繊維の赤外線反射特性向上と遮熱・断熱機能の強化

赤外線とは何か、繊維における遮熱・断熱とどう関わるか

赤外線は波長0.78〜1000µmの電磁波で、人が感じる熱エネルギーの大部分を担います。
太陽光に含まれる近赤外線は衣服や建材に吸収されると温度上昇を招きます。
一方、人体や室内から放射される遠赤外線を外部へ逃がさないことは保温に直結します。
したがって繊維における遮熱・断熱設計では「太陽由来の近赤外線を反射し、内部由来の遠赤外線は閉じ込める」という二面性が重要になります。
赤外線反射特性向上と遮熱・断熱機能の強化はエネルギー効率、快適性、CO₂削減に直結するため、世界的に研究開発が加速しています。

赤外線反射特性を高めるメカニズム

材料組成による反射率制御

繊維内部に赤外線高反射セラミックス（酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズなど）を練り込むと、屈折率差によって散乱が生じ近赤外線を後方へ反射します。
表面に金属アルミや銀を微粒子として分散させれば鏡面反射が得られ、熱吸収を大幅に低減できます。
顔料選定で可視光は透過させ、近赤外のみ反射させることで色調と遮熱性を両立する「クールカラー」の設計も行われています。

構造色とナノテクノロジー

ナノ〜マイクロスケールで周期構造を形成すると、フォトニックバンドギャップ効果により特定波長の赤外線のみ反射することが可能です。
ポリ乳酸やナイロンを二軸延伸してラメラ構造を作る多層フィルム型繊維では、波長依存反射率を設計的に制御できます。
この「構造色」は顔料を使わずに発色するため、退色せず環境負荷も小さい点で注目されています。

表面コーティングと多層膜

真空蒸着やスパッタリングで金属膜を数十nmレベルで積層すると、赤外線反射・可視光透過の両立が可能です。
さらに酸化シリコンなどの高屈折率材料で多層膜を形成すれば、干渉効果により選択反射帯域をシャープにできます。
撥水フッ素樹脂や真空プラズマでトップコートを施すと、汗や洗濯による金属膜の剥離を防ぎ耐久性が向上します。

赤外線反射性繊維の製造技術

セラミック混入紡糸法

ポリマー溶融時に無機微粒子を均一分散させ、そのまま溶融紡糸します。
分散剤とカップリング剤で親和性を高めると、フィラー露出が抑えられ風合い低下を最小化できます。
近年は粒径を200nm以下に制御し、可視光散乱を抑えて白度や染色性を確保する技術が成熟しています。

金属蒸着・スパッタリング法

高真空下でアルミやチタンを繊維表面へナノ層として物理蒸着すると、高赤外線反射性が得られます。
巻取り速度や基材温度を最適化し、厚みむらを±5%以内に抑えることで量産安定性が向上します。
プラズマ前処理で親水性を付与すると接着強度が向上し、洗濯50回後も反射率80%以上を維持できます。

中空・多孔質繊維による断熱強化

押出成形時に発泡剤や分離剤を添加して中空率を高めると、静止空気層が熱伝導を遮断します。
さらに多孔壁が赤外線を多重反射することで放射熱の移動も抑制されます。
ダウンジャケットに用いられる高ロフト中空ポリエステルは、重量あたりの保温性がウールの約1.5倍と報告されています。

遮熱・断熱性能の評価方法

FTIRによる分光反射率測定

フーリエ変換赤外分光装置で2.5〜25µmの反射スペクトルを取得し、平均反射率Rと半値幅Δλを評価します。
企業間ではR>60%を高遮熱、R>80%を超遮熱とする指標が広く採用されています。
複数角度で測定しヘイズを算出すると、乱反射と鏡面反射の寄与を分離できます。

熱マネキン試験とウェアラブルセンシング

ISO15831に準拠したサーマルマネキンへ試料衣服を着装し、表面温度と消費電力から熱抵抗値 clo を算出します。
近年は布内部に熱電対と湿度センサーを埋め込み、歩行運動時のリアルタイム温湿環境を計測する方法が普及しています。
これにより遮熱・断熱と同時に蒸れ抑制性能の数値化が可能になりました。

加速気候室による耐久性評価

UVランプ、降雨ノズル、温度サイクルを備えた気候室で1000時間の照射を行い、反射率低下率ΔRを評価します。
塩素系洗濯や摩擦試験を組み合わせると、スポーツ用途で要求される耐候10年相当を短期間で判定できます。

応用分野と市場動向

アパレル分野のサーマルマネジメント

夏季用クーリングウエアでは近赤外線反射率60%以上を満たすポリエステルが主流で、体感温度を約3℃低減できると報告されています。
冬季には遠赤外線を吸収し再放射する機能性鉱石を複合した繊維と組み合わせ、全年間対応の多機能衣料が開発されています。
EC市場では「遮熱Tシャツ」「ヒートブロックパーカー」などキーワード検索数が前年比120%で推移し、消費者の関心が高まっています。

建築用テキスタイルと省エネ

外装メッシュ、テント膜材、ロールカーテンに反射性コーティングを施すと、室内侵入赤外線を40%以上カットし空調負荷を約15%削減できます。
LEEDやZEB認証取得の加点対象になるケースもあり、公共施設での採用が増加中です。

自動車内装材とモビリティの快適性

車両シートに赤外線反射ポリエステルを使用すると、炎天下駐車後の座面温度が従来比−12℃と大幅に低下します。
EVでは空調電力の節約が航続距離延伸に寄与するため、赤外線反射ファブリックの採用が加速しています。

今後の課題と展望

現行の赤外線反射繊維は金属系コーティングに頼るものが多く、リサイクル時に分離が難しい点が課題です。
バイオベースポリマーと無機粒子による全固体型遮熱繊維や、自己修復機能を持つ多層膜の研究が進行中です。
またAIと高速分光計を組み合わせたオンライン品質管理により、生産ラインでリアルタイムに反射率を保証する取り組みも始まっています。
2050年カーボンニュートラルの実現には、衣食住モビリティすべての分野でエネルギー消費の最適化が不可欠です。
赤外線反射特性向上と遮熱・断熱機能の強化は、その鍵を握る繊維イノベーションとして今後さらに重要性を増すでしょう。