CN115427130A - 空气过滤材料、空气过滤净化装置及制造方法 - Google Patents

空气过滤材料、空气过滤净化装置及制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种透气且不可渗透人体口腔、鼻腔和/或眼睛的含水液体分泌物的过滤材料，该过滤材料包括至少一个被称为疏水性填充物的填充物，该填充物由叠置并且各自由克重小于30g/m2的多孔纸形成的至少两个疏水性片材构成，各疏水性片材由被称为交联纤维素纤维的通过氢键并通过与至少一组交联原子形成的共价键而彼此连接的纤维素纤维形成，其特征在于，交联纤维素纤维的不参与氢键且可接近气体的至少一些羟基与具有疏水链的酰基形成共价键。

Description

空气过滤材料、空气过滤净化装置及制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于过滤呼吸气流的材料，该材料被称为过滤材料，以及一种用于制造这种类型的过滤材料的方法。
本发明还涉及一种用于通过过滤净化污染气流的装置，该净化装置包括这种类型的过滤材料。因此，本发明涉及这种类型的过滤材料，其透气且不可渗透人体口腔、鼻腔和/或眼睛的含水液体分泌物(特别是携带病原微生物、特别是感染性病毒颗粒的那些含水分泌物)。
背景技术
通常，流行病和大流行病、特别是2020年与“SARS-CoV-2”冠状病毒肆虐有关的大流行病，不仅对全球公共卫生造成了严重危害，而且对经济也构成了重大威胁。
此类流行病和/或大流行病的快速出现没有留给卫生行业足够的时间以制备能够有效对抗造成这些流行病/大流行病的病原体的药品或疫苗并将其投放至市场。因此，发展能够有效地对抗这些病原体的传播的手段是至关重要的。显然，控制此类流行病/大流行病的方法包括遵守简单的卫生规定，例如定期洗手、禁止个体之间的接触、使用一次性纸巾并在使用后将其密封。
虽然流行病/大流行病涉及高度传染性病毒病原体的传播，但是这些对抗措施也属于对抗这些病原病毒在个体、特别是携带病原病毒的个体与健康个体之间传播的对抗措施的类别。虽然流行病/大流行病涉及呼吸道的病原病毒的传播，但是这种对抗措施基本上属于过滤由感染病原病毒的个体呼出的气流和在存在感染病原病毒的个体时过滤被健康个体吸入的气流的方法的类别。
针对呼吸道的病毒本身具有高度传染性并且对于这些病毒既没有疫苗也没有有效的药物对抗措施，控制由针对呼吸道的病毒引起的流行病必然涉及建立旨在限制个体之间的接触的预防性卫生措施，这些个体中必然存在被感染和具有传染性的个体。这种卫生措施包括建立个体之间要遵守的最小安全距离。此类卫生措施还涉及使受污染个体和健康个体之间通过吸入/呼出空气进行交换的风险最小化，其中空气是呈可包含感染性病原体的微小液滴或大液滴的形式的人体口腔、鼻腔和/或眼睛的含水液体分泌物的载体。
这种类型的呼吸道病原病毒由任一被感染的个体以气溶胶形式进行传播，其中该气溶胶由呼出的空气和悬浮在呼出的空气中呈微小液滴或大液滴形式的含水液态颗粒形成。这可以是通过简单的自主呼吸呼出的空气。这也可以是在讲话时、在打喷嚏时或在咳嗽发作期间呼出的空气。然而，无论这种类型的气溶胶的排放条件如何，呼出的空气中的悬浮含水液态颗粒负载有感染性病毒颗粒，这些颗粒可传播给正经过的健康个体或在必然释放这种类型的气溶胶的感染个体的范围内的健康个体。
建议佩戴防护口罩、特别是外科口罩，其目的是尽可能防止由外科医生携带的病菌传播给患者，并且该口罩与感染个体和/或健康个体的嘴部和鼻子相配合。
然而，这种类型的口罩由于过滤材料迅速饱和而随着时间的推移有效性受限。此外，这种类型的口罩通常是亲水性的，因此由这种类型的口罩保留的水分使口罩的机械强度及其过滤特性劣化。此外，不能通过增加这种类型的口罩的厚度以提高其机械强度而不降低其空气渗透性并且不改变该口罩的佩戴者的呼吸。
此外，在一次性外科口罩的情况下，在外科手术期间，外科口罩饱和和外科口罩劣化、特别是过滤材料受潮而使外科口罩饱和和外科口罩劣化的问题可以通过在手术区域之外用新的、功能性口罩更换劣化的口罩来解决；更换后，则可以在良好的卫生条件下继续外科手术。然而，在流行病的情况下，个体使用的过滤材料不适用于这种情况，其中用新的过滤材料替换使用过的过滤材料会使个体被污染。
因此，期望能够有效且长期过滤并保持呼吸舒适的口罩解决方案。此外，还期望提高湿强度的口罩解决方案。
在这种流行病和/或大流行病蔓延的背景下，当出现个体防护需求或出现个体的密接人员的防护需求时，还期望过滤口罩能够由个体容易地制造。在这方面，不是每个人都能获得口罩可能成为引起致命污染的原因。众所周知，为了阻止流行病/大流行病的蔓延，必须中断污染链，并且对于整个人群而言，可获得足够数量的过滤口罩是必要的。由于大流行病的定义是全球性的，因此还必须能够廉价地制备过滤口罩，使得最贫穷的人群也可以使用这些口罩。
发明内容
本发明的目的是克服全部这些缺点。
本发明的目的是提出过滤材料和装置，用于通过过滤净化空气以及针对受到病原微生物、特别是病毒污染的大气的个体进行自我防护。
因此，本发明提出了过滤材料和装置，用于净化个体吸入的空气并用于保护佩戴该净化装置的个体。特别地，本发明提出了用于在气流被个体吸入之前对气流进行净化的这种类型的过滤材料和这种类型的装置。
而且本发明还提出了过滤材料和装置，用于净化空气并用于保护其他人员免受病原微生物、特别是病毒感染。特别地，本发明提出了用于净化由呼气形成的气流的过滤材料和装置。
因此，本发明还提出了过滤材料和装置，用于通过过滤净化由个体呼出的空气并用于保护未佩戴净化装置的第三方。
本发明提出了过滤材料和用于通过过滤净化空气的装置，该装置包括性能良好且舒适的这种类型的过滤材料。
本发明提出了过滤材料和用于通过过滤净化空气的一次性装置。
本发明提出了过滤材料和用于通过过滤净化空气的装置，该装置在使用后可以以简单、经济、安全和环境友好的方式进行销毁。
本发明提出了具有低制造成本的过滤材料和用于通过过滤净化空气的装置。
本发明还提出了可廉价销毁的过滤材料和用于通过过滤净化空气的装置。
特别地，本发明提供了在使用后可以处置并且可以通过焚烧销毁的这种类型的过滤材料和这种类型的净化装置。
本发明还提出了这种类型的过滤材料、这种类型的用于通过过滤净化的装置以及可以手工制作的用于制造这种类型的过滤材料的方法。
本发明还提出了用于一次性制造这种类型的过滤材料和这种类型的净化装置的方法。
此外，本发明还提出了过滤材料、用于通过过滤净化的装置以及能够以工业规模进行以用于大规模制造的用于制造这种类型的过滤材料的方法。
为此，本发明涉及一种过滤材料，该过滤材料透气且不可渗透人体口腔、鼻腔和/或眼睛的含水液体分泌物、特别是不可渗透作为感染原如病毒颗粒的载体的人体液体分泌物，该过滤材料包括至少一个被称为疏水性填充物的填充物，该填充物由叠置并且各自由克重小于30g/m2、特别是小于20g/m2、优选在10g/m2和30g/m2之间、更优选在10g/m2和20g/m2之间的多孔纸形成的至少两个疏水性片材构成，各疏水性片材由被称为交联纤维素纤维的通过氢键并通过与至少一组交联原子形成的共价键而键合在一起的纤维素纤维形成，
其特征在于，所述交联纤维素纤维的不参与氢键且可接近气体(特别是可接近空气)的至少一部分、特别是全部羟基与含有疏水链的酰基形成共价键。
本发明人已经注意到，以下单片多孔纸不能完全不透水从而不能构成不渗透作为感染原的载体的人体口腔、鼻腔和/或眼睛的液体分泌物的过滤材料：克重小于30g/m2，并且由所述交联纤维素纤维形成，并且其中所述交联纤维素纤维的不参与氢键并且可接近气体的至少一部分羟基与含有疏水链的酰基形成共价键。事实上，本发明人已经表明，这种类型的单个疏水性片材不能用于保留沉积在该片材的顶面的一定量的水、特别是几毫升或几十毫升水，并且这些量的水全部在瞬间或在几秒内透过该单个疏水性片材、特别是当该疏水性片材与亲水性表面接触时亦是如此。然而，本发明人已经发现，以一种完全不可预见的方式，叠置至少两个、特别是两个多孔纸的极疏水片材，可以在几小时或甚至几天内有效地截留沉积在该片材的填充物的顶面的一定量的水、特别是几毫升或几十毫升的水而***漏，即使当该疏水性片材的填充物与亲水性表面接触时亦是如此，并且任何可能的水损失实际上都是由于蒸发造成的，其中多孔纸的极疏水片材的克重小于30g/m2，并且由所述交联纤维素纤维形成，并且其中所述交联纤维素纤维的不参与氢键并且可接近气体的至少一部分羟基与含有疏水链的酰基形成共价键。
叠置至少两个这种类型的疏水性片材意味着可以形成透气且完全不可渗透人体口腔、鼻腔和/或眼睛的含水液体分泌物的过滤材料，所述含水液体分泌物携带有诸如病毒颗粒的病原感染性颗粒。
由具有低克重的多孔纸形成的两个疏水性片材的这种叠置意味着可以形成叠置多孔片材的堆叠，该堆叠特别是不可渗透可由慢性呼气或特别在打喷嚏或咳嗽期间由剧烈呼气排出的呼吸液态含水分泌物。根据本发明的过滤材料构成了用于保护免受感染原、特别是病原感染原影响的过滤材料。
通过测量疏水性片材的主平面与沉积在疏水性片材的表面的纯水液滴之间形成的接触角，使由具有低克重的多孔纸形成的这种类型的酰化疏水性片材的疏水特性可视化。通常，位于疏水性片材上的水滴的接触角的值在90°和180°之间、特别是大于120°、优选大于150°。此外，这种类型的疏水性片材具有能够将这种类型的与纯水液滴的接触角保持至少4小时的特性。
有利地，根据本发明的过滤材料具有足够的柔性以与面部舒适地接触。
根据一些有利的实施方案，根据本发明的过滤材料包括至少一个被称为亲水性填充物的填充物，该填充物由克重小于30g/m2、特别是小于20g/m2、优选在10g/m2和30g/m2之间、更优选在10g/m2和20g/m2之间的多孔亲水性纸形成的至少一个片材构成，所述多孔亲水性纸的至少一个片材由至少通过氢键、并且当在合适的情况下通过与至少一组交联原子形成的共价键键合在一起的纤维素纤维形成；
所述至少一个疏水性填充物和所述至少一个亲水性填充物彼此叠置从而形成叠置多孔片材的堆叠，该叠置多孔片材的堆叠适于穿过待过滤的气流，由此过滤穿过过滤材料的气流中的空气；
并且其中至少一个亲水性填充物形成叠置多孔片材的堆叠的自由主面，所述自由主面是用于接收待过滤的气流的自由面。
根据本发明的过滤材料完全不可渗透液体、特别是水，并且完全可渗透大气中的空气。根据本发明的过滤材料不仅可以用于防止、特别是完全阻止作为诸如病毒颗粒的感染原的载体的人体液体分泌物通过该过滤材料，而且非常有利地，该过滤材料能够将作为感染原的载体的所述人体液体分泌物保留和捕获至过滤材料上。因此，使用后的过滤材料的销毁也意味着销毁捕获至过滤材料上的感染原。根据本发明的过滤材料可用于在使用包括这种过滤材料的用于净化空气的装置期间通过防止感染原的扩散而保留这些感染原。可以使用一个或多个亲水性片材以防止含水分泌物使一个或多个多孔疏水性片材饱和。
根据本发明的过滤材料的某些实施方案，通过共价醚键与至少一种纤维素纤维键合的至少一组交联原子具有下式[化学式1]：
[化学式1]
Figure BDA0003901725800000061
其中R选自氢原子(H)和含有疏水链的酰基。
根据某些实施方案，至少一组交联原子由表氯醇形成。至少一组交联原子完全可以由不同于表氯醇的用于交联纤维素纤维的试剂形成，例如不同于在造纸工业中使用的用于交联纤维素纤维的试剂。
根据本发明，各疏水性片材的纤维素纤维是交联的。本发明人已经观察到，亲水性纤维素片材的纤维素纤维的交联不仅不妨碍以这种方式交联的纤维素纤维的进一步酰化，而且这种交联与酰化的组合实际上还可以限制交联和酰化的纤维素纤维的转动灵活性，提高了疏水性片材的机械强度、特别是在潮湿条件下的机械强度(“湿强度”)，并且保持了该片材对呼吸液态含水分泌物的长时间“屏障”特性。
根据本发明的过滤材料的某些有利实施方案，至少一片多孔亲水性纸由天然且纯的纤维素形成。然而，根据本发明的过滤材料的某些其他有利实施方案，至少一片多孔亲水性纸完全可以由交联的纤维素纤维形成。
疏水性片材可为过滤材料和用于通过过滤净化空气的装置提供“屏障”特性，并且随时间的推移，包括在将过滤材料暴露于水分之后，可以保持这些“屏障”特性。疏水性片材可以为过滤材料提供对能够呼吸的气态流体、特别是大气空气的渗透性的特性。与未暴露于含水污染物的一个或多个亲水性片材的机械特性相比，疏水性片材还可以使过滤材料的机械强度特性至少得以保持、或甚至得以改善。
有利地，根据本发明的过滤材料可以用于防止具有传染性但佩戴有包括这种过滤材料的用于通过过滤净化空气的装置的个体污染未佩戴这种装置的健康个体；该过滤材料也可以用于防止佩戴这种装置的健康个体受到污染。显然，有利地，传染性个体和健康个体优选均佩戴包括根据本发明的过滤材料的用于通过过滤净化空气的装置。过滤材料和用于通过过滤净化空气的装置适于保护个体免受在人体口腔、鼻腔和/或眼睛的含水液体分泌物中输送的病毒颗粒的传播。
根据本发明的过滤材料的某些有利实施方案，含有疏水链的酰基为含有疏水烃链的酰基。表述“酰基”是指化学式为R-CO-的任何原子基团，其中R为疏水链。R可为包括16至30个碳原子的烃基。有利地，至少一个、特别是每个烃基为饱和烃基。有利地，至少一个、特别是每个含有疏水链的酰基选自由棕榈基(CH3-(CH2)14-CO-)、硬脂基(CH3-(CH2)16-CO-)和山嵛基(CH3-(CH2)20-CO-)组成的组。至少一个、特别是每个烃基完全可为不饱和烃基。
在根据本发明的过滤材料的某些实施方案中，叠置多孔片材的堆叠的两个自由面各自由亲水性填充物形成，至少一个疏水性填充物介于形成叠置多孔片材的堆叠的两个自由面的亲水性填充物之间。有利地，一个或多个多孔疏水性片材和一个或多个多孔亲水性片材形成袋，以用于阻止和保留呈悬浮在吸入/呼出空气中的含水微小液滴或大液滴形式的分泌物。在根据本发明的这些实施方案中，过滤材料包括至少一个疏水性填充物的组装体，一个或多个疏水性填充物的组装体的两个相反的主面各自延伸并面向至少一个亲水性填充物的组装体。一个或多个亲水性填充物的组装体各自可用于在过滤材料的两个主面的一者和另一者这两者上吸收含水分泌物，限制或甚至完全消除含水组合物返回至一个或多个多孔疏水性片材的组装体上的任何影响，并以最大有效性保持屏障作用。
有利地，至少一个、特别是每个疏水性片材由一次性纸巾、特别是
Figure BDA0003901725800000084
型(
Figure BDA0003901725800000085
Kimberly-Clark Corporation)一次性纸巾的厚度的一部分形成，一次性纸巾的厚度的所述部分的纤维素至少部分酰化。本发明人已经确定，这种一次性纸巾实际上由多个、特别是四个叠置的低克重多孔纸的片材形成，并且可以将含有疏水链的酰基的共价接枝用于促进这些疏水性片材的分离，使得可以制造不可渗透液体分泌物的过滤材料，并且该过滤材料对空气的渗透性保持与最佳透气相匹配。有利地，根据本发明，所述疏水性填充物包括2至4个疏水性片材，所述2至4个疏水性片材由2至4个具有低克重的一次性纸巾的多孔纸的亲水性片材形成。因此，根据本发明的过滤材料可以由容易得到的原料制成。
有利地，根据本发明，叠置多孔片材的堆叠的片材中的至少一个、特别是每个片材由一次性纸巾、特别是
Figure BDA0003901725800000086
型的一次性纸巾的厚度的一部分、特别是整体构成片材形成。
根据本发明的过滤材料的某些实施方案，所述疏水性填充物的至少两个片材通过至少一种被称为组装材料的材料进行组装，组装材料为包含至少一种热塑性聚合物的可渗透固体。根据本发明的过滤材料的某些实施方案，至少一个疏水性填充物与至少一个亲水性填充物通过至少一种被称为组装材料的材料进行组装，组装材料为包含至少一种热塑性聚合物的固体。有利地，这种组装通过介于至少一个多孔疏水性片材和至少一个多孔亲水性片材之间的所述组装材料的熔融和固化完成。有利地，各热塑性聚合物透气。有利地，叠置多孔片材的堆叠的各片材通过至少一种被称为组装材料的材料与其相邻的片材中的各片材进行组装，组装材料为包含至少一种热塑性聚合物的可渗透固体。
根据本发明的过滤材料的某些实施方案，至少一种热塑性聚合物选自由聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺和聚-L-乳酸组成的组。有利地，选择至少一种热塑性聚合物，以能够组装至少一个多孔亲水性片材和至少一个多孔疏水性片材，在至少一个多孔亲水性片材和至少一个多孔疏水性片材之间设置组装材料，这种组装可通过简单地应用与多孔亲水性片材或多孔疏水性片材中的一者或另一者接触的热表面、特别是电熨斗的底板实现。
所述组装材料完全可以由冷粘结组装材料形成。有利地，所述冷粘结组装材料可为醋酸纤维素。
根据本发明的过滤材料的某些有利实施方案，热塑性聚合物仅在叠置多孔片材的堆叠的***边缘延伸。有利地，多孔叠置片材的堆叠的中心部分没有组装材料。因此，片材完全可渗透大气空气，并且允许基本上正常的换气和呼吸。叠置多孔片材的堆叠的中心部分是柔性的，触感柔软，并且与皮肤生物相容。组装材料完全可以增强叠置多孔片材的堆叠的***的刚度。组装材料可用于参与使叠置多孔片材的堆叠成形，以使其适于佩戴过滤材料的个体的面部形态。
有利地，根据本发明的过滤材料可以焚烧。过滤材料适于通过焚烧销毁，而不产生除了CO2和水以外的有毒物质，由此销毁了可保留在根据本发明的过滤材料中的病毒颗粒。
本发明还涉及一种用于通过过滤净化空气的装置，包括
-过滤部件，其包括根据本发明的过滤材料，以及；
-用于调节位于个体上的这些过滤部件的部件。
有利地，根据本发明，过滤部件的尺寸能够覆盖佩戴用于净化空气的装置的个体的至少嘴部和鼻子。
有利地，过滤部件可呈大致锥形漏斗的形式。这种形状特别适合优化过滤部件的有效过滤表面积。实际上，至少一个多孔亲水性片材和/或至少一个多孔疏水性片材可由“咖啡滤纸”型纤维素装置形成。
在根据本发明的用于通过过滤净化空气的装置的某些实施方案中，调节部件包括可解开的调节用部件和/或弹性材料的带子。
在某些实施方案中，根据本发明的装置为呈口罩、面罩、巴拉克拉法帽、滑雪口罩、衬衫、外衣或纸巾的形式的装置。
在其他实施方案中，用于通过过滤净化的装置呈防护手套的形式。
根据某些实施方案，用于通过过滤净化空气的装置的过滤部件呈薄的柔性扁平片的形式。过滤部件完全可以具有折叠部、特别是手风琴式折叠部，从而能够增加过滤表面积和使用舒适性。可以通过添加可为过滤部件提供刚度的吸水纸、特别是滤纸的条带进行折叠。完全可以使用这种吸水纸的条带以提供具有任何特定形状的过滤部件。完全可以使用柔性非弹性材料的条带以能够进行调节并将空气净化装置保持在个体的鼻子处。
根据本发明的过滤材料和用于净化空气的装置具有与纤维素纤维的焚烧能力基本相同的焚烧能力。
本发明还涉及一种用于制造根据本发明的过滤材料的方法，其中：
-选择至少两个第一片材，各第一片材由克重小于30g/m2的多孔纸形成，各第一片材由被称为交联纤维素纤维的通过氢键并通过与至少一组交联原子形成的共价键而键合在一起的纤维素纤维形成；
-所述至少两个第一多孔片材经过纤维素纤维的酰化反应从而形成至少两个第一多孔疏水性片材，在此期间：
○用至少一种脂肪酰氯、特别是至少一种棕榈酰氯(CH3-(CH2)14-CO-Cl)、至少一种硬脂酰氯(CH3-(CH2)16-CO-Cl)和至少一种山嵛酰氯(CH3-(CH2)20-CO-Cl)浸渍各第一片材；然后
○将加热至能够在各第一片材的纤维素和至少一种气态脂肪酰氯之间发生所述酰化反应的温度的气态组合物流、特别是大气气流施加至各第一片材，由此形成由纤维素纤维形成的至少两个多孔疏水性片材；
■纤维素纤维通过氢键并通过与至少一组交联原子形成的共价键键合在一起；以及
■其中不参与氢键或未处于与所述至少一组交联原子的共价键中的至少一部分、特别是全部羟基与含有疏水链的酰基形成共价键；然后
○通过堆叠所述至少两个第一多孔疏水性片材形成过滤材料的所述至少一个疏水性填充物。
在用于制造根据本发明的过滤材料的方法中，通过至少一种气态脂肪酰氯共价接枝至多孔亲水性片材的纤维素纤维上的反应形成至少一个多孔疏水性片材。
这种类型的反应可以通过将长链脂肪酰氯的非极性溶剂溶液与至少一个多孔亲水性片材接触而获得，非极性溶剂特别是选自由石油醚、石油溶剂油和***组成的组中的溶剂。这可以通过将一个或多个多孔亲水性片材浸渍到脂肪酰氯溶液中进行接触。这可以通过将脂肪酰氯溶液雾化至一个或多个多孔亲水性片材上进行接触。接下来，将气态组合物的流、特别是气流施加至负载有脂肪酰氯的一个或多个多孔亲水性片材，所述脂肪酰氯被加热至能够使至少一部分气态脂肪酰氯在一个或多个多孔亲水性片材的厚度的至少一部分上扩散并能够使气态脂肪酰氯与一个或多个多孔亲水性片材的纤维素纤维的可接近游离羟基反应的温度。催化剂不是必需的。不使用催化剂。由接枝反应形成的盐酸通过气态组合物的流输送。这使得脂肪酰基均匀接枝至一个或多个多孔亲水性片材的整个自由面，由于接枝，一个或多个多孔亲水性片材成为一个或多个多孔疏水性片材。在接枝中不会存在定性或定量缺陷。有利地，各脂肪酰氯在一个或多个多孔亲水性片材上的反应是生物相容的，即，由于接枝反应形成的酰化纤维素纤维与接触和/或在佩戴净化装置的个体的气道附近的过滤材料的用途相匹配。
与一个或多个多孔亲水性片材的机械特性相比，含有疏水链的酰基的接枝基本上不影响一个或多个多孔疏水性片材的机械特性。接枝基本上不改变柔性和强度。接枝基本上不改变孔隙率。接枝也不影响空气的可渗透性。一个或多个多孔疏水性片材可渗透定向为基本上垂直于一个或多个多孔疏水性片材的平面的气态组合物的流。相反，一个或多个多孔疏水性片材完全不可渗透可由气态组合物的流输送的含水颗粒。相对于多孔亲水性片材，多孔疏水性片材还具有提高的湿强度。
在根据本发明的制造方法的某些有利实施方案中，使用市售制品和试剂以通过共价接枝进行酰化反应。例如，使用成品纤维素制品如一次性纸巾的这种酰化反应在干燥时并且在具有经济竞争力的条件下进行。
在用于制造根据本发明的过滤材料的方法的某些实施方案中：
-选择至少一个第二亲水性片材，第二亲水性片材由克重小于30g/m2的多孔纸形成，各第二片材由通过氢键并通过与至少一组交联原子形成的共价键而键合在一起的纤维素纤维构成，
-所述至少一个亲水性填充物通过堆叠各第二亲水性片材形成；以及
-所述至少一个疏水性填充物和所述至少一个亲水性填充物叠置从而形成叠置多孔片材的堆叠，使得至少一个亲水性填充物形成叠置多孔片材的堆叠和过滤材料的自由面。
在用于制造根据本发明的过滤材料的方法的某些实施方案中，通过用至少一种被称为组装材料的材料的热密封进行用于组装叠置多孔片材的堆叠的至少两个多孔片材的步骤、特别是用于通过粘结组装叠置多孔片材的堆叠的至少两个多孔片材的步骤，其中组装材料为包含至少一种热塑性聚合物的可渗透固体。例如，通过在疏水性片材和/或多孔亲水性片材的至少一部分***区域***热塑性聚合物、特别是热熔性聚合物材料的条带，并将热塑性材料加热至高于该热塑性材料的熔融温度的温度，从而进行通过粘结的这种类型的组装步骤。有利地，用电熨斗的加热底板进行该步骤。极其令人惊讶的是，热塑性材料可用于组装具有相反的表面疏水/亲水特性的至少一个多孔疏水性片材和至少一个多孔亲水性片材。有利地，热塑性材料为类似于在服装制造领域中并且特别是在制作折边时常规使用的热塑性材料带。
在根据本发明的制造方法的某些有利实施方案中，由克重小于30g/m2的多孔纸分别形成的各第一片材和由克重小于30g/m2的多孔纸分别形成的各第二片材由一次性纸巾的厚度的一部分形成。
在根据本发明的制造方法的某些有利实施方案中，各自由克重小于30g/m2的多孔纸形成的至少两个第一片材和由克重小于30g/m2的多孔纸形成的至少一个第一片材由一次性纸巾、特别是
Figure BDA0003901725800000131
型一次性纸巾的厚度的全部或一部分形成。
在以工业规模进行的用于制造根据本发明的过滤材料的方法的某些实施方案中，用至少一种脂肪酰氯的非极性溶剂溶液浸渍各第一片材，然后在非极性溶剂蒸发之后，用气态组合物的流加热各第一片材以使得通过至少一种含有疏水链且处于气态的脂肪酰氯进行酰化纤维素纤维的所述反应能够发生在各第一片材上，并且使得能够形成多孔疏水性片材。
在以工业规模进行的用于制造根据本发明的过滤材料的方法的某些实施方案中，使用任何已知的印刷技术使含有疏水链的酰氯(在没有非极性溶剂的情况下)沉积至多孔亲水性片材的表面上。
在以手工进行的用于制造根据本发明的过滤材料的方法中，制备包含在挥发性非质子溶剂如石油醚(以“石油溶剂油”的形式市售)中稀释的至少一种脂肪酰氯的接枝溶液，然后用接枝溶液浸泡待处理的多孔亲水性片材，然后使挥发性溶剂在空气中蒸发，而且优选在通风橱或在开放空间中蒸发。接下来，将热气流，例如由吹风机产生的热气流施加至多孔亲水性片材，以使得气态脂肪酰氯能够反应，并使其能够接枝至多孔亲水性片材上，由于这种接枝，该多孔亲水性片材转变为多孔疏水性片材，并且除去任何过量的试剂。
本发明还涉及一种过滤材料、一种用于净化空气的装置以及一种用于制造这种类型的过滤材料的方法，其特征在于，以组合方式或其他方式，具有上文或下文提及的一些或全部特征。不管所给出的形式表示如何，除非明确地另外指出，否则不应当认为上文或下文提及的各种特征严格地或不可分地连接在一起；本发明可以涉及这些结构或功能特征中的仅一者、或这些结构或功能特征的仅一部分、或这些结构或功能特征中的一者的仅一部分、或实际上这些结构或功能特征中的一些或全部的任何分组、组合或并列。
附图说明
参考附图，通过以图示方式给出的某些实施方案的说明，本发明的其他目的、特征和优点将显而易见，其中：
[图1]为根据本发明的用于净化空气的装置的第一特定实施方案的图示；
[图2]为根据本发明的过滤材料的第一实施方案的截面示意图；
[图3]为根据本发明的过滤材料的第二实施方案的截面示意图；
[图4]为根据本发明的用于净化空气的装置的第二特定实施方案的图示。
显然，为了使图示清楚，图1、2和3所示的过滤材料和空气净化装置的尺寸和比例不一定是真实比例。
具体实施方案
图1所示的用于净化空气的装置10为尺寸能够覆盖个体的嘴部和鼻子的呼吸防护口罩。装置10包括形成根据本发明的过滤材料的过滤部件11，以及用于调节位于个体上的这些过滤部件11的部件9。用于调节过滤部件11的部件9由两个固定至过滤部件11的带子形成，使得当过滤部件11施加至个体的面部时能够得以保持。
图2示出了根据本发明的用于净化污染气流3的装置10的过滤材料的第一实施方案的截面示意图。图2所示的过滤材料包括多孔疏水性片材2和多孔亲水性片材1的堆叠。多孔疏水性片材2和多孔亲水性片材1通过在叠置多孔片材的堆叠的***延伸的组装材料5的粘结而组装。组装材料5由热塑性聚合物形成。组装多孔疏水性片材2和多孔亲水性片材1的任何其他方式都是可以的。可以使用钉组装多孔疏水性片材2和多孔亲水性片材1。也可以不使用特定的方法组装多孔疏水性片材2和多孔亲水性片材1；多孔疏水性片材2和多孔亲水性片材1可以由佩戴用于净化空气的装置10的个体保持在适当位置。
多孔疏水性片材2由通过脂肪酰氯的共价接枝反应改性的一次性纸巾形成。多孔疏水性片材2可渗透大气空气，并且完全不可渗透任何含水组合物，特别是不可渗透任何负载有感染性病毒颗粒的含水组合物。多孔疏水性片材2形成过滤材料的两个主面中的一者。多孔疏水性片材2形成用于净化空气的装置10的下游面8，即用于净化空气的装置10的可以散发出供佩戴净化装置10的个体呼吸的净化气流4的面。多孔疏水性片材2完全可以仅由形成一次性纸巾的堆叠层的一部分形成，并通过脂肪酰氯的共价接枝反应改性。
在本实施方案中，多孔亲水性片材1为未改性的一次性纸巾。多孔亲水性片材1具有吸收特性，使得位于净化装置10的上游主面7的由多孔疏水性片材截留的负载有感染性病毒颗粒的含水组合物完全保持在多孔亲水性片材1中。多孔亲水性片材1完全可以仅由形成一次性纸巾的堆叠层的一部分形成。
在图2所示的第一实施方案中，多孔疏水性片材2形成过滤材料的两个主面中的一者。多孔疏水性片材2形成用于净化空气的装置10的下游面8，即用于净化空气的装置10的可以散发出供佩戴净化装置10的个体呼吸的净化气流4的面。在图2所示的该第一实施方案中，多孔亲水性片材1形成了过滤材料的两个主面中的另一者。多孔亲水性片材1形成了用于净化空气的装置10的上游面7，即用于净化空气的装置10的由佩戴净化装置10的个体吸入而接收污染气流3的面。
用于净化空气的装置10可用于净化输送感染性病毒颗粒的污染气流3，并形成能够供佩戴净化装置10的个体呼吸的基本净化的气流4，而没有感染的风险。然而，用于净化空气的装置10也非常有利地使感染性病毒颗粒能够保持在多孔亲水性片材1中和/或多孔亲水性片材1和多孔疏水性片材2之间的空隙空间中，由于存在这种净化，因此避免了对佩戴用于净化空气的装置10的个体周围走动的人员的污染。有利地，用于净化空气的装置10旨在使用后销毁并失效。这种类型的销毁有利地通过焚烧进行。
图3示出了用于净化污染气流3的根据本发明的装置10的过滤材料的第二实施方案的截面示意图。图3所示的过滤材料包括在净化装置10的上游面7处延伸的第一多孔亲水性片材1、多孔疏水性片材2和在净化装置10的下游面8处延伸的第二多孔亲水性片材1的堆叠，多孔疏水性片材2介于第一和第二多孔亲水性片材之间。净化装置10的上游面7旨在接收污染气流3，并且下游面8是用于净化空气的装置10的两个主面中的一者，从下游面8散发出可供佩戴净化装置10的个体呼吸的净化气流4。
多孔疏水性片材2和多孔亲水性片材1通过在叠置多孔片材的堆叠的***延伸并且在多孔疏水性片材2和各多孔亲水性片材1之间延伸的组装材料5的粘结而组装。组装材料5由热塑性聚合物形成。组装多孔疏水性片材2和多孔亲水性片材1的任何其他方式都是可以的。
多孔疏水性片材2由通过脂肪酰氯的共价接枝的反应改性的一次性纸巾形成。多孔疏水性片材2可渗透大气，并且完全不可渗透任何含水组合物，特别是不可渗透任何负载有感染性病毒颗粒的含水组合物。
在该实施方案中，各多孔亲水性片材1由未改性的一次性纸巾或由一次性纸巾的厚度的至少一部分形成。各多孔亲水性片材1具有吸收特性，使得通过净化装置10的上游面7或下游面8处的一个或另一个多孔亲水性片材1完全吸收位于净化装置10的两个主面7、8中的一者或另一者上的由多孔疏水性片材2截留的负载有感染性病毒颗粒的含水组合物。
用于净化空气的装置10可用于净化输送感染性病毒颗粒的污染气流3，并形成能够供佩戴净化装置10的健康个体呼吸的基本净化的气流4，而没有感染的风险。用于净化空气的装置10也可用于净化输送由可能污染他们的环境的感染个体排出的感染性病毒颗粒的污染气流，并且形成可以供未佩戴净化装置10的任何健康个体吸入的基本净化的气流，而没有感染健康个体的风险。
然而，用于净化空气的装置10也非常有利地使感染性病毒颗粒能够保留在第一和第二多孔亲水性片材1中的一者或另一者中，和/或保留在多孔疏水性片材2与第一和第二多孔亲水性片材1中的一者或另一者之间的空隙空间中，由于存在这种净化，因此防止了对佩戴用于净化空气的装置10的个体周围走动的人员的污染。
图4所示的用于净化空气的装置10为尺寸能够覆盖个体的嘴部、鼻子和下巴的呼吸防护口罩。装置10包括由根据本发明的过滤材料形成的过滤部件11，以及用于调节位于个体上的这些过滤部件11的部件9。用于调节过滤部件11的部件9由两个牢固连接至过滤部件11的带子形成，使得当过滤部件11施加至个体的面部时能够得以保持。
实施例1-根据本发明的过滤材料对水的不可渗透性-根据本发明的多孔疏水性片材的制备。将形成一次性纸巾(
Figure BDA0003901725800000171
Kimberly-Clark Corporation)的四个次级层分成两组，每组的两个次级层的尺寸为21cm×21cm见方。每组的两个次级层形成根据本发明的多孔亲水性片材。由一次性纸巾形成的各多孔亲水性片材各自的质量为1g(22g/m2)。将多孔亲水性片材中的一者浸渍到硬脂酰氯的石油醚100-150溶液中。硬脂酰氯的质量与石油醚100-150的质量的比率为0.5％。由多孔亲水性片材保持的溶液量为1.5g，并且由多孔亲水性片材保持的硬脂酰氯的量为0.015g，相当于多孔亲水性片材的质量的1.5％。在通风橱中使大部分溶剂自发蒸发，然后将多孔亲水性片材置于加热至150℃的通风烘箱中。使反应持续2分钟，由此由一次性纸巾形成多孔疏水性片材。在没有通风烘箱的情况下，完全可以使用吹风机以产生在反应期间形成的盐酸(使酰化反应平衡移动)，加热多孔亲水性片材，形成气态硬脂酰氯，并且通过气态硬脂酰氯在多孔亲水性片材上的反应从而形成多孔疏水性片材。
作为比较，制备由尺寸为12cm×10cm且克重为41g/m2的卫生纸的两个次级层形成的多孔亲水性片材。多孔亲水性片材的质量为0.5g。将多孔亲水性片材浸渍到硬脂酰氯的石油醚100-150溶液中。硬脂酰氯的质量与石油醚100-150的质量的比率为1％。由多孔亲水性片材保持的溶液的量为0.8g，并且由多孔亲水性片材保持的硬脂酰氯的量为0.008g，相当于多孔亲水性片材的质量的1.6％。在通风橱中使大部分溶剂自发蒸发，然后将多孔亲水性片材置于加热至150℃的通风烘箱中。使反应持续2分钟，由此通过卫生纸形成多孔疏水性片材。
通过将由纸巾制备的多孔疏水性片材的四个角悬挂从而制备第一袋，将其称为纸巾袋。通过将由卫生纸制备的多孔疏水性片材的四个角悬挂从而制备第二袋，将其称为卫生纸袋。将相同量的水倒入所述纸巾袋中和所述卫生纸袋中。水不会从两个袋中的任一者中瞬间泄漏。看上去所述纸巾袋在大于4天的时间段完全不透水。所述卫生纸袋在24小时后漏掉了全部水。
实施例2-接触角。如实施例1所述处理由尺寸为21cm×21cm见方的一次性纸巾(
Figure BDA0003901725800000181
Kimberly-Clark Corporation)形成的四个次级层中的两者形成多孔亲水性片材。用山嵛酰氯的石油醚100-150溶液处理多孔亲水性片材。山嵛酰氯的质量与石油醚100-150的质量的比率为0.75％。将烘箱的温度升高至160℃。通过一次性纸巾形成多孔疏水性片材。将200μL蒸馏水的液滴置于多孔疏水性片材的表面上。液滴在多孔疏水性片材的表面保持形状而不铺展。因此，接触角接近180°。
实施例3-通过过滤净化空气的口罩。如实施例1所述制备多孔疏水性片材。还由尺寸为21cm×21cm见方的一次性纸巾(
Figure BDA0003901725800000182
Kimberly-Clark Corporation)形成的四个次级层制备包括单一次级层的多孔亲水性片材。将多孔疏水性片材和由此形成的多孔亲水性片材叠置，并且使用于制作折边的类型的可热熔聚合物的纱布介于多孔疏水性片材和多孔亲水性片材的边缘之间。通过使用热电熨斗的热密封组装多孔疏水性和亲水性片材。形成的过滤材料包括由一次性纸巾的两个次级层形成的多孔疏水性片材和由一次性纸巾的单个次级层形成的一个多孔亲水性片材。折叠根据本发明的过滤材料，然后将弹性元件钉到其相对的两端上，以形成根据本发明的用于通过过滤净化空气的口罩。净化口罩就可以使用了。可以以多孔亲水性片材朝向佩戴净化口罩的个体的方式使用该净化口罩，或者以多孔疏水性片材朝向佩戴净化口罩的个体的方式使用该净化口罩，这取决于是需要保护个体免受环境的影响(多孔亲水性片材朝向外部)还是需要保护环境免受个体的影响(多孔亲水性片材朝向个体)。
实施例4-用于通过过滤净化空气的口罩的呈“鸭嘴”形式的变型。选择“咖啡滤纸No.4”型的纸过滤装置。在纸上制作许多小孔，以使咖啡滤纸多孔，同时保持其机械硬度。通过在咖啡滤纸和各过滤材料片的边缘之间、在咖啡滤纸的边缘***可热熔聚合物纱布的条带，用如实施例1所述的具有适当尺寸的过滤材料片覆盖咖啡滤纸的两个外部面。通过借助热电熨斗的热密封进行组装。接下来，将弹性元件钉在滤纸的任一侧。空气净化口罩就可以使用了。
实施例5-过滤、不透水和具有吸收性的纸巾的制造。如实施例1所述，制备多孔疏水性片材，其包括具有四个次级层的一次性纸巾(
Figure BDA0003901725800000191
Kimberly-ClarkCorporation)的两个次级层。将以这种方式形成的多孔疏水性片材与由具有四个次级层的一次性纸巾的两个次级层形成的多孔亲水性片材叠置。将可熔融纱布的条带置于两个多孔疏水性和亲水性片材的边缘之间，并通过热密封、通过应用热电熨斗进行组装。纸巾就可以使用了。
实施例6-不透水和具有吸收性的高过滤能力纸巾的第二变型的制造。在包括四个次级层的完整纸巾上进行实施例1所述的疏水处理，以形成包括四个次级层的多孔疏水性片材。将形成的疏水性片材与由一次性纸巾的四个次级纸层形成的多孔亲水性片材叠置。将可熔融纱布的条带置于两个多孔疏水性和亲水片材的边缘之间，并通过应用热电熨斗的热密封进行组装。高过滤能力的纸巾就可以使用了。
实施例7-不透水和具有吸收性的手套的制造。制备两片如实施例1、3、5或6所述的过滤材料。用模具切出彼此为镜像的两个手形状。将可热熔材料纱布的条带置于切片的边缘处。通过应用热电熨斗的热粘结进行组装。作为一种选择，完全可以使用3D打印机，以将可热熔材料的条带完全沉积在该形状周围。
实施例8-如图4所示的防护性口罩的手工制造。以形成空气过滤部件11的一次性纸巾的形式制备一片根据本发明的过滤材料。在第一步骤中，将纸巾的一个边缘折叠，以形成折边，从而用于容纳具有低弹性的固体可变形材料部分以及绳子，以用于调节位于个体上的这些过滤部件。低弹性可变形固体材料部分可为铜线、特别是设置有防护护套的铜线。铜线的截面直径优选在1mm和1.5mm之间，以使防护口罩能够保持在个体的鼻子上。调节绳可以是或者可以不是纺织弹性绳。通过用可热熔纱布的条带的热密封从而密封折边。可以使用任何其他密封用部件，例如钉。然后，将与折边相对的过滤材料片的两个角之一向后折叠至另一个角上，将由该折叠形成的两部分边缘彼此叠置。通过纵向折叠固定该叠置，并将固定的折叠用钉锁定或用回形针型的组装部件锁定。完全可以通过粘结确保这种叠置。防护装置为呈锥形式的口罩，
其完美地与面部配合。铜线使得口罩可以调节并保持在鼻子上。可以通过调节纵向折叠适应口罩的深度。获得了这样的防护装置，其对人体口腔、鼻腔和/或眼睛的含水液体分泌物具有高效过滤，该防护装置可以由一次性纸巾制造并以低成本获得。
除了上述这些之外的许多变型和应用可以形成本主题的许多变型。特别是，很明显，除非另外指出，否则不能认为上述各实施方案的各种结构和功能特征是相互组合和/或紧密和/或不可分地相互连接，相反，应该将其认为是简单的并列。此外，上述各种实施方案的结构和/或功能特征可作为任何不同并列或任何不同组合的整体或部分从而形成本主题。

Claims (15)

1.一种过滤材料，该过滤材料透气且不可渗透人体口腔、鼻腔和/或眼睛的含水液体分泌物，所述过滤材料包括至少一个被称为疏水性填充物的填充物，该填充物由叠置并且各自由克重小于30g/m2的多孔纸形成的至少两个疏水性片材构成，各疏水性片材由被称为交联纤维素纤维的通过氢键并通过与至少一组交联原子形成的共价键而键合在一起的纤维素纤维形成，
其特征在于，所述交联纤维素纤维的不参与氢键且可接近气体的至少一部分羟基与含有疏水链的酰基形成共价键。
2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述材料包括至少一个被称为亲水性填充物(1)的填充物，该填充物由克重小于30g/m2的多孔亲水性纸形成的至少一个片材构成，所述多孔亲水性纸的至少一个片材由至少通过氢键键合在一起的纤维素纤维形成；
所述至少一个疏水性填充物(2)和所述至少一个亲水性填充物(1)彼此叠置从而形成叠置多孔片材的堆叠，所述叠置多孔片材的堆叠适于穿过待过滤的气流(3)，由此过滤穿过所述过滤材料的气流中的空气，以及；
至少一个亲水性填充物(1)形成所述叠置多孔片材的堆叠的自由主面(7)，所述自由主面(7)是用于接收待过滤的气流(3)的自由面。
3.根据权利要求2所述的材料，其特征在于，所述叠置多孔片材的堆叠的两个自由面(7、8)各自由亲水性填充物(1)形成，至少一个疏水性填充物(2)介于形成所述叠置多孔片材的堆叠的两个自由面(7、8)的亲水性填充物(1)之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的材料，其特征在于，所述疏水性填充物(2)的至少两个片材通过至少一种被称为组装材料(5)的材料进行组装，所述组装材料是包含至少一种热塑性聚合物的可渗透固体。
5.根据权利要求4所述的材料，其特征在于，至少一种热塑性聚合物选自由聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺和聚-L-乳酸组成的组。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的材料，其特征在于，所述热塑性聚合物仅在所述叠置多孔片材的堆叠的***边缘处延伸。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的材料，其特征在于，至少一个含有疏水链的酰基选自由棕榈基、硬脂基和山嵛基组成的组。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的材料，其特征在于，所述叠置多孔片材的堆叠中的各片材由一次性纸巾的厚度的一部分形成。
9.一种用于通过过滤净化空气的装置(10)，包括：
-过滤部件(11)，其包括根据权利要求1至8中任一项所述的过滤材料，以及；
-用于调节位于个体上的这些过滤部件的部件(9)。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述过滤部件(11)的尺寸为能够覆盖佩戴空气净化装置(10)的个体的至少嘴部和鼻子，空气净化装置(10)呈口罩、面罩、巴拉克拉法帽、滑雪口罩、衬衫、外衣或纸巾的形式。
11.一种用于制造根据权利要求1至8中任一项所述的过滤材料的方法，其中：
-选择至少两个第一片材，各第一片材由克重小于30g/m2的多孔纸形成，各第一片材由被称为交联纤维素纤维的通过氢键并通过与至少一组交联原子形成的共价键而键合在一起的纤维素纤维形成；
-所述至少两个第一多孔片材经过纤维素纤维的酰化反应从而形成至少两个第一多孔疏水性片材，在此期间：
○用至少一种脂肪酰氯浸渍各第一片材；
○将加热至能够在各第一片材的纤维素和至少一种气态脂肪酰氯之间发生所述酰化反应的温度的气态组合物流施加至各第一片材，由此形成由纤维素纤维形成的至少两个多孔疏水性片材；
■所述纤维素纤维通过氢键并通过与至少一组交联原子形成的共价键键合在一起；以及
■其中不参与氢键或未处于与所述至少一组交联原子的共价键中的至少一部分、特别是全部羟基与含有疏水链的酰基形成共价键；然后
-通过堆叠所述至少两个第一多孔疏水性片材形成过滤材料的所述至少一个疏水性填充物(2)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：
-选择至少一个第二亲水性片材，所述第二亲水性片材由克重小于30g/m2的多孔纸形成，各第二片材由通过氢键并通过与至少一组交联原子形成的共价键而键合在一起的纤维素纤维构成，
-通过堆叠各第二亲水性片材形成所述至少一个亲水性填充物(1)；以及
-叠置所述至少一个疏水性填充物(2)和所述至少一个亲水性填充物从而形成叠置多孔片材的堆叠，使得至少一个亲水性填充物(1)形成所述叠置多孔片材的堆叠和过滤材料的自由面(7)。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的方法，其特征在于进行以下步骤，所述步骤用于通过用至少一种被称为组装材料(5)的材料的热密封，从而对叠置多孔片材的堆叠中的至少两个多孔片材进行组装，所述组装材料是包含至少一种热塑性聚合物的可渗透固体。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，由克重小于30g/m2的多孔纸分别形成的各第一片材和由克重小于30g/m2的多孔纸分别形成的各第二片材由一次性纸巾的厚度的一部分形成。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于，将所述过滤材料成形，由此形成用于通过过滤净化空气的装置(10)。
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