Фильтрующий элемент респиратора для защиты органов дыхания от озона и аэрозолей

Полезная модель относится к области создания средств защиты органов дыхания от токсичных газов и аэрозолей. Технической задачей данной полезной модели является разработка эффективного и безопасного средства защиты органов дыхания от озона и аэрозолей с пониженным сопротивлением дыханию. Решением технической задачи является фильтрующий элемент для защиты органов дыхания от озона и аэрозолей, состоящий из слоя активного по отношению к озону микроволокнистого материала из полистирола или сополимера полистирола с акрилонитрилом или из полисульфона (лобовой слой респиратора) и защитного слоя (внутренний слой), в качестве которого могут быть использованы инертные к озону микроволокнистые материалы (фторопласт 42, полиакрилонитрил) или малоактивные (полипропилен, хлорированный поливинилхлорид, хлорированный полиэтилен). Волокна активного к озону слоя имеют диаметр 0.5-4 мкм. На лобовом слое респиратора располагается контрольный элемент в виде диска белого цвета, совпадающего с цветом активного материала, диаметром от 1 до 3 см. Диск изготовлен из плотной непрозрачной пленки инертного к озону материала: акрилонитрила или фторопласта 42, или малоактивного: полипропилена или хлорированного поливинилхлорида, или хлорированного полиэтилена, или хлорированного полиэтилена. Изменение цвета активного материала по сравнению с цветом диска является показателем того, что респиратором пользоваться нельзя (но не наоборот!).

Полезная модель относится к области создания средств защиты органов дыхания от токсичных газов и аэрозолей. Для защиты органов дыхания от аэрозолей в качестве фильтрующих элементов респираторов широкое распространение получили микроволокнистые фильтрующие материалы из различных полимеров. Например, известен фильтрующий материал ФПП из волокон перхлорвинила, имеющих диаметр 1-10 мкм, с поверхностной плотностью 20-50 г/м² и аэродинамическим сопротивлением 3-50 Па при скорости потока воздуха 1 см/с, а также респиратор, содержащий фильтрующий элемент из описанного выше материала [RU, 2182510, B01D 39/16, 2002]. Известен фильтрующий материал из волокон сополимера стирола с акрилонитрилом ФПСАН, имеющих диаметр 1-10 мкм, с поверхностной плотностью 20-80 г/м² и аэродинамическим сопротивлением 3-60 Па при скорости потока воздуха 1 см/с, а также респиратор, содержащий фильтрующий элемент из описанного выше материала [RU, 2182511, В01D 39/16, 2002].

Для защиты органов дыхания от озона и аэрозолей в конструкцию респиратора включают рабочие слои из активированного угля. Известны респираторы для защиты органов дыхания от озона и аэрозолей, в которых используют углеродные волокнистые материалы: «Снежок ГП-Озон» П, П-К - ТУ 40 УССР 2081094-1-1-90 и Снежок Ф-ГП-Озон, ФГП-Е, Ф-П-К - ТУ 40 Украина 01530126-003-93. Однако углеродные волокна недостаточно прочные, а время защитного действия таких респираторов всего 180 мин.

Известны респираторы для защиты органов дыхания от аэрозолей и озона, в которых в качестве основного фильтрующего материала для улавливания аэрозолей используется полипропилен, а для защиты от озона включен дополнительный фильтр из активированного угля: 3М 9925 и 3М 9928 ГОСТ Р 12.4.191-99. Фильтр из активированного угля требует установки клапана выдоха, что усложняет и удорожает конструкцию.

Технической задачей данной полезной модели является разработка эффективного и безопасного средства защиты органов дыхания от озона и аэрозолей с пониженным сопротивлением дыханию.

Поставленная задача решается использованием в качестве основы фильтрующего элемента респиратора - микроволокнистого фильтрующего материала, изготовленного из двух слоев, обладающих различной активностью по отношению к озону: активного (лобовой слой) и инертного (внутренний слой).

Поставленная задача решается также использованием в качестве активного слоя фильтрующего элемента респиратора озоносвязывающих материалов: микроволокнистого полистирола или сополимера стирола с акрилонитрилом или микроволокнистого полисульфона, причем средний диаметр волокон 1,5 мкм. Установлено, что микроволокнистые фильтрующие материалы из полистирола ФПС-15-1,5-1,5, из сополимера стирола с акрилонитрилом ФПСАН-15-1,5, а также из полисульфона ФПСФ-15-1,5 эффективно поглощают озон. (Первое число в обозначении фильтра указывает средний диаметр волокон в десятых долях мкм, второе - сопротивление потоку воздуха в мм водяного столба при скорости потока 1 см·с ^-1). Воздействие высокими 1,5% об. концентрациями озона, на пять порядков превышающими предельно допустимую концентрацию рабочей зоны ПДКр.з., на материалы ФПС-15-1,5-1,5 и ФПСАН-15-1,5 сопровождается образованием твердых продуктов окисления и только при очень сильной деструкции материала наблюдали небольшое количество газообразных продуктов, токсичность которых существенно ниже, чем токсичность озона. При аналогичной обработке материала ФПСФ-15-1,5 образование газообразных продуктов происходит несколько эффективней. При обработке указанных материалов невысокими концентрациями озона 2-3 ПДКр.з. деструкцию волокон и образование газообразных продуктов не наблюдали. [Климук А.И., Обвинцева Л.А., Кучаев В.Л. и др. // Рос. Хим. Журн. (Журн. Рос. Хим. Об-ва им. Д.И.Менделеева), 2008, 5, т.52, с.102-111; Обвинцева Л.А., Дмитриева М.П., Климук А.И. и др. // Журн. Прикл. Химии, 2010, 6, т.83, с.1015-1019].

Поставленная задача решается также использованием в качестве инертного слоя фильтрующего элемента респиратора инертных или малоактивных к озону микроволокон из фторопласта 42 или полиакрилонитрила, или полипропилена, или хлорированного поливинилхлорида, или хлорированного полиэтилена. Такой слой должен исключить попадание в органы дыхания твердых продуктов деструкции волокон активного к озону слоя, если они окажутся в потоке проходящего через фильтр воздуха, что само по себе крайне маловероятно.

Поставленная задача решается также использованием активных и инертных к озону слоев фильтрующего элемента респиратора для улавливания аэрозолей.

Поставленная задача решается также использованием контрольного элемента, изготовленного в виде диска диаметром 1-3 см из плотной пленки инертного или малоактивного к озону материала, причем цвет диска (белый) совпадает с цветом активного слоя материала фильтрующего элемента респиратора. Обработанные высокими концентрациями озона (0,5÷1,5% об.) волокна активного слоя изменяют свой цвет: образцы фильтров, содержащих полистирол, слегка желтеют, а содержащих полисульфон, приобретают грязно-желтый цвет. Показано, что изменение цвета материалов, содержащих полистирол и полисульфон сопровождается их структурной деструкцией [Климук А.И., Обвинцева Л.А., Кучаев В.Л. и др. // Рос. Хим. Журн. (Журн. Рос. Хим. Об-ва им. Д.И.Менделеева), 2008, 5, т.52, с.102-111; Обвинцева Л.А., Дмитриева М.П., Климук А.И. и др. // Журн. Прикл. Химии, 2010, 6, т.83, с.1015-1019]. Несмотря на то, что в воздухе рабочей зоны не возникают концентрации озона, более чем на порядок превышающие ПДРр.з., можно допустить, например, разгерметизацию защитного пакета респиратора и продолжительное нахождение его в зоне с высоким содержанием озона, которое приведет к изменению цвета активного слоя фильтрующего материала и означает, что пользоваться таким респиратором нельзя. Контрольный диск расположен на лобовом слое фильтрующего элемента респиратора.

Ниже приведены примеры, демонстрирующие свойства активных и инертных по отношению к озону микроволокнистых материалов при обработке их озоном с концентрацией на уровне 2,5 ПДКр.з.

Пример 1. Поглощение озона материалом ФПС-15-1,5.

Фильтрующий материал ФПС-15-1,5 закрепляли во фторопластовом фильтродержателе с внутренним диаметром 1 см (фиг.1). Использовали от 1-го до 4-х слоев материала, каждый толщиной 0,65 мм с поверхностной плотностью 35 г/м². На фильтр подавали воздух, содержащий 250-280 мкг/м³ озона, с линейной скоростью 1 см/с или чистый воздух с содержанием озона не более 0,3 мкг/м ³. Для получения заданной концентрации озона и чистого воздуха использовали генератор озона ГС-21, выпускаемый ЗАО «Оптек» (С-Петербург). Концентрацию озона в потоке воздуха измеряли сенсорным анализатором озона с полупроводниковым сенсором в качестве чувствительного элемента [Беликов И.Б., Жерников К.В., Обвинцева Л.А. Шумский Р.А. // Приборы и техника эксперимента, 2008, 6, с.с.139-140]. Эффективность поглощения озона тестируемым материалом определяли по изменению концентрации озона в потоке воздуха на входе и выходе фильтродержателя.

Результаты эксперимента с 4-я слоями фильтра ФПС-15-1,5 приведены на фиг.2. Эксперимент длился по 5÷6 часов в течение 7 дней. Номер кривой на фиг.2 соответствует номеру опыта (дня). Первые 4-е дня фильтр полностью поглощал озон. Измеряемая сенсорным анализатором концентрация озона (несколько мкг/м³) на выходе фильтродержателя появилась на пятый день эксперимента. В течение последующих дней пропускаемая концентрация озона на выходе фильтродержателя росла. К концу 7-го дня фильтр стал пропускать 100 мкг/м³ озона, что соответствует ПДК_р.з..

Пример 2. Поглощение озона материалом ФПСАН-15-1,5.

Фильтрующий материал ФПСАН-15-1,5 по методике примера 1 обрабатывали озоном в течение 3-х дней. Результаты представлены на фиг.3. На второй день эксперимента материал стал пропускать измеряемую сенсорным анализатором концентрацию озона, к концу третьего дня - ПДК_р.з..

Пример 3. Поглощение озона материалом ФПСФ-15-1,5.

Фильтрующий материал ФПСФ-15-1,5 по методике примера 1 обрабатывали озоном в течение 2-х дней. Результаты представлены на фиг.4 Через 2 часа после начала эксперимента материал стал пропускать измеряемую сенсорным анализатором концентрацию озона. К концу второго дня концентрация озона достигла уровня ПДК_р.з.

Пример 4. Обработка озоном инертных и малоактивных материалов.

Инертные или малоактивные по отношению к озону материалы по методике примера 1 обрабатывали озоном в течение нескольких час. Данные, подтверждающие низкую эффективность разложения озона микроволокнистыми фильтрами из указанных материалов, приведены на фиг.5. После нескольких час обработки микроволокна ФПФ-42-10-3.0 (предварительно пассивированные) и полиакрилонитрила ФПАН-10-3.0 полностью, а перхлорвинила ФПП-70-0.5 почти полностью пропускают поступающий на них озон.

Пример 5. Поглощение озона фильтрующим элементом респиратора.

Был изготовлен легкий респиратор с заявленным фильтрующим элементом, фиг.6. Результаты тестирования респиратора в воздухе с превышением ПДК_р.з. по озону приведены на фиг.7. Человека в респираторе обдували воздухом, содержащем 2 ПДК _р.з. (200 мкг/м³) озона: 1 - воздух на сенсор отбирали снаружи респиратора, 2 - из-под респиратора. Из фиг.7 следует, что респиратор полностью улавливает поступающий на него озон.

На основе данных, приведенных на фиг.2÷7, можно заключить, что легкий респиратор с фильтрующим элементом из тестируемых материалов ФПС-15-1,5; ФПСАН-15-1,5 или ФПСФ-15-1,5 может быть использован для защиты органов дыхания от озона в течение нескольких рабочих смен, при необходимости, или как одноразовое средство. Общее число слоев микроволокнистых материалов для фильтрующего элемента респиратора составляет 2÷5, из них активных к озону 1÷4, и один слой инертный. При этом аэродинамическое сопротивление респиратора будет соответствовать допустимым пределам [ГОСТ 17269-71 Респираторы фильтрующие газопылезащитные].

Пример 6. Действие контрольного элемента респиратора.

Фильтрующий материал ФПСАН-15-1,5 с закрепленным на лобовом слое контрольным элементом, изготовленным из пленки фторопласта 42 в виде диска диаметром 2,5 см, обдували потоком воздуха, содержащего 0,5% озона в течение 20 мин. Визуально наблюдали изменение цвета обработанного образца по сравнению с белым цветом контрольного элемента, а именно, образец материала ФПСАН-15-1,5 приобрел светло-желтый цвет и со временем он не изменялся.

Фильтрующий материал ФПСФ-15-1,5 с закрепленным на лобовом слое контрольным элементом, изготовленным из пленки фторопласта 42, в виде диска диаметром 2,5 см, обдували потоком воздуха, содержащего 0,5% озона в течение 20 мин. Визуально наблюдали изменение цвета обработанного образца по сравнению с белым цветом контрольного элемента. После обработки озоном в указанном режиме образец материала ФПСФ-15-1,5 приобрел светлый серо-желтый цвет, причем его интенсивность увеличивалась со временем. Усиление интенсивности цвета наблюдали уже через час после обработки озоном и в последующие дни.

1. Фильтрующий элемент респиратора для защиты органов дыхания от озона и аэрозолей, изготовленный из микроволокнистого фильтрующего материала, отличающийся тем, что фильтрующий материал изготовлен из двух слоев, причем лобовой слой состоит из активных к озону волокон полистирола или сополимера стирола с акрилонитрилом, или полисульфона, или их композиций, внутренний слой состоит из инертных к озону волокон полиакрилонитрила или фторопласта-42, или полипропилена, или хлорированного поливинилхлорида, или хлорированного полиэтилена.

2. Фильтрующий элемент респиратора по п.1, отличающийся тем, что активные по отношению к озону волокна имеют диаметр от 0,5 до 4 мкм.

3. Фильтрующий элемент респиратора по п.1, отличающийся тем, что число слоев микроволокон активных материалов составляет 1÷4, причем толщина каждого слоя равна 0,2÷0,8 мм с поверхностной плотностью 25-70 г/м² .

4. Фильтрующий элемент респиратора по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит контрольный элемент в виде диска диаметром от 1 до 3 см из инертного или малоактивного к озону материала, по цвету совпадающего с цветом активного слоя фильтрующего элемента, причем по изменению цвета активного материала делают выводы о непригодности респиратора к эксплуатации.