过滤介质、复合材料以及使用该过滤介质的面罩系统的制作方法

背景技术：

1、包括面罩的面罩过滤器被设计成大大减少或防止液体和/或气载污染物从环境大气传播到佩戴者。在医疗环境中，液体源可以包括呼吸道飞沫(例如粘液)、体液(例如汗液)、盐水等。潜在的气载污染物的示例包括例如生物污染物，诸如细菌、病毒、真菌孢子等。

技术实现思路

1、本披露描述了过滤介质、包括过滤介质的复合材料和包括那些过滤介质的面罩过滤器。

2、如本文中所使用的，“细纤维”是指具有最大10微米(μm)的直径的纤维。在一些实施例中，细纤维的直径为至少50nm或至少100nm。

3、如本文中所使用的，微米(micron)等同于微米(micrometer)(μm)。

4、如本文中所使用的，“纤维”具有最高达100微米的平均纤维直径。如本文中所使用的，具有“平均”直径的纤维指示在多根纤维的样品中，该样品中纤维组的平均纤维直径具有所示的平均纤维直径。纤维组包括具有在平均纤维直径的25％内的直径的纤维。例如，平均直径为1000nm的纤维组包括直径为至少750nm且最高达1250nm的纤维。在另一个示例中，具有250nm的平均直径的纤维组包括具有至少188nm且最高达313nm的直径的纤维。在另一个示例中，具有500nm的平均直径的纤维组包括具有至少375nm且最高达625nm的直径的纤维。在又一个示例中，具有1400nm的平均直径的纤维组包括具有至少1050nm且最高达1750nm的直径的纤维。此外，如本文中所使用的，“纤维”具有大于3:1并且优选地大于5:1的长径比(即，长度与横向尺寸之比)。例如，玻璃纤维可以具有大于100:1的长径比。在这个背景下，“横向尺寸”是纤维的宽度(二维)或直径(三维)。术语“直径”是指纤维的圆形截面的直径，或者是指纤维的非圆形截面的最大截面尺寸。取决于期望的结果，纤维长度可以是有限长度或无限长度。

5、可以使用自上而下的sem图像测量纤维直径。样品可以是溅射涂覆的。有用的溅射涂覆器可以是金和钯的混合物，包括例如au:pd 60:40混合物。通过测量样品中至少30个位置的纤维直径，可以获得更准确的纤维直径测量值。诸如trainable weka segmentation(imagej插件)的软件可以用于分析纤维直径。

6、“面罩过滤器”被定义为过滤元件，该过滤元件被配置成过滤流向由面罩限定的面部容器的空气。面罩过滤器可以形成面罩本身的至少一部分，或者可以是与面罩分离或远离面罩并且被配置成与由面罩限定的面部容器流体连通的过滤元件。

7、“面罩”在本文中被定义为被配置成跨佩戴者面部的至少一部分延伸的部件。面罩通常限定了面部容器，该面部容器被配置成接收佩戴者面部的至少一部分。

8、“面罩系统”被定义为结合面罩的系统。“面罩系统”可以包括单独的面罩或与面罩过滤器组合的面罩，该面罩过滤器与面罩分离并且被配置成与由面罩限定的面部容器流体连通。例如，术语“面罩系统”包括外科面罩、手术面罩、隔离面罩、激光面罩、牙科面罩、患者护理面罩、过滤式面罩呼吸器、包括一个或多个可更换过滤元件的可重复使用的呼吸器、以及结合被设计成更换的一个或多个过滤元件的动力空气净化呼吸器。

9、如本文中所使用的，术语“粒径”是指颗粒的直径，如iso 11171:2016中所述那样确定。

10、如本文中所使用的，“连续细纤维”是指长径比(即，长度与横向尺寸)为至少5,000、或更优选地至少10,000的细纤维。本文中对连续细纤维层的提及是指包括连续细纤维(与短切细纤维相反)的层。虽然连续细纤维层优选地通过产生连续细纤维的成纤工艺形成，但所得层可能只包括或可能不只包括一种连续细纤维。即，连续细纤维层可能包括一种或多种细纤维，其刨削成长径比为至少5,000、或更优选地至少10,000。

11、如本文中所使用的，“短切细纤维”是指长径比(即，长度与横向尺寸之比)小于5,000、小于2,500或小于1,000的细纤维。典型地，短切细纤维的长径比为至少10且最高达5,000。

12、如本文中所使用的，“混杂”纤维或“混杂纤维结构”是指具有至少两种不同直径的纤维，其中，具有平均第一直径的纤维和具有平均第二直径的纤维被混杂，即，其中，由于纤维已同时形成或沉积，或者通过使用每种聚合物溶液的非常短(例如，最高达10秒、最高达20秒或最高达30秒)的脉冲，纤维得以混合在介质结构的同一层(或分层)内。当使用自上而下的sem图像可视化时，具有第一平均直径的纤维可以被观察到位于具有第二平均直径的纤维的下方和上方。

13、如本文中所使用的，“层状”纤维或“层状纤维结构”是指具有至少两种不同直径的纤维，其中具有第一平均直径的纤维基本上不与具有第二平均直径的纤维缠结，因为不同直径的纤维交替地施加到基材上。

14、如本文中所使用的，除非另有指示，否则使用毛细管流动孔隙测量术来确定孔径(例如，p5、p50和p95)和孔径的比率(例如，p95/p50)。可以使用连续压力扫描模式进行毛细流动孔隙测量术。使用表面张力为20.1达因/cm且润湿接触角为0的硅酮油作为润湿液可以是有用的。样品可以最初在干态下测试(将低压改变为高压)，且然后在湿态下测试(再次将低压改变为高压)。该测试典型地在环境温度条件(例如，20℃至25℃)下进行。可以在干曲线和湿曲线二者的整个压力扫描范围内收集256个数据点。典型地，不使用曲折因子和/或形状因子(即，为了与使用调整因子的其他测试方法进行比较，可以使用等于1的因子)。

15、如本文中所使用的，值p(x％)是当湿曲线等于干曲线的(100-x)％时所计算的孔径，如使用本文所述的方法所确定的。尽管为计算值，但这可以被理解为表示通过层的总流量中有x％穿过该大小或以下的孔隙所在的点。例如，p50(平均流量孔径)表示湿曲线等于干曲线一半所在的点，并且可以被视为孔径使得通过层的总流量中有50％通过该大小或以下的孔隙。

16、平均孔径(例如，平均最大孔径)可以根据至少三个测量值(从至少三个不同的样品位置获得)的平均值计算得出。可在起泡点检测到最大孔径(其也可以称为p100)的单独测量值，其中，起泡点是在流体开始穿过样品之后发现的，并且三个连续测量值增加至少1％，其中以每分钟大约17个数据点的速率在整个扫描中收集256个数据点。

17、如本文中所使用的，“β比率”或“β”是在稳定流动条件下上游颗粒与下游颗粒的比率(iso 16889:2008)，如示例中所述。过滤器效率越高，β比率越高。β比率定义如下：

18、

19、其中nd,u是直径为d或更大的颗粒的每单位流体体积的上游颗粒计数，并且nd,d是直径为d或更大的颗粒的每单位流体体积的下游颗粒计数。如果存在，附于β的下标指示正在报告的比率的粒径。

20、如本文中所使用的，“总β比率”或“总β”是在测定过程中所有上游颗粒的总和与在测试过程中所有下游颗粒的总和的比率(其中测试是在25psi(172kpa)的压力下运行)：

21、

22、其中nd,u是直径为d或更大的颗粒的每单位流体体积的上游颗粒计数，并且nd,d是直径为d或更大的颗粒的每单位流体体积的下游颗粒计数。如果存在，附于β的下标指示正在报告的比率的粒径。

23、如本文中所使用的，“过滤效率”或“效率”是指由过滤器去除的污染物的百分比，计算如下：

24、

25、其中e是过滤效率，并且β是如上所示定义的。因此，本文提到的效率是累积效率。如果存在，附于e的下标指示正在报告的比率的粒径。

26、如本文中所使用的，“压降”(本文也称为“dp”或“δp”)涉及迫使流体以特定的流体速度通过过滤器或过滤介质(在添加污染物之前)所需的压力(通过泵施加)。除非另有说明，否则如iso 3968:2017中描述的那样测量压降。

27、如本文中所使用的，术语“基本上不含”指示过滤介质不包含在任何实质程度上有助于过滤介质的活动或作用的的量所列组分(例如，玻璃纤维或树脂)。该术语旨在包括包含对过滤介质的过滤性能没有任何实质性贡献的微量组分。例如，基本上不含玻璃的过滤介质可以包括小于1wt-％的玻璃纤维。例如，基本上不含树脂的过滤介质可以包括小于5wt-％的树脂。例如，基本上不含玻璃的过滤介质可以包括小于1wt-％的玻璃纤维。例如，基本上不含树脂的过滤介质可以包括小于5wt-％的树脂。

28、如本文中所使用的，术语“不含”指示过滤介质不包含一定量的所列组分(例如，玻璃纤维或树脂)。例如，“无玻璃”过滤介质不包括任何玻璃，并且“无树脂”介质不包括任何树脂。

29、词语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可以提供某些益处的本发明实施例。然而，在相同的或其他情况下，其他实施例也可以是优选的。此外，对一个或多个优选实施例的叙述不意味着其他实施例不是有用的，并且不旨在将其他实施例排除在本发明的范围之外。

30、在说明书和权利要求书中出现术语“包含”及其变体的情况下，这些术语不具有限制性意义。此类术语应理解为暗示包括陈述的步骤或要素或者一组步骤或要素，但不排除任何其他步骤或要素或者任何其他组的步骤或要素。

31、“由……组成”意指包括并且限于在短语“由……组成”中包含的任何内容。因此，短语“由……组成”指示所列出的要素是必需的或强制性的，并且可能不存在其他要素。“基本上由……组成”意指包括在该短语中列出的任何要素，并且限于不妨碍或有助于本披露中对于所列出的要素而指定的功能或作用的其他要素。因此，短语“基本上由……组成”指示所列出的要素是必需的或强制性的，但其他要素是任选的并且可以存在或可以不存在，具体取决于它们是否实质性地影响所列出的要素的功能或作用。

32、除非另有说明，否则“一个/种”、“该”和“至少一个/种”可互换使用，并且意指一个/种或多于一个/种。

33、如本文中所使用的，术语“或”通常以其包括“和/或”的通常意义采用，除非上下文另外明确指出。

34、术语“和/或”意指所列出的要素中的一个或全部或者所列出的要素中的任何两个或更多个的组合。

35、除非另有说明，否则对标准方法(例如，astm、tappi、aatcc、iso等)的任何引用均指的是在提交本披露时该方法的最新可用版本。

36、此外在本文中，通过端点叙述数值范围包括归入所述范围内的所有数字(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、5等)。

37、在本文中，“最高达”某个数字(例如，最高达50)包括该数字(例如，50)。

38、术语“在所述范围中”或“在某一范围内”(以及类似的陈述)包括所陈述范围的端点。

39、对于本文所披露的包括离散步骤的任何方法，可以按任何可行的顺序来进行所述步骤。并且，在适当时，可以同时进行两个或更多个步骤的任何组合。

40、所有的标题均是为了方便阅读者，而不应当用于限制所述标题后面的正文的含义，除非如此指定。

41、贯穿本说明书提及的“一个实施例(one embodiment)”、“一个实施例(anembodiment)”、“某些实施例”或“一些实施例”等意指结合所述实施例描述的具体特征、构型、组成、或特性包括在本披露的至少一个实施例中。因此，在贯穿本说明书中的各处出现此类短语不一定指的是本披露的同一个实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定特征、构型、组成或特性可以按任何合适的方式进行组合。

42、除非另有说明，否则在说明书和权利要求书中使用的所有表示组分数量、分子量等的数字都应理解为在所有情况下都被术语“约”修饰。如在本文中与所测量的量结合使用的，术语“约”是指测量的量的变化，如由进行测量并且以与测量目的和所使用的测量设备的精度相称的谨慎水平进行操作的技术人员所预期的。因此，除非另外相反地指明，在本说明书和权利要求书中阐述的数值参数是近似值，这些近似值可以取决于本发明所寻求获得的所希望的特性而不同。至少，并且不是试图限制权利要求的范围的等同原则，每个数值参数至少应根据所报告的有效位的个数并且通过应用一般舍入方法进行解释。

43、虽然阐述本发明的广泛范围的数值范围和参数是近似值，但在具体示例中阐述的数值是尽可能精确报导的。然而，所有数值固有地含有必然由在其相应的测试测量中发现的标准偏差所产生的范围。

44、本发明的以上概述不旨在描述本发明的每个披露的实施例或每种实现方式。以下描述更具体地举例说明了说明性实施例。在贯穿本技术中的几处，通过示例的列表提供指导，这些示例可以按各种组合来使用。在每种情况下，所列举的列表仅用作代表性组并且不应被解释为排他性列表。