防护装备的制作方法

专利名称：防护装备的制作方法
技术领域：
本发明涉及防护装备，具体但非限制性地涉及用于使穿戴者免受有害化学物质侵入的防护面具、面罩等。
背景技术：
防护面具已在世界范围内用于保护穿戴者，使之免受诸如化学和生物武器及工业化学品等有害和/或有毒物质的侵害。这些防护面具通常由氯丁橡胶制成。而氯丁橡胶通常难以加工，因此这样的防护面具成本昂贵，且如果处置不当或者没有按照推荐的方式存放，已知所述的防护面具会随着时间流逝而慢慢变质，结果有可能导致不能使用。另外，保养及维护这样的防护面具也是昂贵的。鉴于此，使用准一次性防护面具具有潜在的财务效益和性能优势，可以在需要时把准一次性防护面具分给使用者而在使用后将其丢弃。优选这样的准一次性防护面具应当生产成本低、不需要保养、有效防止危险化学品对穿戴者的侵害且结实耐用。
本领域中公开的多种准一次性口鼻罩主要用于医学领域。其中包括WO00/76568，其公开了一种由织造或非织造材料或弹性泡沫材料制成的呼吸面罩；WO00/69497，其公开了一种具有通气孔和粘附装置的一次性呼吸袋；US 4,848,366，其公开了一种包括排气系统、进气口和固定带在内的面罩；US 5,857,460，其公开了一种感测气体的面罩以持续监测呼吸。尽管这些文献选择性地公开了各种重量轻和一次性材料的应用，但还存在许多问题。这些问题包括所述面罩没有提供防护装备所应提供的对整个面部的保护，公开的材料没有给使用者提供对剧毒、刺激性和有害化学物质的充分保护，及公开的材料加工过程没有产生充分完整性的密封以提供高效保护。
多年来食品工业中使用层压材料作为阻挡氧气、二氧化碳等的阻挡层。此外，WO96/38620公开了一种包含不连续粘合的非织造弹性网和至少一层纤维网的软质层压材料，所述的层压材料可选择性地用于生产长外衣和面罩。然而，不清楚这样的材料对隔离活泼和危险化学品是否有效，而防止活泼和危险化学品侵害应该使用包括头盔的防护装备。本发明提供了一种相对低廉但有效的包含防护面具的防护装备，该防护装备可以一次性使用。

发明内容
本发明提供一种适用于防止有害物侵害的防护装备，该防护装备包含提供了充分有效地阻挡有害物的屏障的层压材料。优选所述的防护装备包含防护面具，该防护面具包含密封面罩、使空气得以进入该防护面具的进气口和使空气得以从该防护面具中排出的出气口，其中所述的密封面罩包含提供了充分有效地阻挡有害物的屏障的层压材料。
优选所述的层压材料包含两层或两层以上，其中至少一层为充分有效阻挡有害物的阻挡层，而且其中至少一层为保护所述阻挡层的保护层。许多有效的阻挡层的应用非常有限(例如高度溶于水)，因而需要另一层进行物理保护。这里所述的术语“阻挡层”意指防止使用者与空气中的一种或一种以上的有害化学物质相互作用而起屏障作用的层。这里所述的术语“保护层”意指保护所述阻挡层的完整性而使之免受空气中的水气等侵蚀的层。所述保护层还可用于给层压材料提供额外的强度和抗刺穿性。
进一步优选所述层压材料包含至少三层阻挡层夹在两个保护层之间。所述的两个保护层保护了所述阻挡层的双面。所述的两个保护层可包含彼此相同的材料。所述层压材料还可选择性地包含三层以上，例如其可包含五层，其中，该层压材料不仅包含夹在两个外部保护层之间的中心阻挡层，还包含在中心阻挡层和外部保护层之间的两个粘结层以使所述阻挡层和保护层更好地结合在一起。阻挡层、保护层和粘结层的不同组合也可提供合适的材料。
在防护面具中，所述密封面罩的至少一部分可由基本上透明的层压材料形成。所述基本上透明的部分可以形成目镜。整个密封面罩也可以是透明的；这可有利于更好地识别佩戴者。
本发明的防护面具的密封面罩可由加热成型形成。这有利于简化防护面具的生产过程。这样，优选生产防护装备中使用的层压材料具有可加热成型的性能。如果所述的材料能够由诸如激光熔接、超声波熔接、脉冲(热)熔接等本领域公知技术熔接而成，则也是可用的。这确保所述材料能够与其自身或者与该防护装备的一种或一种以上其它组分形成有效的密封，这样提供了使泄漏的可能性最小化的有效防护服。还希望选择的材料柔韧，以便穿戴舒适，而且希望该材料不容易撕裂，以便使其在使用中不容易受到破坏。
优选层压材料由本领域普通技术人员熟知的铸模共挤出加工方法制成。所述的层由下列方法同时制成通过挤出螺杆使不同的聚合物挤入共用的反馈部分然后穿过平缝模头(slot-faced die)挤出。接着用轧辊把这些层轧平以产生扁平的单一层压片。共挤出所述的层具有多个优点，其中包括生产简单且效率高。然而，该方法提供的材料比织造或非织造材料的阻挡性能更好。这是因为所述的材料不含有任何可使空气中的有害物通过的孔。
所述的至少一个阻挡层优选但非限制性地包含一种或一种以上的聚乙烯醇(PVOH)、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)和可获得多种等级的四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物的混合物(THV，mixture of tetrafluoroethylene hexafluoropropylene and vinylidine)、诸如Blox等的热塑性环氧树脂、诸如Elenac Luflexen 322H等的低密度聚乙烯、美国脂族聚氨酯、诸如沙林(Surlyn)等的离子交联聚合物等。更优选所述的至少一个阻挡层包含THV、EVOH、PVOH及其混合物。
优选所述的至少一个保护层非限制性地包含一种或一种以上的Surlyn、诸如茂金属聚乙烯(metalocene polyethylene)和低密度聚乙烯(例如Elenac Luflexen 322H)等的聚乙烯、诸如美国脂族聚氨酯、欧洲脂族聚氨酯等的聚氨酯、诸如CF7尼龙等的尼龙等。更优选所述的至少一个保护层包含美国脂族聚氨酯、欧洲脂族聚氨酯、茂金属聚乙烯及其混合物。
可选择性地用作粘结层的材料的例子非限制性地包括Oravac、L20HV1等，所述粘结层用于改善阻挡层和保护层之间的粘合性。
本发明的防护面具可具有一个或一个以上的目镜。另外，所述进气口可与空气过滤器相连，从而给使用者提供基本上清洁的空气。所述防护面具可以是负压防护面具，其中穿戴者的呼吸行为将空气从进气口吸入密封面罩和面部之间形成的空腔中。作为选择，防护面具可以是正压防护面具，其中使用泵或其它类似设备使空气进入密封面罩和穿戴者面部之间的腔中。所述防护面具的密封面罩可以是由所述层压材料制成的整片面罩。
优选所述的防护装备适用于防止至少一种化学战剂或至少一种生物战剂的侵害或同时防止所述两者的侵害。


通过实施例并参考下列附图描述本发明，下列附图中图1显示芥子气化学战剂(HD)对选择的潜在阻挡材料的累积穿透量；图2显示稠化的芥子气化学战剂(thickened mustard，THD)对选择的潜在阻挡材料的累积穿透量；及图3显示索曼化学战剂(GD)对选择的潜在阻挡材料的累积穿透量。
具体实施例方式
研究了多种材料针对多种化学战剂的阻挡特性。对生产本发明的防护装备可使用的多种层压材料的性能与单一非层压材料的性能进行了比较。表1显示了生产本发明的防护装备可使用的一些层压材料。

表1-建议的用于阻挡材料的层压材料，该层压材料可用于本发明的防护装备。
显而易见，希望层压材料具有下列特性可与本身和其它材料热熔接、柔韧、可加热成型且不易撕裂，因此，定性评估了这些参数以选择适于实用的层压材料(参见上述表1)。
所述的层压材料A1-A10包含充分有效地阻挡有害物的阻挡层(例如EVOH、THV)，以及为所述阻挡层提供化学和/或物理保护的保护层(例如沙林、聚氨酯)。
所述的层压材料A2-A10包含夹在两个或两个以上保护层之间的阻挡层。
利用本领域普通技术人员熟知的铸模共挤出加工方法制成所述的层压材料。所述的层按照下述方法同时加工而成通过挤出螺杆，将不同的聚合物挤入共用的反馈部分然后穿过平缝模头挤出。接着使用轧辊把层压材料轧平以产生扁平的单一层压片。
表2列出与表1的层压材料进行比较时所用的单层、非层压材料。

表2-建议的使用单层的阻挡材料。
显而易见，希望材料具有下列特性可与本身和其它材料热熔接、柔韧、可加热成型且不易撕裂，因此，定性评估了这些参数以选择适于实用的层压材料(参见上述表2)。
在表1和表2中，CF7尼龙为熟知的工程聚合物(Emschemie，瑞士)，THV200(有时简称为“THV”)和THV201均为四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物的混合物(Dyneon公司，Oakdale，美国)，Blox为热塑性环氧树脂(道尔塑料公司，密歇根州，美国)，Elenac Luflexen 322H为低密度聚乙烯(Basell Polyolefins公司，Hoofddorp，荷兰)，PVOH为聚乙烯醇(PVAxx公司，Kemble，英国)，沙林为挤出涂覆中使用的离子交联聚合物(杜邦公司(工业聚合物)，瑞士)，美国脂族聚氨酯为美国HuntsmanPolyurethane公司提供的脂族聚氨酯，欧洲聚氨酯为HuntsmanPolyurethane Europe BV公司提供的聚氨酯，L20HV1为尼龙-6类粘结层材料，EVOH为乙烯-乙烯醇共聚物(Nippon Gohsei，日本)，Orevac为包含聚乙烯、聚酰胺和助粘剂的粘结层材料(Atofina Chemicals，功能聚合物分部(Functional polymers Division)，北美)。
按照下述方法检测了表1和表2的材料形成阻挡有害物的屏障的能力。按照本领域普通技术人员已知的方法将直径为50毫米的圆片装配到可定量测量穿透程度的装置中，然后将该组合装置放置在平行气流为0.5m/s的通风橱中。分别用HD(1×5μl)、GD(1×5μl)或THD(1×30mg)试探所述圆片，在30℃实验室温度下，检测所述试剂在24小时期间内的穿透量。
结果图1显示了表1和表2的材料形成有效阻挡HD的屏障的能力。从图中可以看出，表1中的层压材料，即那些可制成本发明的防护装备的材料通常比表2中的单层材料具有更好的性能。然而，应注意的是一些单层材料，即尼龙、沙林、Blox和THV200的性能相当不错。
图2显示了表1和表2的材料形成有效阻挡THD的屏障的能力。从图中同样可以看出，表1中的材料，即那些可制成本发明的防护装备的材料通常比表2中的单层材料具有更好的性能。
图3显示了表1和表2的材料形成有效阻挡GD的屏障的能力。从图中同样可以看出，表1中的材料，即那些可制成本发明的防护装备的材料通常比表2中的单层材料具有更好的性能。
对图1、图2和图3的数据进行比较，发现多种可制成本发明的防护装备的层压材料防止一种有害物侵害的能力强，而防止另一种有害物侵害的能力较差。例如，材料A3防止HD和THD侵害的能力较强，而防止GD侵害的能力较差。这可能与下述事实有关GD是与HD和THD均不同的化学品。相反地，一些单层材料具有防止某些有害物侵害的一定能力，例如B2防止HD和THD的侵害、B6防止GD和HD的侵害。看上去提供了对待测有害物的可靠防护的材料为一些可用于生产本发明的防护装备的层压材料。稳定有效的材料为A2、A4、A6、A8和A9。这样的层压材料中的每种均包含夹在至少两个保护层之间的阻挡层。所述保护层确保每一个阻挡层免受诸如水等潜在有害物质的侵害。然而，还可考虑层压材料的其它相关特性，即刚性、是否易于撕裂等。CF7尼龙容易撕裂，因此，A4不是理想的材料。类似地，Elenac Luflexen 322H易于撕裂，因此A8和A9也不是生产防护装备的理想材料。考虑到上述情况，看上去材料A2和A6是应选择的材料。
在材料B2、A2和A6的初步结果有效的基础上，进一步检测了这些材料防止主要有毒化学物质穿透的能力。此外，还检测了两种新材料C1美国脂族聚氨酯/EVOH/美国脂族聚氨酯(三层式层压材料)
C2茂金属聚乙烯/Oravac粘结层/EVOH/Oravac粘结层/茂金属聚乙烯(五层式层压材料)检测的每种材料的不同厚度显示如下

如前所述，将直径为50毫米的上述每种材料的圆片装配到可定量测量穿透程度的装置中。将所述的装置放置在平行气流为0.5m/s的通风橱中。分别用HD(1×5μl)、GD(1×5μl)或THD(1×30mg)试探所述的圆片。接着封闭所述的装置以确保待测材料最大程度地接触所述的有害物。在30℃的实验室温度下，检测所述试剂在24小时期间内穿透所述装置的程度。将本实验重复两次。
结果如下在所述的材料样品接触所述的有害物24小时后，没有检测到任何试剂穿透了所有不同种类和厚度的材料中的任何一个材料样品。这说明选择的材料具有良好的防止所检测的化学制剂侵害的性能，因此，所述的材料为考虑用于生产一次性防护面具的优选的候选材料。
本领域普通技术人员理解可将上述的层压材料轻易地结合到防护装备例如防护面具中并与之合为一体所述防护面具包括全面式(full face)防护面具。GB2301039、GB2264647、GB2211098、GB2209123和US4905683描述了这样的保护性头罩和防护面具的例子。
权利要求
1.一种适用于防止有害物侵害的防护面具，该防护面具包含密封面罩、使呼吸用空气得以进入该防护面具的进气口和使呼出的空气得以从该防护面具中排出的出气口，其中所述的密封面罩包含提供了充分有效地阻挡有害物的屏障的层压材料。
2.如权利要求1所述的防护面具，其中所述的层压材料包含两层或两层以上，其中至少一层为充分有效阻挡有害物的阻挡层，而且其中至少一层为保护所述至少一层阻挡层的保护层。
3.如权利要求2所述的防护面具，其中所述的层压材料包含至少三层，而阻挡层夹在两个保护层之间。
4.如权利要求3所述的防护面具，其中所述的两个保护层包含彼此相同的材料。
5.如前述任一项权利要求所述的防护面具，该防护面具为全面式防护面具。
6.如权利要求5所述的防护面具，其中所述密封面罩的至少一部分由基本上透明的所述层压材料形成。
7.如前述任一项权利要求所述的防护面具，其中所述的密封面罩由加热成型形成。
8.如权利要求2至6任一项权利要求所述的防护面具，其中所述的至少一层阻挡层优选包含以下的一种或一种以上物质聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物以及四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物的混合物。
9.如权利要求2至7任一项权利要求所述的防护面具，其中所述的至少一个保护层包含以下的一种或一种以上的物质沙林、聚乙烯和聚氨酯。
10.如权利要求1至8任一项权利要求所述的防护面具，其中所述的密封面罩为由所述层压材料制成的整片面罩。
11.如前述任一项权利要求所述的防护面具，该防护面具适用于防止至少一种化学战剂或至少一种生物战剂的侵害或同时防止所述两者的侵害。
12.适用于防止有害化学物质侵入的防护装备的部件，该部件包含层压材料，其中，该层压材料包括至少一层阻挡材料和至少两层保护材料，而且，其中所述的至少一层阻挡材料夹在所述的至少两层保护材料之间。
13.如权利要求12所述的防护装备的部件，其中所述的阻挡层选自聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物的混合物、热塑性环氧树脂、低密度聚乙烯、聚氨酯及它们的混合物，优选聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物的混合物，以及它们的混合物。
14.如权利要求12所述的防护装备的部件，其中所述的保护层选自沙林、聚乙烯、低密度聚乙烯、聚氨酯、尼龙及它们的混合物，优选聚氨酯、聚乙烯及其混合物。
15.如权利要求12至14任一项权利要求所述的防护装备的部件，其中所述的层压材料由加热成型形成。
16.如权利要求12至15任一项权利要求所述的防护装备的部件，其中所述的层压材料可由熔接而形成密封。
17.如权利要求12至16任一项权利要求所述的防护装备的部件，其中所述的层压材料由共挤出方法制成。
18.如权利要求12至17任一项权利要求所述的防护装备的部件，其中所述的层压材料还包含至少两层粘结层材料。
全文摘要
适于防止有害物侵害的防护装备，该防护装备包括基本上有效阻挡有害物的层压材料。优选所述的层压材料具有两层或两层以上，其中至少一层为基本上有效阻挡有害物的阻挡层，且至少一层为保护所述的阻挡层的保护层。
文档编号A62B18/04GK1578689SQ02821696
公开日2005年2月9日 申请日期2002年9月3日 优先权日2001年11月2日
发明者劳伦斯·安东尼·皮尔斯, 格兰特·斯图亚特·理查森, 克里斯多佛·约翰·欣德马什, 布赖恩·艾伦·比德尔 申请人:英国国防部