JP2005097506A - Polymer/ clay nano composite material containing clay with far-infrared radiation function - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、遠赤外線放射機能粘土を含有する高分子／粘土ナノ複合材料、および人工繊維、織物、保温用物品および温熱シート用の複合材料に関するものである。 The present invention relates to a polymer / clay nanocomposite containing far-infrared radiation functional clay, and a composite material for artificial fibers, woven fabrics, thermal insulation articles and thermal sheets.
近年、生活水準が向上し、身の回りの生活用品（帽子、傘、衣料など）や住宅関連用品（建材、カーテンなど）に対して、生活に必要な機能性のみならず、健康に有益である等の付加的な機能を有することが要求されている。例えば、蓄熱保温効果を有する遠赤外線は、健康を促進するというイメージが強く、かかる現代の要求に応えるべく最も注目されており、これを利用した代表的な製品として遠赤外線繊維がある。遠赤外線繊維は、遠赤外線放射機能繊維の略称であって、人体の熱を吸収した後に、４〜１４μｍの遠赤外線を放射することができる。この領域にある遠赤外線は、人体に極めて吸収され易いことから、血液の循環を促進し、新陳代謝を活発にすると共に免疫機能を高めることができるため、別名「生育光線」とも呼ばれている。このように、遠赤外線繊維が健康増進効果を備えた繊維であることは周知となっている。 In recent years, the standard of living has improved, and it is beneficial not only to the functionality necessary for daily life but also to health for everyday items (hats, umbrellas, clothing, etc.) and housing-related items (building materials, curtains, etc.) It is required to have the following additional functions. For example, far-infrared rays having a heat storage and heat-retaining effect have a strong image of promoting health, and are attracting the most attention in order to meet such modern demands. The far-infrared fiber is an abbreviation for far-infrared radiation functional fiber, and can absorb 4 to 14 μm of far-infrared rays after absorbing the heat of the human body. Far-infrared rays in this region are also called “growth rays” because they are very easily absorbed by the human body and can promote blood circulation, activate metabolism and enhance immune function. Thus, it is well known that far-infrared fibers are fibers having a health promoting effect.
１９８０年代の日本では既に、遠赤外線繊維を膝、肌、腕、首などを保護ないし手入れするための健康医療用品に応用し始め、さらには下着、靴下や上着などの衣料品に添加して利用するようになった。そして近年になり、登山用防寒着など、スポーツ・カジュアルウェアの分野へ遠赤外線繊維の紡織品が広く用いられるようになってきており、現在では、下着、靴下類といった一般衣料から、寝具などの生活用品まで、幅広く利用されている。 Already in Japan in the 1980s, far-infrared fibers began to be applied to health and medical supplies for protecting and caring for knees, skin, arms, necks, and even added to clothing such as underwear, socks and outerwear. It came to use. In recent years, textiles made of far-infrared fibers have been widely used in the field of sports and casual wear such as winter clothes for mountaineering, and nowadays, from general clothing such as underwear and socks, to daily life such as bedding. It is widely used up to supplies.
現在市場に出回っている遠赤外線織物の多くは、遠赤外線機能を備えたセラミックス材料を研摩して粉末状にし、これを繊維に添加する方式により製造されており、かかる遠赤外線機能を有する粉末を繊維に添加する方式は、大きく次の二種類に分けることができる。１つは、加工後に添加する方法で、織物に含浸／吸着させるか、または塗布する方式である。しかし、この方式では、粉末がナノ分散状態で存在していないため、洗濯を重ねることで織物の遠赤外線機能が失われてしまい、かつ、回収が不可能であるという欠点を有している。もう１つは、合成反応時または紡糸時に添加する方式である。しかし、この方式では、必要な添加量が多いため、コスト高になるうえ、添加量が多いことでその微粒子が繊維表面に浮き出てしまい、これらの微粒子は通常硬度が高いために、後続の延伸・仮撚り工程における高速回転を伴う作業において、加工設備を摩耗してしまうという欠点を有している。さらに、遠赤外線繊維の単価は非常に高価であるが、これは主に、粉末を製造すること自体が高コストであること、および設備摩損回避のため回転速度を落とすことに伴う生産量減少およびコスト上昇に原因がある。 Many far-infrared fabrics currently on the market are manufactured by grinding ceramic materials with far-infrared functions into powder and adding them to the fiber. The method of adding to the fiber can be roughly divided into the following two types. One is a method of impregnating / adsorbing or applying to a fabric by a method of adding after processing. However, in this method, since the powder does not exist in a nano-dispersed state, the far-infrared function of the woven fabric is lost by repeated washing, and there is a drawback that it cannot be recovered. The other is a method of adding at the time of synthesis reaction or spinning. However, this method requires a large amount of addition, so the cost is high and the amount of addition increases, so that the fine particles are raised on the fiber surface. -It has the disadvantage that the processing equipment is worn during work involving high-speed rotation in the false twisting process. In addition, the unit price of far-infrared fibers is very expensive, which is mainly due to the high cost of producing the powder itself, and the reduction in production associated with lowering the rotational speed to avoid equipment wear and The cause is an increase in cost.
また、従来の遠赤外線放射機能を有する繊維の多くは、繊維表面の処理、または合成反応時に遠赤外線放射機能を有するセラミックス粉末を添加することでその機能が付与されている。しかし、効果の持続性が良好でなく、８０℃まで加熱しなければ遠赤外線放射機能が発揮され得ないため、応用に不便である。 Further, many of the conventional fibers having a far-infrared radiation function are provided with the function by adding ceramic powder having a far-infrared radiation function during fiber surface treatment or synthesis reaction. However, the sustainability of the effect is not good, and the far-infrared radiation function cannot be exhibited unless heated to 80 ° C., which is inconvenient for application.
そこで、上述のような諸問題に対応すべく、ここ数年における遠赤外線織物は、使用の便利性・遠赤外線効果・耐洗の改善という側面から研究が進められ、添加量を抑えて、回収性、低硬度性を有し、かつ繊維にナノ分散を達成させ得る遠赤外線放射機能材料の研究開発が世界各国で盛んに行われている。 Therefore, in order to deal with the above-mentioned problems, far-infrared fabrics in the past few years have been studied from the viewpoints of convenience of use, far-infrared effect, and improvement in washing resistance. Research and development of far-infrared radiation functional materials that have high properties and low hardness and that can achieve nano-dispersion in fibers are being actively conducted in various countries around the world.
ところで、遠赤外線放射機能を有する人工繊維または織物の製造において、人工繊維自体は放射機能を備えないので、織物加工時に遠赤外線放射機能を有する無機原料を含浸／吸着させる、もしくは塗布する、または高分子合成反応時もしくは紡糸時に無機原料を添加する必要がある。よって、使用する無機原料の種類、および繊維または高分子との混合方式によって、製品の品質、機能およびコストは大いに左右される。 By the way, in the production of artificial fibers or fabrics having a far-infrared radiation function, the artificial fibers themselves do not have a radiation function. It is necessary to add an inorganic raw material at the time of molecular synthesis reaction or spinning. Therefore, the quality, function and cost of the product are greatly influenced by the kind of inorganic raw material used and the mixing method with the fiber or polymer.
遠赤外線放射機能繊維に関する技術としては、酸化マグネシウム２５％、酸化カルシウム４０％、酸化ジルコニウム６．５％、酸化シリコン１５％、プラセオジム２％およびセリウム１１．５％を研摩し、１ミクロンの粉末にしてから混合することにより高硬度な遠赤外線セラミックス粉末を作製する、遠赤外線放射機能を備えた繊維の製造方法（特許文献１参照）、添加する遠赤外線放射機能材料が粉末状の炭化プラセオジムまたは二酸化プラセオジムであり、硬度の高い、遠赤外線放射用の主原料並びにこの主原料を混入した合成繊維の製造方法および成形製品（特許文献２参照）、添加する遠赤外線放射機能材料が酸化プラセオジム、酸化アルミニウム、二酸化チタン、カオリン、酸化マグネシウムなど、およびこれらの混合物であり、温度３０℃、波長４〜２５μｍの範囲における平均放射率が６５％以上であって、硬度の高い、蓄熱保温性繊維および織物ならびにその製造方法（特許文献３参照）、Ａｌ2Ｏ3（２５〜４０ｗｔ％）、ＳｉＯ2（２０〜３５ｗｔ％）、ＺｎＯ（３〜１０ｗｔ％）、ＭｇＯ（２〜５ｗｔ％）、ＢａＳＯ4（３〜８ｗｔ％）、ＣａＯ（３〜１０ｗｔ％）、Ｓｂ2Ｏ3（２〜８ｗｔ％）、ＴｉＯ2（２〜８ｗｔ％）、Ｆｅ2Ｏ3（１〜３ｗｔ％）およびＢ2Ｏ3（２〜５ｗｔ％）から組成されるセラミックス粉末よりなり、常温下における波長８〜２５μｍの範囲の遠赤外線放射率が平均９０％を下回らず、高硬度な、遠赤外線放射作用を持つ複合材料（特許文献４参照）、ならびに、二酸化シリコン、二酸化プラセオジム、三酸化二鉄または酸化銅を含有したセラミックス粉末からなり、高硬度な、遠赤外線放射性ダフロン繊維（特許文献５参照）がそれぞれ報告されている。 As far-infrared radiation functional fiber technology, 25% magnesium oxide, 40% calcium oxide, 6.5% zirconium oxide, 15% silicon oxide, 2% praseodymium and 11.5% cerium are polished to a 1 micron powder. A far-infrared ceramic powder having a high-infrared radiation function (see Patent Document 1), and a far-infrared radiation functional material to be added is powdered praseodymium carbide or carbon dioxide The main raw material for far infrared radiation, which is praseodymium and has high hardness, and the synthetic fiber production method and molded product mixed with this main raw material (see Patent Document 2), and the far infrared radiation functional material to be added is praseodymium oxide, aluminum oxide , Titanium dioxide, kaolin, magnesium oxide etc., and mixtures thereof Temperature 30 ° C., there is an average emissivity of 65% or more in the wavelength range of 4 to 25 .mu.m, high hardness, (see Patent Document 3) heat storage thermal insulation fibers and fabrics as well as processes for the preparation thereof, Al 2 O 3 (. 25 to 40wt%), SiO 2 (20~35wt %), ZnO (3~10wt%), MgO (2~5wt%), BaSO 4 (3~8wt%), CaO (3~10wt%), Sb 2 O 3 ( 2 to 8 wt%), TiO 2 ( 2 to 8 wt%), Fe 2 O 3 (1 to 3 wt%) and ceramic powder composed of B 2 O 3 ( 2 to 5 wt%). Far-infrared emissivity in the range of 8 to 25 μm does not fall below 90% on average, and is a high-hardness composite material with far-infrared radiation (see Patent Document 4), as well as silicon dioxide, praseodymium dioxide, ferric trioxide or acid It consists ceramic powder containing copper, high hardness, far-infrared radioactive Dafuron fibers (see Patent Document 5) have been reported, respectively.
しかし、これらの技術において、遠赤外線放射機能を有する無機材料と高分子との重合分散方式は、いずれもマイクロスケールの分散であり、かつ無機材料の硬度が高い。 However, in these technologies, the polymerization dispersion method of an inorganic material having a far-infrared radiation function and a polymer is a microscale dispersion, and the hardness of the inorganic material is high.
また、平均粒径約２．５〜５．０μｍの雲母および平均粒径約８．０〜１３．０μｍの雲母（重量比は、４／６〜８／２）を含有する、繊維に用いる遠赤外線放射性ポリエステル組成物の開示もある（特許文献６参照）が、その高分子との重合分散方式は依然としてマイクロスケール分散であり、この技術によってもナノ分散を実現することはできない。 Further, a far end used for fibers containing mica having an average particle diameter of about 2.5 to 5.0 μm and mica having an average particle diameter of about 8.0 to 13.0 μm (weight ratio is 4/6 to 8/2) There is also disclosure of an infrared radiation polyester composition (see Patent Document 6), but the polymerization dispersion method with the polymer is still microscale dispersion, and nano-dispersion cannot be realized even by this technique.
本発明は、４０〜６０℃において遠赤外線放射機能が生じ、応用範囲が広く、低硬度であり、回収性および効果の持続性を有し、遠赤外線放射機能粘土を含有する高分子／粘土ナノ複合材料を提供することにある。 The present invention has a far-infrared radiation function at 40 to 60 ° C., has a wide range of applications, has a low hardness, has a recoverability and a long-lasting effect, and is a polymer / clay nanoparticle containing a far-infrared radiation functional clay. It is to provide a composite material.
すなわち、本発明は、高分子担体および、該高分子担体中にてナノスケールで分散する遠赤外線放射機能を備えた層状粘土材料からなる高分子／粘土ナノ複合材料に関する。 That is, the present invention relates to a polymer / clay nanocomposite composed of a polymer carrier and a layered clay material having a far-infrared radiation function dispersed in nanoscale in the polymer carrier.
高分子担体が、熱可塑性高分子、熱硬化性高分子、およびこれらの組み合せからなる群より選択されることが好ましい。 The polymer carrier is preferably selected from the group consisting of thermoplastic polymers, thermosetting polymers, and combinations thereof.
層状粘土材料の、４０℃、波長４〜２０μｍの範囲における遠赤外線平均放射率が、５０％より大きいことが好ましい。 The far-infrared average emissivity of the layered clay material in the range of 40 ° C. and wavelength of 4 to 20 μm is preferably larger than 50%.
遠赤外線平均放射率が、８４％より大きいことが好ましい。 The far-infrared average emissivity is preferably greater than 84%.
層状粘土材料のイオン交換量が、７〜２００ｍｅｑ／１００ｇであることが好ましい。 The ion exchange amount of the layered clay material is preferably 7 to 200 meq / 100 g.
層状粘土材料が、スメクタイト粘土（smectite clay）、蛭石（vermiculite）、絹雲母（sericite）、雲母（mica）、およびこれらの混合物からなる群より選択されることが好ましい。 The layered clay material is preferably selected from the group consisting of smectite clay, vermiculite, sericite, mica, and mixtures thereof.
スメクタイト粘土が、モンモリロナイト（montmorillonite）、サポナイト（saponite）、バイデライト（beidellite）、ノントロナイト（nontronite）、ヘクトライト（hectorite）、またはこれらの混合物からなる群より選択されることが好ましい。 Preferably, the smectite clay is selected from the group consisting of montmorillonite, saponite, beidellite, nontronite, hectorite, or mixtures thereof.
層状粘土材料が、式（１）で示される組成の天然層状粘土であることが好ましい。
（Ｆｅ2-z-wＡｌZＭｇw）+3（Ｓｉ4-x-yＡｌxＦｅy）+4０10
（ＯＨ）2Ｍn+ (x+y+z)/n・ｍＨ2Ｏ （１）
（式中、ｘ、ｙは、０＜ｘ＜４、０＜ｙ＜４を満たす数であり、ｚ、ｗは、０＜ｚ＜２、０＜ｗ＜２を満たす数であり、ｍは、０．５≦ｍ≦３を満たす数であり、Ｍは金属カチオン、ｎは該金属カチオンの価数を示し、０より大きい数である）
The layered clay material is preferably a natural layered clay having a composition represented by the formula (1).
(Fe 2-zw Al Z Mg w) +3 (Si 4-xy Al x Fe y) +4 0 10
(OH) 2 M n + (x + y + z) / n · mH 2 O (1)
(Wherein x and y are numbers satisfying 0 <x <4 and 0 <y <4, z and w are numbers satisfying 0 <z <2 and 0 <w <2, and m is , 0.5 ≦ m ≦ 3, M is a metal cation, n is a valence of the metal cation, and is a number greater than 0)
層状粘土材料の含有量が、高分子／粘土ナノ複合材料総重量の０．０５〜１０重量％であることが好ましい。 The content of the layered clay material is preferably 0.05 to 10% by weight based on the total weight of the polymer / clay nanocomposite material.
層状粘土材料の含有量が、高分子／粘土ナノ複合材料総重量の０．１〜３重量％であることが好ましい。 The content of the layered clay material is preferably 0.1 to 3% by weight based on the total weight of the polymer / clay nanocomposite material.
４０〜６０℃において遠赤外線を放射することが好ましい。 It is preferable to emit far-infrared rays at 40 to 60 ° C.
人工繊維、織物、保温用品、健康促進用の温熱シート用の高分子／粘土ナノ複合材料に関する。 The present invention relates to polymer / clay nanocomposites for artificial fibers, fabrics, heat-retaining products, and thermal sheets for promoting health.
本発明の遠赤外線放射機能粘土を含有する高分子／粘土ナノ複合材料は、特定の層状粘土材料を用いることにより、該粘土が高分子担体中にてナノ分散状態で存在する。よって、添加量が少量でもその効果が顕著であって、４０〜６０℃において遠赤外線放射機能が生じ、応用範囲が広く、低硬度であり、回収性および効果の持続性を有し、遠赤外線放射機能粘土を含有する高分子／粘土ナノ複合材料を提供することにある。 The polymer / clay nanocomposite containing the far-infrared radiation function clay of the present invention is present in a nano-dispersed state in a polymer carrier by using a specific layered clay material. Therefore, even if the addition amount is small, the effect is remarkable, the far infrared radiation function is generated at 40 to 60 ° C., the application range is wide, the hardness is low, the recoverability and the effect persistence, the far infrared radiation It is to provide a polymer / clay nanocomposite containing a radiation functional clay.
本発明の遠赤外線放射機能粘土を含有する高分子／粘土ナノ複合材料は、高分子担体と、遠赤外線機能を備えた層状粘土材料からなり、遠赤外線機能を備えた層状粘土材料は、該高分子担体中をナノスケールで分散している。 The polymer / clay nanocomposite containing the far-infrared radiation function clay of the present invention comprises a polymer carrier and a layered clay material having a far-infrared function, and the layered clay material having a far-infrared function is The molecular carrier is dispersed on the nanoscale.
本発明の高分子／粘土ナノ複合材料は、３６〜６０℃において遠赤外線を放射することが好ましく、より好ましくは４０〜６０℃であり、さらに好ましくは４０〜４５℃である。本発明の高分子／粘土ナノ複合材料は、４０〜６０℃で遠赤外線を放射するため、人工繊維、織物、衣類などを含む保温用品、温熱シートなど、幅広く応用することができる。 The polymer / clay nanocomposite material of the present invention preferably emits far infrared rays at 36 to 60 ° C, more preferably 40 to 60 ° C, and further preferably 40 to 45 ° C. Since the polymer / clay nanocomposite material of the present invention emits far infrared rays at 40 to 60 ° C., the polymer / clay nanocomposite material can be widely applied to heat insulation products including artificial fibers, fabrics, clothing, and the like, and heat sheets.
本発明に使用される層状粘土材料の、４０℃、波長４〜２０μｍの範囲における遠赤外線平均放射率が、５０％より大きいことが好ましく、８４％より大きいことがより好ましい。遠赤外線平均放射率が、５０％以下であると応用に際して機能が充分に発揮されず、応用する価値がなくなる傾向がある。 The far-infrared average emissivity of the layered clay material used in the present invention in the range of 40 ° C. and wavelength of 4 to 20 μm is preferably greater than 50%, and more preferably greater than 84%. When the far-infrared average emissivity is 50% or less, the function is not sufficiently exhibited in application, and the value of application tends to be lost.
層状粘土材料のイオン交換量が、７〜２００ｍｅｑ／１００ｇであることが好ましい。イオン交換量が、この範囲を外れると、複合材料において層状粘土材料が充分にナノ分散を形成することができなくなる傾向にある。 The ion exchange amount of the layered clay material is preferably 7 to 200 meq / 100 g. If the ion exchange amount is out of this range, the layered clay material tends to be unable to form nano-dispersions sufficiently in the composite material.
層状粘土材料としては、スメクタイト粘土（smectite clay）、蛭石（vermiculite）、絹雲母（sericite）、雲母（mica）、およびこれらの組み合せがあげられる。スメクタイト粘土としては、モンモリロナイト（montmorillonite）、サポナイト（saponite）、バイデライト（beidellite）、ノントロナイト（nontronite）、ヘクトライト（hectorite）、またはこれらの混合物があげられる。このうち、鉄・マグネシウム・チタンのケイ酸塩化合物を含有した絹雲母、モンモリロナイトまたはノントロナイトが好ましく、式（１）の化学組成式で示されるスメクタイト類粘土、絹雲母または雲母などの天然層状粘土材料であるとより好ましい。これらは、層状構造とイオン交換特性の両方を備えているため、高分子材料と高分子合成させることで、高分子／粘土ナノ複合材料が得られる。 Layered clay materials include smectite clay, vermiculite, sericite, mica, and combinations thereof. Smectite clays include montmorillonite, saponite, beidellite, nontronite, hectorite, or mixtures thereof. Of these, sericite, montmorillonite, or nontronite containing an iron / magnesium / titanium silicate compound is preferable, and a natural layered material such as smectite clay, sericite, or mica represented by the chemical composition formula (1). A clay material is more preferable. Since these have both a layered structure and ion exchange characteristics, polymer / clay nanocomposites can be obtained by polymer synthesis with a polymer material.
（Ｆｅ2-z-wＡｌZＭｇw）+3（Ｓｉ4-x-yＡｌxＦｅy）+4０10
（ＯＨ）2Ｍn+ (x+y+z)/n・ｍＨ2Ｏ （１）
(Fe 2-zw Al Z Mg w) +3 (Si 4-xy Al x Fe y) +4 0 10
(OH) 2 M n + (x + y + z) / n · mH 2 O (1)
式中、ｘ、ｙは、０＜ｘ＜４、０＜ｙ＜４を満たす数であり、ｚ、ｗは、０＜ｚ＜２、０＜ｗ＜２を満たす数であり、ｍは、０．５≦ｍ≦３を満たす数であり、Ｍは粘土層間（主要構造ではない）中の金属カチオン、ｎは粘土層間中の金属カチオンの価数を表し、０より大きい数である。例えば、ＭがＦｅ+2である場合、ｎ＝２となる。 In the formula, x and y are numbers satisfying 0 <x <4 and 0 <y <4, z and w are numbers satisfying 0 <z <2 and 0 <w <2, and m is M is a number satisfying 0.5 ≦ m ≦ 3, M represents a metal cation in the clay layer (not the main structure), and n represents a valence of the metal cation in the clay layer, which is a number greater than 0. For example, when M is Fe +2 , n = 2.
本発明に使用される高分子担体は、熱可塑性高分子、熱硬化性高分子、およびこれらの組み合わせからなる群より選択された高分子材料からなる。 The polymer carrier used in the present invention is made of a polymer material selected from the group consisting of thermoplastic polymers, thermosetting polymers, and combinations thereof.
高分子材料としては、ナイロン６、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂、ゴム、ポリイミド（ＰＩ）またはポリウレタン（ＰＵ）などがあげられるが、これらに限定されるものではなく、高分子／粘土ナノ複合材料の用途に応じて適宜材料を選択すればよい。 Examples of the polymer material include nylon 6, polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), polystyrene (PS), methacrylic resin (PMMA), ABS resin, epoxy resin, rubber, polyimide (PI), and polyurethane (PU). However, the present invention is not limited to these, and a material may be appropriately selected according to the use of the polymer / clay nanocomposite material.
本発明で使用する層状粘土材料の含有量は、高分子／粘土ナノ複合材料総重量の０．０５〜１０重量％であるのが好ましく、０．１〜７重量％であることがより好ましい。層状粘土材料の含有量が１０重量％をこえると、複合材料を作製することはできるものの、複合材料において層状粘土材料が充分にナノ分散を形成することができない傾向にあり、また、０．０５重量％未満であると、複合材料は効果的な遠赤外線放射機能を発揮できない傾向にある。 The content of the layered clay material used in the present invention is preferably 0.05 to 10% by weight, more preferably 0.1 to 7% by weight, based on the total weight of the polymer / clay nanocomposite material. When the content of the layered clay material exceeds 10% by weight, the composite material can be produced, but the layered clay material tends not to sufficiently form nano-dispersion in the composite material. When the content is less than% by weight, the composite material tends not to exhibit an effective far-infrared radiation function.
本発明の遠赤外線放射機能粘土を含有する高分子／粘土ナノ複合材料を用いて、人体用の人工繊維または織物を作製する場合は、層状粘土材料の含有量は、高分子／粘土ナノ複合材料総重量に対して０．１〜３重量％であることが好ましい。含有量が、３重量％をこえると、結晶化速度が高すぎて紡績加工を施すことができなくなる傾向にあり、含有量が０．１重量％よりも小さいと、放射率が０．６％未満となり、商業的利用価値がなくなるからである。 When the artificial fiber or woven fabric for the human body is produced using the polymer / clay nanocomposite containing the far infrared radiation functional clay of the present invention, the content of the layered clay material is the polymer / clay nanocomposite. It is preferably 0.1 to 3% by weight based on the total weight. If the content exceeds 3% by weight, the crystallization rate tends to be too high to be spun, and if the content is less than 0.1% by weight, the emissivity is 0.6%. This is because the commercial use value is lost.
本発明の高分子／粘土ナノ複合材料の製造方法を次に説明する。 Next, a method for producing the polymer / clay nanocomposite of the present invention will be described.
前記条件に適合する層状粘土材料を選定し、粘土の表面改質技術により有機改質粘土を作製する。表面改質技術としては、例えば、４級アンモニウム塩類の改質剤を用いた改質法、触媒を用いた層間挿入（intercalete）による改質法、または開始剤を用いた層間挿入による改質法などがあげられる。次に、有機改質粘土と高分子材料を混合し、溶融混錬、オリゴマー層間挿入またはモノマー重合などを行って、有機改質粘土と高分子材料とを複合し、粘土の層間を剥離させて、高分子構造中に有機改質粘土をナノ分散状態で存在させ、高分子／粘土ナノ複合材料を形成する。 A layered clay material that meets the above conditions is selected, and an organically modified clay is prepared by a surface modification technique of clay. Examples of surface modification techniques include a modification method using a quaternary ammonium salt modifier, a modification method using intercalete using a catalyst, or a modification method using interlayer insertion using an initiator. Etc. Next, organically modified clay and polymer material are mixed, melt kneaded, oligomer intercalation or monomer polymerization, etc., combined with organically modified clay and polymer material, and the clay layer is peeled off. The organic modified clay is present in a nano-dispersed state in the polymer structure to form a polymer / clay nanocomposite.
本発明の高分子／粘土ナノ複合材料からなる複合材料製品は、使用した粘土のモース硬度が低いため、紡糸をするに当たって後加工プロセスで設備を摩損することは無い。また、粘土は高分子においてナノ分散状態で存在するため、分散が均一であるうえ、遠赤外線放射機能を有する部分の表面積が大きくなり、遠赤外線放射率が高い粘土層にその分子の特性を充分に発揮させることができ、遠赤外線放射機能が増強され得る。よって、本発明の高分子／粘土ナノ複合材料は、添加量が少量でもその効果が顕著であり、低コストで、耐洗性を有する上、回収・再利用することで破損しその機能が低下するという心配もない。 Since the composite product made of the polymer / clay nanocomposite of the present invention has a low Mohs hardness of the clay used, the equipment is not worn in the post-processing process when spinning. In addition, since clay exists in a nano-dispersed state in the polymer, the dispersion is uniform, the surface area of the part having the far-infrared radiation function is increased, and the clay has a high far-infrared emissivity, and the molecular properties are sufficient. The far infrared radiation function can be enhanced. Therefore, the effect of the polymer / clay nanocomposite material of the present invention is remarkable even if the addition amount is small, and it is low-cost, has washing resistance, is damaged by recovery and reuse, and its function is reduced. There is no worry of doing.
さらに、所望の用途に応じて、本発明の高分子／粘土ナノ複合材料に有機もしくは無機充填剤、酸化防止剤、ＵＶ吸収剤、光安定剤、静電気防止剤、可塑剤、延焼阻止剤または潤滑剤などを添加することもできる。 Furthermore, depending on the desired application, the polymer / clay nanocomposite of the present invention can be applied to organic or inorganic fillers, antioxidants, UV absorbers, light stabilizers, antistatic agents, plasticizers, fire spread inhibitors or lubrication. An agent or the like can also be added.
本発明の遠赤外線放射機能粘土を含有する高分子／粘土ナノ複合材料は、人工繊維または織物に応用できる他、保温用品（衣類も含む）または健康促進のための温熱シートに用いることも可能である。 The polymer / clay nanocomposite material containing the far-infrared radiation function clay of the present invention can be applied to artificial fibers or fabrics, and can also be used as a warming article (including clothing) or a thermal sheet for promoting health. is there.
本発明がより理解されるように、以下に、図面と対応させながら好適な実施例をあげて詳細に説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。 In order that the present invention may be better understood, the present invention will be described in detail below with reference to preferred embodiments in correspondence with the drawings, but the present invention is not limited thereto.
（放射率測定）
ＦＴ−ＩＲ分光光度計（米国バイオ・ラッド（ＢＩＯ−ＲＡＤ）社製、ＦＴＳ−６０）を利用して、黒体との比から、４０℃、遠赤外線波長５〜２０μｍの測定条件で放射率を測定した。
(Emissivity measurement)
Using an FT-IR spectrophotometer (FTS-60, manufactured by Bio-Rad (USA), emissivity under the measurement conditions of 40 ° C. and far-infrared wavelength of 5 to 20 μm from the ratio with the black body. Was measured.
実施例で使用したモンモリロナイト（サンプル番号：ＰＫ８０２）、ノントロナイト（サンプル番号：ＰＫ８０５）、絹雲母（サンプル番号：ＣＬ１１）の放射率を測定した結果を表１に示す。表１より、いずれの粘土材料サンプルも、４０℃、遠赤外線波長５〜２０μｍにおける放射率が８４％よりも大きいことがわかる。また、これらの粘土のイオン交換量は、いずれも７〜２００ｍｅｑ／１００ｇの範囲内である。 Table 1 shows the results of measuring emissivities of montmorillonite (sample number: PK802), nontronite (sample number: PK805), and sericite (sample number: CL11) used in the examples. From Table 1, it can be seen that all the clay material samples have an emissivity of greater than 84% at 40 ° C. and a far-infrared wavelength of 5 to 20 μm. Moreover, the ion exchange amount of these clays is in the range of 7 to 200 meq / 100 g.
４０℃下における遠赤外線平均放射率が、９１．９％である、平均粒径２μｍのモンモリロナイト（サンプル番号ＰＫ８０２）の精製、およびナトリウムイオン交換により改質を行った。その後、改質したモンモリロナイト、ＣＰＬ（カプロラクタム）、Ｈ2、Ｈ3ＰＯ4を、１５：１５００：２３．５：５．１の比率で混合して、常圧で重合反応を進行させた。そして、約５分間窒素を吹き込みながら、９０℃で１から３時間攪拌した後、２６０℃まで昇温し、乾燥させた。続いて、２６０℃で１時間かけて水１５ｃｃを加え、この温度を保持して５時間反応させた後、その結果物を取り出し小片にし、カプロラクタムの残留量が５ｗｔ％より小さくなるまで水洗いしてから、乾燥させ、本発明に係る遠赤外線放射機能粘土を含有する高分子／粘土ナノ複合材料を得た。図１に示されるように、走査型電子顕微鏡の観察において、層状粘土材料１がナノスケールで高分子（ナイロン６）担体２中に分散している様子が認められた。図１中、黒い線状の部分が層状粘土材料１を示し、灰色の部分が高分子担体２を示す。得られた複合材料の４０℃における遠赤外線平均放射率は、８８．４％であった。
The far-infrared average emissivity at 40 ° C. was 91.9%, and the montmorillonite (sample number PK802) with an average particle diameter of 2 μm was purified and modified by sodium ion exchange. Thereafter, the modified montmorillonite, CPL (caprolactam), H 2 and H 3 PO 4 were mixed at a ratio of 15: 1500: 23.5: 5.1, and the polymerization reaction was allowed to proceed at normal pressure. The mixture was stirred at 90 ° C. for 1 to 3 hours while blowing nitrogen for about 5 minutes, and then heated to 260 ° C. and dried. Subsequently, 15 cc of water was added over 1 hour at 260 ° C., and the reaction was carried out for 5 hours while maintaining this temperature. The resulting product was taken out into small pieces and washed with water until the residual amount of caprolactam was less than 5 wt%. The polymer / clay nanocomposite containing the far infrared radiation functional clay according to the present invention was obtained. As shown in FIG. 1, in the observation with a scanning electron microscope, it was recognized that the layered
粘土材料を、４０℃下における遠赤外線平均放射率（遠赤外線波長４〜２０μｍの範囲）が、９２．７％である、平均粒径５μｍのノントリナイト（サンプル番号ＰＫ８０５）に替えた以外は、実施例１と同様にして、赤外線放射機能粘土を含有した高分子／粘土ナノ複合材料を得た。図２に示されるように、走査型電子顕微鏡の観察において、層状粘土材料１がナノスケールで高分子（ナイロン６）担体２中に分散して様子が認められた。図２中、黒色の線状部分および黒色の塊部分が層状粘土材料１を示し、灰色の部分が高分子担体２を示す。得られた複合材料の４０℃における遠赤外線平均放射率は、８８．８％であった。
Except for changing the clay material to non-trinite (sample number PK805) having an average particle diameter of 5 μm and a far-infrared average emissivity at 40 ° C. (range of far infrared wavelength of 4 to 20 μm) of 92.7%. In the same manner as in Example 1, a polymer / clay nanocomposite containing infrared radiation functional clay was obtained. As shown in FIG. 2, in observation with a scanning electron microscope, it was observed that the layered
粘土材料を、４０℃下における遠赤外線平均放射率（遠赤外線波長４〜２０μｍの範囲）が、８７．３％である、平均粒径５μｍの絹雲母（サンプル番号ＣＬ１１）に替えた以外は、実施例１と同様にして、赤外線放射機能粘土を含有したナノ複合材料を得た。図３に示されるように、走査型電子顕微鏡の観察において、層状粘土材料１がナノスケールで高分子（ナイロン６）担体２中に分散している様子が認められた。図３の中央部分にある黒色の線状部分が層状粘土材料１を示し、その他の白色または灰色の部分が高分子担体２を示す。得られた複合材料の４０℃における遠赤外線の平均放射率は、８４．７％であった。
Except for changing the clay material to sericite (sample number CL11) having an average particle diameter of 5 μm, the far-infrared average emissivity at 40 ° C. (range of far-infrared wavelength of 4 to 20 μm) is 87.3%, In the same manner as in Example 1, a nanocomposite material containing infrared radiation functional clay was obtained. As shown in FIG. 3, in the observation with a scanning electron microscope, it was recognized that the layered
本発明実施例１から３によって得られた高分子／粘土ナノ複合材料の遠赤外線放射率をそれぞれ測定したところ、表２のような結果となった。 When the far-infrared emissivity of the polymer / clay nanocomposites obtained by Examples 1 to 3 of the present invention was measured, the results shown in Table 2 were obtained.
以上、好適な実施例を用いて本発明を説明したが、本発明の原理を説明するための最良の態様を提示したものであり、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。また、本発明は、当業者であれば明白である各種変更および均等なアレンジができるものである。すなわち、添付の特許請求の範囲は、かかる各種変更および均等なアレンジが全て包含されるように、最も広い意味に解釈されるべきである。 Although the present invention has been described using the preferred embodiments, the best mode for explaining the principle of the present invention is presented, and the present invention is not limited to these embodiments. Further, the present invention can be variously modified and arranged equally as will be apparent to those skilled in the art. In other words, the appended claims should be construed in the broadest sense so as to encompass all such modifications and equivalent arrangements.
１ 層状粘土材料
２ 高分子担体
1
Claims (15)
（Ｆｅ2-z-wＡｌZＭｇw）+3（Ｓｉ4-x-yＡｌxＦｅy）+4０10
（ＯＨ）2Ｍn+ (x+y+z)/n・ｍＨ2Ｏ （１）
（式中、ｘ、ｙは、０＜ｘ＜４、０＜ｙ＜４を満たす数であり、ｚ、ｗは、０＜ｚ＜２、０＜ｗ＜２を満たす数であり、ｍは、０．５≦ｍ≦３を満たす数であり、Ｍは金属カチオン、ｎは該金属カチオンの価数を示し、０より大きい数である） 6. The polymer / clay nanocomposite according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, wherein the layered clay material is a natural layered clay having a composition represented by the formula (1).
(Fe 2-zw Al Z Mg w) +3 (Si 4-xy Al x Fe y) +4 0 10
(OH) 2 M n + (x + y + z) / n · mH 2 O (1)
(Wherein x and y are numbers satisfying 0 <x <4 and 0 <y <4, z and w are numbers satisfying 0 <z <2 and 0 <w <2, and m is , 0.5 ≦ m ≦ 3, M is a metal cation, n is a valence of the metal cation, and is a number greater than 0)
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