JP6713891B2 - Composite of barium sulfate and fiber and method for producing the same - Google Patents

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本発明は、硫酸バリウムと繊維との複合体およびその製造方法に関する。特に本発明は、放射線遮蔽能を備えた硫酸バリウム・繊維複合体およびその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a composite of barium sulfate and fiber and a method for producing the same. In particular, the present invention relates to a barium sulfate/fiber composite having a radiation shielding ability and a method for producing the same.

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が、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。 Fibers exhibit various properties based on the functional groups on the surface thereof, but in some cases it may be necessary to modify the surface depending on the application, and so far, techniques for modifying the surface of fibers have been developed. There is.

例えば、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、結晶質の炭酸カルシウムが繊維上に機械的に結合した複合体が記載されている。また、特許文献2には、パルプ懸濁液中で炭酸ガス法により炭酸カルシウムを析出させることによって、パルプと炭酸カルシウムの複合体を製造する技術が記載されている。特許文献3には、紙と板紙用として多量の填料を繊維に加えて古紙繊維の白色度と清浄度を向上させる方法であって、古紙パルプのスラリーを気体−液体接触装置に送って、流れに逆らってアルカリ塩のスラリーを流れの方向にパルプを接解領域において接解させると共に適当な反応性ガスを送り沈降性填料と混ぜることによって繊維表面に填料を付着させる技術が記載されている。 For example, regarding a technique of depositing inorganic particles on fibers such as cellulose fibers, Patent Document 1 describes a composite in which crystalline calcium carbonate is mechanically bonded to the fibers. Patent Document 2 describes a technique for producing a composite of pulp and calcium carbonate by precipitating calcium carbonate in a pulp suspension by a carbon dioxide gas method. Patent Document 3 describes a method for improving the whiteness and cleanliness of waste paper fibers by adding a large amount of filler to the fibers for paper and paperboard, and sending the slurry of waste paper pulp to a gas-liquid contact device to flow. In contrast to this, there is described a technique of adhering the filler to the surface of the fiber by adsorbing the slurry of the alkali salt in the flow direction in the admixing region and admixing a suitable reactive gas with the sedimentable filler.

また、特許文献4・5には、繊維ウェブ(湿紙)を形成させる工程において炭酸カルシウムを析出させることによって、炭酸カルシウムが効率的に取り込まれた繊維ウェブを製造する技術が開示されている。 Further, Patent Documents 4 and 5 disclose a technique for producing a fiber web in which calcium carbonate is efficiently taken in by precipitating calcium carbonate in the step of forming the fiber web (wet paper).

特開平06−158585号公報JP, 06-158585, A 米国特許第5679220号US Pat. No. 5,679,220 米国特許第5665205号US Patent No. 5665205 特表2013−521417号公報Japanese Patent Publication No. 2013-521417 米国特許公開第2011/0000633号US Patent Publication No. 2011/0000633

本発明の課題は、硫酸バリウムが繊維に定着した硫酸バリウム・繊維複合体を提供することである。 An object of the present invention is to provide a barium sulfate/fiber composite in which barium sulfate is fixed to fibers.

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) 硫酸バリウムと繊維との複合体。
(2) 前記繊維がセルロース繊維である、(1)に記載の複合体。
(3) 繊維表面の15%以上が硫酸バリウムによって被覆されている、(1)または(2)に記載の複合体。
(4) 硫酸バリウムの平均一次粒子径が1.5μm以下である、(1)〜(3)のいずれかに記載の複合体。
(5) 繊維と硫酸バリウムの重量比が5/95〜95/5である、(1)〜(4)のいずれかに記載の複合体。
(6) (1)〜(5)のいずれかに記載の複合体の製造方法であって、繊維の存在下で、溶液中で硫酸バリウムを合成する工程を含む、上記方法。
(7) (1)〜(5)のいずれかに記載の複合体を含む放射線遮蔽材。
(8) シートの形態である(7)に記載の放射線遮蔽材。
The present invention includes, but is not limited to, the following inventions.
(1) A composite of barium sulfate and fibers.
(2) The composite according to (1), wherein the fibers are cellulose fibers.
(3) The composite according to (1) or (2), wherein 15% or more of the fiber surface is covered with barium sulfate.
(4) The composite according to any one of (1) to (3), wherein the average primary particle diameter of barium sulfate is 1.5 μm or less.
(5) The composite according to any one of (1) to (4), wherein the weight ratio of fiber to barium sulfate is 5/95 to 95/5.
(6) The method for producing a composite according to any one of (1) to (5), which comprises a step of synthesizing barium sulfate in a solution in the presence of fibers.
(7) A radiation shielding material containing the composite according to any one of (1) to (5).
(8) The radiation shielding material according to (7), which is in the form of a sheet.

本発明によれば、硫酸バリウムによってその表面が被覆された繊維を提供することができる。特に本発明によれば、繊維表面の15%以上が硫酸バリウムによって被覆されている繊維・無機粒子複合体を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to provide a fiber whose surface is coated with barium sulfate. Particularly, according to the present invention, it is possible to obtain a fiber-inorganic particle composite body in which 15% or more of the fiber surface is coated with barium sulfate.

すなわち、繊維表面の多くの部分を硫酸バリウムで被覆することによって、繊維と硫酸バリウムの双方の特徴を持ち合わせたユニークな複合体を得ることができる。特に、硫酸バリウムで繊維の表面を被覆することによって、放射線遮蔽性を備えた複合体を得ることなどが可能になる。また、硫酸バリウムが繊維に付着していることから、灰分歩留りが良い放射線遮蔽材を得ることができる。また、脱水、乾燥してハンドリングが容易な形態にすることができる。 That is, by coating many parts of the fiber surface with barium sulfate, it is possible to obtain a unique composite having the characteristics of both the fiber and barium sulfate. In particular, by coating the surface of the fiber with barium sulfate, it becomes possible to obtain a composite having a radiation shielding property. Further, since barium sulfate is attached to the fibers, it is possible to obtain a radiation shielding material having a high ash yield. Further, it can be dehydrated and dried to be in a form that is easy to handle.

図1は、実験1(5)の合成に用いた反応装置の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of the reaction apparatus used for the synthesis of Experiment 1 (5). 図2は、サンプル1の電子顕微鏡写真である(左:3000倍、右:10000倍)。FIG. 2 is an electron micrograph of Sample 1 (left: 3000 times, right: 10,000 times). 図3は、サンプル2の電子顕微鏡写真である(左:3000倍、右:10000倍)。FIG. 3 is an electron micrograph of Sample 2 (left: 3000 times, right: 10000 times). 図4は、サンプル3の電子顕微鏡写真である(左:3000倍、右:10000倍)。FIG. 4 is an electron micrograph of Sample 3 (left: 3000 times, right: 10,000 times). 図5は、サンプル4の電子顕微鏡写真である(左:3000倍、右:50000倍)。FIG. 5 is an electron micrograph of Sample 4 (left: 3000 times, right: 50000 times). 図6は、サンプル5の電子顕微鏡写真である(左:3000倍、右:10000倍)。FIG. 6 is an electron micrograph of Sample 5 (left: 3000 times, right: 10,000 times). 図7は、複合体(サンプル1)から製造したシートの電子顕微鏡写真である(左:500倍、右:10000倍)。FIG. 7 is an electron micrograph of a sheet manufactured from the composite (Sample 1) (left: 500 times, right: 10,000 times). 図8は、複合体(サンプル2)から製造したシートの電子顕微鏡写真である(左:500倍、右:10000倍)。FIG. 8 is an electron micrograph of a sheet produced from the composite (Sample 2) (left: 500 times, right: 10,000 times). 図9は、複合体(サンプル4)から製造したシートの電子顕微鏡写真である(左:500倍、右:3000倍)。FIG. 9 is an electron micrograph of a sheet manufactured from the composite (Sample 4) (left: 500 times, right: 3000 times).

本発明は、硫酸バリウムによってその表面が被覆された繊維に関する。特に本発明によれば、好ましい態様において、繊維表面の15%以上が硫酸バリウムによって被覆されている繊維・無機複合体を得ることができる。 The present invention relates to fibers whose surface is coated with barium sulfate. In particular, according to the present invention, in a preferred embodiment, a fiber-inorganic composite having 15% or more of the fiber surface coated with barium sulfate can be obtained.

また、本発明の複合体は、単に繊維と硫酸バリウムが混在しているのではなく、水素結合等によって繊維と硫酸バリウムが結着しているので、離解処理によっても硫酸バリウムが繊維から脱落することが少ない。複合体における繊維と硫酸バリウムの結着の強さは、例えば、灰分歩留(%、すなわち、シートの灰分÷離解前の複合体の灰分×100)といった数値によって評価することができる。具体的には、複合体を水に分散させて固形分濃度0.2%に調整してJIS P 8220−1:2012に規定される標準離解機で5分間離解後、JIS P 8222:1998に従って150メッシュのワイヤーを用いてシート化した際の灰分歩留を評価に用いることができ、好ましい態様において灰分歩留は20質量%以上であり、より好ましい態様において灰分歩留は50質量%以上である。 Further, in the composite of the present invention, not only the fibers and barium sulfate are mixed, but the fibers and barium sulfate are bound by hydrogen bonding or the like, so that barium sulfate is also dropped from the fibers by disaggregation treatment. Rarely. The binding strength between the fiber and barium sulfate in the composite can be evaluated by a numerical value such as ash yield (%, that is, ash content of the sheet/ash content of the composite before disaggregation×100). Specifically, the complex is dispersed in water to adjust the solid content concentration to 0.2%, and after defibration for 5 minutes with a standard defibration machine defined in JIS P 8220-1:2012, according to JIS P 8222:1998. The ash yield when formed into a sheet using a wire of 150 mesh can be used for evaluation, and in a preferred embodiment, the ash yield is 20 mass% or more, and in a more preferred embodiment, the ash yield is 50 mass% or more. is there.

繊維
本発明においては、セルロース繊維やアラミド繊維などの繊維と硫酸バリウムとを複合体化する。複合体を構成する繊維は、セルロース繊維であることが好ましいが、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。
Fiber In the present invention, a fiber such as a cellulose fiber or an aramid fiber is combined with barium sulfate. The fibers constituting the composite are preferably cellulose fibers, but for example, not only natural cellulose fibers but also regenerated fibers (semi-synthetic fibers) such as rayon and lyocell and synthetic fibers can be used without limitation. .. Examples of the raw material of the cellulose fiber include pulp fiber (wood pulp or non-wood pulp), cellulose nanofiber, bacterial cellulose, animal-derived cellulose such as ascidian, algae, etc. The wood pulp is produced by pulping the wood raw material. Good. As the wood raw material, red pine, black pine, todo pine, ezo pine, black pine, larch, fir, hemlock, cedar, cypress, larch, silabe, spruce, hiba, douglas fir, hemlock, white fir, spruce, balsam fir, cedar, pine, pine, Softwood such as mercantia pine and radiata pine, and mixed materials thereof, beech, birch, alder, oak, oak, tab, shii, birch, cottonwood, poplar, tamo, droyagi, eucalyptus, mangrove, lauan, acacia, etc., and mixtures thereof The material is illustrated.

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 for pulping a natural material such as a wood raw material (woody raw material) is not particularly limited, and a pulping method generally used in the paper manufacturing industry is exemplified. Wood pulp can be classified by a pulping method, for example, a chemical pulp cooked by a method such as a Kraft method, a sulfite method, a soda method, and a polysulfide method; a mechanical pulp obtained by pulping with a mechanical force such as a refiner or a grinder; a chemical. Examples include semi-chemical pulp, waste paper pulp, deinked pulp and the like, which are obtained by performing pulping by mechanical force after pretreatment with. The wood pulp may be unbleached (before bleaching) or bleached (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 the pulp derived from non-wood include cotton, hemp, sisal, Manila hemp, flax, straw, bamboo, bagasse, kenaf, sugar cane, corn, rice straw, kozo, 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、複合体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 fiber may be unbeaten or beaten, and may be selected according to the physical properties of the composite sheet, but beating is preferable. This can be expected to improve the sheet strength and accelerate the fixing of the inorganic particles.

合成繊維とセルロース繊維との複合繊維も本発明において使用することができ、例えば、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、アクリル繊維、ガラス繊維、炭素繊維、各種金属繊維などとセルロース繊維との複合繊維も使用することができる。 Composite fibers of synthetic fibers and cellulose fibers can also be used in the present invention, for example, composite fibers of cellulose fibers with polyester, polyamide, polyolefin, acrylic fibers, glass fibers, carbon fibers, various metal fibers and the like. be able to.

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社製)などの市販品を用いてもよい。粉末セルロースにおけるセルロースの重合度は好ましくは100〜1500程度であり、X線回折法による粉末セルロースの結晶化度は好ましくは70〜90%であり、レーザー回折式粒度分布測定装置による体積平均粒子径は好ましくは1μm以上100μm以下である。本発明で用いる酸化セルロースは、例えばN−オキシル化合物、及び、臭化物、ヨウ化物若しくはこれらの混合物からなる群から選択される化合物の存在下で酸化剤を用いて水中で酸化することで得ることができる。セルロースナノファイバーとしては、上記セルロース原料を解繊する方法が用いられる。解繊方法としては、例えばセルロースや酸化セルロース等の化学変性セルロースの水懸濁液等を、リファイナー、高圧ホモジナイザー、グラインダー、一軸または多軸混練機、ビーズミル等による機械的な磨砕、ないし叩解することにより解繊する方法を使用することができる。上記方法を1種または複数種類組み合わせてセルロースナノファイバーを製造してもよい。製造したセルロースナノファイバーの繊維径は電子顕微鏡観察などで確認することができ、例えば5nm〜1000nm、好ましくは5nm〜500nm、より好ましくは5nm〜300nmの範囲にある。このセルロースナノファイバーを製造する際、セルロースを解繊及び/又は微細化する前及び/又は後に、任意の化合物をさらに添加してセルロースナノファイバーと反応させ、水酸基が修飾されたものにすることもできる。修飾する官能基としては、アセチル基、エステル基、エーテル基、ケトン基、ホルミル基、ベンゾイル基、アセタール、ヘミアセタール、オキシム、イソニトリル、アレン、チオール基、ウレア基、シアノ基、ニトロ基、アゾ基、アリール基、アラルキル基、アミノ基、アミド基、イミド基、アクリロイル基、メタクリロイル基、プロピオニル基、プロピオロイル基、ブチリル基、2−ブチリル基、ペンタノイル基、ヘキサノイル基、ヘプタノイル基、オクタノイル基、ノナノイル基、デカノイル基、ウンデカノイル基、ドデカノイル基、ミリストイル基、パルミトイル基、ステアロイル基、ピバロイル基、ベンゾイル基、ナフトイル基、ニコチノイル基、イソニコチノイル基、フロイル基、シンナモイル基等のアシル基、2−メタクリロイルオキシエチルイソシアノイル基等のイソシアネート基、メチル基、エチル基、プロピル基、2−プロピル基、ブチル基、2−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、ミリスチル基、パルミチル基、ステアリル基等のアルキル基、オキシラン基、オキセタン基、オキシル基、チイラン基、チエタン基等が挙げられる。これらの置換基の中の水素が水酸基、カルボキシ基等の官能基で置換されても構わない。また、アルキル基の一部が不飽和結合になっていても構わない。これらの官能基を導入するために使用する化合物としては特に限定されず、例えば、リン酸由来の基を有する化合物、カルボン酸由来の基を有する化合物、硫酸由来の基を有する化合物、スルホン酸由来の基を有する化合物、アルキル基を有する化合物、アミン由来の基を有する化合物等が挙げられる。リン酸基を有する化合物としては特に限定されないが、リン酸、リン酸のリチウム塩であるリン酸二水素リチウム、リン酸水素二リチウム、リン酸三リチウム、ピロリン酸リチウム、ポリリン酸リチウムが挙げられる。更にリン酸のナトリウム塩であるリン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸三ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、ポリリン酸ナトリウムが挙げられる。更にリン酸のカリウム塩であるリン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸三カリウム、ピロリン酸カリウム、ポリリン酸カリウムが挙げられる。更にリン酸のアンモニウム塩であるリン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸三アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、ポリリン酸アンモニウムなどが挙げられる。これらのうち、リン酸基導入の効率が高く、工業的に適用しやすい観点から、リン酸、リン酸のナトリウム塩、リン酸のカリウム塩、リン酸のアンモニウム塩が好ましく、リン酸二水素ナトリウム、リン酸水素二ナトリウムがより好ましいが、特に限定されない。カルボキシル基を有する化合物としては特に限定されないが、マレイン酸、コハク酸、フタル酸、フマル酸、グルタル酸、アジピン酸、イタコン酸等のジカルボン酸化合物やクエン酸、アコニット酸などトリカルボン酸化合物が挙げられる。カルボキシル基を有する化合物の酸無水物としては特に限定されないが、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸、無水グルタル酸、無水アジピン酸、無水イタコン酸等のジカルボン酸化合物の酸無水物が挙げられる。カルボキシル基を有する化合物の誘導体としては特に限定されないが、カルボキシル基を有する化合物の酸無水物のイミド化物、カルボキシル基を有する化合物の酸無水物の誘導体が挙げられる。カルボキシル基を有する化合物の酸無水物のイミド化物としては特に限定されないが、マレイミド、コハク酸イミド、フタル酸イミド等のジカルボン酸化合物のイミド化物が挙げられる。カルボキシル基を有する化合物の酸無水物の誘導体としては特に限定されない。例えば、ジメチルマレイン酸無水物、ジエチルマレイン酸無水物、ジフェニルマレイン酸無水物等の、カルボキシル基を有する化合物の酸無水物の少なくとも一部の水素原子が置換基(例えば、アルキル基、フェニル基等)で置換されたものが挙げられる。上記カルボン酸由来の基を有する化合物のうち、工業的に適用しやすく、ガス化しやすいことから、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水フタル酸が好ましいが、特に限定されない。また、化学的に結合させなくても、修飾する化合物がセルロースナノファイバーに物理的に吸着する形でセルロースナノファイバーを修飾してもよい。物理的に吸着する化合物としては界面活性剤等が挙げられ、アニオン性、カチオン性、ノニオン性いずれを用いてもよい。セルロースを解繊及び/又は粉砕する前に上記の修飾を行った場合、解繊及び/又は粉砕後にこれらの官能基を脱離させ、元の水酸基に戻すこともできる。以上のような修飾を施すことで、セルロースナノファイバーの解繊を促進したり、セルロースナノファイバーを使用する際に種々の物質と混合しやすくしたりすることができる。 Further, by further treating these cellulose raw materials, powdered cellulose, chemically modified cellulose such as oxidized cellulose, and cellulose nanofiber: CNF (microfibrillated cellulose: MFC, TEMPO oxidized CNF, phosphate esterified CNF, carboxymethylated). CNF, mechanically ground CNF, etc.). As the powdered cellulose used in the present invention, for example, a non-decomposed residue obtained after acid hydrolysis of a selected pulp is purified/dried, crushed/sieved by a method such as a constant particle size produced by sieving. A crystalline cellulose powder having a distribution may be used, or a commercially available product such as KC Flock (manufactured by Nippon Paper Industries), Theolus (manufactured by Asahi Kasei Chemicals), or Avicel (manufactured by FMC) may be used. The degree of polymerization of cellulose in the powdered cellulose is preferably about 100 to 1500, the crystallinity of the powdered cellulose by the X-ray diffraction method is preferably 70 to 90%, and the volume average particle diameter by a laser diffraction type particle size distribution measuring device is measured. Is preferably 1 μm or more and 100 μm or less. The oxidized cellulose used in the present invention can be obtained, for example, by oxidizing in water with an oxidizing agent in the presence of an N-oxyl compound and a compound selected from the group consisting of bromide, iodide or a mixture thereof. it can. As the cellulose nanofiber, a method of defibrating the above cellulose raw material is used. As the defibration method, for example, an aqueous suspension of chemically modified cellulose such as cellulose or oxidized cellulose is mechanically ground or refined by a refiner, a high pressure homogenizer, a grinder, a uniaxial or multiaxial kneader, a bead mill, etc. A method of defibrating can be used. One or more of the above methods may be combined to produce cellulose nanofibers. The fiber diameter of the produced cellulose nanofibers can be confirmed by electron microscope observation or the like, and is in the range of, for example, 5 nm to 1000 nm, preferably 5 nm to 500 nm, more preferably 5 nm to 300 nm. At the time of producing this cellulose nanofiber, before and/or after defibrating and/or refining the cellulose, an arbitrary compound may be further added to react with the cellulose nanofiber to give a hydroxyl group-modified product. it can. As the functional group to be modified, an acetyl group, an ester group, an ether group, a ketone group, a formyl group, a benzoyl group, an acetal, a hemiacetal, an oxime, an isonitrile, an allene, a thiol group, a urea group, a cyano group, a nitro group, an azo group. , Aryl group, aralkyl group, amino group, amide group, imide group, acryloyl group, methacryloyl group, propionyl group, propioroyl group, butyryl group, 2-butyryl group, pentanoyl group, hexanoyl group, heptanoyl group, octanoyl group, nonanoyl group , 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 and other acyl groups, 2-methacryloyloxyethyl isocyanate Isocyanate group 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 thereof include an alkyl group 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 replaced with a functional group such as a hydroxyl group or a carboxy group. Further, part of the alkyl group may be an unsaturated bond. The compound used for introducing these functional groups is not particularly limited, and examples thereof include a compound having a group derived from phosphoric acid, a compound having a group derived from carboxylic acid, a compound having a group derived from sulfuric acid, and a sulfonic acid derived group. And a compound having an alkyl group, a compound having an amine-derived group, and the like. The compound having a phosphoric acid group is not particularly limited, and examples thereof include phosphoric acid, lithium dihydrogen phosphate that is a lithium salt of phosphoric acid, dilithium hydrogen phosphate, trilithium phosphate, lithium pyrophosphate, and lithium polyphosphate. .. Further, sodium dihydrogenphosphate, disodium hydrogenphosphate, trisodium phosphate, sodium pyrophosphate, and sodium polyphosphate, which are sodium salts of phosphoric acid, can be mentioned. Furthermore, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, tripotassium phosphate, potassium pyrophosphate, and potassium polyphosphate, which are potassium salts of phosphoric acid, may be mentioned. Further, ammonium dihydrogen phosphate, diammonium hydrogen phosphate, triammonium phosphate, ammonium pyrophosphate, ammonium polyphosphate and the like, which are ammonium salts of phosphoric acid, can be mentioned. Of these, phosphoric acid, sodium phosphate, phosphoric acid potassium salt, phosphoric acid ammonium salt, and phosphoric acid ammonium salt are preferable from the viewpoint of high efficiency of phosphoric acid group introduction and easy industrial application, and sodium dihydrogen phosphate is preferred. , Disodium hydrogen phosphate is more preferable, but not particularly limited. The compound having a carboxyl group is not particularly limited, and examples thereof 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. .. The acid anhydride of the compound having a carboxyl group is not particularly limited, and examples thereof include maleic anhydride, succinic anhydride, phthalic anhydride, glutaric anhydride, adipic acid anhydride, and acid anhydrides of dicarboxylic acid compounds such as itaconic anhydride. To be The derivative of the compound having a carboxyl group is not particularly limited, and examples thereof include an imidized product of an acid anhydride of a compound having a carboxyl group and a derivative of an acid anhydride of a compound having a carboxyl group. The imidized product of an acid anhydride of a compound having a carboxyl group is not particularly limited, and examples thereof include imidized products of dicarboxylic acid compounds such as maleimide, succinimide, and phthalimide. The derivative of the acid anhydride of the compound having a carboxyl group is not particularly limited. For example, at least a part of hydrogen atoms of an acid anhydride of a compound having a carboxyl group such as dimethylmaleic anhydride, diethylmaleic anhydride and diphenylmaleic anhydride is a substituent (for example, an alkyl group, a phenyl group, etc.). ) Is substituted. Of the above-mentioned compounds having a group derived from a carboxylic acid, maleic anhydride, succinic anhydride, and phthalic anhydride are preferable because they are industrially applicable and easily gasified, but are not particularly limited. Further, the cellulose nanofibers may be modified in such a manner that the compound to be modified is physically adsorbed on the cellulose nanofibers without being chemically bound. Examples of the physically adsorbing compound include a surfactant, and any of anionic, cationic and nonionic compounds may be used. When the above modification is performed before defibrating and/or crushing cellulose, these functional groups can be eliminated after the defibrating and/or crushing to restore the original hydroxyl groups. By performing the above-mentioned modifications, it is possible to promote the defibration of the cellulose nanofibers or to facilitate the mixing with various substances when the cellulose nanofibers are used.

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。中でも、木材パルプを含むか、若しくは、木材パルプと非木材パルプ及び/又は合成繊維との組み合わせを含むことが好ましく、木材パルプのみであることがより好ましい。 The fibers shown above may be used alone or in combination of two or more. Among them, it is preferable to contain wood pulp or a combination of wood pulp and non-wood pulp and/or synthetic fiber, and it is more preferable to use wood pulp alone.

好ましい態様において、本発明の複合体を構成する繊維はパルプ繊維である。また、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。 In a preferred embodiment, the fibers that make up the composite of the present invention are pulp fibers. Further, for example, the fibrous substance recovered from the wastewater of the paper mill may be supplied to the carbonation reaction of the present invention. By supplying such a substance to the reaction tank, various composite particles can be synthesized, and fibrous particles can 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硫酸バリウム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 the fiber, a substance that is incorporated into the inorganic particles as the product to form the composite particles can be used. In the present invention, fibers such as pulp fibers are used, but in addition to these, by synthesizing barium sulfate in a solution containing inorganic particles, organic particles, polymers, etc., these substances are further incorporated. 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、500μm〜8mmなどとしてもよい。 The fiber length of the fibers to be composited is not particularly limited, but for example, the average fiber length may be about 0.1 μm to 15 mm, and may be 1 μm to 12 mm, 100 μm to 10 mm, 500 μm to 8 mm.

複合化する繊維は、繊維表面の15%以上が硫酸バリウム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、繊維と硫酸バリウムの重量比を、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 barium sulfate. For example, the weight ratio of the fiber to barium sulfate is 5/95 to 95/5. 10/90 to 90/10, 20/80 to 80/20, 30/70 to 70/30, 40/60 to 60/40.

本発明に係る複合体は、繊維表面の15%以上が硫酸バリウムで被覆されており、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硫酸バリウム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 the composite according to the present invention, 15% or more of the fiber surface is coated with barium sulfate, and when the surface area of the cellulose fiber is coated with such an area ratio, the characteristics due to barium sulfate become large. On the other hand, the features attributed to the fiber surface are reduced.

硫酸バリウム
本発明において、セルロース繊維などの繊維と複合化する硫酸バリウムは特に制限されないが、公知の方法で合成することができる。硫酸バリウムの合成を水系で行う場合があり、また、複合体を水系で使用することもある。
Barium Sulfate In the present invention, barium sulfate to be composited with fibers such as cellulose fibers is not particularly limited, but can be synthesized by a known method. The synthesis of barium sulfate may be carried out in an aqueous system, and the complex may be used in an aqueous system.

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。 It is an ionic crystalline compound composed of barium ion and sulfate ion represented by barium sulfate (BaSO 4 ), often has a plate-like or columnar form, and is hardly soluble in water. Pure barium sulfate is a colorless crystal, but when it contains impurities such as iron, manganese, strontium, and calcium, it turns yellowish brown or black gray and becomes translucent. Although it can be obtained as a natural mineral, it can also be synthesized by a chemical reaction. In particular, synthetic products obtained by chemical reaction are used not only for pharmaceuticals (X-ray contrast agents) but also for paints, plastics, storage batteries, etc. by applying 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体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ることができる。 In the present invention, a composite of barium sulfate and fibers can be produced by synthesizing barium sulfate in a solution in the presence of fibers. For example, a method of reacting an acid (such as sulfuric acid) with a base by neutralization, a reaction between an inorganic salt and an acid or a base, or a reaction between inorganic salts can be mentioned. For example, barium sulfate can be obtained by reacting barium hydroxide with sulfuric acid or aluminum sulfate, or barium chloride can be added to an aqueous solution containing a sulfate to precipitate barium sulfate.

本発明の複合体は、一つの好ましい態様において、セルロース繊維などの繊維の存在下で硫酸バリウムを合成することによって得ることができる。繊維表面が、硫酸バリウムの析出における好適な場となるため、硫酸バリウムとセルロース繊維との複合体を合成しやすいためである。 The composite of the present invention can be obtained, in one preferred embodiment, by synthesizing barium sulfate in the presence of fibers such as cellulose fibers. This is because the fiber surface is a suitable place for precipitation of barium sulfate, and thus it is easy to synthesize a composite of barium sulfate and cellulose fibers.

一つの好ましい態様として、本発明の複合体における硫酸バリウム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、硫酸バリウム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 diameter of barium sulfate in the composite of the present invention can be, for example, 1.5 μm or less, but the average primary particle diameter can also be 1200 nm or less or 900 nm or less, Further, the average primary particle diameter can be 200 nm or less or 150 nm or less. The average primary particle diameter of barium sulfate can be 10 nm or more. The average primary particle diameter can be measured by an electron micrograph.

また、本発明の複合体における硫酸バリウムは、微細な一次粒子が凝集した二次粒子の形態を取ることもあり、熟成工程によって用途に応じた二次粒子を生成させることができるし、粉砕によって凝集塊を細かくすることもできる。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。 Further, barium sulfate in the composite of the present invention may take the form of secondary particles in which fine primary particles are aggregated, and it is possible to generate secondary particles according to the application by the aging step, and by pulverization. The agglomerates can also be made finer. As the pulverizing method, a ball mill, a sand grinder mill, an impact mill, a high pressure homogenizer, a low pressure homogenizer, a dyno mill, an ultrasonic mill, a kanda grinder, an attritor, a millstone type mill, a vibration mill, a cutter mill, a jet mill, a disintegrator, and a beater. , A short-screw extruder, a twin-screw extruder, an ultrasonic stirrer, a household juicer mixer and the like.

本発明によって得られた複合体は、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、その他の形状にして用いることができる。また、複合体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 obtained according to the present invention can be used in various shapes, for example, powder, pellets, molds, aqueous suspensions, pastes, sheets and other shapes. It is also possible to form a molded body such as a mold or particles/pellets with the composite as the main component together with other materials. There are no particular restrictions on the dryer used for drying the powder, but for example, an airflow dryer, a band dryer, a spray dryer and the like can be preferably used.

本発明によって得られた複合体は、種々の用途に用いることができ、例えば、紙、繊維、セルロース系複合材料、フィルター材料、塗料、プラスチックやその他の樹脂、ゴム、エラストマー、セラミック、ガラス、タイヤ、建築材料(アスファルト、アスベスト、セメント、ボード、コンクリート、れんが、タイル、合板、繊維板など)、各種担体(触媒担体、医薬担体、農薬担体、微生物担体など)、吸着剤(不純物除去、消臭、除湿など)、しわ防止剤、粘土、研磨材、改質剤、補修材、断熱材、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、インキ、化粧料、医用材料、ペースト材料、変色防止剤、食品添加剤、錠剤賦形剤、分散剤、保形剤、保水剤、濾過助材、精油材、油処理剤、油改質剤、電波吸収材、絶縁材、遮音材、防振材、半導体封止材、放射線遮断材、化粧品、肥料、飼料、香料、塗料・接着剤用添加剤、難燃材料、衛生用品(使い捨ておむつ、生理用ナプキン、失禁者用パッド、母乳パッドなど)等のあらゆる用途に広く使用することができる。また、前記用途における各種充填剤、コーティング剤などに用いることができる。このうち、放射線遮蔽材が好ましい。
本発明の複合体は、製紙用途に適用してもよく、例えば、印刷用紙、新聞紙、インクジェット用紙、PPC用紙、クラフト紙、上質紙、コート紙、微塗工紙、包装紙、薄葉紙、色上質紙、キャストコート紙、ノンカーボン紙、ラベル用紙、感熱紙、各種ファンシーペーパー、水溶紙、剥離紙、工程紙、壁紙用原紙、不燃紙、難燃紙、積層板原紙、プリンテッドエレクトロニクス用紙、バッテリー用セパレータ、クッション紙、トレーシングペーパー、含浸紙、ODP用紙、建材用紙、化粧材用紙、封筒用紙、テープ用紙、熱交換用紙、化繊紙、減菌紙、耐水紙、耐油紙、耐熱紙、光触媒紙、化粧紙(脂取り紙など)、各種衛生紙(トイレットペーパー、ティッシュペーパー、ワイパー、おむつ、生理用品等)、たばこ用紙、板紙(ライナー、中芯原紙、白板紙など)、紙皿原紙、カップ原紙、ベーキング用紙、研磨紙、合成紙などが挙げられる。すなわち、本発明によれば、一次粒子径が小さくかつ粒度分布の狭い無機粒子と繊維との複合体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体化しておくと、無機粒子がシートに歩留易いだけでなく、凝集せずに均一に分散したシートを得ることができる。本発明における無機粒子は、好ましい態様において、繊維の外表面・ルーメンの内側に定着するだけでなく、ミクロフィブリルの内側にも生成することが電子顕微鏡観察の結果から明らかとなっている。
The composite obtained by the present invention can be used in various applications, for example, paper, fibers, cellulosic composite materials, filter materials, paints, plastics and other resins, rubber, elastomers, ceramics, glass, tires. , Building materials (asphalt, asbestos, cement, board, concrete, brick, tile, plywood, fibreboard, etc.), various carriers (catalyst carrier, pharmaceutical carrier, agricultural chemical carrier, microbial carrier, etc.), adsorbent (impurity removal, deodorant) , Dehumidification, etc.), anti-wrinkle agent, clay, abrasive, modifier, repair material, heat insulating material, heat resistant material, heat radiation material, moistureproof material, water repellent material, water resistant material, light shielding material, sealant, shield material, insect repellent. , Adhesives, inks, cosmetics, medical materials, paste materials, anti-tarnish agents, food additives, tablet excipients, dispersants, shape retention agents, water retention agents, filter aids, essential oils, oil treatment agents, oils Modifiers, radio wave absorbers, insulation materials, sound insulation materials, vibration damping materials, semiconductor encapsulation materials, radiation shielding materials, cosmetics, fertilizers, feeds, fragrances, additives for paints and adhesives, flame retardant materials, hygiene products ( It can be widely used for all purposes such as disposable diapers, sanitary napkins, incontinence pads, breast pads, etc.). Further, it can be used as various fillers and coating agents in the above applications. Of these, the radiation shielding material is preferable.
The composite of the present invention may be applied to papermaking applications, for example, printing paper, newsprint, inkjet paper, PPC paper, kraft paper, fine paper, coated paper, lightly coated paper, wrapping paper, thin paper, high-quality paper. Paper, cast coated paper, non-carbon paper, label paper, thermal paper, various fancy paper, water-soluble paper, release paper, process paper, wallpaper base paper, non-combustible paper, flame retardant paper, laminated board base paper, printed electronics paper, battery Separator, cushion paper, tracing paper, impregnated paper, ODP paper, building material paper, decorative material paper, envelope paper, tape paper, heat exchange paper, synthetic paper, sterile paper, water resistant paper, oil resistant paper, heat resistant paper, photocatalyst Paper, decorative paper (greasing paper, etc.), various sanitary papers (toilet paper, tissue paper, wipers, diapers, sanitary products, etc.), tobacco paper, paperboard (liner, core raw paper, white paperboard, etc.), paper plate raw paper, cups Examples include base paper, baking paper, abrasive paper, and synthetic paper. That is, according to the present invention, it is possible to obtain a composite of inorganic particles and fibers having a small primary particle size and a narrow particle size distribution, and therefore, unlike the conventional inorganic filler having a particle size of more than 2 μm. It is possible to exert excellent characteristics. Furthermore, unlike the case where the inorganic particles are simply mixed with the fibers, when the inorganic particles are complexed with the fibers, not only the inorganic particles are easily retained in the sheet, but also a sheet in which the inorganic particles are uniformly dispersed without agglomeration is formed. Obtainable. It is clear from the results of electron microscope observation that the inorganic particles in the present invention, in a preferred embodiment, are not only fixed on the outer surface/lumen of the fiber but also formed inside the microfibril.

また、本発明によって得られる複合体を使用する際には、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体、シリカ/二酸化チタン複合体)、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体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体、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。 Further, when the composite obtained by the present invention is used, particles generally called an inorganic filler and an organic filler, 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, derami kaolin) ), talc, zinc oxide, zinc stearate, titanium dioxide, silica produced from sodium silicate and mineral acid (white carbon, silica/calcium carbonate complex, silica/titanium dioxide complex), clay, bentonite, diatomaceous earth, Examples thereof include calcium sulfate, zeolite, an inorganic filler that is used by regenerating ash obtained from the deinking step, and an inorganic filler that forms a complex with silica or calcium carbonate during the regeneration process. As the calcium carbonate-silica composite, amorphous silica such as white carbon may be used together with the calcium carbonate and/or the light calcium carbonate-silica composite. As the organic filler, urea-formalin resin, polystyrene resin, phenol resin, micro hollow particles, acrylamide complex, wood-derived substances (fine fibers, microfibril fibers, powder kenaf), modified insolubilized starch, non-gelatinized starch, etc. Are listed. The fibers are not limited to natural fibers such as cellulose, synthetic fibers artificially synthesized from raw materials such as petroleum, regenerated fibers (semi-synthetic fibers) such as rayon and lyocell, and inorganic fibers without limitation. Can be used. In addition to the above, natural fibers include protein fibers such as wool, silk thread, collagen fibers, and complex sugar chain fibers such as chitin/chitosan fibers and alginic acid fibers. Examples of the cellulose-based raw material include pulp fibers (wood pulp and non-wood pulp), bacterial cellulose, animal-derived cellulose such as squirts, and algae. The wood pulp may be produced by pulping the wood raw material. As the wood raw material, red pine, black pine, todo pine, spruce pine, black pine, larch, fir, hemlock, cedar, cypress, larch, silabe, spruce, hiba, Douglas fir, hemlock, white fir, spruce, balsam fir, cedar, pine, pine, Softwood such as mercantia pine, radiata pine, and their mixed materials, beech, birch, alder, oak, oak, tub, shii, birch, cottonwood, poplar, tamo, droyagi, eucalyptus, mangrove, lauan, acacia, etc., and mixtures thereof A material is illustrated. The method for pulping a wood raw material is not particularly limited, and a pulping method generally used in the paper manufacturing industry is exemplified. Wood pulp can be classified by a pulping method, for example, a chemical pulp cooked by a method such as a Kraft method, a sulfite method, a soda method, and a polysulfide method; a mechanical pulp obtained by pulping with a mechanical force such as a refiner or a grinder; a chemical. Examples include semi-chemical pulp, waste paper pulp, deinked pulp and the like, which are obtained by performing pulping by mechanical force after pretreatment with. The wood pulp may be unbleached (before bleaching) or bleached (after bleaching). Examples of the pulp derived from non-wood include cotton, hemp, sisal, Manila hemp, flax, straw, bamboo, bagasse, kenaf, sugar cane, corn, rice straw, kozo, mitsumata and the like. Wood pulp and non-wood pulp may be unbeaten or beaten. Further, by further treating these cellulose raw materials, powdered cellulose, chemically modified cellulose such as oxidized cellulose, and cellulose nanofiber: CNF (microfibrillated cellulose: MFC, TEMPO oxidized CNF, phosphate esterified CNF, carboxymethylated). It can also be used as CNF, mechanically ground CNF). Examples of the synthetic fiber include polyester, polyamide, polyolefin, acrylic fiber, semi-synthetic fiber such as rayon and acetate, and examples of the inorganic fiber include glass fiber, carbon fiber, various metal fibers and the like. Regarding the above, these may be used alone or in combination of two or more kinds.

本発明の複合体を構成する硫酸バリウム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、硫酸バリウム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硫酸バリウムを繊維と複合体化することができる。 The average particle size and shape of barium sulfate that composes the composite of the present invention can be confirmed by observation with an electron microscope. Furthermore, by adjusting the conditions for synthesizing barium sulfate, barium sulfate having various sizes and shapes can be complexed with fibers.

本発明に係る複合体の製造方法は、繊維を含む溶液において硫酸バリウムを合成することを必須とするものである。例えば、水酸化バリウムに代表されるアルカリ性の硫酸バリウム前駆体を原料に用いる場合、あらかじめ繊維を硫酸バリウム前駆体の溶液に分散させておくことで繊維を膨潤させることができるため、効率よく硫酸バリウムと繊維の複合体を得ることができる。これらを混合後15分以上撹拌することで繊維の膨潤を促進してから反応を開始することもできるが、混合後すぐに反応を開始してもよい。本複合体を得る上での反応槽の形態や撹拌条件に特に制限はなく、例えば、繊維と硫酸バリウムの前駆体を含む溶液を開放型の反応槽中で撹拌、混合して複合体を合成しても良いし、繊維と硫酸バリウム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、硫酸バリウム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、その存在下で硫酸バリウムを合成してもよい。 The method for producing a composite according to the present invention essentially requires synthesizing barium sulfate in a solution containing fibers. For example, when an alkaline barium sulfate precursor typified by barium hydroxide is used as a raw material, it is possible to swell the fiber by dispersing the fiber in a solution of the barium sulfate precursor in advance, so that the barium sulfate can be efficiently used. And a fiber composite can be obtained. The reaction can be started after promoting the swelling of the fibers by stirring these for 15 minutes or more after mixing, but the reaction may be started immediately after mixing. There is no particular limitation on the form of the reaction tank or the stirring conditions for obtaining the present composite, and for example, a solution containing a fiber and a barium sulfate precursor is stirred and mixed in an open reaction tank to synthesize a composite. Alternatively, it may be synthesized by injecting an aqueous suspension containing the fiber and the barium sulfate precursor into the reaction vessel. As described later, cavitation bubbles may be generated when the aqueous suspension of the barium sulfate precursor is injected into the reaction vessel, and barium sulfate may be synthesized in the presence thereof.

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 ejected under the condition that cavitation bubbles are generated in the reaction vessel, or may be ejected under the condition that cavitation bubbles are not generated. Further, in any case, the reaction vessel is preferably a pressure vessel. The pressure vessel in the present invention is a vessel that can apply a pressure of 0.005 MPa or more. Under the condition that cavitation bubbles are not generated, the pressure in the pressure vessel is preferably 0.005 MPa or more and 0.9 MPa or less in static pressure.

(キャビテーション気泡)
本発明に係る複合体を合成する場合、キャビテーション気泡の存在下で硫酸バリウム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 according to the present invention, barium sulfate 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 time due to a pressure difference in a fluid flow, and is also called a cavity phenomenon. Bubbles generated by cavitation (cavitation bubbles) have very small "bubble nuclei" of 100 micron or less existing in the liquid as nuclei when the pressure in the fluid becomes lower than the saturated vapor pressure for a very short time.

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 fluid at high pressure, cavitation is generated by stirring at high speed in the fluid, cavitation is generated by causing explosion in the fluid, ultrasonic vibration It is conceivable to cause cavitation by a child (vibratory trellis cavitation).

特に本発明においては、キャビテーション気泡の発生と制御が容易なため、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が好ましい。この態様では、ポンプなどを用いて噴射液体を圧縮し高速でノズルなどを介して噴射することによって、ノズル近傍での極めて高いせん断力と急激な減圧による液体自体の膨張と同時にキャビテーション気泡が発生する。流体噴流による方法は、キャビテーション気泡の発生効率が高く、より強力な崩壊衝撃力を持つキャビテーション気泡を発生させることができる。本発明においては、硫酸バリウムを合成する際に制御されたキャビテーション気泡を存在させるものであって、流体機械に自然発生的に生じる制御不能の害悪をもたらすキャビテーション気泡と明らかに異なる。 Particularly in the present invention, it is preferable to generate the cavitation bubbles by injecting a fluid at a high pressure because the generation and control of the cavitation bubbles are easy. In this mode, the jetted liquid is compressed by using a pump or the like and jetted at high speed through a nozzle or the like, so that cavitation bubbles are generated at the same time as the liquid itself expands due to extremely high shearing force near the nozzle and sudden pressure reduction .. The method using a fluid jet has a high efficiency of generating cavitation bubbles and can generate cavitation bubbles having a stronger collapse impact force. In the present invention, controlled cavitation bubbles are present when synthesizing barium sulfate, which is clearly different from cavitation bubbles that cause uncontrollable harm that occurs spontaneously in a fluid machine.

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, a reaction solution such as a raw material may be used as it is as an injection liquid to generate cavitation, or some kind of fluid may be injected into the reaction container to generate cavitation bubbles. The fluid forming the jet of liquid may be any of liquid, gas, solid such as powder and pulp as long as it is in a fluid state, or may be a mixture thereof. If necessary, another fluid such as carbon dioxide can be added to the above fluid as a new fluid. The fluid and the new fluid may be uniformly mixed and ejected, or may be ejected 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。 The liquid jet is a jet of a liquid or a fluid in which solid particles or a gas is dispersed or mixed in the liquid, and is a liquid jet containing a raw material slurry of pulp or inorganic particles or bubbles. The gas here may include bubbles due to cavitation.

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。
When jetting the jetting liquid through a nozzle or an orifice pipe to generate cavitation, the pressure of the jetting 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 preferable that it is 2 MPa or more and 15 MPa or less. If the upstream pressure is less than 0.01 MPa, a pressure difference is less likely to occur between the upstream pressure and the downstream pressure, and the effect is small. Further, if it is higher than 30 MPa, a special pump and pressure vessel are required, and energy consumption becomes large, which is disadvantageous in terms of cost. On the other hand, the pressure (downstream pressure) in the container is preferably 0.005 MPa or more and 0.9 MPa or less in static pressure.
Further, the ratio of 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, it is possible to synthesize the inorganic particles by jetting the jetting liquid under the condition that cavitation bubbles are not generated. Specifically, it is more preferable that the pressure of the injection liquid (upstream pressure) is 2 MPa or less, preferably 1 MPa or less, and the pressure of the injection liquid (downstream pressure) is released to 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 jet velocity of the jet liquid is preferably in the range of 1 m/sec or more and 200 m/sec or less, and more preferably in the range of 20 m/sec or more and 100 m/sec or less. If the jet velocity is less than 1 m/sec, the pressure drop is low and cavitation is unlikely to occur, so the effect is weak. On the other hand, when it is higher than 200 m/sec, a high pressure is required and a special device is required, which is disadvantageous in cost.

本発明におけるキャビテーション発生場所は、硫酸バリウム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。 The cavitation generation place in the present invention may be generated in the reaction vessel for synthesizing barium sulfate. In addition, it is possible to process in one pass, but it is also possible to circulate as many times as necessary. Furthermore, it is possible to process in parallel or in permutation using a plurality of generating means.

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。 The injection of the liquid for generating cavitation may be performed in a container open to the atmosphere, but it 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 concentration of the reaction solution is preferably 30% by weight or less, more preferably 20% by weight or less. This is because such a concentration facilitates the uniform action of cavitation bubbles on the reaction system. From the viewpoint of reaction efficiency, the aqueous suspension of slaked lime which is a reaction solution preferably has a solid content concentration of 0.1% by weight or more.

本発明において複合体を合成する場合、反応液のpHが反応の進行にしたがって変化するようであれば、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。 When synthesizing the complex in the present invention, if the pH of the reaction solution changes as the reaction progresses, 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。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 velocity of the injection liquid is increased, and the pressure is reduced accordingly, and stronger cavitation can be generated. Further, by increasing the pressure in the reaction container, the pressure in the region where the cavitation bubbles collapse is increased, and the pressure difference between the bubbles and the surroundings increases, so that the bubbles collapse violently and the impact force can be increased. The reaction temperature is preferably 0° C. or higher and 90° C. or lower, and particularly preferably 10° C. or higher and 60° C. or lower. In general, it is considered that the impact force becomes the maximum at the midpoint between the melting point and the boiling point. Therefore, in the case of an aqueous solution, about 50°C is preferable, but even at a temperature lower than that, it is affected by the vapor pressure. Since it does not exist, a high effect can be obtained within the above range.

本発明においては、界面活性剤を添加することでキャビテーションを発生させるために必要なエネルギーを低減することができる。使用する界面活性剤としては、公知または新規の界面活性剤、例えば、脂肪酸塩、高級アルキル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、高級アルコール、アルキルフェノール、脂肪酸などのアルキレンオキシド付加物などの非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤などが挙げられる。これらの単一成分からなるものでも、2種以上の成分の混合物でも良い。添加量は噴射液及び/または被噴射液の表面張力を低下させるために必要な量であればよい。 In the present invention, the energy required to generate cavitation can be reduced by adding a surfactant. As the surfactant to be used, known or new surfactants, for example, nonionic surfactants such as fatty acid salts, higher alkyl sulfates, alkylbenzene sulfonates, higher alcohols, alkylphenols, alkylene oxide adducts of fatty acids and the like. , Anionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants and the like. It may be a single component or a mixture of two or more components. The added amount may be an amount necessary to reduce the surface tension of the jet liquid and/or the jet liquid.

硫酸バリウムと繊維との複合体の合成
本発明の一つの態様において、繊維を含む溶液中で硫酸バリウムを合成することによって複合体を合成することができるが、硫酸バリウムの合成方法は、公知の方法によることができる。
Synthesis of a Complex of Barium Sulfate and Fiber In one embodiment of the present invention, the complex can be synthesized by synthesizing barium sulfate in a solution containing fibers. It can depend on the method.

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 the preparation of a suspension, etc., and as this water, ordinary tap water, industrial water, ground water, well water, etc. can be used, as well as ion exchanged water, distilled water, super water Pure water, industrial waste water, and water obtained when separating and dehydrating the reaction liquid can be preferably 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、所望の硫酸バリウムと繊維の複合体を得ることが容易になる。 Further, in the present invention, the reaction liquid in the reaction tank can be circulated and used. By circulating the reaction solution in this way and promoting the stirring of the solution, the reaction efficiency is increased, and it becomes easy to obtain the desired barium sulfate-fiber composite.

本発明の複合体を製造する際には、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 manufacturing the composite of the present invention, various known auxiliaries can be added. For example, a chelating agent can be added, and 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 ethylenediamine tetrachloride. Aminopolycarboxylic acids such as acetic acid and alkali metal salts thereof, hexametaphosphoric acid, alkali metal salts of polyphosphoric acid such as tripolyphosphoric acid, amino acids such as glutamic acid and aspartic acid, and alkali metal salts thereof, acetylacetone, methyl acetoacetate, acetoacetic acid Examples thereof include ketones such as allyl, sugars such as sucrose, and polyols such as sorbitol. Further, as surface treatment agents, saturated fatty acids such as palmitic acid and stearic acid, unsaturated fatty acids such as oleic acid and linoleic acid, alicyclic carboxylic acids, resin acids such as abietic acid, their salts, esters and ethers, alcohols Activators, sorbitan fatty acid esters, amide-based and amine-based surfactants, polyoxyalkylene alkyl ethers, polyoxyethylene nonyl phenyl ether, sodium alpha olefin sulfonate, long-chain alkyl amino acids, amine oxides, alkyl amines, fourth A quaternary ammonium salt, aminocarboxylic acid, phosphonic acid, polyvalent carboxylic acid, condensed phosphoric acid, etc. can be added. Further, a dispersant can be used if necessary. Examples of the dispersant include sodium polyacrylate, sucrose fatty acid ester, glycerin fatty acid ester, ammonium salt of acrylic acid-maleic acid copolymer, methacrylic acid-naphthoxy polyethylene 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. The timing of addition may be before or after the synthesis reaction. Such additives can be added to the inorganic particles in an amount of preferably 0.001 to 20%, more preferably 0.1 to 10%.

本発明において複合体を合成する場合、反応条件は特に制限されず、用途に応じて適宜設定することができる。例えば、合成反応の温度は0〜90℃とすることができ、10〜70℃とすることが好ましい。反応温度は、反応液の温度を温度調節装置によって制御することができ、温度が低いと反応効率が低下しコストが高くなる一方、90℃を超えると粗大な硫酸バリウムが多くなる傾向がある。 When synthesizing the complex in the present invention, the reaction conditions are not particularly limited and can be appropriately set depending on the application. For example, the temperature of the synthesis reaction can be 0 to 90°C, preferably 10 to 70°C. Regarding the reaction temperature, the temperature of the reaction solution can be controlled by a temperature control device. When the temperature is low, the reaction efficiency is low and the cost is high, while when it exceeds 90° C., coarse barium sulfate tends to increase.

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 may be a batch reaction or a continuous reaction. Generally, it is preferable to carry out the batch reaction step because of the convenience of discharging the residue after the reaction. Although the scale of the reaction is not particularly limited, the reaction may be performed on a scale of 100 L or less, or may be performed on a scale of more than 100 L. The size of the reaction container may be, for example, about 10 L to 100 L or about 100 L to 1000 L.

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、反応を多段反応とすることによって反応を制御することもできる。 In addition, the reaction can be controlled by the conductivity of the reaction solution and the reaction time, and specifically, the time during which the reactant stays in the reaction tank can be adjusted and controlled. In addition, in the present invention, the reaction can be controlled by stirring the reaction solution in the reaction tank or by making the reaction a multi-step reaction.

本発明においては、反応生成物である複合体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うことができる。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 complex that is the reaction product is obtained as a suspension, it may be stored in a storage tank or subjected to treatments such as concentration, dehydration, pulverization, classification, aging and dispersion, if necessary. You can These can be performed by a known process, and may be appropriately determined in consideration of usage, energy efficiency and the like. For example, the concentration/dehydration treatment 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 a dehydrator, the type is not particularly limited, and a general one can be used, for example, a pressure-type dehydrator such as a filter press, a drum filter, a belt press, a tube press, A calcium carbonate cake can be prepared by suitably using a vacuum drum dehydrator such as an Oliver filter. As the pulverizing method, a ball mill, a sand grinder mill, an impact mill, a high pressure homogenizer, a low pressure homogenizer, a dyno mill, an ultrasonic mill, a kanda grinder, an attritor, a millstone type mill, a vibration mill, a cutter mill, a jet mill, a disintegrator, and a beater. , A short-screw extruder, a twin-screw extruder, an ultrasonic stirrer, a household juicer mixer and the like. Examples of the classification method include a sieve such as a mesh, an outward or inward type slit or round hole screen, a vibrating screen, a heavy foreign substance cleaner, a lightweight foreign substance cleaner, a reverse cleaner, and a sieving tester. Examples of dispersion methods include a high speed disperser and a low speed kneader.

本発明によって得られた複合体は、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 composite obtained by the present invention can be blended with a filler or a pigment in a suspension state without being completely dehydrated, or can be dried to give a powder. The dryer in this case is also not particularly limited, but for example, an airflow dryer, a band dryer, a spray dryer and the like can be preferably used.

本発明によって得られる複合体は、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 obtained by the present invention can be modified by a known method. For example, in one embodiment, it is possible to make the surface hydrophobic to improve the miscibility with a resin or the like.

複合体の成形物
本発明に係る複合体を用いて、適宜、成形物(体)を製造することも可能である。例えば、本発明によって得られた複合体をシート化すると、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。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、丸網抄紙機、ギャップフォーマ、ハイブリッドフォーマ、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体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。
Molded Article of Composite Article A molded article (body) can be appropriately produced using the composite article of the present invention. For example, when the composite obtained by the present invention is formed into a sheet, a sheet with a high ash content can be easily obtained. Also, the obtained sheets can be laminated to form a multilayer sheet. Examples of the paper machine (paper making machine) used for sheet production include a Fourdrinier paper machine, a round net paper machine, a gap former, a hybrid former, a multi-layer paper machine, and a known paper making machine that combines paper making methods of these machines. To be The press linear pressure in the paper machine and the calender linear pressure in the case of performing the calendering treatment in the latter stage can be determined within a range that does not hinder the operability and the performance of the composite sheet. Further, 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、複合体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。 A wet and/or dry paper-strength agent (paper-strengthening agent) can be added during sheet formation. Thereby, the strength of the composite sheet can be improved. Examples of the paper strength agent include urea formaldehyde resin, melamine formaldehyde resin, polyamide, polyamine, epichlorohydrin resin, vegetable gum, latex, polyethyleneimine, glyoxal, gum, mannogalactan polyethyleneimine, polyacrylamide resin, polyvinylamine. Resins such as polyvinyl alcohol; composite polymers or copolymers of two or more selected from the above resins; starch and modified starch; carboxymethyl cellulose, guar gum, urea resins and the like. The amount of the 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。 Further, in order to promote the fixing of the filler to the fiber and to improve the yield of the filler and the fiber, a high molecular polymer or an inorganic substance can be added. For example, as coagulants polyethyleneimine and modified polyethyleneimine containing tertiary and/or quaternary ammonium groups, polyalkyleneimines, dicyandiamide polymers, polyamines, polyamine/epiclohydrin polymers, and dialkyldiallyl quaternary ammonium monomers, dialkyls. Cation such as aminoalkyl acrylate, dialkylaminoalkyl methacrylate, dialkylaminoalkyl acrylamide, polymer of dialkylaminoalkyl methacrylamide and acrylamide, polymer of monoamines and epihalohydrin, polymer having polyvinylamine and vinylamine moieties, and mixtures thereof. Cation-rich amphoteric polymer obtained by copolymerizing anionic groups such as carboxyl group and sulfone group in the molecule of the polymer, and a mixture of cationic polymer and anionic or zwitterionic polymer. be able to. As the retention agent, a cationic or anionic amphoteric polyacrylamide type substance can be used. Further, in addition to these, in combination with at least one or more cations and anionic polymers, it is also possible to apply a so-called dual polymer retention system, at least one or more anionic bentonite and colloidal silica, polysilicic acid, A multi-component yield system comprising inorganic fine particles such as polysilicic acid or polysilicate microgels and aluminum modified products thereof, and one or more organic fine particles having a particle size of 100 μm or less, which are so-called micropolymers obtained by cross-linking polymerization of acrylamide. Good. In particular, when the polyacrylamide-based substances used alone or in combination have a weight average molecular weight of 2,000,000 daltons or more by an intrinsic viscosity method, a good yield can be obtained, preferably 5,000,000 daltons or more, and more preferably Can obtain a very high yield when the above-mentioned acrylamide-based material has a content of 10 million daltons or more and less than 30 million daltons. The form of this polyacrylamide-based substance 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. For example, a copolymer of quaternary ammonium salt of acrylic acid ester and acrylamide, or acrylamide Examples of the ammonium salt include a quaternized ammonium salt obtained by copolymerizing an acrylic acid ester with an acrylic acid ester. The cationic charge density of the cationic polyacrylamide-based substance 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。各添加材の使用量は特に限定されない。 Other inorganic particles such as drainage improver, internally added sizing agent, pH adjuster, defoaming agent, pitch control agent, slime control agent, bulking agent, calcium carbonate, kaolin, talc and silica (so-called) depending on the purpose. Fillers) and the like. The amount of each additive used is not particularly limited.

シートの坪量は、目的に応じて適宜調整できるが、40〜1200g/mとすると遮蔽効果が高く、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、は60〜1000g/mとすることもでき、100〜600g/mとすることもできる。 The basis weight of the sheet can be appropriately adjusted according to the purpose, but when it is 40 to 1200 g/m 2 , the shielding effect is high and the drying load during manufacturing is low, which is favorable. The basis weight of the sheet, also can be a 60~1000g / m 2, may be a 100 to 600 / 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、シリカやアルミナ等の鉱物を添加し、焼成することでセラミック様に成形することもできる。以上に示した配合・乾燥・成形において、1種類の複合体のみを用いることもできるし、2種類以上の複合体を混合して用いることもできる。2種類以上の複合体を用いる場合は、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。 It is also possible to use a molding method other than sheeting, for example, a method of pouring the raw material into a mold to suck and dehydrate and dry it as is called a pulp mold, or spread it on the surface of a molded product such as resin or metal and dry it. After that, molded articles having various shapes can be obtained by a method such as peeling from the substrate. It is also possible to mix it with a resin to form it into a plastic shape, or to add a mineral such as silica or alumina and fire it to form it into a ceramic shape. In the compounding, drying, and molding described above, only one kind of composite can be used, or two or more kinds of composites can be mixed and used. When two or more kinds of composites are used, it is possible to use a mixture of them in advance, or it is possible to mix the respective components, dry and mold them and mix them later.

また、複合体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 molded article of the composite later.

具体的な実験例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、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 described more specifically with reference to specific experimental examples, but the present invention is not limited to the following specific examples. Unless otherwise specified in the present specification, concentrations, parts and the like are based on weight, and the numerical range is described as including its endpoints.

実験1:硫酸バリウムと繊維の複合体の合成
<複合体の合成>
(1)サンプル1
1%のパルプスラリー(LBKP/NBKP=8/2、カナダ標準濾水度CSF=約80mL、500g)と水酸化バリウム八水和物(和光純薬、5.82g)をスリーワンモーター(1000rpm)で撹拌しながら混合後、硫酸(和光純薬、2%水溶液を88g)をペリスターポンプで8g/minで滴下した。滴下終了後、そのまま30分間撹拌を継続してサンプル1を得た。なお、用いたパルプスラリー中のパルプの平均繊維長をファイバーテスター(Lorentzen&Wettre社)で測定したところ、1.21mmであった。
Experiment 1: Synthesis of complex of barium sulfate and fiber < Synthesis of complex>
(1) Sample 1
1% pulp slurry (LBKP/NBKP=8/2, Canadian standard freeness CSF=about 80 mL, 500 g) and barium hydroxide octahydrate (Wako Pure Chemicals, 5.82 g) with a three-one motor (1000 rpm). After mixing with stirring, sulfuric acid (88 g of Wako Pure Chemical Industries, 2% aqueous solution) was added dropwise at 8 g/min by a perister pump. After the dropping was completed, stirring was continued for 30 minutes as it was to obtain Sample 1. The average fiber length of the pulp in the used pulp slurry was 1.21 mm when measured with a fiber tester (Lorentzen & Wettre).

(2)サンプル2
繊維分として0.8%のアラミド繊維(トワロンRD−1094、帝人、平均繊維長:約1.3mm、625g)のスラリーを用いた他は、サンプル1と同様に合成してサンプル2を得た。
(2) Sample 2
Sample 2 was prepared in the same manner as Sample 1 except that a slurry of 0.8% aramid fiber (Twaron RD-1094, Teijin, average fiber length: about 1.3 mm, 625 g) was used as the fiber content. ..

(3)サンプル3
1%のパルプスラリー(LBKP、CSF=500mL、平均繊維長:約0.7mm、1300g)と水酸化バリウム八水和物(和光純薬、57g)をスリーワンモーター(800rpm)で撹拌しながら混合後、硫酸アルミニウム(硫酸バンド、77g)をペリスターポンプで2g/minで滴下した。滴下終了後、そのまま30分間撹拌を継続してサンプル3を得た。
(3) Sample 3
After mixing 1% pulp slurry (LBKP, CSF=500 mL, average fiber length: about 0.7 mm, 1300 g) and barium hydroxide octahydrate (Wako Pure Chemical Industries, 57 g) with stirring with a three-one motor (800 rpm) Aluminum sulfate (sulfuric acid band, 77 g) was added dropwise with a perister pump at 2 g/min. After the dropping was completed, stirring was continued for 30 minutes as it was to obtain Sample 3.

(4)サンプル4
容器(マシンチェスト、容積:4m)に2%のパルプスラリー(LBKP/NBKP=8/2、CSF=390mL、平均繊維長:約1.3mm、固形分25kg)と水酸化バリウム八水和物(日本化学工業、75kg)を投入して混合後、ペリスターポンプを用いて硫酸アルミニウム(硫酸バンド、98kg)を約500g/minで滴下した。滴下終了後、そのまま30分間撹拌を継続してサンプル4を得た。
(4) Sample 4
2% pulp slurry (LBKP/NBKP=8/2, CSF=390 mL, average fiber length: about 1.3 mm, solid content 25 kg) and barium hydroxide octahydrate in a container (machine chest, volume: 4 m 3 ). (Nippon Kagaku Kogyo, 75 kg) was added and mixed, and then aluminum sulfate (sulfuric acid band, 98 kg) was added dropwise at about 500 g/min using a perister pump. After the dropping was completed, stirring was continued for 30 minutes as it was to obtain Sample 4.

(5)サンプル5
1%のパルプスラリー(LBKP、CSF=490mL、平均繊維長:約0.7mm、1500g)と水酸化バリウム八水和物(和光純薬、140g)を含む水性懸濁液を準備した。この水性懸濁液14Lを、45L容のキャビテーション装置に入れ、反応溶液を循環させながら、反応容器中に硫酸(和光純薬、2%水溶液を1280g)をペリスターポンプで50g/minで滴下した。
(5) Sample 5
An aqueous suspension containing 1% pulp slurry (LBKP, CSF=490 mL, average fiber length: about 0.7 mm, 1500 g) and barium hydroxide octahydrate (Wako Pure Chemical Industries, 140 g) was prepared. 14 L of this aqueous suspension was placed in a cavitation device having a volume of 45 L, and while circulating the reaction solution, sulfuric acid (Wako Pure Chemical Co., Ltd., 1280 g of 2% aqueous solution) was dropped into the reaction vessel at 50 g/min with a perister pump. ..

複合体の合成においては、図1に示すように反応溶液を循環させて反応容器内に噴射することよって、反応容器内にキャビテーション気泡を発生させた。具体的には、ノズル(ノズル径:1.5mm)を介して高圧で反応溶液を噴射してキャビテーション気泡を発生させたが、噴流速度は約70m/sであり、入口圧力(上流圧)は7MPa、出口圧力(下流圧)は0.3MPaだった。 In the synthesis of the complex, cavitation bubbles were generated in the reaction container by circulating the reaction solution and injecting it into the reaction container as shown in FIG. Specifically, the reaction solution was injected at high pressure through a nozzle (nozzle diameter: 1.5 mm) to generate cavitation bubbles, but the jet velocity was about 70 m/s, and the inlet pressure (upstream pressure) was The pressure was 7 MPa and the outlet pressure (downstream pressure) was 0.3 MPa.

硫酸滴下終了後、反応容器内の圧力を開放してキャビテーションの発生を停止させ、そのまま30分間、装置内で反応液を循環させてサンプル5を得た。
<複合体の評価>
得られた複合体スラリー(固形分換算で3g)について、ろ紙を用いて吸引濾過した後、残渣をオーブンで乾燥し(105℃、2時間)、複合体の繊維:無機粒子の重量比を測定した。
After the addition of sulfuric acid was completed, the pressure in the reaction vessel was released to stop the generation of cavitation, and the reaction solution was circulated in the apparatus for 30 minutes to obtain Sample 5.
<Evaluation of complex>
About the obtained composite slurry (3 g in terms of solid content), after suction filtration using filter paper, the residue was dried in an oven (105° C., 2 hours), and the weight ratio of fiber: inorganic particles of the composite was measured. did.

また、複合体サンプルをそれぞれエタノールで洗浄後、電子顕微鏡によって観察をした(図2〜6)。その結果、いずれのサンプルにおいても繊維表面を無機物質が覆い、自己定着している様子が観察された。繊維に定着している硫酸バリウムの多くは板状であり、サイズが小さいものは不定形の粒子として観察された。観察の結果見積もられた硫酸バリウム粒子の一次粒子径は、下表のとおりだった。 The composite samples were each washed with ethanol and then observed with an electron microscope (FIGS. 2 to 6). As a result, it was observed that in all samples, the fiber surface was covered with the inorganic substance and self-fixed. Most of the barium sulphate fixed to the fibers was plate-like, and those with a small size were observed as amorphous particles. The primary particle diameters of barium sulfate particles estimated as a result of observation are shown in the table below.

実験2:複合体シートの製造と評価
(1)サンプル1およびサンプル2
実験1(1)および実験1(2)で得られた複合体(サンプル1およびサンプル2)をろ紙で吸引濾過した残渣を、水道水を用いて濃度約0.2%のスラリーに調製した。このスラリーをJIS P 8220−1:2012に規定される標準離解機で5分間離解後、JIS P 8222:1998に準じて150メッシュのワイヤーを用いて坪量60g/m2の手抄きシートを作製した。
Experiment 2: Production and evaluation of composite sheet (1) Sample 1 and Sample 2
The residue obtained by suction-filtering the composites (Sample 1 and Sample 2) obtained in Experiment 1 (1) and Experiment 1 (2) with filter paper was prepared into a slurry having a concentration of about 0.2% using tap water. This slurry was defibrated for 5 minutes by a standard defibration machine defined in JIS P 82220-1:2012, and then a hand-made sheet having a basis weight of 60 g/m 2 was prepared using a 150 mesh wire in accordance with JIS P 8222:1998. did.

得られた手抄きシートについて、電子顕微鏡観察と灰分測定を行った。図7(サンプル1)および図8(サンプル2)に結果を示すが、手抄きシートの表面を電子顕微鏡にて観察したところ、繊維表面に無機物質がしっかりと自己定着している様子が観察された。 The obtained handmade sheet was observed with an electron microscope and measured for ash. The results are shown in Fig. 7 (Sample 1) and Fig. 8 (Sample 2). When the surface of the handmade sheet was observed with an electron microscope, it was observed that the inorganic substance was firmly fixed on the fiber surface. Was done.

(2)サンプル4
実験1(4)で得られた複合体(サンプル4、濃度:1%)に、カチオン性の歩留剤(ND300、ハイモ)とアニオン性の歩留剤(FA230、ハイモ)を対固形分で100ppmずつ添加して紙料スラリーを調製した。次いで、長網抄紙機を用いて、抄速10m/minの条件でこの紙料スラリーからシートを製造した。また、対照として、パルプスラリー(LBKP/NBKP=8/2、CSF=390mL、平均繊維長:1.3mm)にカチオン性歩留剤(ND300、ハイモ)とアニオン性歩留剤(FA230、ハイモ)を対固形分で100ppmずつ添加して、長網抄紙機を用いてシートを製造した。
(2) Sample 4
A cationic retention agent (ND300, Hymo) and an anionic retention agent (FA230, Hymo) were added to the complex (Sample 4, concentration: 1%) obtained in Experiment 1 (4) in terms of solid content. A paper stock slurry was prepared by adding 100 ppm each. Then, using a Fourdrinier paper machine, a sheet was produced from the stock slurry at a papermaking speed of 10 m/min. As a control, a pulp slurry (LBKP/NBKP=8/2, CSF=390 mL, average fiber length: 1.3 mm) was added to the cationic retention agent (ND300, HYMO) and anionic retention agent (FA230, HYMO). Was added to the solid content by 100 ppm each to produce a sheet using a Fourdrinier paper machine.

得られた複合体シートについて、電子顕微鏡を用いて観察したところ、紙の表面や内部を硫酸バリウムが密に被覆・充填していることを確認できた(図9)。
複合体シートの特性を測定した結果を下表に示す。複合体を原料に用いることで、灰分約67%のシートを抄紙マシンで製造し、得られたシートを連続的に巻取り、ロール化することができた。このときの歩留は、紙料歩留・灰分歩留ともに96%以上と非常に高かった。また、得られた複合体シートは、パルプのみのシートに比べて不透明度や密度、透気抵抗度が高かった。
When the obtained composite sheet was observed with an electron microscope, it was confirmed that the surface and the inside of the paper were densely covered and filled with barium sulfate (FIG. 9).
The results of measuring the properties of the composite sheet are shown in the table below. By using the composite as a raw material, a sheet having an ash content of about 67% was produced by a papermaking machine, and the obtained sheet could be continuously wound and rolled. The yields at this time were very high at 96% or more for both the stock yield and the ash yield. Further, the obtained composite sheet had higher opacity, density and air permeation resistance than a sheet containing only pulp.

<測定方法>
・坪量:JIS P 8124:1998
・厚さ:JIS P 8118:1998
・密度:厚さ、坪量の測定値より算出
・灰分:JIS P 8251:2003
・白色度:JIS P 8212:1998
・不透明度:JIS P 8149:2000
・比散乱係数:TAPPI T425(ISO 9416)に規定される式により算出し
た。
・透気抵抗度:JIS P 8117:2009
・平滑度:JIS P 8155:2010
・L&W曲げこわさ:ISO 2493に準じて、L&W Bending Tester(Lorentzen&Wet
tre社製)で、曲げ角度が15度の曲げこわさを測定した。
・裂断長:JIS P 8113:2006
<Measurement method>
-Basis weight: JIS P 8124: 1998
・Thickness: JIS P 8118: 1998
-Density: Calculated from measured values of thickness and basis weight-Ash content: JIS P 8251:2003
・Whiteness: JIS P 8212:1998
・Opacity: JIS P 8149:2000
Specific scattering coefficient: Calculated by the formula defined in TAPPI T425 (ISO 9416).
-Air resistance: JIS P 8117:2009
・Smoothness: JIS P 8155:2010
・L&W bending stiffness: In accordance with ISO 2493, L&W Bending Tester (Lorentzen & Wet
Bending stiffness with a bending angle of 15 degrees was measured with a tre company.
・Tear length: JIS P 8113:2006

実験3:複合体シートの放射線遮蔽能力の評価
実験2(2)で製造した複合体シートについて、放射線(X線)遮蔽能力を評価した。具体的には、JIS Z 4501「X線防護用品の鉛当量試験法」に準じて、透過X線量率および鉛当量を測定した。
Experiment 3: Evaluation of radiation shielding ability of the composite sheet The radiation (X-ray) shielding ability of the composite sheet produced in Experiment 2 (2) was evaluated. Specifically, the transmitted X-ray dose rate and the lead equivalent were measured according to JIS Z 4501 "Lead equivalent test method for X-ray protective articles".

(透過X線量率) JIS Z 4501の試験方法に準じた線質および配置でX線を照射し、透過X線量率を測定した。各依頼品および各測定位置につき5回測定を行い、平均値および標準偏差を求めた。得られた透過線量率から、以下の式で線量減少率を算出した。
線量減少率(%)=(各サンプルの透過線量率/ブランク(サンプルなし)の透過線量率)×100
(鉛当量) JIS Z 4501「X線防護用品の鉛当量試験方法」に準じて、透過X線量を測定して鉛当量を求めた。各サンプルの鉛当量は、標準鉛版から減弱率曲線を作成して求めた。減弱率曲線は、厚みの異なる4枚の標準鉛板の減弱率から二次補間で作成した。標準鉛版には、各試験品の減弱率よりも減弱率の大きな2枚、減弱率の小さな2枚を選んだ。
(Transmission X-ray dose rate) X-rays were irradiated with a radiation quality and arrangement according to the test method of JIS Z 4501, and the transmission X-ray dose rate was measured. Five measurements were performed for each requested product and each measurement position, and the average value and standard deviation were obtained. From the obtained transmitted dose rate, the dose reduction rate was calculated by the following formula.
Dose reduction rate (%) = (transmitted dose rate of each sample / transmitted dose rate of blank (no sample)) x 100
(Lead Equivalent) According to JIS Z 4501 “Test method for lead equivalent of X-ray protection article”, the transmitted X-ray dose was measured to obtain the lead equivalent. The lead equivalent of each sample was obtained by creating an attenuation rate curve from the standard lead plate. The attenuation rate curve was created by quadratic interpolation from the attenuation rates of four standard lead plates having different thicknesses. As the standard lead plate, two sheets with a larger attenuation rate and two sheets with a smaller attenuation rate than each test product were selected.

(測定条件)
・X線装置:エクスロン・インターナショナル社 MG−452型(平滑回路、焦点寸法5.5mm、Be窓)
・X線管電圧および管電流:MG−452型 100kV 12.5mA 付加ろ過版0.25mmCu
・X線管焦点―試料間距離:1500mm
・試料―測定器間距離:50mm
・測定器:電離箱照射線量率計 東洋メディック社 RAMTEC―1000D型 A−4プローブ使用
・X線量測定単位:空気衝突カーマ
・X線ビーム:狭いビーム
(Measurement condition)
・X-ray machine: MG-452 type (smooth circuit, focal point size 5.5 mm, Be window), Exlon International
-X-ray tube voltage and tube current: MG-452 type 100kV 12.5mA additional filtration plate 0.25mmCu
・Focus between X-ray tube and sample: 1500 mm
・Distance between sample and measuring device: 50 mm
・Measuring device: Ionization chamber irradiation dose rate meter RAMTEC-1000D type A-4 probe used by Toyo Medic Co., Ltd. ・X-dose measurement unit: Air collision kerma ・X-ray beam: Narrow beam

表に示すように、本シートを10枚重ねあわせるとX線の線量減少率を44.6%、20枚重ねあわせると66.3%、40枚重ねあわせると85.2%にすることができた。また、同様に重ね合せた時の鉛当量は、10枚で0.07mm、20枚で0.14mm、40枚で0.31mmであった。 As shown in the table, the X-ray dose reduction rate can be 44.6% when 10 sheets are stacked, 66.3% when 20 sheets are stacked, and 85.2% when 40 sheets are stacked. It was In addition, the lead equivalents when superposed in the same manner were 0.07 mm for 10 sheets, 0.14 mm for 20 sheets, and 0.31 mm for 40 sheets.

Claims (8)

平均一次粒子径が1.5μm以下である硫酸バリウムがセルロース繊維表面に自己定着している複合体(セルロース繊維がセルロースナノファイバーである場合を除く) Self fixing, are complex barium sulfate having an average primary particle diameter of 1.5μm or less in the surfaces of cellulose fibers (excluding the case of cellulose fibers is cellulose nanofibers). 繊維表面の15%以上が硫酸バリウムによって被覆されている、請求項に記載の複合体。 The composite according to claim 1 , wherein 15% or more of the fiber surface is coated with barium sulfate. 繊維と硫酸バリウムの重量比が5/95〜95/5である、請求項1または2に記載の複合体。 The composite according to claim 1 or 2 , wherein the weight ratio of fiber to barium sulfate is 5/95 to 95/5. 前記セルロース繊維がパルプ繊維である、請求項1〜3のいずれかに記載の複合体。The composite according to claim 1, wherein the cellulose fiber is pulp fiber. 硫酸バリウムの平均一次粒子径が10〜900nmである、請求項1〜4のいずれかに記載の複合体。The composite according to any one of claims 1 to 4, wherein the average primary particle diameter of barium sulfate is 10 to 900 nm. 請求項1〜5のいずれかに記載の複合体の製造方法であって、
繊維の存在下で、溶液中で硫酸バリウムを合成する工程を含む、上記方法。
A method for producing the composite according to any one of claims 1 to 5, comprising:
A method as described above, comprising synthesizing barium sulphate in solution in the presence of fibers.
請求項1〜5のいずれかに記載の複合体を含む放射線遮蔽材。 A radiation shielding material comprising the composite according to claim 1. シートの形態である、請求項7に記載の放射線遮蔽材。 The radiation shielding material according to claim 7, which is in the form of a sheet.
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