JP7578652B2 - Phosphine detector - Google Patents
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Description
本発明は、ホスフィン検知体に関する。 The present invention relates to a phosphine detector.
ホスフィンPH3を用いた燻蒸作業は、害虫を駆除するため、倉庫、船上及び機器内等において広く実施されている。例えば、貨物船での燻蒸作業は、通常、貨物倉を締め切った状態で貨物を数日以上所定量のホスフィンに曝露させる。 Fumigation with phosphine PH3 is widely carried out in warehouses, on ships, and inside equipment to eliminate pests. For example, fumigation on a cargo ship usually involves exposing the cargo to a prescribed amount of phosphine for several days or more with the cargo holds closed.
しかし、ホスフィンは、人間に有害であるため、環境中のホスフィンの検知が必要である。従来、環境中のホスフィンの検知は、電力で駆動するセンサ等のガス検出機構を備えたガス測定装置、及びガス検知管等を用いて実施されてきた。なお、ガス検知管を用いる場合、環境中から人力で又は電動で断続的に吸引したガス試料を用いて検知する。 However, because phosphine is harmful to humans, it is necessary to detect phosphine in the environment. Traditionally, detection of phosphine in the environment has been carried out using gas measurement devices equipped with gas detection mechanisms such as electrically powered sensors, and gas detector tubes. When using gas detector tubes, detection is carried out using gas samples that are intermittently drawn in from the environment either manually or electrically.
特許文献1には、ホスフィン等の複数種類の被測定ガスに反応して光学濃度が変化する反応痕を生じる試薬を担持した検知紙を用いるガス測定装置が開示されている。このガス測定装置によれば、複数種類の被測定ガスの種類とその濃度を測定することができる。
ところで、近年、燻蒸作業が行われた個々の物品について、過去におけるホスフィンの曝露濃度の高さを知ることが望まれるようになっている。この過去におけるホスフィンの曝露濃度の高さを検知するためには、個々の物品のホスフィンの曝露濃度を常時検知できることが好ましい。また、貨物船等に積み込まれる多くの物品についてホスフィンの曝露濃度の常時検知をするためには、人が介在しない検知器である必要がある。 In recent years, it has become desirable to know the level of past phosphine exposure for each item that has been subjected to fumigation. In order to detect the level of past phosphine exposure, it is preferable to be able to constantly detect the phosphine exposure concentration for each item. Furthermore, in order to constantly detect the phosphine exposure concentration for many items loaded onto cargo ships, etc., a detector that does not require human intervention is required.
しかしながら、特許文献1のガス測定装置は、電力が必要である。このため、特許文献1のガス測定装置では、小さな個々の物品のホスフィンの曝露濃度を常時検知することは困難であり、また常時検知のコストが高いという問題があった。また、ガス検知管では、ガス試料を断続的に吸引して検知するため、ホスフィンの曝露濃度を常時検知することはできないという問題があった。
However, the gas measuring device of
本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、無電力で、ホスフィンの常時検知が可能であり、応答性の高いホスフィン検知体を提供することにある。 The present invention was made in consideration of the problems inherent in the conventional technology. The object of the present invention is to provide a highly responsive phosphine detector that can continuously detect phosphine without power consumption.
本発明の態様に係るホスフィン検知体は、支持体と、支持体の表面で支持され、複数の塩基性炭酸銅粒子と複数のセルロース繊維とが混合されたホスフィン検知部とを備え、複数のセルロース繊維の平均長さは0.8mm以上2mm以下であり、ホスフィン検知部は実質的にバインダを含まない。 The phosphine detector according to this embodiment of the present invention comprises a support and a phosphine detector section supported on the surface of the support and comprising a mixture of a plurality of basic copper carbonate particles and a plurality of cellulose fibers, the average length of the plurality of cellulose fibers being 0.8 mm or more and 2 mm or less, and the phosphine detector section being substantially free of a binder.
本発明によれば、無電力で、ホスフィンの常時検知が可能であり、応答性の高いホスフィン検知体を提供することができる。 The present invention provides a highly responsive phosphine detector that can continuously detect phosphine without power consumption.
以下、図面を用いて本実施形態に係るホスフィン検知体について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる場合がある。 The phosphine detector according to this embodiment will be described in detail below with reference to the drawings. Note that the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for the convenience of explanation and may differ from the actual ratios.
[ホスフィン検知体]
図1は、本実施形態に係るホスフィン検知体1の平面図である。図2は、本実施形態に係るホスフィン検知体1の図1のII-II線に沿った断面図である。図1及び図2に示すように、ホスフィン検知体1は、支持体10と、支持体10の表面で支持されたホスフィン検知部20とを備えている。
[Phosphine detector]
Fig. 1 is a plan view of a
(支持体)
支持体10は、ホスフィン検知部20を支持している。支持体10の材質は、特に限定されないが、例えば、紙、プラスチック、金属、セラミックス及び木材からなる群より選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。なお、支持体10は、少なくとも支持体10の表面にホスフィン検知部20を担持可能であればよい。このため、支持体10の内部に後述の検知インクが含浸することにより支持体10の表面に加えて支持体10の内部にホスフィン検知部20が形成されていてもよい。
(Support)
The
支持体10は、連通気孔及び貫通気孔の少なくともいずれか一方を有する多孔質体であってもよい。連通気孔は、隣接する気孔同士が互いに連結している気孔であり、支持体10の外側と連通している。貫通気孔は、一方の面から他方の面まで繋がる気孔である。支持体10が例えば板状構造を有する場合には、支持体10は、板状構造の表面から裏面まで連通する複数の気孔を有していてもよい。また、支持体10が例えば直方体のような六面体である場合には、支持体10は、一の面から、一の面に対向する面まで連通する複数の気孔を有していてもよい。多孔質体が連通気孔又は貫通気孔を有しているため、ホスフィン検知体1がホスフィンで曝露された場合に、ホスフィン検知部20のホスフィンに対する接触面積が増える。したがって、ホスフィン検知部20の反応性を向上させることができる。
The
支持体10は、例えば紙であってもよい。紙は、カーボンニュートラルの観点から大気中への二酸化炭素の排出量を低減することができる。また、紙は安価であり、可燃性であるため、他の構成材料と一緒に容易に廃棄することができる。
The
支持体10は、濾紙であってもよい。支持体10として濾紙を用いることにより、後述するように、ホスフィン検知部20を容易に形成することができる。
The
支持体10の形状としては、ホスフィン検知部20を担持可能であればよく、特に限定されない。支持体10の形状としては、例えば、平板、湾曲板、立方体及び直方体などの多角柱などが挙げられる。
The shape of the
支持体10が平板である場合、支持体10の厚さは、0.1mm以上5mm以下であってもよい。支持体10の厚さが上記のような範囲である場合、ホスフィン検知体1として扱いやすい。支持体10の厚さは、0.2mm以上であってもよい。また、支持体10の厚さは2mm以下であってもよく、1mm以下であってもよく、0.5mm以下であってもよい。
When the
(ホスフィン検知部)
ホスフィン検知部20は、複数の塩基性炭酸銅粒子と、複数のセルロース繊維とを含んでいる。そして、塩基性炭酸銅粒子とセルロース繊維とが混合されている。ホスフィン検知部20では、複数のセルロース繊維の各々によってセルロース繊維間に空隙が形成されていてもよい。また、複数の塩基性炭酸銅粒子の各々は、複数のセルロース繊維の各々の間に配置されていてもよい。
(Phosphine detection unit)
The
<塩基性炭酸銅粒子>
塩基性炭酸銅は、ホスフィンに対して反応性を有し、ホスフィン以外の曝露において化学的に安定である。具体的には、塩基性炭酸銅は、酢酸銅と比較し、温湿度で変色しにくい。また、塩基性炭酸銅は、酢酸銀と比較し、反応性が過剰に高すぎない。より具体的には、酢酸銀は、1ppmのような低濃度のホスフィンを検出することが可能であるが、温湿度及び光で変色しやすく、例えば100ppmのような濃度で曝露されているのか判別がつきにくい。一方、塩基性炭酸銅は、ホスフィンの曝露濃度及び曝露時間により、反応性に差異がある。このため、塩基性炭酸銅を用いることにより、ホスフィンの曝露濃度及び曝露時間に対する反応性を制御したホスフィン検知部20を形成することができる。
<Basic copper carbonate particles>
Basic copper carbonate is reactive to phosphine and is chemically stable when exposed to substances other than phosphine. Specifically, basic copper carbonate is less likely to discolor due to temperature and humidity compared to copper acetate. Also, basic copper carbonate is not excessively reactive compared to silver acetate. More specifically, silver acetate can detect phosphine at a low concentration such as 1 ppm, but is prone to discoloration due to temperature, humidity and light, making it difficult to determine whether it is exposed to a concentration such as 100 ppm. On the other hand, basic copper carbonate has different reactivity depending on the exposure concentration and exposure time of phosphine. Therefore, by using basic copper carbonate, a
塩基性炭酸銅は、マラカイトとも称されるCu(OH)2・CuCO3を含んでいてもよい。Cu(OH)2・CuCO3は、ホスフィンの曝露前が緑色であり、ホスフィンの曝露で還元されると黒色に変色する性質を有する。Cu(OH)2・CuCO3の色が黒色に変化するのは、以下の反応式(1)に示すように、Cu(OH)2・CuCO3とホスフィンとの反応生成物であるCuに由来すると推測される。なお、下記反応式(1)の副生成物は、例えば、リン酸由来の固体などを含んでいる。 The basic copper carbonate may contain Cu(OH) 2.CuCO 3 , also known as malachite. Cu(OH) 2.CuCO 3 has the property of being green before exposure to phosphine, and turning black when reduced by exposure to phosphine. It is presumed that the color of Cu(OH) 2.CuCO 3 changes to black due to Cu, which is a reaction product of Cu(OH) 2.CuCO 3 and phosphine, as shown in the following reaction formula (1). Note that the by-product of the following reaction formula (1) contains, for example, a solid derived from phosphoric acid.
2Cu(OH)2・CuCO3+PH3→Cu+副生成物 (1) 2Cu(OH) 2.CuCO 3 +PH 3 →Cu+byproduct (1)
さらに、2Cu(OH)2・CuCO3とホスフィンとの反応に起因して生成されるリン酸銅及び酸化銅(Cu2O)もホスフィンと反応し、黒色の反応生成物が生じる。 In addition, copper phosphate and copper oxide (Cu 2 O) produced due to the reaction of 2Cu(OH) 2.CuCO 3 with phosphine also react with phosphine to produce black reaction products.
ホスフィン検知部20に含まれる複数の塩基性炭酸銅粒子間には、空隙が存在していてもよい。塩基性炭酸銅粒子の平均粒子径は、特に限定されないが、セルロース繊維の平均繊維径よりも小さくてもよい。このような場合、セルロース繊維によって適度な空隙を形成することができるため、ホスフィン検知部20の反応性を良好に保つことができる。
Gaps may exist between the multiple basic copper carbonate particles contained in the
塩基性炭酸銅粒子の平均粒子径は、具体的には、0.01μm以上20μm以下であってもよい。平均粒子径が0.01μm以上である場合、塩基性炭酸銅粒子が繊維間の空隙を埋め、内部の塩基性炭酸銅粒子がホスフィンに曝露されにくくなるのを抑制することができる。また、平均粒子径が20μm以下である場合、塩基性炭酸銅粒子の比表面積が大きくなるため、反応性が高くなる。また、セルロース繊維によって適度な空隙を形成することができるため、ホスフィン検知部20の反応性を良好に保つことができる。塩基性炭酸銅粒子の平均粒子径は0.05μm以上であってもよく、0.1μm以上であってもよい。また、塩基性炭酸銅粒子の平均粒子径は、10μm以下であってもよく、5μm以下であってもよく、2μm以下であってもよい。なお、本明細書において、「平均粒子径」の値としては、特に言及のない限り、走査型電子顕微鏡(SEM)又は透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用い、数~数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用する。
Specifically, the average particle diameter of the basic copper carbonate particles may be 0.01 μm or more and 20 μm or less. When the average particle diameter is 0.01 μm or more, the basic copper carbonate particles fill the gaps between the fibers, and the internal basic copper carbonate particles can be prevented from being less exposed to phosphine. When the average particle diameter is 20 μm or less, the specific surface area of the basic copper carbonate particles increases, and the reactivity increases. In addition, since the cellulose fibers can form appropriate gaps, the reactivity of the
塩基性炭酸銅粒子の含有量は、ホスフィン検知部20に対し、7質量%以上60質量%以下であってもよい。塩基性炭酸銅粒子の含有量を7質量%以上とすることにより、ホスフィン検知部20の応答性がより高くなる。また、塩基性炭酸銅粒子の含有量を60質量%以下とすることにより、ホスフィン検知部20が崩壊するのを抑制することができる。塩基性炭酸銅粒子の含有量は15質量%以上であってもよく、30質量%以上であってもよく、40質量%以上であってもよく、45質量%以上であってもよい。また、塩基性炭酸銅粒子の含有量は55質量%以下であってもよく、50質量%以下であってもよい。
The content of the basic copper carbonate particles may be 7% by mass or more and 60% by mass or less with respect to the
塩基性炭酸銅粒子の形状は、特に限定されず、針状、角状、樹枝状、繊維状、片状、不規則形状、涙滴状、及び球状からなる群より選択される少なくとも一種の形状であってもよい。 The shape of the basic copper carbonate particles is not particularly limited, and may be at least one shape selected from the group consisting of needle-like, angular, dendritic, fibrous, flaky, irregular, teardrop-like, and spherical.
複数の塩基性炭酸銅粒子の比表面積は、特に限定されない。比表面積が大きい程、反応応答性が高くなる傾向にある。 The specific surface area of the multiple basic copper carbonate particles is not particularly limited. The larger the specific surface area, the higher the reaction responsiveness tends to be.
<セルロース繊維>
複数のセルロース繊維は絡み合って、各セルロース繊維間に空隙を形成する。この空隙により、通気性が良好になるため、ホスフィン検知部20がホスフィンで曝露された場合に、塩基性炭酸銅粒子にホスフィンが接触しやすい。また、セルロース繊維は、塩基性炭酸銅粒子を担持することができる。
<Cellulose fiber>
The cellulose fibers are entangled to form gaps between the cellulose fibers. The gaps improve the air permeability, so that when the
セルロース繊維は、カーボンニュートラルの観点から大気中への二酸化炭素の排出量を低減することができる。また、セルロース繊維は、種々のサイズが工業生産されているため安価に入手することができ、空隙による反応性の制御など、目的に合わせて選択できるため、成膜及び成形がしやすい。また、セルロース繊維は、カーボンナノファイバやセラミックファイバよりも安全性が高く、呼吸器への影響を心配しなくてよく、製造時及び使用時に安全に扱うことができる。また、セルロース繊維は、可燃性で廃棄しやすく、塩基性炭酸銅も220℃で酸化銅(II)と二酸化炭素と水に分解されるため、一緒に廃棄しやすい。さらに、セルロース繊維は、反応性に悪影響を及ぼしにくい。 Cellulose fibers can reduce carbon dioxide emissions into the atmosphere from the perspective of carbon neutrality. In addition, cellulose fibers are industrially produced in various sizes, so they can be obtained cheaply, and can be selected according to the purpose, such as controlling the reactivity due to voids, making them easy to form into films and mold. Cellulose fibers are also safer than carbon nanofibers and ceramic fibers, and there is no need to worry about their effects on the respiratory system, so they can be handled safely during production and use. Cellulose fibers are also flammable and easy to dispose of, and basic copper carbonate is also easily disposed of together with copper oxide (II), carbon dioxide, and water at 220°C. Furthermore, cellulose fibers are less likely to have a negative effect on reactivity.
複数のセルロース繊維の平均長さは、0.8mm以上2mm以下である。セルロース繊維の平均長さが0.8mm以上であることにより、セルロース繊維同士が絡んでホスフィン検知部20が自立しやすい。そのため、ホスフィン検知部20は、バインダを含んでいなくても、崩れにくくなる。また、セルロース繊維の平均長さが2mm以下であることにより、検知インクを調製する際に、ほぐれやすいため、ホスフィン検知部20を容易に形成することができる。セルロース繊維の平均長さは0.9mm以上であってもよく、1mm以上であってもよい。また、セルロース繊維の平均長さは1.5mm以下であってもよく、1.2mm以下であってもよい。
The average length of the multiple cellulose fibers is 0.8 mm or more and 2 mm or less. When the average length of the cellulose fibers is 0.8 mm or more, the cellulose fibers are entangled with each other, and the
複数のセルロース繊維の平均繊維径は、塩基性炭酸銅粒子の平均粒子径よりも大きくてもよい。この構成により、ホスフィン検知部20内に適度な空隙が形成され、ホスフィン検知体1がホスフィンで曝露された場合に、塩基性炭酸銅粒子がホスフィンと反応しやすくなる。
The average fiber diameter of the multiple cellulose fibers may be larger than the average particle diameter of the basic copper carbonate particles. With this configuration, an appropriate amount of voids are formed within the
複数のセルロース繊維の平均繊維径は、15μm以上50μm以下であってもよい。セルロース繊維の平均繊維径が15μm以上であることにより、適度な空隙が形成され、ホスフィン検知部20の反応性がより高くなる。また、セルロース繊維の平均繊維径が50μm以下であることにより、塩基性炭酸銅粒子同士の距離が近くなり、ホスフィン検知部20における変色の視認性が高くなる可能性がある。セルロース繊維の平均繊維径は18μm以上であってもよく、20μm以上であってもよい。また、セルロース繊維の平均繊維径は40μm以下であってもよく、30μm以下であってもよく、25μm以下であってもよい。
The average fiber diameter of the multiple cellulose fibers may be 15 μm or more and 50 μm or less. When the average fiber diameter of the cellulose fibers is 15 μm or more, appropriate gaps are formed, and the reactivity of the
セルロース繊維の平均繊維径に対する平均長さ(アスペクト比)は、15以上100以下であってもよい。アスペクト比が15以上であることにより、セルロース繊維同士が絡んでホスフィン検知部20が自立する。そのため、ホスフィン検知部20は、バインダを含んでいなくても、崩れにくくなる。また、アスペクト比が100以下であることにより、検知インクを調製する際に、ほぐれやすいため、ホスフィン検知部20を容易に形成することができる。アスペクト比は、20以上であってもよく、30以上であってもよく、40以上であってもよい。また、アスペクト比は、90以下であってもよく、80以下であってもよく、70以下であってもよく、60以下であってもよい。
The average length of the cellulose fibers relative to the average fiber diameter (aspect ratio) may be 15 or more and 100 or less. When the aspect ratio is 15 or more, the cellulose fibers are entangled with each other, and the
なお、複数のセルロース繊維の平均長さ及び平均繊維径の値としては、特に言及のない限り、走査型電子顕微鏡(SEM)又は透過型電子顕微鏡(TEM)などの観察手段を用い、数~数十視野中に観察されるセルロース繊維の長さ又は径の平均値として算出される値を採用する。 Unless otherwise specified, the average length and average fiber diameter of multiple cellulose fibers are calculated as the average length or diameter of cellulose fibers observed in several to several tens of fields of view using an observation method such as a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM).
セルロース繊維の含有量は、ホスフィン検知部20に対し、40質量%以上93質量%以下であってもよい。セルロース繊維の含有量を40質量%以上とすることにより、ホスフィン検知部20が崩壊するのを抑制することができる。また、セルロース繊維の含有量を93質量%以下とすることにより、ホスフィン検知部20の応答性がより高くなる。セルロース繊維の含有量は、45質量%以上であってもよく、50質量%以上であってもよい。また、セルロース繊維の含有量は85質量%以下であってもよく、70質量%以下であってもよく、60質量%以下であってもよく、55質量%以下であってもよい。
The content of cellulose fiber may be 40% by mass or more and 93% by mass or less with respect to the
ホスフィン検知部20は実質的にバインダを含んでいない。本実施形態に係るホスフィン検知部20は、セルロース繊維の平均長さが長いため、セルロース繊維同士が絡んでホスフィン検知部20が自立する。そのため、ホスフィン検知部20は、バインダを含んでいなくても、崩れにくい。そして、ホスフィン検知部20が実質的にバインダを含んでいない場合、塩基性炭酸銅粒子がホスフィンに曝露されやすくなることから、ホスフィン検知部20の反応性が向上する。ホスフィン検知部20が実質的にバインダを含んでいないとは、ホスフィン検知部20に対し、バインダの含有量が1質量%以下であることを意味する。バインダの含有量は、0.5質量%以下であってもよく、0質量%であってもよい。
The
なお、ここでいうバインダは、塩基性炭酸銅粒子とセルロース繊維とを結合するバインダを意味する。バインダの材料は、特に限定されないが、有機バインダを用いてもよい。バインダは、例えば、樹脂及びセルロースナノファイバーの少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。バインダに用いられる樹脂は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ビニル樹脂及びセルロース樹脂からなる群より選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。セルロース樹脂としては、例えばヒドロキシエチルセルロースなどが挙げられる。 The binder here means a binder that binds the basic copper carbonate particles and the cellulose fibers. The material of the binder is not particularly limited, but an organic binder may be used. The binder may contain, for example, at least one of a resin and a cellulose nanofiber. The resin used in the binder may contain at least one selected from the group consisting of an acrylic resin, an epoxy resin, a vinyl resin, and a cellulose resin. An example of the cellulose resin is hydroxyethyl cellulose.
図1及び図2に示すように、ホスフィン検知体1のホスフィン検知部20は、断面形状が台形になっている。しかし、本実施形態のホスフィン検知部20は断面形状が台形以外の形状、例えば、矩形状であってもよい。なお、ホスフィン検知部20の形状は、バーコード状、QRコード(登録商標)状にすることも可能である。
As shown in Figures 1 and 2, the
ホスフィン検知部20の厚さは、20μm以上200μm以下であってもよい。ホスフィン検知部20の厚さが20μm以上である場合、ホスフィン検知部20の呈色を明確に確認することができる。また、ホスフィン検知部20の厚さが200μm以下である場合、ホスフィン検知部20の表面に亀裂が生じにくくなり、ホスフィン検知部20の反応にムラが生じるのを抑制することができる。ホスフィン検知部20の厚さは、50μm以上であってもよく、80μm以上であってもよい。また、ホスフィン検知部20の厚さは、160μm以下であってもよく、120μm以下であってもよい。
The thickness of the
図3に示すように、ホスフィン検知体1は、通気性を有する包装材30をさらに備えていてもよい。そして、支持体10に支持されたホスフィン検知部20は、包装材30で包装されていてもよい。本実施形態に係るホスフィン検知体1は、ホスフィン検知部20が実質的にバインダを含んでいなくても崩れにくいが、ホスフィン検知部20の塩基性炭酸銅粒子及びセルロース繊維の一部が飛散する可能性も想定される。そのため、通気性を有する包装材30で支持体10に支持されたホスフィン検知部20を包装することにより、これらの飛散を抑制することができる。通気性を有する包装材30としては、例えば、滅菌バッグなどが挙げられる。
As shown in FIG. 3, the
滅菌バッグは、例えば樹脂フィルム31と滅菌紙32とを備えていてもよい。樹脂フィルム31と滅菌紙32との間にホスフィン検知体1が配置された状態で、樹脂フィルム31と滅菌紙32の周囲を貼り合わせることにより、支持体10に支持されたホスフィン検知部20を滅菌バッグ内に収容することができる。樹脂フィルム31は、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン及びポリエチレンからなる群より選択される少なくとも一種の熱可塑性樹脂を含んでいてもよい。滅菌紙32は、例えば、ホスフィンは透過するが、細菌は透過しない紙である。
The sterilization bag may, for example, comprise a
ホスフィン検知体1は、ホスフィンの曝露の測定対象となる測定対象物品の表面又は物品中に配置する。ホスフィン検知体1を測定対象物品の表面又は物品中に配置する場合、単に載置してもよいし、粘着剤、粘着テープ等を用いて貼付してもよい。
The
次に、ホスフィン検知体1の作用について説明する。ホスフィン検知体1のホスフィン検知部20は、所定量のホスフィンに曝露される前後で色が変化する。例えば、ホスフィン検知部20に含まれる塩基性炭酸銅Cu(OH)2・CuCO3は、ホスフィンの曝露前が緑色であり、ホスフィンの曝露で還元されると黒色に変色する性質を有する。
Next, the action of the
上記ホスフィン検知部20の変色作用は、一旦変色すると、変色後の色を維持する。このため、ホスフィン検知体1によれば、過去におけるホスフィンの曝露濃度の高さを検知することができる。上記ホスフィン検知部20の変色作用は、目視で、又は機械を用いて、変色度合いを検知することができる。また、上記変色作用は、ホスフィンによる塩基性炭酸銅の還元に基づくため、無電力で発現する。さらに、上記作用は、無電力で発現するため、ホスフィンの曝露について常時検知可能である。また、上記変色作用は、ホスフィン検知体1のみで発現するため、変色作用の検知が可能な範囲内でホスフィン検知体1を小型化することができる。
The discoloration of the
以上説明した通り、本実施形態に係るホスフィン検知体1は、支持体10と、支持体10の表面で支持され、複数の塩基性炭酸銅粒子と複数のセルロース繊維とが混合されたホスフィン検知部20とを備えている。複数のセルロース繊維の平均長さは0.8mm以上2mm以下である。ホスフィン検知部20は実質的にバインダを含まない。
As described above, the
ホスフィン検知体1によれば、所定量のホスフィンの曝露前後で、ホスフィン検知部20の色が変わる。このため、ホスフィン検知体1は、小型であり、無電力で、ホスフィンの常時検知ができる。
According to the
また、複数のセルロース繊維の平均長さは0.8mm以上2mm以下であり、ホスフィン検知部20は実質的にバインダを含んでいない。そのため、セルロース繊維同士が絡んでホスフィン検知部20が自立する。したがって、ホスフィン検知部20は、バインダを含んでいなくても、崩れにくい。そして、ホスフィン検知部20が実質的にバインダを含んでいない場合、塩基性炭酸銅粒子がホスフィンに曝露されやすくなることから、ホスフィン検知部20の反応性が向上する。
The average length of the multiple cellulose fibers is 0.8 mm or more and 2 mm or less, and the
なお、塩基性炭酸銅は絶縁体であり、ホスフィンとの反応によって塩基性炭酸銅から導体である銅が生成される。そのため、銅を電気的に検出できる可能性がある。例えば、ホスフィン検知体1をRFID(radio frequency identifier)に組み込むことで遠隔検出できる可能性がある。
Note that basic copper carbonate is an insulator, and when it reacts with phosphine, copper, which is a conductor, is produced from basic copper carbonate. Therefore, it may be possible to electrically detect copper. For example, by incorporating the
[ホスフィン検知体の製造方法]
次に、本実施形態に係るホスフィン検知体1の製造方法について説明する。ホスフィン検知体1は、支持体10の表面にホスフィン検知部20を形成することにより得ることができる。具体的には、本実施形態に係るホスフィン検知体1は、検知インクを調製する工程と、検知インクを支持体10に塗布する工程と、分散液を除去する工程とを含んでいてもよい。
[Method of manufacturing phosphine detector]
Next, a method for producing the
検知インクを調製する工程では、塩基性炭酸銅粒子と、セルロース繊維と、分散液とを含む検知インクを調製する。検知インクは、塩基性炭酸銅粒子と、セルロース繊維と、分散液とを撹拌などによって混合することにより得ることができる。塩基性炭酸銅粒子及びセルロース繊維は、上述したものを用いることができる。分散液としては、例えば、水等の無機溶媒、アルコール等の有機溶媒が用いられる。これらの中でも、環境配慮の観点から、分散液として水を用いることが好ましい。 In the process of preparing the detection ink, a detection ink containing basic copper carbonate particles, cellulose fibers, and a dispersion liquid is prepared. The detection ink can be obtained by mixing the basic copper carbonate particles, cellulose fibers, and the dispersion liquid by stirring or the like. The basic copper carbonate particles and cellulose fibers can be those described above. As the dispersion liquid, for example, an inorganic solvent such as water or an organic solvent such as alcohol is used. Among these, it is preferable to use water as the dispersion liquid from the viewpoint of environmental consideration.
検知インクを支持体10に塗布する工程では、検知インクを調製する工程で調製したインクを、支持体10に塗布する。検知インクを支持体10に塗布する方法は特に限定されず、例えば、滴下、塗工、噴霧及び印刷並びにこれらの組み合わせなどによって塗布することができる。滴下としては、スポイト又はピペットによる支持体10への滴下が挙げられる。塗工としては、バーコーターによる塗工が挙げられる。印刷としては、スクリーン印刷、トナー印刷、インクジェット印刷、凸版印刷及び凹版印刷並びにこれらの組み合わせなどが挙げられる。
In the step of applying the detection ink to the
分散液を除去する工程では、支持体10に塗布された検知インクから分散液を除去する。検知インクから分散液が除去されることにより、複数の塩基性炭酸銅粒子と、複数のセルロース繊維とを含むホスフィン検知部20が形成される。分散液を除去する方法としては、吸引濾過などのような濾過、室温での自然乾燥、加熱による乾燥及びこれらの組み合わせなどが挙げられる。これらの中でも、濾過は、複数の塩基性炭酸銅粒子の原料に含まれる水溶性の異物を検知インクから除去することができるため好ましい。
In the step of removing the dispersion liquid, the dispersion liquid is removed from the detection ink applied to the
以上説明した方法によれば、上述した支持体10とホスフィン検知部20とを備えるホスフィン検知体1を製造することができる。
According to the method described above, it is possible to manufacture a
以下、本実施形態を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。 The present embodiment will be described in more detail below with reference to examples and comparative examples, but the present embodiment is not limited to these examples.
実施例及び比較例の検知インクの原料として、以下の材料を準備した。
(1)塩基性炭酸銅粒子
Cu(OH)2・CuCO3(関東化学株式会社、炭酸銅(II)(塩基性)、2N5)、平均粒子径1μm
(2)セルロース繊維
(2-1)パルプP
MZパルプPF-00-004(Arts&Crafts社)、繊維径20μm、繊維長1mm
(2-2)パルプPP06
NPファイバーW-06MG(日本製紙株式会社)、繊維径6μm、繊維長6μm
(2-3)パルプPP24
KCフロック(登録商標)W-400G(日本製紙株式会社)、繊維径24μm、繊維長40μm
(2-4)パルプVP50
VP-1 50μ(株式会社ティーディーアイ)、繊維径10μm~20μm、繊維長50μm
(2-5)パルプVP100
VP-1 100μ(株式会社ティーディーアイ)、繊維径10μm~20μm、繊維長100μm
(2-6)パルプST02
セオラス(登録商標)ST-02(旭化成株式会社)、繊維径40μm、繊維長100μm
(2-7)パルプST100
セオラス(登録商標)ST-100(旭化成株式会社)、繊維径20μm、繊維長200μm
(3)水
イオン交換水(電気伝導率0.1μS/cm)
The following materials were prepared as raw materials for the detection inks of the Examples and Comparative Examples.
(1) Basic copper carbonate particles Cu(OH) 2.CuCO3 (Kanto Chemical Co., Ltd., copper(II) carbonate (basic), 2N5),
(2) Cellulose fiber (2-1) Pulp P
MZ Pulp PF-00-004 (Arts & Crafts),
(2-2) Pulp PP06
NP Fiber W-06MG (Nippon Paper Industries Co., Ltd.), fiber diameter 6 μm, fiber length 6 μm
(2-3) Pulp PP24
KC Flock (registered trademark) W-400G (Nippon Paper Industries Co., Ltd.), fiber diameter 24 μm, fiber length 40 μm
(2-4) Pulp VP50
VP-1 50μ (TDI Corporation), fiber diameter 10μm to 20μm, fiber length 50μm
(2-5) Pulp VP100
VP-1 100μ (TDI Corporation), fiber diameter 10μm to 20μm, fiber length 100μm
(2-6) Pulp ST02
Ceolus (registered trademark) ST-02 (Asahi Kasei Corporation), fiber diameter 40 μm, fiber length 100 μm
(2-7) Pulp ST100
Ceolus (registered trademark) ST-100 (Asahi Kasei Corporation),
(3) Water: Ion-exchanged water (electrical conductivity 0.1 μS/cm)
[実施例1]
まず、塩基性炭酸銅粒子が1質量%、セルロース繊維が1質量%、水が98質量%となるように混合した後、1時間撹拌して検知インクを調製した。セルロース繊維としては、パルプPを用いた。
[Example 1]
First, 1% by mass of basic copper carbonate particles, 1% by mass of cellulose fiber, and 98% by mass of water were mixed and stirred for 1 hour to prepare a detection ink. Pulp P was used as the cellulose fiber.
次に、定量採取した検知インクを、吸引濾過器にセットした濾紙(Advantec社、定量濾紙 No.3 Φ55mm)(支持体)に滴下した。この検知インクを吸引濾過し、50質量%の塩基性炭酸銅粒子と50質量%のセルロース繊維とを含み、膜厚が約100μmのホスフィン検知部を濾紙上に形成した。これをカットし、通気性の滅菌バッグ(Medicom社、滅菌ロールバッグ、幅50mm、ASKJR75010)に封入してホスフィン検知体を作製した。 Next, the collected detection ink was dropped onto a filter paper (Advantec, quantitative filter paper No. 3, Φ55 mm) (support) set in a suction filter. This detection ink was filtered by suction, and a phosphine detection part containing 50% by mass of basic copper carbonate particles and 50% by mass of cellulose fibers and having a film thickness of approximately 100 μm was formed on the filter paper. This was cut and enclosed in a breathable sterile bag (Medicom, sterile roll bag, width 50 mm, ASKJR75010) to produce a phosphine detection element.
[比較例1]
セルロース繊維としてパルプP06を用いた以外には実施例1と同様にしてホスフィン検知体を作製した。
[Comparative Example 1]
A phosphine detector was prepared in the same manner as in Example 1, except that pulp P06 was used as the cellulose fiber.
[比較例2]
セルロース繊維としてパルプPP24を用いた以外には実施例1と同様にしてホスフィン検知体を作製した。
[Comparative Example 2]
A phosphine detector was prepared in the same manner as in Example 1, except that PP24 pulp was used as the cellulose fiber.
[比較例3]
セルロース繊維としてパルプVP50を用いた以外には実施例1と同様にしてホスフィン検知体を作製した。
[Comparative Example 3]
A phosphine detector was prepared in the same manner as in Example 1, except that pulp VP50 was used as the cellulose fiber.
[比較例4]
セルロース繊維としてパルプVP100を用いた以外には実施例1と同様にしてホスフィン検知体を作製した。
[Comparative Example 4]
A phosphine detector was prepared in the same manner as in Example 1, except that pulp VP100 was used as the cellulose fiber.
[比較例5]
セルロース繊維としてパルプST02を用いた以外には実施例1と同様にしてホスフィン検知体を作製した。
[Comparative Example 5]
A phosphine detector was prepared in the same manner as in Example 1, except that pulp ST02 was used as the cellulose fiber.
[比較例6]
セルロース繊維としてパルプST100を用いた以外には実施例1と同様にしてホスフィン検知体を作製した。
[Comparative Example 6]
A phosphine detector was prepared in the same manner as in Example 1, except that pulp ST100 was used as the cellulose fiber.
[評価]
(燻蒸試験)
まず、約25℃に設定した実験室内に、100Lアクリルチャンバを準備した。次に、上記のようにして得られたホスフィン検知体を、100Lアクリルチャンバ内に設置した。次に、ガス検知管で濃度を確認ながら、アクリルチャンバ内のホスフィン濃度が100ppmになるように、ホスフィン標準ガスをアクリルチャンバ内に注入し続けた。そして、所定時間ごとにホスフィン検知体の写真を撮影した。この結果を図4に示す。
[evaluation]
(Fumigation test)
First, a 100 L acrylic chamber was prepared in a laboratory set at about 25° C. Next, the phosphine detector obtained as described above was placed in the 100 L acrylic chamber. Next, while checking the concentration with a gas detector tube, phosphine standard gas was continuously injected into the acrylic chamber so that the phosphine concentration in the acrylic chamber was 100 ppm. Then, photographs of the phosphine detector were taken at predetermined time intervals. The results are shown in FIG. 4.
図4に示すように、いずれのホスフィン検知体も緑色から黒色に変色し、短時間でホスフィンを検知することができた。ただし、平均長さが100μm以下であるセルロース繊維を用いた比較例1~比較例6のホスフィン検知体では、ホスフィン検知部が軽い衝撃で崩壊してしまった。一方、平均長さが1mmのセルロース繊維を用いた実施例1のホスフィン検知体では、ホスフィン検知部は軽い衝撃で崩壊しなかった。 As shown in Figure 4, all of the phosphine detectors changed color from green to black, and were able to detect phosphine in a short time. However, in the phosphine detectors of Comparative Examples 1 to 6, which used cellulose fibers with an average length of 100 μm or less, the phosphine detection section collapsed upon light impact. On the other hand, in the phosphine detector of Example 1, which used cellulose fibers with an average length of 1 mm, the phosphine detection section did not collapse upon light impact.
次に、塩基性炭酸銅粒子の含有量依存性を評価するため、以下の実施例を作製した。 Next, the following examples were prepared to evaluate the content dependence of basic copper carbonate particles.
[実施例2]
まず、塩基性炭酸銅粒子が1質量%、セルロース繊維が1質量%、水が98質量%となるように混合した後、1時間撹拌して検知インクを調製した。セルロース繊維としては、パルプPP06を用いた。
[Example 2]
First, 1% by mass of basic copper carbonate particles, 1% by mass of cellulose fiber, and 98% by mass of water were mixed and stirred for 1 hour to prepare a detection ink. Pulp PP06 was used as the cellulose fiber.
次に、定量採取した検知インクを、吸引濾過器にセットした濾紙(Advantec社、定量濾紙 No.3 Φ55mm)(支持体)に滴下した。この検知インクを吸引濾過し、50質量%の塩基性炭酸銅粒子と50質量%のセルロース繊維とを含み、膜厚が約100μmのホスフィン検知部を濾紙上に形成した。これをカットし、通気性の滅菌バッグ(Medicom社、滅菌ロールバッグ、幅50mm、ASKJR75010)に封入してホスフィン検知体を作製した。 Next, the collected detection ink was dropped onto a filter paper (Advantec, quantitative filter paper No. 3, Φ55 mm) (support) set in a suction filter. This detection ink was filtered by suction, and a phosphine detection part containing 50% by mass of basic copper carbonate particles and 50% by mass of cellulose fibers and having a film thickness of approximately 100 μm was formed on the filter paper. This was cut and enclosed in a breathable sterile bag (Medicom, sterile roll bag, width 50 mm, ASKJR75010) to produce a phosphine detection element.
[実施例3]
ホスフィン検知部の塩基性炭酸銅粒子を20質量%、セルロース繊維を80質量%となるようにした以外は、実施例2と同様にしてホスフィン検知体を作製した。
[Example 3]
A phosphine detector was prepared in the same manner as in Example 2, except that the phosphine detector contained 20 mass % basic copper carbonate particles and 80 mass % cellulose fibers.
[実施例4]
ホスフィン検知部の塩基性炭酸銅粒子を10質量%、セルロース繊維を90質量%となるようにした以外は、実施例2と同様にしてホスフィン検知体を作製した。
[Example 4]
A phosphine detector was prepared in the same manner as in Example 2, except that the phosphine detector contained 10 mass % basic copper carbonate particles and 90 mass % cellulose fibers.
[実施例5]
ホスフィン検知部の塩基性炭酸銅粒子を5質量%、セルロース繊維を95質量%となるようにした以外は、実施例2と同様にしてホスフィン検知体を作製した。
[Example 5]
A phosphine detector was prepared in the same manner as in Example 2, except that the phosphine detector contained 5% by mass of basic copper carbonate particles and 95% by mass of cellulose fibers.
[実施例6]
ホスフィン検知部の塩基性炭酸銅粒子を2質量%、セルロース繊維を98質量%となるようにした以外は、実施例2と同様にしてホスフィン検知体を作製した。
[Example 6]
A phosphine detector was prepared in the same manner as in Example 2, except that the phosphine detector contained 2 mass% basic copper carbonate particles and 98 mass% cellulose fibers.
[評価]
(燻蒸試験)
まず、約25℃に設定した実験室内に、100Lアクリルチャンバを準備した。次に、上記のようにして得られたホスフィン検知体を、100Lアクリルチャンバ内に設置した。次に、ガス検知管で濃度を確認ながら、アクリルチャンバ内のホスフィン濃度が100ppmになるように、ホスフィン標準ガスをアクリルチャンバ内に注入し続けた。そして、所定時間ごとにホスフィン検知体の写真を撮影した。この結果を図5に示す。また、実施例2~実施例6に係るホスフィン検知体の曝露前と24時間曝露後との比較結果を図6に示す。
[evaluation]
(Fumigation test)
First, a 100 L acrylic chamber was prepared in a laboratory set at about 25°C. Next, the phosphine detector obtained as described above was placed in the 100 L acrylic chamber. Next, while checking the concentration with a gas detector tube, phosphine standard gas was continuously injected into the acrylic chamber so that the phosphine concentration in the acrylic chamber became 100 ppm. Then, photographs of the phosphine detector were taken at predetermined time intervals. The results are shown in Figure 5. Also, the results of comparing the phosphine detectors according to Examples 2 to 6 before and after 24 hours of exposure are shown in Figure 6.
図5及び図6に示すように、塩基性炭酸銅粒子濃度が高くなる程、黒色への変色の視認性が良好になり、ホスフィン検知部における塩基性炭酸銅粒子の含有量が10質量%以上の場合において、黒色への変色の視認性が特に優れていた。 As shown in Figures 5 and 6, the higher the concentration of basic copper carbonate particles, the better the visibility of the black discoloration. When the content of basic copper carbonate particles in the phosphine detection unit was 10 mass% or more, the visibility of the black discoloration was particularly excellent.
次に、ホスフィン検知部におけるバインダの有無による評価をするため、以下の実施例及び比較例に係るホスフィン検知体を作製した。 Next, to evaluate the presence or absence of a binder in the phosphine detection section, the following phosphine detection elements were prepared in the following examples and comparative examples.
[実施例7]
実施例1と同様にしてホスフィン検知体を作製した。
[Example 7]
A phosphine detector was prepared in the same manner as in Example 1.
[比較例7]
ホスフィン検知部の組成を塩基性炭酸銅粒子45.45質量%、セルロース繊維45.45質量%、バインダの固形分9.1質量%とした以外は、実施例1と同様にホスフィン検知体を作製した。バインダとしては、バインダN(日本製紙株式会社製のセレンピア(登録商標)TEMPO酸化CNF(1%標準品))を用いた。
[Comparative Example 7]
A phosphine detector was prepared in the same manner as in Example 1, except that the composition of the phosphine detector was 45.45% by mass of basic copper carbonate particles, 45.45% by mass of cellulose fibers, and 9.1% by mass of binder solids. Binder N (CELLENPIA (registered trademark) TEMPO oxidized CNF (1% standard product) manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd.) was used as the binder.
[評価]
(燻蒸試験)
上記と同様に燻蒸試験を実施し、所定時間ごとにホスフィン検知体の写真を撮影した。この結果を図7に示す。
[evaluation]
(Fumigation test)
The fumigation test was carried out in the same manner as above, and the phosphine detector was photographed at predetermined intervals. The results are shown in FIG.
図7に示すように、バインダを含んでいない実施例7のホスフィン検知体は、バインダを含んでいる比較例7のホスフィン検知体よりも、黒色への変色の視認性が優れていた。 As shown in Figure 7, the phosphine detector of Example 7, which does not contain a binder, had better visibility of the black discoloration than the phosphine detector of Comparative Example 7, which contains a binder.
以上の結果から、無電力で、ホスフィンの常時検知が可能であり、応答性の高いホスフィン検知体を提供できることが確認できた。 These results confirm that it is possible to continuously detect phosphine without power consumption, and that it is possible to provide a highly responsive phosphine detector.
以上、本実施形態を説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではなく、本実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。 Although the present embodiment has been described above, the present embodiment is not limited to these, and various modifications are possible within the scope of the gist of the present embodiment.
1 ホスフィン検知体
10 支持体
20 ホスフィン検知部
30 包装材
1
Claims (5)
前記支持体の表面で支持され、複数の塩基性炭酸銅粒子と複数のセルロース繊維とが混合されたホスフィン検知部と、
を備え、
前記複数のセルロース繊維の平均長さは0.9mm以上2mm以下であり、
前記複数のセルロース繊維の平均繊維径は15μm以上50μm以下であり、
前記ホスフィン検知部は実質的にバインダを含まない、ホスフィン検知体。 A support;
a phosphine detection unit supported on the surface of the support and including a mixture of a plurality of basic copper carbonate particles and a plurality of cellulose fibers;
Equipped with
The average length of the plurality of cellulose fibers is 0.9 mm or more and 2 mm or less,
The average fiber diameter of the plurality of cellulose fibers is 15 μm or more and 50 μm or less,
A phosphine detector, wherein the phosphine detector portion is substantially free of a binder.
前記支持体に支持された前記ホスフィン検知部は、前記包装材で包装されている、請求項1又は2に記載のホスフィン検知体。 Further comprising a breathable packaging material;
The phosphine detector according to claim 1 , wherein the phosphine detector supported on the support is wrapped in the packaging material.
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