Brevet FR2256747A1 — publié le 19750801

La présente invention concerne un as masque chirurgical per Sectionné. Les masques chirurgicaux sont utilisés en chirurgie depuis un certain temps. Le rôle de ces masques est d'empêcher les bactéries exhalées parle chirurgien ou d'autres préposés dans la salle d'opération, contaminer le patient subissant une opération chirurgicale et également de protéger le chirurgien et les autres préposés de la salle d'opération des bactéries provenant du patient. Les masques chirurgicaux qui furent utilisés à l'origine étaient constitués de couches multiples de gaze qui étaient placées sur le nez et la bouche du chirurgien. Des couches multiples de tuile furent également utilisées.Ces ma tières ne sont pas des filtres de bactéries particulièrement bons et ont une efficacité en ce qui concerne la filtration des bactéries inférieure à 50 %. Ces masques chirurgicaux en tissu, bien qu'lus ne constituent pas des filtres efficaces des bactéries, sont extrêmement confortables à porter, c'est-à-dire qu'ils s'accomodent bien au visage du chirurgien et ils ont également une faiblè résistance vis-à-vis de l'air. La résistance vis-à-vis de l'air telle qu'on l'entend dans l'invention est une mesure de la résistance de la circulation de l'air à travers le masque. Elle est déterminée en mesurant la chute de pression au niveau du masque quand le masque est placé dans un courant d'air.L'air peut circuler facilement à travers les masques en tissu tissé du fait des jours des tissus. Ceci signifie que les interstices formés par le tissage des tissus sont suffisamment importants en nombre et en dimension individuelle pour fournir une proportion significative de zones exemptes de fibres ou ouvertes dans le masque. La faible résistance vis-à-vis de l'air, permet d'avoir une respiration très aisée à travers ces masques en tissu. l'agencement relativement ouvert des fibres dans le masque en tissu qui permet le passage aisé de l'air à travers le masque, permet également aux bactéries de pénétrer à travers le masque. En raison de la médiocre efficacité de filtration des bactéries des masques en tissu, des efforts ont été dirigés vers la production d'un masque susceptible d'être åeté à une seule utilisation qui présente une plus grande efficacité de filtration des bactéries que les masques en tissu utilisés précedemment. Les masques à une seule utilisation ont essentiellement accru l'efficacité vis-à-vis des bactéries comparativement aux masques en tissu, ce qui a permis d'obtenir une efficacité dans la gamme de 90 % ou plus mais, par contre, ils ont engendré d'autres problèmes. Le problème majeur du masque chirurgical à une seuleitilisation réside en ce que avec l'efficacité élevée vis-à-vis des bactéries, la résistance vxFà-vis de l'air a fortement augmentée.Ces masques à une seule utilisation ont une résistance vis-à-vis de l'air si grande que le masque est littéralement déplacé à distance de la bouche de l'utilisateur quand celui-ci exhale. Ceci indique que l'air ne circule pas à travers le masque mais qu'il y a-une accumulation de pression entre la surface interne du masque, la bouche et lé nez CH2 l'utilisateur. Cette pression non seulement rend ces masques inconfortables à porter mais pousse également le masque à distance du visage lors d'une exhalation et permet aux bactéries de sortir à partir des bords du masque, ce qui annihile le but du masque. En outre, plusieurs de ces masques a une seule utilisation ont été réalisés avec de la fibre de verre très courte, de l'amiante ou d'autres fibres qui ont tendance à se détacher du milieu de filtration du masque et qui sont inhalées par l'utilisateur. Ces petites particules ont tendance à irriter l'utilisateur du masque. La faible résistance vis-à-vis de l'air de ces masques rend également les masques indésirablement chauds lorsqu'ils sont portés. Ceci est particulièrement vrai quand les masques sont portés pendant des périodes de temps assez longues.Les passages dans le masque qui permettent à l'air de circuler à travers celui c., tendent éventuellement à se boucher avec de la poussière, des bactéries ou d'autres petites particules étrangères rencontrées dans l'atmosphère d'une-salle d'opératior. et éventuellement, en un laps de temps de deux à trois heures t il peut devenir extrêmement difficile de respirer à travers le masque. Cet état engendre une gêne considérable pour l'utilisateur du masque. La présente invention crée un masque chirurgical qui a une efficacité élevée de filtration des bactéries et qui cependant, a une très faible résistance vis-à-vis de l'air. On pourrait s'attendre à ce que, étant donné que l'efficacité de filtration des bactéries est accrue, la résistance vis-à-vis de l'air augmente ou reste au moins à un niveau relativement constant. La résistance vis-à-vis de l'air peut être considérée comble étant fonction du nombre d'ouvertures dans le milieu de filtration efficace du masque chirurgical ou de l'étendue ouverte totale dans le masque. Etant donné que l'étendue ouverte totale du masque augmente, la résistance vis-à-vis ae l'air diminue ainsi l'efficacité de filtration des bactéries.Dans le masque chirurgical selon l'invention, on a obtenu une faible résistance visà-vis de l'air mais on a maintenu le niveau d'efficacité de filtration des bactéries qui est équivalent aux masques chirurgicaux à une seule utilisation employés précedemment. Ce résultat qui semble contradictoire a été obtenu en employant comme milieu de filtration un filament th.ermoplastique synthétique de longueur continue plutot que des fibres courtes. On entend dans l'invention par filament de longueur continue un filament qui a une longueur supérieure à 6,35 cm et, de préférence7 d'une longueur indéterminée.Ces filaments sont disposés sous la forme d'un tissu non tissé en les reliant immédiatement après l'extrusion dans un substrat ou bande à support autonome par application d'une valeur minimale de pression au substrat ou bande mais en n'utilisant pas de liant. Le tissu non tissé particulier qui s'est révêlé être utile, est réalisé à partir de filaments de téréphtalate de polyéthylène qui son déposés pour former un tissu immédiatement après l'extrusion de la faucon enseignée dans le brevet canadien NO 775 807. Dans son ensemble, ce procédé réside dans le filage des filaments, I'application d'une charge électrostatique aux filaments, la séparation des filaments due à la charge électrostatique appliquée, l'orientation des filaments et le dédit des filaments dans une bande ou substrat non tissé désordonné qui est essentiellement exempt d'agrégats de filaments. Le procédé peut être mis en oeuvre pour avoir un taux élevé de gaufrage des filaments. les filaments dans le tissu sont disposés -selon une relation essentiellement parallèle dans' des plans perpendiculaires à la direction selon laquelle l'air se déplace à travers le. tissu dans le masque. La raison de cet agencement des filaments a pour effet que l'efficacité élevée" de filtration des bactéries du masque avec une f'aible"résistan vis-à-vis de l'air, nu est pas claire. Il semble que la disposition de' filaments d'un diamètre particulier, procure de cette - façon, un nombre maximal d'étendues ouvertes et maintent cependant un diamètre relativement faible de ces étendues ouvertes afin d'emprisonner efficacerent les bactéries et de les empêcher de se déplacer à travers le milieu de filtration tout en fournissant en même temps un volume d'air éleva qui circule à travers le masque chirurgi-c:l. Il est également possible que l'efficacité élevée de filtration des bactéries du frasque, soit fonction de la charge électrostatique riui est introduite sur les filaments dans le procédé de formation de 1 mande ou substrat.La charge électrostatique peut soit attirer soit retenir les bactéries dans le masque ou même exercer une charge électrostatique léthale sur les bactéries traversant le masque. L'élimination du liant dans le tissu, contribue essentiellement à la conformation du masque cnirurrical final. La teneur du liant dans les tissus non tissés à tendance à raidir les tissus. Dans le masque cnirurgical de l'invention, le milieu de filtration est essentiellement exempt de liant et se conforme aisément aux contours du visage de l'utilisateur. La présence du liant n'aide pas à accroître l'efficacité de filtration du milieu de filtration dans le masque. L'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, aux dessins annexés. La fig. I est une vue isométrique du masque chirurgical de l'invention déployé sous la forme tel qu'il apparaît sur le visage d'un itilisateur. -La fig. 2 est une vue en plan du tison du masque de l'in Invention montrant les plis dans le masque et une section du masque arrachée agrandie. La fig. 3 est une coupe transversale schématIque prise suivant la ligne 3-3 de la fig. 2 montrant les plis dans le tissu de la fig. 3. La fig. 4 est une couine transversale agrandie du masque prise suivant la ligne 44 de la fig. 2. La fig. 5 est une microphotographie du milieu de filtration du masque de l'invention à un agrandissement de 100 fois. La fig. 6 représente une autre microphotographie du milieu de filtration au masque de l'invention à un agrandissement de 150 fois. Comme représenté à la fig. 1, le masque chirurgical tel qu t il apparaît lors de llutilisatin, se compose d'une partie principale 10 à laquelle est fixée au bord supérieur, une pince nasale métallique 11, La pince nasale nétallique est réalisée à partir d'un métal qui peut être aisément courbé pour se conformer au nez de l'utilisateur, comme l'aluminium. Le masque est attaché à la partie principale par couture ou scellage à la chaleur ou un autre moyen convenable d'une bande de fixation 13 sur les bords supérieur et inférieur du masque.Un bord de fixation supplémentaire 12 qui est d'une longueur suffisante pour s'étendre au-delà des bords supérieur et inférieur du masque et qui est utilisé en tant que cordon pour fixer le masque'8 la tête de l'utilisateur, est également attaché à la partie principale du masque sur les bords latéraux de celui-ci. Il y a également à la fig. 1, des points de liaison 14 dont la fonction est expliquée ci-après. La fig. 2 représente la configuration des plis du masque. le stratifié qui constitue la partie principale du masque est replié sur lui-même selon une forme en accordéon depuis le bord supérieur du masque 15 vers le bord inférieur du masque 16. Le masque de la fig. 2 est représenté comme étant replié en trois endroits en 17, 18 et 19 mais le pliage particulier ou le nombre de plis ne constitue pas une caractéristique de 3a présente inven- tipn. ~Cette configuration particulière du masque s'est révélée antérieurement être d'une excellente adaptation sur le visage de l'utilisateur. La partie arrachée agrandie 20 de la fig. 2 montre bs diverses couches du masque. La surface externe du masque est un tissu de revêtement non tissé 21 très poreux. La partie centrale contenant le milieu de filtration en tissu lié filé 22 de l'invention, s'étend entre le tissu de revêtement 21 et une autre couche du tissu de revêtement 23. les deux couches du tissu de revêtement peuvent Setre réalisées à partir du même tissu non tissé extrêmement poreux. Le rôle des parties du tissu de revêtement du masque est de contenir et de retenir le milieu de filtration. les couches externes sont en tissu non tissé très poreux d'un poids relativement léger et contriblent très peu à la conception du masque excepté pour les propriétés de filtration. Du fait qu'elles sont très poreuses, ces matières présentent également une très fable résistance à la circulation de l'air à travers le masque. le poids de la couche de revêtement du masque peut être compris dans la gamme d'environ 13g/0,836 m2 à 26g/ 0,836m2. Il est avantageux d'utiliser des couches de revêtement de très faible poids afin de ne pas augmenter la rigidité et donc de réduire l'adaptation du masque chirurgical. La matière de revêtement peut être un tissu non tissé cardé relié avec un liant thermoplastique. Un liant thermoplastique convenable réside dans une émulsion d'un liant acrylique polymérisé à prise autonome. On a trouvé avantageux d'effectuer une liaison par points parscellage à la chaleur ou un autre processus de liaison, des trois couches du masque chirurgical. Comme chacune des couches individuelles du stratifié est d'un poids relativement faible, les couches sont reliées si bien qu'elles peuvent être plissées et la liaison par couture peut être appliquée avec le minimum de probabilité de déchirage ou d'une autre désintégration des bandes pendant la fabrication du masque. En outre, la liaison de la couche interne du masque chirurgical au milieu de filtration en tissu en certains points, empêche la couche interne du masque de se déplacer sur le nez ou la bouche de l'utilisateur lorsque celui-ci inhale.Si la couche interne n'est pas liée, il est possible qu'elle puisses déplacer contre le nez ou la bouche de l'utilisateur quand il inhale. Bien que ceEi ne réduise pas l'efficacitédu masque, on a trouvé que cela pouvait provoquer une certaine gêne pour l'utilissateur.La liaison peut être effectuée par scellage à la chaleur du stratifié avec une force suffisante pour effectuer la liaison à travers toutes les couches du masque. On a trouvé qu'un dispositif de scellage à la chaleur chauffé à une température de l'ordre de 204 C ayant une pression de 5,6 kg/cm2 et avec une durée de séjour de une seconde, est suffisant pour relier les trois couches du masque. Comme représenté en 14 à la fig. 4, l'endroit relié peut s'étendre à travers toute la profondeur du masque. Comme les filaments de tissu-du milieu de filtration sont thermoplastiques, l'application de chaleur et pression a pour effet que les filaments fondent lors du refroidissement, durcissent et forment une liaison permanente entre les trois couches du masque. il est également possible d'utiliser des adhésifs de compositions à l'état fondu ou d'autres matières adhésives pour réaliser la liaison par points des couches du masque. 1 est souhaitable de réaliser les zones de liaison btales aussi peti tes que possible. On a trouvé que 6 à O zones liées disnosées en-dessous des plis du masque, chaque zone ayant une étendue de 11 ordre de 0,1 cm2, sont suffisantes pour relier les trois couches du masque selon un stratifié unitaire.L'étendue totale des points de liaison n'est pas critique bien qu'il convient de remarquer que la zone de liaison doit être suffisamment importante pour réaliser le résultat désiré mais ne doit pas être trop importante pour réduire notabl-ment l'efficacit- de filtration ou augmenter la résistance vis-à-vis de l'ar du masque Les points de liaisons tendent à être des zones imperméables qui empêchent le passage de l'air à travers le masque. Une-zone reliée totale recouvrant moins de 1 h de l'étendue de surface totale du masque, s'est révélée être convenable pour avoir les propriétés de liaison désirées.Une zone reliée totale de cet ordre ne réduit pas de facon mesurable 1' efficacité de filtration des bactéries ou l'augmentation de la résistance vis-à-vis de l'air du masque. Bien qu'une mise en oeuvre particulière des zones reliées sur le masque ne soit pas critique pour l'uilisation du masque, on préfère placer la zone reliée en-dessous des plis du masque, comme représenté schématiquenent à la fig. 3 Comme on l'a indiqué plus haut, le milieu de filtration est un tissu lié filé.Un tissu lié fAé d'un poids d'environ 39,7g/0,836m2 à 45,4g/0,836m2 montre les combinaisons souhaitées d'efficacité élevée vis-à-vis des bactéries et de faible résistance vis-à-vis de l'air. les filaments dans le tissu lié filé ont un diamètre de l'ordre de 14 microns à 20 microns. Les filaments ne sont pas parfaitement circulaires en-ce qui concerne le diamètre comme on peut le constater aisément à partir des microphotographies des fig. 5 et 6. Dans un tissu lié filé du type utilisé dans llinvention, la plus grande majorité des filaments si ce ntest tous les filaments du tissu, est d'une longueur indéterminée.Quand le tissu lié filé est réalisé, ces filaments sont extrudés comme un filament continu et sont déposés sur une courroie se déplaçant d'une facon~désordonnée mais la majeure partie de la longueur des filaments s'étend dans des plans qui sont essentiellement parallèles au sens d'acheminement de la courroie se déplaçant. Ceci peut être observé à la fig. 4. Les tissus de revêtement 21 et 23 renferment des fibres courtes dont certaines sont orientées perpendiculairement aux faces principales 24 et 25 du masque. Les filaments dans le tissu du milieu de filtration 22 sont orientés afin que la majeure partie de la longueur des filaments s'étende dans des plans qui sont par lèles aux faces principales du masque ou perpendiculaires à la direction d'écoulement de l'air à travers le masque.Ces filaments sont représentés par 26 et 27 à la fig. 4. te tissu est utilisé dans le masque chirurgical de telle sorte que la circulation de l'air à travers le masque soit dans le sens perpendiculaire aux plans parallèllg dans lesquels les fibres sont disposées. Ceci entraîne une utilisation maximale des filaments dans le tissu pour former des ouvertures exemptes de fibres dans la bande et ces ouvertures sont d'une dimension suffisamment petite pour empêcher le passage des bactéries à travers la bande. Afin de maintenir un degré important d'adaptation qui est désirable dansun masque chirurgical, on utilise dans l'invention un tissu lié filé qui a une résistance à la traction relativement faible. Des résistances-à la traction inîérieure-à 0,07 kgXcm2 en largeur, sont appropriées pour le milieu de filtration de tissu lié filé. Ces résistances à la traction relativement faibles existent dans les tissus liés filés qui ne contiennent pas de liant et relativement peu de zones à auto-iiaison. L'addition d'un liant a tendance à augmenter la résistance à la traction du milieu de filtration en tissu lié filé, ce qui a pour effet de réduire l'adaptation sans ajouter d'avantages particuliers dans l'efficacité de filtration. On a trouvé que le tissu du milieu de filtration doit être un de ceux qui oye renferment pas de quantités importantes de liant ajouté.-Le nombre de zones à auto-liaison doit être seulement celui qui est nécessaire pour traiter la bande du milieu de filtration en tissu dans le reste de l'équipement de traitement. Des points de fixation -supîément-aires n'ajoutent paa- d'avantages particuliers dans l'efficacité de filtration des bactéries et peuvent réduire l'adaptation du substrat ou bande et donc l'adap tatîon du masque chirurgical. L'invention est représentée par l'exemple non limitatif suivant. Exemple Le tableau 1 ci-après indique le résultat de la comparaison de l'efficacité de filtration moyenne et de la résistance vis-à-vis de l'air de six masques chirurgicaux avec une réali sation renfermant un milieu de filtration au téréphtalate de polyéthylène (désignés par A) selon l'invention, avec six masques contenant un milieu de filtration à la fibre de verre suivant la technique antérieure (désignés par B). Tableau 1 efficacité de filtration des A B bactéries 92 % 92 % résistance vis-à-vis de l'air 0,508 mm 5,588 mm L'efficacité de filtration des bactéries est déterminée de la manière suivante On vaporise la bactérie staphylococcus aureus selon un brouillard et on 1'introduit à travers une ouverture dans un conduit fermé. La bactérie traversant 'l'ouverture est emprisonnée sur un filtre millipore et est ensuite inoculée sur des plaques de gélose. Après une période de 24 heures, les colonies de bactéries sont comptées. On répète le même procédé avec un masque chirurgical bloquant l'ouverture du conduit. L'efficacité du masque chirurgical est déterminée en comparant le comptage des colonies des plaques avec et sans le masque chirurgical dans l'ouverture. La résistance vis-à-vis de l'air indiquée aux tableaux 1 et 2 en mm d'eau différentiels, est déterminée en faisant passer de l'air à un débit prédéterminé(85 litres par minute au tableau 1) à travers 115 cm2 d'un masque chirurgical de la réalisation indiquée. La chute de pression entre les côtés amont et aval du masque est une mesure de la résistance vis-à-vis de l'air du masque. Le tableau 2 montre l'effet de la résistance vis-à-vis de l'air à différents débits d'écoulement des masques des réali Sation À et B ci-dessus à la fois sur les couches de revêtement des masques qui sont identiques tant dans le masque A que dans le masque B. naseau 2 débit d'écoulement À B couches de revêtement 85:mon 0,458mm 5,1 mm 0,20 mm 50 1/mon 0,30 mm 3,0 mm 0,15 mm 30 1/mon 0,18 mm 1,72 mm 0,09 mm Les tableaux 1 et 2 montrent clairement la faible resis- tance vis-à-vis de l'air des masques chirurgicaux de l'invention. La résistance vis-à-vis de l'air du masque de l'invention, est inférieure àla résistance vis-à-vis de l'air des masques chirurgicaux de la technique antérieure d'un facteur d'environ 10. Le milieu de filtration en tissu lié filé, lorsqu'il est formé en extrudant les filaments polymères sur un transporteur se déplaçant et en soumettant ensuite le substrat ou bande à une légère pression pour relier les filaments de façon autonome, tend à les maintenir dans des plans qui sont parallèles à la surface du transporteur sur laquelle la bande est formée. Les fig. 5 et 6 sont des microphotographies du tissu lié filé utilisé dans le masque chirurgical de l'invention. On peut aisément constater à partir de ces microphotographies que la majorité ourla totalité des fibres est déposée dans des plans qui sont parallèles à la surface de la feuille du dessin.Comme on l'a indiqué précedemment, cet agencement en parallèle des fibres selon lequel le diamètre des fibres est de 14 à 20 microns, fournit un milieu de filtration ayant un grand nombre d'étendues ouvertes mais avec une dimension relativement petite de toute étendue ouverte individuelle. On a donc airsi une étendue à section totale relativement grande dans le masque pour le passage de l'air mais chaque ouverture individuelle est suffisamment petite pour empêcher le passage des bactéries. lie tissu de filtration est formé selon des bandes relativement minces d'une épaisseur de l'ordre de 0,254 mm à 0,508 mm, notamment d'environ 0,356 mm à 0,458 mm. Cette épaisseur est suffisante pour empêcher le passage de plus de 9%0 des bactéries qui peuvent traverser le masque, comme déterminé par des essais in vitro. Le volume des vides, c'est-àdire le volume total qui ne contient pas de filaments est supérieur à 85 %. Le volume des vides élevé et la faible résistance vis-à-vis de l'air, indiquent que la plupart des fibres s'étendent dans des plans qui sont parallèles aux surfaces principales du milieu de filtration et qu'il y a un pourcentage relativement faible de filaments qui s'étendent depuis une des surfaces principales du milieu de.filtration vers une autre surface. Tant la fig. 5 que la fig. 6 montrent un nombre relativement petit d'extrémités de filaments, ce qui a pour effet d'avoir tendance à aboutir à cette conclusion. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Vasque chirurgical ayant une partie agencée pour recouvrir le nez et la bouche et un dispositif pour fixer cette partie sur le nez et la bouche, cette partie renfermant un milieu de filtration constitué d'un tissu non tissé formé de filaments thermoplastiques continus ayant un diamètre de 14 à 20 microns tous ces filaments s'étendant essentiellement dans des plans généralement perpendiculaires à la direction de circulation de l'air à travers le masque, le tissu de filtration ayant un poids de 39,7g/0,836 m2 à 51g/0,836 m2, une épaisseur de l'ordre de 0,254mm à 0,508 mm, un volume des vides d'environ 85 % et 4tant essentiellement exempt de liant. 2 - Masque chirurgical suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la partie recouvrant le nez et la Douche se con- pose, de plus, d'un tissu de revêtement non tissé, poreux, de faible poids sur chaque côté principal du milieu de f-ltration. 3 - Masque chirurgical suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le tissu de revêtement e un poids de 13g/0,836m2 à 26g/0,836m2. 4 - 1asque chirurgical suivant la revendication c, caractérisé en ce que le tissu de revêtement est relié à un liant-ther- moplastique. 5 - Masque chirurgical suivant la reverwication 4, caractérisé en ce que le tissu de revêtement et le milieu de filtra tlon sont reliés en des points intermittent dans les deux directions sur la surface du masque. 6 - asque chirurgical suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les points de liaison représentent moins de 1 % te la surface de filtration totale du masque. 7 - vasque chirurgical suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le milieu de filtration comprend des filaments de téréphtalate de polyéthylène.