專利名稱：抗擠壓的過濾面罩的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于有極好的抗擠壓性的過濾面罩。面罩包括分別位于過濾層與第一、第二成形層之間的第一和第二粘合層。
背景技術(shù)：
一些呼吸面罩屬于“一次性”的，因?yàn)樗鼈冎淮蛩阍诙虝r(shí)間內(nèi)使用。這些面罩通常由無紡纖維織物制成，一般被分為兩類，即可折疊平坦面罩和定型面罩?？烧郫B平坦面罩被包裝成平坦的，但通過縫制和折皺可使它們在打開時(shí)呈杯狀結(jié)構(gòu)。相反，定型面罩差不多可永久呈適合面部的形狀，并且在使用時(shí)保持這種形狀。
定型面罩通常有支撐結(jié)構(gòu)，一般稱為成形層。成型層通常由熱粘合纖維制成，這種纖維在加熱和冷卻時(shí)可以和與其相鄰的纖維粘在一起。由此種纖維制成的面罩的例子見授予Dyrud的美國專利No.4807619和授予Berg的美國專利No.4536440。這些專利中展示的面罩包括，至少有一個(gè)支撐過濾層的成形層的杯狀罩體(有時(shí)被稱為“形狀保持層”或“殼”)。相對于過濾層，成形層位于面罩(緊貼佩戴者的臉)的內(nèi)層，或者位于面罩的外層，或者同時(shí)位于內(nèi)層和外層。典型的過濾層位于內(nèi)成形層的外面。成形層也可能由其他材料制成，例如塑料線編的網(wǎng)或篩，如授予Skov的美國專利No.4850347.
制造模塑過濾面罩的罩體時(shí)，過濾層通常與至少一個(gè)成形層并置，對組合好的層進(jìn)行成型。成型操作例如把裝在一起的兩層(或更多層)置于加熱的陰陽模具部件之間——見授予Berg的美國專利No.4536440?；蛘撸Ｋ苷煮w的另一種方法是(1)通過加熱臺(tái)將過濾材料層和熱粘合纖維層重疊在一起，此時(shí)熱粘合纖維或至少該纖維的一個(gè)組分軟化，然后(2)在溫度低于熱粘合纖維軟化溫度的模具中將重疊在一起的兩層模塑成面罩的形狀——見授予Kronzer等人的美國專利No.5307796.
在現(xiàn)有的商業(yè)產(chǎn)品中，過濾層不輪是否用以上提到的任一種方法制造，通常都是通過層與層之間的界面纖維的纏結(jié)而連接在成形層上、通常還可以通過成形層纖維而粘合在過濾層上——見授予Dyrud等人的美國專利No.4807619。另外，現(xiàn)有的面罩通常在罩體周邊裝有封邊，把組合的各層連接成一體。雖然商業(yè)面罩通常能通過以上所述使過濾層與成形層連接在一起，但是授予Angadjivand等人的美國專利6041782上指出過濾層可能通過適當(dāng)?shù)恼澈蟿┡c成形層殼的整個(gè)內(nèi)表面結(jié)合。
雖然本行業(yè)內(nèi)認(rèn)識(shí)到制造模塑過濾面罩的方法有多種多樣，但制造這種產(chǎn)品的方法仍有改進(jìn)的空間。在佩戴多次和受佩戴者呼出的大量濕氣影響之后，以及面罩在被佩戴時(shí)與其他物體相撞，面罩可能坍塌或在殼上留下凹陷壓痕。佩戴者可以摘下面罩從面罩內(nèi)部擠壓凹陷壓痕，從而消除壓痕。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及提供具有高抗擠壓性的過濾面罩，從而減少面罩形狀由于過度使用或粗魯使用而變形的可能性。由于本發(fā)明面罩不太會(huì)在殼體上留下壓痕，面罩在污染環(huán)境下使用時(shí)也不太會(huì)從戴者臉上脫落，因此它有保持面罩原形并同時(shí)改進(jìn)佩戴安全性的好處，使得在面罩長期的使用過程中，可以保持優(yōu)良的過濾性能。
簡而言之，本發(fā)明提供的過濾面罩包括以下幾部分(a)適于覆蓋在人的鼻子和嘴上的罩體，包括i)模塑的第一成形層，ii)模塑的第二成形層，iii)位于第一和第二成形層之間的過濾層，iv)將第一成形層與過濾層粘在一起的第一粘合層，v)將第二成形層與過濾層粘在一起的第二粘合層；(b)附在罩體上的系帶。
本發(fā)明不同于已有的過濾面罩，表現(xiàn)在罩體上有以下次序的層第一成形層，第一粘合層，過濾層，第二粘合層和第二成形層。第一和第二粘合層分別位于過濾層與第一成形層、過濾層與第二成形層之間。申請人發(fā)現(xiàn)成形層、粘合層與過濾層的這種組合使過濾面罩在獲得良好舒適度——表現(xiàn)在較低的壓力降——的同時(shí)獲得了可被證實(shí)的極好的抗擠壓性，同時(shí)提供了好的過濾性，并能以相對簡單和經(jīng)濟(jì)的方式制造。改善的抗擠壓性被認(rèn)為是，結(jié)構(gòu)支撐層間被分布在其間的過濾層隔開后又結(jié)合在一起的結(jié)果。這創(chuàng)造了“I字梁”效應(yīng)，使面罩獲得改良的抗擠壓性。
本發(fā)明的過濾面罩制備時(shí)既不用周邊密封，也不用在殼上壓皺。面罩通過粘合層將邊緣固定在一起，粘在一起的成形層和過濾層的結(jié)合提供了有效的抗擠壓性，這樣就不需要為了保持形狀而在罩體上提供額外的保形波褶結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所有的優(yōu)點(diǎn)都在圖中和細(xì)節(jié)描述中詳盡的顯示和描述出來，這里涉及到的數(shù)字用于表示相似的部分。然而，為了便于理解，圖畫和描述只是出于說明的目的，而不是限制本發(fā)明的范圍。
術(shù)語本文中使用的術(shù)語是這樣定義的“粘合層”指與組成過濾層和成形層的物質(zhì)不同的物質(zhì)層，這種物質(zhì)能夠?qū)煞N成分粘合在一起，就像過濾層中的纖維和組成成形層的材料。
“過濾面罩”指能夠在佩戴者吸氣時(shí)將污染物從周圍大氣中清除的面罩。
“過濾層”指一層或多層材料，這些層的最基本目的是將穿過他的污染物(例如各種顆粒)從空氣流中清除。
“系帶”指用來支撐戴在人面部的罩體的一種裝置或元件組合體。
“模塑”指將這些要模塑的元件，例如成形層，變?yōu)轭A(yù)先確定的形狀。
“成形層”指一個(gè)有足夠的結(jié)構(gòu)完整性的層，可以使它的形狀在正常的處理下保持所期望的形狀。
附圖的簡要說明只為舉例的目的，本發(fā)明的實(shí)施方式用附圖描述

圖1是本發(fā)明模塑呼吸面罩10的正面視圖；圖2是圖1中面罩的反面視圖；圖3是圖1和圖2中罩體的截面視圖。
優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)說明在本發(fā)明的實(shí)踐中，所提供的新型過濾面罩包括共同起作用的多個(gè)層，從而提供具有高過濾性能的抗擠壓面罩。
圖1和2為本發(fā)明的過濾面罩10的例子，面罩10包括呈普通杯狀的罩體12、適合面部的輪廓和由兩根彈性帶14組成的帶子13。彈性帶14被釘在16罩體12的兩側(cè)，使罩體能穩(wěn)固地戴在佩戴者的臉上。其他帶子的應(yīng)用舉例見授予Brostrom等人的美國專利5394568，授予Seppala等人的5327926，和Brostrom等人的歐洲專利申請608684A。罩體12的外圍18被做成緊貼臉部的形狀，從鼻子上方越過并在臉頰周圍到下頜下方。罩體12在佩戴者的鼻子和嘴周圍形成了一個(gè)空間，并呈圖中所示的有弧度的半球狀，或者也可制成所希望的其他形狀。例如，成形層和罩體可以有杯狀外形，像授予Japuntich的美國專利No.4827942所述的過濾面罩一樣。另外，罩體可以用包括被模塑成平面的成形層的多層面板制成，從而使得到的面罩在打開時(shí)呈杯狀，在合上或折起來時(shí)是平的——見授予Bostock等人的美國專利6123077。授予Henderson等人的德國專利№431647，和授予Bryant等人的德國專利№424688。
有延展性的鼻夾20被緊固在罩體12的外面，在中部靠近上邊緣，從而使面罩的形狀適合佩戴著鼻子的特殊形狀。合適的鼻夾的例子見美國專利5558089和授予Catiglione的德國專利№412573.
罩體12也可以有任選的波褶圖案22，這些波褶在罩體12的中部貫穿整個(gè)組合層或組合層的一部分。波褶圖案已經(jīng)被現(xiàn)有的面罩利用來改善它們的抗擠壓性。然而，本發(fā)明不需要利用在罩體成形層上的壓皺來獲得好的抗擠壓性。本發(fā)明可在制造過濾面罩的過程中去除壓皺這一步，而不用犧牲成品結(jié)構(gòu)的完整性。
圖3顯示罩體12包括凹面上(內(nèi)部)有一層過濾材料26的第一成形層24，在過濾層26的內(nèi)側(cè)；與第一成形層24形狀相同的第二成形層28。過濾層26通過第一30和第二32粘合層分別粘合在第一24和第二28成形層上。粘合層30和32可延伸貫穿整個(gè)成形層的表面，也可能在這些層上不連續(xù)分布。成形層的功能主要是保持罩體12的形狀，并且用來支撐過濾層26。雖然第一成形層24也能對吸進(jìn)面罩的空氣進(jìn)行粗過濾，但面罩10上起主要過濾作用的是過濾層26。除圖式的組合層面外，罩體12也可以包括在面罩周邊的泡沫密封——見授予Jpuntich的美國專利4827924——特別是在鼻子的區(qū)域30。此密封可以包括適于熱色顯示的材料，當(dāng)戴上面罩時(shí)，此材料與戴者的臉接觸。從面部接觸得到的熱量使熱色材料變色從而使戴者決定佩戴是否舒適——見授予Springett等人的美國專利5617749。
雖然沒有圖示，罩體內(nèi)外均有網(wǎng)覆蓋從而使改善面罩內(nèi)部佩戴時(shí)的舒適性，同時(shí)限制纖維從外部成形層松散出來。這種覆蓋網(wǎng)的結(jié)構(gòu)將在下面與成形層、過濾層和粘合層一起描述。
成形層成形層由至少一層能通過加熱被模塑成所需形狀，并在冷卻時(shí)保持其形狀的的含纖材料制成。形狀的保持通常是通過纖維之間的接觸點(diǎn)使纖維聯(lián)結(jié)在一起的方法獲得的，例如，通過熔化和粘結(jié)?，F(xiàn)有的任何適于做直接模塑面罩形狀保持層的材料都可以作面罩的殼，例如，包括混合合成短纖，優(yōu)選壓皺，雙組分短纖。雙組分纖維是一種含兩種或多種不同區(qū)域的纖維，尤其是聚合物材料的不同區(qū)域。典型的雙組分纖維包括粘結(jié)成份和結(jié)構(gòu)成分。粘結(jié)成份使形狀保持層在加熱和冷卻時(shí)其纖維在交叉點(diǎn)粘在一起。在加熱過程中，粘結(jié)成份流入相鄰纖維的接觸處。形狀保持層可由含短纖和雙組分纖維的混合纖維制成，其重量百分比可在0/100到75/25之間。該材料優(yōu)選包含至少50％重量的雙組分纖維，從而形成較多的交叉粘合點(diǎn)，這些點(diǎn)可以依次增加殼的彈力和形狀的保持。
可用于成形層的適當(dāng)?shù)碾p組分纖維包括，例如，并列結(jié)構(gòu)、同心皮芯結(jié)構(gòu)、偏心皮芯結(jié)構(gòu)。聚酯雙組分纖維是一種比較合適的雙組分纖維，商品名“KOSAT254”(12旦尼爾，長38mm)，購自美國北卡羅來納州Charlotte的Kosa公司，它可以與聚酯短纖混合使用，這種短纖可購自Kosa公司的商品名為“T295”(3旦尼爾，長38mm)的纖維，也可用對苯二甲酸乙二醇酯PET纖維，例如購自Kosa公司的商品名“T295”(15旦尼爾，長32mm)的纖維。另外，雙組分纖維也可以包括通常同心的皮芯結(jié)構(gòu)，芯是結(jié)晶PET，皮是由間苯二甲酸酯和對苯二甲酸酯的單體形成的聚合物。后一種聚合物是熱軟化材料，其熱軟化溫度低于芯材料。聚酯的優(yōu)點(diǎn)是它能夠賦予面罩彈性，而且能夠吸收比其他材料少的水份。
另外，成形層也可以不用雙組分纖維來制備。例如，熱軟化聚酯纖維能夠與短的、優(yōu)選卷曲的纖維一道，一同包含于成形層內(nèi)，這樣，使得當(dāng)加熱網(wǎng)材料時(shí)，粘合劑纖維能夠熔化，并流動(dòng)到纖維交叉點(diǎn)處，在此點(diǎn)形成塊；當(dāng)粘合劑纖維冷卻時(shí)，就在交叉點(diǎn)處形成結(jié)合點(diǎn)。也可以使用聚合物股線的柵網(wǎng)或網(wǎng)代替熱粘合纖維。該種結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子在授予Skov的美國專利4850347中有描述。
當(dāng)一個(gè)纖維網(wǎng)用作保持形狀的殼的材料時(shí)，所述網(wǎng)可以方便地在“RandoWebber”氣流成網(wǎng)機(jī)(購自紐約Macedon的Rando Machine公司)、或梳理機(jī)上制備。該網(wǎng)能夠由適于這樣設(shè)備的常規(guī)短纖維長度的雙組分纖維或其他纖維形成。為了獲得具有所要求的回彈性和形狀保持性的形狀保持層，該層的單位重量優(yōu)選至少為100g/m2，盡管更低的單位重量也可以。如果罩體用于支撐呼氣閥，更高的單位重量，例如約150或高于200g/m2，可以提供更大的抗變形性和更大的回彈性，而且更合適。與這些最小的單位重量值一同考慮，面罩中央?yún)^(qū)上的成形層一般的最大密度約為0.2g/cm2。成形層的厚度典型地約為0.3-2.0，更典型約為0.4-0.8毫米。適用于本發(fā)明的成形層的例子在以下專利中有描述授予Kronzer等人的美國專利5307796、授予Dyrud等人的美國專利4807619和授予Berg的美國專利4536440。
過濾層用于本發(fā)明罩體的過濾層能夠捕獲粒子，或氣體和蒸汽類型。該過濾層也可以是一個(gè)阻擋層，防止液體從過濾層的一面?zhèn)鬟f到另一面，防止例如液態(tài)氣霧或液體飛濺點(diǎn)透過過濾層。根據(jù)需要，可以使用多層相同或不同的過濾組件類型，來構(gòu)造本發(fā)明的過濾層。用于本發(fā)明層疊罩體中的有利的過濾組件通常是低壓降(例如在面速率13.8cm/秒時(shí)低于約20-30mmH2O)，使面罩使用者的呼吸最容易。另外，過濾層是柔性的，并具有足夠的剪切強(qiáng)度，使得它們在預(yù)期的使用條件下不會(huì)分層。剪切強(qiáng)度通常低于粘合劑層或成形層。捕獲粒子的過濾組件的例子包括一個(gè)或多個(gè)細(xì)的無機(jī)纖維(例如玻璃纖維)或聚合物合成纖維的網(wǎng)。合成纖維網(wǎng)可以包括駐極體充電的聚合物微纖維，它們由例如熔噴法制備。由表面氟化并駐極體充電的聚丙烯形成，以形成未極化捕獲電荷的聚烯烴微纖維，提供尤其有用的捕獲粒子的應(yīng)用。另一種過濾層可以包括吸附組份，以便從呼吸的空氣中脫除危險(xiǎn)或有氣味的氣體。吸附組份可以包括由粘合劑、結(jié)合劑或纖維結(jié)構(gòu)粘合在過濾層內(nèi)的粉或粒料(見授予Braun的美國專利3971373)。吸收層可以這樣形成涂敷一種基材例如纖維或網(wǎng)狀泡沫材料，形成薄粘合層。吸附材料例如化學(xué)處理過或未處理過的活性碳、有孔的氧化鋁-氧化硅催化劑基體，氧化鋁顆粒是在本發(fā)明中有用的吸附劑的例子。
通常選擇過濾層以獲得所要求的過濾效果，而且通常從經(jīng)過它的氣體流中脫除高百分率的顆?；蚱渌廴疚铩τ诶w維過濾層，根據(jù)要過濾的物質(zhì)所選擇的纖維一般這樣選擇要使它們在模塑工序中不會(huì)粘結(jié)起來。正如所指出的那樣，過濾層可以是多種形狀和形式。它的厚度一般約為0.2毫米-1厘米，更優(yōu)選0.3毫米-1厘米，它可以是平面網(wǎng)，與成形層一同延伸，或者它也可以是波褶網(wǎng)，相對于成形層具有一個(gè)延伸的表面積，見例如授予Braun等人的美國專利5804295和5656368。過濾層也可以包括由粘合劑組分結(jié)合在一起的多層過濾介質(zhì)。已知任何適用于形成直接模塑的呼吸面罩的過濾層的材料基本上都可以用于面罩的過濾材料。熔噴纖維網(wǎng)例如Wente Van A發(fā)表于《化學(xué)工業(yè)工程》(1956年，自1342頁起)的文章“超細(xì)熱塑性纖維”中所描述的，尤其是持續(xù)充電(駐極體)形式特別有用(見例如授予Kubik等人的美國專利№4215682)。這些熔噴纖維優(yōu)選是這樣的微纖維它們具有低于約20微米的有效的纖維直徑(稱為BMF吹制微纖維)，優(yōu)選約1-12微米。有效的纖維直徑可以根據(jù)Davies C.N.發(fā)表于《力學(xué)工程師協(xié)會(huì)倫敦學(xué)報(bào)》(1B，1952)的文章“空中灰塵微粒的分離”來確定。尤其優(yōu)選的是BMF網(wǎng)，它含有由聚丙烯、聚(4-甲基-1-戊烯)或它們的組合物所形成的纖維。Van Turnhout的美國專利31285所述的充電原纖化膜的纖維也是合適的，還有松香-羊毛纖維網(wǎng)和玻璃纖維網(wǎng)、或溶噴或靜電噴制的纖維，尤其是微膜形式的也是合適的。通過Angadjivand等人的美國專利5496507所述的用水接觸纖維，通過Klasse等人的美國專利4588537所述的電暈充電，或Brown的美國專利4798850所述的摩擦充電(tribocharging)，就能夠使纖維具有電荷。另外，纖維中也可以含有添加劑，以增強(qiáng)由水力充電方法制成的網(wǎng)的過濾性能(見Rousseau等人的美國專利5908598)。尤其氟原子也可以分布于過濾層的纖維表面上，以提高油煙環(huán)境中的過濾性能--見授予Jones等人的美國專利6398847B1、美國專利6397458B1和6409806。駐極體BMF過濾層的單位重量一般約為15-100g/m2。當(dāng)根據(jù)例如′507專利所述技術(shù)充電時(shí)，和當(dāng)根據(jù)Jones等人的專利所述方法包含氟原子時(shí)，單位重量可以分別約為20-40g/m2，10-30g/m2。
粘合層將罩體的層結(jié)合在一起的粘合劑能夠通過力學(xué)方式結(jié)合各層，同時(shí)保持疊層物成品的良好的透氣性能。合適的粘合劑可以是多種形式，并具有寬范圍的組成。姑且不論其形式和組成，必須小心地選擇粘合劑，以便提供疊層之間所必需的剪切力傳遞，同時(shí)保證粘合劑不阻塞疊層物成品的間隙空間。粘合劑的形式包括紡成的長絲、纖維網(wǎng)、液體、粉和網(wǎng)狀膜。粘合劑網(wǎng)、粉、或網(wǎng)狀膜通常與過濾層和其他結(jié)構(gòu)、和/或表層網(wǎng)和活性的形成疊層，在原地形成所要求的疊層物。另外，粘合劑也可以以液體或熔融體形式施加到要疊加的層上。熔融樹脂可以噴涂、旋涂或印刷到要結(jié)合的層上，形成疊層物。也可以以相同的方式施加水基粘合劑例如使用表面活性劑將聚合物鏈分散并穩(wěn)定成小顆粒的乳液形式、或溶劑基粘合劑。一部分粘合劑可以通過暴露于熱來固化或活化，但是，會(huì)需要固化劑或引發(fā)劑，來引發(fā)聚合或交聯(lián)反應(yīng)，使確定的其他粘合劑進(jìn)行固化。許多粘合劑通過與弱堿或陰離子官能團(tuán)(水、胺、酐、酰胺)反應(yīng)來固化，但是其他的需要引發(fā)劑，例如過氧化物、氧、紫外光或電子束之類的照射。在本發(fā)明的疊層物中用作粘合劑的多種材料包括天然聚合物化合物(淀粉、糊精、蛋白質(zhì)和天然橡膠)、無機(jī)材料(聚硅氧烷)和合成的聚合物材料(熱塑性、熱固性、彈性體)?？梢孕纬勺灾尉W(wǎng)的熱塑性熱融粘合劑在本發(fā)明中尤其有用。
熱熔粘合劑能夠形成剛性和柔性兩種結(jié)合，而且能夠填充疊層接觸點(diǎn)之間的間隙和凹凸不平。為了結(jié)合罩體的各層，熱熔粘合劑必須能夠潤濕結(jié)合表面。一部分熱熔粘合劑沒有良好的潤濕性能，由此必須謹(jǐn)慎選擇它們以便用于本發(fā)明。半結(jié)晶的熱塑性聚合物尤其是聚酰胺和聚酯，通常用于結(jié)構(gòu)應(yīng)用。結(jié)構(gòu)用的熱熔粘合劑應(yīng)當(dāng)在不損害疊層結(jié)構(gòu)體的其他組分的情形下，在合理的時(shí)間內(nèi)，潤濕結(jié)合表面。聚酰胺是有用的，因?yàn)樗鼈兒芸烊廴冢纬傻驼扯攘黧w。熔體的熱穩(wěn)定性很低，但是，加工溫度通常不會(huì)比熔融溫度高很多，這樣使得各部分應(yīng)當(dāng)很快組合起來。聚乙烯對于一般的用途很有用，聚砜和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物可以分別在高溫和低溫下使用。聚酯需要高溫，以便形成這樣的熔體它的粘度足夠低，以至于能夠充分潤濕粘合表面。熱熔粘合劑是方便的，而且能夠很快地施用，提供良好的耐溶劑性。它們也能夠表現(xiàn)出高剪切強(qiáng)度和適中的剝離強(qiáng)度。因?yàn)樗鼈儾皇侨軇┗模鼈兪菬o毒的，并符合呼吸制品條例。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，粘合劑層由加熱時(shí)熔融的非織造織物纖維網(wǎng)形成。該網(wǎng)優(yōu)選具有低單位重量，即低于約20g/m2、更優(yōu)選低于15g/m2。纖維在網(wǎng)中的排布優(yōu)選是均勻的，這意味著纖維基本平坦地分布于用來形成粘合劑層的網(wǎng)部分中。一個(gè)均勻的網(wǎng)可以采用鉆孔的孔模具形成。均勻網(wǎng)內(nèi)的纖維優(yōu)選具有有效的纖維直徑約10-50微米。纖維的熔融溫度應(yīng)當(dāng)?shù)陀谟糜谶^濾層和成形層的材料的熔融溫度。對于聚丙烯基過濾層，粘合劑層內(nèi)的纖維優(yōu)選具有低于約150℃的熔融溫度、更優(yōu)選低于100℃。一般說來，過濾層由這樣的材料制成它的熔融溫度Tm大于成形層的材料，成形層的材料的熔融溫度Tm依次大于粘合劑層的熔融組分。
表層網(wǎng)可以使用內(nèi)表層網(wǎng)，來提供接觸使用者面孔的光滑表面，可以使用外表層網(wǎng)，將松散纖維圈在外成形層內(nèi)或?yàn)榱嗣烙^。表層網(wǎng)通常不會(huì)為罩體提供任何明顯的形狀保持性。為了獲得合適的舒適度，內(nèi)表層網(wǎng)優(yōu)選具有較低的單位重量，并由較細(xì)的纖維形成。更具體地說，表層網(wǎng)的單位重量約為5-50g/m2(優(yōu)選10-30g/m2)，纖維小于3.5旦(優(yōu)選小于2旦、更優(yōu)選小于1旦)。
用于表層網(wǎng)的纖維優(yōu)選具有約5-24微米的平均纖維直徑，更優(yōu)選約為7-18微米，再優(yōu)選約為8-12微米。
表層網(wǎng)材料可以適用于形成罩體的模塑工序，最終，有利地具有彈性度(優(yōu)選而不是必需地，斷裂時(shí)100-200％)，或是可塑性變性的。
用于表層網(wǎng)的合適材料是吹制的微纖維(BMF)材料，尤其聚烯烴BMF材料，例如聚丙烯BMF材料(包括聚丙烯共混物和聚丙烯與聚乙烯共混物)。制備表層網(wǎng)的BMF材料的合適方法在Sabee等人的美國專利4013816中有描述。網(wǎng)優(yōu)選這樣形成將纖維收集在一個(gè)光滑表面上，一般是具有光滑表面的鼓上。優(yōu)選的表層網(wǎng)由聚丙烯或聚丙烯/聚烯烴共混物形成，該共混物含有50重量％或更多的聚丙烯。發(fā)現(xiàn)這些材料可以提供高柔軟度，和為使用者提供高舒適度，而且當(dāng)過濾材料是聚丙烯BMF材料時(shí)，在模塑操作之后，不需層間粘合劑，它就能夠保持固定于過濾材料上。尤其優(yōu)選的表層網(wǎng)材料是這樣的聚烯烴BMF材料其單位重量約為15-35g/m2，纖維纖度約為0.1-3.5旦，由與′816專利所述相同的方式制備。適用于表層網(wǎng)的聚烯烴材料可以包括例如單獨(dú)的聚丙烯、兩種聚丙烯的共混物、聚丙烯與聚乙烯的共混物、聚丙烯與聚(4-甲基-1-戊烯)的共混物、和/或聚丙烯與聚丁烯的共混物。用于表層網(wǎng)的一種優(yōu)選纖維是這樣的聚丙烯BMF它由購自EXXON公司的“Escorene3505G”聚丙烯樹脂制成，單位重量約為25g/m2，纖維纖度為0.2-3.1(對于100根纖維測得的平均值約為0.8)。
另一種合適的纖維是聚丙烯/聚乙烯BMF(由含有85％“Escorene 3505G”樹脂和15％也購自Exxon公司的乙烯/α烯烴共聚物“Exact 4023”的混合物形成)，單位重量為25g/m2，平均纖維纖度約為0.8。
其他合適的材料可以包括紡粘材料，以商品號“Corosoft Plus 20”、“CorosoftClassic 20”和“Corovin PP-S-14”購自德國Peine的Corovin GmbH；和梳理過的聚丙烯/粘膠材料，以商品號“370/15”購自芬蘭Nakila的J.W.SuominenOY。
用于本發(fā)明的表層網(wǎng)在加工后優(yōu)選具有非常少的纖維凸出于網(wǎng)表面，由此具有光滑的外表面?？梢杂糜诒景l(fā)明的表層網(wǎng)的例子在例如Angadjivand的美國專利6041782、Bostock等人的美國專利6123077和Bostock等人的WO96/28216A中有描述。
罩體的制備罩體可以這樣制備將其各層組合起來(即成形層、過濾材料和任選的表層網(wǎng)(一個(gè)或多個(gè))，與粘合劑層結(jié)合起來)，將組合體放入陰模部分與陽模部分之間，使它經(jīng)受熱和模塑壓力。不加熱的層狀結(jié)構(gòu)體可以采用熱調(diào)節(jié)的溫?zé)峄驘岬墓ぞ?，由此軟化要在層間形成纖維-纖維結(jié)合點(diǎn)的粘合劑材料。所述層通常要壓縮(在粘合劑材料軟化之前或之后)，形成所要求的面罩疊層物的輪廓或平坦表面，模塑形式的疊層物內(nèi)也可以加入任選的結(jié)構(gòu)肋條，來進(jìn)一步加強(qiáng)疊層物。加熱和壓縮的量依賴于用于疊層物內(nèi)的材料和最終面罩所要求的性能。關(guān)于此類熱模塑方法的信息在Berg的美國專利4536440中有描述。另一種方法是在預(yù)加熱后，同時(shí)熱成形加強(qiáng)層、過濾層和網(wǎng)的粘合劑層。該方法包括采用照射、導(dǎo)體或?qū)α髟醇訜峤M合起來的層，然后在冷模具內(nèi)模塑，或在熱調(diào)節(jié)的模具內(nèi)模塑。在預(yù)加熱層模塑期間，在被加熱的組合體上閉合模具，并冷卻到粘合劑材料的熔點(diǎn)以下，由此固定熱塑性粘合劑材料，并形成纖維與纖維的結(jié)合。模塑的溫度和壓力依賴于用于形成罩體的材料，而且在部分情形下，它可以有利地以這樣的方式冷模塑罩體在組合層放入模具之前進(jìn)行加熱，見Kronzer等人的美國專利5307796。
在模塑期間，成形層呈現(xiàn)、而且之后保持預(yù)定的罩體形狀。同時(shí)，過濾材料、粘合劑層和表層網(wǎng)(一個(gè)或多個(gè))形成具體形狀。常規(guī)地，模塑各部分是有間距的，使得罩體過濾區(qū)的中央部分較軟，通常是半球形。在該情形下，要選擇模塑各部分的間距，來優(yōu)化成形層內(nèi)的粘合劑粘合和纖維-纖維或長絲-長絲之間的結(jié)合。在模塑后，可以將罩體進(jìn)行修整，在圖1和2所示類型的罩體的情形下，它們具有面罩系帶，呈任何常規(guī)的形式或其他形式。采用上述制造方法，圖1和2所示類型的面罩就不需沿罩體周邊焊接(例如通過加熱或超聲波焊接)。
在一個(gè)
具體實(shí)施例方式
中，過濾面罩可以包括模塑的、杯狀的具有形狀保持性的殼，它有兩個(gè)成形層，圍繞過濾網(wǎng)。內(nèi)成形層可以由100重量％4旦/每根長絲的雙組分纖維制成(以成形層內(nèi)的纖維重量為基準(zhǔn))，這樣可以制成很均勻和很舒適的與使用者接觸的表面。外成形層可以包括100重量％4旦/每根長絲的雙組分纖維，以層內(nèi)的纖維重量為基準(zhǔn)。使用100重量％雙組分纖維，可以顯著降低凸出表面的纖維或絨毛的概率。內(nèi)和外成形層的單位重量可以為50-130g/m2。該單位重量結(jié)構(gòu)和形成的殼的硬度可以由這樣的方式得到進(jìn)一步增強(qiáng)使用由美國馬薩諸塞州Middleton的Bostik Findley公司制備的14-17g/m2非織造織物粘合劑網(wǎng)。通過在過濾組件與成形層內(nèi)和成形層之間采用這些非織造織物的粘合劑層(過濾組件的兩面、成形層內(nèi)和成形層之間)，疊層物在模塑時(shí)就會(huì)像“工字梁”一樣，其中新結(jié)構(gòu)是這樣的，它能使罩體具有高抗坍塌性。具有粘合劑層的模塑的殼比沒有粘合劑層的罩體硬30％以上，或甚至40％以上。面罩的周邊也不容易分層。由于這些特征，內(nèi)成形層的單位重量就能夠降低，這樣可以提高戴者的舒適度。免除了周邊密封和不需波褶的抗擠壓的結(jié)構(gòu)，這樣就可以節(jié)省制造成本，而且可以避免過濾元件在該區(qū)域內(nèi)壓實(shí)。也能夠免除密封周邊的超聲波焊接步驟，這也可以降低制造過程中的加工成本。此外，沒有硬周邊的面罩對于戴者更舒適。
下面的實(shí)施例被選來進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征、優(yōu)點(diǎn)和其他細(xì)節(jié)。但是，應(yīng)當(dāng)明白雖然實(shí)施例是用于該目的，但是實(shí)施例中使用的具體組分和用量以及其他條件和細(xì)節(jié)，并不限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例測試方法使用以下測試方法來評價(jià)網(wǎng)和模塑過濾組件。
氯化鈉顆粒的透過性使用購自明尼蘇達(dá)州St.Paul的TSI公司的型號為“8130”的AFT測試儀，來確定單個(gè)模塑過濾器透過性和壓力降。使用濃度為20mg/m3的氯化鈉(NaCl)作為測試煙霧。測試煙霧以13.8cm/秒的面向速率放出。在透過性測試期間，測試模塑過濾樣品上的壓力降，并以單位mmH2O表示。
模塑制品的硬度測試方法使用購自北卡羅來納州Greensboro的Jaking & Co.公司的King硬度測試儀，測試模塑過濾組件的硬度。硬度定義為將直徑2.54cm、深度8.06cm(3.175英寸)的平頭探針推進(jìn)過濾組件所需要的力。該探針放于過濾組件的外部，定向?yàn)榇怪庇谝粋€(gè)平臺(tái)，該平臺(tái)上放置有要測試的過濾組件。模塑過濾面罩被放到該平臺(tái)上，面罩的凸起面朝向探針，而且其中心位于探針下方。然后，探針以32mm/秒的速度朝向面罩下降，接觸面罩，并將它壓到預(yù)定程度(21毫米)。在探針下降過程的終點(diǎn)，記錄壓制品所需要的力(牛頓)。
品質(zhì)因子(QF)品質(zhì)因子以下述方式確定。
使用透過率和壓力降由下述公式從氯化鈉透過率的自然對數(shù)(ln)來計(jì)算品質(zhì)因子“QF” 初始QF值較高表明初始過濾性能較好。降低的QF值有效地與降低的過濾性能相關(guān)。
實(shí)施例1本發(fā)明的杯狀面罩這樣制備首先，以S·A·F·A·S次序?qū)⒊尚螌印Ш瓦^濾材料形成層狀物，其中S表示成形層、A表示粘合劑層、F表示過濾層。成形層的材料是熱粘合短纖維〔T-254，4旦，切成長38mm，組成PET芯、PET共聚酯皮〕，購自被卡羅來納州Charlotte的Kosa公司。將成形層的纖維形成單位重量為63g/m2的網(wǎng)，內(nèi)和外層使用空氣Rando Webber公司的產(chǎn)品。粘合劑層是非織造織物粘合劑網(wǎng)PE-85-12，購自馬薩諸塞州Middleton的Bostik Findley公司。過濾網(wǎng)的單位重量為35g/m2，纖維尺寸為有效纖維直徑(EFD)4.7微米(根據(jù)Davies C.N.發(fā)表于《力學(xué)工程師協(xié)會(huì)倫敦學(xué)報(bào)》(1B，1952)的文章“空中灰塵微粒的分離”來計(jì)算)，厚度為0.50毫米。吹制微纖維網(wǎng)由聚丙烯Fina 3960(購自得克薩斯州Houston的Fina Oil and Chemical Co.公司)制成，并經(jīng)電暈放電處理，和水力充電，如授予Angadjivand等人的′507專利所述。用于吹制微纖維的組分的重量比是98.5％聚丙烯和1.5％Green顏料。Green顏料購自北卡羅來納州Concord的AmeriChem.公司。層狀網(wǎng)的模塑通過壓相配的陽模與陰模之間的組合層來完成。陰模高約55mm，體積為310cm3。在該熱模塑方法中，模具的頂部和底部被加熱至約105℃，網(wǎng)放置于兩個(gè)半模具之間。然后，將加熱的模具閉合，留下空隙1.27-2.29mm，保壓時(shí)間約為10-15秒。該特定時(shí)間過后，打開模具，取出模塑制品。評價(jià)模塑杯狀面罩的抗擠壓性和顆粒透光率。測試結(jié)果如表-1所示。模塑面罩的起始透過率和壓力降采用顆粒透過率測試的AFT 8130測試。組件的硬度由模塑制品硬度測試方法測試。測試結(jié)果如下表1所示。
對比例1以實(shí)施例1所述方式制備對比面罩，并進(jìn)行測試，不同在于在面罩結(jié)構(gòu)中沒有使用粘合劑層。測試結(jié)果如表1所示。
表1

上述數(shù)據(jù)表明本發(fā)明的制品與沒有本發(fā)明結(jié)構(gòu)的同樣制品相比，硬度得到提高，而呼吸性能沒有實(shí)質(zhì)性降低。這些數(shù)據(jù)也說明通過采用本發(fā)明疊層罩體的梁增強(qiáng)效應(yīng)，硬度提高48％，而且能夠保持相應(yīng)的形狀記憶，同時(shí)保持相當(dāng)?shù)膲毫?、透過率或品質(zhì)因子值。
在不脫離本發(fā)明的精神和范圍情形下，本發(fā)明可以具有多種不同的形式和改變。因此，要明白本發(fā)明不局限于上述內(nèi)容，它僅受所附的權(quán)利要求書及其任何的等同物限制。還要明白本發(fā)明也可以在缺少上文未特別指出的任何元件的情形下合適地實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種過濾面罩，它包括(a)適于覆蓋在人的鼻子和嘴上的罩體，該罩體包括i)已被模塑的第一成形層，ii)已被模塑的第二成形層，iii)放置于第一和第二成形層之間的過濾層，iv)將第一成形層粘合到過濾層上的第一粘合劑層，v)將第二成形層粘合到過濾層上的的第二粘合劑層；(b)附在罩體上的系帶。
2.如權(quán)利要求1所述的過濾面罩，其中所述的第一和第二成形層模塑成杯狀結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的過濾面罩，其中所述的第一和第二成形層模塑成面板狀結(jié)構(gòu)，該面板狀結(jié)構(gòu)形成許多面板，這些面板確定了一個(gè)平面折疊的面罩，該面罩能夠打開，形成一個(gè)杯狀結(jié)構(gòu)，供一個(gè)人戴用。
4.如權(quán)利要求1所述的過濾面罩，其中所述的粘合劑層由纖維制成。
5.如權(quán)利要求4所述的過濾面罩，其中所述的粘合劑層由纖維網(wǎng)制成，該網(wǎng)的單位重量低于約20g/m2。
6.如權(quán)利要求5所述的過濾面罩，其中所述的粘合劑層由這樣的纖維制成該纖維的有效纖維直徑約為10-50微米。
7.如權(quán)利要求1所述的過濾面罩，其中所述的過濾層含有這樣的材料該材料的熔融溫度大于成形層內(nèi)粘合組分的熔融溫度，所述成形層內(nèi)的粘合組分的熔融溫度大于粘合劑層的熔融組分。
8.如權(quán)利要求1所述的過濾面罩，其中所述的第一和第二成形層的單位重量為50-130g/m2。
9.如權(quán)利要求1所述的過濾面罩，其中所述罩體的硬度是比同樣結(jié)構(gòu)但不含第一和第二粘合劑層的罩體的硬度至少高30％
10.如權(quán)利要求1所述的過濾面罩，其中所述的第一和第二成形層包括雙組分纖維，其中所述的過濾層包含已經(jīng)被充電的熔噴聚合物微纖維。
11.一種罩體，它包括i)已被模塑的第一成形層，ii)已被模塑的第二成形層，iii)放置于第一和第二成形層之間的過濾層，iv)將第一成形層粘合到過濾層上的第一粘合劑層，v)將第二成形層粘合到過濾層上的的第二粘合劑層。
全文摘要
一個(gè)過濾面罩(10)，它包括適于戴到人鼻子和嘴上的罩體和附著于罩體上的系帶。罩體包括1)模塑而成的第一成形層；2)模塑而成的第二成形層；3)置于第一和第二成形層之間的過濾層；4)將第一成形層與過濾層粘在一起的第一粘合劑層；5)將第二成形層與過濾層粘在一起的第二粘合劑層。
文檔編號A62B18/02GK1665412SQ03815858
公開日2005年9月7日 申請日期2003年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月18日
發(fā)明者S·A·安加吉范達(dá), J·E·斯帕啉季特, T·I·英斯利 申請人:3M創(chuàng)新有限公司