同じシャツやセーターでも、乾燥した部屋に置いたときと、湿度の高い場所に置いたときでは、衣服が含む水分の量は同じではありません。見た目には乾いていても、繊維は周囲の空気中にある水蒸気を少しずつ吸ったり放したりしています。
衣服の吸湿量は、繊維と周囲の空気が水蒸気をやり取りして平衡に近づくことで決まり、その平衡状態は主に相対湿度、温度、繊維の化学構造によって変わります。そのため、同じ衣服でも湿度や温度が変われば、最終的に含む水分量も変化します。
繊維は周囲の空気と水蒸気をやり取りしている
衣服の繊維は、周囲の空気から水蒸気を取り込む「吸湿」と、取り込んだ水分を空気へ戻す「放湿」を繰り返しています。ある温度と湿度の環境にしばらく置くと、吸湿する量と放湿する量がつり合い、その条件に応じた水分量へ近づきます。
この状態で繊維が乾燥重量に対してどれくらい水分を含んでいるかを示す指標の一つが水分率やモイスチャーリゲインです。海外の繊維資料でも、繊維は周囲の温度と湿度に応じて水分平衡を作り、その平衡水分量は素材ごとに大きく異なると整理されています。
つまり、衣服の吸湿性は「一度決まった固定値」ではありません。測定時の温湿度条件が変われば、同じ試料でも含水量は変わります。
相対湿度が高いほど、一般に繊維は多くの水分を含む
相対湿度は、その温度で空気が最大限含める水蒸気量に対して、実際にどれくらい水蒸気が含まれているかを表す割合です。相対湿度が高いほど、繊維の周囲には利用できる水蒸気が多くなります。
そのため、吸湿性のある繊維では、相対湿度が上がるほど平衡水分率も増えるのが一般的です。国内の繊維工学資料でも、20℃における羊毛、絹、綿、ナイロンなどの水分率は相対湿度の上昇とともに増える曲線として示されています。
ただし、増え方は一定ではありません。天然繊維では相対湿度に対する水分率の曲線が直線ではなく、低湿度と高湿度で傾きが変わる場合があります。特に高湿度域では水分量が大きく増える繊維もあります。
羊毛・綿・ポリエステルでは吸湿量が大きく違う
同じ湿度でも、素材によって含む水分量は大きく異なります。これは、繊維を構成する高分子が水分子とどれだけ結びつきやすいかが違うためです。
羊毛はタンパク質繊維で、水分子と相互作用しやすい官能基を多く持ち、高い吸湿性を示します。綿はセルロースからできており、水酸基を持つため水分子と水素結合しやすい一方、結晶性の高い部分では水が入り込みにくくなります。
一方、ポリエステルは水分子と強く結びつく部位が少なく、一般に水分率が非常に低い繊維です。海外の資料では、65％相対湿度付近で羊毛、綿、ポリエステルの水分率に大きな差があることが示されており、同じ空気環境でも素材によって保持する水分量が異なることが分かります。
温度が変わると、同じ相対湿度でも平衡水分量は変わる
衣服の吸湿量は湿度だけでなく温度にも影響されます。水蒸気が繊維に吸着する現象には分子間の相互作用や熱の出入りが関係するため、温度条件が変わると平衡状態も変わります。
特に羊毛のような吸湿性の高い繊維では、温度によってモイスチャーリゲインが変化することが報告されています。一般に、同じ水蒸気条件でも温度が変われば吸着と脱着のバランスが変わるため、含まれる水分量も一定ではありません。
このため、繊維の性質を正確に比較する試験では、温度と相対湿度を一定にした標準環境で試料を調整してから測定することがあります。測定条件をそろえないと、素材差なのか環境差なのかを区別しにくくなるからです。
湿度が急に変わっても、すぐには新しい平衡にならない
乾燥した場所から湿度の高い場所へ衣服を移しても、その瞬間に最終的な水分量になるわけではありません。繊維表面への吸着や繊維内部への拡散には時間がかかります。
国内の絹織物研究では、吸湿と放湿にはそれぞれ時間経過があり、吸湿速度と放湿速度が同じではないことが示されています。海外の動的吸湿実験でも、湿度を上げた直後には水分吸収が速く進み、その後は平衡へ近づくにつれて吸湿速度がゆっくりになることが報告されています。
つまり、衣服の吸湿量は「どの湿度にいるか」だけでなく、「その環境に移ってからどれくらい時間が経ったか」によっても変わります。
吸湿したときと放湿したときで同じ経路をたどらないことがある
繊維の水分率は、湿度を上げていく場合と下げていく場合で、まったく同じ値にならないことがあります。この現象は吸湿・放湿のヒステリシスとして知られています。
繊維内部の高分子構造や水分子の結合状態が、吸湿時と放湿時で同じように変化しないためです。そのため、現在の湿度が同じでも、直前まで乾燥した環境にあった衣服と、湿度の高い環境にあった衣服では、一時的に含水量が異なる場合があります。
この性質は、衣服が日常の中で室内と屋外、冷暖房環境を行き来するときにも関係します。
吸湿すると熱が発生することがある
水分子が繊維に吸着するときには、分子間の結合が形成されることで熱が発生することがあります。これを吸着熱や吸湿発熱として扱います。
国内の吸放湿繊維材料に関する研究では、水蒸気移動がある条件で吸放湿性を持つ素材と持たない素材の温度分布に違いが生じることが示されています。海外研究でも、羊毛やビスコースなど吸湿性の高い繊維は、湿度変化に伴って比較的大きな発熱反応を示します。
ただし、吸湿発熱が起こるからといって、衣服が長時間自動的に暖かくなり続けるわけではありません。新しい湿度条件へ近づく過程で水分を取り込むときに熱が出るため、平衡に近づけば発熱も小さくなります。
吸湿量と「汗を吸う量」は同じではない
衣服の吸湿という言葉は、水蒸気を繊維が取り込む現象を指します。一方、汗のような液体の水を吸い込む現象は吸水です。両者は関係がありますが、同じ性質ではありません。
たとえば、ポリエステルは繊維内部への吸湿量が少ない一方、糸や布の構造を工夫すると毛細管作用で液体の汗を広げることができます。逆に綿は繊維そのものが水分を取り込みやすく、多量の液体を保持することがあります。
そのため、衣服の「湿気を吸う性質」を考えるときは、空気中の水蒸気を吸う吸湿と、液体の汗を移動・保持する吸水を分けて考える必要があります。
同じ素材でも布の厚さや量で衣服全体の吸湿量は変わる
繊維1グラムあたりの平衡水分率が同じでも、厚い衣服と薄い衣服では使われている繊維の質量が違います。そのため、衣服全体として保持できる水分量も変わります。
また、布構造は吸湿の「最終量」だけでなく、空気が繊維へ届く速さや水蒸気が移動する速さにも関係します。国内の絹布研究では、布構造によって吸放湿速度の見え方が変わることが検討されています。
つまり、同じ素材表示でも、薄手のシャツと厚手のニットでは、湿度変化に対する衣服全体の水分変化の速さや量が同じとは限りません。
季節で吸湿量が違って見えるのは温湿度条件が変わるから
夏は高温多湿になりやすく、冬の暖房室内は低湿度になりやすいなど、季節によって衣服が置かれる環境は大きく変わります。そのため、同じ衣服でも季節によって含んでいる水分量が変化します。
ただし、「夏だから必ず多く吸湿する」「冬だから必ず少ない」と単純には言えません。室内の冷暖房、加湿・除湿、屋外の天候などによって温湿度条件は変わるためです。
大切なのは季節名そのものではなく、そのときの相対湿度と温度です。
まとめ
同じ衣服でも湿度や温度で吸湿量が変わるのは、繊維が周囲の空気と水蒸気を交換し、その温湿度条件に応じた平衡水分量へ近づくからです。
相対湿度が高くなると、吸湿性のある繊維は一般により多くの水分を保持します。羊毛、綿、ポリエステルでは水分子との結びつきやすさが異なるため、同じ環境でも水分率は大きく違います。また、温度、環境変化からの経過時間、吸湿と放湿の履歴によっても値は変化します。
そのため、衣服の吸湿性を見るときは「この素材は何％吸う」という数字だけでなく、その数字がどの温度・湿度で測られたものかまで確認すると、性質をより正しく理解できます。
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参考資料
- 日本家政学会誌「衣服の保温性に関わる布の吸湿速度」
- 日本シルク学会誌「絹織物の吸湿及び放湿特性に及ぼす布構造の影響」
- Textile Materials for the Design of Wearable Antennas: A Survey
- The Exothermic Effects of Textile Fibers during Changes in Environmental Humidity
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