JP2007515313A - ミクロ孔のある薄膜を備えた合成保温素材 - Google Patents

Abstract

機能的な布層、透湿撥水性保温層及び孔ネットワークを有する高透湿性ミクロ孔のある薄膜層を含む保温パッケージ及び製造方法。機能的な布、高透湿性保温層及びミクロ孔のある薄膜層は、防水透湿性保温パッケージを成形するために互いに積層される。

Description

本発明は、防水透湿性保温素材、そして特に、アウトドア衣類及びブーツで使用されるような素材に関する。

アウトドアに熱心な人は、悪天候から自分自身を保護する道具に技術的に高度な要求をし続ける。この要求は、いくつかの防水布の進化に帰着し、透湿性布構造の場合、布は典型的に薄いフィルム又は薄膜に積層される。防水透湿性布は、数十年間にわたり機能衣服中で使用され、また好ましい機能構成であると分かった。衣類外からの体に達する水を防ぎ、かつ体から生じる蒸気の除去の両方は、快適さの点から着用者に非常に重要である。しかしながら、そのような布にとって短所は、それらが常に透湿性として分類されるが、それらが重要な水蒸気輸送を提示しないということである。更に、ほとんどの透湿性の布は、保温特性を非常に制限した傾向がある。また更に、薄膜タイプのあるタイプに積層された布は、あまり柔軟でない傾向にあり、かつ使用中に雑音を発する。従って、彼らの要求にもかかわらず、ほとんどの防水透湿性布は所望されたほど透湿しない傾向があり、保温特性の制限を提示するゆえに保温素材のある形状を備えた接合中でそれらを使用しなければならず、それらの堅く騒々しい性質を持続させることをユーザに要求する。

保温素材は、体温保護を備える機能衣服に結合され又は組み入れられしばしば使用される。しかしながら、ほとんどの保温素材は撥水性を備えず、あるいはまた、体温保護の減少に付随する犠牲を払って撥水性を備えない。プリマロフト（ＰｒｉｍａＬｏｆｔ、登録商標）保温素材、特許文献１及び特許文献２に記述された共に、参照によって本発明に組込まれ、マイクロ及びファイン繊維構造を示し、熱保持能力に加えてそれが優れた撥水性を提示するという点で合成保温素材界で唯一である。

しかしながら、プリマロフト（登録商標）保温素材は、それが防水であるという付加長所で天然羽毛の代換品として主として使用される。あるいはまた、プリマロフト（登録商標）中綿は、それが個別の保温層である場合に、衣服製造に組み入れられる。しばしば、それは織布又は不織布の材料の他の層、例えばキルティングを通じて機械的にしっかり固定される。しかしながら、プリマロフト（登録商標）保温素材単独ではそのままの構造が十分ではなく、又は、保温素材及び外衣層の両方として十分な審美的な外観を持っていない。

多くの防水透湿性布の他の要素は、布に透湿性のバリアーを与えるために使用される単一体の薄膜フィルムである。単一体の薄膜は、皮膚に隣接する水を吸収し、外的環境にそれを移動させる親水性の重合体層の使用を通じて水蒸気の浸透を促進する。

不運にも、単一体のフィルムは、典型的にフィルムの蒸気除去特性及びユーザのための快適さを著しく変更する親水性層の重要な膨潤を経験する。更に、この種の薄膜も、機能布において一般に良好な非常に高い引き裂き強度を有するが、これも肯定的な特性として通常見られない衣服中の異常な剛さに帰着する。

従って、それらは、防水、透湿性、膨潤せず優れた蒸気除去特性と結び付けられる優れた撥水性又は防水処理特性を備えかつ十分な引き裂き強度を有する保温素材、の必要があり、けれどそれは着用者にとって過度に堅くないか騒々しくない。
米国特許第４，９９２，３２７号明細書 米国特許第４，５８８，６３５号明細書 米国特許第６，１００，２０８号明細書

本発明の１つの実施形態は、機能的な布層、孔ネットワークを有する高透湿性のミクロ孔のある薄膜層及び透湿撥水性保温層を有する保温パッケージに向けられ、層は防水透湿性保温布を成形するために互いに積層される。

本発明の別の実施形態では、保温層は、結合力のある繊維構造の形をしている透湿撥水性保温層であり、構造は以下の群を含む：
（ａ）合成重合体の７０〜９５重量％は３〜１２ミクロンの直径を有するマイクロ繊維；及び
（ｂ）合成重合体の５〜３０重量％は１２〜５０ミクロンの直径を有するマクロ繊維。

本発明は更に、防水保温パッケージの製造方法に向けられる。機能的な布の第１層、ミクロ孔のある薄膜の第２層及び透湿撥水性保温の第３層をもたらす工程を含んでいる。更に、第１層は第２層へ結合し、そして第３層に第２層が結合する。

発明を特徴づける目新しい様々な特質は、添付した特許請求の範囲で詳細に示され、またこの開示の一部分を成形する。その操作の長所及びその用途が到達した特定の目的についての発明のよりよい理解については、発明の好ましい実施形態の説明に伴う記述の事項に言及される。

発明についてのより多くの完全な理解については、次の記述及び図面が言及される。

今、図面に取って代わると、本発明は、図１中の一般に保温パッケージ１０の方へ向けられ、それは防水及び透湿性の両方である。図１中で示されたように、保温パッケージ１０は、保温素材１２、ミクロ孔のある薄膜１４及び機能的な布１６で構成される。保温材１２、ミクロ孔のある薄膜１４及び機能的な布１６は、好ましくは既知の積層技術によって互い接着される。好ましい実施形態では、積層されたパッケージ１０は、保温材１２としてのプリマロフト（登録商標）保温素材と、それ自体プリマロフト（登録商標）保温素材へ積層されるミクロ孔のある薄膜１４の表面に付着又は積層される任意の織布、不織布、柔らかいけばの裏地布又は他の布構造の機能的な布１６とから成る。ある状況で図２中で示されるように、保温素材１２の非薄膜側に機能的な布の補足層又はライナー１８を加えることは望ましいかもしれない。

ミクロ孔のある薄膜１４は、それが操作することができるミクロ孔の相互に連結したネットワークで高透湿性を有するので好まれる。ミクロ孔のある薄膜１４の透湿性及び通気浸透性の特性は、薄膜のストレッチング及び操作によって選択的に定義される。このストレッチングは、オリジナルの薄膜気孔寸法を変更する。更に、積層技術の使用は、ミクロ孔のある薄膜自身への利用に役立つ。

ミクロ孔のある薄膜の気孔ネットワークの利用は水蒸気の最適の移動を許容する通過能力及び孔寸法を構築する一方、防水、透湿性薄膜としての考えに受理可能なレベルにまだないため水の移動を禁じる。

ミクロ孔のある薄膜１４の長所のうちの１つは、それが水を吸収しない又は膨潤を示さないということである。従来技術の単一体薄膜は典型的にポリウレタンに基づき、薄膜層中の水分子の溶解度によって機能する。その結果、それらの裂けに対する一般的な抵抗にもかかわらず、それらが膨潤の傾向のあるということは望ましくない。そのような膨潤は、単一体薄膜の親水性の特性を変更すると知られている。

対照的に、ミクロ孔のある薄膜は孔を横断する水蒸気の拡散によって機能する。典型的な孔サイズは、例えば１〜８μｍの間にある。この孔寸法範囲のために、本発明のミクロ孔のある薄膜は、それ自体防水又は疎水性とは考えられない。更に、ミクロ孔のある薄膜は、ポリテトラフルオロエチレン又は低結晶性（一般に３０％未満）を備えた他の高分子材料から典型的に作られる。更に、高分子材料は０．５−５μｍの粒径を備えた無機充填剤と混合してもよい。ミクロ孔のある薄膜は一般に約３０〜５０μｍの間の厚さを持っていてもよい。重要なことは、そのようなミクロ孔のある薄膜は、単一体薄膜が共通する膨張を経験しない。

更に、ミクロ孔のある薄膜１４への保温層１２の積層によって、一般に単一体薄膜未満であるミクロ孔のある薄膜の裂けに対する抵抗は、大幅に増加される。更に、積層体の剛さは、単一体薄膜への保温素材の接合によって形成されたものより著しく劣るものである。

更に保温パッケージの防水性を増強するために、機能層１６は、永続性の撥水性処理又はシーレ・コーティングでコーティングしてもよい。

本発明の１つの様相によれば、保温層１２は、結合力のある繊維構造の形をしている合成繊維熱保温素材であり、構造は以下の群を含む：
（ａ）合成重合体の７０〜９５重量％は３〜１２ミクロンの直径を有するマイクロ繊維；及び
（ｂ）合成重合体の５〜３０重量％は１２〜５０ミクロンの直径を有するマクロ繊維。

少なくとも、繊維のうちのいくつかは、結果としての構造の密度が３〜１６ｋｇ／ｍ^３（０．２〜１．０ｌｂ／ｆｔ^３）の範囲内にあるような状態での結合、非接合の集合と比較して、構造の熱保温特性の重要な損失無しで達成されている結合、の接触ポイントで結合される。

本発明で使用される、マイクロ繊維及びマクロ繊維は、ポリエステル、ナイロン、レーヨン、酢酸エステル、アクリル、モドアクリル繊維、ポリオレフィン、スパンデックス、ポリアラミド、ポリイミド、炭化フッ素、ポリベンジイミダゾール、ポリビニルアルコール、ポリジアセチレン、ポリエーテルケトン、ポリイミダゾール、及び商標名「ライトン（ＲＹＴＯＮ）」下で商業的に利用可能な又は目的にふさわしい他の材料のようなフェニレン基を含む硫化物重合体から製造されてもよい。

結合は、マイクロ繊維用の保持構造を成形するために少なくともマクロ繊維のうちのいくつかの間で達成されてもよいし、又は様々な接触ポイントでのマクロ繊維とミクロ繊維の両方の間で達成されてもよい。マクロ繊維は同じ材料又は様々な材料から選ばれてもよいし、マイクロ繊維の材料と同じか異なってもよい。

発明の１つの有利な実施形態の中で、マイクロ繊維はポリエチレンテレフタレートから形成され、そしてマクロ繊維はポリエチレンテレフタレート又はポリアラミド、例えば、商標名「ケブラー（Ｋｅｖｌａｒ）」下で商業的に利用可能なようなものから選択される。

マクロ繊維は単繊維つまり、本質的に一定の構造を有する繊維でありえ、又はそれらは繊維から繊維への結合を促進するための一部分を有する多成分の繊維でもよい。繊維は、繊維から繊維への結合を支援するために、低融点熱可塑性物材料のマクロ繊維を１０重量％未満含む繊維混合物でもよい。発明の更なる実施形態では、マクロ繊維は多成分のマクロ繊維を含む繊維混合物でもよく、そして単一構成のマクロ繊維は他の及び／又はマイクロ繊維を有して一つに結合することができる。

本発明の別の実施形態では、マクロを構成する繊維は異なる特性を有するマクロ繊維を混合又は融合してもよく、例えば、マクロ繊維混合は、所望の結合を与えるポリエステル繊維及び剛さを与える「ケブラー」繊維のような２つ以上の異なる繊維を含んでもよい。結合可能な繊維の比率が後述されるようなマイクロ繊維用の開口保持をもたらすマクロ繊維構造に十分であるという要求を受けるように、結合する繊維への堅い繊維の比率は異なる特性を与えるために変えてもよい。

いくつかの材料は、例えば、ポリフェニレン硫化物繊維、商標名「ＡＰＹＩＥＬ」下で商業的に利用可能なタイプの芳香族ポリアミド、及びオーストリアのレンジングＡＧによって製造されたもののようなポリイミド繊維のように、難燃特性を示すか又は不燃性である。したがって、そのような材料は、本発明による材料を含む量産品の改善された耐燃焼又は耐火性の特性を授ける。

発明の１つの様相に従って、保温層１２の繊維の結合は、好ましくは主にマクロ繊維成分の繊維間のそれらの接触ポイントで起こる。マクロ繊維からマクロ繊維への結合の目的は、マイクロ繊維構成用の保持構造を成形することであり、前記保持構造は保温素材の機械的性質に著しく寄与する。マクロ繊維の結合によって、マクロ繊維はマイクロ繊維を収納することができる開口接合した繊維構造を維持する。あるいはまた、マクロ繊維及び／又はマイクロ繊維はそれらの接触ポイントで結合してもよい。

マクロ繊維間で結合するある手段が、例えば、固体、ガス、液体の結合剤の追加、又はむしろ接触ポイントで低温繊維成分を溶解又は融合させるための熱利用のように使用されてもよい。

保温層１２の構成を結合する方法は決定的ではなく、結合はどちらの繊維成分もその構造のままの状態を失わないそのような条件下で実行されるべきであるという要求のみを受ける。ミクロ繊維又はマイクロ繊維の間の結合を変えることは、熱特性に悪影響を及ぼすであろうことは容易に当業者に認識されるであろう；したがって、結合工程は繊維構成部分及びできるだけ多くの集合の物理的性質と容積を維持するために導かれる必要がある。

接合した保温層１２の熱保温特性は、むしろ本質的に同様の非接合の集合の熱保温特性と同じ又は著しく劣らない。

特に保温層１２内に結合する本発明の実施形態の中で、繊維を結合させるのに十分な温度で繊維を一時的に加熱することにより影響されるかもしれない。そのような加熱時間は、約１２５℃（華氏２５７度）から２２５℃（華氏４３７度）の温度で、１分〜１０分の指示時間でよく、むしろ約１４０℃（華氏２８４度）から２００℃（華氏３９２度）で約３〜７分の時間；もちろん、これらの時間は、混合する繊維構成の材料に依存する。

上述されるようなプリマロフト（登録商標）は、ここに記述されるようなミクロ孔のある薄膜を備えた積層使用に適している。積層技術は、使用する保温素材上に本質的に滑らかな表面と布への接着維持能力を要求する。

この滑らかな表面は、ＩＲカレンダー、ホットプレートカレンダー、ヒートローラー、樹脂コーティング及び／又は特有の熱風炉処理（特有の温度及び気流操作として定義される）の公知技術の工程により成形できる。表面処理に加えて、繰り返し使用及び薄層に裂けない積層された物品の洗濯を通じて構造のそのままの状態を維持するために中綿の内部構造を十分に結合する必要がある。

プリマロフト（登録商標）保温素材、特に、プリマロフト（登録商標）から作られた中綿材料が使用される好ましい実施形態の中でだが、天然繊維と合成繊維又はそれらの混合物から形成された織布及び不織布の保温材を含む本発明の範囲を逸脱することなく、他の保温材を使用することができることについて理解されるべきである。

この保温パッケージ１０はＡＡＴＣＣテスト方法１２７章「耐水性：静水圧力テスト」による静水圧２．０ｐｓｉ以上の水からの保護を与える。それは、アウトドア衣料産業で典型的に、定義によって防水布と考えられる２．０ｐｓｉ以上の静水圧能力を備えたどんな布でも受け入れられる。ＡＡＴＣＣは、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｅｘｔｉｌｅ Ｃｈｅｍｉｓｔｓ ａｎｄ Ｃｏｌｏｒｉｓｔｓ（アメリカ繊維化学技術・染色技術協会）の略である。ＡＡＴＣＣ１２７は、静水圧下の水の浸透に対する布の抵抗を測定するテスト方法で、全てのタイプの布に適用可能である。テスト試験片の一方の表面は圧力調節された水にさらされ、試験片の反対側に漏入物が３ポイント観察されるまで圧力が一定の割合で増加してゆく。１つの実験では、保温層１２としてプリマロフト（登録商標）保温素材を利用する保温パッケージ１０は、１８５ｃｍ−Ｈ_２Ｏ又は２．６３ｐｓｉを超過した静水圧に対する耐性を有することが分かった。従って、保温パッケージ１０は、防水布と考えられるのに必要な耐水特性をはるかに超過した耐水特性を示すと分かった。

保温パッケージ上で行なわれた別のテストは、水蒸気透過率（ＷＹＴＲ）の測定である。これはＡＳＴＭＥ９６−００手順Ｅに従って行われた。ＷＶＴＲは、与えられた時間を通じて布を通り抜けることができる水蒸気量を確定するテストである。

例えば、比較用基準及び試験標準として先行技術の中でしばしば挙げられた１つの既知のミクロ孔のある薄膜は、５０００ｇ／ｍ^２／２４ｈｒｓのＷＶＴＲを有すると知られているセルガート（ＣＥＬＧＡＲＤ、登録商標）２５００である。

特許文献３の実施例１に記述されたそのような先行技術の透湿性上着衣服は、複数成分の繊維の第１層、複数成分の繊維の第２層及び中間にＷＶＴＲ３４６５ｇ／ｍ^２／２４ｈｒｓを有すると示された低密度ポリエチレンから作られる水を通さないバリアーがある。しかしながら、特許文献３に記述された衣服は、本発明のように保温する層を提供しない。保温層の追加は、アウトドア布のＷＶＴＲを減少させるであろうことが予期される。

本発明の保温パッケージのテストは、３７．８℃、かつ相対湿度９０％で行なわれた。サプレックス（ＳＵＰＰＬＥＸ）布、ミクロ孔のある薄膜材料及びプリマロフト（登録商標）保温素材が積層された試料のテストで、３５２１ｇ／ｍ^２／２４ｈｒｓのＷＶＴＲが達成されたことが本発明に記述される。これは重要であり、試験サンプルは、上述された２つの例中に存在しない保温層を備え、その上保温しない積層アウトドア布より大きなＷＶＴＲを有し、かつミクロ孔のある薄膜の単独に近い大きなＷＹＴＲである。本発明の保温パッケージは、保温パッケージを使用して構築された衣類の着用者がかなり激しい運動選手の活動にもかかわらず合理的な快適さが残るのことを期待すべきであることをそのように実証する。

このように、前記の記述から明白になったものの中で、上記で述べられた目的に効率的に到達することが示され、また、ある変更が発明の精神及び範囲から逸脱せずに上記の方法を実行し、そして述べられた構造になるかもしれないので、上記の記述に含まれて、そして実例として説明すべきである図面及び実例に制限はされないがこれに伴い示されるすべての事項は意図される。

本発明による防水保温パッケージの断面図である。 本発明による別の防水透湿性保温パッケージの断面図である。

Claims (20)

1. 少なくとも１つの機能的な布層；
   孔ネットワークを有する高透湿性のミクロ孔のある薄膜層、
   透湿撥水性保温層；
   を含み、
   機能的な布、ミクロ孔のある薄膜層及び保温層は、防水透湿性保温布を成形するために互いに積層された保温パッケージ。
2. 機能的な布層の少なくとも１つは、１つ以上の耐水性布である請求項１の保温パッケージ。
3. 機能的な布層はシーレ・コーティングでコーティングされた請求項２の保温パッケージ。
4. 更に、第２の機能的な布層を含む請求項１の保温パッケージ。
5. 非薄膜側の保温層に第２の機能的な布が積層された請求項４の保温パッケージ。
6. ミクロ孔のある薄膜を伸ばすことにより、孔ネットワーク中の孔寸法が定義される請求項１の保温パッケージ。
7. 前記保温パッケージは蒸気移動を容認し、水移動を防止する請求項１の保温パッケージ。
8. 高透湿撥水性保温素材は不織布で、マイクロ繊維、マクロ繊維、天然繊維及びそれらの混合物から成る群から選択された繊維を含む請求項１の保温パッケージ。
9. 高透湿撥水性保温素材は織布で、マイクロ繊維、マクロ繊維、天然繊維及びそれらの混合物から成る群から選択された繊維を含む請求項１の保温パッケージ。
10. 高透湿撥水性保温素材は結合力のある繊維構造を有し、以下の群を含む請求項１の保温パッケージ：
    （ａ）合成重合体の紡績と引き取りした７０〜９５重量％は３〜１２ミクロンの直径を有するマイクロ繊維；及び
    （ｂ）合成重合体の５〜３０重量％は１２〜５０ミクロンの直径を有するマクロ繊維。
11. 積層技術と両立できる滑らかな表面を有する中綿として成形された透湿耐水性保温層である請求項１の保温パッケージ。
12. 滑らかな表面は、ＩＲカレンダー、ホットプレートカレンダー、ヒートローラー使用、樹脂コーティング及び熱風炉処理から成る群から選択された少なくとも１つの工程によって成形される請求項１１の保温パッケージ。
13. 機能的な布は、柔らかいけばの裏地布、織布及び不織布から成る群から選択された請求項１の保温パッケージ。
14. 機能的な布の第１層を与える；
    ミクロ孔のある薄膜の第２層を与える；
    透湿撥水性保温の第３層を与える；
    前記第２層に第１層を結合する；及び
    第３層に第２層を結合する、
    工程を含む防水保温パッケージの製造方法。
15. 更に、中綿としての第３の層を成形する工程を含む請求項１４の方法。
16. 更に、前記中綿上で滑らかな表面を成形する工程を含む請求項１５の方法。
17. 第１層と第２層の結合は積層製法である請求項１４の方法。
18. 第２層と第３層の結合は積層製法である請求項１４の方法。
19. 更に、第２の機能的な布層を与える工程を含む請求項１４の方法。
20. 第２の機能的な布層は保温層に積層される請求項１７の方法。

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