JPH01313069A - ガスマスク用活性炭フイルター層 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 現在入手できるすべてのマスクフィルターは少なくとも
ひとつの活性炭フィルター層をふくむ交換可能なフィル
ターカートリッジで構成されている。通常、マスクフィ
ルター用の活性炭は５００ないし２０００ｄ１９以上の
ＢＥＴ法で測定される比表面積あるいは“内側″表面積
を持っている。

全体積の最高５０％に達するその微細空孔でさまざまな
物質を継続的に吸着できるのが活性炭の特性である。通
常の物理的吸着ではごく弱くしか結合されない毒性ガス
たとえ−ばＨＣＮは担持された金属化合物、たとえば、
銀、鋼あるいはクローム化合物により、積重された化学
吸収により結合される。

マスクフィルターの活性炭フィルター層は通常、洗浄用
媒質が活性炭粒子の固定床を貫流する装填フィルターと
して形成されている。フィルターの充分な機能時間を保
証するために、吸着材料の充分な量あるいは質量が存在
しなければならない。しかし同時に吸着速度は粒子の有
効外側表面積に比例し、この点では小さい粒子が好都合
である。さらに、比較的大きい活性炭粒子は外側部分だ
けが利用される結果になる、外側領域は通常すでに飽和
しており、内部に活性炭が弱く装填されている場合には
フィルターカートリッジの取替が必要になる。しかしな
がらできるだけ小さい粒子をバルクフィルターで利用す
ると必然的に圧力損失が大きくなる。実際には粒子サイ
ズは下限は関連する圧力損失により決まる。バルクフィ
ルターの他の欠点は活性炭粒子の相互摩擦により摩損現
象を生じることおよび、粉末状の活性炭が流動抵抗をさ
らに高めることである。

浄化すべきガスと吸着粒子間のよい接触が約束されるの
で、良好なフィルター性能は必然的に大きい通過抵抗を
要求するという見解が一般になされている。なお、沈澱
する粒子により生じる空洞による破損を防ぐために、し
つかりした圧縮が必要である。このためガスマスク用活
性炭バルクフィルターの大きい流動抵抗が定着する。し
かしこれは単にガスマスク着用者の有効生理学的負荷と
なるだけでなく、束縛感を高めることになる。

ガスマスク用活性炭フィルター層、すなわち吸着性能が
大きく流動抵抗の小さいガスマスクフィルターを作るの
がこの発明の目的である。

この発明による解決は主として、重ね合わされた、直径
が０．１ないし１ｗＲの粒状あるいは球状活性炭粒子の
固定層をふくむ空気透過性のよい表面構造体でｌ’＋４
成され、１リットル／時の空気流れ通過時における４ｆ
ｌ厚さの圧力損失が水柱１０ｗ未満、望ましくは５ｍ未
満、とくに２Ｈ未満のガスマスク用活性炭フィルター１
にある。

このような固定された粒状あるいは球状活性炭粒子をふ
くむ表面構造体はいわゆる面フィルターとして知られて
いる。フィルターはこの発明の原理にしたがって、空気
透過性をよくして、希望サイズの粒状あるいは球状活性
炭粒子の必要量で被覆され、必要枚数を重ね合わせて、
ガスマスク用の数ミリの通常の厚さのガスマスク用活性
炭フィルターを作るように当業者により改良される。

特殊な保護、吸着特性を有する微粒物質たとえば活性炭
を装填された面フィルターとくに繊維製面フィルターが
公知である。最初に述べた理由から活性炭バルクフィル
ターだけが適当と考えられているためこれらはマスクフ
ィルターには利用されていない。

ＤＢ−Ｂ−２８０４１５４には連通気泡の可撓性フオー
ム支持体とその気泡壁で担持された吸着粒子から構成さ
れたフィルター材料が説明されている、吸着粒子は球状
にも形成して活性炭で構成することもできる。しかしそ
の大きさはこの発明のマスクフィルターを製造できる面
フィルターに必要な大きさよりいちじるしく小さい。

ＤＩ−Ｃ−２８２９５９９は外層となる不燃性繊維織物
、鉱物繊維層および厚さが２ｆｆでその空孔が少なくと
も部分的に球状多孔質の活性炭で構成された活性炭粒子
で充填された空気透過性、熱絶縁性ポリウレタンフォー
ム内層を備えた安全衣服用多層積層材料を説明している
。このようなポリウレタンフォーム層がこの発明の目的
に利用可能にするためには、フオームが連通気泡構造で
かつその空孔が活性炭粒子で充填されてはならない。パ
ッケージとして重ね合わせて要求される圧力損失の少な
いマスクフィルターを与えるよう、面フィルターの必要
とするよい空気透過性を保証するために粒子は適切な大
きさでフオームの檀に固定されねばならない。

とくにＤＢ　−Ｃ−２９５１８２７は化学的有害物質お
よび短期熱作用に対して、凝固した接着剤の担持コラム
の少なくとも片側に直径が０．１ないし０．７の球状吸
着体が固定された空気透過性、可撓性の支持層、たとえ
ば織物、束、編物あるいは不織布製の保護材料を説明し
ている。

このよう−な面フィルターは吸着体として粒状あるいは
球状の活性炭を選択し支持層をたとえはメツシュ織物と
してきわめて緩く形成し、活性炭小球を説明された要領
で、この発明の目的に対してガラス繊維あるいは金属繊
維で製造される、空気透過性のよい支持層の両側に付着
させると、このような面フィルターはこの発明の目的に
対して使用できる。ガスマスク用活性炭素フィルターと
して使用可能なためにはこのような面フィルターが空気
透過性がよく、必要数量だけパッケージとして重ね合わ
せて吸収性能が大きく流動抵抗の少ないマスクフィルタ
ーを与えるように必要な量の活性炭が提供されねばなら
ない。

しかし車両内部の発臭および有害物質除去を行なう空気
浄化装置のフオームあるいはゴム繊維製支持層を備えた
ＤＩ−Ｃ−２９５１８２７の可撓性面フィルターの利用
はＥＰ　−Ｂ　−１００９０７の目的である。

この発明の目的に対して利用可能とするためにＤＥ−Ｃ
−２９５１８２７の材料に対して上述した事柄はＥＰ−
Ｂ−１１８６１８の材料に対しても適用され、この材料
では面フィルターが空気透過性の繊維支持材料とその上
に接着剤で均一に固定された活性炭粒子で構成され、熱
溶融接着剤、溶媒をふくまないポリウレタンあるいは自
己架橋性のアクリレートが型によって、・支持材料表面
の３０ないし７０％を被覆する高さ０．０５ないし０．
５　ｔｙｚ、直径あるいは幅０，２ないしＩＩＡＭの点
あるいは線状パターンとしてプリントされたものである
。このプリントされた接着剤に球状の活性炭が固定され
る。

ＤＫ−Ａ−３２００９５９では繊維製面フィルターは高
温で溶融することなく一時的に粘着性を示す繊維をふく
む繊維製面構造体、たとえば不織布、織物あるいはプラ
ッシュ製である。これらは外層が約８５℃で軟化して粘
着性を呈し、比較的高い温度で結晶化して普通ポリエス
テル繊維の熱安定性を呈する二つの共軸的に配置された
成分の異質繊維である。上述の繊維が接着性を呈する間
に大きさが０．１ないし０．５ｆｌの粒状活性炭も固定
できる。こうすると、繊維製面構造体の上、下面に活性
炭を点状に固定するのと異なり露出された繊維を完全被
覆することになり流動抵抗が小さく秀れた吸着性能を実
現できる。

最後にｎｇ−Ａ−１２７９９１７では粘度の大きい接着
剤を塗付された繊維で直径０，５ないし１ｎの活性炭が
接着された繊維状材料製吸着フィルタを使用したスモッ
グ除去装置が説明されている。このように準備された繊
維は公知のスモッグ除去装置で空気透過性のよい織物間
に繊維マット状に収容される。このような材料もこの発
明の原理にしたがって要求された圧力損失の少、ない吸
着性能のよいマスクフィルターが製作されるように構成
できる。

公知のあるいはこの発明にしたがって形成された繊維製
表面構造体で糸、繊維、モノフィラメントあるいは線の
間隔は使用される活性炭粒子の直径の少なくとも２倍で
なければならない。

間隔は約３ないし１０倍であるのが望ましい。

空気透過性のよい表面構造体が連通気泡のフオーム層で
構成される場合、空孔の直径は１〜５ｎ、望ましくは１
．５ないし２．５５１１１でなければならない。

公知のあるいはこの発明の目的に対して問題になる表面
構造体は原則として数ミリたとえばｌないし５ｍの厚さ
を持っている。モノフィラメント、線あるいは糸で形成
される場合、その直径は望ましくは０．１ないし０．８
ｆｌである。

空気透過性のよい表面構造体は可撓性であるが剛直なも
のでもよい。粒状とくに球状の活性炭粒子がこれｌこ固
定され望才しくは完全に活性炭粒子で被覆されると剛性
が大きくなり空気透過性のよい表面構造体はこれによっ
て形成されるガスマスク用活性炭フィルター層と同様に
比較的剛直で圧力に強い物体である。

その厚さおよびガスマスクの活性炭層の厚さにより数層
が必要となる重ね合わされた面フィルター製マスクフィ
ルターの代りｌこ活性炭層あるいは粒体を充填された面
フィルターを後で数平方糎の大きさのテープあるいはひ
も状の個別フィルターに切断することもできる。こうす
ると充填すべき目的物の形状に才ったく関係がなくなり
個別フィルターは溶融接着割裂の不均質繊維あるいは糸
とともに充填すべき空所に投入できる。全体は充填後に
固定され、大きい機械的負荷が作用してもバルクフィル
ターのようにくずれや摩損を心配する必要はない。

支持骨格が成形される材料によって、活性炭粒子はその
骨格に直接固定されるかあるいは固定のために接着剤が
必要になる。昇温すると特定の温度範囲で溶融すること
なくまず表面が粘着性を呈する特性を備えたプラスチッ
ク材料とくに繊維材料が市販されている。内蔵された熱
溶融接着剤ともいえるこの特性は、ＤＦｉ　−Ａ　−３
２００９５９に詳しく説明された通り活性炭粒子の固定
に利用−できる。

別のこの発明の目的に対して望才しい方法は活性炭粒子
を接着剤で支持骨格に固定するものである。当業者は支
持骨格の構成される材料および接着剤に関して多くの選
択を持っている。

両方法で表面構造体単独あるいは接着剤をふくめた線、
モノフィラメントあるいは糸の直径は１発明の望ましい
実施態様で活性炭粒子で完全に被覆されたフィルター要
素を作るため、活性炭粒子による完全な被覆が可能とな
るように設定される。

支持体に活性炭粒子を固定するために、無機および有機
接着剤系が利用できる。有機接着系ｌこはポリマーとく
にアクリル酸誘導体、ポリウレタン、ポリスチレン、ポ
リビニルアセテートおよび熱溶融層である。架橋前に粘
度最低点を経過する接着剤が望ましい。たとえばバイエ
ルのイムプラニル■−高−固形−ＰＵＲ反応生成物など
のこのような接着剤は始め粘度がきわめて高い、すなわ
ち、支持骨格に活性炭が撒布されると秀れた初期接着性
を示す。温度が上昇するとこの樹脂はいちじるしい粘度
低下を示し、活性炭粒子の濡れをよくし、硬化後架橋に
よりとくによい接着性を発揮する。粘度最低点を通過中
、支持骨格と活性炭粒子間の接触部位には毛細管力によ
ってわずかな収縮が生じる。活性炭小球の実際には点状
の固定により硬化後にはその全表面に浄化すべきガスが
触れることになる。空気透過性のよい表面構造体がガラ
ス、金属あるいは炭素繊維で構成される場合、エナメル
あるいはほうろう系接着剤が利用でき、これら被覆剤を
溶融するのに必要な高温度のため、活性炭粒子が酸化に
よりその作用を低下したりあるいは破損しないよう不活
性雰囲気で作業がされねばならない。

活性炭粒子は流動性がありかつ耐摩耗性でなければなら
ない。その直径は空気透過性のよい面状体の空孔あるい
は開口の直径の１／３ないし１１５であるのが好都合で
ある。直径が０．１ないしＩｎの市販の活性炭粒子は単
にきわめて流動性のよい形状だけでなく、その対称性か
らきわめて大きい負荷に耐える、しかし粒状の活性炭は
角があったり不規則な形状でない限り使用できる。活性
炭粒子は表面構造体に固定する場合、数置厚さの組織に
進入できるためである。

マスクフィルターに適した活性炭粒子のＢＥＴ法で求め
た内部表面積は６００〜２０００ｄ１９望ましくは１０
００ないし１６００ｔＩｔ／９でなければならない。活
性炭粒子は圧縮強度が大きく湿気ｌこ敏感でないことが
望ましい。きわめて耐摩耗性の大きい球状の活性炭はた
とえば石炭タールピッチあるいは石油蒸溜残渣から製造
される。特別な後処理によって、表面の追加硬化と湿気
に対する秀れた不敏感性を実現できる。

適切な活性炭小球の製造はたとえばＥＰ　−８−１１８
６１８、ＤＢ−Ｂ−２９３２５７１およびＤ”−Ａ−３
０４１１１５に説明されている。

耐摩耗性を高めるために、活性炭の表面がプラスチック
分散物あるいは石炭タールピッチ溶液あるいはビチュー
メン溶液で含浸され緩やかに後活性化処理することもで
きる。水蒸気に対する敏感性は後活性化処理中にアンモ
ニヤガスを添加し空気過剰状態で１００℃に冷却するこ
とによりいちじるしく低下する。

活性炭粒子は金属化合物とくｌこ銀、銅およびクローム
の化合物を含浸できる。ＥＰ　−Ｂ　−１１８６１８に
説明されているように毒物を分解するカプセル化された
酵素が存在してもよい。

説明されたフィルターにより、きわめて小さい圧力損失
で有害物質およびガスの卓越した分離効果を実現できる
。驚ろくべきことに、活性炭は低圧力損失で効率をよく
するため活性炭粒子中を貫流する必要はなく通過するだ
けでよいことが明らかにされている。ガス分子のブラウ
ン運動が大きい吸着速度を実現するのに充分である。こ
の発明による分散された活性炭フィルター層は同じ性能
でバルクフィルターよりも容積が大きいが、流通抵抗が
いちじるしく少ない。

今日ガスマスクの活性炭フィルター層に通常使用される
１００ｇの活性炭量はこの発明に係る支持構造体では約
３５０−の体積に収められる。

この発明のフィルター材料はさ才ざまに賦形できるので
、マスクフィルターの形状もさまざまな要望に対応でき
る。フィルターはキャップマスクの内部でたとえば頭の
周りあるいは首に取り付けられ、頭部あるいは首の補助
衝撃防止装置の役目をする。沖過された空気は眼鏡の透
明ガラスのくもりを防ぐために眼もとを通過する。板状
のフィルターは胸あるいは背で携行され、可撓性ホース
でマスク本体と接続される６直径が数置の円柱状のフィ
ルター要素は直接可撓性ホース（こ取り付けるかあるい
は適当な手段でホース状の物体に結合できる。このよう
な交換可能なフィルター要素はさまざまな機能を備える
ことができる。フィルター要素をふくむあるいは要素で
構成されたホースは合理的に保護吸込口の内側に設けら
れる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、本質的に直径が０．１ないし１ｍｍの粒状あるいは
   球状活性炭粒子の固着された層を有する重ね合わされた
   空気透過性のよい表面構造体から形成されること、およ
   び１リットル／秒の空気流が貫流する際に、１００ｃｍ
   ＾２の円断面積で４ｃｍ厚さでの圧力損失が水中１０ｍ
   ｍ未満であることを特徴とするガスマスク用活性炭フィ
   ルター層。 ２、表面構造体が空気透過性のよいフォーム層で構成さ
   れている請求項１記載のフィルター層。 ３、表面構造体が繊維状材料あるいはゴム繊維で構成さ
   れている請求項１記載のフィルター層。 ４、表面構造体が繊維製表面構造体で構成されている請
   求項１記載のフィルター層。 ５、繊維製表面構造体が不織布である請求項４記載のフ
   ィルター層。 ６、繊維製表面構造体が織布あるいはプラッシュ繊維製
   品である請求項４記載のフィルター層。 ７、繊維製表面構造体が高温で溶融することなく一時的
   に粘着性になる繊維をふくむ請求項１〜６のいずれかに
   記載のフィルター層。 ８、繊維が外層がより低い融点を示す二つの共軸的に配
   置された成分の不均質繊維である請求項７記載のフィル
   ター層。 ９、繊維が約８５℃までで軟化して粘着性を示す無延伸
   無定形ポリエステル繊維である請求項７記載のフィルタ
   ー層。 １０、表面構造体の開口あるいは空孔の直径が１ないし
   ５ｍｍ、好ましくは１．５ないし２．５ｍｍである請求
   項１〜９のいずれかに記載のフィルター層。 １１、表面構造体が活性炭粒子で完全に被覆されている
   請求項１〜１０のいずれかに記載のフィルター層。 １２、活性炭粒子が接着剤で支持骨格に固定されている
   請求項１〜１１のいずれかに記載のフィルター層。 １３、接着剤がポリマーとくにアクリル酸誘導体、ポリ
   ウレタン、ポリスチレン、ポリビニルアセテートあるい
   は熱溶融膠で構成されている請求項１〜１２のいずれか
   に記載のフィルター層。 １４、接着剤が架橋前に粘度最低点を通過する架橋性ポ
   リマーで構成されている請求項１〜１３のいずれかに記
   載のフィルター層。 １５、１リットル当り５０ないし３００ｇの活性炭が存
   在する請求項１〜１４のいずれかに記載のフィルター層
   。 １６、活性炭粒子の耐圧強度がきわめて大きい請求項１
   〜１５のいずれかに記載のフィルター層。 １７、活性炭粒子が湿気に対し高度に耐性である請求項
   １〜１６のいずれかに記載のフィルター層。 １８、活性炭粒子が金属化合物とくに銀、銅およびクロ
   ームの化合物が含浸されている請求項１〜１７のいずれ
   かに記載のフィルター層。 １９、活性炭粒子のほかにカプセル化された酵素が存在
   する請求項１〜１８のいずれかに記載のフィルター層。 ２０、１リットル／秒の空気流れが貫流する際１００ｃ
   ｍ＾２の円形断面積で４ｃｍ厚さのフィルター層の圧力
   損失が水柱５ｍｍ未満好ましくは水柱２ｍｍ未満である
   請求項１〜１９のいずれかに記載のフィルター層。 ２１、請求項１〜２０のひとつに記載のフィルター層を
   ふくむことを特徴とするフードマスク。 ２２、フィルター層が頭部または首の保護装置として形
   成されている請求項２１記載のフードマスク。 ２３、請求項１〜２０のひとつの記載のフィルター層が
   、胸あるいは背に着用でき、可撓性のホースでマスク本
   体と結合されるように板状に形成されていることを特徴
   とするガスマスク。 ２４、直径数糎の請求項１〜２０のひとつに記載の円柱
   状フィルター素子が可撓性ホース内に配置されているガ
   スマスク。 ２５、さまざまな機能を備えた交換可能な好ましくは円
   柱状のフィルター素子がホースを形成するように配置さ
   れていることを特徴とするガスマスク。