專利名稱：具有中央充氣室和殼體側壁的濾筒的制作方法
具有中央充氣室和殼體側壁的濾筒本發(fā)明涉及濾筒，所述濾筒具有結合殼體側壁的中央充氣室。殼體側壁框圈濾筒并且可由粘附到過濾介質層的周邊的卷型材料制成，所述過濾介質層設置在中央充氣室的相對側面上。所述濾筒適用于向佩戴者提供潔凈過濾空氣的呼吸器。
背景技術：
呼吸器為保護工作者和其他人員以防經(jīng)受與空氣傳播危害物相關的有害健康效應的裝置。將這種裝置佩戴在臉部周圍，以用于從呼吸空氣源中移除不想要的污染物。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)佩戴者的保護需要進行設計。呼吸產(chǎn)品包括從簡單的過濾面罩(通常稱為防塵口罩)到下述較復雜系統(tǒng)，所述較復雜系統(tǒng)使用結合一個或多個可替換濾筒的彈性體面罩。一些呼吸裝置另外采用鼓風器以有助于將潔凈空氣源遞送至佩戴者。這些產(chǎn)品通常稱為正壓呼吸器或者動力型空氣凈化呼吸器。幾年來已經(jīng)開發(fā)出多種可與呼吸面罩結合使用的不同濾筒設計。通常的濾筒包括設置在殼體內的活性顆粒的過濾介質。一些設計已使用活性炭在金屬罐中的填充床，參見(例如)美國專利4，543，112 ;或者活性炭在支承板之間的填充床，參見Greer等人的美國專利7，419，526B2。其他濾筒已使用注模塑料殼體，參見(例如)Braun等人的美國專利5，078，132和5，033，465，以包含活性顆粒，所述活性顆?？赏ㄟ^粘合成分保持在一起，另外參見Senkus等人的美國專利5，952，420和Rekow等人的美國專利6，216，693。在較新型的設計中，研究者已描述使用熱成形殼體來降低整體濾筒重量，參見Viner等人的美國專利7，497，217和6，874，499。即使可利用熱成形殼體來降低整體重量，但已使用金屬或塑料 殼體的已知濾筒仍不得不應對完整殼體結構伴有的附加重量。通常的濾筒還已提供雙重氣流模式以降低整個過濾介質上的壓降。盡管另外已開發(fā)出雙路或雙重氣流的濾筒(包括由中央充氣室隔開的兩個過濾介質間隔層)，參見Brostrom等人的美國專利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壁。因此，雙重氣流濾筒通常已包括較低體積的過濾介質，由此已對濾筒使用壽命加以限制。因此，已知的濾筒產(chǎn)品已面對重量與使用壽命相抗衡的問題，該問題如下文所論述在本發(fā)明中得以解決。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了包括第一過濾介質層和第二過濾介質層的新型濾筒。這些層具有第一主表面和第二主表面以及周邊并且包含粘合在一起的活性顆粒。所述濾筒還具有設置在第一過濾介質層和第二過濾介質層之間的充氣室以使得充氣室接合各個過濾介質層的第二主表面。殼體側壁從第一過濾介質層延伸至第二過濾介質層并且固定至第一過濾介質層和第二過濾介質層的周邊的至少一部分。第一過濾介質層和第二過濾介質層的第一主表面各自為流體可滲透的并且各自與外部氣體空間流體連通。本發(fā)明還提供了制備濾筒的新型方法，所述方法包括提供第一過濾介質層和第二過濾介質層，所述第一過濾介質層和第二過濾介質層各自包含粘合在一起的活性顆粒并且各自具有周邊；按照間隔開關系來堆疊過濾介質層；以及將卷型殼體側壁固定至過濾介質層的周邊的至少一部分。本發(fā)明的濾筒可提供擴大的暴露表面積以用于過濾，因為其具有由中央充氣室隔開的兩個過濾介質層。通過使用中央充氣室可提供雙重空氣流入，相比之下通過單一表面可提供單一氣流。增加的過濾介質表面積為有益的，因為可在整個過濾介質上實現(xiàn)較低的壓降。由于呼吸器佩戴者通常有責任來提供所需動力以引起待過濾空氣穿過過濾介質，因此壓降的降低可極其有益，尤其是對于用戶舒適性而言。提供于本發(fā)明 中的殼體側壁允許將更大的深度或厚度提供給本發(fā)明的濾筒，由此增加體積并且提供延長的產(chǎn)品使用壽命。將兩個過濾介質層在其周邊固定至殼體側壁，所述殼體側壁可從過濾介質層的暴露的第一表面延伸。此外，本發(fā)明為獨特的，因為濾筒的聯(lián)合在一起的各個部件-其本身通常為輕重量的并且具有較小的結構容量-提供三維、輕重量構造，所述三維、輕重量構造具有足夠的結構完整性或剛性以充當濾筒。殼體側壁可得自簡單的卷型材料。所得產(chǎn)品因此可在其總體積上為輕重量的。并且由于可使用體積增加的過濾介質，因此可提高產(chǎn)品使用壽命以使得實現(xiàn)使用壽命相對于重量或相對于體積的較高比率。此外，本發(fā)明的方法為有益的，因為無論多層濾筒結構如何，均可快速地實現(xiàn)組裝操作。在形成殼體側壁的同時，可將各個層接合在一起。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。簡而言之，本發(fā)明的濾筒可為呼吸器用戶提供延長的使用壽命以及壓降降低和產(chǎn)品重量減輕形式的改善的舒適性，并且本發(fā)明的方法可提供用于多層結構的快捷組裝操作。術語表下文說明的術語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鎏匦曰蛐阅馨ɑ瘜W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”是指通過使用另一接觸部件或物質而保持在一起；“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且超出面罩主體和/或呼氣閥之后進入的環(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入內部氣體空間之前過濾空氣的裝置；“過濾介質”是指透氣的結構，該結構設計成移除穿過它的空氣中的污染物；“殼體側壁”是指位于所述結構的側面的至少一部分處的空氣不可透過的表面；“接合”是指面對但不必直接接觸(兩者間可存在其他層)；“內部氣體空間”是指面罩主體與人的面部之間的空間；“多個”是指四個或更多個；“充氣室”是指其中不止一個氣流路徑與另一個氣流路徑相聚或相交的區(qū)域或空間；“多個”是指兩個或更多個；“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的相對側的第一和第二濾筒12和12〃的呼吸器10的透視圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的尤其是示出內表面28的濾筒12的透視圖。圖3為濾筒12沿圖2的線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)明結合使用的過濾介質制備步驟54的透視圖。
圖6為可與制備本發(fā)明的濾筒結合使用的堆疊步驟56。圖7為可用于根據(jù)本發(fā)明來制備濾筒的包裹步驟58的透視圖。
具體實施例方式在實施本發(fā)明的過程中，提供了適用于下述類型的負壓呼吸器的濾筒，所述類型的負壓呼吸器包括連接至彈性體面罩的一個或多個可拆卸濾筒。濾筒采用雙路氣流模式，所述雙路氣流模式可通過設置在濾筒外部上的配件而被遞送到面罩內部。雙路過濾器具有穿過濾筒的兩個面雙向進行的氣流路徑。氣流路徑在中央充氣室處匯合。這些濾筒有時稱為分流過濾器。將殼體側壁固定至每一個間隔開的過濾介質層的周邊以形成條帶外框式濾筒。殼體側壁可呈輕重量的卷型材料形式。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的相對側的第一和第二濾筒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)境空氣穿入面罩主體14內的內部氣體空間中之前，濾筒12、12’過濾環(huán)境空氣。從而存在于內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。具有這種構造的面罩主體描述于Flannigan等人的美國專利7，650, 884中。呼吸面罩10還具有帶具20以用于當佩戴呼吸器時將面罩主體14支承在佩戴者的頭部上。帶具20可呈多種構型但通常包括繞到佩戴者的頭部后面的一個或多個條帶22。條帶22可通過一個或多個帶扣23接合在一起。帶具20可為(例如)描述于美國專利6，732，733B1和6，457，473 (fcostrom等人)、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’具有第一主表面和第二主表面26和28以及殼體側壁30。殼體側壁30從第一過濾介質層的至少第一暴露主表面32延伸至第二過濾介質層的至少第一暴露主表面32’。殼體側壁30固定至第一過濾介質層和第二過濾介質層的周邊。殼體側壁30通常延伸到過濾介質中的活性顆粒層的整個周邊上以使得從濾筒的側視圖中看不到活性顆粒。殼體側壁30還可設置有凸緣,所述凸緣徑向向內延伸到第一和第二暴露主表面26和28上。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、或沿上述兩個方向彎曲的。圖2示出了濾筒12的反面或內側面。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還可提供穿過第二過濾介質層進入中央設置的充氣室內的導管(或者觸及導管)?？赏ㄟ^下述方式來實現(xiàn)將面罩主體配合至濾筒12 :將設置在面罩主體上的凸配件插入卡扣配件36內并且將濾筒12旋轉至相對于面罩主體的適當方向。凸配件其上設置有凸塊，所述凸塊將與卡扣配件36中的剖切凹口 34相配合。使用時，穿過濾筒12的第一主表面和第二主表面26和28的空氣進入充氣室，所述充氣室又與卡扣配件32中的開口 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，可將導管和配件設置在殼體側壁30上，且通常設置在側壁的前部上而非主表面28上。通過將導管和配件重新設置在側壁30上并且使空氣通過緊鄰充氣室的狹槽開口穿出，可增加濾筒表面28上的有效過濾面積，由此可導致性能改善同時減少制造過程中的浪費。圖3示出了濾筒12的內部構造的實例。如圖所示，濾筒12分別包括第一過濾介質層和第二過濾介質層38和40。第一過濾介質層和第二過濾介質層38、40由充氣室42隔開。第一過濾介質層和第二過濾介質層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設置在第一過濾介質層和第二過濾介質層38、40之間 以使得充氣室42接合各個過濾介質層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可呈塑性結構形式，所述塑性結構具有從導管48向各個過濾介質層的周邊46、46’延伸的一系列肋47。殼體側壁30通常從第一過濾介質層38的第一主表面32延伸至第二過濾介質層40的第一主表面32’?？衫米銐虻墓潭ㄑb置將殼體側壁30分別固定至第一過濾介質層和第二過濾介質層38、40的周邊46、46’。第一過濾介質層和第二過濾介質層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可設置在第一過濾介質層和第二過濾介質層38、40的外表面上。覆蓋纖維網(wǎng)49b可設置在第一過濾介質層和第二過濾介質層38、40的內表面上。覆蓋纖維網(wǎng)49a、49b可用于通過將活性顆粒粒劑保持在各個層50、52內來保護活性顆粒層50、52。粗糙層50位于精細層52的上游并且用作主過濾層，而精細層52充當精化層。沿著濾筒12的側面或周邊設置的殼體側壁30可為卷型的，即，其可取自卷并且可通過各種裝置固定至過濾介質層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可固化粘合劑來實現(xiàn)固定裝置。可用于將殼體側壁30固定至組件72的市售產(chǎn)品的實例包括3M牌粘合劑JetMeIt 、ScotchWeId 、和FastBond 。通常將固定裝置設置在側壁30的內表面上，且設置在至少如下區(qū)域，S卩，第一過濾介質層和第二過濾介質層38、40與殼體側壁30的內表面實現(xiàn)接觸的區(qū)域。在使用中，第一過濾介質層和第二過濾介質層38、40與殼體側壁30的內表面之間的固定應使得氣正在穿過濾筒12期間不會出現(xiàn)穿通。即，空氣將不能夠通過沿著殼體側壁穿過濾筒12來繞過第一過濾介質層和第二過濾介質層38、40的過濾能力。盡管過濾介質層38、40已分別被示為包括多個活性顆粒層，但各個過濾介質層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)明基本上包括三個步驟提供54過濾介質層；按照堆疊間隔開關系來組裝56過濾介質層；以及沿著過濾介質層周邊的至少一部分來包裹58過濾介質層?？赏ㄟ^下述方式來提供過濾介質層構造用于過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過濾介質層?？赏ㄟ^以相對于彼此的間隔開關系來堆疊這些層以將這些層組裝在一起?？稍趯优c層之間提供間隔物以保持其所需間距。此外，可通過第二過濾介質層提供卡口配件，所述卡口配件也可提供進入充氣室的導管。將堆疊層壓縮成其相對于彼此的所需位置。一旦將層組裝到所需位置，就可將殼體側壁圍繞包裹(58)在組裝層的周邊以提供下述濾筒，所述濾筒通常為輕質量的并且具有堅實構造。圖5示出了可用于提供第一過濾介質層和第二過濾介質層38、40的操作，所述第一過濾介質層和第二過濾介質層38、40隨后與殼體側壁30進行組裝和包裹?？墒褂枚鄠€材料層來組裝可根據(jù)本發(fā)明使用的過濾介質層。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以提供過濾介質坯料60。第一和第二覆蓋纖維網(wǎng)層49a和49b可設置在活性顆粒層50、52的相對側面上以保護這些層并且確保粒劑保持在復合過濾介質結構內。如上指出，相比于第二活性顆粒層52，第一活性顆粒層50可被構造為具有較低的壓降和較大的孔尺寸。這可通過在第一層50中使用比第二層52中大的顆粒來實現(xiàn)。第一活性顆粒層50因此充當主過濾層，而第二層52充當支承層。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通常可具有較高的壓降，但其也可具有較高的動力學并且因此將移除可已穿過第一層52的污染物。因此，第二層通常稱為精化層。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。主過濾層的厚度可為約5毫米(mm)至25mm，并且精化層的厚度可為約I至4mm。一旦已將多個覆蓋纖維網(wǎng)層·和活性顆粒層組裝成多層坯料60，就可沿著線62和64來橫向線性地切割此坯料。切割線62和64之間的距離限定將設置在濾筒殼體中的過濾介質的長度。然后使已切斷坯料68經(jīng)受進一步的切割操作，以將圓角70設置到切割坯料60上。這些圓角70通常限定將設置在濾筒殼體內的過濾介質層的寬度。在限定所述角的切割步驟之后，提供一系列縱向切割71以完全地限定將設置在濾筒中的各個過濾介質層的形狀和構型。然后分離這些切割層以使得它們可被引導至后續(xù)組裝步驟?？赏ㄟ^將這種裝置翻到自身上來實現(xiàn)該分離。圖6示出了將各個過濾介質層38、40和充氣室間隔物45組裝成將限定濾筒內部的構造的步驟。在構造濾筒的內部組件72的過程中，將第二過濾介質層40、間隔物45、第一過濾介質層38、和卡扣配件36連續(xù)地設置在容器74中。第二過濾介質層40不同于第一過濾介質層38，因為第二過濾介質層40具有位于其中的開口 76以使得導管48可從中穿過。導管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接合至導管構件48，如圖3所示。一旦部件適當?shù)貙?，就使用柱?8將組裝部件壓縮在一起以產(chǎn)生在空間關系中彼此隔開的第一過濾介質層和第二過濾介質層38和40。間隔物45確保層38和40之間的適當空間距離并且有助于將氣流從過濾介質層38和40分配到導管48內。圖7示出了其上準備施用殼體側壁30的處于適當壓縮狀態(tài)的組裝件72。將殼體側壁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，將殼體側壁30固定至第一過濾介質層和第二過濾介質層38和40，以使得沿著周邊82不會出現(xiàn)顯著的穿通。為此，可將合適的粘合裝置設置在用于制備殼體側壁的內表面上。一旦殼體側壁30適當?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濾空氣。本發(fā)明為尤其有益的，因為其提供簡單的殼體系統(tǒng)，所述殼體系統(tǒng)鑒于過濾器作為可消耗用品的狀態(tài)而認識到低成本解決方案的需要。殼體側壁可包括硬紙板條帶，內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. 2mm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記。側壁通常將具有約2至3厘米(cm)的寬度但可增加至6cm之多，其中需要大量的炭以用于目標應用或特定規(guī)定標準的認可。側壁厚度通常為約O. I至O. 5_?？衫脹_切方法來形成側壁條帶，相比之下，較昂貴的注模法通常用于制備其他過濾器殼體設計。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的有機蒸氣使用壽命相對于重量的比率(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的有機蒸氣使用壽命相對于體積的比率?？筛鶕?jù)下文的實例部分中說明的測試來確定有機蒸氣使用壽命。由于所得濾筒由基本上包括卷型側壁的殼體構成，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)明的濾筒具有兩個暴露表面，空氣可穿過該暴露表面進入充氣室。在濾筒上使用兩個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)明中的過濾介質包括通過各種方式粘合在一起的活性顆粒。這種顆粒材 料的一個子類為下述顆粒，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，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行反應。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期在擬定使用條件下存在的氣體、氣溶膠、或液體。吸附劑顆?？沙嗜魏慰墒褂玫男问剑ㄐ≈?、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；可通過吸附、化學反應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)處理過的粘土和其他礦物；離子交換樹脂；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)來吸收氣體混合物，但在實施過程中，對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)擬定使用條件來進行選擇。作為一般指導，活性顆粒的尺寸可在約5至3000微米的平均直徑范圍內變化。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例包括以化學方法表面處理的活性炭，參見(例如)美國專利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)。用于充當空氣凈化系統(tǒng)中的吸著劑的典型顆粒為活性炭、化學處理的炭、和氧化招吸附劑顆粒?？墒褂玫氖惺刍钚蕴康膶嵗陨虡薑uraray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CECACARB0N 活性炭產(chǎn)品。第一過濾介質層和第二過濾介質層包含通過一種或多種不同方式粘合在一起的活性顆粒。例如，可通過使用如Senkus等人的美國專利6，391，429中所述的PSA微粒來將活性顆粒接合在一起。當使用這種方法時，粘合劑聚合物微粒通常具有小于活性顆粒的尺寸。粘合劑聚合物微粒可具有(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粒中以將它們在柔性復合結構中粘附在一起。微?？沙使腆w聚丙烯酸酯微珠的形式并且可包括具有重復單元的共聚物，所述重復單元包括源自具有I至14個碳原子的非叔醇和極性單體的丙烯酸酯的那些。所述重復單元還可包括源自醋酸乙烯酯的那些。所述重復單元可包括源自下述化合物的那些，所述化合物選自高級乙烯基酯、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等人的美國專利5，078，132所述的方法中，活性顆?？赏ㄟ^粘結劑顆粒接合在一起。適用于將活性顆粒接合在一起的粘結劑材料通常滿足’ 132專利中引用的聚合物粘結劑熔融測試。作為另外一種選擇，活性顆?？赏ㄟ^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小于20重量％聚合物纖維的自支承型非織造纖維網(wǎng)?；钚灶w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1.6Χ104/_水的吸附系數(shù) Α?？衫妙愃朴?Wood 的 Journal of the American Industrial HygieneAssociation, 55 (I) : 11-15 (1994)(《美國工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會雜志》，第55卷第I期，第11-15頁，1994年)中所述的參數(shù)或測量值來計算吸附系數(shù)A。下述美國專利申請公布描述了通過適用于本發(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制成的適當裝填的纖維網(wǎng)已顯示具有約2. I X 104/mm水柱的吸附系數(shù)A，然而由直鏈低密度聚乙烯DOWLEX 2503制成的類似裝填的纖維網(wǎng)已顯示具有約I. O X104/mm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. 6X 104/mm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 104/mm水的吸附系數(shù)A。過濾介質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，過濾介質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)明所公開的纖維網(wǎng)中已采用相對少量的其他纖維材料或纖維形成材料，以便不會不當?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約0. 5重量％的DMMP吸收率、不超過約0. 3重量％的DMMP吸收率、或不超過約0. 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度的至少125%，且在偏置力釋放時，其可以基本上恢復到其初始松弛長度。所述纖維形式的聚合物也可比類似厚度的聚丙烯纖維具有(但非必須具有)更大的結晶收縮性。具有這樣彈性或結晶收縮特性的纖維可以促進過濾介質層的自固結或致密化作用、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其中的通道。在一些情況下，可通過使用(例如)噴水或噴其他冷卻流體來強制冷卻纖維網(wǎng)、或者通過對收集的纖維網(wǎng)以不受限制或受限制的方式進行退火，來促進致密化。退火時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。也可在過濾介質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)，但在實施過程中，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。用基重的形式來表示，例如，吸附劑顆粒裝填量可為至少約100g/m2(gsm)(對于相對細小(即小直徑)的顆粒而言)、以及至少約500g/m2 (對于相對粗糙的顆粒而言)。使用包含設置在彈性聚合物纖維網(wǎng)內的活性顆粒的裝填纖維網(wǎng)可為有益的，因為其允許被制成適形過濾器形狀且無需使用支承剛性塑料或金屬殼體系統(tǒng)。適形形狀為在 一個或多個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，曲率被設置為符合面罩的形狀，由此導致整體較緊湊的呼吸器，這可改善佩戴者的可見性。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。在另一個實施例中，在不需要氣體移除能力的情況下，可僅應用顆粒過濾層。顆粒過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(例如)美國專利 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)美國專利6，846，450 (Erickson等人)、6，824，718 (Eitzman)、和
5,496, 507 (Angadjivand等人)中所述來制備包含這種纖維的帶電荷纖維網(wǎng)。結合過濾介質層使用的覆蓋纖維網(wǎng)通常不給過濾結構提供任何顯著的過濾有益效果，但其可在設置在過濾層的外面(或上游)時來充當預過濾器。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?？梢栽诒景l(fā)明中使用的覆蓋纖維網(wǎng)的實例公開于(例如)授予Angadjivand的美國專利6，041, 782、授予Bostock等人的美國專利6，123，077和Bostock 等人的 WO 96/28216A 中。SMOV使用壽命測試為確定過濾裝置的使用壽命，用1000份/ 一百萬份(ppm)的環(huán)己烷在50%相對濕度下以32升/分鐘來測定過濾裝置。當裝置允許5ppm的環(huán)己烷流出過濾器時所用去的時間量確定使用壽命。測定方法類似于NIOSH測定方法RCT-APR-STP-0046。采用等效的設備。測試原始狀態(tài)下的過濾器。實例I根據(jù)美國專利申請No. 2006/096911來制備裝填炭的BMF纖維網(wǎng)。利用由ExxonMobil制備的Vistamaxx 2125樹脂來制備聚合物纖維。利用具有12英寸X 12英寸的臺板的Carver受熱臺板壓機來將堆積體積炭填充的纖維網(wǎng)壓縮至約4. 7mm的厚度。臺板溫度為200 T。壓力總計為3000磅/平方英寸(psi)，并且壓制時間為5秒。在下述說明中，OV是指有機蒸氣，并且gsm是指克/平方米。堆積體積層和精化層具有表I所示的構造。表I
權利要求
1.一種濾筒,包括 (a)第一過濾介質層，所述第一過濾介質層具有第一主表面和第二主表面以及周邊，并且包含粘合在一起的活性顆粒； (b)第二過濾介質層，所述第二過濾介質層具有第一主表面和第二主表面以及周邊，并且包含粘合在一起的活性顆粒； (c)充氣室，所述充氣室設置在所述第一過濾介質層和第二過濾介質層之間，以使得所述充氣室對接各個所述過濾介質層的所述第二主表面；和 (d)殼體側壁，所述殼體側壁從所述第一過濾介質層延伸至所述第二過濾介質層并且固定至所述第一過濾介質層和第二過濾介質層的所述周邊的至少一部分，其中所述第一過濾介質層和第二過濾介質層的所述第一主表面各自為流體可滲透的并且各自與外部氣體空間流體連通。
2.根據(jù)權利要求I所述的濾筒，其中所述殼體側壁為卷型的。
3.根據(jù)權利要求2所述的濾筒，其中所述殼體側壁在所述殼體側壁的內表面上具有粘合劑或膠水。
4.根據(jù)權利要求3所述的濾筒，其中所述粘合劑或膠水包括壓敏粘合劑或熱熔膠。
5.根據(jù)權利要求I所述的濾筒，其中所述充氣室包括塑料結構，所述塑料結構具有從導管向所述濾筒的周邊延伸的一個或多個肋。
6.根據(jù)權利要求I所述的濾筒，其中所述第一過濾介質層和第二過濾介質層各自具有至少一個靠著活性顆粒層并置的覆蓋纖維網(wǎng)層。
7.根據(jù)權利要求6所述的濾筒，其中所述第一過濾介質層和第二過濾介質層各自包括第一活性顆粒層和第二活性顆粒層。
8.根據(jù)權利要求I所述的濾筒，其中所述殼體側壁包括卷型的硬紙板條帶、卷型的塑料材料條帶、或卷型的多層材料條帶。
9.根據(jù)權利要求8所述的濾筒，其中所述殼體側壁具有2厘米至3厘米的寬度和0.1毫米至0. 5毫米的厚度。
10.根據(jù)權利要求9所述的濾筒，其顯示具有大于O.9分鐘/克的使用壽命相對于重量的比率、和大于0. 35分鐘/毫升的使用壽命相對于體積的比率。
11.根據(jù)權利要求I所述的濾筒，其顯示具有大于1.0分鐘/克的使用壽命相對于重量的比率、和大于0. 4分鐘/毫升的使用壽命相對于體積的比率。
12.根據(jù)權利要求I所述的濾筒，其顯示具有大于1.1分鐘/克的使用壽命相對于重量的比率、和大于0. 45分鐘/毫升的使用壽命相對于體積的比率。
13.根據(jù)權利要求I所述的濾筒，其中所述活性顆粒包括活性炭顆粒，并且其中所述活性炭顆粒通過PSA微?；蛲ㄟ^粘結劑顆粒粘合在一起。
14.根據(jù)權利要求1所述的濾筒，其中所述活性顆粒包括活性炭顆粒，并且其中所述活性炭顆粒通過非織造聚合物纖維粘合在一起以形成活性炭顆粒和聚合物纖維的自支承層。
15.根據(jù)權利要求14所述的濾筒，其中所述活性炭顆粒均勻地分布在所述纖維網(wǎng)中以使得所述纖維網(wǎng)顯示具有至少1. 6X 104/mm水的吸附系數(shù)A。
16.根據(jù)權利要求15所述的濾筒，其中所述聚合物纖維包括彈性體纖維。
17.根據(jù)權利要求15所述的濾筒，其中所述聚合物纖維包括聚丙烯。
18.根據(jù)權利要求I所述的濾筒，其中各個所述過濾介質層包括通過非織造聚合物纖維粘合在一起的第一活性顆粒層和第二活性顆粒層。
19.根據(jù)權利要求I所述的濾筒，其為從前到后、或從頂部到底部、或沿這兩個方向彎曲的。
20.一種呼吸器，其包括一個或多個根據(jù)權利要求I所述的濾筒。
全文摘要
本發(fā)明涉及濾筒(12)，其具有第一過濾介質層和第二過濾介質層(38)、(40)，所述第一過濾介質層和第二過濾介質層(38)、(40)各自具有第一主表面和第二主表面(32)、(44)以及周邊(46)并且各自包含粘合在一起的活性顆粒。充氣室(42)設置在所述第一過濾介質層和第二過濾介質層(38)、(40)之間以使得所述充氣室(42)接合各個過濾介質層的所述第二主表面(44)、(44')。殼體側壁(30)從所述第一過濾介質層(38延伸至所述第二過濾介質層(40)并且固定至所述第一過濾介質層和第二過濾介質層的周邊(46)。所述第一過濾介質層和第二過濾介質層(38)、(40)的所述第一主表面(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。具有這種構造的濾筒(12)提供位于較大體積結構中的雙路氣流模式。
文檔編號B01D39/00GK102883781SQ201180022478
公開日2013年1月16日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權日2010年5月20日
發(fā)明者皮埃爾·勒加雷, 布里頓·G·比林斯利 申請人:3M創(chuàng)新有限公司