(57)【要約】本発明はポリマーを含んでなる皮膜で被覆された繊維を有する繊維性基質を含んでなる抗病原性空気濾過媒体を提供する。前記皮膜は空気伝搬病原体に対して破壊的な環境を提供する。より詳細に述べれば、前記フィルタ媒体は、空気を濾過し、病原体も排除する建物空気処理システムに使用できる。前記濾過媒体を使用して、化学兵器を防御するだけでなく、生物学的病原体も防御する新しい生体防御ガスマスクを作製することもできる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
抗病原性空気濾過媒体であって：
ａ）多数の混ざり合った繊維を含んでなる繊維性基質と、
ｂ）前記多数の繊維の大部分の各繊維を包囲し、ポリマー網状構造を形成する抗病原性皮膜
とを含む前記抗病原性空気濾過媒体。
【請求項２】
前記ポリマー網状構造が酸性、塩基性、酸化または強可溶化物質に耐え得る請求項１記載の抗病原性空気濾過媒体。
【請求項３】
前記ポリマー網状構造がランダム架橋ポリマー類、共有結合架橋線状ポリマー類、イオンまたは水素結合相互作用によって架橋した線状ポリマー類のキャスト混合物、架橋ポリシロキサンポリマー類およびハイブリッド無機−有機ゾルゲル物質からなる群から選択される請求項１記載の抗病原性空気濾過媒体。
【請求項４】
ポリマー網状構造が抗病原性である請求項１記載の空気濾過媒体。
【請求項５】
ポリマー網状構造が架橋ポリ（スチレンスルホン酸）（遊離酸または塩）、架橋ポリアクリル酸（遊離酸または塩）、架橋ポリ（メタクリル酸）、架橋ポリ（ビニルピリジン）第四アンモニウム塩および架橋ポリエチレンイミン第四アンモニウム塩およびこれらのコポリマー類からなる群から選択される請求項４記載の抗病原性空気濾過媒体。
【請求項６】
ポリマー網状構造がランダム架橋ポリマーである請求項４記載の抗病原性空気濾過媒体。
【請求項７】
ポリマー網状構造が酸性官能価を含む請求項４記載の空気濾過媒体。
【請求項８】
ポリマー網状構造が架橋４−スチレンスルホン酸である請求項７記載の空気濾過媒体。
【請求項９】
ポリマー網状構造がジビニルベンゼンで架橋した４−スチレンスルホン酸である請求項８記載の空気濾過媒体。
【請求項１０】
ポリマー網状構造が第四アンモニウム官能価を含む請求項４記載の空気濾過媒体。
【請求項１１】
ポリマー網状構造が架橋ポリエチレンイミン第四アンモニウム塩である請求項１０記載の空気濾過媒体。
【請求項１２】
ポリマー網状構造が架橋ポリ（ビニルピリジン）第四アンモニウム塩である請求項１０記載の空気濾過媒体。
【請求項１３】
ポリマー網状構造がゲル生成ポリマーであり、皮膜がさらに不揮発性抗病原性液を含む請求項１記載の抗病原性空気濾過媒体。
【請求項１４】
ゲル生成ポリマーが共有結合により架橋した線状ポリマー類およびイオンまたは水素結合相互作用によって架橋した線状ポリマー類からなる群から選択される請求項１２記載の抗病原性空気濾過媒体。
【請求項１５】
ゲル生成ポリマーが、多糖類、多糖誘導体類、ポリ（ビニルピロリドン）、ポリ（ヒドロキシエチル メタクリレート）、おおよそ２ないし約１２個のエポキシ反復単位を有するポリエチレングリコール メタクリレート、ポリ（ビニルピロリドン）とポリ（スチレンスルホン酸ナトリウム）との混合物類、ポリ（エチレングリコール）とポリ（ビニルピロリドン）との混合物類、およびカルボキシメチルセルロースとヒドロキシエチルセルロースとの混合物類からなる群から選択される請求項１４記載の抗病原性空気濾過媒体。
【請求項１６】
多糖誘導体がメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチル−２−ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースおよびカルボキシメチルセルロースからなる群から選択される請求項１５記載の抗病原性空気濾過媒体。
【請求項１７】
ポリマー網状構造がイオンまたは水素結合によって架橋した線状ポリマー類の混合物である請求項１４記載の抗病原性空気濾過媒体。
【請求項１８】
ポリマー網状構造がポリ（ビニルピロリドン）とポリ（スチレンスルホン酸ナトリウム）との混合物類、ポリ（エチレングリコール）とポリ（ビニルピロリドン）との混合物類、カルボキシメチルセルロースとヒドロキシエチルセルロースとの混合物類、ガールゴム、キサンタンゴムおよびアルギン酸からなる群から選択される請求項１７記載の抗病原性空気濾過媒体。
【請求項１９】
ポリマー網状構造が共有結合架橋線状ポリマーである請求項１記載の抗病原性空気濾過媒体。
【請求項２０】
線状ポリマーがヒドロキシメチルセルロースである請求項１９記載の空気濾過媒体。
【請求項２１】
ヒドロキシメチルセルロースがメラミンホルムアルデヒド樹脂類、尿素ホルムアルデヒド樹脂類およびジメチロール尿素からなる群から選択される架橋剤で架橋される請求項２０記載の空気濾過媒体。
【請求項２２】
架橋剤が尿素ホルムアルデヒド樹脂である請求項２１記載の空気濾過媒体。
【請求項２３】
ポリマー網状構造がランダム架橋ポリマーである請求項１３記載の空気濾過媒体。
【請求項２４】
ポリマー網状構造が架橋ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（ビニルピロリドン）およびポリエチレングリコールメタクリレート類からなる群から選択される請求項２３記載の空気濾過媒体。
【請求項２５】
抗病原性液が、不揮発性希釈液に溶解した酸、塩基および酸化剤の溶液、不揮発性希釈液に溶解した金属コロイド懸濁液および界面活性剤担持不揮発性油からなる群から選択される請求項１３記載の空気濾過媒体。
【請求項２６】
不揮発性抗病原性液が、植物油および非イオン性界面活性剤を含む界面活性剤担持油である請求項２５記載の空気濾過媒体。
【請求項２７】
不揮発性抗病原性液が金属コロイド懸濁液である請求項２５記載の空気濾過媒体。
【請求項２８】
請求項１記載の空気濾過媒体を含む空気濾過デバイス。
【請求項２９】
加熱、換気およびエアコンディショニングシステム用フィルタ類およびガスマスク類からなる群から選択される請求項２８記載のデバイス。
【請求項３０】
請求項１記載の空気濾過媒体を複数有する請求項２８記載のデバイス。
【請求項３１】
加熱、換気およびエアコンディショニングシステム用フィルタ類およびガスマスク類からなる群から選択される請求項３０記載のデバイス。
【請求項３２】
抗病原性空気濾過媒体の製法であって：
ａ）多数の混ざり合った繊維を含んでなる繊維性基質をプレポリマーの溶液で湿潤させ、
ｂ）前記繊維の周囲にポリマー網状構造を生成するため、前記繊維を湿潤する溶液中でプレポリマーを硬化させる
諸工程を含む製法。
【請求項３３】
前記繊維性基質をプレポリマー溶液浴に浸漬し、前記繊維性基質を前記浴から取り出すことによって湿潤が施される請求項３２記載の製法。
【請求項３４】
湿潤工程が、繊維性基質を前記浴から取り出した後、前記繊維性基質を加熱する、前記繊維性基質からプレポリマー溶液をドレインさせ、前記繊維性基質を吸収性物質で吸い取る、またはこれらの組み合わせからなる群から選択される方法によって前記繊維を一部乾燥させる工程をさらに含む請求項３３記載の製法。
【請求項３５】
湿潤がプレポリマー溶液を繊維性基質上に噴霧することによって施される請求項３２記載の製法。
【請求項３６】
湿潤工程が、繊維性基質を加熱する、繊維性基質からプレポリマー溶液をドレインさせ、繊維性基質を吸収剤で吸い取る、またはこれらの組み合わせからなる群から選択される方法によって繊維を一部乾燥させる工程を含む請求項３５記載の製法。
【請求項３７】
ポリマー網状構造が抗病原性である請求項３２記載の製法。
【請求項３８】
プレポリマーが４−スチレンスルホン酸と架橋剤との混合物である請求項３７記載の製法。
【請求項３９】
架橋剤がジビニルベンゼンである請求項３８記載の製法。
【請求項４０】
繊維性基質を、グリセロールと水との混合液に溶解したスチレンスルホン酸、ジビニルベンゼンおよびラジカル開始剤の溶液で湿潤させる請求項３９記載の製法。
【請求項４１】
プレポリマーがビニルピリジンと架橋剤との混合物であり、前記製法が、繊維性基質を臭化アルキルと接触させてポリマー網状構造のペンダント ピリジン基を第四アンモニウム塩に変換するその後の工程をさらに含む請求項３７記載の製法。
【請求項４２】
繊維性基質をグリセロールと水との混合液に溶解したビニルピリジン、ジビニルベンゼンおよびラジカル開始剤の溶液と接触させる請求項４１記載の製法。
【請求項４３】
プレポリマーがビニルピリジンの第四アンモニウム塩と架橋剤との混合物である請求項３７記載の製法。
【請求項４４】
ポリマー網状構造がゲル生成ポリマーである請求項３２記載の製法。
【請求項４５】
前記繊維性基質を、少なくも１種類の不揮発性希釈液に酸、塩基または酸化剤を溶解した溶液；少なくも１種類の不揮発性希釈液中金属コロイド懸濁液；および界面活性剤担持不揮発性油からなる群から選択される抗病原性液と接触させる工程をさらに含む請求項４４記載の製法。
【請求項４６】
抗病原性液が銀コロイド懸濁液および銅コロイド懸濁液からなる群から選択される請求項４４記載の製法。
【請求項４７】
プレポリマー溶液が金属コロイドをさらに含み、前記プレポリマーの硬化が抗病原体有効量の金属コロイドをゲル生成ポリマー中に取り込む請求項４４記載の製法。
【請求項４８】
プレポリマー溶液がさらに界面活性剤および不揮発性油を含む請求項４４記載の製法。
【請求項４９】
繊維性基質をメチルメタクリレート、１,４−ブタンジオール ジアクリレート、ラジカル開始剤、非イオン性界面活性剤および植物油を含む溶液と接触させる請求項４８記載の製法。
【請求項５０】
請求項３２記載の製法によって製造される空気濾過媒体。
【請求項５１】
請求項５０記載の空気濾過媒体を含むデバイス。
【請求項５２】
加熱、換気およびエアコンディショニングシステムのエアフィルタ類およびガスマスク類からなる群から選択される請求項５１記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【関連出願に関するクロスリファレンス】
【０００１】
本出願は２００１年１０月１９日に出願された米国仮特許出願第６０／３４５,１３７号の恩典を請求するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は抗病原性空気濾過媒体、およびエアフィルタを使用する空気処理システムおよび個人用デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
近代的暖房、換気およびエアコンディショニング（“ＨＶＡＣ”）システム類は、調節される空気の大部分を再循環させ、エネルギ効率の改善をもたらす。残念ながら空気の再循環により、ホーム、オフィス建物および病院のように人々が多数集まる密閉領域では病原体の濃度が高まる。これは、このような密閉空間で生活し、働く人々の免疫系に対する負担を増大させ、空気伝搬感染体と接触するリスクを高める。
【０００４】
空気処理機器は微生物のための隠れ家でもある。エアダクトは暗く、周囲ＵＶ光から遮断されている。ＵＶ光は戸外の環境に存在する多くの種類の細菌の増殖を阻止する。このシステムの冷却動作中に起きる凝縮は、微生物の増殖を促す湿気を与える。ダクト表面およびエアフィルタに付着したダスト粒子は微生物に栄養を提供する。このような栄養は、ダストが充満した空気を毎日何千立方フィートも処理するエアフィルタには特に豊富にある。ＨＶＡＣシステムの粒子状フィルタは空気伝搬細菌の繁殖体であり、少なくとも一部はヘルスケア施設において結核、レジオネラ病および麻酔性感染症が広がる原因である。高効率粒子状空気（“ＨＥＰＡ”）エアフィルタの開発はこの問題を解決していない。ＨＥＰＡフィルタは、従来のフィルタに比べて、空気伝搬微生物のようなより小さい粒子を捕捉することができ、それらを保持することができる。しかしそれらは空気伝搬微生物の全ては捕捉せず、しかも捕捉した微生物を殺すようには作られていない。微生物の伝搬傾向を減少させる効果的な長期持続性抗微生物エアフィルタの開発にかなり重点を置いたＨＶＡＣシステム開発に努力が費やされている。
【０００５】
１９６２年に発行された米国特許第３,０１７,３２９号は、細菌または真菌コロニーによって生ずる不快な臭いや、生育力のある菌および胞子がフィルタを通り抜ける可能性を減らすと言われる殺菌性および殺真菌性フィルタを報告している。そのフィルタは従来の不織布フィルタ媒体に、噴霧または浸漬によって殺菌性および殺真菌性活性物質の皮膜を施したものを含む。上記活性物質は有機銀化合物および有機錫化合物から選択される。これらは中性のｐＨを有し、哺乳動物には非常に有毒である。上記活性物質を従来のフィルタ製造プロセス中に不織布繊維に塗布することができる。その際不織布繊維を結合剤および任意に難燃剤を含む水性浴に浸漬される。処理した布を加熱することによって水分を除去し、結合剤を硬化させ、特許'３２９によって、殺菌剤をフィルタ媒体に固定する。
【０００６】
米国特許第３,１１６,９６９号は、吸湿剤、増粘剤およびフィルム形成剤を含む粘稠な組成物によってフィルタ繊維上に固定されるアルキルアリール塩化第四アンモニウム防腐性化合物を有するフィルタを記載している。
【０００７】
米国特許第３,８２０,３０８号は、消毒剤として第四アンモニウム塩を含む湿った油性皮膜を有する殺菌性エアフィルタを記載している。
【０００８】
デヴァー（Dever,M.）ら、Tappi Journal １９９７、８０巻（３号）ｐ．１５７は、抗菌剤を溶融ポリプロピレン エアフィルタ繊維に挿入することによって得られる抗菌効果の研究結果を報告している。３種類の未確認抗菌剤を個々に試験した。各製剤をポリプロピレンとブレンドし、それを溶融して抗菌フィルタ媒体を形成した。処理後、ＦＴＩＲによって２種類の抗菌剤だけがフィルタ媒体に検出された。ブレンドしたフィルタ媒体を、グラム陽性およびグラム陰性細菌の一般的菌種に対して試験した。２種類の検出可能製剤を含むフィルタ媒体は抗菌性を示したが、それら製剤は核剤として作用することによってポリプロピレンの物理的特性にも影響を与えた。その結果ポリプロピレンブレンド類は、取集効率が低く、ブレンドしないポリプロピレンから作られるフィルタ類に比べて太い繊維を有するフィルタを与えた。
【０００９】
フォード（Foard,K.K.）およびハンレー（Hanley,J.T.）、ASHRAE Trans.２００１、１０７巻、ｐ．１５６、は３種類の未確認抗菌剤の一つで処理したフィルタの抗菌効用のフィールドテスト結果を報告している。ダストがついた未処理フィルタ媒体上に細菌増殖がみられたフィールドテストでは、処理ずみのフィルタ媒体上にも細菌増殖が認められた。公知の抗菌フィルタ処理は彼らの使用条件下ではほとんど効果がなかった。
【００１０】
カナザワ，Ａ．ら、J.Applied Polymer Sci.１９９４、５４巻、ｐ．１３０５は、セルロース基質上に抗菌性塩化ホスホニウム部分を共有結合により固定するというやり方で作られる抗菌フィルタ媒体を記載している。このフィルタはトリアルキル−（３−トリメトキシシリルプロピル）塩化ホスホニウムをセルロースのヒドロキシ基と反応させることによって作られた。彼ら研究者は、燐に結合したアルキル基の鎖の長さはフィルタの効力には影響を与えるが、充填密度には影響を与えないことを見いだした。彼らの測定によると、生成したフィルタの塩化ホスホニウム密度は単層において期待されるものより高く、そのホスホニウム塩が積み重なっていることを示唆した。より親油性のホスホニウム塩、すなわちより長いアルキル鎖を有するホスホニウム塩はより高い細菌捕捉能力をもつ傾向があった。
【００１１】
オカモト，Ｍ．、Proceedings of the Institute of Environmental Sciences and Technology、１９９８、ｐ．１２２、は空気処理フィルタの抗菌剤として銀ゼオライトの使用について述べている。彼ら研究者によると、銀ゼオライトを特殊の結合剤によってフィルタの片側に結合させた。
【００１２】
米国特許公報２００１／００４５３９８号は、隙間に粒子を固定した不織布多孔性材料の製法であって、その材料を所定の大きさの粒子の懸濁液と接触させ、上記懸濁液を上記材料に挿入し、粒子を材料の隙間に運び込む製法を記載している。この処理ずみ材料は抗菌バリヤとして有用であると言われている。
【００１３】
国際公報ＷＯ００／６４２６４号は、英文要約によると、フィルタ用殺菌性有機ポリマ材料であって、主鎖を含むポリマーベースと、それに結合した、Ｎ−アルキル−Ｎ−ビニルアルキルアミドから誘導される単位およびポリマ材料に固定されたトリヨードイオンを含んでなる重合ペンダント基とから作られる前記有機ポリマ材料を開示している。
【００１４】
国際公報ＷＯ０２／０５８８１２は抗菌剤の徐放性マイクロカプセルを含むフィルタ媒体を記載している。このマイクロカプセルは粘稠溶媒に懸濁され、マイクロカプセルの多孔性外皮から徐々に発散する製剤を含む。このマイクロカプセルはアラビヤゴムなどの接着性基剤で繊維性基質に固定することもできる。
【００１５】
感染性空気伝搬微生物を除去するその他の方法が開発された。一つの方法は汚染空気を密閉チェンバ内に引き込むデバイスを使用する。そのデバイスにおいて汚染空気は液体によって濾過され、微生物はその液体中に閉じ込められる。このデバイスには欠点がある。病原体を捕捉し、除去するために汚染空気を液体とよく混合しなければならない。この設計はＨＶＡＣシステムの高流速には適性が不十分であり、扱いにくく、設置して使用するのは不便である。
【００１６】
また別の方法は微生物を含む空気流を殺菌するために電気沈殿を利用する。その際米国特許第５,９９３,７３８号に記載されているように、電気沈殿を光触媒酸化と組み合わせる。この種のシステムは電気を利用して空気流中の粒子状物質と、対置する接地コレクタプレートとを帯電させ、帯電粒子を集め、光触媒およびＵＶ光がそのコレクタプレートに蓄積した病原体を破壊する。だが商業的または住宅向け用途のために最も広く使用できる抗菌フィルタシステムは、紫外線とフィルタとを組み合わせて使用する。例えば米国特許第５,５２３,０７５号では、フィルタチェンバは空気伝搬細菌を殺すための特定波長の紫外線を発生する一連のＵＶランプを有するものとして記載されている。これらの濾過システムの欠点の一つは、ＵＶランプに電力を供給するためのエネルギ量が大きく、コストが非常に高いことである。病院などで使用されている市販ＨＶＡＣは、この濾過技術を家庭用空気清浄器のように使用している（Ionic Breeze from Sharper Imageなど）。
【００１７】
抗菌エアフィルタのさらなる改良が依然として必要である。家庭、病院、工場、オフィス用建物などの商業的および居住用の密閉空間に一般に見られるＨＶＡＣｓのような空気処理システムのための抗病原性空気濾過媒体を提供することが本発明の一つの目的である。もちろん本発明のフィルタ媒体は、戦闘員やテロリストによって故意に導入される微生物に対しても利用される。ガスマスクは一般に化学的薬物に対して防御するが、炭疽菌、痘瘡菌(small pox)などの生物学的病原体に対しては防御しない。本発明のフィルタ媒体はガスマスクの取り替え可能のフィルタカートリッジに組み込まれると、上記生物学的病原体に対しても防御することができる。本明細書に参考として組み込まれる米国特許第６,４３５,１８４号は一般的なガスマスク構造を説明している。
【発明の概要】
【００１８】
一つの局面において、本発明は：混ざり合った多数の繊維を含んでなりかつ上記多数の繊維のかなりの部分の各々を包囲する繊維性基質と、ポリマー網状構造を構成する抗病原性皮膜とを含む抗病原性空気濾過媒体を提供する。上記ポリマー網状構造はランダム架橋ポリマー、共有結合架橋線状ポリマー、イオンまたは水素結合相互作用によって架橋された線状ポリマー類のキャスト混合物、架橋ポリシロキサンポリマーまたはハイブリッド無機−有機ゾルゲル材料である。
【００１９】
上記ポリマー網状構造が抗病原性であるのは、ポリマー主鎖に微生物類の生物学的活性を破壊するペンダント官能基また官能基を含んでいるからである。このような基には、スルホン酸基などの酸性基、アルキルピリジニウム基などの第四アンモニウム基；およびピロリドン−ヨード錯体などの酸化官能基がある。
【００２０】
これらとは別の実施形態において、ポリマー網状構造は必ずしも抗病原性ではなく、使用条件のもとで、少なくも１種類の不揮発性希釈液中に活性物質を含む液体と共にゲルを生成することができる。このような液体には酸、塩基および酸化剤の溶液、金属コロイド懸濁液、界面活性剤担持油および抗菌薬の溶液などがある。
【００２１】
さらに別の局面において、本発明は本発明の空気濾過媒体並びに本発明の空気濾過媒体を含むエアフィルタおよびエアフィルタ用カートリッジの製法を提供する。
【００２２】
本発明は抗病原性空気濾過媒体を提供する。本開示に用いられる用語“病原体”は、ウィルス、細菌、藻類、真菌、酵母類およびかび類を含むあらゆる病原性微生物を指す。本発明の抗病原性空気濾過媒体は、この濾過媒体に捕捉された病原体の生物学的活性を破壊する。生物学的活性の破壊は病原体を死滅させ、またはその伝搬を阻止する。
【００２３】
本発明の空気濾過媒体は繊維性基質および上記基質の繊維のかなりの部分を取り巻く抗病原性皮膜を含んでなる。上記抗病原性皮膜が上記繊維の８０％をも包囲するのが好ましい。
【００２４】
上記抗病原性皮膜はポリマー網状構造を構成する。空気濾過媒体はその皮膜から、またある実施形態においてはその皮膜のポリマー網状構造から安定的抗菌性を獲得する。抗病原性皮膜は、極端なｐＨとか酸化的条件などの厳しい化学的環境に対する病原体の感受性を利用する。これまで、エアフィルタに使用される繊維性媒体にそのような特性を与えることは難しかった。塩酸、硫酸水溶液および有機アミン液などの液状の酸および塩基を繊維性基質に固定することは困難である。強い液体酸化剤や、界面活性剤担持油のような強い可溶化物質についても同じことが言える。前に述べたように、空気を液体にぶくぶく通す装置を高容積空気処理システムに組み入れて維持するのは不便である。アルカリ金属およびアルカリ土類金属水酸化物のような固体塩基および酸化物類は繊維性基質に接着するのは難しい。
【００２５】
ポリマー網状構造は基質繊維の物理的特性、例えば引張強さ、弾力性および耐変形性に顕著な影響を与えない。
【００２６】
繊維性基質は、混ざり合った繊維からつくられる多孔性の天然または合成材料のいずれでもよい。繊維性基質は織物または不織布でよい。繊維性基質としての使用に適した典型的天然材料には、綿、ウールおよびセルロースがある。繊維性基質としての使用に適する典型的合成材料には、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのスパンポリアルキレン類；ガラス（すなわちガラス繊維）、ポリエステル、セルロースアセテート、ポリスチレン、ビニル、ナイロン、レーヨン、アクリル、アクリロニトリルおよび、繊維に紡糸できる高性能エンジニアリングプラスチックスなどがある。上記繊維性基質を形成するために特に好ましい合成材料は市販製品：テフロン（Ｒ）およびテフレアー（Ｒ）（ＰＴＦＥ）、ソロフロ（Ｒ）（ＨＤＰＥ）、ソンタラ（Ｒ）およびダクロン（Ｒ）（ポリエステル）およびキサバン（Ｒ）、これらは全てデュポン・ケミカル社の製品である、並びにアイレックス（Ｒ）（ガラス繊維およびポリエステル）である。好ましい繊維性基質は、空気と接触する大きい表面積を有する一方、空気抵抗が小さく、その結果作動中の圧力低下は小さいことである。天然および合成材料から不織布繊維性マットを織り、形成する技術は当業者にはよく知られている。不織布材料の繊維は結合剤で結合させる。
【００２７】
網状構造のポリマーは、酸性、塩基性、酸化性または強い可溶化物質に対して分解することなく耐え得る本質的にいかなるポリマーでもよい。概して、網状構造のポリマーは（１）モノマーと二−または多官能性架橋剤との共重合によって形成されるようなランダム架橋ポリマー、（２）共有結合架橋線状ポリマー、（３）イオンまたは水素結合相互作用によって架橋した線状ポリマー混合物からなる網状構造、（４）架橋ポリシロキサンポリマー、または（５）ハイブリッド無機−有機ゾルゲル材料のいずれかである。典型的ランダム架橋ポリマー類には架橋ポリ（スチレンスルホン酸）（遊離酸または塩）、架橋ポリアクリル酸（遊離酸または塩）、ポリ（ビニルピリジン）第四アンモニウム塩、架橋ポリエチレンイミン第四アンモニウム塩および架橋ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）（“ポリＨＥＭＡ”）などがある。典型的共有結合架橋線状ポリマーには、架橋カルボキシメチルセルロースおよびその他の架橋セルロースエーテル類（遊離酸または塩）がある。イオンまたは水素結合相互作用によって架橋した典型的線状ポリマー混合物には、ポリ（ビニルピロリドン）とポリ（スチレンスルホン酸ナトリウム）との混合物、カルボキシメチルセルロースとヒドロキシエチルセルロースとの混合物、およびガールゴム、キサンタンゴムおよびアルギン酸ナトリウムなどの生来ゲルを形成しているポリマー類がある。典型的ポリシロキサンにはポリ（ジメチルシロキサン）がある。典型的ハイブリッド無機−有機物質には、テトレトキシシラン（ＴＥＯＳ）と、ビス（トリエトキシルシリル）アルカン類、例えばビス（トリエトキシシリル）メタンなどとの混合物からゾルゲルプロセスを介して形成される網状構造がある。
【００２８】
本発明の空気濾過媒体は二つの実施形態がある。それらの実施形態では、皮膜に抗病原性を与える方法が異なる。
【００２９】
一実施形態において、網状構造のポリマーは抗病原性である。架橋ポリ（スチレンスルホン酸）（遊離酸または塩）、架橋ポリ（アクリル酸）（遊離酸または塩）、架橋ポリ（メタクリル酸）、架橋ポリ（ビニルピリジン）第四アンモニウム塩および架橋ポリエチレンイミン第四アンモニウム塩が抗病原性網状構造ポリマーの例である。
【００３０】
もう一つの実施形態においては、網状構造ポリマーは、使用条件のもとで抗病原性液体によってゲル化するゲル生成ポリマーである。架橋ポリＨＥＭＡ、架橋カルボキシメチルセルロースおよびその他の架橋セルロースエーテル類（遊離酸または塩）、ポリ（ビニルピロリドン）とポリ（スチレンスルホン酸ナトリウム）とのキャスト混合物、ポリ（エチレングリコール）とポリ（ビニルピロリドン）とのキャスト混合物、カルボキシメチルセルロースとヒドロキシエチルセルロースとのキャスト混合物、ガールゴム、キサンタンゴム、アルギン酸ナトリウム、およびポリ（ジメチルシロキサン）がゲル生成ポリマーの例である。
【００３１】
空気濾過媒体は繊維性基質の存在のもとでプレポリマーを硬化するというやり方で作られる。用語“硬化する（curing）”は、モノマーと架橋剤との混合物を重合すること、線状ポリマーまたはオリゴマーを共有結合架橋すること、およびポリマー鎖の間に安定なイオンまたは水素結合相互作用を形成する線状ポリマー類の混合物を部分的に脱溶媒和することを意味する。ここに使用する用語“プレポリマー”は：“モノマー類”、すなわち反復添加を受けてポリマーを形成する同一構造の小分子類と架橋剤との混合物；共有結合架橋することができる線状ポリマー類の混合物；イオンまたは水素結合相互作用によって架橋する線状ポリマー類の混合物；および反応して架橋ポリマーを形成できる同一でないオリゴマー類、例えばポリ（ジメチルシロキサン）プレポリマーなどを言う。
【００３２】
硬化条件および基質によって、ポリマー網状構造は繊維性基質に共有結合する。例えば上記基質が不飽和部位をもち、繊維の周囲に網状構造ポリマーが付加重合によって形成される場合などである。しかし特定の理論によって制限されるものではないが、ポリマー網状構造は繊維周囲に実質的に連続的なシースを形成することによって基質繊維に結合し、上記連続的なシースは網状構造内の共有、イオンまたは水素結合相互作用を破壊することなく分離することはできないと考えられている。
【００３３】
本発明の空気濾過媒体の新規の製法において、繊維性基質をプレポリマー溶媒中のプレポリマー溶液と接触させ、より好ましくはプレポリマー溶液で飽和させる。接触は、上記基質を上記溶液に浸漬することによって、上記溶液を基質上に噴霧することによって、または繊維性基質の繊維を濡らすその他の方法によって達成される。
【００３４】
繊維性基質をプレポリマー溶液に浸すのが好ましい。浸漬後、繊維性基質を上記プレポリマー溶液から取り出す。湿潤後数分から数時間、基質から過剰のプレポリマー溶液をドレインさせるか、または繊維性基質を吸収性物質で吸い取り、過剰のプレポリマー溶液を除去する。繊維の表面に残ったプレポリマーを適切な条件下で硬化させ、特定の所望ポリマーを合成する。
【００３５】
硬化が加熱を含む場合、硬化温度は反応体を分解するほど高くてはいけない。硬化に必要な時間は硬化温度に依存し、または照射による硬化の場合は照射強度に依存する。したがって硬化時間は著しく変動し得る。
【００３６】
概してプレポリマー溶液のための溶媒は水またはいずれかの有機溶媒である。好ましい溶媒は水、グリセロール、ポリ（エチレングリコール）およびシリコーン油、水とグリセロールとの混合物が特に好ましい。
【００３７】
プレポリマーが二または多官能価であって、別の作用物質がなくても架橋できる場合を除き、プレポリマー溶液はプレポリマーの他に架橋剤を含む。ポリマー化学の当業者は、多くの架橋剤が存在し、それらの選択は、反応させることを意図するポリマー上の官能基または反応性中間体に依って決まることを認識している。架橋剤の例は、以下の網状構造ポリマーを形成するための好ましいプロセスの説明において提供される。
【００３８】
プレポリマー溶液は粘度調節剤も含むことができる。粘度調節剤を使用して、ドレインした後または吸い取った後に基質上に残っている溶液の量を調節することができる。前記溶液の量自体が皮膜の厚さに影響を与える。特に好ましい溶媒系は約水２、グリセロール１の割合である。その際の粘度は、別に粘度調節剤を加えなくても好都合に使用できるような粘度である。粘度調節剤の選択および使用は当業者にはよく知られている。
【００３９】
上記溶液の上記成分類に加えて、上記溶液は硬化を阻害しない添加剤をさらに含むことができる。例えば界面活性剤や、溶媒中の他の成分類の溶解度を改善するために加えられるその他の物質などである。
【００４０】
ここで空気濾過媒体に抗菌特性を与える手段について説明する。抗病原性ポリマー網状構造を有する実施形態において、ポリマー網状構造上の化学的官能価は、その空気濾過媒体と接触する病原体に危害をもたらす化学的条件を決める。そのような官能価は酸性、塩基性、酸化性であり、または病原体の細胞膜を破壊する浄化特性を有する。
【００４１】
抗病原性化学的官能価を有する被覆ポリマー類の非制限的例は、ポリ（４−スチレンスルホン酸）、ポリ（アクリル酸）、ポリ（メタクリル酸）、ポリ（４−ビニルピリジン）第四アンモニウム塩およびポリエチレンイミン第四アンモニウム塩およびポリ（ビニルピロリドン）ヨウ素錯体類である。これらポリマーは全て、ランダム架橋ポリマーとして基質繊維上に生成し得る。
【００４２】
ランダム架橋ポリマー類はモノマーと、二−または多官能価架橋剤との混合物を重合することによって形成できる。典型的架橋剤には、ジビニルベンゼン（ＤＶＢ）がある。これはポリ（スチレンスルホン酸）モノマーおよびその塩類と共に使用することが好ましい。アクリル酸モノマーおよびメタクリル酸モノマーと共に使用するのが好ましいその他の典型的架橋剤は、１,４−ブタンジオール ジアクリレート、トリエタノールアミン ジメタクリレート、トリエタノールアミン トリメタクリレート、トリス（メタクリロイルオキシメチル）プロパン、アリルメタクリレート、酒石酸ジメタクリレート、Ｎ，Ｎ’−メチレン−ビスアクリルアミド、ヘキサメチレン ビス（メタクリロイルオキシエチレン）カルバメート、２−ヒドロキシトリメチレン ジメタクリレートおよび２，３−ジヒドロキシテトラメチレン ジメタクリレート、１，３−ブタンジオール ジアクリレート、ジ（トリメチロイルプロパン）テトラアクリレート、ポリ（エチレングリコール）ジアクリレート、トリメチロイルプロパン エトキシレート、ポリ（プロピレングリコール）ジメタクリレート、ビスフェノールＡジメタクリレートおよび１，４−ブタンジオールアクリレートであり、１,４−ブタンジオールアクリレートが特に好ましい。アミン官能価モノマー類と共に使用するのに好ましいその他の典型的架橋剤は、ジエポキシド類、ブロックトイソシアネート類およびエピクロールヒドリンである。
【００４３】
ランダム架橋ポリマーの抗病原性ポリマー網状構造の形成をポリ（スチレンスルホン酸）でさらに詳しく説明する。架橋ポリ（４−スチレンスルホン酸）の抗病原性皮膜を、４−スチレンスルホン酸モノマーと架橋剤との遊離基付加重合によって適用することができる。上記重合はＵＶ照射（化学的開始剤と共に、またはこれを伴わずに）によって、または化学的開始剤と共に加熱することによって開始することができる。次のような一般的化学的開始剤を使用することができる：２，２’−アゾイソブチルニトリル（“ＡＩＢＮ”）、１，１’−アゾビス（シクロヘキサンカルボニトリル）および４，４’−アゾビス（４−シアノバレリアン酸）のようなアゾ化合物類；ジ−ｔ−ブチルペルオキシド、ラウロイルペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、イソブチルペルオキシ オクタエート、ｔ−ブチルペルオクトエート、ｎ−ブチル−４，４’−ビス（ｔ−ブチルペルオキシ）バレレート、ペルカドックス（Percadox）（Ｒ）などの過酸化物；および過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウムおよびヒドロキシメタンスルフィン酸などの無機過酸化物類。過硫酸カリウムが特に好ましい。
【００４４】
溶液中の４−スチレンスルホン酸の濃度は好ましくは約１重量％ないし約２５重量％、より好ましくは約５重量％である。ジビニルベンゼンは好ましくは４−スチレンスルホン酸に対して約０.０５モル％ないし約１５モル％量存在し、より好ましくは約１モル％ないし約５モル％量存在する。好ましい溶媒は水とグリセロールとの混合物であり、約２対１の比がより好ましい。この溶媒混合物は４−スチレンスルホン酸皮膜を形成するのに最適の粘度を有するようにみえる。４−スチレンスルホン酸のプレポリマー溶液のｐＨは３未満、より好ましくは２未満、最も好ましくは１未満である。ドデシル硫酸ナトリウムのような乳化剤も架橋剤を溶解する量だけ加えることができる。しかし溶液を高度に濃縮する必要はない。実施例１に示すように、約５重量％の４−スチレンスルホン酸溶液は空気濾過媒体に抗病原特性を付与するのに十分な密度の酸官能価を与える。
【００４５】
繊維性基質をプレポリマー溶液で湿潤させ、任意に一部分乾燥する。その後基質を加熱して、および／またはＵＶランプで照射して重合を開始する。ＡＩＢＮと共に８５℃における加熱開始を用いると、空気濾過媒体は数時間で十分に硬化する。
【００４６】
基質繊維上に４−スチレンスルホン酸のポリマー網状構造を形成する前述の方法とは別の方法として、スチレンとジビニルベンゼンとを重合させ、架橋ポリスチレンのポリマー網状構造を形成するというやり方でポリマー網状構造を形成することができ、その後例えば被覆された繊維性基質を三酸化硫黄で処理するという方法で上記ポリマー網状構造をスルホン化することができる。
【００４７】
網状構造ポリマー上にその他の抗病原性官能基を有する抗病原性空気濾過媒体を同様な方法を利用して作ることができる。例えば、そして実施例３に詳しく説明するように、４−ビニルピリジンを上記の方法によってビス（ビニル）架橋剤で重合する。生成した架橋ポリ（ビニルピリジン）をその後ポリ（ビニルピリジン）第四アンモニウム塩に変換する。被覆された繊維性基質を臭化アルキル、好ましくはＣ４−Ｃ２４臭化アルキル、より好ましくは臭化ラウリルのようなＣ６−Ｃ１２臭化アルキル（臭化ラウリルが特に好ましい）の溶液に浸漬することによってポリ（ビニルピリジン）第四アンモニウム塩を形成することができる。臭化アルキルはピリジン基を、微生物には有毒な臭化ピリジニウム塩に変換する。
【００４８】
ポリ（４−ビニルピリジン）第四アンモニウム塩のポリマー網状構造を形成するまた別の方法は４−ビニルピリジン第四アンモニウム塩の重合である。この方法は被覆された繊維基質と臭化アルキル溶液との接触を回避する。
【００４９】
ポリエチレンイミンのポリマー網状構造は市販のオリゴマープレポリマーから作ることができる。ＢＡＳＦはプレポリマーとしての使用に適した低分子量枝分かれポリエチレンイミンをルパゾル（Ｒ）およびルガルバン（Ｒ）の商品名で販売している。必要なら、基質と塩基性層との接触前にどちらかの溶液に水酸化ナトリウムのような適切な強塩基を加えることによって、プレポリマー溶液のｐＨを１０より高く、好ましくは１１より高く、最も好ましくは１２より高く調節すべきである。エチレンイミンオリゴマーで出発する際には、好ましい架橋剤はエピクロルヒドリン、ジエポキシド類、例えばビスフェノールＡジグリシジルエーテルなどである。その他の好ましい架橋剤はエポキシ樹脂、特にエポキシ当量４００ないし３０００、好ましくは６００ないし２０００、最も好ましくは５００ないし１０００を有する固体エポキシ樹脂である。また別の好ましい架橋剤は４，４’−オキシジフタール酸無水物などの無水物類である。
【００５０】
本発明の空気濾過媒体のその他の実施形態において、網状構造ポリマーは、使用条件下で抗病原性液によってゲル化するゲル生成ポリマーである。適切なゲル生成ポリマーには、澱粉、セルロース、ガールゴム、キサンタンゴム、アルギン酸およびその他の多糖類およびゴム類およびこれらの誘導体、例えばメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチル−２−ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（“ＨＰＭＣ”）およびカルボキシメチルセルロース、ポリ（ビニルピロリドン）、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）、および２個ないし約１２個のエトキシ反復単位をどこかに有するポリエチレングリコールメタクリレート類およびポリ（ビニルピロリドン）とポリ（スチレンスルホン酸ナトリウム）との混合物類、ポリ（エチレングリコール）とポリ（ビニルピロリドン）との混合物類、およびカルボキシメチルセルロースとヒドロキシエチルセルロースとの混合物類などがある。
【００５１】
ポリ（ビニルピロリドン）および親水性メタクリレートポリマー類の皮膜は、二官能価または多官能価架橋剤、例えば前に４−スチレンスルホン酸の重合を参照して記載された架橋剤などの存在下における遊離基付加重合によって適用される。特に好ましい架橋剤はビス−メタクリレート類およびビス−メタクリルアミド類、例えばトリエタノールアミンジメタクリレート、トリエタノールアミン トリメタクリレート、トリス（メタクリロイルオキシメチル）プロパン、酒石酸ジメタクリレート、Ｎ，Ｎ’−メチレン−ビスアクリルアミド、ヘキサメチレン、ビス（メタクリロイルオキシエチレン）カルバメート、２−ヒドロキシトリメチレン ジメタクリレートおよび２，３−ジヒドロキシテトラメチレン ジメタクリレートなどである。
【００５２】
あるゲル生成ポリマー類の皮膜は、ポリマーの溶液または分散液を繊維性基質上に流すことによって施される。繊維周囲にポリマー網状構造を形成するために流し込めるプレポリマーとしては、澱粉、セルロース、ガールゴム、キサンタンゴム、アルギン酸およびその他の多糖類およびゴム類およびそれらの誘導体類、例えばメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、メチル−２−ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース（“ＨＰＭＣ”）およびカルボキシメチルセルロース、ポリ（ビニルピロリドン）とポリ（スチレンスルホン酸ナトリウム）との混合物、ポリ（エチレングリコール）とポリ（ビニルピロリドン）との混合物などがある。
【００５３】
ゲル生成ポリマー網状構造は、水または低級アルコールなどの揮発性溶媒と、グリセロール、ポリ（ジメチルシロキサン）、ポリエチレングリコールおよびポリプロピレングリコールなどの不揮発性溶媒との混合物にプレポリマーを溶解するという方法で、これらのプレポリマーからキャストすることができる。繊維性基質を溶液に浸漬して繊維をコーティングし、その後乾燥して揮発性溶媒を除去する。ポリマー皮膜が繊維上に残り、不揮発性溶媒部分はポリマーを可塑化する。
【００５４】
ゲル生成ポリマーの皮膜は、繊維性基質の存在のもとで線状多糖ポリマー類を架橋することによっても施すことができる。例えば、ＨＰＭＣを架橋して次のように基質繊維の周囲にポリマー網状構造を形成することができる。デュポンからメトセル（Methocel）（Ｒ）の商品名で入手できる線状ＨＰＭＣプレポリマーをブロックト イソシアネートと共に水中に溶解する。繊維性基質をこの溶液で例えば浸漬によって湿潤させ、その溶液から取り出し、過剰の溶液を吸い取って除去し、その後２時間８５℃に加熱し、乾燥し、ポリマーを架橋させる。その後繊維性基質を水酸化ナトリウム水溶液に浸し、塩基性の抗病原性環境を作る。線状多糖ポリマー、カルボキシメチルセルロースを架橋するもう一つの方法を以下に記載する。
【００５５】
架橋のために誘導体化したジメチルシロキサン オリゴマー類と触媒とを含むポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）プレポリマー混合物はダウ・コーニング社からダウコーニング樹脂（Ｒ）、シラスチック（Ｒ）およびシルガード（Ｒ）の商品名で販売されている。当業者に公知の方法を改良してシリコーンプレポリマーを硬化させてシリコーンポリマーゲルにするというやり方で、シリコーンポリマー皮膜を繊維性基質上に形成することができる。繊維性基質を上記プレポリマー混合物で湿潤させ、その湿潤した基質を、シリコーンポリマーを硬化させる当業者に公知の条件にさらすことによって硬化させる。
【００５６】
抗病原性液は、あらゆる抗病原性物質の溶液、コロイド懸濁液または分散液である。ゲル生成ポリマー網状構造内に保持され得る抗病原性液の例は、酸、塩基および酸化剤の溶液；金属コロイド懸濁液、界面活性剤担持油および抗菌薬の溶液類である。
【００５７】
抗病原性液の揮発成分、例えば水などは、ゲル皮膜がＨＶＡＣシステム中で空気の定常流にさらされる際に蒸発する。グリセロールなどのより揮発しにくい希釈剤の使用によって、ゲル生成ポリマーは膨潤したままになる。グリセロールは好ましい希釈剤である。それは吸湿性であると同時に不揮発性であり、それ自体、空気から水分を取り込み、ゲル生成ポリマーを膨潤状態に保持するのに役立つ。この目的に適したその他の不揮発性希釈液は油、ポリ（ジメチルシロキサン）、ポリエチレングリコールおよびポリプロピレングリコールである。
【００５８】
酸、塩基および酸化剤（漂白剤または有機ペルオキシドなど）を次のようにして空気濾過媒体に固定することができる、すなわちゲル生成ポリマー網状構造で被覆された繊維性基質を、上記活性剤および不揮発性希釈剤の溶液と接触させる。
【００５９】
酸性環境にするために、上記活性溶液を硫酸、塩酸、硝酸または燐酸などの強鉱酸で調製する。
【００６０】
塩基性環境にするために、上記活性溶液を水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、または水酸化カルシウムなどの強塩基で調製する。水酸化ナトリウムが好ましい。
【００６１】
上記活性溶液は酸化剤、例えば次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム、次亜塩素酸マグネシウム、ヨウ素、ＰＶＰ−ヨウ素、過マンガン酸カリウム、トリクロロシアヌール酸およびジクロロシアヌール酸ナトリウム、過酸化水素、およびジ−ｔ−ブチルペルオキシドのような有機過酸化物などで調製することもできる。好ましい酸化剤は次亜塩素酸カルシウムである。
【００６２】
活性溶液は界面活性剤担持油でもよい。病原体が基質の表面に接触すると、それら病原体はその表面に強く付着し、界面活性剤分子が付着した病原体を包み、排除する。界面活性剤担持油と一緒に使用するのに好ましいポリマー類はポリ（メチルメタクリレート）および架橋セルロースエーテル類である。適切な界面活性剤としては非イオン性界面活性剤、例えばトリトン（Ｒ）およびツイーン（Ｒ）などがある。適切な油としては大豆油、コーン油およびヒマワリ油などの植物油がある。
【００６３】
ポリ（メチルメタクリレート）の皮膜は、アクリル酸重合のために好ましいと既述された架橋剤などを含む架橋剤の存在下でメチルメタクリレートを遊離基付加重合することによって、基質繊維の周囲に形成される。
【００６４】
架橋セルロースエーテルの皮膜を有する繊維性基質は次のように作られる。プレポリマー溶液を、ヘラクレス・ケミカル社からナトロソル（Ｒ）の商品名で市販されるヒドロキシメチルセルロースと架橋剤とから調製する。好ましい架橋剤はメラミンホルムアルデヒド樹脂、ヘラクレス・ケミカル社から入手できるクメン（Kymene）（Ｒ）などの尿素ホルムアルデヒド樹脂、およびジメチロール尿素である。特に好ましい架橋剤は塩化アンモニウム触媒（クメン（Ｒ）に対して１０重量％）と組み合わせたクメン（Ｒ）９１７である。繊維性基質をプレポリマー溶液に浸漬し、その溶液から取り出すか、または繊維性基質にプレポリマー溶液を噴霧する。繊維性基質をその後乾燥し、８０℃で２時間硬化させる。生成した、ゲル生成ポリマー皮膜を有する繊維性基質をその後界面活性剤担持油と接触させ、抗病原性空気濾過媒体をつくる。或いは油および界面活性剤をプレポリマー溶液に加えてもよい。
【００６５】
ゲル生成ポリマーの皮膜を有する抗病原性フィルタについて金属コロイド懸濁液でより詳しく説明する。ある種の金属コロイド懸濁液、特に銀および銅、より特別に銀は、広い細菌種スペクトルに対する抗病原性活性を示した。抗病原性活性を有する金属コロイド、好ましくは銀および銅、最も好ましくは銀は、それらを繊維性基質と接触させ、硬化させる前にプレポリマー溶液に含めることによって、一工程でフィルタに組み込むことができる。或いは、ゲル生成ポリマーの皮膜を形成し、その後に空気濾過媒体と金属コロイドとを接触させることができる。この二工程プロセスにおいては、上記皮膜を金属コロイドと接触させる前に加熱などによって脱溶媒和させるのが好ましい。その後脱溶媒和皮膜を有する繊維性基質は接触時に上記コロイドを取り込む。
【００６６】
金属コロイドは種々の方法によってプレポリマー溶液に挿入される。一方法において、金属コロイドを用意し、その後プレポリマー溶液に加える。金属コロイドは、当業者には公知の化学的、電気化学的または照射プロセスによって金属塩を還元することによってつくられる。例えば、銀塩は水素化ホウ素ナトリウム（化学）、電位（電気化学）または可視光（照射）で金属銀に還元される。金属コロイドは一般的には平均直径１０ないし５００ナノメータを有する粒子から作られる。不動態化剤を上記還元媒質に加えて粒子サイズを調節し、粒子表面をコーティングして粒子の凝集を最小にする。一般的不動態化剤としてはウシ血清アルブミン、カゼインおよびウシミルク蛋白質（例えば粉乳）などがある。不動態化剤はプレポリマー溶液の成分類と反応する官能基を含むのが好ましい。脱溶媒和剤が物理的にコロイド粒子内に引き込まれ、そのコロイド粒子の皮膜内への取り込みが容易になるのがより好ましい。
【００６７】
繊維性基質上にゲル生成ポリマーの皮膜を形成できるこれまでに報告された一般的方法を使用して、基質を上記ゲル生成ポリマーで被覆し、同時に金属コロイド懸濁液をその皮膜内に取り込むことができる。カルボキシメチルセルロースおよびポリアクリル酸のプレポリマー溶液を任意にウェットエイド（WetAid）ＮＲＷ（Ｒ）のような湿潤剤と共に調製する。好ましいプレポリマー溶液は約２ないし約６重量％、より好ましくは約４重量％のカルボキシメチルセルロース；約２ないし約１０重量％、より好ましくは約５重量％の、分子量約１００,０００−１２５,０００オングストローム単位を有するポリ（アクリル酸）；および水とグリセロールとの約２：１混合物に溶解した約０.０５ないし約０.５重量％の湿潤剤を含む。その他に約３ないし約１０重量％、より好ましくは約６重量％の金属コロイドをこのプレポリマー溶液に加える。任意にカソン（Kathon）CG−ICP（Ｒ）のような不動態化剤をあらかじめ金属コロイドに加えて、金属粒子の分散を助ける。徹底的混合および均質な分散に到達した後、繊維性基質を上記分散液に浸す。取り出した後、処理ずみ基質を乾かし、一般的方法によって硬化させる。
【００６８】
金属コロイドはプレポリマー溶液内で直接作ってもよい。銀または銅の可溶性金属塩をプレポリマー溶液の１種類以上の成分と混合し、それからコロイド形成を誘発する還元条件にさらす。このアプローチは、プレポリマー溶液の１種類以上の成分の粘稠溶液が発生期のコロイド粒子の凝集を阻止できるという潜在的利点を提供する。さらにプレポリマー溶液の１種類以上の成分がコロイド粒子の不動態化剤として機能することもある。
【００６９】
本発明のゲル被覆実施形態には、ＨＥＰＡの基質類に比べて効率が低くコストも高い繊維性基質類が、孔サイズの減少、粒子の跳返り減少および粒子衝突の増加によってＨＥＰＡフィルタに匹敵する取集効率に到達できるという利点がある。汚染空気が空気濾過媒体の孔を通過して移動する際、病原体は衝突または拡散移動によって活性層を担持している基質表面に出くわす。エアフィルタに衝突して保持される病原体の割合はそのフィルタの取集効率としてあらわされる。フィルタの取集効率は空気濾過媒体の孔サイズおよび厚さ、および病原体の大きさに依存する。ゲル生成ポリマー網状構造の皮膜を有する抗病原性フィルタは、繊維性基質の取集効率を高める傾向を有する。この基質には上記皮膜が異なる二つのメカニズムによって付着している。第一に、ゲル皮膜は繊維を太くし、同時に孔の大きさを減少させる。孔の大きさの減少程度はポリマーの量、架橋度およびプレポリマー溶液の溶媒の選択によって調節される。第二に、ゲル皮膜は、エアフィルタの製造のために従来使用されてきた繊維性基質の表面に比べて小さい粒子に対する接着性がより大きいのが普通である。基質の取集効率に与える抗病原性ポリマー網状構造の被覆効果は、プレポリマーの選択およびプレポリマー溶液の溶媒系の選択によって種々変動する。プレポリマー溶媒系がフィルタの取集効率に影響を与えるのは、プレポリマー溶液から繊維性基質を取り出した後または噴霧後の上記溶媒系の粘度が、フィルタに接着するプレポリマーの量に影響を与えるからである。
【００７０】
エアフィルタの抗病原性効果はエアフィルタに捕捉される病原体の致死率に関係する。フィルタの抗病原性効果は、皮膜の抗病原性成分に対する特定病原体の感受性および担持レベルに依存する。本発明の利点の一つは上記活性成分がフィルタ上に均質に分散していることである。
【００７１】
抗病原性作用物質は病原体を殺すことなく、低い担持レベルで病原体の伝搬を阻止することができる。本発明は病原性微生物の伝搬を効果的に阻止する空気濾過媒体、エアフィルタ類およびフィルタカートリッジ類を意図するとはいえ、本発明によって作られるエアフィルタおよびフィルタカートリッジは、対象とする病原体、例えば酸性、塩基性または酸化的条件に感受性のある病原体の７５％以上を、フィルタに捕捉してから２４時間後には死滅させるのが好ましい。
【００７２】
異なる抗病原性環境をそれぞれ有するフィルタ媒体の組合わせを使用して広範囲の種類の空気伝搬病原体を防ぐことができる。複数の微生物を捕捉し、排除するメカニズムはコンパクトアセンブリによって同時に行われる。本発明によって作られ、それぞれ異なる抗病原性メカニズムを利用する複数の空気濾過媒体を、例えばＨＶＡＣシステム用フィルタ、またはガスマスク用交換可能カートリッジなどの単一デバイスに組み立てることができる。さらに、本発明の抗病原性エアフィルタを従来のエアフィルタと並べて使用することができる。本発明のエアフィルタを従来のフィルタの上流に配置して従来のフィルタのプレフィルタとして機能することもでき、あるいは本発明のフィルタを従来のフィルタの下流に配置して、従来のフィルタが抗病原性フィルタのプレフィルタとして役立つようにすることもできる。よって本発明は、１層又はそれ以上の空気濾過媒体が積重ね配列されたデバイスも提供する。
【００７３】
ゲル生成ポリマー層をエアフィルタの繊維に塗布すると、濾過媒体上に物理的または化学的には吸着しない補助的物質、例えば難燃性化学物質、臭気吸収化合物および化学的中和剤などを保持できる可能性がうまれる。このようにしてゲル生成ポリマー皮膜はこれらの物質の結合剤として機能する。
【００７４】
抗病原性活性に加えて、幾つかの実施形態の皮膜は、別に化学的中和剤を添加しなくてもある種の毒ガスを中和することができる。本発明によって作られる塩基性、酸性および酸化的皮膜は幾つかの化学的作用物質を不活性化する。例えば、塩基溶液で処理したゲル生成ポリマー網状構造はシアン化物、塩化水素、ホスゲンおよび硫化水素などの酸性ガスを中和する。さらに、活性炭のような化学的吸収剤を皮膜に組み込んで、実施例６に記載するような化学的作用物質類に対する活性を上記皮膜に付与することもできる。ゲル皮膜中のその他の活性剤および抗病原性ポリマーのその他の毒ガスに対する反応性は、有毒化学物質を取り扱い、また処理する当業者には容易に理解される。
【００７５】
本発明をある特殊な実施形態に関して述べてきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく種々の変更が行われ得ることは当業者には当然である。以下の実施例によって本発明をさらに詳しく説明する。
【実施例】
【００７６】
（実施例１）
繊維性基質への酸性ポリマーの塗布
下記を含む水溶液を調製する：３０重量％グリセロール、５重量％スチレンスルホン酸、０.１重量％ジビニルベンゼン、０.１３重量％２,２’−アゾビスイソブチロニトリル、０.０２重量％過硫酸カリウム、および０.５重量％ドデシル硫酸ナトリウム。ガラス繊維のパッドを上記溶液に浸し、溶液を絞り取って乾燥し、８５℃で２時間硬化させる。
【００７７】
（実施例２）
繊維性基質への界面活性剤担持エマルションの塗布
下記を含む水溶液を調製する：３０重量％グリセロール、５重量％メチルメタクリレート、０.１重量％１,４−ブタンジオールジアクリレート、０.１３重量％２,２’−アゾビスイソブチロニトリル、０.０２重量％過硫酸カリウム、および１重量％トリトンＸ−１００、および１０重量％大豆油。不織布ポリエチレンパッドを上記溶液に浸し、溶液を絞り取って乾燥し、その後８５℃で２時間硬化させる。
【００７８】
（実施例３）
繊維性基質への塩基性ポリマーの塗布および誘導体化による抗病原性第四級化アミン ゲル皮膜の形成
下記を含む水溶液を調製する：３０重量％グリセロール、５重量％ビニルピリジン、０.２５重量％ジビニルベンゼン、０.１３重量％２,２’−アゾビスイソブチロニトリル、０.０２重量％過硫酸カリウム、および０.５重量％ドデシル硫酸ナトリウム。ポリエステルパッドを上記溶液に浸し、溶液を絞り取って乾燥し、その後８５℃で２時間硬化させる。上記パッドを臭化ラウリル水溶液に浸す。
【００７９】
（実施例４）
繊維性基質への塩基性ゲル層の塗布
３０重量％グリセロール、５重量％ポリエチレンイミンおよび０.２５重量％グリセロール プロポキシレート トリグリシジル エーテルを含む水溶液。ポリエステルパッドを上記溶液に浸し、吸取り乾燥し、１００℃で６時間硬化させる。３０重量％グリセロールを含むｐＨ１２以上の水酸化ナトリウム水溶液に上記ポリエステルパッドを浸し、上記溶液から取り出し、吸取り乾燥し、５０℃で２時間乾燥する。
【００８０】
（実施例５）
繊維性基質上へのゲル生成ポリマー皮膜の形成および皮膜中への金属コロイドの取り込みを同時に行う
４重量％カルボキシメチルセルロース（アカロン（Aqualon）７Ｌ２；アカロンはヘラクレス・ケミカル社の子会社）、５重量％ポリ（アクリル酸）（ＭＷ＝１００,０００−１２５,０００；ポラクリル）、０.１重量％ウェットエイドＮＲＷ湿潤剤（ＢＦグッドリッチ、シャーロット、ＮＣ）、０.０５重量％カソンＣＧ−ＩＣＰ保存料（ローム＆ハース、ラポルテ、ＴＸ）、および６重量％コロイド銀粒子を使用して水溶液を調製する。ポリエステルパッドを溶液中に浸し、吸取り乾燥し、１９５゜Ｆで５分間乾燥し、３３５゜Ｆで３０秒間硬化させる。
【００８１】
（実施例６）
繊維性基質上へのゲル生成ポリマー皮膜の形成および皮膜中への活性炭素の取り込みを同時に行う
実施例５と同様な組成物を調製するが金属コロイドの代わりに活性炭粉末（８重量％）を使用する。粒子サイズ約４０μｍを有する炭素はフルカ・ケミカル（ミルウォーキー、ＷＩ）から入手できる。ポリエステルパッドを各溶液に浸し、溶液を絞り取り、１９５゜Ｆで５分間乾燥し、３３５゜Ｆで３０秒間硬化させる。
【００８２】
（実施例７）
酸化ゲル皮膜の形成
下記を含む水溶液を調製する：２０重量％テトラエトキシシラン、２０重量％ビス（トリエトキシシリル）メタン、１０重量％グリセロール、および０.０５重量％クエン酸。ガラス繊維パッドを上記溶液に浸し、溶液を吸い取り、蒸気加熱によって６時間硬化させる。パッドをその後２％次亜塩素酸ナトリウムおよび０.５％シアヌール酸の水溶液に浸す。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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