DE60006402T2

DE60006402T2 - Luftfilter

Info

Publication number: DE60006402T2
Application number: DE60006402T
Authority: DE
Inventors: John David Blackley PAYNE; Helen Blackley HYDE(nee DUKES)
Original assignee: Avecia Ltd
Current assignee: Arch UK Biocides Ltd
Priority date: 1999-08-13
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2020-07-27
Also published as: BR0013203A; JP2003507100A; US7285157B1; CN1376085A; MX223182B; EP1210167A1; GB9919127D0; WO2001012296A1; MXPA02001501A; ES2209936T3; EP1210167B1; ATE253394T1; AU6298500A; CN100361727C; AU763967B2; DE60006402D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Luftfilter für ein Umluft- und/oder Umwälzluftsystem, das ein Filtermedium umfasst, das eine biologisch wirksame Menge eines polymeren Biguanids enthält. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren für das Reduzieren von Gerüchen und in der Luft enthaltenen Mikroorganismen, wobei Luft durch ein Filtermedium, das eine biologisch wirksame Menge eines polymeren Biguanids enthält, geführt wird.
Luftfilter werden gewöhnlich zum Entfernen von teilchenförmigen Stoffen in einer umfangreichen Reihe von Luftzirkulationssystemen verwendet. Sie können in Form von Beuteln oder Hüllen (im Allgemeinen als Sackfilter bekannt), durch die Luft hindurchgeblasen wird, oder als Kissen oder in Papierform vorliegen, die in einem Rahmen verwendet werden. Sackfilter haben eine hohe Auffangeffizienz für das Beseitigen von Teilchen wie Staub und Verbrennungsprodukten wie Tabakrauch. Das in Luftfiltern verwendete Filtermedium ist aus einer Reihe verschiedener Materialien gefertigt, besteht jedoch am häufigsten aus einem Gewebe oder Vliesstoff.
Beispiele von Luftsystemen, die diese Filter enthalten, sind unter anderem die Klimatisierungs- und Zentralheizungssysteme in Wohn- und Bürogebäuden, Freizeitzentren, Flugzeugen, Kraftfahrzeugen und Krankenhäusern. Die Filtriererfordernisse sind in verschiedenen Umfeldern äußerst unterschiedlich. Das Filtrieren der Luft ist in industriellen Reinräumen und insbesondere in Krankenhausumfeldern wie Krankenzimmern und Operationssälen besonders wichtig.
In der Luft enthaltene Mikroorganismen können in Luftfiltriersystemen besondere Probleme hervorrufen, da sie nach dem Entfernen aus dem Luftstrom auf dem Filtermedium lebensfähig bleiben können. Das kann zu einer Proliferation dieser Mikroorganismen und zu einer weitverbreiteten Kontamination des Umluftsystems führen. Dies kann wiederum weitreichende Auswirkungen haben, die von einer Reduzierung der Filtereffizienz bis zur Bildung übler Gerüche durch schlechtriechende mikrobielle Nebenprodukte reichen. Außerdem ist das Vorliegen einer großen Anzahl von Mikroben in der Umwälzluft schon als mögliche Ursache des "Sickbuildingsyndroms" vorgeschlagen worden. Um diese Probleme zu vermeiden, kann das Filtermedium zum Hemmen des Wachstums von Mikroben wie Bakterien, Pilzen, Viren, Algen, Hefen und Protozoen mit antimikrobiellen Mitteln behandelt werden.
Ein besonderes Problem in Krankenhausumfeldern ist die Bekämpfung oder Beseitigung von Krankheitserregern, insbesondere grampositiven Krankheitserregern, beispielsweise Staphylokokken, Enterokokken, Streptokokken und Mykobakterien. Viele dieser Krankheitserreger haben widerstandsfähige Varietäten entwickelt, beispielsweise der methicillinresistente Staphylokokkus (MRSA), die methicillinresistenten, koagulasenegativen Staphylokokken (MRCNS), der penicillinresistente Pneumokokkus und der mehrfach resistente Fäkalenterokokkus. Haben sich diese resistenten Varietäten einmal fest niedergelassen, so sind sie nur schwer zu behandeln und aus dem Krankenhausumfeld auszumerzen, denn sie sind gegen herkömmliche Antibiotika wie Penicillin und Methacillin resistent. Das im Luftfiltermedium aufgefangene teilchenförmige Material, insbesondere organische Stoffe, kann als Nährstoffquelle für derartige resistente Krankheitserreger dienen und zu ihrer Proliferation sowohl auf dem Filter als auch in dem durch das Filter hindurchgehenden Luftstrom führen. Es besteht daher ein Bedarf für ein Luftfilter, das das Wachstum derartiger Krankheitserreger hemmt oder eliminiert. Bisher hat sich das als schwierig zu erzielen erwiesen.
Wir haben festgestellt, dass das Einarbeiten eines polymeren Biguanids oder Salzes desselben in oder das Aufbringen desselben auf das Filtermedium, das in Luftfiltern verwendet wird, dazu führt, dass das Filtermedium eine ausgezeichnete Aktivität gegen eine Reihe von Mikroorganismen aufweist und dass Luft, die durch ein derartiges Filtermedium hindurchgegangen ist, einen reduzierten Geruch und/oder eine Verringerung der in der Luft enthaltenen Mikroorganismen aufweist. Diese Biguanide erweisen sich als vorteilhaft im Vergleich mit alternativen antimikrobiellen Mitteln wegen ihres breiten Wirksamkeitsspektrums, ihrer geringen Toxizität, leichten Anwendung und Substantialität auf dem Filtermedium.
Einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gemäß wird ein Luftfilter für ein Umluft- und/oder Luftumwälzsystem, ein Filtermedium umfassend bereitgestellt, das eine mikrobiologisch wirksame Menge eines polymeren Biguanids oder Salzes desselben enthält.
Bevorzugt enthält das polymere Biguanid mindestens zwei Biguanideinheiten der Formel (1):
die durch eine brückenbildende Gruppe verknüpft sind, die mindestens eine Methylengruppe enthält. Die brückenbildende Gruppe kann eine Polymethylenkette umfassen, die wahlweise durch Heteroatome wie Sauerstoff, Schwefel oder Stickstoff substituiert sein kann. Die brückenbildende Gruppe kann einen oder mehrere cyclische Kerne umfassen, die gesättigt oder ungesättigt sein können. Bevorzugt ist die brückenbildene Gruppe derart gestaltet, dass mindestens drei und insbesondere mindestens vier Kohlenstoffatome direkt zwischen zwei nebeneinanderliegende Biguanideinheiten der Formel (1) eingeschoben sind. Bevorzugt sind nicht mehr als 10 und insbesondere nicht mehr als acht Kohlenstoffatome zwischen zwei nebeneinanderliegende Biguanideinheiten der Formel (1) eingeschoben.
Das polymere Biguanid kann durch irgendeine geeignete Gruppe abgeschlossen sein, bei der es sich um eine Hydrocarbyl- oder substituierte Hydrocarbylgruppe oder eine Amin- oder eine Cyanoguanidingruppe handeln kann.
Wenn die endständige Gruppe eine Hydrocarbylgruppe ist, so kann sie aus Alkyl, Cycloalkyl oder Aralkyl bestehen.
Wenn die endständige Gruppe eine substituierte Hydrocarbylgruppe ist, so kann der Substituent irgendein Substituent sein, der keine unerwünschten negativen Auswirkungen auf die mikrobiologischen Eigenschaften des polymeren Biguanids aufweist. Beispiele derartiger Substituenten oder substituierter Hydrocarbylgruppen sind Aryloxy, Alkoxy, Acyl, Acyloxy, Halogen und Nitril.
Wenn das polymere Biguanid zwei Biguanidgruppen der Formel 1 enthält, so sind die beiden Biguanidgruppen bevorzugt durch eine Polymethylengruppe, insbesondere eine Hexamethylengruppe verknüpft und das Biguanid ist ein Bisbiguanid.
Die endständigen Gruppen in derartigen Bisbiguaniden sind bevorzugt C_1-10-Alkyl, das linear oder verzweigt sein kann, und wahlweise substituiertes Aryl, insbesondere wahlweise substituiertes Phenyl. Beispiele derartiger endständiger Gruppen sind 2-Ethylhexyl und 4-Chlorphenyl. Spezifische Beispiele derartiger Bisbiguanide sind Verbindungen, die durch die Formel (2) und (3) dargestellt sind, in der freien Basenform.
Das polymere Biguanid enthält bevorzugt mehr als zwei Biguanideinheiten der Formel (1) und ist bevorzugt ein lineares polymeres Biguanid, das eine sich wiederholende polymere Kette aufweist, die durch die Formel (4) dargestellt ist:
wobei X und Y brückenbildende Gruppen darstellen, in denen die gesamte Anzahl von Kohlenstoffatomen, die direkt zwischen die Paare von Stickstoffatomen eingeschoben sind, die durch X und Y verknüpft sind, zusammen mehr als 9 und weniger als 17 beträgt.
Die brückenbildenden Gruppen X und Y können aus Polymethylenketten bestehen, die wahlweise durch Heteroatome, beispielsweise Sauerstoff, Schwefel oder Stickstoff, unterbrochen sind. X und Y kann auch cyclische Kerne enthalten, die gesättigt oder ungesättigt sein können, in welchem Falle die Anzahl von Kohlenstoffatomen, die direkt zwischen die Paare von Stickstoffatomen eingeschoben sind, die durch X und Y verknüpft sind, so aufgefasst wird, dass sie das Segment der cyclischen Gruppe oder Gruppen, das das kürzeste ist, einschließt. Die Anzahl der Kohlenstoffatome, die direkt zwischen die Stickstoffatome in der Gruppe
eingeschoben sind, beträgt daher 4 und nicht 8.
Die linearen polymeren Biguanide, die eine sich wiederholende Polymereinheit der Formel (4) aufweisen, werden typischerweise als Mischungen von Polymeren erhalten, bei denen die Polymerketten verschiedene Längen besitzen. Bevorzugt beträgt die Anzahl der einzelnen Biguanideinheiten der Formeln
zusammen 3 bis ca. 80, wobei X und Y die oben angegebene Definition besitzen.
Bevorzugt stellen X und Y jeweils unabhängig voneinander eine Polymethylenkette, noch bevorzugter Hexamethylen (d. h. -(CH₂)₆-) dar.
Das bevorzugte lineare polymere Biguanid ist eine Mischung von Polymerketten, die durch die Formel (5) dargestellt sind, in der freien Basenform:
wobei n 4 bis 40 und insbesondere 4 bis 15 beträgt. Es wird besonders bevorzugt, dass der Durchschnittswert von n ca. 12 beträgt. Bevorzugt beträgt die Durchschnittsmolmasse des Polymers in der freien Basenform 1100 bis 3300.
Lineare Biguanide können durch Reagieren eines Bisdicyandiamids der Formel:
mit einem H₂N-Y-NH₂-Diamin zubereitet werden, wobei X und Y die oben definierte Bedeutung aufweisen, oder durch Reagieren eines Diaminsalzes oder Dicyanimids der Formel:
mit einem H₂N-Y-NH₂-Diamin, wobei X und Y die oben definierte Bedeutung aufweisen. Diese Zubereitungsverfahren sind in den Britischen Patentschriften Nr. 702,268 bzw. 1,152,243 beschrieben und es können irgendwelche der darin beschriebenen polymeren Biguanide verwendet werden.
Wie oben bemerkt, können die Polymerketten der linearen polymeren Biguanide entweder durch eine Aminogruppe oder durch eine Cyanoguanidingruppe abgeschlossen sein.
Die Cyanoguanidingruppe kann während der Zubereitung des linearen polymeren Biguanids eine Hydrolyse durchmachen unter Bildung einer Guanidinendgruppe. Die endständigen Gruppen können an jeder Polymerkette gleich oder verschieden sein.
Ein geringer Anteil eines primären R-NH₂-Amins, bei dem R eine 1 bis 18 Kohlenstoffatome enthaltende Alkylgruppe darstellt, kann bei der Zubereitung polymerer Biguanide, wie sie oben beschrieben sind, mit dem H₂N- Y-NH₂-Diamin eingearbeitet werden. Das primäre Monoamin funktioniert als kettenabbrechendes Mittel und ein oder beide Enden der polymeren Biguanidpolymerketten kann bzw. können daher durch eine -NHR-Gruppe abgeschlossen sein. Diese kettenabbrechenden polymeren Biguanide können ebenfalls verwendet werden.
Die polymeren Biguanide bilden ohne Weiteres sowohl mit anorganischen als auch organischen Säuren Salze. Welche Säure gewählt wird, hängt hauptsächlich davon ab, ob ein wasserlösliches Salz oder ein wasserunlösliches Salz des polymeren Biguanids für die Zubereitung des Luftfilters erwünscht ist. Die Wahl des Salzes hängt vor allem vom Typ des als Filter verwendeten Mediums ab. In vielen Fällen ist es praktisch, ein wasserlösliches Salz des polymeren Biguanids zu verwenden. Ist das polymere Biguanid durch eine Verbindung der Formel (2) in der freien Basenform dargestellt, so besteht ein bevorzugtes wasserlösliches Salz aus dem Digluconat. Ist das polymere Biguanid durch eine Verbindung der Formel (3) in der freien Basenform dargestellt, so besteht ein bevorzugtes wasserlösliches Salz aus dem Diacetat, und ist das äußerst bevorzugte polymere Biguanid eine Mischung linearer Polymere, die durch die Formel (5) dargestellt ist, in der freien Basenform, so besteht das bevorzugte Salz aus dem Hydrochlorid.
Das polymere Biguanid bildet mit 4 bis 30 Kohlenstoffatome enthaltenden organischen Säuren auch in Lösungsmittel lösliche Salze. Die organische Säure, die mit dem polymeren Biguanid das in Lösungsmittel lösliche Salz bildet, kann eine Phosphon-, Phosphor-, Sulfon- oder Sulfatgruppe enthalten, enthält jedoch bevorzugt eine Carbonsäuregruppe. Die organische Säure kann aromatisch sein, ist jedoch bevorzugt aliphatisch, einschließlich alicyclisch. Ist die organische Säure aliphatisch, so kann die aliphatische Kette der organischen Säure linear oder verzweigt, gesättigt oder ungesättigt oder in dieser Hinsicht gemischt sein.
Bevorzugt ist die aliphatische Kette linear und es wird auch vorgezogen, dass die organische Säure eine aliphatische Carbonsäure ist.
Es wird vorgezogen, dass die organische Säure, die mit dem polymeren Biguanid das in Lösungsmittel lösliche Salz bildet, nicht weniger als acht, noch bevorzugter nicht weniger als zehn und insbesondere nicht weniger als zwölf Kohlenstoffatome, unter Ausschluss der Säuregruppe, enthält. Bevorzugt enthält die organische Säure nicht mehr als 24, noch bevorzugter nicht mehr als 20 und insbesondere nicht mehr als 18 Kohlenstoffatome, unter Ausschluss der Säuregruppe.
Die organische Säure, die mit dem polymeren Biguanid das in Lösungsmittel lösliche Salz bildet, kann mehr als eine Säuregruppe enthalten, es wird jedoch bevorzugt, dass nur eine derartige Gruppe vorliegt.
Die organische Säure, die mit dem polymeren Biguanid das in Lösungsmittel lösliche Salz bildet, kann durch ein Halogen oder insbesondere eine Hydroxygruppe substituiert sein. Es wird jedoch bevorzugt, dass die organische Säure von Substituenten frei ist.
Einige aliphatische Carbonsäuren sind im Handel als Mischungen erhältlich, wie beispielsweise diejenigen, die aus tierischen Fetten und Pflanzenölen hergestellt werden, und diese enthalten sowohl gesättigte als auch ungesättigte aliphatische Ketten. Diese haben sich ebenfalls als nützlich erwiesen, insbesondere die C_14-18-Alkylcarbonsäuren und ihre vollständig gesättigten oder hydrierten Analoge.
Beispiele wahlweise substituierter Carbonsäuren sind Valerian-, Hexan-, Octan-, 2-Octen-, Laurin-, 5-Dodecen-, Myristin-, Pentadecan-, Palmitin-, Olein-, Stearin-, Eicosan-, Heptadecan-, Palmitolein-, Ricinol-, 12-Hydroxystearin- 16-Hydroxyhexadecan-, 2-Hydroxycapron-, 12-Hydroxydodecan-, 5-Hydroxydodecan-, 5-Hydroxydecan-, 4-Hydroxydecan-, Dodecandion-, Undecandion-, Sebacin-, Benzoe-, Hydroxybenzoe- und Terephthalsäuren. Die bevorzugte organische aliphatische Carbonsäure ist Stearinsäure.
Das in Lösungsmittel lösliche, mit organischer Säure gebildete Salz des polymeren Biguanids kann durch irgendein im Stand der Technik bekanntes Verfahren hergestellt werden, wird jedoch bevorzugt durch Ausfällen des Biguanids aus wässriger Lösung durch Zusetzen der organischen Säure unter alkalischen Bedingungen hergestellt. Die organischen mit Säure gebildeten Salze des Biguanids können durch Lösen in einer geeigneten organischen Flüssigkeit, die bevorzugt nicht mit Wasser mischbar ist, und Waschen der organischen Phase mit Wasser zum Entfernen jeglicher restlicher wasserlöslicher Salze noch weiter gereinigt werden.
Das Filtermedium kann aus natürlichem Polymer oder synthetischem polymeren Kunststoffmaterial gefertigt sein. Beispiele natürlicher polymerer Materialien sind Cellulose wie Viskose und Zellstoffe, Silicate wie Glas, und Wolle. Beispiele synthetischer polymerer Kunststoffmaterialien umfassen Polyester wie Polyethylenterephthalat, Polyamide wie Nylon 6.6 und 6.10, Polyurethane, Polyacrylamide einschließlich derjenigen, die Carboxyl- und Sulfonendgruppen enthalten, und Polyolefine wie Polyethylen und Polypropylen. Ein bevorzugtes polymeres Material ist Cellulose.
Das Filtermedium kann das polymere Material in irgendeiner geeigneten physikalischen Form enthalten, die den Durchgang von Luft erlaubt. So kann das polymere Material in Form von Folien, Fasern, Flocken, Schnitzeln und Granulat, einschließlich Kombinationen derselben, vorliegen. Ist das Filtermedium aus Fasern gefertigt, so kann es entweder ein Gewebe oder ein Vliesstoff sein. Die Vliesstoff-Fasern können entweder trocken oder nass abgelegt sein und liegen bevorzugt in Filz- oder Folienform vor. Es wird bevorzugt, dass die Fasern gewoben sind. Cellulose-, beispielsweise Baumwoll- oder Viskosefasern, sind besonders bevorzugte Fasern.
Die Menge an polymerem Biguanid oder Salz desselben, die im Filtermedium enthalten ist, kann zwischen weiten Grenzen liegen. Bevorzugt beträgt die Menge an polymerem Biguanid nicht weniger als 0,0001%, noch bevorzugter nicht weniger als 0,05% und insbesondere nicht weniger als 0,3%, auf das Gewicht des Filtermediums bezogen. Es wird auch bevorzugt, dass die Menge an polymerem Biguanid nicht mehr als 1 Gew.-%, noch bevorzugter nicht mehr als 5 Gew.-% und insbesondere nicht mehr als 10%, auf das Gewicht des Filtermediums bezogen, beträgt. Nützliche Wirkungen sind dann erzielt worden, wenn die Menge an polymerem Biguanid 0,4 bis 2 Gew.-%, auf das Gewicht des Filtermediums bezogen, beträgt.
Das polymere Biguanid kann auf das Filtermedium durch irgendein im Stand der Technik bekanntes Verfahren aufgebracht werden. So kann das polymere Biguanid oder dessen Salz, ist es ein Feststoff, dem Filtermedium durch Beimischen, wie beispielsweise Rühren oder Schütteln, zugegeben und gleichförmig darin verteilt werden. Bevorzugt wird das polymere Biguanid jedoch dem Filtermedium aus einer Lösung oder Dispersion in einem geeigneten flüssigen Medium zugegeben. Ist das polymere Biguanid oder dessen Salz wasserlöslich, so ist das flüssige Medium bevorzugt Wasser, und ist das polymere Biguanid in einer organischen Flüssigkeit löslich, so ist das flüssige Medium bevorzugt ein organisches Lösungsmittel wie C_1-4-Alkanole, Ketone, Ether, Ester, aromatische und aliphatische Kohlenwasserstoffe, einschließlich halogenierter Derivate derselben. Falls erwünscht, kann das polymere Biguanid auch aus einer Emulsion aufgebracht werden, bei der es sich um eine Wasser-in-Öl- oder Öl-in-Wasser-Emulsion handeln kann. Wird das polymere Biguanid auf das Filtermedium als Dispersion oder Emulsion aufgebracht, wird es bevorzugt mit Hilfe eines geeigneten Dispergiermittels oder Emulgiermittels gleichmäßig durch die kontinuierliche Phase hindurch verteilt. Ist das Filtermedium ein synthetisches polymeres Kunststoffmaterial, so kann das polymere Biguanid durch irgendein im Stand der Technik bekanntes Verfahren wie das Beschichten von Granulat, Schnitzeln oder Flocken mit dem polymeren Biguanid gleichmäßig durch das Kunststoffmaterial hindurch verteilt werden. Wird das polymere Biguanid aus einem flüssigen Medium aufgebracht, so wird die Flüssigkeit bevorzugt durch Verdampfen entfernt. Das beschichtete Granulat bzw. die beschichteten Schnitzel oder Flocken können durch geeignete Hitzebehandlung wie Schmelzextrusion und Schmelzspinnen zu Folien oder Fasern verarbeitet werden. Es wird jedoch bevorzugt, dass das polymere Biguanid auf die Oberfläche des Filtermediums aufgebracht wird.
Es wird besonders bevorzugt, dass das Filtermedium Cellulosefasern umfasst und dass das polymere Biguanid PHMB in Form seines Hydrochloridsalzes ist. Es wird auch bevorzugt, dass das PHMB aus wässriger Lösung aufgebracht wird.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das Luftfilter des Weiteren ein geruchhemmendes Mittel. Wir haben festgestellt, dass die Anwesenheit eines geruchhemmenden Mittels in Verbindung mit dem polymeren Bigunanid zum Hemmen von Geruch dann besonders wirksam ist, wenn die Luft, die filtriert wird, durch schlechtriechende Bestandteile kontaminiert ist. Beispiele derartiger schlechtriechender Bestandteile umfassen Verbrennungsprodukte wie Rauch, die aus Tabakerzeugnissen gebildet werden, Fette und Fettverschmutzungen, die bei der Zubereitung von Speisen entstehen, und gasförmige/flüchtige Emissionen, die aus dem Handhaben und Verarbeiten von Chemikalien herrühren.
Geeignete geruchhemmende Mittel umfassen Altivkohle, Zeolithe, Cyclodextrine und Undecylensäuren sowie Derivate derselben.
Das geruchhemmende Mittel kann durch jegliche brauchbare Methode in das Filter eingearbeitet werden, beispielsweise durch eines der oben bezüglich des Einarbeitens des polymeren Biguanids besprochenen Verfahren. Ein bevorzugtes Verfahren besteht darin, das Filtermedium mit einer das geruchhemmende Mittel enthaltenden Lösung oder Dispersion zu imprägnieren. Die das geruchhemmende Mittel enthaltende Lösung oder Dispersion kann vor, nach oder gleichzeitig mit dem polymeren Biguanid eingebracht werden. Es wird jedoch bevorzugt, dass bei Verwendung eines geruchhemmenden Mittels es getrennt von dem das polymere Biguanid enthaltenden Medium in das Filter eingearbeitet wird. Das lässt sich beispielsweise durch Einarbeiten eines zusätzlichen Filtermediums, das mit dem geruchhemmenden Mittel imprägniert ist, in das Filter erzielen.
Ein bevorzugtes Verfahren für das Einarbeiten eines festen geruchhemmenden Mittels wie Aktivkohle besteht darin, es als Schicht in das Filter einzuarbeiten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Filtermedium ein oben beschriebenes Filtermedium, das ein polymeres Biguanid und eine das geruchhemmende Mittel enthaltende Schicht enthält. Bevorzugt ist die das geruchhemmende Mittel enthaltende Schicht zwischen einer inneren und einer äußeren Schicht eingebettet, die eines oder mehrere der oben beschriebenen Filtermedien umfassen, wobei mindestens eine oder bevorzugt beide der inneren und äußeren Schichten das polymere Biguanid oder Salz desselben enthalten. Es wird besonders bevorzugt, dass die inneren und äußeren Schichten Cellulosefasern (insbesondere Baumwoll- oder Viskosevliesstoff) umfassen, die mit PHMB (bevorzugt in Form seines Hydrochloridsalzes) imprägniert sind. Es wird auch besonders bevorzugt, dass das geruchhemmende Mittel unter einer Aktivkohle und einem Cyclodextrin ausgewählt wird.
Es ist bekannt, dass Mikroorganismen in Anwesenheit eines organischen Nährstoffs und von Wasser wachsen und sich vermehren und dass das Wachstum von Mikroorganismen durch das Kontaktieren des Mikroorganismus mit einer biologisch aktiven Verbindung gehemmt werden kann. Dieser Kontakt wird im Allgemeinen durch Wasser vermittelt. Es ist nun festgestellt worden, dass das Wachstum von Mikroorganismen im Filtermedium eines Umluft- und/oder Luftumwälzsystems unter "trockenen" Bedingungen ansteigt, wobei diese sich vermehren, und durch Kontaktieren des Mikroorganismus mit dem ein polymeres Biguanid enthaltenden Filtermedium unter "trockenen" Bedingungen gehemmt werden kann. "Trockene" Bedingungen soll Luft mit einer relativen Feuchte zwischen 20% und 80% bedeuten. Das das polymere Biguanid enthaltende Filtermedium hat sich als zum Hemmen von Gerüchen und des Wachstums von Mikroorganismen dann besonders wirksam erwiesen, wenn die relative Feuchte der Umluft 55% ± 15% beträgt.
Wie oben bemerkt, ist festgestellt worden, dass das Filtermedium, das das polymere Biguanid enthält, Gerüche in der Luft, die durch ein das polymere Biguanid enthaltendes Filtermedium zirkuliert, reduziert und/oder die Menge an in der Luft enthaltenen Mikroorganismen verringert. Einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung gemäß wird daher ein Verfahren für das Reduzieren von Gerüchen und/oder in der Luft enthaltenen Mikroorganismen in der Umluft und/oder Umwälzluft bereitgestellt, wobei Luft durch ein Filtermedium geführt wird, das ein polymeres Biguanid enthält.
Wie oben erwähnt, kann das Wachstum von Mikroorganismen auf oder in dem Luftfilter eines Umluft- und/oder Umwälzluftsystems wiederum die Wirksamkeit des Luftfilters entweder durch Hemmen der Luftströmung durch das Filter, das durch das Mikrobenwachstum und/oder den Abbau des Filtermediums verursacht wird, reduzieren. Das Einarbeiten eines polymeren Biguanids in das Luftfilter wirkt derartigen Effektivitätsverlusten entgegen. Einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung entsprechend wird ein Verfahren geboten für das Schützen des Filtermediums eines Umluft- und/oder Umwälzluftsystems gegen mikrobiellen Angriff, wobei eine mikrobiologisch wirksame Menge eines polymeren Biguanids oder Salzes desselben in das Filtermedium eingearbeitet oder darauf aufgebracht wird.
Das polymere Biguanid kann durch herkömmliche, im Stand der Technik bekannte Verfahren auf das Filtermedium aufgebracht werden, wie sie beispielsweise oben mit Bezug auf die erste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung besprochen worden sind.
Die vorliegende Erfindung wird nun durch folgende nicht einschränkende Beispiele näher veranschaulicht, bei denen alle Bezugnahmen auf Teile und Prozentsätze sich auf das Gewicht beziehen, es sei denn, das Gegenteil ist angegeben.
Beispiel 1
Beispiel 1 beweist, dass Bakterien in der Lage sind, ein "trockenes" Baumwoll-Filtermedium unter feuchten Bedingungen zu überleben.
Eine 24 Stunden-Kultur von Staphylococcus aureus – Oxford-Stamm (NCTC 6571) in Nährbouillon wurde mit Hilfe eines Hämozytometers gezählt und mit physiologischer Kochsalzlösung auf 10⁷ Zellen pro ml verdünnt.
Polypropylenkästchen (ca. 5 cm dicker Boden und 6 cm hoch mit einem durchsichtigen Deckel) wurden sterilisiert und mit einer 3 cm tiefen Schicht Vermiculit, das mit sterilem destilliertem Wasser gesättigt war, ge füllt. In der so konstruierten Form funktionierte das System im Wesentlichen wie eine Feuchtekammer.
Um den Inokulumvorgang zu überprüfen, wurde folgender Versuch durchgeführt. Sieben festes Nähragar enthaltende Petrischalen wurde auf die Oberfläche des gesättigten Vermiculits in jeder der beiden Kammern gestellt. Die Deckel der Petrischalen wurden abgenommen und die Deckel der Kammern dicht geschlossen. Die Deckel der Feuchtekammern wiesen ein in eine kurze Seite eingeschnittenes 4 cm × 2 cm großes "Fenster" auf. Durch dieses "Fenster" wurde das Inokulum mit Hilfe einer Druckluft-Spritzpistole eingesprüht. Auf das Beimpfen hin wurden die "Fenster" dicht geschlossen und die beiden Kammern 24 Stunden bei 37°C inkubiert. Am Ende dieser Zeitspanne wurden die Agar-Petrischalen auf das Überleben und die Verteilung des Inokulums hin beurteilt.
Tabelle 1: Die Wirksamkeit des Aerosols als Impfmittel
Die Ergebnisse in Tabelle 1 zeigen, dass das Inokulum im Versuchsprotokoll gleichmäßig verteilt ist.
Das Überleben von Mikroben auf einem Luftfiltermedium aus Baumwolle in diesem System und die Auswirkung seiner Position innerhalb der Feuchtekammer wurde dann wie folgt beurteilt. Der Boden von fünf umgekehrten sterilen Petrischalen wurde in gesättigtes Vermiculit eingedrückt, um eine trockene Plattform für die Baumwolle zu bieten. Ein 5 cm² (0,24 g) großes Stück unbehandelte Baumwolle wurde auf jeden Petrischalenboden gegeben und der Deckel der Kammer dicht geschlossen. Es wurden jeweils zwei Kammer vorbereitet. Die Kammern wurden dann wie oben beschrieben beimpft, geschlossen und eine Stunde bei Raumtemperatur inkubiert. Die Kammern wurden daraufhin geöffnet und die Baumwollstücke auf eine von zwei Weisen behandelt:
Verdünnungszählung – Jedes der fünf Baumwollstücke wurde in 10 ml Inaktivierungsflüssigkeit (2% Polysorbat plus 0,3% Azolektin-Inaktivierungsflüssigkeit für PHMB) eingelegt und eine Serienverdünnungs-Gießplattenzählung wurde mit physiologischer Kochsalzlösung in Nähragar durchgeführt. Diese Platten wurden daraufhin 24 Stunden bei 37°C inkubiert.
Auflegemethode – Jedes der fünf Baumwollstücke wurde auf die Oberfläche von Nähragar aufgelegt und noch mehr geschmolzenes Agar daraufgegossen, bis sie vollständig bedeckt waren. Diese Platten wurden ebenfalls 24 Stunden bei 37°C inkubiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2: Das Überleben von Staphylococcus aureus auf Baumwolle:

KBE: koloniebildende Einheiten
-: keine Kolonien sichtbar
+: ein paar Kolonien sichtbar
++: mäßige Anzahl von Kolonien

Die in Tabelle 2 aufgeführten Ergebnisse zeigen, dass Mikroorganismen in der Lage sind, auf einem "trockenen" Substrat in der Feuchtekammer zu überleben und bestätigen, dass das Inokulum gleichmäßig durch die Kammer hindurch verteilt ist.
Beispiel 2
Beispiel 2 beweist die Fähigkeit eines mit 1% PHMB-Hydrochlorid behandelten Baumwollfitriermediums, Bakterien im Vergleich mit einer unbehandelten Kontrollprobe zu hemmen.
Vier Feuchtekammern und ein 10⁷-Zellen/ml-Inokulum von Staphylococcus aureus wurden wie in Beispiel 1 beschrieben vorbereitet. Drei Proben unbehandelte Baumwolle (5 cm²) und drei Proben Baumwolle, die in eine Lösung von PHMB-Hydrochlorid getaucht und an der Luft getrocknet worden waren, wurden auf den Boden von sechs umgekehrten Petrischalen in jeder Kammer aufgegeben. Jede Kammer wurde beimpft und wie in Beispiel 1 beschrieben inkubiert. In Zeitabständen von 15 Minuten, 1 Stunde und 4 Stunden wurden jeweils zwei unbehandelte und behandelte Baumwollstücke herausgenommen. Die Baumwollstücke wurden wie in Beispiel 1 unter Verdünnungszählung und Auflegemethode beschrieben behandelt.
Tabelle 3. Vergleich von mit PHMB behandelter Baumwolle mit unbehandelter Baumwolle

+: weniger als 20 Kolonien
++: mittelmäßiges Wachstum
+++: dichtes Konfluenzwachstum

Die in Tabelle 3 gezeigten Ergebnisse beweisen, dass PHMB auf ein Baumwoll-Luftfiltermedium aufgeimpftes Staphyloccocus aureus wirksam ausmerzt.
Beispiel 3
Diese Versuche zeigen die antimikrobielle Wirkung eines mit PHMB-Hydrochlorid behandelten Luftfiltermediums bei der Beurteilung durch ein alternatives Protokoll.
Eine Bakterienzellensuspension von Staphyloccocus aureus wurde in steriler Kochsalzlösung unter Erzielung einer Nennendkonzentration von 10⁶ Zellen/ml Suspension zubereitet. Aliquote Anteile (0,1 ml) der Zellsuspension wurden einzeln über die Oberfläche von acht Nähragarplatten gestrichen und man ließ die Platten unter sterilen Bedingungen trocknen. Vier unbehandelte Baumwollstücke (2,5 cm²) und vier in 1% PHMB-Hydrochlorid getauchte und an der Luft getrocknete Baumwollstücke wurden einzeln daraufgelegt (ein Stück/Platte).
Nach Kontaktzeiten von 0, 15 Minuten, 1 Stunde und 4 Stunden wurde ein unbehandeltes und ein behandeltes Baumwollstück von den Agarflächen abgenommen. Nachdem alle Baumwollstücke abgenommen worden waren, wurden die Platten 48 Stunden bei 37°C inkubiert und die Stellen, an denen die Baumwolle mit der Agarfläche in Kontakt gestanden hatte, wurden auf lebensfähige Kolonien von Staphyloccocus aureus untersucht.
Ein Bakterienwachstum erfolgte an den Stellen, die mit unbehandelter Baumwolle in Kontakt gewesen waren. Während aller Kontaktzeiten wurde das Bakterienwachstum an den Stellen der Agarfläche unterbunden, die in Kontakt mit der mit PHMB behandelten Baumwolle gewesen waren.
Die Testergebnisse zeigen, dass unter den Bedingungen dieser Agarkontaktmethode:

a) ein unbehandeltes Baumwoll-Filtermedium das Wachstum von Staphyloccocus aureus nicht verhindert,
b) ein mit einer 1%igen Lösung von PHMB behandeltes Baumwoll-Filtermedium eine bakterizide Aktivität gegen Staphyloccocus aureus aufweist.

Beispiel 4
Ein Luftfiltermedium wurde mit einer wässrigen Lösung von 0,4% PHMB-Hydrochlorid getränkt und man ließ es trocknen. Die Probe wurde dazu verwendet, zwei Luftfilter anzufertigen, von denen eines im unbenutzten Zustand aufbewahrt und das andere zwei Wochen in einer Luftreinigungsmaschine in einem Büro angewendet wurde. Beide Proben wurden auf den Grad ihrer Kontamination sowohl durch Bakterien als auch Pilze im Vergleich zu nicht mit PHMB-Hydrochlorid behandelten Kontrollen durch folgendes Protokoll beurteilt.
Kleine Proben wurden aus jedem Filter ausgeschnitten und zum Erfassen von Bakterien auf Nähragar und zum Erfassen von Pilzen auf Malzagar gelegt. Das Nähragar wurde 48 Stunden bei 37°C und das Malzagar 7 Tage bei 25°C inkubiert.
Tabelle 4: Kontaminierung durch Bakterien
Tabelle 5: Kontaminierung durch Pilze
Tabellen 4 und 5 zeigen, dass ein mit PHMB behandeltes Luftfiltermedium in der Lage ist, das Wachstum von Pilzen und Bakterien sowohl vor als auch nach der Verwendung zu hemmen.
Beispiel 5
Beurteilung der in Beispiel 4 beschriebenen Proben durch einen in der Industrie anerkannten Test, d. h. die AATCC-Testmethode 147. Eine Kultur von Staphyloccocus aureus wurde über Nacht in Nährbouillon gezüchtet und im Verhältnis von 1 : 10 mit sterilem Wasser verdünnt. Impfschleifen wurden mit Inokulum beladen und 5 ca. 60 mm lange Streifen wurden im Abstand von 10 mm über die Oberfläche einer Nähragar enthaltenden Petrischale aufgetragen. Dabei wurde vorsichtig vorgegangen, um die Agarfläche nicht aufzureißen und die Schleifen wurden nicht von Neuem befällt. Man ließ die Platten unter sterilen Bedingungen an der Luft trocknen. 25 × 65 mm große Streifen des Filtermediums wurden unter aseptischen Bedingungen quer über die 5 Streifen gelegt und mit einer sterilen Schleife vorsichtig auf die Agaroberfläche aufgedrückt.
Die Platten wurden 24 Stunden bei 37°C inkubiert und das Bakterienwachstum auf dem Filter und in der das Filter umgebenden Hemmungszone beurteilt.
Tabelle 6. AATCC 147-Test mit S. aureus
Ein mit PHMB behandeltes Luftfiltermedium hemmt daher das Wachstum von S. aureus sowohl vor als auch nach der Verwendung in einem Umwälzluftsystem
Beispiel 6
Vergleich der antimikrobiellen Wirksamkeit eines mit PHMB behandelten Luftfiltermediums mit einem mit 3(Trimethoxysilyl)propyloctadecyl-dimethylammoniumchlorid behandelt unter Zuhilfenahme einer in der Industrie bewährten industriellen Prüfmethode, d. h. der AATCC-Testmethode 30.
Eine Fruchtkultur von Aspergillus niger wurde mit einem sterilen Wattestäbchen zur Abnahme von Sporen abgetupft. Die Sporen wurden in einem 50 ml steriles Wasser und ein paar Glasperlen enthaltenden Erlenmeyerkolben dispergiert. 1 ml der Sporendispersion wurde mit einer Pipette auf die Oberfläche einer Czapek Dox-Agar enthaltenden Petrischale aufgetragen. Eine (2,5 × 2,5 cm große) Probe wurde auf die Oberfläche des beimpften Agars aufgegeben. Weitere 0,2 ml der Sporensuspension wurden mit einer Pipette auf die Oberfläche der Probe aufgebracht. Die inokulierten Platten wurden 7 Tage im Dunkeln bei 25°C inkubiert. Das Pilzwachstum wurde beurteilt. Drei Proben wurden bewertet: unbehandelte Baumwolle; Baumwolle, die durch Eintauchen mit 0,25% PHMB behandelt worden war und die man trocknen ließ; Baumwolle, die durch Tränken mit 0,55% 3(Trimethoxysilyl)propyloctadecyldimethylammoniumchlorid behandelt worden war und die man trocknen und sich bei 100–120°C aushärten ließ.
Tabelle 7. Die Aktivität von PHMB im Vergleich mit einem 3(Trimethoxysilyl)propyloctadecyl-dimethylammoniumchlorid
Beispiel 7. Die Wirksamkeit eines mit PHMB behandelten, in einem Krankenhausumfeld benutzten Luftfiltriermediums
Luftfilter wurden auf einer Station mit freier Besuchszeit im Macclesfield General Hospital in England installiert und betrieben, um die Wirksamkeit eines mit PHMB behandelten Luftfilters im Vergleich mit einem unbehandelten Filter zu prüfen.
Die bei den Tests verwendeten Filtermedien bestanden aus einer Schicht Aktivkohle, die zwischen zwei Schichten Baumwollgewebe eingebettet war. Die behandelten Filter wurden mit PHMB durch Aufbringen einer gleichmäßigen Beschichtung aus einer 20%igen Lösung von PHMB-Hydrochlorid auf den Baumwollstoff auf der Lufteintragseite des Filtermediums, gefolgt von Trocknen an der Luft, behandelt.
Luftproben wurden an verschiedenen Stellen der Station gezogen, wobei eine Luftreinigungs-Filtereinheit entweder mit einem Standardfilter oder einem mit PHMB behandelten Filter betrieben wurde. Die Wirkung der Filter auf die in der Luft enthaltene Mikrobenpopulation wurde mit Hilfe des folgenden Protokolls beurteilt.
Bestimmung der Mikrobenpopulation der Luft
Die Anzahl kultivierbarer Mikroorganismen in einem bekannten Volumen Luft, aus der auf der Krankenhausstation Proben gezogen worden waren, wurde mit Hilfe eines M Air T-Luft-Probenahmegeräts bestimmt. Das Luft-Probenahmegerät wurde vorher so eingestellt, dass eine Probe von 1000 Litern (1 Kubikmeter) Luft gezogen wurde, was ca. 5 Minuten dauerte. Die aufgefangene Luft wurde über Tryptonsoja-Agar, einem Allzweckagar, geleitet, das das Wachstum einer umfangreichen Reihe von Mikroorganismen gestattet. Die beimpften Platten wurden daraufhin 4 Tage bei Raumtemperatur inkubiert, bevor sie visuell beurteilt und die Bakterienkolonien gezählt wurden.
Das Luft-Probenahmegerät wurde für jeden Satz Luftproben an den gleichen Stellen innerhalb der Station aufgestellt und vor Ziehen der Luftprobe 7 Tage ununterbrochen in Betrieb gelassen. Um eventuelle Auswirkungen des Filters vor Durchführung der Tests vorübergehen zu lassen, ließ man zwei bis drei Tage zwischen den einzelnen Abschnitten des Tests verstreichen. Für jedes Filter wurden zwei Luftproben gezogen und jeder Test wurde wiederholt. Die Durchschnittswerte für die vier Messungen sind in Tabelle 8 gezeigt:
Tabelle 8: Mikrobenzahl in der Luft (Mikroorganismen pro Kubikmeter Luft) in Filtern nach 7 Tage langem Dauerbetrieb
Tabelle 8 zeigt deutlich, dass mit PHMB behandelte Filter die Anzahl der in der Luft enthaltenen Mikroben im Vergleich mit unbehandelten Filtern um ca. 60% reduzierten.
Anzahl der pro Gramm benutztes Filter entfernten Mikroorganismen
Proben der oben beschriebenen behandelten und unbehandelten Filter von verschiedenen Stellen im Krankenhaus wurden auf den Grad ihrer Kontamination durch Bakterien nach 7 und 10 Tagen Dauerbenutzung durch folgendes Protokoll beurteilt.
Kleine Proben wurden aus jedem Filter ausgeschnitten, auf Tryptonsoja-Agar gelegt und 4 Tage bei Raumtemperatur inkubiert. Die Bakterienzahl pro Gramm Filter ist in Tabelle 9 gezeigt.
Tabelle 9: Bakterienzahl pro Gramm benutztes Filtermedium

"-": in Tabelle 9 bedeutet, dass die Bestimmung der Bakterienzahl nicht stattgefunden hat.

Tabelle 9 zeigt, dass die Anzahl der Bakterien auf dem mit PHMB behandelten Filtermedium im Vergleich mit derjenigen auf einem unbehandelten Filtermedium um ca. 98% reduziert worden ist.

Claims

Luftfilter für ein Umluft- und/oder Luftumwälzsystem, ein Filtermedium umfassend, das eine mikrobiologisch wirksame Menge eines polymeren Biguanids oder Salzes desselben enthält.
Luftfilter nach Anspruch 1, wobei das polymere Biguanid mindestens zwei Biguanideinheiten der Formel (1)
enthält, die durch eine brückenbildende Gruppe verknüpft sind, die mindestens eine Methylengruppe enthält.
Luftfilter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das polymere Biguanid eine Mischung von linearen polymeren Biguaniden ist, die eine sich wiederholende Polymerkette aufweisen, die durch die Formel (4)
dargestellt ist, wobei X und Y brückenbildende Gruppen darstellen, in denen die Gesamtanzahl von Kohlenstoffatomen, die direkt zwischen Paaren von Stickstoffatomen eingeschoben sind, die durch X und Y verknüpft sind, zusammen mehr als 9 und weniger als 17 beträgt.
Luftfilter nach Anspruch 3, das eine Mischung von Polymeren ist, wobei die Anzahl einzelner Biguanideinheiten der Formeln:
zusammen 3 bis ca. 80 beträgt.
Luftfilter nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei das polymere Biguanid Poly(hexamethylenbiguanid) ist, in dem X und Y beide für -(CH₂)₆- stehen.
Luftfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das polymere Biguanid eine Mischung von Polymeren der Formel (5)
ist, wobei n 4 bis 40 beträgt.
Luftfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das polymere Biguanid in Form eines Hydrochloridsalzes vorliegt.
Luftfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Filtermedium aus einem natürlichen Polymer oder synthetischen Kunststoffmaterialien gefertigt ist.
Luftfilter nach Anspruch 8, wobei das natürliche Polymer Cellulose ist.
Luftfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Menge an polymerem Biguanid, das auf dem Filtermedium enthalten ist, 0,0001% bis 10%, bezogen auf das Gewicht des Filtermediums, beträgt.
Luftfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das des Weiteren ein geruchhemmendes Mittel umfasst.
Verfahren für das Reduzieren von Gerüchen und/oder in der Luft enthaltenen Mikroorganismen in der Um luft und/oder Umwälzluft, wobei Luft durch ein Filtermedium geführt wird, das ein polymeres Biguanid oder Salz desselben enthält.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Luft eine relative Feuchte zwischen 20% und 80% aufweist.
Verfahren für das Schützen eines Filtermediums eines Umluft- und/oder Umwälzluftsystems gegen mikrobiellen Angriff, wobei eine mikrobiologisch wirksame Menge eines polymeren Biguanids oder Salzes desselben in das Medium eingearbeitet oder darauf aufgebracht wird.