KR20180133910A - 상 변화 재료의 사용을 통한 미기후의 냉각을 통해 향상된 편안함을 갖는 페이스 마스크 - Google Patents

상 변화 재료의 사용을 통한 미기후의 냉각을 통해 향상된 편안함을 갖는 페이스 마스크 Download PDF

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크리스테나 내시
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아자이 와이 후드
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Abstract

상 변화 재료(300)의 불연속적 패턴으로 코팅된 다층 페이스 마스크(100)가 페이스 마스크(100) 구성에 합체되어 페이스 마스크(100)의 사공간 내에 미기후의 냉각을 제공한다. 최적화된 냉각은 마스크(100) 구성 내의 상 변화 재료(300)로 코팅된 층의 전략적 배치 및 얼굴의 온도 민감성 영역 뿐만 아니라 내쉰 호흡으로부터 열 플럭스의 최대량을 경험하는 영역과 접촉하는 상 변화 재료(300)의 양 및 밀도에 의해 성취된다. 마스크(100)의 형상은 또한 상 변화 재료(300)와의 피부 접촉을 증가시키고 사공간 체적을 감소시키도록 조정될 수 있는데, 이는 따뜻한 내쉰 공기의 체적을 감소시키고 더 적은 상 변호 재료(300)에 의한 충분한 냉각을 제공할 수 있다. 상 변화 재료(300)의 불연속적 패턴은 또한 마스크(100)의 층들 사이의 층간 간격을 제공하는데, 이는 스플래시 저항을 향상시킬 수 있다.

Description

상 변화 재료의 사용을 통한 미기후의 냉각을 통해 향상된 편안함을 갖는 페이스 마스크
관련 출원
본 출원은 본 명세서에 그 전체가 참조로서 합체되어 있는, 2016년 4월 21일 출원된 미국 가출원 제62/325,729호를 우선권 주장한다.
페이스 마스크(face mask) 및 수술용 가운(surgical gown), 수술용 드레이프(surgical drape), 일회용 모자(bouffant cap) 등과 같은 다른 개인 보호 장비(personal protective equipment: PPE)의 사용은 질병의 확산을 방지하는 것을 돕기 위해 헬스케어(healthcare) 산업에서 추천된 관례이다. 예를 들어, 헬스케어 공급자에 의해 착용된 페이스 마스크는 착용자로부터 내쉰(exhaled) 공기를 필터링함으로써 환자간의 감염을 감소시키고, 따라서 환경 내로 배출된 유해한 유기체 또는 다른 오염물의 수를 감소시키는 것을 돕는다.
이는 환자가 개방 상처 부위의 존재에 기인하여 감염에 훨씬 더 민감한 수술 중에 특히 중요하다. 유사하게, 호흡기 감염을 갖는 환자는 임의의 축출된 세균을 필터링하여 격납함으로써 질병의 확산을 방지하기 위해 페이스 마스크를 사용할 수도 있다. 부가적으로, 페이스 마스크는 들이쉰(inhaled) 공기로부터 부유 오염물 및 미생물을 필터링함으로써 헬스케어 종사자를 보호한다.
간염 및 에이즈(AIDS)와 같은 몇몇 질병은 다른 사람의 점막(즉, 눈, 코, 입 등)으로의 감염된 혈액 또는 다른 체액의 접촉을 통해 확산될 수 있다. 헬스케어 산업은 오염된 체액과의 접촉의 가망성을 감소시키기 위해 특정 실시를 추천하고 있다. 하나의 이러한 실시는 체액의 스플래시로부터 침투에 저항성이 있는 페이스 마스크, 수술용 가운, 수술용 드레이프, 일회용 모자, 및 다른 유사한 PPE를 사용하는 것이다.
이러한 PPE를 형성하는데 사용된 재료는 다수의 층을 포함할 수 있다. 착용자의 피부에 가장 가깝게 위치된 층은 통상적으로 내부층이라 칭한다. 착용자의 피부로부터 가장 멀리 있는 층은 외부층이라 칭한다. 부가의 재료의 층 또는 층들이 외부층과 내부층 사이에 배치될 수 있다. 통상적으로, 이들 부가의 층 중 하나는 마이크로파이버 파이버글래스층 또는 일렉트렛-처리된 멜트블로운층(electret-treated meltblown layer)과 같은 여과층이다.
언급된 바와 같이, 페이스 마스크, 수술용 가운, 수술용 드레이프, 일회용 모자, 및 다른 유사한 PPE는 유체의 스플래시에 의한 침투에 저항성이 있도록 설계될 수도 있어, 혈액 또는 다른 유체 내에서 발견된 병원체가 이러한 PPE의 사용자의 피부에 전달되는 것이 불가능하게 된다. 미국 시험 재료 협회(American Society of Testing and Materials: ASTM)는 3개의 압력 레벨에서 스플래시에 의한 침투를 저항하는 물품의 능력을 평가하기 위해 시험 방법 F1862-13, "Standard Test Method of Resistance of Medical Face Masks to Penetration by Synthetic Blood (Horizontal Projection of Fixed Volume at a Known Velocity" (2013)를 개발하였다. 이 방법은 의료용 페이스 마스크를 위한 성능 기준의 세트를 상술하는 ASTM F2100-11, "Standard Specification for Performance of Materials Used in Medical Face Masks" (2011)에서 참조되어 있다. ASTM F2100-11에서 가장 엄격한 시험 레벨인 레벨 3 성능을 성취하기 위해, 페이스 마스크는 ASTM F1862-13 절차에 따라 160 mmHg에서 2 밀리리터의 합성 혈액(미국 미네소타주 55906 로체스터 노스리지 래인 NE 2505 소재의 Johnson, Moen & Co.로부터 입수가능함)의 스플래시를 저항해야 한다.
PPE의 물품(예를 들어, 페이스 마스크 등)의 스플래시 저항은 통상적으로 유체 침투에 저항하기 위해 물품 내에서 사용된 구조체의 층 또는 층들의 능력, 및/또는 후속의 층으로의 유체 스플래시의 에너지의 전달을 감소시키는 이들의 능력, 및/또는 스플래시의 에너지를 흡수하는 이들의 능력의 함수이다. 스플래시 저항을 향상시키기 위한 통상의 접근법은 구조체의 구성에 더 두꺼운 재료 또는 부가의 층을 사용하는 것이다. 그러나, 이들 해결책은 구조체의 비용을 증가시키고, 구조체의 중량을 증가시키고, 구조체의 다공성을 감소시키고, 다층 구조체의 열저항에 부정적으로 영향을 미침으로써 착용자에 불편함을 추가할 수도 있다.
페이스 마스크, 수술용 가운, 수술용 드레이프, 일회용 모자, 또는 다른 유사한 PPE를 형성하는데 사용된 재료 또는 구조체의 스플래시 저항을 향상시키기 위한 부가의 접근법은 다공성의 하이 로프트(high loft) 섬유질 재료의 층을 합체하는 것이다. 이 유형의 재료는 층이 유체 스플래시의 충돌의 에너지를 흡수하거나 소산할 것인 점에서 유리하다. 그러나, 유체가 이 하이 로프트 재료를 포화시킬 것이고, 따라서 미래의 유체 스플래시의 에너지를 흡수하는데 있어서의 그 효용성을 감소시키는 것이 종종 발생한다. 부가적으로, 유체는 이 하이 로프트 재료로부터 압출될(squeezed out) 수 있고, 다층 구조체의 압축시에 후속의 층을 통해 전달될 수도 있다.
더욱이, 마스크 내에 부가의 재료의 층을 합체하는 것은 마스크의 미기후(microclimate) 내에 포함된 열의 양을 증가시킬 수 있는데, 이는 착용자에 불편함을 유발할 수 있다. 또한, 얼굴은 신체 내의 다른 장소보다 훨씬 더 온도 변화에 매우 민감하다. 뺨과 입술은 극단적으로 민감하다. 사람이 마스크를 착용할 때, 마스크 내부의 미기후는 사람의 호흡으로부터 포집된 열에 기인하여 몇도 증가한다. 단지 몇도의 열이 매우 불편할 수 있고 이들이 마스크가 호흡 불가능하다는 느낌을 착용자에게 야기할 수 있고 사람이 PPE 프로토콜에 따르지 않는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 향상된 유체 저항을 갖지만 사용자에게 불편함을 부여하지 않는 직물 및 그로부터 형성된 물품(예를 들어, 페이스 마스크)에 대한 요구가 존재한다. 특히, 페이스 마스크의 사공간(dead space) 내의 미기후를 냉각할 수 있는 동시에 마스크 내에 재료의 하이 로프트(high loft) 층을 합체할 필요 없이 향상된 유체 저항을 제공하는 마스크에 대한 요구가 존재한다.
하나의 실시예에 따르면, 본 발명은 스플래시 저항성 다층 구조체로부터 형성된 페이스 마스크를 고려한다. 다층 구조체는 외부 지향면 및 내부 지향면을 갖는 재료의 외부층; 외부 지향면 및 내부 지향면을 갖는 재료의 내부층; 및 다층 구조체의 내부층의 내부 지향면 상에 배치된 제1 복수의 3차원 스페이서로서, 제1 복수의 3차원 스페이서는 불연속적 패턴으로 배열되고, 또한 제1 복수의 3차원 스페이서는 캡슐화된 상 변화 재료를 포함하는, 제1 복수의 3차원 스페이서를 포함한다.
하나의 특정 실시예에서, 캡슐화된 상 변화 재료는 바인더로 캡슐화될 수 있다.
다른 실시예에서, 제1 복수의 3차원 스페이서는 기판 상에 배열될 수 있다. 기판은 폴리에스터, 폴리올레핀, 천연 파이버의 블렌드, 또는 이들의 조합과 같은 부직포 재료일 수 있다. 또한, 하나의 실시예에서, 기판은 페이스 마스크의 내부층의 내부 지향면의 표면적의 약 10% 내지 약 100%를 커버할 수 있다. 다른 실시예에서, 기판은 페이스 마스크의 주계 주위의 경계부 내에 배치될 수 있고, 경계부는 약 0.5 밀리미터 내지 약 15 밀리미터의 폭을 가질 수 있다.
또 다른 실시예에서, 페이스 마스크는 페이스 마스크의 내부층과 착용자의 얼굴 사이에 형성된 미기후를, 착용자에 의한 날숨 후에 약 1℃ 내지 약 7℃의 범위의 온도만큼 냉각할 수 있다.
부가의 실시예에서, 상 변화 재료는 페이스 마스크 내의 사공간의 영역 내의 내쉰 공기로부터 열을 흡수함으로써 그리고 사용자의 피부로부터 열을 흡수함으로써 페이스 마스크에 약 2600 Joule/m2의 냉각 내지 약 20,000 Joule/m2의 냉각을 제공할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 상 변화 재료는 페이스 마스크 내의 사공간의 영역 내의 내쉰 공기로부터 열을 흡수함으로써 그리고 사용자의 피부로부터 열을 흡수함으로써 페이스 마스크에 적어도 약 30 Joule의 냉각을 제공할 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 페이스 마스크는 다층 구조체 내에 위치된 표면 상에 배치된 제2 복수의 3차원 스페이서를 포함할 수 있고, 제2 복수의 3차원 스페이서는 재료의 외부층과, 재료의 외부층과 재료의 내부층 사이에 위치된 적어도 하나의 부가의 재료의 층 사이에 공간을 형성하고, 공간은 적어도 제2 복수의 3차원 스페이서의 최대 높이만큼 큰 거리에 걸치고, 또한 제2 복수의 3차원 스페이서는 재료의 외부층에 접촉하는 유체와 연계된 에너지를 흡수하여 소산하는 것을 보조한다.
또한, 제2 복수의 3차원 스페이서는 재료의 외부층에 타격하는 유체의 유동을 재지향하기 위한 복수의 채널을 형성할 수 있고, 채널은 유체가 채널을 통해 유체의 접촉점으로부터 이격하여 측방향으로 지향되도록 하는 배향을 갖는다.
게다가, 제2 복수의 3차원 스페이서는 연속적 또는 불연속적 패턴으로 배열될 수 있다. 더욱이, 패턴이 불연속적 패턴일 때, 불연속적 패턴은 복수의 도트를 포함할 수 있고, 도트는 일련의 행 및 일련의 열로 부가의 재료의 층 상에 배열된다.
하나 이상의 실시예에서, 제2 복수의 3차원 스페이서는 바인더, 잉크, 접착제, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 제2 복수의 3차원 스페이서는 바인더, 잉크, 접착제, 또는 이들의 조합 내에 포함된 기능성 첨가제를 더 포함할 수 있고, 기능성 첨가제는 상 변화 재료, 방향제, 흡수성 재료, 초흡수성 재료, 항균제, 치료제, 국소 연고, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 더욱이, 기능성 첨가제는 다층 구조체 내에 존재하는 제2 복수의 3차원 스페이서의 건조 중량에 기초하여 약 0.25 wt.% 내지 약 70 wt.%의 범위의 양으로 존재할 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 제2 복수의 3차원 스페이서는 적어도 하나의 부가의 재료의 층의 외부 지향면 상에 배치될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 적어도 하나의 부가의 재료의 층은 재료의 외부층에 인접하여 위치된 스펀본드 웨브(spunbond web)일 수 있고, 다층 구조체는 멜트블로운 웨브(meltblown web)를 더 포함하고, 멜트블로운 웨브는 재료의 내부층을 향해 위치된다.
또 다른 실시예에서, 재료의 외부층은 스펀본드 웨브일 수 있고, 재료의 내부층은 부직포 폴리에스터일 수 있고, 3개의 부가의 재료의 층이 외부층과 내부층 사이에 위치될 수 있고, 제1 부가의 재료의 층은 외부층의 내부 지향면에 인접하여 위치된 스펀본드 웨브이고, 제2 부가의 재료의 층은 제1 부가의 재료의 층의 내부 지향면에 인접하여 위치된 멜트블로운 웨브이고, 제3 부가의 재료의 층은 제2 부가의 재료의 층의 내부 지향면과 재료의 내부층의 외부 지향면 사이에 위치된 스펀본드 웨브이다.
부가의 실시예에서, 재료의 내부층, 재료의 외부층, 또는 이들의 조합은 열전도성 재료를 포함할 수 있고, 열전도성 재료는 재료의 내부층, 재료의 외부층, 또는 이들의 조합의 R-값을 감소시킨다.
다른 실시예에서, 열전도성 재료를 포함하는 코팅이 재료의 내부층의 표면, 재료의 외부층의 표면, 또는 이들의 조합 상에 배치될 수 있고, 열전도성 재료는 재료의 내부층, 재료의 외부층, 또는 이들의 조합의 R-값을 감소시킨다.
또한, 열전도성 재료는 금속 입자, 금속 파이버, 금속 잉크, 열전도성 폴리머, 탄소, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 재료의 내부층, 재료의 외부층, 또는 이들의 조합은 수분 흡수성 재료를 포함할 수 있고, 수분 흡수성 재료는 재료의 내부층, 재료의 외부층, 또는 이들의 조합의 R-값을 감소시킨다. 게다가, 수분 흡수성 재료는 면 파이버, 레이온 파이버, 계면 활성제-처리된 셀룰로오스 파이버, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명은 스플래시 저항성 다층 구조체로부터 형성된 페이스 마스크를 또한 고려한다. 다층 구조체는 외부 지향면 및 내부 지향면을 갖는 재료의 외부층; 외부 지향면 및 내부 지향면을 갖는 재료의 내부층; 및 다층 구조체의 내부층 전체에 걸쳐 배치된 복수의 3차원 스페이서로서, 복수의 3차원 스페이서 각각의 제1 부분은 내부층의 외부 지향면 상에 배치되고, 복수의 3차원 스페이서 각각의 제2 부분은 내부층의 내부 지향면 상에 배치되고, 복수의 3차원 스페이서 각각의 제3 부분은 복수의 3차원 스페이서 각각의 제1 부분과 제2 부분 사이에 연속적인 경로를 제공하는 채널로서 내부층을 통해 연장하고, 또한 복수의 3차원 스페이서는 캡슐화된 상 변화 재료를 포함하는, 복수의 3차원 스페이서를 포함한다.
하나의 특정 실시예에서, 복수의 3차원 스페이서는 불연속적 패턴으로 배열될 수 있다.
다른 실시예에서, 복수의 3차원 스페이서 각각의 제2 부분은 복수의 3차원 스페이서 각각의 제3 부분에 의해 접촉된 외부 지향면의 표면적에 비교하여 내부 지향면의 더 작은 표면적에 접촉할 수 있다.
본 발명은 스플래시 저항성 다층 구조체로부터 형성된 페이스 마스크를 또한 고려하며, 여기서 다층 구조체는 외부 지향면 및 내부 지향면을 갖는 재료의 외부층; 외부 지향면 및 내부 지향면을 갖는 재료의 내부층; 및 다층 구조체의 내부층의 내부 지향면 상에 배치된 복수의 3차원 스페이서로서, 복수의 3차원 스페이서는 불연속적 패턴으로 배열되고, 또한 복수의 3차원 스페이서는 캡슐화된 상 변화 재료를 포함하고, 캡슐화된 상 변화 재료는 약 2600 Joule/m2의 냉각 내지 약 20,000 Joule/m2의 냉각을 페이스 마스크에 제공한다.
본 발명은 스플래시 저항성 다층 구조체로부터 형성된 페이스 마스크를 또한 고려하고, 여기서 다층 구조체는 외부 지향면 및 내부 지향면을 갖는 재료의 외부층; 외부 지향면 및 내부 지향면을 갖는 재료의 내부층; 및 다층 구조체의 내부층의 내부 지향면 상에 배치된 복수의 3차원 스페이서로서, 복수의 3차원 스페이서는 불연속적 패턴으로 배열되고, 또한 복수의 3차원 스페이서는 캡슐화된 상 변화 재료를 포함하고, 캡슐화된 상 변화 재료는 적어도 약 30 Joule의 냉각을 페이스 마스크에 제공하는, 복수의 3차원 스페이서를 포함한다.
본 발명의 이들 및 다른 특징, 양태 및 장점은 이하의 설명 및 첨부된 청구범위를 참조하여 더 양호하게 이해될 것이다. 본 명세서에 합체되어 그 부분을 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시예를 도시하고, 설명과 함께, 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
통상의 기술자에 대한 그 최선의 모드를 포함하여 본 발명의 완전한 가능한 개시내용은 첨부 도면을 참조하는 것을 포함하여, 명세서의 나머지에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 의해 고려된 다층 구조체로부터 형성될 수 있는 본체부를 갖는 페이스 마스크의 사시도이다.
도 2는 레이스 마스크가 사용자의 머리에 부착되어 있는 본체부를 갖는 페이스 마스크의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 의해 고려된 다층 구조체로부터 형성될 수 있는 수술용 가운의 정면도이다.
도 4는 복수의 3차원 스페이서가 재료의 표면에 도포되어 있는, 본 발명의 다층 구조체에 사용될 수 있는 재료의 층의 사시도이다.
도 5는 다층 구조체의 외부 지향면에서, 혈액과 같은 체액의 인설트(insult)에 앞서 본 발명의 다층 구조체의 2개의 층의 단면도이다.
도 6은 다층 구조체의 외부 지향면에서, 혈액과 같은 체액의 인설트 중에 본 발명의 다층 구조체의 2개의 층의 단면도이다.
도 7은 본 발명에 의해 고려된 3차원 스페이서를 포함하지 않는 다층 구조체의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 다층 구조체의 층들 중 하나에 도포된 3차원 스페이서를 포함하는 예시적인 다층 구조체의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 구조체의 층들 중 하나에 도포된 3차원 스페이서를 포함하는 예시적인 다층 구조체의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다층 구조체의 층들 중 2개에 도포된 3차원 스페이서를 포함하는 예시적인 다층 구조체의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 다층 구조체의 층들 중 2개에 도포된 3차원 스페이서를 포함하는 예시적인 다층 구조체의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 다층 구조체의 층들 중 2개에 도포된 3차원 스페이서를 포함하는 예시적인 다층 구조체의 단면도이다.
도 13은 캡슐화된 상 변화 재료(예를 들어, 바인더와 혼합된 캡슐화된 상 변화 재료)의 형태의 3차원 스페이서가 경계부로서 도포된 부직포층 상에 그리고 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부 내에 배열되어 있는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 페이스 마스크의 내부 지향면의 평면도이다.
도 14는 도 13의 페이스 마스크의 단면도이다.
도 15는 상 변화 재료가 페이스 마스크 상에 존재하지 않는, 예 1의 대조 표준 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있다.
도 16은 주름형 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 및 마스크의 중앙에서 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 직사각형 섹션을 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 30%를 커버하여, 약 100 Joule의 상 변화 재료를 포함하는 마스크를 생성한다.
도 17은 주름형 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 및 마스크의 중앙에서 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 타원형 섹션을 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 30%를 커버하여, 약 100 Joule의 상 변화 재료를 포함하는 마스크를 생성한다.
도 18은 상 변화 재료가 페이스 마스크 상에 존재하지 않는, 예 2의 대조 표준 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있다.
도 19는 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부를 포함한다.
도 20은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부를 포함하고, 경계부는 부직포층의 형태이고, 각각의 층은 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함한다.
도 21은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부를 포함한다.
도 22는 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 30%를 커버한다.
도 23은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부를 포함하고, 경계부는 2개의 부직포층의 형태이고, 각각의 층은 4,000 Joule/m2 상 변화 재료의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴, 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 재료는 2개의 부직포층의 형태이고, 각각의 층은 4,000 Joule/m2 상 변화 재료의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 30%를 커버한다.
도 24는 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 30%를 커버한다.
도 25는 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 재료는 2개의 부직포층의 형태이고, 각각의 층은 4,000 Joule/m2 상 변화 재료의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 30%를 커버한다.
도 26은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 30%를 커버한다.
도 27은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 30%를 커버하고, 부직포 재료는 단일층의 형태이다.
도 28은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 30%를 커버하고, 페이스 마스크는 약 0.032 m2의 총 표면적을 갖는 도 18 내지 도 27, 도 30 내지 도 34, 및 도 36 내지 도 40에서 시험된 주름형 페이스 마스크의 내부 지향층의 총 표면적보다 약 30% 적은 약 0.023 m2의 총 표면적을 갖는 내부 지향층을 가졌다.
도 29는 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 내부 지향면의 상부 부분을 가로질러 위치된 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료를 포함하는 발포체의 스트립을 포함하는 부직포 재료, 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 30%를 커버하고, 페이스 마스크는 약 0.0305 m2의 총 표면적을 갖는 내부 지향층을 가졌다.
도 30은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 40분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 60%를 커버한다.
도 31은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 60%를 커버한다.
도 32는 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 60%를 커버한다.
도 33은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 60%를 커버한다.
도 34는 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 60%를 커버한다.
도 35는 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 40분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 60%를 커버하고, 여기서 페이스 마스크는 약 0.023 m2의 총 표면적을 갖는 내부 지향층을 가졌다.
도 36은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 100%를 커버한다.
도 37은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 100%를 커버한다.
도 38은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 100%를 커버한다.
도 39는 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 100%를 커버한다.
도 40은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 100%를 커버한다.
도 41은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 구조체의 층들 중 2개에 도포된 캡슐화된 상 변화 재료의 형태일 수 있는 3차원 스페이서를 포함하는 예시적인 다층 구조체의 단면도이고, 여기서 페이스 마스크의 내부층은 그 피부 지향면 및 그 외부 지향면의 모두 상에 상 변화 재료를 포함하고, 여기서 상 변화 재료는 또한 페이스 마스크의 내부층을 통과하는 채널 내에 존재한다.
도 42는 캡슐화된 상 변화 재료(예를 들어, 바인더와 혼합된 캡슐화된 상 변화 재료)의 형태의 3차원 스페이서가 페이스 마스크의 내부 지향면 상에 2개의 직사각형 스트립으로서 도포되어 있는 부직포층 상에 배열되어 있는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 페이스 마스크의 내부 지향면의 평면도이다.
본 명세서 및 도면에서 도면 부호의 반복 사용은 본 발명의 동일한 또는 유사한 특징 또는 요소를 표현하도록 의도된다.
이제, 그 하나 이상의 예가 이하에 설명되어 있는 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 참조할 것이다. 각각의 예는 본 발명의 한정이 아니라, 본 발명의 설명으로서 제공된 것이다. 실제로, 다양한 수정 및 변형이 본 발명의 범주 또는 사상으로부터 벗어나지 않고 본 발명에 이루어질 수도 있다는 것이 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 예를 들어, 하나의 실시예의 부분으로서 도시되거나 설명되어 있는 특징부는 또 다른 실시예를 생성하기 위해 다른 실시예에 사용될 수도 있다. 본 출원을 위해, 유사한 특징부는 도면들 사이에서 유사한 부호에 의해 표현될 것이다.
일반적으로 말하면, 본 발명은 차가운 미기후 및 스플래시 저항이 요구되는 페이스 마스크 또는 임의의 다른 물품에 관한 것으로서, 여기서 물품은 페이스 마스크의 사공간 내의 미기후의 냉각을 제공하기 위해 페이스 마스크 구성에 합체된 상 변화 재료의 불연속적 패턴, 도트, 스트립 등으로 코팅된 하나 이상의 재료의 층을 포함하는 다층 구조체로부터 형성된다. 최적화된 냉각은 마스크 구성 내의 상 변화 재료로 코팅된 층의 전략적 배치 및 얼굴의 온도 민감성 영역 뿐만 아니라 호흡으로부터 열 플럭스의 최대량을 경험하는 영역과 접촉하는 상 변화 재료의 양 및 밀도에 의해 성취된다. 마스크의 형상은 또한 상 변화 재료와 접촉하는 피부의 면적을 증가시키고 사공간의 체적을 감소시키도록 조정될 수 있다. 이러한 사공간의 체적의 감소는 적은 상 변화 재료의 사용이 현저한 양의 냉각에 영향을 미치는 것을 가능하게 하는 따뜻한 포집된 내쉰 공기의 체적을 감소시킨다. 상 변화 재료의 불연속적 패턴은 또한 마스크의 층들 사이의 간격을 제공하는데, 이는 스플래시 저항을 향상시킬 수 있다.
상 변화 재료(예를 들어, 마이크로캡슐화된 파라핀 왁스)로 코팅된 재료의 층은 페이스 마스크의 사공간 내의 미기후의 냉각을 제공하도록 페이스 마스크 구성 내에 합체될 수 있다. 상 변화 재료의 전이 온도는 마스크 착용자의 피부에 인접한 미기후의 냉각을 제공하도록 선택될 수 있고, 여기서 전이 온도는 착용자에 의한 날숨시에 용융하기 위해 약 25℃ 내지 약 29℃, 예로서 약 26℃ 내지 약 28℃ 범위일 수 있고, 미기후는 약 95℃만큼 높은 온도에 도달할 수 있다. 날숨 중에, 상 변화 재료의 용융은 따뜻한 공기로부터 에너지를 흡수하여, 이에 의해 미기후의 온도 상승을 감소시킨다. 들숨 중에, 상 변화 재료는 약 20℃ 내지 약 23℃, 예로서 약 21℃ 내지 약 22℃의 범위의 온도에서와 같이, 더 차가운 주위 공기로 에너지를 재차 방출함에 따라 재고화된다. 상 변화 재료는 이어서 사용자가 재차 숨을 내쉬고 미기후 온도가 증가할 때 재용융하도록 이용 가능하다. 상 변화 재료의 불연속적 패턴의 사용은 또한 마스크의 층들 사이의 층간 간격을 제공하는데, 이는 스플래시 저항을 향상시킬 수 있다. 불연속적 패턴은 도트, 로고, 그리드, 스트라이프 등의 형상일 수 있다. 상 변화 재료는 내쉰 호흡으로부터 에너지 및 얼굴 피부로부터 열을 흡수하여 마스크를 착용하는 동안 사용자 편안함을 제공하는 냉각을 발생한다. 피부 접촉 및 미기후 공기 온도를 위한 냉각은 페이스 마스크 구성의 개재부 내의 어느 유형 및/또는 재료의 층이 상 변화 재료를 포함하는지; 특정 층 상의 상 변화 재료의 위치; 상 변화 재료의 에너지 용량(즉, 도포된 상 변화 재료의 양); 및 상 변화 재료가 고체와 액체 사이에서 전이하는 온도와 같은 인자를 조정함으로써 최적화된다.
마스크 구조체 내의 그리고 얼굴 위의 특정 위치에서의 상 변화 재료의 배치 및 양의 변형이 사용자 선호도에 대한 상 변화 재료 배치의 영향을 측정하도록 시험되었다. 마스크의 전체 디자인은 유효 냉각을 위해 요구된 상 변화 재료의 양에 결정적인 역할을 할 수 있다. 얼굴 피부와 직접 접촉하는 상 변화 재료의 면적을 증가시킴으로써 그리고 사공간의 체적, 및 따라서 따뜻한 포집된 내쉰 공기의 양을 감소시킴으로써, 사용자 편안함을 제공하도록 충분한 냉각을 위해 필요한 상 변화 재료의 양이 감소된다.
본 발명의 페이스 마스크의 내부면 상에 존재하는 캡슐화된 상 변화 재료(예를 들어, 마이크로캡슐화된 파라핀 왁스)의 특정 패턴, 표면적 커버리지, 및 잠열 융해열의 결과로서, 페이스 마스크의 사공간 내의 미기후는 고려된 약 1℃ 내지 약 7℃, 예로서 약 1.3℃ 내지 약 6℃, 예로서 약 1.5℃ 내지 약 5℃의 범위의 양만큼 감소될 수 있다. 예를 들어, 마스크의 표면적에 기초하여, 페이스 마스크의 사공간 내의 미기후는 약 25℃/m2 내지 약 225℃/m2, 예로서 약 40℃/m2 내지 약 200℃/m2, 예로서 약 50℃/m2 내지 약 150℃/m2만큼 감소될 수 있다.
본 발명은 또한 페이스 마스크와 같은 물품의 스플래시 저항을 향상시킬 수 있다. 페이스 마스크의 스플래시 저항은, 재료의 제1 층의 내부 지향면(즉, 사용자의 피부를 향해 지향하는 층)과 재료의 제2 층의 외부 지향면(즉, 사용자의 피부로부터 이격하여 지향하는 층) 사이와 같은, 다층 구조체의 인접한 층들 사이의 강제 간격의 상태에 의해 용이해진다. 재료의 2개의 인접한 층들 사이의 강제 간격은 다층 구조체의 인접한 층들 사이에 위치된 복수의 3차원 스페이서의 존재의 결과이고, 여기서 복수의 3차원 스페이서는 인접한 재료의 층들 중 하나 또는 양자 모두 상에 위치될 수 있어, 적어도 복수의 3차원 스페이서의 최대 높이만큼 큰 거리가 2개의 층을 서로로부터 분리하게 된다. 3차원 스페이서는 연속적 또는 불연속적 패턴으로 재료의 층 상에 존재할 수 있고 또는 랜덤 방식으로 재료의 층 상에 존재할 수 있다. 다층 구조체의 2개의 층 사이에 존재하는 복수의 3차원 스페이서의 결과로서, 복수의 채널이 층간 간격을 증가시키도록 층들 사이에 형성될 수 있어, 다층 구조체의 스플래시 저항 및 유체 배리어 능력이 일단 유체가 다층 구조체에 접촉하면 유체의 측방향 확산을 용이하게 함으로써 향상될 수 있게 된다. 또한, 3차원 스페이서에 의해 제공된 강성은 유체 인설트가 발생할 때 다층 구조체의 층들의 압축을 방지하기 위해 에너지의 측방향 소산을 용이하게 할 수 있다. 이러한 장치는 유체가 전체 다층 구조체를 통해 침투하는 것을 방지하는데, 이러한 침투는 다층 구조체가 PPE 내로 형성될 때 사용자의 건강을 위험하게 할 수 있다. 더욱이, 3차원 스페이서의 존재는 충분한 스플래시 저항을 갖는 다층 구조체를 형성하는데 요구된 재료의 층의 수를 감소시킬 수 있다. 마찬가지로, 3차원 스페이서의 존재는 PPE 물품을 형성하기 위해 더 낮은 평량을 갖는 재료의 사용을 가능하게 할 수 있는데, 이는 사용자의 편안함을 증가시킬 수 있다. 특히, 하나 이상의 재료의 층의 평량의 감소 또는 제거는 열저항을 감소시키고, 다층 구조체의 층들을 가로지르는 압력 강하를 낮추고, 통기성 및 편안함을 향상시키기 위해 다층 구조체의 전체 중량을 감소시킬 수 있다.
대안적으로 그리고/또는 부가적으로, 다층 구조체의 필터 재료 구성요소 또는 여과층은 다층 구조체의 스플래시 저항 및 유체 배리어 능력의 장점을 취하도록 수정될 수도 있다는 것이 고려된다. 페이스 마스크와 같은 물품을 위한 통상의 다층 구조체에 사용된 멜트블로운 직물(및/또는 다른 여과 매체)은 다층 구조체의 부분으로서 액체에 의한 침투에 대한 더 큰 저항을 제공하도록 선택된다. 그 결과, 멜트블로운 직물(및/또는 다른 여과 매체)은 불필요하게 높은 평량 및/또는 불필요하게 높은 레벨의 압력 강하를 가질 수도 있다. 본 발명의 양태에 따르면, 다층 구조체의 유리한 스플래시 저항 및 유체 배리어 능력은 더 낮은 평량 및/또는 더 낮은 레벨의 압력 강하를 갖는 멜트블로운 직물(및/또는 다른 여과 매체)의 사용을 가능하게 한다. 더욱이, 멜트블로운 직물(및/또는 다른 여과 매체)의 더 큰 "통기성"은 상 변화 재료와 호흡 사이클 중에 교환된 공기 사이의 더 효율적인 에너지 전달을 제공한다. 이는 적어도 페이스 마스크와 같은 물품 내의 상 변화 재료의 경제적이고 효율적인 사용을 허용하기 때문에 중요한 것으로 고려된다. 그 결과, 적은 상 변화 재료가 에너지 전달의 임계 레벨을 성취하는데 요구될 수도 있는데, 이는 일회용 물품 내의 고가의 구성요소의 양을 감소시키고 이러한 일회용 물품의 상업성에 매우 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 중요하다. 수정은, 여과 효율, 보호, 및/또는 사용자 편안함을 유지하거나 심지어 증가시키면서 더 소형 페이스 마스크 영역을 갖는 실용적이고 경제적인 페이스 마스크의 제조를 가능하게 하기 때문에 또한 중요하다. 적은 또는 더 적은 재료를 사용하고 그리고/또는 마스크 크기를 감소시키는 결과로서, 이러한 일회용 물품의 상업성에 매우 큰 영향을 미칠 수 있는 일회용 물품의 비용을 감소시킬 수 있다. 부가적으로, 본 발명의 페이스 마스크에 사용된 멜트블로운 직물은, 예를 들어 수술실로부터의 차가운 공기가 페이스 마스크의 구성을 가로질러 견인되어 내쉰 호흡 내의 열 및 얼굴 피부에 의해 용융되었던 용융된 상 변화 재료를 재냉각할 때 들숨의 기간 동안 상 변화 재료의 더 효율적인 재냉각을 촉진하기 위해 증가된 다공성을 가질 수 있다. 특히, 본 발명에 의해 고려된 멜트블로운 직물의 호흡 저항은 약 5 밀리미터 H2O 미만일 수 있다. 예를 들어, 상 변화 재료의 향상된 재생을 위해, 멜트블로운 직물의 호흡 저항은 약 2 밀리미터 H2O 미만, 예로서 약 1 밀리미터 H2O일 수 있고, 여기서 단위 밀리미터 물(mmH2O)은 정확히 1 밀리미터(mm) 높이의 유체의 기둥의 기부에서 인가된 압력으로서 정의되고, 유체 밀도는 중력 가속도가 정확히 9.80665 m/sec2인 물리적 위치에서, 정확히 1.004514556 입방센티미터당 그램(g/cm3)이다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 의해 고려된 다층 스플래시 저항성 구조체로부터 형성될 수도 있는 페이스 마스크(100)를 도시하고 있다. 페이스 마스크(100)는 사용자(108)의 입 및 코의 적어도 일부 위에 배치되어, 정상 호흡을 통해 교환된 공기가 페이스 마스크(100)의 본체부(102)를 통과하게 하도록 구성된 본체부(102)를 포함한다. 그러나, 본체부(102)는 이들에 한정되는 것은 아니지만, 플랫 하프 마스크(flat half mask), 주름형 페이스 마스크(pleated face mask), 원추 마스크(cone mask), 플랫 폴디드 개인용 호흡 디바이스(flat folded personal respiratory device), 덕빌 스타일 마스크(duckbill style mask), 사다리꼴형 마스크(trapezoidally shaped mask) 등과 같은 다양한 스타일 및 기하학 형상을 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 본체부(102)는 하나 이상의 수평 주름부, 하나 이상의 수직 주름부를 갖거나, 또는 주름부를 갖지 않도록 구성될 수도 있고, 여기서 이러한 디자인은 일반적으로 관련 기술분야에 공지되어 있다. 따라서, 페이스 마스크(100)는 사용자(108)의 입 및 코를 환경으로부터 격리한다. 페이스 마스크(100)는 사용자(108)의 머리(및 사용자에 의해 착용되면 헤어캡(106)) 주위에 감겨지고 서로 연결되는 한 쌍의 타이 스트랩(104)에 의해 사용자(108)에 부착된다. 그러나, 다른 유형의 체결 장치가 본 발명의 다양한 예시적인 실시예에 따라 이용될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 타이 스트랩(104) 대신에, 페이스 마스크(100)는 이어 루프(ear loop), 머리 주위에 감겨지는 탄성 밴드, 또는 후크 및 루프형 체결구 장치에 의해 사용자(108)에 부착될 수도 있고, 또는 페이스 마스크(100)는 탄성 밴드에 의해 사용자(108)의 머리 주위에 단일편으로서 감겨질 수도 있다. 페이스 마스크(100)는 또한 헤어캡(106)에 직접 부착될 수도 있다.
부가적으로, 페이스 마스크(100)의 구성은 다양한 예시적인 실시예에 따라 상이할 수도 있다. 이와 관련하여, 페이스 마스크(100)는 사용자의 눈, 머리카락, 코, 목구멍, 및 입의 모두를 커버하도록 제조될 수도 있다. 이와 같이, 본 발명은 사용자(108)의 코 및 입만을 커버하는 페이스 마스크(100)에만 한정되는 것은 아니다.
한편, 도 3은 본 발명에 의해 고려된 스플래시 저항성 다층 구조체로부터 형성될 수 있는 수술용 가운(200)의 정면도를 도시하고 있다. 가운(200)은 깃(collar)(202), 소매끝(cuff)(204), 및 소매(208)를 본체(210)에 연결하는 어깨 이음매(206)를 포함할 수 있다. 본 발명의 스플래시 저항성 다층 구조체로부터 형성될 수 있는 다른 예시적인 물품은 스플래시 저항성 특성이 요구되는 수술용 드레이프 또는 임의의 다른 PPE를 포함한다. 또한, 본 발명에 의해 고려된 전술된 페이스 마스크, 수술용 가운, 드레이프, 일회용 모자 등을 형성하는데 사용된 다층 구조체 내의 다수의 재료의 층은 접착제 접합, 열 점 접합(thermal point bonding), 또는 초음파 접합을 포함하는 다양한 방법에 의해 결합될 수도 있다.
본 발명의 다층 스플래시 저항성 구조체의 다양한 구성요소는 이하에 더 상세히 설명된다.
I. 복수의 3차원 스페이서
본 발명의 다층 스플래시 저항성 구조체는 다층 구조체의 하나 이상의 외부 지향면(즉, 사용자의 피부로부터 이격하여 지향하는 표면) 또는 내부 지향면(즉, 사용자의 피부를 향해 지향하는 표면) 상에 배치된 복수의 3차원 스페이서를 포함한다. 복수의 3차원 스페이서는 다층 구조체를 형성하는데 사용된 재료의 층들 중 하나에 도포될 때 3차원 스페이서를 형성할 수 있는 바인더, 잉크, 폴리머, 또는 이들의 조합, 또는 임의의 다른 구성요소를 포함하는 조성물로부터 형성될 수 있고, 여기서 이러한 재료의 층들은 이하에 더 상세히 설명된다. 본 발명에 의해 고려되는 3차원 스페이서를 형성하기 위해 적합한 바인더의 특정 예는 탄성 팽윤(puff)(팽창성) 인쇄 잉크, 비-탄성 팽윤(팽창성) 인쇄 잉크, 아크릴 바인더, 폴리우레탄 바인더, 열가소성 재료(예를 들어, 저온 폴리올레핀 고온 용융 접착제 또는 아교); 인쇄 잉크, 또는 임의의 다른 적합한 바인더, 잉크, 접착제 등, 또는 이들의 조합을 포함한다. 이러한 바인더는 Lubrizol 또는 H.B. Fuller로부터 얻어질 수 있다. 또한, 바인더는 수용성일 수 있다. 요구되지는 않았지만, 하나의 실시예에서, 이러한 바인더, 잉크, 접착제 등은 소수성일 수 있고, 여기서 바인더, 잉크, 접착제 등의 소수성은 유체가 물품의 후속의 층을 침투하는 것을 방지함으로써 스플래시 저항을 향상시킬 수 있다.
하나의 특정 실시예에서, 복수의 3차원 스페이서는 바인더 내에 캡슐화된 상 변화 재료(PCM)로부터 형성될 수 있고 부직포 재료의 층 상에 배치되어 피부 또는 재료를 합체하는 페이스 마스크 또는 다른 물품의 미기후와의 접촉에 의해 냉각을 생성하는 능력을 상기 재료에 제공한다. PCM이 그 고체 상태일 때, 이는 외부 온도가 상승함에 따라 열을 흡수할 것이다. PCM의 온도는 PCM의 융점이 도달할 때까지 외부 온도를 미러링할 것이다. 외부 온도가 PCM의 융점에 도달할 때, PCM은 용융하기 시작할 것이다. 상 변화 프로세스 중에, PCM은 거의 온도 변화를 갖지 않고 대량의 열을 흡수할 것이다. 이 시간 기간 중에, PCM은 냉각 효과를 제공한다. PCM이 냉각 효과를 제공할 것인 시간은 잠열 융해열이라 또한 칭하는 PCM의 용융의 엔탈피에 의해 결정된다. 엔탈피 또는 융해열은 PCM 재료 자체에 따라 변한다. PCM의 경우에, 엔탈피는 통상적으로 Joule/m2 단위로 측정되고, 여기서 Joule/m2의 수가 클수록, PCM이 동일한 양의 PCM에 대해 냉각 효과를 더 길게 제공할 것이다. PCM은 본 발명의 페이스 마스크의 임의의 적합한 층 또는 층들 상에 존재할 수 있어, 마스크의 잠열 융해열이 약 2600 Joule/m2 초과, 예로서 약 2600 Joule/m2 내지 약 20,000 Joule/m2, 예로서 약 2800 Joule/m2 내지 약 18,000 Joule/m2, 예로서 약 3000 Joule/m2 내지 약 16,000 Joule/m2이 될 수 있다. 부가적으로, 상 변화 재료층이 배치되어 있는 마스크의 층의 총 표면적 및 페이스 마스크의 층 상의 상 변화 재료층의 특정 배열에 기초하여, 상 변화 재료는 적어도 약 30 Joule의 냉각, 예로서 약 40 Joule 내지 약 900 Joule의 냉각, 예로서 약 50 Joule 내지 약 800 Joule의 냉각, 예로서 약 75 Joule 내지 약 700 Joule의 냉각, 예로서 약 100 Joule 내지 약 600 Joule의 냉각을 제공하도록 마스크 내에 존재할 수 있다.
다른 실시예에서, 3차원 스페이서는 Polytex Environmental Inks(미국 뉴욕주 브롱크스 소재)로부터 얻어질 수 있는 AQUAPUFFTM 잉크와 같은 열-활성화가능한 팽창성 잉크로부터 형성될 수 있다. 다른 상업적으로 입수가능한 잉크는 Eastern Color and Chemical Company(미국 사우스캐롤라이나주 그린빌 소재), International Coatings Company(미국 캘리포니아주 세리토스 소재), Dongguan City Haiya Printing Material Company(중국), Atlas Screen Supply Company(미국 일리노이주 쉴러 파크 소재), NEHOC Australia Pty, Limited(호주), 및 INX International Ink Corporation(미국 일리노이주 샤움버그 소재)으로부터 입수가능하다. 이러한 잉크는 잉크가 3차원 스페이서 내로 팽창하거나 "팽윤하게" 하는 반응을 생성하기 위해 열에 노출될 때 반응하는 팽창성 잉크이다. 잉크는 발포제(blowing agent)로서 관련 기술분야에 공지되어 있는 첨가제를 포함할 수도 있고, 가열시에 물리적 또는 화학적 변화를 경험하여 기체 생성물을 형성하는 화학물질을 포함할 수 있다. 이러한 첨가제는 EXPANCELTM 461 DU Microsphere(Expancel에 의해 공급됨), Unicell OH(OMYA에 의해 공급됨), Genitron LE(Acrol에 의해 공급됨), 또는 다른 가스-캡슐화된 열가소성 마이크로구를 포함한다. 본 발명에 의해 고려되는 페이스 마스크 또는 다른 물품을 형성하는데 사용되는 다층 구조체의 하나 이상의 층 상의 이러한 잉크의 인쇄는 오프라인 인쇄 단계에서와 같이 프로세스의 다수의 단계에서, 또는 물품 조립 프로세스 중에 온라인으로 발생할 수 있다. 또한, 잉크는 하나의 프로세스 단계에서 인쇄되고, 이후의 하류측 단계에서 열 활성화에 의해 팽창될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 3차원 스페이서는 선택적 양의 수분 흡수 폴리머를 포함할 수 있다. 폴리머는 원하는 바와 같은 양으로 3차원 스페이서 내에 존재할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 양태에서, 3차원 스페이서는 최대 약 1 wt.%, 예로서 최대 약 5 wt.%, 또는 심지어 최대 약 10 wt.% 이상의 수분 흡수 폴리머를 포함할 수 있다. 적합한 수분 흡수 폴리머의 예는 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리비닐 피리딘, 또는 이들의 조합을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
몇몇 실시예에서, 3차원 스페이서는 선택적 엘라스토머 폴리머를 포함할 수 있다. 엘라스토머 폴리머는 발포체 구조체를 탄성이 되게 할 수 있고, 스폰지와 같이 물을 포집함으로써 수분 흡수성을 도울 수 있다. 또한, 엘라스토머 폴리머는 3차원 스페이서에 의해 탄성 또는 가요성을 추가할 수도 있다. 엘라스토머 폴리머 구성요소는 원하는 차원 변화 특성을 성취하는데 효과적인 양으로 존재할 수 있다. 예를 들어, 3차원 스페이서는 향상된 특성을 제공하기 위해 최대 약 1 wt.%, 예로서 최대 약 5 wt.%, 또는 심지어 최대 약 10 wt.% 이상의 엘라스토머 폴리머를 포함할 수 있다. 적합한 엘라스토머 폴리머의 예는 열가소성 폴리우레탄, 올레핀 엘라스토머 폴리머(Vistamaxx®), 폴리(에테르-아미드) 블록 코폴리머, 비가교결합된 폴리올레핀과 같은 열가소성 고무, 스티렌-부타디엔 코폴리머, 실리콘 고무, 니트릴 고무와 같은 합성 고무, 스티렌 이소프렌 코폴리머, 스티렌 에틸렌 부틸렌 코폴리머, 부틸 고무, 나일론 코폴리머, 분할된 폴리우레탄을 포함하는 스판덱스 파이버, 에틸렌-비닐 아세테이트 코폴리머 또는 이들의 조합을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
부가적으로, 접착 촉진제가 3차원 스페이서에 추가될 수 있다. 예를 들어, 미국 오하이오주 클리블랜드 소재의 Noveon, Inc.로부터 상업적으로 입수가능한 Carboset 514H가 투명한 방수성 비점착성 열가소성 필름으로 건조할 수 있는 암모니아수 내에 공급된 아크릴 콜로이달 분산 폴리머이다. 이러한 접착 촉진제는 이들이 도포되는 재료의 층으로의 3차원 스페이서의 부착을 용이하게 한다.
게다가, 3차원 스페이서는 착색제(예를 들어, 안료 또는 염료), 용매, 및 임의의 다른 원하는 성분을 포함할 수 있다. 통상적으로, 안료는 물 또는 용매 내에서 용해되지 않는 무기 또는 유기 입자에 기초하는 착색제를 칭한다. 일반적으로, 안료는 수중에서 에멀전 또는 현탁액을 형성한다. 다른 한편으로, 염료는 일반적으로 물 또는 용매 내에서 가용성인 착색제를 칭한다. 안료 또는 염료는 스페이서가 이들이 도포되어 있는 재료의 층에 형성된 후에 건조 중량에 기초하여, 약 0.25 wt.% 내지 약 40 wt.%, 예로서 약 0.5 wt.% 내지 약 30 wt.%, 예로서 약 1 wt.% 내지 약 20 wt.%의 범위의 양으로 3차원 스페이서 내에 존재할 수 있다.
적합한 유기 안료는 디아릴리드 옐로우 AAOT(예를 들어, Pigment Yellow 14 CI No. 21 095), 디아릴리드 옐로우 AAOA(예를 들어, Pigment Yellow 12 CI No. 21090), 한사 옐로우(Hansa Yellow), CI Pigment Yellow 74, 프탈로시아닌 블루(Phthalocyanine Blue)(예를 들어, Pigment Blue 15), 리톨 레드(lithol red)(예를 들어, Pigment Red 52: 1 CI No. 15860: 1), 톨루이딘 레드(toluidine red)(예를 들어, Pigment Red 22 CI No. 12315), 디옥사진 바이올렛(dioxazine violet)(예를 들어, Pigment Violet 23 CI No. 51319), 프탈로시아닌 그린(phthalocyanine green)(예를 들어, Pigment Green 7 CI No. 74260), 프탈로시아닌 블루(phthalocyanine blue)(예를 들어, Pigment Blue 15 CI No. 74160), 나프토산 레드(naphthoic acid red)(예를 들어, Pigment Red 48:2 CI No. 15865:2)를 포함한다. 적합한 무기 안료는 티타늄 디옥사이드(예를 들어, Pigment White 6 CI No. 77891), 카본 블랙(carbon black)(예를 들어, Pigment Black 7 CI No. 77266), 산화철(예를 들어, 적색, 황색, 및 갈색), 산화 제2철 블랙(예를 들어, Pigment Black 11 CI No. 77499), 산화크롬(예를 들어, 녹색), 페릭 암모늄 페로시아나이드(ferric ammonium ferrocyanide)(예를 들어, 청색) 등을 포함한다.
사용될 수도 있는 적합한 염료는 예로서, 산 염료 및 직접 염료를 포함하는 술폰화 염료를 포함한다. 다른 적합한 염료는 아조 염료(예를 들어, Solvent Yellow 14, Dispersed Yellow 23, 및 Metanil Yellow), 안트라퀴논 염료(예를 들어, Solvent Red 111, Dispersed Violet 1, Solvent Blue 56, 및 Solvent Orange 3), 크산텐 염료(예를 들어, Solvent Green 4, Acid Red 52, Basic Red 1, 및 Solvent Orange 63), 아진 염료(예를 들어, Jet Black) 등을 포함한다.
3차원 스페이서는 본 발명의 스플래시 저항성 물품 내에 존재하는 재료의 임의의 층의 외부 지향면 또는 내부 지향면에 도포될 수 있다. 스페이서를 도포하기 위해, 잉크, 바인더, 또는 폴리머 조성물은 일반적으로 물 또는 다른 저점도 캐리어 내에 분산되거나 용해된다. 용매로서 물을 사용하는 것에 추가하여, 사용될 수 있는 예시적인 용매는 폴리아미드, 셀락, 니트로-셀룰로오스, 및 스티렌-말레익과 같은 통상의 바인더 유형을 갖는 지방족 탄화수소를 포함할 수도 있다. 일반적으로, 용매 기반 처리제는 스티렌-말레익, 로진-말레익, 및 아크릴 용액과 같은 전통적인 플렉소그래픽 바인더에 비해 우수한 내구성을 일반적으로 나타내는 비촉매식 블록 우레탄 수지를 포함한다. 원하는 용매 블렌드는 에틸 아세테이트, N-프로필 아세테이트, 이소프로필 아세테이트, 이소부틸 아세테이트, N-부틸 아세테이트, 및 이들의 블렌드와 같은 다양한 아세테이트; 에틸 알코올, 이소프로필 알코올, 노말 프로필 알코올, 및 이들의 블렌드를 포함하는 다양한 알코올; 및 미국 테네시주 킹스포트 소재의 Eastman Chemical로부터 얻어질 수도 있는 EKTASOLVETM, EP(ethylene glycol monopropyl ether), EB(ethylene glycol monobutyl ether), DM(diethylene glycol monomethyl ether), DP(diethylene glycol monopropyl ether), 및 PM(propylene glycol monomethyl ether)과 같은 글리콜 에테르를 포함한다. 또한 사용될 수도 있는 다른 글리콜은 미국 미시건주 미드랜드 소재의 Dow Chemical로부터 얻어질 수 있는 DOWANOLTM이다. 원하는 용매 블렌드는 약 50% 내지 약 75% 글리콜 에테르, 약 25% 내지 약 35% N-프로필 아세테이트, 및 약 15% 내지 약 25% N-부틸 아세테이트의 블렌드일 수도 있다.
사용될 수도 있는 적합한 수성 3차원 스페이서는 물-암모니아 내에서 안정화될 수도 있는 에멀전을 더 포함할 수도 있고, 공용매(co-solvent)로서 알코올, 글리콜, 또는 글리콜 에테르를 더 포함할 수도 있다. 일반적으로, 유기 용매(약 7 wt.% 이하)는 수성 처리제에 첨가될 수도 있는데: 알코올, 예를 들어 프로판-2-올이 건조를 가속화하고 습윤을 지원하기 위해, 글리콜, 예를 들어 모노 프로필렌 글리콜이 건조를 저속화하기 위해, 글리콜 에테르, 예를 들어 디프로필 글리콜 모노 메틸 에테르가 필름 형성을 보조하기 위해 첨가될 수도 있다. 이러한 용매는 다양한 회사로부터 상업적으로 입수가능한 범용 화학물질(commodity chemical)일 수도 있다. 일반적으로, 수성 처리제는 아크릴 용액 및 분산 폴리머와 같은 전통적인 비-가교결합 바인더에 비해 우수한 내구성을 나타낼 수도 있는 자기-가교결합 아크릴 코폴리머 에멀전을 포함한다. 용매 및 안료 이외에, 열 활성화가능 팽창성 처리제는 바인더를 포함할 수도 있다. 바인더는 그가 도포되는 재료의 층 상에 3차원 스페이서를 형성하는데 사용된 조성물을 안정화하는 것을 돕는다.
전술된 상 변화 재료에 추가하여, 다른 캡슐화된 기능성 첨가제가 전술된 바인더, 접착제, 또는 잉크 중 하나 내에 조합될 수 있고 이어서 본 발명의 다층 구조체의 하나 이상의 층에 도포되어 다층 구조체로부터 형성된 물품의 사용자에게 추가의 이익을 제공할 수 있다. 기능적 첨가제는 마이크로캡슐화된 기능성 첨가제의 분쇄시에 그 캡슐화제로부터 배출될 수 있는데, 이는 본 발명의 물품이 그 패키징으로부터 개방되어 펼쳐질 때 등에 또는 본 발명의 물품이 유체로 습윤될 때 발생할 수 있다. 예를 들어, 복수의 3차원 스페이서는 항균 보호를 제공하기 위한 항균제, 냄새 제어를 위한 방향제, 스킨케어를 위한 국소 연고, 특정 치료를 제공하기 위한 치료제, 수분 또는 냄새 제어를 위한 활성화 탄소와 같은 흡수성 재료, 초흡수성 재료, 또는 PPE로서 사용된 물품 내에서 유용할 수 있는 임의의 다른 첨가제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이어서 본 발명의 3차원 스페이서를 형성하기 위해 바인더 내로 합체되는 마이크로캡슐 내로 캡슐화될 수 있고, 3차원 스페이서를 포함하는 물품이 습윤될 때, 방향제는 가능하면 스플래시되는 재료의 층 또는 물품의 지시기로서, 냄새를 차폐하거나 향기를 배출하기 위해 방향제를 포함하는 마이크로캡슐의 "분쇄" 또는 "붕괴"에 기인하여 배출될 수 있다. 다른 실시예에서, 초흡수성 재료는 본 발명의 3차원 스페이서를 형성하기 위해 바인더 내로 합체될 수 있고, 3차원 스페이서를 포함하는 물품이 습윤될 때, 초흡수성 재료는 유체 인설트를 격납하는 것을 돕기 위해 활성화될 수 있다. 항균제, 방향제, 국소 연고, 또는 치료제를 포함하는 마이크로캡슐의 "분쇄" 또는 "붕괴"는 이러한 첨가제를 활성화하도록 요구될 수도 있지만, 전술된 상 변화 재료 기능성 첨가제, 흡수성 재료, 또는 초흡수성 재료를 포함하는 마이크로캡슐의 "분쇄" 또는 "붕괴"는 요구되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
이용된 특정 캡슐화된 기능성 첨가제에 무관하게, 기능성 첨가제는 더 긴 시간에 걸쳐 기능성 영구성을 제공하고 또는 상이한 시간 빈도에 걸쳐 전술된 기능성의 시간 방출을 제공하기 위한 이러한 방식으로 캡슐화될 수 있다. 이러한 첨가제는 스페이서가 이들이 도포되어 있는 재료의 층에 형성된 후에 건조 중량에 기초하여, 약 0.25 wt.% 내지 약 70 wt.%, 예로서 약 0.5 wt.% 내지 약 60 wt.%, 예로서 약 1 wt.% 내지 약 50 wt.%의 범위의 양으로 3차원 스페이서 내에 존재할 수 있다.
더욱이, 복수의 3차원 스페이서의 특정 조성, 3차원 스페이서는 임의의 적합한 패턴으로 또는 랜덤 방식으로 본 발명의 다층 구조체의 하나 이상의 재료의 층에 도포될 수 있다. 3차원 스페이서가 패턴으로 도포되면, 패턴은 연속적이거나 불연속적일 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같은 하나의 특정 실시예에서, 3차원 스페이서(302)는 반원 형상 및 최대 높이(S)를 갖는 일련의 도트의 형태로 다층 구조체(300)의 층에 도포될 수 있고, 여기서 도트는 일련의 오프셋 열(304) 및 일련의 오프셋 행(306)으로 배열되어 그 사이에 채널(314)을 형성한다. 다른 실시예에서, 3차원 스페이서는 선, 십자형, 그리드라인, 로고의 형태, 또는 임의의 다른 형태 또는 형상일 수 있고, 3차원 스페이서가 다층 구조체의 스플래시 저항성 특성이 성취될 수 있도록 본 발명의 다층 구조체를 형성하는데 사용된 재료의 층들 사이에 충분한 간극을 제공하는 한, 임의의 밀도, 높이, 또는 텍스처를 가질 수 있다. 어느 경우든, 3차원 스페이서의 특정 치수, 형상, 및 간격은 사용되는 재료의 함수이다. 의도는 스플래시의 충돌의 에너지를 소산하기 위해 물품을 형성하는데 사용된 재료의 층들 사이에 간극을 제공하기 위한 것이기 때문에, 층, 특히 외부층이 더 강성일수록, 3차원 스페이서(예를 들어, 도트)가 더 소형이고, 더 짧고, 더 많이 분산될 수 있다. 한편, 재료의 외부층의 드레이프성(drapability) 또는 가요성이 증가함에 따라, 3차원 스페이서(예를 들어, 도트)는 인접한 재료의 층들 사이의 잠재적인 접촉을 최소화하기 위해 더 높고 그리고/또는 함께 더 근접해야 할 필요가 있을 수도 있고, 여기서 이러한 접촉은 후속의 층을 통한 유체 전달을 유도하는 것이다.
일단 재료의 층에 도포되면, 3차원 스페이서는 다양한 텍스처를 가질 수 있다. 예를 들어, 전술된 바와 같이, 3차원 스페이서는, 예로서 다층 구조체가 페이스 마스크 내에 사용될 때, 3차원 스페이서를 포함하는 다층 구조체에 향상된 압력 분배 능력을 부여할 수 있는 "팽윤성" 또는 가단성(예를 들어, 부드럽고 푹신한)일 수 있고, 또는 3차원 스페이서는 다층 구조체에 구조적 안정성을 제공하고 유체 인설트가 발생할 때 다층 구조체의 압축을 방지하기 위한 강성 텍스처를 가질 수 있다. 3차원 스페이서는 3차원 스페이서가 도포되는 재료의 층의 표면적의 약 5% 내지 약 100%, 예로서 약 10% 내지 약 99.5%, 예로서 약 15% 내지 약 99%로 존재할 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다. 또한, 3차원 스페이서는 그래비어 롤(gravure roll), 슬롯 코팅(slot coating), 연속적 스프레이(continuous spraying), 불연속적 스프레이(discontinuous spraying), 스크린 인쇄(screen printing), 잉크젯 인쇄(ink jet printing) 등과 같은 임의의 공지의 방법을 사용하여 바인더 또는 캐리어를 또한 포함하는 조성으로 재료의 층에 도포될 수 있다. 게다가, 예로서 3차원 스페이서가 "팽윤성" 잉크의 형태일 때, 3차원 스페이서를 포함하는 조성물이 재료의 층 상에 존재하는 스페이서의 복수의 3차원 특성을 활성화하기 위해 재료의 층에 도포된 후에 열이 인가될 수 있다.
3차원 스페이서를 형성하는데 사용된 특정 유형의 재료에 무관하게, 3차원 스페이서는 약 0.25 mm 내지 약 5 mm의 폭, 길이, 또는 직경을 가질 수 있고 약 0.025 mm 내지 약 3 mm의 범위의 높이(S)를 가질 수 있는 도트, 그리드, 로고, 십자형 등의 형태일 수 있다. 또한, 3차원 스페이서는 본 출원에 의해 요구되는 바와 같이 경성, 연성, 또는 발포형일 수 있다. 게다가, 3차원 스페이서(예를 들어, 도트, 십자형, 로고 등)는 스페이서가 통기성 배리어 또는 다공성 재료를 위해 도포되는 표면의 총 표면적의 약 1% 내지 약 70%의 범위의 양으로 그리고 스페이서가 비-다공성/비-통기성 재료를 위해 도포되는 표면의 총 표면적의 약 1% 내지 약 100%의 범위의 양으로 다층 구조체의 다양한 층에 도포될 수 있다.
II. 재료의 층
전술된 복수의 3차원 스페이서는 본 발명에 의해 고려된 다층 구조체 내의 하나 이상의 재료의 층에 도포될 수 있다. 예를 들어, 다층 구조체의 층은 하나 이상의 부직포 재료(예를 들어, 스펀본드, 멜트블로운, SMS 라미네이트, 스펀레이스(spunlace), 수류교략된(hydroentangled), 카디드(carded), 엘라스토머, 또는 발포체 웨브), 하나 이상의 필름, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 형성될 수 있고, 3차원 스페이서는 전술된 재료의 층의 임의의 하나 상에 존재할 수 있고, 여기서 스페이서는 재료의 외부 지향면, 내부 지향면, 또는 양자 모두의 층 상에 존재할 수 있다. 스플래시 저항은 ASTM F1862-13에 의해 측정된 바와 같이, 다층 구조체 내의 재료가 자연적으로 또는 첨가제 또는 치료제를 통해 소수성이면 더 향상될 수 있다. 이는 층을 통한 유체 인설트의 위킹(wicking)을 위한 잠재성을 감소시킬 수 있다. 또한, 3차원 스페이서는 본 발명의 다층 구조체 내의 재료의 층들 중 하나 초과 상에 존재할 수 있다. 더욱이, 다층 구조체를 형성하는데 사용된 다양한 재료의 층은 약 10 gsm 내지 약 150 gsm, 예로서 약 12.5 gsm 내지 약 100 gsm, 예로서 약 15 gsm 내지 약 80 gsm의 범위의 평량을 각각 가질 수 있다. 예를 들어, 임의의 멜트블로운 재료층은 약 10 gsm 내지 약 75 gsm, 예로서 약 12.5 gsm 내지 약 70 gsm, 예로서 약 15 gsm 내지 약 50 gsm의 범위의 평량을 가질 수 있다. 또한, 임의의 스펀레이스 또는 이성분 부직포 재료층은 약 10 gsm 내지 약 25 gsm, 예로서 약 12.5 gsm 내지 약 20 gsm, 예로서 약 15 gsm 내지 약 17.5 gsm의 범위의 평량을 가질 수 있다. 게다가, 임의의 스펀본드 재료층은 약 15 gsm 내지 약 60 gsm, 예로서 약 20 gsm 내지 약 50 gsm, 예로서 약 20 gsm 내지 약 45 gsm의 범위의 평량을 가질 수 있다. 게다가, 부직포 재료 상에 배치된 캡슐화된 PCM 및 바인더를 포함하는(캡슐화된 PCM과 이를 적소에 유지하는 바인더의 다양한 비로) 3차원 스페이서층의 평량은 약 20 gsm 내지 약 300 gsm, 예로서 약 30 gsm 내지 약 250 gsm, 예로서 약 40 gsm 내지 약 200 gsm, 예로서 약 50 gsm 내지 약 150 gsm, 예로서 약 60 gsm 내지 약 140 gsm의 범위일 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 부직포 재료 상에 배치된 캡슐화된 PCM 및 바인더를 포함하는(캡슐화된 PCM과 이를 적소에 유지하는 바인더의 다양한 비로) 3차원 스페이서층의 평량은 약 90 gsm 내지 약 110 gsm의 범위일 수 있다.
스펀본드 웨브는 본 발명의 다층 구조체의 하나 이상의 층에 사용될 수 있는 하나의 유형의 부직포 재료이다. 스펀본드 웨브는 예를 들어, 미국 특허 제4,340,563호; 제3,692,618호; 제3,802,817호; 제3,338,992호; 제3,341,394호; 제3,502,763호; 및 제3,542,615호에서와 같이 이어서 급속하게 감소되는 압출된 필라먼트의 직경을 갖는 스피네렛(spinneret)의 복수의 미세한, 일반적으로 원형 모세관으로부터 필라먼트로서 용융된 열가소성 재료를 압출함으로써 형성된 소직경 파이버로부터 제조된 재료이다. 스펀본드 파이버는 일반적으로 이들이 수집면 상에 퇴적될 때 점착성이지 않다. 스펀본드 파이버는 일반적으로 연속적이고, 7 미크론 초과, 더 구체적으로 약 10 내지 20 미크론의 평균 직경(적어도 10의 샘플로부터)을 갖는다.
멜트블로운 웨브가 또한 본 발명의 다층 구조체의 하나 이상의 층에 사용될 수 있다. 멜트블로운 웨브는 마이크로파이버 직경일 수도 있는 이들의 직경을 감소시키기 위해 용융된 열가소성 재료의 필라먼트를 가늘게 하는, 수렴하는 고속의 일반적으로 고온의 가스(예를 들어, 공기) 스트림 내로 용융된 스레드 또는 필라먼트로서 복수의 미세한, 일반적으로 원형의 다이 모세관을 통해 용융된 열가소성 재료를 압출함으로써 형성된다. 멜트블로운 파이버는 이어서 고속 가스 스트림에 의해 운반되고 랜덤으로 분산된 멜트블로운 파이버의 웨브를 형성하도록 수집면 상에 퇴적된다. 이러한 프로세스는 예를 들어, 미국 특허 제3,849,241호에 개시되어 있다. 멜트블로운 파이버는 연속적이거나 불연속적일 수도 있는 마이크로파이버이고, 일반적으로 평균 직경이 10 미크론 미만이고, 일반적으로 수집면 상에 퇴적될 때 점착성이 있다.
스펀본드 및 멜트블로운 재료의 라미네이트(예를 들어, 스펀본드/멜트블로운/스펀본드(SMS) 라미네이트)가 또한 본 발명의 다층 구조체의 하나 이상의 층에 사용될 수 있다. 이러한 라미네이트 및 다른 것들은 미국 특허 제4,041,203호; 제5,169,706호; 제5,145,727호; 제5,178,931호; 및 제5,188,885호에 설명되어 있다. 이러한 라미네이트는 이동 성형 벨트 상에 먼저 스펀본드층, 이어서 멜트블로운층 및 마지막으로 다른 스펀본드층을 순차적으로 퇴적하고, 이어서 이하에 설명되는 방식으로 라미네이트를 접합함으로써 형성될 수도 있다. 대안적으로, 층들은 개별적으로 형성되고, 롤 내에 수집되고, 개별 접합 단계에서 조합될 수도 있다. 이러한 라미네이트는 일반적으로 약 0.1 내지 12 osy(6 내지 400 gsm), 또는 더 구체적으로 약 0.75 내지 약 3 osy의 평량을 갖는다. 다층 라미네이트는 다수의 상이한 구성에서 다양한 수의 멜트블로운("M"으로서 약칭함)층 또는 다수의 스펀본드("S"로서 약칭함)층을 또한 가질 수도 있고, 필름("F"로서 약칭함)과 같은 다른 재료 또는 코폼(coform) 재료(예를 들어, 예시적인 코폼 재료의 설명을 위해 미국 특허 제4,100,324호 참조)를 포함할 수도 있다. 예는 SMMS 라미네이트, SM 라미네이트, SFS 라미네이트 등을 포함한다.
수류교략된 웨브가 또한 본 발명의 다층 구조체의 하나 이상의 층에 사용될 수 있다. 수류교략된 웨브는 또한 본 발명의 다층 구조체의 하나 이상의 층에 사용될 수 있다. 수류교략된 웨브는 부직포 웨브, 또는 부직포 웨브의 층들이 높은 충분한 에너지 레벨에서 그리고 그 파이버를 교략하기 위해 충분한 시간 동안 비압축성 유체, 예를 들어 물의 스트림을 받게 되는 프로세스에 의해 형성된 웨브이다. 유체는 웨브가 메시 구조체에 의해 지지되는 동안 웨브 위로 수 인치(센티미터)의 거리로부터 약 200 내지 5000 psig(14 내지 351 kg/cm2 게이지)의 압력에서 유리하게 사용될 수도 있다. 이 프로세스는 미국 특허 제3,486,168호에 상세히 설명되어 있다. 수류교략을 받게 되는 부직포 웨브는 예를 들어, 스펀레이스 재료라 칭한다.
본디드 카디드 웨브(bonded carded web)가 또한 본 발명의 다층 구조체의 하나 이상의 층에 사용될 수 있다. 본디드 카디드 웨브는 스테이플 파이버를 분리하거나 분해하고 기계 방향에서 정렬하여 일반적으로 기계 방향-배향된 섬유질 부직포 웨브를 형성하는 조합 또는 카딩 유닛을 통해 송출된 스테이플 파이버로부터 제조된 부직포 웨브이다. 이 재료는 점 접합(point bonding), 통기 접합(through air bonding), 초음파 접합, 접착제 접합 등을 포함하는 방법에 의해 함께 접합될 수도 있다.
에어레이드 웨브(airlaid web)가 또한 본 발명의 다층 구조체의 하나 이상의 층에 사용될 수 있다. 에어레이드 웨브는 섬유질 부직포층이 형성될 수 있는 프로세스에 의해 형성된 부직포 웨브이다. 에어레잉 프로세스(airlaying process)에서, 약 3 내지 약 52 밀리미터(mm)의 범위의 통상의 길이를 갖는 소형 웨브의 다발이 분리되어 공기 공급부 내에서 혼입되고 이어서 진공 공급부의 보조에 의해 성형 스크린 상에 퇴적된다. 랜덤으로 퇴적된 파이버가 이어서 예를 들어, 고온 공기 또는 스프레이 접착제를 사용하여 서로 접합된다. 에어레잉은 예를 들어, 미국 특허 제4,640,810호에 교시되어 있다.
엘라스토머 웨브 및 발포체 웨브로부터 제조된 다양한 층이 또한 본 발명의 다층 구조체에 사용을 위해 고려된다.
본 발명의 다층 구조체는 이들의 비교적 낮은 비용 및 가공 능력 때문에, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 및 이들의 코폴리머와 같은 열가소성 폴리올레핀으로부터 통상적으로 제조되는 얇은 통기성 필름의 하나 이상의 층을 또한 포함할 수 있다. 폴리에틸렌은 필름 제조에 일반적으로 사용되고, 가운 또는 드레이프와 같은 물품에 사용될 때, 필름은 통상적으로 칼슘 카보네이트, 다양한 종류의 점토, 실리카, 알루미나, 바륨 카보네이트, 나트륨 카보네이트, 마그네슘 카보네이트, 활석, 바륨 설페이트, 마그네슘 설페이트, 알루미늄 설페이트, 티타늄 디옥사이드, 제올라이트, 셀룰로오스형 분말, 카올린, 운모, 탄소, 칼슘 옥사이드, 마그네슘 옥사이드, 수산화알루미늄, 펄프 분말, 목재 분말, 셀룰로오스 유도체, 키틴질 및 키틴질 유도체로 "충전"되어 통기성을 증가시킬 수 있고, 반면에 마스크와 같은 물품에 사용될 때, 필름은 공기의 통과를 허용하기 위해 천공되거나 구멍형성되어야 한다. 필러는 다공성을 증가시키기 위해 신장시에 필름 내에 미공을 생성한다. 불행하게도, 이들 얇은 통기성 필름은 이들이 열 및/또는 압력에 의해 손상되게 되는 경향을 갖기 때문에 열적으로 민감한 것으로 고려된다. 이들 필름이 예를 들어, 스펀본드층, 멜트블로운층 및 이들의 조합과 같은 다른 재료의 다양한 조합과 함께 이들 필름을 개재시킴으로써 라미네이트 배리어 재료 내로 합체될 때, 최종 라미네이트 배리어 재료는 일반적으로 마찬가지로 열적으로 민감한 것으로 고려된다. 이 특징화는 라미네이트 형성 후 가공 단계를 위해 특히 중요하다. 즉, 이러한 필름이 형성된 후에 열적으로 민감한 배리어 재료를 라미네이트 배리어 재료로 변환하는 제조 동작이다. 예를 들어, 열적으로 민감한 배리어 재료가 열 점 접합 및/또는 초음파 접합 기술을 이용하여 가운 또는 다른 물품으로 변환될 때 또는 예를 들어, 타이 코드 또는 다른 특징부와 같은 구성요소가 물품에 부착될 때, 배리어 라미네이트의 통기성 필름은 빈번하게 손상되어 이들이 액체 침투 및 병원체에 대한 원하는 레벨의 배리어를 더 이상 제공하지 않게 된다. 하나의 특정 실시예에서, 본 발명은 그 위에 도포된 3차원 스페이서의 패턴 또는 랜덤 분포를 갖는 재료의 층을 합체하는 다층 구조체를 제공한다. 이러한 층은 인접한 재료의 층의 접촉을 감소시키고 그리고/또는 다층 구조체 상의 유체 충돌에 의해 생성된 에너지를 흡수하고, 그리고/또는 다층 구조체를 타격하는 유체가 접촉점으로부터 이격하여 채널링될 수도 있는 기구를 제공함으로써 유체의 스플래시에 의한 침투에 저항하는 다층 구조체의 능력을 향상시킨다.
다른 실시예에서, 내부층과 같은 다층 구조체의 층들 중 하나 이상은 높은 불투명도 소수성 재료로부터 형성될 수 있다. 이러한 재료의 사용은 유체가 내부층을 통과하는 것을 방지하는 다층 구조체의 능력을 더 향상시킬 수 있고, ASTM F1862-13에서 잠재적인 거짓 양성(false positive)(불합격)을 회피하는 것을 도울 수 있는데, 이는 다층 구조체의 내부층을 위해 사용된 얇은 또는 반투명 재료에서 발생할 수 있다. 이러한 얇은 또는 반투명 재료가 사용되고 혈액이 내부층에 인접한 재료의 층을 돌파할 때, 내부층의 돌파가 실제로 발생하지 않을 때에도, 다층 구조체의 모든 층이 돌파되어 ASTM F1862-13 방법에 따른 불합격을 야기하는 것으로 보일 수 있다.
본 발명에 의해 고려되는 다층 구조체의 2개 이상의 층을 형성하는데 사용된 특정 재료에 무관하게, 다층 구조체는 전술된 바와 같이, 이들에 한정되는 것은 아니지만 페이스 마스크, 수술용 가운, 수술용 드레이프, 일회용 모자 등을 포함하는 개인용 보호 장비의 다양한 물품 내로 형성될 수 있다.
III. 3차원 스페이서 및 재료의 층의 배열
전술된 3차원 스페이서 및 재료의 층은 스플래시 저항을 향상시키는 다층 구조체를 형성하기 위해 다양한 실시예에서 배열될 수 있고 페이스 마스크, 수술용 가운, 수술용 드레이프, 일회용 모자, 및 다른 PPE에 이용될 수 있고, 여기서 복수의 3차원 스페이서에 의해 용이해지는 층의 강제 간격은 스플래시 저항이 부가의 재료의 층의 사용을 거쳐 증가될 때 발생하는 추가의 부피, 중량, 및 불편함 없이 다층 구조체의 스플래시 저항을 향상시킨다. 이제, 도 5 및 도 6을 참조하면, 이러한 유체 인설트가 다층 구조체에 도입될 때 3차원 스페이서의 기능성을 나타내기 위해 본 발명의 다층 구조체의 2개의 층이 도시되어 있다.
특히, 도 5는 혈액과 같은 체액(308)의 인설트에 앞서 재료의 내부층(300) 및 재료의 외부층(400)을 포함하는 다층 구조체의 단면도이고, 여기서 구조체가 페이스 마스크, 수술용 가운, 수술용 드레이프, 일회용 모자 등과 같은 PPE의 부분일 때, 재료의 내부층(300)은 사용자의 피부에 가장 가까운 층이고, 재료의 외부층(400)은 사용자로부터 가장 멀리 있는 층이다. 재료의 내부층(300)은 외부 지향면(310) 및 내부 지향면(312)을 포함하고, 반면에 재료의 외부층(400)은 외부 지향면(402) 및 내부 지향면(404)을 포함한다. 복수의 3차원 스페이서(302)가 재료의 내부층(300)의 외부 지향면(310) 상에 배치되고, 3차원 스페이서(302)는 최대 높이(S)를 갖는다. 재료의 내부층(300)의 외부 지향면(310)과 재료의 외부층(400)의 내부 지향면(404) 사이의 거리(D)는 적어도 최대 높이(S)만큼 크고, 여기서 3차원 스페이서(302)의 최대 높이(S)는 재료의 내부층(300)과 재료의 외부층(400) 사이의 간격을 강제한다. 이러한 배열은 본 발명의 다층 구조체의 유체 배리어 및 스플래시 저항을 향상시킨다. 특히, 층들 사이의 간격은 층들 사이의 접촉 면적을 감소시키는 것을 돕고, 따라서 하나의 층으로부터 다른 층으로 전달하는 유체의 능력을 저하시킨다. 이와 같이, 따라서 3차원 스페이서(302)는 재료의 층들(300, 400)을 분리하는 것을 도와, 층들 사이의 표면 접촉의 면적을 감소시킴으로써 유체가 층들을 통해 용이하게 전달될 수 없게 된다.
또한, 3차원 스페이서(302)는 3차원 스페이서(302)가 배치되어 있는 재료의 층의 표면에 인접하여 위치된 채널(314)을 형성하는데, 이 표면은 도 5의 특정 다층 구조체 내의 내부층(300)의 외부 지향면(310)일 수도 있지만, 3차원 스페이서(302) 및 채널(314)은 임의의 층의 내부 또는 외부 지향면 상에 존재할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 채널(314)을 제공함으로써, 유체 인설트는 전달될 수도 있고 층이 유체 인설트와 접촉될 때 층을 가로질러 더 균일하게 분배될 수도 있다. 이 간격은 또한 층들이 압축될 때 유체가 측방향으로 용이하게 유동할 수 있는 격납된 공간을 제공하는데, 이는 또한 유체가 층들을 통해 전달되는 것을 방지하는 것을 돕는다. 유체의 이 분배는 층의 외부면 상의 특정 위치에서 유체의 풀(pool)의 축적을 방지하는 것을 돕는다. 다층 구조체의 층 상의 특정 위치에 상당히 집중되어 있는 유체는 동일한 양의 유체가 층의 외부면의 더 큰 부분에 걸쳐 분배되어 있는 상황에 대조적으로, 다층 구조체의 그 층을 통해 전달될 가능성이 더 높은 것이 통상적으로 발생한다. 채널(314)은 모든 채널(314)이 서로 연통하도록 상호연결된 채널일 수도 있다. 이는 임의의 접촉점(318)에서 층에 접촉하는 유체가 더 많은 수의 채널(314)을 통해 분배되게 하는 장점을 허용한다. 대안적으로, 채널(314)은 채널(314)의 단지 일부만이 서로 연통하도록 구성될 수도 있다. 또한, 채널(314)은 본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따라 임의의 수로 제공될 수도 있다. 채널(314)은 따라서 원하는 위치에 층을 접촉하는 유체를 재지향할 수도 있다. 예를 들어, 채널(314)은 접촉점(318)에서 재료의 층에 결합하는 유체가 그 층의 외부면을 따라 재지향되고 예를 들어 다층 구조체의 에지를 따라 위치로 다층 구조체를 통해 유동하도록 구성될 수도 있다.
도 6은 체액(308)의 인설트 중에 3차원 스페이서(302) 및 채널(314)의 기능성을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 3차원 스페이서(302)는 내부 지향면(404)이 내부 층 재료(300)의 외부 지향면(310)에 접촉하게 하지 않고, 이들의 3차원 구조체가 재료의 외부층(400)이 굴곡하여 재료의 외부층(400)의 외부 지향면(402)에 타격하는 유체(308)에 의해 전달된 힘의 적어도 일부를 흡수하는 것을 가능하게 하도록 구성된다. 이와 관련하여, 최대 높이(S)를 갖는 3차원 스페이서(302)의 존재는 재료의 외부층(400)의 내부 지향면(404)과 재료의 내부층(300)의 외부 지향면(310) 사이에, 적어도 최대 높이(S)만큼 큰 거리(D)를 갖는 공간을 생성한다. 유체 타격에 의해 부여된 전술된 힘의 흡수는 유체가 본 발명의 다층 구조체의 재료의 내부층(300)을 지나 침투하는 것을 방지하는 것을 도울 수도 있다. 이와 관련하여, 유체가 본 발명의 다층 구조체의 하나 이상의 층 사이에 미리 포집되어 있는 것이 발생할 수도 있다. 다층 구조체를 타격하는 유체(308)에 의해 부여된 힘은 이들 미리 포집된 유체가 구조체를 통해 더 압박되게 한다. 그러나, 3차원 스페이서(302)의 존재에 의해 생성된 층(300, 400) 사이의 강제 간격의 결과로서 복수의 채널(314)의 형성에 기인하여, 이들 포집된 유체는 다층 구조체의 최내부층을 통해 전달하여 본 발명의 다층 구조체로부터 형성된 PPE의 사용자 또는 피부에 접촉하는 것이 방지될 수 있다.
언급된 바와 같이, 본 발명에 의해 고려되고 도 8 내지 도 12에 도시된 다양한 다층 구조체는 층(802, 804, 806, 808)의 2개 이상으로 구성될 수도 있다. 층(802, 804, 806, 808)의 배열은 순서의 임의의 조합이 가능하도록 그리고 2개 내지 4개의 층의 임의의 장소가 이용될 수 있도록 수정될 수도 있고, 여기서 4층 구조체(800, 860, 870) 및 3층 구조체(880, 890)가 본 발명에 의해 고려되는 특정 실시예의 일부를 표현한다. 또한, 외부층(802), 중간층(804, 806), 및 내부층(808)은 동일한 재료 또는 상이한 재료로 제조될 수도 있다는 것이 이해되어야 한다. 게다가, 복수의 3차원 스페이서가 재료의 층(802, 804, 806, 808)의 내부 지향면, 외부 지향면, 또는 양자 모두에 도포될 수 있다. 더욱이, 도면에 도시된 것들 이외의 부가의 층이 또한 원하는 특성을 성취하기 위해 다층 구조체 내에 합체될 수도 있지만, 본 발명자들은 충분한 스플래시 저항이 관련 기술분야에 교시된 것들보다 적은 층의 사용에 의해 성취될 수 있고, 이는 적어도 부분적으로 다양한 다층 구조체(800, 860, 870, 880, 890) 내로의 3차원 스페이서(302)의 합체에 기인한다는 것을 발견하였다. 부가의 층은 전술된 것들과 같은 통상의 기술자들에 공지된 다양한 재료로부터 구성될 수도 있다. 다층 구조체 구성의 특정 실시예가 이하에 더 상세히 설명되지만, 본 발명은 복수의 3차원 스페이서가 다수의 재료의 층의 임의의 것의 하나 또는 양 표면에 도포되는 다수의 층의 임의의 다른 적합한 배열을 고려한다는 것이 이해되어야 한다.
이제, 도 8을 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 4층 구조체(800)가 도시되어 있다. 다층 구조체(800)는 재료의 외부층(802) 및 재료의 내부층(808)을 포함하는 4개의 층을 갖고, 여기서 재료의 외부층(802)은 외부 지향면(810) 및 내부 지향면(818)을 포함하고, 재료의 내부층(808)은 외부 지향면(824) 및 내부 지향면(812)을 포함한다. 재료의 외부층(802)과 재료의 내부층(808) 사이에는 재료의 층(804) 및 재료의 층(806)이 배치되어 있다. 재료의 층(804)은 재료의 외부층(802)에 인접하여 위치되고, 외부 지향면(814) 및 내부 지향면(816)을 포함한다. 한편, 재료의 층(806)은 재료의 내부층(808)에 인접하여 위치되고, 외부 지향면(820) 및 내부 지향면(822)을 포함한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 3차원 스페이서(302)가 재료의 층(804)의 외부 지향면(814) 상에 배치되고, 이 재료의 층은 본 특정 실시예에서, 전체 다층 구조체의 외부 지향면으로서 또한 기능하는 재료의 외부층(802)의 외부 지향면(810)을 지나 존재하는 재료의 제2 층이라 또한 칭할 수 있다. 복수의 3차원 스페이서(302)는 재료의 외부층(802)과 재료의 층(804) 사이에 형성된 복수의 채널(314)을 형성한다. 또한, 복수의 3차원 스페이서(302)는 재료의 제2 층(804)의 외부 지향면(814)과 재료의 제1(또는 최외부)층(802)의 내부 지향면(818) 사이에 강제 간격 또는 공간을 생성한다. 재료의 제2 층(804)의 외부 지향면(814)과 재료의 제1 층(802)의 내부 지향면(818) 사이의 간격은 거리(D)에 걸치는데, 이는 적어도 부분적으로 3차원 스페이서(302)의 최대 높이(S)에 의해 제어된다. 도 8의 특정 실시예에서, 재료의 외부(제1)층(802), 3차원 스페이서(302)가 배치되어 있는 재료의 제2 층(804), 및 재료의 내부(제4)층(808)은 스펀본드 웨브이고, 반면에 재료의 내부층(808)에 인접하여 위치된 재료의 제3 층(806)은 멜트블로운 웨브이다. 또한, 도 8의 특정 실시예에서, 3차원 스페이서(302)는 캡슐화된 상 변화 재료를 포함하는 바인더로부터 형성된다.
다층 구조체(800)는 ASTM 표준 F-1862(레벨 3)에 따라 스플래시 저항에 대해 시험되었고, 여기서 유체는 재료의 외부층(802)의 외부 지향면(810)에서의 유체 접촉점을 지나는 제2 층인 재료의 스펀본드층(804)의 외부 지향면(814) 상에 존재하는 3차원 스페이서(302)를 통과하는 것이 방지되었다. 달리 말하면, 도 8의 다층 구조체(800)는 다층 구조체를 통한 유체의 통과를 방지하기 위해 단지 2개의 재료의 층(예를 들어, 그 외부 지향면(814) 상에 존재하는 3차원 스페이서(302)를 갖는 스펀본드층(802) 및 스펀본드층(804))만을 요구하였다.
다음에, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다른 4층 구조체(860)를 도시하고 있다. 다층 구조체(860)는 재료의 외부층(802) 및 재료의 내부층(808)을 포함하는 4개의 층을 갖고, 여기서 재료의 외부층(802)은 외부 지향면(810) 및 내부 지향면(818)을 포함하고, 재료의 내부층(808)은 외부 지향면(824) 및 내부 지향면(812)을 포함한다. 재료의 외부층(802)과 재료의 내부층(808) 사이에는 재료의 층(806) 및 재료의 층(804)이 배치되어 있다. 재료의 층(806)은 재료의 외부층(802)에 인접하여 위치되고, 외부 지향면(820) 및 내부 지향면(822)을 포함한다. 한편, 재료의 층(804)은 재료의 내부층(808)에 인접하여 위치되고, 외부 지향면(814) 및 내부 지향면(816)을 포함한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 복수의 3차원 스페이서(302)가 재료의 층(804)의 외부 지향면(814) 상에 배치되고, 이 재료의 층은 본 특정 실시예에서, 전체 다층 구조체의 외부 지향면으로서 또한 기능하는 재료의 외부층(802)의 외부 지향면(810)을 지나 존재하는 재료의 제3 층이라 또한 칭할 수 있다. 복수의 3차원 스페이서(302)는 재료의 외부층(806)과 재료의 층(804) 사이에 형성된 복수의 채널(314)을 형성한다. 또한, 복수의 3차원 스페이서(302)는 재료의 제3 층(804)의 외부 지향면(814)과 재료의 제2 층(806)의 내부 지향면(822) 사이에 강제 간격 또는 공간을 생성한다. 재료의 제3 층(804)의 외부 지향면(814)과 재료의 제2 층(806)의 내부 지향면(822) 사이의 간격은 거리(D)에 걸치는데, 이는 적어도 부분적으로 3차원 스페이서(302)의 최대 높이(S)에 의해 제어된다. 도 9의 특정 실시예에서, 재료의 외부(제1)층(802), 3차원 스페이서(302)가 배치되어 있는 재료의 제3 층(804), 및 재료의 내부(제4)층(808)은 스펀본드 웨브이고, 반면에 재료의 외부층(802)에 인접하여 위치된 재료의 제2 층(806)은 멜트블로운 웨브이다. 또한, 도 9의 특정 실시예에서, 3차원 스페이서(302)는 캡슐화된 상 변화 재료를 포함하는 바인더로부터 형성된다.
다층 구조체(860)는 ASTM 표준 F-1862(레벨 3)에 따라 스플래시 저항에 대해 시험되었고, 여기서 유체는 특정 다층 구조체(860)에서 재료의 외부층(802)의 외부 지향면(810)에서의 유체 접촉점을 지나는 제3 층인 재료의 스펀본드층(804)의 외부 지향면(814) 상에 존재하는 3차원 스페이서(302)를 통과하였다. 그러나, 유체는 전체 다층 구조체를 통과하지 않았다. 달리 말하면, 도 9의 다층 구조체(860)는 다층 구조체를 통한 유체의 통과를 방지하기 위해 3개의 재료의 층(예를 들어, 그 외부 지향면(814) 상에 존재하는 3차원 스페이서(302)를 갖는 스펀본드층(802), 멜트블로운층(806), 및 스펀본드층(804))을 요구하였다. 도 8의 다층 구조체(800)를 도 9의 다층 구조체(860)에 비교하면, 3차원 스페이서(302)는 스펀본드층 또는 초기 유체 인설트의 대부분을 포획하는 멜트블로운층 이외의 임의의 층에 바로 인접하여 위치될 때 더 양호한 스플래시 저항을 제공하는 점이 나타난다. 본 발명자들은 3차원 스페이서가 이러한 배열이 층들 사이에 더 많은 공간을 갖고 유체 인설트의 초기 압력을 반발할 수 있고, 그 후에 유체 인설트에 노출된 층은 서로 더 가깝게 위치되어, 층들을 통한 유체 흡수를 야기하도록 구성되기 때문에 이러한 것이 발생할 수도 있다는 것을 강조한다.
게다가, 도 10은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 다른 4층 구조체(870)를 도시하고 있다. 다층 구조체(870)는 재료의 외부층(802) 및 재료의 내부층(808)을 포함하는 4개의 층을 갖고, 여기서 재료의 외부층(802)은 외부 지향면(810) 및 내부 지향면(818)을 포함하고, 재료의 내부층(808)은 외부 지향면(824) 및 내부 지향면(812)을 포함한다. 재료의 외부층(802)과 재료의 내부층(808) 사이에는 재료의 층(804) 및 재료의 층(806)이 배치되어 있다. 재료의 층(804)은 재료의 외부층(802)에 인접하여 위치되고, 외부 지향면(814) 및 내부 지향면(816)을 포함한다. 한편, 재료의 층(806)은 재료의 내부층(808)에 인접하여 위치되고, 외부 지향면(820) 및 내부 지향면(822)을 포함한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 복수의 3차원 스페이서(302)가 재료의 층(804)의 외부 지향면(814) 상에 배치되고, 이 재료의 층은 본 특정 실시예에서, 전체 다층 구조체의 외부 지향면으로서 또한 기능하는 재료의 외부층(802)의 외부 지향면(810)을 지나 존재하는 재료의 제2 층이라 또한 칭할 수 있다. 복수의 3차원 스페이서(302)는 재료의 외부층(802)과 재료의 층(804) 사이에 형성된 복수의 채널(314)을 형성한다. 또한, 복수의 3차원 스페이서(302)는 재료의 제2 층(804)의 외부 지향면(814)과 재료의 제1(또는 최외부)층(802)의 내부 지향면(818) 사이에 강제 간격 또는 공간을 생성한다. 재료의 제2 층(804)의 외부 지향면(814)과 재료의 제1 층(802)의 내부 지향면(818) 사이의 간격은 거리(D)에 걸치는데, 이는 적어도 부분적으로 3차원 스페이서(302)의 최대 높이(S)에 의해 제어된다. 게다가, 복수의 3차원 스페이서(302)가 재료의 내부층(808)의 내부 지향면(812) 상에 또한 배치되고, 여기서 3차원 스페이서(302)는 또한 복수의 채널(314)을 형성한다. 또한, 재료의 내부층(808)의 내부 지향면(812) 상에 존재하는 복수의 3차원 스페이서(302)는, 다층 구조체(870)가 다층 구조체(800, 860)에서와 같이 전체 내부 지향면(812)을 가로지르기보다는 3차원 스페이서(302)에서 단지 사용자에 접촉하기 때문에 사용자에 부가의 편안함을 제공하기 위해 사용자의 피부와 재료의 내부층(808) 사이에 강제 간격을 생성할 수 있다. 간격은 적어도 부분적으로 3차원 스페이서(302)의 최대 높이(S)에 의해 제어된다.
도 10의 특정 실시예에서, 재료의 외부(제1)층(802), 복수의 3차원 스페이서(302)가 배치되어 있는 재료의 제2 층(804), 및 재료의 내부(제4)층(808)은 스펀본드 웨브이고, 반면에 재료의 내부층(808)에 인접하여 위치된 재료의 제3 층(806)은 멜트블로운 웨브이다. 또한, 도 10의 특정 실시예에서, 재료의 제2 층(804)의 외부 지향면(814) 상에 존재하는 3차원 스페이서(302)는 아크릴 바인더의 형태이고, 반면에 내부층(808)의 내부 지향면(812) 상에 존재하는 3차원 스페이서(302)는 내부 지향면(812) 상에 존재하는 3차원 스페이서(302)가 다층 구조체(870)와 사용자 사이의 접촉도를 최소화할 뿐만 아니라, 또한 사용자에 대한 부가의 냉각을 용이하게 할 수 있도록 캡슐화된 상 변화 재료를 포함하는 바인더로부터 형성된다.
다층 구조체(870)는 ASTM 표준 F-1862(레벨 3)에 따라 스플래시 저항에 대해 시험되었고, 여기서 유체는 재료의 외부층(802)의 외부 지향면(810)에서의 유체 접촉점을 지나는 제2 층인 재료의 스펀본드층(804)의 외부 지향면(814) 상에 존재하는 3차원 스페이서(302)를 통과하는 것이 방지되었다. 달리 말하면, 도 10의 다층 구조체(870)는 다층 구조체를 통한 유체의 통과를 방지하기 위해 단지 2개의 재료의 층(예를 들어, 그 외부 지향면(814) 상에 존재하는 3차원 스페이서(302)를 갖는 스펀본드층(802) 및 스펀본드층(804))만을 요구하였다.
한편, 도 11은 스펀본드층(804)이 제거되어 있는 본 발명의 부가의 실시예에 따른 3층 구조체(880)를 도시하고 있다. 다층 구조체(880)는 재료의 외부(제1)층(802) 및 재료의 내부(제3)층(808)을 포함하는 3개의 층을 갖고, 여기서 재료의 외부(제1)층(802)은 외부 지향면(810) 및 내부 지향면(818)을 포함하고, 재료의 내부(제3)층(808)은 외부 지향면(824) 및 내부 지향면(812)을 포함한다. 재료의 외부(제1)층(802)과 재료의 내부(제3)층(808) 사이에는 재료의 제2 층(806)이 배치되어 있다. 재료의 제2 층(806)은 외부 지향면(820) 및 내부 지향면(822)을 포함한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 복수의 3차원 스페이서(302)가 재료의 제1 층이라 또한 칭하는 재료의 외부층(802)의 내부 지향면(818) 및 전체 다층 구조체의 외부 지향면 상에 배치된다. 복수의 3차원 스페이서(302)는 재료의 외부(제1)층(802)과 재료의 제2 층(806) 사이에 형성된 복수의 채널(314)을 형성한다. 또한, 복수의 3차원 스페이서(302)는 재료의 외부(제1)층(802)의 내부 지향면(818)과 재료의 제2 층(806)의 외부 지향면(820) 사이에 강제 간격 또는 공간을 생성한다. 재료의 제2 층(806)의 외부 지향면(820)과 재료의 외부(제1)층(802)의 내부 지향면(818) 사이의 간격은 거리(D)에 걸치는데, 이는 적어도 부분적으로 3차원 스페이서(302)의 최대 높이(S)에 의해 제어된다. 게다가, 복수의 3차원 스페이서(302)가 재료의 내부(제3)층(808)의 내부 지향면(812) 상에 또한 배치되고, 여기서 3차원 스페이서(302)는 또한 복수의 채널(314)을 형성한다. 또한, 재료의 내부(제3)층(808)의 내부 지향면(812) 상에 존재하는 복수의 3차원 스페이서(302)는, 다층 구조체(880)가 다층 구조체(800, 860)에서와 같이 전체 내부 지향면(812)을 가로지르기보다는 3차원 스페이서(302)에서 단지 사용자에 접촉하기 때문에 사용자에 부가의 편안함을 제공하기 위해 사용자의 피부와 재료의 내부(제3)층(808) 사이에 강제 간격을 생성할 수 있다. 간격은 적어도 부분적으로 3차원 스페이서(302)의 최대 높이(S)에 의해 제어된다.
도 11의 특정 실시예에서, 복수의 3차원 스페이서(302)가 배치되어 있는 재료의 외부(제1)층(802) 및 재료의 내부(제3)층(808)은 스펀본드 웨브이고, 반면에 이들 사이에 위치된 재료의 제2 층(806)은 멜트블로운 웨브이다. 또한, 도 11의 특정 실시예에서, 재료의 (외부) 제1 층(802)의 내부 지향면(818) 상에 존재하는 3차원 스페이서(302)는 아크릴 바인더의 형태이고, 반면에 내부(제3)층(808)의 내부 지향면(812) 상에 존재하는 3차원 스페이서(302)는 내부 지향면(812) 상에 존재하는 3차원 스페이서(302)가 다층 구조체(880)와 사용자 사이의 접촉도를 최소화할 뿐만 아니라, 또한 사용자에 대한 부가의 냉각을 용이하게 할 수 있도록 캡슐화된 상 변화 재료를 포함하는 바인더로부터 형성된다.
다층 구조체(880)는 ASTM 표준 F-1862(레벨 3)에 따라 스플래시 저항에 대해 시험되었고, 여기서 유체는 다층 구조체(880)의 최외부층과 대응하는 재료의 스펀본드 외부(제1)층(802)의 내부 지향면(818) 상에 존재하는 3차원 스페이서(302)의 존재에 적어도 부분적으로 기인하여 멜트블로운(제2)층(806)을 통과하는 것이 방지되었다. 달리 말하면, 도 11의 다층 구조체(880)는 다층 구조체가(880)가 단지 3층이더라도, 다층 구조체를 통한 유체의 통과를 방지하기 위해 단지 2개의 재료의 층(예를 들어, 그 내부 지향면(818) 상에 존재하는 3차원 스페이서(302)를 갖는 스펀본드층(802) 및 멜트블로운층(808))만을 요구하였다.
또한, 도 12는 스펀본드층(804)이 제거되어 있는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 3층 구조체(890)를 도시하고 있다. 다층 구조체(890)는 재료의 외부(제1)층(802) 및 재료의 내부(제3)층(808)을 포함하는 3개의 층을 갖고, 여기서 재료의 외부(제1)층(802)은 외부 지향면(810) 및 내부 지향면(818)을 포함하고, 재료의 내부(제3)층(808)은 외부 지향면(824) 및 내부 지향면(812)을 포함한다. 재료의 외부(제1)층(802)과 재료의 내부(제3)층(808) 사이에는 재료의 제2 층(806)이 배치되어 있다. 재료의 층(806)은 외부 지향면(820) 및 내부 지향면(822)을 포함한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 복수의 3차원 스페이서(302)는 재료의 제2 층(806)의 내부 지향면(822) 상에 배치된다. 복수의 3차원 스페이서(302)는 재료의 제2 층(806)과 재료의 내부(제3)층(808) 사이에 형성된 복수의 채널(314)을 형성한다. 또한, 복수의 3차원 스페이서(302)는 재료의 제2 층(806)의 내부 지향면(822)과 재료의 내부(제3)층(808)의 외부 지향면(824) 사이에 강제 간격 또는 공간을 생성한다. 재료의 제2 층(806)의 내부 지향면(822)과 재료의 내부(제3)층(808)의 외부 지향면(824) 사이의 간격은 거리(D)에 걸치는데, 이는 적어도 부분적으로 3차원 스페이서(302)의 최대 높이(S)에 의해 제어된다. 게다가, 복수의 3차원 스페이서(302)가 재료의 내부(제3)층(808)의 내부 지향면(812) 상에 또한 배치되고, 여기서 3차원 스페이서(302)는 또한 복수의 채널(314)을 형성한다. 또한, 재료의 내부(제3)층(808)의 내부 지향면(812) 상에 존재하는 복수의 3차원 스페이서(302)는, 다층 구조체(890)가 다층 구조체(800, 860)에서와 같이 전체 내부 지향면(812)을 가로지르기보다는 3차원 스페이서(302)에서 단지 사용자에 접촉하기 때문에 사용자에 부가의 편안함을 제공하기 위해 사용자의 피부와 재료의 내부(제3)층(808) 사이에 강제 간격을 생성할 수 있다. 간격은 적어도 부분적으로 3차원 스페이서(302)의 최대 높이(S)에 의해 제어된다.
도 12의 특정 실시예에서, 재료의 외부(제1)층(802) 및 재료의 내부(제3)층(808)은 스펀본드 웨브이고, 반면에 이들 사이에 위치되어 있고 복수의 3차원 스페이서(302)가 배치되어 있는 재료의 제2 층(806)은 멜트블로운 웨브이다. 또한, 도 12의 특정 실시예에서, 재료의 제2 층(806)의 내부 지향면(822) 상에 존재하는 3차원 스페이서(302)는 아크릴 바인더의 형태이고, 반면에 내부(제3)층(808)의 내부 지향면(812) 상에 존재하는 3차원 스페이서(302)는 내부 지향면(812) 상에 존재하는 3차원 스페이서(302)가 다층 구조체(890)와 사용자 사이의 접촉도를 최소화할 뿐만 아니라, 또한 사용자에 대한 부가의 냉각을 용이하게 할 수 있도록 캡슐화된 상 변화 재료를 포함하는 바인더로부터 형성된다.
다층 구조체(890)는 ASTM 표준 F-1862(레벨 3)에 따라 스플래시 저항에 대해 시험되었고, 여기서 유체는 재료의 멜트블로운(제2)층(806)의 내부 지향면(822) 상에 존재하는 3차원 스페이서(302)의 존재에 적어도 부분적으로 기인하여 멜트블로운(제2)층(806)을 통과하는 것이 방지되었다. 그러나, 스플래시 저항은 다층 구조체(880)에 대해 도시된 것만큼 양호하지 않았다. 어느 경우든, 도 12의 다층 구조체(890)는 다층 구조체가(890)가 단지 3층이더라도, 다층 구조체를 통한 유체의 통과를 방지하기 위해 단지 2개의 재료의 층(예를 들어, 그 내부 지향면(822) 상에 존재하는 3차원 스페이서(302)를 갖는 스펀본드층(802) 및 멜트블로운층(806))만을 여전히 요구하였다.
비교를 위해, 도 7은 본 발명의 다층 구조체의 3차원 스페이서를 포함하지 않는 4층 구조체(700)를 도시하고 있다. 다층 구조체는 외부 지향면(710)을 갖는 재료의 외부층(702) 및 내부 지향면(712)을 갖는 재료의 내부층(708)을 갖고, 여기서 재료의 외부층(702)은 사용자로부터 가장 멀리 위치되고, 재료의 내부층(708)은 피부의 옆과 같이, 사용자에 가장 가깝게 위치된다. 재료의 외부층(702)과 재료의 내부층(708) 사이에는 2개의 부가의 층(704, 706)이 있다. 재료의 층(704)은 재료의 외부층(702)에 인접하고, 반면에 재료의 층(706)은 재료의 내부층(708)에 인접한다. 재료의 외부층(702), 재료의 내부층(708), 및 재료의 외부층(702)에 인접한 재료의 층(704)은 스펀본드 웨브로부터 각각 형성될 수 있고, 반면에 재료의 내부층(708)에 인접한 재료의 층(706)은 멜트블로운 재료일 수 있다. 그러나, 임의의 유형의 부직포 웨브, 발포체, 또는 필름 재료가 이러한 층을 형성하는데 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
어느 경우든, 다층 구조체(700)는 ASTM 표준 F-1862(레벨 3)에 따라 스플래시 저항에 대해 시험되었고, 여기서 유체는 재료의 외부층(702)의 외부 지향면(710)에서의 유체 접촉점을 지나는 제3 층인 재료의 층(706)을 통과하는 것이 방지되었는데, 이는 도 7의 다층 구조체(700)가 다층 구조체를 통한 유체의 통과를 방지하기 위해 3개의 층(예를 들어, 2개의 스펀본드층(702, 704) 및 멜트블로운층(706))을 요구하였다는 것을 의미한다. 대조적으로, 본 발명의 다층 구조체는, 특히 3차원 스페이서가 외부 지향면 또는 유체 접촉점의 방향에서 스펀본드층에 인접할 때, 전술된 재료의 단지 하나의 층 및 3차원 스페이서를 이용하여 다층 구조체를 통한 유체의 통과를 방지할 수 있다.
일반적으로, 도 8 내지 도 12를 도 7과 비교시, 3층 구조체 또는 4층 구조체의 층 상에 3차원 스페이서를 합체하는 것은, 3차원 스페이서가 다층 구조체 내에(예를 들어, 외부층의 외부 지향면 또는 내부층의 내부 지향면 상이 아니라) 위치되는 한, 이러한 구조체의 스플래시 저항을 증가시킬 수 있다는 점을 나타낸다.
한편, 도 41은 본 발명의 부가의 실시예에 따른 3층 구조체(900)를 도시하고 있다. 다층 구조체(900)는 재료의 외부(제1)층(802) 및 재료의 내부(제3)층(808)을 포함하는 3개의 층을 갖고, 여기서 재료의 외부(제1)층(802)은 외부 지향면(810) 및 내부 지향면(818)을 포함하고, 재료의 내부(제3)층(808)은 외부 지향면(824) 및 내부 지향면(812)을 포함한다. 재료의 외부(제1)층(802)과 재료의 내부(제3)층(808) 사이에는 재료의 제2 층(806)이 배치되어 있다. 재료의 제2 층(806)은 외부 지향면(820) 및 내부 지향면(822)을 포함한다.
도 41에 도시된 바와 같이, 복수의 3차원 스페이서(302)가 재료의 제1 층이라 또한 칭하는 재료의 외부층(802)의 내부 지향면(818) 및 전체 다층 구조체(900)의 외부 지향면 상에 배치될 수 있다. 복수의 3차원 스페이서(302)는 재료의 외부(제1)층(802)과 재료의 제2 층(806) 사이에 형성된 복수의 채널(314)을 형성한다. 또한, 복수의 3차원 스페이서(302)는 재료의 외부(제1)층(802)의 내부 지향면(818)과 재료의 제2 층(806)의 외부 지향면(820) 사이에 강제 간격 또는 공간을 생성한다. 재료의 제2 층(806)의 외부 지향면(820)과 재료의 외부(제1)층(802)의 내부 지향면(818) 사이의 간격은 거리(D)에 걸치는데, 이는 적어도 부분적으로 3차원 스페이서(302)의 최대 높이(S)에 의해 제어된다.
게다가, 부분(302a, 302b, 302c)을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 형태의 3차원 스페이서가 재료의 내부(제3)층(808) 상에 배치될 수 있고, 여기서 3차원 스페이서는 재료의 내부(제3)층(808)의 외부 지향면(824) 및 내부 지향면(812)의 모두와 열접촉한다. 예를 들어, 복수의 3차원 스페이서(302a)가 재료의 내부(제3)층(808)의 외부 지향면(824) 상에 또한 배치되고, 여기서 3차원 스페이서(302a)는 또한 복수의 채널(315)을 형성한다. 또한, 재료의 내부(제3)층(808)의 외부 지향면(824) 상에 존재하는 복수의 3차원 스페이서(302a)는 재료의 중간(제2)층(806)과 재료의 내부(제3)층(808) 사이에 강제 간격을 생성할 수 있다. 재료의 내부(제3)층(808)의 외부 지향면(824)과 재료의 제2 층(806)의 내부 지향면(822) 사이의 간격은 거리(D1)에 걸치는데, 이는 적어도 부분적으로 3차원 스페이서(302a)의 최대 높이(S1)에 의해 제어된다. 또한, 캡슐화된 상 변화 재료의 형태의 3차원 스페이서가 채널(302c)의 형태의 재료의 내부(제3)층(808)을 통해 연장할 수 있고 높이(S2)를 갖는 3차원 스페이서(302b)로서 재료의 내부(제3)층(808)의 내부 지향면(312) 상에 또한 존재할 수 있다. 이와 같이, 상 변화 재료는 재료의 내부(제3)층(808)을 통해 포화하여 스페이서(302a, 302b) 사이에 연속적인 열 도관(302c)을 생성하고, 여기서 재료의 내부(제3)층(808)의 외부 지향면(824) 상에 존재하는 3차원 스페이서(302a)는 재료의 내부(제3)층(808)의 내부 지향면(812) 상에 존재하는 3차원 스페이서(302b)보다 큰 표면적을 갖는다. 달리 말하면, 상 변화 재료는, 상 변화 재료의 대부분이 재료의 제3(내부)층(808)의 내부 지향(피부-지향)면(812)에 대조적으로 외부 지향면(824) 상에 존재할 때에도, 냉각을 용이하게 하기 위해 재료의 내부(제3)층(808)의 양 표면과 열 접촉할 수 있다.
또한, 하나의 특정 실시예에서, 3차원 스페이서(302a)는 재료의 내부(제3)층(808)의 내부 지향면(812)과 접촉하고 있는 3차원 스페이서(302b)의 표면적보다 큰 재료의 내부(제3)층(808)의 외부 지향면(824)의 표면적과 접촉할 수 있다. 이와 같이, 사용자의 피부와 3차원 스페이서(302b)와 연계된 상 변화 재료 사이의 접촉량은 감소되지만, 냉각 효과는 감소되지 않는다. 게다가, 이러한 구성은 상 변화 재료의 대부분이 재료의 내부(제3)층(808)의 내부 지향면(812) 상에 존재하는 구성에 대조적으로 이 구성을 갖는 페이스 마스크를 제조할 때 감소된 양의 상 변화 재료가 손실됨에 따라, 향상된 제조 프로세스를 허용한다.
도 41의 특정 실시예에서, 복수의 3차원 스페이서(302)가 배치되어 있는 재료의 외부(제1)층(802) 및 재료의 내부(제3)층(808)은 스펀본드 웨브이고, 반면에 이들 사이에 위치된 재료의 제2 층(806)은 멜트블로운 웨브일 수 있다. 또한, 도 41의 특정 실시예에서, 재료의 (외부) 제1 층(802)의 내부 지향면(818) 상에 존재하는 3차원 스페이서(302)는 아크릴 바인더의 형태이고, 반면에 내부(제3)층(808)의 내부 지향면(812) 상에 존재하는 3차원 스페이서(302a, 302b, 302c)는 재료의 내부(제3)층(808) 전체에 걸쳐 존재하는 3차원 스페이서(302a, 302b, 302c)가 다층 구조체(900)와 사용자 사이의 접촉도를 최소화할 뿐만 아니라, 또한 사용자에 대한 부가의 냉각을 용이하게 할 수 있도록 캡슐화된 상 변화 재료를 포함하는 바인더로부터 형성된다.
이제 도 13 및 도 14를 참조하면, 페이스 마스크 내로 형성된 4층 구조체가 도시되어 있고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료의 형태의 3차원 스페이서가 배치되어 있는 폴리에스터 부직포층이 있다. 절단선 14-14에서 취한 도 13의 마스크(600)의 단면도인 도 14에 도시된 바와 같이, 마스크(600)는 외부 지향면(810)을 갖는 재료의 외부층(802) 및 내부 지향면(812)을 갖는 재료의 내부층(808)을 갖고, 여기서 재료의 외부층(802)은 사용자로부터 가장 멀리 위치되고, 재료의 내부층(808)은 피부의 옆과 같이, 사용자에 가장 가깝게 위치된다. 재료의 외부층(802)과 재료의 내부층(808) 사이에는 2개의 부가의 층(804, 806)이 있다. 재료의 층(804)은 재료의 외부층(802)에 인접하고, 반면에 재료의 층(806)은 재료의 내부층(708)에 인접한다. 재료의 외부층(802), 재료의 내부층(808), 및 재료의 외부층(802)에 인접한 재료의 층(804)은 스펀본드 웨브로부터 각각 형성될 수 있고, 반면에 재료의 내부층(808)에 인접한 재료의 층(806)은 멜트블로운 재료일 수 있다. 그러나, 임의의 유형의 부직포 웨브, 발포체, 또는 필름 재료가 이러한 층을 형성하는데 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
어느 경우든, 마스크(600)는 재료의 내부층(808)에 인접하여 위치된 캡슐화된 상 변화 재료를 또한 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료는 예를 들어, 부직포 재료를 포함할 수 있는 기판(610) 상에 배치된 3차원 스페이서(602)의 형태일 수 있다. 부직포 재료는 폴리올레핀, 폴리에스터, 천연 파이버의 블렌드, 또는 이들의 조합 등과 같은 임의의 적합한 재료일 수 있고, 멜트블로운 재료, 스펀본드 재료, SMS 라미네이트, 필름, 스펀레이스 재료 등일 수 있다. 또한, 부직포 재료는 효율적인 방식으로 유체의 흡수 및 분배를 용이하게 하기 위해 친수성일 수 있다. 그러나, 상 변화 재료를 갖는 3차원 스페이서(602)는 기판(610) 위보다는 내부층(808)의 내부 지향면(812) 바로 위에 도포될 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다. 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 마스크(600)의 중간부를 가로지르는 기판(610)의 배치에 따라, 기판(610) 또는 내부층(808)은 마스크(600)의 내부 지향(피부-접촉)면(812)의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 또한, 기판 경계부(603)는 마스크의 주계 주위에 존재할 수 있고, 여기서 기판 경계부(603)는 바인더 내에 포함된 캡슐화된 상 변화 재료의 형태의 복수의 3차원 스페이서(602)를 또한 포함한다. 기판 경계부(603)는 약 0.5 밀리미터 내지 약 15 밀리미터, 예로서 약 1 밀리미터 내지 약 10 밀리미터, 예로서 약 1.5 밀리미터 내지 약 7.5 밀리미터의 폭을 가질 수 있고, 반면에 기판(610)의 중앙부는 약 10 센티미터 내지 약 20 센티미터, 예로서 약 12 센티미터 내지 약 19 센티미터, 예로서 약 14 센티미터 내지 약 18 센티미터의 범위의 길이 및 약 12 센티미터 내지 약 22 센티미터, 예로서 약 14 센티미터 내지 약 21 센티미터, 예로서 약 16 센티미터 내지 약 20 센티미터의 범위의 폭을 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 기판(610)의 경계부(603) 또는 중앙부는 마스크(600)가 존재하지 않을 수도 있고, 반면에 몇몇 실시예에서, 기판 경계부(603) 및 기판(610)의 중앙부의 모두가 존재한다.
또한, 기판은 도 13에서 마스크(600)의 재료의 내부층(808)의 내부 지향면의 총 표면적(기판(610)의 중앙부 및 기판 경계부(603)를 포함함)의 약 75%를 커버하는 것으로서 도시되어 있지만, 상 변화 재료를 포함하는 부직포 재료 또는 상 변화 재료 단독은 마스크(600)의 재료의 내부층(808)의 내부 지향면의 총 표면적의 약 10% 내지 약 100%, 예로서 약 15% 내지 약 100%, 예로서 약 30% 내지 약 100%, 예로서 약 40% 내지 약 100%, 예로서 약 50% 내지 약 100%를 커버할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 다른 실시예에서, 상 변화 재료를 포함하는 부직포 재료 또는 상 변화 재료 단독은 마스크(600)의 재료의 내부층(808)의 내부 지향면의 총 표면적의 약 10% 내지 약 70%, 예로서 약 15% 내지 약 65%, 예로서 약 20% 내지 약 60%, 예로서 약 25% 내지 약 55%를 커버할 수 있다.
이제 도 42를 참조하면, 하나 이상의 실시예에서, 페이스 마스크 내로 형성된 4층 구조체가 도시되어 있고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료의 형태의 3차원 스페이서가 배치되어 있는 폴리에스터 부직포층이 있다. 페이스 마스크(650)는 도 13 및 도 14에 설명된 임의의 층을 포함할 수 있다. 그러나, 도 13 및 도 14의 페이스 마스크(600)와는 달리, 도 42의 페이스 마스크(650)는 페이스 마스크(650)의 상부 에지(652) 및 하부 에지(654)에 각각 인접하여 위치된 기판(610a, 610b)을 포함할 수 있고, 여기서 기판은 페이스 마스크(650)의 측면 에지(654, 656) 사이에서 연장한다. 기판(610a, 610b)은 재료의 내부층(808)에 인접하여 위치된 캡슐화된 상 변화 재료를 각각 포함할 수 있고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료는 예를 들어, 부직포 재료를 포함할 수 있는 기판(610a 또는 610b) 상에 배치된 3차원 스페이서(602)의 형태일 수 있다. 부직포 재료는 폴리올레핀, 폴리에스터, 천연 파이버의 블렌드, 또는 이들의 조합 등과 같은 임의의 적합한 재료일 수 있고, 멜트블로운 재료, 스펀본드 재료, SMS 라미네이트, 필름, 스펀레이스 재료 등일 수 있다. 또한, 부직포 재료는 효율적인 방식으로 유체의 흡수 및 분배를 용이하게 하기 위해 친수성일 수 있다. 그러나, 상 변화 재료를 갖는 3차원 스페이서(602)는 기판(610a 또는 610b) 위보다는 내부층(808)의 내부 지향면(812) 바로 위에 도포될 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다. 도 42에 도시된 바와 같이, 각각의 기판(610a, 610b)은 페이스 마스크(650)의 내부 지향면(812)의 표면적의 약 15% 내지 약 30%, 예로서 약 25%를 커버할 수 있다.
게다가, 도 13, 도 14 및 도 42에는 일련의 불연속적 도트로서 도시되어 있지만, 캡슐화된 상 변화 재료는 라인, 십자형, 그리드라인, 로고, 또는 임의의 다른 형태 또는 형상과 같은 임의의 적합한 형상을 취할 수 있다. 게다가, 기판(610)의 중앙부 및 기판 경계부(603)는 도 8 내지 도 12 및 도 41에 도시되고 상기에 상세히 설명된 임의의 다층 구조체 실시예와 함께 사용될 수 있다. 임의의 특정 이론에 의해 한정되도록 의도하지 않고, 기판(610)의 중앙부 및 경계부(603) 상에 존재하는 상 변화 재료와 같은 상 변화 재료의 별개의 피부-접촉 구역은 사용자의 냉각의 지각을 향상시킬 수 있는데, 여기서 상 변화 재료는 재료의 내부층(808)의 내부 지향면(812)의 다른 영역에는 존재하지 않는다. 달리 말하면, 어떠한 상 변화 재료도 존재하지 않는 재료의 내부층(808)의 내부 지향면(812)의 영역과 연계될 수 있는 피부 상의 따뜻한 감각의 지각은 예를 들어, 기판(610)의 경계부(603) 또는 중앙부 상에 존재하는 상 변화 재료와 연계된 냉각 효과를 증폭할 수 있다.
본 발명에 의해 고려되는 다층 구조체의 특정 배열에 무관하게, 다양한 층은 페이스 마스크의 열 저항이 감소되도록 설계될 수 있고, 여기서 열 저항은 전도, 대류, 또는 양자 모두를 거쳐 감소될 수 있다. 전술된 바와 같이, 페이스 마스크는 폴리머 재료로 제조된다. 폴리머는 절연체이기 때문에, 열이 페이스 마스크의 사공간에 축적될 수 있어, 사용자 불편함을 유도한다. 열은 페이스 마스크 내부의 사공간으로부터 탈출하는 것이 방지되고 페이스 마스크 내부에 축적한다. 페이스 마스크의 열 저항을 감소시킴으로써, 사공간 내의 열이 소산되어 사용자 편안함을 향상시킬 수 있다. 특히, 3차원 스페이서 또는 상 변화 재료가 퇴적되어 있는 기판 또는 재료의 내부층과 같은 피부에 가장 가까운 페이스 마스크의 층은 감소된 R-값(즉, 감소된 열 저항)을 가질 수 있다. R-값은 재료의 소정의 두께를 통한 열 흐름에 대한 저항의 척도이다. 따라서, R-값이 높을수록, 재료가 더 많은 열 저항을 갖고, 따라서 그 절연 특성이 더 양호하다. 다른 한편으로, R-값이 낮을수록, 재료가 더 적은 열 저항을 갖고, 따라서 더 양호하게 열을 전달할 수 있고, 그 전도도가 더 높다. R-값은 식을 사용하여 계산된다.
R-값 = I/λ
여기서 I는 미터 단위의 재료의 두께이고, λ는 W/mK 단위의 열전도도이다. R-값은 와트당 제곱미터 켈빈(m2K/W)의 단위로 측정된다.
페이스 마스크 내의 다양한 재료의 층의 R-값은 페이스 마스크 내의 다양한 재료의 층의 열전도도를 증가시킴으로써 전도에 의해, 예로서 페이스 마스크를 형성하는데 사용된 하나 이상의 재료의 층 내로 열전도성 재료 또는 구조체의 합체에 의해 감소될 수 있다. 예를 들어, 금속 입자, 파이버, 또는 알루미늄, 금, 구리, 은 등을 포함하는 잉크, 도전성 폴리머, 탄소, 또는 열전도도를 증가시키는데 사용될 수 있는 임의의 다른 재료가 본 발명의 다층 구조체의 임의의 재료의 층 내에 합체되거나 상에 코팅될 수 있다. 열전도성 재료 또는 구조체는 임의의 적합한 패턴으로 페이스 마스크의 다양한 층 내에 합체될 수 있다. 예를 들어, 열전도성 재료 또는 구조체가 페이스 마스크의 층 상의 연속적인 시트, 필름, 또는 코팅 내에 존재할 수 있다. 대안적으로, 열전도성 재료 또는 구조체는 불연속적 패턴, 스트라이프 패턴(예를 들어, 층 상에 배열된 수직 또는 수평 스트립), 그리드, 또는 임의의 다른 패턴으로 층 상에 존재할 수 있다. 하나의 특정 실시예에서, 열전도성 재료 또는 구조체는 다층 구조체의 내부층(예를 들어, 피부에 가장 가까운 층 및 상 변화 재료가 배치되어 있는 층), 다층 구조체의 외부층, 그 사이에 배치된 임의의 다른 층, 또는 이들의 조합 내에 합체될 수 있다. 이러한 재료의 사용은 페이스 마스크의 내부로부터 외부로의 열의 방산을 용이하게 할 수 있어, 사공간 내의 열의 축적을 방지하고 사용자 불편함을 최소화한다.
페이스 마스크 내의 다양한 재료의 층의 R-값은, 다층 구조체의 내부층(예를 들어, 피부에 가장 가까운 층 및 상 변화 재료가 배치되어 있는 층), 다층 구조체의 외부층, 그 사이에 배치된 임의의 다른 층, 또는 이들의 조합과 같은, 페이스 마스크의 다층 구조체의 특정 층 내에 증발 냉각을 증가시키는 재료(예를 들어, 섬유질 구조체)를 합체함으로써 대류에 의해 감소될 수 있다. 합체될 수 있는 재료는 면 파이버, 레이온 파이버, 또는 수분을 흡수하여 증발할 수 있는 임의의 다른 파이버를 포함할 수 있다. 이러한 수분 흡수성 및 위킹 섬유질 구조체는 다양한 표면 토포그래피 및 형상을 가질 수 있고, 나노파이버, 채널, 중공 파이버 등의 형태일 수 있다. 게다가, 층을 통한 모세관 작용 및 흡수의 사용을 용이하게 하기 위해 습윤제 또는 계면 활성제 또는 임의의 다른 메커니즘으로 처리되면 통상적으로 습윤 불가능한 파이버(셀룰로오스 재료, 개방셀 발포체, 및 섬유질 발포체 라미네이트)가 사용될 수 있다. 증발 냉각을 증가시키기 위한 이러한 재료의 사용은 사용자의 피부와 내부층 사이의 마스크의 사공간 내의 수분 레벨을 감소시킬 수 있고, 따라서 증가된 사용자 편안함을 위한 냉각 사이클을 제공한다.
열전도성 재료 또는 구조체가 합체되는 특정 층에 무관하게 또는 증발 냉각을 증가시키는 재료를 포함하는 특정 층에 무관하게, 마스크는 열전도성 재료/구조체 또는 증발 냉각 재료가 마스크의 다양한 층 내에 존재하지 않는 경우에 비교하여 감소된 R-값을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 마스크의 R-값 또는 총 열 저항은 약 0.15 °ΔCm2/W 미만, 예로서 약 0.04 °ΔCm2/W 내지 약 0.014 °ΔCm2/W, 예로서 약 0.08 °ΔCm2/W 내지 약 0.10 °ΔCm2/W일 수 있다. 열전도성 재료/구조체 및 증발 냉각을 향상시키는 재료의 사용에 기인하는 감소된 R-값의 결과로서, 본 발명의 상 변화 재료를 사용하는 페이스 마스크의 사공간 내부의 온도의 감소가 향상된다. 얼굴 피부는 0.25℃ 정도만큼 작은 온도 변화를 검출할 수 있기 때문에, 약 0.5℃ 내지 약 1℃와 같은 마스크 온도의 심지어 작은 변화도 사용자에게 지각 가능하다는 것이 주목되어야 한다.
본 발명은 이하의 예를 참조하여 더 양호하게 이해될 수도 있다.
예 1
예 1에서, 17.5 센티미터의 길이 및 18.4 센티미터의 폭을 갖는 주름형 페이스 마스크의 사공간 내부의 미기후를 위한 온도 프로파일로서, 여기서 내부층의 내부 지향면은 0.032 m2의 표면적을 갖고 부직포 폴리에스터 기판 상에 배치된 캡슐화된 상 변화 재료의 다양한 구성을 합체하는, 온도 프로파일이 열 화상을 거쳐 기록되었고 캡슐화된 상 변화 재료를 포함하지 않았던 대조 표준 마스크에 비교되었고, 결과가 도 15 내지 도 17에 도시된 시간 경과 화상에 도시되어 있다. 특히, 도 15는 상 변화 재료가 페이스 마스크의 내부층의 내부 지향면 상에 존재하지 않는, 예 1의 대조 표준 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고; 도 16은 예 1에 설명된 바와 같은 주름형 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 내부층의 내부 지향면의 주계 주위에 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 및 페이스 마스크의 내부층의 내부 지향면의 중앙에서 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 직사각형 섹션을 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 페이스 마스크의 내부층의 내부 지향면의 표면적의 30%를 커버하여, 약 101 Joule의 상 변화 재료를 포함하는 마스크를 생성하고; 도 17은 예 1에 설명된 바와 같은 주름형 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 내부층의 내부 지향면의 주계 주위에 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 및 페이스 마스크의 내부층의 중앙에서 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 타원형 섹션을 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 페이스 마스크의 내부층의 표면적의 30%를 커버하여, 약 101 Joule의 상 변화 재료를 포함하는 마스크를 생성한다. 도시된 바와 같이, 열 화상은 이하의 시간: 5분, 10분, 15분, 20분, 25분, 30분, 35분, 40분, 및 45분에 들숨(좌측에 도시됨) 및 날숨(우측에 도시됨)에 대해 쌍으로 기록되었다. 모든 화상 기록에 대해, 환경의 습도는 60%였고, 환경의 온도는 23.9℃였다.
도 15를 참조하면, 캡슐화된 상 변화 재료가 존재하지 않는 경우에, 페이스 마스크 미기후 내의 들숨 온도는 45분 시간 기간에 걸쳐 21.5℃ 내지 23.4℃의 범위이고, 23.4℃의 피크 온도가 40분에 발생한다. 한편, 페이스 마스크 미기후 내의 날숨 온도는 45분 시간 기간에 걸쳐 26.7℃ 내지 29.4℃의 범위이고, 29.4℃의 피크 온도가 40분에 발생하였다.
도 16을 참조하면, 캡슐화된 상 변화 재료가 페이스 마스크의 내부층의 주계 주위의 6 밀리미터 경계부 상에 그리고 페이스 마스크의 내부층의 표면적의 30%를 커버한 직사각형 섹션 상에 존재하여, 약 101 Joule의 상 변화 재료를 포함하는 마스크를 생성하는 경우에, 페이스 마스크 미기후 내의 들숨 온도는 45분 시간 기간에 걸쳐 23.1℃ 내지 24.7℃의 범위이고, 24.7℃의 피크 온도가 5분에 발생한다. 한편, 페이스 마스크 미기후 내의 날숨 온도는 45분 시간 기간에 걸쳐 25.3℃ 내지 28.7℃의 범위이고, 28.7℃의 피크 온도가 35분에 발생하였다.
도 17을 참조하면, 캡슐화된 상 변화 재료가 페이스 마스크의 내부층의 주계 주위의 6 밀리미터 경계부 상에 그리고 페이스 마스크의 내부층의 표면적의 30%를 커버한 타원형 섹션 상에 존재하여, 약 101 Joule의 상 변화 재료를 포함하는 마스크를 생성하는 경우에, 페이스 마스크 미기후 내의 들숨 온도는 45분 시간 기간에 걸쳐 24.2℃ 내지 26.3℃의 범위이고, 26.3℃의 피크 온도가 30분에 발생한다. 한편, 페이스 마스크 미기후 내의 날숨 온도는 45분 시간 기간에 걸쳐 24.9℃ 내지 29.8℃의 범위이고, 29.8℃의 피크 온도가 25분에 발생하였다.
요약하면, 도 16에 시험된 마스크는 시작 온도 및 캡슐화된 상 변화 재료가 날숨 중에 배치되어 있는 직접적인 영역(즉, 마스크 경계부) 내의 청색 냉각 화상 스폿의 존재에 기초하여 얼굴의 즉각적인 냉각을 나타내고 있다. 도 17의 마스크에 비교하여, 도 16의 마스크는 마스크의 미기후 온도를 더 느린 페이스(pace)에서 더 일관적으로 낮춘다. 달리 말하면, 도 16의 마스크는 총 시간에 걸쳐 그 더 낮은 피크 온도(28.7℃) 및 더 낮은 종료 온도(25.7℃)(피크 온도로부터 3℃ 차이)를 나타내는 그 능력에 기인하여 더 효과적이었다. 한편, 도 17에서 시험된 마스크는 차가운 상태로서 시작하지 않았고, 최초 15분 이내에 신속하게 냉각되었지만, 마스크는 그 후에 그 효용성을 손실하였다. 적절한 상 변화 재료를 선택하는데 있어서 결정 인자는 신체를 냉각하고 더 긴 시간에 걸쳐 더 높은 열 온도를 흡수하는 그 능력이다. 녹색 및 청색에 대조적으로 더 많은 적색 및 황색이 존재하는 도 17의 화상에 의해 지시된 바와 같이 더 높은 피크 온도(29.8℃) 및 종료 온도가 단지 피크 고온보다 1.2℃ 더 낮았다는 사실에 기초하여, 도 17의 마스크 뿐만 아니라 도 16의 마스크는 냉각하거나 열을 흡수하지 않았다.
예 2
예 2에서, 부직포 폴리에스터 기판 상에 배치된 캡슐화된 상 변화 재료의 다양한 구성을 합체하는 다수의 유형의 페이스 마스크의 사공간 내부의 미기후를 위한 온도 프로파일이 열 화상을 거쳐 기록되었고 캡슐화된 상 변화 재료를 포함하지 않았던 대조 표준 마스크에 비교되었고, 결과가 도 18 내지 도 40에 도시된 시간 경과 화상에 도시되어 있다. 도 18 내지 도 27, 도 30 내지 도 34, 및 도 36 내지 도 40에서 시험된 주름형 페이스 마스크는 17.5 센티미터의 길이 및 18.4 센티미터의 폭을 갖고, 여기서 내부층의 내부 지향면은 약 0.032 m2의 표면적을 갖고, 반면에 도 28 및 도 35에서 시험된 마스크의 내부층의 내부 지향면은 약 0.023 m2의 총 표면적을 갖고, 도 29에서 시험된 마스크의 내부층의 내부 지향면은 약 0.0305 m2의 총 표면적을 갖는다. 또한, 6 밀리미터 경계부가 사용되었을 때, 경계부의 표면적은 약 0.00416 m2이었고, 중앙부의 총 표면적은 약 0.028 m2이었다.
도 18은 상 변화 재료가 페이스 마스크 상에 존재하지 않는, 예 2의 대조 표준 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있다.
도 19는 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부를 포함한다.
도 20은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부를 포함하고, 경계부는 2개의 부직포층의 형태이고, 각각의 층은 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함한다.
도 21은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부를 포함한다.
도 22는 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 30%를 커버한다.
도 23은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부를 포함하고, 경계부는 2개의 부직포층의 형태이고, 각각의 층은 4,000 Joule/m2 상 변화 재료의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴, 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 재료는 2개의 부직포층의 형태이고, 각각의 층은 4,000 Joule/m2 상 변화 재료의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 30%를 커버한다.
도 24는 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 30%를 커버한다.
도 25는 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 재료는 2개의 부직포층의 형태이고, 각각의 층은 4,000 Joule/m2 상 변화 재료의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 30%를 커버한다.
도 26은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 30%를 커버한다.
도 27은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 30%를 커버하고, 부직포 재료는 단일층의 형태이다.
도 28은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 30%를 커버하고, 페이스 마스크는 약 0.032 m2의 이들의 내부 지향층의 총 표면적을 갖는 도 18 내지 도 27, 도 30 내지 도 34, 및 도 36 내지 도 40에서 시험된 주름형 페이스 마스크의 내부 지향층의 총 표면적보다 약 30% 적은 약 0.023 m2의 총 표면적을 갖는 내부 지향층을 가졌다.
도 29는 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 내부 지향면의 상부 부분을 가로질러 위치된 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료를 포함하는 발포체의 스트립을 포함하는 부직포 재료, 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 30%를 커버하고, 페이스 마스크의 내부 지향층은 약 0.0305 m2의 총 표면적을 가졌다. 발포체는 마스크의 상부에서 탈출하려고 시도하는 냉각 공기와 함께 콧대로의 양호한 밀봉부를 형성하는 것을 돕는데, 이는 마스크의 김서림 방지 특성을 향상시킨다.
도 30은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 40분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 60%를 커버한다.
도 31은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 60%를 커버한다.
도 32는 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 60%를 커버한다.
도 33은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 60%를 커버한다.
도 34는 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 60%를 커버한다.
도 35는 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 40분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 60%를 커버하고, 여기서 페이스 마스크는 약 0.023 m2의 총 표면적을 갖는 내부 지향층을 가졌다.
도 36은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 4,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 100%를 커버한다.
도 37은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 100%를 커버한다.
도 38은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 100%를 커버한다.
도 39는 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 주계 주위에 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료의 6 밀리미터 경계부 뿐만 아니라 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 8,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 100%를 커버한다.
도 40은 예 2에 설명된 바와 같은 페이스 마스크를 착용한 사용자에 대한 45분 기간에 걸친 들숨(좌측) 및 날숨(우측) 중에 열 화상 프로파일을 도시하고 있고, 여기서 페이스 마스크는 페이스 마스크의 내부 지향면의 중간부에 위치된 16,000 Joule/m2의 융해열을 갖는 캡슐화된 상 변화 재료의 불연속적 패턴을 포함하는 부직포 재료를 포함하고, 여기서 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 재료는 마스크의 표면적의 100%를 커버한다.
도시된 바와 같이, 열 화상은 이하의 시간: 5분, 10분, 15분, 20분, 25분, 30분, 35분, 40분, 및 45분에(45분 화상은 도 30 및 도 35의 페이스 마스크에 대해서는 기록되어 있지 않은 것을 제외하고는) 들숨(좌측에 도시됨) 및 날숨(우측에 도시됨)에 대해 쌍으로 기록되었다. 모든 화상 기록에 대해, 환경의 습도는 60%였고, 환경의 온도는 23.9℃였다. 도 18 내지 도 40의 다양한 페이스 마스크 구성에 대한 결과는 이하의 표 1에 나타낸다.
Figure pct00001
표 1 - 시간 경과에 따른 들숨 및 날숨시의 페이스 마스크 온도
예 2의 도 18 내지 도 40 및 표 1의 리뷰시에, 데이터는, 캡슐화된 상 변화 재료를 갖는 부직포 폴리에스터층은 1.3℃ 내지 4.5℃만큼 날숨시에 페이스 마스크의 미기후 내의 사공간의 온도를 감소시킬 수 있는 점을 나타내고, 여기서 부직포 폴리에스터/캡슐화된 상 변화 재료의 경계부만을 갖는 마스크는 온도의 최저 감소를 가졌다.
또한, 시험 사용자 입력에 따라, 주름형 디자인에 대한 페이스 마스크의 내부층의 표면적의 30%(도 22), 60%(도 30), 및 100%(도 36)를 커버하는 부직포 폴리에스터/상 변화 재료를 갖는 4,000 Joule/m2 상 변화 재료 페이스 마스크는 도 18의 대조 표준 마스크에 비교하여 주목할만한 냉각을 갖지 않았다.
한편, 시험 사용자 입력에 따라, 주름형 디자인에 대한 페이스 마스크의 내부층의 표면적의 30%(도 23), 60%(도 31), 및 100%(도 37)를 커버하는 부직포 폴리에스터/상 변화 재료를 갖는 8,000 Joule/m2 상 변화 재료 페이스 마스크는 도 18의 대조 표준 마스크에 비교하여 주목할만한 냉각을 나타냈다. 또한, 주름형 디자인에 대한 페이스 마스크의 내부층의 표면적의 30%(도 24), 60%(도 32), 및 100%(도 38)를 커버하는 부직포 폴리에스터/상 변화 재료를 갖는 16,000 Joule/m2 상 변화 재료 페이스 마스크는 4,000 Joule/m2 및 8,000 Joule/m2 마스크보다 큰 즉각적인 주목할만한 냉각도를 나타냈지만, 전체 시간 프레임 동안 8,000 Joule/m2 마스크와 유사하게 수행되었다. 부가적으로, 16,000 Joule/m2 마스크의 전체 지각은 8,000 Joule/m2와 동일하였지만, 16,000 Joule/m2 마스크의 즉각적인 냉각도는 마스크를 최초 착용할 때 더 주목할만하였다.
게다가, 0.023 m2의 더 작은 총 표면적(도 18 내지 도 27, 도 30 내지 34, 및 도 36 내지 도 40의 마스크의 내부 지향층의 0.032 m2 총 표면적에 비교하여)을 갖는 내부 지향층을 갖고 비주름형 디자인에 대한 페이스 마스크의 내부층의 총 표면적의 30%(도 28) 및 60%(도 35)를 커버하는 부직포 폴리에스터/상 변화 재료를 갖는 4,000 Joule/m2 상 변화 재료 마스크는 여전히 차가움을 느끼면서 더 많은 통기성 및 더 양호한 맞춤성을 갖는 것으로서 사용자에 의해 지각되었다.
더욱이, 0.0305 m2의 약간 더 작은 총 표면적(도 18 내지 도 27, 도 30 내지 34, 및 도 36 내지 도 40의 마스크의 내부 지향층의 0.032 m2 총 표면적에 비교하여)을 갖는 내부 지향층을 갖고 비주름형 디자인에 대한 페이스 마스크의 내부층의 총 표면적의 30%(도 29)를 커버하는 부직포 폴리에스터/상 변화 재료를 갖는 4,000 Joule/m2 비주름형 바이오-마스크는 차가움을 느끼고 더 양호한 맞춤성을 갖는 것으로서 사용자에 의해 지각되었고, 여기서 발포체 PCM은 마스크와 함께 착용된 안경류 또는 바이저(visor) 상에 일반적으로 김서림을 생성하는 상승하는 고온 공기의 양을 감소시키면서 차갑게 되었다.
다음에, 도 18 내지 도 40의 다양한 마스크 상에 존재하는 상 변화 재료층의 양이 착용시에 마스크 미기후의 충분한 냉각을 제공하기 위해 상 변화 재료가 필요로 하는 얼마나 많은 주울의 에너지가 존재해야 하는지를 결정하기 위해 내부 지향층에 기초하여 계산되었다. 결과는 표 2에 요약되어 있다.
Figure pct00002
표 2 - 도 18 내지 도 40의 마스크의 내부 지향층 상의 상 변화 재료층의 분포
도 18 내지 도 40의 마스크에 관한 사용자 입력에 기초하여, 충분한 냉각을 위해 요구되는 주울의 최소 임계치는 101 Joule이고, 최적으로, 마스크의 내부층의 경계부와 중앙 사이에 확산된다. 또한, 상 변화 재료 층이 단지 마스크의 경계부 상에만 존재하면, 적어도 약 66 Joule의 냉각이 요구되고, 이러한 레벨은 단지 일시적인 편안함만을 제공한다. 더욱이, 냉각을 위해 요구되는 주울의 양은 더 많은 상 변화 재료가 피부와 접촉하고 마스크 내의 공기의 공극 체적(void volume)이 감소되도록 마스크의 맞춤성을 향상시킴으로써 감소될 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
예 3
예 3에서, 도 9에 도시된 배열에 일반적으로 대응하지만 3차원 스페이서(302)를 갖지 않는 다층 구조체(대조 표준 샘플)가 ASTM F2100-11에서 가장 엄격한 시험 레벨인 레벨 3 성능을 성취하는 이들의 능력에 대해 도 9에 도시된 바와 같이 배열된 다층 구조체(시험 샘플)에 비교되었고, 여기서 페이스 마스크는 ASTM F1862-13 절차에 따라 160 mmHg에서 2 밀리리터의 합성 혈액(미국 미네소타주 55906 로체스터 노스리지 래인 NE 2505 소재의 Johnson, Moen & Co.로부터 입수가능함)의 스플래시를 저항해야 한다. 달리 말하면, 대조 표준 샘플은 3차원 스페이서(302)를 제외하고는 4층 구조체(860)를 포함하였다. 대조 표준 샘플 다층 구조체는 제곱야드당 0.5 온스(16.95 gsm)의 평량을 갖고 외부 지향면(810)을 갖는 폴리에스터 펄프 습식 부직포(wetlaid) 재료로부터 형성된 재료의 외부층(802)을 가졌다. 대조 표준 샘플 다층 구조체(860)는 제곱야드당 0.5 온스(16.95 gsm)의 평량을 갖고 내부 지향면(812)을 갖는 바이오성분 카디드 부직포 재료로부터 형성된 재료의 내부층(808)을 또한 포함하였고, 여기서 구조체가 피부의 옆에 착용된 페이스 마스크에 사용되었던 경우에서 해당할 것인 바와 같이, 재료의 외부층(802)은 유체 인설트에 가장 가깝게 위치되었고, 재료의 내부층(808)은 유체 인설트로부터 가장 멀리 위치되었다. 재료의 외부층(802)과 재료의 내부층(808) 사이에는 2개의 부가의 층(804, 806)이 있다. 재료의 층(806)은 재료의 외부층(802)에 인접하여 위치되었고, 제곱야드당 0.6 온스(20.34 gsm)의 평량을 갖는 멜트블로운 재료로부터 형성되었고, 반면에 재료의 층(804)은 재료의 내부층(808)에 인접하여 위치되었고 제곱야드당 0.9 온스(30.52 gsm)의 평량을 갖는 스펀본드 재료로부터 형성되었다.
한편, 시험 샘플은 일반적으로 도 9의 다층 구조체(860)와 대응하였다. 특히, 시험 샘플은 제곱야드당 0.5 온스(16.95 gsm)의 평량을 갖는 폴리에스터 펄프 습식 부직포 재료로부터 형성된 재료의 외부층(802) 및 제곱야드당 0.5 온스(16.95 gsm)의 평량을 갖는 바이오성분 카디드 부직포 재료로부터 형성된 재료의 내부층(808)을 포함하였고, 여기서 재료의 외부층(802)은 외부 지향면(810) 및 내부 지향면(818)을 포함하였고, 재료의 내부층(808)은 외부 지향면(824) 및 내부 지향면(812)을 포함하였다. 재료의 외부층(802)과 재료의 내부층(808) 사이에는 재료의 층(806) 및 재료의 층(804)이 배치되었다. 재료의 층(806)은 재료의 외부층(802)에 인접하여 위치되었고, 제곱야드당 0.6 온스(20.34 gsm)의 평량을 갖는 멜트블로운 재료로부터 형성되었고, 반면에 재료의 층(806)은 외부 지향면(820) 및 내부 지향면(822)을 포함하였다. 한편, 재료의 층(804)은 재료의 내부층(808)에 인접하여 위치되었고, 제곱야드당 0.9 온스(30.52 gsm)의 평량을 갖는 스펀본드 재료로부터 형성되었고, 반면에 재료의 층(804)은 외부 지향면(814) 및 내부 지향면(816)을 포함하였다. 도 9에 도시된 바와 같이, 아크릴 바인더로부터 형성된 복수의 3차원 스페이서(302)(즉, 도트)가 재료의 층(804)의 외부 지향면(814) 상에 또한 배치되었고, 이 재료의 층은 재료의 외부층(802)의 외부 지향면(810)을 지나 존재하는 재료의 제3 층이라 또한 칭한다. 복수의 3차원 스페이서(302)는 재료의 층(806)과 재료의 층(804) 사이에 복수의 채널(314)을 형성하였다. 또한, 복수의 3차원 스페이서(302)는 재료의 제3 층(804)의 외부 지향면(814)과 재료의 제2 층(806)의 내부 지향면(822) 사이에 강제 간격 또는 공간을 생성하였다.
전술된 바와 같은 대조 표준 샘플 및 시험 샘플은 ASTM 표준 F-1862(레벨 3)에 따라 스플래시 저항에 대해 시험되었고, 여기서 유체는 대조 표준 샘플 내의 층(808)으로 통과되었는데, 이는 대조 표준 샘플이 ASTM 표준 F-1862(레벨 3)를 불합격하였다는 것을 의미한다. 그러나, 유체는 시험 샘플 내의 층(808)을 통과하지 않았고, 따라서 시험 샘플은 ASTM 표준 F-1862(레벨 3)를 합격하였다.
이 기입된 설명은 최선의 모드를 포함하여, 본 발명을 개시하기 위해, 그리고 또한 임의의 디바이스 또는 시스템을 제조하고 사용하는 것 및 임의의 합체된 방법을 수행하는 것을 포함하여, 통상의 기술자가 본 발명을 실시하는 것을 가능하게 하기 위해 예를 사용하였다. 본 발명의 특허 가능한 범주는 청구범위에 의해 정의되고, 통상의 기술자들에게 발생하는 다른 예를 포함할 수도 있다. 이러한 다른 예는 이들이 청구범위의 문자 언어와 상이하지 않은 구조적 요소를 포함하면 또는 이들이 청구범위의 문자 언어와 비실질적인 차이를 갖는 등가의 구조 요소를 포함하면, 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (31)

  1. 스플래시 저항성 다층 구조체로부터 형성된 페이스 마스크이며, 상기 다층 구조체는
    외부 지향면 및 내부 지향면을 갖는 재료의 외부층;
    외부 지향면 및 내부 지향면을 갖는 재료의 내부층; 및
    상기 다층 구조체의 내부층의 내부 지향면 상에 배치된 제1 복수의 3차원 스페이서로서, 상기 제1 복수의 3차원 스페이서는 불연속적 패턴으로 배열되고, 또한 상기 제1 복수의 3차원 스페이서는 캡슐화된 상 변화 재료를 포함하는, 제1 복수의 3차원 스페이서
    를 포함하는, 페이스 마스크.
  2. 제1항에 있어서, 상기 캡슐화된 상 변화 재료는 바인더로 캡슐화되는, 페이스 마스크.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 복수의 3차원 스페이서는 기판 상에 배열되는, 페이스 마스크.
  4. 제3항에 있어서, 상기 기판은 부직포 재료인, 페이스 마스크.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 기판은 상기 페이스 마스크의 내부층의 내부 지향면의 표면적의 약 10% 내지 약 100%를 커버하는, 페이스 마스크.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 부직포 재료는 폴리에스터, 폴리올레핀, 천연 파이버의 블렌드, 또는 이들의 조합인, 페이스 마스크.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 상기 페이스 마스크의 주계 주위의 경계부 내에 배치되는, 페이스 마스크.
  8. 제7항에 있어서, 상기 경계부는 약 0.5 밀리미터 내지 약 15 밀리미터의 폭을 갖는, 페이스 마스크.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 페이스 마스크는 상기 페이스 마스크의 내부층과 착용자의 얼굴 사이에 형성된 미기후를, 상기 착용자에 의한 날숨 후에 약 1℃ 내지 약 7℃의 범위의 온도만큼 냉각하는, 페이스 마스크.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상 변화 재료는 상기 페이스 마스크 내의 사공간의 영역 내의 내쉰 공기로부터 열을 흡수함으로써 그리고 사용자의 피부로부터 열을 흡수함으로써 상기 페이스 마스크에 약 2600 Joule/m2의 냉각 내지 약 20,000 Joule/m2의 냉각을 제공하는, 페이스 마스크.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상 변화 재료는 상기 페이스 마스크 내의 사공간의 영역 내의 내쉰 공기로부터 열을 흡수함으로써 그리고 사용자의 피부로부터 열을 흡수함으로써 상기 페이스 마스크에 적어도 약 30 Joule의 냉각을 제공하는, 페이스 마스크.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다층 구조체 내에 위치된 표면 상에 배치된 제2 복수의 3차원 스페이서를 더 포함하고, 상기 제2 복수의 3차원 스페이서는 상기 재료의 외부층과, 상기 재료의 외부층과 상기 재료의 내부층 사이에 위치된 적어도 하나의 부가의 재료의 층 사이에 공간을 형성하고, 상기 공간은 적어도 상기 제2 복수의 3차원 스페이서의 최대 높이만큼 큰 거리에 걸치고, 또한 상기 제2 복수의 3차원 스페이서는 상기 재료의 외부층에 접촉하는 유체와 연계된 에너지를 흡수하여 소산하는 것을 보조하는, 페이스 마스크.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2 복수의 3차원 스페이서는 상기 재료의 외부층에 타격하는 유체의 유동을 재지향하기 위한 복수의 채널을 형성하고, 상기 채널은 유체가 상기 채널을 통해 유체의 접촉점으로부터 이격하여 측방향으로 지향되도록 하는 배향을 갖는, 페이스 마스크.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 제2 복수의 3차원 스페이서는 연속적 또는 불연속적 패턴으로 배열되는, 페이스 마스크.
  15. 제14항에 있어서, 상기 패턴은 불연속적 패턴이고, 상기 불연속적 패턴은 복수의 도트를 포함하고, 상기 도트는 일련의 행 및 일련의 열로 상기 부가의 재료의 층 상에 배열되는, 페이스 마스크.
  16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 복수의 3차원 스페이서는 바인더, 잉크, 접착제, 또는 이들의 조합을 포함하는, 페이스 마스크.
  17. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 복수의 3차원 스페이서는 상기 바인더, 상기 잉크, 상기 접착제, 또는 이들의 조합 내에 포함된 기능성 첨가제를 더 포함하고, 상기 기능성 첨가제는 상 변화 재료, 방향제, 흡수성 재료, 초흡수성 재료, 항균제, 치료제, 국소 연고, 또는 이들의 조합을 포함하는, 페이스 마스크.
  18. 제17항에 있어서, 상기 기능성 첨가제는 상기 다층 구조체 내에 존재하는 상기 제2 복수의 3차원 스페이서의 건조 중량에 기초하여 약 0.25 wt.% 내지 약 70 wt.%의 범위의 양으로 존재하는, 페이스 마스크.
  19. 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 복수의 3차원 스페이서는 상기 적어도 하나의 부가의 재료의 층의 외부 지향면 상에 배치되는, 페이스 마스크.
  20. 제12항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 부가의 재료의 층은 상기 재료의 외부층에 인접하여 위치된 스펀본드 웨브이고, 상기 다층 구조체는 멜트블로운 웨브를 더 포함하고, 상기 멜트블로운 웨브는 상기 재료의 내부층을 향해 위치되는, 페이스 마스크.
  21. 제12항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료의 외부층은 스펀본드 웨브이고, 상기 재료의 내부층은 부직포 폴리에스터이고, 3개의 부가의 재료의 층이 상기 외부층과 상기 내부층 사이에 위치되고, 제1 부가의 재료의 층은 상기 외부층의 내부 지향면에 인접하여 위치된 스펀본드 웨브이고, 제2 부가의 재료의 층은 상기 제1 부가의 재료의 층의 내부 지향면에 인접하여 위치된 멜트블로운 웨브이고, 제3 부가의 재료의 층은 상기 제2 부가의 재료의 층의 내부 지향면과 상기 재료의 내부층의 외부 지향면 사이에 위치된 스펀본드 웨브인, 페이스 마스크.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료의 내부층, 상기 재료의 외부층, 또는 이들의 조합은 열전도성 재료를 포함하고, 상기 열전도성 재료는 상기 재료의 내부층, 상기 재료의 외부층, 또는 이들의 조합의 R-값을 감소시키는, 페이스 마스크.
  23. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 열전도성 재료를 포함하는 코팅이 상기 재료의 내부층의 표면, 상기 재료의 외부층의 표면, 또는 이들의 조합 상에 배치되고, 상기 열전도성 재료는 상기 재료의 내부층, 상기 재료의 외부층, 또는 이들의 조합의 R-값을 감소시키는, 페이스 마스크.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 열전도성 재료는 금속 입자, 금속 파이버, 금속 잉크, 열전도성 폴리머, 탄소, 또는 이들의 조합을 포함하는, 페이스 마스크.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료의 내부층, 상기 재료의 외부층, 또는 이들의 조합은 수분 흡수성 재료를 포함하고, 상기 수분 흡수성 재료는 상기 재료의 내부층, 상기 재료의 외부층, 또는 이들의 조합의 R-값을 감소시키는, 페이스 마스크.
  26. 제25항에 있어서, 상기 수분 흡수성 재료는 면 파이버, 레이온 파이버, 계면 활성제-처리된 셀룰로오스 파이버, 또는 이들의 조합을 포함하는, 페이스 마스크.
  27. 스플래시 저항성 다층 구조체로부터 형성된 페이스 마스크이며, 상기 다층 구조체는
    외부 지향면 및 내부 지향면을 갖는 재료의 외부층;
    외부 지향면 및 내부 지향면을 갖는 재료의 내부층; 및
    상기 다층 구조체의 내부층 전체에 걸쳐 배치된 복수의 3차원 스페이서로서, 상기 복수의 3차원 스페이서 각각의 제1 부분은 상기 내부층의 외부 지향면 상에 배치되고, 상기 복수의 3차원 스페이서 각각의 제2 부분은 상기 내부층의 내부 지향면 상에 배치되고, 상기 복수의 3차원 스페이서 각각의 제3 부분은 상기 복수의 3차원 스페이서 각각의 제1 부분과 제2 부분 사이에 연속적인 경로를 제공하는 채널로서 상기 내부층을 통해 연장하고, 또한 상기 복수의 3차원 스페이서는 캡슐화된 상 변화 재료를 포함하는, 복수의 3차원 스페이서
    를 포함하는, 페이스 마스크.
  28. 제27항에 있어서, 상기 복수의 3차원 스페이서는 불연속적 패턴으로 배열되는, 페이스 마스크.
  29. 제27항 또는 제28항에 있어서, 상기 복수의 3차원 스페이서 각각의 제2 부분은 상기 복수의 3차원 스페이서 각각의 제3 부분에 의해 접촉된 외부 지향면의 표면적에 비교하여 상기 내부 지향면의 더 작은 표면적에 접촉하는, 페이스 마스크.
  30. 스플래시 저항성 다층 구조체로부터 형성된 페이스 마스크이며, 상기 다층 구조체는
    외부 지향면 및 내부 지향면을 갖는 재료의 외부층;
    외부 지향면 및 내부 지향면을 갖는 재료의 내부층; 및
    상기 다층 구조체의 내부층의 내부 지향면 상에 배치된 복수의 3차원 스페이서로서, 상기 복수의 3차원 스페이서는 불연속적 패턴으로 배열되고, 또한 상기 복수의 3차원 스페이서는 캡슐화된 상 변화 재료를 포함하고, 상기 캡슐화된 상 변화 재료는 약 2600 Joule/m2의 냉각 내지 약 20,000 Joule/m2의 냉각을 상기 페이스 마스크에 제공하는, 복수의 3차원 스페이서
    를 포함하는, 페이스 마스크.
  31. 스플래시 저항성 다층 구조체로부터 형성된 페이스 마스크이며, 상기 다층 구조체는
    외부 지향면 및 내부 지향면을 갖는 재료의 외부층;
    외부 지향면 및 내부 지향면을 갖는 재료의 내부층; 및
    상기 다층 구조체의 내부층의 내부 지향면 상에 배치된 복수의 3차원 스페이서로서, 상기 복수의 3차원 스페이서는 불연속적 패턴으로 배열되고, 또한 상기 복수의 3차원 스페이서는 캡슐화된 상 변화 재료를 포함하고, 상기 캡슐화된 상 변화 재료는 적어도 약 30 Joule의 냉각을 상기 페이스 마스크에 제공하는, 복수의 3차원 스페이서
    를 포함하는, 페이스 마스크.
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