JP2010532435A - 指示繊維 - Google Patents

Abstract

繊維、繊維から形成される物品、並びに繊維及び関連する物品を製造する方法を開示する。１つの実施形態では、繊維は合成ポリマー及び色変化指示剤を含む。色変化指示剤は、合成ポリマー全体に分散されている。色変化指示剤は、刺激物の存在下で反応して、色の変化をもたらす。

Description

本発明は、反応指示繊維、指示繊維から構築される物品、及び指示繊維の製造方法に関する。

繊維は、布地、拭き取り用品及び磨き物品のような種々の製品を製造するために、産業全体で使用されている。繊維は、綿のような天然材料、熱可塑性樹脂又は再構成セルロールのような合成材料から形成することができる。熱可塑性樹脂から製造される繊維は、不織布物品を製造するのに特に有用である。熱可塑性樹脂から製造される不織布物品の例は、ミネソタ州セントポール（St. Paul）の３Ｍから入手可能なスコッチブライト（Scotch-Brite）（登録商標）磨きパッドである。種々の不織布物品は、ポリマー系繊維から製造され、極めて剛性である物品から非常にドレープ性である（drapeable）物品まで多岐に及び、種々の目的、特に清浄化目的に役立ち得る。

ポリマー繊維は、種々の既知の加工技術で種々のサイズに製造することができ、この加工技術からはマイクロ繊維及びナノ繊維を得ることができる。マイクロ繊維及びナノ繊維を用いて、不織布物品のような物品を製造することができる。マイクロ繊維及びナノ繊維の直径は非常に小さく、これによりマイクロ繊維又はナノ繊維から形成される物品は非常に大きな表面積を有するものが得られる。清浄化目的の場合、大きな表面積は、汚れた表面からごみ、くず、及び油を捕獲し、保持するのに役立つ。熱可塑性マイクロ繊維物品の１例は、ミネソタ州セントポール（St. Paul）の３Ｍから入手可能なスコッチブライト（Scotch-Brite）（登録商標）台所用布巾である。

ポリマー系繊維から形成される物品は、種々の既知の加工方法から製造できる。一般的には、これらの加工技術により、安価に繊維を製造し、それらの繊維から物品を製造することが可能となり得る。それ故、ポリマー繊維から得られる物品は、使い捨て物品、特に使い捨て清浄化物品として好適である。

清浄化用途では、例えば台所及び浴室等に、生物学的汚染物質又は大腸菌又はサルモネラ菌のような微生物が存在する場合がある。ユーザが拭き取り用品で表面を清浄化する場合、ユーザは汚れを広げるか又は汚れを捕獲するか、になり得る。しかしながら、いずれの状況でも、ユーザは、清浄化後の表面が本当に清浄であることを確かめることはできない。清浄環境をもたらすために、ユーザは表面の清浄度の指標を必要としている。

繊維、繊維から形成される物品、並びに繊維及び関連する物品を製造する方法を開示する。繊維は、刺激物に応答して視覚的指標を与えることができる色変化指示剤を含む。１つの実施形態では、視覚的指標は、拭き取られる表面の清浄度を表すものである。

１つの実施形態では、合成ポリマー及び色変化指示剤を含む繊維を開示する。色変化指示剤は、合成ポリマー全体に分散される。色変化指示剤は、刺激物の存在下で反応して、色の変化をもたらす。

１つの実施形態では、表面上の物質の存在を示すための物品は複数の繊維を含み、繊維の少なくとも一部が、合成ポリマーと、刺激物の存在下で反応して物品の作業面上で色の変化をもたらす、合成ポリマー全体に分散している色変化指示剤とを含む、色指示繊維である。１つの実施形態では、物品は、織布物品、編み物品、又は不織布物品であってもよい。

１つの実施形態では、繊維の製造方法は、合成ポリマーを提供する工程と、色変化指示剤を提供する工程と、色変化指示剤を合成ポリマー全体に分散させる工程と、繊維を形成する工程とを含む。１つの実施形態では、繊維の形成は、メルトブローイング、スパンボンド、溶融紡糸、乾式紡糸、湿式紡糸及びゲル紡糸又は電界紡糸であってもよい。

繊維、繊維から形成される物品、並びに繊維及び関連する物品を製造する方法を開示する。繊維は、刺激物に応答して視覚的指標を与えることができる色変化指示剤を含む。繊維は、合成ポリマー及び色変化指示剤を含む。

１つの実施形態では、指示繊維の合成ポリマーは、熱可塑性材料を含む。好適な熱可塑性材料としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ナイロン、ポリオレフィン（例えば、ポリプロピレン及びポリエチレン）、ポリ（エチレンビニルアルコール）コポリマー（ＰＥＶＯＨ）、ポリ（プロピレンビニルアルコール）コポリマー（ＰＰＶＯＨ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）又はこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。別の実施形態では、合成ポリマーの繊維は、レーヨンを含む再生セルロースを含む。

「色変化指示剤」は、刺激物と相互作用して、視覚的に認識可能な色の変化をもたらす、１種又はそれ以上の化学化合物である。刺激物は、特定の色変化指示剤を反応させるための、ｐＨ、タンパク質、アミン、グルコースを含む糖、又はヘモグロビン／ミオグロビンであってもよい。典型的には、刺激物は、特定の汚染物質に関連する。例えば、色変化指示剤がアミノ基に応答する場合、色変化指示剤はタンパク質に応答する。タンパク質は食肉中に存在する。牛肉のような食肉製品は大腸菌を保有する恐れがあり、鶏肉はサルモネラ菌を保有する恐れがある。それ故、アミノ基に応答する色変化指示剤は、肉のタンパク質が存在し、大腸菌又はサルモネラ菌のような汚染物質が存在する恐れがあることを示すことができる。

１つの実施形態では、色変化指示剤は、室温条件下で１５分以内に視覚的に認識可能な色の変化をもたらす。繊維の具体的な用途に応じて、５分以内、又は更には２分以内に視覚的に認識可能な色の変化が生じることが望ましい場合がある。

色変化指示剤は、合成ポリマー全体に分散される。それ故、指示繊維の断面では、色変化指示剤がその断面の至る所に分散している。これは、染料が本質的に繊維の表面上にコーティングされ、全体に分散しないように、形成後に染料で処理される繊維と区別される。１つの実施形態では、色変化指示剤は、合成ポリマー全体に均一に分散される。それ故、指示繊維の断面では、色変化指示剤は指示繊維全体に均一に分散している。１つの実施形態では、色変化指示剤は、繊維の０．１〜１５重量％存在してよい。更なる実施形態では、色変化指示剤は、指示繊維の１〜１０重量％存在してよい。

１つの実施形態では、色変化指示剤は、官能基を含み、官能性色変化指示剤である。「官能性色変化指示剤」は、合成ポリマーの反応基と共有結合を形成することができる官能基を有する色変化指示剤である。上述のように、官能性色変化指示剤は、合成ポリマー全体に分散して、合成ポリマーと共有結合することができる。合成ポリマーに共有結合した官能性色変化指示剤は、非官能性色変化指示剤を加工できるのと同じ方法で、以下に記載するように更に加工することができる。その開示が本明細書に参照することにより組み込まれる、２００７年６月２９日に出願された、「ニンヒドリン官能性ポリマー（Ninhydrin Functionalized Polymer）」と題された米国特許出願第６０／９４７，０３０号には、繊維に加工されるのに好適であり得るニンヒドリン官能性ポリマーが開示されている。

１つの好適な色変化指示剤は、アミノ酸、アミン及びアミノ糖の存在下で化学的に反応して、ルーヘマン（Ruhemann）紫と呼ばれる鮮やかな紫色の生成物を形成するニンヒドリンである。それ故、ニンヒドリンは、タンパク質のアミノ基と反応することにより、タンパク質を検出することができる。ニンヒドリンは、トリケトヒドリンデン（triketohydrindane）水和物、２，２−ジヒドロキシ−１，３−インダンジオンとして水和物構造で市販されている。室温で、水和物は、安定で、淡黄色の、わずかに吸湿性の結晶質粉末である。特定の溶液では、ケトン１，２，３−インダントリオンが３％未満存在してもよい。反応を以下に示す。

１つの実施形態では、色変化指示剤の、刺激物の存在下で色の変化をもたらす能力が維持される限り、以下に示すような、官能性ニンヒドリンを、ＰＶＡのような反応性ヒドロキシル基を有する合成ポリマーに組み込み、更に以下に記載するように更に加工し、以下記載するように物品を製造してよい。

好適であり得る、別の色変化指示剤は、ビシンコニン酸（ＢＣＡ）アッセイである。ＢＣＡアッセイでは、硫酸銅（ＣｕＳＯ_４）が塩基性条件でタンパク質と反応し、Ｃｕ^２＋イオンをＣｕ^＋に還元する。次いで、Ｃｕ^＋イオンはＢＣＡと錯体化して、紫色の錯体を形成する。全てタンパク質の存在下で色の変化をもたらすことができる、ブラッドフォード（Bradford）アッセイ（クマシーブリリアントブルーＧ−２５０）、ローリーアッセイ、ビウレットアッセイを、用いる構成成分に組み込んで繊維を形成してもよい。更に、ヘモグロビン及びグルコース検出系を用いてもよい。１つのヘモグロビン系は、緩衝液中の３，３’５，５’−テトラメチルベンジジン（ＴＭＢ）及びクメンヒドロペルオキシドである。別のヘモグロビン系は、緩衝液中の、３−メチル−２−ベンゾチアゾリノンヒドラゾン塩酸塩一水和物（ＭＢＴＨ）、３−（ジメチルアミノ）安息香酸（ＤＭＡＢ）及び過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）である。他のヘモグロビン系は、緩衝液中のペルオキシド系の、それぞれベンジジン、ｏ−トリジン、ｏ−トルイジン、及びｏ−ジアニシジンである。ＭＢＴＨ／ＤＭＡＢヘモグロビン検出系を、グルコースオキシダーゼ及びセイヨウワサビのようなペルオキシダーゼを添加することにより修飾して、グルコースを検出するために用いることもできる。ＫＩ／グルコースオキシダーゼ／ペルオキシダーゼのような、他の系を用いて、グルコースを検出することもできる。他のものとともに、これらを用いる構成成分に組み込み、繊維を形成することもできると考えられる。

指示繊維及び最終的には指示繊維から製造される物品を、人間又はペットと接触する表面上で使用する実施形態では、色指示剤は安全かつ非毒性であるものを選択すべきである。他の添加剤を繊維に含んでもよい。接着剤、酸化防止剤、染料、顔料、界面活性剤、石鹸、洗剤、抗微生物剤、及び繊維仕上げ剤等であるが、これらに限定されない添加剤が繊維中に存在してもよい。

繊維は、種々の既知の加工技術で製造して、繊維のサイズ、形状及び長さを変動させてもよい。マイクロ繊維及びナノ繊維の製造も範囲内である。ナノ繊維は、特に独特の指示繊維を提供する。ナノ繊維から構成される物品は、一般に、大きな表面積を有する。色変化指示剤が、直ちに刺激物と反応させることが可能であるため、この特性は色変化指示剤の反応時間を早めることができると考えられる。更に、ナノ繊維の加工により、色変化指示剤を繊維の一部としてより一体的に形成することができる。

色変化指示剤を含む、指示繊維を製造するために、種々の既知の加工技術を用いてもよい。１つのプロセスはメルトブローイングと呼ばれる。典型的なメルトブローンプロセスでは、ペレット又は他の固体材料を押出成形機に導入して、そこでブレンドを加熱し、次いでメルトブローンダイに導入する。メルトブローイングは通常熱可塑性ポリマーで行われるが、このプロセスを用いてポリマー溶液を繊維に成形することもできる。指示繊維を製造するためのメルトブローンプロセスでは、固体形態の色変化指示剤を、押出成形機に入れる前に乾燥材料と混合してもよく、又は、液体形態の色変化指示剤を押出成形機に直接加えてもよい。あるいは、色変化指示剤は、繊維形成プロセス前に、高濃度で配合してもよい。この予め配合されたマスターバッチは、次いで、配合されていない材料とともに、プロセスに導入されて、所望の色変化指示剤濃度を有する繊維が生成される。

このプロセスでは、色変化指示剤及び他の材料は、加熱され、ブレンドされ、合成ポリマーに組み込まれる。色変化指示剤と合成ポリマーとが比較的相溶性であるように、合成ポリマー及び色変化指示剤、並びに必要に応じて他の材料を選択することが望ましい。合成ポリマーと色変化指示剤とが相溶性であることは、形成される指示繊維に色変化指示剤が固定され、色変化指示剤が合成ポリマー指示繊維からしみ出し、分離し、最終的には表面上で拭き取られるのを防ぐと考えられる。界面活性剤の添加により、色変化指示剤に対してより相溶性のある溶液が得られ、色変化指示剤を合成ポリマーに分散させることができる。また、色変化指示剤は、メルトブローイングプロセスの条件に耐え得る必要がある。

スパンボンドは、指示繊維の製造に用いることができる、繊維を製造するための別のプロセスである。米国特許第３，３３８，９９２号には、スパンボンド繊維の製造方法が開示されている。スパンボンドはメルトブローンプロセスと類似のプロセスであるため、固体状態又は液体の色変化指示剤は、押出成形機に導入され、ブレンドされ、指示繊維を加工する前に合成ポリマーに組み込まれる。合成ポリマー溶液が利用されるため、指示繊維をスパンボンドプロセスで製造する際には、相溶性及び加工条件に耐えられる色変化指示剤に関して同じ考慮事項が当てはまる。

連続指示繊維は、溶融紡糸、乾式紡糸、湿式紡糸及びゲル紡糸を含む多数の異なる方法により紡糸できる。一般に実施されている長繊維形成技術の説明は、アンジェイ・ジアビッキ（Andrzej Ziabicki）による、繊維形成の基本（Fundamentals of Fibre Formation）に見い出すことができる。一般に、これらのプロセスは、流体、溶融物又は溶液のいずれかから、ダイを通して繊維を押し出す。メルトブローンプロセスに関して上述したように、色変化指示剤を流体に添加してよい。押出品をダイから引き出し、押出品を繊維に成形する。引き出しプロセス中、繊維形成材料を、冷却、乾燥又は化学反応のいくつかの組み合わせによって固化する。固化した繊維は、次いで、巻き取られるか、又は追加の加工過程に運ばれる。紡糸後、繊維を種々の後処理工程に供してよい。後処理工程の例としては、圧縮、切断、乾燥、ヒートセット、後延伸、コーティング、及び撚りが挙げられる。

電界紡糸は、指示繊維を製造するために用いることが可能な別のプロセスである。電界紡糸は、ナノ繊維のような非常に直径の小さい繊維の製造に特に適切である。米国特許第１，９７５，５０４号には、電界紡糸プロセスが開示されている。合成ポリマー、色変化指示剤、及び所望により溶媒又は他の加工助剤を含有する繊維形成液体が形成される。電界紡糸に用いるための繊維形成液体は、溶融液、又は電界紡糸プロセス中に繊維形状に固化する物質を含有する液体のいずれかであってもよい。電界紡糸は、一般に、液体の表面における電界の発生を含む。得られる電界により、繊維形成流体は、接地されたコレクタに向かって引かれる連続流として取り出される。繊維形成流体の噴流が長くなり、移動するにつれて、それは固化する。繊維形成流体の固化は、冷却、溶媒の蒸発、若しくは化学反応、又はこれらのいくつかの組み合わせによって達成される。繊維は、接地されたコレクタ上又は繊維形成流体の経路に定置された基材上のいずれかで直接収集される。繊維は、基材又はコレクタ上で直接使用してもよく、追加の加工又は使用するために取り外してもよい。

電界紡糸用の溶液を利用する際には、色変化指示剤、合成ポリマー、及び加工溶媒は、色変化指示剤及び合成ポリマーの両方が溶媒に分散性であり、したがって電界紡糸プロセス前に分散していることができるように、選択すべきである。

１つの具体的な実施形態では、電界紡糸繊維は、ポリ（エチレンビニルアルコール）コポリマー（ＰＥＶＯＨ）、ポリ（プロピレンビニルアルコール）コポリマー（ＰＰＶＯＨ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）から製造することができる。これらのポリマーとともに使用することができる溶媒は、イソプロピルアルコール、水、Ｈ_３ＰＯ_４、ＣＨＣｌ_３及びＤＭＦ並びにこれらの組み合わせである。用いることができる溶媒の例としては、ＩＰＡ／Ｈ_２Ｏ（７０／３０）、Ｈ_２Ｏ／Ｈ_３ＰＯ_４（９９／１）、Ｈ_２Ｏ及びＣＨＣｌ_３／ＤＭＦ（４／１）が挙げられる。一般に、大部分のポリマー溶液は電界紡糸できる。

別の製造方法及びナノ繊維を含むウェブは、米国特許第６，１８３，６７０号及び同第６，３１５，８０６号（トロビン（Torobin）ら）に開示されている。トロビンらは、以下を開示している（‘６７０号特許、発明の概要（Summary of the Disclosure）７段４３行〜８段５８行）。

本発明の好ましい実施形態は、不連続細繊維及び不連続極細の帯電又は非帯電繊維から構成される複合繊維性媒体を製造する方法及び装置に関する。更に好ましい実施形態は、それにより製造される複合繊維性媒体、並びにこのような複合繊維性媒体を含む濾過媒体、粒子拭き取り媒体及び吸収性媒体に関する。

好ましい実施形態は、繊維化気体源と、溶融ポリマー流体物質、又は繊維化気体の噴流と組み合わせるときにそれが冷却するにつれてポリマーのフィラメントを生成する複数物質とを使用する。好ましい実施形態の装置には、複数列の繊維生成セルの平面アレイが取り付けられ、各セルは溶融ポリマー及び繊維化気体の混合物のスプレーの直径及び角度を調節・制御できるセル取付け板、溶融ポリマー流体及び繊維化気体を繊維生成セルに供給する複数の管、小孔のあるベルト、複数のベルト駆動ロール、篩目のような通気性の可動収集表面、空気吸込箱、及び複数の圧縮ロールが含まれる。

濾過媒体は、好ましくは、等間隔の二次元アレイ及び個々に調節可能なセルにより製造され、それぞれのセルには繊維化気体及び溶融ポリマーが供給されて、空気同伴される不連続繊維からなる固液二相の単一高速噴流を生成する。アレイ中の個々のセルは、セルからの噴流の混ざり合いを誘発し、近接する周辺のセルの噴流スプレーと混合するように、互いに対して回転自在に配置される。これは、繊維を変形させ、高速で互いにもつれ、部分的に巻き込むような方法で、及び比較的剛性である状態に冷却される機会が得られる前に、局部的な細かい規模で衝突させ、結果として繊維形成領域において飛んでいる新生繊維が混ざり、絡み合うのを促進する。

次に、衝突し、もつれた繊維を、ベルトの部分の下面に接触して定置された高容量空気吸込箱により誘発された空気流を用いて、移動している連続した小孔のあるベルトの平面部の上面上に引き付けることにより、ウェブが成形される。

好ましくは、セルを個々に調節して、セルが生成する繊維の平均直径、長さ及び軌道を制御する。二次元アレイ中の特定のセルを調節して、直径１マイクロメートル未満の直径を有し、比較的長さの短い繊維を高い割合で生じさせることができる。アレイ中の特定の他のセルを調節して、直径が１マイクロメートルを超え、比較的長さの長い、構造物形成用の補強繊維を高い割合で生じさせてもよい。アレイ中のセルの近接する位置及び配向を適切に配置して使用することにより、隣接するセルの衝突スプレーにより誘発される気流の渦により生じる牽引力が働くことで、サブミクロンの直径の繊維を、より大きな直径の繊維の一部の周りに部分的に絡ませることが誘発される。サブミクロン繊維は、それにより、より大きな補強繊維と即座に絡まり、部分的に巻き込まれる。それにより、より大きな繊維は、繊維形成領域において局部的な細かい規模でサブミクロン直径繊維を捕捉及び固定化し、飛んでいる間にサブミクロン直径繊維が凝集する、集塊する、又は数珠つなぎになる傾向を最低限に抑える。また、より大きな繊維を生成するセルは、サブミクロン直径繊維を生成する各セルの周りに、より大きな繊維の保護カーテンを形成するように選択され、サブミクロン直径繊維が、散在する気流により持ち去られるのを防ぐか、又はその後安定したウェブの位置から離れるのを防ぐ。もつれたより大きな繊維はまた、サブミクロン繊維ウェブに固有の機械的脆弱性及び過度の圧縮性を克服し、それにより空気濾過システムを含む濾過システムにおけるサブミクロン繊維の実用化を可能にする。

得られる混合され絡み合った繊維の集合体は、続いて、複合繊維ウェブのような、移動している通気性収集表面上に堆積させる。繊維の集合体は、吸込箱により誘導される負の空気圧により、通気性移動収集表面上に引き寄せられ、圧縮される。更に好ましい実施形態では、得られる集合体は、集合体を圧縮ロールに通過させることにより圧縮される。

トロビンプロセスの使用によって、色変化指示剤は、溶融ポリマー流体の一部又は全てに含まれて、色変化指示剤を含有する指示繊維を生成することができる。生成された繊維の全てが色変化指示剤を含まなくてはならない訳ではないことが理解される。また、繊維製造のメルトブローン方法に関して上述したように、選択される具体的な色変化指示剤は、溶融物のポリマー流体と相溶性であり、繊維形成プロセス中に受ける温度に耐え得る必要がある。

多層又は多成分繊維の製造は既知である。米国特許第５，１７６，９５２号；同第５，２３８，７３３号；同第５，２５８，２２０号；同第５，２０７，９７０号及び同第５，２３２，７７０号には、多層繊維及びこのような多層繊維の種々の用途が開示されている。本発明による指示繊維は、１層以上の層が色変化指示剤を含む、多層繊維であってもよい。

種々の長さ、直径、サイズ、形状及び構成の繊維を、本発明の教示に従って製造できることが理解される。１つの実施形態では、ナノ繊維が形成される。ナノ繊維は、１マイクロメートル未満の直径を有する繊維であると理解される。１つの実施形態では、マイクロ繊維が形成される。マイクロ繊維は、ナノ繊維よりは大きいが、１デニール未満（およそ２０マイクロメートル）である繊維であると理解される。一般に使用されている不織布繊維では、１デニールの繊維は、典型的には、直径１０〜１５マイクロメートルである。別の実施形態では、マイクロ繊維より大きな直径を有する繊維が形成される。１つの実施形態では、繊維は少なくとも１ｍｍの長さを有する。別の実施形態では、当業者が理解するように、繊維は本質的に果てしない長さを有する。

指示繊維は、典型的には、使用前に物品に成形される。物品は、織る、編む、及び不織布プロセスにより製造できる。不織布を製造するために、カーディング、ガーネティング、エアレイイング、スパンボンド、ウェットレイイング、メルトブローイング、ステッチボンディングを含む種々のプロセスが既知である。不織布の更なる加工が、強度、耐久性及び質感のような特性を付加するために必要な場合がある。更なる加工の例としては、カレンダ加工、水流交絡、ニードルタッキング、樹脂結合、熱接合、超音波溶着、エンボス加工及び積層が挙げられる。

不織布物品は、全てが色指示繊維から構成されてもよく、又は、色指示繊維と、ポリマー系、天然繊維又は金属繊維であってよい、他の繊維とのブレンドから構成されてもよい。更に、色指示繊維は、特定のパターンで配置してよい。異なる種類の繊維を一緒にブレンドして、物品を作製できることが既知である。繊維の混合は、別のプロセスと一体的に、又は任意の布地、ウェブ又は糸形成プロセスとは別々に行ってもよい。

物品は、最終用途の必要性に応じて、任意のサイズ、形状又は剛性を有することができる。研磨剤を含んでも含まなくてもよい、樹脂、界面活性剤、洗剤のような材料のコーティングを、物品上に取り付けてもよい。コーティングは、色変化指示剤の色応答をもたらす能力を阻害しないような方法で適用すべきである。例えば、樹脂を、物品全体ではなく、物品の特定の領域に局所的にコーティングしてもよい。物品は、不織布、織られた又は編まれた材料、フィルム、発泡体、スポンジ及び種々のこれらの組み合わせの異なる組み合わせの種々の層を含む層状製品であってよい。層状である場合、層は、貼り合わせ、縫い合わせ、ニードルパンチ、又は他の方法で層をともに固定してよい。層の一部又は全てが指示繊維を有してよい。層の一部は、任意の指示繊維を有しなくてもよい。

物品は、湿潤又は乾燥状態で提供してもよい。物品自体が吸収性であってもよく、又は物品に固定された吸収性層を有してもよい。湿潤状態では、物品は、溶液が色変化指示剤、又は刺激物の存在下で色の変化をもたらす色変化指示剤の能力に有害な影響を与えない限り、水、アルコール類、洗剤類、界面活性剤類、若しくは殺菌剤類、又はこれらの組み合わせで飽和してもよい。殺菌剤類は、清浄化目的を意図する物品に特に好適である場合がある。一般的な表面殺菌剤類は、アルコール類、ビグアニド類、カチオン性界面活性剤類、及びハロゲン又はハロゲン含有化合物のような殺生物剤を含む。好適なアルコール類としては、エタノール及びイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）の７０％水溶液［ＩＰＡ／Ｈ_２Ｏ（７０／３０）、ＥｔＯＨ／Ｈ_２Ｏ（７０／３０）］が挙げられる。好適なビグアニド（クロルヘキシジン）は、ポリヘキサメチレンビグアニド、ｐ−クロロフェニルビグアニド、及び４−クロロベンズヒドリルビグアニドである。市販のビグアニド類は、アイオワ州フォートドッジ（Fort Dodge）のワイス（Wyeth）から入手可能なノルベイサン（Nolvasan）（登録商標）及び米国のＤＶＭファーマシューティカルズ（DVM Pharmaceuticals）から入手可能なクロルヘキシダーム（ChlorhexiDerm）（登録商標）である。カチオン性界面活性剤の例（四級アンモニウム化合物、クアット）としては、ウィスコンシン州ランドルフ（Randolph）のヘス＆クラーク（Hess & Clark）から入手可能なパルボゾル（Parvosol）（登録商標）、ニューヨーク州ニューヨークのファイザー（Pfizer）から入手可能なロッカル−Ｄ（Roccal-D）（登録商標）プラス、インディアナ州インディアナポリス（Indianapolis）のブルーリン＆カンパニー（Brulin & Coompany Inc.）から入手可能なユニシド（商標）２５６、塩化ベンザルコニウムが挙げられる。典型的なハロゲン又はハロゲン含有化合物は、塩素又はヨウ素のいずれかに基づく。

色指示繊維から形成された物品を使用するためには、物品は表面を通過させる。表面が、色変化指示剤による色の変化をもたらすことができる刺激物を含まない場合、視覚的な色の変化は全く見られない。その結果、ユーザは、表面が刺激物を本質的に含まないことがわかる。一般的には、刺激物は、特定の汚染物質に関連する。それ故、ユーザは、表面が関連する汚染物質を本質的に含まないことがわかる。

表面が、色変化指示剤による色の変化をもたらすことができる刺激物を含む場合、視覚的な色の変化がみられる。ユーザは、表面が刺激物及び関連する汚染物質を含むことがわかる。

１つの実施形態では、色変化指示剤は、アミン基との反応を介してタンパク質刺激物に応答する。それ故、指示繊維内の色変化指示剤における色の変化は、表面上のタンパク質の指標であり、これは表面上に存在する大腸菌又はサルモネラ菌のような細菌の指標である場合がある。

物品が更に消毒剤を含む実施形態では、色の変化を検出するために表面を横切る拭き取り用品は、同様に消毒剤の一部を送達する。それ故、色の変化が見られるとき、消毒剤の一部が表面上の刺激物に作用する。ユーザは、刺激物が除去されたかどうかを判定するために、新しい物品で表面を再び拭き取ってもよい。

刺激物の調製：
一般的に肉汁と呼ばれるタンパク質溶液を調製した。およそ１０グラムの新鮮な豚肉の切り身を、２０ｍＬの水で１６時間抽出し、混合物を濾過した。肉汁中の総タンパク質を、ピアース（Pierce）アッセイに従って測定した。肉汁の総タンパク質含量は、およそ１１ｍｇ／ｍＬであった。

繊維の調製：
メルトブローイング及び電界紡糸の、２種の加工条件を実施した。

メルトブローンウェブを、３８ｍｍの円錐形２軸押出成形機を用いて生成し、次にメルトブローイングダイに送り込まれる、歯車型容積移送式ポンプに供給した。メルトブローイングダイは、直径０．３１８ｍｍ（０．０１５インチ）の穴を有する穿孔オリフィス型であり、ダイ幅２．５ｃｍ（１インチ）あたり２５個の穴を有する。ダイは、２５．４ｃｍ（１０インチ）の公称ウェブ幅を有していた。穿孔オリフィスメルトブローイングダイは、ハーディング（Harding）、ブンチン（Buntin）及びケラー（Keller）による米国特許第３，８２５，３８０号に開示されている。ウェブを、篩真空収集器を用いて収集し、収集器の表面から巻き取った。以下の表では、溶融押出温度及び得られるウェブの坪量（グラム／平方メートル）を記載する。

電界紡糸は、一般的な研究室用ニードル系電界紡糸ユニットを用いて行った。ポリマーを紡糸前に溶媒に溶解させ、次いでシリンジに充填した。シリンジの末端は、先端の平坦なステンレス鋼の皮下注射針であった。シリンジをシリンジポンプ（モデル２２、マサチューセッツ州ホリストン（Holliston）のハーバードアパラタス（Harvard Apparatus）製）中に定置し、一定流量を提供した。用いた接地標的は、リングスタンドに固定されたアルミニウム秤量皿であった。注射針の先端と接地標的との間の距離は、標的距離と呼ばれる。調節可能な高圧電源を針及び接地した標的に接続し、所望の電界を生じさせた。シリンジポンプ及び高圧電源の両方が活性化されたとき、繊維流が針から接地標的に運ばれる。接地標的上に不織布ウェブコーティングを作り出すのに十分な既知量の時間の間、紡糸プロセスを続けることが可能になった。次いで、繊維の直径を走査電子顕微鏡を用いて測定した。

繊維サイズ
ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて、ナノ繊維の繊維直径を測定した。ＬＥＯ ＶＰ １４５０ ＳＥＭ（１５ｋＶ、１５ｍｍ ＷＤ、０°の傾き、高真空下で金／パラジウムコーティングされたサンプル）を用いて、１Ｋ及び１０Ｋの倍率で、各ウェブのＳＥＭ顕微鏡写真を撮影した。少なくとも２５個の別々の繊維の繊維直径を１０，０００倍の倍率で測定し、平均繊維直径を算出した。

メルトブローンウェブでは、有効繊維直径（ＥＦＤ）を測定した。繊維直径は、ウェブを通過する既知の空気流量の圧力降下から得た。平均繊維直径を測定するためのこの方法は、Ｃ．Ｎ．デービス（Davies）の「浮遊粉塵及び粒子の分離（The Separation of Airborne Dust and Particulates）」、Ｉｎｓｔ．Ｍｅｃｈ．Ｅｎｇ．、ロンドン、紀要（Proceedings）１Ｂ、１９５２年で論じられている。

製品一覧
ウィスコンシン州ミルウォーキー（Milwaukee）のアルドリッチ・ケミカル（Aldrich Chemical Co.）から入手可能なニンヒドリン。

ポリプロピレンビニルアルコール（ＰＰＶＯＨ）、マサチューセッツ州ワードヒル（Ward Hill）のアルファ・エーサー（Alfa Aesar）から入手可能な、５７Ｋ−６６Ｋ（８６〜８９％加水分解）。

ポリエチレンビニルアルコール（ＰＥＶＯＨ）、テキサス州ヒューストン（Houston）のクラレ（Kuraray）から入手可能なＥＶＡＬ Ｃ１０９Ｂ。

ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ミネソタ州ミネアポリス（Minneapolis）のネイチャーワークス（NatureWorks）から入手可能なＰＬＡ ６２５１Ｄ。

ポリプロピレン（ＰＰ）、テキサス州ヒューストン（Houston）のエクソンモービル（ExxonMobil）から入手可能なＥｘｘｏｎ ６９３６ ＰＰ。

反応測定
調製した指示繊維を、調製した肉汁に室温で曝露した。目視検査を実施して、いつ指示繊維に顕著な視覚的な色の変化が生じるかを測定した。時間（分）を測定し、以下の表１に示す。

本発明の具体的な実施形態を本明細書中に図示及び記載してきたが、これら実施形態は多くの考えられる具体的な構成を単に例示しているに過ぎず、構成は本発明の原理を適用して考案され得ることは理解されよう。多数の様々な他の構成が、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、当業者によってこれらの原理に従って考案され得る。このように、本発明の範囲を本願出願に記載の構造に限定すべきではなく、特許請求の範囲の文言によって記載の構造物及びそれらの同等物によってのみ限定されるものである。

Claims (20)

1. 合成ポリマーと、
   色変化指示剤とを含む繊維であって、
   前記色変化指示剤が前記合成ポリマー全体に分散し、
   前記色変化指示剤が刺激物の存在下で反応して色の変化をもたらす、繊維。
2. 前記合成ポリマーが、熱可塑性ポリマー及び再生セルロースからなる群から選択される、請求項１に記載の繊維。
3. 前記色変化指示剤が、化学反応の結果として色の変化をもたらす、請求項１に記載の繊維。
4. 前記色変化指示剤がタンパク質刺激物に応答する、請求項１に記載の繊維。
5. 前記色変化指示剤がニンヒドリンである、請求項４に記載の繊維。
6. 前記色変化指示剤が、合成ポリマー全体に均一に分散し、したがって繊維の断面全体に分散されている、請求項１に記載の繊維。
7. 前記色変化指示剤が繊維の０．１〜１５重量％含まれる、請求項１に記載の繊維。
8. 前記繊維が２５０マイクロメートル未満の直径を有する、請求項１に記載の繊維。
9. 前記刺激物が、ｐＨ条件、タンパク質、アミン、ヘモグロビン、糖及び炭水化物からなる群から選択される、請求項１に記載の繊維。
10. 複数の繊維を配置して物品を形成する、請求項１に記載の繊維。
11. 表面上の物質の存在を示す物品であって、
    繊維の少なくとも一部が、合成ポリマーと、刺激物の存在下で反応して前記物品の作業面上に色の変化をもたらす、前記合成ポリマー全体に分散した色変化指示剤とを含む色指示繊維である、複数の繊維を含む物品。
12. 前記複数の繊維が相互連結されている、請求項１１に記載の物品。
13. 前記複数の繊維が不織布ウェブを形成している、請求項１１に記載の物品。
14. 前記物品が裏材に接合されている、請求項１１に記載の物品。
15. 前記裏材が、織布、編地、又は不織布、スポンジ、発泡体、フィルム又は紙を含む、請求項１４に記載の物品。
16. 前記色変化指示剤がニンヒドリンであり、タンパク質の存在下で反応する、請求項１１に記載の物品。
17. 繊維の製造方法であって、
    合成コポリマーを提供する工程と、
    色変化指示剤を提供する工程と、
    前記色変化指示剤を前記合成コポリマー全体に分散させる工程と、
    繊維を形成する工程とを含む、繊維の製造方法。
18. 溶融物から前記繊維を形成することを更に含む、請求項１７に記載の方法。
19. 複数の溶融成形された繊維を配置して不織布物品を形成することを更に含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記繊維の形成工程が、電界紡糸を含む、請求項１７に記載の方法。