專(zhuān)利名稱(chēng)：制備具有卷型殼體側(cè)壁的濾筒的方法
制備具有卷型殼體側(cè)壁的濾筒的方法本發(fā)明涉及制備濾筒的方法，其中將卷型材料固定至過(guò)濾介質(zhì)層的周邊以形成殼體側(cè)壁。所得濾筒適用于向佩戴者提供潔凈過(guò)濾空氣的呼吸器上。
背景技術(shù)：
呼吸器為保護(hù)工作者和其他人員以防經(jīng)受與空氣傳播危害物相關(guān)的有害健康效應(yīng)的裝置。將這種裝置佩戴在臉部周?chē)杂糜趶暮粑諝庠粗幸瞥幌胍奈廴疚?。污染物可為固體顆粒(例如，煙塵、生物氣溶膠、或其他顆粒)，或者它們可為氣體或蒸氣、或這些物質(zhì)的組合。呼吸器具有多種形狀和形式并且通常根據(jù)佩戴者的保護(hù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。呼吸產(chǎn)品包括從簡(jiǎn)單的過(guò)濾面罩(通常稱(chēng)為防塵口罩)到下述較復(fù)雜系統(tǒng)，所述較復(fù)雜系統(tǒng)使用結(jié)合一個(gè)或多個(gè)可替換濾筒的彈性體面罩。一些呼吸裝置另外采用鼓風(fēng)器以有助于將潔凈空氣源遞送至佩戴者。這些產(chǎn)品通常稱(chēng)為正壓呼吸器或者動(dòng)力型空氣凈化呼吸器。 幾年來(lái)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種可與呼吸面罩結(jié)合使用的不同濾筒設(shè)計(jì)。通常的濾筒包括設(shè)置在殼體內(nèi)的活性顆粒的過(guò)濾介質(zhì)。一些設(shè)計(jì)已使用活性炭在金屬罐中的填充床——參見(jiàn)(例如)美國(guó)專(zhuān)利4，543，112，或者活性炭在支承板之間的填充床——參見(jiàn)Greer等人的美國(guó)專(zhuān)利7，419，526B2。其他濾筒已使用注模塑料殼體——參見(jiàn)(例如)Braun等人的美國(guó)專(zhuān)利5，078, 132和5，033, 465——以包含活性顆粒，所述活性顆?？赏ㄟ^(guò)粘合組分保持在一起——另外參見(jiàn)Senkus等人的美國(guó)專(zhuān)利5，952，420和Rekow等人的美國(guó)專(zhuān)利6，216，693。在較新型的設(shè)計(jì)中，研究者已使用熱成形步驟來(lái)制備濾筒殼體(以降低整體濾筒重量)——參見(jiàn)Viner等人的美國(guó)專(zhuān)利7，497，217和6，874，499。即使可利用熱成形殼體來(lái)降低整體重量，但已使用金屬或塑料殼體的已知濾筒仍不得不應(yīng)對(duì)完整殼體結(jié)構(gòu)伴有的附加重量。通常的濾筒還已提供雙重氣流模式以降低整個(gè)過(guò)濾介質(zhì)上的壓降。盡管另外已開(kāi)發(fā)出雙路或雙重氣流的濾筒(包括由中央充氣室隔開(kāi)的兩個(gè)過(guò)濾介質(zhì)間隔層)一參見(jiàn)Brostrom等人的美國(guó)專(zhuān)利Re 35，062——然而這些雙重氣流產(chǎn)品仍未具有限定濾筒周邊的殼體側(cè)壁。因此，雙重氣流濾筒通常已包括較低體積的過(guò)濾介質(zhì)，由此已對(duì)濾筒使用壽命加以限制。因此，已知的濾筒產(chǎn)品已面對(duì)重量與使用壽命相抗衡的問(wèn)題，該問(wèn)題如下文所論述在本發(fā)明中得以解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了制備濾筒的新型方法，所述方法包括提供第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層，所述第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層各自包含粘合在一起的活性顆粒并且各自具有周邊；按照間隔開(kāi)關(guān)系來(lái)堆疊過(guò)濾介質(zhì)層；以及將卷型殼體側(cè)壁固定至過(guò)濾介質(zhì)層的周邊的至少一部分。本發(fā)明的方法可提供如下濾筒，所述濾筒具有擴(kuò)大的暴露表面積以用于過(guò)濾，因?yàn)槠渚哂杏芍醒肟臻g隔開(kāi)的兩個(gè)過(guò)濾介質(zhì)層。提供于本發(fā)明中的殼體側(cè)壁允許將更大的深度或厚度提供給所得濾筒，由此增加體積并且提供延長(zhǎng)的產(chǎn)品使用壽命。此外，本發(fā)明為獨(dú)特的，因?yàn)闉V筒的聯(lián)合在一起的各個(gè)部件一其本身通常為輕重量的并且具有較小的結(jié)構(gòu)容量一提供三維、輕重量產(chǎn)品，所述三維、輕重量產(chǎn)品具有足夠的結(jié)構(gòu)完整性或剛性以充當(dāng)濾筒。殼體側(cè)壁得自卷型材料，這使得所得產(chǎn)品在其總體積上為輕重量的。由于可獲得體積增加的過(guò)濾介質(zhì)，因此可提高產(chǎn)品使用壽命以使得實(shí)現(xiàn)使用壽命相對(duì)于重量或相對(duì)于體積的較高比率。此外，本發(fā)明的方法為有益的，因?yàn)闊o(wú)論多層濾筒結(jié)構(gòu)如何，均可快速地實(shí)現(xiàn)組裝操作。在形成殼體側(cè)壁的同時(shí)，可將各個(gè)層接合在一起。該方法因此提供改善的制造方便性，這又可降低產(chǎn)品成本。術(shù)語(yǔ)表下文說(shuō)明的術(shù)語(yǔ)將具有如下所定義的含義“活性顆粒”是指可因某些特性或性能而尤其適于執(zhí)行某些行為或功能的顆?；蛄?，所述特性或性能包括化學(xué)特性(例如催化作用和/或離子交換)和/或物理特性(例如捕集、吸附、吸收、或它們的組合);“粘合的”是指通過(guò)使用另一接觸部件或物質(zhì)而保持在一起； “潔凈空氣”是指已濾除污染物的一定體積的大氣環(huán)境空氣；“外部氣體空間”是指呼出的氣體在穿過(guò)且超出面罩主體和/或呼氣閥之后進(jìn)入的環(huán)境大氣的氣體空間；“濾筒”是指可附接至(可拆卸地或永久性地)呼吸器面罩主體以在空氣進(jìn)入內(nèi)部氣體空間之前過(guò)濾空氣的裝置；“過(guò)濾介質(zhì)”是指透氣的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成移除穿過(guò)它的空氣中的污染物；“殼體側(cè)壁”是指位于所述結(jié)構(gòu)的側(cè)面的至少一部分處的空氣不可透過(guò)的表面；“接合”是指面對(duì)但不必直接接觸(兩者間可存在其他層);“內(nèi)部氣體空間”是指面罩主體與人的面部之間的空間；“多個(gè)”是指四個(gè)或更多個(gè)；“充氣室”是指其中不止一個(gè)氣流路徑與另一個(gè)氣流路徑相聚或相交的區(qū)域或空間；“多個(gè)”是指兩個(gè)或更多個(gè)；“卷型的”是指得自材料卷；并且“固定的”是指接合在一起。


圖I為具有位于面罩主體14的相對(duì)側(cè)的第一和第二濾筒12和12"的呼吸器10的透視圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的尤其是示出內(nèi)表面28的濾筒12的透視圖。圖3為濾筒12沿圖2的線(xiàn)3-3截取的橫截面。圖4為示出根據(jù)本發(fā)明的制備濾筒12的方法的流程圖。圖5為可與本發(fā)明結(jié)合使用的過(guò)濾介質(zhì)制備步驟54的透視圖。圖6為可與制備本發(fā)明的濾筒結(jié)合使用的堆疊步驟56。圖7為可用于根據(jù)本發(fā)明來(lái)制備濾筒的包裹步驟58的透視圖。
具體實(shí)施例方式在實(shí)施本發(fā)明的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了制備濾筒的新型方法，其中將卷型殼體側(cè)壁固定到各個(gè)過(guò)濾介質(zhì)層的周邊的至少一部分上。已知的濾筒仍未使用卷型材料來(lái)限定殼體側(cè)壁，尤其是在具有雙路氣流型態(tài)的濾筒中。雙路過(guò)濾器具有穿過(guò)濾筒的兩個(gè)面雙向進(jìn)行的氣流路徑。氣流路徑在中央空間或充氣室處匯合。這些濾筒有時(shí)稱(chēng)為分流過(guò)濾器。在本發(fā)明中，將卷型殼體側(cè)壁固定至每一個(gè)間隔開(kāi)的過(guò)濾介質(zhì)層的周邊以形成條帶外框式濾筒。由于殼體側(cè)壁采用卷型材料的形式，則所得濾筒可為輕重量的而且具有增加的使用壽命。圖I示出了可由人佩戴在其頭部以覆蓋鼻部和嘴部的呼吸面罩10。呼吸面罩10具有位于面罩主體14的相對(duì)側(cè)的第一和第二濾筒12和12'。濾筒12和12'可以可拆卸地或者永久性地固定至面罩主體14。在環(huán)境空氣穿入到面罩主體14內(nèi)的內(nèi)部氣體空間中之前，濾筒12、12'過(guò)濾環(huán)境空氣。從而存在于內(nèi)部氣體空間中的空氣為適于佩戴者吸入的潔凈空氣。面罩主體14可包括剛性插件16和彈性體面部接觸部分18。具有這種構(gòu)造的面罩主體描述于Flannigan等人的美國(guó)專(zhuān)利7，650, 884中。呼吸面罩10還具有帶具20以用 于當(dāng)佩戴呼吸器時(shí)將面罩主體14支承在佩戴者的頭部上。帶具20可呈現(xiàn)多種構(gòu)型但通常包括繞到佩戴者的頭部后面的一個(gè)或多個(gè)條帶22。條帶22可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)帶扣23接合在一起。帶具20可為(例如)描述于美國(guó)專(zhuān)利6，732，733B1和6，457，473 (Brostrom^人)、5，691，837 (Byram)、以及5，237，986 (Seppala等人)中的下放式帶具。另外可任選地使用冠部構(gòu)件24以有助于將面罩主體14支承在佩戴者的頭部上。固定至面罩主體14的濾筒12、12'具有第一和第二主表面26、28、以及卷型殼體側(cè)壁30。殼體側(cè)壁30從第一過(guò)濾介質(zhì)層的至少第一暴露主表面32延伸至第二過(guò)濾介質(zhì)層的至少第一暴露主表面32'。殼體側(cè)壁30固定至第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層的周邊。殼體側(cè)壁30通常延伸到過(guò)濾介質(zhì)中的活性顆粒層的整個(gè)周邊上以使得從濾筒的側(cè)視圖中看不到活性顆粒。殼體側(cè)壁30還可設(shè)置有凸緣,所述凸緣徑向向內(nèi)延伸到第一和第二暴露主表面26和28上方。如圖所示，濾筒可為從前到后彎曲的。濾筒也可為從頂部到底部、或沿上述兩個(gè)方向彎曲的。圖2示出了濾筒12的反面或內(nèi)側(cè)面。在濾筒的底部表面28上存在卡口配件36以允許將濾筒固定至面罩主體。配件36還可提供穿過(guò)第二過(guò)濾介質(zhì)層進(jìn)入中央設(shè)置的充氣室內(nèi)的導(dǎo)管(或者觸及導(dǎo)管)?？赏ㄟ^(guò)下述方式來(lái)實(shí)現(xiàn)將面罩主體配合至濾筒12 :將設(shè)置在面罩主體上的凸配件插入卡扣配件36內(nèi)并且將濾筒12旋轉(zhuǎn)至相對(duì)面罩主體的適當(dāng)方向。凸配件其上設(shè)置有凸塊，所述凸塊將與卡扣配件36中的剖切凹口 34相配合。使用時(shí)，穿過(guò)濾筒12的第一和第二主表面26和28的空氣進(jìn)入充氣室，所述充氣室又與卡扣配件32中的開(kāi)口 37流體連通。因此，卡扣配件36可有助于流體連通和固定裝置。作為另外一種選擇，可將導(dǎo)管和配件設(shè)置在殼體側(cè)壁30上，且通常設(shè)置在側(cè)壁的前部上而非主表面28上。通過(guò)將導(dǎo)管和配件重新設(shè)置在側(cè)壁30上并且使空氣通過(guò)緊鄰充氣室的狹槽開(kāi)口穿出，可增加濾筒表面28上的有效過(guò)濾面積，由此可導(dǎo)致改善的性能同時(shí)減少制造過(guò)程中的浪費(fèi)。圖3示出了濾筒12的內(nèi)部構(gòu)造的實(shí)例。如圖所示，濾筒12分別包括第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層38和40。第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層38、40由充氣室42隔開(kāi)。第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層38、40各自具有第一主表面32、32'、第二主表面44、44'、以及周邊46、46'。充氣室42設(shè)置在第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層38、40之間以使得充氣室42接合各個(gè)過(guò)濾介質(zhì)層38、40的第二主表面44、44'。充氣室可由間隔物45限定，所述間隔物45可呈塑性結(jié)構(gòu)形式，所述塑性結(jié)構(gòu)具有從導(dǎo)管48向各個(gè)過(guò)濾介質(zhì)層的周邊46、46'延伸的一系列肋47。殼體側(cè)壁30通常從第一過(guò)濾介質(zhì)層38的第一主表面32延伸至第二過(guò)濾介質(zhì)層40的第一主表面32'?？衫米銐虻墓潭ㄑb置將殼體側(cè)壁30分別固定至第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層38、40的周邊46、46'。第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層38、40的第一主表面32、32'各自為流體可滲透的并且各自與外部氣體空間流體連通。覆蓋纖維網(wǎng)49a可設(shè)置在第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層38、40的外表面上。覆蓋纖維網(wǎng)49b可設(shè)置在第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層38、40的內(nèi)表面上。覆蓋纖維網(wǎng)49a、49b可用于通過(guò)將活性顆粒粒劑保持在各個(gè)層50、52內(nèi)來(lái)保護(hù)活性顆粒層50、52。粗糙層50位于精細(xì)層52的上游并且用作主過(guò)濾層，而精細(xì)層52充當(dāng)精化層。沿著濾筒12的側(cè)面或周邊設(shè)置的殼體側(cè)壁30可為卷型的-即，其可取自卷并且可通過(guò)各種裝置固定至過(guò)濾介質(zhì)層38、40的周邊?？衫谜澈蟿?例如壓敏粘合劑)、膠水(例如熱熔膠水)、聚氨酯活性熱熔膠(hot melt)、或UV可固化粘合劑來(lái)實(shí)現(xiàn)固定裝置。可用于將
殼體側(cè)壁30固定至組件72的市售產(chǎn)品的實(shí)例包括3M牌粘合劑JetMelt 、ScotchffeId ,和FastBond 。通常將固定裝置設(shè)置在側(cè)壁30的內(nèi)表面上，且設(shè)置在至少如下區(qū)域，即，第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層38、40與殼體側(cè)壁30的內(nèi)表面實(shí)現(xiàn)接觸的區(qū)域。在使用中，第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層38、40與殼體側(cè)壁30的內(nèi)表面之間的固定應(yīng)使得在氣體正在穿過(guò)濾筒12時(shí)不會(huì)出現(xiàn)穿通。即，空氣將不能夠通過(guò)沿著殼體側(cè)壁穿過(guò)濾筒12來(lái)繞過(guò)第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層38、40的過(guò)濾能力。盡管過(guò)濾介質(zhì)層38、40已分別被示為包括多個(gè)活性顆粒層，但各個(gè)過(guò)濾介質(zhì)層38、40可包括單一活性顆粒層。圖4示出了可用于制備根據(jù)本發(fā)明的濾筒的一般步驟。如圖所示，本發(fā)明基本上包括三個(gè)步驟提供54過(guò)濾介質(zhì)層；按照堆疊間隔開(kāi)關(guān)系來(lái)組裝56過(guò)濾介質(zhì)層；以及沿著其周邊的至少一部分來(lái)包裹58過(guò)濾介質(zhì)層?？赏ㄟ^(guò)下述方式來(lái)提供過(guò)濾介質(zhì)層構(gòu)造用于過(guò)濾空氣的活性顆粒層并且垂直地切割這些層以提供尺寸可用于濾筒的多個(gè)過(guò)濾介質(zhì)層。可通過(guò)以相對(duì)于彼此的間隔開(kāi)關(guān)系來(lái)堆疊這些層以將這些層組裝在一起。可在層與層之間提供間隔物以保持其所需間距。此外，可通過(guò)第二過(guò)濾介質(zhì)層提供卡口配件，所述卡口配件也可提供進(jìn)入充氣室的導(dǎo)管。將堆疊層壓縮成其相對(duì)于彼此的所需位置。一旦將層組裝到所需位置，就可將殼體側(cè)壁包裹58在組裝層的周邊以提供下述濾筒，所述濾筒通常為輕質(zhì)量的并且具有堅(jiān)實(shí)構(gòu)造。圖5示出了可用于提供第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層38、40的操作，所述第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層38、40隨后將與殼體側(cè)壁30進(jìn)行組裝和包裹?？墒褂枚鄠€(gè)材料層來(lái)組裝可根據(jù)本發(fā)明使用的過(guò)濾介質(zhì)層。例如，可組裝第一覆蓋纖維網(wǎng)49a、第一活性顆粒層50、第二活性顆粒層52、和第二覆蓋纖維網(wǎng)49b以提供過(guò)濾介質(zhì)坯料60。第一和第二覆蓋纖維網(wǎng)層49a和49b可設(shè)置在活性顆粒層50、52的相對(duì)側(cè)面上以保護(hù)這些層并且確保粒劑保持在復(fù)合過(guò)濾介質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)。如上指出，相比于第二活性顆粒層52，第一活性顆粒層50可被構(gòu)造為具有較低的壓降和較大的孔徑。這可通過(guò)在第一層50中使用比第二層52中大的顆粒來(lái)實(shí)現(xiàn)。第一活性顆粒層50因此充當(dāng)主過(guò)濾層，而第二層52充當(dāng)支承層。盡管第一活性顆粒層50可具有較低的壓降，但其通常將具有較大的厚度并且因此被制作用于相比第二層52移除更大量的污染物。盡管第二層52通?？删哂休^高的壓降，但其也可具有較高的動(dòng)力學(xué)并且因此可移除可已穿過(guò)第一層52的污染物。因此，第二層通常稱(chēng)為精化層。將用于第一層50中的活性顆粒的尺寸通?？蔀榧s12X30目至20X40目，而第二層52中的活性顆粒通?？删哂屑s40X 140目至80X320目的尺寸。主過(guò)濾層的厚度可為約5毫米至25毫米，并且精化層的厚度可為約I至4毫米。一旦已將多個(gè)覆蓋纖維網(wǎng)層和活性顆粒層組裝成多層坯料60，就可沿著線(xiàn)62和64來(lái)橫向線(xiàn)性地切割此坯料。切割線(xiàn)62和64之間的距離限定將設(shè)置在濾筒殼體中的過(guò)濾介質(zhì)的長(zhǎng)度。然后使已切斷坯料68經(jīng)受進(jìn)一步的切割操作，以將圓角70設(shè)置到切割坯料60上。這些圓角70通常限定將設(shè)置在濾筒殼體內(nèi)的過(guò)濾介質(zhì)層的寬度。在限定所述角的切割步驟之后，提供一系列縱向切割71以完全地限定將設(shè)置在濾筒中的各個(gè)過(guò)濾介質(zhì)層的形狀和構(gòu)型。然后分離這些切割層以使得它們可被引導(dǎo)至后續(xù)組裝步驟?？赏ㄟ^(guò)將這種裝置翻到自身上來(lái)實(shí)現(xiàn)該分離。圖6示出了將各個(gè)過(guò)濾介質(zhì)層38、40和充氣室間隔物45組裝成將限定濾筒內(nèi)部的構(gòu)造的步驟。在構(gòu)造濾筒的內(nèi)部組件72的過(guò)程中，將第二過(guò)濾介質(zhì)層40、間隔物45、第一過(guò)濾介質(zhì)層38、和卡扣配件36連續(xù)地設(shè)置在容器74中。第二過(guò)濾介質(zhì)層40不同于第一過(guò)濾介質(zhì)層38，因?yàn)榈诙^(guò)濾介質(zhì)層40具有位于其中的開(kāi)口 76以使得導(dǎo)管48可從中穿過(guò)。導(dǎo)管48以管狀形式從充氣室間隔物45垂直地延伸。將卡扣配件36接合至導(dǎo)管構(gòu)件48，如圖3所示。一旦部件適當(dāng)?shù)貙?duì)準(zhǔn)，就使用柱塞78將組裝部件壓縮在一起以產(chǎn)生在空 間關(guān)系中彼此隔離的第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層38和40。間隔物45確保層38和40之間的適當(dāng)空間距離并且有助于將氣流從過(guò)濾介質(zhì)層38和40分配到導(dǎo)管48內(nèi)。圖7示出了其上準(zhǔn)備施用殼體側(cè)壁30的處于適當(dāng)壓縮狀態(tài)的組裝件72。將殼體側(cè)壁30從卷80中拉出并且固定至濾筒組件72的周邊82。具體地講，將殼體側(cè)壁30固定至第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層38和40，以使得沿著周邊82不會(huì)出現(xiàn)顯著的穿通。為此，可將合適的粘合裝置設(shè)置在用于制備殼體側(cè)壁的內(nèi)表面上。一旦殼體側(cè)壁30適當(dāng)?shù)毓潭ㄖ翞V筒組件72的周邊82，就可將所得濾筒附接至面罩主體以用于過(guò)濾空氣。本發(fā)明為尤其有益的，因?yàn)槠涮峁┖?jiǎn)單的殼體系統(tǒng)，鑒于過(guò)濾器作為可消耗用品的狀態(tài)，本發(fā)明認(rèn)識(shí)到低成本解決方案的需要。殼體側(cè)壁可包括硬紙板條帶，內(nèi)部層粘合性地固定至所述硬紙板條帶。作為另外一種選擇，如果需要額外的穩(wěn)健性，則可施用薄塑料條帶，例如具有合適特性的O. I至O. 2毫米厚的塑料(例如聚酯)。另外也可使用多層卷型材料。有利的是，外表面能夠接納可印刷標(biāo)記。側(cè)壁通常將具有約2至3厘米的寬度但可增加至6厘米之多，其中需要大量的炭以用于目標(biāo)應(yīng)用或特定規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)可。側(cè)壁厚度通常為約O. I至O. 5毫米?？衫脹_切方法來(lái)形成側(cè)壁條帶，相比之下，較昂貴的注模法通常用于制備其他過(guò)濾器殼體設(shè)計(jì)。本發(fā)明的濾筒可顯示具有高于O. 9、仍高于I. O、并且仍高于
I.I的有機(jī)蒸氣使用壽命相對(duì)于重量的比率(分鐘/克)。本發(fā)明的濾筒也可具有高于O. 35、仍高于O. 4、并且仍高于O. 45的有機(jī)蒸氣使用壽命相對(duì)于體積的比率?？筛鶕?jù)下文的實(shí)例部分中說(shuō)明的測(cè)試來(lái)確定有機(jī)蒸氣使用壽命。由于所得濾筒由基本上包括卷型側(cè)壁的殼體構(gòu)成，因此濾筒的重量可顯著低于已知濾筒。已知濾筒通常使用擠出的塑料或者具有固體殼體基料，這將增加整體產(chǎn)品重量。本發(fā)明的濾筒具有兩個(gè)暴露表面，空氣可穿過(guò)該暴露表面進(jìn)入充氣室。在濾筒上使用兩個(gè)流體可滲透表面不僅降低了重量而且降低了壓降。所得的濾筒因此可為輕重量的并且易于呼吸。用于本發(fā)明中的過(guò)濾介質(zhì)包括通過(guò)各種方式粘合在一起的活性顆粒。這種顆粒材料的一個(gè)子類(lèi)為下述顆粒，所述顆粒與流體中的成分相互作用以移除或改變它們的組成。流體中的成分可吸著到活性顆粒之上或之內(nèi)，或者它們可與可存在于或可不存在于活性顆粒上的第二成分進(jìn)行反應(yīng)。因此，活性顆?？蔀槲鴦?、催化劑、活性劑、或它們的組合?？刹捎枚喾N活性顆粒。有利的是，活性顆粒能夠吸收或吸附預(yù)期在擬定使用條件下存在的氣體、氣溶膠、或液體。吸附劑顆粒可呈任何可使用的形式，包括小珠、薄片、粒劑、或聚集物。通常的吸附劑顆粒包括活性炭；氧化鋁和其它金屬氧化物；碳酸氫鈉；可通過(guò)吸附、化學(xué)反應(yīng)或汞齊化從流體移除組分的金屬顆粒(如銀顆粒)；粒狀催化劑，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)或堿性溶液(例如氫氧化鈉水溶液)處理過(guò)的粘土和其他礦物；離子交換樹(shù)脂；分子篩和其他沸石；二氧化硅；殺菌劑；殺真菌劑和殺病毒劑。活性炭和氧化鋁為常見(jiàn)的吸附劑顆粒。盡管還可以采用吸附劑顆粒的混合物(例如)來(lái)吸收氣體混合物，但在實(shí)施過(guò)程中，對(duì)于處理氣體混合物而言，可能較好的是制備在各層中采用單獨(dú)的吸附劑顆粒的多層片材制品。所需的活性顆粒的尺寸可能變化很大，并且通常將部分地根據(jù)擬定使用條件來(lái)進(jìn)行選擇。作為一般指導(dǎo)，活性顆粒的尺寸可在約5至3000微米的平均直徑范圍內(nèi)變化。通常顆粒具有小于約1500微米的平均直徑、更通常地在約30和約800微米之間的平均直徑、且更通常地在約100和約300微米之間的平均直徑。另外可利用一種或多種浸潰劑來(lái)處理活性顆粒以增加氣體移除能力。經(jīng)處理的活性顆粒材料的實(shí)例包 括以化學(xué)方法表面處理的活性炭——參見(jiàn)(例如)美國(guó)專(zhuān)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)。用于充當(dāng)空氣凈化系統(tǒng)中的吸著劑的典型顆粒為活性炭、化學(xué)處理的炭、和氧化招吸附劑顆粒?？墒褂玫氖惺刍钚蕴康膶?shí)例以商標(biāo)Kuraray出售，例如Kuraray GG或GC，它們均描述于Kuraray Carbon有限公司的產(chǎn)品公告8712-1000中。其他的商用產(chǎn)品為CECACARBON 活性炭產(chǎn)品。第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層包含通過(guò)一種或多種不同方式粘合在一起的活性顆粒。例如，可通過(guò)使用如Senkus等人的美國(guó)專(zhuān)利6，391，429中所述的PSA微粒來(lái)將活性顆粒接合在一起。當(dāng)使用這種方法時(shí)，粘合劑聚合物微粒通常具有小于活性顆粒的尺寸。粘合劑聚合物微?？删哂?例如)約I至約1，000微米的尺寸。粘合劑聚合物微?？梢宰銐虻牧糠植荚诨钚灶w粒中以將它們?cè)谌嵝詮?fù)合結(jié)構(gòu)中粘附在一起。微?？沙使腆w聚丙烯酸酯微珠的形式并且可包括具有重復(fù)單元的共聚物，所述重復(fù)單元包括源自具有I至14個(gè)碳原子的非叔醇和極性單體的丙烯酸酯的那些。所述重復(fù)單元還可包括源自醋酸乙烯酯的那些。所述重復(fù)單元可包括源自下述化合物的那些，所述化合物選自高級(jí)乙烯基酯、苯乙烯磺酸鹽、多乙烯基單體、以及α、β_烯鍵不飽和聚(亞烷氧基)磺酸鹽、或它們的組合。在Braun等人的美國(guó)專(zhuān)利5,078，132所述的方法中，活性顆?？赏ㄟ^(guò)粘結(jié)劑顆粒接合在一起。適用于將活性顆粒接合在一起的粘結(jié)劑材料通常滿(mǎn)足，132專(zhuān)利中引用的聚合物粘結(jié)劑熔融測(cè)試。作為另外一種選擇，活性顆?？赏ㄟ^(guò)聚合物纖維接合在一起以產(chǎn)生多孔片狀制品。多孔片狀制品可為具有少于約20重量％聚合物纖維的自支承型非織造纖維網(wǎng)。活性顆粒足夠均勻地分布在纖維聚合物間的纖維網(wǎng)中以使得纖維網(wǎng)具有至少I(mǎi). 6Χ IO4/毫米水的吸附系數(shù) Α?？衫妙?lèi)似于 Wood 的 Journal of the American Industrial HygieneAssociation, 55 (I) : 11-15 (1994)(《美國(guó)工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會(huì)雜志》，第55卷第I期，第11-15頁(yè)，1994年)中所述的參數(shù)或測(cè)量值來(lái)計(jì)算吸附系數(shù)A。下述美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公布描述了通過(guò)適用于本發(fā)明中的聚合物纖維保持在一起的活性顆粒Brey等人的2006/0096911A1、Trend等人的 2006/0254427A1、和 fcey 等人的 2009/0215345A1。用于將活性顆粒粘合在一起的纖維可由聚合物材料的共混物制成，例如，聚烯烴彈性體和彈性體苯乙烯系嵌段共聚物的共混物。如果需要，本發(fā)明所公開(kāi)的纖維網(wǎng)的一部分可表示聚合物或其他纖維材料或纖維形成材料，這些材料不能自身呈現(xiàn)對(duì)甲基膦酸二甲酯(DMMP)吸收有足夠的抵抗力或自身不能提供具有理想吸附系數(shù)A的纖維網(wǎng)。例如，由直鏈低密度聚乙烯DOWLEX 2517制成的適當(dāng)裝填的纖維網(wǎng)已顯示具有約2. I X IO4/毫米水的吸附系數(shù)A，然而由直鏈低密度聚乙烯DOWLEX 2503制成的類(lèi)似裝填的纖維網(wǎng)已顯示具有約I. OX IO4/毫米水的吸附系數(shù)A。此外，由聚烯烴彈性體ENGAGE 8402和苯乙烯系嵌段共聚物KRATON G1657的90:10和50:50共混物制成的未裝填纖維網(wǎng)已顯示具有極低的DMMP吸收率，并且裝填有91重量％炭的纖維網(wǎng)(其中所述聚合物材料只有ENGAGE 8402)已顯示具有約2. 6 X IO4/毫米水柱的吸附系數(shù)A，而裝填有88重量％炭的纖維網(wǎng)(其中所述聚合物材料只有KRATON G1657)在下文中顯示具有約I. 4X IO4/毫米水的吸附系數(shù)A。過(guò)濾介質(zhì)層還可由多組分纖維(例如皮芯型纖維)、可剝離或并列型雙組分纖維、 或所謂的“海島型”纖維制成。另外，過(guò)濾介質(zhì)層可以用其他聚合物材料作為一種或多種組分而制成，或通過(guò)增加其他纖維材料或纖維形成材料而制成，所述材料包括人造短纖維(如天然或合成材料的)等。通常，然而，本發(fā)明所公開(kāi)的纖維網(wǎng)中已采用相對(duì)少量的其他纖維材料或纖維形成材料，以便不會(huì)不當(dāng)?shù)亟档退璧奈絼╊w粒裝填量和成品纖維網(wǎng)的特性。如上指出，該纖維的未裝填纖維網(wǎng)在室溫下暴露到用DMMP蒸氣飽和的空氣中六天后，所述聚合物纖維顯示具有不超過(guò)約I重量％的DMMP吸收率。所述聚合物纖維可在此條件下顯示具有不超過(guò)約O. 5重量％的DMMP吸收率、不超過(guò)約O. 3重量％的DMMP吸收率、或不超過(guò)約O. 2重量％的DMMP吸收率。用于將活性顆粒粘合在一起的纖維中的聚合物可比類(lèi)似厚度的聚丙烯纖維具有(但非必須具有)更大的彈性。所述聚合物還可為但并非必須為“彈性體的”，即這種材料可被拉伸到其初始松弛長(zhǎng)度的至少125%，且在偏置力釋放時(shí)，其可以基本上恢復(fù)到其初始松弛長(zhǎng)度。所述纖維形式的聚合物也可比類(lèi)似厚度的聚丙烯纖維具有(但非必須具有)更大的結(jié)晶收縮性。具有這樣彈性或結(jié)晶收縮特性的纖維可以促進(jìn)過(guò)濾介質(zhì)層的自固結(jié)或致密化作用、縮小纖維網(wǎng)的孔體積、或縮小氣體可在不遇到可用的吸附劑顆粒的情況下通過(guò)其中的通道。在一些情況下，可通過(guò)使用(例如)噴水或噴其他冷卻流體來(lái)強(qiáng)制冷卻纖維網(wǎng)、或者通過(guò)對(duì)收集的纖維網(wǎng)以不受限制或受限制的方式進(jìn)行退火，來(lái)促進(jìn)致密化。退火時(shí)間和溫度可取決于多種因素，這些因素包括采用的聚合物纖維和吸附劑顆粒裝填量。也可在過(guò)濾介質(zhì)層中采用具有不同尺寸的吸附劑顆粒的混合物(如雙峰混合物)，但在實(shí)施過(guò)程中，可更好的是制備下述多層片材制品，所述多層片材制品包含上游層中的較大吸附劑顆粒和下游層中的較小吸附劑顆粒。通常將至少80重量％的活性顆粒、更優(yōu)選至少84重量％、且最優(yōu)選至少90重量％的活性顆粒嵌入到纖維網(wǎng)中。用基重的形式來(lái)表示，例如，吸附劑顆粒裝填量可為至少約100g/m2(gsm)(對(duì)于相對(duì)細(xì)小(即小直徑)的顆粒而言)、以及至少約500g/m2 (對(duì)于相對(duì)粗糙的顆粒而言)。使用包含設(shè)置在彈性聚合物纖維網(wǎng)內(nèi)的活性顆粒的裝填纖維網(wǎng)可為有益的，因?yàn)槠湓试S被制成適形過(guò)濾器形狀且無(wú)需使用支承剛性塑料或金屬殼體系統(tǒng)。適形形狀為在一個(gè)或多個(gè)維度上 顯示具有曲率的形狀。濾筒可被制作成從前到后、或從頂部到底部、或在這兩者上彎曲。理想的是，曲率被設(shè)置為符合面罩的形狀，由此導(dǎo)致整體較緊湊的呼吸器，這可改善佩戴者的可見(jiàn)性。此外，可將顆粒纖維網(wǎng)堆疊在裝填纖維網(wǎng)的頂部上以另外提供顆粒移除能力。在另一個(gè)實(shí)施例中，在不需要?dú)怏w移除能力的情況下，可僅應(yīng)用顆粒過(guò)濾層。顆粒過(guò)濾層可包括帶電荷微纖維的非織造纖維網(wǎng)，特別是聚合物熔噴微纖維或BMF——參見(jiàn)(例如)美國(guó)專(zhuān)利 7, 244，291 (Spartz 等人)、6，397, 458 (Jones 等人)、和 6，119,691(Angadjivand等人)。微纖維通常具有小于約25微米、更通常小于約15微米的有效纖維直徑?？砂凑?例如)美國(guó)專(zhuān)利6，846，450 (Erickson等人)、6，824，718 (Eitzman)J
5,496, 507 (Angadjivand等人)中所述來(lái)制備包含這種纖維的帶電荷纖維網(wǎng)。結(jié)合過(guò)濾介質(zhì)層使用的覆蓋纖維網(wǎng)通常不給過(guò)濾結(jié)構(gòu)提供任何顯著的過(guò)濾有益效果，但其可在設(shè)置在過(guò)濾層的外面(或上游)時(shí)來(lái)充當(dāng)預(yù)過(guò)濾器。覆蓋纖維網(wǎng)可被制作成具有約5至50克/平方米(g/m2)、通常10至30g/m2的基重，并且也可包含微纖維。在覆蓋纖維網(wǎng)中使用的纖維的平均纖維直徑通常為約5微米至24微米，通常約7微米至18微米，更通常約8微米至12微米。覆蓋纖維網(wǎng)材料可以具有一定程度的彈性(斷裂時(shí)通常、但不一定是100%至200%)，并且可塑性變形。覆蓋纖維網(wǎng)可包含由(例如)聚丙烯制成的聚合物紡粘纖維。本發(fā)明中所使用的覆蓋纖維網(wǎng)優(yōu)選地在處理之后具有很少的從纖維網(wǎng)表面突出的纖維，因此具有平滑的外表面。可以在本發(fā)明中使用的覆蓋纖維網(wǎng)的實(shí)例公開(kāi)于(例如)授予Angadjivand的美國(guó)專(zhuān)利6，041, 782、授予Bostock等人的美國(guó)專(zhuān)利6，123，077和Bostock 等人的 WO 96/28216A 中。SMOV使用壽命測(cè)試為確定過(guò)濾裝置的使用壽命，用1000份/ 一百萬(wàn)份(ppm)的環(huán)己烷在50%相對(duì)濕度下以32升/分鐘來(lái)測(cè)定過(guò)濾裝置。當(dāng)裝置允許5ppm的環(huán)己烷流出過(guò)濾器時(shí)所用去的時(shí)間量確定使用壽命。測(cè)定方法類(lèi)似于NIOSH測(cè)定方法RCT-APR-STP-0046。采用等效的設(shè)備。測(cè)試原始狀態(tài)下的過(guò)濾器。實(shí)例I根據(jù)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No. 2006/096911來(lái)制備裝填炭的BMF纖維網(wǎng)。利用由ExxonMobil制備的Vistamaxx 2125樹(shù)脂來(lái)制備聚合物纖維。利用具有12英寸X 12英寸的臺(tái)板的Carver受熱臺(tái)板壓機(jī)來(lái)將堆積體積炭填充的纖維網(wǎng)壓縮至約4. 7毫米的厚度。臺(tái)板溫度為200 T。壓力總計(jì)為3000磅/平方英寸(psi)，并且壓制時(shí)間為5秒。在下述說(shuō)明中，OV是指有機(jī)蒸氣，并且gsm是指克/平方米。堆積體積層和精化層具有表I所示的構(gòu)造。
權(quán)利要求
1.一種制備濾筒的方法，所述方法包括 (a)提供第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層，所述第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層各自包含粘合在一起的活性顆粒并且各自具有周邊； (b)按照間隔開(kāi)關(guān)系來(lái)堆疊所述第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層；以及 (c)將卷型的殼體側(cè)壁固定至所述各個(gè)過(guò)濾介質(zhì)層的所述周邊的至少一部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層各自具有在使用時(shí)暴露于外部氣體空間的流體可滲透表面，并且其中所述間隔開(kāi)關(guān)系形成所述濾筒中的充氣室。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層是通過(guò)如下方式提供的構(gòu)造各自包括活性顆粒層和覆蓋纖維網(wǎng)的一個(gè)或多個(gè)層，并且將構(gòu)造好的所述一個(gè)或多個(gè)層切割成所需形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中在所述堆疊步驟期間將間隔物設(shè)置在所述第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中將堆疊好的所述第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層壓縮至相對(duì)于彼此的所需間距。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層分別是通過(guò)將覆蓋纖維網(wǎng)設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)活性炭層的一個(gè)或多個(gè)側(cè)面上來(lái)提供的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層各自包括第一活性炭層和第二活性炭層，所述第一活性炭層的粒度大于所述第二活性炭層的粒度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第一活性炭層包括具有12X30至20X40目的尺寸的活性炭，并且其中所述第二活性炭層包括具有40X140至80X320目的尺寸的活性炭。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中首先將所述第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層形成為多層坯料，然后將所述坯料切割成所需形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中將所述第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層堆疊在一起且兩者間具有間隔物，并且隨后壓縮成所需的空間布局。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中將所述殼體側(cè)壁包裹在堆疊好的所述第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層的所述周邊上。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述殼體側(cè)壁具有約2至3厘米的寬度和通常約O.I至O. 5毫米的厚度。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層包括通過(guò)聚合物微?；蛘澈蟿┝Ｗ诱澈显谝黄鸬幕钚蕴?。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層中的所述活性顆粒通過(guò)聚合物纖維粘合在一起以形成多孔片狀層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述多孔片狀層為具有少于20重量％聚合物纖維的自支承型非織造纖維網(wǎng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述活性顆粒在所述纖維網(wǎng)中均勻地分布在所述聚合物纖維間。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層各自具有至少I(mǎi). 6 X IO4/毫米水的吸附系數(shù)A。
18.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層為從前到后彎曲的。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層為從頂部到底部彎曲的。
20.一種制備呼吸器的方法，所述方法包括將一個(gè)或多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求I所述的濾筒設(shè)置到面罩主體上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備濾筒的方法，所述方法包括(a)提供第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層，所述第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層各自包含粘合在一起的活性顆粒并且各自具有周邊；(b)按照間隔開(kāi)關(guān)系來(lái)堆疊所述第一過(guò)濾介質(zhì)層和第二過(guò)濾介質(zhì)層；以及(c)將卷型殼體側(cè)壁固定至各個(gè)過(guò)濾介質(zhì)層的周邊的至少一部分。所得的濾筒為輕重量的，但具有提供改善的使用壽命的增加的體積。所述濾筒相對(duì)于重量的比率具有極優(yōu)異的使用壽命。
文檔編號(hào)A62B18/02GK102892465SQ201180024245
公開(kāi)日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月20日
發(fā)明者布里頓·G·比林斯利, 皮埃爾·勒加雷 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司