DE3732577A1 - Verfahren zur hydrophobierung mikrobakteriendichter luftfiltermaterialien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hydrophobierung mikro­ bakteriendichter Luftfiltermaterialien. Mit dem Verfahren wer­ den solche Luftfiltermaterialien hydrophob gemacht, die zur Eliminierung von Mokropartikeln und mikrobiellen Bestandteilen der Luft dienen und bevorzugt in den Bereichen des Transfu­ sionswesens, der Infusionstherapie, der Anästhesie und der Chirgurgie eingesetzt werden.

In fast allen Bereichen der Medizin sind Prozeßabläufe bekannt, bei denen Flüssigkeiten aus Behältnissen zu Patienten oder in andere Behältnisse überführt werden müssen.

Die Übertragung ist dabei häufig erst mit dem gleichzeitigen Be- bzw. Entlüften der verwendeten Behältnisse möglich. Bei dem bewegten Luftvolumen handelt es sich im allgemeinen um atmosphärische Luft, die, bevor sie in die verwendeten Behält­ nisse gelangt, von Mikropartikeln gereinigt werden muß. Die Reinigung der Luft erfolgt über Filtermaterialien, wie z. B. Keramiken, Papiere, Vliese, Membrane (vgl. WP B 01 D/2 93 811.1, DD), welche bei diesem Vorgang oder während medizinisch be­ dingten Unterbrechungen mit den zu übertragenden Flüssigkeiten in Berührung kommen können. Dabei ist diese unbedingt zu ver­ meiden, da sonst einerseits eine Verstopfung der Filterporen eintreten und andererseits ein Nährboden für die zugeführten Mikroorganismen entstehen kann. Ist dies der Fall, wird eine Kontamination der Übertragungslinie nicht mehr auszuschließen sein, so daß letztendlich das Übertragungsbesteck und auch die Flüssigkeitskonserve verworfen werden müssen.

Die eingesetzten Hydrophobierungsmittel haben deshalb speziellen Anforderungen zu entsprechen. Das heißt, sie müssen physiolo­ gisch unbedenklich sein, da sie wie oben festgestellt, sowohl mit der Luft als auch unter Umständen mit den zu übertragenden Flüssigkeiten in Berührung kommen. Des weiteren dürfen durch den Einsatz des Hydrophobierungsmittels keine Verstopfungen der Filterporen erfolgen, und es muß außerdem die flüssigkeits­ abweisende Wirkung über ca. 5 Jahre erhalten bleiben.

Der Stand der Technik ist durch zwei Verfahrensweisen charakte­ risiert. So werden zum einen Filtermaterialien verwendet, die durch ihren chemischen Aufbau bereits hydrophob sind, z. B. Membranen aus Polyäthylenterephtalat und zum anderen Filter­ materialien eingesetzt, die nachträglich mit Hydrophobierungs­ mitteln zu behandeln sind.

Die erstgenannten Filtermaterialien sind für den Einsatz bei Be- bzw. Entlüftungsanwendung unter geringem Differenzdruck ge­ eignet, lassen sich jedoch nur mit relativ hohem Aufwand pro­ duzieren. Die nachträglich hydrophobierten Filter, die aus Keramik, Papier, Glasvlies, Textilien, Leder o. a. Materialien bestehen können, sind wesentlich einfacher herstellbar. Sie müssen aber, bevor ihr Einsatz erfolgt, noch einseitig mit einem Hydrophobierungsmittel, das den jeweiligen Anforderungen entspricht, behandelt werden. Die bekanntesten von ihnen sind Paraffine, Wachse, Metallseifen usw. mit Zusätzen an Aluminium- bzw. Zirkoniumsalzen, quartären organischen Verbindungen, Harn­ stoffderivaten, fettsäuremodifizierten Melaminharzen, Chrom­ komplexsalzen und Silikone. Die Filtermaterialien bleiben bei einer Hydrophobierung porös, da die Imprägnierung jeden einzel­ nen Faden überzieht (s. Römpps Chemie-Lexikon, 8. Auflage, Fränkh′sche Verlagshandlung, Stuttgart 1983). Ein in der glei­ chen Literatur erfolgter Hinweis, daß sich auch perfluorierte Verbindungen zur Hydrophobierung eignen, obwohl sie vorwiegend der Oleophobierung und der Soil-Resistance-Ausrüstung dienen, ist für ein Verfahren zur Hydrophobierung mikrobakteriendichter Luftfiltermaterialien bedeutungslos.

Ziel der Erfindung ist es, die Mängel der bekannten technischen Lösungen auszuschließen und ein Filtermaterial herzustellen, das vollkommen den medizinisch-hygienischen Anforderungen entspricht. Die Hydrophobierung hat erstmalig zu sichern, daß keine Be­ einträchtigung der Durchlaßfähigkeit des Filters gegenüber den zu filternden Medien erfolgen wird und auch Sterilisationsmaß­ nahmen ohne Einfluß auf die Wirksamkeit des Hydrophobierungs­ mittels bleiben. Des weiteren ist die bisher nicht erreichte Lagerfähigkeit bis max. 5 Jahre anzustreben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Hydrophobierung poröser Materialien aus Keramik, Textilvlies, Glasvlies usw. oder von Kernspurmikrofilterfolie sowie ein Hydrophobierungsmittel für Filter in Be- und Entlüftungs­ systemen zu entwickeln. Fernerhin soll das Hydrophobierungs­ mittel aus einheimischen Rohstoffen einfach herstellbar sein und bereits in geringsten Konzentrationen die geforderten An­ sprüche an Luftfilter-Hydrophobierungsmittel im humanmedizini­ schen Bereich erfüllen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs definierten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Hydrophobierungs­ mittel Fluorkarbone und deren Verbindungen, in denen der an einem Kohlenstoffatom gebundene Wasserstoff vollständig durch Fluor ersetzt worden ist, für die Oberflächenbeschichtung der Filtermaterialien verwendet wird. Dabei sind die zu behandeln­ den Oberflächen mit einer Schicht solcher fluorierten Ketten­ glieder CF₃ (CF₂)n regelmäßig so zu überziehen, bis daß das Filtermaterial eine im wesentlichen fluorierte Oberfläche auf­ weist und zugleich eine kritische innere Oberflächenspannung erhält, die geringer ist als die der flüssigen bzw. wäßrigen Produkte.

Als Hydrophobierungsmittel können Emulsionen von fluorhaltigen Polymeren oder Oligomeren, insbesondere PTFE, funktionelle Gruppen tragende organische Fluorverbindungen, insbesondere Perfluoralkylverbindungen, reaktionsfähige organische Fluor­ verbindungen, insbesondere Perfluoralkane, inerte Fluoralkyl­ verbindungen, z. B. Perfluoralkane oder Gemische aus diesen Verbindungen eingesetzt werden. Eine erfindungsgemäße Träger­ substanz R, z. B. Alkylreste, mit fluorhaltiger Oberfläche und hoher Flüssigkeitsabscheidung erhält man durch

bzw. deren Verbindungen.

Die Gruppenanordnung bzw. Verbindungen mit dem Filtermaterial kann durch bekannte chemische Bindungsformen oder physikalische Wechselwirkungen, z. B. Van-der-Waals-Kräfte erreicht werden. Hierbei ist bevorzugt der Kontakt des Hydrophobierungsmittels mit dem Filtermaterial mittels bekannter Sprüh- oder Tauch­ verfahren und die Fixierung des Hydrophobierungsmittels auf dem Filtermaterial durch Verdunstung des Lösungsmittels herzustellen.

Durch die Verwendung von Fluorkarbonen als Oberflächenbeschich­ tung diverser Filtermaterialien wird auf einfache Weise ein un­ ter den gegebenen Bedingungen unbenetzbares Luftfiltermaterial erhalten. Es wird sogar mit der Durchführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens eine fluorhaltige Filteroberfläche geschaffen, welche den Effekt üblicher Hydrophobierungsmittel bei weitem übertrifft.

Während Paraffine bzw. Polyolefine, z. B. PE, kritische Grenz­ flächenspannungen von 31 mN/m aufweisen, werden mit -CF₂-Ober­ flächen 18 mN/m und mit reinen -CF₃-Oberflächen sogar nur 6 mN/m erreicht (s. L. Lichtenberger, chim. et. Ind., Paris 104 (1971)7, Seite 815). Damit wird eine größere Sicherheit gewährleistet, weil eine niedrige kritische Grenzflächenspannung die Benetzbarkeit der Feststoffe schwerer zuläßt. Dieser Aspekt ist besonders bei Blutersatzstoffen von Bedeutung, da diese Flüssigkeiten z. T. erheblich niedrigere Oberflächenspannungen als Wasser (72 mN/m) aufweisen.

Es wurde gefunden, daß für die Flüssigkeitsabweisung der Grund­ satz gilt: je niedriger die Grenzflächenspannungen, um so schwerer sind Feststoffe benetzbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht deshalb darin, auf der Basis von Fluorkarbonen und deren Verbindungen Luftfilterma­ terialien hydrophob zu machen, indem die zu behandelnden Ober­ flächen mit einer Schicht fluorierter Kettenglieder CF₃ (CF₂)n zu überziehen sind. Dabei erfolgt die Hydrophobierung bevor­ zugt im Sprüh- bzw. Tauchverfahren, die am besten das Hydro­ phobierungsmittel mit dem Filtermaterial in Kontakt bringen. Das Hydrophobierungsmittel befindet sich dabei in Lösung oder Emulsion oder in reiner Form.

Die Fixierung auf dem Filtermaterial erfolgt entsprechend der Materialart durch einfache Trocknung, also durch Verdunsten des Lösungsmittels, durch thermische Behandlung oder andere Formen der Aktivierung, z. B. Elektronenbestrahlung oder ge­ gebenenfalls auch durch Kombinationen dieser Behandlungen. Ein Reinigungsprozeß mittels Lösungsmitteln und/oder anderer geeigneter Waschmittel, z. B. doppelt destilliertes Wasser (Aqua redestillata oder bidestillata) zur Beseitigung über­ schüssiger Fluorkarbone und Hilfsmittel schließt sich an.

Für die erfindungsgemäße Verwendung von Fluorkarbonen bzw. deren Verbindungen als Oberflächenbeschichtung kann ein Luft­ filtermaterial aus Keramik, Textilvlies, Glasvlies und der­ gleichen oder Kernspurmikrofilterfolie benutzt werden.

Es ist weiterhin zu konstatieren, daß, wenm Fluorkarbone und deren Verbindungen zur Hydrophobierung verwendet werden, dann auch Emulsionen von fluorhaltigen Polymeren oder Oligomeren, insbesondere PTFE, funktionelle Gruppen tragende organische Fluorverbindungen, insbesondere Perfluoralkylverbindungen, reaktionsfähige organische Fluorverbindungen, insbesondere Per­ fluoralkane, inerte Fluoralkylverbindungen, z. B. Perfluoral­ kane oder Gemische aus diesen Verbindungen einsetzbar sind.

Ist nun das Filtermaterial beispielsweise ein Glasvlies und kommt als Hydrophobierungsmittel, z. B. Perfluoralkan/-alkan- Gemisch einer Kettenlänge C₅-C₈ zur Anwendung, dann wird dieses unter Beachtung der Sicherheitsbestimmung (Abzug) ein­ fach auf die Materialoberfläche aufgesprüht, so daß eine Masse­ zunahme von 0,01% bis 1,0% erzielt wird. Nach einem Trocken­ prozeß zwischen 50°C und 100°C im Trockenschrank wird das Glasvlies nacheinander mit Aceton, Ethanol und 2mal mit bi­ destilliertem Wasser gewaschen. Nach einer 3stündigen Trock­ nung bei 80°C ist das hydrophobierte Filtermaterial einsetzbar.

Die Beziehung zu den verschiedenen Filtermaterialien, also zu keramischen Stoffen, Papier, Glas- oder Textilvlies, Kernspur­ mikrofilterfolie u. a. ist derart definiert, daß ein erfin­ dungsgemäß hydrophobiertes, mikroorganismendichtes sowie unbe­ netzbares Be- und Entlüftungsfilter ein Mindestdurchflußvolumen von 100 cm³/min Luft garantiert. Damit entspricht es den medi­ zinisch-hygienischen Anforderungen, denn die Durchlaßfähigkeit des Filters gegenüber den zu filternden Medien wird durch den Hydrophobierungsvorgang nicht beeinträchtigt.

Mit der Schaffung der fluorhaltigen Oberfläche durch

die, wie bereits beschrieben, durch physikalische Wechselwir­ kungen, z. B. Van-der-Waals-Kräfte bzw. Formen der chemischen Bindung an das Filtermaterial herzustellen ist, wird bezüglich ihrer Flüssigkeitsabweisung ein bisher nicht nachweisbarer Effektivbestand erreicht.

Claims (5)

1. Verfahren zur Hydrophobierung mikrobakteriendichter Luft­ filtermaterialien, die u. a. aus Keramik, Textilvlies, Glasvlies oder Kernspurmikrofilterfolie bestehen und mit einem Hydrophobierungsmittel in Kontakt zu bringen sind, gekennzeichnet dadurch, daß als Hydrophobierungsmittel Fluorkarbone und deren Verbindungen, in denen der an einem Kohlenstoffatom gebundene Wasserstoff vollständig durch Fluor ersetzt worden ist, für die Oberflächenbe­ schichtung der Filtermaterialien zu verwenden ist und daß die zu behandelnden Oberflächen mit einer Schicht solcher fluorierten Kettenglieder CF₃ (CF₂)n regelmäßig so zu überziehen sind, bis daß das Filtermaterial eine im wesent­ lichen fluorierte Oberfläche aufweist und eine kritische innere Oberflächenspannung besitzt, die geringer ist als die der wäßrigen bzw. flüssigen Produkte.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Hydrophobierungsmittel Emulsionen von fluorhaltigen Poly­ meren oder Oligomeren, insbesondere PTFE, funktionelle Gruppen tragende organische Fluorverbindungen, insbesondere Perfluoralkylverbindungen, reaktionsfähige organische Fluor­ verbindungen, insbesondere Perfluoralkane, inerte Fluor­ alkylverbindungen, z. B. Perfluoralkane oder Gemische aus diesen Verbindungen einzusetzen sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß man eine Trägersubstanz R mit fluorhaltiger Oberfläche und hoher Flüssigkeitsabscheidung durch bzw. Verbindungen erhält.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Gruppenanordnung bzw. Verbindung mit dem Filter­ material durch bekannte chemische Bindungsformen oder physikalische Wechselwirkungen, z. B. Van-der-Waals-Kräfte, entstanden ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Kontakt des Hydrophobierungsmittels mit dem Fil­ termaterial mittels bekannter Sprüh- oder Tauchverfahren und die Fixierung des Hydrophobierungsmittels auf dem Filtermaterial durch Verdunstung des Lösungsmittels her­ zustellen ist.