BRPI0715037A2 - dispositivo de proteÇço e processo para fabricaÇço de um dispositivo de proteÇço - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO DE PROTEÇçO E PROCESSO PARA FABRICAÇçO DE UM DISPOSITIVO DE PROTEÇçO. A presente invenção refere-se a um dispositivo de proteção com um meio absorvente que inclui um invólucro que tem uma entrada de gás, uma saída de gás e um indicador multicamada de filme fino. O indicador multicamada de filme fino está próximo ao meio absorvente, de modo que ele pode sorver um vapor de interesse que flui da entrada de gás em direção a saída de gás. O indicador inclui uma camada de detecção porosa cuja espessura óptica se altera na presença do vapor, situada entre uma camada semi-reflexiva e uma camada reflexiva permeável ao vapor. Com o equílibrio na concentração de vapor aplicada entre ao menos uma porção do meio e o vapor, o vapor pode passar do meio até a camada reflexiva e dentro da camada de detecção, e alterar a espessura óptica da camada de detecção suficientemente para causar uma mudança visualmente discernível na aparência do indicador, se visto através da camda semi-reflexiva.

Description

"DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO E PROCESSO PARA FABRICAÇÃO DE UM

DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO"

Essa invenção refere-se a dispositivos de proteção que absorvem vapor orgânico.

Antecedentes

Vários indicadores químicos, ópticos ou eletrônicos foram propostos para alertar os usuários de respiradores individuais descartáveis, respiradores purificadores de ar equipado com motor, trajes de proteção individuais e outros dispositivos de proteção da presença de materiais indesejados. Por exemplo, um indicador do fim de vida útil ("ESLI") pode alertar que um elemento filtrante em tal dispositivo pode estar se aproximando da saturação ou pode ser ineficaz contra um material em particular. Patentes e pedidos relacionados a proteção pessoal ou proteção respiratória (e, em alguns casos, a sensores ou indicadores em geral ou a ESLIs em particular) incluem as Patentes U.S. n° 1.537.519 (Yablick), 3.966.440 (Roberts), 4.146.887 (Magnante), 4.154.586 (Jones et al.), 4.155.358 (McAIIister et al.), 4.326.514 (Eian), 4.421.719 (Burleigh), 4.530.706 (Jones), 4.597.942 (MeathreI)1 4.684.380 (Leichnitz)1 4.847.594 (Stetter), 5.297.544 (May et al.), 5.323.774 (Fehlauer), 5.376.554 (Vo-Dinh), 5.512.882 (Stetter et al.), 5.666.949 (Debe et al. "949), 5.659.296 (Debe et al. "296), 6.375.725 B1 (Bernard et al.), 6.497.756 B1 (Curado et al.) e 6.701.864 B2 (Watson, Jr. et al.), as Publicações do Pedido de Patente U.S. n° US 2004/0135684 A1 (Steinthal et al.), US 2004/0189982 Α1 (Galarneau et al.), US 2004/0223876 Α1 (Kirollos et al.) e US 2005/0188749 Α1 (Custer et al.), e o Pedido de Patente Publicado PCT n° WO 2004/057314 Α2. Sumário da Invenção

Outras patentes e pedidos de patente relacionados a sensores ou indicadores mas não a ESLIs incluem as Patentes U.S. n° 5.611.998 (Aussenegg et al.), 5.783.836 (Liu et al.), 6.007.904 (Schwotzer et al.), 6.130.748 (Kruger et al.) e 6.248.539 (Ghadiri et al.), a Publicação de Pedido de Patente U.S. n° US 2004/0184948 A1 (Rakow et al.), e o Registro de Invenção Estatutário U.S. n° H1470 (Ewing et al.).

Alguns dos sensores ou indicadores acima mencionados têm desvantagens como a necessidade de instrumentação eletrônica e energia elétrica, um design indesejavelmente complexo ou dispendioso, sensibilidade insuficiente ou sensibilidade a apenas uma ou apenas algumas substâncias. Além disto, alguns sensores ou indicadores têm sido apresentados como sendo utilizáveis para a detecção de líquidos ou vapores, mas não foram apresentados como sendo úteis para detectar a extensão de sorção para um sólido.

A invenção fornece, em um aspecto, um dispositivo de proteção que compreende um invólucro que inclui uma entrada de gás, uma saída de gás e um indicador multicamada de filme fino, sendo que:

A) o invólucro contém um meio absorvente que pode sorver um vapor de interesse que flui da entrada até a saída,

Β) o indicador multicamada de filme fino compreende:

i) uma camada de detecção porosa cuja espessura óptica se altera na presença de vapor, situada entre

ii) uma camada semi-reflexiva visível do lado de fora do invólucro e não permeável ao vapor e

iii) uma camada reflexiva permeável ao vapor e

C) a camada reflexiva está em proximidade suficiente com o meio, de tal forma que, com o equilíbrio na concentração de vapor aplicada entre ao menos uma porção do meio e o vapor, o vapor pode passar através da camada reflexiva para dentro da camada de detecção, e alterar a espessura óptica da camada de detecção suficientemente para causar uma mudança visualmente discernível na aparência do indicador, conforme visto através da camada semi-reflexiva. A invenção fornece, em outro aspecto, um processo para fabricação de um dispositivo de proteção, cujo processo compreende:

A) fornecimento de um invólucro que inclui:

i) um espaço para conter o material absorvente que irá sorver um vapor de interesse que flui através do invólucro e

ii) um indicador multicamada de filme fino que compreende:

a) uma camada de detecção porosa cuja espessura óptica irá mudar na presença do vapor, situada entre

b) uma camada semi-reflexiva visível do lado de fora do invólucro e não permeável ao vapor e

c) uma camada reflexiva permeável ao vapor,

B) colocação do meio dentro do invólucro em proximidade suficiente com a camada reflexiva, de tal forma que, com o equilíbrio na concentração de vapor aplicada entre ao menos uma porção do meio e o

vapor, o vapor pode passar através da camada reflexiva para dentro da camada de detecção, e alterar a espessura óptica da camada de detecção suficientemente para causar uma mudança visualmente discernível na aparência do indicador, conforme visto através da camada semi-reflexiva, e

C) vedação do invólucro.

O indicador multicamada de filme fino apresentado é permeável a

partir do lado da camada reflexiva e pode fornecer uma mudança colorimétrica discernível a partir do lado da camada semi-reflexiva. Isto permite a detecção do vapor de solvente enquanto o indicador está em contato com, ou próximo ao meio absorvente sólido, como o meio de carvão poroso freqüentemente empregado em cartuchos de respiradores individuais descartáveis. O indicador pode fornecer uma mudança nítida, prontamente discernível visualmente na aparência do indicador (por exemplo, uma mudança colorimétrica) quando o meio fica em equilíbrio com o vapor, e sem a necessidade de uma fonte de luz equipada com motor, detector óptico ou analisador espectral. O indicador pode fornecer vantagens incluindo baixo custo, facilidade de uso, força e um amplo espectro de sensibilidade em relação a uma variedade de vapores de interesse.

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 de um respirador com

cartuchos absorventes substituíveis equipados com um indicador de fim de vida útil de filme fino de multicamada,

A figura 2 é uma vista lateral, parcialmente em seção, de um cartucho substituível preenchido com carbono para uso no respirador da figura 1, A figura 3 é uma vista em perspectiva, parcialmente em seção,

de um dispositivo respiratório individual descartável equipado com um indicador de fim de vida útil de filme fino de multicamada,

A figura 4 é uma vista seccional esquemática de um indicador multicamada de filme fino; A figura 5a e a figura 5b são vistas esquemáticas seccionais

laterais e superiores, respectivamente, de um precursor de indicador multicamada de filme fino revestido com uma resina fotorresistente perfurada.

A figura 6a e a figura 6b são vistas esquemáticas seccionais laterais e superiores, respectivamente, do precursor da figura 5a e da figura 5b, depois que a camada reflexiva de alumínio foi perfurada por desbaste e a resina fotorresistente foi removida.

A figura 7 até a figura 9 são vistas em corte lateral esquemáticas do indicador multicamada de filme fino apresentado montado próximo a vários meios absorventes,

A figura 10 até a figura 12 são curvas que mostram a resposta de vários indicadores de filme fino de multicamada a uma provocação de tolueno,

A figura 13 é uma fotomicrografia de orifícios removidos a laser através de uma camada reflexiva de alumínio e uma camada de detenção polimérica,

A figura 14 até a figura 17 são curvas que mostram a resposta do indicador multicamada de filme fino adicional a uma provocação de tolueno;

A figura 18 e a figura 19 são representações em preto e branco das frentes de onda coloridas que se movem através dos indicadores de filme fino de multicamada e

A figura 20 é uma curva que mostra a resposta de um indicador multicamada de filme fino a provocações de vários vapores.

Descrição Detalhada Os termos demonstrados abaixo são definidos da seguinte forma:

"Vapor de interesse" significa um vapor orgânico ou inorgânico cuja remoção do ar ambiente (por exemplo, ar de respiração) é desejada.

"Analito" significa o vapor de interesse específico ou outro componente que está sendo detectado, por exemplo, em uma análise química ou bioquímica.

"Opticamente responsivo", quando usado em relação a um artigo ou uma camada de detecção, significa que o artigo ou camada de detecção apresenta uma mudança responsiva de uma propriedade óptica detectável quando um analito está presente, como uma mudança na espessura óptica (isto é, a espessura física ou o índice de refração), refletividade, deslocamento de fase, polarização, birrefringência ou transmissão de luz.

"Invólucro" significa um cartucho, cápsula, bolsa, confinamento, alojamento ou outra estrutura em que o meio absorvente pode ser colocado em posição, lacrado, se necessário, para armazenamento ou transporte, aberto posteriormente, caso necessário, para instalação e uso, e, consequentemente, empregado para sorver um vapor de interesse.

"Reflexivo", quando usado em relação a uma camada, significa que a camada reflete luz visível.

"Camada semi-reflexiva" significa uma primeira camada reflexiva, que em comparação a uma segunda camada reflexiva, tem uma refletividade menor e uma transmissão de luz maior que a da segunda camada reflexiva, e que pode, por exemplo, ser usada em relação espaçada com a segunda camada reflexiva para fornecer uma coloração por interferência.

"Permeável a vapor", quando usado em relação a um lado da camada reflexiva que está em comunicação fluida com uma camada de detecção porosa, significa que, se o outro lado da camada reflexiva é exposto a uma corrente de ar contendo 1.000 ppm de vapor de monômero de estireno fluindo a 20 L/min durante 15 minutos, monômero de estireno suficiente irá passar através da camada reflexiva, de modo que uma mudança opticamente responsiva ocorre na camada de detecção.

"Poroso", quando usado em relação a um material, significa que o material contém uma rede conectada de poros (que podem ser, por exemplo, aberturas, espaços intersticiais ou outros canais) ao longo do seu volume.

"Tamanho", quando usado em relação a um poro, significa o diâmetro do poro para um poro contendo uma seção transversal circular, ou o comprimento de linha de maior seção transversal que pode ser construída ao longo de um poro contendo uma seção transversal não-circular. "Microporoso", quando usado em relação a um material, significa

que o material é poroso, com um tamanho médio de poro de cerca de 0,3 a 100 nanômetros.

"Contínua", quando usado em relação a uma camada de material, V 7

significa que a camada é não-porosa e não é permeável a vapor.

"Semicontínua", quando usado em relação a uma camada de material, significa que a camada é porosa e é permeável a vapor.

"Descontínua", quando usado em relação a uma camada de material, significa que a camada tem ao menos duas ilhas separadas e distintas do material dentro de um dado plano com um espaço vazio entre as mesmas, ou ao menos dois espaços vazios (lagos) distintos e separados dentro de um dado plano com o material entre os mesmos, e que a camada é permeável a vapor.

Os dispositivos apresentados podem ser usados para detectar uma variedade de vapores de interesse. Vapores de interesse representativos incluem vapor d'água, gases e compostos químicos orgânicos voláteis. Compostos químicos orgânicos voláteis representativos incluem compostos de carbono substituídos ou não substituídos, incluindo alcanos, cicloalcanos, compostos aromáticos, alcoóis, éteres, ésteres, cetonas, halocarbonetos, aminas, ácidos orgânicos, cianatos, nitratos e nitrilos, por exemplo, n-octano, ciclohexano, metil etil cetona, acetona, acetato de etila, dissulfeto de carbono, tetracloreto de carbono, benzeno, estireno, tolueno, xilenos, metil cloroformiato, tetraidrofurano, metanol, etanol, álcool isopropílico, álcool n-butílico, álcool t- butílico, 2-etóxi etanol, ácido acético, 2-aminopiridina, etileno glicol monometil éter, tolueno-2,4-diisocianato, nitrometano e acetonitrila.

Com referência à figura 1, um respirador individual 1 inclui uma máscara facial 2 e m que é montado um par de cartuchos 3 d e respirador purificadores de ar substituíveis. Cada um dos cartuchos 3 serve como um invólucro para o material absorvente (por exemplo, carvão ativado), não mostrado na figura 1. A cobertura frontal 4 de cada cartucho 3 inclui uma pluralidade de aberturas 5 que servem como entradas de gás, permitindo que ar ambiente do ambiente externo flua para dentro do cartucho 3, através do material absorvente e, dali, através de uma passagem (não identificada na figura 1) que serve como uma saída de gás do cartucho 3 e uma entrada para a máscara facial 2. A parede lateral 6 em cada cartucho 3 inclui uma porta de visualização transparente 7 através da qual o usuário da máscara facial 2 pode ver o indicador multicamada de filme fino 8. Cada indicador 8 pode envolver uma ou mais regiões curvas no cartucho 3, para fornecer visibilidade aprimorada a partir de uma variedade de ângulos de visão e para permitir que os cartuchos 3 sejam montados de qualquer lado do respirador 1. O indicador 8 é opticamente responsivo, sendo submetido a uma mudança colorimétrica visualmente discernível quando o material absorvente entra em equilíbrio com o vapor sob as condições de exposição, auxiliando o usuário, por meio disto, no reconhecimento do momento em que se deve substituir o cartucho ou cartuchos 3. O ar exalado sai do respirador 1 através de uma válvula de exalação 9. O indicador pode ser usado em uma variedade dispositivos de proteção respiratórios. Por exemplo, o indicador pode, também, ser ativado em um único cartucho de um respirador ou de um respirador purificador de ar equipado com motor.

A figura 2 é uma vista lateral, parcialmente em seção, do cartucho 3 do respirador. Caso se deseje, as aberturas 5 podem ser lacradas até o uso utilizando-se, por exemplo, uma cobertura removível (não mostrada na figura 1 e na figura 2) que pode ser removida antes do uso. Um leito de material absorvente 21 absorve ou adsorve vapores de interesse que passam das aberturas 5 até a saída 23. Uma válvula de inalação 25 de sentido único montada na parte posterior 27 evita que o ar exalado entre no cartucho 3. Um conector ou conectores 29 de rosca ou, de preferência, baionetados podem ser usados para unir, de maneira removível, o cartucho 3 à máscara 2. A parede lateral 6 inclui uma porta de visualização transparente 7 sobre o indicador multicamada de filme fino 8. A porta 7 permite que luz ambiente passe para o indicador 8 através de uma camada semi-reflexiva (não identificada na figura 2) do indicador 8, situada de forma adjacente à porta de visualização 7. Caso se deseje, um revestimento removível W 9

ou substituível ou outra cobertura (não mostrada na figura 2) pode, opcionalmente, ser usada para proteger a porta 7 de respingos de tinta ou espuma, poeira, ou outro obscurecimento. A luz ambiente que entra na porta 7 e no indicador 8 retorna através da porta de visualização 7 através de uma camada reflexiva permeável a vapor (não identificada na figura 2) no indicador 8, situada de forma adjacente ao material absorvente 21. Os cartuchos 3 seriam removidos e substituídos por cartuchos 3 novos quando uma mudança visualmente discernível na aparência do indicador 8 (por exemplo, uma mudança na cor como de verde para vermelho, um aparecimento ou desaparecimento de uma cor como de branco ou preto para colorido ou de colorido para branco ou preto, ou uma mudança de branco para preto ou de preto para branco) indicasse que o material absorvente 21 abaixo do indicador 8 entrou em equilíbrio com o vapor sob as condições de exposição. Configurando-se o indicador 8 de modo que o mesmo cobre o comprimento total da trajetória de fluxo de vapor, uma mudança na aparência (por exemplo, uma alteração de cor) "frontal" avançaria com o fluxo de vapor através do material absorvente 21 e além do indicador 8. A frente da mudança na aparência que avança indicaria o restante de vida útil do cartucho 3 (como uma barra de medição ou medidor de combustível) do que apenas o fim da vida útil, especialmente onde cuidado adequado é tomado para o cartucho 3 projetado, de modo que seu tempo de vida restante é linearmente proporcional a penetração espacial frontal de vapor além do indicador 8. Alternativamente, o indicador 8 pode ser colocado perto do final da trajetória de fluxo apenas para apresentar uma advertência de apenas uma porcentagem restante de vida útil. O indicador 8 ou porta de visualização 7 pode, caso se deseje, incluir um padrão ou cor de referência para ajudar no discernimento visual das alterações na aparência do indicador 8. Conforme mencionado, mudanças na aparência do indicador 8 podem ser monitoradas visualmente sob iluminação ambiente. Alternativamente, o indicador 8 pode ser iluminado através do uso de uma fonte de luz externa como um diodo emissor de luz (LED) e avaliado com o uso de um fotodetector montado na periferia do cartucho 3, para fornecer um sinal optoeletrônico. Seja vista sob luz ambiente ou mediante o uso de um fonte de luz externa e um fotodetector, a largura da detecção química pode, caso se deseje, ser aumentada em uma variedade de formas. Por exemplo, um pequeno conjunto de indicadores que atravessam a trajetória do fluxo de vapor pode ser empregado. Cada indicador pode conter camadas de detecção porosa de diferentes materiais (por exemplo, uma camada de detecção de sílica, uma camada de detecção aplicada por deposição de vapor químico em plasma ("PCVD"), e uma camada de detecção produzida a partir de polímeros que tem microporosidade intrínseca ("PIMs"), todas discutidas abaixo). Além disto, uma série de indicadores pode conter camadas de detecção de mesmo material (por exemplo, sílica) tratadas com o uso de uma série de tratamentos químicos diferentes, para fornecer uma faixa de propriedades de sorção. A sílica porosa pode, por exemplo, ser tratada com várias silano-alquilas, a fim de conferir um caráter mais hidrofóbico aos poros.

A figura 3 mostra um respirador individual descartável 30 em seção transversal parcial. O dispositivo 30 pode ser, por exemplo, uma máscara descartável como aquela mostrada na Patente U.S. n° 6.234.171 B1 (Springett et al.), modificada para incluir um ESLI de filme fino. O dispositivo 30 tem um envoltório ou corpo do respirador 31 genericamente em formato de bojo, produzido a partir de uma manta de revestimento exterior 32, partículas absorventes 33 e uma manta de revestimento interna 34. Um borda soldada segura estas camadas juntas e fornece uma região de lacre facial que reduz o vazamento através da borda do dispositivo 30. O vazamento é reduzido ainda mais através de uma faixa nasal 36 maleável de metal macio de um metal como alumínio. O dispositivo 30 inclui uma porta de visualização transparente 37 e um indicador multicamada de filme fino 38 adjacente às partículas absorventes 33. O dispositivo 30 inclui, também, faixas ajustáveis de cabeça e pescoço 39, ligadas ao dispositivo 30 por abas 40, e uma válvula de exalação 41. Detalhes adicionais relacionados à construção de tal respirador serão familiares aos versados na técnica.

A figura 4 mostra uma vista esquemático do indicador multicamada de filme fino 42 adjacente a um substrato transparente 43 e um meio absorvente 48. O indicador 42 inclui uma camada semi-reflexiva 44, uma camada de detecção porosa 45 e uma camada reflexiva permeável a vapor 46. Sob a ocorrência de, ou logo após o equilíbrio da concentração de vapor aplicada entre ao menos uma porção do meio 48 e um vapor de interesse, o vapor pode passar através de poros 47 na camada de detecção 45. A camada de detecção 45 é produzida a partir de um material adequado ou feito a partir de uma estrutura adequada, de modo que a espessura óptica da camada se altera (por exemplo, aumenta) sob exposição ao vapor de interesse. A mudança da espessura óptica resultante causa uma mudança visualmente perceptível na aparência do indicador 42. A mudança pode ser vista observando-se o indicador 42 do lado de fora, isto é, através do substrato 43. Uma porção de luz ambiente, representada pelo raio 49a, passa através do substrato 43, é refletida a partir da camada semi-reflexiva 44 como um raio de luz 49b, viaja de volta através do substrato 43 e, então, passa para o lado de fora do substrato 43. Outra porção de um raio de luz ambiente 49a passa através do substrato 43, da camada semi-reflexiva 44 e da camada de detecção 45, e é refletida através da camada reflexiva 46 como um raio de luz 49c. O raio de luz 49c viaja de volta através da camada de detecção 45, da camada semi-reflexiva 44 e do substrato 43, e, então, passa para o lado de fora do substrato 43. Se uma espessura inicial ou modificada apropriada foi escolhida para a camada de detecção 45, e desde que as camadas 44 e 46 sejam suficientemente planas, então a coloração por interferência será criada ou destruída dentro do indicador 42 e dos raios de luz como os raios 49b e 49c, e uma mudança visualmente discernível na aparência do indicador 42 será aparente quando o mesmo for visto através da camada semi-reflexiva 44. Deste modo, equipamento externos como uma fonte de luz equipada com motor, um detector óptico ou análise espectral podem não ser necessários para avaliar a condição do indicador 42, apesar do fato de que tais equipamentos externos podem ser usados, caso se deseje.

Os dispositivos apresentados podem empregar uma variedade de

meios absorventes. O meio absorvente será capaz de sorver vapores de interesse que se esperam estar presentes sob as condições de uso pretendidas. O meio absorvente é, desejavelmente, suficientemente poroso para permitir o fluxo imediato de ar ou outros gases através do mesmo, e pode estar sob a forma de um sólido finamente dividido (por exemplo, pó, cápsulas, flocos, grânulos ou aglomerados) ou um sólido poroso (por exemplo, uma espuma de células abertas). Materiais preferencias para meios absorventes incluem carvão ativado, alumina e outros óxidos metálicos que podem remover um vapor de interesse por adsorção, argila e outros minerais tratados com soluções ácidas como ácido acético ou soluções alcalinas como hidróxido de sódio aquoso, peneiras moleculares e outros zeólitos, outros absorventes inorgânicos como sílica e absorventes orgânicos incluindo sistemas hiper-reticulados, como os polímeros estirênicos altamente reticulados conhecidos como "Styrosorbs" (conforme descrito, por exemplo, em Pure and Appl. Chem., de V. A. Davankov e P. Tsyurupa, vol. 61, páginas 1881-89 (1989) e em Adv. in Colloid and Interface Sci., de L. D. Belyakova, Τ. I. Schevchenko, V. A. Davankov e M.P. Tsyurupa, vol. 25, páginas 249-66, (1986)). O carvão ativado e a alumina são meios absorventes particularmente preferenciais. Misturas de meios absorventes podem ser empregadas, por exemplo, para absorver misturas de vapores de interesse. Se o mesmo estiver em uma forma finamente dividida, o tamanho da partícula absorvente pode variar muito e, geralmente, será escolhido com base, em parte, nas condições de uso desejadas. Como um guia geral, partículas finamente divididas do meio absorvente podem variar em tamanho de cerca de 4 a cerca de 3.000 micrômetros de diâmetro médio, por exemplo, de cerca de 30 a cerca de 1.500 micrômetros de diâmetro médio. As misturas de partículas de meio absorvente que têm faixas de tamanho diferentes também podem ser empregadas (por exemplo, em uma mistura bimodal das partículas do meio absorvente ou uma disposição em multicamada que emprega partículas absorventes maiores em uma camada a montante e partículas absorventes menores em uma camada a jusante). Um meio absorvente combinado com um aglutinante adequado (por exemplo, carbono ligado) ou capturado dentro de ou em um suporte adequado, conforme descrito nas Patentes U.S. n° 3.971.373 (Braun et al.), 4.208.194 (Nelson) e 4.948.639 (Brooker et al.) e na Publicação de Pedido de Patente U.S. n° US 2006/0096911 A1 (Brey et al.) também pode ser empregado.

O indicador pode ser rígido ou flexível. Indicadores flexíveis são, desejavelmente, suficientemente flexíveis sem ruptura, de modo que eles podem ser feitos usando-se uma ou mais etapas de processamento por cilindro, e, caso necessário, serem dobrados durante o uso, por exemplo, ao redor de um canto de um invólucro do meio absorvente, conforme mostrado na figura 1. O indicador pode ser fixado a um alojamento do filtro ou outro suporte mediante o uso de uma variedade de técnicas, incluindo adesivos em forma de película ou a granel, elementos de inserção mecânicos, termossolda, soldagem ultra-sônica e combinações dos mesmos.

O substrato é opcional, mas, quando presente, ele pode ser produzido a partir de uma variedade de materiais capazes de fornecer u m suporte adequadamente transparente para o indicador de filme fino. O substrato pode ser rígido (por exemplo, vidro) ou flexível (por exemplo, uma película plástica que pode ser manuseada em uma ou mais etapas de processamento por cilindro). Se ele for feito de um material flexível como um plástico transparente adequado, o substrato tem, desejavelmente, uma permeabilidade ao vapor suficientemente baixa, de modo que o vapor ou vapores de interesse não sejam transmitidos para dentro ou para fora da camada de detecção através da camada semi-reflexiva. Se o substrato é omitido, então a camada semi- reflexiva deve ser suficientemente impermeável para desencorajar ou evitar tal transmissão de vapor. Um substrato poroso pode, caso se deseje, ser colocado entre a camada reflexiva e o meio absorvente. Por exemplo, pode-se deixar que vapores de interesse passem do meio absorvente até o substrato permeável e a camada reflexiva e, dali, para dentro da camada de detecção.

As camadas semi-reflexiva e reflexiva podem, cada uma, serem produzidas a partir de uma variedade de materiais que fornecem reflexão de luz difusa ou, de preferência, especular e que podem cooperar quando espaçadas adequadamente para fornecer uma mudança na aparência do indicador prontamente visível. Materiais adequados para as camadas semi- reflexiva e reflexiva incluem metais como alumínio, cromo, ouro, níquel, silício, prata, paládio, platina, titânio e ligas contendo tais metais, óxidos metálicos como óxido de cromo, óxido de titânio e óxido de alumínio, e filmes ópticos de multicamada (incluindo filmes ópticos de multicamada birrefringentes) descritos nas patentes U.S. n° 5.699.188 (Gilbert et al.), 5.882.774 (Jonza et al.) e 6.049.419 (Wheatley et al.), e no Pedido Publicado PCT n° WO 97/01778 (Ouderkirk et al.). As camadas semi-reflexiva e reflexiva podem ser iguais ou diferentes. Os revestimentos de nanopartículas de metal (por exemplo, tintas de nanopartículas de metal) podem ser empregados para formar a camada reflexiva, conforme descrito em no Pedido de Patente Co-pendente U.S. n° 11/530.619, intitulado PERMEABLE NANOPARTICLE REFLECTOR.

A camada semi-reflexiva é menos reflexivo que a camada reflexiva e transmite alguma luz incidente. A camada semi-reflexiva pode, por exemplo, ter uma espessura física de cerca de 2 a cerca de 50 nm, uma transmissão de luz a 500 nm de cerca de 20 a cerca de 80% e uma reflectância a 500 nm de cerca de 80 a cerca de 20%. A camada semi-reflexiva pode, por si só, ser impermeável a vapor (e, se for, ela é desejavelmente contínua) e, opcionalmente, revestida em ou, de outro modo, adjacente a um substrato adequado. A camada semi-reflexiva pode, também, ser permeável a vapor (e, se for, ela pode, por exemplo, ser descontínua ou semicontínua) e revestida em ou, de outro modo, adjacente a um substrato adequadamente impermeável a vapor. A face da camada semi-reflexiva adjacente à camada de detecção é desejavelmente plana na faixa de cerca de ± 10 nm.

A camada reflexiva pode, por exemplo, ter uma espessura física de cerca de 1 a cerca de 500 nm, uma transmissão de luz a 500 nm de cerca de 0 a cerca de 80% e uma reflectância a 500 nm de cerca de 100 a cerca de 20%. A camada reflexiva é, de preferência, porosa, dotada de um padrão, descontínua, semicontínua ou, de outro modo, suficientemente permeável, de modo que vapor pode passar do meio absorvente até a camada reflexiva na camada de detecção. Os poros ou descontinuidades desejados podem ser alcançados através de técnicas de deposição adequadas ou através de processos de pós- deposição adequados como desbaste seletivo, desbaste reativo de íons ou ablação a laser padronizada. A camada reflexiva pode, também, ser formada através da deposição de uma camada permeável a vapor de nanopartículas de metal, conforme descrito no Pedido de Patente Co-pendente U.S. n° 11/530.619 acima mencionado, para formar uma camada permeável a vapor de nanopartículas embaladas, com os poros sendo fornecidos por interstícios entre as nanopartículas. Caso se deseje, as descontinuidades podem ser formadas na camada reflexiva no padrão de um formato, letra, símbolo ou mensagem. Isto pode fazer com que um padrão discernível apareça ou desapareça sob exposição ao vapor ou vapores de interesse. Um observador pode achar mais fácil distinguir a cor contrastante de tal padrão do que distinguir uma mudança colorimétrica em todo o filme indicador.

A mistura da camada de detecção pode ser homogênea ou heterogênea e pode, por exemplo, ser produzida a partir de uma mistura de componentes inorgânicos, uma mistura de componentes orgânicos, ou uma mistura de componentes inorgânicos e orgânicos. As camadas de detecção produzidas a partir de uma mistura de componentes pode proporcionar detecção aprimorada dos grupos de analitos. A camada de detecção tem, desejavelmente, uma faixa de tamanhos de poro ou uma área superficial selecionada para fornecer características de sorção de vapor como aquelas do meio absorvente. Uma porosidade adequada pode ser obtida mediante o uso de materiais porosos, como espumas produzidas a partir de emulsões de fase interna elevada, como aquelas descritas na Patente U.S. n° 6.573.305 B1 (Thunhorst et ai.)· A porosidade também pode ser obtida por meio do formação de espuma de dióxido de carbono para criar um material microporoso (consulte "Macromolecules", 2001, volume 34, páginas 8792-8801), ou pela separação em nanofase das misturas de polímero (consulte "Science", 1999, volume 283, página 520). Em geral, os diâmetros de poro são, de preferência, menores que o comprimento de onda de pico da coloração desejada do indicador. Os poro nano-dimensionados são preferenciais, por exemplo, com tamanhos médios de poro de cerca de 0,5 a cerca de 20 nm, de 0,5 a cerca de 10 nm, ou de 0,5 a cerca de 5 nm.

Materiais inorgânicos representativos da camada de detecção incluem sílica porosa, óxidos metálicos, nitretos metálicos, oxinitretos metálicos e outros materiais inorgânicos que podem ser formados em camadas transparentes e porosas de espessura adequada para produzir uma cor ou uma mudança colorimétrica através de interferência óptica. Por exemplo, os materiais inorgânicos da camada de detecção podem ser óxidos de silício, nitretos de silício, oxinitretos de silício, óxidos de alumínio, óxidos de titânio, nitreto de titânio, oxinitreto de titânio, óxidos de estanho, óxidos de zircônio, zeólitos ou combinações dos mesmos. A sílica porosa é um material inorgânico da camada de detecção especialmente desejável, devido a sua força e compatibilidade com tratamentos de desbaste a úmido.

As sílicas porosas podem ser preparadas, por exemplo, mediante o uso de uma rota de processamento sol-gel e feitas com ou sem um padrão orgânico. Padrões orgânicos exemplificadores incluem tensoativos, por exemplo, tensoativos aniônicos ou não-iônicos como sais de alquil trimetil amônio, copolímeros de bloco de poli(óxido de etileno-co-óxido de propileno) e outros tensoativos ou polímeros que serão aparentes aos versados na técnica. A mistura de sol-gel pode ser convertida até um silicato e o padrão orgânico pode ser removido para deixar uma rede de microporos na sílica. Materiais porosos de sílica representativos são descritos em Chem. Commun., de Ogawa et al., páginas 1149-1150 (1996), em Nature, de Kresge et al., volume 359, páginas 710-712 (1992), em Chemistry Letters, de Jia et al., volume 33(2), páginas 202-203 (2004) e na Patente U.S. n° 5.858.457 (Brinker et al.). Uma variedade de moléculas orgânicas também pode ser empregada como padrões orgânicos. Por exemplo, açúcares como glicose e manose podem ser usados como padrões orgânicos para gerar sílicatos porosos, consulte Adv. Mater., de Wei et al, 1998, volume 10, página 313 (1998). Siloxanos organo-substituídos ou organo-b/s-siloxanos podem estar incluídos na composição sol-gel para tornar os microporos mais hidrofóbicos e limitar a sorção de vapor d'água. Deposição de vapores químicos por plasma também pode ser empregado para gerar materiais de detecção inorgânicos porosos. Esta metodologia genericamente envolve a formação de uma camada de detecção de analito através da formação de um plasma a partir precursores gasosos, depósito de plasma em um substrato para formar uma camada de redes amorfas aleatórias covalentes e, então, aquecimento da camada de redes amorfas aleatórias covalentes para formar uma camada microporosa de redes amorfas aleatórias covalentes. Exemplos destes materiais são descritos na Patente U.S. n° 6.312.793 (Grill et al.) e no Pedido de Patente U.S. n° 11/275.277, depositado em 21 de dezembro de 2005 e intitulado PLASMA DEPOSITED MICROPOROUS ANALYTE DETECTION LAYER.

Os materiais orgânicos representativos da camada de detecção incluem polímeros, copolímeros (incluindo copolímeros de bloco) e misturas dos mesmos, preparados ou preparáveis a partir de classes de monômeros incluindo acrilatos e metacrilatos hidrofóbicos, monômeros difuncionais, monômeros de vinila, monômeros de hidrocarboneto (olefinas), monômeros de silano, monômeros fluorados, monômeros hidroxilados, acrilamidas, anidridos, monômeros funcionalizados de aldeído, monômeros funcionalizados de amina- ou de sal de amina, monômeros funcionalizados ácidos, monômeros funcionalizados de epóxido e misturas ou combinações dos mesmos. A Publicação de Pedido de Patente U.S. n° US 2004/0184948 A1 acima mencionada contém uma lista extensiva de tais monômeros e referência é feita aos mesmos para maiores detalhes. Os polímeros acima mencionados que têm microporosidade intrínseca (PIMs) fornecem camadas de detecção particularmente desejáveis. PIMs são, tipicamente, polímeros isentos de rede que formam sólidos microporosos. Devido as suas estruturas moleculares típicas altamente rígidas e contorcidas, PIMs são incapazes de preencher o espaço de maneira eficaz, fornecendo, assim, a estrutura microporosa apresentada. PIMs adequados incluem, mas não se limitam a, polímeros apresentados em "Polymers of intrinsic microporosity (PIMs): robust, solution-processable, organic microporous materiais", Chem. Commun., de Budd et al., 2004, páginas 230-231. PIMs adicionais são apresentados em J. Mater. Chem.de Budd et al., 2005, 15, páginas 1977-1986, em Chem. Eur. J. de McKeown et al., 2005, 11, n° 9, 2610-2620 e no Pedido Publicado PCT n° WO 2005/012397 A2 (McKeown et al.).

Um ou mais polímeros dentro de uma camada de detecção orgânica podem ser, pelo menos parcialmente, reticulados. A reticulação pode ser desejável em algumas modalidades pois ela pode aumentar a estabilidade mecânica e a sensibilidade a determinados analitos. A reticulação pode ser alcançada incorporando-se um ou mais monômeros multifuncionais a camada de detecção, submetendo-se a camada de detecção a, por exemplo, um feixe de elétrons ou tratamento por raios gama, pela adição de ou formação de compostos de coordenação ou compostos iônicos na camada de detecção, ou pela formação de ligações de hidrogênio na camada de detecção. Em uma modalidade exemplar, a reticulação é executada na presença de um porogênio que pode ser subseqüentemente extraído do sistema reticulado para produzir uma camada de detecção porosa. Porogênios adequados incluem, mas não se limitam a, moléculas orgânicas inertes, como alcanos normais (por exemplo, decano) ou aromáticos (por exemplo, benzeno ou tolueno). Outros polímeros reticulados incluem os polímeros estirênicos altamente reticulados acima mencionado.

Caso se deseje, o material da camada de detecção pode ser tratado para modificar suas propriedades de superfície ou características de adsorção. Uma variedade de tais tratamentos pode ser empregada, por exemplo, expondo-se os microporos de uma camada de detecção inorgânica a um composto organossilano adequado. A camada de detecção pode, também, ou ao invés disto, ser tratada com um material adequado que promove adesão (por exemplo, uma camada de fixação feita de titânio ou outro metal adequado) para promover a adesão entre a camada semi-reflexiva ou reflexiva e a camada de detecção. Tais tratamentos também podem ser aplicados a camada semi-reflexiva ou reflexiva para promover a adesão à camada de detecção.

Para diversas aplicações, a camada de detecção é desejavelmente hidrofóbica. Isto irá reduzir as chances de que vapor d'água (ou água líquida) cause uma mudança na espessura óptica da camada de detecção e interfira com a detecção de um analito, por exemplo, a detecção de vapores de solventes orgânicos.

A camada de detecção pode ser feita a partir de uma única camada ou a partir de duas ou mais subcamadas. As subcamadas podem ter uma variedade de configurações. Por exemplo, elas podem ser empilhadas ou dispostas lado a lado. As subcamadas também podem ser produzidas a partir de materiais diferentes, selecionados para absorver diferentes vapores de interesse. Uma camada ou uma de um conjunto de subcamadas pode ser descontínua ou padronizada. O padrão pode criar ou remover uma imagem, palavra ou mensagem colorida sob exposição a um analito, resultando, assim, em um aviso facilmente identificável para um usuário. Os padrões da camada ou subcamada também podem ser formados fornecendo-se uma ou mais porções que são reativas a um analito em particular e uma ou mais porções que não são reativas ao mesmo analito. Um padrão de material reativo também pode, por exemplo, ser depositado em uma subcamada maior não- reativa, fazendo com que a camada conformada seja suficientemente fina de modo que nenhuma diferença na espessura óptica é aparente até que um analito é absorvido. A espessura da camada de detecção também pode, por exemplo, ser dotada de um padrão, conforme descrito na Patente U.S. n° 6.010.751 (Shaw et al.). Isto pode fazer com que um padrão desapareça (por exemplo, quando uma porção mais delgada aumenta até a espessura da porção mais espessa) ou apareça (por exemplo, quando uma porção diminui até uma espessura menor que a da porção adjacente).

Os dispositivos apresentados podem incluir camadas ou elementos adicionais, caso se deseje. Por exemplo, uma camada porosa de um composto carregado com absorventes (por exemplo, uma manta de partículas de carvão ativado abrigadas em uma matriz de politetrafluoroetileno (PTFE) fibrilado, como é descrito na Patente U.S. n° 4.208.194 acima mencionada) pode ser colocada entre a camada reflexiva e o meio absorvente, para homogeneizar vapores que penetram no indicador ou, de outro modo, moderar a resposta do indicador a condições no meio absorvente. Os dispositivos apresentados podem ser usados em uma variedade de aplicações, incluindo respiradores de vapores orgânicos, respiradores purificadores de ar motorizados (PAPRs)1 trajes de proteção individuais, filtros de proteção coletivos e outras aplicações que serão familiares aos versados na técnica.

A invenção é ilustrada, ainda, pelos seguintes exemplos ilustrativos, onde todas as partes e percentuais são expressos em peso, exceto onde indicado em contrário. As abreviações mostradas abaixo na tabela 1 foram empregadas em alguns dos exemplos: Tabela 1

abreviação descrição BC bis-catecol, 5,5,l6,6,-tetraidróxi-3,3,3,,3,-tetrametila-1,1'- espirobisindano FA areno fluorado, tetrafluorotereftalonitrila DMF Ν,Ν-dimetil formamida THF Tetraidrofurano

Exemplo 1

Um indicador de filme de multicamada contendo uma camada semi-refIexiva impermeável, uma camada de detecção de sílica porosa e uma camada reflexiva permeável a vapor foi preparada da seguinte forma. Lâminas de vidro foram primeiramente revestidas por bombardeamento com íons mediante o uso de um dispositivo de aplicação de revestimento por pulverização Denton Vacuum Desk II, equipado com um alvo de AuPd (razão por massa de 60:40 de Au/Pd) para fornecer uma camada semi-reflexiva de aproximadamente 5 nm de espessura. A força do revestimento por bombardeamento com íons e a duração do revestimento foram de 35 mA e segundos respectivamente, sob um vácuo de 13,3 Pa (100 millitorr). Um filme de sílica porosa foi depositado em uma camada semi-reflexiva por meio de revestimento por imersão em uma solução sol-gel. O sol de sílica foi preparado usando-se um processo de hidrólise de duas etapas. Na etapa 1, 231,6 partes de tetraetoxissilano, 195,2 partes de etanol absoluto, 17,28 partes de água desionizada e 0,715 partes de HCI 0,07N foram combinadas em um recipiente e agitadas enquanto eram aquecidas a 60°C por 90 minutos, para formar um sol de sílica. Na etapa 2, 122,97 partes do sol de sílica da etapa 1, 17,50 partes de HCI 0,07 N e 5,75 partes de água desionizada foram combinadas em um béquer e agitadas durante 15 minutos, sem aquecimento externo. A solução de sol-gel resultante foi agitada por mais minutos, enquanto ela era aquecida a 50°C, e então diluída com 263,32 partes de etanol absoluto. Uma solução para revestimento que incorpora etil celulose foi preparada combinando-se 25,25 partes da solução sol-gel da etapa 2, 25,00 partes de álcool isopropílico e 1,71 partes de etil celulose ETHOCEL™ Standard 20 Premium (disponível junto à Dow Chemical Company) e agitadas de um dia para o outro (por 16 horas) em um recipiente coberto para dissolver a etil celulose completamente.

A lâmina de vidro revestida de AuPd foi revestida por imersão na solução para revestimento usando-se uma velocidade de remoção de 10 cm/min, em um invólucro mantido a <30% de umidade relativa, para evitar condensação da umidade durante o processo de revestimento. Esta aplicou a solução sol-gel em ambos os lados da lâmina. Devido ao fato de que o revestimento era transparente, ele pode ser deixado em ambos os lados, com o revestimento de um lado sendo usado para produzir a camada de detecção porosa e o revestimento do outro lado residindo em uma eventual superfície de observação. A amostra revestida foi deixada para secar em um invólucro com umidade controlada por 2 minutos. O lado revestido foi, em seguida, aquecido em uma fornalha com esteira a 400°C, usando-se um ciclo de aquecimento de 30 minutos que incluiu um tempo de aquecimento de 11 minutos, um tempo de retenção de 8 minutos a 400°C e um ponto de resfriamento de 11 minutos. Para assegurar a desidratação completa e a pirólise dos orgânicos, a lâmina foi reaquecida em uma caixa de atmosfera de ar de uma fornalha usando-se um ciclo de aquecimento de 13 horas, que incluiu um tempo de aquecimento de 2 horas até 400°C, um tempo de retenção de 1 hora a 400°C e um tempo de resfriamento de 10 horas para retornar a temperatura ambiente. A camada de sílica em um lado da lâmina foi, em seguida, revestida com uma camada de fixação de Ti de 10 nm de espessura e uma camada refletora de alumínio de 100nm de espessura, usando-se um dispositivo de aplicação de revestimento evaporativo CHA Industries Mark-50, operado a uma pressão base de 0,0013 Pa (1 X 10"5torr) e com pelétes de deposição a vácuo de 6 mm X 6 mm de grau n° T-2003 99,995% puro (disponíveis junto à Cerac1 Inc.) para a camada de titânio e com pelétes de deposição a vácuo de 6 mm X 6 mm de grau n° A-2049 com 99,99% de pureza (também disponíveis junto à Cerac, Inc.) para a camada de alumínio.

Um processo fotolitográfico com gravação por corrosão química a úmido foi empregado para tornar a camada reflexiva de alumínio permeável a vapor. Um promotor de adesão hexametildissilazano (disponível junto à J. T. Baker) foi revestido por rotação a camada de alumínio a 2.500 rpm, seguido de uma camada revestida por rotação de fotorresistência positiva PR 1813 (disponível junto à Shipley, LLC), aplicada a 4.000 rpm, para fornecer um filme de 1,3 micrômetros de espessura. A resina fotorresistente foi assada a 96°C durante 30 min, e, então, exposta a luz UV por 9 segundos, a uma intensidade de UV de 14 PM/cm2, através de uma fotomáscara sobre duas seções da lâmina. A primeira seção empregou uma fotomáscara de baixo desbaste, com um conjunto regular com orifícios de 3 micrômetros de diâmetro espaçados a um intervalo de 10 micrômetros. A segunda seção empregou uma fotomáscara de alto desbaste com um conjunto regular de orifícios de 3 micrômetros espaçados a um intervalo de 5 micrômetros. Após a exposição a luz, a lâmina foi imersa em MF319 um revelador (também disponível junto à Shipley, LLC) •w?

por 45 segundos e, então, fortemente assada a 120°C durante 30 min. O revelador removeu a resina fotorresistente positiva nas regiões de orifício irradiadas para fornecer um artigo 50 como aquele mostrado na figura 5a e na figura 5b, em que 52 designa o eventual indicador multicamada de filme fino, 53 designa o substrato de vidro através do qual o indicador 52 será visto, 54 designa a camada semi-reflexiva de Au/Pd, 55 designa a camada de detecção de sílica porosa, 56 designa a camada reflexiva de alumínio e 57 designa os orifícios na resina fotorresistente 58.

Desbaste a úmido da camada de alumínio 56 foi realizado por 90 segundos a 32°C, usando-se uma solução ácida de desbaste feita combinando- se 500 mililitros de H3PO4 concentrado, 19,4 mililitros de HNO3 concentrado, 96,8 mililitros de ácido acético concentrado, 32,2 mililitros de H2O e 0,6 mililitros de etileno glicol. O filme gravado foi imediatamente enxaguado em água desionizada. A camada de Ti foi, em seguida, gravada usando-se uma solução de desbaste básica feita combinando-se 100 mililitros de 0,1 M EDTA, 8 mililitros de NH4OH concentrado e 20 mililitros de 30% de H2O2). O filme gravado foi, novamente, imediatamente enxaguado em água desionizada. Finalmente, a resina fotorresistente restante 58 foi removida da camada de alumínio 56 usando-se um removedor 1165 (também da Shipley, LLC), para fornecer um indicador multicamada de filme fino completo 60 como aquele mostrado na figura 6a e na figura 6b, em que 66 designa a camada reflexiva de alumínio permeável a vapor e 67 designa os orifícios na camada de alumínio 66.

Exemplo 2

O indicador de filme fino 60 do exemplo 1 foi avaliado usando-se três trajetórias de vapor diferentes. A primeira trajetória de vapor é mostrada na figura 7. Uma corrente de ar contendo vapor orgânico 72 fluiu através do indicador 60, acima do substrato de vidro 53. Um pequeno pedaço de papel carbono tecido 74 colocado contra a camada reflexiva de alumínio permeável a vapor 66 permitiu que uma trajetória para os vapores orgânicos no fluxo de ar 72 alcançasse a camada de detecção de sílica porosa 55. Raios de luz incidentes como o raio 76 da fonte de luz 77 foram refletidos pela camada semi-refIexiva 54 como o primeiro raio refletido 78a e pela camada de alumínio 66 como o segundo raio refletido 78b. A segunda trajetória de vapor é mostrada na figura 8. A figura 8 é igual a figura 7, mas a corrente de ar contendo vapor orgânico 72 alcançou a camada de detecção de sílica porosa 55 através um pedaço de lã de vidro 84 colocado contra a camada reflexiva de alumínio permeável a vapor 66. A terceira trajetória de vapor é mostrada na figura 9. A figura 9 é igual a figura 7 e a figura 8, mas a corrente de ar contendo vapor orgânico 72 alcançou a camada de detecção de sílica porosa 55 através de um pedaço de manta de não-tecido flexível microporosa carregada com carbono 94. A manta 94 continha cerca de 500 g/m2 (correspondente a uma densidade eficaz de carbono de cerca de 0,22 g/cc) de uma rede de grânulos de carvão ativado de 40 X 140, derivados de cascas de coco (disponível junto à Pacific Activated Carbon Co.), dispersos ao longo de uma manta fibrosa elástica produzida a partir de poliuretano termoplástico IROGRAN™ PS 440-200 (disponível junto à Huntsman International LLC), preparado conforme descrito na Publicação de Pedido de Patente U.S. n° US 2006/0096911 A1 (Brey et al.). O espectro de amostra foi monitorado usando- se uma finte de luz branca, uma ponta de prova reflexiva de fibra óptica e um espectrômetro. A figura 10 mostra um plano do deslocamento do comprimento de onda vs. a provocação de tolueno em ppm para cada trajetória de vapor, com as curvas A, B e C correspondendo respectivamente às trajetórias de vapor mostradas na figura 7, figura 8 e figura 9. Conforme mostrado na figura 10, todas as três trajetórias de vapor geraram deslocamentos do comprimento de onda similares a um dado nível de provocação de tolueno. A curva C também mostrou que o indicador 60 manteve seu desempenho mesmo quando em competição absorvente com uma manta microporosa carregada de carbono.

Caso se deseje, o indicador de filme fino 60 pode ser iluminado usando-se uma fonte de luz externa como um diodo emissor de luz (LED) e avaliado usando-se um fotodetector. A figura 11 mostra um espectro de exemplo adquirido, feito mediante a medição da resposta inicial (curva A) do indicador de filme fino 60 a vapor de tolueno a 50 ppm (curva B) e 2.000 ppm (curva C) de tolueno como uma função de comprimento de onda. A figura 12 mostra uma simulação obtida multiplicando-se o espectro de mostra adquirido da figura 11 por uma aproximação Gaussiana do espectro do LED, e processando-se a mudança na intensidade de luz (em unidades arbitrárias) medida usando-se um fotodetector adequado. O sinal que poderia ser recebido por um detector (por exemplo, um PN1 PIN ou fotodiodo de avalanche com uma resposta espectral selecionada para combinar com o comprimento de onda do LED) seria determinado através da integração do espectro do LED/amostra. Com o sinal inicial (a curva A na figura 11 e na figura 12) normalizado para 512 contagens para um LED verde, o sinal detectado para um LED azul diminuiria por 21 unidades arbitrárias a uma exposição a 50 ppm de tolueno (a curva B na figura 11 e na figura 12), indicando que uma razão aproximada de 5:1 de sinal:ruído (S/R) seria obtida usando-se componentes convencionais. A razão de S/R poderia ser adicionalmente aprimorada incorporando-se uma camada de sílica mais espessa no indicador para estreitar o espectro inicial da amostra. Alterações na espessura geral do indicador de filme fino também podem ser feitas para otimizar a posição de deslocamento do pico em relação a saída espectral do LED. A curva C na figura 11 e na figura 12 mostra a resposta esperada a 2.000 ppm de tolueno.

Nos exemplos mostrados abaixo, uma fonte de luz e um espectrômetro foram usados para medir a mudança nas propriedades do sensor. Será apreciado, entretanto, que os indicadores apresentados possam ser prontamente vistos sob iluminação ambiente.

Exemplo 3

Um indicador de filme fino foi preparado usando-se polímeros de microporosidade intrínseca (PIMs) como a camada de detecção e um laser para extirpar orifícios nas camadas reflexiva e de detecção.

Preparação do Polímero PIM. O polímero PIM foi preparado a partir de monômeros BC e FA1 genericamente de acordo com o procedimento registrado por Budd et al. em Advanced Materials, 2004, volume 16, n° 5, páginas 456 a 459. 9,0 gramas de BC foram combinados com 5,28 g de FA, 18,0 g de carbonato de potássio e 120 mililitros de DMF1 e a mistura reagiu a 70°C durante 24 horas. O polímero resultante foi dissolvido em THF, precipitado três vezes a partir de metanol, e, então, seco sob vácuo à temperatura ambiente. Um produto sólido amarelo contendo um peso molecular (PM) de 61.800 foi obtido.

Amostras de PIM com orifícios processados a laser. Uma lâmina de vidro foi revestida por bombardeamento com íons a uma camada de Au/Pd de 5 nm de espessura, usando-se um dispositivo de aplicação de revestimento por pulverização DENTON™ Vacuum Desk II, disponível junto à Denton Vacuum, equipado com um alvo de AuPd com uma razão de massa de 60:40 de Au:Pd. A força do revestimento por bombardeamento com íons e a duração do revestimento foram de 35 mA e 20 segundos respectivamente, sob um vácuo de 13,3 Pa (100 millitorr). O polímero PIM foi, então, revestido por rotação a camada de Au/Pd, usando-se uma solução de 4% do polímero PIM acima descrito em clorobenzeno, revestido a camada de Au/Pd a 3.000 rpm. Uma camada de alumínio de 100 nm de espessura foi, em seguida, depositada no polímero PIM, usando-se um dispositivo de aplicação de revestimento evaporativo Mark-50, disponível junto à CHA Industries, operado a uma pressão base de 0,0013 Pa (1 X 10"5torr) e com alvos de metal em forma de pélete de 6 X 6 mm, obtidos junto à Cerac Inc. A amostra foi, em seguida, removida a laser usando-se um processo de usinagem de femtosegundo para criar um conjunto de orifícios cônicos através das camadas de alumínio e de polímero PIM. Os diâmetros dos orifícios adjacentes a camada de alumínio foram de aproximadamente 13 micrômetros e eles foram estreitados cerca de 5 micrômetros ao se aproximarem da camada de Au/Pd. Uma fotomicrografia dos orifícios removidos a laser (clareados para tornar os dados de medição mais prontamente visíveis) é mostrado na figura 13.

Para avaliar a habilidade do indicador de filme fino resultante de competir com carbono microporoso para adsorção de vapores orgânicos, o indicador foi colocado sobre um pequeno pedaço da manta microporosa carregada de carbono do exemplo 2, com a camada reflexiva de alumínio permeável a vapor em contato com a manta e seu carbono microporoso. A manta de BMF carregada de carbono continha uma rede de grânulos de carvão ativado de 40 X 140, derivados de cascas de coco (disponível junto à Pacific Activated Carbon Co.), dispersos ao longo de uma manta fibrosa elástica produzida a partir de poliuretano termoplástico IROGRAN™ PS 440-200 (disponível junto à Huntsman International LLC), preparado conforme descrito na Publicação de Pedido de Patente U.S. n° US 2006/0096911 A1 (Brey et al.). A manta fibrosa tinha um diâmetro eficaz da fibra de 17 micrômetros e um nível de carregamento de carbono de 500 g/m2, correspondente a uma densidade de carbono de cerca de 0,22 g/cm3. Quando em equilíbrio com 1.000 ppm de ciclohexano fluindo a 32 L/min, o carbono nesta camada de manta de não- tecido adsorve cerca de 0,21 g de ciclohexano por g de carbono. O indicador foi iluminado e observado através do substrato de vidro usando-se um espectrômetro e uma ponta de prova reflexiva de fibra óptica, enquanto vapor de tolueno passava através da camada carregada de carbono e para além do indicador. Conforme mostrado na figura 14, onde a curva Aea curva B representam, respectivamente, o sinal inicial e o sinal a 50 ppm de tolueno, um deslocamento do sinal de pico do comprimento de onda de cerca de 27 nm (de cerca de 606 nm a cerca de 633 nm) foi observado. Isto indicou que a camada de detecção de polímero PIM manteve sua funcionalidade absorvente quando colocada em competição termodinâmica com o carbono microporoso.

Exemplo 4

Um indicador de filme fino foi preparado usando-se polímeros de microporosidade intrínseca (PIMs) como a camada de detecção, uma camada semi-reflexiva de Au/Pd e uma camada reflexiva de nanopartículas de prata. Usando-se o método do exemplo 3, lâminas de vidro foram revestidas por bombardeamento com íons com uma camada de Au/Pd de 5 nm de espessura, seguido de revestimento por rotação (a 750 rpm) de uma camada de polímero PIM a camada de Au/Pd. Em seguida, dois indicadores diferentes foram preparados através da aplicação de uma suspensão de nanopartículas de prata a camada de polímero PIM. O indicador A foi preparado usando-se uma suspensão de nanopartículas de prata NPS-J (60% em tetradecano), disponível junto à Harima Corporation. Análise por microscopia eletrônica de transmissão (TEM) das partículas revelou uma distribuição de tamanho de aproximadamente 2 a 10 nm de diâmetro. Uma quantidade de 0,08 g da suspensão de nanopartículas, conforme recebida, foi misturada com 2 mililitros de heptano para fornecer uma suspensão diluída contendo cerca de 3,3% de prata. A suspensão diluída foi revestida por rotação ao filme de PIM a 500 rpm, para fornecer uma camada reflexiva permeável a vapor contendo uma refletividade de cerca de 62% a 500 nm, em relação a uma camada de referência de alumínio de 100 nm de espessura. O indicador B foi preparado usando-se uma suspensão de nanopartículas de prata SVE 102 (30% em etanol, 30 nm de diâmetro médio da partícula), disponível junto à Nippon Paint (America) Corporation. Uma quantidade de 0,7 g desta suspensão, conforme recebida, foi misturada com 2 mililitros de etanol para fornecer uma suspensão diluída contendo cerca de 9,1% de prata. A suspensão diluída foi revestida por rotação ao filme de PIM a 1.000 rpm, para fornecer uma camada reflexiva permeável a vapor contendo uma refletividade de cerca de 70% a 500 nm, em relação a uma camada de referência de alumínio de 100 nm de espessura.

Os indicadores foram avaliados usando-se o método do exemplo

3 para avaliar sua habilidade de competir com o carbono microporoso para adsorção de vapores orgânicos. Na figura 15, acurva Aea curva B representam, respectivamente, o sinal inicial e o sinal a 50 ppm de tolueno para o indicador A. De maneira similar, na figura 16, acurva Aea curva B representam, respectivamente, o sinal inicial e o sinal a 50 ppm de tolueno para o indicador Β. O indicador A apresentou um deslocamento do comprimento de onda do sinal de pico de cerca de 20 nm (de cerca de 564 nm a cerca de 584 nm) quando provocado com 50 ppm de tolueno. O indicador A apresentou um deslocamento do sinal de pico do comprimento de onda de cerca de 17 nm (de cerca de 544 nm a cerca de 561 nm) quando provocado com 50 ppm de tolueno. Ambos indicadores AeB mantiveram sua funcionalidade absorvente quando colocados em competição termodinâmica com o carbono microporoso.

Exemplo 5

Usando-se o método do exemplo 3, o polímero PIM foi preparado a partir de monômeros BC e FA. Usando-se o método do exemplo 3, lâminas de vidro de 1 mm de espessura foram revestidas por bombardeamento com íons com uma camada de Au/Pd de 5 nm de espessura, seguido de revestimento por rotação (a 1.500 rpm) de uma camada de polímero PIM a camada de Au/Pd. Usando-se o método do exemplo 4 (indicador B), uma suspensão de nanopartículas de prata SVE 102 diluída foi revestida por rotação ao filme de PIM para fornecer uma camada reflexiva de nanopartículas permeável a vapor. O indicador de filme fino resultante tinha uma aparência amarelo esverdeada quando observado visualmente através da lâmina de vidro. Um adesivo óptico de cura UV DYMAX™ n° OP-4-20641A, disponível junto à Dymax Corporation, foi usado para aderir o indicador a parede lateral interna de um cartucho de filtração produzido a partir de resina de policarbonato límpida, com a camada reflexiva de nanopartículas permeável a vapor de frente para o interior do cartucho. O cartucho foi preenchido com 45,7 g de carvão ativado absorvente. Várias orifícios pequenos foram perfurados na cobertura do cartucho imediatamente acima e a montante do indicador, para assegurar um fluxo de vapor adequado na interface do leito do indicador/absorvente. O cartucho foi provocado usando- se 50 ppm de tolueno em ar seco (<3% de umidade relativa) fluindo a 64 L/min. O indicador foi monitorado através do corpo do cartucho de policarbonato a 50- 60% da profundidade do leito, usando-se uma ponta de prova reflexiva de fibra óptica contendo um ponto de iluminação <1 mm de diâmetro e um espectrômetro Ocean Optics. Entre 6 e 16 horas após o início da provocação de tolueno, o indicador apresentou uma mudança avermelhada gradual no tingimento, chegando a um total de 14 nm. Levando-se em consideração a posição do indicador no cartucho, a temporização e a magnitude da resposta do indicador foram consistentes com dados de concentração coletados separadamente, obtidos usando-se um detector de fotoionização MULTIRAE™ IR1 disponível junto à RAE Systems Inc., posicionado na saída do cartucho. Os dados do indicador e os dados do detector de fotoionização IR são plotados na figura 17.

Um segundo cartucho foi montado da mesma maneira e provocado com 500 ppm de estireno em ar seco (<3% de umidade relativa), fluindo a 64 L/min. Um microscópio computadorizado QX5™, disponível junto à Digital Blue Corporation, foi angularmente ajustado de modo que o indicador apareceu inicialmente verde quando observado, e foi usado para gravar a aparência do indicador quando o mesmo foi provocado com vapor de estireno. Conforme a provocação continuou, a coloração verde inicial do indicador mudou para laranja junto com uma alteração de cor frontal que se moveu da entrada do cartucho em direção a sua saída. Um histograma RGB da coloração verde inicial retornou os valores médios de r=145, g=191 e b=121. Depois que o indicador respondeu ao vapor de estireno através da alteração de verde para laranja, os valores do histograma foram de r=208, g=179 e b=127. A figura 18 mostra uma representação em preto e branco da coloração parcial ao longo do experimento e ilustra a progressão e a aparência da frente de onda do vapor. As porções visíveis verde e laranja são identificadas pelas letras G e O, a frente de onda é identificada pela letra Wea direção do fluxo de estireno é identificada pela letra S.

Exemplo 6

Usando-se o método do exemplo 3, o polímero PIM foi preparado a

partir de monômeros BC e FA. Usando-se um evaporador Mark-50 da CHA Industries operado a uma pressão de base de 0,0013 Pa (1x10"5torr) e com pelétes de titânio n° T-2003 (com 99,995% de pureza e 6X6 mm, disponíveis junto à Cerac Inc.), lâminas de vidro limpas foram metalizadas com uma camada de Ti semi-reflexiva de 10 nm de espessura. Uma solução de 4% de polímero PIM em clorobenzeno foi revestida por rotação à camada de Ti a 1.000 rpm. Usando-se o método do exemplo 4 (indicador B), uma suspensão de nanopartículas de prata SVE 102 diluída foi revestida por rotação ao filme de PIM para fornecer uma camada reflexiva permeável a vapor. Seguindo a deposição de prata, a amostra de filme foi aquecida a 150°C em ar durante 1 hora. O indicador de filme fino resultante tinha uma aparência esverdeada quando observado visualmente através da lâmina de vidro. Um adesivo óptico de cura UV DYMAX™ n° OP-4-20641A foi usado para aderir o indicador a uma camada de lâmina de vidro adicional. A pilha de lâminas de vidro resultante foi aderida à parede interna de um cartucho de filtração produzido a partir de policarbonato plástico límpido. Em seguida, usando-se um método como aquele descrito na Patente U.S. n° 4.153.661 (Ree et al.) e no exemplo 1 da Patente U.S. n° 4.208.194, uma massa foi formada mediante a combinação de uma dispersão de partículas de politetrafluoro etileno aquoso ("PTFE") com partículas de carbono ativado finamente trituradas. A massa foi moída e seca, mas não foi calandrada, para fornecer uma rede composta de partículas de carvão ativado abrigadas em uma matriz de politetrafluoroetileno (PTFE) fibrilado. Uma camada da manta composta de carbono foi fixada à borda superior da pilha de lâminas de vidro e dobrada para baixo para cobrir a camada reflexiva porosa de nanopartículas. O volume restante do cartucho de filtração foi, então, preenchido com 45,8 g de carvão ativado absorvente. Várias orifícios pequenos foram perfurados na cobertura do cartucho imediatamente acima e a montante do indicador, para assegurar um fluxo de vapor adequado na interface do leito do indicador/absorvente. O cartucho foi provocado com 200 ppm de estireno em ar seco (<3% de umidade relativa) a uma taxa de fluxo de 32 L/min. Usando-se iluminação ambiente, uma câmera sem fio TRENDnet™ Modelo TV-IP201W (disponível junto à TRENDnet Company) foi angularmente ajustada de modo que o indicador inicialmente apareceu verde quando observado, e foi usada para gravar a aparência do indicador quando o mesmo é provocado com vapor de estireno. Conforme o experimento prosseguiu, a cor do indicador mudou de sua cor inicial verde para um vermelho intenso, com a alteração de cor aparecendo primeiro próximo a entrada do cartucho de filtração e movendo-se em direção à saída do cartucho. Quando o fluxo de vapor foi interrompido, a frente de onda ficou levemente embaçada, mas ela não se moveu nem para mais perto nem para mais longe da saída do cartucho. Um histograma RGB da cor verde inicial retornou os valores médios de of r=30, g=99 e b=51. Depois que o indicador respondeu ao vapor de estireno através da alteração de verde para vermelho, os valores do histograma foram de r=97, g=56 e b=66. A figura 19 mostra uma representação em preto e branco da coloração parcial ao longo do experimento e ilustra a progressão e a aparência da frente de onda do vapor. O carbono absorvente é identificado pela letra C, as porções visíveis verde e vermelha do indicador são identificadas pelas letras G e R1 a frente de onda é identificada pela letra Wea direção do fluxo de estireno é identificada pela letra S. A frente de onda foi visivelmente mais uniforme que a frente de onda na figura 18, que envolveu um cartucho de filtração que não incluía uma manta composta de carbono entre o indicador e o meio absorvente.

Exemplo 7

Usando-se o método do exemplo 6, uma camada semi-reflexiva de titânio de 10 nm de espessura foi revestida por evaporação a uma lâmina de vidro limpa. A lâmina de vidro revestida com Ti foi, em seguida, montada em um eletrodo plano. O eletrodo foi, por sua vez, montado em uma câmara de vácuo de alumínio equipada com uma bomba turbomolecular em série com um soprador Roots e uma bomba seca mecânica. A câmara foi fechada e comprimida até uma pressão base de 0,067 Pa (0,0005 Torr). Uma mistura de tetrametilsilano, oxigênio e gases de butadieno foi introduzida na câmara a taxas de fluxo respectivas de 100 centímetros cúbicos convencionais por minuto (sccm), 100 sccm e 160 sccm. Um plasma foi formado energizando-se o eletrodo plano mediante o uso de uma fonte de alimentação de radiofreqüência Modelo RF50S (disponível junto à RF Power Products) operando através de uma rede de impedância combinada Modelo AMN3000 (disponível junto à PIasmaTherm Inc.). Enquanto o plasma estava em operação, a energia aplicada foi mantida a 75 watts e a pressão da câmara foi mantida a 4,93 Pa (37 mTorr). A deposição foi executada por 14 minutos, para produzir um filme fino orgânico com deposição de plasma contendo uma espessura de 0,768 micrômetros. O filme fino com deposição de plasma foi temperado em uma fornalha à vácuo, a uma temperatura de 450°C durante 1 hora, para fornecer uma camada de detecção microporosa de filme fino no topo da camada semi-reflexiva de titânio. Uma quantidade de 0,0475 g de pasta fluída de nanopartículas de prata SILVER ΝΑΝΟΙNK™ em metanol (Lote S Ag 031027W, disponível junto à Advanced Nano Products Co., Ltd, Coréia) foi diluída em 2 mililitros adicionais de metanol para fornecer uma suspensão diluída que foi revestida por rotação a camada de detecção de filme fino a 1.500 rpm. A camada de nanopartículas de prata revestida por rotação resultante foi deixada para secar, produzindo uma camada reflexiva de filme fino de nanopartículas de prata permeável a vapor no topo da camada de detecção de filme fino.

Para avaliar a habilidade do indicador resultante de competir com o carbono microporoso para adsorção de vapores orgânicos, o indicador foi colocado sobre um pequeno pedaço de manta composta de carbono empregada no exemplo 6, com a camada reflexiva permeável em contato com a manta composta de carbono. A aparência do indicador foi observada através do substrato de vidro usando-se um espectrômetro e uma ponta de prova reflexiva de fibra óptica para avaliar a coloração do sensor. O sensor foi exposto a correntes de vapor de tolueno, metil etil cetona e etilbenzeno, que passaram através da manta composta de carbono. As correntes de tolueno e metil etil cetona foram mantidas a uma umidade relativa menor que 5% e a corrente de etilbenzeno foi mantida a uma umidade relativa de 82%. Os resultados são mostrados na figura 20, onde as curvas A, C e D mostram, respectivamente, a concentração de vapor de metil etil cetona, tolueno e etilbenzeno vs. a alteração observada no comprimento de onda, e onde a curva B mostra a concentração de vapor de tolueno vs. a mudança observada no comprimento de onda quando a manta composta de carbono não foi empregada. Os resultados na figura 20 mostram que o indicador apresentado exibiu uma mudança no comprimento de onda de cerca de 6 a 16 nm a uma concentração de vapor de 200 ppm e mudanças no comprimento de onda de cerca de 12 a 21 nm a uma concentração de vapor de 2.000 ppm. As curvas BeC também mostram que a camada de detecção porosa no indicador apresentado manteve sua capacidade absorvente mesmo quando colocada em competição termodinâmica com o carbono microporoso.

Exemplo 8

Usando-se o método do exemplo 3, o polímero PIM foi preparado a partir de monômeros BC e FA. Usando-se um evaporador Mark-50 da CHA Industries operado a uma pressão de base de 0,0013 Pa (1x10~5torr) e com pelétes de titânio n° T-2003, lâminas de vidro limpas foram metalizadas com uma camada de Ti semi-reflexiva de 10 nm de espessura. Uma solução de 4% de polímero PIM em clorobenzeno foi revestida por rotação à camada de Ti a 2.000 rpm. Usando-se o método do exemplo 4 (indicador B), uma suspensão diluída de nanopartículas de prata SVE 102 foi revestida por rotação a um filme de PIM e seca sob vácuo à temperatura ambiente por 12 horas, para fornecer um indicador multicamada de filme fino com uma camada de detecção de PIM situada entre uma camada semi-reflexiva de titânio e uma camada reflexiva de nanopartículas de metal permeável a vapor. O indicador tinha uma aparência esverdeada quando observado visualmente através da lâmina de vidro e da camada semi-reflexiva.

Para avaliar a habilidade do indicador de competir com o carbono microporoso para adsorção de vapores orgânicos, o indicador foi colocado sobre um pequeno pedaço da manta de não-tecido carregada com carbono 94 usada no exemplo 2. Em equilíbrio com IOOOppm de ciclohexano fluindo a 32 L/min, o carbono na camada adsorve 0,21 g de ciclohexano por grama de carbono. A aparência do indicador foi observada através do substrato de vidro usando-se um espectrômetro e uma ponta de prova reflexiva de fibra óptica, e medido em ar seco (<3% de umidade relativa) e uma umidade relativa de 85%. O indicador apresentou apenas uma mudança espectral de 3 nm a uma umidade relativa de 85%, em comparação aos resultados em ar seco, demonstrando que o indicador foi genericamente insensível a condições de alta umidade. Em seguida, enquanto se manteve uma umidade atmosférica relativa de 85%, a manta de não-tecido carregada com carbono foi exposta a vapor de estireno a 20 ppm. O indicador apresentou uma mudança espectral de 23 nm, demonstrando que o indicador manteve sua funcionalidade absorvente quando colocado em competição termodinâmica com o carbono microporoso exposto a um fluxo de analito úmido. Exemplo 9

Usando-se o método do exemplo 6, uma camada semi-reflexiva de titânio de 10 nm de espessura foi revestida por evaporação a duas lâminas de vidro limpas. Um polímero PIM com um peso molecular médio ponderai (PM) de 62.900 foi preparado usando-se o método de exemplo 3 e os monômeros BC e FA. Uma solução de 3,2% de ρ olímero PIM em uma mistura de 60/40 de clorobenzeno/tetraidropirano foi revestida por rotação às camadas de Ti das lâminas de vidro revestido a 1.000 rpm. Uma quantidade de 1,0g de nanopartículas de prata SILVERJET™ DGP 40LT-25C (43,25% em metanol, disponíveis junto à Advanced Nano Products Co., Ltd., Coréia) foi adicionada a 2 mililitros de metanol para originar uma suspensão diluída contendo 16,8% de sólidos. A suspensão diluída foi revestida por rotação a 600 rpm a camada de PIM em cada lâmina revestida. Uma lâmina foi, então, secada a ar e identificada como o indicador A. A outra lâmina foi aquecida em ar a 150°C durante 1 hora, para sinterizar parcialmente as partículas de prata, e é identificada como o indicador Β. O indicador B tinha uma refletividade de cerca de 39% a 500 nm, em relação a uma camada de referência de alumínio de 100 nm de espessura.

Para avaliar a habilidade de ambos os indicadores de competir com o carbono microporoso para adsorção de vapores orgânicos, o lado revestido de cada lâmina foi colocado contra um pequeno pedaço da manta carregada com carbono 94 usada no exemplo 2, com o refletor de nanopartículas permeável em contato com a manta carregada com carbono. Os indicadores foram observados através do substrato de vidro e da camada semi-reflexiva usando-se um espectrômetro e uma ponta de prova reflexiva de fibra óptica. Os indicadores foram expostos a uma corrente de vapor de 50 ppm de tolueno que passou através da manta carregada com carbono. O pico espectral do indicador A se deslocou de 532 nm para 558 nm, e a mínima espectral do indicador B se deslocou de 609 nm para 629 nm, demonstrando que, em cada instância, o indicador manteve sua funcionalidade absorvente quando colocado em competição termodinâmica com o carbono microporoso.

Todas as patentes e pedidos de patente citados acima, inclusive aqueles na seção dos Antecedentes da Invenção, estão aqui incorporados a título de referência em sua totalidade. Até o ponto em que haja um conflito, este documento ira prevalecer.

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. DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO, caracterizado pelo fato de que compreende um invólucro que inclui uma entrada de gás, uma saída de gás e um indicador multicamada de filme fino, sendo que: A) o invólucro contém um meio absorvente que pode sorver um vapor de interesse que flui da entrada até a saída, Β) o indicador multicamada de filme fino compreende: i) uma camada de detecção porosa cuja espessura óptica se altera na presença de vapor, situada entre ii) uma camada semi-reflexiva visível do lado de fora do invólucro e iii) uma camada reflexiva permeável ao vapor e C) a camada reflexiva está em proximidade suficiente com o meio, de tal forma que, com o equilíbrio na concentração de vapor aplicada entre ao menos uma porção do meio e o vapor, o vapor pode passar do meio até a camada reflexiva e dentro da camada de detecção, e alterar a espessura óptica da camada de detecção suficientemente para causar uma mudança visualmente discernível na aparência do indicador, conforme visto através da camada semi-reflexiva.

2. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma coloração por interferência é criada ou destruída dentro do indicador quando o mesmo está na presença do vapor.

3. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o indicador fornece uma mudança colorimétrica na aparência sem a necessidade de uma fonte de luz equipada com motor, um detector óptico ou um analisador espectral.

4. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o indicador é iluminado usando-se uma fonte de luz externa e é avaliado usando-se um fotodetector.

5. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a frente da alteração de cor avança com o fluxo de vapor através do meio, além do indicador.

6. PROCESSO PARA FABRICAÇÃO DE UM DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO, caracterizado pelo fato de que compreende: A) fornecimento de um invólucro que inclui: i) um espaço para conter o material absorvente que irá sorver um vapor de interesse que flui através do invólucro e ii) um indicador multicamada de filme fino que compreende: a) uma camada de detecção porosa cuja espessura óptica muda na presença do vapor, situada entre b) uma camada semi-reflexiva visível do lado de fora do invólucro e c) uma camada reflexiva permeável ao vapor, B) posicionamento do meio no invólucro em proximidade suficiente com a camada reflexiva, de tal modo que, após a saturação de ao menos uma porção do meio por vapor, o vapor pode passar através da camada reflexiva dentro da camada de detecção e alterar a espessura óptica da camada de detecção, suficientemente para causar uma mudança visualmente discernível na aparência do indicador, conforme visto através da camada semi-reflexiva, e C) vedação do invólucro.

7. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o dispositivo compreende um cartucho de respirador purificador de ar.

8. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o indicador é flexível e dobrável, sem ruptura.

9. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o invólucro compreende uma porta de visualização transparente sobre o indicador.

10. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o meio compreende um sólido finamente dividido .