MX2011006362A - Malla no tejida conformada en capas que contiene particulas. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un elemento de filtro que incluye una malla no tejida porosa. La malla no tejida porosa incluye una primera capa con primeras fibras poliméricas elastoméricas termoplásticas y primeras partículas activas colocadas en éstas y una segunda capa que incluye segundas fibras poliméricas elastoméricas termoplásticas y segundas partículas activas colocadas en éstas. La malla posee una deformación tridimensional y la primera capa está contigua con la segunda capa a través de la deformación.

Description

MALLA NO TEJIDA CONFORMADA EN CAPAS QUE CONTIENE PARTICULAS Campo de la Invención La presente descripción generalmente se refiere a elementos de filtro que utilizan mallas no tejidas conformadas en capas que contienen partículas. La presente descripción también se dirige a sistemas de protección respiratoria que incluyen tales elementos de filtro.

Antecedentes de la Invención Los dispositivos de protección respiratoria para el uso en la presencia de vapores y otras sustancias peligrosas transportadas por el aire frecuentemente emplean un elemento de filtración que contiene partículas sorbentes . El diseño de tales elementos de filtración puede involucrar un equilibrio de factores algunas veces competentes tales como la caída de presión, resistencia a la sobretensión, vida de servicio general, peso, espesor, tamaño general, resistencia a fuerzas potencialmente dañinas tales como la vibración o abrasión, y variabilidad de muestra a muestra. Las mallas fibrosas cargadas con partículas sorbentes frecuentemente tienen baja caída de presión y otras ventajas.

Las mallas fibrosas cargadas con partículas sorbentes se han incorporado en respiradores moldeados tipo taza. Ver, por ejemplo, Patente de los Estados Unidos N. 3,971,373 de Braun. Una construcción típica de tal Ref. 221121 dispositivo de protección respiratoria incluye una o más capas apiladas retenedoras de partículas y que contienen partículas colocadas entre un par de capas retenedoras de forma. Ver, por ejemplo, Patente de los Estados Unidos No. 6,102,039 de Springett et al. Las capas retenedoras de forma proporcionan típicamente integridad estructural a la capa intermedia de otra forma relativamente suave, de modo que el montaje como un todo podrá retener la forma tipo taza.

Permanece una necesidad de elementos de filtración que posean características de desempeño ventajosas, integridad estructural, y construcción más simple y sean más fáciles de manufacturar.

Breve Descripción de la Invención La presente descripción se dirige a un elemento de filtro que incluye una malla no tejida porosa. La malla incluye una primera capa con primeras fibras poliméricas elastoméricas termoplásticas y primeras partículas activas colocadas en éstas y una segunda capa que incluye segundas fibras poliméricas elastoméricas termoplásticas y segundas partículas activas colocadas en éstas. La malla posee una deformación tridimensional y la primera capa está contigua con la segunda capa a través de la deformación. En una implementación ejemplar, la deformación tridimensional se caracteriza por un espesor que varía por no más de un factor de 5 a lo largo de al menos una dirección a través de la deformación. Adicionalmente o alternativamente, la deformación puede comprender una superficie caracterizada por una desviación desde una configuración plana de al menos 0.5 veces el espesor de la malla en esta ubicación.

Breve Descripción de las Figuras La invención se puede entender más completamente en consideración de la siguiente descripción detallada de las diversas modalidades de la invención en conexión con las figuras acompañantes, en las cuales: La Fig. 1 es una vista en perspectiva esquemática de una sección de una malla no tejida porosa de acuerdo con la presente descripción; La Fig. 2 es una vista en perspectiva esquemática de una sección transversal de un elemento de filtro ejemplar que utiliza una malla no tejida porosa que tiene una deformación tridimensional; La Fig. 3 es una vista en perspectiva esquemática de una sección transversal de otro elemento de filtro ejemplar que incluye una malla no tejida porosa que tiene una deformación tridimensional; La Fig. 4 es una vista en perspectiva esquemática de una sección transversal de otro elemento de filtro ejemplar que incluye una malla no tejida porosa que tiene una deformación tridimensional; La Fig. 5 es una vista en sección transversal esquemática de todavía una sección transversal de todavía otro elemento de filtro ejemplar que incluye una malla no tejida porosa que tiene dos o más deformaciones tridimensionales ; La Fig. 6 es una vista en sección transversal esquemática de un elemento de filtro ejemplar de acuerdo con la presente descripción que se coloca en un cartucho; La Fig. 7 es una vista en perspectiva de un sistema de protección respiratoria ejemplar que utiliza un elemento de filtro mostrado en la Fig. 6; La Fig. 8 es una vista en perspectiva, parcialmente en corte, de un dispositivo de protección respiratoria desechable que utiliza un elemento de filtro ejemplar, de acuerdo con la presente descripción, mostrado en la Fig. 3 ; La Fig. 9 es una vista en sección transversal de un sistema de filtración radial, tales como aquellos adecuados para el uso en sistemas de protección colectivos, que utiliza un elemento de filtro ejemplar, de acuerdo con la presente descripción, mostrado en la Fig. 4 ; La Fig. 10 ilustra un método ejemplar para fabricar mallas no tejidas porosas que tienen una deformación tridimensional, de acuerdo con la presente descripción.

Las figuras no son necesariamente a escala. Los números similares usados en las figuras se refieren a componentes similares. El uso de un número para referirse a un componente en una figura dada, sin embargo, no se propone para limitar el componente en otra figura marcada con el mismo número.

Descripción Detallada de la Invención En la siguiente descripción, se hace referencia a las figuras acompañantes que forman una parte de la misma, y en las cuales se muestran por vía de ilustración diversas modalidades específicas. Se entenderá que se contemplan otras modalidades y se pueden hacer sin apartarse del alcance o espíritu de la presente invención. La siguiente descripción detallada, por lo tanto, no será tomada en un sentido limitante .

Todos los términos científicos y técnicos usados en la presente tienen significados usados comúnmente en el arte a menos que se especifique de otra forma. A menos que se indique de otra forma, todos los números que expresan tamaños, cantidades, y propiedades físicas características usadas en la especificación y reivindicaciones serán entendidos como modificados en todos los casos por el término "aproximadamente". Por consiguiente, a menos que se indique lo contrario, los parámetros numéricos descritos en la especificación anterior y reivindicaciones anexas son aproximaciones que pueden variar dependiendo de las propiedades deseadas buscadas para ser obtenidas por aquellos expertos en el arte que utilizan las enseñanzas descritas en la presente.

La cita de intervalos numéricos por criterios de valoración incluye todos los números abarcados dentro de este intervalo (por ejemplo, 1 a 5 incluye 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, y 5) y cualquier intervalo dentro de esta escala.

Como se usa en esta especificación y las reivindicaciones anexas, las formas singulares "un", "uno", y "el" abarcan modalidades que tienen referentes plurales, a menos que el contexto claramente lo dicte de otra forma. Como se usa en esta especificación y las reivindicaciones anexas, el término "o" generalmente se emplea en su sentido que incluye "y/o" a menos que el contenido claramente lo dicte de otra forma.

Las modalidades ejemplares de la presente descripción utilizan dos o más capas de mallas no tejidas porosas, al menos dos de las capas incluyen fibras poliméricas elastoméricas termoplásticas y partículas activas enredadas en las fibras. Las mallas de acuerdo con la presente descripción se caracterizan por una deformación o forma tridimensional, la cual puede ser impartida a la malla, por ejemplo, por un proceso de moldeo.

Se espera que la presente descripción facilite la producción de elementos de filtro moldeados conformados, incluyendo elementos de filtro que se pueden usar en dispositivos de protección respiratoria, con características de diseño y desempeño que son difíciles de lograr con las tecnologías existentes. La tecnología primaria existente para fabricar elementos de filtro conformados, partículas de carbón unidas a resina, involucra combinar partículas de resina finamente molidas con partículas de carbón y luego conformarlas bajo calor y presión. Tales conformaciones cargadas con carbón son usadas frecuentemente en lechos de filtro. Sin embargo, esta tecnología existente tiene varias desventajas. Por ejemplo, la trituración de la resina en partículas pequeñas para el uso en el proceso de partículas unidas a la resina tiende a ser un procedimiento relativamente costoso. Además, el proceso de unión a la resina tiende a obstruir la superficie del carbón, reduciendo la actividad del carbón. Además, es muy difícil estratificar las masas de partículas unidas a la resina.

En contraste, se espera que los elementos de filtro ejemplares de acuerdo con la presente descripción tengan menor caída de presión debido al uso de fibras en lugar de resina de unión, menor costo de procesamiento, y mucha mejor retención de la actividad del carbón. Otras ventajas de las modalidades de la presente descripción incluyen proporcionar una alternativa a un lecho de filtro producido usando un proceso de llenado tormentoso, y la capacidad de producir formas complejas de elementos de filtro que son difíciles de lograr con los lechos empacados tradicionales. Además, las modalidades ejemplares de la presente descripción proporcionan una manera ventajosa de combinar múltiples capas de mallas cargadas con carbón en un lecho de filtro. Las múltiples capas pueden incluir capas gruesas con alta capacidad de partículas grandes, capas delgadas "pulidas" con partículas menores, o capas tratadas con diferentes materiales para lograr un amplio intervalo de desempeño de filtración .

La Fig. 1 muestra esquemáticamente una sección de una malla no tejida porosa 10 adecuada para el uso en las modalidades ejemplares de la presente descripción. Como se usa en esta especificación, la palabra "poroso" se refiere a un artículo que es suficientemente permeable a gases para ser utilizable en un elemento de filtro de un dispositivo de protección respiratoria. La frase "malla no tejida" se refiere a una malla fibrosa caracterizada por la unión por puntos o enmarañado de fibras. La malla no tejida porosa 10 incluye partículas activas 12a, 12b, 12c, colocadas en, por ejemplo, enredadas, en fibras poliméricas 14a, 14b, 14c. Pequeños poros conectados formados en la malla no tejida 10 (por ejemplo, entre las fibras poliméricas y partículas) permiten que el aire ambiental u otros fluidos pasen a través de la malla no tejida 10. Las partículas activas, por ejemplo, 12a, 12b, 12c, pueden ser capaces de absorber los solventes y otras sustancias potencialmente peligrosas presentes en tales fluidos. La palabra "enredado" cuando se usa con respecto a partículas en una malla no tejida se refiere a partículas que están suficientemente unidas o atrapadas dentro de la malla para permanecer dentro o sobre la malla cuando la malla se somete al manejo suave tal como drapear la malla sobre una varilla horizontal. Los ejemplos de mallas no tejidas porosas adecuadas y métodos para fabricar las mismas se describen, por ejemplo, en la Publicación de Solicitud de Estados Unidos No. US 2006/0096911.

Los ejemplos de partículas activas adecuadas para el uso en algunas modalidades de la presente descripción incluyen sorbentes, catalizadores y sustancias químicamente reactivas . Se puede emplear una variedad de partículas activas. En algunas modalidades, las partículas activas serán capaces de absorber o adsorber gases, aerosoles o líquidos que se espera estén presentes bajo las condiciones de uso propuestas. Las partículas activas pueden estar en cualquier forma utilizable incluyendo perlas, hojuelas, granulos o aglomerados. Las partículas activas preferidas incluyen carbón activado; alúmina y otros óxidos metálicos; bicarbonato de sodio; partículas metálicas (por ejemplo, partículas de plata) que pueden remover un componente de un fluido por adsorción, reacción química, o amalgamación; agentes catalíticos particulados tales como hopcalita o partículas de oro nano dimensionadas (las cuales pueden catalizar la oxidación del monóxido de carbono) ; arcilla y otros minerales tratados con soluciones acidas tal como ácido acético o soluciones alcalinas tal como hidróxido de sodio acuoso; resinas de intercambio iónico; tamices moleculares y otras zeolitas; sílice; biocidas; fungicidas; y virucidas . El carbón activado y alúmina son partículas activas particularmente preferidas.

Los materiales catalizadores ejemplares incluyen Carulite 300 (también referido como hopcalita, una combinación de óxido de cobre y dióxido de manganeso (de MSDS) ) que remueve el monóxido de carbono (CO) , o catalizador que contiene partículas de oro nano dimensionadas, tal como carbón activado granular revestido con dióxido de titanio y con partículas de oro nano dimensionadas colocadas en la capa de dióxido de titanio, (Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. 2004/0095189 Al) que remueve CO, OV y otros compuestos .

Las sustancias químicamente reactivas ejemplares incluyen trietilendiamina, hopcalita, cloruro de zinc, alúmina (para fluoruro de hidrógeno) , zeolitas, carbonato de calcio, y depuradores de dióxido de carbono (por ejemplo, hidróxido de litio) . Cualquiera o más de tales sustancias químicamente reactivas pueden estar en la forma de partículas o pueden estar soportadas en partículas, típicamente aquellas con áreas de superficie grandes, tales como partículas de carbón activado, alúmina o zeolita.

Más de un tipo de partículas activas se puede usar en la misma malla no tejida porosa ejemplar de acuerdo con la presente descripción. Por ejemplo, se pueden emplear mezclas de partículas activas, por ejemplo, para absorber mezclas de gases . El tamaño de partícula activa deseado puede variar muchísimo y usualmente será elegido con base en parte en las condiciones de servicio propuestas. Como una guía general, las partículas activas pueden variar de tamaño desde aproximadamente 5 a 3000 micrómetros de diámetro promedio. Preferiblemente, las partículas activas son menores que aproximadamente 1500 micrómetros de diámetro promedio, más preferiblemente entre aproximadamente 30 y aproximadamente 800 micrómetros de diámetro promedio, y muy preferiblemente entre aproximadamente 100 y aproximadamente 300 micrómetros de diámetro promedio. También se pueden emplear mezclas (por ejemplo, mezclas bimodales) de partículas activas que tienen diferentes intervalos de tamaño. En algunas modalidades de la presente descripción, más de 60 por ciento en peso de partículas activas están enredadas en la malla. En otras modalidades, preferiblemente, al menos 80 por ciento en peso de partículas activas, más preferiblemente al menos 84 por ciento en peso y muy preferiblemente al menos 90 por ciento en peso de partículas activas están enredadas en la malla.

Los ejemplos de fibras poliméricas adecuadas para el uso en algunas modalidades de la presente descripción incluyen fibras poliméricas termoplásticas , y, preferiblemente, fibras poliméricas elastoméricas termoplásticas. Se puede emplear adecuadamente una variedad de materiales poliméricos formadores de fibras, incluyendo termoplásticos tales como materiales elastoméricos de poliuretano (por ejemplo, aquellos disponibles bajo las designaciones comerciales IROGRA ™ de Hunstman LLC y ESTAÑE™ de Noveon, Inc.), poliolefinas elastoméricas termoplásticas (tales como elastómeros termoplásticos de poliolefina disponibles de Exxon obil bajo la designación comercial Vistamaxx) , materiales elastoméricos de polibutileno (por ejemplo, aquellos disponibles bajo la designación comercial CRASTIN™ de E. I. DuPont de Nemours & Co.), materiales elastoméricos de poliéster (por ejemplo, aquellos disponibles bajo la designación comercial HYTREL™ de E. I. DuPont de Nemours & Co . ) , materiales elastoméricos de copoliamida de bloque de poliéter (por ejemplo, aquellos disponibles bajo la designación comercial de PEBAX™ de Atofina Chemicals, Inc.) y copolímeros de bloque estirénicos elastoméricos (por ejemplo, aquellos disponibles bajo las designaciones comerciales KRATON™ de Kraton Polymers and SOLPRENE™ de Dynasol Elastomers) .

Algunos polímeros se pueden estirar a mucho más del 125 por ciento de su longitud relajada inicial y muchos de estos recuperarán sustancialmente su longitud relajada inicial en la liberación de la fuerza de derivación y esta última clase de materiales es generalmente preferida. Los poliuretanos termoplásticos , poliolefinas elastoméricas , polibutilenos y copolímeros de bloque estirénicos son especialmente preferidos. Si se desea, una porción de la malla puede representar otras fibras que no tienen la elasticidad o encogimiento de cristalización citados, por ejemplo, fibras de polímeros convencionales tal como tereftalato de polietileno; fibras de componentes múltiples (por ejemplo, fibras de núcleo-cubierta, fibras bicomponentes separables o lado a lado y fibras "islas en el mar" así llamadas); fibras cortadas (por ejemplo, de materiales naturales o sintéticos) y similares. Preferiblemente, sin embargo, las cantidades relativamente bajas de tales fibras se emplean para no disminuir indebidamente el nivel de carga de sorbente deseado y propiedades de la malla terminada.

La Fig. 2 es una vista en perspectiva esquemática de una sección transversal de un elemento de filtro ejemplar 20 que utiliza una malla no tejida porosa 22. La malla 22 incluye dos o más capas, tales como las primera y segunda capas 26 y 28, cada una o ambas puede ser una malla no te ida porosa 10, como se muestra en la Fig. 1. En una modalidad ejemplar, la primera capa de malla 26 incluye primeras partículas activas 26a enredadas en las primeras fibras poliméricas 26b, y la segunda capa de malla 28 incluye segundas partículas activas 28a enredadas en las segundas fibras poliméricas 28b.

Varias combinaciones de materiales de primeras partículas activas 26a, primeras fibras poliméricas 26b, segundas partículas activas 28a y segundas fibras poliméricas 28b se pueden usar en las modalidades ejemplares de la presente descripción. Una modalidad ejemplar es un elemento de filtro, en el cual la primera capa 26 se diseña para filtrar la mayoría de un contaminante de objetivo (tal como un gas) , mientras que la segunda capa 28 se diseña para remover pequeñas cantidades del contaminante de objetivo que pasa a través de la primera capa 26. En tales modalidades ejemplares, la primera capa típicamente podría incluir (por ejemplo 12 x 20 a 6 x 12) partículas sorbentes . La segunda capa típicamente podría incluir partículas sorbentes o catalíticas más pequeñas (por ejemplo, 80 x 235 a 60 x 140) .

Otra modalidad ejemplar es un elemento de filtro, en el cual la primera capa 26 y la segunda capa 28 son diseñadas ambas para proporcionar una función de filtración primaria para un componente de un sistema de filtración de componentes múltiples. En tales modalidades ejemplares, la primera capa 26 puede incluir partículas activas sorbentes y/o catalíticas apropiadas para remover un componente de una corriente de gas mientras la segunda (y/o tercera, cuarta, etc.) capa 28 podría incluir partículas activas apropiadas para remover un segundo componente de una corriente de gas . Por ejemplo, puede ser deseable diseñar un elemento de filtro que podrá filtrar tanto gases ácidos como gases básicos. En este caso, la primera capa 26 podrá contener partículas activas para remover gases ácidos, mientras que la segunda capa 28 podrá contener partículas activas para remover gases básicos . Ambos tipos de partículas activas pueden ser partículas de carbón activado que se tratan ya sea para gases ácidos o básicos.

En otras modalidades ejemplares, un elemento de filtro puede incluir combinaciones de las construcciones referenciadas anteriormente. Las modalidades ejemplares podrán incluir múltiples conjuntos de capas de partículas grandes/partículas pequeñas, cada una diseñada para filtrar diferentes componentes de una corriente de gas. Los materiales usados para las primeras fibras poliméricas 26b y las segundas fibras poliméricas 28b pueden ser las mismas o diferentes. En una modalidad ejemplar, las primera y segunda capas pueden incluir ambas el mismo tipo de microfibras sopladas incluyendo los mismos materiales.

Con referencia adicionalmente a la Fig. 2, la malla 22 posee una deformación tridimensional 24, la cual se ilustra en sección transversal. Particularmente, antes que tener una configuración plana, en la cual las superficies principales 22a y 22b de la malla 22 podrían tener configuraciones planas y generalmente podrían ser paralelas entre si, como podría ser el caso para mallas que contienen partículas no tejidas típicas, la malla 22 es conformada, de modo que al menos una de sus superficies principales 22a y 22b se desvía de una configuración plana. En esta modalidad ejemplar, la primera superficie 22a se desplaza desde una configuración plana tanto como Da, mientras que la segunda superficie 22a se desplaza desde una configuración plana tanto como Db. Preferiblemente, la primera capa 26 está contigua con la segunda capa 28 a través de la deformación, como se muestra en la Fig. 2. Como se muestra en la Fig. 2, las primera y segunda capas 26 y 28 se colocan inmediatamente adyacentes entre si. Además, las primera y segunda capas 26 y 28 están en contacto actual (sin algunas aberturas de aire o capas intermedias) a lo largo de un límite 27.

La malla 22 adicionalmente se caracteriza por un espesor de malla T, el cual se puede definir como una distancia entre la primera superficie 22a y la segunda superficie 22b. Algunas dimensiones ejemplares de deformaciones de acuerdo con las modalidades ejemplares de la presente descripción incluyen un espesor de malla T de 5 a 10 mm o más. El valor de T dependerá del uso final propuesto del elemento de filtro y otras consideraciones. La deformación 24 adicionalmente se caracteriza por una longitud lineal L, la cual se puede definir como una longitud de una proyección sobre una superficie plana subyacente a la deformación 24 de una sección transversal de la deformación 24 en un plano que incluye el desplazamiento Da. En algunas modalidades ejemplares, al menos uno de Da y Db es al menos 0.5 veces el espesor de malla T en la ubicación de malla donde el desplazamiento se mide. En la modalidad ejemplar mostrada, el espesor T y el desplazamiento Da son ambos medidos en una ubicación 23. En otras modalidades ejemplares, al menos uno de Da y Db puede ser al menos 1 a 10, 2 a 10, 4 a 10, 5 a 10, o más de 10 veces el espesor de malla T en la ubicación de malla donde el desplazamiento se mide, dependiendo del uso final propuesto del elemento de filtro u otras consideraciones .

Con referencia adicionalmente a la Fig . 2, la superficie principal 22a de la malla 22 del elemento de filtro ejemplar 20 se puede caracterizar como una superficie cóncava, mientras que la superficie principal 22b se puede caracterizar como una superficie convexa. En algunas modalidades ejemplares, la superficie cóncava 22a se caracteriza por una desviación Da desde una configuración plana de al menos 0.5 veces el espesor de malla T en la ubicación de malla donde el desplazamiento se mide. En otras modalidades ejemplares, Da de la superficie 22a puede ser al menos 1 a 10, 2 a 10, 4 a 10, 5 a 10, o más de 10 veces el espesor de malla T en la ubicación de malla donde el desplazamiento se mide, dependiendo del uso final propuesto del elemento de filtro u otras consideraciones.

En algunas modalidades ejemplares típicas, la longitud L de la deformación lineal puede ser al menos 3 a 4, o 3 a 5 veces el espesor T. En otras modalidades ejemplares, la longitud L de la deformación lineal puede ser al menos 10 a 50, 20 a 50, 30 o más, 40 o más, o 50 o más. Algunos valores absolutos ejemplares de L incluyen 2 cm, 4 cm o 10 cm o más. El valor de L y su relación con T dependerá de varios factores, incluyendo el uso final del elemento de filtro. Aquellos de experiencia ordinaria en el arte fácilmente apreciarán que las deformaciones de la malla 22 pueden tener cualquier otra forma y tamaño adecuados, incluyendo pero no limitado a aquellas mostradas en las Figs . 3-4.

En algunas modalidades ejemplares de la presente descripción, la malla 22 puede ser retenedora de forma. En el contexto de la presente descripción, el término "retenedor de forma", con referencia a un artículo, significa que el artículo posee suficiente resiliencia e integridad estructural para (i) resistir la deformación cuando se aplica una fuerza o (ii) ceder a la fuerza de deformación pero posteriormente regresar sustancialmente a la forma original en la remoción de la fuerza de deformación, en donde la cantidad y tipo de la fuerza de deformación es típica para las condiciones ordinarias en las cuales el artículo se propone que sea usado. En algunas modalidades ejemplares de la presente descripción, la malla 22 puede ser autoestable. El término "autoestable", con referencia a un artículo, significa que el artículo posee suficiente rigidez para ser capaz de retener una configuración no plana por si sola, es decir, en la ausencia de cualquiera de las estructuras o capas de soporte adicionales.

La Fig. 3 es una vista en perspectiva esquemática de una sección transversal de otro elemento de filtro ejemplar 30 que utiliza una malla no tejida porosa 32. La malla 32 incluye dos' o más capas, tal como las primera y segunda capas 36 y 38, cada una o ambas puede ser una malla no tejida porosa 10, como se muestra en la Fig. 1. En una modalidad ejemplar, la primera capa de malla 36 incluye las primeras partículas activas 36a enredadas en las primeras fibras poliméricas 36b, y la segunda capa de malla 38 incluye las segundas partículas activas 38a enredadas en las segundas fibras poliméricas 38b.

La malla 32 posee una deformación tridimensional 34. Preferiblemente, la primera capa 36 está contigua con la segunda capa 38 a través de la deformación, como se muestra en la Fig. 3. En esta modalidad ejemplar, la primera superficie 32a se desplaza desde una configuración plana tanto como Da' , mientras que la segunda superficie 32a se desplaza desde una configuración plana tanto como Db' . La malla 32 se caracteriza adicionalmente por espesores de malla variables TI, T2 , T3 y T4 , cada uno definido como una distancia entre la primera superficie 32a y la segunda superficie 32b. La deformación 34 se caracteriza adicionalmente por una longitud lineal de la línea L' . L' es una proyección de una sección transversal de la deformación 34, en un plano que incluye el desplazamiento Da', sobre una superficie plana subyacente a la deformación 34. En algunas modalidades ejemplares de la presente descripción, la malla 32 puede ser autoestable y/o retenedora de forma.

Preferiblemente, en las modalidades que tienen un espesor de malla variable, el espesor varía no más de un factor de 10 veces un espesor promedio Tav, a lo largo de al menos una dirección a través de la deformación 34. Más preferiblemente, el espesor varía no más de un factor de 5 veces un espesor promedio Tav, a lo largo de al menos una dirección a través de la deformación 34, y, aún más preferiblemente, no más de un factor de 2, 1, y, muy preferiblemente, no más de un factor de 0.5. Un espesor promedio se puede calcular eligiendo una dirección particular a través de la deformación 34, tal como a lo largo de la sección transversal de la malla 32 y la deformación 34 por el plano de la página de la Fig. 3, midiendo los valores del espesor de malla, preferiblemente, por al menos 4 diferentes ubicaciones (por ejemplo, 1, 2, 3 y 4) a lo largo de la dirección elegida (es decir, valores de TI, T2, T3 y T4) , y promediando estos valores como sigue: Tav = (T1+T2+T3+T4) /4 En algunas modalidades ejemplares, las ubicaciones 1, 2, 3, y 4 se pueden seleccionar dividiendo L en 5 partes aproximadamente iguales y tomando las mediciones de espesor en los 4 puntos internos. En algunas modalidades ejemplares de la malla 32, la deformación tridimensional 34 se puede caracterizar por un gradiente de densidad que tiene un valor relativamente pequeño. En una modalidad ejemplar, la deformación tridimensional 34 se caracteriza por un gradiente de densidad menor que 20 a 1. En otras modalidades ejemplares, la deformación tridimensional 34 se puede caracterizar por un gradiente de densidad menor que 10 a 1, 3 a l, o 2 a 1.

El gradiente de densidad se puede determinar como sigue. Se toman dos muestras de dos diferentes ubicaciones de la deformación tridimensional 34 de la malla 32, tal como cualquiera de las dos ubicaciones 1, 2, 3 y 4 mostradas en la Fig. 3. Las densidades 51 y 52 entonces se pueden determinar usando el procedimiento descrito posteriormente y el gradiente de densidad 5g determinado como una relación de un valor de densidad mayor 52 a un valor de densidad menor 51.

La Fig. 4 es una vista en perspectiva esquemática de otro elemento de filtro ejemplar 40 que utiliza una malla no tejida porosa 42. La malla 42 posee una deformación tridimensional 44. En esta modalidad ejemplar, la primera superficie 42a y la segunda superficie 42b de la malla 42 se desplaza desde una configuración plana de modo que la malla 42 forma una conformación generalmente cilindrica. La malla 42 incluye dos o más capas, tales como las primera y segunda capas 46 y 48, cada una o ambas puede ser una malla no tejida porosa 10, como se muestra en la Fig. 1. En una modalidad ejemplar, la primera capa de malla 46 incluye las primeras partículas activas 46a enredadas en las primeras fibras poliméricas 46b, y la segunda capa de malla 48 incluye las segundas partículas activas 48a enredadas en las segundas fibras poliméricas 48b. Preferiblemente, la primera capa 46a está contigua con la segunda capa 48 a través de la deformación, como se muestra en la Fig. 4. Tales elementos de filtro ejemplares son particularmente ventajosos para el uso en dispositivos de protección respiratoria diseñados para uso contra desafíos de gas mezclado, por ejemplo, vapor orgánico y amoníaco.

La Fig. 5 es una vista en sección transversal de otro elemento de filtro ejemplar 50 que utiliza una malla no tejida porosa 52, tal como las mallas descritas en conexión con otras modalidades ejemplares de la presente descripción.

La malla 52 posee dos o más deformaciones tridimensionales 54. En esta modalidad ejemplar, la primera superficie 52a y la segunda superficie 52b de la malla 52 se desplaza desde una configuración de modo que la malla 52 forma una serie de deformaciones tridimensionales. En la modalidad mostrada, las deformaciones 54 forman un arreglo lineal (las deformaciones 54 forman una secuencia repetida a lo largo de una dirección). En otras modalidades ejemplares, las deformaciones 54 forman un arreglo de dos dimensiones (las deformaciones 54 forman una secuencia repetida a lo largo de dos diferentes direcciones) . En otras modalidades ejemplares, las deformaciones 54 pueden formar cualquier tipo de distribución, tal como un arreglo aleatorio. Las deformaciones individuales pueden ser de tamaño y/o forma similares o pueden ser diferentes entre si. La malla 52 incluye dos o más capas, tales como las primera y segunda capas 56 y 58. Preferiblemente, la primera capa 56 está contigua con la segunda capa 58 a través de la deformación, por ejemplo, a lo largo del límite 57 como se muestra en la Fig. 5.

La Fig. 6 muestra una vista en sección transversal esquemática de otro elemento de filtro ejemplar 150 de acuerdo con la presente descripción. El elemento de filtro ejemplar 150 incluye un alojamiento 130. Una malla no tejida porosa 120 construida de acuerdo con la presente descripción, tal como la malla ejemplar mostrada en la Fig. 2, se coloca en el interior del alojamiento 130. La malla 120 incluye dos o más capas, tales como las primera y segunda capas 126 y 128, cada una o ambas puede ser una malla no tejida porosa como se describió anteriormente. La malla 32 posee una deformación tridimensional 34. Preferiblemente, la primera capa 36 está contigua con la segunda capa 38 a través de la deformación, como se muestra en la Fig. 3. El alojamiento 130 incluye una cubierta 132 que tiene aberturas 133. El aire ambiental entra al elemento de filtro 150 a través de las aberturas 133, pasa a través de la malla 120 (después de lo cual las sustancias potencialmente peligrosas en tal aire ambiental se procesan por las partículas activas en la malla 120) y sale al alojamiento 130 más allá de una válvula de aire de admisión 135 montada en un soporte 137.

Una espita 138 y saliente de bayoneta 139 hacen posible que el elemento de filtro 150 sea unido de manera reemplazable a un dispositivo de protección respiratoria 160, mostrado en la Fig. 7. El dispositivo 160, el cual es algunas veces referido como un respirador de máscara media, incluye una careta compatible 162 que puede ser moldeada con inserto alrededor del inserto o miembro estructural rígido, relativamente delgado 164. El inserto 164 incluye la válvula de exhalación 165 y aberturas enroscadas de bayoneta rebajada (no mostradas en la Fig. 7) para unir de manera removible los alojamientos 130 de los elementos de filtro 150 en las regiones de las mejillas del dispositivo 160. La cinta para la cabeza ajustable 166 y las correas para el cuello 168 permiten que el dispositivo 160 sea usado de manera segura sobre la nariz y boca de un usuario. Los detalles adicionales con respecto a la construcción de tal dispositivo serán familiares para aquellos expertos en el arte.

La Fig. 8 muestra otro dispositivo de protección respiratoria ejemplar 270, en el cual las modalidades ejemplares de la presente descripción pueden encontrar uso. El dispositivo 270 es algunas veces referido como una máscara libre de mantenimiento o desechable, y tiene un cuerpo de respirador o cubierta generalmente en forma de taza 271 que incluye una malla de cubierta externa 272, una malla no tejida porosa 220 construida de acuerdo con la presente descripción, tal como las mallas ejemplares mostradas en la Fig. 2 y 3, y una malla de cubierta interna 274. El borde soldado 275 retiene estas capas juntas y proporciona una región de sello de cara para reducir la fuga más allá del borde del dispositivo 270. El dispositivo 270 incluye correas para cabeza y cuello ajustables 276 sujetadas al dispositivo 270 por lengüetas 277, una cinta para nariz 278 y una válvula de exhalación 279. Los detalles adicionales con respecto a la construcción de tal dispositivo serán familiares para aquellos expertos en el arte.

La Fig. 9 muestra otro dispositivo de protección respiratoria ejemplar 300, en el cual las modalidades ejemplares de la presente descripción pueden encontrar uso, particularmente, las modalidades ejemplares ilustradas en la Fig. 4. El dispositivo 300 es algunas veces referido como un sistema de filtración de flujo radial, tales como aquellos usados en los sistemas de manejo de aire para la protección colectiva. En la modalidad ilustrada, la entrada 314 se ubica en la periferia interna 310a del alojamiento 310. La salida 316, la cual está en comunicación fluida con la entrada 314, se puede ubicar en la periferia externa 310b del alojamiento 310. Un elemento de filtro ejemplar 320 colocado dentro del interior del alojamiento incluye una malla no tejida porosa 322 de acuerdo con la presente descripción y tres capas de una malla no tejida porosa 324 de acuerdo con la presente descripción .

La malla 322 puede incluir materiales que son diferentes de una o más de las capas de la malla 324 y/o puede tener diferentes propiedades de filtración que una o más de las capas de la malla 324. En algunas modalidades ejemplares, una capa de la malla 324 puede incluir materiales que son diferentes de un material de una o más de las otras capas de la malla 324 y/o puede tener diferentes propiedades de filtración que una o más de las capas de la malla 324. Un elemento de filtro adicional, tal como un elemento de filtro particulado 330, también se puede proporcionar en el interior del alojamiento 310. Un elemento de filtro particulado preferiblemente se proporciona corriente arriba del elemento de filtro 320.

En una modalidad, el aire u otro fluido es enrutado a la entrada 314 ubicada en la periferia interna del alojamiento 310. El aire luego puede pasar a través de cada uno de los elementos de filtro como se muestra por la flecha F hasta que pasa a través de la salida 316. La presente descripción también se puede usar en otros sistemas de manejo de fluidos, y las modalidades de la presente descripción pueden tener diferentes configuraciones y ubicaciones de la entrada 314 y salida 316. Por ejemplo, las ubicaciones de la entrada y salida se pueden invertir.

La Fig. 10 ilustra un método y aparato ejemplar 900 para fabricar mallas no tejidas autoestables retenedoras de forma que tienen una deformación tridimensional, de acuerdo con la presente descripción. Una malla que contiene partículas 920 originalmente puede tener una configuración plana. Una deformación tridimensional de acuerdo con la presente descripción se puede impartir a la malla 920, por ejemplo, moldeando la malla 920 usando un aparato ejemplar 900. El aparato 900 incluye un primer molde de temperatura controlada 904a y un segundo molde de temperatura controlada 904b. Las formas de los moldes dependen de la forma de la deformación deseada que es impartida a la malla 902. Un pistón actuador neumático 906 se puede usar para controlar el movimiento del primer molde 904a hacia el segundo molde 904b. Un armazón 902 soporta los moldes 904a, 904b y el pistón 906.

En un método ejemplar para fabricar unas mallas no tejidas autoestables retenedoras de forma que tienen una deformación tridimensional, las capas de malla 922 y 924 se colocan entre los moldes 904a y 904b, los moldes se ponen juntos de modo que someten las capas de malla 922 y 924 a presión y calor de modo que las capas de malla 922 y 924 se moldean juntas de modo que están contiguas y también forman una forma deseada. Las temperaturas de los moldes 904a y 904b pueden ser similares o diferentes y se espera que sean dependientes de los polímeros usados en las fibras de las capas de malla 922 y 924. Si se usa el elastómero de poliolefina termoplástica 2125 marca ExxonMobil Vistamaxx, las temperaturas del molde que se esperan para trabajar podrían ser 75°C a 250°C, y más preferiblemente, 95°C a 120°C. Las presiones ejercidas por los moldes 904a y 904b en las capas de malla 922 y 924 se espera que sean dependientes de los polímeros usados en las capas de malla 922 y 924 y también pueden depender del tipo y cantidad de las partículas activas. Por ejemplo, si se usa la resina 2125 marca ExxonMobil Vistamaxx, las presiones que se esperan para trabajar podrían ser 20 gr/cm2 a 10000 gr/cm2, y más preferiblemente 300 a 2000 gr/cm2. Se espera que los tiempos de moldeo ejemplares bajo tales condiciones sean 2 segundos a 30 minutos. Generalmente, los tiempos de moldeo dependerán de las temperaturas, presiones y polímeros y partículas activas .

Se cree que el proceso de moldeo es suave y forma fibras poliméricas elastoméricas termoplásticas de la malla, de modo que la malla resultante que tiene una deformación tridimensional de una forma deseada también incluye capas contiguas formadas de las capas de malla 922 y 924. Tales capas contiguas formadas por un proceso ejemplar de la presente descripción son más difíciles de separar y contribuyen a una durabilidad incrementada de la construcción del elemento de filtro. También se cree que el proceso de moldeo es efectivo en la producción de mallas que son capaces de ser autoestables y retenedoras de forma. Otros métodos ejemplares pueden incluir moldear las capas de malla 922 y 924 en una prensa con platos calentados o colocando portapxezas con pesos en un horno.

METODOS DE PRUEBA Para calcular la densidad de una muestra de un elemento de filtro de acuerdo con la presente descripción, típicamente se podría comenzar adquiriendo una pieza razonablemente característica y relativamente no dañada del elemento de filtro. Esto se puede realizar, por ejemplo, cortando una pieza de la muestra bajo estudio, preferiblemente de modo que al menos una porción de la deformación tridimensional de acuerdo con la presente descripción sea incluida en la muestra. Es importante que la pieza sea bastante grande en todas las dimensiones que será considerada "característica". Más particularmente, la muestra debe ser mucho más grande que las partículas activas dispersadas en la malla, y, preferiblemente, al menos 5 veces la dimensión más grande del particulado en la malla, y, más preferiblemente, al menos 100 veces la dimensión más grande del particulado en la malla.

La forma de la muestra se puede elegir de modo que podría ser fácil medir las dimensiones y calcular el volumen, tal como rectangular o cilindrica. En el caso de superficies curvadas, puede ser ventajoso permitir que el dispositivo (troquel de regla) usado para cortar la muestra defina el diámetro, por ejemplo, un troquel de regla. Para medir las dimensiones de tal muestra se puede usar la opción #5 de la prueba ASTM D1777-96 como una guía. El tamaño del pie prénsatelas tendrá que ser ajustado para adaptar el tamaño de la muestra disponible. Es deseable no deformar la muestra durante el proceso de medición, pero bajo algunas circunstancias puede ser aceptable la presión mayor que la especificada en la opción #5. Debido a que las estructuras a ser medidas son porosas, el contacto se deberá extender sobre un área que sea relativamente grande con respecto a una partícula activa única. Después que se determina el volumen de la pieza característica, se deberá pesar la pieza característica. La densidad se determina dividiendo el peso entre el volumen.

También es posible caracterizar la densidad de las modalidades ejemplares de la presente descripción comparando la densidad del componente particulado en la malla no tejida con aquella de un "lecho empacado" del mismo material particulado. Esto podría involucrar remover el particulado de un volumen conocido de la "pieza característica" y pesar la muestra de particulado resultante. Este particulado luego podrá ser vertido en un cilindro graduado para obtener su volumen de "lecho empacado" . De estos datos se puede calcular la densidad "empacada o aparente" dividiendo el peso entre el volumen medido. Sin embargo, el resultado puede ser desvirtuado por el polímero residual adherido al particulado.

EJEMPLO Las siguientes capas fueron ensambladas y moldeadas en una forma de respirador de careta de filtración (semejante a una taza) de acuerdo con los métodos de la presente descripción: 1. Cubierta externa: una capa de capa de material no tejido - 20% fibras cortadas de poliéster de 6 denier, cortadas a 1.5 pulgadas (3.81 cm) Kosa Co. Tipo 295 y 80% fibras cortadas de bico-poliéster de 4 denier, cortadas a 1.5 pulgadas (3.81 cm) Kosa Co. Tipo 254. 2. Una capa de medio de filtro de microfibra soplada . 3. Una capa de malla no tejida porosa de 4000 gsm (gramo por metro cuadrado) de acuerdo con la presente descripción, que incluye 12 x 20 partículas de carbón activado con vapor orgánico Tipo GG, disponibles de Kuraray, enredadas en fibras de poliolefina elastoméricas termoplásticas . 4. Una capa de malla no tejida porosa de 600 gsm de acuerdo con la presente descripción que incluye 40 x 140 partículas de carbón activado con vapor orgánico enredadas en fibras poliméricas de poliolefina elastoméricas^ termoplásticas . 5. Una capa de malla no tejida suave de microfibras sopladas por fusión, densa. 6. Cubierta interna: una capa de capa de material no tejido - 20% fibras cortadas de poliéster de 6 denier, cortadas a 1.5 pulgadas (3.81 cm) Kosa Co. Tipo 295 y 80% fibras cortadas de bico-poliéster de 4 denier, cortadas a 1.5 pulgadas (3.81 cm) Kosa Co. Tipo 254.

Las capas anteriores fueron colocadas en un aparato de moldeo propuesto para moldear respiradores de careta de filtración. El molde superior fue ajustado a la temperatura de 235°F (112.7°C), mientras que el molde inferior fue ajustado a la temperatura de 300°F (148.8°C) .

La caída de presión de las construcciones del respirador así formado, cuando se midió a 85 1/m, estuvo entre 14.9 mm de agua y 33.7 rara de agua. Cuando se probó contra el método de prueba CEN para ciclohexano (Condiciones de Prueba: 1000 ppm, 30 lpm, 20°C, 70% HR, 10 ppm saturación) , la construcción del respirador moldeado tuvo una vida de servicio de 40-59 minutos. Una prueba CEN pertinente se describe en el Estándar Británico BS EN 141:200 "Respiratory protective devices -Gas filters and combined filters - Requirements , testing, marking" .

Por consiguiente, se describen las modalidades de la MALLA NO TEJIDA CONFORMADA EN CAPAS QUE CONTIENE PARTÍCULAS. Un experto en el arte apreciará que la presente invención se puede practicar con modalidades diferentes de aquellas descritas. Por ejemplo, se pueden usar más de dos capas de acuerdo con la presente descripción. Las modalidades descritas se presentan para propósitos de ilustración y no limitación, y la presente invención se limita solamente por las reivindicaciones que siguen.

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.

Claims (10)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Un elemento de filtro, caracterizado porque comprende : una malla no tejida porosa, la malla comprende una primera capa que incluye primeras fibras poliméricas elastoméricas termoplásticas y primeras partículas activas colocadas en estas y una segunda capa que incluye segundas fibras poliméricas elastoméricas termoplásticas y segundas partículas activas colocadas en estas; en donde la malla posee una deformación tridimensional y la primera capa está contigua con la segunda capa a través de la deformación.

2. El elemento de filtro de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las primeras partículas activas son diferentes de las segundas partículas.

3. El elemento de filtro de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las primeras fibras comprenden el mismo polímero como las segundas fibras.

4. El elemento de filtro de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las primeras fibras activas comprenden partículas configuradas para dirigir un primer contaminante y las segundas partículas comprenden partículas configuradas para dirigir un segundo contaminante, diferente del primer contaminante.

5. El elemento de filtro de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las primeras partículas activas son más grandes que las segundas partículas activas.

6. El elemento de filtro de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la deformación tridimensional se distingue por un espesor que varía por no más de un factor de 5 a lo largo de al menos una dirección a través de la deformación.

7. El elemento de filtro de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la deformación tridimensional se distingue por un espesor que varía por no más de un factor de 2 a lo largo de al menos una dirección a través de la deformación.

8. El elemento de filtro de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la deformación comprende una superficie distinguida por una desviación de una configuración plana de al menos 0.5 veces el espesor de malla en esta ubicación.

9. El elemento de filtro de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la deformación comprende una superficie distinguida por una desviación de al menos 1 veces el espesor de malla de una configuración plana.

10. El elemento de filtro de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la deformación comprende una superficie cóncava distinguida por una desviación de al menos 5 veces el espesor de malla de una configuración plana.