DE68923906T2

DE68923906T2 - Filterelement.

Info

Publication number: DE68923906T2
Application number: DE68923906T
Authority: DE
Inventors: Gerald M C O Minnesot Brostrom; Daniel A C O Minneso Japuntich; Sabrina M C O Minnesota M Yard
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1988-05-17
Filing date: 1989-04-28
Publication date: 1996-04-18
Anticipated expiration: 2009-04-29
Also published as: JP2994402B2; DK175092B1; JPH0219175A; EP0342807A3; BR8902282A; ES2076208T3; ZA893011B; DE68923906D1; USRE35062E; AU3313989A; AU617454B2; KR960005210B1; DK238389D0; EP0342807A2; MX168560B; AR244095A1; KR890016983A; US4886058A; CA1332716C; EP0342807B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Filterelemente, die in Atemschutzmasken oder Gesichtsmasken verwendet werden. In einem weiteren Aspekt betrifft die-vorliegende Erfindung Filtermasken für das Gesicht bzw. Atemschutzmasken mit abnehmbaren Filterelementen.
Filtermasken für das Gesicht bzw. Atemschutzmasken werden in einer großen vielzahl von Anwendungsfällen verwendet, wenn es erwünscht ist, die Atemwege eines Menschen vor in der Luft schwebenden Teilchen bzw. vor unangenehmen oder schädlichen Gasen zu schützen.
Die Filterelemente von Atemschutzmasken können mit dem Hauptteil der Atemschutzmaske einstückig ausgebildet sein, oder sie können auswechselbar sein, aber in jedem Fall muß das Filterelement den Träger vor in der Luft mitgeführten Teilchen bzw. vor unangenehmen oder schädlichen Gasen während der gesamten Gebrauchsdauer der Atemschutzmaske bzw. des Filterelements schützen. Die Atemschutzmaske muß im Gesicht des Menschen richtig sitzen, ohne die Sicht des Trägers zu beeinträchtigen, und wünschenswerterweise sollte eine Atemschutzmaske ohne größere Schwierigkeiten Luft durch das Filtermedium anziehen. Dies wird als Druckabfall an einer Maske oder als Atemwiderstand bezeichnet.
Um eine Filterleistung zu erreichen, wie sie definiert ist in dem Standard 30 C.F.R. 11 Unterabschnitt K §§11.130- 11.140-12 (1987), DIN 3181 Teil 2 "Atemfilter für Atemschutzgeräte" (März 1980), BS 2091 "Respirators for Protection Against Harmful Dusts and Gases (Atemschutzmasken zum Schutz vor schädlichem Staub und schädlichen Gasen)" (1969), und BS 4555 "High Efficiency Dust Respirators (Hochwirksame Staubschutzmasken)" (1970), sind die Anzahl der Lagen Filtermaterial, die Art des Filtermaterials und die verfügbare Filterfläche wichtige Faktoren bei der Entwicklung von Filterelementen. Die vorliegende Erfindung stellt ein Mittel bereit, die verfügbare Filterfläche eines Filterelements besser zu nutzen, indem der Luftstrom entsprechend durch das Filtermaterial des Filterelements geleitet wird. Die entsprechende Lenkung des Luftstroms kann auch verhindern, daß sich das dem Atemventil oder Beatmungsschlauch unmittelbar gegenüberliegende Filtermaterial vorzeitig zusetzt, was dazu führen kann, daß das Filterelement über dem Beatmungsschlauch zusammenfällt, wodurch die Beatmung eingeschränkt und die Lebensdauer des Filterelements verkürzt wird.
Es wurden verschiedene Bauformen von Filterelementen vorgeschlagen, um so viel Filterfläche wie möglich zu schaffen, während gleichzeitig die Beeinträchtigung der Sicht des Trägers und/oder der Druckabfall an der Maske auf ein Minimum reduziert wird. Das US-Patent Nr. 2,320,770 (Cover) offenbart eine Atemschutzmaske mit abnehmbaren Filterelementen. Die Filterelemente sind vorzugsweise rechteckig und bestehen aus einer Lage Filtermaterial, wo alle offenen Seiten zugenäht sind. In dem Filterelement befindet sich ein Loch, das auf den Körper der Maske aufgebracht werden kann. Cover behauptet, daß das Filterelement nach dem Zunähen umgestülpt werden kann, so daß der Beutel aufgrund der Nähte und Falten eine Form und Krümmung annimmt, die die Seiten des Beutels ohne Unterstützung eines zusätzlichen Abstandshalters auseinanderhält. Die einströmende Luft soll offenbar durch die Vorder- oder Rückseite des Beutels in den Zwischenraum zwischen diesen Seiten und dann durch das Loch in die Maske strömen. Das US-Patent Nr. 2,220,374 (Lewis) offenbart eine Atemschutzmaske bestehend aus einer starren Maske und einem an der Maske befestigten Gesichtsformteil. Die starre Maske besitzt eine Lufteinlaßöffnung und eine die Öffnung abdeckende Filtereinrichtung. Die Filtereinrichtung umfaßt ein auf mindestens drei Seiten perforiertes Gehäuse, ein in dem Gehäuse angeordnetes Filtermaterial und ein das Filtermaterial ausbreitendes Element, welches das Filtermaterial in einer Position halten kann, in der das Filtermaterial mit der durch die Perforationslöcher einströmenden Luft in direkten Kontakt kommen kann. Das US-Patent Nr. 2,295,119 (Malcolm et al.) offenbart eine Atemschutzmaske bestehend aus einem auf Mund und Nase des Trägers passenden Gesichtsteil, das an zwei abnehmbaren, eiförmigen Filterschalen befestigt ist. Die Filterschalen besitzen innere und äußere perforierte Elemente oder Abdeckungen, die eine Filterkammer bilden, sowie zwei Filterelemente, die zwischen dem inneren und dem äußeren Element der Filterschale positioniert sind, und deren Umfangsabschnitte zwischen dem äußeren und dem inneren Element der Filterschale eingezwängt und versiegelt sind. Eines der Filterelemente ist an der Filterschale und dem Gesichtsteil durch ein Verriegelungselement befestigt, welches das Filterelement um die Lufteinlaßöffnung des Gesichtsteils herum befestigt. Vorzugsweise umfaßt die Filterschale auch eine Einrichtung, die mit dem äußeren Filterelement in Eingriff kommt und es im Abstand von dem inneren Filterelement in der Filterschale hält, beispielsweise ein Element in Form einer S-Kurve, welches Teil des Verriegelungselements ist, mit dem das Filtermaterial um die Lufteinlaßöffnung des Gesichtsteils herum festgeklemmt wird. Das US-Patent Nr. 2,206,061 (Splaine) offenbart eine Atemschutzmaske umfassend ein Gesichtsteil, welches auf Mund und Nase des Trägers paßt und in die offenen Enden der beiden Filter eingesetzt werden kann. Die Filter erstrecken sich vom Gesichtsteil aus seitlich in beide Richtungen. Die Filter sind relativ schmal, verjüngen sich von einem abgerundeten Ende am unteren Rand nach oben, so daß die Seitenwände im wesentlichen an der Oberkante zusammenkommen, und enthalten leichte Spiralfedern, die entlang des unteren Abschnitts jedes Filters angeordnet sind, damit die Filter im ausgebreiteten Zustand bleiben. Das US-Patent Nr. 4,501,272 (Shigematsu et al.) offenbart eine Ausführungsform einer staubdichten Atemschutzmaske mit einer Ansaugkammeranordnung, die einen Ansaugzylinder umfaßt, der luftdicht in eine Befestigungsöffnung eines Maskenkörpers eingesetzt ist, wobei die vordere Wand dem Ansaugzylinder gegenüberliegt und die hintere Wand aus einem Filtermedium besteht, das an dem Ansaugzylinder und entlang der Umfangskante der vorderen Wand befestigt ist. Das Filtermedium ist auch an der Vorderseite der Ansaugkammer befestigt, was zu einer Vergrößerung der Filterfläche führt.
Ein weiteres Beispiel für ein bekanntes Filterelement ist in der US-A-2,227,959 gezeigt, die die Grundlage für den Oberbegriff des nachfolgenden Anspruchs 1 bildet. Bei dieser Anordnung umfaßt das Filterelement (A) im wesentlichen gleich verlaufende Vorder- und Rückwände, die an ihren Umfangsrändern miteinander verbunden sind und zwischen sich einen Innenraum bilden; wobei die Vorder- und Rückwände jeweils mindestens eine Schicht Filtermaterial umfassen, und die Rückwand mit der Schicht Filtermaterial eine Öffnung besitzt, die den Zugang zu dem durch die Vorder- und Rückwände gebildeten Innenraum ermöglicht;
(B) ein Entlüftungsrohr, dessen eines Ende über die Öffnung mit dem Innenraum zwischen den Vorder- und Rückwänden (3, 4) in Verbindung steht, und dessen anderes Ende das Filterelement an dem Gesichtsteil einer Atemschutzmaske befestigt; und
(C) eine poröse Schicht, die zwischen den Vorder- und Rückwänden angeordnet ist.
Das Vorharidensein einer porösen Schicht zwischen den Vorder- und Rückwänden führt zu einem Widerstand gegen den Luftstrom. In dem Versuch, diese Wirkung abzuschwächen, erstreckt sich die poröse Schicht nicht über die Öffnung des Entlüftungsrohres.
In der GB-A-470,850 ist ein Filterelement gezeigt, wo die Vorder- und Rückwände durch eine Abstandsvorrichtung getrennt sind, die aus perforiertem gewelltem Celluloid besteht.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sich die poröse Schicht im wesentlichen in gleicher Richtung wie die Wände erstreckt und die Wände im wesentlichen über die gesamte Fläche im Abstand voneinander hält, nicht mehr als 50% des gesamten Druckabfalls an dem Filterelement bewirkt und aus einem Material besteht, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Faservliese, lose Fasern, Faserflore, loses disperses Material, in einer porösen Matrix verklebtes disperses Material oder Kombinationen daraus.
Ein Vorteil der hier beschriebenen Filterelemente besteht darin, daß sie für hohe Wirkungsgrade in bezug auf das Filtern von Staub, Nebel oder Dämpfen ausgelegt werden können, ohne daß es zu einem großen Druckabfall kommt.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filterelements läßt nicht mehr als 1,5 mg Quarzstaub mit einem mittleren geometrischen Teilchendurchmesser von 0,4-0,6 um über einen Zeitraum von 90 Minuten bei einer Luftströmungsgeschwindigkeit von 16 Litern pro Minute hindurchdringen, wobei dies anhand der in dem Standard 30 C.F.R. 11 Unterabschnitt K §11.140-4 (1987) beschriebenen Verfahren gemessen wurde, und weist vor Ablauf der 90 Minuten an dem Filterelement einen Druckabfall von nicht mehr als 30 mm H&sub2;O und nach Ablauf der 90 Minuten an dem Filterelement einen Druckabfall von nicht mehr als 50 mm H&sub2;O auf, wobei der Druckabfall jeweils anhand der in dem Standard 30 C.F.R. 11 Unterabschnitt K §11.140-9 (1987) beschriebenen Verfahren gemessen wurde. Eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filterelements läßt nicht mehr als etwa 3,0 %, und vorzugsweise nicht mehr als etwa 0,03 % der in dem Strom in einer Konzentration von 100 ug/l enthaltenen Dioctylphthalatteilchen mit einem Durchmesser von 0,3 um mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 42,5 Litern pro Minute hindurchdringen, wobei dies anhand der in dem Standard 30 C.F.R. 11 Unterabschnitt K §11.140-11 (1987) beschriebenen Verfahren gemessen wurde, und vor oder nach dem Zeitraum von 90 Minuten läßt sie nicht mehr Quarzstaub hindurchdringen und läßt keinen größeren Druckabfall zu, als dies oben nach den oben beschriebenen Verfahren gemessen wurde. Eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Filterelemente läßt nicht mehr als 1,5 mg Bleidämpfe, gemessen als das Gewicht von Blei, über einen Zeitraum von 312 Minuten bei einer Luftströmungsgeschwindigkeit von 16 Litern pro Minute durch das Filterelement hindurchdringen, und weist vor Ablauf der 312 Minuten an dem Filterelement einen Druckabfall von nicht mehr als 30 mm H&sub2;O und nach Ablauf der 312 Minuten an dem Filterelement einen Druckabfall von nicht mehr als 50 mm H&sub2;O auf, gemessen anhand der in dem Standard 30 C.F.R. 11 Unterabschnitt K §§11.140-6 und 11.140-9 (1987) beschriebenen Verfahren.
In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Atemschutzhalbmaske, die mit Filterelementen der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist, wobei eines davon auseinandergezogen dargestellt ist, um eine Einrichtung zu veranschaulichen, mit deren Hilfe die Filterelemente mit dem Gesichtsteil der Atemschutzmaske verbunden werden können;
Fig. 2 einen Querschnitt durch ein repräsentatives Filterelement der vorliegenden Erfindung.
Das Filterelement 1 der Erfindung umfaßt eine Vorderwand 3, eine Rückwand 4 und eine Schicht poröses Material 5, die dazu dient, die Vorder- und Rückwand im Abstand voneinander zu halten, und als Prallfläche dient, um den Luftstrom gleichmäßiger durch das Filterelement zu verteilen, sowie ein Entlüftungsrohr 8. Die Vorderwand 3, die Rückwand 4 und die Prallfläche 5 verlaufen im wesentlichen in gleicher Richtung, und die Prallfläche 5 befindet sich zwischen der Vorderwand 3 und der Rückwand 4. Das Filterelement 1 kann verschiedene Formen aufweisen, wie zum Beispiel rund, rechteckig oder oval, aber vorzugsweise ist das Filterelement rund, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt. Die Größe des Filterelements kann verschieden sein, je nach den für das Filterelement 1 ausgewählten Baustoffen und je nach den verschiedenen dem Fachmann bekannten Konstruktions- und Leistungskriterien, z.B. der gewünschte Druckabfall an dem Filter sowie Art und Menge der Verunreinigungen, Gase oder Dämpfe, die aus der vom Träger eingeatmeten Luft zu entfernen sind. Form und Größe des Filterelements sollten jedoch die Sicht des Trägers nicht beeinträchtigen, wenn das Filterelement am Gesichtsteil 15 einer Atemschutzmaske befestigt ist. Die Vorderwand 3 und die Rückwand 4 sind an ihrem Umfangskanten durch eine Reihe von Verbindungsverfahren miteinander verbunden, beispielsweise durch thermomechanische Verfahren (z.B. Ultraschallschweißen), Nähen und Kleber, so daß eine Naht 6 entsteht, die verhindert, daß Luft in das Filterelement 1 eindringen oder aus diesem entweichen kann. Vorzugsweise ist die Prallfläche 5 ebenfalls über die Naht 6 mit der Vorder- und Rückwand 3, 4 verbunden.
Das Filterelement 1 besitzt ein Entlüftungsrohr 8, das verschiedene Formen aufweisen kann und aus verschiedenen Materialien wie Kunstharz oder Gummi hergestellt sein kann. Vorzugsweise besteht das Entlüftungsrohr aus einem Kunstharz, das heißsiegelfähig ist, wie z.B. Polypropylen, und besitzt eine zylindrische Form. Das Entlüftungsrohr 8 kann überall entlang der Innenseite 10 oder der Außenseite 12 der Rückwand 4 angebracht sein, aber vorzugsweise ist das Entlüftungsrohr 8 mittig an der Innenseite 10 der Rückwand 4 angebracht. Das Entlüftungsrohr 8 kann an der gewählten Wandfläche 10 oder 12 mit jedem geeigneten Mittel angebracht werden, beispielsweise mittels eines Klebers oder durch Ultraschallschweißen. Die Rückwand 4 besitzt eine Öffnung 7, die auf das Entlüftungsrohr 8 paßt. Das Entlüftungsrohr 8 ist mit der Rückwand 4 verklebt, um zu verhindern, daß Luft in das Filterelement 1 eindringt oder aus diesem entweicht. Vorzugsweise befindet sich am Ende des Entlüftungsrohrs 8 ein Flansch 13, der mit der Innenseite 10 der Rückwand 4 gelenkig verbunden ist. Dieser Flansch 13 besitzt eine zum Verkleben mit der Innenseite der Rückwand 10 geeignete Fläche 14. Das andere Ende des Entlüftungsrohrs 8 kann entweder direkt mit dem Gesichtsteil 15 der Atemschutzmaske verbunden werden oder, wie in Fig. 1 dargestellt, mit einem Adapter 17 verbunden werden, der mit dem Gesichtsteil 15 der Atemschutzmaske verbunden ist. Ein Vorteil dieser Erfindung liegt darin, daß der Träger den Sitz bzw. den luftdichten Abschluß zwischen dem Gesicht des Trägers und dem Gesichtsteil 15 bequem dadurch überprüfen kann, daß er gegen die dem Entlüftungsrohr 8 gegenüberliegende Außenseite 9 der Vorderwand 3 drückt, so daß die Vorderwand 3 und die Prallfläche 5 gegen die Öffnung 2 des Entlüftungsrohres fallen, wodurch der Luftstrom durch das Filterelement 1 blockiert wird. Der Träger atmet dann ein, während das Gesichtsteil 15 gegen sein Gesicht gehalten wird, so daß im Gesichtsteil ein Unterdruck entsteht. Der Träger kann dann feststellen, ob zwischen dem Gesichtsteil 15 und seinem Gesicht undichte Stellen sind, weil diese Stellen dann nicht dicht schließen. Da es für den Träger am praktischsten ist, mit der Hand gegen die Vorderwand zu drücken, und noch besser mit einem oder mehreren Fingern, beträgt der Innendurchmesser des Entlüftungsrohres vorzugsweise 1,0 bis 4,0 cm, und noch mehr bevorzugt 1,5 bis 3,5 cm. Unabhängig von der speziellen Bauweise des Filterelements, also unabhängig vom speziellen Durchmesser des Filterelements, von den speziellen Baustoffen, der Dicke des Filterelements und dem Außendurchmesser des Entlüftungsrohrs, gilt: je kleiner das Entlüftungsrohr (Innendurchmesser), je größer der Druckabfall an dem Filterelement.
Wahlweise kann das Entlüftungsrohr 8 ein Ventil enthalten, normalerweise ein Membranventil 18, wie in Fig. 1 dargestellt. über das Ventil kann der Träger gefilterte Luft aus dem Filterelement 1 in das Gesichtsteil 15 der Atemschutzmaske ansaugen; es wird jedoch verhindert, daß vom Träger ausgeatmete Luft in das Filterelement 1 eindringt, so daß ausgeatmete Luft über eine Ausatmungsstelle wie zum Beispiel ein Ausatmungsventil 19 aus dem Gesichtsteil 15 ausgeleitet wird. Vorzugsweise ist das optionale Ventil Teil des Gesichtsteils 15 der Atemschutzmaske oder des Adapters 17.
Die Vorder- und Rückwand 3, 4 besteht jeweils aus einem Material, das als Filtermaterial dienen kann, mit oder ohne äußere Abdeckung oder Gaze. Die Wahl der Baustoffe für die Vorder- und Rückwand 3, 4 richtet sich nach dem Fachmann wohlbekannten Konstruktionskriterien, beispielsweise nach der Art der Umgebung, in der eine mit den Filterelementen ausgerüstete Atemschutzmaske verwendet werden soll, und nach Leistungskriterien wie zum Beispiel dem Druckabfall an der Atemschutzmaske, Art und Menge der aus der vom Träger eingeatmeten Luft zu entfernenden Verunreinigungen, Nebel oder Dämpfe, und nach den Konstruktionskriterien gemäß dem Standard 30 C.F.R. 11, Unterabschnitt K §§11.130-11.140-12 (1987), auf den hier Bezug genommen wird. Während die Vorder- und Rbckwand 3, 4 des Filterelements 1 jeweils aus nur einer einzigen Lage Filtermaterial bestehen können, wird für Hochleistungsfilterelemente eine Vielzahl von Lagen bevorzugt. Bei Verwendung einer Vielzahl von Lagen Filtermaterial können Unregelmäßigkeiten im Vlies, die zu einem vorzeitigen Eindringen von Teilchen durch eine einzige Lage Filtermaterial führen könnten, auf ein Minimum reduziert werden. Sehr dicke Wände sollten jedoch vermieden werden, da sie Probleme beim Zusammenbau des Filterelements 1 verursachen und das Filterelement 1 dann so dick wird, daß es im Gebrauch die Sicht des Trägers beeinträchtigt. Beispiele für geeignetes Filtermaterial sind Faservlies, Vlies aus fibrillierten Folien, Blasvlies, saugfähige Teilchen enthaltendes Faservlies, wie sie im US-Patent Nr. 3,971,373 (Braun) beschrieben sind, Glasfilterpapier oder Kombinationen daraus. Das Filtermaterial kann beispielsweise Polyolefine, Polycarbonate, Polyester, Polyurethane, Glas, Cellulose, Kohlenstoff, Aluminiumoxid oder Kombinationen davon umfassen. Elektrisch geladene Mikrofaservliese (siehe US-Patent Nr. 4,215,682 (Kubik et al.) oder das erneut erteilte US-Patent Nr. 30,782 (Van Turnhout)) sind besonders bevorzugt. Ein Filtermaterial aus einer Vielzahl von Lagen eines elektrisch geladenen polyolefinen Mikrofaserblasvlieses wird bevorzugt, wobei ein elektrisch geladenes Polypropylenvlies noch mehr bevorzugt wird. Kohlenstoffteilchen oder Aluminiumoxidteilchen enthaltende Faservliese werden ebenfalls als Filtermedien für die vorliegende Erfindung bevorzugt, wenn Schutz vor gasförmigen Stoffen gewünscht wird.
Die Vorder- und Rückwand 3, 4 umfaßt jeweils vorzugsweise eine äußere Deckschicht 3a bzw. 4a, die aus jedem beliebigen Web- oder Vliesstoff bestehen kann, beispielsweise aus Spinnvlies, wärmegebundenem Vlies (z.B. Blasvlies oder Krempelvlies) oder harzgebundenem Vlies. Vorzugsweise bestehen die Deckschichten aus Spinnvlies oder kardiertem, wärmegebundenem Vlies mit stark wasserabweisenden Eigenschaften, beispielsweise aus einem Vlies aus Polyolefinen, z.B. aus Polypropylen. Die Deckschichten schützen und halten das Filtermaterial fest und können als stromaufwärts angeordnete Vorfilterschicht dienen.
Die Prallfläche 5 hält die Vorder- und Rückwand 3, 4 im wesentlichen im Abstand voneinander und bewirkt auch, daß eingeatmete Luft gleichmäßiger durch das Filterelement 1 angesaugt wird. Dies führt dazu, daß die in der eingeatmeten Luft enthaltenen Verunreinigungen, Nebel oder Dämpfe gleichmäßiger auf der gesamten Fläche des Filterelements 1 festgehalten werden, daß das Filterelement eine längere Lebensdauer hat, und daß es bei einer bestimmten Bauweise des Filterelements zu einem geringeren Druckabfall an dem Filterelement 1 kommt. Die Prallfläche 5 kann aus einem Weboder Vliesstoff, aus losen Fasern, Faserflor, losem dispersem Material, z.B. aus Kohlenstoffteilchen oder dispersem Material, das beispielsweise in einer porösen Material mit Polyurethan verklebt ist, oder aus Kombinationen davon bestehen. Die zwischen Vorder- und Rückwand eingesetzte Prallfläche stellt eine poröse Schicht dar, die nicht mehr als 50% und vorzugsweise nicht mehr als 30% des Druckabfalls an dem Filterelement bewirkt. Beispiele für geeignete Materialien für die Prallfläche sind Glasfilterpapier, Blasvlies, Krempelvlies, Vlies aus fibrillierten Folien, saugfähige Teilchen enthaltendes Faservlies, eine Matrix, die verklebte saugfähige Teilchen enthält, oder Kombinationen davon. Vorzugsweise umfaßt die Prallfläche 5 ein komprimierbares, elastisches Faservlies wie es beispielsweise durch Krempeln oder Blasen (z.B. auf einer Rando Webber Maschine) von Mischungen von Stapel- und Bindefasern erfolgt, so daß die Fasern nach dem Vorgang an Faserkreuzungspunkten miteinander verklebt sind. Die Prallfläche 5 kann aus natürlichen Stoffen wie Glas, Cellulose, Kohlenstoff und Aluminiumoxid, oder aus synthetischen Stoffen wie Polyester, Polyamid und Polyolefin, aus Polycarbonat, Polurethan oder Kombinationen davon hergestellt sein. Vorzugsweise besteht die Prallfläche 5 aus Polyester oder Polyolefin. Wenn Schutz vor gefährlichen Gasen oder Dämpfen gewünscht wird, werden auch saugfähige Teilchen enthaltende Faservliese und insbesondere Kohlenstoff- oder Aluminiumoxidteilchen enthaltende Vliese bevorzugt, wobei die saugfähigen Teilchen wie Kohlenstoff- oder Aluminiumoxidteilchen miteinander verklebt sein können oder nicht.
Die Prallfläche 5 sollte ausreichend Porenvolumen bzw. Porosität besitzen und so dünn sein, daß der Druckabfall an dem Filterelement nicht unvertretbar groß werden kann. Sie sollte auch so dünn sein, daß das Filterelement 1 leicht herzustellen ist und nicht so dick wird, daß die Sicht des Trägers beeinträchtigt ist, wenn das Filterelement 1 am Gesichtsteil einer Atemschutzmaske befestigt ist. Ein Fachmann wird verstehen, daß der maximal vertretbare Druckabfall an dem Filterelement 1 sich nach dem vom Träger verlangten Tragekomfort richtet, und daß dieser Druckabfall manchmal praktischerweise von Standards festgelegt und nach dem im Standard 30 C.F.R. 11, Unterabschnitt K §§11.130- 11.140-12 (1987) beschriebenen Verfahren gemessen wird. Die richtige Wahl der Dicke und der baulichen Merkmale der Prallfläche (d.h. Festigkeit in %, definiert durch die Gleichung % Festigkeit = 100 x [Dichte der porösen Schicht/Dichte des zur Herstellung der porosen Schicht verwendeten Materials], Faserdurchmesser oder Teilchengröße, und Baustoff) können eine dünne Prallfläche 5 ergeben, die elastisch ist, wenn sie komprimierbar ist, und die starr genug ist, um die Vorder- und Rückwand 3, 4 im Abstand voneinander zu halten, während gleichzeitig ein vertretbarer Druckabfall an dem Filterelement 1 aufrechterhalten wird und Staub, Nebel oder Dämpfe gleichmäßig auf der gesamten Oberfläche des Filterelements 1 festgehalten werden. Bei einer dünnen Prallfläche kann auch das Filterelement dünner werden, so daß die Sicht des Trägers weniger beeinträchtigt wird. Im allgemeinen sollte die Prallfläche 5 eine Dicke von 0,2 cm bis etwa 4,0 cm, und vorzugsweise eine Dicke von 0,3 cm bis 1,3 cm aufweisen. Vorzugsweise sollte eine aus einem Faservlies bestehende Prallfläche einen Faserdurchmesser von mindestens 10 um und eine Festigkeit von 11 Prozent oder weniger besitzen.
Filterelemente der vorliegenden Erfindung werden anhand der nun folgenden nichteinschränkenden Beispiele weiter beschrieben.

BEISPIELE

Der Quarzstaubtest wurde gemäß dem Standard 30 C.F.R. 11 Unterabschnitt K §11.140-4 durchgeführt.
Der Bleidämpfetest wurde gemäß dem Standard 30 C.F.R. 11 Unterabschnitt K §11.140-6 durchgeführt.
Der Dioctylphthalatfiltertest (DOP-Filtertest) wurde gemäß dem Standard 30 C.F.R. 11 Unterabschnitt K §11.140-11 durchgeführt.
Der Druckabfall an den Filterelementen wurde anhand der in dem Standard 30 C.F.R. 11 Unterabschnitt K §11.140-9 beschriebenen Verfahren ermittelt.
Die Filterelemente wurde hergestellt, indem die kreisrunden Vorder- und Rückwände, die Prallfläche und die Deckschichten mit entsprechendem Durchmesser aus verschiedenen Materialien ausgeschnitten wurden, die im folgenden näher beschrieben sind. Ein Loch mit einem Durchmesser von ungefähr 3,27 cm wurde in die Rückwand jedes Filterelements und in die ggf. vorhandene, die Rückwand bedeckende Deckschicht geschnitten. Jedes Filterelement hatte ein zylindrisches Entlüftung'srohr aus Polypropylen mit einem Außendurchmesser von 3,27 cm, einem Innendurchmesser von 3,14 cm und einer Länge von 0,572 cm, wobei um den Außendurchmesser des einen Endes ein 0,526 cm breiter Flansch angeordnet war. Das flanschlose Ende des Entlüftungsrohrs wurde durch das Loch in der Rückwand und der ggf. vorhandenen Deckschicht eingeführt und durch das Loch gezogen, bis eine Seite des Flansches die Innenseite der Rückwand berührte. Diese Seite des Flansches wurde dann mit der Oberfläche der Rückwand verklebt. Wenn es sich bei dem Material der Rückwand um ein Mikrofaserblasvlies (BMF) aus Polypropylen handelte, wurde der Flansch mit Hilfe eines Ultraschallschweißgeräts der Marke Branson mit der Innenseite der Rückwand verschweißt. Wenn die Rückwand aus Glasfaser bestand, wurde der Flansch mit einer Schicht des Klebers Nr. 3764 JetumeltQR von 3M mit der Innenseite der Rückwand verklebt. Die verschiedenen Schichten wurden sandwichartig zusammengefügt, wobei die Prallfläche die innerste Schicht war, die von der Vorder- und Rückwand umgeben war, und die ggf. vorhandenen Deckschichten bildeten die äußersten Schichten des Sandwich. Die Umfangskanten des Mikrofaserblasvlieses aus Polypropylen, die Vorder- und Rückwand und die Prallfläche wurden dann mittels Ultraschall miteinander verschweißt. Die Umfangskanten der Vorder- und Rückwand und der Prallfläche des aus Glasfaserpapier hergestellten Filterelements wurden dann mit dem oben beschriebenen Schmelzkleber versiegelt.

BEISPIELE 1-12

Der Einfluß des Faserdurchmessers und des Prozentsatzes der Festigkeit einer aus einem Vlies bestehenden Prallfläche auf den Druckabfall an dem Filterelement wird durch die folgenden Beispiele veranschaulicht. Es wurden kreisrunde Filterelemente mit einem Durchmesser von 10,16 cm hergestellt, deren Vorder- und Rückwand jeweils aus sechs Lagen elektrisch geladenes Polypropylen-Mikrofaserblasvlies bestand, wie es auch im US-Patent Nr. 4,215,682 (Kubik et al.) beschrieben ist, mit einem Flächengewicht von ungefähr 55 g/m². Die Prallflächen hatten eine Dicke von 0,51 cm und bestanden aus einem Vlies, das hergestellt wurde durch Krempeln von Mischungen von Polyester(PET)-Stapelfasern des genannten Durchmessers und Bindefasern (d.h. eine Mantel- /Kern-Faser mit einem Polyesterterephthalatkern mit einer Schmelztemperatur von ungefähr 245ºC und einem Mantel aus einem Copolymer von Ethylenterephthalat und Ethylenisophthalat, erhältlich als Melty Fiber, Typ 4080, bei Unitika Ltd., Osaka, Japan) verschiedener Durchmesser in einem Gewichtsverhältnis von 65:35 PET-Fasern/Bindefasern, und durch Einlegen des Krempelvlieses in einen Umluftofen bei 143ºC für die Dauer von etwa 1 Minute, um die Bindefasern zu aktivieren und das Vlies zu verfestigen. Die verschiedenen Festigkeiten der Prallfläche, die Faserdurchmesser der PET- und Bindefasern und die durchschnittlichen Faserdurchmesser der in dem als Prallfläche dienenden Vlies verwendeten Fasermischungen sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Die Filterelemente wurden nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt. Der Druckabfall wurde für jedes Filterelement anhand des oben beschriebenen Verfahrens gemessen. Die Werte für den Druckabfall sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Tabelle 1 Beispiel Nominaler Stapelfaserdurchmesser (um) Nominaler Bindefaserdurchmesser (um) Durchschnittl. Faserdurchmesser (um) Vliesfestigkeit (%) Druckabfall (mm H&sub2;O)
Die Werte zeigen, daß sowohl der durchschnittliche Faserdurchmesser als auch die Festigkeit des Vliesmaterials der Prallfläche den Druckabfall an dem Filterelement beeinflussen, und daß Faserdurchmesser von nur 13,8 um einen vertretbar niedrigen Druckabfall an dem Filterelement bewirken.

BEISPIELE 13-16

Es wurden kreisrunde Filterelemente ähnlich den in Beispiel 1-12 beschriebenen hergestellt mit der Ausnahme, daß diese Filterelemente Prallflächen aus Webstoffen (Gaze) und Vliesstoffen verschiedener Dicke hatten. Das zur Herstellung der Prallflächen verwendete Faservlies war ein rechteckiges Polypropylen-Gazenetz mit einer Dicke von 0,05 cm, das im Handel unter der Bezeichnung ON 6200 von der Firma Conwed zu beziehen ist. Das als Prallfläche verwendete Faservlies wurde nach einem ähnlichen Verfahren hergestellt wie das in Beispiel 1-12 als Prallfläche verwendete Faservlies, nur daß hier eine Mischung im Verhältnis 50:50 von Polyesterstapelfasern mit einem Durchmesser von 51 um und Polyesterbindefasern vom Typ Eastman T-438 mit einem Durchmesser von 20,3 um verwendet wurde, und das Vlies nach der Behandlung im Ofen zu einer Dicke von 0,07 cm kalandriert wurde. Der Druckabfall an den Filterelementen wurde nach dem oben genannten Verfahren gemessen. Die Materialien für die Prallfläche und die Werte für den Druckabfall sind in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2 Beispiel Prallfläche Festigkeit (%) Dicke (cm) Druckabfall (mm H&sub2;O) Gaze Lage Lagen Vlies a) gewebte Gaze b) Polyesterfaservlies
Die obigen Werte zeigen, daß Prallflächen aus Web- und Vliesstoffen mit einer Festigkeit von 8-10,7% und einer Dicke von nur 0,2 cm Filterelemente mit einem akzeptablen Druckabfall ergeben. Die Werte zeigen auch, daß Festigkeit und Dicke der Prallfläche den Druckabfall an dem Filter beeinflussen, so daß beides bei der Wahl des Prallflächenmaterials berücksichtigt werden sollte.

BEISPIELE 17-22

Filterelemente mit einem Durchmesser von 7,6 cm, 10,2 cm und 12,7 cm wurden in der oben beschriebenen Weise hergestellt, nur daß jetzt bei einem Satz Filterelemente mit diesen Durchmessern die Vorder- und Rückwand aus zwei Lagen Glasfaserpapier (erhältlich bei Hollingsworth & Vose, Glasfaserpapier Nr. HE 1021) bestand, und bei einem weiteren Satz Filterelemente mit den gleichen Durchmessern die Wände aus einer einzigen Lage des in Beispiel 1-12 verwendeten elektrisch geladenen Polypropylen-Mikrofaserblasvlieses bestanden. Das Faservlies, welches für die in jedem Filterelement verwendeten 0,64 cm dicken Prallflächen verwendet wurde, wurde nach einem ähnlichen Verfahren hergestellt wie das in Beispiel 1-12 als Prallfläche verwendete Faservlies, nur daß jetzt eine Bindefaser vom Typ Melty Fiber mit einem Durchmesser von 20,3 um verwendet wurde. Die Filterelemente wurden dem obenerwähnten Quarzstaubtest unterzogen. Das Eindringen von Staub und der Druckabfall am Anfang und am Ende wurden gemessen, und die gemessenen Werte sind in Tabelle 3 angegeben. Nach dem Test wurden die Filter begutachtet, um festzustellen, wie gleichmäßig sich die Oberfläche des Filterelements mit Teilchen zugesetzt hatte. Die begutachteten Filter waren sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite gleichmäßig mit dispersem Material zugesetzt. Tabelle 3 Beispiel Filtermedium Filterdurchm. (cm) Penetration (mg) Druckabfall (Anfang) (mm H&sub2;O) Druckabfall (Ende) (mm H&sub2;O) Glasfaser * Filter gebrochen ** BMF = Mikrofaserblasvlies
Die obigen Werte zeigen, daß bei Filtermedien aus elektrisch geladenem Polypropylen-Mikrofaserblasvlies während des Testzeitraums weniger Quarzstaub eindringen kann und der Druckabfall an dem Filterelement während des Testzeitraums geringer ist als bei Glasfaserpapier. Filterelemente mit dem Mikrofaserblasvlies können daher kleiner ausgelegt werden und bieten dennoch eine den größeren Filterelementen mit Glasfaserfiltermedien vergleichbare Leistung.

BEISPIELE 23-26

Drei kreisrunde Filterelemente mit einem Durchmesser von 7,6 cm, 10,2 cm und 12,7 cm wurden nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt, wobei die Vorder- und Rückwand jeweils aus zwei Lagen Glasfaserpapier bestand (erhältlich bei Hollingsworth & Vose, Glasfaserpapier Nr. HE 1021), und Prallflächen in einer Dicke von 0,64 cm aus einem Faservlies verwendet wurden, das mit dem in Beispiel 17-22 verwendeten identisch war. Außerdem wurden drei kreisrunde Filterelemente mit einem Durchmesser von 10,2 cm hergestellt, wobei die Vorder- und Rückwand jeweils aus einer einzigen Lage des in Beispiel 1-12 verwendeten elektrisch geladenen Polypropylen-Mikrofaserblasvlieses bestand und die Prallflächen in einer Dicke von 0,64 cm aus dem in Beispiel 17-22 verwendeten Faservlies bestanden. Die in Beispiel 26 verwendeten Filterelemente besaßen auch eine Deckschicht auf der Vorder- und Rückwand, die aus einem ähnlichen Material bestand wie das in Beispiel 17-22 für die Prallfläche verwendete Vlies, nur daß jetzt das Vlies nach der Behandlung im Ofen auf eine Dicke von 0,033 cm kalandriert wurde. Die Filter wurden fertiggestellt und dem obengenannten Bleidämpfetest unterzogen. Der Druckabfall an ö den Filterelementen am Anfang und am Ende sowie der Grad des Eindringens der Bleidämpfe in die Filter wurden gemessen. Nach dem Test wurden die Filterelemente einer Sichtprüfung unterzogen, um festzustellen, ob sich die Oberfläche des Filterelements gleichmäßig mit den Bleidämpfen zugesetzt hatte. Bei den begutachteten Filtern hatten sich Vorder- und Rückseite gleichmäßig zugesetzt. Die Daten über die Bauweise der Filter, den Durchmesser und das Eindringen der Bleidämpfe sind in Tabelle 4 angegeben. Tabelle 4 Beispiel Filtermedium Filterdurchm. (cm) Penetration (mg) Druckabfall (Anfang) (mm H&sub2;O) Druckabfall (Ende) (mm H&sub2;O) Glasfaser * Durchschnitt der drei Proben ** BMF = Mikrofaserblasvlies
Die obigen Werte zeigen, daß bei den Filtermedien aus Polypropylen-Mikrofaserblasvlies der Träger vor Bleidämpfen geschützt ist bei einem bedeutend niedrigeren Druckabfall als bei den aus Glasfaser hergestellten Filtermedien.

BEISPIELE 27-35

Kreisrunde Filterelemente mit einem Durchmesser im Bereich von 7,6 bis 10,2 cm wurden hergestellt unter Verwendung einer einzigen Lage Glasfaserpapier (erhältlich bei Hollingsworth & Vose, Glasfaserpapier Hovoglas Nr. HB-5331) als Vorder- und Rückwand und einer 0,64 cm dicken Prallfläche, die aus demselben Vlies hergestellt wurde wie die in Beispiel 23-26 verwendeten Prallflächen. Außerdem wurde ein Satz kreisrunder Filterelemente mit einem Durchmesser im Bereich von 7,6 bis 10,2 cm, deren Vorder- und Rückwand jeweils aus einer Vielzahl von Lagen aus dem in Beispiel 1-12 verwendeten elektrisch geladenen Polypropylen-Mikrofaserblasvlies bestand, und eine 0,64 cm dicke Prallfläche aus dem gleichen Vlies wie die in Beispiel 23-26 verwendete Prallfläche hergestellt. Alle Filterelemente wurden nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt. Alle Filterelemente wurden dem oben erwähnten DOP-Penetrationstest unterzogen. Das Material der Filterwand, die Anzahl der Lagen Filtermaterial, der Filterdurchmesser, das Eindringen der Dioctylphthalatteilchen (DOP-Teilchen) und der Druckabfall an dem Filter nach dem DOP-Penetrationstest sind in Tabelle 5 zusammengefaßt. Tabelle 5 Beispiel Filtermedium Anzahl Filterlagen Filterdurchm. (cm) Penetration (%) Druckabfall (Ende) (mm H&sub2;O)

BEISPIEL 36

Es wurden fünf kreisrunde Filterelemente mit einem Durchmesser von 10,2 cm hergestellt, die mit den in Beispiel 30 verwendeten identisch waren. Die Filter wurden dem oben erwähnten Quarzstaubtest unterzogen. Der Quarzstaub drang in die Filterelemente im Durchschnitt in einer Menge von 0,05 mg ein, der durchschnittliche Druckabfall an dem Filterelement vor dem Test betrug 20,5 mm H&sub2;O, und der durchschnittliche Druckabfall an dem Filterelement nach dem Test betrug 22,4 mm H&sub2;O. Nach dem Test wurden die Filterelemente einer Sichtprüfung unterzogen, um festzustellen, ob sich die Oberflächen des Filterelements gleichmäßig mit Teilchen zugesetzt hatten. Die begutachteten Filterelemente hatten sich auf der Vorder- und Rückwand des Filterelements gleichmäßig mit Quarzstaub zugesetzt.

BEISPIELE 37-41

Es wurden kreisrunde Filterelemente ähnlich den in Beispiel 1-12 beschriebenen hergestellt, nur daß diese Filterelemente Prallflächen aus unterschiedlich großen Teilchen und unterschiedlichen Materialien besaßen. Die zwischen Vorderund Rückwand eingelagerten dispersen Stoffe bildeten eine poröse Schicht. Bei einigen der Beispiele handelt es sich um Kohlenstoffteilchen, die durch Sieben klassifiziert wurden. Bei einem der Beispiele handelte es sich um Polybutylenharzkügelchen einheitlicher Größe. Der Druckabfall an den Filterelementen wurde nach dem oben erwähnten Verfahren gemessen. Die für die Prallfläche verwendeten Materialien und die Werte für den Druckabfall sind in Tabelle 6 angegeben. Tabelle 6 Beispiel Material d. Prallfläche Durchschn. Teilchendurchm. (mm) Dicke (cm) Druckabfall (mm H&sub2;O) Kohlenstoff Polybutylen
Aus den obigen Werten geht hervor, daß zwischen Durchmesser und Druckabfall eindeutig ein Zusammenhang besteht. Teilchengrößen über 1,5 mm führen zu einem akzeptablen Druckabfall.

BEISPIELE 42-44

Es wurden Filterelemente mit einem Durchmesser von 10,2 cm hergestellt, wobei Vorder- und Rückwände aus einer einzigen Lage des in Beispiel 1-12 verwendeten Polypropylen-Mikrofaserblasvlieses bestanden und 0,64 cm dicke Prallflächen aus dem in Beispiel 17-22 verwendeten Faservlies bestanden. Jedes Filterelement besaß ein zylindrisches Entlüftungsrohr aus Polypropylen. Die Entlüftungsrohre hatten verschiedene Innendurchmesser, ihr Außendurchmesser betrug jedoch 3,27 cm. Die Filterelemente wurden nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt, und der Druckabfall an jedem Filterelement wurde nach dem oben erwähnten Verfahren gemessen. Die Werte für den Innendurchmesser des Entlüftungsrohres und den Druckabfall sind in Tabelle 7 zusammengefaßt. Tabelle 7 Beispiel Entlüftungsrohr Innendurchm. (cm) Druckabfall (mm H&sub2;O) DOP-Penetr. (%)
Aus den obigen Werten geht hervor, daß bei einer gegebenen Filterkonstruktion der Druckabfall an dem Filterelement niedriger ist je größer der Innendurchmesser des Entlüftungsrohres ist.

Claims

1. Filterelement (1), umfassend:

(A) im wesentlichen gleich verlaufende Vorder- und Rückwände (3, 4), die an ihren Umfangsrändern miteinander verbunden sind und zwischen sich einen Innenraum bilden; wobei die Vorder- und Rückwände (3, 4) jeweils mindestens eine Schicht Filtermaterial umfassen, und die Rückwand (4) mit der Schicht Filtermaterial eine Öffnung (2) besitzt, die den Zugang zu dem durch die Vorder- und Rückwände (3, 4) gebildeten Innenraum ermöglicht;

(B) ein Entlüftungsrohr (8), dessen eines Ende über die Öffnung (2) mit dem Innenraum zwischen den Vorder- und Rückwänden (3, 4) in Verbindung steht, und dessen anderes Ende das Filterelement (1) an dem Gesichtsteil (15) einer Atemschutzmaske befestigt; und

(C) eine poröse Schicht (5), die zwischen den Vorder- und Rückwänden (3, 4) angeordnet ist;

dadurch gekennzeichnet, daß sich die poröse Schicht (5) im wesentlichen in gleicher Richtung wie die Wände (3, 4) erstreckt und die Wände (3, 4) im wesentlichen über die gesamte Fläche im Abstand voneinander hält, nicht mehr als 50% des gesamten Druckabfalls an dem Filterelement (1) bewirkt und aus einem Material besteht, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Faservliese, lose Fasern, Faserflore, loses disperses Material, in einer porösen Matrix verklebtes disperses Material oder Kombinationen daraus.

2. Filterelement nach Anspruch 1, des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß es Deckschichten (3a, 4a) umfaßt.

3. Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die poröse Schicht (5) saugfähige Teilchen umfaßt, die in einer porösen Matrix miteinander verklebt sind.

4. Filterelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die poröse Schicht (5) ein Faservlies ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Glasfilterpapier, Blasvlies, Krempelvlies, Vlies aus fibrillierten Folien, saugfähige Teilchen enthaltendes Faservlies oder Kombinationen daraus.

5. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht eine Dicke von 0,2 cm bis 4,0 cm besitzt.

6. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement

(i) nicht mehr als 1,5 mg Quarzstaub mit einem mittleren geometrischen Teilchendurchmesser von 0,4-0,6 um über einen Zeitraum von 90 Minuten bei einer Luftströmungsgeschwindigkeit von 16 Litern pro Minute durch das Filterelement hindurchdringen läßt,

(ii) vor Ablauf der 90 Minuten an dem Filterelement einen Druckabfall von nicht mehr als 30 mm H&sub2;O und nach Ablauf der 90 Minuten an dem Filterelement einen Druckabfall von nicht mehr als 50 mm H&sub2;O aufweist.

7. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement nicht mehr als etwa 3,0 % der in dem Strom in einer Konzentration von 100 pg/l enthaltenen Dioctylphthalatteilchen mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 42,5 Litern pro Minute hindurchdringen läßt.

8. Filterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement nicht mehr als 1,5 mg Bleidämpfe über einen Zeitraum von 312 Minuten bei einer Luftströmungsgeschwindigkeit von 16 Litern pro Minute durch das Filterelement hindurchdringen läßt, vor Ablauf der 312 Minuten an dem Filterelement einen Druckabfall von nicht mehr als 30 mm H&sub2;O und nach Ablauf der 312 Minuten an dem Filterelement einen Druckabfall von nicht mehr als 50 mm H&sub2;O aufweist.

9. Atemschutzmaske umfassend ein Gesichtsteil (15) und ein oder mehrere Filterelemente (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.