【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の反射作用により、可視光線、赤外線及び紫外線領域の少なくともいずれかの波長域の光を反射する光学機能構造体に係わり、さらに詳しくは、顔料や染料を必要とせず、例えば、可視光線領域において、特定波長の光を選択的に反射して発色する繊維状の光反射機能構造体と、その製造方法及び製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光エネルギーは、一般に我々の視覚で認知できる可視光線（波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）、それより短い波長域の紫外線（波長２９０ｎｍ〜３８０ｎｍ）、可視光線より長い波長域の赤外線（波長７８０ｎｍ以上）に区分される。このうち可視光線域は、我々の視知覚と密接に関与しており、この光の下で各種物体の色を感知している。一般に、物体の色はその物体が光の一部を吸収することにより生じる。この原理を利用した着色が従来から用いられてきたもので、具体的には顔料や染料などの色素を用いた方法である。現在の我々の身の回りのほとんどの着色及び発色はこの方法に基づいている。
【０００３】
ところが、これらによる着色は各種顔料や染料が必要であるばかりでなく、これらを混練する工程や廃液処理等も必要になり、工程及び環境上も問題視されてきている。また、品質的にも、物体表面に溶出して質感低下を引き起こしたり、紫外線等に基づく退色によって初期品質が保持できず、意匠性や商品性を損ねたりするといった欠点も少なからず指摘されている。
【０００４】
このような問題点を解決するため、顔料や染料などのいわゆる色素を用いることなく、光の干渉、回折などの物理作用を用いた発色手段（広義には、「構造性発色」と称する）が知られている。これは、物体表面やその内部に存在する規則的な微細構造体と光との相互作用によって発色するものであり、既にいくつかの公知技術がある。
【０００５】
例えば、屈折率の異なる２種類のポリマー物質を交互に何十層と積層した構造とすることにより発色する材料も報告されている（例えば、特許文献１参照）。この原理は、屈折率の異なる交互積層界面で生じるフレネル反射が重なって干渉を起こし、その結果として反射率の波長依存性や反射率そのものの増強や減少を生じるもので、特定波長で特定位相差をもって重なり合うときに現れる発色である（発色波長λ１＝２（ｎａｄａ＋ｎｂｄｂ）：発色波長λ１は互いの光学的厚みが等しいとき、すなわち、ｎａｄａ＝ｎｂｄｂのとき、最大となる）。また、当該特許文献１には、少なくとも第１と第２のポリマー物質の屈折率が互いに少なくとも０．０３異なり、しかも１００ｎｍ程度の厚さで積層させたフィルム状の反射性ポリマー物体が開示されている。
【０００６】
さらに、屈折率の異なる２種類の高分子物質からなる交互積層構造を有する繊維状の発色構造体が開示されている（特許文献２参照）。この発色繊維は、非染色の発色繊維であり、高級感のある輝きと見る方向によって色味が変わる特徴を有し、しかもこの繊維と組合せる繊維の色によってはその複合効果によって、干渉効果特有の質感を呈するものである。
【０００７】
一方、回折・干渉作用を利用した構造体としては、繊維表面に一定幅の細溝を設けることによって回折・干渉色を発する構造体が提案されている（例えば、特許文献３参照）。この原理は、平面あるいは凹面上に多数の所定寸法の溝（溝の深さや溝同士の間隔など）を規則的に形成させたもの（いわゆる、回折格子のごとく）に光を入射させると、光路差ΔＬが生じ、この光路差が波長λの整数倍のとき、反射光が強め合って明るくなるもの（光路差ΔＬ＝ｍλ：但し、ｍは回折次数で、ｍ＝０，１，２・・・）で、実際には、ある入射角で入った入射光に対し、ある回折角で波長λの発色を与えるものである。
【０００８】
【特許文献１】
特開平４−２９５８０４号公報
【特許文献２】
特許第３０３６３０５号公報
【特許文献３】
特開平８−２３４００７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載された、第１と第２の屈折率の異なるポリマーからなる反射性ポリマー物体においては、鮮やかな色味（高反射率を発現させる）を得るためには、両ポリマーの屈折率の差や比の大きなものを選択するか、積層数を極めて多くする必要があった。一般にポリマーの組合せにおいては、現実的に屈折率差や比を大きく取ることがほどんど不可能（ポリマーの屈折率ｎは、概ね１．４から１．７の範囲に限定されている）であり、それ故、積層数を大とせざるを得ないが、このことは反射性ポリマー物体において厚みが大となることを意味し、細い繊維や微小な光輝材用チップ（小片）を得るには不向きであった。
【００１０】
また、上記特許文献２に開示された繊維状の発色構造体においても、形状自体は繊維状であるものの、やはり積層数が多いため、厚みが大となってしまって、風合いのある細い繊維や、微小な光輝材用チップ（小片）にするには不向きであった。
【００１１】
さらに、特許文献３に記載されたような、回折・干渉作用を利用して発色する構造体においても、細い繊維化や、微小な光輝材用チップ（小片）化が困難であるばかりでなく、色味についてもＣＤ盤のごとくレインボー色に見えるため、商品としては低品位のものとなっていた。また、製造上の面からも、例えば、薄膜状のものでは特殊な成膜装置（蒸着装置やプラズマ重合装置など）や複雑な条件調整、さらには後処理等が必要になり、実用性に乏しいといった問題もあり、このような問題点の解消が従来の発色構造体における課題となっていた。
【００１２】
本発明は、例えば可視光領域において、顔料や染料などの色素を用いることなく、構造に基づいて発色する（構造性発色）構造体における上記課題に着目してなされたものであって、鮮やかな色味を発現するだけでなく、細い繊維状や微小な光輝材用チップ（小片）への形態加工が可能であって、しかも製造コストの安価な光反射機能構造体を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の光反射機能構造体は、可視光線、赤外線及び紫外線の反射特性のうちの少なくともいずれかの光学機能を有する繊維状の構造体であって、光透過性を有すると共に、らせん周期構造を持ち、このらせん周期構造のらせん軸が繊維軸に対して所定の角度をもって傾いている構成としたことを特徴としている。
【００１４】
本発明の光反射機能構造体の製造方法においては、液晶系高分子材料を繊維状化するに際して、繊維軸方向と直交する方向に磁界を印加し、もって液晶系高分子材料におけるらせん周期構造のらせん軸が繊維軸に対して所定の角度をもって傾くように配向制御するようにしており、本発明の光反射機能構造体の製造装置は、紡糸口金の直下位置に配設された磁界印加手段と、この磁界印加手段の下方に配設され、上記紡糸口金から吐出される高分子繊維のらせん周期状構造を固化させる強制固化手段を備えた構成としたことを特徴としている。
【００１５】
また、本発明の光反射機能構造体は、所定の長さに切断して微小な光反射機能構造体チップとしたり、所定の寸法に粉砕して光反射機能構造体粉末とすることができ、このようなチップや粉末を光輝材として使用し、塗料やフィルム構造体、プラスチック等の各種成形体、不織布や壁紙等に広く適用することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて具体的に説明する。
【００１７】
図１（ａ）は、本発明の光反射機能構造体の形態を示す概念図であって、繊維状をなす当該光反射機能構造体の長手方向を繊維軸方向とすると、当該構造体が光透過性を有し、かつらせん周期構造１を持ち、そのらせん周期構造１のらせん軸２が、繊維軸に対して所定の角度をもって傾いているような基本構造を有している。
【００１８】
また、図１（ｂ）は、上記らせん周期構造１の概念図であって、このらせん周期構造１とは、図に示すように、らせん軸２をｚ軸方向にとれば、当該構造体を構成する、例えば液晶系高分子の分子面（ラメラ：詳細には分子配向ベクトルと称する）がｚ軸に対して、少しずつ回転するようにずれて積層形成されているものであり、このらせん状の周期性の最小単位が１ピッチとなっている。
なお、図１（ｂ）においては、１／２ピッチの中にこの分子面（ラメラ）が図示する便宜上、４枚配置しているように記載されているが、実際の液晶系高分子材料では、この１／２ピッチの間にラメラが数百層からなっているものである。そして、このらせん周期構造１が繊維軸に対し、規則配置された構造となっている。
【００１９】
図２は、本発明の光反射機能構造体の別の形態を示したものであり、繊維軸に対する法線とらせん周期構造１のらせん軸２とが角度θをなして配置しているものを示している。なお、図１（ａ）及び図２のいずれの形態においても、説明の便宜上、らせんピッチＰとして１ピッチ分のみを示したが、実際にはこのピッチを最小単位として繰り返している構造を有している。
【００２０】
次に、本発明の光反射機能構造体の構造を図１（ａ）及び図２に示したような構成とすることにより、繊維軸に向かって光が入射した場合、選択的に反射光が発せられる理由について説明する。
該構造体の平均屈折率をｎ、らせん周期構造のピッチをＰとしたとき、その周期構造のらせん軸が繊維軸に対してある角度をなし、かつ繊維軸に対する法線からの角度をθとする場合（一つのＢｒａｇｇ要素と見なす）を考える。今、この構造体に光が入射するとし、Ｂｒａｇｇの反射の考え方を適用して、最大反射光強度を与える光の波長λＭと、該構造体内のらせんピッチＰとの関係を求めると、
λＭ＝ｎＰｃｏｓθ（但し、０°≦θ＜９０°） ・・・ （１）
なる関係が得られる。なお、これは、Ｂｒａｇｇ要素のらせんピッチＰが基本的に変化しないと仮定したものである。従って、当該光反射機能構造体に入射した光は、このらせん周期構造の秩序性により、（１）式の関係に基づいて特定波長λＭの光を選択的に反射し、他の波長の光を透過することになる。それ故、可視光線領域においては特定波長λＭの光を選択的に反射する発色機能を、また、紫外線や赤外線領域においてもそれぞれの波長の光を反射する機能を発現させることができる。
【００２１】
図３は、（１）式の関係を、光透過性の高分子材料（平均屈折率ｎ＝１．５８）であるコレステリック液晶形成性ポリペプチド類のポリ（γ−ベンジル−Ｄ−グルタメート−ＣＯ−γーアルキル−Ｄ−グルタメート）の定数に基づいてグラフ化したものである。但し、らせんピッチＰの値については、代表的な値である０．３４６μｍを採用している。
この図から明らかなように、らせん周期構造のらせん軸と繊維軸とのなす角度θが０°→３０°→６０°と変化するに従い、最大反射ピーク波長λＭは、０．５５μｍ（緑色）→０．４９μｍ（緑青色）→０．３２μｍ （無色）へとシフトし、色味が変化していくことがわかる。言い換えると、当該光反射機能構造体において、らせん周期構造のらせん軸と繊維軸に対する法線とのなす角度θが一定に秩序性をもって分子配向しているとき、我々がこの構造体を目視により観察すると、例えば、可視光線領域下では、見る角度によって色味が変化すると言う特異性を発揮するということを意味する。
【００２２】
また、本発明の光反射機能構造体におけるらせん周期構造の配置状態は、らせん周期構造のらせん軸が、繊維軸に対してある角度をもって傾いているように構成されていることが望ましい。以下、この理由について説明する。
【００２３】
本発明の光反射機能構造体において、光学機能を発現させるためのらせん周期構造のらせん軸の配置の仕方は、▲１▼繊維軸に対してある角度をもって配置している場合（図４（ａ）参照）と、▲２▼繊維軸に対して平行の場合（図４（ｂ）参照）の２通りが存在する。
▲１▼の場合、該構造体が繊維軸方向に連続長尺のいわゆる繊維形態であっても、あるいはこれを所定の長さに切断した微小なチップ（小片）や粉末体であっても、繊維軸に対向するように光が入射するような方向に配置・配列してさえいれば、（１）式に基づいて所望の波長λＭの反射光を効率良く得ることができる。これらの典型的な適用例が、後述するように当該構造体を繊維とし、編織物したものである。あるいはまた、これを所定の長さに切断した微小なチップ（小片）や粉末体を光輝材として塗料に含有させ、これを塗装した商品群である。
【００２４】
一方、▲２▼の場合、このらせん軸が繊維軸に平行に配置しているため、繊維軸に対向するように光が入射した場合、所望の波長の反射光を得ることができず、断面方向から光が入射した場合にのみ反射光を発現できるに留まる。このように、▲２▼の場合、微小な断面方向への光入射の際に限って光学機能を発現することになり、光学機能（光反射）効率は非常に悪く、しかも上述のような繊維や光輝材などへの適用には不向きである。
【００２５】
次に、光反射機能構造体の具体的な構造例として、光透過性の高分子材料（平均屈折率ｎ＝１．５９）であるコレステリック液晶形成性ポリペプチド類のポリ（γ−ベンジル−Ｌ−グルタメート−ＣＯ−γーアルキル−Ｌ−グルタメート）を例に取り上げて説明する。
例えば、青色発色（λＭ＝０．４７μｍ）の構造体を得るために、らせん周期構造として図１（ａ）に記載されたように、らせん軸２が繊維軸に対する法線と平行（らせん軸と繊維軸に対する法線とのなす角度θ＝０°、すなわちらせん軸と繊維軸のなす角度は９０°）で配置している形態を考える。この場合、青色発色させるためには、（１）式に基づき、らせん周期ピッチＰを０．２９７μｍに固定するように制御する必要がある。これらの形態と寸法等の制御については、種々の検討の結果、後述するように繊維軸方向と直交方向に磁界を印加する方法により、作製できることを見出している。
【００２６】
また、本発明で言うところの光透過性とは、可視光線、赤外線、紫外線の波長域において、実質的に光透過性を有しさえすれば、分子構造に基づく着色があっても、あるいは顔料や染料などの色素によって人工的に着色されていても差し支えない。すなわち、本発明に係わるらせん周期構造に基づく可視光線領域での構造性発色に加え、このような人工的着色（物体色）機能との相乗効果（複合効果）により、今までにない独特な色味と質感を与えることも可能となる。しかも、従来の干渉型発色繊維や回折型発色繊維作製の際に問題であった、屈折率差の大きな高分子材料選択や、多層薄膜構造や細い溝を形成するという精密制御の困難性が解消されると共に、さらに反射機能を向上させるための層数や回折溝数の増大に起因する繊維径の大径化という問題も軽減され、極細化することができるというメリットも生まれる。
また、本発明によるらせん周期構造に基づく紫外線反射や赤外線反射機能とこのような人工的な着色機能との相乗効果により、マルチ機能を有する細い繊維や微小な光輝材用チップ（小片）化も可能となる。
【００２７】
このような光学機能が発現可能な構成材料としては、光透過性を有すると共に、らせん周期構造を有するものであれば、特に限定されることはなく、例えば公知の液晶系高分子材料が適用できる。しかしながら、光学機能発現に寄与するらせんピッチの選択性やそのピッチの固定のためには、コレステリック系液晶高分子材料であることが望ましい。
例えば、ヒドロキシアルキルセルロースのアシル誘導体、コレステリック液晶形成性ポリペプチド類、コレステリック液晶形成性の芳香族ポリエステル類、ポリカーボネート類、芳香族ポリエステルイミド類、芳香族ポリアミド類などの主鎖型高分子液晶形成性化合物、またはポリメタアクリレート系、ポリマロネート系、ポリシロキサン系の側鎖型高分子液晶形成性化合物が挙げられる。ヒドロキシアルキルセルロースのアシル誘導体に使用されるヒドロキシアルキルセルロースとしては、例えば、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシブチル化ヒドロキシプロピルセルロースのアシル誘導体等が用いられる。
なお、これらの液晶系高分子材料は熱硬化性タイプにかぎらず、紫外線や電子線で硬化するタイプであっても構わない。
【００２８】
次に、本発明の光反射機能構造体の他の好適形態として、当該構造体が繊維軸方向において、異なる波長の光を出射する複数のブロックの繰返し構造となっており、その各ブロックにおけるらせん周期構造のピッチＰが各々異なるように構成することができる。
図５（ａ）は、繊維軸方向に、ブロックＡ／ブロックＢ／ブロックＡ／・・・の繰返し構造を有する構造体の例を示し、この場合、各ブロックにおけるらせん周期構造のらせん軸と繊維軸に対する法線とのなす角度θはθ＝０°（らせん軸が法線に平行）であって、各々のらせん周期構造のピッチＰが異なっている（ブロックＡ：ピッチＰ１、ブロックＢ：ピッチＰ２）ものを例示している。この場合、例えばブロックＡからは青色発色（λＢ）するようにらせんピッチを制御し、ブロックＢからは、緑色発色（λＧ）するようにらせんピッチを制御するようになすことができる。
【００２９】
また、図５（ｂ）は、らせん周期構造のらせんピッチは同一であるが、らせん軸と繊維軸に対する法線とのなす角度θが、ブロックＡとブロックＢとで異なるように構成された例を示している。
【００３０】
このように、繊維軸方向に、異なる波長の光を出射するように構成することにより、例えば可視光線領域においては、色味が微妙に変化する新規な発色構造体を提供することができる。従来の構造発色体（回折型や干渉型発色体など）でこのような機能発現を狙おうとすると、少なくとも屈折率の異なる２種類の高分子材料の組合せを選択する必要があるばかりでなく、積層厚や回折溝の精密制御を行う必要もあり、実用的にはかなりの困難が予測される。
【００３１】
次に、本発明の光反射機能構造体における断面形状について説明する。
断面構造は特に限定されず、図６に示すように、円形、扁平、矩形、四角形、三角形や五角形、六角形等の多角形、さらに星形等の公知の形状が適用できる。しかしながら、繊維や塗装用を含めた各種光輝材として使用する場合には、光の反射面をできるだけ均一に、しかも広く確保する観点から、繊維断面のアスペクト比（繊維断面における横方向の長さ／縦方向の長さ）の大きくとれる矩形あるいは扁平状断面を採用することがより好ましい。
【００３２】
以下、本発明の光反射機能構造体の製造方法について説明する。
図７は、本発明の光反射機能構造体の製造に用いる装置の一例を示す概略図であって、真空ポンプに連結されたホッパーを備えたエクストルーダ、ギアポンプ及び紡糸口金を備えた溶融紡糸装置に、吐出されてきた、例えば液晶系高分子材料の分子らせん周期構造を配向制御するため、上記紡糸口金の直下位置に磁界印加装置（磁界印加手段）を設け、さらにその下にその配向を強制的に固定させるための強制固化手段としての強制冷却風発生装置を設けた装置を用いることができる。
なお、図７においては、強制固化手段として、冷却風を強制的に吹き付ける強制冷却風発生装置を例示したが、特にこれに限定される訳ではなく、使用する液晶系高分子材料の固化点に応じて、適宜選択することができる。例えば、水冷式とする事や、ドライアイスや液体窒素など他の冷媒を用いることもできる。また、液晶高分子材料が紫外線によって固化するタイプのものであれば紫外線ランプ、電子線により固化するタイプのものであれば電子線照射装置を用いて固化させるようにしても構わない。この際、強制的に固化させるための条件としては、熱的に固化させるものであれば、温度・温度分布・保持時間等が、また、紫外線や電子線で固化するものであれば、照射波長・エネルギー・照射時間等を適宜設定することが必要である。
【００３３】
本発明者らは種々検討を重ねた結果として、磁界印加手段の下部にこのような強制固化手段を配設することにより、液晶高分子材料のらせん周期構造の配向が、溶融粘度や磁場の大きさ、磁場の保持時間などによって制御できることを見出した。例えば、液晶高分子が熱硬化タイプのものであって、紡糸口金温度を一定、すなわち、液晶高分子の溶融粘度を一定とした場合、磁場の大きさや磁場を保持する時間を変え、その直後にこれを固定（一般には冷却固定）させることにより、らせん周期構造（らせんピッチＰや、らせん軸と繊維軸に対する法線とのなす角度θ等）を制御することができるものである。
【００３４】
例えば、前述した光透過性の高分子材料（平均屈折率ｎ＝１．５９）であるコレステリック液晶形成性ポリペプチド類のポリ（γ−ベンジル−Ｌ−グルタメート−ＣＯ−γーアルキル−Ｌ−グルタメート）の場合、溶融粘度に関与する条件として、紡糸温度を３０５℃、巻取り速度を５０ｍ／ｍｉｎ（保持時間ｔに換算すると、約２秒）と一定とし、磁場の大きさＢのみを０〜１０ｋＧの範囲で変化させると、磁場Ｂ＝０ｋＧの場合には、繊維軸に対する法線とらせん周期構造のらせん軸とのなす角度θは約９０°（らせん軸が繊維軸とほぼ平行な状態になっている）で、発色も確認できなかった。これに対し、磁場の強さＢを２ｋＧ→３ｋＧと増加させて行くに従って、上記角度θが低角度にシフトして行き、Ｂ＝５ｋＧ程度でほぼθ＝０°となり、目視でも鮮やかな緑発色を確認できるようになる。一方、磁場の強さＢを５ｋＧ→７ｋＧ→１０ｋＧとさらに増加させて行くと、その角度θは、再びθ＝９０°に向かって変化していき、らせん周期構造が法線の反対側にずれて行くことが確認された。
【００３５】
このように、磁場の大きさＢや磁場保持時間ｔを変化させることにより、液晶高分子材料内のらせん周期構造を制御することができ、所望の光学反射機能を得ることができる。
なお、磁場の保持時間ｔは液晶高分子材料の種類や磁場の大きさＢなどによって一概に決定することはできないが、概ね１０−１〜１０２ｓｅｃ．程度と考えられる。この保持時間ｔが短すぎると、磁場によるらせん周期構造の追従が不可能になり、らせん周期構造が何ら動かないことになってしまう。したがって、所望の光学機能を発現できなくなる。それ故、らせん周期構造を制御するための磁場の大きさＢと、それを保持固定させるための磁場保持時間ｔの設定が重要となる。
また、液晶高分子内のらせん周期のらせん軸と繊維軸に対する法線とのなす角度θやピッチＰは、偏光顕微鏡を用いたリターディション線の観測から、あるいは広角Ｘ線回折図から概略換算することができる。
【００３６】
本発明の光反射機能構造体においては、当該構造体を数百本から数十万本というオーダーで束ねた状態として、機械的にカッター等で切断し、微小なチップ材（小片）とすることも可能である。例えば、当該構造体を数十万本程度集合させたものを適切な含浸液（水や糊、パラフィン等）やひもなどで固定して集合束とし、その後、集合束の定速送り出し機構を備えた自動カッター（シャーリング）等を用いて、連続的に数ｍｍから数十μｍ程度の長さに切断する。そして、分級（ふるい）処理を施し、所望の寸法のチップ材を得ることができる。
なお、チッピングの方法論等については、例えば、繊維機械学会編「繊維工学（ＩＩ）繊維の構造、構造体及び物性」の第１１６頁や、同学会編「繊維工学（ＩＩＩ）繊維の製造、構造体及び物性」の第２２３〜２２５５頁に記載されている。
【００３７】
あるいは、当該光反射機能構造体を上記のごとく束ねた後、フリージング処理し、各種方法によって粉砕及び分級（ふるい）処理を施して、所定の寸法の粉末体とすることも可能である。これらはいずれも従来にない優れた色材、光輝材として各種分野に幅広く適用できるものである。
【００３８】
すなわち、このような微小なチップ材（小片）や粉末体を色材、光輝材として、光透過性を有する塗料に用いることにより、自動車や家電、建築材、玩具、スポーツ用品、高級化粧品容器などの様々な内外装面に塗布することが可能となる。図８は、このチップ材を光輝材として塗料に用い、塗膜化した状態を模式的に示したものである。
【００３９】
上記のように、本発明の光反射機能構造体は、液晶分子などのらせん周期構造を利用した光学機能構造体であって、従来の干渉型や回折・散乱型発色繊維が、屈折率の異なる２種類の高分子材料などを用い、しかも積層厚や回折溝などの数や厚さ、深さを精密に制御する必要があるのに対して、当該構造体は、例えば、上記したように１種類の液晶高分子材料のみからなり、しかも分子のらせん周期構造のみによって光学機能を発現させることができ、しかも、らせん周期構造のみによって光学機能を発現することから、分子レベルの厚さが確保できれば十分であり、繊維状形態においても極細化が可能である。したがって、風合いのある繊維や塗装用光輝材として使用する上でも、厚さが極めて薄くなり、通常の塗膜のベースコート層内に十分に収まるというメリットが生まれる。
【００４０】
さらに、上記のチップ材（小片）や粉末体は、フィルムや各種プラスチック成形体中に光輝材として添加・分散させたり、不織布や紙に混ぜ込んで壁紙や障子紙などにすることもできる。このような適用品においては、本発明の光反射機能構造体の特異な光学機能発現による偽造防止のための機能を発揮させることもできる。
【００４１】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、これら実施例によって本発明が限定されるものではない。
【００４２】
（実施例Ａ）
光透過性を有する液晶性高分子材料として、平均屈折率ｎ＝１．５９のポリ（γ−ベンジル−Ｌ−グルタメート−ＣＯ−γーアルキル−Ｌ−グルタメート）を選択し、下記条件により、矩形断面の光反射機能構造体を得るべく溶融紡糸を行った。
【００４３】
通常の溶融紡糸装置に、公知の紡糸口金（０．１ｍｍ×０．８ｍｍの矩形型の最終吐出孔を１個有する）を取付けると共に、図７に示したように、紡糸口金の直下位置に磁場強度の可変可能な磁界印加装置（磁場印加部の長さＬ＝０．３ｍ）と、さらにその下部位置に強制冷却風を吹き付けるための強制冷却風発生装置を設置して光反射機能構造体のフィラメントを製造した。
なお、製造条件については、紡糸温度を３０５℃、磁場の強さＢを０〜１０ｋＧの範囲で適宜変化させ（条件Ｎｏ．１〜６）、強制冷却風を１ｃｍ／ｍｉｎ．、巻取り速度を５０ｍ／ｍｉｎ．とした。
【００４４】
条件Ｎｏ．１〜６の条件によって製造した各々の光反射機能構造体の色味を目視により観察したところ、無色から鮮やかな青色、そして無色へと変化することが確認された。また、顕微分光光度計（日立製作所製Ｕ−６５００）により、当該構造体の反射スペクトルを測定し、反射ピーク波長λＭを求めた。
一方、らせん周期構造のピッチＰを算出するため、偏光顕微鏡に直交ニコルを装着して、各構造体からのリターディション線を観察した。その結果、明暗の縞模様が明瞭に観察され、その明暗の間隔Δを算出したところ、Δ＝０．１４９μｍとなっていた。このことから、これら構造体のらせんピッチＰは、Ｐ＝２Δ＝０．２９８μｍと見積られた。また、磁場の強さの変化によるらせん軸の傾き（繊維軸に対する法線とのなす角度θ）を上記データからコンピュータを用いて算出したところ、（１）式をほぼ満足していることが確認された。そして、実測した反射ピーク波長λＭとも良い一致を示した。これらの結果を表１に示す。
【００４５】
（実施例Ｂ）
光透過性を有する液晶性高分子材料として、平均屈折率ｎ＝１．５８のポリ（γ−ベンジル−Ｄ−グルタメート−ＣＯ−γーアルキル−Ｄ−グルタメート）を選択し、上記実施例Ａと同様の溶融紡糸装置を使用し、同様の条件（但し、紡糸温度は３０９℃）により、実施例Ａと同一の口金を使用して扁平断面の光反射機能構造体を目的に紡糸を行った。
【００４６】
磁場の強さを変化させて（条件Ｎｏ．１〜６）得られた各構造体の色味を目視により観察したところ、無色から鮮やかな緑色、そして無色へと変化する個とが確認された。また、上記の顕微分光光度計により、これら構造体の反射スペクトルを測定し、反射ピーク波長λＭを求めた。
一方、らせん周期構造のピッチＰを算出するため、上記同様に各構造体からのリターディション線を観察した結果、明暗の縞模様が明瞭に観察され、その明暗の間隔Δを算出したところ、Δ＝０．１７３μｍとなっていた。このことから、これら構造体のらせんピッチＰは、Ｐ＝２Δ＝０．３４６μｍと見積られた。また、磁場の強さの変化によるらせん軸の傾きθを上記データからコンピュータを用いて算出したところ、（１）式をほぼ満足していることが確認でき、実測した反射ピーク波長λＭとも良い一致を示した。これらの結果を表１に併せて示す。
【００４７】
（実施例Ｃ）
透過性を有する液晶性高分子材料として、平均屈折率ｎ＝１．５８のコレステリック液晶形成性ポリエステルを選択し、上記実施例Ａと同様の溶融紡糸装置を使用し、同様の条件（但し、紡糸温度は２９２℃）により、矩形断面の光反射機能構造体を目的に紡糸を行った。
【００４８】
磁場の強さを同様に変化させて（条件Ｎｏ．１〜６）得られた各構造体の色味を目視により観察したところ、狙いどおり近赤外線領域に反射ピークを持つため、磁場の強さＢが０．５ｋＧであるＮｏ．２の条件のものの他は、可視領域で色味は観測されなかった。そこで、分光光度計（日立製作所製Ｕ−４０００を改良し、光を微小領域に照射できるようにしたもので、波長０．２１μｍ〜２．１μｍまで測定可）により、これら構造体の反射スペクトルを測定し、反射ピーク波長λＭを求めた。
一方、らせん周期構造のピッチＰを算出するため、上記同様に各構造体からのリターディション線を観察した結果、明暗の縞模様が明瞭に観察され、その明暗の間隔Δを算出したところ、Δ＝０．３４９μｍとなっていた。このことから、これら構造体のらせんピッチＰは、Ｐ＝２Δ＝０．６９８μｍと見積られた。また、磁場の強さの変化によるらせん軸の傾きθを上記データからコンピュータを用いて算出したところ、１）式をほぼ満足していることが確認でき、実測した反射ピーク波長λＭとも良い一致を示した。これらの結果を表１に併せて示す。
【００４９】
【表１】
【００５０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、光透過性と共に、らせん周期構造を持ち、該らせん周期構造のらせん軸が繊維軸に対して所定の角度をもって傾いている構成としたことから、顔料や色素を用いることなく、λＭ＝ｎＰｃｏｓθ（式中のｎは当該構造体の平均屈折率、Ｐはらせん周期構造のピッチ、θはらせん軸の繊維軸に対する法線からの角度（０°≦θ＜９０°）を示す）で算出される特定波長λＭの光を選択的に反射して、他の波長の光を透過する機能を発現する光反射機能構造体を得ることができる。また、当該光反射機能構造体は、分子のらせん構造のみによって上記のような光学機能を発揮し、基本的に１種類の材料から成るものであるからして、極細繊維や微小チップ及び粉末体に比較的容易にかつ安価に加工することができ、光輝材として塗料やプラスチック成形体、さらには不織布や紙などにも適用することもでき、当該構造体の光学機能に基づく意匠性を種々の物品に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ） 本発明による光反射機能構造体の構造（繊維軸に対する法線とらせん軸とが平行の場合）を示す概念図である。
（ｂ） 本発明の光反射機能構造体におけるらせん周期構造について説明する図である。
【図２】本発明による光反射機能構造体の構造（繊維軸に対する法線とらせん軸のなす角度が約３０°の場合）を示す概念図である。
【図３】本発明による光反射機能構造体の反射ピーク波長に及ぼす繊維軸に対する法線とらせん軸のなす角度の影響を示すグラフである。
【図４】（ａ） 光反射機能構造体における光反射機能構造体のらせん軸が繊維軸に対する法線に対して所定の角度をもって配置されている場合の説明図である。
（ｂ） 光反射機能構造体における光反射機能構造体のらせん軸が繊維軸と平行に配置されている場合の説明図である。
【図５】（ａ） 本発明の実施形態としてらせん周期構造のピッチが異なる複数のブロックから成る繰り返し構造を備えた例を示す斜視図である。
（ｂ） 同じく実施形態としてらせん周期構造のらせん軸と法線との角度が異なる複数のブロックから成る繰り返し構造を備えた例を示す斜視図である。
【図６】（ａ）ないし（ｇ）は本発明の光反射機能構造体の形状例を示すそれぞれ断面図である。
【図７】本発明による光反射機能構造体の製造装置の一例を示す概略図である。
【図８】本発明の光反射機能構造体をチッピングしてなる小片を塗装用光輝材として含有する塗膜の構造を示す模式図である。
【符号の説明】
１ らせん周期構造
２ らせん軸[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical function structure that reflects light in at least one of the visible light region, infrared light region, and ultraviolet light region by a light reflecting action, and more specifically, does not require a pigment or a dye, for example, The present invention relates to a fibrous light-reflecting functional structure that selectively reflects light of a specific wavelength in the visible light region to produce a color, and a method and apparatus for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Light energy is generally classified into visible light (wavelength 380 nm to 780 nm) that can be perceived by our eyes, ultraviolet light in a shorter wavelength range (wavelength 290 nm to 380 nm), and infrared light in a longer wavelength range than visible light (wavelength 780 nm or more). You. Of these, the visible light region is closely related to our visual perception, and senses the color of various objects under this light. Generally, the color of an object is caused by the object absorbing part of the light. Coloring using this principle has been conventionally used, and specifically, a method using a pigment such as a pigment or a dye. Most colorings and colorings around us today are based on this method.
[0003]
However, coloring by these not only requires various pigments and dyes, but also requires a step of kneading them, a treatment of waste liquid, and the like, which has been regarded as a problem in terms of steps and environment. Further, in terms of quality, it has been pointed out that some defects such as dissolution on the surface of the object to cause a deterioration in the texture or failure to maintain the initial quality due to fading based on ultraviolet rays or the like, and impairing the design and commercial properties. .
[0004]
In order to solve such problems, a coloring means (in a broad sense, referred to as "structural coloring") using a physical action such as light interference and diffraction without using a so-called pigment such as a pigment or a dye. Are known. The color is developed by the interaction of light with a regular microstructure existing on the surface of the object or the inside thereof, and there are already some known techniques.
[0005]
For example, there has been reported a material that develops a color by forming a structure in which tens of layers of two types of polymer substances having different refractive indexes are alternately laminated (for example, see Patent Document 1). This principle is based on the fact that Fresnel reflections generated at alternately stacked interfaces having different refractive indices overlap and cause interference, resulting in wavelength dependence of the reflectance and enhancement or reduction of the reflectance itself. Are the colors that appear when they overlap with each other (coloring wavelength λ 1 = 2 (n a d a + N b d b ): Coloring wavelength λ 1 Are equal when the optical thicknesses are equal, that is, n a d a = N b d b When is the maximum). Further, Patent Document 1 discloses a film-like reflective polymer object in which at least first and second polymer substances have refractive indexes different from each other by at least 0.03 and are laminated with a thickness of about 100 nm. I have.
[0006]
Furthermore, a fibrous coloring structure having an alternately laminated structure composed of two types of polymer substances having different refractive indices has been disclosed (see Patent Document 2). This color-forming fiber is a non-dyed color-forming fiber, which has the characteristic of changing its color depending on the direction in which it is viewed and the high-quality shine. It has a texture.
[0007]
On the other hand, as a structure utilizing a diffraction / interference effect, a structure which emits diffraction / interference colors by providing a narrow groove having a constant width on the fiber surface has been proposed (for example, see Patent Document 3). This principle is based on the principle that when light is incident on a structure in which a large number of grooves of a predetermined size (such as the depth of a groove and the interval between grooves) are regularly formed on a flat surface or a concave surface (a so-called diffraction grating), an optical path is formed. A difference ΔL is generated, and when this optical path difference is an integral multiple of the wavelength λ, the reflected light reinforces and becomes brighter (optical path difference ΔL = mλ: where m is the diffraction order and m = 0, 1, 2,...). In practice, a color with a wavelength λ is given at a certain diffraction angle to the incident light at a certain incidence angle.
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-4-295804
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 3036305
[Patent Document 3]
JP-A-8-234007
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the reflective polymer object composed of polymers having different first and second refractive indices described in Patent Document 1, in order to obtain a vivid color (exhibiting a high reflectance), it is necessary to use both. It was necessary to select a polymer having a large difference or ratio in the refractive index of the polymer or to increase the number of layers extremely. Generally, in a combination of polymers, it is almost impossible to take a large difference in refractive index or ratio in reality (the refractive index n of the polymer is generally limited to a range of 1.4 to 1.7). Therefore, the number of laminations must be increased, which means that the thickness of the reflective polymer body is large, and is not suitable for obtaining fine fibers or fine glittering material chips (small pieces). Met.
[0010]
Also, in the fibrous coloring structure disclosed in Patent Document 2 described above, although the shape itself is fibrous, the number of laminations is also large, so the thickness becomes large, and fine fibers with a good texture and However, it is not suitable for making a fine glitter material chip (small piece).
[0011]
Further, in a structure that develops a color using a diffraction / interference effect as described in Patent Literature 3, it is not only difficult to form a thin fiber or a fine glittering material chip (small piece), As for the color, it looks like a rainbow-colored CD, so the product was of low quality. In addition, from the viewpoint of manufacturing, for example, a thin film type requires a special film forming apparatus (such as a vapor deposition apparatus or a plasma polymerization apparatus), complicated condition adjustment, and further post-treatment, and is not practical. There has been such a problem, and the elimination of such a problem has been a problem in the conventional coloring structure.
[0012]
The present invention has been made by paying attention to the above-described problem in a structure that develops a color based on the structure (structural coloring) in a visible light region without using a pigment such as a pigment or a dye, for example. The objective of the present invention is to provide a light-reflective functional structure that can not only develop a color but also form a thin fibrous or fine glittering material chip (small piece) and that is inexpensive to manufacture. I have.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The light reflection function structure of the present invention is a fibrous structure having at least one of visible light, infrared light, and ultraviolet light reflection properties, and has light transmittance and a helical periodic structure. And the helical axis of the helical periodic structure is inclined at a predetermined angle with respect to the fiber axis.
[0014]
In the method for producing a light-reflective functional structure according to the present invention, a magnetic field is applied in a direction perpendicular to the fiber axis direction when the liquid crystal polymer material is formed into a fibrous form, thereby forming a helical periodic structure in the liquid crystal polymer material. The orientation control is performed so that the helical axis is inclined at a predetermined angle with respect to the fiber axis.The apparatus for manufacturing a light-reflecting function structure according to the present invention includes a magnetic field applying unit disposed immediately below the spinneret. The forcible solidification means is provided below the magnetic field applying means and forcibly solidifies the helical periodic structure of the polymer fibers discharged from the spinneret.
[0015]
Further, the light-reflecting function structure of the present invention can be cut into a predetermined length to form a minute light-reflecting function structure chip, or can be crushed to a predetermined size to obtain a light-reflecting function structure powder, Such chips and powders can be widely used for paints, film structures, various molded products such as plastics, non-woven fabrics and wallpapers, etc., by using them as glittering materials.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1A is a conceptual diagram showing the form of the light-reflecting function structure of the present invention. When the longitudinal direction of the light-reflecting function structure having a fibrous shape is defined as a fiber axis direction, the structure is light It has permeability and has a helical periodic structure 1, and has a basic structure in which the helical axis 2 of the helical periodic structure 1 is inclined at a predetermined angle with respect to the fiber axis.
[0018]
FIG. 1B is a conceptual diagram of the helical periodic structure 1. The helical periodic structure 1 has a helical axis 2 in the z-axis direction as shown in FIG. For example, the helical shape is such that the molecular planes (lamellas: specifically, molecular orientation vectors) of the liquid crystal polymer are shifted with respect to the z-axis so as to be slightly rotated. The minimum unit of the periodicity is 1 pitch.
In FIG. 1B, for convenience of illustration, four molecular planes (lamellas) are described as being arranged in a half pitch, but in actual liquid crystal polymer materials, The lamella consists of several hundred layers during this 1/2 pitch. The helical periodic structure 1 is structured to be regularly arranged with respect to the fiber axis.
[0019]
FIG. 2 shows another embodiment of the light reflecting function structure of the present invention, in which the normal to the fiber axis and the helical axis 2 of the helical periodic structure 1 are arranged at an angle θ. Is shown. In each of the embodiments of FIGS. 1A and 2, only one pitch is shown as the helical pitch P for convenience of description, but in actuality, the helical pitch P has a structure in which the pitch is repeated as a minimum unit. ing.
[0020]
Next, by making the structure of the light reflecting function structure of the present invention as shown in FIGS. 1A and 2, when light is incident toward the fiber axis, reflected light is selectively emitted. The reason for this will be described.
When the average refractive index of the structure is n and the pitch of the helical periodic structure is P, the helical axis of the periodic structure forms an angle with respect to the fiber axis, and the angle from the normal to the fiber axis is θ. (Assuming one Bragg element). Now, assuming that light is incident on this structure, the wavelength λ of light that gives the maximum reflected light intensity is applied by applying the Bragg reflection concept. M And the relationship between the helical pitch P in the structure,
λ M = NPcosθ (however, 0 ° ≦ θ <90 °) (1)
Is obtained. It is assumed that the spiral pitch P of the Bragg element does not basically change. Accordingly, the light incident on the light reflecting function structure has a specific wavelength λ based on the relationship of the equation (1) due to the order of the helical periodic structure. M Is selectively reflected and light of other wavelengths is transmitted. Therefore, in the visible light region, the specific wavelength λ M And a function of reflecting light of each wavelength in the ultraviolet and infrared regions.
[0021]
FIG. 3 shows the relationship of the formula (1) with the poly (γ-benzyl-D-glutamate-CO) of a cholesteric liquid crystal forming polypeptide which is a light-transmitting polymer material (average refractive index n = 1.58). -Γ-alkyl-D-glutamate). However, as the value of the helical pitch P, a typical value of 0.346 μm is adopted.
As is apparent from this figure, as the angle θ between the helical axis of the helical periodic structure and the fiber axis changes from 0 ° → 30 ° → 60 °, the maximum reflection peak wavelength λ M Is shifted from 0.55 μm (green) → 0.49 μm (green-blue) → 0.32 μm (colorless), and the color changes. In other words, in the light-reflecting function structure, when the angle θ between the helical axis of the helical periodic structure and the normal to the fiber axis is uniformly oriented and molecularly oriented, we observe this structure visually. Then, for example, under the visible light region, it means that the tint changes depending on the viewing angle.
[0022]
Further, it is desirable that the arrangement of the helical periodic structure in the light reflecting function structure of the present invention is configured such that the helical axis of the helical periodic structure is inclined at a certain angle with respect to the fiber axis. Hereinafter, the reason will be described.
[0023]
In the light reflecting function structure of the present invention, the helical axis of the helical periodic structure for exhibiting the optical function can be arranged in the following manner: (1) When the helical axis is arranged at a certain angle with respect to the fiber axis (FIG. )) And (2) a case parallel to the fiber axis (see FIG. 4 (b)).
In the case of (1), even if the structure is a so-called fiber form that is continuous and long in the fiber axis direction, or a fine chip (small piece) or powder obtained by cutting this into a predetermined length, As long as they are arranged and arranged in a direction in which light is incident so as to face the fiber axis, a desired wavelength λ is obtained based on the equation (1). M Reflected light can be obtained efficiently. These typical application examples are those in which the structure is made into fibers and knitted and woven as described later. Alternatively, it is a group of products in which minute chips (small pieces) or powders obtained by cutting the chips into predetermined lengths are contained in a paint as a glitter material, and the paints are applied.
[0024]
On the other hand, in the case of (2), since this helical axis is arranged parallel to the fiber axis, if light is incident so as to face the fiber axis, reflected light of a desired wavelength cannot be obtained, and Only when light is incident from the direction, reflected light can be expressed. As described above, in the case of (2), the optical function is exhibited only when light is incident in a minute cross-sectional direction, and the optical function (light reflection) efficiency is very poor. It is not suitable for application to luminous materials and glittering materials.
[0025]
Next, as a specific structural example of the light reflecting function structure, a cholesteric liquid crystal forming polypeptide poly (γ-benzyl-L) which is a light transmitting polymer material (average refractive index n = 1.59) is used. -Glutamate-CO-γ-alkyl-L-glutamate).
For example, a blue color (λ M = 0.47 μm), the helical axis 2 is parallel to the normal to the fiber axis (the helical axis and the normal to the fiber axis) as described in FIG. (Ie, the angle between the helical axis and the fiber axis is 90 °). In this case, in order to develop a blue color, it is necessary to control the helical period pitch P to be fixed at 0.297 μm based on the equation (1). As a result of various studies on the control of these forms and dimensions, it has been found that they can be manufactured by a method of applying a magnetic field in a direction perpendicular to the fiber axis direction as described later.
[0026]
In addition, the term "light-transmitting property" as used in the present invention means that visible light, infrared light, and ultraviolet light in the wavelength region are substantially light-transmitting, as long as they are colored based on the molecular structure, or pigments. It may be artificially colored with a coloring matter such as a dye or a dye. That is, in addition to the structural coloring in the visible light region based on the helical periodic structure according to the present invention, a synergistic effect (composite effect) with such an artificial coloring (object color) function provides an unprecedented unique color. It is also possible to give taste and texture. In addition, it eliminates the difficulties of precision control such as selecting a polymer material with a large difference in refractive index and forming a multi-layer thin film structure and narrow grooves, which were problems when producing conventional interference type coloring fibers and diffraction type coloring fibers. In addition, the problem that the fiber diameter is increased due to the increase in the number of layers and the number of diffraction grooves for further improving the reflection function is reduced, and there is an advantage in that the fiber can be made extremely fine.
In addition, the synergistic effect of the ultraviolet or infrared reflection function based on the helical periodic structure according to the present invention and such an artificial coloring function enables the formation of thin fibers or multi-functional fine material chips (small pieces) having a multi-function. It becomes.
[0027]
The constituent material capable of exhibiting such an optical function is not particularly limited as long as it has light transmittance and has a helical periodic structure. For example, a known liquid crystal polymer material can be used. . However, a cholesteric liquid crystal polymer material is desirable for the selectivity of the helical pitch and the fixation of the pitch, which contribute to the development of the optical function.
For example, acyl derivatives of hydroxyalkyl cellulose, cholesteric liquid crystal forming polypeptides, cholesteric liquid crystal forming aromatic polyesters, polycarbonates, aromatic polyester imides, aromatic polyamides and other main chain type polymer liquid crystal forming properties. Examples of the compound include a polymethacrylate-based, polymalonate-based, and polysiloxane-based side-chain polymer liquid crystal-forming compound. As the hydroxyalkyl cellulose used for the acyl derivative of hydroxyalkyl cellulose, for example, hydroxypropyl cellulose, acyl derivative of hydroxybutylated hydroxypropyl cellulose, and the like are used.
Note that these liquid crystal polymer materials are not limited to thermosetting types, but may be types that are cured by ultraviolet rays or electron beams.
[0028]
Next, as another preferred embodiment of the light reflecting function structure of the present invention, the structure has a repeating structure of a plurality of blocks that emit light of different wavelengths in the fiber axis direction, and a spiral in each block. The pitch P of the periodic structure can be configured to be different from each other.
FIG. 5A shows an example of a structure having a repeating structure of block A / block B / block A /... In the fiber axis direction. In this case, the helical axis and the fiber of the helical periodic structure in each block are shown. The angle θ between the axis and the normal is θ = 0 ° (the helical axis is parallel to the normal), and the pitch P of each helical periodic structure is different (block A: pitch P1, block B: pitch) P2) is illustrated. In this case, for example, a blue color (λ B ), And the green color (λ G ) To control the helical pitch.
[0029]
FIG. 5B shows an example in which the helical pitch of the helical periodic structure is the same, but the angle θ between the helical axis and the normal to the fiber axis is different between block A and block B. Is shown.
[0030]
As described above, by emitting light of different wavelengths in the fiber axis direction, it is possible to provide a novel coloring structure in which the tint slightly changes, for example, in a visible light region. In order to achieve such a function with a conventional structural color body (diffraction type or interference type color body, etc.), it is not only necessary to select a combination of at least two types of polymer materials having different refractive indexes, but also to laminate. It is necessary to precisely control the thickness and the diffraction groove, so that practically difficulties are expected.
[0031]
Next, the cross-sectional shape of the light reflecting function structure of the present invention will be described.
The cross-sectional structure is not particularly limited, and as shown in FIG. 6, known shapes such as a circle, a flat, a rectangle, a quadrangle, a polygon such as a triangle, a pentagon, and a hexagon, and a star shape can be applied. However, when used as various glittering materials including those for fibers and coatings, the aspect ratio of the fiber cross section (the length of the fiber cross section in the horizontal direction / from the viewpoint of ensuring a light reflecting surface as uniform and wide as possible). It is more preferable to adopt a rectangular or flat cross section which can take a large length in the vertical direction.
[0032]
Hereinafter, a method for manufacturing the light reflecting function structure of the present invention will be described.
FIG. 7 is a schematic view showing an example of an apparatus used for manufacturing the light reflection functioning structure of the present invention. The melt spinning apparatus includes an extruder equipped with a hopper connected to a vacuum pump, a gear pump, and a spinneret. In order to control the orientation of the discharged molecular helical periodic structure of a liquid crystal polymer material, for example, a magnetic field applying device (magnetic field applying means) is provided immediately below the spinneret, and the orientation is further forced thereunder. It is possible to use a device provided with a forced cooling air generator as a forced solidifying means for fixing the cooling air to the air.
In FIG. 7, a forced cooling air generator that forcibly blows cooling air is illustrated as the forced solidifying means. However, the present invention is not particularly limited thereto. Depending on the situation, it can be appropriately selected. For example, a water-cooled type or another refrigerant such as dry ice or liquid nitrogen can be used. If the liquid crystal polymer material is of a type that is solidified by ultraviolet rays, the liquid crystal polymer material may be solidified by using an ultraviolet lamp, and if the liquid crystal polymer material is of a type that is solidified by an electron beam, it may be solidified by using an electron beam irradiation device. At this time, the conditions for forcibly solidifying include, for example, temperature, temperature distribution, and holding time if the material is thermally solidified, and irradiation wavelength if the material is solidified by ultraviolet light or an electron beam. -It is necessary to appropriately set energy, irradiation time, and the like.
[0033]
As a result of various studies, the present inventors have found that by arranging such a forced solidifying means below the magnetic field applying means, the orientation of the helical periodic structure of the liquid crystal polymer material can be controlled by the melt viscosity and the magnitude of the magnetic field. Now, they have found that it can be controlled by the magnetic field holding time and the like. For example, when the liquid crystal polymer is of a thermosetting type and the spinneret temperature is constant, that is, the melt viscosity of the liquid crystal polymer is constant, the magnitude of the magnetic field and the time for holding the magnetic field are changed, and immediately thereafter. By fixing (generally cooling and fixing) this, the helical periodic structure (helical pitch P, angle θ between the helical axis and the normal to the fiber axis, etc.) can be controlled.
[0034]
For example, poly (γ-benzyl-L-glutamate-CO-γ-alkyl-L-glutamate) of a cholesteric liquid crystal-forming polypeptide which is the above-mentioned light-transmitting polymer material (average refractive index n = 1.59) In the case of, the spinning temperature is 305 ° C., the winding speed is constant at 50 m / min (converted to the holding time t, about 2 seconds), and only the magnitude B of the magnetic field is 0 to 10 kG. When the magnetic field B is 0 kG, the angle θ between the normal to the fiber axis and the helical axis of the helical periodic structure is about 90 ° (the helical axis becomes almost parallel to the fiber axis). Color) was not confirmed. On the other hand, as the strength B of the magnetic field is increased from 2 kG to 3 kG, the angle θ shifts to a low angle, and becomes approximately 0 ° at about B = 5 kG. Will be able to confirm. On the other hand, when the magnetic field strength B is further increased from 5 kG → 7 kG → 10 kG, the angle θ changes again toward θ = 90 °, and the spiral periodic structure shifts to the opposite side of the normal. It was confirmed to go.
[0035]
As described above, by changing the magnitude B of the magnetic field and the magnetic field holding time t, the helical periodic structure in the liquid crystal polymer material can be controlled, and a desired optical reflection function can be obtained.
The holding time t of the magnetic field cannot be determined unconditionally depending on the type of the liquid crystal polymer material, the magnitude B of the magnetic field, or the like. -1 -10 2 sec. It is considered to be a degree. If the holding time t is too short, the helical periodic structure cannot be followed by the magnetic field, and the helical periodic structure will not move at all. Therefore, a desired optical function cannot be exhibited. Therefore, it is important to set the magnitude B of the magnetic field for controlling the helical periodic structure and the magnetic field holding time t for holding and fixing it.
The angle θ and the pitch P between the helical axis of the helical period in the liquid crystal polymer and the normal to the fiber axis are roughly converted from observation of retardation lines using a polarizing microscope or from a wide-angle X-ray diffraction diagram. be able to.
[0036]
In the light reflecting function structure of the present invention, the structure is bundled in the order of hundreds to hundreds of thousands, and cut into small chips (small pieces) by a mechanical cutter or the like. Is also possible. For example, a collection of several hundred thousand of such structures is fixed with an appropriate impregnating liquid (water, glue, paraffin, etc.) or a string to form a collection bundle, and then a constant-rate delivery mechanism for the collection bundle is provided. Using an automatic cutter (shearing) or the like, the sheet is continuously cut into a length of several mm to several tens of μm. Then, a classification (sieving) treatment is performed to obtain a chip material having a desired size.
As for the tipping methodologies and the like, see, for example, page 116 of “Textile Engineering (II) Fiber Structure, Structure and Physical Properties” edited by Japan Society of Textile Machinery and “Textile Engineering (III) Production and Structure of Fibers” edited by the Japan Society of Textile Engineers. Body and physical properties ”on pages 223 to 2255.
[0037]
Alternatively, after bundling the light reflecting functional structures as described above, a freezing treatment is performed, and a pulverization and classification (sieving) treatment is performed by various methods to obtain a powder having a predetermined size. All of these can be widely applied to various fields as excellent coloring materials and glittering materials which have not been available in the past.
[0038]
In other words, by using such fine chips (small pieces) or powders as coloring materials and glittering materials in paints having light transmittance, automobiles, home appliances, building materials, toys, sports goods, high-end cosmetic containers, etc. Can be applied to various interior and exterior surfaces. FIG. 8 schematically shows a state in which a film is formed by using this chip material as a glitter material in a paint.
[0039]
As described above, the light reflecting function structure of the present invention is an optical function structure utilizing a helical periodic structure such as liquid crystal molecules, and the conventional interference type or diffraction / scattering type coloring fiber has a different refractive index. While it is necessary to use two types of polymer materials and to precisely control the number, thickness, and depth of the lamination thickness, diffraction grooves, and the like, the structure is, for example, one as described above. It is made of only liquid crystal polymer materials of various types, and the optical function can be expressed only by the helical periodic structure of the molecule.Moreover, since the optical function is expressed only by the helical periodic structure, if the thickness at the molecular level can be secured It is sufficient, and can be made extremely thin even in a fibrous form. Therefore, even when used as a textured fiber or a glittering material for coating, the thickness is extremely thin, and there is an advantage that the thickness can be sufficiently contained in the base coat layer of a normal coating film.
[0040]
Further, the above-mentioned chip material (small piece) or powder can be added and dispersed as a glitter material in a film or various plastic molded articles, or can be mixed with nonwoven fabric or paper to make a wallpaper or shoji paper. In such an applied product, a function for preventing forgery by exhibiting a unique optical function of the light reflection function structure of the present invention can also be exhibited.
[0041]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited by these examples.
[0042]
(Example A)
Poly (γ-benzyl-L-glutamate-CO-γ-alkyl-L-glutamate) having an average refractive index of n = 1.59 was selected as a light-transmissive liquid crystalline polymer material, and a rectangular cross section was obtained under the following conditions. Was melt-spun in order to obtain a light-reflective functional structure.
[0043]
A known spinneret (having one rectangular final discharge hole of 0.1 mm × 0.8 mm) is attached to an ordinary melt spinning apparatus, and a magnetic field is placed immediately below the spinneret as shown in FIG. By installing a magnetic field applying device with variable intensity (the length of the magnetic field applying portion L = 0.3 m) and a forced cooling air generating device for blowing forced cooling air at a lower position, A filament was produced.
Regarding the manufacturing conditions, the spinning temperature was 305 ° C., the magnetic field strength B was appropriately changed in the range of 0 to 10 kG (conditions Nos. 1 to 6), and the forced cooling air was supplied at 1 cm / min. And a winding speed of 50 m / min. And
[0044]
Condition No. The color of each light reflecting functional structure manufactured under the conditions of 1 to 6 was visually observed, and it was confirmed that the structure changed from colorless to vivid blue and colorless. The reflection spectrum of the structure was measured with a microspectrophotometer (U-6500 manufactured by Hitachi, Ltd.), and the reflection peak wavelength λ was measured. M I asked.
On the other hand, in order to calculate the pitch P of the helical periodic structure, orthogonal Nicols were attached to a polarizing microscope, and retardation lines from each structure were observed. As a result, a light and dark stripe pattern was clearly observed, and the light and dark interval Δ was calculated to be 0.149 μm. From this, the helical pitch P of these structures was estimated to be P = 2Δ = 0.298 μm. When the inclination of the helical axis (the angle θ with respect to the normal to the fiber axis) due to the change in the strength of the magnetic field was calculated from the above data using a computer, it was confirmed that the equation (1) was almost satisfied. Was done. And the actually measured reflection peak wavelength λ M And a good match. Table 1 shows the results.
[0045]
(Example B)
Poly (γ-benzyl-D-glutamate-CO-γ-alkyl-D-glutamate) having an average refractive index of n = 1.58 was selected as a light-transmitting liquid crystalline polymer material, and the same as in Example A above. Using the same spinneret as in Example A, spinning was performed under the same conditions (however, the spinning temperature was 309 ° C.) for a light-reflective functional structure having a flat cross section.
[0046]
When the color of each structure obtained by changing the strength of the magnetic field (condition Nos. 1 to 6) was visually observed, it was confirmed that the structure changed from colorless to vivid green and colorless. . The reflection spectra of these structures were measured with the above-mentioned microspectrophotometer, and the reflection peak wavelength λ was measured. M I asked.
On the other hand, in order to calculate the pitch P of the helical periodic structure, as a result of observing the retardation lines from the respective structures in the same manner as described above, a bright and dark stripe pattern was clearly observed. = 0.173 μm. From this, the helical pitch P of these structures was estimated to be P = 2Δ = 0.346 μm. When the inclination θ of the helical axis due to the change in the strength of the magnetic field was calculated from the above data using a computer, it was confirmed that the equation (1) was almost satisfied. M And a good match. These results are also shown in Table 1.
[0047]
(Example C)
A cholesteric liquid crystal-forming polyester having an average refractive index n = 1.58 was selected as the liquid crystal polymer material having transparency, and a melt spinning apparatus similar to that in Example A was used under the same conditions (except for spinning). (Temperature: 292 ° C.), spinning was performed for the purpose of a light-reflection functional structure having a rectangular cross section.
[0048]
When the tint of each structure obtained by changing the strength of the magnetic field in the same manner (conditions Nos. 1 to 6) was visually observed, it had a reflection peak in the near-infrared region as intended. No. B where B is 0.5 kG. Except for the condition of 2, no color was observed in the visible region. Therefore, the reflection spectra of these structures are measured by a spectrophotometer (an improved version of U-4000 manufactured by Hitachi, Ltd., which is capable of irradiating light to a minute area and capable of measuring a wavelength from 0.21 μm to 2.1 μm). Measured and the reflection peak wavelength λ M I asked.
On the other hand, in order to calculate the pitch P of the helical periodic structure, as a result of observing the retardation lines from the respective structures in the same manner as described above, a bright and dark stripe pattern was clearly observed. = 0.349 µm. From this, the helical pitch P of these structures was estimated to be P = 2Δ = 0.698 μm. When the inclination θ of the helical axis due to the change in magnetic field strength was calculated from the above data using a computer, it was confirmed that the expression 1) was almost satisfied, and the actually measured reflection peak wavelength λ M And a good match. These results are also shown in Table 1.
[0049]
[Table 1]
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, with light transmittance, having a helical periodic structure, the helical axis of the helical periodic structure is configured to be inclined at a predetermined angle with respect to the fiber axis, Without using pigments or dyes, λ M = NPcosθ (where n is the average refractive index of the structure, P is the pitch of the helical periodic structure, and θ is the angle (0 ° ≦ θ <90 °) of the helical axis from the normal to the fiber axis). Specific wavelength λ to be calculated M And a light reflection function structure exhibiting a function of transmitting light of other wavelengths selectively. Further, the light reflecting function structure exhibits the above-mentioned optical function only by the helical structure of the molecule, and is basically made of one kind of material. Can be processed relatively easily and inexpensively, and can be applied to paints and plastic moldings as glittering materials, and also to nonwoven fabrics and papers, etc. Can be applied to articles.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a conceptual diagram showing a structure of a light reflecting function structure according to the present invention (when a normal to a fiber axis and a helical axis are parallel).
(B) It is a figure explaining the helical periodic structure in the light reflection functional structure of this invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a structure of a light reflecting function structure according to the present invention (when an angle between a normal to a fiber axis and a helical axis is about 30 °).
FIG. 3 is a graph showing the influence of the angle between the normal and the helical axis on the fiber axis on the reflection peak wavelength of the light reflecting function structure according to the present invention.
FIG. 4 (a) is an explanatory view of a case where the helical axis of the light reflecting function structure in the light reflecting function structure is arranged at a predetermined angle with respect to a normal to the fiber axis.
(B) It is explanatory drawing in the case where the helical axis | shaft of a light reflection functional structure in a light reflection functional structure is arrange | positioned in parallel with a fiber axis.
FIG. 5A is a perspective view showing an example of the embodiment of the present invention in which a repetitive structure including a plurality of blocks having different pitches of a helical periodic structure is provided.
(B) It is a perspective view showing the example provided with the repetition structure which consists of a plurality of blocks from which the angle of the helical axis of a helical periodic structure and a normal line differ as an embodiment.
FIGS. 6A to 6G are cross-sectional views showing examples of the shape of the light reflecting function structure of the present invention.
FIG. 7 is a schematic view showing an example of an apparatus for manufacturing a light reflecting function structure according to the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a structure of a coating film containing a small piece obtained by chipping the light reflecting function structure of the present invention as a glittering material for coating.
[Explanation of symbols]
1 Spiral periodic structure
2 Spiral axis