JP5774020B2 - 形状記憶ポリマーを使用した物品及び方法 - Google Patents

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Description

形状記憶材料が最初に形成されるとき、固有形状をとる。形状記憶材料が、その後転移温度（Ｔｔｒａｎｓ）以上で加熱されると、材料は軟化し、適用された外部応力に対応して変形する。形状記憶材料がこの状態で冷却されると、材料は、歪んだ一時的な形状を永久に維持する。歪んだ形状記憶材料が、転移温度よりも高い十分な高温まで再加熱されると、歪んだ形状記憶材料はその固有形状に戻る。
一部のポリマー材料は、形状記憶材料である。便宜上、そのようなポリマー形状記憶材料を、以下形状記憶ポリマー（ＳＭＰ）と呼ぶ。ＳＭＰの秘密は、典型的には物理的又は化学的架橋を含むその分子ネットワーク構造にある。
場合によっては、物理的架橋は、少なくとも２つの分離相により形成される。最高温度遷移（Ｔｕｐｐｅｒ）を有する一方の相は、固有形状に関与する物理的架橋を再構築するために超えなければならない温度を決定する。第２の相は、一定の転移温度（Ｔｔｒａｎｓ）以上で軟化する能力を有するスイッチセグメントを含み、一時的形状に関与する。場合によっては、Ｔｔｒａｎｓはガラス転移温度（Ｔｇ）に近く、別の場合では、ＳＭＰの融解温度（Ｔｍ）に近い。Ｔｔｒａｎｓを超えると（Ｔｕｐｐｅｒ未満を維持しながら）、スイッチセグメントは軟化して、ＳＭＰはその固有形状を再びとることが可能となる。Ｔｔｒａｎｓ未満では、セグメントの可撓性は、少なくとも部分的に制限される。
別の場合では、ポリマーは化学的に架橋される。このような化学的架橋は、共有結合である場合が多い。多くの場合、重合混合物中に多官能性モノマーを含ませることによって、ポリマーが最初に硬化されたときにこのような化学的架橋が形成され得る。あるいは、化学的架橋は、例えば、紫外線又は電子ビームなどの放射線による初期重合の後に形成され得る。化学的に架橋された形状記憶ポリマーの固有形状は、架橋が形成されたときに固定され、このような化学的に架橋されたポリマーのこの固有形状は、通常、極端な温度においてでさえ変化させることはできない。
一態様において、本開示は、不織布繊維ウェブと、不織布繊維ウェブに接合されたストリップと、を含む物品を提供し、ストリップは形状記憶ポリマーを含み、ストリップは歪んだ一時的形状と固有形状とを有し、転移温度以上で加熱されると、ストリップは歪んだ一時的形状から固有形状へと少なくとも部分的に変換し、それによって、不織布繊維ウェブの折り畳み化（folding）、カップ状化（cupping）、又は皺状化（puckering）のうちの少なくとも１つが引き起こされる。
別の態様において、本開示は、ストリップを不織布繊維ウェブに接合する工程を含む物品の製造方法を提供し、ストリップは形状記憶ポリマーを含み、ストリップは歪んだ一時的形状と固有形状とを有し、転移温度以上で加熱されると、ストリップは歪んだ一時的形状から固有形状へと少なくとも部分的に変換し、それによって、不織布繊維ウェブの折り畳み化又は皺状化の少なくとも一方が引き起こされる。
いくつかの実施形態において、ストリップは、ストリップに沿った不連続な位置において不織布繊維ウェブに接合される。いくつかの実施形態において、ストリップは、ストリップに沿って連続的に不織布繊維ウェブに接合される。いくつかの実施形態において、ストリップ及び不織布繊維ウェブは平坦である。いくつかの実施形態において、ストリップは湾曲している。
別の態様において、本開示は、不織布繊維ウェブと、不織布繊維ウェブに接合されるストリップと、を含む物品を提供し、ストリップは形状記憶ポリマーを含み、ストリップのそれぞれは、歪んだ一時的形状と固有形状とをそれぞれ有し、転移温度以上で加熱されると、ストリップはそれらのそれぞれの歪んだ一時的形状からそれらのそれぞれの固有形状へと少なくとも部分的に変換し、それによって、不織布繊維ウェブの折り畳み化又は皺状化の少なくとも一方が引き起こされる。
別の態様において、本開示は、ストリップを不織布繊維ウェブに接合する工程を含む物品の製造方法を提供し、ストリップは形状記憶ポリマーを含み、ストリップのそれぞれは、歪んだ一時的形状と固有形状とをそれぞれ有し、転移温度以上で加熱されると、ストリップは、それらのそれぞれの歪んだ一時的形状からそれらのそれぞれの固有形状へと少なくとも部分的に変換し、それによって、不織布繊維ウェブの折り畳み化又は皺状化の少なくとも一方が引き起こされる。
いくつかの実施形態において、ストリップはそれぞれの長さを有し、ストリップの少なくとも１つは、不連続な位置において不織布繊維ウェブに接合される。いくつかの実施形態において、ストリップはそれぞれの長さを有し、ストリップの少なくとも１つは、不織布繊維ウェブに連続的に接合される。いくつかの実施形態において、ストリップ及び不織布繊維ウェブは平坦である。いくつかの実施形態において、ストリップは線形である。いくつかの実施形態において、ストリップは、不織布繊維ウェブの１つの主表面上に全体的に配置される。いくつかの実施形態において、ストリップは、不織布繊維ウェブの互いに対応する主表面上に配置される。いくつかの実施形態において、ストリップの少なくともいくつかは、並列配置に並べられる。いくつかの実施形態において、ストリップの少なくともいくつかは相互接続される。いくつかの実施形態において、ストリップはメッシュを含む。
いくつかの実施形態において、本開示による方法は、ストリップ（１つ又は複数）を転移温度以上で加熱する工程を更に含む。
別の態様において、本開示は、本開示の方法に従って調製される物品を提供する。いくつかの実施形態において、物品は、呼吸マスク又はプリーツ状フィルタを含む。
有利には、本開示による物品及び方法は、様々な三次元不織布物品を調製するのに有用であるが、存在形状（present form）では、物品は実質的に平坦であり、よって、例えば、積層シート又はロールとして、効率的にパッケージ化すること、保管すること、及び運搬することができる。
本明細書で使用する場合、
用語「接合」とは、例えば、接着剤又は機械的締結具、溶接等によってしっかりと取り付けることを意味し、必ずしも直接接触を意味するものではないが、直接接触は許容される。
用語「カップ状化」とは、１種以上のカップ形状を形成することを意味する。
用語「皺状化」とは、ギャザー状にすること又は収縮すること及び皺が寄ることを意味する。
用語「ストリップ」は、直線部分及び／又は湾曲部分を含み得る細長い部分を指し、均一幅及び／又は厚さを有していてもよいし、有していなくてもよく、他のストリップから独立していてもよく、（メッシュの場合に見られるように）それらと相互接続していてもよい。
本開示の特徴及び利点は、発明を実施するための形態、及び添付の特許請求の範囲を考慮することで理解される。本開示のこれら並びに他の特徴及び利点は、本開示の様々な例示的な実施形態に関連して以下で説明され得る。上記概要は、本発明の開示した各々の実施形態又はすべての実現形態を説明することを意図したものではない。以下の図面及び発明を実施するための形態は、実例となる実施形態をより具体的に例示するものである。
本開示の一実施形態による例示的物品の製造方法を示すプロセスフロー図。 それぞれ、転移温度まで加熱する前の、本開示の一実施形態による例示的物品の概略上面図、概略底面図、及び概略側面図。 それぞれ、転移温度まで加熱する前の、本開示の一実施形態による例示的物品の概略上面図、概略底面図、及び概略側面図。 それぞれ、転移温度まで加熱する前の、本開示の一実施形態による例示的物品の概略上面図、概略底面図、及び概略側面図。 それぞれ、転移温度まで加熱した後の、図２Ａ〜図２Ｃに示される実施形態による例示的物品の概略上面図、概略底面図、及び概略側面図。 それぞれ、転移温度まで加熱した後の、図２Ａ〜図２Ｃに示される実施形態による例示的物品の概略上面図、概略底面図、及び概略側面図。 それぞれ、転移温度まで加熱した後の、図２Ａ〜図２Ｃに示される実施形態による例示的物品の概略上面図、概略底面図、及び概略側面図。 それぞれ、転移温度まで加熱する前の、本開示の一実施形態による例示的物品の概略上面図、概略底面図、及び概略側面図。 それぞれ、転移温度まで加熱する前の、本開示の一実施形態による例示的物品の概略上面図、概略底面図、及び概略側面図。 それぞれ、転移温度まで加熱する前の、本開示の一実施形態による例示的物品の概略上面図、概略底面図、及び概略側面図。 それぞれ、転移温度まで加熱した後の、図４Ａ〜図４Ｃに示される実施形態による例示的物品の概略上面図、概略底面図、及び概略側面図。 それぞれ、転移温度まで加熱した後の、図４Ａ〜図４Ｃに示される実施形態による例示的物品の概略上面図、概略底面図、及び概略側面図。 それぞれ、転移温度まで加熱した後の、図４Ａ〜図４Ｃに示される実施形態による例示的物品の概略上面図、概略底面図、及び概略側面図。 本開示の一実施形態による例示的物品の製造方法を示すプロセスフロー図。 それぞれ、転移温度まで加熱する前の、本開示の一実施形態による例示的物品の断面背面図及び断面側面図。 それぞれ、転移温度まで加熱する前の、本開示の一実施形態による例示的物品の断面背面図及び断面側面図。 それぞれ、転移温度まで加熱した後の、図７Ａ〜図７Ｂに示される実施形態による例示的物品の切り欠き背面図及び断面側面図。 それぞれ、転移温度まで加熱した後の、図７Ａ〜図７Ｂに示される実施形態による例示的物品の切り欠き背面図及び断面側面図。 それぞれ、転移温度まで加熱する前の、本開示の一実施形態による例示的物品の背面図及び断面側面図。 それぞれ、転移温度まで加熱する前の、本開示の一実施形態による例示的物品の背面図及び断面側面図。 それぞれ、転移温度まで加熱した後の、図９Ａ〜図９Ｂに示される実施形態による例示的物品の背面図及び断面側面図。 それぞれ、転移温度まで加熱した後の、図９Ａ〜図９Ｂに示される実施形態による例示的物品の背面図及び断面側面図。 それぞれ、転移温度まで加熱する前の、本開示の一実施形態によるによる例示的物品の背面図及び断面側面図。 それぞれ、転移温度まで加熱する前の、本開示の一実施形態によるによる例示的物品の背面図及び断面側面図。 それぞれ、転移温度まで加熱した後の、図１１Ａ〜図１１Ｂに示される実施形態による例示的物品の背面図及び断面側面図。 それぞれ、転移温度まで加熱した後の、図１１Ａ〜図１１Ｂに示される実施形態による例示的物品の背面図及び断面側面図。
上記の図面には本開示の複数の実施形態が記載されているが、考察の中で記述したとおり、その他の実施形態も考えられる。いかなる場合も、本開示は本開示を代表して提示するものであって、限定するものではない。多数の他の変更例及び実施形態が、当業者によって考案され得ることを理解すべきであり、それは、本開示の原理の範囲及び趣旨の範囲内に含まれる。図面は縮尺通りに描かれていない場合がある。同様の参照番号が、同様の部分を示すために複数の図を通じて使用されている場合がある。
本開示による不織布繊維ウェブは、任意の種類のもの、例えば、カード繊維ウェブ及びクロスラップされた繊維ウェブ、メルトブローンウェブ、メルトスパンウェブ、エアレイド繊維ウェブ、ウェットレイド繊維ウェブ、並びにこれらの組み合わせであってもよい。こうした不織布繊維ウェブの製造方法は、当該技術分野で周知であり、実施されている。不織布ウェブは、任意の厚さ、密度、又は坪量を有してもよい、典型的には、嵩高で目の粗い不織布繊維ウェブの形態である。不織布繊維ウェブは、長繊維及び／又は短繊維を含んでもよい。不織布繊維ウェブは、単一繊維タイプを含んでもよく、又は２種以上の繊維タイプのブレンドを含んでもよい。例えば、不織布繊維ウェブは、異なる長さ及び／又は組成を有する２種以上の繊維のブレンドであってもよい。個々の繊維は、単一成分繊維及び多成分（典型的には２成分）繊維（例えば、芯鞘繊維又は剥離型繊維）を含み得る。繊維の少なくとも一部は、けん縮されていてもよい。不織布繊維ウェブは、例えば、ニードルタッキング、ステッチボンディング、及び／又は繊維を結合させることができるホットカン（hot can）若しくはカレンダロールによって圧密されてもよく、及び他の様式で強化されてもよい。
合成繊維材料の例には、ポリエステル（例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ））及びコポリエステル；ポリオレフィン（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ（４−メチル−１−ペンテン））；ポリアミド（例えば、ポリ（ヘキサメチレンアジパミド）、ポリカプロラクタム、及びアラミド）；アクリル（アクリロニトリルのホモポリマー又はコポリマーから形成される）；レーヨン；ポリ塩化ビニリデン−塩化ビニルコポリマー；セルロースエステル（例えば、セルロースアセテート）；ポリカーボネート；ポリウレタン；ブロックコポリマー、例えば、スチレン−ブタジエン−スチレン及びスチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマー；並びにこれらの組み合わせが含まれる。好適な天然繊維の例には、綿、羊毛、黄麻、ココ、サイザル、亜麻、及び麻布が含まれる。これら繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、及びセラミック繊維（例えば、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓａｉｎｔ Ｐａｕｌ，ＭＮ）から商品名ＮＥＸＴＥＬで入手可能）などの無機繊維を含み得る。使用する繊維は、未使用繊維であってもよく、又は衣類の裁断、カーペット製造、繊維製造、又は繊維加工などから回収された廃物繊維であってもよい。使用する繊維の繊度又は線密度は、所望の結果によって大きく異なり得る。
任意に、不織布繊維ウェブは、例えば、充填剤（例えば、活性炭又はバーミキュライト）、顔料、及び香料などの追加成分を含有してもよい。
いくつかの実施形態では、補強ストリップが不織布繊維ウェブに接合される。かかる補強ストリップは、典型的には可撓性であるが、典型的には、Ｔｔｒａｎｓまでの温度、及び典型的にはこれを実質的に超える温度で、実質的に寸法安定性である。補強ストリップ用の好適な材料の例としては、金属（例えば、アルミニウム）、プラスチック、木材、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
有用なＳＭＰは、物理的及び／又は化学的に架橋されてもよい。好適な物理的に架橋されたＳＭＰには、ハードセグメント及びソフトスイッチセグメントを有する熱可塑性ポリウレタンエラストマーなどの直鎖ブロックコポリマーが含まれる。マルチブロックコポリマー、（例えば、ポリスチレン及びポリ（１，４−ブタジエン）のブロック）を有するポリウレタン、ポリ（テトラヒドロフラン）及びポリ（２−メチル−２−オキサゾリン）のＡＢＡ型トリブロックコポリマー、多面体オリゴマシルセスキオキサン（ＰＯＳＳ）修飾ポリノルボルネン、並びにポリエチレン／ナイロン−６グラフトコポリマーなどもまた、ＳＭＰとして機能することもできる。
形状記憶ポリマーの他の例としては、ポリウレタン、ポリノルボルネン、ポリエーテル、ポリアクリレート、ポリアミド、ポリシロキサン、ポリエーテルアミド、ポリエーテルエステル、トランスポリイソプレン、ポリメタクリル酸メチル、架橋トランスポリオクチレン、架橋ポリエチレン、架橋ポリシクロオクテン、無機−有機ハイブリッドポリマー、ポリエチレン及びスチレン／ブタジエンコポリマーを含むコポリマーブレンド、ウレタン−ブタジエンコポリマー、ポリメチルメタクリレート、ポリカプロラクトン、並びにオリゴカプロラクトンコポリマー（oligocaprolactone copolymers）が挙げられる。
好適な化学的に架橋された形状記憶ポリマーの例としては、架橋高密度ポリエチレン、架橋低密度ポリエチレン、並びにエチレン及びビニルアセテートの架橋コポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。
好適な形状記憶ポリマーは、米国特許第５，５０６，３００号（Ｗａｒｄら）、同第５，１４５，９３５号（Ｈａｙａｓｈｉ）、同第５，６６５，８２２（Ｂｉｔｌｅｒら）号、同第６，１６０，０８４（Ｌａｎｇｅｒ）号、同第６，３８８，０４３（Ｌａｎｇｅｒ）、同第５，１５５，１９９号（Ｈａｙａｓｈｉ）、同第７，１７３，０９６号（Ｍａｔｈｅｒら）、同第４，４３６，８５８号（Ｋｌｏｓｉｅｗｉｃｚ）、同第６，４２３，４２１号（Ｂａｎａｓｚａｋ）、及び米国特許出願公開第２００５／２４４３５３号（Ｌｅｎｄｌｅｉｎら）、同第２００７／００９４６５号（Ｌｅｎｄｌｅｉｎら）、及び同第２００６／０４１０８９号（Ｍａｔｈｅｒら）に記載されているものも含む。
市販の熱可塑性ＳＭＰの例には、ＳＭＰ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．（Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ）から入手可能なＭＭ、ＭＰ、ＭＳ、及びＭＢ（マイクロビーズ粉末）タイプシリーズなどの、商品名ＤＩＡＲＹで入手可能なポリウレタン；Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，Ｉｎｃ．（Ｌａｆａｙｅｔｔｅ，ＣＯ）から商品名ＥＭＣで入手可能な弾性記憶複合材料；Ｃｏｒｎｅｒｓｔｏｎｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｇｒｏｕｐ，Ｉｎｃ．（Ｄａｙｔｏｎ，ＯＨ．）から商品名ＶＥＲＩＦＬＥＸで入手可能なポリマーが含まれる。アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）コポリマー、ポリカーボネート、及びポリエチレンテレフタレートの形状記憶特性もまた、Ｈｕｓｓｅｉｎらによって「Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ Ａｃｔｉｖｅ Ｄｉｓａｓｓｅｍｂｌｙ：Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ」、Ｉｎｔ．Ｊ．Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ、６：４３１〜４４９（２００８）の中で開示されている。
例えば、ストリップ及び／又はメッシュなどの様々な形状に変換され得る市販の形状記憶ポリマーフィルムの追加の例には、Ｓｅａｌｅｄ Ａｉｒ Ｉｎｃ．（Ｅｌｍｗｏｏｄ Ｐａｒｋ，ＮＪ）から商品名ＣＯＲＴＵＦＦ、ＣＲＹＯＶＡＣ、及びＯＰＴＩで入手可能な熱収縮フィルムが含まれる。
ストリップ（１つ又は複数）（相互接続されていてもいなくてもよい）は、歪んだ（変形した）一時的形状の繊維ウェブに接合される。この一時的形状は、まず硬化性材料又は溶融材料から所望の固有形状のストリップを形成し、この材料を応力を加えずに硬化させることによって得られる。次に、ストリップのＴｔｒａｎｓ以上であるが、Ｔｕｐｐｅｒ未満でこのストリップを加熱しながら、ストリップに応力を加える（典型的には長さ及び／又は幅を延伸する）。所望の程度まで歪んだ時点で、歪んだストリップは、Ｔｔｒａｎｓを下回るまで（典型的には周囲温度まで）冷却される。これでこのストリップは一時的形状を有する。
いくつかの実施形態では、形状記憶ポリマーのフィルムのＴｔｒａｎｓ温度以上であるが、Ｔｕｐｐｅｒ未満で加熱しながら、形状記憶ポリマーのフィルムに応力を加える（典型的には長さ及び／又は幅を延伸する）ことができる。所望の程度まで歪んだ時点で、歪んだフィルムはＴｔｒａｎｓを下回るまで（典型的には周囲温度まで）冷却され、所望の寸法を有するストリップに切断される。
場合によっては、十分な力が加えられる場合には、形状記憶ポリマーのフィルム又はストリップに、それらのＴｔｒａｎｓ温度未満の温度で応力を加える（典型的には長さ及び／又は幅を延伸する）ことができる。
次いで、一時的形状を有するストリップが、不織布繊維ウェブに接合される。ストリップは、熱点接合、超音波点接合、例えば、熱硬化性接着剤及び／又はのりなどの接着手段を用いる接着剤接合、及び／又は、例えば、縫製、ステープル、フック、及び／又はリベットなどの機械的締結手段といった任意の好適な方法によって、不織布繊維ウェブに接合することができる。ストリップは、その長さに沿って、又は不連続に離れた位置において、不織布繊維ウェブに接合されてもよい。
この時点では、不織布繊維ウェブは依然として本質的に平坦であり、保管、加工、及び出荷に都合のよい形状となるように積層すること又は芯に巻くことができる。ストリップに接合された不織布繊維ウェブは、この段階で又はストリップをその固有形状に戻すための熱加工の後に変換することができ、それによって、不織布繊維ウェブの折り畳み化、カップ状化、及び／又は皺状化が引き起こされる。
ストリップの固有形状を復元するための熱加工（固有形状の完全な復元でなくてもよい）は、ストリップを少なくともそのＴｔｒａｎｓ温度まで加熱することによって達成される。典型的には、ＳＭＰは、それらのＴｔｒａｎｓが、ＳＭＰ又はＳＭＰを含む物品の著しい劣化が生じる任意の温度未満であるように、具体的用途で選択される。
Ｔｔｒａｎｓ及びＴｕｐｐｅｒの選択は、ＴｕｐｐｅｒがＴｔｒａｎｓより高い限りにおいて、一般的に重要でない。典型的には、Ｔｔｒａｎｓは少なくとも４０℃であり、典型的にはＴｕｐｐｅｒとＴｔｒａｎｓとの差は少なくとも約２０℃であるが、これは要件ではない。
ストリップの固有形状を復元するための加熱は、例えば、ヒートガン、炉、誘導加熱、赤外線加熱、加熱ローラ、マイクロ波加熱、加熱プラテン、蒸気、及びこれらの組み合わせなどの任意の好適な手段によって達成されてもよい。
本開示を図によって更に例示する。
図１は、本開示の一実施形態による物品の例示的な製造方法を示すプロセスフロー図である。形状記憶ポリマーを含み、その固有形状に形成されたストリップ１００ｐに、そのＴｔｒａｎｓを超えるがＴｕｐｐｅｒ未満の温度で応力を加え（１１０）、細長いストリップ１００ｔを形成するように冷却する。ストリップ１００ｔを、実質的に並列構成で、不織布繊維ウェブ１３０に（例えば、積層によって）接合し（１２０）、複合ウェブ１４０を形成する。次に、複合ウェブ１４０はＴｔｒａｎｓを超えて加熱され（１７０）、ストリップ１００ｔはその固有形状へと少なくとも部分的に戻り、それによって、ウェブ１５０にひだが形成され、例えばフィルタで使用するのに適したプリーツ状繊維ウェブ１６０が提供される。
図２Ａ〜図２Ｃは、複合ウェブ１４０ａの１つの例示的実施形態を示す。ストリップ１００ｔは、接合点１３５において不織布繊維ウェブ１３０に接合される。図２Ａは複合ウェブ１４０ａの上面図であり、図２Ｂは底面図であり、図２Ｃは側面図である。複合ウェブ１４０ａがＴｔｒａｎｓを超えて加熱されると、ストリップ１００ｔは収縮してストリップ１００ｐに戻る（これは図３Ａ〜図３Ｃに示されている）。図３Ａは得られたプリーツ状繊維ウェブ１６０ａの概略上面図であり、図３Ｂは概略底面図であり、図３Ｃは概略側面図である。
図４Ａ〜図４Ｃは、複合ウェブ１４０の別の例示的実施形態を示しており、図４Ａは複合ウェブ１４０ｂの概略上面図であり、図４Ｂは概略底面図であり、図４Ｃは概略側面図である。複合ウェブ１４０ｂがＴｔｒａｎｓを超えて加熱されると、図５Ａ〜図５Ｃに示されるように、ストリップ１００ｔは収縮してストリップ１００ｐに戻る。図５Ａは、カップ状の及び／又は皺状化した繊維ウェブ１６０ｂの概略上面図であり、図５Ｂは概略底面図であり、図５Ｃは概略側面図である。
図６は、本開示の一実施形態による物品の別の例示的な製造方法のプロセスフロー図である。形状記憶ポリマーを含み、その固有形状に形成されたほぼ円形のストリップ６００ｐに、そのＴｔｒａｎｓを超えるがＴｕｐｐｅｒ未満の温度で外方に応力を加え（１１０）、その寸法が拡張されてストリップ６００ｔを形成するように冷却する。ストリップ６００ｔを不織布繊維ウェブ１３０に（例えば、積層によって）接合し（１２０）、複合ウェブ６４０を形成する。次に、複合ウェブ６４０はＴｔｒａｎｓを超えて加熱され（１７０）、ストリップ６００ｔはその固有形状へと少なくとも部分的に戻り、それによって、例えば、呼吸マスクの製造で使用するのに適したカップ状の及び／又は皺状化した繊維ウェブ６６０が提供される。
図７Ａ〜図７Ｂは、複合ウェブ７４０の別の例示的実施形態を示しており、図７Ａは複合ウェブ７４０の断面背面図であり、図７Ｂは断面側面図である。この実施形態では、補強ストリップ７８０及びストリップ７００ｔが、不織布繊維ウェブ７３０と７３２との間に接合されている。複合ウェブ７４０がＴｔｒａｎｓを超えて加熱されると、図８Ａ〜図８Ｂに示されるように、ストリップ７００ｔは収縮してストリップ７００ｐに戻り、それによって、不織布繊維ウェブ７３０、７３２の中に皺が形成され、例えば、呼吸マスクの製造で使用するのに適したカップ状の及び／又は皺状化した繊維ウェブ７６０が提供される。図８Ａは、皺状化した繊維ウェブ７６０の切り欠き背面図であり、図８Ｂは断面側面図である。
図９Ａ〜図９Ｂは、複合ウェブ９４０の別の例示的実施形態を示しており、図９Ａは複合ウェブ９４０の背面図であり、図９Ｂは断面側面図である。この実施形態では、補強ストリップ９８０及び一時的形状のストリップ９００ｔは、不織布繊維ウェブ９３０に接合されている。複合ウェブ９４０がＴｔｒａｎｓを超えて加熱されると、ストリップ９００ｔの厚さは収縮し、長さ及び幅は拡張し、図１０Ａ〜図１０Ｂに示されるような固有の形状のストリップ９００ｐに戻る。これにより、例えば、呼吸マスクの製造で使用するのに適したカップ状の及び／又は皺状化した繊維ウェブ９６０が形成される。図１０Ａは繊維ウェブ９６０の背面図であり、図１０Ｂは断面側面図である。
図１１Ａ〜図１１Ｂは、複合ウェブ１１４０の別の例示的実施形態を示しており、図１１Ａは複合ウェブ１１４０の背面図であり、図１１Ｂは断面側面図である。この実施形態では、歪んだ一時的なストリップ１１００ｔは、不織布繊維ウェブ１１３０に接合される。複合ウェブ１１４０がＴｔｒａｎｓを超えて加熱されると、一時的なストリップ１１００ｔの幅は収縮し、長さは伸長し、図１２Ａ〜図１２Ｂに示されるような固有の形状のストリップ１１００ｐに戻り、それによって、不織布繊維ウェブ１１３０にカップ及び／又は皺が形成され、例えば、呼吸マスクの製造で使用するのに適したカップ状の及び／又は皺状化した繊維ウェブ１１６０が形成される。図１２Ａは、繊維ウェブ１１６０の背面図であり、図１２Ｂは断面側面図である。
以下の非限定的な実施例によって本開示の目的及び利点を更に例示するが、これら実施例で引用される特定の材料及びそれらの量、並びに他の条件及び詳細は、本開示を不当に制限するものと解釈されるべきではない。
特に記載がない限り、実施例及びこれ以降の明細書における部、割合、比率などはいずれも重量基準である。使用される溶媒及び他の試薬は、特に断りのない限り、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ））から入手した。
（実施例１）
Ｓｅａｌｅｄ Ａｉｒ Ｃｏｒｐ．（Ｅｌｍｗｏｏｄ，ＮＪ）製の厚さ０．００３インチ（０．０８ｍｍ）のＣＯＲＴＵＦＦ熱収縮フィルムを、幅０．５インチ（１３ｍｍ）×長さ１２インチ（３００ｍｍ）のストリップに切断した。これらストリップの１つを、３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｓａｉｎｔ Ｐａｕｌ，ＭＮ）の３Ｍ ＦＩＬＴＲＥＴＥ ９８００フィルタから金属メッシュを除去することにより得た１０インチ（２５０ｍｍ）×１２インチ（３００ｍｍ）片の一方の面の長い方の中心線の上に配置し、追加の２つのストリップを、第１のストリップに平行で、第１のストリップの両側から３インチ（７６ｍｍ）離して配置した。これら３つのストリップは、各ストリップの末端部の位置で、及びストリップの長さにわたって２インチ（５０ｍｍ）間隔で、ステープルを使用して、濾材に取り付けられた。次いで、追加の４つのストリップを、濾材の反対面上に、第１のストリップに平行に配置した。これらストリップのうちの２つは、中心線の各側から１．５インチ（３８ｍｍ）の位置に配置され、他の２つのストリップは、濾材のより長い方の各末端部から０．５インチ（１３ｍｍ）の位置に配置された。これらストリップを、ストリップの各末端部から１インチ（２５．４ｍｍ）の位置に配置され、その点からストリップの長さにわたって２インチ（５０ｍｍ）間隔のステープルを使用して、濾材に取り付けた。次に、この組立品を１４０℃の炉の中に２分間入れたが、この間にストリップは短くなり、濾材にプリーツを生じさせた。
（実施例２）
Ｓｅａｌｅｄ Ａｉｒ Ｃｏｒｐ．製の厚さ０．００３インチ（０．０８ｍｍ）のＣＯＲＴＵＦＦ熱収縮フィルムを、１２５℃の炉の中に１５分入れたが、その間に、フィルムは元の長さ及び幅の３０％まで収縮した。次に、Ｂｒｕｃｋｎｅｒ Ｉｎｃ．（Ｇｒｅｅｎｖｉｌｌｅ，ＳＣ）製のＫＡＲＯ ＩＶ実験室用延伸機を使用して、フィルムを、幅を一定に維持した状態で長さをその元の長さの２倍まで１２０℃で延伸させた。この配向フィルムを、２つの９インチ×９インチ（２３０ｍｍ×２３０ｍｍ）片に切断した。フィルムは、０．５インチ×２．５インチ（１３ｍｍ×６４ｍｍ）の複数の矩形開口部を有してダイカットされ、各開口部の間には０．２５インチ（６ｍｍ）の材料が残された。開口部は３×１４の配列で配置され、矩形開口部の長い方の寸法は、フィルムが延伸された方向に対して平行であった。得られたフィルムの１つを、３Ｍ ＦＩＬＴＲＥＴＥ ９８００フィルタから金属メッシュを除去することによって得た不織布濾材の９インチ×１０．５インチ（２３ｃｍ×２６．７ｃｍ）片を覆って配置し、矩形開口部の長い方の寸法を、濾材の長い方の寸法と整列させた。フィルム及び濾材の４つの縁部のうちの３つを整列させた。フィルムは、不織布濾材に２．７５インチ（６９．９ｍｍ）間隔でステープルで留められ、そのため、ステープルは矩形開口部の両末端部においてのみフィルムを貫通した。同じフィルムの第２の片を濾材の反対面上に配置し、第１のフィルムに取り付けられていない縁部を含む４つの縁部のうちの３つに整列させた。これを同様に、矩形開口部の末端部の位置だけでステープルを使用して取り付けた。得られた平坦な組立品を、１３０℃の炉の中に１０分間入れ、この間に、フィルムは４．５〜５．５インチ×８．０インチ〜８．５インチ（１１〜１４ｃｍ×２０ｃｍ×２２ｃｍ）まで収縮し、濾材はプリーツ状になった。
（実施例３）
シクロオクテン（４０ミリリットル（ｍＬ））及びジシクロペンタジエン（１２０ｍＬ）中のＩＲＧＡＮＯＸ １０１０酸化防止剤（１．６グラム（ｇ）、Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｃｏｒｐ．（Ｔａｒｒｙｔｏｗｎ，ＮＹ）より入手可能）からモノマー溶液を調製した。これに、（１，３−ビス（２，４，６−トリメチルフェニル）−２−イミダゾリジニリデン）ジクロロ（フェニルメチレン）（トリシクロヘキシルホスフィン）ルテニウム（Ｇｒｕｂｂｓ Ｓｅｃｏｎｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ、９６ｍｇ）のトルエン（１．６ｍＬ）溶液を加えた。触媒溶液を、６インチ×１１インチ（１５０ｍｍ×２８０ｍｍ）の矩形開口部を有する厚さ０．０１５インチ（０．３８ｍｍ）のスペーサーによって分離された２枚のアルミニウム板で構成された成形型に迅速に移した。１時間後、この成形型を６０℃の炉の中に３０分間入れた。得られたポリマーフィルムを成形型から取り外し、更に１５分間炉に戻した。次に、フィルムを、Ｂｒｕｃｋｎｅｒ Ｉｎｃ．から入手可能なＫＡＲＯ ＩＶ実験室用延伸機を使用して、８０℃で元の長さ及び幅の１．５倍に延伸させた。
この延伸フィルムを、ストリップが配置されて、６．８インチ（１７０ｍｍ）及び５．４インチ（１４０ｍｍ）の外径及び内径を有する楕円と一致する３１０°の弧形を形成することができるように、幅０．２５インチ（６ｍｍ）の２つの湾曲したストリップに切断した。弧形で覆われていない楕円の一部は、内径を中心とした。次に、これらのストリップを、外径及び内径が７．８インチ（２００ｍｍ）及び６．４インチ（１６０ｍｍ）である楕円形状の不織布濾材の片に接着した。不織布濾材は三層積層構造体であり、最上層は、１平方メートルあたり５０グラム（ｇｓｍ）のポリプロピレンスパンボンドカバーウェブ（ＢＢＡ Ｎｏｎｗｏｖｅｎｓ Ｓｉｍｐｓｏｎｖｉｌｌｅ，Ｉｎｃ．（Ｓｉｍｐｓｏｎｖｉｌｌｅ，ＳＣ）より入手可能）で構成され、中間層は、有効繊維寸法（ｅｆｄ）が８マイクロメートルであり、坪量が５０ｇｓｍであったこと以外は米国特許第５，４９６，５０７号（Ａｎｇａｄｊｉｖａｎｄら）に記載のようにコロナ処理され、ハイドロ帯電されているポリプロピレンＴＯＴＡＬ ３９６０（Ｔｏｔａｌ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ）から入手）から製造されるブロー超極細繊維ウェブで構成され、最下層は、１７ｇｓｍのポリプロピレンスパンボンドカバーウェブ（ＢＢＡ Ｎｏｎｗｏｖｅｎｓ）で構成されていた。（Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ（Ｅｄｅｎ Ｐｒａｉｒｉｅ，ＭＮ））製のポリプロピレンの２つのストリップ（０．０３インチ×０．２インチ×４インチ（０．８ｍｍ×５ｍｍ×１００ｍｍ））を、濾材の反対面の中心に十字に接着させた。次に、平坦な組立品を８０℃の炉の中に５分間入れ、その間に、弧形のポリマーは収縮し、濾材をドーム形にさせた。
（実施例４）
外径及び内径が８．５インチ（２２ｃｍ）及び７．０インチ（１８ｃｍ）である楕円形状を有する実施例３で使用した不織布濾材（三層積層構造体）の断片から最上層を除去した。Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ製のポリプロピレンストリップ（０．０３インチ×０．２５インチ×６．３インチ（０．７６ｍｍ×６．４ｍｍ×１６ｃｍ）及び０．０３インチ×０．２５インチ×５．２インチ（０．７６ｍｍ×６．４ｍｍ×１３ｃｍ））を、露出した中間層の中心に十字に設置した。厚さ０．００３インチ（０．０８ｍｍ）のＣＯＲＴＵＦＦブランドの熱収縮フィルムを、７．５インチ（１９ｃｍ）及び６．０インチ（１５ｃｍ）の外径及び内径を有する楕円と一致する３１０°の弧形の形状の幅０．２５インチ（６．４ｍｍ）のストリップに切断した。弧形で覆われていない楕円の一部は、内径を中心とした。このストリップを、図７Ａに概ね示されるように中間層の上に設置した。３Ｍ ＣｏｍｐａｎｙからＳＣＯＴＣＨ ＭＡＸＩＭＵＭ ＳＴＲＥＮＧＴＨ ＡＤＨＥＳＩＶＥ ６０４７として入手可能な接着剤を、ＣＯＲＴＵＦＦブランドの熱収縮フィルムストリップ、ポリプロピレンストリップ、及び濾材に塗布した後、濾材の最上層をこの組立品の上の元の位置に戻した。１時間後、得られた平坦な組立品を１１０℃の炉の中で２分間加熱し、その間に、ＣＯＲＴＵＦＦ熱収縮フィルムストリップは収縮し、濾材をドーム形にさせた。
（実施例５）
幅１／８インチ（３．２ｍｍ）の溝を１．０６インチ（２．６９ｃｍ）の周期で図１の１００ｐに概ね示されている形状を有するアルミニウム板全体に圧延することによって、厚さ１／２インチ（１３ｍｍ）のアルミニウム板から成形型を作製した。圧延板の１つの面を厚さ１／８インチ（３．２ｍｍ）のアルミニウム板にボルトで固定して、開口成形型を形成した。
シクロオクテン（１２．８ｍＬ）及びジシクロペンタジエン（４４．２ｍＬ）中のＩＲＧＡＮＯＸ １０１０酸化防止剤（１．７ｇ）からモノマー溶液を調製した。このモノマー溶液に、１０％トリシクロヘキシルホスフィンのトルエン（０．７ｍＬ）溶液を加えた。得られた溶液を氷浴の中で冷却し、真空下で脱気した。次に、（１，３−ビス（２，４，６−トリメチルフェニル）−２−イミダゾリジニリデン）ジクロロ（フェニルメチレン）（トリシクロヘキシルホスフィン）ルテニウム（Ｇｒｕｂｂｓ Ｓｅｃｏｎｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ、３０ｍｇ）のトルエン（０．６ｍＬ）溶液を加え、触媒溶液を成形型に迅速に移した。溶液がゲル状になった時点で、成形型を１１０℃の炉の中に置いて１０分間、後硬化させた。成形ポリマーが得られた後、これを成形型の外へ押し出した。
成形ポリマーをＣａｒｖｅｒ ｐｒｅｓｓ（Ｃａｒｖｅｒ，Ｉｎｃ．（Ｗａｂａｓｈ，ＩＮ））に１００°Ｆ（３８℃）で１０分間圧入して、平坦な１／８インチ×１／２インチ×２４インチ（３．２ｍｍ×１３ｍｍ×６１ｃｍ）のストリップを得た。次に、このストリップを切断し、１／８インチ×１／４インチ×１２インチ（３．２ｍｍ×６．４ｍｍ×３０ｃｍ）の４つのストリップを得た。ＳＣＯＴＣＨ ＭＡＸＩＭＵＭ ＳＴＲＥＮＧＴＨ ＡＤＨＥＳＩＶＥ ６０４７を使用して、これらを不織布材料（実施例１で使用したものと同じ）の１２インチ×１１インチ（３０ｃｍ×２８ｃｍ）片に接着剤で接着し、一晩硬化させた。得られた平坦な組立品を、次に６５℃の炉で１５分間加熱し、プリーツ状フィルタとなった。これを更に１５分間１１０℃の炉の中で後硬化させ、プリーツは元の成形型のパターンと同じくらい狭くなった。
本明細書で参照されているすべての特許及び刊行物は、参照として全体が本明細書に組み込まれている。特に指定されない限り、本明細書に記載した実施例はすべて非限定的であるとみなされる。本開示の範囲及び原理から逸脱することなく、本開示の様々な修正及び変更を当業者が行うことができ、本開示は上記で説明した例示的な実施形態に過度に限定して理解すべきではない。

Claims (9)

  1. 不織布繊維ウェブと、
    前記不織布繊維ウェブに接合されたストリップと、を含む物品であって、前記ストリップが少なくとも４０℃の転移温度を有する形状記憶ポリマーを含み、前記ストリップが歪んだ一時的形状と固有形状とを有し、転移温度以上で加熱されると、前記ストリップが前記歪んだ一時的形状から前記固有形状へと少なくとも部分的に変換し、それによって、前記不織布繊維ウェブの折り畳み化、カップ状化、又は皺状化のうちの少なくとも１つが引き起こされ、前記ストリップが、前記ストリップの不連続な位置において前記不織布繊維ウェブに接合される、物品。
  2. 不織布繊維ウェブと、
    前記不織布繊維ウェブに接合されるストリップと、を含む物品であって、前記ストリップが少なくとも４０℃の転移温度を有する形状記憶ポリマーを含み、前記ストリップのそれぞれが、歪んだ一時的形状と固有形状とをそれぞれ有し、転移温度以上で加熱されると、前記ストリップが、それらのそれぞれの歪んだ一時的形状からそれらのそれぞれの固有形状へと少なくとも部分的に変換し、それによって、前記不織布繊維ウェブの折り畳み化又は皺状化の少なくとも一方が引き起こされ、前記ストリップの少なくとも一部が相互接続される、物品。
  3. 不織布繊維ウェブと、
    前記不織布繊維ウェブに接合される複数のストリップと、を含む物品であって、前記ストリップが少なくとも４０℃の転移温度を有する形状記憶ポリマーを含み、前記ストリップのそれぞれが、歪んだ一時的形状と固有形状とをそれぞれ有し、転移温度以上で加熱されると、前記ストリップが、それらのそれぞれの歪んだ一時的形状からそれらのそれぞれの固有形状へと少なくとも部分的に変換し、それによって、前記不織布繊維ウェブの折り畳み化又は皺状化の少なくとも一方が引き起こされ、前記複数のストリップが、前記不織布繊維ウェブの互いに対向する主表面上に配置される、物品。
  4. 物品の製造方法に従って調製された物品であって、
    前記製造方法は、ストリップを不織布繊維ウェブに接合する工程であって、前記ストリップが少なくとも４０℃の転移温度を有する形状記憶ポリマーを含み、前記ストリップが歪んだ一時的形状と固有形状とを有し、転移温度以上で加熱されると、前記ストリップが前記歪んだ一時的形状から前記それぞれの固有形状へと少なくとも部分的に変換し、それによって、前記不織布繊維ウェブの折り畳み化、カップ状化、又は皺状化のうちの少なくとも１つが引き起こされる工程と、前記ストリップを転移温度以上で加熱する工程と、を含み、
    前記物品が呼吸マスクを含む、物品。
  5. 複数のストリップを不織布繊維ウェブに接合する工程を含む物品の製造方法であって、前記ストリップが少なくとも４０℃の転移温度を有する形状記憶ポリマーを含み、前記ストリップのそれぞれが、歪んだ一時的形状と固有形状とをそれぞれ有し、転移温度以上で加熱されると、前記ストリップが、それらのそれぞれの歪んだ一時的形状からそれらのそれぞれの固有形状へと少なくとも部分的に変換し、それによって、前記不織布繊維ウェブの折り畳み化、カップ状化、又は皺状化のうちの少なくとも１つが引き起こされ、前記複数のストリップが、前記不織布繊維ウェブの互いに対向する主表面上に配置される、物品の製造方法。
  6. 前記ストリップを前記転移温度以上で加熱する工程を更に含む、請求項５に記載の方法。
  7. 請求項６に記載の方法に従って調製される物品。
  8. ストリップを不織布繊維ウェブに接合する工程を含む物品の製造方法であって、前記ストリップが少なくとも４０℃の転移温度を有する形状記憶ポリマーを含み、前記ストリップのそれぞれが、歪んだ一時的形状と固有形状とをそれぞれ有し、転移温度以上で加熱されると、前記ストリップが、それらのそれぞれの歪んだ一時的形状からそれらのそれぞれの固有形状へと少なくとも部分的に変換し、それによって、前記不織布繊維ウェブの折り畳み化、カップ状化、又は皺状化のうちの少なくとも１つが引き起こされ、前記ストリップの少なくともいくつかが、並列配置に並べられる、物品の製造方法。
  9. ストリップを不織布繊維ウェブに接合する工程を含む物品の製造方法であって、前記ストリップが少なくとも４０℃の転移温度を有する形状記憶ポリマーを含み、前記ストリップのそれぞれが、歪んだ一時的形状と固有形状とをそれぞれ有し、転移温度以上で加熱されると、前記ストリップが、それらのそれぞれの歪んだ一時的形状からそれらのそれぞれの固有形状へと少なくとも部分的に変換し、それによって、前記不織布繊維ウェブの折り畳み化、カップ状化、又は皺状化のうちの少なくとも１つが引き起こされ、前記ストリップの少なくともいくつかが相互接続される、物品の製造方法。
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