TWM510761U - Pm2.5口罩 - Google Patents

Description

PM2.5口罩

本新型涉及一種防護口罩，尤其涉及一種可以阻擋PM2.5顆粒的口罩。

PM2.5是指環境空氣中空氣動力學當量直徑小於等於2.5微米的顆粒物。它能較長時間懸浮於空氣中，其在空氣中含量濃度越高，就代表空氣污染越嚴重。與直徑較大的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，面積大，活性強，易附帶例如，重金屬、微生物等有毒、有害物質，且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠，因而對人體健康和大氣環境品質的影響更大。

先前，針對這種極細粒子的防護手段主要是佩戴PM2.5口罩。然而，先前市場上的PM2.5口罩大多採用複數層無紡布製作而成，網孔較大，其存在厚度大，品質重，以及過濾較差等缺點。

有鑒於此，確有必要提供一種質輕、透氣性好的PM2.5口罩。

本新型提供一種PM2.5口罩，包括一口罩本體以及一過濾層，所述過濾層設置於所述口罩本體中，所述過濾層為一奈米碳管結構，該奈米碳管結構由複數層奈米碳管膜層疊設置形成，該奈米碳管結構包括複數個微孔，該微孔的孔徑大於1微米小於2.5微米。

與先前技術相比，本新型提供的PM2.5口罩具有以下優點：由於過濾層微孔的的孔徑大於1微米小於2.5微米，其透氣性好，而且可以對PM2.5顆粒物起到很好的過濾作用；由於奈米碳管品質輕，柔韌性好，所以本新型提供的PM2.5口罩具有質輕以及耐彎折等特點。另外，奈米碳管的比表面積較大，對空氣中的有毒氣體具有很好的吸附作用，不用另外設置吸附層即可達到進一步淨化空氣的目的。

100‧‧‧PM2.5口罩

10‧‧‧口罩本體

20‧‧‧過濾層

30‧‧‧系帶

第1圖係本新型提供的PM2.5口罩的剖面示意圖。

第2圖係本新型提供的PM2.5口罩過濾層中奈米碳管結構的掃描電鏡圖。

第3圖係本新型提供的PM2.5口罩過濾層中奈米碳管結構的透射電鏡圖。

第4圖係本新型提供的PM2.5口罩中奈米碳管結構所使用的奈米碳管拉膜的掃描電鏡照片。

第5圖係本新型提供的PM2.5口罩中奈米碳管結構中所使用的奈米碳管絮化膜的掃描電鏡照片。

第6圖係本新型提供的PM2.5口罩中奈米碳管結構中所使用的奈米碳管碾壓膜的掃描電鏡照片。

第7圖係本新型提供的PM2.5口罩中奈米碳管結構中所使用的非扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。

第8圖係本新型提供的PM2.5口罩中奈米碳管結構中所使用的扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。

下面將結合附圖及具體實施例對本新型提供的PM2.5口罩作進一步的詳細說明。

請參閱圖1，本新型實施例提供一種PM2.5口罩100，包括一口罩本體10、一過濾層20以及兩個系帶30。所述口罩本體10由內外兩層組成，內層和外層之間包括一間隙。所述過濾層20設置於所述口罩本體10的間隙中，用於阻擋PM2.5顆粒。所述兩個系帶30分別設置於所述口罩本體10的相對的兩端。所述口罩本體10的一個側邊有一開口（圖未示），用於更換所述過濾層20，所述開口的兩端採用一連接件（圖未示）連接。兩個系帶30分別設置於所述口罩本體10的兩個側邊，用於將口罩掛在使用者的耳朵上。

所述口罩本體10的材料優選輕薄且透氣性較好的材料，可以為棉布、絲綢、紗布、無紡布、麻、纖維、尼龍、氨綸、聚酯、聚丙烯腈等。優選的，所述口罩本體10的材料為空氣負離子改性材料。該空氣負離子改性材料中的空氣負離子能夠降低空氣中的微生物和病菌的活性，從而起到抑制微生物或病菌在口罩中的存活。同時能中和空氣中帶正離子的灰塵、氣溶膠等污染微粒子，達到淨化空氣的目的。

所述口罩本體10並不限定於本實施例中的兩層結構，也可以為一複數層結構。所述口罩本體10可以為一一體成型結構，也可以由至少兩層結構通過縫紉或黏結等方式結合在一起形成。可以理解，所述至少兩層結構的大小可以相同或不相同，只要保證所述至少兩層結構可以形成一容納空間用於放置過濾層即可。所述口罩本體10的形狀可以為圓弧形、半圓球形、杯形、長方形或其他所需的形狀。本實施例中，所述口罩本體10為一包括內層和外層的一體成型結構，材料為無紡布，形狀為矩形。

所述開口的大小可以根據實際需要進行設置。所述連接件可以使所述開口反復的打開或閉合，從而有利於更換所述過濾層20，進而使得所述PM2.5口罩可長時間使用。所述連接件可以為魔術貼、拉鏈、紐扣、摁扣、別針等。可以理解，所述開口和連接件均為可選擇結構，可以根據實際需要進行設置。

優選的，所述系帶30為一彈性系帶。所述系帶30的設置方式並不限定於本實施例中，只要能夠起到將PM2.5口罩固定在使用者面部的作用即可。例如：也可以僅設置一個系帶30，該系帶30的兩端分別設置於口罩本體10的兩個側邊，該系帶可以將口罩固定於使用者的頭的後部。可以理解，所述PM2.5口罩也可以不設置系帶。例如：直接在所述口罩本體10的內表面設置一可重複黏貼的黏帖件，該黏帖件可以直接黏帖在皮膚上，即不會對佩戴者造成壓迫感，也不會妨礙微血管血液流動，大幅改善佩戴者的舒適感。

請參閱圖2-3，所述過濾層20為一奈米碳管結構，且所述奈米碳管結構由複數個奈米碳管組成且不含任何雜質。該奈米碳管結構包括複數個微孔，所述微孔的孔徑大於1微米小於2.5微米，當微孔孔徑小於1微米時，會使所述PM2.5口罩的透氣性較差。該奈米碳管結構由複數層奈米碳管膜層疊設置形成。該奈米碳管結構中的微孔孔徑大小與奈米碳管膜的層數有關，奈米碳管膜的層數越多，奈米碳管結構中的微孔孔徑越小。

所述奈米碳管膜可為奈米碳管絮化膜、奈米碳管碾壓膜或奈米碳管拉膜。

請參閱圖4，所述奈米碳管拉膜是由若干奈米碳管組成的自支撐結構。所述若干奈米碳管沿同一方向擇優取向排列。所述擇優取向是指在奈米碳管拉膜中大多數奈米碳管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數奈米碳管的整體延伸方向基本平行於奈米碳管拉膜的表面。進一步地，所述奈米碳管拉膜中多數奈米碳管是通過凡得瓦力首尾相連。具體地，所述奈米碳管拉膜中基本朝同一方向延伸的大多數奈米碳管中每一奈米碳管與在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連。當然，所述奈米碳管拉膜中存在少數隨機排列的奈米碳管，這些奈米碳管不會對奈米碳管拉膜中大多數奈米碳管的整體取向排列構成明顯影響。所述自支撐是指奈米碳管拉膜不需要大面積的載體支撐，而只要相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身膜狀狀態，即將該奈米碳管拉膜置於（或固定於）間隔一定距離設置的兩個支撐體上時，位於兩個支撐體之間的奈米碳管拉膜能夠懸空保持自身膜狀狀態。所述自支撐主要通過奈米碳管拉膜中存在連續的通過凡得瓦力首尾相連延伸排列的奈米碳管而實現。

具體地，所述奈米碳管拉膜中基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管並非絕對的直線狀，可以適當的彎曲；或者並非完全按照延伸方向上排列，可以適當的偏離延伸方向。因此，不能排除奈米碳管拉膜的基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管中並列的奈米碳管之間可能存在部分接觸。具體地，每一奈米碳管拉膜包括複數個連續且擇優取向排列的奈米碳管片段。該複數個奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連。每一奈米碳管片段包括複數個基本相互平行的奈米碳管，該複數個基本相互平行的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該奈米碳管膜中的奈米碳管沿同一方向擇優取向排列。所述奈米碳管拉膜為從一奈米碳管陣列中拉取獲得。根據奈米碳管陣列中奈米碳管的高度與密度的不同，所述奈米碳管拉膜的厚度為0.5奈米~100微米。所述奈米碳管膜的寬度與拉取該奈米碳管膜的奈米碳管陣列的尺寸有關，長度不限。所述奈米碳管膜的結構及其製備方法請參見2008年8月16日公開的，公開號為200833862的台灣新型專利申請公開說明書。為節省篇幅，僅引用於此，但所述申請中的所有技術揭露也應視為本新型申請技術揭露的一部分。值得注意的是，所述奈米碳管拉膜並不限於上述製備方法。

請參閱圖5，所述奈米碳管絮化膜由複數個相互纏繞且均勻分佈的奈米碳管組成。所述奈米碳管之間通過凡得瓦力相互吸引、纏繞，形成網路狀結構，以形成一自支撐的奈米碳管絮化膜。所述奈米碳管絮化膜各向同性。所述奈米碳管絮化膜可通過對一奈米碳管陣列絮化處理而獲得，具體可參見范守善等人於2007年5月17日申請，並於2011年16月1日公告的第I342864號台灣公告專利。為節省篇幅，僅引用於此，但所述申請中的所有技術揭露也應視為本新型申請技術揭露的一部分。值得注意的是，所述奈米碳管絮化膜並不限於上述製備方法。所述奈米碳管絮化膜的厚度為1微米至2毫米。

請參閱圖6，所述奈米碳管碾壓膜由複數個奈米碳管無序排列、沿一個方向擇優取向排列或沿複數個方向擇優取向排列組成，相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力結合。該奈米碳管碾壓膜可以通過採用一平面壓頭沿垂直於上述奈米碳管陣列生長的基底的方向擠壓上述奈米碳管陣列而獲得，此時所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管無序排列，該奈米碳管碾壓膜各向同性；所述奈米碳管碾壓膜也可以採用一滾軸狀壓頭沿某一固定方向碾壓上述奈米碳管陣列而獲得，此時所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管在所述固定方向擇優取向排列；所述奈米碳管碾壓膜還可以採用滾軸狀壓頭沿不同方向碾壓上述奈米碳管陣列而獲得，此時所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管沿不同方向擇優取向排列，所述奈米碳管碾壓膜可包括複數個部分，每個部分中的奈米碳管沿一個方向擇優取向排列，且相鄰兩個部分中的奈米碳管的排列方向可不同。所述奈米碳管碾壓膜的結構及製備方法請參見范守善等人於2007年6月29日申請，於2010年12月21日公告的第I334851號台灣公告專利。為節省篇幅，僅引用於此，但所述申請中的所有技術揭露也應視為本新型申請技術揭露的一部分。所述的奈米碳管碾壓膜的厚度為1微米至1毫米。

所述層疊設置的複數層奈米碳管膜中相鄰兩層奈米碳管膜之間通過凡得瓦力緊密結合。優選的，所述奈米碳管結構由4到8層奈米碳管拉膜層疊設置形成。當奈米碳管膜的層數太少時，微孔的孔徑太大，對PM2.5顆粒的過濾效果不好。當奈米碳管膜的層數太多時，會降低PM2.5口罩的透氣性，進而降低使用者的舒適感。由於奈米碳管拉膜中的複數個奈米碳管基本沿同一方向擇優取向排列，當複數層奈米碳管拉膜層疊交叉設置時形成的微孔的孔徑比較均勻。

當奈米碳管結構中的每個奈米碳管膜中的奈米碳管沿同一方向擇優取向排列時，相鄰的奈米碳管膜中的奈米碳管之間具有一交叉角度α，且該α大於0度且小於等於90度。優選的，所述交叉角度α為90度。由於複數層奈米碳管膜層疊且交叉設置，不同層奈米碳管膜中的奈米碳管之間相互交叉形成一網狀結構，使所述奈米碳管結構的機械性能增強，同時使所述過濾層20具有複數個均勻且規則排布的微孔，該微孔的孔徑與奈米碳管膜的層數有關，層數越多，微孔的孔徑越小。

本實施例中，所述奈米碳管結構由4層奈米碳管拉膜層疊交叉設置形成，該奈米碳管結構中相鄰奈米碳管拉膜的交叉角度為90度，該奈米碳管結構中微孔的平均孔徑約為1.5微米。

所述奈米碳管膜也可以由複數個奈米碳管線組成。該複數個奈米碳管線可以相互平行、相互交叉或相互纏繞形成一奈米碳管膜。優選的，所述複數個奈米碳管線基本沿相同方向排列。該沿相同方向排列的奈米碳管線之間具有一間隙，由於相鄰兩層奈米碳管膜中的奈米碳管具有一交叉角度α，且0<α≦90°，當複數層奈米碳管膜層疊設置時，相鄰兩層奈米碳管膜中的奈米碳管線相互交叉，從而形成複數個孔徑均勻的微孔。

所述奈米碳管線可為一非扭轉的奈米碳管線或扭轉的奈米碳管線。

請參閱圖7，所述非扭轉的奈米碳管線包括大多數沿該非扭轉的奈米碳管線軸向方向排列的奈米碳管。非扭轉的奈米碳管線可通過將奈米碳管膜通過有機溶劑處理得到。所述奈米碳管膜包括複數個奈米碳管片段，該複數個奈米碳管片段通過凡得瓦力首尾相連，每一奈米碳管片段包括複數個相互平行並通過凡得瓦力緊密結合的奈米碳管。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該非扭轉的奈米碳管線長度不限，直徑為0.5奈米-1毫米。具體地，可將揮發性有機溶劑浸潤所述奈米碳管膜的整個表面，在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，奈米碳管膜中的相互平行的複數個奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合，從而使奈米碳管膜收縮為一非扭轉的奈米碳管線。該揮發性有機溶劑為乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實施例中採用乙醇。通過揮發性有機溶劑處理的非扭轉奈米碳管線與未經揮發性有機溶劑處理的奈米碳管膜相比，比表面積減小，黏性降低。

請參閱圖8，所述扭轉的奈米碳管線包括大多數繞該扭轉的奈米碳管線軸向螺旋排列的奈米碳管。該奈米碳管線可採用一機械力將所述奈米碳管膜兩端沿相反方向扭轉獲得。進一步地，可採用一揮發性有機溶劑處理該扭轉的奈米碳管線。在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，處理後的扭轉的奈米碳管線中相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合，使扭轉的奈米碳管線的比表面積減小，密度及強度增大。

所述奈米碳管線及其製備方法請參見范守善等人於2002年11月5日申請的，2008年11月21日公告的，公告號為TWI303239的台灣專利；以及於2005年12月16日申請的，2009年7月21日公告的，公告號為TWI312337的台灣專利。

本新型實施例提供的PM2.5口罩中使用奈米碳管結構作為過濾層，由於當4-8層奈米碳管膜層疊設置時，就可以使該奈米碳管層的微孔大於1微米小於2.5微米，所以所述PM2.5口罩在具有較好透氣性的同時，還可以對PM2.5顆粒物起到很好的過濾作用；奈米碳管品質較輕，柔韌性較好，所以所述PM2.5口罩具有品質輕，厚度薄，耐彎折等特點；由於奈米碳管的比表面積較大，為170m² /g，對空氣中的有毒氣體具有很好的吸附作用，所以本新型的PM2.5口罩不用另外設置吸附層即可達到進一步淨化空氣的目的。另外，由於本實施例的奈米碳管比較純淨，所以包括複數個奈米碳管的奈米碳管膜或奈米碳管線具有較大的黏性，無需使用黏結劑即可以很好的黏附在口罩本體中，而且其黏性較大，還可以黏附一些較難過濾的粉塵等雜質，可達到進一步淨化空氣的目的。

所述PM2.5口罩可進一步包括一吸水層，該吸水層與所述過濾層20依次位於所述口罩本體10的間隙中。所述吸水層能夠充分吸收使用者呼吸時形成的水蒸氣，可以避免在寒冬季節容易在用戶眼鏡上產生水霧的情況。

所述PM2.5口罩可進一步包括一支撐件，該支撐件設置在口罩本體中，可以使口罩形成一個較大的空腔，擴大有效通流面積，進而減小佩戴者的呼吸阻力。所述支撐件的材料可以為塑膠、金屬等。

綜上所述，本新型確已符合新型專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本新型之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本新型之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

100‧‧‧PM2.5口罩

10‧‧‧口罩本體

20‧‧‧過濾層

30‧‧‧系帶

Claims (10)

1. 5口罩，包括一口罩本體以及一過濾層，所述過濾層設置於所述口罩本體中，其改良在於，所述過濾層為一奈米碳管結構，該奈米碳管結構由複數層奈米碳管膜層疊設置形成，該奈米碳管結構包括複數個微孔，該微孔的孔徑大於1微米小於2.5微米。
2. 如請求項第1項所述之PM2.5口罩，其中，所述奈米碳管膜為奈米碳管絮化膜、奈米碳管碾壓膜或奈米碳管拉膜。
3. 如請求項第1項所述之PM2.5口罩，其中，所述奈米碳管膜由複數個奈米碳管構成。
4. 如請求項第1項所述之PM2.5口罩，其中，所述奈米碳管膜由奈米碳管線構成，該奈米碳管線為由複數個奈米碳管組成的一線狀結構。
5. 如請求項第2項所述之PM2.5口罩，其中，所述奈米碳管結構由4到8層奈米碳管拉膜層疊設置，每層奈米碳管拉膜由複數個基本沿同一方向延伸的奈米碳管組成，相鄰的奈米碳管拉膜中的奈米碳管的延伸方向具有一交叉角度α，且該α大於0度且小於等於90度。
6. 如請求項第5項所述之PM2.5口罩，其中，相鄰的奈米碳管拉膜中的奈米碳管的延伸方向的交叉角度α等於90度。
7. 如請求項第1項所述之PM2.5口罩，其中，所述奈米碳管結構具有黏性，所述奈米碳管結構通過本身黏性黏帖在所述口罩本體中。
8. 如請求項第1項所述之PM2.5口罩，其中，所述PM2.5口罩進一步包括一吸水層，該吸水層與所述過濾層依次位於所述口罩本體中。
9. 如請求項第1項所述之PM2.5口罩，其中，所述PM2.5口罩進一步包括一支撐件，該支撐件設置在口罩本體中。
10. 如請求項第1項所述之PM2.5口罩，其中，所述口罩本體的至少一側邊包括一開口，該開口的兩端採用一連接件連接。