JP2761094B2 - 蓄熱繊維 - Google Patents

蓄熱繊維

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、相変化にともなって発生する潜熱を利用
した繊維状の蓄熱体、すなわち蓄熱繊維に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
潜熱蓄熱材(以下、「P.C.M.」と称する。P.C.M.はフ
ェーズ・チェンジ・マテーリアルの略)は、放熱または
吸熱の温度が一定しており、蓄熱密度が大きいという特
徴を持っている。このP.C.M.の使用形態としては、容器
に封入して用いるのが一般的であるが、カプセル化した
り、マトリックス中に分散させ固定することが近年盛ん
に研究されている。
P.C.M.をマトリックス中に分散させ固定化したものの
例として、架橋ポリエチレン樹脂ペレットをP.C.M.で膨
潤させて固定化したものが提案されている(特開昭62−
187782号公報参照)。
他方、繊維に蓄熱機能を持たせた例としてユニチカ株
式会社が開発した「ソーラーα」がある。この繊維は、
芯と鞘に分かれた二重構造繊維で、鞘となる中空の繊維
の芯の部分に炭化ジルコニウムが充填されている。炭化
ジルコニウムは可視光線を吸収し、赤外線を反射する特
性がある。このため、太陽光の95%を占める2μm以下
の短波長のエネルギーを吸収、熱転換して材料中にエネ
ルギーを蓄える。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記蓄熱機能を有する繊維は、炭化ジルコニウムの優
れた特性を持つ材料ではあるが、そのもの自身の蓄熱能
力は非常に小さいと言う欠点を有する。また、中空の繊
維を形成し、その中心部に炭化ジルコニウム粉末を充填
することにより製造するため製造方法(製造プロセス)
が煩雑となるという欠点も有する。
発明者らは、P.C.M.の大きな潜熱蓄熱量に着目し、こ
れを繊維化する方法を探索したところ、P.C.M.とポリオ
レフィンの混合物を溶融状態で紡糸することにより、蓄
熱量の大きい繊維を簡単なプロセスで製造できるという
知見を得た。しかし、このようにして得られた繊維は、
潜熱蓄熱量が大きく、含有されているP.C.M.の凝固融
解というサイクル中においても強度を保ち、もとの形状
を保持するが、この凝固融解サイクル中にP.C.M.の染
み出しを起こすという問題を有する。繊維からのP.C.M.
の染みだしは、含有されているポリオレフィンの割合が
大きくなればなる程、少なくなる傾向にあるが、その分
P.C.M.の割合が減り、単位体積当たりの潜熱蓄熱量が減
少する。また、蓄熱繊維をスキーウエアなどの衣類など
に用いる場合、染み出したP.C.M.はよごれなどの原因と
なるためできるだけ染み出しを防ぐ必要がある。
そこで、この発明は、蓄熱能力が大きく、簡単な製造
方法で製造できる蓄熱繊維であって、しかも、P.C.M.の
染み出しを防止することができる蓄熱繊維を提供するこ
とを課題とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するために、この発明は、P.C.M.とポ
リオレフィンの溶融混合物を紡糸することにより得られ
る繊維の表面にP.C.M.の染み出し防止樹脂層が形成され
ている蓄熱繊維を提供する。
この発明で用いるP.C.M.としては、特に限定しない
が、たとえば結晶性長鎖炭化水素、結晶性の脂肪酸、結
晶性の脂肪酸エステル、および、結晶性の脂肪族アルコ
ール等の結晶性有機化合物などが挙げられる。蓄熱材の
融点および凝固点(蓄熱温度)の選択は、用途などに合
わせて適宜行えばよい。
また、ポリオレフィンとしては、特に限定しないが、
たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン酢
酸ビニル共重合体などが挙げられる。この発明ではたと
えばこれらのポリオレフィンを架橋することなく使用す
るのである。
ポリオレフィンとP.C.M.との割合は、ポリオレフィン
10〜70重量部、P.C.M.90〜30重量部(ただし、両者の合
計量は100重量部)とされる。この範囲を越えてポリオ
レフィンが多くなると単位重量当たりの潜熱量が非常に
小さくなることがあり、P.C.M.が多くなると繊維または
糸とならないことがある。
ポリオレフィンとP.C.M.の混合は、たとえば、両者を
ポリオレフィンの融点以上まで加熱し撹拌することによ
り行われる。より均一な混合のためには、ニーダーある
いはローラー等の混合手段を用いるのが望ましい。
混合物からの紡糸は、たとえば、混合物を溶融状態の
ままノズルより押し出しつつ、引っ張ることにより行れ
るが、この方法に限定されるものではない。このように
して繊維が得られるが、この繊維の太さは、繊維として
機能するように用途などに応じて適宜設定すればよく特
に限定はない。また、断面形状も円形に限らない。
このようにして得られた繊維は、ポリオレフィンのマ
トリックス中にP.C.M.が分散された状態で存在してお
り、P.C.M.が溶解する温度となっても変形することがな
く、しかも、混合されたP.C.M.の融点において潜熱をも
とどおり有する。
この繊維からのP.C.M.の染み出しを紡糸するために、
繊維の表面に染み出し防糸樹脂層をコーティングなどに
より形成するのである。コーティングの方法は特に限定
しないが、水溶性エマルションをディッピングなどによ
り塗布する方法が安全性および作業性から考えて有効で
ある。
このような染み出し紡糸樹脂としては、(a)紡糸せ
れた繊維の表面にピンホールレスの連続した塗膜を形成
できること(成膜性を有すること)、(b)P.C.M.とし
て上述のものを用いる場合には、P.C.M.が無極性の長鎖
アルキル基の全成分または主成分とするので、含有され
ているP.C.M.の染み出しを防止するワックスバリア性に
優れた有極性の樹脂であること、(c)温度変化による
P.C.M.の凝固−融解に伴う繊維の膨張収縮に耐え、か
つ、蓄熱繊維の取り扱い樹脂に蓄熱繊維同士または蓄熱
繊維と周りの物体との接触による衝撃、擦傷に耐える機
械的強度を有すること、が必要である。
このような樹脂被膜を繊維の1本1本に独立して形成
する方法としては、上述のようなディッピング等が有用
である。紡糸された繊維をたとえば水溶性エマルション
など染み出し防止樹脂のコーティング液に浸漬するなど
して繊維表面にコーティング液を付着させ、溶媒を揮散
させるなどして除去し、繊維表面に樹脂被膜を形成す
る。これらの作業は、連続的に行ってもよいし、バッチ
式で行ってもよい。なお、溶媒の揮散は、溶媒の沸点よ
りも低い温度で行うのが好ましい。これにより染み出し
防止樹脂層が孔開きになるのを防ぎやすい。
染み出し防止樹脂層の厚みは、特に限定されないが、
たとえば、0.01〜0.2mm程度とされる。これよりも厚い
コストがかかりすぎるおそれがあり、薄いと染み出しを
抑えられないことがある。
コーティング液として、染み出し防止樹脂を有機溶剤
に溶解してなる液を用いる場合、その樹脂としては、上
述のごとく、ワックスバリア性、機械的性質に優れてい
るほか、揮発性の有機溶剤に溶解し、成膜性に優れたも
のでなければならない。P.C.M.として上記のものを用い
る場合には、P.C.M.が無極性の長鎖アルキル基を全成分
または主成分とするので、ワックスバリア性の点からは
有極性の樹脂が好ましい。このような性能を満足する樹
脂としては、たとえば、ポリカーボネート樹脂、ポリウ
レタン樹脂(ウレタンエラストマーも含む)、メタクリ
ル樹脂、ポリフェニレンオキサイド、変性ポリフェニレ
ンオキサイド(変性PPE)、ポリスルホン、ニトリルゴ
ムの各単独物または2種以上のブレンド体が有用であ
る。
前記有機溶剤としては、前記染み出し防止樹脂の良溶
剤で、かつ、揮発性の点からは沸点が150℃以下の溶剤
が好ましい。たとえば、テトラヒドロフラン(THF)、
ジクロロメタンなどが用いられるが、これらに限定され
ない。
他方、コーティング液としてエマルションを用いる場
合、たとえば、次のような樹脂骨格のエマルションが好
ましいが、これらに限定するものではない。すなわち、
樹脂骨格の主成分が、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ア
クリル樹脂、ポリエステル樹脂、NBR(ニトリルゴ
ム)、塩化ビニリデン樹脂、または、これら各樹脂の変
性物であるエマルションである。これらのエマルション
は、それぞれ、単独で、変性されて、あるいは、混合し
て用いられる。なお、ここでエマルションとは本来の意
味でのエマルションだけでなく、サスペンション、ディ
スパーション、テラックス等と称されるものをも含む。
エポキシ樹脂エマルションは、エポキシ樹脂を主成分
とするエマルションで、その合成例は、たとえば、特開
昭53−47454号公報、特開昭54−30249号公報に記載され
ている。市販品としては、たとえば、大日本インキ化学
工業(株)から「パテラコーレルExp.385」という名前
で出ている、変性エポキシ樹脂水性ディスパージョンが
ある。
ウレタン樹脂エマルションには、たとえば、ポリエー
テル、ポリエステルとジイソシアナートから得られるプ
レポリマーを場合により、界面活性剤を用いて乳化した
後、1,2−ジアミンのごとき2官能性化合物で鎖伸長し
た樹脂や、ブロックイシソアナートと、イソシアナート
基と反応性を有する官能基(たとえば、水酸基)を持っ
た樹脂の混合体からなる熱硬化性樹脂を主成分とするエ
マルションなどがあり、その合成例は、特開昭50−1472
7号公報、特開昭57−159858号公報、特開昭58−132051
号公報に記載されている。市販品としては、たとえば、
大日本インキ化学工業(株)から「ボンディックシリー
ズ」という名前で出ている水分散型ウレタン、「ハイド
ランシリーズ」という名前で出ているアイオノマー型水
性ウレタンなどがある。
ポリエステル樹脂エマルションとしては、たとえば、
大日本インキ化学工業(株)から「ファインテックスES
シリーズ」という名前で出ている芳香族ポリエステルア
イオノマー水性ディスパージョンなどが使用される。
アクリル性エマルションとしては、たとえば、大日本
インキ化学工業(株)から「ボンコート」の商品名で市
販されている各種のコポリマー樹脂エマルションなどが
使用される。
NBR系エマルションは、アクリロニトリル−ブタジエ
ンを主成分とするもので、たとえば、大日本インキ化学
工業(株)から「ラックスター」の商品名で市販されて
いるカルボキシル化NBRなどが使用される。
塩化ビニリデン樹脂エマルションは、たとえば、呉羽
化学工業(株)から「クレハロンラテックス」の商品名
で市販されている塩化ビニリデン樹脂エマルションなど
が使用される。
これらのエマルションは、主成分である樹脂が有極性
のものであるので、ワックスバリア性に優れている。上
記各種エマルションの中から、50〜80℃の乾燥温度で造
膜し、得られた皮膜の機械的性質が優れているものを選
択することが好ましい。コーティング液としてエマルシ
ョンを用いる場合も、コーティング処理はエマルション
の溶媒の沸点よりも低い温度(たとえば、水の沸点100
℃よりも低い温度)で行うのが好ましい。また、ここで
用いるエマルションは、染み出し防止樹脂が溶媒中で独
立して遊離している粒子(固体に限らない)となってい
る。このため、溶媒が蒸発しつつ(乾燥しつつ)、遊離
している粒子が互いに融着して成膜し、染み出し防止樹
脂層を形成する。この際に、乾燥速度が速いと、融着し
きれないまま乾燥し、孔開きの皮膜を作ることがある。
したがって、コーティング液としてエマルションを用い
る場合には、コーティング処理をエマルションの溶媒の
沸点よりも低く、かつ、自然乾燥温度で行うことがより
好ましい。このようにすると、孔開きの少ない染み出し
防止樹脂皮膜を作ることができる。自然乾燥温度は、た
とえば、加熱しないで乾燥を行う温度であり、15〜25℃
近辺の温度である。
なお、市販のエマルションは、一般に成膜性(造膜
性)を良くするために、同じタイプの樹脂であっても品
番により乾燥皮膜が粘着性を有する(タッキーである)
ことがある。このようなエマルションをこの発明に用い
ると、蓄熱繊維を巻き取ったときに繊維同士が粘着する
ことにより樹脂層が繊維から剥離したり、巻き取った蓄
熱繊維を引き出せなくなったりすることがある。このよ
うなことを防ぐため、乾燥皮膜が粘着性を有しないよう
な品番のエマルション市販品を選択することが好まし
い。あるいは、粘着性を有しない品番のエマルション
を、粘着性のある乾燥皮膜を与えるエマルションと混合
し、粘着性を減少させることが好ましい。もちろん、混
合に際しては、混合エマルションが安定となる組み合わ
せを選択するのが好ましいことは言うまでもない。
染み出し防止樹脂としては、繊維としての柔軟性など
を損なわないようなものが好ましい。
〔作用〕 潜熱蓄熱量の大きいP.C.M.をポリオレフィンと混合
し、紡糸することにより作製される蓄熱繊維は、混合さ
れているP.C.M.の融点以上の温度となっても変形するこ
とがなく、しかも、その融点における潜熱を保ってい
る。
また、表面にP.C.M.の染み出し紡糸樹脂層が形成され
ていることにより、P.C.M.の凝固融解サイクル中にP.
C.M.が染みだしてくるのが防がれる。
また、製造プロセスも、P.C.M.とポリオレフィンの混
合、紡糸、樹脂層の形成とう簡単なものである。
したがって、この発明の蓄熱繊維は、蓄熱量の大きな
繊維であり、その製造プロセスも簡単である。
〔実 施 例〕
第1図は、この発明の蓄熱繊維に用いる繊維の1例を
模式的に表す。この繊維1は、P.C.M.とポリオレフィン
の溶融混合物を紡糸することにより得られる。第2図
は、この発明の蓄熱繊維の1実施例を模式的に表す。こ
の蓄熱繊維10は、第1図に示す繊維1を芯とし、P.C.M.
の染み出しを防止するための樹脂層2を鞘とする。樹脂
層2は、繊維1の表面に上記コーティング液をコーティ
ングし、溶媒を除去して成膜させることにより形成され
る。第2図では、表現の都合上、樹脂層2の一部を除い
て繊維1が露出するように描かれている。第1,2図で
は、表現の都合上、幅太く誇張して描かれている。
なお、この発明は、第1図および第2図に示したもの
に限定されない。
以下に、この発明の具体的な実施例および比較例を示
すが、この発明は下記実施例に限定されない。なお、
「%」および「部」は、それぞれ、「重量%」および
「重量部」のことである。
−実施例1− P.C.M.として日本精蝋(株)製のパラフィン(融点52
℃)を、ポリオレフィンとして昭和電工(株)製の高密
度ポリエチレン「ショウレックスS6006M」(融点128
℃)を用いた。
前記パラフィンを70部、前記ポリエチレンを30部の割
合でビーカに入れ、オイルバスにより150℃に加熱しつ
つ混合した。次に、この混合物をニーダーにより約30分
間混練して均一に分散させた後、溶融状態のままガラス
製注射器に入れ、前記混合物を押し出しつつ、端部より
引っ張ることにより紡糸し、冷却した。
作製された繊維の直径は、約0.5mmであった。第1図
は上記方法により作製した繊維1の簡単な斜視図であ
る。
この繊維1の表面に樹脂層2をコーティングにより形
成し、蓄熱繊維10を得た。第2図は上記方法により作製
した蓄熱繊維10の簡単な斜視図である。
コーティングは、大日本インキ化学工業(株)製の水
溶性エポキシ樹脂エマルションEXP−385と水溶液ウレタ
ン樹脂エマルションEXP−382のブレンド溶液中に前記繊
維1をディッピングすることにより行った。ブレンド溶
液の溶媒を乾燥除去して成膜し、樹脂層2を形成した。
樹脂層2の厚みも含めた蓄熱繊維全体の直径は0.6mmで
あった。長さは2mにしたが、いくらでも長くすることが
可能であった。
上記実施例1で作製した繊維1と蓄熱繊維10を、30℃
70℃の寒熱繰り返し200回にかけ、その前後の重量を
測定してそれらの染み出し率を計算することにより比較
を行った。結果を第1表に示す。ただし、染み出し率の
計算は次式を用いて行った。
第1表にみるように、この発明の蓄熱繊維は、P.C.M.
の染み出しがなかった。
〔発明の効果〕 この発明によれば、蓄熱量が大きく、P.C.M.の染み出
しが少なく、簡単なプロセスで製造できる蓄熱繊維を提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の蓄熱繊維に用いる繊維の1例を模
式的に表す斜視図、第2図は、この発明の蓄熱繊維の1
実施例を模式的に表す斜視図である。 1……繊維、2……樹脂層、10……蓄熱繊維
フロントページの続き (72)発明者 清 三喜男 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電 工株式会社内 (72)発明者 新保 秀人 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電 工株式会社内 (56)参考文献 実開 平1−125395(JP,U) 特公 昭43−892(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) D06M 15/00 - 15/72

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】潜熱蓄熱材30〜90重量部とポリオレフィン
    70〜10重量部と(ただし、両者の合計量は100重量部)
    の溶融混合物を紡糸することにより得られる繊維の表面
    に潜熱蓄熱材の染み出し防止樹脂層が形成されている蓄
    熱繊維。
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