超疎水性表面は、そのユニークな特性により、防水、防曇、セルフクリーニング、耐腐食性、防氷、流動抵抗低減など、さまざまな分野で幅広く応用されています。しかし、低コスト、低毒性、塗布が簡単で耐久性のある超疎水性コーティングを大量生産することは、依然として課題となっています。
自然界には、優れた機械的特性と単純な成分を持つ炭酸カルシウム材料が数多く存在し、科学者の間で幅広い関心を集めています。炭酸カルシウムの核形成と成長のメカニズムに関する詳細な研究に基づいて、バイオミネラリゼーションの制御が達成され、防汚、スケール防止、セルフクリーニング、油水分離などの分野で幅広い用途があります。
多くの研究により、表面エネルギーの低さと粗い構造が超疎水性に影響を与える主な要因であることが示されており、これらは常に炭酸カルシウム改質技術の主な研究テーマとなっています。簡単に言えば、炭酸カルシウムの改質方向は、表面エネルギーを下げて分散性を維持しながら、接触角を大きくして疎水性を確保することです。
機能性コーティングにはどのタイプの炭酸カルシウムがより適していますか? どのように変更すればよいですか? 実際の結果はどのようなものですか?
Gu Weileらは、2種類の結晶形の炭酸カルシウム粉末を合成し、これを低表面エネルギーポリジメチルシロキサン（PDMS）と混合して超疎水性コーティングを施し、自己洗浄能力と耐衝撃性をテストしました。実験では、ステアリン酸ナトリウム（NaSt）とオレイン酸ナトリウム（NaOL）界面活性剤の添加量が5%の場合、炭酸カルシウムの改質効果と疎水性が最も優れていることが示されました。5%ステアリン酸ナトリウムで改質したアラゴナイト型炭酸カルシウムの接触角は127.5°、5%オレイン酸ナトリウムで改質した方解石型炭酸カルシウムの接触角は115.4°です。さらに、異なる量の結晶性炭酸カルシウムがコーティングの疎水性に与える影響について研究が行われ、方解石型炭酸カルシウムコーティングとアラゴナイト型炭酸カルシウムコーティングの接触角はそれぞれ151.4°と153.2°でした。最後に、超疎水性コーティングのセルフクリーニング性と耐衝撃性を評価しました。結果は、500mLの水滴衝撃試験後、2つの結晶性炭酸カルシウム超疎水性コーティングの接触角が140°以上を維持し、優れた疎水性を維持していることを示しました。
程元氏と彼のチームは、炭酸カルシウムウィスカー（CCW）とナノ炭酸カルシウム（CCNP）を充填剤として使用し、粉末表面改質、コーティング比率の最適化、「プライマートップコート」の参照、およびコーティング構築技術の研磨方法を通じて超疎水性コーティングを調製しました。研究によると、15サイクルの摩擦を受けると、コーティングの接触角は153.88°に達し、転がり角は9.20°に達する可能性があります。コーティングは優れたセルフクリーニング機能を備えており、簡単に修復できます。
炭酸カルシウム機能性コーティングはどのような基材に適用できますか?
ファイバ
廃ポリアミド繊維を使用したウェットコーティング技術は、商標織テープなどのコーティングされた織物を製造する主な方法であり、ポリアミド繊維の物理的リサイクルの重要な方法でもあります。生産コストが低く、製品の性能が優れています。炭酸カルシウムは、ポリアミド廃繊維のウェットコーティング技術で充填剤としてよく使用される安価で無毒で無害な無機粉末であり、商標織テープの表面コーティングの厚さ、白さ、強度を高めることができます。
雷鵬飛らはオレイン酸の原位置合成法を利用して、ポリアミド湿式コーティング用の炭酸カルシウムコーティングフィラーを調製しました。コーティング膜の接触角は8.29°減少し、コーティングされた布地のインク長さは10.42mm減少し、コーティングされた布地のpH値は7.27に減少しました。インクの吸収性が向上し、pH値は繊維安全基準にさらに適合しました。
江継康らは合成改質剤DOPOを用いて改質炭酸カルシウムをグラフトし、透明でふわふわした塗膜細孔構造を有するポリアミド塗膜中に均一に分散することを実現した。湿潤環境下での塗膜布のpHは7.02で、環境要件を満たしている。インク吸収時間は89秒、インク長は53.4mm、印刷されたバーコードは鮮明で破損がなく、評価はAレベルに達した。
Chen Zhijie らは、カップリング改質剤にシリコンリン難燃剤成分を使用し、布地に滑らかで平らな多孔質の薄いポリアミドコーティングを構築することで分散性を高め、難燃機能を付与しました。研究により、改質炭酸カルシウムは親油性が良好で、ポリアミド 6 でコーティングされた布地は優れた難燃効果を発揮することが示されました。
コンクリート
表面コーティング技術はコンクリートの耐久性を向上させる有効な手段であり、防水性、防氷性、セルフクリーニング性を備えた超疎水性コーティングは現在、研究のホットスポットの一つです。
Xu Huafengらは、ポリドーパミンを使用してコンクリートの表面で炭酸カルシウムの鉱化を誘発し、銀イオンをその場でナノ銀に還元して、マイクロナノ複合粗構造を構築しました。彼らは、低表面エネルギーシランでそれらを疎水化修飾し、機能化された炭酸カルシウム生体模倣超疎水性コーティングを得ました。結果は、通常の環境と模擬海水環境の両方で、複合コーティングサンプルの吸水量が未処理サンプルと比較してそれぞれ90.3%と93.44%減少し、優れた防水性と不浸透性を示しました。複合コーティングサンプルをサンドペーパー表面で5メートル相当の距離繰り返し摩擦した後、コーティングの接触角は依然として140°を超えており、減少はわずか6.87%で、優れた耐摩耗性を示しています。
屋外砂岩建築物の耐腐食性と耐汚染性を向上させるため、温亜平らは炭酸カルシウムを基材とし、脂肪酸を疎水改質材として液相反応により炭酸カルシウム系脂肪酸改質コーティングを合成した。研究によると、オクタデカン酸改質バテライト炭酸カルシウムの平均粒径は比較的大きく（31nm）、砂岩の表面粗さは大きく変化する。疎水角は119°に達し、耐汚染レベルは5、吸水率はわずか1.0%である。改質されていないコーティング処理された砂岩サンプルと比較して、砂岩の表面耐汚染性を効果的に向上させる。
ガラス
袁志清らは、超疎水性コーティングをベースにしたポリジメチルシロキサン（PDMS）/ CaCO3を製造するためのシンプルで実現可能な方法を開発しました。得られたコーティングは、クラフト紙、スライドガラス、銅板などのさまざまな基板に適用できます。ガラス基板にコーティングして室温で乾燥させた後、コーティング表面の接触角は160°に達し、滑り角は3°未満です。せん断試験では、超疎水性P3コーティングは機械的せん断抵抗と接着性が高く、安定した超疎水性表面が得られることが示されています。屋外実験では、ステアリン酸で改質したシリコーン樹脂と炭酸カルシウムを使用したセルフクリーニングコーティングの製造により、ガラスパネルの透明性の85%以上を保持でき、接触角は約110°で、防曇性能が良好であることが示されました。屋外に4か月間さらした後も、セルフクリーニング性能は基本的に損なわれていません。
金属
現在、壁パネル材料のセルフクリーニング挙動は非常に重要であり、このセルフクリーニング挙動は通常、疎水性表面を構築することによって達成できます。Liu Changyangらは、マグネシウムネオジム合金の表面に約20ミクロンの厚さの炭酸カルシウム膜の層を均一に堆積させ、塩化物イオンを含む模擬コンクリート細孔流体における合金の耐腐食性を向上させました。コーティングされたサンプルの化学修飾にパーフルオロデシルトリエトキシシランを使用すると、セルフクリーニング能力を高めることができます。
現在、炭酸カルシウム機能性コーティングは、包装、食器、建材、環境に優しい材料、繊維、コーティング、医薬品など多くの分野で応用されています。企業のコスト削減と効率化の需要が高まるにつれて、炭酸カルシウム機能性コーティングの応用は今後ますます広まり、応用技術は徐々に成熟していきます。
