炭酸カルシウム 表面処理を施さないものは樹脂との相溶性が悪いため、ポリマーマトリックス内での分散が不均一になり、複合材料において界面欠陥が生じる可能性があります。その結果、材料の機械的強度が低下します。これらの問題は、炭酸カルシウムの添加量が増えるほど顕著になります。そのため、 表面改質 必要です。炭酸カルシウム改質剤による表面改質は、炭酸カルシウムと有機物との界面適合性と親和性を高めます。これにより、ゴムやプラスチックなどの複合材料と組み合わせた場合の物理的特性が向上します。
炭酸カルシウムの選択 表面改質剤
表面処理剤には多くの種類があります。市販されている表面処理剤の中で最も一般的に使用されているのは、ステアリン酸系、チタン酸系、アルミネート系の3種類です。その他、シラン系カップリング剤やリン酸系カップリング剤も選択肢として挙げられます。
ステアリン酸は最も安価で、ポリ塩化ビニル（PVC）プラスチックに最適です。炭酸カルシウムの表面を有機化するだけでなく、PVCの外部潤滑剤としても機能します。ポリオレフィンプラスチックの場合も、ステアリン酸は炭酸カルシウムの処理に使用できますが、大量に使用する必要があります。化学反応が起こらず、コーティングとしてのみ機能するため、全体的な効果はカップリング剤ほど高くありません。
炭酸カルシウムの表面処理には、いくつかのカップリング剤が使用できます。しかし、それぞれに特性があります。チタン酸塩カップリング剤は、ほとんどが液体で伸びやすいものの、色が濃くなる傾向があるため、高い白色度が求められる製品には適していません。アルミネートカップリング剤はチタン酸塩よりも安価で、白色または淡黄色であるため、白色製品の製造に適しています。ただし、通常はワックス状の固体であるため、溶融して伸びるまでに十分な時間が必要です。シランカップリング剤は高価で、小さくて短い柔軟性のある炭素鎖を持っています。これは、充填プラスチックの加工流動性に影響を与えます。
表面処理剤を選ぶ際には、価格と効果の両方を考慮する必要があります。特に、処理した炭酸カルシウムがどのようなプラスチックや製品に使用されるかを考慮することが重要です。
表面改質剤の使用上のポイント
カップリング剤を使用する上で最も重要なのは、カップリング剤が炭酸カルシウムのあらゆる粒子に素早く到達し、反応して化学結合を形成することです。そのためには高速分散が求められ、化学反応を促進するために適切な温度も必要です。
水素イオン（H+）の問題もあります。炭酸カルシウムの水分含有量が高い場合、カップリング剤は炭酸カルシウム表面の水酸基と反応するのではなく、まず水（H+はH2O由来）と反応する可能性があります。その結果、表面処理の効果が低下します。
したがって、望ましい結果を得るには、迅速な分配、適切な温度、水が存在しないことが必要です。
カップリング剤を最初に溶剤に溶かす必要があるか、処理装置に噴霧する必要があるか、またはバッチで追加する必要があるかに関しては、実践ではこれらの要素はそれほど重要ではないことが分かっています。
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