JP6784509B2 - 繊維製品、および、被膜付き物品 - Google Patents
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Description
また、繊維製品の一方の面のみに超撥水コーティングを施せば、被スプレー面付近の繊維層にある繊維表面に被膜が形成され、反対側のスプレー無しの表面付近の繊維層には被膜が形成されないようにすることができる。よって、超撥水性の面と吸水性の面の両方を備えた繊維製品が得られる。
さらに、本発明者は、スプレーコーティングの噴霧距離を変化させることによって、1本1本の繊維表面に粒子濃度勾配型の構造からなる被膜を形成することができることも見出した。
繊維基材と、
前記繊維基材を構成する各繊維の表面に形成された被膜と、を備え、
前記被膜は、疎水性粒子およびバインダー樹脂を含み、
前記繊維基材の一方の表面付近にある各繊維の表面に形成されており、
前記繊維基材の反対側の表面付近にある各繊維の表面には形成されていない、
ことを特徴とする。
また、不織布を繊維基材として用いた繊維製品の柔軟性(剛軟度)については、上記JISL1913に準拠した41.5°カンチレバー形試験で、不織布の縦方向(MD)の剛軟度が5.4〜7.9 mN・cm であり、かつ、不織布の横方向(CD)の剛軟度が1.7〜2.9 mN・cmであることが好ましい。
図1に、本発明の繊維製品の一実施形態である綿不織布10の画像を示す。同図(a)に示すように、平均径が約12μmの繊維からなる綿不織布(旭化成(株)製、ベンコット M-3II、正式名称は「セルロース(キュプラ)100%」(キュプラ連続長繊維不織布)である。)の一方の表面には、疎水性シリカ微粒子(SiO2 NPs)と、シアノアクリレート系接着剤であるα-シアノアクリル酸エチル(EAC)と、を含む撥水性被膜が、スプレーコート法(噴霧距離:30cm)によって形成されている。反対側の面には、上記のような被膜が形成されていない。スプレー面は、同図(b)のような水接触角(WCA)が150°以上の超撥水性があり、裏面のスプレー無しの面は、同図(c)のようにWCA=0°となり吸水性がある。具体的には、水接触角が154°、転落角が16°である。なお、スプレー前の綿不織布は本発明の繊維基材に該当し、EACは本発明のバインダー樹脂の一例である。
・噴霧液:疎水性シリカ粒子+α-シアノアクリル酸エチル(EAC)+アセトン
・噴霧装置:スプレーガン(エアテックス(株)製、エアブラシ XP7、ノズル径0.6mm)
・噴霧圧: 0.3 MPa
・噴霧量: 1〜5 mL/min (繊維表面当たり、0.3 mL/cm2)
・噴霧距離: 10〜60 cm可変
V%=(Va‐V0)/V0×100%
w%=(wa‐w0)/w0×100%
また、片面超撥水性の綿不織布は、被膜を有する繊維層がある分だけ水や血液が浸入しにくくなるので、スプレー無しのものよりも吸水・吸血性は低下するが、それでも、スプレー無しのものの50%〜60%の吸水性、吸血性を維持している。
上記の測定結果から、比較的短い噴霧距離(SD= 0〜10 cm)で形成された被膜の表面は、機械的な耐久性に優れ、比較的長い噴霧距離(SD= 30〜40 cm)で形成された被膜の表面は、超撥水性に優れ、これらの間の噴霧距離(SD= 10〜30 cm)での被膜の表面は、中間的な性質を有することが言える。そこで、発明者は、例えば繊維表面に接する下層には、比較的短い噴霧距離(SD= 0〜10 cm)での被膜を設けて機械的耐久性を高くし、中間層を噴霧距離(SD= 10〜30 cm)での被膜とし、被膜表面となる上層には、比較的長い噴霧距離(SD= 30〜40 cm)での被膜を設けて超撥水性を高めるという、被膜構造を見出した。疎水性粒子の分布状態で説明すると、上記の構造を、疎水性粒子の濃度勾配型の被膜構造と呼ぶことができる。
図8(A)の本発明の粒子濃度勾配型の被膜は、疎水性粒子26の分布量が深さ方向に段階的に減少しているという特徴があり、従来の被膜の構造には無かったものと言える。そして、スプレーコート法で噴霧距離を制御することで、1つのプロセスで容易に被膜を形成でき、しかも同図(C)と(D)の利点を兼ね備えた被膜であると言える。
疎水性粒子としては、無機物質でも有機物質でもかまわないが、変質しない無機物質からなるものが好ましい。nmオーダーの粒径の微粒子を得るためには、シリカ、アルミナ、チタニア等の無機酸化物が好ましく、特に、シリカ微粒子の表面を疎水化処理して形成された疎水性シリカが最も好適である。疎水性とは、水などの極性分子をはじく性質であり、糖蜜等の粘度の高い物質に対しても、この性質を発揮する。疎水性粒子の平均粒子径は1〜100nm、さらには5〜20nmであることが望ましい。ここに示す平均粒子径は、一次粒子についてのものである。微粒子シリカの市販品として、例えば、アエロジルR972,972V,R972CF,R974,R812,R805,RX200,RX300,RY200(いずれも日本アエロジル株式会社製)等の疎水性シリカを好適に用いることができる。このなかでも、特にR972,RX200,RY200が好ましい。また、その他市販の微粒子として、酸化アルミニウムC,二酸化チタンT805,二酸化チタンP25(いずれも日本アエロジル(株)製)等を用いることもできるが、これらの微粒子のうち、表面が親水性のものは、予め高級脂肪酸、シリコーン油、シランカップリング剤等を用いて疎水化処理しておく必要がある。
本発明のバインダー樹脂としては、特に限定されるものではなく、でんぷん、アスファルト、カゼイン、ニカワを代表とする天然樹脂でもよく、熱可塑性樹脂(酢酸ビニル樹脂系、ポリビニルアルコール樹脂系、ポリビニルアセタール樹脂系、塩化ビニル樹脂系、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)、ポリアミド、アクリル樹脂系、セルロース系、シアノアクリレート系、ポリエーテルアクリレート系、ポリエチレン系など)、熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂系、ユリア樹脂系、フェノール樹脂、ウレタン樹脂系、ポリイミド樹脂系、レゾルシノール樹脂系、ポリウレタン樹脂系、ポリアロマティクス、ポリエステル樹脂系など)、エラストマー(クロロプレン樹脂系、二トリルゴム系、シリコーン樹脂、SBR系、SBS・SIS系、ポリサルファイド系、ブチルゴム系、シリコーンゴム系など)に分類される合成樹脂でもよい。また、これらの複合系(ビニル・フェノリック、エポキシ・フェノリック、クロロプレン・フェノリック、二トリル・フェノリック、ナイロンエポキシ、二トリルエポキシなどの組み合わせ)でも良い。
また、本発明の被膜には、効果に影響のない範囲で、顔料、顔料分散剤、可塑剤、増粘剤、消泡剤、造膜助剤、防腐剤、防カビ剤、抗菌剤、紫外線吸収剤等の各種成分を任意で適当量含有していてもよい。
本発明に係る繊維製品は、疎水性粒子、バインダー樹脂および有機溶剤から調整された噴霧液を繊維基材にスプレーして形成される。有機溶剤としては、従来、一般的な塗料に用いられる公知の有機溶剤から、バインダー樹脂を溶解し、且つ、疎水性粒子を分散可能な有機溶剤を選択するとよい。噴霧液は、固形分(疎水性粒子とバインダー樹脂の合計量)が多すぎると粘度が高くなりすぎ、疎水性粒子やバインダー樹脂を製剤中で均一に分散あるいは溶解し難くなる。固形分が少なすぎると、被膜形成に時間がかかるほか、製剤の粘度が低くなって、1回の噴霧で形成される膜厚が薄くなるため、必要な厚さを得るために、複数回の噴霧を行う必要が生じるなど、スプレー性が悪くなる。
本発明では、疎水性粒子、バインダー樹脂および有機溶剤を含む噴霧液を用いて、繊維基材の表面に噴霧液を噴霧するスプレーコート法によって、被膜を形成する。特に、噴霧用ノズルから基材表面までの噴霧距離を段階的に長くして、粒子濃度勾配型の被膜を形成することに特徴がある。
ノズルから噴霧されたミストは、同図の左側のように、疎水性粒子26がバインダー樹脂28と有機溶剤の混合溶液中に分散している。疎水性粒子26が混合溶液中に埋もれた状態と言える。噴霧距離が長くなると、同図の中央のように、有機溶剤が徐々に揮発するので、ミスト中の疎水性粒子26の体積比率が上がる。疎水性粒子26が部分的にミストの表面から露出するようになる。更に、噴霧距離が長くなると、同図の右側のように、バインダー樹脂28がミストの中央に集まって、その外側に疎水性粒子26が付着した状態になる。疎水性粒子26の大半がバインダー樹脂から露出するようになる。
被膜への摩耗処理とは、セルロース繊維布を被膜に対してグラフ横軸に示す圧力で押し付けて、被膜の表面を10回擦ることである。それぞれの圧力での摩耗処理後の水接触角(WCA)を測定した。
本発明の被膜では、最大50 kPa での摩耗処理を施しても、接触角の低下はほとんどなく、150 °を維持した。これに対して、二層コートの被膜(DLS構造)、および、噴霧距離を一定にした被膜については、摩耗処理前には150 °の接触角を示したが、摩耗処理後は押付圧力が大きい程、接触角の低下が大きくなった。特に、バインダー樹脂(EAC)を使わないでシリカ微粒子を配列させたもの(NPsS構造)では、10 kPa での摩耗処理を施しただけで、接触角が30°未満まで低下してしまった。
以上の結果より、本発明の被膜を有する綿不織布の優れた耐久性が証明される。
やはり、NPsS構造の試験片では、図12と同様、10 kPa での摩耗処理を施しただけで、接触角が30 °未満まで低下してしまった。一方、本発明の被膜を形成したアルミニウム、木材、ガラスの各基材については、図12と同様、最大50 kPa での摩耗処理を施しても、接触角の低下はほとんどなく、150 °を維持した。
実施例(1):ユニチカ(株)製、マリックス 70400WSO
実施例(2):東洋紡(株)製、 エクーレ 3401A
実施例(3):ユニチカ(株)製、マリックス 70500WSO
実施例(4):東洋紡(株)製、 エクーレ 3501A
実施例(5):東洋紡(株)製、 エクーレ 3501B
比較例(1):ユニチカ(株)製、マリックス 70300WSO
比較例(2):東洋紡(株)製、 エクーレ 3301A
比較例(3):東洋紡(株)製、 エクーレ 3701B
比較例(4):ユニチカ(株)製、ディラ D0403WPO
比較例(5):ユニチカ(株)製、ディラ D0503WPO
比較例(6):クラレクラフレックス(株)製、クラフレックス MB BTS0040EM
比較例(7):出光ユニテック(株)製、ストラテック RW2040
比較例(8):三井化学(株)製、シンテックス PS-108
比較例(9):三井化学(株)製、シンテックス MB MPEU08
比較例(10):三井化学(株)製、シンテックス MB VE3040N2E
比較例(11):三井化学(株)製、シンテックス MB MPNC08
比較例(12):旭・デュポン フラッシュスパン プロダクツ(株)製、タイベック 1442R
撥水性コーティング後の不織布の通気性については、54 cm3/cm2・s 以上を示すとよい。より好ましくは、54〜91 cm3/cm2・s の範囲である。エプロン着用時の熱や湿気が外部に抜けやすくなるには、塗布後の通気性が54 cm3/cm2・s以上がよい。
不織布の縦方向については、図14のようにエプロンを着用した際の上下方向になるため、剛軟度が5.4 mN・cm 未満では、エプロン自体の剛性が不足して、腰がないエプロンになってしまう。また、エプロンの形状保持性が足りなくなる。一方、縦方向の剛軟度が7.9 mN・cm を超えると、剛性が過大となり、エプロン打抜き加工時にシワが発生しやすくなって好ましくない。
次に、不織布の横方向については、エプロンを着用した際の胴回り方向になるため、剛軟度が2.9 mN・cm を超えるとフレキシビリティが不足し、衣類との密着性が弱まり、体に密着しにくくなってしまう。一方、横方向の剛軟度が1.7 mN・cm 未満では、エプロン自体の剛性が不足して、腰がないエプロンになってしまう。また、エプロンの形状保持性が足りなくなる。
Claims (6)
- 繊維基材と、前記繊維基材を構成する各繊維の表面に形成された被膜と、を備えた繊維製品であって、
前記被膜は、疎水性粒子およびバインダー樹脂を含み、
前記被膜は、前記繊維基材の一方の表面から反対側の表面までの通気性が確保されるように、前記繊維基材の一方の表面付近にある各繊維の表面に形成されており、前記繊維基材の反対側の表面付近にある各繊維の表面には形成されておらず、
前記各繊維の表面に形成された被膜において、前記疎水性粒子の分布量が、当該被膜の表面からの深さ方向において段階的に減少している
ことを特徴とする繊維製品。 - 前記繊維基材が不織布からなり、
通気性が、54 cm3/cm2・s以上、91 cm3/cm2・s以下である
ことを特徴とする請求項1記載の繊維製品。 - 前記繊維基材が不織布からなり、
剛軟度が、前記不織布の縦方向において5.4 mN・cm以上、7.9 mN・cm以下であり、かつ、前記不織布の横方向において1.7 mN・cm以上、2.9 mN・cm以下である
ことを特徴とする請求項1または2記載の繊維製品。 - 前記被膜中の前記バインダー樹脂の分布量が、当該被膜の表面からの深さ方向において段階的に増加していることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の繊維製品。
- 前記疎水性粒子が疎水性シリカ微粒子であり、
前記バインダー樹脂が、天然樹脂、熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂もしくはエラストマーに分類される合成樹脂、又は、これらの組み合わせである複合樹脂である
ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の繊維製品。 - 前記疎水性粒子が疎水性シリカ微粒子であり、
前記バインダー樹脂がシアノアクリレート系接着剤である
ことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の繊維製品。
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