탄산칼슘 중요하고 널리 사용되는 화학 원료입니다. 고무, 제지, 잉크, 코팅, 플라스틱, 식품, 화장품 등의 산업에서 보강제 및 충전제로 널리 사용됩니다. 생산 방식에 따라 경질 탄산칼슘, 중질 탄산칼슘, 나노 탄산칼슘으로 구분할 수 있습니다. 탄산칼슘의 성능을 향상시키고 다양한 산업 분야에 적용하기 위해서는 탄산칼슘 개질 공정이 필수적입니다.
가벼운 탄산칼슘경질 탄산칼슘이라고도 하는 중질 탄산칼슘은 화학적 가공법을 사용하여 제조됩니다. 중질 탄산칼슘은 분쇄 탄산칼슘이라고도 하며, 천연 석회석, 방해석, 백악을 기계적으로 분쇄하여 생산합니다. 중질 탄산칼슘과 경질 탄산칼슘은 입자 크기와 표면 특성에 차이가 있어 성능 차이가 발생합니다. 나노 탄산칼슘은 초미립자 및 초초미립자를 포함하여 입자 크기가 1nm에서 100nm까지 다양한 탄산칼슘 제품을 말합니다.
왜 수정이 필요한가요?
표면 개질 탄산칼슘의 응용 성능 향상, 적용성 개선, 그리고 시장 활용 확대에 필수적입니다. 앞으로는 기능화 및 특수화가 탄산칼슘 개발의 주요 트렌드가 될 것입니다. 개질은 탄산칼슘의 오일 흡수율을 낮추고 분산성을 향상시켜 응집을 방지할 수 있습니다. 또한, 탄산칼슘과 유기 매트릭스의 상용성을 향상시켜 제품 가치를 높여줍니다. 이는 고급 응용 시장 확대에 도움이 됩니다. 다양한 표면 개질 및 특수 탄산칼슘 제품에 대한 수요는 지속적으로 증가할 것입니다.
수정 방법 요약
중질탄산칼슘의 개질방법
물리적 코팅 수정:
물리적 코팅 개질은 개질제를 중질 탄산칼슘과 일정 비율로 혼합하는 것을 포함합니다. 분산력의 작용 하에, 개질제는 반데르발스 힘이나 정전기적 인력과 같은 물리적인 힘을 통해 중질 탄산칼슘 표면에 흡착됩니다. 이 과정을 통해 표면에 단층, 이중층 또는 다층 코팅이 형성됩니다.
표면 화학 개질：
표면 화학적 개질은 개질제가 중질 탄산칼슘 입자 표면의 활성 부위에 화학적으로 반응하거나 화학적으로 흡착되는 과정을 말합니다. 개질제 분자의 작용기가 탄산칼슘 표면과 상호작용합니다. 이로 인해 개질제가 중질 탄산칼슘 표면을 코팅하여 중질 탄산칼슘과 유기 매트릭스 사이의 상용성 및 분산성을 향상시킵니다. 결과적으로 복합 재료의 가공 성능과 물리·기계적 특성이 향상됩니다.
기계적 힘 화학적 변형：
기계적 힘 화학적 변형은 분쇄나 마찰과 같은 기계적 방법을 사용하여 무거운 탄산칼슘 입자의 격자 내에서 변위를 일으켜 결정 구조를 변화시키는 것을 포함합니다. 동시에, 시스템의 온도가 상승하고 내부 에너지가 증가합니다.
중질 탄산칼슘의 산업적 생산에서는 일반적으로 분쇄와 표면 개질이 별도로 진행됩니다. 그러나 분쇄 과정에서 개질제를 첨가하면 분쇄의 기계적 힘을 이용하여 표면 개질 효과를 높일 뿐만 아니라, 지나치게 미세한 탄산칼슘 입자로 인한 응집을 방지할 수 있습니다.
표면 증착 수정：
표면 증착 개질에는 개질제를 표면에 침전시키기 위한 적절한 방법을 사용하는 것이 포함됩니다. 중탄산칼슘. 무기 미네랄 안료의 표면 개질에 가장 일반적으로 사용되는 방법 중 하나입니다.
이 방법은 공정 흐름이 간단한 산업 생산에 적합합니다. 반응 조건을 조절함으로써 적절한 입자 크기와 순도를 얻을 수 있습니다.
경질탄산칼슘 개질법
지방산(소금) 변형：
스테아르산(염)은 탄산칼슘 표면 개질제 중 가장 일반적으로 사용되는 표면 개질제입니다. 개질 공정은 건식 또는 습식 방법으로 수행될 수 있으며, 습식 방법에는 스테아르산나트륨과 같은 스테아르산염이 필요합니다.
스테아르산(염) 외에도 인산염과 설포네이트와 같은 다른 지방산(에스테르)도 사용할 수 있습니다.
연구에 따르면 탄산칼슘을 특수 고분자 인산에스테르(ADDP)로 개질하면 표면이 소수성과 친유성을 띠게 됩니다. 이는 오일 내 평균 응집 입자 크기를 감소시킵니다.
지방산(소금)으로 처리한 변형 탄산칼슘은 주로 PVC 플라스틱, 케이블 소재, 접착제, 잉크, 코팅제 충전에 사용됩니다.
커플링제 개질：
커플링제는 탄산칼슘 표면의 히드록시기와 화학적으로 결합하는 양친매성 화합물입니다. 커플링제의 극성기는 탄산칼슘 입자의 작용기와 반응하여 안정적인 화학 결합을 형성합니다. 커플링제의 다른 쪽 끝은 유기 고분자와 화학적 또는 물리적으로 얽혀 극성이 다른 두 재료를 단단히 결합시킵니다. 이는 우수한 상용성을 제공하고 복합 재료의 물리적 및 기계적 특성을 향상시킵니다.
커플링제는 구조에 따라 실란, 티타네이트, 알루미네이트, 티타네이트-알루미네이트, 지르코늄 알루미네이트 및 복합체로 분류할 수 있습니다.
폴리머 개질：
탄산칼슘의 고분자 표면 개질은 유기 또는 무기상(시스템)에서 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 이러한 고분자에는 올리고머, 거대분자, 그리고 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐알코올, 폴리말레산, 폴리아크릴산, 알콕시스티렌-스티렌설폰산 공중합체, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등과 같은 수용성 고분자가 포함됩니다.
플라즈마 및 방사선 변형：
아르곤(Ar)과 고순도 프로필렌(C3H6) 혼합 가스를 플라즈마 처리 가스로 사용하는 유도 결합 플라즈마 방전 시스템을 사용하여 중질 탄산칼슘(1250 메시) 분말의 저온 플라즈마 개질을 수행하였다. 그 결과, Ar-C3H6 혼합 가스로 처리한 탄산칼슘 충전재가 폴리프로필렌(PP)과의 계면 접착력이 더 우수함을 확인하였다.
나노 탄산칼슘 개질 방법
국소화된 화학 반응 수정：
국소 화학 반응 개질은 처리제(예: 커플링제, 유기 또는 무기 물질)를 첨가하는 것을 포함합니다. 나노 탄산칼슘 표면의 작용기가 처리제와 반응하여 개질을 달성합니다. 이 방법은 나노 탄산칼슘의 표면 개질에 가장 널리 사용되는 방법입니다.
건식법과 습식법, 두 가지 주요 공정이 있습니다. 건식법은 나노 탄산칼슘 분말과 표면 개질제를 개질제에 순차적으로 첨가합니다. 이 방법은 커플링제를 이용한 표면 개질에 적합합니다.
표면 코팅 개질：
표면 코팅 개질은 나노 탄산칼슘 입자를 반데르발스 힘이나 물리적인 방법을 통해 코팅 재료와 결합시키는 방법입니다. 나노 탄산칼슘 제조 용액에 표면 개질제 또는 초분산제를 첨가합니다. 나노 탄산칼슘 제조 과정에서 표면 개질제가 탄산칼슘 표면을 코팅하여 최종 제품이 균일한 입자로 존재하게 됩니다.
마스터배치 필러 개질：
마스터배치 필러는 수지 마스터배치, 탄산칼슘, 그리고 계면활성제를 일정 비율로 혼합하여 제조되는 새로운 유형의 필러입니다. 이 공정은 마스터배치 필러를 생산하면서 탄산칼슘의 표면을 개질합니다. 일반적인 마스터배치 필러에는 폴리에틸렌 왁스 탄산칼슘 마스터배치, 불규칙 폴리프로필렌 탄산칼슘 마스터배치(APP 마스터배치), 그리고 수지 탄산칼슘 마스터배치 필러가 있습니다.
고성능 표면 개질：
이 방법은 플라즈마 또는 고에너지 방사선(예: X선 또는 γ선)을 이용하여 개질합니다. CaCO3 분말의 플라즈마 표면 개질은 주로 플라즈마 중합 기술을 사용합니다. 먼저, 단량체를 활성화시켜 기체 상태의 자유 라디칼을 생성합니다.
이 라디칼들은 고체 표면에 흡착되어 표면 자유 라디칼이 됩니다. 이후 플라즈마 또는 기체상 단량체와 중합 반응을 거쳐 탄산칼슘 표면에 고분자 필름을 형성하여 개질됩니다.
결론
요약하자면, 표면 개질은 탄산칼슘의 적용 성능 향상, 사용성 확장, 그리고 시장 수요 증가에 필수적인 방법입니다. 표면 개질 후, 탄산칼슘은 기존 충전재에서 다기능 개질제로 전환되어 더 폭넓은 적용 분야와 더 큰 인기를 제공합니다.
앞으로 탄산칼슘 개발의 주요 트렌드는 기능화와 전문화가 될 것입니다. 제품 구조 또한 상당한 변화를 겪을 것입니다. 나노 탄산칼슘, 초미립 탄산칼슘, 의료용 및 식품용 탄산칼슘, 그리고 다양한 표면 개질 특수 탄산칼슘(예: 천연 고무, 합성 고무, 코팅, PVC/PP/ABS 플라스틱용)과 같은 고급 제품의 시장 수요가 증가할 것입니다. 이러한 고부가가치 탄산칼슘 제품의 품질은 의심할 여지 없이 기업의 생존과 발전에 핵심적인 요소가 될 것입니다.
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