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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hygienischen Filtrationsmaterials und ein solches hygienisches Luftfiltrationsmaterial.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Das Einatmen von Luft, die mit schädlichen Viren und/oder anderen Mikroorganismen kontaminiert ist, ist ein häufiger Infektionsweg für Menschen, insbesondere für Menschen, die mit infizierten Menschen oder Tieren arbeiten. Die von infizierten Patienten ausgeatmete Luft ist eine Quelle der Kontamination. Masken, die ein geeignetes Filtermaterial enthalten, gelten als vorteilhaft für die Verwendung als Barriere, um die Übertragung des Virus von Spezies zu Spezies zu verhindern. Es sind Luftfilter bekannt, von denen angenommen wird, dass sie solche Viren und/oder andere Mikroorganismen entfernen.
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Eine Art eines solchen Filters besteht aus einem faser- oder teilchenförmigen Substrat, auf dem auf der Oberfläche und/oder in der Masse dieser Fasern oder Partikel eine Substanz abgelagert ist, die Viren und/oder andere bedenkliche Mikroorganismen abfängt und/oder neutralisiert.
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Dementsprechend ist aus der
WO 2011/026515 ein mehrschichtiges Filtrationsmaterial für eine Gesichtsmaske bekannt. Das Material umfasst i) ein Filtersegment, das das Filtrationsmaterial umfasst, das so angepasst ist, dass es den Mund und die Nasenlöcher des Benutzers bedeckt, ii) ein Trägersegment, das so angepasst ist, dass es abnehmbar um den Kopf des Benutzers platziert werden kann, und das so angepasst ist, dass es das Filtersegment über dem Mund und den Nasenlöchern des Benutzers ausrichtet.
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Dieses mehrschichtige Filtrationsmaterial besteht aus einer Kernschicht, die aus einem nicht gewebten Material besteht, das mit Natriumchlorid imprägniert ist, das in einem flüssigen Träger eingearbeitet oder auf das nicht gewebte Material aufgesprüht ist. Auf jeder Seite der Kernschicht sind in der mehrschichtigen Struktur Filtrationsschichten und äußere, mit Silbernanopartikeln beschichtete, nicht gewebte Schichten vorgesehen.
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Bei Verwendung durchdringt das Natriumchlorid in der Kernschicht die eingeatmete Luft mit Salz, was die Wirkung hat, das Schleim in den Bronchien aufgelöst wird und Mikroorganismen abtötet werden, die Infektionen verursachen. Dies erleichtert das Atmen, lindert Niesen, Husten und Kurzatmigkeit.
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Diese mehrschichtige Struktur ist jedoch eine etwas komplizierte Struktur, die teuer in der Herstellung ist. Es scheint notwendig zu sein, äußere Schichten um das Natriumchlorid herum vorzusehen, das sich in der Kernschicht ablagert, um das Natriumchlorid darin zu halten. Das Natriumchlorid verbleibt nach dem Verdampfen des Wasserträgers im nicht gewebten Material. Das bedeutet, dass die Partikel lose in der nicht gewebten Schicht abgelagert sind und daher leicht aus dem nicht gewebten Material herausfallen, wenn nicht während Herstellung der Gesichtsmasken, dann doch bei Verwendung des Filtrationsmaterials, z. B. als eine Gesichtsmaske. Dieser Verlust von Natriumchloridpartikeln verringert die hygienische/desinfizierende Wirkung des Filtrationsmaterials.
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Aus
US 5,307,796 ist eine Filtrationsgesichtsmaske bekannt, die in eine kuppelförmige Form gebracht wird, da ein nicht gewebtes Vliesmaterial aus Zweikomponentenfasern besteht und unter Anwendung von Wärme geformt wird, um die kuppelförmigen Gesichtsmasken herzustellen. Die erforderlichen Temperaturen von mindestens 110°C verhindern jedoch, dass Wasserlösungen im nicht gewebten Material vorhanden sind, da das Wasser verdampft und darin gelöste Stoffe als lose Rückstände im Vlies zurückbleiben.
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Ein Verfahren zur Herstellung eines Faservlieses, das zur Fluidfiltration verwendet werden kann, ist aus
WO 2012/006338 bekannt. In dieser Offenbarung wird ein mehrschichtiges Faservlies hergestellt, das in der Kernschicht der mehreren Schichten Partikel unterschiedlicher Art enthalten kann. Die oberste und unterste Schicht muss verhindern, dass die Partikel aus dem mehrschichtigen Aufbau herausgewaschen werden, was diese Faservliesstruktur für viele Filtrationsfunktionen ungeeignet macht.
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Weitere Verfahren zur Herstellung von nicht gewebten, trockengeformten Matten aus Zweikomponentenfasern sind in
WO 2005/044529 oder
WO 2014/177497 offengelegt.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Filtrationsmaterial zur hygienischen oder sanitären Verwendung und ein Herstellungsverfahren bereitzustellen, das die oben genannten Probleme des Standes der Technik lindert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Filtrationsmaterials zur hygienischen Verwendung erreicht, umfassend die Schritte zum
- - Trockenformen einer Matte aus Fasermaterial durch Blasen von Fasermaterial, das Zweikomponentenfasern umfasst, in einen Formkasten mit einem offenen Boden, der über einem Formsieb positioniert ist, um eine Matte aus Fasern auf dem Formsieb zu bilden, die ein Faservlies bildet, wobei die Zweikomponentenfasern mindestens zwei Komponenten aufweisen, die unterschiedliche Polymerzusammensetzungen mit unterschiedlichen Erweichungstemperaturen umfassen;
- - Vorwärtsbewegen eines luftgelegten, nicht gewebten Faservlieses auf einem sich bewegenden Substrat;
- - Aufbringen eines Natriumchlorid umfassenden Granulatmaterials auf die Matte aus Fasern in einem trockenem Zustand; und anschließend
- - Erhitzen des sich vorwärtsbewegenden Vlieses auf eine Heiztemperatur, die eine erste Erweichungstemperatur übersteigt, wobei die erste Erweichungstemperatur der niedrigsten Erweichungstemperatur der Komponenten der Zweikomponentenfasern entspricht; und dann
- - Kalandrieren des erhitzten Vlieses, um das Vlies aus Filtrationsmaterial auf eine vorbestimmte Dicke zu bringen, und Weiterleiten des Vlieses zur Weiterverarbeitung.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Filtrationsmaterial zur sanitären Verwendung bereitgestellt, das eine luftgelegte, nicht gewebte Fasermatte umfasst, die Zweikomponentenfasern und einen Anteil an Granulatmaterial umfasst, das Natriumchlorid umfasst. Dabei ist zumindest ein großer Anteil der Körner des Granulatmaterials an den Oberflächen der Zweikomponentenfasern angeheftet. Dies ist vorteilhaft, da die Körner oder Partikel mechanisch an der Faserstruktur der Fasermatte angebracht sind und dadurch in der Fasermatte festgehalten werden. Im Gegensatz dazu können beim Stand der Technik die Körner aufgelöst werden und das körnige Material bleibt als flockiges Material auf der Oberfläche der Fasermatte zurück, was wiederum bedeutet, dass das Material von der Fasermatte abfällt, wenn es als Filtrationsmatte verwendet wird.
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Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren wird ein nicht gewebtes Filtrationsmaterial erzielt, das zur Verwendung in einer Vielzahl von Anwendungen geeignet ist. Das nicht gewebte Material ist ausreichend porös, so dass Luft durch das Material dringen kann, wodurch sich das Material z. B. für Gesichtsmasken eignet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insofern vorteilhaft, als die Natriumchlorid-„Sättigung“ der nicht gewebten Fasermatte ohne einen flüssigen Träger erreicht werden kann, da Zweikomponentenfasern verwendet werden, die durch Hitze aktiviert werden können, um die körnigen Partikel im Inneren der nicht gewebten Matte zu binden.
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Bei Verwendung durchdringt das Natriumchlorid auf den Fasern des nicht gewebten Material die eingeatmete Luft mit Salz, das die Wirkung hat, den Schleim in den Bronchien aufzulösen und Mikroorganismen abzutöten, die Infektionen verursachen. Dies erleichtert das Atmen, lindert Niesen, Husten und Kurzatmigkeit. Während die Luft durch das Filtrationsmaterial strömt, werden die Verunreinigungen neutralisiert, vom Natriumchlorid sicher eingeschlossen und adsorbiert, und die Luft wird dadurch gereinigt.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, ein Luftfiltrationsmaterial für eine Gesichtsmaske zu verwenden, das Material des körnigen Materials im Luftstrom durch das Filtermaterial zur Reinigung des Luftstroms freisetzt.
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Das Natriumchlorid hat außerdem eine desinfizierende Wirkung, die auch für andere Zwecke als schützende Gesichtsmasken genutzt werden kann.
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Erfindungsgemäß sind die Körner des Granulatmaterials an den Oberflächen der Zweikomponentenfasern angeheftet. Überschüssiges körniges Material kann je nach der tatsächlichen Anwendung des Filtrationsmaterials entfernt werden. Bei anderen Anwendungen kann es vorteilhaft sein, das Filtrationsmaterial als einen Träger zur Bereitstellung von Arzneimitteln zur Behandlung einer Erkrankung zu verwenden, z. B. indem der Anteil des körnigen Materials, das Natriumchlorid umfasst, mit körnigen Zusätzen, wie Antibiotika oder dergleichen, ergänzt wird.
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In einer Ausführungsform des Filtrationsmaterials gemäß der vorliegenden Offenbarung sind die Zweikomponentenfasern hydrophile Fasern. Dies ist vorteilhaft bei Anwendungen des Filtrationsmaterials in Bezug auf Feuchtigkeitsaufnahme, z. B. in Bezug auf Verpackungen in der Lebensmittelindustrie oder dergleichen.
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Dementsprechend kann das Filtrationsmaterial zur schützenden Umhüllung eines Lebensmittelproduktes verwendet werden, wobei Freisetzung des Materials des körnigen Materials von jeglichem Luftstrom durch die Umhüllung gereinigt wird und dadurch das Lebensmittelprodukt konserviert.
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Vorzugsweise liegt die Faserlänge der Zweikomponentenfasern im Bereich von 1 bis 100 mm. Außerdem können die Zweikomponentenfasern vorteilhafterweise biologisch abbaubar sein. Dies ermöglicht umweltfreundliche Filtrationslösungen, wie z. B. Einwegprodukte, wie Gesichtsmasken.
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Außerdem kann das Granulatmaterial in kristalliner Form vorliegen. Dieser trockene Zustand ist geeignet, um leicht an den Zweikomponentenfasern anzuhaften. Das erfindungsgemäße Filtrationsmaterial kann zwischen 5-95 % Zweikomponentenfasern enthalten, und das Filtrationsmaterial kann bis zu 95 % Natriumchlorid enthalten.
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Bei Verwendung des Filtrationsmaterials für Gesichtsmasken ist es wünschenswert, dass alle Fasern im nicht gewebten Material gebunden werden und keine losen Fasern in der Matte zurückbleiben. Dies kann durch Hinzufügen eines zusätzlichen Schritt zum Absaugen vor dem Aufbringen des Natriumchloridgranulats erreicht werden. Es kann auch von Vorteil sein, dass das Vlies aus Filtrationsmaterial nach dem Schritt zum Kalandrieren über eine Vakuumkasten geführt wird, um überschüssiges körniges Material zu entfernen, bevor sie zur Weiterverarbeitung vorwärtsbewegt wird. Der Schritt zum Weiterverarbeiten kann das Aufwickeln des Vlieses aus Filtrationsmaterial zu einer Rolle umfassen. Dies erleichtert den Transport zu anderen Produktionsstätten, wo das Filtrationsmaterial beispielsweise zur Herstellung von Gesichtsmasken oder anderen Arten von Produkten verwendet wird.
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In der vorliegenden Offenbarung ist mit dem Begriff „Zweikomponentenfaser“ oder „Zwei-Ko-Faser“ („Bi-Co-Faser“) eine Faser gemeint, die aus zwei oder mehr Komponenten besteht, die verschiedene Polymerzusammensetzungen mit unterschiedlichen Erweichungstemperaturen umfassen, wobei die Komponenten in getrennten und unterschiedlichen Bereichen entlang der Länge der Faser angeordnet sind, wie z. B. eine Kernkomponente, die eine höhere Erweichungstemperatur hat als die Beschichtungskomponente, die die Kernkomponente beschichtet.
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Vorteilhafterweise entspricht die erste Erweichungstemperatur beim Erhitzen des sich vorwärtsbewegenden Vlieses auf eine Heiztemperatur, die eine erste Erweichungstemperatur überschreitet, der niedrigsten Erweichungstemperatur der Komponenten der Zweikomponentenfasern. Dadurch werden die Zwei-Ko-Fasern an ihren Oberflächen klebrig, wodurch sich die körnigen Partikel an den Faseroberflächen festsetzen. Diese Erhitzungstemperatur liegt vorzugsweise zwischen 110°C und 200°C, besonders bevorzugt bei mindestens ca. 145°C. Ein geeigneter Typ von Zwei-Ko-Fasern könnte Fiber Trevira 255 1,3 dtex 3 - 6 -12 - 18 mm sein.
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Das körnige Material kann auf verschiedene Weise aufgebracht werden.
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In einer ersten Ausführungsform wird das luftgelegte, nicht gewebte Faservlies auf einem sich bewegenden Substrat vorwärtsbewegt, und der Schritt zum Aufbringen des Granulatmaterials wird durchgeführt, indem das Faserflies durch einen Applikator geführt wird, wo das Granulatmaterial dem vorwärtsbewegten Vlies zugeführt wird.
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In einer zweiten Ausführungsform wird der Schritt zum Aufbringen durchgeführt, indem das Granulatmaterial in den Formkasten zugeführt wird, so dass dieses Granulatmaterial mit den durch den Fasereinlass zugeführten Fasern vermischt wird.
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Erfindungsgemäß kann der Anteil des Granulatmaterials, der Natriumchlorid umfasst, mit körnigen Zusätzen, wie Antibiotika oder dergleichen, gemischt werden. Hierdurch können orale Masken zur Behandlung von Atemwegserkrankungen bereitgestellt werden.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, in denen
- 1 eine schematische Darstellung der Herstellung eines Vlieses aus Filtrationsmaterial gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist;
- 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Filtrationsmaterials ist;
- 3 und 4 mikroskopische Aufnahmen eines erfindungsgemäßen Filtrationsmaterials sind.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Bezugnehmend auf
1 wird ein Vlies 2 aus nicht gewebtem Fasermaterial bereitgestellt. Dieses in der Figur nicht gezeigte Vlies wird durch Trockenformen einer Matte aus Fasermaterial hergestellt, indem Fasermaterial, das Zweikomponentenfasern 20 enthält, in einen Formkasten mit offenem Boden, der über einem Formsieb positioniert ist, geblasen wird, um eine Matte aus Fasern auf dem Formsieb zu bilden, die ein Faservlies bildet. Beispielsweise kann eine solche trockengeformte Matte aus Fasermaterial in den Vorrichtungen und unter Verwendung der in
WO 2005/044529 oder
WO 2014/177497 offengelegten Verfahren hergestellt werden, die beide durch Verweis einbezogen sind.
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Das Vlies 2 wird auf einem sich bewegenden Substrat (nicht gezeigt) durch eine Reihe von Verarbeitungsschritten vorwärtsbewegt.
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Zunächst wird das Vlies 2 durch eine Applikatorstation, die einen Applikatorkasten 4 oberhalb des Vlieses 2 und einen Saugkasten 6 unterhalb des Vlieses 2 umfasst, vorwärtsbewegt. In den Applikatorkasten 4 und auf das Vlies 2 wird Natriumchlorid enthaltendes Granulatmaterial 8 zugeführt. Aufgrund der Porosität des Vlieses 2 und ergänzt durch den Saugkasten 6 werden die Natriumchloridpartikel des Granulatmaterials 8 in das Vlies 2 und zwischen die Fasern gezogen.
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Das Vlies 2 - nun mit den körnigen Partikeln 8 „trockengesättigt“ - wird in einer Heizstation 10 erhitzt. Wie bereits erwähnt, besteht das Vlies 2 aus Zweikomponentenfasern, und solche Zwei-Ko-Fasern 20 haben eine Kernkomponente, die eine höhere Erweichungstemperatur hat als die Beschichtungskomponente, die die Kernkomponente beschichtet. Das Vlies 2 wird hier auf eine Temperatur erhitzt, die zwischen den beiden Erweichungstemperaturen liegt. Dadurch wird die Beschichtungskomponente der Zwei-Ko-Fasern 20 weich und klebrig und lässt dadurch die körnigen Teilchen, d. h. die Natriumchloridpartikel 8, anhaften.
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Die erhitzte Bahn wird dann in einer Kalandrierstation 12 kalandriert, um das Vlies 2 aus Filtrationsmaterial auf eine vorbestimmte Dicke und Dichte zu bringen, und zur Weiterverarbeitung 16 weitergeleitet.
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Das Vlies 2 aus Filtrationsmaterial kann über einen Saugkasten 14 geführt werden, um überschüssige körnige Partikel zu entfernen, bevor sie zu einer Wickelstation 16 gelangt, wo das Vlies 2 zu einer Rolle aufgewickelt wird. Die Rolle des Filtrationsmaterials kann anschließend bei der Herstellung von Gesichtsmasken oder anderen Arten von Produkten verwendet werden, die die sanitären Luftfiltrationsfähigkeiten nutzen, mit denen das Filtrationsmaterial gemäß dieser Offenbarung ausgestattet ist.
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Bei dem in 1 beschriebenen Herstellungsverfahren wird das Natriumchlorid aufgrund der Verwendung von Zweikomponentenfasern ohne Verwendung eines flüssigen Trägers in der nicht gewebten Fasermatte abgelagert. Die äußere Komponente der Zwei-Ko-Fasern wird durch Hitze aktiviert, um die körnigen Partikel im Inneren der nicht gewebten Matte zu binden. In 2 ist eine schematische Darstellung der nicht gewebten Matte gezeigt.
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Wie bereits erläutert, durchdringt das Natriumchlorid 8 auf den Fasern 20 des nicht gewebten Materials die eingeatmete Luft mit Salz, das die Wirkung hat, den Schleim in den Bronchien aufzulösen und Mikroorganismen 22 abzutöten, die Infektionen verursachen. Auf diese Weise werden beim Durchströmen der Luft durch das Filtrationsmaterial die Verunreinigungen wie Bakterien oder Viren neutralisiert, durch das Natriumchlorid sicher eingeschlossen und adsorbiert, und die Luft wird dadurch gereinigt.
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Die Aufnahmen in den 3 und 4 stammen von einer Prototypenproduktion eines erfindungsgemäßen Filtrationsmaterials. Auf den Aufnahmen ist zu erkennen, dass die Fasern in der nicht gewebten Matte mit den Natriumchloridpartikeln „gesättigt“ sind. Es wurde überraschenderweise die Erfahrung gemacht, dass ein extrem hoher Anteil an Natriumchloridpartikeln auf den Fasern in der nicht gewebten Matte abgesetzt werden kann.
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Vorstehend wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf eine derzeit bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch klar, dass je nach der tatsächlichen Verwendung des Filtrationsmaterials Varianten vorgesehen werden können, ohne von den beigefügten Ansprüchen abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2011026515 [0004]
- US 5307796 [0008]
- WO 2012006338 [0009]
- WO 2005044529 [0010, 0031]
- WO 2014177497 [0010, 0031]