CZ35778U1 - Filtr z mikrofilamentárního bioaktivního uhlíku s fotokatalytickou povrchovou úpravou, zejména do masek a roušek se zvýšenou ochranou pro uživatele - Google Patents

Description

Filtr z mikrofilamentárního bioaktivního uhlíku s fotokatalytickou povrchovou úpravou, zejména do masek a roušek se zvýšenou ochranou pro uživatele

Oblast techniky

Předmětem technického řešení je filtr z mikrofilamentárního bioaktivního uhlíku s fotokatalytickou povrchovou úpravou, zejména do masek a roušek se zvýšenou ochranou pro uživatele a do systémů pro čistění vzduchu v přenosných či stacionárních zařízeních.

Dosavadní stav techniky

V současnosti v souvislosti s virovou epidemií většina populace používá roušky či masky vyrobené z textilního materiálu. Jejím nošením se snižuje riziko nakažení spoluobčanů v nejbližším okolí, ochrana pro uživatele je však minimální. Vyšší stupeň ochrany pro uživatele představuje pouze respirátor, který je ale pro běžné aktivity nevhodný, a proto drtivá většina populace při pandemii používá roušku. Současná řešení v oblasti roušek s filtračním materiálem nemají žádné samočisticí řešení či reaktivační cyklus k plné obnově filtrační fimkce. Všechny produkty na trhu se při nošení postupně kontaminují a musí být po použití zlikvidovány jako neobnovitelné.

Podstata technického řešení

Předmětem tohoto technického řešení je filtr z mikrofilamentárního bioaktivního uhlíku, zejména do masek a roušek se zvýšenou ochranou pro uživatele.

Podstata technického řešení spočívá v tom, že filtr že sestává z nosiče z netkané textilie, spojeného s vrstvou aktivního mikrofilamentárního uhlíku o čistotě 93 až 99 % v podobě tkaniny o středním průměru vlákna do 100 pm, kde tato uhlíková mikro vlákna jsou svázána v multifilamentech, které jsou navzájem provázány křížící se soustavou do struktury mřížky, kde jeden multifilament obsahuje 900 až 1500 uhlíkových mikrovláken, přičemž počet mikrovláken v multifilamentu je regulovatelný pro ovlivňování prostoru k průniku plynu filtrem pro požadovanou propustnost.

Střední hodnota interfilamentámího prostoru je podle komprese uhlíkových mikrovláken v rozsahu 0,000007 až 0,00015 mm, přičemž v korelaci na velikost interfilamentámího prostoru je celkový aktivní povrch filtru v rozmezí 500 až 1500 m²/g bioaktivního uhlíku. Vnitřní a/nebo vnější strana filtru je opatřena povrchovou úpravou s fotokatalytickou funkcí.

Povrchová úprava filtru je vytvořena směsí pigmentů a plniv s nanočásticemi fotoaktivního oxidu titaničitého T1O2 a oxidu křemičitého SÍO2.

Povrchová úprava s fotokatalytickou fimkcí může být tvořena fotoaktivní formou ftalocyaninu.

V jednom z provedení může povrchová úprava zahrnovat směs pigmentů a plniv s nanočásticemi fotoaktivního oxidu titaničitého TÍO2 a oxidu křemičitého SÍO2 ve vodě, kde účinnou složkou jsou nanočástice fotoaktivní formy oxidu titaničitého TÍO2.

V jiném provedení může být povrchová úprava s fotokatalytickou fimkcí vytvořena prostřednictvím fotoaktivní formy ftalocyaninu

Filtr s fotokatalytickou povrchovou úpravou je možno vkládat do masky / roušky. Po použití se filtr z masky vyjme a na slunci či za umělého UV záření o specifické vlnové délce se automaticky sám vyčistí a může opět plnit svou funkci (viz připojený výkres). Toto řešení může být použito v zástavbě se soustavou s UV LED zdroji, kde cyklus čištění vzduchu tímto filtrem podpořeným

-1 CZ 35778 UI fotokatalýzou je nepřetržitý. Takto konstruovaný systém se dá se extrapolovat do libovolných rozměrů a kapacit. Tím je toto řešení vhodné také pro stacionární soustavy na čištění vzduchu v podobě zařízení pro domácí použití až po integrované řešení v industriálních, veřejných či klinických prostorách a OEM (original manufacturer equipment) řešení pro automobilový a letecký průmysl.

Objasnění výkresů

Na připojeném výkresu na obr. 1 je zobrazen příklad provedení předloženého technického řešení, s rouškou s filtrem z mikrofilamentámího bioaktivního uhlíku.

Příklady uskutečnění technického řešení

Technické řešení zahrnuje kombinaci dvou níže uvedených technologií:

Jsou to

1. Mikrofilamentamí bioaktivní uhlík o vysoké čistotě 93 % až 99 % v podobě tkaniny o středním průměru vlákna v desítkách pm (do 100 pm) jako filtru, sestávajícího z nosiče 1 z netkané textilie, spojeného s vrstvou 2 aktivního mikrofilamentámího uhlíku se schopností fyzikálně i chemicky vázat široké spektrum látek a částic a aktivně pohlcovat viry a bakterie. Důležitá je také dobrá schopnost soudržnosti uhlíkových mikrovláken, která jsou svázána v multifilamentech. Tyto multifilamenty jsou navzájem provázány křížící se soustavou do struktury mřížky připomínající svou strukturou textil. Jeden multifilament obsahuje 900 až 1500 uhlíkových mikrovláken. Regulací počtu mikrovláken v multifilamentu a velikostí interfilamentámího prostoru mezi těmito mikrovlákny je možno ovlivňovat prostor k průniku plynu filtrem pro docílení jeho ideální propustnosti. Dalším faktorem ovlivňujícím propustnost soustavy je setkávání mikrofilamentů, to je hustota vazby tkaniny. Experimentálně bylo zjištěno, že s počtem uhlíkových vláken v mikrofilamentů také kolísá celkový obsah plochy aktivního povrchu, který je v rozmezí 500 až 1500 m² na gram tohoto bioaktivního uhlíku. Počet uhlíkových mikrovláken v mikrofilamentů tedy určuje schopnosti fyzikální adsorpce založené na Van der Waalsových silách a také schopnost chemisorpce. V případě čištění vzduchuje využíván princip sorpce i chemisorpce, kdy se pohlcené molekuly váží na volné vazby vzhledem k průměru mikrovlákna povrchově umístěných atomů uhlíku a dochází tak i k fyziosorpci zachycením molekul na povrchu vlákna působením elektrostatických sil a stejnou měrou dochází i k bakteriostatickému efektu. Takto uzpůsobený uhlík má dále efekt vychytávání bakteriálních toxinů, některých exogenních toxinů i endotoxinů. Tento efekt zadržení výše uvedených látek na povrchu tkaniny je zásadní, účelem je udržet tyto látky na povrchu tak dlouho, dokud nedojde k jejich bezezbytkovému odstranění fotokatalytickou fúnkcí. Bioaktivní mikrofilamentámí uhlík je tak aplikován na určitý časový interval odpovídající postupné saturaci celkové sorpční kapacity uhlíkové vrstvy, než dojde kjeho bezezbytkovému vyčištění fotokatalytickou fúnkcí.

Následkem je vysoký dezodorační efekt filtrovaného vzduchu. Tento uhlík je ze své podstaty netoxický, ani při přímém požití nebo při přiložení na odhalenou lidskou tkáň. Vlákna jsou pevná v tahu, a tudíž filtr může být modelován do potřebného tvaru pro použití v dané aplikaci. Uhlíkový filtr zvyšuje ochranu uživatele a jeho okolí, viz též přihláška vynálezu PV 2004 - 1086.

2. Nanokompozitní soustava s fotokatalytickou fúnkcí se samočisticími a desinfekčními účinky, viz např. CZ užitný vzor č. 21200 o názvu „Kompozitní soustava s fotokatalytickou fúnkcí“. Jedná se o aplikaci povrchové úpravy s fotokatalytickou fúnkcí na vnější stranu roušky 3 a na vnější a vnitřní stranu filtru.

- 2 CZ 35778 UI

Povrchová úprava obsahuje směs pigmentů a plniv se směsí nanočástic fotoaktivního oxidu titaničitého TiO₂ a oxidu křemičitého SiO₂ ve vodě, kde účinnou složkou jsou nanočástice fotoaktivní formy oxidu titaničitého TiO₂.

Při využití technického řešení pro masky a roušky může být filtr z aktivního uhlíku opatřený kompozitní soustavou s katalytickou funkcí použit jako výměnný filtr do masek a roušek se zvýšenou ochranou pro uživatele. V takovém případě je zapotřebí opakovat reaktivační cyklus slunečním zářením nebo zářením z UV LED zdroje specifické vlnové délky.

Řešení může být pro koncového spotřebitele využito rovněž v jeho mobilní formě, jako čistička vzduchu. V takovém případě je filtr z aktivního uhlíku opatřený kompozitní soustavou s katalytickou funkcí ve funkci permanentního filtru. Toho je docílenou instalací filtru do zařízení s regulovaným průtokem vzduchu například aktivní větrnou turbínou nebo konvekcí a kalibrovanou soustavou LED diod operujících v ultrafialovém záření o specifické vlnové délce a intenzitě, uspořádané v příslušném úhlu osvícení filtru. Takové zařízení může být použito jako přenosné do automobilu, místností (např. čekárna u lékaře, šatny) a prostory s omezenou výměnou vzduchu s vnějším prostředím a potřebou vyčištění vzduchu. Tyto systémy mohou být napájeny bateriemi nebo síťovými adaptery.

Další aplikací je čistička vzduchu - stacionární forma technického řešení pro OEM zařízení, kdy je lze volně extrapolovat do libovolných rozměrů a kapacit. Lze tak přesně na míru tvořit a dimenzovat toto řešení na čištění vzduchu, které může být součástí standardní zástavby vzduchotechniky v budovách a industriálních komplexech, nemocnicích, kancelářských objektech a dalších.

Čistička vzduchu může také být jako integrovaná mobilní forma technického řešení a přizpůsobena integraci do klimatizačních systémů automobilů a letadel a dalších transportních prostředků. Je možno ji dimenzovat na specifické požadavky automobilového průmyslu (bezpečnost a trvanlivost, odolnost proti vibracím a teplotním zvratům atd.), vybavit řídicí jednotkou kompatibilní se systémy CAN bus daného automobilového výrobce či jiného transportního prostředku.

Claims (5)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Filtr z mikrofilamentámího bioaktivního uhlíku, zejména do masek a roušek (3) se zvýšenou ochranou pro uživatele, vyznačující se tím, že sestává z nosiče (1) z netkané textilie, spojeného s vrstvou (2) aktivního mikrofilamentámího uhlíku o čistotě 93 až 99 % v podobě tkaniny o středním průměru vlákna do 100 pm, kde tato uhlíková mikrovlákna jsou svázána v multifilamentech, které jsou navzájem provázány do struktury mřížky, kde jeden multifilament obsahuje 900 až 1500 uhlíkových mikrovláken, přičemž počet mikrovláken v multifilamentu je regulovatelný pro ovlivňování prostoru k průniku plynu filtrem pro požadovanou propustnost.
2. 2. Filtr podle nároku 1, vyznačující se tím, že střední hodnota interfilamentámího prostoru je podle komprese uhlíkových mikrovláken v rozsahu 0,000007 až 0,00015 mm, přičemž v korelaci na velikost interfilamentámího prostom je celkový aktivní povrch filtru v rozmezí 500 až 1500 m²/g bioaktivního uhlíku.
3. 3. Filtr podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že jeho vnitřní a/nebo vnější stranaje opatřena povrchovou úpravou s fotokatalytickou funkcí.
4. 4. Filtr podle nároku 3, vyznačující se tím, že povrchová úprava je vytvořena směsí pigmentů a plniv s nanočásticemi fotoaktivního oxidu titaničitého TiCU a oxidu křemičitého SÍO2.
5. 5. Filtr podle nároku 3, vyznačující se tím, že povrchová úprava s fotokatalytickou funkcí je tvořena fotoaktivní formou ftalocyaninu.