MX2011006367A - Elemento de filtro que utiliza malla no tejida conformada que contiene particulas. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un elemento de filtro que utiliza una malla no tejida porosa autoestable retenedora de forma. La malla incluye fibras poliméricas elastoméricas termoplásticas y partículas activas colocadas en las fibras. La malla también posee una deformación tridimensional.

Description

ELEMENTO DE FILTRO QUE UTILIZA MALLA NO TEJIDA CONFORMADA QUE CONTIENE PARTICULAS Campo de la Invención La presente descripción generalmente se refiere a elementos de filtro que utilizan mallas no tejidas conformadas que contienen partículas. Más particularmente, la presente descripción se refiere a elementos de filtro que incluyen mallas no tejidas autoestables retenedoras de forma, en donde la malla posee una deformación tridimensional. 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. ef. 221153 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 dispositivo de protección respiratoria incluye una o más capas 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 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 utiliza una malla no tejida porosa autoestable, retenedora de forma. La malla incluye fibras poliméricas elastoméricas termoplásticas y partículas activas colocadas en las fibras y posee una deformación tridimensional. En una implementación ejemplar, la deformación tridimensional se caracteriza por una densidad uniforme a lo largo de una dirección de espesor de la malla. En otra implementación, 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. En todavía otra implementación, la deformación tridimensional tiene una superficie cóncava 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 autoestable retenedora de forma 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 autoestable retenedora de forma 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 autoestable retenedora de forma que tiene una deformación tridimensional; La Fig. 5 es una vista esquemática de una sección transversal de otro elemento de filtro ejemplar que incluye una malla no tejida autoestable retenedora de forma 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 autoestables retenedoras de forma 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. Las definiciones proporcionadas en la presente son para facilitar el entendimiento de ciertos términos usados frecuentemente en la presente y no se proponen para limitar el alcance de la presente descripción.

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 mallas no tejidas porosas autoestables retenedoras de forma que 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 para uso en respiradores con características de diseño y desempeño que son muy 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.

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.

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 personal. 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 y métodos para fabricar las mismas se describen, por ejemplo, en la Publicación 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, gránulos 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 (la cual puede catalizar la oxidación del monóxido de carbono) ; partículas de oro nano dimensionadas ; arcilla y otros minerales tratados con soluciones ácidas 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 , un 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 te ida 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 IROGRAN™ de Hunstman LLC y ESTAÑE™ de Noveon, Inc.), poliolefinas elastoméricas termoplásticas (tales como polímeros disponibles de ExxonMobil Chemical 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 termoplásticas, 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 autoestable retenedora de forma 22, la cual puede ser una malla no tejida porosa 10, como se muestra en la Fig. 1. 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. 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.

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.

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.

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 autoestable retenedora de forma 32. La malla 32 posee una deformación tridimensional 34. 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.

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 .

Con referencia adicionalmente a la Fig. 3, una malla no tejida autoestable retenedora de forma ejemplar 32 utilizada en el elemento de filtro ejemplar 30 posee una deformación tridimensional 34 que se caracteriza por una densidad uniforme en una dirección de espesor de la malla. Más particularmente, en tales modalidades ejemplares, la densidad de malla se considera uniforme en la dirección de espesor si, en la sección transversal, exhibe una construcción integral que solamente tiene una, dos o más capas continuas, como lo opuesto a una estructura en capas con dos o más capas separadas por una o más aberturas de aire.

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 l, 3 a 1, 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 autoestable retenedora de forma 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. 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 de ormaciones 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 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 autoestable retenedora de forma 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. 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 autoestable retenedora de forma 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, la malla 920 se coloca entre los moldes 904a y 904b, los moldes se ponen juntos de modo que someten la malla 920 a presión y calor de modo que la malla 920 se moldea a 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 la malla 920. Si se usa el elastómero de poliolefina termoplástica 2125 marca ExxonMobil Vistamaxx para las fibras de la malla 902, 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 la malla 920 se espera que sean dependientes de los polímeros usados en las fibras de la malla 920 y también pueden depender del tipo y cantidad de las partículas activas. Por ejemplo, si se usa la resina 2125 marca ExxonMobil Vistamaxx para las fibras de la malla 902, las presiones que se esperan para trabajar podrían ser 20 gr/cra2 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 entonces es capaz de ser autoestable y retenedora de forma. Otros métodos ejemplares pueden incluir moldear la malla 920 en una prensa con platos calentados o colocando portapiezas 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 mm 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 del ELEMENTO DE FILTRO QUE UTILIZA MALLA NO TEJIDA CONFORMADA QUE CONTIENE PARTÍCULAS. Un experto en el arte apreciará que la presente invención se puede practicar con modalidades diferentes de aquellas descritas. 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 autoestable retenedora de forma, la malla comprende fibras poliméricas elastoméricas termoplásticas y partículas activas colocadas en las fibras; en donde la malla posee una deformación tridimensional distinguida por una densidad uniforme a lo largo de una dirección de espesor de la malla.

2. El elemento de filtro de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la deformación comprende una característica de superficie distinguida por un desplazamiento de una configuración plana de al menos 0.5 veces el espesor de malla.

3. El elemento de filtro de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el espesor de malla varía no más de 2 veces el espesor de malla a lo largo de al menos una dirección a través de la deformación.

4. El elemento de filtro de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la deformación tridimensional se distingue por un gradiente de densidad menor que 20 a 1.

5. El elemento de filtro de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la deformación tridimensional se distingue por un gradiente de densidad menor que 10 a 1.

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

8. El elemento de filtro de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la superficie cóncava se distingue por una desviación de al menos 1 veces el espesor de malla de la configuración plana.

9. El elemento de filtro de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la superficie cóncava se distingue por una desviación de al menos 5 veces el espesor de malla de la configuración plana.

10. El elemento de filtro de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la malla se distingue por una densidad de al menos 30% de una densidad de un lecho empacado hecho con partículas activas similares.