KR101870438B1

KR101870438B1 - 발포체 성형층을 구비하는 안면부 여과식 호흡기

Info

Publication number: KR101870438B1
Application number: KR1020100074887A
Authority: KR
Inventors: 동일 최; 주윤 김; 진호 이; 승주 이
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2018-06-22
Also published as: RU2474445C2; EP2412407A1; BRPI1010342A2; MX2010008510A; US20120017911A1; JP2012080903A; RU2010132285A; CN102342602A; AU2010206095A1; KR20120010548A; JP5754900B2

Abstract

하니스(14) 및 마스크 본체(12)를 갖는 안면부 여과식 마스크(10)를 개시한다. 마스크 본체(12)는 탄성중합체 안면 밀봉부, 코 발포체 또는 코 클립과 같은 추가적인 구성요소를 사용하지 않고도 포근한 안면 정합을 달성할 수 있도록 구성된다. 마스크 본체(12)는 여과 구조물(18) 및 컵-형상 성형층(20)을 포함하며, 컵-형상 성형층(20)은 내부에 위치된 복수의 유체 투과성 개구를 갖는 폐쇄된 셀 발포체층을 포함한다. 개구는 성형층의 중간 영역을 포함하여 성형층 총 표면적의 30 % 이상을 차지한다. 여과 구조물은 성형층 위의 동일공간에 배치된다. 성형층(20)은 호흡기 착용시 마스크 본체 주연부(19)에서 착용자의 안면과 접촉한다. 표면적 대부분 위의 발포체 성형층의 개방성에도 불구하고, 동일공간의 여과 구조물과 함께 발포체 성형층의 사용은 충분한 구조적 완전성 또는 강성을 제공하여, 호흡기 사용 중에 마스크 본체의 붕괴를 방지하면서 또한 낮은 압력 강하를 나타내어 낮은 호흡 저항성 및 증가된 착용자 편안함을 제공한다.

Description

발포체 성형층을 구비하는 안면부 여과식 호흡기{FILTERING FACE-PIECE RESPIRATOR HAVING FOAM SHAPING LAYER}

본 발명은 내부에 일련의 개구가 있는 발포 성형층을 구비하는 안면부 여과식 호흡기에 관한 것이다.

호흡기는 2가지 통상적인 목적, 즉 (1) 불순물 또는 오염물이 착용자의 호흡 경로로 진입하는 것을 방지하는 것, 및 (2) 다른 사람 또는 물건이 착용자가 내쉬는 병원균 및 다른 오염물에 노출되는 것을 방지하는 것 중 적어도 한 가지의 목적을 위해 사람의 호흡 경로에 걸쳐 통상 착용된다. 첫 번째 상황에서, 호흡기는, 예를 들어 자동차 정비소 내에서와 같이 공기가 착용자에게 유해한 입자를 함유하는 환경에서 착용된다. 두 번째 상황에서, 호흡기는, 예를 들어 수술실 또는 청정실에서와 같이 다른 사람 또는 물건에 대한 오염의 위험이 있는 환경에서 착용된다.

몇몇 호흡기는 마스크 본체 자체가 여과 메커니즘으로서 기능하기 때문에, "안면부 여과식(filtering face-pieces)"으로서 분류된다. 부착가능한 필터 카트리지 또는 필터 라이너(예컨대, 유샤크(Yuschak) 등의 미국 재발행 특허 39,493, 및 테에비(Tayebi)의 미국특허 5,094,236 참조) 또는 삽입 성형된 필터 요소(예컨대, 브라운(Braun)의 미국특허 4,790,306 참조)와 함께 고무 또는 탄성중합체 마스크 본체를 사용하는 호흡기와 달리, 안면부 여과식 호흡기는 필터 카트리지를 설치 또는 교체할 필요가 없도록 전체 마스크 본체의 대부분에 걸쳐 연장되는 필터 매체를 포함한다. 이에 따라, 안면부 여과식 호흡기는 중량 면에서 상대적으로 가볍고 사용하기 쉽다.

안면부 여과식 호흡기는 일반적으로 2가지 카테고리, 즉 편평 절첩식(fold-flat) 호흡기 및 형상화된 호흡기 중 하나에 속한다. 편평 절첩식 호흡기는 편평하게 보관되지만, 마스크가 사용을 위해 컵 형상의 구성으로 펼쳐지도록 하는 시임(seam), 주름(pleat), 및/또는 절첩부를 포함한다. 편평 절첩식 안면부 여과식 호흡기의 예가 보스톡(Bostock) 등의 미국특허 6,568,392 및 6,484,722와 첸(Chen)의 미국특허 6,394,090에 제시되어 있다.

대조적으로, 형상화된 호흡기는 원하는 안면-정합(face-fitting) 구성으로 다소 영구적으로 형성되며, 일반적으로 보관 및 사용 중에 그러한 구성을 유지한다. 형상화된 안면부 여과식 호흡기는 통상 열 접합 섬유 또는 개방-작용(open-work) 플라스틱 메시(mesh)로부터 제조되는, 일반적으로 "성형층(shaping layer)"으로 지칭되는 성형된 지지 쉘 구조물을 보통 포함한다. 성형층은 주로 여과층을 위한 지지물을 제공하도록 설계된다. 여과층에 비해, 성형층은 (착용자의 안면에 인접한) 마스크의 내부 부분 상에 존재할 수 있거나, 이는 마스크의 외부 부분 상에, 또는 내부 및 외부 부분 둘 모두에 존재할 수 있다. 여과층을 지지하기 위한 성형층을 개시하는 특허의 예는 베르그(Berg)의 미국특허 4,536,440, 다이루드(Dyrud) 등의 4,807,619, 및 스코브(Skov)의 4,850,347을 포함한다.

형상화된 호흡기를 위한 마스크 본체를 구성함에 있어서, 여과층은 전형적으로 성형층에 대해 병렬 배치되고, 조립된 층들은 조립된 층들을 가열된 수 주형 부분과 암 주형 부분 사이에 배치함으로써(예를 들어, 베르그의 미국특허 4,536,440 참조), 또는 중첩된 관계의 층들을 가열 스테이지를 통과시킨 다음에 중첩된 층들을 안면 마스크 형상으로 냉각 성형함으로써(크론저(Kronzer) 등의 미국특허 5,307,796 및 스코브의 미국특허 4,850,347 참조) 성형 작업을 받게 된다.

공지된 형상화된 안면부 여과식 호흡기에서, 여과층은 - 전술된 기법들 중 어느 하나에 의해 마스크 본체로 조립되든지 간에 - 일반적으로 성형된 성형층에 결합될 때 곡선 형태를 취한다. 하니스(harness)가 마스크 본체에 고정되면, 제품은 통상적으로 사용 준비가 된다. 때로는 탄성중합체 안면 밀봉부가 정합 및 착용자 편안함을 개선하도록 주연부에서 마스크 본체에 또한 결합된다. 안면 밀봉부는 호흡기를 쓸 때 착용자의 안면에 접촉하도록 방사상 안쪽으로 연장된다. 탄성중합체 안면 밀봉부의 용도를 기술하는 문헌으로는 보스톡(Bostock) 등의 미국특허 6,568,392, 스프링젯(Springett) 등의 5,617,849, 및 메리야넥(Maryyanek) 등의 4,600,002와, 야드(Yard)의 캐나다특허 1,296,487이 있다. 추가로, 코 발포체와 코 클립은 안면 윤곽에서 변화가 큰 코 영역에서의 정합을 개선하도록 마스크 본체에 부착되는데, 예를 들어 칼라토르(Kalatoor) 등의 미국특허 출원공개 2007/0068529A1 및 칼라토르(Kalatoor)의 2008/0023006A1; 슈(Xue) 등의 국제공개 WO2007/024865A1 및 게브레울드(Gebrewold) 등의 WO2008/051726A1, 및 카스티글리온(Castiglione)의 미국특허 5,558,089 및 Des.412,573을 참조한다. 호흡기가 사용 수명의 목적을 달성하면, 여과층은 안면부 여과식 호흡기에서는 교체 불가능하므로 제품은 폐기된다.

본 발명은 하니스 및 마스크 본체를 포함하는 성형된 안면부 여과식 호흡기를 제공한다. 마스크 본체는 탄성중합체 안면 밀봉부, 코 발포체, 또는 코 클립과 같은 추가 성분을 사용하지 않고도 포근한 안면 정합이 이루어질 수 있도록 구성된다. 마스크 본체는 여과 구조물과 컵-형상 성형층을 포함하고, 컵-형상 성형층은 내부에 위치된 복수의 유체 투과성 개구를 갖는 폐쇄된 셀 발포체층을 포함한다. 개구는 성형층의 총 표면적의 적어도 10%를 차지한다. 여과 구조물은 성형층 위의 동일공간에 걸쳐 배치된다.

본 발명에서 발포체 성형층의 개방성에도 불구하고, 동일공간에 배치된 여과 구조물과 함께 안면-접촉 폐쇄된 셀 발포체 성형층을 사용하면 호흡기 사용중 마스크 본체가 붕괴되는 것을 방지하기에 충분한 구조적 완전성 또는 강성을 제공할 수 있고, 편안한 호흡을 가능하게 하는 충분히 낮은 압력 강하를 또한 나타낼 수 있다. 폐쇄된 셀 발포체 성형층은, 탄성중합체 안면 밀봉부, 코 발포체, 또는 코 클립을 부착하거나 사용하지 않고도 마스크 본체가 착용자의 얼굴에 편안하고 포근하게 정합될 수 있는 주연부에서의 충분한 유연성을 또한 제공할 수 있다.

용어

이하에 기술되는 용어는 다음과 같이 정의된 의미를 가질 것이다:

"정점 영역"은 마스크 주연부가 표면과 접촉하는 상태로 마스크 본체가 평평한 표면상에 위치할 때 마스크 본체상의 가장 높은 지점을 둘러싸는 영역을 의미한다.

"포함하다(또는 포함하는)"는 특허 용어에서 표준인 정의를 의미하는데, "구비하다", "갖는", 또는 "함유하는"과 대체로 동의어인 개방형 용어이다. "포함하다", "구비하다", "갖는", "함유하는" 및 이의 변형이 통상적으로 사용되는 개방형 용어이지만, 본 발명은 또한 본 발명의 호흡기의 의도된 기능을 제공하는 데 있어서 성능에 악영향을 미치는 것 또는 요소만을 배제한다는 점에서 반개방형 용어인 "본질적으로 이루어진"과 같은 더 좁은 용어를 사용하여 적합하게 기재될 수도 있다.

"청정 공기"는 오염물을 제거하기 위해 여과된 소정 부피의 대기 중 주위 공기를 의미한다.

"동일공간에 걸쳐"는 또 다른 대상의 표면적에 평행으로 연장되고 표면적의 적어도 80%를 덮는 것을 의미한다.

"오염물"은 대체로 입자(예를 들어, 유기 증기 등)인 것으로 여겨지지 않을 수 있지만 호기 유동 스트림 내의 공기를 포함하여 공기 중에 현탁될 수 있는 입자(먼지, 안개 및 연무를 포함함) 및/또는 다른 물질을 의미한다.

"커버 웨브"는 주로 오염물 여과용으로 설계되지 않는 부직 섬유층을 의미한다.

"외부 기체 공간"은 내쉰 기체가 마스크 본체 및/또는 호기 밸브를 통과한 후에 들어가는 주위 대기 기체 공간을 의미한다.

"안면부 여과식"은 마스크 본체 자체가 그를 통과하는 공기를 여과하도록 설계되어, 이러한 목적을 달성하기 위해 마스크 본체에 부착되거나 그에 성형되는 별도의 식별가능한 필터 카트리지, 필터 라이너 또는 삽입 성형된 필터 요소가 존재하지 않는 것을 의미한다.

"필터" 또는 "여과층"은 하나 이상의 공기 투과성 재료층을 의미하며, 층(들)은 그를 통과하는 공기 스트림으로부터 (입자와 같은) 오염물을 제거하는 주된 목적을 위해 구성된다.

"여과 구조물"은 주로 공기를 여과시키기 위해 설계되는 구성물을 의미한다.

"하니스"는 마스크 본체를 착용자의 안면 상에 지지하는 것을 보조하는 구조물 또는 부품들의 조합을 의미한다.

"일체형"은 논의중인 부품들이 후속으로 함께 결합되는 2개의 개별 부품이 아니라 단일 부품으로서 동시에 제조되는 것을 의미한다.

"내부 기체 공간"은 마스크 본체와 사람의 안면 사이의 공간을 의미한다.

"마스크 본체"는, 사람의 코와 입 위에 정합되도록 설계되고, 외부 기체 공간으로부터 분리된 내부 기체 공간을 형성하는 것을 돕는 공기-투과성 구조물을 의미한다.

"중간 영역"은 정점 영역과 마스크 본체 사이의 구역을 의미한다.

"코 클립"은 마스크 본체상에 사용하여 적어도 착용자의 코 주변 밀봉부를 개선하도록 구성되는 (코 발포체 이외의) 기계적 장치를 의미한다.

"코 발포체"는 호흡기를 착용한 경우 코 위에 정합 및/또는 착용자 편안함을 개선하도록 마스크 본체의 내부상에 배치되도록 구성되는 다공성 물질을 의미한다.

"부직포"는 섬유가 제직 이외의 수단에 의해 함께 유지되는 구조물 또는 구조물의 일부를 의미한다.

"평행"은 일반적으로 등거리인 것을 의미한다.

"주연부"는 사람이 호흡기를 착용할 때 착용자의 안면에 대체로 근접하여 배치될 마스크 본체의 외부 에지를 의미한다.

"중합체" 및 "플라스틱"은 각각 주로 1종 이상의 중합체를 포함하고 또한 다른 성분을 함유할 수 있는 재료를 의미한다.

"복수의"는 2개 이상을 의미한다.

"호흡기"는 착용자가 호흡하는 청정 공기를 제공하도록 코와 입 위의 안면에 착용하는 공기 여과 장치를 의미한다.

"성형층"은 통상의 취급하에서 원하는 형상(및 그에 의해 지지되는 다른 층들의 형상)을 유지하기 충분한 구조적 완전성을 갖는 층을 의미한다.

"웨브"는, 3차원보다는 2차원에서 더 큰 의미가 있고, 공기 투과성인 구조물을 의미한다.

도 1은 본 발명에 따른 안면부 여과식 호흡기(10)의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 마스크 본체(12)의 배면도이다.
도 3은 도 2의 라인 3-3을 따라 취한 마스크 본체(12)의 단면도이다.

본 발명을 실시함에 있어서, 폐쇄된-셀 발포체 성형층을 포함하는 안면부 여과식 호흡기가 제공된다. 성형층은 호흡기를 착용하는 경우 마스크 본체 주연부에서 사람의 안면과 접촉한다. 성형층 표면적의 적어도 10%를 차지하는 복수의 충분한 크기의 유체 투과성 개구를 갖는 성형층으로 인해 마스크 본체는 사용중 성형된 컵 형상 형태를 적절하게 유지할 수 있고, 또한 사람이 호흡기를 편안하게 착용할 수 있도록 적당한 강성 및 충분히 낮은 압력 강하를 제공한다. 호흡기 사용 동안, 착용자의 폐는 주위 공기를 마스크 본체를 통해 외부 기체 공간으로부터 내부 기체 공간으로 공급하는 데 필요한 에너지를 제공한다. 압력 강하가 낮은 경우 주위 공기를 여과하는 데 필요한 에너지는 적어진다. 장시간 동안 호흡기를 착용하는 경우, 낮은 압력 강하는 청정 공기를 호흡하는 데 필요한 일 또는 에너지가 적어진다는 점에서 착용자에게 매우 이로울 수 있다. 특히 품질 인자(Q_F) 측정치의 형태로 입자 침투와 결합되는 경우 압력 강하는 호흡기 성능의 확립된 척도이다 - 예를 들어 안가지반드(Angadjivand) 등의 미국특허 6,923,182를 참조한다. 양호한 정합과 성능을 나타내면서 유체 불침투성 폐쇄된 셀 발포체 재료를 성형층으로서 사용하는 견고한 안면부 여과식 호흡기를 제공하는 본 발명의 능력은 호흡기 사용자 및 제조자에게 특히 이로울 수 있다.

도 1은 마스크 본체(12) 및 하니스(14)를 구비하는 안면부 여과식 호흡기(10)를 도시한다. 하니스(14)는 탄성 재료로 제조할 수 있는 하나 이상의 스트랩(16)을 포함할 수 있다. 하니스 스트랩은 접착제 수단, 접합 수단, 또는 기계적 수단(예를 들어 카스티글리온(Castiglione)의 미국특허 6,729,332 참조)을 비롯한 다양한 수단으로 마스크 본체에 고정될 수 있다. 하니스는 예를 들어 마스크 본체에 초음파 용접되거나 마스크 본체에 스테이플러로 고정될 수 있다. 마스크 본체(12)는 여과 구조물(18) 및 성형층을 포함한다. 여과 구조물(18)은 성형층의 외부에 위치하고, 전방으로부터 볼 수 있다. 여과 구조물(18)은 마스크 본체 주연부(19)를 따라 성형층에 결합될 수 있다.

도 2는 마스크 본체(12)의 배면, 특히 폐쇄된 셀 발포체 재료를 포함하는 내부 성형층(20)을 도시한다. 성형층(20)은 호흡기를 착용하는 경우 마스크 본체 주연부(19)에서 착용자의 안면과 접촉한다. 성형층(20)은 일반적으로 약 30 내지 70 제곱센티미터(㎠), 더욱 통상적으로는 40 내지 60 ㎠의 등가 호흡 개구(EBO: Equivalent Breathing Opening)를 성형층에 제공하기에 충분한 크기인 복수의 개구(22)를 포함한다. 개구는 성형층의 총 표면적의 적어도 10%, 바람직하게는 적어도 20%, 더욱 바람직하게는 약 30 내지 60%, 더 더욱 바람직하게는 약 35 내지 50%를 차지한다. 개구(22)는 마스크 본체의 정점 영역(24)뿐만 아니라 중간 영역(26)에 위치한다. 개구(22)는 마스크 본체의 주연부 영역(28)으로 아래쪽으로 더 연장될 수 있다. 개구(22)는 약 4 내지 15 밀리미터(㎜) 폭, 더욱 일반적으로는 약 6 내지 10 ㎜ 폭인 부재(30)에 의해 서로 떨어져 있다. 개구(22)는 원형, 계란형, 타원형, 마름모꼴, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 다이아몬드형 등을 비롯한 다양한 형상을 취할 수 있다. 안면부 여과식 호흡기상에 호기 밸브가 배치되는 경우, 프레임은 호기 밸브를 수용하도록 마스크 본체의 정점 영역으로 성형될 수 있다 - 마틴(Martin) 등의 미국특허 출원공개 2009/0078264A1을 참조한다. 따라서, 호기 밸브가 필요한 경우, 여과 구조물을 통해 유체 흐름을 수용하기 위하여 성형층에 제공되는 개구는 일반적으로 호기 밸브를 수용하는 정점 영역(즉, 프레임이 위치하는 곳)의 부분에는 없다.

도 3은 성형층(20)이 복수의 층을 포함할 수 있음을 도시한다. 제1 내부 유연성(compliant)층(32)은 외부 구조 발포체층(34)보다 낮은 밀도를 나타내는 폐쇄된 셀 발포체 재료로 제조될 수 있다. 내부 유연성층은 약 0.02 내지 0.1 g/㎤의 겉보기 밀도를 나타낼 수 있다. 내부층(32)의 압축 강도는 약 0.25 내지 1 킬로파스칼(㎪), 더욱 일반적으로는 약 0.3 내지 0.5 ㎪일 수 있다. 제2 외부 발포체층(34)은 약 0.05 내지 0.5 g/㎤의 겉보기 밀도 및 약 0.25 내지 3 ㎪, 더욱 통상적으로는 약 1 내지 2.5 ㎪의 압축 강도를 나타낼 수 있다. 밀도가 덜 치밀하므로, 내부층(32)은 포근하고 편안한 정합을 제공하도록 안면 특징부에 더욱 편안하거나 유연해지는 경향이 있다. 내부 발포체층에 대한 대안으로서, 부직 웨브가 성형층을 위한 유연성 안면 접촉층을 제공하는 데 사용할 수 있다. 적절한 안면 접촉층으로서 기능하기 위하여, 섬유 내부층은 제2 외부층에 접합될 수 있어야 하고, 부드러운 느낌을 가져야 하고, 추가적인 편안함을 주는 땀 흡수 특성을 제공할 수 있다. 섬유 내부층의 예로는 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리프로필렌 또는 폴리아미드 또는 레이온의 카디드 웨브 또는 스펀디드 웨브 또는 직물이 있다. 층들은 화학적 및 물리적 접합을 비롯한 다양한 기법으로 서로 결합될 수 있다. 여과 구조물(18)도 하나 이상의 부직 섬유 물질층, 예컨대 여과층(36) 및 발포체 성형층(20)의 외부 또는 하류에 있는 내부 및 외부 커버 웨브(38,38')를 포함할 수 있다. 커버 웨브(38,38')는 여과층(38)을 보호하도록 그리고 여과층(36)에 있는 섬유가 마스크 본체(12)로부터 느슨해지지 않도록 제공될 수 있다. 2개의 커버 웨브(38,38')가 도시되어 있지만, 여과 구조물은 외부 커버 웨브(38)만을 구비하거나 커버 웨브를 전혀 구비하지 않도록 형성될 수 있다. 호흡기 사용 동안, 공기는 마스크 내부로 유입되기 전에 성형층(20)의 층들(38, 36, 38')과 개구(22)를 순차적으로 통과한다. 이어서 마스크 본체(12)의 내부 기체 공간 내에 존재하는 공기는 착용자가 들이마실 수 있다. 착용자가 내쉬는 경우, 공기는 반대 방향으로 층들(20, 38', 36 및 38)을 순차적으로 통과한다. 대안으로, 호기 밸브(도시하지 않음)를 마스크 본체(12)상에 제공하여 내쉰 공기를 여과 구조물(18)을 통과하지 않으면서 내부 기체 공간으로부터 외부 기체 공간으로 신속하게 퍼징할 수 있다. 일반적으로, 커버 웨브(38,38')는 낮은 압력 강하를 제공하면서 최종 제품에 중량을 거의 부가하지 않는 부직포 재료를 선택하여 제조된다. 여과 구조물과 함께 사용할 수 있는 다양한 여과층 및 커버 웨브의 구성은 후술한다. 본 발명의 안면부 여과식 호흡기는 200㎩ 미만, 더욱 바람직하게는 150㎩ 미만, 더 더욱 바람직하게는 100㎩ 미만의 압력 강하를 나타낸다. 품질 인자(Q_F)는 0.25 초과, 0.5 초과, 심지어 0.7 초과일 수 있다. 여과 구조물(18) 및 성형층(20)(도 3)을 포함하는 마스크 본체(12)는 적어도 2 뉴턴(N)의 강성, 더욱 일반적으로는 적어도 약 2.5 뉴턴의 강성을 나타낼 수 있다. 강성은 후술하는 마스크 강성 시험에 따라 결정될 수 있다.

본 발명과 함께 사용되는 마스크 본체는 도 1에 도시한 바와 같은 곡선 반구 형상을 가질 수 있거나(디루드(Dyrud) 등의 미국특허 4,807,619 참조), 각종 상이한 형상 및 형태를 취할 수 있다 - 예를 들어 자푼티치(Japuntich)의 미국특허 4,827,924를 참조한다. 상술한 바와 같이, 성형층은 상이한 밀도를 갖는 하나 이상의 발포체층을 포함할 수 있다. 발포체층들은 상이한 중합체 물질로부터 제조될 수 있다. 내부층-즉, 안면에 더 가까운 층-은 예를 들어 저밀도 폴리에틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리우레탄, 또는 천연 고무 혹은 합성 고무로 제조될 수 있다. 외부층은 다음의 중합체, 즉 폴리프로필렌, 에틸 비닐 아세테이트, 폴리아미드 또는 폴리에스테르 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 복수의 층 성형층은 부직포 또는 직물, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리아미드 또는 폴리프로필렌 또는 레이온으로부터 제조될 수 있다. 여과 구조물은 여과층 및 커버 웨브를 포함하는 다중 층으로 예시되지만, 여과 구조물은 단순히 여과층들의 조합 또는 여과층(들)과 커버 웨브(들)의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 프리필터(pre-filter)가 더욱 정련되고 선택적인 하류 여과층에 대한 상류에 배치될 수 있다. 추가로, 활성탄과 같은 수착 재료가 여과 구조물을 포함하는 섬유들 및/또는 다양한 층들 사이에 배치될 수 있지만, 이러한 수착 재료는 원하는 포근한 정합을 희생시키지 않도록 코 영역에는 없을 수 있다. 또한, 별개의 입자 여과층이 수착층과 함께 사용되어 입자와 증기 둘 다에 대한 여과를 제공할 수 있다. 여과 구조물은 사용중 컵 형상 형태를 제공하는 데 도움을 주는 하나 이상의 보강층을 포함할 수 있다. 여과 구조물은 구조적 완전성에 기여하는 용접선 또는 접합선과 같은 하나 이상의 수평 및/또는 수직 경계선을 또한 구비할 수 있다.

본 발명의 마스크 본체에 사용되는 여과 구조물은 입자 포획 또는 기체 및 증기 타입 필터일 수 있다. 여과 구조물은 예를 들어 액체 에어로졸 또는 액체 스플래쉬(예컨대, 피)가 여과층을 침투하는 것을 방지하도록 여과층의 한 면으로부터 또 다른 면으로의 액체의 이동을 방지하는 장벽층일 수도 있다. 유사하거나 다른 필터 매체의 복수의 층이 그 응용 요건에 따라 본 발명의 여과 구조물을 구성하는 데 사용할 수 있다. 본 발명의 층상 마스크 본체에 이롭게 채택될 수 있는 필터는 마스크 착용자의 호흡 작업을 최소화하도록 일반적으로 압력 강하가 낮다(예를 들어 초당 13.8센티미터의 면속도에서 약 200 내지 300 파스칼 미만). 추가로, 여과층은 가요성이고, 일반적으로 예상된 사용 조건하에서 구조를 유지하도록 충분한 전단 강도를 갖는다. 입자 포획 필터의 예는 미세 무기 섬유(예컨대 섬유유리) 또는 중합체 합성 섬유의 하나 이상의 웨브를 포함한다. 합성 섬유 웨브는 멜트블로잉과 같은 공정으로부터 제조되는 전기적 하전된 중합체 마이크로섬유를 포함할 수 있다. 전기적으로 하전되는 폴리프로필렌으로부터 형성된 폴리올레핀 마이크로섬유는 입자 포획 응용에 대한 특별한 효용을 제공한다.

여과층은 전형적으로 목적하는 여과 효과를 달성하도록 선택된다. 여과층은 일반적으로 그것을 통해 통과하는 기체 스트림으로부터 입자 및/또는 다른 오염물을 높은 비율로 제거할 것이다. 섬유 여과층의 경우, 선택되는 섬유는 여과될 물질의 종류에 따르며, 전형적으로 제조 공정 동안 함께 접합되지 않도록 선택된다. 지시된 바와 같이, 여과층은 다양한 형상 및 형태로 형성될 수 있으며, 전형적으로 약 0.2 밀리미터 (mm) 내지 1 센티미터 (cm), 보다 전형적으로 약 0.3 mm 내지 0.5 cm의 두께를 갖고, 일반적으로 평면 웨브이거나, 주름진 모양을 가져서 확장된 표면적을 제공할 수 있다 (예를 들어, 브라운(Braun) 등의 미국 특허 제5,804,295호 및 제5,656,368호 참조). 또한, 여과층은 접착제 또는 임의의 다른 수단에 의해 함께 결합된 다수의 여과층을 포함할 수 있다. 본질적으로 여과층 형성을 위해 공지된 (또는 최근에 개발된) 임의의 적합한 재료를 여과 재료로 사용할 수 있다. 문헌 [Wente, Van A., Superfine Thermoplastic Fibers, 48 Indus. Engn. Chem., 1342 et seq. (1956)]에 교시된 것과 같은 멜트-블로운 섬유의 웨브는, 특히 영구 전기 하전된 (일렉트릿) 형태일 때 특히 유용하다 (예를 들어, 쿠빅(Kubik) 등의 미국 특허 제4,215,682호 참조). 이러한 멜트-블로운 섬유는 약 20 마이크로미터 (㎛) 미만 ("블로운 마이크로섬유"에 대해 BMF로 칭해짐), 전형적으로 약 1 내지 12 ㎛의 유효 섬유 직경을 갖는 마이크로섬유일 수 있다. 유효 섬유 직경은 문헌 [Davies, C. N., The Separation Of Airborne Dust Particles, Institution Of Mechanical Engineers, London, Proceedings 1B, 1952]에 따라 측정될 수 있다. 폴리프로필렌, 폴리(4-메틸-1-펜텐) 및 이들의 조합으로부터 형성된 섬유를 함유하는 BMF 웨브가 특히 바람직하다. 또한, 반 턴하우트(van Turnhout)의 미국 재발행 특허 제31,285호에서 교시된 바와 같은 전기 하전된 미소섬유형 필름 섬유 뿐만 아니라, 로진-울 섬유 웨브 및 특히 마이크로섬유 형태의 유리 섬유 또는 용액-블로운 또는 정전기적으로 분무된 섬유 웨브가 적합할 수 있다. 에이츠만(Eitzman) 등의 미국 특허 제6,824,718호, 안가지반드(Angadjivand) 등의 미국 특허 제6,783,574호, 인슬레이(Insley) 등의 미국 특허 제6,743,464호, 에이츠만 등의 미국 특허 제6,454,986호 및 제6,406,657호 및 안가지반드 등의 미국 특허 제6,375,886호 및 제5,496,507호에 개시된 바와 같이, 섬유를 물과 접촉시켜 전기 전하를 섬유에 부여할 수 있다. 또한, 클라세(Klasse) 등의 미국 특허 제4,588,537호에 개시된 바와 같은 코로나 대전 또는 브라운(Brown)의 미국 특허 제4,798,850호에 개시된 바와 같은 트리보대전(tribocharging)에 의해 전기 전하를 섬유에 부여할 수 있다. 또한, 첨가제가 섬유에 포함되어 하이드로-대전(hydro-charging) 공정을 통해 제조된 웨브의 여과 성능을 개선시킬 수 있다 (루소(Rousseau) 등의 미국 특허 제5,908,598호 참조). 특히, 불소 원자로 여과층의 섬유 표면을 처리하여 유성 안개(oily mist) 환경에서 여과 성능을 개선시킬 수 있다 (존스(Jones) 등의 미국 특허 제6,398,847 B1호, 제6,397,458 B1호 및 제6,409,806 B1호 및 커크(Kirk) 등의 미국 특허 제7,244,292호 및 스파츠(Spartz) 등의 미국 특허 제7,244,291호 참조). 일렉트릿 BMF 여과층을 위한 전형적인 평량은 약 10 내지 100 g/m²이다. 상기한 바와 같이 전기 하전되고 임의로 불소화될 경우, 평량은 각각 약 20 내지 40 g/m² 및 약 10 내지 30 g/m²일 수 있다.

커버 웨브는 마스크 본체 내의 느슨한 섬유를 포집하기 위해 그리고 미적 이유로 사용될 수 있다. 커버 웨브는 여과층의 외부 (또는 상류)에 배치될 경우, 예비-필터로서 작용할 수 있지만, 전형적으로는 여과 구조물에 임의의 실질적인 여과 이득을 제공하지 않는다. 커버 웨브는 바람직하게는 비교적 낮은 평량을 갖고, 비교적 미세한 섬유로부터 형성된다. 보다 구체적으로, 커버 웨브는 약 5 내지 50 g/m² (전형적으로 10 내지 30 g/m²)의 평량을 갖도록 형성될 수 있으며, 섬유는 3.5 데니어 미만 (전형적으로 2 데니어 미만, 보다 전형적으로 1 데니어 미만 0.1 데니어 초과)일 수 있다. 커버 웨브에 사용되는 섬유는 종종 약 5 내지 24 마이크로미터, 전형적으로 약 7 내지 18 마이크로미터, 보다 전형적으로 약 8 내지 12 마이크로미터의 평균 섬유 직경을 갖는다. 커버 웨브 재료는 소정의 탄성도 (반드시 그런 것은 아니지만, 전형적으로 파단시 100 내지 200％)를 가질 수 있으며, 소성 변형될 수 있다.

커버 웨브용으로 적합한 재료는 블로운 마이크로섬유 (BMF) 재료, 특히 폴리올레핀 BMF 재료, 예를 들어 폴리프로필렌 BMF 재료 (폴리프로필렌 블렌드 및 폴리프로필렌과 폴리에틸렌의 블렌드 또한 포함)일 수 있다. 커버 웨브용 BMF 재료를 제조하기에 적합한 공정이 사비(Sabee) 등의 미국 특허 제4,013,816호에 기재되어 있다. 웨브는 매끄러운 표면, 전형적으로 매끄러운 표면의 드럼 또는 회전 수집기 상에 섬유를 수집함으로써 형성될 수 있다 (베리간(Berrigan) 등의 미국 특허 제6,492,286호 참조). 스펀-본드 섬유가 또한 사용될 수 있다.

전형적인 커버 웨브는 폴리프로필렌 또는 50 중량％ 이상의 폴리프로필렌을 함유하는 폴리프로필렌/폴리올레핀 블렌드로부터 제조될 수 있다. 이들 재료는 착용자에게 고도의 부드러움과 편안함을 제공하고 또한 필터 재료가 폴리프로필렌 BMF 재료일 때 층들 사이에 접착제를 필요로 하지 않고서 필터 재료에 고정되어 유지되는 것으로 밝혀졌다. 커버 웨브에 사용하기에 적합한 폴리올레핀 재료는, 예를 들어 단일 폴리프로필렌, 2종의 폴리프로필렌의 블렌드, 및 폴리프로필렌과 폴리에틸렌의 블렌드, 폴리프로필렌과 폴리(4-메틸-1-펜텐)의 블렌드, 및/또는 폴리프로필렌과 폴리부틸렌의 블렌드를 포함할 수 있다. 커버 웨브용 섬유의 일례는 약 25 g/㎡의 평량을 제공하고 0.2 내지 3.1 범위의 섬유 데니어 (100개의 섬유에 대한 평균이 약 0.8로 측정됨)를 갖는, 엑손 코포레이션(Exxon Corporation)으로부터의 폴리프로필렌 수지 "에스코린(Escorene) 3505G"로부터 제조되는 폴리프로필렌 BMF이다. 다른 적합한 섬유는 약 25 g/㎡의 평량을 제공하고 약 0.8의 평균 섬유 데니어를 갖는 폴리프로필렌/폴리에틸렌 BMF (역시 엑손 코포레이션으로부터의 85％의 수지 "에스코린 3505G" 및 15％의 에틸렌/알파-올레핀 공중합체 "이그젝트(Exact) 4023"을 포함하는 혼합물로부터 제조됨)이다. 적합한 스펀본드 재료가 독일 파이네 소재의 코로빈 게엠베하(Corovin GmbH)로부터 "코로소프트 플러스(Corosoft Plus) 20", 코로소프트 클래식(Corosoft Classic) 20" 및 "코로빈(Corovin) PP-S-14"라는 상표명으로 입수가능하며, 카디드 폴리프로필렌/비스코스 재료가 핀란드 나킬라 소재의 제이.더블유. 수오미넨 오와이(J.W. Suominen OY)로부터 "370/15"라는 상표명으로 입수가능하다.

본 발명에 사용되는 커버 웨브는 일반적으로 처리 후에 웨브 표면으로부터 돌출하는 아주 적은 수의 섬유를 가지며, 따라서 매끄러운 외부 표면을 갖는다. 본 발명에 사용될 수 있는 커버 웨브의 예는, 예를 들어 안가지반드의 미국 특허 제6,041,782호, 보스톡(Bostock) 등의 미국 특허 제6,123,077호, 및 보스톡 등의 WO 96/28216A호에 개시되어 있다.

하니스에 사용되는 스트랩(들)은 다양한 재료, 예컨대 열경화성 고무, 열가소성 엘라스토머, 브레이디드(braided) 또는 편직 얀/고무 조합, 비탄성 브레이디드 성분 등으로부터 제조될 수 있다. 스트랩(들)은 탄성 재료, 예컨대 탄성 브레이디드 재료로부터 제조될 수 있다. 스트랩은 바람직하게는 그의 전체 길이의 2배 초과로 신장되고, 그의 이완된 상태로 돌아올 수 있다. 또한, 스트랩은 아마도 그의 이완된 상태의 길이의 3배 또는 4배로 신장될 수 있으며, 인장력이 제거되었을 때 임의의 손상없이 그의 원래 상태로 돌아올 수 있다. 따라서 탄성 한계는 일반적으로 그의 이완된 상태일 때 스트랩의 길이의 2배 이상, 3배 이상 또는 4배 이상이다. 전형적으로, 스트랩(들)은 약 20 내지 30 cm의 길이, 3 내지 10 mm의 폭 및 약 0.9 내지 1.5 mm의 두께를 갖는다. 스트랩(들)은 연속 스트랩으로서 제1 측면에서 제2 측면으로 연장될 수 있거나, 스트랩은 추가의 패스너(fastener) 또는 버클에 의해 함께 결합될 수 있는 복수의 부분을 가질 수 있다. 예를 들어, 스트랩은 안면으로부터 마스크 본체를 제거할 때 착용자에 의해 신속하게 결합해제될 수 있는 패스너에 의해 함께 결합된 제1 및 제2 부분을 가질 수 있다. 본 발명과 함께 사용될 수 있는 스트랩의 한 예가 슈(Xue) 등의 미국 특허 제6,332,465호에 도시되어 있다. 스트랩의 하나 이상의 부분을 함께 결합하는데 사용될 수 있는 체결 또는 고정 메카니즘의 예가 예를 들어 브로스트롬(Brostrom) 등의 미국 특허 제6,062,221호, 세팔라(Seppala)의 미국 특허 제5,237,986호 및 치엔(Chien)의 EP1,495,785A1호 및 게브레울드(Gebrewold) 등의 미국 특허 공보 제2009/0193628A1호 및 스테판(Stepan) 등의 국제 공보 WO2009/038956A2호에 도시되어 있다.

지시된 바와 같이, 호기 밸브를 마스크 본체에 부착시켜 내부 기체 공간으로부터 내쉰 공기의 퍼징을 용이하게 할 수 있다. 호기 밸브의 사용은 마스크 내부로부터 온난 다습한 내쉰 공기를 신속하게 제거함으로써 착용자의 편안함을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 마틴(Martin) 등의 미국 특허 제7,188,622호, 제7,028,689호 및 제7,013,895호; 자푼티치(Japuntich) 등의 미국 특허 제7,428,903호, 제7,311,104호, 제7,117,868호, 제6,854,463호, 제6,843,248호 및 제5,325,892호; 미텔스타트(Mittelstadt) 등의 미국 특허 제6,883,518호; 및 바우어의 재발행 특허 제37,974호를 참조한다. 본질적으로 적합한 압력 강하를 제공하고 마스크 본체에 적절하게 고정될 수 있는 임의의 호기 밸브를 본 발명과 함께 사용하여 내쉰 공기를 내부 기체 공간으로부터 외부 기체 공간으로 신속하게 전달할 수 있다.

[실시예]

시험 방법

하기 시험 방법을 사용하여 필터 웨브, 성형 발포체 요소 및 완성된 마스크를 평가하였다.

입자 침투 및 압력 강하

필터 웨브와 완성된 마스크 둘다에 대한 입자 침투 및 압력 강하를 TSI 인코포레이티드 (미국 미네소타주 세인트 폴 소재)로부터의 AFT 시험기, 모델 8130을 사용하여 측정하였다. 20 mg/m³의 농도 및 13.8 cm/초의 면 속도로 전달된 염화나트륨 (NaCl) 도전물을 시험 에어로졸로 사용하였다. 시험 동안, 필터 웨브 또는 마스크의 하류측에서 에어로졸의 농도를 측정하고 도전물 농도와 비교하였다. 시험 대상체의 침투율은 염화나트륨의 하류 농도를 도전물의 상류 농도로 나눈 것의 백분율로 제공되었으며, 침투율로 보고하였다. 필터 효율 이외에, 시험 대상체를 가로지르는 압력 강하를 파스칼 (Pa)로 기록하고 보고하였다.

마스크 강성

마스크의 강성을 미국 노스 캐롤라이나주 그린스보로 하이 포인트 로드 2620 소재 제이.에이. 킹 앤드 컴퍼니(J.A. King & Co.)으로부터 입수가능한 킹 강성 시험기(King Stiffness Tester); 모델 SASD-672를 사용하여 측정하였다. 강성은, 2.54 cm-직경의 피아트-표면 프로브(fiat-faced probe)를 안면 마스크의 정점으로 미는데 필요한 힘으로 측정하였다. 시험을 수행하기 위하여, 프로브를 고정물 플랫폼 상에 정치된 마스크의 정점에 배치하였다. 그 후, 프로브를 마스크가 21 밀리미터로 압축되도록 32 mm/초의 크로스 헤드 속도로 마스크를 향해 연장시켰다. 프로브의 완전 연장의 말엽에, 마스크를 압축하는데 필요한 힘을 뉴턴 (N)으로 기록하였다.

겉보기 발포체 밀도

발포체 재료의 겉보기 밀도를 ASTM D3575-08, 서픽스(Suffix) W, 방법 A에 의해 측정하였다. 겉보기 밀도의 값은 세제곱 센티미터 당 그램 (g/㎤)으로 보고하였다.

압축 강도

발포체의 압축 강도를 ASTM D3575-08, 서픽스 D에 의해 측정하였다. 압축 강도에 대한 값은 킬로파스칼 (kPa)로 보고하였다.

등가 호흡 개구부

먼저 마스크의 발포체층을 통한 대표적인 호흡 개구부의 수력 반경 R_h을 알아냄으로써 마스크의 등가 호흡 개구부 (EBO)를 측정하였다. 개구부의 수력 반경은 개구부의 면적을 개구부 주연 길이로 나눔으로써 계산하였다. 대표적인 개구부의 면적 및 주연을 광학 비교기 (DZ2, 고배율 줌 현미경(High Magnification Zoom Microscope), 유니온 옵티칼 컴퍼니, 리미티드(Union Optical Co., LTD) 및 이미지-프로® 플러스(Image-Pro® Plus), 미디어 사이버네틱스, 인코포레이티드( Media Cybernetics, Inc.))를 사용하여 측정하였다. 1개 초과의 호흡 개구부 배열이 마스크에 사용될 경우, 각각의 대표적인 개구부의 수력 반경을 측정하였다 R(n)_h (여기서, n은 특정 개구부 크기를 나타냄). 그 후, EBO는 다음과 같이 계산하였다:

상기 식에서,

α_n은 입도 n의 대표적인 개구부의 수이고,

R(n)_h는 대표적인 개구부 n의 수력 반경이다.

모두 동일한 수력 반경의 n개의 개구부를 갖는 마스크의 경우, EBO는 하기 식으로 계산되었다:

수력 반경의 값은 센티미터 (cm)로 제공되었으며, EBO의 계산 값은 제곱센티미터 (cm²)로 제공되었다.

실시예 1

본 발명의 컵-형상 마스크를 2개의 기본 요소, 구조적 발포체 성형층 및 여과 예비성형품으로부터 제조하였다. 구조적 발포체 성형층은 먼저, 2개의 재료층: 내부의 유연성(compliant) 층 및 외부의 구조적 층을 적층하여 제조하였다. 외부의 구조적 층을 위해 사용된 재료는 폐쇄된 셀 폴리프로필렌 발포체, 에필론(EPILON; 등록상표) Q1001.1 W (대한민국 대전시 소재 용보 케미칼(Yongbo Chemical)에 의해 공급됨)였다. 외부의 구조적 층의 겉보기 밀도 및 압축 강도는 각각 0.1013 g/㎤ 및 1.14 kPa이었다. 내부의 유연성 층 재료는 폐쇄된 셀 폴리에틸렌 발포체, 에필론(등록상표) R3003 W (대한민국 대전시 소재 용보 케미칼로부터 입수가능함)이었다. 발포체의 겉보기 밀도 및 압축 강도는 각각 0.0322 g/㎤ 및 0.32 kPa이었다. 층의 적층을 화염 적층 공정(flame lamination process)을 통해 수행하였다.

화염 적층은 연속 롤 적층 공정에서 외부의 구조적 발포체층의 표면을 제어된 화염에 노출시키는 것을 포함하였다 (여기서, 발포체의 표면은 약 200℃로 가열됨). 그 다음, 적층기 상 롤로부터 인출된 유연성 발포체층을 제어된 라인 장력하에 가열된 발포체 표면과 직접 접촉시켰다. 그 후, 층을 20 cm 직경의 롤링 맨드릴(mandrel)위로 45도의 접근 각도로 통과시켰다. 라인 장력 및 롤링 맨드릴과의 접촉으로 인한 압축하에 가열된 발포체를 냉각시켜 층들을 그의 계면에서 응집 결합시켰다. 적층기 라인 장력 및 속도는 각각 3 N/cm (라인폭) 및 15.1 m/분이었다. 그 후, 적층된 구조를 룰 다이를 사용하여 적층물을 통해 절단시킨 호흡 개구부의 패턴으로 천공하였다.

호흡 개구부는 10 mm의 측면 길이를 갖는 45도 마름모형 구멍이었다. 45개의 고르게 이격된 개구부가 일반적으로 마스크의 2차원 형상을 구성하는 영역에 걸쳐 생성되었다. 구멍 패턴이 절단된 타원형 영역은 15 cm의 큰 직경 및 12 cm의 작은 직경 및 141 cm²의 면적을 가졌다. 마스크의 코 브릿지로서 생성될 것 근처의 적층물은 절단되지 않은 채 남아있었다. 그 후, 다이 절단 발포체 적층물 시트가 성형 단계를 통해 마스크의 구조적 컵-형상의 배열로 형성되었다.

절단 적층물의 성형은 적층된 층을 한 쌍의 암(female) 금형 반쪽 및 수(male) 금형 반쪽 사이에서 압축시킴으로써 행하였다. 일반적으로 반구형 마스크-형상의 암 금형은 약 55 mm의 깊이 및 310 cm³의 부피를 갖고, 금형의 수 부분은 금형의 암 반쪽에 상응하였다. 성형 단계에서, 금형의 수 반쪽 및 암 반쪽을 약 105℃로 가열하였다. 그 후, 마스크의 코부위가 적절히 배향되도록 적층된 시트를 금형 반쪽들 사이에 넣고, 금형을 2.5 mm의 갭으로 폐쇄시켰다. 약 10 내지 15초의 체류 시간을 유지시킨 후, 금형을 개방하고 구조적 컵을 제거하였다. 성형 단계 후, 마스크에서 대표적인 호흡 구멍은 일반적으로 크기가 균일하였으며, 0.3 cm의 R_h를 갖는 것으로 측정되었다.

마스크의 여과 요소를 예비성형품으로 제조하고, 컵-형상의 성형층에 부착시켰다. 예비성형품은 필터와 보호용 커버 웨브를 함께 성층하고, 층을 통해 형성 연부를 초음파 용접시켜 제조하였다. 예비성형품을 제조하기 위하여, 198 cm x 202 cm 재료 시트를 커버-웨브/필터-웨브/필터-웨브/커버-웨브의 순서로 적층하였다. 그 후, 포물선형 곡선을 층을 통해 용접하였으며, 생성된 형상은 구조적 발포체 컵의 아치형 프로필과 닮았다. 예비성형품에 사용된 커버 웨브는 제곱미터 당 30 그램 (gsm)의 폴리프로필렌 스펀 본드, 리베센(LIVESEN; 등록상표) 30 SS (대한민국 서울 소재 도레이 어드밴스드 머티리얼 코리아 인코포레이티드(Toray Advanced Material Korea Inc.)로부터 입수가능함)이었다. 사용된 필터 웨브는 문헌 [Davis, C. N., The Separation Of Airborne Dust Particles, Institution Of Mechanical Engineers, London, Proceedings 1B, 1952]에 기재된 방법에 따라 계산시, 9 마이크로미터 (㎛)의 유효 섬유 직경 (EFD)을 갖는 110 g/m² (gsm)의 블로운 마이크로섬유 웨브이었다. 마이크로섬유 웨브는 13.8 파스칼 (Pa)의 압축 부하에 노출되었을 때 1.7 밀리미터 (mm)의 두께를 가졌다. 마이크로섬유 웨브는 문헌 [Wente, Van A, Superfine Thermoplastic Fibers, 48 Indus. Engn. Chern., 1342 et seq. (1956)]에 일반적으로 교시된 방법을 사용하여 폴리프로필렌 (피나(Fina) 3857, 미국 텍사스주 휴스톤 소재 피나 오일 앤드 케미칼 컴퍼니(Fina Oil and Chemical Co.) 제품)으로부터 제조하였다. 영구 정전기적 하전 (일렉트릿)을 미국 특허 제6,119,691호에 일반적으로 기재된 방법에 의해 마이크로섬유 웨브에 유도하였다. 생성된 웨브는 3.2％ 침투율 및 73.5 Pa의 압력 강하를 가져서 0.46의 품질 인자 Q_F를 제공하였다. 실시예의 마스크를 형성하기 위하여, 커버 웨브 및 필터 매체의 적층물인 예비성형품을 펼치고, 성형층 상에 놓았으며, 필터 매체는 컵을 향하였다. 그 후, 조립체를 초음파 용접을 사용하여 마스크 베이스 둘레로 연부 밀봉하여 예비성형품을 그의 외부 테두리에서 성형층에 융합시키고, 과량의 재료를 잘라내었다.

분쇄 저항 (강성), 입자 침투율 및 압력 강하에 대하여 마스크를 평가하였다. 시험 결과는 표 1에 제공되었으며, 또한 EBO 값을 포함하였다.

실시예 2

실시예 2는 적층물의 천공 영역에 실시예 1의 천공 영역과 비교하여 100개의 천공이 있는 것을 제외하고는, 실시예 1과 같이 제조하였다. 생성된 개구부는 5 mm의 측면 길이를 갖는 45도 마름모-형상의 구멍이었다. 성형 단계 후, 마스크에서 대표적인 호흡 구멍은 일반적으로 크기가 균일하였으며, 0.18 cm의 R_h를 갖는 것으로 측정되었다.

실시예 3

실시예 3은 열 결합된 부직 웨브를 유연성 층으로 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 같이 제조하였다. 4 데니어 (dpf) 저 용융 섬유 (LMF 4 DE', 51 mm, 대한민국 서울 소재 후비스 코포레이션(Huvis Corp.)) 및 6 데니어 폴리에스테르 스테이플 섬유 (RSF 6 DE', 38 mm, 대한민국 서울 소재 후비스 코포레이션)의 블렌드를 사용하여 "란도 웨버(Rando Webber)" 에어-레잉 기계 (미국 뉴욕주 마세돈 소재 란도 머신 코포레이션(Rando Machine Corporation)으로부터 입수가능함) 상에서 200 gsm 부직 웨브를 제조하였다. 블렌드의 조성은 70 중량％의 4 dpf 섬유 및 30 중량％의 6 dpf 섬유이었다. 느슨한 웨브를 30초 동안 120℃하의 오븐을 통해 통과시켜 열 접합시켰다.

실시예 4

실시예 4는 실시예 2의 호흡 개구부 패턴을 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 같이 제조하였다.

비교예 1

비교예 1을 동일한 여과층 및 통상적인 부직 내부 층을 사용하여 실시예 1에 기재된 방식으로 제조 및 시험하였다.

	EBO (cm²)	강성 (N)	압력 강하 (Pa)	침투율 (％)	Q_F (1/mmH2O)
실시예 1	51	2.5	89	0.132	0.73
실시예 2	41	2.8	103	0.177	0.60
실시예 3	51	5.4	185	0.388	0.29
실시예 4	41	6.2	197	0.347	0.28
비교예 1	이용가능하지 않음	3.4	72	0.159	0.87

실시예의 마스크는 일반적으로 비교예 샘플보다 높은 압력 강하를 나타내지만, 착용하기에 편안하고 양호한 안면 정합성을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 성형층은 전체 마스크 형태를 유지하는 한편, 내부의 유연성 층은 착용자의 코 및 아래턱 영역 둘레에 부합되어 정합성을 개선시키는 것으로 관찰되었다. 마스크를 통한 호흡 저항은 놀랍게도 호흡 개구부의 최대 60％가 발포체에 의해 폐쇄되었음에도 불구하고 특히 이중 발포체층을 사용한 샘플에서 낮았다.

Claims

(a) 하니스(harness); 및
(b) (ⅰ) 여과 구조물과;
(ⅱ) 복수의 유체 투과성 개구가 내부에 위치되어 있는 폐쇄된 셀 발포체층을 포함하는 컵-형상 성형층 - 여과 구조물은 성형층 위에 동일공간에 배치되고, 개구는 성형층의 총 표면적의 10 % 이상 존재함 - 을 포함하는 마스크 본체
를 포함하는 안면부 여과식 호흡기(filtering face-piece respirator).
제1항에 있어서, 성형층은 제1 발포체층 및 제2 발포체층을 포함하며, 제1 발포체층은 안면-접촉층이고 제2 발포체층보다 밀도가 낮은 안면부 여과식 호흡기.
제1항에 있어서, 마스크 본체는 코 발포체(nose foam) 및 탄성중합체 안면 밀봉부가 없는 안면부 여과식 호흡기.
제1항에 있어서, 개구는 성형층의 총 표면적의 30% 내지 60%를 차지하고 30 내지 70 cm²의 EBO(Equivalent Breathing Opening)를 갖는 안면부 여과식 호흡기.
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