炭酸カルシウム 炭酸カルシウムは水を好む無機化合物です。表面には多くのヒドロキシル構造があります。有機ポリマーとの親和性はほとんどありません。凝集体を形成しやすいですが、凝集体内部では不均一に分散します。これにより、複合材料間の界面に欠陥が生じます。直接塗布すると結果が悪くなります。これらの欠陥は、充填量が増えるにつれて顕著になります。充填量が多すぎると、製品が使用できなくなる場合もあります。炭酸カルシウムの補強効果を高めるには、粉末を改質する必要があります。また、複合材料内での分散性を向上させる必要があります。これにより、炭酸カルシウム充填複合材料の物理的特性が向上します。さまざまな方法を使用して、材料の用途を広げる必要があります。これにより、機能的、補強的、充填的な材料になります。
炭酸カルシウムを改変する方法は主に2つあります。1つは、 粒子サイズこれにより、粒子は微細または超微細になります。樹脂内での分散性が向上します。この変化により、プラスチック、ゴム、その他の製品が強化されます。粒子が強化されることによって、強化されます。粒子は小さく、比表面積が大きくなります。
もう一つの方法は、粉末の表面を改良することです。これにより、粉末の表面が親水性から親油性に変わります。これにより、粉末と有機樹脂の適合性が高まります。また、製品の加工性、物理的特性、機械的特性も向上します。
この方法は主に表面改質剤を使用して炭酸カルシウムの表面を活性化します。以下に炭酸カルシウムの主な表面改質剤をいくつか紹介します。
無機修飾子
無機電解質分散剤はナノ炭酸カルシウムの表面に付着します。この分散剤には 2 つの効果があります。1 つ目は、表面電位を高めることで強力な静電反発力を生み出すことです。2 つ目は、強力な空間反発効果を誘発することです。
同時に、ナノ炭酸カルシウムの表面の水に対する濡れ性も向上し、水中で固まるのを防ぎます。
無機物質が一般的に使用されています。主に、凝縮リン酸、アルミン酸塩、無機塩が含まれます。また、酸、アルカリ、ミョウバン、無機イオンも含まれています。ナノ炭酸カルシウムは耐酸性が低いため、使用範囲が制限されます。リン酸は表面を改質することができます。これにより、完全で緻密な コーティングコーティングは疎水効果を利用しています。また、立体障害を利用して内部の水素イオンに触れないようにしています。これにより、炭酸カルシウムの分散と活性化が向上します。これにより、耐酸性も向上し、用途が広がります。
製品の pH は 5.0 ～ 8.0 です。処理前より 1.0 ～ 5.0 低下しています。酢酸などの弱酸に溶けにくい性質があります。耐酸性に優れています。プラスチック、ゴム、コーティング、製紙、食品、歯磨き粉などの産業で使用できます。
脂肪酸とその塩の修飾子
脂肪酸またはステアリン酸改質剤は、伝統的な炭酸カルシウム充填剤改質剤です。これらは安価で、炭酸カルシウム充填剤に対する改質効果に優れています。この改質剤タイプは、主に脂肪族、芳香族、またはアラルキルです。ヒドロキシル、アミノ、またはチオール基を含みます。この脂肪酸分子の一方の端は長鎖アルキル基です。ポリマーとの結合に適しています。RCOO のもう一方の端は、炭酸カルシウムの表面のカルシウムイオンと結合できます。この結合により、活性コーティング層が形成されます。炭酸カルシウム粒子が凝集するのを防ぎます。一般的に使用される脂肪酸は、ステアリン酸とその塩です。さらに、リグニン、樹脂酸、およびその塩も炭酸カルシウムの表面処理に使用できます。
Jea らは、ステアリン酸改質炭酸カルシウムがポリプロピレンの流動性に与える影響を研究しました。その結果、ポリプロピレンの強度と靭性が大幅に向上することが示されました。
リン酸修飾剤
リン酸エステルは主に炭酸カルシウム粉末を変化させます。これは、Ca2+ を粉末の表面と反応させてエステルを形成することによって行われます。これにより、粉末の表面にリン酸カルシウム塩が形成されます。これにより、粉末の特性が変化します。リン酸エステル化合物は炭酸カルシウム粉末を改質することができます。これにより、複合材料の加工性と強度が大幅に向上します。また、耐酸性と耐火性も向上します。
Yan らは、PVC/新しいリン酸改質ナノ炭酸カルシウム複合材料の微細構造と物理的特性を研究しました。その結果、改質ナノ炭酸カルシウムが PVC 複合材料を大幅に強化し、物理的特性を改善したことが示されました。
カップリング剤改質剤
カップリング剤は両親媒性構造を持つ物質です。分子の一部に親水性極性基があり、粉末表面の官能基と反応します。これにより強力な 化学薬品 結合します。もう一方の部分には非極性疎水基があります。これらは有機ポリマーと反応したり絡まったりすることがあります。この作用により、炭酸カルシウム粉末とポリマーマトリックスがしっかりと結合します。これらは非常に異なる特性を持つ 2 つの材料です。これらは界面層を介して結合します。
しかし、この方法には 3 つの問題があります。まず、カップリング剤の価格が高いことです。次に、異なるカップリング剤が、異なるポリマーに対して選択的に適用されます。また、一部のポリマーで使用すると、変色する恐れがあります。また、保管中や混合中に分解する傾向があります。
炭酸カルシウムの表面処理には、数十種類の薬剤が使用されています。国内外で使用されています。一般的に使用されるカップリング剤には、シラン、チタン酸塩、アルミネートなどがあります。複合カップリング剤などもあります。
改質炭酸カルシウム用カップリング剤4種のご紹介
シランカップリング剤
シランカップリング剤は早くから開発され、最も広く使用されているタイプのカップリング剤です。ほとんどのシランカップリング剤にはヒドロキシル基が少なすぎます。そのため、重炭酸カルシウムと反応することは困難、または不可能です。樹脂とシランカップリング剤は、類似の基を持つ場合にのみ改質されます。He Yi らはシランカップリング剤 KH560 を選択しました。彼らはこれを使用して重炭酸カルシウムの表面を改質しました。彼らは改質した重炭酸カルシウムをエポキシ樹脂に入れました。これにより、エポキシコーティングの熱安定性、適合性、耐腐食性が向上しました。
チタン酸カップリング剤
チタン酸カップリング剤は、米国のケンリッチ石油化学社が開発した製品です。1970年代後半に製造されました。チタン酸カップリング剤は、分子構造に基づいてタイプに分けられます。モノアルコキシ、モノアルコキシピロリン酸、配位、キレートの4種類があります。その中でも、モノアルコキシタイプはドライフィラーシステムに適しています。これらのシステムには自由水が含まれず、化学的に結合した水または物理的に結合した水のみが含まれます。他の3種類のチタン酸カップリング剤には、水分含有量の要件はありません。
チタン酸カップリング剤は重質炭酸カルシウムに影響を及ぼします。ゴム業界では、ゴムと酸化防止剤の量を削減するためにこれを使用しています。また、製品の耐摩耗性と耐老化性も向上します。コーティング中の重質炭酸カルシウムにカップリング剤が添加されます。分散性、流動性、熱安定性、機械的特性が向上します。製紙では紙の強度と印刷を強化するために使用されます。効果的ですが、多くの欠点があります。酸化しやすく変色しやすい。低温で分解します。有機末端は分解または加水分解されやすい。人や環境に有害です。これらの欠陥により、その使用は大きく制限されます。
アルミネートカップリング剤
福建師範大学はアルミネートカップリング剤を開発しました。製品の強度と効率を向上させることができます。チタン酸カップリング剤のように機能します。アルミネートカップリング剤はチタン酸カップリング剤よりも優れています。色が薄く、無毒で、室温で固体で、熱的に安定しています。また、使いやすいです。同時に、アルミネートカップリング剤は潤滑効果と可塑化効果も追加します。そのため、シランやチタン酸よりも重炭酸カルシウムを改質します。重炭酸カルシウムはポリプロピレンの充填によく使用されます。また、ポリ塩化ビニルや硬質ポリウレタンの充填にも使用されます。改質にはアルミネートカップリング剤を使用します。充填量は増加しましたが、結果として得られる製品は依然として優れた特性を備えています。コストも削減されます。
複合カップリング修飾子
改質剤はカップリング剤をベースにしており、他の改質剤、表面剤、架橋剤と組み合わせて、重質炭酸カルシウムの改質に使用します。 2つ以上の改質剤を同時に選択して重質炭酸カルシウムを改質します。 これにより、各改質剤の利点が際立ちます。 重質炭酸カルシウムの改質効果はより優れています。 さまざまなニーズをよりよく満たすことができます。
ポリマー改質剤
炭酸カルシウムにポリマーを加えると、その分散安定性が向上します。これは非水系で当てはまります。一般に、ポリマーコーティングされた炭酸カルシウムには 2 つのタイプがあると考えられています。1 つのタイプでは、モノマーが最初に粉末の表面に吸着します。次に、重合を開始します。表面に非常に薄いポリマー層を形成します。もう 1 つは、ポリマーを良溶媒に溶解することです。次に、炭酸カルシウムを追加します。ポリマーは炭酸カルシウムにゆっくりと吸着されます。これにより溶媒が排除され、コーティングが形成されます。これらのポリマーは、炭酸カルシウム粉末の表面に方向性を持って付着することができます。これにより、粉末に帯電特性が与えられます。ポリマーは粉末の表面に層を形成します。これは、物理的および化学的吸着によって行われます。この層は、粉末粒子の凝集を防ぎ、分散性を向上させます。同時に、より長い親油性炭素鎖を持ちます。樹脂との相性も良好です。相互作用が強く、カップリング効果も良好です。
PMMAにナノ炭酸カルシウムを加えると、粒子サイズがナノメートルレベルにまで小さくなります。また、製品の強度と靭性が向上します。アルコキシスチレン-スチレンスルホン酸コポリマーで改質すると、分散性も大幅に向上します。ポリオレフィンオリゴマー、 ポリエチレンワックス ランダムポリプロピレンは、ナノ炭酸カルシウムとよく結合します。濡れ効果に優れています。ナノ炭酸カルシウムと一定の割合で混合できます。その後、界面活性剤を加えることができます。このプロセスにより、新しいマスターバッチ充填剤になります。これらの充填剤は、多くの分野で広く使用されています。
EPIC Powderは4種類の炭酸カルシウム表面コーティング改質装置を製造しています
炭酸カルシウム粉末の処理は改善されてきました。表面処理された炭酸カルシウムは、用途が広く、性能も優れています。そのため、各国は処理方法の開発に競い合っています。主な目的は、新しい表面改質剤を開発して作成することです。それらは低毒性または無毒性で、大きな効果を持つ必要があります。これが炭酸カルシウム業界の主な目的です。