Изобретение относится к фильтру для устранения физических и/или биологических загрязнений из фильтруемой среды, содержащему текстильные волокна. Фильтр содержит по крайней мере одну пару (L) нановолоконных слоев, первым из которых в направлении прохождения фильтруемой среды является активный нановолоконный слой (2), состоящий из полимерных нановолокон, содержащих частицы по крайней мере одного низкомолекулярного вещества, активно действующего против устраняемого биологического загрязнения или устраняемых биологических загрязнений, а вторым нановолоконным слоем является фильтрующий нановолоконный слой (3), состоящий из полимерных нановолокон, при этом величина промежутков для прохождения фильтруемой среды между нановолокнами фильтрующего нановолоконного слоя (3) меньше величины промежутков для прохождения фильтруемой среды между нановолокнами активного нановолоконного слоя (2) и меньше размеров частиц биологического загрязнения или биологических загрязнений, устраняемых в этом фильтрующем нановолоконном слое (3). Далее изобретение касается воздушного фильтра, фильтра для очистки воды и лицевой маски для защиты от биологических загрязнений.

[0001] Фильтр для устранения физических и/или биологических загрязнений из фильтруемой среды, содержащий по крайней мере два нановолоконных слоя, из которых по крайней мере один содержит частицы по крайней мере одного низкомолекулярного вещества, активно действующего против устраняемого биологического загрязнения, и по крайней мере один, не содержащий таких частиц, отличающийся тем, что в направлении прохождения фильтруемой среды первым нановолоконным слоем является активный нановолоконный слой (2), состоящий из полимерных нановолокон, содержащих частицы по крайней мере одного низкомолекулярного вещества, активно действующего против устраняемого биологического загрязнения или устраняемых биологических загрязнений, а вторым нановолоконным слоем является фильтрующий нановолоконный слой (3), состоящий из полимерных нановолокон, причем поверхностная плотность нановолоконных слоев находится в интервале от 0,1 до 0,3 г/м2, при этом фильтрующий нановолоконный слой (3, 31, 32) соответствующей пары (L, L1, L2) нановолоконных слоев имеет меньшую поверхностную плотность, чем находящийся перед ним в направлении прохождения фильтруемой среды активный нановолоконный слой (2, 21, 22) соответствующей пары (L, L1, L2) нановолоконных слоев, при этом величина промежутков для прохождения фильтруемой среды между нановолокнами фильтрующего нановолоконного слоя (3) меньше величины промежутков для прохождения фильтруемой среды между нановолокнами активного нановолоконного слоя (2) и меньше размеров частиц биологического загрязнения или биологических загрязнений, устраняемых в этом фильтрующем нановолоконном слое (3).

[0002] Фильтр по п.1, отличающийся тем, что содержит по крайней мере две пары (L1, L2) нановолоконных слоев, каждая из которых предназначена для захватывания и ликвидации разных видов биологического загрязнения или различных биологических загрязнений, при этом в направлении прохождения фильтруемой среды отдельные пары (L1, L2) нановолоконных слоев имеют меньшую величину промежутков для прохождения фильтруемой среды, а каждая следующая пара (L2) нановолоконных слоев предназначена для захватывания и ликвидации меньших частиц биологических загрязнений, чем предыдущая пара (L1) нановолоконных слоев.

[0003] Фильтр по п.1 или 2, отличающийся тем, что фильтрующий нановолоконный слой (31) предыдущей пары (L1) нановолоконных слоев образует активный нановолоконный слой (22) следующей пары (L2) нановолоконных слоев, при этом он состоит из нановолокон, содержащих по крайней мере одно низкомолекулярное вещество, активно действующее против биологических загрязнений, захватываемых в фильтрующем нановолоконном слое (32) следующей пары (L2) нановолоконных слоев.

[0004] Фильтр по п.2 или 3, отличающийся тем, что в направлении прохождения фильтруемой среды фильтрующий нановолоконный слой (31) первой пары (L1) нановолоконных слоев состоит из нановолокон, промежутки между которыми для прохождения фильтруемой среды меньше значения, выбранного из интервала 350-1000 нм, а фильтрующий нановолоконный слой (32) второй пары (L2) нановолоконных слоев состоит из нановолокон, промежутки между которыми для прохождения фильтруемой среды меньше значения, выбранного из интервала 10-200 нм.

[0005] Фильтр по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что промежутки для прохождения фильтруемой среды между волокнами фильтрующего нановолоконного слоя (31) первой пары (L1) нановолоконных слоев составляют от 300 до 700 нм.

[0006] Фильтр по любому из пп.2-5, отличающийся тем, что промежутки для прохождения фильтруемой среды между нановолокнами фильтрующего нановолоконного слоя (32) второй пары (L2) нановолоконных слоев составляют от 50 до 200 нм.

[0007] Фильтр по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что полимерные нановолокна активных нановолоконных слоев (2, 21, 22) содержат частицы соответствующего низкомолекулярного вещества или вещество, из которого после сформования в нановолокнах образуются частицы соответствующего низкомолекулярного вещества.

[0008] Фильтр по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что низкомолекулярным веществом, активно действующим против устраняемого биологического загрязнения, является низкомолекулярное вещество из группы:четырехосновные аммонийные соли и иодиды PVP.

[0009] Фильтр по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что диаметры нановолокон находятся в пределах от 50 до 700 нм, при этом диаметр нановолокон в отдельных нановолоконных слоях в направлении прохождения фильтруемой среды в каждом последующем нановолоконном слое уменьшается по мере уменьшения величины промежутков для прохождения фильтруемой среды между нановолокнами.

[0010] Фильтр по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что характеристический размер частиц низкомолекулярного вещества или низкомолекулярных веществ в нановолокнах активных нановолоконных слоев (2, 21, 22) пар (L, L1, L2) нановолоконных слоев находится в пределах от 5 до 100 нм.

[0011] Лицевая маска для устранения физических и/или биологических загрязнений из вдыхаемого или выдыхаемого воздуха, содержащая наружный и внутренний текстильные слои, отличающаяся тем, что между наружным текстильным слоем (11) и внутренним текстильным слоем (41) расположена пара нановолоконных слоев, содержащая фильтрующий нановолоконный слой (3) с промежутками между нановолокнами до 300 нм, а в направлении прохождения воздуха в зависимости от назначения лицевой маски, перед фильтрующим нановолоконным слоем расположен активный нановолоконный слой (2), состоящий из полимерных нановолокон, содержащих частицы по крайней мере одного бактерицидного низкомолекулярного вещества, причем поверхностная плотность нановолоконных слоев находится в интервале от 0,1 до 0,3 г/м2, при этом фильтрующий нановолоконный слой (3) имеет меньшую поверхностную плотность, чем находящийся перед ним в направлении прохождения фильтруемой среды активный нановолоконный слой (2).

[0012] Лицевая маска по п.11, отличающаяся тем, что фильтрующий нановолоконный слой (3) расположен в направлении вдыхания воздуха перед внутренним текстильным слоем (41), а между фильтрующим нановолоконным слоем (3), состоящим из полимерных нановолокон, и наружным текстильным слоем (11) расположен активный нановолоконный слой (2), состоящий из полимерных нановолокон с частицами по крайней мере одного низкомолекулярного бактерицидного вещества, введенными в нановолокна активного нановолоконного слоя (2).

[0013] Лицевая маска по п.11, отличающаяся тем, что фильтрующий нановолоконный слой (3) расположен в направлении выдыхания воздуха перед наружным текстильным слоем (11), а между этим фильтрующим нановолоконным слоем (3), состоящим из полимерных нановолокон, и внутренним текстильным слоем (41) расположен активный нановолоконный слой (2), состоящий из полимерных нановолокон с частицами по крайней мере одного низкомолекулярного бактерицидного вещества, введенными в нановолокна активного нановолоконного слоя (2).

[0014] Лицевая маска по п.11, отличающаяся тем, что содержит две пары (L1, L2) нановолоконных слоев, которые повернуты друг к другу своими фильтрующими нановолоконными слоями (31, 32).

[0015] Лицевая маска по п.11, отличающаяся тем, что обе пары (L1, L2) нановолоконных слоев имеют общий фильтрующий нановолоконный слой (312).

Область техники

Изобретение касается фильтра для устранения физических и/или биологических загрязнений из фильтруемой среды, содержащего текстильные волокна.

Изобретение касается также лицевой маски, содержащей внутренний текстильный слой и наружный текстильный слой для устранения физических и/или биологических загрязнений из вдыхаемого или выдыхаемого воздуха.

Существующее состояние техники

В окружающем воздухе, который мы вдыхаем, содержится, и не только вследствие промышленного производства или экологических катастроф, относительно большое количество пыли, вредных химических веществ, а также множество разнообразнейших микроорганизмов, которые, являясь возбудителями многих бактериальных или вирусных заболеваний, вредны для организма человека.

В настоящее время известно большое число различных типов защитных масок, полумасок, респираторов, противогазовых масок, фильтров и подобных устройств для очистки вдыхаемого воздуха, при этом преобладающее большинство из числа известных конструкций этих средств сосредоточивается преимущественно на удалении пылевых частиц из вдыхаемого воздуха. Сущность этих решений заключается главным образом в создании более или менее сложного лабиринта (например, из волокон) таким образом, чтобы вероятность захватывания пылевых частиц или им подобных загрязнений была как можно больше.

Для устранения вредных химических веществ, боевых газов и, например, неприятных запахов, в вышеописанные средства дополнительно вкладывается один или несколько слоев активного угля или слоев, содержащих активный уголь разных видов. Для расширения сферы применения и повышения эффективности этих средств слой активного угля часто дополняется другим химическим веществом, которое образует оболочку частиц активного угля или заполняет пространство между ними.

Например, из US 5714126 известна фильтрующая система респиратора, содержащая один слой активного угля и второй слой активного угля, отличающийся от первого тем, что частицы активного угля покрываются слоем сульфата, молибдена или другого подобного вещества.

Однако недостатком средств такой конструкции является то, что, несмотря на их сравнительно сложную конструкцию, в большинстве случаев они вообще не воздействуют на микроорганизмы, находящиеся в проходящем воздухе, которые таким путем легко проникают в дыхательные пути пользователя или же захватываются в структуре вышеупомянутых средств, где в сущности спокойно размножаются и могут даже через сравнительно длительное время внесения первых микроорганизмов стать источником инфекции или загрязнения.

Согласно нескольким известным решениям для предупреждения пропускания вредных микроорганизмов через фильтрующее средство для очистки вдыхаемого воздуха или же угнетения их дальнейшего развития в нем образуется новый слой, снабженный противомикробным веществом, или такое вещество вносится в некоторый из существующих слоев фильтрующего средства. Противомикробное вещество более или менее надежно уничтожает входящие микроорганизмы или, по крайней мере, существенно угнетает их развитие.

Ввиду того что к наиболее действенным противомикробным веществам с почти неограниченной областью бактерицидного действия относится серебро - в ионной или металлической форме, в нескольких решениях фильтрующих средств используются частицы или волокна серебра или его соединений.

Например, из WO 2005002675 известна маска, закрывающая нос, содержащая «карман » с маленькими отверстиями, в который вкладываются волокна серебра или турмалиновые частицы, за счет чего эта маска обладает противомикробными свойствами, поскольку присутствующие в ней частицы задерживают и уничтожают вредные микроорганизмы.

Недостатком этого и большинства других решений, касающихся средств, в которых для устранения микроорганизмов используется серебро, является главным образом относительно сложное изготовление этих средств, так как почти всегда способ предусматривает необходимость раздельного изготовления корпуса маски и противомикробного вещества, например серебряных волокон или частиц, и только после этого готовое изделие комплектуется.

Аналогичное положение преобладает в области очистки воздуха в системах кондиционирования как в зданиях, так и в транспортных средствах. При этом известны способы применения серебросодержащих текстильных волокон, в которых используются бактерицидные свойства серебра для предупреждения размножения микробов и других биологических загрязнений в текстильных изделиях, например в чулочно-носочных изделиях или полотенцах.

Известно также применение серебра для очистки воды от биологических загрязнений, но это сравнительно дорогостоящий и сложный метод. Поэтому в большинстве случаев для очистки воды от биологических загрязнений применяется хлорирование.

Кроме того, исходя из исследований коллоидного состояния вещества известно, что химическое или же каталитическое действие твердых веществ усиливается по мере увеличения удельной поверхности активных веществ. Следовательно, при уменьшении размеров частиц активного вещества в носителе необходимая степень воздействия может быть достигнута за счет меньшего количества активного вещества в носителе или же меньшей концентрации активного вещества в носителе.

Цель изобретения - устранить или, по крайней мере, минимизировать недостатки существующего состояния техники и одновременно использовать достижения, касающиеся возможности уменьшения размеров частиц активных веществ.

Сущность изобретения

Цель изобретения достигается путем создания фильтра, который содержит по крайней мере одну пару нановолоконных слоев, из которых в направлении прохождения фильтруемой среды первым нановолоконным слоем является активный нановолоконный слой, состоящий из полимерных нановолокон, содержащих частицы по крайней мере одного низкомолекулярного вещества, активно действующего против устраняемого биологического загрязнения или устраняемых биологических загрязнений, а вторым нановолоконным слоем является фильтрующий нановолоконный слой, состоящий из полимерных нановолокон, при этом величина промежутков для прохождения фильтруемой среды между нановолокнами фильтрующего нановолоконного слоя меньше величины промежутков между нановолокнами активного нановолоконного слоя и меньше размеров элементарных частиц биологического загрязнения или биологических загрязнений, устраняемых в этом фильтрующем нановолоконном слое.

Преимущество фильтра, содержащего по крайней меру одну пару нановолоконных слоев, согласно изобретению заключается главным образом в том, что биологические загрязнения, задержанные в фильтрующем нановолоконном слое, умерщвляются или, по крайней мере, угнетаются при контакте с низкомолекулярным веществом, активно действующим против устраняемого биологического загрязнения или загрязнений, которое содержится в нановолокнах активного нановолоконного слоя. Следовательно, устраняемые биологические загрязнения после их захватывания в фильтрующем нановолоконном слое задерживаются в активном нановолоконном слое, в котором на них действует соответствующее активное вещество, содержащееся в нановолокнах активного нановолоконного слоя.

Для расширения действенности фильтра выгодно, если он содержит по крайней мере две пары нановолоконных слоев, каждая из которых предназначена для захватывания и ликвидации разных видов биологического загрязнения или различных биологических загрязнений, при этом в направлении прохождения фильтруемой среды отдельные пары нановолоконных слоев имеют меньшую величину промежутков для прохождения фильтруемой среды, а каждая следующая пара нановолоконных слоев предназначена для захватывания и ликвидации меньших частиц биологических загрязнений, чем предыдущая пара нановолоконных слоев.

Уменьшение числа нановолоконных слоев фильтра при сохранении его эффективности достигается благодаря тому, что фильтрующий нановолоконный слой предыдущей пары нановолоконных слоев образует активный нановолоконный слой следующей пары нановолоконных слоев, при этом он состоит из нановолокон, содержащих по крайней мере одно низкомолекулярное вещество, активно действующее против биологических загрязнений, захватываемых в фильтрующем нановолоконном слое следующей пары нановолоконных слоев.

В выгодном исполнении фильтра первая в направлении прохождения фильтруемой среды пара нановолоконных слоев предназначена для захватывания и ликвидации бактерий, а вторая в направлении прохождения фильтруемой среды пара нановолоконных слоев предназначена для захватывания и ликвидации вирусов. Такое разделение целесообразно ввиду разной величины частиц захватываемых биологических загрязнений, а также с точки зрения выбора соответствующего низкомолекулярного вещества, активно действующего против захватываемых биологических загрязнений.

В вышеприведенном решении выгодно, если фильтрующий нановолоконный слой первой пары нановолоконных слоев образуется из нановолокон, промежутки между которыми для прохождения фильтруемой среды меньше величины наименьших бактерий, которые должны захватываться в этом фильтрующем нановолоконном слое, а активный нановолоконный слой первой пары нановолоконных слоев образуется из нановолокон, содержащих по крайней мере одно бактерицидное низкомолекулярное вещество, активно действующее против бактерий, захватываемых в соответствующем фильтрующем нановолоконном слое, при этом фильтрующий нановолоконный слой второй пары нановолоконных слоев состоит из нановолокон, промежутки между которыми для прохождения фильтруемой среды меньше размеров вирусов, которые должны захватываться в этом фильтрующем нановолоконном слое, а активный нановолоконный слой второй пары нановолоконных слоев состоит из нановолокон, содержащих по крайней мере одно противовирусное вещество, активно действующее против вирусов, захватываемых в фильтрующем нановолоконном слое второй пары нановолоконных слоев. Разделение пар нановолоконных слоев по величине захватываемых и ликвидируемых частиц биологических загрязнений позволяет также целенаправленно воздействовать на определенные бактерии, избранные по их размерам в последовательно расположенных парах нановолоконных слоев.

Промежутки для прохождения фильтруемой среды между нановолокнами фильтрующего нановолоконного слоя первой пары нановолоконных слоев составляют от 300 до 700 нм, что позволяет задерживать бактерии, содержащиеся в устраняемых биологических загрязнениях, так как размеры бактерий колеблются от 350 до 1000 нм.

Промежутки для прохождения фильтруемой среды между нановолокнами фильтрующего нановолоконного слоя второй пары нановолоконных слоев составляют от 50 до 200 нм. Такое расположение позволяет захватывать большую часть вирусов, характеристический размер которых колеблется от 10 до 150 нм. С точки зрения существующего уровня техники захват вирусов размерами меньше 50 нм кажется проблематичным, принимая во внимание трудную проницаемость фильтрующего нановолоконного слоя с промежутками для прохождения фильтруемой среды между волокнами меньше 10 нм. Но такое решение не исключено при достижении толщины получаемых волокон в единицах нанометров, при максимальной толщине нановолокон в слое порядка нескольких десятков нанометров.

Поверхностная плотность нановолоконных слоев во всех вышеприведенных исполнениях с выгодой колеблется в интервале от 0,1 до 0,3 г/м ² , при этом фильтрующий нановолоконный слой соответствующей пары нановолоконных слоев имеет меньшую поверхностную плотность, чем находящийся перед ним в направлении прохождения фильтруемой среды активный нановолоконный слой соответствующей пары нановолоконных слоев. За счет такого расположения обеспечивается достаточная проницаемость нановолоконных слоев для фильтруемой среды.

Полимерные нановолокна фильтрующих нановолоконных слоев изготавливаются методом электростатического формования волокна из полимерного раствора, а полимерные нановолокна активных нановолоконных слоев получаются методом электростатического формования волокна из полимерного раствора, содержащего частицы соответствующего низкомолекулярного вещества или вещество, из которого после сформования в нановолокнах образуются частицы соответствующего низкомолекулярного вещества некоторым из известных способов. Этот способ изготовления нановолокон для образования нановолоконных слоев фильтра по изобретению представляется наиболее выгодным, так как позволяет в широком диапазоне регулировать толщину нановолокон, а также содержание и величину введенных в эти волокна частиц низкомолекулярных веществ.

Низкомолекулярные вещества, примененные в активных нановолоконных слоях фильтров согласно изобретению, выбираются в зависимости от бактерии, вируса или другого микроорганизма, который должен быть ликвидирован в соответствующем активном слое. Низкомолекулярными веществами, применяемыми против устраняемого биологического загрязнения, могут быть низкомолекулярные вещества из группы: четырехосновные аммонийные соли и йодиды PVP.

Диаметры нановолокон колеблются в пределах от 50 до 700 нм, при этом для сохранения достаточной проницаемости нановолоконных слоев диаметр нановолокон в отдельных нановолоконных слоях в направлении прохождения фильтруемой среды в каждом последующем слое уменьшается по мере уменьшения величины промежутков для прохождения фильтруемой среды между нановолокнами. Вместе с тем с выгодой уменьшается и поверхностная плотность соответствующего нановолоконного слоя.

Частицы используемых низкомолекулярных веществ, как было приведено выше, уложены и зафиксированы в полимерном нановолокне, при этом выгодно, если характеристический размер частиц низкомолекулярного вещества или низкомолекулярных веществ в нановолокнах активных нановолоконных слоев находится в пределах от 5 до 100 нм, а при этом величина частиц соответствует и диаметрам нановолокон.

Вышеописанные фильтры предназначены для очистки газов и жидкостей, из которых требуется удалить не только физические загрязнения, но главным образом загрязнения биологические, и поэтому наиболее часто фильтруемой средой является воздух или вода.

Сущность воздушного фильтра согласно изобретению заключается в том, что он содержит по крайней мере одну пару нановолоконных слоев, из которых в направлении прохождения фильтруемого воздуха первым нановолоконным слоем является активный нановолоконный слой, состоящий из полимерных нановолокон, содержащих частицы по крайней мере одного низкомолекулярного вещества, активно действующего против устраняемого биологического загрязнения или устраняемых биологических загрязнений, а вторым нановолоконным слоем является фильтрующий нановолоконный слой, состоящий из полимерных нановолокон, при этом величина промежутков для прохождения фильтруемого воздуха между нановолокнами фильтрующего нановолоконного слоя меньше величины промежутков для прохождения фильтруемого воздуха между нановолокнами активного нановолоконного слоя и меньше размеров частиц устраняемого биологического загрязнения или устраняемых биологических загрязнений.

Далее изобретение касается лицевой маски для устранения физических и/или биологических загрязнений из вдыхаемого или выдыхаемого воздуха, которая содержит наружный и внутренний текстильные слои, при этом сущность изобретения заключается в том, что между наружным текстильным слоем и внутренним текстильным слоем укладывается пара нановолоконных слоев, содержащая фильтрующий нановолоконный слой с промежутками между нановолокнами до 300 нм, а в зависимости от назначения лицевой маски в направлении прохождения воздуха перед фильтрующим нановолоконным слоем располагается активный нановолоконный слой, состоящий из полимерных нановолокон, содержащих частицы по крайней мере одного бактерицидного низкомолекулярного вещества. Лицевая маска способна задерживать физические загрязнения, а также захватывать и ликвидировать биологические загрязнения, содержащие бактерии. При этом маска может быть изготовлена для защиты человека, находящегося в биологически загрязненной среде, от окружающих биологических загрязнений или для предупреждения выдыхания биологических загрязнений, например для защиты пациента от биологических загрязнений, выдыхаемых окружающими лицами.

Фильтрующий нановолоконный слой лицевой маски для защиты человека от биологических загрязнений, находящихся в окружающей среде, располагается в направлении вдыхания воздуха перед внутренним текстильным слоем, а между фильтрующим нановолоконным слоем, состоящим из полимерных нановолокон, и наружным текстильным слоем укладывается активный нановолоконный слой, состоящий из полимерных нановолокон с частицами по крайней мере одного низкомолекулярного бактерицидного вещества, которые введены в нановолокна активного нановолоконного слоя.

Фильтрующий нановолоконный слой хирургической лицевой маски для предупреждения выдыхания биологических загрязнений располагается в направлении выдыхания воздуха перед наружным текстильным слоем, а между этим фильтрующим нановолоконным слоем, состоящим из полимерных нановолокон, и внутренним текстильным слоем укладывается активный нановолоконный слой, состоящий из полимерных нановолокон с частицами по крайней мере одного низкомолекулярного бактерицидного вещества, которые введены в нановолокна активного нановолоконного слоя.

Лицевая маска для предупреждения вдыхания и выдыхания биологических загрязнений содержит две пары нановолоконных слоев, которые повернуты друг к другу своими фильтрующими нановолоконными слоями.

При этом выгодно, если обе пары нановолоконных слоев имеют общий фильтрующий нановолоконный слой.

В выгодном исполнении лицевой маски для защиты от бактерий промежутки для прохождения воздуха между нановолокнами фильтрующего нановолоконного слоя составляют от 300 до 700 нм, а промежутки между нановолокнами активного нановолоконного слоя имеют большие размеры.

Лицевая маска для защиты от бактерий и вирусов содержит противовирусную пару нановолоконных слоев, расположенную в направлении прохождения воздуха за бактерицидной парой нановолоконных слоев, при этом фильтрующий нановолоконный слой противовирусной пары нановолоконных слоев имеет промежутки для прохождения воздуха между нановолокнами от 50 до 200 нм, а активный нановолоконный слой, находящийся в направлении прохождения воздуха перед фильтрующим нановолоконным слоем противовирусной пары нановолоконных слоев, состоит из нановолокон, содержащих частицы противовирусного вещества.

При этом выгодно, если промежутки между нановолокнами активного нановолоконного слоя противовирусной пары нановолоконных слоев больше чем промежутки между нановолокнами фильтрующего нановолоконного слоя противовирусной пары нановолоконных слоев и одновременно меньше чем промежутки между нановолокнами фильтрующего нановолоконного слоя бактерицидной пары нановолоконных слоев.

Сущность фильтра для очистки воды согласно изобретению заключается в том, что после песчаного фильтра располагается по крайней мере одна пара нановолоконных слоев, из которых первым нановолоконным слоем в направлении прохождения фильтруемой воды является активный нановолоконный слой, состоящий из полимерных нановолокон, содержащих частицы по крайней мере одного низкомолеклярного вещества, активно действующего против устраняемого биологического загрязнения или устраняемых биологический загрязнений, а вторым нановолоконным слоем является фильтрующий нановолоконный слой, состоящий из полимерных нановолокон, при этом величина промежутков для прохождения фильтруемой воды между нановолокнами фильтрующего нановолоконного слоя меньше величины промежутков для прохождения фильтруемой воды между нановолокнами активного нановолоконного слоя и меньше размеров частиц устраняемого биологического загрязнения или устраняемых биологических загрязнений.

Краткое описание чертежей

Примеры осуществления изобретения схематически изображены на приложенных чертежах, где:

фиг. 1 - фильтр, содержащий одну пару нановолоконных слоев, с обозначенным направлением движения фильтруемой среды;

фиг. 2 - фильтр, содержащий две пары нановолоконных слоев;

фиг. 3 -фильтр, содержащий две пары нановолоконных слоев, имеющих один общий нановолоконный слой;

фиг. 4 - разрез воздушного фильтра с обозначенным направлением движения воздуха;

фиг. 5 - упрощенный разрез водоочистительного фильтра;

фиг. 6а - упрощенный частичный разрез лицевой маски, содержащей одну пару нановолоконных слоев, с обозначенным направлением движения воздуха при вдохе;

фиг. 6b - упрощенный частичный разрез лицевой маски, содержащей одну пару нановолоконных слоев, с обозначенным направлением движения воздуха при выдохе;

фиг. 6с - упрощенный частичный разрез лицевой маски, содержащей две пары нановолоконных слоев, для предупреждения вдыхания и выдыхания биологических загрязнений;

фиг. 6d - упрощенный частичный разрез лицевой маски, содержащей две пары нановолоконных слоев с одним общим фильтрующим нановолоконным слоем;

фиг. 7 - упрощенный частичный разрез лицевой маски, содержащей две пары нановолоконных слоев с одним общим нановолоконным слоем;

фиг. 8 - упрощенный частичный разрез лицевой маски, содержащей две пары нановолоконных слоев.

Примеры осуществления изобретения

Фильтр для устранения физических и/или биологических загрязнений из фильтруемой среды, содержащий текстильные волокна, показанный в примере исполнения на фиг. 1, содержит одну пару L нановолоконных слоев, из которых первый нановолоконный слой в направлении прохождения фильтруемой среды является активным нановолоконным слоем 2, состоящим из полимерных нановолокон, содержащих частицы по крайней мере одного низкомолекулярного вещества, активно действующего против устраняемого биологического загрязнения или устраняемых биологических загрязнений. Вторым нановолоконным слоем в направлении прохождения фильтруемой среды сквозь пару L нановолоконных слоев является фильтрующий нановолоконный слой 3, состоящий из полимерных нановолокон, при этом величина промежутков для прохождения фильтруемой среды между нановолокнами фильтрующего нановолоконного слоя 3 меньше величины промежутков для прохождения фильтруемой среды между нановолокнами ативного нановолоконного слоя 2 и меньше размеров частиц биологического загрязнения или биологических загрязнений, устраняемых в этом фильтрующем нановолоконном слое 3.

На фиг. 2 изображен пример исполнения фильтра для устранения физических и/или биологических загрязнений, который содержит две пары L1, L2 нановолоконных слоев, каждая из которых предназначена для захватывания и ликвидации разных видов биологического загрязнения или различных биологических загрязнений. Фильтрующий нановолоконный слой 31 первой пары L1 нановолоконных слоев состоит из нановолокон, промежутки между которыми для прохождения фильтруемой среды меньше величины наименьших бактерий, которые должны в этом фильтрующем нановолоконном слое 31 захватываться, а активный нановолоконный слой 21 первой пары L1 нановолоконного слоя состоит из нановолокон, содержащих по крайней мере одно бактерицидное низкомолекулярное вещество, активно действующее против бактерий, захватываемых в соответствующем фильтрующем нановолоконном слое 31. Фильтрующий нановолоконный слой 32 второй пары L2 нановолоконных слоев состоит из нановолокон, промежутки между которыми для прохождения фильтруемой среды меньше размеров вирусов, которые должны в этом фильтрующем нановолоконном слое 32 захватываться, а активный нановолоконный слой 22 второй пары L2 нановолоконных слоев состоит из нановолокон, содержащих по крайней мере одно противовирусное вещество, активно действующее против вирусов, захватываемых в фильтрующем нановолоконном слое 32 второй пары L2 нановолоконных слоев. Фильтрующий нановолоконный слой 32 и активный нановолоконный слой 22 второй пары L2 нановолоконных слоев могут также служить для захватывания и ликвидации бактерий меньших размеров, чем имеют бактерии, захватываемые и ликвидируемые в первой паре L1 нановолоконных слоев.

Поэтому в случае применения двух пар L1, L2 нановолоконных слоев постепенно уменьшаются величины промежутков между волокнами отдельных, последовательно расположенных в направлении прохождения фильтруемой среды нановолоконных слоев 21, 31, 22, 32. Следовательно, наибольшие промежутки между нановолокнами находятся в активном нановолоконном слое 21 первой пары L1 нановолоконных слоев. Меньшие промежутки между нановолокнами находятся в фильтрующем нановолоконном слое 31 первой пары L1 нановолоконных слоев, которая служит для захватывания наибольших избранных микроорганизмов, какими обычно являются бактерии. Еще меньшие промежутки между нановолокнами находятся в активном нановолоконном слое 22 второй пары L2 нановолоконных слоев, а наименьшие промежутки между нановолокнами - в фильтрующем нановолоконном слое 32 второй пары L2 нановолоконных слоев. В непоказанном примере исполнения используются следующие пары Li нановолоконных слоев, каждая из которых содержит активный нановолоконный слой 2i и фильтрующий нановолоконный слой 3i.

Размеры бактерий колеблются в интервале от 350 до 1000 нм. Поэтому для захватывания даже наименьших бактерий достаточно создать промежутки между нановолокнами соответствующего фильтрующего нановолоконного слоя величиной до 300 нм. Характеристический размер вирусов составляет от 10 до 200 нм. Ввиду того что в настоящее время обычные методы электростатического формования волокна из растворов полимеров позволяют получать нановолоконные материалы с промежутками между нановолокнами от 50 нм и больше и принимая во внимание вышеприведенный интервал размеров вирусов, в фильтрующем нановолоконном слое можно захватывать вирусы размерами больше 50 нм. Для захватывания вирусов во всем интервале их размеров необходимо изготовить фильтрующий нановолоконный слой с промежутками для прохождения фильтруемой среды между нановолокнами меньше 10 нм, т.е. например 6-9 нм. Для сохранения проницаемости такого фильтующего нановолоконного слоя для фильтруемой среды диаметры нановолокон должны составлять порядка единиц или десятков нанометров, при этом оптимальной представляется толщина нановолокон от 10 до 30 нм. Такой фильтрующий нановолоконный слой может быть изготовлен технологией электростатического формования волокна из растворов полимеров.

На фиг. 3 показан пример исполнения фильтра для устранения физических и/или биологических загрязнений, который содержит две пары L1, L2 нановолоконных слоев, каждая из которых предназначена для захватывания и ликвидации разных видов биологического загрязнения или различных биологических загрязнений. Фильтрующий нановолоконный слой 31 первой пары L1 нановолоконных слоев является одновременно активным нановолоконным слоем 22 второй пары L2 нановолоконных слоев и образуется из нановолокон, содержащих по крайней мере одно низкомолекулярное вещество, активно действующее против биологических загрязнений, захватываемых в фильтрующем нановолоконном слое второй пары L2 нановолоконных слоев. Промежутки для прохождения фильтруемой среды между нановолокнами соответствующего фильтрующего нановолоконного слоя 31, 32 образуются в зависимости от размеров частиц биологического загрязнения или биологических загрязнений, которые должны в фильтрующем нановолоконном слое 31, 32 захватываться, а в зависимости от биологического загрязнения или состава биологических зарязнений, которые должны захватываться в соответствующем фильтрующем нановолоконном слое 31, 32, выбирается активное низкомолекулярное вещество, которое содержат нановолокна соответствующего активного нановолоконного слоя 21, 22.

Промежутки для прохождения фильтруемой среды между нановолокнами фильтрующего нановолоконного слоя 3 или 31 единственной пары L или первой пары L1 нановолоконных слоев, предназначенной для захватывания и ликвидации бактерий, составляют от 300 до 700 нм в зависимости от размеров бактерий, которые должны захватываться.

Промежутки для прохождения фильтруемой среды между нановолокнами фильтрующего нановолоконного слоя 32 второй пары L2 нановолоконных слоев, предназначенной для захватывания и ликвидации вирусов, составляют от 50 до 200 нм в зависимости от размеров вирусов, которые должны захватываться.

Поверхностная плотность нановолоконных слоев колеблется в интервале от 0,1 до 0,3 г/м ² , при этом фильтрующий нановолоконный слой 3, 31, 32 соответствующей пары L, L1, L2 нановолоконных слоев имеет меньшую поверхностную плотность, чем находящийся перед ним в направлении прохождения фильтруемой среды активный нановолоконный слой 2, 21, 22 соответствующей пары L, L1, L2 нановолоконных слоев.

Полимерные нановолокна фильтрующих нановолоконных слоев 3, 31, 32 изготовлены методом электростатического формования волокна из полимерного раствора, а полимерные волокна активных нановолоконных слоев 2, 21, 22 изготовлены методом электростатического формования волокна из полимерного раствора, содержащего частицы соответствующего низкомолекулярного вещества или содержащего вещество, из которого после формования волокон в нановолокнах образуются частицы соответствующего низкомолекулярного вещества каким-нибудь из известных способов.

В качестве низкомолекулярного вещества, активно действующего против бактерий, используется низкомолекулярное вещество из группы: серебро в металлической форме, соединения серебра, например соли серебра, и четырехосновные аммонийные соли. Низкомолекулярными веществами, активно действующим против вирусов, являются, например, йодиды PVP или же другие известные низкомолекулярные активно действующие противовирусные вещества.

Диаметры нановолокон колеблются в пределах от 50 до 700 нм, при этом диаметр нановолокон в отдельных нановолоконных слоях в направлении прохождения фильтруемой среды уменьшается в каждом последующем слое по мере уменьшения величины промежутков для прохождения фильтруемой среды между нановолокнами. Характеристический размер частиц низкомолекулярного вещества или низкомолекулярных веществ в нановолокнах активных нановолоконных слоев 2, 21, 22 пар L, L1, L2 нановолоконных слоев колеблется в интервале от 5 до 100 нм. Частицы низкомолекулярного вещества уложены в полимере нановолокна и доходят до самой поверхности нановолокна.

Фильтры согласно изобретению предназначены главным образом для очистки воздуха и воды.

Воздушные фильтры, например, для очистки воздуха в системах кондиционирования содержат несколько фильтрующих слоев 1а, 1c, которые образуются из текстильных волокон разной толщины, при этом в направлении прохождения воздуха в отдельных слоях постепенно уменьшается диаметр волокон и главным образом постепенно уменьшается величина промежутков между волокнами в текстильных слоях. При этом стремятся сохранить максимальную воздухопроницаемость фильтра и чрезмерно не увеличивать его сопротивление потоку воздуха. Текстильные слои часто комбинируются по крайней мере с одним фильтрующим слоем активного угля 1b. В направлении прохождения воздуха за фильтующими слоями 1a, 1b, 1с располагается одна или больше пар нановолоконных слоев. В примере исполнения по фиг. 4 изображены две пары L1, L2 нановолоконных слоев, расположенные так, как показано в примере исполнения на фиг. 2. В направлении движения потока воздуха за текстильным фильтрующим слоем 1с располагается активный нановолоконный слой 21 первой пары L1 нановолоконных слоев, за которым располагается фильтрующий нановолоконный слой 31 первой пары L1 нановолоконных слоев. За первой парой L1 нановолоконных слоев располагается вторая пара L2 нановолоконных слоев, активный нановолоконный слой 22 которой находится рядом с фильтрующим нановолоконным слоем 31 первой пары L1 нановолоконных слоев. Последним нановолоконным слоем является фильтрующий слой 32 второй пары L2 нановолоконных слоев, за которым в направлении прохождения воздуха располагается покровный, несущий или же опорный текстильный слой 4. Первая пара L1 нановолоконных слоев служит для захватывания и ликвидации бактерий, а вторая пара L2 нановолоконных слоев предназначена для захватывания и ликвидации вирусов.

Отдельные слои фильтра могут быть взаимно соединены или зафиксированы каким-нибудь известным способом для повышения прочности фильтра.

При прохождении воздуха через фильтр механические примеси, главным образом пылевые частицы, улавливаются в текстильных фильтрующих слоях 1а, 1с, а химические вещества, например неприятные запахи или вредные химические вещества, улавливаются в фильтрующем слое 1b активного угля. После удаления грубых и тонких пылевых частиц воздух проходит сквозь активный нановолоконный слой 21 первой пары L1 нановолоконных слоев, волокна которого содержат частицы по крайней мере одного бактерицидного низкомолекулярного вещества, с выгодой - металлического серебра или четырехосновных аммонийных солей, которые умерщвляют или угнетают бактерии, задержанные в фильтрующем нановолоконном слое 31 первой пары L1 нановолокон, находящемся за соответствующим активным нановолоконным слоем 21. При прохождении воздуха через вторую пару L2, способную захватывать и ликвидировать вирусы, вирусы захватываются на соответствующем фильтрующем нановолоконном слое 32 и умерщвляются или ослабляются в соответствующем активном нановолоконном слое 22.

На фиг. 6-8 схематически изображена лицевая маска для очистки воздуха, вдыхаемого или выдыхаемого пользователем. Эта маска имеет внутренний текстильный слой 41, изготовленный, например, методом мелт-блоун (melt-blown), из материала, оказывающего на кожу минимальное воздействие, так как этот слой хорошо прилегает к поверхности кожи пользователя. Лицевая маска снабжена известными, не показанными на рисунке, средствами для крепления маски на лице, предупреждения ее нежелательного смещения и не показанными здесь известными средствами для обеспечения плотности прилегания маски, изменения ее положения и т.п. Внутренний текстильный слой слой 41 может быть изготовлен и другим известным способом изготовления нетканых материалов, а также не исключена возможность применения тканого или трикотажного полотна.

На внутренний текстильный слой 4 накладывается фильтрующий нановолоконный слой 3, состоящий из полимерных нановолокон, изготовленных методом электростатического формования волокна из раствора полимера, диаметр которых колеблется в пределах от 50 до 700 нм. Ввиду того что этот слой предназначен для захватывания мельчайших частичек пыли и биологических загрязнений величина промежутков для прохождения воздуха между отдельными нановолокнами меньше размеров наименьших частиц биологического или физического загрязнения, которое должно захватываться. Значит, величина промежутков для захвата бактерий составляет до 300 нм, и, следовательно, фильтрующий слой способен захватить все бактерии, поскольку их характеристические размеры находятся в интервале 350-1000 нм. Величину промежутков, а также диаметр волокон можно в значительной степени изменять путем выбора вида и состава раствора полимера для формования нановолокна за счет конструкции и расположения электродов и других технологически действенных частей устройства для электростатического формования волокна.

В направлении вдыхания воздуха перед фильтрующим нановолоконным слоем 3 располагается активный нановолоконный слой 2, состоящий из полимерных нановолокон, изготовленных методом электростатического формования волокна из раствора полимера, в качестве которого с выгодой используется поливиниловый спирт, полиуретан или полиамид. Нановолокна активного нановолоконного слоя 2 имеют диаметр от 50 до 750 нм и содержат частицы низкомолекулярного вещества, активно действующего против бактерий. В рассматриваемом примере исполнения предусматривается использование серебра в металлической форме, соединений серебра, например соли серебра или четырехосновной соли аммония. Этот активный нановолоконный слой 2 относительно успешно уничтожает или существенно угнетает широкий спектр бактерий, содержащихся во вдыхаемом воздухе, который проходит сквозь активный нановолоконный слой 2, и захватываемых в фильтрующем нановолоконном слое 3.

В направлении движения вдыхаемого воздуха перед активным нановолоконным слоем 2 располагается наружный текстильный слой 11 из любого известного текстильного материала, с выгодой - из нетканого материала. Этот слой служит главным образом для очистки от более грубых частиц пыли, и, следовательно, в определенной степени - для защиты пары L нановолоконных слоев от забивания или повреждения. Направление вдыхания воздуха обозначено на фиг. 6а сплошными стрелками.

Лицевая маска может быть использована и для предупреждения распространения биологических загрязнений при выдыхании, например для защиты пациента от биологических загрязнений, выдыхаемых окружающими лицами, как показано на фиг. 6b, где направление выдыхаемого воздуха обозначено пунктирными стрелками.

Фильтрующий нановолоконный слой 3 хирургической лицевой маски для предупреждения выдыхания биологических загрязнений располагается в направлении выдыхания перед наружным текстильным слоем 11, а между этим фильтрующим нановолоконным слоем 3 и внутренним текстильным слоем 4 располагается активный нановолоконный слой 2, волокна которого содержат частицы по крайней мере одного низкомолекулярного бактерицидного вещества.

Лицевая маска для захватывания и ликвидации биологических загрязнений как при вдыхании, так и при выдыхании воздуха, показанная на фиг. 6с, является комбинацией обеих вышеописанных лицевых масок и содержит две пары L1, L2 нановолоконных слоев, которые повернуты друг к другу своими фильтрующими нановолоконными слоями 31, 32.

Следующее исполнение лицевой маски для захватывания и ликвидации биологических загрязнений как при вдыхании, так и при выдыхании воздуха, показанное на фиг. 6d, является комбинацией обеих вышеописанных лицевых масок и содержит две пары L1, L2 нановолоконных слоев, имеющие один общий фильтрующий нановолоконный слой 312.

Вдыхаемый воздух, направление движения которого обозначено сплошной стрелкой, проходит сквозь наружный текстильный слой 11, активный нановолоконный слой 21 и фильтрующий нановолоконный слой 31 первой пары L1 нановолоконных слоев. Биологические загрязнения, которые должны быть задержаны и ликвидированы, улавливаются в фильтрующем нановолоконном слое 31 первой пары L1 нановолоконных слоев и умерщвляются или угнетаются в активном нановолоконном слое 21 первой пары L1 нановолоконных слоев.

Выдыхаемый воздух, направление движения которого обозначено пунктирной стрелкой, проходит сквозь внутренний текстильный слой 41, активный нановолоконный слой 22 и фильтрующий нановолоконный слой 32 второй пары L2 нановолоконных слоев. Биологические загрязнения, которые должны быть задержаны и ликвидированы, улавливаются в фильтрующем нановолоконном слое 32 второй пары L2 нановолоконных слоев и умерщвляются или угнетаются в активном нановолоконном слое 22 второй пары L2 нановолоконных слоев.

Выдыхаемый воздух проходит далее сквозь фильтрующий нановолоконный слой 31 и активный нановолоконный слой 21 первой пары L1 нановолоконных слоев, а при этом может освободить некоторые вдыхаемые биологические загрязнения, задержанные на фильтрующем нановолоконном слое 31 первой пары L1 нановолоконных слоев. В таком случае выделяющееся биологическое загрязнение уже умерщвлено или угнетено действием активного нановолоконного слоя 22 первой пары L1 нановолоконных слоев, при этом после выделения оно еще проходит через тот же активный нановолоконный слой 22, а активные низкомолекулярные вещества, содержащиеся в этом слое, продолжают действовать на биологическое загрязнение и далее ослабляют его перед выделением в наружную среду.

Аналогичный процесс протекает при следующем вдыхании воздуха при его прохождении через первую пару L1 нановолоконных слоев в случае освобождения выдыхаемого при предыдущем выдохе биологического загрязнени, задержанного на фильтрующем нановолоконном слое 32 второй пары L2 нановолоконных слоев, следовательно, и при вдыхании воздуха предупреждается обратное инфицирование.

Лицевая маска, показанная на фиг. 7, предназначена для очистки вдыхаемого воздуха и содержит две пары L1, L2 нановолоконных слоев, расположенных последовательно, при этом фильтрующий нановолоконный слой 31 первой пары L1 нановолоконных слоев является одновременно активным нановолоконным слоем 22 второй пары L2 нановолоконных слоев. Фильтрующая способность и защитные свойства соответствуют вышеописанному фильтру, показанному на фиг. 3. Эта лицевая маска предназначена для захватывания и ликвидации бактерий во всем диапазоне, а также части вирусов.

Лицевая маска по фиг. 8 предназначена для очистки вдыхаемого воздуха и содержит две пары L1, L2 нановолоконных слоев, расположенных последовательно, аналогично вышеприведенному описанию и исполнению, показанному на фиг. 2. Маска такого исполнения может служить для захватывания и ликвидации как бактерий, так и вирусов.

Вышеприведенные лицевые маски в исполнениях по фиг. 7 и 8 могут быть оформлены в виде маски для очистки выдыхаемого воздуха, а также в виде двусторонней маски.

Фильтр согласно изобретению может быть использован и при очистке воды. Пример исполнения водоочистительного фильтра схематически изображен на фиг. 5. В направлении потока фильтруемой воды фильтр содержит несколько песчаных слоев Р, упорядоченных от слоя с грубозернистыми частицами до песчаного слоя с мелкозернистыми частицами. В показанном на рисунке исполнении в направлении пропускания воды через фильтр за песчаными фильтрующими слоями Р располагается разделительный слой 5, за которым уложен текстильный фильтрующий слой 1, а за ним находится активный нановолоконный слой 2 из полимерных нановолокон, содержащих частицы по крайней мере одного активно действующего низкомолекулярного вещества, с выгодой - металлического серебра или соли серебра. Текстильный фильтрующий слой 1 одновременно выполняет функцию защиты активного нановолоконного слоя 2 от повреждения со стороны песчаных слоев Р. В направлении движения потока воды через фильтр за активным нановолоконным слоем 2 располагается фильтрующий нановолоконный слой 3, а за ним - несущий, или же опорный тектильный слой 4. Функция фильтра для очистки воды, по существу, такая же, как функция воздушного фильтра, подробное описание которой было приведено выше.

Во всех исполнениях фильтров вышеупомянутые пары L, L1, L2, Li нановолоконных слоев имеют нановолоконные слои, предназначенные для захватывания и ликвидации бактерий, поверхностной плотностью 0,1-0,3 г/м ² , в то время как нановолоконные слои, предназначенные для захватывания и ликвидации вирусов, имеют поверхностную плотность менее 0,1 г/м ² . Как уже было сказано, фильтрующие нановолоконные слои имеют меньшую поверхностную плотность, чем находящиеся перед ними в направлении прохождения фильтруемой среды активные нановолоконные слои. Нановолоконные слои пар L, L1, L2, Li нановолоконных слоев могут изготавливаться раздельно или одновременно, например за один проход через две секции установки для формования волокна, когда в одной секции изготовляется, например, активный нановолоконный слой соответствующей пары, а во второй секции - фильтрующий нановолоконный слой соответствующей пары. Не исключена возможность изготовления и большего числа пар нановолоконных слоев в разных исполнениях на одной установке для формования волокна.

Промышленная применимость

Фильтр по изобретению может быть использован для охраны здоровья людей или животных, защиты от биологических загрязнений, присутствующих в окружающем воздухе, а также для очистки воды от биологических загрязнений, находящихся в ней.