Zwei neue Studien der University of Alberta zeigen, wie das Tragen, Pflegen und Herstellen der Feuerwehrkleidung sicherer gemacht werden kann.
Eine Studie ergab, dass einige Fasern der Schutzkleidung bei Kontakt mit warmem Wasser zerfallen. Dies verdeutlicht, was mit der Zeit bei realen Brandbekämpfungsszenarien und beim Waschen mit der Kleidung passieren kann.
In der anderen Studie wurde das bei der Herstellung der Fasern verwendete Wasser analysiert. Dabei wurden mehrere schädliche Farbstoffverbindungen identifiziert, die aus den Stoffen austreten und deren Schutzeigenschaften beeinträchtigen könnten.
„Die Ergebnisse beider Studien zeigen Schwachstellen und potenzielle Verbesserungsmöglichkeiten bei den Materialien auf, die derzeit in der Feuerwehrbekleidung und bei der Wartung verwendet werden“, sagt Saiful Hoque, der die Arbeit im Rahmen seines Doktorats in Textil- und Bekleidungswissenschaften an der Fakultät für Agrar-, Bio- und Umweltwissenschaften (ALES) durchgeführt hat.
Tragen und Pflege
Durch beschleunigte Alterungsbehandlungen, die den Bedingungen der Brandbekämpfung und des Waschens entsprechen, Erstes Studiumveröffentlicht im Zeitschrift für Polymerwissenschaftuntersuchten die Auswirkungen von Hitze und Wasser auf 15 verschiedene Garne in acht Stoffen, die typischerweise zur Herstellung von Schutzkleidung verwendet werden.
Die Fasern wurden jeweils bis zu 1.200 Stunden lang in gereinigtes Wasser mit neutralem pH-Wert und in saures Wasser mit einer Temperatur von 40 °C bis 90 °C getaucht und dann auf physikalische, chemische und andere Arten von Schäden überprüft.
Die Ergebnisse der hydrothermalen Alterung zeigten, dass die Festigkeit von Gewebemischungen mit einem bestimmten Fasertyp namens Para-Aramid/Polybenzimidazol (PBI) bei Kontakt mit Feuchtigkeit um 68 % schneller nachließ als bei ähnlichen Brandschutzgeweben ohne PBI.
Hochleistungsfasermischungen mit PBI werden aufgrund der Flexibilität und Fähigkeit der Faser, extremen Temperaturen standzuhalten, typischerweise zur Herstellung von Außenjacken und -hosen für Feuerwehrleute verwendet.
Da PBI-Fasern jedoch unter Verwendung von Schwefelsäure hergestellt werden, bleiben Spuren der Chemikalie zurück, wie eine von Hoque geleitete Studie aus dem Jahr 2022 zeigt. Dieser Restschwefel erhöht die Feuchtigkeitsempfindlichkeit eines Gewebes und kann zu einer vorzeitigen Abnutzung der Schutzkleidung führen, bemerkt Hoque.
Die Erkenntnisse können Herstellern von Hochleistungsfasern und Schutzgeweben dabei helfen, ihre Prozesse zu verbessern, meint er.
„PBI-Fasern können noch immer verwendet werden, aber es ist von entscheidender Bedeutung, dass die Hersteller Methoden entwickeln, um den Restschwefel aus diesen Fasern zu entfernen.“
Auch das Waschen von Feuerwehrausrüstung muss geändert werden, indem Kleidung mit PBI-Fasern separat gewaschen wird, rät Hoque. „So vermeiden Sie Schäden an benachbarten Textilien, die keine PBI-Fasern enthalten und in warmem Wasser sonst nicht beschädigt würden.“
In der gleichen Studie wurde auch erstmals festgestellt, dass Meta-Aramidfasern, ein weiterer häufig in Schutzkleidung verwendeter Fasertyp, eine „bemerkenswerte Widerstandsfähigkeit“ gegenüber Hitze- und Wasserbelastung zeigten, selbst wenn sie saurem Wasser ausgesetzt waren, sagt Hoque.
So verlor beispielsweise eine Gewebeprobe aus 93 % Meta-Aramidfasern nur 4 % ihrer Zugfestigkeit, nachdem sie 1.200 Stunden lang bei 90 °C in Wasser getaucht wurde.
Diese Entdeckung schließt eine Wissenslücke hinsichtlich der Hitze- und Wasserbeständigkeit von Hochleistungsfasern und ermöglicht den Herstellern „fundiertere Entscheidungen bei der Auswahl und Gestaltung von Materialien für strapazierfähigere Ausrüstung für Feuerwehrleute“, so Hoque.
Darüber hinaus eröffnen sich dadurch Möglichkeiten für den Einsatz von Meta-Aramidfasern in anderen Produkten, die häufig mit Wasser in Berührung kommen, wie etwa in der Sicherheitsausrüstung für den Schiffsverkehr, fügt er hinzu.
Die umfassende Untersuchung der verschiedenen Garne und ihrer Fasern ermögliche ein umfassenderes Verständnis ihrer Haltbarkeit, sagt Hoque. „Wir können den Herstellern jetzt Vorschläge für optimale Fasermischungen und Gewebekonfigurationen unterbreiten, die ein besseres Gleichgewicht zwischen langfristigem Schutz und Komfort herstellen.“
Verantwortungsvolle Herstellung
In Hoques zweite Studieveröffentlicht in Fasern und Polymerehabe er eine Methode zur Analyse des bei den Experimenten verwendeten Wassers entwickelt, die Stoffhersteller nutzen könnten, um ihre Produktionsprozesse umweltfreundlicher zu gestalten, sagt er.
Bei der Analyse seien drei Farbstoffverbindungen identifiziert worden, von denen bekannt sei, dass sie ein gewisses Risiko für die Umwelt darstellten, „insbesondere, wenn sie in Wassersysteme gelangen“, stellt er fest.
Obwohl die Verwendung dieser Verbindungen nicht empfohlen wird, „ist es möglich, dass einige Hersteller diese Verbindungen dennoch einsetzen. Diese Informationen können ihnen also dabei helfen, Umweltverschmutzung zu verhindern und nachhaltigere Verfahren einzuführen.“
Mehr Informationen:
Saiful Hoque et al., Hydrothermales Alterungsverhalten von Hochleistungspolymerfasern: Mechanische Leistung auf Garnebene und chemische Analyse, Zeitschrift für Polymerwissenschaft (2024). DOI: 10.1002/pol.20230950
Md. Saiful Hoque et al, Analyse des hydrothermalen Alterungswassers von Brandschutzgeweben mittels GC × GC–TOFMS und FID, Fasern und Polymere (2024). DOI: 10.1007/s12221-024-00540-5