JP5295118B2 - 耐風性及び水蒸気透過性の衣服 - Google Patents

Description

本発明は、水分および空気管理層を組み込んだ多層の水分および空気流管理衣服に関する。特許請求および開示される本発明は、アウターウェアにおいて特定の用途を有する。

雨および他の湿潤状態で着用するための防護衣服は、汗を着用者から大気中に蒸発させることによって、着用者を乾いた状態に保持しなければならない。汗の蒸発を可能にする「通気性」材料は雨でびしょ濡れになり易く、これらは真に防水性ではない。油布、ポリウレタン被覆布、ポリ塩化ビニルフィルムおよび他の材料は防水性であるが、満足できる汗の蒸発が得られない。

衣服が快適であるためには「通気性」でなければならないことは広く認識されている。衣服の快適性のレベルに寄与する２つの因子としては、衣服を通過するまたは通過しない空気の量と、下着が湿らないように、そして自然の蒸発冷却効果が達成されるように内側から外側に伝達される汗の量とがある。しかしながら、微細多孔質膜を用いる通気性布帛品における最近の開発でも、空気透過性を制御すべき場合には水蒸気の透過が制限される傾向がある。

本発明は、高い蒸気透過の存在下で制御された空気透過性を提供する衣服のための層状材料に関する。

一実施形態では、本発明は、少なくとも１つの布帛層がナノ繊維層に隣接して対面する関係にある複合布帛を含み、着用者を風から保護しながら水蒸気を通過させる能力を有する衣料品に関し、ナノ繊維層は、約５０ｎｍ〜約１０００ｎｍの間の数平均直径と、約１ｇ／ｍ²〜約１００ｇ／ｍ²の間の坪量とを有する高分子ナノ繊維の少なくとも１つの多孔質層を含み、複合布帛は、約１．２ｍ³／ｍ²／分〜約７．６ｍ³／ｍ²／分の間のＦｒａｚｉｅｒ空気透過率と、約５００ｇ／ｍ²／日よりも大きいＭＶＴＲとを有する。

一実施形態では、本発明は、布帛層に隣接し、そして任意でその表面の少なくとも少しの部分で布帛層に結合されたナノ繊維層を含む。「ナノ繊維層」および「ナノウェブ」という用語は本明細書では同義的に使用される。

本明細書で使用される「ナノ繊維」という用語は、約１０００ｎｍ未満、さらには約８００ｎｍ未満、さらには約５０ｎｍ〜５００ｎｍの間、そしてさらには約１００〜４００ｎｍの間の数平均直径または断面を有する繊維を指す。本明細書で使用される直径という用語は、非円形形状の最大断面を含む。

「不織布」という用語は、ランダムに分布した多数の繊維を含むウェブを意味する。通常、繊維は互いに結合させてもよく、あるいは結合させなくてもよい。繊維は、ステープル繊維または連続繊維であり得る。繊維は、単一の材料または多数の材料（異なる繊維の組み合わせとして、あるいはそれぞれが異なる材料で構成された類似の繊維の組み合わせとして）を含むことができる。

「カレンダー加工」は、２つのロール間のニップ内にウェブを通過させる方法である。ロールは互いに接触していてもよいし、ロール表面の間に固定または可変の間隙が存在してもよい。「無地（ｕｎｐａｔｔｅｒｎｅｄ）」ロールは、これらを製造するために使用される方法の能力内で滑らかな表面を有するロールである。ポイントボンディングロールとは違って、ウェブがニップを通過する際にウェブ上に意図的にパターンを生じるようなポイントまたはパターンは存在しない。

「衣料品」または「衣服」とは、身体の外側の環境における天気または他の因子から使用者の身体の一部を保護するために使用者によって着用される品目を意味する。この定義において、例えば、コート、ジャケット、ズボン、帽子、手袋、靴、靴下、およびシャツは全て衣料品または衣服であると考えられるであろう。

一実施形態では、本発明は、制限および制御された空気透過性を有しながら高水蒸気透過率（ＭＶＴＲ）を有する衣服に関する。衣服はナノ繊維層を含み、ナノ繊維層は次に、約１ｇ／ｍ²〜約１００ｇ／ｍ²の間の坪量を有する高分子ナノ繊維の少なくとも１つの多孔質層を含む。

本発明の衣服は、ナノ繊維層に隣接して対面する関係にある少なくとも第１の布帛層を含み、任意でさらにナノ繊維層に隣接して対面する関係で、そしてナノ繊維層の第１の布帛層とは反対側にある第２の布帛層を含む複合布帛である。

本発明の衣服はさらに、約７．６ｍ³／ｍ²／分以下のＦｒａｚｉｅｒ空気透過率の部分と、約５００ｇ／ｍ²／日よりも大きいＭＶＴＲ（ＡＳＴＭ Ｅ−９６Ｂ法による）とを有する。

ナノウェブは、主としてまたは排他的に、標準的な電界紡糸またはエレクトロブローイングなどの電界紡糸によって、そして特定の状況ではメルトブローイング法によって製造されたナノ繊維を含むことができる。

標準的な電界紡糸は、本明細書にその全体が援用される米国特許第４，１２７，７０６号明細書において説明される技術であり、ナノ繊維および不織マットを作るために、溶液中のポリマーに高電圧が印加される。

ナノウェブを製造するための「エレクトロブローイング」法は、参照によってその全体が本明細書に援用される米国特許出願公開第２００５−００６７７３２Ａ１号明細書に開示されている。ポリマーおよび溶媒を含む高分子溶液の流れは貯蔵タンクから紡糸口金内の一連の紡糸ノズルに供給され、紡糸ノズルには高電圧が印加されて、紡糸ノズルから高分子溶液が排出される。その間、任意で加熱された圧縮空気が、紡糸ノズルの側面または周囲に配設された空気ノズルから放出される。空気は、新たに放出される高分子溶を包囲し送り出して繊維ウェブの形成を促進する噴出ガス流としてほぼ下方に向けられ、繊維ウェブは真空チャンバの上側の接地した多孔質捕集ベルト上に捕集される。エレクトロブローイング法によって、実質的に連続のナノ繊維を、比較的短い時間の間に、約１ｇ／ｍ²を超える、さらには約４０ｇ／ｍ²またはそれ以上もの坪量で商業的なサイズおよび量のナノウェブに形成することが可能になる。

本発明の布帛層成分はコレクタ上に配置されて、布帛層上に紡糸されるナノウェブを捕集および結合させることができ、布帛層／ナノウェブの複合体は、本発明の布帛として使用される。あるいは、ナノウェブは別に捕集され、任意でカレンダー加工やコーティングなどの後処理を受け、そして後で、１つまたは複数の布帛層と結合されることも可能である。

ナノウェブのナノ繊維の形成において使用することができるポリマー材料は特に限定されず、ポリアセタール、ポリアミド（メタおよびパラアラミドなどの高級芳香族ポリアミドを含む）、ポリエステル、ポリオレフィン、セルロースエーテルおよびエステル、ポリアルキレンスルフィド、ポリアリーレンオキシド、ポリスルホン、変性ポリスルホンポリマー、ならびにこれらの混合物などの付加重合体および縮合重合体の両方が含まれる。好ましいポリマーには、ポリ（塩化ビニル）、ポリメタクリル酸メチル（および他のアクリル樹脂）、ポリスチレン、およびそのコポリマー（ＡＢＡ型ブロックコポリマーを含む）、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（塩化ビニリデン）、ポリビニルアルコール（種々の加水分解度（８７％〜９９．５％）、架橋および非架橋形態）が含まれる。好ましい付加重合体はガラス状である傾向がある（室温よりも高いＴ_g）。これは、ポリ塩化ビニルおよびポリメタクリル酸メチル、ポリスチレンポリマー組成物またはアロイの場合、あるいは低い結晶化度のポリフッ化ビニリデンおよびポリビニルアルコール材料の場合である。ポリアミド縮合重合体の１つの好ましい種類は、ナイロン−６、ナイロン−６，６、ナイロン６，６−６，１０などのナイロン材料である。本発明のポリマーナノウェブがメルトブローイングによって形成される場合、ポリ（エチレンテレフタレート）などのポリエステル、ポリオレフィン、および上記のナイロンポリマーなどのポリアミドを含む、ナノ繊維にメルトブローイングすることができる熱可塑性ポリマーはどれも使用することができる。

２００６年９月２０日に出願され、参照によってその全体が本明細書に援用される同時係属中の米国特許出願第１１／５２３，８２７号明細書に開示されるように、本発明の紡糸したままの状態（ａｓ−ｓｐｕｎ）のナノウェブは、本発明の布帛に所望の物理特性を付与するためにカレンダー加工することができる。紡糸したままの状態のナノウェブは２つの無地ロール（１つのロールが無地ソフトロールであり、１つのロールが無地ハードロールである）の間のニップ内に供給され得、ハードロールの温度は、ナノウェブのナノ繊維がカレンダーニップを通過する際に可塑化状態であるように、Ｔ_g（本明細書では、ポリマーがガラス状態からゴム状態への転移を受ける温度と定義される）と、Ｔ_om（本明細書では、ポリマーの融解が開始する温度と定義される）との間の温度に保持される。ロールの組成および硬度は、布帛の所望の最終使用の特性を得るために変更することができる。一方のロールはステンレス鋼などの硬質金属であってよく、他方のロールは、ロックウェルＢ７０よりも低い硬度を有する軟質金属またはポリマー被覆ロールもしくは複合ロールであってよい。２つのロール間のニップ内でのウェブの滞留時間はウェブのライン速度（好ましくは、約１ｍ／分〜約５０ｍ／分の間）によって制御され、２つのロール間のフットプリントは、ウェブが同時に両方のロールと接触して移動するＭＤ距離である。フットプリントは２つのロール間のニップにかけられる圧力によって制御され、一般にロールの直線ＣＤ寸法あたりの力で測定され、好ましくは約１ｍｍ〜約３０ｍｍの間である。

さらに、ナノウェブは、ナノ繊維ポリマーのＴ_gと最低Ｔ_omとの間の温度まで任意で加熱されている間に延伸することができる。延伸は、ウェブがカレンダーロールに送られる前および／または後に、そして機械方向またはクロス方向のいずれかまたは両方で行うことができる。

例えば、スポーツウェア、頑丈な（ｒｕｇｇｅｄ）アウターウェアおよびアウトドア用品、防護服など（例えば、手袋、エプロン、革ズボン、ズボン、ブーツ、ゲートル（ｇａｔｏｒｓ）、シャツ、ジャケット、コート、靴下、靴、下着、ベスト、ウェーダー、帽子、長手袋、寝袋、テントなど）を構成するために、様々な種類の天然および合成布帛が知られており、本発明において布帛層としてとして使用することができる。通常、頑丈なアウターウェアとして使用するために設計された服装は、比較的低い強さすなわち引張強度（ｔｅｎａｃｉｔｙ）を有する天然および／または合成繊維（例えば、ナイロン、綿、羊毛、絹、ポリエステル、ポリアクリル酸、ポリオレフィンなど）から製造された比較的ゆるく織られた布帛で構成されている。それぞれの繊維は、約８グラムｇ／デニール（ｇｐｄ）未満、より一般的には約５ｇｐｄ未満、そして場合によっては約３ｇｐｄ未満の引張強さすなわち引張強度を有することができる。このような材料は、例えば、可染性、通気性、明度、快適性、そして場合によっては耐摩耗性などの様々な有益な特性を有することができる。

異なる織り構造および異なる織り密度を用いて、本発明の構成要素としていくつかの代替となる複合織布を提供することができる。平織構造、強化平織構造（二重または多重の経糸および／または緯糸を有する）、斜文織構造、強化斜文織構造（二重または多重の経糸および／または緯糸を有する）、サテン織構造、強化サテン織構造（二重または多重の経糸および／または緯糸を有する）、ニット、フェルト、フリースおよびニードルパンチ構造などの織り構造を使用することができる。伸縮性織物布帛、リップストップ、ドビー織、およびジャカード織も本発明で使用するために適切である。

ナノウェブはその表面の少しの部分で布帛層に結合され、当業者に既知の手段によって、例えば、接着剤で、熱的に、超音波場を用いて、あるいは溶媒結合によって布帛層に結合され得る。一実施形態では、ナノウェブはポリウレタンなどの高分子接着剤の溶液を用い、溶媒を蒸発させて接着結合される。さらなる実施形態では、ナノウェブが布帛上に直接電界紡糸される場合、ナノウェブが紡糸される溶媒は溶媒結合を達成するために使用される。

Ｆｒａｚｉｅｒ空気透過率は、シートの表面間の規定された圧力差の下でシートを通過する空気流の尺度であり、参照によって本明細書に援用されるＡＳＴＭ Ｄ７３７に従って導かれ、ｍ³／ｍ²／分で報告される。

ポリエステルフリース（マサチューセッツ州ストートンのＳｈａｗｍｕｔ Ｍｉｌｌｓから入手可能）、ナイロン６，６製のナノウェブ、およびもう１つのポリエステルフリース層から３層布帛構造物を製造した。３層布帛構造物は、溶媒系ウレタン接着剤を用いてフリース布帛をナノウェブに積層し、次に、「２８８−パターン」グラビアロールを適用させ、溶媒系ウレタン接着剤を用いてその２層構造物をフリースのバッキング層に積層することによって製造した。次に、最終の３層布帛構造物を、空気透過率について試験した。

３層布帛構造物は、３．３ｍ³／ｍ²／分のＦｒａｚｉｅｒ空気透過率を有した。３層布帛構造物を５回洗浄し、次に再度試験し、３．１ｍ³／ｍ²／分のＦｒａｚｉｅｒ測定値が示された。フリースの単層の空気透過率は６５．５ｍ³／ｍ²／分と測定され、積層された２つのフリース層からなる２層布帛構造物は、４１．５ｍ³／ｍ²／分の空気透過率と測定された。以上のように、フリース布帛の単層およびフリース布帛の２重層構造物のいずれよりもナノウェブ複合体は著しい改善を提供する。

以下の表１は、試験した種々の布帛構造物および各構造物の対応するＦｒａｚｉｅｒ測定結果を記載する。全ての構造物は、溶媒系接着剤を用いた積層によって製造した。布帛のおおよその坪量は表１に包含される。

表１

上記のデータから分かるように、ナノウェブは、布帛構造物の空気透過率を非常によく制御することができる。さらに、ナノウェブ構造体の後処理によって空気透過率をさらに低下させることができる。この後処理されたナノウェブを使用した構造体は、フリース／ナノウェブ／フリース構造物において０．７６ｍ³／ｍ²／分という低い空気透過率を示した。

衣服におけるもう１つの重要なパラメータは、布帛がジャケットの内側から外側に水蒸気を放出する能力である。このパラメータは水蒸気透過率（ＭＶＴＲ）と呼ばれる。上記の構造物のいくつかは、ＡＳＴＭ Ｅ−９６Ｂ法を用いてＭＶＴＲについても試験した。結果は以下の表２に記載される。

表２

実施例から分かるように、ナノウェブは、必要に応じて、快適性および許容レベルの水蒸気透過性を保持しながら空気透過率を大きく低下させることができる。
以下に本発明の態様を示す。
１．少なくとも１つの布帛層がナノ繊維層に隣接して対面する関係にある複合布帛を含み、着用者を風から保護しながら水蒸気を通過させる能力を有する衣料品であって、前記ナノ繊維層が、約５０ｎｍ〜約１０００ｎｍの間の数平均直径と、約１ｇ／ｍ ² 〜約１００ｇ／ｍ ² の間の坪量とを有する高分子ナノ繊維の少なくとも１つの多孔質層を含み、前記複合布帛が、約１．２ｍ ³ ／ｍ ² ／分〜約７．６ｍ ³ ／ｍ ² ／分の間のＦｒａｚｉｅｒ空気透過率と、約５００ｇ／ｍ ² ／日よりも大きいＭＶＴＲとを有する衣料品。
２．前記ナノ繊維層および前記布帛層が、これらの表面の少しの部分で互いに結合される上記１に記載の衣料品。
３．前記ナノ繊維層および前記布帛層が、溶媒系接着剤によって互いに結合される上記２に記載の衣料品。
４．前記複合布帛が、前記布帛層の表面上に直接前記ナノ繊維層を電界紡糸またはエレクトロブローイングすることによって製造され、前記ナノ繊維層および前記布帛層が、電界紡糸またはエレクトロブローイング法からの残留溶媒によって互いに結合される上記２に記載の衣料品。
５．前記ナノ繊維層および前記布帛層が、ポリウレタン接着剤によって互いに結合される上記３に記載の衣料品。
６．前記ナノ繊維層および前記布帛層が、互いに熱的に結合される上記２に記載の衣料品。
７．前記ナノ繊維層および前記布帛層が、互いに超音波結合される上記２に記載の衣料品。
８．前記ナノ繊維層が、ポリアセタール、ポリアミド、アラミド、ポリオレフィン、ポリエステル、セルロースエーテル、セルロースエステル、ポリアルキレンスルフィド、ポリアリーレンオキシド、ポリスルホン、変性ポリスルホンポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択されるポリマーのナノ繊維を含む上記１に記載の衣料品。
９．前記ナノ繊維層が、架橋および非架橋形態のポリ（塩化ビニル）、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、およびそのコポリマー、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（塩化ビニリデン）、ポリビニルアルコールからなる群から選択されるポリマーのナノ繊維を含む上記１に記載の衣料品。
１０．前記ナノ繊維層が、ナイロン−６、ナイロン−６，６、およびナイロン６，６−６，１０からなる群から選択されるポリマーのナノ繊維を含む上記８に記載の衣料品。
１１．前記ナノ繊維層が、カレンダー加工される上記１に記載の衣料品。
１２．前記ナノ繊維層が、前記布帛層と接触しながらカレンダー加工される上記１１に記載の衣料品。
１３．前記布帛層が、ナイロン、綿、羊毛、絹、ポリエステル、ポリアクリル酸、ポリオレフィン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される織布を含む上記１に記載の衣料品。
１４．前記布帛層が、約８ｇｐｄ未満の引張強度を有する織り繊維を含む上記１に記載の衣料品。
１５．前記布帛層が、約５ｇｐｄ未満の引張強度を有する織り繊維を含む上記１に記載の衣料品。
１６．前記布帛層が、約３ｇｐｄ未満の引張強度を有する織り繊維を含む上記１に記載の衣料品。

Claims (1)

1. 少なくとも１つの布帛層がナノ繊維層に隣接して対面する関係にある複合布帛を含み、着用者を風から保護しながら水蒸気を通過させる能力を有する衣料品であって、前記ナノ繊維層が、５０ｎｍ〜１０００ｎｍの間の数平均直径と、１ｇ／ｍ² 〜１００ｇ／ｍ²の間の坪量とを有する高分子ナノ繊維の少なくとも１つの多孔質層を含み、
   前記ナノ繊維層および前記布帛層が、ポリウレタン接着剤によって互いに結合され、
   前記ナノ繊維層が、ナイロン−６、ナイロン−６，６、およびナイロン６，６−６，１０からなる群から選択されるポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択されるポリマーのナノ繊維を含み、
   前記複合布帛が、１．２ｍ³／ｍ²／分〜７．６ｍ³／ｍ²／分の間のＦｒａｚｉｅｒ空気透過率と、５００ｇ／ｍ²／日よりも大きいＭＶＴＲとを有する衣料品。