ナノ炭酸カルシウムの表面効果と親水性、疎油性により、未改質のナノ炭酸カルシウムは有機ポリマーに適用すると分散性、親和性の低下、凝集しやすいなどの欠点があり、製品の品質に重大な影響を及ぼします。 、2つの材料間の界面欠陥につながり、ナノ炭酸カルシウムの充填量が多いほどこれらの欠点が顕著になり、過剰充填は材料本来の性能を破壊することさえあります。
そのため、ナノ炭酸カルシウムは、通常、そのまま使用されることはありません。表面改質後のナノ炭酸カルシウム粒子は通常、「柔らかい凝集体」を形成しますが、この「柔らかい凝集体」は、適用プロセス中に少し操作するだけで、機械的せん断と超音波振動によって分解できます。したがって、ナノメートル炭酸カルシウムの表面改質は非常に重要です。
ナノ炭酸カルシウム改質剤の種類
ナノ炭酸カルシウムの改質経路は通常、グラフト反応とカップリング反応を採用します。構造と特性の違いに応じて、改質剤は界面活性剤、カップリング剤、ポリマー、無機物に分類できます。
界面活性剤
現在、最も一般的に使用されている界面活性剤には、脂肪酸、リン酸塩、ポリマー化合物などがあります。
脂肪酸修飾子分子の一端にある長鎖アルキル基の構造はポリマーの構造と類似しており、類似の記述原理によりポリマーマトリックスとの適合性が向上し、分子の他端にあるカルボキシル基などの極性基は無機材料（ナノ炭酸カルシウムなど）の表面で物理的または化学的吸着を起こすことができます。
リン酸エステルは主にリン酸イオンやカルシウムイオンと反応してリン酸を形成し、炭酸カルシウムの表面にコーティングされます。
ナノメートル炭酸カルシウム表面の親油性および疎水性を改善するために改質が行われます。
ポリマー化合物は、ナノ粒子の粒子サイズを制御して表面状態を変更することで改質されます。スルホン酸基またはカルボン酸基を含むポリマー化合物は、主にイオン化可能な基である改質剤として使用できます。
カップリング剤
カップリング剤は、炭酸カルシウムと生物という非常に異なる特性を持つ2つの材料を、それぞれ炭酸カルシウムの表面の官能基との化学反応または物理的な絡み合いを介して結合させることによって改質されます。ナノメートル炭酸カルシウムの表面の分子橋を介して、カップリング剤が改質されます。これにより、ナノメートル炭酸カルシウムと有機材料との適合性が向上します。
チタン酸塩カップリング剤とアルミネートカップリング剤は、現在最も一般的に使用されているカップリング剤ナノ炭酸カルシウム改質剤です。
ポリマーと無機物
ポリマーとは、方向性吸着により炭酸カルシウムの表面に物理的または化学的吸着層を形成し、炭酸カルシウム粒子の凝集や凝集を防ぐ荷電特性を付与し、分散性を向上させる改質剤の一種です。
改質剤として、無機電解質がナノ炭酸カルシウムの表面に吸着され、ナノ炭酸カルシウムの表面電位の絶対値を大幅に増加させることができます。同時に、ナノ炭酸カルシウムの表面と水との間の濡れ度も向上し、ナノ炭酸カルシウムが水中で凝集するのをある程度防ぎます。
一般的に使用される無機電解質改質剤には、アルミン酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、ミョウバン、縮合リン酸などがあります。
ナノ炭酸カルシウム改質法
現在、ナノメートル炭酸カルシウムの表面改質に使用されている方法には、主に、局所化学反応改質、表面コーティング改質、マイクロエマルジョン改質、機械的改質、高エネルギー表面改質などがあります。
局所化学反応の修正
局所化学反応改質法は、主にナノ炭酸カルシウムの表面官能基と改質剤との化学反応を通じて改質目的を達成します。乾式法と湿式法の2つのプロセスに分けられます。
乾式改質：乾式改質とは、ナノ炭酸カルシウムを高速混練機に入れて回転させながら加熱し、一定の温度まで加熱したら表面改質剤を加えて混練改質を行う方法です。乾式改質は物理的な混合法を採用しており、プロセスは比較的簡単です。しかし、ナノ炭酸カルシウムの粒子サイズは40〜60nmと非常に小さいため、比表面積が大きく、静電気を帯びやすく、より大きな粒子に凝縮しやすいです。凝集によりナノ炭酸カルシウム粒子の活性化度が低下し、分散性が悪くなるため、改質効果は理想的ではありません。
湿式改質：湿式改質は、炭化後期にナノ炭酸カルシウム懸濁液に表面改質剤を添加して表面処理し、一定の温度と撹拌条件下で表面改質を完了することです。湿式改質は炭酸カルシウムメーカーで使用されており、そのプロセスフローは次のとおりです。
ナノ炭酸カルシウムを湿式改質した後、乾燥、分散、包装する必要があります。分散部分については、3種類の分散装置が推奨されます。より良い効果があります。
- 一定量のCa(OH)2懸濁液を調製し、加熱撹拌条件下で適量の結晶形態制御剤を添加し、その後CO2とN2の混合ガスを導入して炭化させ、滴定法により炭化率を測定する。
- ナノ炭酸カルシウム懸濁液に適量の表面改質剤を加え、よく撹拌して表面改質剤がナノ炭酸カルシウムの表面に均一に塗布されるようにします。
- 吸引濾過、乾燥、粉砕、ふるい分けにより、湿式改質ナノ炭酸カルシウム粒子を得ます。
表面コーティング改質方法
表面改質剤とナノメートル炭酸カルシウム表面を化学反応を起こさずにファンデルワールス力や物理的方法のみで結合させる改質方法を指します。
この方法は、ナノ炭酸カルシウムを製造する際に溶液に界面活性剤を添加することができ、界面活性剤の存在によりこの方法で製造された炭酸カルシウムの分散性が良好になるため、製造と改質の同時達成という目的を達成することができる。
マイクロエマルジョン改質法
マイクロエマルジョン改質法はカプセル化改質とも呼ばれ、ナノ炭酸カルシウムの表面を他の物質の膜でコーティングすることで粒子表面の本来の特性を変える改質法です。
この方法は表面コーティング改質法と類似しているが、この方法による改質後のナノ炭酸カルシウムの表面にコーティングされた膜は、表面コーティングによって改質されたものよりも均一である。
機械化学的改質法
メカノケミカル改質法とは、強い機械的力を利用して粒子表面を意図的に活性化し、分子格子をシフトさせ、その物理的・化学的構造や表面結晶構造を変化させ、粒子と有機物や無機物との反応性を向上させる改質法です。
この改質方法は炭酸カルシウムの大きな粒子に非常に効果的です。ナノスケールの炭酸カルシウムの場合、粒子サイズが小さいため、機械的な粉砕と研磨による機械化学的改質方法では、優れた改質効果を発揮できなくなります。
ナノ粒子のナノ効果を最大限に発揮させ、ナノ粒子の表面特性を改善し、マトリックス中のナノ粒子の分散性と適合性を改善し、優れた性能を持つ複合材料を調製することで、材料の応用分野が広がります。
ナノ炭酸カルシウムは炭酸カルシウムの分野でハイエンド製品です。我が国のナノ炭酸カルシウムの品質が向上するにつれて、コストは下がり続けています。今では輸入品に代わるだけでなく、国際市場への輸出も始まっています。国産ナノ炭酸カルシウムの市場展望はますます有望になると信じています。
