JP6913521B2 - 機能性布帛およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、防風・防水・透湿・保温の機能を有する布帛、および、その製造方法に関する。
秋冬期における防寒用衣類では、種々の手法により暖かさを保持する取り組みがなされている。よく知られているものとしては、保温性能を高めるために断熱保温・遠赤外線吸収、反射を利用した輻射熱保温がある。また、水分の吸湿による運動エネルギー放出作用を利用した吸湿発熱保温などの方法により要求される各機能を高めた衣服もある。
これらの保温等の機能を保持しつつ、さらに見た目のデザインやカラー等の審美性も重視して、軽量で運動性能にも優れた、いわゆる「薄くて・軽くて・あたたかい」をコンセプトとした秋冬用被服も数多く上市されている。
日常生活で着用する際に求められるのはファッション性と機能性であるが、登山やアウトドア等の用途、また、運動用途においては、別途さらなる別の機能を付加することが求められることがある。この場合、外部環境や用途に応じた被服が要求され、その都度履き足し、着足しがなされている。いわゆる防寒・防風・防水といった外界の刺激から身体を保護する目的に合致した衣類を選択することとなるが、外衣・中衣・下着（内衣）についても、それぞれの用途にあった機能を付加選択する必要が出てくる。
通勤・通学などそれほど運動を必要としない用途もあれば、例えば登山用のように暴風雨・極寒・積雪等悪天候下にも耐えうる防風、防水および撥水機能のウェアが求められることもある。漁業・農作業等屋外で動きやすさも考慮した機能が求められる場合もあり、様々な用途展開が考えられる。
この点、例えば、特許文献１では、起毛布帛又はパイル布帛と透湿性高分子フィルムとの積層接着体からなるウェアであって、該透湿性高分子フィルムは該布帛の起毛面又はパイル面に硬化反応型接着剤を介して積層接着されてなり、該ウェアの重さが１ｍ2当り５０〜４００ｇであり、該接着剤の塗布量が１ｍ2当り２〜３０ｇであり、かつ該透湿性高分子フィルム面がウェアの表側に位置するウェアが開示されている。
特開２００２−３２７３１０号公報
身体運動により発汗が生じる場合、身体から出る湿気（水蒸気）などをできる限り早く衣服外へ排出して衣服内温度、皮膚表面温度を調節することが必要になる。身体にまとう衣服の必要条件としては身体温度を保持（維持）できることであり、夏期であれば体温の上昇をコントロールするために汗を排出し、水分気化により皮膚表面温度を抑える一方で汗冷え等により生じる不都合を防御することも重要となる。またマラソン選手や各種スポーツ選手のように競技本番前のウオーミングアップに見られるように身体を温め筋肉をほぐすことも求められる場合がある。
しかしながら、上記特許文献１のウェアも含め、防風・防水・透湿・保温の各機能を全て満たすことは難しいという問題がある。
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑みなされたものであり、防風・防水・透湿・保温の機能を有する機能性布帛を提供することを目的とする。また、これらの機能を有する機能性布帛の製造方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明に係る機能性布帛は、カーボンブラック微粒子を混入させたポリエステルの合成樹脂フィルムを布帛に貼り合わせてなることを特徴とする。
ここで、前記合成樹脂フィルムは、無孔質であるのが好ましく、前記合成樹脂フィルムの厚みは、10μm〜20μmであるとするのが好ましい。
また本発明に係る機能性布帛の製造方法は、カーボンブラック微粒子を混入させたポリエステルの合成樹脂フィルムを製造する工程と、前記合成樹脂フィルムを布帛に貼り合わせる工程とを含むことを特徴とするものである。
そして、上記の機能性布帛を、インナーまたは中衣用被服の全面もしくは片面に貼り合わせてなることを特徴とする衣類とすれば、防風・防水・透湿・保温の機能に優れた衣類が実現される。
以上のように、本発明に係る機能性布帛によれば、防風・防水・透湿・保温の機能を有する機能性布帛を得ることができる。
本発明の実施の形態に係る機能性布帛を用いた衣類を製造する手順を示す図である。
以下、本発明に係る機能性布帛、および、その製造方法について説明する。
本実施形態の機能性布帛は、布帛にポリエステル100％組成の合成樹脂フィルムを全面もしくは部分的に貼り合せることで得られるものであり、防風・防水・透湿・保温性能を発揮するものである。合成樹脂フィルムは、ウレタン樹脂やポリテトラフルオロエチレン樹脂ではなく、完全な無孔質のもので、ポリエステル100％組成のものである。
合成樹脂フィルムの厚さを10μｍ〜20μｍに制御することにより、上記の性能を保持することができる。フィルムの厚みを10μｍ未満にすると薄くて連動される布帛への運動・ストレッチ性への影響が少なくて良いが、その反面フィルムそのものの強度に問題がでて破れや布帛への貼り付け作業に影響を及ぼすことがある。一方、20μｍ以上の厚みにしてしまうと、強度が保てても着用する被服（衣料）の着心地がごわごわとしたものとなり、快適性を阻害してしまうことがある。よってフィルムの厚みは10μｍ〜20μｍの厚みが最もふさわしいものになる。
合成樹脂フィルムはポリウレタン樹脂の積層体のフィルムではなく、ポリエステル100%組成である。そのため、紫外線や酸性やアルカリ性等の化学物質を含む風雨に対する対候性能に優れたものになり、ポリウレタン樹脂製のフィルムのように紫外線や風雨に晒されることで劣化、脆化してしまうことが抑えられるようになっている。また、フィルムが無孔質であるため適切なフィルム強度が保持できることにもつながっている。
合成樹脂フィルムは、無孔質であるが高透湿性にも優れ、身体から出る汗の水蒸気を外部へ排出することができる。また、防風・防水性にも優れる。雨など水滴は100〜6000μｍといわれ、水蒸気は0.4nm（4Å）の大きさであること知られているが、この合成樹脂フィルムは防風性能は0.3cc/cm2/secである。通常のニット肌着の通気性能としては150〜250cc/cm2/secで高密度布帛は30〜50cc/cm2/secの通気性であることが知られている。また、フィルムの耐水性は25000mmで一般的基準（目安）を保持できている。ちなみに雨傘は250mm、小雨、小雪は5000ｍｍ、スキーゴルフウェアは10000ｍｍ、登山用には20000ｍｍが必要になってくる。この合成樹脂フィルムは、これらいずれの基準値も超えており、透湿性は26300ｇ/m2・ｈを保持することができる。
この合成樹脂フィルムに、赤外線を再反射する機能を有するカーボンブラック微粒子を混入することで、合成樹脂フィルムは保温の機能をさらに有効に発揮するようになる。赤外線を再反射とは、人体から放出される赤外線を人体側へ反射させるということである。カーボンブラック微粒子が赤外線を再反射して、内向き、すなわち、身体側へ作用させることで、身体の熱を逃さず保温効果を高めることができるようになる。
以下は、合成樹脂フィルムに、酸化チタンを混入した場合のフィルム性能と、カーボンブラック微粒子を混入した場合のフィルム性能の差を示す実験結果である。
Figure 0006913521
 ＜熱再放射特性＞ （酸化チタン微粒子混入）白
「試験方法」
（一社）遠赤外線協会 認定規則 再放射特性
45度パラレル再放射法 準用
・ 測定箇所、測定面・・・・表面
・ 重ね枚数・・・・・1枚

「試験結果」
ΔT ＝ 0.3℃ （信頼限界95％（Pr:0.05）で有意差あり）

「試験試料」
・ 試料 目付け：16.0g/m2 厚さ：0.02ｍｍ（初荷重 23.5kPa）
・ブランク（比較） 目付け：95.8g/m2 厚さ：0.22ｍｍ（初荷重 23.5kPa）
Figure 0006913521
Figure 0006913521
Figure 0006913521
Figure 0006913521
 ＜熱再放射特性＞ （カーボンブラック微粒子混入）黒
「試験方法」 生地貼り合せと生地貼り合せなしとの比較
（一社）遠赤外線協会 認定規則 再放射特性
45度パラレル再放射法 準用
・ 測定箇所、測定面・・・・表面
・ 重ね枚数・・・・・1枚

「試験結果」
ΔT ＝ 0.6℃ （信頼限界99％（Pr：0.01）で有意差あり）

「試験試料」
・ 試料 目付け：175.6g/m2 厚さ：0.75ｍｍ（初荷重 23.5kPa）
・ブランク（比較） 目付け：164.1g/m2 厚さ：0.85ｍｍ（初荷重 23.5kPa

・ 一般財団法人 ボーケン品質評価機構

Figure 0006913521
Figure 0006913521
Figure 0006913521
Figure 0006913521
次に、本発明に係る機能性布帛を用いた衣類の製造手順を説明する。
図１は、本実施の形態に係る機能性布帛を用いた衣類を製造する手順を示す図である。
まず、機能性布帛を製造するにあたり、まず合成樹脂フィルムの作成が必須となるが、工程的にはポリエステルチップ（原材料ペレット）の溶融→押出し→Tダイ方式（無延伸）→巻き取り→コロナ表面処理→フィルム厚み確認検査→異型物カメラ検査→製品保管のというような流れとなる。特に合成樹脂フィルムを保存する際の最大の注意点は極薄の合成樹脂フィルムに負荷をかけない宙吊りのような保管方法が必要となってくる。合成樹脂フィルムを布帛に貼り合せる作業をする時点において、合成樹脂フィルムの皺、破れ、破断の原因をつくることのないように注意しなければならない。尚、巾方向への無延伸状態の合成樹脂フィルムの様態を維持するためには通常の繊維素材用の300℃熱環境よりやや低い220℃〜250℃に温度調整を行う事によりポリエステル高分子配列がより均一になる結晶領域と非結晶領域からなるポリエステル樹脂膜と成り得る。
この合成樹脂フィルムと布帛との貼り合わせ（ボンディング工程作業）はポリウレタン樹脂含有バインダーを用い、塗布量として、7g/m2で行う。厚さ10〜20μｍの合成樹脂フィルムを布帛に均一に貼り合せるためには5ｇ〜10ｇ/m2が最適である。5ｇ/m2未満となればフィルムと布帛との結合（接着力）が足りず、剥がれ易くなり、10g/m2を超えると接合力は高まるが合成樹脂フィルムにごわつきが発生し、バインダーが原因の接着面のばらつきが発生しやすくなり合成樹脂フィルムが貼り合わされた被服の生地風合いにも影響をおよぼすことになって品質低下を引き起こしてしまう。
最後に、合成樹脂フィルムを貼り合わせて得られた機能性布帛を、外衣・中衣・下着などの衣類に、その用途に応じて貼り合わせる。
以下、実施例と比較例を用いて説明する。
（実施例１）
カーボンブラック微粒子を1重量％混入のPETチップを温度200℃〜220℃の範囲で溶融し、Ｔダイ法にてシート状の膜を作成する。その膜を20℃〜25℃の冷却ロールを通過させさらに薄いフィルム皮膜をＴダイ法にて製造する。フィルム巻取りスピードは15〜25ｍ/minで行う。
次にＴダイ法にて製造された合成樹脂フィルムをボンディング加工にて生地と貼りあわせをするが、使用する接着樹脂は酢酸ビニル樹脂、アクリルエステル樹脂、塩化ビニル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン系樹脂等種々の樹脂である。ここでは、生地風合い・伸縮性・ストレッチ性を考慮してポリウレタン接着樹脂を7ｇ/m2使用する。さらには湿気硬化型のポリウレタン樹脂を使用するのが望ましい。80℃〜150℃の温度範囲で加工することが可能であるが120℃±5℃でボンディング加工を行う。ストレッチ性を損なわないようにドットで接着し生地とフィルムが本来有する適度な伸縮性を保つようにボンディング加工をおこなう。
なお、ポリエステルチップに混入されるカーボンブラック微粒子の直径はレイリー光散乱理論の応用からすると赤外線・遠赤外線波長の1/10〜1/2の範囲のものが適している。その範囲の粒子径のものが最も効率よく生物体（人間を含む）から発生する赤外線・遠赤外線を再反射させることができる。
ちなみに赤外線の波長は0.78μｍ〜1.5μｍ、遠赤外線の波長は3.0μｍ〜1000μｍであることが知られている。故にカーボンブラックの粒子径は0.08μｍ〜500μｍが最適範囲であると考えられる。しかしながら現実にファーネス法で製造されるカーボンブラックの粒子径は3〜500nmの範囲のものであるから、どの粒子径のものでも身体から発する赤外線・遠赤外線を効率よく再反射させることができる。
またポリエステル高分子樹脂の結晶化を促進させうる結晶化促進剤としては安息香酸金属塩、シュウ酸金属塩、ステアリン酸金属塩、高融点ＰＥＴ、カーボンブラック、金属酸化物、金属硫酸塩などがあげられる。それら促進剤物質を結晶核としてポリエステル（テレフタル酸とエチレングリコールの縮重合体）の分子鎖が折りたたみ配列するため結晶が成長し（高分子の配向）ポリエステル樹脂内の結晶領域（ハードセグメント）の増大につながる。
また、その反対に溶融されたポリエステル高分子樹脂をそのガラス転移点以下に冷却させることで非結晶プラスチックすなわち非結晶領域なるセグメント（ソフトセグメント）が構成されることとなる。
その非結晶領域の隙間から無孔質ポリエステルの合成樹脂フィルムでありながら湿気を通過させるしくみが出来上がる。分子量の大きな水や空気は通さないが湿気（水蒸気）のレベルのものを通過させることが可能となる。いわゆる透湿・防水・防風機能を有するポリエステルフィルムが出来上がる。その他ポリエステル樹脂結晶化促進剤として脂肪酸有機エステル、リン酸トリアリル、ポリアルキレングリコール及びその誘導体が存在するが、当該ポリエステルフィルムにはカーボンブラックを混在させるため上記の促進剤を新たに添加する必要がなくなる。
カーボンブラック含有のポリエステルチップを溶融し、その溶融されたポリエステル高分子をガラス転移点温度以下の冷却ロールにて冷却し非結晶領域をきっちりとポリエステル樹脂フィルム内に構成することが可能となる。
そのようにして得られた合成樹脂フィルムを（一社）遠赤外線協会 認定規則 45度パラレル再放射法により、各々のフィルムの熱再放射特性をＤａｔａとして前述した。
続いて所定の繊維生地とフィルムとを湿気硬化性ポリウレタン樹脂で120℃±5℃の温度環境下でボンディング加工作業により貼り合わせる。
75d/144fの極細繊維束の糸条をスムース編みした布帛の肌側（裏側）を薄起毛した生地を身生地本体とし、さらに当て布として50/1ポリエステルスパン糸と綿60％ポリエステル40％の50/1混紡糸をスムース編みした布帛の片側を薄起毛し、その上にカーボンブラック混入の合成樹脂フィルムを貼り付けた布帛を前身のみに使用して長袖丸首Ｔシャツとする。
（実施例２）
75d/144fの極細繊維束の糸条をスムース編みした布帛の肌側（裏側）を薄起毛した生地を身生地本体とし、さらに当て布として50/1ポリエステルスパン糸と綿60％ポリエステル40％の50/1混紡糸をスムース編みした布帛の片側を薄起毛し、その上にカーボンブラック混入の合成樹脂フィルムを貼り付けた布帛を前身のみに使用して長袖ハイネックシャツとする。
（実施例３）
75d/144fの極細繊維束の糸条と20dポリウレタン糸とをプレーティング編みされた天竺編みのベア天竺布帛の裏片側を薄起毛して本体身生地とし、50/1ポリエステルスパン糸と綿60％、ポリエステル40％の50/1混紡糸をスムース編みとして得られた布帛にカーボンブラック混入の合成樹脂フィルムを貼りあわせ、その布帛をボトムの両膝部分の前身のみに貼り合わせ（ボンディング加工）して前開きハーフタイツとする。
（実施例４）
75d/144fの極細繊維束の糸条と20dポリウレタン糸とをプレーティング編みされた天竺編みのベア天竺布帛の裏片側を薄起毛して本体身生地とし、50/1ポリエステルスパン糸と綿60％、ポリエステル40％の50/1混紡糸をスムース編みとして得られた布帛にカーボンブラック混入の合成樹脂フィルムを貼りあわせ、その布帛をボトムの両膝部分の前身のみに貼り合わせ（ボンディング加工）して前開きロングタイツとする。
（比較例１）
フィルムの透明性を考慮して酸化チタン微粒子を5〜6％混入したＰＥＴチップを温度200〜220℃の範囲で溶融する。
（その他比較例）
消費者等に本実施例１〜４と既存商品との相違点について確認した結果を下記表に示す。
Figure 0006913521
このように、本実施例１〜４は、良好な評価が得られている。
以上、本発明に係る機能性布帛について、実施の形態に基づいて説明したが本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の目的を達成でき、かつ発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々設計変更が可能であり、それらも全て本発明の範囲内に包含されるものである。
本発明に係る機能性布帛は、防風・防水・透湿・保温の機能を有する布帛として有用であり、本布帛を用いれば日常生活で着用する衣類だけでなく、登山用ウェアやスポーツウェア等の衣類にも好適である。

Claims (4)

  1. カーボンブラック微粒子を混入させたポリエステルの合成樹脂フィルムを布帛に貼り合わせてなり、
    前記カーボンブラック微粒子の一次粒子の直径が3nm〜500nmであり、
    前記ポリエステルの合成樹脂フィルムは、無孔質であり、前記カーボンブラック微粒子を１重量％含有したポリエステルチップを溶融し、ガラス転移点以下に冷却して構成される非結晶領域を備えている
    ことを特徴とする機能性布帛。
  2. 前記合成樹脂フィルムの厚みは、10μm〜20μmである
    ことを特徴とする請求項１記載の機能性布帛。
  3. カーボンブラック微粒子を混入させた無孔質のポリエステルの合成樹脂フィルムを製造する工程と、
    前記合成樹脂フィルムを布帛に貼り合わせる工程とを含み、
    前記ポリエステルの合成樹脂フィルムを製造する工程において、
    前記カーボンブラック微粒子の一次粒子の直径を3nm〜500nmとし、当該カーボンブラック微粒子を１重量％含有したポリエステルチップを溶融し、ガラス転移点以下に冷却して非結晶領域を構成する
    ことを特徴とする機能性布帛の製造方法。
  4. 請求項１又は２に記載の機能性布帛を、インナーまたは中衣用被服の全面もしくは片面に貼り合わせてなる
    ことを特徴とする衣類。
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