自吸附式防尘口罩专利技术研究

2015-03-23沈婷婷曹志强

河南科技 2015年7期

刘莎沈婷婷曹志强

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州215000）

1 技术背景

在我国环境空气质量标准中，根据粉尘颗粒的大小，将环境空气中的颗粒物分为总悬浮颗粒物（TSP）和可吸入颗粒物（IP）。颗粒物对人体危害随颗粒大小而不同，小于5um的颗粒则会深入和滞留在肺泡中，对人体健康危害很大；小于2.5um的颗粒可深达肺泡并沉积，进而进入血液循环［1］。

2 防尘口罩的专利申请分析

在全球申请量中中国申请量增长最为显著，而各国的申请趋势除中国和韩国外，其他国家的申请增长缓慢，处于一个相对平稳的时期。其原因有以下几个方面：①其他国家属于比较发达的国家，环境污染问题已经得到大幅度的改善，防尘口罩在日常生活中不再是必需品。②随着中国经济发展，环境问题日益突出，人们对生活环境和身体保健方面越来越重视。③人们对于空气尘埃特别是PM2.5的广泛关注。2008年6月以广州为代表的珠三角空气污染一度非常严重。对此，中国工程院院士钟南山，抛出一个惊人说法，“广州人的肺都是黑的”，并称“广州式黑肺”源于汽车尾气。且自2008年起美国大使馆就在推特上，每小时公布一次北京空气污染数据，PM2.5这一词汇渐渐被人们所熟知，其危害性也逐渐被人们重视起来。④这与中国政府的推动创新政策有关，中国政府一直以来对科技创新都比较重视，特别是近年来，更是加大了对科技创新的奖励优惠政策。

3 自吸附式防尘口罩的技术发展路线

防尘口罩可分为隔离式防尘口罩和过滤式防尘口罩。过滤式防尘口罩又可分为自吸附过滤防尘口罩和电动风机式防尘口罩。自吸附式防尘口罩的发展涉及过滤方式、口罩的除尘率、口罩的密封性、透气性四条主线，共同影响防尘口罩的性能。

3.1 过滤方式

自吸附式过滤口罩的过滤方式主要有：纤维层过滤、采用正负极板电场过滤、磁场过滤、静电过滤、水过滤、通过黏性材料进行吸附过滤。

针对纤维层过滤和其与其他方式过滤的组合是研究比较多的，在1988年，中国科学院上海有机化学研究所提出了利用驻极体聚丙烯纤维无纺布作为口罩滤材（申请号CN88211397），同一年，美国BETT—N提出了在口罩滤材中使用活性炭（申请号US19880263068A）。1992年，海拉尔市针织厂公开了采用氯纶无纺布作为口罩主体材料，并使得口罩上带有负离子，从而形成静电场，有效阻止了细尘的进入（申请号CN92201742）。为了进一步防止制毒严重恶果的金属微尘的污染问题，史风柏将磁铁片同极统一向内或向外安装，各永磁铁片之间以斥力状态布局在口罩中（申请号CN92111280）。1995年，韩国李光然采用羊毛纤维与化学树脂切膜丝相混合，由此加倍静电力来改善粉尘过滤功能（申请号CN95102730）。1996年，日本TEIKOKU PISTON RING CO LTD公开了活性炭树脂纤维制成的平板电极覆盖有绝缘性非织造布，对电极和地面之间施加高电压，在电极周围形成非均匀磁场来提高除尘效果（申请号JP7967396A）。接着在1997年，美国金伯利－克拉克环球有限公司提出了利用包含热塑性聚合物及分散于其中的铁电材料颗粒的纤维并令其处于电场中，接受电场的作用作为口罩的滤材，赋予了纤维区域大电场，提高过滤效率（申请号US19960762213A）；2001年，出现了镀有金属膜层的强化核孔膜、可根据颗粒大小选择不同孔径的核孔膜作为口罩滤材（申请号CN01218526）。

2005年，采用不同过滤精度的静电纺丝吸附过滤材料作为口罩复合过滤层出现，静电纺丝吸附过滤材料包括静电纺丝氯化聚氯乙烯，静电纺丝双乙酸酯纤维和静电纺丝聚醚砜，纤维直径为0.5～5.0μm，对微米、亚微米粒子具有很高的去除效率（申请号CN200520118597）。福建新大陆环保科技有限公司于2011年提出网状空气吸尘膜由一种可卷曲的高分子膜制成，并且受摩擦或震动时可产生静电，可直接覆盖在任一运动表面或流动气体的截口处（申请号CN201110462773）。2013年，武汉利英唯尔科学技术有限公司采用聚合物超薄膜复合膜支撑层由多孔材料制成的多孔超薄膜载体层，在多孔超薄膜载体层的表面覆盖均质无孔聚合物超薄膜层，均质无孔聚合物超薄膜层是由高氧气渗透率或对氧气高选择性的渗透遵守溶解扩散模型的聚合物制成的均质无孔致密层；复合膜使口罩既能阻止尘粒（包括PM2.5）、病毒、病菌、污染物、烟尘，还能提供富氧功能（申请号CN201310361477）。

从口罩滤材的发展趋势来看，滤材的发展依附于新型材料的发展，为了增强新型材料的过滤性能，还对滤材的静电电场的大小和维持时间的长短做出了重大的改变，选择材料的更新更趋向于除尘率高、功能多、轻薄、结构简单方面发展。

3.2 除尘率

除尘率除与口罩滤材的选择有关外，还与口罩滤层的结构和设置有关。1992年，陈治云提出了罩体为一多面体的框架、和框架外包覆的过滤材料构成，达到了具有口罩的透气面大，过滤面大，过滤效果好，吸排气通畅，面部与罩体接触少的技术效果（申请号CN92231416）；1993年，陈继宏为了增大过滤材料的有效接触面积，利用特殊框架结构，将整个过滤吸附材料撑起在过滤盒中，并严实密封，使整个过滤材料都起到过滤作用（申请号CN93101039）。同一年，还有人将超细纤维做的薄片状滤料的中部制成立体折皱状，由于呈立体折皱状，过滤空气的有效面积比平面滤料大得多，从而提高除尘效率（申请号CN93242912）。

3.3 密封性

口罩的密封性深刻影响着口罩的除尘效果，1988年，中国科学院上海有机化学研究所在口罩上方设置金属压条，提高口罩与脸部的贴合提高了口罩的密封性（申请号CN88211397）。1992年，冯钜江在壳体的另一端边缘上连接有气垫，气垫上有气嘴和气阀。由于气垫是一个易形变的柔软体，任何脸形的人使用都能使气垫与脸颊完全贴合密封，不会有含尘气体从贴合处漏入口罩，增强口罩的密封性（申请号CN92212231）。2004年，罩体的上缘对应鼻子的位置连接一个恰可与鼻子周围密合的附罩（申请号CN200420095252）。2011年，韩国朴基洙提出一种防尘口罩，面罩部通过热压成型在面罩部的垫布紧贴于脸部；半球形的一次性过滤部形成脸部空间，并过滤污染的空气；单方向排气阀，在面罩部形成有曲率，以便能紧贴于脸部曲面，并通过将面罩部和过滤部固定体的内侧翼部和外侧翼部进行互相缝制或热熔接，从而在面罩部上形成气垫（申请号KR20110060005A）。

3.4 透气性

口罩的透气性主要在于选择的滤材，也有在口罩中附加辅助呼吸的器件和改变呼吸通道结构的，如房坤（申请号CN92113564）在1992年为口罩增加一个塑料风筒和一个微型防爆风机，用抽排气方式使口罩内空气更换，消除憋闷现象。日本千野光正于1998年提出了一种口罩，其具有一个过滤装置，该装置有一个具有配置于口罩表面层内侧的、位于与人的口相对应位置的吸入孔的过滤袋;以及一块隔板，使用者在戴用防尘口罩时，采取用口吸入外部空气、用鼻孔呼出体内空气的呼吸方法，解决了呼吸阻碍的问题（申请号JP20716398A）。