JP2012530192A - 人造セルロース系繊維を主体とする紫外線保護布 - Google Patents

Abstract

本発明は、ＵＶ保護布に関し、ここで、これらの布は、ＵＶ保護セルロース系繊維から作製され、すなわち、モダールまたはリヨセルプロセスによって製造される。指定の繊維物質および従って布のＵＶ線に対する恒久的で固有の保護に加えて、ＵＶ保護は、この布が湿潤、延伸状態であっても確保される。繊維の膨潤の結果、布の構造がより密となり、その直接の結果として、乾燥、延伸状態と比較して、ＵＶ透過が大きく低減される。

Description

本発明は、高靭性ＵＶ保護人造セルロース系繊維から作製されるＵＶ保護布に関する。指定の繊維材料および布の恒久的かつ固有のＵＶ線からの保護に加えて、布が湿潤、延伸状態であってもＵＶ保護機能が確保される。繊維が膨潤することにより布の構造がより密となり、その直接の結果として、乾燥あるいは延伸した状態のときと比較して、ＵＶ透過量が大きく低減する。

ＵＶ放射線への過剰な曝露による影響および結果が知られるにつれ、ＵＶ線からの保護に関する研究への関心が高まってきている。ＵＶ、特にＵＶＡ（３８０〜３１５ｎｍ）およびＵＶＢ（３１５〜２８０ｎｍ）放射線への曝露は、日焼け、皮膚老化、アレルギー、さらには皮膚癌などの皮膚の損傷を引き起こすことが知られている。皮膚病学者は、特に小児を、例えば太陽光保護布地によって、長時間にわたる太陽光の照射から保護すべきであると警告している。また、職業上屋外で過ごす必要のある運動選手その他の人々にとっても太陽光からの保護は重要である。

日焼け止めクリームと比較して、布地材料は、ＵＶ線からの恒久的な保護が可能である。しかし、布地材料のＵＶ遮蔽効果を厳密に、定量的に評価することはほとんど不可能である。布地のＵＶ保護能力によって分類する際には、紫外線保護指数（ＵＰＦ）の測定に基づいて明確に定められた標準的な方法が用いられる。指定された標準としては、ＵＶ標準８０１、ＡＳ／ＮＺＳ ４３９９：１９９６、およびＥＮ １３７５８‐１が挙げられる。一般に、太陽光から保護するための衣服は、十分な太陽光保護能を提供するため１５（良）から５０＋（優良）のＵＰＦ値を示す必要がある。このことは、太陽光保護衣服が太陽光保護性であるとして分類されるためには、最低でも１５のＵＰＦを示す必要があることを意味している。本発明では、ＡＳ／ＮＺＳ ４３９９：１９９６ 太陽光保護衣服の評価および分類標準（Ｓｕｎ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ Ｃｌｏｔｈｉｎｇ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ）を基準として用いる。

布のＵＰＦは、繊維の種類、繊維すなわち糸材料の色、構造パラメータ（厚さ、密度、織り方および糸の種類、目付）、添加剤の存在（顔料、蛍光増白剤）、さらには機械的パラメータ（弾性）、後処理、洗浄、洗濯、および水分含有量などのパラメータに応じて大きく変化する。しかし、布の多孔率はＵＶ透過率を決定するため、ＵＶ保護に最も影響を及ぼすパラメータであることが知られている。従ってこの点がビーチウェアおよびスポーツウェアのための夏用の軽量布を開発する際に重要なポイントである。

一般に、高重量で色が濃く厚い布の方が、軽量で色が薄く薄い布よりもＵＶ線の吸収量が大きい。この事実は、軽量構造の衣服と定義される夏用衣服の製造に関する厳しい制約となっている。しかし、ＵＶ放射線は夏季に最も強くなる。従って、どのような形態であれ、皮膚が損傷を受ける可能性（日焼け、皮膚癌）は、夏に最も高くなる。特にビーチウェアおよびスポーツウェア、ならびにさらには軽量夏用ワークウェアのための、ＵＶ保護に関する目的は、従って、暑い季節に快適に着用でき、加えてあらゆる着用条件下にて最適なＵＶ遮蔽能力を提供する、軽量で薄い色の布の製造でなければならない。

未延伸状態の乾燥した布のサンプルのＵＰＦを測定すると、そのＵＶ保護特性に関して大きく誤って解釈される可能性がある。これは、ＵＰＦが着用により伸びたり濡れたりすることにより低下することが知られているからである。延伸は、着用者の様々な動きによって発生するものであるのに対し、湿潤は、水泳、セーリング、サーフィン、魚釣り、またはその他のウォータースポーツの間に水と接触することによるか、またハイキング、ランニング、サイクリング、登山や、テニス、ビーチバレーなどのその他のあらゆる屋外スポーツ、もしくはさらには労働の間に単に汗をかくことによっても発生し得る。例えば、Ｔシャツ用を例とする一般的に用いられるスポーツウェア用布は、未染色、すなわち白色のコットン１００％から作製される１７０ｇ/ｍ^２のシングルジャ−ジーである。この布が乾燥した状態でＡＳ／ＮＳＺ ４３９９：１９９６に従って測定されるＵＰＦは、１１である。ＵＶ標準８０１に従って乾燥かつ延伸した状態で測定されるＵＰＦは、５に低下する。

一般に、公知の布は、湿潤状態では、透過性が高まることに起因してＵＶ放射線からの保護機能が大きく低下する。保護レベルの低下は、繊維／布の種類、およびそれが吸収する水分量に依存する。例えば、上述のコットン布のＵＰＦは、ＵＶ標準８０１に従って湿潤および延伸された場合には７である。湿潤後の延伸状態におけるＵＰＦの僅かな上昇は、繊維の膨潤の影響であり得る。

通常の構造パラメータの変化に加えて、ＵＶ遮断布地材料を作製するためのその他の手法がいくつか存在する。その一つとして、例えば有機ＵＶ遮断剤または無機粒子を通常含有するＵＶ遮断仕上げ剤で繊維または布を処理する方法が考えられる。しかし、そのような仕上げ剤は、耐久性に欠けることが知られている。それは、磨耗、浸出などにより、使用および洗浄の間に布から少なくとも部分的に除去され、ＵＶ遮断特性が失われる。

この欠点を克服するためのポリマー業界で一般に知られる方法は、成型プロセスの過程で成型体中に機能性物質を組み込むことであり、成型前の材料全体、例えばポリマーの溶融物または溶液にその物質を添加することによる。当然ながら、この方法は天然のコットンファイバーに適用することはできない。

ポリエステル繊維は、全ＵＶ範囲にわたる透過を低減できる顔料を紡糸プロセスの過程で組み込むことにより、耐久性良くＵＶ遮断特性が高められることが知られている。用いられる顔料は、有機由来であっても無機由来であってもよい。有機顔料は、無機顔料よりも繊維の物理的特性に悪影響を及ぼしやすいことが知られているため、繊維材料のＵＶ吸収および反射特性に影響を与えるためには二酸化チタンや酸化亜鉛などの無機顔料が使用されることの方が多い。上述のコットン布と同一の構造を有するが（１７０ｇ/ｍ^２ シングルジャ−ジー）、ＵＶ遮断性のポリエステル繊維１００％から成る布は、乾燥、未延伸状態にて、約２倍となる２０のＵＰＦ値を示す。しかし、乾燥状態で延伸後のＵＰＦは８に低下する。濡れた状態で延伸すると、ＵＰＦは１２に僅かに上昇する。ポリエステルは水では膨潤しないため、水は繊維表面にのみ吸着されるため、この僅かなＵＰＦの上昇は、ＵＶの反射またはこれに類似の効果によって生じた可能性がある。とはいえ、このような布でさえ、現実的な着用条件下での少なくとも１５のＵＰＦという要件を満たすものではない。加えて、ポリエステルまたはナイロンなどの人造繊維で作製された布は吸水性が低いために、着用時の快適性が非常に低く、身体環境が悪い。

人造セルロース系繊維に粒子を組み込む技術は既に知られている。例えば、特許文献１は、セラミック粒子をリヨセルに組み込んでセンサー繊維を製造することを開示している。これらの粒子の組成については言及されていない。特許文献２は、大量のＴｉＯ_２をリヨセルに組み込んで、セラミック繊維の前駆体を製造することが開示されているが、このような前駆体は、軽量布地に用いるための繊維とはまったく異なる特性を持つ。特許文献３は、いくつかの用途向けの繊維のために、最大５０％（重量／重量）までのＴｉＯ_２を含有するマスターバッチをリヨセルプロセスに用いることを開示しているが、粒子サイズ、ならびに粒子の分布、さらには軽量ＵＶ保護布に必要とされる最終繊維中の粒子含有量の分布についてはまったく述べられていない。

ドイツ特許第１９５４２５３３号 国際公開第２００３／０２４８９１号 国際公開第９６／２７６３８号

上記に鑑みてなされた本発明の目的は、現実的な着用条件下にて着用者を保護するのに十分である改良されたＵＰＦを示し、さらには良好な着用快適性および身体環境、ならびに屋外スポーツ活動中さらには労働中に通常発生する激しい条件に十分に耐える引き裂き強度を示し、特にビーチもしくはスポーツウェア、または夏用ワークウェア用の布地としての、改良されたＵＶ保護布を提供することである。

特に、本発明の目的は、ビーチウェア、スポーツウェア、およびさらには夏またはその他の暖かい条件における屋外ワークウェアとして用いることができるように、湿潤および延伸された状態でそのＵＶ遮蔽能力が維持される、改良された耐久性のあるＵＶ保護布を提供することである

上記課題の解決手段は、ナノスケール無機顔料が組み込まれた高靭性人造セルロース系繊維を含有するＵＶ保護布である。本発明の目的を達成するために、ナノスケール顔料は、１０００ｎｍ未満のｘ_５０値を有することを特徴とする。組み込まれる顔料は、紡糸前にセルロース溶液へ添加される。こうすることで、常に繊維中に顔料を非常に均一に分布させることができる。これは、例えば光学顕微鏡による繊維断面の簡易な観察により、容易に評価することができる。

本発明に関する繊維は、主としてステープルファイバーであるが、エンドレスフィラメントを含有する布も、以下で概説する該当の特性を満たす限りにおいて、本発明の範囲内である。これは、フィラメントが一般に、顔料の効果、膨潤、水分管理、機械強度などの点で、同一の挙動を示すからである。

本発明に従う高靭性人造セルロース系繊維は、破断靭性が、調整状態で少なくとも３０ｃＮ／ｔｅｘ、湿潤状態で少なくとも１８ｃＮ／ｔｅｘである人造セルロース系繊維であり、これらの両パラメータは共にＢＩＳＦＡに従って評価される。

本発明の布地において、好ましくは、セルロース系繊維は、１０００ｎｍ未満のｘ_５０および２０００ｎｍ未満のｘ_９９を特徴とする粒子分布を示すナノスケールＴｉＯ_２顔料を０．１〜１．５％（重量／重量）含む。顔料は、十分な流通量と品質で市販されていることから、ＴｉＯ_２が最も好ましい。本発明に関して述べられる粒子分布値はすべて、ＨＥＬＯＳ／ＢＦ粒子サイズ分析器及びインストールされたソフトウェアを用いてレーザー回折により測定した。

本発明のある態様では、布はさらに、少なくとも１種類の合成繊維および／または天然セルロース繊維を含有する。合成繊維は、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、またはその他のいずれの適切な合成物質から成るものであってもよく、本明細書で述べる布の種類に適するどのようなデニールであってもよい。ここで特に言及すべき合成繊維として、ビーチウェア、スポーツウェアなどに用いるために他の繊維と混合されることが多いＥｌａｓｔａｎが挙げられる。天然セルロース繊維は、主としてコットンであるが、リンネルまたは麻のようなその他のいずれの天然セルロース繊維であってもよい。様々な理由で異なる種類の繊維をブレンドすることは、繊維製品業界では一般的である。しかし、本発明の目的の達成のためには、特定の要件を満たす、例えば、ナノスケール無機顔料を組み込まれた高靭性人造セルロース系繊維をポリエステルとブレンドすることで、経済的な価格で布強度にすぐれた軽量構造を得ることができる。また、布に含まれるポリエステルの量によって、用途に応じて異なりうる水分吸収量を制御することもできる。ナノスケール無機顔料を組み込まれた高靭性人造セルロース系繊維をコットン繊維とブレンドすることで、着用快適性の高い経済的な布が得られる。そのようなブレンドは、糸を作製する前に繊維を混合することで作製してよく、またはブレンドされていない糸を、縦糸と横糸として混合することで作製してもよい。例えば、５０％の本発明に従うセルロース系繊維と５０％のＣｏｏｌｍａｘ（登録商標）ポリエステル繊維とのブレンドは、ビーチウェアおよびスポーツウェアの分野で多くの用途に用いることができる。

ＵＶ保護粒子をセルロース系繊維に組み込むと、繊維の強度は大きく低下する。従って、所望される機械特性を有する繊維を得るためには、特別な製造プロセスを用いる必要がある。従って、本発明の特に好ましい態様のひとつは、高靭性人造セルロース系繊維がリヨセル繊維である布である。ＢＩＳＦＡの定義によると、リヨセル繊維は、有機溶媒紡糸プロセスによって得られるセルロース系繊維のことであり、ここで、「有機溶媒」とは、有機化学物質と水との混合物を本質的に意味し、「溶媒紡糸」とは、誘導体の形成なしに溶解および紡糸を行うことを意味するものであると理解される。このようなプロセスは、過去２０年間の文献により公知である。このような繊維は、顔料が組み込まれているにも関わらず、調整状態だけでなく、湿潤状態でも著しく高い靭性を示す。リヨセル繊維を用いることによる別の驚くべき利点は、これらの繊維がフィブリル化する傾向にあること、およびそのようなフィブリル化が、ＵＰＦをさらに上昇させることである。製織後にフィブリル化された、ナノスケール無機顔料が組み込まれた繊維から作られたリヨセル織布は、樹脂で処理され、製織後に脱フィブリル化された（defibrillated）類似の布と比較して、ほぼ２倍のＵＰＦを示した。これは、特に、ＵＶ保護材料のフィブリルが生じない、ＵＶ保護仕上げを行った繊維と比較して、重要な利点である。

別の好ましい態様は、高靭性人造セルロース系繊維が、モダール繊維、すなわち、オーストリア特許公開公報第２８７９０５号に記載のものを例とする、改良ビスコースプロセスに従って製造された繊維からなる布である。このような繊維もまた、その性能はある局面ではリヨセルＵＶ保護繊維よりも低いにも関わらず、調整状態ならびに湿潤状態にて非常に高い靭性を示す。標準的なビスコースプロセスに従って、ＵＶ保護粒子を組み込んで製造された繊維は、特に湿潤状態において、所望される機械特性に到達することはない。

本発明の分野によれば、布中の高靭性人造セルロース系繊維は、０．８〜３．３ｄｔｅｘ、好ましくは０．９〜１．７ｄｔｅｘの繊度を示す。繊維の繊度がこれより高いと、ＵＶ保護粒子の影響により、機械特性が不十分となる。繊度がこれより低い、すなわち直径の大きい繊維は、やわらかい軽量布には適さない。ほとんどの場合、布はニット布または織布である。そのような布は、好ましくは、単位面積あたり質量が１２０〜２７０ｇ／ｍ^２である。これより軽い布は、本発明に従う組み込み繊維１００％で作製された場合であっても、十分なＵＰＦを示さない。これより重い布の場合、ナノスケール無機顔料が組み込まれていない標準的な繊維であっても許容レベルのＵＰＦを達成することが可能である。

本発明の別の目的は、ナノスケール無機顔料が組み込まれた高靭性人造セルロース系繊維の、軽量のビーチウェア用、スポーツウェア用、またはワークウェア用ＵＶ保護布の製造のための使用である。この繊維は、上記で概説される説明に従って用いることができる。

本発明のさらに別の目的は、ナノスケール無機顔料が組み込まれた高靭性人造セルロース系繊維と顔料を含まない繊維とを、以下の一般規則に従う比率でブレンドして含有する布を用いることによる、軽量のビーチウェア、スポーツウェア、またはワークウェアのＵＶ保護を改良するための方法である。布の単位面積あたり質量が大きいほど、ＴｉＯ_２含有量を少なくできる。しかし、単位面積あたり質量が２７０ｇ／ｍ^２超であると、１％以上のＴｉＯ_２を含む繊維の使用は、もはや合理的ではない。繊維ブレンドに関しては、ＵＶ保護繊維の量は、単位面積あたり質量が小さいほど増加させる必要がある。そのような薄い布の高い耐引き裂き性を、特に湿潤状態で維持するためには、ＵＶ保護セルロース系繊維は、高い靭性を示す必要がある。非常に「目の粗い（ｏｐｅｎ）」構造を有する布の場合も、ＵＶ保護繊維の量は、高いＵＰＦ値を維持するために増加させる必要がある。

紫外線保護指数とＵＶ保護リヨセルの量の関係を示す図である。 紫外線保護指数と繊維種類との関係を示す図である。

以下、実施例を参照して本発明を説明する。これらの実施例は、いかなる形であっても、本発明の範囲を制限するものではない。

実施例１
ステープル長３８ｍｍの１．３ｄｔｅｘ ＵＶ保護リヨセル繊維を、適切な分散剤を用いて１％（重量／重量）のＴｉＯ_２（市販品Ｋｒｏｎｏｓ２０６４）を組み込むことにより、リヨセルプロセスに従って製造した。ＴｉＯ_２分散液は、リヨセルドープに添加する前にろ過した。ろ過後の分散液において、ＴｉＯ_２の粒子サイズ分布は、５７０ｎｍのｘ_５０および１１６０ｎｍのｘ_９９を示した。繊維の靭性は、３３．０ｃＮ／ｔｅｘ（調整）および２５．５ｃＮ／ｔｅｘ（湿潤）である。破断伸度（湿潤）は、１４．５％であった。これらの繊維から作られたシングルジャージー布を用いた場合の軽量ニット布のＵＰＦへの濡れによる影響を調べるために、これらの繊維とコットンとの一連のブレンドを、リング精紡によりＮｍ５０の糸とし、単位面積あたり質量が１４０ｇ／ｍ^２であるシングルジャージー布を作製した。この布を、ＵＶ標準８０１に従って、二軸延伸機を用いて、湿潤、延伸した。続いて、ＡＳ／ＮＺＳ ４３９９：１９９６ 太陽光保護衣服の評価および分類標準に従ってＵＰＦを測定した。得られた結果を図１にまとめる。繊維のブレンド中のＵＶ保護リヨセルの量が多いほど、湿潤延伸状態でのＵＰＦが高いことが明らかに推測できる。ＵＶ保護リヨセルを７０％（もしくはそれ以上）を含む布の場合、乾燥および湿潤の延伸状態のサンプルに比べてＵＰＦが２倍超であることが分かった。

実施例２
ステープル長３９ｍｍの１．３ｄｔｅｘ ＵＶ保護モダール繊維を、適切な分散剤を用いて１％（重量／重量）のＴｉＯ_２（市販品Ｋｒｏｎｏｓ２０６４）を組み込むことにより、オーストリア特許公開公報第２８７９０５号に記載のプロセスに従って製造した。ＴｉＯ_２分散液は、紡糸用ドープに添加する前にろ過した。ろ過後の分散液において、ＴｉＯ_２の粒子サイズ分布は、５７０ｎｍのｘ_５０および１１６０ｎｍのｘ_９９を示した。繊維の靭性は、３４．０ｃＮ／ｔｅｘ（調整）および１９．０ｃＮ／ｔｅｘ（湿潤）である。破断伸度（湿潤）は、１５．０％であった。繊維の膨張がどのようにＵＶ保護に対してプラスの効果をもたらすのかを調べるために、これらのＵＶ保護モダール繊維、ならびに実施例１のＵＶ保護リヨセル繊維を、リング精紡によりＮｍ５０の糸とし、単位面積あたり質量が１７０ｇ／ｍ^２であるシングルジャージー布を作製した。ＵＶ保護能を評価する前に、ＵＶ標準８０１に従って布を湿潤、延伸した。続いて、ＡＳ／ＮＺＳ ４３９９：１９９６ 太陽光保護衣服の評価および分類標準に従ってＵＰＦを測定した。得られた結果を図２にまとめる。予想された通り、布の湿潤は、主として繊維の性質により、ＵＰＦ値に大きく影響した。ＵＶ保護モダールおよびＵＶ保護リヨセル布のＵＰＦ値は、実施例１でみられたように、湿潤状態で上昇した。ＵＶ保護モダールまたはＵＶ保護リヨセルは、湿潤状態でもそのＵＶ保護機能が保持されることが明らかに示され、これは２０およびそれを超えるＵＰＦ値として確認される。また、図２に示すように、通常のコットンおよび１％（重量／重量）のＴｉＯ_２を含有する市販の１．３ｄｔｅｘポリエチレンテレフタレート繊維から作製した１７０ｇ／ｍ^２のシングルジャージー布の性能がより低いことも判った。

これらの結果より、ＵＶ保護モダールまたはＵＶ保護リヨセル繊維の膨潤可能な能力は、ビーチウェア、スポーツウェア、さらには作業着用のＵＶ保護衣服をデザインする際に極めて有益であるといえる。

Claims (8)

1. ナノスケール無機顔料が組み込まれた高靭性人造セルロース系繊維を含むＵＶ保護布。
2. 前記セルロース系繊維が、１０００ｎｍ未満のｘ_５０および２０００ｎｍ未満のｘ_９９を特徴とする粒子分布を有するナノスケールＴｉＯ_２顔料を、０．１〜１．５％（重量／重量）含有するものである、請求項１に記載の布。
3. 前記布が、１種以上の合成および／またはセルロース繊維をさらに含有する、請求項１に記載の布。
4. 前記高靭性人造セルロース系繊維が、リヨセル繊維である、請求項１に記載の布。
5. 前記高靭性人造セルロース系繊維の繊度が０．８〜３．３ｄｔｅｘである、請求項１に記載の布。
6. 前記布がニット布または織布である、請求項１に記載の布。
7. 前記布の単位面積あたり質量が１２０〜２７０ｇ／ｍ^２である、請求項１に記載の布。
8. 軽量ビーチウェア、軽量スポーツウェア、または軽量作業着用のＵＶ保護布の製造のための、ナノスケール無機顔料が組み込まれた高靭性人造セルロース系繊維の使用。

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