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天然繊維を防水に! 新しいコーティング技術の開発

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本記事は、New, Efficient Coating Technique Makes Natural Fabrics Water-Repellent
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約2分26秒

・天然繊維に撥水性を持たせる新しいコーティング技術は、従来の方法よりも優れた効果を発揮する。
・繰り返しの洗濯や過酷な摩耗試験を行っても、コーティングの劣化や破損がない。

 

防水布は通常、合成繊維にシリコーンエラストマー、ポリ塩化ビニル(PVC)、フッ素樹脂、ワックスなどの防水材をコーティング、ラミネートしたものです。軍用テントや空気注入式のボート、サウナスーツやレインウェアなど、ほとんどすべてのものに不可欠な素材です。

 

従来の防水処理は、健康や環境への影響が懸念されるため、安全性の観点から段階的に廃止される可能性があります。そのため、科学者がより良い代替手段を発見できれば、この大きな穴を埋めることができるでしょう。

 

今回、マサチューセッツ工科大学の研究者たちは、シルクやコットンなどの天然繊維に撥水性を持たせる新しい効果的な技術を開発しました。この技術は、既存の技術よりも効果的です。

 

今日、私たちが使っている防水布のほとんどは「耐水性」であり、結局のところ水は通り抜けてしまうのです。目的は、水滴を跳ね返すことのできる『撥水性』のある布地を作ることです。この新しい技術が、まさにそれです。

その仕組みは?

既存のコーティング方法では、側鎖【タンパク質を構成する20種類のアミノ酸で、主鎖に対して歯ブラシの毛のように共有結合する】にペルフルオロ基を持つ長いポリマーを使用しています。液体ベースなので、布を特定の液体に浸し、その後乾燥させる必要があります。この乾燥工程が、布の小孔を詰まらせ、布が空気を通さない状態にします。

 

そこで、次の工程で生地に空気を送り込み、小孔を開かせます。そのため、防水効果が低くなり、製造コストもかさみます。

 

今回の研究で、研究者たちは2つのことを組み合わせました。

 

1. 疎水性効果を示す化学的に強化された短鎖ポリマー(ペルフルオロ化合物)。
2. iCVD(開始剤支援化学蒸着法)と呼ばれる最近開発されたコーティングプロセス。

 

既存のコーティング技術とは異なり、iCVDは特定の液体に依存せず、低温で行うことができます。繊維の上に均一に広がり、小孔を塞がずに薄い層を形成することができるのです。

 

コーティングされた表面とコーティングされていない表面上の小滴
出典:VaranasiとGleasonの研究グループ

【元の英語版では、動画で見ることができます】

 

したがって、このプロセスでは、小孔を再び開くためにさらなる製造工程を必要としません。ただし、撥水性を高めるために、表面サンドブラスト【砂の吹き付け】と呼ばれる工程をオプションで追加することは可能です。

 

研究者にとって最も困難な課題は、iCVDの互換性と耐久性を両立させ、最高の性能を発揮させるポイントを見つけることでした。

 

ブラスト粒子径が4μm以下の場合、液滴は特定の傾斜では滑らず、最終的には布地に固定されたままであることが観察されました。11μm以上のブラスト粒子の場合、すべての液滴がコーティングされた素材(繊維径10μm)から跳ね返って剥離することができました。

出典:Wiley Online Library

 

試験

標準的な撥水性試験
出典:VaranasiとGleasonの研究グループ

【元の英語版では、動画で見ることができます】

 

研究者たちは、コーティングされた素材で標準的な耐水試験や様々な実験を行いました。水だけでなく、水酸化ナトリウム、ケチャップ、コーヒー、各種の酸や塩基など、他の液体についても試験しました。コーティングされた布は、それらすべてをはじき返したのです。

 

さらに、コーティングされた素材は、繰り返しの洗濯テスト(1万回)や過酷な摩耗試験をクリアし、コーティングの劣化や損傷は一切ありませんでした。

 

この技術は、リネン、ナイロン、コットンなど、様々な布地に適用できます。また、紙など布以外の素材にも適用できる可能性があり、幅広い応用が期待されています。

 

今後、さらに化学式を最適化し、撥水性を最大限に高める予定です。その一方で、この技術を大手繊維メーカーや衣料品メーカーにライセンス供与していきます(特許出願中)。

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