CH624585A5

CH624585A5 -

Info

Publication number: CH624585A5
Application number: CH1373676A
Authority: CH
Inventors: Walter Francis Biggins
Original assignee: Dexter Corp
Priority date: 1975-11-06
Filing date: 1976-11-01
Publication date: 1981-08-14
Also published as: GB1522899A; SE7611626L; MX4400E; US4084949A; ZA765884B; NL7611649A; JPS5259991A; JPS6317451B2; FR2330373A1; DE2650339A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bakterienfiltermedium, insbesondere für Gesichtsmasken, in Form eines flexiblen Blattes mit Faserstruktur, welches aus Filterfasern und einem thermoplastischen Kunststoffbindemittel besteht. Ein solches Bakterienfiltermedium ist vor allem für die Verwendung als Gesichtsmasken geeignet, wie sie von Ärzten, besonders Chirurgen, benutzt werden.

Blattförmige Elemente mit Faserstruktur, bestehend aus anorganischen Fasern mit einem Durchmesser im Bereich von Mikrometerbruchteilen bis einigen zehn Mikrometern, sind als . Filtermedium verwendbar. Eine Faserstruktur in diesem Durchmesserbereich wird im folgenden als «Fibrillenstruktur» oder «Mikrofaserstruktur» bezeichnet. Solche Fasern werden im allgemeinen mit einem geeigneten Mittel gebunden, um dem Blatt die notwendige Festigkeit und Geschlossenheit zu verleihen. Zur Gewinnung dieses Materials sind bekannte Verfahren aus der Papierherstellung verfügbar. Nicht verklebte, anorganische Filterpapier, z.B. aus Glasfasern, weisen im allgemeinen in feuchter Atmosphäre geringe Festigkeit auf, die wenigstens teilweise auf die gerade, glatte und stabähnliche Form der Glasfasern zurückzuführen ist. Um solche Filtermedien mit einer grösseren Lebensdauer zu erhalten, ist es notwendig, ihnen durch geeignete Behandlung eine grössere Festigkeit und Haltbarkeit zu verleihen. Verschiedene Verkle-bungs- und Verbindungssysteme wurden eingesetzt, um diesen Filtermedien die erwünschte Widerstandskraft zu verleihen, ohne jedoch dadurch das Gleichgewicht zwischen Porosität und Filterwirksamkeit zu beeinflussen.

Filtermedien für Gesichtsmasken für Chirurgen müssen einen hohen Bakterienfiltrationswirkungsgrad aufweisen. Solche Medien sollen bevorzugt einen minimalen Wirkungsgrad von wenigstens ungefähr 96% aufweisen. Dieser Filtrationswirkungsgrad muss jedoch ohne Behinderung der Atmung des Trägers durch das Medium erzielt werden, so dass die Gesichtsmaske dem Träger bei der Arbeit kein Unbehagen verursacht. Obschon der Mechanismus der Bakterienfiltration und des Wirkungsgrades dieser Filtration noch nicht gänzlich aufgeklärt wurde, nehmen die Fachleute an, dass der Wirkungsgrad in engem Zusammenhang mit dem feinen Glasfasernetz-werk im Filter steht und dass die Bakterienfiltrierung zu einem hohen Grad durch die Gegenwart von Fasern eines feinen Durchmessers, welche ein enges Netzwerk mit feinen Poren bilden können, geregelt wird. Ein in dem Filtermedium vorliegendes Bindemittel neigt dazu, die feineren Poren dieses Fasernetzwerks zu verstopfen so, dass das Medium im allgemeinen einen höheren, mittleren Porendurchmesser aufweist und somit ein geringerer Wirkungsgrad erhalten wird. Andere Fachleute sind der Auffassung, dass der Wirkungsgrad eines Filtermediums von der elektrostatischen Ladung der Glasfasern eines Durchmessers im Mikrometerbereich, welche die Partikeln an die Struktur zieht und bindet, abhängt. Es wird angenommen, dass die Gesamtladung des Filtermediums bis zu einem gewissen Grad von der Einstellung der Dimension der Fasern und somit der Einstellung der Oberfläche, welche eine elektrostatische Ladung trägt, abhängt. Die Ladung kann insbesondere durch die vorliegende Menge an feinen Glasfasern eingestellt werden. Welches auch immer die vertretene Theorie sei, es ist eine Tatsache, dass die eingesetzte Bindemittelmenge in einem Filterpapier bei vergleichbaren Gewichtsniveaus den Filtrationswirkungsgrad verbessern kann. Als Alternative hierzu könnte das Riesgewicht des Filtermaterials ohne Erniedrigung des Bakterienfiltrationswirkungsgrades erniedrigt werden.

Typische Beispiele poröser anorganischer Faserblattmaterialien können den US-Patentschriften Nrn. 3 253 978 und 3 594 993 entnommen werden, obschon diese Patentschriften sich nicht spezifisch auf Filtermedien für Gesichtsmasken für Ärzte oder Chirurgen mit einem hohen Bakterienfiltra5

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tionswirkungsgrad beziehen. Die erwähnten Patentschriften beschreiben Verfahren, durch welche nicht fasrige Bindemittel während der Ausbildung der Papierbahn oder in einer Nachbehandlung in dieselbe eingebaut werden.

Fasrige Bindemittelsysteme, z.B. wärmehärtbare Fasern, wie Vinylmischpolymerisatfasern, z.B. Vinyonfasern, wurden zur Herstellung von Filtermedien für Gesichtsmasken verwendet. Um diesen Glasfaserbahnen eine geeignete Haltbarkeit und Widerstandskraft zu verleihen, müssen wenigstens ungefähr 30 Gewichtsprozente Vinyon eingearbeitet werden. Dieses System hat den Nachteil, dass die Vinyonfasern eine relativ niedrige Erweichungstemperatur, d.h. ungefähr 60-71 °C, aufweisen, so dass die hergestellte Papierbahn an der Oberfläche der Trockenbehälter, welche in dem Verfahren zur Papierherstellung verwendet werden, ankleben. Hierdurch wird ein Bindemittelaufbau in den Trockenbehältern erhalten. Dies bedingt, dass die Anlage des öftern abgeschaltet werden muss, um das Bindemittel aus diesem Teil der Anlage zu entfernen. Eine Erniedrigung des Vinyonfasergehaltes unter 30 Gewichtsprozente führte zu einem Verlust an Widerstandskraft und zu einer Erniedrigung in der Porosität des erhaltenen Materials.

Kürzlich wurden Filme und Papierbahnmaterialien beschrieben, welche aus Polyolefinfasern eines hohen Molekulargewichtes mit niedrigem Schmelzindex, d.h. eines durchschnittlichen Molekulargewichtes über 200 000 und eines Schmelzindexes von weniger als 1,0, bevorzugt weniger als ungefähr 0,5, hergestellt werden. Diese Fasern, die unter der Bezeichnung «synthetischer Holzzellstoff» bekannt sind, müssen von den ebenfalls bekannten Kunststoff-Stapelfasern unterschieden werden, die durch Verspinnen aus einer Schmelze gewonnen werden. Die so gewonnenen, hochmolekularen Polyolefinfasern können nicht durch bekannte Verspinnungsver-fahren behandelt werden, da dieses Material eine zu niedrige Fliessfähigkeit aufweist. Diese neueren Fasern werden vielmehr durch Ausfällen aus unter hohen Scherspannungen stehenden, d.h. also mit örtlich stark unterschiedlicher Geschwindigkeit strömenden Flüssigkeiten hergestellt. Die beschriebenen Bahnen bestehen hauptsächlich aus diesem Kunststoffmaterial, welches normalerweise unter geeigneten Temperaturbedingungen verschmolzen wird, wobei dünne Filme entstehen. Ein typisches Beispiel eines solchen Verfahrens ist aus der GB-PS Nr. 1 386 982 zu entnehmen. Es wurde jedoch berichtet, dass bei einer Vermischung dieser Fasern mit solchen herkömmlicher Art zur Papierherstellung die Zugfestigkeit und die Dichte des resultierenden Produktes mit steigendem Kunststoff-Fasergehalt abnehmen.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines verbesserten Bakterienfiltermediums, das sich besonders zur Herstellung von Gesichtsmasken für Ärzte und Chirurgen eignet und ein vergleichsweise niedriges Riesgewicht ohne Einbussen hinsichtlich des Bakterienfiltrationswirkungsgrades und der Atmungsfähigkeit aufweist. Die Erfindungsaufgabe erstreckt sich auch auf die Schaffung eines Herstellungsverfahrens für ein solches Bakterienfiltermedium. Hinsichtlich des Filtermediums und des Herstellungsverfahrens kennzeichnet sich die erfindungsgemässe Lösung der Aufgabe durch die in den Ansprüchen 1 bzw. 9 aufgeführten Merkmale.

Da das Filtermedium ungefähr 60% des Gewichtes der Gesichtsmaske ausmacht, bedingt ein niedrigeres Gewicht des Filtermediums ein grösseres Wohlbefinden und eine grössere Bequemlichkeit für den Träger, insbesondere bei längeren chirurgischen Eingriffen. Wesentlich für die erzielte Verbesserung ist der vergleichsweise geringe Kunststoffgehalt. Zusätzlich zu einem niedrigen Gewicht weisen die Gesichtsmasken eine verbesserte Steifigkeit auf, so dass die Maske im halbstarren Zustand nicht fest an der Nase und den Lippen des Trägers anliegt und demgemäss eine noch grössere Bequemlichkeit erzielt wird.

Die Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Gebrauchseinflüsse des angegebenen Filtermediums können ohne nachträgliche Beeinflussung der Porosität und des Bakterienfiltrationswirkungsgrades eingestellt werden. Dies erlaubt entweder eine Erhöhung der totalen Glasfaseroberfläche im Filtermedium oder eine Gewichtsverminderung des Mediums ohne negative Beeinflussung des Bakterienfiltrationswirkungsgrades. Durch die Verminderung des Riesgewichtes des Materials wird die Herstellung wirtschaftlicher und zusätzlich eine grössere Starrheit der Bahn ohne Einbusse an Haltbarkeit erzielt. In Form von Bahnen hergestellte Bakterienfiltermedien nach der Erfindung sind besonders leicht zu handhaben und zu behandeln, ohne dass sich in den bei der Herstellung verwendeten Trockenbehältern Bindemittel ansammelt.

Beim erfindungsgemässen Verfahren kann eine bessere Kontrolle der Schmelzeigenschaften des Kunststoffbindemittels im Filtermedium erzielt werden. Nach einer Weiterbildung des Verfahrens wird das Bindemittel in Form von hochmolekularen Polyolefinfasern eingesetzt, wodurch sich eine verbesserte Zugfestigkeit bei nur geringfügigen Abweichungen der Durchlässigkeitseigenschaften mit zunehmendem Polyolefin-gehalt ergibt.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen Bezug genommen.

Ein in Form eines biegsamen, anorganische Filterfasern enthaltenden Blattes hergestelltes Filtermedium mit Mikrofa-serstruktur wies einen Bakterienfiltrationswirkungsgrad von mehr als 96% auf, bezogen auf Staphylococcus Aureus, sowie eine befriedigende Porosität. Die Atmung des Trägers war auch über längere Benutzungsdauer nicht erschwert. Als Bindemittel war ein warmhärtender, polyolefinischer Kunststoff verwendet, und zwar in Faserform eingesetzt worden, wobei der Gewichtsanteil des Bindemittels weniger als 30% betrug. Die als Bindemittel bei der Herstellung eingesetzten Polyolefinfasern wiesen eine spezifische Oberfläche von mehr als 1 m2/g auf. Es handelte sich um ein hochmolekulares Kunststoffbindemittel von niedriger Warm-Fliessfähigkeit (niedriger Schmelzindex).

Bekanntlich bestehen Gesichtsmasken für Ärzte und Chirurgen, die nach einer einmaligen Verwendung weggeworfen werden, aus mehrschichtigen Laminaten. Diese Laminate weisen ein Filtermedium und eine oder mehrere Aussen- oder Deckschichten auf, die aus einem sehr porösen, nicht gewebten und leichten, nicht oder nicht wesentlich zur Filtration beitragenden Gebilde bestehen.

Wie schon oben beschrieben, wurden in der Vergangenheit Filtermedien durch die bekannten Papierherstellungsverfahren aus Mikroglasfasern in Mischung mit wenigstens 30 Gewichtsprozenten Vinyonfaserbindemittel (Kunststoff aus Vinylchlo-rid und Vinylacetat mit niedrigem Denier) hergestellt. Gemäss der vorliegenden Erfindung besteht das Filtermedium auch aus einem fasrigen Blattmaterial, in welchem die primäre oder hauptsächliche Bakterienfiltrationsfaserkomponente aus einem anorganischen, in Faserform auf dem Markt erhältlichen Material besteht. Typische Fasern für das Medium gemäss der Erfindung sind z.B. Glas, Quartz, Keramik, Asbest, Mineralwollefasern und geeignete Verbindungen derselben. Bevorzugt werden Mikroglasfasern mit einem Faserdurchmesser im Mikrometerbereich, d.h. ungefähr 0,2 bis 14 Mikrometer, bevorzugt 0,5 bis 5,0 Mikrometer, d.h. Glasfasern der üblichen Standardbezeichnung A, AA und AAA, eingesetzt. Die Filtermedien gemäss der Erfindung können zusätzlich zu diesen Glasfasern weitere Faserkomponenten aufweisen. Das Filtermedium wird bevorzugt durch Papierherstellungsverfahren hergestellt, und somit sollte es möglich sein, mit diesen Fasern

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wässrige, für die Papierherstellung geeignete Dispersionen herzustellen. Die verwendeten Fasern sollen bevorzugt eine in der Papierherstellung übliche Faserlänge aufweisen, wobei zu bemerken ist, dass die Faserlängen auch von der Dicke der Fasern mit Bezug auf ihre Länge sowie von weiteren Bedingungen bei der Papierherstellung abhängen.

Normalerweise werden Fasern verschiedener Dimensionen eingesetzt, um den erwünschten Filtrationswirkungsgrad im Filtermedium sowie auch die erwünschte Porosität und Atmungsfähigkeit durch das Medium zu erhalten. Glasfasern im oben angegebenen Bereich bilden somit die Hauptkomponente, d.h. ungefähr 75 bis 100% des Nicht-Bindemittelfasergehaltes. Geringe Mengen an Fasern eines grösseren Durchmessers können eingesetzt werden, um weitere Eigenschaften, wie z.B. eine verbesserte Widerstandskraft, eine bessere Griffigkeit oder Geschmeidigkeit, im Blatt zu erhalten. Diese Fasern können z.B. aus synthetischen Fasern wie Rayon, Polyester oder ähnlichen bestehen. Auch kann Glasvorgarn mit einem Durchmesser von ungefähr 9 Mikrometer und mehr eingesetzt werden. Der durchschnittliche Durchmesser der Glasfasern kann somit in relativ weiten Bereichen schwanken unter der Bedingung, dass der Hauptanteil der verwendeten Fasern einen Durchmesser von 0,5 bis 5,0 Mikrometer aufweist.

Gemäss der vorliegenden Erfindung wird das Blattmaterial im allgemeinen durch die Verfahren der Papierherstellung hergestellt. Das Material weist die Form einer nichtgewebten Struktur auf, in welcher die Bindemittelfaser und die Nicht-Bindemittelfaser sich ineinander verwickeln, so dass eine genügende strukturelle Integrität erhalten wird. Die strukturelle Integrität, welche so erhalten wird, erlaubt die Handhabung und die Behandlung der Bahn in der Maschine, obschon der Bindemittelfasergehalt unterhalb 30% liegt. Bekanntlich werden die Fasern vermischt und sorgsam in einem wässrigen Medium, oft bei erniedrigten pH,-Werten, mit Hilfe eines Holländers oder anderer Mischvorrichtungen dispergiert. Die erhaltene Mischung wird in einen Auflaufbehälter einer Papierherstellungsanlage gegeben, in welcher sie normalerweise weiter verdünnt und auf das endlose Papierbildungssieb, wie z.B. ein Fourdriniersieb, gegeben wird. Falls eine pH-Einstellung zur Dispersion der anorganischen oder Glasfasern erforderlich ist, kann dies während der Vermischung oder während der Zufuhr der Fasern in den Auflaufkasten der Papierherstellungsanlage geschehen. Bei der Handhabung anorganischer Fasern ist eine pH-Einstellung normalerweise wichtig, und der pH-Wert der Faserzufuhr wird neutral oder sauer vor der Eingabe der Auf-schlämmung in den Auflaufkasten eingestellt.

Obschon gemäss der vorliegenden Erfindung bekannte Fourdrinier-Zylinderanlagen oder weitere, im Handel erhältliche Papierherstellungsanlagen eingesetzt werden können, wird das Filtermedium der vorliegenden Erfindung bevorzugt in einer Papierherstellungsanlage mit geneigtem Fourdriniersieb hergestellt, da so verdünntere Dispersionen eingesetzt und gleichmässigere Bahnstrukturen erhalten werden können. In solchen Papierherstellungsanlagen wird die anorganische Faserdispersion im allgemeinen bei einer Konzentration von ungefähr 0,0 bis 1,0 Gewichtsprozenten, bevorzugt ungefähr 0,2 bis 0,3 Gewichtsprozenten, gehalten. Es können höhere Konzentrationen und Konsistenzen in Zylinderanlagen und anderen Fourdrinieranlagen eingesetzt werden unter der Bedingung, dass das erhaltene Bähnmaterial die erwünschte Porosität und Bakterienfiltrationseigenschaften aufweist. Ein typisches Beispiel einer Papierherstellungsanlage mit geeignetem Fourdriniersieb ist z.B. in der US-Patentschrift Nr. 2 045 095 von F. H. Osborne vom 23. Juni 1936 enthalten. Nichtgewebte Bahnmaterialien, welche auf solchen Anlagen hergestellt werden, weisen ein dreidimensionales Netzwerk mit nur leichter Orientierung in der Richtung der Anlage auf.

Das Bindemittel für das anorganische fasrige Bahnmaterial besteht bevorzugt aus Bindemittelfasern, welche mit den Glasfasern vor der Aufgabe auf das Papierbildungssieb dispergiert werden können. So ist es möglich, eine gute, beliebige Vertei-s lung der Fasern durch die ganze Bahn zu erhalten. Insbesondere eignen sich hierzu Polyolefinfasern mit hohem Molekulargewicht und niedrigem Schmelzindex. Diese Fasern sind näher in der oben genannten britischen Patentschrift sowie in der britischen Patentschrift Nr. 1 386 983 beschrieben. Aus diesen io Patenten gehen folgende wesentlichen Eigenschaften hervor, welche diese Polyolefinfasern von bekannten Polyolefinfasern unterscheiden: ihre Oberfläche, welche über einem Meter pro m2/g liegt, und ihre Morphologie, d.h. ihre Mikrofaserstruktur, welche der Struktur des Holzzellstoffes mit Fibrillen, welche 15 ihrerseits aus Mikrofibrillen bestehen, ähnelt. Im allgemeinen bestehen die fasrigen Polyolefinfasern aus einem Material mit hohem Molekulargewicht und niedrigem Schmelzindex, so dass der Kunststoff nicht ohne weiteres in glatte, stabähnliche Fasern durch bekannte Verspinnungsverfahren aus der Schmelze 20 verarbeitet werden kann. Die hochmolekularen Kunststoffmaterialien weisen einen Schmelzindex von weniger als ungefähr 0,5 oder 1,0 auf und können durch ihre sehr niedrige Fliessfähigkeit nicht unter Druck in bekannten Verspinnungsanlagen verarbeitet werden. Diese Materialien sollen bevorzugt einen 25 Schmelzindex unter 0,1 und ein durchschnittliches Molekulargewicht über 800 000 aufweisen. Im allgemeinen sollte das Po-lyolefinmaterial ein Durchschnittsmolekulargewicht (Viskosität) von wenigstens 40 000, bevorzugt über 500 000, aufweisen.

30 Die Bindemittelfasern werden unter Scherkraftbedingungen in einer Anlage, z.B. in einer Scheibenmühle, hergestellt. Die erhaltenen Fasern haben eine typische Form und Grösse, welche der Form und Grösse von Holzfasern entsprechen, so dass die so hergestellten Fasern im allgemeinen als syntheti-35 sehe Holzfasern bezeichnet werden. Sie haben eine durchschnittliche Länge von ungefähr 1 mm, obschon Veränderungen in den Herstellungsbedingungen zu Längen von 4 mm und mehr führen können. Es werden auch kürzere Fasern hergestellt, wobei die untere Grenze der Faserlänge um ungefähr 40 0,025 mm liegt. Die kürzeren Fasern weisen jedoch im allgemeinen noch eine Länge von 0,1 bis 0,2 mm auf. Diese Fasern sind nicht glatt und zylinderförmig ausgebildet, wie dies bei der Verspinnung aus der Schmelze der Fall ist. Die Fasern weisen eine unregelmässige Oberflächenkonfiguration auf und haben 45 eine Oberfläche von mehr als 1,0 m2/g. Oberflächen von 100 m2/g konnten schon beobachtet werden. Die erhaltenen Fasern bestehen aus mechanisch ineinander verwickelten Bündeln von Fibrillen und Mikrofibrillen, wobei die Mikrofibrillen im allgemeinen eine Breite um 1 bis 20 Mikrometer so aufweisen. Die meisten dieser Fasern haben eine Länge um 0,2 bis 3 mm oder mehr. Im Falle von Polyäthylen, Polypropylen und Verbindungen derselben weist das Kunststoffmaterial ein durchschnittliches Molekulargewicht zwischen 500 000 und 20 000 000 und einer Oberfläche über 1 bis 100 m2/g, im all-55 gemeinen über ungefähr 25 m2/g auf. Typische Beispiele dieser Materialien sind die von der Crown Zellerbach Corporation unter der Bezeichnung SWP R vertriebenen Polyolefine sowie jene, welche von Solvays and Cie unter der Bezeichnung PSY R sowie von der Sun Chemical Co. und anderen vertrie-60 ben werden.

Bei der Herstellung der Filtermedien der vorliegenden Erfindung können die Polyolefinfasern in Mengen zwischen ungefähr 5 und ungefähr 30 Gewichtsprozenten vorliegen, ohne dass dadurch der Bakterienfiltrationswirkungsgrad des erhal-65 tenen Materials nachteilig beeinflusst würde. Bei einer zunehmenden Polyolefinmenge, mit Bezug auf die Menge an vorliegendem Nicht-Bindemittel oder Glasfasern, wird eine langsame, aber konstante Erniedrigung der Porosität und eine Er

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höhung des Druckabfalles des Filtermediums erhalten. Somit werden höhere Mengen, über 30%, Polyolefinfasern nicht in das Filtermedium der vorliegenden Erfindung eingearbeitet, um eine Erschwerung der Atmung durch das Filtermedium zu vermeiden. Es wurde auch gefunden, dass einer grösseren Po-lyolefinfasermenge eine verstärkte Zugbeanspruchung des erhaltenen Filtermaterials entspricht. Aus diesem Grund ist die Menge an Polyolefinmaterial, welche in dem Filtermedium eingesetzt wird, ein Kompromiss, wobei die höchstmögliche Zugbeanspruchung und Porosität erhalten werden sollen, jedoch auch ein möglichst hoher Prozentsatz an Glasfasern vorliegen soll, um die erwünschte Bakterienfiltrationseigenschaften zu erhalten. Gemäss der Erfindung wurde gefunden, dass der bevorzugte Bereich an Polyolefinbindemittelfasern zwischen ungefähr 10 und 30 Gewichtsprozenten für Bahnmaterial liegt.

Das fasrige Bahnmaterial, welches gemäss der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, wird in bekannter Art und Weise getrocknet und alsdann einer Temperatur um ungefähr 130 °C und höher ausgesetzt, so dass die Bindemittelfasern nahe an ihre Schmelztemperatur oder, bevorzugt, über ihre Schmelztemperatur erwärmt werden, wodurch dem erhaltenen Material eine grössere Widerstandskraft verliehen wird, ohne dass hierdurch die Porosität oder die Bakterienfiltrationseigenschaften nachträglich beeinflusst würden. Der Fachmann wird erkennen, dass der Schmelzpunkt der Bindemittelfasern eine Trocknung des Bahnmaterials gleich nach der Ausbildung erlaubt, ohne dass hierbei eine unerwünschte Schmelze auftreten würde, welche zu einem Aufbau an Bindemittelmaterial in den Trockentrommeln der Papierherstellungsanlage führen würde. Dies bedingt, dass höhere Herstellungsgeschwindigkeiten angewendet werden können.

Wie weiter oben beschrieben, weisen die Bindemittelfasern eine Morphologie auf, welche der Morphologie von Holzzellstoff entspricht. Die Bindemittelfasern umfassen Fibrillen und Mikrofibrillen, welche eine komplette Dispersion und beliebige Verteilung des Bindemittels in der dreidimensionalen Struktur des Bahnmaterials gewährleisten. Diese Konfiguration erlaubt auch einen sehr guten Kontakt zwischen den Bindemittelfasern und den Nicht-Bindemittelfasern und verleiht somit dem blattähnlichen Material eine wesentliche, interne Widerstandskraft in dem feuchten Ende der Papierherstellungsanlage vor dem Trocknen des hergestellten Materials. Diese strukturelle Integrität, welche hauptsächlich einer mit Bezug auf ähnliche Vinyonfasern verbesserten Dispersion der Bindemittelfasern und einem grösseren Kontakt dieser Fasern mit mehr Glasfasern zuzuschreiben ist, erlaubt grössere Herstellungsgeschwindigkeiten, da die Struktur der Bahn eine grössere Widerstandskraft vor der Trocknung und vor der Verschmelzung aufweist.

Der höhere Schmelzpunkt des Polyolefinmaterials bedingt, dass eine hergestellte Bahn die Trockenzone der Papierherstellungsanlage durchlaufen kann, ohne dass der Kunststoff schmilzt. Die trockene Bahn wird alsdann für eine kurze Zeitdauer zu einer Temperatur über der Schmelztemperatur des Polyolefins erwärmt, d.h. eine Minute oder weniger. Die fibril-lenähnliche Struktur des Bindemittels bedingt, dass eine schnelle Schmelzung erhalten wird und das Bindemittel eine grössere Anzahl an individuellen Glasfasern miteinander verklebt. Bei der hohen Schmelztemperatur, welcher das Bahnmaterial während einer kurzen Zeitspanne ausgesetzt ist, schmelzen die Bindemittelfasern und fliessen auf die Glasfasern oder Nicht-Bindemittelfasern, so dass die fasrige Struktur des Polyolefins fast gänzlich verschwindet. Das Bindemittel bildet einen sehr dünnen Überzug, hauptsächlich an den Punkten, an welchen sich die Glasfasern überschneiden, wodurch ein Faserdurchmesser erhalten wird, welcher nur leicht über dem Durchmesser der Glasfasern liegt. Kleine Bindemitteltröpfchen bilden sich an den Punkten, an welchen sich Glasfasern überschneiden. Diese geschmolzenen und wiedererstarrten Teile weisen jedoch auch nur einen Durchmesser auf, wel-s eher dem Durchmesser der Glasfasern des Bahnmaterials entspricht. Diese Änderung der Morphologie des Bindemittels führt zu einer wesentlichen Verbesserung der Widerstandskraft des Filtermediums, ohne dass dabei die Porosität und Atmungsfähigkeit durch das Medium nachträglich beeinflusst io würde. Es wurde gefunden, dass die Porosität um 7600 lmin/m2, bevorzugt zwischen 13 400 zu 19 800 lmin/m2, liegen soll, wobei der Druckabfall durch das Medium nicht über 4,5 mm, bevorzugt zwischen 1,5 bis 3,5 mm, liegen soll.

Durch die nachfolgenden Beispiele wird die Erfindung nä-15 her erläutert. Die Erfindung soll jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt sein.

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Beispiel I

Durch Vermischen von ungefähr 45 kg synthetischer Holz-zellstoffasern aus Polyäthylen mit hohem Molekulargewicht und einer hohen Oberfläche, welche von der Crown Zellerbach Corporation unter dem Namen SWP-grade E-400 erhalten worden waren, und ungefähr 181 kg Mikroglasfasern 25 wurde in einem Holländer in Gegenwart von 9000 1 Wasser und unter Einstellung des pH-Wertes zwischen 2,5 und 3,5 eine Faserdispersion erhalten. Die Faserdispersion wurde während 5 Minuten verfasert, wobei die Holländerwalze von dem Grundwerk des Holländers abgehoben war. Die Mikroglasfa-30 sern bestanden aus 9 kg Glas eines Durchmessers von 0,5 bis 0,7 Mikrometer (Code AAA), 36 kg Glas eines Durchmessers von 0,7 bis 1,6 Mikrometer (Code AA) und 136 kg Glasfasern eines Durchmessers von 1,6 bis 2,6 Mikrometer (Code A).

Die Faserdispersion oder Aufschlämmung wurde in den Auflaufkasten einer Anlage zur Papierherstellung mit einer Konsistenz von ungefähr 2,5 % gegeben. Die Dispersion wurde noch verdünnt und auf ein geneigtes Fourdriniersieb zur Papierbildung gegeben. Das so hergestellte Bahnmaterial wurde von dem Sieb entfernt und auf Trockentrommeln bei ungefähr 104 °C getrocknet. Alsdann wurde die Bahn bei einer Temperatur von 218 °C mit einer Verweilzeit von 6V2 Sekunden durch einen Ofen geleitet, wobei das Polyäthylen schmolz und die Glasfasern verbunden wurden. Das erhaltene Bahnmaterial wies ein Riesgewicht von 9 kg pro 500 Blatt auf. Die physikalischen Eigenschaften dieses Materials sind in der Tabelle I unter Beispiel I aufgeführt.

Das oben beschriebene Verfahren wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass die Glasfasern, in dem gleichen Verhält-50 nis, nur 70% des Materials bildeten. Der restliche Fasergehalt bestand aus 30% Vinyonfasern. Ein Bahnmaterial mit einem Riesgewicht von 13,6 kg pro 500 Blatt wurde erhalten. Die Eigenschaften dieses Materials sind in der Tabelle I unter Vi-nyon aufgeführt.

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Tabelle I

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Vinyön Beispiel 1

Riesgewicht kg/m2 Porosität (lmin/m2) Zugbeanspruchung in Maschinenrichtung (g/cm)

quer zur Maschinenrichtung (g/cm) Bakterienfiltrationswirkungsgrad (%) P (mm H20)

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73 24 97 1,75

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268 79 98 2,5

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Der Bakterienfiltrationswirkungsgrad der Bahn wurde mit Hilfe einer 24 bis 28 alten Kultur von Staphylococcus Aureus Utah Strain 15 untersucht. Die Konzentration wurde auf eine standard-optische Dichte gebracht, so dass durchschnittlich 1700 bis 2700 lebensfähige Partikel in den Kontrollplatten erhalten wurden. Die so hergestellte Kultur wurde alsdann weiterverdünnt und in einen Vernebelungsapparat zwecks Herstellung eines Aerosols gegeben. Das zu untersuchende Filtermedium wurde in eine Andersen Anlage eingeführt, wobei eine kreisförmige Versuchsoberfläche von 7,5 cm verwendet wurde. Das Aerosol wurde bei einem Durchsatz von 28,3 1 pro Minute während 1 Minute durch die Kammer geleitet und auf Platten aufgefangen. Die Platten wurden während 43 Stunden bei 37 °C einer Inkubation unterworfen, und die Kulturkolonien wurden gezählt. Der Filtrationswirkungsgrad der Tabelle I wurde als Prozentsatz mit Bezug auf eine Kontrollplatte eines identischen Kulturaerosols berechnet.

Der in Tabelle I aufgeführte Druckabfall ist eine Messung des Druckunterschiedes, welcher benötigt wird, um Luft bei einem Durchsatz von 8 1/Minute durch ein Versuchsstück einer Oberfläche von 4,9 cm2 zu leiten. Der Druckabfall ist eine Messung des Druckunterschiedes pro cm2 und wird in mm Wasser ausgedrückt.

Aus der Tabelle geht hervor, dass das Filtermedium des Beispiels I einen hohen Bakterienfiltrationswirkungsgrad sowie eine verbesserte Zugbeanspruchung bei einem erniedrigten Riesgewicht aufweist. Obschon auch ein leichter Abfall der Porosität beobachtet werden konnte, ist die Atmungsfähigkeit durch das Filtermedium noch befriedigend, so dass sich das Medium gut als Gesichtsmaske für Ärzte oder Chirurgen eignet.

Tabelle II

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Beispiele

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% SWP Bindemittelfaser

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Riesgewicht g/m2

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Porosität (lmin/m2)

14753

13168

13808

12192

Zugbeanspruchung

(g/cm)

36

84

114

146

B akterienfiltrations-

wirkungsgrad (%)

96,2

97,4

96,5

97,6

P (mm H20)

2,5

2,8

2,4

3,0

Beispiel VI

Durch das Verfahren des Beispiels IV wurden auch Muster mit Hilfe von Polypropylenbindemittelfasern anstatt Polyäthylenbindemittelfasern hergestellt. Der Bakterienfiltrationswirkungsgrad des erhaltenen Materials lag auch über dem minimalen Wert von 96%. Die Porosität war auch noch befriedigend, so dass keine Atmungsbeschwerden durch die Gesichtsmaske für Ärzte oder Chirurgen festgestellt werden konnte.

Beispiele VII-IX 25 Muster mit graduell höherem Riesgewicht wurden gemäss dem Beispiel IV hergestellt. Einige Mikroglasfasern wurden jedoch durch Rayon (1,5 Denier 0,16 cm) und Polyesterfasern (1,5 Denier 0,6 cm) ersetzt. Das Bindemittel wurde komplett verschmolzen, wodurch die in der Tabelle III aufgeführten Ei-30 genschaften erhalten wurden:

Tabelle III

Beispiele II—V Unter Verwendung der gleichen Anteile und Verhältnisse an Mikroglasfasern und dem gleichen Bindemittel wie in Beispiel I wurden mehrere Muster mit einem Bindemittelfasergehalt zwischen 10 und 25 % hergestellt. Die Muster wurden während 30 Sekunden bei einer Temperatur von 193 °C in einem geschlossenen Ofen partiell verschmolzen. Die physikalischen Eigenschaften dieser Materialien sind in der Tabelle II wiedergegeben. Aus der Tabelle geht hervor, dass der Bakterienfiltrationswirkungsgrad bei allen Mustern über dem minimalen Wert von 96 % lag. Der Druckabfall blieb ungefähr konstant, wobei jedoch ein leichter Abfall der Porosität bei steigendem Bindemittelgehalt festgestellt werden konnte.

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Riesgewicht (g/m2) Porosität (Imin/m2) Zugbeanspruchung (g/cm) B akterienfiltrations-40 Wirkungsgrad (%) P (mm H20)

Beispiele VII

VIII

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13412 282

96,3 3,0

47

11583 345

98,3 3,0

IX

55

10363 412

98,5 3,4

Wie aus dieser Tabelle hervorgeht, entspricht eine Erhöhung des Riesgewichtes einer Erhöhung des B akterienfiltra-45 tionswirkungsgrades, jedoch wird bei der Erhöhung des Riesgewichtes auch eine Erniedrigung der Porosität beobachtet.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Bakterienfiltermedium, insbesondere für Gesichtsmasken, in Form eines flexiblen Blattes mit Faserstruktur, welches aus Filterfasern und einem thermoplastischen Kunststoffbindemittel besteht, gekennzeichnet durch einen Gehalt von weniger als 30 Gewichtsprozenten des Kunststoffbindemittels und einen Bakterien-Filtrationswirkungsgrad von wenigstens 96 %, bezogen auf Staphylococcus Aureus.
2. Bakterienfiltermedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffbindemittel innerhalb der Faserstruktur des Filtermediums wenigstens teilweise in Form eines Überzuges der Filterfasern vorliegt und dass eine Verbindung von Filterfasern an ihren Uberschneidungsstellen durch Bindemitteltropfen gebildet ist.
3. Bakterienfiltermedium nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser von Bindemitteltropfen an Überschneidungsstellen der Filterfasern wenigstens annähernd dem Durchmesser der Filterfasern entspricht.
4. Bakterienfiltermedium nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das durchschnittliche Molekulargewicht des Kunsststoffbindemittels über 800 000 liegt.
5. Bakterienfiltermedium nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch anorganische Filterfasern mit einem Durchmesser von weniger als 14 Mikrometern.
6. Bakterienfiltermedium nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch anorganische Filterfasern mit einem durchschnittlichen Faserdurchmesser zwischen 0,1 und 5,0 Mikrometer und durch ein Kunststoffbindemittel mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht über 500 000.
7. Bakterienfiltermedium nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Kunststoffbindemittel wenigstens annähernd 20 Gewichtsprozente beträgt.
8. Bakterienfiltermedium nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterfasern einen durchschnittlichen Durchmesser zwischen 0,5 und 2,6 Mikrometer aufweisen.
9. Verfahren zur Herstellung eines Bakterienfiltermediums nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass thermoplastisches Kunststoffbindemittel in Form von Fasern mit einer spezifischen Oberfläche von wenigstens 1 m2/g mit den Filterfasern vermischt und sodann einer Schmelzung zur Bildung von Verbindungsstellen an den Filterfasern unterzogen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kunststoffbindemittel in fasriger Form mit einer dem Holzzellstoff entsprechenden Faserstruktur eingebracht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffbindemittel in fasriger Form in einem Anteil zwischen 5 und 30 Gewichtsprozenten des Gesamtfasergehaltes eingebracht wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, dass das in fasriger Form eingebrachte Kunststoffbindemittel beim Verschmelzen bis zum wenigstens annähernden Verlust seiner Faserstruktur erwärmt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9—12, dadurch gekennzeichnet, dass fasriges Kunststoffbindemittel aus mindestens einem Polyolefin mit einer spezifischen Oberfläche von mehr als 120 m2/g verwendet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein fasriges Kunststoffbindemittel aus Polyäthylen, Polypropylen oder einer Verbindung dieser Polyolefine verwendet wird.