專利名稱：生物抑制性過濾器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及空調系統(tǒng)，更具體地說，涉及用于減少與此系統(tǒng)中的過濾器有關的病原體的方法和組合物。本發(fā)明主要研制用于空調(包括空氣制冷和空氣制暖)系統(tǒng)，在下文將參照其使用領域進行說明。但是這并不能認為本發(fā)明僅限于那些具體用途。
背景技術：
空調系統(tǒng)包括空氣過濾器通常用于如辦公室、居所、保健護理室和其他建筑物中。這種過濾器的一個實例是使用非織造聚酯纖維作為媒介來過濾空氣中大小超過10微米的氣載懸浮顆粒，不過過濾器也可以由各種材料以多種不同的結構和等級制成。過濾器的作用是捕集灰塵和顆粒污染物。所述被捕集的物質(濾出物)會給病原體如真菌、微生物、病毒、過敏素、酵母和霉菌提供滋生的環(huán)境。在關閉空調如晚上的高濕度時期是特別有助于這些有機體滋生的環(huán)境，但是在通常的操作條件下這些有機體也能滋生。人們很不希望這些有機體存在是因為它們會導致人和動物生病或死亡，會產生異味并損傷或破壞各種材料。
就人類的健康和安全而言，特別涉及內毒素和真菌毒素，所述內毒素和真菌毒素由霉菌和細菌的細胞壁分離出，已知的人類呼吸過敏素。在有些人中它們能引發(fā)哮喘，在所有情況下會導致免疫反應。暴露一段時期后會降低免疫系統(tǒng)響應對抗藥的能力，并使主體更易于受細菌、病毒等的感染。同時還涉及真菌孢子、細菌孢子和微生物。
在空氣過濾裝置中防止孢子萌芽和微生物的滋生有助于減少疾病和過敏反應。同時也能提高過濾裝置的使用壽命。微生物的活動縮短了過濾器本身的壽命，因為在過濾器的表面和內部生物量的增加會阻塞氣孔、減少空氣流量和增大系統(tǒng)背壓力。在某些情況下，空氣過濾器是由天然材料如纖維素制造的或者它含有上述天然材料，這時在潮濕環(huán)境下某些真菌能迅速退化這些材料。
在保健護理設備如醫(yī)院和理療室中主要涉及的是危險的傳染性疾病會通過各種微生物傳播。在這種設備中問題更嚴重，因為許多患者由于他們健康護理的問題處于虛弱的狀態(tài)。而那些對健康的人不會產生重要威脅的微生物對那些自身抵御傳染能力降低的患者來說可能是致命的。
同時人們也越來越關注其他的環(huán)境如公共建筑，因為如果致病的微生物通過某種渠道經由調節(jié)的空氣或通風管進入建筑物中，它們會迅速傳遍整個建筑，從而大大提高了傳染和疾病傳播的可能性。
解決這一問題的一種建議的方法是用抗微生物組合物涂覆過濾材料?？刮⑸飫┛梢晕皆谶^濾纖維上或其內部，例如在擠出形成過濾纖維前將其包含在聚合物內。本發(fā)明人已經發(fā)現(xiàn)在實驗室中當未使用“抗菌”過濾材料的表面附有細菌和/或真菌污染物時，這種所謂的“抗菌”過濾材料能有效地抑制生物，但是在空調系統(tǒng)中實際應用一段時間后該過濾材料會逐漸失效。因此過濾器要經常取出清洗、進行重新處理或替換。就所需的人力和停工期而言，取出清洗是很昂貴且不方便，同時還存在潛在的危險，而重新處理或替換也是昂貴的。而且當氣流阻力不合要求時，通常只能取出過濾器了。
本說明書中對已有技術的任何論述決不認為是對下述觀點的認同該現(xiàn)有技術是本領域所熟知的或構成本領域的常識的一部分。
本發(fā)明的目的是為了克服或改進已有技術中的至少一種缺陷，或者提供一種有效的替代方法。
世界上許多地區(qū)在建筑物中使用加熱的過濾空氣作為集中供暖的方式。應該認識到此系統(tǒng)中的電爐和其他過濾器都存在上述空調過濾器相同的不足，本發(fā)明并不局限于某一特定類型的過濾器或氣流系統(tǒng)。也應認識到本發(fā)明能同樣應用于不同類型和等級的過濾器如高效微粒空氣過濾器(hepafilters)。

發(fā)明內容
根據(jù)第一個方面，本發(fā)明提供一種包含如下組合物的空氣過濾器，所述組合物含有生物抑制劑即抗微生物劑，其中所述生物抑制劑即抗微生物劑能滲移到在使用中積聚在過濾器上的微粒上。
本發(fā)明優(yōu)先選擇具有抑菌和/或防霉性能的生物抑制劑即抗微生物劑。微粒通常積聚在層上，本發(fā)明的生物抑制劑即抗微生物劑穿過層滲移到外表面(空氣/微粒界面)，不然外表面處有機物質將會增多。
本發(fā)明的過濾器中抗微生物劑不是粘附在過濾器表面，而是滲移到過濾器上積聚的灰塵和微粒物質上。層上的微粒被抗微生物劑即生物抑制劑包覆。
應該認識到，所述處理是抑菌或防霉的就足夠了。即所述處理是阻止有機體“集落”在過濾器上，而不是殺死“集落的”過濾器中的有機體。不過可以使用抗微生物組合物。
根據(jù)第二個方面，本發(fā)明提供一種用于空氣過濾器的的組合物，所述組合物包括水溶性的抗微生物劑即生物抑制劑，和濕潤劑其中所述抗微生物劑即生物抑制劑能滲移到在使用中積聚在空氣過濾器表面的濾出物上；優(yōu)選實施方式是組合物包含有表面活性劑，并最好包含含氟表面活性劑。
優(yōu)選實施方式是組合物包含一種或多種流變添加物如增稠劑、膠凝劑或粘度改進劑。
根據(jù)第三個方面，本發(fā)明提供一種處理過濾器上濾出物的方法，所述方法包括往過濾器或濾出物中加入能滲移到濾出物上的抗微生物劑即生物抑制劑的步驟。
根據(jù)第四個方面，本發(fā)明提供一種降低空氣中氣載污染物的方法，所述方法包括如下步驟用第二個方面的組合試劑處理過濾器，讓空氣經過過濾器，由此使污染物作為濾出物積聚在過濾器上，使抗微生物劑滲移到濾出物中。


圖1為新的未經處理的空調濾塵器使用前的顯微照片(×100)。
圖2為和圖1類似的未經處理的過濾器在建筑物空調系統(tǒng)中使用11個月后的顯微照片(×100)。
圖3為和圖1類似的經處理的過濾器在建筑物空調系統(tǒng)中使用11個月后的顯微照片(×100)。
圖4是按照本發(fā)明處理后的過濾器和未經處理的過濾器經11個月使用后，其上每克單位菌落形成數(shù)(“cfu’s”)的對比圖。
具體實施例方式
以下將舉例并參照附圖對本發(fā)明的各種具體方式進行更加詳細的說明。
發(fā)明人已經發(fā)現(xiàn)像過去一樣將抗微生物劑用于過濾器纖維是相對無效的，雖然這種處理能防止直接作用了過濾器纖維本身的真菌和微生物的活性，但由于灰塵積聚在過濾器上，灰塵的外表面遠離過濾器纖維上附有的抗微生物劑，病原體就會在灰塵殘留物的表面滋生(即和用抗微生物劑處理過的纖維隔離)。這樣當過濾器阻塞后，抗微生物活性就降低了。這就解釋了為什么在實驗室中將接種物用于已有技術的過濾器上的試驗能取得好的效果，但在實際安裝連續(xù)使用過程中卻不能取得好的效果。相反，本發(fā)明提供一種經更長時期后仍保持有效的抗微生物劑，如果沒有超過過濾器的使用壽命，則提供一種抗微生物劑，所述抗微生物劑能透過過濾器上的層或積聚濾出物的層向微生物將要集落的表面(空氣/微粒界面)移動，令人驚奇的是，盡管此殘余物表面的空氣速度較高也能獲得好的結果。
雖然這里并不需要什么理論解釋，但相信本發(fā)明的組合物是有效的，因為濕潤劑吸收水分，起溶液媒介物和生物抑制劑即抗微生物劑(或者是生物抑制劑和/或抗微生物劑的混合物)傳送介質的作用。本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中媒介物的表面張力可以通過一種或多種表面活性劑有效地降低。當濾出物積聚在過濾器上，濕潤劑吸收水分時，抗微生物劑組合物可以通過水媒介物滲移到最外層表面，保持其對病原有機體的抗性，否則這些病原有機體會在微粒層表面和微粒殘余物中的縫隙中滋生。
優(yōu)選用所述抗微生物劑濕潤各微粒的外表面和微粒層的外表面。
實施例1在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，用一種含有分散系的溶液或在溶劑中有抗微生物劑和濕潤劑的溶液涂覆空氣過濾器。在本實施例中，根據(jù)澳大利亞等級“F5”處理空調過濾器。所述過濾器由針織的非織造聚酯纖維織物制成，并具有約3.5平方米的總表面。過濾器厚度為10～12毫米，密度約為每平方米280～300克(gsm)。一般纖維直徑應處于6～15但尼爾。所述過濾器用按照實施例2所示配方的溶液噴涂處理。
實施例2處理溶液的基本配方如下氯化鈣(濕潤劑)5～25％Kathon 886MW(生物抑制劑) 0.04％Fluorad FC129(表面活性劑) 0.01％水qs 100％注Kathon 886MW是可從Rohm&Hass Corp.獲得的防腐劑Fluorad FC129是可從3M Corp獲得的含氟表面活性劑。
實施例3處理溶液的優(yōu)選配方如下氯化鈣(濕潤劑) 14～18％Kathon 886MW(生物抑制劑) 0.04％Fluorad FC129(表面活性劑)0.01％乙烯醚/馬來酸酐共聚物(粘度改進劑) 0.8％水qs 100％可從ISP Corp.獲得Gantrez。
需要在處理劑中結合一種或多種流變添加劑(如粘度改進劑、膠凝劑、觸變劑等)。這些可以控制媒介物的粘度，防止因空氣的強烈流通導致溶解了處理劑的細微液滴從過濾器上被吹走，并能幫助溶液保留在過濾器上。流變添加劑的類型和用量可根據(jù)其所用的環(huán)境進行選擇。
優(yōu)選的處理是強烈吸濕，從經過過濾器的空氣中吸收水分成為液體。在處理中通過結合使用表面活性劑可進一步提高該液體對積聚的濾出層的滲透能力，表面活性劑由于具有低表面張力的功效，可以確保該液體不會再次回到氣流中。配方中的抗微生物劑是水溶性的或者部分水溶性的，因此可以作為處理的一部分而滲移進入或穿過濾出層。
在配方中可以加入其他活性組分以便滲透過濾出層，例如阻燃劑、氣流促進劑或粘度降低劑、除臭劑等。
實施例4用實施例3所述的溶液噴涂處理實施例1所述的過濾器，達到每平方米230毫升處理液的含量。用干燥空氣風干處理后的過濾器。應該認識到可以用浸漬或其他合適的方法涂覆過濾器并通過加熱、真空或其他合適的方法或這些方法相互結合使用進行烘干。然后將干燥后的過濾器置于密封的容器如密封的塑料包中備用。
當要用過濾器時，從密封的容器中取出并置于其在空調系統(tǒng)中的操作位置上。在使用中，根據(jù)本發(fā)明制備的過濾器中的濕潤劑將開始從周圍環(huán)境中吸收水分。此吸收持續(xù)進行直到抗微生物劑形成飽和溶液，其濃度決定于空氣的相對濕度。在液化過程中，抗微生物組分和表面活性劑部分或完全溶于濕潤劑溶液中。
所得液相處理液具有極低的表面張力和使之成為理想滲透劑的滲透性。由于過濾器是持續(xù)地除去積聚為濾出層的氣載污染物的，因此此處理劑是持續(xù)地滲透并包住污染物顆粒。含有有效量的抗微生物劑的胞囊滲透處理不僅能殺死氣載污染物上的微生物，而且也能確保濾出層本身不會出現(xiàn)微生物活性。
在潮濕的空氣中，微生物和病原體的滋生通常高于在干燥空氣中。因此本發(fā)明提供當非常需要時如在高濕度環(huán)境下更好的抗微生物活性。干燥空氣也許會降低抗微生物活性，但是可以預計在這種干燥環(huán)境中病原體的數(shù)量和滋生情況不會很高。這些情況會導致過濾器中抗微生物劑的使用壽命增加。
本發(fā)明并不直接通過防止生物量的增長來防止過濾器的阻塞，而是直接控制過濾器上和積聚殘余物中有機體的集落，并最終制出了減少了病原體的空氣。
實施例5使用根據(jù)實施例4所述處理的過濾器。發(fā)現(xiàn)處理后的過濾器使用6個月甚至更長時間后也有效。在將近6個月的時候，取出過濾器清洗并用實施例1所述的新鮮組合物重新處理。在進行這些實驗時應注意到孢子形成材料若能在過濾器上充分干透，就易于成為氣載的并重新進入氣流中，并易于在干燥時對抗微生物劑更具抗性。孢子形成材料給那些呼吸空氣的人類免疫系統(tǒng)增加負擔。死細胞若成為氣載的，會導致那些易受感染的人哮喘。本發(fā)明另一優(yōu)點是濕潤劑在濾出層表面仍保持一定含量的濕氣，以減少孢子和細胞再次流化。
圖1～3是放大倍數(shù)為×100的顯微照片，將經處理的過濾器材料經11個月的使用后(圖3)的效果與未經處理的過濾器材料在使用前(圖1)及經11個月使用后(圖2)的效果進行比較。圖2使用后的未處理樣品和圖1未使用的樣品之間的比較顯示出經過使用導致在較大直徑的過濾器纖維附近的真菌細絲(以細微絲狀出現(xiàn))有明顯生長。使用后所截留的污垢和灰塵顆粒也清晰可見。相反，圖3處理后的過濾器則顯示經11個月暴露后沒有出現(xiàn)微生物的顯著生長，雖然截留的污垢和灰塵顆粒也清晰可見。
實施例6取一系列相同的新過濾器，其中的20％如實施例4用實施例3中的組合物處理。剩下的80％不進行處理。將處理后的和未處理的過濾器置于相同的空氣處理系統(tǒng)中，以便使處理后的過濾器和未處理的過濾器交替使用。每月一次從處理后和相鄰未處理的過濾器中取樣，計算存活的真菌和霉菌的數(shù)量。用菌落形成單位(“cfu’s”)克表示的結果顯示在圖4中，作為每月時間的函數(shù)。處理后過濾器上的集群率和未經處理的過濾器相比在第一個月中沒有明顯的不同。但是從那以后所述菌落形成單位升至每克清潔的過濾材料中有6位對數(shù)的微生物，而經過處理的過濾器的相應數(shù)值在2個月內基本上穩(wěn)定在每克清潔的過濾材料中有約2位對數(shù)的菌落形成單位，一個顯著的提高。
用于本發(fā)明的適合的抗微生物劑包括但不限于2-溴-2硝基丙烷-1，3-二醇(溴硝丙二醇)、異噻唑啉如甲基或氯甲基異噻唑啉酮(Kathon 886MW)、對羥基苯甲酸甲酯、丙酯或丁酯、山梨酸、苯甲酸和這些酸的鹽、苯氧基乙醇、二氯苯氧氯酚(triclosan)、2，6-二氯-4-硝基苯胺，氯硝胺(diclosan)、二氯芬、葡萄酸洗必太(chlorhexidine gluconate)、鄰苯基苯酚、苯扎氯胺和其他四價抗微生物劑鄰芐基對氯基苯酚、取代二苯醚。
本發(fā)明所用的濕潤劑優(yōu)選氯化鈣。其他濕潤劑的實例包括甘油、山梨糖醇、乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、1，3-丁二醇、PCA(2-吡咯烷酮-5-羧酸)、硫酸鈉、氫氧化鈉、乳酸及其衍生物、氯化鈉等?？紤]到系統(tǒng)中的結構材料和本文揭示的過濾器所含的組合物，有技術經驗的那些技術人員不難選擇合適的濕潤劑。一些濕潤劑也起到表面活性劑的作用。琥珀酸二辛酯磺酸鈉就是一個實例。
本發(fā)明所用的優(yōu)選表面活性劑類型為含氟表面活性劑，如Fluorad FC129。優(yōu)選它們是因為它們降低表面張力的能力很強。但是也可以使用其他表面活性劑。僅當作實例，表面活性劑可以是非離子表面活性劑(如乙氧基化物、丙氧基化物和兩者的嵌段共聚物)、陰離子表面活性劑(如十二烷基苯磺酸鈉、琥珀酸二辛酯磺酸鈉、磺化鈉鹽或硫酸化有機乙氧基化物或丙氧基化物)、陽離子表面活性劑(如十六烷三甲基氯化銨或二價、三價、四價有機胺)或兩性表面活性劑(如椰油酰胺基丙基甜菜堿(cocamidopropylene betaine)。
流變劑的實例可以包括羧甲基纖維素鈉、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮以及它們的共聚物、羥丙基瓜爾膠、黃原膠、脫乙酰殼多糖、丙烯酸共聚物、丙烯酸聚合物(聚羧乙烯)等。但是許多其他水溶性聚合物也具有類似優(yōu)點。
盡管實施例中用于過濾器的組合物來自水溶液或懸浮液，但是也可以在過濾器上使用固體的或是來自廢水溶劑的濕潤劑和生物穩(wěn)定劑，以及在本發(fā)明范圍內的那些組合物。
應該認識到，本發(fā)明的組合物可以用于任何材料的過濾器。已經對聚丙烯、粘膠、人造纖維、纖維素和玻璃纖維的過濾器進行了實驗。但是這里所述的操作原理也能適用于其他材料和其他結構(如織造、非織造、紡粘、熔體噴射、層壓等)的過濾器。
應該認識到，所述的處理劑可以使用一種或多種抗微生物劑，并可以根據(jù)本文各種配方中所述的原理配制。雖然優(yōu)選對過濾器以噴霧形式從過濾器的下游浸入過濾器的方式或將生物抑制劑直接進行預處理，但是可以用一種根據(jù)本發(fā)明認可的組合物施用于運轉中的過濾器的濾出層上的方式在原地對過濾器進行處理，或在過濾器取下之前對其進行處理(連續(xù)或間歇地)。所述處理也可以重新用于取下不用的過濾器，無論是否除去濾出物。
雖然本發(fā)明已經參照具體實施例進行了說明，但是應意識到對于那些對技術有經驗的人員，本發(fā)明還可以具體實施為其它各種形式。
權利要求
1.一種空氣過濾器，所述空氣過濾器包含含有生物抑制劑即抗微生物劑的組合物，其中所述生物抑制劑即抗微生物劑能滲移到使用中在過濾器上積聚的微粒上。
2.權利要求1所述的空氣過濾器，其特征在于所選擇的生物抑制劑即抗微生物劑具有抑菌和/或防霉性能。
3.權利要求1或2所述的空氣過濾器，其特征在于和在相同條件下未經處理的過濾器相比，經3個月的正常使用后在清潔過濾材料的cfu’s/克至少減少log1。
4.一種用于空氣過濾器的的組合物，所述組合物包括水溶性的抗微生物劑即生物抑制劑，和濕潤劑，其中所述抗微生物劑即生物抑制劑能滲移到在使用中積聚在空氣過濾器表面的濾出物上。
5.權利要求4所述的組合物，其特征在于它進一步包含表面活性劑。
6.權利要求4所述的組合物，其特征在于它進一步包含含氟表面活性劑。
7.權利要求4～6任一項所述的組合物，其特征在于它進一步包含一種或多種流變添加劑。
8.權利要求7所述的組合物，其特征在于流變添加劑是增稠劑、膠凝劑或粘度改進劑。
9.權利要求4～8任一項所述的組合物，其特征在于所述抗微生物劑即生物抑制劑選自2-溴-2硝基丙烷-1，3-二醇、異噻唑啉、對羥基苯甲酸甲酯、丙酯或丁酯、山梨酸、苯甲酸和所述酸的鹽、苯氧基乙醇、二氯苯氧氯酚(triclosan)、2，6-二氯-4-硝基苯胺，氯硝胺(diclosan)、二氯芬、葡萄酸洗必太(chlorhexidinegluconate)、鄰苯基苯酚、四價抗微生物劑、鄰芐基對氯基苯酚和取代二苯醚。
10.權利要求4～9任一項所述的組合物，其特征在于所述抗微生物劑即生物抑制劑為2-溴-2硝基丙烷-1，3-二醇。
11.權利要求4～10任一項所述的組合物，其特征在于所述濕潤劑選自氯化鈣、甘油、山梨糖醇、乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、1，3-丁二醇、PCA(2-吡咯烷酮-5-羧酸)、硫酸鈉、氫氧化鈉、乳酸及其衍生物、氯化鈉和琥珀酸二辛酯磺酸鈉。
12.權利要求4～11任一項所述的組合物，其特征在于所述濕潤劑為氯化鈣。
13.權利要求7所述的組合物，其特征在于所述流變添加劑是選自羧甲基纖維素鈉、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮以及它們的共聚物、羥丙基瓜爾膠、黃原膠、脫乙酰殼多糖、丙烯酸化共聚物、丙烯酸聚合物(聚羧乙烯)和水溶性聚合物中的一種或多種。
14.權利要求4～13任一項所述的組合物，其特征在于所述流變添加劑是乙烯醚/馬來酸酐共聚物。
15.權利要求4～14任一項所述的組合物，其特征在于所述組合物大體如本文所述。
16.一種過濾器，其特征在于所述過濾器用權利要求4～15任一項所述的組合物處理過。
17.一種處理過濾器上濾出物的方法，其特征在于所述方法包括往過濾器或濾出物中加入能滲移到濾出物上的抗微生物劑即生物抑制劑的步驟。
18.一種減少空氣中氣載污染物的方法，所述方法包括如下步驟用權利要求4～15任一項所述的組合物處理過濾器，使空氣通過過濾器，由此使污染物作為濾出物積聚在過濾器上，使抗微生物劑滲移到濾出物中。
19.一種減少空氣中氣載污染物的方法，所述方法包括如下步驟用抗微生物劑即生物抑制劑處理過濾器，使空氣通過過濾器，由此使污染物作為濾出物積聚在過濾器上，使抗微生物劑滲移到濾出物中。
20.權利要求17～19任一項所述的方法，其特征在于所述方法參照任一實施例大體如本文所述。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包含組合物的空氣過濾器，所述組合物中含有能滲移到在使用中積聚在過濾器上的微粒上的生物抑制劑即抗微生物劑。所述抗微生物劑具有抑菌和/或防霉性能，并可選擇性地包含濕潤劑、表面活性劑或流變添加劑。本發(fā)明也涉及一種用于處理過濾器的組合物和減少空氣中氣載污染物的方法。
文檔編號B01D27/06GK1427937SQ01809046
公開日2003年7月2日 申請日期2001年3月27日 優(yōu)先權日2000年3月29日
發(fā)明者S·克里茲爾 申請人:新藥研究(澳大利亞)有限公司