関連出願の相互参照 本出願は、2016年11月21日に出願された米国仮特許出願第62/424,856号、および2016年12月2日に出願された米国仮特許出願第62/429,486号への優先権を主張し、これらの開示は参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、繊維に関する。より詳細には、本開示は、繊維からの刺激感応性(応答性)放出に関する。

テキスタイル(織物)を疎水性にすることで、テキスタイルが水または高湿度条件にさらされる可能性がある環境で、それらを使用することが可能になる。 ユーザにとって快適な感触を可能にするために、そのような湿気からユーザを保護することが望ましい場合がある。

従来伝統的に、布に疎水性を付与するために、フッ素化分子、有機ケイ素分子、ポリオレフィンおよびワックスが使用される。布を疎水性にすることができる技術がある。これには、ポリテトラフルオロエチレン(テフロン(登録商標))のように本質的に疎水性の材料を使用すること、または布に疎水性分子のコーティングを適用して布を疎水性にすることが含まれ得る。本質的に疎水性の材料は、強くなく、伝統的な合成繊維(例えば、ナイロン、ポリエステル)または天然繊維(例えば、綿、絹)のように機械的な働きはしない。さらに、本質的に疎水性の材料は、布の染色を補助せず、または難燃剤、抗菌剤、UV保護剤、殺虫剤、防虫剤もしくは染模様(例えば、迷彩、シワ防止仕上げなど)、または印刷されたパターン(例えば、カモフラージュ、しわに強い仕上げなど)などの、布の表面に適用され得る他の仕上げには適さない。 局所的なコーティングは、例えば、使用、着用または洗浄の間に除去され得、これは、使用者への何らかの利益を損なう。局所処理はまた、布の自然な細孔を遮蔽する傾向があり、それによって布の通気性が低くなる。表面を疎水性にするかまたは他の方法で材料の表面を改質(修飾)することにより、製造中に新たな課題が生じるおそれがある。これらの欠点を克服し得る、材料の表面を改質(修飾)する新しい方法および材料が必要とされている。

これは、多くの有用な布が、綿/ナイロンまたは綿/ポリエステルのブレンドなどのステープルファイバーのブレンドで作製されているため、特に重要である。本質的に、ブレンド糸の疎水性または他の特性を本質的に改質する方法が必要とされており、そのような改質は、布が作製された後、仕上げが適用された後、および布が衣料品に変換される準備ができた後などのその場(in situ)で開始される。

したがって、ポリマー材料の表面改質(修飾)をもたらす、改善された組成物、物品および方法が必要とされている。

ポリマーマトリックスと有利に結合、反応または相互作用し得る官能基または化学部分を有し、表面改質(修飾)基も有する表面改質(修飾)分子を組み込む(デリバーリング)方法が記載される。表面改質(修飾)は以下、表面改質と記載する。これにより、例えば、布を親水性または疎水性にすることができる。一実施形態では、アンカー分子を使用して表面改質分子をポリマーマトリックスに固定する。アンカー分子および表面改質分子は、ポリマーマトリクッスの溶融相に添加され、ステープルファイバーに変換され得る。これらの表面改質分子を含有するそのようなステープルファイバーを、次いで、他の繊維のブレンドに添加し、その結果、所望の布の紡績、織製および/または仕上げ(変換)の工程の間に、所望の通りに、糸の隙間において表面改質分子の放出を引き起こすことができる。

表面改質分子は、合成および天然繊維、ステープル、粒子などのポリマー物品に高濃度で担持され得る。

表面改質分子は、それが合わせられた担体の分子と反応しない場合がある。

担体は、次いで、湿度の変化、圧力の変化、電流の印加、放射線への曝露および/または他の機構などの誘因の適用により、これらの表面改質分子を周囲に放出し得る。そのような分子が放出された場合、分子は、ブレンド中の他のステープル分子などの周囲の材料に結合し得るか、または制御方式で周囲にゆっくりと放出され得るかのいずれかである。

第1の実施形態では、ステープルファイバーが提供される。ステープルファイバーは、ポリマーマトリックス、ポリマーマトリックスに接続した表面改質分子、ならびに共有結合、静電相互作用、疎水性相互作用、芳香族相互作用、水素結合および/またはファンデルワールス相互作用によって表面改質分子に付着したアンカー分子を含む。表面改質分子は、ポリマーマトリックスおよび表面改質基と相互作用する官能基を含む。アンカー分子は、反応性官能基を有し、ポリマーまたはオリゴマー分子である。

官能基は、ポリマーマトリックスと結合または反応するように構成することができる。

アンカー分子は、ポリマーマトリックスと化学的に類似の特性を有してもよい。

反応性官能基は、アミン、アミド、イミド、ヒドロキシル、無水物(例えば酸無水物)、イソシアネート、カルボキシル、エポキシ、スルフヒドリル、チオール、酸塩化物(塩化アシル)、アルデヒド、エステル、ケトン、ハロゲン化アルキルまたはアレーンのうちの少なくとも1種を含み得る。

ポリマーまたはオリゴマー分子は、水不溶性ポリマーを含み得る。水不溶性ポリマーは、ポリエチレンを含み得る。

ポリマーまたはオリゴマー分子は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、スチレン系、ビニルポリマーまたはこれらのコポリマーのうちの1種を含み得る。

表面改質基はフッ素を含み得る。

表面改質基は、ポリマーマトリックスと相互作用する官能基に存在する基と反応性である官能基を含む水溶性ポリマーの誘導体を含み得る。

水溶性ポリマーはポリエチレンオキシドを含み得る。

官能基は、反応し、エポキシ−アミン、エポキシ−無水物、無水物−ヒドロキシル、無水物−アミン、アミン−イソシアネート、ヒドロキシル−イソシアネート、酸塩化物−アミン、エポキシ−フェノール、エポキシ−カルボキシル、アレーン−無水物、アルデヒド−アミン、ケトン−アミン、エステル−アミン、ハロゲン化アルキル−アミンまたはイソシアネート−無水物のうちの1つを含む共有結合相互作用を形成することができる。

表面改質分子は、アミン基、無水物基、酸塩化物基、カルボキシル基、またはナイロン末端基もしくはセルロースのヒドロキシル官能性基と反応するように構成された反応性基を含み得る。

表面改質分子は、疎水性および親水性ブロックを含み得る。疎水性ブロックはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を含み得、親水性ブロックはエチレンオキシドブロックを含み得る。

表面改質分子はフッ素化ポリエーテルジオールを含み得、アンカー分子はマレエート化ポリプロピレンを含み得る。

表面改質分子は、フッ素化基を含有するビニルモノマーと共重合したヒドロキシプロピルメタクリレートを含み得る。フッ素化基を含有するビニルモノマーは2−(ペルフルオロヘキシル)エチルアクリレートを含み得る。

表面改質分子はフッ素化ポリエーテル分子を含み得る。

織製糸を含む布は、第1の実施形態の任意の変形形態のステープルファイバーを含み得る。

表面改質分子は、布を疎水性または親水性にし得る。表面改質分子はまた、布を、殺虫性、防虫性、芳香性、抗菌性、発汗抑制性、UV吸収性、殺菌性および/または薬用のうちの1つまたは複数にし得る。

表面改質分子は、相変化物質であり得る。

第2の実施形態では、方法が提供される。本方法は、表面改質分子を、ポリマーマトリックスの溶融相に添加するステップ、担体を形成するステップ、およびアンカー分子を、ポリマーマトリックスの溶融相に添加するステップを含む。担体は、表面改質分子を含む。表面改質分子の各々は、ポリマーマトリックスおよび表面改質基と相互作用する官能基を含む。アンカー分子は、表面改質分子をポリマーマトリックスに固定するように構成される。

形成するステップは、射出成形、押出成形、キャスティングおよび/または繊維紡績を含み得る。

担体はポリオレフィンであり得る。表面改質分子はエポキシ化シロキサン分子であり得る。

ポリオレフィンは、LLDPE、LDPE、HDPEまたはポリプロピレンであり得る。

第3の実施形態では、方法が提供される。本方法は、第1の実施形態の任意の変形形態のステープルファイバーまたは第2の実施形態の任意の変形形態によって形成された担体を、糸または布に添加するステップを含む。表面改質分子は、糸または布の隙間において放出される。

放出は、布の紡績、製織および/または仕上げのうちの1つの間に起こり得る。放出はまた、熱処理の間にも起こり得る。放出はまた、pHの変化、温度の変化、湿度の変化、圧力の変化、電流の印加および/または放射線への曝露のうちの1つまたは複数の間に起こり得る。

糸は、ナイロン−綿ブレンドを含み得る。

本開示の性質および目的のより完全な理解のために、添付の図面と合わせて以下の詳細な記載を参照すべきである。

本開示による方法のフローチャートを示す図である。

本開示による方法の別のフローチャートを示す図である。

本明細書に開示される実施形態を作製するために繊維を一緒に混合することを例示する図である。

特許請求される主題を特定の実施形態に関して記載するが、本明細書に示される利益および特徴のすべてを提供するとは限らない実施形態を含む他の実施形態もまた、本開示の範囲内である。様々な構造的、論理的および工程ステップの変更が、本開示の範囲から逸脱することなくなされ得る。

本発明は、それらのすべてが本開示の一部分を形成する、添付の図面および実施例と合わせて以下の記載を参照することによって、より容易に理解することができる。本発明は、本明細書で記載および/または示される具体的な製品、方法、条件またはパラメータに限定されないこと、ならびに本明細書で使用される専門用語は、例として特定の実施形態を記載するためのものに過ぎず、いずれの特許請求される発明を限定することも意図されないことが理解される。同様に、特に具体的な指示がない限り、可能な作用機構もしくは様式または改善の理由に関するいずれの記載も、例示であることのみを意味し、本明細書において本発明は、いずれのそのような提示された作用機構もしくは様式または改善の理由の正確性または不正確性に制約されない。本文書全体を通して、記載は、組成物、ならびに組成物を作製および使用する方法を指すことが認識される。つまり、本開示が、システムもしくは装置、またはシステムもしくは装置を作製もしくは使用する方法に関連する特徴または実施形態を記載および/または特許請求する場合、そのような記載および/または特許請求の範囲は、これらの特徴または実施形態を、これらの文脈(すなわち、システム、装置および使用する方法)の各々における実施形態に拡張することが意図されることが認識される。

本開示において、文脈が明らかに他を示さない限り、複数であり得ることが明記されていない構成が複数であり得ることを排除せず、特定の数値への参照は、少なくともその特定の値を含む。したがって、例えば、「材料」への参照は、そのような材料および当業者に公知のその等価物のうちの少なくとも1つへの参照であるなどである。

値が、「約」という記述子の使用によって近似値として表される場合、特定の値が別の実施形態を形成することが理解される。一般に、「約」という用語の使用は、本開示の主題によって得ようとする所望の特性に応じて変化し得、それが使用される具体的な文脈において、その機能に基づいて解釈されることになる近似値を示す。当業者であれば、日常的なこととしてこれを解釈することができる。一部の場合には、特定の値について使用される有効数字の数は、「約」という語の度合いを決定する非限定的な一方法であり得る。他の場合には、一連の値において使用される段階が、各値について「約」という用語に関して利用可能な意図される範囲を決定するために使用され得る。存在する場合、すべての範囲は包括的であり、組み合わせることができる。つまり、範囲で述べられた値への参照は、その範囲内のあらゆる値を含む。

一般に、範囲が提示される場合、その範囲のすべての組合せが開示される。例えば、1〜4には、1〜4だけでなく、1〜2、1〜3、2〜3、2〜4および3〜4も含まれる。

明瞭性のために、本明細書において別個の実施形態の文脈で記載される本発明の特定の特徴はまた、単一の実施形態において、組み合わせて提供され得ることを認識すべきである。つまり、明らかに矛盾するかまたは具体的に除外されない限り、各個別の実施形態は、任意の他の実施形態と組み合わせることができると考えられ、そのような組合せは、別の実施形態であるとみなされる。逆に、簡潔性のために、単一の実施形態の文脈で記載される本発明の様々な特徴はまた、別個にまたは任意の部分組合せで提供され得る。最後に、実施形態は、一連のステップの一部として、またはより一般的な構造の一部として記載される場合があるが、各ステップはまた、他と組み合わせることができる、それ自体独立した実施形態とみなされ得る。

リストが提示される場合、特に指示がない限り、そのリストの各個別の要素およびそのリストのあらゆる組合せは、別個の実施形態であることを理解すべきである。例えば、「A、BまたはC」として提示される実施形態のリストは、実施形態「A」、「B」、「C」、「AまたはB」、「AまたはC」、「BまたはC」、または「A、BまたはC」を含むとして解釈されることになる。

本明細書で使用される場合、特に指示がない限り、「基」という用語は、他の化学種に共有結合することができる1つの末端を有する化学実体を指す。基の例としては、下記のものが挙げられるが、これらに限定されない。

本明細書で使用される場合、特に指示がない限り、「部分」という用語は、他の化学種に共有結合することができる2つ以上の末端を有する化学実体を指す。部分の例としては、下記のものが挙げられるが、これらに限定されない。

本明細書で使用される場合、特に指定がない限り、「アルキル」という用語は、分枝状または非分枝状飽和炭化水素基を指す。アルキル基の例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソプロピル基、tert−ブチル基などが挙げられるが、これらに限定されない。例えば、アルキル基は、C₁〜C₁₂(すべての整数の炭素数およびその間の炭素数の範囲を含む)アルキル基であり得る。アルキル基は、非置換であってもよく、1つまたは複数の置換基で置換されていてもよい。置換基の例としては、例えは、ハロゲン(−F、−Cl、−Brおよび−I)、脂肪族基(例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基)、アリール基、アルコキシド基、カルボキシレート基、カルボン酸、エーテル基などの様々な置換基およびこれらの組合せが挙げられるが、これらに限定されない。

本明細書で使用される場合、特に指定がない限り、「脂肪族」という用語は、任意選択で1またはそれよりも高い不飽和度を含有する分枝状または非分枝状炭化水素基を指す。不飽和度としては、アルケニル基/部分、アルキニル基/部分および環式脂肪族基/部分が挙げられるが、これらに限定されない。例えば、脂肪族基は、すべての整数の炭素数およびその間の炭素数の範囲を含むC₁〜C₁₂脂肪族基であり得る。脂肪族基は、非置換であってもよく、1つまたは複数の置換基で置換されていてもよい。置換基の例としては、例えは、ハロゲン(−F、−Cl、−Brおよび−I)、さらなる脂肪族基(例えば、アルケン、アルキン)、アリール基、アルコキシド、カルボキシレート、カルボン酸、エーテル基などの様々な置換基およびこれらの組合せが挙げられるが、これらに限定されない。

本明細書で使用される場合、特に指定がない限り、「アリール」という用語は、すべての整数の炭素数およびその間の炭素数の範囲を含むC₅〜C₁₄芳香族または部分的に芳香族の炭素環式基を指す。アリール基は、例えば、縮合環またはビアリール部分などのポリアリール部分を含み得る。アリール基は、非置換であってもよく、1つまたは複数の置換基で置換されていてもよい。置換基の例としては、例えは、ハロゲン(−F、−Cl、−Brおよび−I)、脂肪族基(例えば、アルケン、アルキン)、アリール基、アルコキシド、カルボキシレート、カルボン酸、エーテル基などの様々な置換基およびこれらの組合せが挙げられるが、これらに限定されない。アリール基の例としては、フェニル基、ビアリール基(例えば、ビフェニル基)、および縮合環基(例えば、ナフチル基)が挙げられるが、これらに限定されない。

本開示は、組成物、物品およびポリマー材料の表面改質をもたらす方法に関する。

本明細書で開示されるように、ステープルは、標準化された長さ(例えば、10mm〜50mmであるが、好ましくは35mm)の繊維であり得、任意の組成のものであり得る。ステープルファイバーは、天然由来であっても、合成由来であってもよい。

本明細書で開示されるように、表面改質分子(a surface modifying molecule(以下、SMMとも称する))は、周囲の物質と相互作用および/または反応することが可能な化学実体であり得る。SMMは、マトリックスと相互作用することが可能なアンカー基およびマトリックスの表面特性を変えることが可能な表面改質基を含有する。相互作用は、共有結合性であってもよく、非共有結合性(例えば、静電相互作用、ファンデルワールス、水素結合、疎水性、芳香族またはこれらの組合せ)であってもよい。共有結合相互作用に由来する共有結合は、官能基間である。官能基(例えば、アンカー基)の非限定的なリストには、アミン、アミド、イミド、ヒドロキシル、無水物、イソシアネート、カルボキシル(例えば、カルボン酸)、エポキシド、スルフヒドリル、チオール、酸塩化物(塩化アシル)、アルデヒド、エステル、ケトン、ハロゲン化アルキル、アレーンおよび/または同様のものが含まれる。官能基はまた、アミン、カルボキシル(例えば、カルボン酸)、チオールおよび/または同様のものを含むがこれらに限定されない官能基のイオン化形態でもあり得る。例えば、共有結合相互作用は、以下の対:エポキシ−アミン、エポキシ−無水物、無水物−ヒドロキシル、無水物−アミン、アミン−イソシアネート、ヒドロキシル−イソシアネート、酸塩化物−アミン、エポキシ−フェノール、エポキシ−カルボキシル、アレーン−無水物、アルデヒド−アミン、ケトン−アミン、エステル−アミン、ハロゲン化アルキル−アミンまたはイソシアネート−無水物の間であり得る。共有結合相互作用を有する他の対が可能である。

一例では、共有結合相互作用は、第1の官能基および第2の官能基を含む少なくとも2つの官能基の間で起こる。第1の官能基の非限定的なリストには、アミン、ヒドロキシル、イソシアネートおよびエポキシドが含まれる。第2の官能基の非限定的なリストには、無水物、イソシアネート、カルボン酸およびエポキシドが含まれる。第1の官能基と第2の基との間の反応から形成された共有結合は、以下の対:エポキシド−アミン、エポキシド−無水物、無水物−ヒドロキシル、アミン−イソシアネート、ヒドロキシル−イソシアネートおよびイソシアネート−無水物をもたらす。

本明細書で開示されるように、担体は、溶融加工技術を使用してSMMと混合されるポリマーであり得る。担体は、SMMに対して不活性(例えば、共有結合性に反応しないまたは共有結合しない)であり、SMMを非常に高濃度(例えば、40重量%以上)で担持することができ、外部刺激(例えば、熱)の適用に応じてSMMを放出することが可能であり得る。SMMを含む担体は、ステープルファイバーに変換することができ、次いで、これをすき(carded)、マトリックスとブレンドすることができる。低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、ポリプロピレン(PP)またはそれらの誘導体などのポリオレフィン、ポリエチレンオキシド、スチレン系ポリマーなどの水溶性ポリマー、ナイロン−12などのポリアミド、アセタールポリマー、無水物ポリマー、ポリカーボネート、ポリエステル(水溶性および水不溶性の両方のタイプ)、pHに感受性であるアクリル系ポリマーなどの腸溶性ポリマー、フェノールホルムアルデヒド、尿素−ホルムアルデヒド、エポキシなどの熱硬化性ポリマー、ポリウレタン、当業者に公知の他の種またはこれらの組合せを担体として使用することができる。使用される他の担体は、他の外部刺激(例えば、紫外線照射、電流など)に応答し得る。

一例では、担体は、ナイロン6、ナイロン66、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリアセタール、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)および高密度ポリエチレン(HDPE)を含むポリマーを含む。

一例では、担体は、SMMに非共有結合的に結合することができる。非共有結合相互作用は、静電、芳香族(例えば、π−π相互作用)、ファンデルワールス、疎水性または水素結合を介したものであり得る。

本明細書で開示されるように、マトリックスは、ブレンドされ、すかれ、またはそうでなければ当技術分野で公知の工程を使用して一緒に混合されたステープルファイバーのブレンドまたは複数のステープルファイバーであり得る。マトリックスポリマーは、合成、天然またはこの2つの組合せであり得る。マトリックス繊維は、SMMに対して反応性であり得、またはSMMと好都合に相互作用し、結合し得る。

本開示は、所望の分子を界面または表面に固定することが可能であり、次に、物品または完成品(特に、繊維、織物および布)のポリマーマトリックスに固定され、表面/界面に安定かつ均一に分布され得る表面偏析または界面偏析反応性分子を使用して、その場合(in−situ)の表面化学を提供することによって、上記の問題に対処するが、他の分布も可能である。表面のみにおける表面改質実体のこのインターロックまたは固定により、製品のコアに任意の不適合な表面偏析添加剤が混ざっていないポリマー製品の機械特性の損失を相殺することを助けることができる。反応性分子は、マレエート化ポリプロピレン、エポキシ化ポリオレフィンなどのポリオレフィンの無水物、エポキシ化シリコーン分子、アミノ化シリコーン、ヒドロキシル化シリコーン、アクリレート化シリコーン、アクリレート化ワックス、アミノ化ワックス、エポキシ化ヒマシ油もしくはエポキシ化亜麻仁油などのエポキシ化油、イソシアネートシリコーン、チオール変性シリコーン、アミノ化ワックス、イソシアネート−ワックス、エポキシ化ワックス、アクリレート化ワックス、トリメチロールエタントリグリシジルエーテルのようなマルチエポキシ分子、クエン酸もしくは1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸のようなマルチカルボキシル分子、グリオキサールなどのアルデヒド改質剤、エピクロロヒドリンのポリマー、無水マレイン酸などの無水物、または当業者に公知の他の種を含み得る。

一例では、官能化エポキシド分子(例えば、アンカー分子)は、エポキシ変性9,10−ジヒドロ−9−オキシ−10−ホスファフェナントレン−10−オキシド(DOPO)、SU8、ERISYS GE−31、ERISYS GE−30、ERISYS GE−40、ERISYS GE−38、ERISYS GE−60、トリメチロールエタントリグリシジルエーテルおよび/またはこれらの組合せを含む。

ある実施形態では、SMMは、ブレンド糸中に送達される。ステープルファイバーのブレンドは、異なるステープルの最良の特質を1つの糸に合わせることができるように、合成/天然または合成/合成ブレンドを混合することによって作製することができる。多くの場合、綿の感触およびナイロンの強度の利点を得るためにナイロンおよび綿が一緒にブレンドされて、快適で耐久性のある布が作製される。本出願は、糸の形成において他のステープルとブレンドされた場合に反応性または非反応性分子(例えば、SMM)を送達することが可能なステープルファイバーの着想を開示する。糸の調整における周囲のステープルへのSMMの送達は、糸の表面および周囲のステープルの表面を望ましい品質に改質するのを助ける。この場合、SMMは、疎水性または他の特性を付与し得る。一例では、ブレンドは、50%以下のSMMステープルを有する。別の例では、ブレンドは、すべての0.1%値およびその間の範囲を含む10〜20%のSMMステープルを有する。

ナイロンおよび綿以外に、他の糸、布またはブレンドが本明細書に開示される実施形態から利益を受け得る。他の布には、ポリエステル、レーヨン、KevlarおよびNomexなどのポリアラミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、アクリル系、ポリ乳酸系繊維およびそのようなステープルファイバーのブレンドが含まれ得る。

SMMを製造の間に溶融物に添加して、その内部(例えば、表面化および/または封入された)にSMMを含有する物品を得ることができる。そのような物品は、担体と呼ばれる。SMMを含有する担体は、射出成形、押出成形、キャスティング、繊維紡績または当業者に公知の他の方法を使用して製作することができる。したがって、担体は、SMMの溶融相添加によって作製することができる。

一例では、SMMは、担体に封入され、および/または担体の表面に配置され得る。そのような例では、SMMは共有結合的にまたは非共有結合的に付着し得る。

一例では、少なくとも1つのSMMは、担体に封入され、かつ担体の表面に顕示され得る。そのような例では、SMMは、担体に浸透し、その結果、分子の一部は封入され、分子の別の部分(例えば、反応性末端、例えば、アミン、エポキシドなどが挙げられるがこれらに限定されない)は外部に顕示される。

SMMについての記載

簡潔には、SMMは、アンカー基および表面改質基(例えば、表面改質添加剤)を含む。

一部の実施形態では、表面偏析または界面偏析反応性分子(SMM)は、ポリマーマトリックスへの添加前に、共有結合、静電、ファンデルワールス相互作用、疎水性相互作用、芳香族相互作用、水素結合および/またはこれらの組合せのいずれかを介して互いに付着した2つの構成成分を含有する単一の分子であり得る。添加剤の一部分は、ブレンド中のステープルファイバーと化学的に類似の特性を有するアンカー分子(またはアンカー)であり、一方、他の部分は、フッ素化分子などの表面改質添加剤である。SMMは、1つまたは多くのアンカーポイントおよび1つまたは多くの表面改質部分を含有し得る。アンカー基と表面改質基との組合せにより、別個のアンカー分子の必要性がなくなり得る。

一例では、アンカーおよび表面改質添加剤はまた、別個の分子であり得る。他の例では、表面改質添加剤は、表面改質添加剤を担体に添加する工程の間に、アンカーと反応またはこれに結合し得る。これらの実施形態では、アンカーおよび表面改質添加剤の両方が、ポリマーの加工の間に担体ステープルに別個に添加され得る。

SMMは、直鎖状、分枝状、櫛形、樹枝状または分子構造の任意のそのような組合せであり得る。これらの構造は、脂肪族、アリールおよびアルキル鎖を含む。そのような構造の例としては、環状モノエポキシクレシルグリシジルエーテル、環状および分枝状モノエポキシ2−エチルヘキシルグリシジルエーテル、直鎖状モノエポキシn−ブチルグリシジルエーテル、分枝状および直鎖状トリエポキシCVC ChemicalのERISYS FE−35および35HまたはGE−35および35H、ならびに環状および分枝状モノエポキシp−tertグリシジルエーテルが挙げられるが、これらに限定されない。

SMMは、小分子もしくはオリゴマー、低分子量ポリマー、または交互もしくはランダムもしくはブロックコポリマーであってもよいコポリマーであり得る。

ステープル製造の間にその場(in−situ)で作製された2つの部分を含有するSMMの例は、エポキシ分子(例えば、GE−31)の3つすべてのエポキシ基がアミンシリコーン(例えば、Silamine DG−50)と反応しないように化学量論で混合された、エポキシ官能性分子(例えば、トリメチロールエタントリグリシジルエーテル(ERISYS GE−31、CVC Chemicals))、およびアミン官能性シリコーン(例えば、Silamine DG−50(Siltech Corp.))を含有するものである。これらの分子が、加工の間に担体の存在下で融解した場合、それらは反応して、ナイロンステープルのアミン末端基などの相補官能基を含有するマトリックスステープルに分子を固定させることが可能な反応性エポキシ官能基を含有する単一の分子が形成される。

一例では、エポキシ官能性分子(例えば、トリメチロールエタントリグリシジルエーテル(ERISYS GE−31、CVC Chemicals))およびアミン官能性シリコーン(例えば、Silamine DG−50(Siltech Corp.))を、ステープルファイバーを製造するために担体ポリマーと混合する前に、別個の反応器で反応させる。一例を以下のスキームに示す。

一例では、直鎖状ジイソシアネートであるイソシアネート(例えば、Desmondur N 320)を、ヒドロキシルアルキルグリセロールと反応させる。別の例では、イソシアネート(例えば、Desmondur N 3200)を、分枝状ポリオール(例えば、分枝状トリオール)と反応させる。

一例では、無水物(例えば、ピロメリト酸二無水物)をアミン(例えば、silamine DG−50)と反応させる。

一例では、SMMは、担体ステープルへの添加前に既に形成された単一分子である。そのような一例は、多官能性エポキシ分子(例えば、SU8、またはCVC chemicalsから入手可能な多官能性エポキシ化合物、例えば、ERISYS GE−31、GE−30、GE−40、GE−38およびGE−60)であり得る。そのようなSMMをポリエチレン担体ポリマーと混合して、ステープルファイバーが作製される。

一例では、SMMはまた、隣接するステープル糸を架橋することが可能なクロスリンカー(例えば、共有結合性架橋部分)でもあり得る。一実施形態では、ジアルデヒド分子(例えば、グリオキサール)が、ポリオレフィン担体中でSMMとして使用される場合がある。このSMMは、隣接するセルロース系繊維(例えば、綿、レーヨンなど)のヒドロキシル基と反応し、それらを架橋することが可能である。特定の理論に縛られることを意図するものではないが、ステープル糸が多量の水吸収性繊維(例えば、綿)を含有する場合、ステープルファイバーの束に密着性を付与することが重要である。湿潤すると、そのような糸は、布の強度を低減させる場合がある。架橋により、そのような糸、および、ひいては布の湿潤強度が改善される。

一例では、表面改質種(例えば、シリコーン−アミン)は、多官能性エポキシ分子(例えば、SU8)などのアンカーと混合される。アミンおよびエポキシは反応してSMMを形成する。シリコーン−アミン(単官能性)のエポキシ分子(例えば、SU8(8つの利用可能なエポキシ基を有する多官能性))に対する比は、可変的であってよく、それによって、多官能性エポキシ分子(例えば、SU8)の8つの利用可能なエポキシ基のうち1つまたは2つ、3つまたはさらには7つのいずれかがシリコーン−アミン分子で改質(修飾)される。したがって、形成されるSMMは、シリコーン表面改質部分および多官能性エポキシ分子(例えば、SU8)の固定部分を含み得、未反応のエポキシ基は、この接合体を、例えばナイロンステープルの表面に固定するために利用可能である。5つのエポキシ分子が存在する例を、以下の反応スキームに示す。

ステープルファイバー中のSMMの量は様々であってもよい。一例では、SMM濃度は、すべての0.1%値およびその間の範囲を含む5〜75重量%である。

一例では、アンカー分子は、反応性官能基を有するポリマーまたはオリゴマー分子である。これらは、例えば、アミン、エポキシ、無水物、イソシアネート、ヒドロキシル、カルボキシルまたは酸塩化物などの官能基を有するポリエチレンなどの水不溶性ポリマーであり得る。アンカー分子はまた、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、スチレン系、ビニルポリマーまたは上記の官能基のうちの任意のもの、もしくは他の官能基で官能化されたこれらの実体のコポリマーであり得る。表面改質添加剤は、アンカーに存在する基と反応性である官能基を含有するポリエチレンオキシドなどの水溶性ポリマーの誘導体であってもよい。そのような対形成としては、エポキシ−アミン、エポキシ−無水物、無水物−ヒドロキシル、無水物−アミン、アミン−イソシアネート、ヒドロキシル−イソシアネートまたは酸塩化物−アミンが挙げられるが、これらに限定されない。アンカーは、マトリックスと同じ化学構造でできていてもよく、一方、表面改質実体は、マトリックスと化学的に異なっていてもよい。

SMMおよび担体を含有する糸の特性を改質するためのSMMおよび担体の使用

疎水性改質

一例では、添加剤が溶融紡績工程に添加され、その結果、SMMの担体になるステープルファイバーが得られる。そのような担体ステープルファイバーは、次いで、他のステープルとブレンドされて糸が作製され、これは、次いで外部刺激にかけられてSMMの放出を可能にし、それによって担体とブレンドされる糸の特性を改質することができる。添加剤の非限定例としては、化学的に不活性なポリプロピレン、ポリエチレンおよびポリスチレンが挙げられる。これらの添加剤は、アミン、エポキシド、ヒドロキシルおよび無水物などであるがこれらに限定されない官能性分子で加工され得る。

以下の実施形態は、ナイロン/綿ステープルブレンド糸およびブレンド後の布の疎水性改質について記載する。ナイロン/綿ブレンドは、以下、NyCoと呼ばれる。

NyCoブレンドは、様々な比でナイロンおよび綿のステープルファイバーを混合することによって作製される。例えば、ナイロンの量は、すべての0.1%値およびその間の範囲を含む10〜90%であり、綿の量は、すべての0.1%値およびその間の範囲を含む10〜90%であり、ここで、綿とナイロンの合計量は100%である。好ましくは、綿の量は50%であり、ナイロンの量は50%である。綿およびナイロンの両方が特に疎水性ではないため、得られるブレンドは非常に吸湿性である。

一実施形態では、ポリオレフィン(例えば、LLDPE、LDPE、HDPEまたはポリプロピレンなどであるがこれらに限定されない)が担体として使用され、エポキシ化シロキサン分子(例えば、Siltech Corp.で入手可能なもの)と混合される。混合物は、次いで、ステープルファイバーに溶融押出される。したがって、製造されたステープルファイバーは、未反応のシリコーン−エポキシド分子を含有する。そのようなステープルをNyCoと様々な割合でブレンドして、SMMを含有する糸を作製することができる。そのような糸を布に変換する場合、得られる布は担体内に含有された未反応のシリコーン−エポキシドを含有する。そのような布が熱処理にかけられ、結果として布がポリオレフィン担体の軟化点を超える温度に曝露された場合、シリコーンエポキシドが周囲のブレンドに放出される。エポキシド基は、糸に含有されたナイロンステープルの末端基と反応し得、それによって糸の表面およびそれによって布が改質される。温度は、ポリオレフィン押出物について、90℃〜200℃の範囲であり得る。これらのステープルを含有する布が、これらの温度範囲にかけられる場合、ステープルの軟化が起こる。SMMの濃度範囲は、すべての0.1%値およびその間の範囲を含む5重量%〜75重量%のいずれかであり得る。

別の実施形態では、SMMは、アミン基、無水物基、酸塩化物基、カルボキシル基および/または糸内に含有されたナイロンステープルの末端基もしくセルロースステープルのヒドロキシル官能性基のいずれかと反応することが可能な他のそのような反応性基を有する。

別の実施形態では、固定されたSMMは、2種の異なる基間の反応により作製され得る。例えば、SMMは、疎水性ブロックおよび親水性ブロックを表面改質添加剤に合わせることによって、表面をより親水性にするように作製することができる。表面改質添加剤の表面偏析を引き起こすのに十分な推進力が疎水性ブロックによって生じ得、結果として付着した親水性ブロックは同様に界面に運ばれる。一例では、疎水性ブロック(例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)中に存在するものなどの疎水性フッ素化基)が、親水性ブロック(例えば、エチレンオキシドブロック、またはポリエチレングリコールもしくは高水溶性ポリエチレンオキシド中に存在するブロック)に付着する。親水性および疎水性ブロックの比を変えることによって、表面偏析および疎水性ポリマーの表面を湿潤性表面に変えることが可能な親水性表面改質添加剤を設計することができる。このプロセスは、およそ15%〜46%の範囲のフッ素含量を有する分子を用いて行われる。この工程はまた、およそ5%〜75%の範囲の%Fを有するフッ素化種を含有する分子を用いて行うこともできる。より高い%F含有分子では、より低い%F含有分子よりも親水性が低くなると考えられる。フッ素含量または%Fは、重量/重量(w/w)で測定される。例えば、60%F超含有分子により、表面偏析はより高くなると考えられる。

そのような表面改質添加剤が表面に表面偏析し得るとしても、これらの表面改質添加剤は、それが添加されるポリマーマトリックスに固定されていない場合、洗い流され得る。したがって、表面改質添加剤を、ポリマーマトリックスに固定して、そのような表面浸食を防ぐ。

一例では、フッ素化ポリエーテルジオール(例えば、Omnova製PolyFox)が、表面改質添加剤として使用される。これらのポリマーは、エチレンオキシドセグメントおよび疎水性側鎖からなる親水性骨格でできている。ポリマー中間体は、適切なアンカーと反応し得る末端ヒドロキシル基を有する。一例では、マレエート化ポリプロピレン分子(例えば、Dow製GR204 Amplify)がアンカー分子として使用され、ポリエーテルジオール(例えば、PolyFox PF−7002)と反応して、ポリオレフィンマトリックスとともに使用するための固定された表面改質剤が作製され得る。ポリプロピレンアンカーは、ポリオレフィン骨格と化学的に適合性であり、一方、ポリエーテルジオール(例えば、PolyFox)添加剤は、表面偏析が可能である。

別の例では、反応性ポリエーテル(例えば、Jeffamine molecules(Huntsman))は、カルボキシ(例えば、カルボン酸)または無水物官能化フッ素化化合物(例えば、トリフルオロ酢酸無水物またはドデカフルオロヘプタノイルクロリド)と反応して、フッ素化ポリエーテル分子が得られる。そのような分子は、フッ素化種の存在に起因してポリマーマトリックス中で表面偏析する能力を有する一方、ポリエーテルブロックに起因して親水性特性をもたらす。

さらに別の例では、親水性モノマー(例えば、ヒドロキシプロピルメタクリレート)を、フッ素化基(例えば、2−(ペルフルオロヘキシル)エチルアクリレート)を含有する重合性モノマー(例えば、ビニルモノマー)と共重合させて、疎水性および親水性ドメインの両方を有するポリマーが得られる。

制御放出布

別の実施形態では、担体は、芳香剤、抗菌性物質、発汗抑制性物質、UV吸収性物質、殺虫性物質、防虫性物質、殺菌性物質、薬用物質、他のタイプの物質またはこれらの組合せなどの活性成分と混合され得る。担体は、これらの活性分子を高濃度で担持することが可能なポリマーであり得る。そのようなステープルがNyCoステープルまたは他のステープルと混合された場合、得られる糸および布は、これらの活性分子を含有すると考えられる。

活性成分は、性質上、薬用であり得る。例えば、担体ステープルファイバーを含有するステープル糸は、凝血剤、抗凝血剤、血液希釈剤、血栓形成部分/基、鎮痛剤、抗炎症剤などを付加され得る。そのような糸は包帯に製織され、次いで、包帯は、必要に応じて治癒、凝固および/または痛みの低減を助けることが可能なこれらの薬用成分の1種または多くを含有すると考えられる。

糸はまた、体温で融解することが可能であるが、体温未満では固体であるワックスで作製された担体ステープルファイバーも含有し得る。そのようなワックスは、次いで、ワックス含有糸で作製されたそのような布が身体の一部分に適用された場合、融解すると考えられる。融解したワックスは、次いで、包帯から流出し、包帯が適用された傷を再度傷つけることなく包帯を容易に取り外すことができるように、非粘着層を形成する。

糸はまた、防虫剤(例えば、DEET(N,N−ジエチル−メタ−トルアミド)または別の防虫剤)も含有し得る。防虫剤(例えば、DEET)を含有する担体ステープルは、ナイロン綿ステープルブレンドの混合物に添加されて、適当な量(例えば、そのような糸で作製された衣類を着用した人に虫をよせつけないのに十分適当な量)の防虫剤(例えば、DEET)を含有する糸が作製される。防虫剤(例えば、DEET)の放出は、受動放出(例えば、担体糸の内側から外側への下降などの濃度勾配によるDEETの拡散)、または防虫剤(例えば、DEET)を含有する担体ステープルが熱処理法に供される場合に熱によってのいずれかによって引き起こされ得る。防虫剤(例えば、DEET)を含有する担体ステープルはまた、水溶性または水感応性ポリマー(例えば、ポリエチレンオキシドまたはポリエチレングリコール(PEOもしくはPEG)、またはポリエチレンオキシド(例えば、PEG−PLA、PEG−PLGA、PEG−シリコーン、PEG−ポリエチレン、PEG−ポリカプロラクトン、PEG−ポリスチレンなど)を含有する様々なコポリマー)であり得る。着用者の身体からの発汗が衣料品に吸収された場合、それにより、水感応性担体ステープルからの防虫剤(例えば、DEET)の放出が引き起こされ得る。したがって、防虫剤を放出することができる。

殺虫剤または防虫剤はまた、昆虫の公知の神経毒であるペルメトリンまたは類似のピレスロイド分子であってもよい。

本明細書で開示される実施形態のうちの任意のものについて、材料は、洗浄または発汗に抵抗性であるように構成することができる。材料はまた、洗浄または発汗の間に放出されるように構成することもできる。

一実施形態では、担体は、得られる布が熱処理された場合、担体が融解し、芳香剤または殺虫剤を局所的に放出するように、ポリオレフィンなどの低融点ポリマーで作製され得る。活性成分は、周囲大気にゆっくり放出される。長い時間にわたってステープルファイバー中でその存在が必要とされる活性の場合、担体ステープルは、活性成分が担体中に封入されるように高融点ポリマーで作製することができる。

相変化物質(PCMs)

相変化物質(以下、PCMs、又は単にPCMという)は、それが固体から液体形態に可逆的に変化する際に、蓄熱、放熱または吸熱し、それが固体状態に変化する際に熱を発し、それが液体状態に戻る際に吸熱する。PCMsは、担体の溶融配合によって付加することができる。担体は、それがPCMをステープルファイバーの内側および/または表面に保持するように選択することができる。担体ステープルを、他のステープルファイバーとブレンドして糸を作製し、次いで、これを布に変換することができる。布は、次いで、繊維中または繊維上のPCMの凍結および融解によって冷熱転移を受ける。PCMは、SMMとみなすことができ、またはSMMとともに使用され、合わされまたは相互作用することができる。

PCMsは、有機、無機またはその両方の組合せであり得る。有機PCMsはポリマーまたはオリゴマーであり得る。PCMsの例としては、エイコサン、パラフィン(例えば、C8〜C40の範囲のもの)、ポリエチレングリコール、脂肪酸、ポリアルコールまたはポリエチレンが挙げられる。

織物または布中のPCMsは、着用者が高温および/または低温環境間に行く際に、着用者に快適さを提供することができる。一部のPCMsは、体温(例えば、およそ98.6°F)のすぐ上およびすぐ下である温度範囲内で相変化する。

糸はまた、ナイロン、ポリエステル、ポリオレフィンまたは他の材料などのポリマーを所望の温度で相変化を有する材料と混合することによって作製された担体ステープルファイバーも含有し得る。

実施形態は、PCMsを付加された中空繊維などの繊維を含み得、または構成成分のうちの1つにPCMが付加されたバイコンポーネント繊維を含み得る。これらは、連続フィラメントまたはステープルファイバーであり得る。

一例では、PCMは、溶融段階において、5%〜50%(すべての0.1%値およびその間の範囲を含む)の範囲の比で担体ポリマーと混合され、ステープルファイバーまたは連続糸に押出成形される。PCMは、ステープルファイバーのポリマーマトリックス内に封入され得、適当な温度に曝露された場合、熱転移を受け得る。

PCMは、例えば、担体繊維内に封入されたままであり得るが、また、糸繊維の隙間に放出もされ得る。いずれの場合も、PCMは、吸熱および放熱することができる。

PCMsを含む布は、他の材料または殺虫剤などのSMMと合わせることができる。

本開示を、1つまたは複数の特定の実施形態に関して記載してきたが、本開示の他の実施形態が、本開示の範囲から逸脱することなくなされ得ることが理解される。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびその合理的な解釈によってのみ限定されると考えられる。