Por: Paula Betancur, Ing. Textil
9 de abril 2020
Recudir S.A. Expertos en No-Tejidos y Textiles Técnicos
1 INTRODUCCIÓN
Hasta hace apenas un mes, pocas personas sabían de este tema y hoy parece estar en los top 10 de las cosas que debemos saber para la supervivencia.
Con este documento pretendo de la manera más básica que encontré, explicar un poco el proceso de filtración, que es lo que más nos compete en esta época y aclarar terminología para que todas las empresas que apenas están entrando en este mercado, puedan encontrar maneras eficientes de abastecerse de materias primas y mercadear sus productos.
Hasta ahora no existe ningún respirador que evite la inhalación del 100% de las partículas como virus o bacterias, además, el contagio no solo se da por la vía respiratoria. Teniendo en cuenta esto; según la OMS el uso de barrera (tapabocas, mascarillas o caretas filtrantes) disminuye en un buen porcentaje el riesgo de contagio.
2 DEFINICIONES
2.1 TEXTILES TÉCNICOS
Los medios filtrantes textiles están incluidos en los textiles técnicos, los cuales son materiales textiles fabricados para satisfacer necesidades específicas, o sea, que se comercializan por sus condiciones intrínsecas, diferente al textil convencional donde priman las condiciones extrínsecas, como la estética. Es el caso de las mascarillas o tapabocas, con capacidad filtrante para el cuidado de los seres vivos hacia sustancias peligrosas presentes en el agua y en el aire.
2.2 FILTRACIÓN
La filtración es la separación de partículas sólidas de un fluido donde se hace pasar el fluido a través de un medio filtrante sobre el que quedan detenidos los sólidos. El fluido puede ser un líquido o un gas.
2.3 FILTRO
Los dispositivos que se utilizan en filtración, constan básicamente de un soporte mecánico y un medio por el que entra y sale la dispersión. La mayoría de los filtros operan a vacío o a presión, es decir, operan a presión superior a la atmosférica.
En nuestro caso el filtro es:
1. Mascarilla o tapabocas, donde el filtro es prácticamente todo el respirador
2. Careta plástica de cubrimiento parcial reutilizable con medio filtrante intercambiable
3. Máscara completa plástica reutilizable con medio filtrante intercambiable
4. Un respirador purificador de aire motorizado con medio filtrante de partículas
Hay una característica que es más importante incluso que el medio filtrante a escoger y es la fijación positiva del filtro, para garantizar que todo el fluido pase a través de medio filtrante debe haber una buena fijación del borde y así, evitar que se produzcan pérdidas alrededor y el posible paso del fluido alrededor del filtro.2.4 MEDIO FILTRANTE
El medio filtrante es la membrana que permite que pase el fluido, mientras retiene la mayor parte de los sólidos, los cuales se acumulan en el material filtrante.
Ejemplos de medios filtrantes son: telas, tejidos de fibras, fieltro o telas no tejidas, sólidos porosos o perforados, membranas poliméricas o sólidos particulados en forma de un lecho permeable, así como los de formación de papel y materiales compuestos.
2.5 FLUIDO A FILTRAR
Es la suspensión de sólidos en un fluido. Se llama bioaerosoles a las partículas en el aire que viven o se originan de organismos vivos.
2.6 PARTÍCULAS RETENIDAS
Las características de las partículas que deben ser retenidas juegan un papel muy importante en la selección del filtro y en la eficacia de filtración. Específicamente, la densidad, viscosidad, concentración, velocidad, tamaño y forma.
3 GENERALIDADES SOBRE LA FILTRACIÓN
De acuerdo a la partícula que se tenga se define la forma de separación, hay que tener en cuenta la naturaleza de la partícula y de las fuerzas que actúan sobre ella para separarlas.
El comportamiento de los diferentes componentes a las fuerzas establece el movimiento relativo entre el fluido y las partículas y entre las partículas de diferente naturaleza. Debido a estos movimientos relativos, las partículas y el fluido se acumulan en distintas regiones y pueden separarse.
3.1 MECANISMOS BÁSICOS EN LA FILTRACIÓN
Los mecanismos principales que intervienen para que se produzca el choque de las partículas con el medio filtrante son:
Interceptación directa: La interceptación directa se lleva a cabo con las partículas de mayor tamaño, las cuales chocan con el medio filtrante sin desviarse de la trayectoria de la línea de corriente
Deposición por inercia: La deposición por inercia ocurre con partículas más pequeñas (partículas respirables de 0.6 μm) pero no lo suficientemente pequeñas como para seguir la trayectoria de los gases, por lo tanto, al acercarse al medio filtrante presenta una pequeña desviación en su trayectoria y no puede seguir la línea del aire alrededor de la fibra y en su lugar debido a la inercia impacta con ella.
Difusión browniana: El movimiento browniano de difusión se presenta con partículas muy pequeñas menores de 0.1 μm. Las moléculas de aire con movimientos aleatorios chocan con estas poniéndolas en una corriente de aire hasta que entran en contacto con una fibra.
Electrostática: son fuerzas de polarización y de Coulomb que pueden originar atracción o repulsión de las partículas por las fibras del filtro.
De London‑van der Waals: son las fuerzas de estabilización molecular.
Gravedad: Las partículas más grandes pueden originar una componente hacia abajo de la velocidad que, en determinadas circunstancias, puede aumentar la eficacia de la filtración.
Por todos estos mecanismos de filtración las partículas de rango medio son las más difíciles de filtrar (0.05-0.5 μm) ya que son muy pequeñas para ser retenidas por interceptación y muy grandes para ser retenidas por los medios de difusión
4 MEDIOS FILTRANTES
Criterios para escoger los medios filtrantes para mascarillas, tapabocas, caretas, máscaras o respiradores:
El principal criterio sería para qué uso específico necesitamos la mascarilla, me atrevo a clasificarlo en 3 usos para esta pandemia:
Para uso común, personas sanas, asintomáticas o con síntomas
Para uso en personal de apoyo del sector de salud
Para uso de médicos y enfermeras y personal asistencial, en contacto directo con pacientes infectados
Con esta clasificación se deben establecer la propiedades adecuadas, por un lado, el diseño, fijación a la cara, el rendimiento y por otra parte la duración del filtro.
Los requerimientos del medio filtrante para mascarillas son:
Retener los sólidos y líquidos a filtrar (Impedimento máximo para que partículas densas pasen por sus poros)
Porosidad y velocidad aceptable del flujo (respirabilidad).
Debe ser químicamente resistente, no se debe desprender del medio filtrante ninguna partícula o fibra.
Debe tener suficiente consistencia física o resistencia para sostener la presión de filtración (estornudo mas o menos 120Km/H).
Resistencia aceptable del desgaste mecánico (si es reutilizable).
Flexibilidad para adaptarse mecánicamente al filtro o a la cara.
No debe ser excesivamente costoso. Debe tener un costo que sea amortizado por los gastos del proceso.
El medio filtrante debe ser neutral (que en su composición no genere riesgos significativos para la piel)
Tener en cuenta la reaerosolización (desprendimiento de partículas que ya habían sido retenidas o filtradas)
4.1 MEDIOS FILTRANTES TEXTILES
Para la selección de un medio filtrante textil hay que tener en cuenta muchos parámetros como: selección de la fibra, hilo, ligamento, acabado, etc.
Los factores de fabricación del medio filtrante textil:
· De la materia básica (clase de fibra, finura de la fibra y del hilo, longitud de la fibra).
· Del procedimiento de fabricación (tejido, no tejidos).
· Del peso por unidad de superficie.
· Del grado de compactibilidad (permeabilidad al aire, porosidad).
· De la estructura de la superficie.
· De los acabados apropiados para la aplicación.
4.1.1 Fibras
Las propiedades del proceso de filtración son fundamentales a la hora de escoger las fibras con las que se va a fabricar el medio filtrante textil, en lo que se refiere a clase y finura de la fibra. La vellosidad afecta también a las propiedades filtrantes del tejido.
El tamaño de la fibra es otro factor importante. En general, filamentos de pequeño diámetro ofrecen muchas ventajas: mayor retención de pequeñas partículas. Cuanto más finas sean las fibras y más aglomeradas estén (dentro de ciertos límites), mayor será la eficacia del filtro.
4.1.2 Fabricación
4.1.3 Acabados textiles
Los acabados textiles son procesos que generalmente se le aplican a la tela para conferirle ciertas propiedades que no son inherentes a la fibra.
El acabado en el medio filtrante textil se debe escoger dependiendo de las características del proceso y uso final, en este caso tenemos los acabados antifluídos o acabados de resistencia a la humectación.
4.2 MEDIOS FILTRANTES TEXTILES NO TEJIDOS
No tejidos: se fabrican con diferentes mezclas de fibras, principalmente poliéster, poliéster-rayón y polipropileno, los filtros no tejidos son tridimensionales con gran superficie de filtrado en donde la capa superficial retiene las partículas más grandes y posteriormente en el interior la superficie de las fibras retienen las partículas más finas.
Definición de no tejidos: “los No Tejidos son láminas manufacturadas, velos o napas de fibras, orientadas o no, producidas y unidas por medios mecánicos, químicos, térmicos o combinaciones de estos. Las fibras pueden ser naturales o hechas por el hombre, puede ser cortadas o filamentos”[1].
Clasificación de los no tejidos por su peso:
No tejido liviano menos de 25 gr/mt2
No tejido de peso medio entre 25 y 70 gr/mt2
No tejido pesado entre 70 y 150 gr/mt2
No tejido muy pesado mayor a 150 gr/mt2
Fabricación de los no tejidos
Formación de velos
Sistema de ligado
4.2.1 Sistemas de formación de velos
4.2.2 Sistemas de ligado:
los velos o napas formados por cualquier sistema, necesitan ser consolidados o ligados para obtener la tela no tejida, dicho ligado será el acabado final de la tela.
Composites: Son materiales compuestos que pueden ser, un no tejido con un tejido, un no tejido con espuma o varios no tejidos, en este podemos clasificar el SMS que es un no tejido formado por 3 capas Spun bonded- Melt blown-Spun bonded.
5 BIBLIOGRAFÍA
3M. Respiratory Protection for Airborne Exposures to Biohazards, Technical Data Bulletin, 2020. [On line]. www.3M.ca/Safety [consulta: 5 Abr. 2020]
PUERTA, Diana; RODAS, Santiago; BETANCUR, Paula. Los textiles en la filtración. Trabajo de Grado Ing. Textil: UPB, 2005.
[1] Definición EDANA E INDA Extractado de ISO 9092: 1988.