ITUD20100184A1 - Filtro e procedimento per la sua realizzazione - Google Patents

Description

Descrizione

"FILTRO E PROCEDIMENTO PER LA SUA REALIZZAZIONE"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Il presente trovato si riferisce ad un filtro, ed al procedimento per la sua realizzazione, impiegabile nei circuiti dell’aria di impianti di riscaldamento, ventilazione e/o condizionamento aria (sistemi HVAC, acronimo di Heating, Ventilation and Air Conditioning) nelle aree da interno. In particolare, il filtro secondo il trovato abbina un’azione filtrante ad un’azione battericida, per la sanificazione dell’aria.

II presente trovato si impiega, in particolare, sia in ambito domestico, negli esercizi pubblici e sia in qualsiasi altro ambiente pubblico o privato quale ad esempio alberghi, mense, sale conferenza, capannoni industriali, centri di ritrovo quali cinema e teatri, scuole, uffici ed altro ancora.

STATO DELLA TECNICA

Sono noti nella tecnica vari impianti per il condizionamento, la depurazione e l’abbattimento di sostanze potenzialmente nocive, o maleodoranti, presenti nell’aria di un ambiente chiuso o parzialmente chiuso.

E noto, in particolare, realizzare filtri aria standard per impianti di condizionamento, i quali sono formati da un supporto filtrante, solitamente nella forma di un tessuto, che viene trattato superficialmente per consentire l’applicazione superficiale di una composizione di metalli con azione battericida. Inconveniente principale di tali filtri noti à ̈ che l’applicazione dei metalli battericidi al supporto filtrante non à ̈ stabile, né affidabile e si ha il concreto rischio di trascinamento di metalli nel circuito dell’aria e la conseguente immissione nell’ambiente condizionato/ventilato, potenzialmente tossica, o comunque non salutare, per l’uomo.

E’ noto dal documento WO-A-2006087754 realizzare un sistema filtrante per l’aria di tipo rigenerabile utilizzabile in una macchina di refrigerazione, avente un elemento filtrante formato da un letto granulare di alluminosilicati metallizzati con ioni metallici con attività antibatterica e non tossici per il corpo umano, come argento, zinco, rame e dimensioni delle particelle da 1 micron a 50 mm. Tale elemento filtrante, specificamente preposto al trattamento sanificante dell’aria interna ai frigoriferi, può essere abbinato ad un pre-filtro in chitosano od un suo derivato funzionalizzato, metallizzato con uno o più dei suddetti ioni metallici antibatterici. Tale sistema filtrante noto non à ̈ adatto ai sistemi HVAC, in quanto data la loro peculiarità, esso à ̈ incompatibile strutturalmente, nonché presenta costi eccessivi. Inoltre, la zeolite micronizzata su un supporto leggero, come sono quelli idonei ai sistemi HVAC, rischia di disperdere lungo il sistema aeraulico nanoparticelle nocive per la salute, sotto le sollecitazioni della ventilazione forzata. La domanda europea EP-A- 1607107 descrive un dispositivo di rimozione di sostanze pericolose utilizzabile come filtro aria e formato da un supporto e da un anticorpo, ovvero una proteina reattiva per una specifica sostanza pericolosa. Il supporto à ̈ realizzato con un materiale fibroso che controlla l’umidità e può essere rivestito con un agente antibatterico, ad esempio chitosano, argento supportato su silice colloidale o su zeolite od altro.

La domanda JP-A-7256025 descrive un filtro aria con effetto sterilizzante comprendente un agente antibatterico a base di argento incorporato in silice porosa e miscelato a chitosano, il quale viene legato ad un filtro.

La domanda di brevetto KR-A- 10200511943 descrive un filtro HEPA comprendente un tessuto non tessuto impregnato con una sostanza antibatterica, quale una soluzione a base di chitosano, nanoparticelle di argento, acqua ed un legante.

La domanda KR-A-102005050371 descrive un filtro HEPA deodorizzante con un elemento filtrante a base di nanoparticelle di argento, un filtro a carboni attivi per rimuovere i contaminanti ed un filtro a chitosano come antibatterico.

In generale, quindi, sono stati compiuti sforzi per ottenere una stabile connessione tra metalli e supporto filtrante, i quali hanno, tuttavia, portato, alla produzione di filtri non standard per il settore di cui si discute, ovvero che, una volta inseriti nel circuito di una macchina aeraulica, non sono in grado di mantenere costanti le efficienze, prevalenze, portate e, in genere, i parametri di funzionamento richiesti da norma di legge per tali macchine. Ad esempio, un prefiltro ondulato ha tipicamente caduta di pressione inferiore a circa 5,0 mm (H20), mentre un filtro assoluto a tasche rigide ha normalmente caduta di pressione inferiore a circa 35,0 mm (H20).

Uno scopo del presente trovato à ̈ quello di realizzare un filtro, e mettere a punto un procedimento per la sua produzione, che abbia sia efficacia filtrante, sia efficacia battericida, mantenendo inalterati, nel contempo, i parametri di funzionamento di una macchina aeraulica in cui viene inserito, secondo i tipici standard richiesti nel settore.

Per ovviare agli inconvenienti della tecnica nota e per ottenere questo ed ulteriori scopi e vantaggi, la Richiedente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

Salvo che siano definiti altrimenti, tutti i termini tecnici e scientifici utilizzati qui e di seguito hanno lo stesso significato comunemente inteso da una persona di ordinaria esperienza nel campo della tecnica cui appartiene il presente trovato. Anche se metodi e materiali simili o equivalenti a quelli qui descritti possono essere utilizzati nella pratica o nelle prove di verifica del presente trovato, di seguito sono descritti, a titolo di esempio, i metodi e i materiali. In caso di conflitto prevale la presente domanda, incluse le definizioni. I materiali, metodi ed esempi hanno carattere puramente illustrativo e non devono essere intesi in modo limitativo.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato à ̈ espresso e caratterizzato nelle rivendicazioni indipendenti, mentre le relative rivendicazioni dipendenti espongono altre caratteristiche del presente trovato o varianti dell’idea di soluzione principale.

In accordo con il suddetto scopo, un filtro per impianti di condizionamento, di ventilazione, di climatizzazione, di riscaldamento e di depurazione dell’aria secondo il presente trovato comprende un supporto filtrante al quale sono stabilmente associati uno o più di metalli aventi azione battericida scelti in un gruppo comprendente: metalli nobili quali argento, oro, platino, oppure metalli pesanti quali ferro, rame, manganese, zinco, litio, oppure una molecola organica ad azione battericida appartenente alla famiglia dei sali d’ammonio quaternari. Una forma di realizzazione del presente trovato prevede l’utilizzo di Cetil TrimetilAmmonio Bromuro (CTAB) come sale d’ammonio quaternario.

I suddetti metalli possono essere presi singolarmente oppure in miscela tra loro ed inoltre singolarmente od in miscela con il sale d’ammonio quaternario.

Secondo un aspetto del presente trovato, il supporto filtrante comprende un biopolimero a base di chitosano, in concentrazione in peso maggiore od uguale a circa 15%.

In forme di realizzazione, il supporto filtrante secondo il presente trovato ha grammatura compresa tra 70 g/m<2>e 85 g/m<2>e spessore compreso tra 0,40 mm e 0,60 mm, vantaggiosamente ottenendo una conformità con le specifiche dei filtri utilizzati tradizionalmente nei sistemi HVAC.

In particolare, il suddetto biopolimero a base di chitosano à ̈ provvisto di almeno uno o più gruppi funzionali quali presentano elevata affinità di legame con i suddetti metalli per determinare un legame stabile con detti metalli e/o sale d’ammonio quaternario.

La presenza di tali gruppi funzionali, di conseguenza, crea un legame chimico forte e termodinamicamente stabile tra metallo/i e/o sale d’ammonio quaternario e biopolimero, così garantendo che essi non vengano trascinati nel circuito dell’aria. Il chitosano à ̈ vantaggioso in quanto, oltre a presentare i suddetti gruppi funzionali, ha, nativamente, un’efficace azione battericida, che, in sinergia con l’effetto battericida dei metalli coinvolti e/o sale d’ammonio quaternario, determina un notevole aumento della capacità di abbattere la carica batterica da parte del filtro secondo il trovato.

Forme di realizzazione del presente trovato prevedono un intervallo di concentrazione del chitosano, nel supporto filtrante, compreso tra 15% ed il 35% in peso, preferibilmente tra 15% e 25% in peso, ancor più preferibilmente tra 15% e 20% in peso. Alcune forme realizzative specifiche prevedono una concentrazione di chitosano tra 15% e 17% in peso. Una forma realizzativa esemplificativa prevede chitosano al 16% in peso.

La parte in peso rimanente del supporto filtrante del presente trovato à ̈ tipicamente formata da fibra polimerica sintetica quale ad esempio fibre viscose oppure Polipropilene od ancora Nylon 6,6.

Tali intervalli di valori di concentrazione forniscono un ottimale compromesso tra effetto battericida, in sinergia con i suddetti metalli e/o sale d’ammonio quaternario, incorporazione dei metalli e/o sale d’ammonio quaternario e caratteristiche strutturali tipicamente necessitate dai filtri HVAC di cui si discute, in particolare in termini di grammatura e spessore. In questo modo, il filtro ottenibile secondo il presente trovato può essere introdotto in una macchina aeraulica di un sistema HVAC senza alterarne i valori di efficienze e prevalenza. Le perdite di carico del media filtrante secondo il presente trovato sono infatti inferiori a circa 5,0 mm (II20).

In alcune forme di realizzazione, i metalli sono selezionati tra argento, rame e zinco, con adsorbimento sul biopolimero maggiore del 30% in peso. In particolare, argento e rame garantiscono adsorbimento maggiore del 40% in peso, fino a valori anche maggiori di 80% in peso.

In alcune forme realizzative, il metallo selezionato à ̈ argento a concentrazione compresa tra circa 0,2 mM e 0,5 mM, oppure à ̈ argento con concentrazione maggiore o uguale di 0,01 mM, preferibilmente tra 0,01 mM e 0,025 mM, in miscela con rame e zinco, entrambi con concentrazione maggiore o uguale di ImM, preferibilmente tra 1 mM e 2 mM, con riferimento ad una soluzione di contatto con il biopolimero.

In alcune forme di realizzazione, il sale d’ammonio quaternario, quale ad esempio il Cetil TrimetilAmmonio Bromuro (CTAB), ha una concentrazione di circa 0,5 mM con riferimento alla soluzione di contatto.

Secondo alcune forme di realizzazione del presente trovato, i suddetti uno o più metalli e/o sale d’ammonio quaternario sono associati al supporto filtrante mediante incorporazione nel biopolimero.

In questo modo, si ottiene un trattamento che permette l’adesione dei suddetti metalli e/o sale d’ammonio quaternario su tutto il volume del supporto filtrante, e non solo un trattamento superficiale. Di conseguenza, il presente trovato non à ̈ soggetto all’inconveniente del trascinamento dei metalli dovuto al flusso dell’aria: la sua efficacia viene preservata e non si ha più l’invio nel circolo d’aria di metalli e/o sale d’ammonio quaternario.

Forme di realizzazione prevedono che i metalli siano in forma di polvere, sì che la loro incorporazione nel supporto filtrante sia più efficace, in maniera da ridurre ulteriormente l’effetto di trascinamento.

Il supporto filtrante del presente trovato può essere realizzato, con le concentrazioni di biopolimero e fibra polimerica sintetica di cui sopra, nella forma di un tessuto a trama regolare, ovvero del tipo a maglia con trama ed ordito, a base del suddetto biopolimero.

In tali forme realizzative, si può avere che il filato à ̈ a bava continua, oppure a bava ritorta, oppure a bava tagliata a lunghezza cotoniera o laniera e poi avvolta. In alternativa, il supporto filtrante del presente trovato, sempre con le concentrazioni di biopolimero e fibra polimerica sintetica di cui sopra, può essere realizzato come un tessuto non tessuto (TNT).

In forme di realizzazione del presente trovato, uno o più dei suddetti metalli e/o sale d’ammonio quaternario possono essere stabilmente associati all’interno del biopolimero che forma il supporto filtrante e/o sulla sua superficie esterna.

Generalmente, tale processo viene detto “grafting†di uno o più agenti fùnzionalizzanti sul supporto filtrante.

In forme di realizzazione, il supporto filtrante in biopolimero, prima del grafting, può essere sottoposto a pre-attivazione mediante irraggiamento UV. Tale soluzione consente una catalisi del processo di grafting.

Secondo alcune forme di realizzazione, l’uno o più metalli possono essere introdotti, ovvero sono stabilmente associati, all’interno del biopolimero inglobando polveri di uno o più dei metalli direttamente nella miscela di biopolimero fuso che poi viene estrusa per formare il supporto filtrante.

Altra variante di realizzazione prevede che l’uno o più metalli e/o sale d’ammonio quaternario siano stabilmente associati, ovvero introdotti, in forma ionica nel biopolimero, mediante una soluzione di contatto che fùnge da bagno ionico in cui à ̈ sciolto un sale del metallo selezionato o il sale d’ammonio quaternario ed ove viene immerso o fatto transitare il biopolimero formato. Si ottiene l’aderenza chimica dei metalli e/o sale d’ammonio quaternario al biopolimero che forma il supporto filtrante.

In alcune forme realizzative, il metallo selezionato à ̈ argento a concentrazione compresa tra circa 0,2 mM e 0,5 mM, oppure à ̈ argento con concentrazione maggiore o uguale di 0,01 mM, preferibilmente tra 0,01 mM e 0,025 mM, in miscela con rame e zinco, entrambi con concentrazione maggiore o uguale di ImM, preferibilmente tra 1 mM e 2 mM, con riferimento alla soluzione di contatto con il biopolimero.

In alcune forme di realizzazione, il sale d’ammonio quaternario ha una concentrazione di circa 0,5 mM con riferimento alla soluzione di contatto.

In tali forme di realizzazione in bagno di soluzione ionica, una volta effettuato il grafting, il supporto filtrante viene sottoposto ad essiccazione.

Ulteriore forma di realizzazione prevede la deposizione di vapori metallici sul biopolimero, ad esempio facendo transitare quest’ultimo in una camera a vuoto dove si producono i suddetti vapori metallici che si depositano sul biopolimero, legandosi stabilmente ai suddetti gruppi funzionali.

Ulteriori forme di realizzazione del trovato prevedono che il biopolimero sia riscaldato, alla sua temperatura di rammollimento, ad esempio direttamente nell’estrusore riscaldato, prima che venga formato, oppure successivamente in una camera calda od in un bagno caldo, e che venga sottoposto a bombardamento (shooting) di polveri metalliche che s’inglobano al suo interno e sulla superficie. Forme di realizzazione del presente trovato comprendono supporti filtranti realizzati in biopolimero a base di chitosano, in forma espansa o spugnosa, a pori aperti. In tali forme di realizzazione, la polvere del o dei metalli battericidi può venire preliminarmente mescolata alla miscela del biopolimero fuso, oppure può essere distribuita su di, e/o introdotta in, esso in un secondo momento, sempre sfruttando l’elevata affinità tra i suddetti gruppi funzionali del biopolimero ed i metalli di cui si discute.

Forme di realizzazione del presente trovato prevedono che un dispositivo filtrante sia del tipo a tasche, rigide o morbide, oppure un dispositivo filtrante ondulato, oppure una cella filtrante, piana o a sacchetto tubolare, per ventilconvettori. In tali forme di realizzazione, il supporto filtrante in biopolimero a base di chitosano à ̈ abbinato ad una fibra polimerica sintetica filtrante, oppure una carta filtrante di fibra di vetro pieghettata.

Nella soluzione a tasche, la struttura del filtro à ̈ data dalla carta filtrante, mentre nella soluzione di filtro ondulato o cella filtrante per ventilconvettori, si ha l’inverso, con il chitosano che fa da struttura portante.

Tale forma realizzativa di filtro a tasche, oppure a filtro ondulato o cella filtrante per ventilconvettori à ̈ vantaggiosa, in quanto il chitosano non ha, normalmente, una buona efficienza di filtrazione meccanica. Tuttavia il suo abbinamento ad una carta filtrante od altro elemento filtrante di cui sopra, che intercetti i batteri in transito, fa sì che il depositarsi della carica batterica nella carta filtrante non generi proliferazione batterica, in quanto tale proliferazione à ̈ localmente ostacolata dal chitosano stesso, che funge quindi da presidio ambientale.

Altre forme di realizzazione del presente trovato prevedono che il supporto filtrante sia montato in un telaio in metallo oppure in plastica resistente, ad esempio formato da due griglie o piastre forate contrapposte.

ILLUSTRAZIONE DEI DISEGNI

Queste ed altre caratteristiche del presente trovato appariranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferenziale di realizzazione, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, con riferimento agli annessi disegni in cui:

- le figg. da 1 a 12 sono relative a tabelle 1- 12 riassuntive dei dati sperimentali per il presente trovato;

- la fig. 13 Ã ̈ una rappresentazione schematica parzialmente sezionata di un filtro a tasche comprendente un filtro secondo il presente trovato;

- la fig. 14 Ã ̈ una rappresentazione schematica in pianta di una cella filtrante piana comprendente un filtro secondo il presente trovato;

- la fig. 15 Ã ̈ una rappresentazione schematica di un filtro ondulato comprendente un filtro secondo il presente trovato.

DESCRIZIONE DI UNA FORMA PREFERENZIALE DI REALIZZAZIONE Con riferimento alle figure allegate, la fig. 13 rappresenta un filtro a tasche 18 comprendente un filtro 10 secondo il presente trovato formato da un supporto filtrante 12, nel caso di specie a base di tessuto non tessuto (TNT) formato da chitosano, nel caso di specie al 16% in peso, il rimanente essendo una fibra polimerica sintetica di uso tradizionale, su cui sono adesi uno o più metalli 14 (in fig. 13 le proporzioni sono volutamente non reali per evidenziare i metalli ad azione battericida), ad azione battericida, quali metalli nobili o metalli pesanti, presi singolarmente od in miscela tra loro.

Nel caso di specie, il filtro a tasche 18 Ã ̈ formato da un telaio di supporto 16, generalmente in materiale plastico, e da una carta filtrante in fibra polimerica sintetica 15 sagomata, che funge da elemento strutturale, abbinato al supporto filtrante 12 di cui sopra.

La fig. 14 rappresenta un’altra forma di realizzazione del presente trovato, in cui si ha una cella filtrante piana 28, tipicamente per l’uso in ventilconvettori, comprendente un telaio di supporto 26, tipicamente in plastica, che sostiene un elemento filtrante piano formato dal suddetto supporto filtrante 12 a base di chitosano, funzionalizzato con metalli 14 ad azione battericida opportunamente sagomato, nella fattispecie in forma rettangolare piana (anche in questo caso le proporzioni sono volutamente non reali per evidenziare i metalli ad azione battericida).

La fig. 15 rappresenta un’ulteriore forma di realizzazione, in cui si ha un filtro ondulato 38 formato da un telaio di supporto 36 che sostiene un elemento filtrante, formato dal suddetto supporto filtrante 12 opportunamente sagomato ad ondulazioni, su cui sono adesi i metalli 14 ad azione battericida, evidenziati in scala non reale per facilità di comprensione.

Nelle forme di realizzazione delle figg. 13 - 15, fomite a titolo esemplificativo e non limitativo dell’ambito di tutela del presente trovato, i metalli potrebbero essere sostituiti od abbinati ad una molecola scelta tra i sali d’ammonio quaternario di cui sopra, quale ad esempio il CTAB.

PROVE SPERIMENTALI

Filtri secondo il presente trovato e come sopra espresso sono stati preparati e testati per valutare sia l’adsorbimento dell’agente funzionalizzante, metallo o sale d’ammonio quaternario, quale CTAB, sia l’efficacia dell’azione battericida.

La Richiedente ha sperimentato supporti filtranti 12 realizzati con chitosano in concentrazione tra 15% ed il 35% in peso, tra 15% e 25% in peso, tra 15% e 20% in peso e tra 15% e 17% in peso.

Di seguito una breve trattazione dei risultati sperimentali ottenuti con riferimento ad una concentrazione di chitosano del 16% in peso. Analoghi risultati si sono ottenuti o sono attesi con le concentrazioni di chitosano di cui sopra.

La compatibilità di funzionamento su una macchina aeraulica standard, in termini di efficienza di trattamento dell’aria e di prevalenza, sono state rispettate con il filtro del presente trovato.

i) Materiali e metodi

I campioni da sottoporre a trattamento di funzionalizzazione per poi essere usati nei test microbiologici sono costituiti da rettangoli di Tessuto Non Tessuto (TNT), contenente tipicamente una fibra polimerica sintetica, quale ad esempio fibre viscose, oppure Polipropilene od ancora Nylon 6,6, e chitosano per una concentrazione percentuale in peso pari al 16%, della misura di 5x10 cm e del peso di circa 0,3 -0,4 g (il peso di ogni campione viene annotato esattamente fino alla risoluzione di 0,1 mg). Ogni campione di chitosano-TNT viene posto in un barattolo di PE insieme con una soluzione di contatto (200 mi) per il legame dei metalli.

In queste prove sperimentali sono stati testati Cu, Zn, Li, Mn ed Ag, oltre a CTAB. I risultati sperimentali per gli altri metalli, tipo oro, platino e ferro, sono in via di definizione o da definirsi in futuro.

Le soluzioni di contatto vengono preparate a partire da soluzioni madre (concentrazione 10 mM) di sali metallici: CuS04-5H20, ZnSCV7H20, LiCl2, MnSO4.H2O, le quali vengono selezionate secondo le esigenze e diluite alla molarità desiderata (il range utilizzato à ̈ 0,01 - 2 mM).

Le soluzioni contenenti Ag vengono preparate a partire da una soluzione di AgNO3Fluka a titolo esatto di 0,1 N.

Le soluzioni di contatto contenenti CTAB (Cetil TrimetilAmmonio Bromuro) vengono preparate per pesata diretta del sale, nel range 0,30-0,60 mM (comunque inferiore alla concentrazione critica micellare del CTAB, da letteratura pari a 0,9 mM). Il CTAB à ̈ un tensioattivo cationico quaternario che, oltre ad esibire le stesse proprietà ioniche dei metalli (carica netta positiva) esibisce un certo potere anti-batterico (à ̈ infatti utilizzato come detergente-dis infettante in molti prodotti domestici per la casa).

I barattoli contenenti il campione da trattare e la soluzione di contatto vengono chiusi ermeticamente e posti in agitazione per 24 h.

Le soluzioni contenenti ioni Ag<+>vengono mantenute al buio avvolgendo il barattolo in foglio di alluminio.

Al termine dell’agitazione i campioni di TNT-chitosano vengono lavati con acqua deionizzata e posti ad essiccare in stufa a 40°C; le soluzioni di contatto vengono conservate.

Una volta secchi i campioni, ne viene prelevata una parte (circa la metà, pari a 0,1 -0,2 g) per essere sottoposta a mineralizzazione (tramite digestione acida in forno a microonde) e successiva determinazione dei metalli tramite spettrofotometria di assorbimento atomico.

Le soluzioni di contatto vengono sottoposte alla stessa determinazione, senza digestione preliminare (fatta eccezione per i campioni trattati anche con CTAB). In questo modo si valuta l’efficienza di adsorbimento delle varie tipologie di metallo sul campione, incrociando il dato sul contenuto di metallo del TNT con il residuo in soluzione.

Per quanto riguarda i campioni trattati con CTAB, l’efficienza di adsorbimento viene determinata solo indirettamente per differenza, dosando il CTAB residuo nella soluzione madre dopo il contatto, tramite test spettrofotometrico nel visibile. La parte restante del campione viene sottoposta ai test batteriologici, che consistono essenzialmente nel valutare la crescita batterica in seguito a contatto con aerosol contenente elevate concentrazioni di microrganismi.

A tale scopo viene preparata una sospensione batterica prelevando con la punta di un tampone 1 o 2 colonie di colture giovani (24/48 hr) di Staphylococcus aureus (ceppo ATCC 25923) in modo da avere una concentrazione di cellule di circa IO<7>UFC/ml.

La concentrazione della sospensione viene comunque verificata a posteriori piastrando per spatolamento su agar TSA quantità di 0,1 mi della sospensione madre e di diluizioni seriali successive (fino a 10-4), quindi lasciando ad incubare a 36°C per 24 h ed effettuando poi le conte necessarie.

La sospensione madre batterica così ottenuta viene trasferita in un’ampolla sterile per aerosol, la quale viene poi fissata su uno stativo sotto cappa a flusso laminare.

La porzione residua dei campioni di TNT trattato viene posta in contenitori sterili di materiale plastico fomiti di tappo a vite.

In ogni contenitore (uno per campione) viene fatto flussare aerosol batterico per 10 minuti, corrispondente, per un titolo della sospensione di partenza di IO<7>UFC/ml, a circa IO<7>cellule batteriche/campione.

Successivamente al contatto con l’aerosol batterico ogni campione viene suddiviso in 2 subporzioni delle quali:

- una prima subporzione una viene posta in un tubo contenente terreno di coltura liquido non selettivo (TSB, Tryptone Soya Broth);

- una seconda subporzione viene posta in piastre Petri sulla superficie di terreno agar TSA in solidificazione. Successivamente, quando à ̈ avvenuta la solidificazione, il frammento di TNT viene coperto con pochi millilitri [mi] di agar TSA ancora liquido, in maniera tale da risultare completamente incluso nel terreno di coltura, con uno spessore di agar di pochi micrometri [pm] tra la superficie del campione e la superficie del terreno.

La stessa procedura si applica ad un rettangolo di TNT-chitosano delle stesse dimensioni dei campioni, non trattato con sali metallici o CTAB, che viene sottoposto a contatto con aerosol batterico alla stessa stregua dei campioni e che funge quindi da bianco, o campione di riferimento.

I tubi contenenti il terreno liquido e le piastre Petri vengono poste in termostato ad incubare alla temperatura di 30°C e controllati giornalmente per verificare la presenza di intorbidamento (tubi con TSB) o crescita di colonie (piastre con TSA), per un periodo di 10 giorni.

il) Risultati

Sono state effettuate varie prove di trattamento del TNT-chitosano, variando di volta in volta composizione e concentrazione dei metalli nelle soluzioni di contatto, allo scopo di determinare le efficienze di adsorbimento e valutare possibili effetti competitivi e/o sinergici. I metalli selezionati per gli esempi sperimentali (Ag, Cu, Zn, Mn, Li) e il CTAB sono stati impiegati da soli o in miscela.

Di ogni batch à ̈ stata conseguentemente valutata l’efficacia antibatterica con le modalità sopra descritte.

I resoconti dettagliati delle prove sono contenuti nelle tabelle 1 - 8 per quanto riguarda la prove chimiche di adsorbimento e nelle tabelle 9 - 12 per quanto riguarda la prove batteriologiche.

Di seguito un resoconto sintetico delle varie prove:

- Prova 1 (tabella 1 di fig. 1): Ag, Cu, Zn e Mn in soluzioni di contatto singole con concentrazioni di 0,1 mM. Il metallo con le rese di adsorbimento più elevate à ̈ il Cu (> 80%), seguito dall’Ag (40%), mentre Zn e Mn hanno livelli inferiori (rispettivamente 26 e 16%). Con questo batch non sono state effettuate prove microbiologiche.

- Prova 2 (tabella 2 di fig. 2): replica in triplo della prova 1. Vengono confermati sostanzialmente i risultati della prova precedente.

- Prova 3 (tabella 3 di fig. 3): Ag, Cu, Zn, Mn e Li in soluzioni singole con concentrazioni di 0,2 mM, in triplo. L’efficienza di adsorbimento più elevata si ha per Cu (77-80%) e Ag (45%); gli altri metalli presentano efficienze < 10%. Solo il campione con Ag presenta sufficiente efficacia antibatterica (intorbidamento dopo lOgg) (tabella 9 di fig. 9); il campione con Cu inibisce la crescita microbica per 3 gg·

- Prova 4 (tabella 4 di fig. 4): Ag, Cu, Zn, Mn e Li in soluzioni singole con concentrazioni di 0,05 mM, in triplo. Le efficienze di adsorbimento più elevate si registrano per il Cu (>80%) e l’Ag (54%), mentre le efficienze di Zn, Mn e Li (in ordine decrescente) risultano inferiori a 31,5%. L’efficacia antibatterica più elevata si ha con l’Ag (intorbidamento del TSB entro 4 gg, comunque insufficiente) (tabella 9); tutti gli altri metalli danno intorbidamento dal giorno I.

• Prova 5 (tabella 5 di fig. 5): Ag, Cu, Zn, Mn e Li in soluzioni singole con concentrazioni di 0,5 mM, in doppio, utilizzando nella replica campioni di TNT-chitosano precedentemente irradiate con raggi UV per circa 16 h; CTAB in soluzione singola 0,45 mM. Le efficienze di adsorbimento diminuiscono ulteriormente all’aumentare della concentrazione delle soluzioni: la migliore efficienza à ̈ data dal Cu con valori appena sotto il 70%, mentre l’Ag à ̈ al di sotto del 40%. Per quanto riguarda l’efficacia antibatterica, il campione con Ag risulta efficace per un periodo minimo di 10 gg, mentre il campione con il Cu per 2 gg; tutti gli altri producono intorbidamento a partire dal giorno I. Il campione trattato con CTAB produce risultati sovrapponibili con quelli dell’Ag. (tabella 10). Non si riscontrano differenze significative tra i campioni trattati con raggi UV e gli analoghi non trattati.

- Prova 6 (tabella 6): Ag, Cu e Zn in mix in 5 formulazioni a diversa concentrazione (range 0,05-0,2 mM); Cu, Mn e Zn in mix in 1 formulazione (senza Ag). In miscela le efficienze di adsorbimento di Cu e Ag si avvicinano tra loro, fino ad invertirsi nei mix in cui la molarità dell’Ag à ̈ inferiore a quella del Cu (in misura proporzionale alla differenza di molarità). In particolare nel campione con 0,05 mM di Ag e 0,2 mM di Cu (campione 5) si hanno efficienze rispettivamente di 86 e 75%; negli altri campioni le efficienze di adsorbimento di Ag e Cu si mantengono nel range 60-90%. Per quanto riguarda lo Zn le efficienze sono sempre molto basse, dell’ordine del 6-15%. In ordine aH’efficacia antibatterica (tabella 11) tutti i campioni mostrano una qualche azione inibitrice nei confronti della flora microbica, ma solo il campione 1 (Ag, Cu e Zn tutti 0,1 mM) dà risultati soddisfacenti producendo intorbidamento del mezzo di coltura dopo 10 gg. Anche il campione 2 (Ag sempre a 0,1 mM, ma Cu e Zn a 0,2 mM) dà risultati soddisfacenti, producendo intorbidamento solo al solo giorno Vili.

- Prova 7 (tabella 7): Ag, Cu e Zn in mix in 6 formulazioni a diversa concentrazione (range 0,01-0,05 mM per Ag, 0,1-2 mM per Cu e Zn). L’incremento di concentrazione per Cu e Zn si traduce in un decremento generale delle rese di adsorbimento, probabilmente per l’intervento di fattori competitivi. In particolare per l’Ag solo in un caso (campione 6) si ha un’efficienza > 80%, nei restanti casi si hanno percentuali anche di molto inferiori al 50%; per il Cu si registra una tendenza graduale alla diminuzione dell’efficienza % al crescere della concentrazione, cosa che non si ha per lo Zn, per il quale à ̈ evidente una tendenza alla saturazione già a basse concentrazioni (l’efficienza non supera mai il 15%). Tuttavia la pur elevata concentrazione di Cu, unitamente all’Ag, fa sì che tanto il campione 3 (Ag 0,025 mM, Cu 1 mM, Zn 1 mM) che il 5 (Ag 0,01 mM, Cu 2 mM, Zn 2mM) esibiscano una efficacia antibatterica che si protrae oltre i 10 gg, mentre per gli altri campioni si hanno intorbidamenti del brodo di coltura in 5-7 gg (tabella 11).

- Prova 8 (tabella 8): CTAB in soluzioni singole (range concentrazioni 0,3 - 0,6 mM) o in mix con Cu e Zn (range 0,2-0, 5 mM). Nei mix con CTAB il Cu e lo Zn sembrano legarsi in misura minore a parità di concentrazione, rispetto ai campioni delle prove precedenti. Tuttavia in questo caso tutti i campioni (con o senza metalli) mostrano piena efficacia antibatterica che si traduce nel permanere dei brodi coltura limpidi ben oltre i 10 gg standard (tabella 12).

iii Conclusioni

Sono stati esplorati diversi livelli sperimentali, ovvero diverse combinazioni di agenti metallici funzionalizzanti su un TNT base polimerica sintetica composito con chitosano in concentrazione nominale pari al 16%. E’ stata sperimentata la capacità di scambio con i seguenti metalli a conclamato potere anti-batterico (come da dati di letteratura): Ag, Cu, Zn, Mn, Li.

Di essi Ag e Cu garantiscono rese di adsorbimento vantaggiose, con percentuali superiori al 40% e massimi oltre l†̃80%.

Anche lo Zn, in talune condizioni realizza percentuali di adsorbimento significative fino ad oltre il 30%.

Se ne deduce che questi 3 metalli possano essere considerati idonei per la foriulazione di un TNT-chitosano modificato in funzione anti-batterica.

Pertanto sono state sperimentate anche funzionalizzazioni con la combinazione dei tre metalli che potessero fornire risultati soddisfacenti sotto il profilo del potere anti-batterico.

Successivamente alla preparazione chimica i tessuti modificati sono stati sottoposti ai test microbiologici.

E’ emerso chiaramente che la fibra non funzionalizzata non esibisce potere antibatterico significativo, mentre, al contrario, l’accoppiamento con i metalli conferisce al tessuto proprietà antibatteriche significative.

Il metallo che consente tale miglioramento del materiale à ̈ essenzialmente l’argento che esibisce tali proprietà a concentrazioni di 0,2-0, 5 mM (nella soluzione di contatto).

Ciò equivale ad avere circa 5.5 mg Ag/Kg fibra a 0,2 mM e ca. 11 mg Ag/Kg fibra a 0,5 mM. L’Ag da solo non esibisce il massimo potere antibatterico sotto 0,2 mM (es. a 0,1 mM). Sotto tali concentrazioni l’Ag ha effetto solo in accoppiamento con altri metalli. Si à ̈ verificato che con l’Ag da 0,01 mM a 0,025 mM - ed ovviamente oltre anche se con queste basse concentrazioni si ottengono indubbi vantaggi economici - e Cu e Zn a 1 mM o 2 mM si raggiungono gli obiettivi previsti, quindi con un utilizzo 10-20, fino anche a 50 volte inferiore rispetto all’Ag preso singolarmente. Accertata quindi la concreta possibilità di ottenere un tessuto ad elevato potere antibatterico riducendo significativamente la concentrazione di Ag in accoppiamento con altri metalli a basso costo, in questa prima fase si à ̈ arrivati a verificare se esibisse potere anti-batterico anche una molecola organica studiata da tempo dalla Richiedente, nota come CTAB, un tensioattivo che possiede un comportamento chimico-fisico analogo a quello dei metalli pesanti, in relazione alla capacità di scambio cationico, essendo dotata di carica netta positiva. La Richiedente ha già studiato il CTAB come funzionalizzante delle zeoliti, allo scopo di conferire loro spiccate capacità di adsorbimento di composti organici volatili.

E’ altresì noto che il CTAB, quale composto ammonico quaternario, denota proprietà disinfettanti in soluzioni acquose.

Per questo la Richiedente ha tentato lo scambio con il TNT-chitosano e successivamente ha provato le sue capacità sterilizzanti.

I risultati sono stati favorevoli al di là di ogni previsione in quanto in tutti i casi testati il TNT-chitosano funzionalizzato con CTAB risulta avere spiccate caratteristiche anti-batteriche, sia da solo, sia in associazione con i metalli.

Pertanto, l’utilizzo del CTAB come funzionalizzante alternativo e/o in accoppiamento con uno o più metalli, si configura come una tipologia di composto innovativo. Si procederà, quindi, con il testing batteriologico, ricorrendo a ceppi gram negativi, di alcune delle migliori tipologie di tessuto, come emerso dalla prima fase, in collaborazione con il CNR. Si quantificheranno inoltre le rese di scambio del CTAB e si procederà alla definizione del processo tecnologicoindustriale per la produzione in serie del nuovo materiale.

Claims (20)

1. RIVENDICAZIONI 1. Filtro per impianti di condizionamento, di ventilazione, di climatizzazione, di riscaldamento e di depurazione dell’aria, caratterizzato dal fatto che comprende un supporto filtrante (12) al quale sono stabilmente associati uno o più di metalli (14) aventi azione battericida scelti in un gruppo comprendente: metalli nobili quali argento, oro, platino, oppure metalli pesanti quali ferro, rame, manganese, zinco, litio, oppure una molecola organica ad azione battericida scelta tra i sali d’ammonio quaternari, detti metalli (14) essendo presi singolarmente od in miscela tra loro, oppure singolarmente od in miscela con il sale d’ammonio quaternario, detto supporto filtrante (12) comprendendo, in concentrazione in peso maggiore od uguale a circa 15%, un biopolimero a base di chitosano al quale sono chimicamente legati, sia internamente al biopolimero, sia sulla sua superficie, detti metalli (14) e/o detto sale d’ammonio quaternario.
2. 2. Filtro come nella rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di avere grammatura compresa tra 70 g/m<2>e 85 g/m<2>e spessore compreso tra 0,40 mm e 0,60 mm.
3. 3. Filtro come nella rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto di prevedere un intervallo di concentrazione del chitosano compreso tra 15% ed il 35% in peso, preferibilmente tra 15% e 25% in peso, ancor più preferibilmente tra 15% e 20% in peso.
4. 4. Filtro come nella rivendicazione 1, 2 o 3, caratterizzato dal fatto che i metalli sono selezionati tra argento, rame e zinco, con adsorbimento sul biopolimero maggiore del 30% in peso.
5. 5. Filtro come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il metallo selezionato à ̈ argento a concentrazione compresa tra circa 0,2 mM e 0,5 mM, oppure à ̈ argento con concentrazione maggiore o uguale di 0,01 mM, preferibilmente tra 0,01 mM e 0,025 mM, in miscela con rame e zinco, entrambi con concentrazione maggiore o uguale di 1 mM, preferibilmente tra 1 mM e 2 mM, con riferimento ad una soluzione di contatto con il biopolimero.
6. 6. Filtro come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il sale d’ammonio quaternario ha una concentrazione di circa 0,5 mM con riferimento ad una soluzione di contatto con il biopolimero.
7. 7. Filtro come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti uno o più metalli (14) e/o sale d’ammonio quaternario sono associati al supporto filtrante (12) mediante incorporazione nel biopolimero.
8. 8. Filtro come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti metalli (14) sono in forma di polvere incorporata nel supporto filtrante (12).
9. 9. Filtro come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il supporto filtrante (12) Ã ̈ nella forma di un tessuto a trama regolare, ovvero del tipo a maglia con trama ed ordito a base del suddetto biopolimero, oppure come un tessuto non tessuto (TNT).
10. 10. Filtro come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto sale d’ammonio quaternario à ̈ Cetil TrimetilAmmonio Bromuro (CTAB).
11. 1 1. Dispositivo filtrante del tipo a tasche, rigide o morbide, oppure del tipo a filtro ondulato, oppure una cella filtrante, piana o a sacchetto tubolare, per ventilconvettori, comprendente un filtro come ad una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, abbinato ad una fibra polimerica sintetica filtrante, oppure una carta filtrante di fibra di vetro pieghettata.
12. 12. Procedimento per la produzione di un filtro per impianti di condizionamento, di ventilazione, di climatizzazione, di riscaldamento e di depurazione dell’aria, caratterizzato dal fatto di realizzare un supporto filtrante (12) comprendente, in concentrazione in peso maggiore od uguale a circa 15%, un biopolimero a base di chitosano e di legare chimicamente a detto biopolimero, sia internamente, sia sulla sua superficie, uno o più di metalli (14) aventi azione battericida scelti in un gruppo comprendente: metalli nobili quali argento, oro, platino, oppure metalli pesanti quali ferro, rame, manganese, zinco, litio, oppure una molecola organica ad azione battericida scelta tra i sali d’ammonio quaternari, detti metalli (14) essendo presi singolarmente od in miscela tra loro, oppure singolarmente od in miscela con il sale d’ammonio quaternario.
13. 13. Procedimento come nella rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che detti uno o più metalli (14) sono stabilmente associati al biopolimero inglobando polveri di uno o più dei metalli (14) direttamente in una miscela di biopolimero fuso che poi viene estrusa per formare il supporto filtrante (12).
14. 14. Procedimento come nella rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che detti uno o più metalli (14) e/o detto sale d’ammonio quaternario sono stabilmente associati in forma ionica al biopolimero, mediante una soluzione di contatto che funge da bagno ionico in cui à ̈ sciolto un sale del metallo selezionato o il sale d’ammonio quaternario ed ove viene immerso o fatto transitare il biopolimero formato che forma il supporto filtrante (12).
15. 15. Procedimento come nella rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che il metallo selezionato à ̈ argento a concentrazione compresa tra circa 0,2 mM e 0,5 mM, oppure à ̈ argento con concentrazione maggiore o uguale di 0,01 mM, preferibilmente tra 0,01 mM e 0,025 mM, in miscela con rame e zinco, entrambi con concentrazione maggiore o uguale di ImM, preferibilmente tra 1 mM e 2 mM, con riferimento alla soluzione di contatto con il biopolimero.
16. 16. Procedimento come nella rivendicazione 14 o 15, caratterizzato dal fatto che il sale d’ammonio quaternario ha una concentrazione di circa 0,5 mM con riferimento alla soluzione di contatto.
17. 17. Procedimento come in una qualsiasi delle rivendicazioni da 12 a 16, caratterizzato dal fatto che il supporto filtrante (12) in biopolimero può essere sottoposto a pre-attivazione mediante irraggiamento UV.
18. 18. Procedimento come nella rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che detti uno o più metalli (14) sono stabilmente associati al biopolimero mediante deposizione di vapori metallici sul biopolimero, facendo transitare il biopolimero che forma il supporto filtrante (12) in una camera a vuoto dove si producono detti vapori metallici che si depongono sul biopolimero, legandosi stabilmente ad esso.
19. 19. Procedimento come nella rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto di riscaldare il biopolimero alla sua temperatura di rammollimento e di sottoporre il biopolimero riscaldato a bombardamento di polveri metalliche che s’inglobano al suo interno e sulla superficie.
20. 20. Procedimento come in una qualsiasi delle rivendicaizoni da 12 a 19, caratterizzato dal fatto che detto sale d’ammonio quaternario à ̈ Cetil TrimetilAmmonio Bromuro (CTAB).