JP2000512577A - 可撓性で水抵抗性の複合材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、高められた水蒸気透過性を有する、空気不透過性で液体水抵抗性で水蒸気透過性の複合材料を提供する。本複合材料は、水蒸気透過性で液体水抵抗性の微細多孔質ポリマーの層を含んでなる。この層は、水蒸気分子を透過する空気不透過性で液体水抵抗性のポリマーと接触する。微細多孔質で水蒸気透過性で親水性のポリマーの第３層が、空気不透過性のポリマー層の反対側に存在する。

Description

【発明の詳細な説明】 可撓性で水抵抗性の複合材料 発明の分野 本発明は、耐水性であるが水蒸気透過性の繊維材料として使用されるのに特に 適する可撓性のあるラミネート複合材料、又はその材料から製造された衣服に関 する。 発明の背景 延伸膨張微細多孔質ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）又は多孔質ポ リプロピレンの層を有する雨着に使用される材料は公知である（例えば、Ｇｏｒ ｅらの米国特許第４１９４０４１号、又はＨｅｎｎの米国特許第４９６９９９８ 号を参照されたい）。Ｇｏｒｅの米国特許第３９５３５６６号に記載の延伸膨張 された微細多孔質の撥水性ポリテトラフルオロエチレン材料がこの目的に特に適 する。これは、液体水を撥じくが、汗の形態の水蒸気が通過するのは許容する。 また、ポリウレタンその他のポリマーがこの目的のために使用されている。布地 分野で使用される材料に良好な可撓性を与えるため、微細多孔質層は、出来るだ け薄く形成される必要がある。しかしながら、比較的薄い膜は、一般に、性能の 低下を意味し、薄いコーティングは、撥水性が低下していく恐れがある。 米国特許第４１９４０４１号は、拡散によって水蒸気分子を移動するポリテト ラフルオロエチレン又はポリペルフルオロスルホン酸からなる薄い空気透過性の コーティングを基材とする、微細多孔質ポリマーの上の付加的コーティングの使 用を記載している。この薄いコーティングは、ポリマーを通して界面活性剤や汚 染物が透過す るのを抑えるために使用される。ポリマーの化学的構造に起因し、この微細多孔 質構造の上の一体状コーティングは、ポリマー材料を通過する水分子の高い移動 性（水蒸気に対する高い透過性）を示す。可撓性に影響を及ぼさない一方で複合 材料に十分な保護を与えるために、このフィルムは出来るだけ薄く施される必要 がある。なお、比較的厚い一体状フィルムの場合、水蒸気透過性は大きく低下す る。 あるタイプの複合材料の膜が米国特許第４９６９９９８号により公知である。 この膜において、内側層の材料は、微細多孔質な外側層の気孔の中に部分的に侵 入する。微細多孔質な外側層の材料として、微細多孔質な延伸膨張ポリテトラフ ルオロエチレンが提案されている。内側層としては、ポリエーテル−ポリチオエ ーテルが提案されている。後者の材料は、ある程度まで微細多孔質層の気孔を満 たすが、本質的に堅くて、アモルファスで無孔質である。この複合材料は、最初 に記載したラミネートの水蒸気透過速度よりも高い水蒸気透過速度を有すると報 告されている。しかしながら、この複合材料が雨着用の布地ラミネートとして使 用された場合、活発に運動して非常な汗が生じたとき、その汗が残らず外気に散 逸することが出来ないことが分っている。衣服の内側に残る液体の汗は、心地良 さや着心地に悪影響を及ぼす。 発明の要旨 本発明の目的は、可撓性があり、液体水に抵抗性で、高められた水蒸気透過速 度を有する水蒸気透過性の複合材料を提供することである。 本複合材料は、 （ａ）水蒸気透過性で液体水抵抗性の微細多孔質ポリマーフィル ム層、 （ｂ）層（ａ）の背面に接着した水蒸気透過性で空気不透過性のポリマー層、 （ｃ）水蒸気透過性で親水性の微細多孔質ポリマーフィルム層、を含んでなる 。 微細多孔質ポリマーは、内部構造の全体にわたって空隙を有し、一方の面から 他方の面まで相互連絡した連続的な空気通路を形成する。 層（ｃ）を備えた複合材料が衣服に使用されてこの層が最も内側の場合、その 水蒸気透過速度は、他の三層の複合材料の一層（親水性の層を含まない）の水蒸 気透過速度よりも、内側から外側への水蒸気透過速度が予想外に高いことが見出 された。このことは、驚くべきことであるが、恐らくは、中間層（ｂ）の水蒸気 透過速度が、液体水が境界面に存在するときは過剰な割合で高くなることによる ものである。親水性を有する微細多孔質な内側層が、ある種のスポンジのように 作用して発生した汗を吸収し、それをより広い表面積にわたって分配し、その結 果、内側の拡散層の境界層に存在する個々の水分子が、容易に通過する又はより 大きくまとまった液になり、このため、外側層までより迅速に移動又は拡散する ためであろう。 微細多孔質層（ｃ）は、本来の性質として親水性であってよく、又は公知のプ ロセス（例えば、米国特許第５２０９８５０号に記載のようなプロセス）を用い て親水性にされてもよい。微細多孔質ポリマーを親水性にするプロセスは、米国 特許第５３５２５１１号と同５３５４５８７号に記載されている。また、ドイツ 特許出願第４２４３９５５号公開明細書は、最初に撥水性であったフルオロポリ マー層を親水性にすることに関するものである。これら以外の処理 法も下記で説明する。 好ましい局面において、微細多孔質ポリマー層は、多孔質の延伸膨張ポリテト ラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）フィルムで代表される。 発明の詳細な説明定義 「可撓性」とは、容易に曲げられること、即ち、柔軟であることを意味する。 「液体水に抵抗性」とは、その材料が１．３８ｋＮ／ｍ²の水圧で防水性であ ることを意味する。 「微細多孔質」とは、一方の面から他方の面まで相互連絡した連続的な空気の 通路で形成する、内部構造の全体にわたる非常に小さい微視的空隙を材料が有す ることを意味する。 「空気不透過性」とは、下記に説明するガーレイテストで評価して、少なくと も２分間にわたって空気の流れが観察されないことを意味する。 「水蒸気透過性」とは、少なくとも１０００ｇ／ｍ²・２４ｈ、好ましくは２ ０００ｇ／ｍ² ・２４ｈの水蒸気透過速度（ＭＶＴＲ）を意味する。 「親水性」材料とは、圧力を加えずに液体水に接触させたとき、多孔質材料の 気孔が液体水で満たされることを意味する。 「接着される」とは、層（ｂ）が層（ａ）に表面接合すること、層（ｂ）が層 （ａ）の気孔の中に完全に又は部分的に侵入すること、及び接着剤の使用による 接着を意味する。 本発明に適切な層（ａ）と（ｃ）の微細多孔質ポリマーには、フルオロポリマ ーの例えばポリテトラフルオロエチレンやポリフッ化 ビニリデン、ポリオレフィンの例えばポリエチレンやポリプロピレン、ポリアミ ド、ポリエステル、ポリスルフォン、ポリ（エーテルスルフォン）、及びこれら の組み合わせ、ポリカーボネート、ポリウレタンなどが挙げられる。可撓性を得 るためには、層は薄いことが必要である。 層（ｃ）の微細多孔質ポリマーが、本来の性質として親水性でない場合、それ を処理することによって親水性にすることができる。微細多孔質ポリマーを処理 してそれを親水性にするために使用できる材料には、テトラフルオロエチレンと ビニルアセテートのコポリマー、ポリアクリル酸とそのコポリマー、ポリアクリ ルアミドとそのコポリマー、ポリビニルアセテート（ＰＶＡ）、ポリスチレンス ルホネート、ポリエチレン又はプロピレングリコール（ＰＥＧ，ＰＰＧ）、親水 性シリコーン、アニオン系又は非イオン系又は両性系の界面活性剤又はこれらの 混合物、及びこれらの錯体の水系又はアルコール系又は水／アルコール系の溶液 が挙げられる。 親水性材料による処理は、液状の材料（例えば、材料の溶融物、溶液、ラテッ クスディスパージョン）を用い、その液を表面上に浸漬、塗布、スプレー、ロー ラー被覆、ブラシがけなどにより施すことにより行われる。この適用は、微細多 孔質構造の内部表面が被覆されるまで行うが、層が水蒸気を透過する性質を損わ せる又は大きく低下させるように気孔が充填されるまでは行わない。従って、親 水性材料の存在は、気孔率に殆ど影響を及ぼさず、即ち、微細多孔質ポリマーの 気孔を画定する壁は、その材料の非常に薄いコーティングを有するに過ぎないこ とが好ましい。この材料の適用は、溶液やディパージョンの濃度、固形分を変え ることにより、及び／又は適用温度や圧力を調節することにより行うことができ る。 空気不透過性のポリマー層（ｂ）は、いくつかの方法の任意の１ つによってポリマー層（ａ）と（ｃ）に組み合わせられる。この空気不透過性の ポリマーは、液体混合物から液状で施されることができ、又は固体のシート状で 施されることもできる。ポリマーがシート状の場合、そのシートをニップロール の間を通すことにより又は透湿性接着剤を用いることにより、疎油性の膜にラミ ネートすることができる。層（ｂ）に好都合なポリマーは、水蒸気透過性で空気 Ｇｒａｃｅ ＆ Ｃｏ．）である。これは、架橋の前に施すこともでき、又は適 用後に架橋させてもよい。微細多孔質な層（ｃ）は、それを予め処理して親水性 にすることができる。これは、層（ｂ）が固定される前又は固定された後に行う ことができる。 三層の複合材料を製造する１つの方法において、硬化剤を用いて予め架橋させ たポリウレタン樹脂が、ロールコーターを用いてｅＰＴＦＥの第１フィルムに施 される。このコーティングの重さは例えば１０ｇ／ｍ²でよい。次いでもう１つ の微細多孔質なｅＰＴＦＥ層が施され、この仕方で組み合わされた層が、２つの 圧力ロールの間のギャップに通され、これにより、未だ完全に架橋していない樹 脂が、微細多孔質構造の中にある程度押し込まれ、気孔の中に侵入する。ここで 、ポリウレタン樹脂は、例えばトイツ特許出願第２９２５３１８号に記載のよう に、最初に層の１つに仕上げられたフィルムとして接着させることができる。次 いで、微細多孔質フィルムの１つの層（層（ｃ））が、上述の処理によって親水 性にされる。 用途に応じて、使用されるｅＰＴＦＥ層の肉厚、密度、気孔サイズを調節する ことができる。 本発明の複合材料は、布帛の片面又は両面にラミネートすることができ、得ら れた材料は、防水性であるが水蒸気透過性の衣服を製造するために使用すること ができる。 本複合材料は、雨着や運動着に使用することができる。また、本複合材料は、 これら以外の工業的用途にも使用され、蒸留物、下水濃縮、ジュースや生物系の 濃縮において低分子量の分子を除去するため、さらには、透析の用途にも使用可 能である。この用途についての前提条件は、濃縮されるべき混合物中の他の分子 よりもその分子を通すのに高い許容性を有する必要がある中間層の選択的拡散挙 動である。 また、本複合材料には、ピンホールなどの存在が漏れに結びつかないといった 特長がある。内側、即ち、着用者の体に向いた面の孔を通って侵入する水は、先 ず水滴を形成する。ここで、この水滴は、毛管力によってこの内側層の中に再び 輸送され、中間層（ｂ）まで輸送される。この表面上で、水は表面上に分配され 、そこから外側に蒸気として「移動」させられる。試験法 −空気透過性／不透過性−ガーレイ数テスト− ガーレイ数は次のようにして求めた。 空気の流れに対するサンプルの抵抗は、Ｗ．＆ Ｌ．Ｅ．Ｇｕｒｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ製のガーレイデンソメーター（ＡＳＴＭのＤ７２６−５８）によって測 定した。この結果は、ガーレイ数として報告し、これは水圧１．２１５ｋＮ／ｍ² の圧損下で６．５４ｃｍ²のテストサンプルを１００立方センチメートルの空気 が通過するための秒単位の時間である。１２０秒間にわたって空気の通過が観察 されなければ、その材料は空気不透過性である。 −水蒸気透過速度（ＭＶＴＲ）のテスト− この方法において、３５重量部の酢酸カリウムと１５重量部の蒸留水からなる 溶液の約７０ｍｌを、その口で６．５ｃｍの内径を有する１３３ｍｌのポリプロ ピレンのカップの中に入れる。酢酸カリ ウムを用いるＣｒｏｓｂｙの米国特許第４８６２７３０号に記載の方法によるテ ストで２４時間あたり約６００００ｇ／ｍ²の最小ＭＶＴＲを有し、Ｗ．Ｌ．Ｇ ｏｒｅ ＆ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ社（ニューアーク、デラウェア州）から入手 した延伸膨張ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のフィルムを、カップの 縁にヒートシールし、その溶液を入れたピンと張った漏れのない微細多孔質バリ ヤを形成した。この水槽アセンブリを、温調室と水循環槽を用いて２３℃±０． ２℃にコントロールした。テストするサンプルを、テスト手順を行う前に、２３ ℃の温度と５０％の相対湿度の条件に慣らした。テストする微細多孔質ポリマー フィルムが水槽の表面に接触するようにしてサンプルを配置し、カップアセンブ リを入れる前に、布地を備えたラミネートについては少なくとも１５分間、フィ ルム複合材料については少なくとも１０分間の平衡を用いた。カップアセンブリ を１／１０００ｇの最小単位で秤量し、テストサンプルの中央に逆さにして置い た。水槽中の水と飽和塩溶液の間に、その方向に拡散によって水の移動を与える 駆動力によって、水の輸送が行われた。サンプルを１５分間テストし、次いでカ ップアセンブリを取り出して再度秤量した。ＭＶＴＲは、カップアセンブリの重 量増加から計算され、２４時間あたりのサンプル表面１平方メートルあたりの水 のグラムで表わされる。 例１ Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ ＆ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ社から提供された２枚の延伸膨 張ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を一緒にラミネートすることにより 、複合材料を調製した。この２枚のＰＴＦＥフィルムは、０．２５μｍの公称気 孔サイズ、約２０ｇ／ｍ²の重さ、及び４０μｍの厚さを有した。ラミネーショ ンのため、ＭＤＩの水蒸気透過性（透湿性）ポリウレタン（ＰＵＲ）のプレポリ マーと、米国特許第４９４２２１４号に記載のアルキレンオキシドを施し、ロー ルコーティング装置を用い、第１フィルムの微細多孔質構造の中に部分的に侵入 させ、次いで第２フィルムを、接着剤としてＰＵＲを用いて、２つのニップロー ルの間でラミネートした。室温でＰＵＲを水分硬化させた後、上記のラミネート したフィルムの一方の面に、米国特許第５２０９８５０号に記載のポリー溶液を コーティングし、微細多孔質ＰＴＦＥを親水性にした（適用量＝４ｇ／ｍ²）。 乾燥の後、水の中に浸すと、得られた複合材料は一方の面が透明になった。 先ず未処理面を水の方に向けて、次いで膜の親水性の面を水の方に向けて、こ の複合材料の水蒸気透過速度を測定した。 測定したＭＶＴＲは、未処理面については２４時間あたり２８０００ｇ／ｍ² であり、親水性の面と水の方に向けた場合には２４時間あたり７５０００ｇ／ｍ² であった。 例２ 親水性コーティングを施す前の例１の複合材料を、スポット状接着プロセスを 用い、１２０ｇ／ｍ²のポリエステル布地の一方の面にラミネートした。この処 理の後、布地にラミネートしていない側に、米国特許第５２０９８５０号に記載 のポリマーを用いて親水性ＰＵＲをコーティングし、それを親水性にした（適用 量＝４ｇ／ｍ²）。 布地面を水に向けた場合、測定したＭＶＴＲは、２４時間あたり７６００ｇ／ ｍ²であり、親水性の面を水の方に向けた場合には２４時間あたり２３０００ｇ ／ｍ²であった。 例３ 親水性処理のために市販の防曇スプレー(Nigrin Anti-Fogging Spray，Inter- Union Technohandau)を一方の側に施した以外は、例 １と同様にして複合材料を調製した。測定したＭＶＴＲは、未処理側については ２４時間あたり２８０００ｇ／ｍ²であり、親水性の面を水の方に向けた場合に は２４時間あたり７９０００ｇ／ｍ²であった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）水蒸気透過性で液体水抵抗性の微細多孔質ポリマーフィルム層、 （ｂ）層（ａ）の背面に接着した水蒸気透過性で空気不透過性のポリマー 層、 （ｃ）水蒸気透過性で親水性の微細多孔質ポリマーフィルム層、 を含んでなる、可撓性で液体水抵抗性で水蒸気透過性の複合材料。 ２．布地層が片面又は両面にラミネートされた請求項１に記載の複合材料。 ３．層（ａ）の膜が延伸膨張ポリテトラフルオロエチレンである請求項１に記 載の複合材料。 ４．布地層が片面又は両面にラミネートされた請求項３に記載の複合材料。 ５．層（ｂ）がポリウレタンであり、層（ｃ）が親水性にされた延伸膨張ポリ テトラフルオロエチレンである請求項３に記載の複合材料。 ６．布地層が片面又は両面にラミネートされた請求項５に記載の複合材料。 ７．ａ）水蒸気透過性で液体水抵抗性の微細多孔質ポリマーフィルムを提供し 、 ｂ）水蒸気透過性で空気不透過性のポリマーを提供し、 ｃ）水蒸気透過性で親水性の微細多孔質ポリマーフィルムを提供し、 ｄ）前記ポリマーを一緒に接着して前記三つのポリマーのラ ミネートを作成する、 ことを含む、複合材料の製造方法。 ８．ａ）水蒸気透過性で液体水抵抗性の微細多孔質ポリマーフィルムを提供し 、 ｂ）水蒸気透過性で空気不透過性のポリマーを提供し、 ｃ）水蒸気透過性の微細多孔質ポリマーフィルムを提供し、 それを親水性材料で処理し、 ｄ）前記ポリマーを一緒に接着して前記三つのポリマーのラミネートを作 成する、 ことを含む、複合材料の製造方法。 ９．請求項１に記載の複合材料を備えた衣服。