Blog

Niechęć do stosowania przez pracowników środków ochrony indywidualnej może wynikać z ich niedopasowania do warunków panujących na stanowiskach pracy oraz wyboru z oferty rynkowej wyrobów o niskich cenach, ale złej jakości, które stanowią jedynie iluzoryczną ochronę przed zagrożeniami. Jednocześnie należy podkreślić, ze dzięki licznym pracom o charakterze badawczym i rozwojowym powstają nowe wyroby z wykorzystaniem nowoczesnych technologii, zaawansowanych technicznie materiałów, a także systemów elektronicznych, które na etapie projektowania i produkcji środków ochrony indywidualnej umożliwią uzyskanie nowoczesnych konkurencyjnych rozwiązań.

Katarzyna Majchrzycka

T akie możliwości daje dynamiczny rozwój inżynierii materiałowej i technologii informatyczno-komunikacyjnych obserwowany w ciągu ostatnich lat. Poniżej przedstawiono podstawowe kierunki w odniesieniu do poszczególnych rodzajów środków ochrony indywidualnej.

Odzież ochronna

Dynamiczny rozwój technologii prowadzący do wytwarzania nowych tworzyw, kompozytów materiałowych, włókien stwarza realne możliwości modelowania nowych rodzajów odzieży ochronnej przy uwzględnieniu tak istotnych dla użytkownika aspektów ergonomicznych.
Kierunki rozwoju odzieży ochronnej, zmierzają przede wszystkim do wytwarzania odzieży oferującej użytkownikowi poczucie komfortu i optymalną funkcjonalność. Pojawiła się nowa grupa odzieży, która skupia uwagę użytkowników - są to wyroby aktywne lub inteligentne (smart and inteligent textiles and clothing). Odzież inteligentna odbiera bodźce bezpośrednio z ciała człowieka, jak i z otoczenia, a następnie reaguje na nie znacznymi zmianami fizycznymi, chemicznymi i biologicznymi, często odwracalnymi. Bodźcami, które wywołują aktywne reakcje materiałów stosowanych do konstrukcji odzieży są: naprężenia, pole elektromagnetyczne, temperatura, wilgotność, promieniowanie UV, IR, substancje chemiczne. Inteligentne materiały odpowiadają na nie zmianą np. wymiarów geometrycznych, stanu skupienia, rozkładu naprężeń, współczynnika odbicia światła. Umiejętne wykorzystanie właściwości nowych włókien i materiałów przy konstruowaniu odzieży może przynieść znakomite efekty w postaci wysoko sprawnej odzieży współpracującej z organizmem człowieka i reagującej w sposób zaprogramowany na zmiany warunków środowiska zewnętrznego.

Do wyrobów inteligentnych zaliczane są wyroby z materiałami przemiany fazowej, które posiadają możliwość zmiany stanu skupienia w zależności od tego, czy ciepło jest uwalniane, czy absorbowane przez ciało. W odzieży ochronnej mogą służyć do zmiany izolacyjności cieplnej odziezy. Wyniki badań materiałów przemiany fazowej zastosowanych w strukturach odzieży ochronnej wskazują na ich pozytywny wpływ na proces termoregulacji organizmu i wydłużenie czasu użytkowania odzieży ochronnej. Stwierdzono, że poprawa komfortu cieplnego użytkowników odzieży z materiałami przemiany fazowej zależy od ich ilości i rozmieszenia. W CIOP-PIB opracowano materiały z nowymi włóknami celulozowymi zawierającymi materiały przemiany fazowej, które będą stosowane pod szczelną odzieżą ochronną w celu zapewnienia termoregulacji organizmu użytkownika tej odzieży.
Możliwość konstruowania odzieży inteligentnej zapewniają włókna bikomponentowe, które zmieniają swój kształt w zależności od temperatury otoczenia, pozostają płaskie w temperaturze pokojowej, natomiast rozszerzają się nierównomiernie i skręcają w temperaturze wyższej. Przykładem technologii high-tech, które mogą znaleźć zastosowanie w odzieży chroniącej przed zimnem, są włókna zdolne do przekształcania szerokiego widma światła słonecznego w energię cieplną, mogące znaleźć zastosowanie w odzieży chroniącej przed zimnem.
Oddzielną grupę aktywnej odzieży stanowi odzież wyposażona w zintegrowane systemy grzewcze, które gwarantują precyzyjną regulację temperatury. Może ona znaleźć zastosowanie na stanowiskach pracy w mikroklimacie zimnym, gdy wraz ze zmianami aktywności pracownika zmienia się ilość wydzielanego ciepła i zapotrzebowanie na określoną ochronę przed zimnem, a stosowanie odzieży jako osłony biernej nie zapewnia pracownikowi komfortu cieplnego. Odpowiednią ochronę i komfort można uzyskać tylko poprzez osłonę aktywną, zmieniającą swoją izolacyjność wraz ze zmianami klimatycznymi środowiska zewnętrznego i poziomem ciepła wydzielanego przez użytkownika.
W CIOP-PIB opracowano model odzieży ochronnej przeznaczonej do prac w środowisku zimnym, która aktywnie reaguje na zmiany temperatury oraz zmienia swoją izolacyjność cieplną w taki sposób, aby zapewnić użytkownikowi stan bliski komfortowi cieplnemu. Elementami aktywnymi w odzieży jest sześć wkładów grzejnych, wykonanych z przędzy z włókien stalowych. Sterowanie wkładami grzejnymi odbywa się za pomocą układu pomiarowo-sterującego, zbierającego dane z mikroczujników temperatury umieszczonych w dwóch punktach ciała człowieka pod odzieżą oraz na zewnątrz odzieży. Do nowej generacji odzieży ochronnej zaliczana jest odzież z zaimplementowanymi czujnikami, do monitoringu parametrów fizjologicznych oraz środowiska zewnętrznego. Opracowano odzież przeznaczoną dla służb ratowniczych, np. jednostek strażackich, z zaimplementowanymi mikroukładami elektronicznymi umożliwiającymi monitorowanie parametrów fizjologicznych użytkownika odzieży oraz poziomu zagrożeń na jakie jest on narażony. Zadaniem tej odzieży jest kontrola stanu fizjologicznego strażaka, z uwzględnieniem warunków otoczenia i ciężkości pracy (wydatku energetycznego organizmu i wynikającego z niego obciążenia organizmu).

Środki ochrony rąk i nóg

Zachodzące w ostatnich latach zmiany w stylu życia i coraz intensywniejsza aktywność zawodowa osób stosujących środki ochrony indywidualnej mają istotny wpływ na zwiększenie się wymagań dotyczących ich właściwości użytkowych. Popularność wygodnego obuwia sportowego spowodowała, że użytkownicy zaczęli odczuwać potrzebę komfortu także w odniesieniu do innych typów obuwia, w tym również obuwia ochronnego. Intensywny rozwój technologii wytwarzania materiałów i doskonalenie konstrukcji obuwia, mające swój początek w obuwiu sportowym, pozwoliły na wprowadzenie wielu nowości do produkcji środków ochrony stóp i nóg. Współczesne obuwie ochronne do użytku zawodowego, obok określonych funkcji ochronnych, musi spełniać również wymagania z zakresu higieny oraz wygody użytkowania.
W ostatnich latach nastąpił szybki rozwój materiałów do wytwarzania skarpet i elementów obuwia, które łączą bardzo dobrą izolacyjność cieplną ze zdolnością do odparowywania wilgoci z bezpośredniego otoczenia stopy oraz aktywną i trwałą ochroną stopy przed mikroorganizmami. Do materiałów takich zalicza się m.in. materiał Cambrelle Extreme firmy DuPont czy materiał DRYZ IntelliTemp firmy Dicon. W ostatnich latach nastąpił również szybki rozwój produkcji materiałów, które są zdolne do szybkiego odprowadzania wilgoci z najbliższego otoczenia skóry i jej magazynowania w pewnym oddaleniu od powierzchni stopy. Duże nadzieje w tym zakresie wiąże się z zastosowaniem superabsorbentów. W zakresie innowacyjnych rozwiązań należy podkreślić badania związane z zastosowaniem w obuwiu ochronnym materiałów przemiany fazowej (PCM), które mają zdolność absorbowania, magazynowania i uwalniania dużych ilości energii w postaci ciepła utajonego, w ściśle określonym zakresie temperatury. Inkorporacja PCM do struktury włóknistej pozwala na uzyskanie materiałów obuwniczych o doskonałych właściwościach termoregulacyjnych.
W odniesieniu do rękawic ochronnych, istotnym wymaganiem ze strony użytkowników jest wciąż zapewnienie wielofunkcyjności w zakresie proponowanej ochrony, jak również spełnienie wymagań w odniesieniu do bezpieczeństwa produktu, przy wytworzeniu którego stosowane są środki ochrony rąk pracownika, np. w przemyśle spożywczym czy elektronicznym. Zapewnienie wielofunkcyjności rękawic ochronnych zwiększa zakres stosowania tych wyrobów. Przykładem nowych, wielofunkcyjnych rozwiązań rękawic ochronnych są rękawice wykonane z kilku warstw różnych polimerów, przeznaczone do ochrony rąk przed chemikaliami, urazami mechanicznymi, oparzeniem w kontakcie z gorącym przedmiotem oraz jednocześnie dopuszczone do kontaktu z żywnością.
Innym przykładem mogą być rękawice polimerowe, które zapewniają ochronę przed szkodliwymi czynnikami biologicznymi, w tym wirusami, np. żółtaczki C i B, wirusem HIV i wirusem opryszczki, w przypadku, gdy źródłem zakażenia są ukłucia zanieczyszczonymi igłami. W konstrukcji rękawic, pomiędzy warstwą zewnętrzną i wewnętrzną, wykonaną z termoplastycznego elastomeru, umieszczony jest roztwór środka do dezynfekcji w postaci dyspersji. Rękawice są przeznaczone do zastosowań pozamedycznych. W przypadku całogumowych rękawic medycznych oraz chroniących przed czynnikami chemicznymi dostępne są bezpudrowe konstrukcje ułatwiające ich zakładanie oraz zdejmowanie. Opracowane przez firmę Ansell nowatorskie rękawice polimerowe posiadają po stronie wewnętrznej talerzykowatą strukturę uwalniającą podczas zakładania substancję nawilżającą, zmniejszającą tarcie. Opisany przykład potwierdza dbałość producentów o zapewnienie możliwie najwyższego komfortu wyrobu przy jednoczesnej eliminacji czynnika zakwalifikowanego jako szkodliwy.

Sprzęt chroniący przed upadkiem z wysokości

Rozpatrując rozwój indywidualnego sprzętu chroniącego przed upadkiem z wysokości, należy zauważyć, że następuje on zarówno w stosowanych materiałach, jak i konstrukcjach.
W przypadku materiałów włókienniczych, takich jak taśmy techniczne czy liny, coraz częściej stosowane są włókna aramidowe. Są one wykorzystywane w konstrukcjach zawierających również włókna poliamidowe lub poliestrowe. Dzięki temu uzyskuje się materiały włókiennicze do produkcji np. szelek bezpieczeństwa, pasów i linek do ustalania pozycji oraz linek bezpieczeństwa, które mają podwyższoną odporność na działanie czynników gorących, np. rozprysków stopionego metalu występujących podczas prowadzenia prac spawalniczych.
Interesujące nowości materiałowe można również zaobserwować wśród stopów metali lekkich, np. aluminium wykorzystywanych do produkcji zatrzaśników. Dzięki temu otrzymuje się obniżenie masy sprzętu przy utrzymaniu jego wytrzymałości oraz np. zwiększenie odporności na korozję. Zauważalne jest również wprowadzanie nowoczesnych tworzyw sztucznych, np. na obudowy urządzeń samohamownych chroniących przed upadkiem sztucznych, dzięki czemu zyskuje się zmniejszenie masy sprzętu oraz zwiększenie jego odporności na działanie czynników atmosferycznych.
W odniesieniu do konstrukcji sprzętu chroniącego przed upadkiem obserwowane są na świecie następujące kierunki zmian. W uprzężach dąży się do zmniejszenia ich masy oraz zwiększenia komfortu użytkowania. Odbywa się to przez optymalizację połażenia pasów składowych przenoszących obciążenie oraz wyposażanie ich w poduszki przeciwuciskowe. Zatrzaśniki coraz częściej produkuje się w wersji samozamykającej i samoblokującej, co ułatwia użytkownikowi posługiwanie się nimi. Dzięki powszechności stosowania automatów szwalniczych do produkcji amortyzatorów włókienniczych stosuje się głównie technikę zszywania zamiast tkackiej. Powoduje to obniżenie kosztów produkcji, a charakterystyki amortyzatorów wykonanych tą techniką są mniej wrażliwe na zmiany warunków atmosferycznych.
Istotnym kierunkiem w rozwoju sprzętu chroniącego przed upadkiem z wysokości, a szczególnie szelek bezpieczeństwa, jest jego wyposażanie w urządzenia umożliwiające powiadomienie o zaistnieniu wypadku, np. fakcie powstrzymania spadania. Urządzenia te o różnym stopniu komplikacji mogą być uruchamiane ręcznie przez użytkownika sprzętu lub automatycznie, np. po przekroczeniu wartości progowej obciążenia działającego na klamrę zaczepową szelek bezpieczeństwa. W ostatnich latach można również zaobserwować powstawanie całkowicie nowych konstrukcji sprzętu adresowanych do bardzo specyficznych zastosowań, np. podzespołów kotwiczących działających na zasadzie przyssawki, adresowanych do zabezpieczania ludzi pracujących na skrzydłach i kadłubach samolotów podczas ich napraw i konserwacji.

Środki ochrony oczu i twarzy

Innowacje w konstrukcji szybek ochronnych i filtrów polegają głównie na wykorzystaniu zaawansowanych technologii materiałowych. Polega to na wykorzystaniu modyfikacji widmowych charakterystyk przepuszczania, co umożliwia dostosowanie współczynnika przepuszczania światła do wartości odpowiadających określonym warunkom oświetlenia, a tym samym aktualnym wymaganiom użytkownika. Wykorzystanie efektu fotochromowego daje możliwości zmian współczynnika przepuszczania światła w zależności od zmieniającego się natężenia oświetlenia promieniowania zewnętrznego, któremu towarzyszy zwykle promieniowanie nadfioletowe wywołujące efekt fotochromowy. Do zmiany transmisji promieniowania optycznego przechodzącego przez filtr (głównie w filtrach spawalniczych) wykorzystuje się również efekt zmiany kierunku direktora w warstwie ciekłokrystalicznej pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego, które może być generowane przez impulsy światła.

Barwienie w masie lub barwienie powierzchniowe umożliwia zoptymalizowanie widma promieniowania docierającego do oka. Wykorzystanie efektu polaryzacji światła i odpowiednie ustawienie płaszczyzny polaryzacyjnej względem obserwowanych obiektów powoduje, że można wyeliminować efekty związane z niekorzystnymi odbiciami promieniowania słonecznego (mogącymi powodować olśnienie) od dużych odbijających powierzchni, takich jak tafla wody lub droga. Redukcja odbić promieniowania może odbywać się również przez nałożenie na powierzchnię szybek ochronnych i filtrów odpowiednich powłok antyrefleksyjnych, które wytłumiają odbicia na skutek interferencji światła.
Kolejną modyfikację, stosowaną w celu mechanicznego zabezpieczenia warstw nanoszonych na powierzchnię soczewki, stanowi utwardzanie przez zastosowanie odpowiednich lakierów. Dodatkowo na wewnętrzne powierzchnie mogą być nanoszone warstwy ograniczające zaparowywanie. Istotne znaczenie, oprócz wytrzymałości mechanicznej i właściwości filtracyjnych odpowiednich do określonych zastosowań, ma także odporność na starzenie się oraz masa właściwa materiału. Opisane parametry decydują zarówno o jakości, jak i trwałości produktu, a więc definiują wymagania stawiane współczesnym środkom ochrony oczu.

Sprzęt ochrony układu oddechowego

W zakresie środków ochrony układu oddechowego wyróżnić można dwa podstawowe kierunki rozwoju. Pierwszy, związany z rozwojem technologii wytwarzania elementów konstrukcyjnych wykorzystywanych w środkach ochrony układu oddechowego i drugi, w którym wykorzystuje się urządzenia elektroniczne w celu informowania użytkownika o właściwościach ochronnych i/lub użytkowych danego typu ochrony.
Rozwój technologii wytwarzania materiałów filtracyjnych - włóknin filtracyjnych, będących podstawowym elementem konstrukcji filtrów i półmasek filtrujących, ukierunkowany jest na opracowanie warunków wprowadzania różnego rodzaju dodatków - modyfikatorów w fazie formowania włókien, które mają na celu poprawę zdolności zatrzymywania cząsteczek pyłów, w tym nanocząsteczek lub nadanie nowych własności, np. bakteriostatyczność lub bakteriobójczość. Pewna grupa materiałów, traktowanych również jako dodatki do materiału bazowego - polimeru, ma na celu zwiększenie możliwości nadawania ładunku elektrostatycznego włókninie. Rezultatem zachowania ładunku elektrostatycznego w czasie użytkowania włókniny filtracyjnej jest dłuższe zachowanie właściwości ochronnych na wymaganym poziomie.
W przypadku materiałów stosowanych do oczyszczania powietrza ze szkodliwych par i gazów obserwuje się rozwój technologii modyfikacji tych materiałów. Stosowane obróbki termiczne, chemiczne i fizyczne, np. plazma niskotemperaturowa mają na celu zwiększenie zdolności adsorpcyjnych wobec specyficznych, trudnych do adsorpcji par substancji organicznych.
Odrębnym kierunkiem rozwoju środków ochrony układu oddechowego jest wprowadzanie do tych środków elementów elektroniki. Są to zwykle czujniki lub sensory, które umożliwiają kontrolę parametrów ochronnych (czas przebicia) lub użytkowych (opory oddychania) przez użytkowników sprzętu ochronnego. Najwięcej prac w tym kierunku obserwuje się dla opracowania czujnika wyczerpania złoża sorpcyjnego pochłaniaczy, których użytkowanie wiąże się niestety z ryzykiem narażenia na wdychanie szkodliwych par i gazów. Urządzenia elektroniczne są także co raz powszechniej stosowane w środkach ochrony układu oddechowego w celu zapewnienia komunikacji - moduły komunikacji głosowej w maskach twarzowych, do monitorowania parametrów środowiska pracy (temperatura, wilgotność) i np. ilości powietrza w butli sprężonego powietrza.
Dowodem dużego zainteresowania badaniami naukowymi prowadzonymi nad rozwojem zaawansowanych rozwiązań w dziedzinie środków ochrony indywidualnej jest fakt podejmowania tej problematyki w ramach projektów europejskich, głównie realizowanych w ramach Programów Ramowych. Jednym z takich projektów jest, koordynowany przez CIOP-PIB, projekt o akronimie i-Protect: Inteligentne rozwiązania środków ochrony indywidualnej do zastosowań w warunkach wysokiego poziomu ryzyka w złożonym środowisku pracy (Intelligent PPE system for personnel in high risk and complex environments). Projekt dotyczy opracowania systemu opartego na integracji zaawansowanych rozwiązań technicznych i nowych technologii (w tym nanotechnologii i teleinformatyki) z tradycyjnymi konstrukcjami środków ochrony indywidualnej w celu uzyskania aktywnej ochrony pracowników w środowisku pracy o zwiększonym stopniu ryzyka. Przewidywanymi odbiorcami nowych rozwiązań są grupy interwencyjne z obszaru ratownictwa chemicznego, górniczego oraz straży pożarnej. Projekt jest realizowany z udziałem 16 instytucji partnerskich z 6 krajów (Finlandia, Francja, Hiszpania, Niemcy, Polska, Włochy), wśród których jest 5 jednostek badawczo-rozwojowych, 8 przedsiębiorstw i 3 organizacji użytkowników. Prace prowadzone będą nad opracowaniem czujników wybranych parametrów fizjologicznych człowieka z zastosowaniem włókien optycznych do monitorowania częstości skurczów serca i temperatury ciała oraz czujników do pomiaru i monitorowania parametrów środowiska pracy tj. temperatura zewnętrzna, poziom stężenia tlenu, stężenie wybranych gazów toksycznych. Do konstrukcji wzbogaconych środków ochrony indywidualnej wykorzystane będą innowacyjne materiały przewodzące oraz czujniki z wykorzystaniem nanomateriałów. Zostaną opracowane narzędzia do komunikacji i transferu danych między użytkownikami, a centrum koordynującym i wspomagającym działanie ratowników.
Wdrożenie innowacyjnych rozwiązań środków ochrony indywidualnej wymaga prowadzenia prac badawczych przez interdyscyplinarne zespoły, a także większego zaangażowania producentów środków ochrony indywidualnej. Konieczna jest także intensyfikacja działań w zakresie promowania innowacyjnych rozwiązań poprzez publikowanie kompetentnych informacji oraz organizowanie kampanii informacyjnych na rzecz bezpieczeństwa użytkowania środków ochrony indywidualnej.

dr inż. Katarzyna Majchrzycka

Zakład Ochron Osobistych CIOP-PIB