JP2022529419A - 向上された特性を有する繊維またはフィルムとして形成された麻系の炭またはオイルおよびポリマー - Google Patents

Abstract

ポリマーの一部を麻誘導体と組み合わせることであって、当該選択された麻誘導体は、ある量の麻茎を１１００～１５００℃で熱分解することによって作製された麻炭を形成する、組み合わせること、炭を粉砕容器に投入し、炭を１～１６時間粉砕することを含む、複数のバイオ炭粒子、およびフルスペクトラム麻抽出物、またはそれらの組み合わせを含む繊維を形成する工程であって、ポリマーおよび麻誘導体は押出成形されて繊維を形成する、工程。【選択図】図７

Description

関連出願の相互参照
本出願は米国特許商標庁に対し２０１９年４月２６日に出願された米国仮特許出願第６２／８３８，９７１号の利益を主張しており、参照によりその内容全体が本明細書に組み込まれる。

本出願は、一般に、成形ポリマー材料、マスターバッチ工程、および当該マスターバッチを用いた製品で利用可能な麻系材料を形成するための工程および方法に関連し、得られる製品は、物理的特性、抗微生物特性、および／または導電性ならびに静電容量特性が向上したものであり、麻系材料を含む繊維および他の材料、具体的には、オイルおよびポリマーを、また特定の実施形態においては、ポリマーおよび炭化粒子を、そして他の実施形態においては、ポリマー、オイル、および炭化粒子を含む繊維で使用され、これらは成形および押出材料ならびに織物、編物、および不織布材料における技術特性を有する繊維を生成するために利用することができる。

押出成形される材料は、特定のポリマー材料を利用しており、これは融点まで加熱された後、続いて製品に成形される。熱可塑性材料は再加熱して成形することができ、熱硬化性材料は加熱してから成形することができる。そのような成形材料は、世界中で多種多様な製品を製造するために利用されており、そのような材料は、ポリマーを改変するための着色剤および他の賦形剤を含み得る。

従来、炭は木炭のことを指し、調理および暖房に使用されていた。炭を作る工程は古来から存在し、約３万年前までさかのぼる考古学的な炭生産の証拠がある。個人レベルでは、低酸素条件下で燃焼または炭化させたセルロース系物質を利用して、木炭を生成している。発火すると、木炭に含まれる炭素は酸素と結合し、二酸化炭素、一酸化炭素、水、その他のガス、および大量のエネルギーを発生させる。木炭に凝縮される１オンスあたりの潜在エネルギーは原木よりも大きいため、そのエネルギーの量は顕著な特徴である。さらに、木炭は安定して高温燃焼し、生木よりも煙および危険な蒸気の発生が少ない。木炭は木材よりも高温かつ清潔で均一に燃焼するため、諸使用のうち高炉で鉄鉱石の溶融を行う製錬所、ならびに鋼の成形および造形を行う鍛冶屋などで使われた。

世界中の多くの社会では、他の熱源が容易に利用できない場合に調理および暖房の目的で木炭が使用される。現代の大都市でも、「有機」食品が流行しているのと多くは同じ理由で硬材の塊炭が流行しており、木炭は、より自然な雰囲気を醸し、より風味が増し、より良い調理方法である。木炭には７５を超えるブランドがあり、サクラ、メスキート、ココナッツシェル、タマリンドなどを含む品種もある。これらの品種はそれぞれ、植物の起源と、独特の香りと原料を定義する微量の油が異なることを除けば、本質的に同一である。

硬材の塊炭は、製材所および床材、家具、建材メーカーの硬材の端材から作られることが多い。しかしながら、そのような端材がない場合、素材を作るための材料源として枝、小枝、角材、トリム、その他のスクラップなどが含まれることが多い。このような多様な材料の結果は、大きさが不規則な塊りで、よく大枝および材木のように見える。大きさが違えば材料間で燃焼度合および温度に違いが発生するため、多くの場合、このような材料は炭化度が異なる。製造された炭のように結合剤がないのであまり灰が残らないため、塊炭は料理用として重宝され、従って残される副産物が製造された炭よりも少なく、料理に自然な風味を与えることができるとされているためである。炭の中には、燃焼を助長させるための充填剤または促進剤が含まれているものもあれば、備長炭のように、その特殊な加工により、さらに高温で燃焼するものもある。

興味深いことに、木材およびその他のセルロース系材料が炭化すると、単純な炭素構造に構造的に変化する。歴史的には、例えば廃水のろ過および体内毒素の結合など、その吸着性が活用されてきた。多くの産業において、多量の炭素がこれらの目的で利用されている。

複合ポリマー材料は、従来のプラスチックに比べて、強度の向上、密度の低下、および他の多くの有益な特性を提供することができる。これらの強化材料は、優れた強度対重量比および剛性対重量比を有することが多く、製品作製に理想的な幅広い物理的および熱的特性を備えている。

実際、ポリマー複合材料に特定の種類のミクロンサイズの粒子を含めると、機械的および物理的特性が変化するだけでなく、複合材料が導電性または容量性を帯びるか、ポリマーの自然な導電性が向上する可能性がある（Ｌｕ ａｎｄ Ｘｕ １９９７、Ｇａｏ，ｅｔ ａｌ．２０１０、Ｊｉａｎｇ，ｅｔ ａｌ．２００６、Ｙａｎ ａｎｄ Ｊｅｏｎｇ ２０１７）。高分子化学におけるこの技術的進歩は、エネルギー貯蔵およびエネルギー管理アプリケーションに関する重要な研究に影響を与えた。グラフェン（Ｐｏｔｔｓ，ｅｔ ａｌ．２０１１、Ｋｉｍ，ｅｔ ａｌ．２０１１）およびカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）（Ｍａ，ｅｔ ａｌ．２０１０、Ｍａｎｃｈａｄｏ，ｅｔ ａｌ．２００５、Ｃｏｌｅｍａｎ，Ｋｈａｎ，ａｎｄ Ｇｕｎ’ｋｏ ２００６）などの炭素系充填剤を含有することにより、ポリマー複合材料の機械的、熱的、および電気特性を改善することが示されている。高い誘電率（高いκ値）を備えた軟質ポリマー複合材料は、高性能電子機器、ウェアラブルデバイス、およびスマートファブリックで適用できる可能性があることから注目を集めている。誘電率の増加は、より大きなエネルギー密度につながり、これによりエネルギー貯蔵に利用可能である（Ｂｉｋｋｙ，ｅｔ ａｌ．２０１０）。

企業は、環境および廃棄物管理の問題、化石燃料資源の減少、および石油価格の上昇をより意識するようになっているため、生分解性ポリマーおよび複合材料を求めている（Ｂｅｒｇｅｒｔ２０１１）。持続可能な複合材料の設計および製造が、建設業界から梱包業界に至るまでの業界で行われているが、石油系炭素と比較して同等または改善された特性を備えた材料は不足している。

本明細書に記載の工程および方法は、微細デニールサイズを有し、麻系材料を含み、オイル、粒子、またはそれらの組み合わせを含む繊維を生成するための新しい方法および工程を有利に提供し、麻系材料をポリマーと組み合わせて微細な繊維を生成する。有利には、同材料はまた、ポリマーの選択および組み合わせた材料の割合に応じて、複合材料を形成、または押出成形され得る。

好ましい実施形態は、複合繊維を形成する方法であって、熱可塑性ポリマーを麻誘導体の一部と組み合わせることであって、当該麻誘導体は、１１００℃～１５００℃で炭化され、２ミクロン未満のサイズの粉末に粉砕された炭化麻、フルスペクトラム麻抽出物、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される、組み合わせることと、熱可塑性ポリマーを麻誘導体の一部と混合し、かつそれを溶融温度まで加熱することと、複合繊維を押出成形することと、を含む、方法である。

好ましい実施形態は、当該繊維が、単一成分糸、二成分糸、または三成分糸である方法である。

好ましい実施形態は、複合スレッドが０．１～４０のデニールサイズを有する方法である。

好ましい実施形態は、複合スレッドが０．１～２０．０重量パーセントの炭化麻をさらに含む方法である。

好ましい実施形態は、フルスペクトラム麻抽出物が複合材料の０．１～２．０重量パーセントである方法である。

好ましい実施形態は、顔料、ＵＶ安定剤、酸化防止剤、熱安定化成分、難燃剤、抗微生物剤、成核剤もしくは清澄剤、蛍光増白剤、相溶化剤、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの賦形剤を含む複合材料である。

好ましい実施形態は、当該炭は、０．１～２ミクロンの粒子を９５％含む。

好ましい実施形態は、ポリマーは熱可塑性ポリマーである。

好ましい実施形態は、麻誘導体の一部がマスターバッチを介して混合され、当該マスターバッチは繊維の総重量の１～５０％で含まれる方法である。

さらに好ましい実施形態は、持続可能な麻系炭であって、当該炭は、各粒子の主軸において２ミクロン未満のサイズを有する当該粒子が９９％である複数の粒子を含む麻系炭と、およびポリマーと、炭を０．５％～２０％で含む当該複合材料と、を含む、持続可能な麻系複合材料である。さらなる実施形態は、上記の工程によって作られた持続可能な麻系炭である。

好ましい実施形態では、特定分級サイズを有するミクロンサイズの炭のマスターバッチ混合物を作製するための工程は、以下を含む。１１００℃超の温度で麻の一部を炭化し、炭化麻を収集する。炭化麻を十分な時間粉砕して、粒子の主軸に沿って２ミクロン未満のサイズを有するミクロンサイズの麻炭の一部を生成する。２ミクロン未満の炭をポリマーとともにマスターバッチに添加する。これによりマスターバッチをベースポリマーに有利に添加し、成形材料に形成することができる。

さらに好ましい実施形態では、麻炭は、１．５ミクロン未満、または１．０ミクロン未満、または０．５ミクロン未満の平均サイズを有する。

さらに好ましい実施形態では、ミクロンサイズで数値が提供され、炭の５０％が所与の整数よりも小さいサイズを有する。さらに好ましい実施形態では、麻炭の７５％、９０％、９５％、９９％、および９９．９％が、各粒子の主軸に沿って記載された整数よりも小さいサイズである。

さらに好ましい実施形態では、工程が押出成形繊維を形成し、当該繊維を複数の繊維と組み合わせて二成分糸または三成分糸を形成することができる。

さらなる実施形態では、２ミクロン未満のサイズが９０％超の特定分級サイズを有するミクロンサイズの麻炭粒子の混合物を作成するためのマスターバッチ作製工程は、以下を含む。１１００℃以上の炉内で、材料を炭化するのに十分な時間で麻茎の一部を炭化して、炭化材料を作製すること。炭化材料を収集し、炭化材料を粉砕して、炭粉末を作製すること。炭粉末を、少なくとも１つの２ミクロンの分級篩を含む分級システムで分級することであって、２ミクロン未満の材料は、２ミクロンの分級篩を通過すること。２ミクロンの分級篩を通過した材料を収集すること、および２ミクロンの分級篩を通過した当該材料を、少なくとも１つのポリマーとともにマスターバッチに添加すること。

さらに好ましい実施形態では、工程は、マスターバッチの総重量の０．１～５０％で組み合わされた、フルスペクトラム麻抽出物またはエッセンシャルオイルをさらに含む。

さらなる実施形態では、マスターバッチはベースポリマーの一部および麻誘導体の一部を含み、当該麻誘導体は、摂氏１１００～１５００℃で炭化され、２ミクロン未満のサイズの粉末に粉砕された炭化麻、フルスペクトラム麻抽出物、またはそれらの組み合わせからなる群から選択され、マスターバッチは、０．１～５０％のフルスペクトラム麻抽出物、または０．１～５０％の炭化麻、またはそれらの組み合わせを含む。

さらなる実施形態は、０．１～２０％の麻誘導体を含む、上記の工程のいずれか１つによって作製された複合繊維である。好ましい実施形態では、麻誘導体は、炭化した麻炭、フルスペクトラム麻抽出物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される。

さらなる実施形態では、非金属導電性繊維を生成する工程は、以下を含む。炉内で麻の一部を炭化することであって、当該炉は窒素パージされ、次に少なくとも１１００℃に加熱され、ここで少なくとも１１００℃の温度は少なくとも６０分間保持され、低酸素環境を維持するため、窒素流入は加熱および保持時間にわたって維持されること。麻を炉から取り出し、室温まで冷却すること。冷却された麻を、２ミクロン未満の粒径に粉砕すること。粉砕された麻をポリマーと組み合わせ、麻およびポリマーを繊維に後処理すること。ここで繊維は、０．１～２０重量パーセントが粉砕された麻で構成される。

好ましい実施形態では、温度は線形昇温で上昇する工程。

好ましい実施形態では、特許請求される工程では、粒子の少なくとも９０％が２ミクロン未満である。さらに好ましい実施形態では、すべての粒子の算術最頻値が１～２ミクロンである、請求項１４に記載の工程。さらに好ましい実施形態では、すべての粒子の相加平均が１～２ミクロンである。さらに好ましい実施形態では、粒子の少なくとも９５％が２ミクロン未満である。さらに好ましい実施形態では、粒子の少なくとも９９％が２ミクロン未満である。

さらに好ましい実施形態では、工程は、麻およびポリマーの後処理が押出成形された繊維を生成し、粉砕された麻が押出成形された繊維の総重量の１～２０％である。さらなる実施形態では、工程は、粉砕された麻が、押出成形された繊維の総重量の１～１０％である。さらに好ましい実施形態では、工程は、０．１～２０重量パーセントのフルスペクトラム麻抽出物の添加をさらに含む。さらに好ましい実施形態では、工程は、０．１～２０重量パーセントのエッセンシャルオイルの添加をさらに含む。

さらに好ましい実施形態は、エッセンシャルオイルが、麻系オイル、オールスパイス、アンジェリカ、アニス、バジル、ベイリーフ、ベンゾイン、ベルガモット、シラカバ、ビターアーモンド、ブラックペッパー、ボルドー、ブッコノキ、カユプチ、ショウブ、カモミール、カンファー、キャラウェイ、カルダモン、キャロットシード、カシア、キャットニップ、シダーウッド、シナモン、シトロネラ、クラリセージ、クローブ、コリアンダー、クミン、サイプレス、ダバナ、ディル、エレミ、ユーカリ、フェンネル、フランキンセンス、ガルバナム、ゼラニウム、ジンジャー、グレープフルーツ、ヘリクリサム、ヒソップ、ジャスミン、ジュニパー、ラバンジン、ラベンダー、レモン、レモングラス、ライム、マンダリン、マヌカ、マジョラム、メリッサ、ヨモギ、マレイン、マスタード、ミルラ、マートル、ネロリ、ニアウリ、ナツメグ、オークモス、オレンジ、オレガノ、パルマローザ、パセリ、パチュリ、ペニーロイヤル、ペパーミント、プチグレン、ピメント、マツ、ラベンサラ、ローズ、ローズマリー、ローズウッド、ルー、セージ、サンダルウッド、スペアミント、スパイクナード、タジェット、タンジェリン、タンジー、タラゴン、ティーツリー、スーヤ、タイム、チュベローズ、バニラ、ベチバー、ウィンターグリーン、ワームウッド、ヤロウ、イランイラン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、工程である。

好ましい実施形態は、粉砕された麻をマスターバッチの０．０１％～２０％で含み、押出成形された繊維の総重量において、粉砕された麻を押出成形された繊維の総重量の０．０１％～５％で含む、工程である。

好ましい実施形態では、マスターバッチは、ポリマーと、マスターバッチの０．０５重量％～２０重量％で存在するフルスペクトラム麻抽出物の一部とを含む。特定の実施形態では、工業用繊維の形成において、繊維製造に利用される炭粒子は、主軸が３～５ミクロンであってよく、かつそれらを好適なポリマーと組み合わせて、繊維、フィルム、糸、または後続処理で使用するポリマーを生成可能である。

好ましい実施形態は、０．１～２０重量パーセントの炭化麻を含む、上記の工程によって作られた非金属導電性繊維である。

さらに好ましい実施形態は、人の口および鼻の周りを固定するための略カップ形状の構成を含む、複合材料から編まれた三次元顔用マスクであって、当該顔用マスクは、ポリマーおよび銅を含む複合糸から作られた第１の層と、ポリマーおよびフルスペクトラム麻抽出物を含む複合糸から作られた第２の層と、左右のイヤーストラップと、および当該左右のイヤーストラップを当該顔用マスクに接続するための手段と、を含み、当該第１の層は第１の面および第２の面を含み、当該第２の層は第２の層の第１の面および第２の層の第２の面を含み、当該第１および第２の層は互いに隣接して配置され、当該第１の層の当該第２の面および当該第２の層の第１の面が接触している、三次元顔用マスクである。

好ましい実施形態は、当該第１の層が１．０～５．０重量パーセントの銅を含み、第２の層が０．５～２．０重量パーセントのフルスペクトラム麻抽出物を含む、顔用マスクである。当該第１の層および当該第２の層中のポリマーが、ポリエステル、ポリプロピレン、またはナイロンポリマーを含む、顔用マスクである。第１または第２の層が、顔料、ＵＶ安定剤、酸化防止剤または熱安定剤、難燃剤、抗微生物剤、成核剤または清澄剤、蛍光増白剤、相溶化剤、またはそれらの組み合わせを含む、顔用マスクである。

麻の炭化方法および麻の分級工程のフローチャートを示す。 例示的な分級システムを示す。 連続繊維糸のサンプルを示し、具体的には１、２、または３つの異なる構成成分を有する。 連続繊維糸のさらなる実施例を示す。 マスターバッチおよび化合物の製造工程を示す。 モノフィラメント糸の押出成形工程を示す。 マルチフィラメント糸の押出成形工程を示す。 顔用マスクを示す。

麻は産業用途としての長い歴史があり、植物の繊維部分を粗利用するために世界中で広く栽培されていた。他の農作物に比べて麻には多くの利点があり、つまり、この植物自体が雑草に対する抵抗力が強く、年に２～３回の収穫が可能で、農薬または除草剤を使わずに栽培できるという利点がある。その深い根系は、麻の植物は栽培に必要な窒素（肥料）および水が、綿のような他の作物と比較してもはるかに少なくて済むことを意味している。さらに農家は、他の作物用に畑を整地する代わりに、麻植物を利用できる。平均的な麻植物は、６フィート～１６フィートの高さにまで成長し、約７０日～１１０日で成熟するため、毎年世界中の多くの地域で複数回収穫する機会をもたらしている。麻作物は、二酸化炭素収支がマイナスである状態を維持しながら、収穫ごとに１エーカーあたり３～８トンの乾燥茎を収穫できる可能性を秘めている。

実際、麻植物の繊維部分は、紙製品および織物用繊維を含む様々な材料を作るために使用されていた。ハード（ｈｕｒｄ）部から繊維を分離する工程は時間がかかり、かなりの量の水を使用していた。しかしながら、繊維を撚り合わせて長い糸を作成するか、または動物性繊維と混合してから撚り合わせ、材料にすることもできる。

植物内のテトラヒドロカンナビノイド（ＴＨＣ）の量に関する懸念により、２０世紀には麻の普及が激減したが、産業用の麻は実質上ＴＨＣがゼロである。しかしながら、麻植物には、精神活性化合物であるＴＨＣの含有量に大小がある多種多様な株／栽培品種がたくさん存在するため、低ＴＨＣからゼロＴＨＣの植物を含む、目的に応じて特定の成長およびＴＨＣ含有量を最適化して栽培することができる。これらの形質、ならびにこれらに関するバイオマス、成長構造、および他の特性は当業者に既知のように、株および交雑によって自然に得られてもよいし、または遺伝子的に改変されてもよい。

麻および他の植物材料には、二酸化炭素抽出、アルコール抽出、侵出法、超臨界流体抽出、熱分解、超音波、およびソックスレー抽出（ＳＯＸ）を含む多くの既知の技術を使用して抽出できる多くの化学物質が含まれている。各種抽出技術には、材料の最終的な用途に基づいて、様々な長所と短所がある。これらの抽出された材料は、単独で、またはＭＣＴオイル、麻オイル、もしくは他の適切なキャリアオイルといったキャリアオイルと合わせて利用することができる。

繊維を作製するための麻繊維の使用はよく知られているが、近代的繊維形成における麻副産物の使用は新しいものである。近代的繊維は、合成ポリマーおよび天然ポリマーから作製され、繊維から作られた材料を身に着けている人が利用可能な多数の特有の特性を有している。例えば、銀または銅などの特定の金属成分が加えられ、抗微生物特性または、これまでの繊維のみでは不可能だった他の特性が生成されている。金属成分または構成要素を繊維に導入することにより、金属の抗微生物特性が繊維に生成された。他のサンプルでは、金属材料を繊維内に提供して、導電性を提供している。ポリマー系の特性以上の向上した特性を提供でき、金属成分または石油系炭素源を必要としない、新しい材料を提供することが所望される。

ポリマーは、成形、押出成形、鋳造、またはその他の方法で様々な形状の材料に形成される多くの工業工程で利用できる。例えば、ポリマーは、射出成形、ブロー成形、フィルム形成、繊維形成などを通して利用することができる。典型的には、工程は、ポリマーが特定のポリマーに基づく温度に加熱され、次いで材料が所望の材料に形成される機械にバルクポリマーを投入することを必要とする。材料にはポリマーが１００％含まれている場合があるが、多くの場合、ポリマーは工程の前に任意の数の追加の賦形剤と混合される。本明細書に記載の材料および工程は、有利には、麻系成分を利用して、ポリマー材料に新しい特性を付与する。

所望の材料のバルクペレットを単純に押出成形機に投入し、押出成形機は、ペレット材料を材料の融点に基づいて加熱し、次いで、溶融した材料をある形状に形成する。バルク組成は、想像可能なほぼすべての形状を生み出すことができるが、これらの材料を利用して、当業者によって理解されるように、織物、編物、および不織布材料に利用できる微細繊維を押出成形することも可能である。

ポリマーの混合は簡単な工程ではない。特定の材料を製造するために使用される機械は、材料を加熱、混合、次いで押出成形、成形、または鋳造するポンプおよびモーターを利用する。最も単純な形態では、単軸スクリュー押出成形機がポリマーのバルク原材料を利用し、利用するポリマーに基づいて特定の温度に加熱し、ポリマーを溶融する。この溶融した材料は、回転スクリューによって機械を介してプレスされ、ノズルから押出され、金型に取り込まれるかまたはプレスされたりして特定形状の材料を形成する。これは、一般に図５、６、および７に詳述されている。単純なポリマー材料では、バルク材料のみが単軸スクリュー押出成形機に投入され、したがって、材料はすでに均一で処理の準備ができているため、材料の混合はほとんど必要ない。

しかし多くの場合、ポリマーは、得られる材料構造を改変させるため、色素または別の賦形剤を必要とする。本明細書に記載されるように、出願人は、ポリマーと麻系製品を組み合わせて利用し、マスターバッチの新材料または完成品につながる新材料を形成する。賦形剤を混合する場合、温度が変化する可能性があり、材料の押出成形においては最適な機械では材料の混合が困難になる可能性があるため、この工程では単純に１台の機械を使用しない。

したがって、材料の混合を容易にし、ポリマーが劣化しないようにするために、マスターバッチが作成される。マスターバッチとは、基材プラスチックに高濃度で予め分散された添加剤またはパッケージ添加剤である。添加剤とは、単一成分または添加剤の多成分ブレンド、すなわちパッケージ添加剤のいずれかである。マスターバッチは、最終製品を作るために規定比率でバルクポリマーに投入される。つまり、ベースポリマーに投入される１０％の添加剤を含む１０％のマスターバッチの最終添加剤量は、１％となる。この方法でマスターバッチを使用することは、基材プラスチック材料がそれほど劣化しないことを意味する。

マスターバッチは、顔料、ＵＶ安定剤、酸化防止剤、熱安定化成分、難燃剤、抗微生物剤、成核剤または清澄剤、蛍光増白剤、相溶化剤、および当業者に知られている他の薬剤などの賦形剤を含み得る。例えば、本明細書に記載されるように、フルスペクトラム麻抽出物および麻系炭が好ましい賦形剤である。これらは、マスターバッチに混合することも、代替的にマスターバッチとは別にベースポリマーに直接添加することもできる。

本明細書の好ましい実施形態では、繊維、糸、および成形材料は、ポリマーと、少なくとも１つの麻系製品と、および任意選択で１つ以上の追加の賦形剤と、から作られる。麻系製品は、フルスペクトラム麻抽出物または麻系カーボン炭、あるいはその２つの組み合わせのいずれかである。以下に詳細に説明するように、材料は、繊維または成形材料を押出成形に利用する前に、適切な濃度で有利に混合される。

マスターバッチ、繊維、および押出成形製品用のポリマーの選択
押出成形では、ポリマーを加熱して溶融状態にし、押出成形機のノズルからポリマーを押出すことができるようにする必要がある。ただし、すべてのポリマーが同一であるとは限らず、多くのポリマーの融点が異なる。さらに、材料に添加される賦形剤は、異なる融点または気化温度を有するか、さもなければ特定の温度以上で変性する場合がある。したがって、利用する特定のポリマー（およびその結果として生じる温度）は、賦形剤およびポリマー材料の劣化を防ぐために重要であり、したがって、熱をポリマーマトリックスの温度よりも低く保つ必要がある。通常、この温度は１００℃～２８５℃であるが、当業者であれば他のポリマーおよびそれらの特定の溶融温度を認識するであろう。

ポリマーは、多種多様な特性を持つ化合物の部類である。本明細書の発明の目的のためには、熱可塑性および熱硬化性ポリマーが重要である。繊維の押出成形に使用できるポリマーは多数ある。ポリマーは、基礎基材として機能し、多くの場合、最終製品の主要な重量パーセントを構成し、最終製品に必要な任意の数の賦形剤を保持するための担体として機能する。製品の形成において、ポリマーは、フルスペクトラム麻抽出物、オイル、炭、または、顔料、ＵＶ安定剤、酸化防止剤、熱安定化成分、難燃剤、抗微生物剤、成核剤もしくは清澄剤、蛍光増白剤、相溶化剤、および当業者に知られている他の薬剤などの他の賦形剤成分と混合することができる。

生分解性ポリマーには、特定の用途では十分な耐久性があるが、廃棄時に大気条件下で分解するポリマーが含まれる。生分解性ポリマーの非網羅的な一覧として、ポリ乳酸、ポリグリコリド、ポリグリコール酸、ポリラクチド、ポリヒドロキシ酪酸、キトサン、ヒアルロン酸、およびヒドロゲルが挙げられる。特に、ポリ（２－ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（エチレングリコール）、キトサン、およびヒアルロン酸は、軟骨、靭帯、および腱の修復に広く使用されてきた。

それに比べて、ポリマーは急速に分解しない場合がある。したがって、非生分解性ポリマーの非網羅的な一覧として、シリコーンゴム、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリウレタン、ポリプロピレン、およびポリメチルメタクリレート、ならびにフルオロカーボンおよび特定の炭化水素ポリマー系のものが挙げられる。

熱可塑性プラスチックは、高温で軟化または溶融できるポリマーの部類である。熱可塑性プラスチックには、オレフィン、ポリエステル、ポリアミド、および他の多くの物など、多くのクラスまたはファミリーがある。熱可塑性プラスチックの重要な要素であり、熱可塑性プラスチックを産業および製造の有益な手段にしているのは、それらの比較的高い分子量および比較的狭い分子量分布である。分子量およびその分布は通常、ガウス曲線に従う。ガウス曲線のピークがあるｘ軸上の場所によって、平均分子量が決定する。ガウス曲線の幅が分子量分布を決定する。分子量およびその分布は、様々な熱可塑性プラスチックの処理特性の鍵となる。分子量および分子量分布は様々な方法で評価でき、その評価方法は通常、特定の種類の熱可塑性プラスチックを処理する業界によって決定される。

熱可塑性ポリマーと熱硬化性ポリマーは、後者は再溶融しないという点で異なる。熱硬化性プラスチックが硬化した後は、加熱しても熱硬化性プラスチックが軟化または溶融することはない。熱硬化性ポリマーの例としては、エポキシ、ポリウレタン、シリコーン、およびフェノールが挙げられる。

ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）は、ポリエステルファミリーの熱可塑性エンジニアリングプラスチックで、糸およびフィラメントの形成に一般的に使用されている。この分子の繰り返し単位は（Ｃ_１０Ｈ_８Ｏ_４）_ｎである。ＰＥＴの典型的なガラス転移温度（Ｔ_ｇ）および溶融温度（Ｔ_ｍ）は、それぞれ８１℃および２６０℃である。ＰＥＴは、繊維から使い捨て飲料ボトルまで、多くの用途で使用されている。ＰＥＴはリサイクル可能である（ｒＰＥＴ）。ＰＥＴの押出成形に重要なメルトフロー特性は、固有粘度（ＩＶ）である。ＩＶは次の式で決定される。

式中、ηは溶液の粘度であり、η_０は溶媒の非存在下での溶質の粘度であり、そしてφは溶液中の溶質の体積分率である。

ポリプロピレン（ＰＰ）は、オレフィンファミリーの市販の熱可塑性プラスチックである。ＰＰの繰り返し単位は（Ｃ_３Ｈ_６）_ｎである。ＰＰのＴ_ｇは－１０℃と比較的低く、Ｔ_ｍの範囲は、立体規則性に応じて、１３０℃～１７１℃である。ＰＰの一般的な用途には、繊維および糸、食品容器、自動車部品などがある。メルトフローインデックス（ＭＦＩ）は、ＰＰの押出工程にとって最も重要な変数である。ＭＦＩは、特定の時間、特定の温度かつ特定の力で特定の断面積のダイからＰＰを押出すことによって決定される。ＭＦＩは、１０分当たりのグラム数で報告される。

ナイロン６（ＰＡ６）は、ポリアミドファミリーのメンバーであるエンジニアリングプラスチックである。ＰＡ６の繰り返し単位は（Ｃ_６Ｈ_１１ＮＯ）_ｎである。ＰＡ６のＴ_ｇは４７℃であり、Ｔ_ｍは２２０℃である。ＰＡ６の用途は広く、多くの業界をカバーしている。繊維産業は、自動車産業と同様に、ＰＡ６の主要な消費者である。ＰＡ６の処理装置、射出成形機および押出成形機は、一般に相対粘度（ＲＶ）に注意を払う。ＲＶは

によって計算され、式中、ηは溶液の粘度であり、η_Ｓは溶媒の粘度である。

ポリ乳酸（ＰＬＡ）は、トウモロコシおよびその他の天然資源に由来するポリエステルである。ＰＬＡ繰り返し単位の式は（Ｃ_３Ｈ_４Ｏ_２）_ｎである。ＰＬＡ’ｓには様々なグレードがあり、そのため、様々な熱的数値がある。Ｔ_ｇは６０℃～６５℃の範囲およびＴ_ｍは１３０℃～１８０℃の範囲であり得る。ＰＬＡの用途は、繊維糸およびフィラメント、押出成形フィルム、食品包装など、様々である。ＰＬＡの溶融特性は、ＭＦＩおよびＲＶの両方で報告される。

糸を押出成形する場合には、熱可塑性材料が利用される。対照的に、複合材料が押出成形またはブロー成形によって製造される場合には、熱可塑性または熱硬化性ポリマーのいずれかを利用することができる。アセテート、ナイロン、ポリプロピレン、ＰＥＴ、およびＰＬＡは、ここで試験された主要な材料であり、ポリマー材料の代表的なサンプルとして供する。特定の例では、各ポリマーの特性が材料に付与されるように、ポリマーを組み合わせることが適切な場合がある。これには、生分解性ポリマーと非生分解性ポリマーの組み合わせが含まれる場合がある。

特定の追加の添加剤をポリマーに有利に添加して、得られる材料を改変させることができる。例えば、
ＴｉＯ_２、カーボンブラック、無機着色顔料、および当業者に知られている他の天然または合成材料を含む、顔料。

ベンゾフェノン、ベンゾトリアゾール、ベンゾトリアジンなどのＵＶ吸収剤を含む、ＵＶ安定剤。さらに、ヒンダーアミン光安定剤（ＨＡＬＳ）などの材料を利用することができる。当業者は、これらの材料およびこれらの使用を理解するであろう。

フェニル化物質およびリン化物質を含むがこれらに限定されない、酸化防止剤／熱安定剤。

リン、有機金属リン、およびドラゴナイト（ｄｒａｇｏｎｉｔｅ）を含むがこれらに限定されない難燃剤。

銀系、亜鉛系、銅系などの金属、植物抽出物、エッセンシャルオイル、および他のオイルおよび樹木および植物からの抽出物を含むがこれらに限定されない、抗微生物剤。

Ｍｉｌｌａｄ ＮＸ８０００、ｌｉｃｏｍｏｎｔ ＮＡＶ、およびジベンジリデンソルビトールを含むがこれらに限定されない、成核剤／清澄剤。

２，２’－（１，２－エテンジイル）ビス（４，１－フェニレン）ビスベンゾオキサゾール、２，２’－（２，５－チオフェネジイル）ビス（５－ｔｅｒｔ－ブチルベンゾオキサゾール）、およびジスチリルビフェニル化合物を含むがこれらに限定されない、蛍光増白剤。

無水マレイン酸、メタクリル酸グリシジル、およびエチレン－アクリル酸エチルコポリマーを含むがこれらに限定されない、相溶化剤。

フルスペクトラム麻抽出物
フルスペクトラム麻抽出物は、アルコール抽出、ベンゼン抽出、超臨界ＣＯ_２抽出などの工程を経て作られ、麻植物に本来含まれているカンナビノイドおよびテルペンを抽出する。抽出および精製されると、溶媒が除去され、カンナビノイド、テルペン、および他の分子を含むフルスペクトラム麻抽出物（ＦＳＨＥ）が抽出により生成される。このＦＳＨＥはさらに精製することができ、必要に応じてカンナビノイドおよびテルペンをそれぞれ単離することができるが、本明細書の実施形態では、ＦＳＨＥをマスターバッチで０．１％～２０％の量で利用し、最終製品で典型的には０．０１重量％～２重量％の量を得る。

ＦＳＨＥには、Ｃａｎｎａｂｉｓ植物（麻）によって生成される有機化合物のグループであるカンナビノイドが含まれている。現在までに１００を超えるカンナビノイドが単離されている。いくつかの重要なカンナビノイドは、テトラヒドロカンナビノール（ＴＨＣ）、カンナビジオール（ＣＢＤ）、カンナビノール（ＣＢＮ）、カンナビゲロール（ＣＢＧ）、カンナビクロメン（ＣＢＣ）などである。通常、カンナビノイドには脂肪族テールを持つベンゼン複合体が含まれているため、オイル、酸、脂肪、アルコール、および有機溶媒に溶解する。

麻植物には、抽出可能な高レベルのテルペン分子も含まれている。テルペンは、植物、虫、動物、菌類、古細菌、細菌によって生成される幅広い種類の有機化合物である。テルペンは工業的に生産することもできる。テルペンは、化粧品、食品添加物、およびエッセンシャルオイルに一般的に使用されており、多くのエッセンシャルオイルが有する芳しい香気を提供する。

麻系の炭
麻の栽培は、単にバイオマスを成長させることを前提としている。Ｃａｎｎａｂｉｓ ｓａｔｉｖａ植物を含む様々なＣａｎｎａｂｉｓ科の栽培品種のいずれか、および麻の生育物からのバイオ廃棄物を利用できる。このようにして、種子または葉菜類の加工に関心のある他産業からのバイオマスを活用し、茎からの繊維およびハードの両方を活用できる。麻材料は、収穫後、特定の期間内に利用することが好ましい。これは、繊維がハードから自然に分離し、後処理の効率に影響を与える粘着性の残留物が形成されるのを防ぐためである。この粘着性樹脂材料は、一度形成されると、麻を効率的に炭化する能力を減少させ、２ミクロン未満のサイズで生成される粉砕炭の収量をさらに減少させる。したがって、麻の茎を切断した後、それらは、好ましくは制御された方法で、例えば乾燥室またはチャンバー内で、均一に乾燥を可能にし、カビまたは真菌の繁殖および成長を低減するように乾燥される。したがって、麻を刈り取り、畑で０～７日間乾燥させてからそれらを収集し、管理環境下で乾燥工程を完了させることが適切であろう。

麻は、ポリマー材料で現在使用されている利用可能な炭素源とは異なり、持続可能で再生可能な環境に優しい炭素源として供される。したがって、麻の使用は、様々なマスターバッチ工程での使用に適した、持続可能で環境に配慮したバイオ炭材料を追求する取り組みにおいて、またＣＮＴ（カーボンナノチューブル（ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｕｌｅ））およびグラフェンなどの材料を含む、持続可能ではなく、よりコストがかかり時間／工程集約型の石油系成分の代替品として理想的である。これらの材料は、多くの市販製品で利用されているが、二酸化炭素排出量がネガティブであり、持続可能性がなく、発がん性の可能性がある。出願人は、ミクロンおよびサブミクロンサイズの粒子バイオ炭麻系の材料およびそれを生成するための工程を発見した。

顔料として使用するため、または電気特性を繊維に付与するための、実質的に均一な粒径の麻炭を生成するための工程
特定のセルロース系材料は、炭化およびその後ミリメートルのサイズの粒子に縮小するのが容易であるが、麻材料ではそうではない。第一に、本明細書に記載の工程によって、はるかに小さいサイズの粒子、特に２ミクロン未満のサイズ付近の粒径が生成される。第二に、価値の高い材料を作成するために必要な、材料密度の低さおよびサイズの小ささが、粉砕および分級工程を非常に困難にする。表１に詳述されるように、麻の密度は一般的な炭製品よりも劇的に低く、それが結果として得られた材料を粉砕および分級する能力に影響を与える。手挽き、湿式粉砕、ボールミル粉砕、エアジェット粉砕、およびそれらの組み合わせを含む、稠度および収率に関して様々なレベルの成功をもたらしたいくつかの工程が試みられた。最終製品は、最小粒径を満たすだけでなく、混合物内の全粒子において粒径の正規分布も正確でなければならない。

好ましい実施形態では、工程は麻の茎を利用する。しかしながら、完全麻茎、切断した完全麻茎、細断した完全麻茎、完全ハード、切断したハード、細断したハード、粉砕ハード、分離したハードおよび繊維、分離した切断ハードおよび繊維、分離した細断ハードおよび繊維、分離した粉砕ハード、ならびに分離した粉砕繊維を含む幅広い麻材料が特定用途に利用可能である。以下および表２に詳述されるように、ハードおよび繊維を組み合わせることにより、電気特性および静電容量特性に優れた材料がもたらされる。

麻の熱分解
熱分解を行う場合、バイオ炭化は、好ましくは約６００℃～約１５００℃の温度で、バッチ工程または連続フロー工程にて実施可能である。図１Ａに見られるように、粗切断した麻（１）を炉または焼却炉（１１）等の加熱装置に加え、次に１１００℃超に加熱する（１３）。中間的論点は、麻を薬品賦活する必要があるかどうか（１９）であり、もし「必要がある」のであれば薬品賦活され（２０）、その後、炉（１１）に加えられる。特に、加熱工程は低酸素度で実施されるが、これは当業者に既知の通り、材料の完全燃焼を防止するためである。したがって、炭化工程において加熱室は、１種以上の不活性ガスで満たされる。材料の炭化には少なくとも６００℃の温度があれば十分であるものの、材料の燃焼が不均等になる。さらに重要なことに、温度スケールの下限で処理を実施すると、それ自体で導電性が低下する。さらに、材料をミクロンおよびサブミクロンサイズの粒径にする後続処理において、炭が不均質であると、任意の合理的な収量で実質的に均一な粒径に効果的に粉砕することができない。

約１１００℃～約２０００℃で熱分解すると、均一な炭化材料が得られるだけでなく、低温で処理した場合よりも高い導電性を有する材料が得られる。したがって、６００℃より高温だが約１１００℃より低温で処理する場合、通常、水蒸気賦活または薬品賦活（２０）といった賦活化ステップを通じて、細胞構造を改変するために炭をさらに賦活化する必要がある。本賦活化ステップは高温熱分解ほど効率的でない。

本明細書の工程は、いくつかの点で独特である。第一に、図１Ａに記載のように、本賦活化工程は、好ましくは低酸素条件で１１００℃以上の温度（１３）で、かつ約２０００℃の上限範囲で行われるが、１１００℃～１２００℃で行われることが多い。ほとんどのバイオ炭化（木炭形成）は、このような高温では行われない。さらに、表１に詳述されるように、麻植物は、その物理的特性により、ミクロンサイズの粒子を任意の適切な収量で後続処理することが非常に困難である。表１は、麻が、炭生産に使用される他の一般的なセルロース系材料よりも低密度であることを示している。麻の軽量で低密度の性質により、本明細書に記載の特定の材料での使用に必要な、均一で小さな粒径に加工することがより困難になる。

炭を賦活化する場合、他のあまり好ましくない実施形態としての水蒸気賦活および薬品賦活とともに、高温での賦活化が好ましい。高温賦活が最も持続性が高いが、いずれも炭の表面積を広げるには十分であり、これにより湿気管理、帯電防止特性、摩擦特性、および美観性が向上する。実際、材料が賦活化されると、炭１グラムにつき３２，０００平方フィートの表面積になる。

したがって、麻材を熱分解および賦活化する工程は、材料に特定の物性を与えるために重要である。これは、約１１００℃～約１６００℃の温度で麻を炭化することによって最適化され、表２に示すように電気的または導電性が向上する。出願人は、小径で、０．１～２ミクロンのサイズの釣鐘曲線下で相対分布し、十分な濃度で添加されたときに導電性となる材料を得る工程および材料を生成した。興味深いことに、市販のカーボンブラックでは、２０重量％～３０重量％の添加量で約０．１Ωの抵抗率となる。炭化された麻から作られた本開示の炭材料は、カーボンブラックと同様に、２０％～３０％の濃度でも導電性であるが、より低い濃度、具体的には５％～２０％の濃度でも導電性をもたらすことがわかった。

表２に特定の炭材料の電気特性の概要を示す。出願人は、炭化した麻材２０％およびキャリアポリマーを含む材料により電荷の伝達能力を試験した。表２の結果に詳述したように、炭化麻材と炭の温度を変化させ、最適な製造工程を決定した。要約すると、１１００℃超の炭化温度で、１１００℃未満で炭化された物と比較して改善された結果を示した。したがって、１１００℃超の温度で生成される炭を使用する場合、導電性材料の生成には炭２０％が有効である。

１１００℃の温度で炭が最適化されたことを確認した後、ポリプロピレン中の炭化麻の濃度を試験し、導電性の限界を調べた。

興味深いことに、粒径が小さいと、粒径が大きい場合よりも導電性が低い材料が得られた。これは、材料がポリマー糸に５％～８％の炭を利用している場合に重要であった。炭化麻を少なくとも８％含有する材料を１１００℃超で炭化する限り、材料は導電性である。これは、石油系カーボンブラックなどの市販の炭が約２０重量％から導電性であるという点において驚くべきことである。

粉砕
セルロース系農業廃棄物の熱分解から生産されるバイオ炭は、ＣＮＴと同様の電気特性を示す非晶質炭化固体をもたらす。本明細書の方法、工程および製品は、セルロース系材料として炭化麻を利用して２ミクロン未満の粒径を有する炭化材料を作り、これを材料に組み込み、マスターバッチで利用して紡糸繊維、紡糸または押出成形された繊維およびフィルム、複合材料を生成するか、当業者に既知の他の後処理ステップを通じて生成する。

本明細書で使用する場合、「２ミクロン未満のサイズ」という句または別の数値サイズは、所与の整数未満の長さ、幅、および高さを有する粒子を指す。ほとんどの場合、粒径はｘミクロン未満の「平均」粒径であり、一部の割合は所定のサイズを絶対的に下回る。例えば、平均粒径は２ミクロン以下で、粒子の９０％が粒径２ミクロン未満である。したがって、粒子の１０％は、長さ、幅、または高さのいずれかが２ミクロンを超える場合があるが、全粒子の平均は２ミクロンサイズ未満になる。

粒子のサイズは重要である。材料、特に糸の材料は、サイズが小さく、かつサイズが均一である必要があるためである。麻炭を粉砕すると、不規則な形状およびサイズの粒子が生成される。つまり、組織化されていないか、結晶の形状ではないが、主軸で２ミクロン未満のサイズで均一である。しかし、粉砕することで形状および大きさの異なる材料が得られ、麻部分全体は２ミクロン未満の正規釣鐘曲線状に分布する。

そのような２ミクロン未満の炭を製造するための工程は、図１Ａおよび１Ｂに詳述される。１１００℃超の温度に加熱した後、図１Ｂの粉砕（１５）に工程は続く。本明細書で使用する場合、「特定分級サイズ」という用語は、分級サイズと比較して、所与の特定点内の粒子の割合を指す。例えば、０．１～２ミクロンの特定分級サイズが９０％ということは、全粒子の少なくとも９０％が０．１～２ミクロンであることを意味する。より好ましくは、特定分級サイズが９５％、９９％、または９９％超ということは、９５％、９９％、または９９％超の粒子が０．１～２ミクロンのサイズであることを意味する。

さらに、特定のミクロンサイズと釣鐘曲線を定義することにより、特定分級サイズをさらに絞り込むことができる。例えば、０．１～２ミクロンの特定分級サイズ９９％および釣鐘曲線で１．５ミクロンが９５％の場合、９５％の釣鐘曲線とは全粒子の９５％が１．５ミクロンから２標準偏差以内であることを意味する。釣鐘曲線は、５０％、７５％、９０％、９５％、９９％、または９９％超の釣鐘分布であってよい。本質的に、釣鐘曲線がきつくなるほど、粒径がより均一なサイズになる。均一性を高めると、特に２ミクロン未満の粒子、および１ミクロン未満のサイズの粒子なら確実に、より良い製品を生み出すことにつながる。

好ましい実施形態では、粒子は、２ミクロン未満の特定分級サイズが９０％であり、釣鐘曲線において、０．５、０．７５、１、１．２５、または１．５ミクロンが９０％である。これにより、特定分級サイズ２ミクロン未満が９０％、１．５ミクロンにおける９０％の釣鐘曲線となり、平均粒径が１～２ミクロンとなる。

例えば、図１Ａ、１Ｂおよび２の分級工程では、適切な収量で、特定の下流工程での使用に適した２ミクロン未満の特定分級サイズを生成することが特に困難であることが証明された。粒子の９０％が２ミクロン未満で、平均粒径が１～２ミクロンの材料を形成するために、材料の粉砕後に篩別または分級工程が利用され、２ミクロンを超える粒子を除去する。例えば、図１Ｂに詳述されるように、粉砕ステップ（１５）の次に分級ステップ（１６）が続き、ここで、所望の画分（１７）が補足され、任意の不合格の画分（１８）が再粉砕され、より小さい粒径が得られる。

適切な画分を生成し、適切なサイズの粒子を形成するために、工程は、好ましくは、エアジェットミル、ボールミル、または材料を機械的に接触させてより小さな部分に破壊する別のミルなどの機械的ミルを利用する。これにより、形状が「フラット」でなく、長さ、幅、高さが、長くて平らなシート状の材料であるグラフェンなどの一般的なフラットカーボンよりも分散の小さい材料が得られる。したがって、図１Ｂでは、材料は粉砕され（１５）、次に分級される（１６）。次に、分級工程により材料が適切な画分に分離され、所望の画分が捕捉される（１７）。不合格の画分（１８）は粉砕機（１５）に戻り再粉砕され、より小さなサイズになる。捕捉された画分には、衣類／繊維および生地用途（５８）で使用するため、２ミクロン未満（５５）のものが含まれることが好ましい。２～５ミクロン（５３）のさらなる画分は、例えば家庭用家具（５６）に使用できる。５～１０ミクロンの画分（５４）は、工業用繊維／生地用途（４７）に利用できる。１０ミクロンを超える画分（５２）は、例えば複合材（５９）に使用できる。これらの画分は、必要に応じて、これらの下流用途のためにマスターバッチ重合（６０）に有利に加えられる。

分級篩セットの例を図２に記載する。第１の分級篩（４２）を備えた第１の分級容器（４１）は、第１の材料（５２）を捕捉し、第２の分級容器（４３）および第２の分級篩（４４）は、第２の材料（５４）を捕捉し、第３の分級容器（４５）および第３の分級篩（４６）は、第３の材料（５３）を捕捉し、最後に第４の容器（４７）は、第３の分級篩（４６）を通過するすべての材料（５５）を捕捉する。

一例として、第１の分級篩（４２）は１０ミクロンであり、第２の分級篩（４４）は５ミクロンであり、そして第３の分級篩（４６）は２ミクロンである。炭化した粉砕麻を第１の容器（４１）に加えることにより、１０ミクロンを超えるあらゆる材料（５２）が第１の容器（４１）に捕捉される。これにより、１０ミクロンより小さく５ミクロンより大きい材料（５４）が第２の容器（４３）で捕捉される。５ミクロンより小さく２ミクロンより大きい材料（５３）が容器（４５）に捕捉され、最後に２ミクロンより小さいすべての材料（５５）が第３の分級篩（４６）を通過して第４の容器（４７）へと入る。当業者であれば、材料を、具体的には繊維での使用に所望される２ミクロンより小さいレベルに分離および分級するために利用可能な他の分級工程および機械があることを認識するであろう。

炭化麻を２ミクロン以下の粒子に商業的に処理するために、エアジェットグラインダー、湿式処理機、高エネルギーボールグラインダー、乾式攪拌メディアミル、および圧力破砕を含む機械的粉砕が利用される。粉砕工程にかかる時間は、その間全ての時間を含む約１時間から約２４時間までの間である。２ミクロンまで粉砕する商業的な試みは容易に実現可能であることが示唆されたが、許容範囲（精度）および収量範囲内で実際にこのサイズに加工することは困難であると証明された。小粒で実質的に均一な粒径を生成する上での一番の問題は、麻炭が他のセルロース系炭化材に比べて嵩密度が低いため、乾式粉砕では乾式研削機の中で炭素が浮遊し、実際に研削することが困難であるということである。したがって、２ミクロン未満のサイズの材料を適正な収量で生成するための粉砕および分級工程を最適化すべく、手挽き、湿式粉砕、および乾式粉砕を含むいくつかの異なる工程および方法を試験した。２ミクロンサイズ以下で均一に材料を生成するには、分級が必要である。分級には、より大きな粒子を所望の画分から分離することができる、篩分級、振動分級、スピニング、または他の形式の分級システムが含まれる。

微粉化炭
本明細書で使用される炭である２ミクロン以下の炭粒子は、得られる材料中の隣接する粒子間で終始接触することが可能となり、したがって、物理的および電気特性を含む機械的特性を目的とする材料の稠度を改善する。さらに、押出成形、紡績、または別の形式での操作にかかわらず、下流の処理において、繊維、フィルム、および他の材料を作製するために、０．１～２ミクロンサイズの粒径の方がポリマーおよび他の材料と組み合わせやすい。より大きなミクロンサイズ（２ミクロン超）は有用な材料を提供するが、通常は工業目的にのみ使用される。実際、モノフィラメントまたはマルチフィラメント糸の高速糸押出成形には、２ミクロン以下の炭を利用しない限り、機能性生地で使用するための１デニール／フィラメント以下～５デニール／フィラメントの微細デニールを作製することは不可能である。

糸の形成
動物性の糸と植物性の糸を一緒に紡いで、様々なデニールおよび繊維長の糸が作製されている。対照的に、本開示の糸は、モノフィラメントおよびマルチフィラメント構成の両方であり、かつ連続的に押出成形された材料である。最も微細なデニール糸は多くの材料に利用されるが、工業用糸と比較して優れた仕上がりの材料となる。運動用衣類および他の材料用の繊維のデニールは、通常１デニール未満（シルクは１デニール）であり、超軽量材料は約１～５デニールである。糸はポリマーから作ることもでき、糸を作るための繊維が様々なデニールで押出成形されて糸を形成する。本明細書では、ポリマー、ポリマーおよびフルスペクトラム麻抽出物、ポリマーおよび麻炭、フルスペクトラム麻抽出物および麻炭を含むポリマーから作られ、それぞれがさらなる賦形剤を含み得る糸のいくつかの実施例が記載される。

押出成形糸の製造
糸の製造は押出成形によって行われる。図５は、マスターバッチおよび化合物製造の簡単なフローチャートを詳述しており、９９．５重量％～２０重量％の熱可塑性プラスチック（１００）および０．５重量％～８０重量％のパッケージ添加剤（１０１）の構成部を二軸スクリュー押出成形機（１０２）に投入する。材料を加熱し、二軸スクリュー押出成形機で混合して材料を均質化する。次に、材料を急冷してペレット化し（１０３）、化合物またはマスターバッチ（１０４）を得る。

顔料、オイル、炭、またはその他の賦形剤を大量に混合する場合、特定のポリマーは材料を混合する際により多くの力と支持体を必要とするため、賦形剤をバルクポリマーと単純混合することが常に適切であるとは限らない。材料の混合を補助するために共回転または逆回転する二軸スクリューを備えた二軸スクリュー押出成形機を使用する必要がある場合がある。二軸スクリュー機は混合材用具として非常に効率的であるが、押出成形では一軸スクリューより劣っている。したがって、二軸スクリュー機は、マスターバッチを作るのに有用であり、ポリマーと麻成分および他の任意の賦形剤といった原料を投入し、混合し、その後使用する濃縮材料へと調製することができる。この材料は、供給源で炭酸水と混合されて、清涼飲料水を作る濃縮ソーダシロップに類似している。これと同様の概念で、マスターバッチが作製され、バルクポリマーと混合され、所望形状への押出成形前に簡単に混合される。

次に、図６はモノフィラメント糸の押出成形を詳述しており、１００～８０重量％の熱可塑性プラスチック（１１０）が一軸スクリュー押出成形機（１１２）に投入される。マスターバッチ（１１１）は、０重量％～３０重量％で投入でき、これは、この量であれば一軸スクリュー押出成形機（１１２）で熱可塑性プラスチック（１１０）と均質化できるためである。材料はスピンビーム（１１３）を通過し、ストランド（１１４）を引き出し、そして押出されたフィラメント糸を巻き取る（１１５）。

図７は、マルチフィラメント糸の押出成形が同じく熱可塑性プラスチック（１１０）で始まり、マスターバッチ（１１１）で単軸スクリュー押出成形機（１１２）に組み合わされて、スピンビーム（１１３）を通過し、その後任意選択でストランド（１１４）を引き出し、最終的に巻取機（１１５）へと進む同様の工程を詳述する。

モノフィラメント糸押出成形は、ポリマーの選択および単一原料の押出成形を含む工程を含む。しかしながら、少なくとも１つの他の成分を組み込む工程の場合、ポリマーは、少なくとも１つの他の賦形剤と混合される。本明細書では、適切な濃度で添加され、正確なパラメータの下で押出成形された場合に、押出された糸に抗菌特性を生成するため、ポリマーをＦＳＨＥと混合する。さらに、第２以上のオイルまたは抽出物、顔料、ＵＶ安定剤、酸化防止剤または熱安定剤、難燃剤、抗菌剤、成核剤または清澄剤、蛍光増白剤、および相溶化剤を含む他の好適な材料が添加され、糸の特性を改善することができる。

糸には様々な形およびサイズがある。図３Ａ～３Ｇは、糸のいくつかの実施例を示している。図３Ａは、単一成分（１つの押出成形機）の高粘度均質材料（９０）を示している。図３Ｂは、鞘（９２）および単一のコア（９０）を備えた二成分材料を示している。図３Ｃは、３つの押出成形機を用いて三成分糸で作られた、第１のコア（９１）および第２のコア（９２）を備えた鞘（９２）を示している。図３Ｄは、繊維（９０）内に内部コア（９２）を備えたリボンコア（９１）を示している。興味深いことに、ある実施例のコアの材料は、所望の製品および目的に応じて、別の実施例の鞘となり得る。図３Ｄ～３Ｇの材料は、それぞれ、三成分材料または二成分材料であり得る。二成分材料は、単純に第３の押出成形機で第２の成分と同じものを使用する。注目すべきは、図３および図４では、同じ材料を単純に異なる場所に配置していることである。

図４Ａ～４Ｅに追加の糸サンプルが提供される。すなわち、図４Ａは、糸の各端部にコア（９０）、鞘（９２）、および第３の先端材料（９１）を備えた先端三裂糸を詳述している。図４Ｂは、コアの周りに配置された対向するポリマー（９１および９０）を備えたコア（９２）を含む翼状繊維を詳述している。図４Ｃは、鞘（９０）および、第１のコア（９１）および第２のコア（９２）をそれぞれ含む複数のコアを備えたレンコン状糸を詳述している。図４Ｄは、鞘（９２）、および内部コア（９１および９０）を備えた三角形糸を詳述している。最後に、図４Ｅは、それぞれが異なるポリマーである３つの突出部（９０、９１、および９２）を備えた自己バルキング三裂糸を詳述している。

単一成分繊維は、単一の材料混合物のみを含む繊維であり、押出成形されて連続繊維材料を形成する。二成分繊維は２つの異なる材料を利用しており、したがって三成分繊維は３つの異なる成分が含まれている。これらは、異なる賦形剤を含む同一ポリマー、異なる分子量の類似ポリマー、または完全に異なるポリマーであり得る。

特定の実施形態では、繊維を作る代わりに、熱可塑性または熱硬化性ポリマーを利用可能な押出成形、ブロー成形、鋳造、または他の成形工程によって材料を形成する。このような実施形態において、主な目標は、様々なマスターバッチ工程での使用に適し、かつ多数の複合材料のうち、よりコストがかかり時間／工程集約型のＣＮＴ（カーボンナノチューブ）およびグラフェンの代替品として適した、持続可能で環境に配慮した複合フィラー材料を作製することであり、出願人は、ナノコンポジット製造原料に最適なミクロンおよびサブミクロンサイズの粒子状麻系材料を発見した。確かに、麻由来のこれらの炭材料は、従来技術の材料、すなわち石油系工業由来のものよりも著しくクリーンである。麻系の炭は、多環芳香族炭化水素（ＰＡＨ）のレベルが大幅に低く、石油系材料と比較して、製造に必要な化石燃料が著しく少ない。実際、特許請求された工程によって作られた麻系の炭は、石油系の炭であるカーボンブラックよりもＰＡＨが少なくとも１０％少なく、麻炭で同定されたＰＡＨのうち、３３％が報告限界を下回っている。したがって、麻系の炭は、ＰＡＨ量に関してカーボンブラックよりも著しくクリーンである。

オイルおよび炭系複合材料の実施例
ポリプロピレンポリマーおよびＦＳＨＥを使用して様々なサンプルを作成した。サンプルは、得られた糸において０．１６重量％、０．２４重量％、０．４０重量％、および０．６重量％のフルスペクトラム麻抽出物を利用した。これらの糸試験は、８％および１２％のＦＳＨＥオイルを加えた２つのマスターバッチで実施され、様々なレットダウン比（ｌｅｔｄｏｗｎ ｒａｔｉｏ）（ＬＤＲ）でマルチフィラメント糸に組み合わされ（マスターバッチには全重量の２％～５％まで様々な定量で添加された）、そして押出成形糸を様々な特性について試験した。デニールは、４２１～４２６グラム／９０００メートルの範囲で繊維のそれぞれについて試験された。次に、表に詳述するように、各サンプルを５％、２５％、および５０％の可変伸長率の荷重（ｇｆ）で試験した。最後に、伸長率の臨界引張特性（％）、最大荷重（ｇｆ）、および靱性（ｇｆ／ｄｅｎ）を試験した。試験材料は工業用重量であった。低デニールの繊維が試験され、同様の結果を呈した。この試験は、結果と工程を確認するために追加のポリマーを使用して繰り返され、抗菌特性についても試験された。さらに、この試験は、４０～７０デニールの細いマルチフィラメント糸を含む、より細いデニールの材料で実施された。４２１デニールの糸の荷重は４２．１デニールの糸に比例し、記載されている値の約１／１０である。

伸長とは、糸が破断する前に伸びることができる量を指す。糸は、荷重を加えるために糸を縦方向に引っ張るモーターにロードセルを備えた引張試験装置で試験される。全長と荷重は、破断する前に決定される。次に、このデータを使用して、靱性として測定される糸のデニールサイズをもって正規化する。

したがって、表４に示すように、ＬＤＲ１０％で１５％以下の割合（つまり、最終製品の１．５重量％）は、すべての材料中で管理性および加工性の点で優れた製品に見受けられるが、ＰＬＡ以外の材料では１７．５％も良いように見受けられる。

表５は、ポリプロピレンが少量のフルスペクトラム麻オイル抽出物に適したポリマーとして機能することを示している。しかし、ＬＤＲが２５％の最後のサンプルでは、材料が不安定になり、材料の紡糸が困難になり、工程が不安定になり、材料の極限に達した。しかし、５～２０％のＬＤＲ濃度では、材料の伸長度が増加しつつ、最大荷重および稠度がやや大きく変化してさえいる。

ポリプロピレンと同様、ナイロン６も広範囲の濃度のフルスペクトラム麻オイル抽出物で試験したところ、３０％で工程が困難かつ不安定になったが、一部のサンプルを生成することができた。このことから、１０重量％のマスターバッチでＬＤＲ２０．０％超のポリマーを用いてフルスペクトラム麻オイル抽出物を処理すると、工程に限界以上の負担がかかることが確認される。したがって、フルスペクトラム麻抽出オイルは、ナイロン６ポリマー中の濃度としては２．０重量％が上限となる。

ＰＬＡおよびナイロン６と同等の濃度での材料の有効性を確認するために、ＰＥＴをより低い濃度で試験した。その結果、最大荷重がわずかに低下するだけで、対照群と同等の材料であることが確認できる。

ＰＬＡを、最初の３つのサンプルで８％のマスターバッチ、次に４番目のサンプルとして１２％のＦＳＨＥを使用して試験した。すべてのサンプルは安定かつ機能していた。

選択したオイルの主な特徴
炭およびポリマー材料へのエッセンシャルオイルの追加
種子や植物の他の緑色部分からのオイルの抽出は、麻に限ったものではない。例えば、芳香特性ならびに他の住宅用、商業用、および工業用の目的で広く利用されている既知のオイルは数多くある。その他のオイルとしては、オールスパイス、アンジェリカ、アニス、バジル、ベイリーフ、ベンゾイン、ベルガモット、シラカバ、ビターアーモンド、ブラックペッパー、ボルドー、ブッコノキ、カユプチ、ショウブ、カモミール、カンファー、キャラウェイ、カルダモン、キャロットシード、カシア、キャットニップ、シダーウッド、シナモン、シトロネラ、クラリセージ、クローブ、コリアンダー、クミン、サイプレス、ダバナ、ディル、エレミ、ユーカリ、フェンネル、フランキンセンス、ガルバナム、ゼラニウム、ジンジャー、グレープフルーツ、ヘリクリサム、ヒソップ、ジャスミン、ジュニパー、ラバンジン、ラベンダー、レモン、レモングラス、ライム、マンダリン、マヌカ、マジョラム、メリッサ、ヨモギ、マレイン、マスタード、ミルラ、マートル、ネロリ、ニアウリ、ナツメグ、オークモス、オレンジ、オレガノ、パルマローザ、パセリ、パチュリ、ペニーロイヤル、ペパーミント、プチグレン、ピメント、マツ、ラベンサラ、ローズ、ローズマリー、ローズウッド、ルー、セージ、サンダルウッド、スペアミント、スパイクナード、タジェット、タンジェリン、タンジー、タラゴン、ティーツリー、スーヤ、タイム、チュベローズ、バニラ、ベチバー、ウィンターグリーン、ワームウッド、ヤロウ、およびイランイランが挙げられる。

出願人は、材料の効果を決定するために、これらのオイルのいくつかを様々な濃度で、異なる担体を使用して、具体的には繊維またはフィルムに、次にテキスタイル材料へ付与することで試験した。例えば、ペパーミントオイル、ユーカリオイル、ティーツリーオイル、柑橘系オイル、ラベンダーおよび菊などの芳香植物からのオイル、および麻オイルを繊維に組み合わせることが可能かどうか、および繊維およびフィルム形成に適したオイル濃度、ならびにオイルから繊維に特性を付与するために必要な濃度を判断するために、このような様々な条件下で試験した。

麻オイル：麻種子オイルは、麻植物の種子から採取される。コールドプレスされた麻オイルは、麻の栄養価を維持しているため、「自然界で最も完璧にバランスの取れたオイル」と呼ばれることがよくある。精製されていないコールドプレスされた麻オイルは、最小限の熱処理がなされる。これは、オイルが漂白または脱臭されていないことを意味する。

フルスペクトラム麻抽出物は麻オイルとは異なるものであり、特に、麻植物の成分が麻から抽出され、元の麻植物に見られるすべてのカンナビノイド、テルペン、および化合物を含む場合で、かつ特定の抽出方法で抽出可能なものを指す。

フルスペクトラム麻オイルは、麻オイルおよびフルスペクトラム麻抽出物の一部で構成されている。単離または合成カンナビノイドとは異なり、フルスペクトラム麻オイルには、一連のカンナビノイドに加えて、多くの必須ビタミンおよびミネラル、脂肪酸、タンパク質、クロロフィル、繊維、フラボノイド、およびテルペンが含まれている。これらのカンナビノイドは、いわゆる側近効果でともに機能を発揮する。側近効果により、有効成分の吸収が改善する。カンナビノイドは化学的に極性のある化合物であるため、吸収が難しい場合がある。他の天然成分は、それらの吸収性と生存率を改善するのを手助けする可能性がある。

ペパーミントオイル：ペパーミントオイルは、鎮痛剤、麻酔剤、消毒剤、乳汁分泌抑制剤、消炎剤、鎮痙剤、収斂剤、駆風剤、頭部薬、胆汁分泌促進剤、強心剤、鬱血除去剤、月経促進剤、去痰剤、解熱剤、肝臓薬、神経鎮静剤、興奮剤、消化剤、発汗剤、血管収縮薬、および駆虫剤として使用される。ペパーミントオイルは、知覚減退を誘発することによる疼痛軽減、敗血症からの保護、乳汁漏出および射乳の軽減、けいれん緩和、歯肉強化、脱毛抑制、および皮膚のリフトアップといった治療に一般的に使用されている。また、筋肉硬化を誘発し、出血を止め、ガスを取り除き、脳および記憶の健康に良く、胆汁の分泌を促進し、鬱血を取り除き、呼吸を楽にする。さらに、ペパーミントエッセンシャルオイルは、月経障害を和らげ、痰およびカタルを排出し、発熱を抑え、肝臓および胃に良いと同時に、発汗および血管のわずかな収縮を促進する。

ラベンダーエッセンシャルオイル：ラベンダーエッセンシャルオイルは、心を落ち着かせ、睡眠を誘発し、鎮痛剤、消毒剤、抗炎症剤、防腐剤、および抗真菌剤にすることができる。ラベンダーオイルは、神経系、不眠症、疼痛緩和、排尿、呼吸器障害、スキンケア、ヘアケア、血液循環、消化不良、および免疫系の健康に関する問題の治療に有益である。

ユーカリオイル：ユーカリオイルには、抗炎症、鎮痙、鬱血除去、デオドラント、防腐、抗菌、および刺激など、多くの重要な性質がある。ユーカリオイルは、呼吸器系の問題、創傷、筋肉痛、精神的疲労、歯のケア、スキンケア、糖尿病、発熱、腸内細菌の治療に特に有用である。

ティーツリーエッセンシャルオイル：ティーツリーエッセンシャルオイルは、天然の抗菌性、抗生物質、抗ウイルス性、殺真菌剤、殺虫剤、防腐剤、鎮痛薬、瘢痕形成剤、去痰剤、刺激剤、そして発汗剤である。ティーツリーオイルは、細菌、微生物、ウイルスの感染を抑制し、また殺虫し、傷口が敗血症になるのを防ぎ、栄養素の吸収を促進し、および傷跡およびアフターマークの治癒速度を速めるためにもよく使用される。最後に、咳および風邪を治し、全身機能および適切な排泄を刺激することができる。

柑橘系オイル（レモン）：レモンエッセンシャルオイルは、防腐剤、抗ウイルス剤、収斂剤、食欲促進剤、殺菌剤、消毒剤、解熱剤、止血性、回復性、強壮剤である。レモン（または他の柑橘類）オイルは、傷口が敗血症になるのを防ぎ、またウイルスおよび細菌の増殖を抑制し、歯肉を強化し、脱毛を防ぐ。さらに、皮膚をリフトアップし、筋肉硬化を誘発し、出血を止め、感染症と戦い、そして解熱する。

菊のエッセンシャルオイル：菊植物から抽出された菊のエッセンシャルオイルは、長い間、完全に天然の有機農薬および防虫剤として使用されており、化学的にはピレトリンが含まれている。菊オイルおよび抽出物は、抗菌性および抗生物質特性のためにハーブ医学でも使用されてきた。菊の花のオイルは心地よい芳香も有する。

シトロネラオイル：シトロネラはＣｙｍｂｏｐｏｇｏｎ ｎａｒｄｕｓから抽出され、通常、シトロネラール、ゲラニオール、ゲラニオール、シトロネロール、およびネラールを約２８％～約１１％まで様々な量で含む。このオイルは、すべて天然の有機農薬および防虫剤として使用されている。

虫除け生地の主な特徴
追加のオイルを押出成形した材料に有利に添加することができ、適切な濃度では、これらの材料は、節足動物忌避特性を含むさらなる特性を製品に付与することができる。

したがって、本実施形態の材料は、ある割合のエッセンシャルオイルを含む場合に、強力な節足動物（虫）忌避特性を有する材料と定義される。「忌避する（ｒｅｐｅｌ）」または「忌避（ｒｅｐｅｌｌｅｎｔ）」という用語は、対照材料と比較して、節足動物を材料から防ぐことを意味する。好ましい実施形態では、材料は、約０．５％～約２．０％の１種以上のオイル、および少なくとも１種のポリマーを含む。節足動物を忌避するための材料を作成するために、ＦＳＨＥをティーツリー、ラベンダー、シトロネラ、または菊オイルと組み合わせ、節足動物を忌避する能力について試験した。

材料表面との接触を減少することにより虫を忌避する材料の機能試験において、３つの一般的に知られている虫が試験された。所定の数の虫が入った箱にサンプルを入れ、対照を試験した後、ＦＳＨＥのみ、菊オイルのみ、そして最後にＦＳＨＥと菊オイルの両方を含む材料を試験した。ＦＳＨＥおよび菊の組み合わせにより、虫の接触率を通常５０％減少させる材料が得られることが本データから明らかである。

菊オイルで成功した後、材料をティーツリーオイル、ラベンダーオイル、シトロネラオイルとも０．５／０．５および１．０／１．０で作り、複数のオイル抽出物が節足動物の忌避効果を発揮する機能を確認した。材料はどちらの濃度でも同等の結果を呈し、様々な材料にこの機能を発揮可能であることを確認した。

ＦＳＨＥを注入した材料による細菌負荷の低減
抗菌布は、細菌および真菌などの微生物の成長を抑制または破壊するように設計および開発されている。微生物は生地の中に生息し、制御不能な速度で成長する可能性があるため、抗菌布は病気の蔓延を低減するのに役立つ。それが抗菌剤が非常に効果的である理由である。抗菌布は生地内での微生物の成長および繁殖を防ぐ。これは、細菌および他の病原体への曝露が日単位または時間単位で発生する可能性がある医療業界で特に有用である。抗菌布は、アウトドア用生地、ならびに機能性衣類および運動用衣類など、カビが発生しやすい場所でも有用である。細菌および菌類の増殖抑制可能な材料について、ほぼ無制限にその用途が想像可能である。

このような抗菌特性を試験するために利用される一般的な細菌には、Ｅ．ｃｏｌｉ、ＭＳＳＡ、およびＭＲＳＡが含まれる。ＭＳＳＡは多くの場合、材料の有効性を試験するための第一選択細菌であるが、ＭＲＳＡは別の細菌であり、個体群が埋め込まれると対処が最も難しい細菌の１つと言われることが多い。本開示の押出成形材料を、押出成形材料中において様々なフルスペクトラム麻抽出物濃度で、これらの細菌に対する抗菌特性について試験した。

Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ａｕｒｅｕｓ、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ、およびＭｅｔｈｉｃｉｌｌｉｎ－ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｓ． Ａｕｒｅｕｓ（ＭＲＳＡ）に対し、いくつかの異なるポリマーおよび異なる濃度にて様々なサンプルを使用して、多くの研究が実施された。以下の一覧表は、約０．４重量％から細菌負荷が影響を受けて殺菌され始め、０．６重量％で高い殺菌率が始まり、０．７５重量％でさらに向上することを示している。ナイロンでは、約１．０の重量パーセントが必要であり、これは他の材料よりもわずかに高かった。しかし、他の材料は約０．７５重量％で有意な殺菌率を示し、０．８重量％で向上した。

重量パーセントは、マスターバッチ中のフルスペクトラム麻オイルの割合を得た後、最終製品中の量を決定することで計算でき、ここで、レットダウン比（ＬＤＲ）はマスターバッチの割合を指す。例えば、ＬＤＲ１０％とは、最終製品がポリマー９０％とマスターバッチ１０％であることを意味する。マスターバッチ自体は異なる濃度を有することができ、最上段はマスターバッチのフルスペクトラム麻抽出物の濃度を０．５％、１％、２％、５％、１０％、１５％、および２０％で示している。これは、ＬＤＲ５％の２０％マスターバッチは、フルスペクトラム麻抽出物が製品中に１．０の最終重量パーセントとなることを意味する。同様に、ＬＤＲ１０％の１０％マスターバッチも、最終製品で１．０重量％となる。

Ｅ．ＣＯＬＩ、ＳＴＡＰＨ、およびＭＲＳＡに対する繊維の有効性
フルスペクトラム麻抽出物は、マスターバッチ工程で追加される添加剤である。多くの製品と同様、本材料の目標は、最低濃度で所望の殺菌率を達成し、繊維が影響を受けないこと、かつ材料コストも削減することである。１．０重量％を超える濃度は効果的であるが、現在試験されている細菌には不要である。さらに、他の実施例に示されているように、いくつかの高濃度のものでは、繊維に負担がかかり、劣化する。したがって、最も広い範囲で、０．６重量％～１．２重量％までの重量パーセントが、有効性とコストの両方を提供する。さらにより好ましいのは、適切な殺菌力があることを確実にするためには、０．８重量％を超え１．２重量％までの重量パーセントが優れている。実際、上記のデータは、この範囲が有効であることを確認しており、ナイロンについて０．９重量％で試験した他のデータ（図示せず）においても、ナイロンがフルスペクトラム麻抽出物０．９重量％で有効であることを確認した。

繊維形成と使いやすさを、マスターバッチ濃度が０．５％～２５％で、ＬＤＲ１０％の様々なマスターバッチ間で試験した。特に、マスターバッチのフルスペクトラム麻抽出物濃度が１７．５％になるまでは、マスターバッチの変化はごくわずかで、材料の取り扱いは簡単であった。２０％までに、材料の取り扱いが非常に困難になり、ＰＬＡおよび他のポリマーは作業性が悪化し始めた。２２％および２５％で、材料はほとんど加工性がなくなり、所望される生産に必要な連続フィラメント糸を生成できなくなる。

工業製品およびニット製品
糸は、抗菌特性を提供する、本明細書に示される濃度のＦＳＨＥを含むように有利に製造可能である。これらの材料は、医療製品、ならびに運動用ウェアおよび作業用ウェア、さらには細菌またはウイルスの攻撃を受けやすい材料にも利用可能である。

現在、細菌およびウイルスの攻撃下にある特定の材料は、ウイルス負荷の透過防止および低減に必要となり得る顔用マスクである。図８Ａおよび図８Ｂに、本開示のポリマー糸を含む顔用マスクを詳述する。顔用マスク（１２０）は、三次元ニット材料、つまり、ナイロン６ベースポリマーおよび１重量％のＦＳＨＥをマルチフィラメント糸に含む形状を備え、４層の１５０デニール／１３６フィラメント番手加工ナイロンで提供された。次に、人の顔に合うように、糸をカップ状の三次元特性を有する顔用マスクに編んだ。

マスクは、内層（１２５）および外層（１２６）から作られる。マスクの外層（１２６）は、２．０～５．０％の銅粒子を注入したポリエステルの４層１５０デニールマルチフィラメント加工糸でできている。特定の実施形態では、約２．６％の銅粒子を利用した。外層は４つの層材料を含み、ともにサンドイッチされて単一の外層（１２６）を形成し、外面（１２３）および内面（１２９）を画定する。マスクの内層（１２５）は、本開示に開示されるように、約１．０％のＦＳＨＥ粒子を注入したナイロンの４層１５０デニールマルチフィラメント加工糸でできている。内層は、内層内面（１２７）および内層外面（１２８）を含む。内層は同じく４層材料を形成するように編まれる。次に、内層（１２５）および外層（１２６）がともに編まれ、各面（１２８および１２９）が隣接する。ノーズブリッジ（１２１）は、鼻の周りに固定されるように、外層（１２６）内に金属支持体の有無にかかわらず形成される。

イヤーストラップ（１２２）は、固定手段を介してマスク層に固定され、マスクを使用者の顔に固定できるようにする。ストラップはナイロンおよびスパンデックスの二重カバー糸で作られており、各カバーは１４０デニールのスパンデックスおよび７０デニールの加工ナイロンである。

さらなる実施形態では、マスクが使い捨てであるか洗濯可能であるかを含む、材料の使用目的に応じたいくつかの変更が好ましい。変更する場合、１）より柔らかい材料またはより良い付け心地を提供するために、より細いまたはより粗いデニールの糸を内層または外層で利用することができる。２）外側は、ＦＳＨＥ、銀、銅、および／または亜鉛を注入したポリエステルまたはナイロンであってよい。３）マスク内で異なる材料を利用可能とするために、３層または４層の生地を利用してよい。４）マスクは、保護性能を追加／補足するため、追加の交換可能な代替フィルター媒体、または抗菌または抗ウイルス媒体を組み込むためのポケットを含んでよい。

Claims (21)

1. 複合繊維を形成する方法であって、
   熱可塑性ポリマーを麻誘導体の一部と組み合わせることであって、前記麻誘導体は、１１００℃～１５００℃で炭化され２ミクロン未満のサイズの粉末に粉砕される炭化麻、フルスペクトラム麻抽出物、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される、組み合わせることと、
   前記熱可塑性ポリマーを前記麻誘導体の一部と混合し、かつそれを溶融温度まで加熱することと、
   前記複合繊維を押出成形することと、を含む、方法。
2. 前記繊維が、単一成分糸、二成分糸、または三成分糸である、請求項１に記載の方法。
3. 前記複合スレッドが０．１～４０のデニールサイズを有する、請求項１に記載の方法。
4. 前記複合スレッドが、０．１～２０．０重量パーセントの炭化麻をさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記フルスペクトラム麻抽出物が、前記複合材料の０．１～２．０重量パーセントである、請求項１に記載の方法。
6. 前記熱可塑性ポリマーおよび麻誘導体の一部が、顔料、ＵＶ安定剤、酸化防止剤、熱安定化成分、難燃剤、抗菌剤、成核剤もしくは清澄剤、蛍光増白剤、相溶化剤、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの賦形剤とさらに混合される、請求項１に記載の方法。
7. 前記炭化麻が、０．１～２ミクロンの粒子を９５％含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記麻誘導体の一部がマスターバッチを介して混合され、前記マスターバッチが総重量の１％～５０％の前記複合繊維を含む、請求項１に記載の方法。
9. 持続可能な麻系炭であって、前記炭は複数の粒子を含み、前記粒子の９９％は各粒子の主軸において２ミクロン未満のサイズを有する、麻系炭、およびポリマーを含む持続可能な麻系複合材料であって、前記複合材料は０．５％～２０％の前記炭を含む、持続可能な麻系複合材料。
10. 熱可塑性ポリマーを麻誘導体の一部と組み合わせることであって、前記麻誘導体が、１１００℃～１５００℃で炭化され２ミクロン未満のサイズの粉末に粉砕される炭化麻、フルスペクトラム麻抽出物、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される、組み合わせることと、
    前記熱可塑性ポリマーを前記麻誘導体の一部と混合し、かつそれを溶融温度まで加熱することと、
    前記複合繊維を押出成形することと、を含む工程によって作られた、請求項９に記載の持続可能な麻系複合材料。
11. 非金属導電性繊維を製造する方法であって、
    炉内で麻の一部を炭化することであって、前記炉は窒素パージされ、次に少なくとも１１００℃に加熱され、少なくとも１１００℃の温度は少なくとも６０分間保持され、低酸素環境を維持するため、窒素流入は加熱および保持時間にわたって維持される、炭化することと、
    前記麻を前記炉から取り出し、室温まで冷却することと、
    前記冷却された麻を、２ミクロン未満の粒径に粉砕することと、
    前記粉砕された麻をポリマーと組み合わせ、前記麻およびポリマーを繊維に後処理することと、を含み、
    前記繊維は、０．１～２０重量パーセントの前記粉砕された麻を含む、方法。
12. 前記温度が線形昇温で上昇する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記粒子の少なくとも９０％が２ミクロン未満である、請求項１１に記載の方法。
14. ０．１～２０重量パーセントのフルスペクトラム麻抽出物の添加をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
15. ０．１～２０重量パーセントのエッセンシャルオイルの添加をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
16. 前記エッセンシャルオイルが、麻系オイル、オールスパイス、アンジェリカ、アニス、バジル、ベイリーフ、ベンゾイン、ベルガモット、シラカバ、ビターアーモンド、ブラックペッパー、ボルドー、ブッコノキ、カユプチ、ショウブ、カモミール、カンファー、キャラウェイ、カルダモン、キャロットシード、カシア、キャットニップ、シダーウッド、シナモン、シトロネラ、クラリセージ、クローブ、コリアンダー、クミン、サイプレス、ダバナ、ディル、エレミ、ユーカリ、フェンネル、フランキンセンス、ガルバナム、ゼラニウム、ジンジャー、グレープフルーツ、ヘリクリサム、ヒソップ、ジャスミン、ジュニパー、ラバンジン、ラベンダー、レモン、レモングラス、ライム、マンダリン、マヌカ、マジョラム、メリッサ、ヨモギ、マレイン、マスタード、ミルラ、マートル、ネロリ、ニアウリ、ナツメグ、オークモス、オレンジ、オレガノ、パルマローザ、パセリ、パチュリ、ペニーロイヤル、ペパーミント、プチグレン、ピメント、マツ、ラベンサラ、ローズ、ローズマリー、ローズウッド、ルー、セージ、サンダルウッド、スペアミント、スパイクナード、タジェット、タンジェリン、タンジー、タラゴン、ティーツリー、スーヤ、タイム、チュベローズ、バニラ、ベチバー、ウィンターグリーン、ワームウッド、ヤロウ、イランイラン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１５に記載の方法。
17. 前記粉砕された麻がマスターバッチの０．０１％～２０％を含み、押出成形された繊維の総重量において、前記粉砕された麻が前記押出成形された繊維の総重量の０．０１％～５％を含む、請求項１１に記載の方法。
18. 人の口および鼻の周りを固定するための略カップ形状の構成を含む、複合材料から編まれた三次元顔用マスクであって、前記顔用マスクは、ポリマーおよび銅を含む複合糸から作られた第１の層ならびにポリマーおよびフルスペクトラム麻抽出物を含む複合糸から作られた第２の層であって、前記第１の層は第１の面および第２の面を含み、前記第２の層は第２の層の第１の面および第２の層の第２の面を含み、前記第１および第２の層は互いに隣接して配置され、前記第１の層の前記第２の面および前記第２の層の第１の面は接触している、第１の層ならびに第２の層と、左右のイヤーストラップと、前記左右のイヤーストラップを前記顔用マスクに接続するための手段と、を含む、三次元顔用マスク。
19. 前記第１の層が１．０～５．０重量パーセントの銅を含み、前記第２の層が０．５～２．０重量パーセントのフルスペクトラム麻抽出物を含む、請求項１８に記載の顔用マスク。
20. 前記第１の層および前記第２の層中の前記ポリマーが、ポリエステル、ポリプロピレン、またはナイロンポリマーを含む、請求項１８に記載の顔用マスク。
21. 前記第１または第２の層が、顔料、ＵＶ安定剤、酸化防止剤または熱安定剤、難燃剤、抗菌剤、成核剤または清澄剤、蛍光増白剤、相溶化剤、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１８に記載の顔用マスク。

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