炭酸カルシウム改質 formula has gained significant attention in various industries due to its enhanced properties. This modification process changes the surface traits of calcium carbonate. It helps calcium carbonate work better with various materials. The modified calcium carbonate shows better dispersion, more stability, and improved performance. This is useful in plastics, paints, and coatings. Researchers are always looking for new ways to improve the formula. They want to keep up with the changing needs of the market. Overall, the calcium carbonate modified formula represents a promising advancement in material science.
重質炭酸カルシウムを粉砕すると、Ca2+ と CO32- 粒子が水と反応します。これにより、ヒドロキシル基が生成されます。その結果、重質炭酸カルシウムは親水性になります。しかし、有機ポリマーは親油性と疎水性です。重質炭酸カルシウムと有機ポリマーの表面特性が異なるため、相溶性が低下します。その結果、分散が不均一になり、界面での結合が弱くなります。ポリマーベースの複合材料は、使用中に界面欠陥に直面することがよくあります。これにより、性能が低下する可能性があります。したがって、重質炭酸カルシウムの表面を有機的に改質する必要があります。
炭酸カルシウム改質処方
表面改質剤には多くの種類があります。種類、投与量、用途など、その配合は非常に特殊です。EPIC Powder は、重質炭酸カルシウムを改質するための 20 種類の特別な配合を作成しました。プロセスには、湿式法と乾式法があります。改質剤の種類には、ステアリン酸 (ナトリウム)、シラン カップリング剤、チタン酸塩カップリング剤、アルミネート カップリング剤、界面活性剤、ポリマー有機物、デンプン、複合改質剤などがあります (参考)。詳細は次のとおりです。
- 処方1：ステアリン酸湿式粉砕改質
- 処方2：ステアリン酸ナトリウム乾燥改質
- フォーミュラ3: KH-550ウェット改質
- 式4：チタン酸塩とアルミネートカップリング剤の乾燥改質効果の比較
- 式5：湿潤改質におけるステアリン酸ナトリウムとアルミネートカップリング剤の効果の比較。
- 式6：ステアリン酸ナトリウムとカップリング剤の湿潤改質効果の比較
- 配合7：界面活性剤、シリコーンオイル等の乾燥改質効果の比較
- 式8：カップリング＝界面活性剤と界面活性剤の改質効果の比較
- 式9：界面活性剤、ステアリン酸、カップリング剤、シリコーンオイルの乾燥改質効果の比較
- 配合10：ステアリン酸チタン酸カップリング剤の複合改質（湿式ボールミル処理）
- 式11：ステアリン酸-チタン酸カップリング剤の複合改質（乾式法）
- 式12：オレイン酸とカップリング剤の複合改質
- 配合13：水性複合改質剤の改質
- 式14: ポリマーエマルジョンの乾式改質
- 式15：ジパルミトイル酒石酸ジエステルの修飾
- 式16：エレオステアリン酸無水物加水分解物の乾式改質
- 処方17：ソルビタンモノステアレート（Span60）の改質
- 式18：ポリ酢酸ビニルの重合改質
- 処方19：デンプンコーティング改質
- フォーミュラ20：チタン酸カップリング剤とエアフローミリングの統合処理
処方1：ステアリン酸湿式粉砕改質
修飾子: ステアリン酸。
変更方法: Weigh 900g of calcium carbonate powder. The particle size should be about 45μm. Prepare a slurry with a solid mass fraction of 75%. Then, add stearic acid. The amount of stearic acid should be 1%-3% of the mass of the calcium carbonate powder. The initial viscosity of the slurry is 147mPa·s at 42°C, and the viscosity is 228mPa·s after standing for 20min. The volume of calcium carbonate slurry is about 600mL. Stir at a speed of 1000r/min for 90min in a stirring disperser. Stop stirring. Remove the slurry and put it in a drying oven set to 180°C. After drying, take out the modified block. Then, use a high-speed pulverizer to crush it for 3 minutes. This will give you modified calcium carbonate powder.
テストと特性評価: 粒子サイズ、表面活性、油吸収値、白度。
修正効果:
重質炭酸カルシウムは室温で粉砕・改質できます。このプロセスにより、粒子サイズが 45μm から 2μm に減少します。ステアリン酸を追加すると、重質炭酸カルシウムの活性が上がります。同時に、油吸収値は低下します。ステアリン酸が 2% (質量分率) に増加すると、重質炭酸カルシウムの活性は 98% を超えます。また、油吸収値は 0.267g/g に低下します。重質炭酸カルシウムの粉砕と改質を同時に行うことで、生産コストを削減できます。これにより、製品の競争力が高まります。
処方2：ステアリン酸ナトリウムの乾燥改質
修飾子: ステアリン酸ナトリウム。
変更方法: まず、重質炭酸カルシウムをオーブンで乾燥させて水分を除去します。次に、乾燥粉末を一定量計量し、3つ口フラスコに入れます。フラスコを設定温度のウォーターバスに入れてかき混ぜます。次に、ステアリン酸ナトリウムを計量して加え、指定時間かき混ぜます。最後に、混合物を冷却して、改質重質炭酸カルシウムを得ます。
テストと特性評価: FT-IR、XRD、SEM、ゼータ電位。
修正効果:
改質温度が70℃、ステアリン酸ナトリウムの量が重質炭酸カルシウムの質量の1.5%、改質時間が50分、速度が700r/minの場合、ステアリン酸ナトリウム改質重質炭酸カルシウムの活性化率は85.6%であり、改質効果は良好である。ステアリン酸ナトリウムを含む重質炭酸カルシウムの赤外線スペクトルはピークを示し、2850cm-1に-CH2-対称伸縮ピークがあり、2920cm-1に反対称伸縮ピークがありました。X線回折ピークはより高い角度にシフトしました。ゼータ電位は14.1mVから30.2mVに増加し、粒子サイズは減少しました。これは、ステアリン酸ナトリウムが重質炭酸カルシウムの表面にグラフトされたことを示しています。ただし、改質によって炭酸カルシウムの結晶形は変化しませんでした。改質された重質炭酸カルシウムは分散性が良好です。
フォーミュラ3: KH-550ウェット改質
修飾子: γ-クロロプロピルトリエトキシシラン（KH-550）、ステアリン酸ナトリウム、チタン酸カップリング剤。
変更方法:
- 湿式法によるグラフト修正。
- 乾燥した超微粒子重炭酸カルシウム200gを量ります。
- 無水エタノール300gに分散させます。
- 80℃の湯浴中で10分間加熱し、撹拌する。
- 次に改質助剤の粉末質量を2.5%加えます。
- 同じ条件で60分間反応を続けます。
- 最後に、濾過、洗浄、熱いうちに乾燥して、改質された超微粒子重炭酸カルシウム粉末を得ます。
テストと特性評価:
- フーリエ変換赤外分光法
- 熱重量分析
- 粒子サイズ分析
- シリコーンゴムのレオロジー特性試験
- 機械的特性試験
修正効果:
Rheological data shows that the modified ultrafine heavy calcium carbonate disperses well in silicone rubber. It also has better compatibility with colloids than the unmodified version. Ultrafine heavy calcium carbonate lacks a nano-reinforcement effect in size. This weakens the interaction between the surface-treated ultrafine heavy calcium carbonate and silicone rubber. As a result, the performance of silicone rubber after vulcanization decreases compared to using unmodified ultrafine heavy calcium carbonate. KH-550 has special features like amino and alkoxy groups. Because of this, ultrafine heavy calcium carbonate treated with KH-550 spreads easily in silicone rubber. It also forms chemical bonds with the rubber. As a result, the RTV silicone rubber shows excellent mechanical properties.
式4：チタン酸塩およびアルミネートカップリング剤の乾燥改質効果の比較
修飾子: チタン酸カップリング剤JN-114、アルミネートカップリング剤DL-411。
改質方法：重質炭酸カルシウムを一定量量り取り、高速ミキサーに加えます。材料を実験温度まで加熱した後、表面改質剤を加えます。一定の反応時間後、撹拌を停止して表面改質された重質炭酸カルシウムを得ます。
テストと特性評価: 活性化指数、接触角、赤外線スペクトル、ポリプロピレン複合材料の性能。
修正効果:
（１）チタン酸カップリング剤JN-114は重質炭酸カルシウムの表面に化学的に吸着する。
重質炭酸カルシウムの乾式改質に最適な条件は次のとおりです。
- JN-114の投与量: 1.0%
- 改質温度：70℃
- 修正時間: 30 分。
これらの条件下では、改質重炭酸カルシウムは接触角 114.34° を達成します。活性化指数も 99.21% に達します。
（２）アルミネートカップリング剤DL-411は重質炭酸カルシウムの表面に化学的に吸着する。
重質炭酸カルシウムを乾式改質するための最適な条件は次のとおりです。
- DL-411投与量: 1.0%
- 改質温度：90℃
- 修正時間: 30 分
これらの条件では、改質重質炭酸カルシウムの接触角は 121.70° です。活性化指数も 100% に達します。
（３）JN-114とDL-411の表面改質はPP複合材料の衝撃強度を効果的に向上させることができる。添加量が20%のとき、複合材料は最高の衝撃強度を有する。この強度は純粋なPPの強度より38.87%と41.97%高い。
式5：ステアリン酸ナトリウムとアルミネートカップリング剤の湿潤改質効果の比較
改質剤:アルミネートカップリング剤DL-411およびステアリン酸ナトリウム。
変更方法:
（１）アルミネートカップリング剤DL-411改質重質炭酸カルシウムを製造するには、以下の手順に従う。
- 重炭酸カルシウム30gを量り、250mlの反応ボトルに入れます。
- 水とエタノールを少し加えてかき混ぜ、懸濁液を作ります。
- 混合物を加熱します。
- アルミネートカップリング剤を適量の無水エタノールに溶解し、超音波洗浄機で分散させます。
- 温度が希望のレベルに達したら、重炭酸カルシウム懸濁液にアルミン酸アルコール溶液を加えます。
- 反応が起こるようにしばらくかき混ぜます。
- 反応が終わったら、生成物をエタノールで数回洗浄します。
- それを濾過して分離し、50°Cで24時間真空乾燥して、最終製品であるアルミネートカップリング剤改質重質炭酸カルシウムを得ます。
（２）ステアリン酸ナトリウム改質重質炭酸カルシウム：
- 重炭酸カルシウム30gを250mlの反応ボトルに量り入れます。
- 水とエタノールを加え、滑らかな懸濁液になるまでかき混ぜます。
- 混合物を希望の温度に達するまで加熱します。
- 次に、懸濁液にステアリン酸ナトリウムの固体粒子を加え、しばらくかき混ぜます。
- 反応が終わったら、生成物を水とエタノールで洗浄します。
- 混合物を濾過して分離し、50°Cで24時間真空乾燥します。
- このプロセスにより、ステアリン酸ナトリウム改質重炭酸カルシウムが生成されます。
テストと特性評価:
- 油吸収値
- 沈降量
- 接触角
- 炭酸カルシウム/ポリプロピレン複合材料の性能試験。
修正効果:
1250 メッシュの重質炭酸カルシウムをステアリン酸ナトリウムで改質するための最適な条件は次のとおりです。
- 気温: 25℃
- 比率: m(炭酸カルシウム):m(エタノール):m(水) = 3:1.5:3
- ステアリン酸ナトリウムから重炭酸カルシウムへの質量: 3.0%
- 撹拌速度: 400 r/min
- 撹拌時間: 40分
この設定により、油吸収値と沈降量は約50%減少します。接触角は129.2°に達します。
重質炭酸カルシウムをアルミネートカップリング剤 DL-411 で改質する最良の方法は次のとおりです。
- 改質温度: 25℃
- 混合比: m(炭酸カルシウム):m(エタノール):m(水) = 3:1.5:3
- エージェント比率: アルミネートカップリング剤/重質炭酸カルシウム質量 = 2.0%
- トリエチルアミン比: トリエチルアミン/炭酸カルシウム質量 = 0.5%
- 撹拌速度: 300 回転/分
- かき混ぜる時間: 2分
改質されていない炭酸カルシウムと比較すると、改質された重質炭酸カルシウムは次のようになります。
- 油吸収値減少: 47.0%
- 沈降量減少: 45.8%
- 接触角: 136.3°
PPにおけるステアリン酸ナトリウム改質重質炭酸カルシウムの最適充填量は20%です。原料PPと比較して、破断時の伸びと衝撃強度はそれぞれ12.5%と15.7%増加します。ポリプロピレンにおけるアルミネート改質重質炭酸カルシウムの最適充填量は30%です。これにより、破断時の伸びが15.0%、衝撃強度が16.0%増加します。
式6：ステアリン酸ナトリウムとカップリング剤の湿潤改質効果の比較
修飾子: ステアリン酸ナトリウム、γ-クロロプロピルトリエトキシシラン（KH-550）、チタン酸カップリング剤TC114。
変更方法: 乾燥した超微粒子重質炭酸カルシウム200gを量り、丸底フラスコに入れ、無水エタノール300gで分散させ、80℃の水浴で10分間加熱撹拌した後、改質助剤の粉末質量2.5%を加え、同じ条件で60分間反応を継続し、その後、濾過、洗浄、熱いうちに乾燥して改質超微粒子重質炭酸カルシウム粉末を得る。
テストと特性評価:
- フーリエ変換赤外分光法
- 熱重量分析
- 粒子サイズ分析
これらの方法は、RTV シリコーンゴム材料の特性を評価します。
修正効果:
レオロジーデータによると、改質された超微粒子重質炭酸カルシウムはシリコーンゴムによく分散します。これは、改質されていない超微粒子重質炭酸カルシウムよりも優れています。また、コロイドとの適合性も向上しています。超微粒子重質炭酸カルシウムは、サイズにおいてナノ強化効果がありません。これにより、表面処理された超微粒子重質炭酸カルシウム（TC114およびステアリン酸ナトリウム）とシリコーンゴムとの相互作用が弱まります。その結果、加硫後のシリコーンゴムの性能は、改質されていない超微粒子重質炭酸カルシウムを使用した場合と比較して低下します。KH-550にはアミノ基とアルコキシ基があります。このため、KH-550で処理された超微粒子重質炭酸カルシウムはシリコーンゴムによく分散します。また、ゴムと化学結合を形成します。その結果、RTVシリコーンゴムは優れた機械的特性を示します。
配合7：界面活性剤、シリコーンオイル等の乾燥改質効果の比較
修飾子: ポリエチレングリコール-200、ジエチレングリコール、トリエタノールアミン、アミノシリコーンオイル-804。
変更方法: 乾式改質法を使用します。重炭酸カルシウム粉末100gを量り、3つ口フラスコに入れます。このフラスコを恒温水浴に入れます。電動スターラーを始動して混ぜます。温度が95℃に達したら、表面改質剤を撹拌しながら加えます。加えた後、95℃で30分間撹拌と反応を続けます。これで重炭酸カルシウム改質粉末が得られます。改質粉末が冷めたら、サンプルを採取してテストと特性評価を行います。
テストと特性評価: 油吸収値、赤外線スペクトル、熱重量分析。
修正効果:
重質炭酸カルシウムフィラーの吸油量を減らす4つの表面改質剤の順序は次のとおりです：アミノシリコーンオイル-804 > ポリエチレングリコール-200 > トリエタノールアミン > ジエチレングリコール。また、同じ改質剤でも、その使用量に応じて吸油量が異なります。通常、改質剤の使用量が多いほど、吸油量が低くなります。すべての改質剤は、重質炭酸カルシウム粉末のヒドロキシル基と化学的に結合します。アミノシリコーンオイル-804を1.00%で使用すると、改質サンプルの吸油量は0.115 mL/gに達することがあります。熱重量分析によると、改質サンプルの熱安定性が最も優れており、熱分解温度は325℃です。
式8：カップリング剤と界面活性剤の改質効果の比較
修飾子には次のものがあります:
- アルミネートカップリング剤（DL-411）
- チタン酸カップリング剤（NDZ-201）
- シランカップリング剤（KH-550）
- ステアリン酸（SA）
- ドデシル硫酸ナトリウム（SDS）
- グルタミン酸（GLU）
- ヘキサデシルリン酸（PO16）
- オクタデシルリン酸（PO18）
- ヘキサデシルトリメチルアンモニウム臭化物（CTAB）界面活性剤
複合改質剤は、アルミネートカップリング剤 (DL-411) とドデシル硫酸ナトリウム (SDS) です。
改質方法：乾式改質と湿式改質。
テストと特性評価には以下が含まれます。
- 活性化率
- 油吸収値
- 赤外線分析
- 粒子サイズ
- 検索エンジン最適化
ここでは、PBAT/改質炭酸カルシウム複合材料の性能に焦点を当てます。
修正効果:
（１）３種のカップリング剤DL-411、NDZ-201、KH-550の含有量が1.5%で、改質方法が湿式改質の場合、改質炭酸カルシウムは最も良い効果を発揮した。炭酸カルシウムの表面は親油性であり、分散性が向上し、平均粒子径が小さくなった。
（２）６種類の界面活性剤のうち、SA、SDS、PO16の含有量が3%のとき、炭酸カルシウムに対する改質効果が最も優れ、炭酸カルシウムの表面を親水性から疎水性に変化させ、平均粒子径を小さくし、分散性を向上させた。
（３）炭酸カルシウムはカップリング剤DL-411と界面活性剤SDSで修飾された。
炭酸カルシウムに対する最良の修正効果は、以下の条件で発生しました。
- 複合修飾子比（DL:SDS）3:2
- 反応時間は40分
- 反応温度80℃
- 3%の複合修飾子量
単一の改質剤と比較して、DL-411 と SDS の相乗効果により、複合改質剤は炭酸カルシウムに対してより優れた改質効果を発揮します。
式9：界面活性剤、ステアリン酸、カップリング剤、シリコーンオイルの乾燥改質効果の比較
修飾子:
- 新規界面活性剤改質剤 JST-9001（ポリオキシエチレンエーテル系複合改質剤）
- JST-9002（リン酸系複合改質剤）
- JST-9003（ポリオキシエチレンエーテル系複合改質剤）
- JST-900
変更方法: 重炭酸カルシウム粉末100gを量り、500mLの三つ口フラスコに入れ、恒温水槽を希望の温度に設定します。デジタルディスプレイ付き電動スターラーを（1300±50）r/minで作動するように調整します。次に、フラスコ内の重炭酸カルシウムに改質剤を一滴ずつ加えます。速すぎず遅すぎない適度な速度で加えるようにしてください。改質剤を加えた後、三つ口フラスコを密閉し、時間を計ります。一定時間後、機器の電源を切り、サンプルが冷めるのを待ってから取り出し、密封袋に密封します。
テストと特性評価には以下が含まれます。
- 油吸収値
- 活性化指数
- 油相分散安定性
- 水接触角
- 赤外線スペクトル（FTIR）
- 熱重量分析（TG）
修正効果:
JST-9001 と JST-9003 は、ステアリン酸およびアルミネート F-2 と併用すると、JST-9002 と JST-9004、ヒドロキシシリコーンオイル、アミノシリコーンオイル 585C よりも優れた効果を発揮します。これらは、重質炭酸カルシウムに対してより効果的な改質剤です。新しい改質剤 JST-9001 と JST-9003 は、低い改質剤投与量 (0.50%) で、ステアリン酸およびアルミネート F-2 よりも優れた改質効果を達成できます。
JST-9001とJST-9003で改質したC525重炭酸カルシウムサンプルの油吸収値は、それぞれ0.11 mL/gと0.10 mL/gです。活性化指数は98.77%と99.19%です。濁度変化率は4.06%と5.30%です。濡れ接触角は154.2°と151.4°です。
00重炭酸カルシウムサンプルの油吸収値は0.14 mL/gと0.15 mL/gです。活性化指数は89.73%と93.77%です。濁度変化率は16.04%と9.59%です。濡れ接触角は91.9°と87.7°です。
適切な量で、JST-9001 と JST-9003 の親水性基が重炭酸カルシウムの表面の -OH と結合しました。これにより、炭酸カルシウム粒子上に修飾分子の層が形成されました。重炭酸カルシウムの表面特性は親水性から疎水性に変化しました。また、油吸収値も大幅に低下しました。
処方10：ステアリン酸-チタン酸カップリング剤複合改質（湿式ボールミル）
修飾子: 複合改質剤としてステアリン酸とチタン酸カップリング剤を使用し、分散剤として無水エタノールを使用します。
変更方法: Weigh 15.0g of heavy calcium powder and add it to a ball mill. Next, weigh a specific amount of stearic acid and titanate coupling agent based on the mass ratio. Add these to the ball mill as well. Then, pour in anhydrous ethanol until the powder is just covered. Finally, start the ball mill to modify the heavy calcium powder. The modified powder is placed in a drying oven and dried at 80°C, cooled to room temperature, and ground to obtain the modified product.
テストと特性評価: 活性化度、吸油量、沈降量、粒子サイズ。
修正効果:
さまざまな要素をテストし、直交実験を実施した結果、変更に最適なプロセスが見つかりました。最適な条件は次のとおりです。
- ボールミル時間: 1.5時間
- ボールミル回転速度: 350 r/min
- 修飾子投与量: 2.0%
- 修飾子比率: 1:3
改質重カルシウム粉末は、改質されていない粉末よりも優れています。活性度が高く、油吸収が少なく、沈降量が少なく、粒子サイズが小さくなっています。全体的に、改質は良い結果を示しています。最適化されたプロセスにより、改質重カルシウム粉末の活性化度は99.4%です。油吸収値は粉末100gあたり14.27gです。沈降量は1.08mL/g、粒子サイズD50は1.58μmです。
配合11：ステアリン酸-チタン酸カップリング剤複合改質（乾式法）
修飾子: ステアリン酸、チタン酸カップリング剤。
変更方法: 乾燥した重質炭酸カルシウムを一定量量り取り、撹拌槽に入れます。次に、槽を適温の湯浴に入れます。次に、ステアリン酸を適量加えます。高速分散機を使用して炭酸カルシウムをよく混ぜます。その後、ビス（ジオクチルオキシピロリン酸）エチレンチタネートカップリング剤を加えます。最後に、混合物を高速分散して改質重質炭酸カルシウムを得ます。これをエポキシ樹脂と配合して、改質重質炭酸カルシウム/エポキシ樹脂複合材料を調製しました。
テストと特性評価には以下が含まれます。
- 熱重量分析
- 近赤外分光法
- X線回折
- 電子顕微鏡法
- エポキシ樹脂製品の性能
ステアリン酸が重質炭酸カルシウムの質量の 1.5% を占める場合、改質時間は 20 分です。チタン酸塩の場合、質量の 2.0% で、改質時間はわずか 10 分です。これらの条件では、複合材料は 10.2 MPa で最高の引張特性を示します。また、最低の油吸収値を示します。重質炭酸カルシウムの結晶形は、ステアリン酸、チタン酸塩、エポキシ樹脂で改質した後も同じままでした。複合改質剤もその表面によく結合しました。改質された重質炭酸カルシウム粒子は、エポキシ樹脂との分散性が良好で、結合が強力です。
式12：オレイン酸とカップリング剤の複合改質
修飾子:
- アルミネートカップリング剤（DL-411）
- アルキル変性ポリシロキサンカップリング剤（FD-1106）
- ステアリン酸（SA）
- オレイン酸（OA）
変更方法:
（1）湿式改質：重炭酸カルシウム10gを量り、250mLビーカーに入れます。次に、水50gとエタノール50gを加えます。よくかき混ぜて懸濁液を作り、80℃に加熱します。次に、改質剤をエタノールに溶かします。超音波洗浄機を使用して10分間分散させます。温度が設定レベルに達したら、改質溶液を重炭酸カルシウムの入ったビーカーに加えます。しばらくかき混ぜます。反応後、混合物を水とエタノールで洗浄する。その後、60℃で12時間真空乾燥します。これで改質炭酸カルシウムが得られます。
（2）乾式改質：まず、炭酸カルシウム粉末を高速ミキサーに加え、次に粉末を80℃に加熱し、最後に改質剤を噴霧して改質炭酸カルシウムを得る。
（3）複合改質：重質炭酸カルシウム粉末500gを量り、高速ミキサーで撹拌し、120℃まで加熱します。高速ミキサーにミスト表面改質剤FD-1106とOAを噴霧し、一定時間混合撹拌します。これにより、複合改質剤で改質された重質炭酸カルシウム粉末が生成されます。
試験および特性評価: 活性化率の測定、油吸収値試験、および粒子サイズ分析。
修正効果:
（１）表面改質剤DL-411、SA、FD-1106、OAの添加量がそれぞれ重質炭酸カルシウムの質量の1.5%、1.0%、1.5%、1.0%のとき、改質効果が最も良好である。改質炭酸カルシウム粒子はよりよく広がり、より速く活性化する。また、油吸収値も低下する。
（２）湿式改質の効果は比較的明らかであるが、乾式改質のプロセスはより単純で、操作が容易であり、コストを大幅に節約できるため、工業生産には乾式改質の方が適している。
（3）4つの改質重質炭酸カルシウムの赤外線試験結果から、重質炭酸カルシウムが改質剤によってうまく改質されたことが証明された。粒度分析の結果、4つの改質剤を使用した後、重質炭酸カルシウムの平均粒径が大幅に低下したことが示された。その中で、OAは23.6%で最大の平均粒径を生成し、活性化率は98.8%に達した。
（4）アルキル変性ポリシロキサンカップリング剤（FD-1106）とOAを選択して、炭酸カルシウムの複合自己組織化改質を行った。複合改質剤比（FD-1106：OA）が1：1のとき、炭酸カルシウムの改質が最も良好であった。複合改質剤1%を添加することでこれを達成した。反応は110℃で10分かかった。改質炭酸カルシウムの平均粒子径は8.45μmであった。さらに、活性化率は99.6%に達した。PBAT / PLAに30%炭酸カルシウムを充填すると、複合フィルムの機械的特性が最適になり、引張強度は横方向で19.37MPa、縦方向で29.67MPaである。このとき、複合フィルムは疎水角95°の疎水性材料である。
処方13：水性複合改質剤改質
改質剤: ポリエチレングリコール-300 (PEG-300)、ドデシル硫酸ナトリウム (SDS)、ステアリン酸ナトリウム。
変更方法:
- 重炭酸カルシウム500gを量ります。
- 複合改質剤を10g計量します。
- 純水7mLを測ります。
- これを80℃の湯煎で加熱します。
これにより、後で使用するための水性複合改質剤溶液が作成されます。
重質炭酸カルシウム粉末を高速ミキサーに入れ、100〜110℃に加熱します。次に、改質剤水溶液をゆっくりと加えます。高速で5分間混合します。その後、攪拌を止め、ミキサーのカバーを開きます。10分間水を蒸発させます。最後に、高速でさらに20分間混合します。このプロセス中、材料の温度は100〜110℃に保たれます。これにより、活性化された重質炭酸カルシウム粉末が得られます。
試験および特性評価: PP/重質炭酸カルシウム複合材料の油吸収値、沈降量、表面形態、および性能。
修正効果:
PEG-300、SDS、ステアリン酸ナトリウムの質量比が6:2:2のとき、表面改質が最も効果的です。重質炭酸カルシウム粉末の吸油値は32.7mL/100gから15.5mL/100gに低下します。また、沈降体積は4.1mL/gから1.0mL/gに減少します。水系複合重質炭酸カルシウムは粒子が小さいため、分散性が高く、結晶化性能が優れています。水系複合改質剤はステアリン酸よりも効果があります。重質炭酸カルシウム粉末をさらに追加すると、PP /重質炭酸カルシウム複合材料の機械的特性も変化します。最初は向上し、その後低下します。質量分率が30%のときに最高の性能が得られます。曲げ強度は45.75MPaに達し、引張強度は32.58MPaに達します。
式14: ポリマーエマルジョンの乾式改質
修飾子: ポリマーエマルジョン。
変更方法: 炭酸カルシウムをオーブンに入れ、110℃で24時間乾燥させます。水分を除去した後、乾燥した重質炭酸カルシウム粉末を一定量秤量し、三口フラスコに入れます。80℃の湯浴に入れ、500r/minの速度で電動撹拌します。三口フラスコにポリマーエマルジョンを加え、50分間電動撹拌します。冷却して排出し、改質重質炭酸カルシウムを得ます。
テストと特性評価: 活性化率、FT-IR、XRD、SEM、ゼータ電位。
修正効果: 80℃、50分後、500r/minの速度で、改質炭酸カルシウムは90.8%の活性化率を達成しました。これは、Xianfeng重炭酸カルシウムの重量に基づいて3%ポリマーエマルジョンを使用しています。これは、良好な改質効果を示しています。炭酸カルシウムは、FT-IR、XRD、SEM、およびゼータ電位によって特性評価されました。結果は、ポリマーエマルジョンを炭酸カルシウム表面にうまくグラフトしたことを示しています。改質炭酸カルシウムの回折ピークは、より高い角度に移動します。ただし、ポリマーエマルジョンは炭酸カルシウムの結晶形を変更しません。改質炭酸カルシウムのゼータ電位は14.1mVから29.8mVに上昇します。粒子サイズが小さくなり、分散性が向上します。
処方15：ジパルミトイル酒石酸ジエステル修飾
修飾子: ジパルミトイル酒石酸ジエステル。
変更方法:
（1）ジパルミトイル酒石酸ジエステルの合成：丸底フラスコにパルミチン酸10.3gを入れ、撹拌しながら塩化チオニル10mLをゆっくりと加える。混合物を80℃で3時間加熱し、溶液が透明になるまで加熱する。真空ロータリーエバポレーターで余分な塩化チオニルを除去する。次に、メチルtert-ブチルエーテル5mLを加える。茶黄色のパルミチン酸塩化物が得られるまでロータリーエバポレーターで蒸発を続ける。パルミチン酸塩化物をジクロロメタンに溶解する。
次に、この混合物を三口フラスコに移し、氷水浴中に保ったままトリエチルアミン16.8mLを加える。酒石酸3.0gを量り取り、アセトンで加熱溶解し、三口フラスコに滴下する。終了後、室温まで加熱し、一晩反応させる。濾液を濾過し、真空蒸発させてペースト状の固体を得る。その後、アセトンで2回再結晶させる。最後に乾燥させて白色固体を得る。これが目的物であるジパルミトイル酒石酸ジエステルである。
（2）重質炭酸カルシウムの改質：炭酸カルシウム粉末を量り、水を加えて撹拌し、スラリーを作ります。次に、恒温水槽に入れ、450r/minの速度で撹拌しながら加熱します。適切な温度まで加熱します。次に、適切な質量分率の改質剤を加えます。一定時間、一定の温度で撹拌し、反応させます。ろ過、乾燥、粉砕して、粒子サイズ<250μmにして、炭酸カルシウム改質製品を得ます。
試験および特性評価：油吸収値、沈降量、活性化度。
修正効果:
重質炭酸カルシウム（10μm）をジパルミトイル酒石酸ジエステルで改質するには、2.0%改質剤投与量、55分の改質時間、および60℃の温度という最適条件を使用します。
これらの条件下では、改質炭酸カルシウムは顕著な変化を示しました。
- 油吸収値は0.2780mL/gから0.2039mL/gに低下しました。
- 沈降量は1.3 mL/gから0.3 mL/gに減少しました。
- 活性化度は0%から98.58%に上昇しました。
これらの結果は、有意な修正効果を示しています。
ジパルミトイル酒石酸ジエステルを含む炭酸カルシウムは、油の吸収が少なく、沈降量も少ないです。これは、ステアリン酸を使用した炭酸カルシウムとは異なります。しかし、その活性化度は優れています。これは、二重疎水性鎖とジカルボン酸を含むジパルミトイル酒石酸ジエステルの改質効果が、従来の単鎖ステアリン酸よりも優れていることを示しています。
式16：エレオステアリン酸無水物加水分解物の乾式改質
改質剤：エレオステアリン酸を原料とし、無水マレイン酸とディールス・アルダー反応によりエレオステアリン酸無水物を生成します。その後、この化合物を加水分解して、複数の作用点を持つ改質剤であるトリカルボキシルエレオステアリン酸無水物加水分解物を生成します。
変更方法:
（１）エレオステアリン酸無水物加水分解物の合成：
- 3つ口フラスコにエレオステアリン酸20.0gを加える。
- 絶えずかき混ぜながら65℃まで加熱します。
- 次に無水マレイン酸3.6gを加えます。
- 無水マレイン酸が溶けたら、温度を140℃くらいまで上げます。
- 90 分間反応させると、茶色がかった黄色の粘性のある無水エレオステアリン酸が得られます。
- 次に、無水エレオステアリン酸をアセトンに溶かして溶液を作ります。
- 適量の水を加えて無水物を加水分解します。
- 室温で30分間放置して、エレオステアリン酸無水物加水分解物を得ます。
（２）重質炭酸カルシウムの乾式改質：
- まず、重炭酸カルシウム粉末100gを用意します。
- 高速分散機にセットします。
- 50℃まで加熱します。
- 次に、エレオステアリン酸無水物加水分解物を含むアセトン溶液を所定量加えます。
- 15分間混ぜてかき混ぜます。
- その後、一定の質量になるまで乾燥させます。
- ついに
試験と特性評価：活性化度、油吸収値、接触角、粘度、炭酸カルシウム/PVC複合材料を準備して性能を試験します。
修正効果:
炭酸カルシウムの最良の改質には、1.5% のエレオステアリン酸無水物加水分解物を使用します。これにより、活性化度は 83.40% になります。また、油吸収値は 28.29 mL/100g に低下し、粘度は 46.36% 低下します。水接触角は 99° です。改質炭酸カルシウムを PVC に充填すると、複合材のノッチ付き衝撃強度が向上します。8.455 kJ/m² から 10.216 kJ/m² に上昇します。破断時の伸びも 16.12% から 24.52% に増加します。改質炭酸カルシウムは、PVC 材料を強化する効果があります。
処方17: Span60の修正
改質剤: ソルビタンモノステアレート (Span60)。
変更方法:
乾燥した重質炭酸カルシウム粉末を特定の量計量します。次に、ボールミルビーズについても同様に計量します。次に、ボールと材料の比率に従って、両方を清潔で乾燥したボールミルに入れます。必要な量の改質剤を計量します。無水エタノールに溶かします。次に、混合物をボールミルに注ぎます。ボールミルを始動して改質を開始します。ボールミル処理後、スラリーを取り除きます。次に、80°C の乾燥オーブンに入れます。乾燥したら、室温まで冷却します。最後に、粉砕して改質された重質カルシウム粉末サンプルを取得します。
試験および特性評価: 活性化、沈降量、油吸収値、粒子サイズ。
修正効果:
改質後、重質カルシウム粉末の表面活性が増加し、沈降量、油吸収値、粒子サイズが減少します。改質剤Span60は重質カルシウム粉末の表面にうまく吸着され、粉末の表面特性が向上します。改質剤の量は改質効果に最も大きな影響を与えます。次にボール対材料比が続きます。その後、ボールミル時間とボールミル速度も重要な役割を果たします。
変更に最適な条件は次のとおりです。
- ボールミル回転速度: 300 r/min
- ボールミル時間: 1.5時間
- ボール対材料比: 8:1
- 修飾子投与量: 2.0%
これらの条件下では、改質重カルシウム粉末の活性化度は 99.2% に達します。
式18：ポリ酢酸ビニルの重合改質
改質剤: ポリ酢酸ビニル。
変更方法:
（１）ポリ酢酸ビニルの直接改質。粉砕した重質炭酸カルシウムスラリーを90℃に加熱し、その後、重合したポリ酢酸ビニルを素早く撹拌しながら添加する。90℃で1時間撹拌して改質を完了する。
（２）ポリ酢酸ビニルのその場重合改質。ポリビニルアルコールとドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを粉砕重質炭酸カルシウムスラリーに混ぜる。スラリーを90℃に加熱する。次に、乳化機をオンにしてポリビニルアルコールを完全に溶解する。最後に、冷却させる。混合物を68〜70℃に冷却する。次に、OP-10と総酢酸ビニルの30%を加える。20分間撹拌する。次に、総酢酸ビニルに基づいて0.5%の過硫酸カリウムを加える。30分間反応させる。残りの酢酸ビニルと別の0.5%の過硫酸カリウムをゆっくりと加える。酢酸ビニルを加えながら、温度を68〜70℃に保つ。酢酸ビニルをすべて加えた後、温度を90〜95℃に上げる。次に、10% 重炭酸ナトリウム溶液を使用して、反応が終了して修飾が完了するまで pH を 6～7 に調整します。
(3) Stearic acid modification. The ground heavy calcium carbonate slurry is heated to 90℃, and the heated and melted stearic acid is added under high-speed stirring. The temperature is maintained and stirred for 1h to complete the modification. Dehydration, drying, and crushing of heavy calcium carbonate: Use a centrifuge to dehydrate the modified heavy calcium carbonate slurry. This process creates a modified heavy calcium carbonate filter cake. The filter cake is placed in an oven and dried at 110℃ until the moisture content of the filter cake is less than 0.3%, which is considered to be completed. The dried filter cake is placed in a jet mill for crushing and sieving. The powder obtained after crushing and sieving is the heavy calcium carbonate powder used for PVC granulation.
試験および特性評価: 熱重量試験、赤外線スペクトル試験、PVC 性能試験。
修正効果:
炭酸カルシウムスラリーには重合反応が必要です。これにより、ポリ酢酸ビニルが炭酸カルシウムの表面に付着しやすくなります。
ポリ酢酸ビニルで改質した炭酸カルシウムは、PVC 製品を元の濃い炭酸カルシウムの色に近づけるのに役立ちます。これは、ステアリン酸で改質した炭酸カルシウムよりも優れています。ポリ酢酸ビニルは、炭酸カルシウムと PVC 樹脂間の摩擦を減らします。また、溶融粘度を下げ、可塑化中に PVC 樹脂が分解するのを防ぎます。
ポリ酢酸ビニルで改質した炭酸カルシウムは、PVC 材料においてより優れた機械的特性を持っています。これは、ステアリン酸で改質した場合と比較した場合も同様です。これは主に、ポリ酢酸ビニルが炭酸カルシウムを PVC 樹脂とよく混ぜ、エラストマーを追加するためです。
ポリ酢酸ビニルで改質した炭酸カルシウム（インサイチュー重合）は、ステアリン酸で改質した炭酸カルシウムよりも、着色 PVC 射出成形部品の外観が優れています。これは、ポリ酢酸ビニルが重質炭酸カルシウムと PVC 樹脂の相溶性の問題を解決するのに役立つためです。
処方19：デンプンコーティング改質
改質剤：デンプンが主改質剤であり、ステアリン酸ナトリウムとヘキサメタリン酸ナトリウムが補助剤です。
変更方法:
天然ポリマーデンプンを改質剤として使用します。まず、デンプンと重質炭酸カルシウムを均一に混ぜます。次に、適切な割合と濃度で懸濁液を調製します。次に、混合物をかき混ぜながら95°Cに加熱します。しばらくしてから、一定量のステアリン酸ナトリウム溶液を加えます。混合物のデンプンは、特定の時間、複合反応を起こします。このプロセスは、望ましいレベルの疎水性を達成するのに役立ちます。反応期間の後、温度を下げてデンプンの利用率を向上させます。次に、ヘキサメタリン酸ナトリウム溶液を加えます。これにより、デンプンが水中で架橋して沈殿します。デンプンをより効果的に使用するのに役立ちます。また、重質炭酸カルシウムの表面にある複合体のせん断抵抗を高めます。
テストと特性評価には以下が含まれます。
- 白さ
- 不透明度
- ゼータ電位
- 粒子サイズと分布
- 光学特性
- 充填紙の強度特性。
修正効果:
改質重質炭酸カルシウムに最適な条件は次のとおりです。
- 1.5% ヘキサメタリン酸ナトリウム
- 20%ブレンド濃度
- 沈殿反応では60℃
- 撹拌速度200rpm。
改質により、重質炭酸カルシウムの白度と不透明度が低下します。ゼータ電位はプラスからマイナスに変化します。改質重質炭酸カルシウムは、未改質重質炭酸カルシウムに比べて粒子が約6倍大きくなります。その稠度は、未改質の約1/11です。また、粒度分布範囲は狭くなります。
同じ灰分含有量の場合、改質重炭酸カルシウム充填紙ははるかに強力な性能を備えています。その Z 方向の繊維結合強度は、未改質重炭酸カルシウム充填紙のそれよりもはるかに高くなっています。改質重炭酸カルシウム充填紙は、未改質バージョンよりも白さが少なく、不透明度が低くなっています。ただし、違いは重要ではありません。充填量が増えると、最初は未改質重炭酸カルシウムがより多く保持します。次に、改質重炭酸カルシウムがリードします。全体的に、それらの保持率は似ています。カチオン性ポリアクリルアミド (CPAM) が増加すると、最初は改質重炭酸カルシウムが未改質タイプよりも多く保持します。その後、未改質重炭酸カルシウムの保持率が再び高くなります。ただし、両方のタイプの全体的な保持率は非常に似ています。重炭酸カルシウムのデンプン改質は、充填紙のアルキルケテンダイマー (AKD) のサイズ効果を改善できます。
処方20：チタン酸カップリング剤と気流粉砕の統合処理
改質剤：チタン酸カップリング剤。改質剤溶液の 50% を構成します。使用される溶媒は無水エタノールです。
変更方法:
気流粉砕と表面改質の一体化処理法を採用しています。まず、気流粉砕室に重カルシウム粒子1.5kgを入れます。次に、噴霧ノズルと蠕動ポンプを使用して、改質剤溶液を改質室に噴霧します。超音速粉砕ノズルをオンにします。高圧空気がチャンバー内の重カルシウム粒子を粉砕します。このプロセスは、表面改質と気流粉砕の達成に役立ちます。超微細重カルシウム粉末を5分ごとに計量します。次に、同じ量の重カルシウム粉末を粉砕室に追加します。これにより、チャンバー内の重カルシウム粉末の質量が一定に保たれます。統合された粉砕と改質の実験は30分後に終了します。
テストと特性評価:
破砕排出速度は、重カルシウム粒子の気流破砕効果を評価するために使用されます。同じホイール速度であっても、破砕排出速度が速いほど、重カルシウム粒子の破砕エネルギーが少なくなります。これにより、破砕効果も向上します。粉末の粒度分布を調べます。これにより、改質プロセスによって重カルシウム粉末のサイズが変化するかどうかを確認できます。重カルシウム粉末の粒子サイズがあまり変化しない場合は、排出速度が速いほど、破砕効果は向上します。超微粒子重カルシウムと流動パラフィンは、表面改質が粘度にどのように影響するかを示しています。粘度が低いということは、超微粒子重カルシウム粉末が有機マトリックスとよく混ざることを意味します。また、均一に分散しやすくなります。これにより、表面改質効果が向上します。
修正効果:
気流粉砕中に表面を変えると、超微粒子重カルシウム粉末の排出速度を高めることができます。気流温度が60°Cに達すると、改質剤溶液は50%カップリング剤の質量分率を持ち、1.5mL /分の速度で流れます。その結果、重カルシウム粒子の排出速度は21.0g /分から56.7g /分に上昇します。これは170%の増加です。気流粉砕は重カルシウム粉末の表面を変えます。これにより、有機マトリックスとよく混ざります。このプロセスでは、超微粒子重カルシウム粉末の粒子サイズは大きく変わりません。サイズは主にグレーディングホイールの回転速度に依存します。