DE68926505T2

DE68926505T2 - CO2-Absorptionsmittel

Info

Publication number: DE68926505T2
Application number: DE68926505T
Authority: DE
Inventors: Jerome Hochberg
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1989-11-06
Filing date: 1989-11-06
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2009-11-07
Also published as: EP0426885A1; DE68926505D1; EP0426885B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Eine breite Vielfalt an Atmungsausrüstung für den Notfall ist bereits entwickelt worden, wie z.B. die in Werjefelt, US- Patent 4 627 431 beschriebene Schutzhaube mit CO&sub2;-Absorbens und die in der parallelen anhängigen, mitübertragenen US-Anmeldung mit der Seriennummer 120 533, eingereicht am 13. November 1987, beschriebene Mehrschichthaube mit elastomerer Halsabdichtung. Diese Art Ausrüstung enthält im allgemeinen eine Schutzhaube, eine Sauerstoffquelle und ein Mittel zum Entfernen des durch den Träger ausgeatmeten Kohlendioxids vom Inneren der Haube.
Ein Universalfiltereinsatz für Gasmasken und dergleichen ist in dem UK-Patent 516 268 beschrieben, worin eine homogene Mischung aus faserigem Material (das kein Fluorkohlenstoffharz ist) und absorptionsfähigen Substanzen (hauptsächlich Aktivkohle) offenbart ist.
Lithiumhydroxid (LiOH) ist eine üblicherweise zur Absorption des Kohlendioxids verwendete Verbindung. LiOH wird oftmals als Absorbens bevorzugt, weil es annehmbare Absorptionseigenschaften bei annehmbarem Gewicht liefert. Insbesondere bei Anwendungen in Flugzeugen ist Gewicht ein wichtiger Gesichtspunkt.
Lithiumhydroxid in Pulverform, welches eine Oberfläche liefert, die seine Wirksamkeit als Absorbens maximiert, steht jederzeit zur Verfügung. Der Pulverstaub ist jedoch ein Atmungsreizstoff und sollte deshalb vom Träger ferngehalten werden.
Früher wurden Gaswäscher durch Imprägnieren von Filz mit LiOH-Pulver durch Vereinigen der beiden in einer Kugelmühle konstruiert. Der entstandene beladene Filz wurde in eine Hülle aus halbdurchlässiger Membran eingeschlossen, die einen Gasfluß durch die Hülle ermöglichte, während das LiOH zurückgehalten wurde. Heißverschweißen solcher Hüllen wurde ebenfalls verwendet, um die gleichmäßige Verteilung des LiOH-Pulvers innerhalb der Hüllen beizubehalten.
Während solche früheren Techniken und Entwürfe zufriedenstellend waren, wurden fortlaufende Anstrengungen für ein CO&sub2;- Absorbenssystem unternommen, das eine verbesserte Ausgewogenheit von maximaler Absorption, Isolation vom Träger, Leichtigkeit der Herstellung und niedrigen Kosten und geringem Gewicht ergeben würde.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt ein CO&sub2;-Absorbens zur Verfügung, das leicht und wirtschaftlich herzustellen ist und für gleichmäßige Verteilung des Absorbens, ausgezeichnete Absorptionsfähigkeit und Isolation des Absorbens vom Anwender sorgt.
Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein CO&sub2;- Absorptionsmittel zur Verfügung, worin das CO&sub2;-Absorbens gleichmäßig mit 0,1 bis 70%, bezogen auf das Gewicht der Mischung, eines Fluorkohlenstoffharzes vermischt und das CO&sub2;- Absorptionsmittel in Gestalt eines Flächengebildes mit einer Dicke von 1 bis 10 mm angeordnet ist, wobei das Absorptionsmittel herstellbar ist durch gleichzeitiges Fibrillieren des Fluorkohlenstoffharzes und Vermischen mit dem CO&sub2;-Absorbens mit einem Mischer mit hoher Scherkraft, Dispergieren des entstehenden vermischten CO&sub2;-Absorptionsmittels in einem Fluid, das sowohl für das faserige Material als auch für das CO&sub2;- Absorbens ein Nichtlösungsmittel ist, und Gießen der Dispersion in Flächengebildegestalt und Entfernen des Nichtlösungsmittels.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine Querschnittsansicht eines bevorzugten CO&sub2;- Absorptionsmittels der vorliegenden Erfindung.
Figur 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Schutzhaube, die teilweise aufgeschnitten ist, um das im Inneren der Haube angeordnete CO&sub2;-Absorptionsmittel der vorliegenden Erfindung zu zeigen.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Bereitstellung eines CO&sub2;-Absorptionsmittels, das mit einem Fluorkohlenstoffharz vereinigt wird, um das Absorptionsmittel mit dem Fluorkohlenstoffharz gleichmäßig und innig zu vermischen. Dieses Vermischen stabilisiert das CO&sub2;-Absorptionsmittel, wobei die Staubbildung und die Möglichkeit einer Reizung des Anwenders verringert wird. Ein großer Bereich an Zusammensetzungen des CO&sub2;-Absorptionsmittels und des Fluorkohlenstoffharzes kann insofern verwendet werden, insofern als das Fluorkohlenstoffharz 0,1 bis 70 Gew.-% der Mischung ausmacht. Vorzugsweise macht das Fluorkohlenstoffharz 0,5 bis 50 Gew.-% der Mischung und insbesondere 1 bis 10 Gew.-% aus.
CO&sub2;-Absorptionsmittel, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind u.a. Alkali- und Erdalkalimetallhydroxide und -oxide wie z.B. Calciumhydroxid, Calciumoxid, Natriumhydroxid und Bariumhydroxid. Davon sind die Lithium- und Natriumsalze bevorzugt, und Lithiumhydroxid ist besonders bevorzugt. Im allgemeinen wird für die beste Ausgewogenheit von Handhabung und Absorptionseigenschaften Lithiumhydroxid mit einer Teilchengröße von 5 bis 250 Mikrometer verwendet.
Das CO&sub2;-Absorptionsmittel wird mit einem beliebigen Fluorkohlenstoffharz, das durch Naß- oder Trockenverfahren als eine Bahn oder ein Flächengebilde abgelegt werden kann, vermischt oder vereinigt.
Der Fluorkohlenstoff ist z.B. Polytetrafluorethylen, vorzugsweise mit einer Faserlänge von etwa 0,32 bis 3,81 cm. Es wurde gefunden, daß das von E. I. du Pont de Nemours and Co. als "Teflon TFE3512" im Handel erhältliche, wenn zu Fibriden geformt, besonders zufriedenstellend war. Andere Fluorkohlenstoffe, die verwendet werden können, sind u.a. das als Teflon K10 von E. I. du Pont de Nemours and Co. im Handel erhältliche Fluorpolymer.
Das Fluorkohlenstoffharz kann entweder in fibrillierter Form verwendet werden oder es kann gleichzeitig fibrilliert und mit dem CO&sub2;-Absorbens vermischt werden. Obwohl die Verwendung eines vorfibrillierten Materials zufriedenstellend ist, wird es bevorzugt, das Fluorkohlenstoffharz gleichzeitig zu fibrilheren und es mit dem CO&sub2;-Absorbens zu vermischen. Dieses gleichzeitige Fibrillieren und Vermischen führt zu einem größeren Ausmaß an Absorbenseinkapselung und zu einer stabileren Struktur.
Nach dem Vermischen des CO&sub2;-Absorbens mit dem Fluorkohlenstoffharz wird es in Flächengebildegestalt gegossen. Im allgemeinen wird das vermischte Material in einem Fluid dispergiert, um das Gießen zu erleichtern. Fluide, die verwendet werden können, sind alle diejenigen, die das Fluorkohlenstoffharz oder das CO&sub2;-Absorbens unter den eingesetzten Bedingungen nicht auflösen, wie z.B. aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel. Jedoch ist Naptha ein bevorzugtes Dispersionshilfsmittel. Die Dispersion kann durch Verwendung herkömmlicher Papierherstellungsverfahren in Flächengebildegestalt gegossen werden.
Als Alternative kann das vermischte CO&sub2;-Absorptionsmittel pelletiert und durch Trockenverfahren in eine Flächengebildestruktur eingebaut werden. Zum Beispiel kann pelletiertes CO&sub2;- Absorptionsmittel zwischen zwei Flächengebilden aus durchlässiger Membran ausgebreitet und anschließend zur strukturellen Integrität genadelt werden.
Unabhängig davon, ob ein Naß- oder ein Trockenverfahren zur Herstellung verwendet wird, werden das Absorbens und das Fluorkohlenstoffharz in den Flächengebilden des CO&sub2;-Absorptionsmittels gleichmäßig vermischt. Zum Beispiel wird in einem 25,8 cm² (4 Quadratinch) großen Absorptionsmittel- Flächengebilde die relative Konzentration des Absorbens und des Fluorkohlenstoffharzes im allgemeinen um nicht mehr als etwa 20 Vol.-% variieren.
Vorzugsweise ist eine CO&sub2;-durchlässige Membran an wenigstens eine Oberfläche des vermischten CO&sub2;-Absorptionsmittels und insbesondere an beide Oberflächen gebunden. Es wurde festgestellt, daß diese Schichten die Gesamtfestigkeit der Absorbensstruktur verbessern. Eine breite Vielfalt an Membranen kann verwendet werden, solange die Membran nicht in beträchtlicher Weise den Luftfluß durch das Absorbens bremst. Das Gewebe oder der Textilstoff hat vorzugsweise eine Porengröße von wenigstens etwa 0,1 x 10&supmin;&sup6; m (0,1 Mikrometer) und besteht vorzugsweise im wesentlichen aus Polyamid-Spunlaced- Textilstoff, Polyester-Spunlaced-Textilstoff oder Polytetrafluorethylen. Ein besonders zufriedenstellendes Material ist der Hydrolaced-Textilstoff, der als Nomex von E. I. du Pont de Nemours and Co. im Handel erhältlich ist.
Die Membran oder das Gewebe oder der Textilstoff kann auf das vermischte CO&sub2;-Absorptionsmittel vor oder nach der Bildung des Flächengebildes aufgetragen werden. Zum Beispiel kann das Absorbens-Flächengebilde auf eine Schicht eines durchlässigen Gewebes oder Textilstoffs aus einer Dispersion gegossen werden.
Das CO&sub2;-absorbierende Flächengebilde wird zur Verleihung von dreidimensionaler Integrität vorzugsweise mechanisch behandelt. Ultraschallverbinden, Wärmeverbinden, Nähen oder Hydrolacing mit einer geeigneten Flüssigkeit können so vorteilhaft verwendet werden. Nadeln mit einer herkömmlichen Apparatur, wie z.B. einem zur Filzbildung verwendeten Nadelstuhl, ist für eine solche Behandlung jedoch bevorzugt.
Bei den in der vorliegenden Erfindung verwendeten bevorzugten Herstellungsverfahren wird LiOH-Pulver mit einem hochfibrillierenden Fluorpolymer in einem Mischer mit hoher Scherkraft vereinigt, wobei eine nichtstaubende Materialmasse entsteht. Diese Masse wird dann unter Verwendung eines Mischers mit hoher Scherkraft in einem Nichtlösungsmittel dispergiert, und die Aufschlämmung wird unter Verwendung einer herkömmlichen Papierherstellungsapparatur auf ein durchlässiges Flächengebilde abgelegt. Das entstehende Flächengebilde wird getrocknet, und ein zweites durchlässiges Flächengebilde wird darauf gelegt. Das gesamte Sandwich wird anschließend mechanisch behandelt, zum Beispiel durch Verwendung eines Nadelstuhls.
In Figur 1 ist die bevorzugte Konstruktion des CO&sub2;- Absorptionsmittels gezeigt. Dort ist das Absorbens 31 innig mit faserigem Material 32 vermischt und in Gestalt eines Flächengebildes angeordnet. Die durchlässigen Gewebe- oder Textilstoffschichten 33 und 34 sind an jede Oberfläche des miteinander vermischten Absorbens und faserigen Materials gebunden.
Das erfindungsgemäße Absorptionsmittel kann in den Schutzhauben verwendet werden, die gemäß der allgemeinen Anordnung und mit den Materialien konstruiert sind, die angegeben sind in dem zuvorgenannten Werjefelt-US-Patent 4 627 431 und der zuvorgenannten parallelen anhängigen, mitübertragenen US-Anmeldung mit der Seriennummer 120 533, eingereicht am 13. November 1987, wobei beide hiermit durch Bezugnahme aufgenommen sind.
Die Hauben, in denen die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, können die in US-Patent 4 627 431 gezeigte rohrförmige Anordnung mit einem im wesentlichen kreisförmigen Oberteil, das an ein rohrförmiges Seitenteil gebunden ist, haben. Solch eine Anordnung ist in Figur 2 gezeigt, wobei im allgemeinen ein rohrförmiger Teil 1 mit einem oberen Ende 2 und einem unteren Ende 3 eine geschlossene Seitenwand besitzt, die die Grundkomponente der Haube bildet. Das obere Ende des rohrförmigen Teils ist an ein kreisförmiges Oberteil 5 gebunden. Eine im wesentlichen ringförmige elastische Halsabdichtung 6 ist an das innere Seitenteil des unteren Endes des rohrförmigen Teils befestigt, wobei die Halsabdichtung eine Öffnung 7 besitzt, um wenigstens den Kopf des Benutzers aufzunehmen, wodurch ein Abschluß um den Benutzer gebildet wird. Das CO&sub2;-Absorptionsmittel 8 ist in Mänteln 9 eingeschlossen und an die innere Seitenwand des rohrförmigen Teils der Haube befestigt. Wenn externe Luftquellen für die Haube verwendet werden sollen, umfaßt die Konstruktion des weiteren vorzugsweise ein Einströmventil 10 und ein Auströmventil 11.
Das erfindungsgemäße Vermischen oder Vereinigen des Absorbens mit dem Fluorkohlenstoffharz verringert die Probleme in Zusammenhang mit dem Absorbensstaub wesentlich. Die Verwendung von Papierherstellungsverfahren ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung des Absorbens innerhalb der resultierenden Struktur. Die Schichten aus faserigem Flächengebilde, und insbesondere die bevorzugten Materialien, fügen Festigkeit und Feuerbeständigkeit hinzu. Die bevorzugte mechanische Behandlung sichert eine langfristige mechanische Integrität des Gaswäschers und verhindert eine beträchtliche Wanderung oder Absetzung von Absorbenspulver im Gaswäscher. Da das Absorbens so wirkungsvoll durch das Fluorkohlenstoffharz und die mechanische Behandlung gebunden wird, sind keine teuren Hüllen aus geschäumtem Polytetrafluorethylen erforderlich. Statt dessen kann das Sandwich in eine durchlässige Hülle von zur beabsichtigen Verwendung ausreichender Festigkeit eingebracht und an das Innere eines Notfall-Hilfsgeräts befestigt werden.
Die vorliegende Erfindung wird weiterhin durch das folgende spezielle Beispiel veranschaulicht.

Beispiel

60 Gramm wasserfreies LiOH-Pulver (3,33 mm - 1,17 mm (6 - 14 Tyler-Mesh)) mit einem Feuchtigkeitsgrad entsprechend der Umgebung wurden in einer Hammermühle zu einer Teilchengröße von etwa 10 x 10&supmin;&sup6; m (10 Mikrometer) zermahlen. Das LiOH wurde mit Polytetrafluorethylen(TFE)-Pulver (als "Teflon TFE3512" von E. I. du Pont de Nemours and Co. im Handel erhältlich) in einem Verhältnis von 98 Gew.-% LiOH, 2 Gew.-% Teflon bei 100ºC (212 Grad F) 5 Minuten lang in einem Banbury-Mischer mit hoher Scherkraft vermischt. Die resultierende Materialmasse wurde in einem Quart einer Kohlenwasserstoff-Flüssigkeit (VM&P-Naptha) unter Verwendung eines Waring-Mischers dispergiert und bis zur Gleichmäßigkeit vermischt. Die Mischung wurde weiterhin mit VM&P-Naptha bis zu einer Endmenge von etwa 11,4 l (3 Gallonen) verdünnt, wobei genügend gerührt wurde, um eine gleichmäßige Dispersion beizubehalten.
Ein 30,5 g/m², 30,5 cm x 30,5 cm (0,9 Unzen/Quadratyard, 12 Inch x 12 Inch) großes Flächengebilde aus durchlässigem Textilstoff (als Nomex -Spunlaced-Textilstoff von E. I. du Pont de Nemours and Co. im Handel erhältlich) wurde auf das Sieb einer Labor-Papierherstellungsapparatur abgelegt. Die LiOH/Teflon/Naptha-Aufschlämmung wurde eingegossen, um eine wirksame LiOH-Beladung von 645,8 g/m² (60 Gramm/Quadratfuß) zu ergeben. Ein Vakuum von 38,1 cm (15 Inch) Hg wurde angelegt und die 2-Schicht-Struktur wurden anschließend bei 413,7 kPa (60 psi) gepreßt. Das resultierende Papier wurde 1 Stunde lang bei 110ºC (230ºF) getrocknet. Schließlich wurde ein zweites, 30,5 g/m², 30,5 cm x 30,5 cm (0,9 Unzen/Quadratyard, 12 Inch x 12 Inch) großes Flächengebilde aus durchlässigem Spunlaced- Spinnvlies-Textilstoff hinzugegeben und die gesamte Struktur auf einem Dilo-Nadelstuhl genadelt. Mehrere identische Verbundflächengebilde wurden wie oben beschrieben hergestellt, zusammengesetzt und nach Bedarf geschnitten (unter Verwendung einer großtechnischen Nähmaschine), um fünf einzelne Stücke zu bilden, eines etwa 15,24 cm x 30,5 cm (6 Inch x 12 Inch), zwei etwa 15,24 cm x 61,0 cm (6 Inch x 24 Inch) und zwei etwa 45,7 cm x 10,2 cm (18 Inch x 4 Inch) groß. Die Verbundflächengebilde wurden dann in einzelne schmelzgeblasene 2-Schicht-Polypropylen-Hüllen (äußere Schicht 35 Gramm/Quadratmeter, innere Schicht 20 Gramm/Quadratmeter) eingebracht. Die Hülle wird unter Verwendung herkömmlicher Nähverfahren gebildet. Zur leichteren Befestigung an einer Rauchschutzhaube wurden Knopflöcher angebracht, und zusätzliche Nahtlinien wurden als Hilfe beim Zusammenlegen dieser Gaswäscher und bei der Anordnung innerhalb der Haube hinzugefügt.
Lebensrettungshauben für den Notfall, die die Gaswäscher enthielten, wurden getestet, und sie bestanden die in dem FAA- Bescheid A8150.2 vom 1. September 1987 beschriebenen Tests für Mitglieder von Flugzeugbesatzungen. Die Tests stellen die Arbeitsbelastung eines Mitgliedes einer Flugzeugbesatzung während des Löschens eines Feuers an Bord nach.

Claims

1. Ein CO&sub2;-Absorptionsmittel, enthaltend ein CO&sub2;-Absorbens (31), das gleichmäßig mit faserigem Material (32) vermischt und in Gestalt eines Flächengebildes angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das faserige Material (32) ein Fluorkohlenstoffharz ist und 0,1 bis 70 Gew.-% der Mischung aus dem faserigen Material (32) und dem CO&sub2;-Absorbens (31) ausmacht, und daß das Flächengebilde eine Dicke von 1 bis 10 mm hat, und worin das Absorptionsmittel herstellbar ist durch gleichzeitiges Fibrillieren des Fluorkohlenstoffharzes und Vermischen mit dem CO&sub2;-Absorbens (31) mit einem Mischer mit hoher Scherkraft, Dispergieren des entstehenden vermischten CO&sub2;-Absorptionsmittels in einem Fluid, das sowohl für das faserige Material (32) als auch für das CO&sub2;-Absorbens (31) ein Nichtlösungsmittel ist, und Gießen der Dispersion in Flächengebildegestalt und Entfernen des Nichtlösungsmittels.

2. Ein CO&sub2;-Absorptionsmittel nach Anspruch 1, worin an wenigstens eine Oberfläche des Flächengebildes ein durchlässiges Gewebe (33) oder ein durchlässiger Textilstoff (33) gebunden ist, wobei das Gewebe oder der Textilstoff eine Porengröße von wenigstens etwa 0,1 x 10&supmin;&sup6; m (0,1 Mikrometer) hat.

3. Ein CO&sub2;-Absorptionsmittel nach Anspruch 2, worin an beide Oberflächen des Flächengebildes ein durchlässiges Gewebe (33, 34) oder ein durchlässiger Textilstoff (33, 34) gebunden ist.

4. Ein CO&sub2;-Absorptionsmittel nach Anspruch 31 worin das durchlässige Gewebe (33, 34) oder der durchlässige Textilstoff (33, 34) im wesentlichen aus Polyamid-Spunlaced-Gewebe oder -Textilstoff besteht.

5. Ein CO&sub2;-Absorptionsmittel nach Anspruch 3, worin das durchlässige Gewebe (33, 34) oder der durchlässige Textilstoff (33, 34) im wesentlichen aus Polyester-Spunlaced-Gewebe oder -Textilstoff besteht.

6. Ein CO&sub2;-Absorptionsmittel nach Anspruch 3, worin das durchlässige Gewebe (33, 34) oder der durchlässige Textilstoff (33, 34) im wesentlichen aus Polytetrafluorethylen besteht.

7. Ein CO&sub2;-Absorptionsmittel nach Anspruch 1, worin das CO&sub2;- Absorbens (31) aus der Gruppe, bestehend aus Alkali- und Erdalkalimetalloxiden und -hydroxiden, ausgewählt ist.

8. Ein CO&sub2;-Absorptionsmittel nach Anspruch 7, worin das CO&sub2;- Absorbens (31) im wesentlichen aus Lithiumhydroxid besteht.

9. Ein CO&sub2;-Absorptionsmittel nach Anspruch 1, worin das faserige Material (32) im wesentlichen aus Polytetrafluorethylen besteht.

10. Ein CO&sub2;-Absorptionsmittel nach Anspruch 9, worin das faserige Material (32) eine Faserlänge von etwa 0,32 bis 3,81 cm (1/8 bis 1,5 Inch) hat.

11. Ein CO&sub2;-Absorptionsmittel nach Anspruch 1, worin das Flächengebilde zur Verbesserung der Stabilität des Absorbens in dem faserigen Material mechanisch behandelt wurde.

12. Ein CO&sub2;-Absorptionsmittel nach Anspruch 1, worin das Flächengebilde durch Nadelung mechanisch behandelt wurde.

13. Ein CO&sub2;-Absorptionsmittel nach Anspruch 3, worin das Flächengebilde durch Nadelung mechanisch behandelt wurde.