Brevet FR2467010A1 — publié le 19810417

L'invention se rapporte à un nouveau matériau de filtration, aux masques respiratoires comportant ce matériau filtrant et plus particulièrement aux masques respiratoires txtrêmement légers réalisés en non-tisse et qui servent lors de travaux en atmosphère soit viciée, soit aseptique. Les non-tisses utilisez à cette tin sont des feutres formés de fibres, voire de nicrofîbres synthétiques linéaires ou ondulée;, de section circulaire, assemblées entre elles en matelas, généralement au moyen d'un liant, par exemple par imprenation, par pulvérisation, par foulardage etc. Afin d'obtenir des passages ou pores suffisamment petits pour retenir les particules a arrêter, les matelas de ces non-tisses sont formés de fibres thermo-retractiles (P.V.C. par exemple) et soumis a un traitement thermique. Il est enseigne que le diamètre des pores est sensiblement égal à celui des fibres constitutives du matelas. Cette théorie a amené l'usage de microfibres de section circulaire dont le diamètre est inférieur au micron. Le demandeur fabrique depuis 1965 (brevet français n0 1 438 534) des masques respiratoires en non-tissé d'un poids de 3009/m2 (après retraction). Il est maintenant admis (par exemple dans le modèle drutilité allemand FREUDENBERG n0 76.00278 du 16 décembre 1976) que les masques monocoquille constitué par un non-tissé de microfibres d'un poids de 300g/m2 après rétraction, n'avaient pas une efficacité supérieure à 50 Z dans les conditions d'essai des normes AFNOR NF 'N 76 101 de mai 1975 et S 76 201 d'octobre 1975) alors que celles-ci scrivent une efficacité minimale de 85 % c'est-a-dire un pouvoir de rétention tel que 85 % des particules d'un diamètre de 0,3 a 0,5 micron d'un aérosol de bleu de méthylène, soient arrêtées par l'élément filtrant. Il a été observe également que l'augmentation du grammage du non-tisse ne conduisait qu'à une amélioration à peine sensible. Il en est de même, de la superposition de couches de tel nontisse. Le modèle d'utilite allemand n0 76.00278 précité propose de constituer des masques au moyen d'un minimum de trois couches, la ou les couches intermédiaires étant réalisées en une nappe de fibres extrèmement fines (polycarbonate, polystyrène, chlorure de polyvinyl ou leurs mélanges) obtenue par un procédé électrostatique. Il semble que cette efficacité minimale de 85 % reste encore un problème attendant une solution. Selon l'invention, le matériau filtrant est un matelas de fibres non-tisse ayant la particularité d'être d'une section rectangulaire dont le titre moyen est de l'ordre de 10 dtex, par exemple, d'un titre compris entre 8 a 20 dtex. Pour faciliter l'intelligence de ce qui va suivre, le terme "fibre11 sera réservé à celles de section circulaire alors que le mot "fibrille" identifiera les macrofibres à section rectangulaire comme celles obtenues par un procédé de fibrillation (par exemple selon le brevet SHELL n0 1545.908 ou le brevet français I.T.F. n0 2.306.818) à partir d'un film stratifie a deux composants oléifiniques différents (par exemple un couple : homopolymere de polypropylène/polyéthylène haute densité, ou un couple : homopolymêre depolypropylène/copolymére statistique propylêne-éthylène). On sait que selon ces procédés, le film complexe est divisé en un réseau (de structure analogue à celle du métal déployé) par l'action d'un cylindre à aiguilles et que ce processus conduit à des fibrilles de sections approximativement rectangulaires dont les arêtes sont irrégulières et pourvues de barbes. Si l'on utilise un couple dont les deux polymères ont des coefficients de rétraction thermique et des points de fusion différents, le traitement thermique produira dans un premier temps, la frisure tridimensionnelle et en second temps, l'auto-agglomeration des fibrilles, sans qu'il soit nécessaire de recourir à un liant. Jusqu a présent on n'a jamais réalisé des masques respiratoires dont l'élément filtrant est constitué d'un matelas de macro-fibrilles de section rectangulaire et ce, parce que cet emploi aurait été en contradiction de la théorie de la filtration qui préconisait l'usage de fibres de diamètre voisin à celui des particules à retenir et qui, de ce fait, tendait à employer des microfibres de plus en plus fines (par exemple modèle d'utilité allemand n0 76.00278 précité). Or, cette théorie trouvait sa justification dans la structure des non-tissés traditionnels. En effet, les pores de ceux-ci sont constitubés par l'intervalle laissé entre deux couches de fibres par un lit intermédiaire de mêmes fibres orientées différemment, étant rappelé que ces fibres sont droites, ou, au mieux ondulées c'est-à-dire de profil sinueux dans un plan. Les diamètres des pores d'un non-tisse traditionnel est donc forcément équivalent au diamètre des fibres du lit intermédiaire avec, pour corollaire, l'obligation d'utiliser des microfibres pour obtenir des micropores pouvant arrêter des micro-particules. Au contraire, dans un matelas de macro-fibrilles, les pores deviennent de véritables alvéoles dont les dimensions sont sans commune mesure avec les pores des non-tissés traditionnels. En effet, la frisure en hélice, parfois contrariée pour une même fibrille, fait qu'il se créé des intervalles totalement anarchiques,donc selon une répartition totalement aléatoire, une alvéole pouvant différer de ses voisines selon la position de la macro-fibrille séparant celles des "couches" immédiatement supérieure et inférieure depuis le cas ou la macro-fibrille est a plat, jusqu'au cas ou elle est de champ en passant par toutes les orientations intermédiaires. La forme et les dimensions des alvéoles sont encore influencées d'une part par le fait que la frisure en hélice interdit la stratification propre aux non-tissés de micro-fibres, en raison de l'imbriquement des hélices les unes dans les autres ; et d'autre part par les barbes des arêtes des macro-fibrilles. Il s'ensuit que ces alvéoles constituent de véritables chambres communiquantes par des sas. il est facile d'identifier un matelas de macro-fibrilles en regard d'un matelas traditionnel. A grammage identique, le matelas de macrofibrilles est beaucoup plus épais que l'autre. Les essais comparatifs auxquels s'est livré le demandeur, lui ont montre que le matériau macrofibrillaire avait en matière de filtration un comportement très différent de celui d'un matelas de microfibres. Alors que ce dernier agit comme un vulgaire tamis dont les mailles seraient constituées par les pores du non-tissé, le matelas macro fibrillaire se comporte comme une succession de tamis séparés par une multitude de chambres de détente. Il s'ensuit qu'un masque fait d'un non-tissé traditionnel non seulement s'avère inefficace comme on le constate aux essais, mais il est vite hors d'usage car les particules solides en suspension dans l'air aspiré, obstruent rapidement les pores des circuits préférentiels qui se créent selon la loi de la moindre résistance à l'écoulement avec pour conséquence une élévation notable de la perte de charge. Au contraire, dans un masque fait d'un non-tissé macro-fibrillaire, l'air chargé de particules se détend dans chaque alvéole du matelas et abandonne ces particules au -fur et à mesure de son cheminement, les plus grosses d'abord, les plus fines ensuite. Comme ces alvéoles ont des dimensions bien supérieures a celle d'une particule, elles ne se bouchent que peu rapidement, conservant au masque de non-tissé macro-fibrillaire une longévité et une efficacité bien supérieure à celle d'un masque en non-tissé traditionnel. La présente invention apporte donc une solution satisfaisante a l'efficacité desmasquesrespiratoires en vue d'atteindre le seuil de 85 X et en particulier en donnant au matériau macro-fibrillaire des caractéristiques adéquates à l'usage envisagé et en particulier en réalisant, avec ce matériau, un matelas destiné à être intercalé entre deux coquilles de non-tisse traditionnel. D'autres particularités et avantages apparaîtront a la lecture de la description et des revendications qui suivent, faites en regard des dessins sur lesquels - la figure 1 est une vue explosée d'un masque a trois coquilles-decrit a titre d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention - la figure 2 est une coupe verticale théorique d'un tel masque, étant précisé que cette figure n'est pas à l'échelle. Comme il a été précédemment dit, l'invention vise en premier lieu, un matériau filtrant constitué par un feutre de macro-fibrilles synthétiques frisées tridimensionnellement, ayant une section approximativement rectangulaire et d'un titre d'environ 10 dtex. Ce feutre est réalisé par aiguilletage de fibrilles obtenues par fibrillation d'un film stratifié a deux constituants tels qu'un couple homopolymère de propylène/polyéthylène haute densité ou-d'un couple homopolymêre de propylène/Copolymère statistique propylène-ét- mène. TABLEAU TITRE MOYEN 12 DTEX COMPORTEMENT THERMIQUE Température de l'étuve % RETRAIT MACROFIBRILLE N 1 MACROFIBRILLE N 2 100 C 10 % 20 % 110 C 14,5 % 25 % 120 C 29 % 32 % 130 C 57 % 57 % Zone au-delà de laquelle le thermocollage se produit 140 C 68 % 66 % 150 C 79 % 77 % Les fibrilles dont le comportement thermique est mis en évidence dans le tableau précédent sont obtenues a partir d'un film stratifié, la fibre n0 1 correspondant a un couple : homopolymère de propylène/copolymère statistique propylène-ethylène, et la fibre n0 2 à un couple : terpolymère acide (ethylène-vinyl -acétate)/copolymère statistique propyleneéthylène. Le traitement thermique est appliqué au feutre après aiguilletage, il commence par révéler la frisure tridimensionnelle en hélice accompagne du retrait. Au-dessus de 1300C alors que celui-ci se poursuit, intervient le thermocollage inter-fibrilles qui stabilise le matelas par fusion du constituant le plus fusible. Eventuellement un matelas de macro-fibrilles peut contenir, par adjonction au moment du nappage, 20 % de fibres textiles ou de microfibres. Malheureusement, un tel matelas de macro-fibrilles moulé en masque respiratoire, présente l'inconvénient d'une insuffisance de rigidité et force est de le combiner à un support plus résistant par exemple comme l'envisageait déjà le demandeur dans son brevet français n0 1.503.573 du 26 juin 1966, qui décrivait un masque comprenant une coquille extérieure porteuse du cordon et de la barrette nasale déformable et une coquille intérieure amovible en matériau filtrant, ces deux coquilles étant moulées selon la même forme, pour permettre leur emboitement, de manière que celui-ci produise l'assujettissement des deux coquilles sans nécessité d'autres moyens de fixation. Dans l'esprit de cette ancienne invention (qui visait l'econo- mie), la coquille extérieure servant de support à la coquille intérieure et pouvant resservir plusieurs fois (tandis que la coquille intérieure est remplacée à chaque usage), ne participait pas à la filtration, étant réalisée en un tissu à grosses mailles. Sur le plan de l'efficacité, ce masque à double coquille se comportait donc exactement comme un masque mono-coquille. Pour certaines applications, il est possible d'envisager un tel masque à deux coquilles en réalisant la coquille filtrante en feutre macro-fibrillaire tel qu'il vient d'être décrit. Il est apparu au demandeur qu'une autre catégorie de masque pouvait être créée en combinant les particularités des matelas de feutre de micro-fibres et de macro-fibrilles. Comme on peut le voir sur les dessins annexés, on peut assembler trois coquilles : une coquille extérieure CE, une coquille intérieure CI et une coquille intermédiaire MF. La coquille extérieure CE peut être faite d'un tissu a grosses mailles et servir de support comme dans le cas du brevet n0 1.503.573. Elle peut être aussi réalisée à partir d'un feutre de non-tisse traditionnel. La coquille intérieure est constituées par un tel non-tissé, par contre la coquille intermédiaire MF est en feutre de macro-fibrilles, comme précédemment décrit. Les différentes coquilles sont thermoformées dans des moules différents de manière que leurs profils curvilignes aient des flèches différentes, de façon à ce qu'elles n'aient entre elles que des contacts locaux par exemple en A et en B de sorte qu'elles délimitent des enceintes telles que VA1 et VA2 formant chambres de détente. Les coquilles CE et CI sont soudées entre elles par leur péri phérie SHF par haute fréquence. La coquille MF est coincée entre CE et CI. Avantageusement, ces coquilles CE et CI sont moulées dans un voile de 300 g/m2. La coquille MF est réalisée à partir d'un matelas de fibrilles, de section rectangulaire supérieure au micron, ou mieux supérieure a 10 microns, comme celles visées au tableau précédent, d'un poids au m2 final d'au moins 350 grammes et préférentiellement de 420 grammes et d'une épaisseur d'au moins 3 mm et préférentiellement de 4 mm avant thermoformage. Bien entendu, il pourrait y avoir plusieurs coquilles MF ou plusieurs matelas indépendants pour former une coquille unique. Enfin, il est possible de remplir les alvéoles inter-fibrilles du matelas et dans le cas d'un masque, de la coquille MF avec une matière pulvérulente comme de la poudre de charbon actif. Il suffit pour ce, d'emprisonner les particules de cette poudre, durant l'opération de nappage (par saupoudrage par exemple) avant le traitement thermique de rétraction. REVEND I CATI ONS 1 - Matériau filtrant constitué par un feutre de fibres synthétiques non-tissées, aiguilleté et ayant subi une rétraction thermique caractérisé en ce que les fibres constitutives ont une section approximativement rectangulaire et un titre compris entre 8 et 20 dtex. 2 - Matériau selon la revendication~1 caractérisé en ce que la plus petite dimension de ladite section rectangulaire est supérieure au micron ou mieux supérieure à 10 microns. 3 - Matériau selon I'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les fibres constitutives sont frisées, bouclées ou onduliées. 4 - Matériau selon la revendication 3 caractérisé en ce que les ditesfibres après traitement thermique vrillent en hélices. 5 - Matériau selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les fibres constitutives du feutre sont des macro-fibrilles obtenues à partir d'un film stratifie a deux constituants et fibrillé selon un procédé connu (par exemple selon le procédé SHELL objet du brevet 1.545.908 ou du procédé I T F décrit dans le brevet 2.306.818). 6 - Matériau selon la revendication 5 dans lequel les macro-fibrilles sont de nature oléfinique caractérisé en ce que l'un des constituants du film est un homo-polymère de propylène. 7 - Matériau selon la revendication 6 caractérisé en ce que le second élément du couple est un co-polymère statistique de propylène- éthylène 8 - Matériau selon la revendication 5 dans lequel les macro-fibrilles sont de nature oléfinique caractérisé en ce que l'un des constituants est forme d'un co-polymère statistique de propylène-éthylêne, le second élément du couple étant un ter-polymère acide (éthylène-vinylacétate). 9 - Matériau selon la revendication 6 caractérisé en ce que le second élément du couple est un polyéthylène haute densité. 10 - Matériau selon l'une des revendications précédentes dans lequel les macro-fibrilles constitutives sont soumises après aiguilletage à un traitement thermique caractérisé en ce qu'en un premier temps, ce traitement relève la frisure helicoïdale de ces fibrilles puis produit la rétraction tridimensionnelle. 11 - Matériau selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ses pores ou alvéoles internes enferment des particules solides de filtrage complémentaire. 12 - Matériau selon la revendication 11 caractérisé en ce que lesdites particules (par exemple du charbon actif) sont incorporées avant le traitement thermique, pendant l'opération de nappage. 13 - A titre d'application, un masque respiratoire à nappe filtrante en fibres synthétiques non-tissées caractérisé en ce qu'il comprend au moins une nappe ou matelas filtrant fait du matériau spécifié a l'une des revendications précédentes. 14 - Masque selon la revendication 13 comportant une pluralité de coquilles en non-tissé caractérisé en ce qu'au moins l'une d'elles est réalisée en une nappe ou matelas de macro-fibrilles à deux constituants polyoléfiniques de section rectangulaire et d'un titre de 8 a 20 dtex. 15 - Masque selon la revendication 14 comportant trois coquilles caractérisé en ce que la coquille intermédiaire est réalisée en un feutre de macro-fibrilles selon l'une des revendications 1 a 12 inclus, la coquille intérieure étant moulée en un feutre de non-tissé traditionnel. 16 - Masque selon la revendication 14 comportant trois coquilles caractérisé en ce que les coquilles extérieures et intérieures sont moulées en un feutre de non-tissé traditionnel et la coquille intermé- diaire en un matériau conforme a l'une des revendications 1 a 12 inclus. 17 - Masque selon l'une des revendications 15 ou 16 caractérisé en ce que le poids au m2 (après rétraction) de la nappe intermédiaire (ou le poids total des nappes intermédiaires) en non-tissé de macro-fib rilles est supérieur a 350 grammes. 18 - Masque selon l'une des revendications 15 à 17 caractérisé en ce que l'épaisseur de cette nappe intermédiaire avant thermo-formage (ou l'épaisseur totale des nappes intermédiaires) est supérieure a 3 mm. 19 - Masque selon l'une des revendications 15 a 17 caractérisé en ce que respectivement l'épaisseur et le poids au m2 de la nappe intermédiaire (ou des nappes intermédiaires) sont 4mm et 420 grammes. 20 - Masque selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les fibrilles de la ou des nappes intermédiaires ont un titre d'environ 10 dtex. 21 - Masque selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la nappe intermédiaire (ou l'une des nappes intermédi- aires) inclut des particules solides complémentairement filtrantes (charbon actif par exemple). 22 - Masque selon l'une des revendications 13 a 21 comportant trois coquilles caractérisé en ce que ces trois coquilles sont thermoformées sur trois moules différents afin que leurs profils curvilignes aient des flèches différentes, de façon a ce qu'elles n'aient entre elles que des contacts locaux délimitant des enceintes formant chambres de détente. 23 - Masque selon la revendication 22 caractérisé en ce que les coquilles externes sont soudées par leur périphérie et enferment la coquille intermédiaire.