Маска фильтрующая медицинская 3D

Изобретение относится к складывающимся для хранения в плоскую конфигурацию, объемным медицинским маскам-респираторам, предназначенным для защиты медперсонала лечебных учреждений, офисных работников и населения от бактериальных и вирусных инфекций, а также от пыли и других атмосферных загрязнений.

Известна маска медицинская, имеющая плоскую складную или куполообразную форму, выполненная из двух изолирующих слоев и оснащенная средствами крепления на лице. Наружный слой маски выполнен из полимерного нетканого материала типа спанбонд, а внутренний слой, предназначенный для контакта с лицом, выполнен из хлопчатобумажной или смесовой ткани с антимикробной пропиткой (патент на полезную модель RU №107900 от 10.09.2011 г.). Недостатком данного аналога является недостаточная степень изоляции участка лица, закрытого маской, от внешней среды, обусловленная тем, что в области переносицы, а также и в других зонах контакта маски с лицом не предусмотрено никаких элементов или средств, препятствующих образованию складок и каналов, через которые может происходить подсос воздуха из окружающего пространства, т.е. не обеспечено плотное прилегание маски к поверхности лица. Кроме того, материал типа спанбонд с низкой плотностью (менее 30 г/м²) не обладает высокими фильтрующими свойствами, а подобный материал с высокой плотностью (100 г/м² и более) создает недопустимо большое пневматическое сопротивление вдоху и выдоху, что усугубляет подсос воздуха по краям маски, значительно снижая ее эффективность и эргономичность.

Известна плоская, в сложенном виде, и сохраняющая объемную форму в рабочем состоянии маска-респиратор, которая изготавливается из однокомпонентной жесткой фильтрующей панели, соединенной с остальной частью респиратора, по меньшей мере, по одной разделительной линии. Панель выполнена из пористого однокомпонентного однослойного нетканого полотна, которое содержит заряженные переплетенные непрерывные полимерные волокна одного и того же полимерного состава и имеет достаточные плотность или межволоконное сцепление для того, чтобы жесткость полотна по Гэрли достигала значения более 200 мг, а перепад давления на респираторе был бы менее 20 мм водяного столба (патент на изобретение RU №2401144 от 10.10.2010 г.). В данном аналоге, согласно его описанию, обеспечивается формирование маски-респиратора и удержание ее формы в процессе эксплуатации без применения дополнительных упрочняющих слоев, двухкомпонентных волокон или иного усиления, а также обеспечивается легкость утилизации и вторичной переработки. Маска-респиратор при этом может складываться в плоскую форму для хранения. Однако, в конструкции данного аналога, несмотря на все его достоинства, заложено определенное противоречие, поскольку достаточная для удержания формы жесткость образующего маску однослойного нетканого полотна может обеспечиваться либо высокой его плотностью, что имеет своим последствием хорошую фильтрующую способность, при недопустимо высоком пневматическим сопротивлении маски, либо требуемая жесткость может обеспечиваться значительной толщиной образующих материал непрерывных (не штапельных) волокон, при сравнительно низкой плотности их укладки, что отрицательно сказывается на фильтрующих свойствах этого материала. Ценные, с точки зрения эффективности фильтрации, электретные свойства материала при его однослойном использовании при этом не могут сохраняться достаточно долго, даже при одноразовом использовании маски-респиратора, поскольку не исключен прямой контакт материала с лицом и влагой выдыхаемого воздуха, которая снимает с него электрический заряд. Указанные особенности являются недостатками аналога.

За прототип изобретения принимается складывающееся в плоскую конфигурацию индивидуальное респираторное защитное устройство - маска с существенными признаками, представленными в описании к патенту на группу изобретений RU 2218199, опубл. 10.12.2003 г. Устройство-прототип состоит из не имеющей гофр многослойной основной части - респираторного узла, который, в свою очередь, разделен на три симметричные части, отделенные одна от другой посредством разграничивающих линий, являющиеся, одновременно, линиями сварного шва, скрепляющего все слои устройства. При этом респираторный узел делится пополам общей вертикальной складкой, по которой он может быть сложен в плоский пакет, с возможностью развертывания в открытую выпуклую конфигурацию. Разграничивающие линии - швы зеркально-симметрично расходятся в стороны от делящей респираторный узел пополам общей вертикальной складки. Устройство-прототип снабжено средством крепления на лице, которое выполнено в виде заушных петель или завязок, а также может быть снабжено носовым фиксатором, представляющим собою в различных вариантах исполнения одну или две продолговатые полоски, выполненные из алюминиевой фольги и укрепленные в верхней части респираторного узла. Согласно описанию способа изготовления устройства-прототипа по указанному выше патенту весь респираторный узел маски может быть выполнен на высокопроизводительном оборудовании из одной плоской многослойной заготовки. В качестве материала для каждого из слоев заготовки могут быть использованы различные синтетические материалы, в том числе нетканые материалы различной плотности, с высокими фильтрующими и электретными свойствами. Недостатком конструкции прототипа является наличие шва, который соединяет кромки заготовки в верхней части респираторного узла, образуя в этой части указанную общую вертикальную складку. При этом перегиб слоев материала плоской заготовки осуществляется в средней части респираторного узла, образуя при этом общую складку в этой части устройства (это вторая часть общей части устройства - в терминологии русскоязычных материалов патента). Таким образом, в маске-прототипе ее верхняя (носовая) часть образована двумя сшитыми или приваренными одна к другой кромками заготовки, что может быть причиной снижения комфортности ношения маски, т.к. именно в зоне ее контакта с носом имеет место наибольшее давление кромки маски на лицо пользователя. При этом наличие такого "рубца" в виде жестких оплавленных кромок сварного шва или других элементов шва может быть причиной раздражения кожи и дискомфорта пользователя. Кроме того, указанный "рубец" может снижать эффективность устройства за счет ухудшения прилегания маски к поверхности лица и появления возможности подсоса воздуха из окружающего пространства.

Заявляемое изобретение имеет своей целью решение задачи усовершенствования конструкции фильтрующей медицинской маски с тем, чтобы эта конструкция в максимальной степени отвечала своему назначению и современному уровню техники, при сохранении высокой технологичности, присущей прототипу. При использовании изобретения достигается следующая совокупность полезных технических результатов.

1. Улучшение эргономических свойств маски.

2. Повышение уровня эффективности, т.е. защитных свойств маски.

Сущность изобретения заключается в том, что в маске фильтрующей медицинской респираторный узел выполнен без гофр из одной многослойной плоской заготовки, материалом для которой служит нетканый синтетический фильтрующий материал. Респираторный узел состоит из зеркально-симметричных верхней, средней и нижней частей, отделенных одна от другой линиями швов, скрепляющих между собой слои материала. Респираторный узел снабжен вертикальной, делящей его пополам по всем трем частям общей складкой и выполнен с возможностью его сложения вдоль этой складки в плоский пакет и с возможностью развертывания его в открытую выпуклую конфигурацию. Маска оснащена средством ее крепления на лице. При этом патентуемое техническое решение, по сравнению с известными техническими решениями аналогов и прототипа, представляет собою конструкцию, которой присущи следующие существенные отличительные признаки:

- общая вертикальная складка в верхней части респираторного узла образована перегибом слоев материала;

- общая складка в нижней части респираторного узла образована двумя зеркально-симметричными соединенными между собою округлыми кромками нижней части заготовки;

- общая складка в нижней части бесступенчато сопряжена со своей средней частью;

- средняя часть общей складки образована соединенными между собою двумя зеркально-симметричными кромками средней части заготовки.

Сущность патентуемого технического решения поясняется чертежами.

На Фиг. 1 изображена патентуемая маска фильтрующая медицинская в сложенном состоянии.

На Фиг. 2 изображена патентуемая маска фильтрующая медицинская в разложенном (рабочем) состоянии.

На Фиг. 3 изображена плоская заготовка респираторного узла патентуемой маски фильтрующей медицинской.

На Фиг. 4 изображена патентуемая маска фильтрующая медицинская, снабженная носовым фиксатором и накладкой, препятствующей запотеванию очков в холодную погоду.

На Фиг. 5 изображена плоская заготовка респираторного узла патентуемой маски фильтрующей медицинской, снабженной носовым фиксатором и накладкой, препятствующей запотеванию очков в холодную погоду.

Маска фильтрующая медицинская, изображенная на Фиг. 1 и Фиг. 2, включает в себя респираторный узел (1), которой выполнен без гофр из одной многослойной плоской заготовки, изображенной на Фиг. 3. Материалом для заготовки служит нетканый синтетический фильтрующий материал, слои которого, благодаря своим свойствам, обеспечивают в составленном из них пакете наилучшее сочетание необходимых эксплуатационных качеств респираторного узла, а именно высокую фильтрующую способность, низкое пневматическое сопротивление, достаточную жесткость, гипоаллергенность и т.д. Этим требованиям отвечает, в частности, многослойный пакет, наружный слой которого, предназначенный для контакта с окружающим пространством, а также внутренний слой, предназначенный для контакта с лицом, выполнены из нетканого экологичного и гипоаллергенного материала типа «спанбонд» на основе полипропилена с поверхностной плотностью в пределах от 15 г/м² до 40 г/м². Внутренние слои респираторного узла (1) могут быть выполнены из нетканого фильтрующего материала типа «мелтблаун» на основе полипропилена с диаметром волокон в пределах от 0,5 мкм до 5,0 мкм и с суммарной поверхностной плотностью всех внутренних слоев в пределах от 50 г/м² до 100 г/м². Для улучшения фильтрующих свойств пакета целесообразно в полной мере использовать электретные свойства, присущие материалу типа мелтблаун на основе полипропиленовых волокон, которые предварительно заряжены в электростатическом поле. Полотно такого материала не является поляризованным, и улучшение его фильтрующих свойств обусловлено только электростатическим взаимодействием отдельных заряженных волокон с фильтруемыми частицами в процессе внедрения их в толщу полотна. В простейшем случае, в соответствии с сущностью изобретения, респираторный узел патентуемой маски может содержать только один внутренний слой такого материала. Также в соответствии с сущностью изобретения, в конструкции респираторного узла могут быть использованы два (и более) внутренних слоя материала типа «мелтблаун» на основе полипропилена. Причем каждый внутренний слой может быть наэлектризован с поляризацией, вектор которой направлен перпендикулярно к его поверхности. Такая электризация нетканого материала, сформированного в полотно, может быть выполнена, например, в среде коронного электрического разряда с напряженностью в пределах 5-12 кВ/см, в соответствии с методикой, описанной в источнике [1], или же ударным микрокапельным способом, описанным в источнике [2]. Целесообразно чтобы в респираторном узле (1) полярно наэлектризованные внутренние слои нетканого материала типа «мелтблаун» были расположены поверхностями с разноименными зарядами навстречу один другому. Целесообразно так же использовать, до стадии формирования волокон материала «мелтблаун», введение в состав полипропилена дисперсных добавок, повышающих его электретные свойства. Такой добавкой может служить, например, аморфный диоксид кремния, так называемый аэросил, эффективность которого показана в источнике [3]. Эффективной добавкой может служить алюминиевая пудра, введенная в состав материала в количестве до двух объемных процентов, как это показано в источнике [4]. Известно, также, что значительно улучшают электретные свойства полипропилена различные фторсодержащие добавки, такие как фторсодержащий оксазолидинон, фторсодержащий пиперазин или перфорированные алканы, и некоторые другие добавки, что известно из источников [5], [6], [7], [8]. В патентной литературе также описаны способы поверхностного плазменного фторирования, применимые для уже сформированного полотна нетканого материала или для готового изделия и осуществляемые путем размещения заготовки или уже готового изделия в атмосферу, которая содержит фторсодержащие частицы и инертный газ, с последующим применением электризации в коронном электрическом разряде. В результате применения такой технологии происходят изменения поверхностного химического состава материала и значительно улучшаются его электретные свойства [9], [10], [11], [12].

Респираторный узел (1) состоит из зеркально-симметричных верхней (2), средней (3) и нижней (4) частей, отделенных одна от другой, по меньшей мере, двумя разграничивающими линиями швов (5) и (6), скрепляющих между собой все слои материала и формирующих при его развертывании в рабочее состояние относительно жесткую, выпуклую, не деформирующуюся при вдохе, конфигурацию респираторного узла (1), т.е. 3D-конфигурацию, как это отражено в названии изобретения. Указанные швы (5) и (6) могут быть выполнены известными способами, например при помощи точечной или роликовой ультразвуковой сварки или с применением швейного оборудования. Кроме швов (5) и (6), респираторный узел (1) дополнительно может быть снабжен швом (7), выполненным по всему периметру респираторного узла (1) на расстоянии 2-4 мм от его внешней кромки (8). Важнейшим элементом конструкции респираторного узла (1) является вертикальная общая складка (9), делящая его пополам по всем трем частям (2), (3) и (4). Швы (5) и (6) выполнены таким образом, что они зеркально-симметрично расходятся в стороны от общей складки (9). В нижней части (4) респираторного узла (1) общая складка (9) образована двумя зеркально-симметричными соединенными между собою округлыми кромками (10) нижней части заготовки и бесступенчато сопряжена со своей средней частью в средней части (3) респираторного узла (1), которая образована соединенными между собою двумя зеркально-симметричными кромками (11) средней части заготовки. Кромки (10) выполнены прямолинейной или криволинейной формы. Патентуемая маска оснащена средством ее крепления на лице, которое представляет собою две одинаковые заушные петли (12), выполненные, как вариант, из мягкой, плоской, плетеной в виде полого шнура, полиэстеровой или полипропиленовой резинки шириной от 4 мм до 8 мм. Заушные петли (12) закреплены на краях респираторного узла (1) пришиванием или путем приваривания, например, ультразвуковой сваркой. Средство крепления маски на лице может быть выполнено также в виде ленточных завязок. Во внешней кромке (8) респираторного узла (1) между точками закрепления заушных петель (12) выполнены полукруглые выемки (13). Общая вертикальная складка (9) в верхней части (2) респираторного узла (1) образована перегибом слоев материала и не пересекается ни одним из указанных швов, кроме шва (7). Целесообразно оснащение респираторного узла (1) носовым фиксатором, подобным носовому устройству, использованному в прототипе. Носовой фиксатор представляет собою легкодеформируемую неупругую полоску - вставку (14), укрепленную в верхней части (2) респираторного узла (1), как это показано на Фиг. 4 и Фиг. 5. Носовой фиксатор может быть выполнен в виде отрезка двухпроволочной клип-ленты длиной от 50 мм до 85 мм и шириной от 3,0 мм до 5,0 мм, с толщиной проволок от 0,3 мм до 0,8 мм или же из одной полоски алюминиевой фольги толщиной от 0,3 мм до 0,8 мм и шириной от 3,0 мм до 5,0 мм. В варианте исполнения патентуемой маски фильтрующей медицинской, специально предназначенной для людей, использующих очки, на ее респираторный узел (1) целесообразно укрепить элемент, препятствующий запотеванию очков в холодную погоду, подобный тому, который применен в прототипе. Этот элемент может быть выполнен в виде накладки (15) из газонепроницаемой пленки, например из ПВХ-пленки, которая расположена снаружи симметрично относительно общей складки (9) в верхней части (2) респираторного узла (1), примыкая к его верхней кромке и частично перекрывая его верхнюю часть (2), как это показано на Фиг. 4 и Фиг. 5. Целесообразно, чтобы геометрические размеры и форма внешних кромок респираторного узла (1) патентуемой маски были выполнены с учетом возрастных и типичных антропометрических особенностей человеческого лица для различных групп населения. Для учета этих особенностей при производстве масок целесообразно предусмотреть их выпуск в нескольких типоразмерах, отвечающих среднестатистическим размерам указанных групп.

Маска фильтрующая медицинская используется и функционирует следующим образом. В своем сложенном состоянии, изображенном на Фиг. 1, маска имеет плоскую форму, которая является наилучшей формой для ее пакетирования, упаковки и транспортировки, занимая при этом минимальный объем пространства. При разворачивании маски в рабочее положение и надевании ее на лицо она приобретает выпуклую конфигурацию (3D-конфигурацию), как это показано на Фиг 2. Такая трансформация обеспечивается общей складкой (9), которая допускает плоскую конфигурацию респираторного узла (1) только в одном, сложенном пополам вдоль складки (9) положении. При разложенной (выпуклой) конфигурации разграничивающие линии швов (5) и (6) являются линиями, по которым происходят повороты и относительное изменение положений верхней (2), средней (3) и нижней (4) частей респираторного узла (1). Эти изменения, совместно с изгибом частей (2), (3) и (4) формируют выпуклую и относительно жесткую конфигурацию респираторного узла, при которой его внешняя кромка (8) плотно прижата к поверхности лица, причем переносица мягко охвачена верхней частью (2) респираторного узла (1). Если маска снабжена носовым фиксатором (14), то он вручную формируется "по месту", в соответствии с индивидуальными особенностями лица пользователя. Заушные петли (12) заводятся за уши пользователя, при этом полукруглые выемки (13) способствуют наилучшему прилеганию респираторного узла (1) к его лицу. При вдохе воздух, поступающий из наружного пространства, проходит через все слои респираторного узла, в результате чего осуществляется его очистка от взвешенных пылевых частиц и патогенных микроорганизмов, распространяющихся в атмосфере воздушно-капельным путем. Решающий вклад в очистку вдыхаемого воздуха оказывают фильтрующие средние слои респираторного узла, которые выполнены из материала типа мелтблаун на основе полипропилена, особенно в том случае, если они наэлектризованы. Достаточно хорошие результаты получаются с применением в конструкции респираторного узла одного фильтрующего слоя из материала типа полипропиленовый "мелтблаун", волокна которого наэлектризованы предварительно, т.е. до стадии формирования полотна. Согласно протоколу испытаний такая маска эффективно задерживает 99% частиц размером более 1 мкм. Однако напряженность электрического поля и его стабильность в фильтрующей области респираторного узла (1) можно значительно увеличить, если фильтрующие слои (два и более) будут наэлектризованы с поляризацией, вектор которой направлен перпендикулярно поверхности материала и слои обращены один к другому поверхностями, которые наэлектризованы разноименными зарядами. В этом случае слои "слипаются", в результате чего немного увеличивается их суммарная поверхностная плотность и значительно возрастает напряженность электрического поля между несоприкасающимися волокнами слоев, что повышает фильтрующие свойства такого пакета и способствует более длительному сохранению заряда слоев и, следовательно, фильтрующих свойств устройства. Предполагается использование маски фильтрующей медицинской как одноразовой с продленным сроком действия по сравнению с ее функциональными аналогами.

Сущность изобретения связана с достижением заявленных технических результатов соответственно следующим образом.

1. Улучшение эргономических свойств маски обеспечивается ее отличительными признаками и достигается за счет того, что общая вертикальная складка (9) в верхней части (2) респираторного узла (1) образована перегибом слоев материала. Именно этой своей частью (2) респираторный узел (1) соприкасается с носом пользователя. Мягко охватывая переносицу и спинку носа перегибом слоев материала, при отсутствии каких-либо рубцов, верхняя часть (2) заявленного устройства обеспечивает отсутствие раздражения кожи и способствует повышению комфортности использования маски, т.е. ее эргономичности. Также этому способствует выполнение полукруглых выемок (13) на внешней кромке респираторного узла (1) между точками закрепления заушных петель (12), т.к. эти выемки способствуют наилучшему и комфортному прилеганию респираторного узла (1) к лицу пользователя.

2. Повышение уровня эффективности, т.е. защитных свойств маски, обеспечивается ее отличительными признаками и достигается за счет того, что заявлено в нижней части заготовки. Округлые кромки формируют округлую форму общей складки (9) в нижней части (4) респираторного узла (1). В развернутом состоянии респираторного узла (1) округлая форма складки (9) в нижней части (4) респираторного узла (1) является наиболее предпочтительной, т.к. располагается на лице напротив зоны наибольшего разряжения при вдохе и обладает при этом наибольшей жесткостью на смятие и наименьшей склонностью к гофрообразованию, по сравнению с любой другой формой. Этот эффект особенно выражен в том случае, если общая складка (9) в нижней части (4) респираторного узла (1) бесступенчато сопряжена со своей средней частью, образованной соединенными между собою двумя зеркально-симметричными кромками (11) средней части заготовки. Достижению технического результата также способствует правильное, неизменное расположение маски на лице, что обеспечивается полукруглыми выемками (13) на внешней кромке респираторного узла (1), выполненными между точками закрепления заушных петель (12). При наличии выемок (13) заушные петли (12) имеют минимальную длину и обеспечивают наилучшую фиксацию и плотное прилегание респираторного узла (1) к лицу пользователя. Достижению технического результата также способствует то, что респираторный узел (1) снабжен швом (8), выполненным по всему его периметру, что предотвращает подсос воздуха из окружающей среды в его межслойное пространство. Достижению технического результата способствует также снабжение маски носовым фиксатором (14), который также обеспечивает правильное, неизменное расположение маски на лице.

Заявленная маска фильтрующая медицинская может быть изготовлена промышленным способом из известных материалов с применением известного в мировой практике высокопроизводительного автоматизированного технологического оборудования.

Список использованных источников

1. Патент RU 2198718, опубл. 20.02.2003 г.

2. Патент RU 2130521, опубл. 20.05.1999 г.

3. А.В. Смирнов и др. «Структурные и электретные свойства полипропилена с различным содержанием аморфного диоксида кремния», журнал «Наносистемы: физика, химия, математика», 2012, 3 (2), С. 65-72.

4. Темнов Д.Э. и Фомичёва Е.Е. «Влияние дисперсного наполнителя на основе алюминия на электретные свойства полипропилена», журнал «Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена», выпуск №95 / 2009 с. 32-34.

5. Патент US 5025052, опубл. 18.06.1991 г.

6. Патент US 5099026, опубл. 25.10.2001 г.

7. Патент US 5411576, опубл. 02.05.1995 г.

8. Патент US 5472481, опубл. 05.12.1995 г.

9. Патент US 6398847, опубл. 04.06.2002 г.

10. Патент US 6409806, опубл. 25.06.2002 г.

11. Патент US 6432175, опубл. 13.08.2002 г.

12. Патент US 6562112, опубл. 13.05.2003 г.