JP2023518607A - 透過性複合ナノファイバーベースの多層テキスタイル - Google Patents

Abstract

１００ｎｍを下回る直径のナノファイバーを有する少なくとも１つのナノファイバー層（１１）および３ミクロンを下回る直径のマイクロファイバーを有する１つの支持層（１２）を備える複合多層テキスタイル（１）であって、層（１１、１２）は、エレクトロスピニングによって生成されており、多層テキスタイル（１）が６０％より大きいλ＝５５０ｎｍでの一般透過率（Ｔ％）を示す、複合多層テキスタイル（１）が開示される。それは、透過性、通気性、および頑強性に関して向上した性質を示す。このことは、少なくとも１つのナノファイバー層（１１）と支持層（１２）が融合され、生成プロセスで用いられたパターンの閉領域で、多層テキスタイル（１）における固体領域（Ｄｓ）を形成することにより達成されるものであり、固体領域（Ｄｓ）は、互いから分離されまたは接続され、規則的なまたは不規則な空間分散を有する画定形状を示し、一方ナノファイバー層（１１）のナノファイバーおよび支持層（１２）のマイクロファイバーのファイバー形状は固体領域（Ｄｓ）の横の開領域の上部で保たれ、個々の層（１１、１２）の合計によって与えられる透過率よりも大きい一般透過率を達成する。【選択図】図１ｂ

Description

本発明は、１００ｎｍを下回る直径のナノファイバーを有する少なくとも１つのナノファイバー層および５ミクロンを下回る直径のマイクロファイバーを有する１つの支持層を備える複合多層テキスタイルであって、層は、エレクトロスピニングによって生成されており、多層テキスタイルは、６０％より大きいλ＝５５５ｎｍでの全体透過率を示す複合多層テキスタイル、透過性多層テキスタイルの生成方法、および顔マスクの一部としての多層テキスタイルの使用を記載する。

多層テキスタイルは、様々な用途において長年用いられている。興味深い用途には、透過性かつ通気性のあるマスクまたは顔マスクとしての使用がある。そうした高性能なテキスタイルは、最適な透過性および通気性特性をもたらすために開発が続けられている。近年、ナノファイバーの形でナノ技術が導入されている。動機としては、最大の通気性に達することによって優れたろ過効率を有するフィルタ層を合成するのにナノファイバーを用いることができるというよく知られた事実がある。しかし、極度に小さいファイバー径および脆弱なナノファイバーのため、より頑強な多層テキスタイルに達するためには、得られる多層テキスタイルの安定性を増大させなければならない。

ＷＯ２０１６１２８８４４から、得られる透過性複合多層テキスタイルの少なくとも１層を生成するのにエレクトロスピニングを用いることが知られている。ナノファイバーを有する少なくとも１層をエレクトロスピニングした後、この層は、カバー層として用いられる２つのファブリック層の間に配置される。カバー層は、非織層であるべきで、ナノファイバー層は、カバー層上にエレクトロスピニングされるべきである。エレクトロスピニングは、ＷＯ２０１６１２８８４４に詳細が記載され、カバー層上へのナノファイバー層の被覆ステップすらエレクトロスピニングを介して行われる。

科学論文に関して、エレクトロスピニングを介して半透過性空気フィルタを作成する可能性に関するいくつかの文献が、科学論文に見つかった。Ｘｉａらにおいて［Ｘｉａ Ｔ、Ｂｉａｎ Ｙ、Ｚｈａｎｇ Ｌ、Ｃｈｅｎ Ｃ．エレクトロスピニングされたナノファイバーフィルタの圧力降下と面速の関係。Ｅｎｅｒｇｙ Ｂｕｉｌｄ。２０１８；１５８：９８７－９９９］、透過性ナノファイバー膜を作成する可能性が提示され、そうした要素を用いて高い粒子除去効率を比較的低い空気抵抗と組み合わせる可能性が説明される。ナノファイバーベースの透過性空気フィルタの生成をスケールアップする初期のアプローチは、Ｘｕら［Ｘｕ Ｊ、Ｌｉｕ Ｃ、Ｈｓｕ ＰＣら。高効率透過性空気フィルタ用のエレクトロスピニングされたナノファイバーフィルムのロールツーロール転写。Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔ。２０１６；１６（２）：１２７０－１２７５］に報告されている。

しかしながら、ろ過、透過性、通気性、および頑強性などのあらゆる関連態様において適切な性質を有する透過性顔マスクのコスト効率の高い合成に対する説得力のある解決策はいまだ提案されていない。

発明の主題は、透過性複合ナノファイバーベースの多層テキスタイル、そのような多層テキスタイルの生成方法、および顔マスクの一部としてのそうした多層テキスタイルの使用を提供することである。

透過性複合ナノファイバーベースの多層テキスタイルは、後に例えば、適切な機械的安定性を有し個人用保護具の欧州規格である欧州規則ＥＮ１４６８３またはＥＮ１４９：２００１＋Ａ１：２００９に準拠しているシースルーの顔マスクを製造するように設計されなくてはならない。前述の重要な特徴の全て、すなわちろ過効率、飛沫耐性、および快適性において良好な性能を有するコスト効率の高い、透過性顔マスクを実現するための技術的解決策はまだ開示されていない。

発明は、本質的に、透過性高分子フィルタとして多層テキスタイルを提供し、それは、その空隙の小さなサイズおよび調整可能なファイバー表面特性によりマイクロ粒子およびナノ粒子に向けても大きなろ過能力を有し、主たる標的は、０．５～３ミクロンの範囲の細菌である。材料は、空気および他の流体から広範囲の有害な細菌および汚染物質を除去可能な、様々な種類の透過性フィルタを製造するのに用いることができる。

発明の様々な態様のさらなる理解は、以下に簡潔に記載される関連図面と併せて以下の詳細な説明を参照して得ることができる。
異なるように記載された実施形態では、同じ部分は同じ参照記号または同じ構成要素名称で提供され、記載全体に含まれる開示は、同じ参照記号または同じ構成要素記号を有する同じ部分に類似的に適用可能であり得ることに留意すべきである。

発明の主題の好ましい例示的な実施形態が、添付図面と併せて以下に記載される。

概略セットアップを示す、パターン化コレクタ上でのエレクトロスピニングおよび次に続く熱／圧力処理ならびに冷却ステップを有する、エレクトロスピニングされたナノファイバー層およびマイクロファイバーを備える支持層の生成方法の概略図である。 ２つの層を有する図１ａによる方法を用いて得られたパターン化多層テキスタイルの概略断面図である。 １つのナノファイバー層が２つの支持層の間に挟まれた多層テキスタイルの概略断面図である。 図１ｃのサンプルによる当方実験室において合成された例の上面図としての走査電子顕微鏡像である。 概略セットアップを有する、変更された生成方法の概略図である。 ナノファイバー層、支持層、およびパターン化層の固体領域を有する、図２ａによる方法で得られたパターン化多層テキスタイルの概略断面図である。 ナノファイバー層および支持層の２つの二重層がパターン化層を挟んでいる多層テキスタイルの概略断面図である。 倍率を拡大している、図２ａに示している方法によって合成された例の上面図としての走査電子顕微鏡像である。 倍率を拡大している、図２ａに示している方法によって合成された例の上面図としての走査電子顕微鏡像である。 測定セットアップの概略図である。 得られる透過性複合ナノファイバーベースの多層テキスタイルの写真、および３００～８００ｎｍの波長範囲の透過率曲線の図である。

少なくとも１００ｎｍを下回る、特に５０ｎｍを下回る直径の極薄ナノファイバーを有する少なくとも１つのナノファイバー層１１、および、優先的に１～５μｍの直径のより大きくより頑強なマイクロファイバーを備える少なくとも１つの半透過性支持層１２のサンドイッチ構造を備える透過性複合多層テキスタイル１が開示されている。ナノファイバー層１１および支持層１２の少なくとも１つの単層が用いられ、各々は、生成セットアップ０のベルト２上で、エレクトロスピニングステップＩにおいて互いの上でエレクトロスピニングされる。

層１１、１２を構成しているファイバーのサイズは、光散乱を低減させ透過性を高めるように最適化されている。最適なファイバーサイズは、光散乱のミー理論を用いて構成された予測にしたがって選択されている。散乱される光の量は、入射光の波長よりも著しく小さいまたは大きい直径のファイバーにおいてより低い。したがって、当方の戦略は、それぞれがろ過および機械的性質の原因となる異なるサイズの低散乱ファイバーを備える多層テキスタイルに基づく。

エレクトロスピニングステップ１後、熱機械処理ステップＩＩの形での後続の第２のステップＩＩが多層複合体に適用される。多層複合体は、少なくとも１つの圧搾ロール３０を有する、プレス３をまたは最も好ましくはカレンダー３を通過する。

－少なくとも１０００Ｎ／ｃｍ２、最も好ましくは１５００Ｎ／ｃｍ２以上の圧力ｐ１、および
－少なくとも７０℃、最も好ましくは８０℃以上の温度Ｔ１を、
最大１桁の秒数、好ましくは１０秒以上、最も好ましくは３０秒の時間間隔Δｔの間、加えることによって、
図１ｂに示すように、ナノファイバー層１１のナノファイバーと支持層１２のマイクロファイバーは、具体的な場所で一体に融合されて固体領域Ｄｓとなり、それは高い透過性を有する。使用材料およびファイバーの厚さに応じて、固体領域Ｄｓの透過性は、他の領域よりも高い。

固体領域Ｄｓは、層１１、１２の間に強固な結合点を提供し、機械安定性および透過性を大幅に向上させる。第１の方法によれば、エレクトロスピニング装置のコレクタは、面内に具体的なパターンの閉領域および開領域を有し、テンプレートとしても機能するだろう。適切なパターン化コレクタは、金属メッシュまたは穴あき金属シートであり得る。産業規模では、コレクタは、便利には、パターンを各層１１、１２、そして最終的な多層テキスタイル１に転写可能とするために、ベルト２に一体化され得る。

典型的な設計では、多層テキスタイル１は、面内整列されたファイバーによって構成された領域が、ファイバーの融合によって形成された連続固体ネットワークに埋め込まれているパターンを提示する。結果として、エレクトロスピニング装置のコレクタのパターンに対応するパターンを有する融合されたパターン化多層構造が存在する。異なる層１１、１２の接続領域は、パターンによって形成される。熱プレスおよびパターニングは、パターン化コレクタ上でのエレクトロスピニングステップＩおよび後続の熱機械処理ステップＩＩの結果である。

後続ステップにおいて、冷却ステップＩＩＩが、熱機械処理ステップＩＩによるＴ１およびｐ１を下回る温度Ｔ２および圧力ｐａｔで実行される。温度Ｔ２は、Ｔ１を十分に下回り、特に３０℃を下回る室温程度である。圧力ｐａｔは、プレス／カレンダー３を過ぎた後、得られる多層テキスタイル１上での大気圧である。

パターン化され融合された少なくとも部分的に接続されたナノファイバー層１１および支持層１２を有する、得られる多層テキスタイル１は、次いで、さらに処理され得るまたはロール４上で巻き上げられ得る。

パターン化構造を示す透過性複合ナノファイバーベースの多層テキスタイル１の概略例が図１ｂに示される。パターンは、通気性およびろ過を与えるナノファイバー層１１および支持層１２のより高い透過性および繊維状領域を特徴とする、ナノファイバー層１１および支持層１２の固体領域Ｄｓを備える。

ファイバーは、上述のように融合された、キトサン／ポリカプロラクトンのナノファイバーのナノファイバー層１１およびポリエステル／ポリウレタンのマイクロファイバーの支持層１２によって構成された多層構造で構築される。

より好ましい例では、キトサン／ポリカプロラクトンのナノファイバーのナノファイバー層１１は、図１ｃに概略的に示すように、ポリエステル／ポリウレタンのマイクロファイバーの２つの保護支持層１２、１２’の間に埋め込まれている。全３層１１、１２、１２’は、上述のように、エレクトロスピニングデバイスの特殊導電性コレクタ上で連続してスピンされ、続いて、熱機械処理ステップＩＩを介して変更されて、固体領域Ｄｓを生成した。

図１ｃの例は、上述のように生成された。サンプルは、同封された顕微鏡像の図１ｄによる構造を示す。多層テキスタイル１’の固体領域Ｄｓは、明確に視認でき、エレクトロスピニング装置のコレクタのパターンに対応する。

ナノファイバー層１１および支持層１２の厚さは、多層テキスタイル１に様々な性質を提供するように調整、選択され得、適切なものであり得る。ファイバーは、後続ステップでエレクトロスピニングされて、多層アーキテクチャを便利に構築する。エレクトロスピニングステップＩのシーケンスの最後では、コレクタの開領域および閉領域にわたって異なるファイバー密度を備える多層シートが形成される。多層テキスタイル１は次いで、熱機械処理ステップＩＩで熱プレスされる。このステップＩＩは、カレンダー処理を介して産業規模で便利に行われ得る。熱と圧力の組み合わされた効果により、コレクタの閉領域と接触するポリマー繊維が固体圧縮フィルムに変形され、一方、コレクタの開領域の上部で、ファイバー形態は保たれる。このステージの最後で、パターン化多層テキスタイル１が形成される。ナノファイバー層１１のナノファイバーおよび支持層１２のマイクロファイバーのファイバー形態は、固体領域Ｄｓの横の構造体の開領域上に到達または延在しており、そこでは、それらは互いと区別され得る。
熱機械処理ステップＩＩは、異なる層１１、１１’、１２、１２’、１３を同時に結合する（以下で開示するように）こと、および、パターン化多層テキスタイル１に固体領域Ｄｓを有するパターンを生成することを可能とし、それにより、透過性および機械抵抗が増大する。

少なくとも１つのナノファイバー層１１および少なくとも１つの支持層１２のナノファイバーおよびマイクロファイバーの連続ネットワークに埋め込まれた固体領域Ｄｓを実現することにより、固体領域Ｄｓのサイズ、形状、密度、および空間的配置は、多層テキスタイル１の最終的外観およびバリア性質を調整するように変更することができる。

より高い頑強性を実現するために、上述の記載に基づいて、透過性複合ナノファイバーベースの多層テキスタイル１’’ももたらすように生成方法が変えられた。このわずかに変更されたプロセスにより、そうした多層テキスタイル１’’の産業的な生成が達成される。

生成方法は、上記のように、ベルト２およびエレクトロスピニング装置のコレクタ上の少なくとも１つのナノファイバー層１１およびマイクロファイバーを有する少なくとも１つの支持層１２のエレクトロスピニングステップＩから開始する。このとき、コレクタは、プレスパターンを示す必要はない。エレクトロスピニングされた層１１、１２はさらに運ばれ、さらなるパターン化層１３または多孔質基体１３が、好ましくは図２ａに示すようなロールからもたらされる。この前に、３つの層１１、１２、１３は、プレス３またはカレンダー３に供給され、そこで、層１１、１２、１３は、熱機械処理ステップＩＩにおける熱／圧力処理にさらされる。

－少なくとも１０００Ｎ／ｃｍ２、最も好ましくは１５００Ｎ／ｃｍ２以上の圧力ｐ１、および
－少なくとも７０℃、最も好ましくは８０℃以上の温度Ｔ１を、
最大１桁の秒数、好ましくは１０秒以上、最も好ましくは３０秒の時間間隔Δｔの間、加えることによって、
ナノファイバー層１１のナノファイバーと支持層１２のマイクロファイバーとパターン化層１３の材料は、一体に融合されて、パターン化層１３の閉領域に固体領域Ｄｓを形成し、それは高い透過性を有する。

使用材料およびファイバーの厚さに応じて、固体領域Ｄｓの透過性は、他の領域よりも高い。

パターン化層／多孔質基体層１３の導入により、ナノファイバー層１１と支持層１２は、パターン化層／多孔層１３の表面で接続される。

パターン化層／多孔質基体層１３は、開口および接続ウェブを備える、パターン１３０を有する高分子メッシュとして形成される。パターン化層／多孔質基体層１３は、織布またはフリースであり得、２０ミクロン以上、特に約５０ミクロン～２００ミクロンの直径を有するファイバーを備え、接続ウェブを形成する。パターン化層／多孔質基体層１３の表面の少なくとも３０％は開いているべきであり、多様な開口を形成している。パターン１３０は、規則的であることが最も好ましいが、不規則にも形成され得る。

パターン化層／多孔質基体層１３はまた、開口としていくつもの貫通孔および接続ウェブとして格子状構造を有する熱可塑性材料の箔として形成することもでき、表面の少なくとも３０％が開いているべきである。貫通孔の開口は、格子状構造の接続ウェブが２０ミクロン以上、特に５０ミクロン以上よりも広くなるように選択されなくてはならない。

パターン化層１３は、後に可能な限り高い透過性を実現するように、半透過性または透過性でなくてはならない。そうしたパターン化層１３は、エレクトロスピニングステップＩの後、熱機械処理ステップＩＩの前に導入され、消失形状として層１１、１２にさらに成型が行われる。

パターン化層１３上のまたは内のパターン１３０および熱機械処理ステップＩＩにより、ナノファイバー層１１および支持層１２は、図２ｂに示すように、グリッド接続部でまたはパターン化層１３の格子状構造の閉領域で融合される。

ナノファイバー層１１、１１’および支持層１２、１２’の２つの二重層がパターン化層１３を囲み互いとそしてパターン化層１３と融合された場合、図２ｃの概略図による多層テキスタイル１’’’が実現される。当方は、ＳＥＭ画像の図２ｄおよび２ｅに示されるそうした多層テキスタイル１’’’を、上記の方法で生成した。

上述のようなＴ１、ｐ１での熱機械処理ステップＩＩおよびＴ２、ｐａｔでの後続の冷却ステップＩＩＩにより、固体領域Ｄｓが形成される。この場合、パターン化層１３は、得られる多層テキスタイル１に残る。パターン１３０は、層１１、１２のナノファイバーとマイクロファイバーの融合位置を構築する。パターン化層／多孔質基体層１３は、消失形状として用いられ、ナノファイバーおよびマイクロファイバーも、パターン化層／多孔質基体層１３に永久的に取り付けられる。ここに記載された融合された接続は、異なる層を永久的に接続している。

固体領域Ｄｓの得られるパターンまたはパターンの島部は両方の製造プロセスにおいて類似しているが、第１の手順は、パターン化層１３を導入することなく実行することができる。

キトサン／ポリカプロラクトンのナノファイバーを備えるナノファイバー層１１、１１’およびポリエステル／ポリウレタンのマイクロファイバーを備える支持層１２、１２’の使用が特に好ましい。

開示された方法は、５０％より大きい、一般にサンプルを介して透過された可視スペクトルにおける入射電磁力の割合である透過率Ｔ％を有する多層テキスタイル１、１’、１’’、１’’’をもたらしている。最も好ましくは、一部の領域の選択的な溶融を備えた熱機械処理ステップＩの後の最終的な多層テキスタイル１、１’、１’’、１’’’の透過率は、６０％より大きくあるべきである。

個々の各層１１、１１’、１２、１２’、１３は、可視光の２０％しか遮断または散乱しなければならず、それは、可視スペクトルにおける入射光子の８０％は、吸収または屈折されることなく膜を横断することができることを意味する。透過率（Ｔ％）は、λ＝５５５ｎｍで８０％より大きくなくてはならない。５５５ｎｍの光波長は、人間の視覚の最大感度に対応するものであり、したがって、この具体的な波長におけるＴ％は特に、当方が対象とした用途に関連がある。

実施において、以下の結果の達成が可能であった。
－直径５０ｎｍのナノファイバーを有するナノファイバー層１１：Ｔ％＞９０
－直径１～２μｍのマイクロファイバーを有する支持層１２：Ｔ％＞８０
－織られた市販の高分子メッシュとしてのパターン化層１３：変更前はＴ％＝７０、熱プレスによる変更後はＴ％＝８０。

最終的な全体のまたは全般の多層テキスタイル１、１’、１’’、１’’’の透過率は、個々の層の生成物によって与えられる。ファイバーを一部の領域において選択的に溶融し、固体領域Ｄｓを実現することによって、当方は、個々の構成要素１１、１１’、１２、１２’、１３の合計によって与えられる透過率の値よりも大きい透過率の値を達成することができる。

エレクトロスピニング装置のコレクタのパターンのパターン島部またはパターン化層１３のパターン１３０のパターン島部のサイズおよびそれと共に後の固体領域Ｄｓの横幅は、１ｃｍ～１０ｎｍの間、好ましくは１ｍｍ～１μｍの間、より好ましくは、その最大のポイントで１００μｍ～１０μｍの間で変わり得る。

１００μｍ未満の最大寸法を有するパターン島部は、裸眼では実質上不可視であり、均質な見た目の多層テキスタイル１を生成するという利点を有する。パターン島部は、規則的なパターンまたは不規則なパターンにしたがって配置され得る。パターンは、多層テキスタイル１を通して均質であり得、または、多層テキスタイル１もしくは後の顔マスクの様々な領域に具体的な特性を与えるようなパターン島部集中の勾配を提示し得る。

全パターン島部およびそれと共に得られる固体領域Ｄｓの表面は、多層テキスタイル１の全表面の５％～９５％、好ましくは１５％～８５％、より好ましくは３０％～７０％の値を構成すべきである。

圧縮高分子領域それぞれの固体領域Ｄｓの厚さは、フィルム組成に加えて調整され得る。固体領域Ｄｓの厚さは、１００ｎｍ～０．１ｃｍ、好ましくは１μｍ～１ｍｍ、より好ましくは１０μｍ～１００μｍの間で変わり得る。

多層テキスタイル１、１’、１’’、１’’’は、顔マスクの一部として用いられ得る。そうした多層テキスタイル１、１’、１’’、１’’’はまた、ろ過膜としてまたは包装材としてろ過用途でも用いられ得る。

ナノファイバー層１１および／または支持層１２に、キトサン－ポリカプロラクトン混合物を用いることが最も好ましい。キトサンは広く利用可能であり、生分解性であり、再生可能であり、様々なバイオマスから抽出することができる。キトサンは、非細胞毒性であり、固有の抗菌特性を包含し、エレクトロスピニングされ得る。さらに、大量の極性アミノ基を特徴とする特殊な分子構造は、ろ過効率を高めることが期待される。ポリカプロラクトンも、高い生体適合性および生分解性を有する。キトサンベースの機能性多層テキスタイル１は、高い透過性を有し（Ｔ＞９０％）、低減された空隙サイズは、有望なろ過特性と関連している。

主な限界は、これらの小さなファイバーの機械的安定性に見受けられ得、したがって、当方は、支持層１２におけるより大きな支持ファイバーを発見した。当方が開発した支持ファイバーは、ポリラクチド、ポリウレタン、およびそれらの混合物に基づく。そうした支持ファイバーは、適切な機械的特性を有する。低結晶性および大きな直径は、光散乱を最小化する。興味深いことに、両方の高分子は、生分解性である。

ポリ乳酸は、でんぷん、再生可能な原料から全体が生成され、ポリウレタンは、化石原料および再生可能原料の両方を用いて合成される。要約すると、当方は、ファイバーのサイズ、加えてそれらの界面化学および結晶性を制御することを可能とする配合を開発した。

これらの臨界パラメータを制御することによって、当方は、透過性、機械特性、およびろ過効率を高めた／両立した。全ての高分子は生分解性であり、したがって、最終的な生成物は、埋め立て地に置かれたりまたは環境中に飛散された場合、環境への影響は限定されるだろう（例えば、永続的なマイクロプラスチックを生成しない）。さらに、原料の大部分も、自動的にではないが潜在的に、再生可能なリソースから生成され、カーボンフットプリントを低減させる。

同様の実施結果を、高分子化学および工学のよく知られている原則を適用する多くの異なる高分子または高分子の組み合わせで得ることができる。実質的に、透過性フィルムおよび／またはファイバーへ成形可能な任意の高分子または高分子の組み合わせを潜在的に用いることができる。材料の特性を最適化するために、原料の重量の最大３０％を構成し得る適切な添加物（硬化剤、可塑剤、界面活性剤、清澄剤など）を用いることも便利である。

フィルムおよびファイバー生成に適切な高分子は以下を含み得る。
－ポリオレフィン：ＬＤＰＥ、ＨＤＰＥ、ＰＰ、ＰＳ、ＰＡＮ、ＰＶＣ、...
－ポリエステル：ＰＥＴ、ＰＬＡ、ＰＣＬ、ＰＨＡ、ＰＨＢ、...
－ポリカーボネート：ＰＣ、...
－ポリエーテル：ＰＥＧ、ＰＥＯ、...
－ポリアミド、ポリイミド、ポリアラミド：ＰＡ（例えばナイロン）、ＰＩ、ＰＡｒ（例えばＫｅｖｌａｒ）、...
－ポリウレタン：ＰＵ、ＴＰＵ、...
－シリコンポリマー：ＰＤＭＳ、...
－雑ポリマー：ＰＶＡ、ＰＶＰ、ＰＭＭＡ、ＰＶＡｃ、．．．
－セルロースおよびその誘導体：エチルセルロース、メチルセルロース、酢酸セルロース、...
－他の天然ポリマー：ヘミセルロース、キチン、キトサン、でんぷん、コラーゲン（ゼラチン）、．．．

異なる層１１、１２、１２’、１３に、生体適合性の、生分解性の、かつ抗菌性の熱可塑性ポリマーを用いることが最も有利である。

異なる層１１、１１’、１２、１２’、１３のポリマー混合物は、少なくとも１種類の熱可塑性ポリマー、熱硬化性ポリマー、弾性ポリマー、または熱可塑性エラストマーポリマーによって構成される。テキスタイルに所望の最終的な性質を推測するために、混合物および複合材を形成する１つより多いポリマーが用いられ得る。

エレクトロスピニングによって生成された、単層よりも多い層、ナノファイバー層１１、支持層１２、１２’、および／またはパターン化層１３に、２つ以上の異なる種類のファイバーが存在し得る。上述の生成方法の他の部分は適切に用いられ得る。固体領域Ｄｓの形成は、最も重要な特徴である。

ここで開示されているマスクへの適用は、衛生マスク、顔マスク、外科手術用マスクまたは異なる分野の適用における手術用マスクである。また、保護衣も、審美的理由で透明であり得る。外科用ドレープは、より良く患者をモニタリングすることを可能にするため透明であるべきである。
他の用途は、ウィンドウスクリーン、半透明なウィンドウスクリーンまたは微粒子（ＰＭ２．５、ＰＭ１０）のろ過作用を有するヘイズウィンドウスクリーンとしての使用である。

そうした複合多層テキスタイル１はまた、特殊な包装用途のための高い通気性のある、空気透過性の半透過性膜として、包装材料としても用いられ得る。これらの複合多層テキスタイルは、エアロゾル液滴、花粉、細菌、胞子を防ぐが、製品を見ることそして非常に高い蒸発性を可能とする。
当業者は、光透過性の判定のためのセットアップを把握している。ここで、透過性は、ＡｇｉｌｅｎｔのＵＶ－ｖｉｓ分光光度計「Ｃａｒｙ ４０００」を用いて透過率を測定することによって定量化された。サンプルは通常、１ｃｍ^２のアパーチャマスクを有する固体サンプルホルダ（Ａｇｉｌｅｎｔ）を用いて入射光に直交的に配置される。もちろん、興味深い波長範囲で機能している最大数平方センチのアパーチャマスクを有する一般的な光学分光計を用いて類似の測定が可能である。

実践では、透過性フィルタ１は、主に２つの部分から構成される。すなわち、ろ過要素としてのエレクトロスピニングされたナノファイバーマット１１、および市販のＰＬＡメッシュ１２でつくられる支持材料である。最終生成物の透過性を増大させるために、ＰＬＡメッシュは、１２０℃で３０秒プレスされ、５０ｂａｒの圧力が加えられた。本来のＰＬＡメッシュは、エレクトロスピニングプロセス中のファイバーの沈着を防ぐ帯電防止特性を本質的に有する。したがって、帯電防止物質として機能している皮膚融和性界面活性剤（ＴＷＥＥＮ ８０）が、エタノール中１．０％重量の溶液を用いる浸漬被覆技術によってメッシュを被覆するために選択された。その後、そのように調製された基体（プレスされたＰＬＡ＋ＴＷＥＥＮ ８０）は、Ｅｌｍａｒｃｏのパイロット規模エレクトロスピニング装置「Ｎａｎｏｓｐｉｄｅｒ」を用いて、ポリアミド－１１（ＰＡ１１）のエレクトロスピニングされたナノファイバーの薄膜（約０．１ｇ／ｍ^２）で直接被覆された。アニソールギ酸中６％重量の溶液を用いて、平均直径７２±２９ｎｍのファイバーを取得した。

図３ａに示すように自家製のセットアップを用いてろ過効率が測定された。各テストにおいて用いられたのは以下である。
直径４６ｍｍの円形試験片；直径２０～２０００ｎｍの中和された糖粒子を構成するエアロゾル；
試験片を通る一定の気流８Ｌ／分（気流速度８ｃｍ／ｓ）を生成したポンプシステム；
試験片を通って拡散しているエアロゾルの濃度を測定した（リアルタイム）粒子分析器「Ｃａｍｂｕｓｔｉｏｎ ＤＭＳ５００」。粒子ろ過効率は、パーセンテージで与えられ、フィルタシステムを用いた場合のエアロゾル濃度とフィルタシステムを用いない場合のエアロゾル濃度の比較によって、粒子の定常状態流を達成後（おおよそ３分後）に判定される。
透過性複合ナノファイバーベースの多層テキスタイル１のＰＬＡ－ＰＡ１１システムは、中和されたフルクトース粒子エアロゾルに対して良好なろ過効率を示した。それは、１μｍの泳動粒子直径の場合、＞９０％である。

医療用顔マスクに対してＥＮ－１４６８３：２０１９規格にしたがって空気透過性が評価された。空気透過性は、２７ｃｍ／ｓの流れを加えることによって測定された試験材料の圧力降下に関連する。透過性複合ナノファイバーベースの多層テキスタイル１のＰＬＡ－ＰＡ１１フィルタは、９Ｐａ／ｃｍ^２の圧力降下を示した（タイプＩおよびＩＩの医療用顔マスクの限界は、ＥＮ－１４６８３：２０１９によれば４０Ｐａ／ｃｍ^２である）。透過性は、ＡｇｉｌｅｎｔのＵＶ－ｖｉｓ分光光度計「Ｃａｒｙ ４０００」を用いてフィルタの透過率を測定することによって定量化された。サンプルは、１ｃｍ^２のアパーチャマスクを有する固体サンプルホルダ（Ａｇｉｌｅｎｔ）を用いて入射光に直交的に配置される。空気が１００％の透過率を有すると仮定すると、今回は、透過性複合ナノファイバーベースの多層テキスタイル１のＰＬＡ－ＰＡ１１フィルタは、λ＝５５５ｎｍで７６％の透過率を有する（可視光は、約４００から８００ｎｍに及ぶ）。下の図において、透過性複合ナノファイバーベースの多層テキスタイル１のＰＬＡ－ＰＡ１１サンプルの写真が、図３ｂにおけるＵＶ－ｖｉｓスペクトルと一緒に報告される。

参照番号の一覧
０ 生成セットアップ
１ 透過性複合ナノファイバーベースの多層テキスタイル／膜
１１ ナノファイバー層（直径１００ｎｍ未満）
１２、１２’ マイクロファイバーを有する支持層（直径１～２ミクロン）
１３ パターン化層／多孔質基体層（織物である／メルトスピニングされた／メルトブローされた／開口を有する箔）
１３０ パターン
２ ベルト（エレクトロスピニング装置のコレクタが、ベルトの一部を形成し得る）
３ プレス／カレンダー
３０ プレスロール
４ ロール（多層テキスタイル用の）
Ｉ エレクトロスピニングステップ
ＩＩ 熱機械処理ステップ（Ｔ１、ｐ１）
ＩＩＩ 冷却ステップ（Ｔ２、ｐａｔ）
Ｄｓ固体領域（横方向厚さ１μｍ～１００μｍ、横幅１０μｍ～１００μｍ）

Claims (19)

1. １００ｎｍを下回る直径のナノファイバーを有する少なくとも１つのナノファイバー層（１１）および５ミクロンを下回る直径のマイクロファイバーを有する１つの支持層（１２）を備える複合多層テキスタイル（１）であって、前記層（１１、１２）は、エレクトロスピニングによって生成されており、前記多層テキスタイル（１）は、５０％より大きいλ＝５５５ｎｍでの全体透過率（Ｔ％）を示す、前記複合多層テキスタイル（１）において、
   前記少なくとも1つのナノファイバー層（１１）と前記支持層（１２）は融合され、生成プロセスで用いられたパターンの閉領域に、前記多層テキスタイル（１）における固体領域（Ｄｓ）を形成し、前記固体領域（Ｄｓ）は、互いから分離されまたは接続され、規則的なまたは不規則な空間分散を有する画定形状を示し、前記ナノファイバー層（１１）のナノファイバーおよび支持層（１２）のマイクロファイバーのファイバー形状は、前記固体領域（Ｄｓ）の横の開領域の上部で保たれ、前記個々の層（１１、１２）の合計によって与えられる透過率よりも大きい、前記多層テキスタイル（１）全体の全体透過率を達成することを特徴とする、前記複合多層テキスタイル（１）。
2. 請求項１による複合多層テキスタイル（１）であって、前記多層テキスタイル（１）が、前記二重層（１１、１２）の上部または底部に、閉領域および開領域のパターン（１３０）を有するパターン層（１３）を備え、前記固体領域（Ｄｓ）が、前記ナノファイバー層（１１）、前記支持層（１２）、および前記パターン化層（１３）の接触位置に形成される、前記複合多層テキスタイル（１）。
3. 請求項１による複合多層テキスタイル（１）であって、前記多層テキスタイル（１）が、２つの外側支持層（１２、１２’）の間に挟まれたナノファイバー層（１１）を備え、全３層（１１、１２、１２’）の融合位置に固体領域（Ｄｓ）を示す、前記複合多層テキスタイル（１）。
4. 請求項２による複合多層テキスタイル（１）であって、前記パターン化層（１３）が、２対のナノファイバー層（１１、１１’）と支持層（１２、１２’）の間に挟まれ融合される、前記複合多層テキスタイル（１）。
5. 先行請求項の１項による複合多層テキスタイル（１）であって、前記固体領域（Ｄｓ）が、ナノファイバー層（１１、１１’）、支持層（１２、１２’）、そして利用可能であれば前記パターン化層（１３）を接続し、１μｍ～１００μｍの厚さを示す接触領域として形成される、前記複合多層テキスタイル（１）。
6. 先行請求項の１項による複合多層テキスタイル（１）であって、前記固体領域（Ｄｓ）が、その最大幅ポイントで１０μｍ～１００μｍの最大横幅を示す、前記複合多層テキスタイル（１）。
7. 先行請求項の１項による複合多層テキスタイル（１）であって、前記多層テキスタイル（１）上の固体領域（Ｄｓ）の前記パターンが、前記多層テキスタイル（１）の全表面の３０％～７０％の値を有する、前記複合多層テキスタイル（１）。
8. 請求項２～７の１項による複合多層テキスタイル（１）であって、前記パターン化層（１３）の横方向厚さが１μｍ～１００μｍの間で変わり、前記パターン化層（１３）が織られた高分子メッシュに基づく、前記複合多層テキスタイル（１）。
9. 請求項２～７の１項による複合多層テキスタイル（１）であって、前記パターン化層（１３）の横方向厚さが１μｍ～１００μｍの間で変わり、開口としてのいくつかの貫通孔および接続ウェブとしての格子状構造を有する熱可塑性材料によって形成され、前記熱可塑性材料の全表面の少なくとも３０％が開いている、前記複合多層テキスタイル（１）。
10. 先行請求項の１項による複合多層テキスタイル（１）であって、前記ナノファイバー層（１１、１１’）が、キトサン／ポリカプロラクトンのナノファイバーを備え、前記支持層（１２、１２’）が、ポリエステル／ポリウレタンのマイクロファイバーを備える、前記複合多層テキスタイル（１）。
11. ５０％より大きいλ＝５５５ｎｍでの全体透過率（Ｔ％）を示す光学的透過性多層テキスタイル（１）の生成方法であって、
    －どちらも開領域および閉領域を示す、エレクトロスピニング装置のパターン化コレクタ上または供給されたパターン化層／多孔質基体層（１３）上のいずれかでの、エレクトロスピニングステップ（Ｉ）における生成セットアップ（０）のベルト（２）上のナノファイバー層（１１、１１’）および支持層（１２、１２’）の、続くエレクトロスピニングステップと、
    －被覆された多層と共に前記ベルト（２）の、熱プレスまたはカレンダー（３）への搬送ステップと、それに続く、
    －室温より高い上昇温度（Ｔ１）かつ圧力（ｐ１）で最小時間間隔（Δｔ）の間の熱機械処理ステップ（ＩＩ）の実装ステップであって、前記層（１１、１１’、１２、１２’、１３）は、前記コレクタパターンまたは前記パターン化層／多孔質基体層（１３）のパターン（１３０）のいずれかの閉領域で融合され、前記多層テキスタイル（１）に様々な固体領域（Ｄｓ）を形成する、前記実装ステップと、その後の、
    －低下した温度（Ｔ２＜Ｔ１）かつ圧力（ｐａｔ＜ｐ１）で実行される冷却ステップ（ＩＩＩ）とを特徴とする、前記方法。
12. 請求項１１による透過性多層テキスタイル（１）の生成方法であって、
    前記熱機械処理ステップ（ＩＩ）が、少なくとも１０００Ｎ／ｃｍ２、最も好ましくは１５００Ｎ/ｃｍ２以上の圧力（ｐ１）、少なくとも７０℃、最も好ましくは８０℃以上の温度（Ｔ１）で実行される、前記方法。
13. 請求項１１または１２による透過性多層テキスタイル（１）の生成方法であって、
    少なくとも最大１桁の秒数、好ましくは１０秒以上、最も好ましくは３０秒の時間間隔（Δｔ）が選択される、前記方法。
14. 請求項１１～１３の１項による透過性多層テキスタイル（１）の生成方法であって、
    前記エレクトロスピニング装置の前記パターン化コレクタが、金属メッシュまたは穴あき金属シートで形成され、前記ベルト（２）の一部を構成または前記ベルト（２）に一体化される、前記方法。
15. 請求項１１～１３の1項による透過性多層テキスタイル（１）の生成方法であって、
    前記パターン化層／多孔質基体層（１３）が、織られた高分子メッシュに基づきまたは開口としてのいくつかの貫通孔および接続ウェブとしての格子状構造を有する熱可塑性箔によって形成され、表面の少なくとも３０％が開いている、前記方法。
16. 請求項１１～１５の1項による透過性多層テキスタイル（１）の生成方法であって、
    ２つの支持層（１２、１２’）が、１つのナノファイバー層（１１）に、パターン化されて融合され、前記用いられたパターンの前記閉領域に前記固体領域（Ｄｓ）を形成する、前記方法。
17. 請求項１１～１５の１項による透過性多層テキスタイル（１）の生成方法であって、
    ２対のナノファイバー層（１１、１１’）および支持層（１２、１２’）が、前記パターン化層／多孔質基体層（１３）の前記パターン（１３０）の前記閉領域で融合される、前記方法。
18. 請求項１１～１７の1項による透過性多層テキスタイル（１）の生成方法であって、
    前記冷却ステップ（ＩＩＩ）後、適時に、得られた多層テキスタイル（１、１’、１’’、１’’’）がロール（４）上にロールされる、前記方法。
19. 医療デバイスとしてかつ／または個人用の保護装置としての顔マスクの一部としての請求項１～１０の1項による多層テキスタイル（１、１’、１’’、１’’’）の使用。

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