ES2222980T3 - Filtro combinado de vapor y de particulas. - Google Patents

Filtro combinado de vapor y de particulas.

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Abstract

Un material filtrante apropiado para la filtración tanto de partículas como de vapor que comprende un material compuesto de un primer y un segundo grupo de fibras, teniendo las fibras del primer grupo un diámetro relativamente grande de 6, 0 a 14, 0 x 10-6 m y las fibras de segundo grupo un diámetro relativamente pequeño de 0, 1 a 1, 0 x 10-6 m en el que las fibras tanto del primero como del segundo grupo comprenden fibras de carbono.

Description

Filtro combinado de vapor y de partículas.
Esta invención describe material filtrante y se refiere tanto a la producción como al uso del material.
Se conocen materiales filtrantes que comprenden tipos de fibras diferentes de diámetros diferentes. En particular, la base de datos WPI Sección Ch., Semana 198733, AN 1987-231919 (Derwent Publications Ltd) divulga un material filtrante que comprende de 20 a 60% de fibras de carbón activo de diámetro menor de 15 x 10^{-6}m, de 10 a 20% de fibras de vidrio ultra finas de diámetro 0,2 x 10^{-6} m y de 20 a 70% de fibras de celulosa. La base de datos WPI Sección Ch., Semana 198506, AN 1985-034894 (Derwent Publications Ltd) divulga un material filtrante que comprende un 20% de fibras de titanato K de diámetro de 0,1 a 0,3 x 10^{-6} m, 20% de fibras de poli(tereftalato de etileno) de diámetro de 5 a 15 x 10^{-6}m y 20% de fibras de poli(tereftalato de etileno) de diámetro de 20 a 50 x 10^{-6}m. El documento de patente de EE.UU. 4765812 divulga un material filtrante que comprende de 10 a 20% de un material aglomerante y de 80 a 90% de una mezcla de fibras que comprende de 75 a 95% de fibras de madera o vidrio de diámetro mayor que o igual a 20 x 10^{-6} m y de 5 a 25% de fibras de vidrio cuyo diámetro es menor de 3 x 10^{-6}m.
El material de acuerdo con la presente invención es apropiado tanto para filtración de partículas como de vapor. Tal como se usa en la presente memoria, el término "vapor" incluye aire y gases.
En un primer aspecto de la presente invención, consecuentemente, se proporciona material filtrante apropiado para filtración tanto de partículas como de vapor que comprende un material compuesto de un primer y un segundo grupos de fibras, teniendo las fibras del primer grupo un diámetro relativamente grande de 6,0 a 14,0 x 10^{-6} m y teniendo las fibras del segundo un diámetro relativamente pequeño de 0,1 a 1,0 x 10^{-6} m en el que tanto las fibras del primero como del segundo grupo comprenden fibras de carbono.
Típicamente, las fibras del primer grupo tienen un diámetro de aproximadamente 7,0 x 10^{-6} m y las fibras del segundo grupo tienen un diámetro de aproximadamente 0,5 x 10^{-6} m.
También típicamente, el material compuesto contiene aproximadamente un 70% (en masa) de fibras del primer grupo.
En un segundo aspecto, la presente invención proporciona un método para producir un material filtrante en forma de material compuesto apropiado para la filtración tanto de partículas como de vapor, que comprende mezclar conjuntamente fibras de un primer y un segundo grupo en el que las fibras del primer grupo tienen un diámetro relativamente grande de 6,0 a 14,0 x 10^{-6} m, las fibras del segundo grupo tienen un diámetro relativamente pequeño de 0,1 a 1,0 x 10^{-6} m y las fibras tanto del primero como del segundo grupo comprenden fibras de carbono.
La invención también comprende un material filtrante producido según el método precedente.
Además, la invención también comprende un respirador provisto de una unidad filtrante que incorpora el nuevo material filtrante.
Los diversos aspectos de la invención se describirán a continuación, por medio de ejemplos solamente, con referencia a los dibujos adjuntos en los que
La figura 1 es una vista lateral de un respirador provisto de una unidad de filtración;
La figura 2 es una sección transversal del material filtrante empleado en la unidad de filtración;
La figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra las etapas de fabricación para producir el material filtrante, y
Las figuras 4, 5 y 6 ilustran diversas formas del material filtrante.
La figura 1 muestra un respirador 1 personal de la forma divulgada por el documento de patente GB 2080120 (Secretaría de Estado para la Defensa) que tiene una máscara facial 2, una unidad filtrante 3 y un recipiente 4.
Según la presente invención, el recipiente 4 aloja capas 5 contiguas de material filtrante 6 de acuerdo con la invención (figura 2).
El material filtrante 6 es apropiado tanto para la filtración de partículas como de vapor, y comprende un material compuesto de los grupos primero y segundo 10, 11 de fibras troceadas, en los que las fibras del primer grupo 10 tienen un diámetro relativamente grande (aproximadamente 7,0 x 10^{-6} m) y las fibras del segundo grupo tienen un diámetro relativamente pequeño (aproximadamente 0,5 x 10^{-6} m).
Las longitudes preferidas de las fibras son:
Primer grupo 1,0 a 6,0 mm
Segundo grupo 100 a 200 x 10^{-6} m
El primer grupo de fibras 10 de este ejemplo comprende fibras de carbono obtenida a partir de poliacrilonitrilo (PAN) o de brea de petróleo que han sido activadas por los métodos convencionales de activación con corriente de vapor o CO_{2} de tal forma que se las convierte en porosas con lo que son capaces de absorber vapores de punto de ebullición alto (digamos >50ºC). Estas fibras también han sido tratadas químicamente con agentes de impregnación de tal forma quue se las convierte en capaces de absorber vapores de punto de ebullición bajo (p.ej.<50ºC). Las fibras 10 que se pueden considerar como macrofibras, constituyen aproximadamente el 70% (en masa) del material compuesto. El intervalo de mezcla de fibra puede variar, oscilando las fibras 10 del primer grupo en un intervalo de 60 a 90% (en masa) y las fibras del segundo grupo que constituyen el resto de la masa.
Las fibras del segundo grupo, que pueden considerarse microfibras, comprenden fibras de carbono con crecimiento en fase de vapor.
El primer grupo de fibras filtra los vapores y el segundo grupo de fibras filtra las partículas. Por combinación de los dos grupos de fibras se obtiene como resultado un material filtrante combinado de partículas y vapores.
El doble papel del material filtrante da como resultado una reducción en peso (cuando se compara con las dos unidades filtrantes convencionales), así como una reducción de la resistencia a la respiración, debido a un menor requerimiento de medios para la filtración total.
La figura 3 ilustra cómo se produce el material filtrante.
Las porciones deseadas de los grupos primero y segundo de fibras se mezclan en un recipiente mezclador 15 junto con agua, un agente aglomerante soluble, tal como carboxi- metilcelulosa sódica o un aglomerante de base acrilíca y un modificador de viscosidad tal como glicerol, que ayuda a la dispersión y asegura una mezcla sustancialmente uniforme. La mezcla se pasa entonces a un laminador 16, del tipo usado en la industria del papel para preparar las muestras de ensayo. El agente aglomerante soluble en agua (tal como se ha mencionado anteriormente) puede añadirse para asegurar que el material compuesto subsiguiente tenga buenas propiedades mecánicas.
Si se añade agente aglomerante, el material se calienta hasta 130 a 150ºC para curar el agente aglomerante durante 10 a 20 minutos.
El uso del laminador 16 da como resultado un material compuesto en forma de alfombrilla que se corta seguidamente al tamaño adecuado para incorporarlo como capas dentro del recipiente 4 de la figura 1, con ayuda de una cuchilla 17.
El material compuesto puede producirse en forma de alfombrillas o láminas planas, tales como rectángulos (figura 4) o discos (figura 5). Alternativamente, las alfombrillas puede plegarse (figura 6). Las formas finales se producen de tal forma que permitan fácilmente la integración en el sistema del respirador.
Ejemplos 1. Eliminación de partículas
Se produjo una alfombrilla de 25 g de fibra de carbono activo procedente de brea que puede eliminar 99,5% de partículas de NaCl (diámetro medio de partícula 0,6 x 10^{-6}m) cuando se ensayó a una velocidad frontal de 30 cm^{3}/min. La caída de presión asociada fue baja, 0,9 mm de H_{2}O.
2. Eliminación de vapor
Se ensayaron frente a hexano (concentración 4000 mg/m^{3} a 1 l/min) fibras de carbón activo procedentes de brea en condiciones de sequedad (< 5% de humedad relativa) y muestra seca. El peso de fibras de carbono fue de 0,8 g en un tubo de ensayo de latón de 2,5 cm. Una de las fibras de carbón activo no presentó ninguna penetración del hexano hasta los 63 minutos.

Claims (13)

1. Un material filtrante apropiado para la filtración tanto de partículas como de vapor que comprende un material compuesto de un primer y un segundo grupo de fibras, teniendo las fibras del primer grupo un diámetro relativamente grande de 6,0 a 14,0 x 10^{-6} m y las fibras de segundo grupo un diámetro relativamente pequeño de 0,1 a 1,0 x 10^{-6}m en el que las fibras tanto del primero como del segundo grupo comprenden fibras de carbono.
2. Un material filtrante de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las fibras del primer grupo tienen longitudes comprendidas entre 1,0 a 6,0 mm.
3. Un material filtrante de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que las fibras del segundo grupo tienen longitudes comprendidas entre 100 a 200 x 10^{-6}m.
4. Un material filtrante de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3, en el que las fibras del primer grupo tienen un diámetro de aproximadamente 7,0 x 10^{-6} m.
5. Un material filtrante de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 4, en el que las fibras del segundo grupo tienen un diámetro de aproximadamente 0,5 x 10^{-6} m.
6. Un material filtrante de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 5, en el que las fibras del primer grupo constituyen entre el 60 al 90% de masa.
7. Un material filtrante de acuerdo con la reivindicación 6, en el que las fibras del primer grupo comprenden el 70% de masa aproximadamente.
8. Un material filtrante de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 7, en el que las fibras del primer grupo han sido activadas por los métodos convencionales de activación con de vapor de agua o CO_{2}.
9. Un material filtrante de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 8, en el que las fibras del primer grupo han sido tratadas químicamente con agentes de impregnación.
10. Un método para producir un material filtrante en forma de material compuesto apropiado para la filtración tanto de partículas como de vapor, que comprende mezclar conjuntamente un primer y un segundo grupos de fibras en los que las fibras del primer grupo tienen un diámetro relativamente grande de 6,0 a 14 x 10^{-6} m, las fibras del segundo grupo tienen un diámetro relativamente pequeño de 0,1 a 1,0 x 10^{-6} m y las fibras tanto del primero como del segundo grupo comprenden fibras de carbono.
11. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que se mezcla un agente aglomerante con el primer y segundo grupo de fibras.
12. Un método de acuerdo con la reivindicación 10 o la reivindicación 11, en el que el material se produce como láminas y posteriormente se corta al tamaño adecuado para incorporarlo como capas en un sistema respirador.
13. Un respirador provisto de una unidad de filtración que incorpora el material filtrante de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.
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