(57)【要約】  表面を有する可撓性基材、及び相互に対して離隔した関係で前記表面に付与された複数の分離保護板を含む保護材料。前記保護板は高熱の付与により大きく膨張する材料を含み断熱、難燃性層を形成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面を有する可撓性基材、及び
相互に対して離隔した関係で前記表面に付与された、大小の直径を有する複数の分離保護板を含み、
前記保護板は高熱の付加により大きく膨張する材料を含みかつ前記大の直径対小の直径の寸法比は約１から約３の範囲である、保護材料。
【請求項２】
前記可撓性基材は織布、編製布帛、または不織布であり、かつ前記保護板は前記布帛の表面に一部侵入している、請求項１に記載の保護材料。
【請求項３】
前記可撓性基材はポリマーフィルムである、請求項１に記載の保護材料。
【請求項４】
前記保護板は前記可撓性基材の４０％−８０％を被覆している、請求項１に記載の保護材料。
【請求項５】
前記保護板の前記大の直径は約１０００から２５００ミクロンの範囲にあり、かつ前記保護板間の間隙は約１００から５００ミクロンの範囲にある、請求項１に記載の保護材料。
【請求項６】
前記保護板の膨張は約５０°Ｃから約３００°Ｃの範囲の温度で活性化する、請求項１に記載の保護材料。
【請求項７】
前記保護板の膨張は二段階またはそれ以上の段階で発生し、一段階は５０°Ｃから約１５０°Ｃの範囲の温度で活性化し、二段階は約１００°Ｃから約３００°Ｃの範囲の温度で活性化する、請求項１に記載の保護材料。
【請求項８】
前記保護板の材料は樹脂及び膨張剤を含む、請求項１に記載の保護材料。
【請求項９】
前記膨張剤は樹脂内に液滴を含む、請求項８に記載の保護材料。
【請求項１０】
前記保護板の材料は熱硬化性樹脂を含む、請求項８に記載の保護材料。
【請求項１１】
前記保護板の材料は熱可塑性樹脂を含む、請求項８に記載の保護材料。
【請求項１２】
前記保護板の材料は難燃剤添加物を更に含む、請求項８に記載の保護材料。
【請求項１３】
前記難燃剤添加物は、アルミナ三水和物、水酸化マグネシウム、三酸化アンチモン、ホウ酸亜鉛、臭素化化合物、塩素化合物、第一リン酸アンモニウム、メラミン塩、メラミンベース化合物、アンモニウムポリリン酸塩、ペンタエリスリトール、珪酸ナトリウム、バーミキュライト、及び膨張可能黒鉛のうちの一つまたはそれ以上を含む、請求項１２に記載の保護材料。
【請求項１４】
前記膨張剤は、熱膨張可能ミクロスフェアを含む、請求項８に記載の保護材料。
【請求項１５】
前記熱膨張可能ミクロスフェアはポリマーシエルに包囲された非可燃性液体を含む、請求項１４に記載の保護材料。
【請求項１６】
前記非可燃性液体は水を含み、かつ前記ポリマーシエルは１００°Ｃ未満のガラス転移温度を有する材料を含む、請求項１５に記載の保護材料。
【請求項１７】
前記非可燃性液体は水、及び水の蒸発温度を上昇させる化合物を含み、前記ポリマーシエルは前記蒸発温度未満のガラス転移温度を有する材料を含む、請求項１５に記載の保護材料。
【請求項１８】
前記保護板の膨張は隣接する保護板間の間隙を充填して、連続的保護層を形成する、請求項１に記載の保護材料。
【請求項１９】
前記保護板の膨張は約５０°Ｃを超える温度で活性化する、請求項１に記載の保護材料。
【請求項２０】
前記保護板の材料の膨張は、少なくとも第一及び二段階で生じ、第一段階は第一温度よりも高い温度で活性化し、二段階は第二温度よりも高い温度で活性化し、かつ第二温度は第一温度よりも高い、請求項１に記載の保護材料。
【請求項２１】
表面を有し、かつ相互に対して隔離した関係で前記表面に付与された複数の分離保護板を有する可撓性基材を含む第一層、及び
表面を有し、かつ相互に対して隔離した関係で前記表面に付与された複数の分離保護板を有する可撓性基材を含む第二層を含み
第一層の前記保護板は高熱の付与により大きく膨張する材料を含み、
第二層の前記保護板は低熱伝導性材料を含む、保護材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱及び炎から着用者を保護するために形成される材料に関する。更に具体的には、本発明は膨張メカニズムにより断熱を可能にする難燃性可撓材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の形態の保護材料が、手袋、ジャケット等の保護衣類を形成するために提案されかつ使用されている。切断、穿孔、及び熱抵抗等の保護機能を提供することに加えて、布帛材料は難燃性、可撓性、耐久性、及び耐磨耗性であってよく、かつ対象物の把持及び保持を促進、改善、または可能にするものであってよい。
【０００３】
保護衣類の多くの形態は、繊維及び糸による織布または不織布から形成される布帛を利用している。一般的に使用されている或る繊維は、セルロース（綿）、ポリエステル、ナイロン、アラミド（Kevlar（登録商標））、メタ芳香族ボリアミド（Nomex（登録商標））、アクリル超高分子重量ポリエチレン（Spectra（登録商標））を含む。にもかかわらず、保護材料を形成するために繊維のみが使用されている場合、特定用途に対して保護材料として所望される全性能特性を達成することはしばしば困難である。例えば、アラミド布帛は高張力を有しかつ防弾性であるが、この布帛は磨耗に弱く、太陽の露光により劣化し、かつ鋭利な針等の物体に対して穿刺抵抗が無い。他の例として、ナイロンで形成された布帛は、強力で良好な磨耗抵抗を有するが、ナイロン布帛は、難燃性に劣り、鋭利エッジに対する切断抵抗が小さく、熱及び化学（特に酸に対する）安定性に欠ける。一般的に、特に高性能布帛用途において純性布帛を使用する場合には中間物が形成されなければならない。
【０００４】
硬質保護板と可撓性基材とを一体化する保護材料はミネソタ州、セントポールのＨＤＭ．Ｉｎｃ．により提案されかつSuperFabric（登録商標）の商標で販売されている。概ね、この材料は、複数の保護板を含み、保護板は、薄く、かつ使用される材料のレベル及びタイプの切断力により付与される浸透力またはそれよりも強い浸透力に抵抗することのできる材料により形成される。一実施形態において、ポリマー樹脂は、保護板を形成する材料として使用される。ポリマー樹脂は保護板から離隔形成される可撓性基材上に所定デザインで印刷される。ポリマー樹脂は可撓性基材に貼り付き、湾曲されるときに可撓性基材と共に強力接着を形成する。材料組立体の複合的性質は、局所的硬化、穿刺、及び切断抵抗板機能の実現を可能にする。しかしながら、同時に、材料組立体全体が、基材の可撓性及び保護板の離隔配置により全体的に相似してしまう。
【０００５】
難燃性SuperFabric（登録商標）は難燃性保護板材を使用して形成される。選択的または付加的に、難燃性保護板の追加により難燃性布帛に所定の難燃性を付加することが可能である。
【０００６】
実質的可燃性ポリマー材から難燃性ポリマー材を形成する三つの他の試みが優勢である。その第一の試みは、ハロゲン化学難燃剤の使用を介する。最も普通には、塩素化難燃剤が重要な用途を有するが、臭素化難燃剤が使用される。かかる添加剤は燃焼時に生じる遊離基と反応し、遊離基を燃焼環境から除去し、火炎伝搬を阻止する。概ね非常に効率的であるが、ハロゲン化難燃剤は環境及び健康に関する大きな問題を提起する。
【０００７】
第二の試みは、熱を吸収するが引火性水蒸気を形成するために分解する添加物の使用を介する。かかる添加物の例は、アルミナ三水和物（ATH)であり、約２００°Cで分解してアルミナと水蒸気を形成する化合物である。この反応は火炎源と接触して熱を吸収しかつ放出された水蒸気はその材料の表面から酸素を放散することにより火炎を抑制する。ATH等の添加物は、概ね、難燃剤よりも非効率でありかつ非常に切迫した防火条件を伴う使途に適さない。
【０００８】
第三の試みは、膨張添加物の使用を介する。膨張添加物が材料に添加され、かつその材料が引き続き火炎に曝される場合に、或る物理的または化学的反応または連続的反応が生じて、結果的に絶縁を拡大しかつ着火防止炭化物またはセラミックが下部の材料を遮断する。多くの燐ベースの膨張系において、独立気泡炭化物が高熱下で形成されかつ発泡剤または膨張剤が炭化物を膨張させるために含まれる。例えば、難燃性熱可塑性及び熱硬化性プラスチックを形成するために使用される一般的膨張系は、アンモニウムポリリン酸塩、ペンタエリスリトール、及びメラミン粉末のブレンドであり、アンモニウムポリリン酸塩の鎖の長さに依存して約１５０°Ｃから約３００°Ｃの範囲で分解し、最終的にリン酸を形成する。リン酸は続いてペンタエリスリトールを脱水し、かつ場合によっては熱可塑性プラスチックまたは熱硬化性プラスチックを脱水し、独立気泡構造の炭化物の形成を誘引する。最後に、メラミンは約３００°Ｃで分解し、熱を吸収し、かつ炭化物を膨張させる窒素ガスを多量に形成する。他の膨張系、例えば、珪酸ナトリウムまたは膨張可能黒鉛は、個別粒子内で発泡剤を利用して着火防止剤を本質的に膨張させる。膨張可能黒鉛は黒鉛を硝酸または硫酸と共に使用し、結果的に黒鉛の結晶構造において炭素原子の平面間に分散力により酸性分子を保持することにより製造される。加熱後に、酸性分子は分解してガスを発生し、ガスは炭素原子の平面を強制的に分離させる。この方法は、膨張可能黒鉛フレークを１０００％以上の厚みに膨張した『ウォーム』(worm)に変換する。黒鉛が着火防止剤となるときに、膨張フレークは火炎から下にある材料を保護するセラミックバリアを形成する。
【０００９】
膨張系は、シール材、塗料及び塗装、樹脂、ケーブル外被、ニス塗料、構造材料、布帛、及び着火防止剤、絶縁、または自己消化性ポリマーが必要とされる他の多くの状況を含む広範囲の用途に使用されている。防火シーラントの構成はＵＳ特許６７４７０７４に記載されている。開示されている構成は、膨張性を提供する水和アルカリ金属珪酸塩、ポリマー熱可塑性または熱硬化性バインダ、及び炭化を促進する付加的難燃剤、例えば、アンモニウムポリリン酸塩を含む。かかるシーラント構成は、一つの部屋から他の部屋への火炎の拡大を防止するために建物に使用できる。膨張塗料はＵＳ特許６６４２２８４に記載され、そこではメラミンポリリン酸が、フィルム生成ポリマーバインダ、炭化物形成剤、及び付加的難燃剤と組み合わせて発泡剤として記載されている。ＵＳ特許６２２８９１４は、塗料または基材の含浸に適した膨張樹脂を特定し、樹脂は二つの膨張要素で構成される。第一要素は、酸性リン酸化合物と組み合わせた酸硬化性メラミン樹脂バインダである。この硬化バインダは火炎との接触後に炭化物を形成する。第二要素は、メラミン樹脂に結合された、膨張可能黒鉛粒子である。ケーブル外被に適した構成は、ＵＳ特許５４７５０４１に記載され、メラミンまたはメラミン塩とのポリオレフィンまたはオレフィンコポリマー、ポリフェニレンオキシド化合物、及び添加物として添加されたシリカをベースとする材料で構成される。ボード(boards)またはシート(sheets)として形成できる膨張材は、Fire and Materials,vol.9, No. 4, pp.171-175に記載の"Intumescent Silicate-based Materials: Mechanism of Swelling in Contact with Fire"に記載されている。この材料は、珪酸ナトリウム水溶液を不織ガラス繊維に適用し、かつその珪酸ナトリウム溶液を乾燥させることにより製造される。
【００１０】
一実施形態において、熱膨張可能ミクロスフェアまたはミクロカプセルは、布帛に適用される膨張系との一体的構成物である。これらの小さい球形粒子は直径がナノメータからミリメータの順位でありコアを有し、揮発性液体または気体を含有し、ポリマーシエルに封入されている。加熱により、コアは、通常気体膨張としてまたは液体コアの揮発により膨張し、同時に軟化または膨張するシエルの壁に対して圧力を付与する。Expancel, Inc.により製造されるExpancel（登録商標）ミクロスフェア等の市販の熱膨張可能ミクロスフェアは、初期体積の４０倍以上に膨張可能である。各ミクロスフェアは、最大点まで膨張し、その後に膨張したシエルは破裂し、かつコア材料は解放される。本発明の一実施形態について、ミクロスフェアは、熱膨張性質を提供する目的を達成しかつその系の難燃性に寄与する。
【００１１】
熱膨張可能かつ非膨張のミクロスフェアは、膨張前及び膨張後の両方の状態で種々の用途に使用されている。その用途は印刷インキ及び染料、発泡製造、制御薬及び除草剤配送、充填材、断熱材、接着剤、紙及び布帛を含む。ＵＳ特許５４７５０４１には、三次元図形を加える方法及び布帛への効果が開示されている。膨張可能ミクロスフェアは、熱硬化性ポリマー材に合体され、布帛の表面上に印刷される。加熱後に、ミクロスフェアは膨張し、三次元図形を布帛に創出し、ポリマー材は硬化状態に固化し、創出物を洗濯可能かつドライクリーニング可能にする。ミクロスフェアは、ＵＳ特許４２０１８２２では、耐化学布帛を創出するために使用され、衣類に適用されかつ毒物から着用者を保護する。半透過性ポリマーシエルと中和または除染化合物で構成されたコアとにより構成されたミクロスフェアに樹脂が添加され、その点で布帛基材は樹脂により被覆され、かつ樹脂は固化する。毒物との接触により、半透過性ポリマーミクロスフェアシエルは、薬物をミクロスフェアコアへ拡散し、そして中和する。ＵＳ特許４８９８７３４、同４６７５１８９、同５５２９７７７及び同６３４０６５３は、全て、時間の経過により包装シエルを介して拡散することのできるコア基材を含むミクロスフェアに関し、コア基材の所望ターゲットへの制御解放を促進する。ＵＳ特許５２６０３４３、同６６３８９８４及び同６７２０３６１は、全て、熱膨張可能ミクロスフェアが基本発泡剤または共通発泡剤として使用される発泡製法を開示する。ＵＳ特許６２０７７３０及び同６９０３８９８は、共に、接着剤の製造にミクロスフェアを適用する。先の特許において、ミクロスフェアはエポキシ接着剤に使用され、接着剤は基材中へ入れるのではなく多孔性基材の表面へ適用される。後者の特許において、ミクロスフェアはハードのドライブラベル（hard drive label）として使用される感圧接着剤に合体される。適用後に、ラベルは加熱により容易に除去され、かつミクロスフェアを膨張させ、ラベルの接着強度をドライブ面まで下げる。
【００１２】
熱膨張可能ミクロスフェアは難燃性材料を必要とする用途の膨張系の活性構成要素として利用されている。例えば、ＵＳ特許４７１９２４９は、壁及び床に沿って火炎防止シールとして使用されるべき難燃性材料の構成を開示する。本質的難燃性ポリオルガノシロキサンエラストマーが熱膨張可能ミクロスフェアに組み合わされ、そのエラストマーが火炎との接触により膨張して建物の異なる領域への火炎の伝搬を防止する。防火シール材に適した他の構成はＵＳ特許５１３２０５４及び同５１３７６５８に記載されている。この場合、熱膨張可能ミクロスフェアは、膨張可能黒鉛または珪酸ナトリウム等の付加的膨張化合物に組み合わされる。ミクロスフェアは３００％まで低温膨張し、かつ付加的化合物はその材料に対して着火抵抗特性を付与し、かつ７００％まで高温膨張する。ＵＳ特許５７８６０９５に開示された膨張塗装は、厚みのあるガラス材料及び他の選択的添加物と組み合わせたアルカリ金属珪酸溶液に熱膨張可能ミクロスフェアを利用する。繰り返すと、この塗装は、本質的に難燃性でありかつミクロスフェアは塗装の膨張を促進し、火炎接触後に塗装された基材を保護する。
【００１３】
伝統的に、難燃性布帛材料を創出する二つの異なる試みがある。当然ながら、最も成功の見込みのある試みは、本質的に難燃性の繊維を使用して布帛を織製することである。ポリアミドまたはポリベンゾイミダゾール繊維、例えば、市販のNomex（登録商標）またはPBl Gold（登録商標）製品は如何なる温度に対しても着火または溶融しない。ただし、これらの繊維は、多くの欠点を有する。ポリアミド布帛は、製造コストが適度に高く、機械的強度及び断熱性に欠け、かつ紫外線による露光下で劣化する。ポリベンゾイミダゾール布帛は、法外に製造コストが高くかつ機械的強度に欠ける。他の本質的難燃性繊維、酸化ポリアクリロニトリルは、ＵＳ特許４８６５９０６、同６３５８６０８、及び同６２８７６８６に開示されかつCarbon-X（登録商標）名で市販されている。酸化ポリアクリロニトリルは、膨張繊維でありかつ難燃性繊維である。しかしながら、製造コストが高く、機械的強度が弱く、触感及び通気性に劣る。
【００１４】
他の試みは、通常の可燃性繊維に化学的処理を施し、続いて織製した布帛の各繊維に難燃剤または難燃性材料を塗布する。例えば、市販のIndura（登録商標）またはProban（登録商標）布帛は綿または綿／ナイロン混合で構成され、繊維は炭化作用を促進する化学薬品で被覆される。効果的コスト解決に加えて、かかる布帛の化学的処理は永久的でなく難燃性は洗浄により弱化する。更に、化学的処理は布帛の機械的強度を低下する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】ＵＳ特許６７４７０７４
【特許文献２】ＵＳ特許６６４２２８４
【特許文献３】ＵＳ特許６２２８９１４
【特許文献４】ＵＳ特許５４７５０４１
【特許文献５】ＵＳ特許４２０１８２２
【特許文献６】ＵＳ特許４８９８７３４
【特許文献７】ＵＳ特許４６７５１８９
【特許文献８】ＵＳ特許５５２９７７７
【特許文献９】ＵＳ特許６３４０６５３
【特許文献１０】ＵＳ特許５２６０３４３
【特許文献１１】ＵＳ特許６６３８９８４
【特許文献１２】ＵＳ特許６７２０３６１
【特許文献１３】ＵＳ特許６２０７７３０
【特許文献１４】ＵＳ特許６９０３８９８
【特許文献１５】ＵＳ特許４７１９２４９
【特許文献１６】ＵＳ特許５１３２０５４
【特許文献１７】ＵＳ特許５１３７６５８
【特許文献１８】ＵＳ特許５７８６０９５
【特許文献１９】ＵＳ特許４８６５９０６
【特許文献２０】ＵＳ特許６３５８６０８
【特許文献２１】ＵＳ特許６２８７６８６
【特許文献２２】ＵＳ特許６９６２７３９
【特許文献２３】ＵＳ特許７０１８６９２
【特許文献２４】ＵＳ特許出願公開２００４０１９２１３３号
【特許文献２５】ＵＳ特許出願公開２００５０１７０２２１号
【特許文献２６】ＵＳ特許出願公開２００５０００９４２９号
【特許文献２７】ＵＳ特許６６３８９８４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の一課題は、膨張メカニズムにより耐火性に形成される布帛材料を提供することにある。本発明に使用される可撓性基材は背景技術で説明されたいずれの布帛材であってもよく、ナイロンまたはポリエステル等の標準的非可燃性材料であってよい。この布帛材は、機械的強度、断熱性、紫外線抵抗、可撓性、及び通気性を有していてよい。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
機械的強度、可撓性、及び通気性を維持しながら布帛材料に耐火性及び断熱性を達成するために、良好な機械的強度、可撓性及び通気性を有する基礎布帛が選択される。基礎布帛に耐火性及び断熱性を付与するために、重複しない不連続保護板の反復パターンが布帛の表面に付与される。一旦付与後に、保護板は均一距離を置いて分離した統一的形状及び寸法を有する、即ち、基礎布帛は均一領域が連続的に露出している。
【００１８】
保護板は基礎布帛の耐火性及び断熱性を改良する。一つの簡単形態において、保護板は熱膨張可能材料、ミクロスフェア等を合体したポリマー材で構成される。強烈な火または炎との接触により、熱膨張可能材は膨張し、結果的に付与された保護板が膨張する。保護板を形成するポリマー材は、好適には、本質的に難燃性であり、かつ比較的低熱伝導性である。一旦膨張後に、付与された保護板は、事実上連続的に火炎に露出された基礎布帛の全領域を被覆し、その火炎接触を防止し、かつ断熱する。断熱性は、ポリマー材の膨張の結果としての効果的熱伝導性の低下により、かつポリマー材の厚みが基礎布帛の温度上昇を抑制することにより、促進される。
【００１９】
本発明の一実施形態において、熱膨張可能ミクロスフェアは膨張剤として使用される。かかるミクロスフェアは、上昇沸点を有する水のコアまたは水ベース溶液を封入するポリマーシエルにより構成されてよい。この設計は、ミクロスフェアのコア内の水蒸発が、ミクロスフェア、従って、その保護板を膨張させると共に火炎源から熱の相当量を吸収する点で有利である。更に、保護板を形成するポリマー材は、ミクロスフェアの最大限までの膨張を可能にする程の大きな伸長能力を有するものが選択できる点の有益である。このレベルの膨張で、ミクロスフェアは破裂して内容物を解放し、基礎布帛の保護に更に加わる。選択的に、ミクロスフェアは、同一効果のために適宜沸点を有する異なる非可燃性液のコアを封入してよい。他の実施形態として、ミクロスフェア内に、温度上昇によりガスの圧力を上昇させかつ温度上昇によりポリマーシエルを軟化することにより膨張する窒素等のガスを包含してよい。
【００２０】
通常状態で、特に強力な熱または火炎との接触前に、露出された基礎布帛の、付与された保護板の周囲の連続領域は、布帛の可撓性及び基礎布帛の通気性を維持する。更に、基礎布帛の機械特性は、耐火保護板の付設により相当に向上する。基礎布帛及び保護板を形成するポリマー材が、紫外線防止剤として選択される場合には、布帛構造全体が耐ＵＶ性である。断熱材で構成される保護板は、通常条件下で布帛に絶縁特性を付与する。
【００２１】
大気圧下で１００°Ｃから４００°Ｃで沸騰する流体を封入した熱膨張可能ミクロスフェアを使用する本発明の実施形態において、難燃性のメカニズムは次のことを含む。第一に、ミクロスフェアのコア内の流体は蒸発し、火炎源から熱を吸収する。第二に、流体の蒸気はミクロスフェアを膨張させ、結果として本質的難燃性保護板材を膨張させ、基礎布帛上に事実上の連続的フィルムを形成する。第三に、ミクロスフェアは最大限まで膨張しかつ破裂し、内容物を解放して保護板表面から酸素を追放しかつ火炎を消火する。非難燃性基材が使用される場合でも、そのメカニズムは、標準的繊維可燃性試験により要求される１２秒間を超える時間中に難燃性を付与するように組み合わされる。ポリエステルまたはナイロンが基礎基材として選択される場合に、布帛の根本的欠如は、着火により生じることはないが、基礎基材の溶融により発生する。これは、終局的に十分な熱が膨張した保護板へ伝達され、溶融温度上方にある基礎布帛を温めることによる。難燃性、絶縁性、機械的強度、可撓性、通気性、及び／または紫外線防止特性を有する布帛は、本質的に難燃性の繊維から構成される布帛よりも相当に低コストで創出できる。これは少なくとも三つのファクタによる。一つの重要なファクタは、従来基礎布帛がNomex（登録商標）、PBl Gold（登録商標）、Carbon-X（登録商標）等の市販の難燃性布帛の値段の一部のみで使用、選択できることである。更に、保護板に採用される材料は比較的安価である。更に、保護板を不連続に付設することはコスト削減に役立つ。保護板が可撓性及び通気性を維持するように付設される場合、耐火材料は基礎布帛の表面の全面でなく、実際には一部に付与されればよい。
【００２２】
本発明の布帛が、両面が火炎に接触するような用途に使用されることが意図される実施形態において、耐火性保護板は基礎布帛の両側に付与されてよい。他の実施形態において、複数保護板の布帛の一面への付設は、例えば、耐火アパレルにおいて十分である。
【００２３】
本発明の他の利点は布帛に対する切断、貫通及び穿孔抵抗を提供する能力である。ＵＳ特許５８５３８６３、同５９０６８７３、及び同６１５９５９０、ならびにＵＳ特許出願２００４０１９２１３３は、保護板が切断、貫通及び穿孔抵抗を有する基礎布帛に付与される形態を開示する。不連続保護板の付加的層が難燃性保護板に付与され、機械的強度、可撓性及び通気性を維持しながら、例外的断熱性、切断、貫通、穿孔及び火炎抵抗を有する布帛を形成する。選択的に、切断、貫通、穿孔抵抗を有する保護板が初期に基礎布帛に付与され、難燃性保護板がそこへ付設される。他の特性が、所望特性を大きく変更することなくこの方法を使用して、従来基礎布帛に添加される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、布帛上に膨張系を有し、難燃性かつ／または耐熱性の布帛を提供するためにユニークな試みをしている。特に、十分な熱が加わるときに膨張する能力を有する保護板が可撓性基材に付与される。熱が保護板に加わるときに、大きく膨張して保護板間の間隙を効果的に閉鎖する。結果として膨張構造は、優れた熱バリアを提供する。可撓性基材が可燃性である実施形態において、膨張した保護板は、布帛表面に到達しないように火炎を遮断し、そのようにして構造全体に難燃性を付与する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】可撓性基材に取り付けた複数の六角形板を含む保護材料の例であり、平面を示す。
【図１Ｂ】可撓性基材に取り付けた複数の六角形板を含む保護材料の例であり、六角形板の一側面を示す。
【図１Ｃ】可撓性基材に取り付けた複数の六角形板を含む保護材料の例であり、六角形板の他の側面を示す。
【図２】可撓性基材に取り付けた間隙の比較的密な四辺形及び五角形板からなる保護材料の例である。
【図３】可撓性基材に取り付けた間隙の比較的広い四辺形及び五角形板からなる保護材料の例である。
【図４】可撓性基材に取り付けた円形板を含む保護材料の例である。
【図５Ａ】膨張の一段階にある保護材料の例である。
【図５Ｂ】膨張の他の段階にある保護材料の例である。
【図５Ｃ】膨張の他の段階にある保護材料の例である。
【図５Ｄ】膨張の他の段階にある保護材料の例である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明は種々の改良及び変形に対応可能であるが、以下に特定実施形態を添付図面を参照して説明する。しかしながら、本発明は以下に記載の特定実施形態に限定されない。反対に、本発明は特許請求の範囲に記載の発明の範囲内に含まれる全改良、均等、及び変更を包含することを意図している。
【００２７】
図１Ａは、本発明の一実施形態による可撓性基材３及び複数の離隔保護板２を有する保護材料の平面図を示す。保護板２は、相互に対して離隔した関係で可撓性基材３の第一面もしくは上面４に付与されている。図１の実施形態において、保護板２は六角形である。他の実施形態において、保護板２は他の形状、例えば、楕円形、四辺形、または他の多角形であってよく、ランダム、または不規則に間隔を詰めて配置されてよい。保護板２は隣接する保護板間に間隙幅５を有する。図１Ｃの図示実施形態において、保護板２の垂直形状は、概ねフラットである。図１Ｂの実施形態において、保護板２の垂直形状はドーム形態である。
【００２８】
図２は他の実施形態を示し、保護板２は四辺形または五角形の形状を有する。一実施形態において、四辺形の寸法は、約５０ミルス（１mils=1/1000inch=0.0254mm)から約１５０ミルスであり、間隙幅５は約５から約５０ミルスである。図３は図２と同様の保護板配置であるが間隙幅が図２よりも大きい。
【００２９】
図４は、円形の保護板２の実施形態を示す。一実施形態において、円形の直径は約５０から約１５０ミルスであり、間隙幅５は約５から約１５０ミルスである。
【００３０】
図５Ａ−図５Ｄは、異なる膨張段階にある保護材料１の例を示す。図５Ａは膨張してない保護材料の例を示す。保護板２間の間隙５は、この事例において、開放し、嵩高い空気流６の保護材料１への通過を可能にする。図５Ｂは、膨張開始後間もない保護材料１の例を示す。この例において間隙５は、膨張剤７の膨張により閉鎖している。図５Ｃは付加的加熱が行われかつ付加的膨張が発生した後の図５Ｂの保護材料１を示す。図５Ｄは、更に膨張した後の図５Ｃの保護材料１を示す。
【００３１】
保護材料の種々の実施形態及び保護材料を製造する方法は、２０００年７月６日出願のＵＳ特許６９６２７３９号、名称SUPPER PENETRATION RESISTANT FABRIC AND METHOD OF MAKING、２００１年１２月２１日出願のＵＳ特許７０１８６９２号、名称PENETRATION RESISTANT FABRIC WITH MULTIPLE LAYER GUARD PLATE ASSEMBLIES AND METHOD OF MAKING THE SAME、２００３年１２月１２日出願のＵＳ特許出願公開２００４０１９２１３３号、名称ABRASION AND HEAT RESISTANT FABRICS、出願番号１０／７３４６８６号、２００４年１１月３日出願のＵＳ特許出願公開２００５０１７０２２１号、名称SUPER PENETRATION RESISTANT FABRIC AND METHOD OF MAKING、出願番号１０／９８０８８１号、及び２００４年１１月３日出願のＵＳ特許出願公開２００５０００９４２９号、名称FLAME RETARDANT AND CUT RESISTANT FABRIC、出願番号１０／８８７００５号に記載され、それらの全体が参考としてここに組み込まれる。
【００３２】
一実施形態において、可撓性基材はポリマーフィルムである。他の実施形態において、可撓性基材は織布である。他の実施形態において、可撓性基材は編製布帛である。他の実施形態において、可撓性基材は不織布である。本発明の他の実施形態は上述の特許及び特許公開公報に記載の他の布帛を使用する。
【００３３】
通常、保護板の樹脂材料は、切断、貫通、または穿孔抵抗、耐久性かつ／または可撓性基材に対する接着特性について選択された樹脂である。保護板として好適な材料は、熱硬化製エポキシ樹脂である。上記間隙幅は、可撓性基材の可撓性を維持するために選択され、保護材料全体の可撓性及び柔軟性を可能にしかつ保持する幅である。保護板の他の適宜材料は熱硬化積シリコーンである。本発明の他の実施形態は、上記特許及び公開公報に記載の他の保護板及び間隙を採用する。
【００３４】
可撓性基材は、代表例として所望性能を達成するために選択される。例えば、可撓性基材は、単一層の布帛（織製または不織製）、または複数層であって異なる物理的特性を有し、複数層が相互に積層または接合されるか、または単に適所に積み上げて最終用途において境界周辺で縫合された複数層を含む。可撓性基材に望まれる代表的物理条件は、張力、破裂及び引っ張り強度、可撓性／柔軟性、耐水性、空気透過性、触感性、快適さ、及び潜在的可燃性を含む。或る用途において、可撓性基材の弾性が同様に所望される。
【００３５】
保護板はスクリーン印刷法により基礎布帛に付与されてよく、上述の特許及び特許公開公報に記載の形態を含む。適宜形態のスクリーンを介して印刷によって、保護板は種々の形態に形成されてよく、点、六角形、八角形、四角形、及び他の多くの形状を含む。保護板は、数十ミルスから数百ミルスまで寸法範囲の幅または長さ、及び数ミルスから数十ミルスの厚みを有してよい。複数の保護板間の間隔は、同様に、数ミルスから数十ミルスの範囲であってよい。
【００３６】
一実施形態において、保護板は加熱により硬化状態に固化する熱硬化性材料で構成されてよい。熱硬化性材料は熱膨張可能膨張剤が膨張し始める温度未満で固化可能でなければならない。室温で、熱硬化性材料はスクリーン印刷できる、即ち、適宜粘度を有する液体状態で印刷可能であり、続く材料固化は所望形状（例えば、均一）及び寸法であって所望分離間隔（均一）を有する保護板を形成する。この目的のために、適宜レオロジ変化剤が硬化保護板の目的とする特性に影響を与えることなく、未硬化材料に添加されてよい。
【００３７】
他の実施形態において、保護板は熱可塑性材料により構成されてよい。この材料は、好適には、熱膨張可能膨張剤が膨張し始める温度よりも低い溶融温度を有する。好適には、ミクロスフェア、または他の添加物の添加、及び材料のスクリーン印刷を促進するためにかかる温度で許容できる粘度を有する。
【００３８】
他の実施形態において、保護板は紫外線硬化材料により構成され得る。
【００３９】
保護板を構成するために使用される材料は、基礎布帛を適当に保護するために本質的に難燃性でなければならない。或る実施形態において、改変前の状態で可燃性であっても、十分に難燃性に改変される場合にかかる材料は使用可能である。かかる改変は、付加的難燃剤添加物の導入を必要とし、限定的でないが、珪酸ナトリウム、膨張可能黒鉛、未膨張バーミキュライト、アルミナ三水和物、水酸化マグネシウム、アンモニウムポリリン酸塩、リン酸アンモニウム、リン酸メラミン、シアヌル酸メラミン、他のメラミンベースの難燃剤、または他のリンベース難燃剤を含む。更に、かかる材料は、火炎接触により膨張を可能にする十分な伸長能力を有する。好適には、かかる材料は、露出した基礎布帛の部分を完全に被覆する程度に十分膨張可能である。
【００４０】
膨張可能ミクロスフェアを含む実施形態において、保護板材料は、ミクロスフェアを最大限まで膨張させて破裂させるものが好ましい。かかる事例において、材料に接触している火炎はミクロスフェアにより保護板を膨張させて、下にある基礎布帛を保護する事実上連続的なバリアを形成する。これによりミクロスフェアが破裂しかつ封入された流体を解放する。
【００４１】
保護板材料は、保護板からの熱伝達及び基礎布帛の溶融を阻止するために低熱伝導性であるものが選択される。ナイロンまたはポリエステルあるいは火炎に暴露されて溶融する他の布帛が使用される実施形態において、低熱伝導性は、布帛の溶融が布帛の破損の究極原因でありかつ火炎から基礎布帛への熱の伝達の低下は高難燃性に直接対応するので、難燃性に効果的である。ミクロスフェアを使用する実施形態において、保護板の膨張及びミクロスフェア内に封入された流体の蒸発は、しかしながら、基礎布帛への熱伝達を本質的に低下させる。
【００４２】
一実施形態において、保護板はエポキシを含む。他の実施形態において、保護板材料はエラストマーを含む。可能材料として、シリコーン、ポリウレタン、ニトリルゴム、ポリブタジエンゴム、ブチルゴム、ポリクロロプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロスルホン化ゴム、ポリエチレンアルキルアセテート、エチレンアルキルアクリレート、及びポリプロピレンが含まれる。熱可塑性材料は、一般的に、可燃性であることにより望ましくない。従って、熱可塑性材料が使用される場合には付加的難燃剤添加物を保護板に合体させることが必要となる。
【００４３】
本発明において膨張剤として使用できる水封入ミクロスフェアを形成するために使用できる方法は幾つかある。例えば、界面重合法が使用でき、油中水乳剤含有水溶性モノマーを他の油中水乳剤含有水溶性重合剤に配合し、乳化水滴を封入する水溶性物質を重合する。この方法の詳細は、Journal of Applied Polymer Science, Vol.78,pp.1645-1655に記載の"Microencapsulation of Water-Soluble Herbicide by Interfacial Reaciton. I. Characterization of Microencapsulation"に説明されている。この方法の多くの僅かな変更、例えば、最初に油-溶融モノマーの使用、があり、かつ水のマイクロカプセル化に好適である。他の可能方法として、油中水乳剤含有油溶性または水溶性ポリマーの使用が含まれ、ポリマーは水-油界面へ降下する（precipitate out to）。これは、油溶性ポリマーの場合にポリマー溶剤の液−液抽出または蒸発により、または油溶性及び水溶性の両ポリマー場合に溶剤を変更する、例えば、ｐＨ調節によりポリマーの溶解度を低下することにより、達成できる。かかる方法例は、ＵＳ特許６６３８９８４に説明されている。
【００４４】
水封入ミクロスフェアの膨張開始温度は、約１００°Ｃである。ただし、この温度は塩化カルシウム等の塩の添加により上昇する。ミクロスフェアのシエルを構成する好適材料の他の要求は、水不溶性及び１００°Ｃ未満または水の上昇沸点未満のガラス転移温度である。保護板材料を基礎布帛上へスクリーン印刷する目的のために、ミクロスフェアは２５０ミクロンよりも大きくない直径を有することが望ましい。更に好適には、ミクロスフェアは１００ミクロン未満の直径を有する。ミクロスフェア、保護板材料、及び付加的難燃剤等の他の添加物、顔料、レオロジー変化剤、または湿潤剤または分散剤は配合されて、所望形状及びデザインにより基礎布帛上へスクリーン印刷され、かつ必要に応じて硬化状態に固化される。
【００４５】
他の実施形態において、二つまたはそれ以上の膨張メカニズムがその設計に加えられる。例えば、ポリリン酸アンモニウム等の触媒がメラミン等の発泡剤と共に膨張可能ミクロスフェアとの関係で使用できる。これは、二つの分離した活性温度を実現可能にし、早期に開始する低温メカニズムにより初期熱脅迫に対する断熱を提供し、かつ高温メカニズムにより連続的加熱に対する保護を提供する。このような複数の膨張メカニズムは単一層の保護板に使用されることができ、かつ二つまたはそれ以上の層の保護板に異なる膨張メカニズムを有する各層に異なる印刷が可能である。
【００４６】
一実施形態において、膨張メカニズムは約５０°Ｃから３００°Ｃの範囲で活性化する。他の実施形態において、二つ以上の膨張メカニズムが存在し、一方の膨張メカニズムは約５０°Ｃから約１５０°Ｃで活性化し、かつ他方の膨張メカニズムは約１００°Ｃから約３００°Ｃの範囲で活性化する。
【００４７】
保護板が基礎布帛に付与される場合、結果として布帛は通気性及び可撓性を有し、かつ基礎布帛の機械的強度は妥協のないものである。更に、保護板材料が耐久性及び耐磨耗性、切り傷抵抗、かつ／または基礎布帛への把持を高めるために付与され得る。布帛が火炎と接触した場合に、保護板は膨張剤により膨張して、基礎布帛を保護かつ絶縁する事実上連続した層を形成する。膨張剤が膨張可能ミクロスフェアを含む実施形態において、ミクロスフェアの破裂はコア流体の解放により基礎布帛を更に保護する。これらの組み合わされた性質は、耐火または断熱テキスタイル材料を必要とするいずれの用途にも好適であるが、本発明の布帛は特に耐火アパレルに好適である。
【００４８】
付加的切り傷または穿孔抵抗が或る用途に望ましい場合に、かかる特性を高めることを意図した保護板は、基礎布帛または耐火保護板へ付与できる。同様に、複数層が使用できる。特に、一またはそれ以上の層の標準的無膨張SuperFabric（登録商標）がバッキング層として使用することにより、切り傷、穿孔、または他の機械的特性全体を改善できる。膨張する外層はSuperFabric（登録商標）による内層を火炎及び熱から大きく保護する。
【００４９】
熱保護、即ち、断熱性を向上させるために、第二層としてSuperFabric（登録商標）が膨張SuperFabric（登録商標）による第一層の背後に使用できる。SuperFabric（登録商標）よる第二層は、低熱伝導材料で形成される保護板を利用できる。適度に離隔した複数板の使用は、その二層間に空気を多く捕獲し、層間の物理的接触を最小限にし、かつ全体的熱伝導を低下させる。一実施形態において、第二層による保護板は中空ガラスビードを充填したエポキシを含む。保護板形状及び保護板間の隙間は断熱性を及び可撓性を最大にするように選択され得る。一実施形態において、保護板は高さ略７００ミクロン、幅２５００ミクロンであり、保護板間間隙は略５００ミクロンである。他の実施形態において、保護板は高さ２００−７００ミクロン、幅１０００−２５００ミクロンであり、かつ保護板間の間隙は１００−５００ミクロンである。一実施形態において、保護板は基材の表面の２０から９５％の範囲を被覆する。他の実施形態において、保護板は基材の表面の４０から８０％の範囲を被覆する。他の実施形態において、二以上の層が熱保護特性を更に改善するため、または切断抵抗等の付加的特性を付与するために使用できる。
【図１Ａ】
2010528893.tif 000003
【図１Ｂ】
2010528893.tif 000004
【図１Ｃ】
2010528893.tif 000005
【図２】
2010528893.tif 000006
【図３】
2010528893.tif 000007
【図４】
2010528893.tif 000008
【図５Ａ】
2010528893.tif 000009
【図５Ｂ】
2010528893.tif 000010
【図５Ｃ】
2010528893.tif 000011
【図５Ｄ】
2010528893.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成22年1月18日(2010.1.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面を有する可撓性布帛基材、及び
相互に対して離隔した関係で前記表面に付与された、大小の直径を有する複数の分離保護板を含み、
前記布帛基材は織布、編製布帛、または不織布であり、
前記大小の直径の寸法比は約１から約３の範囲にあり、
前記保護板は前記布帛基材の表面に一部が侵入し、かつ
前記保護板は高熱の付加により大きく膨張する材料を含む、保護材料。
【請求項２】
前記保護板の材料は樹脂及び膨張剤を含む、請求項１に記載の保護材料。
【請求項３】
前記膨張剤は前記樹脂または熱膨張可能ミクロスフェア内に少なくとも一つの液滴を含む、請求項２に記載の保護材料。
【請求項４】
前記保護板の材料は難燃剤添加物を更に含み、前記難燃剤添加物は、アルミナ三水和物、水酸化マグネシウム、三酸化アンチモン、ホウ酸亜鉛、臭素化化合物、塩素化合物、第一リン酸アンモニウム、メラミン塩、メラミンベース化合物、アンモニウムポリリン酸塩、ペンタエリスリトール、珪酸ナトリウム、バーミキュライト、及び膨張可能黒鉛のうちの一つまたはそれ以上を含む、請求項２に記載の保護材料。
【請求項５】
前記膨張剤は、ポリマーシエルに包囲された非可燃性液体を含む熱膨張可能ミクロスフェアを含む、請求項２に記載の保護材料。
【請求項６】
前記非可燃性液体は水を含み、かつ前記ポリマーシエルは１００°Ｃ未満のガラス転移温度を有する材料を含む、請求項５に記載の保護材料。
【請求項７】
前記非可燃性液体は水、及び水の蒸発温度を上昇させる化合物を含み、前記ポリマーシエルは前記蒸発温度未満のガラス転移温度を有する材料を含む、請求項５に記載の保護材料。
【請求項８】
前記保護板の膨張は隣接する保護板間の間隙を充填して、連続的保護層を形成する、請求項１に記載の保護材料。
【請求項９】
前記保護板の膨張は約５０°Ｃを超える温度で活性化する、請求項１に記載の保護材料。
【請求項１０】
前記保護板の材料の膨張は、少なくとも第一及び二段階で生じ、第一段階は第一温度よりも高い温度で活性化し、二段階は第二温度よりも高い温度で活性化し、かつ第二温度は第一温度よりも高い、請求項１に記載の保護材料。
【請求項１１】
表面を有し、かつ相互に対して隔離した関係で前記表面に付与された複数の分離保護板を有する可撓性基材を含む第一層、及び
表面を有し、かつ相互に対して隔離した関係で前記表面に付与された複数の分離保護板を有する可撓性基材を含む第二層を含み
第一層の前記保護板は高熱の付与により大きく膨張する材料を含み、
第二層の前記保護板は低熱伝導性材料を含む、保護材料。
【国際調査報告】
2010528893.tif 000013