制备具有卷型壳体侧壁的滤筒的方法
专利名称：制备具有卷型壳体侧壁的滤筒的方法
制备具有卷型壳体侧壁的滤筒的方法本发明涉及制备滤筒的方法，其中将卷型材料固定至过滤介质层的周边以形成壳体侧壁。所得滤筒适用于向佩戴者提供洁净过滤空气的呼吸器上。
背景技术：
呼吸器为保护工作者和其他人员以防经受与空气传播危害物相关的有害健康效应的装置。将这种装置佩戴在脸部周围，以用于从呼吸空气源中移除不想要的污染物。污染物可为固体颗粒(例如，烟尘、生物气溶胶、或其他颗粒)，或者它们可为气体或蒸气、或这些物质的组合。呼吸器具有多种形状和形式并且通常根据佩戴者的保护需要进行设计。呼吸产品包括从简单的过滤面罩(通常称为防尘口罩)到下述较复杂系统，所述较复杂系统使用结合一个或多个可替换滤筒的弹性体面罩。一些呼吸装置另外采用鼓风器以有助于将洁净空气源递送至佩戴者。这些产品通常称为正压呼吸器或者动力型空气净化呼吸器。 几年来已经开发出多种可与呼吸面罩结合使用的不同滤筒设计。通常的滤筒包括设置在壳体内的活性颗粒的过滤介质。一些设计已使用活性炭在金属罐中的填充床——参见(例如)美国专利4，543，112，或者活性炭在支承板之间的填充床——参见Greer等人的美国专利7，419，526B2。其他滤筒已使用注模塑料壳体——参见(例如)Braun等人的美国专利5，078, 132和5，033, 465——以包含活性颗粒，所述活性颗粒可通过粘合组分保持在一起——另外参见Senkus等人的美国专利5，952，420和Rekow等人的美国专利6，216，693。在较新型的设计中，研究者已使用热成形步骤来制备滤筒壳体(以降低整体滤筒重量)——参见Viner等人的美国专利7，497，217和6，874，499。即使可利用热成形壳体来降低整体重量，但已使用金属或塑料壳体的已知滤筒仍不得不应对完整壳体结构伴有的附加重量。通常的滤筒还已提供双重气流模式以降低整个过滤介质上的压降。尽管另外已开发出双路或双重气流的滤筒(包括由中央充气室隔开的两个过滤介质间隔层)一参见Brostrom等人的美国专利Re 35，062——然而这些双重气流产品仍未具有限定滤筒周边的壳体侧壁。因此，双重气流滤筒通常已包括较低体积的过滤介质，由此已对滤筒使用寿命加以限制。因此，已知的滤筒产品已面对重量与使用寿命相抗衡的问题，该问题如下文所论述在本发明中得以解决。
发明内容
本发明提供了制备滤筒的新型方法，所述方法包括提供第一过滤介质层和第二过滤介质层，所述第一过滤介质层和第二过滤介质层各自包含粘合在一起的活性颗粒并且各自具有周边；按照间隔开关系来堆叠过滤介质层；以及将卷型壳体侧壁固定至过滤介质层的周边的至少一部分。本发明的方法可提供如下滤筒，所述滤筒具有扩大的暴露表面积以用于过滤，因为其具有由中央空间隔开的两个过滤介质层。提供于本发明中的壳体侧壁允许将更大的深度或厚度提供给所得滤筒，由此增加体积并且提供延长的产品使用寿命。此外，本发明为独特的，因为滤筒的联合在一起的各个部件一其本身通常为轻重量的并且具有较小的结构容量一提供三维、轻重量产品，所述三维、轻重量产品具有足够的结构完整性或刚性以充当滤筒。壳体侧壁得自卷型材料，这使得所得产品在其总体积上为轻重量的。由于可获得体积增加的过滤介质，因此可提高产品使用寿命以使得实现使用寿命相对于重量或相对于体积的较高比率。此外，本发明的方法为有益的，因为无论多层滤筒结构如何，均可快速地实现组装操作。在形成壳体侧壁的同时，可将各个层接合在一起。该方法因此提供改善的制造方便性，这又可降低产品成本。术语表下文说明的术语将具有如下所定义的含义“活性颗粒”是指可因某些特性或性能而尤其适于执行某些行为或功能的颗粒或粒剂，所述特性或性能包括化学特性(例如催化作用和/或离子交换)和/或物理特性(例如捕集、吸附、吸收、或它们的组合);“粘合的”是指通过使用另一接触部件或物质而保持在一起； “洁净空气”是指已滤除污染物的一定体积的大气环境空气；“外部气体空间”是指呼出的气体在穿过且超出面罩主体和/或呼气阀之后进入的环境大气的气体空间；“滤筒”是指可附接至(可拆卸地或永久性地)呼吸器面罩主体以在空气进入内部气体空间之前过滤空气的装置；“过滤介质”是指透气的结构，该结构设计成移除穿过它的空气中的污染物；“壳体侧壁”是指位于所述结构的侧面的至少一部分处的空气不可透过的表面；“接合”是指面对但不必直接接触(两者间可存在其他层);“内部气体空间”是指面罩主体与人的面部之间的空间；“多个”是指四个或更多个；“充气室”是指其中不止一个气流路径与另一个气流路径相聚或相交的区域或空间；“多个”是指两个或更多个；“卷型的”是指得自材料卷；并且“固定的”是指接合在一起。
图I为具有位于面罩主体14的相对侧的第一和第二滤筒12和12"的呼吸器10的透视图。图2为根据本发明的尤其是示出内表面28的滤筒12的透视图。图3为滤筒12沿图2的线3-3截取的横截面。图4为示出根据本发明的制备滤筒12的方法的流程图。图5为可与本发明结合使用的过滤介质制备步骤54的透视图。图6为可与制备本发明的滤筒结合使用的堆叠步骤56。图7为可用于根据本发明来制备滤筒的包裹步骤58的透视图。
具体实施例方式在实施本发明的过程中，实现了制备滤筒的新型方法，其中将卷型壳体侧壁固定到各个过滤介质层的周边的至少一部分上。已知的滤筒仍未使用卷型材料来限定壳体侧壁，尤其是在具有双路气流型态的滤筒中。双路过滤器具有穿过滤筒的两个面双向进行的气流路径。气流路径在中央空间或充气室处汇合。这些滤筒有时称为分流过滤器。在本发明中，将卷型壳体侧壁固定至每一个间隔开的过滤介质层的周边以形成条带外框式滤筒。由于壳体侧壁采用卷型材料的形式，则所得滤筒可为轻重量的而且具有增加的使用寿命。图I示出了可由人佩戴在其头部以覆盖鼻部和嘴部的呼吸面罩10。呼吸面罩10具有位于面罩主体14的相对侧的第一和第二滤筒12和12'。滤筒12和12'可以可拆卸地或者永久性地固定至面罩主体14。在环境空气穿入到面罩主体14内的内部气体空间中之前，滤筒12、12'过滤环境空气。从而存在于内部气体空间中的空气为适于佩戴者吸入的洁净空气。面罩主体14可包括刚性插件16和弹性体面部接触部分18。具有这种构造的面罩主体描述于Flannigan等人的美国专利7，650, 884中。呼吸面罩10还具有带具20以用 于当佩戴呼吸器时将面罩主体14支承在佩戴者的头部上。带具20可呈现多种构型但通常包括绕到佩戴者的头部后面的一个或多个条带22。条带22可通过一个或多个带扣23接合在一起。带具20可为(例如)描述于美国专利6，732，733B1和6，457，473 (Brostrom^人)、5，691，837 (Byram)、以及5，237，986 (Seppala等人)中的下放式带具。另外可任选地使用冠部构件24以有助于将面罩主体14支承在佩戴者的头部上。固定至面罩主体14的滤筒12、12'具有第一和第二主表面26、28、以及卷型壳体侧壁30。壳体侧壁30从第一过滤介质层的至少第一暴露主表面32延伸至第二过滤介质层的至少第一暴露主表面32'。壳体侧壁30固定至第一过滤介质层和第二过滤介质层的周边。壳体侧壁30通常延伸到过滤介质中的活性颗粒层的整个周边上以使得从滤筒的侧视图中看不到活性颗粒。壳体侧壁30还可设置有凸缘,所述凸缘径向向内延伸到第一和第二暴露主表面26和28上方。如图所示，滤筒可为从前到后弯曲的。滤筒也可为从顶部到底部、或沿上述两个方向弯曲的。图2示出了滤筒12的反面或内侧面。在滤筒的底部表面28上存在卡口配件36以允许将滤筒固定至面罩主体。配件36还可提供穿过第二过滤介质层进入中央设置的充气室内的导管(或者触及导管)。可通过下述方式来实现将面罩主体配合至滤筒12 :将设置在面罩主体上的凸配件插入卡扣配件36内并且将滤筒12旋转至相对面罩主体的适当方向。凸配件其上设置有凸块，所述凸块将与卡扣配件36中的剖切凹口 34相配合。使用时，穿过滤筒12的第一和第二主表面26和28的空气进入充气室，所述充气室又与卡扣配件32中的开口 37流体连通。因此，卡扣配件36可有助于流体连通和固定装置。作为另外一种选择，可将导管和配件设置在壳体侧壁30上，且通常设置在侧壁的前部上而非主表面28上。通过将导管和配件重新设置在侧壁30上并且使空气通过紧邻充气室的狭槽开口穿出，可增加滤筒表面28上的有效过滤面积，由此可导致改善的性能同时减少制造过程中的浪费。图3示出了滤筒12的内部构造的实例。如图所示，滤筒12分别包括第一过滤介质层和第二过滤介质层38和40。第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40由充气室42隔开。第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40各自具有第一主表面32、32'、第二主表面44、44'、以及周边46、46'。充气室42设置在第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40之间以使得充气室42接合各个过滤介质层38、40的第二主表面44、44'。充气室可由间隔物45限定，所述间隔物45可呈塑性结构形式，所述塑性结构具有从导管48向各个过滤介质层的周边46、46'延伸的一系列肋47。壳体侧壁30通常从第一过滤介质层38的第一主表面32延伸至第二过滤介质层40的第一主表面32'。可利用足够的固定装置将壳体侧壁30分别固定至第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40的周边46、46'。第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40的第一主表面32、32'各自为流体可渗透的并且各自与外部气体空间流体连通。覆盖纤维网49a可设置在第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40的外表面上。覆盖纤维网49b可设置在第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40的内表面上。覆盖纤维网49a、49b可用于通过将活性颗粒粒剂保持在各个层50、52内来保护活性颗粒层50、52。粗糙层50位于精细层52的上游并且用作主过滤层，而精细层52充当精化层。沿着滤筒12的侧面或周边设置的壳体侧壁30可为卷型的-即，其可取自卷并且可通过各种装置固定至过滤介质层38、40的周边。可利用粘合剂(例如压敏粘合剂)、胶水(例如热熔胶水)、聚氨酯活性热熔胶(hot melt)、或UV可固化粘合剂来实现固定装置。可用于将
壳体侧壁30固定至组件72的市售产品的实例包括3M牌粘合剂JetMelt 、ScotchffeId ,和FastBond 。通常将固定装置设置在侧壁30的内表面上，且设置在至少如下区域，即，第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40与壳体侧壁30的内表面实现接触的区域。在使用中，第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40与壳体侧壁30的内表面之间的固定应使得在气体正在穿过滤筒12时不会出现穿通。即，空气将不能够通过沿着壳体侧壁穿过滤筒12来绕过第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40的过滤能力。尽管过滤介质层38、40已分别被示为包括多个活性颗粒层，但各个过滤介质层38、40可包括单一活性颗粒层。图4示出了可用于制备根据本发明的滤筒的一般步骤。如图所示，本发明基本上包括三个步骤提供54过滤介质层；按照堆叠间隔开关系来组装56过滤介质层；以及沿着其周边的至少一部分来包裹58过滤介质层。可通过下述方式来提供过滤介质层构造用于过滤空气的活性颗粒层并且垂直地切割这些层以提供尺寸可用于滤筒的多个过滤介质层。可通过以相对于彼此的间隔开关系来堆叠这些层以将这些层组装在一起。可在层与层之间提供间隔物以保持其所需间距。此外，可通过第二过滤介质层提供卡口配件，所述卡口配件也可提供进入充气室的导管。将堆叠层压缩成其相对于彼此的所需位置。一旦将层组装到所需位置，就可将壳体侧壁包裹58在组装层的周边以提供下述滤筒，所述滤筒通常为轻质量的并且具有坚实构造。图5示出了可用于提供第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40的操作，所述第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40随后将与壳体侧壁30进行组装和包裹。可使用多个材料层来组装可根据本发明使用的过滤介质层。例如，可组装第一覆盖纤维网49a、第一活性颗粒层50、第二活性颗粒层52、和第二覆盖纤维网49b以提供过滤介质坯料60。第一和第二覆盖纤维网层49a和49b可设置在活性颗粒层50、52的相对侧面上以保护这些层并且确保粒剂保持在复合过滤介质结构内。如上指出，相比于第二活性颗粒层52，第一活性颗粒层50可被构造为具有较低的压降和较大的孔径。这可通过在第一层50中使用比第二层52中大的颗粒来实现。第一活性颗粒层50因此充当主过滤层，而第二层52充当支承层。尽管第一活性颗粒层50可具有较低的压降，但其通常将具有较大的厚度并且因此被制作用于相比第二层52移除更大量的污染物。尽管第二层52通常可具有较高的压降，但其也可具有较高的动力学并且因此可移除可已穿过第一层52的污染物。因此，第二层通常称为精化层。将用于第一层50中的活性颗粒的尺寸通常可为约12X30目至20X40目，而第二层52中的活性颗粒通常可具有约40X 140目至80X320目的尺寸。主过滤层的厚度可为约5毫米至25毫米，并且精化层的厚度可为约I至4毫米。一旦已将多个覆盖纤维网层和活性颗粒层组装成多层坯料60，就可沿着线62和64来横向线性地切割此坯料。切割线62和64之间的距离限定将设置在滤筒壳体中的过滤介质的长度。然后使已切断坯料68经受进一步的切割操作，以将圆角70设置到切割坯料60上。这些圆角70通常限定将设置在滤筒壳体内的过滤介质层的宽度。在限定所述角的切割步骤之后，提供一系列纵向切割71以完全地限定将设置在滤筒中的各个过滤介质层的形状和构型。然后分离这些切割层以使得它们可被引导至后续组装步骤。可通过将这种装置翻到自身上来实现该分离。图6示出了将各个过滤介质层38、40和充气室间隔物45组装成将限定滤筒内部的构造的步骤。在构造滤筒的内部组件72的过程中，将第二过滤介质层40、间隔物45、第一过滤介质层38、和卡扣配件36连续地设置在容器74中。第二过滤介质层40不同于第一过滤介质层38，因为第二过滤介质层40具有位于其中的开口 76以使得导管48可从中穿过。导管48以管状形式从充气室间隔物45垂直地延伸。将卡扣配件36接合至导管构件48，如图3所示。一旦部件适当地对准，就使用柱塞78将组装部件压缩在一起以产生在空 间关系中彼此隔离的第一过滤介质层和第二过滤介质层38和40。间隔物45确保层38和40之间的适当空间距离并且有助于将气流从过滤介质层38和40分配到导管48内。图7示出了其上准备施用壳体侧壁30的处于适当压缩状态的组装件72。将壳体侧壁30从卷80中拉出并且固定至滤筒组件72的周边82。具体地讲，将壳体侧壁30固定至第一过滤介质层和第二过滤介质层38和40，以使得沿着周边82不会出现显著的穿通。为此，可将合适的粘合装置设置在用于制备壳体侧壁的内表面上。一旦壳体侧壁30适当地固定至滤筒组件72的周边82，就可将所得滤筒附接至面罩主体以用于过滤空气。本发明为尤其有益的，因为其提供简单的壳体系统，鉴于过滤器作为可消耗用品的状态，本发明认识到低成本解决方案的需要。壳体侧壁可包括硬纸板条带，内部层粘合性地固定至所述硬纸板条带。作为另外一种选择，如果需要额外的稳健性，则可施用薄塑料条带，例如具有合适特性的O. I至O. 2毫米厚的塑料(例如聚酯)。另外也可使用多层卷型材料。有利的是，外表面能够接纳可印刷标记。侧壁通常将具有约2至3厘米的宽度但可增加至6厘米之多，其中需要大量的炭以用于目标应用或特定规定标准的认可。侧壁厚度通常为约O. I至O. 5毫米。可利用冲切方法来形成侧壁条带，相比之下，较昂贵的注模法通常用于制备其他过滤器壳体设计。本发明的滤筒可显示具有高于O. 9、仍高于I. O、并且仍高于
I.I的有机蒸气使用寿命相对于重量的比率(分钟/克)。本发明的滤筒也可具有高于O. 35、仍高于O. 4、并且仍高于O. 45的有机蒸气使用寿命相对于体积的比率。可根据下文的实例部分中说明的测试来确定有机蒸气使用寿命。由于所得滤筒由基本上包括卷型侧壁的壳体构成，因此滤筒的重量可显著低于已知滤筒。已知滤筒通常使用挤出的塑料或者具有固体壳体基料，这将增加整体产品重量。本发明的滤筒具有两个暴露表面，空气可穿过该暴露表面进入充气室。在滤筒上使用两个流体可渗透表面不仅降低了重量而且降低了压降。所得的滤筒因此可为轻重量的并且易于呼吸。用于本发明中的过滤介质包括通过各种方式粘合在一起的活性颗粒。这种颗粒材料的一个子类为下述颗粒，所述颗粒与流体中的成分相互作用以移除或改变它们的组成。流体中的成分可吸着到活性颗粒之上或之内，或者它们可与可存在于或可不存在于活性颗粒上的第二成分进行反应。因此，活性颗粒可为吸着剂、催化剂、活性剂、或它们的组合。可采用多种活性颗粒。有利的是，活性颗粒能够吸收或吸附预期在拟定使用条件下存在的气体、气溶胶、或液体。吸附剂颗粒可呈任何可使用的形式，包括小珠、薄片、粒剂、或聚集物。通常的吸附剂颗粒包括活性炭；氧化铝和其它金属氧化物；碳酸氢钠；可通过吸附、化学反应或汞齐化从流体移除组分的金属颗粒(如银颗粒)；粒状催化剂，例如霍加拉特(其可催化一氧化碳的氧化);由酸性溶液(例如乙酸)或碱性溶液(例如氢氧化钠水溶液)处理过的粘土和其他矿物；离子交换树脂；分子筛和其他沸石；二氧化硅；杀菌剂；杀真菌剂和杀病毒剂。活性炭和氧化铝为常见的吸附剂颗粒。尽管还可以采用吸附剂颗粒的混合物(例如)来吸收气体混合物，但在实施过程中，对于处理气体混合物而言，可能较好的是制备在各层中采用单独的吸附剂颗粒的多层片材制品。所需的活性颗粒的尺寸可能变化很大，并且通常将部分地根据拟定使用条件来进行选择。作为一般指导，活性颗粒的尺寸可在约5至3000微米的平均直径范围内变化。通常颗粒具有小于约1500微米的平均直径、更通常地在约30和约800微米之间的平均直径、且更通常地在约100和约300微米之间的平均直径。另外可利用一种或多种浸溃剂来处理活性颗粒以增加气体移除能力。经处理的活性颗粒材料的实例包 括以化学方法表面处理的活性炭——参见(例如)美国专利No. 7，309，513和No. 7，004, 990(Brey 等人)、Νο· 6，767，860 (Hern 等人)、Νο· 6，344，071 (Smith 等人)、以及 No. 5，496，785和No. 5，344，626 (Abler)。用于充当空气净化系统中的吸着剂的典型颗粒为活性炭、化学处理的炭、和氧化招吸附剂颗粒。可使用的市售活性炭的实例以商标Kuraray出售，例如Kuraray GG或GC，它们均描述于Kuraray Carbon有限公司的产品公告8712-1000中。其他的商用产品为CECACARBON 活性炭产品。第一过滤介质层和第二过滤介质层包含通过一种或多种不同方式粘合在一起的活性颗粒。例如，可通过使用如Senkus等人的美国专利6，391，429中所述的PSA微粒来将活性颗粒接合在一起。当使用这种方法时，粘合剂聚合物微粒通常具有小于活性颗粒的尺寸。粘合剂聚合物微粒可具有(例如)约I至约1，000微米的尺寸。粘合剂聚合物微粒可以足够的量分布在活性颗粒中以将它们在柔性复合结构中粘附在一起。微粒可呈固体聚丙烯酸酯微珠的形式并且可包括具有重复单元的共聚物，所述重复单元包括源自具有I至14个碳原子的非叔醇和极性单体的丙烯酸酯的那些。所述重复单元还可包括源自醋酸乙烯酯的那些。所述重复单元可包括源自下述化合物的那些，所述化合物选自高级乙烯基酯、苯乙烯磺酸盐、多乙烯基单体、以及α、β_烯键不饱和聚(亚烷氧基)磺酸盐、或它们的组合。在Braun等人的美国专利5,078，132所述的方法中，活性颗粒可通过粘结剂颗粒接合在一起。适用于将活性颗粒接合在一起的粘结剂材料通常满足，132专利中引用的聚合物粘结剂熔融测试。作为另外一种选择，活性颗粒可通过聚合物纤维接合在一起以产生多孔片状制品。多孔片状制品可为具有少于约20重量％聚合物纤维的自支承型非织造纤维网。活性颗粒足够均匀地分布在纤维聚合物间的纤维网中以使得纤维网具有至少I. 6Χ IO4/毫米水的吸附系数 Α。可利用类似于 Wood 的 Journal of the American Industrial HygieneAssociation, 55 (I) : 11-15 (1994)(《美国工业卫生协会杂志》，第55卷第I期，第11-15页，1994年)中所述的参数或测量值来计算吸附系数A。下述美国专利申请公布描述了通过适用于本发明中的聚合物纤维保持在一起的活性颗粒Brey等人的2006/0096911A1、Trend等人的 2006/0254427A1、和 fcey 等人的 2009/0215345A1。用于将活性颗粒粘合在一起的纤维可由聚合物材料的共混物制成，例如，聚烯烃弹性体和弹性体苯乙烯系嵌段共聚物的共混物。如果需要，本发明所公开的纤维网的一部分可表示聚合物或其他纤维材料或纤维形成材料，这些材料不能自身呈现对甲基膦酸二甲酯(DMMP)吸收有足够的抵抗力或自身不能提供具有理想吸附系数A的纤维网。例如，由直链低密度聚乙烯DOWLEX 2517制成的适当装填的纤维网已显示具有约2. I X IO4/毫米水的吸附系数A，然而由直链低密度聚乙烯DOWLEX 2503制成的类似装填的纤维网已显示具有约I. OX IO4/毫米水的吸附系数A。此外，由聚烯烃弹性体ENGAGE 8402和苯乙烯系嵌段共聚物KRATON G1657的90:10和50:50共混物制成的未装填纤维网已显示具有极低的DMMP吸收率，并且装填有91重量％炭的纤维网(其中所述聚合物材料只有ENGAGE 8402)已显示具有约2. 6 X IO4/毫米水柱的吸附系数A，而装填有88重量％炭的纤维网(其中所述聚合物材料只有KRATON G1657)在下文中显示具有约I. 4X IO4/毫米水的吸附系数A。过滤介质层还可由多组分纤维(例如皮芯型纤维)、可剥离或并列型双组分纤维、 或所谓的“海岛型”纤维制成。另外，过滤介质层可以用其他聚合物材料作为一种或多种组分而制成，或通过增加其他纤维材料或纤维形成材料而制成，所述材料包括人造短纤维(如天然或合成材料的)等。通常，然而，本发明所公开的纤维网中已采用相对少量的其他纤维材料或纤维形成材料，以便不会不当地降低所需的吸附剂颗粒装填量和成品纤维网的特性。如上指出，该纤维的未装填纤维网在室温下暴露到用DMMP蒸气饱和的空气中六天后，所述聚合物纤维显示具有不超过约I重量％的DMMP吸收率。所述聚合物纤维可在此条件下显示具有不超过约O. 5重量％的DMMP吸收率、不超过约O. 3重量％的DMMP吸收率、或不超过约O. 2重量％的DMMP吸收率。用于将活性颗粒粘合在一起的纤维中的聚合物可比类似厚度的聚丙烯纤维具有(但非必须具有)更大的弹性。所述聚合物还可为但并非必须为“弹性体的”，即这种材料可被拉伸到其初始松弛长度的至少125%，且在偏置力释放时，其可以基本上恢复到其初始松弛长度。所述纤维形式的聚合物也可比类似厚度的聚丙烯纤维具有(但非必须具有)更大的结晶收缩性。具有这样弹性或结晶收缩特性的纤维可以促进过滤介质层的自固结或致密化作用、缩小纤维网的孔体积、或缩小气体可在不遇到可用的吸附剂颗粒的情况下通过其中的通道。在一些情况下，可通过使用(例如)喷水或喷其他冷却流体来强制冷却纤维网、或者通过对收集的纤维网以不受限制或受限制的方式进行退火，来促进致密化。退火时间和温度可取决于多种因素，这些因素包括采用的聚合物纤维和吸附剂颗粒装填量。也可在过滤介质层中采用具有不同尺寸的吸附剂颗粒的混合物(如双峰混合物)，但在实施过程中，可更好的是制备下述多层片材制品，所述多层片材制品包含上游层中的较大吸附剂颗粒和下游层中的较小吸附剂颗粒。通常将至少80重量％的活性颗粒、更优选至少84重量％、且最优选至少90重量％的活性颗粒嵌入到纤维网中。用基重的形式来表示，例如，吸附剂颗粒装填量可为至少约100g/m2(gsm)(对于相对细小(即小直径)的颗粒而言)、以及至少约500g/m2 (对于相对粗糙的颗粒而言)。使用包含设置在弹性聚合物纤维网内的活性颗粒的装填纤维网可为有益的，因为其允许被制成适形过滤器形状且无需使用支承刚性塑料或金属壳体系统。适形形状为在一个或多个维度上 显示具有曲率的形状。滤筒可被制作成从前到后、或从顶部到底部、或在这两者上弯曲。理想的是，曲率被设置为符合面罩的形状，由此导致整体较紧凑的呼吸器，这可改善佩戴者的可见性。此外，可将颗粒纤维网堆叠在装填纤维网的顶部上以另外提供颗粒移除能力。在另一个实施例中，在不需要气体移除能力的情况下，可仅应用颗粒过滤层。颗粒过滤层可包括带电荷微纤维的非织造纤维网，特别是聚合物熔喷微纤维或BMF——参见(例如)美国专利 7, 244，291 (Spartz 等人)、6，397, 458 (Jones 等人)、和 6，119,691(Angadjivand等人)。微纤维通常具有小于约25微米、更通常小于约15微米的有效纤维直径。可按照(例如)美国专利6，846，450 (Erickson等人)、6，824，718 (Eitzman)J
5,496, 507 (Angadjivand等人)中所述来制备包含这种纤维的带电荷纤维网。结合过滤介质层使用的覆盖纤维网通常不给过滤结构提供任何显著的过滤有益效果，但其可在设置在过滤层的外面(或上游)时来充当预过滤器。覆盖纤维网可被制作成具有约5至50克/平方米(g/m2)、通常10至30g/m2的基重，并且也可包含微纤维。在覆盖纤维网中使用的纤维的平均纤维直径通常为约5微米至24微米，通常约7微米至18微米，更通常约8微米至12微米。覆盖纤维网材料可以具有一定程度的弹性(断裂时通常、但不一定是100%至200%)，并且可塑性变形。覆盖纤维网可包含由(例如)聚丙烯制成的聚合物纺粘纤维。本发明中所使用的覆盖纤维网优选地在处理之后具有很少的从纤维网表面突出的纤维，因此具有平滑的外表面。可以在本发明中使用的覆盖纤维网的实例公开于(例如)授予Angadjivand的美国专利6，041, 782、授予Bostock等人的美国专利6，123，077和Bostock 等人的 WO 96/28216A 中。SMOV使用寿命测试为确定过滤装置的使用寿命，用1000份/ 一百万份(ppm)的环己烷在50%相对湿度下以32升/分钟来测定过滤装置。当装置允许5ppm的环己烷流出过滤器时所用去的时间量确定使用寿命。测定方法类似于NIOSH测定方法RCT-APR-STP-0046。采用等效的设备。测试原始状态下的过滤器。实例I根据美国专利申请No. 2006/096911来制备装填炭的BMF纤维网。利用由ExxonMobil制备的Vistamaxx 2125树脂来制备聚合物纤维。利用具有12英寸X 12英寸的台板的Carver受热台板压机来将堆积体积炭填充的纤维网压缩至约4. 7毫米的厚度。台板温度为200 T。压力总计为3000磅/平方英寸(psi)，并且压制时间为5秒。在下述说明中，OV是指有机蒸气，并且gsm是指克/平方米。堆积体积层和精化层具有表I所示的构造。
权利要求
1.一种制备滤筒的方法，所述方法包括 (a)提供第一过滤介质层和第二过滤介质层，所述第一过滤介质层和第二过滤介质层各自包含粘合在一起的活性颗粒并且各自具有周边； (b)按照间隔开关系来堆叠所述第一过滤介质层和第二过滤介质层；以及 (c)将卷型的壳体侧壁固定至所述各个过滤介质层的所述周边的至少一部分。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述第一过滤介质层和第二过滤介质层各自具有在使用时暴露于外部气体空间的流体可渗透表面，并且其中所述间隔开关系形成所述滤筒中的充气室。
3.根据权利要求I所述的方法，其中所述第一过滤介质层和第二过滤介质层是通过如下方式提供的构造各自包括活性颗粒层和覆盖纤维网的一个或多个层，并且将构造好的所述一个或多个层切割成所需形状。
4.根据权利要求I所述的方法，其中在所述堆叠步骤期间将间隔物设置在所述第一过滤介质层和第二过滤介质层之间。
5.根据权利要求4所述的方法，其中将堆叠好的所述第一过滤介质层和第二过滤介质层压缩至相对于彼此的所需间距。
6.根据权利要求I所述的方法，其中所述第一过滤介质层和第二过滤介质层分别是通过将覆盖纤维网设置在一个或多个活性炭层的一个或多个侧面上来提供的。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一过滤介质层和第二过滤介质层各自包括第一活性炭层和第二活性炭层，所述第一活性炭层的粒度大于所述第二活性炭层的粒度。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一活性炭层包括具有12X30至20X40目的尺寸的活性炭，并且其中所述第二活性炭层包括具有40X140至80X320目的尺寸的活性炭。
9.根据权利要求6所述的方法，其中首先将所述第一过滤介质层和第二过滤介质层形成为多层坯料，然后将所述坯料切割成所需形状。
10.根据权利要求I所述的方法，其中将所述第一过滤介质层和第二过滤介质层堆叠在一起且两者间具有间隔物，并且随后压缩成所需的空间布局。
11.根据权利要求10所述的方法，其中将所述壳体侧壁包裹在堆叠好的所述第一过滤介质层和第二过滤介质层的所述周边上。
12.根据权利要求I所述的方法，其中所述壳体侧壁具有约2至3厘米的宽度和通常约O.I至O. 5毫米的厚度。
13.根据权利要求I所述的方法，其中所述第一过滤介质层和第二过滤介质层包括通过聚合物微粒或粘合剂粒子粘合在一起的活性炭。
14.根据权利要求I所述的方法，其中所述第一过滤介质层和第二过滤介质层中的所述活性颗粒通过聚合物纤维粘合在一起以形成多孔片状层。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述多孔片状层为具有少于20重量％聚合物纤维的自支承型非织造纤维网。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述活性颗粒在所述纤维网中均匀地分布在所述聚合物纤维间。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一过滤介质层和第二过滤介质层各自具有至少I. 6 X IO4/毫米水的吸附系数A。
18.根据权利要求I所述的方法，其中所述第一过滤介质层和第二过滤介质层为从前到后弯曲的。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一过滤介质层和第二过滤介质层为从顶部到底部弯曲的。
20.一种制备呼吸器的方法，所述方法包括将一个或多个根据权利要求I所述的滤筒设置到面罩主体上。
全文摘要
本发明涉及一种制备滤筒的方法，所述方法包括(a)提供第一过滤介质层和第二过滤介质层，所述第一过滤介质层和第二过滤介质层各自包含粘合在一起的活性颗粒并且各自具有周边；(b)按照间隔开关系来堆叠所述第一过滤介质层和第二过滤介质层；以及(c)将卷型壳体侧壁固定至各个过滤介质层的周边的至少一部分。所得的滤筒为轻重量的，但具有提供改善的使用寿命的增加的体积。所述滤筒相对于重量的比率具有极优异的使用寿命。
文档编号A62B18/02GK102892465SQ201180024245
公开日2013年1月23日 申请日期2011年5月11日 优先权日2010年5月20日
发明者布里顿·G·比林斯利, 皮埃尔·勒加雷 申请人:3M创新有限公司
制备具有卷型壳体侧壁的滤筒的方法本发明涉及制备滤筒的方法，其中将卷型材料固定至过滤介质层的周边以形成壳体侧壁。所得滤筒适用于向佩戴者提供洁净过滤空气的呼吸器上。
背景技术：
呼吸器为保护工作者和其他人员以防经受与空气传播危害物相关的有害健康效应的装置。将这种装置佩戴在脸部周围，以用于从呼吸空气源中移除不想要的污染物。污染物可为固体颗粒(例如，烟尘、生物气溶胶、或其他颗粒)，或者它们可为气体或蒸气、或这些物质的组合。呼吸器具有多种形状和形式并且通常根据佩戴者的保护需要进行设计。呼吸产品包括从简单的过滤面罩(通常称为防尘口罩)到下述较复杂系统，所述较复杂系统使用结合一个或多个可替换滤筒的弹性体面罩。一些呼吸装置另外采用鼓风器以有助于将洁净空气源递送至佩戴者。这些产品通常称为正压呼吸器或者动力型空气净化呼吸器。 几年来已经开发出多种可与呼吸面罩结合使用的不同滤筒设计。通常的滤筒包括设置在壳体内的活性颗粒的过滤介质。一些设计已使用活性炭在金属罐中的填充床——参见(例如)美国专利4，543，112，或者活性炭在支承板之间的填充床——参见Greer等人的美国专利7，419，526B2。其他滤筒已使用注模塑料壳体——参见(例如)Braun等人的美国专利5，078, 132和5，033, 465——以包含活性颗粒，所述活性颗粒可通过粘合组分保持在一起——另外参见Senkus等人的美国专利5，952，420和Rekow等人的美国专利6，216，693。在较新型的设计中，研究者已使用热成形步骤来制备滤筒壳体(以降低整体滤筒重量)——参见Viner等人的美国专利7，497，217和6，874，499。即使可利用热成形壳体来降低整体重量，但已使用金属或塑料壳体的已知滤筒仍不得不应对完整壳体结构伴有的附加重量。通常的滤筒还已提供双重气流模式以降低整个过滤介质上的压降。尽管另外已开发出双路或双重气流的滤筒(包括由中央充气室隔开的两个过滤介质间隔层)一参见Brostrom等人的美国专利Re 35，062——然而这些双重气流产品仍未具有限定滤筒周边的壳体侧壁。因此，双重气流滤筒通常已包括较低体积的过滤介质，由此已对滤筒使用寿命加以限制。因此，已知的滤筒产品已面对重量与使用寿命相抗衡的问题，该问题如下文所论述在本发明中得以解决。
发明内容
本发明提供了制备滤筒的新型方法，所述方法包括提供第一过滤介质层和第二过滤介质层，所述第一过滤介质层和第二过滤介质层各自包含粘合在一起的活性颗粒并且各自具有周边；按照间隔开关系来堆叠过滤介质层；以及将卷型壳体侧壁固定至过滤介质层的周边的至少一部分。本发明的方法可提供如下滤筒，所述滤筒具有扩大的暴露表面积以用于过滤，因为其具有由中央空间隔开的两个过滤介质层。提供于本发明中的壳体侧壁允许将更大的深度或厚度提供给所得滤筒，由此增加体积并且提供延长的产品使用寿命。此外，本发明为独特的，因为滤筒的联合在一起的各个部件一其本身通常为轻重量的并且具有较小的结构容量一提供三维、轻重量产品，所述三维、轻重量产品具有足够的结构完整性或刚性以充当滤筒。壳体侧壁得自卷型材料，这使得所得产品在其总体积上为轻重量的。由于可获得体积增加的过滤介质，因此可提高产品使用寿命以使得实现使用寿命相对于重量或相对于体积的较高比率。此外，本发明的方法为有益的，因为无论多层滤筒结构如何，均可快速地实现组装操作。在形成壳体侧壁的同时，可将各个层接合在一起。该方法因此提供改善的制造方便性，这又可降低产品成本。术语表下文说明的术语将具有如下所定义的含义“活性颗粒”是指可因某些特性或性能而尤其适于执行某些行为或功能的颗粒或粒剂，所述特性或性能包括化学特性(例如催化作用和/或离子交换)和/或物理特性(例如捕集、吸附、吸收、或它们的组合);“粘合的”是指通过使用另一接触部件或物质而保持在一起； “洁净空气”是指已滤除污染物的一定体积的大气环境空气；“外部气体空间”是指呼出的气体在穿过且超出面罩主体和/或呼气阀之后进入的环境大气的气体空间；“滤筒”是指可附接至(可拆卸地或永久性地)呼吸器面罩主体以在空气进入内部气体空间之前过滤空气的装置；“过滤介质”是指透气的结构，该结构设计成移除穿过它的空气中的污染物；“壳体侧壁”是指位于所述结构的侧面的至少一部分处的空气不可透过的表面；“接合”是指面对但不必直接接触(两者间可存在其他层);“内部气体空间”是指面罩主体与人的面部之间的空间；“多个”是指四个或更多个；“充气室”是指其中不止一个气流路径与另一个气流路径相聚或相交的区域或空间；“多个”是指两个或更多个；“卷型的”是指得自材料卷；并且“固定的”是指接合在一起。
图I为具有位于面罩主体14的相对侧的第一和第二滤筒12和12"的呼吸器10的透视图。图2为根据本发明的尤其是示出内表面28的滤筒12的透视图。图3为滤筒12沿图2的线3-3截取的横截面。图4为示出根据本发明的制备滤筒12的方法的流程图。图5为可与本发明结合使用的过滤介质制备步骤54的透视图。图6为可与制备本发明的滤筒结合使用的堆叠步骤56。图7为可用于根据本发明来制备滤筒的包裹步骤58的透视图。
具体实施例方式在实施本发明的过程中，实现了制备滤筒的新型方法，其中将卷型壳体侧壁固定到各个过滤介质层的周边的至少一部分上。已知的滤筒仍未使用卷型材料来限定壳体侧壁，尤其是在具有双路气流型态的滤筒中。双路过滤器具有穿过滤筒的两个面双向进行的气流路径。气流路径在中央空间或充气室处汇合。这些滤筒有时称为分流过滤器。在本发明中，将卷型壳体侧壁固定至每一个间隔开的过滤介质层的周边以形成条带外框式滤筒。由于壳体侧壁采用卷型材料的形式，则所得滤筒可为轻重量的而且具有增加的使用寿命。图I示出了可由人佩戴在其头部以覆盖鼻部和嘴部的呼吸面罩10。呼吸面罩10具有位于面罩主体14的相对侧的第一和第二滤筒12和12'。滤筒12和12'可以可拆卸地或者永久性地固定至面罩主体14。在环境空气穿入到面罩主体14内的内部气体空间中之前，滤筒12、12'过滤环境空气。从而存在于内部气体空间中的空气为适于佩戴者吸入的洁净空气。面罩主体14可包括刚性插件16和弹性体面部接触部分18。具有这种构造的面罩主体描述于Flannigan等人的美国专利7，650, 884中。呼吸面罩10还具有带具20以用 于当佩戴呼吸器时将面罩主体14支承在佩戴者的头部上。带具20可呈现多种构型但通常包括绕到佩戴者的头部后面的一个或多个条带22。条带22可通过一个或多个带扣23接合在一起。带具20可为(例如)描述于美国专利6，732，733B1和6，457，473 (Brostrom^人)、5，691，837 (Byram)、以及5，237，986 (Seppala等人)中的下放式带具。另外可任选地使用冠部构件24以有助于将面罩主体14支承在佩戴者的头部上。固定至面罩主体14的滤筒12、12'具有第一和第二主表面26、28、以及卷型壳体侧壁30。壳体侧壁30从第一过滤介质层的至少第一暴露主表面32延伸至第二过滤介质层的至少第一暴露主表面32'。壳体侧壁30固定至第一过滤介质层和第二过滤介质层的周边。壳体侧壁30通常延伸到过滤介质中的活性颗粒层的整个周边上以使得从滤筒的侧视图中看不到活性颗粒。壳体侧壁30还可设置有凸缘,所述凸缘径向向内延伸到第一和第二暴露主表面26和28上方。如图所示，滤筒可为从前到后弯曲的。滤筒也可为从顶部到底部、或沿上述两个方向弯曲的。图2示出了滤筒12的反面或内侧面。在滤筒的底部表面28上存在卡口配件36以允许将滤筒固定至面罩主体。配件36还可提供穿过第二过滤介质层进入中央设置的充气室内的导管(或者触及导管)。可通过下述方式来实现将面罩主体配合至滤筒12 :将设置在面罩主体上的凸配件插入卡扣配件36内并且将滤筒12旋转至相对面罩主体的适当方向。凸配件其上设置有凸块，所述凸块将与卡扣配件36中的剖切凹口 34相配合。使用时，穿过滤筒12的第一和第二主表面26和28的空气进入充气室，所述充气室又与卡扣配件32中的开口 37流体连通。因此，卡扣配件36可有助于流体连通和固定装置。作为另外一种选择，可将导管和配件设置在壳体侧壁30上，且通常设置在侧壁的前部上而非主表面28上。通过将导管和配件重新设置在侧壁30上并且使空气通过紧邻充气室的狭槽开口穿出，可增加滤筒表面28上的有效过滤面积，由此可导致改善的性能同时减少制造过程中的浪费。图3示出了滤筒12的内部构造的实例。如图所示，滤筒12分别包括第一过滤介质层和第二过滤介质层38和40。第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40由充气室42隔开。第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40各自具有第一主表面32、32'、第二主表面44、44'、以及周边46、46'。充气室42设置在第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40之间以使得充气室42接合各个过滤介质层38、40的第二主表面44、44'。充气室可由间隔物45限定，所述间隔物45可呈塑性结构形式，所述塑性结构具有从导管48向各个过滤介质层的周边46、46'延伸的一系列肋47。壳体侧壁30通常从第一过滤介质层38的第一主表面32延伸至第二过滤介质层40的第一主表面32'。可利用足够的固定装置将壳体侧壁30分别固定至第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40的周边46、46'。第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40的第一主表面32、32'各自为流体可渗透的并且各自与外部气体空间流体连通。覆盖纤维网49a可设置在第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40的外表面上。覆盖纤维网49b可设置在第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40的内表面上。覆盖纤维网49a、49b可用于通过将活性颗粒粒剂保持在各个层50、52内来保护活性颗粒层50、52。粗糙层50位于精细层52的上游并且用作主过滤层，而精细层52充当精化层。沿着滤筒12的侧面或周边设置的壳体侧壁30可为卷型的-即，其可取自卷并且可通过各种装置固定至过滤介质层38、40的周边。可利用粘合剂(例如压敏粘合剂)、胶水(例如热熔胶水)、聚氨酯活性热熔胶(hot melt)、或UV可固化粘合剂来实现固定装置。可用于将
壳体侧壁30固定至组件72的市售产品的实例包括3M牌粘合剂JetMelt 、ScotchffeId ,和FastBond 。通常将固定装置设置在侧壁30的内表面上，且设置在至少如下区域，即，第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40与壳体侧壁30的内表面实现接触的区域。在使用中，第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40与壳体侧壁30的内表面之间的固定应使得在气体正在穿过滤筒12时不会出现穿通。即，空气将不能够通过沿着壳体侧壁穿过滤筒12来绕过第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40的过滤能力。尽管过滤介质层38、40已分别被示为包括多个活性颗粒层，但各个过滤介质层38、40可包括单一活性颗粒层。图4示出了可用于制备根据本发明的滤筒的一般步骤。如图所示，本发明基本上包括三个步骤提供54过滤介质层；按照堆叠间隔开关系来组装56过滤介质层；以及沿着其周边的至少一部分来包裹58过滤介质层。可通过下述方式来提供过滤介质层构造用于过滤空气的活性颗粒层并且垂直地切割这些层以提供尺寸可用于滤筒的多个过滤介质层。可通过以相对于彼此的间隔开关系来堆叠这些层以将这些层组装在一起。可在层与层之间提供间隔物以保持其所需间距。此外，可通过第二过滤介质层提供卡口配件，所述卡口配件也可提供进入充气室的导管。将堆叠层压缩成其相对于彼此的所需位置。一旦将层组装到所需位置，就可将壳体侧壁包裹58在组装层的周边以提供下述滤筒，所述滤筒通常为轻质量的并且具有坚实构造。图5示出了可用于提供第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40的操作，所述第一过滤介质层和第二过滤介质层38、40随后将与壳体侧壁30进行组装和包裹。可使用多个材料层来组装可根据本发明使用的过滤介质层。例如，可组装第一覆盖纤维网49a、第一活性颗粒层50、第二活性颗粒层52、和第二覆盖纤维网49b以提供过滤介质坯料60。第一和第二覆盖纤维网层49a和49b可设置在活性颗粒层50、52的相对侧面上以保护这些层并且确保粒剂保持在复合过滤介质结构内。如上指出，相比于第二活性颗粒层52，第一活性颗粒层50可被构造为具有较低的压降和较大的孔径。这可通过在第一层50中使用比第二层52中大的颗粒来实现。第一活性颗粒层50因此充当主过滤层，而第二层52充当支承层。尽管第一活性颗粒层50可具有较低的压降，但其通常将具有较大的厚度并且因此被制作用于相比第二层52移除更大量的污染物。尽管第二层52通常可具有较高的压降，但其也可具有较高的动力学并且因此可移除可已穿过第一层52的污染物。因此，第二层通常称为精化层。将用于第一层50中的活性颗粒的尺寸通常可为约12X30目至20X40目，而第二层52中的活性颗粒通常可具有约40X 140目至80X320目的尺寸。主过滤层的厚度可为约5毫米至25毫米，并且精化层的厚度可为约I至4毫米。一旦已将多个覆盖纤维网层和活性颗粒层组装成多层坯料60，就可沿着线62和64来横向线性地切割此坯料。切割线62和64之间的距离限定将设置在滤筒壳体中的过滤介质的长度。然后使已切断坯料68经受进一步的切割操作，以将圆角70设置到切割坯料60上。这些圆角70通常限定将设置在滤筒壳体内的过滤介质层的宽度。在限定所述角的切割步骤之后，提供一系列纵向切割71以完全地限定将设置在滤筒中的各个过滤介质层的形状和构型。然后分离这些切割层以使得它们可被引导至后续组装步骤。可通过将这种装置翻到自身上来实现该分离。图6示出了将各个过滤介质层38、40和充气室间隔物45组装成将限定滤筒内部的构造的步骤。在构造滤筒的内部组件72的过程中，将第二过滤介质层40、间隔物45、第一过滤介质层38、和卡扣配件36连续地设置在容器74中。第二过滤介质层40不同于第一过滤介质层38，因为第二过滤介质层40具有位于其中的开口 76以使得导管48可从中穿过。导管48以管状形式从充气室间隔物45垂直地延伸。将卡扣配件36接合至导管构件48，如图3所示。一旦部件适当地对准，就使用柱塞78将组装部件压缩在一起以产生在空 间关系中彼此隔离的第一过滤介质层和第二过滤介质层38和40。间隔物45确保层38和40之间的适当空间距离并且有助于将气流从过滤介质层38和40分配到导管48内。图7示出了其上准备施用壳体侧壁30的处于适当压缩状态的组装件72。将壳体侧壁30从卷80中拉出并且固定至滤筒组件72的周边82。具体地讲，将壳体侧壁30固定至第一过滤介质层和第二过滤介质层38和40，以使得沿着周边82不会出现显著的穿通。为此，可将合适的粘合装置设置在用于制备壳体侧壁的内表面上。一旦壳体侧壁30适当地固定至滤筒组件72的周边82，就可将所得滤筒附接至面罩主体以用于过滤空气。本发明为尤其有益的，因为其提供简单的壳体系统，鉴于过滤器作为可消耗用品的状态，本发明认识到低成本解决方案的需要。壳体侧壁可包括硬纸板条带，内部层粘合性地固定至所述硬纸板条带。作为另外一种选择，如果需要额外的稳健性，则可施用薄塑料条带，例如具有合适特性的O. I至O. 2毫米厚的塑料(例如聚酯)。另外也可使用多层卷型材料。有利的是，外表面能够接纳可印刷标记。侧壁通常将具有约2至3厘米的宽度但可增加至6厘米之多，其中需要大量的炭以用于目标应用或特定规定标准的认可。侧壁厚度通常为约O. I至O. 5毫米。可利用冲切方法来形成侧壁条带，相比之下，较昂贵的注模法通常用于制备其他过滤器壳体设计。本发明的滤筒可显示具有高于O. 9、仍高于I. O、并且仍高于
I.I的有机蒸气使用寿命相对于重量的比率(分钟/克)。本发明的滤筒也可具有高于O. 35、仍高于O. 4、并且仍高于O. 45的有机蒸气使用寿命相对于体积的比率。可根据下文的实例部分中说明的测试来确定有机蒸气使用寿命。由于所得滤筒由基本上包括卷型侧壁的壳体构成，因此滤筒的重量可显著低于已知滤筒。已知滤筒通常使用挤出的塑料或者具有固体壳体基料，这将增加整体产品重量。本发明的滤筒具有两个暴露表面，空气可穿过该暴露表面进入充气室。在滤筒上使用两个流体可渗透表面不仅降低了重量而且降低了压降。所得的滤筒因此可为轻重量的并且易于呼吸。用于本发明中的过滤介质包括通过各种方式粘合在一起的活性颗粒。这种颗粒材料的一个子类为下述颗粒，所述颗粒与流体中的成分相互作用以移除或改变它们的组成。流体中的成分可吸着到活性颗粒之上或之内，或者它们可与可存在于或可不存在于活性颗粒上的第二成分进行反应。因此，活性颗粒可为吸着剂、催化剂、活性剂、或它们的组合。可采用多种活性颗粒。有利的是，活性颗粒能够吸收或吸附预期在拟定使用条件下存在的气体、气溶胶、或液体。吸附剂颗粒可呈任何可使用的形式，包括小珠、薄片、粒剂、或聚集物。通常的吸附剂颗粒包括活性炭；氧化铝和其它金属氧化物；碳酸氢钠；可通过吸附、化学反应或汞齐化从流体移除组分的金属颗粒(如银颗粒)；粒状催化剂，例如霍加拉特(其可催化一氧化碳的氧化);由酸性溶液(例如乙酸)或碱性溶液(例如氢氧化钠水溶液)处理过的粘土和其他矿物；离子交换树脂；分子筛和其他沸石；二氧化硅；杀菌剂；杀真菌剂和杀病毒剂。活性炭和氧化铝为常见的吸附剂颗粒。尽管还可以采用吸附剂颗粒的混合物(例如)来吸收气体混合物，但在实施过程中，对于处理气体混合物而言，可能较好的是制备在各层中采用单独的吸附剂颗粒的多层片材制品。所需的活性颗粒的尺寸可能变化很大，并且通常将部分地根据拟定使用条件来进行选择。作为一般指导，活性颗粒的尺寸可在约5至3000微米的平均直径范围内变化。通常颗粒具有小于约1500微米的平均直径、更通常地在约30和约800微米之间的平均直径、且更通常地在约100和约300微米之间的平均直径。另外可利用一种或多种浸溃剂来处理活性颗粒以增加气体移除能力。经处理的活性颗粒材料的实例包 括以化学方法表面处理的活性炭——参见(例如)美国专利No. 7，309，513和No. 7，004, 990(Brey 等人)、Νο· 6，767，860 (Hern 等人)、Νο· 6，344，071 (Smith 等人)、以及 No. 5，496，785和No. 5，344，626 (Abler)。用于充当空气净化系统中的吸着剂的典型颗粒为活性炭、化学处理的炭、和氧化招吸附剂颗粒。可使用的市售活性炭的实例以商标Kuraray出售，例如Kuraray GG或GC，它们均描述于Kuraray Carbon有限公司的产品公告8712-1000中。其他的商用产品为CECACARBON 活性炭产品。第一过滤介质层和第二过滤介质层包含通过一种或多种不同方式粘合在一起的活性颗粒。例如，可通过使用如Senkus等人的美国专利6，391，429中所述的PSA微粒来将活性颗粒接合在一起。当使用这种方法时，粘合剂聚合物微粒通常具有小于活性颗粒的尺寸。粘合剂聚合物微粒可具有(例如)约I至约1，000微米的尺寸。粘合剂聚合物微粒可以足够的量分布在活性颗粒中以将它们在柔性复合结构中粘附在一起。微粒可呈固体聚丙烯酸酯微珠的形式并且可包括具有重复单元的共聚物，所述重复单元包括源自具有I至14个碳原子的非叔醇和极性单体的丙烯酸酯的那些。所述重复单元还可包括源自醋酸乙烯酯的那些。所述重复单元可包括源自下述化合物的那些，所述化合物选自高级乙烯基酯、苯乙烯磺酸盐、多乙烯基单体、以及α、β_烯键不饱和聚(亚烷氧基)磺酸盐、或它们的组合。在Braun等人的美国专利5,078，132所述的方法中，活性颗粒可通过粘结剂颗粒接合在一起。适用于将活性颗粒接合在一起的粘结剂材料通常满足，132专利中引用的聚合物粘结剂熔融测试。作为另外一种选择，活性颗粒可通过聚合物纤维接合在一起以产生多孔片状制品。多孔片状制品可为具有少于约20重量％聚合物纤维的自支承型非织造纤维网。活性颗粒足够均匀地分布在纤维聚合物间的纤维网中以使得纤维网具有至少I. 6Χ IO4/毫米水的吸附系数 Α。可利用类似于 Wood 的 Journal of the American Industrial HygieneAssociation, 55 (I) : 11-15 (1994)(《美国工业卫生协会杂志》，第55卷第I期，第11-15页，1994年)中所述的参数或测量值来计算吸附系数A。下述美国专利申请公布描述了通过适用于本发明中的聚合物纤维保持在一起的活性颗粒Brey等人的2006/0096911A1、Trend等人的 2006/0254427A1、和 fcey 等人的 2009/0215345A1。用于将活性颗粒粘合在一起的纤维可由聚合物材料的共混物制成，例如，聚烯烃弹性体和弹性体苯乙烯系嵌段共聚物的共混物。如果需要，本发明所公开的纤维网的一部分可表示聚合物或其他纤维材料或纤维形成材料，这些材料不能自身呈现对甲基膦酸二甲酯(DMMP)吸收有足够的抵抗力或自身不能提供具有理想吸附系数A的纤维网。例如，由直链低密度聚乙烯DOWLEX 2517制成的适当装填的纤维网已显示具有约2. I X IO4/毫米水的吸附系数A，然而由直链低密度聚乙烯DOWLEX 2503制成的类似装填的纤维网已显示具有约I. OX IO4/毫米水的吸附系数A。此外，由聚烯烃弹性体ENGAGE 8402和苯乙烯系嵌段共聚物KRATON G1657的90:10和50:50共混物制成的未装填纤维网已显示具有极低的DMMP吸收率，并且装填有91重量％炭的纤维网(其中所述聚合物材料只有ENGAGE 8402)已显示具有约2. 6 X IO4/毫米水柱的吸附系数A，而装填有88重量％炭的纤维网(其中所述聚合物材料只有KRATON G1657)在下文中显示具有约I. 4X IO4/毫米水的吸附系数A。过滤介质层还可由多组分纤维(例如皮芯型纤维)、可剥离或并列型双组分纤维、 或所谓的“海岛型”纤维制成。另外，过滤介质层可以用其他聚合物材料作为一种或多种组分而制成，或通过增加其他纤维材料或纤维形成材料而制成，所述材料包括人造短纤维(如天然或合成材料的)等。通常，然而，本发明所公开的纤维网中已采用相对少量的其他纤维材料或纤维形成材料，以便不会不当地降低所需的吸附剂颗粒装填量和成品纤维网的特性。如上指出，该纤维的未装填纤维网在室温下暴露到用DMMP蒸气饱和的空气中六天后，所述聚合物纤维显示具有不超过约I重量％的DMMP吸收率。所述聚合物纤维可在此条件下显示具有不超过约O. 5重量％的DMMP吸收率、不超过约O. 3重量％的DMMP吸收率、或不超过约O. 2重量％的DMMP吸收率。用于将活性颗粒粘合在一起的纤维中的聚合物可比类似厚度的聚丙烯纤维具有(但非必须具有)更大的弹性。所述聚合物还可为但并非必须为“弹性体的”，即这种材料可被拉伸到其初始松弛长度的至少125%，且在偏置力释放时，其可以基本上恢复到其初始松弛长度。所述纤维形式的聚合物也可比类似厚度的聚丙烯纤维具有(但非必须具有)更大的结晶收缩性。具有这样弹性或结晶收缩特性的纤维可以促进过滤介质层的自固结或致密化作用、缩小纤维网的孔体积、或缩小气体可在不遇到可用的吸附剂颗粒的情况下通过其中的通道。在一些情况下，可通过使用(例如)喷水或喷其他冷却流体来强制冷却纤维网、或者通过对收集的纤维网以不受限制或受限制的方式进行退火，来促进致密化。退火时间和温度可取决于多种因素，这些因素包括采用的聚合物纤维和吸附剂颗粒装填量。也可在过滤介质层中采用具有不同尺寸的吸附剂颗粒的混合物(如双峰混合物)，但在实施过程中，可更好的是制备下述多层片材制品，所述多层片材制品包含上游层中的较大吸附剂颗粒和下游层中的较小吸附剂颗粒。通常将至少80重量％的活性颗粒、更优选至少84重量％、且最优选至少90重量％的活性颗粒嵌入到纤维网中。用基重的形式来表示，例如，吸附剂颗粒装填量可为至少约100g/m2(gsm)(对于相对细小(即小直径)的颗粒而言)、以及至少约500g/m2 (对于相对粗糙的颗粒而言)。使用包含设置在弹性聚合物纤维网内的活性颗粒的装填纤维网可为有益的，因为其允许被制成适形过滤器形状且无需使用支承刚性塑料或金属壳体系统。适形形状为在一个或多个维度上 显示具有曲率的形状。滤筒可被制作成从前到后、或从顶部到底部、或在这两者上弯曲。理想的是，曲率被设置为符合面罩的形状，由此导致整体较紧凑的呼吸器，这可改善佩戴者的可见性。此外，可将颗粒纤维网堆叠在装填纤维网的顶部上以另外提供颗粒移除能力。在另一个实施例中，在不需要气体移除能力的情况下，可仅应用颗粒过滤层。颗粒过滤层可包括带电荷微纤维的非织造纤维网，特别是聚合物熔喷微纤维或BMF——参见(例如)美国专利 7, 244，291 (Spartz 等人)、6，397, 458 (Jones 等人)、和 6，119,691(Angadjivand等人)。微纤维通常具有小于约25微米、更通常小于约15微米的有效纤维直径。可按照(例如)美国专利6，846，450 (Erickson等人)、6，824，718 (Eitzman)J
5,496, 507 (Angadjivand等人)中所述来制备包含这种纤维的带电荷纤维网。结合过滤介质层使用的覆盖纤维网通常不给过滤结构提供任何显著的过滤有益效果，但其可在设置在过滤层的外面(或上游)时来充当预过滤器。覆盖纤维网可被制作成具有约5至50克/平方米(g/m2)、通常10至30g/m2的基重，并且也可包含微纤维。在覆盖纤维网中使用的纤维的平均纤维直径通常为约5微米至24微米，通常约7微米至18微米，更通常约8微米至12微米。覆盖纤维网材料可以具有一定程度的弹性(断裂时通常、但不一定是100%至200%)，并且可塑性变形。覆盖纤维网可包含由(例如)聚丙烯制成的聚合物纺粘纤维。本发明中所使用的覆盖纤维网优选地在处理之后具有很少的从纤维网表面突出的纤维，因此具有平滑的外表面。可以在本发明中使用的覆盖纤维网的实例公开于(例如)授予Angadjivand的美国专利6，041, 782、授予Bostock等人的美国专利6，123，077和Bostock 等人的 WO 96/28216A 中。SMOV使用寿命测试为确定过滤装置的使用寿命，用1000份/ 一百万份(ppm)的环己烷在50%相对湿度下以32升/分钟来测定过滤装置。当装置允许5ppm的环己烷流出过滤器时所用去的时间量确定使用寿命。测定方法类似于NIOSH测定方法RCT-APR-STP-0046。采用等效的设备。测试原始状态下的过滤器。实例I根据美国专利申请No. 2006/096911来制备装填炭的BMF纤维网。利用由ExxonMobil制备的Vistamaxx 2125树脂来制备聚合物纤维。利用具有12英寸X 12英寸的台板的Carver受热台板压机来将堆积体积炭填充的纤维网压缩至约4. 7毫米的厚度。台板温度为200 T。压力总计为3000磅/平方英寸(psi)，并且压制时间为5秒。在下述说明中，OV是指有机蒸气，并且gsm是指克/平方米。堆积体积层和精化层具有表I所示的构造。
权利要求
1.一种制备滤筒的方法，所述方法包括 (a)提供第一过滤介质层和第二过滤介质层，所述第一过滤介质层和第二过滤介质层各自包含粘合在一起的活性颗粒并且各自具有周边； (b)按照间隔开关系来堆叠所述第一过滤介质层和第二过滤介质层；以及 (c)将卷型的壳体侧壁固定至所述各个过滤介质层的所述周边的至少一部分。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述第一过滤介质层和第二过滤介质层各自具有在使用时暴露于外部气体空间的流体可渗透表面，并且其中所述间隔开关系形成所述滤筒中的充气室。
3.根据权利要求I所述的方法，其中所述第一过滤介质层和第二过滤介质层是通过如下方式提供的构造各自包括活性颗粒层和覆盖纤维网的一个或多个层，并且将构造好的所述一个或多个层切割成所需形状。
4.根据权利要求I所述的方法，其中在所述堆叠步骤期间将间隔物设置在所述第一过滤介质层和第二过滤介质层之间。
5.根据权利要求4所述的方法，其中将堆叠好的所述第一过滤介质层和第二过滤介质层压缩至相对于彼此的所需间距。
6.根据权利要求I所述的方法，其中所述第一过滤介质层和第二过滤介质层分别是通过将覆盖纤维网设置在一个或多个活性炭层的一个或多个侧面上来提供的。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一过滤介质层和第二过滤介质层各自包括第一活性炭层和第二活性炭层，所述第一活性炭层的粒度大于所述第二活性炭层的粒度。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一活性炭层包括具有12X30至20X40目的尺寸的活性炭，并且其中所述第二活性炭层包括具有40X140至80X320目的尺寸的活性炭。
9.根据权利要求6所述的方法，其中首先将所述第一过滤介质层和第二过滤介质层形成为多层坯料，然后将所述坯料切割成所需形状。
10.根据权利要求I所述的方法，其中将所述第一过滤介质层和第二过滤介质层堆叠在一起且两者间具有间隔物，并且随后压缩成所需的空间布局。
11.根据权利要求10所述的方法，其中将所述壳体侧壁包裹在堆叠好的所述第一过滤介质层和第二过滤介质层的所述周边上。
12.根据权利要求I所述的方法，其中所述壳体侧壁具有约2至3厘米的宽度和通常约O.I至O. 5毫米的厚度。
13.根据权利要求I所述的方法，其中所述第一过滤介质层和第二过滤介质层包括通过聚合物微粒或粘合剂粒子粘合在一起的活性炭。
14.根据权利要求I所述的方法，其中所述第一过滤介质层和第二过滤介质层中的所述活性颗粒通过聚合物纤维粘合在一起以形成多孔片状层。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述多孔片状层为具有少于20重量％聚合物纤维的自支承型非织造纤维网。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述活性颗粒在所述纤维网中均匀地分布在所述聚合物纤维间。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第一过滤介质层和第二过滤介质层各自具有至少I. 6 X IO4/毫米水的吸附系数A。
18.根据权利要求I所述的方法，其中所述第一过滤介质层和第二过滤介质层为从前到后弯曲的。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一过滤介质层和第二过滤介质层为从顶部到底部弯曲的。
20.一种制备呼吸器的方法，所述方法包括将一个或多个根据权利要求I所述的滤筒设置到面罩主体上。
全文摘要
本发明涉及一种制备滤筒的方法，所述方法包括(a)提供第一过滤介质层和第二过滤介质层，所述第一过滤介质层和第二过滤介质层各自包含粘合在一起的活性颗粒并且各自具有周边；(b)按照间隔开关系来堆叠所述第一过滤介质层和第二过滤介质层；以及(c)将卷型壳体侧壁固定至各个过滤介质层的周边的至少一部分。所得的滤筒为轻重量的，但具有提供改善的使用寿命的增加的体积。所述滤筒相对于重量的比率具有极优异的使用寿命。
文档编号A62B18/02GK102892465SQ201180024245
公开日2013年1月23日 申请日期2011年5月11日 优先权日2010年5月20日
发明者布里顿·G·比林斯利, 皮埃尔·勒加雷 申请人:3M创新有限公司
最新回复(0)