CN109603025B - 一种呼吸过滤装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及过滤装置技术领域，尤其涉及一种呼吸过滤装置及其制备方法。本发明提供的呼吸过滤装置，包含柔性膜和粘结层；所述呼吸过滤装置能够和鼻子完全贴合且仅覆盖鼻子部位；所述柔性膜上设置有可使气体通过的通孔。所述呼吸过滤装置为覆鼻式，具有使用面积小、气密性好、无异物感等优点。本发明还提供了所述呼吸过滤装置的制备方法，包含如下步骤：将柔性膜原料制作成柔性平板膜；在所述柔性平板膜上制作通孔，得到多孔柔性平板膜；对鼻子部位进行三维扫描，按照扫描结果将所述多孔柔性平板膜制作成能够和鼻子部位完全贴合的柔性膜；在所述柔性膜的内部设置一层粘结层即得到所述呼吸过滤装置。该方法，原料来源广泛，操作简便，易于实施。

Description

一种呼吸过滤装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及过滤装置技术领域，尤其涉及一种呼吸过滤装置及其制备方法。

背景技术

可吸入悬浮颗粒物(Particulate Material,PM)，包括PM2.5、PM10，已经成为影响空气质量和人们生活质量的重要因素。随着公众健康意识的觉醒，人们越来越关注对可吸入悬浮颗粒物的预防。尽管在理论上存在各种预防可吸入颗粒物的方法，但目前对于普通大众来说，预防可吸入悬浮颗粒的主要方法还是佩戴面罩。然而，佩戴面罩预防可吸入悬浮颗粒物存在诸多的限制和不足。首先，人们在很多时间和场合不愿意佩戴面罩。比如目前在雾霾天，人们习惯于在室外活动、出行时佩戴面罩；在室内环境，由于相互交流的需要、生活习惯的延续，人们一般都会在室内摘掉面罩。但是，目前我国大部分建筑物并未安装可吸入悬浮颗粒物的过滤装置，在雾霾天气条件下，室内外的空气中可吸入悬浮颗粒物的浓度相差不大。其次，面罩漏气点多，现有的防可吸入悬浮颗粒物面罩，看起来覆盖整个嘴巴、鼻子，但是由于佩戴者的脸型各异，面罩边缘与佩戴者脸部很难保证严格的气密性，可吸入悬浮颗粒物极易通过面罩边缘与佩戴者脸部的缝隙进入，起不到彻底的过滤效果。再次，面罩佩戴的舒适性差，为了减少面罩边缘漏气，生产厂商普遍采用弹力带、金属压条和海绵鼻贴等方式，导致的后果就是面罩与佩戴者脸部压得极紧，长时间使用舒适度差。最后，由于现有的面罩覆盖了鼻子、嘴巴、脸颊等脸部部位，面罩面积大，需要使用大量的纸张布料，另外为了减少面罩边缘漏气，需要使用弹力带、金属压条、海绵鼻贴等材料，不仅制作成本高，而且等这些面罩使用过以后，所使用的相关材料又变成新的垃圾。

对于大部分人来说，闭紧嘴巴，用鼻呼吸，能够防止可吸入悬浮颗粒物从嘴巴进入。此时在鼻子装上悬浮颗粒物的过滤器，可以防止大部分可吸入悬浮颗粒物进入人的呼吸系统。然而，现有的鼻式悬浮颗粒物过滤器，大部分采用“小丑鼻”的方式，过滤器的形状难以和佩戴者的鼻子保持完全一致，另外还需要用弹力带绕过佩戴者的头部，美观性和舒适性也难以得到保证。小部分鼻式悬浮颗粒物过滤器为塞入鼻孔式，用弹性塑料夹固定在鼻中隔位置，保证悬浮颗粒物过滤器的隐秘性。但是，过滤器塞入鼻孔很容易给使用者带来异物感，并且悬浮颗粒物过滤器长时间在鼻孔的温暖、高湿度环境下容易滋生细菌，容易引起新的健康问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种综合性能良好的呼吸过滤装置及其制备方法，本发明提供的呼吸过滤装置只覆盖于鼻子部位，具有使用面积小、气密性好、无异物感等优点。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种呼吸过滤装置，包含柔性膜和粘结层；

所述呼吸过滤装置能够和鼻子完全贴合且仅覆盖鼻子部位；

所述柔性膜上设置有可使气体通过的通孔。

优选的，所述通孔的直径≤2.5μm。

优选的，所述柔性膜鼻孔部位通孔的总面积大于等于鼻孔截面积的20％。

优选的，所述柔性膜为聚二甲基硅氧烷膜、聚酰亚胺膜、聚乙烯膜和聚偏二氯乙烯膜中的一种，或者为其中任意几种膜的复合膜。

优选的，所述柔性膜的厚度为1～1000μm。

本发明还提供了所述呼吸过滤装置的制备方法，包含如下步骤：

将柔性膜原料制作成柔性平板膜；

在所述柔性平板膜上制作通孔，得到多孔柔性平板膜；

对鼻子部位进行三维扫描，按照扫描结果将所述多孔柔性平板膜制作成能够和鼻子部位完全贴合的柔性膜；

在所述柔性膜的内部设置一层粘结层即得到所述呼吸过滤装置。

本发明提供了一种呼吸过滤装置，包含柔性膜和粘结层；所述呼吸过滤装置能够和鼻子完全贴合且仅覆盖鼻子部位；所述柔性膜上设置有可使气体通过的通孔。本申请提供的呼吸过滤装置为覆鼻式，具有使用面积小、气密性好、无异物感等优点。

本发明还提供了所述呼吸过滤装置的制备方法，包含如下步骤：将柔性膜原料制作成柔性平板膜；在所述柔性平板膜上制作通孔，得到多孔柔性平板膜；对鼻子部位进行三维扫描，按照扫描结果将所述多孔柔性平板膜制作成能够和鼻子部位完全贴合的柔性膜；在所述柔性膜的内部设置一层粘结层即得到所述呼吸过滤装置。本发明所述制备方法，原料来源广泛，操作简便，易于实施。

附图说明

图1为呼吸过滤装置在使用时的结构示意图；

其中，11-鼻子，12-呼吸过滤装置，13-通孔。

具体实施方式

本发明提供了一种呼吸过滤装置，包含柔性膜和粘结层；

所述呼吸过滤装置能够和鼻子完全贴合且仅覆盖鼻子部位；

所述柔性膜上设置有可使气体通过的通孔。

本发明提供的呼吸过滤装置为仅在鼻子部位使用的呼吸过滤装置，其使用时的结构示意图如图1所示。

本发明所述柔性膜上设置有可使气体通过的通孔，所述通孔的直径可以≤2.5μm，也可以≤2.0μm，还可以≤1.5μm；所述通孔的直径下限以保证呼吸顺畅为准，不作特殊要求。在本发明中，所述通孔可以设置在呼吸过滤装置的整个表面，也可以仅仅设置在与鼻孔对应的部位，优选设置在呼吸过滤装置的整个表面。本发明对所述通孔的排布方式没有任何的特殊要求，能够均匀分布即可。

在本发明中，所述柔性膜鼻孔部位通孔的总面积优选大于等于鼻孔截面积的20％，更优选大于等于鼻孔截面积的30％，最优选大于等于鼻孔截面积的40％。本发明所述通孔能够满足鼻子的出气要求，保证人在佩戴该呼吸过滤装置时呼吸顺畅。

本发明所述呼吸过滤装置包含柔性膜，所述柔性膜优选为聚二甲基硅氧烷膜、聚酰亚胺膜、聚乙烯膜和聚偏二氯乙烯膜中的一种，或者为其中任意几种膜的复合膜。在本发明中，所述柔性膜的厚度优选为1～1000μm，更优选为100～800μm，最优选为400～600μm。

本发明所述呼吸过滤装置包含粘结层，在使用时，所述柔性层通过粘结层粘贴在鼻子上。本发明对所述粘结层没有任何的特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的市场上的能够直接与人皮肤进行接触粘结的粘结层均可。在本发明中，所述粘结层分布于柔性膜除了鼻孔部位之外的所有部位；不在鼻孔部位设置粘结层能够保证鼻孔呼吸的顺畅性。

本发明还提供了所述呼吸过滤装置的制备方法，包含如下步骤：

将柔性膜原料制作成柔性平板膜；

在所述柔性平板膜上制作通孔，得到多孔柔性平板膜；

对鼻子部位进行三维扫描，按照扫描结果将所述多孔柔性平板膜制作成能够和鼻子部位完全贴合的柔性膜；

在所述柔性膜的内部设置一层粘结层即得到所述呼吸过滤装置。

本发明将柔性膜原料制作成柔性平板膜。

当所述柔性膜原料为聚二甲基硅氧烷预聚体时，本发明优选将所述聚二甲基硅氧烷预聚体和交联剂混合后在搅拌条件下进行反应，得到的反应物体系在平板上成膜，得到聚二甲基硅氧烷柔性平板膜。

在本发明中，所述聚二甲基硅氧烷和交联剂的质量比优选为(7～10):1，更优选为(8～9):1。在本发明具体实施例中，所述交联剂具体为市售的道康宁184硅橡胶。在本发明中，所述搅拌采用手动搅拌即可，所述反应在室温下进行，所述反应的时间优选为10～20min，更优选为15～18min。

在具体实施过程中，若反应得到的反应物体系中有气泡，则将其静置直至气泡完全脱除。

在本发明中，所述成膜优选为旋涂成膜，所述旋涂的速率优选为2500～4000rpm，更优选为3000～3500rpm。

所述旋涂结束后，本发明优选对得到的湿膜进行干燥，得到干燥的柔性平板膜。在本发明中，所述干燥的温度优选为60～120℃，更优选为80～100℃；所述干燥的时间优选为4～8h。

在本发明中，所述聚二甲基硅氧烷柔性平板膜优选通过纳米压印的方式设置通孔。本发明对所述纳米压印的实施条件没有特殊要求，能够满足本申请的技术要求即可。

当所述柔性膜原料为聚酰亚胺时，本发明优选将聚酰亚胺顺次进行旋涂成膜和干燥处理，得到光敏性聚酰亚胺膜。在本发明中，所述旋涂的要求与上文一致，在此不再进行赘述。在本发明中，所述干燥的温度优选为120～180℃，更优选为140～160℃；所述干燥的时间优选为10～30h。

得到光敏性聚酰亚胺膜后，本发明优选通过磁控溅射在光敏性聚酰亚胺膜表面溅射一层薄金属铝，以其作为阳极加偏压，以金属钛作为阴极在草酸溶液中电解，使得阳极的金属铝产生氧化形成多孔氧化铝。在本发明具体实施例中，所述薄金属铝的厚度优选为1～5μm，更优选为2～3μm；所述偏压优选为+30～+50V，更优选为+40V；所述草酸溶液的浓度优选为0.1～0.5mol/L，更优选为0.2～0.3mol/L。

得到多孔氧化铝后，本发明优选以多孔氧化铝为掩膜，通过光刻在光敏性聚酰亚胺膜上刻蚀出通孔，然后通过等离子刻蚀技术去除金属掩膜，得到聚酰亚胺柔性平板膜。

当所述柔性膜原料为聚乙烯、聚偏氟乙烯或聚偏二氯乙烯时，聚乙烯柔性平板膜、聚偏氟乙烯柔性平板膜和聚偏二氯乙烯柔性平板膜的制备和设置通孔的方法与上述制备聚酰亚胺柔性平板膜的方法和成孔方法一致，在此不再进行赘述。

在本发明中，所述柔性膜为聚二甲基硅氧烷膜、聚酰亚胺膜、聚乙烯膜和聚偏二氯乙烯膜中任意几种膜的复合膜时，各层膜可以以任意的排列顺序进行排列，只要最后能够得到产品要求厚度和通孔要求的柔性膜即可。本发明中，若采用多层膜复合时，各层膜优选通过胶黏剂进行粘结，并且在得到复合膜之后再对复合膜进行造孔，以防止胶黏剂将鼻孔位置的通孔堵塞。

得到多孔柔性平板膜后，本发明对鼻子部位进行三维扫描，按照扫描结果将所述多孔柔性平板膜制作成能够和鼻子部位完全贴合的柔性膜。本发明对所述三维扫描的方法以及按照扫描结果将所述多孔柔性平板膜制作成能够和鼻子部位完全贴合的柔性膜的方法没有任何的特殊要求，采用能够实现该技术目的的技术手段进行即可。

得到柔性膜后，在所述柔性膜的内部设置一层粘结层即得到所述呼吸过滤装置。本发明对所述粘结层的设置方法没有任何的特殊要求，可以采用手涂、喷涂、刷涂等技术手段进行。

得到所述呼吸过滤装置之后，本发明将其与鼻子进行紧密贴合即可。

下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

将聚二甲基硅氧烷(PDMS)预聚体与道康宁184硅橡胶交联剂按7:1的质量比例混合，倒入一容器内，用玻璃棒搅拌20分钟，形成预聚合体。待预聚合体中气泡消失后，以2500rpm的速度旋涂在平板玻璃上得到聚二甲基硅氧烷薄膜。将其置于恒温干燥箱中，在120摄氏度固化4个小时。

在上述得到的聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜上，纳米压印出尺寸为2微米的通孔，经过三维扫描及定型后涂上一层粘结层，手动粘贴到鼻子上使用。

经验证，该产品在连续使用2h之后，不会出现憋气和眼镜起雾的现象。

实施例2

将聚二甲基硅氧烷(PDMS)预聚体与道康宁184硅橡胶交联剂按10:1的质量比例混合，倒入一容器内，用玻璃棒搅拌10分钟，形成预聚合体。待预聚合体中气泡消失后，以3500rpm的速度旋涂在平板玻璃上得到聚二甲基硅氧烷薄膜。将其置于恒温干燥箱中，在60摄氏度固化8个小时。

在上述得到的聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜上，纳米压印出尺寸为1.5微米的通孔，经过三维扫描及定型后涂上一层粘结层，手动粘贴到鼻子上使用。

经验证，该产品在连续使用2h之后，不会出现憋气和眼镜起雾的现象。

实施例3

将光敏性聚酰亚胺(PI)以4000rpm的速度旋涂至平板玻璃上，并进行加热固化操作(160℃，20min)。

在上述得到的光敏性聚酰亚胺(PI)膜上，通过磁控溅射在聚酰亚胺(PI)膜表面溅射上一层3微米的薄金属铝，以其作为阳极加+40V偏压，以金属钛作为阴极在0.3mol/L的草酸溶液中电解，使得阳极的金属铝产生氧化形成多孔氧化铝。

以多孔氧化铝为掩膜，通过光刻在聚酰亚胺(PI)膜上刻蚀出尺寸为2微米的通孔。通过等离子刻蚀技术去除金属掩膜。涂上一层粘结层后手动粘贴在鼻子上使用。

经验证，该产品在连续使用2h之后，不会出现憋气和眼镜起雾的现象。

由以上实施例可知，本发明提供了一种呼吸过滤装置，包含柔性膜和粘结层；所述呼吸过滤装置能够和鼻子完全贴合且仅覆盖鼻子部位；所述柔性膜上设置有可使气体通过的通孔。本申请提供的呼吸过滤装置为覆鼻式，具有使用面积小、气密性好、无异物感等优点。

本发明还提供了所述呼吸过滤装置的制备方法，包含如下步骤：将柔性膜原料制作成柔性平板膜；在所述柔性平板膜上制作通孔，得到多孔柔性平板膜；对鼻子部位进行三维扫描，按照扫描结果将所述多孔柔性平板膜制作成能够和鼻子部位完全贴合的柔性膜；在所述柔性膜的内部设置一层粘结层即得到所述呼吸过滤装置。本发明所述制备方法，原料来源广泛，操作简便，易于实施。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种呼吸过滤装置的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

将柔性膜原料制作成柔性平板膜；

在所述柔性平板膜上制作通孔，得到多孔柔性平板膜；

对鼻子部位进行三维扫描，按照扫描结果将所述多孔柔性平板膜制作成能够和鼻子部位完全贴合的柔性膜；

在所述柔性膜的内部设置一层粘结层即得到所述呼吸过滤装置；

所述多孔柔性平板膜为多孔聚二甲基硅氧烷柔性平板膜或多孔聚酰亚胺柔性平板膜；

所述多孔聚二甲基硅氧烷柔性平板膜的制备方法，包括以下步骤：

将聚二甲基硅氧烷预聚体与道康宁184硅橡胶交联剂混合，搅拌，形成预聚合体；

待预聚合体中气泡消失后，旋涂在平板玻璃上得到聚二甲基硅氧烷薄膜，所得聚二甲基硅氧烷薄膜在120℃下固化4h，得到聚二甲基硅氧烷柔性平板膜；

所述聚二甲基硅氧烷预聚体与道康宁184硅橡胶交联剂的质量比为7:1或10:1；

将所述聚二甲基硅氧烷柔性平板膜纳米压印出通孔，得到多孔聚二甲基硅氧烷柔性平板膜；

所述多孔聚二甲基硅氧烷柔性平板膜的制备方法，包括以下步骤：

将聚酰亚胺旋涂至平板玻璃上，然后在160℃下加热固化操作20min，得到聚二甲基硅氧烷柔性平板膜；

通过磁控溅射在所述聚酰亚胺柔性平板膜表面溅射上一层3μm的金属铝，以金属铝为阳极，金属钛为阴极在0.3mol/L的草酸溶液中电解，使得阳极的金属铝产生氧化形成多孔氧化铝；

以所述多孔氧化铝为掩膜，通过光刻在所述聚酰亚胺柔性平板膜上刻蚀出通孔，然后利用等离子刻蚀技术去除金属掩膜，得到多孔聚酰亚胺柔性平板膜。

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