D-PAKtex: 3D-Funktionsvliesstoffe mit integrierter Gassensorik für die Schutzbekleidung von Einsatzkräften
Während eines Brandes bilden sich unter anderem polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), denen die Feuerwehreinsatzkräfte ausgesetzt sind. Diese krebserregenden Substanzen binden sich an Rußpartikel, die die Kleidung und die Haut durchdringen können, so in die Blutbahn gelangen und im Fettgewebe angereichert werden. Ziel des Vorhabens 3D-PAKtex war die Verbesserung des Schutzes der Einsatzkräfte vor rußgetragenen PAK. Kernelement sind innovative, funktionalisierte Vliesstoffe, die die PAK aus den Brandgasen eliminieren und einfach in bestehende Schutzbekleidung integriert werden können.
Intelligente Textilien schützen Feuerwehrleute vor PAK-Giftstoffen
Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) gelten als gesundheitsschädlich, insbesondere auch als potenzielle Krebserreger. Entstehen können die molekularen Verbindungen beispielsweise bei Hausbränden, wenn etwa Matratzen, Vorhänge, Holzbalken, Kunststoff oder andere Gegenstände aus organischen Materialien brennen.
Um die Feuerwehr vor diesen Risiken besser zu schützen, hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden gemeinsam mit Partnern aus der Wirtschaft die Basis für die Entwicklung neuartiger Anti-PAK-Schutzanzüge gelegt. Das BMBF förderte hierzu das Projekt „ 3D-Funktionsvliesstoffe mit integrierter Gassensorik für die Schutzbekleidung von Einsatzkräften“ (3D-PAKtex) bis Ende Juni 2023 mit über 1,2 Millionen Euro.
High-Tech im Schutzanzug
Die 3D-PAKtex-Verbundpartner verfolgen ein zweigleisiges Konzept. Das innovative Schutzkonzept der neuen Anzüge kombiniert High-Tech-Materialien mit intelligenter Überwachung: Moderne Vliese als zentraler Bestandteil der Schutzanzüge verhindern wirkungsvoll den Kontakt der Haut mit den Schadstoffen. In die Gewebe werden außerdem Ultraviolett-Sensoren integriert, die feststellen, wann der „textile Schutzschild“ mit PAK gesättigt ist und ausgetauscht werden muss. Für das Rettungspersonal bedeutet dies eine doppelte Sicherheit.
„Das Gefährliche an den PAK besteht darin, dass sie sich bei Feuerwehrleuten über ein ganzes Berufsleben hinweg immer weiter im Körper anreichern können“ erklärt Felix Spranger, Gruppenleiter Gas- und Partikelfiltration am Fraunhofer IWS. „Studien aus Deutschland und den USA belegen verstärkt auftretende Krebserkrankungen in dieser Berufsgruppe. Daher ist es auch so wichtig, Lösungen zu finden, die neue technologische Ansätze wie intelligente Textilien einbeziehen.“
Mit Aktivkohle-Vlies und Mini-Spektrometer gegen PAK
Das Fraunhofer IWS identifizierte zunächst passende poröse Aktivkohlen, die PAK besonders gut binden. Diese sogenannten Adsorbentien fixierte der Projektpartner Norafin in für Brandeinsätze optimierte Vliesstoffe. Der Einsatzbekleidungshersteller S-GARD integrierte die neuen Zusatzvliese in einem Demonstrationsanzug: An Ärmelöffnungen, Bünden und anderen Stellen wurden kleine Verschlusstaschen für Zusatzfilter an jenen Punkten ergänzt, an denen Rauchgase im ungünstigsten Fall trotz aller Isolierungen dennoch in den Schutzanzug eindringen könnten. Strömt dort Rauchgas vorbei, bindet das Vlies die Giftstoffe.
Zudem versah der Projektpartner JLM Innovation die neuen Filtervliese mit eigens entwickelten Überwachungssensoren, die auf dem Prinzip der Fluoreszenz-Spektroskopie basieren. Diese Mini-Spektrometer können mit Hilfe von UV-Licht die PAK-Konzentration im Vlies messen. Eine elektronische Kontrolleinheit in der Brusttasche der Feuerwehrkraft wertet die Daten aus und sendet sie per Bluetooth-Funk an ein Smartphone. Die Entwicklung und Implementierung einer maßgeschneiderten Software übernahm der Projektpartner ATS Elektronik. So können die Retter in Uniform in Echtzeit sehen, wie sich ihre PAK-Filter füllen und wann sie ausgetauscht werden müssen.
Erfolgreicher Praxistest
In Labortests haben die neuen Vlies-Aktivkohle-Filter die PAK-Last im Rauchgas bereits erheblich gesenkt. Daran schlossen sich praxisnahe Simulationen in Brandcontainern an: Erfahrene Tester streiften die Anzug-Prototypen über, zündeten in einem abgeschirmten Container zunächst Matratzen, dann Gummireifen und weitere Testobjekte an, um die neue Schutzkleidung in unterschiedlichen Brandszenarien auf die Probe zu stellen.
„Wir werden diese Befunde gründlich auswerten und weiter den Markt beobachten, um fundiert über eine mögliche Serienproduktion entscheiden zu können“, kündigte Jonas Kuschnir von S-GARD an. Freilich sei der neue Schutzansatz gegen PAK auch mit gewissen Mehrkosten verbunden, doch die Projektergebnisse seien vielversprechend.
3D-PAKtex hat zu einem erheblichen Expertise-Zugewinn der Verbundpartner geführt. Das Thema wird auch das Fraunhofer IWS weiter beschäftigen. So erklärt Felix Spranger „Wir sehen noch einige Ansätze, um beispielsweise die Sensoren und die Schnittstellen der neuen Schutztechnik weiter zu verbessern. Aus Rückmeldungen wissen wir, dass die Industriepartner noch großes Potenzial in derartigen smarten Textilien sehen, auch jenseits von Feuerwehrschutzkleidung.“
Weitere Informationen: Pressemeldung des Fraunhofer IWS mit YouTube-Video zum Projekt 3D-PAKtex
Ansprechpartner: M.Sc. Felix Spranger, Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Tel.: +49 351 83391-3289, E-Mail: felix.spranger@iws.fraunhofer.de
Weiterführende Informationen zum Verbundprojekt
Förderkennzeichen 13N15201 bis 13N15205
Projektlaufzeit Januar 2020 - Juni 2023