(57)【要約】  本発明の抗菌性塗料の製造方法は、二酸化チタン粒子と分散剤を含む混合液を提供する第一ステップと、前記混合液を機械攪拌器によって攪拌し、前記二酸化チタン粒子に対して最初の粉砕を行って、最初の二酸化チタン粒子分散液を形成する第二ステップと、前記最初の二酸化チタン粒子分散液を超音波によって振動処理し、平均粒径が２００ｎｍより小さいナノサイズの二酸化チタン粒子分散液を形成する第三ステップと、前記ナノサイズの二酸化チタン粒子分散液と塗料とを混合し、ナノサイズの二酸化チタン粒子が均一に分散されている抗菌性塗料を形成する第四ステップであって、抗菌性塗料におけるナノサイズの二酸化チタン粒子の質量パーセンテージが５％以上である、第四ステップと、を含む。また、本発明は、抗菌性紙及びその製造方法も提供する。
2014524948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化チタン粒子及び分散剤を含む混合液を調合する第一ステップと、
前記混合液を機械攪拌器によって攪拌し、前記混合液における二酸化チタン粒子に対して最初の粉砕を行って、最初の二酸化チタン粒子分散液を形成する第二ステップと、
前記最初の二酸化チタン粒子分散液を超音波によって振動処理し、平均粒径が２００ｎｍより小さいナノサイズの二酸化チタン粒子分散液を形成する第三ステップと、
前記ナノサイズの二酸化チタン粒子分散液及び塗料を混合し、ナノサイズの二酸化チタン粒子が均一に分散されている抗菌性塗料を形成する第四ステップであって、抗菌性塗料におけるナノサイズの二酸化チタン粒子の質量パーセンテージが５％以上である、第四ステップと、
を含むことを特徴とする抗菌性塗料の製造方法。
【請求項２】
前記第二ステップにおいて、前記混合液を機械攪拌器によって攪拌する時の攪拌速度は、５０００ｒ／分〜７０００ｒ／分であり、攪拌時間は３０分間〜６０分間であることを特徴とする請求項１に記載の抗菌性塗料の製造方法。
【請求項３】
前記第三ステップにおける、前記最初の二酸化チタン粒子分散液を超音波によって振動処理する工程において、超音波の出力パワーは５００Ｗであり、周波数は１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、振動処理時間は３分間〜５分間であることを特徴とする請求項１に記載の抗菌性塗料の製造方法。
【請求項４】
前記抗菌性塗料におけるナノサイズの二酸化チタン粒子の質量パーセンテージは５％〜１５％であることを特徴とする請求項１に記載の抗菌性塗料の製造方法。
【請求項５】
前記混合液において、分散剤の量は二酸化チタン粒子の量の０．３％〜０．５％であることを特徴とする請求項１に記載の抗菌性塗料の製造方法。
【請求項６】
前記ナノサイズの二酸化チタン粒子分散液及び前記塗料を混合する前に、前記ナノサイズの二酸化チタン粒子分散液のＰＨ値を調節して、前記塗料のＰＨ値と一致させるステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の抗菌性塗料の製造方法。
【請求項７】
紙基板を提供する第一ステップと、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の抗菌性塗料の製造方法によって形成された抗菌性塗料を提供する第二ステップと、
前記紙基板の少なくとも１つの表面に抗菌性塗料を塗布して抗菌性塗層を形成する第三ステップと、
を含むことを特徴とする抗菌性紙の製造方法。
【請求項８】
前記紙基板は、順に積層された表面層とサンドイッチ層と底層とを含み、
前記抗菌性塗層は、前記紙基板の表面層又は／及び底層に形成されることを特徴とする請求項７に記載の抗菌性紙の製造方法。
【請求項９】
紙基板と抗菌性塗層とを含む抗菌性紙であって、
前記抗菌性塗層は、前記紙基板の少なくとも一つの表面に形成されており、
前記抗菌性塗層は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の抗菌性塗料の製造方法によって形成された抗菌性塗料からなることを特徴とする抗菌性紙。
【請求項１０】
前記抗菌性紙の抗菌性塗層の抗菌率は、９９％以上であることを特徴とする請求項９に記載の抗菌性紙。
【請求項１１】
紙基板と抗菌性塗層とを含む抗菌性紙であって、
前記抗菌性塗層は、前記紙基板の少なくとも一つの表面に形成されており、
前記抗菌性塗層は、均一に分布されたナノサイズの二酸化チタン粒子を含み、
前記抗菌性塗層における二酸化チタン粒子の平均粒径は２００ｎｍ以下であり、
前記抗菌性塗層におけるナノサイズの二酸化チタン粒子の質量パーセンテージは５％以上であることを特徴とする抗菌性紙。
【請求項１２】
前記抗菌性紙の抗菌性塗層の抗菌率は、９９％以上であることを特徴とする請求項１１に記載の抗菌性紙。
【請求項１３】
前記抗菌性塗料におけるナノサイズの二酸化チタン粒子の質量パーセンテージは５％〜１５％であることを特徴とする請求項１１に記載の抗菌性紙。
【請求項１４】
紙基板と抗菌性塗層を含む抗菌性紙であって、
前記抗菌性塗層は、前記紙基板の少なくとも一つの表面に形成されており、
前記抗菌性塗層は、均一に分布されたナノサイズの二酸化チタン粒子を含み、
前記抗菌性塗層の抗菌率は、９９％以上であることを特徴とする抗菌性紙。
【請求項１５】
前記抗菌性塗層における二酸化チタン粒子の平均粒径は２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１４に記載の抗菌性紙。
【請求項１６】
前記抗菌性塗層におけるナノサイズの二酸化チタン粒子の質量パーセンテージは５％以上であることを特徴とする請求項１４に記載の抗菌性紙。
【請求項１７】
前記抗菌性塗層におけるナノサイズの二酸化チタン粒子の質量パーセンテージは５％〜１５％であることを特徴とする請求項１４に記載の抗菌性紙。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抗菌性塗料の製造方法、抗菌性紙及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、生活用紙、工業紙など、無菌のみならず抗菌性を備えた用紙が求められている。従来の抗菌性紙の製造方法では、紙に抗菌性能力を付与するために、紙面にナノサイズの二酸化チタン粒子を含む抗菌性塗層を塗布する。しかし、該方法によって製造された抗菌性紙の抗菌性能力はあまり優れていない。その主な原因は、現在の製造技術ではナノサイズの二酸化チタン粒子の抗菌性能力を十分に発揮することができないからである。
【０００３】
また、従来の抗菌性紙の製造工程において、抗菌性塗層に使用されるナノサイズの二酸化チタン粒子は、サプライヤーから供給されている。ナノサイズの二酸化チタン粒子の抗菌性能力はその粒径に関係し、二酸化チタン粒子の平均粒径がより小さいほど、二酸化チタン粒子の抗菌性能力は優れる。しかし、二酸化チタン粒子の平均粒径が小さくなるほど、二酸化チタン粒子の比表面エネルギーは大きくなる。これにより、二酸化チタン粒子の製造及び使用過程において凝集する傾向があり、二酸化チタン粒子の凝集は、二酸化チタン粒子の平均粒径を増大させる。その結果、二酸化チタン粒子の抗菌性能力は弱くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２０３６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、上記課題を解決するために、本発明は抗菌性能力が高い抗菌性塗料の製造方法、抗菌性紙の製造方法及び抗菌性紙を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の抗菌性塗料の製造方法は、二酸化チタン粒子と分散剤を含む混合液を調合する第一ステップと、前記混合液を機械攪拌器によって攪拌し、前記混合液における二酸化チタン粒子に対して最初の粉砕を行って、最初の二酸化チタン粒子分散液を形成する第二ステップと、前記最初の二酸化チタン粒子分散液を超音波によって振動処理し、平均粒径が２００ｎｍより小さいナノサイズの二酸化チタン粒子分散液を形成する第三ステップと、前記ナノサイズの二酸化チタン粒子分散液と塗料とを混合し、ナノサイズの二酸化チタン粒子が均一に分散されている抗菌性塗料を形成する第四ステップであって、抗菌性塗料におけるナノサイズの二酸化チタン粒子の質量パーセンテージが５％以上である、第四ステップと、を含む。
【０００７】
前記第二ステップにおいて、前記混合液を機械攪拌器によって攪拌する時の攪拌速度は、５０００ｒ／分〜７０００ｒ／分であり、攪拌時間は３０分間〜６０分間である。
【０００８】
前記第三ステップにおける、前記最初の二酸化チタン粒子分散液を超音波によって振動処理する工程において、超音波の出力パワーは５００Ｗであり、周波数は１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚであり、振動処理時間は３分間〜５分間である。
【０００９】
前記抗菌性塗料におけるナノサイズの二酸化チタン粒子の質量パーセンテージは５％〜１５％である。
【００１０】
前記混合液において、分散剤の量は二酸化チタン粒子の量の０．３％〜０．５％である。
【００１１】
前記ナノサイズの二酸化チタン粒子分散液と前記塗料とを混合する前に、前記ナノサイズの二酸化チタン粒子分散液のＰＨ値を調節して、前記塗料のＰＨ値と一致させるステップを更に含む。
【００１２】
本発明の抗菌性紙の製造方法は、紙基板を提供する第一ステップと、上記の抗菌性塗料の製造方法によって形成された抗菌性塗料を提供する第二ステップと、前記紙基板の少なくとも１つの表面に抗菌性塗料を塗布して抗菌性塗層を形成する第三ステップと、を含む。
【００１３】
前記紙基板は、順に積層された表面層とサンドイッチ層と底層とを含み、前記抗菌性塗層は、前記紙基板の表面層又は／及び底層に形成されている。
【００１４】
本発明の抗菌性紙は、紙基板と抗菌性塗層とを含む。前記抗菌性塗層は、前記紙基板の少なくとも一つの表面に形成されており、前記抗菌性塗層は、均一に分布されたナノサイズの二酸化チタン粒子を含み、前記抗菌性塗層における二酸化チタン粒子の平均粒径は２００ｎｍ以下であり、前記抗菌性塗層におけるナノサイズの二酸化チタン粒子の質量パーセンテージは５％以上である。
【００１５】
前記抗菌性紙の抗菌性塗層の抗菌率は、９９％以上である。
【００１６】
本発明の抗菌性紙は、紙基板と抗菌性塗層とを含む。前記抗菌性塗層は、前記紙基板の少なくとも一つの表面に形成されており、前記抗菌性塗層は、均一に分布されたナノサイズの二酸化チタン粒子を含み、前記抗菌性塗層における二酸化チタン粒子の平均粒径は２００ｎｍ以下であり、前記抗菌性塗層におけるナノサイズの二酸化チタン粒子の質量パーセンテージは５％以上である。
【００１７】
前記抗菌性紙の抗菌性塗層の抗菌率は、９９％以上である。
【００１８】
前記抗菌性塗料におけるナノサイズの二酸化チタン粒子の質量パーセンテージは５％〜１５％である。
【００１９】
本発明の抗菌性紙は、紙基板と抗菌性塗層とを含む。前記抗菌性塗層は、前記紙基板の少なくとも一つの表面に形成されており、前記抗菌性塗層は、均一に分布されたナノサイズの二酸化チタン粒子を含み、前記抗菌性塗層の抗菌率は、９９％以上である。
【００２０】
前記抗菌性塗層における二酸化チタン粒子の平均粒径は２００ｎｍ以下である。
【００２１】
前記抗菌性塗層におけるナノサイズの二酸化チタン粒子の質量パーセンテージは５％以上である。
【００２２】
前記抗菌性塗層におけるナノサイズの二酸化チタン粒子の質量パーセンテージは５％〜１５％である。
【発明の効果】
【００２３】
従来の技術と比べて、本発明の抗菌性塗料の製造方法によって製造された抗菌性塗料中の二酸化チタン粒子の粒径は小さく、抗菌性塗料に均一に分布さているので、二酸化チタンの抗菌性能力を十分に発揮できる。本発明の抗菌性紙の製造方法及び該製造方法によって製造された抗菌性紙に利用された抗菌性塗料は、本発明の抗菌性塗料の製造方法によって製造されるので、一方、抗菌性塗料における二酸化チタン粒子の平均粒径は２００ｎｍ以下であり、二酸化チタンの抗菌性能力を十分に発揮できる。これにより、抗菌性紙に良好な抗菌率を付与され、抗菌性紙の抗菌率は９９％以上に達することができる。また、抗菌性紙の抗菌性塗層において二酸化チタン粒子が均一に分散されているので、抗菌性塗層は良好な空隙率を有し、抗菌性紙は優れた印刷性能を有する。従って、本発明の抗菌性紙は優れた抗菌性能力を有するだけでなく、優れた印刷性能をも有している。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る紙基板の表面に等質量の抗菌性塗料を塗布して、その表面に抗菌性塗層が形成された抗菌性紙の表面及び横断面を示した走査型電子顕微鏡写真である。
【図２】本発明に係る紙基板の表面に等質量の抗菌性塗料を塗布して、その表面に抗菌性塗層が形成された抗菌性紙の表面及び横断面を示した走査型電子顕微鏡写真である。
【図３】本発明に係る紙基板の表面に等質量の抗菌性塗料を塗布して、その表面に抗菌性塗層が形成された抗菌性紙の表面及び横断面を示した走査型電子顕微鏡写真である。
【図４】本発明に係る紙基板の表面に等質量の抗菌性塗料を塗布して、その表面に抗菌性塗層が形成された抗菌性紙の表面及び横断面を示した走査型電子顕微鏡写真である。
【図５】本発明に係る紙基板の表面に等質量の抗菌性塗料を塗布して、その表面に抗菌性塗層が形成された抗菌性紙の表面及び横断面を示した走査型電子顕微鏡写真である。
【図６】本発明に係る紙基板の表面に等質量の抗菌性塗料を塗布して、その表面に抗菌性塗層が形成された抗菌性紙の表面及び横断面を示した走査型電子顕微鏡写真である。
【図７】本発明に係る、紙基板の表面に機械攪拌の回転速度が５０００ｒ／分であり、超音波で振動処理された時間が３分間である製造条件で形成された抗菌性塗料を塗布して、その表面に抗菌性塗層が形成された抗菌性紙の表面及び横断面を示した走査型電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００２６】
実施形態の抗菌性塗料の製造方法は、以下のステップを含む。
【００２７】
第一ステップにおいて、二酸化チタン粒子及び分散剤を含む混合液を調合する。
【００２８】
本実施形態において、混合液は、先にアルカリ性環境に分散剤溶液を調合し、その後分散剤溶液の中に二酸化チタン粒子を添加して形成する。具体的に、混合液は以下のステップによって形成される。ステップ（ａ）において、水を溶媒とし、ポリアクリル酸ナトリウム(ＰＡＡＳ)を溶質として分散剤溶液を調合する。具体的に、まず、水の中にアルカリ性物質を加えて水のＰＨ値を９〜１０の範囲で保持する。その後、撹拌しながら水の中にポリアクリル酸ナトリウムの溶質を添加して分散剤溶液を形成する。
【００２９】
理解できることは、本発明において、ステップ（ａ）において、分散剤の種類はポリアクリル酸ナトリウムに制限されず、臭化セチルトリメチルアンモニウム(ＣＴＡＢ)、ヘキサメタリン酸ナトリウム、ポリエチレングリコール２０００(ＰＥＧ−２０００)、ポリメタクリル酸(ＰＭＡＡ)などの本領域の常用の分散剤でも良い。
【００３０】
本発明において、水の中に加入されるアルカリ性物質は、水酸化ナトリウム(ＮａＯＨ)、炭酸ナトリウム(ＮａＣＯ３)などのアルカリ性物質を含む。
【００３１】
ステップ（ｂ）に、分散剤溶液に二酸化チタン粒子を加えて混合液を形成する。
【００３２】
本発明において、分散剤溶液に加えた二酸化チタン粒子は市販の製品であり、該二酸化チタン粒子は、ナノサイズに加工されている二酸化チタン粒子又はナノサイズに加工されていない二酸化チタン粒子である。
【００３３】
本実施形態において、前記分散剤溶液に加えた二酸化チタン粒子は、サプライヤーから購入した、ナノサイズに加工された二酸化チタン粒子である。
【００３４】
ステップ（ｂ）に使用されたナノサイズに加工された二酸化チタン粒子は、サプライヤーから購入し、販売商品としたナノサイズに加工された二酸化チタン粒子である。しかし、本発明の［背景技術］に記載しているように、前記市販の二酸化チタン粒子は既にナノサイズに加工されており、保管及び輸送などによって二酸化チタン粒子は凝集するので、製紙工場で使用されている二酸化チタン粒子の実際の平均粒径は１０００ナノメートルを越えている。つまり、製紙工場で実際に使用されている二酸化チタン粒子はナノメートルレベルではない。
【００３５】
本発明において、二酸化チタン粒子を加えた混合液のＰＨ値は９〜１０の範囲であることが好ましいが、後に形成しようとする抗菌性塗料の性能に影響しなければ、ＰＨ値９〜１０の範囲に制限されず、実施状態によって混合液のＰＨ値を調節することができる。
【００３６】
本発明において、分散剤と二酸化チタン粒子を含む混合液のＰＨ値は、抗菌性塗料の製造工程に影響を与える主な要因ではない。しかし、本実施形態において混合液のＰＨ値をアルカリ性に維持する理由は、現在の製紙用塗料はアルカリ性を有し、分散剤と二酸化チタン粒子を含む混合液が製紙用塗料のＰＨ値に与える影響を防止するためである、本実施形態において混合液のＰＨ値をアルカリ性に調合することにより、混合液のＰＨ値は、続けに用いられる製紙用塗料のＰＨ値と異なって、抗菌性塗料の全体の性能に不利の影響を生じることを防止できる。
【００３７】
従って、本発明において、分散剤と二酸化チタン粒子を含む混合液の調合方法は、上記の形成方法以外に、以下の数種の形成方法がある。形成方法（１）では、製紙用塗料がアルカリ性である場合、先ず、中性又は酸性の混合液を提供した後、該混合液のＰＨ値を製紙用塗料のＰＨ値に適応するアルカリ性に調節する。形成方法（２）では、製紙用塗料が酸性である場合、直接酸性の混合液を提供する又は先に中性又はアルカリ性の混合液を提供した後、該混合液のＰＨ値を塗料のＰＨ値に適応する酸性に調節する。形成方法（３）では、製紙用塗料が中性である場合、直接中性の混合液を提供する又は先に酸性又はアルカリ性の混合液を提供した後、該混合液のＰＨ値を塗料のＰＨ値に適応する中性に調節する。
【００３８】
本発明において、混合液に含まれる分散剤のパーセンテージは、二酸化チタン粒子の添加量によって決まる。好ましくは、二酸化チタン粒子は続きの段階に良好な分散効果を保持できるために、本実施形態において、混合液における分散剤と二酸化チタン粒子との質量パーセンテージは、０．３％〜０．５％である。
【００３９】
理解できることは、混合液において、分散剤と二酸化チタン粒子とのパーセンテージ比率は上記の範囲に制限されず、本実施形態において、具体の実施工程に、全体システムの分散効果を影響されないことに制限し、現状に基いて混合液に含まれる分散剤と二酸化チタン粒子との質量パーセンテージを調節することができる。
【００４０】
理解できることは、本発明において、混合液を形成する際の分散剤及び二酸化チタン粒子を加える順番に特に制限はない。また、もう一つの例として、混合液を形成する際、分散剤及び二酸化チタン粒子を同時に水の中に加える又は二酸化チタン粒子を先に水に加えた後分散剤を加えても良い。
【００４１】
第二ステップにおいて、混合液を機械攪拌器によって攪拌した後、二酸化チタン粒子を粉砕してその粒径を減少させて、最初の二酸化チタン粒子分散液を形成する。
【００４２】
本発明において、混合液を機械攪拌器によって攪拌する目的は、混合液に分散されている二酸化チタン粒子に対して最初の粉砕を行って、混合液における二酸化チタン粒子の平均粒径を減少させるためである。
【００４３】
本実施形態において、攪拌棒を利用して混合液に対して機械攪拌を行う。攪拌棒の攪拌速度は、５０００ｒ／分〜７０００ｒ／分であり、その攪拌時間は３０分間〜６０分間である。
【００４４】
理解できることは、本発明において、混合液を攪拌する機械攪拌器の攪拌速度と攪拌時間は、本実施形態の範囲に制限させず、混合液を攪拌する機械攪拌器の攪拌速度と攪拌時間は、二酸化チタン原料の粒径によって調整することができる。例えば、二酸化チタン原料がナノサイズに加工されていない粒径が大きい普通の二酸化チタン粒子である場合、機械攪拌器の攪拌速度はより速く、攪拌時間はより長くなり、これにより混合液における二酸化チタンの平均粒径をできるだけに減少させる。また、二酸化チタン原料における二酸化チタン粒子の粒径が小さい場合、機械攪拌器の攪拌速度は遅くなり、攪拌時間は短い。従って、混合液における二酸化チタンの平均粒径を減少させると同時にエネルギーを節約することができる。
【００４５】
第三ステップにおいて、上記最初の二酸化チタン粒子分散液を超音波によって振動処理して、平均粒径が２００ｎｍより小さい二酸化チタン粒子分散液を形成する。
【００４６】
本発明において、最初の二酸化チタン粒子分散液を超音波によって振動処理する目的は、二酸化チタン粒子を二次粉砕して、平均粒径が２００ｎｍより小さくなるためである。
【００４７】
本実施形態において、最初の二酸化チタン粒子分散液を超音波によって振動処理する場合、超音波の周波数は１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚであり、出力パワーは５００Ｗであり、振動処理時間は３分間〜５分間である。
【００４８】
理解できることは、最初の二酸化チタン粒子分散液を超音波によって振動処理する超音波の周波数、出力パワー及び振動処理時間は、実際の状況に応じて調節することができる。超音波によって振動処理された二酸化チタンの平均粒径が２００ｎｍ以下であればよい。
【００４９】
本発明において、原料の二酸化チタンに対して、先に機械攪拌器によって攪拌して、二酸化チタン粒子を粉砕した後、超音波によって振動処理して、二酸化チタン粒子を二次粉砕する。その主な理由は、二酸化チタンの粒径がより大きい場合、機械の撹拌によって二酸化チタン粒子の平均粒径を素早く、効果的に小さくできるが、二酸化チタンの粒径が８００ｎｍ以下になると、機械の撹拌による二酸化チタン粒子に対しての切断能率が弱くなるからである。この場合、機械の撹拌方法を超音波処理方法に換えて、引き続き二酸化チタン粒子に対して二次粉砕する。これにより、二酸化チタン粒子の粒径をさらに減少させ、粒径が２００ｎｍ以下の二酸化チタン粒子を得るためである。
【００５０】
原料の二酸化チタン粒子を粉砕するために、超音波処理方法のみを採用することに比べて、本発明の機械攪拌方法と超音波処理方法とを結合する方式は以下の利点がある。まず、超音波処理方法と較べると機械攪拌方法のエネルギー損耗はより低い。二酸化チタンの粒径がより大きい時に、二酸化チタンの粒径を粉砕するために超音波処理方法のみを使用すると、多くのエネルギーを損耗して製紙のコストを増加する。しかし、二酸化チタンの粒径がより大きい場合、機械撹拌方法を採用して二酸化チタン粒子を粉砕し、二酸化チタンの粒径が小さくなると、超音波処理方法を採用して二酸化チタン粒子を二次粉砕すると、エネルギー損耗を効果的に減少できるだけでなく、ナノサイズの二酸化チタン粒子を得ることができる。次に、超音波振動処理方法は、超音波装置から強い衝撃波を発生させて二酸化チタン粒子を互いに衝突させることにより、二酸化チタン粒子を粉砕する。しかし、二酸化チタン粒子の粒径がより大きい場合、衝撃波に起因する衝撃力の二酸化チタン粒子に対する効果は弱く、二酸化チタン粒子を効果的に粉砕することは難しい。従って、二酸化チタン粒子の平均粒径をナノサイズにすることができない。本発明は、大きいサイズの二酸化チタン粒子を先に機械撹拌方法によって粉砕して、小さいサイズの二酸化チタン粒子を形成した後超音波振動処理方法を採用するので、衝撃波は小さいサイズの二酸化チタン粒子に十分に作用できる。これにより、平均粒径がナノサイズである二酸化チタン粒子を得ることができる。
【００５１】
第四ステップにおいて、ナノサイズの二酸化チタン粒子分散液及び塗料を混合し、ナノサイズの二酸化チタン粒子が均一に分散されている抗菌性塗料を形成する。この時、抗菌性塗料におけるナノサイズの二酸化チタン粒子の質量パーセンテージは５％以上である。
【００５２】
機械撹拌方法及び超音波振動処理方法によって処理して得られたナノサイズの二酸化チタン粒子は、分散剤に作用されて形成されたナノサイズの二酸化チタン粒子分散液において、ナノサイズの二酸化チタン粒子は分散溶液に均一に浮遊している。この状態のナノサイズの二酸化チタン粒子分散液を塗料に混合させると、塗料に含まれている炭酸カルシウム(ＣａＣＯ３)のような大きな顆粒物質が、隣接するナノサイズの二酸化チタン粒子間において、ナノサイズの二酸化チタン粒子同士が互いに凝集するのを防止する。これにより、ナノサイズの二酸化チタン粒子が均一に分散されている抗菌性塗料を得ることができる。
【００５３】
理解できることは、前記塗料は、製紙工程に用いる一般の製紙塗料であるが、該製紙塗料の種類及び用量は、紙製品の実際の必要に応じて調節することができる。塗料とナノサイズの二酸化チタン粒子分散液との質量パーセンテージも、紙製品の実際の必要に応じて調節することができる。
【００５４】
好ましくは、本実施形態において、抗菌性塗料におけるナノサイズの二酸化チタン粒子の質量パーセンテージは５％〜１５％である。
【００５５】
本発明は、抗菌性紙の製造方法を提供する。該抗菌性紙の製造方法は、紙基板を提供するステップ(ｉ)と、上記の抗菌性塗料の製造方法によって得られた抗菌性塗料を提供するステップ(ｉｉ)と、紙基板の少なくとも１つの表面に前記抗菌性塗料を塗布して抗菌性塗層を形成するステップ(ｉｉｉ)と、を含む。
【００５６】
本実施形態において、前記紙基板は、多層紙であり、表面層とサンドイッチ層と底層を含む。抗菌性塗層は、紙基板の表面層の表面に形成される。
【００５７】
理解できることは、製品の異なる設計によって、抗菌性塗層は、底層の表面に、又は表面層及び底層の表面にそれぞれ形成されることができる。
【００５８】
理解できることは、本発明において、紙基板の層数に対しては特に制限はなく、実際の必要に応じて単層紙、二層紙を選択することができる。
【００５９】
本発明は抗菌性紙を提供する。抗菌性紙は、紙基板と、該紙基板の少なくとも１つの表面に被覆される抗菌性塗層と、を含む。該抗菌性塗層は、上記の抗菌性塗料の製造方法によって得られた抗菌性塗料からなる。
【００６０】
理解できることは、本発明において、利用された紙基板の重量が異なることに基いて、抗菌性紙は抗菌性ボール紙であることができるが、またその他類型の紙品であることができる。例えば印刷用紙、包装紙、工業紙などである。勿論、抗菌性紙の層数に対しても特に制限はなく、単層紙、二層紙又は多層紙であることができる。
【００６１】
抗菌性紙の抗菌性塗層において、二酸化チタン粒子の平均粒径は２００ｎｍ以下である。
【００６２】
更に、抗菌性紙の抗菌性塗層において、二酸化チタン粒子の平均粒径は３０ｎｍ〜２００ｎｍである。
【００６３】
抗菌性紙において、抗菌性塗層の抗菌率は９９％以上である。
【００６４】
抗菌性紙の抗菌性塗層において、二酸化チタン粒子の質量パーセンテージは５％以上である。
【００６５】
抗菌性紙の抗菌性塗層において、二酸化チタン粒子の質量パーセンテージは５％〜１５％である。
【００６６】
理解できることは、本発明において、抗菌性紙の抗菌性塗層に、二酸化チタン粒子の質量パーセンテージ、抗菌性塗層の抗菌率及び抗菌性塗層のインク吸収度％は、上記の範囲に制限されず、実際の製造の必要に応じて調節することができる。
【００６７】
本発明に提供された抗菌性紙に使用された抗菌性塗料は、本発明に提供さらた抗菌性塗料の製造方法によって形成するので、一方、抗菌性塗層における二酸化チタン粒子の平均粒径が２００ｎｍ以下であるので、二酸化チタンの抗菌性能力を十分的に発揮できる。これにより、抗菌性紙に優れた抗菌性能力を付与することができる。もう一方、ナノサイズの二酸化チタン粒子が、抗菌性塗料に含まれるより大きな顆粒子による空間立体効果のために抗菌性塗層の中に均一に分布し、抗菌性塗層は抗菌性紙の外面に高い多孔性を有することができる。この高い多孔性は、抗菌性紙の印刷性能を向上させるため、本実施形態の抗菌性紙は高い抗菌性能を有するのみならず、良好な印刷性能をも有する。
【００６８】
更に、本発明の抗菌性紙の抗菌性能及び印刷性能を検証するために、抗菌性ボール紙の生産することを例として、以下３組の例（比較例１、比較例２、実施例１）を提供する。ここで、比較例１及び比較例２は、従来の製造方法を利用した者、実施例１は製造方法を利用した者である。以下の３組の例において、市販の二酸化チタンの完成品に対する粉砕方法と分散方法が異なる以外に、採用する材料とプロセス・パラメータは全て同じである。
【００６９】
（比較例１）
機械撹拌方法のみを採用して市販の二酸化チタンの完成品を粉砕して分散することにより抗菌性塗料を形成する。該抗菌性塗料を形成した後、抗菌性塗料を紙基板の表面に塗布して抗菌性塗層を形成して抗菌性紙を得る。具体的には以下のステップを含む。
【００７０】
ステップ（１）において、製紙パルプ用原料に対して、粉砕、選別、浄化、浮選、熱分散、漂白、精製の順に従ってこれらを行い、製紙パルプを形成する。
【００７１】
ステップ（２）において、抗菌性塗層に用いられる塗料を製造する。
【００７２】
ステップ（３）において、分散剤が存じる環境で、機械攪拌の方式を利用して二酸化チタン粒子分散液を製造する。具体的には以下のステップを含む。
【００７３】
ステップ(ａ)で、攪拌器の中に水を加入し、水の中にＮａＯＨを加えて、水のｐＨ値を９に調節し、この後水に対して攪拌を行い、同時に水の中に分散剤を加入し、分散剤の含量が二酸化チタンの含量の０．３％であるほどに制御し、５００ｒ／分の回転速度で均一的攪拌して、分散剤溶液を形成する。
【００７４】
ステップ(ｂ)で、前記分散剤溶液の中に市販のナノサイズに加工された二酸化チタンの完成品を加入し、分散剤溶液における二酸化チタンのＳｏｌｉｄＣｏｎｔｅｎｔ(％)が２０％であるほどに制御し、混合液を得る。
【００７５】
ステップ（ｃ）において、混合液に対して機械攪拌を行いって二酸化チタン粒子分散液を得る。このステップにおいて前記混合液から３つの等質量の混合液を取り出して、５０００ｒ／分、６０００ｒ／分、７０００ｒ／分の回転速度でそれぞれ３０分間機械攪拌を行い、３つの二酸化チタン粒子分散液を得る。３つの二酸化チタン粒子分散液からそれぞれ見本を抜き取って、前記３つの二酸化チタン粒子分散液における二酸化チタン粒子の平均粒径を検査し、具体の者は表１に示されている。
【００７６】
ステップ（４）において、抗菌性塗料における二酸化チタン粒子の質量パーセンテージは５％であることを保証する条件で、ステップ（３）で得た３つの等質量の二酸化チタン粒子分散液を、それぞれ３つの等質量のステップ（２）で提供された製紙塗料に均一に混合して、３つの等質量の抗菌性塗料を得る。
【００７７】
ステップ（５）において、各紙パルプ層を製造するための製紙パルプを流送系統を利用して紙を製造する機器に送達し、抄造成型を行い、それぞれ互いに独立な表面層とサンドイッチ層と底層を形成する。
【００７８】
ステップ（６）において、各紙パルプ層の間に、圧搾し、脱水し、複合することにより紙基板を形成し、紙基板を乾燥処理する。
【００７９】
ステップ（７）において、３つの紙基板を使用し、３つの等質量の抗菌性塗料を、それぞれ異なる３つの紙基板の表面層に塗布し、表面層に抗菌性塗層が形成された抗菌性紙を得て、それぞれ３枚の抗菌性紙の表面、横断面に対して走査型電子顕微鏡写真をして、二酸化チタン粒子は抗菌性塗層に分布される状況を観察する。観察結果は図１〜図３に示す通りである。
【００８０】
（比較例２）
超音波振動方法のみを採用して市販の二酸化チタンの完成品を粉砕して分散することにより抗菌性塗料を形成する。この後、抗菌性塗料を紙基板の表面に塗布して抗菌性塗層を形成して抗菌性紙を得る。具体的には以下のステップを含む。
【００８１】
ステップ（１）において、製紙パルプ用原料に対して、粉砕、選別、浄化、浮選、熱分散、漂白、精製の順に従ってこれらを行い、製紙パルプを形成する。
【００８２】
ステップ（２）において、抗菌性塗層に用いられる塗料を製造する。
【００８３】
ステップ（３）において、分散剤が存じる環境で、超音波振動の方式を利用して二酸化チタン粒子分散液を製造する。具体的には以下のステップを含む。
【００８４】
ステップ(ａ)で、攪拌器の中に水を加入し、水の中にＮａＯＨを加えて、水のｐＨ値を９に調節し、この後水に対して攪拌を行い、同時に水の中に分散剤を加入し、分散剤の含量が二酸化チタンの含量の０．３％であるほどに制御し、５００ｒ／分の回転速度で攪拌して、分散剤溶液を形成する。
【００８５】
ステップ(ｂ)で、上記分散剤溶液の中に市販のナノサイズに加工された二酸化チタンの完成品を加入し、分散剤溶液における二酸化チタンのＳｏｌｉｄＣｏｎｔｅｎｔ(％)が２０％であるほどに制御し、混合液を得る。
【００８６】
ステップ(ｃ)で、混合液に対して超音波振動処理して二酸化チタン粒子分散液を得る。このステップにおいて前記混合液から３つの等質量の混合液を取り出して、５００Ｗの出力パワーで、２０ｋＨｚの周波数によって、それぞれ３分間、４分間、５分間超音波振動処理を行い、３つの二酸化チタン粒子分散液を得る。異なる時間によって超音波振動処理を行った３つの二酸化チタン粒子分散液からそれぞれ見本を抜き取って、前記３つの二酸化チタン粒子分散液における二酸化チタン粒子の平均粒径を検査し、具体の者は、表１に示されている。
【００８７】
ステップ（４）において、抗菌性塗料における二酸化チタン粒子の質量パーセンテージは５％であることを保証する条件で、ステップ（３）で得た３つの等質量の二酸化チタン粒子分散液を、それぞれ３つの等質量のステップ（２）で提供された製紙塗料に均一に混合して、３つの等質量の抗菌性塗料を得る。
【００８８】
ステップ（５）において、各紙パルプ層を製造するための製紙パルプを流送系統を利用して紙を製造する機器に送達し、抄造成型を行い、それぞれ互いに独立な表面層とサンドイッチ層と底層を形成する。
【００８９】
ステップ（６）において、各紙パルプ層の間に、圧搾し、脱水し、複合することにより紙基板を形成し、紙基板を乾燥処理する。
【００９０】
ステップ（７）において、３つの紙基板を使用し、３つの等質量の抗菌性塗料を、それぞれ異なる３つの紙基板の表面に塗布し、表面に抗菌性塗層が形成された抗菌性紙を得て、それぞれ３枚の抗菌性紙の表面、横断面に対して走査型電子顕微鏡写真をして、二酸化チタン粒子は抗菌性塗層に分布される状況を観察する。観察結果は図４〜図６に示す通りである。
【００９１】
（実施例１）
本実施例において、先ず機械攪拌器を採用して市販の二酸化チタンの完成品に対して第一段階の粉砕を行なった後、超音波振動処理方法を採用して、二酸化チタン粒子を二次粉砕して分散することにより抗菌性塗料を形成する。この後、抗菌性塗料を紙基板の表面に塗布して抗菌性塗層を形成して抗菌性紙を得る。具体的には以下のステップを含む。
【００９２】
ステップ（１）において、製紙パルプ用原料に対して、粉砕、選別、浄化、浮選、熱分散、漂白、精製の順に従ってこれらを行い、製紙パルプを形成する。
【００９３】
ステップ（２）において、抗菌性塗層に用いられる塗料を製造する。
【００９４】
ステップ（３）において、ナノ二酸化チタン粒子分散液を製造する。具体的には以下のステップを含む。
【００９５】
ステップ(ａ)で、攪拌器の中に水を加入し、水の中にＮａＯＨを加えて、水のｐＨ値を９に調節し、この後水に対して攪拌を行い、同時に水の中に分散剤を加入し、分散剤の含量が二酸化チタンの含量の０．３％であるほどに制御し、５００ｒ／分の回転速度で攪拌して、分散剤溶液を形成する。
【００９６】
ステップ(ｂ)で、上記分散剤溶液の中に市販のナノサイズに加工された二酸化チタンの完成品を加入し、分散剤溶液における二酸化チタンのＳｏｌｉｄＣｏｎｔｅｎｔ(％)が２０％であるほどに制御し、混合液を得る。
【００９７】
ステップ(ｃ)で、先ず、ステップ(ｂ)から形成された混合液を機械攪拌器を採用して混合液における二酸化チタンに対して第一段階の粉砕を行なった後、次に超音波によって振動処理して、二酸化チタン粒子を二次粉砕し、二酸化チタン粒子分散液を得る。ステップ(ｃ)において機械攪拌の時間が比較例１に一致し、３０分間である。超音波の出力パワー及び周波数が比較例２に一致し、それぞれ５００Ｗ、２０ｋＨｚである。即ち、ステップ(ｂ)から形成された混合液から３つの等質量の混合液を取り出して、先にそれぞれ５０００ｒ／分、６０００ｒ／分、７０００ｒ／分の回転速度で３０分間の機械攪拌を行なった後、更に２０ｋＨｚの周波数、５００Ｗの出力パワーによって、それぞれ３分間、４分間、５分間超音波振動処理を行い、二酸化チタン粒子分散液を得る。３つの二酸化チタン粒子分散液からそれぞれ見本を抜き取って、前記３つの二酸化チタン粒子分散液における二酸化チタン粒子の平均粒径を検査し、具体の者は表１に示されている。
【００９８】
ステップ（４）において、抗菌性塗料における二酸化チタン粒子の質量パーセンテージは５％であることを保証する条件で、ステップ（３）で得た３つの等質量の二酸化チタン粒子分散液を、それぞれ３つの等質量のステップ（２）で提供された製紙塗料に均一に混合して、３つの等質量の抗菌性塗料を得る。
【００９９】
ステップ（５）において、各紙パルプ層を製造するための製紙パルプを流送系統を利用して紙を製造する機器に送達し、抄造成型を行い、それぞれ互いに独立な表面層とサンドイッチ層と底層を形成する。
【０１００】
ステップ（６）において、各紙パルプ層の間に、圧搾し、脱水し、複合することにより紙基板を形成し、紙基板を乾燥処理する。
【０１０１】
ステップ（７）において、紙基板を使用し、機械攪拌の回転速度が５０００ｒ／分であり、超音波で振動処理された時間が３分間である製造条件で形成された抗菌性塗料を、紙基板の表面に塗布して、表面に抗菌性塗層が形成された抗菌性紙を得て、該抗菌性紙の表面及び横断面に対して走査型電子顕微鏡写真をして、二酸化チタン粒子は抗菌性塗層に分布される状況を観察する。該観察結果は図７に示した通りである。
【０１０２】
実験結果１:異なる分散方式によって得られた二酸化チタン粒子の平均粒径の分布状況について
【０１０３】
異なる分散方法によってそれぞれ得られた二酸化チタン粒子の平均粒径と、市販の二酸化チタンの完成品（つまり、ナノサイズに加工されて、製紙工場に輸送された完成品）の平均粒径と、がそれぞれ表１に示される。
【０１０４】
【表１】
2014524948.tif 000003
【０１０５】
表１からわかるように、本発明が提供された抗菌性塗料の製造方法が採用された分散方式によって分散して得られた二酸化チタンの平均粒径が実際にナノメートルレベルに近づいていり、市販の二酸化チタンの完成品の平均粒径よりとても小さいだけでなく、比較例１、比較例２のような普通の分散方式によって分散して得られた二酸化チタンの完成品の平均粒径からも明らかに小さい。
【０１０６】
本発明の背景技術に記載しているように、二酸化チタン粒子の抗菌性能力はその粒径に関係している。二酸化チタン粒子の平均粒径がより小さいほど、二酸化チタン粒子の抗菌性能力は優れる。従って、本発明の実施例１で提供された抗菌性塗料のその抗菌性能力が高いことは明確である。
【０１０７】
実験結果２:ナノサイズの二酸化チタン粒子が抗菌性塗層に分散している状態について
【０１０８】
それぞれ比較例１、比較例２及び実施例１によって形成された抗菌性紙の表面に被覆された抗菌性塗層の走査型電子顕微鏡写真を比較することによって、次の結論を引き出すことができる。
【０１０９】
図１〜図３に示すように、機械撹拌方法のみを採用して市販の二酸化チタンの完成品を粉砕した場合、機械撹拌器の回転速度が早くなるほど、二酸化チタン粒子は抗菌性塗料においてより均一に分散される。しかし、二酸化チタン粒子の平均粒径はより大きい。また、明らかに二酸化チタン粒子は凝集している。
【０１１０】
図４〜図６に示すように、超音波振動方法のみを採用して市販の二酸化チタンの完成品を粉砕した場合、振動時間が３分である時、抗菌性塗層における二酸化チタン粒子の平均粒径はより小さい。しかし、多くの二酸化チタン粒子は凝集している。超音波振動時間の延長によって、二酸化チタン粒子は抗菌性塗層においてより均一に分散されるが、二酸化チタン粒子の平均粒径は明らかに増大している。
【０１１１】
図７に示すように、本発明の抗菌性塗料の製造方法によって形成された抗菌性塗料を塗布して形成された抗菌性塗層では、二酸化チタン粒子が均一に分散されている。二酸化チタン粒子の平均粒径も超音波振動方法のみを採用して市販の二酸化チタンの完成品を粉砕して得られた二酸化チタン粒子及び機械撹拌方法のみを採用して市販の二酸化チタンの完成品を粉砕して得られた二酸化チタン粒子の平均粒径より小さい。
【０１１２】
図１〜図７で示された走査型電子顕微鏡写真を比較すると、本発明の抗菌性塗料の製造方法によって形成された抗菌性塗料における二酸化チタン粒子の平均粒径は小さく、且つ、均一に分散されている。
【０１１３】
結果３:抗菌能力及び印刷性能について
【０１１４】
実験性能パラメーターについて
【０１１５】
抗菌能力について
抗菌性紙の抗菌性能力は、中国の標準ＧＢ／Ｔ２１８６６−２００８によって測定された抗菌率で表徴される。抗菌効果に対する普通の試験方法は以下のステップを含む。ステップ１において、一定量のバクテリアを、観察しようとする抗菌性紙の抗菌性塗層に接種する。ステップ２において、濾過膜を突き刺すことによりバクテリアを抗菌性塗層に均一に分布させる。ステップ３において、バクテリアを２４時間〜４８時間培養した後、抗菌性塗層の表面において生存しているバクテリアの数量を観察して、抗菌性紙の抗菌率を計算する。この時、抗菌率が高いほど抗菌性能力に優れている。
【０１１６】
印刷性能について
抗菌性紙の印刷性能は、抗菌性塗層のインク吸収度(％)、インク乾燥速度及び二酸化チタン粒子が抗菌性塗層に分散される均一性によって表徴される。
【０１１７】
インク吸収度(％)は、インクを吸収する前の抗菌性紙の抗菌性塗層での光反射率及びインクを吸収した後の抗菌性紙の抗菌性塗層での光反射率の間の差と、インクを吸収する前の抗菌性紙の抗菌性塗層での光反射率と、の比率である（具体的に中国の標準のＧＢ１２９１１−１９９１を参照）、インク吸収度(％)が高いほど、印刷性能に優れている。
【０１１８】
抗菌性塗層の表面のインク乾燥速度は次のステップによって測定する。ステップ１において、転写紙を利用して転写紙の表面において抗菌性紙の表面を覆ったインクを転写する。ステップ２において、転写紙の表面に転写されたインクの密度を測定することにより抗菌性塗層のインク乾燥速度を評価する。転写紙の表面上に転写されたインクの密度が高いほど、抗菌性塗層のインク乾燥速度は低く、印刷性能も悪い。
【０１１９】
異なる分散方法によってそれぞれ得られた二酸化チタン粒子の抗菌性性能を表徴する各パラメーターがそれぞれ表２に示される。
【０１２０】
【表２】
2014524948.tif 000004
【０１２１】
表２を参照すると、本発明の実施例１の抗菌性紙の抗菌率は、比較例１及び比較例２のような普通の抗菌性紙の抗菌率よりはるかに高い。つまり、本発明の抗菌性塗料の製造方法によって形成された抗菌性塗料及び抗菌性紙は優れた抗菌性能力を有していることがわかる。本発明のインク乾燥速度及びインク吸収性は、比較例１及び比較例２のような普通のインク乾燥速度及びインク吸収性と比べて、本発明の抗菌性紙に対応する転写紙の表面に転写されたインクの密度は最も低く、本発明の抗菌性紙のインク吸収度は最も高い。従って、本発明の抗菌性紙の印刷性能は最良である。
【０１２２】
表２のデータを比較すると次の結論を引き出すことができる。慣習の分散方式によって分散して得られた抗菌性塗料と較べると、本発明が提供された抗菌性塗料の製造方法によって得られた抗菌性塗料が優良の抗菌性能力を有している。更に、慣習の分散方式によって分散して得られた抗菌性塗料と較べると、本発明が提供された抗菌性塗料の製造方法によって得られた抗菌性塗料は、優良の印刷性能を有している。
【０１２３】
従来の技術と比べて、本発明の抗菌性塗料の製造方法によって製造された抗菌性塗料中の二酸化チタン粒子の粒径は小さく、抗菌性塗料に均一に分布さているので、二酸化チタンの抗菌性能力を十分に発揮できる。本発明の抗菌性紙の製造方法及び該製造方法によって製造された抗菌性紙に利用された抗菌性塗料は、本発明の抗菌性塗料の製造方法によって製造されるので、一方、抗菌性塗料における二酸化チタン粒子の平均粒径は２００ｎｍ以下であり、二酸化チタンの抗菌性能力を十分に発揮できる。これにより、抗菌性紙に良好な抗菌率を付与され、抗菌性紙の抗菌率は９９％以上に達することができる。また、抗菌性紙の抗菌性塗層において二酸化チタン粒子が均一に分散されているので、抗菌性塗層は良好な空隙率を有し、抗菌性紙は優れた印刷性能を有する。従って、本発明の抗菌性紙は優れた抗菌性能力を有するだけでなく、優れた印刷性能をも有している。
【図１】
2014524948.tif 000005
【図２】
2014524948.tif 000006
【図３】
2014524948.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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2014524948.tif 000014
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