JP2010274102A - 花粉防止用マスク - Google Patents

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俊彦 西尾
Yukiko Nagato
有希子 長戸
Tsutomu Okubo
勉 大久保
Yutaka Ogasawara
豊 小笠原
Raju Juneja Reka
レカ・ラジュ・ジュネジャ
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Abstract

【課題】 ナノファイバー不織布を備えた花粉防止用マスクを提供すること。
【解決手段】 平均繊維径1μm〜100μmのマイクロファイバー不織布または織布層と、この不織布または織布層に積層された平均繊維径1nm〜1000nm、好ましくは100nm〜800nmのナノファイバー不織布層とを備え、前記ナノファイバー不織布層の坪量が0.005g/m〜0.500g/mであることを特徴とする花粉防止用マスクによって達成される。
【選択図】 図1

Description

本発明は、花粉防止用マスク、特にナノファイバー不織布を備えたものに関する。
これまでに、ナノメートルサイズのポリマー繊維を電界紡糸法によって製造する技術が知られている。この方法は、ノズルとターゲット電極との間に高電圧をかけた状態で、ノズル先端から基材溶液を放出させて、ターゲット電極の表面に不織布を作製するというものである。
この方法は、1nm〜数10μmオーダーの不織布を作製できるという特徴を有している。この方法によって製造されるファイバーの径は細く、その集積体である不織布は気孔率が大きいため、各種用途への幅広い応用が考えられている。不織布は、内部構造・表面構造が微細であるために、比表面積が大きく、例えば吸着材等としての用途に優れた特性を発揮する。本発明者は、電界紡糸法に関する研究を持続して行っており、その一部を特許出願している(特許文献1)。
一方、現在の日本ではスギ花粉による花粉症に苦しむ者が非常に多くなってきている。花粉症を抑制するには、花粉との接触を避けることが勧められ、この方法の一つとしてマスクがある。電界紡糸法により製造された不織布をマスクに応用することにより、細菌やウイルスとの接触を避ける技術が開発されている(特許文献2)。
特開2008−255555号公報 特開2008−188082号公報
特許文献2では、不織布または織布層に積層するナノファイバー不織布層の厚みは20μm〜200μm程度(特に150μm程度とすることが好適)であった(例えば、第0020段)。これは、ウイルス・細菌・粉塵などの侵入を防ぐためには、ナノファイバー不織布層に一定以上の坪量(厚み)がなければならないとの理解によるものであり、道理にかなった考え方である。但し、ナノファイバー不織布層の坪量が大きくなりすぎると、通気度が低くなりすぎてしまい、長時間にわたってマスクを使用することが困難であった。このように、ナノファイバー不織布を備えたマスクを花粉症に応用するためには、充分な開発がなされておらず、より優れたマスクを提供できる余地があった。
本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ナノファイバー不織布を備えた花粉防止用マスクを提供することである。
本発明者は、鋭意検討の結果、ナノファイバー不織布層を積層する場合に、従来考えられていた坪量に比べて、1/100〜1/10000程度の少ない坪量で花粉を防止できることを見出し、基本的には本発明を完成するに至った。
こうして、上記課題を解決する発明に係る花粉防止用マスクは、平均繊維径1μm〜100μmのマイクロファイバー不織布または織布層と、この不織布または織布層に積層された平均繊維径1nm〜1000nm、好ましくは100nm〜800nmのナノファイバー不織布層とを備え、前記ナノファイバー不織布層の坪量が0.005g/m〜0.500g/mであることを特徴とする。このとき、通気度が100cc/cm・sec以上であることが好ましい。
花粉とは、種子植物門の植物の花のおしべから出る粉状の細胞であり、大きさは数十μm程度である。植物種により大きさは異なるものの、同一種ではほぼ同じ大きさであり、飛散時期も一定期間に纏まっている。例えば、スギ花粉の大きさは20〜40μmであり飛散時期は2月〜5月上旬、ヒノキ花粉の大きさは30〜40μmであり飛散時期は3月〜5月下旬、ブタクサ花粉の大きさは20μm程度であり飛散時期は8月〜10月である。
花粉症とは、I型アレルギーに分類される疾患の一つであり、花粉が鼻や目などの粘膜に接触することによって引き起こされる。特徴的な症状として、反復するくしゃみ、鼻水、鼻詰まり、目のかゆみなどが見られる。現在の日本ではスギ花粉によるものが多いが、外国では世界各国で特異な花粉による花粉症が知られている。例えば、日本・中国ではスギ花粉・ヒノキ花粉などが、イギリスではイネ科植物の花粉などが、北米ではブタクサ花粉などが、それぞれ花粉症を起こすことが知られている。
本発明の花粉防止用マスクは、上記いずれの花粉に対しても良好に防止効果を備えている。
本発明によれば、息苦しさがなく、かつ花粉防止効果が充分な花粉防止用マスクを提供できる。このマスクを用いることにより、花粉症の時期も快適に過ごすことができる。
実施例1の電子顕微鏡写真図である(倍率は300倍)。 実施例2の電子顕微鏡写真図である(倍率は300倍)。 実施例3の電子顕微鏡写真図である(倍率は300倍)。 実施例4の電子顕微鏡写真図である(倍率は300倍)。 実施例5の電子顕微鏡写真図である(倍率は300倍)。 実施例6の電子顕微鏡写真図である(倍率は300倍)。 実施例7の電子顕微鏡写真図である(倍率は300倍)。 実施例8の電子顕微鏡写真図である(倍率は300倍)。 実施例9の電子顕微鏡写真図である(倍率は300倍)。 実施例10の電子顕微鏡写真図である(倍率は300倍)。 実施例11の電子顕微鏡写真図である(倍率は300倍)。 実施例12の電子顕微鏡写真図である(倍率は300倍)。 実施例13の電子顕微鏡写真図である(倍率は300倍)。 実施例14の電子顕微鏡写真図である(倍率は300倍)。 実施例15の電子顕微鏡写真図である(倍率は300倍)。 実施例16の電子顕微鏡写真図である(倍率は300倍)。 比較例1の電子顕微鏡写真図である(倍率は300倍)。 比較例2の電子顕微鏡写真図である(倍率は1000倍)。 比較例3の電子顕微鏡写真図である。(倍率は1000倍)。 実施例2の条件でガーゼに電界紡糸した際の電子顕微鏡写真図である(倍率は300倍)。 図20の写真図の倍率を下げて、ガーゼに紡糸したことが分かるようにした電子顕微鏡写真図である(倍率は60倍)。 実施例4の条件でガーゼに電界紡糸した際の電子顕微鏡写真図である(倍率は300倍)。 実施例5の条件でガーゼに電界紡糸した際の電子顕微鏡写真図である(倍率は300倍)。 ポリ乳酸を材料として不織布に紡糸した際の電子顕微鏡写真図である(倍率は300倍)。 ゼラチンを材料として不織布に紡糸した際の電子顕微鏡写真図である(倍率は300倍)。 ツェインを材料として不織布に紡糸した際の電子顕微鏡写真図である(倍率は300倍)。
次に、本発明の実施形態について、図表を参照しつつ説明するが、本発明の技術的範囲は、これらの実施形態によって限定されるものではなく、発明の要旨を変更することなく様々な形態で実施することができる。また、本発明の技術的範囲は、均等の範囲にまで及ぶものである。
次に、本発明を更に詳細に説明するために、試験例及び実施例を説明する。
1.ナノファイバーシートの調製
<実施例1〜実施例7> 不織布+PVAナノファイバーの調製(1)
PVA(重合度3,500)1.80gと15w/w%エタノール(エタノール(日本アルコール販売株式会社99度以上1級発酵)、質量比エタノール:水=15:85)28.20gをサンプル瓶に加え、密閉し加温しながら振動攪拌し、完全に溶解させることにより、PVA濃度が6質量%のPVA溶解液を得た。このPVA溶解液は実施例1〜実施例7の原液として共通して使用した。
<実施例8〜実施例14> 不織布+PVAナノファイバーの調製(2)
PVA(重合度500)1.80gと15w/w%エタノール(エタノール(日本アルコール販売株式会社99度以上1級発酵)、質量比エタノール:水=15:85)28.20gをサンプル瓶に加え、密閉し加温しながら振動攪拌し、完全に溶解させることにより、PVA濃度が6質量%のPVA溶解液を得た。このPVA溶解液は実施例8〜実施例14の原液として共通して使用した。
<実施例15及び実施例16> 不織布+PVAナノファイバーの調製(3)
PVA(重合度500)1.20gと15w/w%エタノール(エタノール(日本アルコール販売株式会社99度以上1級発酵)、質量比エタノール:水=15:85)28.80gをサンプル瓶に加え、密閉し加温しながら振動攪拌し、完全に溶解させることにより、PVA濃度が4質量%のPVA溶解液を得た。このPVA溶解液は実施例15及び実施例16の原液として共通して使用した。
2.電界紡糸装置の説明およびナノファイバーの作製
PVA溶解液をシリンジ(武蔵エンジニアリング株式会社製クリアシリンジ PSY−30E)へ注入し、シリンジの先に18Gの針(星盛堂医療器工業株式会社製)をつけ、シリンジ内の気泡を完全に追い出し、電界紡糸装置((株)フューエンス製「エスプレイヤー2100H」)へシリンジをセットした。この装置は上方から下方へ向かってナノファイバーを吹き付ける構造で、シリンジの先端は地上に向かってセットされている。シリンジの先端にプラス電極をシリンジ真下にあるナノファイバー捕集部(以下、捕集部)にマイナス電極を接続し数万Vの高電圧をかけながらシリンジポンプによりPVA溶解液を押し出すと、シリンジの先端から捕集部に向かって放出されたPVA溶解液は落下しながらナノファイバーとなり、捕集部に積層する。捕集部は可動式コンベアーになっており、コンベアーを稼動させることによりナノファイバー吹きつけ位置を移動することができる。
このとき、可動式コンベアーの移動速度を変えることで捕集部へ積層するナノファイバーの坪量を変えることができ、移動速度を遅くするほど捕集部へのナノファイバー積層量は増える。捕集部に15cm×15cmのオレフィン系不織布(廣瀬製紙株式会社製「HOP−10」、以下「不織布」と呼ぶ)をPVAナノファイバーが吹きつけられる位置に設置し、様々な捕集部移動速度により電界紡糸シートを作製した。各種紡糸条件については下表1に示す電界紡糸条件に従った。ここまでの条件は、実施例1〜実施例16で共通とした。
一方、実施例1〜実施例16におけるナノファイバー捕集部移動速度は、下表2のように各実施例により変更した。
電界紡糸法を実施した結果、実施例1〜実施例16のいずれについても、不織布+PVAナノファイバーを得ることができた。PVAナノファイバーの平均外径は実施例1〜実施例7では約655nm、実施例8〜実施例14では約250nm、実施例15〜実施例16では約150nmあった。実施例1〜実施例16の顕微鏡写真図をそれぞれ図1〜図16に示した。
<比較例1>
実施例1〜実施例16で使用したナノファイバー積層前の不織布を比較例1とした。
<比較例2>
市販マスクA(興和株式会社製「クリーンラインコーワ三次元マスク」)の本体よりフィルター部2層目を切離し、アイロンで皺を伸ばしたものを比較例2とした。
<比較例3>
市販マスクB(リブ・ラボラトリーズ株式会社製「FSC/F−95A 抗ウイルスマスク」)の本体よりフィルター部2層目を切離し、アイロンで皺を伸ばしたものを比較例3とした。
比較例1〜比較例3の顕微鏡写真図を図17〜図19に示した。
3.通気性試験
実施例1〜実施例16および比較例1〜比較例3で得られた試験片を一般織物試験方法のA法(フラジール形法:JIS-L-1096により規定される)により測定した。実施例1〜実施例16については空気が吸入される側にナノファイバーが付着していない面を接触させた。測定結果を表3に示した。
4.花粉捕集効率
ボーケン法(JSIF A 030-2004)を用い花粉通過性試験をおこなった。
ガラス製のホルダーにガラスフィルターと黒色の濾紙をセットし、その上に実施例1〜実施例16および比較例1〜比較例3で得られた試験片をのせた。実施例1〜実施例16については、ナノファイバーが付着していない面を上側にしてのせた。スギ花粉(0.05g)を試験片の表面に均一に付着させた。吸引ポンプで12L/min(直径約2mm)で1分間吸引した後、濾紙の質量を測定し、下記式により花粉捕集効率を算出した。測定結果を表3に示した。なお、その他の花粉(ヒノキ花粉、ブタクサ花粉、イネ花粉)についても、同様の花粉捕集効率であった。このことは、実施例1〜実施例16のフィルターが、花粉程度の大きさに対しては、充分な通過阻止作用を示すことを示している。
式1:花粉通過量(g)=吸引後濾紙質量(g)−吸引前濾紙質量(g)
式2:花粉通過率(%)=花粉通過量(g)/吸引前付着花粉質量(g)×100
式3:花粉捕集効率(%)=100%−花粉通過率(%)
5.平均繊維径の測定方法
実施例1〜実施例16および比較例1〜比較例3で得られたシートについて、電子顕微鏡((株)テクネックス工房製「Tiny−SEM510」)で観察しながら繊維径を測定した。1つのシートにつきランダムに選んだ50本の繊維の繊維径を測定し、平均値を算出した。測定結果を表3に示した。実施例1〜実施例7、実施例8〜14、実施例15〜16はそれぞれ坪量が異なるだけであったため、平均繊維径は同一であった。
6.ナノファイバー坪量の測定方法
ナノファイバー積層前の不織布を実施例1〜実施例16のそれぞれについて8枚ずつ用意し、電子天秤にて重量を測定した。実施例1〜実施例16の捕集部移動速度に従ってナノファイバーを積層後、積層前同様に電子天秤にて重量を測定した。積層後の重量から積層前の重量を差し引き、それぞれ8枚分の平均値を算出したものをそれぞれのナノファイバー坪量とした。測定結果を表3に示した。なお、比較例1には不織布の重量を記載した。
7.花粉防止用マスクの装着試験
(試験用マスクの作製)
既存のマスクをベースに、そのフィルター部に実施例1〜実施例16に示した「不織布+PVAナノファイバー」および比較例1〜比較例3をいずれか1枚搭載したマスクを作製し、それぞれのマスクの装着性について評価試験をおこなった。ベースのマスクにはユニ・チャーム株式会社の超立体マスクかぜ・花粉用(やや大きめサイズ)を使用した。まず超立体マスクのフィルター部不織布(以下フィルター部)を縁ぎりぎりまで切り抜いた。超立体マスクは鼻の中心に支柱があるが、この支柱は残し、左右それぞれ対称の形になるようフィルター部を切り抜いた。これをベースマスクとした。実施例1〜実施例16に示した「不織布+PVAナノファイバー」および比較例1〜比較例3をそれぞれフィルター部より一回り大きいサイズに切り抜き、ベースマスクへ外側より接着剤で貼り付けた。
これらを試験用マスクとした。
(マスクの装着試験)
装着試験の方法は、まず被験者10名(男性5名:20代2人、30代1人、40代1人、50代1人、女性5名:20代2人、30代2人、40代1人)に上記で作製した試験用マスクを、どれがどのマスクか分からないよう番号をランダムにつけ、渡した。被験者は受け取ったマスクを1番から順番に装着して1時間経過ごとに次のマスクへ交換して行った。全部で19枚あるので、1日に6枚および7枚ずつ3日間に渡って試験を行った。1時間経つ前に息苦しさを感じマスクを取り外したくなった場合は、その時点でマスクを取り外して、その時間を記録し、次のマスクへ交換した。この息苦しさを感じてマスクを取り外してしまうまでの時間を「マスク連続装着可能時間」とした。また、マスクを取り外してから次のマスクを装着する前に一度呼吸を整え、呼吸を正常に戻す行為をいれた。この時間を「呼吸調整時間」とし、呼吸が正常に戻ったと感じた時点の時間を記録させた。このような方法で試験用マスク1〜10を装着し終わった後、全員の評価結果の平均値を算出した。結果を表4に示した。
表4の結果より、評価結果が良かったのは実施例3〜実施例7、実施例13〜実施例16、および比較例1で、1時間を経過してもほとんど息苦しさを感じず、且つ呼吸調整時間も必要としなかった。実施例1、2、10、11、12は1時間経過する少し前に息苦しさを感じ、呼吸調整時間をほんの少し必要とした。
一方、実施例8、9、比較例2および比較例3のマスクでは、数分経過した時点から息苦しさを感じ始めた人が多く、マスクを取り外して通常の呼吸を取り戻すのに数分間を必要とした。
以上の結果より、実施例1〜実施例7、実施例10〜実施例16を取り入れたマスクは市販マスク(比較例2および比較例3)よりも呼吸のしやすさの面で遥かに優れており、マスクに使用した場合に非常に有効であるとわかった。
8.花粉防止用マスクの効果確認試験
花粉症を有する者10名(男性4名:20代2人、40代1人、50代1人、女性6名:20代2人、30代2人、40代2人)に対して、上記7で作製した実施例1〜実施例16および比較例1〜比較例3を1枚ずつ組み込んだマスクに上記7同様の方法で番号をランダムにつけて渡した。比較例2については比較用マスクとして分かるように渡した。被験者にはそれぞれのマスクを1日1枚、出社時(家を出てから会社に着くまで)の間装着してもらった。装着日は3月16日〜4月15日の間で予め花粉飛散量が多いと予想された日を選択し装着してもらった。装着の順番はまず比較用マスクを1番目に装着し、次からは被験者がランダムに選択したものを装着した。出社後マスクを外し、その時点での花粉症の状態を比較用マスクと比較して評価させた。当試験では通気性は評価対象としていない。評価は5段階とし、それぞれ、5:比較用マスクよりくしゃみや鼻水が遥かに出なかった、4:比較用マスクよりくしゃみや鼻水がやや出なかった、3:比較用マスクとほぼ同等の効果を感じた、2:比較用マスクよりくしゃみや鼻水が多く出た、1:比較用マスクよりくしゃみや鼻水が多く出て、且つマスクとしての効果を感じなかった、とした。このような方法で試験マスク1〜16および比較用マスクを装着し終わった後、全員の評価結果の平均値を算出した。結果を表5に示した。
表5の結果より、実施例1〜実施例16全てにおいて比較マスクよりも花粉防止効果が同等以上であると考えられた。
以上の効果確認試験の結果は花粉捕集効率(%)と相関があると考えられた。すなわち、花粉捕集効率が大きいものほど、花粉症の予防効果が高いことを示している。日本ではスギ花粉に対する花粉症がほとんどであるため、他の花粉については評価が行えなかったが、本実施形態の花粉防止用マスクは、ヒノキ花粉・ブタクサ花粉の花粉透過率も同様に小さいことから、スギ花粉以外の花粉に対する花粉症にも適用できることがわかった。
7.その他の花粉防止用マスクの製造について
(1)織布の利用による花粉防止用マスクの製造
「1.ナノファイバーシートの調製」に使用した不織布に代えて、玉川衛材株式会社製 ガーゼマスクのガーゼ(織布)を支持体として、電界紡糸法によりナノファイバーシートを作製できるか否かを確認した。「1.ナノファイバーシートの調製」で使用したPVA溶解液を用い、実施例1〜実施例7と同じ電界紡糸条件およびナノファイバー捕集部移動速度にて、支持体のみガーゼに代えてシートを作製した。その結果、ガーゼにおいても、実施例1〜実施例16と同様の花粉防止用マスクを製造できることがわかった。代表写真として、実施例2、実施例4、実施例5の条件でガーゼに電界紡糸した際の電顕写真図をそれぞれ図20〜図23に示した。
(2)PVA以外の材料による花粉防止用マスクの製造
「1.ナノファイバーシートの調製」のPVAに代えて、ポリ乳酸、ツェイン、ゼラチンを材料として使用し、電界紡糸法により実施例1〜実施例16と同様の実施形態のナノファイバーシートを作製できるか否かを確認した。
<ポリ乳酸ナノファイバーシートの作製>
ポリ乳酸(三井化学株式会社製「レイシア(R)H-900」)1.0gと1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−イソプロパノール(ナカライテスク株式会社製)9.0gをサンプル瓶に加え、密閉し常温(20℃−30℃)にて1晩(約10時間以上)振動攪拌し、完全に溶解させることにより、ポリ乳酸濃度が10質量%のポリ乳酸溶解液を得た。このポリ乳酸溶解液を用い、実施例1〜実施例16と同じ電界紡糸条件およびナノファイバー捕集部移動速度にて不織布の上に電界紡糸したところ、いずれにおいても、実施例1〜実施例16と同様の花粉防止用マスクを製造できることがわかった。代表例として、実施例4の条件にて紡糸した際の電顕写真図を図24に示した。
<ゼラチンナノファイバーシートの作製>
ゼラチン(太陽化学株式会社製「ネオソフトGE−388」)0.3gと1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−イソプロパノール(ナカライテスク株式会社製)9.7gをサンプル瓶に加え、密閉し常温(20℃−30℃)にて1晩(約10時間以上)振動攪拌し、完全に溶解させることにより、ゼラチン濃度が3質量%のゼラチン溶解液を得た。このゼラチン溶解液を用い、実施例1〜実施例16と同じ電界紡糸条件およびナノファイバー捕集部移動速度にて不織布の上に電界紡糸したところ、いずれにおいても、実施例1〜実施例16と同様の花粉防止用マスクを製造できることがわかった。代表例として、実施例4の条件にて紡糸した際の電顕写真図を図25に示した。
<ツェインナノファイバーシートの作製>
ツェイン(小林香料株式会社製「小林ツェインDP」)0.5gと1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−イソプロパノール(ナカライテスク株式会社製)9.5gをサンプル瓶に加え、密閉し常温(20℃−30℃)にて1晩(約10時間以上)振動攪拌し、完全に溶解させることにより、ツェイン濃度が5質量%のツェイン溶解液を得た。このツェイン溶解液を用い、実施例1〜実施例16と同じ電界紡糸条件およびナノファイバー捕集部移動速度にて不織布の上に電界紡糸したところ、いずれにおいても、実施例1〜実施例16と同様の花粉防止用マスクを製造できることがわかった。代表例として、実施例4の条件にて紡糸した際の電顕写真図を図26に示した。
以上の結果より、いずれの素材においても、実施例1〜実施例16と同様の花粉防止用マスクを製造できることがわかった。
また、このとき「1.ナノファイバーシートの調製」に使用した不織布に代えて、「川本産業株式会社製 医療ガーゼ(織布)」を使用した場合でも、実施例1〜実施例16と同様の花粉防止用マスクを製造できることがわかった。
このように本実施形態によれば、従来には実験対象ともならないほど少ない坪量のナノファイバーを不織布層または織布層の上面に形成させることで、息苦しさがなく、かつ花粉防止効果が充分な花粉防止用マスクを提供できた。このマスクを用いることにより、花粉症の時期も快適に過ごすことができた。

Claims (2)

  1. 平均繊維径1μm〜100μmのマイクロファイバー不織布または織布層と、この不織布または織布層に積層された平均繊維径1nm〜1000nmのナノファイバー不織布層とを備え、前記ナノファイバー不織布層の坪量が0.005g/m〜0.500g/mであることを特徴とする花粉防止用マスク。
  2. 通気度が100cc/cm・sec以上であることを特徴とする請求項1に記載の花粉防止用マスク。
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