Dispositivo protector absorbente de vapores orgánicos con película indicadora y métodos para fabricar el dispositivo.

Un dispositivo protector que comprende un cerramiento que incluye una entrada de gas,

una salida de gas y un indicador multicapa en capa fina, en donde:

A) el cerramiento contiene medio sorbente que puede sorber un vapor de interés que fluye desde la entrada hacia la salida;

B) el indicador multicapa en capa fina comprende:

i) una capa porosa detectora cuyo espesor óptico cambia en la presencia del vapor,

situada entre

ii) una capa semirreflectante que se puede ver desde el exterior del cerramiento y

iii) una capa reflectante permeable al vapor; y

C) la capa reflectante está lo suficientemente cerca del medio de forma tal que en estado de equilibrio a la concentración de vapor aplicada entre al menos una parte del medio y el vapor, el vapor puede pasar del medio por la capa reflectante y hacia la capa de detección y cambiar el espesor óptico de la capa de detección lo suficiente para producir un cambio discernible visiblemente en el aspecto del indicador tal como se observa a través de la capa semireflectante.

Dispositivo protector absorbente de vapores orgánicos con película indicadora y métodos para fabricar el dispositivo Ésta invención se refiere a dispositivos protectores absorbentes de vapores orgánicos.

Antecedentes Se han propuesto diferentes indicadores químicos, ópticos o electrónicos para advertir a los usuarios sobre respiradores personales desechables, respiradores purificadores de aire eléctricos, trajes NBQ y otros dispositivos protectores de la presencia de materiales indeseados. Por ejemplo, un indicador de fin de la vida útil ("ESLI" por sus siglas en inglés) puede advertir de que un elemento filtrante de dicho dispositivo está cerca de la saturación o puede ser ineficaz contra una sustancia en forma de partículas. Las patentes y solicitudes relacionadas con la protección personal o la protección respiratoria (y, en algunos casos con los sensores o indicadores en general y con los ESLI en particular) incluyen las patentes US-1.537.519 (Yablick) , US-3.966.440 (Roberts) , US-4.146.887 (Magnante) , US

4.154.586 (Jones y col.) , US-4.155.358 (McAllister y col.) , US-4.326.514 (Eian) , US-4.421.719 (Burleigh) , US

4.530.706 (Jones) , US-4.597.942 (Meathrel) , US-4.684.380 (Leichnitz) , US-4.847.594 (Stetter) , US-5.297.544 (May y col.) , US-5.323.774 (Fehlauer) , US-5.376.554 (Vo-Dinh) , US-5.512.882 (Stetter y col.) , US-5.666.949 (Debe y col. `949) , US-5.659.296 (Debe y col. `296) , US-6.375.725 B1 (Bernard y col.) , US-6.497.756 B1 (Curado y col.) y US

6.701.864 B2 (Watson, Jr. y col.) ; Las publicaciones de solicitud de patente estadounidense con núm. US2004/0135684 Al (Steinthal y col.) , US-2004/0189982 Al (Galarneau y col.) , US-2004/0223876 Al (Kirollos y col.) y US-2005/0188749 A1 (Custer y col.) ; y la solicitud de patente publicada PCT n.° WO 2004/057314 A2.

Sumario de la invención Otras patentes y solicitudes de patentes relacionadas con sensores o indicadores que no son ESLI incluyen US

5.611.998 (Aussenegg y col.) , US-5.783.836 (Liu y col.) , US-6.007.904 (Schwotzer y col.) , US-6.130.748 (Krüger y col.) y US-6.248.539 (Ghadiri y col.) ; la publicación de solicitud de patente estadounidense US-2004/0184948 Al (Rakow y col.) ; y el registro n.° H1470 de la US Statutor y Invention Registration (Ewing y col.) .

Algunos de los sensores o indicadores anteriormente mencionados tienen inconvenientes como la necesidad de instrumentación electrónica y suministro eléctrico, un diseño demasiado complejo o caro, insuficiente sensibilidad o sensibilidad solamente a una o unas pocas sustancias. También se han descrito algunos sensores o indicadores como útiles para detectar líquidos o vapores, pero no se han descrito como útiles para detectar la extensión de la sorción mediante un sólido.

La invención proporciona, en un aspecto, un dispositivo protector que comprende un cerramiento que incluye una entrada de gas, una salida de gas y un indicador multicapa en capa fina, en donde:

A) el cerramiento contiene medio sorbente que puede sorber un vapor de interés que fluye desde la entrada hacia la salida;

B) el indicador multicapa en capa fina comprende:

i) una capa porosa detectora cuyo espesor óptico cambia en presencia del vapor, situada entre ii) una capa semirreflectante visible desde el exterior del cerramiento y no permeable al vapor, y iii) una capa reflectante permeable al vapor; y C) la capa reflectante está lo suficientemente cerca del medio de forma tal que en estado de equilibrio a la concentración de vapor aplicada entre al menos una parte del medio y el vapor, el vapor puede atravesar la capa reflectante hacia la capa de detección y cambiar el espesor óptico de la capa de detección lo suficiente para producir una cambio discernible visiblemente en el aspecto del indicador tal como se observa a través de la capa semirreflectante.

La invención proporciona, en otro aspecto, un proceso para fabricar un dispositivo protector, comprendiendo dicho proceso:

A) proporcionar un cerramiento que incluye:

i) un espacio para contener medio sorbente que sorba un vapor de interés fluyendo a través del cerramiento; y

ii) un indicador multicapa en capa fina que comprende:

a) una capa porosa detectora cuyo espesor óptico cambiará en presencia del vapor, situada entre b) una capa semirreflectante visible desde el exterior del cerramiento y no permeable al vapor, y c) una capa reflectante permeable al vapor;

B) colocar el medio en el cerramiento en proximidad suficiente a la capa reflectante de forma tal que en estado de equilibrio a la concentración de vapor aplicada entre al menos una parte del medio y el vapor, el vapor puede atravesar la capa reflectante hacia la capa de detección y cambiar el espesor óptico de la capa de detección lo suficiente para producir una cambio discernible visiblemente en el aspecto del indicador tal como se observa a través de la capa semireflectante; y C) precintar el cerramiento.

El indicador multicapa en capa fina descrito es permeable desde el lado de la capa reflectante y puede proporcionar un cambio colorimétrico discernible en el lado de la capa semirreflectante. Esto permite la detección de vapor disolvente mientras el indicador esté en contacto o cerca de medio sólido sorbente como un medio de carbono poroso frecuentemente utilizado en cartuchos desechables de respiradores personales. El indicador puede proporcionar un cambio intenso discernible fácilmente visible en el aspecto del indicador (p. ej., un cambio colorimétrico) cuando el medio alcanza el equilibrio con el vapor, y sin necesitar una fuente de luz eléctrica, detector óptico o analizador espectral. El indicador puede proporcionar ventajas incluidas de bajo coste, facilidad de uso, solidez y una amplia gama de sensibilidades con respecto a una variedad de vapores de interés.

Estos y otros aspectos de la invención serán evidentes a partir de la descripción detallada siguiente. Sin embargo, en ningún caso los sumarios anteriores se deben considerar como limitaciones del objeto reivindicado, dicho objeto solamente está definido en las reivindicaciones adjuntas, que se pueden enmendar durante el proceso de concesión.

Breve descripción de los dibujos La Fig. 1 es una vista en perspectiva de un respirador con cartuchos sorbentes sustituibles provistos de un indicador multicapa en capa fina de final de vida en servicio.

La Fig. 2 es una vista lateral, parcialmente en sección, de un cartucho sustituible relleno de carbono para su uso en el respirador de la Fig. 1;

La Fig. 3 es una vista en perspectiva, parcialmente en sección de un dispositivo respiratorio personal desechable provisto de un indicador multicapa en capa fina de final de vida en servicio;

La Fig. 4 es una vista seccional esquemática de un indicador multicapa en capa fina;

La Fig. 5a y la Fig. 5b son vistas esquemáticas, lateral y superior, respectivamente, de un precursor de un indicador multicapa en capa fina revestido con un fotorresistor perforado.

La Fig. 6a y la Fig. 6b son vistas esquemáticas, lateral y superior, respectivamente, del precursor de la Fig. 5a y Fig. 5b una vez que capa reflectante de aluminio se ha perforado mediante mordedura y se ha retirado el fotorresistor.

De la Fig. 7 a la Fig. 9 son vistas esquemáticas en sección lateral del indicador multicapa en capa fina descrito montado cerca de varios medios sorbentes;

De la Fig. 10 a la Fig. 12 son representaciones gráficas que muestran la respuesta de varios indicadores multicapa en capa fina a un estímulo de tolueno;

La Fig. 13 es una fotomicrografía de orificios pasantes practicados con láser en una capa reflectante de aluminio y una capa de detección polimérica;

De la Fig. 14 a la Fig. 17 son representaciones gráficas que muestran la respuesta de indicadores multicapa en capa fina adicionales a un estímulo de tolueno;

La Fig. 18 y la Fig. 19 son renderizaciones en blanco y negro de frentes de onda coloreados que se desplazan a través de indicadores multicapa en capa fina; y

La Fig. 20 es una representación que muestra la respuesta de un indicador multicapa en capa fina a desafíos producidos por varios vapores.

Descripción detallada Los términos indicados a continuación se definen de la siguiente forma:

"Vapor de interés" significa un vapor orgánico o inorgánico cuya retirada del ambiente (p. ej., aire respiratorio) se desea.

"Analito" significa el vapor específico de interés u otro componente que se está detectando, p. ej., en un análisis químico o bioquímico.

"Ópticamente sensible" cuando se utiliza con respecto a un artículo o capa de detección significa que el artículo o capa de detección... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo protector que comprende un cerramiento que incluye una entrada de gas, una salida de gas y un indicador multicapa en capa fina, en donde:

A) el cerramiento contiene medio sorbente que puede sorber un vapor de interés que fluye desde la entrada hacia la salida;

B) el indicador multicapa en capa fina comprende:

i) una capa porosa detectora cuyo espesor óptico cambia en la presencia del vapor, situada entre ii) una capa semirreflectante que se puede ver desde el exterior del cerramiento y iii) una capa reflectante permeable al vapor; y C) la capa reflectante está lo suficientemente cerca del medio de forma tal que en estado de equilibrio a la concentración de vapor aplicada entre al menos una parte del medio y el vapor, el vapor puede pasar del medio por la capa reflectante y hacia la capa de detección y cambiar el espesor óptico de la capa de detección lo suficiente para producir un cambio discernible visiblemente en el aspecto del indicador tal como se observa a través de la capa semireflectante.

2. Un dispositivo según la reivindicación 1, en donde la coloración de interferencia se crea o se destruye dentro del indicador cuando está en presencia del vapor.

3. Un dispositivo según la reivindicación 2, en donde el indicador proporciona un cambio colorimétrico en el aspecto sin necesitar una fuente de luz eléctrica, detector óptico o analizador espectral.

4. Un dispositivo según la reivindicación 1, en donde el indicador se ilumina usando una fuente de luz externa y se evalúa usando un fotodetector.

5. Un dispositivo según la reivindicación 1, en donde un frente de cambio de color avanza junto con el flujo 35 de vapor a través del medio más allá del indicador.

6. Un proceso para fabricar un dispositivo de protección, comprendiendo dicho proceso:

A) proporcionar un cerramiento que incluye:

i) un espacio para contener medio sorbente que sorba un vapor de interés fluyendo a través del cerramiento; y ii) un indicador multicapa en capa fina que comprende:

a) una capa porosa detectora cuyo espesor óptico cambiará en la presencia del vapor, situada entre b) una capa semirreflectante que se puede ver desde el exterior del cerramiento y c) una capa reflectante permeable al vapor;

B) colocar el medio en el cerramiento en proximidad suficiente de la capa reflectante de tal forma que en 55 saturación de al menos una parte del medio con el vapor, el vapor puede atravesar la capa reflectante hacia la capa de detección y cambiar el espesor óptico de la capa de detección lo suficiente para producir una cambio discernible visiblemente en el aspecto del indicador tal como se observa a través de la capa semireflectante. y C) precintar el cerramiento.

7. Un proceso según la reivindicación 6, en donde el dispositivo comprende un cartucho del respirador purificador de aire.

8. Un proceso según la reivindicación 6, en donde el indicador es flexible y se puede doblar sin fracturarse.

9. Un proceso según la reivindicación 6, en donde el cerramiento comprende una abertura de visualización transparente sobre el indicador.

10. Un proceso según la reivindicación 6, en donde el medio comprende una sólido finamente dividido.

11. Un dispositivo según la reivindicación 1 o un proceso según la reivindicación 6, en donde la capa reflectante contiene nanopartículas de metal.