FR3126341A1 - Masque de protection, demi-masque de protection et objet filtrant - Google Patents

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Abstract

Ce masque, demi-masque ou objet filtrant comprend une partie filtrante (2). Cette partie filtrante comprenant au moins deux couches :– une couche de filtration (3), apte à assurer la filtration de particules fines solides ou aérosols (1 à 5 micromètres), voire très fines (0,1 à 0,6 micromètre), pourvue d’ouvertures dont les dimensions sont comprises entre 0,1 et 5 micromètres, réalisée en un matériau non tissé, tissé ou tricoté ;– une couche d’exosquelette (5, 8), constituée d’un tissu, d’un tricot ou d’une grille extrudée, dont la résistance mécanique est supérieure à celle de la couche de filtration, et dont la dimension des ouvertures dont elle est pourvue est comprise entre 0,2 et 5 millimètres. Lesdites au moins deux couches (3, 5, 8) sont configurées pour être plaquées l’une à l’autre, et sont solidarisées l’une à l’autre, soit au niveau du pourtour de la zone filtrante, soit sur la totalité de leur surface par soudure, collage ou imbrication surfacique. Figure pour l’abrégé : Fig 1

Description

MASQUE DE PROTECTION, DEMI-MASQUE DE PROTECTION ET OBJET FILTRANT
Domaine de l’invention
L’invention s’inscrit dans le domaine des masques de protection respiratoires, et notamment destinés à être positionnés de manière amovible sur le visage d’un utilisateur de telle sorte à recouvrir à minima le nez et la bouche dudit utilisateur, parfois appelé demi-masques. De tels masques ou demi-masques ont notamment vocation à assurer la protection des voies respiratoires contre les particules aérosols, et notamment des virus.
Dans la suite de la description le terme « masque » sera utilisé comme terme générique pour « masque » ou « demi-masque »
Ces masques sont ainsi destinés à constitués des équipements de protection individuelle FFP selon la norme EN 149 et des masques médicaux (c’est-à-dire des dispositifs médicaux (DM) selon la norme EN 14683). Ils peuvent également concerner d’autres objets filtrants, en particulier pour la respiration ou intégrés dans des machines de laboratoire.
L’invention vise plus particulièrement à faciliter la respirabilité en optimisant les caractéristiques de filtration. Ainsi, elle vise la mise en œuvre d’une couche de filtration, dont les caractéristiques sont telles que, d’une part, on conserve ces caractéristiques de respirabilité, et d’autre part, on engendre un minimum de perte de charge.
Art antérieur
La filtration de l’air par masque individuel de type FFP ou DM en particulier est bien connue, et permet de protéger son porteur ou l’environnement du porteur de la propagation de virus ou bactéries, voire de poussières, de poudres fines et de particules chimiques nocives dans la cadre d’une activité professionnelle ou domestique. L’effet peut se faire dans un sens ou l’autre ou dans les deux sens.
A cet effet, on tout d’abord proposé un masque constitué par une partie filtrante, de forme globalement rectangulaire, apte à recouvrir la bouche et le nez de l’utilisateur, et fixable au moyen d’un lien adapté, par exemple élastique, derrière la tête ou les oreilles de ce dernier.
Ce type de masque, largement répandu, est peu confortable, en raison de ses faibles caractéristiques de respirabilité, et en outre, se heurte à une problématique de pollution environnementale.
On a également proposé des masques constitués d’un empilement de couches réalisées en non-tissés, typiquement de type obtenu par soufflage à l’état fondu (mieux connus sous l’expression anglo-saxonne «Meltblown»), et par soudage thermique par calandrage ou par hydro-enchevêtrement (mieux connus sous l’expression anglo-saxonne «Spunbon d»).
L’empilement de ces couches permet d’obtenir à la fois la performance de filtration recherchée, et typiquement de l’ordre de 96% pour des aérosols de dimensions voisines de 3 micromètres pour certains masques de type Dispositif Médicaux encore appelé masques chirurgicaux, et de 94 à 99% pour des aérosols de dimensions voisines de 0,6 micromètre pour des masques de type FFP2 dans la catégorie des masques de protection individuelle (EPI).
D’autres caractéristiques de filtration plus exigeantes, selon des spectres de distribution de taille de particules, peuvent être définies selon les exigences ou la nocivité de l’environnement.
Le masque de protection a principalement pour objectif de garantir un air épuré des particules de tailles diverses, allant de quelques fractions de micromètre (typiquement 0,1 à 0,6 micromètre) à quelques micromètres (typiquement 3 micromètres). L’exigence en termes de filtration peut également concerner la quantité maximum du passage de telles particules à travers le masque en fonction du diamètre des ouvertures dont ce dernier est muni.
De manière plus générale, un tel masque est un élément indispensable dans différents contextes de milieux infectés par des virus ou pour éviter de contaminer les autres personnes ou l’environnement.
Un tel masque s’avère également nécessaire pour protéger les opérateurs évoluant dans des environnements de travail en présence de particules fines suite à des travaux de ponçage ou autres, dans des travaux industriels ou dans les activités de construction, de destruction ou de rénovation de bâtiments, de manipulation de poudres chimiques et denrées alimentaires susceptibles de contenir des particules fines.
De tels masques sont classiquement constituées de plusieurs couches de non-tissés afin d’obtenir les performances de filtration requises, mais également une forme relativement rigide (coque) qui évite le placage du masque sur la bouche lors de la phase d’inspiration.
Comme évoqué supra, les non-tissés mis en œuvre sont typiquement des «Meltblown» et des «Spunbond», en l’espèce de 15 à 20 ou 30 g/m². L’empilement est par exemple constitué de quatre à cinq couches superposées en fonction de la filtration souhaitée ou exigée par la norme. On obtient ce faisant un masque relativement épais, susceptible d’atteindre une masse surfacique de 70 à 90g/m², voire 100 à 120g/m² une fois ces différentes couches empilées.
Un tel empilement permet d’offrir les caractéristiques nécessaires suivantes :
– définir des orifices de filtration de faibles dimensions, de l’ordre de quelques micromètres (typiquement de 3 à 30 micromètres) ; le décalage des couches entre elles, et donc des orifices dont elles sont pourvues, limitant la transmission des particules à filtrer ;
– présenter des propriétés mécaniques suffisantes afin de résister, lors des manipulations, aux risques de déchirement et permettre une conformation de rigidité assurant une tenue et évitant que le masque se plaque sur la bouche.
Si, ce type de masque permet d’aboutir au résultat recherché, à savoir la filtration, avec des performances satisfaisantes, en revanche, il présente un certain nombre d’inconvénients :
– ces masques sont difficiles à supporter car les performances de filtration s’établissent au détriment de la respirabilité, c’est-à-dire la perméabilité à l’air, qui devient limitée à faible et nécessite un effort de respiratoire important ;
– le poids des masques contribue en outre à la pénibilité du port, surtout quand son maintien sur le visage de l’utilisateur s’effectue à l’aide de liens élastiques derrière les oreilles, engendrant de fait une traction sur les oreilles ;
– enfin, ces masques étant à usage unique jetable, l’empreinte carbone et environnementale est importante, liée au poids et à la nature des matériaux mis en œuvre.
Description sommaire de l’invention
L’invention propose un masque visant à s’affranchir de ces différents inconvénients, notamment en termes de respirabilité, ou perte de charge pour la traversée de l’air ou d’un gaz. Cette conception permet également une optimisation du poids apportant plus de confort et une réduction en conséquence de l’empreinte carbone et environnementale.
Elle a pour objet un masque, un demi-masque ou un objet filtrant constitué d’une partie filtrante, notamment destinée à recouvrir, au moins le nez et la bouche d’un utilisateur, ladite partie filtrante étant alors pourvue d’un lien apte à maintenir cette dernière en position opérationnelle de protection ou de filtration sur le visage dudit utilisateur, la partie filtrante étant constituée d’au moins deux couches, qui assurent chacune des fonctions différentes :
– une première couche assurant la filtration des particules fines solides ou aérosols (1 à 5 micromètres), voire très fines (0,1 à 0,6 micromètre), pourvue d’ouvertures dont les dimensions sont comprises entre 0,1 et 5 micromètres, réalisée en un matériau non tissé, tissé ou tricoté,
– une seconde couche, appelée exosquelette, constituée d’un tissu, d’un tricot ou d’une grille extrudée, dont la résistance mécanique est supérieure à celle de la première couche en raison, par exemple, de la ténacité du fil et du type de croisement de fil choisi, et dont la dimension des ouvertures dont elle est pourvue est comprise entre 0,2 et 3 millimètres.
Ces, au moins deux couches sont configurées pour être plaquées l’une à l’autre. Elles peuvent notamment être solidarisées l’une à l’autre, soit au niveau du pourtour ou de la périphérie de la surface de la partie filtrante du masque, soit sur la totalité de leur surface par soudure, collage ou imbrication surfacique.
Ainsi, l’invention propose d’associer une couche filtrante de faible poids, et donc altérant de manière réduite la respirabilité, mais en revanche, de faible résistance mécanique, avec une seconde couche à fonction d’exosquelette, c’est-à-dire dotée d’une résistance mécanique adaptée, apte à assurer la tenue mécanique nécessaire de l’ensemble et éventuellement la mise en forme que l’on souhaite obtenir, sans être obstructive en termes de respirabilité.
En raison de la constitution de la couche de filtration, développant typiquement une capacité de filtration importante de 80 à 99,99% pour des particules fines solides ou aérosols inférieurs à 0,1 millimètre ou très fines (c’est-à-dire inférieurs à 5 micromètres, voire même inférieurs à 0,6 ou même à 0,1 micromètre), la perméabilité à l’air ou à l’eau est certes limitée, mais cependant la plus élevée possible limitant ainsi la perte de charge.
Comme déjà précisé, la seconde couche ou exosquelette, est par exemple constituée d’un textile à ouvertures plus grandes (typiquement comprises entre 0,2 et 5 millimètres), que celles de la première couche à fonction de filtration. Elle peut également être constitué d’un support rigide réalisé en matière plastique et obtenu par extrusion ou par moulage.
Cette seconde couche ou exosquelette apporte une fonction de renfort mécanique ou de rigidification. Les ouvertures dont elle est pourvue (de 0,2 à 5 millimètres) sont donc de dimensions plus importantes que celles de la couche de filtration, dans l’objectif d’optimiser la respirabilité du masque ou de l’objet filtrant. Elle peut être réalisée en un tissu, un tricot, un papier ou encore un extrudé ou un non tissé éventuellement perforé, voire même un film perforé, qui ne modifie pas significativement la perméabilité à l’air ou à l’eau de l’ensemble, c’est-à-dire avec un écart de moins de 10% sur la perméabilité revendiquée. Typiquement, cette perméabilité est comprise entre 0,1 et 0,4 mbar pour un débit de 30l/mn, ou entre 1 et 2 mbar pour un débit de 160l/mn) pour le masque ou pour l’objet filtrant.
La seconde couche ou exosquelette peut être située soit en externe, soit en interne, c’est-à-dire soit directement au contact du visage de l’utilisateur, soit au contraire le plus externe possible, la couche de filtration associée éventuellement à une autre couche légère et perméable à l’air, étant dans cette configuration au contact dudit visage.
Lesdites au moins deux couches peuvent être réalisées dans le même matériau. Alternativement, elles peuvent être réalisées en des matériaux différents, optimisant au mieux les fonctions respectives.
Ces couches peuvent être réalisées en un matériau recyclable de type polymères, typiquement mais non limitativement en polypropylène ou en polyester, ou tout autre matériau susceptible d’être trié et retraité aux fins de réalisation d’autres masques ou objets filtrants ou d’autres objets manufacturés en économie circulaire.
La réalisation desdites au moins deux couches dans le même matériau facilite le recyclage des masques ainsi réalisés.
Corollairement, lesdites au moins deux couches peuvent avantageusement être réalisées en un matériau biodégradable ou biocompostable, tel que par exemple le PLA (acide polylactique), PBS (polybutylène succinate) ou tout autre matériau naturel ou synthétique ayant ces propriétés, tels que par exemple le chanvre, le lin et la jute.
La seconde couche, dénommée exosquelette peut permettre de réaliser un filtre, et plus précisément une partie filtrante bombée, apte à développer davantage de surface, c’est-à-dire dont la surface développée est supérieure à la simple surface de placage contre le visage de l’utilisateur, et corollairement à optimiser la surface d’échange et donc une meilleure respirabilité globale. Cette forme bombée pourra être obtenu simplement par la solidarisation périphérique et les contraintes exercées sur le masque par exemple, permettant ainsi de rester à distance de la bouche.
La forme finale du masque, et plus précisément de la partie filtrante, peut résulter du moulage ou du thermoformage de la seconde couche dite exosquelette. Cette conformation peut être obtenue à une température plus faible que la température d’altération de la première couche ou couche de filtration et permet ainsi de garantir sa respirabilité. A titre d’exemple, la première couche ou couche de filtration peut être réalisée en polyester et la seconde couche ou exosquelette peut être réalisé en polypropylène (donc à une température de fusion plus basse). Ce faisant, il peut exister un début de fusion de la couche exosquelette sans que la couche de filtration ne soit impactée et donc sans altérer les performances de filtration de cette dernière.
Il est également envisageable de teinter dans la masse la couche constitutive de l’exosquelette. Alternativement, cette couche peut également être imprimée selon les technologies d’impression bien connues des textiles. En variante, la couche constitutive de l’exosquelette peut être recouverte d’une couche supplémentaire optionnelle de confort, de décor ou de marquage, typiquement, mais de manière non obligatoire, réalisée dans le même matériau que celui de ladite couche d’exosquelette.
Selon une variante de réalisation de l’invention, la partie filtrante du masque ou objet filtrant peut être constituée de trois couches, respectivement deux couches extérieures de type exosquelette, entre lesquelles est positionnée ou intercalée une couche interne de filtration. Cette dernière peut être maintenue par simple pincement à sa périphérie entre les deux couches extérieures d’exosquelette. Selon cette configuration, l’épaisseur de la couche de filtration peut être davantage réduite, puisqu’aussi bien son intégrité ne peut être altérée en suite des manipulations du masque ou de l’objet filtrant en raison de la présence d’une véritable enveloppe externe de protection s’étendant de part et d’autre de ladite couche de filtration.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence à la figure annexée représentant schématiquement une vue en perspective éclatée du masque ou objet filtrant conforme à l’invention.

Claims (10)

  1. Masque, demi-masque ou objet filtrant comprenant une partie filtrante (2), ladite partie filtrante comprenant au moins deux couches :
    – une première couche dite couche de filtration (3), apte à assurer la filtration de particules fines solides ou aérosols (1 à 5 micromètres), voire très fines (0,1 à 0,6 micromètre), pourvue d’ouvertures dont les dimensions sont comprises entre 0,1 et 5 micromètres, réalisée en un matériau non tissé, tissé ou tricoté ;
    – une seconde couche dite couche d’exosquelette (5, 8), constituée d’un tissu, d’un tricot ou d’une grille extrudée, dont la résistance mécanique est supérieure à celle de la première couche ou couche de filtration (3), et dont la dimension des ouvertures dont elle est pourvue est comprise entre 0,2 et 5 millimètres ;
    lesdites au moins deux couches (3, 5, 8) étant configurées pour être plaquées l’une à l’autre, et étant solidarisées l’une à l’autre, soit au niveau du pourtour de la zone filtrante, soit sur la totalité de leur surface par soudure, collage ou imbrication surfacique.
  2. Masque, demi-masque ou objet filtrant selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites au moins deux couches (3, 5, 8) sont réalisées dans le même matériau.
  3. Masque, demi-masque ou objet filtrant selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites au moins deux couches (3, 5, 8) sont réalisées en des matériaux différents.
  4. Masque, demi-masque ou objet filtrant selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il comprend deux couches (5, 8) à fonction d’exosquelette, entre lesquelles est intercalée la couche de filtration (3).
  5. Masque, demi-masque ou objet filtrant selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche de filtration (3) et la ou les couches d’exosquelette (5, 8) sont réalisées en un matériau biodégradable ou biocompostable, avantageusement choisi dans le groupe comprenant le PLA (acide polylactique), le PBS (polybutylène succinate), le chanvre, le lin et la jute.
  6. Masque, demi-masque ou objet filtrant selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couche de filtration (3) et la ou les couches d’exosquelette (5, 8) sont réalisées en un matériau recyclable de type polymères, et par exemple en polypropylène.
  7. Masque, demi-masque ou objet filtrant selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la ou les couches d’exosquelette sont colorées, ou imprimées.
  8. Masque, demi-masque ou objet filtrant selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la ou les couches d’exosquelette (5, 8) sont obtenues par tricotage à mailles jetées réalisée sur un métier de type Rachel à double fonture sans couture longitudinale.
  9. Masque, demi-masque ou objet filtrant selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la résistance mécanique de la ou des couches d’exosquelette (5, 8) est supérieure à celle de la première couche ou couche de filtration (3) en raison de la ténacité du fil et du type de croisement de fil choisi
  10. Masque, demi-masque ou objet filtrant selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la partie filtrante (2) est destinée à recouvrir au moins le nez et la bouche d’un utilisateur, et en ce qu’elle est pourvue d’un lien (6) apte à maintenir cette dernière en position opérationnelle de protection ou de filtration sur le visage dudit utilisateur.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012089964A1 (fr) * 2010-12-28 2012-07-05 Valmy Sas Masque de protection respiratoire à usage unique recyclable
WO2021000974A1 (fr) * 2019-07-01 2021-01-07 Tomas Bata University In Zlin Matériau filtrant destiné à la filtration d'air

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