CN113693317A - 具有来自多组分长丝的过滤介质的面罩 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于防止感染物的面罩，其具有来自纺制非织造物的过滤介质，所述纺制非织造物由多组分长丝组成，所述多组分长丝至少部分分裂成基础长丝，其中任选地存在至少一个另外的层，所述另外的层不是过滤介质。本发明还涉及过滤面罩和面罩的用途。

Description

具有来自多组分长丝的过滤介质的面罩
技术领域
本发明涉及一种具有来自多组分长丝的过滤介质的面罩及其用途。
背景技术
多种类型的面罩可用于呼吸防护。过滤半面罩(Filtering Half Masks)(FFP＝过滤面罩)是个人防护设备(PPE)制品，其具有保护佩戴者免于接触颗粒和气溶胶的目的。过滤半面罩的设计可能会有变化。可获得带或不带呼气阀的面罩。不带阀的面罩可过滤进出的空气，从而为佩戴者和其它人提供保护。带阀的面罩仅可过滤进入的空气，因此未设计成保护其他人。过滤半面罩的性能和要求定义于标准DIN EN 149:2001-10中。
医用面罩(口鼻防护物、MNP、面罩、口防护物、外科面罩)主要用于保护其它人以免其暴露于来自戴面罩的人的可能具有感染性的气溶胶。当紧密贴合时，其亦可为佩戴者提供保护，然而这不是面罩的主要目的。标准DIN EN 14683:2019与医用半面罩相关。医用半面罩不仅用于医疗应用，而且也用于日常生活。医用面罩可由患者和其它人佩戴以降低传播感染的风险，尤其是在有疫情或流行病的情况下。对于医务人员和公众来说，医用面罩与对抗由冠状病毒SARS-CoV2引起的COVID-19疾病高度相关。
在现有技术中，医疗面罩典型地具有三层结构。通常，这由作为支撑层的聚丙烯纺制非织造物、来自熔喷微纤维的带静电中央过滤层和来自聚丙烯纺制非织造物的覆盖层构成。只有特征为极细熔喷微纤维的中间过滤层用于去除气溶胶。支撑层朝向口部并且仅提供机械保护。外覆盖层也为过滤层提供机械保护。惯例是使过滤层带电以提高过滤效率。
过滤层的过滤效率限定面罩的性能级别和压降/呼吸阻力。DIN EN 14683:2019如下定义不同的性能级别：
表1-医用面罩的性能要求
Figure BDA0003060509870000011
Figure BDA0003060509870000021
标准建议，I型医用面罩仅应用于患者和其它人以降低传播传染病的风险，尤其是在有疫情或流行病的情况下。I型面罩并不意图用于在手术室中或具有类似要求的其它医疗机构中的医务人员。
常见的面罩具有很多缺点。尤其考虑到COVID-19的大流行，仍非常需要向医务人员、与其它人密切接触的人和公众提供具有高过滤效率和佩戴舒适度但同时廉价且容易获得的面罩。一般来说，对于已知的面罩，矛盾的特性“过滤效率”与“透气率”之比还可以被改良。另一已知问题是，具有高过滤效率的面罩通常仅可使用一次，因为过滤效率会因洗涤而降低。对于带电或包括极细熔喷纤维的过滤介质来说，这一问题尤其明显。
由分裂多组分长丝组成的纺制非织造物是本领域中已知的。其由德国科德宝(Freudenberg,DE)公司以商标依沃珑(Evolon)提供，可用于多种应用，并且描述于例如EP3165655B1或DE102004036099A1中。
US2018/0361295A1涉及包括壳体的过滤器滤芯，其中插入有过滤介质，过滤器滤芯在多个侧附接到壳体并且被密封。
US5,817,584涉及面罩织物，其中第一层由热粘合多组分长丝组成，第二层包括额外的微纤维，尤其是熔喷纤维。
本发明的问题
本发明的问题是提供用于防护对抗感染物的面罩，其能够克服上述缺点。尤其是，应提供面罩，其可方便地以简单的方式大量获得。面罩应具有高过滤效率并且提供高使用舒适度，其中透气率应该高，从而使呼吸阻力低。优选地，面罩应可重复使用并且可洗涤，同时过滤特性应不会降低。
发明内容
出人意料地，根据权利要求书的面罩和用途解决了本发明的基本问题。本发明的主题是一种用于防护对抗感染物的面罩，其具有来自纺制非织造物的过滤介质，所述纺制非织造物由多组分长丝组成，所述多组分长丝至少部分地分裂成基础长丝，其中所述面罩任选地包括至少一个另外的层，所述另外的层不是过滤介质。
面罩是覆盖口鼻的面罩，从而提供阻挡感染物直接传播的屏障。这类面罩也称为医用面罩或外科面罩。典型地，面罩是半面罩。
面罩将保护佩戴者和/或其它人免于接触感染物。感染物典型地是微生物，通常为细菌或病毒。典型地，这类面罩从呼吸的空气中过滤掉气溶胶颗粒。一般来说，气溶胶是液体颗粒(小液滴)或细微固体颗粒在空气或另一气体中的悬浮体。颗粒直径典型地在0.1到10μm的范围内。呼吸的空气可包括典型地呈小液滴形式的液体气溶胶颗粒，其可包括感染物。气溶胶可从人口中释放，例如在说话、呼吸或打喷嚏期间释放。
面罩包括过滤介质。术语“过滤介质”是指面罩的一部分，其以机械或物理方式将呈液体或固体形式的气溶胶颗粒从吸入或呼出的空气中分离或去除。过滤介质是平坦的层，呼吸的空气穿过所述平坦的层，使得不期望的组分从呼吸的空气中去除。
过滤介质由纺制非织造物(spun nonwoven)组成。纺制非织造物由多组分长丝组成，所述多组分长丝至少部分地分裂成基础长丝。过滤介质可包括两层或更多层纺制非织造物。面罩不包括另外的额外过滤介质。任选地，面罩可包括额外的平坦层，所述额外的平坦层不是过滤介质，但也被呼吸的空气穿越。优选地，这一层是支撑层或覆盖层。总体来说，面罩的特征在于，过滤介质以简单的方式构造并且可以简单的方式获得，因为其仅由一种类型的纺制非织造物组成。
出人意料地，发现具有来自纺制非织造物的过滤介质的本发明面罩可将高过滤效率与高呼吸活性结合在一起，其中纺制非织造物得自分裂多组分长丝。这是有利的，因为一般难以使这些对立的参数彼此结合一致。在本领域中，一般观察到如果透气率相对高，则纤维材料的过滤效率往往会相对低，反之亦然。尽管过滤介质不像现有技术中的常规产品一样包括熔喷纤维层，但其实现了本发明优点。此外，不需要使过滤介质带静电，这也是本领域中为了获得足够的过滤效率而进行的常规处理。总体来说，有利的是，可简化生产并且可提供有效的面罩，其仅由相对少的组件组成。
本发明的另一优点是不需要额外的层，如支撑层或覆盖层。在过滤介质的多层结构的情况下，外层还可充当覆盖层，这显著简化了面罩的生产。
出人意料地，发现本发明过滤介质在高过滤效率下具有低压差(压降)，并且因此具有低呼吸阻力。因此佩戴者的面罩舒适度显著提高而不显著损失性能。这在工作场所(如生产场地)、在美食或零售业、在运动(尤其体育运动)期间或在人群聚集中尤其有意义。因此，面罩非常适合于不是医务人员的人。
典型地，面罩包括固定构件，其用于在佩戴者的口部和下颌上进行附接。举例来说，如带或夹的构件可确保面罩与面侧紧密对准。面罩可具有各种形式和结构，且可包括额外的特征，如用于保护佩戴者免于接触飞溅物或液滴的面部保护物、防雾功能或用于相对于鼻子的形状调整面罩的鼻夹。过滤介质可固定在框架中或通过其它方式固定。
过滤介质是来自至少部分分裂的多组分长丝的纺制非织造物。过滤介质可由单层纺制非织造物或平坦地置于彼此上的多层纺制非织造物组成。
纺制非织造物是来自连续纤维的非织造物，连续纤维由聚合物熔体纺制并且拉伸，置于非织造物前体(毛毡)，并且彼此粘合以形成非织造物。在纺丝工艺中，获得连续长丝，也称为无尽长丝(与定义的短纤维相反)。本发明过滤介质中使用的纤维优选是连续长丝而非短纤维。如本文所用，术语纤维和长丝用作同义词。纺制非织造物是非织造布或片。根据定义，非织造物中的纤维可通过摩擦力、粘附力和/或内聚力来结合。典型地，非织造纤维具有无规取向。优选地，非织造物是如ISO 9092:1988中所定义的纺织品。
纺制非织造物优选作为面罩中的过滤介质，因为其相对稳定，不呈现显著的粒子损失并且具有相对光滑的表面。特别地，来自精细分裂的多组分长丝的纺制非织造物相对柔软且有弹性，因此可赋予佩戴者皮肤上的高舒适度。
纺制非织造物由多组分长丝组成。多组分长丝可分裂。其至少部分分裂成基础长丝(单丝)。可分裂的多组分长丝由至少两种不同的基础长丝组成，所述基础长丝彼此平行对准。它们在彼此之间具有相分界面，并且沿长丝长度以可分裂的方式彼此粘附。粘附力相对较松。优选地，多组分长丝机械地分裂成基础长丝。流体喷射处理(典型地水喷射处理)尤其合适，因为其同时固结纺制非织造物。已经过相应处理的纺制非织造物的特征在于其中多组分长丝仅部分分裂或完全不分裂的区域。分裂长丝的比率可通过施加的时间和/或能量来提高。当施加足够长时间的和/或足够高能的流体喷射处理时，可获得几乎完全由基础长丝组成的纺制非织造物。优选地，以长丝的总重量计，非织造物中长丝的至少60％，尤其至少80％、至少90％或至少95％是基础长丝。可通过对非织造物的多个随机选择的区域进行显微分析来确定分裂长丝的比率。
相比之下，芯/鞘型的双组分长丝一般不可分裂。其典型地用于将双组分长丝通过熔融鞘组件以粘附方式彼此结合。
在一优选实施例中，基础长丝的纤度在0.01分特(dtex)到2.0分特的范围内，优选在0.02分特与1分特之间。尤其优选的是，纤度在0.03分特与0.6分特之间，并且因此尤其在0.05分特与0.4分特之间，或更优选在0.075分特与0.3分特之间。当纤度在0.1与0.2分特之间时，可获得尤其良好的过滤和呼吸特性。举例来说，具有这种低纤度的基础长丝可通过已知方法从PIE 16型双组分长丝获得。发现这类过滤介质可具有尤其高的过滤效率和透气率。从分裂多组分长丝获得的这类单丝极细，并且还可将高弹性和柔软性赋予过滤介质，从而提高佩戴者的舒适度。
优选地，多组分长丝包含两种、三种或更多种不同聚合物组分。通过分裂从每种组分获得确定的基础长丝类型。因此，纺制非织造物包括彼此不同的至少两种类型的基础长丝。基础长丝类型可能包括不同类型的聚合物。基础长丝类型还可包括不同的纤度。优选地，组分的纤度差异是至少0.02分特。通过将相对细的基础长丝与略微较粗的基础长丝在纺制非织造物中结合，可实现较高的过滤效率。优选地，多组分长丝中每种基础长丝类型的量相同。优选地，多组分长丝包括两种或三种不同的组分。尤其优选的是双组分长丝。在这方面，有利的是可实现高可分裂性，从而材料具有相对简单的结构。
在一优选实施例中，过滤介质由至少两层纺制非织造物组成。优选地，过滤介质由两层到八层，尤其两层到六层组成。优选地，纺制非织造物由两层、三层、四层或五层组成。尤其优选的是，过滤介质由两层、三层或四层组成。在一个实施例中，存在两层。在这些实施例中，所有层都是来自至少部分分裂的多组分长丝的纺制非织造物。出人意料地，与仅包括单层的相同总基重的可比过滤介质相比，发现来自两层的过滤介质已包括显著较好的特性。来自多层的过滤介质不仅包括高得多的细菌过滤效率(BFE)，而且包括显著较高的透气率。
在一优选实施例中，过滤介质由三层纺制非织造物组成。优选地，过滤介质由三层到八层，尤其三层到六层组成。尤其优选的是来自三层、四层或五层的纺制非织造物。尤其优选的是来自三层或四层的过滤介质。在这些实施例中，所有层都是至少部分分裂的多组分长丝的纺制非织造物。出人意料地，与仅由一层或两层组成的相同总基重的可比过滤介质相比，发现三层或四层或更多层的过滤介质甚至可具有更好的特性。典型地，来自三层或更多层的过滤介质不仅具有较高的BFE，而且具有显著较高的透气率。对于三层或四层来说，这一效果尤其明显。
出于实际考虑，优选的是过滤介质中过滤层的数目不过高。因此，优选的是过滤介质不包括超过四层，或不超过五层或不超过六层。原因是这类纺制非织造物不应过薄，以便提供良好的可加工性和高效且均匀的生产。因此，具有高厚度的过多层数可导致相对高的总基重。一般来说，由多层数生产过滤介质可相对繁重。
为了向面罩提供稳定性，可通过已知方式将过滤介质的层彼此附接。优选的是，至少在层的一些区中，层仅松散地彼此附接。这将在层之间产生气隙。优选地，层仅在层的部分区中彼此附接。附接部可平均分布在面积中，或可仅仅或主要分布在层的外周区域中。在外周区域中连接是优选的，因为不会因此降低透气率。另外，可存在不在外周区域中的连接。层可通过常规技术彼此附接，如缝合或粘附粘合，尤其超声波粘合。可将用于回溯或区分的标记直接印刷到过滤介质上，而无需进行进一步的表面处理。
优选地，两层、三层、四层或更多层的过滤介质至少最初彼此分开生产。层随后可彼此组合。因此，当形成层压结构时，可确保层是离散的并且在层之间提供气隙。因此，优选的是，层不在相同纺丝程序中和/或从相同纺丝位置布置于彼此之上。然而，当纺丝装置具有多个纺丝位置时，纺制非织造物的不同层可分开且以离散形式生产，它们在必要时可在相同装置中进一步加工并且其后充分组合。
在一优选实施例中，可包括多层的过滤介质的总基重(basis weight)(基重(baseweight)，面积重量)是40到300g/m2，优选为50到200g/m2，并且尤其为60到150g/m2。优选地，基重是至少40g/m2或至少60g/m2，以便实现足够的机械稳定性和BFE。优选地，基重不超过200g/m2，或尤其不超过150g/m2，以便保持足够的透气率。在这方面，如果基础长丝相对细，则可将基重调整得相对低。出人意料地，这类相对低的基重对于满足医疗面罩要求的过滤介质来说可以是足够的。这种相对轻的材料可提供高佩戴舒适度，尤其是当面罩在长时段内和/或在体育锻炼期间佩戴时。
在一优选实施例中，纺制非织造物的每一层的基重是10到100g/m2，优选为20到60g/m2，更优选为20到40g/m2。各层可包括相同或不同的基重。优选地，过滤介质包括其两层、三层、四层或五层。发现如果过滤介质由具有这种基重的层组成，则可获得尤其高的BFE和透气率。
在一优选实施例中，各层包括不同的基重。通过选择定义的基重，可改良过滤特性。因此，可设想(两层或更多层的)外层或(三层或更多层的)两个外层具有比其它(一个或多个)层低的基重，以便主要实现保护功能(作为覆盖层)。在另一实施例中，层是相同的，或它们至少包括相同的基重和/或厚度。相同的层可以是有利的，因为可容易从相对低数量的相同组件中获得有效的过滤介质。
在一优选实施例中，过滤介质包括至少两层，其中内层的纤维直径小于至少一个外层的纤维直径。这可以是有利的，因为外层可赋予过滤介质相对高的稳定性，而中央层可具有相对高的过滤效率。在至少三层的情况下，优选的是两个外层具有相应较高的纤维直径。
纺制非织造物可在纺丝工艺中获得，在所述工艺中，多组分长丝经放置以形成非织造物，接着将多组分长丝分裂成基础长丝，并且固结非织造物。在这种工艺中，获得典型的非织造结构。在与来自具有相同纤度的单丝的相应非织造物相比时，在分裂成基础长丝的过程中，一般会获得单一长丝的更紧密缠结。分裂纤维非织造物在结构上的特征还在于部分区域，在所述部分区域中，尽管多组分长丝已分裂，但基础长丝仍或多或少的平行对准。总体来说，从分裂多组分长丝获得的非织造物具有确定且独特的结构，其具有有利的特性。
优选地，多组分长丝通过熔融纺丝生产。因此，热塑性聚合物熔融并且从熔融物中纺制。这提供了尤其简单且可靠的方法用于由多组分长丝生产纺制非织造物。
一般来说，通过分裂多组分长丝获得的基础长丝的横截面不是圆形，而是具有边缘和不规则的结构。这是有利的，因为形状不规则的基础长丝朝向彼此的移动性相对低。在一个尤其优选的实施例中，多组分长丝，尤其双组分长丝具有所谓的饼结构(PIE结构、橙子结构)。饼结构是有利的，因为其可相对容易地分裂。具有饼横截面的双组分长丝分裂成具有饼或楔形结构的基础长丝，这提高了非织造物的内部稳定性。
优选地，每个多组分长丝由8到64个基础长丝形成。利用已知方法，可获得具有例如8、16、24、32、48或64个区段的双组分长丝。在分裂时，多组分长丝解散成相应数目的基础长丝(单丝)。因此术语“饼”通常涉及纺丝喷嘴的横截面，但仅大致描述基础长丝的横截面形状。优选地，双组分长丝具有相同数目的各种基础长丝(例如PIE16双组分长丝中每种类型8个基础长丝)。双组分长丝优选包括交替的单丝。还优选的是中空饼结构，其在轴线方向上包括中空空间。
尤其优选的是来自饼形式16个区段的双组分长丝的纺制非织造物，长丝尤其具有0.05到4分特的纤维纤度，其中过滤介质的总基重优选是75到200g/m2。发现来自这种纺制非织造物的过滤介质可具有尤其高的BFE和透气率。
优选地，成纤聚合物是热塑性的。优选地，其选自聚酯、聚酰胺、聚烯烃和/或聚氨酯。尤其优选的是具有聚酯组分和聚酰胺组分的双组分长丝。
优选的是单组分长丝尽可能地分裂。因此可提高纺制非织造物的均质性和精细度，从而提高过滤效率。为了实现高可分裂性，有利的是，至少两个基础长丝包括优选不相容的不同热塑性聚合物。不相容聚合物组合产生的长丝对不具有朝向彼此的粘附粘合或仅具有较低的朝向彼此的粘附粘合。作为不相容聚合物对，优选使用聚酯、聚酰胺、聚烯烃和/或聚氨酯。具有聚酰胺和聚酯，尤其是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的聚合物对由于其低粘附性而尤其优选。包括至少一种聚烯烃的聚合物对由于低粘附性也是优选的。尤其优选的是一种聚酯，尤其是PET、聚乳酸和/或聚对苯二甲酸丁二醇酯与聚酰胺(PA)，尤其聚酰胺6、聚酰胺66或聚酰胺46的组合，必要时与以上组分中的一个或多个，优选是聚烯烃组合。尤其优选的是PET与聚酰胺6、PET与聚酰胺66的组合。进一步优选的是聚合物对，其包括至少一种聚烯烃，尤其是与至少一种聚酯或聚酰胺组合。因此，尤其优选的是聚酰胺6/聚乙烯、PET/聚乙烯、聚丙烯/聚乙烯、聚酰胺6/聚丙烯或PET/聚丙烯。这些组合具有相对高的可分裂性。在一个优选实施例中，第一基础长丝与第二基础长丝的体积、长度和/或重量比在90:10与10:90之间，尤其在80:20与20:80之间。
聚合物是长丝的纤维原材料(成纤组分)。长丝可包括常规添加剂。添加剂不是纤维原材料，并且典型地不是有机聚合物。可将添加剂添加到纤维聚合物中以便修改其特性或改良可加工性。合适的添加剂可以是例如染料(dies)、填充剂、抗静电剂、抗微生物剂(如铜)、亲水或疏水改性剂等。举例来说，以长丝的总重量计，添加剂的量可以是至多10wt.％，优选至多5wt.％或至多2wt.％，尤其在150ppm与10wt.％之间。
用于生产可分裂成基础长丝的合适多组分长丝的方法是本领域中已知的。这类长丝和非织造物的生产描述在例如EP3165655 B1、FR2749860A、DE102014002232A1中。纺制非织造物可例如用商标为REICOFIL 4的纺丝装置(德国莱芬豪舍(
Figure BDA0003060509870000081
DE))生产。在下文中，描述了适用于生产可用于本发明的过滤介质和纺制非织造物的方法。如果未另外公开，则可相应地处理一层纺制非织造物，或处理由多层纺制非织造物组成的过滤介质。
过滤介质或纺制非织造物可进行机械处理，其中多组分长丝至少部分地分裂成基础长丝。优选地，过滤介质和/或纺制非织造物同时由此固结。优选的是流体喷射处理，其中流体，如液体或气体在压力下在非织造物上操作。尤其优选的是水喷射处理(水刺法、水喷射针刺法)。水廉价且可大量获得，并且非织造物可快速干燥且不含不期望的残留物。长丝分裂且掺合，因此通过摩擦和纤维锁定形成紧密复合物。因此，可获得具有高柔软度和弹性的均质纺制非织造物。根据本发明，有可能通过流体喷射处理分别地固结过滤介质的每一层，接着将层组合；或反之亦然。过滤介质和/或纺制非织造物可进行常规的后续处理，如干燥和/或收缩。
另外，可执行进一步的固结处理，如机械固结步骤。举例来说，可通过轧光(calendering)进行固结。在一个实施例中，执行通过轧光进行的预固结，接着进行水喷射处理。轧光优选在足够低的温度下进行，使得不发生归因于熔融纤维的热固结。
在另一实施例中，过滤介质和/或纺制非织造物被热固结，尤其在部分区域中。在局部区域中的局部固结可提高稳定性，这些局部区域可均匀的分布在非织造物区域内。举例来说，可通过以点图案进行超声波处理和/或轧光来提供低固结。然而，为了保持非织造物的有利特性，尤其对于多层结构来说，非织造物的面积中仅一小部分应以此方式固结，典型地小于总面积的10％或更小或5％。为了不过度降低透气率，可在不施加压力的情况下在烘箱中热固结非织造物。
然而，优选的是过滤介质和/或纺制非织造物不被热固结，并且就这一点来说，尤其不在整个区域内热固结。这意味着非织造物尚未在整个区域内进行温度处理，在温度处理中纤维或熔融粘附剂已软化，使得纤维彼此粘附。非热粘合非织造物可以是有利的，因为可保持孔隙率、柔软度和弹性。相比之下，热固结可以以某种方式改变机械特性，而这对于佩戴者在皮肤上是不利的。尤其是，非织造物可变得较硬且具有更少的孔，从而降低透气率和透湿率。
然而，过滤介质可包括部分区域(尤其是外周区域)以及其它区域，所述部分区域可将层彼此连接或与面罩的其它部分连接，和/或可使面罩稳定；如密封接缝、粘附接缝或缝合在一起的区域。外周区域中的这类局部固定和连接不影响过滤性能。其可不视为过滤介质或纺制非织造物的固结。
在一优选实施例中，过滤介质和/或纺制非织造物不被化学粘合。这意味着纤维不通过纺丝后执行的化学反应彼此粘合。因此，纤维之间不产生共价键。这具有以下优点：非织造物保持足够柔软和弹性，并且不存在佩戴者吸入来自化学反应的残余产物或副产物的危险。在一个优选实施例中，过滤介质和/或纺制非织造物不用额外的粘合剂进行固结。这将是相对复杂的，并且会引发粘合剂脱离且由佩戴者吸入的风险。优选地，过滤介质和/或纺制非织造物不经针刺(needled)，并且尤其不用针进行针刺(needle-punched)。这种针刺法或针刺工艺可能不利，因为可形成较低纤维密度的区域，这些区域的孔隙率比期望的高，使得过滤介质的BFE会降低。同时，可形成相对致密的区域，这些区域降低了透气率。
在一优选实施例中，过滤介质和/或纺制非织造物仅通过流体喷射处理，尤其通过水喷射处理固结。因此，不执行其它的固结处理，如热粘合、化学粘合或机械针刺法。发现多组分长丝可仅通过流体喷射处理而有效的分裂，这可实现足够的固结。
本发明面罩的一个特别的优点是其可洗涤且因此可重复使用。出人意料地，发现即使在重复洗涤后也不降低过滤效率。此外，甚至发现可通过洗涤提高面罩的特性，并且出人意料地尤其是提高过滤效率。优选地，根据DIN EN ISO 6339在60℃下，或在另一实施例中在95℃下，10次家庭洗涤循环后，BFE不降低和/或提高至少1％，更优选提高至少2％，最优选提高至少5％。
优选地，面罩洗涤至少一次，优选至少两次，更优选至少五次，或甚至至少十次。在一个优选实施例中，面罩在供应给使用者和/或由使用者第一次佩戴之前经洗涤。优选地，面罩在洗涤处理(循环)之间被佩戴，例如持续至少一小时或一天。优选地，在提高的温度下进行洗涤，如至少40℃，优选至少60℃或至少80℃。如本文所用，术语“洗涤”是指常规纺织物清洁处理，优选在洗衣机中进行。因此，将面罩浸没在典型地包含清洁剂的水性洗涤液体中，并且机械搅拌，典型地持续至少10分钟或至少30分钟。优选地，洗涤处理与DIN EN ISO6330中相同，其描述纺织物的标准洗涤处理。
洗涤可具有提高材料柔软度和佩戴者舒适度的效果。从而，可提高面罩的布质性能，面罩因此更紧密的贴合且更接近面部形状，从而提供更好的保护。然而，并且在不受理论束缚的情况下，假定可通过洗涤来特定提高本发明过滤介质的均匀性，并且甚至通过重复洗涤更多地提高均匀性。典型地通过高机械力作用于非织造物的流体喷射处理将多组分长丝至少部分分裂成基础长丝。归因于分裂和/或密度变化，这可产生不均匀的微观结构。洗涤期间的机械力可调平此类不规则性，例如具有内部张力的区域被松弛。还可设想，一些残余多组分长丝在洗涤期间最终分裂，它们可能仍松散地彼此粘附。
在一优选实施例中，过滤介质和/或纺制非织造物不带静电。相比之下，为了实现期望的BFE，现有技术面罩的过滤介质典型地带静电。在本领域中，过滤介质典型地通过电晕处理带电。出人意料地，本发明过滤介质在没有静电荷的情况下可具有至少相当或甚至更高的过滤效率。这是有利的，因为本领域中使用的带静电的过滤介质和相应面罩一般不可洗涤，因为在洗涤期间静电荷会减少并且甚至可能完全损失。此外，不带静电荷的面罩和过滤介质可更方便并且以较低能耗生产，并且不存在存储或使用期间放电的问题。
本发明的面罩不包括熔喷纤维和/或熔喷纤维层。这是有利的，因为由熔喷纤维生产非织造物和层压物相对复杂。此外，本领域中包括熔喷纤维的面罩一般带静电。因此，本发明的面罩可具有较简单的过滤介质且不带静电荷，并且在洗涤、存储或使用期间不会因放电而劣化。
优选地，过滤介质不包含非纤维性的其它过滤剂，如吸附剂，如活性碳。提供仅由纺制非织造物组成的过滤介质是有利的，因为其更方便且经济，可能快速生产大量面罩。
本发明面罩的另一优点是其可在高压釜中灭菌，尤其是由聚酯和聚酰胺长丝制备时。归因于材料的组成，过滤介质可在标准灭菌高压釜中在超过120℃的温度下灭菌(根据DIN EN 285，在134℃下持续至少三分钟)。相比之下，包括来自聚丙烯的熔喷层的常规过滤介质无法在DIN EN 285中定义的条件下灭菌，因为需要高压釜中停留显著更长的时间。
在一优选实施例中，根据DIN EN 14683:2019，面罩和/或过滤介质的细菌过滤效率(BFE)是至少95％、至少98％或优选至少99％或100％。发现过滤介质可具有如此高的BFE，使得面罩可满足I型、II型或甚至IIR型医用面罩的要求。因此，本发明的面罩也非常适合于医务人员。然而，即使具有较低性能的面罩也是有实际意义的。举例来说，为了预防如COVID-19的疾病传播，为公众提供面罩可能是合理的，这些面罩不昂贵且可大量获得，并且其进一步具有高佩戴舒适度，但BFE低于95％。当面临供应大量面罩的问题时，为了实现期望的流行病学目标，提供相对简单而非更复杂但效果更好的面罩可能更有效。根据经验，当佩戴舒适度高并且呼吸仅受到很小损害时，尤其来自公众的佩戴者的纪律可提高。因此，在一个实施例中，面罩的BFE可为80％到95％，或在另一实施例中，至少85％或至少90％。
在一优选实施例中，根据EN ISO 9237:1995在100Pa下测定，面罩和/或过滤介质的透气率是至少100l/m2·s，优选大于133l/m2·s，尤其优选大于175l/m2·s。这种透气率对于具有高BFE的面罩来说是相对高的。标准DIN EN 14683:2019要求I型和II型的面罩具有<40Pa/cm2的压差，其对应于根据DIN EN ISO 9237在100Pa下>133l/m2s的透气率。低压差或高透气率意味着呼吸阻力低，从而使得佩戴者可长时间佩戴面罩并且进行全面的工作。优选地，面罩根据DIN EN 14683:2019的压差<40Pa/cm2，优选小于35Pa/cm2，更优选小于30Pa/cm2，或甚至小于20Pa/cm2或小于10Pa/cm2。
在一优选实施例中，面罩和/或过滤介质满足DIN EN 14683:2019医用面罩的性能要求，具体为DIN EN 14683:2019的I型、II型或IIR型医用面罩的性能要求，优选是关于细菌过滤效率(BFE)和/或压差的性能要求，优选是还关于防飞溅性和/或微生物纯净度的性能要求。就本文中参考的标准DIN EN 14683:2019来说，优选DIN EN 14683:2019:6。
可通过已知方法调节防飞溅性，例如通过使过滤介质疏水。可如本领域中已知的，通过在生产、处置和存储期间避免污染来调节微生物纯净度。
优选地，在20cm2测试表面和200Pa压差情况下测定，优选作为100或50个单一值的平均值，根据EN ISO 9237:1995-12A的面罩和/或过滤介质的透气率是至少20mm/s，更优选至少30mm/s。
在一优选实施例中，如根据生产商和/或ASTM E1294-89和ASTM F-216-03的规定，利用德国TOPAS公司的孔隙尺寸测量装置PSM 165测定，当基重为80g/m2或100g/m2时，纺制非织造物的平均孔隙尺寸为10μm到50μm和/或最大孔隙尺寸为30μm到120μm。
在一优选实施例中，根据DIN ISO 9073-2:1995的第2部分针对普通非织造物测定，过滤介质的厚度为0.1mm到1mm，尤其在0.2mm与0.6mm之间。优选地，根据EN 13934-1测定，过滤介质和/或纺制非织造物在所有方向上的最大拉伸强度(最大拉力)为至少200N/5cm，尤其至少250N/5cm。优选地，根据DIN EN 13934-1测定，在所有方向上的最大伸长率为20％到60％。
在一实施例中，面罩包括至少一个额外层，其不为过滤介质。在过滤介质被呼吸的空气穿越时，额外层在平面面积上方与过滤介质连接。层之间的连接典型的是松散的，使得其间存在气隙。例如，额外层可以是支撑层或覆盖层。支撑层提高与其附接的过滤介质的机械稳定性。覆盖层使过滤介质免受环境影响，例如免受机械损伤或湿气影响。额外层不是过滤介质，因为其不从呼吸的空气中有效去除感染物。优选地，其由纤维组成和/或优选是纺织物层，更优选为非织造物或织造物。例如，这种额外层的纤维直径可以大于0.1mm或大于0.25mm。典型地，支撑层具有比过滤介质显著更强(更粗)的纤维，并且不显著增加或完全不增加过滤介质的压差。举例来说，至少一个额外层可使过滤介质的透气率降低小于10％，尤其小于5％或甚至小于2％。最重要的是，额外层不是用于去除小液滴和/或感染物的过滤介质。额外层的BFE可以是<5％，尤其<2％或甚至约0％。这种额外层可通过常规方式连接到过滤介质，如缝合或粘合，尤其连接在层的外周区域中，尤其通过超声波粘合而连接。
在一优选实施例中，除过滤介质自身之外，面罩不包括额外层。这是有利的，因为可仅由少数组件提供简单的面罩。发现这种简单的面罩不仅具有高过滤效率，而且具有高机械稳定性。在过滤介质具有三层或更多层的情况下，外层可具有支撑层和覆盖层的功能。层可包括较少的细长丝，其赋予过滤介质更高的机械稳定性。这类过滤介质不与其它层组合的面罩可简单、快速并且低成本地大量生产，这在有疫情或流行病的情况下非常有意义。
在一优选实施例中，面罩具有以下特性：
-过滤介质包括至少两层，优选至少三层纺制非织造物；
-过滤介质的基重是60到200g/m2；
-面罩不包括额外层；以及
-所述面罩具有根据DIN EN 14683:2019测定的至少95％，优选至少98％的细菌过滤效率(BFE)。
优选地，面罩是医疗产品，尤其是一种口鼻保护物(MNP)，也被命名为外科面罩、临床面罩或OP面罩。这是指用固定构件(如弹性带或条)附接到头部背面或耳后的具有过滤介质的半面罩。必要时，一体化的柔性金属框可将半面罩的上部与鼻梁对准，以便保持视野自由并且防止向上的呼气。单次使用之后，可丢弃MNP。然而，优选的是MNP可洗涤并且可重复使用。MNP还可用于防止由公众转播感染物。在一个优选实施例中，面罩是医用面罩、口/鼻保护物、折叠面罩、面罩篮状物、过滤半面罩或类似的口鼻保护物。
本发明的主题还是至少部分分裂的多组分长丝的纺制非织造物作为用于防止感染物的面罩、尤其是外科面罩中的过滤介质的用途。如上文所描述的，可多层组合的纺制非织造物是面罩中的唯一过滤介质。
本发明的主题还为面罩在佩戴期间过滤空气和/或从空气中去除感染物的用途。使用者可为医务人员、与其它人密切接触的人(如护理人员)或非医疗职业的来自一般民众的人。
本发明的主题还为用于由非医疗职业的来自一般民众的人在佩戴期间过滤空气和/或去除感染物的面罩的用途或提供这种面罩，其中例如BFE可在>80％至<95％的范围内。这种用途尤其适合以简单且低成本的方式预防感染物在公众中传播，尤其是在有疫情或流行病的情况下。
本发明的面罩和用途解决本发明的基础问题。面罩具有简单的结构，并且因此可以以容易、快速且方便的方式大量获得。其可具有高过滤效率(BFE)并且同时为佩戴者提供高舒适度。因此，透气率可以较高，同时使得呼吸阻力低。面罩可重复使用且可洗涤，而有利特性甚至可以在洗涤期间显著提高。
替代实施例是一种用于防止感染物的面罩，其具有来自纺制非织造物的第一过滤介质，所述纺制非织造物由多组分长丝组成，所述多组分长丝至少部分分裂成基础长丝，其中任选地存在至少一个另外的层，该另外的层不为过滤介质，其中任选地存在至少一个附加层，该附加层为不同于第一过滤介质的另一过滤介质。为了实现优异的过滤特性，可能事实上不需要这种额外的过滤介质。然而，可设想，在一些实施例中，可通过与另一过滤介质组合来进一步优化过滤效率。因此，来自多组分长丝的过滤介质可与第二过滤介质组合，例如熔喷纤维层(特别是来自聚丙烯)的第二过滤介质，或来自单组分长丝(尤其是来自聚丙烯)的第二过滤介质，其可带电。
工作实例
材料
实例1到8中的过滤介质是商标依沃珑(德国科德宝)的纺制非织造物，其由具有呈饼状的16个区段(PIE16)的至少部分分裂的双组分长丝组成。双组分长丝由16个交替的聚酯(PET)和聚酰胺6的基础长丝组成。单丝的纤度在0.1与0.2分特之间。纺织非织造物以EP3165655B1实例1中所描述的类似生产工艺制作。通过水喷射处理分裂双组分长丝并且固结非织造物。纺制非织造物不通过针刺法进行固结。特性概述于以下表2中。如实例中所表示的选择PET与聚酰胺的比例和基重。
实例1到4
在实例1到4中，在一个测试方法中检测过滤效率，以利用气溶胶粒子(固体粒子，3μm直径)测试医用面罩的要求。面罩或材料被转换成48mm直径的圆盘。将样品放置在含有气溶胶的管中。在管中和在内部到外部方向上穿过样品的流中测量气溶胶浓度。结果为由材料阻止的粒子的百分比。过滤介质的透气率根据DIN EN ISO 9237在100Pa下测定。
实例1到3：过滤介质的过滤和透气率特性
在第一测试系列中，检查过滤介质的过滤特性，过滤介质由一层、两层或三层组成，但具有相当的总基重。结果概述于表2中。结果证明过滤介质非常适合于从呼吸的空气中去除气溶胶粒子。结果表明过滤介质可满足DIN EN 14683:2019的医用面罩的要求。此外，出人意料地证明当使用具有相同总基重的多层结构时，特性显著提高。对于多层结构来说，实现了较高的过滤效率，但透气率也显著较高。三层过滤介质甚至可在100Pa、195l/m2·s的高透气率下实现100％的过滤效率。这表明根据标准II类的性能，其中透气率显著高于要求的133l/m2·s的最低水平。呼吸阻力低，并且使用者具有高佩戴舒适度同时具有高保护能力。对于包括两层的过滤介质，过滤效率也很高，为98％，而透气率略低于标准水平。然而，可安全地假设具有减小厚度的相应两层过滤介质将满足标准的要求。来自仅单层、基重为100g/m2的相应过滤介质可实现97％的过滤效率，但透气率为60l/m2·s。因此，呼吸阻力低于标准所需的最低水平。
表2：过滤介质特性和结果的概述
实例 1 2 3
总基重[g/m<sup>2</sup>] 99 100 100
层 3 2 1
层的基重[g/m<sup>2</sup>] 33 40/60 100
聚合物 PET/PA PET/PA PET/PA
聚合物比 60/40 60/40 70/30
纤维类型 PIE16 PIE16 PIE16
在100Pa下的透气率[l/m<sup>2</sup>s] 195 122 60
过滤效率[％] 100 98 97
实例4：面罩的耐洗性
检查折叠面罩的耐洗性，所述面罩包括部分分裂的双组分长丝的过滤介质。为了能够检查两个方向上过滤效率的潜在变化，使用由基重分别为40g/m2的两个层组成的过滤介质，其具有相对低的过滤效率。过滤介质的特性概述于以下表3中。
表3：具有过滤介质的面罩特性
实例 4
总基重[g/m<sup>2</sup>] 80
层 2
层的基重[g/m<sup>2</sup>] 40
聚合物 PET/PA
聚合物比 60/40
纤维类型 PIE16
在100Pa下的透气率[l/m<sup>2</sup>s] 162
过滤效率[％] 95.1
在洗涤之前和之后测定三个面罩的过滤效率。面罩在90℃下进行十次洗涤循环。结果概述于表4中。其证明过滤效率不仅不降低，而且显著提高。这是非常有利的，因为过滤介质可重复使用，而洗涤甚至赋予过滤介质更高的性能；与使用后必须丢弃的本领域中的产品形成对比。
表4：10次洗涤循环后过滤效率的变化
Figure BDA0003060509870000161
实例5到8
在实例5到8中，根据DIN EN 14683:2019用包含金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)的液体气溶胶测定过滤介质和面罩的性能。一般来说，与具有相应尺寸的固体粒子相比，在包含细菌的液体气溶胶的情况下实现高细菌过滤效率更具有挑战性。
实例5
检查三层过滤介质，其由基重为30g/m2的三个层(商标依沃珑Evo30PK，德国科德宝)组成。在3.1μm的细菌气溶胶的平均颗粒尺寸下，三个测试样本根据DIN EN 14683:2019的细菌过滤效率(BFE)为92.8％、91.2％和91.6％。对五个测试样本测定根据DIN EN14683:2019附录C的平均压差，发现为23.3、25.4、22.8、28.2和21.9Pa/cm2。总体来说，压差满足标准，而BFE略低于I型面罩的最低水平95％。
实例6
将如实例5中的过滤介质在60℃下洗涤，接着测定BFE和压差。BFE为99.86％(5个测试样本的平均值)并且压差为38.5Pa/cm2(±3.0Pa/cm2，五个样本的平均值)，两者都根据DIN EN 14683:2019测定。因此，实例5的过滤介质洗涤后满足标准的I型和II型的要求。这展示可通过洗涤显著提高本发明过滤介质的性能。
实例7
由三层组成的过滤介质进行单一洗涤步骤，三层各自基重为30g/m2(商标依沃珑Evo30PK，德国科德宝)。根据DIN EN 14683:2019附录B的BFE平均为97.84％。根据DIN EN14683:2019附录C的压差平均为31.2Pa/cm2。与实例6的差异可归因于双组分纤维较低的初始分裂程度。结果证明可通过常规措施，如改变基重和分裂程度来调节BFE和压差，且因此调节呼吸舒适度。
实例8
检查面罩的性能。面罩包括由来自如上文所描述的分裂双组分长丝的四个层组成的过滤介质，每层各自基重为30g/m2(商标依沃珑Evo30PK，德国科德宝)，并且用PFAFF生产线(德国百福(Pfaff,DE))生产。根据DIN EN 14683:2019附录B的BFE为95.31％，并且根据DIN EN 14683:2019附录C的压差为36.3Pa/cm2(分别用五个样本测定)。结果展示面罩符合DIN EN 14683:2019对I型医用面罩的要求。与三层结构相比，性能可显著提高。

Claims (15)

1.一种用于防止感染物的面罩，其特征在于，所述面罩具有来自纺制非织造物的过滤介质，所述纺制非织造物由多组分长丝组成，所述多组分长丝至少部分分裂成基础长丝，其中所述面罩任选地包括至少一个另外的层，所述另外的层不是过滤介质。
2.根据权利要求1所述的面罩，其特征在于，所述过滤介质包括至少两层、优选至少三层纺制非织造物。
3.根据前述权利要求中至少一项所述的面罩，其特征在于，每层纺制非织造物的基重为10到100g/m2、优选为20到60g/m2。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的面罩，其特征在于，所述过滤介质的总基重为40到300g/m2、优选为60到200g/m2。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的面罩，其特征在于，所述基础长丝的纤度为0.05到0.4分特。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的面罩，其特征在于，所述多组分长丝通过流体喷射处理而分裂。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的面罩，其特征在于，所述多组分长丝是双组分长丝，所述双组分长丝具有饼状结构(PIE结构)。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的面罩，其特征在于，所述面罩已经过至少一次洗涤，洗涤优选在至少40℃的温度下进行。
9.根据前述权利要求中至少一项所述的面罩，其特征在于，所述过滤介质不带静电。
10.根据前述权利要求中至少一项所述的面罩，其特征在于，所述面罩具有根据DIN EN14683:2019测定的至少95％、优选至少98％的细菌过滤效率(BFE)。
11.根据前述权利要求中至少一项所述的面罩，其特征在于，所述面罩具有根据DIN EN14683:2019测定的小于40Pa/cm2、优选小于30Pa/cm2的压差，和/或具有根据EN ISO 9237:1995在100Pa下测定的至少100l/m2·s的透气率。
12.根据前述权利要求中至少一项所述的面罩，其特征在于，所述面罩具有以下特征：
-所述过滤介质包括至少两层纺制非织造物，
-所述过滤介质的基重为60到200g/m2，
-所述面罩不包括附加的层，以及
-所述面罩具有根据DIN EN 14683:2019测定的至少98％的细菌过滤效率(BFE)。
13.根据前述权利要求中至少一项所述的面罩，其特征在于，所述面罩为医用面罩、口鼻保护物、折叠面罩、面罩篮状物、过滤半面罩或类似的口鼻保护物。
14.根据前述权利要求中至少一项所述的面罩在佩戴期间过滤空气和/或从空气中去除感染物的用途。
15.至少部分分裂的多组分长丝的纺制非织造物作为用于防止感染物的面罩的过滤介质的用途。
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