PL215610B1 - Antywirusowy kompozyt włóknin do filtracji powietrza - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest antywirusowy kompozyt włóknin do filtracji powietrza przeznaczony do filtrów i półmasek jednorazowego i/lub wielokrotnego użycia, oczyszczający powietrze z aerozoli stałych i ciekłych w tym z wirusów, bakterii i innych mikroorganizmów, a także z pyłów organicznych i nieorganicznych.

Dla uzyskania pożądanego efektu odfiltrowania bakterii i wirusów od wdychanego powietrza stosowane są środki bioaktywne lub włókniste warstwy filtracyjne zawierające na przykład polimery kwasowe jak poli-(kwasy karboksylowe), co zaproponowano w zgłoszeniu WO/2008/009651. Patent US5888527 proponuje natomiast stosowanie mieszanin środków antymikrobowych z użyciem między innymi ekstraktów roślinnych jak ekstrakt herbaciany zawierający epikatechinę, teoflawinę i ich pochodne. Często stosowane są środki biobójcze na bazie związków metali takich jak cynk, srebro, miedź, jak to jest w wynalazkach: WO/2007/120509 i US20080264258. Inny sposób podaje patent US5714126, który proponuje stosowanie dwóch warstw węgla aktywnego o zróżnicowanych własnościach, przy czym w jednej warstwie na cząstkach węgla umieszczono warstwę metalicznych sulfozwiązków. Podobnie, wynalazek EP1661460 proponuje stosowanie środków antywirusowych naniesionych na sproszkowany dolomit.

Zgłoszenie US20080264258 zastrzega natomiast stosowanie w półmaskach i filtrach dwóch warstw nanowłókien, z których jedna zawiera dodatkowo substancje antymikrobowe, a druga jest filtrem mechanicznym.

Do walki z mikroorganizmami, w tym z wirusami, stosuje się w filtrach i półmaskach warstwę z preparatami na bazie jodyny i warstwę węglową (Triosyn, półmaska T-3000). W niektórych maskach stosowane są cienkie membrany poliwęglanowe z porami o średnicy ok. 10 nanometrów (nm) powiązanymi z cząsteczkami srebra i grupami tiolowymi (firma Brian Laks).

W znanym z polskiego zgłoszenia nr P.380024 filtrze ochronnym pomiędzy zewnętrzną, a wewnętrzną warstwą z włókien osłonowych umieszczona jest warstwa włókniny filtracyjnej elektretowej zawierająca 40 - 60% wag. włókien polipropylenowych, około 25% wag. włókien akrylowych wytworzonych na drodze suchego przędzenia oraz 20 - 30% wag. włókien akrylowych wytworzonych na drodze mokrego przędzenia. Podobne rozwiązanie przedstawia zgłoszenie nr P.380023.

Antywirusowy kompozyt włóknin do filtracji powietrza, według wynalazku, składa się kolejno z: przedniej, osłonowej warstwy włókninowej, tryboelektrycznej włókniny o włóknach polimerowych pochodzących z polimerów odległych od siebie w szeregu tryboelektrycznym, warstwy elektretowej włókniny, którą stanowi niskooporowa elektretowa włóknina melt blown z mieszaniny polimerów termoplastycznych, wysokooporowej elektretowej włókniny polipropylenowej melt blown, 1 - 3 krotnej warstwy włókniny z nanowłókien oraz tylnej osłonowej warstwy włókninowej. Kompozyt może mieć dodatkowo elektretową lub nieelektretową polipropylenową włókninę melt blown pomiędzy wysokooporową elektretową włókniną polipropylenową melt blown i 1 - 3 krotną warstwą włókniny z nanowłókien.

Przednia, osłonowa warstwa włókninowa jest wykonana z włókniny igłowanej lub spun bond, a tylna osłonowa warstwa włókninowa jest wykonana z włókniny igłowanej lub melt blown lub spun bond. Mieszaninę polimerów termoplastycznych, z których jest wykonana niskooporowa elektretową włóknina melt blown stanowi polipropylen z poliestrem lub polipropylen z poliwęglanem lub polipropylen z poliamidem. Tryboelektryczna włóknina charakteryzuje się natomiast oporem stawianym przepływającemu powietrzu wynoszącym 20 - 100 Pa, niskooporowa elektretową włóknina melt blown z polimerów termoplastycznych - oporem wynoszącym 25 - 140 Pa, a wysokooporowa elektretową włóknina polipropylenowa melt blown oporem wynoszącym 150 - 300 Pa. Ze względu na niebezpieczeństwo uszkodzenia delikatnej włókniny z nanowłókien jest ona ułożona na włóknistym nośniku, którym może być włóknina spun-bond, melt blown, igłowana, formowana z roztworu korzystnie celulozowej. Włóknina ta ma włókna o grubości 0,05 - 0,6 μm, a pory pomiędzy tymi włóknami od 0,1 - 1,0 ₂ μm, przy czym jej masa powierzchniowa wynosi od 0,2 do 1,0 g/m . Opory stawiane, przez tę włókninę, przepływającemu powietrzu wynoszą 50 - 300 Pa, przy przepływie aerozolu 95 l/min.

Ponadto, elektretową lub nieelektretowa polipropylenowa włóknina melt blown może mieć na włóknach, umieszczone trwale, środki antymikrobowe, głównie o charakterze metali i/lub ich tlenków biologicznie aktywnych.

Kompozyt z włóknin, według wynalazku, zapewnia niski opór przepływu powietrza, niezwykle istotny w czasie oddychania, a jednocześnie bardzo wysoką wydajność filtracji. Charakteryzuje się on

PL 215 610 B1 całkowitą nieprzepuszczalnością aerozolu olejowego oraz zatrzymaniem ponad 99,9% wirusów przy znacznym ograniczeniu, a nawet wykluczeniu chemicznych środków antywirusowych i antybakteryjnych.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, przedstawiającym przekrój poprzecznych warstw kompozytu.

Kompozyt włóknin do filtracji powietrza składa się z połączonych zgrzewem warstw włókninowych o wymiarach dostosowanych do montażu w filtrze według zgłoszenia nr P.384352. Pierwszą od strony wlotu powietrza do filtra jest przednia, osłonowa warstwa włókninowa 1 wykonana z włókniny spun bond, za którą znajduje się warstwa tryboelektrycznej włókniny 2, o oporach 50 Pa, z włókien polimerowych pochodzących z polimerów odległych od siebie w szeregu tryboelektrycznym. Następną warstwę stanowi niskooporowa elektretową włóknina 3 melt blown z mieszaniny polimerów termoplastycznych, o oporach 50 i 100 Pa. Kolejne warstwy to wysokooporowa elektretową włóknina 4 polipropylenowa melt blown o oporze 240 Pa, elektretową polipropylenowa włóknina 5 melt blown, 2-krotna warstwa włókniny 6 z nanowłókien, o włóknach o grubości 0,3 μm i porach pomiędzy nimi 0,5 μm, przy ₂ masie powierzchniowej tej warstwy 0,5 g/m² i oporze stawianym przepływającemu powietrzu 160 Pa, przy przepływie aerozolu 47,5 l/min, ułożona na włókninie igłowanej i ostatnia, tylna osłonowa warstwa włókninowa 7 wykonana z włókniny spun bond.

Wyniki badań przykładowego filtra wykonanego z kompozytu według wynalazku przedstawia poniższa tabela.

Zestaw włóknin	Właściwości filtracyjne (przy 47,5 l/min)	Wychwy- tywanie wirusów ocenione przez Lab. NELSON w USA
Przed kondycjonowaniem	Po kondycjonowaniu 24h w temp. -30°C i 24h w temp. +70°C)
Pentr. po 3 min	Opór	Penetrac	a	Opór
po 3 min	po 60min	po 3 min Po leżakowaniu filtra przez 24 h
%	Pa	%	%	%	Pa	%
Filtr typu P2
WARSTWY: okrywowa zewnętrzna SB jako filtr wstępny + MB (70 g/m2) (opory 200 Pa) + okrywowa igłowana (opory 30Pa)	0,2	140	0,3	0,3	0,4	140	Nie badano
Filtr z proponowanego układu włóknin (wg patentu)
WARSTWY: okrywowa zewnętrzna SB + tryboelektyczna (opory 50 Pa) + niskooporowe MB (opory 50 i 100 Pa) + wysokooporowa MB (opory 240Pa) + nanowłóknina (opory 160 Pa) + okrywowa wewnętrzna SB	0,0000	280	0,0000	0,0000	0,0000	280	>99,9

Porównanie powyższych wyników badań dowodzi, że właściwości filtracyjne filtra z nowego kompozytu, według wynalazku, są znaczące lepsze od dotychczasowych.

Claims (7)

1. Antywirusowy kompozyt włóknin do filtracji powietrza składający się z osłonowych warstw włókninowych i warstwy z elektretowej włókniny, znamienny tym, że ma tryboelektryczną włókninę (2), składającą się z włókien polimerowych pochodzących z polimerów odległych od siebie w szeregu tryboelektrycznym, pomiędzy przednią, osłonową warstwą włókninową (1), a warstwą elektretowej włókniny, którą stanowi niskooporowa elektretową włóknina (3) melt blown z mieszaniny polimerów termoplastycznych, natomiast pomiędzy niskooporową elektretową włókniną (3), a tylną osłonową warstwą włókninową (7) ma kolejno wysokooporową elektretową włókninę (4) polipropylenową melt blown i 1 - 3 krotną warstwę włókniny (6) z nanowłókien.

2. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że ma elektretową lub nie elektretową polipropylenową włókninę (5) melt blown pomiędzy wysokooporową elektretową włókniną (4) polipropylenową melt blown i 1 - 3 krotną warstwą włókniny (6) z nanowłókien.

3. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że przednia osłonowa warstwa włókninowa (1) jest wykonana z włókniny igłowanej lub spun bond, a tylna osłonowa warstwa włókninowa (7) z włókniny igłowanej lub melt blown lub spun bond.

4. Kompozyt włóknin według zastrz. 1, znamienny tym, że mieszaninę polimerów termoplastycznych, z których jest wykonana niskooporowa elektretową włóknina (3) melt blown, stanowi polipropylen z poliestrem lub polipropylen z poliwęglanem lub polipropylen z poliamidem.

5. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że opór tryboelektrycznej włókniny (2) stawiany przepływającemu powietrzu wynosi 20 - 100 Pa, niskooporowej elektretowej włókniny (3) melt blown z mieszaniny polimerów termoplastycznych wynosi 25 - 140 Pa, a wysokooporowej elektretowej włókniny (4) polipropylenowej melt blown wynosi 150 - 300 Pa.

6. Kompozyt według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że włóknina (6) z nanowłókien jest ułożona na włóknistym nośniku w postaci włókniny spund bond, melt blown, igłowanej lub formowanej z roztworu, korzystnie celulozowej i ma włókna o grubości 0,05 - 0,6 μm oraz pory pomiędzy tymi ₂ włóknami od 0,1 - 1,0 μm, przy czym masa powierzchniowa tej włókniny wynosi od 0,2 do 1,0 g/m , a jej opór stawiany przepływającemu powietrzu wynosi 50 - 300 Pa, przy przepływie aerozolu 95 l/min.

7. Kompozyt według zastrz. 1, znamienny tym, że elektretowa lub nie elektretowa polipropylenowa włóknina (5) melt blown ma na włóknach, umieszczone trwale, środki antymikrobowe, głównie o charakterze metali i/lub ich tlenków biologicznie aktywnych.