EP4168374A1 - Pastille de céramique filtrante pour masque de protection respiratoire, cartouche amovible intégrant une telle pastille, masque de protection respiratoire afférent - Google Patents

Pastille de céramique filtrante pour masque de protection respiratoire, cartouche amovible intégrant une telle pastille, masque de protection respiratoire afférent

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Publication number
EP4168374A1
EP4168374A1 EP21731826.0A EP21731826A EP4168374A1 EP 4168374 A1 EP4168374 A1 EP 4168374A1 EP 21731826 A EP21731826 A EP 21731826A EP 4168374 A1 EP4168374 A1 EP 4168374A1
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EP
European Patent Office
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ceramic
less
mask
ceramic part
filtering
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP21731826.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Alain AUFFRET
Christophe Chambet
Gérard PERNAT
Louis PERNAT
Laurent GABERT
Nicolas Raffin
Adrien Vincent
Yves Boussant-Roux
Laurent Pierrot
Vincent Gleize
Stéphane RAFFY
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanoceram
Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
Precise France SAS
Original Assignee
Nanoceram
Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
Precise France SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanoceram, Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS, Precise France SAS filed Critical Nanoceram
Publication of EP4168374A1 publication Critical patent/EP4168374A1/fr
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    • C04B2237/586—Forming a gradient in composition or in properties across the laminate or the joined articles by joining layers or articles of the same composition but having different densities

Definitions

  • the present invention relates to a sintered ceramic part, more particularly intended to be implanted in a respiratory protection mask.
  • the applications of the invention are numerous, among which we can cite the medical and paramedical sector, health security services (ambulance personnel, firefighters, civil security, etc.), the general public, in particular the elderly, businesses, deaf or hard of hearing people.
  • a surgical protective mask is used.
  • Such a mask consists of one or more layers of textile or paper held on the wearer's face by elastics or straps.
  • a surgical mask comprises a stack consisting of an outer layer of non-woven polypropylene (PP) / a filter layer made from PP microfibers / an acrylic backing / an inner layer of non-woven PP.
  • the fine particles suspended in an aerosol which can be filtered by surgical masks can be of the order of 3 pm ⁇ 0.3 pm (D50 by volume), with an efficiency of up to 98%
  • these masks are designed to filter out only bacteria and viruses. Even though they de facto filter out certain pollutants and / or certain particles of matter, they are not designed for this.
  • the intrinsic quality of protection of these masks is relatively low, because their main aim is to avoid projections of wearers onto the nearby environment and not the other way around.
  • the nursing staff who wear such masks cannot really communicate with the patients, because the textile layer (s) on the one hand form a sound barrier and on the other hand are opaque which prevents lip reading by patients.
  • washable textile masks have been produced. These washable masks have the same inherent limitations as surgical masks. Effective cleaning requires compliance with special conditions, including drying at high temperature and / or ironing. In addition, they are often thick and therefore relatively heavy and uncomfortable for some users, with in particular the frequent risk of the presence of mist on the glasses. The manufacture of such textile masks is also difficult to automate, since sewing operations are required.
  • shell masks with one or more housings in which filter materials are housed.
  • These masks in principle have improved filtering power, for example FFP2 or FFP3 according to standards NF EN 149 and NF EN 13724-7.
  • shell masks of the FPP3 type are known designed to filter fine and very fine particles, and up to 99% of fine particles of the order of 0.06 to 0.1 lpm (D50 by volume).
  • Military shell masks are designed exclusively to filter gaseous pollutants, such as CO2 or nitrogen oxide.
  • some plastic masks have been made by additive manufacturing. These masks include a flexible part forming a skirt connected to a central rigid part in the form of a shell which accommodates one or more layers of filtering material between two grids, including a cap that can be removed to allow the replacement of the layers of filtering material. .
  • the masks on offer are also relatively heavy and uncomfortable to wear over a long period.
  • the additive manufacturing offered is not very compatible with mass production likely to meet strong demand in times of health crisis.
  • most of the existing respiratory protection masks are designed for a type of species to be filtered which is fixed (fine particles or gaseous pollutants or viruses and bacteria) and / or for a given level of efficiency (FFP1 or FFP2 or FFP3).
  • the aim of the invention is to respond at least in part to this (s) need (s).
  • the invention firstly relates to a respiratory protection mask, comprising: - a rigid frame to be placed on the face of a user;
  • a sealing envelope fixed or formed integrally with at least the rear of the frame, shaped to match the shape of the face by surrounding an area comprising the nose and the mouth, the sealing envelope comprising in its part behind a flexible sealing lip shaped to be in contact with the face, delimiting the area;
  • a first filtration cartridge housing at least one filter material, the first filtration cartridge being removably attached to the casing, to allow air to pass by filtering it from outside the mask by inspiration of the user and if necessary to the outside by user expiration.
  • the sealing lip is made with a flexible wall thickness which may be thick, over at least part of its length. This further guarantees both the comfort of the mask wearer and the tightness of the volume enclosing the mouth and nose from the outside.
  • the mask comprises a second filtration cartridge housing at least one filtering material, the second filtration cartridge being removably attached to the casing, to allow air to pass by filtering it from the outside. by inspiration of the user and if necessary outward by expiration of the user.
  • the first and second filter cartridges are identical.
  • it is possible to have the same air flow inspired by cartridge which allows to have a balanced filtration and a homogeneous air circulation in the volume in contact with the user, imprisoned by the mask.
  • the mask comprises:
  • the exhaust valve consists of a flexible blade extended by a stud, the blade being held by being inserted into the frame with the stud mounted in a through hole of the frame, such that a exhalation of air from inside the mask deflects the blade by disengaging the nipple from the hole at least partially while inhalation of air from inside the mask deflects the blade, sealing the hole through the nipple.
  • the exhaust valve is configured to amplify the sounds of the user's speech.
  • the exhaust valve is made of elastomer, more preferably of silicone.
  • the mask is advantageously symmetrical with respect to a longitudinal median plane, the first and second cartridges being fixed symmetrically on either side of the median plane, each through one of the lateral edges of the envelope, while that the third cartridge is fixed through one of the longitudinal edges of the casing around the longitudinal median plane.
  • the first, possibly the second, possibly the third cartridge being attached to the casing by a snap-fit attachment.
  • the air is inspired only through the first and second cartridges, because the valve prevents any inspiration by the third cartridge which is therefore dedicated to filtering only the air exhaled by the mask user.
  • the first, optionally the second, optionally the third filter cartridge is provided with a groove or a continuous snap-on bead on its periphery to snap with respectively a bead or a continuous latching groove on a periphery of the casing so as to achieve a sealed fixing.
  • the envelope is fixed to the frame by a snap-fit fixing.
  • the transparent interface wall can be attached to the frame by gluing.
  • the rigid frame is made of plastic material (s), preferably polycarbonate (PC).
  • the envelope being made of elastomer, preferably of silicone.
  • the rigid frame advantageously comprises at least two lugs formed integrally therewith, for the attachment of at least one elastic band with holes, forming a strap attached to the user's head.
  • the mask comprises a visor removably attached to the rigid frame.
  • This visor protects the eyes, especially in an environment where projections take place.
  • the visor can be perfectly integrated into both the ergonomics and the aesthetics of the mask.
  • the visor is attached to the rigid frame by a snap-fit attachment.
  • the visor comprises at least two latching tabs or at least two latching notches to snap into individually with respectively at least two latching notches or at least two latching tabs of the 'frame.
  • the transparent interface wall and / or, where appropriate, the visor is (are) made of plastic material (s), preferably polycarbonate (PC) or poly (methyl methacrylate) (PMMA).
  • plastic material preferably polycarbonate (PC) or poly (methyl methacrylate) (PMMA).
  • PC polycarbonate
  • PMMA poly (methyl methacrylate)
  • the interface wall and / or, where appropriate, the visor be (in) t tinted in the mass while being transparent.
  • the interface wall and / or, where appropriate, the visor be (in) t tinted in the mass while being transparent.
  • the transparent interface wall and / or, where appropriate, the visor can be curved, preferably in the form of a spherical portion.
  • the rigid frame supports at least one identification plate on which at least one alphanumeric and / or bar code are engraved.
  • Each mask according to the invention can be individually identified.
  • the mask can comprise at least one housing of at least one radio identification tag (RFID) and / or at least one electronic wireless communication chip of the wifi or Bluetooth® type. It is thus possible to carry out precise monitoring of the user. For example, in environments highly exposed to contaminants, we can record information in real time, including user exposure time, location, etc.
  • RFID radio identification tag
  • a further subject of the invention is a filtration cartridge, intended to be removably attached to a sanitary protection mask according to one of the preceding claims, comprising:
  • the two parts of the body can be screwed to each other.
  • a subject of the invention is a sintered ceramic part in the form of a pellet, intended to be implanted in a respiratory protection mask, the ceramic part having a total porosity greater than 40%, preferably greater than 50%, preferably greater than 50%. greater than 55%, or even greater than 60%, or even greater than 70% and preferably less than 90%, or even less than 85%, or even less than 80%, preferably between 55 and 85%.
  • a ceramic tablet also has the advantage of being able to be cleaned and / or purified for reuse. It therefore generates little waste.
  • ceramic means any non-metallic and non-organic material.
  • the term "sintering” means the consolidation by heat treatment at more than 1100 ° C, of a preform, possibly with a partial or total melting of some of its constituents (but not all of its constituents, so that the preform is not transformed into a liquid mass).
  • recrystallized silicon carbide is meant recrystallized silicon carbide by high temperature treatment of the ceramic part, and in particular of the ceramic foam. Recrystallization is a well-known phenomenon corresponding to a consolidation by sublimation of the smallest grains of silicon carbide then condensation to form the bond with the larger grains.
  • the total porosity, in percentage, is conventionally equal to 100 x (1 - the ratio of the geometric density divided by the absolute density).
  • the geometric density is measured according to standard ISO 5016: 1997 or EN 1094-4 and expressed in g / cm 3 . It is conventionally equal to the ratio of the mass of the sample divided by the apparent volume.
  • the absolute density value is conventionally measured by dividing the mass of a sample by the volume of this ground sample so as to substantially eliminate the porosity.
  • the pore size can alternatively be determined by tomography.
  • the pore size distribution can also be shown cumulatively, with the pore sizes listed in ascending order. Each pore size is thus associated with a percentile which corresponds, on the cumulative distribution curve, to the percentage of the volume of the porosity which consists of pores having a size smaller than said size.
  • the 50 percentile, or D50 is therefore the median size of a population of pores. This size divides, by volume, said population into two groups: a group representing 50% of the pore volume and whose pores have a size less than the median size and another group representing 50% of the pore volume and whose pores have a size greater than or equal to said median size.
  • the D10 and D90 percentiles of the pore population are therefore the pore sizes corresponding respectively to the percentages of 10% and 90% on the cumulative distribution curve of pore size distribution classified in ascending order.
  • the ceramic part is made of silicon carbide or cordierite or aluminum titanate or zirconia or alumina or mullite or silica or titanium oxide T1O2 or of titanium sub-oxides TiO x where x is greater than 1.5, or even greater than 1.6 and less than 2, preferably less than 1.9, or mixtures thereof.
  • the ceramic part comprises more than 80% by mass of silicon carbide (SiC), or even more than 90% of silicon carbide, or even more than 95% of silicon carbide, or even consists essentially of silicon carbide. .
  • the silicon carbide is recrystallized silicon carbide, in particular in alpha form. Recrystallized silicon carbide is particularly interesting because it allows to obtain parts having a micro structure whose pores are almost exclusively open and very interconnected.
  • the silicon carbide can be doped with less than 5%, or even less than 4%, or even less than 3%, or even less than 2%, or even less than 1% of one or more selected elements. (s) from nitrogen (N), gallium (Ga), phosphorus (P), boron (B), aluminum (Al), beryllium (Be) and their mixtures.
  • the ceramic part consists, in percentage by mass on the basis of the crystallized phases, from 25 to 55% of mullite (3AI2O3-2S1O2), 20 to 65% of corundum (AI2O3 in alpha crystalline form), 10 to 40% zirconia (ZrCh), mullite, corundum and zirconia together representing more than 80%, preferably more than 90%, preferably more than 95%, preferably more than 98% of the mass of the crystallized phases.
  • mullite 3AI2O3-2S1O2
  • corundum AI2O3 in alpha crystalline form
  • ZrCh zirconia
  • mullite, corundum and zirconia together representing more than 80%, preferably more than 90%, preferably more than 95%, preferably more than 98% of the mass of the crystallized phases.
  • the forming processes by tape casting or by foaming are particularly suitable for the production of parts of complex shapes, in particular pellets, before firing to avoid / limit the machining steps.
  • a ceramic part according to the invention has a thickness of between 1 and 20 mm, preferably greater than 2 mm, or even greater than 3 mm and / or less than 15 mm, or even less than 10 mm.
  • the ceramic part also has one or more of the following characteristics:
  • the median size of the pores is greater than 1 ⁇ m, or even greater than 5 ⁇ m, or even greater than 10 ⁇ m, or even greater than 20 ⁇ m, or even greater than 30 ⁇ m, or even greater than 40 ⁇ m, or even greater than 50 ⁇ m, preferably greater than 60 ⁇ m, preferably greater than 70 ⁇ m and less than 400 ⁇ m, or even less than 300 mhi, or even less than 200 mhi, or even less than 160 mhi, or even less than 150 mhi, preferably less than 145 mhi, or even 140 mhi, or even less than 130 mhi, or even less than 120 mhi;
  • the D90 percentile by volume on the cumulative distribution curve of the pore sizes classified in ascending order, measured by mercury porosimetry is less than 250 ⁇ m, preferably less than 220 ⁇ m, preferably less than 200 ⁇ m, preferably less than 180 ⁇ m, and / or greater than 50 ⁇ m, preferably greater than 60 ⁇ m, preferably greater than 70 ⁇ m, preferably greater than 80 ⁇ m;
  • the D10 percentile by volume on the cumulative distribution curve of the pore sizes classified in increasing order, measured by mercury porosimetry, is preferably greater than 5 ⁇ m, preferably greater than 8 ⁇ m;
  • the difference D90-D10 is less than 250 ⁇ m, or even less than 200 ⁇ m, or even less than 180 ⁇ m and / or greater than 40 ⁇ m, or even greater than 50 ⁇ m;
  • the (D90 - Dio) / Dso ratio is preferably less than 2, preferably less than 1.8, preferably less than 1.7, preferably less than 1.6, preferably less than 1.5, and / or greater than 0.8, preferably greater than 0.9, preferably greater than 1.0;
  • the pores of size greater than 300 ⁇ m represent less than 10% by volume, or even less than 5% by volume;
  • Tortuosity is measured by nanotomography. The images have a resolution suitable for binarization. The use of software such as iMorph ⁇ makes it possible to obtain a three-dimensional geometric characterization and to calculate the tortuosity. Tortuosity is defined as the ratio between the shortest path making it possible to cross the sample in the direction of its thickness, within its porosity, and the distance or the line segment joining the starting point and the point of arrival corresponding to this route;
  • the ceramic part is formed by an agglomeration of grains, all the grains preferably having an average aspect ratio, on average over all the grains, less than 2, preferably less than 1.5, the aspect ratio being classically the report L / l where L designates the length of the grain, i.e. its greatest dimension, and 1 designates the width of the grain, i.e. its greatest dimension in any transverse plane perpendicular to the length direction.
  • the ceramic part is a ceramic foam having a plurality of cells, the majority of these cells being connected to other adjacent cells by cell windows or pores.
  • a cell on the surface of the ceramic foam also generally has one or more openings to the outside.
  • the walls delimiting the cells have a so-called “intergranular” porosity. They are in fact formed by agglomeration of particles, this agglomeration leaving interstices or “intergranular pores” between the particles.
  • An example of ceramic foam according to this embodiment is described in EP1778601.
  • the ceramic foam advantageously has one or more of the following characteristics:
  • the intergranular porosity is at least 5%, preferably at least 8%, more preferably at least 10% and / or less than 25%, or even less than 20%;
  • the median size of the intergranular pores is less than 25 ⁇ m, or even less than 20 ⁇ m and greater than 4 ⁇ m, or even greater than 7 ⁇ m, or even greater than 10 ⁇ m, or even greater than 13 ⁇ m;
  • the median size of the cellular pores is less than 400 ⁇ m, or even less than 300 ⁇ m, or even less than 200 ⁇ m, or even less than 180 ⁇ m, or even less than 160 ⁇ m, preferably less than 150 ⁇ m, or even less than 140 ⁇ m, preferably less than 130 ⁇ m and greater than 40 ⁇ m, or even greater than 50 ⁇ m, or even greater than 80 ⁇ m;
  • the total porosity is greater than 55%, or even greater than 60%, or even greater than 70%.
  • a ceramic foam advantageously has an essentially open porosity, which makes it accessible and allows a high filtration capacity.
  • a ceramic foam advantageously makes it possible to filter particles whose size is up to 30 times smaller than the median pore size, which makes it possible to limit the pressure drop.
  • a ceramic foam advantageously presents an excellent compromise between the pressure drop and the filtration capacity, which makes it possible to constitute a mask exhibiting both good breathability and effective filtration.
  • the ceramic part consists of several superimposed ceramic layers having different respective total porosities.
  • the total porosity and the median pore size of the layer constituting the air inlet face to be filtered are less than those of the other layer (s).
  • the different layers can result from the impregnation of a part of the ceramic part.
  • a layer can be obtained by impregnating part of the thickness of the part with a slip based on silicon carbide and optionally comprising pore-forming agents; the slip then fills both the cellular pores and the intergranular porosity constituting a differentiated layer in the ceramic part.
  • the impregnated part is the air inlet face to be filtered.
  • this impregnated part has:
  • the total porosity of the impregnated part is greater than 30%, or even greater than 35% and preferably less than 70%, or even less than 60%, or even less than 50%; and or
  • the ceramic part is provided with a coating for inactivating one or more pathogens.
  • the inactivation coating is suitable for the pathogens to be inactivated.
  • the inactivation coating can be a coating eliminating one or more pathogenic agents, for example bactericidal and / or virucidal.
  • the inactivation coating may in particular consist of nanoparticles, in particular based on silver and / or copper.
  • the coating can be deposited by impregnation directly in the porous structure, in particular in the case of a ceramic foam, directly on the walls of the foam, The coating can be deposited on one of the external faces of the part ceramic, preferably the air inlet face to be filtered.
  • the very porous micro structure, and in particular the microstructure of a ceramic foam, advantageously offers a very large exchange surface with the inactivation coating.
  • the invention also relates to the use of a sintered ceramic part as described above for filtering the air intended to circulate in a respiratory protection mask.
  • Figure 1 is a perspective view from the front of an exemplary respiratory protection mask according to the invention.
  • Figure 2 is a perspective view from the rear of the example mask according to Figure 1.
  • Figure 3 is an exploded view of a mask according to Figures 1 and 2.
  • Figure 4 shows a front view of another example of respiratory protection according to the invention as it is in the configuration worn by a user.
  • Figure 5 is a side view of Figure 4.
  • FIG. 7 is a front perspective view of an example of a filter cartridge with filtering material according to the invention to be removably attached to a mask according to the invention.
  • Figure 8 is a rear perspective view of a removable filter cartridge according to Figure 7.
  • Figure 9 is a longitudinal sectional view of the filter cartridge according to Figures 7 and 8.
  • Figure 10 shows in longitudinal section a variant of the filter cartridge according to the invention.
  • Figure 11 is a schematic view of the principle of filtration of a mask according to the invention, both on inspiration and on expiration of the user.
  • Figure 12 is a detail sectional view of a mask according to the invention made at a removable filter cartridge arranged on one of the side edges.
  • Figure 13 is a detail sectional view of a mask according to the invention made at a removable cartridge arranged at the plane of symmetry of the mask.
  • Figure 14 is a perspective view of an exemplary exhaust valve mounted in a mask according to the invention.
  • Figure 15 is a perspective view from the front of another example of a respiratory protection mask according to the invention.
  • Figure 16 is a perspective view from the rear of the other example mask according to Figure 15.
  • top”, bottom” “above”, “below”, “upper” and “lower” are to be understood by reference in the configuration worn by a user in a standing position. with the head vertical.
  • FIG. 1 An example of a mask 1 according to the invention is shown in Figures 1 to 3.
  • the mask 1 is symmetrical with respect to a longitudinal median plane.
  • the mask 1 first comprises a rigid frame 2 to be placed on the face of a user.
  • This rigid frame 2 is for example made of polycarbonate (PC) by injection molding.
  • a sealing envelope 3 is fixed by snap-fastening with at least the rear of the frame 2. As can be seen in FIGS. 4 to 6, this sealing envelope 3 is shaped to match the shape of the face by surrounding an area comprising nose and mouth. More specifically, the sealing envelope 3 comprising, in its rear part 30, a flexible sealing lip 31 shaped to be in contact with the face, delimiting the area.
  • the rear part 30 includes in particular a narrower projecting zone 300, intended to conform to the shape of the bridge of the nose.
  • the sealing envelope 3 is for example made of silicone, a flexible material which allows perfect sealing in contact with the skin but also brings lightness to the mask and comfort of wearing for the user.
  • a transparent interface wall 4 is glued to the front of the frame, so as to make the mouth visible, as can be seen in FIGS. 4 to 6.
  • This transparent interface wall 4 is for example made of polycarbonate ( PC) or poly (methyl methacrylate) (PMMA). As illustrated in Figures 4 to 6, this wall 4 as the rigid frame 2 are curved in the form of a spherical portion for the aesthetics of the mask and best fit the contour of the wearer's face.
  • Mask 1 further comprises two identical cartridges 5 attached symmetrically on either side of the median plane of the mask.
  • Each of these two cartridges 5 is removably attached to the casing 3, through one of the side edges of the casing. More precisely, each of the cartridges 5 is snapped onto the sealing casing 3 by passing through aligned through openings 40, 20, 32, produced respectively in the transparent wall 4, in the rigid frame 2 and in the casing of sealing 3.
  • Each of the two removable side cartridges 5 houses at least one filter material 6; 6.1,6.2. More precisely, as illustrated in FIGS. 7 to 10, a removable cartridge 5 comprises a body 50 in two parts 51, 52 assembled together by defining a housing. Each of the two parts 51, 52 is pierced with a plurality of through holes 510, 520 opening into the housing of the body 50. A support 53 housed in the housing of the body 50 maintains with sealing, at least one filter material 6; 6.1,6.2 in the form of a pellet. As illustrated in Figure 9, two pellets of filter material 6.1, 6.2, which may be of different materials, are kept parallel by the support. In FIG. 10, a single pellet 6 is held by the support 53. As also illustrated in FIGS. 9 and 10, the two parts 51, 52 of the body can be screwed together to achieve their assembly. For example, the part 51 forming the cover comprises an internal thread 511 which cooperates with the external thread 521 of the part 52 forming the bottom of the body 50.
  • the parts 51, 52 of the body are for example made of aluminum, a light material that is easy to machine.
  • the support 53 is for example made of flexible material (s) and with shock absorbing function.
  • the support 53 is made of elastomer, typically silicone, rubber, etc.
  • a particularly advantageous embodiment of a pellet 6 of filter material consists of a sintered ceramic part having a total porosity of greater than 40%.
  • Sintered ceramic pellets 6 have enhanced filtration power, for example of the LMP1, LMP2 or even LMP3 type.
  • SiCi, S1C2, and SiC 3 denote the mass percentages of the three silicon carbide powders used, on the basis of the mineral material.
  • the percentages of the additives are given on the basis of the mass of the mineral material (SiC).
  • Example 1 an aqueous premix B comprising gelatin, foaming agent, glycerin and hardener diluted in 58% deionized water was heated in a water bath at 55 ° C. A slip in aqueous phase A comprising mineral SiC powders, the mass load of which is 80% and the pH of which has been adjusted by adding soda to 10.5 was added to the premix B.
  • the foamy mixture obtained was poured, at room temperature (20 ° C.), into a mold making it possible to manufacture a preform of dimensions 600mm x 400mm x 65mm.
  • the mold was placed in a climatic oven under forced ventilation according to the following cycle: 5 ° C for 24 h without humidity regulation, 15 ° C for 72 h at 80% humidity, 20 ° C for 24 h at 80% humidity, 25 ° C at 80% humidity until at least 90% humidity loss is reached.
  • the mold was then placed in a drying oven according to the following cycle: rise at 25 ° C / h up to 100 ° C, hold for 4 h at 100 ° C, free fall down to 20 ° C.
  • the preform was fired at 2240 ° C for 3 hours under Argon to obtain a sheet of recrystallized silicon carbide foam.
  • the ceramic foam of Example 2 was made by the same process as the foam of Example 1, but mechanical agitation during the foaming step was carried out for 20 minutes.
  • the foam of Example 2 therefore incorporates less air.
  • the ceramic foam of Example 3 was made according to the same process as the foam of Example 2 but, after pouring the foamy mixture, the mold was placed in a study at 15 ° C without ventilation. The foam temperature of approximately 15 ° C was reached between 12 and 24 hours.
  • Foams exhibit the classic cellular or "honeycomb" structure of foams. In particular, they exhibit a structure in which the cells are dispersed substantially randomly in the three dimensions of space.
  • the cells each define a volume of generally spherical shape because they are formed by the agglomeration of ceramic grains around air bubbles.
  • the volume and pore size were measured according to the ISO 15901-1.2005 standard using an Autopore IV 9500 Micromeritics series porosimeter, by intrusion of Mercury, up to 2 bar, in a sample of approximately 1 cm 3 taken from the heart of the foam plate.
  • the pore size distribution curve shows two main peaks centered on the first and second pore sizes, shown in Table 1.
  • the area of the 1st peak corresponds to the volume of intergranular pores of the walls delimiting the cells of the foam. .
  • the pressure drop was measured at a temperature of 20 ° C and under a dry air flow of 60 liters / minute, on average on 5 pellets 36 mm in diameter and 4 mm in height taken from the heart of each plate. mousse.
  • the equibiaxial flexural strength was measured according to standard ASTM C 14992009, on average on 5 pellets 36 mm in diameter and 4 mm in height taken from the heart of each foam plate. The higher the mechanical strength, the better the performance.
  • the filtration efficiency was evaluated with regard to standard NF-EN 14683.
  • a test with an aerosol of water inoculated with bacteria (Staphylococcus aureus) whose average size is 3 ⁇ m was used in accordance with practice for masks. surgical. The higher the filtration rate, the better the performance.
  • Example 1 and 2 are particularly suitable for the intended application. In particular, they exhibit very good filtration efficiency and mechanical strength. Example 1 also shows a very low pressure drop. Example 3 is not preferred due to a high pressure drop.
  • a low (D9O-DIO) / DSO, or “span” ratio preferably less than 1.5;
  • the sintered ceramic parts according to the invention thus offer both a remarkable filtration efficiency, but also a very low pressure drop. This compromise allows use in a respiratory protection mask.
  • the mask 1 comprises another cartridge 7 removably attached to a front part 33 of the casing 3, which is arranged so that, in the configuration worn by the user, this cartridge 7 is substantially opposite the chin.
  • This central cartridge 7 also houses at least one pellet of filtering material 6, preferably identical to that of the side cartridges 5.
  • One or two exhaust valves 8 is (are) fixed in the frame 2 in front of the central cartridge 7.
  • the air, possibly contaminated, inhaled by the wearer of the mask 1 passes through the side filter cartridges 5, being filtered by their pellets 6 of filter material.
  • the exhaust valve (s) 8 is (are) configured to block off the central part of the mask, so that no air flow can pass during an inspiration.
  • the air exhaled by the user is filtered by the filter material 6 of the central cartridge 7 and then discharged through the exhaust valve 8 which allows air to pass in this direction of flow. Due to the very good seal obtained by the lip 32, no air leakage is present between the mask 1 and the user. Thus, the filter cartridges 5, 7 constitute the only filter barrier between the respiratory tract of the user and the external environment.
  • the snap-fit attachment of a side filter cartridge 5 is shown in more detail in Figure 12.
  • the body 50 of the cartridge 5 is provided with a continuous groove 500 on its periphery which, upon insertion of the cartridge 5 into the cartridge.
  • the lateral opening 32 of the casing 3 snaps into a continuous bead 300 produced on a periphery of the latter. This assembly is easy, quick and guarantees a watertight fixing.
  • the snap-fit attachment of a central filtration cartridge 7 is carried out in a similar manner, as shown in more detail in FIG. 13.
  • the body 70 of the central cartridge 7 is provided with a continuous bead 700 on its periphery which, at the same time. insertion of the cartridge 7 into the central opening 33 of the casing 3, snaps into a continuous groove 301 made on a periphery of the latter.
  • the central cartridge 7 is not produced with a housing and a retaining and sealing support as for a lateral cartridge 5.
  • the sealing at the level of the body 70 of the cartridge 7 is much less. critical only for a side cartridge 5 because its operation is not permanent.
  • the exhaust valve (s) 8 prevent (s) the passage of the air inspired by this cartridge 7.
  • FIG. 14 An advantageous embodiment of a silicone exhaust valve 8 is shown in FIG. 14.
  • the valve 8 consists of a flexible blade 80 extended by a stud 81.
  • the blade 80 is kept inserted in the frame 2. with the stud 81 mounted in a through hole 210 of the frame.
  • the blade 80 is deflected and thus disengages the stud 81 from the hole 210, allowing the exhaled air to pass through.
  • the blade 80 is deflected by closing the hole 210 by the stud 81.
  • valve 8 By optimizing the shape of the valve 8 and its arrangement in the frame, it can be configured to amplify the sounds of the user's speech.
  • each strap 9 is pierced with at least hole 90 at each end in which is housed a lug 22 projecting outwardly, formed integrally in the frame 2.
  • each side edge of the frame 2 comprises two lugs 22 distant from each other. These two lugs 22 form traction points for a strap 9 on the frame on each side edge. This arrangement allows well-distributed traction and therefore uniform pressure between the periphery of the sealing lip 31 and the wearer's face, which further reduces the risk of creating an air passage between the casing. 3 and the face.
  • the frame 2 comprises at least two tabs 200 which are individually snapped into the frame. at least two notches 100 of the frame 2.
  • a number of three tabs 200 are provided, one of which is on each of the lateral edges and one arranged in the median plane of the mask.
  • the visor 10 is made of polycarbonate (PC) or poly (methyl methacrylate) (PMMA).
  • PC polycarbonate
  • PMMA poly (methyl methacrylate)
  • the visor 10 is curved, and preferably in the form of a spherical portion of the same radius or homothetic to that of the wall 4.
  • each mask 1 it is possible to fix on the frame 2 at least one identification plate 11 on which at least one alphanumeric and / or bar code are engraved.
  • This plate 11 is for example made of aluminum and preferably arranged inside the mask so as not to be visible from the outside as shown in FIG. 2.
  • At least one radio identification tag (RFID) and / or at least one wireless communication electronic chip 12, 13 of the wifi or Bluetooth® type can be housed in housing (s). related made in the frame.
  • the user can proceed to disassemble by unclipping all the filter cartridges 5, 7. Then, the sub-assembly of the mask consisting of the frame 2, the casing 3 and of the transparent wall 4 can be cleaned in particular in a dishwasher. If necessary, the elastic strap (s) 9 can be removed before placing the aforementioned sub-assembly in the dishwasher.
  • the replacement of the filtration cartridges 5, 7 can be done easily by any user.
  • FIG. 15 and 16 Another example of a mask 1 according to the invention is illustrated in Figures 15 and 16.
  • a single lateral filtration cartridge 5 is fixed in the casing 3.
  • the filtration principle remains the same as that previously indicated: air inspired by the user passes only through the single side cartridge 5, the valve 8 keeping the central opening 210 closed, and the exhaled air is rejected by the latter by passing through the central cartridge 7.
  • a single filtration cartridge through which both the air inspired and that exhaled by the user of the mask would pass.
  • Such an embodiment can for example be envisaged for environments which are not very restrictive in terms of particles, gas, virus or bacteria to be filtered.
  • the side and front cartridges are arranged to leave the larger area of the mouth visible and around it. It is of course possible to provide other arrangements in the mask, in particular for applications where lip reading is not essential and / or in dusty working environments where the flow of aerosol transporting contaminated material mainly reaches the body. front of the mask.
  • the interface wall and the visor are preferably transparent while being colorless, it is possible to consider tinting one and / or G others in the mass while keeping them transparent. This may for example be the case when looking for sun protection for the face, in particular the eyes.

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Abstract

L'invention concerne une pièce céramique frittée sous la forme d'une pastille (6; 6.1, 6.2), destinée être implantée dans un masque (1) de protection respiratoire, la pièce présentant une porosité totale supérieure à 40%. L'invention concerne également une cartouche de filtration intégrant une telle pastille et un masque de protection respiratoire afférent.

Description

Description
Titre : Pastille de céramique filtrante pour masque de protection respiratoire, Cartouche amovible intégrant une telle pastille, Masque de protection respiratoire afférent
Domaine technique
La présente invention concerne une pièce céramique frittée, plus particulièrement destinée à être implantée dans une masque de protection respiratoire.
Les applications de l’invention sont nombreuses parmi lesquelles on peut citer le secteur médical et paramédical, les services de la sécurité sanitaire (ambulanciers, pompiers, sécurité civile...), le grand public, notamment les personnes âgées, les entreprises, les personnes sourdes ou malentendantes.
Technique antérieure
Le développement technologique du XXeme siècle a été accompagné par la mise en place d’une gamme de masques de protection respiratoire adaptés aux environnements à risque.
Ainsi, dans un environnement hospitalier, des masques de protection chirurgicaux sont utilisés. Un tel masque est constitué d’une ou plusieurs couches de textile ou de papier maintenues sur le visage du porteur par des élastiques ou des lanières. Typiquement, un masque chirurgical comprend un empilement constitué d’une couche externe en polypropylène (PP) non tissé/une couche filtrante à base de microfibres de PP/ un support en acrylique/une couche interne en PP non tissé. Les particules fines en suspension dans un aérosol qui peuvent être filtrées par les masques chirurgicaux peuvent être de Tordre de 3pm ± 0,3 pm (D50 en volume), avec une efficacité pouvant aller jusqu’à 98%
Un inconvénient majeur de ces masques est qu’ils sont dédiés à un usage unique, et génèrent ainsi une quantité importante de déchets car non recyclables.
De plus, ces masques sont conçus pour ne filtrer que des bactéries et des virus. Même s’ils filtrent de facto certains polluants et/ou certaines particules de matière, ils ne sont pas conçus pour cela.
Également, la qualité intrinsèque de protection de ces masques est relativement faible, car ils visent principalement à éviter les projections des porteurs sur l’environnement proche et non l’inverse. En outre, à l’usage, le personnel soignant qui porte de tels masques ne peut réellement communiquer avec les patients, car la ou les couches textiles d’une part, forment une barrière sonore et d’autre part, sont opaques ce qui interdit une lecture labiale par les patients.
Dans le contexte de l’épidémie du coronavirus, désigné COVID-19, des masques textiles lavables ont été réalisés. Ces masques lavables présentent les mêmes limitations inhérentes que les masques chirurgicaux. Un nettoyage efficace impose de respecter des conditions particulières, notamment un séchage à haute température et/ou un repassage. De plus, ils sont souvent épais et de ce fait relativement lourds et inconfortables pour certains utilisateurs, avec en particulier le risque fréquent de présence de buée sur les lunettes. La fabrication de tels masques textiles est en outre difficile à automatiser, car nécessite des opérations de couture.
Enfin, tout comme pour les masques chirurgicaux, l’étanchéité entre un masque et son porteur est inexistante, ce qui est néfaste dans des environnements où circulent des aérosols qui peuvent être contaminés, par exemple avec des virus de type COVID-19.
Dans les environnements poussiéreux, tels que les chantiers, ou ceux avec la présence supplémentaire de gaz nocifs, des technologies différentes pour la réalisation de masques de protection respiratoire peuvent être mises en œuvre.
Ainsi, il existe des masques à coque préformée avec un ou plusieurs logements dans lesquels des matériaux filtrants sont logés. Ces masques présentent en principe un pouvoir filtrant amélioré, par exemple FFP2 ou FFP3 selon les standards NF EN 149 et NF EN 13724-7.
En particulier, il est connu des masques à coque de type FPP3 conçus pour filtrer les particules fines et très fines, et jusqu’à 99% des particules fines de l’ordre de 0,06 à 0,lpm (D50 en volume).
Les masques militaires à coque visent exclusivement à filtrer les polluants gazeux, du type CO2 ou oxyde d’azote.
Ces masques à coque sont pour la grande majorité, assez lourds, au point qu’un port pendant une durée importante ne peut raisonnablement être envisagé.
Par ailleurs, leur rigidité relative fait que l’interface avec la peau est souvent imparfaite, notamment pour certaines morphologies de visages, avec ici encore le risque fréquent de présence de buée sur les lunettes des porteurs. Pour améliorer l’interface avec la peau, il est fréquent d’ajouter un insert métallique à conformer à la forme du nez ou un joint en mousse. Toutefois, ces éléments complexifient la fabrication des masques et leur recyclage.
Dans l’urgence de l’épidémie de COVID-19, certains masques en matière plastique ont été réalisés par fabrication additive. Ces masques comprennent une partie souple formant une jupe reliée à une partie rigide centrale sous la forme d’une coque qui loge une ou plusieurs couches de matériau filtrant entre deux grilles dont un capuchon que Ton peut ôter pour permettre le remplacement des couches de matériau filtrant. Les masques proposés s’avèrent aussi relativement lourds et peu confortables à porter sur une longue période. De plus, la fabrication additive proposée est peu compatible avec une production de masse susceptible de répondre à une forte demande en période de crise sanitaire.
En outre, lorsqu’un utilisateur porte un masque à coque, il est généralement inaudible.
En sus de tous les inconvénients précités, la plupart des masques de protection respiratoire existants est conçue pour une nature d’espèce à filtrer qui est figée (particules fines ou polluants gazeux ou virus et bactéries) et/ou pour un niveau d’efficacité donné (FFP1 ou FFP2 ou FFP3).
Surtout, aucun des masques existants n’est impérissable.
Enfin, aucun d’entre eux n’a bénéficié véritablement d’un design esthétique.
Il existe par conséquent un besoin pour améliorer les masques de protection respiratoire, notamment afin qu’ils soient confortables, efficaces en termes de filtration, évolutifs quant à la nature des espèces à filtrer ou le niveau d’efficacité recherché, faciles à nettoyer sans risque de contamination, réutilisables voire impérissables, recyclables, esthétiques, et qu’ils permettent à leurs utilisateurs (porteurs) d’être facilement audibles.
Un besoin supplémentaire est que la fabrication de ces masques soit compatible avec une production de masse, en particulier si elle doit se faire en un temps réduit.
Le but de l’invention est de répondre au moins en partie à ce(s) besoin(s).
Exposé de l’invention
Pour ce faire, l’invention a tout d’abord pour objet un masque de protection respiratoire, comprenant : - une armature rigide à placer sur le visage d’un utilisateur ;
- une enveloppe d’étanchéité, fixée ou formée intégralement avec au moins l’arrière de l’armature, conformée pour épouser la forme du visage en entourant une zone comprenant le nez et la bouche, l’enveloppe d’étanchéité comprenant dans sa partie arrière une lèvre d'étanchéité souple conformée pour être en contact avec le visage en délimitant la zone ;
- une paroi d’interface transparente, fixée ou formée intégralement avec l’avant de l’armature, de sorte à rendre apparente la bouche ;
- une première cartouche de filtration logeant au moins un matériau filtrant, la première cartouche de filtration étant fixée de manière amovible à l’enveloppe, pour laisser passer l’air en le filtrant depuis l’extérieur du masque par inspiration de l’utilisateur et le cas échéant vers l’extérieur par expiration de l’utilisateur.
Avantageusement, la lèvre d’étanchéité est réalisée avec une épaisseur de paroi souple qui peut être épaisse, sur au moins une partie de sa longueur. Cela garantit d’autant plus à la fois le confort de l’utilisateur du masque et l’étanchéité du volume emprisonnant la bouche et le nez vis-à-vis de l’extérieur.
Selon une variante de réalisation avantageuse, le masque comprend une deuxième cartouche de filtration logeant au moins un matériau filtrant, la deuxième cartouche de filtration étant fixée de manière amovible à l’enveloppe, pour laisser passer l’air en le filtrant depuis l’extérieur par inspiration de l’utilisateur et le cas échant vers l’extérieur par expiration de l’utilisateur.
De préférence, les premières et deuxièmes cartouches de filtration sont identiques. Ainsi, en plus d’une standardisation des cartouches, on peut avoir un même débit d’air inspiré par cartouche, ce qui permet d’avoir une filtration équilibrée et une circulation d’air homogène dans le volume au contact de l’utilisateur, emprisonné par le masque.
Selon un mode de réalisation avantageux, le masque comprend :
- une troisième cartouche de filtration logeant au moins un matériau filtrant, la troisième cartouche de filtration étant fixée de manière amovible à l’enveloppe ;
- au moins une valve d’échappement fixée dans l’armature en avant de la troisième cartouche de filtration, la valve d’échappement étant configurée pour laisser passer l’air en le filtrant uniquement de l’intérieur vers l’extérieur du masque par expiration de l’utilisateur. Avantageusement, la valve d’échappement est constituée d’une lame flexible prolongée d’un téton, la lame étant maintenue en étant insérée dans l’armature avec le téton monté dans un trou traversant de l’armature, de telle sorte qu’une expiration d’air depuis l’intérieur du masque défléchit la lame en dégageant le téton du trou au moins partiellement tandis qu’une inspiration d’air depuis l’intérieur du masque défléchit la lame en obturant le trou par le téton.
Avantageusement encore, la valve d’échappement est configurée pour amplifier les sons de la parole de G utilisateur.
De préférence, la valve d’échappement est en élastomère, de préférence encore en silicone. Selon ce mode, le masque est avantageusement symétrique par rapport à un plan médian longitudinal, les premières et deuxièmes cartouches étant fixées symétriquement de part et d’autre du plan médian, chacune au travers d’un des bords latéraux de l’enveloppe, tandis que la troisième cartouche est fixée au travers d’un des bords longitudinaux de l’enveloppe autour du plan médian longitudinal. La première, éventuellement la deuxième, éventuellement la troisième cartouche étant fixée à l’enveloppe par une fixation par encliquetage.
Ainsi, dans ce mode avec une troisième cartouche, l’air est inspiré uniquement à travers les premières et deuxièmes cartouches, car la valve empêche tout inspiration par la troisième cartouche qui est donc dédiée à la filtration uniquement de l’air expiré par l’utilisateur du masque.
Selon un exemple avantageux de mise en œuvre de fixation amovible par encliquetage, la première, éventuellement la deuxième, éventuellement la troisième cartouche de filtration est pourvue d’une gorge ou d’un bourrelet d’encliquetage continu sur sa périphérie à encliqueter avec respectivement un bourrelet ou une gorge d’encliquetage continue sur une périphérie de l’enveloppe de sorte à réaliser une fixation étanche. On obtient ainsi une fixation simple et rapide à mettre œuvre avec une étanchéité parfaitement maîtrisée.
Selon une variante de réalisation, l’enveloppe est fixée à l’armature par une fixation par encliquetage.
La paroi d’interface transparente peut être fixée à l’armature par collage.
Avantageusement, l’armature rigide est en matière(s) plastique(s), de préférence en polycarbonate (PC). L’enveloppe étant en élastomère, de préférence en silicone. Pour fixer de manière simple et efficace le masque à la tête d’un utilisateur, l’armature rigide comprend avantageusement au moins deux ergots formés intégralement avec celle-ci, pour l’accrochage d’au moins une bande élastique à trous, formant une sangle d’attache à la tête de l’utilisateur.
Selon un mode de réalisation, le masque comprend une visière fixée de manière amovible, sur l’armature rigide. Cette visière permet de protéger les yeux notamment dans un environnement où des projections ont lieu. La visière peut être parfaitement intégrée à la fois à l’ergonomie et l’esthétique du masque.
Avantageusement, la visière est fixée sur l’armature rigide par une fixation par encliquetage. Selon ce mode et une variante de réalisation avantageuse, la visière comprend au moins deux languettes d’encliquetage ou au moins deux échancrures d’encliquetage à encliqueter individuellement avec respectivement au moins deux échancrures d’encliquetage ou au moins deux languettes d’encliquetage de l’armature.
De préférence, la paroi d’interface transparente et/ou le cas échéant la visière est(sont) en matière(s) plastique(s), de préférence en polycarbonate (PC) ou en poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA). Ces matériaux présentent à la fois de très bonnes caractéristiques optiques et de résistance mécanique et thermique. En particulier, le PMMA peut être aisément thermoformé en conservant une très bonne transparence optique.
On peut envisager que la paroi d’interface et/ou le cas échéant la visière soi(en)t teintée(s) dans la masse tout en étant transparente(s). Ainsi, en fonction des environnements et des souhaites des utilisateurs, on peut soit disposer d’une paroi incolore ou colorée.
Pour des raisons esthétiques et d’ergonomie, la paroi d’interface transparente et/ou le cas échéant la visière peu(ven)t être bombée(s), de préférence sous la forme d’une portion sphérique.
Selon une variante avantageuse, l’armature rigide supporte au moins une plaque d’identification sur laquelle sont gravés au moins un code alphanumérique et/ou à barres. Chaque masque selon l’invention peut être identifié individuellement.
Selon une autre variante avantageuse, le masque peut comprendre au moins un logement d’au moins une radio-étiquette d’identification (RFID) et/ou au moins une puce électronique de communication sans fil de type wifi ou Bluetooth®. On peut ainsi réaliser un suivi précis de l’utilisateur. Par exemple, dans des environnements très exposés aux contaminants, on peut enregistrer en temps réel les informations, notamment la durée d’exposition de utilisateur, sa localisation...
L’invention a encore pour objet une cartouche de filtration, destinée à être fixée de manière amovible à un masque de protection sanitaire selon l’une des revendications précédentes, comprenant :
- un corps en deux parties assemblées l’une à l’autre en définissant un logement, chacune des deux parties étant percées d’au moins un trou traversant débouchant dans le logement ;
- un support de maintien et d’étanchéité, logé dans le logement du corps;
- au moins un matériau filtrant maintenu avec étanchéité dans le support.
Selon une variante les deux parties du corps peuvent être vissées l’une à l’autre.
L’invention a enfin pour objet une pièce céramique frittée sous la forme d’une pastille, destinée à être implantée dans un masque de protection respiratoire, la pièce céramique présentant une porosité totale supérieure à 40%, de préférence supérieure à 50%, préférence supérieure à 55%, voire supérieure à 60%, voire supérieure à 70% et de préférence inférieure à 90%, voire inférieure à 85%, voire inférieure à 80%, de préférence comprise entre 55 et 85%.
Une telle porosité totale offre une micro structure parfaitement adaptée au traitement des agents pathogènes.
Une pastille céramique présente également l’avantage de pouvoir être nettoyée et/ou purifiée pour être réutilisée. Elle génère donc peu de déchets.
On entend par « céramique » dans le cadre de l’invention, tout matériau non métallique et non organique.
On entend par « frittage », la consolidation par traitement thermique à plus de 1100°C, d’une préforme, avec éventuellement une fusion, partielle ou totale, de certains de ses constituants (mais pas de tous ses constituants, de sorte que la préforme n’est pas transformée en une masse liquide).
Par « carbure de silicium recristallisé », on entend du carbure de silicium recristallisé par traitement à haute température de la pièce céramique, et en particulier de la mousse céramique. La recristallisation est un phénomène bien connu correspondant à une consolidation par sublimation des plus petits grains de carbure de silicium puis condensation pour former le lien avec les plus gros grains.
La porosité totale, en pourcentage, est classiquement égale à 100 x (1 - le rapport de la densité géométrique divisée par la densité absolue).
La densité géométrique est mesurée suivant la norme ISO 5016:1997 ou EN 1094-4 et exprimée en g/cm3. Elle est classiquement égale au rapport de la masse de l'échantillon divisée par le volume apparent.
La valeur de densité absolue, exprimée en g/cm3, est classiquement mesurée en divisant la masse d'un échantillon par le volume de cet échantillon broyé de manière à sensiblement supprimer la porosité.
Une analyse à l’aide d’un prosimètre au mercure permet, en application de la loi de Washburn mentionnée dans la norme ISO 15901-1.2005 part 1, de mettre en évidence plusieurs caractéristiques de porosité : une répartition de la taille des pores présentant deux pics distincts et représentatifs des deux familles de pores, la taille médiane des pores de chacune des familles étant donnée par la position du sommet de chaque pic.
La taille des pores peut alternativement être déterminée par tomographie.
La distribution de la taille des pores peut être également représentée de manière cumulée, les tailles de pore étant classées par ordre croissant. A chaque taille de pore est ainsi associé un percentile qui correspond, sur la courbe de distribution cumulée, au pourcentage du volume de la porosité qui est constitué par des pores ayant une taille inférieure à ladite taille.
Le percentile 50, ou D50, est donc la taille médiane d’une population de pores. Cette taille partage, en volume, ladite population en deux groupes : un groupe représentant 50% du volume poreux et dont les pores présentent une taille inférieure à la taille médiane et un autre groupe représentant 50% du volume poreux et dont les pores présentent une taille supérieure ou égale à ladite taille médiane.
Les percentiles D10 et D90 de la population de pores sont donc les tailles de pore correspondant respectivement aux pourcentages de 10% et de 90% sur la courbe de distribution cumulée de distribution de tailles de pores classées par ordre croissant.
La pièce céramique est constituée de carbure de silicium ou de cordiérite ou de titanate d’aluminium ou de zircone ou d’alumine ou de mullite ou de silice ou d’oxyde de titane T1O2 ou de sous-oxydes de titane TiOxoù x est supérieur à 1,5, voire supérieure à 1,6 et inférieur à 2, de préférence inférieur à 1,9 ou de leurs mélanges.
Selon une variante, la pièce céramique comporte plus de 80% en masse de carbure de silicium (SiC), voire plus de 90% de carbure de silicium, voire plus de 95% de carbure de silicium, voire est constituée essentiellement de carbure de silicium.
Selon une variante, le carbure de silicium est du carbure de silicium recristallisé, en particulier sous forme alpha. Le carbure de silicium recristallisé est particulièrement intéressant, car il permet d’obtenir des pièces présentant une micro structure dont les pores sont quasi exclusivement ouverts et très interconnectés.
Selon un mode de réalisation possible, le carbure de silicium peut être dopé avec moins de 5%, voire moins de 4%, voire moins de 3%, voire moins de 2%, voire moins de 1% d’un ou plusieurs éléments choisi(s) parmi l’azote (N), le gallium (Ga), le phosphore (P), le bore (B), l’aluminium (Al), le béryllium (Be) et leurs mélanges.
Selon une autre variante, la pièce céramique est constituée, en pourcentage massique sur la base des phases cristallisées, de 25 à 55% de mullite (3AI2O3-2S1O2), 20 à 65% de corindon (AI2O3 sous forme cristalline alpha), 10 à 40% de zircone (ZrCh), la mullite, le corindon et la zircone représentant ensemble plus de 80%, de préférence plus de 90%, de préférence plus de 95%, de préférence plus de 98% de la masse des phases cristallisées.
Les procédés de mise en forme par coulage en bande (« tape casting » en anglais) ou par moussage sont particulièrement adaptés à la production de pièces de formes complexes, notamment de pastilles, avant cuisson pour éviter/limiter les étapes d’usinage.
Avantageusement, une pièce céramique selon l’invention présente une épaisseur comprise entre 1 et 20 mm, de préférence supérieure à 2 mm, voire supérieure à 3 mm et/ou inférieure à 15 mm, voire inférieure à 10 mm.
De préférence, la pièce céramique présente encore une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- la taille médiane des pores (D50 en volume, mesuré par porosimétrie mercure) est supérieure à 1 pm, voire supérieure à 5pm, voire supérieure à 10pm, voire supérieure à 20pm, voire supérieure à 30pm, voire supérieure à 40pm, voire supérieure à 50 pm, de préférence supérieure à 60 pm, de préférence supérieure à 70 pm et inférieure à 400 pm, voire inférieure à 300 mih, voire inférieure à 200 mhi, voire inférieure à 160 mhi, voire inférieure à 150 mhi, de préférence inférieure à 145 mhi, voire à 140 mhi, voire inférieure à 130 mhi, voire inférieure à 120 mhi ;
- le percentile D90 en volume sur la courbe de distribution cumulée des tailles de pores classées par ordre croissant, mesurée par porosimétrie mercure, est inférieur à 250 pm, de préférence inférieur à 220 pm, de préférence inférieur à 200 pm, de préférence inférieur à 180 pm, et/ou supérieur à 50 pm, de préférence supérieur à 60 pm, de préférence supérieur à 70 pm, de préférence supérieur à 80 pm ;
- le percentile D10 en volume sur la courbe de distribution cumulée des tailles de pores classées par ordre croissant, mesurée par porosimétrie mercure, est de préférence supérieur à 5 pm, de préférence supérieur à 8 pm ;
- de préférence, la différence D90-D10 est inférieure à 250 pm, voire inférieure à 200 pm, voire inférieure à 180 pm et/ou supérieure à 40 pm, voire supérieure à 50 pm ;
- le rapport (D90 - Dio)/Dso est de préférence inférieur à 2, de préférence inférieur à 1,8, de préférence inférieur à 1,7, de préférence inférieur à 1,6, de préférence inférieur à 1,5, et/ou supérieur à 0,8, de préférence supérieur à 0,9, de préférence supérieur à 1,0 ;
- les pores de taille supérieure à 300 pm représentent moins de 10% en volume, voire moins de 5% en volume ;
- la tortuosité est supérieure à 1, voire supérieure à 1,1, voire supérieure à 1,2, voire supérieure à 1,3, voire supérieure à 1,4 et inférieure à 2, voire inférieure à 1,9, voire inférieure à 1,8, voire inférieure à 1,7, voire inférieure à 1,6, voire inférieure à 1,5, de préférence comprise entre 1 et 1,5. La tortuosité est mesurée par nano tomographie. Les images ont une résolution apte à une binarisation. L’utilisation d’un logiciel comme iMorph© permet d’obtenir une caractérisation géométrique en trois dimensions et de calculer la tortuosité. La tortuosité est définie comme le rapport entre le parcours le plus court permettant de traverser l’échantillon dans le sens de son épaisseur, au sein de sa porosité, et la distance ou le segment de droite joignant le point de départ et le point d’arrivée correspondant à ce parcours ;
- la pièce céramique est constituée par une agglomération de grains, l’ensemble des grains présentant de préférence un rapport de forme moyen, en moyenne sur l’ensemble des grains, inférieur 2, de préférence inférieur à 1,5, le rapport de forme étant classiquement le rapport L/l où L désigne la longueur du grain, c'est-à-dire sa plus grande dimension, et 1 désigne la largeur du grain, c'est-à-dire sa plus grande dimension dans un plan transversal quelconque perpendiculaire à la direction de la longueur.
Selon un premier mode avantageux de réalisation, la pièce céramique est une mousse céramique présentant une pluralité de cellules, la majorité de ces cellules étant connectées à d'autres cellules adjacentes par des fenêtres ou pores cellulaires. Une cellule à la surface de la mousse céramique présente également généralement une ou plusieurs ouvertures vers l'extérieur. Les parois délimitant les cellules présentent une porosité dite « intergranulaire ». Elles sont en effet formées par agglomération de particules, cette agglomération laissant subsister des interstices ou « pores intergranulaires », entre les particules. Un exemple de mousse céramique selon ce mode de réalisation est décrit dans EP1778601.
Selon ce premier mode, la mousse céramique présente avantageusement une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- la porosité intergranulaire est d'au moins 5 %, de préférence d'au moins 8 %, de préférence encore d'au moins 10% et/ou inférieure à 25%, voire inférieure à 20% ;
- la taille médiane des pores intergranulaires est inférieure à 25 pm, voire inférieure à 20 pm et supérieure à 4 pm, voire supérieure à 7 pm, voire supérieure à 10 pm, voire supérieure à 13 pm;
- la taille médiane des pores cellulaires est inférieure à 400 pm, voire inférieure à 300 pm, voire inférieure à 200 pm, voire inférieure à 180 pm, voire inférieure à 160 pm, de préférence inférieure à 150 pm, voire inférieure à 140 pm, de préférence inférieure à 130 pm et supérieure à 40 pm, voire supérieure à 50 pm, voire supérieure à 80 pm ;
- la répartition de la taille des pores est bimodale ;
- la porosité totale est supérieure à 55%, voire supérieure à 60%, voire supérieure à 70%.
Une mousse céramique présente avantageusement une porosité essentiellement ouverte, ce qui la rend accessible et permet une forte capacité de filtration.
Une mousse céramique permet avantageusement de filtrer des particules dont la taille est jusqu’à 30 fois inférieure à la taille médiane des pores, ce qui permet de limiter la perte de charge. Une mousse céramique présente avantageusement un excellent compromis entre la perte de charge et la capacité de filtration, ce qui permet de constituer un masque présentant à la fois une bonne respirabilité et une filtration efficace.
Selon un deuxième mode de réalisation avantageuse, la pièce céramique est constituée de plusieurs couches céramiques superposées présentant des porosités totales respectives différentes. De préférence, la porosité totale et la taille médiane des pores de la couche constituant la face d’entrée d’air à filtrer sont inférieures celles de la ou les autre(s) couche(s). Les différentes couches peuvent résulter de l’imprégnation d’une partie de la pièce céramique.
En particulier lorsque la pièce céramique est une mousse céramique de carbure de silicium recristallisé, une couche peut être obtenue par imprégnation d’une partie de l’épaisseur de la pièce par une barbotine à base de carbure de silicium et comportant optionnellement des agents porogènes ; la barbotine remplit alors à la fois les pores cellulaires et la porosité intergranulaire constituant une couche différenciée dans la pièce céramique. De préférence, la partie imprégnée est la face d’entrée d’air à filtrer.
De préférence, cette partie imprégnée présente :
- une porosité totale inférieure à la porosité totale de la partie non imprégnée. De préférence la porosité totale de la partie imprégnée est supérieure à 30%, voire supérieure à 35% et de préférence inférieure à 70%, voire inférieure à 60%, voire inférieure à 50% ; et/ou
- des pores dont la taille médiane est supérieure à 1 pm, voire supérieure à 2 pm, voire supérieure à 3 pm et inférieure à 20 pm, voire inférieure à 10 pm, voire inférieure à 5 pm ; et/ou
- une épaisseur comprise entre 5 et 500 pm, de préférence supérieure à 10 pm et/ou inférieure à 400 pm, voire inférieure à 200 pm, voire inférieure à 100 pm.
Selon une variante avantageuse, quel que ce soit le type de pièce céramique, la pièce céramique est pourvue d’un revêtement d’inactivation d’un ou plusieurs agents pathogènes.
Le revêtement d’inactivation est adapté aux agents pathogènes à inactiver.
En particulier, le revêtement d’inactivation peut être un revêtement éliminant un ou plusieurs agents pathogènes, par exemple bactéricide et/ou virucide. Le revêtement d’inactivation peut être notamment constitué de nanoparticules, notamment à base d’argent et/ou de cuivre. Le revêtement peut être déposé par imprégnation directement dans la structure poreuse, en particulier lorsqu’il s’agit d’une mousse céramique, directement sur les parois de la mousse, Le revêtement peut être déposé sur l’une des faces externes de la pièce céramique, de préférence la face d’entrée d’air à filtrer.
La micro structure très poreuse, et en particulier la microstructure d’une mousse céramique, offre avantageusement une très grande surface d’échange avec le revêtement d’inactivation.
L’invention concerne aussi l’utilisation d’une pièce céramique frittée telle que décrite précédemment pour filtrer l’air destiné à circuler dans un masque de protection respiratoire.
Les avantages d’un masque selon l’invention sont nombreux parmi lesquels on peut citer :
- une protection respiratoire très efficace, le flux d’air inspiré et expiré par un porteur du masque étant guidé pour traverser uniquement la ou les cartouches à matériau filtrant car l’enveloppe à lèvre assure une parfaite étanchéité du volume intérieur du masque entourant la bouche et le nez ;
- la possibilité de rendre évolutif très facilement et rapidement le masque, en réalisant un montage/démontage amovible de cartouches configurées en fonction du niveau de filtration recherché FMP1, FMP2, FMP3 est relatif aux masques et le cas échéant de propriétés virucides et/ou bactéricides ;
- un confort pour le porteur du fait de la légèreté des matériaux possibles pour les différents composants du masque et du débit d’air à inspirer que l’on peut bien calibrer ;
- une très longue durée de vie voire une impérissabilité par l’emploi de matériaux résistants et stables dans le temps, en particulier pour les céramiques qui peuvent être mises en œuvre pour garantir une filtration efficace ;
- la possibilité de recycler tous les composants du masque ;
- un aspect très esthétique par la mise en œuvre d’une paroi transparente de préférence bombée pour épouser la forme d’un visage, qui permet en outre une lecture labiale ;
- l’absence de buée sur les lunettes d’un porteur car la lèvre d’étanchéité garantit qu’aucun air expiré par le porteur ne peut venir en direction des yeux ;
- la mise en œuvre d’une fonction d’amplification du son par une configuration adaptée de la valve d’échappement de l’air ;
- une protection des yeux efficace avec une visière qui peut être intégrée rapidement et facilement au masque ; - un procédé de fabrication compatible avec une production de masse en un temps réduit, tous les composants pouvant être produits par des procédés parfaitement maîtrisés, tels que le moulage par injection ou le thermoformage de matière plastique ou élastomère, pour l’armature rigide, l’enveloppe, la valve d’échappement, la visière, les sangles d’attache, ou du décolletage pour les cartouches, le moussage ou le frittage des pastilles en céramique en tant que matériaux filtrants ;
- un nettoyage aisé de tous les composants, notamment par un passage au lave-vaisselle, voire une stérilisation en autoclave. Les pastilles céramiques, particulièrement en carbure de silicium recristallisé, sont parfaitement adaptées pour être lavées et réintégrées dans le masque de multiples fois. La résistance chimique et à la température du carbure de silicium recristallisé le rend très bien adapté et résistant à de multiples agents de lavage, même à chaud ;
- une traçabilité du porteur de masque, particulièrement utile dans des environnements très contraignants, comme les environnements hospitaliers, poussiéreux, à atmosphère gazeuse nocive...
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée d’exemples de mise en œuvre de l’invention faite à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures suivantes.
Brève description des dessins
[Fig 1] la figure 1 est une vue en perspective depuis l’avant d’un exemple de masque de protection respiratoire selon l’invention.
[Fig 2] la figure 2 est une vue en perspective depuis l’arrière de l’exemple de masque selon la figure 1.
[Fig 3] la figure 3 est une vue en éclaté d’un masque selon les figures 1 et 2.
[Fig 4] la figure 4 représente en vue de face un autre exemple de protection respiratoire selon l’invention tel qu’il est en configuration portée par un utilisateur.
[Fig 5] la figure 5 est une vue de profil de la figure 4.
[Fig 6] la figure 6 est une vue de face de l’exemple des figures 4 et 5, la visière amovible ayant été enlevée. [Fig 7] la figure 7 est une vue en perspective avant d’un exemple de cartouche de filtration à matériau filtrant conforme à l’invention à fixer de manière amovible à un masque selon l’invention.
[Fig 8] la figure 8 est une vue en perspective arrière d’une cartouche de filtration amovible selon la figure 7.
[Fig 9] la figure 9 est une vue en coupe longitudinale de la cartouche de filtration selon les figures 7 et 8.
[Fig 10] la figure 10 représente en coupe longitudinale une variante de cartouche de filtration conforme à l’invention.
[Fig 11] la figure 11 est une vue schématique du principe de filtration d’un masque selon l’invention, à la fois à l’inspiration et à l’expiration de l’utilisateur.
[Fig 12] la figure 12 est une vue en coupe de détail d’un masque selon l’invention réalisée au niveau d’une cartouche de filtration amovible agencée sur un des bords latéraux.
[Fig 13] la figure 13 est une vue en coupe de détail d’un masque selon l’invention réalisée au niveau d’une cartouche amovible agencée au niveau du plan de symétrie du masque.
[Fig 14] la figure 14 est une vue en perspective d’un exemple de valve d’échappement monté dans un masque selon l’invention.
[Fig 15] la figure 15 est une vue en perspective depuis l’avant d’un autre exemple de masque de protection respiratoire selon l’invention.
[Fig 16] la figure 16 est une vue en perspective depuis l’arrière de l’autre exemple de masque selon la figure 15.
Description détaillée
Dans l’ensemble de la demande, les termes « haut », « bas » « au-dessus », « au-dessous », « supérieur » et « inférieur » sont à comprendre par référence en configuration portée par un utilisateur en position debout avec la tête à la verticale.
De même, les termes « avant » et « arrière » sont à comprendre par référence à cette configuration.
Un exemple de masque 1 selon l’invention est représenté aux figures 1 à 3. Dans cet exemple illustré, le masque 1 est symétrique par rapport à un plan médian longitudinal.
Le masque 1 comprend tout d’abord une armature rigide 2 à placer sur le visage d’un utilisateur. Cette armature rigide 2 est par exemple réalisée en polycarbonate (PC) par moulage par injection.
Une enveloppe d’étanchéité 3 est fixée par encliquetage avec au moins l’arrière de l’armature 2. Comme visible sur les figures 4 à 6, cette enveloppe d’étanchéité 3 est conformée pour épouser la forme du visage en entourant une zone comprenant le nez et la bouche. Plus précisément, l’enveloppe d’étanchéité 3 comprenant, dans sa partie arrière 30, une lèvre d'étanchéité souple 31 conformée pour être en contact avec le visage en délimitant la zone. La partie arrière 30 comprend notamment une zone plus étroite 300 en saillie, destinée à épouser la forme de l’arête du nez. L’enveloppe d’étanchéité 3 est par exemple réalisée en silicone, matière souple qui permet une parfaite étanchéité au contact de la peau mais en outre apporte la légèreté au masque et le confort de port pour G utilisateur.
Une paroi d’interface transparente 4 est collée sur l’avant de l’armature, de sorte à rendre apparente la bouche, comme cela est visible sur les figures 4 à 6. Cette paroi d’interface transparente 4 est par exemple en polycarbonate (PC) ou en poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA). Comme illustré aux figures 4 à 6, cette paroi 4 tout comme l’armature rigide 2 sont bombées sous la forme d’une portion sphérique pour l’esthétique du masque et épouser au mieux le contour du visage du porteur.
Le masque 1 comprend en outre deux cartouches identiques 5 fixées symétriquement de part et d’autre du plan médian du masque. Chacune de ces deux cartouches 5 est fixée de manière amovible à l’enveloppe 3, au travers d’un des bords latéraux de l’enveloppe. Plus précisément, chacune des cartouches 5 est encliquetée à l’enveloppe d’étanchéité 3 en traversant des ouvertures débouchantes 40, 20, 32 alignées, réalisées respectivement dans la paroi transparente 4, dans l’armature rigide 2 et dans l’enveloppe d’étanchéité 3.
Chacune des deux cartouches latérales amovibles 5 loge au moins un matériau filtrant 6; 6.1,6.2. Plus précisément, comme illustrés aux figures 7 à 10, une cartouche amovible 5 comprend un corps 50 en deux parties 51, 52 assemblées l’une à l’autre en définissant un logement. Chacune des deux parties 51, 52 est percée d’une pluralité de trous traversant 510, 520 débouchant dans le logement du corps 50. Un support 53 logé dans le logement du corps 50 maintient avec étanchéité, au moins un matériau filtrant 6; 6.1,6.2 sous la forme d’une pastille. Comme illustré en figure 9, deux pastilles de matériau filtrant 6.1, 6.2, qui peuvent être de matériaux différents, sont maintenues parallèles par le support. En figure 10, une seule pastille 6 est maintenue par le support 53. Comme illustré également en figures 9 et 10, les deux parties 51, 52 du corps peuvent être vissées l’une à l’autre pour réaliser leur assemblage. Par exemple, la partie 51 formant le couvercle comprend un filetage intérieur 511 qui coopère avec le filetage extérieur 521 de la partie 52 formant le fond du corps 50.
Les parties 51, 52, du corps sont par exemple réalisées en aluminium, matériau léger et facile à usiner.
Le support 53 est par exemple réalisé en matériau(x) souple(s) et à fonction amortisseur de chocs. De préférence, le support 53 est en élastomère, typiquement en silicone, caoutchouc, etc...
Un mode particulièrement avantageux de réalisation d’une pastille 6 de matériau filtrant consiste en une pièce céramique frittée présentant une porosité totale comprise supérieure à 40%.
Des pastilles 6 en céramique frittée ont un pouvoir de filtration renforcé, par exemple de type LMP1, LMP2 voire LMP3.
Les exemples de réalisation de pastilles céramiques, de type mousses de carbure de silicium recristallisé, qui suivent sont fournis à titre uniquement illustratif. Ils ne sont pas limitatifs et permettent de mieux comprendre les avantages techniques liés à la mise en œuvre de la présente invention.
Les proportions des poudres de carbure de silicium et des additifs utilisés pour fabriquer les mélanges mousseux sont fournis dans le tableau 1 suivant. SiCi, S1C2, et SiC 3 désignent les pourcentages massiques des trois poudres de carbure de silicium utilisées, sur la base de la matière minérale. Les pourcentages des additifs sont fournis sur la base de la masse de la matière minérale (SiC).
Dans l’exemple 1, un pré-mélange aqueux B comprenant la gélatine, l’agent moussant, la glycérine et le durcissant dilués dans 58% d’eau déminéralisée a été chauffé dans un bain- marie à 55°C. Une barbotine en phase aqueuse A comprenant les poudres minérales de SiC, dont la charge massique est de 80% et dont le pH a été ajusté par ajout de soude à 10,5 a été ajoutée au pré-mélange B.
Après une agitation mécanique constante pendant 28 minutes, le mélange mousseux obtenu a été coulé, à température ambiante (20°C), dans un moule permettant de fabriquer une préforme de dimensions 600mm x 400mm x 65mm.
Après coulage, le moule a été placé dans une étuve climatique sous ventilation forcée selon le cycle suivant : 5°C pendant 24 h sans régulation d’humidité, 15°C pendant 72 h à 80% d’humidité, 20°C pendant 24 h à 80% d’humidité, 25°C à 80% d’humidité jusqu’à atteindre au moins 90% de perte d’humidité. Le moule a ensuite été placé dans une étuve de séchage selon le cycle suivant : montée à 25°C/h jusqu’à 100°C, palier de 4 h à 100°C, descente libre jusqu’à 20°C. Après démoulage, la préforme a été cuite à 2240°C pendant 3 heures sous Argon afin d’obtenir une plaque de mousse de carbure de silicium recristallisé.
La mousse céramique de l’exemple 2 a été réalisée selon le même procédé que la mousse de l’exemple 1, mais l’agitation mécanique pendant l’étape de moussage a été réalisée pendant 20 minutes. La mousse de l’exemple 2 incorpore par conséquent moins d’air.
La mousse céramique de l’exemple 3 a été réalisée selon le même procédé que la mousse de l’exemple 2 mais, après coulage du mélange mousseux, le moule a été placé dans une étude à 15°C sans ventilation. La température de la mousse de 15°C environ a été atteinte entre 12 et 24 heures.
Les mousses présentent la structure cellulaire ou « alvéolaire » classique des mousses. En particulier, elles présentent une structure dans laquelle les cellules sont dispersées sensiblement aléatoirement dans les trois dimensions de l’espace.
Les cellules définissent chacune un volume de forme générale sphérique car elles sont formées par agglomération de grains céramiques autour de bulles d’air.
La mousse de chaque exemple a été caractérisée de la façon suivante :
Le volume et la taille de pores ont été mesurés selon la norme ISO 15901-1.2005 à l’aide d’un porosimètre Autopore IV série 9500 Micromeritics, par intrusion de Mercure, jusqu’à 2 bar, dans un échantillon d’environ 1 cm3 prélevé au cœur de la plaque de mousse. La courbe de distribution de la taille des pores présente deux pics principaux centrés sur des première et deuxième tailles de pore, reportées dans le tableau 1. L’aire du 1er pic correspond au volume de pores intergranulaires des parois délimitant les cellules de la mousse.
La perte de charge a été mesurée à la température de 20°C et sous un débit d’air sec de 60 litres / minute, en moyenne sur 5 pastilles de 36 mm de diamètre et 4 mm de hauteur prélevées au cœur de chaque plaque de mousse. Plus la perte de charge est faible, meilleure est la performance.
La résistance à la flexion équibiaxiale a été mesurée selon la norme ASTM C 14992009, en moyenne sur 5 pastilles de 36 mm de diamètre et 4 mm de hauteur prélevées au cœur de chaque plaque de mousse. Plus la résistance mécanique est élevée, meilleure est la performance.
L’efficacité de filtration a été évaluée au regard de la norme NF-EN 14683. Un test avec aérosol d’eau inoculée de bactéries ( Staphylococcus aureus ) dont la taille moyenne est de 3 pm a été utilisé conformément à la pratique pour les masques chirurgicaux. Plus le taux de filtration est élevé, meilleure est la performance.
Les résultats des tests sont indiqués dans le tableau 1 ci-dessous.
Tableau 1 D5O= taille médiane
On considère qu’un exemple est particulièrement bien adapté à l’application visée s’il présente
- une perte de charge inférieure à 10 mbar ;
- une résistance en flexion equibiaxiale supérieure à 6 MPa ; et
- une efficacité de filtration supérieure à 95%.
Les résultats indiquent que les exemples 1 et 2 sont particulièrement adaptés à l’application visée. Ils présentent notamment de très bonnes efficacité de filtration et résistance mécanique. L’exemple 1 présente en outre une perte de charge très faible. L’exemple 3 n’est pas préféré du fait d’une perte de charge élevée.
Sans être limités par cette théorie, les inventeurs expliquent les performances remarquables de ces mousses céramiques, par leur structure très spécifique. Les fenêtres d’interconnexion entre les cellules permettent en effet de ménager des canaux tortueux à travers la mousse. Ces canaux tortueux réduisent la perte de charge et sont cependant efficaces pour filtrer des particules beaucoup plus petites que leurs sections transversales. La filtration ne résulte donc pas nécessairement d’un blocage des particules lorsqu’elles sont poussées par le flux d’air à travers des pores de plus petites dimensions, comme dans les filtres en matériau frittés conventionnels utilisés par exemple pour filtrer des gaz d’échappement. La forme des canaux tortueux expliquerait l’efficacité de la filtration.
De manière surprenante, et sans pouvoir l’expliquer de manière théorique, les excellentes performances des exemples 1 et 2 sont également associées à une distribution de la taille des pores spécifique, et en particulier à :
- un nombre limité de cellules de grandes tailles, et en particulier à un D90 inférieur à 250 pm, de préférence inférieur à 200 pm ;
- un rapport (D9O-DIO)/DSO, ou « span », faible, de préférence inférieur à 1,5 ;
- une taille médiane D50 faible, inférieure à 150 pm.
Les pièces céramiques frittées selon l’invention offrent ainsi à la fois une efficacité de filtration remarquable, mais aussi une perte de charge très faible. Ce compromis permet une utilisation dans un masque de protection respiratoire. Le masque 1 comprend une autre cartouche 7 fixée de manière amovible sur une partie avant 33 de l’enveloppe 3, qui est agencée pour qu’en configuration portée par l’utilisateur, cette cartouche 7 soit sensiblement en regard du menton. Cette cartouche centrale 7 loge également au moins une pastille de matériau filtrant 6, de préférence identique à celui des cartouches latérales 5.
Une ou deux valves d’échappement 8 est(sont) fixée(s) dans l’armature 2 en avant de la cartouche centrale 7.
On va maintenant décrire en référence à la figure 11, le principe de filtration du masque 1 grâce aux différentes cartouches de filtration 5, 7.
L’air, éventuellement contaminé, inspiré par le porteur du masque 1 passe à travers les cartouches de filtration latérales 5 en étant filtré par leurs pastilles 6 de matériau filtrant. La ou les valves d’échappement 8 est(sont) configurée(s) pour venir boucher obturer la partie centrale du masque, de sorte à ce qu’aucun débit d’air ne puisse passer lors d’une inspiration.
L’air expiré par l’utilisateur est filtré par le matériau filtrant 6 de la cartouche centrale 7 puis évacué par la valve d’échappement 8 qui laisse passer l’air dans ce sens de circulation du flux. De par la très bonne étanchéité obtenue par la lèvre 32, aucune fuite d’air n’est présente entre le masque 1 et l’utilisateur. Ainsi, les cartouches de filtration 5, 7 constituent la seule barrière de filtration entre les voies respiratoires de l’utilisateur et l’environnement extérieur.
La fixation par encliquetage d’une cartouche de filtration latérale 5 est montrée plus en détail en figure 12. Le corps 50 de la cartouche 5 est pourvue d’une gorge continue 500 sur sa périphérie qui, à l’insertion de la cartouche 5 dans l’ouverture latérale 32 de l’enveloppe 3, vient s’encliqueter dans un bourrelet continue 300 réalisée sur une périphérie de cette dernière. Ce montage est aisé, rapide et permet de garantir une fixation étanche.
La fixation par encliquetage d’une cartouche de filtration centrale 7 est réalisée de manière analogue, comme montré plus en détail en figure 13. Le corps 70 de la cartouche centrale 7 est pourvue d’un bourrelet continu 700 sur sa périphérie qui, à l’insertion de la cartouche 7 dans l’ouverture centrale 33 de l’enveloppe 3, vient s’encliqueter dans une gorge continue 301 réalisée sur une périphérie de cette dernière. On note sur cette figure 13 que la cartouche centrale 7 n’est pas réalisée avec un logement et un support de maintien et d’étanchéité comme pour une cartouche latérale 5. L’étanchéité au niveau du corps 70 de la cartouche 7 est bien moins critique que pour une cartouche latérale 5 car son fonctionnement n’est pas permanent. La ou les valves d’échappement 8 interdise(nt) le passage de l’air inspiré par cette cartouche 7.
Un exemple avantageux de réalisation d’une valve d’échappement 8 en silicone est montré en figure 14. La valve 8 est constituée d’une lame flexible 80 prolongée d’un téton 81. La lame 80 est maintenue insérée dans l’armature 2 avec le téton 81 monté dans un trou traversant 210 de l’armature. Lorsque l’utilisateur du masque expire de l’air, la lame 80 est défléchie et vient ainsi dégager le téton 81 du trou 210, ce qui permet de laisser passer l’air expiré. A contrario, lors d’une inspiration d’air, la lame 80 est défléchie en obturant le trou 210 par le téton 81.
Par optimisation de la forme de la valve 8 et son agencement dans l’armature, on peut la configurer pour amplifier les sons de la parole de G utilisateur.
Le masque 1 est maintenu sur la tête de l’utilisateur par une ou deux bandes élastiques 9, formant chacune une sangle d’attache, comme illustré sur la figure 5. Pour l’accrochage d’une sangle 9 sur l’armature 2, chaque sangle 9 est percée d’au moins trou 90 à chaque extrémité dans lequel vient se loger un ergot 22 en saillie vers l’extérieur, formé intégralement dans l’armature 2. De préférence, chaque bord latéral de l’armature 2 comprend deux ergots 22 distants l’un de l’autre. Ces deux ergots 22 forment des points de traction d’une sangle 9 sur l’armature sur chaque bord latéral. Cet agencement permet une traction bien répartie et donc une pression uniforme entre le pourtour de la lèvre d’étanchéité 31 et le visage du porteur, ce qui réduit d’autant plus le risque de création d’un passage d’air entre l’enveloppe 3 et le visage.
Lorsque l’environnement nécessite une protection des yeux, une visière 10 peut être fixée par encliquetage sur l’armature 2. Pour ce faire, comme visible sur la figure 3, l’armature 2 comprend au moins deux languettes 200 qui sont encliquetées individuellement dans au moins deux échancrures 100 de l’armature 2. De préférence, pour garantir un maintien optimal, on prévoit un nombre de trois languettes 200 dont une sur chacun des bords latéraux et une agencée dans le plan médian du masque. A l’instar de la paroi 4, la visière 10 est en polycarbonate (PC) ou en poly (méthacrylate de méthyle) (PMMA). Pour des raisons esthétiques, la visière 10 est bombée, et de préférence sous la forme d’une portion sphérique de même rayon ou homothétique à celle de la paroi 4. Pour identifier individuellement chaque masque 1, on peut fixer sur l’armature 2 au moins une plaque d’identification 11 sur laquelle sont gravés au moins un code alphanumérique et/ou à barres. Cette plaque 11 est par exemple en aluminium et de préférence agencée à l’intérieur du masque pour ne par être visible de l’extérieur comme montré en figure 2.
Également, en cas de traçabilité requise, au moins une radio-étiquette d’identification (RFID) et/ou au moins une puce électronique de communication sans fil 12, 13 de type wifi ou Bluetooth® peuvent être logée(s) dans des logements afférents réalisés dans l’armature.
On peut aisément procéder au nettoyage régulier des surfaces des composants du masque 1 sans pour autant procéder à celui des cartouches de filtration 5 qui en particulier avec des pastilles 6 de céramique frittée présentent une très grande durée de vie.
Ainsi, après un certain nombre d’utilisations, l’utilisateur peut procéder au démontage par désencliquetage de toutes les cartouches de filtration 5, 7. Ensuite, le sous-ensemble du masque constitué de l’armature 2, de l’enveloppe 3 et de la paroi transparente 4 peut être nettoyé notamment dans un lave-vaisselle. Le cas échéant, la ou les sangles élastique 9 peuvent être retirées avant de placer le sous-ensemble précité dans le lave-vaisselle.
En fonction des préconisations et/ou des contraintes plus ou moins sévères du ou des environnements rencontrés lors de l’utilisation du masque 1, le remplacement des cartouches de filtration 5, 7 peut s’effectuer aisément par n’importe quel utilisateur.
Un autre exemple de masque 1 selon l’invention est illustré en figures 15 et 16. Ici, une seule cartouche de filtration latérale 5 est fixée dans l’enveloppe 3. Le principe de filtration reste le même que celui précédemment indiqué : l’air inspiré par l’utilisateur passe uniquement par la seule cartouche latérale 5, la valve 8 maintenant fermée l’ouverture centrale 210, et l’air expiré est rejeté par cette dernière en traversant la cartouche centrale 7.
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples de mise en œuvre qui viennent d’être décrits.
D’autres variantes et améliorations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l’invention.
En particulier, on peut envisager d’implanter une seule cartouche de filtration à travers laquelle à la fois l’air inspiré et celui expiré par l’utilisateur du masque passeraient. Un tel mode de réalisation peut par exemple être envisagé pour des environnements peu contraignants en termes de particules, gaz, virus ou bactéries à filtrer. Également, dans les exemples illustrés, pour des raisons d’esthétique, les cartouches latérales et frontale sont agencées pour laisser la plus grande zone apparente de la bouche et autour de celle-ci. On peut bien entendu prévoir d’autres agencements dans le masque, notamment pour des applications où la lecture labiale n’est pas primordiale et/ou dans des environnements de travail poussiéreux où le flux d’ aérosol transportant a matière contaminée parvient principalement sur l’avant du masque.
Si la nature des matériaux filtrants imposée par le niveau de filtration recherché génère des pertes de charge trop importantes à travers la ou les cartouches de filtration, on peut envisager d’implanter un ventilateur au sein du masque pour compenser lesdites pertes de charge.
Si dans les exemples illustrés, la paroi d’interface et la visière sont de préférence transparentes en étant incolores, on peut envisager de teinter l’une et/ou G autres dans la masse tout en les conservant transparente(s). Cela peut par exemple être le cas lorsqu’on cherche une protection solaire du visage, en particulier des yeux.

Claims

Revendications
1. Pièce céramique frittée sous la forme d’une pastille (6 ; 6.1, 6.2), destinée être implantée dans un masque (1) de protection respiratoire, la pièce présentant une porosité totale supérieure à 40%.
2. Pièce céramique (6 ; 6.1, 6.2) selon la revendication 1, constituée de carbure de silicium ou de cordiérite ou de titanate d’aluminium ou de zircone ou d’alumine ou de mullite ou de silice ou de leurs mélanges.
3. Pièce céramique (6 ; 6.1, 6.2) selon la revendication 1, comprenant plus de 80% en masse de carbure de silicium.
4. Pièce céramique (6 ; 6.1, 6.2) selon l’une des revendications 1 à 3, présentant une épaisseur comprise entre 1 et 20 mm.
5. Pièce céramique (6 ; 6.1, 6.2) selon l’une des revendications précédentes, la taille médiane des pores étant supérieure à 1 pm et inférieure à 400 pm.
6. Pièce céramique (6 ; 6.1, 6.2) selon l’une des revendications précédentes, les pores de taille supérieure à 300 pm représentant moins de 10% en volume, voire moins de 5% en volume.
7. Pièce céramique (6 ; 6.1, 6.2) selon l’une des revendications précédentes, la tortuosité étant supérieure à 1,1 et inférieure à 1,7.
8. Pièce céramique (6 ; 6.1, 6.2) selon l’une des revendications précédentes, constituée par une mousse céramique.
9. Mousse céramique selon la revendication 8, présentant une porosité totale supérieure à 50%, de préférence supérieure à 60%, voire supérieure à 70%.
10. Mousse céramique selon la revendication 8 ou 9, la porosité intergranulaire étant d'au moins 5 %, de préférence d'au moins 8 %, de préférence encore d'au moins 10% et/ou inférieure à 25%.
11. Mousse céramique selon l’une des revendications 8 à 10, présentant une pluralité de cellules imbriquées, délimitées par des parois céramiques et connectées entre elles par des fenêtres d’interconnexion, les parois délimitant les cellules étant formées par agglomération de grains, cette agglomération laissant subsister des interstices entre les grains.
12. Mousse céramique selon l’une des revendications 8 à 11, la taille médiane des pores intergranulaires étant inférieure à 25 pm, voire inférieure à 20 pm et supérieure à 4 pm, voire supérieure à 7 pm.
13. Mousse céramique selon l’une des revendications 8 à 12, la taille médiane des pores cellulaires étant inférieure à 400 pm, voire inférieure à 200 m m .
14. Mousse céramique selon l’une des revendications 8 à 13, la répartition de la taille des pores étant bimodale.
15. Pièce céramique (6 ; 6.1, 6.2) selon l’une des revendications 1 à 7, la pièce céramique étant constituée de plusieurs couches céramiques superposées présentant des porosités totales respectives différentes.
16. Cartouche de filtration (5), destinée à être fixée de manière amovible à un masque de protection sanitaire, comprenant :
- un corps (50) en deux parties (51, 52) assemblées l’une à l’autre en définissant un logement, chacune des deux parties étant percées d’au moins un trou (510, 520) traversant débouchant dans le logement;
- un support (53) de maintien et d’étanchéité, logé dans le logement du corps;
- au moins une pièce céramique frittée (6;6.1,6.2) selon l’une des revendications précédentes, maintenue avec étanchéité dans le support.
17. Masque de protection respiratoire, comprenant :
- une armature rigide à placer sur le visage d’un utilisateur ;
- une enveloppe d’étanchéité, fixée ou formée intégralement avec au moins l’arrière de l’armature, conformée pour épouser la forme du visage en entourant une zone comprenant le nez et la bouche, l’enveloppe d’étanchéité comprenant dans sa partie arrière une lèvre d'étanchéité souple conformée pour être en contact avec le visage en délimitant la zone ;
- une paroi d’interface transparente, fixée ou formée intégralement avec l’avant de l’armature, de sorte à rendre apparente la bouche ;
- une première cartouche de filtration selon la revendication 16, la première cartouche de filtration étant fixée de manière amovible à l’enveloppe, pour laisser passer l’air en le filtrant depuis l’extérieur du masque par inspiration de l’utilisateur et le cas échéant vers l’extérieur par expiration de l’utilisateur.
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