ES2553976T3 - Filtro y método para su producción - Google Patents

Abstract

Filtro para plantas de enfriamiento, ventilación, aire acondicionado, calentamiento y purificación de aire, caracterizado por que comprende un soporte de filtrado (12) formado por una o más fibras poliméricas sintéticas y un biopolímero sólido a base de quitosano a una concentración en peso mayor o igual a aproximadamente 15 % con respecto al peso de dicho soporte de filtrado (12), uno o más metales (14) en forma iónica con una acción bactericida que están asociados establemente con dicho soporte de filtrado (12) y seleccionándose de un grupo comprendido por: metales nobles tales como plata, oro, platino, o metales pesados tales como hierro, cobre, manganeso, cinc, litio, o una molécula orgánica bactericida seleccionada de entre sales de amonio cuaternario, tomándose dichos metales (14) individualmente o en una mezcla de unos con otros, o individualmente o en una mezcla con la sal de amonio cuaternario, añadiéndose dichos metales (14) y/o dicha sal de amonio cuaternario, con un enlace químico, tanto dentro del biopolímero como en su superficie.

Description

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DESCRIPCION

Filtro y metodo para su produccion Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un filtro, y al metodo de produccion del mismo, utilizado en circuitos de aire en plantas de calefaccion, ventilacion y/o aire acondicionado (sistemas HVAC, o Calefaccion, Ventilacion y Aire Acondicionado) en zonas de interior. En particular, el filtro de acuerdo con la invencion, combina una accion filtrante con una accion bactericida para sanear el aire.

La presente invencion se usa en particular en hogares, en instalaciones publicas y en todo tipo de espacios publicos o privados como por ejemplo hoteles, cantinas, salas de conferencias, almacenes industriales, centros de reunion tales como cines y teatros, colegios, oficinas y otros.

Antecedentes de la invencion

Se conocen varias plantas en el estado de la tecnica para el acondicionamiento, purificacion y reduction de sustancias potencialmente nocivas o malolientes presentes en el aire de un espacio cerrado o parcialmente cerrado.

En particular se conoce la fabrication de filtros de aire estandar para plantas de aire acondicionado, que consisten en un soporte de filtrado, normalmente en forma de tela, que se trata superficialmente para permitir una aplicacion superficial de una composition de metales con una accion bactericida.

La principal desventaja de los filtros conocidos es que la aplicacion de metales bactericidas sobre el soporte de filtrado no es estable o fiable, y que existe un riesgo real de arrastrar metales al circuito de aire y la consecuente introduction de los mismos en el espacio aereo acondicionado o ventilado, lo que es potencialmente toxico o en cualquier caso insalubre para el hombre.

El documento WO-A-2006/087754 divulga un sistema de filtrado de aire del tipo regenerable utilizado en una maquina de refrigeration, que tiene un elemento de filtrado formado por un lecho granular de aluminosilicatos metalizados con iones metalicos con una actividad antibacteriana y no toxica para el cuerpo humano, tales como plata, cinc, cobre, y con tamanos de parflcula de 1 micra a 50 mm. El elemento de filtrado, disenado especlficamente para el tratamiento higienizante del aire dentro de neveras, puede combinarse con un pre-filtro hecho de quitosano o una derivation funcionalizada del mismo, metalizado con uno o mas de los iones metalicos antibacterianos mencionados anteriormente. Este conocido sistema de filtrado no es adecuado para sistemas HVAC porque, dada su naturaleza distintiva, es estructuralmente incompatible y ademas excesivamente caro. Es mas, con la zeolita, micronizada sobre un soporte ligero, como los que son adecuados para los sistemas HVAC, se corre el riesgo de dispersar nanopartlculas que son nocivas para la salud a lo largo del sistema aerolico, por la tension de la ventilacion forzada.

La solicitud de patente europea EP-A- 1607107 describe un dispositivo para retirar sustancias peligrosas que se utiliza como filtro de aire, y que esta formado por un soporte y un anticuerpo, es decir, una protelna reactiva para una sustancia peligrosa especlfica. El soporte esta hecho con un material fibroso que controla la humedad y puede revestirse con una agente antibacteriano, por ejemplo quitosano, sobre plata, sllice coloidal o una zeolita u otro soporte.

La solicitud JP-A-7256025 describe un filtro de aire con un efecto esterilizante que comprende un agente antibacteriano a base de plata incorporado en sllice porosa y mezclado con quitosano, que esta unido a un filtro.

La solicitud de patente KR-A-10200511943 describe un filtro HEPA que comprende una tela no tejida impregnada con una sustancia antibacteriana, tal como una solution con una base de quitosano, nanopartlculas de plata, agua y un ligando.

La solicitud KR-A-102005050371 describe un filtro HEPA desodorante con un elemento de filtrado basado en nanopartlculas de plata, un filtro con carbones activos para retirar contaminantes y un filtro de quitosano como antibacteriano.

La solicitud GB-A-2440332 describe un metodo para hacer complejos de pollmero-metal que prevea la formation de una combination de pollmero-ion metalico a partir de una solucion salina de los metales en contacto con el pollmero, y reducir los iones metalicos para obtener la combinacion de pollmero-metal atomico. Por una combinacion de pollmero-metal se debe entender un sistema geometrico regular en el que la especie metalica esta en el centro de un campo cristalino y coordina los ligandos de naturaleza inorganica y organica. La combinacion pollmero-metal as! obtenida no puede usarse como material bioactivo, en el ambito biomedico y sanitario o, dada la naturaleza extremadamente reactiva de las especies metalicas combinadas con el pollmero obtenido, como catalizador en procesos qulmicos o bioqulmicos.

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La solicitud WO-A-02/15698 describe un proceso para preparar un artlcuio a base de metal y pollmero con propiedades biocidas que, a partir de una solucion de pollmero y metal combinado con el pollmero, o en suspension en el pollmero, preve su reduction a un metal atomico, de manera similar a lo que se describe en el documento GB-A-2440332.

En general, por lo tanto, se han realizado esfuerzos por obtener una conexion estable entre metales y soporte de filtrado pero estos han desembocado en la production de filtros no estandar para el sector en cuestion; o filtros que, una vez insertados en el circuito de una maquina aerolica no son capaces de mantener una eficiencia, una predominancia y un suministro constantes, y en general, los parametros de funcionamiento que requiere la ley para tales maquinas. Por ejemplo, un pre-filtro corrugado normalmente tiene una calda de presion de menos de 5,0 mm (H2O) aproximadamente, mientras que un pre-filtro de bolsas totalmente rlgido normalmente tiene una calda de presion de menos de 3,5 mm (H2O) aproximadamente.

El proposito de la presente invention es producir un filtro, y un metodo perfecto para producirlo, que tenga eficiencia de filtrado, eficiencia bactericida y a la vez mantenga invariables los parametros de funcionamiento de la maquina aerolica en la que esta insertado, de acuerdo con las normas tlpicas requeridas en el sector.

El solicitante ha ideado, sometido a pruebas y realizado la presente invencion para superar los inconvenientes del estado de la tecnica y obtener estos y otros objetivos y ventajas.

A no ser que se defina lo contrario, todos los terminos tecnicos y cientlficos que se usan en este documento y en adelante tienen el mismo significado que el que entenderla comunmente una persona con conocimientos medios en el sector al que pertenece la presente invencion. Incluso si se usan metodos y materiales similares o equivalentes a los descritos en este documento pueden usarse en la practica o en pruebas de verification, los metodos y materiales de la presente invencion se describen de aqul en adelante a modo de ejemplo. En caso de conflicto, la presente solicitud debera prevalecer, incluyendo las definiciones. Los materiales, metodos y ejemplos tienen meramente un caracter ilustrativo y no deberan entenderse de manera restrictiva.

Sumario de la invencion

La presente invencion se expone y caracteriza en las reivindicaciones independientes, mientras que las reivindicaciones dependientes describen otras caracterlsticas de la invencion o variantes de la idea inventiva principal.

De conformidad con los propositos anteriores, un filtro para plantas de aire acondicionado, ventilation, control del aire, calefaccion y purification del aire, de acuerdo con la presente invencion comprende un soporte de filtrado con el que estan asociados establemente uno o mas metales en forma ionica que tienen una action bactericida, seleccionados de un grupo que comprende metales nobles tales como plata, oro, platino, o metales pesados como el hierro, cobre, manganeso, cinc, litio, o una molecula organica bactericida que pertenece a la familia de las sales de amonio cuaternario. Un modo de realization de la presente invencion preve el uso de bromuro de cetiltrimetilamonio (CTAB) como sal de amonio cuaternario.

Los metales pueden tomarse individualmente o en una mezcla y tambien individualmente o en una mezcla con la sal de amonio cuaternario.

De acuerdo con una caracterlstica de la presente invencion, el soporte de filtrado comprende un biopollmero solido con una base de quitosano, a una concentration en peso mayor o igual a aproximadamente 15 % con respecto al peso del soporte de filtrado.

En algunos modos de realizacion, el soporte de filtrado, de acuerdo con la presente invencion, tiene un peso en gramos comprendido entre 70 g/m2 y 85 g/m2 y un espesor comprendido entre 0,40 mm y 0,60 mm, por tanto, ventajosamente, conforme a las especificaciones de los filtros que tradicionalmente se usan en los sistemas HVAC.

En particular, el biopollmero a base de quitosano esta provisto de al menos uno o mas grupos funcionales que tienen una alta afinidad de union con los metales mencionados anteriormente, para determinar un enlace estable con los metales y/o la sal de amonio cuaternario.

En consecuencia, la presencia de los grupos funcionales crea un fuerte enlace qulmico, termodinamicamente estable, entre el metal/metales y/o la sal de amonio cuaternario y el biopollmero, garantizando as! que no seran arrastrados al interior del circuito de aire.

El quitosano es ventajoso porque no solo tiene los grupos funcionales anteriores sino que de manera autoctona tiene una accion bactericida eficiente que, en sinergia con el efecto bactericida de los metales afectados y/o la sal de amonio cuaternario, determina un aumento considerable de la habilidad para reducir la carga bacteriana mediante el filtro de acuerdo con la invencion.

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Algunos modos de realizacion de la presente invencion preven un intervalo de concentracion del quitosano en el soporte de filtrado comprendido entre 15 % y 35 % en peso, preferentemente entre 15 % y 25 % en peso, mas preferentemente entre 15 % y 20 % en peso con respecto al peso del soporte de filtrado. Algunos modos especlficos de realizacion preven una concentracion de quitosano de entre 15 % y 17 % en peso con respecto al peso del soporte de filtrado. Un modo de realizacion preve quitosano al 16 % en peso con respecto al peso del soporte de filtrado. Los porcentajes en peso del quitosano en el soporte de filtrado pretenden estar sustancialmente relacionados unicamente con el quitosano, es decir, no funcionalizado.

La parte remanente en peso del soporte de filtrado de acuerdo con la presente invencion, normalmente esta formada por fibra polimerica sintetica, tal como por ejemplo, fibras de viscosa o polipropileno o de Nailon 6,6.

Normalmente, la fibra sintetica se anade usando procesos mecanicos y termicos con una disposicion atravesada de las fibras para la configuracion de tela no tejida o con la tejedurla de hilos de distintos tipos en el caso de una tejedura regular.

Estos intervalos de valores de concentracion aportan un compromiso optimo entre el efecto bactericida, en sinergia con los mencionados metales y/o sal de amonio cuaternario, la incorporacion de los metales y/o sal de amonio cuaternario y las caracterlsticas estructurales normalmente requeridas para los filtros HVAC, tal y como se ha expuesto, en particular, en terminos de peso en gramos y de espesor. De este modo, el filtro obtenible de acuerdo con la presente invencion, puede introducirse en una maquina aerolica de un sistema HVAC sin cambiar los valores de eficiencia y prevalencia del mismo.

Las perdidas de carga del medio de filtrado de acuerdo con la presente invencion son menos de 5,0 mm (H2O) aproximadamente.

En algunos modos de realizacion, los metales se seleccionan de entre plata, cobre y zinc, con rendimientos de intercambio o de adsorcion sobre el biopollmero superiores a un 30 % en peso. En particular, la plata y el cobre garantizan rendimientos de adsorcion superiores a un 40 % en peso, tan altos como valores incluso superiores a un 80 % en peso.

En algunos modos de realizacion, el metal seleccionado es plata con una concentracion comprendida entre aproximadamente 0,2 mM y 0,5 mM, o plata con una concentracion mayor o igual a 0,01 mM, preferentemente entre 0,01 mM y 0,025 mM, en una mezcla con cobre y cinc, ambos con una concentracion mayor o igual a 1 mM, preferentemente entre 1 mM y 2 mM, con referencia a una solucion de contacto con el biopollmero.

En algunos modos de realizacion, la sal de amonio cuaternario, tal como por ejemplo bromuro de cetiltrimetilamonio (CTAB), tiene una concentracion de aproximadamente 0,5 mM con referencia a la solucion de contacto.

De acuerdo con algunos modos de realizacion de la presente invencion, el uno o mas metales y/o la sal de amonio cuaternario estan asociados con el soporte de filtrado por incorporacion en el biopollmero.

De este modo, se obtiene un tratamiento que permite la adhesion de los metales y/o la sal de amonio cuaternario sobre todo el volumen del soporte de filtrado, y no solo un tratamiento superficial. En consecuencia, la presente invencion no esta sujeta a la desventaja de que los metales sean arrastrados por la corriente de aire; su eficiencia se preserva y no se envla ningun metal y/o sal de amonio al interior del circuito de aire.

Algunos modos de realizacion preven que los metales esten en forma de polvo, de modo que su incorporacion en el biopollmero del soporte de filtrado sea mas efectiva para reducir aun mas el efecto de arrastre. Los rendimientos de intercambio o de adsorcion de los metales sobre el biopollmero son los mismos que los mostrados anteriormente.

El soporte de filtrado de acuerdo con la presente invencion puede hacerse, con las concentraciones de biopollmero y fibra polimerica sintetica como las anteriores, en forma de una tela con una tejedura regular, es decir, de tipo malla con la urdimbre y la trama en la base del biopollmero.

En tales modos de realizacion, el hilado puede ser con un filamento continuo, o un filamento retorcido, o un filamento cortado a una longitud de algodon o lana y luego tejido.

Como alternativa, el soporte de filtrado de acuerdo con la presente invencion, de nuevo con las concentraciones de biopollmero y fibras polimericas sinteticas anteriores, pueden realizarse como una tela no tejida (en adelante tambien NWF por sus siglas en ingles).

En algunos modos de realizacion de la presente invencion, uno o mas de los metales y/o sal de amonio cuaternario mencionados puede estar asociado establemente dentro del biopollmero del soporte de filtrado y/o sobre su superficie externa. Por lo general, este proceso es conocido como "injerto" de uno o mas agentes funcionalizantes sobre el soporte de filtrado.

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En algunos modos de realizacion, antes del injerto, el soporte de filtrado a base de biopollmero puede someterse a una preactivacion mediante radiacion UV. Esta solucion permite una catalisis del proceso de injerto.

De acuerdo con algunos modos de realizacion, el uno o mas metales pueden introducirse, o asociarse establemente, dentro del biopollmero solido incorporando los polvos de uno o mas de los metales directamente en la mezcla de biopollmero fundido que entonces se extruye para formar el soporte de filtrado.

Otra variante de realizacion preve que uno o mas metales y/o sal de amonio cuaternario se asocien establemente o se introduzcan en forma ionica en el biopollmero solido, mediante una solucion de contacto que sirve como bano ionico en el que una sal del metal seleccionado o la sal de amonio cuaternario se disuelve y en el que el biopollmero solido formado se sumerge o por el que se le hace transitar. De esta forma se obtiene la adherencia qulmica de los metales y/o sal de amonio cuaternario al biopollmero solido del soporte de filtrado.

En algunos modos de realizacion, el metal seleccionado es plata con una concentracion comprendida entre aproximadamente 0,2 mM y 0,5 mM, o plata con una concentracion mayor o igual a 0,01 mM, preferentemente entre 0,01 mM y 0,025 mM, en una mezcla con cobre y cinc, ambos con una concentracion mayor o igual a 1 mM, preferentemente entre 1 mM y 2 mM, con referencia a la solucion de contacto con el biopollmero.

En algunos modos de realizacion la sal de amonio cuaternario tiene una concentracion de aproximadamente 0,5 mM con referencia a una solucion de contacto.

En estos modos de realizacion en un bano de solucion ionica, una vez que se ha realizado el injerto, el soporte de filtrado se somete a un secado.

Otro modo de realizacion preve el deposito de vapores metalicos sobre el biopollmero, por ejemplo haciendo que este ultimo transite por una camara de vaclo donde se producen los vapores metalicos y se depositan sobre el biopollmero, uniendose establemente con los grupos funcionales.

Otros modos de realizacion de la presente invencion preven que el biopollmero se caliente a temperatura de ablandamiento, por ejemplo directamente en la extrusora calentada, antes de formarse, o posteriormente en una camara caliente o bano caliente, y que se someta a una proyeccion de polvo metalico que se incorpora en el interior del mismo y sobre su superficie.

Algunos otros modos de realizacion de la presente invencion comprenden soportes de filtrado hechos con fibras polimericas sinteticas, como las anteriores, y el biopollmero a base de quitosano, en su forma expandida o esponjosa, con poros abiertos. En estos modos de realizacion, el polvo del metal o metales bactericidas primero puede mezclarse con la mezcla del biopollmero fundido, o puede distribuirse sobre e introducirse sobre el mismo en un momento posterior, explotando de nuevo la gran afinidad entre los grupos funcionales del biopollmero y los metales en cuestion.

Algunos modos de realizacion de la presente invencion preven que un dispositivo de filtrado sea del tipo que tiene bolsas, bien duras o blandas, o un dispositivo de filtrado corrugado, o una celda de filtrado, plana o con un saco tubular, para unidades de serpentln y ventilador. En estos modos de realizacion, el soporte de filtrado como el anterior esta combinado con otro elemento de filtrado, tal como por ejemplo una fibra polimerica sintetica de filtrado, o una tarjeta de filtrado o fibra de vidrio plegada.

En la solucion con las bolsas, la estructura del filtro viene dada por la tarjeta de filtrado, mientras que en la solucion con el filtro corrugado o celda de filtrado para unidades de serpentln y ventilador, ocurre lo contrario, es el quitosano el que actua como estructura de soporte.

Este modo de realizacion con bolsas, o filtro corrugado o celda de filtrado para unidades de serpentln y ventilador es ventajoso, dado que el quitosano normalmente no tiene una buena eficiencia de filtrado mecanico. No obstante, su combinacion con una tarjeta de filtrado u otro elemento de filtrado como los anteriores, que intercepte la bacteria en transito, evita que el deposito de la carga bacteriana en la tarjeta de filtrado genere una proliferacion de bacterias, dado que tal proliferacion se evita localmente mediante el propio quitosano, que por lo tanto sirve como protection medioambiental.

Otros modos de realizacion de la presente invencion preven que el soporte de filtrado se monte sobre un marco de metal o de plastico resistente, por ejemplo consistente en dos rejillas opuestas o placas agujereadas.

Breve descripcion de los dibujos

Estas y otras caracterlsticas de la presente invencion se pondran de manifiesto a partir de la siguiente descripcion de un modo preferente de realizacion, dado como ejemplo no restrictivo con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

- las figs. 1 a 12 muestran Tablas que resumen los datos experimentales de la presente invencion;

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- la fig. 13 es una representacion esquematica, parcialmente en seccion, de un filtro de bolsas que comprende un filtro de acuerdo con la presente invencion;

- la fig. 14 es una representacion esquematica en un plano de una celda de filtrado plana que comprende un filtro de acuerdo con la presente invencion;

- la fig. 15 es una representacion esquematica de un filtro corrugado que comprende un filtro de acuerdo con la presente invencion.

Descripcion detallada de un modo de realizacion preferente

Con referencia a los dibujos adjuntos, la fig. 13 muestra un filtro de bolsas 18 que comprende un filtro 10 de acuerdo con la presente invencion.

El filtro 10 comprende un soporte de filtrado 12, en este caso con una base de tela no tejida (NWF).

El soporte de filtrado 12 esta formado por quitosano solido, en este caso 16 % en peso con respecto al peso del soporte de filtrado 12, aunque otros porcentajes en peso son posibles, como se ha descrito anteriormente. El resto es sustancialmente una fibra polimerica sintetica tradicional sobre la que se adhieren uno o mas metales 14 en forma ionica (en la fig. 13 las proporciones son deliberadamente irreal para mostrar los metales bactericidas) en las concentraciones que se han expuesto anteriormente, con una accion bactericida, tal como metales nobles o metales pesados, tomados individualmente o como una mezcla del uno con el otro.

En este caso, el filtro de bolsas 18 esta formado por un marco de soporte 16, en general hecho de material plastico, y una tarjeta de filtrado de fibra polimerica sintetica 15 conformada, que sirve como elemento estructural, combinado con el soporte de filtrado 12 como en lo que antecede.

La Fig. 14 muestra otro modo de realizacion del filtro 10 de acuerdo con la presente invencion, en el que hay una celda de filtrado 28 plana, normalmente para su uso en unidades de serpentln y ventilador, que comprende un marco de soporte 26, normalmente hecho de plastico, que soporta un elemento de filtrado plano formado por el soporte de filtrado 12 con una base de quitosano y fibra polimerica sintetica, funcionalizado con metales 14 con una accion bactericida, adaptado adecuadamente, en este caso con una forma rectangular plana (en este caso tambien las proporciones son deliberadamente irreales a fin de mostrar los metales bactericidas).

La Fig. 15 muestra un modo de realizacion adicional del filtro 10 de acuerdo con la presente invencion, en el que hay un filtro 38 corrugado formado por un marco de soporte 36 que soporta un elemento de filtrado formado por el soporte de filtrado 12 conformado adecuadamente con corrugaciones, sobre el que se adhieren los metales 14 de accion bactericida, destacado en una escala irreal para una mejor comprension.

En los modos de la realizacion de las figs. 13-15, que se aportan como ejemplo no restrictivo del ambito de proteccion de la presente invencion, los metales podrlan sustituirse por o combinarse con una molecula seleccionada de entre sales de amonio cuaternario en las concentraciones que se han expuesto anteriormente, tales como por ejemplo CTAB.

Pruebas experimentales

Los filtros de acuerdo con la presente invencion y segun se describen en lo que antecede se prepararon y probaron para evaluar la adsorcion del agente funcionalizador, metal o sal de amonio cuaternario, tal como CTAB, y tambien la eficiencia de la accion bactericida.

El solicitante ha experimentado con soportes de filtrado 12 hechos con quitosano en una concentracion de entre 15 % y 35 % en peso, entre 15 % y 25 % en peso, entre 15 % y 20 % en peso y entre 15 % y 17 % en peso.

A continuation se ofrece una breve descripcion de los resultados obtenidos con referencia a una concentracion de quitosano del 16 % en peso. Se obtuvieron o previeron resultados similares o con las concentraciones de quitosano anteriores.

La compatibilidad funcional en una maquina aerolica estandar, en terminos de eficiencia en el tratamiento del aire y de prevalencia, se respetaron usando el filtro de acuerdo con la presente invencion.

i) Materiales y metodos

Las muestras que se van a someter al tratamiento funcionalizante y luego usarse en prueba microbiologicas consisten en rectangulos de tela no tejida (NWF), que normalmente contienen una fibra polimerica sintetica, tal como por ejemplo, fibras de viscosa, o polipropileno o de nuevo Nailon 6,6, y quitosano en un porcentaje de concentracion en peso igual al 16 %, que mide 5x10 cm y pesa aproximadamente 0,3-0,4 g (el peso de cada muestra se anota exactamente hasta una resolution de 0,1 mg). Cada muestra de quitosano-NWF se pone en una lata de PE junto con una solution de contacto (200 ml) para unir los metales.

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En esos experimentos se sometieron a ensayo Cu, Zn, Li, Mn y Ag, as! como con CTAB. Los resultados experimentales para los demas metales tales como oro, platino e hierro, estan en proceso de ser definidos o estan todavla pendientes de ser definidos en el futuro.

Las soluciones de contacto se preparan a partir de soluciones madre (concentracion 10 mM) de sales metalicas: CuSO4 5H2O, ZnSO4 7H2O, LiCl2, MnSO4 H2O, que se seleccionaron de acuerdo con los requisitos y se diluyen a la molaridad deseada (el intervalo utilizado es 0,01- 2 mM).

Las soluciones que contienen Ag se preparan a partir de una solucion de AgNO3 Fluka con un tltulo exacto de 0,1 N.

La solucion de contacto que contiene CTAB (bromuro de cetiltrimetilamonio) se prepara pesando directamente la sal en el intervalo de 0,30-0,60 mM (en cualquier caso menos que la concentracion micelar crltica del CTAB, que en la literatura es igual a 0,9 mM). El CTAB es un agente tensioactivo cationico cuaternario que no solo tiene las mismas propiedades ionicas que los metales (carga de red positiva) sino que ademas tiene cierta potencia antibacteriana (y de hecho se usa como detergente-desinfectante en muchos productos domesticos para el hogar).

Las latas que contienen la muestra a tratar y la solucion de contacto estan cerradas hermeticamente y se agitan durante 24 horas.

Las soluciones que contienen Ag+ soluciones se mantienen a oscuras, envolviendo la lata en una lamina de aluminio.

Al final de la agitacion, las muestras de NWF-quitosano se lavan con agua desionizada y se ponen a secar en un horno a 40 °C; las soluciones de contacto se conservan.

Una vez que las muestras estan secas, se toma una porcion de una de ellas (aproximadamente la mitad, o 0,1-0,2 g) para someterla a mineralization (por digestion acida en un horno microondas) y posteriormente se determinan los minerales mediante espectrofotometrla de absorcion atomica.

Las soluciones de contacto se someten a la misma determination, sin digestion preliminar (salvo por las muestras que tambien se tratan con CTAB).

De este modo se evalua la eficiencia de adsorcion de los distintos tipos de metal sobre la muestra, cruzando los datos sobre el contenido de metal de la NWF con el residuo en la solucion.

En lo que respecta a las muestras tratadas con CTAB, la eficiencia de adsorcion se determina solo indirectamente a traves de la diferencia, dosificando el CTAB residual en la solucion madre tras el contacto, mediante una prueba de espectrofotometrla en el rango visible.

La parte restante de la muestra se somete a pruebas bacteriologicas, que esencialmente consisten en evaluar el crecimiento bacteriano tras entrar en contacto con un aerosol que contiene altas concentraciones de microorganismos.

Para este fin se prepara una suspension bacteriana, tomando con la punta de un tampon 1 o 2 colonias de cultivos jovenes (24/48 horas) de Staphylococcus aureus (cepa ATCC 25923) para tener una concentracion de celulas de aproximadamente 107 UFC/ml.

En cualquier caso, la concentracion de la suspension se verifica a posteriori, mediante siembra con bucles en L sobre cantidades de 0,1 ml de agar de Soja trlptica de la solucion madre y posteriores diluciones en serie (hasta 10-4), y despues incubando a 36 °C durante 24 horas y realizando posteriormente el recuento necesario.

La suspension madre bacteriana as! obtenida, se transfiere a una ampolla esteril para aerosol, que entonces se sujeta a un soporte con capucha con una corriente laminar.

La parte residual de las muestras de NWF tratadas se pone en contenedores esteriles de material plastico provistos con tapas de tipo rosca.

En cada contenedor (uno por muestra), se deja fluir el aerosol bacteriano durante 10 minutos, que se corresponde con cada tltulo de la suspension original de 107 UFC/ml hasta aproximadamente 107 celulas bacteria nas/muestra.

Tras el contacto con el aerosol bacteriano cada muestra se divide en 2 sub-porciones:

- una primera sub-portion se pone en un tubo que contiene un medio de cultivo llquido no selectivo (TSB, Caldo de Triptona de Soja);

- una segunda sub-porcion se pone en placas de Petri sobre la superficie de un medio de Soja Trlptica en solidification. Despues, cuando se ha producido la solidification, el fragmento de NWF se cubre con unos pocos millmetros [ml] de agar de Soja Trlptica aun llquido, para quedar completamente incluido en el medio de cultivo, con un espesor de agar de unos pocos micrometres [mm] entre la superficie de la muestra y la superficie del medio.

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Se aplica el mismo procedimiento en un rectangulo de NWF-quitosano que tenga el mismo tamano que las muestras y no se haya tratado con sales metalicas o con CTAB, el cual se somete a un contacto con un aerosol bacteriano de la misma forma que las muestras y que por lo tanto actua como un producto en bruto o muestra de referencia.

Los tubos que contienen el medio llquido y las placas de Petri se colocan en un termostato para que se incuben a una temperatura de 30 °C y se comprueban cada dla para verificar la presencia de turbidez (tubos con TSB) o crecimiento de colonias (placas con agar de Soja trlptica) durante un periodo de 10 dlas.

ii) Resultados

Se efectuaron varias pruebas de tratamiento sobre la NWF-quitosano, en cada ocasion se variaron la composicion y concentracion de los metales en las soluciones de contacto, para determinar las eficiencias de adsorcion y evaluar los posibles efectos competitivos y sinergicos. Los metales seleccionados para los experimentos (Ag, Cu, Zn, Mn, Li) y CTAB se usaron solos o en mezclas.

Luego se midio la eficiencia antibacteriana de cada lote usando los metodos descritos anteriormente.

Los datos pormenorizados de las pruebas estan incluidos en las Tablas 1 - 8 con respecto a las pruebas de adsorcion qulmica y en las Tablas 9 - 12 con respecto a las pruebas bacteriologicas.

A continuacion sigue un informe resumido de las distintas pruebas:

- Prueba 1 (Tabla 1 en la fig. 1): Ag, Cu, Zn y Mn en soluciones de contacto individuales con concentraciones de

0,1 mM. El metal con el mayor rendimiento de adsorcion es el Cu (> 80 %), seguido de la Ag (40 %), mientras que

el Zn y el Mn presentan niveles mas bajos (respectivamente 26 % y 16 %). No se realizo ninguna prueba

microbiologica con este lote.

- Prueba 2 (Tabla 2 en la fig. 2): triple repeticion de la prueba 1. Los resultados de la primera prueba se confirmaron sustancialmente.

- Prueba 3 (Tabla 3 en la fig. 3): Ag, Cu, Zn, Mn y Li en soluciones de contacto individuales con concentraciones de 0,2 mM, triple. La mayor eficiencia de adsorcion se obtuvo con el Cu (77-80 %) y la Ag (45 %); los demas metales presentan niveles de eficiencia de <10 %. Solo la muestra con Ag obtuvo suficiente eficiencia antibacteriana (turbidez despues de 10 dlas) (Tabla 9 en la fig. 9); la muestra con Cu inhibio el crecimiento microbiano durante 3 dlas.

- Prueba 4 (Tabla 4 en la fig. 4): Ag, Cu, Zn, Mn y Li en soluciones de contacto individuales con concentraciones de

0,05 mM, triple. La mayor eficiencia de adsorcion se obtuvo con el Cu (>80 %) y la Ag (54 %), mientras que la

eficiencia del Zn, el Mn y el Li (en orden decreciente) fue inferior a 31,5 %. La mayor eficiencia antibacteriana se obtuvo con la Ag (turbidez del TSB en 4 dlas, pero aun as! insuficiente) (Tabla 9); todos los demas metales presentaron turbidez a partir del dla 1.

- Prueba 5 (Tabla 5 en la fig. 5); Ag, Cu, Zn, Mn y Li en soluciones de contacto individuales con concentraciones de 0,5 mM, doble, usando las muestras de repeticion de la NWF- quitosano previamente irradiadas con rayos UV durante aproximadamente 16 horas; CTAB en solucion individual de 0,45 mM. Las eficiencias de adsorcion disminuyen aun mas a medida que la concentracion de las soluciones aumenta: la mejor eficiencia se dio con el Cu con valores justo por debajo del 70 %, mientras que la Ag se quedo por debajo del 40 %. En lo que respecta a la eficiencia antibacteriana, la muestra con Ag fue efectiva durante un periodo mlnimo de 10 dlas, mientras que la muestra con Cu lo fue durante 2 dlas; todas las demas produjeron turbidez a partir del dla 1. La muestra tratada con CTAB produjo resultados comprables a los de la Ag (Tabla 10 en la fig. 10). No se encontraron diferencias importantes entre las muestras tratadas con rayos UV y las que no fueron tratadas.

- Prueba 6 (Tabla 6): Ag, Cu y Zn en una mezcla de 5 formulaciones a distintas concentraciones (intervalo 0,05-0,2 mM); Cu, Mn y Zn en una mezcla de 1 formulacion (sin Ag). En la mezcla, las eficiencias de adsorcion de Cu y Ag son similares, hasta que se invierten en mezclas en las que la molaridad de la Ag es menor que la del Cu (proporcional a la diferencia en molaridad). En particular, en la muestra con 0,05 mM de Ag y 0,2 mM de Cu (muestra 5), se obtuvieron eficiencias de un 86 % y 75 % respectivamente; en las otras muestras las eficiencias de adsorcion de la Ag y el Cu permanecieron en el intervalo del 60-90 %. Con respecto al Zn, las eficiencias son siempre muy bajas, en el intervalo del 6-15 %. Con respecto a la eficiencia antibacteriana (Tabla 11 en la fig. 11), todas las muestras mostraron alguna accion inhibidora de la flora microbiana, aunque solo la muestra 1 (Ag, Cu y Zn, todos de 0,1 mM) arrojo resultados satisfactorios, produciendo turbidez en el medio de cultivo despues de 10 dlas. La muestra 2 (Ag de nuevo a 0,1 mM, pero Cu y Zn a 0,2 mM) tambien arrojo resultados satisfactorios, produciendo turbidez solo en el dla VIII.

- Prueba 7 (Tabla 7): Ag, Cu y Zn en una mezcla de 6 formulaciones a distintas concentraciones (intervalo 0,01-0,05 mM para Ag, 0,1-2 mM para Cu y Zn). La concentracion aumentada de Cu y Zn obtuvo una disminucion general en los rendimientos de adsorcion, probablemente debido a la intervencion de factores competitivos. En particular para la Ag, solo en un caso (muestra 6) se obtiene una eficiencia > 80 %, en el resto de los casos se obtuvieron porcentajes muy inferiores al 50 %; para el Cu, hubo una tendencia gradual de reduccion del % de eficiencia a medida que la concentracion aumentaba, aunque esto no ocurrio con el Zn, para el que hubo una tendencia evidente a la saturacion ya a bajas concentraciones (la eficiencia nunca supero el 15 %). No obstante, la alta concentracion de Cu, junto con Ag, provoco que tanto la muestra 3 (Ag 0,025 mM, Cu 1 mM, Zn 1 mM) como la

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muestra 5 (Ag 0,01 mM, Cu 2 mM Zn 2 mM) mostraran una eficiencia antibacteriana que se prolongo despues de los 10 dias, mientras que para las otras muestras el medio de cultivo se enturbio a los 5-7 dias (Tabla 11).

- Prueba 8 (Tabla 8): CTAB en soluciones individuales (intervalo de concentraciones 0,3 - 0,6 mM) o en mezclas con Cu y Zn (intervalo 0,2-0,5 mM). En las mezclas con CTAB, el Cu y el Zn parecieron unirse menos, dada la misma concentracion, comparadas con las muestras de las pruebas anteriores. No obstante, en este caso, todas las muestras (con o sin metales) mostraron una total efectividad antibacteriana que produjo que los medios de cultivo permanecieran limpidos bastante despues del estandar de 10 dias (Tabla 12 en la fig. 12).

iii) Conclusiones

Se exploraron distintos niveles experimentales, o distintas combinaciones de agentes metalicos funcionalizantes sobre una base de NWF de compuesto polimero sintetico con quitosano en una concentracion nominal del 16 %. Se experimento la capacidad de intercambio con los siguientes metales que tienen una potencia antibacteriana evidente (de acuerdo con los datos de la literatura): Ag, Cu, Zn, Mn, Li.

De los cuales, Ag y Cu garantizan rendimientos ventajosos de adsorcion, con porcentajes superiores al 40 % y maximos superiores al 80 %.

El Zn tambien, en algunas condiciones, alcanza porcentajes de adsorcion importantes de hasta mas del 30 % con respecto al peso del biopolimero.

Por lo tanto puede deducirse que estos tres metales pueden considerarse adecuados para la formulacion de una NWF-quitosano para una funcion antibacteriana.

Por tanto, las funcionalizaciones tambien se ensayaron con la combinacion de los tres metales que podrian proporcionar resultados satisfactorios en cuanto a la potencia antibacteriana.

Tras la preparacion quimica, las telas modificadas se sometieron a pruebas microbiologicas.

Se puso claramente de manifiesto que la fibra no-funcionalizada no muestra ninguna potencia antibacteriana importante, mientras que por el contrario, el acoplamiento con metales le confiere a la tela importantes propiedades antibacterianas.

El metal que ofrece esta mejoria del material es esencialmente la plata, que muestra dichas propiedades a concentraciones de 0,2-0,5 mM (en la solucion de contacto).

Esto es equivalente a tener aproximadamente 5,5 mg Ag/Kg fibra a 0,2 mM y aproximadamente 11 mg Ag/Kg fibra a 0,5 mM. La plata por si sola no muestra una potencia antibacteriana maxima por debajo de 0,2 mM (p. ej. a 0,1 mM). Por debajo de estas concentraciones, la Ag solo tiene efecto combinada con otros metales. Se ha verificado que con la Ag de 0,01 mM a 0,025 mM - y obviamente mas alla, si bien a estas bajas concentraciones se obtienen ciertamente ventajas economicas - y Cu y Zn a 1 mM o 2 mM, se alcanzaron los objetivos pretendidos, usando pues 10-20, e incluso 50 veces menos comparado con la Ag tomada individualmente. Por lo tanto, habiendo constatado la posibilidad real de obtener una tela con una alta potencia antibacteriana reduciendo significativamente la concentracion de Ag acoplada con otros metales de bajo coste, en esta primera etapa se verifico si una molecula organica estudiada durante un largo periodo de tiempo por el Solicitante, conocida como CTAB, un agente tensioactivo que tiene un comportamiento quimico/fisico similar al de otros metales pesados, mostraba una potencia antibacteriana, en relacion con la capacidad de intercambio cationico, ya que tiene una carga de red positiva.

El solicitante ya ha estudiado el CTAB como un funcionalizador de zeolitas para conferirles altas capacidades de adsorcion de compuestos organicos volatiles.

Tambien se sabe que el CTAB, como un compuesto de amonio cuaternario, revela propiedades desinfectantes en soluciones acuosas.

Por este motivo el solicitante ha intentado un intercambio con la NWF-quitosano y posteriormente ha probado sus capacidades esterilizantes.

Los resultados fueron favorables mas alla de toda expectativa, ya que en todos los casos probados la NWF-quitosano funcionalizada con CTAB mostraron grandes caracteristicas antibacterianas, tanto sola como asociada con metales.

Por lo tanto, el uso de CTAB como funcionalizador alternativo y/o combinado con uno o mas metales se configura como un tipo de compuesto innovador. El Solicitante por lo tanto, proseguira con los ensayos bacteriologicos, usando cepas gram-negativas, de algunos de los mejores tipos de tela como los que emergieron durante la primera etapa, en colaboracion con el CNR (por sus siglas en ingles de Consejo de Investigacion Nacional Italiano). Tambien se cuantificara los rendimientos de intercambio del CTAB y se definira el proceso tecnologico-industrial para la produccion en serie del nuevo material.

Claims (15)

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   REIVINDICACIONES

   1. Filtro para plantas de enfriamiento, ventilacion, aire acondicionado, calentamiento y purificacion de aire, caracterizado por que comprende un soporte de filtrado (12) formado por una o mas fibras polimericas sinteticas y un biopollmero solido a base de quitosano a una concentracion en peso mayor o igual a aproximadamente 15 % con respecto al peso de dicho soporte de filtrado (12), uno o mas metales (14) en forma ionica con una accion bactericida que estan asociados establemente con dicho soporte de filtrado (12) y seleccionandose de un grupo comprendido por: metales nobles tales como plata, oro, platino, o metales pesados tales como hierro, cobre, manganeso, cinc, litio, o una molecula organica bactericida seleccionada de entre sales de amonio cuaternario, tomandose dichos metales (14) individualmente o en una mezcla de unos con otros, o individualmente o en una mezcla con la sal de amonio cuaternario, anadiendose dichos metales (14) y/o dicha sal de amonio cuaternario, con un enlace qulmico, tanto dentro del biopollmero como en su superficie.
2. 2. Filtro segun la reivindicacion 1, caracterizado por que tiene un peso en gramos por metro cuadrado comprendido entre 70 g/m2 y 85 g/m2 y un espesor comprendido entre 0,40 mm y 0,60 mm.
3. 3. Filtro segun las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que proporciona un intervalo en la concentracion de quitosano comprendido entre el 15 % y el 35 % en peso con respecto al peso del soporte de filtrado (12), preferentemente entre el 15 % y el 25 % en peso, incluso mas preferentemente entre el 15 % y el 20 % en peso con respecto al peso del soporte de filtrado (12).
4. 4. Filtro segun las reivindicaciones 1, 2 o 3, caracterizado por que los metales se seleccionan de entre plata, cobre y zinc, con una absorcion en el biopollmero superior a un 30 % en peso.
5. 5. Filtro como en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el metal en forma ionica seleccionado es plata con una concentracion comprendida entre aproximadamente 0,2 mM y 0,5 mM, o es plata con una concentracion mayor o igual a 0,01 mM, preferentemente entre 0,01 mM y 0,025 mM, en una mezcla con cobre y cinc, ambos con una concentracion mayor o igual a 1 mM, preferentemente entre 1 mM y 2 mM, con referencia a una solucion de contacto con el biopollmero.
6. 6. Filtro como en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la sal de amonio cuaternario tiene una concentracion de aproximadamente 0,5 mM con referencia a una solucion de contacto con el biopollmero.
7. 7. Filtro como en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el soporte de filtrado (12) tiene forma de tela con una tejedura regular, es decir, del tipo malla con la urdimbre y la trama basadas en dicho biopollmero, o como una tela no tejida (NWF).
8. 8. Filtro como en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicha sal de amonio cuaternario es bromuro de cetiltrimetilamonio (CTAB).
9. 9. Filtro como en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dichas una o mas fibras sinteticas de pollmero se seleccionan de un grupo que comprende fibras de viscosa o polipropileno, o Nailon 6,6.
10. 10. Dispositivo de filtrado del tipo que tiene bolsas, rlgidas o flexibles, o del tipo con filtro corrugado, o una celda de filtrado, plana o con un saco tubular, para unidades de serpentln y ventilador, que comprende un filtro segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, combinado con un elemento de filtrado adicional tal como una fibra sintetica polimerica de filtrado, o una tarjeta de filtro de fibra de vidrio plegada.
11. 11. Metodo para la produccion de un filtro para plantas de enfriamiento, ventilacion, aire acondicionado, calentamiento y purificacion de aire, caracterizado por que comprende:

    - una etapa de formacion de un soporte de filtrado (12) mediante una o mas fibras polimericas sinteticas y mediante un biopollmero solido a base de quitosano en una concentracion en peso mayor o igual a aproximadamente el 15 % con respecto al peso del soporte de filtrado (12),

    - una etapa de asociacion estable de uno o mas metales (14) con forma ionica que presentan una accion bactericida con dicho soporte de filtrado (12), seleccionandose dichos uno o mas metales (14) con forma ionica de un grupo que comprende: metales nobles tales como plata, oro, platino o metales pesados tales como hierro, cobre, manganeso, cinc, litio o una molecula organica bactericida seleccionada de entre sales de amonio cuaternario,

    en donde, cuando uno o mas metales (14) estan presentes, dicha etapa de asociacion estable incluye tomar dichos metales (14) individualmente o en una mezcla de unos con otros, o individualmente o en una mezcla con la sal de amonio cuaternario, y anadir dichos metales (14) individualmente o en una mezcla de unos con otros, o individualmente o en una mezcla con la sal de amonio cuaternario, mediante un enlace qulmico, tanto dentro del biopollmero como en su superficie.

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12. 12. Metodo segun la reivindicacion 11, caracterizado por que dichos uno o mas metales (14) estan asociados establemente con el biopollmero incorporando polvos de uno o mas de los metales (14) directamente en una mezcla de biopollmero fundido que es entonces extruido y las fibras polimericas sinteticas se anaden usando procesos mecanicos y termicos para formar el soporte de filtrado (12), o dichos uno o mas metales (14) estan asociados establemente al biopollmero depositando vapores de metal sobre el biopollmero, pasando el biopollmero a una camara de vaclo donde se producen dichos vapores de metal depositados sobre el biopollmero, uniendose establemente al mismo, o el biopollmero se calienta a su temperatura de ablandamiento y el biopollmero calentado se somete a una proyeccion de polvo metalico que se incorpora en el interior del mismo y sobre su superficie.
13. 13. Metodo segun la reivindicacion 11, caracterizado por que dichos uno o mas metales (14) y/o dicha sal de amonio cuaternario estan asociados establemente en forma ionica con el biopollmero, mediante una solucion de contacto que actua como un bano ionico en el que una sal del metal seleccionado o la sal de amonio cuaternario se disuelven y en el que el biopollmero formado se sumerge o transita por el.
14. 14. Metodo segun la reivindicacion 13, caracterizado por que, en el caso de dichos uno o mas metales (14), el metal seleccionado es plata con una concentracion comprendida entre aproximadamente 0,2 mM y 0,5 mM, o es plata con una concentracion mayor o igual a 0,01 mM, preferentemente entre 0,01 mM y 0,025 mM, en una mezcla con cobre y cinc, ambos con una concentracion mayor o igual a 1 mM, preferentemente entre 1 mM y 2 mM, con referencia a la solucion de contacto con el biopollmero, o en el caso de dicha sal de amonio cuaternario, la sal de amonio cuaternario tiene una concentracion de aproximadamente 0,5 mM con referencia a la solucion de contacto.
15. 15. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones de la 11 a la 14, caracterizado por que dicha sal de amonio cuaternario es bromuro de cetiltrimetilamonio (CTAB).