DE3786006T2

DE3786006T2 - Barriereerzeugnisse.

Info

Publication number: DE3786006T2
Application number: DE87310274T
Authority: DE
Inventors: Colin S Sinclair; Alan Tallentire
Original assignee: Bowater Packaging Ltd
Current assignee: Amcor Flexibles Winterbourne Ltd
Priority date: 1986-11-22
Filing date: 1987-11-20
Publication date: 1994-01-05
Anticipated expiration: 2007-11-21
Also published as: DE3786006D1; FI892453A; GB2229110B; GB8716835D0; ZA878721B; GB8911512D0; ATE89880T1; US5004645A; FI88319B; KR890700181A; EP0272798A1; JPH02501580A; BR8707889A; AU8275887A; DK407388A; PT86199B; JP2929440B2; DK407388D0; IE61618B1; NZ222641A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Barriereerzeugnisse (die im allgemeinen Barrieregewebe umfassen) und ein Verfahren zur Herstellung derartiger Barrierematerialien.
Es gibt viele Verwendungsmöglichkeiten für Materialien, die als Barriere bzw. Sperrschicht gegenüber dem Hindurchtreten von Mikroorganismen in der Luft oder Teilchendispersionen wirken, während gleichzeitig Luftdurchlässigkeit beibehalten wird.
Beispielsweise werden medizinische und chirurgische Artikel im allgemeinen in einem sterilen Zustand in einzelnen Packungen eingeschlossen geliefert, die teilweise aus porösem Material (z. B. Papier, Polymergewebe oder anderes Vliesmaterial) hergestellt sind. Derartige poröse Materialien sind notwendigerweise für Gase und Dämpfe durchlässig, um das Sterilisieren des Artikels (nach dem Verpacken) mit Dampf oder einem Gas wie Äthylenoxid zu ermöglichen. Des weiteren ist Luftdurchlässigkeit wichtig, um das Anlegen eines Vakuums während der Sterilisation zuzulassen, um den Verpackungsvorgang zu erleichtern und um das Luftvolumen um den verpackten Artikel einzuschränken. Jedoch muß das Material trotz dieser Luftdurchlässigkeit als eine wirksame Barriere gegenüber dem Hindurchtreten von Mikroorganismen wirken, so daß der verpackte Artikel steril bleibt.
Andere Beispiele für luftdurchlässige Barrierematerialien, die auf medizinischem Gebiet verwendet werden, umfassen Tücher, Materialien zum Einwickeln, Bekleidungsstücke für Keimfrei- und Staubfreiräume und Gesichtsmasken. Weitere Beispiele für Barriereprodukte sind Filtermedien (z. B. HEPA-Filter), die verwendet werden, um z. B. in der pharmazeutischen, medizinischen, elektronischen und Energie-Industrie eine saubere Umgebung zu schaffen.
Die Herstellung wirksamer Barrierematerialien wie oben beschrieben kann schwierig und kostspielig sein. Des weiteren gibt es bei den zur Zeit verfügbaren mikrobiologischen Barrierematerialien beträchtliche Unterschiede in der Fähigkeit, Mirkoorganismen zu stoppen. Beispielsweise weist ein im Handel erhältliches Papier, das als Verpackungsmaterial für sterile medizinische und chirurgische Artikel verwendet wird, eine Durchlässigkeit von etwa 20% auf, wenn es mit einer Dispersion von Bakteriensporen beaufschlagt wird, die mit einer Rate von 6 · 10&supmin;³ dm³ min&supmin;¹ cm&supmin;² fließt, während ein anderes im Handel erhältliches Papier eine Durchlässigkeit von etwa 0,001% aufweist, wenn es ähnlichen Bedingungen ausgesetzt ist.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Barrierematerialien zu schaffen, die gegenüber dem Hindurchtreten von Mikroorganismen oder Teilchendispersionen in der Luft in hohem Maße wirksam sind und die vergleichsweise leicht und billig hergestellt werden können.
Die US-A-3238056 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Filtermaterials mit ultrafeinen Poren. Poröses Material, z. B. Papier, wird mit einer Aufschlämmung aus vorzugsweise faserigem Material getränkt, um die Poren im wesentlichen zu füllen.
Die GB-A-1004447 offenbart ein Verfahren, um einen Randabschnitt aus porösem Bahnmaterial durch Tränken mit Paraffinwachs undurchlässig zu machen, z. B. indem eine Schmelze, Lösung oder Suspension aus Wachs auf die eine Seite aufgetragen wird und Saugwirkung an die andere angelegt wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein luftdurchlässiges Barrierematerial geschaffen, das poröses Material umfaßt, das Poren eines bestimmten Größenbereichs aufweist, wobei ein Porenmodifikator in die Poren eingebracht ist, um die Barriereeigenschaften des Materials zu erhöhen; dadurch gekennzeichnet, daß der Porenmodifikator selektiv eingebracht ist, so daß er im wesentlichen nur in den Poren am oberen Ende des Größenbereichs vorhanden ist, wobei die genannten Poren einen geringen Anteil der Gesamtzahl darstellen; wobei der genannte Modifikator Zonen mit großer Oberfläche innerhalb dieser Poren auf solche Weise schafft, daß das Hindurchtreten von in Luft vorhandenen Teilchen durch diese Poren eingeschränkt wird. Es kann so eingerichtet werden, daß das Aufnehmen des Modifikators wenig oder keine Auswirkung auf die Durchlässigkeit des porösen Materials hat, da das Einbringen bewirkt wird, ohne daß im wesentlichen die Porengrößen verringert werden und/oder da die Luftdurchlässigkeit des Materials im wesentlichen durch die kleineren Poren geboten wird, in denen im wesentlichen kein Modifikator eingebracht ist. Vorzugsweise hat der Modifikator zumindest eine im wesentlichen gleichmäßige Teilchengröße (wie unten erklärt).
Der Begriff "Pore" wird hierin so verwendet, daß jede(r) Durchgang oder Lücke eingeschlossen ist, der/die sich von einer Hauptfläche zu einer gegenüberliegenden Hauptfläche des Materials erstreckt.
Typische in der Luft befindliche Teilchen, gegen die das erfindungsgemäße Barrierematerial wirksam ist, sind Mikroorganismen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erhöhen der Barriereleistung eines luftdurchlässigen Materials geschaffen, das einen bestimmten Porengrößenbereich aufweist, wobei das Verfahren das Ausbilden eines Druckdifferentials über das Material und das Behandeln der Seite des Materials mit höherem Druck mit einer Suspension, Dispersion oder einem Aerosol eines Porenmodifikators umfaßt; dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Behandlung unter Trägheitsbedingungen durchgeführt wird, so daß der Porenmodifikator selektiv aufgenommen wird, so daß er im wesentlichen nur in den Poren am oberen Ende des Größenbereichs vorhanden ist (wobei die genannten Poren einen geringen Anteil der Gesamtanzahl ausmachen), um Zonen mit großer Oberfläche innerhalb dieser Poren auf solche Weise zu schaffen, daß das Hindurchtreten von in der Luft vorhandenen Teilchen durch diese Poren eingeschränkt wird. Es kann so eingerichtet werden, daß die minimale Querschnittsfläche durch die Länge der Poren. Die Porengröße kann nach jedem herkömmlichen Verfahren bestimmt werden.
Das erfindungsgemäße Barrierematerial ist ein Material mit einer Struktur mit einem Bereich von Porengrößen, z. B. wie während der Herstellung von Papier aus einer Dispersion von Zellulosefasern erhalten, z. B. durch eine Naßlegetechnik. Bei vielen derartigen Materialien haben die darin definierten Poren unterschiedliche Größen, die durch eine log-normale Verteilung beschrieben werden, bei der ein kleiner Bruchteil der Gesamtzahl an Poren eine im Vergleich zum Rest deutlich größere Größe aufweist. Diese großen Poren (die oft als "Transportporen" bezeichnet werden) sind entscheidend beim Bestimmen der Barriereleistung, da es hauptsächlich diese Poren sind, die das Hindurchtreten in der Luft befindlicher Mikroorganismen oder Teilchen zulassen. Beim erfindungsgemäßen Barrierematerial werden die großen Poren durch das Aufnehmen des Porenmodifikators darin auf solche Weise modifiziert, daß Zonen mit großer Oberfläche innerhalb der großen Poren geschaffen werden, was ihre Fähigkeit, das Hindurchtreten von in der Luft befindlichen Mikroorganismen und Teilchen zu stoppen, beträchtlich erhöht. Anderseits kann in den Poren mit geringerer Größe wenig oder kein Porenmodifikator vorhanden sein. Das Produkt bleibt luftdurchlässig. Die selektive Aufnahme des Porenmodifikators in den großen Poren kann das Material makroskopisch unbeeinflußt lassen.
Beim erfindungsgemäßen Barrierematerial hat der Porenmodifikator im allgemeinen eine Größe, die wesentlich geringer ist als die Porengröße des unbehandelten Materials, und diese maximale Porengröße kann nach der Behandlung mit dem Porenmodifikator im wesentlichen (im Vergleich zu unbehandeltem Material) unverändert bleiben, oder, wenn sie verringert wird, immer noch größer sein, als die Größe von Mikroorganismen oder Teilchen, die das Barrierematerial entfernen soll. Die Wirksamkeit des Barrierematerials basiert daher nicht auf einem einfachen "Aussieben" des Mikroorganismus (oder Teilchens), das aus dem Verstopfen der Poren oder deren Größenverringerung resultiert, sondern leitet sich aus der Zunahme der Oberfläche ab, die vom Porenmodifikator innerhalb der Pore geschaffen wird.
Gemäß vorliegender Erfindung verwendete Porenmodifikatoren entsprechen wünschenswerterweise einer Anzahl von Kriterien. Insbesondere müssen sie geeignet sein, gezielt in die Poren am oberen Ende des Größenbereichs eingebracht zu werden. Dieser Anforderung kann entsprochen werden, indem ein Porenmodifikator mit im wesentlichen gleichmäßiger Größe verwendet wird. (Mit im wesentlichen gleichmäßiger Größe ist gemeint, daß im allgemeinen 90% der Masse des Porenmodifikators in einen Dreifach-Größenbereich fällt.) Diese Gleichmäßigkeit der Größe (die je nach dem behandelten Material gewählt werden kann) gewährleistet, daß keine wesentliche Menge an großen Modifikatorteilchen vorhanden ist, die die großen Poren verstopfen könnte. Es wird im allgemeinen bevorzugt, daß der Porenmodifikator eine mittlere Größe von weniger als einem Drittel (mehr vorzuziehen weniger als einem Fünftel) der maximalen Porengröße des behandelten Materials aufweist. Es ist jedoch möglich, einen Porenmodifikator mit zwei oder mehr verschiedenen, im wesentlichen gleichmäßigen Größenbereichen zu verwenden, wenn das für bestimmte Anwendungen erforderlich sein sollte.
Die Menge an im Material aufgenommenem Porenmodifikator ist im Vergleich zu dessen ursprünglichem Gewicht im allgemeinen geringfügig (z. B. ≤1 Gew.-%; möglicherweise bis zu 10%, z. B. bei leichten Materialien), aber dennoch bietet die Modifikation der größeren Poren durch die kleine Menge an Modifikator eine beträchtliche Verbesserung der Barriereleistung.
Vorzugsweise ist der Porenmodifikator ein Teilchen (Flüssigkeit oder Feststoff) mit einer Größe von weniger als 50 um, mehr vorzuziehen weniger als 6 um. Die tatsächlich eingesetzte Teilchengröße hängt von der Art des zu erzeugenden Barrierematerials ab. So wird für ein Filtermedium möglicherweise ein Größenbereich von 1-2 um bevorzugt, während ein anderer Größenbereich möglicherweise für z. B. Barrierematerialien zur Verwendung zum Verpacken steriler Artikel verwendet wird.
Der Porenmodifikator kann aus einem weiten Bereich lebloser Materialien ausgewählt werden, beispielsweise anorganischen Materialien wie Ton, Kreide oder Glas, organischem Material wie Alkylketendimer und biologischen Materialien wie Zellulose. Mischungen aus zwei oder mehr derartigen Materialien können verwendet werden.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Barrierematerials ist die Behandlung einer Seite des porösen Materials (deren Barriereeigenschaften zu erhöhen sind) mit dem Porenmodifikator (oder einem Vorläufer, aus dem der Porenmodifikator abgeleitet wird), während bewirkt wird, daß der Porenmodifikator (oder Vorläufer) in das Material eintritt und selektiv in jenen Poren der Materials aufgenommen wird, die sich am oberen Ende des Porengrößenbereichs befinden. Vorzugsweise liegt der Porenmodifikator in der Form einer Suspension oder Dispersion (vorzugsweise in Luft) vor, in welcher der Porenmodifikator die disperse Phase ist. Am meisten bevorzugt wird der aus Einzelteilchen bestehende Porenmodifikator in der Form eines Aerosols mit einer Tröpfchengröße von 0,5 bis 10 um verwendet. Der Porenmodifikator wird dazu gebracht, in das Material einzutreten, indem ein Druckdifferential in der Form von entweder erhöhtem Druck an der Seite des Materials, auf die der Porenmodifikator aufgebracht wird, oder verringertem Druck an der Seite des Materials gegenüberliegend derjenigen, auf der der Porenmodifikator aufgebracht wird, über das Material ausgebildet wird. Dieses Verfahren basiert auf der Tatsache, daß der Fluß der Suspension, Dispersion oder des Aerosols durch die Poren des behandelten Materials zu r&sup4; proportional ist (wobei r der Porenradius ist). Folglich gibt es einen wesentlich größeren Fluß durch die Poren mit großem Querschnitt als durch jene mit kleinem Querschnitt, und der Unterschied im Fluß gewährleistet, daß im wesentlichen der gesamte Porenmodifikator zu den größeren Poren zielgerichtet wird und darin aufgenommen wird. Es ist beabsichtigt, daß dieses Verfahren an einem sich kontinuierlich bewegenden Materialgewebe durchgeführt werden kann, über das ein Druckdifferential aufgebracht ist.
Die Trägheitsbedingungen des Porenmodifiziervorgangs sind ein wichtiger Faktor beim Behandlungsverfahren. Wie unten detaillierter beschrieben, führt die Anwendung großer Trägheit dazu, daß der Porenmodifikator einfach an der Oberfläche des behandelten Materials verbleibt, da er dem Fließschema in die Poren nicht folgen kann. Bei Bedingungen einer geringeren Trägheit werden die Vorteile der Erfindung erzielt, obwohl die für das Barrierematerial tatsächlich erzielten Eigenschaften von den Trägheitsbedingungen abhängen, die den Porenmodifikator beeinflussen, wie wiederum unten detailliert ausgeführt.
Die Zeit, während der das Material zum Erhöhen der Barriereleistung behandelt wird, hängt von Faktoren wie dem Druckdifferential über das Material, der Konzentration des Porenmodifikators in der Suspension, Dispersion oder dem Aerosol und dem erforderlichen Ausmaß an Erhöhung ab. Im allgemeinen jedoch wird eine wesentliche Verbesserung der Barriereleistung mit vergleichsweise kurzen Behandlungszeiten und unter Verwendung von nur geringen Mengen an Porenmodifikator erreicht.
Am meisten bevorzugt wird der Porenmodifikator als Aerosol verwendet. Ein derartiges Aerosol kann durch Luftzerstreuung eines festen Porenmodifikators oder durch Vernebelung in Aerosolform einer flüssigen Suspension des Porenmodifikators erzeugt werden. Alternativ dazu ist es möglich, ein Aerosol zu verwenden, das aus einer Flüssigkeit oder einer Lösung erzeugt wird, aus welcher der Porenmodifikator abgeleitet wird. Ein Tensid kann eingesetzt werden, um die Bildung des Aerosols zu unterstützen.
Vorteilhaft wird ein Kleber in Verbindung mit dem Porenmodifikator verwendet, um dessen Rückhaltung in den Poren zu verstärken. Der Kleber (z. B. Latex) kann in der Suspension, Dispersion oder dem Aerosol aufgenommen sein, mit der/dem das Material behandelt wird. Alternativ dazu kann das behandelte Material bereits einen Kleber enthalten, dessen Wirkung durch einen physikalischen oder chemischen Vorgang in Gang gesetzt werden kann, nachdem das Material mit Porenmodifikator behandelt worden ist. Der Kleber kann einer sein, der durch Wärme aktiviert wird.
Eine große Vielzahl von luftdurchlässigen Materialien kann für verschiedene Endverwendungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden. Sie können durch Naßlegetechniken hergestellt worden sein, aber das ist nicht wesentlich. Vorzugsweise ist das luftdurchlässige Material ein Web- oder Vliesmaterial, z. B. ein Papier, Textilmaterial, Vlieskarton oder Film (z. B. ein Spinnvlies). Das Material kann Fasern umfassen, die aus Zellulosefasern, Kunstfasern, Glasfasern, Mineralfasern und Keramikfasern ausgewählt sein können. Es können auch Fasermischungen verwendet werden.
Als ein spezielles Beispiel können poröse Gewebsmaterialien (z. B. Zellulosepapier, Polymergewebe und andere Vliesmaterialien) mit unterschiedlichem spezifischem Gewicht für ihre darauffolgende Verwendung als Verpackungsmaterial für medizinische oder chirurgische Artikel behandelt werden. Vliesmaterial kann zur Verwendung als Tücher, Materialien zum Einwickeln, Bekleidungsstücke für Keimfrei- bzw. Staubfreiräume und Gesichtsmasken für medizinische Verwendungszwecke behandelt werden. Des weiteren können HEPA-Filter, Tiefenfilter und andere Filtermedien durch die Behandlung geeigneter Materialien hergestellt werden.
So wird anerkannt werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden kann, um wirksame Barrierematerialien aus entweder leicht erhältlichen Substraten oder speziell konstruierten Materialien herzustellen, die unter Bezugnahme auf poröse Zusammensetzung und Eigenschaften hinsichtlich wahrgenommener Porengrößen definiert sind.
Die Erfindung wird lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben, in denen
Fig. 1 die Form einer typischen Porengrößenverteilung in einem naßgelegten Material veranschaulicht;
Fig. 2 schematisch eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht;
Fig. 3 ein idealisiertes Schaubild der Luftdurchlässigkeit gegenüber dem Ausmaß an Behandlung für die Behandlung bei geringer, mittlerer und hoher Trägheit ist;
Fig. 4 ein idealisiertes Schaubild der maximalen Porengröße gegenüber dem Ausmaß an Behandlung für die Behandlungen bei geringer, mittlerer und hoher Trägheit ist;
die Fig. 5a, 5b und 5c jeweils eine Pore eines Materials darstellen, das bei geringer, mittlerer bzw. hoher Trägheit mit einem Porenmodifikator behandelt worden ist, wobei letzteres Verfahren nicht in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fällt;
Fig. 6 Teilchengrößenverteilungen für Ton und Kreide zeigt, die in den Beispielen als Porenmodifikatoren verwendet werden;
die Fig. 7 bis 12 Schaubilder sind, welche die Ergebnisse der unten detailliert beschriebenen Beispiele zeigen.
Fig. 1 veranschaulicht die Form einer typischen log-normalen Verteilung von Porengrößen in einem naßgelegten Material, das aus statistisch ausgerichteten Fasern besteht. Ein Verfahren, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, kann die Modifikation aller Poren bewirken, die eine Porengröße rechts von der dargestellten Schnittlinie A-A aufweisen, die in der Figur gezeigt wird. Die genaue Position der Linie A-A hängt von Faktoren wie Behandlungszeit, Fließgeschwindigkeit durch das Material und Größe und Konzentration des Porenmodifikators im Aerosol ab. Beispielsweise bewegt sich die Linie A-A mit zunehmender Behandlungszeit für einen bestimmten Satz von Behandlungsbedingungen im dargestellten Schaubild weiter nach links.
Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung umfaßt eine Behandlungskammer 1, in der eine Probe 2 aus zu behandelndem Material wie gezeigt gehalten wird. Ein Flußregelungssystem 3 dient dazu, das Druckdifferential über das Material 2 auszubilden, während auf der anderen Seite ein Hudson-Vernebler 4 vorgesehen ist, der an eine Luftzufuhrleitung 5 angeschlossen ist. Bei der Anwendung der Vorrichtung wird ein Aerosol des Porenmodifikators im Vernebler 4 erzeugt und aufgrund des angelegten Vakuums durch das Material gesaugt. Wie oben erklärt, wird der Porenmodifikator selektiv in den größeren Poren des Materials abgelagert, wodurch die Barriereeigenschaften des Materials erhöht werden.
Es ist festgestellt worden, daß die Trägheitsbedingungen für die Porenmodifizierbehandlung die für das behandelte Material erzielten Eigenschaften beträchtlich beeinflussen. Fig. 3 ist ein idealisiertes Schaubild (auf Basis tatsächlicher Ergebnisse) für die Luftdurchlässigkeit durch ein bestimmtes Material gegenüber dem Ausmaß an Behandlung bei hoher Trägheit (Kurve A), mittlerer Trägheit (Kurve B) und geringer Trägheit (Kurve C). Fig. 4 ist ein idealisiertes Schaubild (wie auf Basis tatsächlicher Ergebnisse) der maximalen Porengröße gegenüber dem Ausmaß an Behandlung bei hoher Trägheit (Kurve D), mittlerer Trägheit (Kurve E) und geringer Trägheit (Kurve F - die, wie zu sehen ist, mit Kurve D zusammenfällt).
Die Trägheit des Porenmodifikators hängt direkt von der Masse und Fließgeschwindigkeit der Teilchen ab und steht in reziproker Beziehung zur Größe der Poren des behandelten Materials.
Bei Ausführungsformen der Erfindung wird ein geringer Behandlungsgrad verwendet, so daß nur eine kleine Menge Modifikator aufgenommen wird. Bei Behandlung bei geringer Trägheit gibt es im wesentlichen keine Verringerung der maximalen Porengröße (mit zunehmendem Ausmaß an Behandlung (Kurve F)), aber es gibt eine Verringerung der Luftdurchlässigkeit (Kurve C). Bei mittlerer Trägheit gibt es eine Verringerung der maximalen Porengröße (Kurve B) und eine Verringerung der Luftdurchlässigkeit (Kurve E), die größer ist als die bei Behandlung mit geringer Trägheit erzielte. Bei hoher Trägheit gibt es im wesentlichen keine Verringerung der Luftdurchlässigkeit (Kurve A) und im wesentlichen keine Verringerung der Porengröße (Kurve D). Der Grund dafür ist die geringe Menge an verwendetem Modifikator. Bei großen Mengen (besonders bei großer Trägheit) würde der Porenmodifikator auf und in die Deckfläche imprägniert werden, um eine Aufstäubung oder Beschichtung zu bilden, so daß die Porengröße und die Luftdurchlässigkeit sinken würden. Der Grund dafür ist, daß die Porengröße dann durch die Größe der Porenöffnungen bestimmt würde, die sich aus der Art des Aufstäubens ergeben. Das heißt, die Poren sind dann an der Oberfläche verstopft.
Die Fig. 5a, 5b und 5c zeigen die Art auf, in der, wie angenommen wird, der Porenmodifikator unter Einsatz von geringer, mittlerer bzw. hoher Trägheit für den Porenmodifikator in oder auf dem behandelten Material abgelagert wird. Bei jeder dieser Figuren ist das Material mit 6 bezeichnet, eine Transportpore darin mit 7 und der aus Teilchen bestehende Porenmodifikator mit 8. Typischerweise umfaßt die Pore 7 eine oder mehrere Kammern 9 und eine oder mehrere "Verengungen" 10, von denen die kleinste der minimale Querschnitt der Pore ist, welcher die Porengröße bestimmt.
Im Fall der geringen Trägheit von Fig. 5a folgt der Porenmodifikator 7 (der sich in Richtung von Pfeil X auf das Material 6 hin bewegt) dem Fließstrom und tritt in die Kammer 9 der Pore 7 ein, wo er, wie durch Einfangen durch die Brownsche Molekularbewegung gezeigt, gehalten wird. Als Folge ist im wesentlichen der gesamte Porenmodifikator in der Kammer 9 angeordnet, wo er eine Zunahme der Oberfläche bewirkt. Da im wesentlichen kein Porenmodifikator sich an der Verengung 10 befindet, gibt es keine Verringerung der gemessenen Porengröße des Materials. Es gibt jedoch eine leichte Verringerung in der Luftdurchlässigkeit des behandelten Materials aufgrund der Gegenwart des Porenmodifikators in der Kammer 9.
Im Fall der Behandlung bei mittlerer Trägheit (wie in Fig. 5b dargestellt) ist das Moment des Porenmodifikators zu groß, um durch Brownsche Molekularbewegung in Kammer 9 eingefangen zu werden. Die Teilchen verlassen den Fließstrom jedoch durch Festkeilen an den Wänden der Pore im Bereich der und an der Verengung 10. Die Ablagerung an der Verengung 10 verringert die gemessene Porengröße, und es gibt eine Verringerung der Luftdurchlässigkeit, die größer ist als bei Behandlung mit geringer Trägheit, da der Porenmodifikator die minimale Querschnittsgröße der Pore verringert.
Bei Behandlung mit hoher Trägheit kann der Porenmodifikator dem Fließstrom nicht in die Pore 7 folgen und verkeilt sich an der Oberfläche des Materials, um eine Aufstäubung darauf zu bilden. Bei Behandlungen mit Modifikatormengen, die zu klein sind, um das Aufstäuben über einen wesentlichen Teil der Oberfläche zu bewirken (wobei das Verstopfen der Porenmündungen ausreicht, um die Porengröße zu verringern), gibt es daher keine Verringerung der Porengröße und keine Verringerung der Luftdurchlässigkeit. Jedoch führen hohe Behandlungsausmaße bei hoher Trägheit zu einer Schicht aus Modifikator auf und in der Deckfläche des Materials, was zu einer Verringerung der Porengrößenöffnungen und so zu verringerter Luftdurchlässigkeit führt.
Lediglich diejenigen Materialien, deren Poren modifiziert sind, wie in den Fig. 5a und 5b gezeigt, weisen aufgrund des Vorhandenseins von Zonen mit großer Oberfläche innerhalb von Poren eine verbesserte Barriereleistung auf. Daher sind Behandlungen bei hoher Trägheit, die zum Verstopfen der Oberfläche führen, zu vermeiden.
Die Verbesserung der Barriereleistung entsteht hauptsächlich durch die vergrößerte Oberfläche innerhalb der Pore (wie durch den Porenmodifikator geschaffen), die eine mehrfache Wirkung hat. Zunächst kann jeder Mikroorganismus oder jedes andere Teilchen, das in die Pore eintritt, einem Luftströmungsweg durch die Pore folgen. Jedoch bewirken Diffusions- und Kollisionskräfte, daß der Mikroorganismus den Fluß verläßt und vom abgelagerten Porenmodifikator eingefangen wird, wodurch sein Hindurchtreten durch das Barrierematerial verhindert wird. Zweitens kann die Gegenwart des Porenmodifikators eine Behinderung des Luftstroms durch die Pore darstellen, der dadurch verringert wird. Folglich ist die Wahrscheinlichkeit geringer, daß Teilchen in die Pore eintreten.
Die folgenden Beispiele sollen dazu dienen, die Erfindung zu veranschaulichen. Alle Beispiel wurden unter Verwendung der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung durchgeführt, wobei unter den folgenden Bedingungen gearbeitet wurde:
Einlaßdruck in den Vernebler 14 · 10&sup4; Nm&supmin;² (20 psi)
Konzentration des Porenmodifikators im Aerosol 3 mg/dm³
Probengröße des Materials 78,5 cm²

Beispiel 1

Ein 60 g/m² Papier mit geringer Luftdurchlässigkeit (etwa 100 Bendtsen) wurde mit einem in Vernebler 4 aus einer Suspension aus Ton in Wasser erzeugten Aerosol behandelt, wobei die Suspension die folgende Zusammensetzung aufwies:
Ton 50 Gew./V.-%
Latexkleber 10 Gew./V.-%
Calgon (Dispergiermittel) 0,5 Gew./V.-%
Wasser bis auf 100%
Der Ton hat die in Fig. 6 gezeigte im wesentlichen gleichmäßige Teilchengrößenverteilung.
Das Verfahren wurde für verschiedene Behandlungszeiten bei jeder von mehreren verschiedenen Fließraten durch das Material durchgeführt, wobei verschiedene Proben des Materials (aus demselben Gewebe ausgeschnitten) verwendet wurden, um verschiedene Behandlungsausmaße zu ergeben. Die Ergebnisse werden in den Fig. 7 und 8 gezeigt, die jeweils Schaubilder der maximalen Porengröße gegenüber dem Ausmaß der Behandlung und der Luftdurchlässigkeit (Bendtsen) gegenüber dem Ausmaß an Behandlung sind. Fig. 7 zeigt die Verringerung der maximalen Porengröße für die verwendeten mittleren Fließgeschwindigkeiten (7,8 · 10&supmin;² und 3,5 · 10&supmin;¹ dm³ min&supmin;¹ cm&supmin;²), aber die Beibehaltung der maximalen Porengröße bei der niedrigen (1,7 · 10&supmin;² dm³ min&supmin;¹ cm&supmin;²) und hohen (7 · 10&supmin;¹ dm³ min&supmin;¹ cm&supmin;²) Fließgeschwindigkeit. Die Streuung der Ergebnisse im Fall der hohen Trägheit resultiert aus der zufälligen Variation der Porengröße, da für gleichmäßige Beschichtung der Oberfläche unzureichend Modifikator vorhanden war. Fig. 8 zeigt die Verringerung der Luftdurchlässigkeit bei den geringen und mittleren Fließgeschwindigkeiten, und die im wesentlichen konstante Luftdurchlässigkeit bei der hohen Fließgeschwindigkeit (der Fig. 3 und 4).

Beispiel 2

Das war im allgemeinen eine Wiederholung von Beispiel 1, wobei jedoch ein anderes 60 g/m²-Papier mit hoher Luftdurchlässigkeit (etwa 6500 Bendtsen) verwendet wurde. Die Ergebnisse (und die eingesetzten Fließgeschwindigkeiten) werden in den Fig. 9 und 10 gezeigt. Wieder ist die Variation der Luftdurchlässigkeit und die maximale Porengröße aus diesen Schaubildern klar.

Beispiel 3

Proben eines dritten 60 g/m²-Papiers mit mittlerer Luftdurchlässigkeit (etwa 350 Bendtsen) wurden mit einer Fließgeschwindigkeit über das Material von 1,7 · 10&supmin;² dm³ min&supmin;¹ cm&supmin;² für verschiedene Behandlungszeiten jeweils mit einem Aerosol behandelt, das Ton als Porenmodifikator umfaßte, wodurch verschiedene Behandlungsausmaße (und somit verschiedene Luftdurchlässigkeiten) entstanden. Frische Proben des Materials wurden ebenfalls (für verschiedene Zeiten) mit einer Fließgeschwindigkeit von 7,8 · 10&supmin;² dm³ min&supmin;¹ cm&supmin;² behandelt.
Die so erhaltenen behandelten Proben wurden dann bei einer Aussetzfließgeschwindigkeit von 6,5 · 10&supmin;³ dm³ min&supmin;¹ cm&supmin;² einzeln unter den gleichen Bedingungen in der Luft befindlichen Mikroorganismen ausgesetzt, und das prozentuelle Durchdringen derartiger Mikroorganismen durch das Gewebe bestimmt. Die Ergebnisse werden in Fig. 11 gezeigt, die ein Schaubild des prozentuellen Durchgangs gegenüber der Luftdurchlässigkeit (Bendtsen) ist, (beide auf einer logarithmischen Skala aufgetragen). In Fig. 11 sind die durch ein "X" dargestellten Punkte diejenigen Proben, die mit dem Porenmodifikator bei einer Fließrate von 7,8 · 10&supmin;² dm³ min&supmin;¹ cm&supmin;² (Kurve G) behandelt wurden, und die durch ein "O" dargestellten jene Proben, die bei 1,7 · 10&supmin;² dm³ min&supmin;¹ cm&supmin;² (Kurve H) behandelt wurden.
Die Erklärung für diese beiden Kurven liegt in der Anordnung der Zone mit großer Oberfläche, die durch das Ablagern von Porenmodifikator innerhalb von Transportporen gebildet sind. Es ist festzustellen, daß unter Bedingungen geringer Trägheit (Kurve H) der prozentuelle Durchgang bei leichter Verringerung der Luftdurchlässigkeit drastisch fällt. Das steht im Einklang mit der Verstärkung der Barriereeigenschaften durch die Bildung einer Zone mit großer Oberfläche innerhalb der Porenkammern ohne Verringerung der Porengröße. Andererseits ist festzustellen, daß unter Bedingungen mittlerer Trägheit (Kurve G) der prozentuelle Durchgang bei im Vergleich zu Bedingungen geringer Trägheit größerer Verringerung der Luftdurchlässigkeit drastisch fällt. Das steht im Einklang mit der Verstärkung der Barriereeigenschaften durch die Bildung einer Zone mit großer Oberfläche an Porenverengungen. Unter diesen Bedingungen führt die Zone mit großer Oberfläche zusätzlich zu erhöhten Barriereeigenschaften zu einer Verringerung der Porengröße, die wiederum eine verringerte Luftdurchlässigkeit ergibt. Die Veränderung der Porengröße unter der Bedingung mittlerer Trägheit ist aus einer Abnahme der maximalen Porengröße ersichtlich (siehe Werte der maximalen Porengröße in den Kästchen in Fig. 11).

Beispiel 4

Ein viertes Papier mit einem Quadratmetergewicht von 60 g/m² und geringer Luftdurchlässigkeit (etwa 100 Bendtsen) wurde mit einem im Vernebler 4 aus einer Suspension aus Kreide in Wasser erzeugten Aerosol behandelt, wobei die Suspension die folgende Zusammensetzung aufwies:
Kreide 50 Gew./V.-%
Latexkleber 10 Gew./V.-%
Calgon (Dispergiermittel 0,5 Gew./V.-%
Wasser bis auf 100%
Die Kreide weist die in Fig. 6 gezeigte im wesentlichen gleichmäßige Teilchengrößenverteilung auf. Das Verfahren wurde für variierende Behandlungszeiten unter Verwendung verschiedener Proben (aus dem gleichen Papiergewebe ausgeschnitten) wiederholt, um verschiedene Behandlungsausmaße (als dm³ ausgedrückt) zu ergeben. Die verschiedenen behandelten Proben (sowie eine unbehandelte Probe) wurden dann einzeln unter den gleichen Bedingungen in der Luft befindlichen Mikroorganismen ausgesetzt, und der prozentuelle Durchgang derartiger Mikroorganismen durch das Gewebe wurde bestimmt. Die Ergebnisse sind in Fig. 12 graphisch dargestellt, in der der prozentuelle Durchgang von Mikroorganismen (auf einer logarithmischen Skala) gegen das Behandlungsausmaß aufgetragen ist.
Aus Fig. 12 ist sofort ersichtlich, daß der prozentuelle Durchgang von 0,4% für die unbehandelte Probe für ein Behandlungsausmaß von weniger als 1 dm³ (tatsächlich weniger als 0,4) deutlich auf einen Wert von etwa 0,0002% sinkt.

Beispiele 5 und 6

Diese waren Beispiel 1 im allgemeinen ähnlich, wobei ähnliche Aerosolzusammensetzungen verwendet wurden. Bei Beispiel 5 wurde 60 g/m² Papier mit mittlerer Luftdurchlässigkeit (etwa 450 Bendtsen) verwendet. Bei Beispiel 6 wurde 45 g/m² Papier mit mittlerer Luftdurchlässigkeit (etwa 500 Bendtsen) verwendet. Beide Papiere wiesen Durchdringbarkeitswerte von 4% auf. Fig. 12 zeigt, wie diese durch unterschiedliche Behandlungsausmaße verringert wurden. Die Durchdringbarkeit des schwereren Papiers (Beispiel 5) wurde durch die Behandlung mit nur etwa 0,1 dm³/78,5 cm² auf 0,0004 verringert. Die Durchdringbarkeit des leichteren Papiers (Beispiel 6) wurde ähnlich verringert (auf 0,0003%), aber dies erforderte mehr Behandlung (1,3 dm³/78,5 cm²).

Claims

1. Luftdurchlässiges Barrierematerial (6), das poröses Material umfaßt, das Poren (7) mit einem Bereich von Größen aufweist, in dem ein Porenmodifikator (8) in den Poren aufgenommen ist, um die Barriereeigenschaften des Materials zu erhöhen, dadurch gekennzeichnet, daß der Porenmodifikator (8) selektiv aufgenommen ist, so daß er im wesentlichen nur in den Poren (7) am oberen Ende des Größenbereichs vorhanden ist, wobei die genannten Poren (7) einen geringen Anteil der Gesamtzahl darstellen; wobei der genannte Modifikator (8) Zonen mit großer Oberfläche innerhalb dieser Poren auf solche Weise schafft, daß das Hindurchtreten von in der Luft vorhandenen Teilchen durch diese Poren eingeschränkt wird.

2. Luftdurchlässiges Barrierematerial nach Anspruch 1, worin der Porenmodifikator (8) Teilchen mit im wesentlichen gleichmäßiger Größe aufweist, so daß zumindest 90% der genannten Teilchen Durchmesser aufweisen, die in einen Dreifach-Größenbereich fallen.

3. Luftdurchlässiges Barrierematerial nach Anspruch 1 oder 2, worin der Porenmodifikator (8) aus Teilchen besteht, deren mittlere Größe kleiner als 1/3 der maximalen Porengröße ist.

4. Luftdurchlässiges Barrierematerial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Gewicht des Porenmodifikators (8) nicht mehr als 1% des Gewichts des genannten porösen Materials ausmacht.

5. Luftdurchlässiges Barrierematerial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ein Papier ist.

5. Luftdurchlässiges Barrierematerial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das poröse Material (6) im wesentlichen aus Fasern besteht.

7. Luftdurchlässiges Barrierematerial (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Porenmodifikator (8) aus Kreide, Ton, Glas, Zellulose und Alkylketendimeren ausgewählt ist.

8. Luftdurchlässiges Barrierematerial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Anordnung bzw. Verteilung des Porenmodifikators (8) innerhalb der Poren (7) so ist, daß die maximale Porengröße durch seine Gegenwart im wesentlichen unbeeinflußt ist.

9. Luftdurchlässiges Barrierematerial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin der Porenmodifikator (8) in den genannten Poren (7) an Verengungen (10) davon angeordnet ist, um Zonen mit großer Oberfläche an den und angrenzend an die Verengungen zu bilden.

10. Packung, die einen medizinischen oder chirurgischen Artikel umfaßt, der in einer Verpackung eingeschlossen ist, die ein luftdurchlässiges Barrierematerial nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfaßt.

11. Verfahren zum Erhöhen der Barriereleistung eines luftdurchlässigen Materials, das einen Bereich von Porengrößen aufweist, wobei das Verfahren das Errichten eines Druckdifferentials über das Material (2) und das Behandeln der Seite des Materials mit höherem Druck mit einer Suspension, einer Dispersion oder einem Aerosol eines Porenmodifikators umfaßt; dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Behandlung unter Trägheitsbedingungen durchgeführt wird, so daß der Porenmodifikator selektiv aufgenommen wird, so daß er im wesentlichen nur in den Poren am oberen Ende des Größenbereichs vorhanden ist, (wobei die genannten Poren einen geringen Anteil der Gesamtzahl ausmachen), um Zonen mit großer Oberfläche innerhalb dieser Poren auf solche Weise zu schaffen, daß das Hindurchtreten von in der Luft vorhandenen Teilchen durch diese Poren eingeschränkt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem ein Aerosol des genannten Porenmodifikators verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, worin die Behandlung des Materials unter Bedingungen geringer Trägheit durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, worin die Behandlung des Materials unter Bedingungen mittlerer Trägheit durchgeführt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, worin ein Kleber verwendet wird, um den Porenmodifikator im porösen Material zu halten.