JPWO2009041302A1 - ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを含有する繊維及びそれを用いた寝具 - Google Patents
ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを含有する繊維及びそれを用いた寝具 Download PDFInfo
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Abstract
ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを含有する繊維、及びそれを含有してなる寝具。
Description
本発明は、ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを含有する繊維、寝具及び前記繊維の製造方法に関する。
波長3〜1000μm程度の遠赤外線は、物体の分子にエネルギー(C-C結合、C-O結合、C-H結合等に由来する振動)を与えて、物体を温める温熱効果を有することが知られている。さらに、遠赤外線は比較的物体の内部にまで浸透するために、物体表面を必要以上に加熱することなく物体内部の温度を上昇させることが可能である。従来から、このような遠赤外線の温熱効果を利用した、保温性に優れた繊維、衣服、寝具等の開発が行なわれている。遠赤外線の温熱効果は、遠赤外線を放射する特性を有する成分を繊維に配合することにより、得ることができる。
遠赤外線の放射特性を有する成分が配合された繊維に関する技術として、特開平3-51301号は、30℃における遠赤外線放射率が平均65％以上である粒子(アルミナ、ジルコニア、マグネシア等)を含有した遠赤外線放射層を有する肌着を開示している。また特開平3-190990号は、アルミナ、チタン及びプラチナからなる遠赤外線放射性粒子が配合されてなる合成繊維を開示している。しかし、これらの遠赤外線放射性粒子は十分に高い遠赤外線放射能を有しているとは言えず、さらに放射効率の良い遠赤外線放射性粒子が望まれている。
特開2002-161429号は、アルミナ、シリカ、マグネシア、酸化カルシウム及び二酸化チタンから選択された一種以上の金属酸化物粒子、及びプラチナ粒子を分散混合させた紡糸原液を湿式紡糸して作製されるレーヨン系繊維を開示しており、前記粒子は脱落することなくしっかりと繊維に含有されるので、このレーヨン系繊維で作製した肌着を着用することにより血流量を増大させると記載している。しかし、上記の遠赤外線放射性粒子は遠赤外線の放射量が十分満足のゆくものではなく、さらなる保温効果の向上が望まれている。
従って、本発明の目的は、優れた遠赤外線放射効果を発揮する繊維及びそれを用いた寝具を安価に提供することである。
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、繊維にナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを含有させることにより、繊維の遠赤外線放射量が著しく増大することを見出し、本発明に想到した。
すなわち、本発明の繊維は、ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを含有することを特徴とする。
前記繊維1 kgあたり、前記ナノサイズダイヤモンドを0.01 mg以上、及び前記プラチナナノコロイドを0.0001 mg以上含有するのが好ましい。
前記繊維1 kgあたり、前記ナノサイズダイヤモンドを3 mg以上、及び前記プラチナナノコロイドを0.03 mg以上含有するのが好ましい。
前記繊維1 kgあたり、前記ナノサイズダイヤモンドを1 g以下、及び前記プラチナナノコロイドを10 mg以下含有するのが好ましい。
前記繊維1 kgあたり、前記ナノサイズダイヤモンドを0.1 g以下、及び前記プラチナナノコロイドを1 mg以下含有するのが好ましい。
プラチナナノコロイドの含有量は、ナノサイズダイヤモンドの含有量の1/1000〜1倍であるのが好ましい。
本発明の繊維は、前記ダイヤモンド及び前記プラチナナノコロイドを付着させてなるのが好ましい。
本発明の繊維は、前記ダイヤモンド及び前記プラチナナノコロイドを練り込んでなるのが好ましい。
前記ナノサイズダイヤモンドの比重は2.63〜3.38 g/cm3であるのが好ましい。
本発明の寝具は、前記本発明の繊維を含有してなることを特徴とする。
本発明のナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを含有する繊維は、優れた遠赤外線放射性能を有するので、寝具、防寒着、サポーター等の保温材に好適である。
[1] ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを含有する繊維
本発明の繊維は、ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドが分散した液をスプレー、パディング、プリント、コーティング、浸漬等の方法で繊維に付着させて、常温又は加熱して乾燥させることによって得られる。分散液中のナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドの濃度は、特に限定されないが、それぞれ1％以下であるのが好ましく、0.1％以下であるのがさらに好ましい。ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドの分散液には、必要に応じて分散剤、バインダー、増粘剤等を加えても良いが、これらの物質は遠赤外線放射効果を妨げるので、できるだけ少なく添加するのが好ましい。バインダーとしては、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、アミノプラスト樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。なかでも、洗濯耐久性の観点から、アクリル樹脂及びウレタン樹脂が好ましい。分散剤としては、ポリアクリル酸系のポリマーや、無機系の分散剤が使用できる。増粘剤としては、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等が使用できる。
本発明の繊維は、ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドが分散した液をスプレー、パディング、プリント、コーティング、浸漬等の方法で繊維に付着させて、常温又は加熱して乾燥させることによって得られる。分散液中のナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドの濃度は、特に限定されないが、それぞれ1％以下であるのが好ましく、0.1％以下であるのがさらに好ましい。ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドの分散液には、必要に応じて分散剤、バインダー、増粘剤等を加えても良いが、これらの物質は遠赤外線放射効果を妨げるので、できるだけ少なく添加するのが好ましい。バインダーとしては、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、アミノプラスト樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。なかでも、洗濯耐久性の観点から、アクリル樹脂及びウレタン樹脂が好ましい。分散剤としては、ポリアクリル酸系のポリマーや、無機系の分散剤が使用できる。増粘剤としては、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等が使用できる。
ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを付着させる繊維としては、従来から使用されているものがいずれも使用可能である。例えば、木綿等のセルロース繊維、ナイロン（登録商標）、ポリエステル、アクリル、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成繊維、ベンベルグ、レーヨン等の再生繊維、及び羊毛や絹等のタンパク質繊維が挙げられる。これらの繊維は、単独で用いても良いし、2種以上を混紡、混織、交撚、交編織等で混用しても良い。これらの繊維は、フィラメント、ステーブル、編み物、織物、不織布、縫製品等の任意の形態で使用することができる。
ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドは、紡糸する前の紡糸原液中にこれらの分散物を混合した後に、常法に従いこの原液を紡糸することによっても繊維に含有させることができる。使用できる高分子材料としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリウレタン、アクリル、エポキシ樹脂等の熱可塑性樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂等の熱硬化性樹脂、天然ゴム、合成ゴム等のゴム、レーヨン等の再生樹脂等が挙げられる。
本発明の繊維は、分散液を付着させる方法又は紡糸原液中に混合する方法により作製することができるが、分散液を付着させる方法の方が遠赤外線放射性能に優れており、かつどのような繊維に対しても適用できるため好ましい。
ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドの使用量は、遠赤外線放射効果が十分に得られれば特に限定されない。ナノサイズダイヤモンドのみでも、ある程度遠赤外線放射効果は得られるが、さらにプラチナナノコロイドをナノサイズダイヤモンドに対して微量添加することにより、遠赤外線放射効果が著しく増大させることができる。遠赤外線放射効果が十分に得られる量は、繊維1 kgあたり、ナノサイズダイヤモンドを0.01 mg以上、及びプラチナナノコロイドを0.0001 mg以上である。繊維1 kgあたりのナノサイズダイヤモンドの添加量は、好ましくは0.1 mg以上、さらに好ましくは1 mg以上、最も好ましくは3 mg以上である。繊維1 kgあたりのプラチナナノコロイドの添加量は、好ましくは0.001 mg以上、さらに好ましくは0.01 mg以上、最も好ましくは0.03 mg以上である。ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドは過剰に添加しても特に遠赤外線放射性能を悪化させないので、これらの添加量の上限は特に限定されないが、経済性及び着色の観点からナノサイズダイヤモンドの添加量は好ましくは1 g以下、さらに好ましくは0.1 g以下、最も好ましくは0.01 g以下であり、プラチナナノコロイドの添加量は好ましくは10 mg以下、さらに好ましくは1 mg以下、最も好ましくは0.1 mg以下である。ナノサイズダイヤモンドの遠赤外線放射効果を効果的に増大させることのできるプラチナナノコロイドの添加量は、ナノサイズダイヤモンドの添加量に対して好ましくは1/1000〜1倍であり、さらに好ましくは1/1000〜1/5倍であり、最も好ましくは1/500〜1/10倍であり、特に好ましくは1/200〜1/20倍である。
ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイド以外に、遠赤外線放射効果を有する化合物として、アルミナ、シリカ、二酸化チタン、マグネシア、酸化カルシウム、ジルコニア、酸化クロム、フェライト、スピネル、セリウム、バリウム、炭化ホウ素、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化モリブデン、炭化タングステン、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ジルコニウム、炭素、グラファイト、タングステン、モリブデン、バナジウム、タンタル、マンガン、ニッケル、酸化銅、酸化鉄等を適宜任意に配合することができる。これらの任意の成分の配合量は特に限定されないが、遠赤外線放射性粒子全量中、好ましくは1〜15重量％、さらに好ましくは2〜10重量％である。その粒径も特に限定されず任意に設定することができるが、通常の場合好ましくは0.1〜15μm、さらに好ましくは0.1〜5μm、最も好ましくは0.2〜1.5μmである。
ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを含有させた繊維は、寝具（布団、シーツ等）等の保温剤として使用する以外に、衣料品（手袋、靴下、下着類、帽子、腹巻き、外套、靴の内張等）、インテリア製品（カーペット等）、電機製品及びその他の産業資材等に使用することができる。
[2]ナノサイズダイヤモンド
(1) 粗ダイヤモンド
ナノサイズダイヤモンドとしては、爆射法によって合成された粗ダイヤモンド(以下、ブレンドダイヤモンド又はBDとも云う)、及びBDを精製することによって得られるUDD(Ultra Dispersed Diamond)を使用することができる。前記爆射法は、Science, Vol. 133, No.3467(1961), pp1821-1822、特開平1-234311号、特開平2-141414号、Bull. Soc. Chem. Fr. Vol. 134(1997), pp. 875-890、Diamond and Related materials Vol. 9(2000), pp861-865、Chemical Physics Letters, 222(1994), pp. 343-346、Carbon, Vol. 33, No. 12(1995), pp. 1663-1671、Physics of the Solid State, Vol. 42, No. 8(2000), pp. 1575-1578、K. Xu. Z. Jin, F. Wei and T. Jiang, Energetic Materials, 1, 19(1993)、特開昭63-303806号、特開昭56-26711報、英国特許第1154633号、特開平3-271109号、特表平6-505694号(WO93/13016号)、炭素, 第22巻, No. 2, 189〜191頁(1984)、Van Thiei. M. & Rec., F. H., J. Appl. Phys. 62, pp. 1761〜1767(1987)、特表平7-505831号(WO94/18123号)及び米国特許第5861349号等に記載の方法を用いることができる。
(1) 粗ダイヤモンド
ナノサイズダイヤモンドとしては、爆射法によって合成された粗ダイヤモンド(以下、ブレンドダイヤモンド又はBDとも云う)、及びBDを精製することによって得られるUDD(Ultra Dispersed Diamond)を使用することができる。前記爆射法は、Science, Vol. 133, No.3467(1961), pp1821-1822、特開平1-234311号、特開平2-141414号、Bull. Soc. Chem. Fr. Vol. 134(1997), pp. 875-890、Diamond and Related materials Vol. 9(2000), pp861-865、Chemical Physics Letters, 222(1994), pp. 343-346、Carbon, Vol. 33, No. 12(1995), pp. 1663-1671、Physics of the Solid State, Vol. 42, No. 8(2000), pp. 1575-1578、K. Xu. Z. Jin, F. Wei and T. Jiang, Energetic Materials, 1, 19(1993)、特開昭63-303806号、特開昭56-26711報、英国特許第1154633号、特開平3-271109号、特表平6-505694号(WO93/13016号)、炭素, 第22巻, No. 2, 189〜191頁(1984)、Van Thiei. M. & Rec., F. H., J. Appl. Phys. 62, pp. 1761〜1767(1987)、特表平7-505831号(WO94/18123号)及び米国特許第5861349号等に記載の方法を用いることができる。
爆射法で製造された粗ダイヤモンド(Blended Diamond: BD)は、数10〜数100 nmの径を有するダイヤモンド及びグラフアイトからなり、1.7〜7 nm径の極く小さなナノクラスターサイズのダイヤモンド単位(ナノダイヤモンド)が強固に凝集した凝集体である。つまり最低4個、通常十数個〜数百個の、場合によっては数千個のナノダイヤモンドの強固な凝集体である。BDの粒子は、ダイヤモンドの表面をグラファイト系炭素が覆ったコア／シェル構造を有していると考えられ、グラファイト系炭素の表面には-COOH、-OH等の親水性官能基が多数存在し、水、アルコール、エチレングリコール等の-OH基を有する溶媒との親和性が極めて良好であり、これらの溶媒にすみやかに分散する。中でも水に対する分散性が最も良い。BDは極少量の微小(1.5 nm以下)アモルファスダイヤモンド、グラフアイト及び非グラファイト炭素超微粒子を含有する。
ナノサイズダイヤモンド粒子の比重は2.50〜3.45 g/cm3であるのが好ましく、2.63〜3.38 g/cm3であるのがさらに好ましく、2.75〜3.25 g/cm3であるのが最も好ましい。ナノサイズダイヤモンドの比重は、グラファイトとダイヤモンドとの比率によって決まり、ダイヤモンドの比重を3.50 g/cm3、グラファイトの比重を2.25 g/cm3として、ダイヤモンドとグラファイトの割合を計算すると、比重2.63 g/cm3はダイヤモンド30容積％及びグラファイト70容積％の組成に相当し、比重3.38 g/cm3はダイヤモンド90容積％及びグラファイト10容積％の組成に相当する。同様に比重が2.75 g/cm3はダイヤモンド40容積％及びグラファイト60容積％の、比重3.25 g/cm3はダイヤモンド80容積％及びグラファイト20容積％の組成に相当する。なお比重2.87 g/cm3はダイヤモンド50容積％及びグラファイト50容積％の組成に相当する。比重が2.63 g/cm3未満であると、グラファイトに起因する着色が問題となることがあり、比重が3.38 g/cm3を越えると、遠赤外線放射効果は飽和するためコスト的に不利である。
BDの不純物は、(i)水溶性電解質(ionized)、(ii)ダイヤモンド表面に化学結合した加水分解性の基及びイオン性の物質(官能性表面基の塩等)、(iii)水不溶性の物質(表面に付着した不純物、不溶性塩、不溶性酸化物)、(iv)揮発性物質、(v)ダイヤモンド結晶格子中に包含されるか又はカプセル化された物質に分けることがでる。
前記(i)及び(ii)は、UDDの精製過程で形成されたものである。前記(i)の水溶性電解質は水洗により除去できるが、より効果的に除去するにはイオン交換樹脂で処理するのが好ましい。前記(iii)の水不溶性の不純物は、金属、金属酸化物、金属カーバイド、金属塩(硫酸塩、シリケート、カーボネート)のような分離したミクロ粒子、分離できない表面塩、表面金属酸化物等からなる。これらを除去するには、酸によって可溶性の形に変換するのが好ましい。前記(iv)の揮発性不純物は、通常0.01 Pa程度の真空中で、250〜400℃で熱処理することにより除去することができる。
本発明で用いるナノサイズダイヤモンドは、必ずしも不純物を完全に除去する必要はないが、前記(i)〜(iii)の不純物を40〜95％除去するのが好ましい。グラファイトとダイヤモンドとの比率は、前記爆射法の条件を変更すること、及び／又はBDの精製条件を変更することによって調節することができる。
(2) ナノサイズダイヤモンドの精製
ナノサイズダイヤモンドの分散物は、爆薬の爆射によって得られたダイヤモンド-非ダイヤモンド混合物(初期BD)を酸化処理した後、揮発性又はその分解反応生成物が揮発性となる塩基性材料を加えて中和し、ダイヤモンドを含有する相を分離することによって製造する。
ナノサイズダイヤモンドの分散物は、爆薬の爆射によって得られたダイヤモンド-非ダイヤモンド混合物(初期BD)を酸化処理した後、揮発性又はその分解反応生成物が揮発性となる塩基性材料を加えて中和し、ダイヤモンドを含有する相を分離することによって製造する。
酸化処理工程は、硝酸による酸化性分解処理と、その後に行う硝酸による酸化性エッチング処理とからなる。酸化性エッチング処理は1次酸化性エッチング処理と2次酸化性エッチング処理とからなり、1次酸化性エッチング処理は酸化性分解処理の圧力及び温度よりも高い圧力及び温度で行なわれるのが好ましく、2次酸化性エッチング処理は1次酸化性エッチング処理の圧力及び温度よりも高い圧力及び温度で行なわれるのが好ましい。酸化処理工程は、150℃〜250℃及び14〜25気圧で、少なくとも10〜30分間ずつ複数回行うのが好ましい。
酸化性エッチング処理の後に、硝酸を分解・除去させるための中和処理を行う。塩基性材料により中和した分散液は、水を加えて傾斜することによりダイヤモンドを含有する相と含有しない相とに分離する。
ダイヤモンドを含有する相を分離した後、さらに分散液に硝酸を加え洗浄処理し、生成ダイヤモンド微粒子を含む下相分散液を上相排液から分離する処理を行う。この分離する処理は、前記硝酸洗浄処理後の分散液を静置することによって行う。
前記生成ダイヤモンド微粒子を含む下相分散液は、好ましくはpHを4〜10、さらに好ましくは5〜8、最も好ましくは6〜7.5に調節し、ダイヤモンド微粒子濃度を好ましくは0.05〜16質量％、さらに好ましくは0.1〜12質量％、最も好ましくは1％〜10質量％に調整する。
このようにして得られるUDDは、72〜89.5％の炭素、0.8〜1.5％の水素、1.5〜2.5％の窒素、10.5〜25％の酸素の元素組成を有する。全炭素のうち90〜97％がダイヤモンド結晶であり、10〜3％が非ダイヤモンド炭素である。平均粒径(一次粒子)は2〜50 nmである。Cu、Kα線を線源とするX線回析スペクトル(XD)において、ブラッグ角(2θ±0.2°)が43.9°に最も強いピークを有し、73.5°及び95°に特徴的な強いピークを有し、17°に強く偏在したハローがあり、26.5°にピークが実質的にない。また比表面積が1.5×105m2/kg以上で、実質的に全ての表面炭素原子がヘテロ原子と結合しており、分散液は0.5 m3/kg以上の全吸収空間を有するダイヤモンド粒子を、0.05〜16質量部含有する。UDD粒子の粒径は、電気泳動光散乱光度計モデルELS-8000を用いた動的光散乱測定により得られる。
本発明に使用される好ましいナノサイズダイヤモンドの粒径は、一次粒子が4〜7 nm、二次粒子が50〜200 nmである。
[3]プラチナナノコロイド
プラチナナノコロイドは、WO2005/023468に記載の方法により得ることができる。また、市販品を使用しても良く、株式会社ワインレッドケミカル社製のプラチナナノコロイド(WRPT)等が使用できる。プラチナの粒径は特に限定されないが、好ましくは10〜20 nmである。
プラチナナノコロイドは、WO2005/023468に記載の方法により得ることができる。また、市販品を使用しても良く、株式会社ワインレッドケミカル社製のプラチナナノコロイド(WRPT)等が使用できる。プラチナの粒径は特に限定されないが、好ましくは10〜20 nmである。
[4]遠赤外線放射特性の評価
遠赤外線放射特性は、FT-IR、放射照度計等の赤外線測定装置によって試料から放射される遠赤外線量を測定し、理想黒体(全波長を100％放射及び吸収する物質)に対してどの程度の遠赤外線が放出されているかで評価する。測定は室温で行っても良いが、遠赤外線を吸収するCO2やH2OによりS/N比が悪化するのを防ぐため、試料を40〜50℃に加熱して行うのが好ましい。高温で測定することによって遠赤外線の放射量が増加しS/N比が改良される。赤外線測定装置としては、例えばミネラッド社製SA-200赤外線放射計が挙げられる。
遠赤外線放射特性は、FT-IR、放射照度計等の赤外線測定装置によって試料から放射される遠赤外線量を測定し、理想黒体(全波長を100％放射及び吸収する物質)に対してどの程度の遠赤外線が放出されているかで評価する。測定は室温で行っても良いが、遠赤外線を吸収するCO2やH2OによりS/N比が悪化するのを防ぐため、試料を40〜50℃に加熱して行うのが好ましい。高温で測定することによって遠赤外線の放射量が増加しS/N比が改良される。赤外線測定装置としては、例えばミネラッド社製SA-200赤外線放射計が挙げられる。
本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
実施例1
TNT(トリニトロトルエン)とRDX（シクロトリメチレントリニトロアミン）を60/40の比で含む0.65 kgの爆発物を３ m3の爆発チャンバー内で爆発させて生成するBDを保存するための雰囲気を形成した後、同様の条件で２回目の爆発を起こしBDを合成した。爆発生成物が膨張し熱平衡に達した後、15 mmの断面を有する超音速ラバルノズルを通して35秒間ガス混合物をチャンバーより流出させた。チャンバー壁との熱交換及びガスにより行なわれた仕事（断熱膨張及び気化）のため、生成物の冷却速度は280℃/分であった。サイクロンで捕獲した生成物（黒色の粉末、BD）の比重は2.58 g/cm3であった。このBDは比重から計算して、74容積％のグラファイト系炭素と容積26％のダイヤモンドからなっていると推定された。
TNT(トリニトロトルエン)とRDX（シクロトリメチレントリニトロアミン）を60/40の比で含む0.65 kgの爆発物を３ m3の爆発チャンバー内で爆発させて生成するBDを保存するための雰囲気を形成した後、同様の条件で２回目の爆発を起こしBDを合成した。爆発生成物が膨張し熱平衡に達した後、15 mmの断面を有する超音速ラバルノズルを通して35秒間ガス混合物をチャンバーより流出させた。チャンバー壁との熱交換及びガスにより行なわれた仕事（断熱膨張及び気化）のため、生成物の冷却速度は280℃/分であった。サイクロンで捕獲した生成物（黒色の粉末、BD）の比重は2.58 g/cm3であった。このBDは比重から計算して、74容積％のグラファイト系炭素と容積26％のダイヤモンドからなっていると推定された。
このBDを60質量％硝酸水溶液と混合し、160℃、14気圧、20分の条件で酸化性分解処理を行った後、240℃、18気圧、30分の条件で酸化性エッチング処理を行った。酸化性エッチング処理を行った後の試料を、中和［210℃、20気圧、20分還流］、傾斜による分離、洗浄［35質量％硝酸で洗浄］、遠心分離、及び濃度調整し、0.05質量％の精製されたナノダイヤモンドを含有する分散液を得た。このナノサイズダイヤモンドの動的光散乱測定により求めた粒径(メディアン径)は160 nmであり、比重は3.41であった。
プラチナナノコロイドは、株式会社ワインレッドケミカル社製のWRPT(プラチナナノコロイドの0.0025質量％分散液)を用いた。このプラチナナノコロイドの動的光散乱測定により求めた粒径(メディアン径)は20 nmであった。
前記ナノサイズダイヤモンドの分散液及び前記プラチナナノコロイドの分散液を混合及び希釈し、20 mLあたり0.1 mgのナノサイズダイヤモンド及び0.001 mgのプラチナナノコロイドを含む混合分散液を作製した。この混合分散液20 mLを30 gのポリエステル綿にスプレー法で均一に付着させ、自然乾燥した。乾燥後の綿をホルダーにセットし、測定面と反対側からドライヤーで加熱して表面温度46℃に保ち、測定面から放出される遠赤外線量をミネラッド社製SA-200赤外線放射計で測定した。得られた遠赤外線量から、波長3〜15μmにおける放射率(理想黒体の放射量を1.0としたときの相対強度)を求めた。結果を表1に示す。実施例1の試料の遠赤外線放射輝度(遠赤外線放射量)を図1に示す。図１は、理想黒体の放射1(滑らかな曲線)と試料の測定データ2(ノイズの乗っている線)との重ね書きであり、理想黒体の値により近い方が遠赤外線の放射量が多い。ただし試料の遠赤外線放射輝度は理想黒体の値を超えることはない。
実施例2〜5及び比較例1〜5
混合分散液20 mL中のナノサイズダイヤモンド及び/又はプラチナナノコロイドの量を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして試料を作製し、遠赤外線放射量を測定し、波長3〜15μmにおける放射率を求めた。比較例1は、ナノサイズダイヤモンド及び/又はプラチナナノコロイドを付着させる前のポリエステル綿を使用した。結果を表1に示す。また図2〜10にそれぞれ実施例2〜5及び比較例1〜5の遠赤外線放射輝度(遠赤外線放射量)の測定結果示す。データの説明は図1と同様である。
混合分散液20 mL中のナノサイズダイヤモンド及び/又はプラチナナノコロイドの量を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして試料を作製し、遠赤外線放射量を測定し、波長3〜15μmにおける放射率を求めた。比較例1は、ナノサイズダイヤモンド及び/又はプラチナナノコロイドを付着させる前のポリエステル綿を使用した。結果を表1に示す。また図2〜10にそれぞれ実施例2〜5及び比較例1〜5の遠赤外線放射輝度(遠赤外線放射量)の測定結果示す。データの説明は図1と同様である。
(2)：ナノサイズダイヤモンド及び/又はプラチナナノコロイドを付着させる前の
ポリエステル綿を用いた。
表1から本発明の繊維であるナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを付着させたポリエステル綿は、遠赤外線放射率が0.83以上であり、何も付着させていない試料(比較例1)の0.61に比べて、非常に優れた放射効果を示すことが分かった。また、プラチナナノコロイドのみを付着させた場合(比較例2及び3)、及びナノサイズダイヤモンドのみを付着させた場合(比較例4及び5)は、何も付着させていない試料(比較例1)よりも多少の遠赤外線放射率の向上が見られたが、ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを併用することに、さらに著しい遠赤外線放射率の向上が得られることが分かった。特に実施例3及び4の試料は遠赤外線放射率が0.9を超えており、非常に優れた遠赤外線放射効果を発揮した。
実施例6
8.5質量％のセルロース、5.8質量％の水酸化ナトリウム及びセルロースに対して32質量％の二硫化炭素を含有するビスコース溶液に、実施例1で作製した混合分散液（20 mLあたり0.1 mgのナノサイズダイヤモンド及び0.001 mgのプラチナナノコロイドを含む）を、20℃でセルロース100 gあたり66.7 mLの割合で添加した。このナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを含むビスコース溶液を、硫酸110 g/L、硫酸亜鉛15 g/L及び硫酸ナトリウム350 g/Lを含む紡糸浴（60℃）中に紡糸速度50 m/分、延伸率50％で紡糸し、繊度1.7デシテックスのビスコースレーヨンのトウを得た。これを繊維長52 mm切断して脱硫、漂白した。
8.5質量％のセルロース、5.8質量％の水酸化ナトリウム及びセルロースに対して32質量％の二硫化炭素を含有するビスコース溶液に、実施例1で作製した混合分散液（20 mLあたり0.1 mgのナノサイズダイヤモンド及び0.001 mgのプラチナナノコロイドを含む）を、20℃でセルロース100 gあたり66.7 mLの割合で添加した。このナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを含むビスコース溶液を、硫酸110 g/L、硫酸亜鉛15 g/L及び硫酸ナトリウム350 g/Lを含む紡糸浴（60℃）中に紡糸速度50 m/分、延伸率50％で紡糸し、繊度1.7デシテックスのビスコースレーヨンのトウを得た。これを繊維長52 mm切断して脱硫、漂白した。
実施例7〜10
ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドの添加量を変更した以外は実施例6と同様にして、実施例7〜10のビスコースレーヨンのトウを作製した。なお、実施例7〜10の繊維あたりのナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドの添加量は、それぞれ実施例2〜5で作製したナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを含有する綿の繊維あたりの添加量と同じ値であった。
ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドの添加量を変更した以外は実施例6と同様にして、実施例7〜10のビスコースレーヨンのトウを作製した。なお、実施例7〜10の繊維あたりのナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドの添加量は、それぞれ実施例2〜5で作製したナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを含有する綿の繊維あたりの添加量と同じ値であった。
実施例6〜10のビスコースレーヨンについて、実施例1と同様にして遠赤外線放射率を測定した結果、これらのビスコースレーヨンは実施例1〜5と同様、非常に優れた遠赤外線放射効果を発揮した。
実施例11〜15
BDの精製において、酸化性エッチング処理の条件のみを表2の様に変更した以外実施例１と同様にして、比重の異なるナノサイズダイヤモンドを作製し、ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドが付着したポリエステル綿を得た。これらのポリエステル綿について、実施例1と同様にして遠赤外線放射率を測定した結果、実施例1〜5と同様、非常に優れた遠赤外線放射効果を発揮した。
BDの精製において、酸化性エッチング処理の条件のみを表2の様に変更した以外実施例１と同様にして、比重の異なるナノサイズダイヤモンドを作製し、ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドが付着したポリエステル綿を得た。これらのポリエステル綿について、実施例1と同様にして遠赤外線放射率を測定した結果、実施例1〜5と同様、非常に優れた遠赤外線放射効果を発揮した。
実施例16
実施例3と同様の方法でナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを付着させたポリエステル綿を作製し、寝具を作製した。この寝具を用いて、20人(男10人、女10人)の被験者に15℃60％RHの高温高湿室で一晩睡眠を取ってもらい、保温効果を評価した。比較として、ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを付着させていないポリエステル綿を用いて作製した寝具で、同様の試験を行った。
実施例3と同様の方法でナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを付着させたポリエステル綿を作製し、寝具を作製した。この寝具を用いて、20人(男10人、女10人)の被験者に15℃60％RHの高温高湿室で一晩睡眠を取ってもらい、保温効果を評価した。比較として、ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを付着させていないポリエステル綿を用いて作製した寝具で、同様の試験を行った。
その結果、20人中17人の被験者(男8人、女9人)が、本発明のナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを付着させたポリエステル綿で作製した寝具を使用した場合の方が保温効果が高く、快適な睡眠がとれたという評価であった。
波長3〜1000μm程度の遠赤外線は、物体の分子にエネルギー（C-C結合、C-O結合、C-H結合等に由来する振動）を与えて、物体を温めることが知られている。さらに、遠赤外線は比較的物体の内部にまで浸透するために、物体表面を必要以上に加熱することなく物体内部の温度を上昇させることが可能である。従来から、このような遠赤外線の温熱効果を利用した、保温性に優れた繊維、衣服、寝具等の開発が行なわれている。遠赤外線の温熱効果は、遠赤外線を放射する特性を有する成分を繊維に配合することにより、得ることができる。
ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドは、紡糸する前の紡糸原液中にこれらの分散物を混合した後に、常法に従いこの原液を紡糸することによっても繊維に含有させることができる。使用できる高分子材料としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリウレタン、アクリル樹脂等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂等の熱硬化性樹脂、天然ゴム、合成ゴム等のゴム、レーヨン等の再生樹脂等が挙げられる。
ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイド以外に、遠赤外線放射効果を有する化合物として、アルミナ、シリカ、二酸化チタン、マグネシア、酸化カルシウム、ジルコニア、酸化クロム、フェライト、スピネル、炭化ホウ素、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化モリブデン、炭化タングステン、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ジルコニウム、炭素、グラファイト、タングステン、モリブデン、バナジウム、タンタル、マンガン、ニッケル、酸化鉄等を適宜任意に配合することができる。これらの任意の成分の配合量は特に限定されないが、遠赤外線放射性粒子全量中、好ましくは1〜15重量％、さらに好ましくは2〜10重量％である。その粒径も特に限定されず任意に設定することができるが、通常の場合好ましくは0.1〜15μm、さらに好ましくは0.1〜5μm、最も好ましくは0.2〜1.5μmである。
[2]ナノサイズダイヤモンド
(1) 粗ダイヤモンド
ナノサイズダイヤモンドとしては、爆射法によって合成された粗ダイヤモンド（以下、ブレンドダイヤモンド又はBDとも云う）、及びBDを精製することによって得られるUDD（Ultra Dispersed Diamond）を使用することができる。前記爆射法は、Science, Vol. 133, No.3467（1961）, pp1821-1822、特開平1-234311号、特開平2-141414号、Bull. Soc. Chem. Fr. Vol. 134（1997）, pp. 875-890、Diamond and Related materials Vol. 9（2000）, pp861-865、Chemical Physics Letters, 222（1994）, pp. 343-346、Carbon, Vol. 33, No. 12（1995）, pp. 1663-1671、Physics of the Solid State, Vol. 42, No. 8（2000）, pp. 1575-1578、K. Xu. Z. Jin, F. Wei and T. Jiang, Energetic Materials, 1, 19（1993）、特開昭63-303806号、特開昭56-26711号、英国特許第1154633号、特開平3-271109号、特表平6-505694号（WO93/13016号）、炭素, 第22巻, No. 2, 189〜191頁（1984）、Van Thiei. M. & Rec., F. H., J. Appl. Phys. 62, pp. 1761〜1767（1987）、特表平7-505831号（WO94/18123号）及び米国特許第5861349号等に記載されている。
(1) 粗ダイヤモンド
ナノサイズダイヤモンドとしては、爆射法によって合成された粗ダイヤモンド（以下、ブレンドダイヤモンド又はBDとも云う）、及びBDを精製することによって得られるUDD（Ultra Dispersed Diamond）を使用することができる。前記爆射法は、Science, Vol. 133, No.3467（1961）, pp1821-1822、特開平1-234311号、特開平2-141414号、Bull. Soc. Chem. Fr. Vol. 134（1997）, pp. 875-890、Diamond and Related materials Vol. 9（2000）, pp861-865、Chemical Physics Letters, 222（1994）, pp. 343-346、Carbon, Vol. 33, No. 12（1995）, pp. 1663-1671、Physics of the Solid State, Vol. 42, No. 8（2000）, pp. 1575-1578、K. Xu. Z. Jin, F. Wei and T. Jiang, Energetic Materials, 1, 19（1993）、特開昭63-303806号、特開昭56-26711号、英国特許第1154633号、特開平3-271109号、特表平6-505694号（WO93/13016号）、炭素, 第22巻, No. 2, 189〜191頁（1984）、Van Thiei. M. & Rec., F. H., J. Appl. Phys. 62, pp. 1761〜1767（1987）、特表平7-505831号（WO94/18123号）及び米国特許第5861349号等に記載されている。
酸化処理工程は、硝酸による酸化性分解処理と、その後に行う硝酸による酸化性エッチング処理とからなる。酸化性エッチング処理は1次酸化性エッチング処理と2次酸化性エッチング処理とからなり、1次酸化性エッチング処理は酸化性分解処理の圧力及び温度よりも高い圧力及び温度で行なわれるのが好ましく、2次酸化性エッチング処理は1次酸化性エッチング処理の圧力及び温度よりも高い圧力及び温度で行なわれるのが好ましい。酸化処理工程は、150℃〜250℃及び14〜25気圧で、10〜30分間ずつ複数回行うのが好ましい。
分離したダイヤモンド含有分散液相を硝酸で洗浄処理し、生成したダイヤモンド微粒子を含む下相分散液を上相排液から分離する。この分離処理は、前記硝酸洗浄処理後の分散液を静置することによって行う。
前記生成ダイヤモンド微粒子を含む下相分散液は、好ましくはpHを4〜10、さらに好ましくは5〜8、最も好ましくは6〜7.5に調節し、ダイヤモンド微粒子濃度を好ましくは0.05〜16質量％、さらに好ましくは0.1〜12質量％、最も好ましくは1〜10質量％に調整する。
このようにして得られるUDDは、72〜89.5％の炭素、0.8〜1.5％の水素、1.5〜2.5％の窒素、10.5〜25％の酸素の元素組成を有する。全炭素のうち90〜97％がダイヤモンド結晶であり、10〜3％が非ダイヤモンド炭素である。平均粒径（一次粒子）は2〜50 nmである。Cu、Kα線を線源とするX線回析スペクトル（XD）において、ブラッグ角（2θ±0.2°）が43.9°に最も強いピークを有し、73.5°及び95°に特徴的な強いピークを有し、17°にハローがあり、26.5°にピークが実質的にない。また比表面積が1.5×105 m2/kg以上で、実質的に全ての表面炭素原子がヘテロ原子と結合しており、分散液は全細孔容積が0.5 m3/kg以上のダイヤモンド粒子を、0.05〜16質量部含有する。UDD粒子の粒径は、電気泳動光散乱光度計モデルELS-8000を用いた動的光散乱測定により得られる。
実施例1
TNT（トリニトロトルエン）とRDX（シクロトリメチレントリニトロアミン）を60/40の比で含む0.65 kgの爆発物を３ m3の爆発チャンバー内で爆発させて生成するBDを保存するための雰囲気を形成した後、同様の条件で２回目の爆発を起こしBDを合成した。爆発生成物が膨張し熱平衡に達した後、直径15 mmの断面を有する超音速ラバルノズルを通して35秒間ガス混合物をチャンバーより流出させた。チャンバー壁との熱交換及びガスにより行なわれた仕事（断熱膨張及び気化）のため、生成物の冷却速度は280℃/分であった。サイクロンで捕獲した生成物（黒色の粉末、BD）の比重は2.58 g/cm3であった。このBDは比重から計算して、74容積％のグラファイト系炭素と容積26％のダイヤモンドからなっていると推定された。
TNT（トリニトロトルエン）とRDX（シクロトリメチレントリニトロアミン）を60/40の比で含む0.65 kgの爆発物を３ m3の爆発チャンバー内で爆発させて生成するBDを保存するための雰囲気を形成した後、同様の条件で２回目の爆発を起こしBDを合成した。爆発生成物が膨張し熱平衡に達した後、直径15 mmの断面を有する超音速ラバルノズルを通して35秒間ガス混合物をチャンバーより流出させた。チャンバー壁との熱交換及びガスにより行なわれた仕事（断熱膨張及び気化）のため、生成物の冷却速度は280℃/分であった。サイクロンで捕獲した生成物（黒色の粉末、BD）の比重は2.58 g/cm3であった。このBDは比重から計算して、74容積％のグラファイト系炭素と容積26％のダイヤモンドからなっていると推定された。
実施例16
実施例3と同様の方法でナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを付着させたポリエステル綿を作製し、寝具を作製した。この寝具を用いて、20人（男10人、女10人）の被験者に15℃及び60％RHの恒温恒湿室で一晩睡眠を取ってもらい、保温効果を評価した。比較として、ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを付着させていないポリエステル綿を用いて作製した寝具で、同様の試験を行った。
実施例3と同様の方法でナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを付着させたポリエステル綿を作製し、寝具を作製した。この寝具を用いて、20人（男10人、女10人）の被験者に15℃及び60％RHの恒温恒湿室で一晩睡眠を取ってもらい、保温効果を評価した。比較として、ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを付着させていないポリエステル綿を用いて作製した寝具で、同様の試験を行った。
すなわち、本発明の繊維は、ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを含有し、前記プラチナナノコロイドの含有量が、前記ナノサイズダイヤモンドの含有量の1/1000〜1倍であることを特徴とする。
Claims (10)
- ナノサイズダイヤモンド及びプラチナナノコロイドを含有する繊維。
- 請求項1に記載の繊維において、前記繊維1 kgあたり、前記ナノサイズダイヤモンドを0.01 mg以上、及び前記プラチナナノコロイドを0.0001 mg以上含有することを特徴とする繊維。
- 請求項1又は2に記載の繊維において、前記繊維1 kgあたり、前記ナノサイズダイヤモンドを3 mg以上、及び前記プラチナナノコロイドを0.03 mg以上含有することを特徴とする繊維。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の繊維において、前記繊維1 kgあたり、前記ナノサイズダイヤモンドを1 g以下、及び前記プラチナナノコロイドを10 mg以下含有することを特徴とする繊維。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の繊維において、前記繊維1 kgあたり、前記ナノサイズダイヤモンドを0.1 g以下、及び前記プラチナナノコロイドを1 mg以下含有することを特徴とする繊維。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の繊維において、プラチナナノコロイドの含有量が、ナノサイズダイヤモンドの含有量の1/1000〜1倍であることを特徴とする繊維。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の繊維において、前記ダイヤモンド及び前記プラチナナノコロイドを付着させてなることを特徴とする繊維。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の繊維において、前記ダイヤモンド及び前記プラチナナノコロイドを練り込んでなることを特徴とする繊維。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の繊維において、前記ナノサイズダイヤモンドの比重が2.63〜3.38 g/cm3であることを特徴とする繊維。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の繊維を含有してなる寝具。
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