MASCARILLA DE RESPIRACION DE MONOCAPA MONOCOMPONENTE MOLDEADA
Campo de la Invención Esta invención se refiere a mascarillas de respiración personales, moldeadas (por ejemplo, en forma de copa) . Antecedentes de la Invención Las patentes que se relacionan a mascarillas de respiración, personales, moldeadas, incluyen las patentes de los Estados Unidos Nos. 4,536,440 (Berg) , 4,547,420 (Krueger et al.), 5,374,458 (Burgio) y 6,827,764 B2 (Springett et al.). Las patentes que se refieren a tejidos de mascarillas de respiración incluyen las patentes de los Estados Unidos Nos. 5,817,584 (Singer et al.), 6,723,669 (Clark et al.) y 6,998,164 B2 (Neely et al.). Otras patentes o solicitudes que se refieren a tramas no tejidas o su fabricación incluyen las patentes de los Estados Unidos Nos. 3,981,650 (Page), 4, 100, 324 (Anderson) , 4,118,531 (Hauser) , 4, 818, 464 (Lau) , 4,931,355 (Radwanski et al.), 4,988,560 (Meyer et al.), 5,227,107 (Dickenson et al.), 5,382,400 (Pike et al. 00), 5,679,042 (Varona), 5,679,379 (Fabbricante et al.), 5,695,376 (Datta et al.), 5,707,468 (Arnold et al.), 5,721,180 (Pike et al. "189), 5,877,098 (Tanaka et al.), 5,902,540 (Kwok) , 5,904,298 (Kwok et al.), 5,993,543 (Bodaghi et al.), 6,176,955 Bl (Haynes et al.), 6,183,670 Bl (Torobin et al.), 6,230,901
Ref . : 199531
Bl (Ogata et al.), 6,319,865 Bl (Mikami), 6,607,624 B2 (Berrigan et al. 624), 6,667,254 Bl (Thompson et al.), 6,858,297 Bl (Shah et al.) y 6,916,752 B2 (Berrigan et al. ?752); Patente Europea No. EP 0 322 136 Bl (Minnesota Mining and Manufacturing Co.); Solicitudes japonesas publicadas Nos. JP 2001-049560 (Nissan Motor Co . Ltd.), JP 2002-180331 (Chisso Corp. "331) y JP 2002-348737 (Chisso Corp. "737); y la publicación de solicitud de patente de los Estados Unidos No. US2004/0097155 Al (Olson et al.). Breve Descripción de la Invención Los métodos existentes para fabricar mascarillas de respiración, moldeadas, comprenden en general alguna combinación de propiedades de la trama o de la mascarilla de respiración. Dejando de lado por el momento cualquier capa de cubierta, interior o exterior, usada para propósitos estéticos o de comodidad y no para filtración o rigidización, la capa o capas restantes de la mascarilla de respiración puede tener una variedad de construcciones. Por ejemplo, se pueden formar mascarillas de respiración, moldeadas a partir de tramas de dos capas elaboradas al laminar una capa de filtración de fibras sopladas en fusión a un material de revestimiento rígido tal como una capa hilada con fusión o capa de fibras cortadas. Si se usa por sí misma, la capa de filtración normalmente tiene rigidez insuficiente para permitir la formación de una mascarilla de respiración, moldeada,
terminada, en forma de copa, adecuadamente fuerte. El material de revestimiento de refuerzo también adiciona peso y volumen base, indeseables, y limita el grado al cual se pueden reciclar las porciones no usadas del producto laminado de la trama. También se pueden formar mascarillas de respiración, moldeadas a partir de tramas de monocapa elaboradas de fibras bicomponentes en las cuales se puede cargar un componente de fibra para proporcionar una capacidad de filtración y el otro componente de fibra se puede unir asi mismo para proporcionar una capacidad de refuerzo. Como es el caso con un material de revestimiento de refuerzo, el componente de fibra de unión adiciona volumen y peso base indeseables y limita el grado al cual se pueden reciclar las porciones no usadas de la trama de fibras bicomponentes. El componente de fibra de unión también limita el grado al cual se puede colocar la carga en la trama de fibras bicomponentes. También se pueden formar mascarillas de respiración, moldeadas al adicionar un material ajeno de unión (por ejemplo, un aditivo) a una trama de filtración, con las limitaciones consecuentes debidas a la naturaleza química o física del material adicionado de unión incluyendo el peso base de la trama adicionada y la pérdida de la capacidad de reciclado. Típicamente, no han sido exitosos los intentos anteriores para formar mascarillas de respiración, moldeadas a partir de tramas monocomponentes de monocapas. Ha resultado
bastante difícil obtener una combinación apropiada de capacidad de moldeo, adecuada rigidez después del moldeo, caída de presión adecuadamente baja y suficiente eficiencia de captura de partículas. Ahora se han encontrado tramas monocomponentes de monocapa que se pueden moldear para proporcionar mascarillas de respiración, personales, en forma de copa, útiles. La invención proporciona en un aspecto un proceso para fabricar una mascarilla de respiración, moldeada, que comprende: a) formar una trama no tejida, de monocapa, monocomponente de fibras poliméricas, monocomponentes, continuas por hilado con fusión, recolección, calentamiento y enfriamiento de las fibras poliméricas monocomponentes bajo condiciones térmicas suficientes para formar una trama de fibras hiladas con fusión, orientadas, parcialmente cristalinas y parcialmente amorfas de la misma composición polimérica que se unen para formar una trama coherente y manejable que adicionalmente se puede ablandar en tanto que retiene la orientación y estructura de las fibras. b) cargar la trama, y c) moldear la trama cargada para formar una matriz de monocapa, monocomponente, porosa, en forma de copa, las fibras de la matriz que se unen entre sí al menos en algunos puntos de intersección de fibras y la matriz que tiene una
rigidez de King mayor que 1 N. La invención proporciona en otro aspecto una mascarilla de respiración, moldeada que comprende una matriz de monocapa, monocomponente, porosa, en forma de copa de fibras poliméricas, monocomponentes , cargadas, continuas, las fibras que son fibras poliméricas hiladas con fusión, hiladas, orientadas, parcialmente cristalinas y parcialmente amorfas de la misma composición polimérica, unidas entre si en al menos algunos puntos de intersección de fibras y la matriz que tiene una rigidez de King mayor de 1 N . La matriz descrita en forma de copa tiene varias propiedades benéficas y únicas. Por ejemplo, se puede preparar una mascarilla de respiración, moldeada, terminada, que consiste sólo de una capa única, pero que comprende una mezcla de fibras cargadas, poliméricas, orientadas, parcialmente cristalinas y parcialmente amorfas, y que tiene capacidad mejorada de moldeado y pérdida reducida de desempeño de filtración después del moldeado. Estas mascarillas de respiración, moldeadas ofrecen eficiencias importantes, se reducen el desperdicio y la complejidad del producto al eliminar el equipo y proceso de laminación y al reducir el número de materiales intermedios. Al usar equipo de fabricación de formación directa de trama, en el cual un material polimérico que forman las fibras se convierte en una trama en una operación esencialmente directa, las tramas y
matrices descritas se pueden preparar de una manera bastante económica. También, si las fibras de la matriz tienen todas la misma composición polimérica y no se emplean materiales ajenos de unión, se puede reciclar completamente la matriz. Estos y otros aspectos de la invención serán evidentes a partir de la descripción detallada a continuación. Sin embargo, en ningún caso, las breves descripciones anteriores se deben considerar como limitaciones de la materia reivindicada, materia que se define sólo por las reivindicaciones anexas, como se puede enmendar durante el proceso . Breve Descripción de las Figuras La Figura 1 es una vista en perspectiva, parcialmente en sección, de una mascarilla de respiración, personal, desechable que tiene una matriz de monocapa, porosa, en forma de copa, resistente a la deformación, colocada entre capas de cubierta, interior y exterior; La Figura 2 es una vista lateral esquemática de un proceso de ejemplo para fabricar una trama de monocapa, monocomponente , moldeable usando hilado con fusión y un calentador de flujo forzado, enfriado; La Figura 3 es una vista en perspectiva de una parte de tratamiento térmico del aparato mostrado en la Figura 2; y La Figura 4 es una vista expandida y agrandada, esquemática del aparato de la Figura 3.
Símbolos de referencia similares en las varias Figuras indican elementos similares. Los elementos en las Figuras no están a escala. Descripción Detallada de la Invención El término "mascarilla de respiración, moldeada" significa un dispositivo que se ha moldeado a una forma que se ajusta sobre al menos la nariz y boca de una persona y que remueve uno o más contaminantes transportados en el aire cuando se usa por una persona. El término "en forma de copa" cuando se usa con respecto al cuerpo de una mascarilla de respiración significa que tiene una configuración que permite que el cuerpo de la mascarilla se separe de la cara del usuario cuando se usa. El término "poroso" significa permeable al aire. El término "monocomponente" cuando se usa con respecto a una fibra o recolección de fibras significa fibras que tienen esencialmente la misma composición a través de su sección transversal; monocomponente incluye mezclas (por ejemplo, combinaciones de polímeros) o materiales que contienen aditivos, en los cuales una fase continua de composición uniforme se extiende a través de la sección transversal y sobre la longitud de la fibra. El término "de la misma composición polimérica" significa polímeros que tienen esencialmente la misma unidad molecular repetitiva, pero que pueden diferir en el peso
molecular, índice de fusión, método de fabricación, forma comercial, etc. El término "de unión" cuando se usa con respecto a una fibra o recolección de fibras significa que se adhieren conjuntamente en forma firme; las fibras unidas en general no se separan cuando se somete la trama al manejo normal. El término "trama no tejida" significa una trama fibrosa caracterizada por enmarañamiento o unión puntual de las fibras. El término "matriz de monocapa" cuando se usa con respecto a una trama no tejida de fibra significa que tiene una distribución en general uniforme de fibras similares a todo lo largo de una sección transversal de la misma. El término "tamaño" cuando se usa con respecto a una fibra significa el diámetro de la fibra para una fibra que tiene una sección transversal circular, o la longitud del cordón más largo en sección transversal que se puede construir a través de una fibra que tiene una sección transversal no circular . El término "continuo" cuando se usa con respecto a una fibra o una recolección de fibras significa fibras que tienen una relación de aspecto esencialmente infinita (por ejemplo, una relación de longitud a tamaño de por ejemplo al menos aproximadamente 10,000 o más) . El término "Diámetro Efectivo de la Fibra" cuando se
usa con respecto a una recolección de fibra significa el valor determinado de acuerdo al método establecido en Davies, C. N., "The Separation of Airborne Dust and Particles", Institution of Mechanical Engineers, Londres, Proccedings IB, 1952 para una trama de fibras de cualquier forma en sección transversal que es circular o no circular. El término "que atenúa los filamentos en fibras" significa la conversión de un segmento de un filamento en un segmento de mayor longitud y mayor tamaño. El término "hilado con fusión" cuando se usa con respecto a una trama no tejida significa una trama formada al extruir una masa fundida de baja viscosidad a través de una pluralidad de orificios para formar filamentos, enfriando los filamentos con aire u otro fluido para solidificar al menos la superficie de los filamentos, poniendo en contacto los filamentos solidificados al menos parcialmente con aire u otro fluido para atenuar los filamentos en fibras y recolectando una capa de las fibras atenuadas. El término "fibras hiladas con fusión" significa fibras que se emiten desde una boquilla y que viajan a través de una estación de procesamiento en la cual las fibras se estiran permanentemente y las moléculas de polímero dentro de las fibras se orientan permanentemente en alineación con el eje longitudinal de las fibras. Estas fibras son esencialmente continuas y se enmarañan de manera suficiente tal que
usualmente no es posible remover una fibra completa hilada con fusión de una masa de estas fibras. El término "orientado" cuando se usa con respecto a una fibra polimérica o una recolección de estas fibras significa que al menos porciones de las moléculas poliméricas de las fibras se alinean a lo largo de las fibras como resultado del paso de las fibras a través de equipo tal como una cámara de atenuación o máquina de estirado mecánico. La presencia de orientación en las fibras se puede detectar por varios medios que incluyen mediciones de birrefringencia o difracción de rayos X en ángulo amplio. El término "Punto de Fusión Nominal" para un polímero o una fibra polimérica significa el pico máximo de una gráfica de calorimetría de exploración diferencial (DSC) de flujo total de calor y de segundo calor en la región de fusión del polímero o fibra si sólo hay un máximo en esa región; y si hay más de un máximo que indica más de un punto de fusión (por ejemplo, debido a la presencia de dos fases cristalinas distintas), como la temperatura a la cual se presenta el pico de fusión de amplitud más alta. El término "unión autógena" significa la unión entre fibras a una temperatura elevada como se obtiene en un horno o con un aparato de unión de aire de paso sin la aplicación de presión por contacto sólido tal como en una unión puntual o calandrado.
El término "microfibras" significa fibras que tienen un tamaño medio (como se determina usando microscopía) de 10 µ?? o menos; "microfibras ultrafinas" significa microfibras que tienen un tamaño medio de dos µp? o menos; y "microfibras de submicra" significa microfibras que tienen un tamaño medio de un µ?? o menos. Cuando se hace referencia en la presente a un lote, grupo, arreglo, etc., de una clase particular de microfibra, por ejemplo, "un arreglo de microfibras de sub-micras", se quiere decir la población completa de microfibras en ese arreglo, o la población completa de un lote único de microfibras, y no solo esa porción del arreglo o lote que es de dimensiones de sub-micras. El término "cargado" como se usa con respecto a una recolección de fibras significa fibras que exhiben al menos una pérdida de 50 % en el Factor de Calidad, QF (analizado más adelante) después de ser expuestas a una dosis absorbida de 20 Gray de rayos X de 80 KVp filtrados en berilio de 1 rain cuando se evalúa el porcentaje de penetración de ftalato de dioctilo (% de DOP) a una velocidad superficial de 7 cm/segundo. El término "autoportante" cuando se usa con respecto a una matriz de monocapa significa que la matriz no incluye una capa contigua de refuerzo de alambre, malla de plástico, u otro material de rigidización aun si una mascarilla de respiración, moldeada, que contiene esta matriz puede incluir
una trama de cubierta interior o exterior para proporcionar una superficie expuesta, apropiadamente lisa, o puede incluir lineas de soldadura, pliegues u otras lineas de demarcación para reforzar las porciones seleccionadas de la mascarilla de respiración. El término "Rigidez de King" significa la fuerza requerida usando un Probador de Rigidez de King de J. A. King & Co., Greensboro, North Carolina para empujar una sonda de 2.54 cm de diámetro por 8.1 m de largo, de cara plana, contra una mascarilla de respiración, en forma de copa, moldeada, preparada al formar una matriz en forma de copa, de prueba, entre mitades macho y hembra de acoplamiento de un molde semiesférico que tiene un radio de 55 mm y un volumen de 310 cm3. Las matrices moldeadas se colocan bajo la sonda del probador para evaluación después de que se han dejado primero enfriar . Con referencia a la Figura 1, en sección transversal parcial se muestra una mascarilla de respiración 1, personal, desechable, en forma de copa. La mascarilla 1 de respiración incluye una trama 2 de cubierta, interior, una capa 3 de filtración, monocomponente, y una capa 4 de cubierta, exterior. El borde 5 soldado sostiene estas capas con untamente y proporciona una región de sello superficial para reducir la fuga más allá del borde de la mascarilla 1 de respiración. Se puede reducir adicionalmente la fuga por la
banda 6 de nariz, plegable, blanda a fondo por ejemplo de un metal tal como aluminio o un plástico tal como polipropileno. La mascarilla 1 de respiración también incluye las correas 7 ajustables de cabeza y cuello sujetas usando lengüetas 8, y la válvula 9 de exhalación. De la capa 2 de filtración, monocomponente, los detalles tradicionales con respecto a la construcción de la mascarilla 1 de respiración serán familiares a aquellos expertos en la técnica. La trama de monocapa, monocomponente, descrita puede tener una variedad de valores de Diámetro Efectivo de Fibra (EFD, por sus siglas en inglés) , por ejemplo un EFD de aproximadamente 5 a aproximadamente 40
o de aproximadamente 8 a aproximadamente 35 µ??. La trama también puede tener una variedad de pesos base, por ejemplo un peso base de aproximadamente 60 a aproximadamente 300 gramos/m2 o de aproximadamente 80 a aproximadamente 250 gramos/m2. Cuando es plana (por ejemplo, no moldeada), la trama puede tener una variedad de valores de Rigidez de Gurley, por ejemplo, una Rigidez de Gurley de al menos aproximadamente 500 mg, al menos aproximadamente 1000 mg o al menos aproximadamente 2000 mg. Cuando se evalúa a una velocidad superficial de 13.8 cm/segundo y usando un estimulo de NaCl, la trama plana tiene preferentemente un factor de calidad, QF, de filtración, inicial, de al menos aproximadamente 0.4 mnf1 H20 y de manera
más preferente al menos aproximadamente 0.5 mirf1 H2O. La matriz moldeada tiene una Rigidez de King mayor de 1 N y de manera más preferente al menos aproximadamente 2 N o más. Como una aproximación preliminar, si una muestra de matriz moldeada semiesférica se deja enfriar, colocada del lado de la copa hacia abajo en una superficie rígida, presionada verticalmente (por ejemplo, abollada) usando un dedo índice y luego liberando la presión, una matriz con Rigidez de King insuficiente puede tender a permanecer abollada, y una matriz con rigidez de King adecuada puede tender a regresar a su configuración semiesférica original. Cuando se expone a un aerosol de cloruro de sodio de 0.075 µ?t? que fluye a una velocidad de flujo de 85 litros/min, la mascarilla de respiración, moldeada, descrita, tiene una caída de presión de menos de 20 mm de H2O, y de manera más preferente menos de 10 mm de H20. Cuando se evalúa de este modo, la mascarilla de respiración moldeada tiene preferentemente un porcentaje de penetración de NaCl menor de aproximadamente 5 %, y de manera más preferente menor de aproximadamente 1 % . La trama de monocapa, monocomponente, descrita contiene fibras orientadas, parcialmente cristalinas y parcialmente amorfas de la misma composición polimérica. Las fibras orientadas, parcialmente cristalinas también se pueden referir como fibras orientadas, semicristalinas . La clase de
poliméros semicristalinos está bien definida y es bien conocida y se distingue de polímeros amorfos, que no tienen orden cristalino detectable. La existencia de cristalinidad se puede detectar fácilmente por calorimetría de exploración diferencial, difracción de rayos X, densidad y otros métodos. Las fibras poliméricas, semicristalinas , orientadas, convencionales se pueden considerar que tienen dos clases diferentes de regiones o fases moleculares: una primera clase de fase que se caracteriza por la presencia relativamente grande de dominios cristalinos, de mayor orden o inducidos por tensión, y una segunda clase de fase que se caracteriza por una presencia relativamente grande de dominios de menor orden cristalino (por ejemplo, no extendidos en la cadena) y dominios que son amorfos, aunque estos últimos pueden tener algún orden u orientación de un grado insuficiente para la cristalinidad. Estas dos clases diferentes de fases, que no necesitan tener límites agudos y pueden existir en mezcla entre sí, tienen diferentes clases de propiedades. Las diferentes propiedades incluyen diferentes características de fusión o ablandamiento: la primera fase caracterizada por una presencia mayor de dominios cristalinos de mayor orden funde a una temperatura (por ejemplo, el punto de fusión y el dominio cristalino extendido en cadena) que es mayor que la temperatura a la cual se funde o ablanda a la segunda fase (por ejemplo, la temperatura de transición vitrea del dominio
amorfo como se modifica por los puntos de fusión de los dominios cristalinos de menor orden) . Para facilidad de descripción de la presente, la primera fase se llama en la presente la "fase caracterizada por cristalitos" debido a que sus características de fusión están más fuertemente influenciadas por la presencia de los cristalitos de mayor orden, dando a la fase un mayor punto de fusión que lo que tendría sin los cristalitos presentes; la segunda fase se llama la "fase caracterizada por amorfo" debido a que se ablanda a una menor temperatura influenciada por dominios moleculares amorfos o de material amorfo espaciados con dominios cristalinos de menor orden. Las características de unión de las fibras poliméricas semicristalinas orientadas se ven influenciadas por la existencia de las dos clases diferentes de fases moleculares. Cuando las fibras poliméricas semicristalinas se calientan en una operación convencional de unión, la operación de calentamiento tiene el efecto de incrementar la cristalinidad de las fibras, por ejemplo, a través del aumento de material molecular sobre la estructura cristalina existente o la ordenación adicional de las porciones amorfas ordenadas. La presencia del material cristalino de menor orden en la fase caracterizada por amorfo promueve este crecimiento de cristal, y lo promueve como material cristalino, de menor orden, adicionado. El resultado de la cristalinidad incrementada de menor orden es limitar el
ablandamiento y fluidez de las fibras durante una operación de unión . Se someten las fibras poliméricas, semicristalinas, orientadas a una operación controlada de calentamiento y enfriamiento en la cual las fibras, y las fases descritas, se refinan morfológicamente para dar a las fibras nuevas propiedades y utilidad. En esta operación de calentamiento y enfriamiento las fibras se calientan primero durante un tiempo corto, controlado, a una temperatura más bien alta, frecuentemente tan alta, o más alta que el Punto de Fusión Nominal del material polimérico del cual se hacen las fibras. En general, el calentamiento es a una temperatura y durante un tiempo suficiente para que la fase caracterizada por amorfo de las fibras se funda o ablande en tanto que la fase caracterizada por cristalitos permanezca sin fundir (se usa la terminología "fundir o ablandar" debido a que las porciones amorfas de una fase caracterizada por amorfo en general se considera que se ablandan a su temperatura de transición vitrea, en tanto que las porciones cristalinas se funden a su temperatura de fusión; se prefiere un tratamiento térmico en el cual se calienta una trama para provocar la fusión del material cristalino en la fase caracterizada por amorfo de las fibras constituyentes) . Después del paso de calentamiento, descrito, las fibras calentadas se enfrían inmediatamente y de forma rápida para enfriarlas y congelarlas en una forma
morfológica refinada o purificada. En los términos más amplios, "refinación morfológica" como se usa en la presente significa simplemente cambiar la morfología de fibras poliméricas, semicristalinas , orientadas; pero se entiende la estructura morfológica refinada de las presentes fibras tratadas (no se desea que se una por declaraciones en la presente del presente "entendimiento", que en general comprende algunas consideraciones teóricas) . Con respecto a la fase caracterizada por amorfo, la cantidad de material molecular de la fase susceptible a crecimiento indeseable (que impide el ablandamiento) del cristal no es tan grande como lo fue antes del tratamiento. Una evidencia de este carácter morfológico tratado es el hecho que, en tanto que las fibras poliméricas, semicristalinas, orientadas, convencionales que se someten a calentamiento en una operación de unión experimentan un incremento en la cristalinidad indeseada (por ejemplo, como se analiza anteriormente, a través del aumento en la estructura existente de cristal de menor orden o la ordenación adicional de porciones amorfas ordenadas que limita la capacidad de ablandamiento y la capacidad de unión de las fibras), las presentes fibras tratadas permanecen ablandables y unibles a un grado mucho mayor que las fibras convencionales no tratadas; frecuentemente se pueden unir a temperaturas menores que el punto nominal de fusión de las fibras. Se percibe que
la fase caracterizada por amorfo ha experimentado una clase de limpieza o reducción de estructura morfológica que conducirá a incrementos indeseables en la cristalinidad en fibras convencionales no tratadas durante una operación de unión térmica; por ejemplo, la variedad o distribución de formas morfológicas se ha reducido, se ha simplificado la estructura morfológica, y se ha presentado una clase de segregación de la estructura morfológica en fases más discernibles , caracterizadas por amorfo y caracterizadas por cristalitos. Las presentes fibras tratadas son capaces de una clase de "ablandamiento repetible", queriendo decir que las fibras, y particularmente la fase caracterizada por amorfo de las fibras, se someterá en algún grado a un ciclo repetido de ablandamiento y re-solidificación conforme las fibras se expone a un ciclo de temperatura aumentada y disminuida dentro de una región de temperatura menor que aquella que provocará la fusión de la fibra completa. En términos prácticos, este ablandamiento repetible se indica cuando la presente trama tratada (que exhibe ya en general un grado útil de unión como resultado del tratamiento de calentamiento y enfriamiento) se puede calentar para provocar unión autógena adicional. El ciclo de ablandamiento y re-solidificación puede no continuar indefinidamente, pero usualmente es suficiente que las fibras se puedan unir inicialmente de forma térmica de modo que una trama de estas fibras será coherente y manejable, calentada
nuevamente si se desea para llevar a cabo calandrado u otras operaciones deseadas, y calentada nuevamente para llevar a cabo una operación de re-formación tridimensional para formar una forma no plana (por ejemplo, para formar una mascarilla de respiración, moldeada) . De esta manera, se puede refinar morfológicamente una trama de monocapa, monocomponente en una operación de calentamiento y enfriamiento de modo que la trama sea capaz de desarrollar uniones autógenas a una temperatura menor que el Punto Nominal de Fusión de las fibras, formar la trama sobre un molde en forma de copa, y someter la trama formada de esta manera a una temperatura de moldeado efectiva para convertir de forma duradera (por ejemplo, re-formar) la trama en una matriz de monocapa, monocomponente, porosa, de fibras unidas entre si en al menos algunos puntos de intersección de fibras y que tiene una Rigidez de King como se cita anteriormente. De manera preferente, esta re-formación se puede realizar a una temperatura al menos 10°C por abajo del Punto Nominal de Fusión del material polimérico de las fibras, por ejemplo, a temperaturas de 15°C, o aun 30°C, menor que el Punto Nominal de Fusión. Aunque es posible una baja temperatura de re-formación, por otras razones, la trama se puede suponer a mayores temperaturas, por ejemplo, para comprimir la trama o para fijar o endurecer térmicamente las fibras . Dado el papel de la fase caracterizada por amorfo en
el logro de la unión de las fibras, por ejemplo, en proporcionar el material de ablandamiento y unión de las fibras, algunas veces se llamará la fase caracterizada por amorfo como la fase "de unión". La fase caracterizada por cristalitos de la fibra tiene su propio papel diferente, específicamente para reforzar la estructura básica de las fibras. La fase caracterizada por cristalitos puede permanecer en general sin fundir durante una operación de unión o similar debido a que su punto de fusión es mayor que el punto de fusión/ablandamiento de la fase caracterizada por amorfo, y de esta manera permanece como una matriz intacta que se extiende a todo lo largo de la fibra y soporta a la estructura de la fibra y las dimensiones de la fibra. De esta manera, aunque el calentamiento de la trama en una operación de unión autógena provocará que las fibras se suelden conjuntamente al sufrir algún flujo en contacto íntimo o coalescencia en puntos de intersección de las fibras, la estructura básica discreta de la fibra se retiene sobre la longitud de las fibras entre las intersecciones y uniones; de manera preferente, la sección transversal de las fibras permanece sin cambio sobre la longitud de las fibras entre intersecciones o uniones formadas durante la operación. De manera similar, aunque el calandrado de la presente trama tratada puede provocar que las fibras se reconfiguren por la presión y calor de la operación de calandrado (provocando de
este modo que las fibras retengan permanentemente la forma prensada en las mismas durante el calandrado y haga la trama más uniforme en el espesor) , las fibras en general permanecen como fibras discretas con una retención consecuente de propiedades de aislamiento, filtración y porosidad, deseadas, de la trama. Dado el papel de refuerzo de la fase caracterizada por cristalitos como se describe, algunas veces referida como la fase de "refuerzo" o la fase de "retención". La fase caracterizada por cristalitos también se entiende que sufre refinación morfológica durante el tratamiento, por ejemplo, para cambiar la cantidad de la estructura cristalina de mayor orden . La Figura 2 hasta Figura 4, ilustran un proceso que se puede usar para elaborar tramas de monocapa, monocomponentes , preferidas. Los detalles adicionales con respecto a este proceso y las tramas no tejidas elaboradas de este modo se muestran en la solicitud de Patente de los Estados Unidos No. de Serie 11/461,201 presentada el 31 de Julio de 2006 y titulada "Tramas Fibrosas, No Tejidas, Unidas Que Comprenden Fibras Poliméricas Semicristalinas, Orientadas, Ablandables Y Aparato Y Métodos Para Preparar Estas Tramas". En breve resumen, como se aplica a la presente invención, esta técnica preferida comprende someter una trama recolectada de fibras ligadas con fusión, semicristalinas, orientadas que
incluyen una fase caracterizada por amorfo a una operación controlada de calentamiento y enfriamiento que incluye a) hacer pasar de manera forzada a través de la trama un fluido calentado a una temperatura suficientemente alta para ablandar la fase caracterizada por amorfo de las fibras (que en general es mayor que la temperatura de fusión de comienzo del material de estas fibras) durante un tiempo bastante corto para fundir las fibras enteras (por ejemplo, provocando que estas fibras suelten su naturaleza fibrosa discreta; preferentemente, el tiempo de calentamiento es bastante corto para provocar una distorsión significativa de la sección transversal de las fibras) , y b) enfriar inmediatamente la fibra al hacer pasar de manera forzada a través de la trama un fluido que tiene una capacidad calorífica suficiente para solidificar las fibras ablandadas (por ejemplo, para solidificar la fase caracterizada por amorfo de las fibras ablandadas durante el tratamiento térmico) . De manera preferida, los fluidos hechos pasar a través de la trama son corrientes gaseosas, y preferentemente son aire. En este contexto, hacer pasar "de manera forzada" un fluido o corriente gaseosa a través de una trama significa que se aplica una fuerza además de la presión normal ambiente al fluido para impulsar el fluido a través de la trama. En una modalidad preferida, el paso descrito de enfriamiento incluye hacer pasar la trama sobre un transportador a través de un dispositivo (que se puede llamar
un calentador de flujo enfriado, como se analiza subsiguientemente) que proporciona una corriente gaseosa (típicamente aire) calentada, enfocada que se emite desde el calentador bajo presión y que acopla a un lado de la trama, con un dispositivo de retiro de gas en el otro lado de la trama para ayudar en el retiro del gas calentado a través de la trama; en general la corriente calentada es tipo cuchilla o tipo cortina (tal como emana desde una ranura alargada o rectangular) , se extiende a través del ancho de la trama, y es uniforme (es decir, tiene una uniformidad en temperatura y flujo para calentar las fibras en la trama con un grado útil de uniformidad) . La trama calentada en algunos aspectos es similar a la corriente calentada de un "aparato de unión de aire de paso" o "cuchilla de aire caliente", sin embargo se puede someter a controles especiales que modulan el flujo, provocando que el gas calentado se distribuya uniformemente y a una velocidad controlada a través del ancho de la trama para calentar completamente, de manera uniforme y rápidamente, y para ablandar las fibras hiladas con fusión a una temperatura útilmente alta. El enfriamiento forzoso sigue inmediatamente el calentamiento para congelar rápidamente las fibras en una forma morfológica purificada ("inmediatamente") significa como parte de la misma operación, es decir, en un tiempo de intervención de almacenamiento como se presenta cuando una trama se enrolla en un rollo antes del siguiente paso de
procesamiento) . En una modalidad preferida, se coloca un aparato de gas trama abajo desde la corriente gaseosa calentada para distraer un aire de enfriamiento u otro fluido, por ejemplo, aire ambiente, a través de la trama prontamente a través de que se ha calentado y enfriando de este modo rápidamente las fibras. La duración del calentamiento se controla, por ejemplo, por la longitud de la región de calentamiento a lo largo de la ruta de viaje de la trama, y por la velocidad a la cual se mueve la trama a través de la región de calentamiento a la región de enfriamiento, para provocar la fusión/ablandamiento propuesto de la fase caracterizada por amorfo sin fusión de la fibra completa. Con referencia a la Figura 2, el material formador de la fibra se lleva a un cabezal 10 de extrusión, en este aparato ilustrativo, al introducir un material polimérico formador de la fibra en una tolva 11, fundiendo el material en un extrusor 12, y bombeando el material fundido al cabezal 10 de extrusión a través de una bomba 13. El material polimérico sólido en gránulos u otra forma de partículas se usa más comúnmente y se funde a un estado líquido bombeable. El cabezal 10 de extrusión puede ser una hilera convencional o montaje giratorio, que incluye en general múltiples orificios arreglados en un patrón regular, por ejemplo, filas de línea recta. Los filamentos 15 del líquido formador de fibras se extruyen desde el cabezal de extrusión y
se transportan a una cámara de procesamiento o atenuador 16. El atenuador puede ser por ejemplo un atenuador de pared móvil tal como aquel mostrado en la Patente de los Estados Unidos No. 6,607,624 B2 (Berrigan et al). La distancia 17 que recorren los filamentos 15 extruidos antes de alcanzar el atenuador 16 puede variar, como lo pueden hacer las condiciones a la cual se exponen. Se pueden presentar corrientes de enfriamiento de aire u otro gas 18 a los filamentos extruidos para reducir la temperatura de los filamentos extruidos 15. De manera alternativa, las corrientes de aire u Otro gas se pueden calentar para facilitar el estirado de las fibras. Puede haber una o más corrientes de aire u otro fluido, por ejemplo, una primera corriente 18a de aire soplada transversalmente a la corriente de filamentos, que puede remover materiales gaseosos o humos indeseados, liberados durante la extrusión; y una segunda corriente 18b de aire de enfriamiento que logra una mayor reducción deseada de temperatura. Se pueden usar aun más corrientes de enfriamiento; por ejemplo, la corriente 18b puede incluir por si misma más de una corriente para lograr un nivel deseado de enfriamiento. Dependiendo del proceso que se use o de la forma del producto terminado deseado, la corriente de enfriamiento puede ser suficiente para solidificar los filamentos extruidos 15 antes de que alcancen el atenuador 16. En otros casos, los filamentos extruidos aun están en una condición ablandada o
fundida cuando entran al atenuador. De manera alternativa, no se usan corrientes de enfriamiento; en este caso el aire ambiente u otro fluido entre el cabezal 10 de extrusión y el atenuador 16 puede ser un medio para cualquier cambio en los filamentos extruidos antes de que entren al atenuador. Los filamentos 15 pasan a través del atenuador 16 y entonces salen sobre un colector 19 donde se recolectan como una masa de fibras 20. En el atenuador, los filamentos se alargan y reducen en diámetro y las moléculas de polímero en los filamentos se llegan a orientar, y al menos las porciones de las moléculas de polímero dentro de las fibras se llegan alinear con el eje longitudinal de las fibras. En el caso de polímeros semicristalinos , la orientación en general es suficiente para desarrollar cristalinidad inducida por tensión, que fortalece en su mayor parte las fibras resultantes . El colector 19 en general es poroso y se puede colocar un dispositivo 114 de retiro de gas por abajo del colector para ayudar en el depósito de las fibras sobre el colector. La distancia 21 entre la salida del atenuador y el colector se puede variar para obtener diferentes efectos. También, antes de la recolección, los filamentos o fibras extruidas se pueden someter a varios pasos adicionales de procesamiento, no ilustrados en la Figura 2, por ejemplo, estirado adicional, rociado, etc. Después de la recolección,
la masa 20 recolectada se calienta en general y se enfria como se describe en más detalle más adelante; pero la masa se puede enrollar en un rollo de almacenamiento para calentamiento y enfriamiento posteriores, si se desea. En general, una vez que la masa 20 se ha calentado y enfriado se puede transportar a otro aparato tal como calandrias, estaciones de grabado en relieve, laminadores, cortadores y similares; o se puede hacer pasar a través de rodillos 22 de impulsión y enrollar en un rollo 23 de almacenamiento. En un método preferido para formar la trama, la masa
20 de fibra se transporta por el colector 19 a través de una operación de calentamiento y enfriamiento como se ilustra en la Figura 2 hasta la Figura 4. Para propósitos taquigráficos, frecuentemente se refiere al aparato representado particularmente en la Figura 3 y la Figura 4 como un calentador de flujo enfriado, o más simplemente un calentador enfriado. La masa recolectada 20 se hace pasar primero bajo un dispositivo 100 de calentamiento controlado, montado por arriba del colector 19. El dispositivo 100 de calentamiento de ejemplo comprende un alojamiento 101 que se divide en un espacio lleno superior 102 y un espacio lleno inferior 103. Los espacios llenos superior e inferior se separan por una placa 104 perforada con una serie de agujeros 105 que son típicamente de tamaño uniforme y de espaciado uniforme. Se alimenta un gas, típicamente aire en el espacio lleno superior
102 a través de las aberturas 106 desde los conductos 107, y la placa 104 funciona como un medio de distribución de flujo para hacer que el aire alimentado en el espacio lleno superior se distribuya más bien uniformemente cuando se hace pasar a través de la placa hacia el espacio lleno inferior 103. Otros medios útiles de distribución de flujo incluyen aletas, deflectores, colectores, diques de aire, mamparas o placas sinterizadas, es decir, dispositivos que emparejan la distribución de aire. En el dispositivo 100 ilustrativo de calentamiento, la pared 108 de fondo del espacio lleno inferior 103 se forma con una ranura 109 rectangular, alargada, a través de la cual se sopla una corriente 110 tipo cortina de aire calentado desde el espacio lleno inferior sobre la masa 20 que viaja en el colector 19 por abajo del dispositivo 100 de calentamiento (la masa 20 y el colector 19 se muestran parcialmente separados en la Figura 3) . El dispositivo 114 de retiro de gas se entiende preferentemente de forma suficiente para estar bajo la ranura 109 del dispositivo 100 de calentamiento (extendiéndose también hacia abajo de la trama a una distancia 118 más allá de la corriente 110 calentada y a través de un área marcada 120, como se analizará más adelante) . El aire calentado en el espacio lleno de esta manera está bajo una presión interna dentro del espacio lleno 103, y en la ranura 109 esta adicionalmente bajo el vacio de escape del
dispositivo 114 de retiro de gas. Para controlar adicionalmente la fuerza de escape, se puede colocar una placa perforada 111 bajo el colector 19 para imponer una clase de retropresión o medio de restricción de flujo que contribuye a la extensión de la corriente 110 de aire calentado en una uniformidad deseada sobre el ancho o área calentada de la masa 20 recolectada y se inhibe al fluir a través de las posibles porciones de densidad menor de la masa recolectada. Otros medios útiles de restricción de flujo incluyen mamparas o placas sinterizadas . El número, tamaño y densidad de aberturas en la placa 111 se puede variar en diferentes áreas para lograr control deseado. Grandes cantidades de aire pasan a través del aparato formador de fibras y se deben eliminar conforme las fibras alcanzan el colector en la región 115. Suficiente aire pasa a través de la trama y el colector en la región 116 para retener la trama en su lugar bajo las varias corrientes de aire de procesamiento. Se necesita abertura suficiente en la placa bajo la región 117 de tratamiento térmico y la región 118 de enfriamiento para permitir que el aire de tratamiento pase a través de la trama, en tanto que se retiene suficiente resistencia para asegurar que el aire se distribuya más uniformemente . La cantidad y temperatura del aire calentado hecho pasar a través de la masa 20 se elige para conducir a una
modificación apropiada de la morfología de las fibras. De manera particular, la cantidad y temperatura se eligen de modo que las fibras se calientan para a) provocar fusión/ablandamiento de porciones moleculares significativas dentro de una sección transversal de la fibra, por ejemplo, la fase caracterizada por amorfo de la fibra, pero b) no provocará fusión completa de otra fase significativa, por ejemplo, la fase caracterizada por cristalitos. Se usa el término "fusión/ablandamiento" debido a que el material polimérico amorfo típicamente se ablanda en lugar de fundirse, en tanto que el material cristalino, que puede estar presente en algún grado en la fase caracterizada por amorfo, también se funde. Esto también se puede señalar, sin referencia a fases, simplemente como calentamiento para provocar fusión de cristalitos de menor orden dentro de la fibra. Las fibras como una totalidad permanecen sin fundir, por ejemplo, las fibras retienen en general la misma forma y dimensiones de fibra como tenían antes del tratamiento. Las porciones sustanciales en la fase caracterizada por cristalitos se entienden que retienen su estructura preexistente de cristal después del tratamiento térmico. La estructura de cristal puede haber sido adicionada a la estructura existente de cristal, o en el caso de fibras de mayor orden, la estructura de cristal puede haber sido removida para crear fases distinguibles, caracterizada por amorfo y caracterizada por cristalitos.
Para lograr el cambio propuesto de morfología de fibras a todo lo largo de la masa 20 recolectada, se deben controlar las condiciones de temperatura-tiempo sobre el área calentada completa de la masa. Se obtuvieron mejores resultados cuando la temperatura de la corriente 110 del aire calentado que pasa a través de la trama está dentro de un intervalo de 5o, y preferentemente dentro de 2 o aún 1°C, a través del ancho de la masa que se trata (la temperatura del aire calentado f ecuentemente se mide para control conveniente de la operación en el punto de entrada para el aire calentado en el alojamiento 101, pero también se puede medir adyacente a la trama recolectada con termopares) . Además, el aparato de calentamiento se opera para mantener una temperatura estable en la corriente con el paso del tiempo, por ejemplo, al cambiar cíclicamente de forma rápida el encendido y apagado del calentador para evitar calentamiento excesivo o poco calentamiento . Para controlar adicionalmente el calentamiento y para terminar la formación de la morfología deseada de las fibras de la masa 20 recolectada, la masa se somete a enfriamiento inmediatamente después de la aplicación de la corriente 110 de aire calentado. Este enfriamiento en general se puede obtener al extraer aire ambiente sobre y a través de la masa 20 conforme la masa deja la corriente 110 controlada de aire caliente. El número 120 de la Figura 4 representa un
área en la cual se extrae aire ambiente a través de la trama por el dispositivo de extracción de gas a través de la trama. El dispositivo 114 de retiro de gas se extiende sobre el colector por una distancia 118 más allá del dispositivo 100 de calentamiento para asegurar enfriamiento completo y enfriamiento de la masa completa 20 en el área 120. Se puede extraer aire bajo la base del alojamiento 101, por ejemplo, en el área 120a marcada en la Figura 4, de modo que alcanza la trama directamente después de que la trama deja la corriente 110 de aire caliente. Un resultado deseado del enfriamiento es remover rápidamente el calor de la trama y las fibras y limitar de este modo el grado y naturaleza de cristalización u ordenamiento molecular que se presentará subsiguientemente en las fibras. En general, la operación descrita de calentamiento y enfriamiento se realiza en tanto que se mueve una trama a través de la operación en un transportador, y se realiza el enfriamiento antes de que se enrolle la trama en un rollo de almacenamiento al final de la operación. Los tiempos de tratamiento dependen de la velocidad a la cual se mueva una trama a través de una operación, pero en general la operación total de calentamiento y enfriamiento se realiza en un minuto o menos, y de manera preferente en menos de 15 segundos. Por el enfriamiento rápido del estado fundido/ablandado a un estado solidificado, la fase caracterizada por amorfo se entiende que se congela y en una forma cristalina más
purificada, con material molecular reducido que puede interferir con el ablandamiento, o ablandamiento repetible, de las fibras. De manera deseable, la masa se enfria por un gas a una temperatura al menos 50°C menor que el Punto de Fusión Nominal; también el gas de enfriamiento u otro fluido se aplica de manera deseable durante un tiempo en el orden de al menos un segundo, de manera deseable durante un tiempo de al menos dos a tres veces en tanto que la corriente calentada se acopla a la trama. En cualquier caso, el gas de enfriamiento u otro fluido tiene suficiente capacidad calorífica para solidificar rápidamente las fibras. Otros fluidos que se pueden usar incluyen agua rociada sobre las fibras, por ejemplo, agua calentada o vapor para calentar las fibras, y agua relativamente fría para enfriar las fibras. El éxito en el logro del tratamiento térmico deseado y de la morfología de la fase caracterizada por amorfo frecuentemente se puede confirmar con prueba de DSC de fibras representativas de una trama tratada; las condiciones de tratamiento se pueden ajustar debido a la información aprendida de la prueba de DSC, como se analiza en mayor detalle en la solicitud de patente de los Estados Unidos No. de Serie 11/461,201, mencionada anteriormente. De forma deseable, la aplicación de aire calentado y enfriamiento se controlan para proporcionar una trama cuyas propiedades faciliten la formación de una matriz moldeada, apropiada. Si
se emplea calentamiento inadecuado, la trama puede ser difícil de moldear. Si se emplean calentamiento excesivo o enfriamiento insuficiente, la trama puede fundirse o llegar hacer quebradiza y también no puede tomar carga adecuada. Las tramas no tejidas, descritas, pueden tener un arreglo aleatorio de fibras y en general propiedades físicas en plano isotrópicas (por ejemplo, resistencia a la tracción). En general, estas tramas no tejidas isotrópicas se prefieren para formar mascarillas de respiración, moldeadas, en forma de copa. Las tramas sin embargo pueden tener, si se desea, una construcción de fibras alineadas (por ejemplo, una en la cual las fibras se alineen en la dirección de la máquina como se describe en la patente de los Estados Unidos No. 6,858,297 de Shan et al., mencionada anteriormente) y propiedades físicas en plano anisotrópicas . Se pueden usar, en el proceso descrito, una variedad de materiales poliméricos formadores de fibra. El polímero puede ser esencialmente cualquier material semicristalino, termoplástico, formador de fibras, capaz de proporcionar una trama no tejida, cargada, que puede someterse a la operación de calentamiento y enfriamiento, descrita anteriormente y que mantendrá propiedades satisfactorias de electreto o separación satisfactoria de carga. Los materiales poliméricos preferidos, formadores de fibra son resinas semicristalinas , no conductoras que tienen una resistencia específica de volumen
de 1014 ohmios-centímetros o mayor a temperatura ambiente (22°C) . De manera preferente, la resistencia específica en volumen es aproximadamente 1016 omhio-centímetros o mayor. La resistividad del material polimérico formador de fibra se puede medir de acuerdo a la prueba estandarizada ASTM D 257-93. El material polimérico formador de fibras también preferentemente está sustancialmente libre de componentes tal como agentes antiestáticos que pueden incrementar significativamente la conductividad eléctrica o interferir de otro modo con la capacidad de la fibra para aceptar y retener cargas electrostáticas. Algunos ejemplos de polímeros que se pueden usar en tramas cargables incluyen polímeros termoplásticos que contienen poliolefinas tal como polietileno, polipropileno, polibuteno, poli ( 4-metil-l-penteno) y copolímeros de olefina cíclica, y combinaciones de estos polímeros. Otros polímeros que se pueden usar pero que pueden ser difíciles de cargar o que pueden perder rápidamente la carga incluyen policarbonatos, copolímeros de bloque tal como copolímeros de bloque de estireno-butadieno-estireno y de estireno-isopreno-estireno, poliésteres tal como tereftalato de polietileno, poliamidas, poliuretanos , y otros polímeros que serán familiares a aquellos expertos en la técnica. Las fibras de manera preferente se preparan a partir de poli-4-metil-l-penteno o polipropileno. De manera más preferente, las fibras se preparan de homopolímero de polipropileno debido a
su capacidad para retener carga eléctrica, particularmente en ambientes húmedos. Se puede impartir carga eléctrica a las tramas protegidas descritas en una variedad de maneras. Esto se puede llevar a cabo, por ejemplo, al poner en contacto la trama con agua como se describe en la Patente de los Estados Unidos No. 5,496,507 de Angadjivand et al., tratamiento con efecto corona como se describe en la Patente de los estados Unidos No. 4,588,537 de Klasse et al., hidrocarga como se describe, por ejemplo, en la Patente de los Estados Unidos No. 5,908,598 de Rousseau et al., tratamiento con plasma como se describe en la Patente de los Estados Unidos No. 6,562,112 B2 de Jones et al y la Publicación de Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. US2003/0134515 Al de David et al., o combinaciones de los mismos. Se pueden adicionar aditivos al polímero para mejorar el desempeño de filtración de la trama, la capacidad de carga de electreto, las propiedades mecánicas, las propiedades de envejecimiento, la coloración, las propiedades superficiales u otras características de interés. Los aditivos representativos incluyen agentes de relleno, agentes de nucleación (por ejemplo, MILLADMR 3988 dibencilideno-sorbitol , comercialmente disponible de Milliken Chemical, (aditivos de mejora de carga de electreto (por ejemplo, tristearil-melamina, y varios estabilizadores a la luz tal como
CHIMASSORBMR 119 y CHIMASSORB 944 de Ciba Specialty Chemicals), iniciadores de curación, agentes rigidizadores (por ejemplo, poli (4-metil-l-penteno) ) , agentes activos en la superficie y tratamientos superficiales (por ejemplo, tratamientos con átomos de flúor para mejorar el desempeño de filtración en un ambiente de neblina aceitosa como se describe en la Patentes de los Estados Unidos Nos. 6,398,847 Bl, 6,397,458 Bl, y 6,409,806 Bl de Jones et al.). Los tipos y cantidades de aditivos serán familiares a aquellos expertos en la técnica. Por ejemplo, los aditivos de mejora de carga de electreto en general están presentes en una cantidad menor de aproximadamente 5 % en peso de manera más típica menos de aproximadamente 2 % en peso. Las tramas no tejidas descritas se pueden formar en mascarillas de respiración, moldeadas, en forma de copa, usando los métodos y componentes que serán familiares a aquellos expertos que tienen habilidad en la técnica. Las mascarillas de respiración, moldeadas, descritas, pueden incluir, si se desea, una o más capas adicionales diferentes de la matriz de monocapa, descrita. Por ejemplo, se pueden emplear capas de cubierta, interiores o exteriores, Para propósitos estéticos o de comodidad y no para filtración ni rigidización . También, se pueden emplear una o más capas porosas que contienen partículas absorbentes para capturar vapores de interés, tal como las capas porosas descritas en la
Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. de Serie 11/431, 152 presentada el 8 de Mayo de 2006 y titulada TRAMA FIBROSA QUE CONTIENE PARTÍCULAS. Se pueden incluir otras capas (incluyendo capas de rigidización o elementos rigidizadores ) , si se desea, aunque no se requiere proporcionar una mascarilla de respiración, moldeada, que tenga el valor de Resistencia a la Deformación DR, citado. Puede ser deseable monitorizar las propiedades de la trama plana tal como el peso base, espesor de la trama, solidez, EFD, Rigidez de Gurley, Rigidez de Taber, caída de presión, % inicial de penetración de NaCl, % de penetración de DOP o el Factor de Calidad QF, y monitorizar las propiedades de la matriz moldeada tal como Rigidez de King, Resistencia a la Deformación DR o caída de presión. Se pueden evaluar las propiedades de la matriz moldeada al formar una matriz en forma de copa, de prueba, entre mitades macho y hembra de acoplamiento de un molde hemiesférico que tiene un radio de 55 mm y un volumen de 310 cm . Se puede determinar EFD (a menos que se especifique de otro modo) usando una velocidad de flujo de aire de 32 L/min (que corresponde a una velocidad superficial de 5.3 cm/seg.), usando el método expuesto en Davies, C. N., "The Separation of Airborne Dust and Particles", Institution of Mechanical Engineers, Londres, Proceedings IB, 1952. Se puede determinar la Rigidez de Gurley usando un
Probador de Resistencia a la Flexión Modelo 4171E GURLEYMR de Gurley Precisión Instruments. Se cortan con troquel rectángulos de 3.8 cm x 5.1 cm a partir de las tramas con el lado largo de la muestra alineado con la dirección transversal de la trama (trama cruzada) . Las muestras se cargan en el probador de resistencia a la fricción con el lado largo de la muestra en la abrazadera de retención de la trama. Las muestras se flexionan en ambas direcciones, a saber, con el brazo de prueba presionado contra la primera superficie principal de la muestra y luego contra la segunda superficie principal de la muestra, y se registra el promedio de las dos mediciones como la rigidez en miligramos. La prueba se trata como una prueba destructiva y si se necesitan mediciones adicionales, se emplean muestras recientes. La Rigidez de Taber se puede determinar usando un probador de rigidez Modelo 150-B TABERMR (comercialmente disponible de Taber Industries). Cuidadosamente por vivisección se hacen secciones de 3.8 cm x 3.8 cm a partir de las tramas usando una cuchilla filosa para impedir la fusión de las fibras, y se evalúa para determinar su rigidez en las direcciones transversales y de la máquina usando de 3 a 4 muestras y una deflexión de muestra de 15°. Se puede determinar el porcentaje de penetración, la caída de presión y el Factor de Calidad QF de filtración usando un aerosol de estimulación que contiene partículas de
NaCl ó DOP, distribuido (a menos que se indique de otro modo) a una velocidad de flujo de 85 litros/min, y se evalúa usando un probador de filtro automatizado de alta velocidad Modelo 8130 TSIMR (comercialmente disponible de TSI Inc.). Para la prueba de NaCl, las partículas pueden generarse de una solución de NaCl a 2 % para proporcionar un aerosol que contiene partículas con un diámetro de aproximadamente 0.075 a una concentración en aire de aproximadamente 16-23 mg/m3, y el probador de filtro automatizado se puede operar tanto con el calentador como con el neutralizador de partículas, encendidos. Para la prueba de DOP, el aerosol puede contener partículas con un diámetro de aproximadamente 0.185 µp? a una concentración de aproximadamente 100 mg/m3, y el probador de filtro automatizado se puede operar tanto con el calentador como con el neutralizador de partículas, apagados. Las muestras se pueden cargar a la penetración máxima de partículas de NaCl ó DOP a una velocidad superficial de 13.8 cm/segundo para muestras de trama plana o una velocidad de flujo de 85 litros/min para matrices moldeadas para antes de detener la prueba. Se pueden emplear fotómetros calibrados en la entrada y salida del filtro para medir la concentración de partículas y el porcentaje de penetración de partículas a través del filtro. Se pueden emplear un transductor de presión de MKS (comercialmente disponible de MKS Instruments) para
medir la caída de presión (??, mm de H20) a través del filtro Se puede usar la ecuación:
para calcular el QF. Los parámetros que se pueden medir o calcular para el aerosol de estimulación elegido incluyen penetración inicial de partículas, caída inicial de presión, factor de calidad QF inicial, penetración máxima de partículas, caída de presión a penetración máxima, y los miligramos de carga de partículas a penetración máxima (la estimulación de peso total al filtro hasta el momento de penetración máxima) . El valor del Factor de Calidad QF inicial proporciona usualmente un indicador confiable del desempeño completo, con valores de QF iniciales mayores que indican mejor desempeño de filtración y con valores de QF iniciales menores que indican desempeño reducido de filtración. Se puede determinar la Resistencia a la Deformación DR usando un Analizador de Textura Modelo TA-XT2Í/5 (de Texture Technologies Corp.), equipado con una sonda de prueba de policarbonato con un diámetro de 25.4 mm. Se coloca una matriz de prueba moldeada '(preparada como se describe anteriormente en lá definición para la Rigidez de King) con la cara hacia abajo en la tapa del Analizador de Textura. Se mide
la Resistencia a la Deformación DR al hacer avanzar la sonda de policarbonato hacia abajo a 10 mm/segundo contra el centro de la matriz moldeada de prueba sobre una distancia de 25 mm. Usando cinco muestras de matriz moldeadas de prueba, se registra la fuerza máxima (pico) y se promedia para establecer el valor de DR. La invención se ilustra adicionalmente en los siguientes ejemplos ilustrativos, en los cuales todas las partes y porcentajes están en peso a menos que se indique de otro modo. Ejemplo 1 Usando un aparato tal como aquel mostrado en la Figura 2 hasta Figura 4, se formaron tramas de monocapa, monocomponentes a partir de polipropileno FINA 3860 que tiene un índice de velocidad de flujo fundido de 70 disponible de Total Petrochemicals, a lo cual se adicionó 0.75 % en peso del estabilizador a la luz de amina impedida CHIMASSORB 944 de Ciba Specialty Chemicals. El cabezal 10 de extrusión tiene 18 filas de 36 orificios cada una, divididos en dos bloques de 9 filas separadas por una separación de 16 mm (0.63 pulgadas) en la parte intermedia de la boquilla, haciendo un total de 648 orificios. Los orificios se arreglan en un patrón escalonado con un espaciado de 6.4 mm (0.25 pulgadas) . El polímero se alimenta al cabezal de extrusión a 0.2 g/aguj ero/minuto, donde el polímero se calentó a una temperatura de 235°C (455°F) . Se
suministraron dos corrientes de aire de enfriamiento (18b en Figura 2; corriente 18a no se empleo) como una corriente superior desde las cajas de enfriamiento 16 pulgadas (406 mm) de altura a una velocidad superficial aproximada de 0.42 m/segundo (83 pies/minuto) y una temperatura de 7.2°C (45°F), y como una corriente inferior desde las cajas de enfriamiento 197 mm (7.75 pulgadas) de altura a una velocidad superficial aproximada de 0.16 m/segundo (31 pies/minuto) y temperatura ambiente. Un atenuador de pared móvil tal como aquel mostrado en Berrigan et al., se empleo, que usa una separación de cuchilla de aire (30 en Berrigan et al.), de 0.76 mm (0.030 pulgadas), aire alimentado a la cuchilla de aire a una presión de 0.84kg/cm2 (12 lb/pulg2) , un ancho de separación superior de atenuador de 5.1 mm (0.20 pulgadas), un ancho de separación de fondo de atenuador de 4.7 mm (0.185 pulgadas) y lados (36 en Berrigan et al.) de atenuador de 152 mm (6 pulgadas) de largo. La distancia (17 en · Figura 2) desde el cabezal 10 de extrusión al atenuador 16 fue de 78.7 cm (31 pulgadas), y la distancia (21 en Figura 2) desde el atenuador 16 a la banda 19 de recolección fue de 68.6 cm (27 pulgadas). La corriente de fibras hiladas con fusión se depositó en la banda 19 de recolección a un ancho de aproximadamente 53 cm (21 pulgadas) . La banda 19 de recolección se movió a una velocidad de aproximadamente 1.8 metros/min (6 pies/min) . El vacio bajo la banda 19 de recolección se estimó que está en el intervalo de
aproximadamente 1.5-3.0 KPa ( 0.15-0.3kg/cm2) (6-12 pulgadas (15.24-30. 8cm) de H20) . La región 115 de la placa 111 tiene aberturas con un diámetro de 1.6 mm (0.062 pulgadas) en un espaciado escalonado que da por resultado 23 % de área abierta, la región 116 sujeta de trama tiene aberturas de 1.6 mm (0.062 pulgadas) de diámetro en un espaciado escalonado que da por resultado 30 % de área abierta; y la región 117 de calentamiento/unión y la región 118 de enfriamiento tienen aberturas de 4.0 mm (0.156 pulgadas) de diámetro en un espaciado escalonado que da por resultado 63 % de área abierta. Se suministró aire a través de los conductos 107 a una velocidad suficiente para presentar aproximadamente 14.2 m3/min (500 pies3/min) de aire en la ranura 109, que fue de 3.8 por 55.9 cm (1.5 por 22 pulgadas). El fondo de la placa 108 estaba a 1.9-2.54 cm (3/4 a 1 pulgada) desde la trama recolectada 20 en el colector 19. La temperatura del aire que pasa a través de la ranura 109 del calentador de flujo enfriado fue de 164 °C (327 °F) como se midió en el punto de entrada para el aire calentador en el alojamiento 101. La trama que deja el área 120 de enfriamiento se unió con suficiente integridad para ser autoportante y manejable usando procesos y equipo normal; la trama se puede enrollar por enrollamiento normal en un rollo de almacenamiento o se puede someter a varias operaciones tal como calentamiento y compresión de la trama sobre un molde
hemisférico para formar una mascarilla de respiración, moldeada. La trama se hidrocargó con agua desionizada de acuerdo a la técnica enseñada en la Patente de los Estados Unidos No. 5,496,507 (Angadjivand et al.), y se dejó secar. La trama cargada se evaluó para determinar las propiedades de la trama plana, mostradas en la Tabla 1A: Tabla 1A Propiedad Corrida No. Corrida No. 1-1F 1-2F Peso base, gms 152 164 Solidez, % 15 9.5 Espesor, mm 1.1 1.9 EFD, µp? 11 11 Rigidez de Gurley, mg 4557 2261 Caída de Presión a 13.8 10 7.6 cm/seg de velocidad superficial, mm de H20 Penetración de NaCl a 13.8 0.64 cm/segundo de velocidad superficial, % Factor de Calidad, QF, 0.51 estímulo con NaCl
Propiedad Corrida No. Corrida No. 1-1F 1-2F Penetración de DOP a 13.8 2.7 cm/segundo de velocidad superficial, % Factor de Calidad, QF, 0.34 Símbolo con DOP
Las tramas planas cargadas se evaluaron usando un estímulo de NaCl para determinar el factor de calidad QF inicial, luego se formó en muestras de molde hemisférico usando las condiciones de moldeado mostradas más adelante en la Tabla IB. Las mascarillas de respiración, terminadas, tienen un área superficial externa aproximada de 145 cm2. Las tramas se moldearon con el lado del colector de la trama fuera de la copa. Las matrices moldeadas, en forma de copa, resultantes, todas tienen buena rigidez como se evalúa manualmente. Las matrices moldeadas se probaron con carga usando un aerosol de estímulo de NaCl como se describe anteriormente para determinar la caída inicial de presión y el % inicial de penetración de NaCl, y para determinar la caída de presión, del % de penetración de NaCl, los miligramos de NaCl a penetración máxima (el estímulo de peso total al filtro hasta el momento de penetración máxima) . Los resultados se muestran a continuación en la Tabla IB:
Tabla IB Trama Plana ?? a % de Penetración Separación ?? % de Corrida Temperatura Tiempo de penetración Penetración Penetración Máxima, Mg de Corrida de Molde, Inicial, No. de Molde, °C Molde, seg NaCl, No. mm mm H20 Máxima, mm de NaCl, de Estimulo (NaCl) Inicial de H20 Max de NaCl
1-1M 1-1F 280 5 0 7.7 0.46 13.6 2.1 44.7
1-2M 1-1F 280 5 0.5 7.7 0.69 12.3 2.3 32.4
1-3M 1-1F 300 5 0 7.9 0.75 12.8 2.5 36.0
1-4M 1-1F 300 5 0.5 8.4 0.57 12.7 1.5 37.6
1-5M 1-1F 300 10 0 7.9 0.82 12.2 2.3 40.8
1-6M 1-1F 300 10 0.5 7.6 0.66 11.2 1.3 47.9
1-7M 1-1F 310 5 0 8.1 0.11 13.9 0.4 63.3
1-8M 1-1F 310 5 0.5 7.9 0.13 12.8 0.5 48.8
1-9M 1-1F 320 5 0.5 8.8 0.61 14.8 1.8 34.8
1-10M 1-1F 320 25 0 9.0 0.21 15.0 0.9 50.5
1-11M 1-1F 320 25 0.5 8.4 0.19 14.7 0.8 59.8
1-12M 1-1F 330 0 0 8.8 0.92 15.8 2.3 39.3
1-13M 1-1F 330 5 0.5 8.2 0.25 12.3 0.9 49.3
1-14M 1-1F 330 25 0.5 8.4 0.36 14.1 1.4 48.9
1-15M 1-1F 340 5 0.5 6.1 0.72 8.2 0.8 70.5
1-16M 1-2F 300 5 0 6.8 1.39 12.6 3.3 39.4
1-17M 1-2F 300 5 0 7.0 1.60 13.3 3.9 41.0
1-18M 1-2F 300 5 0.5 7.1 1.12 13.2 3.1 44.7
1-19M 1-2F 300 10 0.5 7.4 2.06 12.2 3.7 35.9
1-20M 1-2F 300 10 0 6.8 1.26 12.5 2.4 41.4
1-21M 1-2F 310 10 0 6.7 0.26 12.7 1.6 52.0
1-22M 1-2F 320 5 0.5 7.1 1.30 13.0 4.0 45.9
1-23M 1-2F 330 5 0.5 7.2 1.17 14.4 3.2 47.3
Los resultados en la Tabla IB muestran que las tramas de las Corridas Nos. 1-F y 1-2F proporcionan matrices moldeadas, de monocapa, monocomponentes que deben pasar la prueba de carga de NaCl N95 de 42 C.F.R. Parte 84. Se moldearon cinco muestras de cada una de las matrices moldeadas de las corridas Nos. 1-5M y 1-20 M para determinar la Rigidez de King. Los valores de la Rigidez de King se muestran a continuación en la Tabla 1C: Tabla 1C
Usando el método general del Ejemplo 1, excepto como se indica de otro modo más adelante, se formaron dos tramas de monocapa, monocomponentes a partir de polipropileno FINA 3860 al cual se adicionó 1.5 % en peso de triestearil-melamina (Corrida 2-1) ó 0.5 % en peso de estabilizador a la luz de amina impedida CHIMASSORB 944 (Corrida 2-2) . Se amplió un atenuador de pared móvil tal como aquel mostrado en la Patente de los Estados Unidos No. 6,607,624 B2 (Berrigan et al.), usando un ancho de separación de fondo (34 en Berrigan et al. Figura 2) de 4.6 mm (0.18 pulgadas). En base a muestras similares, las fibras se estimaron que tienen un diámetro
medio de fibra de aproximadamente 11 µ??. La banda 19 de recolección se movió a una velocidad de 0.030 m/s (6 pies por minuto) para la trama de la corrida No. 2-1 y de 0.033 m/s (6.5 pies por minuto) para la trama de la corrida 2-2. La temperatura del aire que pasa a través de la ranura 109 fue de 160°C (320°F) . La trama que deja el área 120 de enfriamiento se unió con suficiente integridad para ser autoportante y manejable usando equipo de procesos normales. Se obtuvieron tramas con un peso base de 160 gsm. Las tramas se corrieron a través de una separación de dos rodillos de calandrado con un diámetro de 254 mm (10 pulgadas) de acero inoxidable a 0.025 m/s (5 pies/minutos). La separación de calandrado se mantuvo a 0.51 mm (0.020 pulgadas), y ambos rodillos de calandrado se calentaron a 146°C (295°F). Las tramas de calandrado se hidrocargaron con agua destilada de acuerdo a la técnica enseñada en la Patente de los Estados Unidos No. 5,496,507 (Angadjivand et al.) y se dejaron secar al colgar en una linea durante la noche a condiciones ambientes, y luego se formaron en mascarillas de respiración, moldeadas, en forma de copa, lisas, usando una prensa de moldeo, hidráulica, calentada. Usando un estimulo de NaCl, las tramas cargadas tuvieron valores de factor de calidad QF inicial de 0.47 (Corrida No. 2-1) y de 0.71 (Corrida No. 2.2). Se realizó el moldeado a 152°C (305°F), usando una separación de molde de 0.51 mm (0.020 pulgadas) y un tiempo de residencia de 5 segundos. Las
mascarillas de respiración terminadas tuvieron un área superficial externa aproximada de 145 cm2. Las tramas se moldearon con el lado de colector de la trama dentro de la copa. Las matrices moldeadas, en forma de copa, resultantes tienen buena rigidez como se evalúa manualmente. Las matrices moldeadas se probaron con carga usando un aerosol de estimulo de NaCl como se describe anteriormente para determinar la caída inicial de presión y el % inicial de penetración, y para determinar la caída de presión, del % de penetración de NaCl y los miligramos de NaCl a penetración máxima (el estímulo de peso total al filtro hasta el tiempo de penetración máxima) . Los resultados se muestran a continuación en la Tabla 2: Tabla 2
Los resultados en la Tabla 2 muestran que la trama de las Corridas Nos. 2-1 y 2-2 proporcionan matrices moldeadas, de monocapa, monocomponentes que deben pasar la prueba de carga de NaCl N95 de 42 C.F.R. Parte 84. Se han descrito varias modalidades de la invención.
Sin embargo, se entenderá que se pueden hacer varias modificaciones sin apartarse de la invención. Por consiguiente, otras modalidades están dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido, por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.