(57)【要約】  ＩＲ放出材料を組み込むポリマー繊維及びフィルムが開示される。これらの繊維及びフィルムには、ＩＲ放出材料を、今までに考案されてきたよりも高濃度で搭載することができる。得られたポリマー材料のＩＲ放射率は、これらの繊維及びフィルムの表面積を増大させることによって増強され得る。また、繊維又はフィルムと他の基材層の積層が開示される。
2016515957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）ＩＲ放出材料の微粒子及び熱可塑性ポリマーを含む第１のポリマー組成物と、
ｂ）熱可塑性ポリマーを含む第２のポリマー組成物と
を含むＩＲ放出二成分ポリマー繊維であって、
第１のポリマー組成物が、シース−コア二成分繊維構造のシースを構成し、第２のポリマー組成物が、前記シース−コア二成分繊維構造のコアを構成する、ＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項２】
ＩＲ放出材料が、第１のポリマー組成物の約１〜５０％を構成する、請求項１に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項３】
ＩＲ放出材料が、第１のポリマー組成物の約１〜２５％を構成する、請求項１に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項４】
ＩＲ放出材料が、第１のポリマー組成物の約１０〜２５％を構成する、請求項１に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項５】
前記二成分繊維中のコアに対するシースの比が、それぞれ約１％／９９％〜約５０％／５０％の範囲である、請求項１に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項６】
前記二成分繊維中のコアに対するシースの比が、それぞれ約１０％／９０％〜約５０％／５０％の範囲である、請求項１に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項７】
前記二成分繊維中のコアに対するシースの比が、それぞれ約１０％／９０％〜約２５％／７５％の範囲である、請求項１に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項８】
ＩＲ放出材料が、金属酸化物、結晶性鉱物、炭化セラミック、窒化セラミック、金属、金属合金、炭素、及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項９】
ＩＲ放出材料が、アルミナ、酸化マグネシウム、ジルコニア、二酸化チタン、二酸化ケイ素、酸化クロム、フェライト、スピネル、酸化バリウム、酸化亜鉛、酸化スズ、三酸化タングステン、マイカ、方解石、水晶、トルマリン、炭化ホウ素、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化モリブデン、炭化タングステン、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ジルコニウム、黒鉛、カーボンブラック、木炭、タングステン、モリブデン、バナジウム、白金、ニッケル、銅、ニクロム、ステンレス鋼、アルメル、及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項８に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項１０】
ＩＲ放出材料の微粒子が、約１０ｎｍ〜約１０μｍのサイズである、請求項１に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項１１】
第１のポリマー組成物のポリマー及び第２のポリマー組成物のポリマーが、それぞれ、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、官能化ポリオレフィン、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（エステル−エーテル）、ポリ（エーテル−アミド）、ポリアクリレート、セルロースポリマー、ポリアラミド、ポリ塩化ビニル、ポリエーテルスルホン、フルオロポリマー、ポリウレタン、スチレンブロックコポリマー、これらのコポリマー及びこれらのブレンドからなる群から選択される、請求項１に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項１２】
第１のポリマー組成物のポリマー及び第２のポリマー組成物のポリマーが、それぞれ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン６、ナイロン６，６、ナイロン６，１２、ポリアクリロニトリル、レーヨン、ポリ塩化ビニル、スチレン−ブタジエン−スチレン、スチレン−イソプレン−スチレン、スチレン−エチレンブチレン−スチレン、これらのコポリマー及びこれらのブレンドからなる群から選択される、請求項１に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項１３】
第１のポリマー組成物のポリマー及び第２のポリマー組成物のポリマーが、同じポリマーである、請求項１に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項１４】
第１のポリマー組成物のポリマー及び第２のポリマー組成物のポリマーが、異なるポリマーである、請求項１に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項１５】
繊維ウェブに形成された、請求項１に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項１６】
織布、編布又は不織布を構成する、請求項１５に記載の繊維ウェブ。
【請求項１７】
従来の繊維も含む、請求項１５に記載の繊維ウェブ。
【請求項１８】
基材層に結合して積層構造を形成している、請求項１５に記載の繊維ウェブ。
【請求項１９】
繊維ウェブが不織布であり、基材層がポリマーフィルムである、請求項１８に記載の積層構造。
【請求項２０】
ＩＲ放出材料の微粒子及び熱可塑性ポリマーマトリックスを含む第１のポリマー組成物を含むＩＲ放出ポリマー繊維であって、繊維表面積が、平滑表面を有する円形断面の同等の繊維の表面積よりも大きい、ＩＲ放出ポリマー繊維。
【請求項２１】
ａ）ＩＲ放出材料の微粒子及び熱可塑性ポリマーマトリックスを含む、前記第１のポリマー組成物と、
ｂ）熱可塑性ポリマーを含む第２のポリマー組成物と
を含む二成分繊維である、請求項２０に記載のＩＲ放出ポリマー繊維。
【請求項２２】
非円形断面を有する、請求項２０に記載のＩＲ放出ポリマー繊維。
【請求項２３】
楕円形、犬の骨の形、トリローバル、マルチローバル、又は星形の断面を有する、請求項２２に記載のＩＲ放出ポリマー繊維。
【請求項２４】
非円形断面を有する、請求項２１に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項２５】
楕円形、犬の骨の形、トリローバル、マルチローバル、又は星形の断面を有する、請求項２４に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項２６】
前記第１のポリマー組成物が、繊維の表面のすべて又は一部を構成する、請求項２５に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項２７】
ａ）繊維が、トリローバル又はマルチローバルの形状であり、
ｂ）第１のポリマー組成物が、実質的に、繊維のローブ領域に位置し、
ｃ）第２のポリマー組成物が、実質的に、繊維のローブ領域に連結している中央領域に位置している、
請求項２５に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項２８】
第１のポリマー組成物が、発泡ポリマーを含む、請求項２０に記載のＩＲ放出ポリマー繊維。
【請求項２９】
第１のポリマー組成物が、発泡ポリマーを含み、第１のポリマー組成物が、シース−コア構造のシース成分を構成する、請求項２１に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項３０】
繊維の表面が、微構造化されて表面積を増大させている、請求項２０に記載のＩＲ放出ポリマー繊維。
【請求項３１】
二成分繊維がシース−コア構造を含み、シース層の表面が微構造化されて繊維表面積を増大させている、請求項２１に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項３２】
シース層の表面が、延伸によって微構造化されている、請求項３１に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項３３】
シース層の表面が、漸進的な延伸によって微構造化されている、請求項３１に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項３４】
二成分繊維が、シース−コア構造を含み、シース層が、繊維表面積を増大させるために亀裂が入れられている脆性ポリマーを含む、請求項２１に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項３５】
脆性ポリマーが、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエステル、ポリカーボネート、これらのコポリマー又はこれらのブレンドを含む、請求項３４に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項３６】
脆性ポリマーが、延伸、折りたたみ、波形成型、カレンダー成型、又はこれらの組合せによって亀裂が入れられている、請求項３４に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項３７】
脆性ポリマーが、漸進的な延伸によって亀裂が入れられている、請求項３６に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項３８】
分割されてマイクロファイバを形成し、それによって表面積が増大しているＩＲ放出二成分ポリマー繊維であって、前記マイクロファイバが、第１のポリマー組成物を含む、請求項２１に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項３９】
分割可能な二成分繊維が、オレンジ断面状構造又は海島構造を有する、請求項３８に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項４０】
エンボス加工されて繊維表面積を増大させている、請求項２０に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項４１】
エッチングされて繊維表面積を増大させている、請求項２０に記載のＩＲ放出二成分ポリマー繊維。
【請求項４２】
繊維ウェブに形成された、請求項２０に記載のＩＲ放出ポリマー繊維。
【請求項４３】
織布、編布又は不織布を構成する、請求項４２に記載の繊維ウェブ。
【請求項４４】
従来の繊維も含む、請求項４２に記載の繊維ウェブ。
【請求項４５】
基材層に結合して積層構造を形成している、請求項４２に記載の繊維ウェブ。
【請求項４６】
繊維ウェブが不織布であり、基材層がポリマーフィルムである、請求項４５に記載の積層構造。
【請求項４７】
ａ）ＩＲ放出材料の微粒子及び熱可塑性ポリマーマトリックスを含む第１のポリマー組成物と、
ｂ）熱可塑性ポリマーを含む第２のポリマー組成物と
を含むＩＲ放出多層ポリマーフィルムであって、
第１のポリマー組成物が、多層フィルムのスキン層を構成し、第２のポリマー組成物が、多層フィルムのコア層を構成する、ＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項４８】
ＩＲ放出材料が、第１のポリマー組成物の約１〜５０％を構成する、請求項４７に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項４９】
ＩＲ放出材料が、第１のポリマー組成物の約１〜２５％を構成する、請求項４７に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項５０】
ＩＲ放出材料が、第１のポリマー組成物の約１０〜２５％を構成する、請求項４７に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項５１】
ＩＲ放出材料が、金属酸化物、結晶性鉱物、炭化セラミック、窒化セラミック、金属、金属合金、炭素、及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項４７に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項５２】
ＩＲ放出材料が、アルミナ、酸化マグネシウム、ジルコニア、二酸化チタン、二酸化ケイ素、酸化クロム、フェライト、スピネル、酸化バリウム、酸化亜鉛、酸化スズ、三酸化タングステン、マイカ、方解石、水晶、トルマリン、炭化ホウ素、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化モリブデン、炭化タングステン、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ジルコニウム、黒鉛、カーボンブラック、木炭、タングステン、モリブデン、バナジウム、白金、ニッケル、銅、ニクロム、ステンレス鋼、アルメル、及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項５１に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項５３】
ＩＲ放出材料の微粒子が、約１０ｎｍ〜約１０μｍの範囲のサイズである、請求項４７に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項５４】
第１のポリマー組成物の熱可塑性ポリマーマトリックス及び第２のポリマー組成物のポリマーが、それぞれ、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、官能化ポリオレフィン、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（エステル−エーテル）、ポリ（エーテル−アミド）、ポリアクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリエーテルスルホン、フルオロポリマー、ポリウレタン、ポリオレフィンエラストマー、スチレンブロックコポリマー、これらのコポリマー及びこれらのブレンドからなる群から選択される、請求項４７に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項５５】
第１のポリマー組成物の熱可塑性ポリマーマトリックスが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン６、ナイロン６，６、これらのコポリマー又はこれらのブレンドを含む、請求項４７に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項５６】
平滑表面を有する同等のフィルムの表面積よりも大きいフィルムスキン表面積を有する、請求項４７に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項５７】
エンボス加工されてフィルム表面積を増大させている、請求項５６に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項５８】
フィルムの第１のポリマー組成物が、発泡ポリマーを含んでフィルム表面積を増大させている、請求項５６に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項５９】
フィルムのスキン層が、微構造化されてフィルム表面積を増大させている、請求項５６に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項６０】
フィルムのスキン層が、延伸によって微構造化されている、請求項５９に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項６１】
フィルムのスキン層が、漸進的な延伸によって微構造化されている、請求項５９に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項６２】
フィルムの第１のポリマー組成物が、亀裂を入れられてフィルム表面積を増大させている脆性ポリマースキン層を構成する、請求項５６に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項６３】
フィルムの脆性スキン層が、延伸、折りたたみ、波形成型、又はカレンダー成型によって亀裂が入れられている、請求項６２に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項６４】
フィルムの脆性スキン層が、漸進的な延伸によって亀裂が入れられている、請求項６２に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項６５】
反射材料を含む第２のスキン層を含む、請求項４７に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項６６】
反射材料が、金属化フィルム、金属化粒子、又は金属箔である、請求項６５に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項６７】
基材層に結合して積層構造を形成している、請求項４７に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項６８】
基材層が、繊維ウェブである、請求項６７に記載のフィルム。
【請求項６９】
基材層が、不織布である、請求項６８に記載の積層構造。
【請求項７０】
ａ）ＩＲ放出材料の微粒子及び第１の熱可塑性ポリマーマトリックスを含むポリマー組成物を含む繊維のＩＲ放出ポリマー繊維ウェブの層と、
ｂ）ＩＲ放出材料の微粒子及び第２の熱可塑性ポリマーマトリックスを含むポリマー組成物を含むＩＲ放出ポリマーフィルムの層と
を含む、積層材料。
【請求項７１】
繊維ウェブが、不織布である、請求項７０に記載の積層材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、開示が参照によって本明細書に組み込まれている２０１３年３月１５日に出願した米国特許出願第６１／７９２，４１４号に関し、その利益を請求するものである。
【０００２】
本発明は、改善された赤外（ＩＲ）放射率をもたらすポリマー材料に関する。ポリマーフィルム及び繊維ウェブを含めたポリマー材料は、ポリマー材料と接触しているか、又はポリマー材料の近くにある生体組織に健康上の利益をもたらすことができるＩＲ放出添加剤を含む。
【背景技術】
【０００３】
赤外（ＩＲ）放射線は、絶対零度を超えると、すべての物理的物体から放射熱として放出される。ＩＲ放射体の理想的な例は、完全黒体であり、これは、衝突してくるエネルギーを反射することも伝達することもなく、衝突してくるすべてのエネルギーを吸収する。次に、定常状態の黒体は、黒体の温度に依存する周波数で、この吸収したエネルギーを再放出する。黒体は、放射率が１００％であり、反射率が０％であり、透過率が０％である。
【０００４】
放出されたＩＲエネルギーは、生体組織への明らかな利益について研究されている。ＩＲは、微小毛細血管を拡大して血流を増強し、血中酸素レベルを強化し、細胞への栄養輸送及び細胞からの栄養輸送を改善するなど、生物学的な生命活動を増強すると思われる。
【０００５】
例えば太陽光、人工光、体温、他の周囲熱、電磁エネルギー等の供給源に由来する周囲エネルギーを吸収し、次に定常状態でこのエネルギーを再放出することができるという点で黒体に近い材料への関心が集まっている。特に有益であると考えられている、特に遠赤外スペクトルの４〜１４ミクロンの波長範囲においてＩＲエネルギーを放出する材料への関心が、特に高まっている。こうしてエネルギーを放出するこのような材料は、生体組織における健康な生物活性を増強するのに非常に有益となり得る。例えば、これらのＩＲ放出材料を含有するパッケージング材料は、生鮮食品及び食肉製品等の食料品の鮮度を維持し、延長する一助になるという証拠がある。衣類、医療機器、ブランケット、及び他のこのような耐久性商品は、ヒトを含めた生物の身体的健康及び福祉を増強し得るという証拠もある。このような耐久性商品は、炎症を低減し、血液酸素化及び他の自然の生物学的な健康促進機能を増強し、エクササイズ及びスポーツ等の身体的運動中の能力を改善することが示されている。これらの理由で、ＩＲ放出材料は、「生物活性がある」と説明されることがある。
【０００６】
適切なＩＲ放出材料は、多くの供給源から生じる。様々な鉱物及び無機材料が、ＩＲ放出特性を呈することが示されている。ある有機材料も、これらの特性を有している。ＩＲ放出材料は、ナノサイズの粒子を含めた微粉末に粉砕されるとき、最も良好に機能することが判明している。粉末は、布地、フィルム又は他の固体物体等の基材の表面に適用することができる。粉末を、コーティング又は塗料に混合し、固体物体の表面に適用することもできる。また粉末は、溶融熱可塑性ポリマー等の液体又は溶融マトリックスに混合し、次に有用な物体に成型することができる。
【０００７】
しかし、これらのＩＲ放出材料には、欠点がある。ＩＲ放出材料の多くは、典型的に非常に高価である。したがってこれらの材料は、費用が高いことから、かなり最高級の耐久性物品だけにしばしば使用される。また、これらの材料は、消費財に組み込むことが困難な場合がある。前述の通り、これらの材料は、微粉末に粉砕されると最も有効である。このような粉末を消費財に組み込むことは、課題となり得る。鉱物ベースの又は無機のＩＲ放出粉末には、ほとんどの消費財に使用されている有機材料との天然親和性が備わっていない。衣類については、ＩＲ放出粉末を、綿、麻及び羊毛等の天然繊維の表面上にスプレーすることができるが、これらの粉末は、衣類の着用中又は洗濯中に摩耗によって除去又は喪失するおそれがある。ＩＲ放出粉末を合成ポリマーに組み込むことは可能である。しかし、ポリマー材料がもはや製造できなくなるまでに、繊維又は薄膜のような薄いポリマー材料にブレンドできるＩＲ放出粉末の量には、限界がある。例えば、無機ＩＲ放出粉末は、繊維が製造中に非常に容易に破断されるようになるまでに、約１〜３％以下の濃度でポリマー繊維に上手くブレンドできることが判明した。このように低レベルのＩＲ放出粉末を含有する衣類、カーテン、ブランケット、包帯及び他のこのような消費財が、これらの材料が保証する健康上の利益をもたらすのに有効であるかどうかは不明である。また、ＩＲ放出粉末の濃度が高いほど、押出フィルムが脆弱になる。
【０００８】
したがって、生体組織に利益をもたらすためにＩＲ放出粉末を組み込む材料、特に合成ポリマー材料には、常に改善の必要がある。材料内に含有されたＩＲ放出粉末の性能を改善すると同様に、これらのポリマー材料の費用を低減することが、非常に望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第４，１４４，００８号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施形態では、本発明は、ＩＲ放出粉末を、二成分又は多成分繊維の一成分に組み込むポリマー繊維を対象とする。
【００１１】
別の実施形態では、本発明は、ＩＲ放出粉末を、シース−コア二成分又は多成分繊維のシース層に組み込むポリマー繊維を対象とする。
【００１２】
別の実施形態では、本発明は、ＩＲ放出粉末を、海島構造の二成分又は多成分繊維の島に組み込むポリマー繊維を対象とする。
【００１３】
別の実施形態では、本発明は、ＩＲ放出粉末を組み込む、増大した表面積を有するポリマー繊維を対象とする。
【００１４】
別の実施形態では、本発明は、ＩＲ放出粉末を組み込む、繊維の断面形状に起因して増大した表面積を有するポリマー繊維を対象とする。
【００１５】
別の実施形態では、本発明は、ＩＲ放出粉末を組み込む、微構造化されている増大した表面積を有するポリマー繊維を対象とする。
【００１６】
別の実施形態では、本発明は、ＩＲ放出粉末を組み込む、亀裂が入れられている増大した表面積を有するポリマー繊維を対象とする。
【００１７】
別の実施形態では、本発明は、ＩＲ放出粉末を組み込む、発泡処理されている増大した表面積を有するポリマー繊維を対象とする。
【００１８】
別の実施形態では、本発明は、ＩＲ放出粉末を組み込む、マイクロファイバに分割されていることにより増大した表面積を有するポリマー繊維を対象とする。
【００１９】
別の実施形態では、本発明は、ＩＲ放出粉末を、多層フィルムの１つ又は複数の層に組み込む、多層ポリマーフィルムを対象とする。
【００２０】
別の実施形態では、本発明は、ＩＲ放出粉末を、多層フィルムの１つ又は複数の表面層に組み込む、多層ポリマーフィルムを対象とする。
【００２１】
別の実施形態では、本発明は、ＩＲ放出粉末を組み込む、増大した表面積を有するポリマーフィルムを対象とする。
【００２２】
別の実施形態では、本発明は、ＩＲ放出粉末を組み込む、微構造化されている増大した表面積を有するポリマーフィルムを対象とする。
【００２３】
別の実施形態では、本発明は、ＩＲ放出粉末を組み込む、エンボス加工されている増大した表面積を有するポリマーフィルムを対象とする。
【００２４】
別の実施形態では、本発明は、ＩＲ放出粉末を組み込む、亀裂が入れられている増大した表面積を有するポリマーフィルムを対象とする。
【００２５】
別の実施形態では、本発明は、ＩＲ放出粉末を組み込む、発泡処理されている増大した表面積を有するポリマーフィルムを対象とする。
【００２６】
本発明の追加の実施形態は、本発明の以下の詳細な説明を考慮すると明らかになるだろう。
【００２７】
本発明は、図を考慮することにより、より完全に理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１ａ】二成分繊維の一般構造の断面図である。
【図１ｂ】二成分繊維の一般構造の断面図である。
【図１ｃ】二成分繊維の一般構造の断面図である。
【図２ａ】一般的な非円形繊維の断面図である。
【図２ｂ】一般的な非円形繊維の断面図である。
【図２ｃ】一般的な非円形繊維の断面図である。
【図２ｄ】一般的な非円形繊維の断面図である。
【図３】一成分がローブの末端に濃縮されている、トリローバルの二成分繊維の断面図である。
【図４】シースが微構造化されている、シース−コア二成分繊維の斜視図である。
【図５】シースに亀裂が入れられている、シース−コア二成分繊維の斜視図である。
【図６ａ】マイクロファイバに分割する前及び分割した後の、二成分繊維を示す図である。
【図６ｂ】マイクロファイバに分割する前及び分割した後の、二成分繊維を示す図である。
【図７ａ】本発明の発泡処理された平坦なポリマーフィルムについて測定された放射率を示すグラフである。
【図７ｂ】本発明の発泡処理された平坦なポリマーフィルムについて測定された放射率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明者らは、ポリマー材料におけるＩＲ放出粉末の有効性を、いくつかの方法で改善できることを発見した。例えば、二成分又は多成分繊維の一成分に、より高担持量のＩＲ放出粉末を組み込めることを発見した。充填された繊維成分がＩＲ放出特性を提供すると同時に、充填されていない繊維成分は、特に紡糸工程中の繊維の全体構造を強化し、支持する。この多成分又は多層効果は、ＩＲ放出粉末を組み込むポリマーフィルムにも見られる。また本発明者らは、ポリマー材料の表面積を増大させると、繊維形態であろうとフィルム形態であろうと、材料の放射率を改善できることを発見した。
【００３０】
本開示の目的のために、以下の用語を定義する。
【００３１】
「フィルム」は、ｘ（長さ）及びｙ（幅）方向の材料寸法が、ｚ（厚さ）方向の寸法よりも実質的に長い、シート状の形態の材料を指す。フィルムは、ｚ方向の厚さが約１μｍ〜約１ｍｍの範囲である。
【００３２】
「繊維」は、ｘ（長さ）方向の材料寸法が、ｙ（幅）及びｚ（厚さ）方向の寸法よりも実質的に長い、糸状の形態の材料を指す。繊維は、全体が中実であってもよく、又はセル、気泡若しくは管等の中空領域を含有していてもよい。ステープル繊維は、相対的に短くてもよく、長さ（ｘ寸法）は約２〜１００ｍｍである。フィラメントとしても知られる連続繊維は、連続的に紡糸されており、長さが本質的に無限であり得る。繊維は、典型的に、１桁未満の異なるｙ及びｚ寸法を有しており、これらの寸法は、約０．１μｍ〜約１ｍｍの範囲である。例えば、典型的な繊維は、断面がほぼ円形であってもよく、直径（ｙ及びｚ寸法）が約５μｍであり、或いは、卵形又は楕円形の断面を有する典型的な繊維は、幅（ｙ寸法）が約１０μｍであり、厚さ（ｚ方向）が約２μｍであってもよい。
【００３３】
「二成分繊維」は、同時に押し出されて繊維を形成する２種の明らかに異なるポリマー成分を含む繊維を指すが、これらの成分は、繊維構造内で本質的に別個のものであり、混合されないままである。したがって、二成分繊維は、共押出多層ポリマーフィルムと幾分類似する。二成分繊維の典型的な断面構造には、シース／コア状、並列状（ｓｉｄｅ−ｂｙ−ｓｉｄｅ）、海島状、パイ状（ｐｉｅ）又はオレンジ断面状（ｏｒａｎｇｅ）の構造が含まれる。
【００３４】
「多成分繊維」は、二成分繊維に類似しているが、３種以上の明らかに異なるポリマー成分を含む繊維を指す。本開示の目的では、二成分繊維に関するいかなる記述も、合理的に多成分繊維を同様に包含すると解される。
【００３５】
「ＩＲ放出粉末」は、限定されるものではないが、スペクトルのマイクロ波、赤外、可視又は紫外線範囲の放射線を含む、限定範囲又は広範囲のスペクトルにおいて周囲エネルギーを吸収し、次に赤外範囲のスペクトルでエネルギーのいくらか又はすべてを再放出することができる任意の材料を指す。ＩＲ放出材料は、天然に生じる鉱物として採鉱されていてもよく、又は合成され、次に粉砕、摩砕、溶液からの沈殿、晶出若しくは他のこのようなプロセスによって粉末に製造されていてもよい。
【００３６】
名詞としての「積層」は、各層が、材料の最も狭いシートの幅にわたって実質的に同延になるように積み重ねられ、結合されているシート状材料の層構造を指す。層は、フィルム、布地若しくはシート形態の他の材料、又はこれらの組合せを含むことができる。例えば、積層は、二層が通常の使用の下で単一のシートとして結合したままになるように、それらの幅にわたって一緒になって結合しているフィルム層及び布地層を含む構造であり得る。積層は、複合体又はコーティングされた材料と呼ぶこともできる。動詞としての「積層」は、このような層構造を形成するプロセスを指す。
【００３７】
「共押出」は、多層ポリマーフィルムを作製するプロセスを指す。多層ポリマーフィルムが共押出プロセスによって作製される場合、フィルム層を構成する各ポリマー又はポリマーブレンドは、それ自体が溶融する。溶融ポリマーは、押出ダイの内部で層状化することができ、溶融ポリマーフィルムの層は、ダイから本質的に同時に押し出される。共押出ポリマーフィルムでは、フィルムの個々の層は、一緒になって結合しているが、本質的に混合されず、フィルム内の各層として別々のままである。このことは、ポリマー成分が混合されて、単一層で押し出されるポリマーの本質的に均一系のブレンド又は不均一系混合物が作製される、ブレンドされた多成分フィルムと対比される。
【００３８】
「押出積層」又は「押出コーティング」は、基材をポリマーフィルムでコーティングし、基材とフィルムを一緒に結合するために、溶融ポリマーのフィルムを固体基材上に押し出すプロセスを指す。
【００３９】
「延伸可能な」及び「復元可能な」は、材料の弾性特性を説明するために使用される説明用語である。「延伸可能な」は、材料を、引張力によって破断せずにその初期寸法を著しく超える特定寸法に伸長し得ることを意味する。例えば、引張力によって破断せずに約１３ｃｍの長さまで伸長することができる、長さ１０ｃｍの材料は、延伸可能であると説明することができる。「復元可能な」は、引張力によって破断せずにその初期寸法を著しく超える特定寸法に伸長される材料が、引張力が取り除かれるとその初期寸法に戻るか、又は初期寸法に適切に近い特定寸法に戻ることを意味する。例えば、引張力によって破断せずに約１３ｃｍの長さまで伸長することができる長さ１０ｃｍの材料であって、約１０ｃｍの長さに戻るか、又は１０ｃｍに適切に近い特定の長さに戻る材料は、復元可能であると説明することができる。
【００４０】
「弾性」又は「エラストマー」は、それらの元の寸法の少なくとも約１５０％まで延伸され得るが、その後、適用された延伸力の方向に、それらの元の寸法の１２０％以下まで回復するポリマー材料を指す。例えば、長さ１０ｃｍの弾性フィルムは、延伸力により少なくとも約１５ｃｍまで延伸し、次に延伸力が除去されると約１２ｃｍ以下に戻るはずである。弾性材料は、延伸可能であり、且つ復元可能である。
【００４１】
「伸張性」は、破断せずにそれらの元の寸法の少なくとも約１３０％に延伸され得るが、著しくは回復せず、又はそれらの元の寸法の約１２０％超まで回復し、したがって先に定義されている弾性ではないポリマー材料を指す。例えば、長さ１０ｃｍの伸張性フィルムは、延伸力により少なくとも約１３ｃｍまで延伸し、次に延伸力が除去されると約１３ｃｍの長さのままであるか、又は約１２ｃｍ超の長さに戻るはずである。伸張性材料は、延伸可能であるが、復元可能ではない。
【００４２】
「脆性」は、延伸に対して抵抗性が高く、破断せず又は亀裂が入らずにそれらの元の寸法の１１０％超に延伸することができないポリマー材料を指す。例えば、長さ１０ｃｍの脆性フィルムは、延伸力の下で破砕せずに約１１ｃｍ超まで延伸することができない。脆性フィルムは、延伸力が除去されるとき、回復せず、又はごくわずかに回復する。脆性材料は、延伸可能でも復元可能でもない。
【００４３】
１つ又は複数の「スキン」は、フィルムに言及する場合、ポリマーフィルムの別の中央コアの片側又は両側上にあるポリマーフィルムの薄い外層を指す。例えば、ＡＢ又はＡＢＡフィルム構造の場合、Ａ層は、スキンであり得る。
【００４４】
１つ又は複数の「コア層」は、フィルムに言及する場合、スキンではない、ポリマーフィルムの厚い方の１つ又は複数の内層を指す。例えば、Ｂ層がＡ層よりも厚いＡＢフィルムでは、Ｂ層がコア層である。ＡＢＡフィルム構造では、Ｂ層がコアである。ＡＢＣＢＡフィルム構造では、Ｂ及びＣ層が、すべてコア層である。
【００４５】
「活性化」又は「活性化する」は、フィルム又は繊維材料を延伸するプロセスを指す。「有効な放射率」は、フィルム、布地又は積層材料から放出される４〜１４ミクロン波長範囲のスペクトルにおける光子、特に赤外光子の量を、材料に衝突する全放射エネルギーの百分率として表すものである。
【００４６】
本発明では、ＩＲ放出粉末をポリマーマトリックスに組み込んで、ポリマー材料、例えばポリマー繊維又はフィルムを形成する。本発明のＩＲ放出粉末は、ＩＲ放射率が少なくとも約５０％、好ましくは少なくとも約６５％、より好ましくは少なくとも約７５％、より好ましくは少なくとも約８５％である材料を含むべきである。ＩＲ放出粉末は、多くの無機及び有機材料を含むことができる。例えば、ＩＲ放出粉末として、多くの金属酸化物を使用することができる。このような金属酸化物の例として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、フェライト（ＦｅＯ２、Ｆｅ３Ｏ４）、スピネル（ＭｇＯＡｌ２Ｏ３）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、及び三酸化タングステン（ＷＯ３）が挙げられるが、これらに限定されない。限定されるものではないが、マイカ、方解石、水晶及びトルマリンを含めた結晶性鉱物を、ＩＲ放出粉末として使用することができる。特に、複雑な化学構造を有するホウケイ酸塩鉱物であるトルマリンは、好ましいＩＲ放出特徴を有する鉱物酸化物である。限定されるものではないが、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化モリブデン（ＭｏＣ）、炭化タングステン（ＷＣ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）及び窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）を含めた非酸化物セラミックも、ＩＲ放出材料になり得る。非金属性ＩＲ放出材料には、黒鉛、カーボンブラック及び木炭が含まれる。限定されるものではないが、タングステン、モリブデン、バナジウム、白金、ニッケル、銅、ニクロム、ステンレス鋼及びアルメルを含めた金属及び金属合金も、ＩＲ放出粉末として使用することができる。本明細書に記載のＩＲ放出材料の組合せ、混合物又はブレンドも、本発明の実施形態として企図される。
【００４７】
前述の通り、ＩＲ放出材料は、本発明の目的では微粉末でなければならない。これらの粉末の適切な粒径には、直径で約１０ｎｍ〜約１０μｍの範囲の粒子が含まれる。
【００４８】
本発明のマトリックス材料として使用されるポリマーには、任意の押出し可能な熱可塑性ポリマーが含まれる。ポリマーマトリックス材料に適したポリマーには、ポリオレフィン、例えばポリエチレンホモポリマー及びコポリマー、並びにポリプロピレンホモポリマー及びコポリマー、官能化ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ（エチレンオキシド）、ポリ（エステル−エーテル）、ナイロン等のポリアミド、ポリ（エーテル−アミド）、ポリアクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリエーテルスルホン、フルオロポリマー、ポリウレタン、スチレンブロックコポリマー等が含まれるが、これらに限定されない。ポリエチレンホモポリマーには、低密度、中密度若しくは高密度のもの、及び／又は高圧若しくは低圧重合によって形成されたものが含まれる。ポリエチレン及びポリプロピレンコポリマーには、１−オクテン、１−ブテン、１−ヘキセン及び４−メチルペンテンを含むＣ４〜Ｃ８アルファ−オレフィンモノマーを有するコポリマーが含まれるが、これらに限定されない。ポリエチレンは、実質的に直鎖又は分岐であってもよく、触媒、例えばチーグラー−ナッタ触媒、メタロセン若しくはシングルサイト触媒、又は当技術分野で広く知られている他の触媒を使用して、当技術分野で知られる様々なプロセスによって形成することができる。適切なコポリマーの例として、ポリ（エチレン−ブテン）、ポリ（エチレン−ヘキセン）、ポリ（エチレン−オクテン）、及びポリ（エチレン−プロピレン）、ポリ（エチレン−酢酸ビニル）、ポリ（エチレン−メチルアクリレート）、ポリ（エチレン−アクリル酸）、ポリ（エチレン−ブチルアクリレート）、ポリ（エチレン−プロピレンジエン）等のコポリマー、及び／又はこれらのポリオレフィンターポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。適切なポリエステルには、ポリエチレンテレフタレートが含まれる。適切なポリアミドには、ナイロン６、ナイロン６，６、及びナイロン６，１２が含まれる。スチレンブロックコポリマーには、スチレン−ブタジエン−スチレン（ＳＢＳ）、スチレン−イソプレン−スチレン（ＳＩＳ）、スチレン−エチレンブチレン−スチレン（ＳＥＢＳ）、スチレン−エチレンプロピレン−スチレン（ＳＥＰＳ）、及び他の類似のポリマーが含まれる。
【００４９】
ＩＲ放出粉末を含有するポリマー繊維材料の製造に伴う１つの問題は、粉末によって、ポリマー繊維を紡糸しにくくなる場合があることである。繊維の粉末含量が非常に多く、例えば全繊維質量の約１％超〜５％である場合、旧来の紡糸技術を使用して繊維を紡糸することは非常に困難になり得る。更に過去には、高濃度のＩＲ放出粉末は、繊維に組み込むには摩耗性が強すぎると考えられてきた。ＩＲ放出粉末の担持量が大きいと、粉末による摩耗により繊維形成装置が急速に損傷を受けることが問題であった。
【００５０】
従来可能であると考えられてきたよりもはるかに高濃度で、ＩＲ放出粉末をシース−コア二成分繊維のシースに組み込むことができる。繊維のシース成分に、質量で約１％〜最大約１０％、最大約２０％、最大約２５％、最大約３０％、又は最大約５０％の粉末の濃度を構成するＩＲ放出粉末を、組み込むことが可能であり、二成分繊維のコア成分が全繊維体積の少なくとも約５０％以上を構成する限り、まだ容易に繊維を延伸することが可能である。
【００５１】
またＩＲ放出粉末は、他の二成分又は多成分繊維の１つ又は複数の成分に組み込むことができる。例えば、ＩＲ放出粉末は、図１ａに例示されている通り、多層シース−コア繊維構築物の１つ又は複数の層に組み込むことができる。或いは、ＩＲ放出粉末は、図１ｂに例示されている通り、海島状の二成分又は多成分繊維の島成分に組み込むことができる。或いは、ＩＲ放出粉末は、図１ｃに例示されている通り、「パイ状」又は「オレンジ状」の断面を有する二成分又は多成分繊維のくさび部又は壁部に組み込むことができる。
【００５２】
二成分又は多成分繊維では、ＩＲ放出粉末を含有する繊維成分は、全二成分繊維構造体の最大約５０％を構成することができ、その他の繊維成分は、全繊維構造体の残りの百分率を構成する。より好ましくは、ＩＲ放出成分は、全繊維構造体の最大約３０％、最大約２５％、最大約２０％、最大約１５％、又は最大約１０％を構成することができ、その他の繊維成分は、全繊維構造体の残りの百分率を構成する。
【００５３】
ポリマー繊維の表面積を増大させると、材料のＩＲ放射率を増大させることができる。繊維の活性な表面積を増大させることによって、衝突する放射線を捕捉し吸収するための面積が増大し、それによってＩＲ放出粉末粒子が衝突する放射線に遭遇し、その放射線を吸収し、次にエネルギーに変換し、そのエネルギーをＩＲスペクトルにおける光子として再放出する機会が増大する。ＩＲ放出粉末は、増大した表面積を有する繊維の至る所に組み込むことができ、又は粉末は、増大した表面積を有する二成分若しくは多成分繊維構造体の１つ若しくは複数の成分に組み込むことができる。
【００５４】
ポリマー繊維の表面積は、多くの方法で増大させることができる。表面積を増大させる簡単な一方法は、非円形断面を有する繊維を紡糸することである。このような繊維は、楕円形、犬の骨の形、トリローバル、マルチローバル、星形、又は他の非円形で生成することができる。図２ａ〜図２ｅは、増大した表面積を有する多くの可能な形状のうちのいくつかを例示している。
【００５５】
本発明の可能な一実施形態は、ＩＲ放出粉末がローブ領域に濃縮されるように押し出される、二成分マルチローバル繊維を作り出すことである。この実施形態の一例は、図３に例示されている。この実施形態は、繊維の表面積を増大させ、表面上のＩＲ放出材料を曝露させるが、繊維の充填されていない中央領域の強度及び靭性を維持している。
【００５６】
ポリマー繊維の表面積を増大させる別の方法は、発泡剤を繊維マトリックスに組み込むことである。発泡剤は、繊維全体に、又は好ましくは二成分若しくは多成分繊維の一成分だけに組み込むことができる。発泡剤は、繊維のポリマーマトリックス内に小さな開口セル又は閉口セルを作り出し、それによって繊維内の表面積を劇的に増大させる。これらの表面積は、衝突する放射線を散乱させ、放射線が逃げるまで、又はＩＲ放出粉末によって吸収されるまで、繊維内部中で本質的に「跳ね返る」ようにする。
【００５７】
ポリマー繊維の表面積を増大させる更に別の方法は、表面を微構造化することである。シース−コア二成分繊維では、コア材料がシースよりもいくらか弾性であり、シースよりも延伸及び回復特性が強い場合、繊維は、ある程度まで延伸し、次に繊維のほぼ元の長さまで回復することができる。しかし、二成分繊維のシースが伸張性であるが、コア材料よりも弾性が低い場合、シースは、繊維が延伸すると延伸するが、延伸力が取り除かれても回復しない。その代わり、シース材料は、繊維の表面上にしわ又はひだを形成する傾向がある。このしわの形成は、個々のしわが肉眼で見るにはしばしば小さすぎることに起因して、微構造化とも呼ばれる。その代わり、目は単に、エンボス加工された表面にいくらか類似したマットな表面と感知する。図４は、本発明の微構造化繊維を例示している。微構造化されている表面を有する繊維では、コアのポリマー組成物が、先に定義されている通り、真に弾性である必要がないことに留意すべきである。実際、コアのポリマー組成物は、伸張性であれば十分である。コアのポリマー組成物は、繊維が延伸した後、シースポリマー組成物よりも多く回復すれば十分である。
【００５８】
ポリマー繊維の表面積を増大させる更に別の方法は、脆性ポリマー組成物のシースを有する繊維を形成し、次にその繊維を延伸して、脆性ポリマーシースに亀裂を入れることである。この実施形態では、繊維のシースにおける脆性ポリマーは、例えばポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、他のアクリレートポリマー、ポリエステル、ポリカーボネート等の当技術分野で知られる、任意の一般的な押出し可能な脆性ポリマーを含むことができる。特に好ましい１つの脆性ポリマーは、ポリスチレンである。この実施形態では、繊維コアのポリマー組成物は、伸張性又は弾性ポリマーを含むべきである。これによって、繊維全体を破断せずに脆性ポリマーシースに亀裂を入れるために、繊維全体に延伸されるための靭性が与えられる。図５は、本発明の一実施形態としての、脆性シースを有する二成分繊維を例示している。
【００５９】
ポリマー繊維の表面積を増大させる更に別の方法は、既知のマイクロファイバの製造技術を使用して後にマイクロファイバに分離又は分割することができる、二成分繊維を押し出すことである。図６ａ及び図６ｂは、分割可能な二成分繊維をマイクロファイバに分離する前、及び分離した後の例を示している。元の二成分繊維の第１の充填されていない成分は、分割前の繊維を紡糸することを可能にする担体マトリックスとして作用し、次にＩＲ放出粉末を含有する第２の成分は、マイクロファイバに分割され、それによってこれらの繊維の利用可能な表面積が劇的に増大する。
【００６０】
ポリマー繊維の表面積を増大させる更に別の方法は、化学的エッチング又はプラズマエッチング等のエッチング技術を使用して、繊維の表面をエッチングすることである。エッチングは、繊維の表面を攻撃し、ポリマー結晶化度の低い領域を優先的に除去する。この両方によって表面が侵食され、それによって面積が増大したより起伏の多い表面が作り出され、繊維内の結晶性がより高いポリマー構造が曝露される。
【００６１】
ポリマー繊維の表面積を増大させる更に別の方法は、繊維の表面をエンボス加工することである。いくつかの連続的な繊維製造技術、例えば冷却延伸又は機械的延伸では、形成表面上に押出繊維を単に置くのではなく、ストリッパーロールを使用して、押し出された半溶融繊維を紡糸口金から延伸する。ストリッパーロールにエンボス加工パターンが刻まれている場合、エンボス加工パターンは、延伸された繊維に転写される。
【００６２】
本発明のＩＲ放出繊維が形成されると、それらは更に処理され、布地又は他の繊維ウェブにすることができる。これらの布地又は他の繊維ウェブは、全体的に本発明の繊維から生成されていてもよく、又は所望の物理的及び審美的な特性を有する布地を作り出すために、本発明の繊維を従来の繊維と混合することができる。耐久性物品では、本発明の繊維を織り、又は編んで布地にすることができ、次にその布地を使用して、衣類、保護性の上着、ブランケット、又は他のこのような最終用途製品を作り出すことができる。限定用途品又は使い捨て品では、本発明の繊維から不織布を形成することが望ましい場合がある。織布、編布又は不織布を生成する方法は、当技術分野でよく知られている。
【００６３】
本発明の別の実施形態は、ＩＲ放出粉末を含むポリマーフィルムである。繊維のようなフィルムは、類似のＩＲ放出粉末及びポリマーマトリックス成分を含むことができる。このようなポリマーフィルム材料に適した押出し可能な熱可塑性ポリマー材料は、知られている。
【００６４】
しかし本発明者は、ＩＲ放出粉末を、多層フィルム上の薄いスキン層に組み込むことができ、許容される放射率の結果が得られることを発見した。フィルムのスキン層をＩＲ放出粉末で充填し、ＩＲ放出粉末をほとんど又は全く含まないコア層を備えることによって、脆性がなく、フィルム構造体の至る所にＩＲ放出粉末を含有しているフィルムよりも高価でない薄膜を製造することが可能になる。更に、スキン層は、より高い担持量のＩＲ放出粉末を含有することができ、可撓性の丈夫なフィルムに容易に処理することもできる。フィルムのスキン層中に、質量で約１％〜最大約１０％、最大約２０％、最大約２５％、最大約３０％、最大約５０％、又は最大約８０％の粉末の濃度を構成するＩＲ放出粉末を、組み込むことが可能である。フィルムスキン層は、全フィルム構造体の最大約３０％を構成することができ、その他のフィルム層は、全フィルム構造体の残りの百分率を構成する。より好ましくは、スキン層は、全フィルム構造体の最大約２５％、最大約２０％、最大約１５％、最大約１０％、又は最大約５％を構成することができ、その他のフィルム層は、全フィルム構造体の残りの百分率を構成する。
【００６５】
いかなるフィルム形成プロセスによっても、本発明の多層ＩＲ放出フィルムを調製することができる。特定の一実施形態では、共押出プロセス、例えばキャスト共押出又はインフレーションフィルム共押出を使用して、多層フィルムを形成する。キャストプロセス又はインフレーションプロセスによる多層フィルムの共押出はよく知られている。
【００６６】
別の実施形態では、本発明者は、ＩＲ放出粉末で充填された１つのスキン層、非充填ポリマーを含むコア層、及び光反射性処理を施した、金属化粒子、金属化フィルム又は薄い金属箔等のコーティング又は材料を含む別のスキン層を含む多層フィルムを生成し得ることを発見した。反射性スキン層により、フィルムのＩＲ放出成分の有効な放射率を増加することができる。フィルムを通過するときにＩＲ放出粉末に吸収されなかった衝突光子は、フィルムを戻って反射され、それによってＩＲ放出材料に吸収される別の機会を得る。光子がＩＲ放出成分から放出されると、反射性スキン層はまた、放出されたこれらの光子を所望の方向に反射する。したがって、ＩＲ放出材料の有効な放射率が改善される。
【００６７】
ポリマーフィルムの表面積を更に増大させると、本発明の材料のＩＲ放射率を増大させることができる。繊維の場合と全く同様に、フィルムの表面積を増大させることによって、衝突する放射線を捕捉するための面積が増大し、それによってＩＲ放出粉末粒子が衝突する放射線に遭遇し、その放射線を吸収し、次にエネルギーに変換し、そのエネルギーをＩＲスペクトルの波長を有する光子として再放出する機会が増大する。ＩＲ放出粉末は、増大した表面積を有するフィルムの至る所に組み込むことができ、又は粉末は、増大した表面積を有する多層フィルムの１つ若しくは複数の層、好ましくはスキン層に組み込むことができる。
【００６８】
ポリマーフィルムの表面積を増大させる１つの方法は、フィルムの表面をエンボス加工することである。キャスト押出プロセスでは、溶融又は半溶融ポリマーウェブを、冷却されたキャストロール上にキャストし、フィルムを急速にクエンチし、固化させる。キャストロールにエンボス加工パターンが刻まれている場合、エンボス加工パターンは、押出フィルムに転写される。
【００６９】
ポリマーフィルムの表面積を増大させる別の方法は、発泡剤をフィルム組成物に組み込むことである。発泡剤は、フィルム全体に、又は多層フィルムのスキン層だけに組み込むことができる。発泡剤は、フィルムのポリマーマトリックス内に小さな開口セル又は閉口セルを作り出し、それによってフィルム内の表面積を劇的に増大させる。これらの表面積は、衝突する放射線を散乱させ、放射線が逃げるまで、又はＩＲ放出粉末によって吸収されるまで、フィルム内部中で本質的に「跳ね返る」ようにする。
【００７０】
ポリマーフィルムの表面積を増大させる更に別の方法は、表面を微構造化することである。多層フィルムでは、コア層材料がいくらか弾性であり、延伸及び回復特性を有している場合、フィルムは、ある程度まで延伸し、次にフィルムのほぼ元の長さまで回復することができる。繊維の場合と全く同様に、多層フィルムのスキンが伸張性であるが、コア層よりも弾性が低い場合、スキンは、フィルムが延伸すると延伸するが、スキン層は、延伸力が取り除かれても回復しない。その代わり、スキン層は、フィルムの表面上にしわ又はひだを形成する傾向がある。このしわの形成は、微構造化とも呼ばれる。微構造化されている表面を有するフィルムでは、コア層のポリマー組成物が、先に定義されている通り、真に弾性である必要がないことに留意すべきである。実際、コア層のポリマー組成物は、伸張性であれば十分である。コア層のポリマー組成物は、フィルムが延伸した後、スキン層のポリマー組成物よりも多く回復すれば十分である。
【００７１】
ポリマーフィルムの表面積を増大させる更に別の方法は、脆性ポリマースキンを有する多層フィルムを押し出し、次にそのフィルムを延伸して、脆性スキンに亀裂を入れることである。この実施形態では、フィルムのスキンを構成する脆性ポリマーは、例えばポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、他のアクリレートポリマー、ポリエステル、ポリカーボネート等の当技術分野で知られている、任意の一般的な押出し可能な脆性ポリマーを含むことができる。特に好ましい１つの脆性ポリマーは、ポリスチレンである。この実施形態では、フィルムコア層のポリマー組成物は、伸張性又は弾性ポリマーを含むべきである。これによって、フィルム全体を破断せずに脆性ポリマースキンに亀裂を入れるために、フィルム全体に、延伸されるための靭性が与えられる。
【００７２】
ポリマーフィルムの表面積を増大させる更に別の方法は、化学的エッチング又はプラズマエッチング等のエッチング技術を使用して、フィルムの表面をエッチングすることである。エッチングは、フィルムの表面を攻撃し、ポリマー結晶化度の低い領域を優先的に除去する。この両方によって表面が侵食され、それによって面積が増大したより起伏の多い表面が作り出され、フィルム内の結晶性がより高いポリマー構造が曝露される。
【００７３】
本発明のいくつかの実施形態では、繊維、繊維ウェブ又はフィルムであるかどうかにかかわらず、材料の表面積を増大させるために、本発明の材料を延伸し、又は活性化することが必要である。延伸は、微構造化繊維又はフィルムを作り出すために必要であり、また延伸は、繊維又はフィルム上の脆性ポリマーシース又はスキン層を破断し、又はそれらに亀裂を入れるために必要である。本発明の材料は、いくつかの方法で活性化することができる。例えば、材料は、延伸し、折りたたみ、波形成型し、パターン化ロールを用いてカレンダー成型し、又はその他方法では、コア層が伸長され、スキン層が伸長又は破断されるような方法で変形することができる。材料を延伸するのに好ましい手段は、機械方向配向（ｍａｃｈｉｎｅ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）（ＭＤＯ）、幅出し又は漸進的延伸等の知られている延伸技術による手段である。材料を活性化するのに特に好ましい方法は、米国特許第４，１４４，００８号明細書に記載の通り、噛み合いローラーの間で材料を徐々に延伸することによる方法である。
【００７４】
本発明の材料を印刷又は切断するプロセス、本発明の材料上に追加の層を積層するプロセス、及び他のこのようなプロセス等の追加の処理工程を加えることができ、これらは本発明の範囲に含まれると理解されたい。
【００７５】
本発明の材料、特に繊維ウェブ又はフィルムは、知られている積層手段によって基材層に積層することができる。基材層は、任意の伸張性シート状材料、例えば別の布地、別のポリマーフィルム又は紙であり得る。特に有用な材料は、ＩＲ放出繊維ウェブ及びＩＲ放出フィルムの両方を含むＩＲ放出材料である。
【００７６】
本発明の材料は、知られている積層手段によって基材層に積層することができる。これらの積層手段には、押出積層、接着積層、熱結合、超音波結合、カレンダー結合、及び他のこのような手段が含まれる。これらの結合方法の組合せも、本発明の範囲に含まれる。
【００７７】
本発明の材料は、プロセスの任意の時点で、１つ又は複数の基材層に積層することができる。具体的には、本発明の材料は、材料を活性化する前又は活性化した後に、基材層に積層することができる。
【００７８】
本発明の多様な態様を例示するために、以下の実施例を提示する。これらの実施例は、いかなる方式でも本発明を制限するものではない。
【実施例１】
【００７９】
シース／コア状構築物の二成分繊維を、本発明に従って製造した。繊維のシースは、中国、上海のＳｈａｎｇｈａｉ  Ｈｕｚｈｅｎｇ  Ｎａｎｏ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｔｄ．社製の製品コードＺＴ−ＭＢ０２０として販売されている、ポリプロピレンマトリックス中２０質量％のナノサイズの竹炭粒子のＩＲ放出粉末マスターバッチを含んでいた。二成分繊維のコアは、テキサス州、ヒューストンのＬｙｏｎｄｅｌｌＢａｓｅｌｌ社製のポリプロピレンである、ＭＦＩ３５を有するＰＲＯ−ＦＡＸ（登録商標）ＰＨ８３５を含んでいた。繊維の構造は、体積で１０％シース及び９０％コアであった。繊維は、良好な繊維に紡糸することに成功し、それを不織ウェブに形成した。
【実施例２】
【００８０】
シースポリマー組成物が１０質量％だけのＩＲ放出粉末マスターバッチを含有していたことを除いて、実施例１と同じ組成を有する二成分繊維を製造した。繊維の構造は、体積で２５％シース及び７５％コアであった。繊維は、良好な繊維に紡糸することに成功し、それを不織ウェブに形成した。
【００８１】
比較例１
シース／コア状構築物の二成分繊維を、本発明に従って製造した。繊維のシースは、中国、上海のＳｈａｎｇｈａｉ  Ｈｕｚｈｅｎｇ  Ｎａｎｏ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｔｄ．社製の製品コードＺＴ−ＭＢ０２０として販売されている、ポリプロピレンマトリックス中２０質量％のナノサイズの竹炭粒子のＩＲ放出粉末マスターバッチを含んでいた。二成分繊維のコアは、テキサス州、ヒューストンのＬｙｏｎｄｅｌｌＢａｓｅｌｌ社製のポリプロピレンである、ＭＦＩ３５を有するＰＲＯ−ＦＡＸ（登録商標）ＰＨ８３５を含んでいた。繊維の構造は、体積で２５％シース及び７５％コアであった。これらの繊維は、良好な繊維に紡糸することに成功せず、ドローイングプロセス中に破断し、ウェブに形成することができなかったので、実験の中止を余儀なくされた。
【００８２】
実施例１及び２では、繊維の内部にあるコア成分が全体構造の十分な分率を構成する限り、高濃度のＩＲ放出粉末を含有する二成分繊維を上手く紡糸できることが実証される。それとは対照的に、比較例１は、繊維のコア成分が全体構造の十分な分率に満たない場合、高濃度のＩＲ放出粉末を含有する二成分繊維を上手く製造できないことを示している。所与の繊維組成物に最適な又は好ましいシース対コア比は、限定されるものではないが、支持ポリマーマトリックスの物理的特性、並びにＩＲ放出粉末の素性、濃度及び粒径分布を含むいくつかの要因に応じて変わると予測される。本発明の二成分繊維に好ましい又は最適なシース対コア比の決定は、当業者にとって日常的な実験方法によって行われるべきである。
【実施例３】
【００８３】
約４８．５％のＶｉｓｔａｍａｘｘ  ６１０２ポリオレフィン、３％のＥｃｏｃｅｌｌ発泡剤、及び中国、上海のＳｈａｎｇｈａｉ  Ｈｕｚｈｅｎｇ  Ｎａｎｏ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｔｄ．社製の製品コードＡＲＰ−ＭＢ０２０として販売されている、ポリエチレンマトリックス中固体を２０％含有する、４８．５％のＩＲ放出マスターバッチを含む、発泡ポリマーフィルムを調製した。最終的なフィルム配合物は、約１０％のＩＲ放出粉末を含有していた。Ｅｃｏｃｅｌｌ発泡剤以外は同じ成分を含有する同等のフィルムも調製した。発泡フィルム及び平坦なフィルムを、カリフォルニア州、シミバレーのＣＩシステムによって放射率について試験した。
【００８４】
図７ａ及び図７ｂは、それぞれ、発泡フィルム及び平坦なフィルムの放射率走査を示している。試験によって、発泡フィルムの放射率は、ＩＲスペクトルの有益な波長範囲である４〜１４ミクロン波長範囲全体について、８０〜１００％のままであったことが示された。それとは対照的に、平坦なフィルムの放射率は、この波長範囲の大半で８０％未満であった。したがって、発泡フィルムは、平坦なフィルムと比較して優れた放射率を示す。
【００８５】
このことは、本発明を実施する好ましい方法と共に、本発明を説明するものとなっている。しかし、本発明は、それ自体、添付の特許請求の範囲によってのみ定義されるべきである。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図２ｅ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年11月17日(2015.11.17)
【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】
ａ）ＩＲ放出材料の微粒子及び熱可塑性ポリマーマトリックスを含む第１のポリマー組成物と、
ｂ）熱可塑性ポリマーを含む第２のポリマー組成物と
を含むＩＲ放出多層ポリマーフィルムであって、
第１のポリマー組成物が、多層フィルムのスキン層を構成し、第２のポリマー組成物が、多層フィルムのコア層を構成し、
前記スキン層が、４〜１４μｍについて少なくとも約８０％の放射率を提供するのに有効な構造化された表面を有する、ＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項２】
ＩＲ放出材料が、第１のポリマー組成物の約１０〜２５％を構成する、請求項１に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項３】
ＩＲ放出材料が、アルミナ、酸化マグネシウム、ジルコニア、二酸化チタン、二酸化ケイ素、酸化クロム、フェライト、スピネル、酸化バリウム、酸化亜鉛、酸化スズ、三酸化タングステン、マイカ、方解石、水晶、トルマリン、炭化ホウ素、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化モリブデン、炭化タングステン、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ジルコニウム、黒鉛、カーボンブラック、木炭、タングステン、モリブデン、バナジウム、白金、ニッケル、銅、ニクロム、ステンレス鋼、アルメル、及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項４】
ＩＲ放出材料の微粒子が、約１０ｎｍ〜約１０μｍの範囲のサイズである、請求項１に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項５】
第１のポリマー組成物の熱可塑性ポリマーマトリックスが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン６、ナイロン６，６、これらのコポリマー又はこれらのブレンドを含む、請求項１に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項６】
構造化された表面が、エンボス加工されてフィルム表面積を増大させている、請求項１に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項７】
フィルムの第１のポリマー組成物が、発泡ポリマーを含んでフィルム表面積を増大させている、請求項１に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項８】
フィルムのスキン層が、延伸により微構造化されてフィルム表面積を増大させている、請求項１に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項９】
フィルムの第１のポリマー組成物が、延伸、折りたたみ、波形成型、またはカレンダー成型により亀裂を入れられてフィルム表面積を増大させている脆性ポリマースキン層を構成する、請求項１に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項１０】
反射材料を含む第２のスキン層を含み、反射材料が、金属化フィルム、金属化粒子、又は金属箔である、請求項１に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項１１】
基材層に結合して積層構造を形成している、請求項１に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項１２】
基材層が、繊維ウェブである、請求項１１に記載のフィルム。
【請求項１３】
ａ）熱可塑性ポリマーマトリックス中にＩＲ放出材料の微粒子を含む第１のポリマー組成物と、
ｂ）熱可塑性ポリマーを含む第２のポリマー組成物であって、第１のポリマー組成物が、多層フィルムのスキン層を構成し、第２のポリマー組成物が、多層フィルムのコア層を構成する、第２のポリマー組成物と、
を含むＩＲ放出多層ポリマーフィルムであって、
前記第１のポリマー組成物によって放出されたＩＲ放射線を反射する材料を含む第２のスキン層をさらに含む、ＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【請求項１４】
前記第１のスキン層が、４〜１４μｍについて少なくとも約８０％の放射率を提供するのに有効な構造化された表面を有する、請求項１３に記載の多層ポリマーフィルム。
【請求項１５】
フィルムの第１のポリマー組成物が、発泡ポリマーを含んでフィルム表面積を増大させている、請求項１４に記載のＩＲ放出多層ポリマーフィルム。
【国際調査報告】
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