(57)【要約】    【課題】  紫外線、可視光のような光を照射するとそれに応答して伸縮挙動を示す繊維を提供する。    【解決手段】  光応答伸縮性繊維は、フォトクロミック化合物が混入、被覆、または付着した合成繊維であって、波長３００〜３８０ｎｍの紫外光を照射すると収縮し、波長４５０〜７８０ｎｍの可視光を照射または３０〜８０℃で加熱すると収縮前の状態に戻る。また合成繊維と、その合成繊維と同質であってフォトクロミック化合物が混入した合成繊維とが繊維長手方向に接着していてもよい。【選択図】          なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトクロミック化合物が混入、被覆、または付着した合成繊維であって、波長３００〜３８０ｎｍの紫外光を照射すると収縮し、波長４５０〜７８０ｎｍの可視光を照射または３０〜８０℃に加熱すると収縮前の状態に戻ることを特徴とする光応答伸縮性繊維。
【請求項２】
合成繊維と、その合成繊維と同質であってフォトクロミック化合物が混入した請求項１に記載の合成繊維とが繊維長手方向に接着していることを特徴とする光応答伸縮性繊維。
【請求項３】
前記フォトクロミック化合物がスピロピラン類、アゾベンゼン類、スピロオキサジン類、ジアリールエテン類、フルキド類またはクロメン類から選ばれることを特徴とする請求項１に記載の光応答伸縮性繊維。
【請求項４】
前記合成繊維がポリ塩化ビニル繊維、ポリアミド繊維、ポリオレフィン繊維またはポリエステル繊維であることを特徴とする請求項１に記載の光応答伸縮性繊維。
【請求項５】
前記合成繊維がポリ塩化ビニル繊維であって可塑剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の光応答伸縮性繊維。
【請求項６】
前記可塑剤がフタル酸エステル、アジピン酸エステル、アゼライン酸エステル、セバシン酸エステル、リン酸トリクレジル、アセチルクエン酸トリブチル、またはリメリット酸トリオクチルから選ばれることを特徴とする請求項５に記載の光応答伸縮性繊維。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線や可視光のような光の照射に応答して伸縮する繊維に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光は人間にとって身近なエネルギー形態であり、地球上では太陽から発せられる根本的なエネルギー源として最も重要なものである。植物の光合成に代表されるように、自然界には光の関与している過程が数多く存在し、エネルギー源として利用されている。機能高分子材料の分野においても光をエネルギー源として活用すべく研究がなされており、中でも、光をトリガーとして単一の化学種が吸収スペクトルの異なる二つの異性体を可逆的に生成するフォトクロミック化合物の研究が盛んに行われている。非特許文献１には、フォトクロミズムの機構、及びフォトクロミック分子を高分子単分子膜や高分子ゲルに応用した例が示されている。
【０００３】
しかし非特許文献１は主にウェット系の材料への応用であり、またエネルギー変換効率、有効光波長域などの値が十分でない。ドライ系である高分子膜や繊維のような系において確実に大きく光変形する材料は得られていない。外部刺激に対して様々な応答を示すフォトクロミック化合物の特性を利用して物性を制御することができる高分子材料の開発が望まれている。
【０００４】
【非特許文献１】MARUZEN Advanced Technology  材料工学編  メカノケミストリー  雀部博之編  平成元年３月３０日発行  ２１−５２頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の発明者らは、フォトクロミック化合物のような光応答材料が自己拡張能を示すことに注目した。すなわち、本発明は、紫外線、可視光のような光を照射し、または加熱をすると、それに応答して伸縮挙動を示す繊維を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された光応答伸縮性繊維は、フォトクロミック化合物が混入、被覆、または付着した合成繊維であって、波長３００〜３８０ｎｍの紫外光を照射すると収縮し、波長４５０〜７８０ｎｍの可視光を照射または３０〜８０℃に加熱すると収縮前の状態に戻ることを特徴とする。
【０００７】
同じく請求項２に記載された光応答伸縮性繊維は、合成繊維と、その合成繊維と同質であってフォトクロミック化合物が混入した請求項１に記載の合成繊維とが繊維長手方向に接着していることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載された光応答伸縮性繊維は、前記フォトクロミック化合物がスピロピラン類、アゾベンゼン類、スピロオキサジン類、ジアリールエテン類、フルキド類またはクロメン類から選ばれることを特徴とする。このフォトクロミック化合物の含有量は、光応答伸縮性繊維の総重量に対して１〜３０重量％であることが好ましい。
【０００９】
請求項４に記載された光応答伸縮性繊維は、請求項１に記載の合成繊維がポリ塩化ビニル繊維、ポリアミド繊維、ポリオレフィン繊維またはポリエステル繊維であることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載された光応答伸縮性繊維は、請求項１に記載の合成繊維がポリ塩化ビニル繊維であって可塑剤を含むことを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載された光応答伸縮性繊維は、前記可塑剤がフタル酸エステル、アジピン酸エステル、アゼライン酸エステル、セバシン酸エステル、リン酸トリクレジル、アセチルクエン酸トリブチル、またはリメリット酸トリオクチルから選ばれることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光応答伸縮性繊維はフォトクロミック化合物を含有し、光、熱を照射することによって繊維を伸長、収縮、屈曲させることができる。また、本発明の光応答伸縮性繊維を原料とする布帛は、光、熱を照射することによって体積、長さ、厚み、密度などを増減させることができる。
【００１３】
この布帛は、例えば外気温の変化に応じて着たり脱いだりする必要のない温度調節が可能な衣服や、床ずれ防止用衣服のような医療用衣服、特定の波長の光を照射することで布帛形状をコントロールすることができる車両・農業・土木資材等に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の光応答伸縮性繊維は、ポリ塩化ビニルとフォトクロミック化合物と可塑剤とを混練し、紡糸することで製造できる。またはポリ塩化ビニルとフォトクロミック化合物と可塑剤とを混練し製膜し、そのフィルムをレーザー光線で細長く裁断してフィラメント状にしたものであってもよい。フィルム厚は０．１〜１００μｍ、裁断したフィラメントの幅は１０〜１０００μｍが好ましい。
【００１５】
本発明の光応答伸縮性のポリアミド繊維、ポリオレフィン繊維またはポリエステル繊維を得る場合には、そのポリマーとフォトクロミック化合物とを混練し、紡糸することで製造できる。ポリアミド、ポリオレフィンまたはポリエステルのフィルムにスピンコートによりフォトクロミック化合物を塗布し、フィルムをレーザー光線で細長く裁断してフィラメント状にしたものであってもよい。コーティングの厚さは、０．１〜１００μｍであることが好ましい。
【００１６】
また本発明の光応答伸縮性繊維は、フォトクロミック化合物が混入したポリマーとそのポリマーと同質のポリマーを共押し出しで紡糸しても製造できる。共押し出しの紡糸で得られる繊維の断面形状は芯鞘形、半円融合円形、雲形など、紡糸ノズルの形状により任意にえらぶことができる。
【００１７】
本発明で使用されるフォトクロミック化合物としては、スピロピラン類、アゾベンゼン類、スピロオキサジン類、ジアリールエテン類、フルキド類またはクロメン類などが挙げられる。
【００１８】
フォトクロミック化合物は、特定の波長の光を照射すると、分子の結合様式あるいは電子状態に変化を生じて異性体を生起する。例えば、フォトクロミック化合物であるスピロベンゾピランの光照射時の異性化は、次の式で示される。
【００１９】
【化１】
2006249622.tif 000002
【００２０】
前記化学式中、Ｒは炭素数１〜５０のアルキル基、炭素数１〜５０のアルキルカルボキシル基を示す。中でもＲが炭素数１８のオクタデシル基であるスピロベンゾピランであることが好ましい。
【００２１】
フォトクロミック化合物としてスピロベンゾピランを用いた場合、本発明の繊維中に分散したスピロベンゾピランは、波長３００〜３８０ｎｍの紫外線を照射されることで開環してカチオン型の異性体を生起する。生成されるイオン種は主に対イオン型であり、静電的な相互作用が増加するので分子の凝集力が増加して、その結果繊維の収縮が起こると考えられる。紫外線の照射をやめるか、波長４５０〜７８０ｎｍの可視光を受けるか、または５０℃で加熱されると、開環していたスピロベンゾピランの構造は閉環型に変化し、静電的な相互作用が紫外線照射前の状態に戻るため、繊維の収縮が解消されてゆっくりと紫外線照射前の状態に戻る。このようにして、光応答伸縮性繊維は光に応答した伸縮挙動を示す。例えば、波長約３６０ｎｍの紫外線を４分間照射すると、繊維長が０．１％程度収縮する。
【００２２】
本発明の光応答伸縮性繊維は、その繊維径が０．１〜５００μｍであることが好ましい。繊維径がこの範囲内であると、より顕著な伸縮挙動を示しやすい。
【００２３】
共押し出しの紡糸で得られる接着型の光応答伸縮性繊維では、接着した片側のみ伸縮するので、全体として湾曲したり直伸したりする。
【００２４】
前記可塑剤として、フタル酸エステル、アジピン酸エステル、アゼライン酸エステル、セバシン酸エステル、リン酸トリクレジル、アセチルクエン酸トリブチル、またはリメリット酸トリオクチル等を用いることができ、中でもフタル酸ジオクチルであると好ましい。本発明の繊維中において前記可塑剤の含有量が高くなると、ポリ塩化ビニルの可塑化に伴ってフォトクロミック化合物の自由度が大きくなる。そしてフォトクロミック化合物の光学異性化が容易になるため、光に対する繊維の伸縮挙動がより大きくなる。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２６】
本発明の光応答伸縮性繊維の光応答挙動を評価するために、フォトクロミック化合物と可塑剤とを含有した可塑化ポリ塩化ビニルから試料膜を作製して、その光応答挙動を調べた。
【００２７】
（実施例１）
フォトクロミック化合物を１重量％含有した可塑化ポリ塩化ビニル膜Ａの作製
ポリ塩化ビニル５０ｇと、可塑剤としてフタル酸ジオクチルの５０ｇと、フォトクロミック化合物として1-オクタデシル-3,3-ジメチル-6’-ニトロスピロ(インドリン-2,2’2H-ベンゾピラン)（ＳＢＰ１８：前記化学式のＲがオクタデシル基であるスピロベンゾピラン）の１ｇとを、１０００ｍｌのテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に溶解した。この溶液をシャーレに流し入れ、一週間キャストした。得られた膜から０．５ｃｍ×２ｃｍを切り出し、膜厚約０．０８ｍｍのポリ塩化ビニル膜Ａを調製した。
【００２８】
（実施例２）
フォトクロミック化合物を２重量％含有した可塑化ポリ塩化ビニル膜Ｂの作製
ＳＢＰ１８を２ｇ使用したこと以外は実施例１と同様にして、ポリ塩化ビニル膜Ｂを作製した。
【００２９】
（実施例３）
フォトクロミック化合物を３重量％含有した可塑化ポリ塩化ビニル膜Ｃの作製
ＳＢＰ１８を３ｇ使用したこと以外は実施例１と同様にして、ポリ塩化ビニル膜Ｃを作製した。
【００３０】
（実施例４）
フォトクロミック化合物を４重量％含有した可塑化ポリ塩化ビニル膜Ｄの作製
ＳＢＰ１８を４ｇ使用したこと以外は実施例１と同様にして、ポリ塩化ビニル膜Ｄを作製した。
【００３１】
（実施例５）
フォトクロミック化合物を５重量％含有した可塑化ポリ塩化ビニル膜Ｅの作製
ＳＢＰ１８を５ｇ使用したこと以外は実施例１と同様にして、ポリ塩化ビニル膜Ｅを作製した。
【００３２】
（比較例１）
ＳＢＰ１８を全く添加しなかったこと以外は実施例１と同様にして、比較ポリ塩化ビニル膜を作製した。
【００３３】
得られたポリ塩化ビニル膜を用い、以下のようにして光応答伸縮挙動の評価を行った。
【００３４】
（光による駆動測定）
実施例１〜５及び比較例１のポリ塩化ビニル膜をそれぞれ試料膜として、レーザー式変位センサを用い、高圧水銀ランプで波長約３６０ｎｍの紫外線及び波長約５５０ｎｍの可視光を０〜２０００秒照射したときの膜の歪みを測定した。測定結果を図１に示す。
【００３５】
（光による駆動のスピロベンゾピラン濃度依存性）
実施例１〜５及び比較例１のポリ塩化ビニル膜をそれぞれ試料膜として、レーザー式変位センサを用い、高圧水銀ランプで波長約３６０ｎｍの紫外光を３００秒照射したときの膜の歪みを測定した。測定結果を図２に示す。
【００３６】
図１から明らかなように、試料膜に紫外線を照射すると照射側への微小な屈曲が観察された。また、その後可視光を照射した場合逆方向に戻っていき、紫外線照射をやめるとよりゆっくりと歪みが解消されて元の状態に戻った。このことから、スピロベンゾピランのような光応答材料を含有した可塑化ポリ塩化ビニル膜は、光に応答して屈曲することが確認された。
【００３７】
また、図２から、スピロベンゾピランの含有量が増大するにつれて紫外線照射側への屈曲が大きくなることが明らかとなった。
【００３８】
このように、フォトクロミック化合物を含有する可塑化ポリ塩化ビニル膜で光に応答した歪みが観察された。したがって光応答伸縮性繊維は、光に応答して同様の挙動を示す。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明を適用する光応答伸縮性繊維の膜状態における、紫外線及び可視光照射時の膜歪みの経時変化を示したグラフである。
【００４０】
【図２】本発明を適用する光応答伸縮性繊維の膜状態における、スピロベンゾピラン含有量と膜歪みとの関係を示したグラフである。
【図１】
2006249622.tif 000003
【図２】
2006249622.tif 000004