KR20090092237A - 미세다공성 막 및 활성탄이 구비된 호흡 마스크 - Google Patents

미세다공성 막 및 활성탄이 구비된 호흡 마스크

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KR20090092237A
KR20090092237A KR1020090015618A KR20090015618A KR20090092237A KR 20090092237 A KR20090092237 A KR 20090092237A KR 1020090015618 A KR1020090015618 A KR 1020090015618A KR 20090015618 A KR20090015618 A KR 20090015618A KR 20090092237 A KR20090092237 A KR 20090092237A
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KR
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activated carbon
layer
wearer
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비샬 반살
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비에이치에이 그룹, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 호흡 마스크(20,60)를 제공한다. 호흡 마스크(20,60)는, 착용자의 얼굴의 최소한 일부 위에 맞는 크기를 가지며 서로 연결되어 막을 통해 연장되는 기공들을 복수 개 가진 미세다공성 막(membrane)을 포함하는 제1층(110)과 흡수성 텍스타일을 포함하는 제2층(112)을 포함하는 몸체(22,62), 및 상기 마스크를 착용자의 얼굴에 부착시키기 위한 부착 수단을 포함한다.

Description

미세다공성 막 및 활성탄이 구비된 호흡 마스크{RESPIRATORY MASK WITH MICROPOROUS MEMBRANE AND ACTIVATED CARBON}
본 발명은 일반적으로 호흡 마스크, 보다 특히 미세다공성 막 층 및 흡수성 텍스타일 층을 포함하는 호흡 마스크 및 필터 카트리지에 관한 것이다.
예를 들어 재사용가능형 및 일회용 마스크, 의료용 호흡 마스크, 작업 환경내 흡입 공기가 호흡 보호 장치를 필요로 하는 경우에 사용되는 전문용 호흡 마스크, 및 예를 들면 감염 확산을 방지하기 위한 개인용 호흡 마스크를 비롯한 여러 가지 유형의 호흡 마스크들이 당분야에 공지되어 있으며, 상업적으로 구입가능하다. 일회용 호흡 마스크는 통상 외부 환경으로부터 착용자의 호흡 시스템을 분리하여 착용자가 바이러스, 박테리아 또는 다른 병원균, 공기중 미립자, 휘발성 유기물, 에어로졸, 오염된 공기 또는 기타 오염원을 호흡하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 따라서, 상기 마스크는 착용자가 정상적으로 호흡하는 중에 여전히 산소 및 이산화탄소가 마스크를 통과하는 것을 허용하면서도 착용자를 위한 공기 청정기가 된다. 몇몇 마스크, 예를 들면 의료 분야에 사용되는 마스크는 또한, 마스크 착용자로부터 발산되는 미립 물질, 예를 들면 박테리아 또는 다른 병원균이 마스크를 통과하여 다른 사람, 예를 들면 환자를 오염시키는 것을 방지한다.
그러나, 최소한 몇몇의 공지된 일회용 호흡 마스크는 착용자에게 적합한 통기성을 제공하지 못한다. 예를 들면, 착용자의 숨에 존재하는 습윤 증기가 바람직하지 못하게 마스크에 축적되어 착용자에게 불편감을 주고, 공기중 미립자를 적절히 여과하면서도 산소 및 이산화탄소의 유통을 허용하는 능력을 저해할 수 있다. 그러한 축적은 마스크 착용시 호흡 곤란성을 증대시킬 수도 있다. 유사하게, 착용자의 피부로부터의 오일이 마스크에 축적되어 마스크 막힘 현상(blockage)을 야기할 수도 있다.
또한, 몇몇 통상의 호흡 마스크는 공기중 미립자가 마스크를 통과하는 것을 제한하도록 설계되어 있지만, 최소한 몇몇의 그러한 마스크는 화학 증기의 여과에 비효과적일 수 있다. 따라서, 유해한 화학 증기가 마스크를 통과하여 착용자에게 흡입될 수도 있다. 또한, 통상의 일회용 호흡 마스크는, 있다고 해도 거의가, 유체가 마스크를 통과하는 것을 방지하는데 효과적이게 설계되어 있지 않다. 예를 들면, 마스크의 외부 상에 오염된 피와 같은 다양한 오염된 생리학적 유체 또는 화학물질과 같은 유체가, 모세관 작용의 결과로서 또는 착용자의 정상적인 호흡에 의한 흡인에 의해, 마스크를 통해 마스크 내부로 들어갈 수 있다. 따라서, 상기 유체는 바람직하지 못하게 착용자의 피부 및/또는 호흡 통로와 접촉될 수도 있다.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결한 호흡 마스크를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 양태에 따른 마스크는 착용자의 얼굴의 최소한 일부 위에 맞는 크기를 가진 몸체를 포함한다. 상기 몸체는 서로 연결되어 막을 통해 연장되는 기공들을 복수 개 가진 미세다공성 막(membrane)을 포함하는 제1층과 흡수성 텍스타일을 포함하는 제2층을 포함한다. 부착 수단이 상기 마스크를 착용자의 얼굴에 부착시킨다.
본 발명의 또 하나의 양태에서, 상기 마스크는 착용자의 얼굴의 최소한 일부 위에 맞는 크기를 가진 몸체를 포함하며, 상기 몸체는 서로 연결되어 막을 통해 연장되는 기공들을 복수 개 가진 미세다공성 막(membrane)을 포함하는 제1층, 흡수성 텍스타일을 포함하는 제2층, 및 하나 이상의 패브릭(fabric)을 포함하는 제3층을 포함한다. 부착 수단이 상기 마스크를 착용자의 얼굴에 부착시킨다.
본 발명의 또하나의 양태에서는 필터 카트리지가 제공된다. 상기 필터 카트리지는 필터 부재(element)를 포함하며, 상기 필터 부재는 제1층과 제2층을 포함하고, 상기 제1층은 서로 연결되어 막을 통해 연장되는 기공들을 복수 개 가진 미세다공성 막을 포함하고, 상기 제2층은 흡수성 텍스타일을 포함한다.
본 발명에 따른 호흡 마스크는, 착용자를 공기중 미립자, 박테리아 및 기타 병원균, 및 화학 증기 및 오염물질로부터 보호한다. 더욱 특히, 본 발명의 마스크는, 착용자를 공기중 미립자, 박테리아 및 기타 병원균으로부터 보호하는 것을 용이하게 하는 하나 이상의 미세다공성 막 층을 포함할 뿐 아니라 착용자를 화학 증기 및 오염물질로부터 보호하는 것을 용이하게 하는 하나 이상의 활성탄 텍스타일 층을 포함하여, 마스크 착용자가 다양한 미립자 및 증기를 흡입하는 것을 방지하면서도 동시에 마스크 착용시 우수한 호흡능(breadability)을 제공한다.
도 1은 예시적인 성형된 컵형 일회용 호흡 마스크의 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 마스크의 후면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 마스크의 라인 3-3을 따라 절단한 부분 측면도이다.
도 4는 장방형의 일회용 호흡 마스크의 정면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 마스크의 후면도이다.
도 6은 두 층을 포함하는 예시적인 호흡 마스크 몸체의 확대된 단면도이다.
도 7 및 도 8은 세 층을 포함하는 예시적인 호흡 마스크 몸체의 확대된 단면도이다.
* 도면 부호에 대한 간단한 설명
20: 마스크 22: 몸체
24: 바깥둘레 26: 편평한 부분
28: 전면 30: 립(rib)
32: 오목한 오목부 34: 후면
36: 볼록한 립 38: 좁은 오목부
40: 탄성 스트립 42: 금속 클립
50: 금속 밴드
60: 마스크 62: 몸체
63: 전면 64: 상부 가장자리
65: 후면 66: 하부 가장자리
68, 70: 측부 가장자리 72, 74, 76, 80: 영역
78, 80: 밀봉 선 82: 포켓
84: 금속 스트립 86, 88, 90: 폴드 에지
92: 루프 94, 96: 말단
98, 100, 102: 폴드 에지
110: 제1층 112: 제2층
114: 제3층 116: 접착제 조성물
본 발명은 일반적으로 호흡 마스크에 관한 것이다. 더욱 특히, 본 발명은, 미세다공성 막, 예를 들면 ePTFE를 포함하는 제1층과, 흡수성 텍스타일, 예를 들면 활성탄 텍스타일을 포함하는 제2층을 포함하는 일회용 호흡 마스크에 관한 것이다. 상기 마스크는 착용자를 공기중 미립자, 박테리아 및 기타 병원균으로부터 보호하고 화학 증기 및 오염물로부터 보호하는 것을 용이하게 한다. 호흡 마스크용 필터 카트리지가 또한 제공된다.
본 발명의 호흡 마스크(20)는 통상의 디자인을 가질 수 있다. 또한, 호흡 마스크(20)는 일회용이거나 재사용가능할 수 있다. 예를 들면, 하나의 실시양태에서, 호흡 마스크(20)는 도면에 예시된 바와 같은 일회용 호흡 마스크이다. 도 1 내지 도 3은 컵형 일회용 호흡 마스크(20)의 한 예를 나타낸다. 이 예시적인 실시양태에서 마스크(20)의 몸체(22)는 후술하는 바와 같이 2층 이상의 재료들로 이루어지며, 이들은 가열 밀봉, 접착제, 초음파 용접, 열 적층(laminating) 및/또는 접착제 사용 적층을 비롯한(이에 국한되지 않음) 적절한 밀봉 수단을 사용하여 바깥둘레(24) 주변에서 함께 밀봉될 수 있다. 몸체(22)는 일반적으로 타원형의 바깥둘레(24)를 가진 컵형 구조를 갖는다. 마스크(20)는 착용자의 코, 입, 턱의 대부분 및 뺨의 일부, 또는 이들의 임의의 바람직한 부분을 덮는 크기를 가질 수 있다. 하나의 실시양태에서, 바깥둘레(24)는 착용자의 코에 맞도록 편평한 부분(26)을 갖는다. 예시적인 실시양태에서, 몸체(22)의 전면(28)은 몸체(22)를 실질적으로 가로질러 연장되는 복수 개의 융기된 강화 립(30)을 갖도록 형성된다. 립(30)들 사이에 오목한 오목부(32)가 한정된다. 상기 예시적 실시양태에서, 몸체(22)의 후면(34)은 전면(28)의 거울상이며, 좁은 오목부(38)들 사이에서 연장되는 융기된 볼록 립(36)을 포함한다. 바깥둘레(24)를 따라 다양한 지점에서, 몸체(22)는 마스크(20)가 착용자의 얼굴에 대해 고정되는 방식으로 편안하게 맞도록 형태화된다. 마스크(20)의 깊이 D는 후면(34)이 사용자의 코와 접촉하지 않도록 다양하게 선택된다.
마스크(20)는 부착 수단, 예를 들면 말단이 금속 클립(42)에 의해 몸체922)에 고정된 탄성 스트립(40) 또는 마스크(20)가 본원에 기술된 바와 같은 기능을 하도록 하는 임의의 적합한 부착 수단에 의해, 착용자의 얼굴 상의 원하는 위치에 고정된다. 달리, 스트립(40)은 다중 끈(strap)(이에 국한되지 않음)과 같은 임의의 다른 적합한 부착 수단, 또는 본원에 기술된 바와 같이 마스크(20)를 착용자에 고정하는 것을 용이하게 하는 임의의 다른 패스너(fastener)로 대체될 수 있다.
임의로, 바깥둘레(24)의 편평한 부분(26) 주변에 알루미늄 또는 임의의 다른 적합한 재료로 된 유연성 금속 밴드(50)가 위치될 수도 있다. 일단 마스크(20)가 착용자의 얼굴 상에 원하는 방향으로 편안하게 위치되면, 착용자는 밴드(50)를 착용자의 코에 맞도록 변형시켜 착용자의 코 주변에 타이트한 밀봉부가 형성될 수 있도록 하며, 이로써 여과되지 않은 공기중 입자의 흡입을 방지하는 것이 용이해질 수 있다.
이제 도 4 및 도 5를 참조하면, 예시적인 장방형 일회용 호흡 마스크(60)가 도시되어 있다. 마스크(60)는 상부 가장자리(64), 하부 가장자리(66) 및 측부 가장자리(68,70) 부근에서 함께 결합되는 2층 이상을 포함하며, 이에 대해서는 후술한다. 하부 가장자리에 인접하여 한정된 영역(72)은 몸체(62)를 구성하는 층들을 추가로 밀봉하는데 이용된다. 하나의 실시양태에서, 상기 층들은 영역(74,76)에서 밀봉 장치(도시되지 않음)을 사용하여 각각 측부 가장자리(68,70)를 따라 결합된다. 예시적인 실시양태에서, 상부 가장자리(64)는 두 개의 이격되고 실질적으로 평행한 밀봉선(78,80)을 사용하여 밀봉되어, 밀봉선들(78,80) 사이에 포켓(82)이 한정되어 도 5에서 점선으로 도시한 바와 같이 유연성 금속 스트립(84)이 수용되도록 한다.
하나의 실시양태에서, 몸체(62)는 팬 폴드형(fan-folded)이며 전면(63) 상에 보이는 폴드 가장자리(86,88,90)를 포함한다. 마스크(60)가 두 개의 마주보는 방향으로부터 힘을 받으면, 각각의 힘은 마스크(60)의 상부 가장자리(64) 또는 하부 가장자리(66) 및 영역(72,74,76,80)으로써 한정된 중앙부로 유도되어 팽창되며, 이로써 착용자의 콧날 아래에서부터 착용자의 턱 밑에 이르기까지 착용자의 얼굴 위로 연장되어 그에 맞도록 할 수 있다. 몸체(62)의 폭은 측부 가장자리(68,70)가 착용자의 뺨 부분을 덮도록 다양하게 선택된다. 하나의 실시양태에서, 몸체(62)의 밀봉된 가장자리들은 팽창되지 않고 오히려 밀봉된 가장자리들 사이에서의 몸체(62)의 팽창에 대한 피벗(pivot)으로서 작용한다. 루프(92)는 그의 말단들(94,96)이 가장자리(70)에 인접하여 마스크 몸체(62)에 결합되며 착용자의 한쪽 귀에 걸치도록 크기가 조절되고 배향된다. 유사한 루프(92)가 그의 말단들(94,96)이 가장자리(68)에 인접하여 몸체(62)에 결합되며 착용자의 다른 한쪽 귀에 걸치도록 유사하게 크기가 조절되고 배향되어, 마스크(60)를 착용자의 얼굴에 대해 얼굴 위의 원하는 위치에 고정시킨다. 도 5에 도시된 바와 같이 몸체(62)의 후면 상에서 폴드 에지들(98,100,102)을 볼 수 있다. 상기 도면들에 도시된 마스크들(20,60)은 본 발명의 범주에서 벗어남이 없이 다양하게 변경될 수 있고/있거나 추가의 부재들을 포함할 수도 있음을 이해하여야 한다.
상기에 기재된 바와 같이, 각각의 마스크 몸체(22,62)는 적어도 2층의 재료로 형성된다. 도 6 내지 도 8을 참조하면, 마스크 몸체(22,62)의 적어도 일부의 단면도가 도시되어 있다. 하나의 실시양태에서 몸체(22,62)는, 서로 연결되어 막을 통해 연장되는 기공들을 복수 개 가진 미세다공성 막(membrane)을 포함하는 제1층(110)과, 활성탄 텍스타일과 같은 흡수성 텍스타일을 포함하는 제2층(112)을 포함한다. 제1 및 제2 층(110,112)의 상대적인 위치들은 다양하여, 하나의 실시태양에서는 제1층(110)이 마스크 착용시 착용자의 얼굴에서 떨어진 마스크 전면(28,63)을 형성할 수도 있고, 또는 달리, 마스크 착용시 착용자의 얼굴 쪽으로 향하는 마스크 후면(34,65)을 형성할 수도 있다.
도 7 및 도 8에는 3층을 포함하는 마스크 몸체(22,62)의 확대된 단면도가 도시되어 있다. 예시적인 실시양태에서, 각각의 몸체(22,62)는, 서로 연결되어 막을 통해 연장되는 복수 개의 기공들을 포함하는 미세다공성 막을 포함하는 제1층(110)과, 흡수성 텍스타일을 포함하는 제2층(112)과, 직조 또는 부직 패브릭과 같은 하나 이상의 패브릭 재료를 포함하는 제3층(114)을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 제3층(114)의 패브릭은 제1층(110)의 미세다공성 막에 적층되어 복합 적층체(laminate)를 형성한다.
제3층(114) 및 제1층(110)은 당분야에 공지된 임의의 수단에 의해 서로 적층될 수도 있다. 예를 들면, 상기 층들은 열접착에 의해 서로 고정될 수 있다. 열접착은 가열된 롤을 사용하여 연속적으로 또는 불연속적으로 접착시키는 것을 포함한다. 상기 기법의 하나의 적절한 예로 포인트 접착(point bonding)이 있다. 열접착은 또한 다양한 초음파, 마이크로파 및 상기 층들 내에 열이 발생되는 다른 접착법을 포함하는 것으로 이해하여야 한다.
다른 실시양태에서는, 제1층(110)과 제3층(114)이 도 8에 도시된 바와 같이 적합한 적층 접착제 조성물(116)을 사용하여 적층된다. 적합한 접착제 조성물로는 다양한 핫멜트 접착제, 예를 들면 다양한 폴리우레탄 접착제, 무정형 폴리알파올레핀 접착제, 스티렌계 블록 공중합체 등, 및 라텍스 접착제가 포함될 수 있으며, 이에 국한되지 않는다. 적합한 접착제의 예들은 상업적으로 구입가능하며, FORBO에서 판매하는 것들과 같은 핫멜트 폴리우레탄 접착제들이 포함된다. 전형적으로, 상기 접착제 조성물은 스프레잉, 나이핑, 롤러 코팅 또는 접착제 조성물 도포에 적합한 당분야의 기타 다른 수단에 의해 제1층(110) 또는 제3층(114)의 원하는 영역에 도포될 수 있다. 전형적으로, 상기 접착제는 적절한 패턴, 예를 들면 도트(dot) 패턴으로 도포되어 제1층(110) 및/또는 제3층(114)에 존재하는 기공들이 완전히 막히는 것을 피하고, 마스크를 통한 공기 흐름을 간섭하는 것을 최소화한다. 하나의 실시양태에서, 접착제 조성물(116)은 제1층(110) 및/또는 제3층(114)의 원하는 영역에 약 4g/m2 내지 약 20g/m2의 양으로 도포된다.
제1, 제2 및 제3층(110,112,114)의 위치는 제1, 제2 및 제3층(110,112,114)중 어느 것이 마스크 전면(28,63)을 형성하거나 또는 달리 마스크 후면(34,65)을 형성하도록 다양하게 할 수 있다. 그러나, 전형적으로는, 층(110,112,114)의 배치는, 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 제3층(114)이 마스크 후면(34,65)을 형성하고 제2층(112)이 마스크 전면(28,63)을 형성하도록 할 수 있다. 상기 도면들에서 마스크(20,60)는 단지 2층 및 3층 재료를 포함하지만, 3층보다 많은 층을 포함하는 마스크(예를 들면 하나 이상의 미세다공성 막, 하나 이상의 흡수성 텍스타일 및/또는 하나 이상의 패브릭 재료층을 포함하는 마스크) 또한 본 발명 개시내용의 범주 내에 든다는 것을 이해하여야 한다.
상기에 기재된 바와 같이, 제1층(110)은 미세다공성 막을 포함한다. 본원에 사용된 "미세다공성 막"이란 용어는 평균 기공크기가 약 10㎛ 이하인 막을 포함한다. 미세다공성 막은 그 미세다공성 막 전체에 걸쳐 연장되는 서로 연결된 기공들의 매트릭스를 한정하는 수많은 피브릴(fibril)에 의해 수많은 노드(node)가 서로 연결되는 3차원 매트릭스 또는 격자(lattice)형 구조이다. 상기 미세다공성 막은 유리하게도 우수한 통기성을 가져, 착용자의 숨으로부터의 이산화탄소, 산소 및 습윤 증기가 쉽게 막을 통과하게 하면서도, 공기중 미립자, 박테리아 및 기타 병원균이 막내의 기공에 포집되도록 하여 이들이 통과하는 것을 방지한다. 따라서, 착용자가 마스크 착용시 유해가능성이 있는 공기중 미립자로부터 효과적으로 보호되면서도 숨을 편안하게 쉴 수 있게 한다. 또한, 상기 미세다공성 막은 마스크 상에 오염될 수 있는 액체, 예를 들면 화학물질로부터 착용자를 보호한다. 예를 들면, 상기 액체의 표면장력이 미세다공성 막의 표면장력보다 크다면, 상기 액체는 상기 미세다공성 막의 기공으로 들어가는 것이 방지되어 착용자의 피부 또는 호흡 통로에서 멀리 유지될 것이다.
따라서, 하나의 실시양태에서, 상기 미세다공성 막은 비교적 높은 습윤 증기 투과율("MVTR") 및 공기 투과도를 갖는다. 예를 들면, 하나의 실시양태에서는, 미세다공성 막(110)은 변형된 흡수제 방법(modified desiccant method)으로 측정시 약 20,000 g/m2/일(day) 이상, 더욱 전형적으로는 약 70,000 g/m2/일 이상의 MVTR을 갖는다. 상기 미세다공성 막은 0.5 인치 물(water)에서 ft2 당 2 ft3/분 이상의 공기 투과도, 및 보다 전형적으로는 0.5 인치 물에서 ft2 당 약 2 내지 약 35 ft3/분의 공기 투과도를 갖는다.
상기 미세다공성 막은 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌(ePTFE)과 같은 다양한 적합한 재료로 제조될 수 있다. 상기 미세다공성 막은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)(듀퐁에서 TEFLON(등록상표)이라는 상품명으로 상업적으로 구입가능) 미세 입자 수지와 활제, 예를 들면 ISOPAR 활제(엑손에서 상업적으로 구입가능)의 혼합물을 압출함으로써 제조된다. 이어서 상기 압출물은 칼렌더링되고, 칼렌더링된 압출물은 이어서 기계 방향 및 횡방향으로 "팽창" 또는 연신되어, 상기 미세 입자 수지 내에 존재하는 원래의(raw) 분산 입자들로 이루어진 3차원 매트릭스 또는 격자 형 구조의 노드 연결 피브릴들을 형성한다. 상기 노드 및 피브릴의 표면은, 서로 유체 연통되며 미세다공성 막의 양 측부 사이에서 제1층(110)을 통해 연장되는 서로 연결된 복수 개의 기공들을 한정한다. 전형적으로, 상기 막 내의 기공들의 평균 기공 크기는 약 10㎛ 이하, 및 더욱 전형적으로는 약 0.1 내지 약 5 ㎛ 범위내이며, 하나의 실시양태에서는, 약 0.1 내지 약 2 ㎛ 범위이다. 본원에 사용된 "팽창된"이란 용어의 의미는 피브릴에 영구적인 고정성 또는 신장성이 도입되도록 그 재료의 탄성 한계 이상으로 충분히 연신된 것을 의미한다. 상기 미세다공성 막은 완전 하소되거나 부분 하소되거나 또는 하소되지 않을 수 있다. 본원에 사용된 "하소"라는 용어는 PTFE 재료의 상태를 결정질에서 무정질로 변화시키는 것을 의미한다. 적합한 ePTFE 막은 또한 상업적으로 구입가능하며, 예를 들면 상품명 BHA-TEX(등록상표) ePTFE 멤브레인으로 판매되는 것이 있다(비에이치에이 그룹 인코포레이티드에서 구입가능).
기타 재료 및 방법 또한, 막 전체에 걸쳐 연장되는 기공들을 갖는 적절한 미세다공성 막을 형성하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 미세다공성 막 형성에 사용될 수도 있는 기타 적합한 재료로는 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스터, 폴리설폰, 폴리에터, 아크릴계 및 메타크릴계 중합체, 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 셀룰로스계 중합체, 및 이들의 조합이 포함된다. 전형적으로, 제1층(110)은 약 0.01 내지 약 2 mm의 두께, 및 더욱 전형적으로는 약 0.05 내지 약 1 mm의 두께를 갖는다.
상기에 기재된 바와 같이, 제2층(112)은 활성탄 텍스타일과 같은 흡수성 텍스타일을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 본원에 기술된 마스크에 사용되는 상기 흡수성 텍스타일은 화학 증기를 흡수하여 상기 증기를 마스크 착용자가 흡입하는 것을 방지한다. 또한, 상기 미세다공성 막과 마찬가지로, 상기 흡수성 텍스타일 층은 마스크 상에 오염될 수 있는 액체, 예를 들면 화학물질로부터 착용자를 보호한다. 특히, 상기 흡수성 텍스타일은 화학물질, 예를 들면 상기 미세다공성을 통과한 화학물질을, 상기 화학물질이 마스크를 통과하여 착용자의 피부 또는 호흡 통로와 접촉되기 전에 흡수한다.
하나의 실시양태에서, 상기 흡수성 텍스타일은 활성탄 텍스타일이다. 당분야의 숙련가들이 이해하듯이, 활성탄은 고표면적을 가진 탄소계 재료이다. 활성탄은 분말상 활성탄, 과립상 활성탄, 펠렛상 활성탄, 섬유상(즉, 텍스타일) 활성탄 등과 같은 다양한 형태일 수 있으며, 기체 또는 액체 형태의 휘발성 유기 화합물을 흡수하는데 사용될 수 있다. 본원에 사용된 "활성탄 텍스타일"이라는 용어는 섬유 형태의 활성탄, 즉 그의 표면적 및 따라서 활성탄 텍스타일과 접촉되는 화학 물질들을 흡수하는 능력을 증가시키기 위해 몇몇 방법으로 의도적으로 처리된 섬유 형태 탄소를 포함하는 것으로 의도된다. 특정 실시양태에서, 상기 활성탄의 표면적은 약 800 m2/g 이상이며, 추가의 실시양태에서는, 약 1000 내지 약 3000 m2/g 범위로 더 높다. 본 발명의 마스크에 사용될 수 있는 활성탄 텍스타일의 형태는 직조 탄소 천(cloth), 편직 탄소 천, 탄소 펠트, 수지 접착된 탄소 배팅(batting), 탄소 천 등의 층을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 제2층(112)은 활성탄 천 또는 활성탄 펠트를 포함한다. 활성탄 텍스타일은 상업적으로 구입가능하며, 예를 들면 상품명 CTEX(MAST Carbon으로부터 구입가능), 예를 들면 C-TEX 13, C-TEX 20, C-TEX 27, C-TEX 27, C-TEX 62 및 C-TEX 71로 시판되는 것들이 있다. 하나의 실시양태에서, 상기 활성탄은 C-TEX 20이며, 이것은 1200 m2/g 보다 큰 표면적을 가진 편직 활성탄 재료이다.
상술한 섬유 형태의 활성탄 이외에도 상기 "활성탄 텍스타일"이라는 용어는 또한 함침된(즉, 텍스타일 전체에 걸쳐 분산된) 활성탄을 내부에 가진 텍스타일을 포함하는 것으로 의도된다. 적합한 텍스타일의 예로는 직물, 부직물, 편직물, 천, 배팅, 펠트, 발포체, 스폰지, 막 등이 포함되며, 이에 국한되지 않는다. 상기 텍스타일은 내부에 활성탄이 예를 들면 분말상 활성탄, 과립상 활성탄, 펠렛상 활성탄, 섬유상(즉, 텍스타일) 활성탄 등을 비롯한 임의의 적합한 형태로 함침된 것일 수 있다. 이 실시양태에서, 상기 텍스타일은 약 15 g/m2 이상, 더욱 바람직하게는 약 30 내지 약 125 g/m2 범위의 활성탄을 포함한다.
제2층(112)을 구성하는 상기 흡수성 텍스타일은 활성탄 텍스타일에 대한 대체물로서 또는 그에 더하여 다른 흡수성 패브릭 또는 화합물, 예를 들면 금속 산화물, 점토 등과 같은 무기 미립자들을 포함할 수 있다. 경우에 따라서는, 제2층(112)은 또한 흡수성 텍스타일 층을 함께 유지하는 기능을 하는 열가소성 접착제 및/또는 바인더와 같은 추가의 물질을 포함할 수도 있다. 제2층(112)은 전형적으로 약 30 내지 약 300 g/m2 범위 및 더욱 바람직하게는 약 100 내지 약 300 g/m2 범위의 평량(basis weight)을 갖는다.
상기 기재한 바와 같이 마스크(20,60)는 임의로, 하나 이상의 패브릭 재료를 포함하는 최소한 제3층(114)을 포함한다. 본원에 사용된 "패브릭 재료"란 용어는 직조 재료 및 편직 재료 뿐 아니라, 텍스타일 직조 또는 편직 공정의 도움없이 형성된 섬유상 웹 또는 재료인 부직 재료들을 포함하는 것으로 의도된다. 패브릭 재료를 형성할 수 있는 적절한 재료로는 합성 섬유(예를 들면 폴리에스터 또는 폴리프로필렌 섬유), 천연 섬유(예를 들면, 목재 또는 면 섬유), 및 천연 섬유와 합성 섬유의 혼방이 포함되며, 이에 국한되지 않는다. 전형적으로, 제3층(114)은 약 15 내지 약 150 g/m2 범위, 하나의 실시양태에서는 약 15 내지 약 70 g/m2 범위의 평량을 가질 것이다.
몇몇 양태에서, 제3층(114) 및/또는 제1층(110)은 착용자의 피부와 접촉시 특정의 오염물, 예를 들면 신체 오일, 땀 등으로 오염될 수도 있다. 특히, 상기 오염물은 패브릭 재료 및/또는 미세다공성 막내로 흡수되어 미세다공성 막 및/또는 패브릭 재료의 기공을 막아 마스크의 공기 투과도 및 MVTR을 감소시킬 수도 있다. 따라서, 특정 양태에서, 제1층(110) 및/또는 제3층(114)은 소유성(oleophobic) 처리될 수 있다. 본원에 사용된 "소유성 처리"라는 용어는 제1층(110) 및/또는 제3층(114)이 소유성 화합물, 예를 들면 다양한 불소 함유 중합체로 처리되어 이들 층의 소유성 및 소수성 특성이 향상되는 것을 의미한다. 상기 소유성 처리는 마스크의 공기 투과도 또는 MVTR에 역영향을 미치지 않고 오일, 땀 등을 흡수함으로써 상기 미세다공성 막 및/또는 패브릭 재료가 실질적으로 내오염성을 갖게 한다.
제1층(110) 및/또는 제3층(114)은 당분야에 공지된 임의의 적합한 수단을 사용하여 소유성으로 처리될 수 있다. 예를 들면, 소유성 불소 중합체 고체의 안정화된 희석 분산액을 제1층(110) 및/또는 제3층(114)에 도포한다. 상기 분산액에 존재하는 안정화 및 습윤성 시약 물질을 제거하여, 상기 소유성 불소 중합체 고체가, 상기 미세다공성 막의 기공들을 한정하는 노드 및 피브릴들의 표면에 접착되게 한다. Zonyl(등록상표) 불소 중합체(듀퐁에서 상업적으로 구입가능)를 비롯하여(이에 국한되지 않음) 적합한 소유성 불소 중합체를 사용할 수 있다.
하나의 실시양태에서 마스크(20,60)는 전형적으로 0.5 인치 물에서 ft2 당 8 내지 약 25 ft3/분 이상의 공기 투과도, 및 보다 전형적으로는 0.5 인치 물에서 ft2 당 약 12 내지 약 25 ft3/분의 공기 투과도를 갖는다.
상기 마스크의 MVTR은 전형적으로 약 5,000 내지 약 20,000 g/m2/일(day) 범위, 바람직하게는 약 5,000 내지 약 10,000 g/m2/일 범위이다.
또하나의 실시양태에서는, 제1, 제2 및/또는 제3층(110,112,114)을, 마스크(20,60)의 몸체(22,62)로 형성하는 대신에, 호흡 마스크에 사용되는 필터 카트리지, 예를 들면 교환가능한 필터 카트리지에 포함시킬 수 있다. 본원에 사용된 "필터 카트리지"라는 용어는, 호흡 마스크의 마스크 몸체에 연결하기에 적합화된 필터 부재를 포함하는 구조물을 의미한다. 상기 필터 부재는 예를 들면 필터 부재의 가장자리를 둘러싸는 하우징(housing)을 사용하여 마스크 몸체에 연결될 수 있다. 호흡 마스크와 연결되어 사용하기 위한 필터 카트리지, 예를 들면 교환가능한 필터 카트리지의 예는 당분야에 공지되어 있다.
하나의 실시양태에서, 상기 필터 카트리지의 필터 부재는 제1층(110), 제2층(112) 및 임의로 제3층(114)를 포함할 수 있다. 상기 필터 부재 내에서의 제1, 제2 및 제3층(110,112,114)의 위치는 제1, 제2 및 제3층(110,112,114) 중 임의의 것이 상기 필터 부재의 전면(외측면)을 형성할 수 있도록 다양하게 할 수 있다.
시험 방법
습윤 증기 투과율(MVTR): MVTR은 전형적으로 건식 변형된 흡수제 방법(MDM)으로 명명되는 공지의 방법에 의해 측정된다. 이 방법은 샘플 막에 직접적인 액체 접촉 없이 샘플에 접촉되는 높은 상대 습도를 제공한다.
상기 MDM 방법에서는, 자수 후프(embroidery hoop)에 대조용의 팽창된 PTFE 막을 타이트하게 올려놓고 제어된 온도의 순환 수조의 표면 위에 띄워둔다. 원하는 양의 흡수제를 컵내에 위치시킨다. 또 하나의 대조용의 팽창된 PTFE 막을 상기 컵에 대해 밀봉시켜 상기 흡수제를 함유하는 타이트하고 누출방지된 미세다공성 배리어(barrier)를 생성시킨다. 상기 시험 장치를 환경제어된 룸에 위치시키고 물을 소정의 온도로 유지시킨다.
시험할 막 샘플을 또하나의 자수 후프에 올려놓고 상기 제1 후프내의 대조용 막의 중심부에 위치시킨다. 상기 제1 후프내의 상기 대조용 막을 소정 시간 동안 물과 평형화시킨 후, 상기 컵 어셈블리를 최대한 근사값(1/1,000의 분수값) g으로 칭량하고, 상기 제2 후프내의 상기 샘플 막의 중심부 위에 뒤집어 위치시킨다.
상기 수조로부터 상기 흡수제로의 방향으로 수증기가 이동하게 하는 물과 흡수제간의 구동력에 의해 물이 수송된다. 상기 샘플 막을 소정 시간 동안 시험한 다음 상기 컵 어셈플리를 제거하고 다시 최대 근사값(1/1,000의 분수값) g으로 칭량한다. 상기 컵 어셈블리의 중량 차(gain)로부터 상기 샘플의 MVTR을 계산하고 이를 24 시간당 샘플 표면적의 m2당 물의 g으로 나타낸다.
공기 투과도: 공기 투과도는 ASTM D737에 따른 프레이지어(Frazier) 공기투과도 시험기에 의해 또는 텍스테스트(Textest) FX 3300 공기 투과도 시험기 상에서 측정한다.
호흡 마스크의 예시적인 실시양태를 상기에 자세히 기술하였다. 이들 호흡 마스크는 본원에 기술된 특정 실시양태로 국한되는 것이 아니며, 상기 마스크의 구성성분들은 본원에 기술된 다른 구성성분들과 독립적으로 및 별도로 사용될 수도 있다. 예를 들어, 상술한 호흡 마스크와 필터 카트리지는 다른 산업적 또는 소비재 용도를 가질 수도 있으며, 단지 본원에 기술된 용도들에만 사용하는 것으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 본 발명은 많은 다른 제품과 함께 및 다른 환경들에서 수행되고 사용될 수 있다.
다양한 특정 실시양태로 본 발명의 개시내용을 기술하였지만, 당분야의 숙련가들은 상기 개시내용이 특허청구범위의 진의 및 범주 내에서 변경되어 실시될 수 있음을 잘 알 것이다.

Claims (10)

  1. 착용자의 얼굴의 최소한 일부 위에 맞는 크기를 갖는 몸체로서, 서로 연결되어 막을 통해 연장되는 기공들을 복수 개 가진 미세다공성 막(membrane)을 포함하는 제1층(110)과 흡수성 텍스타일을 포함하는 제2층(112)을 포함하는 몸체(22,62), 및
    마스크를 착용자의 얼굴에 부착시키기 위한 부착 수단
    을 포함하는, 호흡 마스크(20,60).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세다공성 막이 폴리올레핀, 폴리아미드, 폴리에스터, 폴리설폰, 폴리에터, 아크릴계 및 메타크릴계 중합체, 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 셀룰로스계 중합체, 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에서 선택된 재료를 포함하는, 호흡 마스크(20,60).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세다공성 막이 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌을 포함하는, 호흡 마스크(20,60).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세다공성 막이 약 0.1 ㎛ 내지 약 5.0 ㎛ 범위의 평균 기공 크기를 갖는, 호흡 마스크(20,60).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세다공성 막이 0.5 인치 물에서 ft2 당 약 2 내지 약 35 ft3/분의 공기 투과도를 갖는, 호흡 마스크(20,60).
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세다공성 막이 소유성 처리제(oleophobic treatment)를 포함하는, 호흡 마스크(20,60).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 소유성 처리제가 불소 함유 중합체를 포함하는, 호흡 마스크(20,60).
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수성 텍스타일이 활성탄 텍스타일을 포함하는, 호흡 마스크(20,60).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 활성탄 텍스타일이 활성탄 섬유를 포함하는, 호흡 마스크(20,60).
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 활성탄 텍스타일이 활성탄으로 함침된 텍스타일을 포함하는, 호흡 마스크(20,60).
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