JP2018090939A - 繊維と無機粒子の複合体 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、無機化合物と微細繊維状セルロースを混合することによって、透明性や光透過性、光拡散性を維持したままに無機化合物の特性(耐熱性、熱伝導性、抗菌性等)を付与することができることが記載されている。また、繊維上に無機粒子を析出させる技術について、特許文献2には、結晶質の炭酸カルシウムが繊維上に機械的に結合した複合体が記載されている。特許文献3には、パルプ懸濁液中で炭酸ガス法により炭酸カルシウムを析出させることによって、パルプと炭酸カルシウムの複合体を製造する技術が記載されている。特許文献4には、歩留まり向上剤によってパルプ繊維に付着した粒子材料を使用することによって、吸収性製品中の硫化水素を除去または低減する方法が記載されている。
(1) 繊維と無機粒子の複合体を含み、水性懸濁液、パルプ、シート、粉体、微小球形粒、顆粒、ペレット、モールド、糸、または、発泡体の形態である製品。
(2) 前記製品が水性懸濁液である、(1)に記載の製品。
(3) 前記水性懸濁液の水分率が90質量%以上99%質量以下である、(2)に記載の製品。
(4) 前記製品がパルプである、(1)に記載の製品。
(5) 前記パルプの水分率が10質量%以上90質量%未満である、(4)に記載の製品。
(6) 前記製品がシートである、(1)に記載の製品。
(7) 前記シートの水分率が10質量%未満である、(6)に記載の製品。
(8) 前記シートが前記複合体を内添填料として配合した紙である、(6)または(7)に記載の製品。
(9) 前記製品が粉体である、(1)に記載の製品。
(10) 前記粉体の平均粒子径が100μm未満である、(10)に記載の製品。
(11) 前記製品が微小球形粒である、(1)に記載の製品。
(12) 前記微小球形粒の平均粒子径が100μm以上、1000μm未満である、(11)に記載の製品。
(13) 前記製品が顆粒である、(1)に記載の製品。
(14) 前記顆粒の平均粒子径が1.0mm以上、10mm未満である、(13)に記載の製品。
(15) 前記製品がペレットである、(1)に記載の製品。
(16) 前記製品のペレット径が10mm以上、50mm以下である、(15)に記載の製品。
(17) 前記製品がモールドである、請求項1に記載の製品。
(18) 前記モールドの直径が5cm以上、100cm以下である、(17)に記載の製品。
(19) 前記製品が糸である、(1)に記載の製品。
(20) 前記糸の繊維径が1mm以上、10mm以下である、(19)に記載の製品。
(21) 前記製品が発泡体である、(1)に記載の製品。
(22) 前記発泡体の密度が0.01〜0.1g/cm3以下である、(21)に記載の製品。
(23) 前記無機粒子の平均一次粒子径が200nm以下である、(1)〜(22)のいずれかに記載の製品。
(24) 前記無機粒子の少なくとも一部が、カルシウム、マグネシウムまたはバリウムの金属塩である、(6)〜(8)のいずれかに記載の製品。
(25) 前記無機粒子の少なくとも一部が、ケイ酸、またはアルミニウムの金属塩、あるいはチタン、銅、銀、鉄、マンガンまたは亜鉛を含む金属粒子である、(1)〜(5)、(9)〜(23)のいずれかに記載の製品。
(26) 前記繊維が、化学繊維、再生繊維または天然繊維である、(1)〜(25)のいずれかに記載の製品。
(27) 前記繊維が、木材由来のセルロース繊維である、(26)に記載の製品。
(28) 繊維と無機粒子の重量比が5/95〜95/5である、(1)〜(27)のいずれかに記載の製品。
(29) (1)〜(28)のいずれかに記載の製品を含む混合物。
(30) 繊維と無機粒子の複合体を含有する製品の製造方法であって、
繊維の存在下で、溶液中で無機粒子を合成し、繊維と無機粒子の複合体を合成する工程、
繊維と無機粒子の複合体の水分を調整する工程、
を含む上記方法。
(31) 繊維と無機粒子の複合体を含有する水性懸濁液の製造方法であって、
前記繊維と無機粒子の複合体の水分を調整する工程において、水分率を90質量%以上、99質量%以下に調整する、
(30)に記載の方法。
(32) 繊維と無機粒子の複合体を含有するパルプの製造方法であって、
前記繊維と無機粒子の複合体の水分を調整する工程において、水分率を10質量%以上、90質量%未満に調整する、
(30)に記載の方法。
(33) 繊維と無機粒子の複合体を含有するシートの製造方法であって、
前記繊維と無機粒子の複合体中の水分を調整する工程において、水分率10質量%未満に調整する、
(30)に記載の方法。
(34) 繊維と無機粒子の複合体を含有する製品の製造方法であって、
繊維の存在下で、溶液中で無機粒子を合成し、繊維と無機粒子の複合体を合成する工程、
繊維と無機粒子の複合体の粒子径を調整する工程、
を含む上記方法。
(35) 繊維と無機粒子の複合体を含有する粉体の製造方法であって、
前記繊維と無機粒子の複合体の粒子径を調整する工程において、繊維と無機粒子の複合体の平均粒子径を100μm未満に調整する、
(34)に記載の方法。
(36) 繊維と無機粒子の複合体を含有する微小球形粒の製造方法であって、
前記繊維と無機粒子の複合体の粒子径を調整する工程において、繊維と無機粒子の複合体の平均粒子径を100μm以上、1000μm未満でに調整する、
(34)に記載の方法。
(37) 繊維と無機粒子の複合体を含有する顆粒の製造方法であって、
前記繊維と無機粒子の複合体の粒子径を調整する工程において、繊維と無機粒子の複合体の平均粒子径を1.0mm以上、10mm未満に調整する、
(34)に記載の方法。
(38) 繊維と無機粒子の複合体を含有するペレットの製造方法であって、
繊維の存在下で、溶液中で無機粒子を合成し、繊維と無機粒子の複合体を合成する工程、
繊維と無機粒子の複合体をペレット化する工程、
を含む上記方法。
(39) 繊維と無機粒子の複合体の水分率を固液分離装置にて固液分離し、45質量%以上80質量%に調整する工程、
を含む、(38)に記載の方法。
(40) 繊維と無機粒子の複合体を含有するモールドの製造方法であって、
繊維の存在下で、溶液中で無機粒子を合成し、繊維と無機粒子の複合体を合成する工程、
繊維と無機粒子の複合体の水分率を固液分離装置にて固液分離し、10質量%以上35質量%に調整する工程、
を含む、上記方法。
(41) 繊維と無機粒子の複合体を含有する糸の製造方法であって、
繊維の存在下で、溶液中で無機粒子を合成し、繊維と無機粒子の繊維複合体を合成する工程、
繊維と無機粒子の複合体を撚糸加工する工程、
を含む、上記方法。
(42) 繊維と無機粒子の繊維複合体を撚糸加工する工程の前に、水分率10質量%未満に調整した繊維と無機粒子の繊維複合体を含むシートをスリット加工する工程、
を含む、(41)に記載上記方法。
(43) 繊維と無機粒子の繊維複合体を含有する発泡体の製造方法であって、
繊維の存在下で、溶液中で無機粒子を合成し、繊維と無機粒子の繊維複合体を合成する工程、
繊維と無機粒子の繊維複合体を攪拌機で撹拌する工程、
を含む、上記方法。
繊維複合体を構成する繊維は、繊維であれば特に制限されないが、例えば、天然の繊維はもちろん、レーヨンやリヨセルなどの再生繊維(半合成繊維)や合成繊維などを制限なく使用することができる。繊維の原料としては、パルプ繊維(木材パルプや非木材パルプ)、セルロースナノファイバー、バクテリアセルロース、ホヤなどの動物由来セルロース、藻類が例示され、木材パルプは、木材原料をパルプ化して製造すればよい。木材原料としては、アカマツ、クロマツ、トドマツ、エゾマツ、ベニマツ、カラマツ、モミ、ツガ、スギ、ヒノキ、カラマツ、シラベ、トウヒ、ヒバ、ダグラスファー、ヘムロック、ホワイトファー、スプルース、バルサムファー、シーダ、パイン、メルクシマツ、ラジアータパイン等の針葉樹、及びこれらの混合材、ブナ、カバ、ハンノキ、ナラ、タブ、シイ、シラカバ、ハコヤナギ、ポプラ、タモ、ドロヤナギ、ユーカリ、マングローブ、ラワン、アカシア等の広葉樹及びこれらの混合材が例示される。
また、これらセルロース原料はさらに処理を施すことで、微粉砕セルロース、酸化セルロースなどの化学変性セルロース、およびセルロースナノファイバー:CNF(ミクロフィブリル化セルロース:MFC、TEMPO酸化CNF、リン酸エステル化CNF、カルボキシメチル化CNF、機械粉砕CNFなど)として使用することもできる。本発明で用いる微粉砕セルロースとしては、一般に粉末セルロースと呼ばれるものと、上記機械粉砕CNFのいずれも含む。粉末セルロースとしては、例えば、精選パルプを未処理のまま機械粉砕したもの、もしくは、酸加水分解した後に得られる未分解残渣を精製・乾燥し、粉砕・篩い分けするといった方法により製造される棒軸状である一定の粒径分布を有する結晶性セルロース粉末を用いてもよいし、KCフロック(日本製紙製)、セオラス(旭化成ケミカルズ製)、アビセル(FMC社製)などの市販品を用いてもよい。粉末セルロースにおけるセルロースの重合度は好ましくは100〜1500程度であり、X線回折法による粉末セルロースの結晶化度は好ましくは70〜90%であり、レーザー回折式粒度分布測定装置による体積平均粒子径は好ましくは1μm以下100μm以下である。本発明で用いる酸化セルロースは、例えばN−オキシル化合物、及び、臭化物、ヨウ化物若しくはこれらの混合物からなる群から選択される化合物の存在下で酸化剤を用いて水中で酸化することで得ることができる。セルロースナノファイバーとしては、上記セルロース原料を解繊する方法が用いられる。解繊方法としては、例えばセルロースや酸化セルロース等の化学変性セルロースの水懸濁液等を、リファイナー、高圧ホモジナイザー、グラインダー、一軸または多軸混練機、ビーズミル等による機械的な磨砕、ないし叩解することにより解繊する方法を使用することができる。上記方法を1種または複数種類組み合わせてセルロースナノファイバーを製造してもよい。製造したセルロースナノファイバーの繊維径は電子顕微鏡観察などで確認することができ、例えば5nm〜1000nm、好ましくは5nm〜500nm、より好ましくは5nm〜300nmの範囲にある。このセルロースナノファイバーを製造する際、セルロースを解繊及び/又は微細化する前及び/又は後に、任意の化合物をさらに添加してセルロースナノファイバーと反応させ、水酸基が修飾されたものにすることもできる。修飾する官能基としては、アセチル基、エステル基、エーテル基、ケトン基、ホルミル基、ベンゾイル基、アセタール、ヘミアセタール、オキシム、イソニトリル、アレン、チオール基、ウレア基、シアノ基、ニトロ基、アゾ基、アリール基、アラルキル基、アミノ基、アミド基、イミド基、アクリロイル基、メタクリロイル基、プロピオニル基、プロピオロイル基、ブチリル基、2−ブチリル基、ペンタノイル基、ヘキサノイル基、ヘプタノイル基、オクタノイル基、ノナノイル基、デカノイル基、ウンデカノイル基、ドデカノイル基、ミリストイル基、パルミトイル基、ステアロイル基、ピバロイル基、ベンゾイル基、ナフトイル基、ニコチノイル基、イソニコチノイル基、フロイル基、シンナモイル基等のアシル基、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアノイル基等のイソシアネート基、メチル基、エチル基、プロピル基、2−プロピル基、ブチル基、2−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、ミリスチル基、パルミチル基、ステアリル基等のアルキル基、オキシラン基、オキセタン基、オキシル基、チイラン基、チエタン基等が挙げられる。これらの置換基の中の水素が水酸基、カルボキシ基等の官能基で置換されても構わない。また、アルキル基の一部が不飽和結合になっていても構わない。これらの官能基を導入するために使用する化合物としては特に限定されず、例えば、リン酸由来の基を有する化合物、カルボン酸由来の基を有する化合物、硫酸由来の基を有する化合物、スルホン酸由来の基を有する化合物、アルキル基を有する化合物、アミン由来の基を有する化合物等が挙げられる。リン酸基を有する化合物としては特に限定されないが、リン酸、リン酸のリチウム塩であるリン酸二水素リチウム、リン酸水素二リチウム、リン酸三リチウム、ピロリン酸リチウム、ポリリン酸リチウムが挙げられる。更にリン酸のナトリウム塩であるリン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、ポリリン酸ナトリウムが挙げられる。更にリン酸のカリウム塩であるリン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸カリウム、ポリリン酸カリウムが挙げられる。更にリン酸のアンモニウム塩であるリン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、ポリリン酸アンモニウムなどが挙げられる。これらのうち、リン酸基導入の効率が高く、工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩が好ましく、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムがより好ましいが、特に限定されない。カルボキシル基を有する化合物としては特に限定されないが、マレイン酸、コハク酸、フタル酸、フマル酸、グルタル酸、アジピン酸、イタコン酸等のジカルボン酸化合物やクエン酸、アコニット酸などトリカルボン酸化合物が挙げられる。カルボキシル基を有する化合物の酸無水物としては特に限定されないが、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、無水グルタル酸、無水アジピン酸、無水イタコン酸等のジカルボン酸化合物の酸無水物が挙げられる。カルボキシル基を有する化合物の誘導体としては特に限定されないが、カルボキシル基を有する化合物の酸無水物のイミド化物、カルボキシル基を有する化合物の酸無水物の誘導体が挙げられる。カルボキシル基を有する化合物の酸無水物のイミド化物としては特に限定されないが、マレイミド、コハク酸イミド、フタル酸イミド等のジカルボン酸化合物のイミド化物が挙げられる。カルボキシル基を有する化合物の酸無水物の誘導体としては特に限定されない。例えば、ジメチルマレイン酸無水物、ジエチルマレイン酸無水物、ジフェニルマレイン酸無水物等の、カルボキシル基を有する化合物の酸無水物の少なくとも一部の水素原子が置換基(例えば、アルキル基、フェニル基等)で置換されたものが挙げられる。上記カルボン酸由来の基を有する化合物のうち、工業的に適用しやすく、ガス化しやすいことから、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸が好ましいが、特に限定されない。また、化学的に結合させなくても、修飾する化合物がセルロースナノファイバーに物理的に吸着する形でセルロースナノファイバーを修飾してもよい。物理的に吸着する化合物としては界面活性剤等が挙げられ、アニオン性、カチオン性、ノニオン性いずれを用いてもよい。セルロースを解繊及び/又は粉砕する前に上記の修飾を行った場合、解繊及び/又は粉砕後にこれらの官能基を脱離させ、元の水酸基に戻すこともできる。以上のような修飾を施すことで、セルロースナノファイバーの解繊を促進したり、セルロースナノファイバーを使用する際に種々の物質と混合しやすくしたりすることができる。
本発明において、繊維と複合化する無機粒子は特に制限されないが、水に不溶性または難溶性の無機粒子であることが好ましい。無機粒子の合成を水系で行う場合があり、また、繊維複合体を水系で使用することもあるため、無機粒子が水に不溶性または難溶性であると好ましい。
繊維複合体の合成
本発明の繊維複合体は、繊維の存在下で無機粒子を合成することによって得ることができる。繊維表面が、無機粒子の析出における好適な場となるため、無機粒子と繊維との繊維複合体を合成しやすいためである。
水、工業用水、地下水、井戸水などを用いることができる他、イオン交換水や蒸留水、超
純水、工業廃水、製造工程中に得られる水を好適に用いることできる。
本発明は、繊維と無機粒子の繊維複合体を含み、水性懸濁液、パルプ、シート、粉体、微小球形粒、顆粒、ペレット、モールド、糸、または、発泡体の形態にして用いる。
繊維と無機粒子の繊維複合体を乾燥する場合の乾燥機についても特に制限はないが、例えば、気流乾燥機、バンド乾燥機、噴霧乾燥機などを好適に使用することができる。
本発明によって得られた繊維複合体を含む製品は、他の製品に混合し、混合物を得ることができる。本発明の製品または混合物は、種々の用途に用いることができ、例えば、紙、繊維、セルロース系複合材料、フィルター材料、塗料、プラスチックやその他の樹脂、ゴム、エラストマー、セラミック、ガラス、タイヤ、建築材料(アスファルト、アスベスト、セメント、ボード、コンクリート、れんが、タイル、合板、繊維板など)、各種担体(触媒担体、医薬担体、農薬担体、微生物担体など)、吸着剤(不純物除去、消臭、除湿など)、しわ防止剤、粘土、研磨材、改質剤、補修材、断熱材、防湿材、撥水材、耐水材、遮光材、シーラント、シールド材、防虫剤、接着剤、インキ、化粧料、医用材料、ペースト材料、変色防止剤、食品添加剤、錠剤賦形剤、分散剤、保形剤、保水剤、濾過助材、精油材、油処理剤、油改質剤、電波吸収材、絶縁材、遮音材、防振材、半導体封止材、放射線遮断材、化粧品、肥料、飼料、香料、塗料・接着剤用添加剤、難燃材料、衛生用品(使い捨ておむつ、生理用ナプキン、失禁者用パッド、母乳パッドなど)等のあらゆる用途に広く使用することができる。また、前記用途における各種充填剤、コーティング剤などに用いることができる。本発明の繊維複合体は、製紙用途に適用してもよく、例えば、印刷用紙、新聞紙、インクジェット用紙、PPC用紙、クラフト紙、上質紙、コート紙、微塗工紙、包装紙、薄葉紙、色上質紙、キャストコート紙、ノンカーボン紙、ラベル用紙、感熱紙、各種ファンシーペーパー、水溶紙、剥離紙、工程紙、壁紙用原紙、不燃紙、難燃紙、積層板原紙、プリンテッドエレクトロニクス用紙、バッテリー用セパレータ、クッション紙、トレーシングペーパー、含浸紙、ODP用紙、建材用紙、化粧材用紙、封筒用紙、テープ用紙、熱交換用紙、化繊紙、減菌紙、耐水紙、耐油紙、耐熱紙、光触媒紙、化粧紙(脂取り紙など)、各種衛生紙(トイレットペーパー、ティッシュペーパー、ワイパー、おむつ、生理用品等)、たばこ用紙、板紙(ライナー、中芯原紙、白板紙など)、紙皿原紙、カップ原紙、ベーキング用紙、研磨紙、合成紙などが挙げられる。すなわち、本発明によれば、一次粒子径が小さくかつ粒度分布の狭い無機粒子と繊維との繊維複合体を得ることができるため、1μm超の粒子径を有していた従来の無機填料とは異なった特性を発揮させることができる。更には、単に無機粒子を繊維に単に配合した場合と異なり、無機粒子を繊維と繊維複合体化しておくと、無機粒子がシートに歩留易いだけでなく、凝集せずに均一に分散したシートを得ることができる。本発明における無機粒子は、好ましい態様において、繊維の外表面・ルーメンの内側に定着するだけでなく、ミクロフィブリルの内側にも生成することが電子顕微鏡観察の結果から明らかとなっている。
水酸化マグネシウム140g(和光純薬)と広葉樹晒クラフトパルプ140g(LBKP、CSF:370ml、平均繊維長:0.75mm)を含む水性懸濁液を準備した。この水性懸濁液14Lを、図1に示す45L容のキャビテーション装置に入れ、反応溶液を循環させながら、反応容器中に炭酸ガスを吹き込んで炭酸ガス法によって炭酸マグネシウム微粒子と繊維との繊維複合体を合成した。反応温度は約36℃、炭酸ガスは市販の液化ガスを供給源とし、炭酸ガスの吹き込み量は4L/minとした。反応液のpHが約7.8になった段階でCO2の導入を停止し(反応前のpHは約9.5)、その後30分間、キャビテーションの発生と装置内でのスラリーの循環を続け、サンプル1(水分率:96質量%)を得た。また、得られた繊維複合体の繊維:無機粒子の重量比は、45:55であった。ここで、重量比は、繊維複合体を525℃で約2時間加熱した後、残った灰の重量と元の固形分との比率から求めた灰分に基づいて算出した(JIS P 8251:2003)。
反応容器に3Lのステンレス製容器を用い、パルプの仕込み量を20g、炭酸ガスの吹き込み量を0.57L/minとし、炭酸化反応を35℃のウォーターバス中でスリーワンモーターで撹拌(800rpm)しながら行った以外は、サンプル1と同様にしてサンプル2(水分率:96質量%)を得た。得られた繊維複合体の繊維:無機粒子の重量比は、45:55であった。
1%のパルプスラリー(LBKP/NBKP=8/2、500g)と水酸化バリウム八水和物(和光純薬、5.82g)をスリーワンモーター(1000rpm)で混合後、硫酸(和光純薬、2.1g)を滴下した。滴下終了後、そのまま30分間撹拌を継続してサンプル3(水分率:96.0%)を得た。なお、用いた混合パルプの平均繊維長をファイバーテスター(Lorentzen&Wettre社)で測定したところ、1.21mmであった。得られた繊維複合体の繊維:無機粒子の重量比は56:44であった。
繊維分として0.8%のアラミド繊維(トワロンRD−1094、帝人、625g)のスラリーを用いた他は、サンプル1と同様に合成し、サンプル4(水分率:98.4%)を得た。
1%のパルプスラリー(LBKP/NBKP=8/2、500g)と硫酸アルミニウム水溶液(Al2(SO)4換算で11g)をスリーワンモーター(1000rpm)で混合後、水酸化ナトリウム(和光純薬、15.4g)の水溶液(濃度5%)を滴下した。滴下終了後、そのまま30分間撹拌を継続してサンプル5(水分率:98.0%)を得た。
(1)アルカリ溶液と酸溶液の調製
ハイドロタルサイト(HT)を合成するための溶液を準備した。アルカリ溶液(A溶液)として、Na2CO3(和光純薬)およびNaOH(和光純薬)の混合水溶液を調製した。また、酸溶液(B溶液)として、MgCl2(和光純薬)およびAlCl3(和光純薬)の混合水溶液、ZnCl2(和光純薬)およびAlCl3(和光純薬)の混合水溶液を調製した。
・アルカリ溶液(A溶液、Na2CO3濃度:0.05M、NaOH濃度:0.8M)
・酸溶液(B溶液、Mg系、MgCl2濃度:0.3M、AlCl3濃度:0.1M)
・酸溶液(B溶液、Zn系、ZnCl2濃度:0.3M、AlCl3濃度:0.1M)
(2)繊維複合体の合成
アルカリ溶液を10L容の反応容器に入れ、撹拌しながら酸溶液(Mg系)を滴下してハイドロタルサイト微粒子(Mg6Al2(OH)16CO3・4H2O)を合成した。反応温度は60℃、滴下速度は15ml/minであり、反応液のpHが約7になった段階で滴下を停止した。滴下終了後、30分間、反応液を撹拌し、約10倍量の水を用いて水洗して塩を除去した。
サンプル3を用いて、フィルタープレス(不二パウダル株式会社製)により、合成した繊維複合体からパルプを製造し、サンプル7(水分率65.0質量%)を得た。得られた繊維複合体の繊維:無機粒子の重量比は56:44であった。
水酸化カルシウム(消石灰:Ca(OH)2、300g)と針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP、カナダ標準濾水度CSF:215mL、300g)を含む水性懸濁液30Lを準備した。この水性懸濁液を、40L容の密閉装置に入れ、反応容器中に炭酸ガスを吹き込んでキャビテーションを発生させ、炭酸ガス法によって炭酸カルシウム粒子と繊維との繊維複合体を合成した。反応温度は約25℃、炭酸ガスは市販の液化ガスを供給源とし、炭酸ガスの吹き込み量は12L/minであり、反応液のpHが約7になった段階で反応を停止した(反応前のpHは約12.8)。得られた繊維複合体の繊維:無機粒子の重量比は45:55であった。
サンプル1をろ紙で吸引濾過した残渣を、水道水を用いて濃度約0.2%のスラリーを調製した。このスラリーをJIS P 8220−1:2012に規定される標準離解機で5分間離解後、JIS P 8222:1998に準じて150メッシュのワイヤーを用いて坪量60g/m2の手抄きシートを作製し、サンプル9(水分率8.0質量%)を得た。得られた繊維複合体の繊維:無機粒子の重量比は56:44であった。
<炭酸カルシウム・繊維繊維複合体の合成>
水酸化カルシウム(消石灰:Ca(OH)2、和光純薬、2重量%)と繊維(0.5%、LBKP/NBKP=8/2、500g))を含む水性懸濁液を準備した。この水性懸濁液9.5Lを、45L容のキャビテーション装置に入れ、反応容器中に炭酸ガスを吹き込んで炭酸ガス法によって炭酸カルシウム微粒子と繊維との繊維複合体を合成した。反応温度は約25℃、炭酸ガスは市販の液化ガスを供給源とし、炭酸ガスの吹き込み量は12L/minであり、反応液のpHが約7になった段階で反応を停止した(反応前のpHは約12.8)。
ることよって、反応容器内にキャビテーション気泡を発生させた。具体的には、ノズル(
ノズル径:1.5mm)を介して高圧で反応溶液を噴射してキャビテーション気泡を発生
させたが、噴流速度は約70m/sであり、入口圧力(上流圧)は7MPa、出口圧力(
下流圧)は0.3MPaだった。
サンプル11:炭酸カルシウム微粒子と繊維との繊維複合体を含む粉体
針葉樹晒クラフトパルプを粉末セルロース(KCフロック W−06MG、日本製紙製)に替えた以外は、サンプル10と同様にして粉体を作製し、サンプル11を得た。(粒子径:100μm)。繊維:無機粒子の重量比は43:57であった。
サンプル1を用いて、押出混練造粒機(株式会社関西機器製作所製)により微小球形粒を作成してサンプル19を得た(粒子径:800μm)。繊維:無機粒子の重量比は47:53であった。
サンプル1を用いて、ローラーコンパクター(株式会社マツボー製)により顆粒を作成してサンプル19を得た(粒子径:6mm)。繊維:無機粒子の重量比は44:56であった。
サンプル1を用いて、ペレタイザー(不二パウダル株式会社製)によりペレット化した(絶乾4g、ペレット径35mm)。
針葉樹晒クラフトパルプを粉末セルロース(KCフロック W−06MG、日本製紙製)に替えた以外は、サンプル14と同様にしてサンプル15を得た(絶乾4g、ペレット径:35mm)。
サンプル1を用いて、射出成型機(レオ・ラボ株式会社)によりモールドを作成してサンプル16を得た。
サンプル9のシートをスリッターで幅8mmに加工後、撚糸機で加工することで1mmの抄紙糸を得た。
針葉樹晒クラフトパルプを粉末セルロース(KCフロック W−06MG、日本製紙製)に替えた以外は、サンプル10と同様にして炭酸カルシウム粒子と粉末セルロースとの繊維複合体を得た。得られた繊維複合体を、スリーワンモーターにて6000rpm、5分間撹拌した。その後、得られたサンプル(12g)をアルミカップに乾燥器にて60℃、24時間乾燥させ、発泡体(密度:0.06g/cm3)を作製してサンプル18を得た。
Claims (43)
- 繊維と無機粒子の繊維複合体を含み、水性懸濁液、パルプ、シート、粉体、微小球形粒、顆粒、ペレット、モールド、糸、または、発泡体の形態である製品。
- 前記製品が水性懸濁液である、請求項1に記載の製品。
- 前記水性懸濁液の水分率が90質量%以上99%質量以下である、請求項2に記載の製品。
- 前記製品がパルプである、請求項1に記載の製品。
- 前記パルプの水分率が10質量%以上90質量%未満である、請求項4に記載の製品。
- 前記製品がシートである、請求項1に記載の製品。
- 前記シートの水分率が10質量%未満である、請求項6に記載の製品。
- 前記シートが前記複合体を配合した紙である、請求項6または7に記載の製品。
- 前記製品が粉体である、請求項1に記載の製品。
- 前記粉体の平均粒子径が100μm未満である、請求項9に記載の製品。
- 前記製品が微小球形粒である、請求項1に記載の製品。
- 前記微小球形粒の平均粒子径が100μm以上、1000μm未満である、請求項11に記載の製品。
- 前記製品が顆粒である、請求項1に記載の製品。
- 前記顆粒の平均粒子径が1.0mm以上、10mm未満である、請求項13に記載の製品。
- 前記製品がペレットである、請求項1に記載の製品。
- 前記製品のペレット径が10mm以上、50mm以下である、請求項15に記載の製品。
- 前記製品がモールドである、請求項1に記載の製品。
- 前記モールドの直径が5cm以上、100cm以下である、請求項17に記載の製品。
- 前記製品が糸である、請求項1に記載の製品。
- 前記糸の繊維径が1mm以上、10mm以下である、請求項19に記載の製品。
- 前記製品が発泡体である、請求項1に記載の製品。
- 前記発泡体の密度が0.01〜0.1g/cm3以下である、請求項21に記載の製品。
- 前記無機粒子の平均一次粒子径が200nm以下である、請求項1〜22のいずれかに記載の製品。
- 前記無機粒子の少なくとも一部が、カルシウム、マグネシウムまたはバリウムの金属塩である、請求項6〜8のいずれかに記載の製品。
- 前記無機粒子の少なくとも一部が、ケイ酸、またはアルミニウムの金属塩、あるいはチタン、銅、銀、鉄、マンガンまたは亜鉛を含む金属粒子である、請求項1〜5、9〜23のいずれかに記載の製品。
- 前記繊維が、化学繊維、再生繊維または天然繊維である、請求項1〜25のいずれかに記載の製品。
- 前記繊維が、木材由来のセルロース繊維である、請求項26に記載の製品。
- 繊維と無機粒子の重量比が5/95〜95/5である、請求項1〜27のいずれかに記載の製品。
- 請求項1〜28のいずれかに記載の製品を含む混合物。
- 繊維と無機粒子の複合体を含有する製品の製造方法であって、
繊維の存在下で、溶液中で無機粒子を合成し、繊維と無機粒子の複合体を合成する工程、
繊維と無機粒子の複合体の水分を調整する工程、
を含む上記方法。 - 繊維と無機粒子の複合体を含有する水性懸濁液の製造方法であって、
前記繊維と無機粒子の複合体の水分を調整する工程において、水分率を90質量%以上、99質量%以下に調整する、
請求項30に記載の方法。 - 繊維と無機粒子の複合体を含有するパルプの製造方法であって、
前記繊維と無機粒子の複合体の水分を調整する工程において、水分率を10質量%以上、90質量%未満に調整する、
請求項30に記載の方法。 - 繊維と無機粒子の複合体を含有するシートの製造方法であって、
前記繊維と無機粒子の複合体中の水分を調整する工程において、水分率10質量%未満に調整する、
請求項30に記載の方法。 - 繊維と無機粒子の複合体を含有する製品の製造方法であって、
繊維の存在下で、溶液中で無機粒子を合成し、繊維と無機粒子の複合体を合成する工程、
繊維と無機粒子の複合体の粒子径を調整する工程、
を含む上記方法。 - 繊維と無機粒子の複合体を含有する粉体の製造方法であって、
前記繊維と無機粒子の複合体の粒子径を調整する工程において、繊維と無機粒子の複合体の平均粒子径を100μm未満に調整する、
請求項34に記載の方法。 - 繊維と無機粒子の複合体を含有する微小球形粒の製造方法であって、
前記繊維と無機粒子の複合体の粒子径を調整する工程において、繊維と無機粒子の複合体の平均粒子径を100μm以上、1000μm未満でに調整する、
請求項34に記載の方法。 - 繊維と無機粒子の複合体を含有する顆粒の製造方法であって、
前記繊維と無機粒子の複合体の粒子径を調整する工程において、繊維と無機粒子の複合体の平均粒子径を1.0mm以上、10mm未満に調整する、
請求項34に記載の方法。 - 繊維と無機粒子の複合体を含有するペレットの製造方法であって、
繊維の存在下で、溶液中で無機粒子を合成し、繊維と無機粒子の複合体を合成する工程、
繊維と無機粒子の複合体をペレット化する工程、
を含む上記方法。 - 繊維と無機粒子の複合体の水分率を固液分離装置にて固液分離し、45質量%以上80質量%に調整する工程、
を含む、請求項38に記載の方法。 - 繊維と無機粒子の複合体を含有するモールドの製造方法であって、
繊維の存在下で、溶液中で無機粒子を合成し、繊維と無機粒子の複合体を合成する工程、
鋳型に繊維と無機粒子の複合体を流し込んで脱水する工程、
を含む、上記方法。 - 繊維と無機粒子の複合体を含有する糸の製造方法であって、
繊維の存在下で、溶液中で無機粒子を合成し、繊維と無機粒子の複合体を合成する工程、
繊維と無機粒子の複合体を糸加工する工程を含む、上記方法。 - 繊維と無機粒子の複合体を糸加工する工程の前に、水分率10質量%未満に調整した繊維と無機粒子の複合体を含むシートをスリット加工する工程、
を含む、請求項41に記載の上記方法。 - 繊維と無機粒子の複合体を含有する発泡体の製造方法であって、
繊維の存在下で、溶液中で無機粒子を合成し、繊維と無機粒子の複合体を合成する工程、
繊維と無機粒子の複合体を攪拌機で撹拌する工程、
を含む、上記方法。
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