Vliv oblečení na technickou čistotu

Obrázek 2a: Experimentální uspořádání; rám a nášlap v tělesové krabici

Obrázek 2b: Napínání analytického hadru

Obrázek 2c: Proband provádí pohybový průběh přes analytický hadřík

Představení nové metody

Oblečovací systémy

Správná volba: Systémy oděvů v technické čistotě – první studie Body-Box s měřením rozsahu velikostí částic ≥ 0,5 µm až > 3 000 µm

Představení nové metody
V následujícím textu je představena nová metoda. Vychází ze měřicí metody Body-Box, která je inspirována normou IEST-RP-CC003.4 a byla implementována ve firmě Dastex v roce 2004 [6]. Tato metoda je v současnosti jediným měřicím postupem, pomocí kterého lze testovat systémy oděvů v čistých prostorách za praktických podmínek. V čisté oblasti o rozměrech cca 1,20 x 1,20 x 2,40 m vede zkušební vzorek s testovaným oděvním systémem definované pohybové sekvence. Generované částice jsou detekovány pomocí optických čítačů částic (OPZ) a odpovídajícím způsobem vyhodnocovány.

V oblastech s čistým prostředím hraje člověk jako zdroj kontaminace významnou roli [8]. Není třeba podceňovat jeho váhu i v oblastech čistoty v automobilovém průmyslu [11]: Personál může nejen při výrobě, ale i při finálním produktu zavést kritické, částečně funkčně nebo bezpečnostně relevantní nečistoty. Jak v čistých, tak v hygienických prostorách významně přispívá správně zvolený oděv, který je přizpůsoben procesu a jeho specifikacím, k prevenci takových nečistot. Dosud neexistovala žádná měřicí metodika ani data k tomuto tématu. V interním výzkumu a vývoji firmy Dastex jsou od roku 2004 prováděny studie Body-Box [6]. Tyto studie jsou prováděny buď na interní otázky, nebo na základě požadavků zákazníků. Dosud se týkaly například jednorázových versus opakovaně použitelných oděvů [7], mezivrstvých oděvů, měření mikroorganismů [9] a studií stárnutí [10]. Dosud se zaměřovaly na spektrum velikostí částic ≥ 0,5 µm až ≥ 10 µm (podle DIN EN ISO 14644) a v některých studiích na zjišťování počtu mikroorganismů pomocí BioTrak a mikrobiálních kultur (dle GMP směrnice). Nová metoda, zavedená ve spolupráci se společností CleanControlling GmbH, rozšiřuje rozsah velikostí částic až do velikosti ≥ 3 000 µm, čímž se uzavírá mezera ve výzkumu (viz obrázek 1). Metoda měření Body-Box pro oblast technické čistoty podle VDA Band 19 byla úspěšně zavedená v první studii. Výsledky jasně ukazují, které systémy oděvů v oblasti technické čistoty by měly být používány.

Výběr vhodné metody měření částic:

Detekce částic pomocí optických čítačů částic je spolehlivá a použitelná pouze do určité velikosti částic.

Důvody jsou mimo jiné:

– Různé fyzikální vlastnosti. Gravitační síly například mohou u částic ≥ 5 µm vést ke sedimentaci [3]. Tento efekt se výrazně zvyšuje s rostoucí délkou vedení nebo průměrem částic. Dále může dojít ke ztrátám částic vlivem setrvačnosti a turbulence [3]. Částice > 100 µm by se na cestě k OPZ sedimentovaly a nezapočítávaly se do výsledků měření.

– Kromě toho nelze pomocí rozptylové optické techniky detekovat tak velké částice. Přístroje dostupné na trhu jsou maximálně schopny detekovat částice do velikosti 500 µm (Luftpartikelzähler Abakus® mobil air LDS 2/2; 5 – 500 µm od Markus Klotz GmbH [5]), pokud částice i přes předchozí popsané vlivy dorazí do měřicí komory. U přístrojů pana Klotze je například měřicí komora přímo za sondou pro odběr vzorku, takže částice nemusí procházet dlouhým vzorkovacím potrubím, ale jsou přímo vedeny do komory.

– Optické čítače částic jsou obvykle kalibrovány pomocí monodisperzních částic z polystyrolu (PSL). PSL částice jsou ideálně kulové. „To znamená, že všechny počty a velikosti částic, které měříte s takto kalibrovaným zařízením, se vztahují k průměru PSL částic.“ [3]. To však neodpovídá přirozenému tvaru a výskytu částic. Zejména od určité velikosti mohou částice vykazovat výrazně odlišné délky a šířky. Optický čítač částic detekuje částice podle jejich orientace a dopadu světla, nikoli podle jejich skutečné velikosti.

V automobilovém průmyslu je pomocí nejdelšího rozměru (Feretmax) částice definováno „nejhorší škodlivé potenciál“ [12]. Proto je správné měření částic > 100 µm velmi důležité.

Proto je měření pomocí optických čítačů částic nevhodné pro detekci částic až do velikosti ≥ 3000 µm.

Při měřeních pomocí optických čítačů částic v Body-Box byla vzdušná cesta navržena tak, aby „byla zajištěna reprezentativní odběr vzorku“ [6]. To platí pouze pro detekci malých částic. Důvody (fyzikální vlastnosti) byly již vysvětleny jinde. Při měření menších částic pomocí OPZ stačí změřit pouze část proudu a počet následně extrapolovat na celkový objem. Vzhledem k přirozené rozdělenosti velikostí částic se očekává, že počet velkých částic bude výrazně nižší. Velké částice navíc nebudou rovnoměrně rozptýleny ve vzduchu. Proto se považuje za nedostatečné měřit pouze část proudu a celkové množství vzduchu filtrovat, zachytit a vyhodnotit. Aby se minimalizovala ztráta částic, je filtrace částic umístěna co nejblíže a přímo pod místem jejich vzniku. Pro zohlednění požadavků na technickou čistotu v automobilovém průmyslu je analytická metoda založena na extrakci částic z filtračního materiálu a vyhodnocení podle normy VDA 19 část 1.

Nová, integrovaná metoda testování v Body-Box

Po pečlivém zvážení různých konceptů byla nakonec dále zdokonalena a realizována jedna z přístupů. Jak je vidět na obrázku 2a, byl do Body-Boxu integrován rám. Na tento je napnuta definovaná analýzační tkanina za nejvyšších požadavků na čistotu (obrázek 2b). Tato slouží jako zachytávací filtr částic, které uvolňuje testovaný oděv nebo oděvní systém. Je navržena tak, aby vzdušný tok byl minimálně ovlivněn a zároveň spolehlivě zachytával částice ≥ 15 µm. Testovaná osoba provádí na nad analýzou umístěné plošce požadované pohybové sekvence (obrázek 2c). Provádění testu je stejné jako u všech ostatních studií. Testovaná osoba vstoupí do Body-Boxu a nejdříve stojí pět minut, poté pět minut chodí na místě. Tento cyklus se opakuje a zakončí se pětiminutovou fází stání. Podrobné rozlišení chůze a stání není u tohoto postupu možné, ale lze jej upravit. Aby se zabránilo ztrátě částic při jejich odstranění z analýzní tkaniny, je při napínání použita předem stanovená skládací technika. Následuje balení do čistého sáčku, jednoznačné označení a odeslání vzorku do firmy CleanControlling.

Po šetrném přepravě filtračního materiálu do laboratoře technické čistoty firmy CleanControlling je zkušební těleso zavedené přes materiálovou šachtu do čistého prostoru třídy ISO 6 a připravené k extrakci.

Pro extrakci částic z rozvinutého filtračního materiálu je použita odpovídající velká extrakční komora, která je v automobilovém průmyslu používána například pro motory nákladních vozidel. Komora má definovaný a známý stav čistoty podle měření nulové hodnoty. Hodnocení nulové hodnoty se provádí podle požadavků normy VDA 19 část 1. Filtrační tkanina je vložena přes komoru napříč a obě strany jsou postříkány 20 litry chladicího čističe s definovaným průtokem. Čisticí kapalina je vedena přes zachytávací trychtýř ke filtračnímu místu, kde je vložen síťový filtr s okem 1 µm. Pomocí vakua je filtrace podporována. Po proplachu komory může být filtr předán k mikroskopickému vyhodnocení.

Mikroskopické vyhodnocení částic na analytickém filtru je prováděno pomocí stereoskopického světelného mikroskopu s automatickým xy posuvným stolem a softwaru JOMESA pro počítání částic. Tento systém je nakonfigurován podle standardního vyhodnocení podle VDA 19 část 1. Zaměření je na částice > 50 µm a měření délky částic podle Feretmax, aby bylo možné určit největší rozměr částic. Pomocí polarizačního filtru jsou počítány a měřeny kovové i nekovové částice, stejně jako vlákna s ohledem na délku a šířku.

Při zaměření na velké částice jsou tyto manuálně kontrolovány operátorem přes živé zobrazení mikroskopu a v případě potřeby upraveny. Následně jsou největší částice vizuálně zaznamenány do protokolu.

Protokol se všemi výsledky analýz je zaslán firmě Dastex k dalšímu vyhodnocení.

Úprava výsledků:

Pro celou studii je paralelně používán optický čítač částic pro detekci částic od ≥ 0,5 do ≥ 10 µm. Pro vyhodnocení a prezentaci výsledků jsou počty částic z extrakčního postupu, mikroskopického vyhodnocení i optických čítačů přepočítány na počet částic za minutu.

Podrobný rozbor typů částic není v této studii uveden, protože u tohoto experimentálního uspořádání se neočekávají kovové částice. V budoucích studiích je však možné tento aspekt zohlednit, například při testování již nošených oděvů.

Výsledky a diskuse:

Tabulka 2 ukazuje přehled detekovaných počtů částic. Kanály velikostí ≥ 0,5 – ≥ 10 µm byly detekovány pomocí optického čítače částic. Rozsahy 15 – > 1 500 µm byly vyhodnoceny pomocí extrakce a optického měření.

Pouhý pohled na obsazení filtračního média jasně ukazuje výsledek, který lze podložit čísly: samotné nošení pláště přes oděv nestačí. Přestože došlo k redukci v celém rozsahu velikostí částic o 63 %, velké částice stále volně spadnou z pláště. To vysvětluje zlepšení pouze o 4–17 % u velikostních rozsahů > 100 µm a > 400 µm.

Pokud je oděv nahrazen čistým mezivrstvým oděvem, dosahuje se výrazně vyšší redukce až do 99 %. Podobně dobré výsledky se dosahují při nošení overalů z ION-NOSTAT LS Light 125.2. U těchto velmi nízkých počtů částic nelze určit, který systém oděvů je „lepší“. Oba vykazují velmi dobré výsledky, a který by měl být používán v konkrétní výrobě, závisí na dalších faktorech, které zde nebudou podrobně rozebírány.

Na základě snímků obsazení filtračního média je rovněž patrné, že při mikroskopickém vyhodnocení a kontrole byla zvláštní výzvou práce s velkým množstvím vláknitých částic, které byly částečně spletené, tak aby bylo možné výsledky měření použít pro spolehlivé srovnání čistoty.

V tabulce 3 jsou srovnány počty částic v novém stavu (nové) a ve stavu simulující stárnutí (60×). Výsledky ukazují, že textilie po 60 cyklech dekontaminace zachycují stejně nebo dokonce více částic než v novém stavu.

Jak ukazuje žebříček oděvních systémů (Obr. 3), nejméně částic bylo detekováno při použití pláště z ION-NOSTATVI.2 v kombinaci s mezivrstvým oděvem, s 0 – 6 částicami/minutu (podle velikostního rozsahu). Hned za tím jsou hodnoty overalů ION-NOSTAT LS Light 125.2 s 5–48 částicemi/minutu (podle velikostního rozsahu). Současně tento textil nabízí velmi vysoký komfort nošení. Oděv z ulicního oblečení, jak se očekávalo, uvolňuje nejvíce částic, s 59–198 částicemi/minutu. Je však třeba dodat, že se jedná o čerstvě vypraný bavlněný teplákový overal, který byl nošen pouze v Body-Boxu. U běžného ulicního oblečení lze očekávat výrazně vyšší kontaminaci částicemi. Kromě toho sem patří znečištění od ulic, kontaminace od domácích mazlíčků a mnoho dalších. Tyto částice volně spadnou z oděvu, proto jsou hodnoty částic u ulicního oděvu + pláště přibližně 32–165 částic/minutu, i přes použití vysoce kvalitního textilu ION-NOSTAT VI.2. Kontaminace, které padají dolů, se automaticky nesedimentují na podlahu a nezůstávají tam nehybně. Podle typu částic mohou částice dlouho zůstat ve vzduchu. Pohybem (chůzí personálu, prouděním vzduchu atd.) jsou částice vířením vznášeny ve vzduchu a mohou se usazovat na pracovních plochách a na výrobcích. Proto je od používání ulicního oděvu + pláště v určitém stupni požadované čistoty důrazně odrazeno.

Závěr a výhled

Současné výsledky první studie jasně ukazují, které oděvní systémy by měly být voleny pro jednotlivé oblasti. Dále je patrný vliv textilie a střihu na čistotu. Podle specifikace individuálních požadavků mohou různé oděvní systémy omezit zdroj kontaminace – člověka – v čistých a sterilních prostorách.

Zavedená měřicí metoda uzavírá dosud chybějící mezeru a umožňuje praktické stanovení hodnot částic až do velikosti ≥ 3 000 µm. Výsledky měření nejen poskytují kvantitativní vyhodnocení, ale v případě potřeby a vhodnosti je možné rozdělit je i podle jednotlivých typů částic. Pokud by uživatel chtěl provést studii s již nošeným oděvem v provozu, mohly by být na základě výsledků odhaleny například maximální doby nošení nebo optimalizace oděvního systému na namáhaných místech.

________________________
Studie zveřejněna v říjnu 2022, číslo 10 časopisu pro povrchové techniky
link.springer.com/journal/35144/volumes-and-issues

________________________
Zdroje
[1] Dastex Reinraumzubehör GmbH & Co. KG (2019). ION-NOSTAT VI.2.
https://www.dastex.com/produktportfolio/oberbekleidung/gewebe-der-oberbekleidung-auf-einen-blick/ion-nostat-vi2/ [Staženo: 11.01.2021]
[2] Dastex Reinraumzubehör GmbH & Co. KG. (2019). ION-NOSTAT LS Light 125.2
https://www.dastex.com/produktportfolio/oberbekleidung/gewebe-der-oberbekleidung-auf-einen-blick/ion-nostat-ls-light-1252/ [Staženo: 11.01.2021]
[3] Hauptmann & Hohmann (1999). Handbuch der Reinraumpraxis III – 2 Prozessüberwachung in Reinräumen; Reinraumtechnologie S.18ff
[4] Jost, J. (2020). Implementace a ověření metody Bodybox pro detekci částic v rozsahu ≥ 15 až ≥ 3 000 µm. Bakalářská práce, Hochschule Albstadt-Sigmaringen, Fakulta Life Sciences.
[5] Markus Klotz GmbH. Technický datový list Luftpartikelzähler Abakus® mobil air. https://www.fa-klotz.de/partikelzaehler-wAssets/docs/abakus-mobil-air-de.pdf [Staženo: 11.01.2021]
[6] Moschner, C. & von Kahlden, T. (2004). Test Body-Box: Metoda testu na zkušební stanici. ReinRaumTechnik, 02, 38-39
[7] Moschner, C. (2006). Jednorázové oděvy – skutečná alternativa k praným textilním oděvům v čistých prostorách? ReinRaumTechnik 3, 28-31
[8] Moschner, C. (2010). Zdroj kontaminace člověkem – emise částic člověkem. ReinRaumTechnik, 01, 30-33
[9] Moschner, C. (2015). Měření mikroorganismů v Body-Boxu. reinraum online, 04, 4-6
[10] Moschner, C. & Gaza, S. (2017). Příznaky stárnutí sterilních oděvů v čistých prostorách. ReinRaumTechnik, 1, 52-54
[11] Svaz automobilového průmyslu e. V. (2010). Řízení kvality v automobilovém průmyslu – svazek 19 část 2 Technická čistota při montáži
[12] Svaz automobilového průmyslu e. V. (2015). Řízení kvality v automobilovém průmyslu – svazek 19 část 1 Testování technické čistoty – částice kontaminace funkčně důležitých dílů automobilu