BRPI0714108A2 - processo para a fabricação de um respirador moldado e respirador moldado - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA A FABRICAçãO DE UM RESPIRADOR MOLDADO E RESPIRADOR MOLDADO A presente invenção refere-se a um respirador moldado que é produzido a partir de uma manta de não-tecido de camada única monocomponente de fibras de fiação por fusão orientadas parcialmente cristalinas e parcialmente amorfas da mesma composição polimérica, que foram ligadas para formar uma manta coerente e manipulável que ainda pode ser amolecida e, ao mesmo tempo, reter a orientação e a estrutura da fibra. O respirador é uma matriz de camada única monocomponente com formato de bojo poroso cujas fibras de matriz são ligadas uma à outra por, pelo menos, alguns pontos de intersecção de fibra. A matriz tem uma dureza King maior que 1 N. O respirador pode ser formado sem que sem que sejam necessárias camadas rígidas, fibras bicomponentes ou outro reforço na camada do meio filtrante.

Description

"PROCESSO PARA A FABRICAÇÃO DE UM RESPIRADOR MOLDADO E RESPIRADOR MOLDADO"

Esta invenção refere-se a respiradores pessoais moldados (por exemplo, em formato de bojo). Antecedentes

Entre as patentes que relatam respiradores pessoais moldados estão as patentes U.S. N° 4.536.440 (Berg), 4.547.420 (Krueger et al.), 5.374.458 (Burgio) e β.827.764 B2 (Springett et al.). As patentes que se referem a tecidos para máscara de respiração abrangem as patentes U.S. N0 5.817.584 (Singer et al.), 6.723.669 (Clark et al.) e 6.998.164 B2 (Neely et al.). Outras patentes ou pedidos que refiram-se a mantas não-tecidas ou sua fabricação abrangem as patentes U.S. N° 3.981.650 (Page), 4.100.324 (Anderson), 4.118.531 (Hauser), 4.818.464 (Lau), 4.931.355 (Radwanski et al.), 4.988.560 (Meyer et al.), 5.227.107 (Dickenson et al.), 5.382.400 (Pike et al. '400), 5.679.042 (Varona)1 5.679.379 (Fabbricante et al.), 5.695.376 (Datta et al.), 5.707.468 (Arnold et al.), 5.721.180 (Pike et al. Ί80), 5.877.098 (Tanaka et al.), 5.902.540 (Kwok)1 5.904.298 (Kwok et al.), 5.993.543 (Bodaghi et al.), 6.176.955 B1 (Haynes et al.), 6.183.670 B1 (Torobin et al.), 6.230.901 B1 (Ogata et al.), 6.319.865 B1 (Mikami), 6.607.624 B2 (Berrigan et al. '624), 6.667.254 B1 (Thompson et al.), 6.858.297 B1 (Shah et al.) e 6.916.752 B2 (Berrigan et al. '752); patente européia N° EP 0 322 136 B1 (Minnesota Mining and Manufacturing Co.); pedidos publicados japoneses Nos. JP 2001-049560 (Nissan Motor Co. Ltd.), JP 2002-180331 (Chisso Corp. '331) e JP 2002-348737 (Chisso Corp. '737); e publicação de pedido de patente N" US 2004/0097155 A1 (Olson et al.). Sumário da Invenção

Os métodos existentes para a fabricação de respiradores moldados, em geral, envolvem um certo desfavorecimento das propriedades do respirador ou da manta. Com exceção de toda e qualquer camada para revestimento externo ou interno usadas para fins estéticos ou de conforto e não para filtraçSo ou enrijecimento, a camada ou camadas restantes do respirador podem ter uma variedade de construções. Por exemplo, os respiradores moldados podem ser formados a partir de mantas bicamadas produzidas através da laminação de uma camada de filtraçâo de fibra produzida por fiação via sopro (meltblown) em um material de carcaça rígido como uma camada de fiação por fusão ou uma camada de fibra têxtil. Se usada por si só, a camada de filtraçâo normalmente não tem rigidez suficiente para permitir a formação de um respirador moldado usinado em formato de bojo adequadamente forte. O material de carcaça de reforço adiciona, também, uma base ponderai e volume indesejáveis e restringe os limites até onde as porções não usadas do laminado da manta podem ser recicladas. Os respiradores moldados podem, também, ser formados a partir de mantas de camada única produzidas a partir de fibras bicomponentes nas quais um componente da fibra pode ser carregado para fornecer uma capacidade de filtraçâo e o outro componente da fibra pode se ligado a si próprio para fornecer uma capacidade de reforço. Tal como o caso em que é usado um material de carcaça de reforço, o componente de fibra aglutinante adiciona uma base ponderai e volume indesejáveis e restringe os limites até onde as porções não usadas da manta de fibra bicomponente podem ser recicladas. O componente de fibra de ligação restringe, também, os limites até onde a carga pode ser colocada sobre a manta de fibra bicomponente. Os respiradores moldados podem, também, ser formados pela adição de um material de ligação externo (por exemplo, um adesivo) a uma manta de filtraçâo, com as conseqüentes limitações devidas à natureza química ou física do material de ligação adicionado que inclui a base ponderai adicionada da manta e perda da capacidade de reciclagem.

As tentativas anteriores para formar respiradores moldados a partir de mantas de camada única com um único componentes não têm, tipicamente, obtido sucesso. Revelou-se bastante difícil obter uma combinação adequada de moldabilidade, dureza adequada após moldagem, baixa queda de pressão apropriada e eficiência de captura de particulado suficiente. Verificaram-se mantas de camada única com um único componente que podem ser moldadas para fornecer respiradores pessoais úteis em formato de bojo.

A invenção fornece, em um aspecto, um processo para a produção de um respirador moldado que compreende:

a) formar uma manta de não-tecido de camada única com um único componente de fibras poliméricas monocomponentes continuas pela

fiação por fusão, coleta, aquecimento e arrefecimento brusco das fibras poliméricas monocomponentes sob condições térmicas suficientes para formarem uma manta de fibras de fiação por fusão orientada parcialmente cristalina e parcialmente amorfa da mesma composição polimérica que são ligadas para formar uma manta manipulável e coerente que pode ser, ainda, amolecida e ao mesmo tempo reter a orientação e a estrutura da fibra,

b) carregar a manta, e

c) moldar a manta carregada para formar uma matriz de camada única com um único componente porosa em formato de bojo, as fibras da matriz são ligadas umas às outras em, pelo menos, alguns pontos de

intersecção da fibra e a matriz é dotada de uma Dureza King maior que 1 N.

A invenção fornece, em um outro aspecto, um respirador moldado que compreende uma matriz camada única monocomponente porosa em formato de bojo de fibras poliméricas monocomponentes carregadas contínuas, sendo que as fibras são fibras poliméricas de fiação por fusão orientadas parcialmente cristalinas e parcialmente amorfas da mesma composição polimérica mutuamente ligadas em, pelo menos, alguns pontos de intersecção da fibra e a matriz é dotada de uma dureza King maior do que 1 N.

A matriz em formato de bojo apresentada tem inúmeras propriedades exclusivas e benéficas. Por exemplo, um respirador moldado terminado pode ser preparado consistindo somente em uma única camada, mas que compreende uma mistura de fibras carregadas poliméricas orientadas parcialmente cristalinas e parcialmente amorfas e com moldabilidade aprimorada e perda reduzida de desempenho de filtração após a moldagem. Tais respiradores moldados proporcionam importantes eficiências -na complexidade do produto, e o desperdício é reduzido através da eliminação de processos e equipamentos de laminação e pela redução do número de materiais intermediários. Através do uso de equipamento de fabricação para formação da manta direta, no qual um material polimérico para formação da manta é convertido em uma manta em uma operação essencialmente direta, as mantas e as matrizes apresentadas podem ser preparadas de modo bastante econômico. Ademais, se todas as fibras da matriz tiverem a mesma composição polimérica e não forem empregados materiais de ligação externos, a matriz pode ser completamente reciclada.

Estes e outros aspectos da invenção serão aparentes a partir da descrição detalhada abaixo. Entretanto, sob nenhuma hipótese, os sumários acima deverão ser interpretados como limitações do assunto, pois tal assunto é definido única e exclusivamente nas reivindicações em anexo e nas alterações que porventura ocorram durante um eventual litígio.

Breve Descrição dos desenhos A figura 1 é uma vista em perspectiva, parcialmente em seção, de um respirador pessoal descartável com uma matriz de camada única porosa em formato de bojo resistente à deformação disposta entre as camadas de revestimento internas e externas;

Afigura 2é uma vista lateral esquemática de um processo exempIificador para a produção de uma manta de camada única com um único componente moldável usando a fiação por fusão e um aquecedor de fluxo forçado bruscamente arrefecido;

A figura 3 é uma vista em perspectiva de uma parte do tratamento por calor do aparelho mostrado na figura 2; e

A figura 4 é uma vista esquemática ampliada e expandida do aparelho da figura 3.

Os símbolos de referência similares nas diversas figuras dos desenhos indicam elementos similares. Os elementos no desenho não sao representados em escala.

DescricAo Detalhada O termo "respirador moldado" significa um dispositivo que foi

moldado até obter um formato que se adapta sobre, pelo menos, o nariz e a boca de uma pessoa e que remove um ou mais contaminantes transportados pelo ar quando usado por uma pessoa.

O termo "formato de bojo" quando usado em relação a um corpo da máscara respiradora significa ter uma configuração que permite que o corpo da máscara fique espaçado em relação à face do usuário quando usado.

O termo "poroso" significa permeável a ar.

O termo "monocomponente" quando usado em relação a uma fibra ou coleta de fibras significa fibras com essencialmente a mesma composição por toda sua seção transversal; monocomponente inclui blendas (isto é, ligas de polímero) ou materiais que contêm aditivos, no qual uma fase continua de composição uniforme se estende por toda a seção transversal e sobre o comprimento da fibra.

O termo "da mesma composição polimérica" significa polímeros que têm essencialmente a mesma unidade molecular de repetição, mas que podem ser diferentes em peso molecular, índice de fluidez, método de fabricação, forma comercial, etc.

O termo "ligação" quando usado em relação a uma fibra ou uma coleta de fibras significa a adesão mútua e firme; as fibras ligadas, em geral, não se separam quando uma manta é submetida ao manuseio normal.

O termo "manta de não-tecido" significa uma manta fibrosa caracterizada pelo entrelaçamento ou pela ligação do ponto das fibras. O termo "matriz de camada única" quando usado em relação a

um manta de não-tecido composta por fibras significa ter uma distribuição geralmente uniforme de fibras similares por toda uma seção transversal da mesma.

O termo "tamanho" quando usado em relação a uma fibra significa o diâmetro da fibra para uma fibra com uma seção transversal circular ou o comprimento da corda em seção transversal mais longa que pode ser construída por toda uma fibra com uma seção transversal não circular.

O termo "continua" quando usado em relação a uma fibra ou uma coleção de fibras significa fibras com um razão de aspecto essencialmente infinito (feto é, uma razão entre o comprimento e o tamanho de por exemplo, pelo menos, cerca de 10.000 ou mais).

O termo "diâmetro eficaz da fibra" quando usado em relação a uma coleção de fibras significa o valor determinado de acordo com o método descrito em Davies, C. N., "The Separation of Airborne Dust and Particles", Institution of Mechanical Engineers1 Londres, Procedimentos 1B, 1952 para uma manta de fibras de qualquer formato em seção transversal, circular ou não circular.

O termo "atenuamento dos filamentos em fibras" significa a conversão de um segmento de um filamento em um segmento de comprimento maior e tamanho menor.

O termo "fiação por fusão" quando usado em relação a uma manta de não-tecido significa uma manta formada através da extrusâo de um material fundido de baixa viscosidade através de uma pluralidade de orifícios para formar filamentos, arrefecendo os filamentos com ar ou outro fluido para solidificar pelo menos as superfícies dos filamentos, colocando os filamentos solidificados, pelo menos parcialmente, em contato com ar ou outro fluido para atenuar os filamentos em fibras e coletar uma camada de fibras atenuadas.

O termo "fibras de fiação por fusão" significa fibras que resultam a partir de uma matriz e percorrem através de uma estação de processamento na qual as fibras sao permanentemente extraídas e as moléculas de polímero no interior das fibras são permanentemente orientadas no alinhamento com o eixo longitudinal das fibras. Tais fibras são essencialmente continuas e são entrelaçadas suficientemente de modo que, usualmente, não seja possível remover uma fibra de fiação por fusão completa de uma massa de tais fibras.

O termo "orientado" quando usado em relação a uma fibra polimérica ou uma coleta de tais fibras significa que pelo menos as porções das moléculas poliméricas das fibras são alinhadas longitudinalmente em relação às fibras como um resultado da passagem das fibras através do equipamento como uma máquina de câmara de atenuação ou estiramento mecânico. A presença de orientação nas fibras pode ser detectada por vários meios incluindo medidas de birrefringência ou difração de raios X de grande abertura angular.

O termo "Ponto de Fusão Nominal" com referência a um polímero ou a uma fibra polimérica significa o pico máximo de um gráfico de calorimetria de varredura diferencial (CVD) de um fluxo total de aquecimento, segundo aquecimento, na região de fusão do polímero ou fibra se houver somente um máximo naquela região; e quando há mais de um máximo indicando mais de um ponto de fusão (por exemplo, por causa da presença de duas fases cristalinas distintas), como a temperatura na qual ocorre a mais alta amplitude pico de fusão. O termo "ligação autógena" significa a ligação das fibras quando em uma temperatura elevada, conforme obtida em um forno ou com um aglutinador através do ar sem aplicar pressão de contato sólido como na ligação por pontos ou calandragem.

O termo "microfibra" significa as fibras que têm um tamanho médio (conforme determinado usando um microscópio) com 10 pm ou menos; A expressão "microfibras ultrafinas" significa microfibras que têm um tamanho médio de dois pm ou menos; e a expressão "microfibras submícron" significa microfibras que têm um tamanho médio de um pm ou menos; Quando a presente descrição se referir a um lote, grupo, conjunto, etc., de um tipo particular de microfibra, por exemplo, "um conjunto de microfibras submícron", isto se refere a população completa de microfibra naquele conjunto, ou a população completa de um único lote de microfibras, e não apenas aquela porção do conjunto ou do lote que tem as dimensões de submícron.

O termo "carregado", quando empregado com respeito a um agrupamento de fibras, significa fibras que exibem, pelo menos, uma perda de 50% no fator de qualidade FQ (tratado abaixo), depois de ficarem expostas a uma dose absorvida de 20 Gray de 80 KVp de raios X filtrados em 1 mm de berilio, quando avaliadas em referência à porcentagem da penetração de ftalato de dioctila (% DOP) em uma velocidade de face de 7 cm/seg.

O termo "auto-suportado" quando usado com respeito a uma matriz de camada única significa que a matriz não inclui uma camada de reforço contígua de fio, rede plástica ou outro material de enrijecimento mesmo se um respirador moldado contendo tal matriz puder incluir uma manta para revestimento interior e exterior a fim de fornecer uma superfície exposta adequadamente lisa ou puder incluir linhas soldadas, dobras ou outras linhas de demarcação para reforçar as porções selecionadas do respirador. g O termo "dureza King" significa a força necessária usando um equipamento para teste de dureza King da J. A. King & Co., Greensboro, North Carolina1 EUA para empurrar uma sonda de face placa com 2,54 cm de diâmetro por 8,1 m de comprimento de encontro a um respirador moldado em formato de bojo preparado pela formação de uma matriz de teste em formato de bojo entre as metades correspondentes macho e fêmea de um molde hemisférico tendo 55 mm e um volume de 310 cm3. As matrizes moldadas são colocadas embaixo da sonda do equipamento para teste para realizar a avaliação depois de, primeiramente, serem resfriadas. Com referência à figura. 1, um respirador pessoal descartável em

formato de bojo 1 é mostrado em seção transversal parcial. O respirador 1 inclui a manta de revestimento interno 2, a camada de filtração monocomponente 3 e a camada de revestimento externo 4. A borda soldada 5 mantém juntas estas camadas e fornece uma região de lacre facial que reduz o vazamento através da borda do respirador 1. O vazamento pode ser reduzido ainda mais pela faixa nasal extremamente macia e maleável 6 por exemplo, de um metal como alumínio ou um plástico como polipropileno. O respirador 1 i nclui, também, correias ajustáveis de cabeça e pescoço 7 presas usando-se Iinguetas e 8 válvula de exalação 9. Com exceção da camada de filtração de um único componente 2,outros detalhes relacionados com a construção do respirador 1 tomar-se-ão familiares aos versados na técnica.

A manta revelada de camada única em um único componente pode ter uma variedade de valores de Diâmetro Eficaz da Fibra (DEF), por exemplo um DEF de cerca de 5 a cerca de 40 pm, ou de cerca de 8 a cerca de 35 μπι. A manta pode, também, ter uma variedade de bases ponderais, por exemplo, uma base ponderai de cerca de 60 a cerca de 300 g/m2 ou de cerca de 80 a cerca de 250 g/m2. Quando plana (isto é, não-moldada, a manta pode ter a variedade de valores de dureza Gurley1 por exemplo, uma dureza Gurley de pelo menos cerca de 500 mg, pelo menos cerca de 1000 mg ou pelo menos cerca de 2000 mg. Quando avaliada em uma velocidade de face de 13,8 cm/segundo e usando um teste (challenge) de NaCI1 a manta plana tem um fator de qualidade de filtragem inicial FQ de pelo menos cerca de 0,4 mm"1 H2O. e mais preferivelmente pelo menos cerca de 0,5 mm

A matriz moldada tem uma dureza King maior que 1 N e com mais preferência pelo menos cerca de 2 N ou mais. Segundo uma aproximação feita em linhas gerais, quando uma amostra de matriz moldada hemisférica é deixada resfriar, colocada com o lado do bojo virado para baixo sobre uma superfície rígida, verticalmente comprimida (isto é., afundada) usando o dedo indicador e depois a pressão liberada, a matriz com dureza King insuficiente pode tender a permanecer afundada e uma matriz com dureza King adequada pode tender a recuperar sua configuração hemisférica original.

Quando exposto a um aerossol de cloreto de sódio 0,075 pm que flui a uma taxa de fluxo de 85 L/min., o respirador moldado revelado tem, de preferência, uma queda de pressão menor que 0,19 kPa (20 mm H2O) e com mais preferência menor que 0,09 kPa (10 mm H2O). Quando é avaliado desta forma, o respirador moldado tem, de preferência, uma porcentagem de penetração de NaCI menor que cerca de 5% e com mais preferência menor que cerca de 1 %.

The manta de camada única monocomponente apresentada contém fibras orientadas parcialmente cristalinas e parcialmente amorfas da mesma composição polimérica. As fibras orientadas cristalinas também podem ser chamadas de fibras orientadas semi-cristalinas. A classe de polímeros semi-cristalinos é bem definida e bem conhecida e é diferenciada dos polímeros amorfos, que não têm nenhuma ordem cristalina detectável. A existência da cristalinidade pode ser prontamente detectada por calorimetria de varredura diferencial, difraçâo de raios X, densidade e outros métodos. As fibras poliméricas convencionais orientadas semi-cristalinas podem ser consideradas como tendo dois tipos diferentes de regiões ou fases moleculares: um primeiro tipo de fase que é caracterizado pela presença relativamente grande de domínios cristalinos altamente ordenados ou induzidos por cepa e um segundo tipo de fase que é caracterizado por uma presença relativamente grande de domínios de uma ordem inferior de cristalinos (por exemplo, sem cadeia estendida) e domínios que SSo amorfos, embora estes possam ter alguma ordem ou orientação com grau insuficiente de cristalinidade. Estes dois tipos de fases diferentes, que não precisam ter limites afiados e podem coexistir na mistura, têm diferentes tipos de propriedades. As propriedades diferentes incluem características diversas de fusão ou amolecimento: a primeira fase que é caracterizada por uma presença maior de domínios cristalinos altamente ordenados funde-se a uma temperatura (por exemplo, o ponto de fusão de um domínio cristalino com cadeia estendida) que é maior do que a temperatura na qual a segunda fase se funde ou amolece (por exemplo, a temperatura de transição vitrea de domínio amorfo conforme modificada pelos pontos de fusão dos domínios cristalinos de ordem mais baixa). Visando facilitar a descrição da presente invenção, chama-se aqui de primeira fase a "fase caracterizada por cristalito" porque suas características de fusão são mais fortemente influenciadas pela presença de cristalitos de ordem superior, propiciando à fase um ponto de fusão mais alto do que seria sem a presença dos cristalitos; a segunda fase é chamada de "fase caracterizada por amorfismo" porque ela se amolece a uma temperatura mais baixa influenciada pelos domínios moleculares amorfos ou de material amorfo disseminados com domínios de cristalinos de ordem mais baixa. As características de ligação de fibras poliméricas semi-cristalinas orientadas são influenciadas pela existência de dois tipos diferentes de fases moleculares. Quando as fibras poliméricas semi-cristalinas são aquecidas em uma operação de ligação convencional, a operação de aquecimento tem o efeito de aumentar a cristalinidade das fibras, por exemplo, através do acréscimo do material molecular sobre a estrutura existente de cristal ou com ordenação adicional das porções amorfas ordenadas. A presença de material cristalino de ordem inferior na fase caracterizada por amorfismo promove tal crescimento de cristal e o promove como material cristalino adicionado de ordem inferior. O resultado da cristalinidade aumentada de ordem inferior serve para limitar o amolecimento e a capacidade de fluidez das fibras durante uma operação de ligação.

As fibras poliméricas semi-cristalinas orientadas foram submetidas a um aquecimento controlado e a operação de arrefecimento brusco na qual as fibras, e as fases descritas, são refinadas morfologicamente para conferir novas propriedades e utilidade às fibras. Nessa operação de aquecimento e arrefecimento brusco, as fibras são primeiramente aquecidas por um curto período controlado a uma alta temperatura, com freqüência tão alta quanto ou mais alta do que o Ponto de Fusão Nominal do material polimérico, a partir do qual as fibras são produzidas. Em geral, o aquecimento está a uma temperatura suficiente e por tempo suficiente para que a fase caracterizada por amorfismo das fibras seja fundida ou amaciada, à medida que a fase caracterizada por cristalito continue não fundida (a terminologia "fundida ou amaciada" é usada, pois considera-se que as porções amorfas de uma fase caracterizada por amorfismo são amaciadas em sua temperatura de transição vítrea, enquanto as porções cristalinas se fundem em seu ponto de fusão; prefere-se um tratamento por calor no qual uma manta é aquecida para causar a fusão do material cristalino na fase caracterizada por amorfismo das fibras constituintes). Após a etapa de aquecimento descrita, as fibras aquecidas são imediata e rapidamente resfriadas para serem arrefecidas de modo brusco e são congeladas em uma forma morfotógica refinada ou purificada.

Em termos mais abrangentes, "refino morfológico", conforme usado na presente invenção, refere-se a simples alteração da morfologia das fibras poliméricas semi-cristalinas orientadas; porém, deve-se compreender a estrutura morfológíca refinada de nossas fibras tratadas (nâo desejamos ser atados às declarações da presente invenção de nosso "entendimento", o qual geralmente envolve algumas considerações teóricas). Quanto à fase caracterizada por amorfismo, a quantidade de material molecular da fase susceptível a um crescimento de cristal (que impede o amaciamento) indesejado nâo é tão boa quanto era anterior ao tratamento. Uma evidência desse caráter morfológico alterado é o fato de que, considerando que as fibras poliméricas semi-cristalinas orientadas convencionais submetidas ao aquecimento em uma operação de ligação experimentam um aumento na cristalinidade indesejada (por exemplo, conforme discutido acima, através do acréscimo sobre a estrutura cristalina de baixa ordem existente ou da ordenação adicional de porções amorfas ordenadas que limitam a capacidade de amaciamento e ligação das fibras), as fibras tratadas continuam passíveis de amaciamento e ligação em um grau muito maior do que as fibras não tratadas convencionais; com freqüência, as mesmas podem ser ligadas a temperaturas inferiores ao ponto de fusão nominal das fibras. Observa-se que a fase caracterizada por amorfismo experimentou um tipo de limpeza ou redução da estrutura morfológica que resultaria em aumentos indesejados na cristalinidade em fibras não tratadas convencionais durante uma operação de termossolda; por exemplo, a variedade ou distribuição de formas morfológicas foram reduzidas, a estrutura morfológica foi simplificada e ocorreu um tipo de segregação da estrutura morfológica em fases caracterizadas como amorfas e caracterizadas por cristalito mais discerniveis. As fibras são capaz de um tipo de "amaciamento repetivel", o que significa que as fibras, e particularmente, a fase caracterizada por amorfismo das fibras, serão parcialmente submetidas a um ciclo repetido de amaciamento e resolidificação à medida que as fibras são expostas a um ciclo de temperatura elevada e diminuída dentro de uma região de temperatura inferior àquela que causaria a fusão de toda a fibra. Em termos práticos, tal amaciamento repetlvel é indicado quando a manta tratada (a qual já exibe, em geral, um grau de ligação útil como resultado do tratamento de aquecimento e arrefecimento brusco) pode ser aquecida a fim de causar uma ligação autógena adicional. O ciclo de amaciamento e resolidificação pode não continuar indefinidamente, porém é suficiente, freqüentemente, que as fibras possam ser inicialmente ligadas termicamente de modo que uma manta de tais fibras seja coerente e manuseável, novamente aquecidas, se for desejado, a fim de executar a calandragem ou outras operações desejadas, e aquecidas de novo com o objetivo de executar uma operação de reformatação tridimensional resultando em um formato não-planar (por exemplo, para formar um respirador moldado). É possível refinar, deste modo, uma manta camada única monocomponente em uma operação de aquecimento e arrefecimento brusco de modo que a manta é capaz de desenvolver ligações autógenas a uma temperatura inferior ao Ponto de Fusao Nominal das fibras, formatar a manta através de um molde em formato de bojo, e submeter a manta então reformatada a uma temperatura de moldagem eficaz a fim de converter prolongadamente (isto é, reformatar) a manta em uma matriz de camada única monocomponente porosa de fibras ligadas entre si em pelo menos alguns pontos da interseção da fibra e dotadas de uma dureza King, confoime citado acima. De preferência, tal reformatação pode ser realizada a uma temperatura de, pelo menos, 10°C abaixo do Ponto de Fusão Nominal do material polimérico das fibras, por exemplo, a temperaturas de 15"C, OU mesmo de 30°C, a menos do que o Ponto de Fusão Nominal. Embora uma baixa temperatura de reformatação seja possível, por outros motivos, a manta pode estar exposta a temperaturas mais elevadas, por exemplo, para comprimir a manta ou temperar ou ajustar termicamente as fibras.

Determinada a função da fase caracterizada por amorfismo no alcance da ligação das fibras, por exemplo, ao fornecer o material de amaciamento e ligação das fibras, algumas vezes a fase caracterizada por amorfismo é denominada fase de "ligação".

A fase caracterizada por cristalito da fibra possui sua própria função diferente, a saber, reforçar a estrutura de fibra básica das fibras. A fase caracterizada por cristalito se mantém, em geral, não fundida durante uma operação de ligação ou similar devido ao fato de seu ponto de fusão ser mais alto do que o ponto de fusão/amaciamento da fase caracterizada por amorfismo e, desse modo, se mantém como uma matriz intacta que se estende através da fibra e suporta a estrutura da fibra e as dimensões da fibra. Portanto, embora o aquecimento da manta em uma operação de ligação autógena faça com que as fibras sejam soldadas juntamente submetendo-se um pouco de fluxo a um contato íntimo ou coalescência em pontos de intersecção da fibra, a básica estrutura distinta da fibra é mantida ao longo do comprimento das fibras entre as intersecções e ligações; de preferência, a seção transversal das fibras se mantém inalterada ao longo do comprimento das fibras entre as intersecções ou ligações formadas durante a operação. De modo similar, embora a calandragem da manta tratada possa fazer com que as fibras sejam reconfiguradas pela pressão e o aquecimento da operação de calandragem (fazendo com que as fibras, desse modo, mantenham permanentemente o formato pressionado sobre os mesmos durante a calandragem e tornando a manta mais uniforme em espessura), as fibras continuam, em geral, como fibras distintas com uma retenção conseqüente das propriedades desejadas de porosidade, filtração e isolamento da manta. Determinada a função de reforço da fase caracterizada por

cristalito, conforme descrito, algumas vezes refere-se à mesma como a fase de "reforço" ou fase de "retenção". Compreende-se, ainda, que a fase caracterizada por cristalito é submetida a um refinamento morfológico durante o tratamento, por exemplo, a fim de alterar a quantidade de estrutura cristalina de ordem superior.

Nas figuras 2 a 4 é mostrado um processo que pode ser usado para produzir mantas de camada única monocomponentes preferenciais.

Maiores detalhes em relação a esse processo e às mantas de não-tecido então produzidas são mostrados no Pedido de patente ne de série U.S. 11/461.201 depositado no dia 31 de julho de 2006 e intitulado "BONDED NONWOVEN FIBROUS WEBS COMPRISING - SOFTENABLE ORIENTED SEMICRYSTALLINE POLYMERIC FIBERS AND APPARATUS AND METHODS FOR PREPARING SUCH WEBS". Em breve sumário, conforme aplicado pela presente invenção, essa técnica preferencial envolve a submissão de uma manta coletada de fibras produzidas de fiação por fusão semi-cristalina orientada, a qual inclui uma fase caracterizada por amorfismo a uma operação de aquecimento e arrefecimento brusco controlada que inclui a) atravessar a manta à força com um fluido aquecido a uma temperatura suficientemente alta para amaciar a fase caracterizada por amorfismo das fibras (a qual é, em geral, superior à temperatura de fusão de invasão do material de tais fibras) por um período muito curto para fundir todas as fibras (isto é, fazer com que tais fibras percam sua natureza fibrosa distinta; de preferência, o período de aquecimento é muito curto para causar uma distorção significativa da seção transversal da fibra), e b) imediatamente arrefecer de modo brusco a manta através da passagem forçada pela manta de um fluido dotado de uma capacidade de calor suficiente para solidificar as fibras amaciadas (isto é, solidificar a fase caracterizada por amorfismo das fibras amaciadas durante o tratamento por calor). De preferência, os fluidos que atravessam a manta são correntes gasosas e, de preferência, são ar. Nesse contexto, atravessar um fluido ou corrente gasosa "à força" por uma manta significa que uma força, além da pressão ambiente normal, é aplicada ao fluido para propulsar o fluido através da manta. Em uma modalidade preferencial, a etapa de arrefecimento brusco apresentada inclui a passagem da manta em uma esteira transportadora através de um dispositivo (o qual pode ser aquecido em um aquecedor de fluxo bruscamente arrefecido, conforme discutido subseqüentemente) que fornece uma corrente gasosa aquecida focalizada (tipicamente ar) emitida a partir do aquecedor sob pressão e atraída para um lado da manta, com um dispositivo de extração de gás no outro lado da manta a fim de-auxiliar na condução do gás aquecido através-da manta; em geral, a corrente aquecida é do tipo faca ou cortina (como emanada de uma fenda retangular e alongada), se estende de um lado a outro da largura da manta, e é uniforme (isto é, possui uma uniformidade em temperatura e fluxo a fim de aquecer as fibras na manta com um grau útil de uniformidade). A corrente aquecida é, em alguns aspectos, similar à corrente aquecida proveniente de um "aglutinador através do ar" ou "faca de ar quente," embora possa ser submetida a controles especiais que modulam o fluxo, fazendo com que o gás aquecido seja distribuído uniformemente e a uma taxa controlada através da largura da manta a fim de aquecer completa, uniforme e rapidamente e amaciar as fibras de fiação por fusão a uma temperatura proveitosamente alta. O arrefecimento brusco forçado sucede imediatamente o aquecimento a fim de congelar rapidamente as fibras em uma forma morfológica purificada ("imediatamente" refere-se à parte da mesma operação, isto é, sem tempo de intervenção de armazenamento como ocorre quando uma manta é enrolada formando uma bobina antes da próxima etapa de processamento). Em uma modalidade preferencial, um aparelho de gás é posicionado de modo descendente na manta a partir da corrente gasosa aquecida a fim de conduzir um gás de resfriamento ou outro fluido, por exemplo, ar ambiente, através da manta prontamente após o mesmo ter sido aquecido e, desse modo, rapidamente arrefecer de modo bruto as fibras. O comprimento do aquecimento é controlado, por exemplo, pelo comprimento da região de aquecimento ao longo da trajetória do curso da manta e pela velocidade em que a manta se move da região de aquecimento para a região de resfriamento a fim de causar a fusão/amaciamento pretendido da fase caracterizada por amorfismo sem fundir toda a fibra.

Com referência à figura 2, o material formador de fibra é levado a uma cabeça de extrusão 10 - nesse aparelho ilustrativo, através da introdução de um material formador de fibra polimérica em uma tremonha 11, da fusão do material em uma extrusora 12, e do bombeamento do material fundido na cabeça de extrusão 10 através de uma bomba 13. O material polimérico sólido em pélete, ou outra forma particulada, é mais comumente usado e fundido a um estado líquido bombeável.

A cabeça de extrusão 10 pode ser uma fiandeira ou conjunto de fiandeiras convencional, em geral, que inclui diversos orifícios dispostos em um padrão regular, por exemplo, fileiras em linha reta. Os filamentos 15 do líquido formador de fibra são extrudados a partir da cabeça de extrusão e transportados a uma câmara ou atenuador de processamento 16. O atenuador pode se, por exemplo, um atenuador de parede móvel como o mostrado na patente N0 U.S. 6.607.624 B2 (Berrigan et al.). A distância 17 que os filamentos extrudados 15 percorrem antes de alcançar o atenuador 16 pode variar, bem como as condições às quais são expostos. As correntes de ar do arrefecimento brusco, ou outro gás, 18 podem estar presente nos filamentos extrudado a fim de reduzir a temperatura dos filamentos extrudados 15. Alternativamente, as correntes de ar, ou outro gás, podem ser aquecidas para facilitar o estiramento das fibras. Pode haver uma ou mais correntes de ar, ou outro fluido, - por exemplo, uma primeira corrente de ar 18a soprada de modo transversal à corrente do filamento, as quais podem remover materiais gasosos indesejados ou fumaças liberadas durante a extrusão; e uma segunda corrente de ar do arrefecimento brusco 18b que atinge uma maior redução da temperatura desejada. Ainda mais correntes de arrefecimento brusco podem ser usadas; por exemplo, a corrente 18b pode, por si própria, incluir mais de uma corrente para atingir um nível desejado de arrefecimento brusco. Dependendo do processo sendo usado ou da forma do produto final desejada, o ar do arrefecimento brusco pode ser suficiente para solidificar os filamentos extrudados 15 antes que alcancem o atenuador 16. Em outros casos, os filamentos extrudados ainda estão em uma condição amaciada ou fundida quando penetram o atenuador. Alternativamente, nenhuma corrente de arrefecimento brusco é usada; em tal caso, a ar ambiente ou outro fluido entre a cabeça de extrusão 10 e o atenuador 16 pode ser um meio para qualquer alteração nos filamentos extrudados antes que eles sejam introduzidos no atenuador.

Os filamentos 15 atravessam o atenuador 16 e, então, saem sobre um coletor 19 onde são coletados como uma massa de fibras 20. No atenuador, os filamentos são alongados e reduzidos em diâmetro e as moléculas de polímero nos filamentos se tornam orientadas e pelo menos porções das moléculas de polímero no interior das fibras se tornam alinhadas ao eixo longitudinal das fibras. No caso de polímeros semi-cristalinos, a orientação é suficiente, em geral, para desenvolver a cristalinidade induzida por alongamento, a qual alonga muito as fibras resultantes.

O coletor 19 é geralmente poroso e um dispositivo de extração de gás 114 pode ser posicionado abaixo do coletor a fim de auxiliar na deposição das fibras sobre o coletor. A distância 21 entre a saída do atenuador e o coletor pode ser variada a fim de obter diferentes efeitos. Ademais, antes da coleta, as fibras ou filamentos extrudados podem estar sujeitos a inúmeras etapas adicionais de processamento não ilustradas na figura 2, por exemplo, estiramento adicional, aspersão, etc. Após a coleta, a massa coletada 20 é, em geral, aquecida e bruscamente arrefecida conforme descrito em maiores detalhe abaixo; porém a massa poderia ser enrolada formando um cilindro de armazenamento para posterior aquecimento e arrefecimento brusco se for desejado. Geralmente, uma vez que a massa 20 foi aquecida e bruscamente arrefecida, a mesma pode ser transmitida para outro aparelho, como calandras, estações de gofragem, Iaminadores1 cortadores e similares; ou pode atravessar os cilindros de acionamento 22 e ser enrolada formando um cilindro de armazenamento 23.

Em um método preferencial de formação da manta, a massa 20 de fibras é transportada pelo coletor 19 através de uma operação de aquecimento e arrefecimento brusco, conforme ilustrado na figura 2 a figura 4. Com propósitos de abreviação, refere-se, com freqüência, ao aparelho retratado particularmente da figura 3 e na figura 4 como um aquecedor de fluxo bruscamente arrefecido, ou mais simplesmente como um aquecedor bruscamente arrefecido. A massa coletada 20 primeiramente passa por baixo de um dispositivo de aquecimento controlado 100 montado acima do coletor 19. O dispositivo de aquecimento exemplificador 100 compreende um compartimento 101 que é dividido em um espaço cheio superior 102 e um espaço cheio inferior 103. Os espaços cheios superior e inferior são separados por uma placa 104 perfurada com uma série de orifícios 105 que são, tipicamente, uniformes em tamanho e espaçamento. O espaço cheio superior é abastecido por um gás, tipicamente ar, 102 através de aberturas 106 provenientes dos condutos 107, e a placa 104 funciona como um meio de distribuição de fluxo a fim de fazer com que o ar usado no abastecimento do espaço cheio superior seja distribuído bastante uniformemente ao atravessar a placa para o interior do espaço cheio inferior 103. Oufros meios para distribuição de fluxo úteis incluem aletas, defletores, tubulações, represas de ar, telas ou placas sinterizadas, isto é, dispositivos que igualam a distribuição de ar.

No dispositivo de aquecimento ilustrativo, 100 a parede de fundo 108 do espaço cheio inferior 103 é formada com uma fenda retangular alongada 109 através da qual uma corrente do tipo cortina de 110 ar aquecido proveniente do espaço cheio inferior é soprado sobre a massa 20 que percorre o coletor 19 abaixo do dispositivo de aquecimento 100 (a massa 20 e o coletor 19 são mostrados parcialmente repartidas na figura 3). O dispositivo de extração de gás 114 se estende, de preferência, suficientemente para repousar sob a fenda 109 do dispositivo de aquecimento 100 (bem como se estende descendentemente pela manta por uma distância 118 que ultrapassa a corrente aquecida 110 e atravessa uma área marcada 120, conforme será discutido abaixo). O ar aquecido no espaço cheio está, dessa forma, sob uma pressão interna no interior do espaço cheio 103, e na fenda 109 está sob o vácuo de escape do dispositivo de extração de gás 114. Para controle adicional da força de escape, uma placa perfurada 111 pode ser posicionada sob o coletor 19 a fim de impor um tipo de meio de contrapressão ou de restrição de fluxo que contribui para o espalhamento da corrente 110 de ar aquecido em uma uniformidade desejada pela largura ou da área aquecida da massa coletada 20 e ser inibida no fluxo através de porções de baixa densidade possíveis da massa coletada. Outros meios de restrição de fluxo úteis incluem telas ou placas sinterizadas. 2o O número, o tamanho e a densidade das aberturas na placa 111

podem ser variados em diferentes áreas a fim de atingir o controle desejado. Grandes quantidades de ar atravessam o aparelho formador de fibra e devem ser desfeitas à medida que as fibras alcançam o coletor na região 115. Ar suficiente atravessa a manta e o coletor na região 116 para firmar a manta no lugar sob as várias correntes de ar. Aberturas suficientes são necessárias na placa sob a região de tratamento por calor 117 e a região de arrefecimento brusco 118 a fim de permitir que o ar de tratamento atravesse a manta, enquanto uma resistência suficiente se mantém para garantir que o ar seja distribuído de maneira mais uniforme.

A quantidade e a temperatura do ar aquecido que atravessa a massa 20 são escolhidas para incitar uma modificação adequada na morfologia das fibras. Particularmente, a quantidade e a temperatura são escolhidas de modo que as fibras sejam aquecidas para a) causar fusão/amaciamento de porções moleculares significativas no interior de uma seção transversal da fibra, por exemplo, a fase caracterizada por amorfismo da fibra, porém b) não—causarão uma fusão completa de outra fase significativa, por exemplo, a fase caracterizado por cristalito. Utiliza-se a expressão "fusão/amaciamento" pois o material polimérico amorfo é tipicamente amaciado ao invés de ser fundido, enquanto o material cristalino, o qual pode estar parcialmente presente na fase caracterizada por amorfismo, é tipicamente fundido. Isso também pode ser afirmado, sem referência a fases, simplesmente como aquecimento para causar uma fusão de cristalitos de baixa ordem no interior da fibra. As fibras como um todo são mantidas não- fundidas, por exemplo, as fibras geralmente retém o mesmo formato e dimensões da fibra que possuíam antes do tratamento. Compreende-se que as porções substanciais da fase caracterizada por cristalito retém sua estrutura cristalina pré-existente após o tratamento por calor. A estrutura cristalina pode ter sido adicionada à estrutura cristalina existente, ou no caso da estrutura cristalina de fibras altamente ordenada, pode ter sido removida a fim de criar fases caracterizadas por amorfismo e caracterizadas por cristalito distinguíveis.

Com o propósito de atingir a alteração da morfologia da fibra pretendida ao longo da massa coletada 20, as condições de temperatura-tempo devem ser controladas através de toda a área aquecida da massa. Foram obtidos os melhores resultados quando a temperatura da corrente 110 de ar aquecido que atravessa a manta está dentro de uma faixa de 5°C e, de preferência, dentro de 2 ou mesmo 1°C, através da largura da massa que está sendo tratada (a temperatura do ar aquecido é freqüentemente medida para um controle conveniente da operação no ponto de entrada para o ar aquecido no interior do compartimento 101, porém também pode ser medida de modo adjacente à manta coletada com pares térmicos). Além disso, o aparelho de aquecimento é operado para manter uma temperatura estável na corrente ao longo do tempo, por exemplo, efetuando rapidamente o ciclo de liga e desliga do aquecedor a fim de evitar aquecer demais ou aquecer de menos.

Para controlar, de modo adicional, o aquecimento e para completar a formação da morfologia desejada das fibras da massa coletada 20, a massa é submetida ao arrefecimento brusco imediatamente após à aplicação da corrente 110 de ar aquecido. Tal arrefecimento brusco pode geralmente ser obtido através da condução do ar ambiente sobre e através da massa 20 à medida que a massa sai da corrente de ar quente controlada 110. O numerai 120 na figura 4 representa uma área em que o ar ambiente é conduzido através da manta pelo dispositivo de extração de gás através da manta. O dispositivo de extração de gás 114 se estende ao longo do coletor por uma distância 118 que ultrapassa o dispositivo de aquecimento 100 a fim de garantir o resfriamento e o arrefecimento brusco completos de toda a massa 20 na área 120. O ar pode ser conduzido para baixo da base do compartimento 101, por exemplo, na área 120a marcada na figura 4 de desenho, de modo que alcance a manta diretamente após a mesma ter saído da corrente de ar quente 110. Um resultado desejado do arrefecimento brusco é a remoção rápida do aquecimento proveniente da manta e das fibras e, portanto, a limitação da extensão e natureza da ordenação molecular ou de cristalização que ocorrerá subseqüentemente nas fibras. Em geral, a operação de aquecimento e arrefecimento brusco apresentada é realizada enquanto uma manta é movida através da operação em uma esteira transportadora, e o arrefecimento brusco é executado antes que a manta seja enrolada formando um cilindro de armazenamento ao final da operação. Os momentos do tratamento dependem da velocidade com que uma manta é movida através de uma operação, porém, em geral, a operação total de aquecimento e arrefecimento brusco é realizada em um minuto ou menos e, de preferência, em menos de 15 segundos. Através do rápido arrefecimento brusco do estado fundido/amaciado para um estado solidificado, compreende-se que a fase caracterizada por amorfismo é congelada gerando uma forma cristalina mais purificada, com material molecular reduzido que pode interferir no amaciamento, ou amaciamento repetível, das fibras. Desejavelmente, a massa é resfriada por um gás a uma temperatura, pelo menos, menos que 50°C que o Ponto de Fusão Nominal; ademais, o gás do arrefecimento brusco ou outro fluido, é desejavelmente aplicado por um período na ordem de pelo menos um segundo, desejavelmente por um período pelo menos duas ou três vezes tão longo quanto a corrente aquecida empregada pela manta. Em qualquer circunstância, o gás do arrefecimento brusco, ou outro fluido, possui capacidade de calor suficiente para solidificar as fibras rapidamente. Outros fluidos que podem ser usados incluem água borrifada sobre as fibras, por exemplo, água ou vapor aquecidos a fim de aquecer as fibras e água relativamente fria a fim de arrefecer as fibras bruscamente. O sucesso em atingir o tratamento por calor e a morfologia

desejados da fase caracterizada por amorfismo pode ser confirmado, com freqüência, com o teste DSC das fibras representativas provenientes de uma manta tratada; e as condições de tratamento podem ser ajustadas de acordo com as informações obtidas pelo teste DSC, conforme discutido em maiores detalhes no Pedido N° de Série 11/461.201 supramencionado. Desejavelmente, a aplicação e o arrefecimento brusco do ar aquecido são controlados a fim de fornecer uma manta cujas propriedades facilitem a formação de uma matriz moldada adequada. Se um aquecimento inadequado é empregado, a manta pode ser difícil de moldar. Se um aquecimento excessivo ou um arrefecimento brusco são empregados, a manta pode ser fundida ou se tornar fragilizada e também pode não obter a carga de modo adequado.

As mantas de não-tecido podem ter uma disposição de fibra aleatória e, em geral, propriedades físicas em-pfano isotrópicas (por exemplo, resistência à tração). Em geral, tais mantas de não tecido isotrópicas são preferenciais para a formação de respiradores moldados com formato de bojo. Todavia, as mantas podem apresentar, se desejado, uma construção de fibra alinhada (por exemplo, uma em que as fibras são alinhadas na direção da máquina, conforme descrito na patente U.S. Nc 6.858.297 de Shah et al. mencionada acima) e propriedades físicas anisotrópicas no plano.

Uma variedade de material formador de fibra polimérica pode ser usado no processo apresentado. O polímero pode ser, essencialmente, qualquer material formador de fibra termoplástica semi-cristalina capaz de fornecer uma manta de não tecido carregada, a qual pode suportar a operação de arrefecimento brusco e aquecimento descrita acima, e que manterá propriedades de eletreto ou de separação de carga satisfatórias. Os materiais formadores de fibra polimérica preferenciais são as resinas semi-cristalinas não condutivas que têm uma resistividade volumétrica de 1014 Ohm-centímetros ou superior à temperatura ambiente (22eC). De preferência, a resistividade volumétrica é de cerca de 1016 Ohm-centímetros ou superior. A resistividade do material formador de fibra polimérica pode ser medida de acordo com o teste segundo a norma ASTM D 257-93. O material formador de fibra polimérica também está, de preferência, substancialmente livre de componentes como agentes antiestática, os quais poderiam elevar, significativamente, a condutividade elétrica ou, de outro modo, interferir na capacidade da fibra em aceitar e reter as cargas eletrostáticas. Alguns exemplos de polímeros que podem ser usados em mantas carregáveis incluem polímeros termoplásticos contendo poliolefinas, como polietileno, polipropileno, polibutileno, poli(4-metil- 1-penteno) e copollmeros de olefina cíclica e combinações de tais polímeros. Outros polímeros que podem ser usados, mas que podem ser difíceis de carregar, ou que podem perder carga rapidamente, incluem policarbonatos, copolímeros de bloco, como estireno-butadieno-estireno e copolímeros de bloco de estireno-isopreno-estireno, poliésteres, como tereftalato de polietileno, poliamidas, poliuretano e demais polímeros que serão familiares aos indivíduos versados na técnica. As fibras são, de preferência, preparadas a partir de poli- 4-metil-1 penteno ou polipropileno. Com a máxima preferência, as fibras são preparadas a partir do homopolímero de polipropileno devido â sua habilidade em reter carga elétrica, em particular, em ambientes úmidos.

A carga elétrica pode ser conferida às mantas de não tecido apresentadas sob diversas formas. Isto pode ser executado, por exemplo, pelo contato da manta com a água, conforme apresentado na patente U.S. Nd 5.496.507 para Angadjivand et al., tratamento por corona, conforme apresentado na patente U.S. N° 4.588.537 para Klasse et al., hidrocarga, conforme apresentado, por exemplo, na patente U.S. N0 5.908.598 para Rousseau et al., tratamento por plasma, conforme apresentado na patente U.S. N° 6.562.112 B2 para Jones et al. e na publicação de pedido de patente N° US2003/0134515 A1 para David et al., ou combinações dessas.

Aditivos podem ser adicionados ao polímero para melhorar ou acentuar o desempenho de filtração da manta, a capacidade de carregamento de eletreto, as propriedades mecânicas, propriedades de envelhecimento, fingimento, propriedades da superfície ou demais características de interesse. Os aditivos representativos incluem enchimentos, agentes de nucleação (por exemplo, MILLAD™ 3988 dibenzilideno sorbitol, comercialmente disponível junto à Milliken Chemical), aditivos de melhoria do carregamento de eletreto (por exemplo, tristearila melamina, e vários fotoestabilizadores, como CHIMASSORB™ 119 e CHIMASSORB 944 da Ciba Specialty Chemicals), inibidores de oura, agentes de endurecimento (por exemplo, poli(4-metil-1- penteno)), agentes ativos de superfície e tratamentos de superfície (por exemplo, tratamentos do átomo do flúor para aumentar o desempenho de filtração em um meio úmido oleoso, conforme apresentado nas patentes U.S. N0. 6.398.847 B1, 6.397.458 B1 e 6.409.806 B1 para Jones et al.). Os tipos e as quantidades de tais aditivos serão familiares aos indivíduos versados na técnica. Por exemplo, os aditivos de melhoria do carregamento de eletreto estão genericamente presentes em uma quantidade menor que cerca de 5% em peso e, mais tipicamente, menor que cerca de 2% em peso.

As mantas de não tecido apresentadas podem ser formadas em respiradores moldados em formato de bojo que usam métodos e componentes que serão familiares aos indivíduos versados na técnica. Os respiradores moldados apresentados podem incluir, se desejado, uma ou mais camadas adicionais, diferentes da matriz de camada única apresentada. Por exemplo, camadas de revestimento externo ou interno podem ser empregadas visando a estética ou o conforto, e não para fins de filtração ou reforço. Também, uma ou mais camadas porosas contendo partículas absorventes podem ser empregadas na captura de vapores de interesse, como as camadas porosas descritas no pedido de patente US N° de série 11/431.152 depositado em 8 de maio de 2006 e intitulada PARTICLE-CONTAINING FIBROUS WEB. Outras camadas (incluindo camadas de endurecimento ou elementos de endurecimento) podem ser incluídos, se desejado, muito embora não sejam necessárias para o fornecimento de um respirador moldado que tem o valor de Resistência à Deformação RD citado.

Pode ser desejável monitorar as propriedades da manta plana, como gramatura, espessura da manta, solidez, DEF, dureza Gurley, dureza Taber, queda de pressão, percentual inicial de penetração de NaCI, % de penetração de DOP ou o Fator de Qualidade FQ, assim como para monitorar as propriedades de matriz moldada, eximo dureza King, Resistência ã Deformação RD ou queda de pressão. As propriedades da matriz moldada podem ser avaliadas formando uma matriz de teste em formato de bojo entre as metades macho e fêmea compatíveis de uma molde hemisférico contendo raio de 55 mm e volume de 310 cm3.

O DEF pode ser determinada (exceto se especificado em contrário) com o uso de uma taxa de fluxo de ar de 32 L/min (correspondente â velocidade de face de 5,3 cm/segundo), usando o método descrito em Davies, C. N., "The Separation of Airborne Dust and Particles", Institution of Mechanical Engineers, Londres, Trabalhos 1B, 1952.

A dureza Gurley pode ser determinada com o uso de um Testador de Resistência ao Arqueamento do Modelo 4171E GURLEY™ da Gurley Precision Instruments. Retângulos retangulares de 3,8 cm χ 5,1 cm são cortados por matriz provenientes de mantas, estando o lado alongado da amostra alinhado à direção transversal da manta (manta transversal). As amostras são carregadas no Testador de Resistência ao Arqueamento, estando o lado alongado da amostra inserido na garra retentora da manta. As amostras são flexionadas nas duas direções, isto é, com o braço de teste pressionado contra a primeira face da amostra principal, e em seguida de encontro ã segunda face da amostra principal, e a média das duas medições é registrada como a dureza em miligramas. O teste é tratado como um teste destrutivo, e se houver necessidade de medições complementares, sâo empregadas amostras frescas. A dureza Taber pode ser determinada com o uso de um testador

de dureza do Modelo 150-B TABER™ (comercialmente disponível junto á Taber Industries). Seções quadradas de 3,8 cm χ 3,8 cm foram cortadas cuidadosamente das mantas com o uso de uma lâmina de navalha afiada com o intuito de evitar a fusão da fibra, e avaliadas para que sejam determinadas as durezas nas direções transversais e da máquina com o uso de 3 a 4 amostras e uma deflexão de amostra de 15°.

A penetração percentual, a queda de pressão e o Fator de Qualidade FQ de filtração podem ser determinados com o uso de um aerossol de teste contendo partículas de DOP ou NaCI, transmitidas (exceto onde indicado em contrário) na taxa de fluxo de 85 L/min, e avaliadas com o uso de um testador de filtro automatizado de alta velocidade Modelo 8130 da TSI™ (comercialmente disponível junto à TSI Inc.). Para o teste de NaCI, as partículas podem ser geradas a partir de uma solução de NaCI a 2% para fornecer um aerossol contendo partículas com um diâmetro de cerca de 0,075 Mm e uma concentração transportada por ar de cerca de 16 a 23 mg/m3, e o Testador de Filtro Automatizado pode ser operado com o aquecedor e o neutralizador de partículas ligados. Para o teste de DOP, o aerossol pode conter partículas com um diâmetro de cerca de 0,185 pm a uma concentração de cerca de 100 mg/m3, e o Testador de Filtro Automatizado pode ser operado com o aquecedor e o neutralizador de partícula desligados. As amostras podem ser carregadas até a penetração máxima de partícula de NaCI ou de DOP a velocidade de face de 13,8 cm/segundo para amostras de manta plana ou uma taxa de fluxo de 85 L/min para matrizes moldadas antes de pausar o teste. Fotômetros calibrados podem ser empregados na entrada e na saída do filtro para medir a concentração de partícula e a % de penetração de partícula através do filtro. Um transdutor de pressão MKS (comercialmente disponível junto à MKS Instruments) pode ser empregado para medir a queda de pressão (ΔΡ, mm H2O) através do filtro. A equação:

/§ da penetração de \ — InI_partículas

pode ser usada para calcular FQ. Os parâmetros que podem ser medidos ou calculados para o aerossol de teste escolhido incluem a penetração inicial de partículas, a queda de pressão inicial, o fator de qualidade inicial FQ, a penetração máxima de partículas, a queda de pressão na penetração máxima e os miligramas de carregamento de partícula na penetração máxima (o peso total de teste para o filtro até o momento da penetração máxima). O valor do fator de qualidade inicial FQ usualmente fornece um indicador confiável do desempenho geral, sendo que valores iniciais mais elevados de FQ indicam melhor desempenho de filtração, e valores iniciais mais baixos de FQ indicam desempenho de filtração reduzido. A Resistência ã deformação RD pode ser determinada com o uso

de um Analisador de Textura do Modelo TA-XT2Í/5 (da Texture Technologies Corp.) equipado com uma sonda de teste de policarbonato com 25,4 mm de diâmetro. Uma matriz de teste moldada (preparada conforme descrito acima na definição da dureza King) é colocada com a face para baixo sobre o estágio do Analisador de Textura. A Resistência à Deformação RD é medida pelo avanço descendente da sonda de policarbonato a 10 mm/segundo de encontro ao centro da matriz de teste moldada ao longo de uma distância de 25 mm. Com o uso de cinco amostras de matriz de teste moldada, a força (pico) máxima é registrada, e a média é calculada para a determinação do valor RD. 2o A invenção é ilustrada, ainda, pelos seguintes exemplos

ilustrativos, onde todas as partes e percentuais sâo expressos em peso, exceto onde indicado em contrário.

Exemplo 1

Com o uso de um aparelho semelhante àquele mostrado na figura 2 até a figura 4, mantas de camadas única de monocomponente são formadas a partir do polipropileno FINA 3860, o qual tem um Índice de fiuidez de 70, encontrando-se disponível junto à Total Petrochemicals, ao qual foi adicionado 0,75% em peso do fotoestabilizador de amina-impedida CHIMASSORB 944 da Ciba Speclalty Chemicals. A cabeça de extrusão 10 tinha 18 fileiras de 36 orifícios cada uma, dividida em dois blocos de 9 fileiras separadas por um vâo de 16 mm (0,63 polegada) no meio da estampa, perfazendo um total de 648 orifícios. Os orifícios foram dispostos de forma desalinhada e com 6,4 mm (0,25 polegada) de afastamento. O polímero foi alimentado à cabeça de extrusão a 0,2 g/orifício/min., onde o polímero foi aquecido até uma temperatura de 235°C (455°F). Duas correntes de ar de arrefecimento brusco (18b na figura 2; a corrente 18a não foi empregada) foram fornecidas como uma corrente mais alta proveniente das caixas de arrefecimento brusco com 406 mm (16 polegadas) de altura a uma velocidade de face aproximada de 0,42 m/s (83 pés/min) e uma temperatura de 7,2°C (45°F), e como uma corrente mais baixa proveniente das caixas de arrefecimento brusco com 197 mm (7,75 polegadas) de altura a uma velocidade de face aproximada de 0,16 m/s (31 pés/min.) e à temperatura ambiente. Um atenuador de parede móvel, como aquele descrito em Berrigan et al„ foi empregado com o uso de um vão de faca de ar (30 in Berrigan et al.) de 0,76 mm (0,030 polegada), sendo que o ar é fornecido à faca de ar na pressão de 0,08 MPa (12 psig), e uma largura de vão do topo do atenuador de 5,1 mm (0,20 polegadas), uma largura de vão do fundo do atenuador de 4,7 mm (0,185 polegada), e os lados do atenuador com 152 mm (6 polegadas) de comprimento (36 in Berrigan et al ). A distância (17 na figura 2) da cabeça de extrusão 10 até o atenuador 16 era de 78,7 cm (31 polegadas), e a distância (21 na figura 2) do atenuador 16 até a esteira de coleta 19 era de 68,6 cm (27 polegadas). A corrente da fibra de fiação por fusão foi depositada sobre a esteira de coleta 19 na largura de cerca de 53 cm (cerca de 21 polegadas). A esteira de coleta 19 moveu-se a uma taxa de cerca de 1,8 m/min (6 pés/min.) O vácuo sob a esteira de coleta 19 foi estimado para se situar na faixa de cerca de 1,5 kPa (6 polegadas) a 3 kPa (12 in H2O). Uma região 115 da placa 111 tinha aberturas de 1,6 mm (0,062-polegada) de diâmetro em espaçamento desalinhado, resultando em uma área aberta de 23%; a região retentora da manta 116 tinha aberturas de 1,6 mm (0,062-polegada) de diâmetro em espaçamento desalinhado, resultando em uma área aberta de 30%; e a região de aquecimento/aglutinação 117 e a região de arrefecimento brusco 118 tinha aberturas de 4,0 mm (0,156 polegada) de diâmetro em espaçamento desalinhado, resultando em uma área aberta de 63%. O ar foi fornecido através dos condutos 107 em taxa suficiente para apresentar cerca de 14,2 m3/min (500 pés.3/min) de ar na fenda 109, que era de 3,8 cm por 55,9 cm (1,5 pol por 22 polegadas). O fundo da placa 108 tinha 1,9 cm (% polegadas) a 2,54 cm (1 polegadas) a partir da manta coletada 20 sobre o coletor 19. A temperatura do ar que atravessa a fenda 109 do aquecedor de fluxo bruscamente arrefecido era de 164"C (327°F), conforme medido no ponto de entrada do ar aquecido para o interior do compartimento 101. 1S A manta que sai da área de arrefecimento brusco 120 foi ligada

com integridade suficiente, de modo a ser auto-suportada e manuseável com o uso de equipamentos e processos normais; a manta poderia ser enrolada pelo enrolamento normal no interior de um cilindro de armazenamento, ou poderia ser submetida a várias operações, como o aquecimento e a compressão da manta ao longo de um molde hemisférico para formar um respirador moldado. A manta foi hidrocarregada com água desionizada, de acordo com a técnica ensinada na patente U.S. N° 5.496.507 (Angadjivand et ai ), e colocada para secar. A carga da manta foi avaliada para determinar as propriedades de manta plana mostradas abaixo na tabela 1A:

TabelaIA

Propriedade Nc de eérie 1-1F Ne de série 1-2F Gramatura1 g/m2 152 164 Solidez, % 15 9,5 Propriedade N- de série 1-1F N· de série 1-2F Espessura, mm 1,1 1,9 DEF1 em Mm 11 11 Dureza Guriey. mg 4557 2261 Queda de pressão na velocidade de face de 13,8 cm/segundo, KPa (mm H2O) 0,09 (10) 0,07 (7,6) Penetração de NaCI na velocidade de face de 13,8 cm, % 0,64 " Fator de qualidade, FQ, NaCI de Teste 0,51 - Penetração de DOP na velocidade de face de 13,8 cm/segundo, % 2,7 Fator de qualidade, FQ, DOP de teste 0,34 -

As mantas planas carregadas foram avaliadas com o uso de um NaCI de teste para determinar o fator de qualidade inicial FQ1 em seguida formadas dentro das amostras do molde hemisférico com o uso das condições de moldagem mostradas abaixo na tabela 1B. Os respiradores prontos tinham uma área aproximada de superfície externa de 145 cm2. As mantas foram moldadas com o lado do coletor da manta fora do bojo. Todas as matrizes resultantes moldadas em forma de bojo tinham dureza adequada quando avaliadas manualmente. As matrizes moldadas foram testadas quanto à carga com o uso do aerossol de NaCI de teste, conforme descrito acima, para determinar a queda de pressão inicial e o percentual de penetração inicial de NaCI1 e para determinar a queda de pressão, o percentual de penetração de NaCI, as miligramas de NaCI na penetração máxima (o peso total de teste para o filtro até o momento da penetração máxima). Os resultados são mostradas abaixo na tabela 1B: Os resultados na tabela 1B mostram que as mantas de números de série 1-1F e 1-2F fornecem matrizes moldadas de camada única, monocomponente que deveriam ser aprovadas no teste de carga de NaCI N95 da C.F.R. 42 Parte 84.

Cada uma das cinco amostras das matrizes moldadas de N0 de

série 1-5M e 1-20M foram avaliadas para determinar a dureza King. Os valores da dureza King são mostrados abaixo na tabela 1C:

Tabela1C

N° de série Dureza King, N 1-5M 6,18 1-20M 1,96

Exemplo 2

Com o uso do método geral do exemplo 1, exceto quando indicado

em contrário abaixo, duas mantas de camada única monocomponente foram formadas a partir do polipropileno FINA 3860, ao qual foi adicionado 1,5% em peso de tristearila melamina (série 2-1) ou 0,5% em peso de do fotoestabilziador de amina impedida CHIMASSORB 944 (série 2-2). Um atenuador de parede móvel semelhante ao mostrado na patente U.S. N° 6.607.624 B2 (Bertigan et al.) foi empregado, com o uso de uma largura do vão de fundo de (34 in Berrigan et al. figura 2) 4,6 mm (0,18 polegada). Com base nas amostras semelhantes, avaliou-se que as fibras têm um diâmetro médio de fibra de aproximadamente 11 μητ A esteira de coleta 19 moveu-se a uma taxa de 0,030 m/s (6 fpm) para a manta de N° de série 2-1 e a 0,033 m/s (6,5 fpm) para a manta de N0 de série 2-2. A temperatura do ar que travessa a fenda 109 era de 160°C (320°F). A manta que sai da área de arrefecimento brusco 120 foi ligada com integridade suficiente, de modo a ser auto- suportada e manuseável com o uso de equipamentos e processos normais; Foram obtidas mantas com uma gramatura de 160g/m2. As mantas foram passadas através de um estrangulamento de dois cilindros de calandragem de aço inoxidável com 254 mm (IOpoIegadas) de diâmetro a 0,025 m/s (5pés/miri). O vão de calandragem foi mantido a 0,51 mm (0,020 polegada), e ambos os cilindros de calandragem foram aquecidos a 146eC (295°F). As mantas calandradas foram hidrocarregadas com água destilada, de acordo com a técnica ensinada na patente U.S. Ne 5.496.507 (Angadjivand et al.) e colocadas para secar penduradas em uma linha de um dia para o outro na condição ambiente, e em seguida foram formadas em respiradores moldados em formato de bojo e lisos, com o uso de uma prensa de moldagem hidráulica aquecida. Com o uso do NaCI de teste, as mantas carregadas tinham valores iniciais de Fator de Qualidade FQ de 0,47 (N° de série 2-1) e 0,71 (N0 de série 2-2). A moldagem foi realizado a 152°C (305°F), com o uso de um vão de molde de 0,51 mm (0,020 polegada) e um tempo de permanência de 5 segundos. Os respiradores prontos tinham uma área aproximada de superfície externa de 145 cm2. As mantas foram moldadas com o lado do coletor da manta dentro do bojo. As matrizes resultantes moldadas em forma de bojo tinham dureza adequada quando avaliadas manualmente. As matrizes moldadas foram testadas quanto à carga com o uso do aerossol de NaCI de teste, conforme descrito acima, para determinar a queda de pressão inicial e o percentual de penetração inicial, e para determinar a queda de pressão, o percentual de penetração de NaCI1 e miligramas de NaCI na penetração máxima (o peso total de teste para o filtro até o momento da penetração máxima). Os resultados são mostradas abaixo na tabela 2:

Tabela 2

N° de série ΔΡ Inicial, Pa (mm H2O) % Pen., inicial ΔΡ na penetração máxima, Pa (mm H1O) % Pen., máx Penetração máxima, mg NaCi de teste 2-1 88,3 (9,0) 1,4 121,6(12,4) 2,5 77,8 2-2 75,5 (7,7) 0.43 124,5(12,7) 0,7 69,5

Os resultados na tabela 2 mostram que as mantas de números de

série 2-1 e 2-2 fornecem matrizes moldadas de camada única monocomponente que deveriam ser aprovadas no teste de carga de NaCI N95 da C.F.R. 42 Parte 84.

Inúmeras modalidades da invenção foram descritas. No entanto, deve ficar compreendido que diversas modificações podem ser feitas sem fugir do escopo da invenção. De modo correspondente, essas e outras modalidades estão no escopo das reivindicações a seguir.

Claims (10)

1. PROCESSO PARA A FABRICAÇÃO DE UM RESPIRADOR MOLDADO, caracterizado pelo fato de que compreende: a) formar uma manta de não-tecido de camada única monocomponente de fibras poliméricas monocomponentes contínuas pela fiação por fusão, coleta, aquecimento e arrefecimento brusco das fibras poliméricas monocomponentes sob condições térmicas suficientes para formarem uma manta de fibras de fiação por fusão orientada parcialmente cristalina e parcialmente amorfa da mesma composição polimérica que são ligadas para formar uma manta manipulável e coerente que ainda pode ser amolecida e, ao mesmo tempo, reter a orientação e a estrutura da fibra, b) carregar a manta, e c) moldar a manta carregada para formar uma matriz de camada única monocomponente porosa em formato de bojo, as fibras da matriz sendo ligadas umas às outras em, pelo menos, alguns pontos de intersecção da fibra e a matriz tendo uma dureza King maior que 1 N.

2. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as fibras são ligadas de maneira autógena.

3. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, 20 caracterizado pelo fato de que compreende moldar a manta a uma temperatura pelo menos 10°C menor que o ponto de fusão nominal das fibras.

4. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a manta tem uma gramatura de cerca de 80 a cerca de 250 g/m2, e em que a matriz tem um diâmetro eficaz da fibra de cerca de 5 a cerca de 40 μηι.

5. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, quando avaliada usando um aerossol de cloreto de sódio 0,075 pm fluindo a uma velocidade de face de 13,8 cm/s, a manta carregada plana tem um fator de qualidade de filtragem inicial FQ de pelo menos cerca de 0,4 mm"1 H2O.

6. RESPIRADOR MOLDADO, caracterizado pelo fato de que compreende uma matriz de camada única monocomponente porosa em formato de bojo de fibras poliméricas monocomponente carregadas contínuas, sendo que as fibras consistem em fibras poliméricas de fiação por fusão orientadas parcialmente cristalinas e parcialmente amorfas da mesma composição polimérica, ligadas mutuamente em, pelo menos, alguns pontos de intersecção da fibra e a matriz tem uma dureza King maior do que 1 N.

7. RESPIRADOR MOLDADO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que as fibras sâo ligadas de maneira autógena.

8. RESPIRADOR MOLDADO, de acordo com a reivindicação β, caracterizado pelo fato de que a matriz tem uma gramatura de cerca de 80 a cerca de 250 g/m2.

9. RESPIRADOR MOLDADO, de acordo com a reivindicação β, caracterizado pelo fato de que a matriz tem um diâmetro eficaz da fibra de cerca de 5 a cerca de 40 pm e em que a matriz tem uma dureza King de pelo menos 2 N.

10. RESPIRADOR MOLDADO, de acordo com a reivindicaçã 6, caracterizado pelo fato de exibir menos do que 5% de penetração máxima quando exposto a um aerossol de cloreto de sódio 0,075 pm fluindo a 85 L/min.