Une équipe de chercheurs de l'Université nationale de Singapour (NUS) a développé un nouveau matériau super-hygroscopique qui améliore l'évaporation de la sueur dans une combinaison de protection individuelle, afin de créer un effet de refroidissement pour un meilleur confort thermique pour les utilisateurs tels que les travailleurs de la santé et autres agents de première ligne. . Cette invention a été validée par des tests en laboratoire menés en collaboration avec des chercheurs de HTX (Home Team Science &Technology Agency) à Singapour.

Le nouveau film déshydratant, qui est biocompatible et non toxique, a un taux d'absorption rapide, une capacité d'absorption élevée et d'excellentes propriétés mécaniques. Cela signifie que le matériau est très robuste et durable pour des applications pratiques telles que les combinaisons de protection portées par les travailleurs de la santé. Il est également abordable, léger, facile à fabriquer et réutilisable.

"A une température ambiante d'environ 35 °C, un travailleur de la santé qui enfile une combinaison de protection pendant une heure subit généralement un indice de chaleur d'environ 64 °C. Cela provoque une gêne et prolonge la tension thermique qui peut entraîner un coup de chaleur et même la mort. Notre nouveau composite d'humidité -le film de piégeage produit un effet de refroidissement dans la combinaison de protection via un refroidissement par évaporation - en augmentant l'évaporation de la sueur de la peau ", a expliqué le professeur adjoint Tan Swee Ching, chef de l'équipe de recherche, du département de science et d'ingénierie des matériaux du NUS College of Design et Ingénierie.

Fixer un morceau de nouveau film composite dans une combinaison de protection, par exemple à l'arrière de la combinaison, pourrait réduire l'indice de chaleur d'environ 40 %, ce qui réduit considérablement le risque de coup de chaleur.

Le rapport a été publié en petit format le 20 février 2022.

Cette percée dans la recherche démontre le résultat positif de l'exploitation des forces complémentaires de NUS et HTX pour créer des avantages tangibles pour l'équipe locale et la communauté au sens large. En combinant les connaissances scientifiques de l'équipe NUS sur les matériaux hydrogel avancés et la compréhension approfondie de HTX des besoins et des capacités d'ingénierie de l'équipe locale, l'équipe de recherche conjointe a pu personnaliser et optimiser le nouveau matériau de piégeage de l'humidité pour des applications pratiques afin d'améliorer les performances et la productivité de agents de première ligne.

Refroidissement en augmentant l'évaporation de la sueur

Les combinaisons de protection médicale ont d'excellentes propriétés antibactériennes et imperméables. Cependant, ce haut niveau de protection arrête l'évacuation de la vapeur d'eau produite par l'évaporation de la sueur et empêche la perte de chaleur du corps. C'est pourquoi les utilisateurs tels que les travailleurs de la santé qui doivent porter des combinaisons de protection pendant de longues heures, en particulier dans les environnements tropicaux, signalent souvent des contraintes thermiques professionnelles.

Les solutions de gestion thermique telles que les vêtements refroidissant à l'air avec des ventilateurs électriques ou l'ingestion de coulis de glace ne sont pas pratiques en raison de limitations telles que l'encombrement, le poids élevé et l'efficacité limitée. Bien que les textiles et les revêtements avancés soient des solutions prometteuses, ils sont difficiles à fabriquer et les coûts de production sont élevés.

L'équipe NUS a proposé une stratégie pratique pour surmonter les défis actuels en exploitant le principe du refroidissement par évaporation. Leur solution consiste à utiliser un film composite super-hygroscopique pour contrôler le niveau d'humidité dans le micro-environnement de la combinaison de protection. Lorsque le film composite piégeant l'humidité absorbe la vapeur d'eau à l'intérieur de la combinaison de protection, le niveau d'humidité chute. Cela accélère à son tour l'évaporation de la sueur de la peau. En conséquence, plus de chaleur est dissipée du corps humain par la transpiration, offrant un confort thermique aux utilisateurs tels que les travailleurs de la santé.

Pour examiner l'efficacité de leur solution, l'équipe NUS a mené des tests en collaboration avec des chercheurs de HTX, en utilisant un mannequin "Newton" à 20 zones dans une chambre climatique. Il s'agit d'une étape expérimentale importante dans l'évaluation de la faisabilité de l'application du film composite à l'échelle des vêtements complets.

Avec le film composite, l'humidité relative (HR) dans des conditions de transpiration modérée a chuté d'environ 40 %, passant de 91 % à 48,2 % après une heure de transpiration et à 53,2 % après deux heures de transpiration. L'équipe a également constaté qu'au cours de la première heure de transpiration, l'indice de chaleur ou la "température ressentie de l'air" a chuté de manière significative de 64,6 °C à 40 °C à une température de l'air de 35 °C. À ce niveau, alors que les utilisateurs ont encore chaud, la probabilité de les coups de chaleur, les crampes de chaleur et l'épuisement dû à la chaleur sont remarquablement réduits.

"Ces expériences montrent que notre film piégeant l'humidité réduit efficacement l'humidité relative à l'intérieur de la combinaison de protection, réduisant ainsi considérablement l'indice de chaleur et améliorant le confort thermique des utilisateurs", Asst. Le professeur Tan a expliqué.

Dans une autre expérience en laboratoire, l'équipe de recherche a également montré que la température corporelle (ou température de la peau) pouvait être considérablement réduite de 1,5 °C grâce au refroidissement par évaporation. Cela prouve en outre que le film composite peut potentiellement aider les utilisateurs, tels que les travailleurs de la santé, les soldats ou les pompiers, à soulager le stress thermique, en particulier lors d'activités intenses.

La régénération du film composite de l'équipe NUS est également plus économe en énergie, car elle nécessite une température plus basse pour libérer l'humidité piégée. A 50º C, le film composite libère 80% de son contenu en eau après 10 minutes et cela atteint 95% après 40 minutes. La plupart des matériaux hygroscopiques se régénèrent à une température supérieure à 100º C, sur une durée de plus d'une heure.

"D'après les résultats de diverses études de ce projet, nous espérons que le film piégeant l'humidité pourra être intégré à l'équipement de protection individuelle (EPI) et/ou aux vêtements de protection individuelle (PPC) des agents de l'équipe locale, pour améliorer le confort thermique et améliorer les performances des agents de première ligne », a déclaré Ying Meng Fai, directeur du centre d'expertise en facteurs humains et simulation chez HTX.

Encouragée par les résultats de leur dernière étude, l'équipe NUS travaille maintenant à améliorer leur matériau hygroscopique afin qu'il puisse absorber plus et plus rapidement. L'équipe prévoit également d'appliquer sa stratégie de refroidissement à d'autres types de vêtements de protection tels que ceux des pompiers.

De plus, Asst. Le professeur Tan et son équipe recherchent des opportunités pour commercialiser cette technologie. + Explorer plus loin

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