ゴアテックス

ゴアテックス

ゴアテックスのロゴ
タイプ	ファブリック
材料	延伸PTFE
生産工程	機械化
紹介された	1969
メーカー	WL ゴア アンド アソシエイツ

Gore-Tex は、WL Gore & Associatesの防水性、通気性のある布膜の商標です 。1969 年に発明されました。Gore-Tex は、水蒸気を通過させながら液体の水をブロックし、全天候で使用できる軽量の防水布として設計されています。PFAS化合物ポリテトラフルオロエチレン(PTFE) を引き伸ばした形態である延伸 PTFE (ePTFE) で構成されています。

外部ビデオ
「私はこれらのロッドの 1 つを大きく、素早く、急激に伸ばしてみることにしました...そして 1000% 伸びました」、知っておくべき科学者: ボブ ゴア、科学史研究所

ゴアテックスは、ウィルバート・L・ゴアとゴアの息子ロバート・W・ゴアによって共同発明されました。^[1] 1969年、ボブ・ゴアはポリテトラフルオロエチレン（PTFE）の加熱棒を引き伸ばし、延伸ポリテトラフルオロエチレン（ePTFE）を作成しました。PTFEを引き伸ばすための適切な条件の発見は、部分的にはフラストレーションから生まれた幸運な偶然でした。加熱した材料をゆっくりと伸ばす代わりに、彼は突然加速して引っ張りました。固体PTFEは予想外に約800％伸び、約70％が空気である微細孔構造を形成しました。^[1]これはゴアテックスの商標で一般に公開されました。^[2]

ゴア社は直ちに以下の特許を申請し、取得しました。

• 米国特許 3,953,566 、1976-04-27 から 1993-04-27 まで有効、フィブリルによって相互接続されたノードを特徴とする微細構造を持つポリテトラフルオロエチレンの多孔質形態に関する特許
• 米国特許 4,187,390、1980-02-05 から 1997-02-05 まで有効
• 米国特許 4,194,041、1980 年 3 月 18 日から 1998 年 6 月 29 日まで有効、サミュエル アレンとの共同出願による「防水ラミネート」

ゴアテックスより前の1966年に、ニュージーランドのジョン・W・クロッパーが別の形の延伸PTFEテープを製造した。クロッパーはこの用途のために機械を開発し、製作した。しかし、クロッパーは延伸PTFEの製造工程を企業秘密として厳重に保持することを選択したため、未公開のままであった。^{[3] [4]}

1970年代、ガーロック社はクロッパーの機械を使用してゴア社の特許を侵害したとされ、オハイオ州連邦地方裁判所でゴア社から訴えられた。地方裁判所は、「2年以上の証拠開示、5週間の公判、35人の証人（19人は生証言、16人は証言録取）、300点以上の証拠を伴う激しい争いとなった事件」（連邦巡回裁判所の引用）を経て、ゴア社の製品およびプロセスの特許は無効であるとの判決を下した。しかし、控訴審では、連邦巡回裁判所は有名なゴア対ガーロック事件で、クロッパーはePTFEの製造方法を公衆から隠蔽したことにより、その発明に対する優先権を放棄したという理由などに基づき、下級裁判所の判決を覆した。公的な特許が申請されていなかったため、この新しい形態の材料は法的に認められなかった。これにより、ゴア社はePTFEの法的発明者として確立された。^{[3] [5]}

ゴア対ガーロック判決の後、ゴア社は、 ePTFE製血管グラフトの製造が特許を侵害しているとしてCRバード社を訴えた。バード社は速やかに和解し、市場から撤退することに同意した。ゴア社は次に、アリゾナ州の連邦地方裁判所で、ePTFE製血管グラフトを製造する小規模メーカーのIMPRA社を訴えた。IMPRA社は、ePTFE製血管グラフトについて競合する特許出願を行っていた。ほぼ10年に及ぶ特許/独占禁止法の戦い（1984～1993年）で、IMPRA社は、ゴアテックスは日本の製法特許で開示された先行技術と同一であることを、先行技術の製法を複製し、統計分析によって証明し、さらにゴア社が特許を使用するための最良の形態を隠していたことも証明し、ゴア社の製品特許の主な主張は1990年に無効とされた。^[6] 1996年にIMPRA社はバード社に買収され、バード社は市場に再参入することができた。 IMPRA の血管移植特許が発行された後、バード社はゴア社を特許侵害で訴えた。

ゴアテックスは、さまざまな企業が製造する製品に使用されています。

ゴア社のePTFEベースの生地に関する特許は1997年に失効し、ePTFE膜防水生地は他のブランドからも入手可能になった。^[7]

ロバート・W・ゴアはこの発明により、 2006年に米国発明家殿堂入りを果たした。^[8]

2015年、ゴアは連邦巡回控訴裁判所からバードに10億ドルの損害賠償を支払うよう命じられた。^[6]米国最高裁判所は連邦巡回控訴裁判所の判決の審査を却下した。^{[9] [10]}

ePTFE は、ノードで交差する細長いフィブリルで構成された多孔質の微細構造を持っています。処理温度を上げるか、ひずみ速度を上げると、球対称の細孔とフィブリル間の交差が増え、より均一な膨張が起こります。^[11] ePTFE の形成は、PTFE 分子がほどけて構造内に大きな細孔を作ることで可能になります。これにより、高度に秩序化された結晶性 PTFE が実現し、伸ばされたときに分子がより簡単に均一にほどけます。多孔度は、主に伸張温度と速度によって決まります。伸張速度を 4.8 m/分から 8 m/分に変更すると、多孔度は 60.4% から 70.8% に増加します。^[12]

PTFE の加工硬化率が高いため、ePTFE は未伸張材料よりも大幅に強度が高くなります。ミクロレベルでは、この加工硬化は、外部応力が加わるとフィブリルがほどけて配向するため、PTFE の結晶度が上昇することに対応します。ePTFE は結晶度が高いため、最大引張強度 (50～800 MPa) が、密度が完全な場合 (20～30 MPa) に比べて著しく高くなります。この動作により、 ePTFE が全方向に膨張するため、ポアソン比が負になります。これは、体積保存の場合に応力に垂直な方向でより予想される減少とは対照的です。^[11]

ePTFEは加工条件に応じて多孔度を調整でき、特定の蒸気やガスを透過させることができます。しかし、水を含むほとんどの液体は不透過性であり、この特性はレインコートなどの特定の用途で活用されています。これらの追加特性と、より一般的にはPTFEベースの材料の固有の特性（化学的不活性、熱安定性）を組み合わせることで、ePTFEはさまざまな用途に使用できる多用途の材料となっています。^[11]

大規模に ePTFE の大型シートを製造するために使用される最も一般的なプロセスは、次の手順によるテープ伸張プロセスです。

1. 潤滑剤（多くの場合はオイル）を PTFE 微粉末に加え、ペースト状にします。
2. ペーストはシート状に押し出され、特定の均一な厚さになるようにカレンダー加工されます。
3. PTFE シートは、高温 (多くの場合 300℃ 前後) に設定されたオーブンを通過し、同時に材料を大幅に伸ばす応力を受けます。このステップでの加熱は膨張に必須ではありませんが、膨張の均一性が向上します。
4. ePTFEは強度を高めるために焼結される。これは通常、未膨張PTFEの融点（340℃）よりわずかに高い温度に加熱し、分子が材料の粒子間の境界を越えて拡散できるようにする。これにより、伸張段階で形成された可能性のあるePTFEの隙間が減少する。^{[13] [11]}

ひずみ速度、オーブン温度、焼結時間、焼結継続時間などの要因は、結果として得られるePTFEシートの特定の特性に影響を与える可能性があり、特定の用途に合わせて調整することができます。^{[14] [11]}

PTFEは、フッ素系界面活性剤PFOA ^{[15] [16]}を利用した乳化重合プロセスを使用して製造されるフッ素ポリマーです。国際がん研究機関は、 PFOAをヒトに対して発がん性があると分類しています。^[17]

ゴア社は2017年に2023年までにPFOAなどのPFCを排除することを約束したが、コアテクノロジーは引き続きPFAS化合物であるPTFE ^{[18]をベースにしている。 [19] [20]}多くのゴアテックス製品には耐久性のある撥水コーティングが施されており、環境問題のPFCを含まないバージョンは「ゴアPFC _ECフリーDWR」として販売されている。 「ゴアDWR」とは異なり、いかなる形態の撥油性も欠いている。^[21]

同社は、2025年までに消費者向け生地に使用するePTFE膜を発泡ポリエチレン膜に置き換える予定である。^[22]この新素材は、既存のePTFE素材と同等の性能を発揮するが、コストが高く、洗濯の頻度も高くなる。^[23]

2023年には、メリーランド州セシル郡の製造工場周辺のPFAS関連の水質汚染をめぐってゴア社を相手取り2件の訴訟が起こされており、メリーランド州環境局は調査を命じ、監視地域の住民にはボトル入りの水が提供されている。^[24]訴訟の1つは、同社が1990年代からPFOA/PFASの危険性を認識していたと主張している。^[25]

ゴアテックスの素材は、通常、熱機械膨張PTFEおよびその他のフッ素ポリマー製品をベースにしています。これらは、高性能生地、医療用インプラント、フィルター媒体、電線やケーブルの絶縁材、ガスケット、シーラントなど、さまざまな用途に使用されています。しかし、ゴアテックスの生地は、保護性と通気性を兼ね備えたレインウェアでの使用で最もよく知られています。

ゴアテックスが導入される前、最もシンプルなレインウェアは2 層のサンドイッチで構成されており、外側の層は強度を高めるために通常ナイロンまたはポリエステルの織りでできていました。内側の層はポリウレタン(略称: PU) で、通気性を犠牲にして耐水性を実現していました。

初期のゴアテックス生地は、通気性のない PU の内層を、生地に接着された薄い多孔質フッ素ポリマー膜 (テフロン) コーティングに置き換えました。この膜には、 1 平方インチあたり約 90 億個の孔(1 平方センチメートルあたり約 14 億個の孔) がありました。各孔は水滴の約1 / 20,000の大きさで、液体の水は通しませんが、より揮発性の高い水蒸気分子は通過できます。

ゴアテックス生地の外側には、耐久性撥水加工（DWR）が施されています。DWRは、メインの外側の層が濡れるのを防ぎ、生地全体の通気性を低下させます。しかし、DWRはジャケットの防水性を保証するものではありません。DWRがなければ、ゴアテックス層が濡れて通気性がなくなり、着用者の内側で発せられる汗が蒸発せず、そこに湿気が残ります。そのため、生地が漏れているように見えることがありますが、実際には漏れていません。着用やクリーニングにより、この耐久性撥水加工（DWR）が摩耗してゴアテックス生地の性能が低下します。DWRは、衣類をタンブル乾燥するか、低温でアイロンをかけることで回復できます。^[26]

ゴア社は、漏れを防ぐために、自社の素材で作られたすべての衣類の縫い目にテープを貼ることを義務付けている。ゴア社の姉妹製品であるウィンドストッパーは、防風性と通気性に優れている点でゴアテックスに似ており、伸縮性もあるが、防水性はない。ゴア社の命名システムは、特定の技術や素材を意味するものではなく、特定の性能特性のセットを意味するものである。^[27]

発泡ポリテトラフルオロエチレンは、通気性と防水性があるため、衣類に使用されています。レインウェアでの使用以外にも、ePTFEは現在、宇宙服にも使用されています。^[28]

ゴアテックスは体内でほぼ不活性であるため、医療用途にも内部的に使用されています。具体的には、延伸ポリテトラフルオロエチレン（E-PTFE）は、布のようなメッシュの形をとることができます。医療分野でメッシュ形状を実装および適用することは、有望なタイプの技術的材料特性です。^[29]さらに、ゴアテックスの多孔性により、体自身の組織が材料を通り抜けて成長し、移植された材料が循環系に統合されます。^[30]ゴアテックスは、縫合糸、血管移植片、心臓パッチ、合成膝靭帯など、さまざまな医療用途に使用されており、何千人もの命を救ってきました。^[31]延伸ポリテトラフルオロエチレン（E-PTFE）の形で、ゴアテックスは鼻背中断の患者の治療において信頼性の高い合成医療材料であることが示されています。^[32]最近の観察では、延伸ポリテトラフルオロエチレン（E-PTFE）が緑内障手術の膜インプラントとして使用されている。^[33]

ゴアテックスは長年にわたり、装飾写本の保存に使用されてきました。^[34]

ゴアテックスの衣類に爆発センサーをプリントし、ニトロ芳香族化合物の高感度な電圧測定検出を可能にした。^[35]

「ゴアテックス」というブランド名は、かつては工業製品や医療製品に使用されていました。^{[36] [37]}

ゴアテックスは、空気を保持しながら湿気を逃がすことができ、水にさらされても劣化しないため、動物の皮で作られたバッグの代替品として1980年代からバグパイプ（木管楽器）バッグの製造 に使用されてきました。^[38]

• 
  電子顕微鏡で見たゴアテックス膜
• 
  ゴアテックス医療機器サンプルキット、科学史研究所

• 拡張防寒服システム

ウィキメディア・コモンズには、ゴアテックスに関連するメディアがあります。

• 公式サイト
• ゴアのウェブサイト