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Le Origini - IN MEZZO ALLE FIAMME. LA STORIA DEI DISPOSITIVI DI PROTEZIONE INDIVIDUALE

Autore Gianfranco Rocchi | Chief Communication Officer | 15 Settembre 2021 |

* in copertina: tratto dal calendario Mozzanica 2021 – Equipaggiamento di protezione in dotazione alle Fire Brigades nella Londra Vittoriana.

Come abbiamo visto in altri articoli di questa collana, squadre addette allo spegnimento degli incendi sono esistite in forme organizzative diverse, in diverse società, anche antiche. Questi antenati dei vigili del fuoco affrontavano il calore, le fiamme e il fumo impiegando alcuni di quelli che oggi chiameremmo dispositivi di protezione individuale.

Non abbiamo lo spazio in questo articolo per farne una carrellata completa, quindi ci limiteremo a seguire le parabole di alcuni elementi, i principali.

 

Quando si pensa alla protezione di un individuo da un incendio, che sia esso un vigile del fuoco o un addetto antincendio, lo si immagina vestito di una tuta ignifuga con strisce ad alta visibilità, guanti e scarpe di protezione ed un elmetto con una protezione per occhi e volto. Inoltre questo soggetto affida la protezione delle vie respiratorie a maschere filtranti o addirittura ad un autorespiratore.

Iniziamo quindi questo viaggio da  quello che è il dispositivo di protezione individuale più iconico, quello che   i fratelli Nino e Toni Pagot nel 1964 facevano indossare a Grisù, il draghetto protagonista del loro cartone animato, quando annunciava  di voler fare  il pompiere: il casco.

 

storia del copricapo

L'idea di utilizzare indumenti protettivi per tenere la testa al sicuro, principalmente in battaglia, risale almeno al X secolo a.C. ma probabilmente anche prima.

Gli elmetti che proteggono lavoratori e vigili del fuoco derivano evidentemente da questo tipo di copricapi.

Nel XIX secolo, nei cantieri navali i lavoratori cospargevano di catrame i loro cappelli e poi li mettevano ad asciugare al sole, facendoli diventare elmetti in grado di proteggerli dalla caduta di oggetti.

Nel 1898, un uomo d'affari californiano di nome Edward Dickinson Bullard iniziò a vendere copricapi protettivi in ​​pelle per i lavoratori. Gli affari della Bullard Manufacturing Company andarono piuttosto bene per anni.

Bullard vendeva principalmente ai minatori. Il cappello era simile a un berretto da baseball ed era realizzato in pelle dura con un bordo in gommalacca. Le vendite di cappelli continuarono dopo la prima guerra mondiale, periodo in cui questo dispositivo di protezione, che venne brevettato, fu chiamato Hard Boiled Hat a causa dell'uso del vapore nel processo di produzione.

Quando però il figlio, reduce dalla prima guerra mondiale, tornò con il suo elmetto d'acciaio, Bullard decise di svilupparne un tipo simile per i lavoratori.

A fine anni ’20, quando iniziarono i lavori di costruzione del Golden Gate Bridge, a San Francisco, l'ingegnere capo Joseph B Struss chiese alla società Bullard di sviluppare dei copricapi adatti ai suoi lavoratori.

Nel 1938 Bullard progettò e creò il primo elmetto in alluminio, leggero ed estremamente resistente.

Il principale svantaggio degli elmetti in alluminio era che un cappello del genere era un ottimo conduttore di elettricità.

Un elmetto in fibra di vetro resistente al calore fu quindi sviluppato negli anni '40; le termoplastiche hanno sostituito il più costoso elmetto metallico negli anni '50 e '60.

Il moderno elmetto standard è stato progettato nel 1982. È stato creato perché le versioni precedenti degli elmetti non avevano una sospensione adeguata.

Sebbene parte di queste innovazioni siano confluite anche nei caschi per gli addetti antincendio, la storia dell’elmetto di protezione dei lavoratori e quello dei vigili del fuoco sembrano avere percorsi tutto sommato paralleli ma distinti.

All'inizio del XIX secolo, negli interventi di spegnimento degli incendi venivano indossati cappucci di feltro di vario design, ed avevano uno scopo più decorativo che protettivo; questo primo copricapo non forniva alcuna protezione contro le fiamme o le lesioni alla testa, ma teneva l'acqua lontana dal viso del pompiere.

La leggenda narra che nel 1740 Jacobus Turk (o Turck) un vigile del fuoco di New York City, inventò il primo berretto antincendio in pelle per proteggere i suoi equipaggi dal calore radiante. Il suo prototipo era essenzialmente un cappello a cilindro, arrotondato con una tesa stretta. Questo design originale, tuttavia, aveva ancora i suoi problemi. Si deformava con il calore e l’umidita e non proteggeva molto bene dalle braci calde e da altri detriti ardenti.

Nel 1824, il vigile del fuoco e sellaio Mathew DuBois ha aggiunto del filo metallico per rinforzare il copricapo.

Intorno al 1821-1836 a New York City, Henry T. Gratacap, un produttore di valigie della Grande Mela, e vigile del fuoco volontario costruiva bagagli in pelle trattata in modo speciale per resistere all’umidità ed agli urti che subivano nei viaggi oceanici. Usò queste tecniche per fabbricare un elmetto composto di 8 sezioni triangolari, unite da cuciture in rilievo che si univano all’apice sopra la testa del pompiere. Allargò anche la tesa, rivolgendola verso il basso nella parte posteriore e realizzò dei bordi rialzati sui lati per impedire all'acqua e ai detriti di piovere nel colletto di chi lo indossava1.

L’evoluzione portò ad aumentare le cuciture in rilievo e le creste diventarono 12 e poi 16. A fine dell’800, furono introdotti i caschi in alluminio come alternativa leggera ai caschi in pelle. Il vantaggio della pelle era tuttavia la minor trasmissibilità del calore e dell’elettricità, che cominciava a diffondersi; così la pelle tornò ad affermarsi come materiale d’elezione per gli elmi dei vigili.

Si dovrà attendere il 1979 perché la National Fire Protection Association creasse uno standard sugli elmetti per vigili del fuoco, causando un cambiamento nei requisiti che dovevano essere soddisfatti. Anche in questo caso, i caschi in pelle si affermarono come i più durevoli fino a che materiali più moderni, come la fibra di vetro, non soppiantarono i modelli in pelle (che comunque erano spesso più robusti ma anche più pesanti e scomodi).

 

► scopri di più: DOTAZIONI E ATTREZZATURE ANTINCENDIO MOZZANICA

 

Nel vecchio continente le cose andarono in maniera leggermente diversa e i caschi metallici ebbero una vita più lunga. Tutto questo a causa di un uomo: Napoleone Bonaparte. Questi infatti, in Francia riordinò le varie organizzazioni antincendio in un'unità dell'esercito francese chiamata Sapeurs-pompiers. Esse indossavano un elmo di ottone con un alto cimiero centrale, simile a quello indossato dalla cavalleria dragone, con una placca frontale sulla quale era impresso uno stemma che rappresentava la loro città.  Questo stile di elmo è stato ampiamente copiato in tutta Europa e oltre. Nonostante la rivalità con la Francia napoleonica, l’influenza di questo stile si diffuse anche oltremanica. Il capitano Sir Eyre Massey Shaw, ispirandosi a quanto aveva visto a Parigi, presentò il suo modello ai vigili del fuoco di Londra nel 1868, in sostituzione di un elmetto di pelle nera.

Gli elmetti in metallo sono conduttivi e man mano che l’energia elettrica si diffuse il casco metallico divenne un elemento di rischio. A Londra, nel 1936 fu introdotto un casco in sughero e gomma. Tuttavia, durante la seconda guerra mondiale, furono adottati elmetti d'acciaio in stile militare, simili all'elmetto Brodie usato dall'esercito britannico, per migliorare la protezione durante i raid aerei. Un elmo composito è stato reintrodotto dopo la fine della guerra.

Come nel caso di Bullard, l’equipaggiamento bellico ispirò i vigili del fuoco tedeschi. Il Germania, l’elmetto tedesco DIN  era una versione in lega di alluminio dello Stahlhelm M1942 utilizzato dalla Wehrmacht, standardizzato nel 1956 e normato nel 1964 dalla DIN 14940.

 

Proteggere la testa in maniera efficace significava anche proteggere occhi e volto.

 

la protezione del volto

Mentre gli occhiali da vista esistono da secoli, il vero passo in avanti in termini di sicurezza arrivò quando l'inventore afroamericano Powell Johnson ottenne il brevetto US234039, per le sue "protezioni per gli occhi" nel 1880. L’invenzione non utilizzava lenti ma, al loro posto, due strati di tessuto semi-opaco. Il suo obiettivo era che i soggetti esposti a luci intense li usassero per ridurre l'intensità. Tuttavia, il suo "protettore per gli occhi" non offriva ancora alcuna protezione dagli impatti.

 

Per avere il vetro infrangibile si dovette attendere che inavvertitamente uno scienziato francese che stava salendo una scala facesse accidentalmente cadere una fiaschetta di vetro da uno scaffale nel 1903. Il vetro si frantumò ma invece di dividersi in tanti pezzi rimase insieme quasi nella stessa forma. Lo scienziato, Edouard Benedictus, sconcertato da quanto era accaduto, chiese al suo assistente cosa ci fosse nella fiaschetta. La risposta fu nitrato di cellulosa che era evaporato e aveva lasciato una pellicola.

Dopo aver letto di automobilisti feriti a causa di danni al parabrezza, Benedictus, applicando la sua scoperta, inventò il primo vetro di sicurezza, il Triplex.

Il primo utilizzo di vetri di sicurezza su scala di massa fu durante la prima guerra mondiale, quando furono montate le lenti delle maschere antigas2.

Nel frattempo, ancora negli Stati Uniti, il professore di ottica, Julius King, iniziò a preoccuparsi per le lesioni oculari industriali. Di conseguenza, la sua azienda istituì un dipartimento di sicurezza industriale e protezione degli occhi e, nel 1909, la Julius King Optical Company sviluppò la prima maschera di sicurezza in collaborazione con American Optical. Si chiamava Saniglas.

Negli anni '30 e '40 gli occhiali di protezione, grandi e antiestetici, furono progettati per i lavoratori della fornace e per i fonditori.

Anche se avesse indossato degli occhiali Lester Bourke, un vigile del fuoco newyorkese, nel 1960 sarebbe rimasto comunque ferito al volto mentre cercava di spegnere l’incendio durante il quale un pezzo di ferro angolare lo colpì proprio sotto l'orlo del suo casco antincendio in pelle. Sebbene il taglio sia guarito nel tempo, a Lester rimase il desiderio di trovare un modo per proteggere occhi e volto da oggetti pericolosi.

Gli occhiali dell'esercito sono stati la prima cosa che ha provato ma questi si appannavano rapidamente. Dopo diversi tentativi sviluppò un  prototipo di casco con visiera che si poteva sollevare al bisogno.

Bourke richiese il brevetto nel febbraio 1965 e iniziò, poi, ad indossare il suo dispositivo di protezione per gli occhi sul suo casco. Quando il brevetto statunitense numero 3.383.155 gli fu ufficialmente concesso, il 14 maggio 1968, Lester T. Bourke aveva già portato la sua invenzione all’industria che la stava commercializzando.

L'appannamento rimaneva il problema numero uno con gli occhiali di sicurezza – soprattutto perché più gli occhiali si adattano al volto, più sono suscettibili all'appannamento.

Durante la missione Gemini 9A, nel giugno 1966, l'astronauta Eugene A. Cernan ha testato la prima tuta spaziale della NASA e, anche lui come i lavoratori che usavano occhiali di sicurezza, ha scoperto durante la passeggiata nello spazio che la visiera del suo casco si appannava. La tuta di Cernan è stata testata utilizzando il sistema di supporto vitale Spacecraft 9 dopo il volo, quando si è scoperto che una piccola chiazza della visiera trattata con una soluzione antiappannamento era rimasta priva di condensa. I successivi voli Gemini includevano tutti la soluzione antiappannamento, da applicare prima che si verificasse la passeggiata nello spazio. Da allora le aziende hanno creato rivestimenti per lenti antiappannamento progettati per lavorare in condizioni calde e umide, per compiti fisicamente impegnativi e in aree climatizzate. Molte delle tecnologie avanzate di rivestimento delle lenti odierne manipolano l'umidità attraverso tensioattivi applicate sulla superficie. Uno di questi rivestimenti fa sì che le goccioline di umidità si appiattiscano e formino una pellicola sottile, riducendo la dispersione della luce e consentendo ai lavoratori di vedere più chiaramente. Questo progresso porta prestazioni più elevate agli occhiali di sicurezza resistendo all'appannamento più a lungo rispetto ai tradizionali rivestimenti antiappannamento (fino a 25 lavaggi). È anche più resistente ai graffi rispetto ai tradizionali rivestimenti antiappannamento.

 

► scopri di più: DOTAZIONI E ATTREZZATURE ANTINCENDIO MOZZANICA

 

 

Rimaneva però ancora il problema dell’abbagliamento. Se la radiazione che penetra nell'occhio è così intensa da consumare il pigmento presente nei bastoncelli della retina, l'organismo non fa in tempo a risintetizzarlo quindi l'occhio non vede più nitidamente. Il danno può essere temporaneo o permanente. Questo è ciò che percepiamo, appunto, come abbagliamento; una soluzione quindi può essere quella di ridurre la quantità di radiazione che raggiunge il fondo della retina.

Nel 1808, un fisico e matematico francese di nome Etienne-Louis Malus scoprì che le onde luminose del sole, che di solito vibrano in tutte le direzioni, possono essere allineate in una direzione quando vengono riflesse da qualcosa.  Perchè questa scoperta si traducesse in un'invenzione serviva la determinazione incrollabile di un giovane uomo destinato a diventare uno dei personaggi che hanno lasciato un segno nella storia dell'ottica, dell'industria e del costume, un uomo che era noto non intraprendere un progetto a meno che non fosse manifestamente importante e quasi impossibile.

Il suo nome era Edwin Land e nel 1926 aveva già lasciato l’Università di Harvard e si era trasferito a New York dove continuava a studiare ottica.

Non era associato a un'istituzione educativa e non aveva gli strumenti di un vero laboratorio, ma era determinato a sviluppare dei filtri polarizzatori, quindi si intrufolava in un laboratorio della Columbia University a tarda notte per usare le loro attrezzature e passava le giornate alla New York Public Library a scandagliare la letteratura scientifica alla ricerca di lavori precedenti sulle sostanze polarizzanti. La sua svolta è arrivata quando si è reso conto che, invece di tentare di far crescere un grande cristallo singolo di una sostanza polarizzante, poteva produrre un film con milioni di cristalli polarizzanti di dimensioni micron, disposti in perfetto allineamento l'uno con l'altro.

Dopo diversi esperimenti, mette a punto un foglio polarizzante, chiamato Polaroid, costituito da una pellicola di plastica in cui erano incorporati numerosi cristalli di erapatite.

Land tornò all'Università di Harvard dopo aver sviluppato il film polarizzante, ma non concluse gli studi.

Pochi anni dopo Land fondò la Polaroid Corporation, società creata insieme al professore di Harvard, George Wheelwrigh, che attirò l’attenzione di molte industrie come General Motors, General Electric ed Eastman Kodak, che nel 1934 divenne il primo cliente di Land3. Il resto è storia.

 

Se per proteggere la testa si potevano sperimentare materiali diversi, per le uniformi la scelta delle fibre era, almeno fino ad una certa epoca, più ridotta.

 

tessuti ignifughi

Fino a che gli indumenti resistenti a fiamme e calore non hanno permesso alle squadre antincendio di avvicinarsi, le strutture in fiamme, solitamente, bruciavano completamente e chi vi rimaneva intrappolato aveva ben poche possibilità di ricevere aiuto.

Scopo principale degli indumenti, allora, era quello di consentire di protegger dal calore radiante e non direttamente dalle fiamme e, soprattutto, mantenere il vigile del fuoco all’asciutto mentre litri d’acqua venivano gettati sulle fiamme.

Nello stesso periodo in cui Gratacap produceva l'elmetto antincendio, anche l'uniforme da pompiere fece un passo avanti. Ai tempi si usava la lana, un materiale pesante che offriva una certa protezione contro gli ambienti caldi e freddi. Sia i pantaloni dei vigili del fuoco, sia il loro lungo trench con collo rigido, erano fatti di lana. Sotto il cappotto, indossavano una camicia di cotone o, ancora una volta, di lana, che di solito era di colore rosso. 

I primi cappotti avevano fodere in feltro o lana per fornire calore in inverno, mentre i successivi cappotti di gomma erano molto più lunghi delle giacche moderne, raggiungendo la metà della coscia di un vigile del fuoco e venivano indossati con lunghi stivali di gomma chiamati "stivali a tre quarti" che arrivavano sopra le ginocchia del pompiere. Fu infatti l’avvento della gomma, a metà degli anni '30 del XX secolo, che rivoluzionò l'abbigliamento dei vigili del fuoco. Quelli di lana erano facilmente impregnabili d'acqua e di conseguenza diventavano molto pesanti. I nuovi indumenti in gomma mantenevano le gambe asciutte ed erano molto più leggeri della lana quando erano bagnati. Non si trattava, tuttavia ancora di abbigliamento ignifugo.

 

L'idea di trattare i materiali per renderli più sicuri in caso di incendio risale a secoli fa, e può essere fatta risalire addirittura agli antichi Egizi e poi ai cinesi che ricoprivano il legno con aceto e allume e poi con argilla per impedire la propagazione del fuoco, una tattica copiata dai romani per proteggere le barche dell'Impero migliaia di anni dopo, oltre all'impiego di pelli di animali imbevute d'acqua per evitare che le torri d'assedio prendessero fuoco quando il nemico scagliava contro di esse frecce infuocate.

Già queste antiche civiltà, inoltre, conoscevano le proprietà ignifughe dell'amianto, il cui nome deriva proprio dalla parola greca μαντος  ‘incorruttibile’, o meglio "inestinguibile ". Le sue proprietà ignifughe furono messe a frutto in stoppini in candele e lampade. Gli antichi egizi usavano l'amianto nei tessuti che avvolgevano i corpi dei faraoni per prevenirne il deterioramento. Nel 450 a.C., Erodoto ha riferito di sudari resistenti al fuoco che sono stati realizzati utilizzando amianto, permettendo di separare le ceneri della salma, all'interno del sudario, dalla cenere del fuoco della pira, in maniera che solo le prime potessero essere collocate nell'urna. I romani scoprirono anche un altro uso per l'amianto. Il loro panno di amianto veniva usato per fare tovaglioli, che pulivano usando il fuoco. Incorporarono anche l'amianto negli stoppini della fiamma eterna delle Vestali. Poi nel 755 d.C., il re Carlo Magno, iniziò ad utilizzare tovaglie realizzate con il minerale ignifugo per prevenire incendi accidentali durante feste o celebrazioni. Con l'avvicinarsi della fine del I secolo, l'amianto estratto a Cipro e nell'Italia settentrionale veniva utilizzato in panni per la cremazione, stoppini, carta e altro ancora. Quindi, durante la prima crociata nel 1095, i cavalieri francesi, tedeschi e italiani iniziarono a usare il minerale per uno scopo più distruttivo. Durante gli assedi, i cavalieri proteggevano con l’amianto le catapulte che usavano per lanciare catrame ardente contro le mura delle città avversarie.

Nel Seicento e nel Settecento i teatri inglesi usavano sipari in amianto per prevenire gli incendi.

Giovanni Aldini,  che divenne celebre per macabri e bizzarri esperimenti in cui applicava l’elettricità ad animali e a cadaveri umani, nel tentativo di riportarli alla vita4, fallì nel resuscitare i morti ma sviluppò un indumento che puntava a salvare i vivi, costituito da un robusto strato interno di tessuto imbevuto di allume, con panno di amianto per il viso, le mani e i piedi ed uno strato esterno di garza di filo di rame. L’accorgimento della maglia di rame è stato in parte ispirato dal design della lampada di sicurezza di Davy a cui Aldini stesso aveva apportato dei miglioramenti. Ad Aldini va ascritto anche il merito di aver proposto dei nuovi metodi per la lavorazione dell'amianto.

Nel 1800, l'Italia usava la carta amianto per le banconote. Intorno al 1850, i vigili del fuoco parigini incorporarono l'amianto nelle loro giacche e caschi.

 

► scopri di più: DOTAZIONI E ATTREZZATURE ANTINCENDIO MOZZANICA

 

Le altre tecniche per rendere ignifughi i materiali non erano, però, state dimenticate. Nel 1632 a Parigi venivano impiegati argilla e gesso per rendere ignifughi i tessuti degli arredi dei teatri e i sipari in particolare. Un approccio più sofisticato fu adottato da Obadiah Wyld, che sviluppò una miscela di allume, solfato ferroso e borace, che brevettò in Gran Bretagna nel 1735.

Nel 1821, poi, il grande chimico Joseph Louis Gay-Lussac fece un serio passo avanti nella produzione di materiali ignifughi. Descrisse due metodi di resistenza al fuoco, entrambi i quali prevedevano l'uso di sali: fosfati di ammonio, un sale di ammonio e fosfati, e borace, un sale di acido borico.

Gay-Lussac scoprì che:

 

i sali ritardanti di fiamma più efficaci avevano punti di fusione bassi e quindi formavano depositi vetrosi sulla superficie della fibra, o si decomponevano in vapori non infiammabili che diluivano i gas infiammabili derivati ​​dalla cellulosa.

 

Ma le soluzioni del chimico francese avevano un grosso problema. Erano solubili in acqua. Ciò significava che ripetuti lavaggi dei tessuti trattati facevano sì che le soluzioni venissero facilmente rimosse, rendendo la tecnica inutile per l’uso nell'abbigliamento.

Nel 1912 il chimico William Henry Perkins utilizzò l'ossido stannico per realizzare indumenti ignifughi che mantennero le loro qualità protettive attraverso ripetuti lavaggi; ma la vera evoluzione negli studi sulla resistenza al fuoco è arrivata alla fine del 1900.

 

La ricerca da parte dell'American Army Quartermaster Corp di uniformi ignifughe ha consentito un'enorme iniezione di denaro e risorse nella ricerca e nello sviluppo e ha fatto progredire notevolmente la comprensione della chimica e della fisica di questi materiali, migliorando la resistenza alla fiamma, mantenendo la resistenza del tessuto e la morbidezza al tatto.

Si svilupparono metodi che alteravano chimicamente le molecole di cellulosa del cotone aumentando la resistenza al fuoco pur mantenendo resistenza e durata della fibra all’usura. Negli anni '30 fu sviluppato il trattamento "746" o "FWWMR", brevettato nel 1942. Sfortunatamente, questo trattamento raddoppiava il peso dei tessuti.

Dopo la guerra, la ricerca sui ritardanti di fiamma si è rivolta a sviluppare un processo migliore per il trattamento dei tessuti di cotone che erano significativamente indeboliti quando venivano applicati i trattamenti. Per quanto riguarda il cotone solo nel 1987 fu introdotto l'Indura, con cui fu realizzata la prima gamma di indumenti ignifughi al 100% in cotone.

L'industria dei tessuti (e non solo) però, tra le due guerre, assistette anche ad una rivoluzione copernicana, affiancando ai trattamenti delle fibre naturali delle nuove fibre, quelle sintetiche.

 

Wallace Carothers fortunatamente abbandonò gli studi in contabilità per dedicarsi alla chimica5. Mentre era ancora uno studente universitario, Carothers divenne il capo del dipartimento di chimica all'Università dell'Illinois. Wallace Carothers aveva talento in chimica, ma il vero motivo della nomina era una carenza di personale a causa dello sforzo bellico nella Prima Guerra Mondiale. Quando divenne professore ad Harvard, iniziò le sue ricerche sulle strutture chimiche dei polimeri ma quasi contemporaneamente, nel 1928 è stato nominato direttore della ricerca in chimica organica da EI du Pont de Nemours & Company presso il suo laboratorio a Wilmington,  dove il colosso chimico intendeva condurre ricerca per lo sviluppo di materiali artificiali, decidendo che la strada da percorrere era la ricerca di base, un percorso non comune per un'azienda all'epoca. Carothers e il suo team sono stati i primi a indagare sulla famiglia di sostanze chimiche dell'acetilene.

Nel 1931, DuPont iniziò a produrre neoprene, una gomma sintetica creata dal laboratorio di Carothers. Il team di ricerca ha quindi rivolto i propri sforzi verso una fibra sintetica che potesse sostituire la seta. Il Giappone era la principale fonte di seta degli Stati Uniti e le relazioni commerciali tra i due paesi si stavano rompendo.

Nell'aprile del 1930, un assistente di laboratorio che lavorava con esteri - composti che producono un acido e un alcol o fenolo in reazione con l'acqua - scoprì un polimero molto forte che poteva essere trasformato in una fibra. Questa fibra di poliestere aveva un basso punto di fusione, tuttavia. Carothers cambiò rotta e iniziò a lavorare con le ammidi, che erano derivate dall'ammoniaca. Nel 1935, Carothers trovò una robusta fibra di poliammide che resisteva bene sia al calore che ai solventi. Valutò più di 100 diverse poliammidi prima di sceglierne una, il nylon, per lo sviluppo.

Nel 1935, DuPont brevettò la nuova fibra e la introdusse nel mercato tre anni dopo6.

Da allora e fino all'inizio degli anni Cinquanta, furono prodotte numerose poliammidi interamente aromatiche. La maggior parte di questi polimeri non poteva essere trasformata in fibre, poiché erano generalmente piuttosto intrattabili e i loro pesi molecolari erano spesso troppo bassi.

Wilson A. Reeves e John D. Guthrie nel 1953 si videro riconosciuto il brevetto US2772188A per il tetrakis idrossimetil fosfonio cloruro (THPC) che ha avuto applicazioni come precursore di materiali ignifughi. Il THPC poteva essere applicato a cotone, carta, plastica, vernice, mobili e altri materiali da costruzione7.

Tra gli anni '60 e '70, intanto, sulla base di precedenti ricerche di Monsanto Company e Bayer vennero sviluppate da DuPont e AkzoNobel, fibre para-aramidiche con tenacità e modulo elastico molto più elevati. Entrambe le aziende traevano profitto dalla loro conoscenza della lavorazione del rayon, del poliestere e del nylon.

 

Wilfred Sweeney, sempre alla DuPont, mentre stava cercando di scoprire quali dovevano essere i migliori elementi costitutivi per una poliammide aromatica è riuscito a produrre una poliammide totalmente aromatica ad alto peso molecolare, MPD-1. Era ora in grado di filare una fibra ad elevata resistenza al calore e alla fiamma. La polimerizzazione e la filatura furono ulteriormente migliorate da Paul Morgan e Stephanie Kwolek i quali scoprirono che i pesi molecolari potevano essere migliorati con l'aggiunta di sali. Divenne possibile fare una buona fibra nell'estate del 1955. Questa fu la prima fibra che poteva essere riscaldata oltre i 300°C. La resistenza era nella gamma del nylon, ma la tenacità della fibra era circa 3 volte superiore. Fu quindi coinvolto l'US Air Force Materials Laboratory.

Quando la fibra MPD-1 è stata prodotta su scala leggermente più ampia, Wayne Sorenson è stato incaricato di sviluppare il percorso più praticabile per realizzare la fibra. Questa procedura divenne nota come "policondensazione in soluzione modificata" e quindi, nel 1958, Du Pont decise di avviare un progetto di sviluppo per la fibra MPD-1. Al progetto e alla fibra è stato dato il nome HT-1

Nel 1961 fu presa la decisione di costruire un piccolo stabilimento a Richmond, Virginia, che entrò in funzione alla fine del 1962 e alla fibra HT-1 fu dato il marchio di fabbrica, "Nomex".

Fondamentalmente, quella sviluppata da Sweeney era una fibra le cui molecole sono legate in modo estremamente stretto e vicine tra loro in una struttura a catena, che rende le fibre immensamente resistenti ed è ciò che rende Nomex intrinsecamente ignifugo. Inoltre le fibre aramidiche si gonfiano e diventano più spesse, se esposte alla fiamma. Questo gonfiore aiuta a creare una barriera protettiva tra chi lo indossa e la fiamma. Le stesse proprietà molecolari che impediscono al flusso di calore di penetrarlo interrompono anche il flusso di elettricità.

 

Un altro membro del gruppo di ricerca dei laboratori DuPont, Stephanie Kwolek, inizialmente non voleva fare la chimica ma diventare un medico. Tuttavia, a causa della mancanza di fondi per un corso di medicina ha optato per una posizione di ricerca presso il laboratorio di fibre tessili DuPont a Buffalo, New York.

Nel 1950 si trasferì nel nuovo Laboratorio di Ricerca di Wilmington, specializzandosi in processi a bassa temperatura per la preparazione di polimeri di condensazione, cercando di creare fibre a base di petrolio altamente rigide e resistenti. Partecipò, come abbiamo già accennato, ai successi con le prime fibre aramidiche oltre a condurre ricerche sui polimeri cristallini liquidi che portarono alla creazione dei primi monomeri puri utilizzati per sintetizzare la polibenzammide. Nel 1965, prendendo alcuni degli intermedi da questi processi, che di solito erano troppo instabili per durare per più di pochi secondi, ha creato un solvente adatto che ha consentito la polimerizzazione a bassa temperatura di questi prodotti. Queste soluzioni di poliammide erano diverse da qualsiasi soluzione polimerica precedentemente preparata in laboratorio. Erano insolitamente fluidi, torbidi e dall'aspetto simile al latticello e diventavano opalescenti quando mescolati.

Il responsabile dell'attrezzatura di filatura inizialmente si rifiutò di filare la prima di tali soluzioni perché temeva che la torbidità fosse causata dalla presenza di particelle che avrebbero tappato i piccoli fori (0,025 mm di diametro) nella filiera.

Tuttavia Kwolek riteneva che valesse la pena di perseverare e insistette sul fatto che fosse filata in una fibra.

Il prodotto era una fibra incredibilmente forte e rigida, mai vista prima. Ci vollero più di cinque anni per superare le sfide che il nuovo materiale insolubile e rigido poneva alla sua lavorazione ma nel 1971, finalmente, fu commercializzato il kevlar.

A differenza di altre fibre, il kevlar può offrire non solo una grande tenacità e resistenza al taglio, ma anche un'altissima resistenza al calore. Per questo oggi è utilizzato in molti mercati e applicazioni a tecnologia avanzata, soddisfacendo un'ampia gamma di utilizzi, tra cui soluzioni di Dispositivi di Protezione Individuale, automotive e aerospaziale.

 

Chi invece scelse fin da subito la via della chimica fu Carl Shipp Marvel. Mentre era all'Università dell'Illinois, Marvel divenne amico del compagno di studi Wallace Carothers e come l'inventore del nylon anche i suoi studi subirono il contraccolpo della prima guerra mondiale. Non furono tuttavia solo effetti negativi, per la futura carriera di Marvel. Poiché la guerra aveva interrotto le fonti di approvvigionamento, era diventato difficile ottenere molti dei prodotti chimici utilizzati nella chimica organica sintetica e nei relativi processi industriali. Clarence Derick istituì quindi l'unità Organic Chemical Produces per produrre e vendere prodotti chimici che erano precedentemente importati dalla Germania. Dal 1916 al 1919 Marvel ha lavorato presso l'unità di produzione sotto Roger Adams8. Il suo lavoro nell'unità Organic Chemical Produces gli ha dato una vasta esperienza nella preparazione chimica.

Nel 1919, finita la guerra, Marvel tornò a studiare a tempo pieno, supportato da una borsa di studio, ancora una volta, della DuPont.

Ben presto si occupò della chimica dei polimeri; con la sua capacità di improvvisare e perfezionare nuove tecniche, ha dato importanti contributi fondamentali al campo della scienza dei polimeri per il quale è stato riconosciuto come il "padre" della chimica dei polimeri sintetici.

Nel 1928, Marvel fu raccomandato da Roger Adams come consulente per la DuPont Central Research.

La guerra fece di nuovo irruzione nella vita di Marvel e naturalmente del resto del mondo.

Marvel ha partecipato intensamente al programma statunitense della gomma sintetica quando le forniture di gomma naturale sono state interrotte durante la Seconda Guerra Mondiale.

Dopo la vittoria, nel 1946, fu mandato in Germania come membro di un team di intelligence tecnica, per riferire sullo stato della tecnologia tedesca della gomma. Marvel e colleghi hanno scoperto che gli scienziati tedeschi stavano usando un processo di polimerizzazione redox a 5°C, una temperatura notevolmente inferiore rispetto ai processi precedenti. Marvel e il suo gruppo hanno sviluppato ulteriormente questa idea, creando un processo di gomma a freddo per l'industria americana.

Si trattava quindi di uno scienziato che godeva della fiducia delle forze armate e questo, oltre alla sua competenza, deve aver giocato quando, negli anni '50 Marvel fu contattato dalla Wright Patterson Air Force Base, perché l'US Air Force aveva bisogno di un materiale adatto per i paracadute drogue9. Avevano bisogno di un materiale che mantenesse la sua resistenza se sottoposto a temperature estremamente elevate. Ricercando polimeri stabili alle alte temperature, Marvel è stato il primo a sintetizzare il polibenzimidazolo (PBI), un polimero di condensazione con unità ripetitive aromatiche ed eteroaromatiche. Ha poi lavorato con Herward Vogel, prima all'Università dell'Illinois e poi all'Università dell'Arizona, per migliorare la qualità del polimero e sviluppare la fibra di polibenzimidazolo. Il loro miglior PBI era sia non infiammabile che stabile a temperature fino a 600°C. A causa della sua stabilità termica e ossidativa, il PBI è stato adottato dalla NASA negli anni '60 per l'uso in applicazioni aerospaziali e di difesa. Nel 1978, il PBI iniziò ad essere utilizzato nelle attrezzature dei vigili del fuoco degli Stati Uniti10.

 

Leggendo questa storia sembra che tutto uscì dai laboratori DuPont. Se è vero che molto si dovette a quel gruppo di ricerca, va ricordata anche un’altra importante fibra: il modacrilico, sviluppato nel 1949 come modifica dell'acrilico, come suggerisce il nome. Il primo produttore fu la Union Carbide Corporation, con il nome commerciale Dynel. Come l'acrilico, il modacrilico è stato creato per dare una sensazione simile alla lana. I capi realizzati in modacrilico possono essere facilmente tinti, mostrano una buona tenuta di stampa e forma e si asciugano rapidamente. Hanno un'eccezionale resistenza agli agenti chimici e ai solventi, non vengono attaccati da tarme o muffe e sono anallergici. I modacrilici sono ritardanti di fiamma e non bruciano. Le fibre sono difficili da accendere e si autoestinguono. Oltre alle proprietà ignifughe, un modacrilico ha una durata relativamente elevata paragonabile alla lana. Le fibre modacriliche hanno una moderata resistenza all'abrasione e una tenacità molto bassa. Una delle proprietà più interessanti dei tessuti modacrilici è la protezione contro l' arco elettrico. Conseguentemente i modacrilici sono anche cattivi conduttori di calore. I modacrilici sono utilizzati dai produttori di tessuti tecnicamente avanzati per miscele confortevoli e protettive spesso utilizzate nei dispositivi di protezione individuale, principalmente quando è necessaria o richiesta resistenza ambientale o ritardante di fiamma. I modacrilici possono combinare la resistenza alla fiamma con una densità relativamente bassa, evitando che gli indumenti protettivi siano eccessivamente pesanti. La combinazione di ritardante di fiamma e bassa densità è utile anche in arredi, tendaggi e tessuti per esterni.

Quando queste fibre si sono rese disponibili le giacche e pantaloni dei vigili del fuoco ma anche i guanti ignifughi e l’intimo tecnico sono stati presto realizzate in aramidi come Nomex e Kevlar o polibenzimidazolo (PBI) o in modacrilico.

 

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Per quanto riguarda la protezione di gambe e piedi, invece, all'inizio del XX secolo le calzature da pompiere tendevano tutte ad avere un design simile.

Il primo stivale da pompiere moderno era in pelle alto fino al ginocchio, che alla fine fu leggermente ridimensionato. Lo scopo principale era quello di mantenere i piedi e la parte inferiore della gamba asciutti.

Gli stivali antincendio di gomma sono apparsi per la prima volta negli anni '30, offrendo un'alternativa più economica alla pelle. 

Gli stivali di gomma pull-on preferiti dai dipartimenti urbani alla fine hanno aggiunto una punta protetta. I materiali sono stati modificati per renderli più resistenti al fuoco e ai prodotti chimici pericolosi, ed è stata aggiunta una piastra protettiva al plantare per resistere alle forature.

Tuttavia, la pelle è diventata sempre più popolare negli anni 2000 perché è ancora la più facile da decontaminare, può essere più leggera di tre chili a parità di efficacia e fornisce un migliore supporto del tallone, prevenendo disagi o addirittura lesioni sul lavoro. 

 

Prima di lasciare il tema dei tessuti protettivi dobbiamo raccontare ancora una storia di una vita che come quella di Carothers e Kwolek ha subito una deviazione dalla rotta tracciata. Nel caso di Bob Switzer, però, la virata quasi gli costò la vita.

I sogni di Bob di diventare un medico sono stati interrotti quando è stato ferito mentre scaricava casse nella fabbrica di Heinz Ketchup a Berkeley, in California. Switzer inciampò e cadde, battendo la testa abbastanza forte da mandarlo in coma. Quando si è svegliato, i medici gli hanno detto che la sua vista sarebbe stata danneggiata in modo permanente e gli hanno prescritto di rimanere in una stanza buia fino a quando non si fosse ripreso.

Il fratello di Bob, Joe, stava facendo ricerche su come le sostanze chimiche fluorescenti potessero migliorare i suoi spettacoli di magia e le usava per intrattenere Bob mentre era malato. I fratelli passavano il tempo agitando queste sostanze chimiche nell'aria per creare schemi. Una volta che Bob si è ripreso, ha continuato a sperimentare, mescolando i prodotti chimici con la vernice per legno nella vasca da bagno di casa. Non passò molto tempo prima che Bob e Joe avessero inventato la primissima vernice fluorescente al mondo, che hanno battezzato 'Day-Glo' per mettere in parallelo la sua capacità di "brillare" alla luce del giorno. Bob ha usato con entusiasmo questa vernice sull'abito da sposa di sua moglie, ed ha inavvertitamente creato il primo capo di abbigliamento ad alta visibilità. A Bob e Joe è stato dato rapidamente il soprannome di "The Day-Glo Brothers", partecipando a spettacoli di magia e teatrali e commercializzando i loro prodotti da utilizzare nei poster dei film.

Il governo degli Stati Uniti ha iniziato a utilizzare questa tecnologia per aumentare la visibilità dei soldati e ridurre le vittime del fuoco amico nella seconda guerra mondiale. Il governo ha riscontrato un ulteriore vantaggio creando pannelli di tessuto per inviare segnali da terra agli aerei. Il personale di terra indossando tute fluorescenti, evidenziate da lampade ultraviolette, dirigeva i piloti in volo. Boe ad alta visibilità sono state utilizzate anche per distinguere quali parti del mare erano state bonificate dalle mine.

Un passo significativo nel suo utilizzo nell'abbigliamento da lavoro è stato fatto nel 1964, quando Scottish Rail è diventata la prima azienda a introdurre abbigliamento da lavoro ad alta visibilità nei servizi ferroviari a causa di un elevato numero di problemi di sicurezza.

 

L’esterno del corpo poteva essere protetto da caschi e uniformi ma il fumo e gas nocivi rappresentavano ancora un pericolo gravissimo per chi abbia a che fare con un incendio.

 

protezione delle vie respiratorie

La spugna comune era usata già nell'antica Grecia come maschera antigas ma il primo uso documentato di dispositivi per la protezione delle vie aeree è da parte dei Romani, i cui minatori si dice abbiano usato pelli di vescica animale per offrire una certa protezione contro la polvere di ossido di piombo11.

Si pensava che la vescica fosse abbastanza porosa da consentire a chi la indossava di respirare, ma avrebbe filtrato le particelle pericolose dall'ingresso nei polmoni.

Nel 850 d.C. i tre fratelli Banu Musa12, nel loro libro sui "dispositivi ingegnosi" ne descrissero uno per proteggere i lavoratori che lavorano nei pozzi inquinati.

Non c’erano solo le polveri a minacciare la salute dell’uomo. Il Medico della Peste era diffuso in tutta Europa già nel medioevo. Nel XVII secolo, un famoso medico francese, Charles de Lorme, perfezionò la maschera del Medico della Peste, conferendole l’aspetto che conosciamo. Il principio era quello di isolare il curante, prevenendo il contatto diretto con i corpi degli appestati. Il vestito, che copriva interamente il Medico della Peste da testa a piedi, era in tela cerata, ben chiusa intorno alla maschera. La maschera del Medico della Peste copriva il viso con un ovale in cui si aprono due fori tondi, all’altezza degli occhi. Questi fori erano sigillati da due pezzi di vetro fissati alla maschera. Nella parte inferiore del viso, si allungava un poderoso naso adunco, a mo’ di grosso becco. Sui lati del “becco”, erano praticati due tagli orizzontali, per far passare l’aria. Il becco veniva poi riempito di erbe aromatiche, così da filtrare e purificare l’aria respirata dal Medico della Peste per evitare il contagio. Secondo la dottrina miasmatico-umorale, il contagio era infatti attribuito all’”aria cattiva”.

Anche Leonardo da Vinci si applicò al tema ma la tecnologia per proteggere le vie respiratorie non progredì ancora per molto tempo.

Nel 1649 un medico olandese esaminò i polmoni di un tagliapietre e affermò di aver trovato una "grande quantità di polvere di pietra... mi sembra di tagliare un mucchio di sabbia".

Nel 1700, Bernardino Ramazzini, noto come il padre della medicina del lavoro, descrisse l'inadeguatezza della protezione respiratoria contro i rischi di arsenico, gesso, calce, tabacco e silice.

Una prima vera maschera protettiva fu quella che nel 1785, inventò Jean-François Pilâtre de Rozier pioniere della chimica e dell'aerostatica (fu il secondo uomo a volare, con uno dei due fratelli Mongolfier, ed il primo, assieme al compagno  Pierre Romain a morire in un incidente aereo, tentando di attraversare la Manica).

L'apparato respiratorio di Pilâtre de Rozier permetteva a coloro che lavoravano nell'atmosfera nociva di un pozzo profondo o di un pozzo nero di respirare aria fresca fornita da un tubo dalla superficie. Pilatre ha testato direttamente e coraggiosamente il suo respiratore e il suo dispositivo è stato elogiato anche dalla confraternita dei medici, ma non è stato adottato in pratica.

Poco dopo, l'esploratore tedesco e funzionario minerario Alexander von Humboldt, il grande naturalista, esploratore, geografo e botanico tedesco, considerato ai suoi tempi la persona più famosa al mondo al pari di Napoleone Bonaparte, inventò il primo "respiratore", progettato per proteggere i lavoratori minerari, già nel 1799, quando lavorava come ingegnere minerario in Prussia. I sistemi di protezione delle vie respiratorie, comunque, fino a quell'epoca, consistevano solitamente in un sacco che veniva fissato intorno alla gola e alimentato da un serbatoio di aria pulita.

La protezione respiratoria rimase minima fino al XIX secolo, in particolare in ambito antincendio. Si raccontano storie di vigili del fuoco che si facevano crescere barbe lunghe e poi le tenevano strette tra le labbra dopo averle immerse nell'acqua.

 

Nel 1827, il botanico scozzese Robert Brown scoprì il fenomeno noto come movimento browniano. La comprensione del comportamento delle piccole particelle, delle proprietà dei media filtranti e delle loro interazioni ha portato al primo respiratore antiparticolato.

Alcuni respiratori primitivi erano in grado di assorbire parte dell'anidride carbonica nell'aria espirata, consentendo respiri multipli, mentre altri avevano valvole che consentivano l'esalazione dell'aria usata.

 

Nel 1814, appena adolescente, John Deane si unì alla Compagnia delle Indie Orientali e navigò per sette anni. Si racconta che nel 1820, John, in Inghilterra si sia trovato ad assistere all'incendio di una stalla piena di cavalli. L'agricoltore aveva una pompa e un piccolo tubo che a malapena faceva uscire l'acqua, e il fumo era tale che nessuno poteva entrare nel fienile. Precipitandosi nella fattoria per trovare dei secchi, si imbatté in una vecchia armatura. Improvvisamente ispirato, afferrò l'elmo e si precipitò verso il fuoco, spinse via il contadino e infilò il tubo nell'elmo. Poiché il tubo poteva pompare aria e acqua, John fu in grado di respirare aria fresca ed entrare nella stalla e salvare tutti i cavalli. All'epoca John aveva diciotto anni.

Che si tratti di verità o leggenda resta il fatto che nel 1823 John e Charles Deane perfezionarono l'Elmo Fumogeno; Il dispositivo era costituito da un elmetto di rame con un lungo tubo di cuoio attaccato alla parte posteriore del casco, usato per fornire aria, attraverso una pompa a doppio soffietto. Un tubo più corto permetteva all'aria respirata di fuoriuscire. L’apparato era completato da una tuta in pelle o tessuto ermetico, assicurato da cinghie13. John Deane, aveva il dono dell'inventiva ma, evidentemente, non quello della sintesi in quanto battezzò il suo apparato come:

 

Apparecchi o macchine che devono essere indossati da persone che accedono a stanze o altri luoghi pieni di fumo o altri vapori, allo scopo di estinguere il fuoco o di districarsi in persone o proprietà.

 

Il precursore della moderna maschera antigas fu inventato nel 1847 da Lewis P. Haslett, si trattava di un dispositivo che conteneva elementi che consentivano la respirazione attraverso il naso e il boccaglio, l'inalazione dell'aria attraverso un filtro in lana inumidita o un materiale poroso simile in un contenitore a forma di bulbo e una valvola a clapet per espirare l'aria. L'Haslett Lung Protector ha ricevuto un brevetto US Patent 6529 il 12 giugno 1849. Queste maschere tuttavia filtravano i fumi ma con il progresso della chimica era necessario e finalmente possibile rimuovere anche altri agenti gassosi.

 

La prima maschera antigas fu inventata dal chimico scozzese John Stenhouse, che la sviluppò in modo da poter compiere in sicurezza i propri esperimenti. Stenhouse aveva scoperto che il carbone di legna aveva proprietà disinfettanti se usato con i filtri dell'aria. John Stenhouse espose per la prima volta il suo "filtro dell'aria a carbone" (AKA Gas Mask) nel 1854. Decise di non brevettare l'idea perchè l'invenzione potesse salvare più vite possibile.

Da allora si susseguirono svariate proposte di maschere antigas con diversi design.

Il respiratore di Samuel Barton, del 1874, aveva una copertura facciale in gomma e metallo, oculari in vetro, cappuccio rivestito in gomma e un contenitore di metallo sulla parte anteriore della maschera che conteneva calce, cotone idrofilo imbevuto di glicerina e carbone.

Nel numero di luglio 1875 di Manufacturer and Builder, il fisico britannico John Tyndall14 descrisse la sua nuova invenzione, un respiratore per vigili del fuoco, che utilizzava cotone imbevuto di glicerina, calce e carbone per filtrare le particelle di fumo e neutralizzare l'acido carbonico.

Il modello proposto da George Neally, del 1877 aveva un filtro portato sul petto, ma due anni dopo ne brevettò un'altra versione con il filtro montato direttamente sul facciale. La Nealy Smoke Mask utilizzava una serie di spugne sature d'acqua e un sacchetto d'acqua attaccato a una tracolla. Chi lo indossava poteva spremere il sacchetto d'acqua per saturare nuovamente le spugne e filtrare parte del fumo.

Bernhard Loeb di Berlino brevettò un respiratore (brevetto USA n. 533854) nel 1895, il quale presentava un contenitore a tripla camera portato sulla vita al cui interno sostanze chimiche liquide, carbone granulato e ovatta filtravano l’aria che era poi portata con un tubo direttamente al casco chiuso.

Con l'inizio del XX secolo Muntz realizzò il duckface, che somigliava ad una testa d'anatra; si tratta di una maschera che copre la testa e il cui filtro a base di carbone veniva posto a mo' di becco.

 

La prima guerra mondiale ha portato alla prima necessità di maschere antigas prodotte in serie da entrambe le parti a causa dell'ampio uso di armi chimiche. L'esercito tedesco usò con successo per la prima volta gas velenoso contro le truppe alleate nella seconda battaglia di Ypres, in Belgio, il 22 aprile 1915. Come risposta immediata fu data alle truppe un batuffolo di cotone avvolto in mussola entro il 1 maggio e poco dopo è stato fornito il respiratore Black Veil15, che era un batuffolo di cotone imbevuto di una soluzione assorbente, fissato sulla bocca con un velo di cotone nero.

Nell'estate e nell'autunno del 1915, Edward Harrison, Bertram Lambert e John Sadd svilupparono il respiratore Large Box. Questa maschera antigas a bombola aveva un barattolo di latta contenente i materiali assorbenti.

Intorno al 1918, si è constatato che carboncini realizzati dai gusci e semi di varie frutta e noci, come noci di cocco, le castagne, ippocastani, e pesche pietre filtravano molto meglio del carbone di legna, lanciando un programma pubblico di raccolta e riciclaggio di questi materiali di scarto per aiutare lo sforzo bellico.

La prima maschera antigas a carbone attivo filtrante fu però inventata nel 1915 dal chimico russo Nikolay Zelinsky.

Il respiratore britannico, Anti-Gas (Light) è stato sviluppato nel 1943 dagli inglesi. Era fatto di plastica e materiale simile alla gomma che riduceva notevolmente il peso e l'ingombro, rispetto alle maschere antigas della prima guerra mondiale, e si adattava al viso dell'utente in modo più aderente e confortevole. Il miglioramento principale è stato sostituire il contenitore del filtro separato, collegato con un tubo flessibile, con un contenitore del filtro avvitato sul lato della maschera antigas, che poteva essere sostituito facilmente. Inoltre, aveva lenti in plastica sostituibili.

 

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Come abbiamo visto, già dall’antichità, soprattutto fino a quando il progresso della chimica non ha consentito di migliorare la capacità filtrante, alcuni di questi sistemi puntavano a garantire a chi li indossava una riserva d’aria pulita.   Questo approccio  progettuale tornò a proporsi  quando la tecnologia  delle bombole e delle valvole – che altre volte in questa collana  abbiamo trattato – ha consentito di sviluppare apparati in grado di conservare riserve d’aria  sufficienti.

 

Mentre gli antichi sommozzatori usavano tubi – lunghi snorkel - per attingere l'aria, gli scienziati del diciassettesimo secolo aggiunsero mantici a questi dispositivi come un modo per fornire una respirazione a pressione positiva.

Nei primi anni ’60 del XIX secolo James Braidwood, il sovrintendente dei vigili del fuoco di Londra, inventò un tipo di maschera a manichetta. Per fornire aria e proteggere i vigili del fuoco dal fumo, un tubo era collegato a una pompa dell'aria collegata al motore all'esterno dell'edificio. Un robusto vestito di pelle e un cappuccio venivano indossati per proteggere chi lo indossava dal calore e dalle fiamme. Sul cappuccio erano previsti fori per gli occhi. Per fornire luce veniva portata una potente lanterna riflettente sul petto. L’equipaggiamento si completava di un fischietto per le comunicazioni di emergenza16.

Nel 1863 fu concesso ad A. Lacour un brevetto per la sua invenzione, "l'apparato respiratorio migliorato". Questo era in realtà una sorta di apparato respiratorio autonomo e consisteva in un sacchetto ermetico fatto di due involucri di tela, separati da un rivestimento di gomma indiana. Il dispositivo veniva portato sulla schiena del pompiere e tenuto in posizione da due spallacci e una cintura intorno alla vita. La sacca era riempita con aria pura gonfiata con un paio di soffietti ed era disponibile in diverse dimensioni per una durata dell'aria da 10 a 30 minuti. Sulla parte superiore della sacca erano collegati due tubi di gomma indiana ad un bocchino che veniva tenuto in posizione mordendolo con i denti. I tappi di sughero venivano posti nel boccaglio quando il sacco veniva riempito attraverso un rubinetto sul fondo dello stesso. I tappi venivano quindi rimossi quando chi li indossava era pronto per iniziare a respirare l'aria immagazzinata. Anche questo equipaggiamento era completato da un paio di occhiali per proteggere gli occhi dal fumo, un morsetto di gomma per il naso e un fischietto che poteva essere premuto a mano. 

Intanto in Francia nel 1860 Benoît Rouquayrol, un ingegnere minerario francese, sviluppò un autorespiratore per aiutare i minatori a sopravvivere alle fughe di gas velenosi, costruendo un "Regolatore per l'equalizzazione del gas compresso". Nel 1864, con l'aiuto del tenente della marina francese Auguste Denayrouze creò la prima muta da sub.

 

Henry Albert Fleuss vide presto queste attrezzature poiché già dall'età di sedici anni andava per mare, diventando infine un ufficiale della P&O Company.

Dopo aver studiato la fisiologia e la chimica necessarie nel suo tempo libero, Fleuss concluse che se il subacqueo avesse portato con sé una scorta di ossigeno compresso e un mezzo per assorbire chimicamente l'anidride carbonica, allora avrebbe potuto rimanere completamente indipendente dalla superficie. Nel 1878 lasciò la P&O e iniziò a costruire il suo primo apparecchio subacqueo autonomo. Si dimostrò sia intraprendente che innovativo, costruendo lui stesso gran parte dell'apparato, incluso un mezzo per generare e comprimere l'ossigeno.

Il dispositivo consisteva in una maschera di gomma, un pallone per la respirazione, un serbatoio di rame per contenere l'ossigeno e uno scrubber. Il sistema a circuito chiuso era progettato per riutilizzare l'ossigeno. L'aria espirata veniva condotta attraverso un tubo flessibile, la cui estremità passa per un involucro contenente numerosi piccoli granuli preferibilmente di gomma indiana spugnosa o altro materiale poroso simile saturato o rivestito con una soluzione forte di potassa caustica o altra sostanza in grado di assorbire l'anidride carbonica. L'aria, così trattata, veniva quindi ricondotta nuovamente alla bocca per essere inalata, grazie a valvole di ingresso e uscita in grado di assicurare che l'aria espirata passi tutta attraverso l'involucro, e che l'aria sia inalata solo dopo essere stata purificata. La struttura granulare del filtro avrebbe ridotto la perdita di carico del circuito, facilitando lo sforzo respiratorio e offrendo il vantaggio di portare l'aria in contatto con una superficie potassa molto estesa senza in poco spazio.

Henry non aveva precedenti esperienze di immersione, ma ha testato senza paura la sua invenzione, attirando un vasto interesse attraverso dimostrazioni pubbliche.

Fleuss collaborò con Robert Davis presso la Siebe Gorman Company dove sviluppò ulteriormente l'apparato di immersione autonomo. Il Davis Submarine Escape Apparatus era un derivato pulito e compatto dell'apparato Fleuss e trovò anche uso come apparato per immersioni poco profonde17. A quel punto l’apparato subì un continuo processo di miglioramento.

Nel 1903 da Dräger & Gerling di Lubecca, sviluppò l'elmetto antifumo. Si trattava di un casco di metallo completamente chiuso con maschera facciale in vetro, dotato di due sacche per la respirazione coperte da una patta di pelle indossata sul petto. Questo respiratore è diventato così fondamentale per le operazioni di salvataggio in miniera che i soccorritori sono diventati noti come draegermen.

 

Un altro dei primi progetti fu il "Cappuccio di sicurezza e protezione antifumo" inventato da Garrett Morgan nel 1912 e brevettato nel 1914. Era un dispositivo più semplice dei Dräger o di quello di Fleuss ma era semplice ed efficace, mentre gli altri dispositivi in ​​uso all'epoca erano generalmente difficili da indossare, eccessivamente complessi, inaffidabili o inefficaci. Costituito da un cappuccio di cotone con due tubi che pendevano verso il pavimento, consentendo a chi lo indossava di respirare l'aria più pulita (nell'ipotesi che si trattasse di fumi caldi o gas leggeri, naturalmente). All'estremità dei tubi erano inserite delle spugne umide per filtrare meglio l'aria. È stato brevettato e premiato con una medaglia d'oro due anni dopo dalla International Association of Fire Chiefs. Il cappuccio di sicurezza di Morgan è stato utilizzato per salvare molte vite durante il periodo del suo utilizzo. Durante la prima guerra mondiale, il suo dispositivo di respirazione fu perfezionato per trasportare la propria riserva d'aria, rendendolo una maschera antigas con un'autonomia di 15 minuti di aria fresca (tuttavia, al momento dell'ingresso nella prima guerra mondiale, l'esercito degli Stati Uniti adottò il respiratore britannico Small Box e il respiratore francese M2 come equipaggiamento antigas standard).

La sua invenzione divenne nota a livello nazionale, negli Stati Uniti, quando guidò un salvataggio che salvò la vita di diversi uomini dopo l'esplosione in un tunnel il 24 luglio 1916 sotto il lago Erie. Prima che Morgan arrivasse, due precedenti tentativi di salvataggio erano falliti. I soccorritori erano diventati essi stessi vittime entrando nel tunnel e rimanendovi bloccati. Morgan è stato svegliato nel cuore della notte da un inviato di uno dei membri della squadra di soccorso che aveva visto una dimostrazione del suo dispositivo. Arrivò sulla scena ancora in pigiama e portò con sé suo fratello Frank e quattro cappucci. La maggior parte dei soccorritori sulla scena erano inizialmente scettici sul suo dispositivo, così lui e suo fratello entrarono nel tunnel insieme ad altri due volontari e riuscirono a tirare fuori due uomini entrati nei precedenti tentativi di salvataggio. A quel punto altri si unirono a loro e molti altri imprigionati furono salvati, oltre che per recuperare i corpi delle vittime. Morgan ha fatto personalmente quattro viaggi nel tunnel durante il salvataggio, e la sua salute ne ha risentito per anni a causa dai fumi inalati. I giornali e i funzionari della città di Cleveland inizialmente hanno ignorato l'atto di eroismo di Morgan e ci sono voluti anni prima che la città riconoscesse i suoi contributi. I funzionari della città hanno chiesto alla Commissione del Fondo Carnegie Hero di emettere medaglie a molti degli uomini coinvolti nel salvataggio, ma hanno escluso Morgan dalla loro richiesta. Dopo l'eroico salvataggio, la compagnia di Morgan ha ricevuto richieste d'ordine dai vigili del fuoco di tutto il paese. Tuttavia, alcune città del sud hanno annullato i loro ordini esistenti quando hanno scoperto, dalle foto sui giornali, che era nero18.

 

Il 1  luglio 1910, il Dipartimento degli interni degli Stati Uniti istituì l'USBM (United States Bureau of Mines). L'USBM ha lavorato per affrontare l'elevato tasso di mortalità dei minatori e nel  1919, ha avviato il primo programma di certificazione dei respiratori negli Stati Uniti.

William E Gibbs, un ingegnere meccanico collegato alla Columbia University, mentre era impiegato dal Bureau of Mines come consulente sviluppò un respiratore ad ossigeno che incorporasse idee suggerite dall'esperienza degli ingegneri del Bureau e altri e quindi fosse più sicuro ed efficiente dei tipi in uso. Dopo diversi prototipi e test l'apparato di Gibbs. Brevettato il 21 marzo 1916 con numero di brevetto US1176711A, fu formalmente approvato il 15 febbraio 1920, per sicurezza, affidabilità ed efficienza, e con il rilascio dell'approvazione 1300 alla Mine Safety Appliances Co., Pittsburgh – l’odierna MSA -  fondata da due ex ingegneri del Bureau of Mines, John Ryan e George Deike nel 1914, è stata concessa la licenza per realizzarlo. Dopo l'approvazione, sia il Bureau sia il produttore hanno apportato numerose modifiche per migliorare varie funzionalità.

L'apparecchio Gibbs era composto di una bombola, con valvole principali e di bypass, contenente ossigeno ad alta pressione, una valvola di riduzione, un rigeneratore contenente uno scrubber a calce sodata per l'assorbimento dell'anidride carbonica, un pallone per la respirazione e un dispositivo di raffreddamento che, con il rigeneratore, fungono da serbatoio d'aria. Il pallone per la respirazione azionava anche una valvola ausiliaria di ammissione dell'ossigeno, collegata al dispositivo di raffreddamento. Infine un boccaglio, con valvole e tubi di inalazione, espirazione, trappola per la saliva e rilascio di pressione che si collegavano al dispositivo di raffreddamento.

La Marina degli Stati Uniti richiese presto un respiratore paragonabile a quelli utilizzati per scopi di fuga di emergenza per i minatori. Gibbs ha anche creato un respiratore specifico per gli aviatori.

Il respiratore Gibbs, originariamente progettato per il lavoro in miniera, è diventato il primo respiratore approvato per il lavoro industriale.

 

Con gli anni l’evoluzione tecnologica ha portato i dispositivi di protezione individuale a diventare dei sistemi sempre più sofisticati e la digitalizzazione oggi si sta infilando, letteralmente, tra le fibre di questi apparati. Il futuro vedrà soluzioni sempre più avanzate e smart ma i binari lungo i quali, ancora per lungo tempo, la ricerca proseguirà in questo campo, sono quelli tracciati da coloro che sono stati i protagonisti della storia che abbiamo appena raccontato

 

note

1 A Gratacap si sono uniti i fratelli Cairns di New York, uomini d'affari che gestivano un'attività di bottoni metallici e insegne; a loro si deve l’apposizione dell’ornamento in ottone a forma d’aquila che reggeva lo scudo.
2 Quando il vetro di sicurezza nelle maschere fu messo alla prova in condizioni di battaglia e la superò, Henry Ford iniziò a installare questo vetro nelle sue auto; era il 1919.
3 Per ironia della sorte, con gli anni Polaroid e Kodak divennero feroci rivali e ingaggiarono una guerra da cui uscirono entrambe sconfitte, avendo perso di vista la traiettoria di evoluzione del settore della fotografia continuando a scommettere sulla pellicola mentre, nei loro stessi laboratori, nasceva la fotografia digitale. Edwin Land, intravvide il crepuscolo della sua azienda, della quale rimase a capo fino al 1982. Visse ancora poco meno di dieci anni e la sua azienda resistette un altro decennio per poi fallire e risorgere, negli anni successivi, in altre forme. Secondo per numero di brevetti solo a Thomas Edison, Land è stato definito l’ultimo dei grandi geni.
4 Giovanni Aldini a Londra nel 1803 finì per corrompere i giudici per ottenere l'impiccagione di George Forster, accusato di aver ucciso moglie e figlia. Giovanni si era infatti trasferito oltremanica in quanto si trattava del paese più vicino dove vigeva la condanna a morte per impiccagione. Aldini, perseguiva l'obiettivo di riportare in vita i morti, ma in quasi tutta l'Europa i condannati venivano decapitati e questo avrebbe posto una difficoltà, pensava Giovanni, insormontabile al suo progetto. Entrato in possesso del corpo, lo scienziato eseguì un esperimento pubblico, utilizzando una grande pila di Volta e collegandola elettricamente con due aste alla bocca e all'orecchio del cadavere. Come risultato, "la mascella cominciò a tremare, i muscoli adiacenti erano orribilmente contorti e l'occhio sinistro si aprì davvero". ispirando a Mary Shelley il suo capolavoro: "Frankenstein o il moderno Prometeo". Questi fatti non devono confondere il lettore; Aldini era un vero scienziato. Cresciuto nel laboratorio dello zio, nientepopodimeno che Luigi Galvani, ne proseguì lo studio sull'elettricità animale. Fu il precursore di pacemaker, defibrillatori ed elettroshock.
5 Carothers rimaneva uno spirito eclettico come dimostra la sua laurea in filosofia a 28 anni…quattro anni prima di laurearsi in chimica.
6 Wallace Carothers non vide il successo mondiale della sua creatura. Il 21 febbraio 1936, sposò Helen Sweetman, una collega in Du Pont e poco dopo, il 30 aprile, fu eletto all'Accademia Nazionale delle Scienze. Carothers è stato il primo chimico organico industriale a ricevere questo onore. Tuttavia, nel giugno 1936, lo sciernziato non riusciva a scrollarsi di dosso la depressione che gli impediva di lavorare. All'inizio di giugno, è stato ricoverato forzatamente al Philadelphia Institute of the Pennsylvania Hospital, un prestigioso ospedale psichiatrico. Dopo la dimissione la moglie rimase incinta ma questa lieta notizia fu funestata dalla morte della sorella di Wallace, Isobel, morta di polmonite, l'8 gennaio 1937. Il 29 aprile 1937, Carothers si suicidò in una stanza d'albergo a Filadelfia ingerendo del cianuro, prima della nascita di sua figlia.
7 Questo progresso spinse gli Stati Uniti, già nel 1953, a promulgare il Flammable Fabrics Act che vietava l'uso di tessuti infiammabili nell'abbigliamento e richiedeva che gli indumenti superassero i test della Consumer Product Safety Commission (CPSC) prima che potessero essere venduti. In quegli anni comparvero le fibre sintetiche e alcune avevano proprietà intrinseche di resistenza al fuoco.
8 Roger Adams fu un celebre chimico noto soprattutto per lo sviluppo del catalizzatore che da lui prende il nome
9 Un paracadute drogue è un paracadute progettato per il dispiegamento da un oggetto in rapido movimento. Può essere utilizzato per vari scopi, come diminuire la velocità, fornire controllo e stabilità o come paracadute pilota per dispiegare un paracadute più grande. I veicoli che hanno utilizzato paracadute drogue includono paracadute multistadio, aerei e sistemi di recupero di veicoli spaziali.
10 Marvel ha anche proposto lo sviluppo di "molecole ladder" (polimeri ladder), polimeri di nuova generazione che sarebbero ancora più stabili dei polibenzimidazoli.
11 Plinio il Vecchio (23-79 d.C.), ne descrive l'uso per filtrare la polvere nelle operazioni di molitura del cinabro, che è un minerale solfuro utilizzato all'epoca per la pigmentazione nelle decorazioni
12 Muhammad, Ahmad e Al-Hasan sono ampiamente considerati i fondatori della scuola araba di matematica.
13 Se questo design vi ricorda quello di un palombaro non vi state confondendo; Quando i fratelli Deane portarono la loro invenzione alle compagnie di assicurazione antincendio e all'Ammiragliato scoprirono che nessuno era interessato. Fu proprio l'adattamento del casco all'uso subacqueo che ne decretò il successo. Nel 1830 i fratelli Deane chiesero a Christian Augustus Siebe, un ingegnere britannico di origine tedesca di realizzare una variazione del design del loro casco da fumo per l'uso subacqueo. In seguito si sono rivolti a lui per produrre altri caschi per le operazioni subacquee. Mentre John Deane, diventato celebre come The Infernal Diver, fece del recupero di relitti in mare la sua professione, Siebe, migliorando l'attrezzatura dei Deane e di un altro ingegnere, George Edwards, e del sistema Kliengert risalente al 1797, produsse il proprio progetto; un casco montato su una muta da sub a tutta lunghezza in tela stagna, accreditato come la prima moderna attrezzatura da palombaro.
14 Di Tyndall abbiamo già parlato nel nostro articolo sui sistemi di rilevazione in quanto a lui si deve la descrizione dell'effetto che porta il suo nome, causato dalla diffusione della luce dovuta alla presenza di particelle, di dimensioni comparabili a quelle delle lunghezze d'onda della luce incidente, presenti in sistemi colloidali, nelle sospensioni o nelle emulsioni, e anche nei fumi.
15 si tratta di un dispositivo nella sua prima versione inventato da John Scott Haldane, di cui abbiamo già parlato nel nostro articolo sulla storia della rilevazione antincendio, e in seguito perfezionato da Cluny MacPherson.
16 Un vigile del fuoco di Denver, tale Merriman, pubblicò nel numero del 7 gennaio 1892 di Fireman's Herald il suo progetto di respiratore; una variante del modello di Braidwood. Questo dispositivo presentava un tubo simile a quello di una proboscide di elefante collegato a un tubo dell'aria che correva parallelo al tubo dell'acqua del pompiere.
17 Henry Fleuss era un inventore eclettico che rivolgeva la sua mente alla risoluzione di molti problemi diversi. Ha realizzato i primi pratici pneumatici tubeless, le pompe per vuoto Gerryck altamente efficienti, una macchina a vapore e altro ancora.
18 Garrett Augustus Morgan, Sr. è stato un inventore , uomo d'affari e leader afroamericano, il padre era uno schiavo liberato, a sua volta figlio del generale confederato John H. Morgan. Garrett ricevette solo un'istruzione di base e poi si trasferì in cerca di lavoro all'età di 14 anni a Cincinnati, Ohio, lavorando come tuttofare per un proprietario terriero. Nel 1895 si trasferì a Cleveland, dove iniziò a riparare macchine da cucire per un produttore di abbigliamento. Questa esperienza ha suscitato l'interesse di Morgan su come funzionavano le cose e si è costruito una reputazione di meccanico. Con le macchine per cucire iniziò le sue prime invenzioni e nel 1907, aprì un negozio di macchine per cucire. Morgan sperimentò un liquido che conferiva agli aghi delle macchine da cucire un'elevata lucentezza che impediva all'ago di bruciare il tessuto durante la cucitura. Nel 1905, scoprì per caso che il liquido poteva anche lisciare i capelli. Ha trasformato il liquido in una crema e ha lanciato la GA Morgan Hair Refining Company per commercializzarlo. Produsse anche una tintura a olio per capelli neri e inventò un pettine a denti ricurvi per lisciare i capelli nel 1910. Ricevette il suo primo brevetto nel 1912 e nel 1914 brevettò il suo cappuccio e fondò la National Safety Device Company. Non è noto se la cappa antifumo gli abbia portato un successo commerciale. Non sono stati trovati dati di vendita, ma il suo uso del guerrilla marketing ha sicuramente dimostrato la sua fiducia nella sua stessa invenzione. A volte Morgan usava la tattica di avere un attore bianco assunto che si prendesse il merito del successo piuttosto che rivelarsi come inventore di colore, altre volte ha adottato il travestimento di "Big Chief Mason", un presunto indiano purosangue dalla riserva indiana di Walpole Island in Canada, andando in luoghi diversi e dimostrando l’efficacia della sua cappa antifumo indossandola ed entrando in un tepee in cui aveva acceso un fuoco alimentato da catrame, zolfo, formaldeide e letame, rimanendoci fino a 20 minuti.
Una delle ultime è stata una sigaretta autoestinguente, che utilizzava una piccola pallina di plastica piena d'acqua posta appena prima del filtro. Morì il 27 luglio 1963, all'età di 86 anni.

 

 

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