DE3819583A1 - Verfahren und mittel zur hydrophobierung keimdichter luftfiltermaterialien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Mittel zur Hydrophobierung keimdichter Luftfiltermaterialien. Mit dem Verfahren sollen solche Luftfiltermaterialien hydrophob gemacht und mit einer hydrophoben Schutzschicht versehen werden, die der Zurückhaltung von Mikropartikeln und mikrobiellen Bestandteilen der Luft dienen und bevorzugt für die Bereiche des Transfusionswesens, der Infusionstherapie, der Anästhesie und der Chirurgie bestimmt sind.

In vielen Bereichen der Medizin sind Prozeßabläufe bekannt, bei denen Flüssigkeiten zwischen verschiedenen Behältnissen oder zu Patienten überführt werden müssen. Die Überführung ist dabei häufig nur mit dem gleichzeitigen Be- oder Entlüften der verwendeten Behältnisse möglich. Bei dem bewegten Luftvolumen handelt es sich im allgemeinen um atmosphärische Luft, die, bevor sie in die verwendeten Behältnisse gelangt, von Mikropartikeln gereinigt werden muß. Die dazu verwendeten Filtermaterialien, wie z. B. Papiere, Vliese, Membrane, Keramiken (z. B. DE-OS 28 46 302) können bei diesem Vorgang oder während medizinisch bedingten Unterbrechungen mit den zu überführenden Flüssigkeiten in Berührung kommen. Doch gerade diese Benutzung ist zu vermeiden, da sonst eine Verstopfung der Filterporen eintreten oder ein Nährboden für Mikroorganismen entstehen kann.

Die eingesetzten Hydrophobierungsmittel haben speziellen medizinisch- hygienischen Anforderungen zu entsprechen und müssen schon deshalb physiologisch unbedenklich sein.

Bis zur Entwicklung eines bereits vorgeschlagenen Verfahrens zur Hydrophobierung mikrobakteriendichter Luftfiltermaterialien war der Stand der Technik durch zwei Verfahrensweisen charakterisiert. So wurden zum einen Filtermaterialien verwendet, die durch ihren chemischen Aufbau bereits hydrophob sind, z. B. ein Filtermaterial aus Polytetraflouräthylen (GB-PS 13 83 975), und zum anderen Filtermaterialien eingesetzt, die vor ihrem Gebrauch mit Hydrophobiermitteln behandelt werden müßten (GB-PS 14 53 591). Die erstgenannten Filtermaterialien sind für den Einsatz bei Be- und Entlüftungsanwendung unter geringem Differenzdruck geeignet, lassen sich jedoch nur mit relativ hohem Aufwand produzieren. Die nachträglichen hydrophobierten Filter, die aus Keramik, Papier, Glasvlies, Textilien, Leder o. a. Materialien bestehen können, sind dagegen einfacher herstellbar. Einsetzbare Hydrophobiermittel, mit dem die Filter zumindest einseitig behandelt werden müssen, sind Paraffine, Wachse, Metallseifen usw. mit Zusätzen von Aluminium- bzw. Zirkoniumsalzen, quartären Ammoniumverbindungen, Harnstoffderivaten, fettsäuremodifizierten Melaminharzen, Chromkomplexsalzen und Silikonen. Die Filtermaterialien bleiben bei einer Hydrophobierung porös, da die Imprägnierung jeden einzelnen Faden überzieht (vgl. Römpps Chemielexikon, 8. Auflage, Fränckh'sche Verlagshandlung Stuttgart 1983, DE).

Ein überlegenes Filtermaterial wird mit dem vorher genannten Hydrophobierverfahren geschaffen, das erstmalig keine Reduzierung seiner Durchlaßfähigkeit im Vergleich zum unbehandelten Filtermaterial zuläßt. Auch Sterilisationsmaßnahmen bleiben bei ihm auf die Wirksamkeit des Hydrophobierungsmittels ohne Einfluß. Ein weiterer Vorteil eines aus diesem Filtermaterial gefertigten Filters ist, daß bereits in geringsten Konzentrationen die geforderten Ansprüche an Luftfilter-Hydrophobierungsmittel im humanmedizinischen Bereich erfüllt werden. Bei diesem Hydrophobierungsmittel werden Fluorkarbone und deren Verbindungen, in denen der an einem Kohlenstoffatom gebundene Wasserstoff vollständig durch Fluor ersetzt worden ist, für die Oberflächenbeschichtung der Filtermaterialien verwendet. Dabei sind die zu behandelnden Oberflächen mit einer Schicht solcher fluorierten Kettenglieder CF₃ (CF₂) _n regelmäßig so zu überziehen, bis daß das Filtermaterial eine im wesentlichen fluorierte Oberfläche aufweist und zugleich eine kritische innere Oberflächenspannung erhält, die geringer ist als die der flüssigen bzw. wäßrigen Produkte. - Die Überlegenheit eines derart hydrophobierten Be- und Entlüftungsfilters zeigt sich auch noch darin, daß der Effekt üblicher Hydrophobierungsmittel bei weitem übertroffen wird.

Ziel der Erfindung ist es, neben einer weiteren Verbesserung bereits vorgeschlagener Hydrophobierungsverfahren ein Hydrophobierungsmittel für noch höhere Filterqualitäten zu entwickeln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit der Schaffung eines neuen Hydrophobierverfahrens und eines neuen Hydrophobierungsmittels ein keimdichtes, beispielsweise aus keramischen Materialien, Kernspurmikrofilterfolie, Textilien, Glasgeweben oder Vlies bestehendes Filtermaterial derart mit einer hydrophoben Schutzschicht zu versehen, daß allen medizinisch-hygienischen und technischen Parametern entsprochen werden kann. Fernerhin hat eine mit dem aus einheimischen Rohstoffen einfach herzustellenden Hydrophobiermittel erfolgte Hydrophobierung zu sichern, daß Blutbestandteile bei Berührung des Filters schadlos bleiben. Auch soll die hydrophobe Schutzschicht nicht durch Sterilisationsmaßnahmen beeinflußbar sein und eine Lagerfähigkeit ohne Verlust ihrer Wirksamkeit von mindestens fünf Jahren aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Bereitstellung eines bisher nicht bekannten Verfahrens gelöst, das als Hydrophobiermittel Silikone und/oder deren Verbindungen für die Oberflächenbeschichtung der Filtermaterialien verwendet und die zu hydrophierenden Oberflächen mit einem Film solcher Silikone bzw. Silikonderivate regelmäßig so überzieht, bis das Filtermaterial eine vollständig silikonisierte Oberfläche aufweist. Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren, das als Hydrophobiermittel reine Silikonöle, Alkyl-, Phenyl sowie weitgehend substituierte Verbindungen, wie aminofunktionelle Derivate, insbesondere Gemische von Methylsiloxanen und Aminoalkylsiloxanen oder Gemische aus diesen Verbindungen bzw. Copolymere eingesetzt.

Gegenstand der Erfindung ist ferner der Erhalt eines Filtermaterials mit wasserabweisender Wirkung, und zwar durch Beschichtung mit siliziumhaltigen Verbindungen der Form

worin für R eine Alkylgruppe bzw. substituierte Alkylgruppen, für R₁ Wasserstoff, eine Alkylgruppe, eine Phenylgruppe bzw. substituierte (aminosubstituierte) Alkyl- oder Phenylgruppen und für R₂ eine Alkylgruppe ausgewählt sind und für die Gruppenanordnung mit R₁ und R₂ ein Größenbereich für m bzw. n von jeweils 0 bis 100 000 ausgewiesen ist.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren entstandene Gruppenanordnung bzw. Verbindung mit dem Filtermaterial wird durch bekannte chemische Bindungsformen oder physikalische Wechselwirkungen, z. B. Van-der-Waals-Kräfte oder elektrostatische Effekte erreicht. Der Kontakt des Hydrophobiermittels mit dem Filtermaterial kann in bekannter Weise mittels Sprüh- oder Tauchverfahren erfolgen, wobei diese gleichzeitig als Reinigungsschritt für bestimmte Filtermaterialien genutzt werden können. Als Hydrophobierungsmittel ist für das Verfahren der Erfindung, besonders bei Verwendung keramischer Luftfiltermaterialien in erster Linie ein aus Wundbenzin und Kopropanol bestehendes Lösungsmittelgemisch mit einem Zusatz von 0,1 bis 10% eines Silikonsisierungsmittels geeignet, das bei hoher Filterwirksamkeit auch eine verbesserte Luftdurchlässigkeit zeigt.

Die für das erfindungsgemäße Verfahren benötigten Hydrophobierungsmittel sind im wesentlichen aus bekannten makromolekularen silizium-organischen Verbindungen aufgebaut oder enthalten natürlich vorkommende Silikate.

Mit den für das erfindungsgemäße Verfahren zu verwendenden Hydrophobierungsmitteln wird erreicht, daß diese selbst aus sehr verdünnten Medien hergestellt und ohne spezielle Haftvermittler beständige, vollständige Silikonfilme aus der gesamten Filteroberfläche ausbilden. Auch dann wird neben der hydrophobierten Wirkung eine verbesserte Luftdurchlässigkeit, ganz besonders bei Verwendung von Keramikmaterialien erzielt.

Weiterhin zeigen die erfindungsgemäß angewandten Hydrophobierungsmittel ihre Überlegenheit durch günstige Applikationsbedingungen, z. B. Verfügbarkeit, Löslichkeit, durch eine geringe Umweltbelastung, durch physiologische Unbedenklichkeit und nicht zuletzt durch niedrige Kosten. Das trifft auch für ausgewählte Silikonverbindungen zu, die zum Teil bereits als Gleitmittel für medizinische Zwecke entwickelt worden sind.

Die Haftung der Silikonschicht auf dem Filtermaterial wird vorwiegend durch Adhäsionskräfte und seltener durch chemische Bindung bewirkt. Die Haftwirkung kann aber auch durch eine chemische Veränderung des Hydrophobierungsmittels verstärkt werden. Des weiteren tragen Luft, Feuchte und erhöhte Temperatur, ggf. auch Strahlung zu einer besseren und dauerhaften Fixierung der Silikonverbindungen auf dem Filtermaterial bei. Ihre diesbezügliche Eigenschaften sind bereits in der US-PS 35 74 673 beschrieben, so daß hier nicht weiter darauf eingegangen wird.

Wenn auch dort eine andere Aufgabe zu lösen ist, nämlich die Umsetzung der polymerisationsfähigen Methylsiloxanen und Aminoalkylsiloxanen zu Schmiermitteln, so entstehen unter Ausnutzung jener Eigenschaften bei Silikonverbindungen gemäß der Erfindung dünne, hochviskose bis feste Beläge.

Das Aufbringen der Silikone erfolgt durch Tauchen der Filter in Lösungen bzw. Emulsionen der Silikone, durch Besprühen mit Silikonen bzw. Lösungen dieser oder durch Bedampfen mit Silikonen. In diesem Zusammenhang sei nochmals darauf hingewiesen, daß durch geeignete Wahl der Lösungsmittel das Tauchverfahren mit dem ohnehin notwendigen Reinigungsvorgang der Beschichtung gekoppelt werden kann.

Eine günstige Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im folgenden und in Verbindung mit einem ausgewählten Hydrophobierungsmittel erläutert:

Die Schaffung silikonisierter Oberflächen ist ein besonderer Vorteil des Verfahrens. Das gilt besonders bei der bevorzugten Verwendung eines Lösungsmittelgemisches, das aus Wundbenzin und Kopropanol reinster Qualität besteht und 0,1 bis 10% eines Silikonisierungsmittels, beispielsweise das unter Bezeichnung MDX 4 - 4159 bekannte Schneidenschmiermittel (US-PS 35 74 673) enthält. Dieses Lösungsmittelgemisch bzw. ausgewählte Hydrophobierungsmittel dient als Tauchbad für mikroporöse Keramikfilter aus Cordierit mit 30% Porosität. Nach einem 5minutigen Tauchen der Keramikfilter, das mittels Gazebehälter durchgeführt wird, werden diese zum Abtropfen oberhalb des Tauchbades belassen. Die nachfolgende Trocknung erfolgt auf nichtfaserndem Filterpapier im Abzugsbereich bei Raumtemperatur im gewöhnlichen Temperaturbereich bis 25°C und bei einer mittleren relativen Luftfeuchte von 55%. Eine sich anschließende CO₂-Spülung beschleunigt den Vulkanisationsvorgang und bewirkt im Zusammenhang mit einer Raumtemperaturerhöhung auf ca. 150°C in kürzerer Zeit eine bessere Haftung der Oberflächenschicht auf dem Filtermaterial.

Bei Filtern, bei denen keine mechanische Beanspruchung in den nächsten Verarbeitungsstufen eintritt, ist eine sofortige Weiterverarbeitung zu Baugruppen möglich. Das ist durch die zweckmäßige Auswahl mikroporöser Keramikfilter der Fall, so daß diese in kürzester Zeit zur Verfügung stehen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Hydrophobierung poröser Materialien, die insbesondere in den eingangs genannten medizinischen Bereichen verwendet werden sollen und hier bevorzugt aus Keramik bestehen, wird eine Filterqualität erreicht, die in allen Belangen den dort gestellten Forderungen entspricht. Dabei wird diese mit einem beträchtlich minimierten Fertigungsaufwand geschaffen, dessen Ursache zu einem großen Teil auf das zu verwendende Hydrophobierungsmittel zurückzuführen ist.

Das Verfahren der Erfindung ist also gekennzeichnet durch eine genaue, schnelle und einfache Durchführung des Hydrophobierungsprozesses, zu dem natürlich die Verwendung der Hydrophobiermittel Silikone und deren Verbindungen zur Oberflächenbeschichtung der Filtermaterialien die entscheidende Voraussetzung geschaffen hat. Nach dem Stand der Technik war nicht zu erwarten, daß sich durch die Verwendung reiner Silikonöle, Alkyl, Phenyl sowie weitgehend substituierte Verbindungen wie aminofunktioneller Derivate, insbesondere Gemische von Methylsiloxanen und Aminoalkylsiloxanen oder Gemische aus diesen Verbindungen bzw. Copolymere, Filtermaterialien mit solcher flüssigkeitsabweisenden Wirkung herstellen lassen, die eine Benetzung mit beispielsweise Blut vermeiden. Dies ist eine Voraussetzung dafür, daß nicht erst eine Verstopfung der Filterporen auftritt oder ein Nährboden für Mikroorganismen geschaffen wird.

Die überraschende Eigenschaft der erfindungsgemäß eingesetzten Hydrophobiermittel, beispielsweise die Belüftung eines medizinischen Flüssigkeitssystems unter völliger Zurückhaltung von Mikropartikeln zu verbessern, ermöglicht eine bisher nicht erreichte Durchlaßfähigkeit des Filters. Aber auch die anderen medizinisch-hygienischen und technischen Parameter sind mit einer einfachen Beschichtung der Filteroberfläche zu verbessern, wenn z. B. Silikonverbindungen in der Struktur

als Hydrophobiermittel verwendet werden.

Durch diese und die vorher beschriebenen Hydrophobiermittel wurde ein weiterer Schritt nach vorn für die Entwicklung und Herstellung von Be- und Entlüftungsfiltern getan, der u. a. dazu beiträgt, eine dauerhafte Fixierung des Oberflächenfilmes sogar unter Verwendung eines relativ stark verdünnten Mediums und unter Weglassung von Haftvermittlern zu schaffen. Die geschaffenen Oberflächenfilme lassen es ebenfalls nicht zu, daß bei Berührung einer Flüssigkeit, z. B. Blut, dieses die hydrophobe Schicht sättigt und damit den Zu- bzw. Austritt der Luft verhindert.

In völlig analoger Weise wie bei fluorhaltiger Oberflächenbeschichtung erfolgt auch hier die Gruppenanordnung bzw. Verbindung mit dem Filtermaterial durch bekannte chemische Bindungsformen oder physikalische Wechselwirkungen, z. B. Van-der-Waals-Kräfte oder elektrostatische Effekte, so daß dazu auf weitere Einzelheiten verzichtet wird.

Claims (8)

1. Verfahren zur Hydrophobierung keimdichter Luftfiltermaterialien, die u. a. als keramischen Materialien, Kernspurmikrofilterfolie, Textilien oder Glasgeweben bzw. Vliesen bestehen und mit einem Hydrophobiermittel in Kontakt zu bringen sind, gekennzeichnet dadurch, daß als Hydrophobiermittel Silikone und/oder deren Verbindungen für die Oberflächenbeschichtung der Filtermaterialien zu verwenden sind und daß die zu hydrophobierenden Oberflächen mit einem Film solcher Silikone bzw. Silikonderivate regelmäßig so zu überziehen sind, bis das Filtermaterial eine vollständig silikonisierte Oberfläche aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Hydrophobiermittel reine Silikonöle, Alkyl-, Phenyl- sowie weitgehend substituierte Verbindungen, wie aminofunktionelle Derivate, insbesondere Gemische von Methylsiloxanen und Aminoalkylsiloxanen oder Gemische aus diesen Verbindungen bzw. Copolymere einzusetzen sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß man ein Filtermaterial mit wasserabweisender Wirkung durch Beschichtung mit siliziumhaltigen Verbindungen der Form erhält, worin für R eine Alkylgruppe bzw. substituierte Alkylgruppen, für R₁ Wasserstoff, eine Alkylgruppe, eine Phenylgruppe bzw. substituierte (aminosubstituierte) Alkyl- oder Phenylgruppen und für R₂ eine Alkylgruppe ausgewählt sind und für die Gruppenanordnung mit R₁ und R₂ ein Größenbereich für m bzw. n von jeweils 0 bis 100 000 ausgewiesen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Gruppenanordnung bzw. Verbindung mit dem Filtermaterial durch bekannte chemische Bindungsformen oder physikalische Wechselwirkungen, z. B. Van-der-Walls-Kräfte oder elektrostatische Effekte, entstanden sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Kontakt des Hydrophobiermittels mit dem Filtermaterial mittels bekannter Sprüh- oder Tauchverfahren, die gleichzeitig als Reinigungsschritt für bestimmte Filtermaterialien zu nutzen sind, und die Fixierung des Hydrophobiermittels auf dem Filtermaterial durch Verdunstung des Lösungsmittels herzustellen ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß zur Erhöhung einer Luftdurchlässigkeit, vorzugsweise bei Verwendung keramischer Luftfiltermaterialien, einem aus Wundbenzin und Kopropanol bestehenen Lösungsmittelsgemisch 0,1-10% des Silikonisierungsmittels zuzusetzen ist.

7. Mittel zur Hydrophobierung keimdichter Luftfiltermaterialien, gekennzeichnet dadurch, daß es aus bekannten makromolekularen silizium-organischen Verbindungen aufgebaut ist.

8. Mittel nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß es natürlich vorkommende Silikate enthält.