專利名稱：具有用于使用壽命終止指示器(esli)的可見(jiàn)錐區(qū)的濾盒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有窗口的濾盒，通過(guò)所述窗口可觀察使用壽命終止指示器。窗口提供可見(jiàn)錐區(qū)以使得觀察者不能從可能造成誤讀的角度看到使用壽命終止指示器。
背景技術(shù)：
濾盒通常附裝在呼吸器面罩主體上以在空氣被呼吸器佩戴者吸入前過(guò)濾空氣。呼吸器濾盒的實(shí)例示于下述美國(guó)專利中=Mittelstadt等人的No. 7，320，722B2,Greer等人的 No. 7，419，526 和 Holmquist-Brown 等人的 No. 6，277，178。一些濾盒具有給呼吸器佩戴者提供可見(jiàn)變色信號(hào)的使用壽命終止指示器或ESLI。 該可見(jiàn)信號(hào)(有時(shí)稱為“響應(yīng)信號(hào)”)指示出濾盒何時(shí)已達(dá)到其使用壽命終點(diǎn)。使用使用壽命終止指示器的濾盒的實(shí)例描述于下述美國(guó)專利中No. 6，497，756、No. 4，530，706、 No. 4，326，514、和No. 4，154，586。在這些產(chǎn)品的每一個(gè)中，濾盒設(shè)有透明側(cè)壁或外殼，透過(guò)所述透明側(cè)壁或外殼可觀察使用壽命終止指示器。使用壽命終止指示器比色傳感器通常呈現(xiàn)不同顏色，這取決于觀察傳感器的角度。當(dāng)不是垂直于使用壽命終止指示器在濾盒上的位置來(lái)觀察使用壽命終止指示器時(shí)，存在觀察者誤讀指示器的可能性。指示器的誤讀可能造成呼吸器佩戴者過(guò)早或過(guò)晚地更換濾盒。已知的濾盒允許已觀察者從約180°的角度來(lái)觀看使用壽命終止指示器，因此仍未解決可能誤讀指示器的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了新型濾盒，其包括(a)過(guò)濾材料；(b)使用壽命終止指示器(ESLI)； (c)濾盒殼體，其內(nèi)設(shè)有過(guò)濾材料和使用壽命終止指示器；(d)觀察使用壽命終止指示器的窗口，所述窗口被構(gòu)造成使得僅可在由20至60度的角θ限定的錐區(qū)內(nèi)透過(guò)窗口看到使用壽命終止指示器。如上指出，已知濾盒已使用通過(guò)濾盒殼體側(cè)壁可見(jiàn)的傳感器。然而，這些已知濾盒還未提供這樣的窗口，其被構(gòu)造成能夠允許僅從選定的角度范圍進(jìn)行觀察。本發(fā)明認(rèn)識(shí)到已知的內(nèi)裝使用壽命終止指示器的濾盒存在的問(wèn)題并且提供了解決方案。該解決方案包括設(shè)置這樣的窗口，其被構(gòu)造成使得僅可通過(guò)由20至60°的角Ω限定的可見(jiàn)錐區(qū)來(lái)觀察使用壽命終止指示器。在此可見(jiàn)范圍之外，觀察者不能看到使用壽命終止指示器，并且因此不能看到希望在垂直于傳感器的平面構(gòu)造觀察傳感器時(shí)所見(jiàn)的顏色。術(shù)語(yǔ)表在本文中“潔凈空氣”是指已濾除了污染物的一定體積的大氣環(huán)境空氣；“污染物”是指氣體、蒸氣和顆粒(包括包括粉塵、霧靄和煙氣)和/或通常不被視為氣體、蒸氣和顆粒但可存在于空氣中并對(duì)人體有害的其它物質(zhì)；“使用壽命終止指示器”或“ESLI”是指能夠?yàn)槿颂峁┫率鲂畔⒌难b置，所述信息有關(guān)于何時(shí)過(guò)濾器可因過(guò)濾能力的部分或完全耗竭而不再適合使用；
“延伸”是指尺寸顯著增加至超出通常構(gòu)造的情況；“外部氣體空間”是指呼出的氣體在穿過(guò)且離開(kāi)罩體和/或呼氣閥后進(jìn)入的環(huán)境大氣空間；“濾盒”是指主要用來(lái)容納過(guò)濾材料或過(guò)濾介質(zhì)并且適于連接至個(gè)人呼吸防護(hù)裝置的面罩主體的裝置；“過(guò)濾材料”或“過(guò)濾介質(zhì)”是指適于提供潔凈空氣的結(jié)構(gòu)或者部件或元件的組合；“殼體”是指為容納另一物體而設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)或部件組合；“一體的”是指所考慮的部件被同時(shí)一起制備而不是隨后組裝在一起的兩個(gè)單獨(dú)部件；“內(nèi)部氣體空間”是指罩體與人的面部之間的空間；“并置的”或“并排的”是指設(shè)置成大致相并的關(guān)系但不必彼此接觸；“遮蔽”(在不涉及“面罩主體”時(shí))是指具有限制看到被遮蔽的另一側(cè)物體的能力；“不透明”是指限制可見(jiàn)光通過(guò)的能力大大超出透明物體的性質(zhì)；“窗格”是指窗口中可透或可不透空氣的平面透明區(qū)域；“對(duì)準(zhǔn)位置”是指提供正確的響應(yīng)信號(hào)所需的窗口位置；“響應(yīng)信號(hào)”是指告知觀察者已到達(dá)更換濾盒時(shí)間的可視指示；“吸附劑”是指能夠通過(guò)吸收、吸附、化學(xué)吸附、分解、反應(yīng)、催化或其他合適方式來(lái)捕獲、阻隔、或改變污染物的材料；“透明”是指可見(jiàn)光可充分地穿過(guò)由“透明”這個(gè)詞修飾的結(jié)構(gòu)而看到其對(duì)側(cè)的所需圖像的性質(zhì)；以及“窗口”是指提供讓人通過(guò)它觀看的能力的結(jié)構(gòu)。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的呼吸器10的透視圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的濾盒12的透視圖。圖3為圖2所示的濾盒12沿線3-3截取的橫截面。圖4為圖1-3所示的濾盒12的后視圖。圖5為殼體22和蓋延伸部36的放大橫截面。圖6為使用壽命終止指示器60的橫截面。
具體實(shí)施例方式圖1示出了呼吸器10，其具有可固定在面罩主體14的相對(duì)側(cè)面的濾盒12。面罩主體14被設(shè)計(jì)成可緊密貼合于佩戴者面部。為此，呼吸器10包括用于將面罩主體14牽拉至佩戴者面部的帶具16。帶具16可包括一個(gè)或多個(gè)為此而設(shè)的帶18。帶18可接合至面罩主體14并且可用帶扣20來(lái)調(diào)節(jié)長(zhǎng)度?？赏ㄟ^(guò)卡口附件21、螺紋方式或用于將濾盒12固定于面罩主體14的任何其他合適方式來(lái)將濾盒12附接到面罩主體14上。濾盒12具有殼體22和蓋M，所述濾盒12包括過(guò)濾介質(zhì)以用于過(guò)濾透過(guò)濾盒12吸入面罩內(nèi)部的環(huán)境空氣。使用者呼出的空氣通過(guò)呼氣閥25從內(nèi)部氣體空間傳送至外部氣體空間。
圖2-4示出濾盒12可包括殼體22，所述殼體22具有從第一周邊28延伸至第二周邊30的側(cè)壁沈。蓋M可包括空氣通過(guò)表面32以及沿蓋M的周邊設(shè)置的固定凸緣34。 蓋M可在殼體周邊28處固定于側(cè)壁沈。蓋M還可包括其中設(shè)有窗口 38的不透明延伸部 36。窗口 38可讓使用壽命終止指示器(ESLI)40能夠被看到。窗口 38周圍可設(shè)有不透明邊框39以引起對(duì)窗口的注意并且支持相對(duì)于指示器的90度的使用壽命終止指示器觀察角度?？赏ㄟ^(guò)選擇蓋的構(gòu)成材料(例如，塑性樹(shù)脂或染料選擇)或者通過(guò)在延伸部36的內(nèi)表面或外表面上印刷不透明介質(zhì)將延伸部36制成不透明的。為了延伸部36被視為不透明， 不必整個(gè)延伸部36均不透明。例如，僅需要足以限定窗口的部分為不透明的。因此，延伸部36的至少某些部分為不透明；其他部分可為透明的。延伸部36可從蓋M的固定凸緣 34延伸出，使其位于整個(gè)殼體側(cè)壁沈的相當(dāng)大的深度部分上。作為另外一種選擇，延伸部 36可從位于凸緣34的僅一個(gè)或兩個(gè)區(qū)段37上的固定凸緣34延伸。因此，第一和第二延伸部可設(shè)置在殼體側(cè)壁沈的相對(duì)部分41、41 ‘(圖4)上。延伸部36可被構(gòu)造成約3至6 厘米(cm)長(zhǎng)X約1至2cm寬(深度)。在設(shè)置殼體側(cè)壁沈中的窗格時(shí)，側(cè)壁可在其整個(gè)表面的較大部分上或僅在使用壽命終止指示器40附近為透明的以使得通過(guò)窗口 38觀看的人獲得不受阻擋的使用壽命終止指示器40的視域。使用壽命終止指示器可靠著殼體側(cè)壁 26的內(nèi)表面并置。窗口 38因而可具有位于不透明延伸部36中的第一窗格和位于殼體側(cè)壁沈中的第二窗格。第一窗格可為允許氣體傳送的開(kāi)放窗格，而第二窗格可為不可透過(guò)氣體的固體窗格。此外，可在一個(gè)或多個(gè)延伸部中使用多個(gè)窗口 38以允許另外使用多個(gè)使用壽命終止指示器，由此各個(gè)使用壽命終止指示器指示不同的污染物(例如酸性氣體、氨、甲醛和有機(jī)蒸氣)或者不同的有機(jī)蒸氣污染物濃度一參見(jiàn)與本專利申請(qǐng)同一日提交的名稱為Multilayer Colorimetric Sensor Arrays (多層比色傳感器陣列)的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?61/180，492 (代理人案卷號(hào)65359US0(^)。窗格在沿其法向進(jìn)行觀察時(shí)可呈現(xiàn)除圓形之外的多種形狀，例如，矩形、橢圓形、三角形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形等。在濾盒使用期間，環(huán)境空氣穿過(guò)位于空氣通過(guò)表面32中的一系列入口 43。此空氣然后通過(guò)過(guò)濾材料42在其中去除存在于環(huán)境空氣中的污染物。在通過(guò)過(guò)濾材料42時(shí)，空氣首先在第一主表面45進(jìn)入過(guò)濾材料42然后在第二主表面47離開(kāi)過(guò)濾材料42。在通過(guò)過(guò)濾材料42后，空氣可進(jìn)入靠著濾盒12的基底46并置的充氣室44。存在于充氣室44中的空氣隨后通過(guò)濾盒出口 48。過(guò)濾空氣隨后可進(jìn)入面罩主體14的內(nèi)部氣體空間，在該處空氣可被呼吸器佩戴者吸入。當(dāng)空氣通過(guò)濾盒時(shí)，存在于空氣中的污染物與使用壽命終止指示器相互作用。一旦足夠濃度的污染物已與使用壽命終止指示器相互作用后，使用壽命終止指示器將改變顏色。顏色變化可具有梯度形式，并且因此可有利地遮蔽掉不需要看到的顏色變化。因此，為此目的提供的窗口 38必須沿殼體22的側(cè)壁沈適當(dāng)?shù)卦O(shè)置。窗口 38 的布置可取決于所用的特定使用壽命終止指示器、活性顆粒、濾盒12內(nèi)的使用壽命終止指示器和活性顆粒的位置以及政府部門(如NI0SH)的要求。窗口對(duì)準(zhǔn)位置可在濾盒的y軸方向上位于過(guò)濾材料42的第一和第二主表面45、47之間。在一些實(shí)施例中，對(duì)準(zhǔn)位置可設(shè)在過(guò)濾材料42的第一和第二主表面45、47之間的大致中間處，而在其他實(shí)施例中，對(duì)準(zhǔn)位置可設(shè)為在軸向上較靠近第二主表面47 (與第一主表面45相比)。當(dāng)不是從指示器成90度進(jìn)行觀察時(shí)，一些使用壽命終止指示器可看起來(lái)具有不同顏色。為了防止這種非法向觀察導(dǎo)致的誤讀并且考慮到指示器的充分可見(jiàn)性，窗口(如圖5所示)優(yōu)選地被構(gòu)造成使得僅可通過(guò)由角Ω θ (約20至70度、通常地約30至60度、 并且更通常地約45至55度)限定的可見(jiàn)錐區(qū)來(lái)觀察使用壽命終止指示器。角θ為垂直于窗口延伸的線51和側(cè)向偏離該線51的線53 (到此位置不能再通過(guò)窗口 38看到使用壽命終止指示器)之間的角度。窗口的直徑d通常為約2至10毫米(mm)、更通常為3至5mm。 窗口的厚度t可為約1.2至12mm、更通常為約3至6mm。窗口厚度t與窗口直徑d的比率 (縱橫比)通常為約0. 1至6、更通常為0. 5至3、并且更通常為約1至1. 5。窗口的表面或開(kāi)口面積通常為約3至1000mm2、更通常為7至20mm2。蓋延伸部36優(yōu)選地與蓋M形成一體以使得可在制造蓋M的同時(shí)形成遮蔽特征。參考指示器52 (形狀類似于不透明延伸部 36上的窗格的形狀)可設(shè)置在鄰近窗口 38的延伸部36上，使佩戴者可辨識(shí)使用壽命終止指示器的(指示濾盒需要被更換的)特定顏色、色調(diào)和/或反射性。在制造與本發(fā)明有關(guān)的濾盒時(shí)，可使用現(xiàn)在已知或?qū)?lái)開(kāi)發(fā)的技術(shù)來(lái)制造濾盒殼體、過(guò)濾介質(zhì)和蓋?？墒褂米⑺艹尚蛠?lái)制造濾盒殼體和蓋。第一稀松布M可在引入過(guò)濾材料42之前設(shè)置在充氣室44的頂部。過(guò)濾材料42可為這樣的過(guò)濾材料，其可移除氣體或蒸氣污染物并且包括能夠吸附一種或多種不利污染物的活性顆粒。吸附性介質(zhì)可包括各種活性顆粒，例如活性炭或氧化鋁。Brey等人的美國(guó)專利7，309，513、Senkus等人的美國(guó)專利 5，696，199,Abler等人的美國(guó)專利5，496，785和Braun等人的美國(guó)專利5，078，132 (例如) 描述了可結(jié)合本發(fā)明使用的多種活性顆粒?；钚灶w?？沙识逊e床或粘合床形式一參見(jiàn)(例如)Braun等人的美國(guó)專利5，033, 465和Senkus的美國(guó)專利6，391，429?？稍诨钚灶w粒引入之前靠著殼體側(cè)壁26的內(nèi)表面設(shè)置使用壽命終止指示器40。使用壽命終止指示器需要相對(duì)于y維度適當(dāng)設(shè)置，以在過(guò)濾器使用壽命已終止時(shí)可通過(guò)窗口 38看到適當(dāng)?shù)念伾兓?沿y軸定位的微小偏差可導(dǎo)致響應(yīng)信號(hào)的較大差異。第二稀松布56可設(shè)置在過(guò)濾材料42 的上游表面45上。上游稀松布56可包括合適的纖維介質(zhì)，所述纖維介質(zhì)有助于將活性顆粒保持在適當(dāng)位置、達(dá)成低的跨越布的壓降并且有助于充足地分配穿過(guò)其的空氣?？捎糜谙∷刹糓和56的材料實(shí)例包括非織造聚酯和非織造聚丙烯(例如紡粘網(wǎng))。當(dāng)過(guò)濾材料 42以及稀松布M和56已適當(dāng)設(shè)置在濾盒殼體22中之后，可將濾盒蓋M固定于殼體側(cè)壁 26?？稍谕咕?4處(例如)通過(guò)機(jī)械、化學(xué)或物理方式(包括焊接或粘合劑粘合)或者任何其他合適的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)固定。當(dāng)蓋M設(shè)置在殼體22上以使得濾盒12得到適當(dāng)組裝時(shí)， 窗口 38將位于其適當(dāng)?shù)膶?duì)準(zhǔn)位置。本發(fā)明因而允許使用下述制造技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)此類對(duì)準(zhǔn)，所述制造技術(shù)在工業(yè)中為常見(jiàn)的并且允許窗口的一致可重復(fù)定位?？山Y(jié)合本發(fā)明使用的使用壽命終止指示器優(yōu)選地為吸收或吸附需從空氣中濾除的氣體蒸氣(gas vapors)的無(wú)源傳感器。使用壽命終止指示器可為基本上任何已知的或?qū)?lái)開(kāi)發(fā)的裝置(無(wú)源或有源的)，所述裝置能夠?yàn)楹粑髋宕髡咛峁┻^(guò)濾器已達(dá)到其使用壽命終點(diǎn)的適當(dāng)指示。無(wú)源的使用壽命終止指示器的實(shí)例已描述于Rakow等人的美國(guó)專利公布2008/0063575A1和2008/0063874A1中?？刹捎玫氖褂脡勖K止指示器包括對(duì)有機(jī)蒸氣、反應(yīng)性氣體(例如酸性氣體(例如，SO2、Cl2、HCl、HCN、HF、H2S和氮氧化物)和堿性氣體(例如，氨、甲胺))、氯化氰和甲醛有響應(yīng)的那些。如圖6所示，這些使用壽命終止指示器60可包括薄膜多層構(gòu)造，所述薄膜多層構(gòu)造可吸收從呼吸器濾盒的氣體入口流至氣體出口的所關(guān)注蒸氣。此類無(wú)源使用壽命終止指示器通常包括多孔檢測(cè)層62、半反射層64和反射層66。多孔檢測(cè)層62的厚度在存在特定
6蒸氣的情況下會(huì)改變。半反射層64可從使用壽命終止指示器的外面觀察到并且通常不滲透蒸氣。反射層66通?？蓾B透蒸氣并且足夠靠近過(guò)濾介質(zhì)，使得蒸氣可穿過(guò)反射層進(jìn)入檢測(cè)層62并且充分改變檢測(cè)層光學(xué)厚度，從而在通過(guò)半反射層64觀察時(shí)，導(dǎo)致指示器外觀中出現(xiàn)視覺(jué)上可辨別的變化。結(jié)合本發(fā)明使用的使用壽命終止指示器可為剛性的或柔性的。使用壽命終止指示器可通過(guò)各種方式(例如，粘合劑、物理、堆積技術(shù)或機(jī)械接合)固定于殼體濾盒內(nèi)部。有利的是，柔性指示器可充分彎曲而無(wú)斷裂，以使其可利用一個(gè)或多個(gè)軋制加工步驟來(lái)制造。使用壽命終止指示器可包括可在一個(gè)或多個(gè)軋制加工步驟中進(jìn)行處理的任選基底68，例如玻璃或柔性塑料膜。有利地是，基底具有足夠低的蒸氣滲透性，使得所關(guān)注蒸氣不會(huì)被傳送進(jìn)使用壽命終止指示器檢測(cè)層或從該層傳送出?？蓪⒍嗫谆自O(shè)置在反射層和吸附劑介質(zhì)之間。例如，可允許所關(guān)注蒸氣從吸附劑介質(zhì)穿過(guò)可滲透的基底和反射層，并由此進(jìn)入檢測(cè)層。使用壽命終止指示器的整體厚度(基底除外)可為約0. 5至2微米(μ m)。半反射層和反射層可各自由提供漫射或(優(yōu)選地)鏡面光反射的多種材料制成， 并且當(dāng)適當(dāng)間隔開(kāi)時(shí)可配合以提供易于在視覺(jué)上可辨識(shí)的指示器外觀變化。合適的半反射層和反射層材料包括金屬，例如鋁、鉻、金、鎳、硅、銀、鈀、鉬、鈦以及包含這些金屬的合金； 金屬氧化物，例如氧化鉻、氧化鈦和氧化鋁；以及描述于美國(guó)專利No. 5，699，188 (Gilbert 等人)、Νο· 5，882，774 (Jonza 等人)和 No. 6，049，419 (Wheatley 等人)、以及 PCT 已公布的專利申請(qǐng)No. WO 97/01778 (Ouderkirk等人)中的多層光學(xué)膜(包括雙折射多層光學(xué)膜)。 半反射層和反射層可以相同或不同。金屬納米粒子涂層(如，金屬納米粒子油墨)可用于形成反射層，如美國(guó)專利申請(qǐng)公布No. 2008/0063874A1中所述。半反射層的反射性不如反射層，并且透射一些入射光。半反射層可(例如)具有約 2至約50納米(nm)的物理厚度，在500nm波長(zhǎng)上的透光率為約20至約80%，并且在500nm 波長(zhǎng)上的反射率為約80至約20%。半反射層本身不透過(guò)蒸氣(如果這樣最好為連續(xù)的)， 并且可選地將其涂覆在適合的基底上或以其他方式鄰接于適合的基底。半反射層也可為可滲透蒸氣的(如果這樣，例如可為不連續(xù)的或半連續(xù)的)，并且可將其涂覆在適當(dāng)?shù)夭粷B透蒸氣的基底上，或以其他方式鄰接于這樣的基底。有利地，與檢測(cè)層相鄰的半反射層的表面的平整度在約士 IOnm以內(nèi)。反射層可以(例如)具有約1至約500nm的物理厚度，在500nm處的透光率為約0 至約80%，并且在500nm處的反射率為約100至約20%。反射層優(yōu)選地為多孔的、圖案化的、不連續(xù)的、半連續(xù)的或者說(shuō)是充分可滲透的，以使得蒸汽能夠從吸附劑介質(zhì)穿過(guò)反射層進(jìn)入檢測(cè)層。檢測(cè)層混合物可以為均勻的或不均勻的，并且其可以(例如)由無(wú)機(jī)組分的混合物、有機(jī)組分的混合物或無(wú)機(jī)和有機(jī)組分的混合物制成。由組分混合物制成的檢測(cè)層可以提供改善的被分析物群組的檢測(cè)。檢測(cè)層有利地具有一系列的孔尺寸或表面積，其被選擇為提供與所述吸附劑介質(zhì)的蒸氣吸附特性類似的蒸氣吸附特性?？墒褂枚嗫撞牧?例如由高內(nèi)相乳液制成的泡沫)獲得合適的孔隙率，例如在美國(guó)專利No. 6，573，305B1 (Thunhorst 等人)中所述的那些。也可通過(guò)使二氧化碳發(fā)泡從而形成微孔材料的方法(參見(jiàn) “Macromolecules(大分子)”，2001，vol. ；34卷，第8792-8801)來(lái)獲得孔隙率，或者通過(guò)共混聚合物的毫微相分離法(參見(jiàn)“Science (科學(xué))”，1999，vol. 283卷，第520)。一般來(lái)講，孔直徑優(yōu)選地為小于所需指示器著色的峰值波長(zhǎng)。優(yōu)選(例如)平均孔尺寸為約0. 5至約 20nm、0. 5至約IOnm或0. 5至約5nm的納米尺寸的孔。代表性的無(wú)機(jī)檢測(cè)層材料包括多孔硅、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氧氮化物、 以及其他能夠形成為具有適當(dāng)厚度的透明且多孔的層以通過(guò)光學(xué)干涉作用來(lái)產(chǎn)生顏色或色度的變化的無(wú)機(jī)材料。例如，無(wú)機(jī)檢測(cè)層材料可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁、 氧化鈦、氮化鈦、氮氧化鈦、氧化錫、氧化鋯、沸石或及其它們的組合。由于多孔硅的穩(wěn)健性和與濕蝕刻處理的相容性，因此它是尤為理想的無(wú)機(jī)檢測(cè)層材料。代表性的多孔硅材料在Ogawa等人的Chem. Commun(第1149-1150頁(yè)(1996))、 Kresge 等人的 Nature (第 359 卷，第 710-712 頁(yè)(199 )、Jia 等人的 Chemistry Letters (第 33( 卷，第 202-203 頁(yè)(2004)以及美國(guó)專利 No. 5，858，457 (Brinker 等人) 中有所描述。也可采用多種有機(jī)分子作為有機(jī)模板劑。例如，可使用糖(例如葡萄糖和甘露糖)作為有機(jī)模板劑以生成多孔硅酸鹽，參見(jiàn)Wei等人的Adv. Mater. 1998(第10卷，第 313 頁(yè)(1998))。代表性的有機(jī)檢測(cè)層材料包括聚合物、共聚物(包括嵌段共聚物)以及它們的混合物，它們通過(guò)以下類別的單體制備或可通過(guò)以下類別的單體制備，這些單體包括疏水性丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯、雙官能單體、乙烯基單體、烴單體(烯烴)、硅烷單體、氟化單體、羥基化單體、丙烯酰胺、酸酐、醛官能化單體、胺或胺鹽官能化單體、酸官能化單體、環(huán)氧化物官能化單體以及它們的混合物或組合。美國(guó)專利申請(qǐng)公布No. US2004/0184948 Al 包含此類單體的全面列表。具有固有微孔性(PIM)的上述聚合物可形成尤為理想的檢測(cè)層。PIM通常是形成微孔固體的非網(wǎng)狀聚合物。由于其典型的高度剛性和扭曲的分子結(jié)構(gòu)，使得PIM無(wú)法有效地填充空間，從而形成本發(fā)明所公開(kāi)的微孔結(jié)構(gòu)。合適的PIM包括 (但不限于)在 Budd 等人的"Polymers of intrinsic microporosity (PIMs) :robust， solution-processable, organic microporous materials" (Chem. Commun. ,2004 第 230-231。其他 PIM 在 Budd 等人的 J. Mater. Chem. (2005 年，15，第 1977-1986 頁(yè)),McKeown 等人的Chem. Eur. J. (2005年，11，第9期，第沈10_2620頁(yè))以及已公布的PCT專利申請(qǐng) No. WO 2005/012397 A2 (McKeown 等人)中有所公開(kāi)。檢測(cè)層的厚度也可被圖案化，例如，如在美國(guó)專利No. 6，010, 751 (Shaw等人)中所述。圖案可消失(例如，當(dāng)較薄部分溶脹到與較厚部分的厚度相同時(shí))或出現(xiàn)(例如，當(dāng)一部分收縮到厚度小于相鄰部分時(shí))。當(dāng)設(shè)置允許佩戴者易于辨識(shí)何時(shí)已達(dá)到臨界點(diǎn)(trip point)的參考指示器時(shí)，可改變檢測(cè)層厚度以實(shí)現(xiàn)與使用壽命終止指示器的臨界點(diǎn)一致的外觀。作為另外一種選擇，使用壽命終止指示器基準(zhǔn)(結(jié)構(gòu)上與通過(guò)本發(fā)明的窗口看到的使用壽命終止指示器相同)可被強(qiáng)制成其響應(yīng)信號(hào)并且保持在該狀態(tài)?；蛘撸瑱z測(cè)層可制得較厚以使得參考使用壽命終止指示器顯示所需的響應(yīng)信號(hào)?？蓪⒋吮槐３值氖褂脡勖K止指示器設(shè)置在濾盒的外部以作為參考指示器，從而使得可在其和通過(guò)窗口看到的圖像之間進(jìn)行比較。當(dāng)通過(guò)窗口看到的使用壽命終止指示器看起來(lái)與參考指示器相同時(shí)，佩戴者知道濾盒已到達(dá)其使用壽命的終點(diǎn)。也可以使用合適的染料或顏料來(lái)印刷與傳感器的最終狀態(tài)相配或接近的參考顏色。使用壽命終止指示器可包括額外的層或元件(如果需要)。例如，可將帶吸附劑的復(fù)合物的多孔層(如置于原纖化PTFE基質(zhì)中的活性炭粒子幅材，例如在上述的美國(guó)專利No. 4，208，194中所述)放置在反射層和吸附劑介質(zhì)之間，以使?jié)B透進(jìn)入指示器的蒸氣均質(zhì)化或者以另一種方式調(diào)節(jié)指示器對(duì)吸附劑介質(zhì)中條件的響應(yīng)。當(dāng)使用壽命終止指示器改變成指示應(yīng)更換濾盒的顏色或色調(diào)時(shí)，這種外觀變化反映出吸附劑消耗的指定程度，所述指定程度強(qiáng)制更換濾盒。換句話講，濾盒制造商可對(duì)特定使用壽命終止指示器的選擇以及進(jìn)入其對(duì)準(zhǔn)位置的窗口定位加以調(diào)整，以能夠達(dá)到特定程度的吸附劑消耗。吸附劑消耗程度的選擇可取決于多種因素，包括提供足夠的緩沖劑以使得當(dāng)濾盒被辨識(shí)為需要更換時(shí)吸附劑未得到100%消耗?？梢?例如)辨識(shí)該吸附劑消耗程度以供再多使用一到三小時(shí)，這樣使得佩戴者具有足夠的時(shí)間來(lái)注意使用壽命終止指示器已發(fā)生指示出滿足響應(yīng)信號(hào)或需要更換濾盒的顏色變化。濾盒還可包括被設(shè)計(jì)用于移除顆粒的一個(gè)或多個(gè)過(guò)濾介質(zhì)層?？稍诨钚灶w粒的上游或下游使用纖維顆粒過(guò)濾器以移除來(lái)自環(huán)境空氣的顆粒污染物。多種纖維幅材可適于用作顆粒過(guò)濾器。這些幅材通常為可利用下述技術(shù)制備的非織造纖維結(jié)構(gòu)，所述技術(shù)為(例如)Van A. Wente, Superfine Thermoplastic Fibers, 48 Indus. Engn. Chem. 1342-46 (Van A. flfente，超細(xì)熱塑性纖維，《工業(yè)工程化學(xué)》第48卷第1342-1346頁(yè))和Van A. Wente等人所著的出版于 1954 年 5 月 25 日的名為 Manufacture of Super Fine Organic Fibers (超細(xì)有機(jī)纖維的制造)W Report No. 4364 of the Naval Research Laboratories (海軍研究實(shí)驗(yàn)室第4364號(hào)報(bào)告)中所述的氣紡工藝、濕法成網(wǎng)工藝、水纏結(jié)法、紡粘工藝和熔噴工藝。纖維網(wǎng)可使用這些技術(shù)的組合和這些纖維的組合制備。微纖維(特別是熔噴微纖維) 尤其適用于用作過(guò)濾器的纖維網(wǎng)。如本文所用，“微纖維”是指有效直徑為約35微米或更 zj、白勺會(huì)千會(huì)佳。^"雙會(huì)千會(huì)Davies， C. N. ， The Separation of Airborne Dust and Particles, Inst. Mech. Engn.，London Proc. IB (1952) (Davies, C. N.，空氣傳播灰塵和顆粒的分離，《英國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)會(huì)報(bào)；1B》1952年)中的公式號(hào)12進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于過(guò)濾應(yīng)用， 微纖維通常具有小于約30微米、更通常地為約1至約15微米的有效纖維直徑。還可使用由原纖化膜制成的纖維一參見(jiàn)(例如)Van Turnout的美國(guó)專利No. RE30, 782,No. RE32, 171、 No. 3，998，916和No. 4，178，157。通過(guò)本發(fā)明的方法制備的非織造網(wǎng)可以具有超過(guò)2,2. 1、 2. 2和2. 3的品質(zhì)因數(shù)QF。也可以將短纖維與微纖維混合，以提高纖維網(wǎng)的蓬松度，即降低其密度。減小纖維網(wǎng)密度可降低整個(gè)纖維網(wǎng)上的壓降，從而使空氣更易于通過(guò)過(guò)濾器。較低的壓降在個(gè)人呼吸保護(hù)裝置中尤其可取，因?yàn)樗购粑鞯呐宕鞲鼮槭孢m。當(dāng)壓降較低時(shí)，驅(qū)使空氣通過(guò)過(guò)濾器所需的能量較少。佩戴負(fù)壓面罩(即需要佩戴者肺部產(chǎn)生的負(fù)壓驅(qū)來(lái)通過(guò)過(guò)濾器抽入空氣的呼吸器)的呼吸器佩戴者不必用力呼吸過(guò)濾空氣。較低的能量要求還有利于降低動(dòng)力過(guò)濾系統(tǒng)中與向風(fēng)機(jī)供能相關(guān)的成本，并有利于延長(zhǎng)電池供電系統(tǒng)中電池的使用壽命。 在典型的非織造纖維過(guò)濾器中，存在不超過(guò)約90重量％、更典型地不超過(guò)約70重量％的短纖維。通常，纖維的其余部分為微纖維。包含短纖維的網(wǎng)的例子在授予Hauser的美國(guó)專利 4，118，531中有所公開(kāi)。盡管用覆蓋佩戴者的鼻部、嘴和眼睛的呼吸器全面罩對(duì)本發(fā)明作了說(shuō)明，但本發(fā)明也可結(jié)合僅覆蓋佩戴者的鼻部和嘴的半面罩使用。此外，結(jié)合本發(fā)明使用的濾盒可永久性地或可拆卸地附裝在面罩主體上。另外，呼吸器可具有可附裝于面罩主體的一個(gè)或多個(gè)濾盒。帶具還可以有各種構(gòu)成，可包括一些附加部件例如將呼吸器支撐在佩戴者頭上的冠部構(gòu)件。因此，當(dāng)提供具有設(shè)置在濾盒上的使用壽命終止指示器的呼吸器面罩時(shí)，通過(guò)本發(fā)明可以設(shè)想出各種各樣的實(shí)施例。SM使用壽侖終Ih指示器的制備在2.0升仏)的三頸圓底燒瓶中，將33.4357克&)3，3，3'，3'-四甲基-1， 1'-螺雙茚_5，5' ,6,6'-四醇(四醇)和19. 8016克四氟對(duì)苯二腈(TFTN)溶于900毫升(mL)的無(wú)水N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中。用機(jī)械攪拌器攪拌該溶液，并且使氮?dú)夤呐萃ㄟ^(guò)該溶液達(dá)一小時(shí)。將81.4491g碳酸鉀添加到該溶液中。將燒瓶置于68°C的油浴中。在此高溫下且在氮?dú)鈿夥罩袛嚢杌旌衔?5小時(shí)。將聚合混合物傾注到9. OL水中。通過(guò)真空過(guò)濾來(lái)分離所形成的沉淀并用600mL的MeOH洗滌。將分離的材料在盤中鋪開(kāi)并讓其風(fēng)干過(guò)夜。將固體置于廣口瓶中并且在68°C下真空干燥4小時(shí)。將所得的黃色粉末溶于450mL 的THF中。將此溶液緩慢地傾注到9. OL的甲醇中。通過(guò)真空過(guò)濾來(lái)分離所形成的沉淀。將分離的材料在盤中鋪開(kāi)并讓其風(fēng)干過(guò)夜。將固體置于廣口瓶中并且在68°C下真空干燥4小時(shí)。再次在甲醇中進(jìn)行沉淀。所得的干燥、亮黃色聚合物經(jīng)稱重為42. 80g。通過(guò)使用光散射檢測(cè)的GPC來(lái)分析聚合物，表明該材料具有大約30，900的Mn。通過(guò)將IOnm厚的Ni金屬層蒸發(fā)沉積到Melinex ST505透明PET上來(lái)制備金屬化的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底。制備4重量％的TFTN-PIM的氯苯溶液并且通過(guò)旋涂將其以溶液方式沉積到Ni涂布的PET上，達(dá)到大約600nm的厚度。用經(jīng)100克1_甲氧基-2-丙醇稀釋的100克原料納米銀懸浮液(得自Advanced Nanoproducts, Korea的 DGP-40LT-15C, 40重量％的銀的甲醇溶液)將銀納米粒子層以溶液方式沉積到TFTN-PIM層上。將銀懸浮液旋涂到PIM層上。沉積之后，將整個(gè)傳感器構(gòu)造在150°C下加熱1小時(shí)以燒結(jié)銀納米粒子。當(dāng)通過(guò)透明PET基底沿法向進(jìn)行視覺(jué)觀察時(shí)，所得的薄膜指示器具有綠色外觀。濾盒組件利用透明苯乙烯(得自Chevron-Phillips的K-樹(shù)脂)來(lái)模制濾盒殼體。將由 Remay 紡粘聚酯(得自英國(guó)倫敦的Fiberweb)制成的稀松布結(jié)合到殼體底部的適當(dāng)位置處。使用光學(xué)轉(zhuǎn)移粘合劑(得自3M公司的3M光學(xué)透明粘合劑817 在PET和濾盒側(cè)壁之間建立粘結(jié)，以此方式將指示器粘附至殼體的透明內(nèi)壁。然后利用45. 8g活性炭吸附劑(得自Kuraray公司的12X20目尺寸的GG炭)來(lái)填充剩余的濾盒體積。利用快速成型ABS塑料來(lái)制備如圖1-3所示的具有延伸部的濾盒入口蓋。將也由 Remay 紡粘聚酯制備的第二稀松布粘附至蓋的內(nèi)表面。然后將蓋-稀松布組件超聲焊接至殼體，在該過(guò)程中壓緊炭。窗口具有約5mm的厚度t、約4. 2mm的直徑d、約13. 9mm2的表面積和約50度的可見(jiàn)錐角θ。所得濾盒具有下述使用壽命終止指示器當(dāng)在任何暴露之前通過(guò)窗口觀察時(shí)看起來(lái)為綠色的。當(dāng)傾斜濾盒以使觀察者的視線超出角度θ時(shí)，指示器不在視野之內(nèi)。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和更改。因此， 本發(fā)明并不限于上述內(nèi)容，而是受以下權(quán)利要求書(shū)和其任何等同物提及的限制的控制。本發(fā)明也可以在不存在本文未具體描述的任何元件的情況下適當(dāng)?shù)貙?shí)施。以上引用的所有專利和專利申請(qǐng)，包括在背景技術(shù)章節(jié)中的那些，均以全文引用方式并入本文。當(dāng)這些并入的文件中的公開(kāi)內(nèi)容與上述說(shuō)明書(shū)之間存在沖突或差異時(shí)，應(yīng)以上述說(shuō)明書(shū)為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種濾盒，包括(a)過(guò)濾材料；(b)使用壽命終止指示器(ESLI)；(c)濾盒殼體，其內(nèi)設(shè)有所述過(guò)濾材料和所述使用壽命終止指示器；(d)可從中觀察所述使用壽命終止指示器的窗口，所述窗口被構(gòu)造成使得僅可在由20 至70度的角θ限定的錐區(qū)內(nèi)通過(guò)所述窗口看到所述使用壽命終止指示器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾盒，其中所述角θ為30至60度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾盒，其中所述角θ為45至55度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾盒，其中所述窗口為圓形的并且具有2至IOmm的直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾盒，其中所述窗口為圓形的并且具有3至5mm的直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾盒，其中所述窗口具有1.2至12mm的厚度t。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾盒，其中所述窗口具有3至6mm的厚度t。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾盒，其中所述窗口具有1至6的縱橫比。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾盒，其中所述窗口具有0.5至3的縱橫比。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾盒，其中所述窗口具有1至1.5的縱橫比。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾盒，其中所述窗口具有約3至IOOmm2的表面積。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾盒，其中所述窗口具有約7至20mm2的表面積。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾盒，其中所述窗口具有位于窗格周圍的邊框。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的濾盒，其中所述濾盒殼體具有側(cè)壁，所述側(cè)壁在所述窗口附近為透明的。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的濾盒，其中所述窗口具有第一窗格和第二窗格，所述第一窗格設(shè)置在所述濾盒殼體的所述側(cè)壁中，并且所述第二窗格設(shè)置在附接于所述濾盒殼體的蓋的延伸部中。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的濾盒，其中設(shè)置在所述濾盒殼體的所述側(cè)壁中的所述第一窗格為流體不可透過(guò)的，并且其中設(shè)置在所述蓋的所述延伸部中的所述第二窗格為流體可透過(guò)的。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾盒，其中所述窗口包括位于窗格周圍的邊框。
18.—種面罩主體，其適于貼合在至少人的鼻部和嘴上，并且具有可與其附接的一個(gè)或多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1所述的濾盒。
19.一種呼吸器，其包括根據(jù)權(quán)利要求18所述的面罩主體。
20.一種呼吸器，包括面罩主體；附接于所述面罩主體的帶具；可附接于所述面罩主體的一個(gè)或多個(gè)濾盒；所述濾盒包括殼體，所述殼體內(nèi)設(shè)有過(guò)濾材料和使用壽命終止指示器。一種殼體，其內(nèi)設(shè)有所述過(guò)濾材料，所述殼體具有側(cè)壁，所述使用壽命終止指示器靠著所述側(cè)壁并置。所述殼體還包括蓋，空氣可穿過(guò)所述蓋然后通過(guò)所述過(guò)濾材料進(jìn)行過(guò)濾，窗口設(shè)置在所述使用壽命終止指示器附近以使得通過(guò)所述窗口可以看到所述使用壽命終止指示器，所述窗口適于為觀察者提供由20至70度的角θ限定的可見(jiàn)錐區(qū)，所述窗口還具有0. 5至3的縱橫比、1. 2至12mm的厚度和7至20mm2的表面積。
全文摘要
本發(fā)明提供了濾盒(12)，其包括過(guò)濾材料(42)、使用壽命終止指示器(40)、濾盒殼體(22)和窗口(38)。過(guò)濾材料(42)和使用壽命終止指示器(40)設(shè)置在殼體中，并且使用壽命終止指示器(40)可通過(guò)窗口(38)進(jìn)行觀察。窗口(38)被構(gòu)造成使得僅可在由20至70度的角θ限定的錐區(qū)內(nèi)看到使用壽命終止指示器(40)。受限的觀察范圍可防止在檢查使用壽命終止指示器的顏色變化時(shí)的誤讀。
文檔編號(hào)A62B7/10GK102458585SQ201080031048
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者尼爾·A·拉科, 托馬斯·W·霍姆奎斯特-布朗, 理查德·J·波里爾 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司