CN1427937A - 生物抑制性过滤器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包含组合物的空气过滤器，所述组合物中含有能渗移到在使用中积聚在过滤器上的微粒上的生物抑制剂即抗微生物剂。所述抗微生物剂具有抑菌和/或防霉性能，并可选择性地包含湿润剂、表面活性剂或流变添加剂。本发明也涉及一种用于处理过滤器的组合物和减少空气中气载污染物的方法。

Description

生物抑制性过滤器

技术领域

本发明涉及空调系统，更具体地说，涉及用于减少与此系统中的过滤器有关的病原体的方法和组合物。本发明主要研制用于空调(包括空气制冷和空气制暖)系统，在下文将参照其使用领域进行说明。但是这并不能认为本发明仅限于那些具体用途。

背景技术

空调系统包括空气过滤器通常用于如办公室、居所、保健护理室和其他建筑物中。这种过滤器的一个实例是使用非织造聚酯纤维作为媒介来过滤空气中大小超过10微米的气载悬浮颗粒，不过过滤器也可以由各种材料以多种不同的结构和等级制成。过滤器的作用是捕集灰尘和颗粒污染物。所述被捕集的物质(滤出物)会给病原体如真菌、微生物、病毒、过敏素、酵母和霉菌提供滋生的环境。在关闭空调如晚上的高湿度时期是特别有助于这些有机体滋生的环境，但是在通常的操作条件下这些有机体也能滋生。人们很不希望这些有机体存在是因为它们会导致人和动物生病或死亡，会产生异味并损伤或破坏各种材料。

就人类的健康和安全而言，特别涉及内毒素和真菌毒素，所述内毒素和真菌毒素由霉菌和细菌的细胞壁分离出，已知的人类呼吸过敏素。在有些人中它们能引发哮喘，在所有情况下会导致免疫反应。暴露一段时期后会降低免疫系统响应对抗药的能力，并使主体更易于受细菌、病毒等的感染。同时还涉及真菌孢子、细菌孢子和微生物。

在空气过滤装置中防止孢子萌芽和微生物的滋生有助于减少疾病和过敏反应。同时也能提高过滤装置的使用寿命。微生物的活动缩短了过滤器本身的寿命，因为在过滤器的表面和内部生物量的增加会阻塞气孔、减少空气流量和增大系统背压力。在某些情况下，空气过滤器是由天然材料如纤维素制造的或者它含有上述天然材料，这时在潮湿环境下某些真菌能迅速退化这些材料。

在保健护理设备如医院和理疗室中主要涉及的是危险的传染性疾病会通过各种微生物传播。在这种设备中问题更严重，因为许多患者由于他们健康护理的问题处于虚弱的状态。而那些对健康的人不会产生重要威胁的微生物对那些自身抵御传染能力降低的患者来说可能是致命的。

同时人们也越来越关注其他的环境如公共建筑，因为如果致病的微生物通过某种渠道经由调节的空气或通风管进入建筑物中，它们会迅速传遍整个建筑，从而大大提高了传染和疾病传播的可能性。

解决这一问题的一种建议的方法是用抗微生物组合物涂覆过滤材料。抗微生物剂可以吸附在过滤纤维上或其内部，例如在挤出形成过滤纤维前将其包含在聚合物内。本发明人已经发现在实验室中当未使用“抗菌”过滤材料的表面附有细菌和/或真菌污染物时，这种所谓的“抗菌”过滤材料能有效地抑制生物，但是在空调系统中实际应用一段时间后该过滤材料会逐渐失效。因此过滤器要经常取出清洗、进行重新处理或替换。就所需的人力和停工期而言，取出清洗是很昂贵且不方便，同时还存在潜在的危险，而重新处理或替换也是昂贵的。而且当气流阻力不合要求时，通常只能取出过滤器了。

本说明书中对已有技术的任何论述决不认为是对下述观点的认同：该现有技术是本领域所熟知的或构成本领域的常识的一部分。

本发明的目的是为了克服或改进已有技术中的至少一种缺陷，或者提供一种有效的替代方法。

世界上许多地区在建筑物中使用加热的过滤空气作为集中供暖的方式。应该认识到此系统中的电炉和其他过滤器都存在上述空调过滤器相同的不足，本发明并不局限于某一特定类型的过滤器或气流系统。也应认识到本发明能同样应用于不同类型和等级的过滤器如高效微粒空气过滤器(hepafilters)。

发明内容

根据第一个方面，本发明提供一种包含如下组合物的空气过滤器，所述组合物含有生物抑制剂即抗微生物剂，其中所述生物抑制剂即抗微生物剂能渗移到在使用中积聚在过滤器上的微粒上。

本发明优先选择具有抑菌和/或防霉性能的生物抑制剂即抗微生物剂。微粒通常积聚在层上，本发明的生物抑制剂即抗微生物剂穿过层渗移到外表面(空气/微粒界面)，不然外表面处有机物质将会增多。

本发明的过滤器中抗微生物剂不是粘附在过滤器表面，而是渗移到过滤器上积聚的灰尘和微粒物质上。层上的微粒被抗微生物剂即生物抑制剂包覆。

应该认识到，所述处理是抑菌或防霉的就足够了。即所述处理是阻止有机体“集落”在过滤器上，而不是杀死“集落的”过滤器中的有机体。不过可以使用抗微生物组合物。

根据第二个方面，本发明提供一种用于空气过滤器的的组合物，所述组合物包括：

水溶性的抗微生物剂即生物抑制剂，

和湿润剂

其中所述抗微生物剂即生物抑制剂能渗移到在使用中积聚在空气过滤器表面的滤出物上；

优选实施方式是组合物包含有表面活性剂，并最好包含含氟表面活性剂。

优选实施方式是组合物包含一种或多种流变添加物如增稠剂、胶凝剂或粘度改进剂。

根据第三个方面，本发明提供一种处理过滤器上滤出物的方法，所述方法包括往过滤器或滤出物中加入能渗移到滤出物上的抗微生物剂即生物抑制剂的步骤。

根据第四个方面，本发明提供一种降低空气中气载污染物的方法，所述方法包括如下步骤：

用第二个方面的组合试剂处理过滤器，

让空气经过过滤器，由此使污染物作为滤出物积聚在过滤器上，

使抗微生物剂渗移到滤出物中。

附图说明

图1为新的未经处理的空调滤尘器使用前的显微照片(×100)。

图2为和图1类似的未经处理的过滤器在建筑物空调系统中使用11个月后的显微照片(×100)。

图3为和图1类似的经处理的过滤器在建筑物空调系统中使用11个月后的显微照片(×100)。

图4是按照本发明处理后的过滤器和未经处理的过滤器经11个月使用后，其上每克单位菌落形成数(“cfu’s”)的对比图。

具体实施方式

以下将举例并参照附图对本发明的各种具体方式进行更加详细的说明。

发明人已经发现像过去一样将抗微生物剂用于过滤器纤维是相对无效的，虽然这种处理能防止直接作用了过滤器纤维本身的真菌和微生物的活性，但由于灰尘积聚在过滤器上，灰尘的外表面远离过滤器纤维上附有的抗微生物剂，病原体就会在灰尘残留物的表面滋生(即和用抗微生物剂处理过的纤维隔离)。这样当过滤器阻塞后，抗微生物活性就降低了。这就解释了为什么在实验室中将接种物用于已有技术的过滤器上的试验能取得好的效果，但在实际安装连续使用过程中却不能取得好的效果。相反，本发明提供一种经更长时期后仍保持有效的抗微生物剂，如果没有超过过滤器的使用寿命，则提供一种抗微生物剂，所述抗微生物剂能透过过滤器上的层或积聚滤出物的层向微生物将要集落的表面(空气/微粒界面)移动，令人惊奇的是，尽管此残余物表面的空气速度较高也能获得好的结果。

虽然这里并不需要什么理论解释，但相信本发明的组合物是有效的，因为湿润剂吸收水分，起溶液媒介物和生物抑制剂即抗微生物剂(或者是生物抑制剂和/或抗微生物剂的混合物)传送介质的作用。本发明的优选实施方式中媒介物的表面张力可以通过一种或多种表面活性剂有效地降低。当滤出物积聚在过滤器上，湿润剂吸收水分时，抗微生物剂组合物可以通过水媒介物渗移到最外层表面，保持其对病原有机体的抗性，否则这些病原有机体会在微粒层表面和微粒残余物中的缝隙中滋生。

优选用所述抗微生物剂湿润各微粒的外表面和微粒层的外表面。

实施例1

在本发明的优选实施方式中，用一种含有分散系的溶液或在溶剂中有抗微生物剂和湿润剂的溶液涂覆空气过滤器。在本实施例中，根据澳大利亚等级“F5”处理空调过滤器。所述过滤器由针织的非织造聚酯纤维织物制成，并具有约3.5平方米的总表面。过滤器厚度为10～12毫米，密度约为每平方米280～300克(gsm)。一般纤维直径应处于6～15但尼尔。所述过滤器用按照实施例2所示配方的溶液喷涂处理。

实施例2

处理溶液的基本配方如下：

氯化钙(湿润剂)                        5～25％

Kathon 886MW(生物抑制剂)              0.04％

Fluorad FC129(表面活性剂)             0.01％

水qs                                  100％

注：Kathon 886MW是可从Rohm&Hass Corp.获得的防腐剂

Fluorad FC129是可从3M Corp获得的含氟表面活性剂。

实施例3

处理溶液的优选配方如下：

氯化钙(湿润剂)                           14～18％

Kathon 886MW(生物抑制剂)                 0.04％

Fluorad FC129(表面活性剂)                0.01％

乙烯醚/马来酸酐共聚物(粘度改进剂)          0.8％

水qs                                     100％

可从ISP Corp.获得Gantrez。

需要在处理剂中结合一种或多种流变添加剂(如粘度改进剂、胶凝剂、触变剂等)。这些可以控制媒介物的粘度，防止因空气的强烈流通导致溶解了处理剂的细微液滴从过滤器上被吹走，并能帮助溶液保留在过滤器上。流变添加剂的类型和用量可根据其所用的环境进行选择。

优选的处理是强烈吸湿，从经过过滤器的空气中吸收水分成为液体。在处理中通过结合使用表面活性剂可进一步提高该液体对积聚的滤出层的渗透能力，表面活性剂由于具有低表面张力的功效，可以确保该液体不会再次回到气流中。配方中的抗微生物剂是水溶性的或者部分水溶性的，因此可以作为处理的一部分而渗移进入或穿过滤出层。

在配方中可以加入其他活性组分以便渗透过滤出层，例如阻燃剂、气流促进剂或粘度降低剂、除臭剂等。

实施例4

用实施例3所述的溶液喷涂处理实施例1所述的过滤器，达到每平方米230毫升处理液的含量。用干燥空气风干处理后的过滤器。应该认识到可以用浸渍或其他合适的方法涂覆过滤器并通过加热、真空或其他合适的方法或这些方法相互结合使用进行烘干。然后将干燥后的过滤器置于密封的容器如密封的塑料包中备用。

当要用过滤器时，从密封的容器中取出并置于其在空调系统中的操作位置上。在使用中，根据本发明制备的过滤器中的湿润剂将开始从周围环境中吸收水分。此吸收持续进行直到抗微生物剂形成饱和溶液，其浓度决定于空气的相对湿度。在液化过程中，抗微生物组分和表面活性剂部分或完全溶于湿润剂溶液中。

所得液相处理液具有极低的表面张力和使之成为理想渗透剂的渗透性。由于过滤器是持续地除去积聚为滤出层的气载污染物的，因此此处理剂是持续地渗透并包住污染物颗粒。含有有效量的抗微生物剂的胞囊渗透处理不仅能杀死气载污染物上的微生物，而且也能确保滤出层本身不会出现微生物活性。

在潮湿的空气中，微生物和病原体的滋生通常高于在干燥空气中。因此本发明提供当非常需要时如在高湿度环境下更好的抗微生物活性。干燥空气也许会降低抗微生物活性，但是可以预计在这种干燥环境中病原体的数量和滋生情况不会很高。这些情况会导致过滤器中抗微生物剂的使用寿命增加。

本发明并不直接通过防止生物量的增长来防止过滤器的阻塞，而是直接控制过滤器上和积聚残余物中有机体的集落，并最终制出了减少了病原体的空气。

实施例5

使用根据实施例4所述处理的过滤器。发现处理后的过滤器使用6个月甚至更长时间后也有效。在将近6个月的时候，取出过滤器清洗并用实施例1所述的新鲜组合物重新处理。在进行这些实验时应注意到孢子形成材料若能在过滤器上充分干透，就易于成为气载的并重新进入气流中，并易于在干燥时对抗微生物剂更具抗性。孢子形成材料给那些呼吸空气的人类免疫系统增加负担。死细胞若成为气载的，会导致那些易受感染的人哮喘。本发明另一优点是湿润剂在滤出层表面仍保持一定含量的湿气，以减少孢子和细胞再次流化。

图1～3是放大倍数为×100的显微照片，将经处理的过滤器材料经11个月的使用后(图3)的效果与未经处理的过滤器材料在使用前(图1)及经11个月使用后(图2)的效果进行比较。图2使用后的未处理样品和图1未使用的样品之间的比较显示出经过使用导致在较大直径的过滤器纤维附近的真菌细丝(以细微丝状出现)有明显生长。使用后所截留的污垢和灰尘颗粒也清晰可见。相反，图3处理后的过滤器则显示经11个月暴露后没有出现微生物的显著生长，虽然截留的污垢和灰尘颗粒也清晰可见。

实施例6

取一系列相同的新过滤器，其中的20％如实施例4用实施例3中的组合物处理。剩下的80％不进行处理。将处理后的和未处理的过滤器置于相同的空气处理系统中，以便使处理后的过滤器和未处理的过滤器交替使用。每月一次从处理后和相邻未处理的过滤器中取样，计算存活的真菌和霉菌的数量。用菌落形成单位(“cfu’s”)克表示的结果显示在图4中，作为每月时间的函数。处理后过滤器上的集群率和未经处理的过滤器相比在第一个月中没有明显的不同。但是从那以后所述菌落形成单位升至每克清洁的过滤材料中有6位对数的微生物，而经过处理的过滤器的相应数值在2个月内基本上稳定在每克清洁的过滤材料中有约2位对数的菌落形成单位，一个显著的提高。

用于本发明的适合的抗微生物剂包括但不限于2-溴-2硝基丙烷-1，3-二醇(溴硝丙二醇)、异噻唑啉如甲基或氯甲基异噻唑啉酮(Kathon 886MW)、对羟基苯甲酸甲酯、丙酯或丁酯、山梨酸、苯甲酸和这些酸的盐、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)、邻苯基苯酚、苯扎氯胺和其他四价抗微生物剂邻苄基对氯基苯酚、取代二苯醚。

本发明所用的湿润剂优选氯化钙。其他湿润剂的实例包括甘油、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)、硫酸钠、氢氧化钠、乳酸及其衍生物、氯化钠等。考虑到系统中的结构材料和本文揭示的过滤器所含的组合物，有技术经验的那些技术人员不难选择合适的湿润剂。一些湿润剂也起到表面活性剂的作用。琥珀酸二辛酯磺酸钠就是一个实例。

本发明所用的优选表面活性剂类型为含氟表面活性剂，如Fluorad FC129。优选它们是因为它们降低表面张力的能力很强。但是也可以使用其他表面活性剂。仅当作实例，表面活性剂可以是非离子表面活性剂(如乙氧基化物、丙氧基化物和两者的嵌段共聚物)、阴离子表面活性剂(如十二烷基苯磺酸钠、琥珀酸二辛酯磺酸钠、磺化钠盐或硫酸化有机乙氧基化物或丙氧基化物)、阳离子表面活性剂(如十六烷三甲基氯化铵或二价、三价、四价有机胺)或两性表面活性剂(如椰油酰胺基丙基甜菜碱(cocamidopropylene betaine)。

流变剂的实例可以包括羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、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们的共聚物、羟丙基瓜尔胶、黄原胶、脱乙酰壳多糖、丙烯酸共聚物、丙烯酸聚合物(聚羧乙烯)等。但是许多其他水溶性聚合物也具有类似优点。

尽管实施例中用于过滤器的组合物来自水溶液或悬浮液，但是也可以在过滤器上使用固体的或是来自废水溶剂的湿润剂和生物稳定剂，以及在本发明范围内的那些组合物。

应该认识到，本发明的组合物可以用于任何材料的过滤器。已经对聚丙烯、粘胶、人造纤维、纤维素和玻璃纤维的过滤器进行了实验。但是这里所述的操作原理也能适用于其他材料和其他结构(如织造、非织造、纺粘、熔体喷射、层压等)的过滤器。

应该认识到，所述的处理剂可以使用一种或多种抗微生物剂，并可以根据本文各种配方中所述的原理配制。虽然优选对过滤器以喷雾形式从过滤器的下游浸入过滤器的方式或将生物抑制剂直接进行预处理，但是可以用一种根据本发明认可的组合物施用于运转中的过滤器的滤出层上的方式在原地对过滤器进行处理，或在过滤器取下之前对其进行处理(连续或间歇地)。所述处理也可以重新用于取下不用的过滤器，无论是否除去滤出物。

虽然本发明已经参照具体实施例进行了说明，但是应意识到对于那些对技术有经验的人员，本发明还可以具体实施为其它各种形式。

Claims (20)

1.一种空气过滤器，所述空气过滤器包含含有生物抑制剂即抗微生物剂的组合物，其中所述生物抑制剂即抗微生物剂能渗移到使用中在过滤器上积聚的微粒上。

2.权利要求1所述的空气过滤器，其特征在于所选择的生物抑制剂即抗微生物剂具有抑菌和/或防霉性能。

3.权利要求1或2所述的空气过滤器，其特征在于和在相同条件下未经处理的过滤器相比，经3个月的正常使用后在清洁过滤材料的cfu’s/克至少减少log1。

4.一种用于空气过滤器的的组合物，所述组合物包括：

  水溶性的抗微生物剂即生物抑制剂，

  和湿润剂，

其中所述抗微生物剂即生物抑制剂能渗移到在使用中积聚在空气过滤器表面的滤出物上。

5.权利要求4所述的组合物，其特征在于它进一步包含表面活性剂。

6.权利要求4所述的组合物，其特征在于它进一步包含含氟表面活性剂。

7.权利要求4～6任一项所述的组合物，其特征在于它进一步包含一种或多种流变添加剂。

8.权利要求7所述的组合物，其特征在于流变添加剂是增稠剂、胶凝剂或粘度改进剂。

9.权利要求4～8任一项所述的组合物，其特征在于所述抗微生物剂即生物抑制剂选自2-溴-2硝基丙烷-1，3-二醇、异噻唑啉、对羟基苯甲酸甲酯、丙酯或丁酯、山梨酸、苯甲酸和所述酸的盐、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)、邻苯基苯酚、四价抗微生物剂、邻苄基对氯基苯酚和取代二苯醚。

10.权利要求4～9任一项所述的组合物，其特征在于所述抗微生物剂即生物抑制剂为2-溴-2硝基丙烷-1，3-二醇。

11.权利要求4～10任一项所述的组合物，其特征在于所述湿润剂选自氯化钙、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)、硫酸钠、氢氧化钠、乳酸及其衍生物、氯化钠和琥珀酸二辛酯磺酸钠。

12.权利要求4～11任一项所述的组合物，其特征在于所述湿润剂为氯化钙。

13.权利要求7所述的组合物，其特征在于所述流变添加剂是选自羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、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们的共聚物、羟丙基瓜尔胶、黄原胶、脱乙酰壳多糖、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种或多种。

14.权利要求4～13任一项所述的组合物，其特征在于所述流变添加剂是乙烯醚/马来酸酐共聚物。

15.权利要求4～14任一项所述的组合物，其特征在于所述组合物大体如本文所述。

16.一种过滤器，其特征在于所述过滤器用权利要求4～15任一项所述的组合物处理过。

17.一种处理过滤器上滤出物的方法，其特征在于所述方法包括往过滤器或滤出物中加入能渗移到滤出物上的抗微生物剂即生物抑制剂的步骤。

18.一种减少空气中气载污染物的方法，所述方法包括如下步骤：

   用权利要求4～15任一项所述的组合物处理过滤器，

   使空气通过过滤器，由此使污染物作为滤出物积聚在过滤器上，

   使抗微生物剂渗移到滤出物中。

19.一种减少空气中气载污染物的方法，所述方法包括如下步骤：

   用抗微生物剂即生物抑制剂处理过滤器，

   使空气通过过滤器，由此使污染物作为滤出物积聚在过滤器上，

   使抗微生物剂渗移到滤出物中。

20.权利要求17～19任一项所述的方法，其特征在于所述方法参照任一实施例大体如本文所述。

Images