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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine beschichtete Mikrofaserbahn,
ein Verfahren zur Herstellung derselben, deren Verwendung als Abdeckung
eines Strahlenschutzmaterials sowie eine Strahlenschutzvorrichtung.
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Technischen Hintergrund
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US-Patent 4,923,741 offenbart
eine flexible mehrschichtige Abdeckung, die als Schutz gegen die
Gefahren im Weltall dient. Die Abdeckung umfasst unter anderem eine
Schicht, die beispielsweise gegen Bremsstrahlung schützen
soll.
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GB 2 118 410 A beschreibt
einen Strahlenschutzgegenstand, der mindestens eine flexible Schicht
eines bleihaltigen Materials umfasst, das von einem Gestrick, Gewebe
oder Vlies umhüllt ist bzw. zwischen zwei Lagen eines Gestricks,
Gewebes oder Vlieses eingefasst ist, wobei das Gestrick, Gewebe
oder Vlies eine Beschichtung aus flexiblem Polyurethan auf der äußeren
Oberfläche aufweist. Die vorliegenden Erfinder haben jedoch
gefunden, dass derartige Strahlenschutzgegenstände, die
eine Polyurethanbeschichtung auf der Außenseite aufweisen,
einen sehr starker Abrieb unterliegen, wenn sie beispielsweise in
einem medizinischen Bereich verwendet werden.
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Demgemäß war
es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Mikrofaserbahn bereitzustellen,
welche eine verbesserte Abriebfestigkeit aufweist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In
einer Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung,
eine beschichtete Mikrofaserbahn, umfassend:
- (i)
eine Mikrofaserbahn, die mit einem Fluorpolymer imprägniert
ist; und
- (ii) eine Schicht, die Polyurethan umfasst, welches nur auf
einer Seite der Mikrofaserbahn vorhanden ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfindung
auf ein Verfahren zur Herstellung einer beschichteten Mikrofaserbahn,
welches die folgenden Schritte umfasst:
- (a)
Bereitstellen einer Mikrofaserbahn;
- (b) Imprägnieren der Mikrofaserbahn mit einer Imprägnierungszusammensetzung,
die Fluorpolymer umfasst;
- (c) Trocknen der imprägnierten Mikrofaserbahn;
- (d) Aufbringen einer Beschichtungszusammensetzung, die Polyurethan
umfasst, auf nur einer Seite der getrockneten, imprägnierten
Mikrofaserbahn; und
- (e) thermisches Behandeln der in Schritt (d) erhaltenen beschichteten
Mikrofaserbahn.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen
beschichteten Mikrofaserbahn als Abdeckung eines Strahlenschutzmaterials,
wobei die beschichtete Mikrofaserbahn auf mindestens einer Seite
des Strahlenschutzmaterials aufgebracht ist und wobei die mit Polyurethan
beschichtete Seite dem Strahlenschutzmaterial benachbart ist.
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In
einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine Strahlenschutzvorrichtung
beansprucht, die
- (α) ein Strahlenschutzmaterial;
und
- (β) eine erfindungsgemäße beschichtete
Mikrofaserbahn umfasst, wobei die beschichtete Mikrofaserbahn auf
mindestens einer Seite des Strahlenschutzmaterials aufgebracht ist
und wobei die mit Polyurethan beschichtete Seite dem Strahlenschutzmaterial
benachbart ist.
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Beschreibung der Figuren
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Querschnitts der erfindungsgemäßen
beschichteten Mikrofaserbahn.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Querschnitts der erfindungsgemäßen
Strahlenschutzvorrichtung.
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Beschichtete Mikrofaserbahn
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine beschichtete Mikrofaserbahn,
umfassend:
- (i) eine Mikrofaserbahn, die mit
einem Fluorpolymer imprägniert ist; und
- (ii) eine Schicht, die Polyurethan umfasst, welches nur auf
einer Seite der Mikrofaserbahn vorhanden ist.
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Die
Mikrofaserbahn ist nicht besonders beschränkt. Sie kann
ein beliebiges flächiges Gebilde, wie Gewebe, Gewirk, Gestrick,
Membran oder Vlies, sein, das Mikrofasern enthält. Bevorzugt
sind Gewebe.
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Mikrofasern
sind Fasern, die bevorzugt eine Faserstärke von etwa 0,5
dtex bis etwa 1,5 dtex, stärker bevorzugt etwa 0,3 dtex
bis etwa 1,0 dtex aufweisen. Die Art der Mikrofasern ist vom geplanten
Einsatzzweck abhängig. Beispiele für geeignete
Mikrofasertypen umfassen Mikrofasern auf der Basis von Polyester,
Polyamid, Cellulose (z. B. Acetat oder Viskose) und Polytetrafluorethylen
sowie Gemisch davon. Mikrofasern auf der Basis von Polyester und/oder
Polyamid besonders geeignet.
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Die
Mikrofaserbahn kann elektrisch leitende Fasern enthalten, um elektrostatische
Aufladungen zu vermindern. Die elektrisch leitenden Fasern sind
nicht besonders beschränkt. Beispiele hierfür
sind Fasern aus Kohlenstoff, Metall oder Fasern auf Polymerbasis,
beispielsweise Polymerfasern, die Kohlenstoff- oder Metallteilchen
enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform werden
Polymerfasern, die Kohlenstoffteilchen enthalten, verwendet. Die
elektrisch leitenden Fasern haben beispielsweise eine Faserstärke
im Bereich von etwa 1 dtex bis etwa 3 dtex, bevorzugt etwa 1,2 dtex
bis etwa 2 dtex. Wenn der Durchmesser der elektrisch leitenden Fasern
größer (bevorzugt etwa 1,2- bis etwa 3-fach größer,
stärker bevorzugt etwa 1,2- bis etwa 2-fach größer) als
der Durchmesser der Mikrofasern ist, ragen die elektrisch leitenden
Fasern aus der Gewebeoberfläche hervor. Der Fachmann kann
die Menge der elektrisch leitenden Fasern auf Grund seines Fachwissens
geeignet wählen. Es werden üblicherweise etwa
0,1 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-%, bevorzugt etwa 0,5 Gew.-% bis etwa 3
Gew.-% elektrisch leitende Fasern in der Mikrofaserbahn enthalten
sein, wobei sich die Gewichtsprozent auf das Gesamtgewicht der Fasern
in der unbeschichteten Mikrofaserbahn beziehen. In einer bevorzugten
Ausführungsform soll die fertige Mikrofaserbahn einen elektrostatischen
Oberflächenwiderstand von etwa 105 Ohm
bis etwa 108 Ohm (gemessen nach DIN
100015-1 bei 25% rel. Luftfeuchtigkeit und 23°C)
aufweisen.
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Mikrofasern
und die gegebenenfalls vorhandenen elektrisch leitenden Fasern werden
gemäß bekannten Verfahren zu einer Mikrofaserbahn
verarbeitet. Die elektrisch leitenden Fasern können statistisch
oder in einer regelmäßigen Anordnung in die Mikrofaserbahn
eingearbeitet sein. Die Art der Einarbeitung wird von den Anforderungen
an die Ableitung von elektrischen Aufladungen sowie von dem Verfahren,
mit dem die Mikrofaserbahn hergestellt wird, abhängen.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die elektrisch
leitenden Fasern in einer regelmäßigen Anordnung
eingearbeitet. Sie können beispielsweise in einer gitterförmigen
Anordnung eingearbeitet sein, da diese Anordnung mögliche
elektrostatische Aufladungen besonders günstig ableitet.
Die Abstände zwischen den Gitterlinien liegen bevorzugt
im Bereich von etwa 3 mm bis etwa 100 mm, bevorzugt etwa 5 mm bis
etwa 75 mm, wobei die Seitenlängen der Gitterrechtecke
voneinander verschieden sein können.
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Die
Luftdurchlässigkeit der Mikrofaserbahn, die als Ausgangsmaterial
verwendet wird, wird vom Fachmann je nach Verwendungszweck geeignet
gewählt. In einer Ausführungsform beträgt
die Luftdurchlässigkeit 0 bis etwa 100 l/min pro dm2, bevorzugt 5 bis etwa 50 l/min pro dm2, wobei die Luftdurchlässigkeit
nach DIN EN ISO 9237 gemessen wird.
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Das
Flächengewicht der Mikrofaserbahn, die als Ausgangsmaterial
verwendet wird, wird ebenfalls im Hinblick auf den Verwendungszweck
geeignet gewählt. Das Flächengewicht wird üblicherweise
im Bereich von etwa 50 g/m2 bis etwa 200
g/m2, bevorzugt etwa 60 g/m2 bis
etwa 150 g/m2, liegen.
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Die
Dicke der Mikrofaserbahn, die als Ausgangsmaterial verwendet wird,
ist nicht besonders beschränkt. Sie wird üblicherweise
im Hinblick auf den Verwendungszweck gewählt werden. In
einer Ausführungsform wird die Mikrofaserbahn eine Dicke
im Bereich von etwa 0,05 mm bis etwa 0,20 mm, bevorzugt etwa 0,10
mm bis etwa 0,15 mm, aufweisen.
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Die
Mikrofaserbahn ist mit Fluorpolymer imprägniert. Das Fluorpolymer
kann ein teil- oder perfluoriertes Polymer sein. Es sind sowohl
Homo- als auch Copolymere geeignet. Fluoralkylacrylathomopolymere
und Fluoralkylacrylatcopolymere sind besonders geeignet.
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Bevorzugte
Fluorpolymere weisen perfluoralkylhaltige Seitengruppen auf. Diese
Seitengruppen können beispielsweise durch Polymerisieren
von perfluoralkylhaltigen Monomeren, die den folgenden Aufbau aufweisen,
in das Fluorpolymer eingebracht werden:
Perfluoralkyleinheit – optionaler
Spacer – polymerisierbare Gruppe
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Die
Perfluoralkyleinheit weist bevorzugt etwa 4 bis etwa 12 Kohlenstoffatomen
auf. Der optionale Spacer ist nicht besonders beschränkt,
mit der Maßgabe, dass er keine Perfluoralkyleinheit ist.
Er weist bevorzugt etwa 2 bis etwa 10 Atome, stärker bevorzugt
etwa 2 bis etwa 8 Atome, in der Kette auf. In dem Spacer können
sowohl Kohlenstoffatome wie auch Heteroatome wie N, O und S vorhanden
sein. Die polymerisierbare Gruppe ist nicht besonders beschränkt
und kann jede polymerisierbare Gruppe sein, die zur Bildung eines
Polymers geeignet ist. Beispiele für polymerisierbare Gruppen
umfassen ethylenisch ungesättigte Gruppen. Beispiele für
perfluoralkylhaltige Monomere sind perfluoralkylhaltige Acrylate
der Formel H2C=CR-C(O)-O-(CH2)n-CmF2m+1
wobei
R
H oder CH3 bedeutet;
n 0 bis etwa 8,
bevorzugt 0 bis etwa 6, betragt; und
m etwa 4 bis etwa 12 beträgt.
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Die
Fluorpolymere können weitere Seitengruppen aufweisen, wobei
insbesondere alkylhaltige Seitengruppen und/oder funktionelle Seitengruppen
geeignet sind. In einer Ausführungsform kann das Fluorpolymer alkylhaltige
Seitengruppen aufweisen.
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Diese
Seitengruppen können beispielsweise durch Polymerisieren
von alkylhaltigen Monomeren, die den folgenden Aufbau aufweisen,
in das Fluorpolymer eingebracht werden:
Alkyleinheit – optionaler
Spacer – polymeriserbare Grupp
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Die
Alkyleinheit weist bevorzugt etwa 1 bis etwa 12 Kohlenstoffatomen
auf. Der optionale Spacer ist nicht besonders beschränkt,
mit der Maßgabe, dass er keine Alkyleinheit ist. Er weist
bevorzugt etwa 0 bis etwa 20 Atome, stärker bevorzugt etwa
0 bis etwa 10 Atome, in der Kette auf. In dem Spacer können
sowohl Kohlenstoffatome wie auch Heteroatome wie N, O und S vorhanden
sein. Die polymerisierbare Gruppe ist nicht besonders beschränkt
und kann jede polymerisierbare Gruppe sein, die zur Bildung eines
Polymers geeignet ist. Beispiele für polymerisierbare Gruppen
umfassen ethylenisch ungesättigte Gruppen.
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Beispiele
für alkylhaltige Monomere sind alkylhaltige Acrylate der
Formel H2C=CR-C(O)-O-CpH2p+1
wobei
R
H oder CH3 bedeutet; und
p etwa 1 bis
etwa 12 beträgt.
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In
einer Ausführungsform kann das Fluorpolymer funktionelle
Seitengruppen aufweisen.
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Diese
Seitengruppen können beispielsweise durch Polymerisieren
von funktionellen Monomeren, die den folgenden Aufbau aufweisen,
in das Fluorpolymer eingebracht werden:
funktionelle Einheit – optionaler
Spacer – polymerisierbare Gruppe
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Die
funktionelle Einheit ist nicht besonders beschränkt und
kann jede funktionelle Gruppe enthalten. Beispiele für
funktionelle Gruppen sind OH, SH, NH2, N-Methylolsulfonamide
usw. Die funktionelle Einheit weist bevorzugt 0 bis etwa 20 Kohlenstoffatomen,
bevorzugt 0 bis etwa 12 Kohlenstoffatomen, auf. Der optionale Spacer
ist nicht besonders beschränkt, mit der Maßgabe,
dass er keine Alkyleinheit ist. Er weist bevorzugt etwa 0 bis etwa
20 Atome, stärker bevorzugt 0 bis etwa 10 Atome, in der
Kette auf. In dem Spacer können sowohl Kohlenstoffatome
wie auch Heteroatome wie N, O und S vorhanden sein. Die polymerisierbare
Gruppe ist nicht besonders beschränkt und kann jede polymerisierbare
Gruppe sein, die zur Bildung eines Polymers geeignet ist. Beispiele
für polymerisierbare Gruppen umfassen ethylenisch ungesättigte
Gruppen.
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Beispiele
für funktionelle Monomere sind Acrylate der Formel H2C=CR-C(O)-O-CpH2pX
wobei
R
H oder CH; bedeutet;
p etwa 1 bis etwa 12 beträgt;
und
X eine funktionelle Gruppe ausgewählt aus OH,
SH, NH2, und N-Methylolsulfonamide
bedeutet.
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Beispiele
von kommerziell erhältlichen Fluorpolymeren umfassen Evoral®, Oleophobol, Scotchguard, Tubiguard,
Repellan, Ruco-Guard, Unidyne, Quecophob und Nuva, sind aber nicht
darauf beschränkt.
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Die
imprägnierte Mikrofaserbahn enthält bevorzugt
etwa 0,2 g bis etwa 5 g, stärker bevorzugt etwa 0,2 g bis
etwa 1,2 g, Fluorpolymer bezogen auf 100 g Mikrofaserbahn, die als
Ausgangsmaterial verwendet wird. Wenn eine entsprechende Menge an
Fluorpolymer eingesetzt wird, weist die beschichtete Mikrofaserbahn langfristig
eine gute Wasser- und Ölabweisung, Haftung zum Substrat
und guten Griff auf.
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Die
Imprägnierungszusammensetzung kann des Weiteren, falls
erforderlich, Hilfsstoffe, wie Silikone, Wachse und Salze (beispielsweise
Zirkoniumsalze), enthalten.
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Auf
einer Seite der Mikrofaserbahn ist eine Schicht, die Polyurethan
umfasst, aufgebracht. Durch die Schicht, die Polyurethan umfasst,
ist die beschichtete Mikrofaserbahn leicht zu Reinigen. Des Weiteren
gewährleistet diese Schicht Dichtheit gegen Wasser und
Penetration durch Mikroorganismen, wie Bakterien. Die Schicht, die
Polyurethan umfasst, ist bevorzugt in Form einer kontinuierlichen
Schicht auf einer Oberfläche der Mikrofaserbahn aufgebracht.
Die Schicht sollte eine einheitliche Dicke aufweisen. Die Dicke
der Schicht liegt bevorzugt im Bereich von etwa 3 g/m2 bis
etwa 50 g/m2, stärker bevorzugt
im Bereich von etwa 8 g/m2 bis etwa 20 g/m2.
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Als
Polyurethane kommen alle Polyurethanhomo- und -copolymere in Frage.
Unter anderem kommen Polyurethanblockcopolymere wie Polyester-Polyurethane
und Polyetherpolyol-Polyurethane in Frage. Die Polyester und Poletherpolyole
haben üblicherweise ein Molelulargewicht von etwa 4000
bis etwa 6000. Ein Beispiel eines kommerziell erhältlichen
Produktes ist Impranil®.
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Die
Schicht, die Polyurethan umfasst, kann neben Polyurethan auch weitere
Bestandteile enthalten. Ein möglicher Bestandteil ist ein
Fluorharz. Das Fluorharz kann mit dem Fluorpolymer identisch sein
oder von diesem verschieden sein. Das Fluorharz ist bevorzugt mit
dem Fluorpolymer identisch, so dass die vorstehenden Ausführungen
zum Fluorpolymer gelten.
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Das
Fluorharz ist bevorzugt in einer Menge von 0 bis etwa 10 Gewichtsteilen,
stärker bevorzugt etwa 0,5 Gewichtsteilen bis etwa 3 Gewichtsteilen,
bezogen auf 100 Gewichtsteile Polyurethan, in der Schicht enthalten.
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Die
Schicht, die Polyurethan umfasst, kann weitere Hilfsstoffe umfassen.
Ein optionaler Hilfsstoff ist Siliciumdioxid. Die Sterilisierbarkeit
mit Gasen wie Ethylenoxid wird durch den Zusatz von Siliciumdioxid
verbessert. Siliciumdioxid wird bevorzugt in Form von Kieselsäure
in der Schicht eingesetzt. Die Größe der Siliciumdioxidteilchen
liegt üblicherweise im Bereich von etwa 0,2 μm
bis etwa 10 μm, bevorzugt etwa 0,2 μm bis etwa
5 μm. Siliciumdioxid ist bevorzugt in einer Menge von 0
bis etwa 10 Gewichtsteilen, stärker bevorzugt von etwa
1 Gewichtsteil bis etwa 5 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile
Polyurethan, in der Schicht enthalten.
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Die
Schicht, die Polyurethan umfasst, kann außerdem Titandioxid
umfassen. Titandioxid dient als Mattierungsmittel. Die Größe
der Titandioxidteilchen liegt üblicherweise im Bereich
von etwa 0,2 μm bis etwa 10 μm, bevorzugt von
etwa 0,2 μm bis etwa 5 μm. Titandioxid ist bevorzugt
in einer Menge von 0 bis etwa 5 Gewichtsteilen, stärker
bevorzugt etwa 0,2 Gewichtsteilen bis etwa 2 Gewichtsteilen, bezogen
auf 100 Gewichtsteile Polyurethan, in der Schicht enthalten.
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Des
Weiteren kann die Schicht, die Polyurethan umfasst, weitere Additive
wie Entlüfter, Fungizide, Additive zur Erhöhung
der Kratzfestigkeit, Hydrophobierungsmittel, Verdicker, Rheologiehilfsmittel,
Verlaufshilfsmittel, usw. enthalten. Diese Additive sind entweder
Additive für die Herstellung der Schicht oder verbessern die
Eigenschaften der fertigen Schicht. Der Fachmann kann sie auf Grund
seines Fachwissens geeignet wählen. Die Additive sind bevorzugt
in einer Menge von 0 bis etwa 20 Gewichtsteile, stärker
bevorzugt etwa 0,5 Gewichtsteile bis etwa 10 Gewichtsteile, bezogen
auf 100 Gewichtsteile Polyurethan, in der Schicht enthalten.
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Verfahren zur Herstellung
der beschichteten Mikrofaserbahn
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Die
erfindungsgemäße beschichtete Mikrofaserbahn kann
nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden. Ein bevorzugtes
Verfahren wird im Folgenden beschrieben.
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(a) Bereitstellen einer Mikrofaserbahn
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Zunächst
wird eine Mikrofaserbahn bereitgestellt. Die Mikrofaserbahn, die
als Ausgangsmaterial verwendet wird, ist vorstehend eingehend beschrieben
worden.
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Die
Mikrofaserbahn kann als solches in dem erfindungsgemäßen
Verfahren eingesetzt werden. Sie kann jedoch, falls gewünscht,
einer Vorbehandlung beispielsweise zur Erhöhung der Hydrophilie
unterzogen werden. Die Vorbehandlung beispielsweise zur Erhöhung
der Hydrophilie kann nach auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren
durchgeführt werden. Als Mittel zur Erhöhung der
Hydrophilie können nichtionische Tenside, Fettsäurekondensate,
Silicone und Gemische davon verwendet werden.
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Die
Mittel zur Erhöhung der Hydrophilie werden auf die Mikrofaserbahn
aufgebracht. Das Aufbringungsverfahren ist nicht besonders beschränkt.
In einer Ausführungsform wird die Mikrofaserbahn (beispielsweise
durch Sprühen, Eintauchen, usw.) mit einer Lösung
oder Dispersion der Mittel zur Erhöhung der Hydrophilie
in Kontakt gebracht.
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Nach
dem Aufbringen der Mittel zur Erhöhung der Hydrophilie
wird die erhaltene Mikrofaserbahn bevorzugt getrocknet. Die genauen
Trocknungsbedingungen hängen von dem verwendeten Mittel
zur Erhöhung der Hydrophilie ab. Üblicherweise
wird eine Trocknungstemperatur von etwa 40°C bis etwa 80°C,
bevorzugt von etwa 50°C bis etwa 60°C, gewählt
werden. Die Trocknungsdauer liegt üblicherweise bei etwa
30 s bis etwa 240 s, bevorzugt bei etwa 60 s bis etwa 120 s.
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Es
ist wünschenswert, wenn die Mikrofaserbahn vor dem Imprägnierschritt
eine Flottenaufnahme für das Fluorpolymer von etwa 65 Gew.-%
bis etwa 85 Gew.-%, stärker bevorzugt von etwa 65 Gew.-%
bis etwa 70 Gew.-%, bezogen auf das Trockengewicht der ggf. vorbehandelten
Mikrofaserbahn aufweist.
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(b) Imprägnieren der Mikrofaserbahn
mit einer Imprägnierungszusammensetzung, die Fluorpolymer
umfasst
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Die
Mikrofaserbahn wird mit einer Imprägnierungszusammensetzung,
die Fluorpolymer umfasst, imprägniert. Geeignete Fluorpolymere
sind vorstehend beschrieben.
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Die
Mikrofaserbahn wird nach bekannten Verfahren imprägniert.
Diese Verfahren umfassen Sprühen, Eintauchen, Ausziehverfahren,
Pflatschen, und Schaumimprägnierung. Eine Tauchimprägnierung
ist bevorzugt, da dies eine vollständige Imprägnierung
der Mikrofaserbahn ermöglicht.
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Bei
der Imprägnierung der Mikrofaserbahn wird das Fluorpolymer üblicherweise
in Form einer Lösung oder Dispersion eingesetzt. Die Konzentration
der Lösung oder Dispersion ist nicht besonders beschränkt
und liegt bevorzugt im Bereich von etwa 5 g/l bis etwa 70 g/l, stärker
bevorzugt im Bereich von etwa 5 g/l bis etwa 50 g/l.
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(c) Trocknen der imprägnierten
Mikrofaserbahn
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Nach
der Imprägnierung wird die imprägnierte Mikrofaserbahn
getrocknet.
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Die
vorliegenden Erfinder haben gefunden, dass die Eigenschaften von
Imprägnierungen mit Fluorpolymeren durch eine geeignete
Abfolge von Trocknung und thermischer Behandlung beeinflusst werden
können. Ohne an eine bestimmte Theorie gebunden sein zu
wollen, glauben sie, dass die Moleküle des Fluorpolymers
sich zunächst statistisch auf einem Substrat (wie die vorliegende
Mikrofaserbahn) ablagern, wem das Lösungsmittel entfernt
wird. Durch die statistische (d. h. ungeordnete) Anordnung sind
die hydrophoben Fluoratome zunächst ebenfalls statistisch
verteilt. Wenn das Fluorpolymer einer höheren Temperatur
ausgesetzt wird, kommt es zu einer Umorientierung der Moleküle
des Fluorpolymers, wobei die hydrophoben Fluoratome sich bevorzugt
auf der Oberfläche der Schicht anordnen.
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Man
kann mit Hilfe der Saugfähigkeit bestimmen, ob eine bestimmte
Temperatur für ein bestimmtes Fluorpolymer als Trocknungstemperatur
(Schritt (c)) oder als Temperatur für die thermische Behandlung (Schritt
(e)) anzusehen ist.
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Ein
Testgewebe aus Baumwolle EMPA 210, Leinwandbindung, gebleicht, ohne
optische Aufheller (Bezugsquelle EMPA Testmaterialien AG, St. Gallen,
Schweiz) wird mittels Foulardierung mit 0,5 g Fluorpolymer pro 100
g Baumwollgewebe imprägniert und bei Raumtemperatur getrocknet.
Das Gewebe wird anschließend in gleichgroße Stücke
geschnitten. Die Stücke werden anschließend bei
unterschiedlichen Temperaturen 120 s erwärmt (bspw. 40°C,
50°C, ..., 140°C, 150°C), wobei die Temperaturdifferenz
zwischen den einzelnen Schritten 10°C beträgt.
Die genaue Minimal- und Maximaltemperatur hängt vom Fluorpolymer
ab und kann anhand des gemessenen Kurvenverlaufs bestimmt werden.
Es wird das Gewicht des jeweiligen Gewebestücks, das bei
der Temperatur Ti erwärmt wurde
mtrocken(Ti), gemessen.
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Nach
dem Abkühlen werden die Gewebestücke mit einer
wässrigen Flotte bei 2 bar Druck und 1,5 m/min Walzengeschwindigkeit
foulardiert. Es wird das Gewicht des jeweiligen Gewebestücks,
das bei der Temperatur Ti erwärmt
wurde mnass(Ti),
gemessen.
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Die
Flottenaufnahme für das Gewebestück, das bei der
Temperatur T
i erwärmt wurde, wird
anhand der folgenden Formel berechnet:
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Bei
niedrigen Temperaturen Ti ist die Flottenaufnahme
relativ konstant. Sie sinkt bei einer bestimmten Temperatur Ti jedoch plötzlich auf deutlich
niedrigere Werte ab. Nach dem Anstieg werden dann trotz steigender
Temperatur Ti wieder relativ konstante Werte
für die Flottenaufnahme ermittelt. Beim Schritt (c) sollte
die Trocknungstemperatur so gewählt werden, dass man im
Bereich liegt, bei dem die relativ konstante hohe Flottenaufnahme
erhalten wird. Beim Schritt (e) sollte die Temperatur der thermischen
Behandlung so gewählt werden, dass man im Bereich liegt,
bei dem die relativ konstante niedrige Flottenaufnahme erhalten
wird. Der Übergangsbereich zwischen beiden Zonen ist weniger
geeignet. In der Regel wird die Flottenaufnahme, wenn man sich im
Bereich der Trocknung befindet, mindestens 20% betragen. In der
Regel wird die Flottenaufnahme, wenn man sich im Bereich der thermischen
Behanldung befindet, höchstens 10% betragen. Diese Zahlen sind
jedoch nur Anhaltspunkte und können je nach Fluorpolymer
variieren.
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Die
vorliegende Erfindung macht von dieser Erkenntnis Gebrauch. In Schritt
(c) wird die imprägnierte Mikrofaserbahn getrocknet. Dabei
lagern sich die Moleküle des Fluorpolymers statistisch
auf der Mikrofaserbahn ab. Die Trocknungsbedingungen werden dabei
so gewählt, dass es nicht zu einer Umorientierung der Moleküle
des Fluorpolymers kommt.
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Die
genauen Trocknungsbedingungen hängen von dem verwendeten
Fluorpolymer ab. Üblicherweise wird eine Trocknungstemperatur
von etwa 40°C bis etwa 110°C, bevorzugt von etwa
50°C bis etwa 80°C, gewählt. Die Trocknungsdauer
liegt üblicherweise bei etwa 10 s bis etwa 240 s, bevorzugt
bei etwa 30 s bis etwa 120 s.
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Durch
die Imprägnierung mit dem Fluorpolymer wird die Saugfähigkeit
der Mikrofaserbahn eingestellt. Dadurch dass das Fluorpolymer lediglich
getrocknet wird, ist es einfacher zu gewährleisten, dass
die Polyurethanbeschichtungszusammensetzung nicht die gesamte Mikrofaserbahn
durchdringt. Wenn die Fluorpolymer bereits vor dem Aufbringen der
Polvurethanbeschichtungszusammensetzung thermisch behandelt werden
würde, so dass die Moleküle des Fluorpolymers
sich orientieren würden, würde die abweisende
Oberfläche eine nachträgliche Beschichtung mit
der Beschichtungszusammensetzung erschweren.
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Es
ist wünschenswert, wenn die Mikrofaserbahn nach dem Trocknungsschritt
eine Flottenaufnahme für die Beschichtungszusammensetzung
von etwa 30 Gew.-% bis etwa 60 Gew.-%, stärker bevorzugt
von etwa 30 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-%, bezogen auf Trockengewicht
der imprägnierten Mikrofaserbahn aufweist.
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(d) Aufbringen einer Beschichtungszusammensetzung,
die Polyurethan umfasst, auf nur einer Seite der getrockneten, imprägnierten
Mikrofaserbahn
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Nach
dem Trocknungsschritt wird die Beschichtungszusammensetzung, die
Polyurethan umfasst, auf nur einer Seite der getrockneten, imprägnierten
Mikrofaserbahn aufgebracht. Die Bestandteile der Schicht, die Polyurethan
umfasst, sind vorstehend ausführlich beschrieben worden.
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Die
Beschichtungszusammensetzung wird bevorzugt in Form einer Lösung
oder Dispersion der gewünschten Bestandteile eingesetzt.
Die Konzentration des Polyurethans in der Lösung oder Dispersion
ist bevorzugt im Bereich von etwa 50 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-%,
stärker bevorzugt von etwa 60 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-%.
Durch die Wahl einer viskosen Beschichtungszusammensetzung ist es
einfacher sicherzustellen, dass die Schicht, die Polyurethan umfasst,
nur auf einer Seite der fertigen Mikrofaserbahn vorhanden ist.
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Die
Beschichtungszusammensetzung wird nach bekannten Verfahren auf die
getrocknete, imprägnierte Mikrofaserbahn aufgebracht. Zu
diesen Verfahren gehören Walzenbeschichten, Rakeln, Streichbeschichten,
Schaumbeschichten, Transferbeschichten, und Filmziehen, bevorzugt
wird Rakeln verwendet.
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Die
Beschichtungszusammensetzung wird so aufgebracht, dass die Schicht,
die Polyurethan umfasst, nur auf einer Seite der fertigen Mikrofaserbahn
vorhanden ist. 1 zeigt eine schematische Darstellung
des Querschnitts einer fertigen erfindungsgemäßen
beschichteten Mikrofaserbahn, wobei die Mikrofaserschicht der Einfachheit
halber als Monoschicht dargestellt ist.
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In
der gezeigten Ausführungsform umfasst die Mikrofaserbahn
(1) Mikrofasern (2) und elektrisch leitende Fasern
(3), wobei in dieser Ausführungsform der Durchmesser
der elektrisch leitenden Fasern (3) größer als
der Durchmesser der Mikrofasern (2) ist. Die Fluorpolymerimprägnierung
ist in dieser Abbildung nicht gezeigt. Die Schicht (4),
die Polyurethan umfasst, ist nur auf einer Seite der fertigen Mikrofaserbahn
vorhanden.
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Es
ist selbstverständlich, dass die Beschichtungszusammensetzung
beim Aufbringen auf die getrocknete, imprägnierte Mikrofaserbahn
zu einem gewissen Grad in die Mikrofaserbahn eindringt. Im Rahmen
der Erfindung darf die Schicht, die Polyurethan umfasst. jedoch
nicht die Mikrofasern auf der Seite der Mikrofaserbahn, die der
Seite, von der sie aufgebracht wurde, gegenüberliegt, abdecken.
Der Durchdringungsgrad beträgt bevorzugt höchstens
etwa 60%, stärker bevorzugt höchstens etwa 40%.
Der Durchdringungsgrad beträgt bevorzugt mindestens etwa
20%, stärker bevorzugt mindestens etwa 30%. Im Rahmen der
Erfindung wird der Durchdringungsgrad wie folgt definiert:
d
1 Dicke
des Teils der Mikrofaserschicht, der mit der Schicht, die Polyurethan
umfasst, in Kontakt ist
d
2 Dicke der
gesamten Mikrofaserschicht
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Die
Dicken kann man durch optische Verfahren wie beispielsweise Mikroskopie
messen. Ein Beispiel für ein mögliches Meßverfahren
ist die Untersuchung eines Querschnitts mittels Rasterelektronenmikroskopie.
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Der
Durchdringungsgrad ist in 1 bildlich
durch die rechte geschweifte Klammer und die Angabe ”x%” angedeutet.
In 1 beträgt sie ca. 50%, da die Mikrofasern
(weiße Kugeln) zu ca. 50% in die Schicht, die Polyurethan
umfasst, eingebettet sind.
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Die
Beschichtungszusammensetzung kann nach dem Aufbringen in Schritt
(d) getrocknet werden. Alternativ kann auf die Trocknung verzichtet
werden und die Beschichtungszusammensetzung im Rahmen der thermischen
Behandlung in Schritt (e) getrocknet werden.
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Falls
ein getrennter Trocknungsschritt durchgeführt wird, werden
die Bedingungen in Abhängigkeit von der gewählten
Beschichtungszusammensetzung gewählt. Sie sollten jedoch
so gewählt werden, dass es nicht zu einer Umorientierung
der Moleküle des Fluorpolymers kommt.
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Üblicherweise
wird eine Trocknungstemperatur von etwa 40°C bis etwa 110°C,
bevorzugt von etwa 80°C bis etwa 100°C, gewählt
werden. Die Trocknungsdauer liegt üblicherweise bei etwa
10 s bis etwa 240 s, bevorzugt bei etwa 10 s bis etwa 120 s.
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(e) Thermisches Behandeln der in Schritt
(d) erhaltenen beschichteten Mikrofaserbahn
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In
Schritt (e) wird die (gegebenenfalls getrocknete) beschichtete Mikrofaserbahn,
die in Schritt (d) erhalten wird, thermisch behandelt. Bei diesem
Schritt werden die Bedingungen so gewählt, dass es zu einer Umorientierung
der Moleküle des Fluorpolymers kommt.
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Bei
der thermischen Behandlung wird üblicherweise eine Temperatur
von etwa 120°C bis etwa 190°C, bevorzugt von etwa
140°C bis etwa 180°C, gewählt. Es ist
selbstverständlich möglich die thermische Behandlung
in mehreren Stufen mit unterschiedlicher Temperatur durchzuführen.
Die Dauer der thermischen Behandlung liegt üblicherweise
bei etwa 10 s bis etwa 240 s, bevorzugt bei etwa 30 s bis etwa 120
s.
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Strahlenschutzvorrichtung
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Die
erfindungsgemäße beschichtete Mikrofaserbahn kann
als Abdeckung eines Strahlenschutzmaterials in einer Strahlenschutzvorrichtung
verwendet werden, wobei die beschichtete Mikrofaserbahn auf mindestens
einer Seite des Strahlenschutzmaterials aufgebracht ist und wobei
die mit Polyurethan beschichtete Seite dem Strahlenschutzmaterial
benachbart ist.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Querschnitts der erfindungsgemäßen
Strahlenschutzvorrichtung (6). In der gezeigten Ausführungsform
umfasst die Mikrofaserbahn (1) Mikrofasern (2)
und elektrisch leitende Fasern (3), wobei in dieser Ausführungsform
der Durchmesser der elektrisch leitenden Fasern (3) größer
als der Durchmesser der Mikrofasern (2) ist. Die Fluorpolymerimprägnierung
ist in dieser Abbildung nicht gezeigt. Die Schicht (4),
die Polyurethan umfasst, ist nur auf einer Seite der fertigen Mikrofaserbahn
(1) vorhanden.
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Die
erfindungsgemäße Mikrofaserbahn (1) ist
in der gezeigten Ausführungsform auf beide Seiten des Strahlenschutzmaterials
(5) aufgebracht, wobei die Schicht (4), die Polyurethan
umfasst, jeweils dem Strahlenschutzmaterial (5) benachbart
ist.
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Als
Strahlenschutzvorrichtungen können alle Vorrichtungen genannt
werden, die Personen oder Gegenstände vor schädlicher
Strahlung, insbesondere Röntgenstrahlung, UV-Strahlung,
Infrarot-Strahlung, und radioaktiver Strahlung, besonders bevorzugt
Röntgenstrahlung, schützen. Beispiele umfassen
Schürzen, Handschuhe, Schirme, Vorhänge, Mäntel,
Abdecktücher, Abdeckmaterialien, Augenschutzprodukte und Überzieher,
sind aber nicht darauf beschränkt. Durch ihre Flexibilität
und ihren angenehmen haptischen Eigenschaften eignet sich die erfindungsgemäße
beschichtete Mikrofaserbahn besonders für flexible Strahlenschutzvorrichtungen
und/oder Strahlenschutzvorrichtungen, die von Personen getragen
werden.
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Im
Rahmen der Erfindung können alle Arten von Strahlenschutzmaterial
verwendet werden. Die Art des Strahlenschutzmaterials wird von der
abzuschirmenden Strahlung abhängen und ist nicht besonders
beschränkt. Beispielhaft kann Strahlenschutzmaterial auf
der Basis von Blei oder Bleioxid erwähnt werden. Bleifreies
Strahlenschutzmaterial kann ebenfalls verwendet werden. Bleifreies
Strahlenschutzmaterial ist beispielsweise in
DE 10 2004 001 328 A ,
WO 2005/024846 A ,
WO 2005/023116 A ,
DE 10 2006 028 958
A ,
WO 2004/017332
A und
DE 10 2005
034 384 offenbart. Kombinationen von Strahlenschutzmaterial
sind auch möglich. Das Strahlenschutzmaterial kann eine
oder mehrere Lagen umfassen.
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Bei
der Herstellung einer Strahlenschutzvorrichtung wird die erfindungsgemäße
beschichtete Mikrofaserbahn auf mindestens einer Seite des Strahlenschutzmaterials
aufgebracht. Üblicherweise wird das Strahlenschutzmaterial
von der erfindungsgemäßen beschichteten Mikrofaserbahn
umhüllt. Die Mikrofaserbahn und das Strahlenschutzmaterial
können auf bekannte Weise, beispielsweise durch Nähen,
Kleben, Tapen, Kaschieren oder Laminieren, miteinander verbunden
werden. Wenn die Mikrofaserbahn und das Strahlenschutzmaterial,
beispielsweise durch Kaschieren oder Laminieren, zu einem Verbundmaterial
verarbeitet werden, können sie auch anschließend
durch konfektionstechnische Verfahren, wie Schneiden, Stanzen, Wasserstrahlschneiden,
Formen oder Laserstrahlschneiden zu den Endprodukten verarbeitet
werden.
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Die
erfindungsgemäße Mikrofaserbahn schützt
das Strahlenschutzmaterial. Insbesondere wird das Strahlenschutzmaterial
geschützt vor:
- • mechanischer
Einwirkung;
- • Penetration durch Keimen (wie Bakterien-, Viren-
und Pilzen);
- • chemischer Einwirkung beispielsweise durch Reinigungs-
und Desinfektionsmittel;
- • Lichteinwirkung; und/oder
- • Eindringen von Körperflüssigkeiten,
wie Blut, Urin oder Schweiß.
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Die
beschichtete Mikrofaserbahn verleiht durch ihren textilen Charakter
zudem den Strahlenschutzvorrichtungen ein angenehmes Oberflächengefühl,
was vor allem Kleidungsstücken ein angenehmes Tragegefühl verleiht.
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Im
Gegensatz zu konventionellen Strahlenschutzvorrichtungen, bei denen
eine mit Polyurethan beschichtete Seite dem Strahlenschutzmaterial
abgewandt ist, wird die erfindungsgemäße beschichtete
Mikrofaserbahn so angeordnet, dass die mit Polyurethan beschichtete
Seite dem Strahlenschutzmaterial benachbart ist. Bei der konventionellen
Anordnung ist die mit Polyurethan beschichtete Seite folglich nach
außen gewandt und somit starken physischen Belastungen
ausgesetzt. Dadurch kommt es zu verstärktem Verschließ und
Abrieb. Durch die erfindungsgemäße Anordnung,
bei der die mit Polyurethan beschichtete Seite nach innen gewandt
ist, ist die physische Belastung deutlich geringer. Überraschenderweise
weist die beschichtete Mikrofaserbahn bei der erfindungsgemäßen
Anordnung eine hohe Schnitt- und Reißfestigkeit auf, so
dass ihre Gebrauchseigenschaften denen von konventionellen Materialien
deutlich überlegen sind.
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Die
Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels erläutert.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform
beschränkt.
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BEISPIEL
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Die
Mikrofaserbahn wurde aus Polyester-Mikrofasern mit einer Faserstärke
von 1 dtex und kohlenstoffhaltigen Fasern (Belltron B31, erhältlich
von Kanebo Gohsen Ltd., Japan) hergestellt. Die Fasern wurden zu
einem Leinwand mit ca. 70 Kettfäden/cm und ca. 37 Schussfäden/cm
mit einem Flächengewicht von 100 g/m2 verarbeitet.
Die kohlenstoffhaltigen elektrisch leitenden Fasern wurden in Form
eines Gitter mit den Maßen 5 × 5 mm eingearbeitet.
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Die
Mikrofaserbahn hatte eine Luftdurchlässigkeit von ca. 15
l/min pro dm2 und einen elektrostatischen Oberflächenwiderstand
von ca. 1 × 108 Ohm (nach DIN
100015-1 bei 25% rel. Luftfeuchte und 23°C). Die
Reißfestigkeiten betrugen ca. 850 N in Kette und ca. 650
N im Schuss.
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Für
das Beispiel wurde die Mikrofaserbahn über einen Spanrrahmen
geführt.
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20
g/l Silastol WK (erhältlich von der Fa. Schill + Seilacher,
DE) wurden zunächst durch Foulardapplikation auf die Mikrofaserbahn
aufgebracht, um die Hydrophilie anzupassen. Nach der Foulardapplikation
wurde die Mikrofaserbahn bei 80°C getrocknet.
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Anschließend
wurde die Mikrofaserbahn durch Foulardierung mit 10 g/l Evoral O
35 (Fluorpolymer; erhältlich von der Fa. Schill + Seilacher,
DE) imprägniert. Die Mikrofaserhahn wurde 90 s bei 60°C
getrocknet. Es kam nicht zu einer Orientierung der Moleküle
des Fluorpolymers. Die aufgebrachte Menge an Evoral betrug ca. 0,7
g/10 g Mikrofaserbahn.
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Nach
der Trocknung wurde eine polyurethanhaltige Beschichtung auf die
Mikrofaserbahn aufgerakelt. Die Beschichtungszusammensetzung wies
die folgende Zusammensetzung auf:
| 50
Teile | Impranil
DLP-R, Bayer (Polymerdispersion) |
| 0,2
Teile | Agitan
218, Münzing Chemie (Entlüfter) |
| 0,4
Teile | Afrotin
FG, Schill + Seilacher (Fungizid) |
| 0,4
Teile | Byk
333, Byk Chemie (Additiv zur Erhöhung der Kratzbeständigkeit) |
| 0,8
Teile | Tegophobe
1650, Degussa (Hydophobierungsmittel) |
| 1,2
Teile | kolloidale
Kieselsäure |
| 41,7
Teile | Wasser |
| 0,3
Teile | Rheolate
255, Elementis (Verdicker) |
| 4,2
Teile | Evoral,
Schill + Seilacher (Fluorpolymer) |
| 0,8
Teile | Hombitec
RM 400, Sachtleben Chemie (Mattierungsmittel) |
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Die
Anmischung erfolgte unter Zugabe in der obengenannten Reihenfolge
mit Hilfe eines Dissolvers. Die Rührzeit betrug 35 Minuten.
Die hergestellte Paste wurde mittels einer Luftrakel flächig
als geschlossener Film auf die Mikrofaserbahn aufgebracht.
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Die
beschichtete Mikrofaserbahn wurde in einem Spannrahmen in fünf
Feldern mit je 3 m Länge und einer Gesamtzeit von 2 min
stufenweise getrocknet.
| Trocknung
Feld 1: | 80°C |
| Trocknung
Feld 2: | 120°C |
| Trocknung
Felder 3 bis 5: | 160°C |
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Die
erhaltene Mikrofaserbahn wurde nach
DIN EN 13795-2 untersucht,
um ihre Eignung als Abdeckung von Röntgenschutzmaterial
im OP Bereich zu klären. (KbE = Koloniebildende Einheiten). Barriereeigenschaften:
| Bakterienpenetration
trocken: | log10KbE: 0 |
| Flüssigkeitsdurchtritt: | > 200 cm |
Reinheit:
| mikrobiologisch: | log10(KbE/dm2): < 0,3 |
| Partikuläres
Material: | Index
Partikuläres Material < 3,3 |
| Partikelfreisetzung: | log10-Partikel (2–25 μm) < 3,7 |
Festigkeit:
| Berstfestigkeit
trocken: | > 750 kPa |
| Berstfestigkeit
nass: | > 750 kPa |
| Reißfestigkeit:
trocken: | > 750 N/5 cm |
| Reißfestigkeit:
nass: | > 680 N/5 cm |
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Die
Messwerte zeigen, dass das erfindungsgemäße Material
hervorragend als Textil im OP-Bereich eingesetzt werden kann.
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Das
in Beispiel 1 von
WO 2005/024846 hergestellte
bleifreie Strahlenschutzmaterial wurde in Form einer Strahlenschutzschürze
geschnitten. Die vorstehend hergestellte beschichtete Mikrofaserbahn
wurde entsprechend zugeschnitten und beidseitig auf das Strahlenschutzmaterial
gelegt, wobei die mit Polyurethan beschichtete Seite dem Strahlenschutzmaterial
zugewandt war. Die Mikrofaserbahnen und das Strahlenschutzmaterial
wurden miteinander vernäht, so dass eine Strahlenschutzschürze
erhalten wurde. Die Strahlenschutzschürze vermittelte durch
die Verwendung der beschriebenen Mikrofaserbahn ein angenehmes Tragegefühl. Hautreizungen
wurden vermieden. Außerdem dient die beschriebene Mikrofaserbahn
als Schutzbarriere für das sensible Strahlenschutz-Inlay.
Die Strahlenschutzschürze wies eine hervorragende Dichtheit
gegen Blut, Urin und Mikroorganismen auf. Sie konnte außerdem
ohne Beschädigung durch Ethylenoxid sterilisiert werden.
Folglich ist die Strahlenschutzschürze sehr gut für
den Einsatz im medizinischen Bereich geeignet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 4923741 [0002]
- - GB 2118410 A [0003]
- - DE 102004001328 A [0077]
- - WO 2005/024846 A [0077]
- - WO 2005/023116 A [0077]
- - DE 102006028958 A [0077]
- - WO 2004/017332 A [0077]
- - DE 102005034384 [0077]
- - WO 2005/024846 [0093]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - DIN 100015-1 [0014]
- - DIN EN ISO 9237 [0016]
- - DIN 100015-1 [0084]
- - DIN EN 13795-2 [0091]