JP5544566B2

JP5544566B2 - 布地及びこれに用いられる糸

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Publication number: JP5544566B2
Application number: JP2010009158A
Authority: JP
Inventors: 林　　俊一
Original assignee: SMP TECHNOLOGIES INC.
Current assignee: SMP TECHNOLOGIES INC.
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2010-01-19
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2030-01-19
Also published as: JP2011149108A

Description

本発明は、人体に良好な着用感を与える布地に関する。

従来、形状記憶性を有するポリマーからなる発泡体や、織物や編物といった布地が知られている。これらの発泡体や布地は、例えばポリマー流動開始温度などのガラス転移温度以上の温度で変形を与え、そのままガラス転移温度以下まで冷却することにより、所望の形状が記憶されるものである。
一方、人体に装着される発泡体や布地には、良好な装着感を有することが求められる場合がある。例えば、特許文献１には、人体からの伝熱によって硬度を低下させ、体表面の形状に追従するように変形させて使用する形状追従性発泡体が開示されている。

特開２００９−３５６９７号公報（請求項１、段落［０００９］〜［００１３］）

本発明は、人体に良好な装着感を有する編物、織物及び不織布を含む布地、及び、これらに用いられる糸を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ガラス転移温度が１５℃〜３５℃の範囲内であり、力学的動的損失正接のピーク値が前記ガラス転移温度の範囲内にあり、前記力学的動的損失正接のピーク値が０．２以上０．３以下である布地を提供する。

本発明の布地のガラス転移温度は、室温近傍であり、かつ、人体表面の温度に近い値である。その温度領域において、本発明の布地は、人体表面とほぼ同等の動的粘弾性、具体的に、力学的動的損失正接のピーク値を有する。従って、人体に触れた際に良好な装着感（フィット感）を提供する布地となる。

上記布地は、分子量が１６０〜３１０とされる２官能ジイソシアネートと、分子量が４００〜２０００とされる２官能ポリオールと、分子量が６０〜４００のジオールまたはジアミンとされる鎖延長剤とを、モル比で２．００〜１．１０：１．００：１．００〜０．１０の割合で配合され、プレポリマー法により重合されたポリウレタンエストラマー糸、または、前記ポリウレタンエストラマー糸と、天然繊維糸または化学繊維糸とが混合され、前記ポリウレタンエストラマー糸の混合量が１６．０質量％以上３７．７質量％以下とされる混合糸から製造される。

上記ポリウレタンエストラマー糸は、ガラス転移温度が１５℃〜３５℃の範囲内であり、人体表面とほぼ同等の動的粘弾性特性及び静的粘弾性特性を有する。このポリウレタンエストラマー糸は、１６．０質量％以上３７．７質量％以下の比率で、天然繊維糸または上記ポリウレタンエストラマー糸以外の化学繊維糸と混合することによっても、ポリウレタンエストラマー糸のガラス転移温度近傍にて人体表面の動的粘弾性特性及び静的粘弾性特性を有することができる。
また、ポリウレタンエストラマー糸は一般に高価であるため、他の安価な繊維と混合して布地とすることによっても、ポリウレタンエストラマー糸のみの布地とほぼ同等の性能が得られるので、製造コストを低減できるという点で有利である。

本発明の布地は、ガラス転移温度が常温近傍にあり、人体表面に近い値である。更に本発明の布地は、その温度領域において、人体表面の力学的動的損失正接とほぼ同等の力学的動的損失正接のピーク値を示す。
上記特性は、本発明のポリウレタンエストラマー糸のみを使用した場合だけでなく、ポリウレタンエストラマー糸と他の繊維糸との混合糸でも実現することができる。従って、本発明の布地は、人体に良好な装着感を与えるものとなる。本発明の布地は、例えば下着など人体に直接装着される衣類や、マスクのストラップ、包帯などに適用される。

シングルカバードヤーン製造装置の概略図である。シングルカバードヤーンの合撚糸の模式図である。力学的動的損失正接ｔａｎδの温度依存性を示すグラフである。力学的動的損失正接ｔａｎδの温度依存性を示すグラフである。ｔａｎδの極大値とポリウレタンエストラマー糸の割合との相関を表すグラフである。鎖延長剤としてジオールを用いたポリウレタンエストラマー糸のストレス-ストレインカーブである。

本発明に係る布地の実施形態を、以下に説明する。
本実施形態の布地は、編物、織物、または不織布とされる。
本実施形態の布地は、ガラス転移温度が１５℃〜３５℃の範囲内とされる。ガラス転移点とは、高分子エストラマーの力学的物性が急激に変化するときの温度であり、本実施形態では、力学的動的損失正接（以下、ｔａｎδとする）がピークを示す温度と定義される。ガラス転移温度は、人体の体表面温度に近く、２５℃〜３５℃の範囲内とされることがより好ましい。

本実施形態の布地は、上記ガラス転移温度範囲におけるｔａｎδのピーク値が、０．２以上１．０以下、好ましくは０．３以上０．６以下とされる。ここで、ｔａｎδは、周波数１Ｈｚのときの貯蔵弾性率Ｇ’に対する損失弾性率Ｇ”の比Ｇ”／Ｇ’の正接として定義される。人体表面のｔａｎδは、例えば前腕屈曲部で０．４３、掌で０．４７、額で０．５１とされる。従って、本実施形態の布地のｔａｎδのピーク値は、人体表面のｔａｎδとほぼ同等である。
また、本実施形態の布地は、人体表面と同等の静的な粘弾性特性（ストレス−ストレインカーブ）を示す。すなわち、ガラス転移温度（人体表面温度）において、ストレス−ストレインカーブが下に凸となる曲線を示す。
従って、本実施形態の布地は、人体表面に接触されたときに、人体に良好な装着感を与える。

本実施形態の布地は、ポリウレタンエストラマー糸、または、ポリウレタンエストラマー糸と天然繊維糸または化学繊維（人造繊維）糸との混合糸から製造される。混合糸とする場合、形状記憶ポリウレタンエストラマーの混合比率は、１４質量％以上、好ましくは１６質量％以上、より好ましくは２１質量％以上とされる。ただし、ポリウレタンエストラマー糸は高価であることから、所望の粘弾性性能と生産コストとを考慮すると、好ましくは３１質量％以下とされる。

上記天然繊維糸としては、綿糸、羊毛糸、絹糸などが例示される。上記化学繊維糸としては、６−ナイロン、６，６−ナイロンなどのナイロン系繊維糸、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などのポリエステル系繊維糸、ポリプロピレン系繊維糸などとされる。
上記ポリウレタンエストラマー糸は、２官能イソシアネート、２官能ポリオール、及び、ジオールまたはジアミンとされる鎖延長剤を主原料とする。

２官能イソシアネートは、分子量が１６０〜３１０の範囲内とされる。具体的に、2,4−トルエンジイソシアネート、4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネート、カルボジイミド変性の4,4'−ジフェニルメタンイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートなどが挙げられる。

２官能ポリオールは、分子量が４００〜２０００の範囲内とされる。具体的に、ポリプロピレングリコール、1,4-ブタングリコールアジペート、ポリテトラメチレングリコール、ポリエチレングリコール、ビスフェノール−Ａのプロピレンオキサイド付加物などが挙げられる。上記２官能ポリオールは、更に２官能のカルボン酸もしくは環状エーテルを反応させた生成物とされても良い。

ジオール及びジアミンは、分子量が６０〜４００の範囲内とされる。本実施形態に適用されるジオールの例として、エチレングリコール、1,4-ブタングリコール、ビス（2−ハイドロキシエチル）ハイドロキノン、ビスフェノール−Ａのエチレンオキサイド付加物、ビスフェノール−Ａのプロピレンオキサイド付加物が挙げられる。

上記２官能イソシアネート、２官能ポリオール、及び鎖延長剤を原料として、必要に応じ触媒を用いて、プレポリマー法によりポリウレタンエストラマーを合成する。合成により、２官能イソシアネート、２官能ポリオール、及び鎖延長剤は、モル比で２．００〜１．１０：１．００：１．００〜０．１０の割合で配合されたポリウレタンエストラマーが生成する。
得られたポリウレタンエストラマーは紡績され、糸に成形される。

本実施形態の布地として編物、織物及び不織布を製造するにあたり、シングルカバードヤーンの合撚糸を用いることができる。
図１は、シングルカバードヤーンの製造方法に用いられる装置の概略図である。図１に示されるシングルカバードヤーン製造装置１０は、下部ロール１１と、上部ロール１２と、被覆糸ボビン１３とを備える。

ベア糸１５は、上記ポリウレタンエストラマー糸とされる。被覆糸１６は、上記ポリウレタンエストラマー糸、上述の天然繊維糸または化学繊維糸とされる。

下部ロール１１上にベア糸チーズ１４が設置される。ベア糸チーズ１４から引き出されたベア糸１５は、下部ロール１１と上部ロール１２と間（ドラフトゾーン）において、下部ロール１１と上部ロール１２との回転差により、ドラフト（延伸）が与えられる。延伸倍率は、１．１〜４．０とされる。

ベア糸１５は、下部ロール１１と上部ロール１２との間に設けられた被覆糸ボビン１３の中央孔（紙面垂直方向に被覆糸ボビン１３を貫通するように設けられた孔）を通過する。ベア糸１５がボビン１３の中央孔を通過する際に、図２に示されるように、ベア糸１５表面に被覆糸１６が１重で巻きつけられる。被覆糸１６が巻きつけられたベア糸１５は、上部チーズ１７に巻き取られる。

通常、ボビンは８０００〜３００００ｒｐｍで回転し、撚数はボビン回転数と巻取速度により決定される。従って、ボビン回転数と巻取速度とが調整されることにより、所望の混合比率でポリウレタンエストラマー糸と天然繊維糸または化学繊維糸とが混合された混合糸が製造される。

混合糸を用いて布地を作製する別の方法としては、ポリウレタンエストラマー糸と、天然繊維糸または化学繊維糸とを所定比率にて組み合わせて使用することが挙げられる。
具体的に、編物を製造する場合、ポリウレタンエストラマー糸と、天然繊維糸又は化学繊維糸とが交互に供給されることが繰り返される。本実施形態では、編物の製造方法として、経編み及び横編みのいずれも適用可能である。
織物を製造する場合、縦糸がポリウレタンエストラマー糸、横糸が天然繊維糸または化学繊維糸とされる。縦糸及び横糸に使用される糸は、上記と逆であっても良い。
これらの方法では、ポリウレタンエストラマー糸の比率が１４質量％となるように、使用する糸の本数等が適宜設定される。

（布地の作製）
プレポリマー法により合成し紡績したポリウレタンエストラマー糸（糸の太さ：４４Ｔ、ガラス転移温度：２５℃）をベア糸に、ナイロン繊維糸（東レ（株）製、６ナイロン（ウーリーナイロン３３Ｔ／２−２６）、糸の太さ：３３Ｔ）を被覆糸に用いて、図１に示されるシングルカバードヤーン製造装置により、試料番号１〜７混合糸を作製した。表１に、ナイロン繊維糸及びポリウレタンエストラマー糸の混合比率、延伸倍率を示す。なお、撚数はすべて４９８Ｔ／Ｍとした。
また、試料番号８は、被覆・延伸されていない上述と同じポリウレタンエストラマー糸とした。試料番号９は、被覆・延伸されていない上述と同じナイロン繊維糸とした。

表１の混合糸及びポリウレタンエストラマー糸を用いて編物を作製した。使用した編機は、丸面両面機とした。試料番号１〜５，８〜９では、それぞれ混合糸、ポリウレタンエストラマー糸、及びナイロン繊維糸のみを使用した。試料番号６，７では、（１）ナイロン繊維糸（上記と同じ）、（２）ナイロン繊維糸（上記と同じ）、（３）混合糸、を繰り返した糸配列にて編物を作製した。

比較対象として、ポリウレタン弾性糸（東洋紡績（株）製、エスパ（登録商標）、糸の太さ：４４Ｔ）をベア糸として、図１に示されるシングルカバードヤーン製造装置により、試料番号１０〜１３の混合糸を作製した。表２にナイロン繊維糸とポリウレタン弾性糸との混合比率及び延伸倍率を示す。

試料番号１０，１１の混合糸から、丸面両面機を用いて編物を作製した。また、試料番号１２，１３の混合糸から、台丸機を用いて編物（天竺編）を作製した。

（動的粘弾性評価）
粘弾性測定装置（レオロジ社製、ＤＶＥ−Ｖ４）を用いて、試料番号１〜１３の糸から作製した編物の動的粘弾性を測定した。上記編物から幅：５ｍｍ、長さ（軸方向）：３０ｍｍの短冊を切り出し、試験片とした。測定条件は、測定モード：引張モード、測定温度範囲：０〜５０℃、昇温速度：２℃／ｍｉｎ、周波数：１Ｈｚとした。なお、上記試験では試験片の長さ方向（編物の軸方向）に引張応力を負荷した。

図３及び図４に、試料番号１〜９、及び試料番号１０〜１３の動的粘弾性測定から得られた力学的動的損失正接ｔａｎδの温度依存性を示す。同図において、横軸は温度、縦軸はｔａｎδである。
試料番号１〜８では、２５℃〜３５℃の近傍でｔａｎδが極大を示した。一方、試料番号９〜１３では、２５℃〜３５℃近傍におけるｔａｎδのピークは観測されなかったうえ、ｔａｎδの値は試料番号１〜８のｔａｎδピーク値よりも低かった。

図５に、ｔａｎδの極大値とポリウレタンエストラマー糸の混合割合との相関を表すグラフを示す。同図において、横軸は混合糸におけるポリウレタンエストラマー糸の混合比率（ただし、１００％はポリウレタンエストラマー糸単独を表す）、縦軸はｔａｎδの極大値である。
ナイロン繊維糸に対するポリウレタンエストラマー糸の混合比率が高くなるほど、ｔａｎδのピーク値が大きくなった。ポリウレタンエストラマー糸の混合比率が１４質量％及び１６質量％でｔａｎδ≧０．１を達成できた。特に、ポリウレタンエストラマー糸が２１質量％以上３１質量％以下の範囲で、ｔａｎδ≧０．２が達成できた。これは、人体表面の力学的動的損失正接と同等である。

なお、ガラス転移温度が１５〜３５℃の範囲であるポリウレタンエストラマー糸、及び、鎖延長剤としてジアミンを使用したポリウレタンエストラマー糸を使用した場合でも、上記と同様の結果が得られることが確認できた。また、ナイロン系繊維ではなく他の繊維糸（例えば綿糸、ポリエチレン系繊維など）と混合した場合でも、上記と同様の結果が得られることが確認できた。
織物や不織布とした場合でも、ポリウレタンエストラマー糸の比率を１４質量％以上とすることにより、図３のように２５〜３５℃付近で人体表面とほぼ同等の動的粘弾性特性を有することが確認された。また、動的粘弾性特性は、編み方や織り方を変えても、ほとんど変化が無いことが確認された。

（静的粘弾性評価）
図６に、プレポリマー法により合成し紡績したポリウレタンエストラマー糸のストレス−ストレインカーブを示す。図６において、横軸は歪み、縦軸は応力である。ストレス−ストレインカーブは、それぞれ２０℃、４０℃、６０℃において、各糸に２００％伸張と０％伸張とを繰り返し３回付与したときのものである。

いずれのポリウレタンエストラマー糸でも、下に凸となる曲線（いわゆるＪカーブ）となるストレス−ストレインカーブが得られた。これは、人体表面と同等の傾向である。

上記ポリウレタンエストラマー糸をベア糸とし、天然繊維または他の化学繊維が被覆糸とされた混合糸においても、ポリウレタンエストラマー糸混合比率が１４質量％以上において、同様のＪカーブが観察された。従って、この混合糸を用いて作製された編物などにおいても、ポリウレタンエストラマー糸と同等の静的粘弾性特性を有すると言える。

１０シングルカバードヤーン製造装置
１１下部ロール
１２上部ロール
１３被覆糸ボビン
１４ベア糸チーズ
１５ベア糸
１６被覆糸
１７上部チーズ

Claims

分子量が１６０〜３１０とされる２官能ジイソシアネートと、分子量が４００〜２０００とされる２官能ポリオールと、分子量が６０〜４００のジオールまたはジアミンとされる鎖延長剤とを、モル比で２．００〜１．１０：１．００：１．００〜０．１０の割合で配合され、プレポリマー法により重合されたポリウレタンエストラマー糸と、天然繊維糸または化学繊維糸とが混合され、前記ポリウレタンエストラマー糸の混合量が１６．０質量％以上３７．７質量％以下とされる混合糸から製造され、
ガラス転移温度が１５℃〜３５℃の範囲内であり、
力学的動的損失正接のピーク値が前記ガラス転移温度の範囲内にあり、前記力学的動的損失正接のピーク値が０．２以上０．３以下である布地。
前記ポリウレタンエストラマー糸の混合量が２１．０質量％以上３０．８質量％以下とされる請求項１に記載の布地。
前記混合糸が、ストレス−ストレインカーブが下に凸となる曲線を示す請求項１または請求項２に記載の布地。
請求項１に記載の布地に使用される糸であって、
分子量が１６０〜３１０とされる２官能ジイソシアネートと、分子量が４００〜２０００とされる２官能ポリオールと、分子量が６０〜４００のジオールまたはジアミンとされる鎖延長剤とを、モル比で２．００〜１．１０：１．００：１．００〜０．１０の割合で配合され、プレポリマー法により重合されたポリウレタンエストラマー糸と、天然繊維糸または化学繊維糸とが混合され、
前記ポリウレタンエストラマー糸の混合量が１６．０質量％以上３７．７質量％以下とされる糸。
前記ポリウレタンエストラマー糸の混合量が２１．０質量％以上３０．８質量％以下とされる請求項４に記載の糸。