JP7429127B2 - 偏光発光繊維及びその製造方法 - Google Patents
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Description
[1]
発光性色素が繊維に配向した状態で含有し、偏光を発光する偏光発光繊維。
[2]
紫外光から可視光の光を照射し、吸収することによって、偏光を発光する前項[1]に記載の偏光発光繊維。
[3]
前記吸収波長域と前記発光波長域の少なくとも一部が異なり、極大吸収波長における吸光度が軸によって異なり、かつ、可視域の偏光を発光する前項[1]または[2]に記載の偏光発光繊維。
[4]
前記極大吸収波長における吸光度において、最大の吸光度を示す軸の吸光度と最小の吸光度を示す軸の吸光度の比が1.4以上である前項[1]~[3]のいずれかに記載の偏光発光繊維。
[5]
前記発光性色素がビフェニル骨格、スチルベン骨格、クマリン骨格を有する前項[1]~[4]のいずれかに記載の偏光発光繊維。
[6]
前記発光性色素が多環芳香族基を付加している前項[1]~[5]のいずれかに記載の偏光発光繊維。
[7]
前記繊維が紡績糸、製糸、または紡糸である前項[1]~[6]のいずれかに記載の偏光発光繊維。
[8]
前記発光性色素を繊維中に含浸した後、延伸することにより、配向した状態とする前項[1]~[7]のいずれかに記載の偏光発光繊維の製造方法。
[9] 繊維が配向した状態で、発光性色素を含有させる前項[1]~[7]のいずれかに記載の偏光発光繊維の製造方法。
[10]
前項[1]~[7]のいずれかに記載の偏光発光繊維が、互いに織られた媒体もしくは媒体に縫い付けられて配置され、光を吸収させ可視域の偏光を発光した状態を識別情報として、偏光板を介して観察することができる識別媒体。
本発明で用いられる発光性色素は、一般的な蛍光色素又は燐光発光色素を使用することが出来るが、具体的には、それぞれの色素が配向した状態で特定の光を吸収し、励起し、偏光光を発光することができる色素であることを要する。このような色素として、蛍光色素、燐光発光色素のいずれを用いてもよいが、蛍光色素を使用することが好適である。尚、発光性色素は、吸収した光の波長と、発光する光の波長とが異なることが多く、波長変換色素とも呼ばれることがある。
発光性色素が配向し、吸収異方性を有する場合、繊維において配向した軸とその直交軸とで光吸収量が異なることから、自然光のような無秩序な光を繊維に照射した場合には、特定の軸の光を強く吸収し、該軸とは異なる軸の光を弱く吸収する、または消光することが可能となり、偏光発光繊維を透過した光は偏光に変換することも可能となる。繊維において発光性色素が配向した軸に対して直線偏光を平行に入射した場合の吸光度と、発光性色素が配向した軸に対して直線偏光を直交に入射した場合の吸光度との比(Rd)(「二色比」とも称する)は1.1以上あれば、発光性色素が配向していることを示している。より好ましくは1.4以上であり、さらに好ましくは2以上であり、よりさらに好ましく5以上であり、特に好ましくは10以上である。二色比は高ければ高いほど偏光発光機能が高まることを示し、特に上限はないが、二色比は30程度あれば十分に高く、また二色比は100あれば、特に十分に高いことを示している。その他、反射分光エリプソメーター等で反射光において発光性色素が配向していることを確認することができる。
スチルベン骨格を有する発光性色素は、好ましくは、下記式(1)で表される化合物又はその塩である。
ビフェニル骨格を有する化合物は、好ましくは下記式(4)で表される化合物またはその塩である。
発光性色素となるクマリン骨格を有する化合物は、好ましくは下記式(6)で表される化合物またはその塩である。
上記式(6)が、下記式(6-2)の時、さらに偏光発光時のコントラストが向上するため好ましく例示される。
本発明の偏光発光繊維は、偏光性能を阻害しない範囲で、上記で例示した発光性色素とは異なる少なくとも一種の蛍光染料及び/又は有機染料をさらに含んでもよい。併用される蛍光染料としては、例えば、C.I.Fluorescent Brightener 5、C.I.Fluorescent Brightener 8、C.I.Fluorescent Brightener 12、C.I.Fluorescent Brightener 28、C.I.Fluorescent Brightener 30、C.I.Fluorescent Brightener 33、C.I.Fluorescent Brightener 350、C.I.Fluorescent Brightener 360、C.I.Fluorescent Brightener 365等が挙げられる。
本発明で用いられる発光性色素を含有し、偏光発光繊維に用いる基材は、繊維となる形状であれば特に限定されない。例えば、羊毛や絹のように動物由来繊維でも良いし、セルロース誘導体よりなるレーヨン、木綿(コットン)、麻等のパルプ原料由来の植物由来繊維でも良いし、熱可塑性高分子、例えばポリエステルなどの疎水性高分子、ポリビニルアルコール、ビニロン、ポリアクリル酸、ナイロンなどの親水性高分子でも良い。以上のように、基材が例示されるが、これに限定されるものではない。繊維としては植物由来繊維や親水性高分子が好ましく、特に植物由来繊維としてはパルプ原料由来の基材であることがより好ましい。尚、パルプ原料由来の基材としては紙繊維でも良く、一般的な紙でも縦目や横目等に対して発光性色素が配向することによって本願の偏光発光繊維を達成できる。
本発明の偏光発光繊維において、繊維基材に発光性色素を含有させる方法としては、特に限定されないが、発光性色素を水などの溶液中に溶解させて、常温または加温された前記溶媒中に基材を浸漬させる方法、発光性色素が溶解した水などの溶液を基材に吹き付ける方法などが挙げられる。
発光性色素を基材となる繊維に含浸した後に延伸する方法の方法が最も好ましい。繊維の延伸倍率としては特に限定されないが、例えばポリビニルアルコールよりなる繊維であれば加熱しながら3~9倍の延伸が可能であるし、ホウ酸水溶液中で50~60℃で加熱しながら延伸も可能であり、パルプ原料由来の基材であるトリアセチルセルロースは1.1倍~3.0倍までの延伸は可能である。延伸倍率は基材種によって様々であるため、延伸が可能な温度で任意の倍率で延伸すれば良い。
本発明の偏光発光繊維は、光の吸収、特に紫外光領域~近紫外可視光領域の光の吸収により得られたエネルギーを利用して可視光領域に偏光発光を示すことが、フィルムの透過率向上のためには好ましい。また、この偏光発光の明度をより向上させるため、透明性が高く、かつ高いコントラストを有する偏光発光を示すことが好ましい。
本発明の偏光発光繊維が発光する偏光の偏光度(以下、「偏光発光度」とも称する)は、一般的にストークスパラメーター法と呼ばれる方法で測定が可能である。ストークスパラメーター法による偏光発光度の測定は、例えば、東京インスツルメンツ社製 分光ポラリメーターPoxi-Spectraを用いることができる。偏光発光度の測定は、偏光発光繊維そのもの、あるいは束状にして測定することが出来る。偏光発光度は、視認性の観点から、通常10%以上100%以内であることで偏光が発光していることを視認でき、好ましくは30%以上であり、より好ましくは50%以上であり、さらに好ましくは80%以上であり、特に好ましくは90%以上である。また、偏光発光時の偏光度が高いほど、偏光板を介して視認した際に、明光位と消光位の明暗が明確な発光、即ち発光時の高いコントラストを提供することができるため好ましい。
偏光発光繊維の可視光域の光の透過率は透明性向上の観点から、視感度補正透過率において、通常60%以上であり、好ましくは70%以上であり、より好ましくは80%以上であり、さらに好ましくは85%以上であり、特に好ましくは90%以上である。前述したスチルベン骨格、クマリン骨格、またはビフェニル骨格を有する発光性色素、特にスチルベン骨格、またはビフェニル骨格を有する発光性色素を用いた偏光発光繊維は、高い透明性と高い偏光度を有する光を発光するため、非発光状態、もしくは発光が弱い軸の発光において可視光域での吸収が小さくなり、これにより、透明度の高い偏光発光繊維を得ることができる。
本発明の偏光発光繊維は、優れた意匠性と高い機密性(偽造防止等)を有する。例えば、1種の偏光発光繊維がある軸に対して一定の方向に配置されている場合、他の軸に他の1種の偏光発光繊維が配置されている場合、それらが発光しうる光を照射すると、それぞれの軸で異なる色の発光を示し、偏光板を介して発光を視認することによって、それぞれの軸で異なる発光を示す裁縫もしくは布を提供することができる。例えば、本発明の偏光発光繊維を用いて施された裁縫が特定の形やロゴ等であった場合、その形状や情報を視認できるだけでなく、発光色と偏光の有無、偏光の軸等の様々な組み合わせにより、様々な光情報を識別することができるため、従来の着色繊維や蛍光発光繊維等と異なる意匠性や機密性を備えることができる。つまり、それら偏光発光繊維を所定の方向に縫い目を揃えた刺繍を形成することによって、各縫い目によって異なる軸の発光を提供でき、また各軸で異なる発光色や発光輝度、偏光発光度(コントラスト)等を変えることによって、これまでにない意匠性や偽造防止技術を提供できる。
また、本発明の偏光発光繊維の吸収帯域は紫外光領域~近紫外可視光領域に光の吸収を持つことも可能なため、透明性が高い繊維も提供可能であることから、吸収しうる光を照射していない場合には透明でありながら、吸収しうる光を照射する場合には偏光を発光しうる繊維を提供しうることを示すことからも、より高度な意匠性や機密性を提供しうることを示している。
下記の実施例及び比較例で得た各偏光発光繊維を測定試料とした評価を次のようにして行った。
分光光度計(日立ハイテクテクノロジーズ社製「U-4100」)を用いて試料の透過率、及び吸光度を評価した。各実施例及び比較例で作製した各試料に、220nm~2600nmの波長領域に100%の偏光を有する光(以下、「絶対偏光」とも称する)を照射できるグラムトムソン偏光子を設置し、各試料に、絶対偏光を照射した際の各波長の光の透過率を測定した。測定に際し、界面反射の影響を無くして試料の透過率を評価するために発光性化合物を含まない基材を分光光度計で測定時の100%透過率(一般的に、ベースラインと称する)を基準とした。具体的には、実施例、または比較例の試料の測定において、繊維中に発光性化合物を含まない状態で加工して作製した基準となる試料を分光光度計の光路上に設けて測定した値を100%透過率または0%吸光度(ベースライン)とし、各測定試料の透過率または吸光度を測定した。
各測定試料に対して絶対偏光を照射して、発光性化合物が配向した最も高い光の吸収を示す軸に対して直交位に偏光した光が入射した際に測定された光の透過率、即ち偏光した光の入射時に、最も吸収の少ない軸(最も透過率が高い軸)における光の透過率をKy、偏光した光の入射時に、最も吸収の少ない軸における光の吸光度をAbs-Kyとした。偏光発光繊維に対して絶対偏光を照射して発光性色素が配向した最も高い光の吸収を示す軸に対して平行位に偏光した光が入射した際に測定された光の透過率、即ち、偏光した光の入射時に、最も吸収の多い軸(最も透過率が低い軸)における光の透過率をKz、偏光した光の入射時に、最も吸収の多い軸における光の吸光度をAbs-Kzとし、吸光度比(Rd)をAbs-Kz/Abs-Kyにより算出される値を用いて評価した。
各測定試料の偏光発光強度、発光した光の偏光度(偏光発光度)については、光源として375nm LED光源(THORLABS社製 マウント付LED M375L4°)を設置し、該LED光源から光を照射された試料から発光した偏光を、発光分光光度計(東京インスツルメンツ社製 分光ポラリメーターPoxi-Spectra)を用いて、ストークスパラメーター法により測定した。紫外線の光を測定試料に入射した時に発光分光光度計より得られる発光強度(S0)、と偏光発光度(DOP)を測定した。尚、発光強度(S0)の最大値を示す波長を極大発光波長とした。
(合成例1)
市販品の4,4’-ジアミノスチルベン-2,2’-ジスルホン酸ナトリウム 41.4部を水300部に加え撹拌し、35%塩酸を用いてpH0.5とした。得られた溶液に40%亜硝酸ナトリウム水溶液10.9部を加え、10℃で1時間撹拌し、続いて6-アミノナフタレン-2-スルホン酸34.4部を加え、15%炭酸ナトリウム水溶液でpH4.0に調製し、4時間撹拌した。得られた反応液に塩化ナトリウム60部を加え、析出固体をろ過分離、さらにアセトン100部にて洗浄することにより、中間体である式(14)の化合物のウェットケーキを乾燥し、83.8部を得た。
(合成例2)
市販品の3-(2-ベンゾチアゾリル)-7-(ジエチルアミノ)クマリン 3.5部98%硫酸45部と30%発煙硫酸10部の混合溶液に加え、25℃で24時間撹拌した。得られた反応液を水300部に添加し、析出した固体をろ過により分離し、更にアセトン100部にて洗浄することにより、ウェットケーキ10.0部を得た。このウェットケーキを80℃の熱風乾燥機で乾燥することにより下記式(16)で表される本発明に係る水溶性クマリン系二色性染料 2.9部を合成した。
実施例1で用いた式(15)で表される発光性化合物を化合物例5-1に記載の4,4’-ビス-(スルホスチリル)ビフェニル2ナトリウム水溶液(BASF社製 Tinopal NFW Liquid)に代えた以外は同様に本発明の偏光発光繊維を作製した。
実施例1で用いた綿繊維をレーヨン繊維(ダイバボウレーヨン社製 乾式不織布原綿レギュラータイプ)に代えて、延伸倍率を2倍に代えた以外は同様にして、本発明の偏光発光繊維を作製した。
得られた式(8)で表される発光性化合物 1質量部を、45℃の温水1000部に溶解させ、100μmφのポリビニルアルコール繊維を該温水に8分間浸漬した。浸漬して得られた繊維をホウ酸3%含有した50℃の水溶液中で5分間かけて4倍に延伸し、本発明の偏光発光繊維を作製した。
実施例1で用いた綿繊維において延伸を適用しないこと以外は同様にして本比較例の試料とした。
実施例4で用いたレーヨン繊維において延伸を適用しないこと以外は同様にして、比較例の試料とした。
Claims (5)
- 発光性色素を繊維中に含浸した後、延伸することにより、発光性色素が繊維に配向した状態で含有し、
前記発光性色素として下記式(1)で表される化合物又はその塩、下記式(4)で表される化合物又はその塩、及び下記式(6)で表される化合物又はその塩から選択されるいずれかを含む、
偏光を発光する偏光発光繊維の製造方法。
- 紫外光から可視光の光を照射し、吸収することによって、偏光を発光する請求項1に記載の偏光発光繊維の製造方法。
- 前記吸収波長域と前記発光波長との少なくとも一部が異なり、極大吸収波長における吸光度が軸によって異なり、かつ、可視域の偏光を発光する請求項1または2に記載の偏光発光繊維の製造方法。
- 極大吸収波長における吸光度において、最大の吸光度を示す軸の吸光度と最小の吸光度を示す軸の吸光度の比が1.1以上である請求項1~3のいずれかに記載の偏光発光繊維の製造方法。
- 前記発光性色素が多環芳香族基を付加している請求項1~4のいずれかに記載の偏光発光繊維の製造方法。
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