Permeation

Ein Chemikalienschutzhandschuh kann nur so lange Schutz gegen einen Gefahrstoff bieten, bis dieser die Handschuhmembran durchdringt. Dieses Durchdringen auf molekularer Ebene bezeichnet man als Permeation. Dabei werden folgende Schritte durchlaufen:

Grafische Darstellung einer Membran mit auftreffenden Molekülen

Bilder 1 bis 4: Teilschritte der Permeation; 1: Adsorption
Bild: IFA

1. Adsorption

Die Chemikalie lagert sich auf der Oberfläche an. Dies kann aus der Gasphase geschehen oder bei direktem Kontakt mit der flüssigen bzw. festen Chemikalie.

Grafische Darstellung einer Membran mit eindringenden Molekülen

2: Absorption
Bild: IFA

2. Absorption

Es kommt zur Aufnahme des Stoffes in das Handschuhmaterial.

Grafische Darstellung einer Membran Molekülen, die diese durchdringen

3. Diffusion
Bild: IFA

3. Diffusion

Hier beginnt die Durchdringung des Materials auf molekularer Ebene. Als Triebkraft wirkt das Konzentrationsgefälle von der Handschuhaußenseite hin zur -innenseite.

Grafische Darstellung einer Membran mit Molekülen auf der Innen- und Außenseite

4. Desorption
Bild: IFA

4. Desorption

Nachdem die Moleküle die Handschuhinnenseite erreicht haben, diffundieren sie wieder von der Oberfläche weg.

Durchführung einer Permeationsmessung

Die Permeationsmessung eines Stoffs durch ein Handschuhmaterial liefert Aussagen über die Beständigkeit eines Handschuhs gegen die verwendete Chemikalie. Dazu wird nach DIN EN 16523-1 ein Stück aus der Handinnenfläche des Handschuhs ausgeschnitten, in eine Messzelle aufgespannt und anschließend einseitig mit der Prüfsubstanz beaufschlagt (siehe Abbildungen). Auf der Rückseite zeichnet in einem abgeschlossenen Bereich ein geeigneter Detektor die Konzentration des Stoffs zeitlich auf (siehe Video (MP4, 381 kB)).

Sobald ein Fluss von 1 µg ∙ cm^-2 ∙ min^-1 festgestellt wird, spricht man laut Norm vom Durchbruch der Chemikalie. Durch Ermittlung der Zeitspanne von Beginn der Messung bis zum Erreichen des Durchbruchs wird die maximale Tragedauer eines Handschuhs im Labor bestimmt.

IR-thermographische Aufnahme eines Nitril-Einweghandschuhs nach zweiminütiger Tragedauer
Bild: IFA

In der Praxis können jedoch weitere Faktoren die Tragedauer erheblich verkürzen. So hat die Temperatur maßgeblichen Einfluss auf die Permeation. Nach Norm wird die Permeation bei einer Temperatur von 23 ± 1 °C gemessen. IFA Untersuchungen mit einer Wärmebildkamera haben jedoch gezeigt, dass sich auf der Handschuhoberfläche nach kurzer Tragedauer eine Temperatur von 33 °C einstellt. Diese Temperaturerhöhung um 10 °C führt dazu, dass sich die Tragedauern bis auf ein Viertel der im Labor gemessenen Werte verkürzen können. Weiterhin spielt die Dicke des Handschuhmaterials eine Rolle: Als Faustregel gilt, dass eine Verdopplung der Materialdicke zu einer Vervierfachung der Permeationszeit führt.

Um Permeationsmessungen einfach durchführen zu können, hat das IFA das Gerät Permobil entwickelt. Es eignet sich vor allem für eine einfache und schnelle Messung von Durchbruchszeiten sowie für Hersteller zur Qualitätskontrolle.