繊維防水剤の歴史

繊維防水剤の歴史

19世紀初頭、アルミナ石鹸とパラフィン乳剤を用いた防水仕上げが登場した。この防水剤は撥水性に優れているが、耐洗濯性に欠けるという欠点があった。1930年代には、長鎖炭素鎖防水剤が登場した。このタイプの防水剤はセルロース高分子と反応してセルロースエーテルを形成し、優れた防水性と持続性を備えている。
1940年、アメリカのパトノード社は、布地の繊維をジメチルジクロロシランで処理すると、布地に優れた防水効果が得られるという特許を取得した。しかし、フッ素を含まない防水剤を用いた防水処理の過程では、人体に有害なHClガスが発生する。
1945年、エリオットらはアメリカのゼネラル・エレクトリック社で、布繊維をアルカリ水溶液に浸し、メチルシラノリンナトリウムで加熱するという実験を行った。その結果得られた布は、優れた防水効果を示した。
1947年、3M社はPFOA（ペルフルオロオクタン酸、分子式：C8HO2F15）を発明した。
1950年代初頭、アメリカのダウ・コーニング社は、水素化ポリシロキサンとポリジメチルシロキサン（PDMS）を組み合わせた。この処理を施した生地は、非常に優れた防水効果を持つだけでなく、手触りも柔らかくなった。
1951年、デュポン社は3M社からPFOAを購入し、「テフロン」の製造を開始しました。C8防水剤は防水性だけでなく耐油性にも優れ、繊維の風合いを損なうことなく、防水剤の主流となり始めました。その後、フッ素系防水剤の研究開発と応用は、米国と日本でさらに発展しました。
1940年代、デュポン社は複合防水剤を提案したが、このタイプの防水剤は緑色であったため、用途が限られていた。1940年代後半になると、シリコーン系防水剤が登場した。このタイプの防水剤は、様々な合成繊維やウール生地に特に適しており、セルロース繊維生地にも使用できる。

C8防水剤の使用禁止

C8防水剤の製造工程では、PFOAとPFOSという2つの副産物が生成され、これらの化学物質の有害性は徐々に確認されている。

表1 防水剤の合成プロセス 家

電気分解法やテロメリゼーション法に関わらず、C8防水剤を生地に添加した後、PFOAとPFOSの含有量を1.0μg/m2未満にすることは不可能であり、C8防水剤を排除する必要があることが決定されます。2006年12月17日、欧州議会と閣僚理事会は、ペルフルオロオクタンスルホン酸の販売および使用の制限に関する指令（2006/122/EC）を共同で発行しました。2006年、米国環境保護庁（EPA）は、デュポンを含む8つの化学会社に対し、テフロンの製造に必要な主要成分であるペルフルオロオクタン酸（PFOA）の使用を停止するよう最後通牒を出しました。デュポンとともに、デュポンセラミックスもEPAの命令を受けました。日本のエラストマーズカンパニー、旭硝子株式会社、スイスのチバスペシャリティケミカルズ、ドイツのクラリアントなど、多くの有名な業界大手がEPAの命令を受けました。

C6防水剤

C6防水剤の主成分はPFHS（メタ）アクリルパーフルオロヘキシルエチルエステル共重合体で、PFOAとPFOSを含んでいません。C8防水剤の代替品として最も理想的な製品です。しかし、炭素鎖が短いほど防水・防油効果は低下します。C8防水剤と同等の効果を得るには、使用量とコストを増やす必要があります。また、C6防水剤の使用を認めず、フッ素フリーの防水剤しか使用できない衣料品ブランドも多数存在します。

フッ素を含まない防水剤

フッ素フリー防水剤は、PFOAやPFOSを一切含まず、PFCS（ペルフルオロアルキル化合物）も含まない。ますます多くのブランドで採用されている。しかし、フッ素含有防水剤と比較すると、2つの欠点がある。1つ目は耐油性に欠けること、2つ目は塗膜の堅牢度が低く、繊維が滑りやすいことである。

防水剤の市場需要

カーボン6防水防汚剤は、天然繊維、合成繊維、混紡繊維に優れた防水性、防油性、防汚性を付与します。特にポリエステルや混紡繊維の撥水性、撥油性、防汚処理に適しており、50%以上の洗濯耐性を実現し、生地の風合いや加工後の柔らかさを損なうこともありません。特殊な産業用衣料、テント、バッグなど、洗濯可能な防水性が求められる分野のニーズに完全に対応します。また、欧州や米国に輸出される生地は、APEO、PFOA、PFOSなどの禁止物質に関する関連基準にも適合しています。
現在、消費者は繊維製品に対してより高い性能を求めるようになっており、優れた防水効果を持つフライニットのスポーツシューズ、防水性、防寒性、保温性などの特性を持つジャケット、素早く水分を吸収して発散する速乾性衣料、抗菌・防臭ソックスなどの機能性繊維製品を購入する傾向が強まっている。

なぜ防水と防汚が必要なのでしょうか？

ポリエステルなどの合成繊維で作られた繊維製品は、撥水性が高く、静電気を帯びやすい。日常使用中に汚れが付着しやすく、油汚れも繊維にしっかりと付着するため、汚れの除去や洗浄が困難である。そのため、日常生活や一部の特殊産業において、繊維製品には耐久性のある防水性と帯電防止機能が不可欠である。

防水剤の撥水原理

現在、繊維用防水剤の主流は、炭素8および炭素6フッ素系製品です。このタイプの防水剤の防水性能は、主に炭素鎖の長さ（すなわち、フッ素含有量）に依存します。炭素鎖に含まれるフッ素含有量が多いほど、炭素鎖は長くなります。炭素鎖が長くなるほど、分子間の安定性が高まります。安定性が高まるにつれて、外部からの水や油汚れに対する耐性も向上します。
ライフスタイルの変化、消費者の意識向上、そしてハイエンド需要の高まりにより、防水繊維の需要は増加傾向にある。特に作業服の分野では、防水機能の重要性がますます高まっている。
市場で広く使用されている防水剤は、フッ素系防水剤とフッ素フリー防水剤です。フッ素系防水剤には、PFOA、POFSなどの環境や人体に有害な成分が含まれていますが、現状ではフッ素系防水剤を完全に代替できるものはありません。そのため、現在もフッ素系防水仕上げ剤は繊維防水業界の「主流」となっています。フッ素フリー防水仕上げ剤は、現在フッ素系防水仕上げ剤の代替品として注目されています。安全で環境に優しいものの、耐油性や防汚性はありません。2020年には、フッ素系を含む繊維製品の欧州連合などの国への輸出が制限されるというニュースがありました。そのため、フッ素フリー防水剤の生産と研究開発はますます注目を集めるでしょう。研究開発技術の向上に伴い、フッ素フリー防水剤はフッ素系防水仕上げ剤を完全に代替する製品となる可能性があります。
LeMan Polymer Technology Co., Ltd（LeMan）繊維補助剤部門は、環境に優しいフッ素フリー防水剤製品を発売しました。高級生地の仕上げに最適な付加価値オプションです。より詳細なご要望については、当社の技術エンジニアまでお問い合わせください。