JP2008190085A

JP2008190085A - 防護材料及び防護衣服

Info

Publication number: JP2008190085A
Application number: JP2007026853A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Kiyama; 幸大木山
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2008-08-21

Abstract

【課題】有害化学物質などから人体を保護し、且つ、質量を大幅に増加させることなく高度な熱・火炎防護性能を有する防護材料及び防護衣服を提供することにある。
【解決手段】耐熱層及び活性炭層をそれぞれ少なくとも１層以上有し、衣服の内側から見て活性炭層の外側に少なくとも１層以上の耐熱層が配置されている防護材料であって、耐熱層が難燃繊維布帛であることを特徴とする防護材料。
【選択図】なし

Description

本発明は、有害化学物質の取り扱い作業者を保護する性能を有する防護材料及び防護衣服に関する。更に詳しくは、有機リン系化合物等の如く皮膚から吸収されて人体に悪影響を及ぼすガス状又は液状有機化学物質から作業者を有効に防護する防護材料及び防護衣服に関するものであり、特に高度な熱・火炎防護性能を有し、且つ軽量な防護材料及び防護衣服に関するものである。

有害化学物質などから人体を保護する防護衣服としては、従来から種々提案されているが、その中に活性炭等の吸着材料を用いガス状化学物質を防御する防護衣服がある。これらの防護服の中には火気使用を想定し、難燃性、特に材料表面に火炎をあてた場合の裏面の温度上昇を抑制させる難燃性を付与したものがある。

活性炭等の吸着材料に難燃剤を付与したり、難燃剤を含浸させることにより難燃性を付与する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。しかしながらこれらの方法では吸着材料のガス吸着性を劣化させる原因となり、それを補うために比較的多くの吸着材料が必要となり、その結果、防護材料及び防護衣服の質量が大きくなり、生理的負担が増大するという問題がある。

また活性炭等の吸着材料以外の層として、例えば、防炎加工が施された綿布又は羊毛織物、あるいは素材自体が難燃性を有するアラミド系繊維（例えば、特許文献２）、難燃レーヨン繊維（例えば、特許文献３）、難燃ビニロン繊維（例えば、特許文献４）等からなる織物を積層するという技術も用いられている。

しかしながら防炎加工が施された綿布又は羊毛織物を用いた場合、難燃性はあるものの、材料表面から火炎をあてた際、炭化し亀裂が生じるため炎の進入を許すことになり、衣服内側となる裏面の温度が上昇してしまうという問題がある。

また、アラミド系繊維を代表する難燃性を有する繊維は非常に高価な染色加工（練り込みや電子線架橋等）はできるが、液流染色加工、浸染染色加工及び捺染染色加工ができないため、生産性が非常に悪い。また、難燃ビニロン繊維等も同様に、湿熱脆化や酸・アルカリ分解を引き起こす可能性が大きいため、他の繊維との混紡、混繊が困難であり、生産性が非常に悪い。このような場合、最表層に染色可能な繊維を積層すると方法が考えられるが、結果的に防護材料全体の質量が大きくなり、防護衣服とした時、生理的負担が増大するという問題がある。

特開２００６−２１５３５号公報特開昭６３−１９６７４１号公報特開２００３−２７３８３号公報特開平２−１５４０８４号公報

本発明は従来技術の課題を背景になされたもので、有害化学物質などから人体を保護し、且つ、質量を大幅に増加させることなく高度な熱・火炎防護性能を有する防護材料及び防護衣服を提供することにある。

本発明は上記課題を解決するため、鋭意研究した結果、本発明を完成するに至った。すなわち本発明は、以下の通りである。
１．耐熱層及び活性炭層をそれぞれ少なくとも１層以上有し、衣服の内側から見て活性炭層の外側に少なくとも１層以上の耐熱層が配置されている防護材料であって、耐熱層が難燃繊維布帛である防護材料。
２．耐熱層の質量が２０ｇ／ｍ^２以上１００ｇ／ｍ^２以下である上記１に記載の防護材料。
３．活性炭層の質量が３０ｇ／ｍ^２以上２００ｇ／ｍ^２以下である上記１又は２に記載の防護材料。
４．活性炭層が繊維状活性炭からなる上記１〜３のいずれかに記載の防護材料。
５．上記１〜４のいずれかに記載の防護材料を用いる防護衣服。

本発明によれば有害化学物質などから人体を保護し、且つ、質量を大幅に増加させることなく高度な熱・火炎防護性能を有する防護材料及び防護衣服が提供されるので、火気使用した際の事故等を想定した場合に考えられる材料表面からの炎の接触に対し、裏面の温度上昇を抑えることができる、有害化学物質防護材料及び防護衣服などの用途に好適に使用することができる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係る防護材料は耐熱層を少なくとも１層以上有しており、該耐熱層は難燃繊維布帛から構成されていることが好ましい。本発明に用いる難燃繊維としては、限界酸化指数が約２５以上の難燃性と示唆走査熱量測定法による熱分解温度が約４００℃以上の耐熱性とを有している繊維で、ポリベンゾオキサゾールもしくはポリベンゾチアゾールまたはこれらのコポリマーから構成されるポリベンザゾール繊維、パラ系アラミド繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ノボロイド繊維などが挙げられる。また、これらの繊維を炭化したものでも良い。これらの難燃繊維の中でも優れた熱分解温度であるポリベンザゾール繊維は非常に有用である。またノボロイド繊維などを炭化賦活した活性炭素繊維を用いても有害化学物質防護の面からも有用である。
本発明に係る防護材料に使用する難燃繊維は上記した繊維の１種類からなっていてもよいし、任意の２種以上のものからなっていてもよい。

本発明に係る防護材料に使用する難燃繊維布帛の形態としては、織物状、編物状、不織布状、フェルト状、紙状等が挙げられるが、バインダー等の樹脂を用いず、低質量の作製が可能である点から不織布状であることが好ましい。

本発明に係る防護材料に使用する耐熱層の質量は２０ｇ／ｍ^２以上１００ｇ／ｍ^２以下であることが好ましい。２０ｇ／ｍ^２未満では十分な熱・火炎防護性が得られず、１００ｇ／ｍ^２以下を超えると防護材料全体の質量が大きくなり、防護衣服とした場合生理的負担の増大となる。

本発明に係る防護材料に使用する耐熱層は難染繊維であるため、該防護材料の最表層に容易に染色可能である繊維集合体シートを積層することがより好ましい形態となる。

最表層の繊維集合体シートとしては綿、麻、毛、絹等の天然繊維、レーヨン、ポリノジック、キュプラ、リヨセル等の再生繊維、アセテート、トリアセテート等の半合成繊維、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ビニロン、アクリル、アクリル系、ポリウレタン、ポリクラール等の合成繊維からなる織物、編物、不織布等が挙げられる。これらの繊維は単独あるいは混紡、交織、交編等により組み合わせて繊維集合体シートとしてもよい。

最表層の繊維集合体シートには撥水性と撥油性が付与されている織物、編物あるいは不織布が好ましい。最表層としては、ＪＩＳＬ−１０９２に記載の６．２スプレー試験を実施した場合の撥水度が４以上、ＡＡＴＣＣＴｅｓｔＭｅｔｈｏｄ１１８による撥油度が４級以上である織物、編物、または不織布などを好適に用いることができるが、柔軟性を考慮したものが推奨される。耐熱層と最表層とはあらかじめ接着剤塗布による貼り合わせ、粉体、粒体、あるいは不織布状ホットメルト接着剤等による熱接着、またはキルティングによる積層、及びこれらの組み合わせ等により接着されている形態が、取り扱い性の面から好ましい。

本発明に係る防護材料は活性炭層を少なくとも１層以上有している。活性炭層はガス状有機化学物質を吸着することが主要な役割であるが、上記の耐熱層との相乗効果により、熱・火炎防護性にも寄与している。種類としてはシート基材に粒状あるいは粉状活性炭を接着剤を介して固着したもの、繊維状活性炭からなる織物、編物または不織布、繊維状あるいは粉状活性炭を基材繊維とバインダーを用いて湿式抄紙したもの、あるいはこれらを複合したものが挙げられるが、活性炭の脱落低減及び柔軟性の面から繊維状活性炭からなる織物、編物または不織布が好ましい。

本発明におけるガス状有機化学物質とは炭素元素を１つ以上持つ化合物のことである。５０以上の比較的大きな分子量をもち、ガス吸着物質である活性炭が吸着可能なガス状化学物質である。一例を挙げると、農薬、殺虫剤、除草剤に使用される有機リン系化合物や塗装作業などに使用されるトルエン、塩化メチレン、クロロホルムなどの一般的な有機溶剤が挙げられる。

本発明に係る活性炭のＢＥＴ比表面積としては７００ｍ^２／ｇ以上３０００ｍ^２／ｇ以下が好ましく、少量の使用で十分な透過抑制能を得るためには、１０００ｍ^２／ｇ以上２５００ｍ^２／ｇ以下がさらに好ましい。ＢＥＴ比表面積が７００ｍ^２／ｇ未満であると十分な防護性を得るために多くの活性炭が必要となり防護材料が重くなる。一方、３０００ｍ^２／ｇより大きくなると吸着したガス状有機化学物質を離脱する問題が起こる。

活性炭層の質量としては３０ｇ／ｍ^２以上２００ｇ／ｍ^２以下が好ましい。３０ｇ／ｍ^２未満であると、吸着できる容量が小さくなり使用時間が制限されるばかりか、十分な熱・火炎防護性を有することができない。一方２００ｇ／ｍ^２より大きくなると防護材料が重くなり、生理的負担増大の原因となる。さらに好ましくは４０ｇ／ｍ^２以上１５０ｇ／ｍ^２以下である。

少量の使用で効果的な透過抑制性を得るために繊維状の活性炭を使用する方法は有効な手順であるが、その際、使用する繊維状活性炭の原料としては、綿、麻といった天然セルロース繊維の他、レーヨン、ポリノジック、溶剤紡糸法によるといった再生セルロース繊維、さらにはポリビニルアルコール繊維、アクリル系繊維、芳香族ポリアミド繊維、リグニン繊維、フェノール系繊維、石油ピッチ繊維等の合成繊維が挙げられるが、得られる繊維状活性炭の物性（強度等）や吸着性能から再生セルロース繊維、フェノール系繊維、アクリル系繊維が好ましい。これらの原料繊維の短繊維あるいは長繊維を用いて製織、製編、不織布化した布帛を必要に応じて適当な耐炎化剤を含浸させた後、４５０℃以下の温度で耐炎化処理を施し、次いで５００℃以上１０００℃以下の温度で炭化賦活する方法によって繊維状活性炭を製造することができる。

本発明に係る防護材料に使用する活性炭層は撥水撥油加工を施してもよい。活性炭層に撥水撥油加工を付与することで防護衣服着用者の汗により、活性炭が濡れてガス状有機化学物質に対する吸着性能が低下することを抑制することができる。その加工剤は特に限定されないが、加工剤が活性炭の細孔を閉塞し、ガス状有機化学物質に対する吸着性能が低下する場合があるので、その添着量は可能な限り少ない方が望ましい。

本発明に係る防護材料における活性炭層を形成する粉末状あるいは粒状活性炭の脱落を防ぐこと、または繊維状活性炭の機械的強度を補うことを目的とし、活性炭層の両側を保護シートで積層することが好ましい。保護シートとしては繊維集合体シートを用いることが好ましく、その形態は織物状、編物状、不織布状、紙状等適宜なものを用いることができるが、その用途に合わせ選定することが必要である。

有機リン系化合物のような物質は、比較的沸点が高く常温ではガス状の他に液滴状あるいはミスト状でも存在する。これらの液状物質が浸透し皮膚に付着することを防ぐには、（ａ）液状有機化学物質防護層、（ｂ）活性炭層、（ｃ）活性炭保護層の構成で積層することで液状の有機化学物質に対しても防護可能となり、防護材料としては好ましい態様となる。

（ａ）液状有機化学物質防護層としては、耐液性のあるシートであれば特に限定しないが、低質量の作製が可能である点から不織布及び吸油性の紙等が好ましい。使用する不織布の材質としては、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリ乳酸、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等、特に限定されるものではない。また、これらの素材を抄紙し、紙状で使用してもよい。

（ｃ）の活性炭保護層としては、疎水性繊維からなる薄く、粗い密度で製織あるいは製編された織物あるいは編物が用いられるが、柔軟性の面から、トリコット編地が好ましい。防護衣服着用者の発汗が著しく、汗が活性炭を濡らしてガス状有機化学物質に対する吸着性能が低下するのを抑制することもできる。

汗の蒸気を防護材料の外側に容易に通過させるには、（ｃ）の活性炭保護層としては疎水性繊維布帛を用いることが望まれる。親水性繊維で構成すると、該活性炭保護層自体が汗で吸湿、吸水した状態となり、衣服内の水分を効果的に外部に移行して放湿する機能を損ない好ましくない。ここでいう疎水性繊維とは、２０℃、６５％ＲＨにおける水分率が３％以下の繊維であり、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル等の合成繊維が挙げられる。

保護シートと活性炭層は、防護衣服着用時の水分の移行を容易にするために、各層が相互に密着した積層体となっていることが好ましい。積層手段としては、接着剤塗布による貼り合わせ、粉体、粒体、あるいは不織布状ホットメルト接着剤等による熱接着、またはキルティングによる積層、及びこれらの組み合わせ等が挙げられる。

本発明に係る防護材料の耐熱層と活性炭層の間には中間層を有することが好ましい。高度な熱・火炎防護性を発現させるためには、熱の伝導を遅延させるために、防護衣服内に大量の空気層を形成することが必要であり、更には耐熱層と活性炭層の間に空気層があることが有用である。従って耐熱層と活性炭層の間に中間層を入れ、積層構造を形成することが最も有用である。しかしながら、中間層を入れる場合は質量が重くなるという欠点がある。中間層の質量を大幅に増大させることなく、空気層を形成させるためには、単位体積あたりの質量が小さい中間層を適用することが好ましい。

次に実施例及び比較例を用いて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって制限されるものではない。なお、実施例に記載する評価は以下に記す方法による。

（有機化学物質透過性試験）
試験に用いる容器図を図３に示す。内容積１５０ｃｃの２つのガラスセルで試験品を挟み込み、周囲をパラフィンにより密閉した。この試験容器の上方セルから酢酸３メトキシブチルを１０μＬ、試験品上に滴下した。これを２５±２℃に設定した恒温ボックスに入れ、下方セル側のガス濃度を一定時間ごとにサンプリングし、ガスクロマトグラフィにより試験品を透過したガス濃度を測定した。

（熱・火炎防護性試験）
口径１０５ｍｍのガスバーナから上方５０ｍｍとなるよう試験品をバーナ側が最外層となるよう設置する。その後、装置からバーナを外し、プロパンガスにより炎を点火し、炎の長さが５．５ｃｍとなるよう調整する。炎が安定した後、バーナを速やかに装置所定位置に戻し、バーナ設置から１５秒後の試験品裏側の試験品から１０ｍｍ上方の上昇温度を測定した。

（着用感）
ワンピース型の防護衣服を着用し、３２℃、７０％ＲＨの恒温恒湿室において、１０分間、速度５ｋｍ／ｈｒでトレッドミル上で歩行した後の心拍数、血圧、皮膚温、直腸温、衣服内温湿度の測定およびアンケート調査からの総合評価で評価した。

（ＢＥＴ比表面積）
窒素の吸着等温線を求め、これを基にしてＢＥＴ法により算出した。

（質量）
ＪＩＳＬ−１０１８８．４及びＪＩＳＬ−１０９６８．４による。

［実施例１］
最表層としてナイロン平織物（質量５０ｇ／ｍ^２）を用い、スパンレース法により不織布化したポリベンザゾール繊維不織布（質量３０ｇ／ｍ^２）を耐熱層とし、これらを通気性不織布状ホットメルト接着剤（質量１０ｇ／ｍ^２）により接着することにより外層材とした。また、ノボラック系フェノール樹脂繊維からなるＢＥＴ比表面積１４００ｍ^２／ｇの編物状の繊維状活性炭（質量１２０ｇ／ｍ^２）を活性炭層とし、これをメルトブローン法により作製したポリプロピレン不織布（質量３０ｇ／ｍ^２）により挟み込み、それぞれを通気性不織布状ホットメルト接着剤（質量１０ｇ／ｍ^２）で接着することにより内層材とした。そしてこれらを重ね合わせることで防護材料を得た。この防護材料の質量、熱・火炎防護性、ガス浸透性試験結果、着用感を表１に示す。

［実施例２］
ノボラック系フェノール樹脂繊維からなるＢＥＴ比表面積１４００ｍ^２／ｇの織物状の繊維状活性炭（質量６０ｇ／ｍ^２）を活性炭層とし、片面はナイロンフィラメントによるループパイルトリコット布（質量１１０ｇ／ｍ^２）、他方面はポリエステルフィラメントからなる編物（質量６０ｇ／ｍ^２）を通気性不織布状ホットメルト接着剤（質量２０ｇ／ｍ^２）で接着することにより内層材とした。これと上記実施例１と同様の構成からなる外層材を重ね合わせることで防護材料を得た。この防護材料の質量、熱・火炎防護性、ガス浸透性試験結果、着用感を表１に示す。

［実施例３］
最表層としてナイロン平織物（質量５０ｇ／ｍ^２）を用い、ノボラック系フェノール樹脂繊維からなるＢＥＴ比表面積１４００ｍ^２／ｇの繊維状活性炭を湿式抄紙したシート（質量３０ｇ／ｍ^２）を耐熱層とし、これらを通気性不織布状ホットメルト接着剤（質量１０ｇ／ｍ^２）により接着することにより外層材とした。そして、上記実施例２と同様の構成からなる内層材を重ね合わせることで防護材料を得た。この防護材料の質量、熱・火炎防護性、ガス浸透性試験結果、着用感を表１に示す。

［比較例１］
綿／ナイロン混糸（比率：ナイロン２３％、ナイロン７７％）による綾織物を定法により精練、漂白、染色、防炎処理、撥水処理した生地（質量１８０ｇ／ｍ^２）を外層材とし、これと上記実施例１と同様の構成からなる内層材とを重ね合わせることで防護材料を得た。この防護材料の質量、熱・火炎防護性、ガス浸透性試験結果、着用感を表１に示す。

［比較例２］
経糸をナイロンフィラメント、緯糸をモダクリルとした綾織物（比率：ナイロン３０％、モダクリル７０％）を定法により精練、染色、撥水処理した生地（質量１２５ｇ／ｍ^２）を外層材とし、これと上記実施例１と同様の構成からなる内層材とを重ね合わせることで防護材料を得た。この防護材料の質量、熱・火炎防護性、ガス浸透性試験結果、着用感を表１に示す。

［比較例３］
上記比較例１と同様の構成となる外層材と上記実施例２と同様の構成からなる内層材とを重ね合わせることで防護材料を得た。この防護材料の質量、熱・火炎防護性、ガス浸透性試験結果、着用感を表１に示す。

［比較例４］
上記比較例２と同様の構成となる外層材と上記実施例２と同様の構成からなる内層材とを重ね合わせることで防護材料を得た。この防護材料の質量、熱・火炎防護性、ガス浸透性試験結果、着用感を表１に示す。

実施例１、２、３は熱・火炎防護性、ガス透過性及び着用感に優れ好適な防護材料であるのに対し、比較例１、２は熱・火炎防護性の上昇温度が高いものとなった。比較例３については質量が重いため、着用感が悪い結果となった。比較例４では熱・火炎防護性、着用感ともにやや悪い結果となった。

本発明の防護材料及び防護衣服は、耐熱層と活性炭層を合わせることにより、ガス状有機化学物質を防護できるとともに、質量を大幅に増加させることなく高度な熱・火炎防護性能を有することができ、火気使用した際の事故等を想定した場合に考えられる炎の接触に対し、優れた熱・火炎防護性を示す防護材料に関するものであり、防護衣服、防護テントなどに利用することができ、産業界に寄与することが大である。

本発明の防護材料の一例を示す断面模式図である。本発明の防護材料の他の一例を示す断面模式図である。ガス透過性試験法に用いる試験容器を示す概略図である。

符号の説明

１：最表層
２：耐熱層
３：活性炭保護層
４：活性炭層
５：液状有機化学物質防護層
６：上方セル（１５０ｃｃ）
７：サンプリング口
８：試験液
９：試験品
１０：パラフィンシーリング
１１：下方セル（１５０ｃｃ）

Claims

耐熱層及び活性炭層をそれぞれ少なくとも１層以上有し、衣服の内側から見て活性炭層の外側に少なくとも１層以上の耐熱層が配置されている防護材料であって、耐熱層が難燃繊維布帛である防護材料。
耐熱層の質量が２０ｇ／ｍ^２以上１００ｇ／ｍ^２以下である請求項１に記載の防護材料。
活性炭層の質量が３０ｇ／ｍ^２以上２００ｇ／ｍ^２以下である請求項１又は２に記載の防護材料。
活性炭層が繊維状活性炭からなる請求項１〜３のいずれかに記載の防護材料。
請求項１〜４のいずれかに記載の防護材料を用いる防護衣服。