1本の羊毛の華麗な変身

国家自然科学基金の援助の下で、中国科学院理化技術研究所ナノ材料制御準備・応用研究室研究員の唐芳琼氏が率いる研究チームと香港理工大学紡績・成衣学部教授の李翼氏が率いるチームが協力し、独特のナノ後整理技術を発見した。洗濯に強い「吸湿速乾」型ウール生地の開発に成功した。

この研究成果は、ドイツ化学会傘下の「応用化学」の姉妹誌「化学と持続可能性、エネルギーと材料」（Chemistry&Sustainability、Energy&Materials、略称ChemSusChem）誌に発表された。そして国際発明特許を出願する。

鉄の卵は町から村に帰って、町には機械があると言って、ここから入って、豚はハムになって、そこから入って、ハムは豚になった。

漫才コント「エレベーターのドアの前」の橋の段だ。

同じように信じられないように聞こえる機械にはもう1台あります。1匹の毛が機械の中から「歩く」と、毛が機械の中で「ナノ修飾」され、吸湿速乾、汗を排出しやすいなど多くの優れた性能を持っています。

前者は漫才の重荷にすぎないが、後者は科学者たちの努力の下で、一歩一歩現実に近づいている。

紡績大国の技術的挑戦

中国は紡績大国であるにもかかわらず、国内の紡績業は新型生地の設計と加工技術の面で絶えず努力しなければならない。

スポーツウェアを例に、中国服装網の資料によると、中国のスポーツウェア市場の成長は最も速く、近年、デパートの中でスポーツブランドの販売が最も優れている。市場で一般的なスポーツブランドは毎年数千万の販売実績を簡単に得ることができる。しかし、私たちがよく知っている大手ブランドは依然として輸入生地で顧客を引き付ける。

人体の皮膚と衣服の間には微気候環境があり、スポーツウェアにとって、どのようにできるだけこの微気候環境の水蒸気含有量を低下させ、人体の表面の汗を服装を通じて迅速に拡散させ、空気中に蒸発させることができ、皮膚に留まり続けるのではなく、服装を乾燥させ、快適にすることができ、ずっと人々の努力の目標である。

現在、市場でのスポーツブランドの多くは撥水性化学繊維、特にポリエステル類、アクリルなどを採用しているが、このような化学繊維生地が汗を吸湿排出できるのは、主に汗を吸収した後、汗の拡散速度が速く、織物の反対側で急速に蒸発することができるからだ。

天然繊維の中で、綿、羊毛の肌感は快適で、緑は健康です。特に羊毛繊維は、その質が軽く、柔らかく、保温などの優れた品質のため、理想的な既製服材料となっている。

綿繊維の吸湿性能は非常に良いが、その放湿速度は遅く、汗の拡散速度も遅く、汗が集中しやすい。人は大量に汗をかくと、綿繊維汗は吸った後の湿気がひどく、体にくっつくのがつらい。羊毛繊維表面の鱗片層構造は羊毛織物を天然疎水化させ、羊毛織物の吸水能力を阻害し、吸湿排汗速度が低く、人体が大量に運動した後に蒸し暑く不快感を与えやすい。

「そのため、『吸湿速乾』の羊毛生地を開発することはずっとこの分野の人気研究課題である」と、中国科学院理化技術研究所ナノ材料制御可能準備・応用研究室研究員の唐芳琼氏は言う。

機能性と快適性の主張

「人々は衣類の機能性と快適性に対する要求がますます高くなるに違いない。また、快適性も衣類を購入する際にまず考慮すべき要素になりつつある」と唐芳瓊氏は言う。

生活水準の向上に伴い、一連の新しい生地が誕生した。デュポン社の高弾性ライカ繊維、防水通気生地EXOTHERM機能生地の成功は、機能性生地が製品価値を高め、消費需要を満たす上での大きな力を示している。

ナノテクノロジーの台頭は、紡績分野の変革にも深い影響を与えている。近年、抗菌、消臭、紫外線防止、セルフクリーニングなどの機能性ナノ紡績生地が広く注目されている。目新しい機能性に加えて、ナノテクノロジーを用いて、「吸湿速乾」型織物を開発し、織物の着心地を高めることも同様に非常に重要な意義がある。

昨年、唐芳瓊チームと香港理工大学紡績・成衣学部教授の李翼氏が率いるチームは協力し、独自のナノ後整理技術を開発し、耐洗浄性のある「吸湿速乾」型ウール生地の開発に成功した。このチームはかつて羊毛繊維の表面に球形シリカからなるナノ薄層を被覆し、超親水性を持つ羊毛織物を構築し、ナノテクノロジーによる羊毛繊維の親疎水性を改質するメカニズムを検討した。

しかし、ナノ機能生地は実際の応用において、ナノ技術によって与えられた織物の新機能を長持ちさせることができないという大きな難題に直面している。例えば、耐洗浄性が不足しており、洗濯後、特に人々の日常生活でよく使われている洗濯機の洗濯方法では、その特殊な機能が一部または全部消えてしまう。

羊毛に新しい特性が「生える」

「以前はナノ関数生地の製造方法はナノ材料を助剤にし、それを生地に塗布し、ナノ粒子が静電作用によって生地に吸着する方法であり、この方法は非常に強固ではない。機能特性が維持できないものもあり、何度か洗って洗い流してしまいます」唐芳琼氏は、「耐久性と堅牢性の問題を解決しようとしたのが最初だった」と話した。

前の研究に基づいて、この連合チームは実際の応用をガイドとして、表面グラフトとその場成長の策略を利用して、羊毛繊維表面のアミノ基、カルボキシル基などの基に対して単分子層の修飾を行い、これらの化学修飾後の基はナノシリカ粒子と強固に結合することができ、ウール繊維表面に直径20ナノメートルのシリカナノ薄層がその場成長した。

同課題チームのメンバーはかつて中国紡績科学研究院を訪れ、このような「原位置成長」によるシリカナノ薄層のウール織物テストを行います。国家基準を参照して検査を行った結果、「吸湿速乾」型を満たしていることが証明された機能生地の各指標は、肌感が快適で、急速に汗を排出する機能を持っている。

この方法で処理した生地は、洗濯機で20回洗浄した後も、その「吸湿速乾」特性は良好に維持され、現在のナノ機能生地の耐洗浄性が不足している難題を解決した。

「成長」したナノ層は薄いため、処理された生地の重量は1000分の1未満に増加した。「そのため、追加のコストは少ない。また、その場成長戦略は製造工程を大幅に簡素化し、ナノ機能生地の大規模な構築に新たな構想を提供した」と唐芳瓊氏は述べた。

「私たちは主にナノ材料の研究をしていて、ずっと実験室を出て、ナノ技術を実用化したいと思っています。香港理工大学との協力の中で、私たちの初歩的な考えは、ナノ材料を製造する機械を発明して、生地を中で『歩く』ことで、ナノ材料が生地の上に直接成長することができるようにすることです」と唐芳瓊氏は言う。「現在、江蘇省の紡績企業と協力して、羊毛を生地に紡績する前に羊毛に加工処理を行い、羊毛繊維の品質を改善する準備をしている」。

紹介によると、生地を染色するのによく使われる湿式染色法は、生地を顔料に浸し、それから摂氏90度以上まで加温し、30分後に出して乾燥し、浮色を洗い流し、再び乾燥し、全体の過程は1時間以上かかる。表面グラフト化とその場成長によるナノ層の製造にもプロセスがあり、浸漬、乾燥を経て、その後ナノ溶液に入れて粒子を成長させ、それから乾燥させなければならない。最初から「長」出納米層まで、約2、3時間かかります。この過程はちょうど織物の染色過程と結合して、同時に行うことができます。

　　「生地から『伸びる』ナノ層は『吸湿速乾』の機能を持ち、生地は汗を排出しやすい。二酸化チタンと二酸化ケイ素を結合し、自己洗浄と抗菌作用を持つ機能性生地を製造したことがある。理論的には、『長い』上で難燃、防水、防寒、紫外線耐性などの機能を持つナノ層を作れば、生地は相応の機能を持つできます。」唐芳瓊は言った。