JP2023150971A - Preparation method of composite fiber of cellulose fiber and inorganic particle - Google Patents

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幸司 蜷川
Koji Ninagawa
正淳 大石
Masatoshi Oishi
まどか 工藤
Madoka Kudo
宏 新倉
Hiroshi Niikura
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Abstract

To provide a preparation method of a composite fiber of a cellulose fiber and an inorganic fiber, capable of preserving a composite fiber of a cellulose fiber whose surface is covered with inorganic particles, or transporting the composite fiber to a destination and then disaggregating the same, especially, transporting so as to prevent covering by the inorganic particles from being detached from the surface of fiber, suppressing degeneration of the composite fiber, for example, in a composite fiber of hydrotalcite, suppressing reduction of deodorization performance.SOLUTION: There is provided a preparation method of a composite fiber including: a step for encapsulating a concentrate of a composite fiber of a cellulose fiber whose density is 15-60 mass% and inorganic particles, in a container which can be sealed, then transporting the container to a prescribed preservation place.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、セルロース繊維と無機粒子の複合繊維に関する。 The present invention relates to a composite fiber of cellulose fiber and inorganic particles.

木質繊維を始めとするセルロース繊維は、その表面の官能基などに基づいて種々の特性を発揮するところ、用途によっては表面を改質する必要が生じる場合もあり、これまで、繊維を表面改質する技術が開発されてきている。 Cellulose fibers, including wood fibers, exhibit various properties based on the functional groups on their surfaces. Depending on the application, it may be necessary to modify the surface. Technology has been developed to do so.

例えば、繊維は、その表面に無機粒子を付着させることによって、様々な特性を発揮させることができる。セルロース繊維などの繊維上に無機粒子を析出させる技術について、特許文献1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繊維を製造する技術が記載されている。 For example, fibers can exhibit various properties by attaching inorganic particles to their surfaces. Regarding the technology for precipitating inorganic particles on fibers such as cellulose fibers, Patent Document 1 describes a technology for producing composite fibers of pulp and calcium carbonate by precipitating calcium carbonate in a pulp suspension using a carbon dioxide gas method. is listed.

米国特許第5679220号US Patent No. 5,679,220

本発明の課題は、無機粒子によってその表面が被覆されたセルロース繊維の複合繊維を保管し、または目的地まで運搬し、その後離解することである。特に、無機粒子による被覆が繊維表面より剥離することが無いように運搬し、複合繊維の変性を抑制する、例えば、ハイドロタルサイトの複合繊維の場合では消臭性能の低下を抑制することである。 An object of the present invention is to store or transport composite fibers of cellulose fibers whose surfaces are coated with inorganic particles to a destination, and then disintegrate them. In particular, it is necessary to transport the inorganic particle coating so that it does not peel off from the fiber surface, and to suppress the deterioration of the composite fiber. For example, in the case of hydrotalcite composite fibers, it is necessary to suppress the deterioration of deodorizing performance. .

本発明は、これに制限されるものでないが、以下の発明を包含する。
(1) セルロース繊維と無機粒子との複合繊維を、濃度15~60質量%に濃縮して濃縮物に調整する工程、
複合繊維の濃縮物を密封が可能である容器に封入して、保管するまたは所定の場所に輸送する工程、
を含む、複合繊維の調製方法。
(2) 前記複合繊維の濃縮物を樹脂製の袋に封入し、これをフレキシブルコンテナ型バッグにて保管する、または所定の場所に輸送する、(1)に記載の複合繊維の調製方法。
(3) 前記保管された複合繊維の濃縮物、または所定の場所に輸送された複合繊維の濃縮物を水中で離解する工程、を含む、(1)または(2)に記載の方法。
(4) 前記無機粒子の少なくとも一部が、カルシウム、ケイ酸、マグネシウム、バリウム若しくはアルミニウムの金属塩、または、チタン、銅、亜鉛を含む金属粒子である、(1)~(3)のいずれかに記載の方法。
(5) 前記無機粒子が、ハイドロタルサイトを含む、(1)~(4)のいずれかに記載の方法。
Although the present invention is not limited thereto, it includes the following inventions.
(1) A step of concentrating composite fibers of cellulose fibers and inorganic particles to a concentration of 15 to 60% by mass to prepare a concentrate;
a step of enclosing the composite fiber concentrate in a sealable container and storing or transporting it to a predetermined location;
A method for preparing composite fibers, including:
(2) The method for preparing composite fibers according to (1), wherein the concentrate of the composite fibers is sealed in a resin bag and stored in a flexible container-type bag or transported to a predetermined location.
(3) The method according to (1) or (2), comprising the step of disintegrating the stored composite fiber concentrate or the composite fiber concentrate transported to a predetermined location in water.
(4) Any one of (1) to (3), wherein at least a portion of the inorganic particles are metal salts of calcium, silicic acid, magnesium, barium, or aluminum, or metal particles containing titanium, copper, or zinc. The method described in.
(5) The method according to any one of (1) to (4), wherein the inorganic particles contain hydrotalcite.

本発明によれば、無機粒子によってその表面が被覆されたセルロース繊維の複合繊維を運搬し、離解することができる。また、複合繊維の変性を抑制できる、例えば、ハイドロタルサイトの複合繊維の場合では消臭性能の低下を抑制することができる。 According to the present invention, composite fibers of cellulose fibers whose surfaces are coated with inorganic particles can be transported and disintegrated. Furthermore, deterioration of the composite fibers can be suppressed, for example, in the case of hydrotalcite composite fibers, deterioration of deodorizing performance can be suppressed.

本発明の一態様において、繊維を含む溶液において無機粒子を合成し、無機粒子と繊維との複合繊維を製造する工程の後に、濃度を15~60質量%まで濃縮する工程を設ける。濃度は、20~55質量%が好ましく、25~45質量%がさらに好ましい。複合繊維の濃度15%質量未満になると、離解した後に無機粒子複合繊維の残存率が低下する。また、複合繊維の濃度60質量%を超えると運搬後に離解にかかる時間が長くなる。複合繊維の濃縮・脱水は、例えば、遠心脱水機、沈降濃縮機などを用いて行われる。この遠心脱水機の例としては、デカンター、スクリューデカンターなどが挙げられる。濾過機や脱水機を用いる場合についてもその種類に特に制限はなく、一般的なものを使用することができるが、例えば、フィルタープレス、ドラムフィルター、ベルトプレス、チューブプレス等の加圧型脱水機、オリバーフィルター等の真空ドラム脱水機などを好適に用いることができる。 In one embodiment of the present invention, after the step of synthesizing inorganic particles in a solution containing fibers and producing a composite fiber of the inorganic particles and fibers, a step of concentrating the solution to a concentration of 15 to 60% by mass is provided. The concentration is preferably 20 to 55% by weight, more preferably 25 to 45% by weight. When the concentration of the composite fiber is less than 15% by mass, the residual rate of the inorganic particle composite fiber decreases after disintegration. Furthermore, if the concentration of the composite fiber exceeds 60% by mass, the time required for disintegration after transportation will be longer. Concentration and dehydration of composite fibers are performed using, for example, a centrifugal dehydrator, a sedimentation concentrator, or the like. Examples of this centrifugal dehydrator include a decanter and a screw decanter. When using a filter or dehydrator, there are no particular restrictions on the type, and common types can be used; for example, pressure type dehydrators such as filter presses, drum filters, belt presses, tube presses, etc. A vacuum drum dehydrator such as an Oliver filter can be suitably used.

複合繊維を濃度15~60質量%に濃縮した後は、密閉可能な容器に封入する。容器に封入した後には、保管してもよいし、すぐに運搬してもよい。容器としては、フレキシブルコンテナ型バッグが好ましい。 After concentrating the composite fiber to a concentration of 15 to 60% by mass, it is sealed in a sealable container. After being sealed in a container, it may be stored or transported immediately. As the container, a flexible container type bag is preferred.

容器を密閉可能な状態にするために、複合繊維を樹脂製の袋に封入して、容器に入れることが好ましい。樹脂製の袋としては、酸素の透過を抑制できるものが好ましく、ナイイロン袋;ポリエチレン袋;アルミ、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン系樹脂のコーティング膜を有するナイロンフィルム袋;エチレン-ビニルアルコール共重合体、オレフィン系ポリマー、オレフィン-ポリカルボン酸共重合体、またプラスチック製の基材の上に、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等の無機酸化物の蒸着層を設けた構成からなる透明バリア性フィルム袋;およびアルミニウム等の金属の蒸着層を設けたバリア性フィルム袋、等が挙げられる。このような密閉可能な状態で保管することにより、酸素による酸化を抑制できるので、複合繊維の変性を抑制することができる。例えば、ハイドロタルサイトの複合繊維の場合では消臭性能の低下を抑制できる。 In order to make the container airtight, it is preferable to seal the composite fiber in a resin bag and place it in the container. As the resin bag, it is preferable to use one that can suppress oxygen permeation, such as nylon bags; polyethylene bags; nylon film bags with a coating film of aluminum, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, or polyvinylidene chloride resin; and ethylene-vinyl alcohol bags. A transparent barrier film bag consisting of a vapor-deposited layer of an inorganic oxide such as silicon oxide or aluminum oxide on a base material made of polymer, olefin polymer, olefin-polycarboxylic acid copolymer, or plastic. ; and a barrier film bag provided with a vapor-deposited layer of metal such as aluminum. By storing the composite fibers in an airtight state, oxidation caused by oxygen can be suppressed, and therefore, denaturation of the composite fibers can be suppressed. For example, in the case of hydrotalcite composite fibers, deterioration in deodorizing performance can be suppressed.

運搬先では、無機粒子と繊維との複合繊維に水を加えて希釈した後、離解して加工する工程を加える。離解は通常は0.1~15%で行うことができ、本発明においては、0.5~5%が好ましく、1~3%がさらに好ましい。0.1%未満になると、離解した後に無機粒子複合繊維の残存率が低下する。濃度15%を超えると離解が困難となる。加工する工程とは、無機粒子と繊維との複合繊維を使用、または、製品化する過程で、特定の形態に加工する工程のすべてをいう。例えば、無機粒子と繊維との複合繊維を加工する工程としては、繊維と無機粒子の複合繊維をシート化する工程、フラッフ化工程、造粒工程、成型工程、等が挙げられる。 At the destination, the composite fibers of inorganic particles and fibers are diluted with water, and then undergo a process of disintegration and processing. Disintegration can normally be carried out at 0.1 to 15%, preferably 0.5 to 5%, and more preferably 1 to 3% in the present invention. If it is less than 0.1%, the residual rate of the inorganic particle composite fibers will decrease after disintegration. If the concentration exceeds 15%, disaggregation becomes difficult. The processing step refers to all the steps of processing a composite fiber of inorganic particles and fibers into a specific form in the process of using or producing a product. For example, the process of processing a composite fiber of inorganic particles and fibers includes a process of forming a composite fiber of fibers and inorganic particles into a sheet, a fluffing process, a granulation process, a molding process, and the like.

複合繊維の合成
本発明において、セルロース繊維などの繊維を含む溶液中で無機粒子を合成することによって複合繊維を合成することができる。繊維表面が、無機粒子の析出における好適な場となり、複合繊維を合成しやすいためである。複合繊維の合成方法としては、例えば、繊維と無機粒子の前駆体を含む溶液を開放型の反応槽中で撹拌、混合して複合繊維を合成しても良いし、繊維と無機粒子の前駆体を含む水性懸濁液を反応容器内に噴射することによって合成してもよい。後述するが、無機物の前駆体の水性懸濁液を反応容器内に噴射する際に、キャビテーション気泡を発生させ、その存在下で無機粒子を合成してもよい。無機粒子は、それぞれ、公知の反応によってセルロース繊維上に合成することができる。
Synthesis of Composite Fibers In the present invention, composite fibers can be synthesized by synthesizing inorganic particles in a solution containing fibers such as cellulose fibers. This is because the fiber surface becomes a suitable place for the precipitation of inorganic particles, making it easy to synthesize composite fibers. As a method for synthesizing composite fibers, for example, composite fibers may be synthesized by stirring and mixing a solution containing fibers and inorganic particle precursors in an open reaction tank, or composite fibers may be synthesized by stirring and mixing a solution containing fibers and inorganic particle precursors. It may be synthesized by injecting an aqueous suspension containing into a reaction vessel. As will be described later, cavitation bubbles may be generated when an aqueous suspension of an inorganic precursor is injected into a reaction vessel, and inorganic particles may be synthesized in the presence of cavitation bubbles. Inorganic particles can be synthesized on cellulose fibers by known reactions, respectively.

一般的に、無機粒子の生成は、クラスター状態(集まる原子・分子数が少ない段階で、集合と離散を繰り返す)から、核(クラスターから安定な集合状態に移行し、臨界サイズ以上になると捕まった原子・分子が離散しなくなる)、そして成長(核に新たな原子・分子が集まり粒子が大きくなる)の過程を経ることが知られており、原料濃度や反応温度が高いほど、核生成が起こりやすいと言われている。本願発明の複合繊維は、主に原料濃度、パルプの叩解度(比表面積)、繊維を含む溶液の粘性、添加薬品の濃度および添加スピード、反応温度、撹拌スピードを調整することで、繊維上に効率的に核を結着させ、かつ粒子成長を促すことにより、セルロース繊維表面が無機粒子で強く被覆された複合繊維を得ることができる。 In general, inorganic particles are generated from a cluster state (where the number of atoms/molecules that gather is small, repeating aggregation and dispersion) to a nucleus (a transition from a cluster to a stable aggregation state, and when the size exceeds a critical size, they are captured). It is known that atoms and molecules no longer become discrete), and growth (new atoms and molecules gather around the nucleus, making the particles larger).The higher the raw material concentration and reaction temperature, the more nucleation occurs. It is said to be easy. The composite fiber of the present invention can be produced on the fiber by mainly adjusting the raw material concentration, pulp beating degree (specific surface area), viscosity of the solution containing the fiber, concentration and addition speed of additive chemicals, reaction temperature, and stirring speed. By efficiently binding nuclei and promoting particle growth, it is possible to obtain composite fibers in which the surface of cellulose fibers is strongly coated with inorganic particles.

本発明においては、反応容器内にキャビテーション気泡を生じさせるような条件で液体を噴射してもよいし、キャビテーション気泡を生じさせないような条件で噴射してもよい。また、反応容器はいずれの場合においても圧力容器であることが好ましい。なお、本発明における圧力容器とは0.005MPa以上の圧力をかけることのできる容器のことである。キャビテーション気泡を生じさせないような条件の場合、圧力容器内の圧力は、静圧で0.005MPa以上0.9MPa以下であることが好ましい。 In the present invention, the liquid may be injected under conditions that cause cavitation bubbles to be generated in the reaction container, or may be injected under conditions that do not cause cavitation bubbles to occur. Further, the reaction vessel is preferably a pressure vessel in any case. Note that the pressure vessel in the present invention is a vessel capable of applying a pressure of 0.005 MPa or more. In the case of conditions that do not cause cavitation bubbles, the static pressure in the pressure vessel is preferably 0.005 MPa or more and 0.9 MPa or less.

(キャビテーション気泡)
本発明に係る複合繊維を合成する場合、キャビテーション気泡の存在下で無機粒子を析出させることができる。本発明においてキャビテーションとは、流体の流れの中で圧力差により短時間に泡の発生と消滅が起きる物理現象であり、空洞現象とも言われる。キャビテーションによって生じる気泡(キャビテーション気泡)は、流体の中で圧力がごく短時間だけ飽和蒸気圧より低くなったとき、液体中に存在する100ミクロン以下のごく微小な「気泡核」を核として生じる。
(cavitation bubbles)
When synthesizing the composite fiber according to the present invention, inorganic particles can be precipitated in the presence of cavitation bubbles. In the present invention, cavitation is a physical phenomenon in which bubbles are generated and disappeared in a short period of time due to a pressure difference in a fluid flow, and is also referred to as a cavitation phenomenon. Bubbles caused by cavitation (cavitation bubbles) are generated when the pressure in a fluid becomes lower than the saturated vapor pressure for a very short period of time, with tiny "bubble nuclei" of 100 microns or less existing in the liquid as nuclei.

本発明においてキャビテーション気泡は、公知の方法によって反応容器内に発生させることができる。例えば、流体を高圧で噴射することによってキャビテーション気泡を発生させること、流体内で高速で攪拌することによってキャビテーションを発生させること、流体内で爆発を生じさせることによってキャビテーションを発生させること、超音波振動子によってキャビテーションを発生させること(バイブトラリー・キャビテーション)などが考えられる。 In the present invention, cavitation bubbles can be generated in the reaction vessel by a known method. For example, cavitation bubbles are generated by injecting a fluid at high pressure, cavitation is generated by high-speed stirring within a fluid, cavitation is generated by causing an explosion within a fluid, and ultrasonic vibrations. Possible causes include cavitation caused by particles (vibration cavitation).

本発明においては、原料などの反応溶液をそのまま噴射液体として用いてキャビテーションを発生させることもできるし、反応容器内に何らかの流体を噴射してキャビテーション気泡を発生させることもできる。液体噴流が噴流をなす流体は、流動状態であれば液体、気体、粉体やパルプ等の固体の何れでもよく、またそれらの混合物であってもよい。更に必要であれば上記の流体に、新たな流体として、炭酸ガスなど、別の流体を加えることができる。上記流体と新たな流体は、均一に混合して噴射してもよいが、別個に噴射してもよい。 In the present invention, cavitation can be generated by directly using the reaction solution such as a raw material as the injection liquid, or by injecting some kind of fluid into the reaction container to generate cavitation bubbles. The fluid from which the liquid jet forms a jet may be any liquid, gas, solid such as powder or pulp, or a mixture thereof, as long as it is in a fluid state. Furthermore, if necessary, another fluid such as carbon dioxide gas can be added to the above fluid as a new fluid. The above fluid and the new fluid may be sprayed after being uniformly mixed, or may be sprayed separately.

液体噴流とは、液体または液体の中に固体粒子や気体が分散あるいは混在する流体の噴流であり、パルプや無機粒子の原料スラリーや気泡を含む液体噴流のことをいう。ここで云う気体は、キャビテーションによる気泡を含んでいてもよい。 A liquid jet is a jet of liquid or a fluid in which solid particles or gas are dispersed or mixed in the liquid, and refers to a jet of liquid containing raw material slurry of pulp or inorganic particles or bubbles. The gas mentioned here may include bubbles caused by cavitation.

キャビテーションは液体が加速され、局所的な圧力がその液体の蒸気圧より低くなったときに発生するため、流速及び圧力が特に重要となる。このことから、キャビテーション状態を表わす基本的な無次元数、キャビテーション数(Cavitation Number)σは、0.001以上0.5以下であることが望ましく、0.003以上0.2以下であることが好ましく、0.01以上0.1以下であることが特に好ましい。キャビテーション数σが0.001未満である場合、キャビテーション気泡が崩壊する時の周囲との圧力差が低いため効果が小さくなり、0.5より大である場合は、流れの圧力差が低くキャビテーションが発生し難くなる。 Flow rate and pressure are particularly important because cavitation occurs when a liquid is accelerated and the local pressure is lower than the vapor pressure of the liquid. From this, the cavitation number σ, which is a basic dimensionless number expressing the cavitation state, is preferably 0.001 or more and 0.5 or less, and preferably 0.003 or more and 0.2 or less. It is preferably 0.01 or more and 0.1 or less. If the cavitation number σ is less than 0.001, the effect will be small because the pressure difference with the surroundings when the cavitation bubble collapses is low, and if it is greater than 0.5, the pressure difference in the flow is low and cavitation will not occur. becomes less likely to occur.

また、ノズルまたはオリフィス管を通じて噴射液を噴射してキャビテーションを発生させる際には、噴射液の圧力(上流側圧力)は0.01MPa以上30MPa以下であることが望ましく、0.7MPa以上20MPa以下であることが好ましく、2MPa以上15MPa以下がより好ましい。上流側圧力が0.01MPa未満では下流側圧力との間で圧力差を生じ難く作用効果は小さい。また、30MPaより高い場合、特殊なポンプ及び圧力容器を必要とし、消費エネルギーが大きくなることからコスト的に不利である。一方、容器内の圧力(下流側圧力)は静圧で0.005MPa以上0.9MPa以下が好ましい。また、容器内の圧力と噴射液の圧力との比は0.001~0.5の範囲が好ましい。 In addition, when generating cavitation by injecting the injection liquid through a nozzle or orifice pipe, the pressure of the injection liquid (upstream pressure) is preferably 0.01 MPa or more and 30 MPa or less, and 0.7 MPa or more and 20 MPa or less. It is preferably 2 MPa or more and 15 MPa or less. If the upstream pressure is less than 0.01 MPa, it is difficult to create a pressure difference with the downstream pressure, and the effect is small. Moreover, when the pressure is higher than 30 MPa, a special pump and pressure vessel are required, which increases energy consumption, which is disadvantageous in terms of cost. On the other hand, the pressure in the container (downstream pressure) is preferably 0.005 MPa or more and 0.9 MPa or less in terms of static pressure. Further, the ratio between the pressure inside the container and the pressure of the injection liquid is preferably in the range of 0.001 to 0.5.

本発明において、キャビテーション気泡が発生しないような条件で噴射液を噴射して無機粒子を合成することもできる。具体的には、噴射液の圧力(上流側圧力)を2MPa以下、好ましくは1MPa以下とし、噴射液の圧力(下流側圧力)を開放し、0.05MPa以下とすることがより好ましい。 In the present invention, inorganic particles can also be synthesized by injecting the injection liquid under conditions that do not generate cavitation bubbles. Specifically, it is more preferable that the pressure of the injection liquid (upstream pressure) be 2 MPa or less, preferably 1 MPa or less, and the pressure of the injection liquid (downstream pressure) be released and be 0.05 MPa or less.

噴射液の噴流の速度は1m/秒以上200m/秒以下の範囲であることが望ましく、20m/秒以上100m/秒以下の範囲であることが好ましい。噴流の速度が1m/秒未満である場合、圧力低下が低く、キャビテーションが発生し難いため、その効果は弱い。一方、200m/秒より大きい場合、高圧を要し特別な装置が必要であり、コスト的に不利である。 The speed of the jet stream of the injection liquid is desirably in the range of 1 m/sec or more and 200 m/sec or less, and preferably in the range of 20 m/sec or more and 100 m/sec or less. When the jet velocity is less than 1 m/sec, the effect is weak because the pressure drop is low and cavitation is difficult to occur. On the other hand, if the velocity is greater than 200 m/sec, high pressure is required and special equipment is required, which is disadvantageous in terms of cost.

本発明におけるキャビテーション発生場所は、無機粒子を合成する反応容器内に発生させればよい。また、ワンパスで処理することも可能であるが、必要回数だけ循環することもできる。さらに複数の発生手段を用いて並列で、あるいは順列で処理することができる。 In the present invention, cavitation may be generated within a reaction vessel in which inorganic particles are synthesized. Further, although it is possible to process in one pass, it is also possible to circulate as many times as necessary. Furthermore, multiple generation means can be used to process in parallel or in permutations.

キャビテーションを発生させるための液体の噴射は、大気開放の容器の中でなされても良いが、キャビテーションをコントロールするために圧力容器の中でなされるのが好ましい。 Injection of liquid to generate cavitation may be performed in a container open to the atmosphere, but is preferably performed in a pressure container to control cavitation.

液体噴射によってキャビテーションを発生させる場合、反応溶液の固形分濃度は30重量%以下であることが好ましく、20重量%以下がより好ましい。このような濃度であると、キャビテーション気泡を反応系に均一に作用させやすくなるためである。また、反応溶液である消石灰の水性懸濁液は、反応効率の点から、固形分濃度が0.1重量%以上であることが好ましい。 When cavitation is generated by liquid injection, the solid content concentration of the reaction solution is preferably 30% by weight or less, more preferably 20% by weight or less. This is because at such a concentration, cavitation bubbles can be easily caused to act uniformly on the reaction system. Further, from the viewpoint of reaction efficiency, the aqueous suspension of slaked lime that is the reaction solution preferably has a solid content concentration of 0.1% by weight or more.

本発明において例えば炭酸カルシウムとセルロース繊維との複合繊維を合成する場合、反応液のpHは、反応開始時は塩基性側であるが炭酸化反応が進行するにしたがって中性に変化する。したがって、反応液のpHをモニターすることによって反応を制御することができる。 In the present invention, for example, when composite fibers of calcium carbonate and cellulose fibers are synthesized, the pH of the reaction solution is basic at the start of the reaction, but changes to neutral as the carbonation reaction progresses. Therefore, the reaction can be controlled by monitoring the pH of the reaction solution.

本発明では、液体の噴射圧力を高めることで、噴射液の流速が増大し、これに伴って圧力が低下し、より強力なキャビテーションが発生させることができる。また、反応容器内の圧力を加圧することで、キャビテーション気泡が崩壊する領域の圧力が高くなり、気泡と周囲の圧力差が大きくなるため気泡は激しく崩壊し衝撃力を大きくすることができる。更には導入する炭酸ガスの溶解と分散を促進することができる。反応温度は0℃以上90℃以下であることが好ましく、特に10℃以上60℃以下であることが好ましい。一般には、融点と沸点の中間点で衝撃力が最大となると考えられることから、水性溶液の場合、50℃前後が好適であるが、それ以下の温度であっても、蒸気圧の影響を受けないため、上記の範囲であれば高い効果が得られる。 In the present invention, by increasing the injection pressure of the liquid, the flow rate of the injection liquid increases, and the pressure decreases accordingly, making it possible to generate stronger cavitation. In addition, by increasing the pressure inside the reaction vessel, the pressure in the area where the cavitation bubbles collapse increases, and the pressure difference between the bubbles and the surroundings increases, so the bubbles collapse violently and the impact force can be increased. Furthermore, the dissolution and dispersion of the introduced carbon dioxide gas can be promoted. The reaction temperature is preferably 0°C or higher and 90°C or lower, particularly preferably 10°C or higher and 60°C or lower. In general, it is thought that the impact force is maximum at the midpoint between the melting point and the boiling point, so in the case of aqueous solutions, a temperature of around 50°C is suitable, but even if the temperature is lower than that, it will be affected by the vapor pressure. Therefore, high effects can be obtained within the above range.

本発明の複合繊維を製造する際には、さらに公知の各種助剤を添加することができる。例えば、キレート剤を添加することができ、具体的には、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸などのポリヒドロキシカルボン酸、シュウ酸などのジカルボン酸、グルコン酸などの糖酸、イミノ二酢酸、エチレンジアミン四酢酸などのアミノポリカルボン酸およびそれらのアルカリ金属塩、ヘキサメタリン酸、トリポリリン酸などのポリリン酸のアルカリ金属塩、グルタミン酸、アスパラギン酸などのアミノ酸およびこれらのアルカリ金属塩、アセチルアセトン、アセト酢酸メチル、アセト酢酸アリルなどのケトン類、ショ糖などの糖類、ソルビトールなどのポリオールが挙げられる。また、表面処理剤としてパルミチン酸、ステアリン酸等の飽和脂肪酸、オレイン酸、リノール酸等の不飽和脂肪酸、脂環族カルボン酸、アビエチン酸等の樹脂酸、それらの塩やエステルおよびエーテル、アルコール系活性剤、ソルビタン脂肪酸エステル類、アミド系やアミン系界面活性剤、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、アルファオレフィンスルホン酸ナトリウム、長鎖アルキルアミノ酸、アミンオキサイド、アルキルアミン、第四級アンモニウム塩、アミノカルボン酸、ホスホン酸、多価カルボン酸、縮合リン酸などを添加することができる。また、必要に応じ分散剤を用いることもできる。この分散剤としては、例えば、ポリアクリル酸ナトリウム、ショ糖脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、アクリル酸-マレイン酸共重合体アンモニウム塩、メタクリル酸-ナフトキシポリエチレングリコールアクリレート共重合体、メタクリル酸-ポリエチレングリコールモノメタクリレート共重合体アンモニウム塩、ポリエチレングリコールモノアクリレートなどがある。これらを単独または複数組み合わせて使用することができる。また、添加のタイミングは合成反応の前でも後でも良い。このような添加剤は、無機粒子に対して、好ましくは0.001~20%、より好ましくは0.1~10%の量で添加することができる。 When producing the composite fiber of the present invention, various known auxiliary agents can be further added. For example, chelating agents can be added, specifically polyhydroxycarboxylic acids such as citric acid, malic acid, and tartaric acid, dicarboxylic acids such as oxalic acid, sugar acids such as gluconic acid, iminodiacetic acid, and ethylenediaminetetraacetic acid. Aminopolycarboxylic acids such as acetic acid and their alkali metal salts, alkali metal salts of polyphosphoric acids such as hexametaphosphoric acid and tripolyphosphoric acid, amino acids such as glutamic acid and aspartic acid and their alkali metal salts, acetylacetone, methyl acetoacetate, acetoacetic acid Examples include ketones such as allyl, sugars such as sucrose, and polyols such as sorbitol. In addition, as surface treatment agents, saturated fatty acids such as palmitic acid and stearic acid, unsaturated fatty acids such as oleic acid and linoleic acid, resin acids such as alicyclic carboxylic acids and abietic acid, their salts, esters and ethers, and alcohol-based Active agents, sorbitan fatty acid esters, amide and amine surfactants, polyoxyalkylene alkyl ethers, polyoxyethylene nonylphenyl ether, sodium alpha olefin sulfonate, long chain alkyl amino acids, amine oxides, alkyl amines, quaternary Ammonium salts, aminocarboxylic acids, phosphonic acids, polyhydric carboxylic acids, condensed phosphoric acids, etc. can be added. Moreover, a dispersant can also be used if necessary. Examples of the dispersant include sodium polyacrylate, sucrose fatty acid ester, glycerin fatty acid ester, acrylic acid-maleic acid copolymer ammonium salt, methacrylic acid-naphthoxypolyethylene glycol acrylate copolymer, methacrylic acid-polyethylene glycol Examples include monomethacrylate copolymer ammonium salt and polyethylene glycol monoacrylate. These can be used alone or in combination. Moreover, the timing of addition may be before or after the synthesis reaction. Such additives can be added in an amount of preferably 0.001 to 20%, more preferably 0.1 to 10%, based on the inorganic particles.

また、本発明において反応はバッチ反応とすることもでき、連続反応とすることもできる。一般に、反応後の残存物を排出する便利さから、バッチ反応工程を行うことが好ましい。反応のスケールは特に制限されないが、100L以下のスケールで反応させてもよいし、100L超のスケールで反応させてもよい。反応容器の大きさは、例えば、10L~100L程度とすることもできるし、100L~1000L程度としてもよい。 Further, in the present invention, the reaction can be a batch reaction or a continuous reaction. In general, it is preferred to carry out a batch reaction process for the convenience of discharging residues after the reaction. Although the scale of the reaction is not particularly limited, the reaction may be carried out on a scale of 100 L or less, or may be carried out on a scale of more than 100 L. The size of the reaction container may be, for example, about 10L to 100L, or about 100L to 1000L.

また、反応液の電導度や反応時間によって反応を制御することができ、具体的には、反応物が反応槽に滞留する時間を調整して制御することができる。その他、本発明においては、反応槽の反応液を攪拌したり、反応を多段反応としたりすることによって反応を制御することもできる。 Further, the reaction can be controlled by the conductivity of the reaction solution and the reaction time, and specifically, the reaction can be controlled by adjusting the residence time of the reactant in the reaction tank. In addition, in the present invention, the reaction can also be controlled by stirring the reaction solution in the reaction tank or by conducting the reaction in multiple stages.

本発明においては、反応生成物である複合繊維が懸濁液として得られるため、必要に応じて、貯蔵タンクに貯蔵したり、濃縮、脱水、粉砕、分級、熟成、分散などの処理を行ったりすることができる。これらは公知の工程によることができ、用途やエネルギー効率などを考慮して適宜決定すればよい。例えば濃縮・脱水処理は、遠心脱水機、沈降濃縮機などを用いて行われる。この遠心脱水機の例としては、デカンター、スクリューデカンターなどが挙げられる。濾過機や脱水機を用いる場合についてもその種類に特に制限はなく、一般的なものを使用することができるが、例えば、フィルタープレス、ドラムフィルター、ベルトプレス、チューブプレス等の加圧型脱水機、オリバーフィルター等の真空ドラム脱水機などを好適に用いて炭酸カルシウムケーキとすることができる。粉砕の方法としては、ボールミル、サンドグラインダーミル、インパクトミル、高圧ホモジナイザー、低圧ホモジナイザー、ダイノーミル、超音波ミル、カンダグラインダ、アトライタ、石臼型ミル、振動ミル、カッターミル、ジェットミル、離解機、叩解機、短軸押出機、2軸押出機、超音波攪拌機、家庭用ジューサーミキサー等が挙げられる。分級の方法としては、メッシュ等の篩、アウトワード型もしくはインワード型のスリットもしくは丸穴スクリーン、振動スクリーン、重量異物クリーナー、軽量異物クリーナー、リバースクリーナー、篩分け試験機等が挙げられる。分散の方法としては、高速ディスパーザー、低速ニーダーなどが挙げられる。 In the present invention, since the composite fiber, which is a reaction product, is obtained as a suspension, it can be stored in a storage tank, or subjected to treatments such as concentration, dehydration, pulverization, classification, aging, and dispersion, as necessary. can do. These steps can be performed using known processes, and may be appropriately determined in consideration of usage, energy efficiency, and the like. For example, the concentration/dehydration process is performed using a centrifugal dehydrator, a sedimentation concentrator, or the like. Examples of this centrifugal dehydrator include a decanter and a screw decanter. When using a filter or dehydrator, there are no particular restrictions on the type, and common types can be used; for example, pressure type dehydrators such as filter presses, drum filters, belt presses, tube presses, etc. A calcium carbonate cake can be obtained by suitably using a vacuum drum dehydrator such as an Oliver filter. Grinding methods include ball mills, sand grinder mills, impact mills, high pressure homogenizers, low pressure homogenizers, dyno mills, ultrasonic mills, canda grinders, attritors, stone mills, vibration mills, cutter mills, jet mills, disintegrators, and refining machines. , a short-screw extruder, a twin-screw extruder, an ultrasonic stirrer, a household juicer mixer, and the like. Examples of classification methods include mesh sieves, outward or inward slit or round hole screens, vibrating screens, heavy foreign matter cleaners, lightweight foreign matter cleaners, reverse cleaners, sieving testers, and the like. Examples of the dispersion method include a high-speed disperser and a low-speed kneader.

本発明における複合繊維は、完全に脱水せずに懸濁液の状態で填料や顔料に配合することもできるが、乾燥して粉体とすることもできる。この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。 The conjugate fiber in the present invention can be blended into a filler or pigment in the form of a suspension without being completely dehydrated, but it can also be dried into a powder. The dryer in this case is not particularly limited either, but for example, a flash dryer, a band dryer, a spray dryer, etc. can be suitably used.

本発明の複合繊維は、公知の方法によって改質することが可能である。例えば、ある態様においては、その表面を疎水化し、樹脂などとの混和性を高めたりすることが可能である。 The composite fiber of the present invention can be modified by a known method. For example, in some embodiments, the surface can be made hydrophobic to improve miscibility with resins and the like.

本発明においては、懸濁液の調製などに水を使用するが、この水としては、通常の水道水、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、反応液を分離・脱水する際に得られる水を好適に用いることできる。 In the present invention, water is used for preparing suspensions, etc., but this water can be ordinary tap water, industrial water, ground water, well water, etc., as well as ion exchange water, distilled water, ultraviolet water, etc. Pure water, industrial wastewater, and water obtained when separating and dehydrating the reaction solution can be suitably used.

また本発明においては、反応槽の反応液を循環させて使用することができる。このように反応液を循環させて、溶液の撹拌を促すことにより、反応効率を上げ、所望の無機粒子と繊維の複合繊維を得ることが容易になる。 Further, in the present invention, the reaction solution in the reaction tank can be circulated for use. By circulating the reaction solution in this manner and promoting stirring of the solution, the reaction efficiency is increased and it becomes easy to obtain a desired composite fiber of inorganic particles and fibers.

無機粒子
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、繊維複合繊維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。
Inorganic Particles In the present invention, inorganic particles to be composited with fibers are not particularly limited, but are preferably inorganic particles that are insoluble or poorly soluble in water. Since inorganic particles are sometimes synthesized in an aqueous system, and composite fibers are sometimes used in an aqueous system, it is preferable that the inorganic particles are insoluble or poorly soluble in water.

ここで言う無機粒子とは、金属元素もしくは非金属元素の化合物のことを言う。金属元素の化合物とは、金属の陽イオン(例えば、Na、Ca2+、Mg2+、Al3+、Ba2+など)と陰イオン(例えば、O2-、OH、CO 2-、PO 3-、SO 2-、NO 、Si 2-、SiO 2-、Cl、F、S2-など)がイオン結合によって結合してできた、一般に無機塩と呼ばれるものを言う。非金属元素の化合物とは、ケイ酸(SiO)などである。本発明において、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、または、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、セリウムまたは亜鉛を含む金属粒子であることが好ましい。 The inorganic particles mentioned here refer to compounds of metal elements or nonmetal elements. Compounds of metal elements include metal cations (e.g., Na + , Ca 2+ , Mg 2+ , Al 3+ , Ba 2+ , etc.) and anions (e.g., O 2- , OH - , CO 3 2- , PO 4 3- , SO 4 2- , NO 3 - , Si 2 O 3 2- , SiO 3 2- , Cl - , F - , S 2-, etc.) are combined through ionic bonds, and are generally called inorganic salts. say something The compound of a nonmetallic element is silicic acid (SiO 2 ) or the like. In the present invention, at least a part of the inorganic particles is a metal salt of calcium, magnesium, or barium, or at least a part of the inorganic particles is a metal salt of silicic acid or aluminum, or a metal salt of titanium, copper, silver, iron, or manganese. , cerium or zinc.

これら無機粒子の合成法は公知の方法によることができ、気液法と液液法のいずれでも良い。気液法の一例としては炭酸ガス法があり、例えば水酸化マグネシウムと炭酸ガスを反応させることで、炭酸マグネシウムを合成することができる。液液法の例としては、酸(塩酸、硫酸など)と塩基(水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなど)を中和によって反応させたり、無機塩と酸もしくは塩基を反応させたり、無機塩同士を反応させたりする方法が挙げられる。例えば、水酸化バリウムと硫酸を反応させることで硫酸バリウムを得たり、硫酸アルミニウムと水酸化ナトリウムを反応させることで水酸化アルミニウムを得たり、炭酸カルシウムと硫酸アルミニウムを反応させることでカルシウムとアルミニウムが複合化した無機粒子を得ることができる。また、このようにして無機粒子を合成する際、反応液中に任意の金属や非金属化合物を共存させることもでき、この場合はそれらの金属もしくは非金属化合物が無機粒子中に効率よく取り込まれ、複合化できる。例えば、炭酸カルシウムにリン酸を添加してリン酸カルシウムを合成する際に、二酸化チタンを反応液中に共存させることで、リン酸カルシウムとチタンの複合粒子を得ることができる。 These inorganic particles can be synthesized by a known method, and may be either a gas-liquid method or a liquid-liquid method. An example of a gas-liquid method is a carbon dioxide gas method. For example, magnesium carbonate can be synthesized by reacting magnesium hydroxide with carbon dioxide gas. Examples of liquid-liquid methods include reacting acids (hydrochloric acid, sulfuric acid, etc.) and bases (sodium hydroxide, potassium hydroxide, etc.) by neutralization, reacting inorganic salts with acids or bases, and reacting inorganic salts with each other. Examples include a method of causing a reaction. For example, barium sulfate can be obtained by reacting barium hydroxide with sulfuric acid, aluminum hydroxide can be obtained by reacting aluminum sulfate with sodium hydroxide, and calcium and aluminum can be obtained by reacting calcium carbonate with aluminum sulfate. Composite inorganic particles can be obtained. Furthermore, when synthesizing inorganic particles in this way, it is also possible to coexist any metal or nonmetal compound in the reaction solution, and in this case, those metals or nonmetal compounds are efficiently incorporated into the inorganic particles. , can be combined. For example, when calcium phosphate is synthesized by adding phosphoric acid to calcium carbonate, composite particles of calcium phosphate and titanium can be obtained by allowing titanium dioxide to coexist in the reaction solution.

(炭酸カルシウム)
炭酸カルシウムを合成する場合であれば、例えば、炭酸ガス法、可溶性塩反応法、石灰・ソーダ法、ソーダ法などによって炭酸カルシウムを合成することができ、好ましい態様において、炭酸ガス法によって炭酸カルシウムを合成する。
(calcium carbonate)
In the case of synthesizing calcium carbonate, for example, calcium carbonate can be synthesized by the carbon dioxide gas method, soluble salt reaction method, lime/soda method, soda method, etc. In a preferred embodiment, calcium carbonate is synthesized by the carbon dioxide gas method. Synthesize.

一般に、炭酸ガス法によって炭酸カルシウムを製造する場合、カルシウム源として石灰(ライム)が使用され、生石灰CaOに水を加えて消石灰Ca(OH)を得る消和工程と、消石灰に炭酸ガスCOを吹き込んで炭酸カルシウムCaCOを得る炭酸化工程とによって炭酸カルシウムが合成される。この際、生石灰に水を加えて調製した消石灰の懸濁液をスクリーンに通して、懸濁液中に含まれる低溶解性の石灰粒を除去してもよい。また、消石灰を直接カルシウム源としてもよい。本発明において炭酸ガス法によって炭酸カルシウムを合成する場合、キャビテーション気泡の存在下で炭酸化反応を行うこともできる。 Generally, when producing calcium carbonate by the carbon dioxide method, lime is used as a calcium source, and there is a slaking process in which water is added to quicklime CaO to obtain slaked lime Ca(OH) 2 , and carbon dioxide gas CO2 is added to the slaked lime. Calcium carbonate is synthesized through a carbonation step in which calcium carbonate is blown into calcium carbonate, CaCO 3 . At this time, a suspension of slaked lime prepared by adding water to quicklime may be passed through a screen to remove low-solubility lime particles contained in the suspension. Alternatively, slaked lime may be used directly as a calcium source. In the present invention, when calcium carbonate is synthesized by the carbon dioxide method, the carbonation reaction can also be carried out in the presence of cavitation bubbles.

炭酸ガス法によって炭酸カルシウムを合成する場合、消石灰の水性懸濁液の固形分濃度は、好ましくは0.1~40重量%、より好ましくは0.5~30重量%、さらに好ましくは1~20重量%程度である。固形分濃度が低いと反応効率が低く、製造コストが高くなり、固形分濃度が高すぎると流動性が悪くなり、反応効率が落ちる。本発明においては、キャビテーション気泡の存在下で炭酸カルシウムを合成するため、固形分濃度の高い懸濁液(スラリー)を用いても、反応液と炭酸ガスを好適に混合することができる。 When calcium carbonate is synthesized by the carbon dioxide method, the solid content concentration of the aqueous suspension of slaked lime is preferably 0.1 to 40% by weight, more preferably 0.5 to 30% by weight, and even more preferably 1 to 20% by weight. It is about % by weight. If the solid content concentration is low, the reaction efficiency will be low and the manufacturing cost will be high, and if the solid content concentration is too high, the fluidity will be poor and the reaction efficiency will be reduced. In the present invention, since calcium carbonate is synthesized in the presence of cavitation bubbles, the reaction liquid and carbon dioxide gas can be suitably mixed even if a suspension (slurry) with a high solid content concentration is used.

消石灰を含む水性懸濁液としては、炭酸カルシウム合成に一般に用いられるものを使用でき、例えば、消石灰を水に混合して調製したり、生石灰(酸化カルシウム)を水で消和(消化)したりして調製することができる。消和する際の条件は特に制限されないが、例えば、CaOの濃度は0.05重量%以上、好ましくは1重量%以上、温度は20~100℃、好ましくは30~100℃とすることができる。また、消和反応槽(スレーカー)での平均滞留時間も特に制限されないが、例えば、5分~5時間とすることができ、2時間以内とすることが好ましい。当然であるが、スレーカーはバッチ式であっても連続式であってもよい。なお、本発明においては炭酸化反応槽(カーボネーター)と消和反応槽(スレーカー)とを別々にしてもよく、また、1つの反応槽を炭酸化反応槽および消和反応槽として用いてもよい。 As an aqueous suspension containing slaked lime, those commonly used for calcium carbonate synthesis can be used; for example, slaked lime can be prepared by mixing it with water, or quicklime (calcium oxide) can be slaked (digested) with water. It can be prepared by Conditions for slaked are not particularly limited, but for example, the concentration of CaO can be 0.05% by weight or more, preferably 1% by weight or more, and the temperature can be 20 to 100°C, preferably 30 to 100°C. . Further, the average residence time in the slaking reaction tank (slaker) is not particularly limited, but can be, for example, from 5 minutes to 5 hours, and preferably within 2 hours. Naturally, the slaker may be of a batch type or a continuous type. In addition, in the present invention, the carbonation reaction tank (carbonator) and the slaked reaction tank (slaker) may be separate, or one reaction tank may be used as the carbonation reaction tank and the slaked reaction tank. good.

炭酸カルシウムの合成では、反応液中の原料(Caイオン、COイオン)が高濃度であるほど、また、高温条件であるほど、核形成反応が進みやすいが、複合繊維を製造する場合、このような条件下では、セルロース繊維に核が定着されにくく、懸濁液中で遊離した無機粒子が合成されやすい。従って、炭酸カルシウムが強固に結着した複合繊維を製造するには、核形成反応を適切に制御することが必要となる。具体的には、Caイオンおよびパルプ濃度の適正化と、COの時間当たりの供給量を緩やかにすることで、これを達成できる。例えば、反応容器中のCaイオン濃度は、0.01mol/L以上0.20mol/L未満が好ましい。0.01mol/L未満だと反応が進行しにくく、0.20mol/L以上では懸濁液中で遊離した無機粒子が合成されやすい。パルプ濃度は、0.5%以上4.0%未満が好ましい。0.5%未満では繊維に原料が衝突する頻度が減るため、反応が進行しにくく、4.0%以上では攪拌不良から均一な複合繊維を得ることができない。COの時間当たりの供給量は、反応溶液1Lあたり0.001mol/min以上0.060mol/min未満が望ましい。0.001mol/min未満であると反応が進行しにくく、0.060mol/min以上では懸濁液中で遊離した無機粒子が合成されやすい。 In the synthesis of calcium carbonate, the higher the concentration of the raw materials (Ca ions, CO 3 ions) in the reaction solution and the higher the temperature, the easier the nucleation reaction will proceed. Under such conditions, it is difficult for the nuclei to be fixed on the cellulose fibers, and inorganic particles liberated in the suspension are likely to be synthesized. Therefore, in order to produce composite fibers in which calcium carbonate is firmly bound, it is necessary to appropriately control the nucleation reaction. Specifically, this can be achieved by optimizing the Ca ion and pulp concentrations and slowing down the hourly supply of CO2 . For example, the Ca ion concentration in the reaction vessel is preferably 0.01 mol/L or more and less than 0.20 mol/L. If it is less than 0.01 mol/L, the reaction will be difficult to proceed, and if it is 0.20 mol/L or more, inorganic particles liberated in the suspension will be easily synthesized. The pulp concentration is preferably 0.5% or more and less than 4.0%. If it is less than 0.5%, the frequency of raw materials colliding with the fibers will be reduced, making it difficult for the reaction to proceed, and if it is more than 4.0%, it will be impossible to obtain uniform composite fibers due to poor stirring. The amount of CO 2 supplied per hour is desirably 0.001 mol/min or more and less than 0.060 mol/min per liter of reaction solution. If it is less than 0.001 mol/min, the reaction will be difficult to proceed, and if it is 0.060 mol/min or more, inorganic particles liberated in the suspension will be easily synthesized.

(炭酸マグネシウム)
炭酸マグネシウムを合成する場合、炭酸マグネシウムの合成方法は、公知の方法によることができる。例えば、水酸化マグネシウムと炭酸ガスから重炭酸マグネシウムを合成し、重炭酸マグネシウムから正炭酸マグネシウムを経て塩基性炭酸マグネシウムを合成することができる。炭酸マグネシウムは合成方法によって重炭酸マグネシウム、正炭酸マグネシウム、塩基性炭酸マグネシウムなどを得ることができるが、本発明の繊維複合繊維に係る炭酸マグネシウムは、塩基性炭酸マグネシムにすることが特に好ましい。なぜならば、重炭酸マグネシウムは安定性が比較的低く、柱状(針状)結晶である正炭酸マグネシウムは繊維へ定着しにくい場合があるためである。一方、繊維の存在下で塩基性炭酸マグネシウムにまで化学反応させることで、繊維表面をうろこ状などに被覆した炭酸マグネシウムと繊維の繊維複合繊維を得ることができる。
(magnesium carbonate)
When synthesizing magnesium carbonate, a known method can be used to synthesize magnesium carbonate. For example, magnesium bicarbonate can be synthesized from magnesium hydroxide and carbon dioxide gas, and basic magnesium carbonate can be synthesized from magnesium bicarbonate via magnesium orthocarbonate. Magnesium carbonate can be obtained as magnesium bicarbonate, magnesium orthocarbonate, basic magnesium carbonate, etc. by a synthetic method, but it is particularly preferable that the magnesium carbonate used in the fiber composite fiber of the present invention is basic magnesium carbonate. This is because magnesium bicarbonate has relatively low stability, and magnesium orthocarbonate, which is a columnar (acicular) crystal, may have difficulty fixing to fibers. On the other hand, by chemically reacting basic magnesium carbonate in the presence of fibers, it is possible to obtain a fiber composite fiber of magnesium carbonate and fibers in which the surface of the fibers is coated in a scale-like manner.

また本発明においては、反応槽の反応液を循環させて使用することができる。このように反応液を循環させて、反応液と炭酸ガスとの接触を増やすことにより、反応効率を上げ、所望の無機粒子を得ることが容易になる。 Further, in the present invention, the reaction solution in the reaction tank can be circulated for use. By circulating the reaction liquid in this manner and increasing the contact between the reaction liquid and carbon dioxide gas, the reaction efficiency is increased and it becomes easier to obtain desired inorganic particles.

本発明においては、二酸化炭素(炭酸ガス)などのガスが反応容器に吹き込まれ、反応液と混合することができる。本発明によれば、ファン、ブロワなどの気体供給装置がなくとも炭酸ガスを反応液に供給することができ、しかも、キャビテーション気泡によって炭酸ガスが微細化されるため反応を効率よく行うことができる。 In the present invention, a gas such as carbon dioxide (carbon dioxide) can be blown into the reaction vessel and mixed with the reaction liquid. According to the present invention, carbon dioxide gas can be supplied to the reaction liquid without a gas supply device such as a fan or blower, and the reaction can be carried out efficiently because the carbon dioxide gas is atomized by cavitation bubbles. .

本発明において、二酸化炭素を含む気体の二酸化炭素濃度に特に制限はないが、二酸化炭素濃度が高い方が好ましい。また、インジェクターに導入する炭酸ガスの量に制限はなく適宜選択することができる。 In the present invention, there is no particular restriction on the carbon dioxide concentration of the gas containing carbon dioxide, but it is preferable that the carbon dioxide concentration is high. Further, the amount of carbon dioxide gas introduced into the injector is not limited and can be selected as appropriate.

本発明の二酸化炭素を含む気体は、実質的に純粋な二酸化炭素ガスでもよく、他のガスとの混合物であってもよい。例えば、二酸化炭素ガスの他に、空気、窒素などの不活性ガスを含む気体を、二酸化炭素を含む気体として用いることができる。また、二酸化炭素を含む気体としては、二酸化炭素ガス(炭酸ガス)の他、製紙工場の焼却炉、石炭ボイラー、重油ボイラーなどから排出される排ガスを二酸化炭素含有気体として好適に用いることができる。その他にも、石灰焼成工程から発生する二酸化炭素を用いて炭酸化反応を行うこともできる。 The carbon dioxide-containing gas of the present invention may be substantially pure carbon dioxide gas or may be a mixture with other gases. For example, in addition to carbon dioxide gas, a gas containing an inert gas such as air or nitrogen can be used as the gas containing carbon dioxide. Further, as the carbon dioxide-containing gas, in addition to carbon dioxide gas (carbon dioxide gas), exhaust gas discharged from incinerators, coal boilers, heavy oil boilers, etc. of paper mills can be suitably used as the carbon dioxide-containing gas. In addition, the carbonation reaction can also be carried out using carbon dioxide generated from the lime calcination process.

炭酸マグネシウムの合成では、反応液中の原料(Mgイオン、COイオン)が高濃度であるほど、また、高温条件であるほど、核形成反応が進みやすいが、複合繊維を製造する場合、このような条件下では、セルロース繊維に核が定着されにくく、懸濁液中で遊離した無機粒子が合成されやすい。従って、炭酸マグネシウムが強固に結着した複合繊維を製造するには、核形成反応を適切に制御することが必要となる。具体的には、Mgイオンおよびパルプ濃度の適正化と、COの時間当たりの供給量を緩やかにすることで、これを達成できる。例えば、反応容器中のMgイオン濃度は、0.0001mol/L以上0.20mol/L未満が好ましい。0.0001mol/L未満だと反応が進行しにくく、0.20mol/L以上では懸濁液中で遊離した無機粒子が合成されやすい。パルプ濃度は、0.5%以上4.0%未満が好ましい。0.5%未満では繊維に原料が衝突する頻度が減るため、反応が進行しにくく、4.0%以上では攪拌不良から均一な複合繊維を得ることができない。COの時間当たりの供給量は、反応溶液1Lあたり0.001mol/min以上0.060mol/min未満が望ましい。0.001mol/min未満であると反応が進行しにくく、0.060mol/min以上では懸濁液中で遊離した無機粒子が合成されやすい。 In the synthesis of magnesium carbonate, the higher the concentration of the raw materials (Mg ions, CO 3 ions) in the reaction solution, and the higher the temperature conditions, the easier the nucleation reaction will proceed. Under such conditions, it is difficult for the nuclei to be fixed on the cellulose fibers, and inorganic particles liberated in the suspension are likely to be synthesized. Therefore, in order to produce composite fibers in which magnesium carbonate is firmly bound, it is necessary to appropriately control the nucleation reaction. Specifically, this can be achieved by optimizing the Mg ion and pulp concentrations and slowing down the hourly supply of CO2 . For example, the Mg ion concentration in the reaction vessel is preferably 0.0001 mol/L or more and less than 0.20 mol/L. If it is less than 0.0001 mol/L, the reaction will be difficult to proceed, and if it is 0.20 mol/L or more, inorganic particles liberated in the suspension will be easily synthesized. The pulp concentration is preferably 0.5% or more and less than 4.0%. If it is less than 0.5%, the frequency of raw materials colliding with the fibers will be reduced, making it difficult for the reaction to proceed, and if it is more than 4.0%, it will be impossible to obtain uniform composite fibers due to poor stirring. The amount of CO 2 supplied per hour is desirably 0.001 mol/min or more and less than 0.060 mol/min per liter of reaction solution. If it is less than 0.001 mol/min, the reaction will be difficult to proceed, and if it is 0.060 mol/min or more, inorganic particles liberated in the suspension will be easily synthesized.

(硫酸バリウム)
硫酸バリウムを合成する場合、硫酸バリウム(BaSO)で表されるバリウムイオンと硫酸イオンからなるイオン結晶性の化合物であり、板状あるいは柱状の形態であることが多く、水には難溶性である。純粋な硫酸バリウムは無色の結晶であるが、鉄、マンガン、ストロンチウム、カルシウムなどの不純物を含むと黄褐色または黒灰色を呈し、半透明となる。天然の鉱物としても得られるが、化学反応によって合成することもできる。特に、化学反応による合成品は医薬用(X線造影剤)に用いられるほか、化学的に安定な性質を応用して塗料、プラスチック、蓄電池等に広く使用されている。
(barium sulfate)
When synthesizing barium sulfate, barium sulfate (BaSO 4 ) is an ionic crystalline compound consisting of barium ions and sulfate ions, often in the form of plates or columns, and is poorly soluble in water. be. Pure barium sulfate is a colorless crystal, but when it contains impurities such as iron, manganese, strontium, and calcium, it becomes yellowish brown or blackish gray and translucent. It can be obtained as a natural mineral, but it can also be synthesized through chemical reactions. In particular, products synthesized by chemical reactions are used for medicine (X-ray contrast agents) and are widely used in paints, plastics, storage batteries, etc. due to their chemically stable properties.

本発明においては、繊維の存在下で、溶液中で硫酸バリウムを合成することによって、硫酸バリウムと繊維の複合繊維を製造することができる。例えば、酸(硫酸など)と塩基を中和によって反応させたり、無機塩と酸もしくは塩基を反応させたり、無機塩同士を反応させたりする方法が挙げられる。例えば、水酸化バリウムと硫酸もしくは硫酸アルミニウムを反応させることで硫酸バリウムを得たり、硫酸塩の含まれる水溶液中に塩化バリウムを加えて硫酸バリウムを沈殿させたりすることができる。 In the present invention, composite fibers of barium sulfate and fibers can be produced by synthesizing barium sulfate in a solution in the presence of fibers. For example, methods include reacting an acid (such as sulfuric acid) with a base by neutralization, reacting an inorganic salt with an acid or base, or reacting inorganic salts with each other. For example, barium sulfate can be obtained by reacting barium hydroxide with sulfuric acid or aluminum sulfate, or barium sulfate can be precipitated by adding barium chloride to an aqueous solution containing sulfate.

硫酸バリウムの合成では、溶液中の原料(Baイオン、SOイオン)が高濃度であるほど、また、高温条件であるほど、核形成反応が進みやすいが、複合繊維を製造する場合、このような条件下では、セルロース繊維に核が定着されにくく、懸濁液中で遊離した無機粒子が合成されやすい。従って、硫酸バリウムが強固に結着した複合繊維を製造するには、核形成反応を適切に制御することが必要となる。具体的には、Baイオンおよびパルプ濃度の適正化と、SOイオンの時間当たりの供給量を緩やかにすることで、これを達成できる。例えば、反応容器中のBaイオン濃度は、0.01mol/L以上0.20mol/L未満が好ましい。0.01mol/L未満だと反応が進行しにくく、0.20mol/L以上では懸濁液中で遊離した無機粒子が合成されやすい。パルプ濃度は、0.5%以上4.0%未満が好ましい。0.5%未満では繊維に原料が衝突する頻度が減るため、反応が進行しにくく、4.0%以上では攪拌不良から均一な複合繊維を得ることができない。SOイオンの時間当たりの供給量は、反応溶液1Lあたり0.005mol/min以上0.080mol/min未満が望ましい。0.001mol/min未満であると反応が進行しにくく、0.080mol/min以上では懸濁液中で遊離した無機粒子が合成されやすい。 In the synthesis of barium sulfate, the higher the concentration of raw materials (Ba ions, SO 4 ions) in the solution, and the higher the temperature, the more likely the nucleation reaction will proceed. Under such conditions, it is difficult for the nuclei to be fixed on the cellulose fibers, and inorganic particles released in the suspension are easily synthesized. Therefore, in order to produce composite fibers in which barium sulfate is firmly bound, it is necessary to appropriately control the nucleation reaction. Specifically, this can be achieved by optimizing the concentration of Ba ions and pulp and slowing down the supply amount of SO 4 ions per hour. For example, the Ba ion concentration in the reaction vessel is preferably 0.01 mol/L or more and less than 0.20 mol/L. If it is less than 0.01 mol/L, the reaction will be difficult to proceed, and if it is 0.20 mol/L or more, inorganic particles liberated in the suspension will be easily synthesized. The pulp concentration is preferably 0.5% or more and less than 4.0%. If it is less than 0.5%, the frequency of raw materials colliding with the fibers will be reduced, making it difficult for the reaction to proceed, and if it is more than 4.0%, it will be impossible to obtain uniform composite fibers due to poor stirring. The supply amount of SO 4 ions per hour is desirably 0.005 mol/min or more and less than 0.080 mol/min per liter of reaction solution. If it is less than 0.001 mol/min, the reaction will be difficult to proceed, and if it is 0.080 mol/min or more, inorganic particles liberated in the suspension will be easily synthesized.

(ハイドロタルサイト)
ハイドロタルサイトを合成する場合、ハイドロタルサイトの合成方法は公知の方法によることができる。例えば、反応容器内に中間層を構成する炭酸イオンを含む炭酸塩水溶液とアルカリ溶液(水酸化ナトリウムなど)に繊維を浸漬し、次いで、酸溶液(基本層を構成する二価金属イオン及び三価金属イオンとを含む金属塩水溶液)を添加し、温度、pHなどを制御して共沈反応により、ハイドロタルサイトを合成する。また、反応容器内において、酸溶液(基本層を構成する二価金属イオン及び三価金属イオンを含む金属塩水溶液)に繊維を浸漬し、次いで、中間層を構成する炭酸イオンを含む炭酸塩水溶液とアルカリ溶液(水酸化ナトリウム等)を滴下し、温度、pH等を制御して共沈反応により、ハイドロタルサイトを合成することもできる。常圧での反応が一般的ではるが、それ以外にも、オートクレーブなどを使用しての水熱反応により得る方法もある(特開昭60-6619号公報)。
(Hydrotalcite)
When synthesizing hydrotalcite, a known method can be used to synthesize hydrotalcite. For example, fibers are immersed in a reaction vessel in an aqueous carbonate solution containing carbonate ions forming the intermediate layer and an alkaline solution (sodium hydroxide, etc.), and then in an acid solution (divalent metal ions and trivalent metal ions forming the base layer). (metal salt aqueous solution containing metal ions) is added, and hydrotalcite is synthesized by a coprecipitation reaction while controlling the temperature, pH, etc. In addition, the fibers are immersed in an acid solution (a metal salt aqueous solution containing divalent metal ions and trivalent metal ions constituting the base layer) in a reaction vessel, and then a carbonate aqueous solution containing carbonate ions constituting the intermediate layer. Hydrotalcite can also be synthesized by adding dropwise an alkaline solution (sodium hydroxide, etc.) and carrying out a coprecipitation reaction while controlling the temperature, pH, etc. Although reaction at normal pressure is common, there is also a method of obtaining it by hydrothermal reaction using an autoclave or the like (Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-6619).

本発明においては、基本層を構成する二価金属イオンの供給源として、マグネシウム、亜鉛、バリウム、カルシウム、鉄、銅、コバルト、ニッケル、マンガンの各種塩化物、硫化物、硝酸化物、硫酸化物を用いることができる。また、基本層を構成する三価金属イオンの供給源として、アルミニウム、鉄、クロム、ガリウムの各種塩化物、硫化物、硝酸化物、硫酸化物を用いることができる。 In the present invention, various chlorides, sulfides, nitoxides, and sulfides of magnesium, zinc, barium, calcium, iron, copper, cobalt, nickel, and manganese are used as sources of divalent metal ions constituting the basic layer. Can be used. Furthermore, various chlorides, sulfides, nitoxides, and sulfides of aluminum, iron, chromium, and gallium can be used as sources of trivalent metal ions constituting the basic layer.

本発明においては、層間陰イオンとして炭酸イオン、硝酸イオン、塩化物イオン、硫酸イオン、リン酸イオンなどを用いることができる。炭酸イオンを層間陰イオンとする場合、炭酸ナトリウムが供給源として使用される。ただし炭酸ナトリウムは、二酸化炭素(炭酸ガス)を含む気体で代替可能で、実質的に純粋な二酸化炭素ガスや、他のガスとの混合物であってもよい。例えば、製紙工場の焼却炉、石炭ボイラー、重油ボイラーなどから排出される排ガスを二酸化炭素含有気体として好適に用いることができる。その他にも、石灰焼成工程から発生する二酸化炭素を用いて炭酸化反応を行うこともできる。 In the present invention, carbonate ions, nitrate ions, chloride ions, sulfate ions, phosphate ions, etc. can be used as interlayer anions. When carbonate ions are used as interlayer anions, sodium carbonate is used as the source. However, sodium carbonate can be replaced with a gas containing carbon dioxide (carbon dioxide), and may be substantially pure carbon dioxide gas or a mixture with other gases. For example, exhaust gas discharged from incinerators, coal boilers, heavy oil boilers, etc. of paper mills can be suitably used as the carbon dioxide-containing gas. In addition, the carbonation reaction can also be carried out using carbon dioxide generated from the lime calcination process.

ハイドロタルサイトの合成では、溶液中の原料(基本層を構成する金属イオン、COイオン等)が高濃度であるほど、また、高温条件であるほど、核形成反応が進みやすいが、このような条件下では、複合繊維を製造する場合、セルロース繊維に核が定着されにくく、懸濁液中で遊離した無機粒子が合成されやすい。従って、ハイドロタルサイトが強固に結着した複合繊維を製造するには、核形成反応を適切に制御することが必要となる。具体的には、COイオンおよびパルプ濃度の適正化と、金属イオンの時間当たりの供給量を緩やかにすることで、これを達成できる。例えば、反応容器中のCOイオン濃度は、0.01mol/L以上0.80mol/L未満が好ましい。0.01mol/L未満だと反応が進行しにくく、0.80mol/L以上では懸濁液中で遊離した無機粒子が合成されやすい。パルプ濃度は、0.5%以上4.0%未満が好ましい。0.5%未満では繊維に原料が衝突する頻度が減るため、反応が進行しにくく、4.0%以上では攪拌不良から均一な複合繊維を得ることができない。金属イオンの時間当たりの供給量は、金属の種類にもよるが、例えばMgイオンの場合、反応溶液1Lあたり0.001mol/min以上0.010mol/min未満が望ましく、0.001mol/min以上0.005mol/min未満がより望ましい。0.001mol/min未満であると反応が進行しにくく、0.010mol/min以上では懸濁液中で遊離した無機粒子が合成されやすい。 In the synthesis of hydrotalcite, the higher the concentration of raw materials in the solution (metal ions forming the basic layer, CO 3 ions, etc.) and the higher the temperature, the more likely the nucleation reaction will proceed. Under these conditions, when producing composite fibers, it is difficult for the nuclei to be fixed on the cellulose fibers, and inorganic particles liberated in the suspension are likely to be synthesized. Therefore, in order to produce composite fibers in which hydrotalcite is firmly bound, it is necessary to appropriately control the nucleation reaction. Specifically, this can be achieved by optimizing the CO 3 ion and pulp concentrations and by slowing down the amount of metal ions supplied per hour. For example, the CO 3 ion concentration in the reaction vessel is preferably 0.01 mol/L or more and less than 0.80 mol/L. If it is less than 0.01 mol/L, the reaction will be difficult to proceed, and if it is 0.80 mol/L or more, inorganic particles liberated in the suspension will be easily synthesized. The pulp concentration is preferably 0.5% or more and less than 4.0%. If it is less than 0.5%, the frequency of raw materials colliding with the fibers will be reduced, making it difficult for the reaction to proceed, and if it is more than 4.0%, it will be impossible to obtain uniform composite fibers due to poor stirring. The amount of metal ions supplied per hour depends on the type of metal, but for example, in the case of Mg ions, it is preferably 0.001 mol/min or more and less than 0.010 mol/min per liter of reaction solution, and 0.001 mol/min or more and less than 0.010 mol/min. More preferably, it is less than .005 mol/min. If it is less than 0.001 mol/min, the reaction will be difficult to proceed, and if it is 0.010 mol/min or more, inorganic particles liberated in the suspension will be easily synthesized.

(アルミナ/シリカ)
アルミナおよび/またはシリカを合成する場合、アルミナおよび/またはシリカの合成方法は公知の方法によることができる。反応の出発物質として無機酸もしくはアルミニウム塩のいずれか1つ以上を用いた場合、珪酸アルカリ塩を添加して合成する。出発物質として珪酸アルカリ塩を用い、無機酸もしくはアルミニウム塩のいずれか1つ以上を添加して合成することもできるが、無機酸および/もしくはアルミニウム塩を出発物質として用いた場合の方が、生成物の繊維への定着は良好である。無機酸としては特に限定されるものではなく、例えば、硫酸、塩酸、硝酸等を用いることができる。これらの中でもコストおよびハンドリングの点から硫酸が特に好ましい。アルミニウム塩としては、硫酸バンド、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム、ミョウバン、カリミョウバン等が挙げられ、中でも硫酸バンドを好適に用いることができる。珪酸アルカリ塩としては、珪酸ナトリウムもしくは珪酸カリウムなどが挙げられるが、入手しやすいため珪酸ナトリウムが好適である。珪酸とアルカリのモル比はいずれでも良いが、一般に3号珪酸として流通しているものはSiO2:Na2O=3~3.4:1程度のモル比のものであり、これを好適に用いることができる。
(Alumina/Silica)
When synthesizing alumina and/or silica, a known method can be used to synthesize alumina and/or silica. When one or more of an inorganic acid or an aluminum salt is used as a starting material for the reaction, the synthesis is performed by adding an alkali silicate salt. Synthesis can also be carried out by using an alkali silicate salt as a starting material and adding one or more of an inorganic acid or an aluminum salt, but it is easier to synthesize when an inorganic acid and/or an aluminum salt is used as a starting material. The adhesion of the material to the fibers is good. The inorganic acid is not particularly limited, and for example, sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, etc. can be used. Among these, sulfuric acid is particularly preferred from the viewpoint of cost and handling. Examples of the aluminum salt include aluminum sulfate, aluminum chloride, polyaluminum chloride, alum, potassium alum, and the like, among which aluminum sulfate can be preferably used. Examples of the alkali silicate include sodium silicate and potassium silicate, but sodium silicate is preferred because it is easily available. Although any molar ratio of silicic acid and alkali may be used, the one commonly distributed as No. 3 silicic acid has a molar ratio of SiO2:Na2O=3 to 3.4:1, and this is preferably used. can.

本発明においては、シリカおよび/またはアルミナが繊維表面に付着した複合繊維を製造するにあたって、繊維を含む反応液のpHを4.6以下に維持しながら繊維上にシリカおよび/またはアルミナを合成することが好ましい。これによって、繊維表面がよく被覆された複合繊維が得られる理由の詳細は完全には明らかになっていないが、pHを低く維持することによって3価のアルミニウムイオンへの電離率が高くなるため、被覆率や定着率が高い複合繊維が得られると考えられる。 In the present invention, in producing composite fibers with silica and/or alumina attached to the fiber surface, silica and/or alumina are synthesized on the fibers while maintaining the pH of the reaction solution containing the fibers at 4.6 or less. It is preferable. Although the details of the reason why composite fibers with well-covered fiber surfaces can be obtained by this method are not completely clear, the ionization rate to trivalent aluminum ions increases by keeping the pH low. It is thought that composite fibers with high coverage and fixation rate can be obtained.

シリカおよび/またはアルミナ合成では、反応液中の原料(珪酸イオン、アルミニウムイオン)が高濃度であるほど、また、高温条件であるほど、核形成反応が進みやすいが、複合繊維を製造する場合、このような条件下では、セルロース繊維に核が定着されにくく、懸濁液中で遊離した無機粒子が合成されやすい。従って、シリカおよび/またはアルミナが強固に結着した複合繊維を製造するには、核形成反応を適切に制御することが必要となる。具体的には、パルプ濃度の適正化と、添加する珪酸イオン、アルミニウムイオンの時間当たりの供給量を緩やかにすることで、これを達成できる。例えば、パルプ濃度は、0.5%以上4.0%未満が好ましい。0.5%未満では繊維に原料が衝突する頻度が減るため、反応が進行しにくく、4.0%以上では攪拌不良から均一な複合繊維を得ることができない。添加する珪酸イオン、アルミニウムイオンの時間当たりの供給量は、例えばアルミニウムイオンの場合、反応溶液1Lあたり0.001mol/min以上が望ましく、0.01mol/min以上がより望ましく、また、0.5mol/min未満が望ましく、0.050mol/min未満がより望ましい。0.001mol/min未満であると反応が進行しにくく、0.050mol/min以上では懸濁液中で遊離した無機粒子が合成されやすい。 In the synthesis of silica and/or alumina, the higher the concentration of raw materials (silicate ions, aluminum ions) in the reaction solution and the higher the temperature, the more likely the nucleation reaction will proceed, but when producing composite fibers, Under such conditions, it is difficult for the nuclei to be fixed on the cellulose fibers, and inorganic particles liberated in the suspension are likely to be synthesized. Therefore, in order to produce composite fibers in which silica and/or alumina are firmly bound, it is necessary to appropriately control the nucleation reaction. Specifically, this can be achieved by optimizing the pulp concentration and slowing down the amount of silicate ions and aluminum ions supplied per hour. For example, the pulp concentration is preferably 0.5% or more and less than 4.0%. If it is less than 0.5%, the frequency of raw materials colliding with the fibers will be reduced, making it difficult for the reaction to proceed, and if it is more than 4.0%, it will be impossible to obtain uniform composite fibers due to poor stirring. The amount of silicate ions and aluminum ions added per hour is preferably 0.001 mol/min or more, more preferably 0.01 mol/min or more, and 0.5 mol/min per liter of reaction solution, for example, in the case of aluminum ions. It is preferably less than min, more preferably less than 0.050 mol/min. If it is less than 0.001 mol/min, the reaction will be difficult to proceed, and if it is 0.050 mol/min or more, inorganic particles liberated in the suspension will be easily synthesized.

一つの好ましい態様として、本発明の複合繊維における無機粒子の平均一次粒子径を、例えば、1.5μm以下とすることができるが、平均一次粒子径を1200nm以下や900nm以下にすることもでき、さらには平均一次粒子径が200nm以下や150nm以下にすることもできる。また、無機粒子の平均一次粒子径は10nm以上とすることも可能である。なお、平均一次粒子径は電子顕微鏡写真で測定することができる。 As one preferred embodiment, the average primary particle size of the inorganic particles in the composite fiber of the present invention can be, for example, 1.5 μm or less, but the average primary particle size can also be 1200 nm or less or 900 nm or less, Furthermore, the average primary particle diameter can also be set to 200 nm or less or 150 nm or less. Moreover, the average primary particle diameter of the inorganic particles can also be 10 nm or more. Note that the average primary particle diameter can be measured using an electron micrograph.

(水酸化アルミニウム)
水酸化アルミニウムはAl(OH)で表されるアルミニウムイオンと水酸化物イオンからなるイオン結晶性の化合物であり、粒状の形態であることが多く、水には難溶性である。化学反応による合成品は医薬品や吸着剤に用いられるほか、加熱時に水を放出する性質を利用して難燃化剤や不燃化剤として用いられる。
(aluminum hydroxide)
Aluminum hydroxide is an ionic crystalline compound consisting of aluminum ions represented by Al(OH) 3 and hydroxide ions, is often in the form of particles, and is poorly soluble in water. Synthesized products produced through chemical reactions are used in medicines and adsorbents, and they are also used as flame retardants and noncombustible agents by taking advantage of their property of releasing water when heated.

本発明においては、繊維の存在下で、溶液中で水酸化アルミニウムを合成することによって、水酸化アルミニウムと繊維の複合繊維を製造することができる。例えば、酸(硫酸など)と塩基を中和によって反応させたり、無機塩と酸もしくは塩基を反応させたり、無機塩同士を反応させたりする方法が挙げられる。例えば、水酸化ナトリウムと硫酸アルミニウムを反応させることで水酸化アルミウニウムを得たり、アルカリ塩の含まれる水溶液中に塩化アルミニウムを加えて水酸化アルミニウムを沈殿させたりすることができる。 In the present invention, composite fibers of aluminum hydroxide and fibers can be produced by synthesizing aluminum hydroxide in a solution in the presence of fibers. For example, methods include reacting an acid (such as sulfuric acid) with a base by neutralization, reacting an inorganic salt with an acid or base, or reacting inorganic salts with each other. For example, aluminum hydroxide can be obtained by reacting sodium hydroxide and aluminum sulfate, or aluminum hydroxide can be precipitated by adding aluminum chloride to an aqueous solution containing an alkali salt.

水酸化アルミニウムの合成では、溶液中の原料(Alイオン、OHイオン)が高濃度であるほど、また、高温条件であるほど、核形成反応が進みやすいが、複合繊維を製造する場合、このような条件下では、セルロース繊維に核が定着されにくく、懸濁液中で遊離した無機粒子が合成されやすい。従って、水酸化アルミニウムが強固に結着した複合繊維を製造するには、核形成反応を適切に制御することが必要となる。具体的には、OHイオンおよびパルプ濃度の適正化と、Alイオンの時間当たりの供給量を緩やかにすることで、これを達成できる。例えば、反応容器中のOHイオン濃度は、0.01mol/L以上0.50mol/L未満が好ましい。0.01mol/L未満だと反応が進行しにくく、0.50mol/L以上では懸濁液中で遊離した無機粒子が合成されやすい。パルプ濃度は、0.5%以上4.0%未満が好ましい。0.5%未満では繊維に原料が衝突する頻度が減るため、反応が進行しにくく、4.0%以上では攪拌不良から均一な複合繊維を得ることができない。Alイオンの時間当たりの供給量は、反応溶液1Lあたり0.001mol/min以上0.050mol/min未満が望ましい。0.001mol/min未満であると反応が進行しにくく、0.050mol/min以上では懸濁液中で遊離した無機粒子が合成されやすい。 In the synthesis of aluminum hydroxide, the higher the concentration of raw materials (Al ions, OH ions) in the solution, and the higher the temperature conditions, the more likely the nucleation reaction will proceed. Under such conditions, it is difficult for the nuclei to be fixed on the cellulose fibers, and inorganic particles released in the suspension are easily synthesized. Therefore, in order to produce composite fibers in which aluminum hydroxide is firmly bound, it is necessary to appropriately control the nucleation reaction. Specifically, this can be achieved by optimizing the OH ion and pulp concentrations and slowing down the supply amount of Al ions per hour. For example, the OH ion concentration in the reaction vessel is preferably 0.01 mol/L or more and less than 0.50 mol/L. If it is less than 0.01 mol/L, the reaction will be difficult to proceed, and if it is more than 0.50 mol/L, inorganic particles liberated in the suspension will be easily synthesized. The pulp concentration is preferably 0.5% or more and less than 4.0%. If it is less than 0.5%, the frequency of raw materials colliding with the fibers will be reduced, making it difficult for the reaction to proceed, and if it is more than 4.0%, it will be impossible to obtain uniform composite fibers due to poor stirring. The amount of Al ions supplied per hour is desirably 0.001 mol/min or more and less than 0.050 mol/min per liter of reaction solution. If it is less than 0.001 mol/min, the reaction will be difficult to proceed, and if it is 0.050 mol/min or more, inorganic particles liberated in the suspension will be easily synthesized.

セルロース繊維
本発明で使用する複合繊維は、セルロース繊維と無機粒子とを複合化したものである。複合繊維を構成するセルロース繊維としては例えば、天然のセルロース繊維はもちろん、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。セルロース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、藻類などが例示され、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。
Cellulose fiber The composite fiber used in the present invention is a composite of cellulose fiber and inorganic particles. As the cellulose fibers constituting the composite fibers, for example, not only natural cellulose fibers, but also regenerated fibers (semi-synthetic fibers) such as rayon and lyocell, synthetic fibers, and the like can be used without limitation. Examples of raw materials for cellulose fibers include pulp fibers (wood pulp and non-wood pulp), cellulose nanofibers, bacterial cellulose, cellulose derived from animals such as sea squirt, and algae. Wood pulp is produced by pulping wood raw materials. Bye. Wood raw materials include red pine, Japanese black pine, Sakhalin pine, Scots pine, Japanese pine, larch, fir, hemlock, cedar, cypress, larch, white fir, spruce, cypress, Douglas fir, hemlock, white fir, spruce, balsam fir, cedar, pine, Coniferous trees such as Melukushima pine and radiata pine, and mixtures thereof; hardwoods such as beech, birch, alder, oak, tabby, chinquapin, birch, cottonwood, poplar, ash, willow, eucalyptus, mangrove, lauan, acacia, and mixtures thereof. Examples include materials.

木材原料(木質原料)などの天然材料をパルプ化する方法は、特に限定されず、製紙業界で一般に用いられるパルプ化法が例示される。木材パルプはパルプ化法により分類でき、例えば、クラフト法、サルファイト法、ソーダ法、ポリサルファイド法等の方法により蒸解した化学パルプ;リファイナー、グラインダー等の機械力によってパルプ化して得られる機械パルプ;薬品による前処理の後、機械力によるパルプ化を行って得られるセミケミカルパルプ;古紙パルプ;脱墨パルプ等が挙げられる。木材パルプは、未晒(漂白前)の状態であってもよいし、晒(漂白後)の状態であってもよい。 The method of pulping natural materials such as wood raw materials (woody raw materials) is not particularly limited, and examples include pulping methods commonly used in the paper manufacturing industry. Wood pulp can be classified by pulping method; for example, chemical pulp that is digested by methods such as the kraft method, sulfite method, soda method, and polysulfide method; mechanical pulp that is obtained by pulping using mechanical force such as a refiner or grinder; and pharmaceutical pulp. Examples include semi-chemical pulp obtained by pretreatment with , followed by pulping by mechanical force; waste paper pulp; deinked pulp, etc. The wood pulp may be in an unbleached state (before bleaching) or in a bleached state (after bleaching).

非木材由来のパルプとしては、綿、ヘンプ、サイザル麻、マニラ麻、亜麻、藁、竹、バガス、ケナフ、サトウキビ、トウモロコシ、稲わら、楮(こうぞ)、みつまた等が例示される。 Examples of pulp derived from non-wood include cotton, hemp, sisal, Manila hemp, flax, straw, bamboo, bagasse, kenaf, sugar cane, corn, rice straw, mulberry, mitsumata, and the like.

パルプ繊維は、未叩解及び叩解のいずれでもよく、複合繊維シートの物性に応じて選択すればよいが、叩解を行う方が好ましい。これにより、シート強度の向上並びに無機粒子の定着促進が期待できる。 The pulp fibers may be either unbeaten or beaten, and may be selected depending on the physical properties of the composite fiber sheet, but beating is preferable. This can be expected to improve sheet strength and promote fixation of inorganic particles.

また、これらセルロース原料はさらに処理を施すことで粉末セルロース、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。本発明で用いる粉末セルロースとしては、例えば、精選パルプを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500nm以上100μm以下である。 In addition, these cellulose raw materials can be further processed to produce powdered cellulose, chemically modified cellulose such as oxidized cellulose, cellulose nanofiber: CNF (microfibrillated cellulose: MFC, TEMPO-oxidized CNF, phosphoric acid esterified CNF, carboxymethylated CNF, mechanically ground CNF, etc.). The powdered cellulose used in the present invention is, for example, a rod-shaped particle with a certain diameter that is produced by a method of refining, drying, crushing, and sieving the undecomposed residue obtained after acid hydrolyzing selected pulp. A crystalline cellulose powder having a distribution may be used, or commercially available products such as KC Flock (manufactured by Nippon Paper Industries), Ceolus (manufactured by Asahi Kasei Chemicals), and Avicel (manufactured by FMC) may be used. The degree of polymerization of cellulose in powdered cellulose is preferably about 100 to 1500, the crystallinity of powdered cellulose measured by X-ray diffraction is preferably 70 to 90%, and the volume average particle diameter measured by a laser diffraction particle size distribution analyzer is preferably 70 to 90%. is preferably 500 nm or more and 100 μm or less.

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。 The oxidized cellulose used in the present invention can be obtained, for example, by oxidation in water using an oxidizing agent in the presence of a compound selected from the group consisting of N-oxyl compounds and bromides, iodides, or mixtures thereof. can. For cellulose nanofibers, the method of defibrating the cellulose raw material described above is used. As a defibration method, for example, an aqueous suspension of chemically modified cellulose such as cellulose or oxidized cellulose is mechanically ground or beaten using a refiner, high-pressure homogenizer, grinder, single-screw or multi-screw kneader, bead mill, etc. A method of defibration can be used. Cellulose nanofibers may be manufactured by combining one or more of the above methods. The fiber diameter of the produced cellulose nanofibers can be confirmed by electron microscopic observation, and is preferably in the range of 5 nm to 300 nm, for example. When producing this cellulose nanofiber, an arbitrary compound may be further added and reacted with the cellulose nanofiber before and/or after defibrating and/or making the cellulose into fine particles to make it modified with hydroxyl groups. can. Functional groups to be modified include acetyl group, ester group, ether group, ketone group, formyl group, benzoyl group, acetal, hemiacetal, oxime, isonitrile, allene, thiol group, urea group, cyano group, nitro group, azo group. , aryl group, aralkyl group, amino group, amide group, imido group, acryloyl group, methacryloyl group, propionyl group, propioloyl group, butyryl group, 2-butyryl group, pentanoyl group, hexanoyl group, heptanoyl group, octanoyl group, nonanoyl group , acyl groups such as decanoyl group, undecanoyl group, dodecanoyl group, myristoyl group, palmitoyl group, stearoyl group, pivaloyl group, benzoyl group, naphthoyl group, nicotinoyl group, isonicotinoyl group, furoyl group, cinnamoyl group, 2-methacryloyloxyethyl isocyanate Isocyanate groups such as noyl group, methyl group, ethyl group, propyl group, 2-propyl group, butyl group, 2-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group Examples include alkyl groups such as a group, an undecyl group, a dodecyl group, a myristyl group, a palmityl group, and a stearyl group, an oxirane group, an oxetane group, an oxyl group, a thiirane group, and a thietane group. Hydrogen in these substituents may be substituted with a functional group such as a hydroxyl group or a carboxy group. Moreover, a part of the alkyl group may be an unsaturated bond. The compounds used to introduce these functional groups are not particularly limited, and include, for example, compounds having a phosphoric acid-derived group, compounds having a carboxylic acid-derived group, compounds having a sulfuric acid-derived group, and sulfonic acid-derived groups. Examples include compounds having a group such as , compounds having an alkyl group, and compounds having an amine-derived group. Compounds having a phosphoric acid group are not particularly limited, but include phosphoric acid, lithium salts of phosphoric acid such as lithium dihydrogen phosphate, dilithium hydrogen phosphate, trilithium phosphate, lithium pyrophosphate, and lithium polyphosphate. . Further examples include sodium salts of phosphoric acid, such as sodium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, trisodium phosphate, sodium pyrophosphate, and sodium polyphosphate. Further examples include potassium salts of phosphoric acid, such as potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, tripotassium phosphate, potassium pyrophosphate, and potassium polyphosphate. Further examples include ammonium salts of phosphoric acid such as ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate, ammonium pyrophosphate, and ammonium polyphosphate. Among these, phosphoric acid, sodium salt of phosphoric acid, potassium salt of phosphoric acid, ammonium salt of phosphoric acid are preferable from the viewpoint of high efficiency of phosphoric acid group introduction and easy industrial application, and sodium dihydrogen phosphate , disodium hydrogen phosphate are more preferred, but are not particularly limited. Compounds having a carboxyl group are not particularly limited, but include dicarboxylic acid compounds such as maleic acid, succinic acid, phthalic acid, fumaric acid, glutaric acid, adipic acid, and itaconic acid, and tricarboxylic acid compounds such as citric acid and aconitic acid. . Acid anhydrides of compounds having a carboxyl group are not particularly limited, but include acid anhydrides of dicarboxylic acid compounds such as maleic anhydride, succinic anhydride, phthalic anhydride, glutaric anhydride, adipic anhydride, and itaconic anhydride. It will be done. Derivatives of compounds having carboxyl groups are not particularly limited, but include imidized acid anhydrides of compounds having carboxyl groups, and derivatives of acid anhydrides of compounds having carboxyl groups. The imidized product of an acid anhydride of a compound having a carboxyl group is not particularly limited, but includes imidized products of dicarboxylic acid compounds such as maleimide, succinimide, and phthalic acid imide. The acid anhydride derivative of a compound having a carboxyl group is not particularly limited. For example, at least some of the hydrogen atoms of the acid anhydride of a compound having a carboxyl group, such as dimethylmaleic anhydride, diethylmaleic anhydride, diphenylmaleic anhydride, etc., have a substituent group (e.g., alkyl group, phenyl group, etc.). ) is included. Among the compounds having a group derived from a carboxylic acid, maleic anhydride, succinic anhydride, and phthalic anhydride are preferred because they are easy to apply industrially and are easily gasified, but are not particularly limited. Moreover, even if the compound is not chemically bonded, the cellulose nanofibers may be modified in such a manner that the compound to be modified is physically adsorbed onto the cellulose nanofibers. Examples of the physically adsorbable compound include surfactants, and any of anionic, cationic, and nonionic compounds may be used. When the above modification is performed before defibrating and/or pulverizing cellulose, these functional groups can be removed after the defibrating and/or pulverizing to return to the original hydroxyl groups. By performing the above modifications, it is possible to promote the fibrillation of cellulose nanofibers and to make it easier to mix them with various substances when using cellulose nanofibers.

以上に示した繊維は単独で用いても良いし、複数を混合しても良い。例えば、製紙工場の排水から回収された繊維状物質を本発明の炭酸化反応に供給してもよい。このような物質を反応槽に供給することにより、種々の複合粒子を合成することができ、また、形状的にも繊維状粒子などを合成することができる。 The fibers shown above may be used alone or in combination. For example, fibrous material recovered from paper mill wastewater may be fed to the carbonation reaction of the present invention. By supplying such a substance to a reaction tank, various composite particles can be synthesized, and fibrous particles and the like can also be synthesized in terms of shape.

本発明においては、繊維の他にも、生成物である無機粒子に取り込まれて複合粒子を生成するような物質を用いることができる。本発明にいては、パルプ繊維を始めとする繊維を使用するが、それ以外にも無機粒子、有機粒子、ポリマーなどを含む溶液中で無機粒子を合成することによって、さらにこれらの物質が取り込まれた複合粒子を製造することが可能である。 In the present invention, in addition to fibers, it is possible to use substances that are incorporated into the product inorganic particles to produce composite particles. In the present invention, fibers such as pulp fibers are used, but these substances can also be incorporated by synthesizing inorganic particles in a solution containing inorganic particles, organic particles, polymers, etc. It is possible to produce composite particles.

複合化する繊維の繊維長は特に制限されないが、例えば、平均繊維長が0.1μm~15mm程度とすることができ、1μm~12mm、100μm~10mm、400μm~8mmなどとしてもよい。このうち、本発明においては、平均繊維長を400μm以上(0.4mm以上)とすることが好ましい。 The fiber length of the fibers to be composited is not particularly limited, but, for example, the average fiber length can be about 0.1 μm to 15 mm, and may also be 1 μm to 12 mm, 100 μm to 10 mm, 400 μm to 8 mm, etc. Among these, in the present invention, it is preferable that the average fiber length is 400 μm or more (0.4 mm or more).

複合化する繊維の平均繊維径は特に制限されないが、例えば、平均繊維径が1nm~100μm程度とすることができ、500nm~100μm、1μm~90μm、3μm~50μm、5μm~30μmなどとしてもよい。このうち、本発明においては、平均繊維径が500nm以上であると後工程での生産効率を向上できるため好ましい。 The average fiber diameter of the fibers to be composited is not particularly limited, but for example, the average fiber diameter can be about 1 nm to 100 μm, and may be 500 nm to 100 μm, 1 μm to 90 μm, 3 μm to 50 μm, 5 μm to 30 μm, etc. Among these, in the present invention, it is preferable that the average fiber diameter is 500 nm or more because production efficiency in subsequent steps can be improved.

繊維の平均繊維長と平均繊維径は、繊維長測定装置により測定できる。繊維長測定装置としては、例えば、Valmet Fractionator(Valmet社製)が挙げられる。 The average fiber length and average fiber diameter of the fibers can be measured using a fiber length measuring device. Examples of the fiber length measuring device include Valmet Fractionator (manufactured by Valmet).

複合化する繊維は、繊維表面の15%以上が無機粒子で被覆されるような量で使用することが好ましいが、例えば、繊維と無機粒子の重量比を、5/95~95/5とすることができ、10/90~90/10、20/80~80/20、30/70~70/30、40/60~60/40としてもよい。 The fibers to be composited are preferably used in an amount such that 15% or more of the fiber surface is covered with inorganic particles, for example, the weight ratio of fibers to inorganic particles is 5/95 to 95/5. It may be 10/90 to 90/10, 20/80 to 80/20, 30/70 to 70/30, or 40/60 to 60/40.

本発明に係る複合繊維は、好ましい態様において、繊維表面の15%以上が無機粒子で被覆されており、このような面積率でセルロース繊維表面が被覆されていると無機粒子に起因する特徴が大きく生じるようになる一方、繊維表面に起因する特徴が小さくなる。 In a preferred embodiment of the composite fiber according to the present invention, 15% or more of the fiber surface is coated with inorganic particles, and when the cellulose fiber surface is coated with such an area ratio, the characteristics attributable to the inorganic particles become large. However, the features attributable to the fiber surface become smaller.

本発明に係る複合繊維は、種々の形状で用いることができ、例えば、粉体、ペレット、モールド、水性懸濁液、ペースト、シート、ボード、ブロック、その他の形状にして用いることができる。また、複合繊維を主成分として他の材料と共にモールドや粒子・ペレットなどの成形体にすることもできる。乾燥して紛体に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。 The composite fiber according to the present invention can be used in various shapes, such as powder, pellet, mold, aqueous suspension, paste, sheet, board, block, and other shapes. Moreover, it is also possible to make a molded article such as a mold, particles, pellets, etc. using composite fibers as a main component together with other materials. There are no particular restrictions on the dryer used for drying to form a powder, but for example, a flash dryer, a band dryer, a spray dryer, etc. can be suitably used.

本発明に係る複合繊維は、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、天井材、壁材、床材、屋根材など)、家具、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)、抗菌材、抗ウイルス剤、しわ防止剤、粘土、研磨材、摩擦材、改質剤、補修材、断熱材、耐熱材、放熱材、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、医用材料、ペースト材料、変色防止剤、電波吸収材、絶縁材、遮音材、インテリア材、防振材、半導体封止材、放射線遮断材、材料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。このうち、吸着剤、抗菌材、抗ウイルス剤、摩擦材、放射線遮蔽材、難燃材料、建築材料、断熱材が好ましい。 The composite fiber according to the present invention can be used in various applications, such as paper, fibers, cellulose composite materials, filter materials, paints, plastics and other resins, rubber, elastomers, ceramics, glass, tires, and architecture. Materials (asphalt, asbestos, cement, boards, concrete, bricks, tiles, plywood, fiberboard, ceiling materials, wall materials, flooring materials, roofing materials, etc.), furniture, various carriers (catalyst carriers, pharmaceutical carriers, pesticide carriers, microorganisms) carrier, etc.), adsorbent (impurity removal, deodorization, dehumidification, etc.), antibacterial material, antiviral agent, anti-wrinkle agent, clay, abrasive material, friction material, modifier, repair material, heat insulation material, heat resistant material, heat dissipation material materials, moisture-proofing materials, water-repellent materials, water-resistant materials, light-shielding materials, sealants, shielding materials, insect repellents, adhesives, medical materials, paste materials, anti-tarnishing agents, radio wave absorbing materials, insulation materials, sound-insulating materials, interior materials, waterproof materials. It can be widely used in various applications such as vibration materials, semiconductor sealing materials, radiation shielding materials, and other materials. Moreover, it can be used as various fillers, coating agents, etc. in the above-mentioned applications. Among these, adsorbents, antibacterial materials, antiviral agents, friction materials, radiation shielding materials, flame retardant materials, building materials, and heat insulating materials are preferred.

本発明の複合繊維は、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、難燃紙(不燃紙)、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複合繊維を得ることができるため、2μm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、無機粒子を繊維と複合繊維化しておくと、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。 The composite fiber of the present invention may be applied to paper manufacturing applications, such as printing paper, newsprint, inkjet paper, PPC paper, kraft paper, wood-free paper, coated paper, slightly coated paper, wrapping paper, thin paper, and color-free paper. Paper, cast coated paper, non-carbon paper, label paper, thermal paper, various fancy papers, water-soluble paper, release paper, engineering paper, base paper for wallpaper, flame retardant paper (non-combustible paper), base paper for laminated boards, printed electronics paper, Battery separators, cushion paper, tracing paper, impregnated paper, ODP paper, construction material paper, decorative material paper, envelope paper, tape paper, heat exchange paper, synthetic fiber paper, sterilization paper, water-resistant paper, oil-resistant paper, heat-resistant paper, Photocatalyst paper, cosmetic paper (greasy paper, etc.), various sanitary papers (toilet paper, tissue paper, wipes, diapers, sanitary products, etc.), cigarette paper, paperboard (liner, core paper, white paperboard, etc.), paper plate paper, Examples include cup base paper, baking paper, abrasive paper, and synthetic paper. That is, according to the present invention, it is possible to obtain a composite fiber of inorganic particles and fibers having a small primary particle size and a narrow particle size distribution. It is possible to exhibit the characteristics of Furthermore, unlike the case where inorganic particles are simply blended with fibers, by forming inorganic particles into composite fibers with fibers, it is not only easier to retain the inorganic particles in the sheet, but also to create a sheet in which the inorganic particles are uniformly dispersed without agglomeration. Obtainable. The results of electron microscopy have revealed that, in a preferred embodiment, the inorganic particles of the present invention are not only fixed on the outer surface of fibers and inside the lumen, but also formed inside microfibrils.

また、本発明係る複合繊維を使用する際には、一般に無機填料及び有機填料と呼ばれる粒子や、各種繊維を併用することができる。例えば、無機填料として、炭酸カルシウム(軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム)、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化亜鉛、クレー(カオリン、焼成カオリン、デラミカオリン)、タルク、酸化亜鉛、ステアリン酸亜鉛、二酸化チタン、ケイ酸ナトリウムと鉱酸から製造されるシリカ(ホワイトカーボン、シリカ/炭酸カルシウム複合繊維、シリカ/二酸化チタン複合繊維)、白土、ベントナイト、珪藻土、硫酸カルシウム、ゼオライト、脱墨工程から得られる灰分を再生して利用する無機填料および再生する過程でシリカや炭酸カルシウムと複合繊維を形成した無機填料などが挙げられる。炭酸カルシウム-シリカ複合物としては、炭酸カルシウムおよび/または軽質炭酸カルシウム-シリカ複合物以外に、ホワイトカーボンのような非晶質シリカを併用しても良い。有機填料としては、尿素-ホルマリン樹脂、ポリスチレン樹脂、フェノール樹脂、微小中空粒子、アクリルアミド複合繊維、木材由来の物質(微細繊維、ミクロフィブリル繊維、粉体ケナフ)、変性不溶化デンプン、未糊化デンプンなどが挙げられる。繊維としては、セルロースなどの天然繊維はもちろん、石油などの原料から人工的に合成される合成繊維、さらには、レーヨンやリヨセルなどの再生繊維(半合成繊維)、さらには無機繊維などを制限なく使用することができる。天然繊維としては上記の他にウールや絹糸やコラーゲン繊維等の蛋白系繊維、キチン・キトサン繊維やアルギン酸繊維等の複合糖鎖系繊維等が挙げられる。セルロース系の原料としては、パルプ繊維(木材パルプや非木材パルプ)、バクテリアセルロース、ホヤなどの動物由来セルロース、藻類などが例示され、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。木材原料をパルプ化する方法は、特に限定されず、製紙業界で一般に用いられるパルプ化法が例示される。木材パルプはパルプ化法により分類でき、例えば、クラフト法、サルファイト法、ソーダ法、ポリサルファイド法等の方法により蒸解した化学パルプ;リファイナー、グラインダー等の機械力によってパルプ化して得られる機械パルプ;薬品による前処理の後、機械力によるパルプ化を行って得られるセミケミカルパルプ;古紙パルプ;脱墨パルプ等が挙げられる。木材パルプは、未晒(漂白前)の状態であってもよいし、晒(漂白後)の状態であってもよい。非木材由来のパルプとしては、綿、ヘンプ、サイザル麻、マニラ麻、亜麻、藁、竹、バガス、ケナフ、サトウキビ、トウモロコシ、稲わら、楮(こうぞ)、みつまた等が例示される。木材パルプ及び非木材パルプは、未叩解及び叩解のいずれでもよい。また、これらセルロース原料はさらに処理を施すことで粉末セルロース、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)として使用することもできる。合成繊維としてはポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、アクリル繊維、半合繊維としてはレーヨン、アセテートなどが挙げられ、無機繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、各種金属繊維などが挙げられる。以上について、これらは単独でも2種類以上の組み合わせで用いても構わない。 Furthermore, when using the composite fiber according to the present invention, particles generally called inorganic fillers and organic fillers and various fibers can be used in combination. For example, as inorganic fillers, calcium carbonate (light calcium carbonate, heavy calcium carbonate), magnesium carbonate, barium carbonate, aluminum hydroxide, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, zinc hydroxide, clay (kaolin, calcined kaolin, delamic kaolin) ), talc, zinc oxide, zinc stearate, titanium dioxide, silica produced from sodium silicate and mineral acids (white carbon, silica/calcium carbonate composite fiber, silica/titanium dioxide composite fiber), clay, bentonite, diatomaceous earth, Examples include calcium sulfate, zeolite, inorganic fillers that regenerate and utilize ash obtained from the deinking process, and inorganic fillers that form composite fibers with silica and calcium carbonate during the regeneration process. As the calcium carbonate-silica composite, in addition to calcium carbonate and/or light calcium carbonate-silica composite, amorphous silica such as white carbon may be used in combination. Examples of organic fillers include urea-formalin resin, polystyrene resin, phenolic resin, micro hollow particles, acrylamide composite fibers, wood-derived substances (fine fibers, microfibril fibers, powdered kenaf), modified insolubilized starch, ungelatinized starch, etc. can be mentioned. Fibers include natural fibers such as cellulose, synthetic fibers artificially synthesized from raw materials such as petroleum, recycled fibers (semi-synthetic fibers) such as rayon and lyocell, and even inorganic fibers. can be used. In addition to the above, examples of natural fibers include protein fibers such as wool, silk thread, and collagen fibers, and complex sugar chain fibers such as chitin/chitosan fibers and alginic acid fibers. Examples of cellulose-based raw materials include pulp fibers (wood pulp and non-wood pulp), bacterial cellulose, cellulose derived from animals such as sea squirt, and algae, and wood pulp may be produced by pulping wood raw materials. Wood raw materials include red pine, Japanese black pine, Sakhalin pine, Scots pine, Japanese pine, larch, fir, hemlock, cedar, cypress, larch, white fir, spruce, cypress, Douglas fir, hemlock, white fir, spruce, balsam fir, cedar, pine, Coniferous trees such as Melukushima pine and radiata pine, and mixtures thereof; hardwoods such as beech, birch, alder, oak, tabby, chinquapin, birch, cottonwood, poplar, ash, willow, eucalyptus, mangrove, lauan, acacia, and mixtures thereof. Examples include materials. The method of pulping the wood raw material is not particularly limited, and examples include pulping methods commonly used in the paper manufacturing industry. Wood pulp can be classified by pulping method; for example, chemical pulp that is digested by methods such as the kraft method, sulfite method, soda method, and polysulfide method; mechanical pulp that is obtained by pulping using mechanical force such as a refiner or grinder; and pharmaceutical pulp. Examples include semi-chemical pulp obtained by pretreatment with , followed by pulping by mechanical force; waste paper pulp; deinked pulp, etc. The wood pulp may be in an unbleached state (before bleaching) or in a bleached state (after bleaching). Examples of pulp derived from non-wood include cotton, hemp, sisal, Manila hemp, flax, straw, bamboo, bagasse, kenaf, sugar cane, corn, rice straw, mulberry, mitsumata, and the like. The wood pulp and non-wood pulp may be either unbeaten or beaten. In addition, these cellulose raw materials can be further processed to produce powdered cellulose, chemically modified cellulose such as oxidized cellulose, cellulose nanofiber: CNF (microfibrillated cellulose: MFC, TEMPO-oxidized CNF, phosphoric acid esterified CNF, carboxymethylated It can also be used as CNF (mechanically ground CNF). Examples of synthetic fibers include polyester, polyamide, polyolefin, and acrylic fibers; examples of semi-synthetic fibers include rayon and acetate; examples of inorganic fibers include glass fibers, carbon fibers, and various metal fibers. Regarding the above, these may be used alone or in combination of two or more types.

本発明の複合繊維を構成する無機粒子の平均粒子径や形状等は、電子顕微鏡による観察により確認することができる。さらに、無機粒子を合成する際の条件を調整することによって、種々の大きさや形状を有する無機粒子を繊維と複合繊維化することができる。 The average particle diameter, shape, etc. of the inorganic particles constituting the composite fiber of the present invention can be confirmed by observation using an electron microscope. Furthermore, by adjusting the conditions for synthesizing inorganic particles, inorganic particles having various sizes and shapes can be made into fibers and composite fibers.

複合繊維の形態
本発明においては、上述の複合繊維を様々な成形物(体)に成形することが可能である。例えば、本発明の複合繊維をシート化すると、高灰分のシートを容易に得ることができる。また、得られたシートを貼り合せて多層シートとすることもできる。
Form of Composite Fiber In the present invention, the above-described composite fiber can be formed into various molded articles (bodies). For example, when the composite fiber of the present invention is formed into a sheet, a sheet with a high ash content can be easily obtained. Further, the obtained sheets can be bonded together to form a multilayer sheet.

シート製造に用いる抄紙機(抄造機)としては、例えば長網抄紙機、円網抄紙機、ギャップフォーマ、ハイブリッドフォーマ、ロトフォーマー、多層抄紙機、これらの機器の抄紙方式を組合せた公知の抄造機などが挙げられる。抄紙機におけるプレス線圧、後段でカレンダー処理を行う場合のカレンダー線圧は、いずれも操業性や複合繊維シートの性能に支障を来さない範囲内で定めることができる。また、形成されたシートに対して含浸や塗布により澱粉や各種ポリマー、顔料およびそれらの混合物を付与しても良い。 Paper machines (paper making machines) used for sheet production include, for example, Fourdrinier paper machines, cylinder paper machines, gap formers, hybrid formers, roto formers, multilayer paper machines, and known paper machines that combine the paper making methods of these devices. can be mentioned. The press linear pressure in the paper machine and the calender linear pressure when calendering is performed in the subsequent stage can both be determined within a range that does not impede the operability or the performance of the composite fiber sheet. Furthermore, starch, various polymers, pigments, and mixtures thereof may be applied to the formed sheet by impregnation or coating.

シート化の際には湿潤および/または乾燥紙力剤(紙力増強剤)を添加することができる。これにより、複合繊維シートの強度を向上させることができる。紙力剤としては例えば、尿素ホルムアルデヒド樹脂、メラミンホルムアルデヒド樹脂、ポリアミド、ポリアミン、エピクロロヒドリン樹脂、植物性ガム、ラテックス、ポリエチレンイミン、グリオキサール、ガム、マンノガラクタンポリエチレンイミン、ポリアクリルアミド樹脂、ポリビニルアミン、ポリビニルアルコール等の樹脂;上記樹脂から選ばれる2種以上からなる複合ポリマー又は共重合ポリマー;澱粉及び加工澱粉;カルボキシメチルセルロース、グアーガム、尿素樹脂等が挙げられる。紙力剤の添加量は特に限定されない。 During sheet formation, wet and/or dry paper strength agents (paper strength enhancers) can be added. Thereby, the strength of the composite fiber sheet can be improved. Paper strength agents include, for example, urea formaldehyde resin, melamine formaldehyde resin, polyamide, polyamine, epichlorohydrin resin, vegetable gum, latex, polyethyleneimine, glyoxal, gum, mannogalactan polyethyleneimine, polyacrylamide resin, polyvinylamine. , polyvinyl alcohol, and other resins; composite polymers or copolymer polymers consisting of two or more selected from the above resins; starch and processed starch; carboxymethyl cellulose, guar gum, urea resins, and the like. The amount of paper strength agent added is not particularly limited.

また、填料の繊維への定着を促したり、填料や繊維の歩留を向上させたりするために、高分子ポリマーや無機物を添加することもできる。例えば凝結剤として、ポリエチレンイミンおよび第三級および/または四級アンモニウム基を含む改質ポリエチレンイミン、ポリアルキレンイミン、ジシアンジアミドポリマー、ポリアミン、ポリアミン/エピクロヒドリン重合体、並びにジアルキルジアリル第四級アンモニウムモノマー、ジアルキルアミノアルキルアクリレート、ジアルキルアミノアルキルメタクリレート、ジアルキルアミノアルキルアクリルアミド及びジアルキルアミノアルキルメタクリルアミドとアクリルアミドの重合体、モノアミン類とエピハロヒドリンからなる重合体、ポリビニルアミン及びビニルアミン部を持つ重合体やこれらの混合物などのカチオン性のポリマーに加え、前記ポリマーの分子内にカルボキシル基やスルホン基などのアニオン基を共重合したカチオンリッチな両イオン性ポリマー、カチオン性ポリマーとアニオン性または両イオン性ポリマーとの混合物などを用いることができる。また歩留剤として、カチオン性またはアニオン性、両性ポリアクリルアミド系物質を用いることができる。また、これらに加えて少なくとも一種以上のカチオンやアニオン性のポリマーを併用する、いわゆるデュアルポリマーと呼ばれる歩留りシステムを適用することもでき、少なくとも一種類以上のアニオン性のベントナイトやコロイダルシリカ、ポリ珪酸、ポリ珪酸もしくはポリ珪酸塩ミクロゲルおよびこれらのアルミニウム改質物などの無機微粒子や、アクリルアミドが架橋重合したいわゆるマイクロポリマーといわれる粒径100μm以下の有機系の微粒子を一種以上併用する多成分歩留りシステムであってもよい。特に単独または組合せで使用するポリアクリルアミド系物質が、極限粘度法による重量平均分子量が200万ダルトン以上である場合、良好な歩留りを得ることができ、好ましくは、500万ダルトン以上であり、更に好ましくは1000万ダルトン以上3000万ダルトン未満の上記アクリルアミド系物質である場合に非常に高い歩留りを得ることが出来る。このポリアクリルアミド系物質の形態はエマルジョン型でも溶液型であっても構わない。この具体的な組成としては、該物質中にアクリルアミドモノマーユニットを構造単位として含むものであれば特に限定はないが、例えば、アクリル酸エステルの4級アンモニウム塩とアクリルアミドとの共重合物、あるいはアクリルアミドとアクリル酸エステルを共重合させた後、4級化したアンモニウム塩が挙げられる。該カチオン性ポリアクリルアミド系物質のカチオン電荷密度は特には限定されない。 Furthermore, a high molecular weight polymer or an inorganic substance may be added in order to promote the fixation of the filler to the fibers or to improve the yield of the filler and the fibers. For example, as coagulants polyethyleneimines and modified polyethyleneimines containing tertiary and/or quaternary ammonium groups, polyalkyleneimines, dicyandiamide polymers, polyamines, polyamine/epichlorohydrin polymers, and dialkyl diallyl quaternary ammonium monomers, dialkyl Cations such as aminoalkyl acrylate, dialkylaminoalkyl methacrylate, dialkylaminoalkylacrylamide and polymers of dialkylaminoalkylmethacrylamide and acrylamide, polymers consisting of monoamines and epihalohydrin, polyvinylamine and polymers having a vinylamine moiety, and mixtures thereof. In addition to cationic polymers, cation-rich amphoteric polymers in which anionic groups such as carboxyl groups and sulfone groups are copolymerized in the polymer molecules, and mixtures of cationic polymers and anionic or amphoteric polymers are used. be able to. Further, as a retention agent, a cationic, anionic, or amphoteric polyacrylamide-based substance can be used. In addition, it is also possible to apply a so-called dual polymer yield system in which at least one kind of cationic or anionic polymer is used, and at least one kind of anionic bentonite, colloidal silica, polysilicate, A multi-component yield system that uses at least one type of inorganic fine particles such as polysilicic acid or polysilicate microgels and aluminum modified products thereof, and organic fine particles with a particle size of 100 μm or less called so-called micropolymers in which acrylamide is crosslinked and polymerized. Good too. In particular, when the polyacrylamide-based material used alone or in combination has a weight average molecular weight of 2 million Daltons or more as determined by the intrinsic viscosity method, a good yield can be obtained, preferably 5 million Daltons or more, and more preferably 5 million Daltons or more. A very high yield can be obtained when the acrylamide material has a weight of 10 million Daltons or more and less than 30 million Daltons. The form of this polyacrylamide-based material may be an emulsion type or a solution type. The specific composition is not particularly limited as long as the substance contains an acrylamide monomer unit as a structural unit, but for example, a copolymer of a quaternary ammonium salt of an acrylic acid ester and acrylamide, or Examples include ammonium salts that are quaternized after copolymerizing and acrylic acid ester. The cationic charge density of the cationic polyacrylamide-based material is not particularly limited.

その他、目的に応じて、濾水性向上剤、内添サイズ剤、pH調整剤、消泡剤、ピッチコントロール剤、スライムコントロール剤、嵩高剤、炭酸カルシウム、カオリン、タルク、シリカなどの無機粒子(いわゆる填料)等が挙げられる。各添加剤の使用量は特に限定されない。 In addition, depending on the purpose, inorganic particles (so-called fillers), etc. The amount of each additive used is not particularly limited.

シートの基本重量(坪量:1平方mあたりの重量)は、目的に応じて適宜調整できるが、例えば建材として用いる場合には、60~1200g/mとすると強度が強く、また、製造時の乾燥負荷が低いため良好である。また、シートの坪量は、1200g/m以上とすることもでき、例えば2000~110000g/mとすることもできる。 The basic weight (basis weight: weight per 1 square meter) of the sheet can be adjusted as appropriate depending on the purpose, but for example, when used as a building material, a value of 60 to 1200 g/m 2 provides strong strength, and This is good because the drying load is low. Further, the basis weight of the sheet may be 1200 g/m 2 or more, for example, 2000 to 110000 g/m 2 .

シート化以外の成形法を用いることも可能であり、例えば、パルプモールドと呼ばれるように鋳型に原料を流し込んで吸引脱水・乾燥させる方法や、樹脂や金属などの成形物の表面に塗り広げて乾燥後、基材から剥離する方法などによって、種々の形状を有する成形物を得ることができる。また、樹脂を混ぜてプラスチック様に成形することもできるし、セメントやゴムに混ぜて補強材として用いることもできる。また、一般にセメントや石膏などの無機質ボードを作成するのに用いられるような加圧・加熱プレス成形でボード状にしたり、ブロック状に成形したりすることもできる。一般に、シートは、折り曲げたり、巻き取れたりするものであるが、より強度が必要な場合には、ボード状にすることができる。また、厚みのある塊であるブロック状に成形することも可能であり、例えば、直方体や立方体などに成形することができる。 It is also possible to use molding methods other than forming sheets, for example, a method called pulp molding in which raw materials are poured into a mold and suction dehydrated and dried, or a method in which the material is spread on the surface of molded objects such as resin or metal and dried. Thereafter, molded products having various shapes can be obtained by peeling the molded product from the base material. It can also be mixed with resin and molded into a plastic-like material, or it can be mixed with cement or rubber and used as a reinforcing material. Further, it can also be formed into a board shape or into a block shape by pressure/heat press molding, which is generally used to create inorganic boards such as cement or gypsum. Generally, a sheet can be folded or rolled up, but if more strength is required, it can be made into a board shape. Further, it is also possible to form the material into a thick block, such as a rectangular parallelepiped or a cube.

以上に示した配合・乾燥・成形において、1種類の複合繊維のみを用いることもできるし、2種類以上の複合繊維を混合して用いることもできる。2種類以上の複合繊維を用いる場合は、予めそれらを混合したものを用いることもできるし、それぞれを配合・乾燥・成形したものを後から混合することもできる。 In the blending, drying, and molding described above, only one type of conjugate fiber can be used, or two or more types of conjugate fibers can be mixed and used. When using two or more types of composite fibers, they can be mixed in advance, or they can be blended, dried, molded, and then mixed together.

また、複合繊維の成形物に後からポリマーなどの各種有機物や顔料などの各種無機物を付与しても良い。 Further, various organic substances such as polymers and various inorganic substances such as pigments may be added to the composite fiber molded product afterwards.

本発明品で製造した成形物には印刷を施すことができる。この印刷方法は特に限定されるものではいが、例えば、オフセット印刷、シルクスクリーン印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、マイクログラビア印刷、フレキソ印刷、活版印刷、シール印刷、フォーム印刷、オンデマンド印刷、ファニッシャーロール印刷、インクジェット印刷等の公知の方式で行うことができる。この中でもインクジェト印刷は、オフセット印刷のように版下を作製する必要がなく、インクジェットプリンターの大型化が比較的容易であるため、大型シートへの印刷も可能であるため好ましい。また、フレキソ印刷は表面の凹凸が比較的大きい成形物にも好適に印刷できるため、ボードやモールド、ブロックのような形状に成形した際にも好適に用いることができる。 Printing can be applied to molded products manufactured using the product of the present invention. This printing method is not particularly limited, but examples include offset printing, silk screen printing, screen printing, gravure printing, microgravure printing, flexo printing, letterpress printing, sticker printing, form printing, on-demand printing, and fan printing. It can be performed by a known method such as shear roll printing or inkjet printing. Among these, inkjet printing is preferable because unlike offset printing, there is no need to prepare a printing plate, it is relatively easy to increase the size of the inkjet printer, and printing on large sheets is also possible. Furthermore, since flexographic printing can suitably print on molded products with relatively large surface irregularities, it can also be suitably used when molded into shapes such as boards, molds, and blocks.

また、印刷によって形成される印刷画像の絵柄の種類は特に限定されるものではなく、例えば木目柄、石目柄、布目柄、抽象柄、幾何学模様、文字、記号、又はこれらの組み合わせ等、所望により任意であり、単色無地であってもよい。 Further, the type of pattern of the printed image formed by printing is not particularly limited, and may include, for example, a wood grain pattern, a stone grain pattern, a cloth grain pattern, an abstract pattern, a geometric pattern, characters, symbols, or a combination thereof. It may be any color as desired, and may be a single solid color.

具体的な実験例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明は下記の具体例に限定されるものではない。また、本明細書において特に記載しない限り、濃度や部などは重量基準であり、数値範囲はその端点を含むものとして記載される。 The present invention will be explained in more detail by giving specific experimental examples, but the present invention is not limited to the following specific examples. Further, unless otherwise specified in this specification, concentrations, parts, etc. are based on weight, and numerical ranges are written including the end points thereof.

[実施例1]
針葉樹晒クラフトパルプ(NBKP、日本製紙製)および広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP、日本製紙製)を2:8の割合でパルパー(IHI voite社製)に投入し、水を加え濃度5%で離解し、パルプ分散液を調製した。これをダブルディスクリファイナー(DDR、相川鉄工社製)にて濾水度が550mlになるまで叩解した。
得られたパルプ分散液をスクリーン(相川鉄工社製)に通して異物を除去した後、10mを反応器(住友重機械プロセス機器社製)に投じ、温度57℃で撹拌しながら水酸化ナトリウムと炭酸ナトリウムをパルプ重量当たり75.3%および12.5%添加し、pH13とした。その後、9.7%硫酸亜鉛と3.4%硫酸アルミニウムの混合溶液を60分間かけて滴下し、pH7になるまで反応させた。得られた複合繊維の懸濁液を脱水機(富国工業社製)で濃度30%まで脱水し、さらにこれをプロシェアミキサー(WB型、大平洋機工製)に投入し、常温で攪拌した。続いて、プロシェアミキサー内に蒸気を投入して装置内の温度を80℃以上とし、攪拌しながら乾燥した。含水率が約10%になるまで乾燥してから、水を加えながら造粒した(造粒後の仕上がり粒径:約0.5mm、造粒後の含水率:約50%)。0.5メッシュの篩を用いて、最終的に、粒径が0.5mm以下の顆粒を得た。
複合繊維の顆粒を内袋を有するフレキシブルコンバッグ(商品名:内袋ボトムシール、内袋:0.15mm厚、品番:HS-150420、メーカー名:株式会社平成)に収容し、密閉した状態にて保管した。このサンプルに含まれる固形分は、50%であった。
[Example 1]
Softwood bleached kraft pulp (NBKP, manufactured by Nippon Paper Industries) and hardwood bleached kraft pulp (LBKP, manufactured by Nippon Paper Industries) were placed in a pulper (manufactured by IHI Voite) at a ratio of 2:8, water was added, and the pulp was disintegrated at a concentration of 5%. , a pulp dispersion was prepared. This was refined using a double disc refiner (DDR, manufactured by Aikawa Tekko Co., Ltd.) until the freeness reached 550 ml.
The obtained pulp dispersion was passed through a screen (manufactured by Aikawa Iron Works Co., Ltd.) to remove foreign substances, and then 10 m 3 of the liquid was poured into a reactor (manufactured by Sumitomo Heavy Industries Process Equipment Co., Ltd.), and sodium hydroxide was added to the liquid while stirring at a temperature of 57°C. and sodium carbonate were added in an amount of 75.3% and 12.5% based on the weight of the pulp, and the pH was adjusted to 13. Thereafter, a mixed solution of 9.7% zinc sulfate and 3.4% aluminum sulfate was added dropwise over 60 minutes to react until the pH reached 7. The suspension of the obtained composite fibers was dehydrated to a concentration of 30% using a dehydrator (manufactured by Fukoku Kogyo Co., Ltd.), and then added to a Proshare mixer (model WB, manufactured by Pacific Kiko Co., Ltd.) and stirred at room temperature. Subsequently, steam was introduced into the Proshare mixer to raise the temperature inside the device to 80° C. or higher, and the mixture was dried while being stirred. After drying until the moisture content was about 10%, it was granulated while adding water (finished particle size after granulation: about 0.5 mm, moisture content after granulation: about 50%). Finally, granules with a particle size of 0.5 mm or less were obtained using a 0.5 mesh sieve.
The composite fiber granules were placed in a flexible con bag with an inner bag (product name: inner bag bottom seal, inner bag: 0.15 mm thick, product number: HS-150420, manufacturer name: Heisei Co., Ltd.) and kept in a sealed state. I kept it there. The solid content contained in this sample was 50%.

[比較例1]
実施例1にて調製した複合繊維の顆粒をフレキシブルコンバッグ(内袋無し)に密閉しない状態で、保管した。
[Comparative example 1]
The composite fiber granules prepared in Example 1 were stored in a flexible container bag (without an inner bag) in an unsealed state.

<消臭特性の評価>
実施例及び比較例で複合繊維の濃縮物を12ヶ月保管し、そこから採取した複合繊維の濃縮物を顆粒状に調製したものを用いて、複合繊維の消臭特性を評価した。
消臭試験は、SEKマーク繊維製品認証基準(JEC301、繊維評価技術協議会)の方法に基づいて実施し、メチルメルカプタン(初期の臭気濃度120ppm)に対する消臭特性を評価した。また、検知管を用いて定量した。結果を表1に示した。
<Evaluation of deodorizing properties>
In Examples and Comparative Examples, composite fiber concentrates were stored for 12 months, and the composite fiber concentrates collected therefrom were prepared into granules and used to evaluate the deodorizing properties of the composite fibers.
The deodorizing test was conducted based on the method of SEK Mark Textile Product Certification Standard (JEC301, Textile Evaluation Technology Council), and the deodorizing property against methyl mercaptan (initial odor concentration 120 ppm) was evaluated. In addition, it was quantified using a detection tube. The results are shown in Table 1.

Figure 2023150971000001
Figure 2023150971000001

表1に示されるように、密閉状態で保管した実施例1の複合繊維の濃縮物は、密閉状態で保管していない比較例1の複合繊維の濃縮物に比べて、12ヶ月の保管中においてメチルメルカプタン減少率の低下が抑制されており、消臭性能の低下が抑制されていることが判明した。 As shown in Table 1, the conjugate fiber concentrate of Example 1 that was stored in a hermetically sealed condition was more stable during 12 months of storage than the conjugate fiber concentrate of Comparative Example 1 that was not stored in a hermetically sealed condition. It was found that the reduction in methyl mercaptan reduction rate was suppressed, and the deterioration in deodorizing performance was suppressed.

Claims (5)

セルロース繊維と無機粒子との複合繊維を、濃度15~60質量%に濃縮して濃縮物に調整する工程、
複合繊維の濃縮物を密封が可能である容器に封入して、保管するまたは所定の場所に輸送する工程、
を含む、複合繊維の調製方法。
A step of concentrating composite fibers of cellulose fibers and inorganic particles to a concentration of 15 to 60% by mass to prepare a concentrate;
a step of enclosing the composite fiber concentrate in a sealable container and storing or transporting it to a predetermined location;
A method for preparing composite fibers, including:
前記複合繊維の濃縮物を樹脂製の袋に封入し、これをフレキシブルコンテナ型バッグにて保管する、または所定の場所に輸送する、請求項1記載の複合繊維の調製方法。 2. The method for preparing conjugate fibers according to claim 1, wherein the conjugate fiber concentrate is sealed in a resin bag and stored in a flexible container-type bag or transported to a predetermined location. 前記保管された複合繊維の濃縮物、または所定の場所に輸送された複合繊維の濃縮物を水中で離解する工程、を含む、請求項1または2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, comprising the step of disintegrating the stored composite fiber concentrate or the composite fiber concentrate transported to a predetermined location in water. 前記無機粒子の少なくとも一部が、カルシウム、ケイ酸、マグネシウム、バリウム若しくはアルミニウムの金属塩、または、チタン、銅、亜鉛を含む金属粒子である、請求項1~3のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein at least some of the inorganic particles are metal salts of calcium, silicic acid, magnesium, barium, or aluminum, or metal particles containing titanium, copper, or zinc. 前記無機粒子が、ハイドロタルサイトを含む、請求項1~4のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the inorganic particles include hydrotalcite.
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