Un team di ricercatori della National University of Singapore (NUS) ha sviluppato un nuovo materiale super-igroscopico che migliora l'evaporazione del sudore all'interno di una tuta protettiva personale, per creare un effetto di raffreddamento per un migliore comfort termico per utenti come operatori sanitari e altri agenti in prima linea . Questa invenzione è stata convalidata attraverso test di laboratorio condotti in collaborazione con i ricercatori dell'HTX (Home Team Science &Technology Agency) di Singapore.

Il nuovo film essiccante, biocompatibile e non tossico, ha un rapido assorbimento, un'elevata capacità di assorbimento ed eccellenti proprietà meccaniche. Ciò significa che il materiale è molto robusto e durevole per applicazioni pratiche come le tute protettive indossate dagli operatori sanitari. È anche conveniente, leggero, facile da fabbricare e riutilizzabile.

"A una temperatura ambiente di circa 35º C, un operatore sanitario che indossa una tuta protettiva per un'ora sperimenta in genere un indice di calore di circa 64º C. Ciò provoca disagio e prolungare lo sforzo termico può provocare un colpo di calore e persino la morte. La nostra nuova umidità composita -la pellicola di intrappolamento ottiene un effetto di raffreddamento all'interno della tuta protettiva tramite il raffreddamento evaporativo, aumentando l'evaporazione del sudore dalla pelle", ha spiegato il leader del team di ricerca Assistant Professor Tan Swee Ching, del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali del NUS College of Design e Ingegneria.

Attaccare un pezzo di nuova pellicola composita in una tuta protettiva, ad esempio sul retro della tuta, potrebbe ridurre l'indice di calore di circa il 40%, riducendo notevolmente la probabilità di un colpo di calore.

Il rapporto è stato pubblicato su Small il 20 febbraio 2022.

Questa svolta nella ricerca dimostra il risultato positivo di sfruttare i punti di forza complementari di NUS e HTX per creare vantaggi tangibili per la squadra di casa e la comunità in generale. Combinando la conoscenza scientifica del team NUS sui materiali idrogel avanzati e la profonda comprensione da parte di HTX delle esigenze e delle capacità ingegneristiche del team di casa, il team di ricerca congiunto è stato in grado di personalizzare e ottimizzare il nuovo materiale che intrappola l'umidità per applicazioni pratiche per migliorare le prestazioni e la produttività di agenti in prima linea.

Raffreddamento aumentando l'evaporazione del sudore

Le tute protettive mediche hanno eccellenti proprietà antibatteriche e impermeabili. Tuttavia, questo elevato livello di protezione impedisce lo sfiato del vapore acqueo prodotto dal sudore evaporato e impedisce la dispersione di calore dal corpo. Questo è il motivo per cui utenti come gli operatori sanitari che devono indossare tute protettive per lunghe ore, soprattutto in ambienti tropicali, riferiscono spesso di stress da calore professionale.

Le soluzioni di gestione termica come gli indumenti con raffreddamento ad aria con ventilatori elettrici o l'ingestione di fanghiglia di ghiaccio non sono pratiche a causa di limitazioni quali ingombro, peso elevato ed efficacia limitata. Sebbene i tessuti e i rivestimenti avanzati siano soluzioni promettenti, sono difficili da fabbricare e i costi di produzione sono elevati.

Il team di NUS ha escogitato una strategia pratica per superare le sfide attuali sfruttando il principio del raffreddamento evaporativo. La loro soluzione prevede l'utilizzo di una pellicola composita super igroscopica per controllare il livello di umidità nel microambiente nella tuta protettiva. Quando la pellicola composita che intrappola l'umidità assorbe il vapore acqueo all'interno della tuta protettiva, il livello di umidità diminuisce. Questo a sua volta accelera l'evaporazione del sudore dalla pelle. Di conseguenza, più calore viene dissipato dal corpo umano attraverso la sudorazione, fornendo comfort termico a utenti come gli operatori sanitari.

Per esaminare l'efficacia della loro soluzione, il team NUS ha condotto dei test in collaborazione con i ricercatori dell'HTX, utilizzando un manichino "Newton" a 20 zone all'interno di una camera climatica. Questa è un'importante pietra miliare sperimentale nella valutazione della fattibilità dell'applicazione della pellicola composita alla scala degli indumenti per tutto il corpo.

Con la pellicola composita, l'umidità relativa (UR) in condizioni di sudorazione moderata è scesa di circa il 40%, dal 91% al 48,2% dopo un'ora di sudorazione e al 53,2% dopo due ore di sudorazione. Il team ha anche scoperto che entro la prima ora di sudorazione, l'indice di calore o "temperatura dell'aria percepita" è sceso in modo significativo da 64,6º C a 40º C a una temperatura dell'aria di 35º C. A questo livello, mentre gli utenti si sentono ancora accaldati, la probabilità di il colpo di calore, i crampi da calore e l'esaurimento da calore sono notevolmente ridotti.

"Questi esperimenti mostrano che il nostro film che intrappola l'umidità riduce efficacemente l'umidità relativa all'interno della tuta protettiva, abbassando quindi l'indice di calore in modo significativo e migliorando il comfort termico per gli utenti", ha affermato l'esperto. Ha spiegato il Prof. Tan.

In un altro esperimento di laboratorio, il team di ricerca ha anche dimostrato che la temperatura corporea (o la temperatura della pelle) potrebbe essere significativamente ridotta di 1,5°C attraverso il raffreddamento per evaporazione. Ciò dimostra ulteriormente che la pellicola composita può potenzialmente aiutare gli utenti, come operatori sanitari, soldati o vigili del fuoco, ad alleviare lo stress termico, soprattutto durante le attività faticose.

Anche la rigenerazione del film composito del team NUS è più efficiente dal punto di vista energetico, poiché richiede una temperatura più bassa per rilasciare l'umidità intrappolata. A 50º C, la pellicola composita rilascia l'80% del suo contenuto d'acqua dopo 10 minuti e raggiunge il 95% dopo 40 minuti. La maggior parte dei materiali igroscopici si rigenera a una temperatura superiore a 100 ºC, per una durata superiore a un'ora.

"Dai risultati di vari studi in questo progetto, ci auguriamo che la pellicola che trattiene l'umidità possa essere incorporata nei dispositivi di protezione individuale (DPI) e/o negli indumenti di protezione individuale (PPC) degli ufficiali della squadra di casa, per migliorare il comfort termico e migliorare le prestazioni degli ufficiali in prima linea", ha affermato Ying Meng Fai, Direttore, Human Factors &Simulation Center of Expertise, presso HTX.

Incoraggiato dai risultati del loro ultimo studio, il team NUS sta ora lavorando per migliorare il loro materiale igroscopico in modo che possa assorbire di più e più velocemente. Il team sta inoltre pianificando di applicare la propria strategia di raffreddamento ad altri tipi di indumenti protettivi, come quelli per i vigili del fuoco.

Inoltre l'Asst. Il Prof. Tan e il suo team sono alla ricerca di opportunità per commercializzare questa tecnologia. + Esplora ulteriormente

Un nuovo film che fa evaporare il sudore sei volte più velocemente e trattiene 15 volte più umidità