JP2020105684A - 断熱性を有する暗色系涼感繊維及びそれにより得られた紡績品 - Google Patents
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Abstract
【課題】近赤外域（７８０ｎｍ〜２５００ｎｍ）の反射率及び断熱性を向上せしめた暗色系涼感繊維及び当該繊維を用いた布帛を提供する。【解決手段】紡績繊維に粒径が３００〜１８００ｎｍの、鉄、銅、ニッケル、コバルト及びクロムから選ばれる２種以上の混合物であるナノ微粒子を紡績繊維全体の重量を１００ｗｔ％とした場合、ナノ微粒子の混合物０．０５〜５ｗｔ％を添加した繊維。更に、当該繊維をニッティングやウェーピングした布帛。【選択図】なし
Description
本発明は断熱性を有する暗色系涼感繊維に関し、特に当該繊維をニッティングやウェーピングして得られた暗色系涼感紡績品に関するものである。
既存技術において、伝統の紡績繊維及び紡績品の涼感効果は、比熱の小さい鉱石粉又は玉石粉の添加、若しくは異形断面の糸引き方式でその熱伝導性を向上させ、涼感の効果をもたらせた。例えば、科陽社により販売される涼感繊維製品（登録商標：ＡＣＯＴＥＸ）によれば、着用着が室外から冷房室に入ると、その衣類に含まれた比熱の小さい材料の働きにより瞬時に涼感効果を発揮できるとの点が注目されたが、その反面、室外で太陽に晒されると、比熱の小さい材料が使用されているため、むしろ熱く感じてしまう欠点があった。
又、一部の既存技術においては繊維として吸水性良好な紡績材料、例えばコットン、ビスコースレーヨン、キュプラレーヨン等の紡績繊維を使用したり、又は合成繊維の上に親水化処理を行うことにより、人に瞬時的な涼感を与え、酷熱の環境下でも熱く感じさせないが、これらの繊維に水分が大量に入り込むと、優れた保湿効果の働きにより、衣類が乾燥しにくくなるので、運動中に発生した大量の汗が衣類に吸入され、その後着用者が冷房環境に進入すると、濡れている衣類が瞬く間に冷たくなり、人体に寒さを感じさせてしまう欠点があった。
上述した既存技術の問題を解決するために、本発明の一つの目的としては、暗色系繊維を使用した場合でも、依然として良好な近赤外光反射率及び断熱効果を有し、且つより安価で簡単に製造できる、断熱性を有する暗色系涼感繊維及びその紡績品を提供することである。
上述した目的を実現するために、本発明のもう一つの目的としては、人造繊維と合成繊維から選ばれる１種以上を含む紡績繊維であって、前記紡績繊維全体の重量を１００ｗｔ％とした場合、鉄、銅、ニッケル、コバルト及びクロムから選ばれる２種以上を含有し、且つ粒径が３００〜１８００ｎｍであるナノ微粒子０．０５ｗｔ％〜５ｗｔ％、好ましくは粒径が５００〜１５００ｎｍのナノ微粒子０．１〜３ｗｔ％、より好ましくは粒径が７００〜１３００ｎｍのナノ微粒子０．３〜１．５ｗｔ％を含有し、近赤外光反射率及び断熱効果が向上された、断熱性を有する暗色系涼感繊維を提供することである。
前記ナノ微粒子の具体的な実施態様は、下記の１）〜６）に示される。
１）Ｆｅ５〜３００重量部とＣｒ５〜２００重量部。
２）Ｆｅ５〜３００重量部とＮｉ５〜２００重量部。
３）Ｃｕ５〜３００重量部とＮｉ５〜３００重量部。
４）Ｆｅ１０〜１５０重量部とＣｒ１０〜１００重量部。
５）Ｆｅ１０〜１５０重量部とＮｉ１０〜１００重量部。
６）Ｃｕ１０〜１５０重量部とＮｉ１０〜１５０重量部。
１）Ｆｅ５〜３００重量部とＣｒ５〜２００重量部。
２）Ｆｅ５〜３００重量部とＮｉ５〜２００重量部。
３）Ｃｕ５〜３００重量部とＮｉ５〜３００重量部。
４）Ｆｅ１０〜１５０重量部とＣｒ１０〜１００重量部。
５）Ｆｅ１０〜１５０重量部とＮｉ１０〜１００重量部。
６）Ｃｕ１０〜１５０重量部とＮｉ１０〜１５０重量部。
本発明のもう１つの目的は、暗色系涼感繊維をニッティングやウェーピングし得た涼感紡績品であって、一般の黒色織物に比べ、断熱効果の差が１２℃程度あり、近赤外光反射率が５０％〜８０％である、断熱性を有する暗色系涼感紡績品を提供する。
本発明の暗色系涼感繊維及びその紡績品の利点としては、紡績繊維に粒径が５００〜１５００ｎｍのナノ微粒子を所定の割合で添加しているので、本発明による暗色系涼感繊維と同一のグラム重量、カラー及び織り方にて得られた紡績品に比べ、近赤外光反射率及び断熱性を大幅に向上することができ、特に、既存の暗色系断熱性繊維に比べ、低い製造コストで且つ簡単な製造工程により工業上で大量生産することが可能となる利点を有している。
本発明の暗色系涼感繊維は、断熱性と涼感機能を兼ね備えるものであり、前記紡績繊維全体の重量を１００ｗｔ％とした場合、粒径が３００〜１８００ｎｍの、鉄、銅、ニッケル、コバルト及びクロムから選ばれる２種以上のナノ微粒子の混合物０．０５ｗｔ％〜５ｗｔ％、好ましくは粒径が５００〜１５００ｎｍのナノ微粒子の混合物０．１〜３ｗｔ％、より好ましくは粒径が７００〜１３００ｎｍのナノ微粒子の混合物０．３〜１．５ｗｔ％を含有する。これにより、紡績繊維の近赤外光反射率及び断熱効果を向上することができる。
本発明の紡績繊維には、人造繊維及び合成繊維から選ばれる１種以上を含む。
本発明の暗色系涼感繊維では、現行の溶融紡糸技術を採用したままで前記ナノ微粒子を添加することが可能である。本発明の暗色系涼感繊維の製作方法においては、下記のステップＡ〜ステップＣを有する。
ステップＡ：所定割合のナノ微粒子を取り、天然高分子物質又は合成高分子物質と共に断熱性のある涼感母粒子を製作し、例えば、ＦｅとＣｒの重量比が２４：１となる混合物と、天然高分子物質又は合成高分子物質と共に断熱性のある涼感母粒子を製作する。
ステップＢ：製作された断熱性のある涼感母粒子を、他の高分子母粒子又は合成高分子母粒子と均一に混合する。
ステップＣ：スクリュウー混練を行い、更に吐出機構から押出され、暗色系涼感繊維を得る。
ステップＡ：所定割合のナノ微粒子を取り、天然高分子物質又は合成高分子物質と共に断熱性のある涼感母粒子を製作し、例えば、ＦｅとＣｒの重量比が２４：１となる混合物と、天然高分子物質又は合成高分子物質と共に断熱性のある涼感母粒子を製作する。
ステップＢ：製作された断熱性のある涼感母粒子を、他の高分子母粒子又は合成高分子母粒子と均一に混合する。
ステップＣ：スクリュウー混練を行い、更に吐出機構から押出され、暗色系涼感繊維を得る。
以下、本発明の暗色系涼感繊維及びその加工品である繊維織物製品並びに生地を挙げて説明し、また、断熱性に対する評価は下記の方法により行われた。
１．ランプボックス試験（断熱効果テスト）
図１を参照し、ナノマークＴＮ−０３７規格に従い、標準試料、テスト試料が夫々１枚合計２枚の布試料を用意し、標準試料の温度を４６℃±２℃に制御し、ランプボックスの左半円管及び右半円管に夫々置き、１７５Ｗの赤外線ランプで同時にテスト試料と標準試料を１０分照射し、照射前後の温度差を観測した。
テストサンプルに要求する水準：標準試料との温度差が２℃以上となれば、所要の断熱効果を有すると言える。
２．色沢度測定
分光光度計（Ｘ−ｒｉｔｅ社製、型番：Ｃｏｌｏｒ−Ｅｙｅ ７００００Ａ）により織物の色沢度を測定した。
３．近赤外光反射率の測定
繊維製品・生地の繊維密度による近赤外光反射率に対する測定精度に影響を及ぼすことを回避するために、布サンプルを１６層まで折り畳んだ上、ＵＶ／Ｖｉｓ／ＮＩＲスペクトロメータ（Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ社製、型番：Ｌａｍｂｄａ ７５０）を用い、繊維製品・生地の近赤外光反射率を測定した。
１．ランプボックス試験（断熱効果テスト）
図１を参照し、ナノマークＴＮ−０３７規格に従い、標準試料、テスト試料が夫々１枚合計２枚の布試料を用意し、標準試料の温度を４６℃±２℃に制御し、ランプボックスの左半円管及び右半円管に夫々置き、１７５Ｗの赤外線ランプで同時にテスト試料と標準試料を１０分照射し、照射前後の温度差を観測した。
テストサンプルに要求する水準：標準試料との温度差が２℃以上となれば、所要の断熱効果を有すると言える。
２．色沢度測定
分光光度計（Ｘ−ｒｉｔｅ社製、型番：Ｃｏｌｏｒ−Ｅｙｅ ７００００Ａ）により織物の色沢度を測定した。
３．近赤外光反射率の測定
繊維製品・生地の繊維密度による近赤外光反射率に対する測定精度に影響を及ぼすことを回避するために、布サンプルを１６層まで折り畳んだ上、ＵＶ／Ｖｉｓ／ＮＩＲスペクトロメータ（Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ社製、型番：Ｌａｍｂｄａ ７５０）を用い、繊維製品・生地の近赤外光反射率を測定した。
具体的には、布サンプルを１６層に折り畳んで積層構造体にし、ＵＶ／Ｖｉｓ／ＮＩＲスペクトロメータを用い、波長が２００ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲での布試料の反射率を測定し、布試料の近赤外域（７８０ｎｍ〜２５００ｎｍ）での反射能力を観測した。
実施例１
実施例１においては、溶融紡糸技術により、紡績繊維に下記の成分組成を有し且つ平均粒径が７００ｎｍのナノ微粒子０．３ｗｔ％を含有する暗色系涼感繊維を製作した。
ナノ微粒子の成分組成：
鉄（Ｆｅ） ３２重量部
クロム（Ｃｒ） ３２重量部
必要に応じて添加された他の微量元素（Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏなど）
また、対比用試料としては、下記の２種類の試料を用意した。
１．試料Ａ：紡績繊維に、３０ｗｔ％のカーボンブラックが添加されたＰＥＴ樹脂からなる黒色母粒子４．５ｗｔ％を含有する、一般の黒糸を対比用試料として製作した。
２．試料Ｂ：紡績繊維に、３０ｗｔ％のカーボンブラックが添加されたＰＥＴ樹脂からなる黒色母粒子７．０ｗｔ％を含有する、一般の黒糸を対比用試料として製作した。
実施例１により得られた繊維と対比用試料との断熱効果・色沢度を測定し、その結果を表１及び表２に示す。また、近赤外光反射率の測定結果を図２に示す。
実施例１においては、溶融紡糸技術により、紡績繊維に下記の成分組成を有し且つ平均粒径が７００ｎｍのナノ微粒子０．３ｗｔ％を含有する暗色系涼感繊維を製作した。
ナノ微粒子の成分組成：
鉄（Ｆｅ） ３２重量部
クロム（Ｃｒ） ３２重量部
必要に応じて添加された他の微量元素（Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏなど）
また、対比用試料としては、下記の２種類の試料を用意した。
１．試料Ａ：紡績繊維に、３０ｗｔ％のカーボンブラックが添加されたＰＥＴ樹脂からなる黒色母粒子４．５ｗｔ％を含有する、一般の黒糸を対比用試料として製作した。
２．試料Ｂ：紡績繊維に、３０ｗｔ％のカーボンブラックが添加されたＰＥＴ樹脂からなる黒色母粒子７．０ｗｔ％を含有する、一般の黒糸を対比用試料として製作した。
実施例１により得られた繊維と対比用試料との断熱効果・色沢度を測定し、その結果を表１及び表２に示す。また、近赤外光反射率の測定結果を図２に示す。
表１の測定結果からも分かるように、同一のグラム重量、色沢と織り方にて対比した場合、実施例１で得られた紡績品の断熱性（熱源を遮断する能力）が一般の黒色織物よりも優れ、具体的には一般の黒色織物よりも織物温度を約１０〜１２℃程度低減することができた。
また、表２の測定結果からも分かるように、本実施例で得られた紡績品と一般の黒色織物はＬ＊、ａ＊、ｂ＊値において僅かな差があり、目視による色沢としてほぼ同じく黒色を呈している。
更に、図２の近赤外光反射率の測定結果からも分かるように、実施例１で得られた紡績品の近赤外域（７８０ｎｍ〜１３００ｎｍ）での光反射率（断熱性能）が５０％〜８５％程度であるのに対し、一般の黒色織物（試料Ａ及び試料Ｂ）の近赤外域（７８０ｎｍ〜１３００ｎｍ）での光反射率（断熱性能）が僅か４％〜６％程度に留まっていることから、本発明で得られた繊維紡績品の近赤外光反射率が一般の黒色織物を遥かに上回っていることが明らかであった。
また、表２の測定結果からも分かるように、本実施例で得られた紡績品と一般の黒色織物はＬ＊、ａ＊、ｂ＊値において僅かな差があり、目視による色沢としてほぼ同じく黒色を呈している。
更に、図２の近赤外光反射率の測定結果からも分かるように、実施例１で得られた紡績品の近赤外域（７８０ｎｍ〜１３００ｎｍ）での光反射率（断熱性能）が５０％〜８５％程度であるのに対し、一般の黒色織物（試料Ａ及び試料Ｂ）の近赤外域（７８０ｎｍ〜１３００ｎｍ）での光反射率（断熱性能）が僅か４％〜６％程度に留まっていることから、本発明で得られた繊維紡績品の近赤外光反射率が一般の黒色織物を遥かに上回っていることが明らかであった。
実施例２
実施例１において、紡績繊維に用いられたナノ微粒子として、鉄（Ｆｅ）３２重量部、クロム（Ｃｒ）３２重量部、及び必要に応じて添加された他の微量元素（Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏなど）を含有し、且つ平均粒径が１３００ｎｍのものを用いた以外、実施例１と同様な製法により暗色系涼感繊維を製作した。
対比用サンプルとして、実施例１における試料Ａ、Ｂを用い、実施例２により得られた繊維と共に断熱効果及び色沢度を測定し、その結果を表３及び表４に示す。また、近赤外光反射率の測定結果を図３に示す。
実施例１において、紡績繊維に用いられたナノ微粒子として、鉄（Ｆｅ）３２重量部、クロム（Ｃｒ）３２重量部、及び必要に応じて添加された他の微量元素（Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏなど）を含有し、且つ平均粒径が１３００ｎｍのものを用いた以外、実施例１と同様な製法により暗色系涼感繊維を製作した。
対比用サンプルとして、実施例１における試料Ａ、Ｂを用い、実施例２により得られた繊維と共に断熱効果及び色沢度を測定し、その結果を表３及び表４に示す。また、近赤外光反射率の測定結果を図３に示す。
また、表４の測定結果からも分かるように、本実施例で得られた紡績品と一般の黒色織物はＬ＊、ａ＊、ｂ＊値において僅かな差があり、目視による色沢としてほぼ同じく黒色を呈している。
更に、図３の近赤外光反射率の測定結果からも分かるように、実施例２で得られた紡績品の近赤外域（７８０ｎｍ〜１６００ｎｍ）での光反射率（断熱性能）が５５％〜８５％程度であるのに対し、一般の黒色織物（試料Ａ及び試料Ｂ）の近赤外域（７８０ｎｍ〜１６００ｎｍ）での反射率（断熱性能）が僅か４％〜６％程度に留まっていることから、本発明で得られた繊維紡績品の近赤外光反射率が一般の黒色織物を遥かに上回っていることが明らかであった。
実施例３
実施例１において、紡績繊維に用いられたナノ微粒子として、鉄（Ｆｅ）３２重量部、ニッケル（Ｎｉ）３２重量部、及び必要に応じて添加された他の微量元素（Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏなど）を含有し、且つ平均粒径が１０００ｎｍのものを用いた以外、実施例１と同様な製法により暗色系涼感繊維を製作した。
対比用試料として、実施例１における試料Ａ、試料Ｂを用い、実施例３により得られた繊維と共に断熱効果及び近赤外光反射率を測定した。その結果、実施例３の繊維が一般の黒色織物よりも織物温度を１２℃程度低減することができ、また、近赤外光反射率が５０％〜８０％であった。
実施例１において、紡績繊維に用いられたナノ微粒子として、鉄（Ｆｅ）３２重量部、ニッケル（Ｎｉ）３２重量部、及び必要に応じて添加された他の微量元素（Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏなど）を含有し、且つ平均粒径が１０００ｎｍのものを用いた以外、実施例１と同様な製法により暗色系涼感繊維を製作した。
対比用試料として、実施例１における試料Ａ、試料Ｂを用い、実施例３により得られた繊維と共に断熱効果及び近赤外光反射率を測定した。その結果、実施例３の繊維が一般の黒色織物よりも織物温度を１２℃程度低減することができ、また、近赤外光反射率が５０％〜８０％であった。
上記の開示内容は、本発明の好適な実施態様を説明するためのものに過ぎず、本発明の特許請求の範囲を制限するものではない。本発明の明細書及び図面の内容に等価的な技術的変形を加えて得られたものは、いずれも本発明の特許請求の範囲に含まれる。
Claims (6)
- 人造繊維と合成繊維から選ばれる１種以上を含む紡績繊維からなり、前記紡績繊維全体の重量を１００ｗｔ％とした場合、粒径が３００〜１８００ｎｍの、鉄、銅、ニッケル、コバルト及びクロムから選ばれる２種以上のナノ微粒子の混合物０．０５ｗｔ％〜５ｗｔ％を含有することを特徴とする、暗色系涼感繊維。
- 前記ナノ微粒子の粒径が５００〜１５００ｎｍであり、且つ前記紡績繊維における、前記ナノ微粒子の混合物の含有量が０．１ｗｔ％〜３ｗｔ％であることを特徴とする、請求項１に記載の暗色系涼感繊維。
- 前記ナノ微粒子の粒径が７００〜１３００ｎｍであり、且つ前記紡績繊維における、前記ナノ微粒子の混合物の含有量が０．３ｗｔ％〜１．５ｗｔ％であることを特徴とする、請求項１に記載の暗色系涼感繊維。
- 前記ナノ微粒子の混合物が下記何れか一つの組み合わせであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の暗色系涼感繊維。
鉄５〜３００重量部とクロム５〜２００重量部の組み合わせ
鉄５〜３００重量部とニッケル５〜２００重量部の組み合わせ
銅５〜３００重量部とニッケル５〜３００重量部の組み合わせ - 前記ナノ微粒子の混合物が下記何れか一つの組み合わせであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の暗色系涼感繊維。
鉄１０〜１５０重量部とクロム１０〜１００重量部の組み合わせ
鉄１０〜１５０重量部とニッケル１０〜１００重量部の組み合わせ
銅１０〜１５０重量部とニッケル１０〜１５０重量部の組み合わせ - 請求項１〜５のいずれか１項に記載の暗色系涼感繊維をニッティングやウェーピングすることにより得られたことを特徴とする、断熱性を有する暗色系涼感紡績品。
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