用于抗菌和/或抗病毒用途的纤维材料、过滤器、口鼻防护装置、用于口鼻防护装置的嵌件以及制造纤维材料的方法与流程

用于抗菌和/或抗病毒用途的纤维材料、过滤器、口鼻防护装置、用于口鼻防护装置的嵌件以及制造纤维材料的方法
1.本发明涉及一种用于抗菌和/或抗病毒用途的纤维材料、一种过滤器、一种口鼻防护装置、一种用于口鼻防护装置的嵌件以及一种制造用于抗菌和/或抗病毒用途的纤维材料的方法。
2.这种纤维材料例如可以用在抗菌和/或抗病毒的过滤器或外科口鼻防护面罩中。此外，该纤维材料可以用在呼吸防护装置的过滤器中或者用在暴露于变化的环境温度的空调设备中。这些纤维材料在使用中常常会湿透，例如被空气湿气或包含在呼吸空气中的湿气湿透。这种湿透通常是不希望的并且可能导致过滤器损坏和/或需要更换。
3.本发明所要解决的技术问题是，提供一种纤维材料，该纤维材料在湿透的情况下具有改善的抗菌和/或抗病毒效果。本发明所要解决的技术问题还在于提供一种过滤器、一种口鼻防护装置以及一种制造纤维材料的方法。
4.所述技术问题通过根据权利要求1的纤维材料解决。在此，用于抗菌和/或抗病毒用途的纤维材料包括纤维，所述纤维具有金属银和锰(iv)氧化物。纤维材料在此优选地设计用于透气的过滤器和/或口鼻防护装置。
5.本发明能够实现，纤维材料和由纤维材料构造的过滤器即使湿透也在很大程度上保持没有微生物和病毒。在口鼻防护面罩的情况下，防护面罩的湿透是它应当被清除并且由新的防护面罩替换的指标。通过本发明也可以明显更久地使用湿透的面罩。
6.在此已经证明，银和锰(iv)氧化物可以非常好地涂覆在纤维上并且可以与呼吸空气或环境空气的实际不希望的湿气、氧气形成所谓的氧自由基，所述氧自由基也称为活性氧(ros＝reactive oxygen species，或者说活性氧族)。这些极具反应性的氧族可以如此破坏构成细菌和病毒的蛋白质、脂质、rna或dna，使得发生生化反应并且使细菌和病毒无害。该效果在此随着湿透的增加而变得更强并且在此显著改善了这种纤维材料以及具有该纤维材料的过滤器和面罩的耐用度或最大允许的使用寿命。
7.纤维例如可以设计为纸浆纤维例如纤维素、塑料纤维例如聚丙烯、尤其是由聚丙烯构成的微纤维、陶瓷纤维或它们的混合物并且有利地作为纤维材料幅面提供在辊子上。
8.在另外的实施方式中，所述锰(iv)氧化物至少区段性地接触所述金属银。此外其中，所述锰(iv)氧化物和所述金属银作为大于10μm的颗粒存在。通过由现有技术已知的、也可以用于根据本发明的方法的、用于涂覆溶液的喷射方法，可以实现银和锰氧化物的所形成的沉淀物(即所形成的颗粒或颗粒积聚物)的大于10μm的尺寸。通过10μm的尺寸还有利地确保，沉淀物及其颗粒或颗粒积聚物因此不是纳米颗粒。此外，形成的最小尺寸为10μm的沉淀物及其颗粒或颗粒积聚物是不能通过肺的颗粒，这尤其对于在口鼻防护面罩或呼吸空气过滤器中的使用是必要的，即使在纤维材料上的附着性非常好。
9.在另外的实施方式中，所述纤维材料具有以下表面成分或者说组成：
[0010]-10％至25％、尤其14％至20％的银，
[0011]-10％至25％、尤其16％至19％的锰，其中，锰尤其作为锰氧化物存在。
[0012]
所述表面组成在此可以通过在扫描电子显微镜(rem)上的能量色散x射线光谱学
(energy dispersive x-ray spectroscopy，edx)分析来确定。通过rem的edx分析确定用于分辨位置的材料分析的化学元素组成。该方法可以用于分析表面组成。优选地，所述表面组成还具有10％至25％、尤其12％至18％的氧，其中，氧尤其可以与锰共同作为锰氧化物存在。换而言之，纤维材料上的表面组成作为金属银和锰(iv)氧化物的沉积在纤维材料表面上的颗粒分布(颗粒积聚物/单独颗粒)产生。
[0013]
在另外的实施方式中，至少部分的所述锰(iv)氧化物至少区段性地布置在所述纤维和所述银之间。已经证明，如此可以明显改善银在纤维上的附着性并且同时起抗微生物作用的化合物已经可以作为增附剂被涂覆。
[0014]
在另外的实施方式中，所述锰(iv)氧化物至少区段性地布置在所述银上。这可以通过根据本发明的方法有利地实现。
[0015]
在另外的实施方式中，金属银相对于锰(iv)氧化物的质量比例为200:1至10:1。已经表明，相对于银只需要非常少量的锰氧化物即可实现明显改善的抗病毒和抗微生物效果。
[0016]
在另外的实施方式中，所述锰(iv)氧化物相对于纤维的质量比例为0.01至0.5重量％(重量百分比)。已经表明，相对于纤维也只需要很小比例的二氧化锰。
[0017]
在另外的实施方式中，金属银相对于纤维的质量比例为0.1至5重量％。所述银比例与已知的用银涂层的材料相比可以有利地保持特别低，因为二氧化锰的比例使得反应性明显提高。
[0018]
在另外的实施方式中，纤维至少部分地用金属银涂层，并且银掺杂有锰(iv)氧化物。
[0019]
在另外的实施方式中，所述纤维材料设计为无纺布(或者说非织造布)。在此，例如由聚丙烯制成的纺粘无纺布材料良好地适用。其它的合成无纺布同样良好地适用并且允许被良好地涂层。
[0020]
所述技术问题还通过一种过滤器解决，该过滤器具有过滤层，该过滤层具有根据本发明的纤维材料。所述过滤器优选设计为透气的并且在此可以具有另外的过滤层。因此，由根据本发明的纤维材料构成的过滤层例如可以嵌入另外的过滤层、例如活性炭过滤器以及用于过滤粗大污物的过滤层中。因此，除了所述过滤器之外、除了抗菌和抗病毒作用之外，还可以简单地补充具有另外的过滤特性的另外的层。
[0021]
所述技术问题还通过一种口鼻防护装置、尤其是外科面罩解决，该口鼻防护装置具有包括根据本发明的纤维材料的层。换而言之，口鼻防护装置包括至少一个根据本发明的纤维材料。该层在此优选完全由所述纤维材料构成。所述层、即纤维材料在此布置为，使得面罩佩戴者的呼吸空气在吸气和/或呼气时流过该层。因此，即使在极限佩戴时长和由此引起的口鼻防护装置被呼吸湿气较大地湿透/浸透的情况下，也可以确保明显改善地保护佩戴者以防细菌和病毒。此外，由此还可以保护第三人免受来自佩戴者的细菌和病毒的侵害，因为在(佩戴者)呼气时，这些细菌和病毒已经在面罩中被破坏。
[0022]
在另外的实施方式中，口鼻防护装置具有内层和外层。在此，过滤层布置在内层和外层之间。因此，过滤层可以针对最佳的抗病毒效果被优化，而外层和内层可以实现另外的功能。
[0023]
在另外的实施方式中，口鼻防护装置具有排斥水的、例如疏水的外侧，呼吸空气能
够流动通过该外侧。外侧优选地设计为排斥液体的无纺布，从而潜在传染性的液滴完全不会渗透到过滤层。同样可以考虑，根据本发明的过滤层具有被疏水地涂层的外侧。作为补充或备选地，口鼻防护装置具有内层，该内层朝向口鼻防护装置的佩戴者的嘴部并且优选设计为适于皮肤的无纺布、例如聚丙烯无纺布。当面罩以大工业规模制造并且应用在专业领域中时，这种层结构特别有利。
[0024]
由于呼吸空气中的细菌和病毒被杀死，因此由根据本发明的纤维材料制成的起抗菌和抗病毒作用的纤维垫可以有利地既针对感染者也针对未感染者用作呼吸防护面罩或者应用在口鼻防护装置中。通过更久的防护作用，可以避免诊所和护理设施的短缺。纤维垫可以用在所有的过滤器类型中，例如用在用于便携式呼吸防护设备的特别的空气滤清器中，在便携式呼吸防护设备中必须更换空气滤清器。在用于过滤建筑物和车辆的潮湿的室内空气的空调设备中的应用同样是可以考虑的。在临床领域，通过使用根据本发明的过滤器可以改进检查设备和呼吸设备。
[0025]
所述技术问题还通过一种用于与传统的口鼻防护装置一同使用的嵌件解决。该嵌件设计为，使得其能够嵌入现有的口鼻防护装置中或者粘贴在现有的口鼻防护装置上。所述嵌件具有过滤层，该过滤层具有根据本发明的纤维材料并且可以布置为，使得可以穿过嵌件吸气和/或呼气。该嵌件的优点是，只需要制造过滤层并且因此现有的大量面罩可以迅速且简单地被装备该嵌件。
[0026]
所述技术问题还通过一种呼吸防护面罩解决，所述呼吸防护面罩具有至少一个根据本发明的过滤器。所述过滤器或过滤层在此可以集成到呼吸防护过滤器中。该过滤器在此可以具有另外的abc(即nbc，nuclear，biological，chemical)防护功能。
[0027]
所述技术问题还通过一种方法解决，其中，在提供的原始纤维材料上，将第一量的硝酸锰(ii)或乙酸锰(ii)和第一量的高锰酸钾溶液施加到原始纤维材料上，以便在原始纤维材料(2)上形成锰(iv)氧化物。已经证明，以此方式尤其可以明显更好地对具有疏水特性的聚合物无纺布、例如聚丙烯或聚乙烯进行涂层。已经表明，非常少的第一量的锰(iv)氧化物显著降低了疏水特性，并且因此能够实现更好地用银涂层。如此形成的涂层的附着强度、即所形成的沉淀物在纤维材料上的附着性也明显改善。所使用的溶液优选可以同时地、例如通过相应的喷嘴系统施加。
[0028]
尤其在施加第一量的锰(iv)氧化物之后，可以将具有银离子的溶液和用于将银离子还原成金属银的还原剂施加到原始纤维材料上。该还原剂和具有银离子的溶液优选可以同时地、例如通过相应的喷嘴系统施加。
[0029]
尤其作为紧接着的步骤，施加第二量的硝酸锰(ii)或乙酸锰(ii)和第二量的高锰酸钾溶液，以便在尤其已经设有银的原始纤维材料上形成锰(iv)氧化物。在此，第二量比第一量大、尤其大5倍或更多。第一量用于降低疏水性并且在此已经有利地是起抗微生物作用的沉淀物的一部分。
[0030]
所述技术问题还通过一种制造用于抗菌和/或抗病毒用途的纤维材料的方法解决。在此，该方法包括以下步骤，这些步骤例如可以按以下顺序进行：
[0031]-提供原始纤维材料，
[0032]-将具有银离子的溶液施加到原始纤维材料上，
[0033]-在原始纤维材料(2)上施加用于将银离子还原成金属银的还原剂，
[0034]-将高锰酸钾溶液施加到原始纤维材料上并且
[0035]-施加分别例如存在于碱性溶液中的硝酸锰(ii)或乙酸锰(ii)，以便在原始纤维材料上由高锰酸钾溶液形成锰(iv)氧化物。
[0036]
具有银离子的溶液在此可以是银盐溶液。在此，该方法可以有利地在纤维材料幅面上实施，方式为例如在生产线中首先施加金属银并且随后施加锰(iv)氧化物。较大的优点是，可以通过喷嘴高速地喷射幅面，并且因此可以生产大量的纤维材料。
[0037]
已经表明，通过该方法形成了银在纤维材料上的并且尤其是锰(iv)氧化物在纤维材料上的非常好的附着性。这才能够实现在呼吸空气过滤器中使用本纤维材料。
[0038]
所述技术问题还通过一种制造用于抗菌和/或抗病毒用途的纤维材料的方法解决，该方法可以作为对前述方法的备选或补充来实施。该方法包括以下步骤：
[0039]-提供导电性的原始纤维材料，
[0040]-提供直流电，其中，将原始纤维材料作为阴极、即连接到直流电源的负极上，
[0041]-尤其通过喷嘴将具有银离子的溶液施加到原始纤维材料上，所述喷嘴具有由ti/pt线或ti/pt栅制成的阳极，其中，该阳极在此连接到直流电源的正极上，
[0042]-从所述溶液中将金属银电化学沉积在原始纤维材料上，
[0043]-施加高锰酸钾溶液并且
[0044]-施加分别例如存在于碱性溶液中的硝酸锰(ii)或乙酸锰(ii)，以便由高锰酸钾溶液形成锰(iv)氧化物。
[0045]
以下根据在附图中所示的实施例更详细地描述和阐述本发明。在附图中：
[0046]
图1示出制造根据本发明的纤维材料的方法，
[0047]
图2示出制造根据本发明的纤维材料的备选或补充的方法，
[0048]
图3示出具有根据本发明的纤维材料作为过滤器的口鼻防护装置。
[0049]
图1示出用于制造被涂层的纤维材料1的喷射技术，该纤维材料被卷在图1右侧示意性示出的辊子上。通过第一喷嘴d1将水溶性的银盐溶液(例如硝酸银或乙酸银)喷射到原始纤维材料2上，该原始纤维材料以幅面由图1左侧示意性示出的辊子提供。通过第二喷嘴d2将还原剂(例如次磷酸钠或者诸如醛糖、例如葡萄糖之类的有机还原剂)喷射到原始纤维材料2上，其中，还原剂用于将银离子还原成金属银。喷嘴d1、d2的单独的喷射过程在此可以同时或依次地、例如以预设的周期时间对原始纤维材料2施加作用。
[0050]
在用银盐溶液和还原剂喷射原始纤维材料2之后，接下来将锰(iv)氧化物(也称为二氧化锰)沉积在现在设有金属银的原始纤维材料2上。为此，通过第三喷嘴d3将高锰酸钾溶液并且通过第四喷嘴d4将硝酸锰(ii)或乙酸锰(ii)分别以碱性溶液喷射。通过归中反应(氧化还原反应的特殊情况)由mn 7和mn 2产生二氧化锰。为了加速该化学反应可以通过合适的热源加热纤维垫。纤维材料1的纤维与银和二氧化锰的由此形成的连接非常好地适合于在呼吸空气过滤器和口鼻防护面罩中使用纤维材料2。
[0051]
图2示出喷嘴d1，该喷嘴具有由ti/pt线或由ti/pt栅制成的电极并且与直流电源dc连接。在该实施方式中，金属银通过电化学喷射过程从电解质溶液中沉积出。为此必须提供导电性的原始纤维材料2e。导电性的纤维材料2e例如能够以纤维垫的形式在商业上获得。备选地可以用特殊溶液处理非导电性的原始纤维材料2，该溶液为非导电性的原始纤维材料2配设导电性的层并且因此使原始纤维材料2能导电。在此特别有利的是在生物体中作
为微量元素存在并且无毒的材料(例如铜或锌)。在此，原始纤维材料2e尤其用作阴极、即连接到直流电源dc的负极上。第一喷嘴d1中的ti/pt线或ti/pt栅用作阳极，其中，阳极在此尤其连接到直流电源dc的正极上。由此，作为对图1的备选或补充，银可以被电化学地沉积。因此也可以实现与纤维的非常好的连接。
[0052]
随后如关于图1中的喷射方法所描述的那样，通过喷嘴d3和d4由高锰酸钾和锰(ii)盐溶液涂覆二氧化锰(锰(iv)氧化物)。
[0053]
图3示出人100的头部，其具有口鼻部120。口鼻部120在此由口鼻防护装置10覆盖。口鼻防护装置10在此具有三层，外层12、内层16和过滤层14，所述过滤层具有根据本发明地涂层的纤维材料1。这些层12、14、16在此可以在边缘处焊接，从而形成良好的连接。口鼻防护装置10在此通常具有固定件，该固定件例如可以围绕人100的头部固定或者固定在人100的耳朵上。在此，与现有技术中的可比较的口鼻防护装置相比，由此形成的口鼻防护装置10可以佩戴更久，因为通过被呼吸空气湿透产生了扩展的抗病毒和抗菌效果。
[0054]
总地来说，本发明涉及用于抗菌和/或抗病毒用途的纤维材料，该纤维材料在湿透的情况下具有改善的抗菌和/或抗病毒效果。本发明还涉及一种过滤器、一种口鼻防护装置、一种用于口鼻防护装置的嵌件以及一种制造用于抗菌和/或抗病毒用途的纤维材料的方法。