Berichtsblatt (Kurzfassung) - Cleaner Production Germany · Dermatologische Klinik der Ruhr-Universität Bochum, Gudrunstr. 56, D-44791 Bochum Klaus Steilmann Institut für Innovation

*)Auf das Förderkennzeichen des BMBF soll auch in der Veröffentlichung hingewiesen werden. BMBF-Vordr. 3831/03.99

Berichtsblatt (Kurzfassung)

2. BerichtsartAbschlussbericht

3a. Titel des BerichtsUV-Tex/Erforschung der UV-Durchlässigkeit von Textilien und EntwicklungVon Bekleidung mit definiertem Schutzfaktor gegen UV-Strahlung

3b. Titel der Publikation

4a. Autoren des Berichts (Name, Vorname(n))Gambichler Thilo, Schmidt Roger, Hoffmann Klaus

4b. Autoren der Publikation (Name, Vorname(n))

5. Abschlussdatum des Vorhabens12.2001

6. Veröffentlichungsdatum

7. Form der Publikation

8. Durchführende Institution(en) (Name, Adresse)

Dermatologische Klinik der Ruhr-Universität Bochum,Gudrunstr. 56, D-44791 Bochum

Klaus Steilmann Institut für Innovation und Umwelt,Lyrenstr. 13, D-44866 Bochum

13. Fördernde Institution (Name, Adresse)

Bundesministerium fürBildung und Forschung (BMBF)

53170 Bonn

9. Ber. Nr. Durchführende Institution

10. Förderkennzeichen*)

11a. Seitenzahl Bericht

11b. Seitenzahl Publikation

12. Literaturangaben

14. Tabellen

15. Abbildungen

16. Zusätzliche Angaben

17. Vorgelegt bei (Titel, Ort, Datum)

18. KurzfassungZiel des hier vorliegenden Vorhabens war die Erprobung und Untersuchung der verschiedenen Meßmethoden des „UltravioletProtection Factor“ (UPF) und der Parameter, die den UV-Schutz von Textilien beeinflussen. Die spektralphotometrischeBestimmung des UPF-Wertes ist ein präzises Verfahren, mit dem aufgrund seines Messprinzips (worst-case-scenario) sichereund gut reproduzierbare Schutzfaktoren berechnet werden. Die zeit- und kostenaufwendigen In-vivo-Methoden bringen keinenVorteil – lediglich die Testung des UPFs mittels biologischer Dosimetrie stellt eine gute Alternative zur spektralphotometrischenTestung dar. Wir konnten zeigen, dass über 30% der auf dem deutschen Markt befindlichen Sommertextilien unzureichendeUPF-Werte (<15) aufweisen. Nur 43% der getesteten Textilien entsprachen dem gemäß des Europäischen Standardsempfohlenen UPF-Richtwert von 40+. Außerdem zeigte sich, dass die UVA-Transmission in der Regel größer als die UVB-Transmission ist und teilweise sogar mehr als das Doppelte betragen kann – bei nassen Textilien tritt dieser Effekt noch stärkerauf. Die wichtigsten textilen Parameter, die einen entscheidenden Einfluss auf die UV-protektiven Eigenschaften eines Textilsausüben sind die Konstruktionsart, der Fasertyp und die Stofffarbe. Die zusätzliche Ausrüstung mit UV-Absorbern (z.B.Titandioxid) erhöht signifikant den UV-Schutz des Textils. Sowohl die Dehnung eines Bekleidungsstückes als auch seinFeuchtigkeitszustand haben einen signifikanten Einfluss auf den UPF-Wert. Die chronische UV-Belastung einesKleidungsstückes kann eine ausgeprägte Photodegradation der Textilfarbe bewirken und so zu einem Abfall des UPFs führen.Die Ergebnisse, die anhand der eigens für die Studie entwickelten Textilien gewonnen, wurden zeigten, dass auch relativ leichteTextilien mit hohen Schutzfaktoren hergestellt werden können. Bei physikalischen und chemischen Belastungstests zeigten sichkeine dramatischen Beeinträchtigungen des UPFs. Bei der Erstellung einer Kollektion mit „UV-Schutzkleidung“ ist einerseits aufmodische Aspekte und Tragekomfort wertgelegt, andererseits aber auch an die Integration der Anforderungen des EuropäischenStandards geachtet worden. In Zusammenarbeit mit den Mitgliedern der Europäischen Normierungskommission (CEN) sindbasierend auf den Ergebnissen des UV-Tex-Projektes Anforderungen für die Messung und Auszeichnung von UV-Schutzkleidung definiert worden. Neben dem UPF-Richtwert von 40+ und der maximal zulässigen UVA-Transmission von 5%sind insbesondere auch strenge Anforderungen an das Design der Bekleidungsstücke gestellt worden.

19. SchlagwörterClothing, fabrics, textile material, ultraviolet protection factor (UPF), spectrophotometry, UV transmission, skin cancer prevention, sunprotection

20. Verlag 21. Preis


Berichtsblatt

ISSN

0909-752X2. BerichtsartAbschlussbericht


3b. Titel der PublikationRepeatability of in vitro measurements of the ultraviolet protection factor (UPF) by spectrophotometry withautomatic sampling.


4b. Autoren der Publikation (Name, Vorname(n))Hoffmann Klaus, Kesners Peter, Bader Armin, Avermaete Annelies,Altmeyer Peter, Gambichler Thilo


6. Veröffentlichungsdatum.05.2001

7. Form der PublikationFachzeitschrift



Klaus Steilmann Institut für Innovation und Umwelt GmbH,Lyrenstr. 13, D-44866 Bochum



53170 Bonn



11a. Seitenzahl Bericht77

11b. Seitenzahl Publikation4

12. Literaturangaben11

14. Tabellen1

15. Abbildungen1



18. KurzfassungBACKGROUND/AIMS: Spectrophotometric assessment (in vitro) is the most established method for determining the ultraviolet protectionfactor (UPF) of textiles. Apart from stringent requirements for measurement precision, practical methods are required for the routinedetermination of the UPF. We report here spectrophotometric measurements of textiles using a newly developed autosampler. Measurementprecision was evaluated under repeatable conditions. METHODS: Fifteen different textiles were spectrophotometrically assessed for thedetermination of the UPF. Sample handling inside the spectrophotometer was performed with a computer-controlled sampling device, capableof loading and unloading a textile sample from a magazine as well as rotating the sample perpendicular to the spectrometer beam. In order toevaluate the repeatability of measurements, one sample of each textile was assessed eight times under the same conditions in the samelaboratory. RESULTS: A mean percentage of the standard error of 1% [E(UPF)] was calculated for the UPF measurements. For UPFs >30, asignificantly higher E(UPF) was found (r=0.78; P<0.001). E(UV) (3.9%) of ultraviolet A (UVA) transmission differed significantly fromE(UV) (1.1 %) of ultraviolet B (UVB) transmission (P<0.05). CONCLUSIONS: Though a slight decrease of repeatability was observed forUVA transmission measurements and UPFs higher than 30, our data indicate a high measurement precision under repeatable conditions. Inconclusion, spectrophotometric measurements of textiles with the aid of the autosampler presented have been shown to be highly practical,time saving and precise

19. SchlagwörterClothing, fabrics, textile material, ultraviolet protection factor (UPF), spectrophotometry, UV transmission, skincancer prevention, sun protection

20. VerlagMunksgaard, Copenhagen.

21. Preis31 Euro

BMBF-Vordr. 3832/03.99

Document Control Sheet

ISSN0909-752X

2. Type of ReportFinal report

3a. Report TitleUV-Tex/Erforschung der UV-Durchlässigkeit von Textilien und EntwicklungVon Bekleidung mit definiertem Schutzfaktor gegen UV-Strahlung

3b. Title of PublicationRepeatability of in vitro measurements of the ultraviolet protection factor (UPF) by spectrophotometry withautomatic sampling.

4a. Author(s) of the Report (Family Name, First Name(s))Gambichler Thilo, Schmidt Roger, Hoffmann Klaus

4b. Author(s) of the Publication (Family Name, First Name(s))Hoffmann Klaus, Kesners Peter, Bader Armin, Avermaete Annelies,Altmeyer Peter, Gambichler Thilo

5.End of Project12.2001

6. Publication05.2002

7. Form of PublicationJournal

8. Performing Organization(s) (Name, Address)



13. Sponsoring Agency (Name, Address)


53170 Bonn

9. Originator’s Report No.

10. Reference No.07UVB60A/2 u. 07UVB60B/5

11a. No. of Pages Report77

11b. No. of Pages Publication4

12. No. of References13

14. No. of Tables1

2

16. Supplementary Notes

17. Presented at (Title, Place, Date)

18. AbstractBACKGROUND/AIMS: Spectrophotometric assessment (in vitro) is the most established method for determining the ultraviolet protectionfactor (UPF) of textiles. Apart from stringent requirements for measurement precision, practical methods are required for the routinedetermination of the UPF. We report here spectrophotometric measurements of textiles using a newly developed autosampler. Measurementprecision was evaluated under repeatable conditions. METHODS: Fifteen different textiles were spectrophotometrically assessed for thedetermination of the UPF. Sample handling inside the spectrophotometer was performed with a computer-controlled sampling device, capableof loading and unloading a textile sample from a magazine as well as rotating the sample perpendicular to the spectrometer beam. In order toevaluate the repeatability of measurements, one sample of each textile was assessed eight times under the same conditions in the samelaboratory. RESULTS: A mean percentage of the standard error of 1% [E(UPF)] was calculated for the UPF measurements. For UPFs >30, asignificantly higher E(UPF) was found (r=0.78; P<0.001). E(UV) (3.9%) of ultraviolet A (UVA) transmission differed significantly fromE(UV) (1.1 %) of ultraviolet B (UVB) transmission (P<0.05). CONCLUSIONS: Though a slight decrease of repeatability was observed forUVA transmission measurements and UPFs higher than 30, our data indicate a high measurement precision under repeatable conditions. Inconclusion, spectrophotometric measurements of textiles with the aid of the autosampler presented have been shown to be highly practical,time saving and precise

19.KeywordsClothing, fabrics, textile material, ultraviolet protection factor (UPF), spectrophotometry, UV transmission, skincancer prevention, sun protection

20. PublisherMunksgaard, Copenhagen.

21. Price31 Euro


Berichtsblatt

ISSN0080-0015



3b. Titel der PublikationComparison of methods: determination of UV protection of clothing

4a. Autoren des Berichts (Name, Vorname(n))Gambichler Thilo, Altmeyer Peter, Hoffmann Klaus

4b. Autoren der Publikation (Name, Vorname(n))Gambichler Thilo, Schmidt Roger, Hoffmann Klaus


6. Veröffentlichungsdatum5.2002







53170 Bonn






14. Tabellen1

15. Abbildungen1



18. KurzfassungBased on spectrophotometric measurements and mathematical calculations, the ultraviolet (UV) protection factor of a textile isdetermined in vitro. This technique is the most established test method for the determination of UV protection of a garment.However, the validity and practicality of the in vitro UV protection factor (UPF) determined in the laboratory has been acontroversial issue with regard to its significance in the field. Several studies have verified the in vitro UPF by comparing it withvarious in vivo test protocols using solar-simulated radiation for the determination of the minimal erythema dose. The datainconsistency between these studies is certainly due to different methodology. Furthermore, UV dosimetry is a suitable methodfor quantifying UV transmission through a garment. Chemical dosimeters (e.g. polysulfone films) and biological UV detector filmshave been used in in vivo-simulated studies in the form of small portable badges monitoring solar UV transmittance throughgarments on manikins and mobile subjects. As sunlight consists to a considerable extent of diffuse radiation, which is morescattered and absorbed by the fabric than direct radiation, UPF values obtained by measurements in real exposure situations areusually higher than those obtained by conventional in vitro and in vivo testing with collimated radiation beams. Thus thediscrepancy between laboratory-based testing and field-based measurements may be due to different radiation geometry of UVsources. Taken together, the in vitro method is the most practicable and inexpensive method for routine measurements of UPF,but dosimetry seems to be a highly useful method for determining the UPF in real exposure situations.

19. SchlagwörterClothing, fabrics, textile material, ultraviolet protection factor (UPF), spectrophotometry, UVtransmission, skin cancer prevention

20. VerlagSpringer-Verlag

21. Preis114 Euro



ISSN0080-0015



3b. Title of PublicationComparison of methods: determination of UV protection of clothing


4b. Author(s) of the Publication (Family Name, First Name(s))Gambichler Thilo, Altmeyer Peter, Hoffmann Klaus


6. Publication Date5.2002







53170 Bonn






14. No. of Tables1

15. No. of Figures1



18. AbstractBased on spectrophotometric measurements and mathematical calculations, the ultraviolet (UV) protection factor of a textile isdetermined in vitro. This technique is the most established test method for the determination of UV protection of a garment.However, the validity and practicality of the in vitro UV protection factor (UPF) determined in the laboratory has been acontroversial issue with regard to its significance in the field. Several studies have verified the in vitro UPF by comparing it withvarious in vivo test protocols using solar-simulated radiation for the determination of the minimal erythema dose. The datainconsistency between these studies is certainly due to different methodology. Furthermore, UV dosimetry is a suitable methodfor quantifying UV transmission through a garment. Chemical dosimeters (e.g. polysulfone films) and biological UV detector filmshave been used in in vivo-simulated studies in the form of small portable badges monitoring solar UV transmittance throughgarments on manikins and mobile subjects. As sunlight consists to a considerable extent of diffuse radiation, which is morescattered and absorbed by the fabric than direct radiation, UPF values obtained by measurements in real exposure situations areusually higher than those obtained by conventional in vitro and in vivo testing with collimated radiation beams. Thus thediscrepancy between laboratory-based testing and field-based measurements may be due to different radiation geometry of UVsources. Taken together, the in vitro method is the most practicable and inexpensive method for routine measurements of UPF,but dosimetry seems to be a highly useful method for determining the UPF in real exposure situations.

19.KeywordsClothing, fabrics, textile material, ultraviolet protection factor (UPF), spectrophotometry, UVtransmission, skin cancer prevention

20. PublisherSpringer-Verlag, Berlin-New York

21. Price114 Euro



Berichtsblatt

ISSN0080-0015



3b. Titel der PublikationRole of clothes in sun protection

4a. Autoren des Berichts (Name, Vorname(n))Gambichler Thilo, Altmeyer Peter, Hoffmann Klaus

4b. Autoren der Publikation (Name, Vorname(n))Gambichler Thilo, Schmidt Roger, Hoffmann Klaus









53170 Bonn






14. Tabellen

15. Abbildungen3



18. KurzfassungUltraviolet (UV) radiation is the carcinogenic factor in sunlight. Damage to skin cells from repeated UV exposure can lead to the developmentof skin cancer. Apart from avoidance of the sun, the most frequently used form of UV protection has been the application of sunscreens. Theuse of textiles as a means of sun protection has been underrated in previous educational campaigns, even though suitable clothing offersusually simple and effective broadband protection against the sun. Apart from skin cancer formation, exacerbation of photosensitive disordersand premature skin aging could be prevented by suitable UV-protective clothing. Nevertheless, several studies have recently shown that,contrary to popular opinion, some textiles provide only limited UV protection. It has been found that one-third of commercial summerclothing items provide a UV protection factor (UPF) less than 15. Given the increasing interest in sun protection, recreationally andoccupationally, test methods and a rating scheme for clothing were needed that would ensure sufficient UV protection. Various textileparameters have an influence on the UPF of a finished garment. Important parameters are the fabric porosity, type, color, weight andthickness. The application of UV absorbers into the yarns significantly improves the UPF of a garment. Under the conditions of wear and useseveral factors can alter the UV-protective properties of a textile, e.g., stretch, wetness and laundering. The use of UV-blocking cloths canprovide excellent protection against the hazards of sunlight; this is especially true for garments manufactured as UV-protective clothing.However, further educational efforts are necessary to change people's sun behavior and raise awareness for the use of adequate sun-protectiveclothing.

19. SchlagwörterClothing, fabrics, textile material, ultraviolet protection factor (UPF), spectrophotometry, UV transmission, skin cancer prevention

20. VerlagSpringer-Verlag

21. Preis114 Euro



ISSN0080-0015



3b. Title of PublicationRole of clothes in sun protection


4b. Author(s) of the Publication (Family Name, First Name(s))Gambichler Thilo, Altmeyer Peter, Hoffmann Klaus









53170 Bonn






14. No. of Tables

15. No. of Figures3



18. AbstractUltraviolet (UV) radiation is the carcinogenic factor in sunlight. Damage to skin cells from repeated UV exposure can lead to the developmentof skin cancer. Apart from avoidance of the sun, the most frequently used form of UV protection has been the application of sunscreens. Theuse of textiles as a means of sun protection has been underrated in previous educational campaigns, even though suitable clothing offersusually simple and effective broadband protection against the sun. Apart from skin cancer formation, exacerbation of photosensitive disordersand premature skin aging could be prevented by suitable UV-protective clothing. Nevertheless, several studies have recently shown that,contrary to popular opinion, some textiles provide only limited UV protection. It has been found that one-third of commercial summerclothing items provide a UV protection factor (UPF) less than 15. Given the increasing interest in sun protection, recreationally andoccupationally, test methods and a rating scheme for clothing were needed that would ensure sufficient UV protection. Various textileparameters have an influence on the UPF of a finished garment. Important parameters are the fabric porosity, type, color, weight andthickness. The application of UV absorbers into the yarns significantly improves the UPF of a garment. Under the conditions of wear and useseveral factors can alter the UV-protective properties of a textile, e.g., stretch, wetness and laundering. The use of UV-blocking cloths canprovide excellent protection against the hazards of sunlight; this is especially true for garments manufactured as UV-protective clothing.However, further educational efforts are necessary to change people's sun behavior and raise awareness for the use of adequate sun-protectiveclothing

19.KeywordsClothing, fabrics, textile material, ultraviolet protection factor (UPF), spectrophotometry, UV transmission, skin cancer prevention

20. PublisherSpringer-Verlag, Berlin-New York

21. Price114 Euro


Berichtsblatt

ISSN

0905-43832. BerichtsartAbschlussbericht


3b. Titel der PublikationUltraviolet protection by summer textiles. Ultraviolet transmission measurements verified by determination of theminimal erythema dose with solar-simulated radiation.


4b. Autoren der Publikation (Name, Vorname(n))Gambichler Thilo, Avermaete Annelies, Bader Armin, Altmeyer Peter,Hoffmann Klaus.









53170 Bonn






14. Tabellen1

15. Abbildungen3



18. KurzfassungBACKGROUND: Apart from sunscreen lotions, clothing provides protection from acute and chronic sun damage. Therefore, it is veryimportant to know the ultraviolet (UV) protection factor (UPF) of textiles, in particular of lightweight summer clothing. Usually, the UPF of atextile is determined by spectrophotometric assessment of the UV transmission (in vitro method). OBJECTIVES: To compare the relationshipbetween in vitro tests and in vivo tests of UPF using solar simulators for determination of the minimal erythema dose (MED), applied to 30different summer textiles. METHODS: Thirty summer textiles were spectrophotometrically assessed, and UPFs were calculated with respectto the International Commission on Illumination (CIE) erythemal action spectrum.1 Based on the in vitro UPFs 'on skin' and 'off skin', in vivotesting was performed using a solar simulator for the determination of the MEDunprotected and MEDprotected. RESULTS: The UPFsobtained from in vivo 'on skin' testing were significantly (r = 0.95; P < 0.001) lower than the predicted in vitro UPFs. This disparity was alsoconfirmed by chromometric assessment of the MED testing; the erythemal responses measured after textile protection were significantly (P <0.001) higher than those obtained without protection. However, the in vivo 'off skin' UPFs did not significantly (r = 0.98; P > 0.05) differfrom the in vitro UPFs; comparison of the chromometrically assessed erythemal responses was also insignificant (P > 0.05).CONCLUSIONS: The different correlation between in vitro and in vivo measurements of the UPF may be due to the optical-geometricalproperties of textiles and the different amount of direct and diffuse radiation passing through the spaces between the yarns. Asspectrophotometric measurements of a textile may generally yield lower UPFs than those obtained under average field conditions, the in vitrotest method provides 'safe' UPF values representing a 'worst-case scenario'. In contrast to in vitro testing, in vivo methods are much moreexpensive and time-consuming. Thus, with respect to practicality, spectrophotometric measurements seem to be most suitable for theevaluation of UV protection of textiles.


20. VerlagBlackwell, Oxford

21. Preis43 Euro



ISSN0905-4383



3b. Title of PublicationUltraviolet protection by summer textiles. Ultraviolet transmission measurements verified by determination of theminimal erythema dose with solar-simulated radiation.


4b. Author(s) of the Publication (Family Name, First Name(s))Gambichler Thilo, Avermaete Annelies, Bader Armin, Altmeyer Peter,Hoffmann Klaus.









53170 Bonn






14. No. of Tables1

15. No. of figures3



18. AbstractBACKGROUND: Apart from sunscreen lotions, clothing provides protection from acute and chronic sun damage. Therefore, it is veryimportant to know the ultraviolet (UV) protection factor (UPF) of textiles, in particular of lightweight summer clothing. Usually, the UPF of atextile is determined by spectrophotometric assessment of the UV transmission (in vitro method). OBJECTIVES: To compare the relationshipbetween in vitro tests and in vivo tests of UPF using solar simulators for determination of the minimal erythema dose (MED), applied to 30different summer textiles. METHODS: Thirty summer textiles were spectrophotometrically assessed, and UPFs were calculated with respectto the International Commission on Illumination (CIE) erythemal action spectrum.1 Based on the in vitro UPFs 'on skin' and 'off skin', in vivotesting was performed using a solar simulator for the determination of the MEDunprotected and MEDprotected. RESULTS: The UPFsobtained from in vivo 'on skin' testing were significantly (r = 0.95; P < 0.001) lower than the predicted in vitro UPFs. This disparity was alsoconfirmed by chromometric assessment of the MED testing; the erythemal responses measured after textile protection were significantly (P <0.001) higher than those obtained without protection. However, the in vivo 'off skin' UPFs did not significantly (r = 0.98; P > 0.05) differfrom the in vitro UPFs; comparison of the chromometrically assessed erythemal responses was also insignificant (P > 0.05).CONCLUSIONS: The different correlation between in vitro and in vivo measurements of the UPF may be due to the optical-geometricalproperties of textiles and the different amount of direct and diffuse radiation passing through the spaces between the yarns. Asspectrophotometric measurements of a textile may generally yield lower UPFs than those obtained under average field conditions, the in vitrotest method provides 'safe' UPF values representing a 'worst-case scenario'. In contrast to in vitro testing, in vivo methods are much moreexpensive and time-consuming. Thus, with respect to practicality, spectrophotometric measurements seem to be most suitable for theevaluation of UV protection of textiles.

19.KeywordsClothing, fabrics, textile material, ultraviolet protection factor (UPF), spectrophotometry, UV transmission, skin cancer prevention, sunprotection

20. PublisherBlackwell, Oxford.

21. Price43 Euro


Berichtsblatt

ISSN



3b. Titel der PublikationDefined UV protection by apparel textiles


4b. Autoren der Publikation (Name, Vorname(n))Hoffmann Klaus, Laperre Jan, Avermaete Annelies, Altmeyer Peter,Gambichler Thilo









53170 Bonn






14. Tabellen2

15. Abbildungen



18. KurzfassungThis article was written to update information on test methods and standards for determining the UV protection ofapparel textiles and on factors affecting UV protective properties of fabrics, from dermatological and textiletechnological viewpoints. Articles from dermatological and textile technological journals published from 1990 to2001 were identified from MEDLINE, Excerpta Medica/EMBASE, World Textiles, and Textile TechnologyDigest. Peer-reviewed dermatological articles, textile technological research articles, and normative publicationswere selected. Independent data extraction was performed by several observers. Spectrophotometry is thepreferred method for determining UV protection factor of textile materials. Various textile qualities affect the UVprotection factor of a finished garment; important elements are the fabric porosity, type, color, weight, andthickness. The application of UV absorbers in the yarns significantly improves the UV protection factor of agarment. With wear and use, several factors can alter the UV protective properties of a textile, including stretch,wetness, and degradation due to laundering. Standards in the field exist in Australia and Great Britain, andorganizations such as the European Standardization Commission in Europe and the American Association ofTextile Chemists and Colorists and the American Society for Testing and Materials in the United States are alsoestablishing standards for the determination and labeling of sun protective clothing. Various textile qualities andconditions of wear and use affect UV protective properties of apparel textiles. The use of UV blocking fabrics canprovide excellent protection against the hazards of sunlight; this is especially true for garments manufactured asUV protective clothing.


20. VerlagAmerican Medical Association

21. Preis42 Euro



ISSN0003-987



3b. Title of PublicationComparison of methods: determination of UV protection of clothing


4b. Author(s) of the Publication (Family Name, First Name(s))Hoffmann Klaus, Laperre Jan, Avermaete Annelies, Altmeyer Peter,Gambichler Thilo









53170 Bonn






14. No. of Tables2

15. No. of Figures



18. AbstractThis article was written to update information on test methods and standards for determining the UV protection ofapparel textiles and on factors affecting UV protective properties of fabrics, from dermatological and textiletechnological viewpoints. Articles from dermatological and textile technological journals published from 1990 to2001 were identified from MEDLINE, Excerpta Medica/EMBASE, World Textiles, and Textile TechnologyDigest. Peer-reviewed dermatological articles, textile technological research articles, and normative publicationswere selected. Independent data extraction was performed by several observers. Spectrophotometry is thepreferred method for determining UV protection factor of textile materials. Various textile qualities affect the UVprotection factor of a finished garment; important elements are the fabric porosity, type, color, weight, andthickness. The application of UV absorbers in the yarns significantly improves the UV protection factor of agarment. With wear and use, several factors can alter the UV protective properties of a textile, including stretch,wetness, and degradation due to laundering. Standards in the field exist in Australia and Great Britain, andorganizations such as the European Standardization Commission in Europe and the American Association ofTextile Chemists and Colorists and the American Society for Testing and Materials in the United States are alsoestablishing standards for the determination and labeling of sun protective clothing. Various textile qualities andconditions of wear and use affect UV protective properties of apparel textiles. The use of UV blocking fabrics canprovide excellent protection against the hazards of sunlight; this is especially true for garments manufactured asUV protective clothing.


20. PublisherAmerican Medical Association

21. Price42 Euro



Berichtsblatt

ISSN

(online-journal)2. BerichtsartAbschlussbericht


3b. Titel der PublikationProtection against ultraviolet radiation by commercial summer clothing: need for standardised testing andlabelling.


4b. Autoren der Publikation (Name, Vorname(n))Gambichler Thilo, Rotterdam Sebastian, Altmeyer Peter, Hoffmann Klaus









53170 Bonn






14. Tabellen1

15. Abbildungen2



18. KurzfassungBACKGROUND: The use of clothing as a means of sun protection has been recommended in recent educationcampaigns. Contrary to popular opinion, however, some fabrics provide insufficient ultraviolet (UV) protection.MATERIAL AND METHODS: We investigated 236 apparel textiles of the spring/summer collections 2000 and2001. In accordance with the forthcoming European standard the UV protection factor (UPF) of the fabrics wasdetermined spectrophotometrically. RESULTS: Seventy-eight (33%) fabrics had UPF < 15, 45 (19%) had UPF =or > 15 and < 30, and 113 (48%) had UPF = or > 30 (30+). More than 70% of the wool, polyester, and fabricblends, and only less than 30% of the cotton, linen, and viscose fabrics had UPF values of 30+. Fabrics withblack, navy-blue, white, green, or beige colours provided most frequently UPF values of 30+. CONCLUSIONS:It is difficult for the sun-aware consumer to choose the 'right' garment, with a third of summer clothing providinginsufficient UV protection and only half of the fabrics having UPF 30+, the UPF recommended by the Europeanstandard. Therefore, apparel summer fabrics should be measured and labelled in accordance with a standarddocument.


20. VerlagBioMed Central Ltd.

21. Preisfree access



ISSN(online-journal)



3b. Title of PublicationProtection against ultraviolet radiation by commercial summer clothing: need for standardised testing andlabelling.


4b. Author(s) of the Publication (Family Name, First Name(s))Gambichler Thilo, Rotterdam Sebastian, Altmeyer Peter, Hoffmann Klaus









53170 Bonn






14. No. of Tables1

2



18. AbstractBACKGROUND: The use of clothing as a means of sun protection has been recommended in recent educationcampaigns. Contrary to popular opinion, however, some fabrics provide insufficient ultraviolet (UV) protection.MATERIAL AND METHODS: We investigated 236 apparel textiles of the spring/summer collections 2000 and2001. In accordance with the forthcoming European standard the UV protection factor (UPF) of the fabrics wasdetermined spectrophotometrically. RESULTS: Seventy-eight (33%) fabrics had UPF < 15, 45 (19%) had UPF =or > 15 and < 30, and 113 (48%) had UPF = or > 30 (30+). More than 70% of the wool, polyester, and fabricblends, and only less than 30% of the cotton, linen, and viscose fabrics had UPF values of 30+. Fabrics withblack, navy-blue, white, green, or beige colours provided most frequently UPF values of 30+. CONCLUSIONS:It is difficult for the sun-aware consumer to choose the 'right' garment, with a third of summer clothing providinginsufficient UV protection and only half of the fabrics having UPF 30+, the UPF recommended by the Europeanstandard. Therefore, apparel summer fabrics should be measured and labelled in accordance with a standarddocument.


20. PublisherBioMed Central Ltd.

21. Pricefree accessi


Berichtsblatt

ISSN



3b. Titel der PublikationInfluence of wetness on the ultraviolet protection factor (UPF) of textiles: in vitro and in vivo measurements.


4b. Autoren der Publikation (Name, Vorname(n))Gambichler Thilo, Hatch Kathryn, Avermaete Annelies, Altmeyer Peter,Hoffmann Klaus.









53170 Bonn






14. Tabellen6

15. Abbildungen



18. KurzfassungBACKGROUND/PURPOSE: Clothing is an important product for sunburn protection and skin cancer prevention. The moisture content of afabric, which can increase during its wearing, may decrease the fabric's capability of protecting the skin from solar UV radiation, that is,lower its UPF (ultraviolet protection factor). Due to limited data about the effect of fabric wetness on UPF, this study was undertaken toinvestigate the following: (a) the effect of saturating a variety of fabrics with tap water and with salt water on fabric UPF and (b) whetherwetted-fabric UPF values reflect only the fact that the fabric is wet during testing or the fact that the skin is hydrated and the fabric is wet.METHODS: For objective a, 69 summer fabrics were spectrophotometrically (in vitro) assessed when "dry" and when saturated with tap andsalt water. In vitro UPFs, percent UVA transmission and percent UVB transmission values were calculated from the transmission data. Forobjective b, 100% cotton and 100% polyester fabrics were tested in vivo to determine in vivo UPF values. The minimal erythema dose (MED)was determined for each of the 12 subjects on unprotected "dry" skin and on "hydrated" unprotected skin. MEDprotected was determinedwhen the subject's skin was covered with "dry" and with saturated fabric. In vivo UPFs were calculated using this data. Student's paired t-testswere used to determine the effect of wetting. RESULTS: With one exception, in vitro UPF values were the same when the fabrics weresaturated with tap water and when they were saturated with salt water. However, saturating the fabrics with water had different effects on theUPF, UVA transmission, and UVB transmission values. For linen, viscose and polyester fabrics, UPF significantly increased. For the cottonfabrics and the polyester + TiO2 fabrics, UPF significantly decreased. For the modal + TiO2 fabrics and the polyester crepe + TiO2 fabrics,UPF significantly increased. From the in vivo testing, the MED of the "hydrated unprotected" skin was not different than the MED of "dryunprotected skin." Values obtained from subtracting dry-fabric in vivo UPF values from dry-fabric in vitro values and subtracting wet-fabricin vivo UPF values from wet-fabric in vitro values are not different. CONCLUSION: Fabrics do not need to be tested when saturated with tapand with salt water. Testing fabrics wet and dry should be done, as the effect of saturating fabric on UPF value varies. Fortunately, UPFvalues for wetted fabrics reveal only the effect of increased moisture content in the fabric and have nothing to do with wetting of the skin bythe fabric.


20. VerlagMunksgaard, Copenhagen.

21. Preis31 Euro



ISSN0905-4383



3b. Title of PublicationInfluence of wetness on the ultraviolet protection factor (UPF) of textiles: in vitro and in vivo measurements.


4b. Author(s) of the Publication (Family Name, First Name(s))Gambichler Thilo, Hatch Kathryn, Avermaete Annelies, Altmeyer Peter,Hoffmann Klaus.









53170 Bonn






14. No. of Tables6



18. AbstractBACKGROUND/PURPOSE: Clothing is an important product for sunburn protection and skin cancer prevention. The moisture content of afabric, which can increase during its wearing, may decrease the fabric's capability of protecting the skin from solar UV radiation, that is,lower its UPF (ultraviolet protection factor). Due to limited data about the effect of fabric wetness on UPF, this study was undertaken toinvestigate the following: (a) the effect of saturating a variety of fabrics with tap water and with salt water on fabric UPF and (b) whetherwetted-fabric UPF values reflect only the fact that the fabric is wet during testing or the fact that the skin is hydrated and the fabric is wet.METHODS: For objective a, 69 summer fabrics were spectrophotometrically (in vitro) assessed when "dry" and when saturated with tap andsalt water. In vitro UPFs, percent UVA transmission and percent UVB transmission values were calculated from the transmission data. Forobjective b, 100% cotton and 100% polyester fabrics were tested in vivo to determine in vivo UPF values. The minimal erythema dose (MED)was determined for each of the 12 subjects on unprotected "dry" skin and on "hydrated" unprotected skin. MEDprotected was determinedwhen the subject's skin was covered with "dry" and with saturated fabric. In vivo UPFs were calculated using this data. Student's paired t-testswere used to determine the effect of wetting. RESULTS: With one exception, in vitro UPF values were the same when the fabrics weresaturated with tap water and when they were saturated with salt water. However, saturating the fabrics with water had different effects on theUPF, UVA transmission, and UVB transmission values. For linen, viscose and polyester fabrics, UPF significantly increased. For the cottonfabrics and the polyester + TiO2 fabrics, UPF significantly decreased. For the modal + TiO2 fabrics and the polyester crepe + TiO2 fabrics,UPF significantly increased. From the in vivo testing, the MED of the "hydrated unprotected" skin was not different than the MED of "dryunprotected skin." Values obtained from subtracting dry-fabric in vivo UPF values from dry-fabric in vitro values and subtracting wet-fabricin vivo UPF values from wet-fabric in vitro values are not different. CONCLUSION: Fabrics do not need to be tested when saturated with tapand with salt water. Testing fabrics wet and dry should be done, as the effect of saturating fabric on UPF value varies. Fortunately, UPFvalues for wetted fabrics reveal only the effect of increased moisture content in the fabric and have nothing to do with wetting of the skin bythe fabric.

19.KeywordsClothing, fabrics, textile material, ultraviolet protection factor (UPF), spectrophotometry, UV transmission, skin cancer prevention, sunprotection

20. PublisherMunksgaard, Copenhagen.

21. Price31 Euro

UV-Tex-Abschlussbericht (S. 1)

Verbundprojekt:

“UV-Tex/Erforschung der Durchlässigkeit von Textilien und

Entwicklung von Bekleidung mit definiertem Schutzfaktor

gegen UV-Strahlung“

Förderkennzeichen 07UVB60A/2 und 07UVB60B/5

Abschlussbericht

Sachbericht - Zeitraum 1999 - 2001

(Wissenschaftlich - technische Ergebnisse)

Datum vom: 01.07.99 bis 31.12.01

GSF - Projektträger des BMBF für Umwelt- und Klimaforschung


Projektpartner:

• 1 Dermatologische Klinik der Ruhr-Universität Bochum im St. Josef Hospital,

Gudrunstr. 56, D-44791 Bochum nachfolgend: RUB

Projektleiter: Dr. med. Klaus Hoffmann, Leitender Oberarzt der

Dermatologischen Klinik der Ruhr-Universität Bochum

• 2 KSI Klaus Steilmann Institut für Innovation und Umwelt GmbH,

Lyrenstr. 13, D-44866 Bochum nachfolgend: KSI

Zusammensetzung der Arbeitsgruppe:

Dr. K. Hoffmann (Dermatologe)1, Dr. T. Gambichler (Dermatologe)1,

Prof. Dr. W.-D. Hartmann (Innovationswissenschaftler)2, R. Schmidt (Diplom-

Physiker)2, D. Hartmann (Produktentwicklung)2 I. Esser (MTA)1, E. Piwek

(MTA)1


Inhaltsverzeichnis Seite

1. Zusammenfassung-----------------------------------------------------------------------------------4

2. Wissenschaftlicher und technischer Stand vor Projektbeginn 7

3. Ziele und Aufgabenstellungen -------------------------------------------------------------9

4. Projektdurchführung, Ergebnisse und Diskussion -------------------- 10

4.1. Markt für UV-Schutzkleidung: Akzeptanz in der Bevölkerung ---------------------------------- 10

4.2. Beschaffung und Auswahl von Textilien für die Bestimmung des UPFs ------------------- 11

4.3. UPF-Messmethoden ------------------------------------------------------------------------------------------ 13

4.4. UPF-Rating von kommerziellen Sommertextilien --------------------------------------------------- 34

4.5. Untersuchungen zur UVB/UVA-Transmission von Textilien------------------------------------- 36

4.6. Einfluss von Konstruktion, Färbung und UV-Absorbern auf den UPF von Textilien ---- 42

4.7. Durchführung von Belastungstests ausgewählter Textilien ------------------------------------ 46

4.8. Einfluss von Feuchtigkeit und Nässe auf den UPF von Textilien------------------------------ 50

4.9. Entwicklung und Herstellung von UV-dichten Textilien ------------------------------------------ 59

4.10. Herstellung einer UV-Schutz-Kollektion---------------------------------------------------------------- 63

5. Zusammenarbeit mit anderen Stellen---------------------------------------------- 69

6. Literatur------------------------------------------------------------------------------------------------------ 71

7. Verzeichnisse------------------------------------------------------------------------------------------- 75

7.1 Abbildungen----------------------------------------------------------------------------------------------------- 75

7.2. Tabellen------------------------------------------------------------------------------------------------------------75


1. Zusammenfassung

Weltweit ist ein besorgniserregender Anstieg der Hautkrebsraten zu verzeichnen. Ein

Zusammenhang von bösartigen Hauttumoren und UV-Strahlung gilt heute als

gesichert. Deshalb sind geeignete Schutzmaßnahmen vor UV-Strahlung ein

wichtiger Beitrag zur primären Hautkrebsprävention. Neben dem Meiden der Sonne

und der Verwendung von Sonnenschutzmitteln ist die Bekleidung als wichtigstes

Werkzeug zum UV-Schutz anzusehen. Ziel des hier vorliegenden Vorhabens war

insbesondere die Erprobung und Untersuchung der verschiedenen Meßmethoden

des „Ultraviolet Protection Factor“ (UPF) und der Parameter, die den UV-Schutz von

Textilien beeinflussen. Daraus abgeleitet sollten Textilien mit einem definierten UV-

Schutzfaktor entwickelt werden. Die spektralphotometrische Bestimmung des UPF-

Wertes – die sogenannte In-vitro-Methode – ist ein präzises Verfahren, mit dem

aufgrund seines Messprinzips (worst-case-scenario) sichere und gut reproduzierbare

Schutzfaktoren berechnet werden, die in der Regel unter natürlichen Bedingungen

kaum überschritten werden. Die zeit- und kostenaufwendigen In-vivo-Methoden mit

Probanden bringen keinen Vorteil – lediglich die Testung des UPFs mittels

biologischer Dosimetrie stellt eine gute Alternative zur spektralphotometrischen

Testung dar, weil mit dieser Methode auch Messungen im Freien unter normalen

Expositionsbedingungen gemacht werden können und der Kostenaufwand relativ

gering ist.

Wir konnten zeigen, dass über 30% der auf dem deutschen Markt

befindlichen Sommertextilien unzureichende UPF-Werte (<15) aufweisen. Nur 43%

der getesteten Textilien entsprachen dem gemäß des Europäischen Standards

empfohlenen UPF-Richtwert von 40+. Neben der UVB-Transmission, die im

wesentlichen durch den UPF-Wert eines Textils charakterisiert wird, wurde auch die

UVA-Transmission näher untersucht. Es zeigte sich, dass die UVA-Transmission in

der Regel größer als die UVB-Transmission ist und teilweise sogar mehr als das

Doppelte betragen kann – bei nassen Textilien tritt dieser Effekt noch stärker auf.

Die wichtigsten textilen Parameter, die einen entscheidenden Einfluss auf die UV-

protektiven Eigenschaften eines Textils ausüben sind die Konstruktionsart, der

Fasertyp und die Stofffarbe. Die in der Regel besten Schutzeigenschaften bieten

gewebte Polyester- und Polyesterverbindungen. Textilien aus Baumwolle, Viskose

und Leinen haben meist niedrige UPF-Werte. Die zusätzliche Ausrüstung mit UV-


Absorbern (z.B. Titandioxid) erhöht signifikant den UV-Schutz des Textils und kann

insbesondere bei Fasern eingesetzt werden, die sonst einen eher geringen Schutz

gewährleisten. Sowohl die Dehnung eines Bekleidungsstückes als auch sein

Feuchtigkeitszustand haben einen signifikanten Einfluss auf den UPF-Wert.

Während es unter Dehnung eines Textils in zwei Ebenen regelmäßig zu einem Abfall

des UPFs kommt sind die Veränderungen des UPFs unter Nässe komplexer und

scheinen im wesentlichen vom Fasertyp abzuhängen. Baumwolltextilien verlieren im

nassen Zustand deutlich ihre UV-Schutzwirkung. Demgegenüber findet man bei

nassen Textilien aus Modal eine signifikante Zunahme des UPFs. Die chronische

UV-Belastung eines Kleidungsstückes kann eine ausgeprägte Photodegration der

Textilfarbe bewirken und so zu einem Abfall des UPFs führen. Bei anderen

physikalischen (z.B. Dämpfen) und chemischen Belastungstests zeigten sich keine

dramatischen Beeinträchtigungen des UPFs - die Messungen zeigten im Vergleich,

unbenutzter Stoff und penetrierter Stoff, eher eine Zunahme des UPFs, als eine

Abnahme. Signifikant höher liegt der UPF des getrockneten Stoffes insbesondere

nach Anwendung der chemischen Verfahren (z.B. Waschschrumpf oder der

Scheißechtheit, sauer bzw. alkalisch).

Bei der Erstellung einer Kollektion mit „UV-Schutzkleidung“ ist einerseits auf

modische Aspekte und Tragekomfort wertgelegt, andererseits aber auch an die

Integration der Anforderungen des Europäischen Standards geachtet worden. In

Zusammenarbeit mit den Mitgliedern der Europäischen Normierungskommission

(CEN) sind u.a. basierend auf den Ergebnissen des UV-Tex-Projektes

Anforderungen für die Messung und Auszeichnung von UV-Schutzkleidung definiert

worden. Neben dem UPF-Richtwert von 40+ und der maximal zulässigen UVA-

Transmission von 5% sind insbesondere auch strenge Anforderungen an das Design

der Bekleidungsstücke gestellt worden. Mit der voraussichtlichen Verabschiedung

des zweiten Teils des Europäischen Standards Anfang 2003 wird die normierte

Messung und Auszeichnung UV-protektiver Bekleidung Europaweit möglich sein.

Anhand der dort beschriebenen Testprozeduren besteht die Möglichkeit für

Textilhersteller, geeignete Stoffe zu selektieren und für den UV-Schutzsektor unter

Berücksichtigung der Design-Anforderungen weiterzuverarbeiten. Insgesamt

sprechen die Signale sowohl aus dem wissenschaftlichen Bereich als auch auf

Verbraucherseite dafür, dass die große Bedeutung der Bekleidungsartikeln für den


Sonnenschutz erkannt worden ist und ein gewisses Umdenken im Sonnenverhalten

und bei der Verwendung von Sonnenschutzartikeln eintreten wird.


2. Wissenschaftlicher und technischer Stand vor Projektbeginn

Weltweit ist ein besorgniserregender Anstieg der Hautkrebsraten zu verzeichnen. In

Mitteleuropa liegen die Inzidenzen für das Basalzellkarzinom bei 100

Neuerkrankungen, für das Plattenepithelkarzinom bei 25 Neuerkrankungen und für

das maligne Melanom bei 15 Neuerkrankungen pro 100.000 Einwohner jährlich. In

Australien werden sogar noch deutlich höhere Inzidenzen beobachtet. Die große

Bedeutung der ultravioletten (UV) Strahlung bei der Entstehung von epithelialen

Hauttumoren (z.B. Basalzellkarzinom, Plattenepithelkarzinom) ist in vielen

epidemiologischen Untersuchungen eindeutig belegt worden. Die Inzidenz dieser

Hauttumore korreliert positiv mit steigender kumulativer UV-Dosis und höherem

Lebensalter. Einige epidemiologische Studien und tierexperimentelle

Untersuchungen scheinen zu belegen, dass auch die Entwicklung des malignen

Melanoms durch natürliche und artifizielle UV-Strahlung begünstigt wird (1).

Neben dem Meiden der Sonne ist die Verwendung von Sonnencremes die am

besten untersuchte und etablierteste Methode für den Schutz vor ultravioletter (UV)

Sonnenstrahlung. Die Empfehlung von Textilien zu diesem Zweck ist bisher eher

vernachlässigt worden. Ein verstärktes Augenmerk auf den textilen UV-Schutz wurde

zuerst in australischen Präventionskampagnen gelegt. Es wurde einerseits ein

Bewusstsein dafür geschaffen, dass Textilien für den UV-Schutz genutzt werden

sollten und andererseits, dass ein beträchtlicher Teil der Sommerkleidung nur

unzureichenden UV-Schutz bietet (2-4). Im Tiermodel konnten photoprotektive

Wirkungen und geringeres Auftreten von Hautkrebs durch geeigneten textilen Schutz

nachgewiesen werden (5). Der direkte Zusammenhang zwischen dem Auftreten von

Hautkrebs und UV-Exposition durch ein Kleidungsstück wurde bei einem Patient mit

Xeroderma pigmentosum dokumentiert (6). Abgesehen von der Entstehung maligner

Tumoren ist der UV-Schutz durch Textilien auch von Bedeutung für die Prävention

photosensitiver Dermatosen, z.B. Lupus erythematodes, polymorphe Lichtreaktion,

solare Urtikaria. Durch das eher steigende Interesse am Sonnenschutz allgemein

und speziell an den UV-schützenden Eigenschaften von Textilien wurden Methoden

und Klassifizierungsschemata entwickelt, die einen optimalen UV-Schutz garantieren

sollten. Da der UV-Schutz eines Textils nicht durch bloße Inspektion eingeschätzt

werden kann, wurden spezielle Messmethoden entwickelt (7-13). In früheren Studien


wurde die Messung der UV-Transmission mit Hilfe von Spektralphotometern am

häufigsten eingesetzt. Aus den Transmissionsdaten kann der „Ultraviolet Protection

Factor“ (UPF) berechnet werden, der analog zum „Sun Protection Factor“ (SPF) von

Sonnencremes angibt, um welchen Faktor die Aufenthaltsdauer in der Sonne

verlängert werden kann, ohne dass es zu einem Erythem der Haut kommt. Dieser

biologische Endpunkt gilt allgemein als Maß für eine akute aktinische Schädigung,

die der Photokarzinogenese vorauszugehen scheint. Zur Überprüfung der

spektralphotometrischen Methode in vitro wurden in wenigen Studien in vivo

Methoden eingesetzt werden. Diese Tests wurden mit menschlichen Probanden und

unterschiedlichen Strahlungsquellen (Sonnensimulator, natürliche Sonne)

durchgeführt (14-20). Die Ergebnisse dieser Studien waren allerdings kontrovers.

Neben den Testmethoden waren vor allem die verschiedenen Textilparameter

von Interesse, die einen Einfluss auf die UV-Transmission ausüben. Gemäß früherer

Studien sind die wichtigsten Faktoren wie folgt: Fasertyp, Konstruktionsart,

Fasergewicht und Dicke des Textils, Farbe und spezielle Ausstattung mit UV-

Absorbern. Aber auch beim Gebrauch der Textilien kann unter bestimmten

Bedingungen (z.B. Dehnung, Nässe) eine Veränderung des UPFs auftreten (21-42).

Ein Nachteil dieser früherer Studien war, dass in der Regel nur kleine

Probenanzahlen untersucht wurden, und die einzelnen Parameter in der Regel nicht

unabhängig voneinander ausgewertet werden konnten.


3. Ziele und Aufgabenstellungen

In Kurzform waren wurden folgende Ziele angestrebt: Erforschung der UV-

Durchlässigkeit von Textilien und Entwicklung von Bekleidung mit definiertem

Schutzfaktor gegen UV-Strahlung. Zunächst war die Prüfung und Validation

verschiedener Testmethoden zur Bestimmung des UPFs vorgesehen. Hierzu sollten

hochmoderne Messgeräte (Spektralphotometer) und Solar-Simulatoren eingesetzt

und sowohl der UVB- als auch UVA-Schutz der Textilien untersucht werden. Die

Evaluation der verschiedenen in vivo Techniken sollte erfolgen, um die Vor- und

Nachteile der einzelnen Methoden beurteilen zu können. Neben den in vitro

(Spektralphotometrie) und in vivo Methoden (MED-Bestimmung am Menschen)

sollten insbesondere auch Vergleichsuntersuchungen mit biologischen Dosimetern

und natürlicher Sonnenstrahlung im Feldversuch vorgenommen werden, um die

Validität UPF-Bestimmung der zuvor genannten Methoden besser abschätzen zu

können. Anhand umfangreicher Datenmengen sollte ein Anforderungskatalog (z.B.

Textilparameter, Design) entwickelt werden, der die Kriterien für effektive UV-

Schutzkleidung festlegt. Aus diesen Anforderungen sollte die Herstellung UV-

definierter Textilien für die verschiedenen Bekleidungssegmenten ermöglicht

werden. Schließlich sollten aus den Ergebnissen Anforderungskriterien entwickelt

und optimale Vermarktungsmöglichkeiten konzipiert werden.


4. Projektdurchführung, Ergebnisse und Diskussion

4.1.Markt für UV-Schutzkleidung: Akzeptanz in der Bevölkerung

Um die UV-Schutz-Akzeptanz in der Bevölkerung zu ermitteln, wurde von den

Projektpartnern ein Fragenkatalog entwickelt, der beginnend mit allgemeinen

Fragen, nach Alter und Geschlecht, die Anzahl von Muttermalen bzw. Leberflecken,

die Häufigkeit des Aufenthalts in der Sonne, die schwere von Sonnenbränden, die

Einschätzung des Sonnenschutzes durch Kleidung, die bevorzugten Textilien etc.

abfragt.

In die von der Dermatologischen Klinik durchgeführten Befragung wurden 248

Personen einbezogen. 74% der Befragten, äußerten, dass sie sich gelegentlich bis

häufig in der Sonne aufhalten. Schwere Sonnenbrände, überwiegend im Schulter

und Rückenbereich, gaben 77% der Personen an. Zweidrittel der Befragten haben

noch nichts von Kleidung mit definiertem UV-Schutzfaktor gehört, wobei 41% den

Sonnenschutz von Kleidung sehr gut einschätzten. Der überwiegende Teil der

Personen betreibt Sonnenschutz mit Sonnencremes und Kleidung – nur 5% meiden

die Sonne gänzlich. Fünfundsiebzig Prozent der Befragten würden Kleidung mit

ausgewiesenem Sonnenschutz vorziehen – 10% auch wenn diese teurer ist. Die

wichtigsten angegebenen Eigenschaften von Sommerbekleidung waren: leicht, luftig,

atmungsaktiv und modisch. Über 90% der Befragten begrüßten Kleidung mit

definierten Sonnenschutz im Baby- und Kinderbekleidungssegment. Ein Drittel der

Personen begrüßten dies auch im Sport- und Fun-Bekleidungssegment. Am meisten

bevorzugt wurden folgende Stoffarten für den Gebrauch im Sommer: Baumwolle (>

90%), Leinen (> 40%) und Viskose (> 25%). Synthetische Fasern wie z.B. Polyester,

Polyamid und Polyacryl wurden von weniger als 10% der Personen favorisiert.

Bei einer vom KSI durchgeführten Online-Befragung im Bereich High-Tech-

Fashion wurde auch eine Frage zum UV-Schutz von Bekleidung gestellt. Dort wurde

die Zusatzfunktion von Bekleidung, der UV-Schutz, bzgl. seiner Nützlichkeit

abgefragt. Von den 1071 Teilnehmern fanden 54% den UV-Schutz von Bekleidung

als sehr nützlich, 34% als nützlich, 10% weniger nützlich und 2 % überhaupt nicht

nützlich.


4.2.Beschaffung und Auswahl von Textilien für die Bestimmung des UPFs

Vom KSI wurden im Verlauf des Projekts diverse Textilien kontinuierlich akquiriert.

Dabei wurden sowohl gemusterte und unifarbene voll ausgerüstete Stoffe

(Produktionsware) als auch Rohware (direkt vom Webstuhl, unbehandelt bzw.

entschlichtet und gebleicht) sowie UV-Schutzstoffe angefordert. Darüber hinaus

wurden auch von anderen Firmen Textilien zur Verfügung gestellt, insbesondere

spezielle Textilien wie z.B. Arbeitskleidung, Textilien mit UV-Schutzfasern (Fa.

Lenzing AG, Fa. Acordis AG, Fa. Händel + Diller GmbH, Fa. Robert Streich GmbH

etc.).

Das Gros der Proben (Produktionsware) wurde nach dem vom KSI in der

Abteilung Oberstoffkontrolle der Klaus Steilmann GmbH & Co. KG 1999

eingerichteten System aus deren für die Produktion bestimmten Stoffen der

Frühjahr/Sommerkollektionen 2000 und 2001 entnommen. Darüber hinaus erfolgte

die Stoff-Akquise auf Messen (Herren-Mode-Messe, CPD, CPD-Fabrics, A+A 2001

etc.) und direkt bei den Herstellern.

Für die Rohwaren-Akquise wurde ein Artikelpass ausgearbeitet, um bei

unterschiedlichen Herstellern vergleichbare Datensätze zu erhalten. Abgefragt

wurden beginnend mit firmenspezifischen Angaben wie Adresse und

Ansprechpartner, ob es sich um Stuhlrohware handelt, die Stoffe entschlichtet und

gebleicht sind, chemische Vorbehandlungen stattgefunden haben, es sich um

Gewebe oder Gewirke handelt, welche Materialzusammensetzung in Kette und

Schuss vorliegen, die Faserfeinheit, wie hoch die Fadenzahl in Kette und Schuss ist,

welche Bindungsart gewählt wurde, welches Flächengewicht vorliegt und für welche

vollausgerüsteten Stoffartikel die Rohware die Basis bildet.

Die Stoffauswahl hinsichtlich Faserart und Materialzusammensetzung erfolgte

nach einer vom KSI entwickelten Systematisierung in Anlehnung an die DIN 60.001,

unter Berücksichtigung der weltweit prozentual am häufigsten produzierten Fasern,

der Materialpräferenzen von Konsumenten und der Inlandsverfügbarkeit von textilen

Endprodukten in Deutschland im Jahre 1995.


Folgende Faserarten, bevorzugt zu 100% und in Mischung, wurden so vorrangig als

Gewebe für die Tests verwendet:

• Baumwolle (Pflanzliche Faser – Samenfaser)

• Leinen (Pflanzliche Faser – Bastfaser)

• Polyester (synthetisches Polymer – Polykondensation)

• Polyamid (synthetisches Polymer – Polykondensation/Polymerisation)

• Polyacryl (synthetisches Polymer – Polymerisation)

• Elastan (synthetisches Polymer – Polyaddition) mit geringen Prozentanteilen

in Mischung mit anderen Fasern

• Viskose (zellulosische Faser)

In die in-vitro-Tests wurden im Berichtszeitraum 165 unterschiedliche Stoffe der

Klaus Steilmann GmbH & Co. KG (georderte Produktionsware verschiedener

Hersteller mit unterschiedlicher Faserzusammensetzung und Bindungsart, nicht mit

gezählt die unterschiedlichen Muster und Färbungen sowie Behandlungszustände

durch Waschen und Dämpfen), 17 Stoffe (Produktionsware, nicht mit gezählt die

unterschiedlichen Farben) direkt vom Hersteller, 34 Rohwarenstoffe (stuhlroh oder

entschlichtet) direkt vom Hersteller, 55 UV-Schutzstoffe direkt vom Hersteller, 29

Stoffe aus dem Bereich Arbeitsschutz (Fa. UVEX) sowie 12 speziell vom

Textiltechnischen Institut (TTI) der Acordis AG für das Projekt angefertigte Stoffe (mit

unterschiedlichen Bindungsarten und Faserzusammensetzungen, nicht mit gezählt

die unterschiedlichen Farben und Ausrüstungen) einbezogen. Insgesamt wurden

etwa 3500 textile Proben spektralphotometrisch vermessen.

Für die in-vivo-Tests wurde zudem eine UPF-abhängige Stoffauswahl getroffen,

indem mit dem Spektralphotometer des KSI, einem CARY 3 Bio UV/Vis (Varian

GmbH), Auswahl-Messungen zur UPF-Bestimmung durchgeführt wurden. Stoffe mit

einem UPF <10 bzw. >30 konnten so nach Anforderung der Dermatologie definiert

bereitgestellt werden.


4.3.UPF-Messmethoden

4.3.1. Präzision der UPF-Messung mit Spektralphotometer und Autosampler

Die spektralphotometrische Messung der UV-Transmission ist eine etablierte

Methode, die zur Bestimmung UV-schützender Eigenschaften von Textilien

eingesetzt wird. Einerseits werden dabei hohe Anforderungen an die

Geräteausrüstung und Durchführung der Messung gestellt, andererseits werden

kostengünstige und zeitsparende Methoden benötigt. Präzision ist ein allgemeiner

Begriff für die Variabilität zwischen wiederholten Messungen. Unter Gleichhaltung

der wichtigsten Einflussfaktoren (z.B. Untersucher, Equipment, Kalibrierung, Umwelt)

kann die Variabilität von wiederholten Messungen in einem bestimmten Labor

evaluiert werden. Die Wiederholbarkeit der Ergebnisse entspricht in diesem Fall der

minimalen Variabilität. Demgegenüber ist die Reproduzierbarkeit von Ergebnissen in

verschiedenen Labors ein Maß für die maximale Variabilität von Messdaten. Im

folgenden wurde die Wiederholbarkeit von Transmissionsmessungen an Textilien mit

einem Spektralphotometer und automatischem Probengeber in unserem Labor

evaluiert.

Textilien

Fünfzehn unterschiedliche Sommertextilien mit einheitlicher Farbe und Konstruktion

wurden untersucht. Das durchschnittliche Gewicht der Textilien betrug 145 g/m²

(Gewichtsspannweite: 85-216 g/m²). Weitere Daten zu den Stoffen sind in Tabelle 1

aufgelistet.

Spekralphotometrie mit automatischem Probengeber (Autosampler)

Die Spektroskopie wurde mit dem Cary 500 UV/Vis/NIR (Varian GmbH, Darmstadt,

Deutschland) durchgeführt, dessen Probenraum speziell für die Integration eines

Autosamplers erweitert wurde (Abbildung 1). Neben der direkten Transmission wurde

mit Hilfe einer Integrationssphäre auch die diffuse Transmission der Stoffprobe

gemessen. Um Fluoreszenz-Effekte zu vermeiden, wurde die Öffnung der

Integrationssphäre mit einem UG 11 Filter (Schott, Mainz, Deutschland)

ausgestattet. Die Messung erfolgte im Wellenlängenbereich von 280-400 nm in 1 nm

Schritten. Das Spektralphotometer verfügte über einen Doppelmonochromator, der

Störeffekte durch Streustrahlung optimal reduzierte.


Tabelle 1: Charakteristika der verschiedenen Textilien (n=15). Mittelwerte (±s)* und prozentualerStandardfehler des Mittelwertes [E%] der UPFs und der Transmssionsmessungen

Textil

Nr.

Faser-

typ

Farbe UPF* [E%] Transmission (%)* [E%]

UVA UVB

1 VI Weiß 3.3±0.21 [0.1] 30.2±3.07 [5] 31.7±1.9 [2.1]

2 CO Weiß 3.5±0.03 [0.4] 26.1±0.68 [0.9] 27±0.05 [0.1]

3 VI* Weiß 3.6±0.19 [0.1] 31.4±1.93 [2.2] 28.3±1.66 [2.1]

4 CO Beige 8.5±0.09 [0.4] 16.1±0.21 [0.5] 9.4±0.12 [0.5]

5 CO Grau 9.7±0.05 [0.2] 13.9±0.11 [0.3] 8±0.06 [0.3]

6 PL* Weiß 19.1±0.05 [0.2] 8.3±0.04 [0.2] 3.9±0.04 [0.3]

7 VI* Oliv 19.3±0.22 [0.4] 8.4±1.3 [5.5] 5.2±0.05 [0.3]

8 CO Beige 20.8±0.09 [0.2] 7.7±0.03 [0.2] 3.6±0.04 [0.4]

9 VI* Weiß 34.3±0.53 [0.6] 5.9±1.16 [7] 2.8±0.04 [0.5]

10 PL Grau 37.6±0.94 [0.9] 5.4±1.08 [7] 2.6±0.05 [0.7]

11 PL Blau 43.9±5.86 [3.6] 5.8±1.2 [2.9] 2.3±0.73 [4.8]

12 PL Grün 54.1±3.69 [1.4] 5.9±1.35 [4.7] 1.6±0.25 [0.1

13 PL* Weiß 54.9±2.16 [1.4] 6.6±1.4 [7.6] 1.4±0.05 [0.1]

14 PL* Weiß 55.8±5.44 [3.4] 4.8±0.91 [6.7] 1.7±0.32 [4.5]

15 PL Grün 57.5±1.98 [1.2] 5.7±1.36 [8.4] 1.49±0.04 [0.1]

VI = Viskose; CO = Baumwolle; PL = Polyester; (alle Textilien waren einfach gewebt) *Fasern mit

optischen Aufhellern


Abbildung 1: Konstruktionsskizze des Autosamplers (1 = Probenmagazin, 2 = Integrationssphäre, 3 =Messposition mit rotierbarem Probenhalter, 4 = Schrittmotoren, 5 = Strahl des Spektralphotometers)

Eine Probe (3 × 4 cm) von jedem Textil wurde in einem handelsüblichen Diarahmen

befestigt. Es wurde darauf geachtet, dass der Stoff dabei nicht gedehnt wurde. Vor

der Messung wurden die 15 gerahmten Stoffproben einem Normprüfklima (relative

Luftfeuchtigkeit: 65±2%; Temperatur: 20±2° C) für 24 Stunden ausgesetzt. Für die

Messung wurden die Stoffproben in ein Diamagazin gesteckt, das im Autosampler

eingesetzt wurde. Die Proben wurden mit Hilfe den fünf mikroprozessorgesteuerten

Schrittmotoren des Autosamplers aus dem Magazin in den Strahlengang des

Spektralphotometers vor die Integrationssphäre transportiert. In dieser Position

wurden die Textilien viermal gemessen, indem die Probe jeweils um 90°

vollautomatisch gedreht wurde. Dadurch wurde die zweimalige Messung in Kett- und

Schussrichtung ermöglicht. Da die Strahlung des Spektralphotometers leicht

dezentriert auf die Probe projiziert wurde, konnten die Textilien durch mehrmalige

1

2

4

5

3


Rotationen in unterschiedlichen Gebieten gemessen werden, entsprechend einer

Fläche von 0,5 cm² (13).

Nach der Messung und Berechnung des UPFs der vier Scans wurden die

Proben aus dem Diamagazine genommen. Daraufhin wurden die Stoffproben auf

gleiche Weise wieder in das Magazine gesteckt und gemessen. Jede Stoffprobe

wurde so achtmal gemessen (32 Einzel-Scans). Alle Systemfunktionen,

einschließlich der Steuerung des Spektralphotometers und des Autosamplers wie

auch die Berechnung der Transmissionsdaten basierten auf einer Windows-Software

(Abbildung 2). Von den Transmissionsdaten und UPFs wurden die Mittelwerte mit

Standardabweichung (±s) und der prozentuale Standardfehler des Mittelwerts (E%)

berechnet.

Statistik

Die Daten wurden Untersucht mittels Varianzanalyse, Pearson-Korrelation und dem

zweiseitigen gepaarten t-Test. Ein P-Wert <0,05 wurde als statistisch signifikant

betrachtet.

400

Σ Eλ × Sλ × ∆λ

290

UPF =

400

Σ Eλ × Sλ × Tλ ∆λ

290

Abbildung 2: Berechnung des “Ultraviolet Protection Factor” (UPF) von Textilien [Eλ =Erythemwirkungsfunktion der CIE (14); Sλ = spektrale Verteilung der Sonnenstrahlung in Wm-2 nm-1; Tλ

= Transmission der Probe; ∆λ = Bandbreite in nm; λ = Wellenlänge in nm]


Ergebnisse

Die Mittelwerte (±s) und prozentualen Standardfehler des Mittelwertes der UPFs und

UV-Transmissionsdaten sind in Tabelle 1 im einzelnen aufgeführt. Bei Stoffen mit

einem UPF>30 wurden signifikant (r=0,78; P<0,001) höhere E% beobachtet. Im

Vergleich zur UVB-Transmission (E%=1,1; Spanne: 0,1-4,8) war E% der UVA-

Transmission (E%=3,9; Spanne: 0,2-8,4) signifikant höher (P<0,05). Ebenso war die

prozentuale UVA-Transmission signifikant (r=0,98; P<0,001) höher als die

prozentuale UVB-Transmission. Die Mittelwerte (±s) der UVA/UVB-Quotienten der

Transmissionsmessungen lagen für Polyester (n=7) bei 2,9±1,2 und für Baumwolle

und Viskose bei 1,5±0,5 (P<0,05). Ein Messdurchgang mit 15 Textilien benötigte 45

Minuten (Totale Messdauer: 6 Stunden).

Diskussion

Im Jahre 1997 berichtete Gies et al. (9) von einem Vergleich spektralphotometrischer

Daten aus 5 unabhängigen Labors, in denen nach standardisierten Methoden

dieselben Textilproben gemessen wurden. Dabei erwies sich die Messungen in 1nm

Schritten oder kleiner als günstigster Messbereich. Die Verwendung

unterschiedlicher Referenz-Sonnenspektren wirkte sich nicht signifikant auf die

Berechnung des UPFs aus. Obwohl unterschiedliche Spektralphotometer in dieser

Studie benutzt wurden, stimmten die Messergebnisse der einzelnen Labors gut

miteinander überein mit Unterschieden von 10-15%. Sowohl intraindividuelle als

auch interindividuelle Unterschiede bis zu 20% können bei der Messung einer

Textilprobe beobachtet werden.

In der vorliegenden Studie wurde von jedem Textil nur eine Probe untersucht.

Insbesondere bei Polyester beobachteten wir relativ hohe UPFs und signifikant

erhöhte UVA/UVB-Quotienten. Diese Befunde bestätigen die Ergebnisse aus

früheren Studien. Sowohl Gies et al. (9) als auch unsere Untersuchungen in

Zusammenarbeit mit Jan Laperre zeigten, dass die Reproduzierbarkeit von

Messergebnissen aus verschiedenen Labors mit dem Anstieg des UPFs abnimmt.

Im Gegensatz zu diesen Untersuchungen wiesen wir in der vorliegenden

Projektstudie innerhalb eines Labors eine Abnahme der Wiederholbarkeit von


Messergebnissen bei ansteigenden UPF nach. Dennoch wies der prozentuale

Standardfehler von 1% eine insgesamt hohe Präzision der Messung aus. Die

Diskrepanz zwischen beiden Untersuchen ist wahrscheinlich auf unterschiedliche

Auswertungsmethoden zurückzuführen.

Die unterschiedlichen Standardfehler der UVB-Transmission (1,1%) und UVA-

Transmission (3,9%) ist auf die Verwendung des Fluoreszenz-Filters zurückzuführen,

da der UG 11 Filter im Wellenlängenbereich von 380-400 beträchtliches Rauschen

generiert, was zu einer Ungenauigkeit der Messungen führen kann. Bei der

Verwendung eines Messbereichs von 290-380 nm ist mit deutlich niedrigeren

Varianzen im UVA-Bereich zu rechnen. Die Genauigkeit der Messung im UVB-

Bereich ist von zentraler Bedeutung, da dieser Wellenlängenbereich ein wesentlich

höheres erythematogenes Potential besitzt (13). Unsere spektralphotometrischen

Messungen wurden mit einem hochentwickelten Gerät durchgeführt, das mit einem

Doppelmonochromator und einem hochempfindlichen Photovervielfacher

ausgestattet ist. Dadurch wird eine optimale Reduktion von Streustrahlung und ein

großer dynamischer Messbereich gewährleistet. Darüber hinaus zeichnet sich das

Spekralphotometer durch eine hohe Wellenlängen-Reproduzierbarkeit aus, die nur in

Hundertstel eines Nanometers ausgedrückt werden kann. Durch die Messung der

um jeweils 90° rotierten Proben im leicht dezentralisierten Strahlengang konnte eine

größere Fläche des Textils untersucht werden, was eine Verbesserung der

Messgenauigkeit mit sich bringt. Mit der Verwendung eines Autosamplers können

nicht nur präzise sondern auch zeitsparende Transmissionsmessungen an Textilien

durchgeführt werden. Dies mag insbesondere für Labors von Bedeutung sein, die

routinemäßig eine große Anzahl von Stoffen testen.

Im Gegensatz zur automatisierten Probengebung bestehen bei dem

manuellen Einsetzen der Proben vor den Strahlengang einige Fehlerquellen. So ist

es z. B. schwierig, die Proben exakt reproduzierbar vor den Strahlengang zu

positionieren. Durch die Verwendung des automatischen Probengebers, der die

Proben präzise in vertikaler Stellung vor die Öffnung der Integrationssphäre

positioniert, wurde diese Fehlerquelle vermieden. Einerseits ist es aus klinischer

Sicht unwichtig, ob der UPF z.B. 31,4 oder 29,5 ist, andererseits können diese

kleinen Unterschiede der UPFs entscheidend dafür sein, ob und in welcher Klasse

ein Textil mit definierten UV-Schutz ausgezeichnet wird.



4.3.2. Spektralphotometrie versus MED-Testung mit Sonnensimulatoren

Die meisten Methoden zur Bestimmung des UPFs von Textilien basieren auf der

Messung der UV-Transmission durch das Textil. Bei radiometrischen Messungen

wird die totale UV-Transmission durch das Textil gemessen. Für eine korrekte

Messung müsste allerdings eine Bestrahlungsquelle verwendet werden, die dem

Sonnenspektrum entspricht, und die Detektoren müssten eine identische

Empfindlichkeit wie die menschliche Haut aufweisen. Dennoch ist die Methode

geeignet zur Messung von relativen Veränderungen des UPFs (z.B. ungedehnter

Stoff/gedehnter Stoff). Neben dem Spektralradiometer liefert das Spektralphotometer

die genausten Messwerte und wird am häufigsten für die Bestimmung des UPFs

eingesetzt (9,11,13,).

Das Spektralphotometer ist mit einer Deuterium- oder Xenon-Lampe

ausgestattet, die ein sonnenähnliches Spektrum emittieren. Die diffuse und direkte

UV-Strahlung wird hinter der Textilprobe mit einer Integrationssphäre gemessen. Aus

den Transmissionsdaten lässt sich unter Berücksichtigung der

Erythemwirkungsfunktion der menschlichen Haut und der Intensitätsverteilung der

Sonneneinstrahlung (Referenzspektrum) auf der Erdoberfläche der UPF berechnen

(Abbildung 2). Sowohl der Australische/Neuseeländische Standard als auch der

Europäische Standard fordern die Verwendung eines Spektralradiometers bzw.

Spektralphotometers bei der Bestimmung des UPFs von Textilien (7,12). Dennoch

ist unklar, ob diese im Labor ermittelten UPFs unter natürlichen Bedingungen

tatsächlich gültig sind (21,22,37). Die Verifizierung der in vitro UPFs an Probanden

mit natürlicher Sonnenstrahlung wäre deshalb wünschenswert, aber diese Versuche

sind analog zur in vivo Testung des SPFs von Sonnencremes äußerst unpraktikabel.

Das Spektrum der natürlichem Sonne kann von vielen Sonnensimulatoren relativ

genau nachgeahmt werden (43). Darüber hinaus ist die Sonnenstrahlung auf der

Erde zu etwa gleichen Teilen aus einem direkten und diffusen Anteil

zusammengesetzt. Deshalb wurden im folgenden Vergleichsuntersuchungen

zwischen spektralphotometrischen Messungen und der Bestimmung der minimalen

Erythemdosis (MED) mit Hilfe von Sonnensimulatoren mit diffuser oder direkter UV-

Strahlung durchgeführt.

Sonnensimulation mit diffuser UV-Strahlung


Textilien

Es wurden 5 kommerzielle Textilien aus der Frühjahr/Sommer Kollektion 1998 eines

führenden europäischen Bekleidungsherstellers (Klaus Steilmann GmbH & Co. KG,

Bochum, Deutschland) untersucht. Es handelte sich um unterschiedliche weiße,

nicht gemusterte, einfachgewebte Viskosestoffe mit einem Durchschnittsgewicht von

142 g/m² und einer Gewichtsspannweite von 100-170 g/m². Zwei der Stoffe (Nr. 4

und 5) waren speziell bearbeitet worden durch das Einbringen eines UV-Absorbers

(Titandioxid) in das Viskosegarn.

In vitro Methode

Es wurden in Übereinstimmung mit dem Australischen und Europäischen Standard

jeweils 4 Stoffproben (3 × 4 mm) aus der Mitte jedes Viskosestoffes ausgeschnitten,

spannungsfrei in einen Diarahmen eingelegt und im Normprüfklima (relative

Luftfeuchtigkeit : 65±2%; Temperatur: 20±2 C°) für 24 Stunden klimatisiert. Die

direkte und diffuse Transmission der Stoffproben wurde im Wellenlängenbereich von

280-400 nm mit dem Spektralphotometer Cary 3 Bio (Varian GmbH, Darmstadt,

Deutschland) bestimmt.

Zur Messung der diffusen Transmission wurde eine Cary 1/3 DRA

Integrationssphäre (Ulbricht-Kugel) eingesetzt. Zur Reduktion von

Fluoreszenzeffekten, die durch optische Aufheller und Farben hervorgerufen werden

können, wurde ein UG 11 Filter (Schott, Mainz, Deutschland) vor der Öffnung der

Integrationssphäre angebracht. Die gerahmten Stoffproben wurden zur

Transmissionsmessung manuell so dicht wie möglich vor die Öffnung der

Integrationssphäre gebracht, um die gesamte transmittierte Strahlung zu erfassen.

Die Transmission jeder einzelnen Probe wurde 4 mal gemessen, indem die Probe

nach jedem Scan um 90° gedreht und neu gemessen wurde. Für jeden der

Viskosestoffe wurden 16 Einzelmessungen durchgeführt. Aus den

Transmissionsdaten wurde unter der Berücksichtigung der Erythemwirkungsfunktion

der CIE und der Intensitätsverteilung der Sonnenstrahlung auf der Erdoberfläche der

UPF der Viskosestoffe berechnet (Abbildung 2).

In vivo Methode


Die hier beschriebene Methode basiert prinzipiell auf der Verifikation des in vitro

ermittelten UPFs durch Bestimmung der MED an Probanden. In Anlehnung an die

COLIPA-Kriterien (45) für die in vivo Tests von Sonnencremes wurde jeder

Viskosestoff an 10 gesunden Probanden (5 Männer; 5 Frauen) im Alter von 25 bis

60 Jahren (Mittelwert: 49 Jahre) mit einem Hauttyp II nach Fitzpatrick getestet. Als

Bestrahlungsquelle mit einem hohen Anteil an diffuser Strahlung diente der

Sonnensimulator Photomed 2000 (Photomed Medizintechnik GmbH, Wennigser

Mark, Deutschland). Das Spektrum der Halogenmetalldampflampe, die mit einem

Reflektor ausgestattet ist, kommt dem Spektrum der natürlichen Sonne sehr nahe

(Abb. 2). Bei einem Abstand der Lampe von 35 cm zur Haut betrug die UVB

Intensität 7,8 mW/cm². Zunächst wurde die MED der ungeschützten Haut am

Rücken bestimmt. Die UVB-Dosen reichten von 0,04 - 0,09 J/cm² bei einer

Steigerungsdosis von 0,01 J/cm². Die MED wurde 24 Stunden später abgelesen.

Danach wurden die Viskosestoffe direkt auf die Haut (“on skin”) des Rückens

aufgelegt und die MED für die geschützte Haut bestimmt. Die UVB-Dosen für die

geschützte Haut wurden aus dem Produkt der Dosen für die ungeschützte Haut und

dem in vitro UPF des jeweiligen Stoffes berechnet.

Statistik

Unterschiede zwischen den in vitro und in vivo UPFs wurden mit dem ungepaarten,

zweiseitigem t-Test untersucht. Ein P-Wert <0,05 wurde als statistisch signifikant

betrachtet.

Ergebnisse

Die UPFs der unbehandelten Viskose lagen im Durchschnitt niedriger als die mit

Titanoxid (TiO2) imprägnierten Stoffe Nr. 4 und Nr. 5. Die mittleren in vitro UPFs der

einzelnen Stoffe waren: 2,5 (Nr. 1), 14 (Nr. 2), 16 (Nr. 3), 33 (Nr. 4), 35 (Nr. 5). Die

entsprechenden in vivo UPFs waren: 2 (Nr. 1), 12 (Nr. 2), 13 (Nr. 3), 34 (Nr. 4), 36

(Nr. 5). Die zwar tendenziell niedrigeren in vivo UPFs der Stoffe Nr. 1-3 und die

tendenziell höheren in vivo UPFs der Stoffe Nr. 4 und 5 unterschieden sich nicht

signifikant von den jeweiligen in vitro UPFs.

Sonnensimulation mit direkter UV-Strahlung

Textilien


Es wurden 30 unterschiedliche Textilien aus der Frühjahr/Sommer Kollektion 1999

eines führenden europäischen Bekleidungsherstellers (Klaus Steilmann GmbH & Co.

KG, Bochum, Germany) untersucht, die nicht gemustert und einheitlich konstruiert

waren.

In vitro Methode

Von jedem Textil wurden vier Proben in gleicher Weise aufbereitet, wie in Absatz

1.1. dargestellt. Danach wurden von jedem Textil 16 Einzelscans mit dem in Absatz

1.1. beschriebenen Spektralphotometer (Cary 500 UV/Vis/NIR, Varian GmbH,

Darmstadt, Deutschland) mit Autosampler durchgeführt. Die Messung erfolgte im

Wellenlängenbereich von 280-400 nm in 1 nm Schritten. Die Formel aus Abb. 2

diente zur Berechnung des UPFs. Für alle vier Proben eines bestimmten Textils

wurde ein Mittelwert berechnet und der niedrigste Wert wurde als UPF des Textils

betrachtet (”worst-case principle”).

In vivo Methode

Es wurden 49 Probanden (26 Männer; 23 Frauen) im Alter von 20 bis 39 Jahren

(Durchschnittsalter: 29,6) mit Hauttyp II (n=29) und Hauttyp III (n=20) untersucht.

Verwendet wurde ein Sonnensimulator mit vorwiegend direkter UV-Strahlung, der

den COLIPA-Kriterien (45) entsprach. Das Gerät ist ausgestattet mit einer Xenon-

Bogenlampe und verschiedenen Filtern (WG-320, UG-5; Schott, Mainz,

Deutschland), die ein sonnenähnliches UV-Spektrum im Wellenlängenbereich von

290-400 nm emittiert. Der infrarote und sichtbare Wellenlängenbereich wird

weitgehend herausgefiltert. Vor jeder Bestrahlung wurde die Intensität der Lampe mit

einem RM-11 Radiometer (Dr. Gröbel, Ettlingen, Deutschland) gemessen. Die

Bestrahlungsstärke im Hautniveau betrug 3,5 mW/cm². Mit Hilfe eines

computergesteuerten Feedback-Systems wurde die Intensität der Lampe während

der Bestrahlung konstant gehalten. Die MED-Bestimmung wurde im

diskontinuierlichen Messmodus mit Bestrahlungsintervallen von 0,5 Sekunden und

einer maximalen Bestrahlungszeit pro Spot von 10 Sekunden durchgeführt.

Zunächst wurde die MED auf der ungeschützten Haut am Rücken getestet

(MEDungeschützt). Die UVB-Dosierung betrug für Hauttyp II 30-105 mJ/cm²

(Steigerungsdosis: 15 J/cm²) und für Hauttyp III 40-140 mJ/cm² (Steigerungsdosis:

20 mJ/cm²). Die MED wurde 24 Stunden nach der UV-Exposition abgelesen.


Zur Bestimmung der MED der geschützten Haut wurde eine Textilprobe (7 cm

Durchmesser) auf die Haut (“on skin”) kontralateral zur MEDungeschützt aufgelegt und

der Bestrahlungsaufsatz des Sonnensimulators senkrecht das Textil aufgesetzt.

Darüber hinaus wurden 8 Textilien auch in etwa 2-4 mm Abstand zur Haut (“off skin”)

getestet. Die UVB-Dosierung für die Bestimmung der MEDgeschützt und die

Berechnung des in vivo UPFs wurden wie in Absatz xx berechnet. In

Übereinstimmung mit dem Melanoma and Skin Cancer Research Institute (MASRI)

wurde jedes Textil bei 3 Probanden getestet, wobei der niedrigste UPF als der in vivo

UPF definiert wurde (19). Darüber hinaus wurden die Bestrahlungsareale mit der

höchsten UVB-Dosis, sowohl bei der Ablesung der MEDungeschützt wie auch bei der

Ablesung der MEDgeschützt, chromametrisch im L*, a*, b* Modus untersucht (Minolta

Chroma Meter CR-200, Osaka, Japan). Der a* Wert wurde als empfindlichster

Parameter für die Messung von Veränderungen der Erythemreaktion angesehen.

Statistik

Die statistische Auswertung der Daten wurde mit dem SPSS für Windows

vorgenommen. Unterschiede zwischen den in vitro und in vivo UPFs, Unterschiede

zwischen der UVB- und UVA-Transmission wie auch Differenzen zwischen den a*

Werten für die maximalen UVB-Dosen der MEDungeschütz und MEDgeschützt wurden mit

der Pearson-Korrelation und dem zweiseitigem gepaarten bzw. ungepaarten t-Test

durchgeführt. Ein P-Wert <0,05 wurde als statistisch signifikant betrachtet.

Ergebnisse

In Tabelle 2 sind die in vitro und in vivo UPFs der einzelnen Textilien (n=30)

dargestellt. Die in vivo “on skin” UPFs waren signifikant (r=0,95; P<0,001) niedriger

Tabelle 2: Vergleich in vitro und in vivo UPFs

Textil

Nr.

Faser Farbe Gewicht

(g/m²)

In vitro UPF In vivo UPF

”on skin”

(”off skin”)

Transmission

UVA UVB

(%) (%)

Transmission

ratio

UVA/UVB

1 CO Weiß 140 17.5 11,7 6.2 5.9 1.05

2 CO Weiß 85 3.5 3.5 (3.5) 27.1 27.9 0.97

3 CO Weiß 125 22.2 14,4 5.2 4.5 1.16

4 LI Gelb 146 7.8 4.5 14.8 10.9 1.36

5 LI Weiß 146 8.6 4.3 (11.5) 10.5 11 0.95

6 LI Gelb 142 6.8 5.1 16 11.7 1.37


Textil

Nr.

Faser Farbe Gewicht

(g/m²)

In vitro UPF In vivo UPF

”on skin”

(”off skin”)

Transmission

UVA UVB

(%) (%)

Transmission

ratio

UVA/UVB

7 LI Hellgrün 148 17.3 11.5 5.6 5 1.12

8 LI Khaki 140 11.9 11.9 7.8 7 1.11

9 LI Weiß 146 9.1 9.1 12 9.6 1.25

10 LI Hellgrün 140 17.1 13 5.9 5.1 1.16

11 VI Hellblau 90 4.1 2.7 25.6 24.4 1.05

12 VI Oliv 127 25.1 16.7 4.1 3.9 1.05

13 VI Hellbeige 93 3.2 2,1 32.5 30.8 1.06

14 VI Weiß 100 3.6 1.8 (5.9) 28.6 27.4 1.04

15 VI Hellgrün 95 3.2 2.4 31.9 31 1.03

16 PL Oliv 166 16.4 11 (16.4) 7.7 5.8 1.33

17 PL Hellgrau 180 29.6 22.2 9.3 2.6 3.55

18 PL Hellgrau 172 40.1 30 6.1 1.8 3.39

19 PL* Weiß 172 36.7 14.6 4.5 2.6 1.73

20 PL* Weiß 149 38.3 28.7 4.7 2.5 1.88

21 PL* Weiß 125 30.3 24.3 5.4 3.1 1.74

22 PA Weiß 25 1.3 1,3 75.8 72.7 1.04

23 PA Weiß 220 12.5 8.3 (12.5) 9 7.5 1.2

24 VI 60%, PL 40% Rosa 135 31 23.4 (38.8) 7 2.1 3.33

25 VI 60%, PL 40% Gelb 135 16.4 12,3 16.6 3.2 5.19

26 VI 50%, LI 50% Hellgrau 113 7.5 5 (5) 15.1 12.6 1.2

27 VI 85%, LI 15% Gelb 200 11.3 9.1 11 6.8 1.62

28 VI 58%, CO 35%, LI

7%

Beige 227 9.7 7.3 13.6 8.9 1.53

29 LI 48%, CO 37%,

PU 10%, PL 5%

Beige 230 9.9 7.4 10.5 7.8 1.35

30 LI 48%, CO 37%,

PU 10%, PL 5%

Grau 230 11.4 5.7 (11.4) 13.2 8.7 1.52

CO = Baumwolle, LI = Leinen, VI = Viskose, PL = Polyester, PL* = Polyester behandelt mit TiO2 (Partikelgröße: 200-300 nm),

PA = Polyamid; PU = Polyurethan. [Faserkonstruktion: einfach gestrickt (Baumwolle), ”Trikot” gestrickt (Polyamid), einfach

gewebt (alle anderen)]

als die spektralphotometrisch ermittelten UPFs. Die Mittelwerte (±s) der a* Werte bei

der in vivo “on skin” Testung waren 15,7±4,8 (MEDungeschützt) und 19,2±4,5

(MEDgeschützt); der Unterschied war statistisch signifikant (P<0,001). Kein signifikanter

(r=0,98; P<0,05) Unterschied wurde zwischen den in vivo “off skin” UPFs und den

spektralphotometrisch ermittelten UPFs gefunden. Die Mittelwerte der a* Werte bei

der in vivo “off skin” Testung waren 13,9±3,4 (MEDungeschützt) und 13,1±3,5

(MEDgeschützt); der Unterschied war nicht signifikant (P>0,05). Insgesamt wurde kein

signifikanter (P>0,05) Unterschied zwischen der UVA- und UVB-Transmission der


Textilien beobachtet, lediglich bei Polyester und Viskose60%/Polyester40% wurde

eine signifikant (P<0,01) höhere UVA-Transmission festgestellt.

Diskussion

In Einklang mit früheren Studien fanden wir Hinweise für faserabhängige

Transmissionseigenschaften, die insbesondere bei Polyester, Polyestermischungen

und TiO2-behandelten Stoffen beobachtet wurde. Obgleich Polyester wahrscheinlich

durch große konjugierte Systeme in den Polymerketten einen guten Schutz im UVB-

Bereich bietet, ist die UVA-Transmission von Polyester deutlich höher als bei z.B.

Baumwolle, Viskose und Leinen. Durch die Einarbeitung von TiO2 kann die die UVA-

Transmission bei Polyester verringert werden. Insbesondere bei Viskose und Leinen

wurden relativ niedrige UPFs und UVA/UVB-Quotienten von annähernd 1 gefunden

(25-31).

Bei der Verwendung des Sonnensimulators mit diffuser UV-Strahlung wurden

keine signifikanten Unterschiede zwischen der in vitro und in vivo “on skin”

Testmethode festgestellt, auch wenn bei den unbehandelten Viskosestoffen ein

tendenziell niedrigerer und bei den TiO2-behandelten Stoffen ein tendenziell höherer

in vivo “on skin” UPF zu beobachten war. Im Gegensatz dazu wurden signifikant

niedrigere in vivo “on skin” UPFs beobachtet, wenn die MED-Testungen mit einem

Sonnensimulator durchführt wurde, der vorwiegend direkte UV-Strahlung emittiert

(18,20). Andererseits zeigte der Vergleich zwischen in vitro und in vivo “off skin”

Tests keinen signifikanten Unterschied der UPFs. Diese Ergebnisse bestätigen die

Daten von Menzies et al. (15) sowie Greenoak und Pailthorpe (16), die in vitro und in

vivo “on skin” bzw. “off skin” Tests miteinander verglichen und dabei einen

Sonnensimulator mit direkter UV-Strahlung verwendeten. Lowe et al. (44) führten

ebenso eine vergleichende Studie durch, fanden aber keinen signifikanten

Unterschied zwischen in vitro und in vivo “on skin” Tests, obwohl sie einen

Sonnensimulator mit direkter UV-Strahlung einsetzten. Ein wichtiger Grund für die

uneinheitlichen Ergebnisse dieser Studien liegt sicher in der Verwendung

unterschiedlicher Methoden. Insbesondere die strahlengeometrischen

Charakteristika der verwendeten Lampen ist bei der Messung des UV-Schutzes von

Textilien von großer Bedeutung. Man kann davon ausgehen, dass der größte Anteil

der Strahlung die Zwischenräume der Textilfasern transmittiert. Das Textil als


dreidimensionales Fasergebilde mit seinen Faserzwischenräumen lässt demnach

vorwiegend senkrecht einfallende Strahlung passieren. Bei der Verwendung von

diffuser Strahlung wird in Abhängigkeit des Einfallswinkels ein großer Teil der

Strahlung vom Textil absorbiert oder reflektiert. Damit lässt sich einerseits erklären,

warum bei der Verwendung von Sonnensimulatoren mit diffuser Strahlung höhere

UPFs gefunden werden als bei Sonnensimulatoren mit direkter Strahlung.

Andererseits ist dadurch nicht zu erklären, warum bei der in vivo “on skin” Testung

im Vergleich zur in vitro Testung signifikant niedrigere UPFs gefunden werden, wenn

man einen Sonnensimulator mit direkter UV-Strahlung verwendet.

In der vorliegenden Studie wurde ein computergesteuerter Sonnensimulator

mit Power-Feedbacksystem eingesetzt, der mit einer Xenonbogenlampe bestückt ist.

Diese Lampen emittieren vorwiegend gebündelte, direkte UV-Strahlung. Obgleich

der infrarote Wellenlängenbereich weitgehend herausgefiltert wurde und der

diskontinuierliche Messmodus verwendet wurde, hatten einige der Probanden einen

leicht stechenden Schmerz im Bestrahlungsfeld bei längerer Bestrahlungszeiten, der

wahrscheinlich auf Hitzeeinwirkung zurückzuführen war. Das lässt die Frage

aufkommen, ob die Hitzeeinwirkung die Erythembildung verstärkte und deshalb

niedrigere UPFs gefunden wurden. Andererseits wurden auch signifikant niedrigere

UPFs bei Stoffen beobachtet, für die nur relativ kurze Bestrahlungszeiten benötigt

wurden. Darüber hinaus wird die Beeinträchtigung der MED durch Erwärmung der

Haut kontrovers diskutiert (45,46). Ausgeprägtes Schwitzen mit Hydrierung der

Hornschicht, was zu einer Erniedrigung der MED führen kann, trat wegen der relativ

kleinen Bestrahlungsfelder nicht bei den Probanden auf (47).

Wenn man davon ausgeht, dass die Faser eines Textils absolut lichtundurchlässig

ist, kann die UV-Transmission nur durch die Zwischenräume des Gewebes erfolgen -

der sogenannte “hole effect“ (15). Bei der in vivo “on skin” Testung mit direkter

Strahlung erhält die Haut im Bereich der “Löcher” des Stoffes die annährend

100%ige UV-Dosis, während auf die Haut direkt unter den Stofffasern keine UV-

Strahlung einwirkt. So entsteht eine sehr inhomogene Verteilung der

Strahlungsenergie, die eine stark ausgeprägte Überdosierung kleiner Hautareale

bewirkt. Die spektralphotometrischen Messungen wurden zwar mit direkter UV-

Strahlung (Xenonbogenlampe) durchgeführt, aber die Berechnung des UPFs erfolgte

durch die Integration der hinter dem Textil gemessenen direkten und diffusen


Transmission. Bei der in vivo “off skin” Methode wird wie bei der

spektralphotometrischen Messung die Strahlung nach Passage des Textils stärker

gestreut, so dass ein homogene Verteilung der Strahlungsenergie ermöglicht wird.

Wahrscheinlich sind deshalb die in vivo “off skin” Tests gut in Übereinstimmung mit

den in vitro Tests (15,16). Der sogenannte “hole effect” kann allerdings nur teilweise

erklären, warum aus den in vivo “on skin” Tests deutlich niedrigere UPFs resultieren.

Nach Menzies et al. (15) tritt der “hole effect” nur bei einer Lochgröße von 0,2 mm

und größer auf. Das traf sicher nur für einen Teil der von uns untersuchten Textilien

zu. Eine andere Erklärung liegt darin, dass die Erythemwirkungsfunktion der CIE

ungenau ist. Die Daten zur Berechnung der Erythemwirkungsfunktion basieren auf

den MED-Ergebnissen aus 8 früherer Studien. Die Kurve der

Erythemwirkungsfunktion ist sehr steil im kritischen Wellenlängenbereich von 300-

320 nm, so dass selbst kleine Abweichungen eine Überschätzung des

spektralphotometrisch ermittelten UPFs bewirken können (13).

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die in vitro ermittelten

UPFs nur unter bestimmten Bedingungen mit den in vivo UPFs übereinstimmen.

Dabei spielen strahlengeometrische Parameter der verwendeten Lampen und

Textilien wie auch der Abstand der Textilprobe zur Haut während der Messung eine

große Rolle für die UPF-Bestimmung. Da mit spektralphotometrischen Messungen in

der Regel ein niedrigerer UPF ermittelt wird als unter natürlichen Bedingungen mit

diffuser Sonnenstrahlung, scheinen die im Labor bestimmten UPFs die UV-

protektiven Eigenschaften des Textils eher zu unterschätzen, so dass ein

zusätzlicher Sicherheitsbereich für extreme Expositionsbedingungen besteht (“worst-

case scenario”); dafür sprechen auch die Befunde aus neuen Untersuchungen

(21,22,37). Im Vergleich mit den in vitro Tests sind die in vivo Tests mit

menschlichen Probanden sehr zeit- und kostenaufwendig. Deshalb ist die

spektralphotometrische Messung der UV-Transmission die zur Zeit sicherste und

praktikabelste Methode zur Bestimmung des UPFs von Textilien zu sein.


Abbildung 3: Der von Sayre 20 vorgeschlagene CTFA-Standard der spektralen Emissionsgrenzen vonSonnensimulatoren (⋅⋅⋅). Solare spektrale Bestrahlungsstärke (000) und die spektraleBestrahlungsstärke des im Projekt verwendeten Sonnensimulators SU5000 ( ). Zu beachten ist diegute Übereinstimmung der spektralen Bestrahlungsstärken.


4.3.3. Biologische Dosimetrie im Labor- und Feldversuch

Material und Methoden

Es wurden fünf gleichmäßig konstruierte Textilproben untersucht. Die in-vitro und in-

vivo Messungen und Berechnungen des UPFs wurden in gleicher Weise

durchgeführt, wie in den Paragraphen 4.3.1 und 4.3.2 näher beschrieben wurde. Die

biologische Dosimetrie wurde mit zwei unterschiedlichen Biofilmen (VioSpor,

Biosense, Bornheim) vorgenommen (Typ I: dynamischer Bereich 0.2-9 MED; Typ II

dynamischer Bereich 0.4-16 MED). Der Typ II Dosimeter ist insbesondere für die

Referenzmessungen ohne textilen Schutz geeignet. Es handelt sich um Kosinus-

korrigierte Dosimeter, die immobilisierte Sporen von B. Subtilis (mutanter Stamm)

enthalten. Die biologische effektive UV-Dosis jedes Dosimeters wird über eine

Kalibrierungskurve ermittelt (s.a. unten). Die UV-Wirkung auf den Sporenfilm ist

additiv und folgt dem Reziprokzitätsgesetz innerhalb des untersuchten UV-Bereichs.

Die spektrale Empfindlichkeit des Dosimeters wurde vom Hersteller

spektroradiometrisch überprüft und entspricht fast genau der Erythemkurve der CIE.

Die gemessene UV-Dosis wird in biologisch gewichteten MEDs angegeben. Eine

MED entspricht 25 mJ/cm² normalisiert auf eine Wellenlänge von 298 nm.

Zunächst wurden die Dosimeter mit drei ansteigenden UVB-Dosen (90

mJ/cm², 180 mJ/cm², 360 mJ/cm²) auf den von uns verwendeten SU5000

Sonnensimulator kalibriert, der auch für die in-vivo Tests verwendet wurde. Die UPF-

Werte, die mittels biologischer Dosimetrie gemessen wurden, wurden aus dem

Verhältnis der MEDungeschützt und MEDgeschützt berechnet. Der Laborversuch wurde mit

den gleichen Stoffproben und dem Sonnensimulator durchgeführt, die auch in den

in-vitro bzw. in-vivo Untersuchungen verwendet wurden. Die Textilproben wurden

direkt auf den Dosimeter platziert. Die verwendeten UVB-Dosen waren abhängig von

dem zuvor ermittelten in-vitro UPF und lagen im dynamischen Bereich des VioSpor

Typ I Dosimeters. Für jede Textilprobe wurden vier Messungen (Typ I) mit

Textilschutz und eine Referenzmessung (Typ II) ohne Textilschutz vorgenommen.

Zur UPF-Berechnung wurden die MEDs der vier Einzelmessungen gemittelt.

Die Feldversuche wurde in Cordoba (Argentinien; 32ster Längengrad; 7-9

März 2001; von 10 bis 16 Uhr) und in Duisburg (51ster Längengrad; 22-24 Juni

2001; 9 bis 17 Uhr). In Cordoba wurde bei fünf Probanden (2 m/3 f;


Durchschnittsalter 27.1 Jahre) mobile Messungen durchgeführt. Hierzu wurden bei

den Probanden auf beiden Schultern jeweils zwei Dosimeter in horizontaler

Orientierung befestigt. Auf jeder Seite wurde ein Dosimeter (Typ I) mit einem leichten

Textil aus Polyester (Stoffprobe Nr. 3) bedeckt – als Referenzdosimeter wurde direkt

daneben ein Typ II Dosimeter angebracht. Die Probanden hielten sich an drei

aufeinander folgenden Tagen bei unbewölktem Himmel sechs Stunden im Freien

auf. Am dritten Tag wurde ein neues Set der gleichen Dosimeter eingesetzt, um nicht

den Messbereich der Biofilme zu überschreiten. Stationäre Messungen wurden in

Duisburg vorgenommen. Dabei wurden sechs textilgeschützte Dosimeter (Typ I) und

ein Referenzdosimeter (Typ II) auf ein Flachdach in horizontaler Ausrichtung

platziert. Die Dosimeter waren so an drei aufeinanderfolgenden Tagen acht Stunden

der Sonne exponiert. Wie auch bei der mobilen Messung wurden am dritten die

Dosimeter ausgetauscht. Die UPF-Werte der mobilen und stationären Messungen

wurden anhand der kumulativen MEDs der Typ I und Typ II Dosimeter berechnet.

Um die UPF-Werte der verschiedenen Methoden vergleichen zu können, wurden die

MANOVA, ANOVA und der 2-seitige Student’s t-Test für unabhängige Stichproben

angewendet.

Ergebnisse

Die Ergebnisse der verschiedenen Labormethoden (SP, IV, BD) sind in Tabelle 3

gelistet. Bei der mobilen BD-Testung wurde ein durchschnittlicher UPF von 4.4±0.4

gemessen, während bei der stationären Messung ein Wert von 3.5±0.2 erhoben

wurde. Die gemessenen UPFs (Stoffprobe 3), die mit den fünf verschiedenen

Verfahren getestet wurden, unterschieden sich signifikant (P<0.05). Im Vergleich zur

SP-Testung wurde bei der stationären BD-Methode ein signifikant niedrigerer (UPF

3.5) und bei der mobilen BD-Methode ein signifikant höherer UPF von 4.4 gemessen

(P<0.05). Die UPFs der mobilen und stationären BD-Messung differierten ebenso

signifikant (P<0.05).


Tabelle 3: Charakteristika der Textilien und Ergebnisse der verschiedenen Testmethoden.

Textil (100%)

Nr.

Farbe Gewicht

(g/m²)

UPF

SP

UPF

IV

UPF

BD

1. Viskose # grün 95 3.2±0.1 a 2.1±0.2 c 2.9±0.2

2. Baumwolle * weiß 85 3.5±0.2 b 3.3±0.5 2.9±0.2

3. Polyester #,§ weiß 65 3.8±0.1 a 1.8±0.5 c 3.6±0.3

4. Viskose # oliv 127 25.2±0.2 a,b 16.7±1.6 c 19.8±1.0

5. Polyester # grau 180 29.6±0.4 a,b 22.2±2.6 22.3±3.2

# einfach gewebt; * einfach gestrickt; § mittlere Lochgröße 0.15±0.04 mm (10 Lichtmikroskopische

Messungen); a = P < 0.05 für SP versus IV; b = P < 0.05 für SP versus BD; P < 0.05 für IV versus BD

Diskussion

Wie auch in vorherigen Untersuchungen ergab die IV Testung im Vergleich mit den

anderen Methoden deutlich niedrigere UPF-Werte. Wenn auch nur zu einem

geringerem Ausmaß als von Ravishankar und Diffey berichtet, beobachteten auch

wir signifikant höhere UPFs bei der mobilen BD-Messung. Es wurde kürzlich gezeigt,

dass Radsport-Shirts einen vergleichbaren UPF haben, wenn sie mit der

konventionellen in vitro Methode und der stationären BD-Testung mit natürlicher

Sonnenexposition getestet werden. Wie auch in unserer Untersuchung wurde in

dieser Studie ein deutlich höherer UPF unter natürlichen Bedingungen während der

Ausübung des Radsports ermittelt. Diese Befunde legen zumindest nahe, dass der

im Labor gemessene UPF in der Regel sicher ist und eher einem im „Worst-Case-

Scenario“ gemessenen Wert entspricht. Die Empfindlichkeitskurve der biologischen

Dosimeter VioSpor ist dem CIE Aktionsspektrum für das Erythem der menschlichen

Haut sehr ähnlich. Die in vitro Messungen und Labor-basierte Messungen mit

Sonnensimulatoren werden in der Regel mit orthogonaler Strahlung durchgeführt.

Bei der natürlichen Exposition ist das Textil einem relativ hohem diffusen


Strahlungsanteil ausgesetzt. Die diffuse Strahlung trifft auf das Textil in einem

Winkel unter 90 Grad und durchdringt das Textil meist in geringerem Ausmaß als die

direkte Strahlung. So ist der UPF eines Textils etwa dreifach größer, wenn er mit

Strahlung getestet wird, die im Winkel von 45 Grad auf das Textil trifft. Der UPF ist

demnach eindeutig vom Einfallswinkel der Strahlung abhängig. Die unterschiedlichen

Ergebnisse aus den Labor- und Feld-basierten Messungen sind durch die

komplexen optisch-geometrischen Eigenschaften der Textilien und die variable

Zusammensetzung aus diffuser und direkter UV-Strahlung zu erklären.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die spektralphotometrische

Testung im Labor im Vergleich zur IV-Messung wesentlich praktikabler und

kostensparender ist. Dennoch ist die BD-Testung eine vielversprechende Alternative

zur Evaluation des UPFs 1) die Messung ist leicht unter natürlichen

Expositionsbedingungen durchzuführen 2) der Test ist relativ preiswert und 3) die

Messungen sind von Gültigkeit.


4.4.UPF-Rating von kommerziellen Sommertextilien

Es liegen relativ wenige Studien vor, die Aufschluss über die UV-Protektion von

kommerziellen Sommertextilien auf dem deutschen Markt geben. Dies ist von

Bedeutung, wenn man die Notwendigkeit für standardisierte Prüfverfahren zur

Auszeichnung von UV-Schutzkleidung in Deutschland untersuchen möchte.


In der folgenden Untersuchung wurden 236 typische Sommerstoffe verschiedener

Zusammensetzung, Konstruktion und Färbung auf ihren UPF-Wert überprüft und in

Relation zu den Auszeichnungskriterien des Europäischen Standards bewertet.

Textilien mit einem Gewicht 275 g/m² wurden nicht in die Studie eingeschlossen. Die

spektralphotometrischen Messungen wurde durchgeführt wie in Absatz 4.3.1

beschrieben.

Tabelle 4: UPF-Rating von 236 Sommertextilien

CO(n=14)

1 3 2 2 3 1 2

WO(n=11)

1 2 8

LI(n=36)

11 10 8 6 1

VI(n=64)

26 7 6 12 4 2 2 2 1 1 1

PA(n=16)

6 1 3 6

PL(n=43)

1 2 1 1 2 3 33

Mix*

(n=52)2 3 2 4 3 4 3 7 24

UPF-

Rating 0+ 5+ 10+ 15+ 20+ 25+ 30+ 35+ 40+ 45+ 50+CO = Baumwolle; WO = Wolle; LI = Leinen; VI = Viskose; PA = Polyamid; PL = Polyester; *verschiedene Mixturen aus

Polyester, Leinen, Viskose und Baumwolle

Ergebnisse


Achtundsiebzig Textilien (33%) hatten einen UPF < 15, 57 (24%) einen UPF ≥ 15

und < 40, und 101 (43%) hatten einen UPF ≥ 40. Mehr als 65% der Woll-, und

Polyestertextilien und Fasermischungen und weniger als 35% der Baumwoll-,

Leinen- und Viskosetextilien hatten einen UPF von 40+. Fasern mit schwarzer,

dunkelblauer, grüner, und beige Farbe hatten häufig einen UPF von 40+. Dennoch

waren die UPFs von Textilien mit weißer Farbe nicht immer niedrig und die von

schwarzer Textilien nicht unbedingt hoch.

Diskussion

Ziel dieser Untersuchung war es, das UPF-Rating typischer Sommertextilien zu

prüfen, die zur Zweit auf dem deutschen Markt erhältlich sind. Auch wenn bei dieser

Untersuchung die einzelnen Parameter der UV-schützenden Eigenschaften von

Textilien untersucht werden konnten, war es dennoch möglich, allgemeine Aussagen

zum treffen. Die Untersuchung hat gezeigt, dass über 50% der Textilien nicht nach

den neusten Anforderungen des Europäischen Standards ausgezeichnet werden

könnten und dass immerhin 33% einen unzureichenden UV-Schutz bieten (UPF<15).

Der Trend zur höheren UV-Absorption bei dunkleren Farben und Polyester- und

Wollfasern konnte auch in dieser Studie belegt werden.

In Frage bleibt: Wie kann der sonnenbewusste Verbraucher unter den

üblichen Sommertextilien die richtige Ware herausfinden? Oder anders gesagt: Die

Gefahr aus dem Angebot ein Textil mit schlechtem UV-Schutz auszuwählen ist

relativ groß. Die Zahlen dieser Untersuchung belegen nochmals eindeutig, dass die

standardisierte UV-Testung und Auszeichnung von Sommertextilien notwendig ist,

um interessierten Verbrauchern eine Orientierungshilfe beim Kauf von

„Sonnenschutzkleidung“ zu geben.


4.5.Untersuchungen zur UVB/UVA-Transmission von Textilien

Der UPF-Wert sagt insbesondere etwas über die UVB-protektiven Eigenschaften von

Textilien aus, da dieser Wellenlängenbereich maßgeblich ist für die Entstehung

eines UV-Erythems. Dennoch sind die UVA-protektiven Eigenschaften von Textilien

besonders wichtig für Patienten mit Photodermatosen, wie z.B. solare Urtikaria,

polymorphe Lichtdermatose, chronisch aktinische Dermatitis. Nur wenige Studien

haben sich bisher detailliert mit der UVA-Transmission von Textilien beschäftigt.

Deshalb haben wir in der folgenden Untersuch an einer großen Probenanzahl

untersucht, wie sich das Verhältnis von UVB- zu UVA-Transmission darstellt und

wovon eine erhöhte UVA-Transmission insbesondere abhängig ist. Berechnungen zu

den kritischen Wellenlängen wurden ebenfalls vorgenommen.


Von insgesamt 386 unterschiedlichen Textilproben wurden nach vorheriger UPF-

Bestimmung alle Textilien selektiert die einen UPF kleiner als 70 hatten. Diese

Grenze wurde gewählt, da bei höheren UPFs die Transmissionsmessungen

zunehmend ungenauer werden. Die UV-Transmissionsmessungen wurden

spektralphotometrisch vorgenommen wie zuvor schon beschrieben worden ist.

T315 + T 316 +T317 + ………+ T399 + T400Prozentuale UVA-Transmission = _____________________________________

86

T290 + T 291 + T292 +……….+T314 + T315Prozentuale UVB-Transmission = _____________________________________

26

[T = Spektrale Transmission bei Wellenlänge λ]


Berechnung der kritischen Wellenlängen

Die kritischen Wellenlängen (KW) können definiert werden auf der Basis der

Absorption 1) oder der effektiven 2) Dosis (ED).

1) ∫∫ =c

dTdTλ

λλ290

400

290

)log()log(9.0

2) ∫∫ =c

dTEdTEλ

λλλελλλλελ290

400

290

)()()()()()(9.0

Ergebnisse

Von den 386 Textilien hatten 196 Proben einen UPF < 70 und wurden hinsichtlich

Ihrer UV-Transmission näher untersucht. Fast 90% der Textilien hatten eine

UVB/UVA-Quotient kleiner 1, d.h. die durchschnittliche UVA-Transmission war in der

Regel größer als die durchschnittliche UVB-Transmission. Bei etwa 20% der

Textilien war die UVA-Transmission sogar doppelt so groß oder noch größer.

0 10 20 30 40 50 60 70 800

5

10

15

20

25

Tra

nsm

issi

onpe

rcen

tage

UV

A(%

)

UPF

Abbildung 4: Prozentuale UVA-Transmission in Abhängigkeit des UPFs


0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.50.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0%

offa

bric

s

UVB/UVA

Abbildung 5: UVB/UVA-Quotient in Abhängigkeit vom prozentualen Anteil der Textilproben

0.0 0.5 1.0 1.5 2.00

10

20

30

60

70

Num

ber

offa

bric

s

UVB/UVA

Abbildung 6: UVB/UVA-Quotient in Abhängigkeit von der Anzahl der Textilproben


372 374 376 378 380 3820

20

40

60

80

Critical wavelength based on absorbanceN

umbe

rof

sam

ples

Critical wavelength (nm)

Abbildung 7: Kritische Wellenlänge basierend auf der Absorption

300 320 340 360 380 4000

20

40

60

80

100

Critical wavelength based on effective dose

Num

ber

ofsa

mpl

es

Critical wavelength (nm)

Abbildung 8: Kritische Wellenlänge basierend auf der effektiven Dosis


0.0 0.5 1.0 1.5 2.0310

320

330

340

350

360

370

380

Crit

ical

wav

elen

gth

base

onef

fect

ive

dose

(nm

)

UVB/UVA

Abbildung 9: Kritische Wellenlänge versus UVB/UVA

KBC, Art. Lafetara, Gewebe, 85% VI 15% LI, ca. 200 g/qm, original

0

5

10

15

Farben

UVA

UVB

Abbildung 10: UVA- und UVB-Transmission bei einem Textil (Faserart, Konstruktion, Gewichtkonstant) mit unterschiedlichen Farben


Diskussion

Wir konnten mit dieser Untersuch an einer großen Anzahl von verschiedenen

Textilproben nachweisen, dass die UVA-Transmission von Textilien in der Regel

größer ist als die UVB-Transmission – in etwa 20% der Fälle kann die

durchschnittliche UVA-Transmission sogar doppelt so groß oder größer als die UVB-

Transmission sein. Die UVA-Transmission scheint noch mehr von der Farbe des

Textils abhängig zu sein als dies für die UVB-Transmission gilt (Abbildung 10).

Gemäß des kurz vor der Verabschiedung stehenden 2. Teil des Europäischen

Standards wird ein UPF von 40+ und eine UVA-Transmission kleiner als 5%

gefordert. Wie der Abbildung 4 zu entnehmen ist, scheinen nur wenige Textilien mit

UPF 40+ eine UVA-Transmission zu haben, die größer als 5% ist. Dennoch zeigt die

vorliegende Untersuchung, dass die UVA-Transmission relativ hoch ist und bei der

Provokation verschiedener Photodermatosen eine potenzielle Rolle spielen kann.

Die KW kann nicht ausreichend genau definiert werden bei Textilien, die mit

optischen Aufhellern bearbeitet werden. Deshalb wurde bei den Messungen ein UG-

11 Fluoreszenzfilter benutzt, um zu verhindern, dass längere Wellenlängen – erzeugt

durch die optischen Aufheller – in die Integrationssphäre geraten und zur

Verfälschung der Ergebnisse führen. Wenn die KW auf der Basis der Absorption der

Textilprobe berechnet wird, ist diese höher, als die, welche bei der Berechnung

resultiert, die basierend auf der ED kalkuliert wird. Bei der Berechnung der KW auf

der Grundlage der Absorption fanden wir, dass die KW in der Regel höher als 370

nm ist. Wenn die Berechnung auf der ED basiert, sind die KW im Vergleich zur

Absorptions-basierten Berechnung deutlich kleiner (Abbildung 8). In Abbildung 9 ist

dargestellt, dass bei Textilien der UVB/UVA-Quotient stark mit der KW korreliert, die

auf der Basis der ED berechnet wurde.


4.6.Einfluss von Konstruktion, Färbung und UV-Absorbern auf den UPF von

Textilien

Die UV-Transmission eines Textils wird vorwiegend durch die Transmission der

Faserzwischenräume und durch die Faserart bestimmt. Durch die Erhöhung der

Webdichte und der konsekutiven Erhöhung des Bedeckungsgrad der Haut kann die

UV-Durchlässigkeit eines Textils vermindert werden. Die Behandlung einer Faser mit

UV-Absorbern kann die UV-Transmission durch die Faser selbst vermindern. UV-

Absorber sind Substanzen, die selektiv UV-Strahlung absorbieren und in Wärme

umwandeln. Um eine permanente Verbesserung des UV-Schutzes zu erreichen, ist

eine kovalente Bindung an die Faser notwendig. Bei den synthetischen Fasern

lassen sich Pigmente (z.B. TiO2) einarbeiten, welche die UV-Durchlässigkeit

herabsetzen. Die inkorporierten Pigmente bewirken eine permanente Verbesserung

des UPFs, da die Pigmente von der Faser umhüllt sind und nicht ausgewaschen

werden können. Ebenso haben diese inkorporierten Partikel eine geringere

allergologische Potenz. Farbstoffe, deren Absorptionsspektrum auch im UV-Bereich

liegt, können ebenso den UV-Schutz eines Textils verbessern. Diese sollten ebenso

wie die UV-Absorber eine feste Bindung mit der Faser eingehen (26-35).

Textilien

Um den Einfluss der Pigmentierung auf den UPF zu ermitteln, wurden 4 Gewebe

hergestellt und untersucht (Tabelle 5). In der Kette wurde jeweils Filamentviskose

(Standardcode = 110gr/10000m + 40 Einzelfilamente im Garn) 110f40 matt mit 40

Fäden pro cm verwendet (Din 53822). Auf der Grundlage des Stoffes mit der Nr. 2

wurde ein Gewebe mit optimierten Schutzeigenschaften entwickelt. Dazu wurden

speziell pigmentierte Garne gewählt und ein optimales Verhältnis der Fäden in Kette

und Schuss bestimmt. Die Kette bestand aus EnkaSun, einer speziell pigmentierten

Filamentviskose, 110f40 mit einer Anzahl von 50 Fäden/cm. Die Schussfäden

bestanden aus Lenzing Modal Nm60/1, mattiert, 1700 T/m, 2S:2Z (26-27

Schussfäden/cm, Gewicht: 120-125 g/m2). In weiteren Arbeitsschritten wurde ein

glänzendes Viskosegewebe (152 g/m2) mit einer ½ Körperbindung in

unterschiedlichen Farbtönen nach dem “all-in-Verfahren” mit Solophenyl-Farbstoffen

(Ciba Geigy; Basel, Schweiz) bei 120° C gefärbt. Ein glänzendes Gewebe wurde

ausgewählt, um den Einfluss der Pigmentierung auszuschließen.


Tabelle 5: Charakteristika der Viskosestoffe mit unterschiedlich pigmentierten Schussmaterialien

Stoff-Nr. Schuss Schussfäden/c

m

Gewicht (g/m2) UPF

1 Nm50glänzend 22 105 9

2 Nm50mattiert 22 107 13

3 110f40mattiert 39 92 19

4 110f40glänzen

d

39 94 7

Spektralphotometrie

Vor der spektralphotometrischen Messung wurden die Textilproben zugeschnitten

und im Normklima für 24 Stunden klimatisiert (vgl. Absatz 4.3.1). Die direkte und

diffuse Transmission der Textilien wurde einem UV-Vis Spektralphotometer Cary 3

Bio (Varian GmbH, Darmstadt, Deutschland) und einem Spektralphotometer Lambda

14 (Perkin Elmer, Überlingen, Deutschland) ausgeführt. Beide Geräte waren mit

einer Integrationssphäre (Cary 1/3 DRA bzw. Labsphere RSA-PE-20) und einem

UG-11 Fluoreszenzfilter (Schott, Mainz, Deutschland) ausgestattet. Zur Kalibrierung

von zwei unterschiedlichen Spektralphotometer wurde die Transmission von 10

Metallschablonen mit beiden Geräten gemessen und der UPF bestimmt (Abbildung

1). Die Metallschablonen sind gute Modelle für Gewebe, dabei aber unter üblichen

Bedingungen nicht veränderbar.

Ergebnisse

Bei der Verwendung der unterschiedlichen Spektralphotometer traten nur sehr

geringe Abweichungen auf (r=0,93). Die Webdichte hatte entscheidenden Einfluss

auf den UPF. Bei geringer Webdichte wurden geringe UPFs gefunden. Der Stoff mit

der Nr. 3 wies die geringste UV-Durchlässigkeit auf (UPF=19). Bei den Stoffen Nr. 1

und 4 mit glänzenden Garnen im Schuss wurde die größte Transmission beobachtet

(UPF=9;UPF=7). Pigmentierte und dunkel gefärbte Garne reduzierten die UV-

Durchlässigkeit des Textils. Darüber hinaus wurde der UPF durch den Einsatz des


speziell pigmentierten Viskosegarn und einer dichten Webeinstellung beträchtlich

erhöht (UPF=58). Weitere Ergebnisse sind der Tabelle 3 und den Abbildungen zu

entnehmen.

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 5

Stoff.Nr.

UP

F

Abbildung 11: Durch die Erhöhung der Gewebedichte und die Verwendung von mattierten (TiO2)Garnen konnte der UPF der optimierten Viskose (Nr. 5) im Vergleich zu den Standard-Testgeweben(Nr. 1-4) deutlich verbessert werden

0

20

40

60

80

100

120

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Stofffarben

UP

F

Abbildung 12: Farbreihe auf glänzendem Viskosegewebe. Durch die Färbung mit bestimmtenFarbstoffen wird der UPF eines Textils deutlich verbessert (1 = weiß; 2 = gelb; 3 = orange; 4 = rot; 5 =violett; 6 = blau; 7 = grün; 8 = braun; 9 = schwarz)

Diskussion

Nach Pailthorpe (8) kann die Webdichte vereinfacht auch mit dem “cover factor”

dargestellt werden. Dieser Faktor ist definiert für Textilien, deren Garne vollständig

opak für UV-Strahlung sind und bei denen die Faserzwischenräume klein genug


sind, um den “hole effect” zu vermeiden. Mit Hilfe von Bildanalysen lässt sich der

“cover factor” gut bestimmen. Es gilt die Beziehung: UPF = 100/100 – cover factor.

Somit benötigt man z.B. für die Konstruktion eines Textils mit einem UPF von 40

einen “cover factor” von 97,5. Neben der Faserkonstruktion beeinflussen auch das

Fasergewicht und die Dicke des Textils die UV-Transmission von Textilien. Die

Faserzwischenräume sind bei gestrickten Textilien in der Regel größer als bei

gewebten Artikeln. Im Vergleich zu anderen Webarten bietet die einfache Webart

den besten UV-Schutz (8,11,26). Dennoch sind Fasern gewöhnlich nicht vollständig

opak, so dass mit dem “cover factor” eher zu hohe UPFs berechnet werden (26). Die

Färbung der Fasern kann den UPF von Textilien signifikant erhöhen. Der Effekt ist

sowohl abhängig von der Position und Intensität der Absorptionsbanden als auch

von der Konzentration der Farben. Allgemein gilt die Faustregel: Je dunkler der Stoff,

desto größer die UV-Absorption und der UV-Schutz. Dennoch können Farbtöne

beträchtlich in ihrer UV-Durchlässigkeit aufgrund individueller

Absorptionscharakteristika variieren. UV-Absorber sind farblose Substanzen, die im

Wellenlängenbereich von 280-400 nm absorbieren. Häufig werden TiO2-Partikel als

UV-Absorber eingesetzt. Allerdings ist die Absorptionsbreite von TiO2 abhängig von

der Größe und Geometrie des Partikels (29-35).

Durch die Konstruktion von speziell pigmentierte Garne und dem optimalen

Verhältnis der Fäden in Kette und Schuss konnte ein Textil mit optimierten UV-

Schutzeigenschaften entwickelt werden. Durch eine erhöhte Anzahl der Kett- und

Schussfäden (Zunahme der Webdichte) wird der UV-Schutz von Textilien deutlich

verbessert. Ähnliche Ergebnisse wurden ebenfalls von Pailthorpe und Crews et al.

beschrieben (8,26) Trotzdem zeigte sich, dass bei sehr dünnen Stoffen auf die

“innere Pigmentierung” der Garne nicht verzichtet werden kann. Mit dieser

Konstruktion und Faserausstattung erhält man einen UPF, der über 40 liegt und

dauerhaft ist. Durch Färben der Textilien wurde der UPF verbessert. Weiße Stoffe

hatten niedrigere UPFs als gleichartige gefärbte Stoffe. Interessanterweise wurde bei

dem schwarzgefärbten Textil nicht der höchste UPF gefunden (Abbildung 12).

Insgesamt konnte in dieser Studie gezeigt werden, dass bei leichten Viskosestoffe

mit einem hohen Tragekomfort durch die Erhöhung der Webdichte und mit einer

speziellen Faserbehandlung ein optimaler UV-Schutz erreicht werden.


4.7.Durchführung von Belastungstests ausgewählter Textilien

Um den Gebrauch von Bekleidung zu simulieren und die Auswirkungen auf den UV-

Schutz der Textilien zu ermitteln, wurden folgende im Qualitätsbereich von Textil-

und Bekleidungsunternehmen übliche Laborprüfverfahren angewandt: Reibechtheit

nach DIN 54021, Wasserechtheit nach DIN 54005, Schweißechtheit (sauer und

alkalisch) nach DIN 54020, Waschschrumpf nach DIN 53920 (vor und nach dem

Bügeln), Pillanfälligkeit und Scheuerfestigkeit nach Martindale, Reinigungsschrumpf

(Chemische Reinigung), Nahtschiebefestigkeit nach Marks & Spencer sowie

Dampfkrumpf nach DIN 53894.

Definitionen und Verfahren

• Reibechtheit

Als textile Reibechtheit wird die Widerstandsfähigkeit der Farbe von Textilien (z.B.

Oberstoffen) jeglicher Art gegenüber einem Abreiben oder Anbluten (Abfärben) an

anderen Textilien bezeichnet. Die Reibechtheitsprüfungen beruhen auf Reibung von

textilen Flächengebilden gegeneinander. Die Prüfung beinhaltet die Reibung des

Materials gegen ein trockenes, ungefärbtes Baumwollgewebe. Die Beurteilung

erfolgt in 5 Stufen (Echtheitszahlen), wobei Stufe 5 eine sehr hohe Reibechtheit

bedeutet und Stufe 1 eine sehr geringe. Man unterscheidet zwischen Trocken- und

Nassreibechtheit. In der Regel erreichen helle und brillante Farben höhere

Reibechtheiten als dunkle Töne.Zur Durchführung der Reibechtheitsprüfung wird ein

Crockmeter, 100% Baumwolle und destilliertes Wasser benutzt.

• Wasserechtheit

Bei der Wasserechtheit wird die Widerstandsfähigkeit der Farbe (bei Färbungen und

Drucken) gegen eine kurzzeitige Einwirkung von Wasser festgestellt und benotet.

Man unterscheidet hierbei leichte und schwere Beanspruchung (DIN 54 005 und 54

006). Die Prüfung dient zur Bestimmung des Anblutens, wenn sich Kleidungsstücke

im feuchten Zustand berühren. Der Prüfling wird sandwichartig in ein Begleitgewebe

gehüllt und ca. vier Stunden nass auf 37°C gehalten. Im Anschluss wird das

Anbluten mit Hilfe eines Graumaßstabs eingestuft.

• Schweißechtheit, sauer und alkalisch


Bei der Schweißechtheit wird das Ausmaß der Farbänderung oder das

wechselseitige Anbluten eines Textils durch das Einwirken von Schweiß bestimmt.

Diese Prüfung wird wie bei der Wasserechtheit durchgeführt, jedoch einmal im

sauren und einmal im alkalischen Bereich.

• Scheuerfestigkeit

Als Scheuerfestigkeit und wichtiges Kriterium für den Gebrauchswert von Textilien

wird die Widerstandsfähigkeit eines Stoffes gegen Abrieb (Verschleiß) bezeichnet.

Die Scheuerfestigkeit wird nach dem Martindale-Verfahren untersucht.

Bei diesem Verfahren werden auf Prüfstationen runde Prüflinge gegen ein Standard-

Scheuermittel gerieben und die Widerstandskraft gegenüber Scheuern durch die

Anzahl der Reibungen bestimmt. Hierbei wird auch die Pillanfälligkeit geprüft. Pills

sind kleine Knötchen, die sich unter Umständen durch Aufrauhen des Gewebes

oberflächlich ausbilden können.

• Waschschrumpf/Waschstabilität

Textile Fertigwaren insbesondere aus zellulosischen Fasern haben die Eigenschaft,

durch die Waschbehandlung ihre Form zu verändern, d.h. einzulaufen. Um das

Einlaufverhalten von Textilien zu überprüfen, werden die entsprechenden Textilien

unter definierten Bedingungen gewaschen und im Anschluss auf Längen- und

Breitenänderungen überprüft.

• Reinigungsschrumpf

Analog zum Waschschrumpf wird beim Reinigungsschrumpf die Veränderung eines

Textils durch die Chemische Reinigung überprüft. Entsprechende Maßänderungen

werden ermittelt und bewertet.

• Dampfkrumpf

Beim Krumpfen werden textile Flächengebilde mit Wasserdampf kurzzeitig

bedampft, um eventuell vorhandene Zugspannungen im Gewebe festzustellen.

Dabei werden Temperaturen von bis zu 180°C erreicht. Anschließend werden die

Gewebe ausgemessen und die Längen- bzw. Breitenänderungen prozentual

ermittelt.


• Nahtschiebefestigkeit

Als Nahtschiebefestigkeit wird jene Kraft definiert, die erforderlich ist, in einer

festgelegten Geweberichtung eine spezifische Nahtöffnung zu erzeugen. Diese

Prüfung ist notwendig zur Gewährleistung einer Zugbelastungssicherheit im

Nahtbereich des Textils.

Ergebnisse und Diskussion

Es wurden 11 verschiedenfarbige Stoffe mit unterschiedlicher

Materialzusammensetzung den genannten Prüfverfahren unterzogen. Die UPF-

Werte, der so behandelten Stoffe und deren jeweiligen Originalstoffe (als Referenz),

wurden dann mit dem Cary 500 UV/Vis/NIR bestimmt (siehe Tabelle 6).

Die Messungen zeigen im Vergleich, unbenutzter Stoff und penetrierter Stoff,

eher eine Zunahme des UPFs, als eine Abnahme. Signifikant höher liegt der UPF

des getrockneten Stoffs insbesondere nach Anwendung der chemischen Verfahren

(z.B. Waschschrumpf oder der Scheißechtheit, sauer bzw. alkalisch). Bei den

physikalischen Verfahren waren keine signifikanten Veränderungen des UPFs zu

beobachten, lediglich nach der Nahtschiebefestigkeitsprüfung traten abhängig vom

Material zu erwartende geringere UPF-Werte auf.

Tabelle 6: UPF-Abhängigkeit von durchgeführten Belastungstests

Zusammensetzung g/m2

UPF

original(Referenz) gedämpft

Wäsche30°CPersil

chem.gereinigt Pilling

Schweiß-echtheitsauer alkalisch

Wasser-echtheit

Naht-schiebe-festigkeit

Reib-echtheit

84% VI 16% PL 166 43,35 63,85 43,65 54,88 1) 58,00 56,00 54,68

84% VI 16% PL 166 51,20 72,55 51,83 63,09 1) 67,10 65,00 63,54

100% LI 151 10,88 11,80 11,23 12,03 13,30 15,80 10,40 11,25 11,98

49% PA 41% VI 10% LI 154 150,75 96,75 137,35 96,48 1) 146,80 150,30 128,80 95,50119,20

80% VI 20% LI 164 19,13 18,83 18,83 18,83 28,40 24,80 30,10 17,95 22,55

85% VI 15% LI 215 78,25 92,20 146,05 58,98 73,13 158,90 134,90 118,70 69,18 2)

100% PA 51 26,28 27,05 28,53 25,88 1) 26,20 29,90 27,70 39,70

72% PA 28% EA 177 365,60 497,08 824,55 502,60450,83 645,00 1135,80 861,10

100% PA 99 36,63 36,25 42,98 35,70 38,10 33,50 36,50 33,88 2)

30% PL 70% VI 197 97,63 100,85 112,85 66,58 68,98 115,20 143,20 98,20 81,40

90% PL 10% VI 234

UP

F-M

itte

lwer

t

48,68 78,58 62,23 68,50 69,80 65,90 80,10 65,801) bei vorliegenden Materialzusammensetzungen ist kein Pilling zu erwarten und daher kein Test durchgeführt worden

2) Reibechtheit durchgeführt, textile Probe ist jedoch auf Grund der geringen Größe (24x36 mm) verloren gegangen

Die beim Waschschrumpf erhaltenen höheren UPF-Werte spiegeln sich auch in den

Längen- und Breitenänderungen der Gewebe nach dem Waschen wieder. So liegen


die Einlaufwerte der betrachteten Gewebe bei 0 bis –15 Prozent. Eine Verbesserung

der UPF-Werte im Bezug zur Referenz ist somit auf Grund der dichter gewordenen

Gewebe keine Überraschung. Eine Verallgemeinerung kann jedoch von den hier

erhaltenen Ergebnissen nicht abgeleitet werden.


4.8.Einfluss von Feuchtigkeit und Nässe auf den UPF von Textilien

Neben den zuvor erwähnten Textileigenschaften haben auch bestimmte

Gebrauchbedingungen einen unmittelbaren Einfluss auf die UV-Durchlässigkeit.

Neben der Dehnung eines Stoffes kann auch der Feuchtigkeitszustand eines Stoffes

einen signifikanten Einfluss auf den UPF ausüben, was insbesondere für spezielle

Bekleidung von großer Bedeutung sein kann (z.B. Bademode, Sportkleidung,

Berufskleidung). Da der Einfluss von Feuchtigkeit und Nässe auf die UV-

Durchlässigkeit von Textilien bisher kaum untersucht wurde, sind diese Faktoren in

der folgenden Studie anhand einer großen Anzahl von verschiedenen Stoffen

evaluiert worden (8,36,37,39,40).

Textilien

Neunundsechzig kommerzielle Textilien aus der Frühjahr/Sommerkollektion 2000

eines führenden europäischen Bekleidungsherstellers (Klaus Steilmann GmbH & Co.

KG, Bochum, Deutschland). Textilien mit uneinheitlicher Konstruktionsart oder Farbe

wurden nicht in die Untersuchung aufgenommen. Der überwiegende Teil der

Textilien war weiß oder von heller Farbe. Weitere Charakteristika der Textilien sind in

Tabelle 4 aufgeführt.

Spektralphotometrie

Die Aufbereitung der Textilproben wurde mit den in Absatz 4.3.1 beschriebenen

Methoden durchgeführt. Die spektralphotometrischen Messungen wurden mit dem

Cary 500 UV/Vis/NR Spektralphotometer mit integriertem Autosampler

vorgenommen (Absatz 4.3.1). Die Transmissionsmessungen wurden im

Wellenlängenbereich von 290-400 nm in 1 nm Schritten ausgeführt. Für die UPF-

Bestimmung von nassen Textilien wurden die gerahmten Stoffproben vor der

Messung 20 Minuten in Wasser oder in einer 3%igen NaCl-Lösung durchweicht (18-

22° C). Die UPFs wurden mit Hilfe der in Abbildung 2 dargestellten Formel

berechnet. Der niedrigste Messwert einer trockenen bzw. nassen Stoffprobe wurde

als UPF betrachtet.


Statistik

Die statistische Auswertung wurde mit dem SPSS für Windows vorgenommen.

Unterschiede zwischen den UPFs trockener und nasser Textilien wurden mit dem

zweiseitigem t-Test für gepaarte Stichproben untersucht. Als Signifikanzniveau

wurde P<0,05 angesetzt.

Tabelle 7: Charakteristika der verschiedenen untersuchten Sommertextilien

Fasertyp Anzahl der Konstruktion Gewicht*

Textilien g/m2

______________________________________________________

Baumwolle 9 A, B 155±72.4

Linen 10 A 142±19.6

Viscose 14 A, B 107±18.1

Modal 9 A 169±25.9

+ TiO2

Polyester 11 A, B 134±44.5

Polyester 8 A, C 139±34.6

+ TiO2

Polyester Krepp 8 A 133±23.8

+ TiO2

______________________________________________________

Mittelwerte (±s); A = einfach gewebt, B = einfach gestrickt, C = doppelt gewebt

Ergebnisse


Die Mittelwerte (±s) der UPFs von trockenen und nassen Textilien sind in den

Tabellen auf Seite 53-54 dargestellt. Für nasse Baumwolle wurde ein signifikanter

Abfall des UPFs und ein signifikanter Anstieg der UVA- und UVB-Transmission

beobachtet. Nasse Leinen, Viskose, Polyester und Polyester+TiO2 wiesen eine

signifikante Erhöhung der UVA-Transmission auf. Jedoch wurde nur bei

Polyester+TiO2 eine signifikante Erniedrigung des UPFs gesehen, obgleich die UVB-

Transmission keinen signifikanten Unterschied aufwies. Signifikant erhöhte UPFs

bzw. erniedrigte UVB-Transmisssionen hatten nasse modal+TiO2 und Polyester

Krepp+TiO2. Andererseits wiesen letztere eine signifikant erhöhte UVA-Transmission

auf. In der Regel wurde kein signifikanter Unterschied zwischen den Textilien

festgestellt, die mit Wasser oder 3%iger NaCl-Lösung behandelt wurden; nur bei

dem in 3%igem NaCl vorbehandelten Polyester+TiO2 wurde ein signifikant niedriger

UPF beobachtet.


Tabelle 8: Mittelwerte (±s) des UPFs und der UVA- bzw. UVB-Transmission (%) trockener und nasserBaumwolle- und Leinenstoffe

Baumwolle

Trocken (t) Wasser (w) Salzwasser (s)

___________________________________________________________________________

UPF

11.9±4.9 5.1±2.4 5.1±2.3

___________________________________________________________________________

UVA

18.4±13.9 29.1±7.2 28.8±7.8

___________________________________________________________________________

UVB

8.6±7.2 22.5±11.2 22.6±11.2

___________________________________________________________________________

Unterschiede waren signifikant für: UPFt – UPFw (P<0.001); UPFt – UPFs (P<0.001);UVAt

– UVAw (P=0.007);UVAt – UVAs (P=0.008); UVBt – UVBw (P<0.001); UVBt – UVBs (P<0.001)

Leinen


___________________________________________________________________________

UPF

9.1±5.1 8.5±5.7 8±5.4

___________________________________________________________________________

UVA

15.9±7.4 21.9±10.1 21.2±11.1

____________________________________________________________________________

UVB

13,2±6.3 14,9±7.2 16±7.3

____________________________________________________________________________

Unterschiede waren signifikant für: UVAt – UVAw (P=0.005);UVAt– UVAs (P=0.02); UVBw – UVBs (P<0.024)


Tabelle 9: Mittelwerte (±s) des UPFs und der UVA- bzw. UVB-Transmission (%) trockener und nasserViskose- und Modal+TiO2-Stoffe

Viskose


___________________________________________________________________________

UPF

6±4.2 6.6±5.4 6.5±5.5

___________________________________________________________________________

UVA

28.4±13.4 31.1±14.3 29.9±14.5

__________________________________________________________________________

UVB

24.2±13.7 24.2±15.3 24.8±15.6

__________________________________________________________________________

Unterschiede waren signifikant für: UVAt – UVAw (P=0.011);UVAw – UVAs (P=0.007)

Modal + TiO2


_________________________________________________________________________

UPF

53.5±30.4 124.4±94.7 131.9±113.6

_________________________________________________________________________

UVA

5.9±2.5 5.9±2 5±2.5

_________________________________________________________________________

UVB

2.8±2.5 1.6±1.9 1.9±2.5

_________________________________________________________________________

Unterschiede waren signifikant für: UPFt – UPFw (P=0.013); UPFt – UPFs (P=0.025); UVAt

– UVAs (P=0.014);UVAw – UVAs (P=0.028); UVBt – UVBw (P=0.001); UVBt – UVBs (P=0.001)

Tabelle 10: Mittelwerte (±s) des UPFs und der UVA- bzw. UVB-Transmission (%)unterschiedlicher trockener und nasser Polyesterstoffe


Polyester


___________________________________________________________________________

UPF

49.1±34.7 47.1±34 44.8±32.1

___________________________________________________________________________

UVA

9.6±7.5 13.7±8.6 13.7±8.5

___________________________________________________________________________

UVB

4.4±7.4 4.9±8.2 5±8.1

___________________________________________________________________________

Unterschiede waren signifikant für: UVAt – UVAw (P<0.003); UVAt – UVAs (P<0.008)

Polyester + TiO2


___________________________________________________________________________

UPF

137.6±64.1 100±30.3 90±25.5

___________________________________________________________________________

UVA

5.7±0.4 8.8±0.5 10.6±0.6

___________________________________________________________________________

UVB

0.6±0.4 0.5±0.3 0.5±0.4

___________________________________________________________________________

Unterschiede waren signifikant für: UPFt – UPFw (P=0.036); UPFt – UPFs (P=0.022); UPFw –

UPFs (P=0.002); UVAt – UVAw (P<0.001); UVAt – UVAs (P<0.001); UVAw – UVAs (P=0.001)

Polyester Krepp + TiO2

Trocken (d) Wasser (w) Salzwasser (s)

___________________________________________________________________________

UPF


41.7±7.7 55.5±8.1 55.9±6.7

___________________________________________________________________________

UVA

4.3±0.7 9.2±1.2 10.2±1.1

___________________________________________________________________________

UVB

2.3±0.4 1.4±0.3 1.3±0.2

___________________________________________________________________________

Unterschiede waren signifikant für: UPFt – UPFw (P=0.013; UPFd – UPFs (P=0.01); UVAt – UVAw

(P=0.002);UVAt – UVAs (P=0.001); UVBt – UVBw (P=0.001); UVBt – UVBs (P=0.001)


Diskussion

Im Jahre 1994 berichtete Pailthorpe (8) erstmals über Transmissionsmessungen an

trockenen und nassen Textilien. Von den 22 untersuchten Textilien wurde

insbesondere bei Baumwolle und Baumwollemischungen im nassen Zustand eine

beträchtliche Verminderung des UPFs beobachtet. In Übereinstimmung mit den

Ergebnissen unserer Arbeitsgruppe fiel der UPF bei diesen Stoffen um annähernd

60%. Darüber hinaus wurde berichtet, dass es bei gedehnte Textilien im nassen

Zustand zu einer zusätzlichen Verminderung des UPFs kommt (36). Jevtic (40)

benutzte einen Sonnensimulator um den in vivo UPF von unterschiedlicher

Strandkleidung zu untersuchen (60%Polyester/40%Baumwolle; 81%Polyester/19%

Lycra). Die UPFs fielen um ungefähr ein drittel im nassen Zustand. Parisi et al. (39)

führten Feldversuche an weißen und schwarzen T-Shirts mit Polysulphon-Dosimeter

durch, die von Probanden in der natürlichen Sonne getragen wurden. Sie

postulierten, dass insbesondere ein weißes T-Shirt im nassen Zustand vermehrt UV-

Strahlung transmittiert. Jedoch war in ihrer Studie der Effekt von Nässe durch

zusätzliche Dehnungseffekte überlagert worden, die durch das Herabhängen der T-

Shirts am Körper auftreten. Es muss kritisch angemerkt werden, dass in fast allen

oben genannten Studien keine Angaben gemacht wurden, in welcher Flüssigkeit und

über welchen Zeitraum die Textilien vor der Messung benässt wurden.

Unterschiedliche Transmissionseigenschaften der Flüssigkeiten (z.B. Süßwasser,

Salzwasser, Schweiß) wie auch die zeitlich unterschiedliche Flüssigkeitsaufnahme

der Textilien sollten beachtet werden (32,48). Dennoch zeigte sich in der

vorliegenden Untersuchung bezüglich der UV-Transmission der Textilien im

allgemeinen kein Unterschied zwischen der Vorbehandlung mit Wasser oder einer

3%igen NaCl-Lösung. Demnach verhält sich die UV-Durchlässigkeit von Textilien in

Süßgewässern und im Meer annähernd identisch.

Neben Baumwolle wies auch Polyester+TiO2 eine signifikante Abnahme des

UPFs im nassen Zustand auf. Die unbehandelten nassen Polyesterstoffe zeigten nur

eine tendenzielle Abnahme des UPFs. Interessanterweise wurde bei allen

verschiedenen Polyestertextilien eine erhöhte UVA-Transmission im nassen Zustand

beobachtet (Tabelle 10), d.h. die bei Polyester ohnehin größere Transmission im

UVA-Bereich scheint im nassen Zustand noch weiter anzusteigen. Andererseits

wurde bei nassen Polyester Krepp+TiO2 eine beträchtliche Abnahme der UVB-

Transmission und ein signifikanter Anstieg des UPFs festgestellt. Kreppstoffe haben


eine komplexe dreidimensionale Gestalt mit sehr unregelmäßiger Oberfläche und

scheinen im nassen Zustand ihre strahlengeometrischen Eigenschaften beträchtlich

zu verändern. Darüber hinaus wurde ein erhöhter UPF bei nassen Stoffen aus

Modal+TiO2 gefunden. Während Viskose und Cupro beträchtliche hygroskopische

Eigenschaften aufweisen und um annähernd 100% des Volumens im nassen

Zustand aufquellen können, weisen Modal und Baumwolle eher eine geringe

Hygroskopizität auf (48). Somit lässt sich der Anstieg des UPFs von Modal kaum auf

Quellungseffekte zurückführen, zumal bei Viskose nur ein tendenzieller UPF-Anstieg

zu beobachten war, obwohl diese Fasern bei Feuchtigkeit deutlich stärker

aufquellen. So kann man nur spekulieren, ob die Verteilung und Dichte der TiO2-

Partikel innerhalb der Polymermatrix in Abhängig vom Fasertyp unterschiedliche

Einflüsse bei trockenen und nassen Textilien bewirken. In einer früheren Studie

wurde ein beträchtlicher Anstieg des UPFs von Viskose- und Seidenfaser durch

Erhöhung der relativen Luftfeuchtigkeit (Inkubationszeit: 24 Stunden) festgestellt

(28). Durch eine verstärkte Quellung der Fasern und einer Vergrößerung des

Faserquerschnitts werden die Faserzwischenräume des Textils kleiner, so dass die

UV-Transmission abnimmt. Die Expositionsdauer scheint von großer Bedeutung für

die Feuchtigkeitsaufnahme und Quellung der Faser zu sein (32,48). Im Allgemeinen

reduziert das Wasser in den Faserzwischenräumen die Streuung von UV-Strahlung,

wodurch die UV-Transmission durch das Textil zunimmt. In Analogie hierzu lässt sich

bei nassen Baumwoll-T-Shirts eine erhöhte Durchsichtigkeit des Stoffes erkennen

(8,36).

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass im Gegensatz zu früheren Studien

nicht nur ein Abfall sondern auch bei bestimmten nassen Textilien ein Anstieg des

UPFs beobachtet werden kann. Von klinischer Bedeutung ist insbesondere, dass im

nassen Zustand der UV-Schutz von Baumwolle und Polyester+TiO2 deutlich abfällt.

Vor allem im Hinblick auf spezielle Bekleidungsformen, wie z.B. Strandbekleidung,

Bademoden, Sportbekleidung, Arbeitsbekleidung, gilt es zu berücksichtigen, dass

Wasser oder Schweiß den UV-Schutz bestimmter Textilien signifikant verändern

können (49).


4.9.Entwicklung und Herstellung von UV-dichten Textilien


In einem weiteren Unterversuch (ENKA SUN Projekt) wurden in Zusammenarbeit mit

dem Textiltechnischen Institut TTI der Firma Acordis Industrial Fibers GmbH

(Wuppertal), Textilien entwickelt und hergestellt, die trotz eines relativ geringen

Gewichtes einen hohen UPF aufweisen. Basis bildete eine ENKA SUN Kette (12.000

Fäden), die mit einem Schussgarn kombiniert wurde. Um unter anderem auch den

Einfluss der Schussgarnfaser auf den UPF zu untersuchen, wurde die ENKA SUN

Faser (84 dtex1 f 30) mit Tencel Nm2 50/1 (ca. 200 dtex) bzw. Polyester Nm 50/1 (ca.

200 dtex) verwoben. In die ENKA SUN Faser wurde 2.5%iges Titandioxid

eingearbeitet, so dass die Faser als solche schon über eine hohe UV-Dichte

verfügte. Die Rohgewebe (keine Applikation) wurde lediglich einmal gewaschen

worden, um den Gewebeschrumpf den anderen Geweben anzupassen und die

Schlichte zu entfernen. Alle Behandlungen wurden im sogenannten

Ausziehverfahren durchgeführt. Ein Teil der Textilien wurde mit optischen Aufhellern

behandelt. Die UPF-Bestimmung wurde, wie schon zuvor dargestellt, nach dem

Europäischen Standard durchgeführt. Bei der spezifischen Gewebeherstellung

wurden Bindungsvariationen gewählt, die in ihrer Porosität vergleichbar waren. Dies

waren Grundbindungen wie Leinwand (hier Rips), Köper und Atlas mit den

entsprechenden Bindungszahlen (siehe Tabelle 11). Als Farben wurden Weiss

(ungefärbt), Rot und Blau als zu untersuchende Parameter festgelegt. Zudem sollte

aus einer Farbintensitätsreihe der Einfluss der Farbintensität auf den UPF ermittelt

werden.

Neben dem Farbeinfluss wurden auch die UPF-Abhängigkeiten der

Gewebeausrüstung, hier optische Aufheller und UV-Absorber untersucht.

Komplettiert wurde das Untersuchungsprogramm durch Waschversuche (10, 20 und

40 Wäschen), Scheuerversuche (nach Martindale mit 1000 und 5000 Touren) sowie

Dehnversuche (gleichmäßige Dehnung in Längs- und Querrichtung, dabei wurde die

Dehnung mit einem Spezialtape fixiert, um die Messung im gedehnten Zustand im

Spektralphotometer durchführen zu können).

1 dtex = Abkürzung für Decitex, Maßeinheit der Garnsortierung2 Nm = Metrische Nummer


Tabelle 11: Dargestellt sind die unterschiedlichen Bindungsarten (Rips, Köper, Atlas), Flächengewichtbzw. Dicke und Fadendichte der verschiedenen Rohgewebe


Tabelle 12: Farbstoffklassen und Färberezepturen der verschiedenen Rohgewebe (Polyester:Dispersionsfarbstoffe; Viskose bzw. Tencel: Reaktivfarbstoffe)


Ergebnisse und Diskussion

Insgesamt wurden 92 Textilien hergestellt, die sich in Faserzusammensetzung,

Konstruktion, oder Behandlung mit Farben und optischem Aufheller unterschieden.

Die hergestellten Gewebe hatten ein durchschnittliches Gewicht von 138 g/m² (120-

159 g/m²) und entsprachen somit leichter Sommerbekleidung (Tabelle 11). Der

durchschnittliche UPF lag bei 516 (32-5292) und war somit weitaus höher als der

Europäische Standard vorschreibt. Zunächst war vorgesehen die einzelnen

Parameter, wie z.B. Bindungsart oder Farbe, noch eingehender auf ihre UV–

protektiven Eigenschaften zu untersuchen. Aufgrund der extrem geringen UV-

Transmission wurde aber auf diese Auswertung verzichtet. Schon bei UPFs über 50

ist mit einer zunehmenden Messungenauigkeit zu rechnen, so dass die Effekte der

einzelnen Parameter von Messfehlern überlagert worden wären. Dennoch zeigt die

Untersuchung, dass insbesondere Textilien, die mit Titandioxid beschichtet wurden,

auch bei relativ geringen Flächengewichten einen hervorragenden UV-Schutz bieten

können. In Dehnungsversuchen (Martindale-Methode) zeigte sich ein Abfall des

Ausgangs-UPFs. In UV-Belastungstests wurde eine deutliche Photodegration der

Textilfarbe festgestellt. Insgesamt – mit wenigen Ausnahmen (Abbildung 13) waren

bei dem beschriebenen umfangreichen Versuchs- und Untersuchungsprogramm

aufgrund der doch sehr dichten Gewebe in der Regel keine eindeutig gesetzmäßigen

Abhängigkeiten des UPF von den untersuchten Parametern festzustellen.

Abbildung 13: UPF-Abhängigkeit von der Bindungsart (PES = Polyester)

Acordis, PES, weiss

0,00500,00

1000,001500,002000,00

Atlas 40 Atlas 31 Köper 35 Köper 27 Rips 35 Rips 27

Bindung

optische Aufheller

UV-Absorber


4.10. Herstellung einer UV-Schutz-Kollektion

Die im laufenden Projekt gewonnenen Erkenntnisse wurden abschließend bei der

Entwicklung einer UV-Schutz-Kollektion berücksichtigt. Neben den stoffspezifischen

Eigenschaften hängt der effektive UV-Schutz von Bekleidung auch vom Design und

der Verarbeitung ab. Wie ein UV-Schutz-Bekleidungsstück auszusehen hat und

welche Schnittspezifika in Sachen Bedeckungsgrad zu beachten sind, wurde in dem

Arbeitsgremium „UV protective clothing“ des CEN (Comite Europeen de

Normalisation) zur Ausgestaltung einer Europäischen Norm für UV-Schutzbekleidung

unter Mitwirkung der RUB und des KSI entwickelt (50).

Textilien

Der Entwicklung einer UV-Schutz-Kollektion ging ein Screening von UV-Schutz

Stoffen voraus. Hierbei wurden 55 Stoffe (im wesentlichen Modal Sun), die von den

Herstellern als UV-Schutzstoffe ausgewiesen wurden, hinsichtlich des UPFs in-vitro

nach der Europäischen Norm getestet. Das Ergebnis zeigt, dass ein paar Stoffe

deutlich unter dem für die Europäische Norm vorgesehenen UPF-Grenzwert von 40+

bleiben (siehe Abbildung 14) und hier die Bezeichnung UV-Schutzstoff normativ nicht

zutreffend ist.

UV-Schutztextilien - Screening

05

10152025303540

0+ 5+ 10+ 15+ 20+ 25+ 30+ 35+ 40+ 45+ 50+

UPF-Rating

An

zah

l

UV-Schutzstoffe mitFarbvariationen

Abbildung 14: UPF-Rating der UV-Schutztextilien


Für die Realisierung der UV-Schutz-Kollektion wurden Stoffe der Firmen Robert

Streich GmbH und Händel + Diller GmbH verwandt (siehe Tabelle 13). Kriterien

waren hier insbesondere Einhaltung der UPF-Werte von 40+, UV-Schutzstoffe,

schnelle Verfügbarkeit, modischer Schick und die Möglichkeit zur Abnahme kleiner

Warenmengen. Bestimmte Textilhersteller fertigen die Stoffe nämlich nur auf

Anfrage und dann aufgrund der Rentabilität nur in großen Einheiten.

Für die Kollektion wurden folgende Stoffe eingesetzt:

Tabelle 13: Eingesetzte UV-Schutzstoffe (Maschenstoffe mit Interlock-Bindung) für die Kollektion

Bezeichnung Zusammensetzung Farbe Gewicht

g/m2

Firma

Art. V 97 189

Sun Protection

68% VI Enka Sun

32% CMD Lenzing Sun

weiss 180 Robert Streich GmbH

Art. V 91 170

Sun Protection

100% CMD Lenzing Sun pink 200 Robert Streich GmbH

Art. V 91 195

Sun Protection

51% PL + Trevira ESP

49% CMD Lenzing Sun

vanille,

senf

167 Robert Streich GmbH

Art 0536 1050

Elastic-Single

92 % CMD Modal Sun

8 % EA

weiss 215 Händel + Diller GmbH

VI = Viskose, CMD = Micromodal, PL = Polyester, Trevira ESP = Polyestergarn mit hoher Elastizität

Bekleidung

Beim Design von UV-Schutzkleidung ist zu beachten, dass ein möglichst hoher

Bedeckungsgrad der Haut erreicht wird. So muss nach dem Entwurf der

Europäischen Norm „Textiles – Solar UV protective properties – Part 2: Classification

and marking of apparel“ die für den Schutz des Oberkörpers und Unterkörpers

vorgesehene Bekleidung diese Bereiche mindestens vollständig bedecken. Als

Oberkörper ist dort definiert (50): Torso vom Halsansatz bis hinunter zur Hüfte und

über die Schultern hinaus bis zu ¾ des Oberarmes. Als Unterkörper ist der Teil des

Körpers definiert, der von der Taille bis zur Kniescheibe reicht. Dies Vorgaben sind

bei der vom KSI entwickelten Kollektion berücksichtigt worden.


Folgende Kollektionsteile im wesentlichen für den DOB-Bereich wurden nach den

beschriebenen Vorgaben realisiert:

• Shirt mit ¾ Arm, Länge 68 cm und Hose mit 7/8 Länge aus Art. V. 97 189

(DOB)

• Shirt mit ¾ Arm, Länge 72 cm und Hose, lang aus Art. V. 97 195 (DOB)

• Twin Set bestehend aus: T-Shirt, Länge 66 cm und Jacke, langer Arm sowie

langer Rock, Länge 91 cm (die Jacke wird über dem T-Shirt getragen) aus Art.

V. 91170 (DOB)

• Twin Set bestehend aus: T-Shirt, Länge 68 cm und Jacke, langer Arm sowie

langer Rock, Länge 93 cm (die Jacke wird über dem T-Shirt getragen) aus Art.

V. 91195 (DOB)

• Sweat-Shirt, langer Arm aus Art. Art 0536 1050 (DOB)

• Polo-Shirt, langer Arm aus Art. 0536 1050 (HAKA)

Die UV-Schutz Kollektion wurde als Sport- und Sommerkleidung konzipiert. Im

folgenden sind einige Beispiel-Kombinationen zu sehen.

Abbildung 15: Twin Set (aus Art. V. 91 170)


Abbildung 16: Shirt und Hose (aus Art. V. 91 189)



Abbildung 18: Shirt und Hose, Farb-Kombination Vanille und Senf (aus Art. V. 91 195)

Abbildung 19: Polo Shirt (aus Art. 0536 1050)



Das Twin Set Outfit zeigt, durch die Kombination von Shirt und Jacke, wie der UV-

Schutz von Bekleidung normgerecht und elegant ausgeführt werden kann.


5. Zusammenarbeit mit anderen Stellen

Die Zusammenarbeit und der Erfahrungsaustausch mit anderen im UV-

Schutzbereich arbeitenden Wissenschaftlern und Fachleuten aus der

Bekleidungsindustrie war für das Gelingen des Projektes von großer Bedeutung. Die

Firma Acordis (Wuppertal) ist ein etablierter Textilhersteller, der auch im Segment

„UV-Schutztextilien“ innovativ tätig gewesen ist. In Zusammenarbeit mit dem TTI der

Fa. Acordis wurde für verschiedene Untersuchungen innerhalb des Projektes ein

Textil hergestellt, das aus einer speziellen UV-absorbierenden Faser bestand.

Andere Textilhersteller (z.B. Fa. Lenzing, Österreich, s.a. ) belieferten uns ebenso

mit Textilproben zur UPF-Bestimmung, so dass ein umfangreicher repräsentativer

Probenpool angelegt werden.

Die Zusammenarbeit und der stetige Austausch mit Wissenschaftlern im In-

und Ausland erwies sich als äußerst effektiv. Insbesondere mit Prof. K. Hatch

(Professor of Textiles, University of Arizona, Tuscon, Arizona, USA) und Dr. J.

Laperre (Centexbel, Scientific and Technical Centre of the Belgian Textile Industry,

Zwijnaarde, Belgium) hat ein intensiver Erfahrungsaustausch stattgefunden.

Profunde Sachkenntnisse und Erfahrungen dieser ausgewiesenen Experten auf dem

Gebiet „UV-Schutz durch Textilien“ konnten in das UV-Tex-Projekt eingebracht

werden. Diese Personen wirkten auch aktiv bei der Veröffentlichung und Verbreitung

der Projektergebnisse mit. Weiterhin ist der Kontakt mit Dr. C. Boldeman (Stockholm

Centre of Public Health, Cancer Preventiva Enheten, Stockholm, Sweden)

aufzuführen, aus dem ein neuer EU-Projektantrag zu diesem Thema entwickelt

wurde. Im Rahmen der Messmethoden, die im UV-Tex-Projekt evaluiert wurden, ist

vor allem die Zusammenarbeit mit Prof. G. Ronto (Professor of Biophysics, Institute

of Biophysics & Radiation Biology, Semmelweis University, Budapest, Ungarn) und

Dr. H. Holtschmidt (Biosense, Bornheim) hervorzuheben. Ihre Unterstützung bei der

Kalibrierung und Auswertung der gewonnen Daten, die mittels Biosensoren erhoben

wurden, war von großen Wert.

Die substanzielle Mitarbeit der RUB und des KSI innerhalb der Europäischen

Kommission für Normierung (CEN) zur Entwicklung des Europäischen Standards für

UV-protektive Bekleidungstextilien war von unschätzbarem Wert für das Projekt, da

hier Erfahrungen mit anderen Wissenschaftlern aus verschiedenen Disziplinen


ausgetauscht und Meinungen und Trends aus der Textilindustrie vermittelt werden

konnten. Das gleiche galt auch auf nationaler Ebene für die Zusammenarbeit im

Ausschuss des DIN (Deutsches Institut für Normierung). Die Präsenz auf zahlreichen

nationalen und internationalen Kongressen (s.a. Paragraph 6.2.) hat darüber hinaus

dazu beigetragen, die Ergebnisse des UV-Tex-Projektes mit anderen Experten

diskutieren zu können und aktuelle themenrelevante Entwicklungen auszutauschen

– dies war insbesondere der Fall auf den Kongressen der Europäischen Gesellschaft

für Hautkrebsprävention (EUROSKIN) und dem Weltkongress Cancers of the Skin.

Textilunternehmen

Wie schon angesprochen, wurde das Projekt von etlichen Textilunternehmen durch

die zur Verfügungsstellung von Textilien unterstützt. Diese möchten wir an dieser

Stelle dankend erwähnen.

• Klaus Steilmann GmbH & Co. KG

• Acordis AG, speziell TTI (Textiltechnisches Institut)

• Acordis Service GmbH, Tencel

• Anton Cramer GmbH & Co. KG

• KBC Manufaktur Koechlin, Baumgartner & Cie. GmbH

• Gebrüder Sanders GmbH & Co. KG

• Lenzing AG

• Mülforter Zeugdruckerei & Färberei Heinrich Bresges GmbH

• Albero Stoffe GmbH

• Seidenweberei Reutlingen GmbH

• Günter Drews Textilwerke GmbH & Co. KG

• Robert Streich GmbH

• Händel + Diller GmbH

• Ulmia Stoffe GmbH

• UVEX Arbeitsschutz GmbH

etc.


6. Literatur

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7. Verzeichnisse

7.1Abbildungen

Abbildung 1: Konstruktionsskizze des Autosamplers (1 = Probenmagazin, 2 = Integrationssphäre, 3 =Messposition mit rotierbarem Probenhalter, 4 = Schrittmotoren, 5 = Strahl desSpektralphotometers) ...................................................................................................................15

Abbildung 2: Berechnung des “Ultraviolet Protection Factor” (UPF) von Textilien [Eλλλλ =Erythemwirkungsfunktion der CIE (14); Sλλλλ = spektrale Verteilung der Sonnenstrahlung in Wm-2

nm-1; Tλλλλ = Transmission der Probe; ∆∆∆∆λλλλ = Bandbreite in nm; λλλλ = Wellenlänge in nm]...................16Abbildung 3: Der von Sayre 20 vorgeschlagene CTFA-Standard der spektralen Emissionsgrenzen von

Sonnensimulatoren (⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅). Solare spektrale Bestrahlungsstärke (000000000000) und die spektraleBestrahlungsstärke des im Projekt verwendeten Sonnensimulators SU5000 ( ). Zu beachten istdie gute Übereinstimmung der spektralen Bestrahlungsstärken. .................................................29

Abbildung 4: Prozentuale UVA-Transmission in Abhängigkeit des UPFs ............................................37Abbildung 5: UVB/UVA-Quotient in Abhängigkeit vom prozentualen Anteil der Textilproben ..............38Abbildung 6: UVB/UVA-Quotient in Abhängigkeit von der Anzahl der Textilproben.............................38Abbildung 7: Kritische Wellenlänge basierend auf der Absorption.......................................................39Abbildung 8: Kritische Wellenlänge basierend auf der effektiven Dosis...............................................39Abbildung 9: Kritische Wellenlänge versus UVB/UVA..........................................................................40Abbildung 10: UVA- und UVB-Transmission bei einem Textil (Faserart, Konstruktion, Gewicht

konstant) mit unterschiedlichen Farben........................................................................................40Abbildung 11: Durch die Erhöhung der Gewebedichte und die Verwendung von mattierten (TiO2)

Garnen konnte der UPF der optimierten Viskose (Nr. 5) im Vergleich zu den Standard-Testgeweben (Nr. 1-4) deutlich verbessert werden......................................................................44

Abbildung 12: Farbreihe auf glänzendem Viskosegewebe. Durch die Färbung mit bestimmtenFarbstoffen wird der UPF eines Textils deutlich verbessert (1 = weiß; 2 = gelb; 3 = orange; 4 = rot;5 = violett; 6 = blau; 7 = grün; 8 = braun; 9 = schwarz).................................................................44

Abbildung 13: UPF-Abhängigkeit von der Bindungsart.........................................................................62Abbildung 14: UPF-Rating der UV-Schutztextilien................................................................................63Abbildung 15: Twin Set (aus Art. V. 91 170).........................................................................................65Abbildung 16: Shirt und Hose (aus Art. V. 91 189) ...............................................................................66Abbildung 17: Twin Set (aus Art. V. 91 195).........................................................................................66Abbildung 18: Shirt und Hose, Farb-Kombination Vanille und Senf (aus Art. V. 91 195) .....................67Abbildung 19: Polo Shirt (aus Art. 0536 1050)......................................................................................67Abbildung 20: Twin Set (aus Art. V. 91 195).........................................................................................68

7.2. Tabellen

Tabelle 1: Charakteristika der verschiedenen Textilien (n=15). Mittelwerte (±±±±s)* und prozentualerStandardfehler des Mittelwertes [E%] der UPFs und der Transmssionsmessungen...................14

Tabelle 2: Vergleich in vitro und in vivo UPFs ......................................................................................24Tabelle 3: Charakteristika der Textilien und Ergebnisse der verschiedenen Testmethoden. ..............32Tabelle 4: UPF-Rating von 236 Sommertextilien..................................................................................34Tabelle 5: Charakteristika der Viskosestoffe mit unterschiedlich pigmentierten Schussmaterialien....43Tabelle 6: UPF-Abhängigkeit von durchgeführten Belastungstests .....................................................48Tabelle 7: Charakteristika der verschiedenen untersuchten Sommertextilien .....................................51Tabelle 8: Mittelwerte (±±±±s) des UPFs und der UVA- bzw. UVB-Transmission (%) trockener und nasser

Baumwolle- und Leinenstoffe .......................................................................................................53Tabelle 9: Mittelwerte (±±±±s) des UPFs und der UVA- bzw. UVB-Transmission (%) trockener und nasser

Viskose- und Modal+TiO2-Stoffe ..................................................................................................54Tabelle 10: Mittelwerte (±±±±s) des UPFs und der UVA- bzw. UVB-Transmission (%) unterschiedlicher

trockener und nasser Polyesterstoffe ...........................................................................................54Tabelle 11: Dargestellt sind die unterschiedlichen Bindungsarten (Rips, Köper, Atlas), Flächengewicht

bzw. Dicke und Fadendichte der verschiedenen Rohgewebe......................................................60Tabelle 12: Farbstoffklassen und Färberezepturen der verschiedenen Rohgewebe (Polyester:

Dispersionsfarbstoffe; Viskose bzw. Tencel: Reaktivfarbstoffe)...................................................61Tabelle 13: Eingesetzte UV-Schutzstoffe (Maschenstoffe mit Interlock-Bindung) für die Kollektion....64

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Berichtsblatt (Kurzfassung) - Cleaner Production Germany · Dermatologische Klinik der Ruhr-Universität Bochum, Gudrunstr. 56, D-44791 Bochum Klaus Steilmann Institut für Innovation