JP2019515146A - 相変化材料を使用して微気候を冷却することにより快適さが向上したフェイスマスク - Google Patents
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Abstract
本発明のフェイスマスクは、相変化材料の不連続なパターンで覆われた多層構造体から形成される。多層構造体内に組み込まれた相変化材料は、フェイスマスクのデッドスペース内の微気候の冷却を提供する。適化された冷却は、相変化材料で被覆された層のフェイスマスク構造体内へのストラテジー的配置、並びに、フェイスマスクの着用者の顔における温度に敏感な領域、及び呼吸による熱流速の最大量を受ける領域に接触する相変化材料の量及び密度によって実現される。また、マスクの形状を調節して、相変化材料と接触する皮膚の面積の増加、及びデッドスペースの容積の減少を図ってもよい。また、相変化材料の不連続パターンによって、フェイスマスクの材料層間を分離し、これにより、飛沫耐性を向上させることができる。【選択図】図２
Description
（関連出願）
本出願は、２０１６年４月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／３２５、７２９号に基づく優先権を主張するものである。上記出願は、その全文を引用することを以って本明細書の一部となす。
本出願は、２０１６年４月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／３２５、７２９号に基づく優先権を主張するものである。上記出願は、その全文を引用することを以って本明細書の一部となす。
（技術分野）
本発明は、フェイスマスクに関し、特に、相変化材料を使用して微気候を冷却することにより快適さが向上したフェイスマスクに関する。
本発明は、フェイスマスクに関し、特に、相変化材料を使用して微気候を冷却することにより快適さが向上したフェイスマスクに関する。
フェイスマスクまたは他の個人用保護具（ＰＰＥ）、例えばサージカルガウン、サージカルドレープ、ブーファンキャップなどの使用は、病気の拡散の防止を助けるために医療業界で推奨される方法である。例えば、医療従事者により着用されたフェイスマスクは、着用者の呼気をフィルタリングして環境中に放出される有害生物または他の汚染物質の数を減らすことによって、患者の感染症を減少させるのに役立つ。
このことは、開いた創傷部位の存在に起因して患者が非常に感染しやすくなる外科手術時には、とりわけ重要である。同様に、呼吸器感染症の患者は、フェイスマスクを使用して、呼気に含まれる病原菌をフィルタリングして捕捉することによって、病気の拡散を防止することができる。加えて、フェイスマスクは、吸気から浮遊汚染物質や微生物をフィルタリングすることによって医療従事者を保護する。
肝炎やＡＩＤＳなどのいくつかの疾患は、感染した血液または他の体液が他人の粘膜（すなわち、目、鼻、口など）と接触することによって拡散する。医療業界は、汚染された体液と接触する可能性を減少させるための特定の方法を推奨している。そのような方法の１つは、体液の飛沫の浸透に対して抵抗性を有するフェイスマスク、サージカルガウン、サージカルドレープ、ブーファンキャップ、または他の同様のＰＰＥを使用することである。
このようなＰＰＥの作製に使用される材料は、いくつかの層から構成され得る。着用者の皮膚に最も近く位置する層は、一般的に、内側層と呼ばれる。着用者の皮膚から最も遠くに位置する層は、外側層と呼ばれる。外側層と内側層との間に、１または複数の追加的な材料層を配置してもよい。一般的に、そのような追加的な層の１つは、例えばマイクロファイバーファイバーグラス層、またはエレクトレット処理されたメルトブローン層などのフィルタ層である。
前述したように、フェイスマスク、サージカルガウン、サージカルドレープ、ブーファンキャップ、または他の同様のＰＰＥは、血液または他の体液中に存在する病原体がＰＰＥのユーザの皮膚に移ることができないように、体液の飛沫の浸透に対して抵抗性を有するように設計される。米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）は、物品の飛沫に対する浸透抵抗能力を３つの圧力レベルで評価するための試験方法Ｆ１８６２−１３「医療用フェイスマスクの人工血液浸透に対する抵抗能力の標準試験方法（一定体積を既知の速度で水平に投射する）」（２０１３年）を開発した。この方法は、医療用フェイスマスクの一連の性能基準を規定するＡＳＴＭ Ｆ２１００−１１「医療用フェイスマスクに使用される材料の性能に関する標準仕様」（２０１１年）で参照されている。ＡＳＴＭ Ｆ２１００−１１における最も厳しいレベルの試験であるレベル３の性能を達成するためには、フェイスマスクは、ＡＳＴＭ Ｆ１８６２−１３の手順に従った１６０ｍｍＨｇでの２ミリリットルの人工血液（米国ミネソタ州ロチェスター・ノースリッジレーン２５０５（ＭＮ５５９０６）所在のジョンソン、モーエン＆Ｃｏ．社（Johnson,Moen & Co）から入手可能）の飛沫に対する抵抗性（飛沫耐性）を有する必要がある。
ＰＰＥ物品（例えば、フェイスマスクなど）の飛沫耐性は、一般的に、物品に使用される構造体の１または複数の層の、流体の浸透に対して抵抗する能力、及び／または流体飛沫のエネルギーが次の層に伝達されるのを減少させる能力、及び／または流体飛沫のエネルギーを吸収する能力と相関している。飛沫耐性を向上させるための一般的なアプローチは、構造体を形成するのに、より厚い材料または追加的な層を使用することである。しかしながら、これらの解決策は、構造体のコストを増大させ、構造体の重量を増加させ、構造体のポロシティ（porosity）を低下させ、かつ、多層構造体の熱抵抗に悪影響を及ぼすことにより着用者に対して不快感を与える恐れがある。
フェイスマスク、サージカルガウン、サージカルドレープ、ブーファンキャップ、または他の同様のＰＰＥの作製に使用される材料または構造体の飛沫耐性を向上させるための別のアプローチは、多孔質で高ロフトな繊維材料層を組み込むことである。このタイプの繊維材料層は、流体飛沫の衝突エネルギーを吸収または分散するという点で有利である。しかし、大抵の場合、この高ロフト材料は流体によって飽和し、これにより、流体飛沫の衝突エネルギーの吸収効果が低下する。加えて、多層構造体の圧縮時に、この高ロフト材料から流体が絞り出され、次の層を通って移動する恐れがある。
さらに、フェイスマスクに追加的な材料層を組み込むと、フェイスマスクの微気候内にこもる熱量が増加して、着用者に対して不快感を与える恐れがある。また、顔は、身体の他の部分と比べて、温度の変化に対して非常に敏感である。とりわけ、頬と唇は、非常に敏感である。ユーザがフェイスマスクを着用したとき、フェイスマスク内の微気候内の温度は、ユーザの呼気から捕捉された熱に起因して数度上昇する。このたった数度の温度上昇は非常に不快であるため、着用者はフェイスマスクが呼吸に適さないと感じることとなり、これにより、着用者がＰＰＥプロトコルを遵守しなくなる恐れがある。
したがって、向上した流体耐性を有し、かつユーザに対して不快感を与えることのない、布地及びそれから形成される物品（例えば、フェイスマスク）が求められている。とりわけ、フェイスマスクのデッドスペース内の微気候を冷却することができ、それと同時に、フェイスマスク内に高ロフトな材料層を組み込むことなく高い流体耐性を提供するフェイスマスクが求められている。
一実施形態によれば、本発明は、飛沫耐性を有する多層構造体から形成されたフェイスマスクを提供する。本発明の多層構造体は、外向き面及び内向き面を有する外側材料層と、外向き面及び内向き面を有する内側材料層と、内側材料層の内向き面上に配置された第１の複数の３次元スペーサとを含む。第１の複数の３次元スペーサは、不連続パターンで配置される。また、第１の複数の３次元スペーサは、カプセル化された相変化材料を含む。
特定の一実施形態では、相変化材料は、バインダによりカプセル化される。
別の実施形態では、第１の複数の３次元スペーサは、基材上に配置される。基材は、ポリエステル、ポリオレフィン、天然繊維混合物、またはそれらの任意の組み合わせなどの不織材料であり得る。さらに、一実施形態では、基材は、内側材料層の内向き面の表面積の約１０％ないし約１００％を覆う。別の実施形態では、基材は、当該フェイスマスクの周縁部の周りの境界部分に配置される。境界部分は、約０．５ミリメートルないし約１５ミリメートルの幅を有する。
別の実施形態では、本発明のフェイスマスクは、当該フェイスマスクの着用者の呼出後に、内側材料層と着用者の顔との間に形成された微気候を、約１℃ないし約７℃の温度範囲で冷却することができる。
別の実施形態では、相変化材料は、当該フェイスマスクのデッドスペース領域内の呼気から熱を吸収することによって、及び着用者の皮膚から熱を吸収することによって、当該フェイスマスクに対して約２、６００ジュール／ｍ２ないし約２０、０００ジュール／ｍ２の冷却を提供することができる。
さらに別の実施形態では、相変化材料は、当該フェイスマスクのデッドスペース領域内の呼気を吸収することによって、及び着用者の皮膚から熱を吸収することによって、当該フェイスマスクに対して少なくとも約３０ジュール／ｍ２の冷却を提供することができる。
１以上の実施形態では、本発明のフェイスマスクは、多層構造体内に配置された所定の層の表面上に配置された第２の複数の３次元スペーサをさらに含む。第２の複数の３次元スペーサは、外側材料層と、外側材料層及び内側材料層に配置された少なくとも１つの追加的な層との間に空間を画定する。この空間は、第２の複数の３次元スペーサの最大高さと少なくとも同じ距離で、外側材料層と少なくとも１つの追加的な層とを隔てる。第２の複数の３次元スペーサは、外側材料層に接触した流体に関連するエネルギーを吸収及び分散するのを助ける。
さらに、第２の複数の３次元スペーサは、外側材料層に衝突した流体の流れの向きを変えるための複数のチャンネルを画定する。この複数のチャンネルは、流体の流れを、流体の接触点から横方向に離間する方向に導くことができる向きを有する。
加えて、第２の複数の３次元スペーサは、連続的または不連続的なパターンで配置される。さらに、第２の複数の３次元スペーサが不連続的なパターンで配置される場合、不連続的なパターンは、追加的な層上に一連の行及び一連の列をなして配置される複数のドットを含む。
１以上の実施形態では、第２の複数の３次元スペーサは、バインダ、インク、接着剤、またはそれらの任意の組み合わせを含む。
さらに別の実施形態では、第２の複数の３次元スペーサは、バインダ、インク、接着剤、またはそれらの任意の組み合わせ中に含有された機能性添加剤をさらに含む。機能性添加剤は、相変化材料、芳香剤、吸収性材料、超吸収性材料、抗微生物剤、治療剤、局所軟膏、またはそれらの任意の組み合わせを含む。さらに、機能性添加剤は、多層構造体内に配置された第２の複数の３次元スペーサの乾燥重量に基づいて約０．２５重量％ないし約７０重量％の範囲の量で含まれる。
１以上の実施形態では、第２の複数の３次元スペーサは、少なくとも１つの追加的な層の外向き面上に配置される。
さらに別の実施形態では、少なくとも１つの追加的な層は、外側材料層に隣接して配置されたスパンボンドウェブである。多層構造体は、内側材料層に隣接して配置されたメルトブローンウェブをさらに含む。
さらに別の実施形態では、外側材料層は、スパンボンドウェブであり、内側材料層は、不織ポリエステルであり、外側材料層と内側材料層との間に、第１の追加的な層、第２の追加的な層、及び第３の追加的な層の３つの追加的な層が配置される。第１の追加的な層は、外側材料層の内向き面に隣接して配置されたスパンボンドウェブである。第２の追加的な層は、第１の追加的な層の内向き面に隣接して配置されたメルトブローンウェブである。第３の追加的な層は、第２の追加的な層の内向き面と内側材料層の外向き面との間に配置されたスパンボンドウェブである。
別の実施形態では、内側材料層、外側材料層、またはそれらの組み合わせは、熱伝導性材料を含み、この熱伝導性材料は、内側材料層、外側材料層、またはそれらの組み合わせのＲ値（熱抵抗値）を減少させる。
別の実施形態では、熱伝導性材料を含むコーティングが、内側材料層の表面、外側材料層の表面、またはそれらの組み合わせ上に配置され、この熱伝導性材料は、内側材料層、外側材料層、またはそれらの組み合わせのＲ値（熱抵抗値）を減少させる。
さらに、熱伝導性材料は、金属粒子、金属繊維、金属インク、熱伝導性ポリマー、炭素、またはそれらの任意の組み合わせを含む。
１以上の実施形態では、内側材料層、外側材料層、またはそれらの組み合わせは、吸水性材料を含み、この吸水性材料は、内側材料層、外側材料層、またはそれらの組み合わせのＲ値（熱抵抗値）を減少させる。加えて、吸水性材料は、綿繊維、レーヨン繊維、界面活性剤で処理されたセルロース繊維、またはそれらの任意の組み合わせを含む。
また、本発明は、飛沫耐性を有する多層構造体から形成されたフェイスマスクであって、多層構造体が、外向き面及び内向き面を有する外側材料層と、内側材料層を貫通して配置された複数の３次元スペーサとを含むフェイスマスクを提供する。複数の３次元スペーサの各々は、内側材料層の外向き面上に配置された第１の部分と、内側材料層の内向き面上に配置された第２の部分と、内側材料層を貫通して配置され、第１の部分及び第２の部分間に連続的な経路を提供するチャンネルを画定する第３の部分とを含む。また、複数の３次元スペーサは、カプセル化された相変化材料を含む。また、複数の３次元スペーサは、カプセル化された相変化材料を含む。
特定の一実施形態では、複数の３次元スペーサは、不連続パターンで配置される。
別の実施形態では、複数の３次元スペーサの第２の部分が内側材料層の内向き面に接触する面積は、複数の各３次元スペーサの第３の部分が内側材料層の外向き面に接触する面積よりも小さい。
また、本発明は、飛沫耐性を有する多層構造体から形成されたフェイスマスクであって、多層構造体が、外向き面及び内向き面を有する外側材料層と、外向き面及び内向き面を有する内側材料層と、内側材料層の内向き面上に配置された複数の３次元スペーサとを含むフェイスマスクを提供する。複数の３次元スペーサは、不連続パターンで配置される。複数の３次元スペーサは、カプセル化された相変化材料を含む。相変化材料は、当該フェイスマスクに対して、約２、６００ジュール／ｍ２ないし約２０、０００ジュール／ｍ２の冷却を提供する。
また、本発明は、飛沫耐性を有する多層構造体から形成されたフェイスマスクであって、多層構造体が、外向き面及び内向き面を有する外側材料層と、外向き面及び内向き面を有する内側材料層と、内側材料層の内向き面上に配置された複数の３次元スペーサとを含むフェイスマスクを提供する。複数の３次元スペーサは、不連続パターンで配置される。複数の３次元スペーサは、カプセル化された相変化材料を含む。相変化材料は、当該フェイスマスクに対して、少なくとも約３０ジュールの冷却を提供する。
本発明の上記及び他の特徴、態様及び利点は、以下の説明及び添付された特許請求の範囲を参照することにより、より良く理解できるであろう。添付図面は、本明細書に組み込まれてその一部を構成し、本発明の実施形態を図示し、本明細書と共に本発明の原理を説明する役割を果たす。
当業者を対象にした本開示の完全かつ実現可能な開示（ベストモードを含む）が、添付図面を参照して、本明細書の残りの部分により詳細に説明される。
本明細書及び図面において繰り返し使用される参照符号は、本発明の同一または類似の特徴または要素を表すことを意図している。
以下、本発明の様々な実施形態及びその１以上の実施例を詳細に説明する。各実施例は、本発明を説明するために提示されたものであり、本発明を限定するものではない。実際、本発明において、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、本発明の様々な変更形態及び変形形態が可能であることは、当業者にとって明らかであろう。例えば、ある実施形態の一部として例示または説明された特徴を、別の実施形態において用いて、さらなる別の実施形態を創出することもできる。本出願の目的のために、図面間では、同様の特徴については同じ参照符号を付する。
該して言えば、本発明は、涼しい微気候（microclimate）及び飛沫耐性を有することが望ましいフェイスマスクまたは他の任意の物品に関する。本発明の物品は、相変化材料の不連続なパターン、ドット、ストライプなどで被覆された１以上の材料層を含む多層構造体から形成される。相変化材料は、フェイスマスク構造体（多層構造体）内に組み込まれ、フェイスマスクのデッドスペース内の微気候の冷却を提供する。最適化された冷却は、相変化材料で被覆された層のフェイスマスク構造体内へのストラテジー的配置、並びに、フェイスマスクの着用者の顔における温度に敏感な領域、及び呼吸による熱流速の最大量を受ける領域に接触する相変化材料の量及び密度によって実現される。また、マスクの形状を調節して、相変化材料と接触する皮膚の面積の増加、及びデッドスペースの容積の減少を図ってもよい。後者の場合は、フェイスマスク内に閉じ込められる温かい呼気の量を減少させることができ、これにより、より少ない相変化材料を使用して感知可能な量で冷却することが可能になる。また、相変化材料の不連続パターンによって、フェイスマスクの材料層間を分離し、これにより、飛沫耐性を向上させることができる。
相変化材料（例えば、マイクロカプセル化されたパラフィンワックス）で被覆された材料層をフェイスマスク構造体内に組み込むことにより、フェイスマスクのデッドスペース内の微気候の冷却を提供することができる。相変化材料の遷移温度は、フェイスマスクの着用者の皮膚に隣接する微気候に対して冷却を提供するように選択することができる。相変化材料が着用者の呼気によって融解するように、相変化材料の遷移温度は、約２５℃ないし約２９℃、例えば約２６℃ないし約２８℃の範囲に選択される。なお、微気候は、約９５℃の高温に達することもある。呼出時には、相変化材料は融解して、温かい空気からエネルギーを吸収し、これによって、微気候における温度上昇を低減する。吸入時には、相変化材料は再び凝固して、例えば約２０℃ないし約２３℃、例えば約２１℃ないし約２２℃の範囲の温度の冷たい周囲空気に対してエネルギーを放出する。相変化材料はその後、ユーザ（フェイスマスクの着用者）が再び呼出して微気候の気温が上昇すると、再び融解する。また、相変化材料の不連続パターンの使用によってフェイスマスクの材料層間に間隔を提供し、これにより、飛沫耐性を向上させることができる。不連続パターンは、ドット、ロゴ、グリッド、ストライプなどの形状であり得る。相変化材料は、ユーザの呼気からエネルギーを吸収することにより、及びユーザの顔の皮膚から熱を吸収することにより、ユーザに対して快適さを提供する冷却を生成する。ユーザの皮膚に接触する微気候の空気の温度の冷却は、例えば、フェイスマスクのサンドイッチ構造体（多層構造体）における相変化材料を含む材料層及び／またはその材料の種類、その特定の材料層上の相変化材料の位置、相変化材料のエネルギー容量（すなわち、適用される相変化材料の量）、及び、相変化材料が固体と液体との間で遷移する温度、などの因子を調節することによって最適化される。
フェイスマスク構造体内及びユーザの顔面上の特定の位置における相変化材料の様々な配置及び量を試験して、相変化材料の配置がユーザの嗜好に与える影響を調べた。マスクの全体的な設計は、効果的な冷却に必要な相変化材料の量に関して重要な役割を果たす。顔の皮膚に直接接触する相変化材料の面積を増大させることにより、及び、デッドスペースの容積、すなわち閉じ込められる暖かい空気の量を減少させることにより、ユーザに快適さを提供できる冷却に必要な相変化材料の量は減少した。
本発明のフェイスマスクの内面上に存在するカプセル化された相変化材料（例えば、マイクロカプセル化されたパラフィンワックス）の特定のパターン、表面積被覆率、及び融解潜熱によって、フェイスマスクのデッドスペース内の微気候の温度を、約１℃ないし約７℃、例えば約１．３℃ないし約６℃、または例えば約１．５℃ないし約５℃の範囲の温度で低下させることができる。例えば、フェイスマスクの表面積に基づいて、フェイスマスクのデッドスペース内の微気候の温度を、約２５℃／ｍ２ないし約２２５℃／ｍ２、例えば約４０℃／ｍ２ないし約２００℃／ｍ２、または例えば約５０℃／ｍ２ないし約１５０℃／ｍ２の範囲の温度で低下させることができる。
本発明はまた、フェイスマスクなどの物品の飛沫耐性を向上させることができる。フェイスマスクの飛沫耐性は、多層構造体の互いに隣接する材料層間、例えば第１材料層の内向き面（すなわち、ユーザの皮膚を向いた層）と第２材料層の外向き面（すなわち、ユーザの皮膚の反対側を向いた面）との間を強制的に分離させた状態にすることによって向上する。多層構造体の互いに隣接する２つの材料層間の強制的な分離は、その２つの材料層間に複数の３次元スペーサを配置することによりなされる。複数の３次元スペーサは、その最大高さと少なくとも同じ距離で２つの材料層を互いに離間させるように、２つの材料層の一方または両方に配置される。３次元スペーサは、材料層上に、連続的または不連続的なパターンで配置してもよいし、ランダムな形態で配置してもよい。多層構造体の２つの材料層間に複数の３次元スペーサを配置することにより、２つの材料層間に複数のチャンネルを画定し、材料層間の間隔を広げることができる。これにより、流体が多層構造体と接触したときに流体の横方向への拡散が促進されるので、多層構造体の飛沫耐性及び流体バリア能力を高めることができる。さらに、３次元スペーサによって提供される剛性により、流体の浸透が生じた場合に、流体のエネルギーの横方向への分散を促進し、これにより、多層構造体の材料層の圧縮を防止することができる。このような構成により、多層構造体がＰＰＥ（個人用保護具）内に組み込まれた場合に、流体が多層構造体を通過してユーザの健康を危険に曝すことを防止することができる。さらに、３次元スペーサの存在により、十分な飛沫耐性を有する多層構造体を形成するのに必要な材料層の数を減らすことができる。同様に、３次元スペーサの存在により、より低い坪量（基本重量）を有する材料を使用してＰＰＥ物品を形成することが可能になり、これにより、ユーザの快適さを高めることができる。具体的には、１以上の材料層の坪量を減少させるか、または１以上の材料層を除去することによって、熱抵抗、多層構造体の材料層を横断する圧力降下、及び多層構造体の総重量を減少させることができ、これにより、通気性及び快適性を高めることができる。
この代わりに及び／またはこれに加えて、多層構造体のフィルタ材料構成要素またはろ過層を、多層構造体の飛沫耐性及び流体バリア能力の利点を活かすように改変することも考えられる。フェイスマスクなどの物品用の従来の多層構造体に使用されるメルトブローン繊維（及び／または他のろ過媒体）は、多層構造体の一部として、液体の浸透に対する抵抗性がより大きくなるように選択される。この結果、メルトブローン繊維（及び／または他のろ過媒体）は、必要以上に大きい坪量及び／または必要以上に高いレベルの圧力低下を有することとなる。本発明の一態様によれば、多層構造体の有利な飛沫耐性及び流体バリア能力により、より小さい坪量及び／またはより低いレベルの圧力降下を有するメルトブローン繊維（及び／または他のろ過媒体）を使用することが可能になる。さらに、メルトブローン繊維（及び／または他のろ過媒体）のより高い「通気性」により、相変化材料と呼吸サイクル中に交換される空気との間でのより効率的なエネルギー伝達が提供される。このことは、少なくとも、フェイスマスクなどの物品において相変化材料を経済的かつ効率的に使用することが可能になるという理由で、重要であると考えられる。この結果、エネルギー移動の閾値レベルを達成するのに必要な相変化材料の量はより少なくて済む。このことは、使い捨て式物品中の高価な構成要素の量を減少させ、使い捨て式物品の商業化に非常に大きな影響を及ぼすことができるので重要である。この改変はまた、ろ過効率、保護性、及び／またはユーザの快適性を維持しつつ、またはさらには向上させつつ、より小さいフェイスマスク領域を有する実用的で経済的なフェイスマスクの製造を可能にするので重要である。より少量またはより少ない数の材料の使用及び／またはマスクサイズの減少の結果、使い捨て式物品のコストを低減することができ、このことは、使い捨て式物品の商業化に非常に大きな影響を及ぼすことができる。加えて、本発明のフェイスマスクに使用されるメルトブローン繊維は、空気の吸入時における相変化材料のより効率的な再凝固を促進するために、高いポロシティ（porosity）を有する。これにより、空気の吸入時に、例えば手術室でフェイスマスク構造体を介して冷たい空気を吸入したときに、呼気及び顔の皮膚の熱によって融解した相変化材料を効率的に再凝固させることができる。具体的には、本発明により企図されるメルトブローン繊維の呼吸抵抗は、約５ミリメートル未満のＨ２Ｏであり得る。例えば、相変化材料のリサイクル性の向上のために、メルトブローン繊維の呼吸抵抗は、約２ミリメートル未満のＨ２Ｏ、例えば約１ミリメートル未満のＨ２Ｏであり得る。水の単位ミリメートル（ｍｍＨ２Ｏ）は、流体柱の基部に、正確に１ミリメートル（ｍｍ）の高さで加わる圧力として定義される。流体密度は、重力加速度が正確に９．８０６６５ｍ／秒２である物理的位置で、正確に１．００４５１４５５６グラム／立方センチメートル（ｇ／ｃｍ３）である。
図１及び図２は、本発明により企図される、飛沫耐性多層構造体から形成され得るフェイスマスク１００を示す。フェイスマスク１００は、ユーザ１０８の口と鼻の少なくとも一部とを覆うように構成された本体部分１０２を含む。通常の呼吸により交換される空気は、フェイスマスク１００の本体部分１０２を通過する。なお、本体部分１０２は、これに限定しないが、フラットハーフマスク、プリーツ付きフェイスマスク、コーンマスク、平坦に折り畳まれた個人用呼吸デバイス、ダックビル型マスク、台形状マスクなどの、様々なタイプ及び幾何学的形状であってもよいことを理解されたい。本体部分１０２は、１以上の水平なプリーツ付き、１以上の垂直なプリーツ付き、またはプリーツを有さない形態に構成することができ、そのような設計は、当技術分野では一般的に既知である。したがって、フェイスマスク１００は、ユーザ１０８の口及び鼻を環境から隔離する。フェイスマスク１００は、ユーザ１０８の頭部の周り（ユーザがヘアキャップ１０６を着用した場合にはヘアキャップ１０６の周り）に巻かれ、その端部が互いに接続された一対のタイストラップ１０４によって、ユーザ１０８に取り付けられる。なお、本発明の様々な例示的な実施形態によれば、他の種類の締結手段を使用できることを理解されたい。例えば、フェイスマスク１００は、タイストラップ１０４の代わりに、イヤーループ、頭の周りに巻かれる弾性バンド、または面ファスナ（フックアンドループ式ファスナ）によって、ユーザ１０８に取り付けてもよい。あるいは、フェイスマスク１００は、弾性バンドによってユーザ１０８の頭に巻かれる単一物品であってもよい。フェイスマスク１００はまた、ヘアキャップ１０６に直接取り付けてもよい。
加えて、フェイスマスク１００の構成は、様々な例示的な実施形態によって異なり得る。これに関して、フェイスマスク１００は、ユーザの目、髪、鼻、喉、及び口を覆うように構成してもよい。このように、本発明は、ユーザ１０８の鼻及び口のみを覆うフェイスマスク１００に限定されない。
一方、図３は、本発明により企図される飛沫耐性多層構造体から形成することができるサージカルガウン２００の正面図を示す。サージカルガウン２００は、カラー２０２と、袖口２０４と、スリーブ２０８と、スリーブ２０８を本体部２１０に連結する肩継ぎ目２０６とを含み得る。本発明の飛沫耐性多層構造体から形成することができる他の例示的な物品としては、サージカルドレープ、または飛沫耐性が望まれる任意の他のＰＰＥが挙げられる。さらに、本発明により企図される前述したフェイスマスク、サージカルガウン、サージカルドレープ、ブーファンキャップなどの作製に使用される多層構造体の複数の材料層は、接着結合、熱点結合、または超音波結合を含む様々な方法によって、互いに結合され得る。
本発明の飛沫耐性多層構造体の種々の構成要素を、以下により詳細に説明する。
Ｉ．複数の３次元スペーサ
本発明の飛沫耐性多層構造体は、その１以上の外向き面（すなわち、ユーザの皮膚の反対側を向いた面）または内向き面（すなわち、ユーザの皮膚を向いた面）に配置された複数の３次元スペーサを含む。複数の３次元スペーサは、バインダ、インク、ポリマー、またはそれらの任意の組み合わせ、あるいは多層構造体の作製に使用される複数の材料層（詳細については後述する）のうちの１つの材料層に適用したときに３次元スペーサを形成することができる任意の他の成分を含む組成物から形成することができる。本発明により企図される３次元スペーサを形成するのに好適なバインダの具体例としては、弾性パフ（膨張性）印刷インク、非弾性パフ（膨張性）印刷インク、アクリルバインダ、ポリウレタンバインダ、熱可塑性材料（例えば、低温ポリオレフィン熱溶融性接着剤またはのり、印刷インク、あるいは任意の他の適切なバインダ、インク、接着剤、またはそれらの任意の組み合わせ）が挙げられる。そのようなバインダは、ルーブリゾール社（Lubrizol）またはＨ．Ｂ．フーラー社（H.B. Fuller）から入手可能である。さらに、バインダは水溶性であってもよい。必須ではないが、一実施形態では、バインダ、インク、接着剤などは疎水性であり得る。この場合、バインダ、インク、接着剤などで流体が物品の次の層へ浸透するのを防止することによって、飛沫耐性を高めることができる。
特定の一実施形態では、複数の３次元スペーサは、バインダ内にカプセル化されたた相変化材料（ＰＣＭ）から形成し、不織材料層上に配置することができる。これにより、不織材料層に対して、その不織材料層が接触する皮膚、またはフェイスマスク（または、不織材料層が組み込まれた他の物品）の微気候を冷却する能力を提供することができる。ＰＣＭが固相の場合、ＰＣＭは、外部温度が上昇するに従って熱を吸収する。ＰＣＭの融点に達するまで、ＰＣＭの温度は外部温度を反映する。外部温度がＰＣＭの融点に達すると、ＰＣＭは溶融し始める。この相変化プロセスの間、ＰＣＭは、その温度がほとんど変化することなく、大量の熱を吸収する。この期間中、ＰＣＭは、冷却効果を提供する。ＰＣＭが冷却効果を提供する時間長さは、ＰＣＭの融解エンタルピー（融解潜熱とも呼ばれる）によって決定される。融解エンタルピーまたは融解潜熱は、ＰＣＭの種類によって異なる。ＰＣＭの場合、融解エンタルピーは通常、ジュール／ｍ２で表される。ＰＣＭの量が同じ場合、ジュール／ｍ２の数値が多いほど、冷却効果が提供される時間長さが長くなる。ＰＣＭは、フェイスマスクの融解潜熱が約２６００ジュール／ｍ２より大きくなるように、例えば約２６００ジュール／ｍ２ないし約２０、０００ｍ２／ｍ２、例えば約２８００ジュール／ｍ２ないし約１８、０００ｍ２／ｍ２、または例えば約３０００ジュール／ｍ２ないし約１６、０００ｍ２／ｍ２となるように、本発明のフェイスマスクの任意の適切な材料層上に存在し得る。加えて、フェイスマスクにおける、相変化材料が配置された相変化材料層の全表面積、及び相変化材料層の特定の配置に基づいて、相変化材料層は、少なくとも約３０ジュールの冷却、例えば約４０ジュールないし約９００ジュールの冷却、例えば約５０ジュールないし約８００ジュールの冷却、例えば約７５ジュールないし約７００ジュールの冷却、または例えば約１００ジュールないし約６００ジュールの冷却を提供するように、フェイスマスク内に配置され得る。
別の実施形態では、３次元スペーサは、熱活性化可能な膨張性インクから形成することができる。そのようなインクとしては、例えば米国ニューヨーク州ブロンクス所在のポリテックス・エンバイロメンタル・インクス社（Polytex Environmental Inks）から入手可能なＡＱＵＡＰＵＦＦ（商標）インクが挙げられる。他の市販のインクとしては、米国サウスカロライナ州グリーンビル所在のイースタン・カラー・アンド・ケミカル社（Eastern Color and Chemical Company）、米国カリフォルニア州セアリトス所在のインターナショナル・コーテンィグス社（International Coatings Company）、中国のトンコワン・シティ・ハイヤ・プリンティング・マテリアル社（Dongguan City Haiya Printing Material Company）、米国イリノイ州シラーパーク所在のアトラス・スクリーン・サプライ社（Atlas Screen Supply Company）、オーストラリア国のＮＥＨＯＣオーストラリア社（NEHOC Australia Pty, Limited）、米国イリノイ州シャンバーグ所在のＩＮＸインターナショナル・インク社（INX International Ink Corporation）製のものが挙げられる。そのようなインクは、熱に曝されたときに反応し、膨張または「膨らむ（puff）」ことによって３次元スペーサを形成する膨張性インクである。そのようなインクは、当分野では発泡剤として知られている添加剤を含み得る。また、そのようなインクは、加熱されたときに物理的または化学的に変化して気体生成物を生成する化学物質を含み得る。そのような添加剤としては、ＥＸＰＡＮＣＥＬ（商標）４６１ＤＵ Ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅ（エクスパンセル社（Expancel）から提供される）、Ｕｎｉｃｅｌｌ ＯＨ（ＯＭＹＡ社から提供される）、Ｇｅｎｉｔｒｏｎ ＬＥ（アクロール社（Acrol）から提供される）、または他の気体カプセル化熱可塑性マイクロスフェアが挙げられる。そのようなインクの、フェイスマスクまたは本発明により企図される他の物品の作製に使用される多層構造体の１以上の材料層の表面への印刷は、例えばオフライン印刷工程などの工程における様々な段階で、または物品の組立工程時にオンラインで行うことができる。さらに、インクを、ある工程ステップで印刷し、その後に下流ステップで熱活性化させて膨張させてもよい。
いくつかの実施形態では、３次元スペーサは、任意の量の吸水性ポリマーを含み得る。ポリマーは、３次元構造スペーサ内に所望の量で含まれ得る。例えば、いくつかの態様では、３次元スペーサは、例えば、約１重量％まで、約５重量％まで、または約１０重量％以上の量の吸水性ポリマーを含み得る。好適な吸水性ポリマーの例としては、これに限定しないが、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピリジン、またはそれらの任意の組み合わせが挙げられる。
いくつかの実施形態では、３次元スペーサは、任意のエラストマーポリマーを含み得る。エラストマーポリマーは、発泡構造体に対して弾力性を付与することができ、スポンジのように水を捕捉することによって吸水性を高めることができる。さらに、エラストマーポリマーは、３次元スペーサに対して弾力性または可撓性を付与することができる。エラストマーポリマー成分は、所望の寸法変化特性を実現するのに有効な量で含まれ得る。例えば、３次元スペーサは、向上した特性を提供するために、例えば約１重量％まで、約５重量％まで、または約１０重量％以上のエラストマーポリマーを含み得る。好適なエラストマーポリマーの例としては、これに限定しないが、熱可塑性ポリウレタン、オレフィン性エラストマーポリマー（Ｖｉｓｔａｍａｘｘ（登録商標））、ポリ（エーテル−アミド）ブロックコポリマー、熱可塑性ゴム（例えば未架橋ポリオレフィンなど）、スチレン−ブタジエンコポリマー、シリコーンゴム、合成ゴム（例えばニトリルゴムなど）、スチレン−イソプレンコポリマー、スチレン−エチレンブチレンコポリマー、ブチルゴム、ナイロンコポリマー、セグメント化ポリウレタンを含むスパンデックス繊維、エチレン−酢酸ビニルコポリマー、またはそれらの任意の組み合わせが挙げられる。
さらに、接着促進剤を３次元スペーサに加えることができる。例えば、米国オハイオ州クリーブランド所在のノベオン社（Noveon,Inc.）から市販されているＣａｒｂｏｓｅｔ ５１４Ｈは、アンモニア水中で提供されるアクリルコロイド分散ポリマーであり、乾燥させると、透明で耐水性及び非粘着性を有する熱可塑性フィルムになる。そのような接着促進剤は、３次元スペーサが適用される材料層への３次元スペーサの取り付けを容易にする。
さらに、３次元スペーサは、着色剤（例えば、顔料または染料）、溶媒、及び任意の他の所望の成分を含有することができる。一般的に、顔料は、水または溶媒に溶解しない無機または有機粒子をベースとする着色剤を指す。通常、顔料は水中にエマルジョンまたは懸濁液を形成する。一方、染料は、一般的に、水または溶剤に溶解する着色剤を指す。顔料または染料は、３次元スペーサが適用される材料層に３次元スペーサが形成された後の乾燥重量に基づいて、約０．２５重量％ないし約４０重量％、例えば約０．５重量％ないし約３０重量％、または例えば約１重量％ないし約２０重量％の範囲の量で３次元スペーサ内に含まれ得る。
好適な有機顔料としては、ダイアリライドイエローＡＡＯＴ（例えば、ピグメントイエロー１４ ＣＩ番号２１０９５）、ダイアルリドイエローＡＡＯＡ（例えば、ピグメントイエロー１２ ＣＩ番号２１０９０）、ハンザイエロー、ＣＩピグメントイエロー７４、フタロシアニンブルー（例えば、ピグメントブルー１５）、リソールレッド（例えば、ピグメントレッド５２：１ ＣＩ番号１５８６０：１）、トルイジンレッド（例えば、ピグメントレッド２２ ＣＩ番号１２３１５）、ジオキサジンバイオレット（例えば、ピグメントバイオレット２３ ＣＩ番号５１３１９）、フタロシアニングリーン（例えば、ピグメントグリーン７ ＣＩ番号７４２６０）、フタロシアニンブルー（例えば、ピグメントブルー１５ ＣＩ番号７４１６０）、及びナフトエ酸レッド（例えば、ピグメントレッド４８：２ ＣＩ番号１５８６５：２）が挙げられる。好適な無機顔料としては、二酸化チタン（例えば、ピグメントホワイト６ ＣＩ番号７７８９１）、カーボンブラック（例えば、ピグメントブラック７ ＣＩ番号７７２６６）、酸化鉄（例えば、赤色、黄色、及び茶色）、酸化鉄第二鉄（例えば、ピグメントブラック１１ ＣＩ番号７７４９９）、酸化クロム（例えば、緑色）、及びフェロシアン化アンモニウムフェロシアン化物（例えば、青色）などが挙げられる。
使用することができる好適な染料としては、例えば、酸性染料、及び直接染料を含むスルホン化染料が挙げられる。他の好適な染料としては、アゾ染料（例えば、ソルベントイエロー１４、ディスパースドイエロー２３及びメタニルイエロー）、アントラキノン染料（例えば、ソルベントレッド１１１、ディスパースドバイオレット１、ソルベントブルー５６、ソルベントブルー５６、ソルベントオレンジ３）、キサンテン染料（例えば、ソルベントグリーン４、アシッドレッド５２、ベーシックレッド１、及びソルベントオレンジ６３）、及びアジン染料（例えば、ジェットブラック）などが挙げられる。
３次元スペーサは、本発明の飛沫耐性多層構造体に含まれる任意の材料層の外向き面（外側を向いた面）または内向き面（内側を向いた面）に適用することができる。３次元スペーサを適用するために、インク、バインダ、またはポリマー組成物は、通常、水または別の低粘性媒体中に分散または溶解される。水以外の使用可能な例示的な溶媒としては、例えばポリアミド、シェラック、ニトロセルロース、及びスチレンマレイン酸などの一般的な種類のバインダを有する脂肪族炭化水素が挙げられる。一般的に、溶剤ベースの処理剤は、非触媒性のブロックウレタン樹脂を含み、これは一般的に、従来のフレキソ印刷用バインダ（例えば、スチレン−マレイン酸、ロジン−マレイン酸、及びアクリル酸溶液など）よりも優れた耐久性を示す。望ましい溶媒混合物としては、様々なアセテート（例えば、酢酸エチル、酢酸Ｎ−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸イソブチル、酢酸Ｎ−ブチル、及びそれらの混合物）、様々なアルコール（例えば、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ノーマルプロピルアルコール、及びそれらの混合物）、グリコールエーテル（例えば、ＥＫＴＡＳＯＬＶＥ（商標）、ＥＰ（エチレングリコールモノプロピルエーテル）、ＥＢ（エチレングリコールモノブチルエーテル）、ＤＭ（ジエチレングリコールモノメチルエーテル）、ＤＰ（ジエチレングリコールモノプロピルエーテル）、及びＰＭ（プロピレングリコールモノメチルエーテル））が挙げられる。これらは、米国テネシー州キングスポート所在のイーストマン・ケミカル（Eastman Chemical）から入手可能である。使用可能な他のグリコールは、米国ミシガン州ミッドランド所在のダウ・ケミカル社（Dow Chemical）から入手可能なＤＯＷＡＮＯＬ（商標）である。望ましい溶媒混合物は、約５０％ないし約７５％のグリコールエーテルと、約２５％ないし約３５％の酢酸Ｎ−プロピルと、約１５％ないし約２５％の酢酸ブチルとの混合物であり得る。
使用することができる好適な水ベースの３次元スペーサとしては、水−アンモニア中で安定化させることができるエマルジョンがさらに挙げられ、共溶媒として、アルコール、グリコールまたはグリコールエーテルをさらに含むことができる。一般的に、有機溶媒（約７重量％以下）を水ベースの処理剤に添加することができ、例えば、乾燥を早めるため及び湿潤を助けるためにアルコール（例えば、プロパン−２−オール）を添加することができ、乾燥を遅くするためにはグリコール（例えば、モノプロピレングリコール）を添加することができ、フィルム形成を助けるためにグリコールエーテル（例えば、ジプロピルグリコールモノメチルエーテル）を添加することができる。そのような溶媒は、様々な会社から市販されている汎用化学製品であり得る。一般的に、水ベースの処理剤は、自己架橋性アクリルコポリマーエマルジョンを含み、これは、例えばアクリル溶液及び分散コポリマーなどの従来の非架橋バインダよりも優れた耐久性を示し得る。熱活性化可能かつ膨張可能な処理剤は、溶媒及び顔料以外に、結合剤を含み得る。バインダは、３次元スペーサが適用される材料層上に３次元スペーサを形成するのに使用される組成物を安定化させるのを助ける。
上述した相変化材料に加えて、他のカプセル化された機能性添加剤を上述したバインダ、接着剤、またはインクのうちの１つの中に組み込んで、本発明の多層構造体の１以上の層に適用することによって、多層構造体から形成された物品のユーザに対して付加的な利益を提供することができる。機能性添加剤は、機能性添加剤が封入されているマイクロカプセルが破壊されたときに、そのマイクルカプセルから放出される。マイクロカプセルの破壊は、例えば、本発明の物品を包装している包装材を開けたときや、または本発明の物品が流体で濡れたときに生じ得る。例えば、複数の３次元スペーサは、機能性添加剤として、抗微生物保護を提供する抗微生物剤、臭気制御用の芳香剤、スキンケア用の局所軟膏、特定の治療を提供する治療剤、水分または臭気を制御するための吸収性材料（例えば、活性炭）、超吸収性材料、またはＰＰＥとして使用される物品に有用であり得る任意の他の添加剤を含み得る。例えば、芳香剤をマイクロカプセル内に封入し、そのマイクロカプセルをバインダ中に組み込むことによって、本発明の３次元スペーサを形成することができる。この場合、３次元スペーサを含む物品が濡れたときに、芳香剤を含有しているマイクロカプセルが「破壊」または「崩壊」されることによって芳香剤が放出される。そして、芳香剤の放出によって、臭気が消臭されるか、または香りが放出される。また、このことは、例えば物品または材料層が飛沫を受けていることを示す指標として用いられる。別の実施形態では、超吸収性材料をバインダ中に組み込むことによって、本発明の３次元スペーサを形成することができる。この場合、３次元スペーサを含む物品が濡れたときに、超吸収性材料が活性化して、流体インサルト（fluid insult）を吸収するのを助けることができる。抗微生物剤、芳香剤、局所軟膏、治療剤などの添加剤の場合は、それらが活性化するためには、それらを含有するマイクロカプセルの「破壊」または「崩壊」が必要となり得るが、相変化材料、吸収性材料、または超吸収性材料の場合は、それらを含有するマイクロカプセルを「破壊」または「崩壊」する必要がないことを理解されたい。
使用される特定のカプセル化された機能性添加剤に関わらず、機能性添加剤は、より長時間にわたって機能性を不変的に提供するように、または様々な時間周期での上述した機能性の持続的な放出を提供するようにカプセル化することができる。そのような添加剤は、３次元スペーサが適用される材料層に３次元スペーサを形成した後の乾燥重量に基づいて、約０．２５重量％ないし約７０重量％、例えば約０．５重量％ないし約６０重量％、または例えば約１重量％ないし約６０重量％の範囲の量で３次元スペーサ中に含めることができる。
さらに、複数の３次元スペーサの特定の組成物、３次元スペーサは、本発明の多層構造体の１以上の材料層上に、任意の適切なパターンで、またはランダムに適用することができる。３次元スペーサがパターンで適用される場合、そのパターンは、連続的なパターンまたは不連続的なパターンであり得る。図４に示す特定の一実施形態では、３次元スペーサ３０２は、多層構造体の或る層３００に、半円形状及び最大高さＳを有する一連のドットの形態で適用される。ドットは、一連のオフセット列３０４と一連のオフセット行３０６をなして配置され、それらの行列間にチャンネル３１４が画定される。他の実施形態では、３次元スペーサによって、本発明の多層構造体の形成に使用される材料層間に十分な間隙が提供される。３次元スペーサは、多層構造体の飛沫耐性が実現される限り、線、十字、グリッド線、またはロゴの形態、あるいは任意の他の形態または形状であってよく、また、任意の密度、高さ、またはテクスチャを有し得る。いずれの場合でも、３次元スペーサの特定の寸法、形状、及び間隔は、本発明の多層構造体の形成に使用される材料と相関している。物品の形成に使用される材料層の間に間隙を設けることによって飛沫の衝突エネルギーを消散させることを意図しているので、材料層、とりわけ外側材料層の剛性をより高くすることにより、３次元スペーサをより小さく、より短く、及びより分散させる（例えば、ドットにより）ことが可能になる。一方、外側材料層のドレープ性または可撓性が増加するに従って、流体の次の層への移動をもたらす互いに隣接する材料層間が接触することの可能性を最小化するために、３次元スペーサ（例えば、ドット）をより大きくする及び／またはより互いに接近させる必要がある。
材料層への適用後は、３次元スペーサは様々なテクスチャを有することができる。例えば、上述したように、３次元スペーサは、「パフ感（ふかふか感）」、または従順性（例えば、柔軟性及びクッション性）を有し得る。これにより、３次元スペーサが組み込まれた多層構造体（例えば、多層構造体がフェイスマスクに使用される場合）に対して、向上した圧力分配能力を付与することができる。また、３次元スペーサが、硬いテキクチャを有することにより、多層構造体に対して構造的安定性が提供され、これにより、流体の浸透が生じた場合の多層構造体の圧縮を防止することができる。なお、３次元スペーサは、３次元スペーサが適用される材料層の表面積の約５％ないし約１００％、例えば約１０％ないし約９９．５％、または例えば約１５％ないし約９９％の範囲に存在し得ることを理解されたい。さらに、３次元スペーサは、例えばグラビアロール、スロットコーティング、連続スプレー、不連続スプレー、スクリーン印刷、インクジェット印刷などの任意の既知の方法を用いて、バインダまたはキャリアも含む組成物中の材料層に適用することができる。加えて、例えば３次元スペーサが「膨張可能な（puffable）」インクの形態である場合に、３次元スペーサを含む組成物を材料層に適用した後に熱を加えることにより、材料層上に存在するスペーサの複数の３次元特性を活性化することができる。
３次元スペーサの作製に使用される材料の特定の種類に関わらず、３次元スペーサは、ドット、グリッド、ロゴ、十字形などの形態をとることができ、それらは、約０．２５ｍｍないし約５ｍｍの幅、長さ、または直径、及び、約０．０２５ｍｍないし約３ｍｍの範囲の高さＳを有し得る。さらに、３次元スペーサは、用途による必要性に応じて、硬質、軟質、または発泡状であり得る。加えて、３次元スペーサ（例えば、ドット、十字形、ロゴなど）は多層構造体の様々な層に適用することができ、３次元スペーサが通気性バリアまたは多孔性材料として適用される表面では全表面積の約１％ないし約７０％の範囲の量で、３次元スペーサが非多孔性／非通気性材料として適用される表面では全表面積の約１％ないし約１００％の範囲の量で適用することができる。
ＩＩ．材料層
上述した複数の３次元スペーサは、本発明により企図される多層構造体の１以上の材料層に適用することができる。例えば、多層構造体の材料層は、１以上の不織材料（例えば、スパンボンドウェブ、メルトブローンウェブ、ＳＭＳ積層体、スパンレースウェブ、水流交絡ウェブ、カーデットウェブ、エラストマーウェブ、またはフォームウェブ）、１以上のフィルム、またはそれらの任意の組み合わせから形成することができる。３次元スペーサは、上記の材料層のうちのいずれか１つに存在することができる。３次元スペーサは、材料層の外向き面、内向き面、またはその両方に存在することができる。ＡＳＴＭ Ｆ１８６２−１３により測定した飛沫耐性は、多層構造体中の材料層が疎水性である場合には、必然的に、または添加剤若しくは処理剤を使用することにより、さらに高めることができる。これにより、流体インサルトが、材料層を通じて吸い上げられる可能性を減少させることができる。さらに、３次元スペーサは、本発明の多層構造の２以上の材料層に存在することもできる。さらに、多層構造体の作製に使用される様々な材料層は、それぞれが、約１０ｇｓｍないし約１５０ｇｓｍの範囲、例えば約１２．５ｇｓｍないし約１００ｇｓｍ、または例えば約１５ｇｓｍないし約８０ｇｓｍの範囲の坪量を有することができる。例えば、任意のメルトブローン材料層は、約１０ｇｓｍないし約７５ｇｓｍの範囲、例えば約１２．５ｇｓｍないし約７０ｇｓｍ、または例えば約１５ｇｓｍないし約５０ｇｓｍの範囲の坪量を有することができる。さらに、任意のスパンレースまたは二成分不織材料層は、約１０ｇｓｍないし約２５ｇｓｍの範囲、例えば約１２．５ｇｓｍないし約２０ｇｓｍ、または例えば約１５ｇｓｍないし約１７．５ｇｓｍの範囲の坪量を有することができる。加えて、任意のスパンボンド材料層は、約１５ｇｓｍないし約６０ｇｓｍの範囲、例えば約２０ｇｓｍないし約５０ｇｓｍ、または約２０ｇｓｍないし約４５ｇｓｍの範囲の坪量を有することができる。加えて、不織材料上に配置された、カプセル化されたＰＣＭ（相変化材料）及びバインダ（ＰＣＭと、それを適所に保持するバインダとの比率は様々である）を含む３次元スペーサの坪量は、約２０ｇｓｍないし３００ｇｓｍの範囲、例えば約３０ｇｓｍないし２５０ｇｓｍ、例えば約４０ｇｓｍないし２００ｇｓｍ、例えば約５０ｇｓｍないし１５０ｇｓｍ、または例えば約６０ｇｓｍないし１４０ｇｓｍの範囲の坪量を有することができる。特定の一実施形態では、不織材料上に配置された、カプセル化されたＰＣＭ（相変化材料）及びバインダ（ＰＣＭと、それを適所に保持するバインダとの比率は様々である）を含む３次元スペーサの坪量は、約９０ｇｓｍないし１１０ｇｓｍの範囲であり得る。
スパンボンドウェブは、本発明の多層構造体の１以上の層に使用することができる不織材料の種類の１つである。スパンボンドウェブは、溶融した熱可塑性材料を、スピナレット（紡糸口金）の通常は円形の断面形状を有する複数の微細なキャピラリからフィラメント（細繊維）として押し出した後、例えば特許文献１−７に開示されているようにして、押し出されたフィラメントの直径を急激に縮径させることにより形成された小径の繊維から作製された材料である。スパンボンド繊維は、一般的に、収集面上に堆積したときに粘着性を示さない。スパンボンド繊維は、一般的に連続しており、７μｍよりも大きい平均直径（少なくとも１０個のサンプルの平均値）を有し、より具体的には約１０μｍないし約２０μｍの平均直径を有する。
メルトブローンウェブも、本発明の多層構造体の１以上の層に使用することができる。メルトブローンウェブは、溶融した熱可塑性材料を、通常は円形の断面形状を有する複数の微細なダイキャピラリから溶融糸または溶融フィラメントとして、高速の収束ガス（例えば空気）流の中に押し出し、該ガス流によって、熱可塑性材料である溶融糸または溶融フィラメントの直径をマイクロ繊維（超極細繊維）の直径の程度にまで縮径させることにより形成された繊維を指す。メルトブローン繊維は、その後、高速ガス流によって運ばれて収集面上に堆積し、これにより、ランダムに分散したメルトブローン繊維のウェブが形成される。このプロセスは、例えば特許文献８に開示されている。メルトブローン繊維は、連続的または非連続的なマイクロ繊維であり、通常は１０μｍ未満の平均直径を有し、一般的に、収集面上に堆積したときに粘着性を示す。
スパンボンド材料とメルトブローン材料との積層体（例えば、スパンボンド／メルトブローン／スパンボンド（ＳＭＳ）積層体）も、本発明の多層構造体の１以上の層に使用することができる。このような積層体及び他のものは、特許文献９−１３に開示されている。このような積層体は、動いているフォーミングベルト上に、まずスパンボンド繊維層、次にメルトブローン繊維層、そして最後に別のスパンボンド繊維層をその順番に堆積させた後、これらの繊維層を後述する方法を用いて互いに接合させることにより作製することができる。あるいは、上記の各繊維層を個々に形成した後にロール状に巻き取っておき、別個の接合工程で互いに接合させてもよい。このような積層体は、通常は、約０．１ｏｓｙないし約１２ｏｓｙ（約６ｇｓｍないし約４００ｇｓｍ）、より具体的には約０．７５ｏｓｙないし約３ｏｓｙの坪量を有する。多層積層体は、様々な数のメルトブローン（「Ｍ」と略記する）層または複数のスパンボンド（「Ｓ」と略記する）層を様々な構成で含むことができ、また、フィルム（「Ｆ」と略記する）またはコフォーム材料などの他の材料も含み得る（例示的なコフォーム材料の説明については、特許文献１４を参照されたい）。例としては、ＳＭＭＳ積層体、ＳＭ積層体、ＳＦＳ積層体が挙げられる。
水流交絡ウェブも、本発明の多層構造体の１以上の層に使用することができる。また、複数の水流交絡ウェブを、本発明の多層構造体の１以上の層に使用してもよい。水流交絡ウェブは、不織ウェブまたは不織ウェブ層を、非圧縮性流体（例えば水）の流れに、十分に高いエネルギーレベルで、かつその繊維を交絡させるのに十分な時間、曝すプロセスによって形成されたウェブである。流体は、有利なことに、ウェブをメッシュ構造で支持しながら、ウェブの上方の数ｃｍ（数インチ）の距離から約１４ｋｇ／ｃｍ２ないし３５１ｋｇ／ｃｍ２ゲージ圧（約２００ｐｓｉｇないし約５０００ｐｓｉｇ）の圧力で使用することができる。このプロセスは、特許文献１５に記載されている。水流交絡の処理が施された不織ウェブは、例えば、スパンレース材料とも呼ばれる。
ボンデッドカーデットウェブも、本発明の多層構造体の１以上の層に使用することができる。ボンデッドカーデットウェブは、コーミングまたはカーデットユニットを通じて送られたステープルファイバーから作製された不織ウェブであり、ステープルファイバーを、コーミングまたはカーデッドユニットで、機械方向に分離して整列させることにより、機械方向に略配向した繊維不織ウェブが形成される。この材料は、点結合、通気結合、超音波結合、接着結合などの結合方法によって互いに接合され得る。
エアレイドウェブも、本発明の多層構造体の１以上の層に使用することができる。エアレイドウェブは、繊維不織層を形成することができるプロセスによって形成された不織ウェブである。エアレイド処理プロセスでは、通常は約３ｍｍないし約５２ｍｍの範囲の長さを有する細繊維の束を分離し、空気供給により搬送し、次いで通常は真空供給の助けを借りて形成スクリーン上に堆積させる。ランダムに堆積された繊維は、その後、例えばホットエアまたは噴霧接着剤を使用して互いに結合される。エアレイド処理は、例えば米特許文献１６に開示されている。
エラストマーウェブ及びフォームウェブから作製された様々な層も、本発明の多層構造体に使用することができる。
本発明の多層構造体はまた、比較的低いコスト及び加工に適しているために一般的にポリエチレン及びポリプロピレンのような熱可塑性ポリオレフィン及びそれらのコポリマーから製造される、薄い通気性フィルムの１以上の層を含むことができる。一般的にポリエチレンがフィルム製造に使用される。ガウンやドレープなどの物品に使用する場合には、通気性を高めるために、フィルムには、炭酸カルシウム、様々な種類の粘土、シリカ、アルミナ、炭酸バリウム、炭酸ナトリウム、炭酸マグネシウム、滑石、硫酸バリウム、硫酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、二酸化チタン、ゼオライト、セルロース系粉末、カオリン、雲母、炭素、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、パルプ粉、木粉、セルロース誘導体、キチン、またはキチン誘導体が「充填」され得る。一方、マスクなどの物品に使用する場合には、空気の通過を可能にするために、フィルムを穿孔または開口形成する必要がある。充填材は、伸張時にポロシティ（porosity）を増加させるべくフィルム中に微細孔を生成する。残念ながら、これらの薄い通気性のフィルムは、熱及び／または圧力によって損傷する傾向があるので、感熱性であると考えられている。これらのフィルムを、例えばスパンボンド層、メルトブローン層、及びそれらの組み合わせなどの他の材料の様々な組み合わせの間に挟み込んで積層バリア材料に組み込むと、作製された積層バリア材料も感熱性を有すると一般的に考えられる。この特徴付けは、積層後の形成処理工程において特に重要である。すなわち、このようなフィルムが形成された後の感熱性バリア材料を、積層バリア材料に変換するための製造処理が行われる。例えば感熱性バリア材料を熱点結合及び／または超音波結合技術によりガウンまたは他の物品に変換する場合、または、例えばタイコードまたは他の要素などの要素を物品に取り付ける場合には、バリア積層体の通気性フィルムが損傷して液体浸透及び病原体に対する所望レベルのバリアを提供できなくなる場合が多い。特定の一実施形態では、本発明は、３次元スペーサが所定パターンまたはランダム分布で適用された材料層が組み込まれた多層構造体を提供する。３次元スペーサが適用された材料層は、互いに隣接する材料層同士の接触を減少させることによって、及び／または流体飛沫が多層構造体に衝突したときに生成されたエネルギーを吸収することによって、及び／または多層構造体に衝突する流体を接触点から離れる方向に導く機構を提供することによって、多層構造体の流体飛沫浸透に対する抵抗能力を高める。
別の実施形態では、多層構造体の１以上の層、例えば内側層は、不透明度が高い疎水性の材料から形成することができる。このような材料の使用により、多層構造体の、流体が内側層を通過するのを防止する能力をさらに高めることができ、ＡＳＴＭ Ｆ１８６２−１３試験において、薄いまたは半透明の材料が多層構造体の内側層に使用された場合に起こり得る偽陽性（不合格）の可能性を回避することができる。このような薄いまたは半透明の材料を使用した場合、血液が内側層に隣接する材料層まで浸透すると多層構造体の全ての層が浸透されたと見なされるため、たとえ内側層までの浸透が実際に起こっていなくても、ＡＳＴＭ Ｆ１８６２−１３方法では不合格となる。
本発明により企図される多層構造体の２以上の層の作製に使用される特定の材料の種類に関わらず、多層構造体を用いて、これに限定しないが、フェイスマスク、サージカルガウン、サージカルドレープ、ブーファンキャップなどの様々な個人用保護物品に作製することができる。
ＩＩＩ．３次元スペーサ及び材料層の配置
様々な実施形態では、上述した３次元スペーサ及び材料層を配置することにより、飛沫耐性が向上した多層構造体を形成することができ、そのような多層構造体は、フェイスマスク、サージカルドレープ、ブーファンキャップ、及び他のＰＰＥに用いることができる。この場合、複数の３次元スペーサにより促進される材料層間の強制的な分離によって、追加的な材料層を使用して飛沫耐性が高めた場合に生じるバルク、重量、及び不快感の増加を伴うことなく、構造体の飛沫耐性が高まる。次に図５及び図６を参照すると、流体インサルトが多層構造体に衝突したときの３次元スペーサの機能を示すために、本発明の多層構造体の２つの層が示されている。
具体的には、図５は、血液などの体液３０８が浸透する前の、内側材料層３００と外側材料層４００とを含む多層構造体の断面図である。多層構造体がフェイスマスク、サージカルドレープ、ブーファンキャップなどのＰＰＥの一部である場合、内側材料層３００は、ユーザの皮膚に最も近くに位置する層であり、外側材料層４００は、ユーザから最も遠くに位置する層である。内側材料層３００は、外向き面３１０及び内向き面３１２を有し、外側材料層４００は、外向き面４０２及び内向き面４０４を有する。複数の３次元スペーサ３０２は、内側材料層３００の外向き面３１０に配置されている。３次元スペーサ３０２は、最大高さＳを有する。内側材料層３００の外向き面３１０と外側材料層４００の内向き面４０４との間の距離Ｄは、３次元スペーサ３０２の最大高さＳと少なくとも同じ大きさであり、３次元スペーサ３０２の最大高さＳにより、内側材料層３００と外側材料層４００とが強制的に分離されている。このような構成は、本発明の多層構造体の流体バリア性及び飛沫耐性を高める。とりわけ、このような材料層間の分離は、材料層間の接触面積を減少させるのに役立ち、これにより、流体の、或る層からその次の層へ移動する能力を低下させる。したがって、３次元スペーサ３０２は、材料層間の表面接触面積を減少させることによって、流体が材料層を容易に通過できないように内側材料層３００と外側材料層４００とを互いに分離することができる。
さらに、３次元スペーサ３０２は、３次元スペーサ３０２が配置される材料層の表面に隣接して位置するチャンネル３１４を画定する。図５の多層構造体では、内側材料層３００の外向き面３１０に３次元スペーサ３０２及びチャンネル３１４が設けられているが、３次元スペーサ３０２及びチャンネル３１４は、任意の材料層の内向き面または外向き面に設けてもよいことを理解されたい。チャンネル３１４を設けることにより、流体インサルトが材料層に接触したときに、流体インサルトを材料層の全体に移動させ、材料層の全体にわたってより均一に分布させることができる。また、材料層間の分離により、材料層が圧縮されたときに流体が横方向に容易に流れることができる収容空間が提供され、これにより、流体が材料層を通過して移動するのをさらに防止することができる。このような流体の分配は、或る材料層の外向き面の特定の位置に流体が溜まることを防止するのに役立つ。一般的に、多層構造体の或る材料層の外向き面の特定の位置に集中した流体は、同じ量の流体がその材料層の外向き面のより広い部分にわたって分布した場合と比較して、その材料層を通過して移動する可能性がより高くなる。チャンネル３１４は、全てのチャンネル３１４が互いに連通するように構成した相互接続型のチャンネルであってもよい。この場合、任意の接触点３１８で材料層に接触した流体が、より多数のチャンネル３１４を通って分配されるという利点が得られる。あるいは、チャンネル３１４は、チャンネル３１４の一部のみが互いに連通するように構成してもよい。さらに、本発明の他の例示的な実施形態では、チャンネル３１４は任意の数で設けてもよい。したがって、チャンネル３１４は、或る材料層に接触した流体を所望の位置に向けて方向転換させることができる。例えば、チャンネル３１４は、或る材料層に接触点３１８に接触した流体を、その材料層の外向き面に沿って方向転換させて、例えば多層構造体の縁部に沿った位置へ流すように構成される。
図６は、体液３０８の浸透時における３次元スペーサ３０２及びチャンネル３１４の機能性を示す。図示のように、３次元スペーサ３０２は、それらの３次元構造体により、外側材料層４００を撓ませて、外側材料層４００の内向き面４０４を内側材料層３００の外向き面３１０に接触させることなく、外側材料層４００の外向き面４０２に衝突した体液３０８から伝達される力の少なくとも一部を吸収することを可能にするように構成されている。これに関して、最大高さＳを有する３次元スペーサ３０２の存在により、外側材料層４００の内向き面４０４と内側材料層３００の外向き面３１０との間に、最大高さＳと少なくとも同じ大きさの距離Ｄを有する空間が形成される。流体の衝突により加えられる力を吸収することは、流体が本発明の多層構造体の内側材料層３００を通過するのを防止するのに役立つ。これに関連して、流体が本発明の多層構造体の材料層間に既に閉じ込められている場合がある。多層構造体に衝突した体液３０８によって加えられた力は、材料層間に既に閉じ込められている流体が多層構造体を通過して押し出される原因となる。しかしながら、３次元スペーサ３０２で内側材料層３００と外側材料層４００との間を強制的に分離することより形成された複数のチャンネル３１４によって、材料層間に既に閉じ込められている流体が、多層構造体の最も内側の層を通過して、本発明の多層構造体から形成されたＰＰＥのユーザの皮膚と接触するのを防止することができる。
上述したように、図８−１２に示す、本発明により企図される様々な多層構造体は、２以上の材料層８０２、８０４、８０６、及び８０８から構成され得る。材料層８０２、８０４、８０６、及び８０８は、任意の配置の順の組み合わせに変更可能であり、２層ないし４層であってもよい。図８−１２に示す４層構造体８００、８６０、及び８７０、並びに３層構造体８８０及び８９０は、本発明により企図される特定の実施形態のいくつかを表す。なお、外側層８０２、中間層８０４、８０６、及び内側層８０８は、互いに同一の材料から形成してもよいし、互いに異なる材料から形成してもよいことを理解されたい。加えて、複数の３次元スペーサは、材料層８０２、８０４、８０６、及び８０８のいずれかにおける、内向き面、外向き面、またはその両方に適用することができる。さらに、所望の特性を達成するために、図示したもの以外の追加的な層を多層構造体に組み込むこともできるが、本発明者は、３次元スペーサ３０２を様々な多層構造体８００、８６０、８７０、８８０及び８９０に組み込むことに少なくとも一部は起因して、当分野で考えられている数よりもより少ない数の層の使用で十分な飛沫耐性を実現できることを見出した。追加的な層は、上述したような、当業者に既知の様々な材料から構成することができる。多層構造体の構成の具体的な実施形態については以下でより詳細に説明するが、本発明は、複数の材料層の任意の他の適切な構成も企図しており、複数の材料層の任意の層における一方の面または両方の面に複数の３次元スペーサが適用されることを理解されたい。
次に図８を参照すると、本発明の一実施形態による４層構造体８００が示されている。多層構造体８００は、外側材料層８０２及び内側材料層８０８を含む４つの層を含む。外側材料層８０２は、外向き面８１０及び内向き面８１８を有し、内側材料層８０８は、外向き面８２４及び内向き面８１２を有する。外側材料層８０２と内側材料層８０８との間に、材料層８０４及び材料層８０６が配置されている。材料層８０４は、外向き面８１４及び内向き面８１６を有し、外側材料層８０２に隣接して配置される。一方、材料層８０６は、外向き面８２０及び内向き面８２２を有し、内側材料層８０８に隣接して配置される。図８に示すように、材料層８０４の外向き面８１４（この特定の実施形態では、多層構造全体の外向き面としての役割を果す外側材料層８０２の外向き面８１０の下層側に存在する第２の材料層と呼ぶこともできる）に、複数の３次元スペーサ３０２が配置されている。複数の３次元スペーサ３０２は、外側材料層８０２と材料層８０４との間に、複数のチャンネル３１４を画定する。さらに、複数の３次元スペーサ３０２は、第２材料層８０４の外向き面８１４と、第１材料層（または最外層）８０２の内向き面８１８との間に強制的な分離または空間を形成する。第２材料層８０４の外向き面８１４と第１材料層８０２の内向き面８１８との間の距離Ｄは、少なくとも部分的には３次元スペーサ３０２の最大高さＳによって制御される。図８の特定の実施形態では、外側材料層（第１材料層）８０２、３次元スペーサ３０２が配置された第２材料層８０４、及び内側材料層（第４材料層）８０８は、スパンボンドウェブであり、内側材料層８０８に隣接して配置される第３材料層８０６は、メルトブローンウェブである。さらに、図８の特定の実施形態では、３次元スペーサ３０２は、カプセル化された相変化材料を含有するバインダから形成される。
この多層構造体８００を、ＡＳＴＭ標準Ｆ−１８６２（レベル３）に従って、飛沫耐性について試験したところ、流体が、外側材料層８０２の外向き面８１０の流体接触点の下層側に存在する第２材料層であるスパンボンド層８０４の外向き面８１４に設けられた３次元スペーサ３０２を通過することが防止された。換言すれば、図８の多層構造体８００は、流体が多層構造体を通過するのを防止するためには、２つの材料層（例えば、スパンボンド層８０２、その外向き面８１４に３次元スペーサ３０２が配置されたスパンボンド層８０４）しか必要としなかった。
次に、図９は、本発明の別の実施形態による別の４層構造体８６０を示す。多層構造体８６０は、外側材料層８０２及び内側材料層８０８を含む４つの層を有する。外側材料層８０２は、外向き面８１０及び内向き面８１８を有し、内側材料層８０８は、外向き面８２４及び内向き面８１２を有する。外側材料層８０２と内側材料層８０８との間に、材料層８０６及び材料層８０４が配置されている。材料層８０６は、外向き面８２０及び内向き面８２２を有し、外側材料層８０２に隣接して配置される。一方、材料層８０４は、外向き面８１４及び内向き面８１６を有し、内側材料層８０８に隣接して配置される。図９に示すように、材料層８０４の外向き面８１４（この特定の実施形態では、多層構造全体の外向き面としての役割を果す外側材料層８０２の外向き面８１０の下層側に存在する第３の材料層と呼ぶこともできる）に、複数の３次元スペーサ３０２が配置されている。複数の３次元スペーサ３０２は、材料層８０６と材料層８０４との間に複数のチャンネル３１４を画定する。さらに、複数の３次元スペーサ３０２は、第３材料層８０４の外向き面８１４と、第２材料層８０６の内向き面８２２との間に強制的な分離または空間を形成する。第３材料層８０４の外向き面８１４と第２材料層８０６の内向き面８２２との間の距離Ｄは、少なくとも部分的には３次元スペーサ３０２の最大高さＳによって制御される。図９の特定の実施形態では、外側材料層（第１材料層）８０２、３次元スペーサ３０２が配置される第３材料層８０４、及び内側材料層（第４材料層）８０８は、スパンボンドウェブであり、外側材料層８０２に隣接して配置される第２材料層８０６は、メルトブローンウェブである。さらに、図９の特定の実施形態では、３次元スペーサ３０２は、カプセル化された相変化材料を含有するバインダから形成される。
この多層構造体８６０を、ＡＳＴＭ標準Ｆ−１８６２（レベル３）に従って、飛沫耐性について試験したところ、流体が、外側材料層８０２の外向き面８１０の流体接触点の下層側に存在する第３材料層であるスパンボンド層８０４の外向き面８１４に設けられた３次元スペーサ３０２を通過することが防止された。なお、流体は多層構造体全体を通過しなかった。換言すれば、図９の多層構造体８６０は、流体が多層構造体を通過するのを防止するためには、３つの材料層（例えば、スパンボンド層８０２、メルトブローン層８０６、その外向き面８１４に３次元スペーサ３０２が配置されたスパンボンド層８０４）しか必要としなかった。図８の多層構造体８００を図９の多層構造体８６０と比較すると、３次元スペーサ３０２を、スパンボンド層に直接隣接して配置した場合、またはメルトブローン層以外の、最初に流体インサルトの大部分を捕捉する任意の層に直接隣接して配置した場合に、より良好な飛沫耐性が提供されると思われる。本発明者は、これは、３次元スペーサで材料層間により大きい間隙が形成されることによって流体インサルトの初期圧力が遮断され、また、その後に流体インサルトに曝される層同士が互いに接近して配置されることにより、その互いに接近して配置された層によって流体が吸収されるためだと考えた。
次に、図１０は、本発明のさらに別の実施形態による４層構造体８７０を示す。多層構造体８７０は、外側材料層８０２及び内側材料層８０８を含む４つの層を有する。外側材料層８０２は、外向き面８１０及び内向き面８１８を有し、内側材料層８０８は、外向き面８２４及び内向き面８１２を有する。外側材料層８０２と内側材料層８０８との間に、材料層８０４及び８０６が配置されている。材料層８０４は、外向き面８１４及び内向き面８１６を有し、外側材料層８０２に隣接して配置される。一方、材料層８０６は、外向き面８２０及び内向き面８２２を有し、内側材料層８０８に隣接して配置される。
図１０に示すように、材料層８０４の外向き面８１４（この特定の実施形態では、多層構造全体の外向き面としての役割を果す外側材料層８０２の外向き面８１０の下層側に存在する第２の材料層と呼ぶこともできる）に、複数の３次元スペーサ３０２が配置されている。複数の３次元スペーサ３０２は、外側材料層８０２と材料層８０４との間に複数のチャンネル３１４を画定する。さらに、複数の３次元スペーサ３０２は、第２材料層８０４の外向き面８１４と、第１材料層（または最外層）８０２の内向き面８１８との間に強制的な分離または空間を形成する。第２材料層８０４の外向き面８１４と第１材料層８０２の内向き面８１８との間の距離Ｄは、少なくとも部分的には３次元スペーサ３０２の最大高さＳによって制御される。加えて、複数の３次元スペーサ３０２が、内側材料層８０８の内向き面８１２にも配置され、これらの３次元スペーサ３０２も、複数のチャンネル３１４を画定する。さらに、内側材料層８０８の内向き面８１２に存在する複数の３次元スペーサ３０２は、ユーザの皮膚と内側材料層８０８との間の強制的な分離を作り出すことができる。すなわち、多層構造体８７０は、多層構造体８００及び多層構造体８６０の場合のように内向き面８１２の全体でユーザに接触するのではなく、３次元スペーサ３０２のみがユーザに接触するので、ユーザの快適さを高めることができる。ユーザの皮膚と内側材料層８０８との間の分離（距離）は、少なくとも部分的には３次元スペーサ３０２の最大高さＳによって制御される。
図１０の特定の実施形態では、外側材料層（第１材料層）８０２、３次元スペーサ３０２が配置される第２材料層８０４、及び内側材料層（第４材料層）８０８は、スパンボンドウェブであり、内側材料層８０８に隣接して配置される第３材料層８０６は、メルトブローンウェブである。さらに、図１０の特定の実施形態では、第２材料層８０４の外向き面８１４上に存在する３次元スペーサ３０２はアクリルバインダの形態である。一方、内側材料層８０８の内向き面８１２上に存在する３次元スペーサ３０２は、カプセル化された相変化材料を含有するバインダから形成される。これにより、内向き面８１２上に存在する３次元スペーサ３０２は、多層構造体８７０とユーザとの間の接触の程度を最小化するだけでなく、ユーザがより涼しく感じるようにすることができる。
この多層構造体８７０を、ＡＳＴＭ標準Ｆ−１８６２（レベル３）に従って、飛沫耐性について試験したところ、流体が、外側材料層８０２の外向き面８１０での流体接触点の下層側に存在し、第２材料層であるスパンボンド層８０４の外向き面８１４に設けられた３次元スペーサ３０２を通過することが防止された。換言すれば、図１０の多層構造体８７０は、流体が多層構造体を通過するのを防止するためには、２つの材料層（例えば、スパンボンド層８０２、その外向き面８１４に３次元スペーサ３０２が配置されたスパンボンド層８０４）しか必要としなかった。
一方、図１１は、スパンボンド層８０４を除去した、本発明のさらなる実施形態による３層構造８８０を示す。多層構造体８８０は、外側材料層（第１材料層）８０２及び内側材料層（第３材料層）８０８を含む３つの層を有する。外側材料層（第１材料層）８０２は、外向き面８１０及び内向き面８１８を有し、内側材料層（第３材料層）８０８は、外向き面８２４及び内向き面８１２を有する。外側材料層（第１材料層）８０２と内側材料層（第３材料層）８０８との間に、第２材料層８０６が配置されている。第２材料層８０６は、外向き面８２０及び内向き面８２２を有する。
図１１に示すように、外側材料層（第１材料層）８０２の外向き面８１０（多層構造体全体の外向き面と呼ぶこともできる）に、複数の３次元スペーサ３０２が配置されている。複数の３次元スペーサ３０２は、外側材料層（第１材料層）８０２と第２材料層８０６との間に複数のチャンネル３１４を画定する。さらに、複数の３次元スペーサ３０２は、外側材料層（第１材料層）８０２の内向き面８１８と、第２材料層８０６の外向き面８２０との間に強制的な分離または空間を形成する。第２材料層８０６の外向き面８２０と外側材料層（第１材料層）８０２の内向き面８１８との間の距離Ｄは、少なくとも部分的には３次元スペーサ３０２の最大高さＳによって制御される。加えて、複数の３次元スペーサ３０２が、内側材料層（第３材料層）８０８の内向き面８１２にも配置され、これらの３次元スペーサ３０２も、複数のチャンネル３１４を画定する。さらに、内側材料層（第３材料層）８０８の内向き面８１２に存在する複数の３次元スペーサ３０２は、ユーザの皮膚と内側材料層８０８との間の強制的な分離を作り出すことができる。すなわち、多層構造体８８０は、多層構造体８００及び多層構造体８６０の場合のように内向き面８１２の全体でユーザに接触するのではなく、３次元スペーサ３０２のみがユーザに接触するので、ユーザの快適さを高めることができる。ユーザの皮膚と内側材料層８０８との間の分離（距離）は、少なくとも部分的には３次元スペーサ３０２の最大高さＳによって制御される。
図１１の特定の実施形態では、複数の３次元スペーサ３０２が配置される外側材料層（第１材料層）８０２、及び内側材料層（第３材料層）８０８は、スパンボンドウェブであり、それらの間に配置される第２材料層８０６は、メルトブローンウェブである。さらに、図１１の特定の実施形態では、外側材料層（第１材料層）８０２の内向き面８１８上に存在する３次元スペーサ３０２はアクリルバインダの形態である。一方、内側材料層（第３材料層）８０８の内向き面８１２上に存在する３次元スペーサ３０２は、カプセル化された相変化材料を含有するバインダから形成される。これにより、内向き面８１２上に存在する３次元スペーサ３０２は、多層構造体８８０とユーザとの間の接触の程度を最小化するだけでなく、ユーザがより涼しく感じるようにすることができる。
この多層構造体８８０を、ＡＳＴＭ標準Ｆ−１８６２（レベル３）に従って、飛沫耐性について試験したところ、多層構造体８８０の最外層に相当する、スパンボンド外側層（第１材料層）８０２の内向き面８１８上に存在する３次元スペーサ３０２に少なくとも部分的に起因して、流体がメルトブローン層（第２材料層）８０６を通過することが防止された。換言すれば、図１１の多層構造体８８０は、多層構造体８８０が３層のみであっても、流体が多層構造体を通過するのを防止するためには、２つの材料層（例えば、その内向き面８１８に３次元スペーサ３０２が配置されたスパンボンド層８０２、メルトブローン層８０８）しか必要としなかった。
さらに、図１２は、スパンボンド層８０４を除去した、本発明のさらに別の実施形態による３層構造８９０を示す。多層構造体８９０は、外側材料層（第１材料層）８０２及び内側材料層（第３材料層）８０８を含む３つの層を有する。外側材料層（第１材料層）８０２は、外向き面８１０及び内向き面８１８を有し、内側材料層（第３材料層）８０８は、外向き面８２４及び内向き面８１２を有する。外側材料層８０２（第１材料層）と内側材料層８０８（第３材料層）との間に、第２材料層８０６が配置されている。第２材料層８０６は、外向き面８２０及び内向き面８２２を有する。
図１２に示すように、第２材料層８０６の外向き面８２０に、複数の３次元スペーサ３０２が配置されている。複数の３次元スペーサ３０２は、第２材料層８０６と内側材料層（第３材料層）８０８との間に複数のチャンネル３１４を画定する。さらに、複数の３次元スペーサ３０２は、第２材料層８０６の内向き面８２２と、内側材料層（第３材料層）８０８の外向き面８２４との間に強制的な分離または空間を形成する。第２材料層８０６の内向き面８２２と内側材料層（第３材料層）８０８の外向き面８２４との間の距離Ｄは、少なくとも部分的には３次元スペーサ３０２の最大高さＳによって制御される。加えて、複数の３次元スペーサ３０２が、内側材料層（第３材料層）８０８の内向き面８１２にも配置され、これらの３次元スペーサ３０２も、複数のチャンネル３１４を画定する。さらに、内側材料層（第３材料層）８０８の内向き面８１２上に存在する複数の３次元スペーサ３０２は、ユーザの皮膚と内側材料層８０８との間の強制的な分離を作り出すことができる。すなわち、多層構造体８９０は、多層構造体８００及び多層構造体８６０の場合のように内向き面８１２の全体でユーザに接触するのではなく、３次元スペーサ３０２のみがユーザに接触するので、ユーザの快適さを高めることができる。ユーザの皮膚と内側材料層８０８との間の分離（距離）は、少なくとも部分的には３次元スペーサ３０２の最大高さＳによって制御される。
図１２の特定の実施形態では、外側材料層（第１材料層）８０２、及び内側材料層（第３材料層）８０８はスパンボンドウェブであり、第１材料層８０２及び第３材料層８０８間に配置され、複数の３次元スペーサ３０２が配置される第２材料層８０６は、メルトブローンウェブである。さらに、図１２の特定の実施形態では、第２材料層８０６の内向き面８２２上に存在する３次元スペーサ３０２はアクリルバインダの形態である。一方、内側材料層（第３材料層）８０８の内向き面８１２上に存在する３次元スペーサ３０２は、カプセル化された相変化材料を含有するバインダから形成される。これにより、内向き面８１２上に存在する３次元スペーサ３０２は、多層構造体８８０とユーザとの間の接触の程度を最小化するだけでなく、ユーザがより涼しく感じるようにすることができる。
この多層構造体８９０を、ＡＳＴＭ標準Ｆ−１８６２（レベル３）に従って、飛沫耐性について試験したところ、メルトブローン層（第２材料層）８０６の内向き面８２２上に存在する３次元スペーサ３０２に少なくとも部分的に起因して、流体がメルトブローン層（第２材料層）８０６を通過することが防止された。なお、飛沫耐性は、多層構造体８８０が示したものほど良好ではなかった。いずれにしても、図１２の多層構造体８９０は、多層構造体８９０が３層のみであっても、流体が多層構造体を通過するのを防止するためには、依然として２つの材料層（例えば、スパンボンド層８０２、その内向き面８２２に３次元スペーサ３０２が配置されたメルトブローン層８０６）しか必要としなかった。
比較のために、図７は、本発明の多層構造体の３次元スペーサを含まない４層構造体７００を示す。多層構造体７００は、外向き面７１０を有する外側材料層７０２と、内向き面７１２を有する内側材料層７０８とを有し、外側材料層７０２はユーザから最も遠い位置に配置され、内側材料層７０８はユーザに最も近い位置、例えば皮膚に隣接する位置に配置される。外側材料層７０２と内側材料層７０８との間に、２つの追加的な材料層７０４及び材料層７０６が存在する。材料層７０４は外側材料層７０２に隣接しており、材料層７０６は内側材料層７０８に隣接している。外側材料層７０２、内側材料層７０８、及び外側材料層７０２に隣接する材料層７０４はそれぞれ、スパンボンドウェブから形成することができ、内側材料層７０８に隣接する材料層７０６は、メルトブローン材料であり得る。なお、これらの層を形成するために、不織ウェブ、発泡材、またはフィルム材料のいずれかの種類の材料を使用できることを理解されたい。
いずれの場合でも、この多層構造体７００を、ＡＳＴＭ標準Ｆ−１８６２（レベル３）に従って、飛沫耐性について試験したところ、流体が、外側材料層７０２の外向き面７１０の流体接触点の下層側に存在する第３材料層７０６を通過することが防止された。これは、図７の多層構造体７００は、流体の通過を防止するためには、３つの層（例えば、２つのスパンボンド層７０２、７０４及びメルトブローン層７０６）を必要とすることを意味する。これに対して、本発明の多層構造体は、とりわけ３次元スペーサがスパンボンド層の外向き面、すなわち、流体接触点側に隣接している場合には、１つの材料層及び上述した３次元スペーサのみを使用して流体の通過を防止することができる。
一般的に、図８−１２と図７との比較から、３層構造体または４層構造体の材料層上に３次元スペーサを組み込むことによって、３次元スペーサが多層構造体内に（例えば、外側材料層の外向き面または内側材料層の内向き面以外に）配置されている限りは、多層構造体の飛沫耐性が向上することが分かる。
一方、図４１は、本発明の追加的な実施形態による３層構造９００を示す。この多層構造体９００は、外側材料層（第１材料層）８０２及び内側材料層（第３材料層）８０８を含む。外側材料層（第１材料層）８０２は、外向き面８１０及び内向き面８１２を有し、内側材料層（第３材料層）８０８は、外向き面８２４及び内向き面８１２を有する。外側材料層８０２（第１材料層）と内側材料層８０８（第３材料層）との間に、第２材料層８０６が配置されている。第２材料層８０６は、外向き面８２０及び内向き面８２２を有する。
図４１に示すように、複数の３次元スペーサ３０２が、多層構造全体の外面層となる外側材料層（第１材料層）８０２の内向き面８１８に配置されている。複数の３次元スペーサ３０２は、外側材料層（第１材料層）８０２と第２材料層８０６との間に、複数のチャンネル３１４を画定する。さらに、複数の３次元スペーサ３０２は、外側材料層（第１材料層）８０２の内向き面８１８と、第２材料層８０６の外向き面８２０との間に強制的な分離または空間を形成する。第２材料層８０６の外向き面８２０と、外側材料層（第１材料層）８０２の内向き面８１８との間の距離Ｄは、少なくとも部分的には３次元スペーサ３０２の最大高さＳによって制御される。
加えて、部分３０２ａ、３０２ｂ、及び３０２ｃを有するカプセル化された相変化材料の形態の別の３次元スペーサが、内側材料層（第３材料層）８０８上に配置されている。この別の３次元スペーサは、内側材料層８０８（第３材料層）８０８の外向き面８２４及び内向き面８１２と熱的に接触している。例えば、複数の３次元スペーサ３０２ａが、内側材料層（第３材料層）８０８の外向き面８２４に配置され、複数のチャンネル３１５を画定する。さらに、内側材料層（第３材料層）８０８の外向き面８２４上に存在する複数の３次元スペーサ３０２ａは、中間材料層（第２材料層）８０６と内側材料層（第３材料層）８０８との間に強制的な分離または空間を形成する。内側材料層（第３材料層）８０８の外向き面８２４と、第２材料層８０６の内向き面８２２との間は距離Ｄ１だけ離間しており、この距離Ｄ１は、少なくとも部分的には３次元スペーサ３０２ａの最大高さＳによって制御される。さらに、カプセル化された相変化材料の形態の３次元スペーサが、チャンネル３０２ｃの形態で内側材料層（第３材料層）８０８を貫通し、高さＳ２を有する３次元スペーサ３０２ｂとして内側材料層（第３材料層）８０８の内向き面８１２上に存在することができる。このように、相変化材料は、内側材料層（第３材料層）８０８を貫通して、３次元スペーサ３０２ａとスペーサ３次元３０２ｂとの間に連続的な熱伝導路３０２ｃを形成する。また、内側材料層（第３材料層）８０８の外向き面８２４上に存在する３次元スペーサ３０２ａは、内側材料層（第３材料層）８０８の内向き面８１２上に存在する３次元スペーサ３０２ｂよりも大きな表面積を有する。換言すれば、相変化材料は、内側材料層（第３材料層）８０８の外向き面８２４及び内向き面８１２の両方と熱的に接触することによって、相変化材料の大部分が内側材料層（第３材料層）８０８の内向き面８１２ではなく外向き面８２４上に存在する場合でも、冷却を促進することができる。
さらに、特定の一実施形態では、３次元スペーサ３０２ａが内側材料層（第３材料層）８０８の外向き面８２４と接触する面積は、３次元スペーサ３０２ｂが内側材料層（第３材料層）８０８の内向き面８１２と接触する面積よりも大きい。これにより、ユーザの皮膚と３次元スペーサ３０２ｂ（相変化材料）との間の接触量（接触面積）は減少するが、冷却効果は減少しない。加えて、このような構成は、相変化材料の大部分が内側材料層（第３材料層）８０８の内向き面８１２上に存在する構成と比べて、フェイスマスクの製造時に失われる相変化材料の量が減少するので、改善された製造プロセスが可能となる。
図４１の特定の実施形態では、複数の３次元スペーサ３０２が配置される外側材料層（第１材料層）８０２、及び内側材料層（第３材料層）層８０８は、スパンボンドウェブであり、第１材料層８０２及び第３材料層８０６間に配置される第２材料層８０６は、メルトブローンウェブであり得る。さらに、図４１の特定の実施形態では、外側材料層（第１材料層）８０２の内向き面８１８上に存在する３次元スペーサ３０２は、アクリルバインダの形態であり、内側材料層（第３材料層）層８０８の内向き面８１２上に存在する３つの３次元スペーサ３０２ａ、３０２ｂ、及び３０２ｃは、カプセル化止された相変化材料を含有するバインダから形成される。３次元スペーサ３０２ａ、３０２ｂ及び３０２ｃは、内側材料層（第３材料層）８０８を貫通して配置され、多層構造体９００とユーザとの間の接触の程度を最小化するだけでなく、ユーザをさらに冷却することができる。
次に図１３及び図１４を参照して、フェイスマスク内に形成された４層構造体が示されている。この４層構造体では、カプセル化された相変化材料の形態の３次元スペーサは、ポリエステル不織層上に配置される。図１４の切断線１４−１４で切断した図１３のフェイスマスク６００の断面図である図１４に示すように、フェイスマスク６００は、外側材料層８０２及び内側材料層８０８を含む。外側材料層８０２は外向き面８１０を有し、内側材料層８０８は内向き面８１２を有する。外側材料層８０２は、ユーザから最も離れた位置に配置され、内側材料層８０８は、ユーザに最も近い位置、例えば皮膚に隣接する位置に配置される。外側材料層８０２と内側材料層８０８との間に、２つの追加的な層８０４及び８０６が配置される。材料層８０４は外側材料層８０２に隣接して配置され、材料層８０６は内側材料層８０８に隣接して配置される。外側材料層８０２、内側材料層８０８、及び外側材料層８０２に隣接する材料層８０４は、それぞれスパンボンドウェブから形成することができ、内側材料層８０８に隣接する材料層８０６は、メルトブローン材料であり得る。なお、これらの層を形成するために、不織ウェブ、発泡材、またはフィルム材料のいずれかの種類の材料を使用できることを理解されたい。
いずれの場合でも、フェイスマスク６００は、内側材料層８０８に隣接して配置されたカプセル化された相変化材料をさらに含む。カプセル化された相変化材料は、基材６１０（例えば不織材料）上に配置された３次元スペーサ６０２の形態を有し得る。不織材料は、ポリオレフィン、ポリエステル、天然繊維の混合物、またはそれらの任意の組み合わせなどの任意の適切な材料であり得る。また、不織材料は、メルトブローン材料、スパンボンド材料、ＳＭＳ積層体、フィルム、スパンレース材料などであり得る。さらに、不織材料は、流体の効率的な吸収及び分配を促進にするために親水性であり得る。なお、相変化材料を含有する３次元スペーサ６０２は、基材６１０上ではなく、内側材料層８０８の内向き面８１２上に直接的に適用してもよいことを理解されたい。図１３及び図１４に示すように、フェイスマスク６００の中央部を横切る基材６１０の配置に応じて、基材６１０または内側材料層８０８は、フェイスマスク６００の内向き面（皮膚接触面）８１２の少なくとも一部を形成することができる。さらに、基材の境界部分６０３は、フェイスマスクの周縁部の周りに存在することができる。また、基材の境界部分６０３も、バインダ内に含有されたカプセル化された相変化材料の形態の複数の３次元スペーサ６０２を含む。基材の境界部分６０３は、約０．５ミリメートルないし約１５ミリメートル、例えば約１ミリメートルないし約１０ミリメートル、または例えば約１．５ミリメートルないし約７．５ミリメートルの範囲の幅を有する。基材６１０の中央部分は、約１０センチメートルないし約２０センチメートル、例えば約１２センチメートルないし約１９センチメートル、または例えば約１４センチメートルないし約１８センチメートルの範囲の長さ、及び、約１２センチメートルないし約２２センチメートル、例えば約１４センチメートルないし約２１センチメートル、または例えば約１６センチメートルないし約２０センチメートルの範囲の幅を有する。いくつかの実施形態では、フェイスマスク６００において、基材６１０の境界部分６０３または中央部分のいずれか一方が存在しておらず、いくつかの実施形態では、基材６１０の境界部分６０３または中央部分の両方が存在している。
さらに、図１３では、基材６１０（基材６１０の中央部分及び境界部分６０３を含む）が、フェイスマスク６００の内側材料層８０８の内向き面８１２の全面積の約７５％を覆っているが、相変化材料を含む不織材料または相変化材料の単独が、フェイスマスク６００の内側材料層８０８の内向き面８１２の全面積の約１０％ないし約１００％、例えば約１５％ないし約１００％、例えば約３０％ないし約１００％、例えば約４０％ないし約１００％、または例えば約５０（６０）％ないし約１００％を覆うようにしてもよいことを理解されたい。他の実施形態では、相変化材料を含む不織材料または相変化材料の単独が、フェイスマスク６００の内側材料層８０８の内向き面８１２の全面積の約１０％ないし約７０％、例えば約１５％ないし約６５％、例えば約２０％ないし約６０％、または例えば約２５％ないし約５５％を覆うようにしてもよい。
次に図４２を参照すると、１以上の実施形態では、フェイスマスク内に形成された４層構造体が示されている。この４層構造体では、カプセル化された相変化材料の形態の３次元スペーサは、ポリエステル不織層上に配置される。図４２に示すフェイスマスク６５０は、図１３及び図１４に記載された任意の材料層の含むことができる。しかしながら、図１３及び図１４のフェイスマスク６００とは異なり、図４２のフェイスマスク６５０は、フェイスマスク６５０の上側縁部６５２及び下側縁部６５４にそれぞれ隣接して配置された基材６１０ａ及び６１０ｂを含む。基材６１０ａ及び６１０ｂはそれぞれ、内側材料層８０８に隣接して配置されたカプセル化された相変化材料を含む。カプセル化された相変化材料は、基材６１０ａまたは６１０ｂ（例えば不織材料）上に配置された３次元スペーサ６０２の形態を有し得る。不織材料は、ポリオレフィン、ポリエステル、天然繊維の混合物、またはそれらの任意の組み合わせなどの任意の適切な材料であり得る。また、不織材料は、メルトブローン材料、スパンボンド材料、ＳＭＳ積層体、フィルム、スパンレース材料などであり得る。さらに、不織材料は、流体の効率的な吸収及び分配を促進にするために親水性であり得る。なお、相変化材料を含有する３次元スペーサ６０２は、基材６１０ａまたは６１０ｂ上ではなく、内側材料層８０８の内向き面８１２上に直接的に適用してもよいことを理解されたい。図４２に示すように、基材６１０ａ及び６１０ｂはそれぞれ、フェイスマスク６５０の内向き面８１２の表面積の約１５％ないし約３０％、例えば約２５％を覆っている。
加えて、図１３、１４、及び４２では一連の不連続ドットとして示しているが、カプセル化された相変化材料は、線、十字、グリッド線、ロゴ、または他の任意の形態または形状などの任意の適切な形状をとることができる。さらに、基材６１０の境界部分６０３及び中央部分は、図８−１２及び図４１に示した多層構造体の実施形態と組み合わせて使用することができる。いかなる特定の理論により制限されることを意図しないが、相変化材料の皮膚接触領域が互いに離間して複数設けられている場合、例えば相変化材料が基材６１０の中央部分及び境界部分６０３に存在し、内側材料層８０８の内向き面８１２の他の領域には存在しない場合、ユーザの冷却感を高めることができる。換言すれば、内側材料層８０８の内向き面８１２の相変化材料が存在しない領域における皮膚の温感覚の知覚によって、相変化材料を含有する基材６１０の境界部分６０３及び中央部分での冷却効果を増幅させることができる。
本発明によって企図される多層構造体の特定の構成に関わらず、伝導、対流、またはその両方によってフェイスマスクの熱抵抗を減少させることができるように、様々な層を設計することができる。上述したように、フェイスマスクは、ポリマー材料で作られている。ポリマーは絶縁体であるので、フェイスマスクのデッドスペースに熱が溜まり、これにより、ユーザに不快感を与える。熱は、フェイスマスク内のデッドスペースから逃げることができないので、フェイスマスク内に熱が蓄積される。フェイスマスクの熱抵抗を減少させることによってデッドスペース内の熱を消散させることができ、これにより、ユーザの快適性が向上する。とりわけ、皮膚に最も近くに位置するフェイスマスクの層、例えば３次元スペーサまたは相変化材料が堆積される材料または基材の内側層などが、減少したＲ値（熱抵抗値）を有することができる。Ｒ値は、所定の厚さの材料を通る熱流に対する抵抗の程度を表す値である。したがって、Ｒ値が高くなるほど、材料の熱抵抗が高くなり、そのため、材料の絶縁特性がより良好になる。一方、Ｒ値が低くなるほど、材料の熱抵抗が低くなり、そのため、材料は熱をより良好に伝達することができ、熱伝導率が高くなる。Ｒ値は、下記の式を用いて算出される。
Ｒ値＝Ｉ／λ
式中、Ｉは、メートル単位の材料の厚さ（メートル）であり、λは、熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）である。Ｒ値は、メートル平方キロメートル／キロワット（ｍ２Ｋ／Ｗ）の単位で求められる。
Ｒ値＝Ｉ／λ
式中、Ｉは、メートル単位の材料の厚さ（メートル）であり、λは、熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）である。Ｒ値は、メートル平方キロメートル／キロワット（ｍ２Ｋ／Ｗ）の単位で求められる。
フェイスマスク内の様々な材料層のＲ値は、例えば熱伝導性材料または構造体を１以上の層に組み込んで、フェイスマスク内の様々な材料層の熱伝導率を増加させることによって、減少させることができる。例えば、金属製の粒子、繊維、またはインク（例えば、アルミニウム、金、銅、銀など）、伝導性ポリマー、炭素、または熱伝導率を高めるために使用できる任意の他の材料を、本発明の多層構造体の任意の材料層内に組み込むか、または該材料層上にコーティングすることができる。熱伝導性の材料または構造体は、任意の適切なパターンでフェイスマスクの様々な層に組み込むことができる。例えば、熱伝導性の材料または構造体は、フェイスマスクの材料層上の連続シート、フィルム、またはコーティング中に存在することができる。あるいは、熱伝導性の材料または構造体は、フェイスマスクの材料層上に、不連続パターン、ストライプパターン（例えば、層上に配置された垂直または水平ストリップ）、グリッド、または他の任意のパターンで存在することができる。特定の一実施形態では、熱伝導性の材料または構造体は、多層構造体の内側層（例えば、皮膚に最も近くに位置する層、相変化材料が堆積される層）、多層構造体の外側層、多層構造体の内側層及び外側層間に配置される任意の他の層、またはそれらの任意の組み合わせであってもよい。このような材料の使用は、フェイスマスクの内部から外部への熱の散逸を促進し、それにより、フェイスマスクのデッドスペース内での熱の蓄積を防止して、ユーザの不快感を最小限に抑えることができる。
また、フェイスマスクの多層構造体の特定の層に、蒸発冷却を増加させる材料（例えば、繊維構造体）を組み込むことによって、フェイスマスク内の様々な材料層、例えば、多層構造体の内側層（例えば、皮膚に最も近くに位置する層、相変化材料が堆積される層）、多層構造体の外側層、多層構造体の内側層及び外側層間に配置される任意の他の層、またはそれらの任意の組み合わせのＲ値を減少させることができる。組み込むことができる材料としては、綿繊維、レーヨン繊維、または水分を吸収して蒸発させることができる任意の他の繊維が挙げられる。このような吸水性及び吸上性の繊維構造体は、様々な表面トポグラフィ及び形状を有することができ、ナノファイバー、チャンネル、中空繊維などの形態を有し得る。加えて、湿潤剤、界面活性剤、または層による毛細管作用及び吸収の使用を促進する任意の他の機構で処理されるならば、通常は、非濡れ性の繊維（セルロース系材料、連続気泡フォーム、繊維状フォームラミネート）を使用することができる。蒸発冷却を増加させるためのこのような材料の使用により、ユーザの皮膚と内側層との間のフェイスマスクのデッドスペース内の水分量を減少させることができ、これにより、ユーザの快適さを増加させるための冷却サイクルが提供される。
熱伝導性の材料または構造体が組み込まれる特定の層に関わらず、あるいは蒸発冷却を増加させる材料を含む特定の層に関わらず、フェイスマスクは、熱伝導性の材料／構造体または蒸発冷却材料がフェイスマスクの様々な材料層内に存在しない場合と比べて減少したＲ値を示すことができる。例えば、フェイスマスクのＲ値または総熱抵抗は、約０．１５°ΔＣｍ２／Ｗ未満、例えば約０．０４°ΔＣｍ２／Ｗないし約０．０１４°ΔＣｍ２／Ｗ、または例えば０．０８°ΔＣｍ２／Ｗないし約０．１０°ΔＣｍ２／Ｗであり得る。熱伝導性材料／構造体及び蒸発冷却を促進する材料の使用に起因するＲ値の減少の結果として、本発明の相変化材料を使用したフェイスマスクのデッドスペース内の温度の低下が促進される。顔の皮膚は０．２５℃程度の小さい温度変化を検知することができるので、フェイスマスクの温度のわずかな変化（例えば約０．５℃ないし約１℃）でさえ、ユーザは知覚可能であることに留意されたい。
本発明は、以下の実施例を参照することにより、より良く理解できるであろう。
実施例１
実施例１では、１７．５センチメートルの長さ及び１８．４センチメートルの幅を有し、内側層の内向き面が０．０３２ｍ２の表面積を有し、かつ不織ポリエステル基材上に配置された様々な構成のカプセル化された相変化材料を含むプリーツ付きフェイスマスクについて、そのデッドスペース内の微気候の温度プロファイルを赤外線画像化（熱画像化）によって記録し、カプセル化された相変化材料を含まない対照フェイスマスクと比較した。その結果を、時間経過画像によって図１５−１７に示す。具体的には、図１５は、実施例１の対照フェイスマスク（フェイスマスクの内側層の内向き面に相変化材料が存在しない）を装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。図１６は、実施例１で説明したプリーツ付きフェイスマスクを装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その内側層の内向き面の周縁部の周りに、不織材料から形成された幅６ミリメートルの境界部分を含み、この境界部分は、８，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。また、このフェイスマスクは、その内側層の内向き面の中央部分に、該内向き面の表面積の３０％を覆う矩形状の不織材料領域を含み、この不織材料領域は、８、０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。この結果、このフェイスマスクは、約１０１ジュールの相変化材料を含む。図１７は、実施例１で説明したプリーツ付きフェイスマスクを装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その内側層の内向き面の周縁部の周りに、不織材料から形成された幅６ミリメートルの境界部分を含み、この境界部分は、８，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。また、このフェイスマスクは、その内側層の内向き面の中央部に、該内向き面の表面積の３０％を覆う楕円形状の不織材料領域を含み、この不織材料領域は、８、０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。この結果、このフェイスマスクは、約１０１ジュールの相変化材料を含む。図示したように、熱画像（赤外線画像）は、吸入時（左側に示す）及び呼出時（右側に示す）の対で、５分（５ｍｉｎ）、１０分（１０ｍｉｎ）、１５分（１５ｍｉｎ）、２０分（２０ｍｉｎ）、２５分（５ｍｉｎ）、３０分（３０ｍｉｎ）、３５分（３５ｍｉｎ）、４０分（４０ｍｉｎ）、４５分（４５ｍｉｎ）の時点で記録した。全ての画像記録において、環境の湿度は６０％であり、環境の温度は２３．９℃であった。
図１５を参照すると、カプセル化された相変化材料が存在しない場合、フェイスマスクの微気候における４５分間の吸入温度は２１．５℃ないし２３．４℃の範囲であり、ピーク温度は４０分の時点での２３．４℃であった。一方、フェイスマスクの微気候における４５分間の呼出温度は２６．７℃ないし２９．４℃の範囲であり、ピーク温度は４０分の時点での２９．４℃であった。
カプセル化された相変化材料が、フェイスマスクの内側層の周縁部の周りの幅６ミリメートルの境界部分と、フェイスマスクの内側層の表面積の３０％を覆う矩形状部分とに存在し、結果として約１０１ジュールの相変化材料を含むフェイスマスクの熱画像化プロファイルを示す図１６を参照すると、フェイスマスクの微気候における４５分間の吸入温度は２３．１℃ないし２４．７℃の範囲であり、ピーク温度は５分の時点での２４．７℃であった。一方、フェイスマスクの微気候における４５分間の呼出温度は２５．３℃ないし２８．７℃の範囲であり、ピーク温度は３５分の時点での２８．７℃であった。
カプセル化された相変化材料が、フェイスマスクの内側層の周縁部の周りの幅６ミリメートルの境界部分と、フェイスマスクの内側層の表面積の３０％を覆う楕円形状部分とに存在し、結果として約１０１ジュールの相変化材料を含むフェイスマスクの熱画像化プロファイルを示す図１７を参照すると、フェイスマスクの微気候における４５分間の吸入温度は２４．２℃ないし２６．３℃の範囲であり、ピーク温度は４５分の時点での２６．３℃であった。一方、フェイスマスクの微気候における４５分間の呼出温度は２４．９℃ないし２９．８℃の範囲であり、ピーク温度は２５分の時点での２９．８℃であった。
要約すると、図１６で試験したフェイスマスクは、初期温度と、カプセル化された相変化材料が配置された直接領域（すなわち、フェイスマスクの境界部分）内の青色の冷却画像スポットの存在に基づいて、フェイスマスクの即時の冷却を示した。図１７のフェイスマスクと比較すると、図１６のフェイスマスクは、フェイスマスクの微気温を、より遅いペースでより一貫的に下げた。換言すれば、図１６のフェイスマスクは、そのより低いピーク温度（２８．７℃）及びより低い最終温度（２５．７℃、ピーク温度との差は３℃）を示す能力に起因して、全期間にわたってより効果的であった。一方、図１７のフェイスマスクは、初期温度は低くなく、最初の１５分間で急速に冷却され、その後、フェイスマスクの冷却効果は失われた。適切な相変化材料を選択するときの決定因子は、相変化材料の、身体を冷却し、より長期間にわたってより高い熱温度を吸収する能力である。図１７のフェイスマスクは、緑色及び青色よりも赤色及び黄色が多い図１７の熱画像に示したより高いピーク温度（２９．８℃）と、最終温度がピーク温度よりも１．２℃しか低くないという事実に基づいて、図１６のフェイスマスクと同程度の冷却または熱吸収は示さなかった。
実施例２
実施例２では、不織ポリエステル基材上に配置された様々な構成のカプセル化された相変化材料が組み込まれたいくつかのタイプのフェイスマスクについて、そのデッドスペース内の微気候の温度プロファイルを赤外線画像化（熱画像化）によって記録し、カプセル化された相変化材料を含まない対照フェイスマスクと比較した。その結果を、時間経過画像によって図１８−４０に示す。図１８−２７、図３０−３４、及び図３６−４０で試験したプリーツ付き顔面フェイスマスクは、１７．５センチメートルの長さ及び１８．４センチメートルの幅を有し、内側層の内向き面が約０．０３２ｍ２の総表面積を有する。一方、図２８及び図３５で試験したフェイスマスクは、その内側層の内向き面が約０．０２３ｍ２の表面積を有し、図２９及び図３６で試験したフェイスマスクは、その内側層の内向き面が約０．０３０５ｍ２の総表面積を有する。さらに、幅６ミリメートルの境界部分を含む場合、境界部分の表面積は約０．００４１６ｍ２であり、中央部分の表面積は約０．０２８ｍ２であった。
図１８は、実施例２の対照フェイスマスク（フェイスマスク中に相変化材料が存在しない）を装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。
図１９は、実施例２で説明したフェイスマスクを装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その内側層の内向き面の周縁部の周りに、不織材料から形成された幅６ミリメートルの境界部分を含み、この境界部分は、４，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。
図２０は、実施例２で説明したフェイスマスクを装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その内側層の内向き面の周縁部の周りに、不織材料から形成された幅６ミリメートルの境界部分を含み、この境界部分は、８，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。この境界部分は、２つの不織材料層から形成されており、各不織材料層は、４，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。
図２１は、実施例２で説明したフェイスマスクを装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その周縁部の周りに、不織材料から形成された幅６ミリメートルの境界部分を含み、この境界部分は、１６，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。
図２２は、実施例２で説明したフェイスマスクを装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その周縁部の周りに、不織材料から形成された幅６ミリメートルの境界部分を含み、この境界部分は、４，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。また、このフェイスマスクは、その内向き面の中央部に、不織材料から形成された中央部分を含み、この中央部分は、４，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。この中央部分は、フェイスマスクの表面積の３０％を覆う。
図２３は、実施例２で説明したフェイスマスクを装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その周縁部の周りに、不織材料から形成された幅６ミリメートルの境界部分を含み、この境界部分は、８，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。この境界部分は、２つの不織材料層から形成されており、各不織材料層は、４，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。また、このフェイスマスクは、その内向き面の中央部に、不織材料から形成された中央部分を含み、この中央部分は、８，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。この中央部分は、２つの不織材料層から形成されており、各不織材料層は、４，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。この中央部分は、フェイスマスクの表面積の３０％を覆う。
図２４は、実施例２で説明したフェイスマスクを装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その周縁部の周りに、不織材料から形成された幅６ミリメートルの境界部分を含み、この境界部分は、１６，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。また、このフェイスマスクは、その内向き面の中央部に、不織材料から形成された中央部分を含み、この中央部分は、１６，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。この中央部分は、フェイスマスクの表面積の３０％を覆う。
図２５は、実施例２で説明したフェイスマスクを装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その周縁部の周りに、不織材料から形成された幅６ミリメートルの境界部分を含み、この境界部分は、１６，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。また、このフェイスマスクは、その内向き面の中央部に、不織材料から形成された中央部分を含み、この中央部分は、８，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。この中央部分は、２つの不織材料層から形成されており、各不織材料層は、４，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。この中央部分は、フェイスマスクの表面積の３０％を覆う。
図２６は、実施例２で説明したフェイスマスクを装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その内向き面の中央部に、不織材料から形成された中央部分を含み、この中央部分は、１６，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。この中央部分は、フェイスマスクの表面積の３０％を覆う。
図２７は、実施例２で説明したフェイスマスクを装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その周縁部の周りに、不織材料から形成された幅６ミリメートルの境界部分を含み、この境界部分は、８，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。また、このフェイスマスクは、その内向き面の中央部に、不織材料から形成された中央部分を含み、この中央部分は、８，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。この中央部分は、フェイスマスクの表面積の３０％を覆う。また、この中央部分の不織材料は、単層の形態を有する。
図２８は、実施例２で説明したフェイスマスクを装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その内向き面の中央部に、不織材料から形成された中央部分を含み、この中央部分は、４，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。この中央部分は、フェイスマスクの表面積の３０％を覆う。このフェイスマスクの内向き面は、約０．０２３ｍ２の総表面積を有する。これは、約０．０３２ｍ２の総表面積を有する図１８−２７、図３０−３４、及び図３６−４０で試験したプリーツ付きフェイスマスクの内向き面よりも約３０％小さい。
図２９は、実施例２で説明したフェイスマスクを装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その内向き面の上部を横断して配置された不織材料を含み、この不織材料は、４，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料を含有する発泡材ストリップを有する。また、このフェイスマスクは、その内向き面の中央部に、不織材料から形成された中央部分を含み、この中央部分は、４，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。この中央部分は、フェイスマスクの表面積の３０％を覆う。フェイスマスクの内向き面は、約０．０３０５ｍ２の総表面積を有する。発泡材は、鼻のブリッジ部において良好なシールを形成するのを助けると共に、フェイスマスクの上部から逃げようとする空気を冷却し、それによりフェイスマスクの防曇性を向上させる。
図３０は、実施例２で説明したフェイスマスクを装着したユーザについての、４０分間の吸入中（左）及び呼出中（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その周縁部の周りに、不織材料から形成された幅６ミリメートルの境界部分を含み、この境界部分は、４，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。また、このフェイスマスクは、その内向き面の中央部に、不織材料から形成された中央部分を含み、この中央部分は、４，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。この中央部分は、フェイスマスクの表面積の６０％を覆う。
図３１は、実施例２で説明したフェイスマスクを装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その周縁部の周りに、不織材料から形成された幅６ミリメートルの境界部分を含み、この境界部分は、８，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。また、このフェイスマスクは、その内向き面の中央部に、不織材料から形成された中央部分を含み、この中央部分は、８，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。この中央部分は、フェイスマスクの表面積の６０％を覆う。
図３２は、実施例２で説明したフェイスマスクを装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その周縁部の周りに、不織材料から形成された幅６ミリメートルの境界部分を含み、この境界部分は、１６，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。また、このフェイスマスクは、その内向き面の中央部に、不織材料から形成された中央部分を含み、この中央部分は、１６，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。この中央部分は、フェイスマスクの表面積の６０％を覆う。
図３３は、実施例２で説明したフェイスマスクを装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その周縁部の周りに、不織材料から形成された幅６ミリメートルの境界部分を含み、この境界部分は、１６，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。また、このフェイスマスクは、その内向き面の中央部に、不織材料から形成された中央部分を含み、この中央部分は、８，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。この中央部分は、フェイスマスクの表面積の６０％を覆う。
図３４は、実施例２で説明したフェイスマスクを装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その内向き面の中央部に、不織材料から形成された中央部分を含み、この中央部分は、１６，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。この中央部分は、フェイスマスクの表面積の６０％を覆う。
図３５は、実施例２で説明したフェイスマスクを装着したユーザについての、４０分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その内向き面の中央部に、不織材料から形成された中央部分を含み、この中央部分は、４，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。この中央部分は、フェイスマスクの表面積の６０％を覆う。このフェイスマスクの内向き面は、約０．０２３ｍ２の総表面積を有する。
図３６は、実施例２で説明したフェイスマスクを装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その周縁部の周りに、不織材料から形成された幅６ミリメートルの境界部分を含み、この境界部分は、４，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。また、このフェイスマスクは、その内向き面の中央部に、不織材料から形成された中央部分を含み、この中央部分は、４，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。また、この中央部分は、フェイスマスクの表面積の１００％を覆う。
図３７は、実施例２で説明したフェイスマスクを装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その周縁部の周りに、不織材料から形成された幅６ミリメートルの境界部分を含み、この境界部分は、８，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。また、このフェイスマスクは、その内向き面の中央部に、不織材料から形成された中央部分を含み、この中央部分は、８，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。また、この中央部分は、フェイスマスクの表面積の１００％を覆う。
図３８は、実施例２で説明したフェイスマスクを装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その周縁部の周りに、不織材料から形成された幅６ミリメートルの境界部分を含み、この境界部分は、１６，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。また、このフェイスマスクは、その内向き面の中央部に、不織材料から形成された中央部分を含み、この中央部分は、１６，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。また、この中央部分は、フェイスマスクの表面積の１００％を覆う。
図３９は、実施例２で説明したフェイスマスクを装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その周縁部の周りに、不織材料から形成された幅６ミリメートルの境界部分を含み、この境界部分は、１６，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。また、このフェイスマスクは、その内向き面の中央部に、不織材料から形成された中央部分を含み、この中央部分は、８，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。また、この中央部分は、フェイスマスクの表面積の１００％を覆う。
図４０は、実施例２で説明したフェイスマスクを装着したユーザについての、４５分間の吸入時（左）及び呼出時（右）の熱画像化プロファイルを示す。このフェイスマスクは、その内向き面の中央部に、不織材料から形成された中央部分を含み、この中央部分は、１６，０００ジュール／ｍ２の融解熱を有するカプセル化された相変化材料の不連続パターンを含有する。また、この中央部分は、フェイスマスクの表面積の１００％を覆う。
図示したように、熱画像（赤外線画像）は、吸入時（左側に示す）及び呼出時（右側に示す）の対で、５分（５ｍｉｎ）、１０分（１０ｍｉｎ）、１５分（１５ｍｉｎ）、２０分（２０ｍｉｎ）、２５分（５ｍｉｎ）、３０分（３０ｍｉｎ）、３５分（３５ｍｉｎ）、４０分（４０ｍｉｎ）、４５分（４５ｍｉｎ）の時点で記録した（ただし、図３０及び３５のフェイスマスクでは、４５分の時点の熱画像は記録しなかった）。全ての画像記録において、環境の湿度は６０％であり、環境の温度は２３．９℃であった。図１８−４０の様々な構成のフェイスマスクについての結果を、以下の表１に示す。
表１：経時的な吸入時及び呼出時のフェイスマスク温度
実施例２の図１８−４０及び表１を参照すると、データは、カプセル化された相変化材料を含有する不織ポリエステル層は、呼出時に、フェイスマスクの微気候内のデッドスペースの温度を１．３℃ないし４．５℃低下させることを示した。不織ポリエステル／カプセル化された相変化材料の境界部分のみを有するフェイスマスクは、温度が最も低下した。
さらに、テストユーザ入力によれば、４，０００ジュール／ｍ２の相変化材料を含有するフェイスマスクであって、その内側層の内向き面の表面積の３０％（図２２）、６０％（図３０）、または１００％（図３６）を覆う不織ポリエステル／相変化材料を有するフェイスマスクは、図１８の対照フェイスマスクと比較して顕著な冷却効果を示さなかった。
一方、８，０００ジュール／ｍ２の相変化材料を含有するプリーツ付きフェイスマスクであって、その内側層の内向き面の表面積の３０％（図２３）、６０％（図３１）、または１００％（図３７）を覆う不織ポリエステル／相変化材料を有するフェイスマスクは、図１８の制御フェイスマスクと比較して顕著な冷却効果を示した。さらに、１６，０００ジュール／ｍ２の相変化材料を含有するプリーツ付きフェイスマスクであって、該フェイスマスクの内側層の内向き面の表面積の３０％（図２４）、６０％（図３２）、または１００％（図３８）を覆う不織ポリエステル／相変化材料を有するフェイスマスクは、８，０００ジュール／ｍ２の相変化材料を含有するフェイスマスク及び８，０００ジュール／ｍ２の相変化材料を含有するフェイスマスクと比較して即時のより顕著な冷却効果を示したが、全期間では、８，０００ジュール／ｍ２の相変化材料を含有するフェイスマスクと同様に機能した。加えて、１６，０００ジュール／ｍ２フェイスマスクの全体的な冷却感は、８０００ジュール／ｍ２フェイスマスクと同じであったが、フェイスマスクを装着した初期時には、１６０００ジュール／ｍ２フェイスマスクの即時の冷涼感がより顕著であった。
加えて、４，０００ジュール／ｍ２の相変化材料を含有するフェイスマスクであって、０．０２３ｍ２のより小さい総表面積（図１８−図２７、図３０−３４、図３６−４０のフェイスマスクの内向き面の０．０３２ｍ２の総表面積と比較して）を有する内向き面を含み、その内側層の表面積の３０％（図２８）または６０％（図３５）を覆う不織ポリエステル／相変化材料を有するフェイスマスクは、冷却感を依然として感じながら、より高い通気性、及びより良好なフィット感を有すると、ユーザに知覚された。
さらに、４，０００ジュール／ｍ２の相変化材料を含有するプリーツなしのフェイスマスクであって、０．０３０５ｍ２の若干小さい総表面積（図１８−図２７、図３０−３４、図３６−４０のフェイスマスクの内向き面の０．０３２ｍ２の総表面積と比較して）を有する内向き面を含み、その内側層の表面積の３０％（図２９）を覆う不織ポリエステル／相変化材料を有するフェイスマスクは、冷却感を感じ、良好なフィット感を有すると、ユーザに知覚された。また、発泡材ＰＣＭ（相変化材料）の冷却時には、フェイスマスクと共に着用される眼鏡やバイザーを曇らせる、温度が高い上昇空気の量を減少させる。
次に、フェイスマスクの装着時にフェイスマスクの微気候を十分に冷却するのに必要な相変化材料のエネルギーのジュールを決定するために、図１８−４０の様々なフェイスマスクに含まれる相変化材料層の量をその内向き面に基づいて計算した。その結果を表２に要約する。
表２：図１８−４０のフェイスマスクの内向き面上の相変化材料の分布
図１８−４０のフェイスマスクに関するユーザ入力に基づき、十分な冷却に必要なジュールの最小閾値は１０１ジュールであり、相変化材料層がフェイスマスクの内側層の境界部分と中心部分との間に広がっていることが最適である。さらに、相変化材料層がフェイスマスクの境界部分にのみ存在する場合、少なくとも約６６ジュールの冷却が必要であり、このレベル（ジュール）は、一時的な快適さしか提供しない。さらに、冷却に必要なジュールは、より多くの相変化材料が皮膚と接触し、かつフェイスマスク内の空気空隙容積が減少するようにフェイスマスクのフィット性を改善することによって、低減できることに留意されたい。
実施例３
実施例３では、図９に示す構造体に概ね対応するが３次元スペーサ３０２を有していない多層構造体（対照サンプル）と、図９に示す多層構造体（試験サンプル）とを、ＡＳＴＭ Ｆ２１００−１１における最も厳しいレベルの試験であるレベル３の性能を達成する能力について比較した。ＡＳＴＭ Ｆ２１００−１１のレベル３の試験では、フェイスマスクは、ＡＳＴＭ Ｆ１８６２−１３の手順に従って１６０ｍｍＨｇで２ｍｌの人工血液（米国ミネソタ州ロチェスター・ノースリッジレーン２５０５（ＭＮ５５９０６）所在のジョンソン、モーエン＆Ｃｏ．社から入手可能）の飛沫に対する抵抗性（飛沫耐性）を有する必要がある。換言すれば、対照サンプルは、３次元スペーサ３０２を含まない４層構造体８６０であった。対照サンプルの多層構造体は、ポリエステルパルプウェットレイド材料から形成され、０．５オンス／平方ヤード（１６．９５ｇｓｍ）の坪量を有し、かつ外向き面８１０を有する外側材料層８０２を含む。対照サンプルの多層構造体８６０はまた、二成分カーデット不織材料から形成され、０．５オンス／平方ヤード（１６．９５ｇｓｍ）の坪量を有し、かつ内向き面８１２を有する内側材料層８０８を含む。皮膚に隣接して着用されるフェイスマスクに多層構造体を使用した場合のように、外側材料層８０２が流体インサルトに最も近い位置に配置され、内側材料層８０８が流体インサルトから最も離れた位置に配置されるように構成した。外側材料層８０２と内側材料層８０８との間に、２つの追加的な材料層８０４及び材料層８０６が配置されている。材料層８０６は、０．６オンス／平方ヤード（２０．３４ｇｓｍ）の坪量を有するメルトブローン材料から形成され、外側材料層８０２に隣接して配置される。一方、材料層８０４は、０．９オンス／平方ヤード（３０．５２ｇｓｍ）の坪量を有するスパンボンド材料から形成され、内側材料層８０８に隣接して配置される。
一方、試験サンプルは、概して、図９の多層構造体８６０に対応する。とりわけ、試験サンプルは、０．５オンス／平方ヤード（１６．９５ｇｓｍ）の坪量を有するポリエステルパルプ湿潤材料から形成された外側材料層８０２と、０．５オンス／平方ヤード（１６．９５ｇｓｍ）の坪量を有する二成分カーデット不織材料から形成された内側材料層８０８とを含む。外側材料層８０２は、外向き面８１０と内向き面８１８とを有し、内側材料層８０８は、外向き面８２４と内向き面８１２とを有する。外側材料層８０２と内側材料層８０８との間には、材料層８０６及び材料層８０４が配置されている。材料層８０６は、０．６オンス／平方ヤード（２０．３４ｇｓｍ）の坪量を有するメルトブローン材料から形成され、外側材料層８０２に隣接して配置される。また、材料層８０６は、外向き面８２０及び内向き面８２２を有する。一方、材料層８０４は、０．９オンス／平方ヤード（３０．５２ｇｓｍ）の坪量を有するスパンボンド材料から形成され、内側材料層８０８に隣接して配置される。また、材料層８０４は、外向き面８１４及び内向き面８１６を有する。図９に示すように、材料層８０４の外向き面８１４上には、アクリルバインダから形成された複数の３次元スペーサ３０２（すなわちドット）が配置される。材料層８０４は、外側材料層８０２の外向き面８１０の下層側に存在する第３の材料層とも呼ばれる。複数の３次元スペーサ３０２は、材料層８０６と材料層８０４との間に複数のチャンネル３１４を画定する。さらに、複数の３次元スペーサ３０２は、第３の材料の層８０４の外向き面８１４と第２の材料の層８０６の内向き面８２２との間に、強制的な分離または空間を形成する。
上記の対照サンプル及び試験サンプルを、ＡＳＴＭ標準Ｆ−１８６２（レベル３）に従って飛沫耐性について試験したところ、流体は、対照サンプルの材料層８０８を通過した。これは、対照サンプルが、ＡＳＴＭ標準Ｆ−１８６２（レベル３）に合格しなかったことを意味する。しかし、流体は、試験サンプルの材料層８０８を通過しなかった。したがって、試験サンプルは、ＡＳＴＭ標準Ｆ−１８６２（レベル３）に合格した。
本明細書は、実施例を用いて、最良の実施の形態（ベストモード）を含む本発明の内容を開示し、かつ本発明を当業者が実施（任意の装置またはシステムの形成及び使用、並びに記載内容に組み入れられたあらゆる方法の実施を含む）することを可能にしている。本発明の特許される技術範囲は、特許請求の範囲の請求項の記載によって特定され、当業者が想到可能な他の実施形態もそれに含まれ得る。そのような他の実施形態は、各請求項の文言と異なっていない構成要素を含む場合、またはそれらが各請求項の文言とは実質的には異ならない均等な構成要素を含む場合、それらの請求項の特定する技術範囲内にあるものとする。
Claims (31)
- 飛沫耐性を有する多層構造体から形成されたフェイスマスクであって、
前記多層構造体は、
外向き面及び内向き面を有する外側材料層と、
外向き面及び内向き面を有する内側材料層と、
前記内側材料層の前記内向き面上に配置された第１の複数の３次元スペーサとを含み、
前記第１の複数の３次元スペーサは、不連続パターンで配置され、かつ
前記第１の複数の３次元スペーサは、カプセル化された相変化材料を含むことを特徴とするフェイスマスク。 - 前記相変化材料は、バインダによりカプセル化されたことを特徴とする、請求項１に記載のフェイスマスク。
- 前記第１の複数の３次元スペーサは、基材上に配置されたことを特徴とする、請求項１または２に記載のフェイスマスク。
- 前記基材は、不織材料であることを特徴とする、請求項３に記載のフェイスマスク。
- 前記基材は、前記内側材料層の前記内向き面の表面積の約１０％ないし約１００％を覆うことを特徴とする、請求項３または４に記載のフェイスマスク。
- 前記不織材料は、ポリエステル、ポリオレフィン、天然繊維混合物、またはそれらの任意の組み合わせを含むことを特徴とする、請求項４または５に記載のフェイスマスク。
- 前記基材は、当該フェイスマスクの周縁部の周りの境界部分に配置されたことを特徴とする、請求項３ないし６のいずれかに記載のフェイスマスク。
- 前記境界部分は、約０．５ｍｍないし約１５ｍｍの幅を有することを特徴とする、請求項７に記載のフェイスマスク。
- 当該フェイスマスクは、当該フェイスマスクの着用者の呼出後に、前記内側材料層と前記着用者の顔との間に形成された微気候を、約１℃ないし約７℃の温度範囲で冷却することを特徴とする、請求項１ないし８のいずれかに記載のフェイスマスク。
- 前記相変化材料は、当該フェイスマスクのデッドスペース領域内の呼気から熱を吸収することによって、及び当該フェイスマスクの着用者の皮膚から熱を吸収することによって、当該フェイスマスクに対して約２、６００ジュール／ｍ２ないし約２０、０００ジュール／ｍ２の冷却を提供することを特徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記載のフェイスマスク。
- 前記相変化材料は、当該フェイスマスクのデッドスペース領域内の呼気から熱を吸収することによって、及び当該フェイスマスクの着用者の皮膚から熱を吸収することによって、当該フェイスマスクに対して少なくとも約３０ジュールの冷却を提供することを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれかに記載のフェイスマスク。
- 前記多層構造体内に配置された所定の層の表面上に配置された第２の複数の３次元スペーサをさらに含み、
前記第２の複数の３次元スペーサは、前記外側材料層と、前記外側材料層及び前記内側材料層間に配置された少なくとも１つの追加的な層との間に空間を画定し、
前記空間は、前記第２の複数の３次元スペーサの最大高さと少なくとも同じ距離で、前記外側材料層と前記少なくとも１つの追加的な層とを隔てており、
前記第２の複数の３次元スペーサは、前記外側材料層に接触した流体に関連するエネルギーを吸収及び分散するのを助けることを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれかに記載のフェイスマスク。 - 前記第２の複数の３次元スペーサは、前記外側材料層に衝突した前記流体の流れの向きを変えるための複数のチャンネルを画定し、
前記複数のチャンネルは、前記流体の流れを、前記流体の接触点から横方向に離間する方向に導くことができる向きを有することを特徴とする、請求項１２に記載のフェイスマスク。 - 前記第２の複数の３次元スペーサは、連続的または不連続的なパターンで配置されたことを特徴とする、請求項１２または１３に記載のフェイスマスク。
- 前記第２の複数の３次元スペーサが不連続的なパターンで配置される場合、
前記不連続的なパターンは、前記追加的な層上に一連の行及び一連の列をなして配置される複数のドットを含むことを特徴とする、請求項１４に記載のフェイスマスク。 - 前記第２の複数の３次元スペーサは、バインダ、インク、接着剤、またはそれらの任意の組み合わせを含むことを特徴とする、請求項１２ないし１５のいずれかに記載のフェイスマスク。
- 前記第２の複数の３次元スペーサは、前記バインダ、インク、接着剤、またはそれらの任意の組み合わせ中に含有された機能性添加剤をさらに含み、
前記機能性添加剤は、相変化材料、芳香剤、吸収性材料、超吸収性材料、抗微生物剤、治療剤、局所軟膏、またはそれらの任意の組み合わせを含むことを特徴とする、請求項１６に記載のフェイスマスク。 - 前記機能性添加剤は、前記多層構造体内に配置された前記第２の複数の３次元スペーサの乾燥重量に基づいて約０．２５重量％ないし約７０重量％の範囲の量で含まれることを特徴とする、請求項１７に記載のフェイスマスク。
- 前記第２の複数の３次元スペーサは、前記少なくとも１つの追加的な層の外向き面上に配置されたことを特徴とする、請求項１２ないし１８のいずれかに記載のフェイスマスク。
- 前記少なくとも１つの追加的な層は、前記外側材料層に隣接して配置されたスパンボンドウェブであり、
前記多層構造体は、前記内側材料層に隣接して配置されたメルトブローンウェブをさらに含むことを特徴とする、請求項１２ないし１９のいずれかに記載のフェイスマスク。 - 前記外側材料層は、スパンボンドウェブであり、
前記内側材料層は、不織ポリエステルであり、
前記外側材料層と前記内側材料層との間に、第１の追加的な層、第２の追加的な層、及び第３の追加的な層の３つの追加的な層が配置され、
前記第１の追加的な層は、前記外側材料層の前記内向き面に隣接して配置された、スパンボンドウェブであり、
前記第２の追加的な層は、前記第１の追加的な層の内向き面に隣接して配置されたメルトブローンウェブであり、
前記第３の追加的な層は、前記第２の追加的な層の内向き面と前記内側材料層の前記外向き面との間に配置されたスパンボンドウェブであることを特徴とする、請求項１２ないし２０のいずれかに記載のフェイスマスク。 - 前記内側材料層、前記外側材料層、またはそれらの組み合わせは、熱伝導性材料を含み、
前記熱伝導性材料は、前記内側材料層、前記外側材料層、またはそれらの組み合わせのＲ値（熱抵抗値）を減少させることを特徴とする、請求項１ないし２１のいずれかに記載のフェイスマスク。 - 熱伝導性材料を含むコーティングが、前記内側材料層の表面、前記外側材料層の表面、またはそれらの組み合わせ上に配置され、
前記熱伝導性材料は、前記内側材料層、前記外側材料層、またはそれらの組み合わせのＲ値（熱抵抗値）を減少させることを特徴とする、請求項１ないし２１のいずれかに記載のフェイスマスク。 - 前記熱伝導性材料は、金属粒子、金属繊維、金属インク、熱伝導性ポリマー、炭素、またはそれらの任意の組み合わせを含むことを特徴とする、請求項２２または２３に記載のフェイスマスク。
- 前記内側材料層、前記外側材料層、またはそれらの組み合わせは、吸水性材料を含み、
前記吸水性材料は、前記内側材料層、前記外側材料層、またはそれらの組み合わせのＲ値（熱抵抗値）を減少させることを特徴とする、請求項１ないし２４のいずれかに記載のフェイスマスク。 - 前記吸水性材料は、綿繊維、レーヨン繊維、界面活性剤で処理されたセルロース繊維、またはそれらの任意の組み合わせを含むことを特徴とする、請求項２５に記載のフェイスマスク。
- 飛沫耐性を有する多層構造体から形成されたフェイスマスクであって、
前記多層構造体は、
外向き面及び内向き面を有する外側材料層と、
外向き面及び内向き面を有する内側材料層と、
前記内側材料層を貫通して配置された複数の３次元スペーサとを含み、
前記複数の３次元スペーサの各々は、
前記内側材料層の前記外向き面上に配置された第１の部分と、
前記内側材料層の前記内向き面上に配置された第２の部分と、
前記内側材料層を貫通して配置され、前記第１の部分及び前記第２の部分間に連続的な経路を提供するチャンネルを画定する第３の部分とを含み、かつ
前記複数の３次元スペーサは、カプセル化された相変化材料を含むことを特徴とするフェイスマスク。 - 前記複数の３次元スペーサは、不連続パターンで配置されたことを特徴とする、請求項２７に記載のフェイスマスク。
- 前記複数の３次元スペーサの前記第２の部分が前記内側材料層の前記内向き面に接触する面積は、前記複数の３次元スペーサの前記第３の部分が前記内側材料層の前記外向き面に接触する面積よりも小さいことを特徴とする、請求項２７または２８に記載のフェイスマスク。
- 飛沫耐性を有する多層構造体から形成されたフェイスマスクであって、
前記多層構造体は、
外向き面及び内向き面を有する外側材料層と、
外向き面及び内向き面を有する内側材料層と、
前記内側材料層の前記内向き面上に配置された複数の３次元スペーサとを含み、
前記複数の３次元スペーサは、不連続パターンで配置され、
前記複数の３次元スペーサは、カプセル化された相変化材料を含み、
前記相変化材料は、当該フェイスマスクに対して約２、６００ジュール／ｍ２ないし約２０、０００ジュール／ｍ２の冷却を提供することを特徴とするフェイスマスク。 - 飛沫耐性を有する多層構造体から形成されたフェイスマスクであって、
前記多層構造体は、
外向き面及び内向き面を有する外側材料層と、
外向き面及び内向き面を有する内側材料層と、
前記内側材料層の前記向き面上に配置された複数の３次元スペーサとを含み、
前記複数の３次元スペーサは、不連続パターンで配置され、
前記複数の３次元スペーサは、カプセル化された相変化材料を含み、
前記相変化材料は、当該フェイスマスクに対して少なくとも約３０ジュール／ｍ２の冷却を提供することを特徴とするフェイスマスク。
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