Máscara de gás

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Antecedentes

Uma máscara de gás é um dispositivo projetado para proteger o usuário de vapores nocivos, poeira e outros poluentes. As máscaras podem ser projetadas para transportar seu próprio suprimento interno de ar fresco ou podem ser equipadas com um filtro para filtrar contaminantes prejudiciais. O último tipo, conhecido como respirador purificador de ar (APR), consiste em uma peça facial de encaixe justo que contém um ou mais cartuchos de filtro, uma válvula de exalação e oculares transparentes. O primeiro APR foi patenteado em 1914 por Garret Morgan de Cleveland, Ohio, um inventor afro-americano que também recebeu os créditos por grandes melhorias no semáforo. Quando o Cleveland Waterworks explodiu em 1916, Morgan mostrou o valor de sua invenção entrando no túnel cheio de gás sob o Lago Erie para a equipe de resgate. O dispositivo de Morgan posteriormente evoluiu para a máscara de gás, usada na Primeira Guerra Mundial para proteger os soldados contra produtos químicos usados ​​na guerra.

Desde aquela época, houve avanços significativos na tecnologia de máscara de gás, especialmente na área de novos auxiliares de filtração. Além disso, as máscaras foram feitas mais confortáveis ​​e mais justas com plásticos modernos e compostos de borracha de silicone. Hoje, os APRs são usados ​​para filtrar muitas substâncias indesejáveis ​​transportadas pelo ar, incluindo vapores industriais tóxicos, tinta vaporizada, poluição por partículas e alguns gases usados ​​na guerra química. Essas máscaras são produzidas em vários estilos, algumas que cobrem apenas a boca e o nariz e outras que cobrem todo o rosto, inclusive os olhos. Elas podem ser projetadas para uso militar ou industrial, mas, embora os dois tipos sejam semelhantes em design, as máscaras militares devem atender a padrões diferentes dos usados ​​na indústria. Este artigo se concentrará na fabricação do tipo de máscara facial usada para aplicações industriais.

Matérias-primas

Uma máscara de gás para rosto inteiro consiste em um cartucho de filtro, peça de cobertura facial flexível, lentes transparentes para os olhos e uma série de tiras e faixas para segurar o dispositivo confortavelmente no lugar. O cartucho do filtro é um recipiente de plástico com 3-4 polegadas (8-10 cm) de diâmetro e 1 polegada (2,5 cm) de profundidade, que contém um auxiliar de filtração. Filtrantes à base de carbono são comumente usados ​​porque podem adsorver grandes quantidades de gases orgânicos, especialmente vapores de alto peso molecular, como os usados ​​em guerra química. No entanto, os vapores inorgânicos geralmente não são fortemente adsorvidos no carbono. As propriedades de adsorção do carbono podem ser aumentadas impregnando as partículas com reagentes específicos ou catalisadores de decomposição. Esse carvão quimicamente tratado é conhecido como "carvão ativado". O tipo de carvão ativado empregado em um determinado cartucho de filtro depende do tipo específico de contaminante industrial a ser rastreado. Por exemplo, o carbono tratado com uma combinação de cromo e cobre, conhecido como "carbono Whetlerite", tem sido usado desde 1940 para filtrar o cianeto de hidrogênio, o cloreto de cianogênio e o formaldeído. Hoje, devido a preocupações com a toxicidade do cromo, uma combinação de molibdênio e trietilenodiamina é usada em seu lugar. Outros tipos de carvão ativado empregam prata ou óxidos de ferro e zinco para reter contaminantes. O carbono tratado com sódio, potássio e álcali é usado para absorver vapores de esgoto (sulfeto de hidrogênio), cloro e outros gases prejudiciais.



A "saia", ou peça que cobre o rosto, da máscara é usada para manter os outros componentes no lugar e fornecer uma vedação segura ao redor da área do rosto. Dependendo do desenho da máscara, uma válvula de exalação pode ser inserida na peça facial. Esta válvula unidirecional permite que os gases de exaustão sejam expelidos sem permitir que o ar externo entre na máscara.

As oculares usadas nas máscaras de gás são lentes de plástico transparente quimicamente resistentes. Sua principal função é garantir que a visão do usuário não seja comprometida. Dependendo do ambiente industrial no qual a máscara será usada, as oculares podem ter que receber um tratamento especial para serem à prova de estilhaçamento, embaçamento ou para proteger certos tipos de luz. A maioria dos fabricantes de máscaras de gás não fabrica suas próprias oculares; em vez disso, eles são moldados em plástico de policarbonato por um fornecedor externo e enviados aos fabricantes para montagem.

As tiras elásticas que prendem a máscara no rosto são normalmente feitas de borracha de silicone. Alças suplementares podem ser adicionadas para permitir que a máscara seja confortavelmente pendurada ao redor do pescoço durante as pausas no trabalho.

Design

O design da máscara em si varia de acordo com a aplicação industrial. Algumas máscaras são projetadas com diafragmas de fala, algumas são construídas para aceitar filtros extras e outras são feitas para serem conectadas a um suprimento de ar externo. Embora o design básico não varie para um determinado tipo de máscara, o tipo de filtrante usado irá variar dependendo do uso pretendido do produto. Os fabricantes estocam uma variedade de estilos de máscara e filtrantes de cartucho. Ao receberem pedidos de um tipo específico de máscara, eles podem personalizar o design de uma máscara com os recursos apropriados.

O processo de fabricação

1. 
   O canister é feito de plástico estireno, que é resistente à água e outros produtos químicos, tem boa estabilidade dimensional e é especialmente projetado para moldagem por injeção. A moldagem por injeção é um processo pelo qual o plástico derretido é injetado em um molde sob alta pressão. O molde usado para os recipientes de máscara de gás consiste em duas peças de metal em forma de disco que são presas entre si. A resina plástica é liquefeita por aquecimento e, em seguida, injetada no molde por meio de um êmbolo de injeção. O molde é então submetido a alta pressão. A maioria das máquinas de injeção comprime o molde com uma pressão que varia de 50 a 2.500 toneladas (51 a 2.540 toneladas métricas). Depois que o plástico derretido é comprimido, a água de resfriamento é forçada a passar pelos canais do molde para resfriar e endurecer o plástico. A pressão é liberada, as duas metades do molde são separadas e o recipiente acabado é ejetado.
   
   O estireno é uma resina termoplástica, o que significa que pode ser fundida repetidamente, de modo que os pedaços de refugo podem ser retrabalhados para fazer latas adicionais. Portanto, há muito pouco desperdício de plástico nesse processo. Um processo de moldagem semelhante é conduzido para criar pequenas telas circulares que cabem dentro do recipiente. As telas são projetadas para manter o carvão ativado no lugar dentro do cartucho. Conforme os canisters percorrem a linha de montagem, uma tela é inserida, o canister é preenchido com o filtrante apropriado e, em seguida, a segunda tela é colocada no lugar.
   
2. A peça facial é moldada por injeção em borracha de silicone. A borracha de silicone tem excelente estabilidade, é resistente a altas temperaturas e pode se conformar com as curvas da face e da cabeça. Também é termoplástico e pode ser remodelado conforme necessário. O processo de moldagem é muito semelhante ao descrito acima. Após a moldagem, a saia deve ser removida do molde e quaisquer bordas ásperas devem ser limpas manualmente antes que os outros componentes possam ser fixados.
3. As peças são montadas em uma linha de montagem parcialmente automatizada com dois a quatro operários supervisionando o processo. O recipiente do filtro completo é preso à peça facial e as oculares são inseridas e mantidas no lugar com adesivo. Por fim, as tiras e faixas são fixadas à peça facial com rebites de metal. Quando a montagem é concluída, a máscara passa por uma verificação final de qualidade. Quando as máscaras passam na inspeção, são identificadas com as marcações apropriadas de acordo com o Padrão Nacional Americano para Identificação de Cartuchos e Recipientes de Respiradores Purificadores de Ar. As máscaras acabadas são embaladas para envio. Os recipientes usados ​​para embalar as máscaras também devem designar a identidade da máscara. Além disso, devem ser concebidos para facilitar o acesso se as máscaras puderem ser usadas em caso de emergência.

Subprodutos / resíduos

Dependendo do tipo de tratamento químico ao qual o carvão ativado foi exposto, ele pode ser classificado como resíduo químico. Esse é o caso de alguns filtrantes, como o carbono tratado com cromo. O processo de moldagem por injeção usado para os vasilhames e peças faciais gera poucos resíduos, uma vez que qualquer resina perdida pode ser fundida novamente e reutilizada. As lentes são fabricadas por um fornecedor externo, portanto, os fabricantes de máscaras de gás não precisam abordar a questão dos resíduos de policarbonato.

Controle de qualidade

Máscaras de gás e respiradores purificadores de ar em geral são regulamentados pelo Código de Regulamentações Federais (CFR). Esses regulamentos especificam o tipo de máscaras a serem usadas para uma aplicação específica. Exemplos dos diferentes tipos de máscara reconhecidos pelo CFR incluem aparelhos respiratórios autônomos, respiradores purificadores de ar não alimentados, respiradores de cartucho químico e máscaras contra poeira. Os regulamentos estipulam o tipo exato de teste que deve ser feito para garantir a qualidade do produto acabado. O tipo de teste depende da aplicação final das máscaras, ou seja, que tipo de contaminantes se espera filtrar. O CFR especifica os tipos de contaminantes com os quais o gás deve ser testado e também estipula as condições sob as quais o teste deve ser realizado. Por exemplo, algumas máscaras devem ser expostas ao contaminante por longos períodos de tempo. Outros devem ser testados em condições específicas de temperatura e umidade. Isso é feito desenhando um jato de ar contaminado com uma quantidade conhecida de veneno através da máscara. A quantidade de tempo necessária para o contaminante saturar o filtro e começar a passar é então medida.

O teste é feito em vários pontos do processo de fabricação. Há uma inspeção inicial das mercadorias recebidas para garantir que atendam às especificações mínimas de qualidade. Isso inclui os filtrantes, as resinas usadas para moldagem e as oculares acabadas à medida que são recebidas. O canister deve ser testado após a montagem para garantir que tenha vedação adequada e que o filtro de carbono funcione. A máscara é testada mais uma vez após todos os componentes terem sido montados. A máscara final pode ser colocada em uma cabeça de manequim para garantir que a vedação esteja firme e que a máscara mantenha sua vedação em movimento.

O Futuro

Nos últimos 80 anos, a tecnologia básica das máscaras de gás foi testada repetidamente e, portanto, não é provável que mude no futuro. O desafio para a indústria APR será desenvolver produtos para fins especiais, como respiradores infantis ou máscaras para pessoas com ferimentos na cabeça e outras lesões incapacitantes. O futuro desses produtos também depende dos avanços nas ciências dos materiais, que permitem a produção de produtos menores e mais leves. Na verdade, prevê-se que os atuais esforços de pesquisa na química do carbono resultem no desenvolvimento de um recipiente de filtro que tem apenas metade do tamanho do padrão atual e é mais eficaz. Essas e outras melhorias nos materiais resultarão em novas gerações de dispositivos respiradores para uso industrial, bem como para aplicações médicas e militares.