KR20120085301A

KR20120085301A - 불활성 폐색층을 가진 패턴화된 화학 센서

Info

Publication number: KR20120085301A
Application number: KR1020127013145A
Authority: KR
Inventors: 닐 에이 래코; 토마스 더블유 홈퀴스트-브라운; 브라이언 엘 린지; 존 씨 훌틴; 듀에인 디 팬슬러; 리차드 제이 포이리어; 비벡 바르티
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2009-10-23
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2012-07-31
Also published as: WO2011049822A2; US20110094514A1; AU2010310810A1; CN102576014A; BR112012009557A2; AU2010310810B2; JP2013508082A; CN102576014B; KR101956929B1; RU2013142006A; EP2491387A2; RU2560706C2; US8955515B2; EP2491387A4; RU2012113250A; RU2523893C2; WO2011049822A3

Abstract

유기 증기와 같은 화학물질을 검출하는 센서(40). 센서(40)는 검출층(48)을 포함하며 색 변화를 제공함으로써 화학물질의 존재에 응답하는 필름 본체(58)를 가진 필름을 포함한다. 필름은 또한 제1 주요 표면(59)을 가지며 필름본체(58)에 결합되지만 검출층(48)에 대해 불활성이어서 폐색층(54)과 화학물질이 폐색층(54)의 제1 주요 표면(59)에 수직인 영역(42)에서 필름 본체(58) 내에서 색 변화를 야기하지 못하도록 하는 폐색층(54)을 포함한다. 이러한 구조를 가진 센서는 센서 상에 뚜렷하게 보이는 이미지를 제공할 수 있으며, 이것은 필터 카트리지의 잔여 수명을 평가하는 것을 돕는다.

Description

불활성 폐색층을 가진 패턴화된 화학 센서{Patterned Chemical Sensor Having Inert Occluding Layer}

본 발명은 화학적 노출에 대해 응답하여 소정의 가시적 패턴을 나타낼 수 있는 센서에 관한 것이다.

센서는 일반적으로 특정 화학물질의 존재 또는 부재를 검출하기 위해 사용된다. 공지의 센서는 이러한 목적을 이루기 위해 다양한 형태로 제공되어 왔다. 예를 들어, 화학적 표시자를 포함하는 필터, 필터 카트리지, 및 호흡 마스크(호흡 기구)(예를 들어, 미국 특허 제5,323,774호, 제5,297,544호, 및 제4,684,308호 참조)와 함께 표지(sign)와 배지가 개발되었다(예를 들어, 미국 특허 제6,284,198호 및 미국 특허 출원 공개 제2004/0223876A1호 참조). 개발된 한 가지 구체적인 화학 센서는 필름형 본체를 가진 수동형 사용 수명 종료(end-of-service-life) 표시기(ESLI)이다. 필름 본체 내에는 특정 화학물질의 존재를 검출하는 검출층이 있다. 필름형 수동형 ESLI의 예는 라코우(Rakow) 등의 미국 특허 출원 공개 제2008/0063575A1호 및 2008/0063874A1호에 기재되어 있다. ESLI는 다양한 유기 증기 및 반응성 기체에 응답하도록 맞춤될 수 있다.

ESLI는 사용자에게 카트리지의 사용 수명이 끝난 때를 알려주는 것을 돕기 위해 필터 카트리지에 사용되었다(예를 들어, 미국 특허 제7,442,237호, 제6,497,756호, 제5,323,774호, 제5,297,544호, 제4,684,380호, 제4,530,706호, 제4,365,627호, 제4,326,514호, 및 제4,154,586호를 참조). 미국 특허 출원 제2007/0137491호 및 제12/470,865호, 제12/470,890호 및 제12/470,920호는 또한 사용 수명 종료 표시기를 이용하는 필터 카트리지를 설명한다. ESLI는 하우징 측벽에 인접하게 배치되어 그들이 외부에서 쉽게 보여질 수 있도록 한다. ESLI는 일반적으로 비색 센서로 설계되는데, 즉 이는 여과된 공기 내의 충분한 양의 오염물에 노출된 후 색상이 변한다. 색상 변화와 센서 배치는 필터 카트리지 사용 수명이 종료될 때와 일치하는 표시를 제공하도록 맞춤된다. 비색 ESLI의 한 가지 구체적인 문제점은, 만일 원래의 기준 색상이 ESLI에 인접하게 이용가능하지 않다면, 언제 색상 변화가 일어났는지를 알기 위해 착용자가 원래 색상을 기억할 필요가 있다는 것이다. 만일 착용자가 이렇게 하지 못하면, 착용자는 ESLI가 원래 색상을 나타내는지 경고 색상을 나타내는지 확실히 알 수 없을 것이다. 공지의 ESLI는 사용자가 원래 색상과 경고 색상을 기억하거나 또는 이들 사이를 구별할 것을 요구하지 않는 경고를 사용자에게 제공하도록 제작되지 않으므로, 만일 착용자가 색상 변화를 주목하지 못하면 안전성 문제가 발생할 수 있다.

본 발명은 화학물질을 검출하는 새로운 센서를 제공한다. 센서는 검출층을 포함하며 색상 변화를 제공함으로써 화학물질의 존재에 응답하는 필름 본체를 포함하는 필름을 포함한다. 필름은 또한 제1 주요 표면을 가지며 필름 본체에 결합되지만 검출층에 대해 불활성이어서 폐색층과 화학물질이 폐색층의 제1 주요 표면에 수직인 영역에서 필름 본체 내에서 색상 변화를 야기하지 못하도록 하는 폐색층을 포함한다.

상기에 나타낸 바와 같이, 공지의 ESLI는 사용자가 원래 색상과 경고 색상 사이를 구별할 것을 요구하는 완전한 색상 변화를 거친다. 본 발명은 검출층에 불활성인 폐색층을 제공함으로써 상이한 색상을 기억할 이러한 필요를 극복한다. 또한, "옛" 색상과 "새로운" 색상이 동일한 일체형 필름 본체 내에 나란히 배치되므로, 대비가 정확하게 배열되고 쉽게 구별가능하여, 다양한 이미지가 생성되도록 한다. 폐색층이 검출층에 불활성이므로, 폐색층이 필름 본체에 결합되어 있더라도, 필름 본체는 폐색층의 존재에 대해 응답하여 눈에 띄는 색상 변화를 생성하지 않는다. 또한, 폐색층이 필름 본체에 결합되므로, 센서가 응답하는 화학물질은 또한 센서의 그 부분에서 검출층과 상호작용하여 색변화를 야기할 수 없다. 따라서, 센서의 소정의 영역이 색상 변화에 대해 차단되며 따라서 원래의 센서 색상을 보유한다. 따라서, 센서가 색상 변화를 겪는 경우, 센서의 차단된 부분은 그의 원래 색상을 보유하는 한편, 다른 부분은 경고 색상을 나타낸다. 본 발명은 원래 색상과 경고 색상 사이에 뚜렷한 대비를 제공할 수 있다. 따라서, 사용자는 하나의 특정 색상 또는 두 색상이 합쳐진 것이 아니라 두 가지의 구별되는 색상 영역을 보게 된다. 그러므로, 본 발명은 원래 색상과 경고 색상 사이의 차이를 기억할 필요를 없애며, 두 가지 상이한 색상 영역에서 미세한 선 또는 뚜렷한 구별을 생성하는 능력을 제공한다.

본 발명에 따라 필름 본체에 결합되는 불활성 폐색층은 많은 뚜렷하게 구별가능한 이미지를 사용자가 볼 수 있도록 다양한 형상으로 제공될 수 있다. 필름 본체에 불활성 폐색층을 결합하는 능력은 우수한 이미지 해상도를 제공하는데, 그 이유는 검출될 화학물질이 필름 본체와 폐색층 사이를 유의하게 침투할 수 없기 때문이다. 불활성 폐색층은 검출층이 센서의 그 영역 내에서 거짓 양성을 생성하는 것을 방지한다. 따라서, 사용자가 특정 이미지를 볼 경우, 그는 센서가 그 경고 모드에 진입하였음을 알게 된다. 이러한 특징은 그들의 사용 수명이 종료된 필터 카트리지를 위해 특히 유용하다. 일단 경고 이미지가 센서에 의해 나타내지면, 사용자는 필터 카트리지를 교체할 시간임을 알 것이다.

한 가지 특정 실시 형태에서, 센서는 잔여 사용 수명의 수준을 표시하기 위한 마킹을 가진 필터 카트리지에 대해 사용될 수 있다. 마킹은, 예를 들어 75, 50, 25, 또는 10 % 잔여 수명에서 제공될 수 있다. 이러한 특징은 센서가 또한 필터 카트리지에서 잔여 수명 표시자, 즉 "RLI"로서 작용하도록 한다.

용어

본 명세서에서 사용되는 바와 같이:

"화학물질"은 분자, 원자, 이온, 자유 라디칼, 또는 이들 중 임의의 조합을 의미한다.

"청정 공기"는 오염물을 제거하기 위해 여과된 다량의 대기 중의 주위 공기를 의미한다.

"색상 변화"는 제1 색상 또는 색조와 육안으로 눈에 띄게 상이한 제2 색상 또는 색조를 생성함을 의미한다.

"오염물질"은 기체, 증기, 및 입자(먼지, 연무 및 연기를 포함함) 및/또는 일반적으로 기체, 증기 또는 입자인 것으로 여겨지지 않을 수 있지만 공기 중에 존재하고 사람에게 해로울 수 있는 다른 물질을 의미한다.

"검출층"은 화학물질에 노출될 때 광학적 특성의 변화를 나타내는 물질층을 의미한다.

"사용 수명 종료 표시기" 또는 "ESLI"는 여과 능력의 일부 고갈 또는 완전한 고갈로 인해 필터가 더 이상 사용에 적합하지 않을 수 있는 때와 관련된 정보를 사람에게 제공할 수 있는 장치를 의미한다.

"외부 기체 공간"은 호기된 기체가 마스크 본체 및/또는 호기 밸브를 통해 이를 지나 통과한 후에 들어가는 주위의 대기 기체 공간을 의미한다.

"필름"은 두 치수가 제3 치수보다 훨씬 큰 구조물을 의미한다.

"필름 본체"는 필름 형태이며 화학물질의 존재에 대해 응답하여 색상 변화를 생성할 수 있는 층들의 조합을 의미한다.

"필터 카트리지"는 필터 재료 또는 필터 매체를 내장하도록 주로 설계되고 개인 호흡 보호 장치의 마스크 본체에 대한 연결을 위해 구성되는 구조물을 의미한다.

"필터 재료" 또는 "필터 매체"는 깨끗한 공기를 제공하도록 구성된 구조물 또는 부품이나 요소들의 조합을 의미한다.

"하우징"은 다른 아이템을 수용하도록 형성된 구조물 또는 부품들의 조합을 의미한다.

"불활성"은 다른 것에 대해 비활성임을 의미한다.

"일체형"은 해당 부품들이 동시에 함께 제조되고, 후속적으로 합쳐지는 2개의 별개의 부품이 아님을 의미한다.

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

"병치된" 또는 "병렬 배치된"은 반드시 서로 접촉할 필요는 없이 대체로 나란한 관계로 배치됨을 의미한다.

"마스크"는 ("마스크 본체"를 지칭하지 않을 경우) 목적물이 보이는 것을 제한하는 능력을 갖거나 대상의 일부를 덮는 것을 의미한다.

"폐색층"은 그를 통한, 즉, 층의 제1 주요 표면으로부터 제2 주요 표면으로의, 소정의 화학물질(들)의 통과를 차단하는 층을 의미한다.

"중합체"는 규칙적으로 또는 불규칙적으로 배열된, 반복되는 화학 단위를 함유하는 재료를 의미한다;

"잔여 수명 표시기" 또는 "RLI"는 잔여 필터 능력에 관련된 정보를 사람에게 제공할 수 있는 장치를 의미한다.

"흡수흡착제(sorbent)"는 흡수, 흡착, 화학흡착, 분해, 반응, 촉매, 또는 다른 적합한 수단을 통해 오염물질을 포획, 폐색 또는 변경할 수 있는 물질을 의미한다.

"경고 신호"는 필터 카트리지를 교체할 시간에 도달했음을 관찰자에게 알리는 관찰가능한 표시를 의미한다.

<도 1>
도 1은 필터 카트리지(12) 내에 패턴화된 화학 센서(40)를 사용할 수 있는 호흡 기구(10)의 사시도.
<도 2>
도 2는 본 발명에 따른 필터 카트리지(12)의 사시도.
<도 3>
도 3은 선 3-3을 따라 취한, 도 2의 필터 카트리지(12)의 단면도.

도 1은 마스크 본체(14)의 대향하는 측면들에 고정될 수 있는 필터 카트리지(12)를 갖는 호흡 기구(10)를 도시한다. 마스크 본체(14)는 착용자의 안면 상에 꼭 맞게 착용되도록 형성된다. 이를 위해, 호흡 기구(10)는 착용자의 안면을 향해 마스크 본체(14)를 끌어당기기 위한 하니스(harness, 16)를 포함한다. 하니스(16)는 이러한 목적을 위해 하나 이상의 스트랩(18)을 포함할 수 있다. 스트랩(18)은 마스크 본체(14)에 결합될 수 있고, 버클(20)의 사용을 통해 길이가 조절될 수 있다. 필터 카트리지(12)는 베이어닛(bayonet) 부착부(21), 스레딩(threading) 수단, 또는 카트리지(12)를 마스크 본체(14)에 고정하기에 적합한 임의의 다른 수단에 의해 마스크 본체(14)에 부착될 수 있다. 필터 카트리지(12)는 필터 카트리지(12)를 통해 마스크 내부로 흡인된 주위 공기를 여과하기 위한 필터 매체를 수용하는 하우징(22) 및 커버(24)를 갖는다. 사용자가 내쉰 공기는 내부 기체 공간으로부터 호기 밸브(25)를 통해 외부 기체 공간으로 나간다.

도 2는 필터 카트리지(12)가 제1 주연부(28)로부터 제2 주연부(30)까지 연장되는 측벽(26)을 갖는 하우징(22)을 포함할 수 있음을 도시하고 있다. 커버(24)는 공기 처리 표면(32), 및 커버(24)의 주변부를 따라 위치된 고정 플랜지(34)를 포함할 수 있다. 커버(24)는 하우징 주연부(28)에서 측벽(26)에 고정될 수 있다. 커버(24)는 공기 통과 표면(32) 내에 일련의 개구(36)를 포함할 수 있다. 센서(40)는 그 내부 표면에서 하우징 측벽(26 )에 인접하게 병치될 수 있다. 센서는 유기 증기를 비롯한 하나 이상의 화학물질을 검출하도록 설계될 수 있다. 측벽(26)은 센서(40)의 영역 내에서 투명할 수 있어서 착용자 또는 다른 사람이 쉽게 볼 수 있도록 한다. 대안적으로, 전체 측벽(26)은 투명할 수 있어서 센서(40)와 필터 매체는 그를 통해 보여질 수 있다. 예시된 바와 같이, 센서(40)는 직사각형 또는 스트라이프 형태를 취할 수 있는 제1 및 제2 영역(42, 44)을 포함한다. 제1 영역(42)은 센서의 원래 색상을 나타내는 한편, 제2 영역(44)은 경고 색상을 나타낸다. 센서가 검출하도록 설계된 화학물질(들)에 필터 카트리지(12)가 노출되기 전에, 전체 센서(40)는 색상(42)을 나타낼 것이다. 일단 필터 카트리지가 센서가 검출하고자 하는 화학물질 중 하나 이상에 관하여 그의 사용 수명이 종료되면, 영역(44)은 42에서 원래 색상과 상이한 색상으로 변한다. 색상 변화는 영역(44)의 상류측 에지(45)에서 시작하여 이 영역(44)을 가로질러 제2 에지(46)를 향하여 점진적으로 이동할 수 있다. 하나 이상의 마크(47)가 측벽(26) 상에 제공되어, 카트리지 내의 충분한 수착 능력이 소진되어 "바로", 즉 약 60분 미만에 교체를 요구할 시기를 나타낼 수 있다. 마크는 전체 센서를 가로질러 또는 영역(44)을 가로질러 연장될 수 있다. 대안적으로, 마크는 센서에 인접하게 배치될 수 있다. 따라서, 마크는 차량 내의 기체 게이지 상의 초기 "빈" 신호와 유사하게 기능할 수 있다. 25%, 50%, 또는 75% (또는 33 및 66%) 소모되었음을 나타내기 위해 추가 마킹이 사용될 수 있다. 마킹은 또한 10% 또는 5%의 잔여 수명만을 표시하기 위해 형성될 수 있다. 그런 센서는 RLI로서 기능한다.

경고 마크는 센서의 변화 부분을 가로질러 지속가능하게 또는 영구적으로 배치된 신호 경계일 수 있다. 이것은 필터 카트리지의 조립 전에 필터 카트리지 하우징의 제작을 통해 이루어질 수 있다. 일반적으로 사출 성형을 통해 이루어지는 이러한 제작은 미세 홈과 같은 시각적 신호 경계 특징부를 가져올 수 있다. 신호 경계 특징부는 리지(ridge)와 같은 여러 수단에 의해, 또는 하우징 표면 상의 차별화 텍스처의 영역들 사이의 경계로서, 성형에서 생성될 수 있다. 또한, 신호 경계 특징부는 단순하게 하우징의 측면 상에 또는 센서에 인접한 카트리지 본체 상에 고정된 라벨 상에 인쇄될 수 있다. 필터 카트리지의 조립 전에, 하우징을 제작할 때 이러한 신호 경계 특징부를 포함시킴으로써, 신호 경계 특징부는 개선된 센서 정확성과 제조 비용 감소를 위해 매우 정확하게 그리고 반복적으로 배치될 수 있다.

본 발명과 관련한 필터 카트리지 제조시, 필터 카트리지 하우징, 필터 매체 및 커버는 현재 알려져 있거나 나중에 개발될 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 필터 카트리지 하우징 및 커버는 사출 성형 작업을 이용해 제조될 수 있다. 제1 스크림(scrim)은 필터 재료를 도입하기 전에 베이스 플리넘의 상부에 위치될 수 있다. 필터 재료는, 기체 또는 증기 오염물질을 제거하고 하나 이상의 원하지 않는 오염물질을 흡수흡착할 수 있는 활성 미립자를 포함하는 필터 재료일 수 있다. 수착성 매체는 활성탄 및 활성 알루미나와 같은 다양한 활성 미립자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 브레이(Brey) 등의 미국 특허 제7,309,513호, 센쿠스(Senkus) 등의 미국 특허 제5,696,199호, 에블러(Abler) 등의 미국 특허 제5,496,785호, 및 브라운(Braun) 등의 미국 특허 제5,078,132호는 본 발명의 필터 카트리지에 사용될 수 있는 다양한 유형의 활성 미립자를 설명하고 있다. 활성 미립자는 그러한 활성 미립자의 패킹되거나 접합된 베드(bed)의 형태일 수 있다(예를 들어, 브라운 등의 미국 특허 제5,033,465호 및 센쿠스의 미국 특허 제6,391,429호 참조). 센서(40)는 활성 미립자 도입 전에 하우징 측벽(26)의 내부 표면에 맞대어져 배치될 수 있다. 센서(40)는 필터 사용 수명이 종료되었을 때 적절한 색상 변화가 하우징 측벽(26)을 통해 보일 수 있도록 y 차원에 대해서 적절하게 위치될 필요가 있다. 위치설정에서의 작은 편차는 응답 신호에서 큰 차이를 야기할 수 있다. 제2 스크림은 필터 재료의 상류측 표면 상에 배치될 수 있다. 상류측 스크림은 적합한 섬유질 매체를 포함할 수 있으며, 섬유질 매체는 활성 미립자를 제위치에 유지하는 것을 돕고 섬유질 매체를 가로질러 낮은 압력 강하를 제공하며 섬유질 매체를 통과하는 공기를 적절하게 분배하는 것을 돕는다. 스크림을 위해 사용될 수 있는 재료의 예는 부직 폴리에스테르 및 부직 폴리프로필렌, 예를 들어 스펀본드 웨브(spunbond web)를 포함한다. 필터 재료 및 스크림이 카트리지 하우징(22) 내에 적절하게 위치된 후에, 카트리지 커버(24)가 하우징 측벽(26)에 고정될 수 있다. 이 고정은 예를 들어 용접 또는 접착제 접합을 포함하는 기계적, 화학적 또는 물리적 수단, 또는 임의의 다른 적합한 수단에 의해 주연부(28)와 플랜지(34)에서 달성될 수 있다.

흡수흡착성 활성 미립자에 더하여, 필터 카트리지는 또한 미립자를 제거하기 위해 형성된 하나 이상의 필터 매체층을 포함할 수 있다. 섬유질 미립자 필터가 주위 공기로부터 미립자 오염물질을 제거하기 위해 활성 미립자에 대해 상류측 또는 하류측에 사용될 수 있다. 다양한 섬유질 웨브가 미립자 필터로서 사용하기에 적합할 수 있다. 이들 웨브는 전형적으로 에어-레이드(air-laid) 공정, 웨트-레이드(wet-laid) 공정, 하이드로-인탱글먼트(hydro-entanglement), 스펀본드 공정, 및 멜트블로운(meltblown) 공정과 같은 기술들로부터 제조될 수 있는 부직 섬유질 구조물이며, 이는 문헌[Van A. Wente, Superfine Thermoplastic Fibers, 48 Indus. Engn. Chem. 1342-46] 및 문헌[Report No. 4364 of the Naval Research Laboratories, published May 25, 1954, entitled Manufacture of Super Fine Organic Fibers by Van A. Wente et al]에 기술되어 있다. 섬유질 웨브는 이들 기술의 조합 및 그러한 섬유들의 조합을 사용해 제조될 수 있다. 미세섬유, 특히 멜트블로운 미세섬유가 필터로서 사용되는 섬유질 웨브에 사용하기에 특히 적합하다. 이러한 문헌에 사용되는 바와 같이, "미세섬유"는 유효 직경이 약 35 마이크로미터 이하인 섬유(들)를 의미한다. 유효 섬유 직경은 문헌[Davies, C.N., The Separation of Airborne Dust and Particles, Inst. Mech. Engn., London Proc. 1B (1952)]에서의 식 번호 12를 이용하여 계산될 수 있다. 여과 응용의 경우, 미세섬유는 전형적으로 약 30 마이크로미터 미만, 더 전형적으로 약 1 내지 약 15 마이크로미터의 유효 섬유 직경을 갖는다. 피브릴화 필름으로 제조된 섬유가 또한 사용될 수 있다 - 예를 들어, 반 턴아우트(Van Turnout)의 미국 재발행 특허 제30,782호, 제32,171호, 미국 특허 제3,998,916호 및 제4,178,157호 참조 -. 스테이플 섬유는 또한 웨브 로프트(loft)를 개선하기 위하여, 즉 그 밀도를 감소시키기 위하여 미세섬유와 조합될 수 있다. 스테이플 섬유를 포함하는 웨브의 예는 하우저(Hauser)의 미국 특허 제4,118,531호에 개시되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 센서(40)는 호흡 기구 필터 카트리지의 기체 입구로부터 기체 출구로 유동하는 관심대상의 화학물질을 검출할 수 있는 박막 다층 구성을 포함할 수 있다. 그러한 수동형 센서는 전형적으로 다공성 검출층(48), 반반사층(semi-reflective layer)(50), 및 반사층(52)을 포함한다. 다공성 검출층(48)은 특정 화학물질의 존재하에서 변하게 될 광학 두께(물리적 두께가 반드시 변할 필요는 없음)를 갖는다. 반반사층(50)은 카트리지의 외부로부터 관찰가능하고, 일반적으로 증기에 의해 투과되지 않는다. 반사층(52)은 일반적으로 화학물질에 대해 투과성이고 필터 매체에 충분히 근접해 있어서 화학물질(예를 들어, 증기)이 반사층을 통과해 검출층(48) 내로 들어가고 검출층 광학 두께를 충분히 변화시켜 반반사층(50)을 통해 관찰했을 때 표시기 외양에 가시적으로 구별가능한 변화를 야기할 수 있게 한다. 접착제(53)는 센서(40)를 하우징 측벽(26)의 내부 표면에 고정하기 위해 사용될 수 있다.

폐색층(54)은 제2 영역(44)의 대향하는 면에 배치될 수 있으며, 이 영역(44)은 하나 이상의 화학물질에 대한 노출에 대해 응답하여 색이 변한다. 폐색층(54)은 계면(56)에서 반사층(52)에 접합될 수 있다. 계면(56)은 검출층(48)에 대해 불활성인 접착제층일 수 있다. 대안적으로, 폐색층(54) 자체는 검출층(48)에 대해 불활성인 접착제층일 수 있다. 폐색층(54)이 반사층(52)에 접합될 경우, 검출층(48)은 영역(42)에서 실질적인 광학 변화를 일으키지 않는다. 필름 본체(58)에 접합된 불활성 폐색층(54)이 없으면, 필름 본체(58)는 통상적으로 센서(40)의 외부 주요 표면에 수직인 필름 본체를 보는 사람에게 가시적인 색상 변화를 생성할 것이다. 따라서, 폐색층(54)의 제1 주요 표면(59)에 수직인 방향(x)에서 필름을 볼 경우, 센서의 영역(42)에서 가시적인 색상 변화는 보이지 않는다. 따라서, 제1 영역(42)은 색상이 변하지 않는 한편, 제2 영역(44)은 방향(x)에서 센서(40)를 보는 사용자에게 가시적인 눈에 띄는 색상 변화를 생성한다. 영역(42,44)이 상이한 색상 또는 색조를 나타내더라도, 영역은 필름 본체(58) 내에서 서로 일체형이다. 화학물질이 필터 매체(60)를 통과할 때, 필터 매체의 상류 측으로부터 하류 측을 향하여 이동하는 점진적인 색상 변화가 사용자에 의해 주목될 수 있다.

본 발명과 관련하여 사용되는 센서는 강성이거나 가요성일 수 있다. 센서는 접착제, 물리적, 패킹 기술, 또는 기계적 결합과 같은 다양한 수단에 의해 하우징 측벽(26)에 고정될 수 있다. 가요성 표시기는 바람직하게는 파단됨이 없이 충분히 굽힘가능하여, 가요성 표시기가 하나 이상의 롤 가공 단계를 사용해 제조될 수 있게 한다.

본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 센서는 바람직하게는 공기로부터 여과될 것이 요구되는 기체 증기를 흡수 또는 흡착하는 수동형 센서이다. 센서는 본질적으로 필터가 그의 유용 수명의 종료에 직면했다는 적절한 표시를 호흡 기구 착용자에게 제공할 수 있는, 알려져 있거나 나중에 개발될 임의의 장치(수동형 또는 능동형)일 수 있다. 수동형 센서의 예는 라코우 등의 미국 특허 출원 공개 제2008/0063575A1호 및 제2008/0063874A1호에 설명되었다 - 또한 라코우 등의 미국 특허 제7,449,146B2호 및 웬드랜드(Wendland) 등의 미국 특허 출원 제61/180,483호 및 라코우 등의 제61/180,492호를 참조. 이용될 수 있는 센서는 유기 증기, 반응성 기체, 예를 들어, 산성(예를 들어, SO₂, Cl₂, HCl, ClO2, HCN, HF, H₂S 및 질소의 산화물) 및 염기성 기체(예를 들어, 암모니아, 메틸아민), 및 시아노겐 클로라이드 및 포름알데히드에 응답하는 ESLI를 포함한다.

센서는 하나 이상의 롤 가공 단계에서 취급될 수 있는 가요성 플라스틱 필름 또는 유리와 같은 선택적인 기재(substrate)를 포함할 수 있다. 기재는 바람직하게는 충분히 낮은 증기 투과성을 가져서, 관심대상의 화학물질(들)이 검출층 내외로 투과되지 않게 할 것이다. 센서를 측벽에 부착시키는 접착제는 불활성이어서 검출층을 오염시키지 않아야 한다. 또한, 다공성 기재가 반사층과 흡수흡착 매체 사이에 배치될 수 있다. 관심 대상의 화학물질은 흡수흡착 매체로부터 투과성 기재 및 반사층을 통과한 후 검출층 내로 들어가도록 허용될 수 있다. 센서의 전체 두께(기재는 제외)는 약 0.5 내지 2 마이크로미터(㎛)일 수 있다.

반반사층 및 반사층들은 각각 확산 또는 바람직하게는 경면 광 반사를 제공하며 시각적으로 쉽게 인식가능한 표시기 외양 변화를 제공하기에 적절하게 이격될 때 상호작용할 수 있는 다양한 재료들로 제조될 수 있다. 적합한 반반사층 및 반사층 재료는 금속, 예를 들어 알루미늄, 크롬, 금, 니켈, 규소, 은, 팔라듐, 백금, 티타늄, 및 그러한 금속들을 함유하는 합금; 금속 산화물, 예를 들어 산화크롬, 산화티타늄 및 산화알루미늄; 및 미국 특허 제 5,699,188호(길버트(Gilbert) 등), 제5,882,774호(존자(Jonza) 등) 및 제6,049,419호(휘틀리(Wheatley) 등), 및 PCT 출원공개 WO 97/01778호(오우더커크(Ouderkirk) 등)에 기술된 다층 광학 필름(복굴절성 다층 광학 필름을 포함)을 포함한다. 반반사층 및 반사층은 동일하거나 상이할 수 있다. 금속 나노입자 코팅(예컨대, 금속 나노입자 잉크)이 발명의 명칭이 "침투성 나노입자 반사기"인 미국 특허 출원 제11/530,619호에 설명된 바와 같이, 반사층을 형성하도록 사용될 수 있다.

반반사층은 일반적으로 반사층보다 덜 반사성이고, 일부 입사광을 투과시킨다. 반반사층은, 예를 들어 물리적 두께가 약 2 내지 약 50 나노미터(㎚)이고, 500 ㎚에서 광 투과율이 약 10 내지 약 80%이고, 500 ㎚에서 반사율이 약 80 내지 약 20%이다. 반반사층은 그 자체가 화학물질에 불투과성이며 (그리고 만일 그렇다면 바람직하게는 연속적이며) 선택적으로 적합한 기재 상에 또는 다르게는 그에 인접하게 코팅된다. 반반사층은 또한 화학물질에 대해 투과성일 수 있고(그러한 경우, 예를 들어 불연속적이거나 반연속적일 수 있음), 적합하게 증기-비투과성인 기재 상에 또는 달리 그에 인접하게 코팅될 수 있다. 검출층에 인접한 반반사층의 면은 바람직하게는 약 ± 20 ㎚ 이내로 평평하다.

반사층은, 예를 들어 물리적 두께가 약 1 내지 약 500 ㎚이고, 500 ㎚에서 광 투과율이 약 0 내지 약 80%이고, 500 ㎚에서 반사율이 약 100 내지 약 20%이다. 반사층은 바람직하게는 다공성이고, 패턴화되며, 불연속적이고, 반연속적이고, 또는 다르게는 충분히 투과성이어서 증기가 반사층을 통해 흡수흡착 매체로부터 검출층 내로 통과할 수 있다.

검출층 혼합물은 균질 또는 비균질일 수 있고, 예를 들어 무기 성분들의 혼합물, 유기 성분들의 혼합물, 또는 무기 및 유기 성분들의 혼합물로 제조될 수 있다. 성분들의 혼합물로 제조된 검출층은 분석물 그룹의 개선된 검출을 제공할 수 있다. 검출층은 바람직하게는 흡수흡착 매체와 유사한 흡수흡착 특성을 제공하도록 선택된 일정 범위의 기공 크기 또는 표면적을 갖는다. 적합한 다공성은 미국 특허 제6,573,305 B1호(썬호스트(Thunhorst) 등)에 기술되어 있는 것과 같은, 높은 내부상 에멀전(high internal phase emulsion)으로 제조된 발포체와 같은 다공성 재료를 사용하여 얻어질 수 있다. 다공성은 또한 미공성 재료를 생성하기 위한 이산화탄소 발포(문헌["Macromolecules", 2001, vol. 34, pp. 8792-8801] 참조)를 통해, 또는 중합체 블렌드들의 나노상 분리(문헌["Science", 1999, vol. 283, p. 520 참조)에 의해 얻어질 수 있다. 일반적으로, 기공 직경은 바람직하게는 원하는 표시기 색상의 피크 파장보다 더 작다. 예를 들어, 평균 기공 크기가 약 0.5 내지 약 20 ㎚, 0.5 내지 약 10 ㎚, 또는 0.5 내지 약 5 ㎚인 나노 크기의 기공이 바람직하다.

대표적인 무기 검출층 재료는 다공성 실리카, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물, 및 광학 간섭에 의해 색상 또는 비색 변화를 생성하기에 적절한 두께의 투명한 다공성 층으로 형성될 수 있는 다른 무기 재료를 포함한다. 예를 들어, 무기 검출층 재료는 산화규소, 질화규소, 산질화규소, 산화알루미늄, 산화티타늄, 질화티타늄, 산질화티타늄, 산화주석, 산화지르코늄, 제올라이트 또는 이들의 조합일 수 있다. 다공성 실리카가 그의 강인성 및 습식 에칭 처리와의 적합성으로 인해 특히 바람직한 무기 검출층 재료이다.

대표적인 다공성 실리카 재료가 문헌[Ogawa et al., Chem. Commun. pp. 1149-1150 (1996)], 문헌[Kresge et al., Nature, Vol. 359, pp. 710-712 (1992)], 문헌[Jia et al., Chemistry Letters, Vol. 33(2), pp. 202-203 (2004)], 및 미국 특허 제5,858,457호(브링커(Brinker) 등)에 설명되어 있다. 다양한 유기 분자가 또한 유기 템플릿으로서 채용될 수 있다. 예를 들어, 포도당 및 만노스와 같은 당이 다공성 규산염을 생성하기 위한 유기 템플릿으로서 사용될 수 있다(문헌[Wei et al, Adv. Mater . 1998, Vol. 10, p. 313 (1998)] 참조).

대표적인 유기 검출층 재료는 소수성 아크릴레이트 및 메타크릴레이트, 2작용성 단량체, 비닐 단량체, 탄화수소 단량체(올레핀), 실란 단량체, 플루오르화 단량체, 하이드록실화 단량체, 아크릴아미드, 무수물, 알데히드-작용화된 단량체, 아민- 또는 아민염-작용화된 단량체, 산-작용화된 단량체, 에폭사이드-작용화된 단량체, 및 이들의 혼합물 또는 조합을 포함한 단량체의 부류로부터 제조되거나 제조가능한 중합체, (블록 공중합체를 포함한) 공중합체, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 미국 특허 출원 공개 제2004/0184948 A1호는 그러한 단량체들의 광범위한 목록을 포함하고 있다. 전술한 내재적 미공성을 갖는 중합체(polymer having intrinsic microporosity, PIM)가 특히 바람직한 검출층을 제공한다. PIM은 전형적으로 미공성 고체를 형성하는 비네트워크 중합체이다. 전형적으로 높은 강성 및 뒤틀린 분자 구조로 인해, PIM은 공간을 효율적으로 충전할 수 없어서, 개시된 미공성 구조를 제공한다. 적합한 PIM은 문헌["Polymers of intrinsic microporosity (PIMs)]에 기재된 중합체: 문헌["Budd et al., Chem. Commun., 2004, pp. 230-231]에 기재된 강성, 용액-가공성, 유기 미공성 재료를 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 추가적인 PIM이 문헌[Budd et al., J. Mater. Chem., 2005, 15, pp. 1977-1986], 문헌[McKeown et al., Chem. Eur. J. 2005, 11, No. 9, 2610-2620], 및 PCT 출원 공개 WO 2005/012397 A2호(맥권(McKeown) 등)에 개시되어 있다.

본 발명의 화학 센서 필름을 위한 폐색층은 바람직하게는 쉽게 패턴화되며, 화학적 투과성이 낮거나 없으며, 센서 내로 침출될 수 있어 마스킹된 영역에 인접하여 - 즉, 폐색층의 주 표면에 수직하여 - 원치않는 색상 변화를 야기할 수 있는 유기 소분자 오염물질을 전혀 함유하지 않거나 최소량으로 함유한다. 폐색층에 의해 마스킹된 영역은 이상적으로는 분석물에 대한 센서의 노출 전에 마스킹되지 않은 영역에 비하여 시각적으로 눈에 잘 띄지 않는다.

일 실시 형태에서, 감압 접착제가 폐색층으로서 이용될 수 있다. 폴리아이소부틸렌(PIB) 접착제가 그의 고순도에 특히 기초하여 이들 층을 위해 유용한 재료이다. 중합체는 아이소부틸렌 단량체로부터 제조되어, 그 제조에서 임의의 잔여물이 필름 본체에 의해 흡수될 수 있는 증기가 아닌 기체이다. 폴리아이소부틸렌 재료는 여러 제조사가 시판 중이다. 단일중합체는 예를 들어, 바스프 코퍼레이션 (BASF Corp. (Florham Park, NJ))으로부터 상표명 "옵파놀 (OPPANOL) (예를 들어, 옵파놀 B15, B30, B50, B100, B150, 및 B200) 하에 시판되고 있다. 이들 중합체는 중량 평균 분자량이 약 40,000 내지 4,000,000 그램/몰이다. 또 다른 전형적인 단일중합체는 광범위한 분자량의 유나이티드 케미컬 프로덕츠 (United Chemical Products (UCP) (St. Petersburg, Russia)로부터 시판되고 있다. 예를 들어, 상표명 "SDG" 하에 UCP로부터 시판되는 단일중합체는 점도 평균 분자량이 약 35,000 내지 65,000 그램/몰의 범위이다. 상표명 "에프롤렌(EFROLEN)" 하에 UCP로부터 시판되는 단일중합체는 점도 평균 분자량이 약 480,000 내지 약 4,000,000 그램/몰의 범위이다. 상표명 "JHY" 하에 UCP로부터 시판되는 단일중합체는 점도 평균 분자량이 약 3,000 내지 약 55,000 그램/몰의 범위이다. 이러한 단일중합체는 전형적으로 반응성 이중 결합을 갖지 않는다.

다른 적절한 폴리아이소부틸렌 단일중합체는 바스프 코퍼레이션 (Florham Park, NJ)으로부터 상표명 "글리소팔 (GLISSOPAL) (예를 들어, 글리소팔 1000, 1300, 및 2300)" 하에 시판되고 있다. 이러한 폴리아이소부틸렌 재료는 통상 말단 이중 결합을 가지며, 반응성 폴리아이소부틸렌 재료인 것으로 여겨진다. 이러한 중합체는 종종 수평균 분자량이 약 500 내지 약 2,300 그램/몰의 범위이다. 중량 평균 분자량 대 수평균 분자량의 비는 전형적으로 약 1.6 대 2.0의 범위이다.

폴리아이소부틸렌 공중합체는 소량의 다른 단량체, 예를 들어, 스티렌, 아이소프렌, 부텐, 또는 부타디엔의 존재하에 아이소부틸렌을 중합함으로써 제조될 수 있다. 이러한 공중합체는 전형적으로 단량체 혼합물 중의 단량체의 중량에 대하여, 적어도 70 중량%, 적어도 75 중량%, 적어도 80 중량%, 적어도 85 중량%, 적어도 90 중량%, 또는 적어도 95 중량%의 아이소부틸렌을 포함하는 단량체 혼합물로부터 제조된다. 적절한 아이소부틸렌/아이소프렌 공중합체는 엑슨 모빌 코퍼레이션(Exxon Mobil Corp.)으로부터 상표명 "엑슨 부틸(EXXON BUTYL)(예를 들어, 엑슨 부틸 065, 068, 및 268)" 하에 시판되고 있다. 이러한 재료는 불포화도가 약 1.05 내지 약 2.30 몰%이다. 다른 전형적인 아이소부틸렌/아이소프렌 공중합체는 예를 들어, 불포화도가 약 1.7 몰%인 BK-1675N 하에 유나이티드 케미컬 프로덕츠 (St. Petersburg, Russia)로부터 시판되고 있다. 또 다른 전형적인 아이소부틸렌/아이소프렌 공중합체는 예를 들어, 불포화도가 약 1.85 몰%인 "란세스 부틸 (LANXESS BUTYL) 301", 불포화도가 약 1.75 몰%인 "란세스 부틸 101-3", 및 불포화도가 약 2.25 중량%인 "란세스 부틸 402" 하에 란세스 (Sarnia, Ontario, Canada)로부터 시판되고 있다. 적절한 아이소부틸렌/스티렌 블록 공중합체는 카네카 (Kaneka (Osaka, Japan))로부터 상표명 "시브스타 (SIBSTAR)" 하에 시판되고 있다. 이들 재료는 공중합체의 중량에 대하여, 약 15 내지 30 중량%의 범위의 스티렌 함량을 갖는 다이블록 및 트라이블록으로서 이용가능하다. 에틸렌-옥텐 블록 공중합체(다우 케미컬(Dow Chemical )로부터 상표명 인퓨즈(INFUSE)로 구매가능함)와 같은 폴리올레핀 탄성중합체가 또한 센서 마스킹을 위해 사용될 수 있다. 상표명 인게이지(Engage)(미국 미시간주 미드랜드 소재의 다우 케미컬)의 에틸렌-옥텐 공중합체가 또한 센서 마스킹을 위해 사용될 수 있다. C2 내지 C12의 모노 불포화된 탄화수소로부터 합성된 중합체, 블렌드, 또는 공중합체를 비롯한, 점착성에 대한 달퀴스트 기준(Dahlquist Criterion)을 충족하는 다른 폴리올레핀이 사용될 수 있으며, 특히 폴리헥센 및 폴리옥텐이 그러하다. 환형 폴리올레핀이 또한 센서를 마스킹하는 데 유용하며, 곤죽화되거나 점착화된 고무가 그러하다.

필름 본체 마스킹에 유용한 다른 감압 접착제는 아크릴계 접착제를 포함한다. 많은 아크릴계 접착제가 센서 내로 이동할 잔여 용매 및/또는 단량체를 높은 수준으로 가져, 원치않는 색상 변화를 야기한다. 그러나, 이들 잔여물이 센서에 부착되기 전에 접착제로부터 빠져나온다면, 아크릴 접착제는 우수한 폐색층으로서 작용할 수 있다. 센서 색상에 원치 않는 색상 변화를 야기하지 않는 아크릴계 PSA의 예는, 예를 들어 리니어드 폴리에스테르 테이프(Linered Polyester Tape) 6690 및 초저 탈기 고전단 폴리에스테르 테이프(Very Low Outgassing High Shear Polyester Tape) 8439에 있는 쓰리엠(3M)™ 초저 탈기 접착제(Very Low Outgassing adhesive), 및 쓰리엠™ 광학적 투명 접착제(Optically Clear Adhesive) 8172이다.

일 실시 형태에서, 감압 접착제는 갑압 테이프 형태로 필름 본체에 적용되며, 여기서 이는 라이너 필름 상에 코팅되고, 조각으로 절단된 후, 센서 필름에 부착된다. 이러한 구현예에서, 라이너는 종종 센서 내로의 증기의 투과에 대한 추가적인 장벽을 제공하며, 따라서, 라이너는 전형적으로는 적용 후 접착제에 부착된 채 남아 있다. 유사한 방식으로, 배킹이 사용될 수 있으며, 따라서 마스킹 테이프를 제공할 수 있다. 테이프 또는 접착제는 상이한 박리를 가진 두 개의 라이너들 사이의, 배킹-라이너 조합, 또는 저접착 백사이즈를 가진 단일 배킹일 수 있다. 라이너는 온스/인치(oz/in) 또는 뉴톤/데시미터(N/dM)로 측정된, 그의 이형 화학 및 이형 값에 따라 선택될 수 있다. 이상적으로 센서를 오염시키거나 또는 소량으로라도 접착제에 전사시켜 센서 필름에 대한 박리값을 변화시킬 수 있는 이형 화학은 피할 것이다. 본 발명은 또한 지지체 또는 배킹 상에 배치된 전술한 감압 접착제층을 포함하는 테이프 등과 같은 접착 마스킹 용품을 제공한다. 지지체는 소위 전사 테이프를 제공하기 위한 이형 기재 또는 라이너일 수 있으며, 여기서 노출된 접착제는 기재 또는 표면과 접촉하도록 놓여질 수 있으며 이형 라이너는 그 후에 접착제로부터 벗겨내어져 다른 기재 또는 표면에 대한 접합을 위하여 접착제의 다른 부분을 노출시킬 수 있다. 접착 용품은 접착제 조성물을 배킹층 상에 압출하거나, 코팅하거나, 또는 분무하는 것과 같은 다양한 임의의 공지의 방법에 의해 제조될 수 있는 테이프 또는 접착 시트로서 제공될 수 있다. 감압 접착 테이프 또는 시트는 표면 또는 필름 본체 상에 적층될 수 있다. 테이프 또는 시트는 또한 임의의 원하는 형상으로 다이-절단될 수 있다. 적합한 기재의 예는 이형 라이너(예를 들어, 실리콘 이형 라이너) 및 테이프 배킹(프라이밍되거나 프라이밍되지 않은 종이 또는 플라스틱일 수 있음)을 포함한다.

라이너의 예로는 미국 미주리주 세인트루이스 소재의 씨피 필름스(CP Films)로부터의 T-시리즈 라이너가 포함된다. 배킹을 위해 적합한 재료는 폴리올레핀, 폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 알코올, 폴리우레탄, 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 셀룰로오스 및 셀룰로오스 유도체가 포함된다.

고온 용융된 무용매 접착제가 마스킹 재료로서 적용될 수 있다. 이들 재료는 승온(전형적으로 적어도 화씨 150도(섭씨 65.6도))에서 센서 필름 상에 적용된 후 냉각되어 고체 폐색층을 남긴다. 바람직한 고온 용융 접착제는 센서를 오염시킬 수 있는 소분자 공첨가제를 함유하지 않는다. 예로는 스카치 웰드(Scotch Weld) 접착제 3779 및 3789와 같은, 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터의 스카치 웰드™ 고온 용융 접착제가 포함된다. 접착제는 가열될 때 유체가 되고 수초 내에 냉각 및 경화되는 100% 고체 열가소성 및 열경화성 수지이다. 이들 접착제는 스탠리 보스티치(Stanley Bostitch) SBGR-30K 글루 건(glue gun)과 같은 고온 용융 글루 건, 또는 쓰리엠 스카치 웰드™ 제품 패밀리로부터의 고온용융 애플리케이터를 이용하여 필름 본체에 적용될 수 있다. 재료는 센서가 사용되기 전에 실온에서 냉각되도록 한다.

중합체성 재료는 또한 필름 본체의 영역을 마스킹하기 위해 폐색층으로서 사용될 수 있다. 일 실시 형태에서, 수용성 중합체가 필름 본체의 마스킹을 위해 사용된다. 마스킹을 위해 유용한 수계 중합체의 예에는 폴리(비닐 알코올), 에틸 셀룰로오스, 하이드록시에틸셀룰로오스, 및 폴리(에틸렌 글리콜)이 포함되지만 이로 제한되지 않는다. 하기의 단량체 부류로부터 제조된 중합체와 공중합체가 또한 사용될 수 있다: 비닐 알코올, 비닐 페놀, 에틸렌 글리콜, 에틸렌 옥사이드. 전형적으로 이들 중합체는 수용액에서 제조된 후 필름 본체에 적용되어 원하는 영역에서 필름 본체를 마스킹하기 위해 컨포멀 코팅(conformal coating)을 제공한다. 적용은 스와빙(swabbing), 스핀코팅, 분무코팅, 딥코팅, 그라비어 코팅, 다이 코팅, 잉크젯 인쇄, 및 스크린 인쇄를 포함하지만 이로 제한되지 않는 용액 코팅 기술을 통해 이루어질 수 있다. 중합체성 용액이 또한 시린지 또는 피펫을 이용하여 필름 본체 상에 점적될 수 있다. 코팅된 필름 본체는 사용 전에 주위 온도 또는 승온에서 건조된다.

다른 대표적인 중합체성 폐색층 부류는 에폭시를 포함한다. 전형적으로, 에폭시 재료는 UV 또는 열 경화된다. 이 공정을 위한 요건은 베이스 에폭시 중합체가 분자 수준에서 충분히 커서 필름 본체 내로 침출되지 않으며, 공정이 무용매이며, 에폭시가 필름 본체에 적용된 후 빨리 경화되는 것이다. 에폭시는 경화사이클 후 적용에서 상기에서 설명된 것들과 유사한 적용하에서 적용될 수 있다. 그러한 에폭시의 예는 모멘티브(Momentive)™ UV9500, 무용매, 광경화성 에폭시실리콘 중합체일 것이다.

왁스 또는 수지, 예를 들어, 열 인쇄에 사용되는 유기 재료가 필름 본체 마스킹을 위해 사용될 수 있다. 이들은 열 인쇄 공정에 사용되는 왁스와 수지를 포함하지만 이로 제한되지 않는다. 상업적인 예에는 텍트로닉스, 인크.(Tektronix, Inc.)로부터의 컬러스틱스(ColorStix) 재료, 및 제록스 인크.(Xerox Inc.)로부터의 고체 잉크 재료가 포함된다.

무기 재료가 또한 폐색층을 위해 사용될 수 있다. 이들은 알루미늄, 크롬, 금, 니켈, 규소, 은, 백금, 및 팔라듐을 포함하지만 이로 제한되지 않는 금속을 포함한다. 금속 및 반금속 산화물, 예를 들어, 규소, 티타늄 및 크롬의 산화물, 질화물, 탄화물, 인화물 및 황화물이 또한 이용될 수 있으며, 또는 이들 재료의 혼합물이 이용될 수 있다. 이들은 스퍼터링, 증발 코팅, 화학 증착, 또는 플라즈마-침착과 같은 진공 코팅 기술을 통해 필름 본체의 선택된 영역에 적용될 수 있다. 마스크는 센서 기재 상에 원하는 침착 패턴을 생성하기 위하여 이들 코팅 방법에서 소스 또는 타깃을 덮기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 일련의 슬롯을 포함한 마스크는 센서 기재 상에 선들을 포함하는 폐색층을 생성할 수 있다. 스와빙, 스핀코팅, 분무코팅, 딥코팅, 그라비어 코팅, 다이코팅, 잉크젯 인쇄, 및 스크린 인쇄를 포함하지만 이로 제한되지 않는 용액 코팅 기술이 또한 무기 재료 또는 그 전구체를 침착하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 무기 졸-겔 가공을 이용하여, 침착 후 반응하여 무기 산화물 또는 다른 무기 재료를 생성하는 무기 전구체를 침착할 수 있다.

상기한 폐색층은 화학 표시에 유용한 다양한 상이한 시각적 패턴을 생성하기 위해 센서에 적용될 수 있다. 화학 분석물에 대한 노출시에 밝혀지는 패턴은 형상, 문자, 로고, 잔여 여과 능력의 표시, 메시지, 설명, 또는 사용자에 대한 다른 표시를 포함할 수 있다.

센서는 원하는 경우 추가의 층 또는 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, (예를 들어, 전술한 미국 특허 제4,208,194호에 기술되어 있는 바와 같은 피브릴화(fibrillated) PTFE의 매트릭스 내에 활성탄 입자가 매립된 웨브인) 흡수흡착제 장입 복합체의 다공성 층이 반사층과 흡수흡착 매체 사이에 배치되어, 표시기 내로 침투하는 증기를 균질화하거나 달리 흡수흡착 매체 내의 상태에 대한 표시기 응답을 완화시킬 수 있다. 필터 카트리지가 교체되어야 함을 나타내는 색상 또는 색조로 센서의 일부가 변화할 때, 그러한 외양의 변화는 필터 카트리지의 교체를 요구하는 특정 수준의 흡수흡착제 고갈을 반영한다. 다시 말하면, 필터 카트리지 제조사는 특정 수준의 흡수흡착제 고갈이 이루어질 수 있도록 특정 센서의 선택을 조정할 수 있다. 흡수흡착제 고갈의 수준의 선택은, 필터 카트리지가 교체될 필요가 있는 것으로 식별될 때 흡수흡착제가 100% 고갈되지 않도록 충분한 버퍼를 제공하는 것을 포함한 다양한 요인에 의존할 수 있다. 흡수흡착제 고갈의 수준은, 예를 들어 1시간 내지 3시간의 추가의 사용을 제공하여, 센서가 응답 신호의 충족 또는 카트리지 교체에 대한 필요성을 나타내는 색상 변화를 겪고 있음을 착용자가 인지하기에 충분한 시간을 갖게 하도록 확인될 수 있다.

본 발명이 착용자의 코, 입 및 눈을 덮는 전체-안면 호흡기 마스크를 사용하여 예시되었지만, 본 발명은 또한 착용자의 코와 입만을 덮는 하프-마스크(half-mask)와 관련하여 사용될 수 있다. 또한, 본 발명과 관련하여 사용되는 필터 카트리지는 영구적으로 또는 제거가능하게 마스크 본체에 부착될 수 있다. 하니스는 또한 다양한 구성이 될 수 있으며, 호흡기를 착용자의 머리 상에 지지하기 위해 크라운(crown) 부재와 같은 추가의 부품을 포함할 수 있다. 따라서, 센서 및 필터 카트리지 상에 배치된 센서를 가진 호흡 마스크를 제공할 때 본 발명에 의해 다양한 실시 형태가 고려된다.

실시예

본 발명은 다음의 예시적인 실시예에서 추가로 설명되는데, 여기서 모든 부 및 백분율은 달리 표시되지 않으면 중량에 의한 것이다. 다음의 표 1에 나타난 약자는 실시예 설명에서 사용된다:

[표 1]

실시예 1

재료의 4개 층을 센서 필름으로 제작하여 본 발명의 실시예를 제조하였다. 센서 필름의 층들은 (1) 반반사층; (2) 다공성 검출층; (3) 반사층; 및 (4) 폐색층으로 이루어졌다.

폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름(멜리넥스(Melinex) ST505 투명 PET, [듀폰 테이진 필름스(Dupont Teijin Films)], [미국 버지니아주 호프웰 소재])의 일 표면 상에 니켈을 코팅하여 제조된 반반사층을 생성하여 센서 필름의 제작을 시작하였다. 진공(0.0013 Pa(10^-5 토르)의 기본 압력)하에서 열 증발을 이용하여 니켈을 PET에 적용하였다. 2개의 테메스칼 심바(Temescal Simba) 2 전자빔 공급원(미국 매사추세츠주 턱스베리 소재의 에드워즈 코포레이션(Edwards Corporation))을 이용하여 흑연 도가니에서 니켈을 가열하였으며, 대략 10 ㎚의 두께에 해당하는 27%의 목표 광학 투명도가 도달할 때까지 니켈을 침착하였다.

반반사층의 Ni 코팅된 면에 적용된, 센서 필름의 제2 층은 내재적 미공성의 중합체층(PIM)이었다. PIM 재료는 버드(Budd) 등에 의해 문헌[Advanced Materials, 2004, Vol. 16, No. 5, pp. 456-459]에 보고된 절차에서 일반적으로 기재된 바와 같이, 단량체로부터 제조하였다. PIM 재료는 9.0 그램의BC를 5.28 g의 FA, 18.0 g의 탄산칼륨, 및 120 밀리리터의DMF와 혼합하여 형성하였다. 이어서, 혼합물을 70℃에서 24시간 동안 반응시켰다. 결과적인 중합체를 THF 내에 용해시키고, 메탄올로부터 3회 침전시키고, 실온에서 진공하에서 건조시켰다. 이러한 절차에 이어, 분자량(Mw)이 61,800인 고체 황색 중합체 생성물을 얻었다. 이어서 PIM 재료를 클로로벤젠 내의 재료의 4% 용액을 이용하여 반반사층의 Ni 표면 상에서의 슬롯 다이 침착을 이용하여 용액 코팅하였다. 3분 동안 121℃에서 건조한 후, 생성된 PIM 코팅은 두께가 대략 650 마이크로미터(㎛)였다.

센서 필름의 제3 층인 반사층은 PIM 재료층 상에 형성된 나노은 층이었다. 나노은은 나노은 현탁물(DGP-40LT-15C, 한국 충청북도 소재의 어드밴스드 나노프로덕츠(Advanced Nanoproducts))과 1-메톡시-2-프로판올의 1:1.5 용액을 이용하여 PIM 층 상에 용액 코팅하였다. 슬롯 다이 침착을 이용하여 PIM 재료층 상에 용액을 코팅하고 이어서 12시간 동안 130℃에서 가열하여 은 입자를 소결하여, 대략 150 ㎛ 두께의 반사층을 생성하였다.

필름 센서의 네 번째이며 마지막 층인 폐색층을 나노은 반사층에 부착시켜 원하는 구성의 폐색 및 비폐색 영역의 패턴을 형성하였다. 폴리아이소부틸렌(PIB) 접착제의 블렌드(옵판올, 타입 B80 및 B15, 미국 뉴저지주 플로람 파크 소재의 바스프)를 폐색 재료로서 이용하였으며 필름 이형 라이너(T-30, 미국 미주리주 세인트루이스 소재의 씨피 필름스(CP Films))의 도움으로 노출된 반사층에 부착시켰다. 옵판올 유형 접착제는 그의 고순도 및 낮은 유기 증기 잔류물로 인해 적용을 위해 선택되었다. 접착제층은 각각 톨루엔 중의 11.1% 고체 용액 내의 B80과 B15 접착제의 4:1 블렌드를 코팅하여 제조하였다. 용액을 이형 라이너 상에 코팅하고 30분 동안 70℃에서 건조시켜, 0.025 ㎜의 접착제 두께를 형성하였다. 이어서, 이형 라이너 중 하나를 그대로 두고 접착제를 원하는 패턴으로 반사층에 적용하여, 폐색층을 형성하였다.

센서 필름의 기능은 필름 조각을 깨끗한 벽의 밀봉된 챔버의 내부 표면에 부착시키고 대기압으로 전달된, 공기 중의 500 ppm 옥탄의 챌린지(challenge)로 챔버를 세정하여 평가하였다. 이어서, 센서 필름의 비폐색 부분과 챌린지 사이에 평형이 도달한 후 센서 필름의 색상을 관찰하였다. 평가를 위해, 중심에 3 ㎜ 폭 × 10 ㎜ 길이의 비폐색 직사각형 스트립 패턴을 가진, 1.5 ㎝ × 1.0 ㎝ 센서 필름 조각을 전사 접착제(8172, 미국 미네소타주 세인트폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니)를 이용하여 105 세제곱센티미터 부피의 밀봉 챔버의 내부 벽에 접착시켰다. 비폐색 패턴의 길이를 필름 조각의 짧은 치수에 평행하게 배향하였으며, 전사 접착제는 챔버 벽에 대한 부착을 위해 필름 센서의 반반사층에 적용하였다. 챔버 벽에 센서 필름 조각을 고정한 채, 32.0 리터/분의 부피 속도로 챌린지를 도입하였다. 센서 필름과 챌린지의 온도는 대략 25℃였다. 센서 필름의 비폐색 스트립이 챌린지와 평형으로 되기 위한 충분한 시간을 제공한 후, 필름 센서의 폐색 및 비폐색 부분의 색상을 챔버의 투명 벽을 통해 관찰하였다. 비폐색 스트립은 구별되는 적색을 갖는 한편, 폐색 섹션은 센서 필름의 원래의 녹색 외양을 유지하였음이 주목되었다. 센서 필름의 적색 섹션과 녹색 섹션 사이의 색상 해상도, 또는 충실도(fidelity)는 뚜렷하고 구별되었다.

비교예 1(마스크가 접합되지 않음)

센서 마스크가 스카치™ 테이프를 이용하여 부착된 PET 필름인 것을 제외하고는 실시예 1에서 설명된 바와 같이 센서를 제조하여 투명 챔버 벽에 부착시켰다. 8 ㎜ 직경 피부 펀치(dermal punch)(미국 펜실베니아주 요크 소재의 밀텍스(Miltex))를 이용하여 2.0 ㎝ × 1.5 ㎝ 조각의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름(멜리넥스 ST505 투명 PET, 미국 버지니아주 호프웰 소재의 듀폰 테이진 필름스)의 중심에 구멍을 위치시켰다. PET 필름을 챔버 내에서 센서 필름 위에 두어 중심 구멍이 센서의 반사층의 중간 섹션을 덮도록 하였다. PET 필름을 감압 접착 테이프(매직(Magic)™ 테이프 810, 미국 미네소타주 세인트폴 소재의 쓰리엠)를 이용하여 챔버의 벽에 부착시켰다. 마스킹된 센서 필름의 기능은 대기압으로 전달된, 공기 중의 500 ppm 옥탄의 챌린지로 챔버를 세정하여 평가하였다. 챔버 벽에 센서 필름 조각을 고정한 채, 32.0 리터/분의 부피 속도로 챌린지를 도입하였다. 센서 필름과 챌린지 증기의 온도는 대략 25℃였다. 센서 필름이 챌린지와 평형으로 되기 위한 충분한 시간을 제공한 후, 필름 센서의 폐색 부분과 비폐색 부분 사이의 색상 차이를 챔버의 투명 벽을 통해 관찰하였다. 비폐색 센서 섹션과 폐색 섹션의 대부분 둘 모두가 구별되는 적색을 갖는 한편, 폐색 섹션의 작은 분획은 센서 필름의 원래의 녹색 외양을 유지하였음이 주목되었다. 센서 필름의 적색 섹션과 녹색 섹션 사이의 색상 해상도, 또는 충실도는 열등하여, 명확한 형상 또는 패턴을 판독할 수 없었다.

비교예 2(마스크가 불활성이 아님)

1.5 ㎝ × 1.0 ㎝ 조각의 센서 필름을 실시예 1에서 설명된 바와 같이 제조하였다. 0.75 ㎝ × 1.0 ㎝ 조각의 감압 접착 테이프(매직™ 테이프 810, 미국 미네소타주 세인트폴 소재의 쓰리엠)를 센서의 반사층에 적용하여 센서의 절반을 마스킹하였다. 12시간 동안 대략 25℃에서 정치시에, 센서의 마스킹된 섹션은 구별되는 적색을 취한 한편, 센서의 비마스킹 섹션은 녹색을 유지하여, 테이프 마스크가 상기에 사용된 PIM계 검출층에 대해 불활성이 아니었음을 입증하였다. 이러한 평가는 일정 접착제에 존재할 수 있는 휘발성 유기 잔류물에 민감한 검출층을 위하여, 검출의 거짓 양성을 생성하는, 810 테이프의 오염 효과를 입증하였다.

본 발명은 그 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변경을 취할 수 있다. 따라서, 본 발명은 전술한 것에 의해 제한되는 것이 아니라, 하기의 특허청구범위 및 이의 임의의 균등물에 기술된 한계에 의해 좌우되어야 한다.

본 발명은 또한 본 명세서에 구체적으로 개시되지 않은 임의의 요소가 없을 경우에 적합하게 실시될 수 있다.

배경기술 단락에 인용된 것을 비롯하여 상기 인용된 모든 특허 및 특허 출원은 전체적으로 본 명세서에서 참고로 포함된다. 상기 명세서와 그러한 포함된 문헌의 개시 내용 간의 상충 또는 모순이 존재하는 경우에는, 상기 명세서가 우선할 것이다.

Claims

검출층을 포함하고 색 변화를 제공함으로써 화학물질의 존재에 응답하는 필름 본체를 포함하는 필름을 포함하며;
필름은 또한 제1 주요 표면을 가지며 필름 본체에 결합되지만 검출층에 대해 불활성이어서 폐색층과 화학물질이 폐색층의 제1 주요 표면에 수직인 영역에서 필름 본체 내에서 색상 변화를 야기하지 못하도록 하는 폐색층을 포함하는, 화학물질을 검출하는 센서.
제1항에 있어서, 폐색층은 접착제를 포함하는 센서.
제2항에 있어서, 폐색층은 감압 접착제(PSA)를 포함하는 센서.
제3항에 있어서, 폐색층은 PSA이고, 센서는 유기 증기를 검출하는 센서.
제3항에 있어서, PSA는 폴리아이소부틸렌, 폴리아이소부틸렌 공중합체, 아크릴, 또는 그 조합을 포함하는 센서.
제4항에 있어서, PSA는 폴리아이소부틸렌, 폴리아이소부틸렌 공중합체, 또는 아크릴 중합체, 또는 그 조합을 포함하는 센서.
제2항에 있어서, 폐색층은 고온 용융 접착제를 포함하는 센서.
제1항에 있어서, 폐색층은 수용성 중합체 또는 공중합체를 포함하는 센서.
제1항에 있어서, 폐색층은 에폭시를 포함하는 센서.
제1항에 있어서, 폐색층은 왁스를 포함하는 센서.
제1항에 있어서, 폐색층은 수지를 포함하는 센서.
제1항에 있어서, 사용 수명 종료 표시기인 센서.
제1항에 있어서, 잔여 수명 표시기인 센서.
하우징, 하우징 내에 배치된 필터 매체, 및 하우징의 측벽을 통해 보이는 제1항의 센서를 포함하는 필터 카트리지.
제14항에 있어서, 필터 카트리지 잔여 수명을 표시하는 하나 이상의 마킹을 포함하는 필터 카트리지.
제15항에 있어서, 마킹(들)은 카트리지 하우징의 측벽 내로 성형되는 센서.
마스크 본체와 제14항의 필터 카트리지 하나 이상을 포함하는 호흡 기구.
(a) 화학물질의 존재를 검출하는 센서;
(b) 측벽을 포함하는 하우징;
(c) 측벽의 제1 주연부에 고정된 커버; 및
(d) 하우징 내에 배치되는 필터 매체를 포함하며
센서는 하우징 측벽의 내부 표면에 대하여 병치되며, 하우징 측벽은 적어도 센서가 위치된 영역에서 투명하며, 하우징 측벽은 사용자에게 카트리지의 잔여 수명을 전달하기 위한 하나 이상의 마킹을 포함하는 필터 카트리지.
제18항에 있어서, 마킹(들)은 하우징 측벽 내로 성형되는 필터 카트리지.
마스크 본체, 마스크 본체에 고정된 하니스, 및 마스크 본체에 부착가능한 제18항의 카트리지 하나 이상을 포함하는 호흡 기구.