Een team van onderzoekers van de National University of Singapore (NUS) heeft een nieuw superhygroscopisch materiaal ontwikkeld dat de verdamping van zweet in een persoonlijk beschermend pak verbetert, om een ​​verkoelend effect te creëren voor een beter thermisch comfort voor gebruikers zoals gezondheidswerkers en andere eerstelijnsfunctionarissen . Deze uitvinding werd gevalideerd door laboratoriumtests die werden uitgevoerd in samenwerking met onderzoekers van HTX (Home Team Science &Technology Agency) in Singapore.

De nieuwe droogmiddelfilm, die biocompatibel en niet-toxisch is, heeft een hoge absorptiesnelheid, een hoge absorptiecapaciteit en uitstekende mechanische eigenschappen. Dit betekent dat het materiaal zeer robuust en duurzaam is voor praktische toepassingen, zoals voor beschermende pakken die worden gedragen door gezondheidswerkers. Het is ook betaalbaar, lichtgewicht, gemakkelijk te fabriceren en herbruikbaar.

"Bij een kamertemperatuur van ongeveer 35º C, ervaart een gezondheidswerker die een uur lang een beschermend pak draagt, doorgaans een hitte-index van ongeveer 64º C. Dit veroorzaakt ongemak en langdurige thermische belasting kan leiden tot een hitteberoerte en zelfs de dood. Ons nieuwe samengestelde vocht -vangende film zorgt voor een verkoelend effect in het beschermende pak via verdampingskoeling - door de zweetverdamping van de huid te vergroten", legt onderzoeksteamleider assistent-professor Tan Swee Ching uit, die van de afdeling Materials Science and Engineering is onder het NUS College of Design en techniek.

Het bevestigen van een stuk nieuwe composietfilm in een beschermend pak, bijvoorbeeld aan de achterkant van het pak, kan de hitte-index met ongeveer 40% verlagen, waardoor de kans op een hitteberoerte aanzienlijk wordt verkleind.

Het rapport is gepubliceerd in Small op 20 februari 2022.

Deze doorbraak in onderzoek toont het positieve resultaat aan van het benutten van de complementaire sterke punten van NUS en HTX om tastbare voordelen te creëren voor het thuisteam en de bredere gemeenschap. Door de wetenschappelijke kennis van het NUS-team op het gebied van geavanceerde hydrogelmaterialen te combineren met HTX's diepgaande kennis van de behoeften en technische capaciteiten van het thuisteam, was het gezamenlijke onderzoeksteam in staat om het nieuwe vochtvasthoudende materiaal aan te passen en te optimaliseren voor praktische toepassingen om de prestaties en productiviteit van eerstelijns officieren.

Afkoelen door meer zweetverdamping

Medische beschermpakken hebben uitstekende antibacteriële en waterdichte eigenschappen. Dit hoge beschermingsniveau stopt echter de afvoer van waterdamp die wordt geproduceerd door verdampt zweet en verhindert warmteverlies uit het lichaam. Dit is de reden waarom gebruikers, zoals gezondheidswerkers die lange uren beschermende pakken moeten dragen, vooral in tropische omgevingen, vaak melding maken van beroepsmatige hittestress.

Oplossingen voor thermisch beheer, zoals kleding voor luchtkoeling met elektrische ventilatoren of inname van ijsslurry, zijn onpraktisch vanwege beperkingen zoals volumineusheid, zwaar gewicht en beperkte effectiviteit. Hoewel geavanceerde textiel en coatings veelbelovende oplossingen zijn, zijn ze moeilijk te fabriceren en zijn de productiekosten hoog.

Het NUS-team bedacht een praktische strategie om de huidige uitdagingen het hoofd te bieden door gebruik te maken van het principe van verdampingskoeling. Hun oplossing omvat het gebruik van een superhygroscopische composietfilm om de vochtigheidsgraad in de micro-omgeving in het beschermende pak te regelen. Wanneer de vochtopnemende composietfilm waterdamp in het beschermende pak absorbeert, daalt de vochtigheidsgraad. Dit versnelt op zijn beurt de verdamping van zweet uit de huid. Als gevolg hiervan wordt door zweten meer warmte van het menselijk lichaam afgevoerd, wat thermisch comfort biedt voor gebruikers zoals gezondheidswerkers.

Om de effectiviteit van hun oplossing te onderzoeken, voerde het NUS-team tests uit in samenwerking met onderzoekers van HTX, met behulp van een 20-zone "Newton"-oefenpop in een klimaatkamer. Dit is een belangrijke experimentele mijlpaal bij het beoordelen van de haalbaarheid van het aanbrengen van de composietfilm op de schaal van volledige lichaamskleding.

Met de composietfilm daalde de relatieve vochtigheid (RH) bij matig zweten met ongeveer 40% - van 91% tot 48,2% na een uur zweten en tot 53,2% na twee uur zweten. Het team ontdekte ook dat binnen het eerste uur van zweten de warmte-index of "gevoelde luchttemperatuur" aanzienlijk daalde van 64,6 C tot 40 C bij een luchttemperatuur van 35 C. Op dit niveau, terwijl gebruikers het nog steeds warm hebben, is de kans op het krijgen van een zonnesteek, hittekrampen en hitte-uitputting wordt opmerkelijk verminderd.

"Deze experimenten tonen aan dat onze vochtvasthoudende film de RV in het beschermende pak effectief vermindert, waardoor de warmte-index aanzienlijk wordt verlaagd en het thermisch comfort voor gebruikers wordt verbeterd," Asst. Prof. Tan legde uit.

In een ander laboratoriumexperiment toonde het onderzoeksteam ook aan dat de lichaamstemperatuur (of huidtemperatuur) door verdampingskoeling significant met 1,5 C kon worden verlaagd. Dit bewijst verder dat de composietfilm gebruikers, zoals gezondheidswerkers, soldaten of brandweerlieden, mogelijk kan helpen om thermische stress te verlichten, vooral tijdens inspannende activiteiten.

Regeneratie van de composietfilm van het NUS-team is ook energiezuiniger, omdat er een lagere temperatuur nodig is om het ingesloten vocht vrij te maken. Bij 50º C geeft de composietfilm na 10 minuten 80% van zijn watergehalte af en dit bereikt 95% na 40 minuten. De meeste hygroscopische materialen regenereren bij een temperatuur van meer dan 100º C, gedurende een duur van meer dan een uur.

"Op basis van de bevindingen van verschillende onderzoeken in dit project, hopen we dat de vochtvasthoudende film kan worden ingebed in persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM) en/of persoonlijke beschermende kleding (PPC) van de officieren van het thuisteam, om het thermisch comfort en de prestaties van de eerstelijnsfunctionarissen te verbeteren", zegt Ying Meng Fai, directeur, Human Factors &Simulation Centre of Expertise, bij HTX.

Aangemoedigd door de resultaten van hun laatste onderzoek, werkt het NUS-team nu aan het verbeteren van hun hygroscopisch materiaal, zodat het meer en sneller kan absorberen. Het team is ook van plan om hun koelstrategie toe te passen op andere soorten beschermende kleding, zoals die voor brandweerlieden.

Daarnaast Asst. Prof. Tan en zijn team zoeken naar mogelijkheden om deze technologie te commercialiseren. + Verder verkennen

Een nieuwe film die zweet zes keer sneller verdampt en 15 keer meer vocht vasthoudt