CN107344072B

CN107344072B - 低压损过滤膜

Info

Publication number: CN107344072B
Application number: CN201610296815.8A
Authority: CN
Inventors: 颜义轩
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-05-06
Filing date: 2016-05-06
Publication date: 2023-05-23
Anticipated expiration: 2036-05-06
Also published as: CN107344072A

Abstract

本发明提供一种由复合材料所形成的低压损过滤膜，其特征在于，包括:基材，具有相对的第一表面及第二表面；滤膜，具有相对的第三表面及第四表面；基材的第二表面与滤膜的第三表面间具有多个黏结点用以黏结基材与滤膜；其中，以第二表面或第三表面的总面积为基准，所述黏结点的总面积和介于0.05～0.2％间。

Description

低压损过滤膜

技术领域

本发明有关于一种阻隔微粒的过滤膜结构，尤指一种非经热压成型的低压损过滤膜以及使用低压损过滤膜所制成的口罩。

背景技术

近年来，由于工业发展急速地成长，环境污染如水污染、空气污染的问题也开始一一浮现，而人们也开始不得不重视环境污染所造成的问题以及对健康的危害。

悬浮粒子(Particulate matter,PM)，指悬浮在空气中的固体颗粒或液滴，是空气污染主要的来源之一，也就是俗称的雾霾。而直径小于或等于2.5微米(Micrometre,μm)的悬浮粒子称为细悬浮粒子(PM_2.5)，悬浮粒子可在大气中长时间停留，并可随呼吸进入体内，积聚在气管或肺部，造成支气管炎、肺炎或心脏病等。为降低悬浮粒子对身体健康造成危害，空气清净机或是口罩的需求亦日渐提升。

可阻挡细悬浮粒子的口罩可分为静电式与非静电式，静电式口罩具有一种静电过滤层，系由两种电负性相差较大的纤维材料交互堆栈而成，如中国专利公告第CN203634676U号中，提出一种防PM_2.5的静电口罩，但静电口罩在长时间使用或清洗后，由于静电过滤层的静电消失，因而丧失了阻挡细悬浮粒子的功能；而非静电式口罩往往需要多层复合，如中国专利公开第CN102068924A号中，提出一种由支撑层、聚四氟乙烯层及黏结层组成的聚四氟乙烯复合膜，而为了增强多层结构的剥离强度，黏结层需要广泛的涂布于复合膜的一面，此种黏结的方式可能会堵塞复合膜材的过滤孔隙，使口罩内外部的压力差提高，而让使用者感到呼吸困难，此外过滤孔隙的堵塞亦让口罩过滤的功能下降。而于现存技术中，非静电式口罩亦存在一种以热压成型的方式，其系以热压方式对作为基材的低熔点纤维材料进行加热，使低熔点纤维材料的一面产生熔融的状态，并藉此与其它作为过滤用途的复合纤维材料进行贴合，但因低熔点纤维材料经过热熔融处理后，会破坏纤维表面原先的结构，故当热熔融处理后的低熔点纤维材料与复合纤维材料进行热压成型后，而该种热压成型的方式会造成过滤孔隙的堵塞，使得内外压力差变大，进而造成使用者不适的状况。

有鉴于此，如何制作一长效型且内外压力差较小的过滤材结构，为本发明欲解决的技术课题。

发明内容

为达上述目的，本发明提供一种低压损过滤膜，其特征在于，包括:

基材，具有相对的第一表面及第二表面；

滤膜，具有相对的第三表面及第四表面；

所述基材的第二表面与所述滤膜的第三表面间具有多个黏结点用以黏结所述基材与所述滤膜；

其中，以所述第二表面或所述第三表面的总面积为基准，所述黏结点的总面积和介于0.05～0.2％。

黏结点为黏性体，所述黏性体包括：聚氨酯类、湿气反应型热熔胶、聚乙烯类或聚丙烯类、或以上任意两种或三种混合材料。

基材种类包括：聚丙烯、聚乙烯或聚对苯二甲酸乙二酯、或以上任意两种或三种混合材料。

所述基材的厚度介于0.08～0.30mm。

滤膜种类包括：聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯或甲基谜聚合物、或以上任意两种或两种以上混合材料。

滤膜的厚度介于0.03～0.10mm。

黏结点无规则地排列或分布于所述基材的第二表面或所述滤膜的第三表面。

本发明又提供一种低压损过滤膜的制备工艺，其特征在于用以进行基材与滤膜的黏合，其包括下列步骤：

(a).调整涂布刀与涂布轮的第一间距；调整所述涂布轮与上胶轮的第二间距；调整第一贴合轮与第二贴合轮的第三间距；

(b).调整所述涂布轮与所述上胶轮的相对速度；

(c).于所述涂布轮表面布置黏性体；

(d).利用所述黏性体于所述基材表面形成多个不规则的黏结点；以及

(e).利用所述第三间距黏合所述基材与所述滤膜。

本发明另提供一种口罩，其特征在于，包括：

第一无纺布外罩层，具有第一表面及第二表面；

第二无纺布外罩层，具有第三表面及第四表面；以及

低压损过滤膜，配置于所述第一无纺布外罩层的第二表面与所述第二无纺布外罩层的第三表面间；

其中，所述低压损过滤膜进一步包括:

基材，具有相对的第一表面及第二表面；

滤膜，具有相对的第三表面及第四表面；

其中，以所述基材的二表面或所述滤膜的第三表面的总面积为基准，所述黏结点的总面积和介和于0.05～0.2％。

第二无纺布外罩层的第四表面上具有抗菌材料层。

附图说明

图1为本发明制造低压损过滤膜设备的一侧面视图；

图2为本发明低压损过滤膜基材上胶过程的示意图；

图3为本发明基材表面黏结点的俯视图；

图4为本发明基材与滤膜贴合过程的示意图；

图5为本发明低压损过滤膜制作的流程图；

图6为本发明低压损过滤膜的剖面图；及

图7为应用本发明低压损过滤膜口罩的示意图。

附图标记说明

基材 1

第一表面 11

第二表面 12

滤膜 2

第三表面 21

第四表面 22

漏斗 3

黏性体 4

黏结点 44

低压损过滤膜 5

口罩 6

第一无纺布外罩层 61

第一表面 611

第二表面 612

第二无纺布外罩层 62

第三表面 621

第四表面 622

伸缩绳 63

抗菌材料层 7

涂布刀 A

涂布轮 B

上胶轮 C

第一贴合轮 D

第二贴合轮 E

第一间距 f

第二间距 g

第三间距 h

步骤 S11～S15

具体实施方式

本发明的优点及特征以及达到其方法将参照例示性实施例及附图进行更详细的描述而更容易理解。然而，本发明可以不同形式来实现且不应被理解仅限于此处所陈述的实施例。相反地，对所属技术领域具有通常知识者而言，所提供的此些实施例将使本揭露更加透彻与全面且完整地传达本发明的范畴。

首先，请参阅图1，是本发明制造低压损过滤膜设备的一剖面示意图。如图1所示，本发明用于制造低压损过滤膜的设备包括：涂布刀A、涂布轮B、上胶轮C、漏斗3及第一贴合轮D与第二贴合轮E；其中，涂布刀A、涂布轮B、上胶轮C、第一贴合轮D及第二贴合轮E的直径均介于20～50cm，而其表面宽度均介于1～2m。此外，涂布刀A与涂布轮B是相邻配置且其间具有一个第一间距f；涂布轮B与上胶轮C是相邻配置且其间具有一第二间距g；第一贴合轮D及第二贴合轮E是相邻配置且其间具有一个第三间距h，其中，这三个间距都是可以根据产品的制造需要做调整。

接着，请参图2及图3，其中，图2系为本发明低压损过滤膜基材上胶过程的示意图，而图3系为本发明基材表面黏结点的俯视图。首先，如图2所示，于上胶过程中，涂布刀A维持静止不动的状态，并用于承接自漏斗3滴落的黏性体4；在本发明的实施例中，黏性体4为一种胶料，黏性体4的胶料种类包括：聚氨酯类、湿气反应型热熔胶、聚乙烯类或聚丙烯类、或以上任意两种或三种混合材料。涂布轮B系以逆时钟的方向转动，藉由涂布轮B的转动，使得涂布轮B在最接近涂布刀A的位置上，将黏性体4自涂布刀A表面刮离使其散布于涂布轮B的表面，而使涂布轮B表面上的形成一层黏性体4(未示于图中)。

接着，上胶轮C则是以顺时钟的方向转动，其表面与基材1的第一表面11相互接触，并利用上胶轮C表面与基材1第一表面11间的摩擦力带动基材1向上方(即顺时钟方向)移动。由于上胶轮C相邻于涂布轮B，故当设备操作时，以顺时钟的方向转动的上胶轮C与依逆时钟方向旋转的涂布轮B会在最接近的位置上(亦即在上胶轮C相邻于涂布轮B最接近时的切线位置)，由于涂布轮B的表面已涂布一层着黏性体4(未示于图中)，因此，当在上胶轮C与涂布轮B最接近的位置，涂布轮B会将表面上的黏性体4与基材1的第二表面12接触，并于基材1的第二表面12上形成多个无规则排列或分布的黏结点44(如图3所示)；其中，基材1在低压损过滤膜的构造中，系作为支撑及粗过滤之用，基材1的种类包括：聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、或以上任意两种或三种混合材料等所形成的无纺布，且基材1的厚度介于0.08～0.30mm间，而基材1一较佳厚度为0.1mm。

再接着，请继续参阅图1及图2，于本发明的较佳实施例中，可以藉由调整涂布刀A与涂布轮B间的间距以及涂布轮B与上胶轮C间的间距与转动速度，来控制涂布至基材1的第二表面12胶料的厚度及使用量，详细说明如下：首先，于图1中，涂布刀A与涂布轮B间的第一间距f系用于控制与决定黏性体4布置至涂布轮B表面的厚度，当第一间距f愈大时，布置至涂布轮B上的黏性体4的厚度就愈大，举例而言，当第一间距f为0.01mm时，此时，布置于于涂布轮B表面的黏性体4厚度为0.01mm，同时，若涂布轮B与上胶轮C转动的速度相同时，则黏性体4无规则地涂布于基材1第二表面12的使用量为10g/m²；另外，若第一间距f为0.05mm时，此时，布置于涂布轮B表面的黏性体4其厚度为0.05mm，同时，若当涂布轮B与上胶轮C转动的速度相同时，则黏性体4无规则地涂布于基材1第二表面12的使用量为50g/m²。接着，第二间距g系用于决定黏性体4无规则地涂布于基材1第二表面12的渗透程度(是指胶料渗入至基材1内的距离)，因此，渗透程度可决定黏性体4与基材1间的黏着强度，而当第二间距g越小时，所形成多个无规则排列或分布的黏结点44与基材1间的黏着强度越强。第二间距g较佳的宽度通常为基材1厚度再加上0.01～0.04mm的距离，且其涂布至基材1第二表面12的黏性体4渗入至基材1内的距离约为0.01mm，可得到适当的黏着强度。

接下来，继续说明本发明藉由控制涂布轮B与上胶轮C转动速度的差异，来调整黏性体4的使用量。请参阅图2，举例而言，当形成于涂布轮B上的黏性体4其厚度为0.01mm时，若将上胶轮C正常的转动速度视为100％，则进一步将涂布轮B的转动速度降低至正常转动速度的10％，则黏性体4无规则地涂布于基材1第二表面12的使用量则由原先的10g/m²降低至1g/m²。很明显的，本发明于制作低压损过滤膜时，可以藉由调降涂布轮B的转动速来降低黏性体4涂布于基材1第二表面12的使用量。而在一较佳实施例中，相对于正常的转动速度，可将涂布轮B的转速降低并维持于10～30％的范围间。

请继续参阅图3，依据图2中所提出使用涂布轮B与上胶轮C转动速度的差异以调整黏性体4使用量的制作方式，可以控制黏性体4的使用量范围介于1g/m²至2.5g/m²间。此外，当以被涂布第二表面12的总面积(即一个低压损过滤膜)为基准时，于第二表面12上形成多个无规则排列或分布的黏结点44的总面积和(sum)占第二表面12总面积的0.05～0.2％，此时可让基材1与其它复合材料达到适当的黏着强度。于一较佳的实施方式中，当多个无规则排列或分布黏结点44的总面积和占第二表面12总面积的0.09％时，即可达到较佳的黏着强度，其中，每一个黏结点44的大小介于1～15mm。

请参阅图1及图4，其系为本发明基材与滤膜贴合过程的示意图。如图1所示，相邻的第一贴合轮D及第二贴合轮E间具有第三间距h，第三间距h用于基材1与滤膜2的贴合。一般来说，第三间距h的宽度可以选择控制在基材1与滤膜2厚度总和的30～70％间。其中，滤膜2于低压损过滤膜的构造中，系作为过滤细悬浮粒子之用，滤膜2的种类包括：聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯(PVDF)或甲基谜聚合物(PSF)、或以上任意两种或两种以上混合材料的有孔薄膜材料，且滤膜2的厚度介于0.03～1.0mm间，滤膜2系用于阻绝空气中的细悬浮粒子(PM_2.5)。

于图4中，当第一贴合轮D以顺时钟的方向转动并同时接触基材1的第一表面11时，可以利用第一第贴合轮D表面与第一表面11间的摩擦力带动基材1向下方移动；另一方面，当第二贴合轮E以逆时钟的方向转动并同时接触滤膜2的一第四表面22时，可以利用第二贴合轮E表面与第四表面22间的摩擦力带动滤膜2向下方移动。在基材1进入到第一贴合轮D及第二贴合轮E进行贴合前，很明显的，基材1的第二表面12上已涂布了多个无规则排列或分布的黏结点44，接着，当基材1与滤膜2通过第三间距h时，第一贴合轮D及第二贴合轮E透过挤压的方式将基材1与滤膜2进行密合，使基材1第二表面12透过多个黏结点44与滤膜2第三表面21相互的贴合，以形成低压损过滤膜结构。

接着，如图5所示，其系为本发明低压损过滤膜制作的流程图。首先，调整涂布刀A与涂布轮B的第一间距f；调整涂布轮B与上胶轮C的第二间距g；调整第一贴合轮D与第二贴合轮E的第三间距h(步骤S11)，其中，本发明对于三个间距的调整顺序并不加以限制；接着，调整涂布轮B与上胶轮C的相对速度(步骤S12)；再接着，自漏斗3将黏性体4滴漏至涂布刀A上，并藉由涂布刀A与涂布轮B的第一间距f决定形成在涂布轮B表面的黏性体4厚度(步骤S13)；接着，藉由涂布轮B与上胶轮C的第二间距g及相对速度，用以将黏性体4在基材1表面上形成多个不规则的黏结点44(步骤S14)；最后，藉由第一贴合轮D与第二贴合轮E间的第三间距h将基材1与滤膜2黏合以形成低压损过滤膜结构(步骤S15)。很明显的，在本发明形成低压损过滤膜的整个过程中，在将基材1与滤膜2压合的过程中均不使用加热制程，完全藉由涂布刀A与涂布轮B间的间距、涂布轮B与上胶轮C间的间距与转动速度及第一贴合轮D及第二贴合轮E间的间距来控制低压损过滤膜的制成。

请参阅图6，其系为本发明低压损过滤膜的剖面图。如图6所示，低压损过滤膜5由上而下分别为滤膜2的第四表面22、第三表面21及基材1的第二表面12、第一表面11。由局部放大图显示，第三表面21与第二表面12间具有多个无规则排列或分布的黏结点44，多个黏结点44用于黏合第三表面21及第二表面12，使滤膜2与基材1密合形成一低压损过滤膜。

请继续参阅图6中的局部放大图，其中，虽然黏结点44用于黏合第三表面21及第二表面12，但黏结点44由于为无规则排列或分布使其仅分布于第二表面12表面上部分的区域，因此并不会破坏或阻隔基材1中纤维材料的孔隙，使形成的低压损过滤膜5仍能维持良好的空气交换率及细悬浮粒子的阻隔率。本发明所提供的低压损过滤膜，在其结构未被破坏或是未被细悬浮粒子大量堵塞过滤孔隙的情况下，仍可维持长时间的过滤功能。很明显的，经由本发明所提供的制造过程，可以适当的控制于第二表面12上的黏结点44的总面积和，而可达到低压损的效果。

本发明所提供的低压损过滤膜可做为空气滤材或水滤材，但不以此为限，使用者可依据所属领域的需求，调整基材1、滤膜2的厚度与种类、黏性体4种类，并进一步调整涂布刀A、涂布轮B、上胶轮C间的间距及涂布轮B、上胶轮C相对转速的差异，来控制黏性体4的涂布面积及使用量。此外，在图2的实施例中，虽仅提出先将黏性体4涂布于基材1的方式，但若滤膜2的厚度及材质强度足够时，亦可选择先将黏性体4涂布于滤膜2的第四表面22或第三表面21上，再进行与基材1黏合的步骤，对此，本发明并不加以限制。

请参阅图7，图7系为应用本发明低压损过滤膜口罩的示意图，其中，口罩6包括：一个第一无纺布外罩层61，其具有第一表面611及第二表面612；一个第二无纺布外罩层62，其具有第三表面621及第四表面622；一个低压损过滤膜5，配置在第一无纺布外罩层61的第二表面612与第二无纺布外罩层62的第三表面621间，并藉由黏着方式黏着成一体，以及一对伸缩绳63。其中，第一无纺布外罩层61及第二无纺布外罩层62为一平整的矩形结构，而低压损过滤膜5也可以裁切成矩形结构。此外，可以在第一无纺布外罩层61与第二无纺布外罩层62间的上端处，配置一条具有记忆功能的材质(未示于图中)，以便可以根据使用者脸部的形状来调整口罩6与使用者脸部的密合度，以降低口罩6气体的泄漏率，以提高其过滤的功能。

此外，请继续参阅图7，口罩6的一较佳实施方式中，可以在第二无纺布外罩层62的第四表面622上，进一步混合一种抗菌材料层7；抗菌材料层的材质包括：:甲壳素材料、奈米银材料或奈米硅材料，使得本发明的口罩6具有抗菌性。

此外，分别以本发明所提供低压损过滤膜制成的口罩，及市售静电式口罩、医用口罩或活性碳口罩以及N95口罩进行测试，测试项目包括：过滤效能检测以及压损量测(测试仪器:TSI-8130检测条件:85LPM)，测试结果如表1所示：

表1

由表1的结果显示，本发明所提供低压损过滤膜制成的口罩、市售静电式口罩、医用口罩或活性碳口罩以及N95口罩，其过滤效能均达到95％以上，但相较于市售静电式口罩、医用口罩或活性碳口罩，本发明所提供低压损过滤膜制成的口罩，其压损数值介于70Pa至120Pa间，均优于市售静电式口罩、医用口罩或活性碳口罩及N95口罩，因此，当使用者使用本发明所提供低压损过滤膜制成的口罩时，不仅可有效及长时间阻隔细悬浮粒子(PM_2.5)，且不易产生呼吸不顺畅的感觉。

综上所述，本发明所提供低压损过滤膜制成的口罩，除了可以让使用者具有较佳的呼吸舒适感外，更由于口罩的压损数值小，因此其透气性较佳，使得使用者所呼出气体中的水分可容易排散至口罩外，让水气较不易在第一或第二无纺布外罩层的表面凝结。再者，在本发明口罩的较佳实施方式中，可在第二无纺布外罩层的第四表面上，进一步由甲壳素材料、奈米银材料或奈米硅材料等形成一抗菌材料层，用以吸附有害的微生物。据此，由于水气凝结的降低及抗菌能力的提升，使口罩不易产生异味或滋生细菌，因此可延长口罩的使用寿命；故，本发明实为一极具产业价值之作。

本发明得由熟悉本技艺之人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护。

Claims

1.一种低压损过滤膜的制备工艺，其特征在于用以进行基材与滤膜的黏合，其包括下列步骤：

(b).调整所述涂布轮与所述上胶轮的相对速度；

(c).于所述涂布轮表面布置黏性体，更包括将所述黏性体滴漏至所述涂布刀以及转动所述涂布轮使所述涂布轮在最接近所述涂布刀的位置上，将所述黏性体自所述涂布刀表面刮离使其散布于所述涂布轮表面，其中于涂布上胶过程中所述涂布刀维持静止不动的状态以及经由所述涂布刀与所述涂布轮的所述第一间距决定形成在所述涂布轮表面的所述黏性体厚度，当所述第一间距愈大时，布置至所述涂布轮上的所述黏性体厚度就愈大；

(d).经由所述涂布轮与所述上胶轮的所述第二间距及相对速度，用以将所述黏性体于所述基材表面形成多个不规则的黏结点；以及

(e).经由所述第一贴合轮与所述第二贴合轮间的所述第三间距黏合所述基材与所述滤膜。