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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Atemschutzmaske sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Atemschutzmaske .
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Stand der Technik
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Atemschutzmasken, auch wenn sie den Standard erfüllen, sind unbequem zu tragen, aufgrund der geringen Porosität des Filtermediums. Sobald der Filter eine mechanische Verstopfung erfährt, erhöht sich ein Druckabfall, was zu einem beschwerlichen Atmen führt.
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Atemschutzmasken werden verwendet, um eine Kontamination von Personen durch Einatmen von in der Luft vorhandenen biologischen Keimen, wie Viren- oder Bakterien-beladenen Stäuben, zu verhindern und dienen beispielsweise dem alltäglichen Umgang mit Corona-Viren.
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Die
US 2008/0110469 A1 beschreibt eine Atemschutzmaske mit einer glänzenden Flaumschicht aus Vlies, umfassend eine triboelektrisch geladene Schicht und einem Kleberahmen, um die Maske auf dem Gesicht zu halten. Die flauschige, glänzende Vliesschicht verhindert Partikelablagerungen auf der Vorderseite der Maske.
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Die
FR 2970845 A1 beschreibt eine Atemschutzmaske, insbesondere der Klasse FFP2 oder FFP3, mit hoher Atmungsaktivität. Die Maske umfasst mindestens ein poröses Stück zum Schutz durch Filtration, umfassend eine Schicht aus einem elektrostatisch geladenen Vlies des „Melt-Blown“- Typs und eine Schicht eines Vlieses von triboelektrisch geladenem Filz.
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WO 2007/120509 A2 beschreibt eine Atemschutzmaske mit einer Anzahl einzelner Schichten, von denen zumindest einige Schichten eine viruzide Zusammensetzung umfassen. Bestimmte Schichten werden mit einer oder mehreren Zusammensetzungen behandelt, die zur Inaktivierung oder Zerstörung von Viren und Keimen, insbesondere Atemwegsviren, wirksam sind.
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In der
WO 2007/120509 A2 wird eine Zeitspanne von mindesten 15 Minuten beschrieben, die das Virus mit den Viruziden in Kontakt sein muss, um eine hinreichende viruzide Wirkung der dort benannten Viruzide zu erreichen, was für eine Atemschutzmaske und sonstige Luftfilter im Bereich der Atmung ungeeignet ist.
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Die
US 2020 / 0 238 111 A1 offenbart eine Atemschutzmaske für Radfahrer im Straßenverkehr und dient vornehmlich zur Reduzierung von geringen Mengen von Stickoxid-Gasen (aus Autoabgasen) mit Hilfe von Jodiden, wie z. B. Kalium-Jodid.
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Die
US 2013 / 0 199 234 A1 offenbart einen Filter für einen Kühlschrank. Dabei kann Asbest zum Einsatz kommen.
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Die
WO 2018/ 029 365 A1 offenbart ein Filtersystem zur Trinkwasser- und Gebäudeluftreinigung. Es werden Peroxide als resultierende Wirksubstanz beschrieben.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Alternative zu den herkömmlichen Atemschutzmasken bereitzustellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung umfasst eine Atemschutzmaske gemäß Hauptanspruch 1 und ein Verfahren gemäß Nebenanspruch 10 Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung.
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Mit dem Begriff „viruzid“ wie hier verwendet ist die teilweise oder vollständige Zerstörung bzw. Inaktivierung von Viren gemeint. Die teilweise oder vollständige Zerstörung bzw. Inaktivierung der Viren kann durch eine der nachfolgend beschriebenen Methoden erfolgen.
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Die Begriffe „erste“, „zweite“, „dritte“, „vierte“, „fünfte“ dienen lediglich zur Individualisierung gleichartiger Begriffe in den Komponenten, setzen allerdings keine Mindestanzahl der jeweiligen Komponenten oder eine bestimmte Reihenfolge voraus. So kann eine fünfte Schicht vorgesehen sein, ohne dass damit zwangsläufig die Existenz einer dritten oder vierten Schicht einhergeht.
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Das Trägermaterial ist insbesondere ein Textil, wie zum Beispiel (dichtgewebte) Baumwollgewebe und/oder vorzugsweise Viskose-Schwämme und/oder Watte und/oder Filz / Vlies; sowie weitere Schwämme einschließlich auch Natur- und Metallschwämme, sowie Filter-Papier.
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In einer Ausgestaltung kann das Trägermaterial beschichtet sein, insbesondere mit handelsüblichen Superabsorbern aller Art (wie sie z. B. auch in Babywindeln zum Einsatz kommen). Zweck ist, eine höhere Beladung des Trägermaterials mit der jeweiligen Wirkstoff-Dispersion zu ermöglichen und die Variation des Feuchtigkeitsgehaltes in der Filteranordnung innerhalb eines optimalen Konzentrationsbereichs so einzustellen und so zu halten, dass z. B. Masken weder durchnässen noch zu spröde werden.
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Es ist bevorzugt, dass mindestens eine Schicht mindestens eine Dispersion umfasst, wobei die Dispersion eine Komponente umfasst ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus:
- - einem Puffersystem, insbesondere pH-Puffersystem, vorzugsweise einem leicht alkalisch eingestellten Puffersystem mit Hydrogencarbonat-Ionen oder Phosphat- Ionen, wie z. B. Natron oder Tri-Natrium-Phosphat; und/oder
- - einem Reduktionsmittel, vorzugsweise einem Pulver aus einem unedlen Metall, vorzugsweise Zink-Pulver, sowie wahlweise zusätzlich Natrium-Thiosulfat.
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In einer Ausgestaltung umfasst mindestens eine Dispersion grenzflächenaktive quaternäre Ammonium-Verbindungen (QAVs), wobei die QAVs Chlorid-Ionen als Gegen-Ionen enthalten können.
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Vorteilhafterweise löst diese QAV-haltige Dispersion die Virushülle an oder auf, insbesondere werden dabei und danach Viren-Bestandteile durch alkalische oder saure Hydrolyse zerstört. Eine Schicht, die eine grenzflächenaktive QAV-haltige Dispersion enthält, die z. B. bevorzugt auf Viskose- Schwämme aufgebracht ist, kann als „Klebefalle“ mit „Labyrinth-Effekt“ dienen. Im letzteren Fall werden die Wegstrecke und die Dauer, die das Virus durch diese Schicht zurücklegen muss, verlängert.
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Vorzugsweise, umfasst die grenzflächenaktive QAV-haltige Schichte ferner ein Depot an Viruzid-Aktivsubstanz und an Feuchtigkeit. Vorteilhafterweise erlaubt dies größere Porenweiten und damit bessere Atemdurchlässigkeit als herkömmliche FPP3-Masken, welche nur dann eine Filterfunktion aufweisen, solange diese trocken sind; im feuchten Zustand sind diese daher nicht mehr brauchbar.
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In einer Ausgestaltung umfasst eine Dispersion:
- a. Edelmetall(e) mit deren Salzen sowie deren Mischungen, vorzugsweise Kupfernitrat oder auch Silbernitrat
und/oder
- b. Ein oder auch mehrere unedle Metalle mit Salzen von Edelmetallen sowie deren Mischungen, vorzugsweise Kupfernitrat oder auch Silbernitrat, so dass die entsprechenden Edelmetalle „in situ“ erzeugt werden.
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Die eine solche Dispersion umfassende Schicht erfüllt insbesondere die folgenden drei Funktionen:
- 1. das Edelmetall kann als Elektronenleiter dienen.
- 2. zerstört die Dispersion in der Schicht Viren-Bestandteile durch Oxidation auch ohne solche Oxidationsmittel, welche flüchtige Bestandteile (z.B. Chlorgas) enthalten oder auch freisetzen könnten. Vorteilhafterweise gehen hieraus keine flüchtigen Bestandteile vor, die von einem Nutzer eingeatmet werden könnten.
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Im Fall der Verwendung einer zusätzlichen Halogen-, bevorzugt Chlor-haltigen Variante der Oxidations-Mittel-haltigen Schicht wird die Reduktions-Mittel-haltige Schutzschicht, die zwischen dieser Halogen-, bevorzugt Chlor-haltigen Variante der Oxidations-Mittel-haltigen Schicht und dem Gesicht des Nutzers platziert ist, mit so viel Reduktionsmittel beladen, dass die Gesamt-Halogen-, bevorzugt Chlor-Menge, die theoretisch entstehen könnte, auf jeden Fall abreagiert werden kann und damit unbedenklich ist.
- 3. kann die Dispersion in der Schicht diffundierte Laugen und flüchtige Bestandteile der grenzflächenaktiven QAVs aus einer anderen Schicht, insbesondere solche, die Halogenid-Ionen wie z. B. Chlorid-Ionen als Gegen-Ionen haben, abfangen.
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In einer Ausgestaltung weist eine der Schichten eine, insbesondere stärkere, Eiweiß-fällende Funktion auf. Diese Schicht kann mehrwertige Metall-Ionen, z. B. AI3+, bevorzugt in Form von Alaunen mit (auch überschüssigem) Kaliumhydrogensulfat, umfassen.
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Die Dispersion in der vorgenannten Schicht greift die Proteine an der Virus-Oberfläche an und zerstört Virenbestandteile durch Hydrolyse, Eiweißfällung und Oxidation.
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In einer Ausgestaltung kann diese Dispersion insbesondere diffundierte Metall-Ionen aus einer Schicht, die eine Dispersion umfassend Edelmetall und/oder Salze von Edelmetallen sowie deren Mischungen umfasst, über das Sulfat abfangen.
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In einer Ausgestaltung umfasst zumindest eine der Dispersionen ein Feuchthaltemittel, z.B. ein oxidationsstabiles Feuchthaltemittel, ein säurestabiles Feuchthaltemittel, ein Feuchthaltegemisch, z.B. Poly(oxyethylen)e und/oder (Poly)-Propylenglykole, Glycerin, Harnstoff, Triacetin.
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In einer Ausgestaltung umfasst zumindest eine Dispersion insbesondere alle Dispersionen ein Dispergiermittel.
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In einer Ausgestaltung umfasst die Filteranordnung mindestens eine zusätzliche Schicht, wobei die zusätzliche Schicht chemisch neutral gegenüber den Wirksubstanzen der angrenzenden Schichten ist. Es ist bevorzugt, dass die zusätzliche Schicht Aktivkohle umfasst oder einfach nur ein Kunststoff-Sieb darstellt. Vorteilhafterweise dient diese zusätzliche Schicht als Abstandshalter zwischen den viruzid wirkenden Schichten untereinander oder als Abstandhalter zwischen den viruzid wirkenden Schichten zu einer Verbraucherseite der Filteranordnung.
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Atemschutzmaske
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In der erfindungsgemäßen Atemschutzmaske kann die äußerste Schicht, d.h. die Schicht, die in direktem Kontakt mit der Außenluft ist, viruzid wirksam sein. Es ist auch möglich, dass die innerste Schicht, also die der Verbraucherseite zugewandte Schicht, zusätzlich viruzid wirksam ist.
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Das Zusammenfügen der Schichten kann durch Kleben, Aufheften oder Aufnähen erfolgen. Die beschriebenen Schichten können auch auf eine selbst hergestellte, gekaufte oder andersartig vorhandene Atemschutzmaske auf- oder auch eingesetzt werden. Etwaige Lücken neben der Nase, am Kinn und an den Seiten können in solchen Fällen mit handelsüblichen „Brackets“, bevorzugt aus Silikon, beseitigt werden.
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Das Trägermaterial der oben beschriebenen Schichten könnte auch mit einem 3D-Drucker hergestellt und / oder in einem 3D-Drucker mit den Wirkstoff-Dispersionen oder auch einzelnen Wirkstoffen oder auch deren Vormischungen beschichtet / ausgerüstet werden.
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Das Trägermaterial der oben beschriebenen Schichten könnte auch durch Sprühen aus einer oder mehreren Spray-Dosen allein oder auch mit den Wirkstoff-Dispersionen oder auch deren Vormischungen hergestellt werden, analog den ein- und zwei-Komponenten Polyurethan-Schäumen.
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Das Trägermaterial der oben beschriebenen Schichten könnte auch schon während seines jeweiligen Herstell-Prozesses (konventionell oder auch im 3D-Drucker oder auch aus Spray-Dosen) mit den Wirkstoff-Dispersionen oder auch einzelnen Wirkstoffen oder auch deren Vormischungen versehen sein, insbesondere hergestellt bzw. beschichtet / ausgerüstet werden.
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Die Erfindung wird anhand der Figuren nachfolgen näher erläutert.
- 1 zeigt jeweils schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung einer Filteranordnung einer erfindungsgemäßen Atemschutzvorrichtung;
- 2 zeigt jeweils schematisch die Filteranordnung von 1 im Kontakt mit einem Virus;
- 3 zeigt jeweils schematisch die Regeneration der Filteranordnung von 2;
- 4-5 zeigt jeweils schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Filteranordnung;
- 6a, 6b zeigen jeweils schematisch die Regeneration der Filteranordnung von 4 bzw. 5;
- 7, 8 zeigt jeweils schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung einer Filteranordnung einer erfindungsgemäßen Atemschutzvorrichtung.
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Die Figuren zeigen den Schichtaufbau der Filteranordnung jeweils in Explosionsdarstellung.
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In 1 ist eine bevorzugte Filteranordnung 100 einer Atemschutzmaske gezeigt. Die Filteranordnung 100 umfasst eine erste Schicht 10, eine zweite Schicht 20, eine dritte Schicht 30 und eine vierte Schicht 40. Die Schichten 10, 20, 30, 40 liegen aufeinander auf und sind Bestandteil der erfindungsgemäßen Filteranordnung. Diese Filteranordnung 100 ist insbesondere in einer Atemschutzmaske verwendbar, insbesondere zur Bedeckung von Nase und/oder Mund.
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Die erste Schicht 10 ist auf einer Hauptseite (Definition siehe weiter unten) in direktem Kontakt mit der zweiten Schicht 20 und auf der anderen Hauptseite in direkt Kontakt mit der Umgebungsluft (die einströmende Umgebungsluft ist anhand der Pfeile A angedeutet). Die vierte Schicht 40 ist auf einer Hauptseite in direktem Kontakt mit der dritten Schicht 30 und auf der anderen Hauptseite in direktem Kontakt mit der Haut einer Person.
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Jede Schicht 10, 20, 30, 40 umfasst ein Trägermaterial 11, 21, 31, 41.
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Das Trägermaterial 11, 21, 31, 41, hat beispielhaft eine Größe von ca. 10 cm (Länge) x ca. 15 cm (Breite) x ca. 0,2 cm (Dicke / Wandstärke). Die Länge und die Breite spannen gemeinsam die Hauptseiten auf. Je nach Art des Trägermaterials kann die Wandstärke variiert werden. Z.B. Bei reiner Watte weist die Wandstärke eine Stärke von bis zum 2 cm auf. In den Figuren ist die Filteranordnung lediglich schematisch rechteckig gezeigt, allerdings ist die Geometrie der Form nicht darauf beschränkt, sondern andere Formen der Filteranordnung sind ebenfalls denkbar, die insbesondere der Form eines Gesichts oder Teilen davon und/oder der jeweiligen Anwendungsfall angepasst ist.
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Es ist bevorzugt, dass die Schichten 10, 20, 30, 40 identische Längen und Breiten aufweisen, um eine optimale Überdeckung bereitzustellen. Die Wandstärke der einzelnen Schichten kann unterschiedlich zueinander dimensioniert sein. Es ist bevorzugt, dass jede Schicht 10, 20, 30, 40, eine Dicke zwischen 0,5 mm - 1 cm aufweist.
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Das Trägermaterial 11, 21, 31, 41 kann mit handelsüblichen Superabsorbern versehen sein. Das Trägermaterial kann jeweils eine Dispersion 12, 22, 32, 42 umfassen.
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Die erste Schicht 10:
- Das Trägermaterial 11 der ersten Schicht 10 umfasst in diesem Beispiel einen handelsüblichen Viskose-Schwamm.
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Grundsätzlich, und das gilt auch für sämtliche andere Schichten, kann das Trägermaterial mit einem Flammschutzmittel versehen sein.
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Das Flammschutzmittel kann sowohl bereits werksseitig enthalten sein als auch selbst durch den Nutzer nachgerüstet werden.
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Die Wandstärke beträgt zwischen 0,2 cm und 2,0 cm.
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Für die erste Dispersion 12 auf dem ersten Trägermaterial 11 gibt es insbesondere drei Alternativen.
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Für alle Alternativen gilt:
- Die erste Dispersion 12 wird auf das Trägermaterial 11 aufgebracht und getrocknet. Die Wirkung der ersten Dispersion 12 ist die Folgende, wenn diese in Kontakt mit virenbelasteter Außenluft gerät: Diese Dispersion löst die Hülle eines auftreffenden Virus V an oder auf. In der Folge können weitere Virenbestandteile durch die kombinierte Wirkung von An- und Auflösen durch die Tenside und Oxidation sowie wahlweise mit zusätzlich saurer bzw. alkalischer Hydrolyse oder auch durch Eiweißfällung zerstört werden (auch in 2 gezeigt). Nach dem Trocknen der ersten Dispersion 12 kann insbesondere ein Atemdurchlässigkeitstest der ersten Schicht 10 durchgeführt werden. Durch Variation der Stärke der ersten Schicht kann die Atemdurchlässigkeit eingestellt werden. Sollte das Trägermaterial 11 mehr als eine Materialart umfassen, z.B. eine Kombination aus Baumwollgewebe, Watte und Viskose-Schwämmen, so könnte der Anteil der Watte- und des Viskoseschwamms gegenüber dem Baumwollgewebe bei gleichbleibender Schichtstärke erhöht werden.
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Die erste Alternative umfasst:
- - Kation-Tenside, bevorzugt grenzflächenaktive quaternäre Ammonium-Verbindungen (QAVs), wobei solche QAVs insbesondere in Chlorid-Form vorliegen;
- - Salze von Metallen, insbesondere Edelmetallen, mit insbesondere ausschließlich einwertigen Gegen-Ionen (außer Silber), bevorzugt in der jeweils höchsten Oxidationsstufe des (Edel)-metalls, z. B. Kupfer-(II)-Nitrat;
- - Löse-/Dispergiermittel, z. B. Wasser;
- - wahlweise saure Salze mit ausschließlich einwertigen Anionen, wie z. B. Kalium-Hydrogensulfat;
- - wahlweise nichtionische Tenside, umfassend z. B. auch Ethylenoxid (EO)-Addukte.
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Die zweite Alternative zu der ersten Dispersion 12:
- Im Folgenden wird auf die Abwandlung zur ersten Alternative eingegangen; insofern gilt die Beschreibung der 1. Alternative hier auch weiterhin, sofern nicht anders dargestellt.
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Das Trägermaterial bleibt in Aufbau, Behandlung und Verwendung identisch wie in der ersten Alternative.
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Die erste Dispersion 12 kann in dieser zweiten Alternative wasserlösliche Silbersalze umfassen, wobei die sauren Salze entfallen. Insbesondere werden die Anionen auf Nitrat als Gegen-Ion beschränkt.
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Die weiteren Bestandteile sind:
- - Löse-/Dispergiermittel, z. B. Wasser;
- - wahlweise nichtionische Tenside, umfassend z. B. auch Ethylenoxid (EO)-Addukte.
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Da die zweite Alternative dieser Dispersion wasserlösliche Silbersalze (bevorzugt Silbernitrat) in Kombination mit grenzflächenaktiven QAVs und ggf. weiteren ionischen Verbindungen umfasst, ist insbesondere vorgesehen, dass diese QAVs und alle anderen Kation-Verbindung in dieser Dispersion keine Anionen als Gegen-Ionen enthalten, die das Silber-Ion zur Ausfällung bringen würden. Bevorzugt ist, dass alle ionischen Verbindungen einschließlich der grenzflächenaktiven QAVs in der Nitrat-Form vorliegen.
Die „Auslagerungsmöglichkeit“ wäre, dass
das Silbernitrat auf einer anderen Schicht aufgebracht ist, z.B. auf einer fünften Schicht 50 (siehe unten), die dann bevorzugt weit nach vorn in Richtung der Außenluft A platziert wird, also von der Hautseite H möglichst weit entfernt ist.
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Die dritte Alternative zu der ersten Dispersion 12:
- Im Folgenden wird auf die Abwandlung zur ersten Alternative eingegangen; insofern gilt die Beschreibung der 1, Alternative hier auch weiterhin, sofern nicht anders dargestellt.
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Das Trägermaterial bleibt in Aufbau, Behandlung und Verwendung wie in der ersten Alternative.
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Die erste Dispersion 12 enthält in dieser jetzt vorliegenden dritten Alternative, insbesondere zusätzlich, Alaune. Das hat insbesondere folgende Konsequenzen:
- Durch die drei-wertigen Metall-Ionen der Alaune kann die Eiweiß-fällende Wirkung des Gesamt-Systems verstärkt werden.
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Die übrigen sauren Salze der Alternative 1 können wegfallen oder wahlweise beibehalten werden.
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Die Beschränkung der Anionen in der Schicht gemäß Alternative 2 ist in der Alternative 3 nicht mehr zwingend nötig, aber möglich.
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Da die dritte Alternative dieser Dispersion über die Alaune zweiwertige Sulfat-Ionen in die Dispersion mit einbringt, können die grenzflächenaktiven QAVs durch säurebeständige Anion-Tenside wie zum Beispiel Alkylbenzolsulfonate oder OlefinSulfonate ersetzt werden.
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Die weiteren Bestandteile sind:
- - Löse-/Dispergiermittel, z. B. Wasser;
- - wahlweise nichtionische Tenside, umfassend z. B. auch Ethylenoxid (EO)-Addukte.
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Die „Auslagerungsmöglichkeit“ wäre, dass die Alaune auf einer anderen Schicht aufgebracht sind, z. B. auf der dritten Schicht 30 (siehe auch weiter unten).
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Die zweite Schicht 20:
- Das Trägermaterial 21 der zweiten Schicht 20 umfasst in diesem Beispiel einen handelsüblichen, insbesondere mit Flammschutzmitteln ausgerüsteten Viskose-Schwamm.
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Die zweite Dispersion 22 wird auf das Trägermaterial 21 der zweiten Schicht 20 aufgebracht und getrocknet. Nach der Trocknung kann vorzugsweise ein Atemdurchlässigkeitstest der zweiten Schicht 20 durchgeführt werden, analog zur ersten Schicht 10. Durch Variation der Stärke der zweiten Schicht 20 kann die Atemdurchlässigkeit eingestellt werden.
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Die zweite Schicht 20 umfasst eine zweite Dispersion 22, wobei die zweite Dispersion 22 ein, insbesondere starkes, Oxidationsmittel enthält.
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Bevorzugt ist eine Dispersion von Chlorkalk (insbesondere mit Alkalien wie z. B. Natrium-Carbonat oder Natrium-Percarbonat), oder auch Chlorbleichlauge (insbesondere mit Alkalien wie z. B. Natrium-Carbonat oder Natrium-Percarbonat). Ferner kann zugegeben werden: Cyanurchlorid (insbesondere mit Alkalien wie z. B. Natriumcarbonat oder Natrium-Percarbonat); oder, insbesondere jeweils ohne Beifügung der vorgenannten Chlorverbindungen: Natrium-Percarbonat oder auch Kalium-Peroxodisulfat oder auch Ammonium-Peroxodisulfat.
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Eine zweite Funktion ist vorteilhaft für den Nutzer der Filteranordnung insbesondere den Maskenträger: Die zweite Dispersion 22 fängt aus der ersten Schicht 10 diffundierte Metall-Ionen als Chlorid oder auch als Oxid ab.
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Die dritte Schicht 30:
- Das Trägermaterial 31 der dritten Schicht 30 umfasst insbesondere ein Stück Textil. Die Wandstärke beträgt zwischen 0,2 cm und 2,0cm. Insbesondere umfasst das Textil der dritten Schicht Viskose-Schwämme.
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Die dritte Schicht 30 umfasst eine dritte Dispersion 32, die Alaun(e)), insbesondere Kaliumhydrogensulfat und Al3+-Ionen, zusammen mit den weiteren chemischen Stoffen enthält, die in Alternative 3 der ersten Dispersion beschrieben wurden. Insofern wird die vorstehende Beschreibung verwiesen.
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Die dritte Dispersion 32 wird auf das Trägermaterial 31 aufgebracht und getrocknet. Nach der Trocknung kann vorzugsweise ein Atemdurchlässigkeitstest der dritten Schichte 30 durchgeführt werden, analog zur ersten Schicht 10 und zur zweiten Schicht 20. Durch Variation der Stärke der dritten Schicht 30 kann die Atemdurchlässigkeit eingestellt werden.
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Eine zweite Funktion ist vorteilhaft für den Nutzer der Filteranordnung insbesondere den Maskenträger: Die dritte Dispersion 32 fängt aus der zweiten Schicht 20 diffundierte QAVs als Sulfat ab.
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Die dritte Schicht ist optional.
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Die vierte Schicht 40:
- Das Trägermaterial 41 der vierten Schicht 40 umfasst insbesondere ein Stück Textil. Die Wandstärke beträgt zwischen 0,2 cm und 2,0cm. Insbesondere umfasst das Textil der vierten Schicht Viskose-Schwämme.
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Die vierte Schicht 40 umfasst eine vierte Dispersion 42.
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Die vierte Dispersion 42 umfasst einen Elektronenleiter, der im vorliegenden Beispiel durch ein unedles Metall, beispielsweise wie Zink, Aluminium und/oder Magnesium gebildet sein kann. Der Elektronenleiter ist unedler als das Metall der ersten Dispersion.
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Beispielhaft umfasst die vierte Dispersion 42 Tri-Natrium-phosphat, Natriumhydrogencarbonat, Dispergiermittel, z. B. Wasser, und Reduktionsmittel wie z. B. Natrium-Thiosulfat oder auch Zink, bevorzugt als Pulver, umfasst.
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Die vierte Dispersion 42 erfüllt zwei Funktionen:
- Eine erste Funktion richtet sich gegen das Virus: Die vierte Dispersion 42 zerstört Viren-Bestandteile durch Elektrolyse/Elektrophorese durch die Maske ab der ersten Schicht 10 zusammen mit den dort in der Dispersion 12 enthaltenen Edelmetall-Ionen, insbesondere (Cu++)-Ionen und (Ag+)-Ionen (siehe 2 und 3).
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Eine zweite Funktion ist vorteilhaft für den Nutzer der Filteranordnung insbesondere den Maskenträger: Die vierte Dispersion 42 fängt aus der dritten Schicht 30 diffundierte Säure und Metall-Ionen insbesondere über das Phosphat sowie aus der zweiten Schicht 20 diffundierte Oxidationsmittel über das Reduktionsmittelsystem ab.
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Die vierte Dispersion 42 wird auf das Trägermaterial 41 aufgebracht und trocknet. Das Trägermaterial 41 kann mit etwas Fett, insbesondere Hautcreme oder Lippenpflegemittel, bestrichen werden, insbesondere auf der Hauptseite, die dem Nutzer zugewandt ist. Die Atemdurchlässigkeit kann durch Variation der Menge des Fettes eingestellt werden. Ferner kann die Atemdurchlässigkeit durch Variation der Stärke der vierten Schicht 40 eingestellt werden.
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Die vierte Schicht 40 kann wahlweise einen oder auch mehrere leitende Verbinder 43 umfassen (siehe 2-6b, 8). Die leitenden Verbinder 43 sind insbesondere an entgegengesetzten Enden der vierten Schicht 40 angebracht. An die Verbinder 43 kann eine externe Spannungsquelle 44 angeordnet werden, um die vierte Schicht 40 unter Spannung zu setzen. Damit kann ein Stromfluss durch die vierte Schicht oder auch die übrigen Schichten bis einschließlich der ganzen Maske erzeugt werden. Der Stromfluss kann insbesondere Virenbestandteile zerstören sowie ggf. die Elektroden regenerieren.
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Die Schichten 10, 20, 30, 40 sind in der Filteranordnung in der beschriebenen Reinfolge aufeinandergelegt und können in der Maske zusammengepresst, genäht, geklebt und/oder getackert miteinander verbunden werden. Es ist auch möglich die Schichten 10, 20, 30, 40 in einem additiven Fertigungsverfahren, insbesondere mit einem 3D-Drucker, herzustellen.
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Ferner können die Schichten 10, 20, 30, 40 an einer bereits vorhandenen, insbesondere handelsüblichen Gesichtsmaske angebracht werden, insbesondere durch Annähen oder auch Anheften oder auch Anpressen, z. B. mit handelsüblichen „Brackets“ (spannbare Silikon- oder Gummi-Netze mit dichtschließendem Außenring aus demselben Material).
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Im letzteren Fall kann ein, insbesondere lipophiles, Hautpflegemittel (Fett) auf die Innenseite der bereits vorhandenen Gesichtsmaske angebracht werden.
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2 zeigt eine Filteranordnung 100, wie beschrieben, wenn diese in Kontakt mit einem Virus V gerät, der durch die Umgebung / Außenluft A an die Filteranordnung 100 gelangt. Das Virus V trifft als erstes auf die erste Schicht 10. Die Hülle des Virus und dann das Virus selbst werden durch die kombinierten Funktionen der Dispersionen immer weiter beschädigt.
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In einer Ausgestaltung kann die vierte Schicht zusammen mit der ersten Schicht eine weitere Funktion bereitstellen (siehe 8). Ein Verbinder 43 ist an der ersten Schicht 10 vorgesehen und mit der Spannungsquelle verbunden (gestrichelte Linie). Ein Verbinder 43 ist zudem an der vierten Schicht vorgesehen und mit der Spannungsquelle verbunden. Somit wird ein Stromfluss von der vierten Schicht 40 zur ersten Schicht 10 generiert, so dass ein Stromfluss aus der Differenz der Elektrodenpotentiale des unedlen Metalls der vierten Schicht zum edleren Metall der ersten Schicht 10 hervorgerufen wird, die das Virus zusätzlich beschädigen kann.
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Der Begriff „Verbinder“ ist hierbei breit zu verstehen und uns soll insbesondere bedeuten, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Schicht und Spannungsquelle hergestellt werden kann. Der Verbinder kann eine Lötstelle oder Klebestelle sein.
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3 zeigt die zusammengefügten Schichten 10, 20, 30, 40 wie oben beschrieben in Verbindung mit der Spannungsquelle 44.
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Der Verbinder 43 stellt einen Elektronenleiter dar (z. B. Kupferdraht) und verbindet insbesondere jeweils pulver-, granulat-, schlamm-, schwamm-, sieb-, gitter- oder rahmenförmige Elektroden (z. B. metallisches Kupfer in Schicht 10 mit Zink in Schicht 40).
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Die Filteranordnung 100, wie oben beschrieben, hat n Elektroden, die mit dem Verbinder elektrisch leitend verbunden werden können (nicht den die Figuren angezeigt), wobei n zumindest zwei beträgt. Es können mehr als zwei Elektroden vorgesehen sein, wobei bei einer größeren Anzahl an Elektroden ein gleichmäßigerer Stromfluss in allen Bereich der ganzen Filteranordnung erzeugbar ist.
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Die Filteranordnung 100 erlaubt die gleichzeitige Einstellung gegenläufiger und gleichläufiger lonenstromrichtungen sowohl zur Einatemrichtung als auch zu einer Ausatemrichtung und zusätzlich auch quer zur Atemrichtung, wenn der Verbinder - mit einer weiteren externen Stromquelle versehen- an beiden Enden an dieselbe Schicht angeschlossen wird.
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Beides gilt auch dann, wenn
Elektroden im Entladungsmodus gleich sind.
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Gleichzeitige gegenläufige Stromrichtungen lassen sich auch dadurch ermöglichen, dass mit einer oder mehreren Elektroden mit doppelter Maskenfläche U-förmig das Filtersystem oder Teile davon umschließt.
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Das elektronen- bzw. ionengeladene Virus V wandert auch dann durch Ladungsänderung an der Elektrode im Filtersystem 100 hin und her.
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Die Verwendung von einem oder mehreren Elektronenleitern, z. B. Kupferdraht, der die o.g. Elektroden kurzschließt, ist zusätzlich möglich. Durch Anlegen einer Gegenspannung, die größer ist als die Differenz der Elektrodenpotentiale, eröffnen solche Stromverbindungen die Möglichkeit, die Elektroden der Maske zu regenerieren. Ferner kann zusätzlich eine Elektrode durch eine neue ersetzt werden, sobald sie verbraucht ist.
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Substanzen, die aus den Dispersionen 12, 22, 32, 42 an den Schichten 10, 20, 30, 40 während der Benutzung entstehen, werden in den nachfolgenden Schichten in Richtung Verbraucherseite für einen Nutzer (z. B. durch Ausfällung) unschädlich gemacht.
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In 4 ist eine Weiterbildung der Filteranordnung 100 gezeigt. Die Filteranordnung 100 umfasst eine erste Schicht 10, eine zweite Schicht 20, eine dritte Schicht 30 eine vierte Schicht 40 und eine fünfte Schichte 50. Die Schichten 10, 20, 30, 40, 50 sind aufeinander angeordnet. Diese Filteranordnung 100 kann vorzugsweise als Gesichtsmaske verwendbar sein.
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Die erste bis vierte Schicht 10, 20, 30, 40 sind wie oben beschrieben aufgebaut. Die vierte Schicht 40 kann auf einer Hauptseite in direktem Kontakt mit der fünften Schicht 50 sein. Auf der anderen Hauptseite ist die fünfte Schicht in direktem Kontakt mit der Haut H einer Person.
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Die fünfte Schicht 50:
- Die fünfte Schicht 50 umfasst mindestens ein inertes Material. Sie kann auch zusätzlich Aktivkohle umfassen.
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Die fünfte Schicht 50 kann alternativ zwischen zwei beliebigen der zuvor beschriebene Schichten 10, 20, 30, 40 eingefügt werden. Die Schicht 50 kann wahlweise als Abstandshalter wirken.
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Es ist auch möglich, auf eine der zuvor beschriebenen Schichten 10, 20, 30, 40, 50 zu verzichten.
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Es ist bevorzugt, dass die Schichten 10, 20, 30, 40, 50 die identische Geometrie haben, z.B. gleiche Länge und Breite aufweisen, um eine optimale Überdeckung bereitzustellen. Die Wandstärke der einzelnen Schichten kann unterschiedlich zueinander dimensioniert sein. Es ist bevorzugt, dass jede Schicht 10, 20, 30, 40, 50 eine Dicke zwischen 0,5 mm - 1 cm aufweist.
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5 zeigt eine Abwandlung der Filteranordnung nach 4. Hier ist die fünfte Schicht 50 zwischen der dritten Schicht 30 und der vierten Schicht 40 angeordnet.
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6a und 6b zeigen die Filteranordnung 100 aus 4 und 5 jeweils in Kombination mit der Filteranordnung nach 3, bei der jeweils eine gleichartige fünfte Schicht 50 beiderseits der vierten Schicht 40 angeordnet ist.
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In 7 ist eine bevorzugte Filteranordnung 100 gezeigt. Dabei sind keine Verbinder zum Anbinden eine Spannungsquelle vorgesehen. Es können weitere Schichten vorgesehen sein, insbesondere in Richtung der Verbraucherseite H eine erste Schicht 10, eine zweite Schicht 20, eine dritte Schicht 30, eine fünfte Schicht 50.
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Mindestens eine Schicht 10, 20, 30, 50 ist vorzugsweise auf einer Hauptseite in direktem Kontakt mit der vierten Schicht 40. Mindestens eine Schicht ist vorzugsweise auf einer Hauptseite in direktem Kontakt mit der Umgebungsluft (die einströmende Umgebungsluft ist anhand der Pfeile A angedeutet).
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Die Schicht 40 ist auf einer Hauptseite insbesondere in direktem Kontakt mit mindestens einer Schicht 10, 20, 30, 50 und auf der anderen Hauptseite in direktem Kontakt mit der Haut einer Person.
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In 8 ist eine bevorzugte Filteranordnung 100 gezeigt, die weitgehend der Ausgestaltung nach 7 entspricht. In Abwandlung dazu sind die beschriebenen Verbinder vorgesehen, um die vierte Schicht und weitere Schichten bis zur vollständigen Filteranordnung unter Stromfluss zu setzen.
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Es ist zu verstehen, dass die beigefügten Figuren nicht maßstabsgerecht sind und eine vereinfachte Darstellung verschiedener Merkmale darstellen, die die Grundprinzipien der Erfindung veranschaulichen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie z.B. Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, werden durch die jeweilige beabsichtigte Anwendung und Nutzungsumgebung bestimmt. Dementsprechend ist die vorstehende Beschreibung eher illustrativ als einschränkend zu verstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Filteranordnung
- 10
- erste Schicht
- 11
- erstes Trägermaterial
- 12
- erste Dispersion
- 20
- zweite Schicht
- 21
- zweites Trägermaterial
- 22
- zweite Dispersion
- 30
- dritte Schicht
- 31
- drittes Trägermaterial
- 32
- dritte Dispersion
- 40
- vierte Schicht
- 41
- viertes Trägermaterial
- 42
- vierte Dispersion
- 43
- leitender Verbinder
- 44
- Spannungsquelle
- 50
- fünfte Schicht
- A
- Umgebung
- H
- Haut einer Person
- V
- Virus
