Chemical Recycling of Meta-Aramid Fibres Into Nanofiber for Particulate Blocking Firefighter Hood

L’exposition des pompiers aux produits chimiques et aux particules par voie cutanée est problématique pour leur santé; la zone de la mâchoire et du cou est particulièrement mal protégée et sensible à l’absorption (Stec et al., 2018). Afin d’améliorer la protection de cette zone, une membrane de filtration est ajoutée dans les cagoules. Depuis 2018, la norme du National Fire Protection Agency (NFPA) 1971 décrit les exigences pour la membrane de protection (NFPA1971, 2018). La membrane doit balancer entre des critères de protection contre les particules et de confort par l’évacuation de la sueur. Les barrières actuelles sont basées sur des films expansés de polytétrafluoroéthylène (ePTFE) ou de nanofibre de polyimide (Nomex® Nanoflex) produit par W.L. Gore & Associates et DuPont (Barbeau, Lozier, & Rousse, 2018; Blake et al., 2021; Sonntag, 2020). L’utilisation des substances perfluorée et polyfluoroalkylées (SPFA) dans les habits sont potentiellement problématiques pour la santé des pompiers et pour l’approvisionnement de l’industriel avec la proposition de bannir leur usage non essentiel par REACH. Le développement d’un nouveau filtre à particules sans SPFA se basera sur les principes établis de filtrations des gaz, des micros aérosols et de nano aérosols (Leung, 2021). Deux méthodes de fabrication seront évaluées. Le ratio de surface élevée des nanofibres augmente l’efficacité de filtration, sans réduire le débit d’air. Étant donné cet effet unique, la première méthode de fabrication sélectionnée est l’électrofilage (Li, Shang, Li, & Yang, 2017a; T. Lu et al., 2021). Un défi du projet est la sélection d’un polymère pour satisfaire les critères de résistance thermique tout en étant soluble et stable à l’électrofilage. L’électrofilage est comparé à une membrane hydrophile à base de polyuréthane et de nanofibre d’aramide. La membrane non poreuse offre une meilleure protection contre les composés organiques volatils et hydrocarbonés aromatiques polycycliques. Les propriétés de confort, de protection et de durabilité sont jugées acceptables selon les critères établis. Une efficacité de filtration de 99.8% à 0.3 micron et une efficacité de protection aux composés organiques volatils supérieures aux produits commerciaux sont obtenues.

Abstract

Exposure of firefighters to chemicals and particles through the skin is problematic for their health; the jaw and neck area are particularly poorly protected and sensitive to absorption (Stec, Dickens et al. 2018). To improve the protection of this area, a filtration membrane is added to the hoods. Since 2018, the National Fire Protection Agency (NFPA) 1971 standard describes the requirements for the hood protective membrane (NFPA1971, 2018). The membrane must balance between criteria of protection against particles and comfort through the evacuation of sweat. Current barriers are based on expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE) or polyimide nanofiber nonwoven (Nomex® Nanoflex) produced by W.L. Gore & Associates and DuPont (Barbeau, Lozier et al. 2018, Sonntag 2020, Blake, Harper et al. 2021). The use of per-fluoro and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in turnout gear are potentially problematic for the health of firefighters and with the proposal to ban their non-essential use by REACH. The development of a new PFAS-free particle filter will be based on the established principles of filtration of gases, micro aerosols and nano aerosols (Leung, 2021). Electrospun membrane and a knife coated membrane are evaluated for the application. The high surface area ratio of the nanofibres increases filtration efficiency, without reducing air flow(Li et al., 2017a; T. Lu et al., 2021). A challenge of the project is the selection of a polymer to meet the thermal resistance criteria while being stable to electrospinning. A hydrophilic membrane of polyurethane and aramid was prepared by knife-over-roll coating method. The non-porous membrane by knife coating offers a better protection against volatile organic compounds and polycyclic aromatic hydrocarbons. The comfort, protection and durability properties are considered acceptable according to established criteria. A filtration efficiency of 99.8% at 0.3 microns and a superior protection against volatile organic compounds to commercial products are obtained.