ES2336163T3

ES2336163T3 - Metodo para cargar medios filtrantes de electretos.

Info

Publication number: ES2336163T3
Application number: ES97122147T
Authority: ES
Inventors: Seyed A. Angadjivand; Marvin E. Jones; Daniel E. Meyer
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1993-08-17
Filing date: 1994-08-17
Publication date: 2010-04-08
Anticipated expiration: 2014-08-17
Also published as: CN1129963A; EP0845554A3; WO1995005501A3; AU680561B2; DE69435251D1; CA2168126C; ES2128590T3; JP3476084B2; PL312993A1; WO1995005501A2; JP2004074149A; EP0845554A2; US6119691A; DE69417041D1; US5496507A; CA2168126A1; CN1052042C; KR100336012B1; JP3735687B2; DE69417041T2

Abstract

SE FACILITA UN MEDIO PARA CARGAR UNA RED DE MICROFIBRAS TERMOPLASTICAS SIN ENTRELAZAR PARA PRODUCIR UN MEDIO DE FILTRADO DE ELECTRETOS. EL METODO INCLUYE EL GOLPEAR CON CHORROS DE AGUA O CON UNA CORRIENTE DE GOTITAS DE AGUA, UNA RED SIN TEJER DE MICROFIBRAS TERMOPLASTICAS NO CONDUCTORAS DE LA ELECTRICDAD CAPACES DE TENER ATRAPADA UNA ELEVADA CANTIDAD DE CARGA, A UNA PRESION SUFICIENTE PARA QUE LA RED ADQUIERA UNA CARGA DE ELECTRETOS QUE MEJORE SU CAPACIDAD DE FILTRADO Y PARA QUE LA ANTEDICHA RED QUEDE SECA.

Description

Método para cargar medios filtrantes de electretos.

La presente invención concierne a medios filtrantes intensificados con electretos (más simplemente llamados "filtros de electretos") fabricados de fibras tales como microfibras obtenidas por extrusión por soplado de la masa fundida. La invención concierne a un método mejorado para fabricar filtros fibrosos de electretos para separar materia en partículas del aire. La invención está especialmente relacionada con equipos de respiración y con la mejora de la cantidad de cargas electrostáticas del medio filtrante que intensifican la filtración.

Durante muchos años, las telas no tejidas para filtros fibrosos se han fabricado de polipropileno usando aparatos de extrusión por soplado de la masa fundida del tipo descrito en el Report No. 4364 de los Naval Research Laboratories, publicado el 25 de mayo de 1954, titulado "Manufacture of Super Fine Organic Fibers" de Van A. Wente et al. Tales telas de microfibras fabricadas mediante extrusión por soplado de la masa fundida continúan siendo de uso general para filtrar contaminantes en partículas, por ejemplo, como máscaras faciales y como filtros de agua, y para otros fines, por ejemplo, como una tela adsorbente para separar aceites del agua, aislamiento acústico y aislamiento térmico.

La calidad de filtración de una tela de microfibras fabricada mediante extrusión por soplado de la masa fundida puede mejorarse por un factor de dos o más cuando las fibras fabricadas mediante extrusión por soplado de la masa fundida son bombardeadas con partículas eléctricamente cargadas, tales como electrones o iones, conforme salen de los orificios de la matriz, haciendo así que la tela fibrosa se convierta en un electreto. Similarmente, la tela puede convertirse en un electreto por exposición a una descarga corona después de que se recoja. Son especialmente útiles las microfibras de polipropileno fabricadas mediante extrusión por soplado de la masa fundida, aunque también pueden usarse otros polímeros, tales como policarbonatos y polihalocarbonatos, que puedan someterse a un proceso de extrusión por soplado de la masa fundida y tengan resistividades volumétricas apropiadas en las condiciones ambientales esperadas.

Los filtros fibrosos para separar contaminantes en partículas del aire también se fabrican a partir de películas de polipropileno fibriladas. La intensificación de la filtración mediante electretos puede proporcionarse cargando electrostáticamente la película antes de que sea transformada en fibras.

Pueden tratarse polímeros comunes, tales como poliésteres, policarbonatos, etc., para producir electretos muy cargados pero estas cargas son usualmente de corta vida, especialmente en condiciones de humedad. Las estructuras de los electretos pueden ser películas o láminas que encuentran aplicación como elementos electrostáticos en dispositivos electro-acústicos tales como micrófonos, auriculares y altavoces, en el control de partículas de polvo, generadores electrostáticos de alto voltaje, registradores electrostáticos y otras aplicaciones.

El documento EP-A-0325854 describe un filtro de electretos fabricado de fibras que contienen polipropileno y poli(4-metil-1-penteno). El filtro consiste en microfibras fabricadas mediante extrusión por soplado de la masa fundida o fibras fibriladas que se cargan sometiendo el material a una descarga corona o a un alto voltaje pulsado.

El objeto subyacente en la presente invención es proporcionar un método para cargar una tela no tejida, una tela no tejida a la que se ha impartido una carga eléctrica, y varios productos que comprenden una tela no tejida que tiene carga retenida, en el que la carga puede impartirse fácil y/o fiablemente a la tela y/o la tela y los productos obtienen propiedades mejoradas tales como un mejor rendimiento de filtración.

Este objeto se consigue con las características según las respectivas reivindicaciones.

En un aspecto, la presente invención proporciona una tela no tejida según la reivindicación 1, obtenible mediante un método para cargar una tela no tejida de microfibras termoplásticas para proporcionar medios filtrantes de electretos que comprende impactar chorros de agua o una corriente de gotitas de agua sobre una tela no tejida de microfibras termoplásticas no conductoras capaces de tener una alta cantidad de carga retenida a una presión suficiente para proporcionar a la tela una carga eléctrica que intensifique la filtración, y secar dicha tela. Sorprendentemente, se ha encontrado que simplemente impactando estos chorros de agua o una corriente de gotitas de agua sobre la tela no tejida de microfibras, la tela desarrolla una carga de electretos que intensifica la filtración. La carga puede además intensificarse sometiendo la tela a un tratamiento de descarga corona antes del impacto del agua. Preferiblemente, la tela se forma a partir de microfibras de polipropileno fabricadas mediante extrusión por soplado de la masa fundida, microfibras de poli(4-metil-1-penteno) o mezclas de las mismas. Para describir este método, en la presente memoria se usará el término "hidrocarga".

Parece que las telas son cargadas después del impacto de los chorros de agua o de una corriente de gotitas de agua porque cuando una tela hidrocargada se expone a radiación de rayos X no filtrada, la eficiencia de la filtración se reduce apreciablemente.

El filtro fibroso de electretos producido por el método de la presente invención es especialmente útil como un elemento filtrante de aire de un equipo de respiración tal como una máscara facial o para fines tales como sistemas industriales y domésticos acondicionadores de aire, limpiadores de aire, limpiadores a vacío, filtros de aire médicos revestidos y sistemas acondicionadores de aire para vehículos y equipos normales tales como ordenadores, unidades de discos de ordenadores y equipos eléctricos. En usos respiratorios, los filtros de electretos pueden estar en forma de máscaras de media cara moldeadas o plegadas, cartuchos o botes reemplazables, o prefiltros. En tales usos, un elemento filtrante de aire producido mediante el método de la presente invención es sorprendentemente efectivo para separar aerosoles en partículas. Cuando se usa como un filtro de aire, tal como en un equipo de respiración, el medio filtrante de electretos tiene sorprendentemente una mejor eficacia filtrante que la que tiene un filtro de electretos comparable cargado mediante los métodos conocidos.

La fig. 1 es una vista lateral de un aparato útil en la fabricación de la tela de microfibras no tejida usada en el método de la presente invención.

La fig. 2 es una vista en perspectiva de un aparato para pulverizar un chorro de agua útil en la presente invención.

La fig. 3 es una vista en perspectiva de un nebulizador útil en la presente invención.

La fig. 4 es una vista en perspectiva de un pulverizador accionado por una bomba útil en la presente invención.

Las microfibras fabricadas mediante extrusión por soplado de la masa fundida útiles en la presente invención pueden prepararse como se describe en Van A. Wente, "Superfine Thermoplastic Fibers", Industrial Engineering Chemistry, vol. 48, pp. 1342-1346 y en el Report No. 4364 de los Naval Research Laboratories, publicado el 25 de mayo de 1954, titulado "Manufacture of Super Fine Organic Fibers" de Van A. Wente et al.

La resina usada para formar las microfibras fabricadas mediante extrusión por soplado de la masa fundida es una resina termoplástica no conductora, es decir, que tiene una resistividad mayor que 10^{14} ohmio.cm, capaz de tener una alta cantidad de carga retenida. Las resinas preferidas incluyen polipropileno, poli(4-metil-1-penteno) y mezclas de las mismas. La resina debe estar sustancialmente exenta de materiales, tales como agentes antiestáticos, que pudieran aumentar la conductividad eléctrica o de otra forma interferir con la capacidad de las fibras de aceptar y retener cargas electrostáticas. Las microfibras fabricadas mediante extrusión por soplado de la masa fundida pueden ser de una única resina, formadas por una mezcla de resinas, por ejemplo polipropileno y poli(4-metil-1-penteno) o formadas por dos resinas en configuraciones estratificadas o núcleo/vaina. Cuando se usan polipropileno y poli(4-metil-1-penteno) en configuraciones estratificadas o núcleo/vaina, el poli(4-metil-1-penteno) está preferiblemente en la superficie externa.

Las microfibras formadas por extrusión por soplado para filtros fibrosos de electretos de la invención tienen típicamente un diámetro efectivo de fibra de aproximadamente 3 a 30 micrómetros, preferiblemente de aproximadamente 7 a 15 micrómetros, calculado según el método puesto de manifiesto en Davis, C.N., "The Separation of Airborne Dust and Particles", Institution of Mechanical Engineers, Londres, Proceedings 1B, 1952.

En la tela también pueden estar presentes fibras discontinuas. La presencia de fibras discontinuas proporciona en general una tela más elástica y menos densa que una tela de sólo microfibras formadas por extrusión por soplado. Preferiblemente, no están presentes más que aproximadamente 90 por ciento en peso de fibras discontinuas, más preferiblemente no más que aproximadamente 70 por ciento en peso. Tales telas que contienen fibras discontinuas se describen en la patente de EE.UU. No. 4.118.531 (Hauser).

También puede incluirse en la tela un material adsorbente en partículas tal como carbón activado o alúmina. Tales partículas pueden estar presentes en cantidades de hasta aproximadamente 80 por ciento en volumen del contenido de la tela. Tales telas cargadas con partículas se describen, por ejemplo, en los documentos US-A-3.971.373 (Braun), US-A-4.100.324 (Anderson) y US-A-4.429.001 (Kolpin et al.).

El medio filtrante de electretos preparado según el método de la presente invención tiene preferiblemente un peso base en el intervalo de aproximadamente 10 a 500 g/m^{2}, más preferiblemente aproximadamente 10 a 100 g/m^{2}. En telas de microfibras fabricadas mediante extrusión por soplado de la masa fundida, el peso base puede controlarse cambiando, por ejemplo, la velocidad del colector o la producción de la matriz. El espesor del medio filtrante es preferiblemente aproximadamente 0,25 a 20 mm, más preferiblemente aproximadamente 0,5 a 2 mm. El medio filtrante de electretos y la resina de polipropileno a partir de la cual se produce no deben someterse a ningún tratamiento innecesario que pudiera aumentar su conductividad eléctrica, por ejemplo, exposición a rayos gamma, irradiación ultravioleta, pirólisis, oxidación, etc.

Las telas de microfibras no tejidas útiles en la presente invención. Pueden prepararse usando un aparato como el mostrado en la fig. 1. Tal aparato incluye una matriz 20 que tiene una cámara 21 de extrusión a través de la cual se hace avanzar el material que forma las fibras licuado; orificios 22 en la matriz dispuestos en línea a lo largo del extremo delantero de la matriz y a través de los cuales se extruye el material que forma las fibras; y orificios 23 del gas cooperante a través de los cuales se fuerza a que pase un gas, típicamente aire calentado, a alta velocidad. La corriente gaseosa a alta velocidad tira y atenúa el material formador de las fibras extruido, tras lo cual el material formador de las fibras solidifica como microfibras durante el trayecto al colector 24 para formar la tela 25.

Cuando en la tela están presentes fibras discontinuas, pueden introducirse por medio del uso de un rodillo 32 tomador dispuesto por encima del aparato que extruye las microfibras por soplado como se muestra en la fig. 1. Una tela 27 de fibras discontinuas, típicamente una tela suelta no tejida tal como la preparada sobre un aparejo de carga o un aparato RANDO-WEBBER, se propulsa a lo largo de la tabla 28 bajo el rodillo impulsor 29 donde el borde delantero engrana contra el rodillo 32 tomador. El rodillo 32 tomador recupera las fibras del borde delantero de la tela 27 separando las fibras unas de otras. Las fibras recuperadas se transportan en una corriente de aire a través de una artesa o conducto 30 y en la corriente de microfibras extruidas por soplado donde se mezclan con las microfibras extruidas por soplado.

Cuando se ha de introducir materia en partículas en la tela, puede añadirse usando un mecanismo de carga similar al conducto 30.

La hidrocarga de la tela se lleva a cabo haciendo impactar chorros de agua o una corriente de gotitas de agua sobre la tela a una presión suficiente para dotar a la tela con carga de electretos que intensifique la filtración. La presión necesaria para conseguir resultados óptimos variará dependiendo del tipo de pulverizador usado, del tipo de polímero a partir del cual se forma la tela, del espesor y de la densidad de la tela y de si se lleva a cabo un tratamiento tal como una carga por descarga corona antes de la hidrocarga. En general, son adecuadas presiones en el intervalo de aproximadamente 60 a 3450 kPa. Preferiblemente, el agua usada para proporcionar las gotitas de agua es relativamente pura. El agua destilada o desionizada es preferible al agua de grifo.

Los chorros de agua o la corriente de gotitas de agua pueden proporcionarse mediante cualquier medio de pulverización adecuado. Aquellos aparatos útiles para fibras hidráulicamente enredadas son en general útiles en el método de la presente invención, aunque la operación en la hidrocarga se lleva a cabo a presiones menores que las en general usadas en el hidroenredamiento.

Un ejemplo de un medio de pulverización adecuado se muestra en la fig. 2 en la que la tela fibrosa 10 es transportada sobre el medio soporte 11. El medio de transporte puede estar en forma de cinta, preferiblemente porosa, tal como un tamiz o tela de malla. Los chorros de agua 12 en la cabeza 13 de chorros de agua proporcionan la pulverización de agua con una bomba (no mostrada) que proporciona la presión de agua. Los chorros de agua 12 impactan sobre la tela 10 en los puntos de impacto 12'. Preferiblemente, se proporciona un vacío debajo de un soporte poroso para ayudar al paso del pulverizado a través de la tela y para reducir las necesidades de energía del secado.

Otros ejemplos de medios de pulverización para usar en el método de la presente invención incluyen nebulizadores tales como el mostrado en la fig. 3, en el que el agua proporcionada a través de la línea 14 de agua y el aire presurizado proporcionado a través de la línea 15 de aire se suministran a una boquilla 16 para proporcionar una neblina pulverizada que impacte en la tela 10, y pulverizadores accionados por bombas tales como el mostrado en la fig. 4, en el que una bomba 17 manejada a mano fuerza el agua, proporcionada por el medio 18 de suministro de agua, a través de la boquilla 19 para proporcionar una neblina pulverizada.

En los siguientes ejemplos, todos los porcentajes y partes se dan en peso a menos que se indique lo contrario. Se empleó el método de prueba a continuación para evaluar los ejemplos.

Penetración de DOP y pérdida de carga

Se generan partículas de ftalato de dioctilo (DOP) de 0,3 micrómetros de diámetro a una concentración de entre 70 y 110 mg/m^{3} usando un pulverizador TSI nº 212 con cuatro orificios y aire limpio a 207 kPa. Las partículas son forzadas a pasar a través de una muestra de medio filtrante que tiene un diámetro de 11,45 cm a una caudal de 42,5 L/min, lo cual es una velocidad facial de 6,9 centímetros por segundo. La muestra se expone al aerosol durante 30 segundos. La penetración se mide con una cámara óptica de difusión, Percent Penetration Meter modelo TPA-8F disponible en Air Techniques Inc. La penetración de DOP es preferiblemente menor que aproximadamente 70%, más preferiblemente menor que aproximadamente 40%. La pérdida de carga se mide a un caudal de 42,5 L/min y una velocidad facial de 6,0 cm/s usando un manómetro electrónico. La pérdida de carga se da como \DeltaP en mm de agua. Preferiblemente, la pérdida de carga es menor que aproximadamente 4 mm de agua, más preferiblemente menor que aproximadamente 3 mm de agua para una única capa de tela.

La penetración y la pérdida de carga se usan para calcular un factor de calidad "índice QF" a partir del logaritmo natural (ln) de la penetración de DOP mediante la siguiente fórmula:

1

Un índice QF inicial mayor indica mejor eficacia inicial de filtración. Los índices QF decrecientes se correlacionan en efecto con una eficacia de filtración decreciente. En general, se prefiere un índice QF de al menos aproximadamente 0,25, es más preferido un índice de al menos aproximadamente 0,5 y el más preferido es un índice de al menos aproximadamente 1.

Ensayo de adsorción del humo de los cigarrillos

El ensayo de adsorción del humo de los cigarrillos se realizó en una cámara de ensayo que tenía dimensiones rectangulares con un volumen de 1 m^{3}, el cual contenía un aspirador (CAM 770 Room Air Cleaner, Norelco Company) equipado con una muestra de filtro plana (14 cm x 14 cm). Un dispositivo de fumar capaz de fumar un número predeterminado de cigarrillos (1-10) emitía humo dentro de la cámara de ensayo durante un tiempo de combustión controlado de 4 a 5 minutos. Un ventilador proporcionaba una mezcla uniforme del humo de los cigarrillos generado dentro de la cámara de ensayo. Un contador láser de partículas (modelo PMS LAS-X de Particle Measurement System, Colorado) que tenía una caudal de toma de muestra de 5 cm^{3}/s y un intervalo de detección del tamaño de partícula de 0,1 a 7,5 micrómetros monitorizó la concentración de partículas por cuenta dentro del ambiente de la cámara de ensayo. La eficiencia de retención de las partículas y la pérdida de carga se midieron antes y después de la adsorción del humo de los cigarrillos.

La eficiencia de retención de las partículas del medio filtrante se midió usando un equipo automatizado para ensayar filtros TSI AFT-8110 (TSI, St Paul, MN) con partículas de NaCl y una velocidad facial de aire que pasaba a través de la muestra de 26,7 cm/s. La concentración de las partículas de NaCl, C_{in} y C_{out}, en posiciones aguas arriba y aguas abajo, respectivamente, de las muestras de filtro se midió usando un fotómetro en el equipo TSI AFT-8110 y la eficiencia de retención de las partículas, E, del filtro se calculó usando la fórmula:

2

Ensayo de carga de partículas en aire ambiente

Muestras de filtro se sometieron a aire ambiente a un caudal de 250 m^{3}/h durante períodos extensos de tiempo usando muestras de 300 mm x 116 mm y a continuación se ensayaron con partículas de un tamaño de 0,3 micrómetros y 1,0 micrómetros. Las eficiencias de retención de partículas resultantes se midieron como se describió en el ensayo de adsorción del humo de los cigarrillos tanto antes del ensayo como después de los tiempos de carga con aire ambiente diseñados.

Ejemplos 1-7 y ejemplos comparativos C1-C2

Se preparó una tela de microfibras de polipropileno (ESCORENE 3505G, disponible en Exxon Corp.) como se describe en Van A. Wente, "Superfine Thermoplastic Fibers", Industrial Engineering Chemistry, vol. 48, pp. 1342-1346. La tela tenía un peso de 55 g/m^{2} y un espesor de 0,1 cm. El diámetro efectivo de las fibras fue 7,6 \mum. Muestras de la tela se sometieron a impacto de chorros de agua proporcionados por un hidroenredador (Laboratory Model, serie nº 101, disponible en Honeycomb Systems Corp.), similar al mostrado en la fig. 1, el cual tenía una anchura de barra de pulverización de 0,6 cm con 40 orificios de pulverización, cada uno de 0,13 mm de diámetro, por 2,5 cm de anchura, a varias presiones de agua como se pone de manifiesto en la tabla 1. Cada muestra pasó por debajo de la barra de pulverización a una velocidad de 3,5 cm/min, y se trató una vez por cada cara, se extrajo a vacío y se secó a 70ºC durante una hora. Las muestras tratadas se ensayaron respecto a la penetración de DOP y la pérdida de carga y se calculó el factor de calidad. La penetración (Pen) y el factor de calidad (QF) se dan en la tabla 1.

TABLA 1

3

Como puede verse por los datos de la tabla 1, la hidrocarga (a presiones de al menos aproximadamente 170 kPa) desarrolla en esta tela valores útiles de características de filtración intensificada por electretos.

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Ejemplos 8-15 y ejemplos comparativos C3-C4

Se preparó una tela como en los ejemplos 1-7 y se sometió a un tratamiento por descarga corona pasando la tela, en contacto con una placa de tierra de aluminio, dos veces por una descarga corona positiva de CC a una velocidad de 1,2 m/min manteniendo la corriente de la fuente de descarga corona a aproximadamente 0,01 mA/cm y la fuente de descarga corona estaba a aproximadamente 4 cm de la placa de tierra. A continuación, muestras de esta tela se sometieron a impacto de chorros de agua como en los ejemplos 1-7 a varias presiones puestas de manifiesto en la tabla 2. Las muestras tratadas se ensayaron respecto a la penetración de DOP y la pérdida de carga y se calculó el factor de calidad. La penetración (Pen) y el factor de calidad (QF) se dan en la tabla 2.

TABLA 2

4

Como puede verse por los datos de la tabla 2, la hidrocarga (a presiones mayores que aproximadamente 170 kPa) aumentó las características de filtración con electretos de esta tela.

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Ejemplos 16-21 y ejemplo comparativo C5

Se preparó una tela como en los ejemplos 1-7 excepto que el polímero usado fue poli(4-metil-1-penteno) (TPX^{TM} MX-007, disponible en Mitsui Chemical Co.). La tela se sometió a un tratamiento por descarga corona como en los ejemplos 8-15. En los ejemplos 16-21, muestras de esta tela se sometieron a continuación a impacto de chorros de agua como en los ejemplos 1-7 a varias presiones puestas de manifiesto en la tabla 3. Las muestras tratadas se ensayaron respecto a la penetración de DOP y la pérdida de carga y se calculó el factor de calidad. La penetración (Pen) y el factor de calidad (QF) se dan en la tabla 3.

TABLA 3

5

Como puede verse por los datos de la tabla 3, la hidrocarga de telas de poli(4-metil-1-penteno) a presiones de aproximadamente 69 kPa y mayores produjo telas que tenían excelentes características de filtración intensificada con electretos.

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Ejemplos 22-24 y ejemplos comparativos C6-C8

En los ejemplos 22-24 y en los ejemplos comparativos C6-C8 se prepararon como se describe en el documento US-A-118531 (Hauser) telas de microfibras de polipropileno (ESCORENE 3505G) que contenían 50% en peso de fibra discontinua. Cada tela pesaba aproximadamente 50 g/m^{2}. En el ejemplo 22 y en el ejemplo comparativo C6, la fibra discontinua fue polipropileno de 17 denier, de 5,1 cm de longitud, natural, disponible en Synthetic Industries (17d PP); en el ejemplo 23 y en el ejemplo comparativo C7, la fibra discontinua fue poliéster de 15 denier, de 3,1 cm de longitud, KODEL K-431 disponible en Eastman Chemical Company (15d, PET); y en el ejemplo 24 y en el ejemplo comparativo C8, la fibra discontinua fue poliéster de 6 denier, de 5,1 cm de longitud, KODEL K-211 disponible en Eastman Chemical Company (6d, PET). Antes de usar, las fibras discontinuas de poliéster se lavaron para separar el acabado superficial usando aproximadamente 2 por ciento en peso de LIQUINOX (disponible en Alconox, Inc.) en agua caliente (aproximadamente 60ºC) con agitación durante aproximadamente 5 minutos, se enjuagaron y se secaron.

Muestras de cada tela se sometieron a un tratamiento por descarga corona como se describió en los ejemplos 8-15. En los ejemplos 22-24, las telas se sometieron subsiguientemente a impacto de agua pulverizada como en los ejemplos 1-7 a una velocidad de 3,5 m/min con una presión hidrostática de 690 kPa. Las muestras tratadas se ensayaron respecto a la penetración de DOP y la pérdida de carga y se calculó el factor de calidad. La penetración (Pen) y el factor de calidad (QF) se dan en la tabla 4.

TABLA 4

6

Como puede verse por los datos de la tabla 4, la hidrocarga de telas de mezclas de microfibras fabricadas por extrusión por soplado de la masa fundida y fibras discontinuas después del tratamiento con descarga corona aumenta el factor de calidad cuando se compara con telas tratadas sólo con carga mediante descarga corona. El aumento más significativo se vio en la tela que contenía fibra discontinua de poliéster de 15 denier al 50 por ciento.

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Ejemplos 25-26 y ejemplo comparativo C9

Se preparó una tela de polipropileno como en los ejemplos 1-7. La tela tuvo un peso base de 54 g/cm^{2} y un espesor de 1,04 mm. El diámetro efectivo de las fibras fue 7,5 \mum. En el ejemplo comparativo C9, se cargó mediante descarga corona una muestra de la tela como en los ejemplos 8-15. En el ejemplo 25, se hidrocargó una muestra usando un nebulizador (modelo SCD 052H, disponible en Sonic Development Corp., con la tapa del resonador separada) con una presión de aire de 380 a 414 kPa y agua a presión atmosférica a una distancia de aproximadamente 7 a 12 cm por cada lado. En el ejemplo 26, se cargó una muestra por descarga corona como en el ejemplo comparativo C9 y a continuación se hidrocargó como en el ejemplo 25. Las muestras tratadas se ensayaron respecto a la penetración de DOP y la
pérdida de carga y se calculó el factor de calidad. La penetración (Pen) y el factor de calidad (QF) se dan en la tabla 5.

TABLA 5

7

Como puede verse por los datos de la tabla 5, la hidrocarga de esta tela con el nebulizador (ejemplo 25) proporcionó características de filtración intensificadas aunque el factor de calidad no fue tan alto como el de la cargada sólo con carga mediante descarga corona (ejemplo comparativo C9). La hidrocarga con el nebulizador después del tratamiento con descarga corona proporcionó el mayor factor de calidad de los ejemplos de la tabla 5.

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Ejemplo 27 y ejemplo comparativo C10

Se preparó una tela como en los ejemplos 1-7 excepto que el polímero usado fue una mezcla de pelets de polipropileno al 75% (FINA 3860X, disponible en Final Oil & Chemical Co.) y poli(4-metil-1-penteno) al 25% (TPX^{TM} MX-007, disponible en Mitsui Chemical Co.). La tela fue de 1,0 mm de espesor y tuvo un peso base de 55 g/m^{2}. El diámetro efectivo de las fibras fue 8,1 \mum. En el ejemplo 27, una muestra de la tela se sometió a tratamiento por descarga corona y a continuación a impacto de chorros de agua como en los ejemplos 8-15 usando una presión de agua de 345 kPa. En el ejemplo comparativo C10, una muestra se sometió sólo a tratamiento por descarga corona. Las muestras tratadas se ensayaron respecto a la penetración de DOP y la pérdida de carga y se calculó el factor de calidad. La penetración (Pen) y el factor de calidad (QF) se dan en la tabla 6.

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TABLA 6

8

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Como puede verse por los datos de la tabla 6, la hidrocarga intensificó significativamente las características de filtración de la tela del ejemplo 27 respecto a las de la tela del ejemplo comparativo C10 que sólo se cargó con descarga corona.

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Ejemplo 28

Se preparó una microfibra de múltiples capas de polipropileno/poli(4-metil-1-penteno) como en los ejemplos 1-7, excepto que el aparato utilizó dos extrusoras y un adaptador de coextrusión (en inglés "feedblock") de tres capas (montaje divisor) siguiendo el método para formar telas de microfibras que tienen fibras estratificadas como se describió en la patente de EE.UU. nº 5.207.970 (Joseph et al.). Esta primera extrusora suministró una corriente de masa fundida de una resina de polipropileno de índice de fluidez de la masa fundida de 50, disponible en FINA Oil and Chemical Co., al ensamblaje del adaptador de coextrusión el cual calentó la resina hasta aproximadamente 320ºC. La segunda extrusora, que calentó la resina hasta aproximadamente 343ºC, suministró al adaptador de coextrusión una corriente de una masa fundida de poli(4-metil-1-penteno) suministrada como TPX^{TM} grado MX-007 por Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. El adaptador de coextrusión divide las dos corrientes de polímero. Las corrientes de las masas fundidas de polímeros se fusionaron de una manera alternante a la salida del adaptador de coextrusión en una corriente de masa fundida de tres capas, siendo las capas externas de resina de poli(4-metil-1-penteno). Los caudales de las bombas de engranaje se ajustaron para suministrar al ensamblaje del adaptador de coextrusión una relación de bombeo de masa fundida de polímero polipropileno:poli(4-metil-1-penteno) de 75:25. Las telas se recogieron en un colector a una distancia de la matriz de 28 cm. La tela resultante de microfibras de tres capas tuvo un diámetro efectivo de fibra de menos que aproximadamente 8 micrómetros y un peso base de 55 g/m^{2}. La tela se sometió a un tratamiento de descarga corona como se describió en los ejemplos 8-15, y a continuación a impacto de agua como se describió en los ejemplos 1-7 usando una presión de agua de 345 kPa. Luego, la tela se sometió a extracción a vacío y se secó a 70ºC durante una hora. La pérdida de carga y la penetración se midieron sobre la tela antes del impacto de los chorros de agua (tratamiento con descarga corona sólo) y después tanto del tratamiento con descarga corona como con impacto con chorros de agua y se calculó el factor de calidad. La penetración y el factor de calidad se dan en la
tabla 7.

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Ejemplo 29

Se preparó como en el ejemplo 28 una tela que tenía un peso base de 55 g/m^{2} y que comprendía microfibras de tres capas que tenían un diámetro efectivo de fibra de menos que aproximadamente 8 micrómetros, excepto que las corrientes de masas fundidas de polipropileno y poli(4-metil-1-penteno) se suministraron al adaptador de coextrusión de tres capas en una relación 50:50 y la distancia del colector a la matriz fue 23 cm. La tela resultante se trató por descarga corona y subsiguientemente se sometió a impacto de chorros de agua y se secó como en el ejemplo 28. La pérdida de carga y la penetración se midieron sobre las telas antes del impacto de los chorros de agua (tratamiento con descarga corona sólo) y después tanto del tratamiento con descarga corona como con impacto con chorros de agua y se calculó el factor de calidad. La penetración y el factor de calidad se dan en la tabla 7.

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Ejemplo 30

Se preparó como en el ejemplo 28 una tela que tenía un peso base de 55 g/m^{2} y que comprendía microfibras de tres capas que tenían un diámetro efectivo de fibra de menos que aproximadamente 8 micrómetros, excepto que las corrientes de masas fundidas de polipropileno y poli(4-metil-1-penteno) se suministraron al adaptador de coextrusión de tres capas en una relación 25:75 y la distancia del colector a la matriz fue 19 cm. La tela resultante se trató por descarga corona y subsiguientemente se sometió a impacto de chorros de agua y se secó como en el ejemplo 28. La pérdida de carga y la penetración se midieron sobre las telas antes del impacto de los chorros de agua (tratamiento con descarga corona sólo) y después tanto del tratamiento con descarga corona como con impacto con chorros de agua y se calculó el factor de calidad. La penetración y el factor de calidad se dan en la tabla 7.

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Ejemplo 31

Se preparó como en el ejemplo 28 una tela de poli(4-metil-1-penteno) excepto que sólo se usó una extrusora, la cual calentó la resina a 343ºC. La extrusora se conectó directamente a la matriz a través de la bomba de engranajes. La distancia del colector a la matriz fue 19 cm. La tela resultante que tenía un diámetro efectivo de fibra de 8 micrómetros y un peso base de 55 g/m^{2} se trató por descarga corona y subsiguientemente se sometió a impacto de chorros de agua y se secó como en el ejemplo 28. La pérdida de carga y la penetración se midieron sobre las telas antes del impacto de los chorros de agua (tratamiento con descarga corona sólo) y después tanto del tratamiento con descarga corona como con impacto con chorros de agua y se calculó el factor de calidad. La penetración y el factor de calidad se dan en la tabla 7.

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Ejemplo 32

Se preparó como en el ejemplo 28 una tela que tenía un peso base de 55 g/m^{2} y que comprendía microfibras de tres capas que tenían un diámetro efectivo de fibra de menos que aproximadamente 8 micrómetros, excepto que la segunda extrusora suministró al adaptador de coextrusión una corriente de masa fundida de una mezcla de pelets de resina de polipropileno de índice de fluidez de la masa fundida 50, disponible en FINA, y una resina de poli(4-metil-1-penteno) (Mitsui "TPX" grado MX-007). Las corrientes de las masas fundidas de polímeros se fusionaron de una manera alternante en una corriente de masa fundida de tres capas, siendo las capas externas de la mezcla de pelets (polipropileno 75% en peso:poli(4-metil-1-penteno) 25% en peso). Los caudales de las bombas de engranaje se ajustaron para suministrar al ensamblaje del adaptador de coextrusión una relación de masa fundida de polímeros polipropileno:mezcla de pelets de 50:50. La distancia del colector a la matriz fue 19 cm. La tela resultante se trató por descarga corona y se sometió subsiguientemente a impacto de chorros de agua y se secó mediante el tratamiento del ejemplo 28. La pérdida de carga y la penetración se midieron sobre las telas antes del impacto de los chorros de agua (tratamiento con descarga corona sólo) y después tanto del tratamiento con descarga corona como con impacto con chorros de agua y se calculó el factor de calidad. La penetración y el factor de calidad se dan en la tabla 7.

TABLA 7

9

Como puede verse por los datos de la tabla 7, las telas que contenían fibras que tenían capas externas de, o que contenían, poli(4-metil-1-penteno) mostraron excelentes valores de las características de filtración intensificadas cuando se sometieron tanto a un tratamiento por descarga corona como a impacto de chorros de agua.

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Ejemplo 33

Se preparó como en el ejemplo 28 una tela que tenía un peso base de 63 g/m^{2} y que comprendía microfibras de cinco capas que tenían un diámetro efectivo de fibra de menos que aproximadamente 10 micrómetros, excepto que las corrientes de masas fundidas de polipropileno y poli(4-metil-1-penteno) se suministraron al adaptador de coextrusión de cinco capas en una relación en peso 50:50. Las corrientes de las masas fundidas de polímero se fusionaron de una manera alternante en una corriente de masa fundida de cinco capas a la salida del adaptador de coextrusión, siendo las capas externas de resina de poli(4-metil-1-penteno). La tela resultante se sometió a un tratamiento por descarga corona pasando la tela, en contacto con una placa de tierra de aluminio, secuencialmente a una velocidad de 7 m/min bajo seis fuentes corona positivas de CC, manteniendo la corriente a aproximadamente 0,05 mA/cm y la fuente de descarga corona estaba aproximadamente a 7 cm de la placa de tierra. La tela tratada por descarga corona se sometió entonces a impacto de chorros de agua como en el ejemplo 28 excepto que la presión del agua fue 690 kPa. La tela se extrajo a vacío y se secó en un secadero con flujo de aire a 82ºC durante aproximadamente 45 segundos. La pérdida de carga y la penetración se midieron sobre las telas antes del impacto de los chorros de agua (tratamiento con descarga corona sólo) y después tanto del tratamiento con descarga corona como con impacto con chorros de agua y se calculó el factor de calidad. La penetración y el factor de calidad se dan en la tabla 8.

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Ejemplo 34

Se preparó como en el ejemplo 28 una tela que tenía un peso base de 62 g/m^{2} y que comprendía microfibras de cinco capas que tenían un diámetro efectivo de fibra de menos que aproximadamente 10 micrómetros, excepto que sólo se usó una extrusora, la cual calentó la resina a 340ºC. La extrusora suministró al adaptador de coextrusión una corriente de masa fundida de una mezcla de pelets que contenía 50 por ciento en peso de resina de polipropileno de índice de fluidez de la masa fundida 50, y 50 por ciento en peso de poli(4-metil-1-penteno) (Mitsui "TPX" grado MX-007). La tela resultante se trató por descarga corona y también subsiguientemente se sometió a impacto de chorros de agua y se secó como en el ejemplo 33. La pérdida de carga y la penetración se midieron sobre las telas antes del impacto de los chorros de agua (tratamiento con descarga corona sólo) y después tanto del tratamiento con descarga corona como con impacto con chorros de agua y se calculó el factor de calidad. La penetración y el factor de calidad se dan en la tabla 8.

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Ejemplo 35

Se preparó como en el ejemplo 33 una tela que tenía un peso base de 62 g/m^{2} y que comprendía microfibras de cinco capas que tenían un diámetro efectivo de fibra de menos que aproximadamente 10 micrómetros, excepto que la segunda extrusora suministró al adaptador de coextrusión una corriente de masa fundida de un poli(4-metil-1-penteno) suministrado como "TPX" grado DX820 por Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. Las corrientes de las masas fundidas de polímero se fusionaron de una manera alternante en una corriente de masa fundida de cinco capas, siendo las capas externas de poli(4-metil-1-penteno). Los caudales de las bombas de engranaje se ajustaron para suministrar al ensamblaje del adaptador de coextrusión una relación en peso de masa fundida de polímeros polipropileno:poli(4-metil-1-penteno)de 50:50. La tela resultante se trató por descarga corona y se sometió subsiguientemente a impacto de chorros de agua y se secó como en el ejemplo 33. La pérdida de carga y la penetración se midieron sobre las telas antes del impacto de los chorros de agua (tratamiento con descarga corona sólo) y después tanto del tratamiento con descarga corona como con impacto con chorros de agua y se calculó el factor de calidad. La penetración y el factor de calidad se dan en la tabla 8.

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Ejemplo 36

Se preparó como en el ejemplo 28 una tela que tenía un peso base de 59 g/m^{2} y que comprendía microfibras de cinco capas que tenían un diámetro efectivo de fibra de menos que aproximadamente 10 micrómetros, excepto que la segunda extrusora suministró al adaptador de coextrusión una corriente de masa fundida de una mezcla de pelets de 80 por ciento en peso de resina de polipropileno de índice de fluidez de la masa fundida 50, y 20 por ciento en peso de poli(4-metil-1-penteno) (Mitsui "TPX" grado MX-007). Las corrientes de las masas fundidas de polímeros se fusionaron de una manera alternante en una corriente de masa fundida de cinco capas, siendo las capas externas de la mezcla de pelets. Los caudales de las bombas de engranaje se ajustaron para suministrar al ensamblaje del adaptador de coextrusión una relación en peso de masas fundidas de polímeros polipropileno:mezcla de pelets de 50:50. La tela resultante se trató por descarga corona y se sometió subsiguientemente a impacto de chorros de agua y se secó como en el ejemplo 33. La pérdida de carga y la penetración se midieron sobre las telas antes del impacto de los chorros de agua (tratamiento con descarga corona sólo) y después tanto del tratamiento con descarga corona como con impacto con chorros de agua y se calculó el factor de calidad. La penetración y el factor de calidad se dan en la
tabla 8.

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Ejemplo 37

Se preparó como en el ejemplo 28 una tela de poli(4-metil-1-penteno) (Mitsui "TPX" grado MX-007) utilizando una corriente de masa fundida de cinco capas, excepto que sólo se usó una extrusora, la cual calentó la resina a 343ºC. La extrusora se conectó directamente a la matriz a través de la bomba de engranajes. La tela resultante se trató por descarga corona y subsiguientemente se sometió a impacto de chorros de agua y se secó como en el ejemplo 33. El peso base fue 65 g/m^{2} y el diámetro efectivo de fibra fue menor que 10 micrómetros. La pérdida de carga y la penetración se midieron sobre las telas antes del impacto de los chorros de agua (tratamiento con descarga corona sólo) y después tanto del tratamiento con descarga corona como con impacto con chorros de agua y se calculó el factor de calidad. La penetración y el factor de calidad se dan en la tabla 8.

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TABLA 8

10

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Ejemplos 38a-d, 39a-d y 40a-d

Se prepararon capas filtrantes circulares de 10,16 cm de diámetro y 1,3 mm de anchura a partir de materiales en forma de tela preparados como se describió en el ejemplo 35 para los ejemplos 38a-d, en el ejemplo 36 para los ejemplos 39a-d y en el ejemplo 37 para los ejemplos 40a-d. A los elementos filtrantes circulares se les ensambló varios números de capas, como se indica en la tabla 9, de medio filtrante cargado con electretos como en el documento US-A-4.886.058 (Brostrom et al.) para las paredes frontal y trasera del elemento filtrante. Cada elemento filtrante ensamblado tenía un tubo respirador singular circular de polipropileno que tenía un diámetro interno de 1,91 cm. Los elementos filtrantes se sometieron al ensayo de penetración de DOP y al de pérdida de carga. Los resultados se dan en la tabla 9.

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Ejemplos 41a-e

Se preparó como en el ejemplo 33 una tela de resina de polipropileno de índice de fluidez de la masa fundida de 50, excepto que sólo se usó una extrusora, la cual calentó la resina a 320ºC y se conectó directamente a la matriz a través de la bomba de engranajes. La tela resultante tuvo un peso base de 55 g/m^{2} y un diámetro efectivo de fibra de menos que aproximadamente 8 micrómetros. La tela resultante se trató por descarga corona y también subsiguientemente se sometió a impacto de chorros de agua y se secó como en el ejemplo 33.

Se prepararon elementos filtrantes que contenían varios números de capas de la tela con electretos y se ensayaron como en los ejemplos 38-40. Los resultados se ponen de manifiesto en la tabla 9.

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Ejemplo comparativo C11

Se preparó como en el ejemplo 41 una tela de resina de polipropileno de índice de fluidez de la masa fundida de 50, excepto que la tela resultante sólo se trató mediante descarga corona. Se ensambló un elemento filtrante usando seis capas de medio filtrante de electretos y se ensayó como en los ejemplos 38-40. Los resultados se ponen de manifiesto en la tabla 9.

TABLA 9

11

Los datos demuestran que el impacto de chorros de agua sobre un medio filtrante de microfibras tratadas por descarga corona de fibras de polipropileno, construcción de fibras de múltiples capas de polipropileno con poli(4-metil-1-penteno), y fibras de poli(4-metil-1-penteno) permite menos penetración de DOP tanto inicialmente como al final de la carga en comparación con una construcción de 6 capas de fibras de polipropileno sometida sólo a tratamiento por descarga corona. Por lo tanto, pueden fabricarse elementos filtrantes que utilicen el medio de microfibras tratado por impacto de agua con pocas capas de medio y puede dar lugar a una menor pérdida de carga a través del elemento filtrante mientras que el elemento filtrante aún ofrece valores de eficacia comparables o superiores al medio filtrante de electretos tratado por descarga corona que tiene un mayor número de capas.

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Ejemplo 42

Se preparó como en el ejemplo 31 una muestra de filtro, excepto que la distancia del colector a la matriz fue 40 cm, la resina se calentó a 372ºC, el diámetro efectivo de fibra fue 14 micrómetros, el peso base fue 50 g/m^{2} y la tela se seco a 80ºC durante aproximadamente 25 min. Se midió la pérdida de carga. La muestra se sometió al ensayo del humo de los cigarrillos y se determinó la eficiencia del filtro. Los resultados se muestran en la tabla 10.

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Ejemplo 43

Se preparó como en el ejemplo 42 un filtro, excepto que se usó poli(4-metil-1-penteno) TPX^{TM} grado MX-002. Se midió la pérdida de carga. La muestra se sometió al ensayo del humo de los cigarrillos y se determinó la eficiencia del filtro. Los resultados se muestran en la tabla 10.

TABLA 10

13

Los datos de la tabla 10 ilustran la superior eficiencia de filtración de los filtros de poli(4-metil-1-penteno) y tratados mediante la combinación de descarga corona e impacto de agua.

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Ejemplos 44a y 44b

Se preparó como en el ejemplo 31 una muestra de filtro, excepto que la distancia del colector a la matriz fue 28 cm y el diámetro efectivo de fibra fue 14 micrómetros. La tela tuvo un peso base de 40 g/m^{2} y un espesor de 1,2 mm. Se preparó un elemento filtrante plisado a partir de la tela filtrante y una gasa difusora de Colback (80 g/m^{2}, disponible en BASF Corp.) la cual había sido adherida a la tela filtrante con un adhesivo usando aproximadamente 1 g/m^{2} de adhesivo. El elemento filtrante fue de 29 cm de largo, 10 cm de ancho y tenía 52 pliegues en sus 29 cm de longitud teniendo los pliegues una altura de 28 mm. La tela se ensayó respecto a los valores de eficiencia y pérdida de carga iniciales así como respecto a la eficiencia del filtro después de cargarlo con partículas del aire ambiente de tamaños de partícula de 0,3 micrómetros (ejemplo 44a) y 1 micrómetro de diámetro (ejemplo 44b). Los resultados se muestran en la tabla 11.

TABLA 11

14

Los datos de la tabla 11 demuestran que la eficiencia de retención de partículas puede sostenerse con una gama de tamaños de partícula durante largos períodos de tiempo incluso en condiciones de uso continuo.

Claims

1. Una tela no tejida, que comprende microfibras termoplásticas y a la que se ha impartido una carga eléctrica y que es obtenible mediante las etapas que comprenden: (i) impactar chorros de agua o una corriente de gotitas de agua sobre la tela no tejida (10) que comprende microfibras termoplásticas no conductoras a una presión suficiente para dotar a la tela no tejida (10) con una carga de electretos que intensifique la filtración, y a continuación (ii) secar la tela no tejida.

2. La tela no tejida según la reivindicación 1, en la que las microfibras termoplásticas de la tela no tejida (10) tienen esencialmente la misma composición.

3. La tela no tejida según la reivindicación 1 ó 2, en la que las microfibras termoplásticas son microfibras de polipropileno, microfibras de poli(4-metil-1-penteno), o mezclas de las mismas.

4. La tela no tejida según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que las microfibras termoplásticas comprenden polipropileno y poli(4-metil-1-penteno).

5. La tela no tejida según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que además comprende: (iii) someter a la tela no tejida (10) a un tratamiento por descarga corona antes de la etapa (i).

6. Un respirador, que comprende un filtro que comprende la tela no tejida (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

7. Un medio filtrante con electretos, que comprende una tela no tejida (10) de microfibras termoplásticas no conductoras que tienen carga retenida, dicha carga proporcionada mediante: (i) el impacto sobre la tela (10) de chorros (12) de agua o de una corriente de gotitas de agua a una presión suficiente para dotar a la tela (10) con una carga de electretos que intensifique la filtración y (ii) el secado de la tela (10).

8. Una máscara facial de filtración resiliente con forma de copa adaptada para cubrir la nariz y la boca del portador de la máscara, que comprende una tela no tejida (10) de microfibras termoplásticas no conductoras que tienen carga retenida, dicha carga proporcionada mediante: (i) el impacto sobre la tela (10) de chorros (12) de agua o de una corriente de gotitas de agua a una presión suficiente para dotar a la tela (10) con una carga de electretos que intensifique la filtración y (ii) el secado de la tela (10).

9. Un ensamblaje en forma de máscara para respirar, que comprende una pieza facial que al menos comprende un orificio de inhalación, una válvula de inhalación y un filtro de inhalación y al menos un orificio de exhalación y una válvula de exhalación, un cierre facial soportado por la pieza facial y un arnés para soportar la pieza facial en la cabeza del portador, comprendiendo dicho filtro de inhalación una tela no tejida (10) de microfibras termoplásticas no conductoras que tienen carga retenida, dicha carga proporcionada mediante: (i) el impacto sobre la tela (10) de chorros (12) de agua o de una corriente de gotitas de agua a una presión suficiente para dotar a la tela (10) con una carga de electretos que intensifique la filtración y (ii) el secado de la tela (10).