JP4486403B2

JP4486403B2 - 被服材料用蓄熱材及び被服材料用マイクロカプセル

Info

Publication number: JP4486403B2
Application number: JP2004124225A
Authority: JP
Inventors: 守石黒
Original assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Current assignee: Mitsubishi Paper Mills Ltd
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2024-04-20
Also published as: JP2005307381A

Description

本発明は衣服や手袋、ソックスなどの被服材料に本発明の蓄熱材を塗工、含浸、付着せしめることにより暖かさ、涼しさ、快適さが長時間持続する蓄熱材に関するものである。

蓄熱材を繊維やシートなどの支持体に付着させて、体温調節機能をもたらす手法や被服材料として以下のような例が知られている。繊維構造物にパラフィン封入マイクロカプセルを樹脂バインダーを用いて固着することにより得られる蓄熱性を有する繊維構造物。（例えば、特許文献１）繊維基材及び当該基材全体にマイクロカプセルが分散され、該マイクロカプセルが加熱又は冷却された場合に熱安定性を示すような可逆的熱貯蔵性を示す繊維。（例えば、特許文献２）鞘部が熱可塑性重合体、芯部が潜熱蓄熱材から成る複合繊維。（例えば、特許文献３）

また、人体から発する熱を蓄えたり放熱することを防いだりする目的で、繊維自体に蓄熱材を内包したマイクロカプセルを塗工または含浸した布帛類の提案が為されているが、保持されている蓄熱材の重量が極めて少量であるため快適さが長持ちせず、風合いや着心地の点で充分なものではなかった。（例えば特許文献４、５、６）

これら材料に用いられている蓄熱材は一般に、物質が相変化する際に出入りする熱エネルギーを利用した潜熱蓄熱材が用いられており、具体例としてノルマルパラフィンが高い融解熱量と安全性の点で多用されている。ノルマルパラフィン以外にも、アルコール、脂肪酸、エステルなどの化合物が挙げられるが、これらの化合物は蓄熱能力の低下が生じないように極力単一に近い組成、即ち純品に近い組成で用いることが好ましいことが経験上知られている。多種の蓄熱材を混合して用いることにより融解または凝固時の温度分布幅が広くなり、融解熱量の著しい低下を示すため複数の化合物を混合して用いることは上記被服材料のみならず潜熱蓄熱材を扱う全ての産業上の用途において好ましい手法とは言えなかった。
特開平５−１５６５７０号公報特公平５−５５６０７号公報特開平６−２００４１７号公報特開昭６４−８５３７４号公報特開平９−７８４７０号公報特開平１０−２９５４０７号公報

本発明の課題は、環境温度が快適とされる温度より高温又は低温の雰囲気に移動した場合でも、本発明の蓄熱材を固定化せしめた被服材料を身につけることにより、衣服内の温度は急に変化することはなく快適とされる範囲の温度を長時間維持し、しかも季節や個人差に影響されにくい極めて温度安定性に優れた蓄熱材組成及び被服材料を提供することである。

本発明の課題は、蓄熱材組成として炭素数１６〜２１の直鎖の脂肪族炭化水素化合物の中から少なくとも３種以上の化合物から構成され、尚かつ８４ｋＪ／ｋｇ以上の融解熱量を有する蓄熱材を被服材料用として用いることにより達成される。

本発明の効果は、本発明の蓄熱材を被服材料として用いることにより暖かい、または涼しいそして快適と感じられる時間が長くなることである。更に本発明の蓄熱材をマイクロカプセルなどの固定化手段を用いて被服材料として加工したものを着衣することにより季節や個人差に影響を受けにくい温度調節機能を有する被服材料が得られることが見出された。

本発明者は、衣服内環境温度が約２５〜３５℃の範囲から著しく逸脱すると急に寒い又は暑いという不快感が顕著になることを見出し、この衣服内温度範囲に長時間安定化させるためには上記炭素数の脂肪族炭化水素化合物の中から敢えて３種以上の蓄熱材を混合することが効果的であり、特に２８〜３２℃の範囲に衣服内温度が維持されることにより最も快適感が感じられることが判明した。この温度域に長時間持続するためには炭素数１７〜２０の範囲の直鎖脂肪族炭化水素化合物の合計質量比率を６０％以上に設定することにより顕著に達成されることも判明した。質量比率が６０％以下であると上記好ましい衣服内温度範囲から逸脱しやすくなるために好ましくない。しかしながら上記設定範囲の組み合わせであっても融解熱量が８４ｋＪ／ｋｇを下回れば本発明の課題は充分達成されないことも見出された。

本発明の蓄熱材は、その融点以下では固体であり、融点以上では液体としてふるまうため、被服材料に用いるためには融解時に漏れ出さない様に何らかの固定化処理が必要である。具体的な手法としては吸油性の高分子材料に含浸させてゲル状態として扱う方法、同様に吸油性の無機顔料を用いる方法、多層構造繊維の層間または鞘部に含浸させる方法などが挙げられるがマイクロカプセルに内包させる方法が蓄熱材の漏れ出しがなく安全性の面で最も好ましい方法である。

蓄熱材をマイクロカプセル化する方法としては、複合エマルジョン法によるカプセル化法（特開昭６２−１４５２号公報）、蓄熱材粒子の表面に熱可塑性樹脂を噴霧する方法（同６２−４５６８０号公報）、蓄熱材粒子の表面に液中で熱可塑性樹脂を形成する方法（同６２−１４９３３４号公報）、蓄熱材粒子の表面でモノマーを重合させ被覆する方法（同６２−２２５２４１号公報）、界面重縮合反応によるポリアミド皮膜マイクロカプセルの製法（特開平２−２５８０５２号公報）等に記載されている方法を用いることができる。

カプセル膜材としては特に限定されないが、界面重合法、インサイチュー法等の手法で得られる、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリアクリルアミド、エチルセルロース、ポリウレタン、アミノプラスト樹脂、またゼラチンとカルボキシメチルセルロース若しくはアラビアゴムとのコアセルベーション法を利用した合成あるいは天然の樹脂が用いられるが、物理的、化学的に安定で、脂肪族系炭化水素化合物でも良好な品質のマイクロカプセルが得られるインサイチュー法による尿素ホルマリン樹脂、メラミンホルマリン樹脂皮膜を用いたマイクロカプセルが特に好ましい。マイクロカプセル分散液のｐＨは特に限定されないが１０以下が好ましい。

マイクロカプセルの粒子径の設定は、乳化剤の種類、界面活性剤の濃度、乳化時の乳化液の温度、乳化比（水相と油相の体積比率）、乳化機、分散機等の微粒化装置の種類や運転条件（攪拌回転数、時間等）を変更することにより所望の値に設定することができるが、マイクロカプセルの破壊が少ないように１〜１０μｍの範囲に設定することが好ましい。本発明の粒子径は、ベックマンコールター社製コールターカウンター、マルチサイザーを用いて測定した体積平均粒子径を示す。

本発明の蓄熱材は固定化処理後、被服材料用支持基材に塗工又は含浸される。支持基材の具体例としては、綿、麻（亜麻、ラミー）、絹、羊毛などの繊維、再生繊維としてのレーヨン、キュプラ、半合成繊維としてのアセテート、トリアセテート、プロミックス、合成繊維としてのナイロン、アクリル、ビニロン、ビニリデン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、フェノール系などの繊維が用いられ必要に応じて配合できる。

塗工又は含浸装置の具体例として、エアーナイフコーター、ブレードナイフコーター、ニップコーター、グラビアコーター、スプレーコーター、カーテンコーターなどが用いられる。蓄熱材の付着量は塗工薬剤の濃度、粘度、塗工速度及び支持基材との親和性により調節されるが、本発明の蓄熱材の好ましい固定化手法であるマイクロカプセルを用いた場合には支持基材の単位面積当たり、１〜１００ｇ／ｍ²、好ましくは３〜３０ｇ／ｍ²の範囲で塗工、噴霧又は含浸される。この範囲以下であると蓄熱性能に乏しく、この範囲以上であると剛直性が強くなり風合いに悪影響を与えるため好ましくない。同時に有機、無機の顔料を添加することも可能であり、具体的には活性炭、酸化チタン、染料、着色顔料、赤外線吸収性顔料、中空粒子、磁性粉、珪藻土、香気成分、抗菌剤、防黴剤等を添加できる。

本発明の蓄熱材を支持基材に塗工又は含浸する際には各種バインダーを付与することが可能である。好ましいバインダーとしては、例えば、アクリル系ラテックス、酢ビ系ラテックス、ウレタン系ラテックス、エポキシ系ラテックス、ポリエステル系ラテックス、ＳＢＲ系ラテックス、ＮＢＲ系ラテックス、エポキシ系バインダー、フェノール系バインダー、ＰＶＡ、デンプン等が単独又は併用して使用される。

以下本発明に係る具体的な実施例を以下に示す。

以下に本発明の実施例を示す。実施例中の部数は固形質量部を表す。また、融点及び融解熱量は示差熱熱量計（米国パーキンエルマー社製、ＤＳＣ−７型）を用いて測定した。

実施例１
蓄熱材として、ヘキサデカン（Ｃ１６）１％、ヘプタデカン（Ｃ１７）１４％、オクタデカン（Ｃ１８）８２％、ノナデカン（Ｃ１９）２％、エイコサン（Ｃ２０）１％の混合物（融点２５℃、融解熱量１９３ｋＪ／ｋｇ）を混合して被服材料用蓄熱材を得た。

マイクロカプセルの調整方法
メラミン粉末１２重量部に３７％ホルムアルデヒド水溶液１５．４重量部と水４０重量部を加え、ｐＨを８に調整した後、約７０℃まで加熱してメラミン−ホルムアルデヒド初期縮合物水溶液を得た。ｐＨを４．５に調整した１０％スチレン−無水マレイン酸共重合体のナトリウム塩水溶液１００重量部中に上記組成の蓄熱材７０重量部を激しく撹拌しながら添加し、粒子径が３．０μｍになるまで乳化を行なった。得られた乳化液に、上記メラミン−ホルムアルデヒド初期縮合物水溶液全量を添加し７０℃で２時間撹拌を施した後、ｐＨを９まで上げて水を添加して乾燥固形分濃度４０％の蓄熱材マイクロカプセル分散液を得た。

このマイクロカプセル分散液を１２０ｇ／ｍ²のレーヨン繊維にマイクロカプセルの固形質量で１２ｇ／ｍ²になる様にニップコーターを用いて含浸、乾燥処理を施して蓄熱性を有する被服材料に加工し更に大人用下着に縫製した。成人男性５人にこの下着を着せ、その上にワイシャツ及び薄手での紳士用上着を着た状態で２０℃、湿度５５％の雰囲気下に３０分安静に着席させた後、真夏の炎天下を模した３５℃、湿度７５％の雰囲気下に移動した後の皮膚面と肌着面の間の温度と湿度を計測した。

測定の結果、比較として蓄熱材を全く加工していない同様の衣服を用いて測定を行った結果、衣服内温度は短時間のうちに約３３℃を越え、約６分で過半数以上が暑苦しいと感じ始めた。しかしながら実施例１に示す蓄熱材マイクロカプセルを加工した衣服を身につけて同様の測定を行った結果、約３５分後に過半数が暑苦しいと感じ出し、明らかに両者で快適さが持続する時間に差が生じることが分かった。

実施例２
蓄熱材として、オクタデカン（Ｃ１８）５％、ノナデカン（Ｃ１９）６４％、エイコサン（Ｃ２０）２３％、ヘンエイコサン（Ｃ２１）５％の混合物から成る混合物（融点３０℃、融解熱量１６４ｋＪ／ｋｇ）から成る被服材料用蓄熱材を得た。この蓄熱材を用いて実施例１と同様にマイクロカプセル化を行い、同様に同じ繊維に含浸加工を行い大人用下着を加工した。成人男性５人にこの下着を着せ、その上にワイシャツ及び防寒着を着た状態で３３℃、湿度５５％の雰囲気下に３０分安静に着席させた後、冬場の外気温を模した１０℃、湿度４０％の雰囲気下に移動した後の皮膚面と肌着面の間の温度と湿度を計測した。

測定の結果、比較として蓄熱材を全く加工していない同様の衣服を用いて測定を行った結果、短時間のうちに衣服内温度が約３０℃を下回り、過半数以上が寒いと感じ始めるのに約１５分であった。しかしながら実施例２に示す蓄熱材マイクロカプセルを加工した衣服を身につけて同様の測定を行った結果、約５０分後に過半数が寒いと感じ出し、明らかに両者で快適さが持続する時間に差が生じることが分かった。

比較例１
蓄熱材として、へプタデカン（Ｃ１７）１％、オクタデカン（Ｃ１８）９９％の２成分から成る被服材料用蓄熱材（融点２８℃、融解熱量２３０ｋＪ／ｋｇ）を得た。
この蓄熱材を実施例１と同様の加工を行い同様の評価を行ったところ、
蓄熱材の融解熱量が実施例１の蓄熱材よりはるかに大きいにもかかわらず、約２０分で過半数が暑苦しいと感じ出し実施例１の蓄熱材組成の方が快適さを感じる時間が長いことが分かった。

比較例２
蓄熱材として、ヘプタデカン（Ｃ１７）１２％、オクタデカン（Ｃ１８）８０％、ノナデカン（Ｃ１９）２％の他に、イソパラフィン及び芳香族成分を６％含む蓄熱材混合物（融点２３℃、融解熱量７１ｋＪ／ｋｇ）か成る被服材料用蓄熱材を得た。この蓄熱材を実施例１と同様の加工を行い同様の評価を行ったところ、蓄熱材の融解熱量があまりにも小さいために同様の着衣試験においても未加工の衣服とほとんど同等の効果しか得られず衣服内温度の緩衝効果は認められず快適さは感じられなかった。

本発明の蓄熱材を用いて衣料品のみならず、寝具、医療用保温器具、スポーツ用サポーターなどにも応用可能である。また室温を安定化させる建築用材料として夏場は異常な室温の上昇、冬場は朝夕方の室温の低下を抑え、冷房や暖房などの設備を使用しなくとも快適な環境が得られることが可能な室内材料として利用することも可能である。

Claims

炭素数が、１６〜２１の直鎖の脂肪族炭化水素化合物中の少なくとも３種以上の化合物から構成され、尚かつ８４ｋＪ／ｋｇ以上の融解熱量を有する被服材料用蓄熱材。
炭素数１７〜２０の直鎖の脂肪族炭化水素化合物の合計質量比率が総蓄熱材中の６０％以上である請求項１記載の被服材料用蓄熱材。
請求項１または請求項２に記載の被服材料用蓄熱材を内包した被服材料用マイクロカプセル。