WO2010023370A1 - Composition multicouche pour masque respiratoire - Google Patents

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WO2010023370A1
WO2010023370A1 PCT/FR2009/000985 FR2009000985W WO2010023370A1 WO 2010023370 A1 WO2010023370 A1 WO 2010023370A1 FR 2009000985 W FR2009000985 W FR 2009000985W WO 2010023370 A1 WO2010023370 A1 WO 2010023370A1
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fibers
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Vianney Brillat
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Deltalyo Valmy
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62B—DEVICES, APPARATUS OR METHODS FOR LIFE-SAVING
    • A62B23/00—Filters for breathing-protection purposes
    • A62B23/02—Filters for breathing-protection purposes for respirators
    • A62B23/025—Filters for breathing-protection purposes for respirators the filter having substantially the shape of a mask
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A41—WEARING APPAREL
    • A41D—OUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
    • A41D13/00—Professional, industrial or sporting protective garments, e.g. surgeons' gowns or garments protecting against blows or punches
    • A41D13/05—Professional, industrial or sporting protective garments, e.g. surgeons' gowns or garments protecting against blows or punches protecting only a particular body part
    • A41D13/11—Protective face masks, e.g. for surgical use, or for use in foul atmospheres

Definitions

  • the invention relates to a multi-layer filtering composition for single-use respiratory protection masks, against any particles in suspension in the air having dimensions that can reach the sub-micron domain, increasing the performance of the inspiration-expiration pair and making it at least equivalent. to that of disposable masks with breathing valves.
  • the invention relates to the use of this multilayer filtering composition in the production of respiratory protection masks, in particular for intense physical activity, allowing the abandonment of the single-use respiratory mask provided with a breathing valve.
  • a respiratory protection mask generally comprises a part intended for the contact of the face covering the nose and the mouth, made in one or more layers of filter material made integral by their welded or glued edges, placed on the face in a sealed manner and kept in contact with each other. of the face by means of fixation.
  • Respiratory protection masks must comply with normative constraints in force, in particular with regard to inward leakage, the penetration of the filter medium by means of agents specific to preset airflows, and the respiratory resistance in the air. inspiration or expiration at pre-established airflows.
  • Document US 2008/0110469 describes an ovoid-shaped protective breathing mask whose contour is provided with an adhesive tape.
  • the mask is composed of two filter layers, an inner layer of a tribo-filled felt-type fabric and an outer layer of a meltblown nonwoven. An additional anti-odor layer may also be provided.
  • this type of mask can irritate the skin and create feelings of discomfort.
  • the adhesive strip can peel off and the mask can then lose its filtration efficiency.
  • EP 1 014 815 describes a multi-layered breathing mask including a first outer layer of a trilaminated nonwoven obtained by spunbond / extrusion / spunbond (SMS), an intermediate layer into an electret and an inner layer made in a wet-formed surface web, or a spunbond layer or a trilaminated non-woven fabric identical to that of the outer tick (SMS).
  • SMS spunbond / extrusion / spunbond
  • Such a stack of successive layers is certainly beneficial for filtration, but opposes much resistance to breathing, which is tiring and uncomfortable for the user.
  • gaps between the mask and the face may appear during the expiration, making the mask is detached from the face and no longer fulfills its filtration function.
  • the filtration capacity and the flow rates of air delivered by a simple breathing mask in inspiration or in expiration is defined and limited by the composition of the filter layer or layers, the air flow rates to the minute and the filtration capacities of the composition being concerned in particular by the quality of the textile or paper fibers constituting their dimensioning, their origin, by the practical methods for the manufacture of the layer or layers used in the production of the mask, the binder used during the formation of the layer or layers, to create an inter-fiber cohesion and an appropriate air porosity.
  • the simple breathing mask whatever the composition of the layer or layers, has been fitted with a breathing valve to artificially increase the flow of exhaled air to eliminate the user's feeling of being choked by a protective respirator, as soon as the user moves from quasi-rest state to a physical work state requiring greater airflow.
  • a single or multi-layer respirator with a breathing valve that allows for at least a quicker expiration of the inspired and used air during its passage in the respiratory tract of the user is at the origin of disadvantages some of which are major, such as: the increase of the weight of the simple mask, which can be multiplied by a factor 5 or 6, and becomes significant discomfort for the user; - A little changed inspiration that requires the user in physical work, a much greater effort for a volume of air demand necessarily increased by the effort; a loss of a part of the total inspiration surface of the respiratory mask, of the order of 7% to 12% occupied by the implantation of the valve (valve); the requirement of a change of shape of the respiratory mask to provide a necessary reception surface for mounting a valve.
  • the objects assigned to the invention are numerous and diverse because they derive from both the disadvantages noted in the respiratory masks described in the state of the art, as well as the particularly technical needs that manifest themselves in the use of masks respiratory protection in various fields in the broadest sense of the term, such as, for example, that of industry, construction and public works, or that of the medical sector requiring an improved respiratory capacity.
  • a first object is to create a new-generation breathing mask whose weight does not exceed that of single or multilayer single-layer respiratory masks of the state of the art (from 5g to 8g) by eliminating the valve (valve) present on the masks of single or multilayer respiratory protection of the state of the art, and which has enhanced breathing performance for a user providing physical effort, said new-design respirator having at least the same respiratory capacity as that of a Respirator mask of the state of the art equipped with this valve (valve).
  • Another object is to create a new generation respiratory protection mask, without valve (valve), but whose design gives it at least the same respiratory capacity as that of a breathing mask with a valve (valve) giving it during its use a polyfunctional character, allowing use of said mask as well when the user wearing it performs a low physical effort and when it performs intense physical effort.
  • Another object is to increase the respiratory capacity of the respiratory protection mask which is measured by a volume of air per minute passing through the respiratory mask.
  • Another object is to provide a simplified respiratory mask, lightened, but able to facilitate for the user of the mask both the inspiration and the expiration of the air through said mask so that inspiration it does not feel a sensation of effort and that the expiration mask does not peel off the face, thus ensuring effective filtration and protection of the user.
  • Another object is to provide a respirator mask capable of filtering very fine particles, for example dust or microorganisms, while improving the performance of the inspiration / expiration pair, even during a significant physical effort.
  • Another object of the invention is a respiratory protection mask capable of providing good protection against harmful solid or liquid particles, while being ergonomic and comfortable to wear.
  • Another object of the invention is an effective respiratory protection mask, ensuring the respiratory comfort of the user, while being able to be manufactured economically in large series.
  • Another object of the invention is a respirator mask whose manufacture can be easily automated and which, by the removal of the valve (valve), allows a significant reduction in cost.
  • Another object of the invention is a respiratory protection mask which makes it possible to greatly reduce during its manufacture the use of fossil raw materials.
  • the invention relates to a multilayer filtering composition for a protective respiratory mask, characterized in that this multilayer filtering composition comprises outside to inside: a) an outer layer made of a spunbonded nonwoven fabric; b) a first intermediate layer of felt-type tribocharged nonwoven fabric made from at least two different types of fibers capable of delivering opposite electrical charges to the fabric, reinforcing the filtration; c) at least a second intermediate layer made of a nonwoven web of microfibers meltblown, said web being electrostatically charged; and d) an inner layer in contact with the face made of a spunbond nonwoven fabric.
  • the multilayer filtering composition according to the invention for a protective respiratory mask leads to a filtration capacity and a respiratory capacity at least equal to that of a single or multilayer protective respiratory mask equipped with a valve (valve), whereas said composition is free of such a valve (valve).
  • the composition comprises a first and a second intermediate layer intended more particularly to perform an effective filtration placed between two end layers forming a support of the assembly, each layer having been the subject of selection of its composition among the layers intended for the realization of respiratory masks simultaneously having filtration capabilities (for filtering fine particles, sub-micron) and respiratory capabilities (to reduce the respiratory effort).
  • the end layers comprise an outer layer and an inner layer, each made of a spunbond nonwoven fabric capable of imparting strength to the assembly and supporting the intermediate filter layers.
  • the first intermediate layer selected is a tribocharged felt-type nonwoven fabric made from at least two different types of fibers capable of delivering opposite electrical charges to the fabric, reinforcing the filtration.
  • This first intermediate layer is an electrostatically charged filter medium comprising at least two fibers having different electrical properties which are transformed, during their manufacturing process, so that a charge transfer is created between two different types of fibers and that discrete charges, positive and negative, are present on the surface of the fibers.
  • One of the fibers of this filter media being a very good insulation, the charge transfer is stable and permanent.
  • This first intermediate layer thus has very good filtration properties, it is able to retain particles having dimensions smaller than one micron, while being able to be made based on coarse fibers, which oppose a low resistance to the passage of air at through this filter media.
  • the second intermediate layer selected is a nonwoven web of meltblown microfibers charged with static electricity.
  • This layer is able to retain even finer particles, such as viruses or bacteria. It is an electret-type fabric, charged with static electricity so as to hold on its surface the particles suspended in the air. Such a layer is also a barrier to liquid particles suspended in the air.
  • the arrangement of the layers in the composition of the invention follows a precise order, more particularly, arranging, from the outside towards the inside, after a first support layer, firstly the first intermediate layer a nonwoven fabric. tribocharged felt-type, then the second intermediate layer made of a nonwoven web of microfibers meltblown, charged with static electricity.
  • This arrangement makes it possible to obtain a selective filtration of the particles in suspension, the particles having larger dimensions being retained by the first intermediate layer and the finer particles by the second.
  • This makes it possible to obtain an effective filtration, without immediate clogging of the filtering layers, which makes it possible to have a functional mask for a duration of operation at least equivalent to that of the respiratory masks of the state of the art.
  • the second intermediate layer being the first filter layer coming into contact with the air exhaled by its carrier, it effectively stops the liquid particles suspended in the air blown, preventing its emission into the surrounding air.
  • the weight of a mask made with such a composition is less than or equal to 6 g, much less than the masks of the state of the art, especially those comprising a valve (valve) breathing.
  • a mask has a soft touch and allows the reduction or elimination of perspiration and prevents fogging giving comfort to the wearer.
  • the first intermediate layer has a resistance to the passage of an air flow at an average speed of 8.2 m / min which is less than 10 Pa.
  • the first intermediate layer has a basis weight of about 50 g / m 2 to 100 g / m 2 .
  • its thickness is about 1.3 mm to 2 mm (before implementation).
  • the first intermediate layer is chosen so that the penetration to the particles of sodium chloride of
  • 0.6 ⁇ m with an air flow having an average speed of 9.5 m / min is (it is understood that it reaches in laboratory condition) of 31% for a first intermediate layer having a basis weight of 50 g / m 2 and 10.2% for a first interlayer having a basis weight of 100 g / m 2 .
  • the fibers that make up the first intermediate layer have a fiber diameter of about 20 ⁇ m to 25 ⁇ m.
  • these fibers making up the fabric of the first intermediate layer are chosen from natural fibers, such as wool, cotton, linen, silk, animal hair; or among artificial fibers, such as viscose, cellulose acetate, cellulose triacetate, rayon; or among synthetic fibers, such as polyamide, polyvinyl alcohol, polyester, acrylic, polyolefin (polyethylene, polypropylene and copolymers thereof), polytetrafluoroethylene, polyvinyl chloride, polyurethane; these fibers can be taken alone or in mixture.
  • natural fibers such as wool, cotton, linen, silk, animal hair
  • artificial fibers such as viscose, cellulose acetate, cellulose triacetate, rayon
  • synthetic fibers such as polyamide, polyvinyl alcohol, polyester, acrylic, polyolefin (polyethylene, polypropylene and copolymers thereof), polytetrafluoroethylene, polyvinyl chloride, polyurethane; these fibers can be taken alone or in mixture.
  • the second intermediate layer is made based on two layers of superposed polypropylene fibers each having a basis weight of between 27 g / m 2 and 64 g / m 2 .
  • the second intermediate layer is chosen so that the resistance against the passage of an air flow having a flow rate of 32 l / min is about 26 Pa for a second intermediate layer having a basis weight of 27 g / m 2 and it is about 50 Pa for a second intermediate layer having a basis weight of 64 g / m 2 .
  • the thickness of the second intermediate layer (12) is between 0.2 mm and 0.8 mm.
  • the thicknesses of the various layers are chosen to obtain a composition for a breathing mask that is in compliance with the standards in force specific to the different types of protection.
  • Respiratory protection masks are classified according to the European standard EN149 in three protection classes: FFP1, FFP2 and FFP3 and, according to the American NIOSH nomenclature, in N95 and N99.
  • the classification of the filters relates to their filtration capacity against particles of a certain size, limited to about 0.6 ⁇ m, it being 95% for the masks FFP2 and N95 and 99% for the masks FFP3 and N99.
  • the penetration to particles of sodium chloride with a flow of air having a flow rate of 32 l / min is 3% for a second intermediate layer having a basis weight of 27 g / m 2 and 0.2% for a second intermediate layer having a basis weight of 64 g / m 2 .
  • the second intermediate layer is made of polypropylene microfibers.
  • the inner layer and the outer layer are made of a needled spunbonded nonwoven fabric, its grammage being between 10 g / m 2 and 30 g / m 2 , preferably 20 g / m 2 .
  • the inspiratory breathing resistance measured with a flux of 95 l / min passing through its layers is less than 100 Pa.
  • the inhalation resistance to inspiration measured during tests performed with a mask of type FFP3 (or N99) was about 93 Pa to 99 Pa
  • tests performed with FFP2 (or N95) type masks established the values of the resistance to expiration of about 43 Pa at 50 Pa
  • tests performed with FFP1 type masks established the values of the resistance to expiration of about 40 Pa at 47 Pa.
  • the respiratory resistance at expiration measured with a flow of 160 l / min passing through its layers is less than 175 Pa.
  • the respiratory resistance at expiration measured during tests performed with a mask of type FFP3 (or N99) was about 159 Pa at 172 Pa
  • tests performed with FFP2 (or N95) type masks established the values of the resistance to expiration of about 76 Pa at 86 Pa
  • tests performed with FFP1 type masks established the values of the resistance to expiration of about 71 Pa at 75 Pa.
  • a protective respiratory mask comprising a composition according to the invention.
  • Such a mask provides increased breathing comfort for high filtration capacity.
  • the protective respiratory mask of the invention has a weight which is equal to or less than 6 g.
  • the present invention also relates to the use of a composition according to the invention for a respiratory protective mask in the field of hygiene and health, environmental protection, DIY, in the food industry, in the clean rooms, in the building and public works, in the metallurgical industry, in the automotive industry and in a broader way in all areas of activity in which operators are placed in contact with dust and particles.
  • FIG. 1 illustrates a view from above of the respiratory protection mask comprising a multilayer composition according to a preferred embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the stack of the layers of the mask of FIG. 1.
  • the multilayer filter composition according to the invention can be applied to respiratory masks having various shapes, for example masks in the form of a shell, a duckbill, a parrot's beak, or others.
  • the respiratory protection mask 1 shown in FIG. 1 is of the "duckbill" type.
  • the mask is made in a uniform stack of flexible layers, as will be explained later. To facilitate its conditioning, it is folded along its longitudinal plane of symmetry and it then has a generally trapezoidal shape.
  • the mask comprises a peripheral edge 2 connected to lateral edges 4.5 extended by a fold 3 located in a frontal area facing the mouth of the user when worn.
  • the mask also has a nasal bar 6 and two brackets 7,8.
  • the nasal bar 6 is disposed in an outer layer of a nonwoven material and is raised on the outer face of the mask.
  • the fixing flanges are elastic, each being fixed inside the lateral edges 4,5.
  • the nasal bar 6 is made of a non-expandable and malleable metal or plastic material allowing the mask to be adapted to the morphology of the face and thus to be adjusted to reduce the leakage that may occur between the mask and the face.
  • the respiratory protection mask 1 of the invention comprises a stack of filtering layers and compound support, from the outside towards the inside, of: an outer layer 10a, a first layer intermediate 11, two second intermediate layers 12 and an inner layer 10b.
  • the mask of the invention is designed to isolate and protect its carrier against the risk of inhalation of infectious agents transmissible by air, such as dust, pollution, viruses, allergens, etc.
  • infectious agents transmissible by air such as dust, pollution, viruses, allergens, etc.
  • Existing masks standards exist in different countries, standards with specific characteristics, but must broadly meet identical needs. For example, these masks are classified according to:
  • a spunbond material is understood to mean a spunbonded web or nonwoven fabric obtained by an extrusion technique, the resulting yarns having a diameter of between 13 ⁇ m and 16 ⁇ m; and "meltblown” material is a nonwoven web of meltblown microfibres obtained by an extrusion blow molding technique, the resulting yarns having a diameter of between 2 ⁇ m and 5 ⁇ m.
  • the inner layer 10b and the outer layer 10a are made of a spunbond non-woven fabric (or "spunbond” type) which may be composed of different fibers: polypropylene, polyethylene terephthalate, polyamide, polyethylene, polylactic acid, etc. .
  • a spunbond non-woven fabric or "spunbond” type
  • Such a fabric has good mechanical strength properties.
  • a combination of these fibers can be used to improve the properties of the fabric, for example by combining its strength properties with those of soft touch.
  • Chemical additives can further enhance the properties of the fabric, for example by antistatic, antibacterial, etc. treatment.
  • the inner layer 10b and the outer layer 10a are each made of a hydrophilic needle spunbond nonwoven fabric of the brand DIPRYL having a basis weight of 20g / m 2 .
  • the average values of its tensile strength is 27 kgf / cm z (MD) and 35 kgf / cm 2 (CD) and the maximum elongation (MD / CD) is min 35%.
  • This layer forms a support and gives mechanical strength properties to all the layers forming a mask, it plays little or no role in filtration.
  • the same needle-bonded spunbond material (having the same characteristics physical or compositional) is used for the three types of European masks FFP1, FFP2, and FFP3 or both types of American masks N95 and N99.
  • the second intermediate layer 12 is made of at least one nonwoven web of microfibres meltblown, for example polypropylene, charged with static electricity by Corona effect. This layer has a role of filtration. It is preferably folded in two during its placement between the adjacent layers of the mask, so that, in a preferred embodiment of the invention, the breathing mask 1 comprises two such second intermediate layers 12.
  • such a layer is for example of MB08 type from Hollingsworth & Vose, has a basis weight of 27 g / m 2 , a thickness of 0.31 mm, a NaCl penetration of 3% (measured with an air flow of 32 l / min) and a resistance to the passage of an air flow of 32 l / min of about 26 Pa.
  • such a second intermediate layer 12 is for example of the MB73 type from Hollingsworth & Vose, has a basis weight of 64 g / m 2 , a thickness of approximately 0.73 mm, a penetration with NaCl (measured with an air flow of 32 l / min) of 0.2% and a resistance to the passage of an air flow of 32 l / min of about 50 Pa.
  • the first intermediate layer 11 is a web or a tribocharged nonwoven fabric of felt type, made based on at least two different types of fibers capable of delivering to the fabric opposite electrical charges reinforcing the filtration.
  • the resistance to the passage of an air flow at an average speed of 8.2 m / min through this first intermediate layer is less than 10 Pa.
  • These fibers may be natural fibers, such as wool, cotton, flax, silk, animal hair (camel, goat lama, etc.) or artificial fibers, such as viscose (which is a cellulose xanthate), cellulose acetate, cellulose acetate tri or rayon, or synthetic fibers, such as polyamide, polyvinyl alcohol, polyester, acrylic, polyolefin (polyethylene, polypropylene and copolymers thereof), polytetrafluoroethylene, polyvinyl chloride, polyurethane, these fibers can be taken alone or in a mixture.
  • the fabric includes a mixture of two fibers which can be selected from the preceding fibers so that they are electrostatically charged in an opposite manner.
  • this first intermediate layer 11 is made based on a mixture of fibers having a diameter of approximately 20 ⁇ m to 25 ⁇ m, selected so as to exhibit, during their manufacturing process, triboelectric properties and to generate discrete electrical charges of opposite sign on the surface of the fibers, the fibers being cleaned, mixed, and then carded to obtain a controlled weight network.
  • the intersecting networks are fixed by needling on a support in a nonwoven spunbond fabric ("spunbond" type).
  • spunbond Such a material may for example be made based on a pair of acrylic and polypropylene fibers, and may be, for example, of the Technostat type of Hollingsworth & Vose.
  • the electrostatic properties and its realization based on coarse fibers gives to this layer a high capacity of loading of the dust, a low resistance to the passage of air and a good efficiency against the submicron particles.
  • the material chosen for the FFP1 type masks has a basis weight of 50 g / m 2 , the surface weight of its support being 15 g / m 2 , a thickness of 1.3 mm, a penetration to the particles (diameter of 0.3 .mu.m) of NaCl of 31% and resistance to the passage of an air flow of average speed of 8.2 m / min estimated at 4.3 Pa.
  • the FFP1 mask is intended to protect against non-toxic dusts, for example cellulose, cotton, flour, clay, vegetable and animal oils, or against pollution. It finds its application in the textile industry, agribusiness, DIY, hygiene and cleaning.
  • the results of the tests carried out with a mask of FFP1 type of the invention showed a maximum leakage rate of 2.87% which is therefore significantly lower than the maximum allowed by the current standard which is set at 22%.
  • the penetration of the filter media with NaCl was found at a maximum of 2.9%, while the maximum rate allowed by the standard in force is 20%.
  • the penetration of the filter media with paraffin oil was found to be a maximum of 12.4%, while the maximum rate allowed by the standard in force is 20%.
  • Respiratory resistance to inspiration when measured with a flow of 30 l / min, was set at maximum 15 Pa, so it is well below the maximum value allowed by the standard which is 60 Pa; and when measured with a flow rate of 95 l / min, was set at maximum 47 Pa and is therefore well below the normative value of 210 Pa.
  • Respiratory resistance at expiration measured with a flow of 160 l / min was maximum 75 Pa, also well below that maximum allowed by the standard is 3 Pa.
  • the FFP2 (or N95) mask is designed to protect against concrete dust, cement, plaster (for example during demolition work, rough work, sanding), softwood (from sanding work, cutting), fine particles of paint and resin, plastic materials (eg from impact stripping, sanding, etc.); against viruses (bird flu, SARS, tuberculosis), against environmental pollution or allergens. It finds its application in industry, construction, DIY, woodworking, automotive industry, bodywork and health.
  • Respiratory resistance to inspiration when measured with a flow of 30 l / min, was established at maximum 16 Pa, it is therefore lower than the maximum value allowed by the standard which is 70 Pa; and when measured with a flow rate of 95 l / min, was set at maximum 50 Pa and is therefore well below the normative value of 240 Pa.
  • Respiratory resistance at expiration measured with a flow of 160 l / min was maximum 86 Pa, also much lower than the maximum allowed by the standard is 300 Pa.
  • the FFP3 mask is intended to protect against asbestos fibers with a concentration of less than 1 fiber / cm 3 / h (for example for material handling or diagnosis), rockwool dust, wool dust glass (during handling or insulation work), lead (when sanding paints), hard wood particles, metal fumes; viruses (infectious respiratory diseases), bacteria (such as legionella). It finds its application in industry, construction, woodworking, metallurgy or health.
  • Respiratory resistance at inhalation when measured with a flow of 30 l / min, was set at maximum 31 Pa, it is therefore lower than the maximum value allowed by the standard which is 100 Pa; and when measured with a flow of 95 l / min, was set at maximum 99 Pa and is therefore well below the normative value of 300 Pa.
  • Respiratory resistance at expiration measured with flow of 160 l / min was maximum 172 Pa, also much lower than the maximum allowed by the standard is 300 Pa.
  • the surface of the mask of the invention is between 200cm and 250cm 2 2.
  • the mask does not have a breathing valve and, as a result, the filtering and breathing surface is increased with better protection and breathing comfort.
  • its weight is less than 6g, which is significantly lower than the weight of a valve mask (valve) which itself is about 12g to 30g.
  • the difference in weight is related to the absence of the valve, which reduces the consumption of fossil raw materials and consequently reduces the price of raw materials, and therefore the cost of the breathing mask.
  • the respiratory protection mask of the invention is of the flexible and disposable type.
  • the respiratory protection mask of the invention is manufactured in

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Abstract

Composition filtrante multicouche pour masque respiratoire de protection, caractérisée en ce que cette composition multicouche filtrante comporte de l'extérieur vers l'intérieur : a) une couche externe réalisée en un tissu non tissé filé-lié; b) une première couche intermédiaire de tissu non tissé tribochargé de type feutre, réalisé à base d'au moins deux types différents de fibres aptes à délivrer au tissu des charges électriques opposées renforçant la filtration, c) au moins une seconde couche intermédiaire réalisée en une nappe non tissée de microfibres soufflées à l'état fondu, ladite nappe étant chargée en électricité statique; et d) une couche interne en contact avec le visage réalisée en un tissu non tissé filé- lié.

Description

COMPOSITION MULTICOUCHE POUR MASQUE RESPIRATOIRE
Domaine de l'invention
L'invention concerne une composition filtrante multicouche pour masque de protection respiratoire à usage unique, contre toute particule en suspension dans l'air ayant des dimensions pouvant atteindre le domaine sous-micronique augmentant la performance du couple inspiration - expiration et la rendant au moins équivalente à celle des masques à usage unique dotées de valves respiratoires.
L'invention concerne l'utilisation de cette composition filtrante multicouche à la réalisation de masques de protection respiratoire en particulier pour une activité professionnelle physique intense, permettant l'abandon du masque respiratoire à usage unique muni d'une soupape (valve) respiratoire.
Etat de la technique
Un masque de protection respiratoire comprend généralement une partie destinée au contact du visage recouvrant le nez et la bouche, réalisée en une ou plusieurs couches de matériau filtrant rendues solidaires par leur bords soudés ou collés, posée sur le visage de manière étanche et maintenue au contact du visage par des moyens de fixation.
Les masques de protection respiratoire doivent répondre à des contraintes normatives en vigueur, notamment au niveau des fuites vers l'intérieur, de la pénétration du média filtrant au moyen d'agents spécifiques à des débits d'air préétablis, de la résistance respiratoire dans les sens inspiration ou expiration à des débits d'air préétablis.
Il existe dans l'état de la technique des masques de protection respiratoire monocouche ou multicouche dont la performance respiratoire est limitée à un usage n'exigeant pas des efforts physiques importants, c'est à dire ceux demandant une augmentation substantielle et importante des débits d'air et dès lors un apport plus important en oxygène pour l'utilisateur du masque qui éprouverait une sensation d'étouffement, une augmentation rapide du rythme cardiaque et une amorce d'asphyxie.
Le document US 2008/0110469 décrit un masque respiratoire de protection de forme ovoïdale dont le contour est muni d'une bande adhésive. Le masque est composé de deux couches filtrantes, une couche interne en un tissu de type feutre tribo-chargé et une couche externe en un non tissé meltblown. Une couche supplémentaire antiodeur peut également être prévue. De par sa fixation moyennant une bande adhésive, ce type de masque peut irriter la peau et créer des sensations d'inconfort. Par ailleurs, selon les conditions climatiques et/ou le type de peau du porteur, la bande adhésive peut se décoller et le masque peut alors perdre son efficacité de filtration.
Plusieurs documents de l'état de la technique, tels le US 1 556 679, US 3 664 335 ou US 4 195 629, décrivent des masques respiratoires de protection munis de brides de fixation et composés de trois couches, notamment d'une couche de média de type fibreux ou mousse prise en sandwich entre deux couches externes de non-tissé. Ces masques, ayant une bonne souplesse et permettant un bon passage de l'air à travers leurs couches lors de la respiration, ne constituent toutefois pas une barrière très efficace contre les particules de faible dimension, telles les poussières très fines ou les microorganismes.
Toujours en quête d'une filtration plus performante, d'autres documents, tels EP 0 183 059, US 5,467,765 décrivent des masques respiratoires souples réalisées par un empilement de quatre couches. Le document EP 1 014 815 décrit un masque respiratoire réalisé en plusieurs couches dont une première couche extérieure en un non-tissé trilaminé obtenu par filage-nappage / extrusion / filage nappage (SMS), une couche intermédiaire en un électret et une couche intérieure réalisée en un voile de surface formé par voie humide, ou une couche obtenue par filage-nappage ou un non- tissé trilaminé identique à celui de la coche extérieure (SMS). Un tel empilement de couches successives est, certes, bénéfique pour la filtration, mais oppose beaucoup de résistance à la respiration, ce qui s'avère fatiguant et inconfortable pour l'utilisateur. Par ailleurs, des manques d'étanchéité entre le masque et le visage peuvent apparaître lors de l'expiration, faisant que le masque est décollé du visage et ne remplit plus correctement sa fonction de filtration.
II existe également des masques de protection respiratoire multicouches dont la performance respiratoire est renforcée par la présence d'une soupape (valve) pour une augmentation substantielle des débits d'air lors de l'expiration d'un utilisateur du masque fournissant un travail professionnel et/ou demandant des efforts physiques provoquant une augmentation du rythme respiratoire et du volume d'air nécessaire au maintien de ce travail au niveau nécessaire pour son exécution sans qu'il y ait une sensation d'étouffement pouvant entraîner chez l'utilisateur l'élimination du masque protecteur pour retrouver une capacité respiratoire normale.
Une telle solution a été proposée dans le document US 2004/0255946 où le masque multicouches est muni d'une soupape (valve) destinée à s'opposer à l'air inspiré et à s'ouvrir à l'air expiré. Tout en facilitant le passage de l'air expiré, l'inspiration reste toutefois difficile avec de tels masques faute de travail spécifique sur l'effort d'inspiration. Par ailleurs, la filtration se fait généralement sur une petite surface de la surface totale du masque et, de surcroît, cette surface est occultée par la soupape (valve), faisant que ses dimensions diminuent davantage. Un autre désavantage de ce type de masque est son poids qui est nettement plus élevé que le poids d'un masque sans soupape (valve), ce qui peut s'avérer contraignant dans le temps pour le porteur du masque.
En pratique, les porteurs de masques respiratoires consomment, quant ils sont au repos, de l'ordre de 30 litres d'air par minute et, lors d'efforts physiques ou quand ils fournissent un travail, ils consomment de l'ordre de 90 litres d'air par minute. Il apparaît, dès lors, que la capacité de filtration et les débits d'air délivrés par un masque de protection respiratoire simple en inspiration ou en expiration est définie et limitée par la composition de la ou des couches filtrantes, les débits d'air à la minute et les capacités de filtration de la composition étant concernés en particulier par la qualité des fibres textiles ou papetières constituant leur dimensionnement, leur origine, par les procédés pratiques pour la fabrication de la ou des couches mises en œuvre dans la réalisation du masque, le liant utilisé lors de la formation de la ou des couches, pour créer une cohésion inter-fibres et une porosité à l'air appropriée.
Dès lors, devant la difficulté à faire évoluer la capacité des masques respiratoires mono ou multicouche à composition initiale précise dans les limites prédéterminées de débits d'air à la minute, le masque respiratoire simple, quelle que soit la composition de la ou des couches, a été doté d'une soupape (valve) respiratoire pour augmenter artificiellement le débit d'air expiré afin d'éliminer l'impression d'étouffement de l'utilisateur d'un masque respiratoire protecteur, dès lors que cet utilisateur passe d'un état de quasi repos à un état de travail physique exigeant un plus grand débit d'air.
Toutefois, doter un masque respiratoire mono ou multicouche d'une soupape (valve) respiratoire permettant au moins une expiration plus rapide de l'air inspiré et usagé lors de son passage dans les voies respiratoires de l'utilisateur est à l'origine d'inconvénients dont certains sont majeurs, tels que : l'augmentation du poids du masque simple, qui peut être multiplié par un facteur 5 ou 6, et devient une gêne importante pour l'utilisateur ; - une capacité d'inspiration peu changée qui exige de l'utilisateur en état de travail physique, un effort beaucoup plus important pour un volume d'air demandé nécessairement augmenté par l'effort ; - une perte d'une partie de la surface totale d'inspiration du masque respiratoire, de l'ordre de 7% à 12% occupée par l'implantation de la soupape (valve) ; - l'obligation d'un changement de forme du masque respiratoire pour y prévoir une nécessaire surface d'accueil pour le montage d'une valve.
Objet de l'invention
Les objets assignés à l'invention sont multiples et divers car ils découlent à la fois des inconvénients constatés dans les masque respiratoires décrits dans l'état de la technique, ainsi que des besoins en particulier techniques qui se manifestent lors de l'usage de masques de protection respiratoire dans divers domaines au sens le plus large du terme, tels que par exemple celui de l'industrie, du bâtiment et des travaux publics ou celui du médical nécessitant une capacité respiratoire améliorée.
Un premier objet est de créer un masque respiratoire de nouvelle génération dont le poids ne dépasse pas celui des masques respiratoires simples mono ou multicouche de l'état de la technique (de 5g à 8g) par l'élimination de la soupape (valve) présente sur les masques de protection respiratoire mono ou multicouche de l'état de la technique, et qui présente une performance respiratoire renforcée pour un utilisateur fournissant un effort physique, ledit masque respiratoire de nouvelle conception ayant au moins la même capacité respiratoire que celle d'un masque respiratoire de l'état de la technique muni de cette soupape (valve).
Un autre objet est de créer un masque de protection respiratoire de nouvelle génération, sans soupape (valve), mais dont la conception lui procure au moins la même capacité respiratoire que celle d'un masque de protection respiratoire muni d'une soupape (valve) lui donnant lors de son utilisation un caractère polyfonctionnel, permettant un usage dudit masque aussi bien quand l'utilisateur qui le porte accomplit un faible effort physique et lorsqu'il accomplit un effort physique intense. Un autre objet est d'augmenter la capacité respiratoire du masque de protection respiratoire qui se mesure par un volume d'air par minute passant à travers le masque respiratoire.
Un autre objet vise à proposer un masque de protection respiratoire simplifié, allégé, mais apte à faciliter pour l'utilisateur du masque aussi bien l'inspiration que l'expiration de l'air à travers ledit masque de manière à ce qu'à l'inspiration il n'éprouve pas une sensation d'effort et qu'à l'expiration le masque ne se décolle pas du visage, d'assurer ainsi une filtration et une protection efficaces de son utilisateur.
Un autre objet vise à proposer un masque de protection respiratoire apte à filtrer des particules très fines, par exemple des poussières ou des microorganismes, tout en améliorant la performance du couple inspiration/expiration, même lors d'un effort physique important.
Un autre objet de l'invention est un masque de protection respiratoire apte à assurer une bonne protection contre des particules solides ou liquides nuisibles, tout en étant ergonomique et confortable à porter.
Un autre objet de l'invention est un masque de protection respiratoire efficace, assurant le confort respiratoire de l'utilisateur, tout en pouvant être fabriqué de manière économique en grande série.
Un autre objet de l'invention est un masque de protection respiratoire dont la fabrication peut être facilement automatisée et qui, par la suppression de la soupape (valve), permet une sensible réduction du prix de revient.
Un autre objet de l'invention est un masque de protection respiratoire permettant de réduire fortement lors de sa fabrication l'usage de matières premières fossiles.
Sommaire de l'invention
Dès lors, tous les inconvénients révélés par l'utilisation de masques de protection respiratoire issus de l'état de la technique sont éliminés, et les divers objets ciblés sont atteints par l'invention. L'invention concerne une composition filtrante multicouche pour masque respiratoire de protection, caractérisée en ce que cette composition multicouche filtrante comporte de l'extérieur vers l'intérieur : a) une couche externe réalisée en un tissu non tissé filé-lié; b) une première couche intermédiaire de tissu non tissé tribochargé de type feutre, réalisé à base d'au moins deux types différents de fibres aptes à délivrer au tissu des charges électriques opposées renforçant la filtration; c) au moins une seconde couche intermédiaire réalisée en une nappe non tissée de microfibres soufflées à l'état fondu, ladite nappe étant chargée en électricité statique ; et d) une couche interne en contact avec le visage réalisée en un tissu non tissé filé-lié.
Description détaillée de l'invention
La composition filtrante multicouche selon l'invention pour masque respiratoire de protection conduit à une capacité de filtration et une capacité respiratoire au moins égales à celles d'un masque respiratoire de protection mono ou multicouche muni d'une soupape (valve), alors que ladite composition est exempte d'une telle soupape (valve).
Selon l'invention, la composition comprend une première et une seconde couche intermédiaire destinées plus particulièrement à réaliser une filtration efficace placées entre deux couches d'extrémité formant un support de l'ensemble, chaque couche ayant fait l'objet de sélection de sa composition parmi les couches destinées à la réalisation de masques respiratoires présentant simultanément des capacités de filtration (permettant de filtrer des particules fines, sous-microniques) et des capacités respiratoires (permettant de réduire l'effort respiratoire).
Ainsi, les couches d'extrémité comprennent une couche externe et une couche interne, réalisées chacune en un tissu non tissé filé-lié aptes à conférer de la résistance mécanique à l'ensemble et de supporter les couches filtrantes intermédiaires.
La première couche intermédiaire sélectionnée est un tissu non tissé tribochargé de type feutre, réalisé à base d'au moins deux types différents de fibres aptes à délivrer au tissu des charges électriques opposées renforçant la filtration. Cette première couche intermédiaire est un média filtrant chargé électrostatiquement comportant au moins deux fibres ayant des propriétés électriques différentes qui sont transformés, lors de leur procédé de fabrication, de manière à ce qu'un transfert de charges est créé entre deux types différents de fibres et que des charges discrètes, positives et négatives, sont présentes sur la surface des fibres. L'une des fibres de ce média filtrant étant un très bon isolant, le transfert de charge est stable et permanent. Cette première couche intermédiaire présente donc de très bonnes propriétés de filtration, elle est apte à retenir des particules ayant des dimensions inférieures au micron, tout en pouvant être réalisée à base de fibres grossières, qui opposent une faible résistance au passage de l'air à travers ce média filtrant.
La seconde couche intermédiaire sélectionnée est une nappe non tissée de microfibres soufflées à l'état fondu chargée en électricité statique. Cette couche est apte à retenir des particules encore plus fines, telles les virus ou les bactéries. Il s'agit d'un tissu de type électret, chargé en électricité statique de manière à retenir à sa surface les particules en suspension dans l'air. Une telle couche fait également barrière aux particules de liquide en suspension dans l'air.
L'agencement des couches dans la composition de l'invention suit un ordre précis, plus particulièrement, en agençant, de l'extérieur vers l'intérieur, après une première couche de support, d'abord la première couche intermédiaire un tissu non tissé tribochargé de type feutre, puis la seconde couche intermédiaire réalisée en une nappe non tissée de microfibres soufflées à l'état fondu, chargée en électricité statique. Cet agencement permet d'obtenir une filtration sélective des particules en suspension, les particules ayant de dimensions plus importantes sont retenues par la première couche intermédiaire et les particules plus fines par la seconde. Ceci permet d'obtenir une filtration efficace, sans colmatage immédiat des couches filtrantes, ce qui permet d'avoir un masque fonctionnel pour une durée d'exploitation au moins équivalente à celle des masques respiratoires de l'état de la technique. Par ailleurs, la seconde couche intermédiaire étant la première couche filtrante à venir en contact avec l'air expiré par son porteur, elle arrête efficacement les particules liquides en suspension dans l'air soufflé, empêchant son émission dans l'air environnant.
Les tests effectués dans des environnements diversifiés où les utilisateurs effectuaient des efforts physiques à différents niveaux d'intensité, ont montré que, avec une telle composition pour masque de protection respiratoire, la résistance opposée au passage du flux d'air, tant en inspiration qu'en expiration, était nettement inférieure aux valeurs établies par les normes en vigueur. Ceci étant obtenu sans agencement de soupape
(valve) respiratoire, pour obtenir finalement une surface de filtration et de respiration augmentée pour un poids extrêmement faible. Ainsi, le poids d'un masque réalisé avec une telle composition est inférieur ou égal à 6g, soit beaucoup moins que les masques de l'état de la technique, notamment ceux comportant une soupape (valve) respiratoire. En plus de son poids réduit, un tel masque présente un toucher doux et permet la diminution, voire l'élimination, de la transpiration et empêche la formation de buée conférant un confort accru à son porteur.
De préférence, la première couche intermédiaire présente une résistance au passage d'un flux d'air à une vitesse moyenne de 8,2 m/min qui est inférieure à 10 Pa.
Avantageusement, la première couche intermédiaire a un grammage d'environ 50 g/m2 à 100g/m2. De préférence, son épaisseur est d'environ 1 ,3 mm à 2 mm (avant mise en œuvre).
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la première couche intermédiaire est choisie de manière à ce que la pénétration aux particules de chlorure de sodium de
0,6 μm avec un flux d'air ayant une vitesse moyenne de 9,5 m/min est (on comprend qu'elle atteigne en condition de laboratoire) de 31% pour une première couche intermédiaire ayant un grammage de 50g/m2 et de 10,2% pour une première couche intermédiaire ayant un grammage de 100 g/m2.
Avantageusement, les fibres qui composent le première couche intermédiaire ont un diamètre de fibre d'environ 20μm à 25μm.
De préférence, ces fibres composant le tissu de la première couche intermédiaire sont choisis parmi les fibres naturelles, telles que laine, coton, lin, soie, poils d'animaux ; ou parmi les fibres artificielles, telles que viscose, acétate de cellulose, tri acétate de cellulose, rayonne ; ou parmi les fibres synthétiques, telles que polyamide, polyvinyle alcool, polyester, acrylique, polyoléfine (polyéthylène, polypropylène et leurs copolymères), polytétrafluoréthylène, polychlorure de vinyle, polyuréthane ; ces fibres pouvant être prises seules ou en mélange.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la seconde couche intermédiaire est réalisée à base de deux couches de fibres de polypropylène superposées ayant chacune une masse surfacique comprise entre 27 g/m2 et 64 g/m2.
Avantageusement, la seconde couche intermédiaire est choisie de manière à ce que la résistance qu'elle oppose au passage d'un flux d'air ayant un débit de 32 l/min est d'environ 26 Pa pour une seconde couche intermédiaire ayant un grammage de 27 g/m2 et elle est d'environ 50 Pa pour une seconde couche intermédiaire ayant un grammage de 64 g/m2.
De préférence, l'épaisseur de la seconde couche intermédiaire (12) est compris entre 0,2mm et 0,8 mm.
Les épaisseurs des différentes couches sont choisies pour obtenir une composition pour masque respiratoire qui soit en conformité avec les normes en vigueur spécifiques aux différents types de protection. Les masques de protection respiratoire sont classés, selon la norme européenne EN149, dans trois classes de protection : FFP1 , FFP2 et FFP3 et, selon la nomenclature américaine NIOSH, en N95 et N99. La classification des filtres se rapporte à leur capacité de filtration contre les particules d'une certaine taille, limitée à environ 0,6μm, elle étant de 95% pour les masques FFP2 et N95 et de 99% pour les masques FFP3 et N99.
Avantageusement, la pénétration aux particules de chlorure de sodium avec un flux d'air ayant un débit de 32 l/min est de 3% pour une seconde couche intermédiaire ayant un grammage de 27g/m2 et de 0,2% pour une seconde couche intermédiaire ayant un grammage de 64 g/m2 .
De préférence, la seconde couche intermédiaire est réalisée à base de microfibres en polypropylène.
Avantageusement, la couche interne et la couche externe sont réalisées en un tissu non tissé filé-lié aiguilleté, son grammage étant compris entre 10 g/m2 et 30 g/m2, de préférence 20 g/m2.
De préférence, la résistance respiratoire à l'inspiration mesurée avec un flux de 95l/min passant à travers ses couches est inférieure à 100 Pa. A titre d'exemple, la résistance respiratoire à l'inspiration mesurée lors des tests effectués avec un masque de type FFP3 (ou N99) a été d'environ 93 Pa à 99 Pa, les tests effectués avec des masques de type FFP2 (ou N95) ont établi les valeurs de la résistance à l'expiration d'environ 43 Pa à 50 Pa et les tests effectués avec des masques de type FFP1 ont établi les valeurs de la résistance à l'expiration d'environ 40 Pa à 47 Pa. Avantageusement, la résistance respiratoire à l'expiration mesurée avec un flux de 160 l/min passant à travers ses couches est inférieure à 175 Pa. A titre d'exemple, la résistance respiratoire à l'expiration mesurée lors des tests effectués avec un masque de type FFP3 (ou N99) a été d'environ 159 Pa à 172 Pa, les tests effectués avec des masques de type FFP2 (ou N95) ont établi les valeurs de la résistance à l'expiration d'environ 76 Pa à 86 Pa et les tests effectués avec des masques de type FFP1 ont établi les valeurs de la résistance à l'expiration d'environ 71 Pa à 75 Pa.
Les buts de l'invention sont atteints également avec un masque respiratoire de protection comportant une composition selon l'invention. Un tel masque assure un confort respiratoire accru pour une haute capacité de filtration.
Avantageusement le masque respiratoire de protection de l'invention a un poids qui est égal ou inférieur à 6g.
La présente invention concerne également l'utilisation d'une composition selon l'invention pour un masque respiratoire de protection dans le domaine de l'hygiène et de la santé, de la protection environnementale, du bricolage, dans l'industrie agroalimentaire, dans les salles blanches, dans le bâtiment et les travaux publics, dans l'industrie métallurgique, dans l'industrie automobile et d'une façon plus large dans tous les domaines d'activité dans lesquels les opérateurs sont placés au contact de poussières et de particules.
Description des dessins
Les figures annexées illustrent un mode préféré de réalisation d'une composition pour un masque de protection respiratoire selon l'invention et un masque la comportant, où :
- la figure 1 illustre une vue de dessus du masque de protection respiratoire comportant une composition multicouche selon un mode préféré de réalisation de l'invention ;
- la figure 2 est une vue en coupe transversale montrant l'empilement des couches du masque de la figure 1.
Description détaillée d'un mode de réalisation préféré de l'invention Liste des repères :
1 masque de protection respiratoire 2 bordure périphérique pli 4 bordure latérale
5 bordure latérale 6 barrette nasale
7 bride de fixation 8 bride de fixation
10a couche externe 10b couche interne 11 première couche intermédiaire 12 seconde couche intermédiaire
La composition filtrante multicouches selon l'invention peut s'appliquer à des masques respiratoires ayant diverses formes, par exemple les masques en forme de coquille, de bec de canard, de bec de perroquet, ou autres.
Le masque de protection respiratoire 1 représenté à la figure 1 est du type « bec de canard ». Le masque est réalisé en un empilage uniforme de couches souples, tel qu'il sera expliqué par la suite. Pour faciliter son conditionnement, il est plié selon son plan de symétrie longitudinal et il présente alors une forme générale trapézoïdale.
Le masque comprend une bordure périphérique 2 reliée à des bordures latérales 4,5 prolongées par un pli 3 situé dans une zone frontale venant au regard de la bouche de l'utilisateur lorsqu'il est porté. Le masque comporte également une barrette nasale 6 et deux brides de fixation 7,8. La barrette nasale 6 est disposée dans une couche externe en un matériau non tissé et est en relief sur la face externe du masque. Les brides de fixation sont élastiques, chacune étant fixée à l'intérieur des bordures latérales 4,5.
La barrette nasale 6 est réalisée en un matériau métallique ou plastique non extensible et malléable permettant l'adaptation du masque à la morphologie du visage et effectuer ainsi son ajustement pour diminuer les fuites pouvant intervenir entre le masque et le visage.
Tel que représenté à la figure 2, le masque de protection respiratoire 1 de l'invention comprend un empilement de couches filtrantes et de support composé, à partir de l'extérieur vers l'intérieur, de : une couche externe 10a, une première couche intermédiaire 11 , deux secondes couches intermédiaires 12 et une couche interne 10b.
Le masque de l'invention est conçu pour isoler et protéger son porteur contre des risques d'inhalation d'agents infectieux transmissibles par voie aérienne, tels que poussières, pollution, virus, allergènes, etc. Des normes en vigueur concernant les masques existent dans différents pays, des normes ayant des caractéristiques spécifiques, mais doivent, dans leur grandes lignes répondre à des besoins identiques. A titre d'exemple, ces masques sont classés selon :
- trois niveaux de protection dans la législation européenne: FFP1 , FFP2 et FFP3 et doivent répondre aux exigences de la norme européenne EN149 :2001 notamment en terme de fuite totale vers l'intérieur, de pénétration du média filtrant et de résistance respiratoire.
- deux niveaux de protection dans la législation américaine NIOSH : N95 - N99
Dans ce qui suit, on comprend par un matériau « spunbond » un voile ou tissu non tissé filé-lié obtenu par une technique d'extrusion, les fils obtenus ayant un diamètre compris entre 13 μm et 16 μm ; et par matériau « meltblown » un voile non tissé de microfibres soufflées à l'état fondu obtenu par une technique d'extrusion soufflage, les fils obtenus ayant un diamètre compris entre 2 μm et 5 μm.
La couche interne 10b ainsi que la couche externe 10a sont réalisées en un tissu non- tissé filé-lié (ou de type « spunbond ») qui peut être composé de différentes fibres : polypropylène, polyéthylène téréphtalate, polyamide, polyéthylène, acide polylactique, etc. Un tel tissu présente de bonnes propriétés de résistance mécanique. Une combinaison de ces fibres peut être utilisée pour améliorer les propriétés du tissu, par exemple en combinant ses propriétés de résistance avec celles de toucher doux. Des additifs chimiques peuvent encore améliorer les propriétés du tissu, par exemple par un traitement antistatique, antibactérien, etc.
Dans l'exemple décrit, la couche interne 10b et la couche externe 10a sont réalisées chacune en un tissu non-tissé filé-lié aiguilleté hydrophile (« spunbond ») de la marque DIPRYL ayant une masse surfacique de 20g/m2. Selon la méthode de test Edana 20.2-89, les valeurs moyennes de sa résistance à la traction est de 27 kgf/cmz (MD) et 35 kgf/cm2 (CD) et l'allongement maximum (MD/CD) est de min 35%. Cette couche forme support et confère des propriétés de résistance mécanique à l'ensemble des couches formant masque, elle joue peu ou pas de rôle dans la filtration. Dans l'exemple décrit, un même matériau filé-lié aiguilleté (ayant les mêmes caractéristiques physiques ou de composition) est utilisé pour les trois types de masques européens FFP1 , FFP2, et FFP3 ou les deux types de masques américains N95 et N99.
La seconde couche intermédiaire 12 est réalisée en au moins une nappe non tissée de microfibres soufflées à l'état fondu, par exemple en polypropylène, chargée en électricité statique par effet Corona. Cette couche a un rôle de filtration. Elle est de préférence pliée en deux lors de sa mise en place entre les couches voisines du masque, faisant que, dans un mode préféré de réalisation de l'invention, le masque respiratoire 1 comprend deux telles secondes couches intermédiaires 12.
Pour les masques de type FFP1 et FPP2 (ou N 95) ici décrits, une telle couche est par exemple du type MB08 de la société Hollingsworth & Vose, a une masse surfacique de 27g/m2, une épaisseur de 0,31 mm, une pénétration au NaCI de 3% (mesurée avec un flux d'air de 32 l/min) et une résistance au passage d'un flux d'air de 32 l/min d'environ 26 Pa.
Pour les masques de type FFP3 (ou N 99), une telle seconde couche intermédiaire 12 est par exemple du type MB73 de la société Hollingsworth & Vose, a une masse surfacique de 64 g/m2, une épaisseur d'environ 0,73 mm, une pénétration au NaCI (mesurée avec un flux d'air de 32 l/min) de 0,2% et une résistance au passage d'un flux d'air de 32 l/min d'environ 50 Pa.
Plus particulièrement selon l'invention, la première couche intermédiaire 11 est un voile ou un tissu non tissé tribochargé de type feutre, réalisé à base d'au moins deux types différents de fibres aptes à délivrer au tissu des charges électriques opposées renforçant la filtration. De préférence, la résistance au passage d'un flux d'air à une vitesse moyenne de 8,2 m/min à travers cette première couche intermédiaire est inférieure à 10 Pa. Ces fibres peuvent être des fibres naturelles, telles la laine, le coton, le lin, la soie, les poils d'animaux (chameau, chèvre lama, etc.) ou des fibres artificielles, telles la viscose (qui est un xanthate de cellulose), l'acétate de cellulose, le tri acétate de cellulose, ou la rayonne, ou encore des fibres synthétiques, telles que polyamide, polyvinyle alcool, polyester, acrylique, polyoléfine (polyéthylène, polypropylène et leurs copolymères), polytétrafluoréthylène, polychlorure de vinyle, polyuréthane, ces fibres pouvant être prises seules ou en mélange. Le tissu comprend un mélange de deux fibres pouvant être choisies parmi les fibres précédentes de telle sorte qu'elles soient chargées électrostatiqement d'une manière opposée.
A titre d'exemple, cette première couche intermédiaire 11 est réalisée à base d'un mélange de fibres ayant un diamètre d'environ 20μm à 25μm, sélectionnées de manière a présenter, lors de leur processus de fabrication, des propriétés triboélectriques et de générer des charges électriques discrètes de signe opposé sur la surface des fibres, les fibres étant nettoyées, mélangées, puis cardées pour obtenir un réseau de poids contrôlé. Les réseaux entrecroisés sont fixés par aiguilletage sur un support en un tissu non tissé filé-lié (de type « spunbond »). Un tel matériau peut par exemple être réalisé à base d'un couple de fibres acrylique et polypropylène, et peut être, par exemple, du type Technostat de la société Hollingsworth & Vose. Les propriétés électrostatiques et sa réalisation à base de fibres grossières donne à cette couche une haute capacité de chargement des poussières, une faible résistance au passage d'air et une bonne efficacité contre les particules sous-microniques.
Après de nombreux tests effectués en laboratoire, le matériau choisi pour les masques de type FFP1 a une masse surfacique de 50 g/m2, la masse surfacique de son support étant de 15 g/m2, une épaisseur de 1 ,3 mm, une pénétration aux particules (de diamètre de 0,3μm) de NaCI de 31% et une résistance au passage d'un flux d'air de vitesse moyenne de 8,2 m/min estimée à 4,3 Pa.
Des tests supplémentaires ont permis de choisir un matériau pour les masques FFP2 (ou N95) et FFP3 (ou N99) de masse surfacique égale à 100 g/m2, la masse surfacique de son support étant de 15 g/m2, une épaisseur de 2 mm, une pénétration aux particules (de diamètre de 0,3μm) de NaCI de 10,6% et une résistance au passage d'un flux d'air de vitesse moyenne de 8,2 m/min estimée à 8,6 Pa.
Le masque FFP1 est destiné à assurer la protection contre des poussières non toxiques, par exemple cellulose, coton, farine, argile, huiles végétales et animales, ou contre la pollution. Il trouve son application dans l'industrie textile, agroalimentaire, dans le bricolage, l'hygiène et le nettoyage.
Les résultats des tests effectués avec un masque de type FFP1 de l'invention ont montré un taux maximal de fuite de 2,87% qui est donc nettement inférieur au taux maximal admis par la norme en vigueur qui est établi à 22%. La pénétration du média filtrant au NaCI s'est avérée à un maximum 2,9%, alors que le taux maximum admis par la norme en vigueur est de 20%. La pénétration du média filtrant à l'huile de paraffine est s'est avérée à un maximum 12,4%, alors que le taux maximum admis par la norme en vigueur est de 20%. La résistance respiratoire à l'inspiration, lorsqu'elle a été mesurée avec un flux de 30 l/min, a été établie à maximum 15 Pa, elle est donc nettement inférieure à la valeur maximum admise par la norme qui est de 60 Pa ; et lorsqu'elle a été mesurée avec un flux de 95 l/min, a été établie à maximum 47 Pa et elle est donc nettement inférieure à la valeur normative qui est de 210 Pa. La résistance respiratoire à l'expiration, mesurée avec un flux de 160 l/min a été de maximum 75 Pa, également bien inférieure à celle maximum admise par la norme qui est de 3 Pa.
Le masque FFP2 (ou N95) est destiné à assurer la protection contre des poussières de béton, ciment, plâtre (par exemple lors des travaux de démolition, de gros œuvres, de ponçage), de bois tendre (en provenance de travaux de ponçage, de découpe), de fines particules de peinture et résine, de matériaux plastiques (issues par exemple d'opérations de décapage par impact, de ponçage, etc.) ; contre les virus (grippe aviaire, SRAS, tuberculose), contre la pollution environnementale ou les allergènes. Il trouve son application dans l'industrie, le BTP, le bricolage, le travail du bois, l'industrie automobile, la carrosserie et la santé.
Les résultats des tests effectués avec un masque de type FFP2 (ou N95) de l'invention ont montré un taux maximal de fuite de 8,4% qui est donc inférieur au taux maximal admis par la norme en vigueur qui est établi à 11 %. La pénétration du média filtrant au NaCI s'est avérée à un maximum 1 ,2%, alors que le taux maximum admis par la norme en vigueur est de 6%. La pénétration du média filtrant à l'huile de paraffine est s'est avérée à un maximum 5,6%, alors que le taux maximum admis par la norme en vigueur est de 6%. La résistance respiratoire à l'inspiration, lorsqu'elle a été mesurée avec un flux de 30 l/min, a été établie à maximum 16 Pa, elle est donc inférieure à la valeur maximum admise par la norme qui est de 70 Pa ; et lorsqu'elle a été mesurée avec un flux de 95 l/min, a été établie à maximum 50 Pa et elle est donc nettement inférieure à la valeur normative qui est de 240 Pa. La résistance respiratoire à l'expiration, mesurée avec un flux de 160 l/min a été de maximum 86 Pa, également bien inférieure à celle maximum admise par la norme qui est de 300 Pa. Le masque FFP3 est destiné à assurer la protection contre des fibres d'amiante dont la concentration est inférieure à 1 fibre/cm3/h (par exemple pour la manutention des matériaux ou le diagnostic), des poussières de laine de roche, de laine de verre (lors des manipulations ou de travaux d'isolation), du plomb (lors du ponçage de peintures), les particules de bois durs, les fumées métalliques ; les virus (les pathologies respiratoires infectieuses), les bactéries (telle la légionellose). Il trouve son application dans l'industrie, le BTP, le travail du bois, la métallurgie ou la santé.
Les résultats des tests effectués avec un masque de type FFP3 (ou N99) de l'invention ont montré un taux maximal de fuite de 3,25% qui est donc inférieur au taux maximal admis par la norme en vigueur qui est établi à 5 %. La pénétration du média filtrant au NaCI s'est avérée à un maximum 0,14%, alors que le taux maximum admis par la norme en vigueur est de 1%. La pénétration du média filtrant à l'huile de paraffine s'est avérée à un maximum 0,84%, alors que le taux maximum admis par la norme en vigueur est de 1%. La résistance respiratoire à l'inspiration, lorsqu'elle a été mesurée avec un flux de 30 l/min, a été établie à maximum 31 Pa, elle est donc inférieure à la valeur maximum admise par la norme qui est de 100 Pa ; et lorsqu'elle a été mesurée avec un flux de 95 l/min, a été établie à maximum 99 Pa et elle est donc nettement inférieure à la valeur normative qui est de 300 Pa. La résistance respiratoire à l'expiration, mesurée avec un flux de 160 l/min a été de maximum 172 Pa, également bien inférieure à celle maximum admise par la norme qui est de 300 Pa.
La surface du masque de l'invention est comprise entre 200cm2 et 250cm2. Le masque ne comporte pas de valve respiratoire et, de ce fait, la surface filtrante et respiratoire est accrue avec des meilleures performances de protection et de confort respiratoire. De surcroît, son poids est inférieur à 6g, ce qui est nettement inférieur au poids d'un masque à soupape (valve) qui, lui, est d'environ 12g à 30g. La différence de poids est liée à l'absence de la soupape ce qui réduit d'autant la consommation de matières premières fossiles et réduit par conséquent le prix des matières premières, et donc celui du masque respiratoire.
Dans l'exemple représenté aux figures, le masque de protection respiratoire de l'invention est du type souple et à usage unique.
De préférence, le masque de protection respiratoire de l'invention est fabriqué en

Claims

18REVENDICATIONS
1. Composition filtrante multicouche pour masque respiratoire de protection, caractérisée en ce que cette composition multicouche filtrante comporte de l'extérieur vers l'intérieur : a) une couche externe (10a) réalisée en un tissu non tissé filé-lié; b) une première couche intermédiaire (11 ) de tissu non tissé tribochargé de type feutre, réalisé à base d'au moins deux types différents de fibres aptes à délivrer au tissu des charges électriques opposées renforçant la filtration, c) au moins une seconde couche intermédiaire (12) réalisée en une nappe non tissée de microfibres soufflées à l'état fondu, ladite nappe étant chargée en électricité statique ; et d) une couche interne (10b) en contact avec le visage réalisée en un tissu non tissé filé-lié.
2. Composition selon la revendication 1 , caractérisée en ce que la première couche intermédiaire (11 ) présente une résistance au passage d'un flux d'air à une vitesse moyenne de 8,2 m/min qui est inférieure à 10 Pa.
3. Composition selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première couche intermédiaire (11) a un grammage d'environ 50 g/m2 à 100g/m2.
4. Composition selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'épaisseur de la première couche intermédiaire (11) est d'environ 1 ,3 mm à 2 mm.
5. Composition selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres qui composent la première couche intermédiaire (11) ont un diamètre de fibre d'environ 20μm à 25μm.
6. Composition selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les fibres composant le tissu de la première couche intermédiaire (11) sont choisis parmi : (i) les fibres naturelles, telles que laine, coton, lin, soie, poils d'animaux ; (ii) les fibres artificielles, telles que viscose, acétate de cellulose, tri acétate de cellulose, rayonne ; (iii) les fibres synthétiques, telles que polyamide, polyvinyle alcool, polyester, acrylique, polyoléfine (polyéthylène, polypropylène et leurs copolymères), polytétrafluoréthylène, polychlorure de vinyle, polyuréthane ; ces 19 fibres pouvant être prises seules ou en mélange.
7. Composition selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde couche intermédiaire (12) est réalisée à base de deux couches de fibres de polypropylène superposées ayant chacune une masse surfacique comprise entre 27 g/m2 et 64 g/m2.
8. Composition selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la résistance opposée par la seconde couche intermédiaire (12) au passage d'un flux d'air ayant un débit de 32 l/min est d'environ 26 Pa pour une seconde couche intermédiaire (12) ayant un grammage de 27 g/m2 et elle est d'environ 50 Pa pour une seconde couche intermédiaire (12) ayant un grammage de 64 g/m2.
9. Composition selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'épaisseur de la seconde couche intermédiaire (12) comprise entre 0,2 mm et 0,8 mm.
10. Composition selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce la seconde couche intermédiaire (12) est réalisée à base de microfibres en polypropylène.
11. Composition selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche interne (10b) et la couche externe (10a) sont réalisées en un tissu non tissé filé-lié aiguilleté.
12. Composition selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le tissu non tissé filé-lié de la couche interne (10b) et de la couche externe (10a) a un grammage compris entre 10 g/mz et 30 g/m2, de préférence 20 g/m2.
13. Composition selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la résistance respiratoire à l'inspiration mesurée avec un flux de 95l/min passant à travers ses couches (10a, 11 ,12,10b) est inférieure à 100 Pa.
14. Composition selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la résistance respiratoire à l'expiration mesurée avec un flux de 160 l/min passant à travers ses couches (10a,11 ,12,10b) est inférieure à 175 Pa. 20
15. Masque respiratoire de protection (1) réalisé avec une composition selon l'une des revendications précédentes.
16. Masque respiratoire de protection (1 ) selon la revendication 15, caractérisé en ce que son poids est égal ou inférieur à 6 g.
17. Utilisation d'une composition selon l'une des revendication 1 à 14 pour un masque respiratoire de protection dans le domaine de l'hygiène et de la santé, de la protection environnementale, du bricolage, dans l'industrie agroalimentaire, dans les salles blanches, dans le bâtiment et les travaux publiques, dans l'industrie métallurgique, dans l'industrie automobile.
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