen eine Durchbruchzeit von mehr als 480 Minuten (Bild 2). Das Mikroporöse Filmlaminat erreichte nicht annähernd das Ergebnis von Tyvek®, obwohl die Natronlauge für die Untersuchungen bis zu einer Konzentration von 10 % verdünnt wurde. In der Praxis bedeutet dies, der Arbeiter nach einmaligem Kontakt mit dieser Kontaminationsquelle bzw. bei langfristiger Exposition gegenüber den Testsubstanzen nicht ausreichend geschützt ist. Auf Grund seiner offeneren Struktur bot SMS kaum Schutz vor der Permeation dieser Chemikalien.

Bild 2: Ergebnis von Permeationstests mit 40%iger Natronlauge (für den Test teilweise bis zu einer Konzentration von 10 % verdünnt) und 18%iger Schwefelsäure an verschiedenen Schutzkleidungsmaterialien.

Die Tests wurden anschließend auch an einer bereits durch 10 Abriebzyklen beanspruchten Materialprobe durchgeführt. Hier zeigte Tyvek® bei der 40%igen Natronlauge immer noch eine Durchbruchzeit von > 480 Minuten. Auch die Durchbruchzeit bei der 18%igen Schwefelsäure lag mit 270 Minuten immer noch oberhalb des für Schutzklasse 5 geforderten Werts (> 240 Minuten). Bei MPF sowie SMS war für beide Chemikalien ein sofortiger Durchbruch zu verzeichnen.

Schutz gegen Partikel

Die durchschnittliche nach innen gerichtete Leckage TILa nach EN ISO 13982-22 ist ein Maß für die Höhe der Partikelbarriere eines Schutzanzugs. Ein geringer Wert bedeutet eine hohe Partikelbarriere. Vergleicht man z. B. die Barriereleistung des Tyvek® Classic Xpert mit anderen Typ 5 Schutzanzügen aus MPF und SMS, besitzt das Tyvek® Modell mit durchschnittlich 1 % eine deutlich geringere durchschnittliche nach innen gerichtete Leckage. Die Norm für Typ 5 erlaubt einen Wert von bis zu 15 % bei 8 von 10 getesteten Anzügen (Bild 3).

Bild 3: Durchschnittliche nach innen gerichtete Leckage verschiedener Typ 5 Schutzanzüge (TILa, Durchschnittswert für 10 Anzüge für alle Tätigkeiten in Prozent gemäß EN ISO 13982-2). Anzüge an Maske, Bein- und Armabschlüssen sowie Reißverschlussabdeckung abgeklebt.

Fusselneigung

Auf Grund seiner besonderen Materialstruktur ist Tyvek® extrem fusselarm und eignet sich somit für den Einsatz in Umgebungen mit hohen Reinheitsanforderungen, z. B. in Labors oder bei der Lackierung von Kraftfahrzeugen oder Flugzeugen.

So hat ein von einem unabhängigen Prüfinstitut durchgeführter Materialtest nach BS 6909 ergeben, dass Tyvek® im Vergleich mit MPF oder SMS deutlich weniger Partikel abgibt.

Bild 4: Fusselneigung von Schutzkleidungsmaterialien (durchschnittliche Partikelanzahl in 17 l Luft). Verfahren zur Bildung und Messung der im Luftstrom erzeugten Flusen bei trockenen Geweben (gemäß BS 6909).

Tragekomfort

Der RET-Test (resistance to evaporative heat loss of a textile) misst den Wasserdampfdurchgangswiderstand eines textilen Materials. Je niedriger der RET-Wert ist, desto atmungsaktiver ist das Material. Im Vergleich mit Tyvek® und SMS besitzt MPF den höchsten Wert. Auf Grund seiner offenen Struktur besitzt SMS zwar eine sehr hohe Atmungsaktivität, bietet aber auch eine geringe Barriere gegen Partikel und Chemikalien. Tyvek® dagegen besitzt eine ausgewogene Kombination aus Atmungsaktivität und Schutzleistung.

Bild 5: Wasserdampfdurchgangswiderstand (RET-Wert) der verschiedenen Anzugmaterialien. Der angegebene Wert ist der Durchschnittswert für 5 getestete Anzüge.

1 EN ISO 6529: Schutzkleidung - Schutz gegen Chemikalien - Bestimmung des Widerstands von Schutzkleidungsmaterialien gegen die Permeation von Flüssigkeiten und Gasen

2 DIN EN ISO 13982-2: Schutzkleidung gegen feste Partikeln - Teil 2: Prüfverfahren zur Bestimmung der nach innen gerichteten Leckage von Aerosolen kleiner Partikel durch Schutzanzüge

Mario Groß

DuPont Protection Technologies
Kunden- und Endanwender-Berater