DE102011104628A1

DE102011104628A1 - Antimikrobielles Filtermedium und Filtermodul

Info

Publication number: DE102011104628A1
Application number: DE102011104628A
Authority: DE
Inventors: Alexander Piry; Ralf Blum; Ellen Buchta
Original assignee: Mann and Hummel GmbH; Neenah Gessner GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH; Neenah Gessner GmbH
Priority date: 2011-06-06
Filing date: 2011-06-06
Publication date: 2012-12-06
Also published as: US20140157990A1; KR20140024403A; US10532309B2; JP2014522311A; CN103747844A; EP2717991A1; US20180085697A1; WO2012168185A1

Abstract

Es wird ein Filtermedium mit antimikrobieller Wirkung, insbesondere zur Filterung von Luft für den Innenraum von Kraftfahrzeugen, bestehend aus mindestens einer ersten Filterschicht, in der Verunreinigungen zurückhaltbar sind, und einer dieser ersten Filterschicht benachbarten zweiten Filterschicht, bereitgestellt. Die zweite Filterschicht ist auf der Anströmseite der ersten Filterschicht angebracht und enthält antimikrobielle Stoffe.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Filtermedium. Insbesondere betrifft sie ein Filtermedium mit antimikrobieller Wirkung. Ganz speziell bezieht sie sich auf ein Filtermedium zur Filterung von Luft für den Innenraum eines Kraftfahrzeuges. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Filtermodul.
Stand der Technik
Aus Filtermedien hergestellte Filterelemente dienen der Filtrierung von Fluidströmen oder gasförmigen Medien, beispielsweise der Filtrierung einer Luftströmung, die dem Fahrzeuginnenraum eines Kraftfahrzeuges zugeführt wird. Obwohl auf beliebige Filterelemente anwendbar, werden die vorliegende Erfindung und die ihr zugrunde liegende Problematik nachfolgend mit Bezug auf ein Filtermedium bzw. Filterelement zur Filtrierung von Luft für den Innenraum eines Kraftfahrzeuges beschreiben. Solche Filter werden im Folgenden kurz als Kfz-Innenraumfilter bezeichnet.
Die zunehmende Luftverunreinigung, insbesondere in Großstädten, in Verbin dung mit dem Einsatz moderner Klimaanlagen macht es wünschenswert und auch erforderlich, die von außen in den Innenraum eines Kraftfahrzeuges geleitete und aufbereitete bzw. klimatisierte Luft mittels geeigneter Filter zu filtern. Hierfür kommen bspw. Partikelfilter oder Geruchsfilter oder alternativ auch Kombinationen davon in Betracht, die die in der Luft enthaltenen Partikel sowie inhärente Gerüche aus der Umgebungsluft möglichst gut herausfiltern sollen. Solche Filter zur Filtrierung von Luft für den Innenraum eines Kraftfahrzeuges sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen und Varianten allgemein bekannt, so dass auf deren Aufbau und Funktionsweise nachfolgend nur kurz eingegangen wird.
Da die Wirksamkeit von Filtern insbesondere von der Größe der von der Luft durchströmten Oberfläche des Filters abhängig ist, kommen für Kfz-Innenraumfilter überwiegend zickzackförmig gefaltete Filtermedien, die häufig auch als plissierte Filtermedien bezeichnet werden, zum Einsatz. Durch die Faltung des verwendeten Filtermediums kann auf diese Weise abhängig von der Faltungshöhe und dem Faltungsabstand der verschiedenen Faltabschnitte des Filtermediums eine effektive Vergrößerung der von dem Luftstrom durchströmten Filterfläche ermöglicht werden.
Wie bereits erwähnt, befinden sich, bedingt durch die zunehmende Luftverschmutzung, immer mehr Schadstoffe in der Umgebung eines Kraftfahrzeuges, so dass der Kfz-Innenraumfilter einer zunehmenden Belastung ausgesetzt ist. Bei diesen Schadstoffen kann es sich bspw. um Staub und Ruß handeln, sowie um Pollen, Bakterien- und Pilzsporen, Bakterien und Pilze. Einige Stoffwechselprodukte der Mikroorganismen sind bekannt dafür, dass sie Allergiestoffe für das menschliche Atmungssystem darstellen. Bei einigen Individuen können sie Asthmaanfälle auslösen, und es ist nachgewiesen, dass sie eine immunologische Abwehrreaktion verursachen können.
Die US 2003/01162022 A1 beschreibt einen Luftfilter für Klimaanlagen, wie sie in Büros, Wohnhäusern und Gebäuden für die medizinische Versorgung, wie zum Beispiel Krankenhäusern und Pflegeheimen verwendet werden. Der Filter umfasst eine Zusammensetzung, die ein Biozid enthält, das nicht an die Filteroberfläche gebunden, sondern so angepasst ist, dass es durch den sich auf dem Filter ansammelnden Feinstaub wandern kann, so dass die Schadstoffteilchen mit dem Biozid beschichtet werden. Geeignete Biozide sind zum Beispiel 2-Brom-2-nitropropan-1,3-diol, Isothiazolin-Verbindungen, Benzoesäure, Benzalkoniumhalogenide und dergleichen.
Aus der US 2006/0021302 A1 ist ein antimikrobieller Luftfilter bekannt, dessen Filtrationsmedium eine ”prophylaktische” Verbindung aufweist, die dazu verwendet werden kann, die Anzahl von mikrobiellen Organismen zu verringern. Die ”prophylaktische” Verbindung wird als separate Lage neben dem plissierten Filtermedium eingebracht. Bei der ”prophylaktischen” Verbindung kann es sich um wasserlösliche Coenzyme, öllösliche Coenzyme, Pflanzenextrakte, Antibiotika, biozide Metalle, aliphatische und aromatische Fettsäuren und dergleichen handeln.
Die WO 2006/003515 A1 offenbart eine Luftbehandlungsvorrichtung für ein Teilchenfilter einer Klimaanlage eines Fahrzeuges. Die Vorrichtung besteht aus einem durchlässigen Container, der ein leicht flüchtiges Behandlungsmittel enthält. Der Container wird auf dem Teilchenfilter befestigt.
Aus der US 2005/0079379 A1 ist ein Abdeckgewebe mit mindestens einer Stoffbahn bekannt, die einen elektrostatisch aufgeladenen Meltblown-Faservlies-Flor umfasst, der mit einer Fluorchemikalie mit einem schwachen kationischen Emulgator behandelt ist, um die Oberflächenenergie der Fasern zu reduzieren, um auf diese Weise ein Durchdringen und Benetzen durch ölige Nebel zu minimieren und damit die Wirkung der den Fasern aufgegebenen elektrostatischen Ladungen zu erhalten. Die Fasern können Polyvinyl-N-pyridiniumbromid enthalten. Das Gewebe wird für Gesichtsmasken und Schutzkleidung verwendet. Eine Verwendung für Kfz-Innenraumfilter ist nicht vorgesehen.
Schließlich offenbart die EP 1 882 511 A1 ein Filtermedium mit bakterizider Wirkung, insbesondere zur Filterung von Luft für den Innenraum von Kraftfahrzeugen, bestehend aus mindestens einer Filterschicht, in der Verunreinigungen zurückhaltbar sind, und einer dieser Filterschicht nachgeschalteten bakteriziden Filterschicht, die auf der Reinluftseite der mindestens einen Filterschicht angebracht ist und durch eine Abstandsschicht von der mindestens einen Filterschicht beabstandet ist.
Nachteilig an den im Stand der Technik beschriebenen Lösungen ist zum Einen, dass diese nicht einfach auf Kfz-Innenraumfilter übertragbar sind, zum Anderen, dass sie einen Bewuchs des Filtermediums durch Mikroorganismen und insbesondere ein Durchwachsen nicht wirkungsvoll verhindern können. Weiterhin wird ein Bewuchs insbesondere mit Pilzen bzw. Pilzsporen durch die aufgezeigten Lösungen nicht oder nur in geringem Maße verhindert. Einige der beschriebenen Biozide zeigen eine Wirksamkeit nur gegen bestimmte Mikroorganismen, z. B. Bakterien, nicht jedoch gegen Schimmelpilze, bei anderen ist aufgrund der Aufbringung des Biozids und des Aufbaus des Filtermediums eine wirkungsvolle Inhibierung des mikrobiellen Wachstums nicht sichergestellt.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Filtermedium mit antimikrobieller Wirkung bereitzustellen, das die genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet. Darüber hinaus bietet die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, dass ein bereits bestehendes Filtermedium mit einer zusätzlichen antimikrobiellen Lage ausgerüstet werden kann, ohne dass sich die Filtrationsleistung ändert.
Diese und weitere Aufgaben werden durch das Filtermedium mit antimikrobieller Wirkung nach Anspruch 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
Dabei zeigt
1 schematisch einen zweilagigen Aufbau des erfindungsgemäßen Filtermediums; und
2 schematisch einen dreilagigen Aufbau des erfindungsgemäßen Filtermediums.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Das erfindungsgemäße Medium kann bspw. bei Innenraumfiltern für Kraftfahrzeuge zur Anwendung kommen. Weitere Einsatzgebiete sind Staubsaugerfilter, Filterelemente für Gebäude- und Standklimaanlagen, Filterelemente für Luftreiniger, Atemfilter und dgl.
Im Folgenden wird die Erfindung am Beispiel eines Innenraum-Luftfilterelements für ein Kraftfahrzeug beschreiben. Dem Fachmann ist jedoch klar, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, sondern, wie bereits weiter oben erwähnt, auch anderweitig anwendbar ist.
Das erfindungsgemäße Filtermedium ist in der Lage, Mikroorganismen, insbesondere Pilze oder Pilzsporen, abzutöten und gleichzeitig einen Bewuchs des Filtermediums mit Bakterien, Pilzen und sonstigen Mikroorganismen und insbesondere ein Durchwachsen wirkungsvoll zu verhindern. Unter Durchwachsen versteht man die Ausbreitung von mycelbildenden Mikroorganismen durch eine Sperrschicht, z. B. eine biozide Schicht hindurch. Dies kann auch durch Bakterien geschehen, die sich durch diese Schicht hindurch ausbreiten.
Es wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, ein Filtermedium mit antimikrobieller Wirkung so zu gestalten, dass eine zweite, antimikrobielle Stoffe enthaltende Filterschicht auf der Anströmseite einer ersten, der zweiten Filterschicht benachbarten Filterschicht, in der Verunreinigungen zurückhaltbar sind, angebracht wird. Somit kann ein Durchwachsen auch von mycelbildenden Mikroorganismen wirkungsvoll verhindert werden. Die Schimmelpilzsporen werden aufgrund ihrer Größe (2–100 μm, typischerweise 2–10 μm) partiell von der antimikrobiellen Schicht zurückgehalten bzw. treffen auf die mit dem antimikrobiellen Wirkstoff ausgerüstete Filterlage und können dadurch inaktiviert bzw. am Wachstum gehindert werden. Dies ist der große Vorteil gegenüber einer nachgeschalteten antimikrobiellen Filterschicht, da dort die Sporen aus der Umgebungsluft zum Großteil in der vorgeschalteten Partikellage zurückgehalten werden und dort auskeimen können.
Das erfindungsgemäße Filtermedium ist typischerweise so aufgebaut, dass die antimikrobielle Lage, d. h., die zweite, antimikrobielle Stoffe aufweisende Filterschicht als eine zusätzliche Schicht (Mediumlage) auf ein Medium aufgebracht wird. Die antimikrobielle Schicht besitzt auch eine Filterwirkung und kann optional auch als einschichtige Variante eingesetzt werden. Dabei kann das Medium entweder zweilagig oder dreilagig aufgebaut sein. 1 zeigt einen zweilagigen Aufbau aus einem Partikelfiltermedium 2 (erste Filterschicht) und einer darauf angebrachten zweiten Filterschicht 4, die die antimikrobiellen Wirkstoffe enthält. Die erste Filterschicht 2 kann ggf. einen graduierten Aufbau aufweisen, d. h., im Querschnitt in Durchströmungsrichtung abnehmende bzw. zunehmende Faserdurchmesser aufweisen und/oder Nanofasern enthalten, die vor allem die Abscheideleistung von feinen Partikeln verbessern. 2 zeigt einen dreilagigen Aufbau aus einer Feinfaserschicht 6, die bspw. nach dem Meltblown-Verfahren hergestellt wurde, und einer weiteren Filterschicht 8, die aufgrund ihrer mechanischen Festigkeit auch als Träger bezeichnet wird, und auf der die zweite antimikrobielle Filterschicht 4 aufgebracht ist.
Der antimikrobielle Träger kann mit verschiedenen mikrobiellen Wirkstoffen, wie z. B. Silber, Kupfer, Aluminiumverbindungen ausgerüstet sein. Ein besonders vorteilhafter mikrobieller Stoff ist Zn-Pyrithion, da es einen wesentlichen pilzhemmenden Effekt und eine sehr geringe Löslichkeit in Wasser aufweist. Außerdem sind Ausrüstungen auf der Basis von Nanosilber und enzymatisch-, chemisch wirkenden Stoffen möglich, wie z. B. 2-Brom-2-nitropropan-1,3-diol, Isothiazolinverbindungen, Benzoesäure und Benzoesäurederivate, Benzalkoniumhalogenide, wasserlösliche und öllösliche Coenzyme, Pflanzenextrakte, weitere biozide Metalle, aliphatische und aromatische Fettsäuren sowie quartäre Tenside, wobei sich die Wirkstoffe sowohl als weitere Option als auch in Kombination mit Zn-Pyrithion einsetzen lassen. Für die zweite Filterschicht können unterschiedliche Grammaturen verwendet werden.
Die Ausrüstung der zweiten Filterschicht mit den antimikrobiellen bzw. bioziden Stoffen kann mit Hilfe unterschiedlicher Prozesse, wie z. B. durch Sprühaufbringung, Pflatschen oder mittels einer Foulardmaschine durchgeführt werden. Die antimikrobielle Schicht wird dabei vorteilhafterweise auf die Anströmseite aufgebracht. Durch den oben beschriebenen dreilagigen Aufbau lassen sich dadurch negative Interaktionen zwischen Wirkstoff und der funktionellen Partikelfaserschicht vermeiden. Durch den speziellen dreilagigen Sandwichaufbau ist es möglich, die eigentliche Partikelfilterlage zu schützen und so eine hohe Filtrationseffizienz sicherzustellen. Außerdem bietet der Sandwichaufbau den Vorteil, dass sich auf diese Weise verschiedene Filtermedien, die bei Kfz-Innenraumfiltern eingesetzt werden, mit einer zusätzlichen antimikrobiellen Schicht ausrüsten lassen, die als zusätzliche Option für die bestehenden Filter angeboten werden kann (bei Kfz-Innenraumfiltern wird eine Vielzahl von unterschiedlichen Filtermedien eingesetzt, die sowohl auf regionale als auch auf herstellerspezifische Anforderungen zugeschnitten sind). Zudem lassen sich durch die zusätzliche antimikrobielle Schicht maßgeschneiderte Lösungen für unterschiedliche Anwendungsgebiete erreichen. So spielen bei unterschiedlichen klimatischen Bedingungen auch unterschiedliche Mikroorganismen beim Wachstum auf Filtermedien eine Rolle, so dass die auf der zweiten Filterschicht angebrachten antimikrobiellen Stoffe dementsprechend ausgewählt werden können und zusätzlich die Grammatur variiert werden kann.
Zusätzlich kann die die Filtrationseffizienz bestimmende Lage (Meltblown) durch einen Masterbatch mit antimikrobiellen Wirkstoffen ausgerüstet werden, bzw. das Medium kann durch das zusätzliche Einbringen von antimikrobiellen Fasern, die über einen Masterbatch hergestellt wurden, eine gesteigerte antimikrobiologische Wirksamkeit aufweisen.
Das nachträgliche Aufbringen des Wirkstoffs bietet gegenüber der Zugabe direkt bei der Faserherstellung (Masterbatch) den Vorteil, dass geringere Wirkstoffkonzentrationen ausreichend sind, da sich der Wirkstoff außen an der Faser befindet und damit in direktem Kontakt mit den Mikroorganismen steht. Ein Vorteil bei der Masterbatch-Herstellung bzw. bei der Zugabe von Fasern aus einem Masterbatchprozeess liegt darin, dass die antimikrobiellen Wirkstoffe besonders fest mit der Faser verankert sind.
Aus dem erfindungsgemäßen Filtermedium lässt sich ein Filtermodul, insbesondere ein Partikel- und/oder Geruchsfilter, mit einem Filtergehäuse herstellen, bei dem das Filtermedium in das Filtergehäuse eingefügt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2003/01162022 A1 [0006]
US 2006/0021302 A1 [0007]
WO 2006/003515 A1 [0008]
US 2005/0079379 A1 [0009]
EP 1882511 A1 [0010]

Claims

Filtermedium mit antimikrobieller Wirkung, insbesondere zur Filterung von Luft für den Innenraum von Kraftfahrzeugen, bestehend aus mindestens einer ersten Filterschicht, in der Verunreinigungen zurückhaltbar sind, und einer der ersten Filterschicht benachbarten zweiten Filterschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Filterschicht auf der Anströmseite der ersten Filterschicht angebracht ist und antimikrobielle Stoffe enthält.
Filtermedium nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der antimikrobielle Stoff Zink-Pyrithion ist.
Filtermedium nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Filterschicht zusätzlich antimikrobielle Stoffe auf der Basis von Nanosilber enthält.
Filtermedium nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Filterschicht zusätzlich antimikrobielle Stoffe enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus antimikrobiellen Metallen und Metallverbindungen, insbesondere Silber, Kupfer und Aluminiumverbindungen.
Filtermedium nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Filterschicht zusätzlich Stoffe enthält ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 2-Brom-2-nitropropan-1,3-diol, Isothiazolinverbindungen, Benzoesäure und deren Derivate, Benzalkoniumhalogenide, wasserlösliche Coenzyme, öllösliche Coenzyme, Pflanzenextrakte, Antibiotika, biozide Metalle, aliphatische und aromatische Fettsäuren und quartäre Tenside.
Filtermedium nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die antimikrobiellen Stoffe und/oder zusätzlichen bioziden Stoffe durch Sprühaufbringung, Pflatschen oder mittels einer Foulardmaschine aufbringbar sind.
Filtermedium nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zweilagig aufgebaut ist.
Filtermedium nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es dreilagig aufgebaut ist.
Filtermedium nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die antimikrobiellen Stoffe oder die zusätzlichen bakteriziden Stoffe direkt bei der Herstellung der zweiten Filterschicht zugebbar sind.
Filtermedium nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die antimikrobiellen Stoffe oder die zusätzlichen bakteriziden Stoffe nachträglich in die zweite Filterschicht einbringbar sind.
Filtermodul, insbesondere Partikel- und/oder Geruchsfilter, mit einem Filtergehäuse mit zumindest einem Filtermedium nach einem der Ansprüche 1 bis 10, welches in das Filtergehäuse eingefügt ist.