TW202143872A - 具有由多組分長絲製成的過濾介質的面罩 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種用於防止傳染原的具有由紡制的非織造物製成的過濾介質的面罩，紡制的非織造物由多組分長絲組成，多組分長絲至少部分地分裂成基本長絲，其中，任選地存在不是過濾介質的另外的至少一個層。本發明還涉及過濾口罩和面罩的用途。

Description

具有由多組分長絲製成的過濾介質的面罩
本發明涉及具有由多組分長絲製成的過濾介質的面罩及其用途。
各種類型的面罩可以用於呼吸保護。過濾式半面罩(FFP=過濾式面具)是個人防護裝備(PPE)的物品，並且具有保護佩戴者免受顆粒和氣溶膠傷害的目的。過濾式半面罩的設計經歷變化。可以使用具有或不具有呼氣閥的口罩。不具有閥的口罩可以過濾進入和流出的空氣，從而為佩戴者和其他人提供保護。具有閥的口罩只能過濾進入的空氣，並且因此不是設計成用於保護他人。在標準DIN EN149：2001-10中限定了過濾式半面罩的性能和要求。
醫用面罩(口鼻保護裝置、MNP、面罩、口保護裝置、外科口罩)主要用於保護他人避免暴露於來自攜帶面罩的人的可能的感染性氣溶膠。當緊密配裝時，醫用面罩還可以為佩戴者提供保護，然而，這不是口罩的主要目的。標準DIN EN 14683：2019與醫用半面罩有關。醫用半面罩不僅用於醫療應用中，而且還用於日常生活中。病人和其他人均可以佩戴醫用口罩以降低傳播感染的風險，特別是在流行或大流行的情況下。醫用面罩對醫務人員和公眾對抗由冠狀病毒SARS-CoV2引起的 COVID-19疾病而言非常重要。
在現有技術中，醫用面罩通常具有三層結構。醫用面罩經常包括作為支承層的由聚丙烯製成的紡制的非織造物、由熔噴微纖維製成的帶靜電的中央過濾層以及作為覆蓋層的由聚丙烯製成的紡制的非織造物。只有以非常細的熔噴微纖維為特徵的介質過濾層有助於氣溶膠的去除。支承層朝向口部，並且僅提供機械保護。外覆蓋層還為過濾層提供機械保護。通常的做法是使過濾層帶電以提高過濾效率。
過濾層的過濾效率限定了面罩的性能等級和壓降/呼吸阻力。
DIN EN 14683：2019限定了如下所述的不同的性能等級：
Figure 110117496-A0101-12-0002-1
該標準建議，I型醫用面罩應當僅用於病人和其他人，以降低傳播感染的風險，特別是在流行或大流行的情況下。I型口罩並非旨在用於手術室或具有類似要求的其他醫療機構的醫務人員。
普通的面罩具有各種缺點。尤其是鑒於COVID-19大流行，仍然非常需要向醫務人員、與他人密切接觸的人以及公眾提供具有高過濾效率和佩戴者舒適性但同時價格低廉且容易獲得的面罩。一般來說，對於已知的口罩，性能矛盾的過濾效率與透氣性的比也仍然可以改善。另一已知問題是，具有高過濾效率的口罩通常只能使用一次，因為洗滌會降低過濾效率。對於帶電的或包括非常細的熔噴纖維的過濾介質而言， 該問題尤其明顯。
由分裂的多組分長絲組成的紡制的非織造物在本領域中是已知的。它們由Freudenberg，DE公司提供，商標為Evolon，用於各種應用，並且例如在EP 3 165 655 B1或DE 10 2004 036 099 A1中進行了描述。
US 2018/0361295 A1涉及一種包括殼體的濾芯，殼體中插入有過濾介質，該過濾介質在多個側面附接至殼體並且被密封。
US 5817584涉及一種面罩織物，其中，第一層由熱結合的多組分長絲組成，並且第二層包括附加的微纖維，特別地，包括熔噴纖維。
本發明的目的是提供一種用於防止傳染原的面罩，該面罩克服了以上提及的缺點。特別地，應當提供可以以簡單的方式方便且大量獲得的面罩。面罩應當具有高的過濾效率並且為使用者提供高的舒適性，而且透氣性應當較高以使得呼吸阻力較低。優選地，面罩應當可以重複使用並且可以洗滌，而不會降低過濾性能。
令人驚訝的是，本發明的根本問題通過根據請求項所述的面罩和用途來解決。本發明的主題是一種用於防止傳染原的具有由紡制的非織造物製成的過濾介質的面罩，所述紡制的非織造物由多組分長絲組成，所述多組分長絲至少部分地分裂成基本長絲，其中，面罩任選地包括不是過濾介質的另外的至少一個層。
面罩是覆蓋口和鼻從而提供防止傳染原直接傳播的屏障的口罩。這種面罩也被稱為醫用口罩或外科口罩。通常，口罩是半面罩。
面罩應當保護佩戴者和/或其他人免受傳染原的侵害。傳染原通常是病菌，一般是細菌或病毒。通常，這種面罩從呼吸空氣中過濾出氣溶膠顆粒。通常，氣溶膠是液體顆粒(液滴)或細小的固體顆粒在空氣或其他氣體中的懸浮物。顆粒直徑通常在0.1μm至10μm的範圍內。呼吸空氣可以包括通常呈液滴的形式的液體氣溶膠顆粒，液體氣溶膠顆粒可能包括傳染原。氣溶膠例如可以在說話、呼吸或打噴嚏期間從人的嘴巴釋放出來。
面罩包括過濾介質。術語“過濾介質”是指面罩的從吸入或呼出的空氣中以機械或物理方式分離或去除呈液態或固態形式的氣溶膠顆粒的部分。過濾介質是平坦層，呼吸空氣穿過該平坦層，使得不期望的組分從呼吸空氣中去除。
過濾介質由紡制的非織造物組成。紡制的非織造物由多組分長絲組成，多組分長絲至少部分地分裂成基本長絲。過濾介質可以包括兩層或更多層紡制的非織造物。面罩不包括其他附加的過濾介質。可選地，面罩可以包括不是過濾介質但是同樣被呼吸空氣橫過的附加的平坦層。優選地，這樣的層是支承層或覆蓋層。總體而言，面罩的特徵在於，過濾介質以簡單的方式定結構且可以以簡單的方式獲得，因為過濾介質僅由一種紡制的非織造物組成。
令人驚訝的是，已經發現本發明的具有由分裂的多組分長絲而來的紡制的非織造物製成的過濾介質的面罩可以將高過濾效率與高呼吸活性相結合。這是有利的，因為通常很難使這些相反的參數彼此一致。在本領域中，通常觀察到的是，如果透氣度相對較高，則纖維材料 的過濾效率趨於相對較低，相反，如果纖維材料的過濾效率相對較高，則透氣度趨於相對較低。儘管過濾介質不像現有技術中的常規產品那樣包括熔噴纖維層，但是實現了本發明的優點。此外，不需要使過濾介質帶靜電，這對於足夠的過濾效率而言在本領域中也是常見的。總的來說，有利的是，可以簡化生產並且可以提供僅由相對較少的部件組成的有效的面罩。
本發明的另一優點是不需要諸如支承層或覆蓋層之類的附加層。在過濾介質的多層結構的情況下，外層還可以作為覆蓋層起作用，這大大簡化了口罩的生產。
令人驚訝的是，已經發現本發明的過濾介質在高過濾效率下具有低的壓差(壓降)，並且因此具有低的呼吸阻力。由此，口罩對佩戴者的舒適性顯著提高，而不會顯著降低性能。這在工作場所比如生產現場、美食或零售業、在鍛煉特別是在運動期間或人群聚會中尤其重要。因此，面罩非常適合非醫務人員。
通常，面罩包括用於附接在佩戴者的嘴和下巴上的固定裝置。例如，諸如絲帶或夾子之類的裝置可以確保口罩與面部的側面緊密對準。面罩可以具有各種形式和結構，並且可以包括附加特徵，例如用於保護佩戴者免於飛濺物或滴狀物的面部保護、防霧功能或用於將口罩調節至鼻子形狀的鼻夾。過濾介質可以固定在框架中或通過其他裝置固定。
過濾介質是由至少部分地分裂的多組分長絲製成的紡制的非織造物。過濾介質可以由單層紡制的非織造物或彼此平置的多層紡制的非 織造物組成。
紡制的非織造物是由連續纖維製成的非織造物，將連續纖維從聚合物熔體中紡制並且拉伸，置於非織造物前體(毛氈)上，並且相互結合以形成非織造物。在紡制工藝中獲得了連續的長絲，其也被稱為無端長絲(與所限定的短纖維相反)。在本發明的過濾介質中使用的纖維優選為連續的長絲而不是短纖維。如本文中所使用的，術語纖維和長絲用作同義詞。紡制的非織造物是非織造織物或片材。根據定義，非織造物中的纖維可以通過摩擦、粘附和/或內聚來結合。通常，非織造物纖維具有隨機取向。優選地，非織造物是ISO 9092：1988中限定的紡織品。
紡制的非織造物優選地用作面罩中的過濾介質，因為紡制的非織造物相對穩定，不會表現出明顯的顆粒損失並且具有相對光滑的表面。特別是由精細分裂的多組分長絲製成的紡制的非織造物相對柔軟並且富有彈性，並且因此可以為佩戴者提供較高的皮膚舒適性。
紡制的非織造物由多組分長絲組成。多組分長絲是可分裂的。多組分長絲至少部分地分裂成基本長絲(單絲)。可分裂的多組分長絲由彼此平行對準的至少兩個不同的基本長絲組成。所述至少兩個不同的基本長絲彼此之間具有相間相，並且沿著長絲長度以可分裂的方式彼此粘附。粘附力相對較松。優選地將多組分長絲以機械的方式分裂成基本長絲。通常為水射流處理的流體射流處理是特別適合的，因為它同時使紡制的非織造物固結。經過相應處理的紡制的非織造物的特徵在於下述區域：在該區域中多組分長絲僅部分分裂或根本沒有分裂。分裂的長絲的比可以隨著時間和/或施加的能量而增加。當進行足夠長的和/或高能 的流體射流處理時，可以獲得幾乎僅由基本長絲組成的紡制的非織造物。優選地，基於長絲的總重量，非織造物中的所有長絲的至少60%、特別地至少80%、至少90%或至少95%是基本長絲。可以通過對非織造物的多個隨機選擇的區域進行微觀分析來確定分裂的長絲的比。
相反，芯型/護套型的雙組分長絲通常是不可分裂的。它們通常用於使雙組分長絲通過熔融的護套部件而彼此粘附結合。
在優選的實施方式中，基本長絲具有0.01dtex至2.0dtex的範圍內的纖度，優選地具有0.02dtex至1dtex之間的纖度。特別優選的是，纖度在0.03dtex至0.6dtex之間，並且尤其是在0.05dtex至0.4dtex之間，或者更優選地，在0.075至0.3dtex之間。當纖度在0.1dtex至0.2dtex之間時，可以獲得特別良好的過濾和呼吸性能。例如，具有這種低纖度的基本長絲可以通過已知方法從PIE 16型的雙組分長絲中獲得。已經發現，這種過濾介質可以具有特別高的過濾效率和透氣性。從分裂的多組分長絲中獲得的這種單絲非常細，並且還可以賦予過濾介質高的彈性和柔軟性，從而增加了佩戴者的舒適性。
優選地，多組分長絲包括兩種、三種或更多種不同的聚合物組分。通過分裂，從每種組分中獲得限定的基本長絲類型。因此，紡制的非織造物包括彼此不同的至少兩種類型的基本長絲。基本長絲類型可能包括不同類型的聚合物。基本長絲類型還可以包括不同的纖度。優選地，組分的纖度差為至少0.02dtex。通過在紡制的非織造物中結合相對較細的和略厚的基本長絲，可以實現更高的過濾效率。優選地，多組分長絲中的每種基本長絲類型的量是相同的。優選地，多組分長絲包括兩 種或三種不同的組分。特別優選的是雙組分長絲。在這方面，有利的是，可以實現高的可分裂性，由此材料具有相對簡單的結構。
在優選的實施方式中，過濾介質由至少兩層紡制的非織造物組成。優選地，過濾介質由二至八層組成，特別地由二至六層組成。優選地，紡制的非織造物由兩層、三層、四層或五層組成。特別優選的是，過濾介質由兩層、三層或四層組成。在一個實施方式中，存在兩層。在這些實施方式中，所有層均是由至少部分分裂的多組分長絲製成的紡制的非織造物。令人驚訝的是，已經發現與僅包括單層的相同總基重的相當的過濾介質相比，由兩層製成的過濾介質已經具有明顯更好的性能。由多層製成的過濾介質不僅具有高得多的細菌過濾效率(BFE)，而且還具有明顯更高的透氣性。
在優選的實施方式中，過濾介質由三層紡制的非織造物組成。優選地，過濾介質由三至八層組成，特別地由三至六層組成。特別優選的是三層、四層或五層的紡制的非織造物。特別優選的是三層或四層的過濾介質。在這些實施方式中，所有層均是由至少部分分裂的多組分長絲製成的紡制的非織造物。令人驚訝的是，已經發現與僅由一層或兩層組成的相同總基重的相當的過濾介質相比，三層或四層以上的過濾介質甚至可以具有更好的性能。通常，由三層或更多層製成的過濾介質不僅具有更高的BFE，而且還具有明顯更高的透氣性。這種效應對於三層或四層而言尤其明顯。
出於實際考慮，優選的是，過濾介質中的過濾層的數量不要過高。因此，優選的是，過濾介質不超過四層，或不超過五層或不超過六 層。原因是這種紡制的非織造物不應過薄，以提供良好的可加工性和有效且一致的生產。因此，具有高厚度的過多數量的層可能導致相對較高的總基重。通常，由大量的層生產過濾介質可能是相對繁重的。
為了給面罩提供穩定性，過濾介質的層可以通過已知方式彼此附接。優選的是，各層至少在所述層的一些區域中僅鬆散地彼此附接。這將導致各層之間的氣隙。優選地，各層僅在所述層的部分區域中彼此附接。附接可以均勻地分佈在該區域上，或者可以僅分佈或主要地分佈在各層的週邊區域中。週邊區域中的連接是優選的，因為透氣性不會因此而降低。另外，可以存在不在週邊區域中的連接。各層可以通過常規技術比如縫合或粘合劑結合、特別地通過超聲波結合彼此附接。可以將用於回溯或區分的標籤直接列印到過濾介質上，而無需進一步的表面處理。
優選地，至少在初始時，使過濾介質的兩個層、三個層、四個層或更多個層彼此分開生產。隨後各層可以彼此結合。因此，可以確保各層是離散的，並且當形成層壓結構時在各層之間提供氣隙。因此，優選的是，在相同的紡制程式和/或由相同的紡制工位不使層彼此鋪放。然而，當紡制設備具有多個紡制工位時，可以單獨地且以離散的形式生產紡制的非織造物的不同層，如果需要的話，所述不同層可以在同一設備中進行進一步加工並且隨後充分結合。
在優選的實施方式中，可以包括多層的過濾介質具有40g/m2至300g/m2、優選地從50g/m2至200g/m2、並且特別地從60g/m2至150g/m2的總基重(基重、面積重量)。優選地，基重為至少40g/m2或至少 60g/m2，以實現足夠的機械穩定性和BFE。優選地，基重不大於200g/m2，或者特別，不大於150g/m2，以保持足夠的透氣性。在這方面，如果基本長絲相對較細，則可以將基重調節得相對較低。令人驚訝的是，這種相對較低的基重對於滿足醫用面罩要求的過濾介質而言是足夠的。這種相對較輕的材料可以提供高的佩戴舒適性，特別是在較長的時間段內和/或體育鍛煉期間佩戴該面罩時。
在優選的實施方式中，紡制的非織造物的每個層具有10g/m2至100g/m2、優選地從20g/m2至60g/m2、更優選地從20g/m2至40g/m2的基重。各層可以包括相同或不同的基重。優選地，過濾介質包括兩個、三個、四個或五個這樣的層。已經發現，如果過濾介質由具有這種基重的層組成，則可以獲得特別高的BFE和透氣性。
在優選的實施方式中，各層包括不同的基重。通過選擇限定的基重，可以改善過濾性能。由此，可以設想的是，(兩層或更多層的)外層或(三層或更多層的)兩個外層具有比其他一層或多層更低的基重，以便主要實現保護功能(作為覆蓋層)。在另一實施方式中，各層是相同的，或者各層包括至少相同的基重和/或厚度。相同的層可能是有利的，因為可以容易地從相對較少數量的相同組分中獲得有效的過濾介質。
在優選的實施方式中，過濾介質包括至少兩層，其中，內層的纖維直徑小於至少一個外層的纖維直徑。這可能是有利的，因為一個或多個外層可以賦予過濾介質相對較高的穩定性，而一個或多個中間層可以具有相對較高的過濾效率。在至少三層的情況下，優選的是，兩個外 層均具有相應的更大的纖維直徑。
紡制的非織造物可以通過紡制工藝獲得，在紡制工藝中，對多組分長絲進行鋪設以形成非織造物，然後將多組分長絲分裂成基本長絲，並且使非織造物固結。在這種工藝中，獲得了典型的非織造結構。在分裂成基本長絲期間，通常與由具有相同纖度的單絲製成的相應的非織造物相比時，獲得了單個長絲的更緊密的纏結。分裂的纖維非織造物在結構上的特徵也在於下述部分區域：在該部分區域中，儘管多組分長絲已經分裂，但是基本長絲仍然或多或少地平行對準。總的來說，由分裂的多組分長絲獲得的非織造物具有限定的且獨特的結構，該結構具有有利的性能。
優選地，多組分長絲通過熔融紡制來生產。由此，熱塑性聚合物熔融並且從熔體中紡制。這提供了一種用於生產由多組分長絲製成的紡制的非織造物的特別簡單且可靠的方法。
通常，通過分裂多組分長絲獲得的基本長絲具有非圓形、而是具有邊緣和不規則結構的橫截面。這是有利的，因為不規則形狀的基本長絲彼此間具有相對較低的移動性。在特別優選的實施方式中，多組分長絲、特別是雙組分長絲具有所謂的派餅形結構(PIE結構、橙形結構)。派餅形結構是有利的，因為它們可以相對容易地分裂。具有派餅形橫截面的雙組分長絲被分裂成具有派餅形或楔形結構的基本長絲，這增加了非織造物的內部穩定性。
優選地，每個多組分長絲由8至64個基本長絲形成。利用已知的方法，可以獲得具有例如8、16、24、32、48或64個區段的雙組分 長絲。在分裂時，多組分長絲分解為相應數量的基本長絲(單絲)。由此，術語“派餅形”通常涉及紡制噴嘴的橫截面，但是僅大致描述了基本長絲的橫截面形狀。優選地，雙組分長絲具有相同數量的每種基本長絲(例如，PIE16雙組分長絲中每種類型的8個基本長絲)。雙組分長絲優選地包括交替的單絲。還優選的是中空-派餅形結構，所述中空-派餅形結構在軸向方向上包括中空空間。
特別優選的是由呈16個區段的派餅形形式的雙組分長絲製成的紡制的非織造物，紡制的非織造物特別地具有0.05dtex至4dtex的纖維纖度，其中，過濾介質的總基重優選地為75g/m2至200g/m2。已經發現，由這種紡制的非織造物製成的過濾介質可以具有特別高的BFE和透氣性。
優選地，纖維形成的聚合物是熱塑性的。優選地，所述聚合物選自聚酯、聚醯胺、聚烯烴和/或聚氨酯。特別優選的是具有聚酯組分和聚醯胺組分的雙組分長絲。
優選的是，單組分長絲盡可能多地分裂。由此，可以提高紡制的非織造物的均勻性和細度，從而提高過濾效率。為了實現高的可分裂性，有利的是，至少兩個基本長絲包括不同的熱塑性聚合物，該聚合物優選為不相容的。不相容的聚合物結合會導致成對的長絲彼此之間沒有或只有很少的粘合劑結合。優選地使用聚酯、聚醯胺、聚烯烴和/或聚氨酯作為不相容的聚合物對。具有聚醯胺和聚酯、特別是聚對苯二甲酸乙二酯(PET)的聚合物對是特別優選的，因為它們具有低粘附性。由於低粘附性，包括至少一種聚烯烴的聚合物對也是優選的。特別優選的 是一種聚酯、特別是PET、聚乳酸和/或聚對苯二甲酸丁二醇酯與聚醯胺(PA)、特別是聚醯胺6、聚醯胺66或聚醯胺46的組合，如果需要的話，與上述組分中的一種或更多種組合，優選為聚烯烴。特別優選的是PET和聚醯胺6、PET和聚醯胺66的組合。進一步優選的是包括至少一種聚烯烴的聚合物對，特別是與至少一種聚酯或聚醯胺組合的聚合物對。由此特別優選的是聚醯胺6/聚乙烯、PET/聚乙烯、聚丙烯/聚乙烯、聚醯胺6/聚丙烯或PET/聚丙烯。這些組合具有相對較高的可分裂性。在優選的實施方式中，第一基本長絲與第二基本長絲的體積、長度和/或重量比在90：10至10：90之間，特別地在80：20至20：80之間。
聚合物是長絲的纖維原料(纖維形成組分)。長絲可以包括常規添加劑。添加劑不是纖維原料，並且通常也不是有機聚合物。可以向纖維聚合物添加添加劑以改變纖維聚合物的性能或改善可加工性。合適的添加劑例如可以是染料、填料、抗靜電劑、抗微生物劑比如銅、親水性或疏水性改性劑等。例如，基於長絲的總重量，添加劑可以以高達10wt.%、優選地以高達5wt.%或高達2wt.%的量存在，特別地，以150ppm至10wt.%之間的量存在。
用於生產可以分裂成基本長絲的合適的多組分長絲的方法在本領域中是已知的。例如，在EP 3 165 655 B1、FR 2 749 860 A、DE 10 2014 002 232 A1中描述了這種長絲和非織造物的生產。例如，可以使用商標為REICOFIL 4(Reifenhäuser，DE)的紡制設備來生產紡制的非織造物。在下文中，描述了可以在本發明中使用的用於生產過濾介質和紡制的非織造物的合適的方法。如果沒有另外公開，則可以相應地處理一層紡制 的非織造物，或者處理由多層紡制的非織造物組成的過濾介質。
過濾介質或紡制的非織造物可以經受機械處理，在機械處理中，多組分長絲至少部分地分裂成基本長絲。優選地，過濾介質和/或紡制的非織造物由此被同時固結。優選的是流體射流處理，在流體射流處理中，流體比如液體或氣體在非織造物上在壓力下操作。特別優選的是水射流處理(水刺法、水射流針刺)。水是廉價的並且可以大量獲得，並且非織造物可以迅速乾燥並且沒有不期望的殘留物。長絲被分裂並且被混合，從而通過摩擦和纖維鎖定形成緊密的複合材料。由此，可以獲得具有高柔軟性和高彈性的均質的紡制的非織造物。根據本發明，可以通過流體射流處理對每層的過濾介質進行單獨固結，然後將各層組合；或者可以將各層組合，然後通過流體射流處理對每層的過濾介質進行單獨固結。過濾介質和/或紡制的非織造物可以經受常見的後處理、比如乾燥和/或收縮。
另外，可以執行進一步的固結處理、比如機械固結步驟。例如，可以通過壓延執行固結。在一個實施方式中，通過壓延執行預固結，然後進行水射流處理。壓延優選地在足夠低的溫度下進行，使得不會發生由於熔融纖維而引起的熱固結。
在另一實施方式中，過濾介質和/或紡制的非織造物被熱固結，特別是在部分區域中被熱固結。可以在非織造物區域上均勻分佈的部分區域中的局部固結可以改善穩定性。例如，可以通過以點圖案進行超聲波處理和/或壓延來提供低固結。然而，為了保持非織造物的有利性能，特別是為了保持針對多層結構的有利性能，應當以這種方式僅將非織造 物的一小部分區域固結，通常將小於總面積的10%或更小或5%的區域固結。為了不過度地降低透氣性，非織造物可以在不施加壓力的情況下在烘箱中熱固結。
然而，優選的是，過濾介質和/或紡制的非織造物不被熱固結，並且在這方面尤其不在整個區域上被熱固結。這意味著非織造物沒有在整個區域上經受溫度處理，在溫度處理中，纖維或熔融粘合劑已經軟化，使得纖維彼此粘附。非熱結合的非織造物可以是有利的，因為可以保持孔隙率、柔軟度和彈性。相比之下，熱固結可能會以對佩戴者的皮膚不利的方式改變機械性能。特別地，非織造物可以變得更堅硬並且孔隙更少，從而降低空氣和水分透過性。
然而，過濾介質可以包括使各層彼此連接或使各層與面罩的其他部分連接和/或可以使面罩穩定化的部分區域，特別是週邊區域，也可以是其他區域；比如密封接縫、粘合劑接縫或縫合在一起的區域。週邊區域的這種局部固定和連接不影響過濾性能。不可以將其視為過濾介質或紡制的非織造物的固結。
在優選的實施方式中，過濾介質和/或紡制的非織造物不是化學結合的。這意味著纖維不是通過在紡制之後執行的化學反應彼此結合。因此，纖維之間不產生共價鍵。這具有下述優點：非織造物保持足夠的柔軟和彈性，並且沒有佩戴者吸入來自化學反應的殘餘產物或副產物的危險。在優選的實施方式中，過濾介質和/或紡制的非織造物不與附加的結合劑固結。這將是相對複雜的，並且會引起結合劑發生分離並且被佩戴者吸入的風險。優選地，過濾介質和/或紡制的非織造物不被針刺， 並且尤其是不用針進行針穿刺。這種針刺或針穿刺工藝可能有害，因為可能會形成纖維密度較低的區域，這些區域具有比期望的孔隙率更高的孔隙率，使得過濾介質的BFE可能降低。同時，可以形成降低透氣性的相對緻密的區域。
在優選的實施方式中，過濾介質和/或紡制的非織造物僅通過流體射流處理來固結，特別地通過水射流處理來固結。因此，不執行其他固結處理，比如熱結合、化學結合或機械針刺。已經發現，僅通過流體射流處理就可以有效地分裂多組分長絲，而且可以實現充分的固結。
本發明的面罩的特殊優點是，面罩是可洗滌的，並且因此可以重複使用。令人驚訝的是，發現即使在反復洗滌之後，過濾效率也不會降低。此外，甚至發現通過清洗可以改善面罩的性能，並且令人驚訝的是，尤其可以改善過濾效率。優選地，根據DIN EN ISO 6339在60℃或者在另一實施方式中在95℃下進行10次家用洗滌迴圈之後，BFE不會降低和/或改善至少1%，更優選地改善至少2%，最優選地改善至少5%。
優選地，將面罩洗滌至少一次，優選地洗滌至少兩次，更優選地洗滌至少五次，或者甚至洗滌至少十次。在優選的實施方式中，面罩在被第一次提供給使用者和/或由使用者佩戴之前被洗滌。優選地，在洗滌處理(週期)之間將面罩佩戴例如至少一個小時或一天。優選地，洗滌在升高的溫度下進行，比如在至少40℃下進行，優選地在至少60℃或至少80℃下進行。如本文中所使用的，術語“洗滌”是指常規的紡織品清潔處理，優選地在洗衣機中進行。由此，將面罩浸泡在通常包 括洗滌劑的水性洗滌液中，並且對面罩進行通常至少10min或至少30min的機械攪拌。優選地，洗滌處理如DIN EN ISO 6330中所述，其描述了針對紡織織物的標準洗滌處理。
洗滌可以具有改善材料柔軟性和佩戴者舒適性的效果。由此，可以改善面罩的懸垂性，因此使面罩更緊密且更靠近地貼合臉部的形狀，從而提供更好的保護。然而，在不受理論約束的情況下，假設還可以通過洗滌並且甚至通過反復洗滌具體地改善本發明的過濾介質的均勻性。通常通過流體射流處理將多組分長絲至少部分地分裂成基本長絲，在流體射流處理中，高機械力作用於非織造物上。由於分裂和/或密度變化，這可能導致不均勻的微觀結構。例如，如果具有內部張力的區域被鬆弛，則洗滌期間的機械力可以使這種不規則性平整。還可以設想的是，仍然彼此鬆散地粘附的一些殘留的多組分長絲最終在洗滌期間分裂。
在優選的實施方式中，過濾介質和/或紡制的非織造物不帶靜電。相反，為了獲得期望的BFE，現有技術的面罩的過濾介質通常是帶靜電的。在本領域中，過濾介質通常通過電暈處理進行充電。令人驚訝的是，本發明的過濾介質在沒有靜電的情況下可以具有至少相當的或者甚至更高的過濾效率。這是有利的，因為在本領域中使用的帶靜電的過濾介質和相應的面罩通常是不可洗滌的，因為在洗滌期間靜電電荷減小並且甚至可能完全丟失。此外，不帶靜電電荷的面罩和過濾介質可以更方便地生產，並且具有較低的能量消耗，並且在儲存或使用期間不存在放電問題。
本發明的面罩不包括熔噴纖維和/或熔噴纖維層。這是有利的，因為由熔噴纖維生產非織造物和層壓材料是相對複雜的。此外，本領域中包括熔噴纖維的面罩通常是帶靜電的。因此，本發明的面罩可以設置有更簡單的過濾介質並且不帶靜電電荷，並且在洗滌、儲存或使用期間不會由於放電而劣化。
優選地，過濾介質不包括非纖維的其他過濾劑、比如說諸如活性炭之類的吸附劑。提供僅由紡制的非織造物組成的過濾介質是有利的，因為該過濾介質更方便且更經濟，使得可以快速生產大量的面罩。
本發明的面罩的另一優點是，它可以在高壓釜中滅菌，特別是當其由聚酯和聚醯胺長絲製備時。由於材料的組分，可以在標準的滅菌高壓釜中在120℃以上的溫度下對過濾介質進行滅菌(根據DIN EN 285，在134℃下滅菌至少三分鐘)。相比之下，包括由聚丙烯製成的熔噴層的常規的過濾介質不能在DIN EN 285限定的條件下進行滅菌，因為其在高壓釜中需要明顯更長的停留時間。
在優選的實施方式中，面罩和/或過濾介質具有根據DIN EN 14683：2019的至少95%、至少98%或優選為至少99%或100%的細菌過濾效率(BFE)。已經發現，該過濾介質可以具有如此高的BFE，使得該面罩可以滿足對I型、II型或者甚至IIR型的醫用面罩的要求。因此，本發明的面罩也可以非常適合醫務人員。然而，即使具有較低性能的面罩也可能是實際相關的。例如，為了防止諸如COVID-19之類的疾病的傳播，向公眾提供面罩可能是合理的，所述面罩並不昂貴並且可以大量獲得，並且所述面罩還具有較高的佩戴者舒適性，但是具有低於95%的 BFE。當面對供應大量面罩的問題時，為了實現期望的流行病學目標，提供相對簡單的口罩而不是更複雜但更有效的口罩可能會更有效。根據經驗，當佩戴者的舒適性很高且呼吸僅很小程度地受損時，佩戴者的紀律性尤其是公眾的紀律性就可能提高。因此，在一個實施方式中，面罩可以具有80%直至95%的BFE，或者在另一實施方式中，可以具有至少85%或至少90%的BFE。
在優選的實施方式中，面罩和/或過濾介質具有根據EN ISO 9237：1995在100Pa下確定的至少100 l/m2s、優選地大於133 l/m2s、特別優選地大於175 l/m2s的透氣性。對於具有高BFE的面罩而言，這樣的透氣性相對較高。標準DIN EN 14683：2019要求I型和II型面罩具有<40Pa/cm2的壓差，其對應於根據DIN EN ISO 9237的在100Pa下的>133 l/m2s的透氣性。低壓差或高透氣性意味著呼吸阻力低，從而允許佩戴者長時間佩戴口罩並且執行艱辛的任務。優選地，面罩具有根據DIN EN 14683：2019的<40Pa/cm2、優選地小於35Pa/cm2、更優選地小於30Pa/cm2或者甚至小於20Pa/cm2或<10Pa/cm2的壓差。
在優選的實施方式中，面罩和/或過濾介質滿足針對DIN EN 14683：2019特別是DIN EN 14683：2019的I型、II型或IIR型的醫用面罩的性能要求，優選地滿足關於細菌過濾效率(BFE)和/或壓差的性能要求，還優選地滿足關於抗飛濺性和/或微生物純度的性能要求。就本文中參考的標準DIN EN 14683：2019而言，其優選為DIN EN 14683：2019：6。
抗飛濺性可以通過已知方法例如通過使過濾介質疏水化來調 節。如本領域中已知的，微生物純度可以通過在生產、處理和儲存期間避免污染來調節。
優選地，根據EN ISO 9237：1995-12A的使用20cm2的測試表面和200Pa的壓差確定的面罩和/或過濾介質的透氣性為至少20mm/s，更優選地為至少30mm/s，其優選為100或50個單一值的平均值。
在優選的實施方式中，根據生產商和/或ASTM E1294-89和ASTM F-216-03的規定，當具有80g/m2或100g/m2的基重時，紡制的非織造物具有如使用TOPAS，DE公司的孔徑測量裝置PSM 165所確定的10μm至50μm的平均孔徑和/或30μm至120μm的最大孔徑。
在優選的實施方式中，過濾介質具有根據DIN ISO 9073-2：1995第2部分確定的用於普通非織造物的0.1mm至1mm的厚度，特別地具有0.2mm至0.6mm之間的厚度。優選地，過濾介質和/或紡制的非織造物在所有方向上具有根據EN 13934-1確定的至少200N/5cm、特別是至少250N/5cm的最大拉伸強度(最大拉伸力)。優選地，根據DIN EN 13934-1確定的在所有方向上的最大伸長率為20%至60%。
在實施方式中，面罩包括至少一個附加層，所述至少一個附加層不是過濾介質。附加層與過濾介質在整個平坦區域上連接，並且同過濾介質一樣被呼吸空氣橫過。各層之間的連接通常是鬆散的，使得各層之間存在氣隙。附加層例如可以是支承層或覆蓋層。支承層提高了附接至支承層的過濾介質的機械穩定性。覆蓋層使過濾介質免受環境的影響，例如免受機械損傷或濕氣的影響。附加層不是過濾介質，因為它不能有效地從呼吸空氣中去除傳染原。優選地，附加層由纖維組成和/或 優選為紡織物層，更優選地為非織造物或機織織物。這種附加層的纖維直徑例如可以在0.1mm以上或者在0.25mm以上。通常，支承層具有比過濾介質顯著更強(更厚)的纖維，並且不會顯著地或根本不會增加過濾介質的壓差。例如，所述至少一個附加層可以將過濾介質的透氣性降低小於10%，特別地，降低小於5%或者甚至小於2%。最重要的是，附加層不是用於去除液滴和/或傳染原的過濾介質。附加層可以具有<5%的BFE，特別地，具有<2%或者甚至為約0%的BFE。這種附加層可以通過常規的方式比如縫合或結合、特別地通過超聲波結合連接至過濾介質，特別地，在層的週邊區域中連接至過濾介質。
在優選的實施方式中，除了過濾介質本身之外，面罩不包括附加層。這是有利的，因為僅由少量部件就可以提供簡單的面罩。已經發現的是，這種簡單的面罩不僅具有高的過濾效率，而且具有高的機械穩定性。在過濾介質具有三層或更多層的情況下，外層可以具有支承層和覆蓋層的功能。外層可以包括較少的細長絲，其賦予過濾介質更高的機械穩定性。其中過濾介質不與其他層結合的這種面罩可以簡單、快速且成本有效地大量生產，這在流行或大流行的情況下是非常重要的。
在優選的實施方式中，面罩具有以下性能：
- 過濾介質包括至少兩層紡制的非織造物，優選地包括至少三層紡制的非織造物，
- 過濾介質具有60g/m2至200g/m2的基重，
- 面罩不包括附加層，以及
- 面罩具有根據DTN EN 14683：2019確定的至少95%、優選為 至少98%的細菌過濾效率(BFE)。
優選地，面罩是醫用產品、特別是口鼻保護裝置(MNP)，也被稱為外科口罩、臨床口罩或OP面罩。這是指具有過濾介質的半面罩，該過濾介質附接有至頭的後部或耳後的固定裝置、比如彈性帶或彈性條。如果需要的話，一體式柔性金屬框架可以將半面罩的上部對準至鼻樑，以保持視野自由並且防止向上呼氣。在單次使用之後，MNP可以被丟棄。然而，優選的是，MNP是可洗滌的並且可重複使用的。MSP也可以用於防止傳染原通過公眾傳播。在優選的實施方式中，面罩是醫用面罩、口/鼻保護裝置、折疊式口罩、口罩筐、過濾式半面罩或相當的口鼻保護裝置。
本發明的主題還涉及由至少部分分裂的多組分長絲製成的紡制的非織造物的用途，其作為用於防止傳染原的面罩中、特別是外科口罩中的過濾介質。其中，可以由如上所述的多層結合而成的紡制的非織造物是面罩中唯一的過濾介質。
本發明的主題還涉及面罩的用途，其用於在佩戴期間過濾空氣和/或用於從空氣中去除傳染原。使用者可以是醫務人員，或者是與其他人比如護理人員有密切接觸的人，或者是來自一般公眾的非醫療職業的人。
本發明的主題還涉及面罩的用途或提供，其用於在來自一般公 眾的非醫療職業的人的佩戴期間過濾空氣和/或用於去除傳染原，其中，例如BFE可以在>80%直至<95%的範圍內。這種用途特別適用於以簡單且成本有效的方式防止傳染原在公眾中傳播，特別是在流行或大流行的情況下。
本發明的面罩和用途解決了本發明的根本問題。面罩具有簡單的結構，並且因此可以以容易、快速且方便的方式大量獲得。面罩可以具有高的過濾效率(BFE)，並且同時為佩戴者提供高的舒適性。因此，透氣性可以較高，使得呼吸阻力較低。面罩可以重複使用並且可以洗滌，而且在洗滌期間甚至可以顯著改善其有利性能。
替代性實施方式是用於防止傳染原的具有由紡制的非織造物製成的第一過濾介質的面罩，紡制的非織造物由多組分長絲組成，多組分長絲至少部分地分裂成基本長絲，其中，任選地存在不是過濾介質的另外的至少一個層，其中，任選地存在作為不同於第一過濾介質的另一過濾介質的另外的至少一個層。為了實現優異的過濾性能，實際上可能不需要這種附加的過濾介質。然而，可以設想的是，在一些實施方式中，可以通過與另一過濾介質結合來進一步優化過濾效率。因此，由多組分長絲製成的過濾介質可以與第二過濾介質比如熔噴纖維層、特別是由聚丙烯製成的熔噴纖維層或由單組分長絲、特別是由聚丙烯製成的紡制的非織造物結合，所述紡制的非織造物可以被充電。
工作示例
材料
示例1至示例8中的過濾介質是商標為Evolon(Freudenberg， DE)的紡制的非織造物，其由具有16個呈派餅形的區段(PIE16)的至少部分分裂的雙組分長絲組成。雙組分長絲由包括聚酯(PET)和聚醯胺6的16個交替的基本長絲組成。單絲的纖度在0.1dtex至0.2dtex之間。紡制的非織造物類似於EP 3 165 655 B1的示例1中所述的那樣生產。通過水射流處理使雙組分長絲分裂並且使非織造物固結。紡制的非織造物不是通過針刺進行固結。這些性能匯總在下表2中。如示例中所示的那樣選擇PET與聚醯胺的比以及基重。
示例1至示例4
在示例1至示例4中，過濾效率以用於測試具有氣溶膠顆粒(固體顆粒，直徑3μm)的醫用口罩的要求的測試方法來檢查。將口罩或材料轉製成直徑為48mm的盤。將樣品放置在含有氣溶膠的管中。在管中以及沿從內到外的方向穿過樣品的流中測量氣溶膠濃度。其結果是被材料阻止的顆粒的百分比。過濾介質的透氣性根據DIN EN ISO 9237在100Pa下進行確定。
示例1至示例3：過濾介質的過濾性能和透氣性能
在第一測試系列中，對由一個層、兩個層或三個層組成但是具有相當的總基重的過濾介質的過濾性能進行檢查。結果匯總在表2中。結果證明，過濾介質非常適合用於從呼吸空氣中去除氣溶膠顆粒。結果表明，過濾介質可以滿足根據DIN EN 14683：2019的對醫用口罩的要求。此外，令人驚訝的是已經證明，當使用具有相同總基重的多層結構時，性能被顯著改善。對於多層結構而言，雖然透氣性也顯著提高，但是實現了更高的過濾效率。三層過濾介質甚至可以在100Pa下以195 l/m2s的高透氣性實現100%的過濾效率。這表明符合標準II類的性能，其中，透氣性明顯高於所要求的最低水平133 l/m2s。呼吸阻力低並且使用者具有高佩戴者舒適性和高防護性。對於包括兩層的過濾介質而言，過濾效率也非常高，為98%，然而透氣性略低於標準水平。然而，可以安全地假設具有減小的厚度的相應的兩層過濾介質將滿足標準的要求。僅由單層製成的具有100g/m2的基重的相當的過濾介質實現了97%的過濾效率，但是透氣性為60 l/m2s。因此，呼吸阻力低於標準所要求的最低水平。
Figure 110117496-A0101-12-0025-2
示例4：面罩的耐洗性
對折疊式面罩的耐洗性進行檢查，該面罩包括部分分裂的雙組分長絲的過濾介質。為了能夠檢查過濾效率在兩個方向上的潛在變化，使用了由分別具有40g/m2的基重的兩層組成的過濾介質，該過濾介質具有相對較低的過濾效率。該過濾介質的性能匯總在下表3中。
Figure 110117496-A0101-12-0026-3
對三個面罩在洗滌之前和之後的過濾效率進行確定。面罩在90℃下經受十次洗滌迴圈。結果匯總在表4中。結果證明，過濾效率不僅沒有降低，而且顯著改善。這是非常有利的，因為過濾介質是可重複使用的，而洗滌甚至賦予過濾介質更高的性能；與本領域中必須在使用之後丟棄的產品相反。
Figure 110117496-A0101-12-0026-4
示例5至示例8
在示例5至示例8中，根據DIN EN 14683：2019使用包含金黃 色葡萄球菌的液體氣溶膠確定過濾介質和面罩的性能。通常，與使用具有相應的尺寸的固體顆粒相比，使用包含細菌的液體氣溶膠實現高的細菌過濾效率更具挑戰性。
示例5
對由具有30g/m2的基重的三個層組成的三層過濾介質(商標為Evolon Evo30PK，Freudenberg，DE)進行檢查。根據DIN EN 14683：2019，當細菌氣溶膠的平均顆粒尺寸為3.1μm時，三個測試試樣的細菌過濾效率(BFE)為92.8%、91.2%和91.6%。根據DIN EN 14683：2019的附錄C確定了五個測試試樣的平均壓差，並且發現其為23.3Pa/cm2、25.4Pa/cm2、22.8Pa/cm2、28.2Pa/cm2和21.9Pa/cm2。總的來說，壓差滿足標準，而BFE略低於針對I型面罩的95%的最低水平。
示例6
在60℃下對如示例5中的過濾介質進行洗滌，然後確定BFE和壓差。BFE為99.86%(5個測試試樣的平均值)，並且壓差為38.5Pa/cm2(±3.0Pa/cm2，5個測試試樣的平均值)，兩者均根據DIN EN 14683：2019來確定。因此，示例5在洗滌之後的過濾介質滿足標準的I型和II型的要求。這表明通過洗滌可以顯著改善本發明的過濾介質的性能。
示例7
由各自具有30g/m2的基重的三個層組成的過濾介質(商標為Evolon Evo30PK，Freudenberg，DE)經受單個洗滌步驟。根據DIN EN 14683：2019的附錄B的BFE平均為97.84%。根據DIN EN 14683：2019 的附錄C的壓差平均為31.2Pa/cm2。與示例6的差異可能是由於雙組分纖維的較低的初始分裂程度引起的。結果表明，可以通過常規措施比如改變基重和分裂程度來調節BEF和壓差，並且因此調節呼吸舒適性。
示例8

Claims (15)

  1. 一種面罩，所述面罩用於防止傳染原並且具有由紡制的非織造物製成的過濾介質，所述紡制的非織造物由多組分長絲組成，所述多組分長絲至少部分地分裂成基本長絲，其中，所述面罩任選地包括不是過濾介質的另外的至少一個層。
  2. 根據請求項1所述的面罩，其中，所述過濾介質包括至少兩層、優選為至少三層的紡制的非織造物。
  3. 根據前述請求項中的至少一項所述的面罩，其中，紡制的非織造物中的每層紡制的非織造物具有10g/m2至100g/m2的基重，優選地具有從20g/m2至60g/m2的基重。
  4. 根據前述請求項中的至少一項所述的面罩，其中，所述過濾介質具有40g/m2至300g/m2的總基重，優選地具有從60g/m2至200g/m2的總基重。
  5. 根據前述請求項中的至少一項所述的面罩，其中，所述基本長絲具有從0.05dtex至0.4dtex的纖度。
  6. 根據前述請求項中的至少一項所述的面罩，其中，所述多組分長絲通過流體射流處理而分裂。
  7. 根據前述請求項中的至少一項所述的面罩，其中，所述多組分長絲是具有派餅形結構(PIE-結構)的雙組分長絲。
  8. 根據前述請求項中的至少一項所述的面罩，所述面罩已經被洗滌至少一次，優選地在至少40℃的溫度下洗滌至少一次。
  9. 根據前述請求項中的至少一項所述的面罩，其中，所述過濾介 質是不帶靜電的。
  10. 根據前述請求項中的至少一項所述的面罩，所述面罩具有根據DIN EN 14683：2019確定的至少95%、優選為至少98%的細菌過濾效率(BFE)。
  11. 根據前述請求項中的至少一項所述的面罩，所述面罩具有根據DIN EN 14683：2019確定的小於40Pa/cm2、優選地小於30Pa/cm2的差壓，和/或所述面罩具有根據EN ISO 9237：1995在100Pa下確定至少100 l/m2s的透氣性。
  12. 根據前述請求項中的至少一項所述的面罩，具有以下特徵：
    - 所述過濾介質包括至少兩層的紡制的非織造物，
    - 所述過濾介質具有60g/m2至200g/m2的基重，
    - 所述面罩不包括附加層，以及
    - 所述面罩具有根據DIN EN 14683：2019確定的至少98%的細菌過濾效率(BFE)。
  13. 根據前述請求項中的至少一項所述的面罩，所述面罩為醫用面罩、口鼻保護裝置、折疊式口罩、口罩筐、過濾式半面罩或相當的口鼻保護裝置。
  14. 根據前述請求項中的至少一項所述的面罩的用於在佩戴期間過濾空氣和/或從空氣中去除傳染原的用途。
  15. 由至少部分分裂的多組分長絲製成的紡制的非織造物的作為用於防止傳染原的面罩的過濾介質的用途。
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