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防護口罩專利技術發展

2016-12-19 03:13:41李靜妍何婷婷尹軍團
產業用紡織品 2016年2期

馬 琳 李靜妍 何婷婷 尹軍團

1. 國家知識產權局專利局專利審查協作北京中心,北京 100081;2. 國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心,河南 鄭州 450002

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防護口罩專利技術發展

馬 琳1李靜妍1何婷婷1尹軍團2

1. 國家知識產權局專利局專利審查協作北京中心,北京 100081;2. 國家知識產權局專利局專利審查協作河南中心,河南 鄭州 450002

通過檢索、統計、分析全球防護口罩的專利申請文獻,獲取申請量趨勢、全球專利分布、重要申請人信息;歸納總結防護口罩專利技術,介紹防護口罩的技術發展情況,并對國內該領域發展提出建議。

防護口罩,專利申請量,技術發展

近年來,我國生態環境遭遇到嚴峻的挑戰,尤其是在2013年,我國出現了有史以來范圍最大、歷時最長、強度最高的霧霾天氣。為此,防護口罩受到了人們的關注,防護口罩需求量增加,這必定會促進企業對防護口罩的技術研發與生產發展。本文以防護口罩的專利為對象,對該行業的現有技術進行分析,對防護口罩的發展方向和專利保護提出建議。

1 防護口罩的基本概念和標準

口罩的雛形最早出現于中國,當時它是一種圍巾,用來遮住口鼻以免呼出的濁氣污染食物。隨著西方醫學的發展,口罩開始用于避免唾液飛濺到外科手術傷口上,并逐漸被推廣到臨床應用,作為一種防護用具使用[1]。現代的防護口罩在各方面都已經不同于傳統的定義。首先,其材料已經脫離了傳統棉纖維的局限;其次,技術更新使得口罩的佩戴更加舒適、類型更為豐富、功能更加有效。它能夠過濾空氣中的有害微粒,阻隔飛沫、血液、體液、分泌物等,是一種以預防某些呼吸道傳染性微生物傳播、保護身體健康為目的的呼吸防護用品。其在行業內部被定義為自吸過濾式呼吸防護用品,是依靠佩戴者呼吸克服部件氣流阻力的過濾式呼吸防護用品[2]。

因防護口罩的使用環境和使用目的不同,性能要求也不盡相同,對于其性能評定的標準更是不同。就相關標準來說,現行的國家標準有GB 19083—2010 《醫用防護口罩技術要求》[3]、GB 2626—2006 《呼吸防護用品 自吸過濾式防顆粒物呼吸器》[2]、GB 2890—2009 《呼吸防護 自吸過濾式防毒面具》[4]等;行業標準有YY 0469—2004 《醫用外科口罩技術要求》[5]等;國外標準有NIOSH 42CFR 84 標準、歐盟EN 149標準、澳大利亞 AS 1716 標準、日本MOL驗證標準[6]等。無論是國內標準還是國外標準,均對防護口罩的性能作了多方面要求。縱觀這些性能要求,其最主要體現在氣體交換性能、顆粒過濾效果、佩戴舒適度和密閉性三方面。

2 技術發展狀況

2.1 依據數據源與關鍵詞建立醫用防護口罩數據庫

根據防護口罩在氣體交換性能、顆粒過濾效果、佩戴舒適度和密閉性三方面的要求,分別選擇能夠實現上述三方面要求的不同技術進行分析。如通過熔噴及定型得到可實現氣體交換能力的口罩基體材料的技術(以下簡稱熔噴技術),對口罩基體材料或制備基體的纖維原料施加功能物質以實現顆粒過濾效果的技術(以下簡稱過濾技術),針對佩戴者不同臉型和鼻翼形狀及密閉性要求的內置入鼻型過濾器的技術(以下簡稱內置技術)。

本文涉及的檢索用IPC[IPC8]分類號:A41D 13/11、A62B 9/06、A62B 18/00、A62B 23/00、A62B 7/00、D04H1/56、 D04H1/54。

檢索詞組:

(1) 口罩、面罩、過濾器、呼吸器、filter、mask、respirator及其英文變形形式;

(2) 熔噴、過濾、melt、blow、filt及其英文變形形式;

(3) 浸漬、浸泡、涂層、涂布、涂覆、過濾芯、過濾器、呼吸閥、吸附、coat、impregnate、dip、strainer、atmos valve、breather valve、percolat、inspira、aspirat及其英文變形形式;

(4) 內置、隱形、插入、鼻內、鼻栓、鼻罩、nasal、plug、inlay、invisibility、insert、intranasal及其英文變形形式。

2.2 申請量分析

在確定了防護口罩的技術類型、檢索用分類號和關鍵詞后,我們在國家知識產權局中國專利文獻檢索系統數據庫(CNPAT)、國家知識產權局S系統的世界專利文摘數據庫(SIPOABS)和德溫特世界專利數據庫(DWPI)中,以上述分類號和關鍵詞進行檢索,檢索對象限定為全球公開日或公告日在1980—2015年(本文數據截至2015年4月30日)間的發明和實用新型專利申請。圖1顯示了世界范圍內防護口罩的申請量。

圖1 1980—2015年世界范圍內防護口罩相關專利申請量分布情況

由圖1可知:防護口罩專利申請總量呈逐年上升趨勢;1980—1993年專利申請量較少,處于技術起步階段;1994—2010年,先后出現了三個峰點,1994、2003和2009年,并且在1996—2010年間,防護口罩專利申請總量大幅上升,可以認為隨著防護口罩技術進步,相關專利申請進入良好的發展期;2011年之后申請量有所下降,但2013—2014年再一次出現高申請量,并且為有史以來申請總量最高值。對照世界天氣變化與衛生情況來看,出現申請量高峰與當時的環境狀況和傳染病流行息息相關。如1995年亞洲暴發大規模沙塵暴,2003年全球傳染SARS病毒,2009年爆發甲型H1N1流感,以及2013年中國出現嚴重霧霾。根據上述規律,隨著環境和衛生的改善,預計將來的防護口罩申請量相比2013—2014年會有所回落;此外,由于專利從申請到公開或公告需要一定的審查周期,2014年之后的許多專利處于尚未公布狀態,因此并不能代表實際的數量。

從各技術領域的分布曲線可知:熔噴技術的申請量相對較少,整體走勢為上升并趨向平穩,可見該技術已經處于成熟期或者存在某種不足而難以突破;過濾技術的申請量相對較大,其整體走勢也直接影響到總申請量走勢,通過具體分析可得出該技術仍然處于發展期,各種類型的過濾技術也不斷涌現,該技術應該是目前防護口罩的主導技術;內置技術的申請量介于上述兩者之間,其申請量曲線與其他兩項技術曲線相交錯,可見在防護口罩領域,內置技術與熔噴技術、過濾技術之間的關聯性并不明顯,基本屬于獨立研發狀態。

2.3 重要申請人

根據申請量分析,并結合前期統計結果,對上述防護口罩領域的申請量較多的申請人或行業內比較知名的企業申請人進行排序,如表1所示,數據統計時間段同2.2節。

表1 防護口罩領域申請人及相關技術

2.4 主要來源國家及地區分布

世界范圍內防護口罩相關專利申請的國家及地區分布見圖2,數據統計時間段同2.2節。由圖2可知,在防護口罩相關的專利申請中,中國專利申請數量最多,其次是美國和日本,世界其他國家的申請總量也占據相當比例(由于其他國家分布較為龐雜,此處不再細分)。總之,包括中國、日本、韓國的亞洲國家的申請量占據了全球申請量的絕大部分,美國的申請量僅次于亞洲。

圖2 世界范圍內防護口罩相關專利申請的國家及地區分布

2.5 防護口罩技術

2.5.1 熔噴技術

防護口罩的熔噴技術主要分為以下四個方面:

(1) 復合熔噴非織造布。通過將熔噴非織造布與其他材料復合可以彌補熔噴非織造布的缺陷,賦予熔噴非織造布更多的性能。核心專利:CN2224016Y[7],熔噴布與紡黏布復合,將熔噴非織造布強度低、紡黏非織造布均勻性差的缺點通過復合互相彌補消除;CN2186150Y[8],熔噴非織造布與活性炭復合,制備各種防毒、除臭、阻塵、濾菌的口罩;WO2000/074509A1[9],通過熱壓和壓力附著有彈性和熱塑性聚烯烴系帶的過濾面罩及其制備方法,將各層纖維網通過熱壓、模壓等技術進行定型。

(2) 雙組分共混熔噴技術。熔噴雙組分纖維非織造布和一般熔噴纖維制品相比,能進一步改進過濾介質的過濾性能,并能提高纖維的抗壓縮等性能。核心專利:CN101721856A[10],將多面體倍半硅氧烷(POSS)與聚丙烯混合制備功能母粒,然后熔噴制得非織造布,再進行電暈放電駐極,具有高過濾效率、高容塵率、抗壓縮、低壓降等特點;WO2008140384A1[11],在PLA纖維中加入聚酯組分,混合后的纖維可避免在梳理過程中被壓縮;CN101591837A[12],由電氣石改性PP/PET制得雙組分熔噴耐久駐極非織造布。

(3) 駐極熔噴過濾材料。駐極體是指具有長期儲存電荷功能的電介質材料,通過駐極處理的纖維基材可以有效地過濾氣體載體中的亞微粒子,大大增強過濾效率,而空氣阻力不會增加。核心專利:CN101125267A[13],先制得預過濾層和主過濾層組成的雙層復合纖維,再對雙層復合纖維進行駐極得到產物;US2011/0290119A1[14],一種抗微生物駐極體網,包括含有微生物處理的駐極體網,其中表面處理包括含微溶性含銀化合物、形成反應性氧物質的光敏抗微生物劑、雙胍化合物或它們的組合。

(4) 熔噴非織造布的原料。熔噴非織造技術的原材料性能直接影響產品的性能,除了廣泛使用的聚丙烯外,眾多其他原料也在熔噴非織造布生產中應用,以滿足不同的要求。核心專利:CN101824708A[15],采用聚乳酸切片,優化熔噴工藝,并對熔噴纖網進行熱軋處理制備熔噴非織造布,產品的機械性能和過濾性能均有很大提高,且產品用后具有良好的生物降解能力,同時具有生物堆肥的能力;CN101100787A[16],采用聚乙烯醇粒子制備熔噴非織造布,制得的纖維細、強力大,具有可溶性,并且對環境無污染;US2006/0194047A1[17],獲自磺基聚酯的水可分散的多組分纖維,原料源自磺基聚酯與水不可分散的聚合物的共混物,產品具有可沖洗的性能;CN1445390A[18],采用聚氨酯粒子制備熔噴非織造布,產品的柔軟性好、彈性佳、舒適性強。

2.5.2 過濾技術

防護口罩的過濾技術主要分為以下三個方面:

(1) 帶有過濾器的防護面罩。帶有過濾器的防護面罩由罩體、過濾器、呼氣閥和吸氣閥構成,過濾器表面的濾塵材料由不同的材料組合構成,濾盒為獨立結構,通過內裝不同添加劑可達到不同的防護目的。代表性專利:CN1173138A[19],一種防毒面具,由殼體和黏結吸附劑過濾元件的過濾芯子組成;CN2389677Y[20],一種自吸過濾式防塵防毒口罩,由罩體、過濾器、呼氣閥和吸氣閥構成,過濾器為雙過濾器結構,位于過濾器表面的濾塵材料由粗濾塵材料和精濾塵材料組合構成,濾毒盒為獨立結構,內裝不同藥劑以達到不同的防毒目的;CN2162260Y[21],一種貼面式防毒口罩,具有貼面式的構造,在氣罩部的兩側各設有過濾器,過濾器內部可充填濾氣介質,外側面則設有氣孔,與氣罩部相鄰的內側邊上設有進氣膜瓣及出氣膜瓣,當口罩罩設在使用者的面部時,可使外界的空氣經由氣孔進入,經濾氣介質過濾;CN102008791A[22],一種防塵防毒面具,將密封墊圈由敞開式的橡膠件黏合成橡膠氣囊密封墊圈,密封墊圈設有進氣孔并設置在面具主體的后部,在密封墊圈內側與人體面部接觸的部位設有防滑片,在密封墊圈與人體面部相接觸部位的壁厚較其他部位薄,使橡膠氣囊密封圈與人體面部接觸更吻合,密封性更佳;CN201379091Y[23],一種水過濾防塵口罩,采用液體過濾空氣,其過濾器內盛有過濾液體,并通過吸氣閥與三通管、通氣軟管的連接配合,解決了現有防塵口罩濾塵效果差的問題。

(2) 功能性濾布技術。在口罩基材表面通過浸、涂等方法將功能性組分施加其上,形成不可分割的整體,獲得特殊的防護性能,例如具有可釋放負離子、抗菌、美容、吸附功效。主要專利:CN101829414A[24],口罩里層是低熔點造型基布,自里層基布向外依次是經負離子浸漬或噴涂的增氧非織造布、過濾布、聚丙烯非織造布,口罩中部安裝有單向呼氣閥,外層有壓鼻條;CN201668889A[25],一種具有活性炭過濾布的防毒防臭口罩,口罩自里層向外層的層結構依次是基布、過濾布、面布,其中基布上浸漬或噴涂有椰殼活性炭化顆粒,過濾布是高效過濾熔噴布,面布是聚丙烯長纖維面布;CN102283450A[26],一種銀離子滅菌消毒口罩,口罩體由至少兩個過濾層重疊后縫合構成,兩個過濾層之間設置有至少一片濕巾,濕巾是浸潤有銀離子溶液的醫用紗布或者非織造布; KR20030044972A[27],將有機抗菌劑加入口罩中,使口罩具有抗菌、抗病毒的效果;CN202653195A[28]為一種美容口罩,口罩為三層結構,由內向外依次為絲膠粉涂層、透氣層、過濾層,口罩鼻孔對應設置有透氣開孔,開孔口處連接有透氣層,通過在口罩內層設置絲膠粉涂層,使口罩具有美容保濕、抗氧化、吸收微波等作用。

(3) 組合呼吸器。根據對人體呼出氣體的處理方式可分為開路式呼吸器和閉路式呼吸器,而根據人體吸入氣體的來源可分為過濾式面具、隔絕式呼吸器、閉路式呼吸器。代表性專利:CN2042674U[29],半身式防塵、防毒壓風呼吸罩具及裝置,由頭盔、披肩及圍腰等構成前半身式防護罩衣,防護罩衣上設置帶氣囊的正壓口罩和風鏡,壓風呼吸裝置由過濾調壓器、活性炭凈化筒、進風閘閥、進風管、送風管及降溫管構成;CN2686654A[30]為攜帶式呼吸器,由口罩與過濾器構成,過濾器內部設有可替換的多機能濾器、光觸媒裝置、抽風裝置、高壓產生器與活性炭濾網,藉由抽風裝置的抽風使得外部的空氣經由多機能濾器進行第一道過濾,并藉由光觸媒裝置與高壓產生器所制造的臭氧與負離子對該空氣進行過濾與殺菌,而后該空氣經由活性炭濾網再次過濾,并通過管線送入口罩內;CN2121972A[31],面罩下部通過膠管與一個可調進氣閥相連,可調進氣閥窗口外圍裝有過濾器,可調進氣閥下部的氣嘴用膠管與試劑容器相連接,試劑容器中裝有水和香料,或醫囑藥液,試劑容器通過膠管與裝有氧粉和催化劑的反應容器相連接;CN87202559U[32],組合式呼吸裝置,由口罩或鼻氧插管、電源、主過濾器和防塵預過濾器等七部分構成,面罩通常為橢圓形,面罩上安裝有過濾器。

2.5.3 內置技術

內置型口罩的專利技術主要通過對其過濾功能的改進增強其防護效果,通過對其外形的改進增加佩戴舒適感。內置型口罩有單、雙聯兩種類型。單聯型是每個鼻孔單獨佩戴一個鼻過濾器,且一對鼻過濾器不連接在一起。雙聯型是一對鼻過濾器通過連接部分連接成一體再佩戴。

在專利申請中,雙聯型鼻過濾器占絕大多數。它的主體構造通常由兩個可插入式鼻塞和一個連接件構成,鼻塞插入鼻腔形成內置結構以過濾空氣,防止沙塵、粉塵、病毒、細菌等的侵入。鼻塞的改進點在于鼻塞的過濾系統和鼻塞的外形。

過濾系統通常由殼體和過濾材料構成。殼體的結構多種多樣,如與鼻腔相匹配的、其內裝有過濾材料的殼體(CN201135716Y[33]),具有閥結構的過濾器(US2007227542A1[34]、US2007175478A1[35]),由纖維絨毛球構成的團狀體(CN201423096Y[36]),具有向鼻內注射清新物質的注射部分(KR100679351B[37]),上、下磁環之間設有過濾片的一體結構(CN201558425U[38]),夾設網狀過濾部件的環結構(US2005051170A1[39]),包覆有紗層的鼻塞骨架構成的過濾系統(CN202236950U[40]),在內罩和外罩之間形成間隙一次成型的中空殼體(CN201135717Y[41]),由底板、半碗狀外殼、支撐架、C形架組合而成的殼體(JP2009297053A[42]),過濾網包/罩、金屬絲套(CN2584219Y[43]),不銹鋼外殼(CN2650792Y[44])等。而鼻塞殼體材料可以是無毒塑料、彈性柔軟材料(如橡膠、聚合物、海綿)、多孔材料、非織造布、海島納米纖維等。置于殼體中/包裹在殼體上/形成殼體的過濾材料包括天然纖維、聚丙烯等化學纖維、活性炭纖維、活性炭顆粒、碳納米管、防塵海綿、納米纖維及其非織造布、磁性過濾器(CN202822526U[45])、具有黏附液的類似鼻毛的過濾刷(JP9056840A[46])、藥棉、棉紗布等。制備時通過多個濾層的疊加、浸漬或噴涂過濾原材料、填塞過濾材料等手段賦予鼻塞的過濾及其他所需藥用功能。

鼻塞的外形可以是圓柱形、錐形、半膠囊形、圓球形、卵形、喇叭形、三角形、帶凸緣的柱狀體,或者為圓形、翼形的過濾片/網(CN2484075Y[47]、US2008087286A1[48])。

連接件可以為U型夾(CN202699897U[49]、CN201930421U[50])、連接帶(CN2621745Y[51]),可涂敷有黏結劑以黏在鼻柱上(FR2763509A1[52]、JP2008284152A[53])、倒U型(CH692652A5[54])、奶嘴形(KR100726135B[55])、輔助鼻卡(CN2282441Y[56])等形式,用來連接兩個鼻塞并能起到夾住鼻中隔的作用。

3 結語

防護口罩作為一種呼吸防護用品,目前仍以面部佩戴為主,內置的入鼻型并非主流產品。隨著專利技術的發展,制備防護口罩的原材料已經由傳統的天然纖維拓展到具有降解性、柔軟彈性的化學纖維;人們通過增加壓鼻條和改善過濾裝置結構來確保呼吸空間的密封性、透氣性,提高過濾效果;通過添加活性炭、納米顆粒,以及具有附加功能的成分如藥物、芳香劑來提高防護口罩的功能性。

以上的技術改進都是基于環境惡化的難以預見性,這也說明防護口罩的性能好壞越來越受關注,佩戴舒適度及美觀也逐漸成為人們選擇佩戴的考量因素。尤其是我國霧霾的出現,以及其無法短期完全消散的特點,防護口罩在國內有著廣闊的應用前景。但就消費者而言,目前消費主體更愿意購買世界大企業(如3M公司)、世界工業化產品標準和要求較高的美國和日本生產的防護口罩。可見,雖然我國對防護口罩具有較大的專利申請量,但工業化的實際產品卻并未獲得極好的信任感。因此,建議防護口罩生產企業在生產經營過程中,可重點關注產品的精細化研發,不要一味地模仿,要在模仿中尋求更多自己的創新點;在發揮我國防護口罩專利申請量優勢的情況下,不降低技術標準,進一步加強滿足美觀和舒適度等方面的消費需求,擴大消費市場,將有效專利轉化為實際工業效益。與此同時,企業也要提高專利申請、專利保護的意識,形成自己的專利體系,建立企業自身的專利預警機制,及時掌握本領域的專利情報,通過合理的專利預警制度對將要發生的專利爭端采取一定的預警,有效地避免專利糾紛,規避專利侵權行為,保護好企業的自主專利權,爭取獲得更大的市場。

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Patent technology development of protective masks

MaLin1,LiJingyan1,HeTingting1,YinJuntuan2

1. Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office, SIPO, Beijing, Beijing 100081,China;2. Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office, SIPO, Henan, Zhengzhou 450002, China

An application trend, global patent distribution and important applicants’ information were derived by retrieving, counting and analysing the global patent application documents. The patent technologies of protective masks were summarized, the technical development of protective masks was introduced and suggestions of the development in the domestic field were proposed.

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2015-05-04

馬琳,女,1985年生,碩士,主要從事紡織工程領域的專利技術審查工作

TS941

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1004-7093(2016)02-0001-07

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