JP2002277453A

JP2002277453A - 試験紙

Info

Publication number: JP2002277453A
Application number: JP2001074432A
Authority: JP
Inventors: Masaya Shibatani; 正也柴谷; Hiroyuki Onishi; 弘幸大西
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2001-03-15
Publication date: 2002-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】空気中のオキシダント濃度を簡便に測定でき
る試験紙であって、測定時間が長時間に亘る場合にも使
用でき、且つオキシダントとの反応性が高く、空気中の
オキシダントが微量でもその検出が可能な試験紙を提供
すること。【解決手段】本発明の試験紙は、空気中のオキシダン
ト濃度を測定する試験紙であって、シート状基材上に塗
工層を設け、該塗工層に、少なくともヨウ化カリウム及
び多孔質顔料を含有させたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気中に存在する
オゾン等のオキシダント濃度を簡便に測定するための試
験紙に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】オキシ
ダントは、全オキシダント、光化学オキシダント、オゾ
ン等の酸化性物質の総称である。空気中のオキシダント
は、微量でも生体に対して強い毒性を有しているため、
空気中のオキシダント濃度は、大気汚染防止法に基づい
て全国の測定局で測定されている。また、近年、書物や
印刷物等の紙媒体の経時劣化（変色等）が問題となって
いるが、空気中のオキシダント、特にオゾンが紙媒体の
経時劣化の原因の一つとなっていることが判っており、
紙媒体の開発現場等においてもオキシダント（オゾン）
濃度の測定がしばしば行われている。

【０００３】空気中のオキシダント濃度を測定するため
の測定器具としてはオキシダント自動測定機があるが、
より簡便に空気中のオキシダント濃度を測定したい場合
に適した測定器具として、オゾン試験紙がある。オゾン
試験紙は、紙にヨウ化カリウムを含浸させたもので、空
気中のオゾンにより該オゾン試験紙自体が黄褐色（デン
プンが含有されていれば青〜紫色）に呈色し、その色調
（呈色度合い）でおおよそのオキシダント（オゾン）濃
度を知ることができるというものである。呈色は、下記
〔化１〕に示す化学反応に従い、遊離したヨウ素により
発現する。

【０００４】[化１] Ｏ_３＋２ＫＩ＋Ｈ_２Ｏ → Ｏ_２＋Ｉ_２＋２ＫＯＨ

【０００５】しかし、前記オゾン試験紙は、呈色反応の
有効成分であるヨウ化カリウムを紙基材に含浸させたも
のであるため、単位面積当たりのヨウ化カリウムの含有
量があまり多くなく、測定時間（オゾン試験紙がオゾン
に晒されている時間）が長時間に亘る場合や高濃度のオ
キシダント測定には使用することができなかった。ま
た、前記オゾン試験紙は、オゾンとの反応性の点でも満
足できるレベルになく、空気中のオゾン濃度が一定値を
下回ると、呈色が発現しないか、あるいは呈色しても色
が薄くて確認できないことがあり、微量のオゾンを検出
できない場合があった。

【０００６】従って、本発明の目的は、空気中のオキシ
ダント濃度を簡便に測定できる試験紙であって、測定時
間が長時間に亘る場合や高濃度のオキシダント測定にも
使用でき、且つオキシダントとの反応性が高く、空気中
のオキシダントが微量でもその検出が可能な試験紙を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成すべく種々検討した結果、オキシダント（オゾ
ン）と呈色反応するヨウ化カリウムを、単に基材に含浸
させるのではなく、シリカゲル等の多孔質顔料と共に基
材上に塗工することにより、前記目的を達成できること
を知見した。

【０００８】本発明は、前記知見に基づきなされたもの
で、空気中のオキシダント濃度を測定する試験紙であっ
て、シート状基材上に塗工層を設け、該塗工層に、少な
くともヨウ化カリウム及び多孔質顔料を含有させた試験
紙を提供することにより前記目的を達成したものであ
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の試験紙について説
明する。本発明の試験紙は、シート状基材上に白色の塗
工層が設けられてなるもので、この塗工層が、空気中の
オキシダント（オゾン）と反応して黄褐色や赤紫色等に
呈色する（呈する色は塗工層の組成等により異なる）よ
うになっており、その色調（呈色度合い）により、空気
中のオキシダント濃度を知ることができるというもので
ある。

【００１０】本発明に係る塗工層は、必須成分としてヨ
ウ化カリウム及び多孔質顔料を含有する。ヨウ化カリウ
ムは、前記〔化１〕で示したように、水の存在下（空気
中の水分）でオゾンと反応してヨウ素を遊離するもの
で、塗工層の呈色を発現させるものである。

【００１１】ヨウ化カリウムの含有量は、前記塗工層
中、好ましくは０．０１〜５０重量％、更に好ましくは
０．１〜８重量％である。ヨウ化カリウムの含有量が
０．０１重量％未満では、塗工層の呈色が不十分でオキ
シダント濃度の測定が不可能となるおそれがあり、５０
重量％超では、ヨウ化カリウムが結晶化して析出するお
それがある。また、本発明の試験紙におけるヨウ化カリ
ウムの単位面積当たりの含有量としては、前記塗工層の
塗工量にもよるが、好ましくは０．１〜１５ｇ／ｍ²、
更に好ましくは０．２〜１０ｇ／ｍ²である。

【００１２】前記塗工層に含有される前記多孔質顔料と
しては、例えば、沈殿法、ゲルタイプ、気相法等のシリ
カ系の他、スメクタイト粘土、炭酸カルシウム、硫酸カ
ルシウム、硫酸バリウム、二酸化チタン、カオリン、白
土、タルク、珪酸マグネシウム、珪酸カルシウム、酸化
アルミニウム、アルミナ、擬ベーマイト等が挙げられ、
これらの１種又は２種以上が用いられる。これらのう
ち、特に沈殿法シリカゲル、気相法シリカゲル及びアル
ミナからなる群から選ばれる１種又は２種以上を用いる
ことが、塗工層の空隙率、白色度等の向上、不純物の混
入防止の点で好ましい。

【００１３】前記多孔質顔料のＢＥＴによる比表面積
は、塗工層とオキシダントとの反応性を高めて、微量の
オキシダントでも検出可能とする観点から、好ましくは
１５０〜４００ｍ²／ｇ、更に好ましくは２００〜３５
０ｍ²／ｇである。

【００１４】また、前記多孔質顔料の平均粒径は、通常
顔料として使用できる範囲のものであればよいが、高反
応性及び顔料の製造し易さの観点から、好ましくは０．
０１〜１０μｍ、更に好ましくは０．０２〜１μｍであ
る。

【００１５】前記多孔質顔料の含有量は、前記塗工層
中、１０〜９８重量％であることが好ましく、２０〜８
０重量％であることが更に好ましい。含有量が１０重量
％未満では、塗工層中に無数の空隙を形成することがで
きず、塗工層の外気との接触性が低下するため、塗工層
とオキシダントとの反応性が低下するおそれがある。ま
た、含有量が９８重量％超では、塗工層の塗膜強度が低
下するおそれがある。

【００１６】本発明に係る塗工層には、塗膜強度を高め
る観点から、バインダーを含有させることが好ましい。
バインダーとしては、この種の塗工層において通常用い
られるものと同様のものから選択でき、例えば、デンプ
ン、ポリビニルアルコール、シラノール変性ポリビニル
アルコール、酢酸ビニル、カルボキシメチルセルロース
等のセルロース誘導体、カゼイン、ゼラチン、スチレン
−ブタジエン共重合体等の共役ジエン系共重合体ラテッ
クス、エチレン−酢酸ビニル共重合体等のビニル系共重
合体ラテックス、アクリル酸及びメタクリル酸の重合体
等のアクリル系共重合体ラテックス、ポリビニルアセタ
ール類等が挙げられる。

【００１７】前記バインダーとしては、特に酸化デンプ
ンを用いることが好ましい。酸化デンプンを前記塗工層
中に含有させることにより、オキシダントと該塗工層中
のヨウ化カリウムとの反応により該塗工層中に遊離する
ヨウ素の毒性をキレート反応により低下させることが可
能となると共に、ヨウ素−デンプン反応により該塗工層
の呈色をより鮮明にして、呈色度合いの視認性を向上さ
せることができる。

【００１８】前記バインダーの含有量は、前記塗工層
中、３〜７０重量％であることが好ましく、５〜５０重
量％であることが更に好ましい。バインダーの含有量が
３重量％未満では、上述したような効果が期待できず、
含有量が７０重量％超では、該塗工層の微細な空隙が埋
まってしまい、オキシダントとの反応性が低下して、試
験紙としての機能が発揮されないおそれがある。

【００１９】本発明に係る塗工層には、必要に応じ、防
かび剤、防腐剤、分散剤、界面活性剤、増粘剤、ｐＨ調
整剤、消泡剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤等の添加剤を
含有させることができ、これらの１種又は２種以上が用
いられる。

【００２０】前記塗工層の塗工量は、固形分換算で好ま
しくは１〜３０ｇ／ｍ²、更に好ましくは５〜１５ｇ／
ｍ²である。塗工量が１ｇ／ｍ²未満では、オキシダント
との反応による呈色部分が少なすぎて試験紙としての機
能を十分に発揮できないおそれがあり、３０ｇ／ｍ²超
では、塗工層の粉落ちが発生するおそれがある。尚、前
記塗工層自体の厚みとしては、１〜３０μｍが好まし
く、２〜１０μｍが更に好ましい。

【００２１】また、前記塗工層は、Ｊ．ＴＡＰＰＩＮ
ｏ．４８−８５に従い測定された空隙率が、好ましくは
５〜６５％、更に好ましくは１０〜５０％である。空隙
率が５％未満では、塗工層の外気に晒される部分が少な
く、オキシダントとの反応性が低下するおそれがあり、
６５％超では、前記多孔質顔料の脱落等を生じるおそれ
がある。塗工層の空隙率を前記範囲内とする方法として
は、前記多孔質顔料と前記バインダーとの含有比を調整
する方法や、塗工層中に含有される前記多孔質顔料の粒
径等を調整する方法等が挙げられる。

【００２２】本発明の試験紙を構成する前記シート状基
材としては、紙を用いることが好ましく、特に無サイズ
紙又は中性紙が好ましい。

【００２３】前記シート状基材の坪量は、特に制限され
ないが、好ましくは３５〜２００ｇ／ｍ^２程度、更に好
ましくは８０〜１５０ｇ／ｍ^２程度であると、取り扱い
が容易である。前記シート状基材の厚みは特に制限され
ない。

【００２４】本発明の試験紙は、前記シート状基材上
に、上述の如き組成の前記塗工層を設けたものである
が、該シート状基材及び該塗工層には、ホウ酸等のホウ
素源、ミョウバン、無機金属塩等の塩類が混入しないよ
うにすることが重要である。ホウ酸等が混入すると、塗
工層中のヨウ化カリウムと反応して該塗工層が青紫色と
なってしまい、呈色反応の視認性が著しく低下するため
である。

【００２５】また、本発明の試験紙は、オキシダントと
の反応性を高める観点から、該試験紙全体（前記塗工層
と前記シート状基材とが一体となったもの）の含水率
が、３〜１０重量％であることが好ましく、５〜９重量
％であることが更に好ましい。該含水率が１０重量％超
では、塗工層の強度が低下するおそれがある。

【００２６】本発明の試験紙は、例えば、次のようにし
て製造される。前記塗工層の構成成分（ヨウ化カリウ
ム、多孔質顔料、バインダー、各種添加剤）を水に分散
させて塗工液を調製し、該塗工液を、ロールコーター、
ブレードコーター、エアナイフコーター、ゲートロール
コーター、サイズプレス等の公知の塗工手段により前記
基材に塗工し、熱風乾燥機、遠赤外線乾燥機等の公知の
乾燥手段を用いて加熱乾燥する。加熱乾燥は、通常の塗
工紙の製造における加熱乾燥条件よりも緩やかな条件で
行うことが好ましく、具体的には、１０〜６０℃程度の
比較的低温で、ある程度時間をかけて行うことが好まし
い。

【００２７】本発明の試験紙の使用に際しては、オキシ
ダント（オゾン）濃度を測定したい場所に単に放置して
おくだけでよい。該試験紙の塗工層は、オキシダント
（オゾン）を含む空気に晒されると、前記〔化１〕に示
す化学反応により遊離してくるヨウ素により、黄褐色や
赤紫色等（塗工層にデンプン系のバインダーを含有させ
た場合は紫色系になる）に呈色するので、これにより空
気中のオキシダント（オゾン）の存在を確認できる。ま
た、空気中のオキシダント（オゾン）濃度に比例して塗
工層中に遊離ヨウ素が蓄積される結果、該塗工層の色調
（呈色度合い）が濃くなるので、予め、塗工層の呈色度
合いと空気中のオキシダント（オゾン）濃度との対応関
係を調べておけば、塗工層の呈色度合いを観るだけで、
おおよそのオキシダント（オゾン）濃度を知ることがで
きる。

【００２８】本発明の試験紙は、前述したように、その
塗工層が、比表面積の大きい多孔質顔料を含有してお
り、無数の空隙を有しているため、外気との接触性が高
い。そのため、空気中に存在するオキシダント（オゾ
ン）が、従来のオゾン試験紙では検出できないような微
量であっても、該塗工層は鋭敏に反応して速やかに呈色
する。また、本発明の試験紙は、塗工層中に呈色反応の
有効成分（ヨウ化カリウム）を含有するので、該塗工層
の組成比や塗工量を適宜調整することにより、該有効成
分の単位面積当たりの含有量を増量することができ、そ
の結果、従来の含浸タイプのオゾン試験紙のように、有
効成分が短時間で消費されることがなく、高濃度のオキ
シダント（オゾン）測定や長期に亘る測定でも使用でき
る。

【００２９】本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種
々の変更が可能である。例えば、前記塗工層は、前記シ
ート状基材の片面に設けてもよく、両面に設けてもよ
い。また、前記シート状基材として、オキシダント呈色
反応の有効成分であるヨウ化カリウムを予め含浸させた
ものを用いることもできる。

【００３０】

【実施例】以下に、実施例を挙げて、本発明を更に詳し
く説明するが、本発明は、かかる実施例に制限されるも
のではないことはいう迄もない。

【００３１】〔実施例１〕下記組成の塗工液１を、中性
紙（商品名「マシュマロ」、坪量１２８ｇ／ｍ²、王子
製紙製）の片面に、乾燥後の塗工量が１５ｇ／ｍ²とな
るようにバーコーターにより塗工した後、乾燥温度４０
℃で乾燥して試験紙１を得た。

【００３２】＜塗工液１の組成＞・シリカゲル（商品名「Ｐ７８Ａ」、水沢化学製）１００重量部・ヨウ化カリウム（東京化成製）１００重量部・酸化デンプン（商品名「ＭＳ３８００」、日本食品加工製）５０重量部・水１１７０重量部

【００３３】〔実施例２〕実施例１の塗工液１に代え
て、下記組成の塗工液２を用いた以外は実施例１と同様
にして試験紙２を得た。

【００３４】＜塗工液２の組成＞・シリカゲル（商品名「Ｐ７８Ａ」、水沢化学製）１００重量部・ヨウ化カリウム（東京化成製）１０重量部・酸化デンプン（商品名「ＭＳ３８００」、日本食品加工製）１０重量部・水１１７０重量部

【００３５】〔実施例３〕実施例１の塗工液１に代え
て、下記組成の塗工液３を用いた以外は実施例１と同様
にして試験紙３を得た。

【００３６】＜塗工液３の組成＞・シリカゲル（商品名「Ｐ７８Ａ」、水沢化学製）１００重量部・ヨウ化カリウム（東京化成製）１０重量部・水１１７０重量部

【００３７】〔比較例１〕市販のオゾン試験紙（商品名
「よう化カリウムでんぷん Standard test paper」、
東洋濾紙製）を試験紙４とした。このオゾン試験紙は、
紙にヨウ化カリウムを含浸させた、いわゆる含浸タイプ
の試験紙であり、塗工層を有していない。

【００３８】〔試験例〕（オゾン暴露による色調変化試験）上記のようにして得
られた試験紙１〜４に対してオゾン暴露処理を行い、暴
露オゾン総量と各試験紙の塗工層の色調変化との相関性
を評価した。スガ試験機製オゾンウェザオメーター（Ｏ
ＭＨ−Ｓ）型装置を用いて、各試験紙（５ｃｍ×１０ｃ
ｍ）に対してオゾン暴露処理を行った。そして、オゾン
暴露処理後の各試験紙の塗工層について、色差計によ
り、オゾン暴露処理前の試験紙の塗工層に対する色差
（△Ｅ）を求めた。その結果を、オゾン暴露処理条件
〔単位時間当たりのオゾン導入量（ｐｐｍ／ｈ）、暴露
時間（ｈ）〕と併せて下記表１に示す。また、各試験紙
について、暴露オゾン総量〔ｐｐｍ、単位時間当たりの
オゾン導入量（ｐｐｍ／ｈ）×暴露時間（ｈ）〕と色調
変化（色差△Ｅ）との関係を示すグラフを下記図１に示
す。

【００３９】

【表１】

【００４０】図１に示すグラフから明らかなように、実
施例１〜３（試験紙１〜３）は、何れも暴露オゾン総量
（ｐｐｍ）にほぼ比例して色差△Ｅが変化しており、色
調変化が容易に観察できる。一方、比較例１（試験紙
４）は、暴露オゾン総量に対応して色差△Ｅが多少変化
する傾向が見られるものの、全体的に色調変化に乏し
い。また、実施例１は、実施例２及び３と比べてヨウ化
カリウムの含有量が多いので、暴露オゾン総量が多くな
っても色調変化がよりはっきりと観察できる。また、実
施例２と実施例３との比較（特に暴露オゾン総量１００
ｐｐｍ以上における比較）から、酸化デンプンの添加
が、呈色度合いの視認性の向上に有効であることが判
る。

【００４１】

【発明の効果】本発明の試験紙によれば、単に試験紙を
放置しておくだけで、その塗工層が空気中のオキシダン
ト（オゾン）により呈色し、オキシダント（オゾン）濃
度に比例して色調変化するので、空気中のオキシダント
濃度を簡便に知ることができる。特に、本発明の試験紙
によれば、従来のオゾン試験紙では検出できないような
微量のオキシダントの検出が可能であり、また、呈色反
応の有効成分（ヨウ化カリウム）を多量に含有できるの
で、高濃度のオキシダント測定や長期に亘る測定にも使
用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例及び比較例についての暴露オゾン総量
と色調変化との関係を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G042 AA01 BB10 BE03 CA01 CB01 DA08 FA11 FB07 FC03 FC05 FC07 GA04 GA05 HA10 2G054 AA01 AB10 BB06 BB11 BB13 CA08 CB01 CE01 EA06 FA43 GB04 GE06 GE07 JA07 JA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空気中のオキシダント濃度を測定する試
験紙であって、シート状基材上に塗工層を設け、該塗工層に、少なくと
もヨウ化カリウム及び多孔質顔料を含有させた試験紙。
【請求項２】前記塗工層が、前記ヨウ化カリウム０．
０１〜５０重量％及び前記多孔質顔料１０〜９８重量％
を含有する請求項１記載の試験紙。
【請求項３】前記多孔質顔料が、シリカゲル及びアル
ミナからなる群から選ばれる１種又は２種以上である請
求項１又は２記載の試験紙。
【請求項４】前記塗工層がバインダーを含有してお
り、該バインダーの含有量が３〜７０重量％である請求
項１〜３の何れかに記載の試験紙。
【請求項５】前記バインダーが酸化デンプンである請
求項４記載の試験紙。
【請求項６】前記多孔質顔料のＢＥＴによる比表面積
が１５０〜４００ｍ²／ｇである請求項１〜５の何れか
に記載の試験紙。
【請求項７】前記多孔質顔料の平均粒径が０．０１〜
１０μｍである請求項１〜６の何れかに記載の試験紙。
【請求項８】前記塗工層の塗工量が固形分換算で１〜
３０ｇ／ｍ²である請求項１〜７の何れかに記載の試験
紙。
【請求項９】前記塗工層についてのＪ．ＴＡＰＰＩ
Ｎｏ．４８−８５に従い測定された空隙率が５〜６５％
である請求項１〜８の何れかに記載の試験紙。
【請求項１０】前記シート状基材が中性紙である請求
項１〜９の何れかに記載の試験紙。