用于减少有毒空气污染组分的吸入的组合物 |
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| 申请号 | CN201710209815.4 | 申请日 | 2017-03-31 | 公开(公告)号 | CN107261810A | 公开(公告)日 | 2017-10-20 |
| 申请人 | 英诺利科技股份有限公司; | 发明人 | 柯颖年; 尼尔·乔治·斯图尔特; 里德·沃伦·冯博斯特尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了用于减少有毒空气污染组分的吸入的组合物。本发明涉及一种用于减少污染物吸入的组合物、纺织品和面具。该组合物包含无机碘化物、金属酞菁和 聚合物 粘合剂 的 水 溶液。无机碘化物可以是碘化亚 铜 ，金属酞菁可以是 铁 酞菁，并且聚合物粘合剂可以是聚乙烯吡咯烷 酮 或聚乙烯醇。这种污染物失活组合物在不要求升高的 温度 或包含 吸附 剂的大体积罐的情况下中和污染物如二 氧 化氮、二氧化硫、臭氧、 挥发性有机化合物 和其它使人不愉快的气载 试剂 。可选地，也可以将 保湿剂 结合到涂覆溶液中以保持活性 过滤器 基质中的水分，这增强了组合物使空气污染中的氧化气体和其它有毒成分失活的活性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于涂覆纺织品或过滤材料以降低与暴露于空气污染有关的危害的组合物，所述组合物包含(i)无机碘化物、(ii)金属酞菁和(iii)至少一种聚合物粘合剂的水溶液。 |
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| 说明书全文 | 用于减少有毒空气污染组分的吸入的组合物[0001] 相关申请的引证 技术领域背景技术[0004] 空气污染是主要的公共卫生危害，促使世界范围内每年几百万人早亡。空气污染直接促进心血管和呼吸疾病，并可以触发或加剧哮喘和过敏发作，且已经发现其损害儿童的大脑和肺的发育。空气污染包括若干类有毒成分。作为公共健康危害的空气污染的最重要的组分是颗粒物质和氧化气体，尤其是二氧化氮、二氧化硫和臭氧。在一些环境中代表健康危害的其它空气污染成分包括燃烧产物，包括一氧化碳和致癌多环芳烃(PAH)；包括甲醛的挥发性有机化合物(VOC)；无机挥发物如汞蒸汽、氨；过敏原；和有气味的物质如硫化氢和巯基化合物。 [0005] 空气污染的健康风险的大量分析集中在颗粒物质、尤其是具有2.5微米或更小(PM 2.5)数量级直径的颗粒上，因此该尺寸范围内的颗粒比其它尺寸的颗粒被更深入地吸入到气道和肺脏中。颗粒物质可以包含毒素或致癌物，并也可以通过递送刺激巨噬细胞或嗜酸性粒细胞的过敏原或刺激物诱导气道中炎症反应。 [0006] 除颗粒物质之外，对非颗粒化合物、特别是氧化气体、尤其是二氧化氮、二氧化硫和臭氧作为空气污染中的有害成分获得了认知。当将空气用作氧化剂时，这些氧化气体由燃料燃烧产生并特别在城市环境中聚集。内燃机，特别地柴油发动机和化石燃料燃烧发电是原始来源。在封闭空间中，用包括木材、丙烷、丁烷和天然气的燃烧燃料烹饪是二氧化氮的显著来源。 [0008] 二氧化氮是构成城市或工业区上方的空气污染中的烟雾的外观的棕色气体。当作为危险因素检查二氧化氮时，可归因于空气污染的总年度死亡数几乎是之前推测的两倍高，之前推测的数据仅基于颗粒物质。二氧化氮是中风、肺脏疾病、急性婴儿死亡和心血管病的相关病因。同时暴露于包括臭氧(太阳光存在下的自由基引发剂)的空气污染中的其它成分加剧了其反应性和危害，导致对生物分子超过相加的损害。 [0009] 在特殊环境中，由燃烧和工业过程形成的废料中的或通过电火花形成的挥发性化合物可能特别集中，这表示对工人或观测员的严重危害。通风不良的厨房环境中的室内空气污染是严重的健康危害。通勤者(乘车上班者，commuter)暴露于来自车辆的氧化气体和其它污染物。军事装甲车辆可以具有极度高的内部氧化气体浓度，在瞬间峰值测量的二氧化氮高达1000份每百万(ppm)。机场周围的空气具有在燃料燃烧期间释放的高浓度的二氧化氮和其它污染物。通过烟草制品的燃烧产生的二手烟呈现了局部的危害；城市空气污染和烟草烟雾共有一些共同地危害成分，包括多环芳烃、二氧化氮、一氧化碳和挥发性有机化合物。 [0010] 用于普通人使用的现有的个人呼吸保护设备如面罩或空气过滤器能够通过机械过滤捕获颗粒物质，但是不能防止氧化气体或其它非颗粒毒性挥发性化合物的吸入。仍需要除捕获有害的颗粒物质之外的中和或失活包括氧化气体的非颗粒气载或挥发性化合物的个人保护设备，包括面具或过滤器。 发明内容[0011] 本公开描述了可以应用于在包括面罩的个人防护产品中使用的纺织品的新型污染物失活组合物，用于减少与暴露于空气污染有关的危害，包括防护氧化气体、多环芳烃、一氧化碳、挥发性有机化合物、氨、巯基气味的物质和其它有害的或使人不愉快的气载试剂。在一些实施方式中，本公开的污染物失活组合物(使污染物失活的组合物，pollution inactivating composition)应用于纺织品或过滤材料以使穿过纺织材料的空气污染成分失活。 [0012] 污染物失活系统在聚合物基质(有利地为聚乙烯吡咯烷酮)中包含无机碘化物(有利地为碘化亚铜(CuI))和金属酞菁(有利地为酞菁铁(II))。聚乙烯吡咯烷酮聚合物将其它组分都结合至过滤器基质，并捕获由碘化亚铜与氧化气体的反应产生的分子碘，防止碘进入吸入的气流中。在一些实施方式中，污染物失活组合物另外在用于个人防护的设备如面罩中还包含保湿剂或吸湿剂以捕获和保持活性过滤器基质中的水分，包括通过呼出的空气提供的水分。水分增强组合物的活性以使空气污染中的氧化气体和其它有毒成分失活。 [0013] 本公开的污染物失活系统在不要求升高的温度或包含吸附剂的大体积罐的情况下中和包括二氧化氮的氧化气体。公开的组合物和使用它们的方法提供了能够快速使空气污染的主要成分失活的纺织品或其它过滤基质，该空气污染的主要成分包括没有被单独的机械过滤捕获的燃烧产物和工业污染物。以面罩形式实施的本公开的组合物提供了针对空气污染的有害的或使人不愉快的成分的个人防护。 [0014] 本发明的一个目的是提供当应用于纺织品或其它过滤器基质时，将空气污染的有毒非颗粒成分中和或转化为它们的无毒性形式从而降低健康危害的组合物。具体的实例是来自空气污染的氧化气体，尤其是二氧化氮、二氧化硫和臭氧。 [0015] 本发明的另一个目的是提供在不生成对使用者或环境的安全性危害的情况下中和有毒的非颗粒空气污染成分的组合物。 [0016] 本发明的另一个目的是提供以下组合物，当结合到面罩或其它防护性空气过滤产品中时，减少人类对空气污染中的有毒的非颗粒和颗粒成分的暴露，并从而减少与暴露于空气污染有关的健康危害，包括心血管和呼吸疾病、削弱的大脑和肺脏发育以及哮喘和过敏性反应的加重。该组合物包含无机碘化物、金属酞菁和至少一种聚合物粘合剂的水溶液或悬浮液；将该组合物应用于纺织品或其它过滤材料并干燥，形成不显著阻挡气流的薄层。在一个实施方式中，无机碘化物是碘化亚铜，金属酞菁是铁酞菁，并且至少一种聚合物粘合剂选自聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇中的至少一种。 附图说明 [0017] 图1是示出了来自涂覆有本发明的实施例1和2中描述的方法的组合物的一个或多个堆叠的聚酯层的实施例3和4中所描述的实例的二氧化氮的清除率的曲线图； [0018] 图2是示出了来自包含涂覆有本发明的实施例1和2中所描述的方法的组合物的聚酯层的堆叠面罩材料的实施例5、6和7中所描述的实例的二氧化氮的清除率的曲线图； [0019] 图3是示出了来自包含涂覆有本发明的实施例1和2中所描述的方法的组合物的聚酯层的堆叠面罩材料的实施例8和9中所描述的实例的二氧化氮的清除率的曲线图； [0020] 图4是示出了来自包含涂覆有本发明的实施例1和2中所描述的方法的组合物的聚酯层的堆叠面罩材料的实施例10中所描述的实例的二氧化硫的清除率的曲线图； [0021] 图5是示出了用于在中和氧化气体中使用的纺织品的层的面罩的前视图。 具体实施方式[0022] 将参照附图在下文中更全面地描述本发明，其中示出了本发明的实施方式。然而，本发明可以以多种不同的形式实施并且不应解释为限制本文说明的实施方式。相反地，提供这些实施方式使得本公开详尽和完整，并且将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。 [0024] 将理解的是，尽管在本文中可以使用术语第一、第二、第三等以描述各种元件、组分、区域、层和/或部分，但是这些元件、组分、区域、层和/或部分不应受限于这些术语。这些术语仅用于将一个元件、组分、区域、层和/或部分与另一元件、组分、区域、层和/或部分区分。 [0025] 将理解附图中描述的元件、组分、区域、层和部分不必按比例绘制。 [0026] 本文所使用的术语仅是出于描述特定的实施方式的目的，而非旨在限制本发明。除非上下文另外明确地指出，否则如本文使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式。将进一步理解，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”或“含”和/或“含有”时，规定指定特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，而并不排除一个或多个其它特征、区域、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。 [0027] 此外，如附图所示，在本文中可以将相对术语如“下”或“底”、“上”或“顶”、“左”或“右”、“以上”以下“以下”、“前面”或“后面”用于描述一个元件与另一个元件的关系。应该理解，相对术语旨在包括除了图中描绘的方位之外的设备不同方位。 [0028] 除非另外限定，否则本文所使用的所有术语具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的相同含义。应当进一步理解，如通常使用的词典中所定义的那些的术语，应当被解释为具有与其在相关技术领域和本公开内容的上下文中的含义一致的含义，而不能以理想化或过度形式化的意义进行解释，除非在本文中明确如此限定。 [0029] 在本文中参考本发明的理想的实施方式描述了本发明的示例性实施方式。因此，应预期到由例如制造技术和/或公差导致的示意图形状的变化。因此，本发明的实施方式不应解释为限于本文所示的区域的特定形状，而应包括由于例如制造所导致的形状上的偏差。可以在不存在本文没有具体公开的任何元件的情况下实践本文中合适地说明性公开的本发明。 [0030] 在本发明的一个实施方式中，面罩中的一层或多层纺织品由用本发明的组合物处理的多个纺织品层构成。在一个实施方式中，一个或多个处理的纺织品层的任一侧上层叠有未处理的多孔纺织品材料(例如非编织的聚丙烯)、用于机械颗粒过滤的熔喷聚丙烯的一个或多个可选的层，其可以在用本发明的污染物失活组合物处理的一层或多层的任一侧或两侧上。 [0031] 在一个实施方式中，本发明的组合物用于赋予在用于以下各项的通风系统中使用的空气过滤器抗污染活性：住所、车库、机场、办公楼、工厂厂房、船舶和其它人们度过很长的时间的封闭的场所，尤其是大量汽车中和周围的环境(environment in and around automobiles)，因为具有内燃机的汽车和其它道路上的车辆是二氧化氮的主要来源。在一个实施方式中，采用本发明的组合物和方法用于制造汽车客舱空气过滤器，其减少车辆的乘坐者暴露于空气污染的有毒组分。 [0032] 除提供能够减少穿过过滤器的污染空气的有毒的或使人不愉快的组分的过滤介质，在其它实施方式中，将用本公开的组合物改性的纺织品悬挂在或悬掉(suspend)在室内环境中，其中它们中和周围的氧化气体和其它有害的或不希望的挥发性化合物。例如，将用本公开的污染物失活组合物涂覆的改性的纺织品悬挂或安装在厨房、工业设施、车库或周围空气污染浓聚集的其它环境中，减少该环境中的受试者暴露于挥发性化合物和有气味的物质。 [0033] 本发明的污染物失活组合物 [0034] 碘化亚铜.本发明的组合物的主成分是无机碘化物。这些包括碘化铝(AlI3/Al2I6)、碘化亚铁(FeI2)、碘化铁(FeI3)、碘化铜(II)(CuI2)、碘化亚铜(CuI)、碘化锌(II)(ZnI2)、碘化铵(NH4I)、碘化钾(KI)、碘化钠(NaI)和碘化四丁铵(n-Bu4NI)。在本发明的一个实施方式中，碘化亚铜(CuI)适合用于摄取氧化气体的污染物失活组合物。 [0035] 碘化亚铜(CuI)是稳定的化合物，其不是二元碘化物盐；事实上其是以不同的晶格存在的无机聚合物，且基本上不溶于水。在一个实施方式中，使用铜(I)的碘化物盐，但是同样可以利用+2或0氧化态的铜盐。当结合到本发明的组合物中并应用于纺织品时，聚合碘化物以其固体的形式与若干有毒的空气污染成分反应，有毒的空气污染成分包括氧化气体(包括但不限于二氧化氮和臭氧)、汞蒸气和一些挥发性的有机化合物(VOC)。 [0036] 存在用于制备碘化亚铜的微粒或纳米颗粒的若干方法，所有方法都适用于制备结合到本发明的组合物中的CuI。这些方法包括在标准的粉末研磨机中研磨或通过溶剂沉淀如使用乙腈，其中在溶解在溶剂中溶解时形成铜(I)络合物溶剂化物，且其通过包含金属络合物的饱和溶液向不太溶解该金属络合物的可混溶溶剂中的缓慢扩散而沉淀。通过过滤和/或离心收集得到的纳米颗粒。 [0037] 适合应用于过滤器纺织品的CuI的目径(mesh size)在50至300微米的范围。 [0038] 铁酞菁(Iron Phthalocyanine).铁酞菁(FePc)是包含螯合在平面的酞菁环的中心的铁的无机化合物。在其氧化态相应的变化同时仍通过螯合作用固定的情况下，该分子中的铁中心保持经历氧化还原反应的能力。平面的酞菁部分可以配位多种挥发性有机化合物和其它疏水性分子，包括蛋白质。铁酞菁同样失活或吸附在空气污染中发现的多种有毒的或有气味的分子，包括但不限于巯基气味的物质，包括硫化氢；一氧化碳、氰化氢、多环芳烃和多种易挥发的芳族化合物。 [0039] 其它过渡金属的酞菁配位络合物是本发明的组合物的可选的成分，包括钴(II)酞菁(CoPc)或铜(II)酞菁(CuPc)；和金属的卤化衍生物如FePcX、CoPcX、CuPcX(X＝Cl、Br、I)。已知碘化铁酞菁(FePcI)在其晶格中结合碘蒸汽。 [0040] 用改变溶解度或允许通过共价或离子键加工制造到底物如纺织品或聚合物的部分可选地衍生金属酞菁的酞菁环结构。这种取代基可以包括羧酸(-COOH)、羧酸盐(-COOM，M＝Na、K)、磺酸盐(-SO2M，M＝Na、K；-SO2R，R＝甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、异丁基、正辛基)、胺(-NH2；-NHR，R＝甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、异丁基、正辛基；-NR2，R＝甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、异丁基、正辛基)、酰胺(-CONH2；-CONHR，R＝甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、异丁基、正辛基；-CONR2，R＝甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基、异丁基、正辛基)、或其它可离子化的取代基、或能够共价附接至纺织品或聚合物的连接基团。 [0041] 在本发明的组合物中利用的聚合物粘合剂 [0042] 为了将本公开的污染物失活组合物固定至纺织品、尤其相对非吸收性的热塑性材料或合成材料，使用了聚合物粘合剂。这种粘合剂必须保持活性试剂固定不动，但是也不能限制易挥发的分子进入污染物失活组合物。 [0043] 聚乙烯吡咯烷酮(PVP).其是生物相容的两亲性聚合物，在早期医疗历史中，其用作当静脉内给予至低血容量性创伤患者时的保持血浆容量的血容量扩张剂。之后发现将PVP用作胶黏剂和药物赋形剂。PVP是用于使用本公开的污染物失活组合物处理纺织品的优选的粘合剂。PVP可以捕获分子碘或低聚碘物质。根据具体材料所需的粘附性能，可以使用具有多种分子量(K值)的一系列可溶于水的PVP。 [0044] 为了应用于纺织品，将本公开的组合物的成分与PVP的水溶液混合，并且通过浸渍、滚压或喷射涂覆，随后干燥，可选地通过应用加热来辅助。 [0047] 本发明的组合物中的碘捕获剂 [0048] 通过与碘化亚铜的氧化还原反应的氧化气体的失活导致产生了少量的分子碘-(I2)和三碘根离子(I3)。组合物的一个实施方式的一个特征是包含快速捕获分子碘或低聚碘物质的成分以防止它们进入穿过过滤材料或面具的气流。 [0049] 聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是能够形成稳定的碘络合物的合适的聚合物。临床上将PVP-碘(聚乙烯吡咯烷酮-碘)的水溶液用作用于皮肤的局部消毒剂。典型的固体形式的聚乙烯吡咯烷酮-碘包含9-12％的碘。 [0050] 当将PVP用作用于将组合物成分固定至纺织品底物的粘合剂时，其具有捕获通过氧化气体与碘化亚铜的反应形成的分子碘的有利的副性质。由此形成的PVP-碘络合物进而赋予过滤器杀菌剂的活性(杀微生物的活性，microbicidal activity)，降低被气载的致病病毒、细菌或真菌感染的风险。 [0051] 在一个实施方式中，当将尼龙用作纺织品或粘合剂材料时，其能够吸附大量的碘且可以被用作碘捕获器，尤其当将用碘化亚铜浸透的尼龙用作面罩或过滤器中的活性层时。 [0052] 碘-捕获过滤器成分的其它实例： [0053] 二元碘和低聚碘阴离子与淀粉的直链淀粉链形成络合物。具有相对高的直链淀粉与支链淀粉的比值的淀粉优选地作为本发明的组合物中的碘清除剂。 [0055] 金属锌与分子碘或三碘化物反应以产生碘化锌(ZnI)，其进而可以与空气污染中的氧化气体反应。在活性组合物中包含金属锌因此捕获由氧化气体与碘化亚铜的反应形成的碘以及再生过滤器组合物使氧化气体的其它分子失活的能力。 [0057] 环糊精、尤其是具有6个葡萄糖亚单元的α-环糊精和具有7个葡萄糖亚单元的β-环糊精可以螯合(sequester)或包封碘分子；因此环糊精是污染物失活纺织品的可选的成分，从而增强其碘摄取活性。 [0058] 除捕获通过碘化亚铜与氧化气体反应产生的碘之外，原位生成的环糊精-碘络合物针对可呼吸的空气中的危害提供额外的保护，包括中和有气味的物质如硫化氢、甲硫醇、氨、三甲胺、甲醛和乙醛。环糊精-碘络合物还赋予抗微生物活性。 [0059] 选择碘捕获剂的量以确保穿过本发明的面具或过滤器的气流中的碘蒸汽的浓度保持低于美国的职业安全与保健管理总署(OSHA)建立的允许暴露极限(PEL)。作为上限的碘蒸汽的PEL是0.1ppm，并且这是在任何时间都不能超过的浓度。 [0060] 湿度和保湿剂 [0061] 出乎意料地发现少量的水分强烈地增强组合物使二氧化氮和其它氧化气体失活的能力。 [0062] 通过在组合物中包含一种或多种保持活性层内的水分的保湿剂或吸湿剂，可以将呼气中的水分用于增强中和氧化气体的活性。包含保湿剂实现并增强了面罩中的污染物中和活性的呼吸激活性质，这改善了实际使用之前或使用之间的稳定性。 [0063] 合适的保湿剂包括非离子型表面活性剂，其包括糖醇部分如吐温20(Tween 20)、吐温40、吐温60或吐温80；焦谷氨酸钠、或糖醇如木糖醇或山梨醇、丙二醇或甘油。 [0064] 二氧化钛 [0065] 二氧化钛是具有光催化性质的白色颜料。当暴露于紫外光，包括太阳光的UV组分或人造光时，二氧化钛可以氧化有毒气体，包括空气污染中的氮氧化物。此外，已知二氧化钛在包括挥发性有机化合物的有机污染物的光降解中与铁酞菁协同作用。因此在一些实施方式中二氧化钛可用作组合物的可选的成分。 [0066] 本发明的典型组成 [0067] 用于处理纺织品以赋予污染物中和活性的典型组合物在水溶液和悬浮液中将包含0.25至5％w/w的碘化亚铜或其它合适的碘化物、0.25至2％w/w的铁酞菁、1至5％w/w的聚乙烯吡咯烷酮、和可选地0.5至1％w/w的保湿剂如吐温20。在应用于纺织品或其它过滤器基质之前，通过机械搅拌搅动该组合物并加热。当需要时，将其它聚合物粘合剂如聚乙烯醇或改性的纤维素材料(1至5％w/w)可选地添加到组合物中。在通过干燥除去大量的水之后，水性载体中较高或较低浓度的成分包括在本发明的范围内，其中绝对浓度范围由在没有阻挡气流的情况下应用于具体的纺织品或其它过滤器的粘度和可行性决定。在通过浸泡、喷射或倾倒将水性组合物涂覆至纺织品之后，干燥纺织品，可选地借助于加热或气流或两者，在基本上除去了水分的情况下保持固定至纺织品的非挥发性成分与粘合剂的比值。 [0068] 在干燥到纺织品或其它过滤器基质之前或之后，包含本发明的组合物的成分的比值包含1至20份(按重量计)的碘化亚铜(或其它碘化物或盐)；1至8份铁酞菁；2至20份聚乙烯吡咯烷酮；可选地1至4份保湿剂。 [0069] 实施例1 [0070] 本发明的组合物的制备 [0071] 在80-90℃下搅拌溶解在去离子水中的包含聚乙烯吡咯烷酮(1％w/w)、吐温20(0.5％w/w)和聚乙烯醇(1％w/w)的溶液。将碘化亚铜(1％w/w)和铁酞菁(1％w/w)添加到该溶液中并搅拌直到溶液均匀，形成原液。将该溶液转移至包含三分之一体积原液的烧杯中，将其平衡至50℃。搅拌溶液以用于随后应用于织物。 [0072] 处理在纺织品上的组合物 [0073] 根据各种成分的水溶性，在粘合剂聚合物的水溶液中，借助于加热和机械搅拌，并将其与碘化亚铜和铁酞菁和可选地保湿剂混合，产生结合的溶液和悬浮液，来制备本发明的组合物。 [0074] 通过浸渍、喷射、滚压或其它方式将水性组合物涂覆于纺织品如聚丙烯或聚酯，并进行干燥，可选地借助于加热或鼓风。 [0075] 实施例2 [0076] 本发明的组合物至纺织品的涂覆 [0077] 将聚酯、具体地涤纶(聚(对苯二甲酸乙二醇酯))的样品浸泡在通过实施例1中公开的方法制备的搅拌浆料溶液中。在50℃下搅拌反应混合物1分钟。通过轴辊除去过量的溶液来干燥样品，并在120℃下进一步干燥它10分钟。 [0078] 面具纺织品和层 [0079] 本公开的污染物失活组合物可以应用于各种不同的纺织品或其它过滤器基质。 [0080] 用本发明的组合物涂覆的优选的纺织品是聚酯，有利地是非编织的聚酯。用于用本公开的组合物处理的选择的纺织品的目的是最小化表面面积，其是纤维的直径和密度的函数，同时当用作面罩材料时仍保持用于舒适地呼吸的适当的气流。因此，受到需要适合于舒适地呼吸的气流的限制，纺织品的单根纤维应当尽可能得薄和密集以最大化气流的紊流(turbulence)并最大化有效用于污染成分的失效的表面面积。可选地代替聚酯使用或与聚酯组合使用其它纺织品，包括但不限于聚丙烯、聚乙烯、纤维素材料如人造丝或棉、或尼龙。 [0082] 在一个实施方式中，如图5所示，纺织品层从外侧到内侧包括以下： [0083] 1.外层-纺粘聚丙烯(12)； [0084] 2.用于机械颗粒过滤的熔喷聚丙烯(14)； [0085] 3.涂覆有本发明的用于使氧化气体和其它空气污染成分失活的组合物的聚酯(16)； [0086] 4.可选地涂覆有本发明的组合物的另一聚酯层(没有绘出)； [0087] 5.用于机械颗粒过滤的熔喷聚丙烯(20)； [0088] 6.内层-纺粘聚丙烯(22)。 [0089] 面罩可以具有鼻梁(24)和耳套圈(26)或头套圈(没有绘出)以帮助将面罩(10)放置或保持在使用者的脸上。可以包括上述组合物的具有耳套圈或头套圈以及空气过滤器和防毒面罩(gas mask)的面罩附件是本领域已知的，如Stewart等人的美国专利申请第13/319,836号和Stewart等人的美国专利申请第12/666,291号中公开的那些，通过引用将其全部内容结合于此。 [0090] 通过本发明的组合物使氧化气体失活 [0091] 已知用于治疗吸入氧化氮(NO)的治疗肺动脉高血压的医疗设备中的二氧化氮的低温和大气温度捕获或中和。氧化氮可以容易地氧化为二氧化氮，并从而危害患者和护理工作人员两者。用于除去用于治疗吸入氧化氮或一氧化氮的递送系统中的二氧化氮的催化剂或吸附剂是以试剂如钠石灰或其它颗粒状组合物的大体积罐的形式，其实际上不用于轻量的、不引人注目的个人防护面具。此外，用于除去二氧化氮的吸附剂或吸收剂不必摄取空气污染的其它有毒的挥发性成分。 [0092] 汽车上的催化转化器旨在通过贵金属催化剂如铂、铑或钯或它们的合金在200至870摄氏度的高温下降解氮氧化物。虽然催化转化器减少汽车尾气中的氮氧化物的输出，但是实际上不将该技术用于个人防护设备。 [0093] 本发明的组合物和它们在面罩或空气过滤器的实施方式使空气污染中的各种有毒成分(包括氧化气体)快速失活、捕获或转化为它们的无毒性形式。重要地，本发明的组合物在污染的空气以等于呼吸吸入的气流速率单次通过面罩或过滤材料期间能够使大量有毒的空气污染成分失活。在不需要输入能量或热的情况下，在大气温度下实现使空气污染中的氧化气体和其它有毒成分失活。 [0094] 对于活性测试，测试制品典型地以适合作为面罩或空气过滤材料的堆叠纺织品的形式，安装在过滤器盒或悬挂在测试室内，或使用任何其它合适的样品支架来安装，并且将测试制品暴露于典型地以热塑性材料的钟形罩的形式的单次流动通过系统(single-pass flow-through system)或闭合系统中的包含二氧化氮和二氧化硫的氧化气体的恒定流和动态流。经常用惰性气体、典型地氮气稀释和平衡氧化气体流，并且有时将其加湿到95％RH来模拟人类呼吸。一般将流动系统或封闭系统内的温度控制在25至37摄氏度。调节这些测试系统内的气体的流动速率以在模拟人类呼吸期间空气穿过面具材料的体积通量。 [0095] 从而通过改变氧化气体的浓度、测试室的温度和湿度、以及用惰性气体平衡的稀释的氧化气体的流动速率来挑战测试制品。 [0096] 通过测量安装有包含本发明的组合物的测试制品的样品支架或等价物的入口和出口处的气体的浓度的差值，从而量化通过本发明的组合物和它们作为面罩或空气过滤器的实施方式所吸附和除去的氧化气体的量，面罩或空气过滤器是典型地以面罩或空气过滤材料的堆叠纺织品的形式制备的测试制品的形式。一般将来自出口的残留的氧化气体进料至测试室，如流动系统一样；或在测试室中连续循环，如闭合系统，并经由连接至数据记录巡回检测设备或可替换地连接至包含对待分析的氧化气体特异性的校准吸附溶液的取样系(sample train)或冲击式采样器捕集阱(impinger trap)的气敏电子传感器测量。实例包括但不限于用于吸附二氧化氮的Saltzman试剂和用于二氧化硫的West-Gaeke方法。通过包括已知的分析方法如化学计量滴定、重量分析、比色法、与现有技术的光谱测定或分光技术连接的色谱法来测定氧化气体的量。 [0097] 实施例3和4中描述了涂覆在聚酯上的通过实施例1和2的方法的本发明的组合物的二氧化氮清除率，其示出了闭合系统中3-10分钟内从约1600ppb开始的二氧化氮的完全清除(低于检测限)(表1)。 [0098] 表1 [0099] [0100] 实施例3 [0101] 在包括表面积为25cm2的涂覆有用于通过实施例1和2的方法使氧化气体失活的本发明的组合物的聚酯层的一个实施例中，在保持在2.5m/s的气体的动态流下，在闭合系统中在暴露时在80％RH下在3分钟内除去了1661ppb的二氧化氮。图1示出了二氧化氮的清除率。 [0102] 实施例4 [0103] 在代表性过滤材料的测试样品的另一个实施例中，其包括表面积为27cm2的涂覆有通过实施例1和2的方法的用于使氧化气体失活本发明的组合物的两个聚酯层的叠层，其在保持在2.5m/s的气体的动态流下，暴露在闭合系统中，在74％RH下在10分钟内除去了1638ppb的二氧化氮。图1示出了二氧化氮的清除率。 [0104] 实施例5 [0105] 在包括堆叠的面罩材料的另一个实施例中，其包括表面积为17.35cm2的涂覆有通过实施例1和2的方法的用于使氧化气体失活的本发明的组合物的聚酯层，在模拟人类呼吸的流动速率下，在单次流动通过系统中，在温度和湿度保持在37摄氏度和95％RH下，在27分钟内在151ppb下除去了69％的二氧化氮(表2)，其中。图2示出了二氧化氮的清除率。 [0106] 实施例6 [0107] 在包含包括表面积为17.35cm2的没有用于使氧化气体失活的本发明的组合物的聚酯层的堆叠的面罩材料的另一个实施例中，该材料叠层在模拟人类呼吸的流动速率下，在单次流动通过系统中，在温度和湿度保持在37摄氏度和95％RH下，在135ppb下在26分钟内除去了28％的二氧化氮(表2)。图2示出了二氧化氮的清除率。 [0108] 表2 [0109] [0110] 水分对通过本发明的组合物使氧化气体失活的影响 [0111] 少量的水分强烈地增强组合物使二氧化氮、二氧化硫和其它氧化气体失活的能力。 [0112] 通常当实施方式是面罩时，通过在组合物中包含一种或多种保持活性层内的水分的保湿剂或吸湿剂，可以将呼气中的水分用于增强中和氧化气体的活性。 [0113] 当实施方式是面罩材料时，呼气中的水分最佳地导致在稳定状态下的纺织品材料的污染物失活层的重量增加至少15％。 [0114] 实施例7 [0115] 在包括堆叠的面罩材料的一个实施例中，堆叠的面罩材料包含表面积为17.35cm2的涂覆有通过实施例1和2的方法的用于使氧化气体失活的本发明的组合物的聚酯层，首先通过温和地挤压两张稍湿的试纸之间的材料来实现重量增加61％来预湿润该实施例。该材料叠层在模拟人类呼吸的流动速率下，在单次流动通过系统中，在温度和湿度保持在37摄氏度和95％RH下，在161ppb下在26分钟之后测量除去了91％的二氧化氮(表3)。图2示出了二氧化氮的清除率。 [0116] 实施例8 [0117] 在包括堆叠的面罩材料的另一个实施例中，堆叠的面罩材料包含表面积为2 17.35cm 的涂覆有通过实施例1和2的方法的用于使氧化气体失活的本发明的组合物的聚酯层，在模拟人类呼吸的流动速率下，在单次流动通过系统中，在温度和湿度保持在37摄氏度和95％RH下，在254ppb下在64分钟平衡之后测量除去了75％的二氧化氮(表3)。图3示出了二氧化氮的清除率。 [0118] 实施例9 [0119] 在包括堆叠的面罩材料的一个实施例中，堆叠的面罩材料包含表面积为17.35cm2的涂覆有通过实施例1和2的方法的用于使氧化气体失活的本发明的组合物的聚酯层，首先通过平缓地挤压两张稍湿的试纸之间的材料来实现由于吸收水分的重量增加61％来预湿润该实施例。该材料叠层在模拟人类呼吸的流动速率下，在流动系统中，在温度和湿度保持在37摄氏度和95％RH下，在176ppb下在33分钟内除去了90％的二氧化氮(表3)，其中。图3示出了二氧化氮的清除率。 [0120] 表3 [0121] [0122] 实施例10 [0123] 在包括堆叠的面罩材料组成的一个实施例中，其包含表面积为17.35cm2的涂覆有通过实施例1和2的方法的用于使氧化气体失活的本发明的组合物的聚酯层，首先通过平缓地挤压两张稍湿的试纸之间的材料来实现由于吸收水分的重量增加22％来预湿润该实施例。该材料叠层在模拟人类呼吸的流动速率下，在单个流动通过系统中，在温度和湿度保持在37摄氏度和95％RH下，在310ppb下在117分钟内除去了93％的二氧化硫，其中。图4示出了二氧化氮的清除率。 [0124] 通过本发明的组合物使空气污染中的其它成分失活 [0125] 有气味的物质.空气污染中的一些成分可能不是显著的健康危害，但是仍具有令人不愉快的气味。本发明的组合物和它们在面罩或空气过滤器中的实施方式可以降低呼入的空气中的使人不愉快的有气味的物质的浓度。 [0126] 巯基化合物.巯基化合物和硫醇是强烈的使人不愉快的有气味的物质。这些和有关的化合物由包括铁酞菁的铁化合物捕获。本发明的组合物和因此它们的实施方式对于减少人们暴露于周围的巯基气味的物质是有用的。 [0127] 氨.氨是一种有毒的刺激物并具有使人不愉快的气味。碘化亚铜具有与包括氨的亲核化合物配位的能力。本发明的组合物和因此它们的实施方式对于减少人们暴露于氨是有用的。 [0128] 一氧化碳和氰化氢.除有毒的氧化气体之外，空气污染可以包含有毒的还原气体如一氧化碳和氰化氢。这些气体的毒性部分地通过它们结合至螯合在亚铁血红素中的铁、血红蛋白的携带氧的亚单元而介导。铁酞菁在结构上与亚铁血红素类似，其是一种卟啉。另外结合至亚铁血红素的还原气体也结合至铁酞菁；因此在应用于面具材料的本发明的组合物中包含的铁酞菁捕获还原气体并保护佩带这种面罩的人。 [0129] 多环芳烃.多环芳烃(PAH)是通过碳类燃料或烟草的燃烧产生的平面芳香族化合物。许多PAH是致癌物，包括苯并[α]芘和苯并[α]蒽(C18H12)，通过插入在DNA的碱基对之间并引起化学损害和复制错误而起作用。PAH是烟草烟雾中的主要致癌物，并且在路边空气和粉尘或邻近化石燃料的燃烧的其它位置中发现。 [0130] 平面PAH通过两类分子上的芳香族环结构之间的相互相用结合至酞菁分子，包括铁酞菁。本发明的组合物的金属酞菁提取易挥发的或气载的PAH分子。本发明的组合物和实施方式如面罩和空气过滤器防止吸入PAH或与PAH接触，从而降低与暴露于二手烟草烟雾中的PAH、或被化石燃料、木材或其它碳类燃料的燃烧污染的空气中的PAH有关的风险。 [0131] 挥发性有机化合物.在空气污染中可以找到大量的挥发性有机化合物(VOC)，且与大部分的空气污染成分不同，它们通常在室内的浓度更高。VOC常常是由涂料和清漆(漆器，lacque0072)、脱漆剂、清洁用品、建筑材料和装璜、办公设备和燃料(包括烹饪燃料)发出的。 [0132] VOC的不利的健康影响可以从眼睛、鼻子和咽喉刺激至中枢神经系统损害。损害的严重性取决于VOC的类型和吸入空气中的浓度。 [0133] 本发明的组合物和它们作为面罩或空气过滤器的实施方式可以捕获各种VOC或使各种VOC失活，包括醛、酮、吡啶和其它芳香族胺。 [0134] 碘化亚铜或其+1氧化态的铜盐可以与各种各样的亲核化合物形成配位络合物；其已经被用作用于电极的涂料以检测各种各样的VOC；面具材料中碘化亚铜和VOC之间类似的相互作用有利于本发明的组合物捕获VOC的能力。 [0135] 汞蒸汽.汞在大部分的环境条件下是液态，熔点为-38.8摄氏度。液态汞具有高蒸发压力，所以汞蒸气通常存在于大气中，但是有害的浓度主要在一些工业或医疗环境中以及在煤炭燃烧或采矿工程周围的区域中。汞蒸汽是有毒的，尤其影响大脑。 [0136] 碘化亚铜，本公开的污染物失活组合物的关键成分，其快速地和有效地与汞蒸汽络合，形成四碘汞化铜(Cu2HgI4)。该性质具有已知的将碘化亚铜用作检测周围的汞蒸汽的试剂的实用性；例如，已经将用碘化亚铜处理的纸张用作用于周围的汞蒸汽的检测器。 [0137] 本公开的污染物失活组合物通过将蒸发的汞捕获在过滤器基质内并从而减少其可被吸入的量提来供针对蒸发的汞的防护。 [0138] 用于氧化气体的剂量计(dosimeter) [0139] 包含本发明的组合物的一次性防护面具包含有限量的中和有毒的氧化气体如二氧化氮、二氧化硫或臭氧的活性剂。因为通常将活性组合物密封在面罩的过滤层之间，所以其没有提供关于作用的有效时间的直接的目视标志。基于对特定的氧化气体的累积暴露量的改变颜色的剂量计提供了用于测量对氧化气体的总暴露量的方式，其中颜色变化与气体暴露的浓度×时间乘积成比例。校准的颜色变化对应于面罩或空气过滤器中的本发明的组合物的活性寿命，并向使用者提供丢弃或更换面具或过滤器以保持对周围的氧化气体的防护的信号。在一个实施方式中，将小的纺织品贴片(small textile patch)形式的小的比色剂量计固定至面具或空气过滤器。 [0140] 在暴露于二氧化氮的情况下颜色变化的试剂是已知的，例如Rakowski等人的美国专利3,574,552中公开的用近似相等重量的草酸酸化的二苯胺，通过引用将其结合于此。然而，在一个实施方式中，将试剂应用于聚丙烯非编织的纺织品材料，以代替在该公开中将二苯胺和草酸应用于硅胶基质。用于该目的的有利的纺织品是聚丙烯纺粘织物，其预先涂覆了水性聚乙烯醇并允许干燥，之后应用二苯胺和草酸的甲醇溶液，其允许然后通过溶液蒸发整合到聚乙烯醇涂覆的纺织品中。这种剂量计纺织品是白色或淡蓝色的，并在暴露于二氧化氮期间变为绿色，其中适合于变色的灵敏度接近于本发明的面罩或空气过滤器的有效寿命。可选地制造类似的比色剂量计纺织品，以用于使用本领域已知的但是应用于在本发明中使用的涂覆有聚乙烯醇的聚丙烯的试剂监测对二氧化硫、臭氧或汞蒸汽的累积暴露量，尤其当将剂量计固定至面罩或空气过滤器时。用于监测二氧化硫的合适的试剂包括如分别在McKee的美国专利4,348,358和McConnaughey的美国专利3,378,348中公开的苯酚磺酞(phenolsulfonephthalein)和碳酸钠、或苯酚红(phenol red)或溴百里酚蓝染料的混合物，通过引用将其结合于此。用于检测汞蒸汽的合适的试剂是碘化亚铜，在汞蒸汽存在的情况下产生粉红色染色。 [0141] 实施例11 [0142] 用于二氧化氮的比色剂量计贴片 [0143] 通过将聚丙烯纺粘纺织品浸渍在聚乙烯醇的4％w/w水溶液中，除去过量溶液，并2 允许空气干燥纺织品来用聚乙烯醇涂覆聚丙烯纺粘纺织品的1.76cm的圆盘。将包含二苯胺(6.3％w/w)和草酸(6.3％w/w)的甲醇溶液(0.75mL)均匀涂覆至聚丙烯材料并用试纸温和地吸干以除去过量液体。允许在空气中干燥处理的聚丙烯。在周围的城市空气污染中将其暴露于二氧化氮中接近于12小时导致了纺织品上的白色或浅蓝色显色试剂变为绿色。 [0144] 实施例12 [0145] 用于二氧化氮和臭氧的比色剂量计贴片 [0146] 基于淀粉和碘的相互相用制备响应二氧化氮或臭氧经历颜色变化的剂量计，二氧化氮和臭氧都是有害的空气污染组分。已知将用淀粉和碘化钾浸渍的试纸用于检测碘或氧化剂，但是出于活性原因要求应用水分。一旦润湿，淀粉试纸具有用作空气污染剂量计的基础的针对存储和使用期间保持水合的不适当的稳定性。此外，源自大气中的二氧化碳的碳酸氧化碘化钾，可能产生与有害的氧化气体无关的信号。发现甘油可以替换与水的水合，以及用碳酸氢钠或碳酸钠控制pH可以防止由大气二氧化碳引起的碘化物氧化和随之的变色。结果是用于二氧化氮和不需要用于活化的外来水的臭氧的高度灵敏的剂量计，且其将其存储在闭合的气密性的封装中时是稳定的。 [0147] 通过用试剂的溶液处理产生合适的剂量计。使用以下所描述的800mL的部分A和200mL的部分B制备1000mL的纺织品处理溶液。 [0148] 部分A：将8克的玉米淀粉添加到小闭合容器中的40mL的蒸馏水中并震荡以形成浆料。将660mL蒸馏水加热至沸腾并将40mL淀粉浆料添加到在沸点温度下的660mL的水中。淀粉快速地凝胶化并变得半透明。添加100mL的甘油和3克的碘化钾并搅拌至溶解，产生800mL总体积的部分A。 [0149] 部分B是防止在水分存在下由大气中的CO2和氧形成碳酸的缓冲剂。在指示的浓度下，当干燥到聚酯纺织品或其它合适的纤维素材料上时，缓冲剂不干扰氧化气体(二氧化氮或臭氧)与碘化物的反应或干扰指示它们的存在的颜色变化。然而，缓冲剂在存储期间防止由于CO2的颜色变化，尤其是如果仅用小体积的空气封装剂量计。为了制备200mL的部分B，将0.52克碳酸氢钠(NaHCO3)和0.04克氢氧化钠(NaOH)添加到200mL的蒸馏水中并搅拌以溶解。 [0150] 对于将剂量计溶液涂覆至纺织品，将800mL的部分A和200mL的B混合在一起，产生总体积1000mL的溶液。将聚酯纺织品浸泡到组合物中持续约30秒，移除，排干，并温和地吸干以除去过量的液体。允许在室温下或可替换地在50摄氏度的烘箱中干燥处理的纺织品。干燥之后纺织品的重量增加是约60％。封装处理的聚酯纺织品的切片并在它们干燥后立即将其密封在自封塑料袋(ziplock plastic bag)中。处理和干燥的聚酯外观是白色的，且在触摸时不粘。在气密性塑料袋中，其保持白色至少四个月。当暴露于郊外或城市环境中的周围的室外空气时，剂量计逐渐变棕，与潜在有害的氧化气体二氧化氮或臭氧的暴露量成比例。暗棕色指示使用者应在指定的颜色变化时替换本发明的防污染面具以保持对于环境空气污染的最佳防护。剂量计此外向使用者强调他们的环境包含潜在有害的、但是通常不可见的空气污染成分，以有动机采取防护措施，包括佩戴使用本发明的组合物处理的面具。 |
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