Wpływ temperatury ujemnej na przenikanie substancji chemicznych przez błony elastomerowe

• Autorzy: Łężak K.

Warianty tytułu

EN

The effect of negative temperature on the permeation of chemicals through elastomeric membranes

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przemysł chemiczny w Polsce generuje obecnie około 10% wartości sprzedaży przemysłu ogółem. Zgodnie z danymi GUS w Polsce w ostatnich latach w warunkach zagrożenia substancjami chemicznymi pracowało około 0,55 % ogółu zatrudnionych. Wśród nich na kontakt ze szkodliwymi substancjami chemicznymi narażeni są przede wszystkim pracownicy przemysłu chemicznego - produkcji petrochemicznej, kwasu siarkowego, nawozów sztucznych, tworzyw i włókien sztucznych, farb i lakierów, wyrobów gumowych. Interakcja skóry z otaczającymi zanieczyszczeniami środowiskowymi zależna jest od wielu czynników. Aby wyeliminować ich wpływ na organizm człowieka stosowane są materiały złożone z błon polimerowych naniesionych na płaskie wyroby włókiennicze, tj. tkaniny, dzianiny, włókniny (nośniki). Barierowość takich układów materiałów determinowana jest przede wszystkim odpornością chemiczną stosowanych błon elastomerowych, która powinna być zachowana na "bezpiecznym" poziomie w różnych warunkach otoczenia. Ze względu na właściwości fizyczne i fizykochemiczne elastomerów transport substancji chemicznych przez błony elastomerowe zależne jest m.in. od temperatury otoczenia. Parametrem charakteryzującym odporność materiałów powleczonych na działanie ciekłych i gazowych substancji chemicznych jest czas przebicia materiału przez daną substancję, tj. czas, po którym szybkość przenikania osiąga wartość l ug/cmzmin (zgodnie z normą PN-ENISO 6529:2005). Przenikanie to złożony proces przechodzenia substancji chemicznych przez materiały barierowe na poziomie molekularnym, którego motorem jest różnica stężeń substancji przed i za materiałem barierowym. Jest ono wypadkową właściwości elastomeru, substancji chemicznej i jej stężenia oraz temperatury. Obecnie badania przenikania szkodliwych substancji chemicznych przez błony elastomerowe w większości przypadków prowadzone są w temperaturze normalnej, tj. ok. 20 °C lub wyższej. Jednak w praktyce te same błony elastomerowe w kompozytach materiałowych eksponowane są w trakcie użytkowania na działanie różnych temperatur wynikających z różnych warunków otoczenia (np. ekspozycja na działanie niskich temperatur w zimie itp.). Niniejsza praca dotyczy przeprowadzenia badań przenikania rozpuszczalników organicznych przez próbki materiałów stosowanych na odzież ochronną w temperaturze 20°C i -17 °C. Próbki do badań pobrane były z czterech rożnych handlowych partii materiałów powlekanych jedną lub wieloma warstwami elastomerów na postawie kauczuku butylowego i fluorowego oraz polietylenu. Wyniki badań wskazały różnice czasu przebicia błon elastomerowych tego samego typu przez te same rozpuszczalniki we wskazanej temperaturze dodatniej i ujemnej. We wszystkich przypadkach (dla wszystkich badanych materiałów i wszystkich stosowanych testowych cieczy organicznych) przenikanie cieczy testowych nastąpiło w temperaturze -l 7/-20°C, a czas przebicia nie przekroczył 480 min. Jednakże w części tych materiałów w temperaturze 20° C nie stwierdzono przenikania po 480 min. Zaobserwowano, że krzywe przenikania otrzymane w wyniku przeprowadzonych badań, charakteryzujące kinetykę tego procesu w zależności od temperatury, wzrastają łagodniej w przeciwieństwie do stromego przebiegu krzywych przenikania wyznaczonych w temperaturze 20°C. Na podstawie otrzymanych wyników badań stwierdzono, że temperatura ma wpływ na proces przenikania i może skracać czas przebicia wytypowanych organicznych cieczy testowych przez wszystkie cztery typy badanych materiałów. Jest ona czynnikiem powodującym zmianę klasyfikacji materiałów powleczonych błonami elastomerowymi. Ma to szczególne znaczenie praktyczne dla użytkowników wyrobów gotowych, których kluczową funkcją jest barierowość wobec substancji chemicznych.

EN

Chemical industry in Poland actually generates about 10 % ofthe value oftotal industry sale. According to the Central Statistical Office data, in recent years about 0.55 % of all employees in Poland haveworked in a risk ofchemical substances. In this groiip, to the contact with hazardous chemical substan-ces especially exposed arę workers ofchemical industry - petrochemical production, sulfuric acid, chemical fertilizers, man-madefibers andplastics, paints and enamels, rubberproducts. Interaction of'the skin with the surrounded environmental contaminations depended on several factors. To eliminate their influence on the human organism, materials consisting ofpolymer membranę laminated on the textile materials such as woven fabrics, knitted fabrics and nonwovens (medium) arę used. Barrier properties of such materials' sets arę determined mainly by the chemical resistance of the. used elastomeric membranes, which should be kept on a 'safe'level in different ambient conditions. Because of the physical and physicochemical properties of elastomers, transport of the chemical substances through the elastomeric membranes depends on, inter aha, the ambient temperaturę. Parameter that characterize resistance ofthe laminated materials to liąuid and gaś chemical substances is break trough time ofthe material by a certain substance - time, after which the permeation ratę rea-ches value ofl u g/cm min (according to ENISO 6529:2005). Permeation is a complex process of a chemical substances penetration through the barrier materials on the molecular level, whose engine is a dif-ference ofsubstance's concentration ahead and behind ofthe barrier material. It is a resultant ofthe properties ofthe elastomer, chemical substance and its concentration and the temperaturę. Atpresent, tests ofthe hazardous chemical substances permeation through the elastomeric membranes arę mainly conducted in conditions of the normal temperaturę i.e. about 20 °C or higher. However, in practice, the same elastomeric membranes in material composites arę exposed to various temperatures during their use that resultfrom the various ambient conditions (for example exposure to Iow temperaturę in winter etc.). This work concerns conducting the research of organie sohents permeation through the samples of materials intended for the protectwe clothing in the temperaturę of 20 °C and -17 °C. Samples to the tests were taken from four different commercial batches of materials laminated with one or many elastomeric laycrs based on the butyl and fluorocarbon gum and thepolyethylene. Test results showed the differences in the break trough time of elastomeric membranes ofthe same kind through the same sohents at the indicated positive and negative temperaturę. In all cases (for all tested materials and all used organie licjuids) permeation ofthe test liguids occurred at the temperaturę ofl 7/-20 °C and the break trough time did notexceed 480 min. However, for some of those materials, permeation in the temperaturę of 20 °C did not occur after 480 min. It ivas obserued that permeation curves obtained from the conducted tests that characterizes the kinetics of this process in dependence ofthe temperaturę, increase morę gently in contrast to the rapid course of permeation curues determined in the temperaturę of 20 °C. On the basis ofthe obtained test results, it was stated that the temperaturę has an influence on the permeation process and can shorten the break trough time ofthe selected test organie liąuids through all four types of tested materials. It is afactor that causes a change ofthe classification ofthe elastomeric membranę laminated materials. It has a particular practice mcaningfor the uscrs offinished products that the key function is being a barrier for the chemical substances.

Słowa kluczowe

PL

błony elastomerowe; właściwości barierowe; przenikalność substancji chemicznych

EN

elastomeric mambranes; barrier properties; chemical's permeability

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników
• Czasopismo: Elastomery
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 16, nr 2
• Strony: 16--26
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Łężak K.

• Centralny Instytut Ochrony Pracy - Zakład Ochron Osobistych NO, Łódź

Bibliografia

• 1. Łaszkiewicz B.: Termoodporne i trudnopalne włókna organiczne, WNT Warszawa 1976.
• 2. Boyer R.F.: Transitions and relaxations in Polymers, J. Polym. Sci. RC. 14(1966).
• 3. Mickelsen R.I., Hali R.C.: A Break through Time Coinparison of Nitryle and Neoprene Glove Materials Produced by Different Glove Manufacturers. Am. Ind. Hyg. Assoc. J. 46 (110:941-947)1987.
• 4. Robakowski K, Bartkowiak G., Kowalczyk H., Leżak K., Ruszkowski K.: Opracowanie wymagań dla odzieży chroniącej przed substancjami chemicznymi w zakresie odporności na przenikanie cieczy, odporności na penetrację aerozoli, oporu przenikania pary wodnej", Zadanie badawcze V.025, Etap l, ClOP 1996 r.
• 5. Leżak K., Bartkowiak J., Bogadkowska G., Błażejewski D.: „Badanie przenikania ciekłych substancji chemicznych przez materiały powleczone, stosowane na odzież izolującą od otoczenia w skrajnych warunkach temperaturowych". Zadanie badawcze 03.9.12, Etap l, ClOP, 1999 r.
• 6. Perkins J.L, Hing-Jia You: Prodicting Temperaturę Effects on Chemical Protective Clothing Permeation. Am. Ind. Hyg. Assoc. J. 53, 77-83, 1992.
• 7. Majchrzycka K., Pościk A. (red.): CIOP-PIB, Warszawa 2007, 54-55.
• 8. Krasuska E.: Niebezpieczne czynniki chemiczne w miejscu pracy.
• 9. Pawłowska Z.: Dobór zestawów ochron dla przykładowych stanowisk pracy w rolnictwie przy stosowaniu pestycydów. CIOP, Warszawa 1977.
• 10. Panasiuk L: Epidemiologia zatruć pestycydami w Polsce. W: Zagrożenia chemiczne w rolnictwie. IMW, Lublin 1997.
• 11. Pomorska K.: Zagrożenia związane ze stosowaniem chemicznych środków ochrony roślin różnymi technikami. W: Zagrożenia chemiczne w rolnictwie. IMW, Lublin 1997.
• 12. VahdatN., Sullivan V. D.: Estimation ofpermeation ratę of chemicals through elastometric materials. J. Appl. Polym. Sci., 2001, 79, 1265-1272.
• 13. Narębska A. (red.): Membrany i membranowe techniki rozdziału. Uniwersytet Toruński. Toruń 1997.
• 14. Forte R., Leblanc J. L: New results on the kinetic aspect of the permeation resistance of elastomers, using an original testing cell and methanol as model permeating fluid. J. Appl. Polym. Sci., 1992, 45, 1473-1483.
• 15. Zellers E. T.: Three-dimensional solubility parameters and chemical protective clothing permeation. I. Modeling the solubility of organic solvents in viton® gloves. J. Appl. Polym. Sci., 1993, 50, 513-530, October 1999.
• 16. Żuchowska D.: „Polimery konstrukcyjne". Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1995.
• 17. White J. R, De S. K. (red.): Poradnik technologa gumy, Rapra Technology Ltd. Shawbury 2001. Tłumaczenie z ang.: Inst. Przem. Gum. „Stomil", Piastów 2003.
• 18. PN-EN ISO 6529:2005 Odzież ochronna. Ochrona przed substancjami chemicznymi. Wyznaczanie odporności materiałów na odzież ochronną na przenikanie cieczy i gazów
• 19. BartonA. F. M: Solubility parameters. Chem. Rev. 1975, 75(6), 751-753.
• 20. Hansen C. M.: Aspects of solubility, surfaces and diffusion in polymers. Prog. Org. Coat. 2004, 51, 55-66.
• 21. Amerongen G. J.: Diffusion in elastomers. Rubb. Chem. Technol. 1964, 37, 1067-1148.
• 22. George S., Yarughese K. T., Thomas S.: Molecular transport of aromatic solvents in isotactic polypropylene/acrylonitrile-co-butadiene rubber blends. Polymer 2000, 41, 579-594.
• 23. Nielsen L. E.:Modelsfor thepermeability off filled polymers. J. Macromol. Sci. (Chem.) A, 1967, 1(5), 929-42.
• 24. K. Lężak: Badanie wpływu temperatury na proces przenikania ciekłych substancji chemicznych przez materiały stosowane na odzież izolującą. Przemysł chemiczny, 83/5(2004),246-249.
• 25. Dyrektywa 89/686/EWG [29] dotycząca środków ochrony indywidualnej.
• 26. PN-EN 20811:1997 Tekstylia. Wyznaczanie wodoszczelności. Metoda ciśnienia hydrostatycznego.
• 27. PN-EN 943-2:2005 Odzież chroniąca przed ciekłymi i gazowymi chemikaliami, łącznie z aerozolami i cząstkami stałymi. Część 2: Wymagania dotyczące gazoszczelnych ubiorów ochronnych (Typ 1) przeznaczonych dla zespołów ratowniczych (ET).