TW422730B - Diffusional gas transfer system and method of using same - Google Patents

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經濟部中央標準扃—工消費合作社印製 422730 A7 —--—_— B7 五、發明説明（1 ) ' ' --- 技術範圊 一，月關於使用薄膜經由擴散程序交換氣體成份，同時 貫I上阻止粒子轉移之擴散氣體轉移系统。 背景 β已有各種通風系統被用於控制密閉空間中之二氧化碳及 氧（含里。密閉空間例如可爲汽車、家庭、多層建築物、 ^工：吸機㈣ '工廠、清潔室、或醫院病房。通風系統 私過里的二氧化碳移除，並補充密閉空間消耗之氧。 在進行此類型之操作時，習知的通風系統典型上係使用 f ’慮介貝於防止艾中傳播粒子自外部環境進入密閉空間。 二氣典沒上係正向或垂直地通過過濾介質，並使用能源於 迫使空氣通過。如進入密閉空間之空氣未經過濾，則居住 者會受到無活力之空中傳播粒子的毒性或過敏反應，或可 *5：到來自空中傳播微生物的不利健康影響。當迫使過濾空 氣進入密閉空間時’必需使空氣自密閉空間經過排氣口排 出，以防止壓力累積。 習知的通風系統具有許多缺點。 第一個缺點爲粒子過濾器很難不使用許多過濾介質而實 質上將所有空中傳播粒子自進入空氣移除，以致當空氣通 過過濾介質時會產生高壓降。因此，習知的過濾系統典型 上容許實質數量的粒子在流入空氣流中進入密閉空間。 第二個缺點’爲進入空氣必需正向或垂直地通過過濾介 質。當含有粒子的空氣以此方式流過過濾器時，過濾器的 孔隙經填充粒子，而造成相應的壓降增加》如要維持良好 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐} ¾-- »* (請先姑讀背面之〔注意事項再^,烏本頁) 、-° 422730； A7 B7 五、發明説明（2 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 流率’則過渡器必需經常更換。 第三個缺點爲在習知系统中需要大量能量，以迫 空氣通過過滤介質。孔陳未被阻塞之過滤器對空氣 '進入 顯現顯著的摩擦力或障礙。在大的結構中， +夂進Λ 相當大量。 盹量需求可能 另一缺點爲習知的通風系統需要排氣網路結構以使尚q 的£氣可自密閉空間排❺。否則若非不可能，其將很：： 行連續的通風操作。 . 4 習知的通風過濾系統亦有其需要較氧消耗所需者顯著更 多空氣流量的不利之處。考慮一被污染空氣所環繞之密閉 空間，其中迫使經過濾之空氣進入密閉空間，以提供居住 者氧’及自其中移除内部環境空氣以避免壓力増加。二氧 化碳在排出空氣流中自密閉空間進入周圍環境^ —般係對 每位建築物的居住者供應每分鏡2 0立方呎（每分鐘5 6 6公升） 之外部空氣。對於久坐的辦公室人員，c〇2係以每位居住 者每分鐘約0‘35公升（lpm)之速率產生。在此等條件及在穩 態下，當具有約0.03% C〇2濃度之外部空氣自建築物排出 時’其將具有 0.09%之 C02 濃度（(0.35 丨pm/566 Ipm) + 0.03%= 0-09%)。高於〇」％之c〇2濃度會使居住者感覺不舒服或對 其不利影響。在海平面上的外部空氣一般具有2〇.95%之〇2 濃度。於居住者消耗大約每分鐘0.28公升之〇2後，將具有 約20.0% 〇2濃度之空氣自密閉空間排出。此排出氧値反映 甚高於安全性所需的動態室内氧濃度。因此，由滿足居住 於密閉空間中之人們生理需求的觀點，C02値主宰通風速 請 閱 背 ιέ - 之 -注 意- 事 項 再 r Η 本 頁 裝 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS } Α4規格（210Χ297公釐） 422T30 A7 ------------B7五、發明説明（3 ) 經濟部中央標準局—工消費合作衽印掣 率。美國專利第3,369,343號（Robb)發表使用由諸如聚矽氧橡 膠之材料製成之可穿透非多孔性壁，以經由穿透而交換 0 C〇2或〇2。R'libb所使用之穿透限定於溶液方法，其中將氣體落解於薄膜中，然後在溶解狀態擴散通過薄膜。膜對 在化學上不溶解於聚矽氧橡膠之任何固體、液體、或氣體 形成無孔隙的障壁。Rubb發表利用聚矽氧橡膠膠薄膜的各 種空氣純化系統。 蘇聯專利第SU 171〇951號發表使用核薄膜（nuclear membrane)作爲氣體交換介質，以使密閉結構通風之通風 裝置。在核薄膜之相對表面上之〇2及c〇2t分壓提供氣體 交換义驅動力。另外，此薄膜可有效阻止存在於外部空氣 中之有害氣溶膠及微粒子。核薄膜典型上係經由在聚合薄 膜加速原子粒子，以形成穿過薄膜之大致平行的孔洞。核 薄膜中之孔洞會充塞或載入顆粒，而使薄膜成爲較無效的 氣體交換介質。 蘇聯專利第SU 1 1 19 197號發表使用薄的彈性多孔氣體可 透過聚合薄膜作爲擴散氣體交換介質之人工呼吸機。其所 發表之薄膜係由具有約1〇%孔隙度之聚對苯二曱酸乙二酯 或聚碳酸酯薄膜所製成的核過濾器類型（在較高孔隙度 下，過濾器之機械強度將快速下降）。其主張可由具有自3 至0.03微米孔隙尺寸之多孔性聚合薄膜提供阻止任何尺寸 之氣溶膠。由於孔隙尺寸之高均勻度，阻止具有等於或大 於孔隙尺寸之氣溶膠的效力一般爲1 〇〇〇/〇。 請it 聞 讀 背 面- 意- 事 項 本 頁 裝 訂 線 木紙張磁用中國國家蘇2—· 經濟部中央標準局員工消費合作社印聚 422730 / A7 ._ ---- B7 五、發明説明（4 ) 發明之概述 本發明提供一種擴散氣體轉移系統，其包括設置於第― 個氣體領域和第二個氣體領域間之薄膜β第一個氣體領域 包括可引導第一個環境氣流橫向通過薄膜之第一個表面上 並與其接觸之第一個機構。第二個氣體領域包括可引導第 —個環境氣流橫向通過薄膜之第二個表面上並與其接觸之 第二個機構。薄膜包括具有自薄膜之第一個表面延伸至薄 膜之第二個表面之多個扭曲路徑的擴散氣體轉移介質。薄 膜之空隙體積分率至少爲0.2。此薄膜可實質上阻止粒子 自第一個氣體領域轉移至第二個氣體領域，同時使氣體可 在第一及第二個氣體領域之間擴散。 本發明亦描述一種擴散氣體轉移系統，其包括如前所述 之設置於第一及第二個氣體領域之間的薄膜。其中該薄膜 之結構在説明於下之粒子挑戰後氣體轉移速率試驗（p〇si Particle Challenge Gas Transfer Rate Test)下可維持減小不 多於2。/。之氣體轉移速率。滿足此試驗之薄膜即使係在大 量的顆粒載入量下亦可維持高的氣體轉移速率。 本發明亦描述一種利用擴散氣體轉移系統於實質上阻止 所有粒子自第一個氣體領域轉移至第二個氣體領域，同時 使氣體可在第一及第二個氣體領域之間擴散之方法。 本發明之擴散氣體轉移系統及方法之不同於習知通風系 统處在於其係使用使氣體可擴散通過薄膜同時實質上阻止 粒子轉移之薄膜，以及其係引導氣流橫向通過薄膜，而非 正向穿過。本系統及方法可阻止相當大範圍之空氣動力直 -7- 本紙張尺度緖^^ϋ： ( 2IGx297iH —- ----t.------π------ii 一 · (請先閱讀.背面之注意事項再"本頁) 422730 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（5 徑之粒子的轉移，及其對於阻止最易穿過習知過濾系統之 具有0.2至0.3微米尺寸的粒子亦特別有效。本發明因此克 服使用大量過濾器於確保捕捉住全部粒子，以確保清淨氧 供給的不切實際。 雖然薄膜可如過濾器般捕捉粒子，但並不需過濾以使純 化氣體進入密閉空間。由於在外部氣體領域中之氧分壓大 於在居住者居住之内部或密閉氣體領域中之氧分壓，因而 氧可擴散通過薄膜。同樣地，由於二氧化碳分壓在密閉領 域較在周圍領域大，因而過剩的二氧化碳可自密閉氣體領 域經由擴散而排出。由於氣流之流動係橫向於薄膜，因而 過/慮並不會進行至任何顯著程度。因此’本發明之系統及 方法不會遭遇到習知系統所經受到的實質孔隙阻塞。因此 可避免壓降增加及經常更換薄膜，且即使於薄膜受到實質 的粒子載入後’仍可維持氣體轉移速率。 本發明亦由於不需迫使氣流通過薄膜，因而有使能量需 求減至最小的傾向。氣體轉移可單獨經由擴散而發生。即 使係在粒子载入量使薄膜兩端之壓降在定流量下上升約 25%以上之情況下’薄膜仍可維持大致恆定的氣體轉移速 率0 此外’本發明不需排氣口或系統以防止密閉氣體領域之 壓力過南。過量的氣體，.像是co2，可經由擴散通過薄膜 本身，而自密閉領域排出。 本發·明亦克服需要相當大之空氣流自環境進入密閉空間 I缺點。可不需同時轉移空氣及其他氣體，而分別將二氧 -8- 本紙張尺度適 X 297公釐） ---------^------1T------^ -* (請先閲讀，背面之>i意事項再夂為本1) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ----------B7_ 五、發明説明（6 ) 化碳及氧自密閉領域移出，及供應至密閉領域 簡而言之，擴散氣體轉移系統係自密閉空間大規模移除 c〇2,及將ο?補充至密閉空間内，且不將空令傳播的環境 粒狀污染物引入密閉空間之習知過濾方法的實際替代方 式。 本發明亦提供一種空氣處理系統，其包括： (a) 自入口延伸至出口之第一個氣流路徑，第一個氣流 路徑具有上游部分及下游部分，且其使第一個氣流可自入 口通過出口； (b) 第二個氣流可行經通過的第二個氣流路徑； (c) 具有第一及第二個面且設置於第一和第二個氣態流 體流路徑之間的薄膜’此薄膜可阻止粒子在第一及第二個 流動路徑之間轉移，同時使氣體可自第一個氣流擴散至第 二個氣流及/或反之亦然，此薄膜實質上將第一個氣流路 徑之上游部分與其下游部分分隔開：及 (d) 使熱能可自第一個氣流之下游部分轉移至其上游部 分及/或反之亦然之氣體不可透過的熱傳區域。 此空氣處理系統由於除前述好處外，其尚提供節省能量 之優點以及空氣品質管理之利益而更有利。 附圖之簡單説明 圖1概略説明根據本發明之範例的擴散氣體轉移系統。 圖2 a以圖示説明經過根據本發明之擴散氣體轉移系統之 粒子載入。 圖2 b以圖示説明在一具體實例之擴散氣體轉移系統中在 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（21〇x297公嫠） 装-------玎------β -* (請先閱满背面之注意事項再；V馬本I j 4227 42273〇 at 五、發明説明（7 ) 薄膜兩端之壓差。 圖3係根據本發明之多届_抽_| g μ & # < 心夕層擴散氣體轉移系統之剖面略 圖。 圖4係供使用於本發明）破& # _ & # / / , 个贫明 < 擴散氣體轉移系統之重疊範例 同流或逆流格梱的頂視圖。 圖5概略説明根據本兹_gH 士交 体令賢明之多層父叉流（cross flow)擴散 氣體轉移系統。 圖6概略呈現空氣對空氣熱交換器與根據本發明之擴散 氣體轉移系統的組合。 圖7 a説明使用約|分核_ 0 4 ,, 、、、>*_!_ , ’刀知2.36公升（lpm)足流率在通道入口 處之氧濃度的等値線。 圖7 b顯π在不同流率下自氧氣流轉移至氮氣流内之氧的 總體積量（實驗對計算値）。 圖7c顯示在薄膜之各面在層流下橫越通道長度之氧濃 度。 圖7d顯示在薄膜之各面在擾流下橫越通道長度之氧濃 度。 圖8 a概略說明根據本發明之個人粒子過濾系統。 圖8 b係根據本發明之個人粒子過濾系統的前視圖。 ^圖9係用於評估根據本發明之擴散氣體轉移系統之試驗 室的等角視圖。 圖10a係圖9之擴散氣體轉移系統之等角視圖。 圖10b係顯示在不同流率下通過圖9之擴散氣體轉移系統 之C02値的圖。 -10- 本紙張尺度賴 t 裝------訂------線 (請先閱讀•背面.之•注意事項再鲈舄本頁} 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製

經濟部中央標準局員工消費合作社印褽 ^22730 第86117005號專利申請案 中文說明書修正頁(88年9月 五、發明説明（ 圖10c以圖示顯示在一定的測試對象工作速率下對兩不 同流率通過圖9之擴散氣體轉移系統之各種c〇2濃度。、 圖1 1概略說明用於評估薄膜之擴散氣體轉移性質之試驗 1>α — 早兀》 圖12a以圖示說明微孔隙性薄膜及核薄膜之加速粒子載 入性能。 圖12b以圖示說明微孔隙性薄膜及另一核薄膜之粒子載 入性能。 圖1 3以圖示說明對各種微孔隙性薄膜開始發生粒子穿透 之壓力。 圖1 4係用於測定各種微孔隙性薄膜在低壓下之粒子事透 之減驗裝置的剖面圖。 元件符號說明

Ci 氧濃度 25 第二個表面 c2 濃度 26 第二個氣體領域 Cx 濃度 27 封σ cy 濃度 28 第一個隔室 Di 中心線 28' 隔室 〇2 中心線 29a-d 壓力取樣口 20 擴散氣體轉移系統 30 第二個隔室 22 第一個氣體領域 30' 隔室 23 第一個表面 40 曲線 24 薄膜 42 入口 24' 薄膜 44 出口 -11 本纸張尺度通用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 第86117005號專利申請案 中文說明書修正頁(88年9月） 五、發明説明（8a ) 2730P ^ A7 B7 46 曲線 48 入口 52 曲線 60 多層擴散氣體轉移系統 61 擴散薄膜 62 環境氣流 64 環境氣流 70 個人擴散氣體轉移系統 71 操作人員 ΊΊ 擴散氣體轉移單元 73 面部物件 74 空氣流 75 呼氣管 76 呼吸袋 77 充氣空氣 79 吸氣管 80 柵層 81 分離部分 82 分隔器 82, 分隔器 83a 區域 83b 區域 84 路徑 85a 出口 85b 出口 87 末端部分 88 末端部分 90 多層擴散氣體轉移系統 92 環境氣流 94 通道 96 通道 97 分隔器 98 環境氣流 99 薄膜 100 試驗室 102 擴散氣體轉移系統 104 内部氣體領域 106 外部氣體領域 108 多層擴散氣體轉移單元 110 拉桿 _ 112 風扇 114 π 116 風扇 118 出口 120 運動設備 122 操作人員 140 曲線 141 上升部分 142 時刻 145 時刻 ---------衮------訂------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消资合作社印裝 -11a- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 第86117005號專利申請* ^227艺〇 申文說明書修正頁(88年9月） B7 五、發明説明（8b ) 146 時刻 182 入口管 147 時刻 200 擴散氣體轉移系統 150 擴散氣體轉移試驗單元 202 熱交換器 151 上方充氣室 204 第一個氣體領域 152 上部 206 入口 153 下方充氣室 210a 位置 154 下部 210b 位置 156 孔洞 210c 位置 158 薄膜 211 上游部分 160 支承柱 212 擴散氣體轉移薄膜 161 孔洞 213 第一個氣流路徑 162 出口 215 下游部分 163 孔洞 216 第二個氣體領域 164 出口 217 第二個氣流路徑 180 圍板 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 較佳具體實例之詳細說明 關於本文件中所使用之術語： — "環境氣流"係指包含氣體、液體、固體及/或其組合之 懸浮物之空氣的流動或物流。 ”擴散"意指在環境氣流或靜止空氣中之不連績量的液 體、氣體、及/或固體由於其因熱擾動及碰撞所造成之自 發隨機運動所致之混雜1導致當體積接近均勻組合物時之 連續混合的程序。在溶解物質中，不連續種類藉由擴散而 自較高濃度區域移至較低濃度區域。 "氣體擴散"係環境氣流或靜止空氣中之氣體之原子及分 子的自由移動，而使原子或分子之本身有在密閉空間之界 限内均等分佈的傾向。 -11b- 本纸伕尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210X297公釐） 經濟部中央橾车局負工消費合作社印裝 4 22 73 0 A7 ____________ B7 五、發明説明（9 ) "呼吸氣體"包括氧、氮、二氧化碳、及水蒸氣。 ”粒子"係相當小且不連續的實體’其爲可懸浮或攜帶於 環境氣泥中之固體、液體或其之某些组合。粒子可爲直徑 約1 ·0毫米（mm)以上至直徑低於約〇 〇1微米（〆m)。直徑約 2·0微米以上之粒子一般可容易地利用習知的過濾方法移 除。直fe約0 · 1微米至約〇. 5微米之粒子，諸如煙草煙霧， 典型上太小而無法利用慣性機構，諸如直接衝擊過濾器而 自空氣中移除。然而，此等大小之粒子可被使用於本發明 之薄膜所阻止。本擴散氣體轉移系統阻止直徑約丨，〇毫米 以下足實質上所有粒子的轉移，以阻止基本上所有粒子之 轉移更佳’阻止所有粒子之轉移又更佳。 穿透性11係諸如液體 '氣體或固體之物質輸送通過另— 物貝之孔隙或間隙之方式的狀態或品質。"扭曲路徑"係通 過可穿透薄膜之實質上非平直的開口或通路。 猙止氣’’係基本上具有零對流及整體移動之空氣。 本發明之擴散氣體轉移系統達成優於習知之粒子過濾器 所獲致之結果。薄膜形成第一個氣體領域及第二個氣體領 域之間的隔板。第—及第二氣體領域以除了穿過薄膜外， 其彼此間沒有顯著的氣相溝通較佳。第一及第二個氣體領 域各包括可將第一及第二個環境氣流引導穿過薄膜之相對 表面的機構。此”機構"可爲使環境氣體橫向流過薄膜並與 薄膜接觸之儀器 '方法、或其他裝置或組合。薄膜使包含 於環境氣流中之氣體可在第—及第二氣體領域之間擴散， 同時實貝上阻止粒子之轉移。本發明特別適用於在第一及 -12- 本紙張尺度適财國^^"率（CNS ) Α4Α^ ( 2敝^^^· ---------扣衣------、1T------腺 * - (請先閱讀背面之注意事項再境寫本頁) A7 422730 五、發明説明（1〇 ) 第二個氣體領域之間進行呼吸氣體之交換。對於其他之有 效用途，亦可轉移其他非呼吸氣體。因此，可將第二個氣 體領域維持在支持生命的條件，或者維持在實質上沒有產 生或來自於第一個氣體領域之粒子的有益條件下。 在一具體實例中，薄膜係經襯底。當薄膜兩端之壓差包 括大於薄膜爆破壓力之壓力時，襯底薄膜實質上阻止粒子 之轉移^選定氣體在選定溫度及壓力下在薄膜之扭曲路徑 内部之擴散係數對相同氣體在相同溫度及壓力下在靜止空 氣中之擴散係數之比係在0.002及0.970之間。 第一個環境氣流以係在密閉空間外部之空氣較佳。第二 個環境氣流以係在密閉空間内部之空氣較佳。密閉空間可 包括清潔室、個人人工呼吸機、汽車車廂、飛機艙、家 庭、多層建築物、工廠、醫院病房' 或許多其他結構之内 邵。在另一具體實例中，可利用擴散氣體轉移系統於將空 十傳播的粒子保留於第二個氣體領域中。在第二個氣體領 域係房間、廂室、建築物或其他結構之内部的應用中，氣 體交換主要係穿過薄膜而發生，而次要的氣體交換可發生 在除穿過薄膜外之區域，諸如由於在門及窗周圍的洩漏。 所謂”主要”係指在相當長的時間内，領域間之氣體交換有 顯著較大量係通過薄膜發生，而非通過其他之區域。 可將第一及第二個環境氣體之流動或氣流引導成相對於 彼此成垂直、平行、或各種角度。在一具體實例中，一或 多個環境氣流可關於擴散氣體轉移介質成擾流或層流。 在本發明中，如同習知的通風系統，C〇2値有主宰空氣 -13- 本紙張尺度朝中國_標準（CNS) A4· (2lGX 297公幻 . . ί * 訂 Ϊ ----線 -' (束先閲讀背面之注^^項再本頁) 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作社印聚 422730 A7 ------ -B7 五、發明説明（) B -- 流率之傾向。對於本發明的擴散氣體轉移系統，流率可沒 由將内部產生的c〇2量除以氣體轉移系統兩端之c〇2濃度 的變化而得。例如，如久坐的人員每分鐘產生〇 35公升之 c〇2，及如穿越氣體轉移系統之内部（第二個環境氣流）流 路1(：02濃度的變化爲〇.〇5%，則在此流路中之空氣流量爲 0.35除以0.0005，或每分鐘7〇〇公升。 圖1概略説明擴散氣體轉移系統20，其中流過第一個隔 室28之來自第一個氣體領域22的環境氣流與薄膜24的第 一個表面23接觸。流過第二個隔室3〇之來自第二個氣體 領域2 6的環境氣流與薄膜2 4的第二個表面2 5接觸。在説 明於圖1之具體實例中’第一個氣體領域2 2代表在密閉空 間外部之空氣’及第二個氣體領域2 6代表在密閉空間中之 空氣。在領域22、26之間在薄膜24之邊緣處設有封口 27 以限制氣體洩漏。壓力取樣口 29a-d設置在隔室28、30之 不同位置，諸如靠近入口及出口42、44、46、48。第一 及第第二個氣體領域22、26除了在穿越越薄膜24處外， 其彼此間並無流體溝通。在第二個氣體領域2 6代表大結構 諸如多層建築物之應用中，由於洩漏或在兩氣體領域間之 暫時開口，因而第一及第二個氣體領域2 2、2 6可能不會 在除穿磚薄膜處外完全地彼此分離。 由於在第二個氣體領域26内之生命程序，因而在第二個 隔室3 0中之環境氣流相對於第一個隔室2 8中之環境氣流 包含提高量的C02及降低量的02。在第一個隔室28中之較 大的氧分壓使02流過薄膜24而進入第二個隔室30。同時 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（2】ΟΧ2ζ>7公麓） ---------#------iT------漆 - ί (請先閲讀背面之注意事項再坺寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 422730 A7 __________B7 五、發明说明（12 ) 第二個隔室30中之較大的二氧化碳分壓使c〇2流過薄膜24 而進入第一個隔室28。 薄膜2 4之大小可作成可提供A及Co?之足夠的擴散交 換’以在第二個氣體領域2 6中維持健康的環境，同時阻止 粒子穿透過薄膜24。氧及二氧化碳之擴散穿過薄膜24係 由許多因素所控制，諸如薄膜24兩端之濃度梯度（正比於 〇2及C〇2之分壓差）、薄膜之擴散透明度、在系統2 〇之薄 膜24之各表面上之流動通道的形體、薄膜24之可資利用 的擴散表面積、流動通道中之流率、及其他因素。在第二 個氣體頜域2 6内之任何氧消耗或二氧化碳產生將造成選定 氣體穿過薄膜24之對應轉移。 圖2 a友2 b分別以圖示説明使用諸如説明於圖1之擴散氣 體轉移系統之在薄膜2 4兩端沿擴散氣體轉移薄膜（dgtjvi) 況動路fe之理論粒子載入量及壓差。曲線4 〇相當於第—個 隔室2 8内之靜空氣壓力。環境氣流自第—個領域22經由 以左邊直軸表示的入口 42進入第一個隔室28。第一個隔 室28内之靜壓力隨環境氣流之移動通過第一個隔室28至 以右邊直軸表示的出口44而降落。在圖1之具體實例中， 環境氣流係在相反方向通過第二個隔室3 〇。因此，薄膜兩 端之壓力在接近入口 48處最大，如在圖2b之壓力圖上由 右邊直軸與曲線46之交點所示。在接近擴散氣體轉移系統 20之中間的某處’在曲線4〇、46之相交處薄膜24兩端之 壓差大約爲夺。通過系統2 〇之環境氣流方向可彼此平行或 傾斜某個角度，而非逆流’儘管逆流—般可獲致最大的系 -15- 本紙張尺纽财_家縣（CNS )祕級（2數297公楚） 批衣iT------—^ f m f靖先閱讀背面之ii#^.項再#垮本頁) 經濟部中央標準局男工消費合作社印繁 422730 A7 五、發明説明(13 ) " " ~~ ' 統質傳速率。隨著薄膜24兩端壓降之增加，亦可能有増補 或減損自氣體之擴散流的壓力驅動流。 薄膜24之粒予載入主要係由在薄膜24之相對表面間的 壓差所驅動。如圖23中所説明，曲線5〇相當於在薄膜 之第一個表面23的粒子載入。由於壓差在以左邊直軸表示 之入口 42處之薄膜24兩端爲最大，因而在該位置之粒子 載入量最大。粒子載入量向擴散氣體轉移系統2〇之中心顯 著地下降’其中在該處薄膜24兩端之壓差接近於零，儘管 粒子載入量可由於氣體的隨機運動及相關的粒予布朗運動 而高於零。在薄膜24之第二個表面25上的粒子載入量相 應地係入口 4 8處最大。假定在第二個表面2 5上之環境氣 流體積一般包含較少粒子，則在曲線5 2所示之粒子載入量 的總量較低。如關於第一個隔室2 8所討論者，粒子載入量 隨薄膜24兩端之壓差的降低而顯著下降。 圖3概略説明設計於使在污染環境氣流6 2與污染程度較 低之環境氣流6 4間之擴散薄膜6丨之表面積最大化的多層 擴散氣體轉移系統6 0。如區域r所示，擴散通過薄膜6 1之 氧、二氧化碳、水蒸氣及其他氣體及蒸氣之濃度在主動擴 散過和中k化不定。例如，在層流情況，且假定選定或標 的氣體之;辰度在污染環境氣流6 2中較大，則由於擴散通過 薄膜6 1，因而標的氣體在污染環境氣流6 2中接近中心線 D!處之濃度(^ 一般大於標的氣體之濃度。。由於標的氣體 持續擴散通過薄膜61，因而在薄膜之相對面上的氧濃度C| 將大於濃度C2。經過一段時間後，隨著環境氣流6 2、6 4 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（2】〇Χ297公楚） ί請先聞讀背面之注意事項再本頁} .裝‘

,1T 第861ΠΟ〇5號專利申請案 中文說明書修正頁(88年9月） 物 7730 B7 經濟部中失標率局員工消费合作社印裝 五、發明説明（14 之繼績流動，濃度cx將持續降低，及濃度將持續增加。 在層流環境中，環境氣流之速度一般在沿環境氣流 6 2、6 4 4中心線Di、Da處最大。速度有在愈接近薄膜61 處愈低的傾向。概念上，擴散通過薄膜6丨受三項阻抗之 限制：在(^及匕間之第一個邊界層、薄膜6!及在口及^間 之第二個邊界層。邊界層阻抗在擾流環境中—般將下降。 圖4概略說明使用於層狀擴散氣體轉移系統之栅層8〇。 柵層8 0具有將環境氣流引導向個別路徑8 4之一系列的分 隔器8 2。分隔器8 2亦作為交替薄膜層間之間隔件。擴散 氣體轉移系統可經由將柵層8 〇與薄膜層（未示於圖中）交 替而構成。交替的柵層80可相對於彼此旋轉18〇。，以使沿 末端邵分8 7 ' 8 8之分隔器82,係呈交叉流形態。分離部分 8 1在組裝時固定分隔器及其他组件之空間關係，及其於 薄膜堆疊组合好後移除。在逆流流動情況，區域8 3 a及 83b為入口，而85a及85b為出口。對於同流流動，83a及85b 為入口，及83b及85a為出口。 圖5為多層擴散氣體轉移系統9 〇之概略說明。一系列的 薄膜9 9由一系列的分隔器9 7保持成隔開形態。移動通過 通道94之污染環境氣流92的交替層垂直於通道96中之冷 染程度較低的環境氣流9 8。 圖6概略說明經設置成與空氣對空氣熱交換器202結合的 擴散氣體轉移系統200 =來自第一個氣體領域2〇4之冷的環 境氣流在適當驅動器，諸如風扇、泵、壓縮機、風箱等等 之作用下，在上游部分2 11進入第一個氣流路徑2 13之入口 -17. 本紙乐尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁)

T t UUP now EH hNH nhu rTrur hhl· rrl· hKE toHB ; 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 42273〇 A7 --—______B7 五、發明説明（15 ) 206。進入入口 206之環境氣流被輸送至在擴散氣體轉移界 面在部分21〇c處之擴散氣體轉移薄膜212的第—個表面。 薄膜貫質上將稱爲第一個氣流路徑213之上游部分211與其 下游邵分21 5分隔開。來自第二個氣體領域2 i 6之第二個或 較溫暖的氣態流體217與薄膜212之相對面接觸，而完成在 第一個氣流路徑213與第二個氣流路徑217之間在部分21 〇c 處足擴散轉移。熱轉移亦穿越介質212而發生，以致較冷 的氣流2Π在位置21〇c處經升溫。在路徑213中在位置21〇c 處之第一個現爲缺乏氧之較溫暖的氣流繼續沿著流體路徑 213义下游部分215至位置210b，在此其與在位置2i〇a處之 來自上游部分211之較冷的環境氣流作熱溝通，因而將流 入的氣體溫熱。 層流/擾流質量擴散 擴散氣體轉移裝置之性能視在層流與擾流政策間之預先 選擇而足。在平直的通道形態中，層流發生於雷諾數低於 大約23 00。擾流有在高於約23〇〇開始發生之傾向。雷諾數 係定義成慣性作用對黏性作用之比，即Re = @，其中p Μ 、

爲流體密度，D爲通道之相當直徑，κ爲流動速度，及V 爲洗體黏度。 對於移動通過通道之氣體，邊界層係由受固體邊界，諸 如多孔性薄膜之存在所影響之移動氣體的部分所界定。對 一定的薄膜，邊界層厚度決定自薄膜之一個表面轉移至另 一個表面之氣體量。較厚的層流邊界層相較於較接近且貼 近於擴散薄膜之較薄的擾流邊界層（黏性次層）對穿越薄膜 '18- 本紙張尺度適用中國国家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ΐ衣1τ------^ - - (讀先閲讀背面之注意事項再靖寫本頁) 42273ο A7 B7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印掣 五 '發明説明（16 之氣體轉移的促進較低。同時，層流流率由於較大的流體 滯留時間，因而產生穿過通道長度之較高的濃度分佈。 對一定的通道型態，存在有流率、流動路徑、通道寬度 及通道長度及通道間隙之最適組合，在此最適組合下自入 口至出口之質傳爲最大値，應記得在相當高流率下之高壓 降由於有發生薄膜扭曲及風扇能量成本的可能性，因而可 能不利。 爲分析層流或擾流對質傳之影響，發展一組實驗以測定 質傳與在同流流動情況下之流動政策間的關係。 層流/擾流擴散試驗 使用於此試驗之實驗裝置係由以薄膜（使用於以下實施 例5之材料）彼此分隔開的兩單一水平流動通道所組成。各 通道之尺寸爲1/8吋厚（3.175毫米）、0.3125吋寬（7_9375毫米） 及4寸長（10.16公分）。此實驗裝置類似於圖1説明之流動 形態，除了入口及出口係關於流動路徑軸成90。之方向， 且流動係同流而非逆流。 在第一個隔室2 8中之流動路徑包含超純氮（〇 〇/。氧），及 在第二個隔室30中之底部流動包含預過濾的實驗室空氣 (20.9°/。氧）^擴散分析係經由將氧自含空氣的隔室3 〇轉移 至含氮的隔室28而進行。在氮氣路徑之出口 44處監控並 測量轉移至氮氣流中之氧氣量。用於偵測氧濃度之儀器方 去與用在說明於下之擴散試驗中者相同。 壓降及流1率分別係藉由磁螺計（magnaheiic gage)及流量 浮沉流量計在各流動路徑之入口 /出口處監測。表1顯示對 ¢------IT------.^ *- {請先閱讀背面之注意事項再績寫本頁〕 1 19- 木纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格(210^29¾- 經濟部中央標準局負工消費合作社印掣 422730 at I-—______ B7 五、發明説明（17 ) 於同流流動在流動路徑出口處測得之轉移至氮氣流中之氧 的百分比。在兩氣流間之壓降値的差異係由於各氣體（空 氣及氮）之黏度及密度的不同値所致。注意對層流情況， 流量係以每小時5立方呎（Cfh)，每分鐘2 36公升（lpm)之階 段增加，及對擾流情況，流量係以1〇 cfh (4·72 lpm)之階段 增加。 層流/擾流擴散模型 以上所進行之實驗分析對於在此試驗單元中求得氣體轉 移量的參考線非常有用。 爲降低實驗的試誤反覆程序，發展計算流體動力（CFD) 模型以確認某些實驗試驗’並幫助選擇某些更佳的模式。 一旦模型建立，此計算方法具有改變及變化參數，否則無 法於實驗中執行之優點。 所發展之計算模型係利用描述流體動力及發生於實際程 序中之貝傳之納維爾-史托史斯（Navier-Stokes)控制方程 式。此模型係由類似於實際形體（除了在入口及出口處外） 之離散的網狀區域所组成’於其中解數値方程式以近似等 於在實驗中求得之解。由於此模型係眞實系統的近似，因 而一旦求得解’則可取得在物理領域之任何位置的訊息。 可在離散解之領域中的任何—處求得諸如壓力梯度、速度 (包括流動方向）、濃度梯度、總轉移質量等等的訊息β所 發展之模型包括層流及擾流作用結合物種之質傳。 爲發展程序的比較分析，將實驗的物理參數及尺寸併入 模型中。轉移至氮氣流中之氧的百分比係用於比較實驗値 -20- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)八4規格（21〇Χ297公趁) ---------^------ΐτ------,^ - - (請先閲讀背面之注意事項再"寫本頁) 經濟部中央榇準局員工消費合作社印製 422730’__^ 五、發明説明（18) 對計算値的主要參數。 圖7 a顯示對於同流流動在空氣（20.9%氧）及氮（〇·〇%氧）入 口處之一小部分之氧濃度的側面圖。兩入口皆示於圖中， 2氣流示於底邵及氮氣流示於頂部，且一薄膜在兩流動路 役中將氣體流動自左至右分隔開。重點應注意氧濃度之線 性成長如何可正在此小的流動路徑部分被捕捉。所計算之 模型係使用層流在每小時5立方呎（cfh) (2.36丨pm)下進行， 及積分在上方出口處之濃度値得3 57y。之氧（相對於4.62〇/。 之貫驗値）。對各情況所轉移之氧的總體積量可經由將實 際流率泰以在表1之情況所轉移之氧的百分比而計算得。 圖7 b顯示在同流流動模式中所轉移之氡氣總體積之計算 値對實驗値的比較。由此比較分析所得之重要發現爲在較 高流率（擾流）下可產生較佳的質傳速率。 處傳作用亦可由流動路徑長度兩端之濃度變化而量化。 圖7c顯示在同流流動模式中對於5 cfg (2 36丨pm)之層流速 率沿薄膜之各表面23、25(接近固/氣界面）之自入口（χ=〇) 至出口（x= 1 0.1 6公分）的氧濃度變化。圖7 d顯示相同的氧 濃度變彳!：，但係對140 Cfh (66 lpm)之擾流速率。可觀察到 對層流情況，薄膜兩端的濃度差（Δ(：)約爲15%，而對擾流 情況’薄膜兩端之濃度差（△(：)約爲8%。 -21 - 本紙張尺度適用( CNS ) Α4· ( 2ι〇χ297公趁 ---------装------IT------^ - . (请先閲讀背面之注意事項再褚寫本頁}

A 找Ί3〇 A7 B7 五、發明说明（19 同流流動 流率 流率 雷諾數 %02 ΔΡ △P空氣 △P氮 △P空氣 (cfh) (1pm) 在氮中 氮 (kPa) (kPa) (吋水柱;) (吋水柱） 5 2.36 328 4.62 0.02 0.02 0.08 0.07 10 4.72 656 3.27 0.03 0.04 0.14 0.15 15 7.08 984 2.58 0.07 0.06 0.27 0.24 20 9.44 1312 2.25 0.10 0.09 0.42 0.38 25 11.80 1640 1.98 0.16 0.14 0.64 0.5厂 30 14.16 1968 1.78 0.21 0.18 0.83 0.73 40 18.88 2624 1.52 0.37 0.37 1.50 1^50~~ 50 23.60 「3280 1.37 0.50 0.52 2.00 2.10 60 28.32 3936 1.26 0.65 0.60 2.60 2.4厂 70 33.04 4592 1.14 0.90 0.75 3.60 3.00~~ 80 37.75 5248 1.03 1.12 0.90 「4.50 一3_60~~ 90 42.47 5904 0.95 1.42 Ϊ.14 5.70 4.60~~ 100 47.19 6560 0.89 1.87 1.44 7.50 5.80 110 51.91 7216 0.82 2.34 1.69 9.40 — 一6.80〜 120 56.63 7872 0.79 2.51 1.99 "~I〇JO 130 61.35 8528 0.76 2.74 2.24 11.00 140 66.07 9184 0.73 3.23 2.61 13.00 10.5〇~~ ----- 裝-- *, (請先閲讀背面之注意事項再續寫本頁) 經濟部中央標準局貞工消費合作社印掣 圖8 a及8 b係關於個人擴散氣體轉移系統7 〇。操作人員 7 1經由面部物件7 3呼吸，吐出之呼吸經由呼氣管7 5導入 擴散氣體轉移單元72。由操作人員71吐出之空氣相對於 外部空氣包含較低濃度的〇2及較高濃度的C〇2。外部（含有 粒子）空氣流74與擴散氣體轉移單元72結合，以致充氣* -22- 心張尺度適用中國國家標準（CNS ) ( 2i〇X297公釐） 經濟部中央標华局員工消費合作社印裝 五、發明説明（20) 間77中之氧含量增加及C〇2含量降低。在充氣空氣77中之 富含氧的回流空氣進入呼吸袋76。操作人員71經由吸氣 管79自呼吸袋76吸入呼吸。應瞭解視需要可藉由風扇或 其他某種機構而迫使外部空氣與擴散氣體轉移單元72結 合。 ' 圖9係用於評估擴散氣體轉移系統102之試驗室ι〇〇的等 角説明。試驗室100經隔絕密封而形成内部氣體領域1〇4。 外部氣體領域106中之空氣不會與内部氣體領域1〇4中之空 氣混合。在試驗室1 00内設有一件運動設備120以加速操作 人員122.的氧消耗。 如詳盡説明於圖10a之擴散氣體轉移系統1〇2包括一般具 有圖4之形態具有多個間隔元件的多層擴散氣體轉移單元 108。在外部氣體領域106中之空氣藉由風扇m驅動而穿 過薄膜。空氣經由口 Π 4而回到外部氣體領域。同樣地， 風扇116在内部氣體領域104内將空氣循環穿過薄膜。空氣 經由口 118而回到内部氣體領域1〇4。試驗室1〇〇及擴散氣 體轉移系統1 0 2關於貫施例4 2而作更詳細地討論。空氣流 量係由一系列的拉桿1 10所控制，其將關於實施例4 2而作 説明。 圖10b係在圖9之試驗室100内對通過擴散氣體轉移系統 1 02之各種不同空氣流率之C02平衡濃度的圖示説明。水平 軸顯示以每分鐘公升數及每分鐘立方呎數之單位表示的流 率。圖10b更顯示在試驗室内在通過DGTM之不同空氣流量 下的平衡C02濃度。C02値係利用購自礦場安全應用公司 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2j〇X：297公釐） ---------^— F- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

'1T 泉 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 422730 A7 ____B7____ 五、發明説明（21 ) (Mine Safety Appliance Co.) (121 Gamma Dr., Pittsburgh, PA 15238)之3600型C02儀測得。可注意到平衡C02値一開始隨 通過DGTM之空氣流量的增加而快速下降。C02値之降低 在約48 CFM (1360 lpm)下達到減小回流的程度。C02係以 約1.55 lpm之定速率產生，此値係經由應用説明於下之 Wasserman參考文獻之敎授對在1〇〇瓦下運動之255磅 (11 5·77公斤）男性對象所測得。由於濃度爲平衡値，因而 對圖10a所示之各流量値DGTM轉移約1.55 lpm之C02。增 加通過DGTM之流量具有降低圍壁C02濃度的有利作用。 圖10c係重疊顯示之兩連續進行運動實驗的圖示説明。 上方的曲線140顯示在通過擴散氣體轉移系統之兩流路之 流率爲680公升/分鐘（2 4立方呎/分鐘）下在内部氣體領域 104中之C02濃度。上方曲線140之上升部分141顯示C02濃 度增加至約0.38%之平衡値。在曲線140之時刻142上，將 取樣探針移至測量在擴散氣體轉移系統1 02之出口 11 8處的 C02濃度。在出口 118處之C02濃度實質上低於在内部氣體 領域104内之C02濃度。 圖10c在同時顯示的兩個別實驗中，更顯示重190镑 (86.26公斤）之第二位男性對象在1〇〇瓦下運動之c〇2濃度對 時間關係。上方的曲線係24 CFM (680 lpm)之通過DGTM的 空氣流量値，及重疊的下方曲線係48 CFM (1360 lpm)之流 率。在兩曲線中，濃度的快速變化係由於將儀器的吸入探 針自隔室切換至自DGTM再循環回隔室中之空氣所致。對 於680 lpm之曲線，對L56 lpm之C02轉移通過DGTM，C02 -24 - 本紙張尺度適用T囪國家標準（CNS ) ( 2丨〇X 297公釐) ---------¢-------IT------^ ,- (請先閱讀背面之注意事項再續寫本頁) 銲27 3 Ο Α7 Β7 五、發明説明（22) 經濟部中央榇準局貝工消費合作·社印聚 降低0‘23%。對於1360 lpm之曲線，對丨36 lpmtc〇2轉移 通過DGTM，C02降低〇」％ 〇 同樣地，下方曲線144顯示經由將通過擴散氣體轉移系 統之流量提升至〗360 1pm所產生之c〇2濃度的下降。在時 刻145，將樣品探針移至測量在擴散氣體轉移系統1〇2之出 口 118處的C〇2濃度。在時刻146及147，將樣品探針再度移 回測量在内部氣體領域1〇4内之C〇2濃度。 薄膜評估 使用於本發明之薄膜具有可自外部空氣取得氧，而不使 粒狀物質轉移通過之性質，氧對於支持在密閉空間内之生 命當然#相當有益。當氧經由薄膜而自外部空氣 在密閉空間中來自生命程序的過量二氧化碳排出至外部空 氣中。適合使用於本發明之薄膜實質上亦阻止粒狀污染之 轉移。 薄膜爲具有纖維或小球狀結構之聚合材料較佳。薄膜之 空隙體積分率至少爲〇_2，及以至少〇 5較佳，〇 7以上更 佳。典型上空隙體積分率之上限爲〇95，以〇·9更爲典型。 薄膜中之扭曲路徑可以在薄膜中具有最大視孔隙尺寸:孔 隙描述特性。薄膜以當即使粒子甚小於由扭曲路徑所定義 疋·實際孔隙尺寸時，仍能阻止粒子之轉移較佳。實質上完 全阻止0‘1微米以下之粒子的最大孔隙尺寸視薄膜兩端所 遭遇到之壓力而可大至3 〇微米。〇 〇5至2撖米之最大孔隙 尺寸即使係在薄膜兩端之高操作壓差下仍可實質地阻止粒 子轉移。 讀 閲 讀 背 βέ 之 注 意 事 項 再 寫 本 頁 裝 訂 λ -25- 本紙張尺度相巾關家樣準（⑽）Μ規格（2似297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Λ7 ----- Β7 五、發明説明（23 ) 本薄膜可經襯底以增加其機械破裂或爆破壓力。在一具 體實例中，當薄膜兩端之壓差大於薄膜之爆破壓力時，薄 膜貫知上地阻止粒子轉移。 薄膜以可阻止粒子，而仍能維持高的氣體擴散交換速率 較佳。本發明之薄膜具有在薄膜之上表面及下表面間有開 放且填充空氣之扭曲路徑的結構。與選擇程序相關的薄膜 參數包括： 1. 薄膜材料。在濕度高或薄膜表面係在低溫下以致會發 生凝結之應用中，希望使用具有低表面能之材料，以使凝 結水不會侵入孔隙中而將其潤濕。材料之熱性質應即使當 薄膜具有細的微孔隙性結構（低於1 _〇微米），其仍能承受使 用溫度較佳。如薄膜材料不具有在各種應用中之足夠的機 械強度，則可經由將其以開放的巨孔隙性支承稀鬆無紡織 物層（scrim layer)壓條而加以支承。在薄膜與支承層間之 界面黏合應夠強，以避免在使用時發生脱層，且不會干擾 氣體轉移程序。 2. 厚度。可使用在數微米至數百微米左右之薄的薄膜， 及在壓力高或可能有物理濫用之應用中，可能需要較厚的 薄膜。 3. 空隙體積分率及固體性。薄膜之固體性或固體比率之 控制及選擇與擴散性質相關。當將以分數或小數表示之固 體性自1.0之數値減去，則得空隙體積分率β空隙體積分 率係在薄膜内在兩薄膜表面間之所有孔隙空間之總和除以 總薄膜體積。由流動或氣體交換之觀點來看，空隙體積分 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） I » 11— I *^1 ' I I ^ Ϊ H - H - - (請先聞讀背面之注意事項再垓寫本瓦) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 第861ΠΟ〇5號專利申請730b 中文說明書修正頁(88年9 $ _B7 五、發明説明（24 ) 率亦係可發生此種流動或交換程序之空間。 4 流阻。流阻可根據戈利（Gurley)試驗方法在—定的定 壓力下由一定量之氣體流過薄膜所需之時間測得。流阻亦 可經由測量由一定定流量所產生之壓力而得。當將流阻之 知識與薄膜厚度、固體性、及固態聚合物密度之知識結 合’可獲致魯包（Rubow)有效纖維直徑（EFD)及班納利.陳 (Benarie-Chen)有效孔隙直徑之近似。（參見Rub〇w，κ :薄 膜過濾器之次微米氣溶膠過濾特性

Filtration Characteristics of Membrane 尸/"ea)，博士論 文’明尼蘇達大學，37-3 8頁（198 1); Benarie, M.:在纖維過 渡β中孔隙結構對分離效率之影響 Structure Upon Separation Efficiencies in Fiber Filters) Staub. R_ Luft 29 (2)p. 37 (1969); Chen，C.Y.:經由纖維介質 過液· Ml '落曝（Filtration of Aerosols by Fibrous Media), Chem. Rev. 55 (6) pp. 595-623 (1955))= - 5 .有效纖維直徑。有效纖維直徑（EFD)係決定阻止粒子 之薄膜特性的重大因素。其對薄膜之顆粒障壁性質較對氣 體轉移性質更有關聯。EFD之知識連同孔隙直徑對於設想 薄膜結構極為有用。 6 孔隙直徑。有效孔隙直徑（EPD)近似於平均孔隙直 徑。泡點孔隙直徑（BPPD)代表自薄膜之一個表面延伸至另 一表面’無論是否係沿扭曲路徑之最大組的實際毛細孔 隙。BPPD係最先使潤濕液體可被氣體自薄膜排出之該組 孔隙的大小。此兩孔隙直徑皆記載於表2。 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) k 訂 經濟部中央摞準局負工消費合作社印製 A7 ___B7 五、發明説明（25 ) 薄膜厚度試驗 薄膜厚度之試驗係在兩不同表面壓縮應力値下進行。薄 膜具有不同的硬度値，因此由施加壓縮應力所造成之壓實 量將隨所施加之應力及薄膜硬度而異。必須避免壓實，以 得到眞實的測量値。提供足夠的應力將薄膜中之皺褶弄 平，以在樣品及測量表面間沒有氣隙之情況下測量薄膜厚 度亦相當重要。爲改良準確性，將厚度25 4微米之樣品堆 疊5層’或在某些情況下堆疊1 〇層，而測定每張薄膜的平 均厚度。 使用講自日本Ono-Sokki股份有限公司之〇n〇_s〇KKI EG 1 33數位線性儀錶（Digital Linear Gauge)測試實施例c 1至C8 之薄膜的厚度。此儀器可測至4 X 1〇·5吋及/或1 X 1〇·3毫 米。將儀器中之製造嚴的回動彈簧解開，以使儀器之探針 隨意地倚靠於樣品上。探針之重量爲37克，及將1〇〇克之 重量加於其上。製造重量包含於探針重量内，且具有〇5〇8 公分直徑（0.2吋）平底部的特殊測量配件，並使用其與樣品 接觸。在測量過程中作用於薄膜上之表面壓縮應力爲9.6 psi (6.62 X I04帕斯卡)。 使用上述之儀器測試實施例i至4 〇之薄膜的厚度。使用 重1 1.22克且具有2.866公分（1.128吋）平底部具有〇 2吋 (0.508公分）直fe凹處之特殊的鋁製測量配件與樣品接觸。 作用於樣品上之總重量爲148.22克。作用於樣品上之面積 爲6.24平方公分（0.9679平方吋），及在測量過程中作用於 薄膜上之表面壓縮應力爲0 337 pSi (2.32 kPaJ。 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS Μ4規路17丨公趁） ---- ---------裝------訂------泉 (诗先閏讀背面之注意事項再填弈本頁〕 0 0 經濟部4-央標準局員工消費合作社印掣 A7 B7 五、發明説明（26) 固態聚合物密度試驗 多孔性薄膜具有經由將樣品質量除以其厚度及面積之乘 積而測得的體積密度。由於薄膜具有空隙體積，因而此密 度値低於可以下述方式測得之薄膜之固態聚合物部分之實 際密度。 將樣品在空氣中稱重至0.00001克之準確度β如重量低於 約0.1克，則增加待測試之薄膜量直至其重量高於0丨克爲 止。記錄重量。將樣品置於可正中懸掛於天平之小的（約 20毫米高及40毫米直徑）穿孔鋁製圓柱容器中。容器以具 有穿孔的壁、蓋子及底部，且重量在2〇克以下較佳。其具 有中心固定於蓋子且另一端具有小環圏之薄的耐綸單絲。 記綠容器及單絲组合之重量之0.0000丨克準確度。 將樣品及谷器置於大約裝填一半之脱芳香庚燒的150毫 升燒杯中β將樣品在可抽至約1毫米汞柱絕對壓力之玻璃 鐘形瓶中眞空脱氣。觀察氣體自樣品之排放。於壓力降低 時所釋出之氣泡典型上爲空氣氣泡。在較低壓力下之氣泡 釋出指出庚烷之沸騰。重覆抽眞空，直至僅觀察到沸騰的 庚垸而於抽眞空時無氣泡釋出爲止。自此時起，將容器及 樣品保存於庚燒中以避免包覆空氣。 由於樣品在庚燒沸騰過程中冷卻，因而必須使樣品及庚 k回到室溫。將燒杯及容器置於克天平中，並利用耐綸單 、糸私谷器自上方懸掛於天平機構上β加入庚燒直至容器低 於庚燒表面某個選定的標準尺寸爲止。在單絲上打一小結 以使庚烷之高度一致相當有用。稱重懸浮於庚烷中之容 -29- 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A*規格（；|丨〇><297公釐） ---------装------ΐτ------^ • - (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本肓) A7 A22730 五 '發明説明（27) 器。容琴應自由地懸掛於庚烷中係一重點。將容器重量減 去’以得到懸浮於庚烷中之薄膜重量。 (請先閱讀背面之注意事項再頊寫本頁) 薄膜固體部分之體積係經由先將樣品在庚烷中之重量減 去樣品在空氣中之重量，並將此差除以庚烷在室溫下之密 度而求得。然後將薄膜樣品在空氣中之重量除以以上測得 之薄膜之固體部分的體積而測得薄膜固體部分之密度。 薄膜流阻 薄膜對空氣流動之阻力係根據ASTM-D-726-58方法A測 足 所使用之試驗設備係泰勒定戈利（Teledyne Gurley)密 度4110型及会度計控制单元（Dens〇ineter Control Unit) 41 36/4137，兩者皆購自紐约州特洛伊市（Tr〇y)泰勒定戈利 公司。在試驗中，將1〇平方吋（6.45平方公分）之薄膜樣品 在4,88叶水柱（1_2i5 kPa)之壓力下遭遇空氣。記錄流過50 互方公分2氣所經過之秒數。此等I,戈利秒數，，因此以線性 方式與流阻相關，由於此値愈高，則流阻愈高。 泡點孔隙直徑 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 /包點孔隙直fe試驗以微米測量有效孔隙直徑（EpD) ^試 驗係根據ASTM-F_316·86，試驗方法A進行，由於其於 1 995年中止，因而將其概述於此。試驗方法A測定最大孔 隙尺寸，其係經由將樣品預先濕潤，將樣品上游之氣體壓 力以預定速率增加，並注意下游氣泡以指示氣體之通過最 大直徑樣品孔隙组而$ #。泡點試驗方法所根據之原理係 •潤濕液體會被毛細管力及表面張力保留於樣品的毛細管孔 隙中，及追使液體自此等孔隙出來所需之最小壓力爲孔隙 -30- ------- A7 B7 五、發明説明（28 ----.--1---1------1T (诗先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 直桠之函數。穩定氣泡流所出現之溫度稱爲泡點壓力。爲 進行試給，將47毫米直徑之樣品置於支承盤上，此支承盤 具有由100網目或更細之篩網所組成的第一個支承層及提 供剛性的第二個穿孔金屬板層。使用氬作爲氣體。及對由 3M FlUOrinert (TM)，FC-43(購自明尼蘇達州聖保羅市31^中 心（3M Center) 3M特用化學品部門（3M Specialty Chemicals

Division))所組成之潤濕流體校準方法。利用稱爲ica Scan 濕流儀器（Wet-flow Instrument)(購自加州安西尼塔斯市 (Encinitas)國際顧問協會（lnternati〇nai Consultants Association)) 之儀器產生及控制壓力梯度。壓力係利用亞須克羅夫特 (Ashcroft) K1型壓力轉換器（購自康乃狄格州密爾佛德市 (Milford)裝飾工業（Dresser Industries)之附屬公司亞須亞羅 夫特，儀器部門）測f。使用眞空將軍（VacuUm General) USX2-11型（購自加州聖地牙哥市眞空將軍公司）於測量經 校準至每分鐘1 〇標準立方公分之氣體流量（氣泡之穩定流） 之通過潤濕薄膜的氣體流量。爲計算最大孔隙尺寸，使用 9.1段之ASTM-F-316-86計算方法如下： d = (C)(y)/(P) 其中：- 經濟部中央標準局貞工消費合作社印裂 d =限制直徑，微米 y =表面張力，（達因/公分） P =壓力，psi或Pa C =常數（當p以Pa表示時爲2860，當p以psi表示時爲〇,415) 在？1\1〇]：丨1^1^(丁1^)?€43之情況’匸及丫之乘積爲6.64達因/ -31 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） A7 B7 經濟部中央標準扃負工消費合作社印製 五、發明説明（29) 公分。 薄膜特性 在許多薄膜滿足以上討論之標準。具有期望擴散氣體轉 移性質之具有微孔隙性聚合母材的薄膜說明於Mrozinski等 人之美國專利第5,260,360號。Mrozinski發表具有多數隨旁 分散 '不規則形狀熱塑顆粒之薄膜。一部分之熱塑顆粒彼 此間隔開以在其間提供路徑之網狀結構。一部分間隔開的 熱塑顆粒由原纖維彼此連結。 微孔隙性聚合母材係一般具有連續微小開口具有通過其 厚度之扭曲路徑的任何材料。雖然片狀材料以整個面積皆 爲微孔隙性較佳，但對特定用途可使用具有固體、或非多 孔性區域及微孔隙性區域之片材。母材中之孔隙大小一般 將較母材厚度小。 具有期望擴散氣體轉移性質之其他薄膜包括：取向顆粒 薄膜’諸如説明於美國專利第4,777,073號、美國專利第 4,347,844號、美國專利第5,176,953號、及美國專利第 5,3 17,035號中之薄膜，·經由熱及冷拉伸而成爲多孔性之冷 重質薄膜（cold dense film)，諸如説明於美國專利第 5,013,439號 '美國專利第3,839,240號、美國專利第 3,426,75.4號、美國專利第3,843,761號、美國專利第 3,801，404號、及美國專利第3,801s692號中之薄膜；以及其 他熱感應相分離薄膜，諸如説明於美國專利第4,867,881 號、美國專利第4,539,256號、及美國專利第4,519,909號中 之薄膜。未列於此之許多其他薄膜亦可有效用於本發明。 利用概述於上之標準評估一系列薄膜，如表2所概述： -32- 本紙張尺度適用中®國家標準（CNS ) Α4規格（2】ΟΧ297公釐）

J ----.--；---裝------訂------A (#先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) _ A7Λ 22 Ί 3 0〖_ Β7五、發明説明（3〇 ) 26 25 23 22 21 20 19

IS 17 16 15 14 13 12 10

Gelman Versapor 12QQ 1.2

Gelman Supor 800ιρ8μπι

Gdman Supor 私 50 P4'^μτη

Gelman Supor loQo.l μπι

Odin TF 1000 1 pm

Gehnan TF ^^0 ,41^μπι

Gclman TF 200 P2 μιη tlman -man

GdmanGN-6 0,45μπ! CQStaTMFLO2;3 costarMFO.l μ3

Tyvek 10二0S5D

Tyvek 10-1Q79

Tyvek 1SQ73D

Tyvek 1I?1S6D

Celgard 2400 3S 1216-9

3M 121'2D

3M 1030_IB

3SS0-2C 3M s*8 3M S6.4 3M S17_8 3M KN.9400 3S106-1X1 3S s'sw -500 1S.12 135.89 119-13 145.03 92.96 S.87 127bo 135.99 13-S9 8-90 2.7-08 19-07 167.89 156.97 2-97 KS2 7-96 108.97 s-24 5-- 25.91 43.94 3-10 37bs 39,12 14.700 4^ (夂彐) 1.120 0,671 0·669 P731 0.547 0·787 0.801 0.597 0,679 PS4 1,537 1.240 0-990 P775 0.216 1.007 •°617 P209 0.235 P191 PI19 0.206 0.247 0.366 P143 0,033 1333S I 0 L171 1.370 1.370 U7° 1.041 1.231 1.318 •525 L6I3 L-3 0.960 0·960 0·960 0.960 P907 •°875 1.154 0-939 P929 PS9 0-929 0.929 0·929 0.929 P940 P940 Θ.辟 ^ί 餘It i€b) PS2,0° ot'-'l lsllsl ,pl5181 lp,64Q lgl^ 0.750 lsl^' PS54 P502 0.626 P430 ,sl^' ιοι·560 lsll5;l 1-1181 lpl683 qT7S 1511^1 P6nl o1-1^1 o1-11^1 IPJ36 P706 0/7412 924 20.0 '-'s 327.50— '"ο 9.1°1 '·'「0 I UT— έ I pi IQ'-'Q — 1ΓΗI 54p 18-i Hn 「51.055)5 I'"5 1L7 I 4.20 IHS 3·9 Hs !^s 440 uMi ro ^-{sec) ---------姑衣------'1T------农 (诗先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0.62 0.14— h18— Sr lsl6~ T46I 0.50 n92 IL50 0T7— 5y IPS 7fg h30 3.02 4fe, 0.29 QH5 Qfel 0,45 PT6 la3 S3 0701 —l^1 w,83 § (萆米) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 EFD (争巴 (淬米) 0·050 J.120 ,pl2rsl 丨0.2lal lsl47 ,pl2叫5 ufel2 P350 PS —lsl14 I 2^T —965 Llg 10,264 I 0^^ 10.159 igl151 ,sim ~^.5lsl ,sl61 lrl625 1ίρί195 —0-691 2.S7 s ss 0.102 0」64 !,£l151 PS S7,0al lpl2l§l 0,426 0.696 1.034 lpl166 I 2·970— 0·043 '•°"532 0,9S6 0216 — 074"' 0.195 —lsl^ S34 lpl679 h106 — 17576 ,5,al ^77 ~1·0ί4 — ~2.970 64.12 — U?b6 13lsl3 rd)24 58lsl 161lgl "'3' 6S,131 u4.71 2ϋ y7,Q5 ϋ 14717 84·^ 4^.51 一2 私.62 22542 ldl.T3 u'-'3l3 93b7 6P66 219.47 —2lgl62 101,26 64.61 130.63 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐〉 -33^ 4?2730 ^ A7 B7 五、發明説明（31 ) C5 1Q, 39

3S 37 34 sl 31 3? 30 29 200 27

Thin s-isne

Costar PC 12 μπι

Costar PC 3 μ3 cosgr 2 μπι

Costar PC 0.2 μ彐

Costar pno'-llm

Costar pco.s μιη cosgrpe ο.ο'-μπί *

Akzo Poretics P2 μιη

AkzoPoreUcs 0·1 μ3

Millipore Mitex 10 μ3

MilUpore Mite?c5 μπι

Millipore Duraporc 5 μπι

Millipore Duraporc 0.45 μπι

Millipore Μρ'^μιη

Milliporc MF 3 μηι

Millipore ME >22 μηι

Gelman Thick Glass

Gelman GLA-5000 5 μπι ;lman -man

Gelman Nylaflo Ρ45 μπι

GelmanHT-450lp45 μηι μηι_ Gclmanv^rsapor3000 3 μ3 萍§00 25.4 1Ρ82

9.S 10·82 ε·22 5.S9 5·94 •99 17-97

93.9S 132.0s 1S.99 U4.05 I24-7 133.10

14S.0S 139.95 1240.03 15-99 S6.93 14-03 ls'96 β (cm) ------^---¢l_ (锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0-64 0.144 ·°Ι69 ·°140 0,S2 0.095 0-02 p549 S79 1.267 2.091 l.so L047 soo 0.5600 S20 2.924 0·207 0,377 0.724 S95 §5 nm m L203 1-03 1.203 1·203 1-03 1.203 LM03 o.ss 2.176 176 1J51 1·751 1.546 1.5^6 2.429 •447 L167 Ι·280 1-171 Θ辟 转f β ¢£, ploo 0,124 0,0s 285 0.070 0.04 如 polo 0.744 P67^ P62

P63S 0.710 ·°657 0.826 0_822 p729 P930 0.S5 0.72 0.721 0.709 s ΝΓ l1-1 —0/Γ u!「 ldM Ί_「 d u,「 llo~ H3 — 1IH 22,9 ^H 296lsl '-'l.101 1L9 1H lp,4— ?l0「 ^-(sec)

,pll—PIT 0lhl m09 MM W79I '•30 0·71 ϋ —163— 13-79 so h19 3.24 0.92 5.31 — 13「2S Ι17Τ7Γ —0^ pl61 -.¾ 0&" 經濟部中央標準局貝工消費合作社印繁 3.161 0H99 072rH P44S 1ςι66 lslrH lslrH h7isi lsl64 ld34 H630 —0M叫 0J5『 '•l?100 9684 0LHF L7lal 6^2 01451^1 rJ2rl 2)467 ^SA 2,hl0 rJ77 H0lgi h322 •0!521 2S5 10『44 143,03 29「19 -s"1 149.69 yss 23「95 1^1^1 3S T〇52 3ru6 144763 15·'8Ι -34- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐〉 EFD β3 S3 經濟部中央標準局員工消費合作社印繁 422T301 Λ7 ______ B7 玉、發明説明（32) 對C 1，空隙體積之稍負的結果顯示空隙體積分率可能相 當低。由於有促成此數目之試驗的組合，由厚度及面積計 算得之體積可能稍高，而使由體積計算得之質量高於測量 質I。在表2之右手邊欄位中的術語連帶性（s〇Hdarity)係薄 膜中之結構層數的測量。連帶性等於四倍的薄膜厚度乘以 固體性比率乘以κ (3.1416)及有效纖維直徑（EFD) »此値有 助於設想當自薄膜之一面至另一面所將遭遇到之碰到粒子 或氣體分子的數目。 擴散氣體轉移試驗 使用兩相關試驗於測定薄膜之擴散氣體轉移性質。第一 個試驗係測量氣體擴散或穿透過薄膜量之單一薄膜層試 驗。第二個試驗係包括進行多層選定薄膜以測定薄膜之實 際擴散性質的試驗。 〇2在笨氣中之擴散速率約爲每秒〇 2〇平方公分。氧通過 薄膜之理論最大擴散速率低於或等於氧通過空氣之擴散速 率。 單一薄膜層試驗

圖11顯示具有相同上部及下部丨52、！ 54之擴散氣體轉移 試驗單元150。將每分鐘5 〇〇公升（lpm)之控制流量分別送 至上方充氣室151及下方充氣室153，然後通過直徑〇.1〇公 分（0_04吋）乘長〇·32公分（0.125吋）之100個均勻隔開的孔洞 156。此等孔洞將氣體流動轉變成垂直衝擊於薄膜表面之 小的噴射氣流。噴射流相等地衝擊於薄膜158之上表面及 下表面。在喷嘴孔間設置8丨根支承柱160之陣列（9單位X -35- 本紙張尺度適用中國國家標皁（CNS ) A4规格（210X297公釐） ------^---^------1T------浪 (請先聞讀背面之注意事項再域寫本頁) A7 422730 五、發明説明（33) 9單位平方），以將薄膜保持於正中央。支承柱亦輕微接觸 薄膜158，但未改變薄膜尺寸。 -------：---扣衣------ΐτ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本百) 來自噴嘴156之氣流將第一個擴散氣體混合物供應至薄 膜158之各表面，並接受通過薄膜的第二個擴散氣體。氣 體接著經由在薄膜15 8各面上，沿單元15 0相等長度側之均 勻隔開之每邊1 〇個直徑〇_ 125吋（〇.32公分）的總計4 0個孔 洞161 ' 163離開薄膜158。在薄膜158各面上之氣流接著前 進到側充氣室，以分別收集並移送至出口 162、164。 將具有平衡氮氣之已知百分比之氧或二氧化碳的氣體混 合物供應至上方單元部分，及將百分之百的氮供應至下方 單凡部分。以説明於註記爲氣體流量試驗之段落中之特殊 的流量計測量流量。使用購自麻塞諸塞州諾伍市（N〇rw〇〇d) 塞福麥克斯（Servomex)之系列 11〇〇型號 1H)OA01〇3iH)〇〇200〇〇〇〇， (603)塞福麥克斯分析儀控制（Ana丨yzer c〇ntr〇i)測量氧濃 度° S使用一氧化竣時’其濃度係使用購自紐約州羅契斯 特市（Rochester)音波測量公司（Metrosonics, Inc.)之 aq-501 經濟部中央樣準局負工消费合作社印製 型S：氣品質監測器測量。將具有零中心刻度且可顯示低至 0.01叫·水柱（2.49帕斯卡）壓差之壓力計安裝至上方及下方 單元’以在上方及下方單元間作某些壓力平衡。 擴散量，例如氧之擴散量，係在氮（下方）氣流中測得之 氧濃度乘以下方單元部分輸出流量之乘積。確切的輸出流 量可利用代數由氧或氮的質量平衡計算而測定。由於氧及 氬之擴散量相當接近，因而輸出流量相當接近於5,〇〇丨^加 之輸出流量，而使用5·00 lpm作爲輸出流量並不會顯著影 -36- 本紙張从適财關家料（CNS ) ( “297公楚） 經濟部中央標準扃員工消費合作社印製 __ 五、發明説明（34) 響氣體擴散量的測定。例如，Gelman '0N-6 O.45微米薄膜 之實施例1 9將6.74%之氧轉移至5.0 lpm之流量，總計轉移 0.337 lpm之氧。 表3提供在單層薄膜試驗中使用氧及二氧化碳作爲試驗 氣體進行試驗之薄膜的擴散結果。其値愈高，則薄膜之擴 散性質愈佳。 4__3 ------^---^--β------ir------1 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) -37- 實施例 编號 樣品丨D 轉移通過單層 薄膜之氧 (於Α中測得之%) 轉移通過單層薄膜 之二氣化破 (於％中測得之CO] ppm) 1 3Μ S39^3B 7.11 1435 2 3M 1069-1X1 6.48 1335 3 3M KN-9400 3,33 587 4 3M 817-8 6.27 1269 5 3M 826-4 6.86 1420 6 3M 826-S 6.96 1460 7 3M 930-2C 6.93 1446 S 3M 1030-1B 6.77 1456 9 3M 1213-2D 6,83 1424 10 3M 1216-9 5· 10 992 Π 3M BMF-2.7 6.05 I1S1 12 Cdgard 2400 4.20 1053 13 Tyvek 10-1056D 2.36 412 14 Tyvek 10-1073D 2.43 475 15 Tyvek 10-1079 0.91 207 16 Tyvek 10-1085D 1.46 250 17 Costar MF 0,1 μιη 6.60 1340 18 Costar MF 0.2 μιη 6.74 1377 19 Gelman GN-6 0.45 μιη 6.74 1405 20 Gelman TF 200 0.2 μιη 6.11 1265 21 GelmanTF450 0.45 μιη 6,15 1233 22 Gelman TF 1000 1 μπι 6.28 1278 23 Gelman Supor 100 0.1 μιη 6.39 1330 24 Gelman Supor 450 0.45 μπι 6.72 1361 25 Gelman Supor 800 0+8 μιη 6.77 1362 26 Gelman Versapor 1200 1.2 μπι 6.27 1219 η Gelman Verspor 3000 3 μπι 6.61 | 1297 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） 30 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（35) 28 Gelman HT-450 0.45 μιη 6.57 1329 29 Gelman Nylaflo 0.45 μιη 6,40 1267 30 Gelman GLA-5000 5 μιη 5.72 樣品不足 31 Gehnan Thick Glass 4,90 934 32 Millipore MF 0*22 μπι 6,61 1317 33 MilliporeMF 3 μιη 6.86 1368 34 Millipore MF 8 μιη 6.85 1363 35 Millipore Durapore 0.45 μιη 6.53 1295 36 Millipore DurapOFe 5 μιη 5.69 1121 37 Millipore Mitex 5 μηι 3.75 724 38 Millipore Mitex 10 μπι 5.57 1060 39 Akzo Poretics 0.1 μιη 6.56 1321 40 Akzo Poretics 0.2 μιη 6.44 1281 C1 Costar PC 0,015 μπι 1.77 285 C2 Costar PC 0.05 μιη 6.63 1288 C3 Costar PC 0.1 μιη 6.77 1447 C4 Costar PC 0.2 μπι 6.91 1446 C5 Costar PC 2 μιη 6.71 1383 C6 Costar PC 3 μιη 6.95 1442 C7 Costar PC 12 μιη 6.91 1419 C8 Thin Silicone 0.01 0 多層薄膜試驗 多層薄膜試驗係利用以上所論述之單層薄膜試驗的設備 及步驟。多層試驗可測定在薄膜結構内部之氣體的有效擴 散係數。 爲測定薄膜之擴散轉移性質，必須將發生在薄膜内部與 發生在薄膜面上及靠近兩薄膜面上之邊界層作用分開。薄 膜之貢獻可由一系列實驗求得，其中將增加層數的薄膜緊 密接觸地堆疊於彼此上方。圖1 1中所示之支承柱160可使 薄膜堆疊中之個別的薄膜15 8保持緊密接觸。爲進行堆疊 試驗，首先試驗一張薄膜，然後兩張，然後四張，及最後 試驗八張薄膜。對此各四個試驗，測定在根據菲克定律 (Fick's Law)之以下方程式中的” L "項。 -38 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐} :-----U------1T------^ ( {請先閏讀背面之注意事項再填寫本頁) 422730 五、發明説明（36 A7 B7 擴散量 D»A«C ~L~ 册（Perry’s Chemical 擴散量係以（立方公分/秒）表示 D爲擴散係數（平方公分/秒） A爲測試面積（39.44平方公分） C爲平均濃度梯度（小數） L爲擴散路徑長度（公分） 擴散係數D係取自派瑞化學化程師手

Engineers’ Handbook) ’ 第四版（McGraw_Hin)。測試面積 a 係經由將薄膜1 58之總暴露面積減去前述之8丨根支承柱16〇 的緯面積而測得。平均濃度梯度係由輸入及輸出氧濃度計 算得。例如，如將包含20·90%百分比氧及79 1〇百分比氮之 鋼瓶空氣在薄膜堆疊之上表面引入，且將相等流量之〇〇〇 百分比氧的氮在薄膜堆疊之下表面引入，及如自上表面之 輸出包含14.59% 〇2，及下表面包含6 27% 〇2，則平均上表 面濃度爲（20.90+Η.59)除以2或17·745 Q平均下表面濃度爲 (6.27-0.0)除以2或3.1 35。接著薄膜兩端之〇2的平均濃度梯 度爲（17.745-3.135)或14.61%。在擴散方程式中，其表示爲 小數0.1461。在左邊之項-擴散量_係如於單層薄膜試驗中 所測得^藉由以上討論之訊息，可計算得L項。 L項有三個成份。如將氣體送至薄膜上方及下方區域之 流量相等，則在薄膜上方及下方之氣體的邊界層相等且其 各促成L的相等成份。於l之此兩部分加上對一定試驗: 薄膜堆疊的貢獻。隨著層數之增加，邊界對[之貢獻保持 -39 t紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210XM7公楚） I ! n - n I n 訂 (諳先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 A7 A 9^13 〇 五、發明説明（37 ) 定値’及L之增加僅係由於增加的薄膜所致。因致，可將 在薄膜内發生者與任何邊界效應分開。 表4提供多層薄膜試驗之結果。將單層總有效轉移厚度 減去薄膜有效擴散厚度’可得相當靜止空氣邊界層厚度。 當對表4之薄膜平均此計算之結果時，結果爲〇· 1 %公分。 此値係在所使用條件下之上方及下方邊界層的總相當靜止 空氣薄膜邊界層厚度。在進行此等試驗時，可使用在〇17 及〇·18公分間之稍微不同的總相當靜止空氣薄膜邊界層厚 度’然而’此値自-比較試驗至另-比較試驗必需維持定 値。 -------^---^------ΪΤ (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印聚 -40- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 42¾7 30 at B7 五、發明説明（38 )

Celgard 2400 (實施例12) 3M 839-3B (實施例1) 3Μ 1213-2D ititm) 3M 826-4 (實施例5) 3Μ 817-8 (實抱例4) 霖 00 N> — 00 Si 00 N> 00 to ΰ〇 ι〇 — η 0.1919 0.1815 1 1 0.16SS 0.1506 0.1605 0,1532 1 0,1453 I ο b 00 p ΟΝ Γ 0.1523 I 0*1465 0,1407 | 0.1598 0.1506 1 0.1439 0.1396 0,1769 0.1649 0.1542 0.1458 控齊 0.0172 0.0277 0.0403 0.0523 0.0485 1 1 0.0557 0.0638 1 0.0711 Ο s VO 0.0566 1 0.0627 0.0683 1 0.0492 0,0588 0.0655 I 0.069S 0*0323 0.0441 0.0552 0.0634 0.1919 0.1814 0.1688 0,1537 0Λ605 1 0.1533 1 0.1453 ο — Ui οο ρ On I 0,1524 | 0,1464 0.1407 0.1598 1 0.1504 | Γ 0-1437 | 1 0.1394 0.176S 0.1649 ο η-· 0,1457 〇 g 〇\ 1 0.1385 1 1 0.2015 1 0,2615 1 0.2425 1 I 0.2785 1 ο U ν〇 0.3555 〇 h o io 〇〇 I 0.3135 | I 0.3415 o ίο o i〇 y〇 1 0.3275 ] p ϋ 念 I 0.1615 1 0.2205 1 Ο ο ρ"^ιΡ 三泰 1.0558 ! 0-6199 0.3964 0.2781 0·3132 1 0,2604 0.2155 0.1837 | 0.3091 0*2548 | o s> SJ — p K·* 0J074 0.2421 0*2077 ο 00 Ό 0.5181 0,3539 0.2641 0.2175 2尊遥 1089.8 1 ο 〇\ U> ρ 知裔00專 7科诗说 p b — s b s VO u> 00 3 u> 〇\ 00 Ο — N> LO i〇 ρ 00 朵Ϊ泛 雜蒙 ---------1------,1T------^ >' (讀先閲讀背面之注意事項再項寫本頁) 本紙掁尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（39 )

Coming Costar 0*10 (比較實施例C3) Corning Costar 0.05 (比較實施例C2) Coming Costar 0*015 (比較實拖例Cl) Millipore Durapore 0.45 (實施例35) Gelman Versapor 3000 3.0 (實施例27) Tyvek 10-1073D (實施例丨4i 00 A w — OQ to — 00 to — 00 to «*4 00 to — 00 (Ο 0,1635 0.153 0.1458 0.1395 0.1722 0.161 | 0.1502 i 0.143 0.2064 \ 0.2038 ! 0.199 1 0*1915 ； 0.173 1 0.1611 | 0.151 0.1438 1 0,1722 | 0.1604 1 0,1504 0.1428 1 0.2051 1 0.202 ] 1 0.1953 1 0.1824 0.0453 0.0557 1 0*063 0.0694 0,0371 0.0481 ： 0.0591 1 0.0663 0.003 0.0055 0.0104 0.0117 0.036 0.0479 0.0581 0.0653 I 0.0366 0.0487 0,0585 0.0663 0.0039 1 0,0069 1 0.0136 0.0263 0*1636 0.1532 0,1459 0.1396 0.1721 0.161 ； 0,1501 0.1429 0.2062 0.2037 0,1988 0.1914 | 0.173 0.1611 [0.151 1 0.1438 i 0.1723 1 0.1604 1 0.1505 ,0.1428 0.2051 [0.2021 1 0.1964 0,1826 0,2265 1 0,2785 1 1 0.315 1 0,347 1 0.1855 1 1 0.2405 | 1 0,2955 | 0.3315 [o.olsl ! 0.0275 1 0.052 1 0,0885 0+18 1 0.2395 | [0.2905 1 0.3265 I 0.183 0.2435 0.2925 0.3315 0.0195 [0.0345 1 0.068 0.1315 0.3418 0.2603 0.2192 0.1903 0.439 0.3167 0.2403 0.2039 6.506 1 3.5049 1.8094 I 1,0236 0.4549 0.3184 0.2459 0.2084 | 0.4456 0.3117 0.2434 0.2038 4.9779 2.7718 1 ! 1.3596 0.657 204.0 305,6 7502.9 341.3 I 334.9 5515.4 Οι ί〇 p\ b b 125.0 | 188.0 167.9 34,6 51.0 1250.5 to 32.0 -42- ----_--^---裝------1T (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） t A22130 t A22130 經濟部中央標準局男工消贽合作社印製 A7 __________B7_____ 五、發明説明（40 ) 取自實施例1 -40之群组的選定薄膜相較於比較實施例c 1 至C8之薄膜展現優良的擴散轉移性質。對一定的厚度， 較低的薄膜有效擴散厚度値表示優良的氣體轉移性質。擴 散係數之比在數値上等於薄膜有效擴散厚度對實際厚度之 比。選定氣體，諸如氧，在選定溫度及壓力下在靜止空氣 中之擴散係數對相同氣體在薄膜内在相同溫度及壓力下之 有效擴散係數之比係自1.〇3至5〇〇。 氣體流量試驗 氣體體積流量之準確測量對用於描述薄膜擴散性質特性 之擴散流量測量相當重要。以下之方法將使流量之再現性 優於0.5百分比《絕對準確度係視用於校準測量之方法而 定。藉由使用體積氣體儀，絕對誤差限制在低於約1百分 比。此方法係根據哈根-帕休定律（Hangen_Pc^seuiIle law): 128·//·1 Q爲流量之體積速率（立方公分/分鐘） d爲直徑（公分） r爲比重（克/立方公分） hL爲管中之水頭損失（流體流動之公分數） #爲氣體黏度（克秒/平方公分） 1爲管長（公分） 爲使方法方便起見，將多於350個具有0.012吋（0.0305公分） 内徑及2.605吋（6.617公分）長度之毛細管2 4標準规格管平 -43- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】0x297公酱） ----:---：---择------1T (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 422130 A7 B7 五、發明説明（41 ) ' 行裝於較大的鋁管中。以環氧塑料將管間之空間密封，以 致僅有内部孔徑可傳導流動。接著經由將某些管子密封’ 以得到對每公升每分鐘空氣流量可產生249 Pa (1 〇吋水柱） 壓降之裝置’而將此等系統校準。開始的校準係利用空氣 完成，及後續之校準係利$氧'氮、及任何其他使用氣體 而冗成。由於此方法與所使用之特定氣體的性質相關，因 而此校準係爲必須。較小管子密封成較大管子之組合稱爲 HP管。 擴散氣體轉移試驗單元具有各可接受及排出氣流的上部 及下部。爲供未來參考之用，在通過上部或下部之標稱流 率爲5 lpm下，單元之壓降爲8 〇 pa (〇 〇32吋水柱）。 爲校準HP管，將其各供應待試驗氣體（空氣、〇2、 NO，並將管子之輸出連接至購自賓州荷莧市（11〇1^&111)美 國儀表公司（American Meter Co.)之新格（Singer) DTM 115 型體積流量計。經發現操作新格流量計所需之壓力係在 4.98至37.4 Pa (〇.〇2及（M5吋水柱）之間，及對時間平均約 爲19.93 Pa(0.〇8吋水柱）。經由將管連接至供校準用之 新格流量計’及經由以擴散係數試驗單元取代流量計，吾 人確定在研究所要求的準確限度内在一定校準點下之流量 係爲相等。在本發明中所記述之流量係爲體積流量。 薄膜之粒子阻止及載入特性之測定 已發現對於本發明之需求，薄膜性質之變化相當廣泛。 其中一個更爲重要的需求爲薄膜可實質阻止粒子通過其微 孔隙性結構。本發明要求實質上完全阻止粒子，以及次要 -44 - 本^:度適财關家；(2丨叹297公疫）- ----：--.I---裝------訂------良 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標率局員工消費合作社印繁 經濟部中央標準局員工消費合作社印袈 」22130 五、發明説明（42) :敁孩ίΐ清况下當存在潛在積垢粒子時經由擴散的高氣 、：；。第三個要求爲機械完整性。關於此等要求之 相互關係’當微孔隙性薄膜滿足以下條件之组合時，其可 有效用於本發明。 所1.二薄膜兩端之總壓力（靜壓力及速度壓力之總和）差實 貝上馬零時，選定薄膜完全阻止粒子之通過。此等薄膜具 有最小的有故粒子阻止能力。 2·當薄膜兩端之總壓力低於在定義操作系統中之任何相 的生命循環中在薄膜兩端遭遇到之最大壓力時，選定薄膜 完全阻止粒子之通過。 3 .選夂薄膜可使氣體及蒸氣分子擴散轉移通過微孔隙性 結構。 軋當薄膜兩端之總壓力低於可經由撕裂或裂開薄膜而破 壞薄膜整體性之最大定義壓力時，選定薄膜完全阻止粒子 之通過。 5 .當在特殊使用情沉中顯著載入粒子時，選定薄膜可維 持高的擴散氣體轉移程度。 最小有效粒子阻止特性 條件（1)、（3) '及（5)之組合對使用薄膜於完全阻止粒子通 過同時使氣體可轉移之系統相當有用，如下所述。考慮一 與外部粒子污染環境分隔開之密閉空間。進一步考慮在密 閉空間與外部粒子污染環境間之壓力相等的情況。支持在 舍閉空間中之生命程序或氣體消耗或產生程序並實質上完 全阻止粒子可利用設置於密閉空間與外部環境間之本發明 -45- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2〗0X29?公嫠）

f請先閱讀背面之：！：！意事項再填寫本頁J .裝 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 422730 at _____B7 五 '發明説明（43 ) 薄膜在對薄膜兩端不造成實質壓力之自由或自然對流程序 條件下冗成》具有最小粒子阻止特性之薄膜可有效用於以 上系統。 低壓粒子阻止特性 條件（2)、（3)、及（5)之組合對使用薄膜於完全阻止粒子通 過同時使氣體可轉移之系統相當有用，如下所述。考慮一 具有a)薄膜單元系統，b)風扇及導管系統以將空氣循環通 過薄膜單元系統’及c )第二個風扇及導管系統以將空氣自 外部粒子污染環境循環至及通過薄膜單元並回到外部環境 之密閉空間。當在薄膜單元之污染及未污染部分間之壓差 係在薄膜之完全阻止粒子能力之指定範園内時，可獲致成 功的故能。 高壓粒子阻止特性 條件（3)、（4)、及（5)之組合對使用薄膜於完全阻止粒子通 過同時使氣體可轉移之系統相當有用，如下所述。考慮— 具有a)可高壓的薄膜單元系統，b)高壓風扇及導管系統以 將空氣循環通過薄膜單元系統，及c)第二個高壓風扇及導 官系統以將空氣自外部粒子污染環境循環至及通過薄膜單 元並回到外部環境之密閉空間。薄膜單元兩端之高壓可有 效在薄膜單元内發展優流條件，且亦對具有限制狹窄流動 路徑之薄膜單元以使擴散氣體轉移速率最大化有效。 薄膜兩端之高壓·引起對流爲第二個重要的氣體轉移機 構。根據在薄膜單元系統與第一及第二個高壓風扇及導管 系统間之連結配置，可對指定氣體諸如c〇2之總氣體轉移 -46- ，本紙張尺度適闲中國國家標準（CNS ) A4規格（210x29^^7· .. j II ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消费合作社印裝 422130; A7 __B7 五、發明説明（私） 有稍微的好處。 實施例 實驗步驟 使用兩不同實驗系統於測定薄膜之粒子阻止特性。第一 個系統係用於進行.下列試驗： 1 .零壓差條件：圖1 4顯示大致根據圖1之實驗系統，將 主體薄膜24'置於兩相對隔室28·、30'之間，以在薄膜兩端 提供零或非常接近零的壓差。相關的組件以類似的元件编 號表示。經由將超純淨空氣在約0.7 lpm下流過，而將下方 隔室保持沒有粒子。經由使壓縮空氣經過流量計通過多段 過濾器，並通過如圖所示之遮蔽入口管路系統182，而產 生純化空氣供給。4-5 lpm之在入口管182上方的遮蔽氣流 避免對下方隔室301施加壓力，及經由將其浸於超純淨空氣 中而將環境粒子進入入口管182之機會減至最小。在入口 管182與圍板180之間有間隙存在，以致在入口管182周圍 產生環狀流動空間。通過下方隔室30'之流量係由在購自明 尼蘇達州聖保羅市TSI公司之portacount P丨us粒子測量儀器 中之取樣泵控制於0.7 lpm。 經由將4-5 lpm之空氣流量通過生煙器，而將粒子供應至 上方隔室28_。煙霧係自一塊棉繩（購自喬治亞州麥迪森市 (Madison)威靈頓休間產品公司（Wellington Leisure Products Inc.)之產品編號10 196 Southgate (TM)戈織）之一問燒端所 產生。將繩索之聚合芯材移除，而僅留下外部的棉穗帶， 將其置於在反轉5加侖桶底部之絕緣及防火的陶资表面 -47- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210>< 297公灰） ----；--,<---^------11------良 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} A 2.2.13° 1 ^ 五、發明説明（45) 上。使大部分的煙霧污染空氣從排煙櫃排出。使約0 7 lpm 之煙霧污染空氣之較小氣流通過第一個閱至膜片泵並通過 第二個閥 第一個閥控制泵的入口流量，及第二個閥控制聚的口流 量。氣流接著通過3公升的平壓槽，流量計並進入試驗系 統之上方隔室28'。經判定零壓力條件可經由限制在離開上 方隔室2 V之氣流之條件，及經由將流量平衡至〇 7 ipm以 在試驗單元之上方及下方隔室28_、30’產生可能範圍的相 同流體機械條件而達成。 煙霧粒徑分佈係利用購自明尼蘇達州聖保羅市熱系統公 司（Thermo Systems Inc.)之TSI掃描流動性粒子測量系統 (Scanning Mobility Particle measuring system)測量。經測定 粒度分佈係對0.12微米之平均粒徑成對稱，並延伸至直徑 不大於0.60微米及不小於〇.〇3微米。 經濟部中央標隼局员工消費合作社印家 ----：--^---^.------11 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 爲進行選定薄膜之試驗’將薄膜置於上方及下方隔室之 間’並使流量平衡。來自下方無粒子隔室之氣流最初可由 於在安裝薄膜時開放至環境粒子（通常約爲每立方公分 20 00-5 000個粒子）而含有粒子。如當薄膜兩端有零恩差， 而氣泥在經過一段時間後逐漸變清淨，則推論薄膜爲有效 的零壓力障壁《如下方單元的氣流未達零，或如其粒子濃 度增加’則推論薄膜在零壓力條件下不爲有效的粒予障 壁。在以上之實驗中’其目的係要判定粒子是否可單獨經 由擴散程序而轉移通過薄膜。 2.低愿·差條件：修改供零壓力條件用之圖I的實驗系 -48 - 本^^中關家標準（21Gx297公楚)-- A22*T30 A7 ------- B7 五、發明説明（46 ) 統’以使薄膜可接受低正壓的粒子污染空氣。下方隔室及 系統係如同零壓力條件所使用。於上方隔室及系統加上粗 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I:及微調出口閥’以限制離開上方隔室之流量。此組態依 次使上方隔室中之壓力可提升，並控制在如圖13所描述之 低壓範圍。 圖1 3以圖不説明不同薄膜之粒子障壁性能成薄膜兩端之 低壓差之函數。薄膜列在沿圖的左軸上。沿著y軸向上移 薄膜有具有較大孔隙、較大纖維、較低表面積及較低 只量疋傾向。區域2〇〇代表粒子穿透，及區域2〇2代表沒有 粒子穿透。如由圖1 3所明顯可見，薄膜c 6、3 8、及C 7即 使係在實質上的零壓差下，其亦不會阻止粒子。在圖丨3下 部之薄膜一般在較高測量壓差下阻止粒子。另一方面，列 於y軸上的某些粒子阻止薄膜可能無法提供最適的擴散速 率。因此，對於所有的應用，應檢查擴散速率及粒子障壁 性免。圖13指示第一個粒子穿透之壓力。如粒子在零壓力 下穿透，諸如在前三個例子之情況，則粒子轉移係單獨經 由擴散發生。由於試驗薄膜係單獨經由擴散轉移粒子，因 而經由使薄膜進行此試驗，可以篩選及除去在實行本發明 時要進一步考慮的薄膜。 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 3.高壓差條件··爲當薄膜在橫過合理及有用之跨距下未 經椒底’諸如可能發生於薄膜單元中之情況，在直至壓力 會造成薄膜爆破之較高壓力條件下測定薄膜的粒子阻止特 性’設計並進行以下試驗。將往復式空氣壓縮機之輸出連 接至具有約5 5公升容量之4 8公分長乘3 1公分直徑的空氣 -49- 本紙張尺度適用中國國家榇準{ CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） 經濟部中央標準局員Η消費合作社印製 p 了 30 ^ 五、發明説明（47) 槽。將加壓空氣自槽之出口經過壓力調節器引導至包含將 薄膜支承於玻料上之試驗單元。玻料具有2 85公分之面徑 及大約50微米之孔隙，以使空氣可自由通過，同時在薄膜 下方提供完全的支承◊玻料表面係爲平滑，並與用於在恰 越過玻料周邊與〇型環封結合的鋁表面齊平。以p〇rta_ count儀器取樣來自薄膜過濾器之氣流，以測定薄膜粒子之 貫穿。試驗係經由先將槽填充取自室内之塵縮空氣，然後 利用壓力調節器逐漸提高壓力以使氣流經由薄膜排出而進 行。注意觀察到第一個粒子之壓力及流量。 如在直至50 PSI (344.7 kPa)之最大壓力下仍未觀察到粒 子’則使用以上説明於低壓差試驗中之棉繩煙霧來源在更 嚴苛的試驗下進行測試。將煙霧壓縮至槽中，並如上重複 試驗。如在離開薄膜之氣流中未偵測到粒子，則記錄最大 壓力。如偵測到粒子，則記錄其發生之壓力。 表5記述利用室内及較高濃度之煙霧粒子作爲異物之承 受高歷·差之薄膜的性能。實施例C 4、1 8、及2 5之薄膜在 第一個試驗即使在具有相當低濃度之室内粒子下即發生粒 子貫穿’而使其與在更嚴苛條件下之試驗無關。實施例1 之薄膜通過室内粒子試驗，但在每立方公分57〇,〇〇〇個粒子 之煙霧粒子濃度下出現穿透。實施例15及C1之薄膜無法 進行試驗’由於其皆具有高壓降，以使其無法產生適當供 應Portacount儀器的足夠流量。如由表5明顯可見，其餘的 薄膜即使在45-50 PSI (3 10-345 kPa)之壓力範圍内，仍展現 實質上的完全粒子阻止。 -50- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4说格（2丨〇x297公釐）

;--^---抽衣------.玎------^ (靖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁J 經濟部中央標準局t貝工消費合作社印掣 mno 五、發明説明（48 ) κ K to %〇 O： o 00 〇\ Uk <F>- K> H-l 翁却 11 3 tn § Ο §琶 ο 9 |Ι CO 写 另 r- O o W '1 1 o Sg o IS 画 o o •M I § ix o t 8 Ui H 1 o — c 3 I H- o o Ό s O (〇 o u» 2 K> i> 2 s> — f〇 o 01 2 s o 二 Cd u»> 2 v〇 〇 SJ 〇 Uk 2 0Q <J\ 00 2 00 σ\ s 00 一 00 L>> 2 ? 〇 Uk 2 s 〒 OJ 2 0Q W v〇 ΰ 03 葳 B Ρ 卸 %Y %T -H > 旁 聆 As» ㈣3· 爷详 w s s i: οί s s s LO 戈 00 bo Lfi u» — o OJ oo U1 bo δ bo u> 念 OO 為 00 Li Lh» U) o UJ έ bo bo OJ bo 念 09 u> bo bo i^i 念 oo 芎萍 〇 U) Ο 1 o g s 'j | 5： I £： 1 Ln 8 Cn 〇 o o o o oe o 00 o o 〇 o ·〇 o £ o o έ: 〇 o u> Q\ 〇 o tA o o §焯八 '¥ P p P •:F 胪 p * Λ-ί® 碲茚 g 12? % UJ έ bo K*i bo — ο Lti oo ϊ; bo -P' ΰΰ 言 oo bo u> oc bo bo bo £ bo U) •00 00 u> 念 0ΰ bo 云诗1 名;Η· ►*** ο ο ο t KJ% o o u> 含 ο ο g o 若 o g o o g o g p S o o o — o o — yi o o 〇 〇 ·-* g o o to Ln o o o Ό 〇 o o to TO o o •o o s § g o 认 p o o 裏位hr g屮赛 g nb· ---.---^------.1τ------" (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 本紙張尺度逋用中國國家標準（CMS ) A4規格（2丨0X 297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 奏找73〇 A7 B7 五、發明説明（49 ) *H-t.i_sv淞咯详唞二|0'姜4^衿命痴舞起鸿耳涔。 Π G Q G \〇 Lk) ^te «Μ· c*r COSTAR MF 0.2 um ι COSTAR PC 0.20 um COSTAR PC 0· 10 um COSTAR PC 0,05 um COSTAR PC 0.015 um AKZO PORETICS 0.2 um AKZO PORETICS 0.1 um Η ss ο b： 口 3 Η e ζ, ο ^ 妄 ο ί： 3 GELMANHT-450 0.45 um § Q ii ΧΛ 1 薄膜樣品丨.D. 流量不足 Ρ 室内粒子 之貫穿 ¥~· La Οϊ 5 69.0 W \λ I 344.8 | 1 344.8 | 344.8 344.8 344 8 344,8 344,S $ o 最大應力 (kPA) to ρ ο t 〇 o jJl 〇 o o o 'o o g ο ο ο g ο ο η-* 〇« '〇 o — o o £ s犛A. P Ρ 晚霧粒干 La % 344.8 134« 1 344.8 344.8 344.8 344.8 344.8 最大壓力 陶 OS 合 o o o o o p 1 3 〇 〇 〇 Ui s ο κ> ο ο ο p O o 上游之 粒子數 (Wcu. cm.) (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（2丨OX297公釐） A7 B7 五、發明説明（5〇 ) 實施例编號 薄膜樣品ID. 爆破恩力(kPa) 1 3M 839-3B 55.20 2 3M1069-1X1 1517 3 3MKN-9400 186.2 4 . 3M 817-8 358.6 5 3MS26-4 234.5 6 3M 826-8 144.8 7 3M 930-2C 89.6 8 3M 1030-IB 124Λ 9 3M1213-2D 55.2 10 3M 1216-9 620.6 12 CELGARD 2400 379.2 15 TYVEK 10-1079 無破裂 17 COSTAR MF 0,1 um 110,3 18 COSTAR MF 0,2 um 82·8 .19 GELMAN GN-6 0.45 um 220.7 20 GELMANTF200 0.2 um 213.8 21 GELMAN TF 450 0.45 um 206.9 22 GELMANTF 1000 1.0 um 193.1 23 GELMAN SUPOR100 0,1 um 248.3 24 GELMAN SUPOR 450 0.45 um 75.9 25 GELMAN SUPOR 800 0.8 um 241.4 28 GELMAN HT-450 0,45 um 289,6 29 GELMAN NYLAFLOW 0.45 um 310.3 32 MTLL1PORE MF 0.22 um 137.9 35 MILLIPORE DURAPORE 0,45 um 193.1 39 AKZOPORETICS 0,1 um 103,4 40 AKZO PORETICS 0,2 um 103,4 C1 COSTAR PC 0.015 um 324,1 C2 COSTAR PC 0.05 um 117,2 • —^ I 泣衣,' ~~1 I ~~~ 訂™* . ---- 1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印掣 4 .破裂試驗：以具有2.85公分外徑、2.40公分内徑及0.70 公分高之開口鋁環取代以上試驗中之玻料。將各具有0.23 公分直徑之兩根圓形鋼棒在各棒自環直徑移動0.45公分在 0.90公分之間隔下彼此平行地嵌入於環的面緣。因而此與 環頂部齊平之棒形成薄膜樣品之支承，而使樣品在狹窄尺 寸架開0.9公分及在較寬尺寸架開2.4公分。爲測定薄膜的 -53- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2!0'〆297公釐） m口0 A7 __；___B7___ 五、發明説明（51 ) 破裂性質’將壓力提升至薄膜破裂，及記錄最大壓力，如 於表6所記述。在相同薄膜上在不同樣品旋轉角下進行多 次試驗之情況，記述較小的値。 5 .粒f載入試驗：此試驗測定選定薄膜在有粒子載入且 可能積垢之眞實情況下，維持可接受之高擴散轉移程度的 能力。在此等情況下’經由薄膜兩端壓力驅動之對流流量 與空氣流穿透性相關，且此流量控制粒子載入程序。圖 12a及12b之載入试驗結果（並行試驗）可應用至在此條件組 合下陷落之薄膜。 經濟部中央標準局員工消費合作祍印製 ----.--^---^------1T (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 建造一試驗系統’以使兩薄膜樣品暴露至包含呈氣溶膠 或固體形態之顆粒的相同空氣來源。將各薄膜支承於具有 約5 0微米孔隙尺寸之氣體多孔性玻料上。將玻料裝於框架 中，以使玻料邊緣與框架之上表面齊平。各薄膜之暴露面 積爲2.5乘2‘5吋（6.35乘6.35公分），總計爲6.25平方对 (40.32平方公分）。將具有界定薄膜暴露面積之兩個方形開 口且具有足夠長度和寬度以稍微覆蓋超過各玻料周圍之 0.6公分厚的RTV橡勝毯置於薄膜上。此毯經由以一塊非多 孔性塑膠膜取代各薄膜觀察到無流動情況i而證實提供氣 密密封。多孔性玻料架設出一充氣室，及此充氣室具有連 結至管件之出口，而可連結壓力錶以測量薄膜及玻料兩端 之壓降。將出口管件連接至空氣泵，及將泵之輸出連接至 1加侖之平壓槽以使脈動相等。將平壓槽之輸出連接至流 量計。 使實施例8及C 3之薄膜，除了測量薄膜特性變化所需之 -54- 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4現格（2IOX 25)7公釐）

A7 B7 五、發明説明（52 ) ~~ ：-----^ —— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 時間外，在連績基礎上並行暴露至室内空氣。利用講自明 尼蘇達州聖保羅市TSl公司之Ρ〇ηΚ〇ϋηί Hus 8〇2〇型定量人 工呼吸機配合測試儀（Quantitative化咖⑹Fit Tesier)測 量室内之粒子量。經測得粒子數之範圍係自每立方公分空 氣約1000至8000個粒子。 如圖I2a所説明，對多於400小時的試驗期間，通過實施 例C3薄膜之流量爲9.4 lpm。Ο?的轉移百分比記載於左邊 的直軸，及薄膜兩端之壓降記載於右邊的直軸。時間記載 於水平軸。通過實施例C3薄膜之流量—開始爲94公升/分 鐘，及對前95小時維持於9.4公升/分鐘，此後通過薄膜之 壓降太南而無法維持起始流量。間隔進行單層擴散試驗， 以瞭解氣體轉移性質之變化。注意儘管在實施例C3薄膜 中之載入量低於實施例8薄膜之載入量，但實施例8薄膜之 氣體轉移性質在整個試驗過程中未變化或僅有極輕微的變 化，而實施例C 3薄膜之氣體轉移性質降至原來値的約十 分之一。 經濟部中央標车扃員工消費合作社印繁 圖12b呈現比較實施例2薄膜與.實施例c 2薄膜之結果。 實施例2薄膜於在9_4公升/分鐘之流率下試驗477小時後’ 其擴散性質典變化，或僅有相當輕微的變化。很有趣地， 擴散轉移性質之變化極小，而壓降性質則顯著增加。在 C 2薄膜之情況，在低於2〇〇小時内，擴散轉移性質顯著降 低及壓降性質顯著增加。不可能在整個試驗過程中將通過 C2薄膜之流量維持於完全的9 4 lpm程度。因此，c2薄膜 較實施例2薄膜進行較不嚴格的試驗。 -55- 本紙張尺舰财關$標率（;Τα4規格（2丨0 X297公釐） ^ ^ A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社ίρ裝 五、發明説明（53 ) 6.粒子挑戰後之氣體轉移速率試驗：對此試驗，由前述 的"單層薄膜試驗"測定通過選定薄膜之氧之氣體轉移速率 的起始値β靜止空氣薄膜邊界層厚度限制爲在〇.丨7及〇. j 8 公分範圍内之固定値。接著利用”粒子載入試驗"使選定薄 膜受粒子挑戰，以致在選定流率在每單位面積之含粒子空 氣下之壓降的變化上升25%以上。然後利用”單層薄膜試 驗”重新評估選定薄膜，以測定於指定之粒子載入後所得 之氧的氣體轉移速率。靜止空氣薄膜邊界層必需維持於如 指疋於起始早層薄膜試驗"中之相同値。後續之通過薄膜 之我氣轉移速率的減少百分比係由在"粒子載入試驗h之前 及之後之氧氣轉移之比測得。 樣品製備 與實施例1-3之微孔隙性材料之製備相關的一篇專利爲 1985年9月3日發行之受讓人的美國專利第4,539,256號 (Shipman)，其發表一種包含下列步驟之製造微孔隙性材料 之方法：將可結晶的熱塑聚合物與可與熱塑聚合物混溶之 化合物在聚合物之熔融溫度下熔融摻混，但其在聚合物之 結晶溫度或更低溫度下冷卻時相分離而形成熔融摻混物之 成形物件，將此成形物件冷卻至熱塑聚合物結晶以致在熱 塑聚合物與化合物間發生相分離之溫度，因而提供包括結 晶熱塑聚合物顆粒之第一個相於化合物之第二個相中之聚 集體的物件，及將物件在至少一個方向取向，以提供遍及 各處之互相連繫微孔隙的網狀結構。 與實施例4-9之微孔隙性材料之製備特別相關的第二篇專 _ -56- 本紙張尺糾财而家標奉（CNS) ------ {諳先閲讀背面之注^^項再填寫本瓦} 裝· 、1Τ X · 五、發明説明（54 A7 B7 經濟部中央椋準局員工消費合作社印51 利爲1988年2月23日發行之受讓人的美國專利第4 726,989 號（Mrozmsla)，其發表一種包括下列步驟之製造微孔隙性 材料之方法將可結晶的熱塑聚合物與可混溶化合物及核 化劑熔融摻混，形成熔融摻混物之成形物件，將成形物件 冷卻至棱化劑引發熱塑聚合物結晶，以致在熱塑聚合物與 化合物間發生相分離之溫度，因而提供包括結晶熱塑聚合 物顆粒之第一個相於化合物之第二個相中之聚集體的物 件’視需要可將化合物移除，及將物件在縱向及橫向雙軸 拉伸而提供遍及薄膜之互相連繫孔隙的網狀结構。 實施例1及2 在此等實施例中，利用説明於1985年9月3日發行之美國 專利第4,5 39,256號（Shipman)中之方法於形成薄膜。在實施 例1中（83 9-3B)，利用裝設模口間隙爲〇·76毫米之薄膜模頭 的雙螺桿擠塑機在6,8公斤/小時（1 5磅/小時）之速率在199 C (390 F )下將講自德州波拉特市（LaPorte)芬拿油品及化學 品公司（Fina Oil and Chemical Company)之商品名爲"FINA 9255”之具有5.0之熔體流動指數（ASTM D 1238-82)之高密 度聚乙締與講自商品名爲Amoco White Mineral oil #3 I USP 級之礦物油的35:65熔融摻混物擠塑於具有〇·〇2平方毫米菱 形尖峰之角錐狀突出物的驟冷模型流延輪上，而提供維持 於32°C (90T )下之約10%的接觸面積。其後，以1，1，1-三氣 乙烷溶劑萃取薄膜而移除油，並在70°C (1 58°F )之溫度下在 縱向及在77°C (1 70°F )之溫度下在橫向雙軸拉伸4.0 X 4.0(或 在縱向400%及橫向400%)。 -57- 本纸張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（2丨OX297公釐） ： ^---抑衣-- {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

，1T - I » -I. ί ^0 ^0 經濟部中央標率局員工消費合作社印紫 A7 B7 五、發明説明（55) 實施例2 (1069-IX)係以類似於實施例1之方式製備得， 但有以下之例外。聚乙稀對礦物油之重量比爲36:64。在 添加移除槽中使用HCFC-1,2,3(購自杜邦公司之商品名爲 Vertrel 423的產品）萃取所生成之薄膜約8.丨分鐘以移除礦 物油。然後將薄膜於28°C(83°F)之溫度下乾燥，並在35-C (95T )之溫度下在縱向及在93°C (200T )下在橫向雙抽拉伸 2.7X 2·7(或在縱向270%及在橫向270%)。薄膜厚度、每單 位面積之重量、固態聚合物密度、流阻（戈利）、及泡點孔 隙度之物理特性記述於表2。由試驗結果，空隙體積小數 分率、班納利孔隙直徑、魯包有效纖維直徑及固體性各計 算及記載於表3。 實施例3 經由擠塑掺混溶融物並流延於驟冷權，接著再萃取及將 薄膜雙轴拉伸而製備得之微孔隙性聚丙晞薄膜係購自明尼 蘇達州聖保羅市3 Μ公司個人照料及相關產品部門 (Personal Care and Related Products Division)之商品名爲 "KN 940011的產品。測量或計算薄膜之物性並記載於表2及 3 0 實施例4 特別於實施例4 (817-8)，將具有0.903克/立方公分之密 度、0.8之熔體流動指數（ASTM D 1 238，條件I)及約176°C 熔點之可結晶聚丙烯（購自海克力斯公司（Hercules，Inc.)之 商品名爲"Profax" 6723型的產品）在將聚合物引入至擠塑機 之前與約0.30重量百分比之二亞苄基山梨糖醇核化劑（購自 -58- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ·—^---^— (请先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂.

A 2^13 〇 Α7 ^__Β7 五、發明説明（56 ) 岔力根化學品公司（Milliken Chemical)之商品名爲Millad 3905的產品）乾混。 .--,·---^------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在裝有位在驟冷輪上方之缝型間隙擠片模頭的貝斯托夫 (Bemorff) 40毫米雙螺桿擠塑機中在約189°C (372T)之溶 融溫度下擠塑聚合物。在約312立方公分/分鐘之出料速率 下操作擠塑機，而製造在每分鐘约6.丨米之速率下收集的 薄膜。將具有約200 °C沸點，及在3 8。(：下之標準赛柏 (Saybolt)黏度爲 360-390(約 80厘史托克（centist〇kes))之礦 物油（講自亞摩可油品公司（Amoco Oil Co.)之商品名爲 Amoco White Mineral oil #3 1 USP Grade之產品）經由注射 口在可提供55重量百分比聚丙烯聚合物及45重量百分比 礦物油之摻合物之速率下同時引入至雙螺桿擠塑機。將聚 丙烯/礦物油熔融物在薄膜形式擠塑，並將熔融物於維持 在約60°C (140°F )下之平滑的流延輪（滾筒）上驟冷。然後將 薄膜在添加移除槽中浸泡於1，1，1 _三氣乙烷中3 6分鐘以移 除痛物油，並將薄膜於室溫下乾燥。接著將微孔隙性薄膜 在80°C下在縱向及在121°C下在橫向雙轴拉伸2 5 X 2 5(或 在縱向及橫向皆爲250%)。薄膜之性質記載於表2及3。 實施例5及6 經濟部中央標準局員工消费合作社印裝 對實施例5及6 ’採用與實施例4相同之製備微孔隙性材 料之步驟，但有以下之例外：在實施例5 (826_4)及實施例 ό (826-8)中，Profax 6723聚丙埽聚合物：礦物油之比爲 40:60(以重量計）。將此聚合懷融擦塑於具有〇 平方毫米 菱形尖峰之角錐狀突出物的驟冷模型流延輪上，而提供维 -59- 本纸張尺度適用中國國家標车（CNS ) A4規格（210X297公酱） 4 2273Φ 1 A7 -_____B7 五、發明説明（57 ) 持於140°C下之約10%的接觸面積。將薄膜雙軸拉伸2.7>< 2 ·7(或在縱向及橫向皆爲270%)。各測量及計算之結果分 別示於表2及3之實施例5及6。 實施例7及8 遵循實施例4之製備微孔隙性薄膜之條件，但有以下之 例外：在實施例7 (930-2C)中’在將聚合物引入至擠塑機 之如，將約0.40 %(以聚合物之重量計）之二亞苄基山梨糖 醇（Millad 3905)核化劑與聚丙烯聚合物乾混。聚丙烯：礦 物油之混合比爲35:65。於流延在前述之截頂角錐流延輪 上後’將聚丙烯/礦物油/ Millad 3905薄膜在添加移除槽中 於HCFC-1，2,3(購自杜邦公司之商品名爲Vertrel 423的產品） 中溶劑洗滌约5.7分鐘以移除礦物油。 然後將各薄膜乾燥’並在8 0 °C之溫度下在縱向及在121 °C下在橫向雙軸拉伸2.7 X 2.7(或在縱向及橫向皆爲 270%)。在實施例8 (1030-1B)中，在將聚合物引入至擠塑 機之前，將約0_20°/〇(以聚合物之重量計）之二亞芊基山梨 醇（Millad 3905)核化劑與聚丙烯聚合物乾混。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 ----^---^---矣------ΐτ (諳先閲讀背面之注f項再填舄本頁) 聚丙烯：礦物油之混合比爲33:67 ^於流延在前述之截頂 角錐流延輪上後’將聚丙晞/礦物油/MilUd 3905薄膜在添 加移除槽中於HCFC-1，2,3(購自杜邦公司之商品名爲Vertrei 432的產品）中溶劑洗滌約6.6分鐘以移除礦物油。然後將各 薄膜在60C下乾燥，並在11〇。(：之溫度下在縱向及在132°C 下在橫向雙軸拉伸2.5 X 2.8(或在縱向250%及在橫向 280%)。測量所得薄膜之物性並概述於表2及3。 -60 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)六4祕（2!OX 297公楚） 經濟部中央標準局員工消費合作社印聚 422^3^ ^ A7 ----- B7 五、發明説明（58 ) 實施例9 遵循實施例4之製備微孔隙性薄膜之條件，但有以下之 例外：在實施例9 (12 13-2D)中，將約〇.〇6%(以聚合物之重 量計）之二亞苄基山梨糖醇（Millad 3 905)核化劑與具有0.65 之熔體流動指數（ASTM D 1238，條件I)及约176eC熔點之 可結晶聚丙烯（購自殼牌化學品公司（Shell Chemical Co.)之 商品名爲Shell 5D45的產品）乾混。 將聚合物/核化劑混合物與礦物油在約3 1:69之聚合物： 礦物油比例下熔融混合。於流延在具有菱形剖面線圖案具 有各落地區域之表面寬度約爲〇. 12毫米之流延輪上後，其 提供約40%之落地接觸面積並維持於6 6 °C下，將聚丙缔/ 礦物油/Mi丨丨ad 3905 薄膜在添加移除槽中於HCFC-l，2,3(購 自杜邦分司之商品名爲Vertrel 432的產品）中溶劑洗蘇约 6 · 8分鐘以移除礦物油。然後將各薄膜在6 〇 °C下乾燥，並 在87C下在縱向及在132°C下在橫向雙軸拉伸2.23x 3.3(或 在縱向223 %及在橫向330%)。薄膜之性質概述於表2及3。 實施例1 0 在此實施例（1216-9 EVAL)中，遵循併入本文爲參考資料 之美國專利申請案編號08/568,808之實施例5之步驟，但有 以下之例外··將58.7重量百分比之乙烯-乙烯醇共聚物（瞒 自美國伊華集團（Eval Corp.)之EVAJL F-100BTM)、24.5重量 百分比之聚乙二醇（購自道化學品公司（Dow Chemical Co.) 之PEG 200)及16.8重量百分比之甘油（USP 99.7%天然，構 自Proctor and Gamble Co_)熔融摻混並擠塑於具有〇 〇2平方 -61 - 本紙乐尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' '~~~~~ (请先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ’裝‘ A22T30 A7 B7 五、發明説明（59 ) — 毫米菱形尖峰之角錐狀突出物的模型流延輪上，而提供維 持於7 7 °C下之約1 〇%的接觸面積。 於水槽中洗滌所得之片材。所得片材於水槽中洗滌大約 7.6分鐘。將片材在潮濕狀態在環境溫度下雙軸拉伸ι 9 χ 1.9(或在縱向190%及在橫向190%)。在繃伸程序結束時， 經由蒸發在182°C之溫度下將水移除，以使薄膜乾燥及退 火。薄膜之性質記載於表2及3。

實施例1 I 由拆開商品名爲"743B"之高容量液體過濾器匣筒（購自 明尼蘇達州聖保羅市3 Μ公司3 Μ過濾產品（3M Filtration Products))之過濾織物部分製得根據説明於Wente，Van a.,·， 超細熱塑纖維（Superfine Thermop丨astic Fibers)"，工業工程 化學（Industrial Engineering Chemistry)，第 48 册，1342-1346頁，及Wente，Van Α·等人，”超細有機纖維之製造 (Manufacture of Superfine Organic Fibers)"，海軍研究實驗 室（Naval Research Laboratory)報告第 4364 號，1954 年 5 月 2 5日出版中之方法製備得之聚丙烯吹塑微纖維（Bmf)片狀 基料。過濾織物部分具有聚丙烯BMF之四層壓延結構，各 層具有20克/平方米之基重，而產生80克/平方米之過濾 片材的總基重。測量吹塑微纖維（BMF)片狀基料之物性， 並記載於表2及3。 實施例1 2 測試構自北卡羅來納州沙羅特市（Charlotte)赫撒斯特赛 蘭尼斯集團（Hoechst Celanese Corp.)分離產品部門（Separations -62- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----：---_---裝------，玎------隹 (请先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央椋準局員工消費合作社印掣 經濟部中央標準局貝工消費合作社印衆 422730 A7 ---—___B7______ 五、發明説明（60 )

Products Division)之一張 Celgard (reg.) 2400聚丙埽薄膜， 其結果呈現於表2 » ^ 13 ^ 1 6 如同實施例1測試購自德拉瓦州維明頓市（Wilmington)杜 邦公司之一張Dupont Tyvek (reg.)高密度聚乙埽10-1056-D 型薄膜，其結果呈現於表2。如此測試亦由高密度聚乙烯 製成之10-1073-D、10-1079、及10-1085-D型片材，且其分 別呈現於表2之實施例1 4、1 5、及1 6。

實施例1 7芨1R 根據實施例I測試由硝酸纖維素及二醋酸纖維素之混合 物製成且購自麻塞諸塞州劍橋市（Cam bridge)康寧科斯塔集 團（Corning Costar Corporation)萬艾懷中心（One Alewife

Center)之一張Costar MF MB 0,1微米孔隙尺寸薄膜，其結 果呈現爲實施例1 7。以類似方式測試一張Costar MF MB 0·2微米標稱孔隙尺寸薄膜作爲實施例1 8，則所有結果呈 現於表2。 實施例1 9至3 1 在實施例1 9中’根據實施例1測試購自密西根州安亞柏 市（Ann Arbor)傑門科學（Gelman Sciences)之一張 Gelkman GN-6 Metricel 0.45微米標稱孔隙尺寸混合纖維素酷薄膜β 以類似方式測試1 2個其他種類之Gelman薄膜，且連續表 示爲實施例20至31 ^結果及薄膜名稱記述於表2。對實施 例2 0至2 2，聚合物類型爲聚四氟乙烯在聚丙埽襯底上。 對實施例2 3至2 5及2 8，聚合物爲聚颯。對實施例26及 -63- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ297公釐） (請先閱讀背面之注^^項再填寫本頁) -裝. 訂 422730 A7 B7 五、發明説明（61) 27 ’聚合物爲丙烯酸共聚物流延於耐綸不織基材上。對實 施例2 9 ’聚合物爲财綸。對實施例3 〇，聚合物爲聚氣乙 晞，及對實施例31，材料爲玻璃纖維與丙埽酸黏合劑。 實施例3 2至3 8 在實施例3 2中，如同實施例1測試購自麻塞諸塞州貝德 福德市（Bedford)密利波集團（Millipore Corporation)之一張 MiIlipore MF 0.22微米孔隙尺寸混合纖維素酯薄膜。測試 具有3.0及8.0微米標稱孔隙尺寸之兩種其他的混合纖維素 醋薄膜，且結果記述於實施例3 3及3 4。對實施例3 5及 36 ’聚命物類型爲聚偏二氟乙締’及對實施例37及38爲 聚四氟乙烯。 實施例3 9及4 0 如同實施例1測試購自德國伍柏塔（Wuppertal)亞碩諾貝 爾費瑟 A G 薄膜（Akzo Nobe Faser AG Membrana)之一張亞 碩諾貝爾費瑟聚丙烯〇· 1微米孔隙尺寸薄膜，其結果呈現 於表2之實施例3 9。亦測試類似但具有〇_2微米孔隙尺寸之 第二張薄膜，如實施例4 〇所示。 比較實施例C 1至C 7 根據實施例1測試購自麻塞諸塞州劍橋市康寧科斯塔集 團之一張Costar PC MB 0.015微米標稱孔隙尺寸聚碳酸酯 薄膜，並呈現爲實施例C 1。以類似方式測試其他的Costar 聚碳酸醋薄膜’且結果呈現於表2之實施例C2至C7。 比較實施例C 8 測試購自紐約州奥爾班尼市（A丨bany)薄膜產物集困之一 -64- 本紙張尺度適用中國國家標举（CNS } A4規格（210X297公楚) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裝 422730 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印繁 五、發明説明（62) 張0.001吋（25-4微米）聚矽氧橡膠薄膜的厚度。樣品當切割 時收縮，而使每單位面積之重量及固態聚合物密度無法實 際地測定。此薄膜係非多孔性，而使表2之其他測定不適 用0 實施例4 1 經由結合圖5之交叉流擴散氣體轉移單元（DGTM)與改良 的Easi-Air (TM)人工呼吸機面部物件No. 7300中/大，而製 得個人擴散氣體轉移人工呼吸機系統。利用撓性管件、撓 性之氣體不可透過的袋子、及標準閥將DGTM及人工呼吸 機面邵物件進一步結合至個人人工呼吸機系統中。 圖8a及8b顯示完整的個人人工呼吸機系統。密封住在人 工呼吸機右側的吸氣閥，以使所有吸入空氣自一個管子供 應。留下中心呼氣閥在操作，並密封至管子，以致在至 DGTM之入口處產生供给充氣室。 DGTM係使用實施例1 2之Clenese Celgard薄膜No. 2400製 成。在圖5所示之方向中，用於接受吐出呼吸之us根垂直 矩形槽爲1.9毫米寬、1.〇毫米厚、及20.8毫米長。此結構 係由薄膜壁及間隔層之組合所界定。用於與環境空氣接觸 之1 29根··又又流導管被交又間隔件各細分爲1 6部分，總計 有2064條個別導管，其各爲i 〇公分寬、1 〇毫米厚、及 2·54公分長。間隔層係由層合0.040吋（1毫米）一般用途的 聚苯乙晞片材和包括剝離襯裡供應的3M No, 1522雙面膠 帶所形成。供縱向及橫向支承薄膜用之間隔件層係經由先 將聚苯乙烯片材與膠帶層合，然後以水噴注切割圖案形成 '65. 用中围品OX 297^^1 ~^ ----；—---^------ir (請先閲讀背面之注意事項再填寫本百) 422730 A7 B7 五 發明説明（63 間隔件而製得。 在组合時將剥離襯裡剝離以使薄膜完全密封至間隔件。 包含1〇5‘7平方公分薄膜之各128個垂直通道有46.9平方公 分被間隔件堵住，剩下兩片分成在各側槽一片上之58.8平 万公分的有效面積β系統中之有效薄膜的總量爲7531平方 公分或约0.75平方米。 —如由圖6所示之DGTM的結構明顯可見，形成各槽之壁的 薄膜部分亦形成交叉流導管之壁。當槽係垂直時，有額外 的間隔件水平延伸，以使呼吸槽間隔開並界定交叉流導管 之大小。 法封並連接至DGTM底部之換性袋子可由各種撓性非多 孔性材料製成。至撓性袋之入口係在測試對象吐氣時之 DGTM的輪出。撓性袋之出口連接並密封至管子，而形成 人工啤吸機面部物件之吸入閥口。 在操作時，吐出之呼吸在使用者每次吐氣時輸送通過 DGTM。在吸氣時，吐氣閥關閉，而防止先前吐出之呼吸 再=入面部物件中。吐出之呼吸自由流過垂直槽而進入撓 性表中。當呼吸流動時，過量的C02轉移至環境中，及〇2 轉移至哼吸槽中。因此當與使用者所吐出之空氣比較時， 進入撓性袋之空氣的C〇2減少及Ο:獲得補充。來自吐出呼 吸之水蒸氣亦轉移至環境中。撓性袋在吐氣時膨脹及在吸 虱時緊縮’而提供除可經由面部封口洩漏進入之量的粒狀 物免外，沒有粒子污染的連續再循環空氣物質。面部封口 之化全密封將導致使用者與外部空氣中之粒子完全隔離〇 -66- 本紙張尺度適用巾家料（⑽）Μ祕（2似加公楚 : 裝 -------ΐτ f諳先閲請背面之注意事項再填寫本頁j 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 422730 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 五、發明説明（64) 爲測試裝置之性能，使-男性受測對象接受整個系統， 並在兩運動量下進行運動。在直幻小時之長時間的走動 試驗中，裝置提供舒適而無明顯副作用之充足的氣體交 換，包括〇2、C〇2、及Ηϊ0。在第二個運動量中，受測對 象以正常步伐爬上三段階梯，然後繼續於平地上行走。在 此兩試驗條件下’受測對象之動作使大氣空氣可衝擊並通 過交叉流導管，以移除c〇2及Η2〇而供給〇2。 驗條件下，如由口中之稍微酸性氣味所證實者，C02有輕 微明顯的增加。增加的c〇2當受測對像繼續於平地上時消 失。 經推論裝置可有效供輕的工作量用，且可經由將風扇併 入於系統之大氣部分以在穩定速度下將空氣輸送通過導管 而改良供較重的工作量用。由於在DGTM外部之環境空氣 的自由交換及因呼吸循環所致之在内部的強制對流，因此 系統可有效地在使用者及環境間交換氣體。 .實施例4 使用圖9所示之圍壁於測定具有圖9所示形態之DGTM的 擴散氣體轉移能力。此圍壁高194公分 '寬77公分、及長 1 39公分。在圍壁之後部，寬度増加至ι94公分以容納受測 對象之肩部及手臂。框架係由2.54公分乎方的鋁管在所有 接點處焊接而構成，及透明的聚碳酸酯牆板形成壁及頂 蓬。將聚矽氧密封劑大量地塗於框架及牆板間以將圍壁密 封。使用發泡膠黏帶密封於地面上。經由將整個圍壁抬起 以自前方進入而使進入圍壁容易。圍壁之内部體積由物理 -67- 本纸張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----：—^---^------,η------X (請先閲讀背面之注119^項再填寫本頁} 經濟部中央標準局員工消費合作社印繁 422730 五、發明説明（防） 測量估計，及在氣體添加時的濃度變化約爲2立方米。在 内的自由氣體體積係園壁體積減去測試對象所估之體積及 減去任何設備體積。 爲測試圍壁對環境之㈣程度，使G.观二氧化碟氣體 於氮中（混合物充滿隔室。於四天後，圍壁中之二氧化竣 濃度未減小至任何可測量的程度。如此可推論…小時期 間之人類對象試驗可在確信受測對象與外部環境間之氣想 交換係單獨通過DGTM而無滲出或壁轉移之發生下完成。 DG^m係如圖9所示設置於受測對象前面之傾斜在板上， 且由實施例5薄膜之13 1層有效層結合作成圖4之形態，及 除/狀外，根據用於义又流個人dgtm之步驟製造的間隔 件所組成。13 1層冑膜在i 32個含氣流之層間轉移氣體，各 層分成1 0個流道，如圖4所清楚顯示。内部及外部之空氣 流路各與6 6個氣流層溝通，總計各有66〇個流道。爲構造 DGTM，將形成各層的間隔件旋轉18〇度，以使各層交錯， 以致如圖4所示，在入口及出口位置之間隔件成9〇度交 又’.而k供與相鄰層與各中心部分的交又流配置，以提供 根據選擇而足的同流流動或逆流流動。在試驗中使用逆流 流動。在薄膜堆煢之頂邵及底部，流動空間在—側與薄膜 及在另一侧與非氣體轉移壁相通。其他所有流動空間在各 側上與氣體轉移薄膜相通。1 3 1個有效薄膜層之各者具有 約1 5 7平方公分之總薄膜面積，其中約4 2平方公分被間隔 件堵住，而剩下每個有效薄膜層1丨5平方公分的氣體轉移 表面積。在DGTM中之總有效薄膜約爲h5平方米。 -68- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )六4^格（21〇χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝- 、1Τ 422Τ3θ Α7 經濟部中央標率局男工消費合作社印製 ________Β7五、發明説明（66 ) 爲控制流至DGTM之空氣流，由樹脂玻璃牆板及黃销孔 口板建造兩個充氣室/孔口系統。各黃鋼孔口板具有64個 孔洞，及各孔洞具有0.653公分之直徑。孔口直徑係經選定 以致由1吋水柱或249帕斯卡之充氣室壓力將可產生每分鐘 1立方呎（28.32 lpm)之流量。將面對〇·5毫米橡膠牆板之以 樹脂玻璃牆板作成的總計8個關斷閥設置於各充氣室/孔口 系統中。閥係由推拉桿11 〇操作，且前6個閥分別可開啓或 關閉1、2、4、8、或1 6個孔口。其餘兩閥各操作1 6個孔 口。因此可在1及64 CFM (28.32及18 12.5 lpm)間在任何期 望的整數CFM値下控制空氣流量。 圍壁内放入Schwinn Air-dyne全身體測力運動機（Total Body Erg〇meter exercise machine)。此機器可輸入體重，及 輸出受測對象之每小時的卡路里數、所產生之瓦數、及馬 力。 運動量、氧消耗、及二氧化碳產生間之關係可得之於 運動測試及解説之原理（Princip丨es 〇f Exerc丨se Testing and Interpretation)’’ 1987，Karlman Wasserman著，Lea & Febiger 出 版，費城。受測對象之二氧化碳產生速率亦由在一定程度 下運動南典氣流通過DGTM，以致圍壁内之二氧化碳濃度 穩定增加，由此可測定二氧化碳之產生速率而測得。 將文中所發表之專利及專利申請案併入本文爲參考資 料。本發明現已參照説明於文中之數個具體實例作説明， 特別係關於具有表面特性之物件。熟悉技藝人士當明瞭可 在不離開本發明範圍内在具體實例中作許多變化。因此， -69 - 本紙張尺度適用十囷國家標準（c叫M規格（21〇χ297公楚） (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) .裝- 訂 111 m*. 422730 A7 B7五、發明説明（67 ) 本發明之範圍不應限定於説明於此之結構，而僅限於由申 請專利範圍之語句及彼等結構之對等情況所説明的結構。 {讀先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 -70- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2]〇X297公釐）

Claims (1)

1. 雕 滅8?77〇3si〇^利申請案 中文申請專利範園修正本(88年9月） 、申請專利範圍 L —種擴散氣體轉移系統，其包括： -又置於第自氣體領域和第二個氣體領域間之薄 I ^ ~~ 訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 膜，第-個氣體領域包括可引導第—個環境氣流橫虎 通過薄膜之第一個表β 々 衣面上並與其接觸之第一個機構， 第一個氣體領域包括可？丨堪·楚-/to 3--^ 拓」W導罘一個％境氣流橫向通遥 薄膜之第二個表面上並與其接觸之第二個機構，薄膜 包括擴散氣體轉移介質，擴散氣體轉移介質包括自薄 膜之第-個表面延伸至薄膜之第二個表面之多個扭曲 路徑，^致薄膜之空隙體積分率至少為〇2，此薄膜可 阻止在第一及第二個氣體領域間之實質上所有粒子的 轉移’㈣使氣體可在第一及第二個氣體領域之間擴 散。 2. 根據申請專利範圍第1項之擴散氣體轉移系統，其中該 薄膜可阻止在第一及第二個氣體領域間之基本上所有 粒子的轉移。 . 3. 根據申請專利範固第丨項之擴散氣體轉移系統，其中該 薄膜可阻止在第一及第二個氣體領域間之所有粒子的 轉移。 y. 經濟部中夬標隼局貝工消f合作社印製 4·根據申請專利範圍第1_3項之擴散氣體轉移系統，其中 遠薄膜包括纖维狀的微孔隙性聚合薄膜或小球狀的微 孔隙性聚合薄膜。 5.根據申請專利範圍第1項之擴散氣體轉移系統，其中該 薄膜具有多數隨意分散、不規則形狀之熱塑顆粒，一 部分之熱塑顆粒彼此間隔開以在其間提供路徑之網狀 本纸伕尺度逋用中國S家標準（CNS )以規洛（210X297公釐） A8 B8 C8 D8 42273 0 _ i、申請專利範圍 結構，一部分間隔開的熱塑顆粒由原纖維彼此連結。 I ^^^1 m - -HI —mf ^^^1 -* (請先閱讀背面之注意事項再填寫本瓦) 6·根據申請專利範圍第I項之擴散氣體轉移系統，其中引 導裱境氣體之該第一及第二個機構各包括充氣室。 7‘根據申請專利範圍第丨項之擴散氣體轉移系統，其令該 薄膜之空隙體蟑分率包括至少0 50。 8·根據申請專利範圍第丨項之擴散氣體轉移系統，其中該 扭曲路徑界定最大孔隙尺寸，該薄膜可阻止小於最大 孔隙尺寸之粒子的轉移。 9. 根據命請專利範圍第1項之擴散氣體轉移系統，其中該 扭曲路徑具有约〇·〇5至2.0微米之最大孔隙尺寸。 10. 根據申請專利範圍第丨項之擴散氣體轉移系統，其中該 薄膜當暴露至大於薄膜爆破壓力之薄膜兩端之屦差 時，其實質上阻止粒子之轉移。 11-根據申請專利範圍第1項之擴散氣體轉移系統，其中該 薄膜當暴路至大約在薄膜爆破壓力之薄膜兩端之壓差 時，其實質上阻止粒子之轉移。 12. 根據申請專利範園第1項之擴散氣體轉移系統，其中該 薄膜當暴露至50仟帕斯卡以上之薄膜兩端之壓差時， 其形成實質上阻止粒子轉移之障壁。 經濟部中央操準局舅工消費合作社印聚 13. 根據申請專利範圍第1項之擴散氣體轉移系統，其中該 薄膜當根據粒子挑戰後氣體轉移速率試驗測試時，可 維持減少不多於2 %之氣體轉移速率。 14. 根據申請專利範圍第丨項之擴散氣體轉移系統，其中該 第一個氣體領域包括在密閉空間外部之空氣，及其中 -2- 本紙張尺度適用中國固家標丰（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） leetso as 贫尤j (〇— s 六、申請專利範圍 該第二個氣體領域包括在密閉空間内部之空氣。 15. 根據申請專利範圍第1 4項之擴散氣體轉移系統，其中 該第二個氣體領域係為清潔室。 16. 根據申請專利範園第1 4項之擴散氣體轉移系統，其中 該第二個氣體領域包括個人人工呼吸機。 17. 根據申請專利範圍第1 4項之擴散氣體轉移系統，其中 該第二個氣體领域係為建築物内部。 18. —種擴散氣體轉移系統，其包括設置於第一及第二個 氣禮領域之間之薄膜，第一個氣體領域包括可引導第 一個環境氣流橫向通過薄膜之第一個表面上並與其接 觸之第~個機構，第二個氣體領域包括可引導第二個 環境氣流橫向通過薄膜之第二個表面上並與其接觸之 第二個機構，其中該薄膜之結構在粒子挑戰後氣體轉 移速率試驗下，可維持減少不多於2 %之氣體轉移速 率。 _ 19. 一種空氣處理系統，其包括： (a) 自入口延伸至出口之第一個氣流路徑，第一個 氣流路徑具有上游部分及下游部分，且其使第—個氣 流可自入口通過出口； 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) (b) 第二倘氣流可行經通過的第二個氣流路徑； (c) 具有第一及第二個面且設置於第一和第二個氣 態流體流路徑之間的薄膜，此薄膜可阻止粒子在第一 及第二個流動路徑之間轉移’同時使氣體可自第一個 戚擴政至弟一個乳流及/或反之亦然，此薄膜基本上 -3- 本紙張尺度遥用中國國家標準（CNS ) 规格（210X297公釐） _ 躲t'1{丨(L· 六 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 將第一個氣流路徑之上游部分與其下游部分分隔開； 及 (d)使熱能可自第一個氣流之下游部分轉移至其上 游部分及/或反之亦然 之氣體不牙透過的 傳 1^?域。 20. 根據申請專利範圍第1 9項之空氣處理系統’其中該第 一個氣流包括在密閉空間外部之空氣，及其中該第二 .個氣流包括在金閉空間内部之空氣。 21. —種利用擴散氣體轉移系統之方法’其包括以下步 m : 阻止在第一及第二個氣體領域間之實質上所有粒子 的轉移’同時使氣體可在第一及第二個氣體領域之間 擴散通過薄膜’其中該第一個氣體領域包括引導第一 個環境氣流橫向通過薄膜之第一個表面上並與其接觸 之第一個機構’第二個氣體領域包括引導第二個環境 氣流橫向通過薄膜之第二個表面上並與其接觸之第二 個機構，薄膜包括具有自薄膜之第一個表面延伸至薄 膜之第二個表面之多個扭曲路徑的擴散氣體轉移介 質’以致薄膜之空隙體積分率至少為〇 2。 22_根據申請專利範圍第2丨項之方法，其中該氣體包括呼 吸氣ft。 23. 根據申請專利範圍第21項之方法，其中該薄膜阻止在 第一及第二個氣體領域間之基本上所有粒子的轉移。 24. 根據中請專利範圍第2〗項之方法，其中該阻止步驟包 括阻止所有粒子在第一及第二個氣體領域間之轉移= ---------裝------訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央梂準局肩工消費合作社印裝 4 422730 8888 ABCD 經濟部中夹梯準局員工消費合作社印装 六、申請專利範圍 25. 根據申請專利範圍第2丨項之方法，其中該薄膜係為纖 維狀的微孔隙性聚合薄膜或小球狀的微孔隙性聚合薄 膜。 26. 根據申請專利範圍第2 1項之方法，其中該薄膜具有多 數隨意分散、不規則形狀之熱塑顆粒，一部分之熱塑 顆粒彼此間隔開以在其間提供路徑之網狀結構，—部 分間隔開的熱塑顆粒由原纖維彼此連結。 27. 根據申請專利範圍第2丨項之方法，其中該薄膜具有 括至少0.70之空隙體積分率。 2δ·根據申清專利範圍第2 I項之方法，其更包括： 支承薄膜；及 畲薄膜兩端之壓差包括在約薄膜之爆破壓力或更 壓力下時’實質上阻止粒子之轉移。 29.根據申請專利範圍第21項之方法，其包括將至少— 環境氣流維持在相對於擴散氣體轉移介質成擾流之 驟。 3”據申請專利範園第21項之方法，其包括使一部分 第一個環境氣流保持垂直於第二個環境氣流之步驟。 3L根據申請專利範圍第21項之方法，其包括使—部分 第一個環境氣流保持平行於第二個環境氣流之步驟。 32.二據中請專利範圍第21項之方法，其包括使—部分 弟一個線境氣流保持對第二個環境氣流成一 驟。 又弋 3·>.根據中s青專利範圍第2 1項夕士 闺乐」1負又万法，其包括使至少〜 包 大 個 步 之 之 之 步 個 ^^^^1 ^—^1 ίϋ ^^^^1 1ί t^^^^^1 >^Ε i {請先閱讀背面之注意^項再填寫本頁) -5- 422730 as 洗 f,U_D8_ 六、申請專利範圍 環境氣流維持對擴散氣體轉移介質成層流= (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 年 經濟部中央樣隼局員工消費合作社印裝 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4见格（210X2?7公釐）