自吸附式防塵口罩專(zhuān)利技術(shù)研究

劉 莎 沈婷婷 曹志強(qiáng)

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州215000）

1 技術(shù)背景

在我國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)粉塵顆粒的大小，將環(huán)境空氣中的顆粒物分為總懸浮顆粒物（TSP）和可吸入顆粒物（IP）。顆粒物對(duì)人體危害隨顆粒大小而不同，小于5um的顆粒則會(huì)深入和滯留在肺泡中，對(duì)人體健康危害很大；小于2.5um的顆粒可深達(dá)肺泡并沉積，進(jìn)而進(jìn)入血液循環(huán)［1］。

2 防塵口罩的專(zhuān)利申請(qǐng)分析

在全球申請(qǐng)量中中國(guó)申請(qǐng)量增長(zhǎng)最為顯著，而各國(guó)的申請(qǐng)趨勢(shì)除中國(guó)和韓國(guó)外，其他國(guó)家的申請(qǐng)?jiān)鲩L(zhǎng)緩慢，處于一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的時(shí)期。其原因有以下幾個(gè)方面：①其他國(guó)家屬于比較發(fā)達(dá)的國(guó)家，環(huán)境污染問(wèn)題已經(jīng)得到大幅度的改善，防塵口罩在日常生活中不再是必需品。②隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題日益突出，人們對(duì)生活環(huán)境和身體保健方面越來(lái)越重視。③人們對(duì)于空氣塵埃特別是PM2.5的廣泛關(guān)注。2008年6月以廣州為代表的珠三角空氣污染一度非常嚴(yán)重。對(duì)此，中國(guó)工程院院士鐘南山，拋出一個(gè)驚人說(shuō)法，“廣州人的肺都是黑的”，并稱(chēng)“廣州式黑肺”源于汽車(chē)尾氣。且自2008年起美國(guó)大使館就在推特上，每小時(shí)公布一次北京空氣污染數(shù)據(jù)，PM2.5這一詞匯漸漸被人們所熟知，其危害性也逐漸被人們重視起來(lái)。④這與中國(guó)政府的推動(dòng)創(chuàng)新政策有關(guān)，中國(guó)政府一直以來(lái)對(duì)科技創(chuàng)新都比較重視，特別是近年來(lái)，更是加大了對(duì)科技創(chuàng)新的獎(jiǎng)勵(lì)優(yōu)惠政策。

3 自吸附式防塵口罩的技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)

防塵口罩可分為隔離式防塵口罩和過(guò)濾式防塵口罩。過(guò)濾式防塵口罩又可分為自吸附過(guò)濾防塵口罩和電動(dòng)風(fēng)機(jī)式防塵口罩。自吸附式防塵口罩的發(fā)展涉及過(guò)濾方式、口罩的除塵率、口罩的密封性、透氣性四條主線(xiàn)，共同影響防塵口罩的性能。

3.1 過(guò)濾方式

自吸附式過(guò)濾口罩的過(guò)濾方式主要有：纖維層過(guò)濾、采用正負(fù)極板電場(chǎng)過(guò)濾、磁場(chǎng)過(guò)濾、靜電過(guò)濾、水過(guò)濾、通過(guò)黏性材料進(jìn)行吸附過(guò)濾。

針對(duì)纖維層過(guò)濾和其與其他方式過(guò)濾的組合是研究比較多的，在1988年，中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所提出了利用駐極體聚丙烯纖維無(wú)紡布作為口罩濾材（申請(qǐng)?zhí)朇N88211397），同一年，美國(guó)BETT—N提出了在口罩濾材中使用活性炭（申請(qǐng)?zhí)朥S19880263068A）。1992年，海拉爾市針織廠公開(kāi)了采用氯綸無(wú)紡布作為口罩主體材料，并使得口罩上帶有負(fù)離子，從而形成靜電場(chǎng)，有效阻止了細(xì)塵的進(jìn)入（申請(qǐng)?zhí)朇N92201742）。為了進(jìn)一步防止制毒嚴(yán)重惡果的金屬微塵的污染問(wèn)題，史風(fēng)柏將磁鐵片同極統(tǒng)一向內(nèi)或向外安裝，各永磁鐵片之間以斥力狀態(tài)布局在口罩中（申請(qǐng)?zhí)朇N92111280）。1995年，韓國(guó)李光然采用羊毛纖維與化學(xué)樹(shù)脂切膜絲相混合，由此加倍靜電力來(lái)改善粉塵過(guò)濾功能（申請(qǐng)?zhí)朇N95102730）。1996年，日本TEIKOKU PISTON RING CO LTD公開(kāi)了活性炭樹(shù)脂纖維制成的平板電極覆蓋有絕緣性非織造布，對(duì)電極和地面之間施加高電壓，在電極周?chē)纬煞蔷鶆虼艌?chǎng)來(lái)提高除塵效果（申請(qǐng)?zhí)朖P7967396A）。接著在1997年，美國(guó)金伯利－克拉克環(huán)球有限公司提出了利用包含熱塑性聚合物及分散于其中的鐵電材料顆粒的纖維并令其處于電場(chǎng)中，接受電場(chǎng)的作用作為口罩的濾材，賦予了纖維區(qū)域大電場(chǎng)，提高過(guò)濾效率（申請(qǐng)?zhí)朥S19960762213A）；2001年，出現(xiàn)了鍍有金屬膜層的強(qiáng)化核孔膜、可根據(jù)顆粒大小選擇不同孔徑的核孔膜作為口罩濾材（申請(qǐng)?zhí)朇N01218526）。

2005年，采用不同過(guò)濾精度的靜電紡絲吸附過(guò)濾材料作為口罩復(fù)合過(guò)濾層出現(xiàn)，靜電紡絲吸附過(guò)濾材料包括靜電紡絲氯化聚氯乙烯，靜電紡絲雙乙酸酯纖維和靜電紡絲聚醚砜，纖維直徑為0.5～5.0μm，對(duì)微米、亞微米粒子具有很高的去除效率（申請(qǐng)?zhí)朇N200520118597）。福建新大陸環(huán)保科技有限公司于2011年提出網(wǎng)狀空氣吸塵膜由一種可卷曲的高分子膜制成，并且受摩擦或震動(dòng)時(shí)可產(chǎn)生靜電，可直接覆蓋在任一運(yùn)動(dòng)表面或流動(dòng)氣體的截口處（申請(qǐng)?zhí)朇N201110462773）。2013年，武漢利英唯爾科學(xué)技術(shù)有限公司采用聚合物超薄膜復(fù)合膜支撐層由多孔材料制成的多孔超薄膜載體層，在多孔超薄膜載體層的表面覆蓋均質(zhì)無(wú)孔聚合物超薄膜層，均質(zhì)無(wú)孔聚合物超薄膜層是由高氧氣滲透率或?qū)ρ鯕飧哌x擇性的滲透遵守溶解擴(kuò)散模型的聚合物制成的均質(zhì)無(wú)孔致密層；復(fù)合膜使口罩既能阻止塵粒（包括PM2.5）、病毒、病菌、污染物、煙塵，還能提供富氧功能（申請(qǐng)?zhí)朇N201310361477）。

從口罩濾材的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，濾材的發(fā)展依附于新型材料的發(fā)展，為了增強(qiáng)新型材料的過(guò)濾性能，還對(duì)濾材的靜電電場(chǎng)的大小和維持時(shí)間的長(zhǎng)短做出了重大的改變，選擇材料的更新更趨向于除塵率高、功能多、輕薄、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單方面發(fā)展。

3.2 除塵率

除塵率除與口罩濾材的選擇有關(guān)外，還與口罩濾層的結(jié)構(gòu)和設(shè)置有關(guān)。1992年，陳治云提出了罩體為一多面體的框架、和框架外包覆的過(guò)濾材料構(gòu)成，達(dá)到了具有口罩的透氣面大，過(guò)濾面大，過(guò)濾效果好，吸排氣通暢，面部與罩體接觸少的技術(shù)效果（申請(qǐng)?zhí)朇N92231416）；1993年，陳繼宏為了增大過(guò)濾材料的有效接觸面積，利用特殊框架結(jié)構(gòu)，將整個(gè)過(guò)濾吸附材料撐起在過(guò)濾盒中，并嚴(yán)實(shí)密封，使整個(gè)過(guò)濾材料都起到過(guò)濾作用（申請(qǐng)?zhí)朇N93101039）。同一年，還有人將超細(xì)纖維做的薄片狀濾料的中部制成立體折皺狀，由于呈立體折皺狀，過(guò)濾空氣的有效面積比平面濾料大得多，從而提高除塵效率（申請(qǐng)?zhí)朇N93242912）。

3.3 密封性

口罩的密封性深刻影響著口罩的除塵效果，1988年，中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所在口罩上方設(shè)置金屬壓條，提高口罩與臉部的貼合提高了口罩的密封性（申請(qǐng)?zhí)朇N88211397）。1992年，馮鉅江在殼體的另一端邊緣上連接有氣墊，氣墊上有氣嘴和氣閥。由于氣墊是一個(gè)易形變的柔軟體，任何臉形的人使用都能使氣墊與臉頰完全貼合密封，不會(huì)有含塵氣體從貼合處漏入口罩，增強(qiáng)口罩的密封性（申請(qǐng)?zhí)朇N92212231）。2004年，罩體的上緣對(duì)應(yīng)鼻子的位置連接一個(gè)恰可與鼻子周?chē)芎系母秸郑ㄉ暾?qǐng)?zhí)朇N200420095252）。2011年，韓國(guó)樸基洙提出一種防塵口罩，面罩部通過(guò)熱壓成型在面罩部的墊布緊貼于臉部；半球形的一次性過(guò)濾部形成臉部空間，并過(guò)濾污染的空氣；單方向排氣閥，在面罩部形成有曲率，以便能緊貼于臉部曲面，并通過(guò)將面罩部和過(guò)濾部固定體的內(nèi)側(cè)翼部和外側(cè)翼部進(jìn)行互相縫制或熱熔接，從而在面罩部上形成氣墊（申請(qǐng)?zhí)朘R20110060005A）。

3.4 透氣性

口罩的透氣性主要在于選擇的濾材，也有在口罩中附加輔助呼吸的器件和改變呼吸通道結(jié)構(gòu)的，如房坤（申請(qǐng)?zhí)朇N92113564）在1992年為口罩增加一個(gè)塑料風(fēng)筒和一個(gè)微型防爆風(fēng)機(jī)，用抽排氣方式使口罩內(nèi)空氣更換，消除憋悶現(xiàn)象。日本千野光正于1998年提出了一種口罩，其具有一個(gè)過(guò)濾裝置，該裝置有一個(gè)具有配置于口罩表面層內(nèi)側(cè)的、位于與人的口相對(duì)應(yīng)位置的吸入孔的過(guò)濾袋;以及一塊隔板，使用者在戴用防塵口罩時(shí)，采取用口吸入外部空氣、用鼻孔呼出體內(nèi)空氣的呼吸方法，解決了呼吸阻礙的問(wèn)題（申請(qǐng)?zhí)朖P20716398A）。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)防塵口罩的除塵率、口罩的密封性、透氣性、四個(gè)方面對(duì)專(zhuān)利進(jìn)行技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)梳理，和對(duì)現(xiàn)有的專(zhuān)利進(jìn)行簡(jiǎn)要的統(tǒng)計(jì)和分析，以期讀者能通過(guò)本文對(duì)自吸附防塵口罩領(lǐng)域有較廣泛和深入的了解。

［1］ 孫建麗、沈恒根.自吸過(guò)濾式防微粒口罩過(guò)濾性能試驗(yàn)研究［J］.產(chǎn)業(yè)用紡織品，2006，8：37-40.