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あいち産業科学技術総合センター 研究報告 2022

研究論文

織物への構造色付与技術に関する検討
村 井 美 保 * 1 、 山 本 周治 *2

Study on Structural Coloring Technology for Textile
Miho MURAI *1 , Shuji YAMAMOTO *2Owari Textile Research Center *1 *2
織物に構造色を発現させるための加工方法について検討した。構造色を発現させる方法として、シリカ微粒子を用いて織物上に規則的に配列させることを試みた。シリカ微粒子を繊維上に固着させるために前処 理 と し て 自 己 組 織 化 単 分 子 膜 (SAM)を 形 成 し 、 そ の 後 シ リ カ 微 粒 子 を パ ッ ド ド ラ イ 方 式 で 付 与 し た 。 その結果、ポリエステル織物に微粒子膜を付与し構造色を発現させることができた。微粒子膜の表面状態を電子顕微鏡により観察した結果、微粒子の規則配列が形成されている部分と不規則な部分があり、均一性に課題が残った。

1. はじめに粒子膜の調製には、粒子径 300nm のシリカ粒子を含構造色の発色原理として、光の波長と同等の大きさでむ分散液シーホスター 🄬KE-W30(日本触媒(株)製)を用い粒径の揃ったコロイド粒子を規則的に配列させる手法がた。

ある。この方法により形成された表面構造で光の回折が2.2 前処理起こり、構造色が発現する。このように、構造色は物質ポリエステル織物にシリカ粒子を固定するための前処の物理的な微細構造に起因する光の回折や干渉などで生理として、織物表面に自己組織化単分子膜(SAM)を形成じる発色現象であるため、その構造が消失しない限り発させた。SAM 形成は、真空紫外光(VUV)照射後に化学色し続ける。それに対し、私たちの身の回りにある繊維蒸着(CVD)処理の 2 工程で行った。

製品は、従来、染料や顔料などの色素を用いた染色によ2.2.1 VUV 照射り着色されているため、紫外線や照明などの影響で色素織物上に SAM を形成するために VUV を照射し、織が壊れ、退色するという欠点がある。そのため、染料の物表面を活性化した。使用した装置は、キセノンエキシような色素材を使わずに繊維を着色することができれば、マランプ(Model: MEBF-380BQ、波長 172nm、光強度日光等による染色堅ろう度の問題も解決され、付加価値50mW/cm2 以上(メーカー公称値)、(株)エム・ディ・エの高い製品開発が期待できる。また、最近ではものづくキシマ製)を搭載した VUV 照射装置((株)エヌ工房製)をりにおいても SDGs に対する配慮は欠かせないものと用いた。試料を可動式のステージに載せ、点灯したランなっており、従来の染色工程のような大量の水やエネルプ下部を往復させることによって試料に VUV を照射しギーを必要としない新たな染色技術の開発が求められてた。試料とランプ下部との距離は約 5mm(装置構成上ほいる。

ぼ最も接近した距離)、試料搬送速度は約 1mm/sec(装置

そこで本研究では、微粒子を用いた構造発色のための着色技術について検討した。昨年度は、ガラス板上にシ構成上ほぼ最も遅い速度)、往復回数を 2 回とした。
2.2.2 CVD 処理

リカ微粒子膜を形成することで、構造色が発色すること

SAM 形成には、3-aminopropyltrimethoxysilaneを確認した 1)。この成果を活用して、本年度は織物への((CH3O)3SiC3H6NH2)、信越化学工業(株)製)を用いた。

加工技術について検討した。

VUV 照射をしたポリエステル織物(長さ10cm×幅9cm)と200µL のSAM 形成試薬を入れたガラス瓶をシリコ

2. 実験方法

ン製の容器に入れ密閉し、これを熱処理装置に入れ所定2.1 試料の温度及び時間維持した。

実験用ポリエステル織物には、JIS L 0803 に定められた染色堅牢度試験用添付白布を用いた。
*1 尾張繊維技術センター

素材開発室

2.3 微粒子膜の作製
前処理を行ったポリエステル織物をシリカ粒子の分散*2 尾張繊維技術センター

素材開発室（現共同研究支援部計測分析室）

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液に浸漬し、マングルに通した後、乾燥した。

す。この結果も処理温度が高いほど、また時間が長いほ

2.4 蛍光 X 線分析

ど色差は大きくなり、黄変の度合いも大きくなる傾向がエネルギー分散形蛍光X線分析装置(EDX-8000、(株)

目視でも確認された。

島津製作所製)により、織物上に形成されたSAM に含以上の結果から、SAM 形成量及びポリエステル織物まれるケイ素(Si)の蛍光X 線(Si-Kα線)Net 強度(ピーの変色度合いを考慮して CVD の処理条件を 95℃×120

ク面積)を測定して、SAM 形成量の指標とした。測定分とすることとした。

条 件 は 、 印 加 電 圧 50kV 、 電 流 100 μ A 、 照 射 面 積 φ
1.210mm、測定時間100 秒、真空雰囲気とした。なお、

1ピークは検出されなかったため、蛍光X 線Net 強度を0.80(cps/μA)とした。
2.5 色差測定
分光測色計(CM3600d コニカミノルタセンシング(株)cps/μASAM 形成していない未処理のポリエステル織物では、0.60.40.20製)により分光表色を行い、色差⊿E*abを算出した。

未処
理

2.6 分光反射率測定①②③④⑤⑥⑦⑧積分球を搭載した分光光度計(V-670、日本分光(株)図1製)を用いて作製した微粒子膜の反射率を測定した。

SAM 形成したポリエステル織物の蛍光 X 線 Net 強度

2.7 電子顕微鏡観察
走査型電子顕微鏡(JSM-6010LA、日本電子(株)製)を用いて、加速電圧 5kV、倍率×1,000、×5,000 で試料7表面を観察した。

6

⊿E*ab

53. 実験結果及び考察
3.1 前処理条件の検討

4323.1.1 SAM 形成量の測定表 1 に示した条件で前処理をしたポリエステル織物に形成された SAM の形成量を蛍光 X 線分析の測定結果から算出した結果を図 1 に示す。CVD の処理温度が高いほど、また処理時間が長いほど SAM の形成量は多く

10①
図2②③④⑤⑥⑦⑧CVD 処理によるポリエステル織物の変色

3.2 微粒子膜形成条件の検討なっている。

昨年度の研究成果から、背景色を黒色にした方が鮮明
表1CVD 処理条件な発色が得られることを確認しており、評価のし易さの試料

処理温度(℃)

処理時間(分)面から実験には、黒染めしたポリエステル織物を用いた。

①85120

前処理条件は前述の検討結果から CVD 処理条件を 95℃②85150×120 分とした。

③95603.2.1 マングル絞り条件の検討④95120

前処理をしたポリエステル織物に微粒子膜を形成させ⑤95150

る際のマングル工程での処理条件と発色性の関係につい⑥10530て検討した。マングルの絞り圧と未処理布に対する色差⑦10560の関係を図 3 に、ローラーの送り速度と色差の関係を図⑧1051204 に示す。その結果、マングルのローラー圧が 0.2Pa 付
近が最大になった。また、送り速度が遅いほど色差は大3.1.2 CVD 処理によるポリエステル織物の変色
CVD 処理によるポリエステル織物の変色(黄変)につきくなった。
3.2.2 乾燥条件の検討

いて検討した。未処理のポリエステル織物に対する色差

マングル工程後の乾燥温度と発色性の関係について検⊿E*ab を測定して、その指標とした。図 2 に結果を示討した。処理温度は 30、50、80、100℃で処理時間は

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120 分とした。その結果を図 5 に示す。この結果、多少方が鮮明な発色が見られた 1) 。のばらつきはあるものの、処理温度の低い方が色差は大きくなった。
12⊿E*ab

10864

加工2

未加工

000.20.40.6

未加工

ローラー圧(MPa)図3

マングル絞り圧と発色の関係

1412⊿E*ab

10加工86

図64

シリカ粒子膜形成による構造発色織物（上：未染色、下：黒染め）

23.4 分光反射率測定

00

図40.5

11.522.5

図 6 に示した構造発色織物の分光反射率を測定した結ローラー送り速度(m/min)

果を図 7 に示す。未染色の白い織物の場合は全波長領域ローラー送り速度と発色の関係

を通して 7~10％程度未加工布よりも反射率が高くなっ⊿E*abた。曲線の形状に大きな変化はないが、610nm 付近に10わずかにピークが見られた。また、黒染めした織物の場

8合、未加工布に比べて短波長側及び長波長側の反射率が6高くなり、610nm 付近に小さなピークが見られた。

4

この 610nm 付近に見られるピークは赤色に対応する2分光反射スペクトルであり、シリカ粒子の規則配列によ0るものだと考えられる。
020406080100120

乾燥温度(℃)
図5

乾燥温度と発色の関係

3.5 電子顕微鏡観察
作製した微粒子膜の様子を電子顕微鏡により観察した。
その結果を図 8 に示す。繊維上にシリカ粒子が堆積している様子が観察された。しかし、粒子が規則配列してい3.3 作製した構造発色織物る部分と不均一に堆積している部分がみられた。繊維と以上の結果を踏まえて、今回作製したシリカ微粒子膜繊維の間にある粒子は規則配列構造を取っているが、繊による 構造発色織物 の写真 を図 6 に示す。前処理の維の曲面上に堆積している粒子はランダムに堆積していCVD 処理条件は 95℃×120 分とし、マングル絞り圧て、この構造が交互に並んでいることが確認された。

0.2MPa 、 ロ ー ラ ー 送 り 速 度 1.0m/min 、 乾 燥 条 件 は30℃×120 分とした。
未染色の白い織物に加工した場合には、極淡いピンク色になり、黒く染色した織物に加工した場合には赤色になった。ガラス板に加工した場合と同様に背景色が黒い

構造色が鮮明に発色するためには、微粒子の規則配列による構造が不可欠であることから、発色性を向上させるためには、不均一な配列部分を規則配列させるための加工条件の検討が必要であると考えられる。

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R(%)

また、微粒子膜の均一性については課題が残る結果と6050403020100なったが、今後検討を重ね、繊維製品への応用を図っていきたい。

400500600700

波長(nm)
Si付与

R(%)

未処理
6050403020100
400500600

700

波長(nm)
未処理
図7Si付与構造発色織物の分光反射率曲線（上：未染色、下：黒染め）

4. 結び
本研究の結果は、以下のとおりである。
(1) シリカ微粒子を用いてポリエステル織物に構造色を発色させることができた。
(2) 前処理として SAM 処理を行うことでシリカ微粒子

図8作製したシリカ微粒子膜の電子顕微鏡写真（倍率上：×1000、下：×5000）を固着させた。
(3) 作製したシリカ微粒子膜の構造には不均一な部分があり、発色性を向上させるためには最密な規則配列を成すための加工条件の検討が必要である。

文献
1) 村井美保, 山本周治, 加藤良典: あいち産業科学技術総合センター研究報告, 10, 120（2021）