IT202100030029A1 - Dispositivo filtrante e metodo per la sua realizzazione - Google Patents

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Alessandro Capodicasa
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Clustervibe Oue
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Description

CAMPO DELLA TECNICA
La presente invenzione concerne un dispositivo filtrante e un metodo per la sua realizzazione.
Sono noti dispositivi filtranti utilizzati per filtrare flussi d?aria ad esempio in condotte di aerazione. Questi dispositivi sono generalmente utilizzati al fine di rimuovere dal flusso d?aria particolato sottile che potrebbe essere nocivo per gli esseri umani o per gli animali che si trovino a respirarlo, cos? come batteri e/o virus e/o altri microorganismi che potrebbero generare infezioni.
Generalmente questi sono realizzati in materiali morbidi, generalmente comprendenti strati di fibre polimeriche realizzati in tessuto-non-tessuto, i.e. in cui le fibre polimeriche sono compattate tra di loro al fine di generare uno strato compatto.
Questi strati presentano dei pori attraverso i quali passa l?aria da filtrare, mentre le fibre trattengono il particolato e/o gli elementi che devono essere rimossi dal flusso d?aria.
Le note soluzioni non sono tuttavia pienamente soddisfacenti in quanto i il reticolo formato dalle fibre tende a collassare, bloccando i pori, e riducendo di conseguenza la quantit? di aria che pu? attraversare il dispositivo stesso. Questo causa a sua volta una difficolt? nell?aerazione ad esempio del locale che viene servito dalla condotta di aerazione in cui ? posto il dispositivo filtrante.
Ulteriormente le note soluzioni non presentano un?efficacia antimicrobica sufficientemente elevata, ad esempio contro micro-organismi patogeni quali il virus dell?influenza o altri.
Al fine di valutare l?efficacia filtrante di questi dispositivi sono comunemente utilizzati due valori, detti ? e ?.
Il valore ? ? definito secondo la seguente formula:
Il valore ? invece ? dato dal numero di particelle di una particolare dimensione presenti a monte del filtro rispetto a quelle presenti a valle del filtro.
STATO DELLA TECNICA
Per rimuovere polvere, smog e da particolati in genere, nonch? da batteri e/o altri agenti contaminanti e patogeni presenti nell?aria, da un ambiente, e in particolare da un flusso d?aria che circola in detto ambiente, si utilizzano elementi filtranti che vengono generalmente posizionati in corrispondenza delle uscite degli impianti di aerazione degli ambienti stessi.
SCOPI DELL?INVENZIONE
Scopo dell?invenzione ? quello di proporre un dispositivo filtrante che permetta di superare gli inconvenienti delle note soluzioni.
Altro scopo dell?invenzione ? quello di proporre un dispositivo filtrante che sfrutti le propriet? di materiali innovativi.
Altro scopo dell?invenzione ? quello di proporre un dispositivo filtrante che abbia propriet? antibatteriche e/o antivirali e/o antimicrobiche.
Altro scopo dell?invenzione ? quello di proporre un dispositivo filtrante che un valore di ? elevato, preferibilmente pi? elevato rispetto a quello dei dispositivi secondo lo stato dell?arte.
Altro scopo dell?invenzione ? quello di proporre un dispositivo filtrante che presenti una dimensione media dei pori di passaggio elevata, preferibilmente pi? elevata rispetto a quella dei dispositivi secondo lo stato dell?arte.
Altro scopo dell?invenzione ? quello di proporre un dispositivo filtrante che presenti un rapporto ? iniziale a 4 micron e 1,5 micron ridotto, preferibilmente inferiore rispetto a quello dei dispositivi secondo lo stato dell?arte.
Altro scopo dell?invenzione ? quello di proporre un dispositivo filtrante che risulti pi? aperto, con una minore solidit? rispetto ai dispositivi secondo lo stato dell?arte.
Altro scopo dell?invenzione ? quello di proporre un dispositivo filtrante che presenti migliorata integrit? strutturale rispetto ai dispositivi secondo lo stato dell?arte.
Altro scopo dell?invenzione ? quello di proporre un dispositivo filtrante che presenti maggiore capacit? di filtrazione di particelle e aerosol per le classi PM1 e PM2.5.
Altro scopo dell?invenzione ? quello di proporre un dispositivo filtrante che risulti di semplice ed economica realizzazione.
Altro scopo dell?invenzione ? quello di proporre un dispositivo filtrante che sia alternativo e/o migliorativo rispetto ai dispositivi noti.
SOMMARIO DELL?INVENZIONE
Tutti questi scopi, sia singolarmente che in una loro qualsiasi combinazione, ed altri che risulteranno dalla descrizione che segue sono raggiunti, secondo l'invenzione, con un dispositivo filtrante con le caratteristiche indicate nella rivendicazione 1 e con un metodo secondo la rivendicazione 9.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLE FIGURE
La presente invenzione viene qui di seguito ulteriormente chiarita in alcune sue preferite forme di pratica realizzazione riportate a scopo puramente esemplificativo e non limitativo con riferimento alle allegate tavole di disegno, in cui:
la figura 1 mostra in sezione laterale il dispositivo filtrante secondo l?invenzione in una prima forma di realizzazione,
la figura 2 lo mostra in sezione laterale in una seconda forma di realizzazione,
la figura 3 lo mostra in sezione laterale in una terza forma di realizzazione, la figura 4 mostra un immagine di microscopia elettronica a scansione di un agglomerato di nano-fibre 4 secondo l?invenzione a grande scala, la figura 5 mostra un immagine di microscopia elettronica a scansione di un agglomerato di nano-fibre 4 secondo l?invenzione a scala intermedia, e
la figura 6 mostra un immagine di microscopia elettronica a scansione di un agglomerato di nano-fibre 4 secondo l?invenzione a piccola scala, Come risulta chiaramente dalle figure 1 e 2, il dispositivo 1 secondo l?invenzione comprende almeno un primo strato 2 in materiale filtrante.
Vantaggiosamente il dispositivo 1 pu? avere una forma sostanzialmente laminare, e cio? una delle sue dimensioni i.e. lo spessore, pu? essere molto inferiore rispetto alle altre due, i.e. la lunghezza e la larghezza (le dimensioni rappresentate in fig. 1 e 2 non sono in scala).
Vantaggiosamente il dispositivo 1 pu? essere traspirante, i.e. pu? permettere il passaggio di gas, e in particolare di aria da un lato all?altro.
PRIMO STRATO 2
Opportunamente detto primo strato 2 pu? essere realizzato in materiale morbido, al fine di potersi adattare alla posizione in cui viene posizionato, come sar? chiaro in seguito.
Opportunamente il primo strato 2 pu? essere sostanzialmente traspirante, e, in particolare, il materiale che compone il primo strato 2 pu? essere a sua volta traspirante.
Vantaggiosamente il materiale filtrante di cui ? composto il primo strato 2 pu? comprendere nano-cluster di materiale a base di carbonio.
Vantaggiosamente per nano-cluster di materiale a base di carbonio si intendono agglomerati di predefiniti numeri di atomi di carbonio aventi una forma geometrica determinata, possibilmente non regolare. In particolare ad esempio detti nano-cluster di materiale a base di carbonio possono comprendere un numero di atomi e preferibilmente un numero di atomi di carbonio, uguale a 38 o uguale a 75, o uguale a 101. Preferibilmente gli atomi possono essere posizionati secondo un reticolo sostanzialmente cubico a facce centrate (fcc).
Opportunamente i nano-cluster di materiale a base di carbonio possono avere una forma sostanzialmente ottaedrica troncata, o decaedrica. In particolare nel caso in cui siano composti da 38 atomi possono avere una forma ottaedrica troncata. In particolare nel caso in cui siano composti da 75 atomi possono avere una forma decaedrica, e preferibilmente la forma di un decaedro di Marks, e pi? preferibilmente un decaedro di Marks avente valori di m, n, e p uguali rispettivamente a 2, 2 e 2. In particolare nel caso in cui siano composti da 101 atomi possono avere una forma decaedrica, e preferibilmente la forma di un decaedro di Marks, e pi? preferibilmente un decaedro di Marks avente valori di m, n, e p uguali rispettivamente a 2, 3 e 2. Con valori di m, n, e p si intendono, in maniera tradizionale, i parametri che descrivono la forma del decaedro, e, in particolare, con m si intende la dimensione del lato orizzontale ? i.e. quello adiacente alla faccia (111) del decaedro - della faccia (100) del decaedro, al lato verticale ? i.e. quello adiacente ad un'altra faccia (100) del decaedro - della faccia (100) del decaedro, e p ? la cosiddetta rientranza di Mark.
Preferibilmente i nano-cluster di materiale a base di carbonio possono non comprendere un numero di atomi, e preferibilmente un numero di atomi di carbonio, uguale a 55.
Opportunamente i nano-cluster di materiale a base di carbonio possono essere aggregati in nanoparticelle di materiale a base di carbonio, che quindi costituiscono sostanzialmente degli aggregati di nano-cluster di materiale a base di carbonio, e che possono avere un diametro sostanzialmente compreso tra 10 e 200 nm, cos? come misurato mediante microscopia elettronica a trasmissione (Transmission Electron Microscopy, TEM).
Vantaggiosamente i nano-cluster di materiale a base di carbonio, e in particolare le nanoparticelle di materiale a base di carbonio possono essere organizzati in modo da formare degli aggregati sostanzialmente allungati, cio? sostanzialmente delle nano-fibre 4, come mostrato in fig. 3-5.
Vantaggiosamente quindi le nano-fibre 4 di materiale a base di carbonio possono avere una struttura policristallina e/o para-cristallina. In particolare quindi le nano-fibre 4 possono non presentare ordine a lungo termine, cio? le nanoparticelle di materiale a base di carbonio possono aggregarsi in maniera sostanzialmente casuale. Opportunamente con ?lungo raggio? si intende una distanza caratteristica che ? maggiore, e preferibilmente molto maggiore rispetto alle dimensioni dell?oggetto in questione. In particolare, nel caso delle nanoparticelle di materiale a base di carbonio ad esempio, per ?lungo raggio? si intende una distanza superiore alla decina, e preferibilmente superiore al centinaio di nanometri.
Opportunamente le nano-fibre 4 di materiale a base di carbonio possono costituire un reticolo interconnesso, il quale, preferibilmente, non presenta ordine a lungo raggio. In particolare, nel caso delle nano-fibre di materiale a base di carbonio ad esempio, per ?lungo raggio? si intende una distanza superiore al centinaio di nanometri, e preferibilmente superiore al micron.
Quando una pluralit? di nano-fibre 4 di materiale a base di carbonio comprende una pluralit? di nano-cluster di materiale a base di carbonio, il rapporto tra il diametro medio delle nano-fibre 4 e il diametro medio dei nanocluster di materiale a base di carbonio pu? essere compreso tra 1 e 100.
Il rapporto tra il diametro medio delle nano-fibre 4 e il diametro medio delle nanoparticelle di materiale a base di carbonio pu? essere determinato trovando il diametro medio delle nano-fibre 4 e il diametro medio delle nanoparticelle di materiale a base di carbonio e quindi dividendo il diametro medio delle nano-fibre 4 di materiale a base di carbonio per il diametro medio delle nanoparticelle di materiale a base di carbonio. In forme di realizzazione in cui ? presente pi? di uno strato di nano-fibre 4 di materiale a base di carbonio, ciascuno strato di nano-fibre 4 di materiale a base di carbonio pu? avere indipendentemente un rapporto tra il diametro medio delle nano-fibre 4 di materiale a base di carbonio e il diametro medio delle nanoparticelle di materiale a base di carbonio in uno o pi? degli intervalli descritti sopra.
Opportunamente le nano-fibre 4 di materiale a base di carbonio comprendono una percentuale in peso compresa tra 85% al 99% sul peso totale delle nano-fibre 4 di nano-particelle di materiale a base di carbonio.
Vantaggiosamente dette nano-fibre 4 di materiale a base di carbonio possono comprendere, oltre a detti nano-cluster e/o dette nanoparticelle di materiale a base di carbonio, anche una determinata quantit? di molecole organiche. Opportunamente dette molecole organiche possono essere presenti in condizione sostanzialmente isolata, o sotto forma di macro-molecole e/o polimeri.
Quando presente, uno strato di nano-fibre 4 di materiale a base di carbonio pu? avere una grammatura che va da 0,05 g/m<2>, a 10 g/m<2>.
Opportunamente il primo strato 2 pu? avere una superficie specifica compresa tra 1 m<2>/g a 100 m<2>/g.
L'area superficiale specifica di detto primo strato 2, e in particolare del materiale formato dalle nano-fibre 4 di materiale a base di carbonio, pu? essere determinata in conformit? con la Sezione 10 del Battery Council International Standard BCIS-03A (2009), "Specifiche del materiale delle batterie consigliate Batterie ricombinanti regolate da valvola", la Sezione 10 ? "Metodo di prova standard per Superficie del tappetino separatore per batterie ricombinanti. Seguendo questa tecnica, l'area superficiale specifica viene misurata mediante analisi di adsorbimento utilizzando un analizzatore di superficie BET (es. Micromeritics Gemini III 2375 Surface Area Analyzer) con gas azoto; la quantit? del campione ? compresa tra 0,5 e 0,6 grammi in un tubo da 3/4 "; e il campione viene lasciato degasare a 100?C per un minimo di 3 ore.
Opportunamente il primo strato 2 pu? avere uno spessore compreso tra 0,5 micron e 250 micron.
Lo spessore di uno strato di nano-fibre 4 pu? essere determinato mediante microscopia elettronica a scansione (Scanning Electron Microscopy, SEM) in sezione trasversale.
Opportunamente il primo strato 2, e in particolare il materiale comprendente nano-fibre 4 di materiale a base di carbonio pu? avere una dimensione media dei pori di flusso da 0,05 micron a 25 micron.
La dimensione media dei pori di flusso di uno strato di nano-fibra pu? essere determinata a secondo ASTM F316 (2003).
Opportunamente il primo strato 2, e in particolare il materiale comprendente nano-fibre 4 di materiale a base di carbonio pu? avere un rapporto tra la dimensione massima dei pori e la dimensione media dei pori del flusso pi? grande compreso tra 1,3 e 15.
Il rapporto tra la dimensione massima dei pori e la dimensione media dei pori del flusso di uno strato di nano-fibre 4 di materiale a base di carbonio pu? essere determinato trovando la dimensione massima dei pori e la dimensione media dei pori del flusso secondo ASTM F316 (2003) e quindi dividendo la dimensione massima dei pori per la dimensione media dei pori del flusso.
Quando presente, uno strato di nano-fibre 4 di materiale a base di carbonio una permeabilit? all'aria compresa tra 0,05 CFM e 10 CFM.
La permeabilit? all'aria di uno strato di nano-fibre 4 pu? essere determinata secondo ASTM Test Standard D737-04 (2016) a una pressione di 125 Pa.
Opportunamente il primo strato 2, e in particolare il materiale di nanofibre 4 di materiale a base di carbonio pu? avere una variet? di permeabilit? all'acqua adatte. Lo strato di nano-fibre 4 ha una permeabilit? all'acqua compresa tra 0,05 mL / (min x cm<2 >x psi) e 5 mL / (min x cm<2 >x psi).
La permeabilit? all'acqua pu? essere determinata esponendo un campione con un'area di 4,8 cm<2 >ad acqua deionizzata a una pressione costante di 20 psi e raccogliendo l'acqua che scorre attraverso.
Quando presente, uno strato di nano-fibre 4 pu? avere una variet? di angoli di contatto con l'acqua adatti. L'angolo di contatto con l'acqua ? compreso tra 5? e 175?.
L'angolo di contatto pu? essere determinato secondo ASTM D5946 (2009).
Il primo strato 2, e in particolare il materiale di nano-fibre 4 di materiale a base di carbonio pu? avere propriet? antivirali contro i virus presenti nell'aria comprese tra il 95% e il 99%
Le propriet? antivirali contro i virus trasportati dall'aria possono essere determinate secondo la pratica standard ASTM E1052/20 per valutare l'attivit? dei microbicidi contro i virus in sospensione.
Il primo strato 2, e in particolare il materiale di nano-fibre 4 di materiale a base di carbonio pu? avere propriet? antibatteriche comprese tra il 96% e il 99%.
Le propriet? antibatteriche possono essere determinate secondo il metodo di prova standard ASTM E3160/18 per la valutazione quantitativa delle propriet? antibatteriche di articoli trattati antibatterici porosi
Il primo strato 2, e in particolare il materiale di nano-fibre 4 di materiale a base di carbonio pu? avere una variet? di capacit? di filtraggio adeguata di aerosol e particolato di classe PM1 (0,3 - 1 micron), PM2,5 (0,3 - 2,5 micron) e PM10 (0,3 - 10 micron). Preferibilmente Il primo strato 2, e in particolare il materiale di nano-fibre 4 di materiale a base di carbonio ha una capacit? di filtraggio di aerosol e particolato per la classe PM1 (0,3 - 1 micron) compresa tra il 90% e il 95%, per la classe PM2,5 (0,3 ? 2,5 micron) tra il 93% e il 96% e per la classe PM10 (0,3 - 10 micron) tra il 97% e il 100%.
Le propriet? di capacit? di filtraggio possono essere determinate secondo le specifiche tecniche UNI EN ISO 16890/2017, i requisiti e il sistema di valutazione dell'efficienza in base al particolato (ePM) per i media filtranti.
Il primo strato 2, e in particolare il materiale di nano-fibre 4 pu? avere di cadute di pressione tra 50 e 80 Pascal.
Le propriet? di caduta di pressione possono essere determinate secondo UNI EN ISO 10339/1995 Caratteristiche Sistemi aeraulici per scopi di benessere.
Opportunamente il primo strato 2 pu? avere una solidit? compresa tra 1% e 25% e con combinazioni dei suddetti intervalli.
La solidit? ? equivalente alla percentuale del primo strato 2 occupata da materiale solido.
Il metodo descritto in questo paragrafo include la determinazione del peso e dello spessore del primo strato 2 e quindi l'applicazione della seguente formula: solidit? = [peso base / (densit? della fibra * spessore)] * 100%.
La densit? della nano-fibra 4 ? equivalente alla densit? media del materiale o dei materiali che formano la nano-fibra 4, che ? tipicamente specificata dal produttore della nano-fibra 4. La densit? media dei materiali formanti fibre pu? essere determinata da: (1) determinando il volume totale di tutte le nano-fibre 4 nel primo strato 2; e (2) dividere la massa totale di tutte le fibre nello strato di nano-fibre 4 per il volume totale di tutte le nano-fibre 4 nel primo strato 2. Se sono note la massa e la densit? di ciascun tipo di nano-fibra 4 nel primo strato 2, il volume di tutte le nano-fibre 4 nel primo strato 2 pu? essere determinato da: (1) per ciascun tipo di fibra, dividendo la massa totale del tipo di nano-fibra 4 nello strato di strato di nano-fibre 4 dalla densit? del tipo di nano-fibra; e (2) sommando i volumi di ciascun tipo di nano-fibra. Se la massa e la densit? di ciascun tipo di fibra nello strato di nano-fibre 4 non sono note, il volume di tutte le fibre nello strato di nano-fibre 4 pu? essere determinato secondo il principio di Archimede.
Nelle forme di realizzazione in cui nel dispositivo 1 ? presente pi? di uno strato 2, ciascun primo strato 2, e in particolare il materiale di cui sono costituiti, pu? avere indipendentemente propriet? in uno o pi? degli intervalli sopra descritti.
SECONDO STRATO 6
In una seconda forma di realizzazione rappresentata in figura 2 il dispositivo 1 secondo l?invenzione pu? comprendere, oltre al primo strato 2, anche almeno un secondo strato 6 configurato per fornire supporto meccanico al primo strato 2. Opportunamente il secondo strato 6 pu? essere associato al primo strato 2, ad esempio mediante uno strato adesivo (non rappresentato).
Vantaggiosamente il secondo strato 6 pu? essere posizionato a monte rispetto al primo strato 2. Alternativamente il secondo strato 6 pu? essere posizionato a valle rispetto al primo strato 2. Preferibilmente il secondo strato 6 pu? essere posizionato sostanzialmente a monte rispetto al primo strato 2.
In una forma di realizzazione non rappresentata il dispositivo 1 pu? comprendere una pluralit? di secondi strati 6 e/o una pluralit? di ulteriori secondi strati 6?. Opportunamente in questa forma di realizzazione il dispositivo pu? quindi prevedere una pluralit? di strati 2, 6, 6? frapposti lungo il flusso d?aria da filtrare.
Opportunamente anche detto almeno un secondo strato 6 pu? essere realizzato in materiale traspirante.
In una terza forma di realizzazione il dispositivo 1 pu? comprendere un ulteriore secondo strato 6?, che ad esempio pu? essere sostanzialmente analogo al secondo strato 6. Opportunamente l?ulteriore secondo strato 6? pu? essere associato al primo strato 2 in corrispondenza della superficie opposta rispetto a quella a cui ? associato il secondo strato 6. In particolare quindi il secondo strato pu? essere associato alla superficie del primo strato 2 che risulta a valle rispetto al flusso d?aria. Opportunamente l?ulteriore secondo strato 6? pu? essere associato al primo strato 2, ad esempio mediante un ulteriore strato adesivo (non rappresentato).
In una forma di realizzazione detto secondo strato 6 e/o detto ulteriore secondo strato 6? possono essere realizzati in un materiale adatto a contribuire all?efficacia filtrante del dispositivo 1. In una forma di realizzazione alternativa detto secondo strato 6 e detto ulteriore secondo strato 6? possono essere realizzati in un materiale che non contribuisce all?efficacia filtrante del dispositivo 1.
Detto secondo strato 6 e/o detto ulteriore secondo strato 6? preferibilmente comprendono, e preferibilmente sono composti di fibre non tessute.
Ad esempio, detto secondo strato 6 e/o detto ulteriore secondo strato 6? possono comprendere fibre non tessute umido, un nastro di fibre non tessute non umido (come, ad esempio, un nastro di fibre non tessute soffiato a fusione, un nastro di fibre non tessute cardate, o, pi? in generale, un nastro di fibre non tessute del tipo ?spun bond?, e cio? un tessuto in cui le fibre vengono stirate mediante l?aria compressa e depositate in modo casuale sulla tela di formazione per formare un velo e successivamente legate meccanicamente o termicamente mediante agugliatrici o calandre lisce o goffrate), un nastro di fibre non tessute filate mediante elettro filatura o filatura ad ultrasuoni e/o un altro tipo di nastro di fibre non tessute.
Nelle forme di realizzazione in cui ? presente pi? di un secondo strato 6, e/o di un ulteriore secondo strato 6?, ogni strato di supporto pu? essere indipendentemente da uno o pi? dei tipi sopra descritti.
In alcune forme di realizzazione, detto secondo strato 6 e/o detto ulteriore secondo strato 6? possono essere compressi. Ad esempio, detto secondo strato 6 e/o detto ulteriore secondo strato 6? possono essere stati calandrati, ad esempio possono comprendere uno strato soffiato a fusione calandrato, uno strato cardato calandrato, uno strato di ?spun bond? calandrato e/o uno strato calandrato a umido.
La calandratura pu? comportare, ad esempio, la compressione di uno o pi? strati utilizzando rulli di calandratura sotto una particolare pressione lineare, temperatura e velocit? di linea. Ad esempio, la pressione lineare pu? essere compresa tra 3 bar e 35 bar; la temperatura pu? essere compresa tra 20?C e 200?C; la velocit? della linea pu? essere compresa tra 0,03 m/sec e 1 m/sec.
In forme di realizzazione in cui ? presente pi? di un secondo strato 6, 6?, ogni strato pu? essere compresso indipendentemente ad una pressione lineare, temperatura e/o velocit? di linea in uno o pi? degli intervalli descritti sopra.
In alcune forme di realizzazione, detto secondo strato 6 e/o detto ulteriore secondo strato 6? comprendono una pluralit? di fibre comprendenti fibre naturali (ad esempio fibre di cellulosa). In alcune forme di realizzazione, detto secondo strato 6 e/o detto ulteriore secondo strato 6? comprendono una pluralit? di fibre comprendenti fibre sintetiche.
Le fibre sintetiche, se presenti, possono comprendere fibre sintetiche polimeriche, che possono essere monocomponente e/o multicomponente (es. fibre sintetiche bicomponente).
Esempi non limitativi di fibre sintetiche adatte includono fibre poliolefiniche (ad es. fibre di propilene), fibre di poliestere (ad es. fibre di poli-(butile tereftalato), fibre di poli-(etilene tereftalato), fibre di nylon, fibre di poliaramide, di poli-(vinil alcol), poli-(etere solfone), fibre poliacriliche (ad esempio, fibre di poli-(acrilonitrile), fibre di polimeri fluorurati (ad esempio, fibre di poli-(vinilidene difluoruro)) e fibre di acetato di cellulosa. In alcune forme di realizzazione, detto secondo strato 6 e/o detto ulteriore secondo strato 6? comprendono una pluralit? di fibre comprendente fibre di vetro. In una forma di realizzazione detto secondo strato 6 e/o detto ulteriore secondo strato 6? comprendono una miscela di dette fibre. Ad esempio possono comprendere pi? di un tipo di fibra (ad esempio, sia fibre di vetro che fibre sintetiche) o pu? includere esclusivamente un tipo di fibra (ad esempio, esclusivamente fibre sintetiche di pi? sottotipi, come sia fibre poliolefiniche che fibre di poliestere; o esclusivamente fibre di polipropilene). In alcune forme di realizzazione, la pluralit? di fibre detto secondo strato 6 e/o detto ulteriore secondo strato 6? comprende fibre a loro volta comprendenti una miscela di due o pi? e dei polimeri sopra elencati (ad es. una miscela di nylon e poliestere).
Vantaggiosamente fibre di cellulosa, le fibre di cellulosa in esso contenute possono avere un diametro medio compreso tra 1 micron e 100 micron.
Vantaggiosamente le fibre sintetiche possono avere un diametro medio compreso tra 0,01 micron e 50 micron.
Vantaggiosamente le fibre di vetro in esso contenute possono avere un diametro medio compreso tra 0,1 micron e 25 micron.
Le fibre presenti in detto secondo strato 6 e/o detto ulteriore secondo strato 6? possono avere una lunghezza media compresa tra 0,1 mm e 125 mm.
In alcune forme di realizzazione, detto secondo strato 6 e/o detto ulteriore secondo strato 6? comprendono fibre continue, che possono avere una lunghezza media delle fibre continue in un supporto e/o strato continuo pu? essere compresa tra 50 mm e 1500 metri.
In una forma di realizzazione detto secondo strato 6 e/o detto ulteriore secondo strato 6? possono comprendere una resina legante, che preferibilmente pu? essere presente in una quantit? compresa tra 0,1% e 5% sul peso dello strato 6, 6? peso.
Vantaggiosamente detto secondo strato 6 e/o detto ulteriore secondo strato 6? comprendono ha una solidit?, e cio? la percentuale dello strato di supporto occupato da materiale solido, compresa tra 1% e 50%.
Quando presente, detto secondo strato 6 e/o detto ulteriore secondo strato 6? presentano ha una grammatura compresa tra 10 g/m<2>, e 500 g/m<2>. Il peso pu? vantaggiosamente essere determinato secondo la norma ISO 536:2012.
Vantaggiosamente detto secondo strato 6 e/o detto ulteriore secondo strato 6? presentano un'area superficiale specifica compresa tra 0,1 m<2>/g e 100 m<2>/g. Opportunamente l?area superficiale specifica pu? essere determinata in conformit? con la Sezione 10 dello standard internazionale BCIS-03A del Consiglio per le batterie (2009), "Recommended Battery Material Specifications Valve Regulated Recombinant Batteries", in cui la Sezione 10 ? "Standard Test Method for Surface Area of Separator Mat for Recombinant Batteries". Seguendo questa tecnica, l'area superficiale specifica viene misurata mediante analisi di adsorbimento utilizzando un analizzatore di superficie BET (es. Micromeritics Gemini III 2375 Surface Area Analyzer) con azoto gassoso; la quantit? del campione ? compresa tra 0,5 e 0,6 grammi in un tubo da 3/4?; e il campione viene lasciato degassare a 100?C per un minimo di 3 ore.
Vantaggiosamente detto secondo strato 6 e/o detto ulteriore secondo strato 6? possono avere una variet? di dimensioni medie dei pori, determinata secondo la norma ASTM F316 (2003), compresa tra 0,1 micron e 800 micron.
Vantaggiosamente detto secondo strato 6 e/o detto ulteriore secondo strato 6? hanno una permeabilit? all'aria, determinata secondo ASTM Test Standard D737-04 (2016) ad una pressione di 125 Pa, compresa tra 0,2 CFM e 2500 CFM.
Vantaggiosamente detto secondo strato 6 e/o detto ulteriore secondo strato 6? hanno una capacit? di trattenimento della polvere compresa tra 100 g/m<2 >e 1200 g/m<2>.
La capacit? di trattenere la polvere ? la differenza tra il peso del materiale filtrante prima dell'esposizione a una certa quantit? di polvere fine e il peso del materiale filtrante dopo l'esposizione alla polvere fine, al raggiungimento di una particolare caduta di pressione attraverso il materiale filtrante, diviso per l'area del mezzo filtrante. La capacit? di trattenere la polvere pu? essere determinata con l'ausilio di un banco di prova a piastra piana ANSI / ASHRAE Standard 52.2-2012. Un campione dello strato 6, 6? con un'area di 100 cm<2 >pu? essere esposto alla polvere di prova a una velocit? di 15 fpm fino a quando la caduta di pressione del mezzo filtrante sale a 1,5 pollici di H2O su una colonna.
A questo punto il peso della polvere catturata pu? essere diviso per l'area del media filtrante per ottenere la capacit? di ritenzione della polvere. La polvere di prova utilizzata pu? essere la polvere di prova standard J726 72% SAE (fine) come descritto nello standard ANSI / ASHRAE 52.2-2012.
Opportunamente nelle forme di realizzazione in cui ? presente una pluralit? di secondi strati 6 e/o di ulteriori secondi strati 6?, ciascun secondo strato 6 e/o ulteriore secondo strato 6? pu? avere caratteristiche comprese negli intervalli sopra descritti, selezionata indipendentemente dalle caratteristiche degli altri secondi strati 6 e/o ulteriori secondi strati 6?.
DISPOSITIVO FILTRANTE 1
In alcune forme di realizzazione, il dispositivo filtrante 1 secondo l?invenzione pu? essere compreso in un apparato filtrante (non rappresentato). Esempi non limitativi di apparati filtranti idonei includono filtri a pannello piatto, filtri a V-bank (compresi, ad esempio, tra 1 e 24 V), filtri a cartuccia, filtri cilindrici, filtri conici e filtri curvilinei.
Gli apparati filtranti possono essere di qualsiasi altezza adeguata (ad esempio, tra 2 pollici e 124 pollici per filtri a schermo piatto, tra 4 pollici e 124 pollici per filtri a V-bank, tra 2 cm e 350 cm per cartucce e media filtranti cilindrici).
Gli apparati filtranti possono anche essere di qualsiasi larghezza opportuna (tra 1 cm e 350 cm per i filtri a schermo piatto, tra 5 cm e 350 cm per i filtri a V-bank). Alcuni apparati filtranti (ad esempio apparati filtranti a cartuccia, apparati filtranti cilindrici) possono essere caratterizzati da un diametro anzich? da una larghezza; questi apparati filtranti possono avere un diametro di qualsiasi valore opportuno (es. tra 2 cm e 300 cm). Gli apparati filtranti comprendono tipicamente un telaio, che pu? essere costituito da uno o pi? materiali quali cartone, alluminio, acciaio, leghe, legno e polimeri.
METODO DI PRODUZIONE
In una preferita forma di realizzazione il primo strato 2 pu? essere realizzato a partire da un precursore fluido.
Opportunamente all?interno del precursore fluido possono essere presenti i nano-cluster di materiale a base di carbonio. Opportunamente questi possono essere presenti gi? sotto forma di aggregati, i.e. sotto forma di nanoparticelle di materiale a base di carbonio, o sotto forma di nano-fibre 4, o sotto forma di nano-cluster disaggregati.
Il fluido precursore pu? essere una soluzione (es. un fluido in cui un solvente dissolve uno o pi? soluti), una dispersione o sospensione (es. un fluido in cui una o pi? particelle sono stabilmente disperse, ed eventualmente comprendente un solvente che dissolve una o pi? soluti) o altro tipo di fluido adatto. Il precursore fluido ha una viscosit? che va da 100 cPs a 1250 cPs, e con combinazioni degli intervalli di cui sopra.
La viscosit? del precursore fluido pu? essere determinata mediante l'uso di un viscosimetro rotazionale ad una velocit? di taglio di 1,7 s<-1 >e una temperatura di 20?C. La viscosit? pu? essere determinata dal viscosimetro rotazionale una volta che il valore visualizzato su di esso si ? stabilizzato.
Un esempio di un viscosimetro rotazionale adatto ? un viscosimetro Brookfield LVT avente un n. 62. Nelle forme di realizzazione in cui ? presente pi? di uno strato di nano-fibre 4, ogni strato di nano-fibre 4 pu? essere formato indipendentemente da un precursore fluido avente una viscosit? in uno o pi? degli intervalli descritto sopra.
Preferibilmente, il primo strato 2 di nano-fibre 4 pu? essere formato mediante elettro-spinning e/o spinning a ultrasuoni facendo girare il precursore fluido su un supporto per formare uno strato di nano-fibre 4 disposto sul supporto stesso.
In una forma di realizzazione detto supporto pu? comprendere, e preferibilmente essere costituito da detto secondo strato 6 o da detto ulteriore secondo strato 6?.
ESEMPI ESEMPIO 1
Questo esempio descrive la fabbricazione e la prova di mezzi filtranti comprendenti un primo strato 2 comprendente nano-fibre 4 formate da Nylon 6 e nano-cluster di materiale a base di carbonio.
Il primo strato 2 ? stato fabbricato mediante elettro-filatura di uno strato di nano-fibre 4 da un fluido precursore comprendente Nylon 6 e nano-cluster di materiale a base di carbonio avente un'area superficiale specifica di 300 m2/g e un diametro medio di 15 nm.
Le quantit? di nano-cluster di materiale a base di carbonio e Nylon 6 in ciascun fluido precursore sono elencate di seguito nella Tabella 1.
TABELLA 1
Ciascun fluido precursore ? stato elettro-filato a campo elettrico costante e umidit? costante su uno strato di supporto (secondo strato 6) realizzato in di fibra non tessuta fino a formare campioni dispositivo filtrante 1 di grammature variabili comprendenti un primo strato 2 di nano-fibre 4 disposto su un secondo strato 6 di supporto.
Sono stati ottenuti e confrontati tra loro campioni di ciascun tipo di dispositivo filtrante 1 (ad esempio, comprendente strati di nano-fibre 4 che includono e non includono nano-cluster di materiale a base di carbonio) aventi valori di permeabilit? all'aria sostanzialmente identici tra loro.
Il diametro medio delle nano-fibre 4 in ciascun primo strato 2 ? stato misurato utilizzando SEM (v. fig. 4-6), e la permeabilit? all'aria, il valore di ?, il rapporto ? iniziale a 4 micron, il rapporto ? iniziale a 1,5 micron e l'angolo di contatto sono stati misurati come descritto altrove nel presente documento.
In particolare il valore ? ? definito secondo la seguente formula:
In particolare il rapporto ? ? dato dal numero di particelle di una particolare dimensione presenti a monte del filtro rispetto a quelle presenti a valle del filtro.
I campioni comprendenti un primo strato 2 di nano-fibre 4 comprendente nano-cluster di materiale a base di carbonio hanno superato i campioni comprendenti uno strato filtrante di nano-fibre privo di nano-cluster di materiale a base di carbonio in vari modi, come riassunto di seguito nella tabella 2. Come si pu? vedere dalla tabella 2 infatti, il campione comprendente un primo strato 2 di nano-fibre 4 comprendente nano-cluster di materiale a base di carbonio aveva un valore di ? pi? elevato, una dimensione media dei pori di passaggio pi? elevata e valori pi? elevati del rapporto ? iniziale a 4 micron e 1,5 micron rispetto al campione che include uno strato filtrante di nano-fibre 4 privo di nano-cluster di materiale a base di carbonio.
La maggiore dimensione media dei pori di passaggio dei campioni che includono un primo strato 2 secondo l?invenzione ? indicativa di un mezzo filtrante pi? aperto, con una minore solidit? dello strato di nano-fibre 4 al suo interno. La migliorata integrit? strutturale di questo strato di nano-fibre 4 ? probabilmente la causa dei valori di rapporto ? iniziale migliorati.
TABELLA 2
ESEMPIO 2
Questo esempio descrive la fabbricazione e la prova di dispositivi 1 comprendenti un primo strato 2 di nano-fibre 4 comprendenti nano-fibre 4 formate da poliestere e nano-cluster di materiale a base di carbonio. I nanocluster di materiale a base di carbonio sono stati incorporati all'interno delle nano-fibre 4.
Il primo strato 2 di nano-fibre 4 ? stato fabbricato mediante ultrasuoni filando uno strato di nano-fibre 4 da un fluido precursore comprendente nanocluster di materiale a base di carbonio e un precursore a base di poliestere e avente un'area superficiale specifica di 200 m<2>/g e un diametro medio di 25 nm.
Le quantit? di nano-cluster di materiale a base di carbonio e poliestere in ciascun fluido precursore sono elencate di seguito nella Tabella 3.
TABELLA 3
TABELLA 4
Ciascun fluido precursore ? stato filato ad ultrasuoni a umidit? costante su uno strato di supporto in nastro di fibra non tessuta per formare campioni di dispositivi filtranti 1 di grammature variabili comprendenti uno strato di nanofibre 4 disposto sullo strato di supporto.
Sono stati ottenuti e confrontati tra loro campioni di ciascun tipo di dispositivi filtranti ad esempio, comprendente strati di nano-fibre 4 comprendenti nano-cluster di materiale a base di carbonio, e nano-fibre non comprendenti nano-cluster di materiale a base di carbonio aventi gli stessi valori di permeabilit? all'aria tra loro.
Il diametro medio delle fibre in ciascuno strato di nano-fibre 4 ? stato misurato utilizzando SEM e la permeabilit? all'aria, il ?, il rapporto ? iniziale a 4 micron, il rapporto ? iniziale a 1,5 micron e l'angolo di contatto sono stati misurati come descritto altrove nel presente documento.
I campioni comprendenti un primo strato 2 di nano-fibre 4 comprendente nano-cluster di materiale a base di carbonio hanno superato i campioni comprendenti uno strato di nano-fibre 4 privo di nano-cluster di materiale a base di carbonio in vari modi, come riassunto di seguito nella tabella 3.
Come si pu? vedere dalla tabella 3, anche in questo esempio, il campione comprendente un primo strato 2 comprendente nano-fibre 4 comprendenti nano-cluster di materiale a base di carbonio presenta un valore pi? elevato di ?, una dimensione media dei pori di passaggio pi? elevata e valori pi? elevati del rapporto ? iniziale a 4 micron e 1,5 micron rispetto al campione che includeva uno strato di nano-fibre privo di nano-cluster di materiale a base di carbonio.
Un'altra caratteristica delle nano-fibre 4 comprendenti nano-cluster di materiale a base di carbonio ? la maggiore capacit? di filtrazione di particelle e aerosol per le classi PM1 e PM2.5, rispetto alla nano-fibra tessuta senza nanocluster di materiale a base di carbonio.
La maggiore dimensione media dei pori di passaggio dei primi strati 2 secondo l?invenzione che includono uno strato di nano-fibre 4 comprendente nano-cluster di materiale a base di carbonio ? indicativa di un dispositivo filtrante 1 pi? aperto, con una minore solidit? dello strato di nano-fibre 4 al suo interno. La migliorata integrit? strutturale di questo strato di nano-fibre 4 ? probabilmente la causa dei valori di rapporto ? iniziale migliorati.
ESEMPIO 3
Questo esempio descrive la fabbricazione e la prova di mezzi filtranti comprendenti un primo strato 2 di nano-fibre 4, e in particolare formate da poliestere e nano-cluster di materiale a base di carbonio. I nano-cluster di materiale a base di carbonio sono stati incorporati all'interno delle nano-fibre 4.
Lo strato di nano-fibre 4 ? stato fabbricato mediante ultrasuoni filando uno strato di nano-fibre 4 da un fluido precursore comprendente un precursore a base di poliestere e nano-cluster di materiale a base di carbonio avente un'area superficiale specifica di 250 m2/g e un diametro medio di 25 nm.
I campioni di nano-fibre 4, per la valutazione delle loro caratteristiche antimicrobiche, sono stati contaminati con ceppi batterici di Klebsiella pneumoniae - ATCC 4352 e con ceppi di Staphylococcus aureus - ATCC 6538 I campioni di nano-fibre 4, per la valutazione delle loro caratteristiche antivirali contro i virus aerotrasportati, sono stati contaminati con ceppo H1N1 Virus influenzali.
Le quantit? di nano-cluster di materiale a base di carbonio e poliestere in ciascun fluido precursore sono elencate di seguito nella Tabella 5.
TABELLA 5
TABELLA 6
Ciascun fluido precursore ? stato filato ad ultrasuoni a umidit? costante su uno strato di supporto in nastro di fibra non tessuta per formare campioni di mezzi filtranti di grammature variabili comprendenti uno strato di nano-fibre 4 disposto sullo strato di supporto.
I campioni comprendenti un primo strato 2 di nano-fibre 4 comprendente nano-cluster di materiale a base di carbonio hanno superato i campioni comprendenti uno strato di nano-fibre 4 privo di nano-cluster di materiale a base di carbonio in vari modi, come riassunto di seguito nella Tabella 5.
In questo esempio, il campione comprendente uno strato di nano-fibre 4 comprendente nano-cluster di materiale a base di carbonio aveva una propriet? antibatterica pi? elevata e propriet? antivirali superiori.
Come risulta chiaramente da quanto detto il dispositivo filtrante secondo l?invenzione ? particolarmente vantaggioso, anzi, ottimale, in quanto:
? presenta un?efficacia filtrante superiore rispetto ad altri dispositivi filtranti realizzati secondo lo stato dell?arte,
? ? di semplice e rapida fabbricazione,
? permette di sfruttare le propriet? di materiali innovativi.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI
1. Dispositivo filtrante (1), in particolare per un flusso d?aria, comprendente un primo strato (2) comprendente a sua volta fibre (4) di materiale a base di carbonio, e caratterizzato dal fatto che dette fibre comprendono nano-cluster di materiale a base di carbonio avente una struttura di tipo cubico a facce centrate (fcc).
2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detti nanocluster di materiale a base di carbonio:
? comprendono un numero di atomi, e preferibilmente un numero di atomi di carbonio, pari a 38 o pari a 75, o pari a 101, e/o
? hanno forma ottaedrica troncata o decaedrica.
3. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che dette nano-fibre (4) di materiale a base di carbonio comprendono una percentuale in peso compresa tra 85% al 99% sul peso totale delle nano-fibre (4) di nano-particelle di materiale a base di carbonio
4. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che dette nano-fibre (4) di materiale a base di carbonio comprendono una percentuale di materiale polimerico compresa tra 1 e 15% in peso.
5. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto primo strato (2) ha uno spessore compreso tra 0,5 micron e 250 micron.
6. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che il rapporto tra il diametro di dette nano-fibre (4), di materiale a base di carbonio, e detti nano-cluster di materiale a base di carbonio ? compreso tra 1 e 100.
7. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un secondo strato (6), preferibilmente in materiale tessuto-non-tessuto, posizionato a monte di detto primo strato (2) rispetto alla direzione di avanzamento del flusso d?aria da filtrare.
8. Dispositivo secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che dette nano-fibre (4) di materiale a base di carbonio formano un reticolo interconnesso privo di ordine a lungo raggio.
9. Metodo per la realizzazione di un dispositivo (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che dette nano-fibre (4) di materiale a base di carbonio vengono preparate a partire da un precursore fluido all?interno del quale sono presenti in soluzione e/o in sospensione detti nano-cluster di materiale a base di carbonio e, preferibilmente, almeno un precursore di detto materiale polimerico.
10. Metodo secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che le nano-fibre di materiale a base di carbonio sono realizzate mediante un processo di elettro-filatura o di filatura ad ultrasuoni a partire da detto precursore fluido.
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