多孔質 炭酸カルシウム (CaCO3)粒子は、クロマトグラフィー、生体分子の充填、医薬品の放出といった用途で注目を集めています。また、生体模倣鉱物や超疎水性表面の構築にも応用されています。
準備 多孔質技術 炭酸カルシウム
テンプレート法は多孔質材料を調製するための主な方法となっている。 炭酸カルシウム.
界面活性剤、ポリマー、天然植物成分などがテンプレートとして用いられます。研究の進展に伴い、共沈法、エマルジョン膜法、溶媒／水熱法といった手法が開発され、調製技術は飛躍的に向上しました。
様々な調製技術の中でも、テンプレート法は広く用いられ、確立されています。その基本原理は、選択したテンプレートを炭酸カルシウムでコーティングし、コアシェル構造を形成することです。その後、テンプレートは溶媒溶解、高温焼成、または 化学薬品 反応。このプロセスにより中空構造の粒子が生成されます。
テンプレート法は主にソフトテンプレート法とハードテンプレート法に分けられ、多孔質炭酸カルシウムの調製ではソフトテンプレート法が主流です。テンプレート法では、低分子界面活性剤と有機溶媒に加え、高分子有機化合物またはポリマーをテンプレートとして用います。
ソフトテンプレート法で調製された多孔質炭酸カルシウムは、通常、立方体または球形です。これらの粒子はしばしばワームホール構造を有し、表面には少量のテンプレート剤や分解生成物が存在する場合があります。
炭酸カルシウム 細孔・形態制御技術
多孔質CaCO3粒子の製造においては、形態制御と核形成メカニズムに重点が置かれています。多孔質CaCO3の形態制御は主に界面活性剤を用いて行われますが、製造プロセスも重要な役割を果たします。界面活性剤には様々な種類があり、アニオン性L-アスパラギン酸のような低分子のものも含まれています。最も一般的に使用されるのは、アニオン性ポリスチレンスルホン酸（PSS）、ノニオン性ポリビニルアルコール（PVA）、ポリアクリルアミド（PAM）、ポリエチレンオキシド（PEO）などのポリマー系添加剤です。両親媒性ブロックコポリマー（DHBC）や、複雑なSDSやPEO-PPO-PEOトリブロックコポリマー混合物などの2成分界面活性剤系も使用されます。
多孔質炭酸カルシウムの応用分野
多孔質炭酸カルシウムの用途は、主にその構造と結晶形態によって決まります。
そのため、その製造方法やメカニズムの研究は、その開発においてホットな話題となっている。
医薬品 キャリア
多孔質炭酸カルシウムは、高い薬物担持容量と優れた徐放性を有する薬物キャリア材料として機能します。特に、応答性シェル材料で包むことで、農薬の急激な放出を防ぎ、薬物送達システムの応答機能を向上させることができます。これにより、多重応答性制御放出特性を備えたシステムが実現します。
電池材料
研究者らは、ナノスケールの炭酸カルシウムをリチウム金属電池の固体電解質添加剤として初めて使用しました。炭酸カルシウムは電解液中のHFなどの副生成物と結合し、酸性度を抑制して、より高密度で強固なSEI層を形成します。EC/DEC中に放出されたCa2+イオンは金属表面に吸着し、静電遮蔽効果を発揮します。
プラスチック材料
多孔質炭酸カルシウムはプラスチックにおいて幅広い用途に用いられます。一方では、機械的特性や光学的特性を向上させる充填剤として、他方では加工性を向上させる核剤として機能します。
吸着材
多孔質炭酸カルシウムは、高い比表面積と多孔性を有し、優れた吸着特性を有しています。ある研究機関は、沈殿剤と吸着阻害剤を含む脱フッ素剤を用いて、リチウム雲母浮上廃水のフッ素除去方法を発明しました。吸着阻害剤は、NaOHとAlCl3を担持した多孔質炭酸カルシウムです。この吸着阻害剤を脱フッ素剤に添加することで、フルオロケイ酸錯体からフッ素を除去するという課題に対処します。
粘着材
ある企業は、高接着性で耐溶剤性に優れた接着剤とその製造方法、ポリイミド複合フィルム、およびスクリーン印刷用ステンシルを発明しました。この接着剤はフェニルシランカップリング剤で変性され、硬化剤を18～30重量部配合しています。硬化剤の含有量が多いため、高い接着性と耐溶剤性を備え、特にポリイミドフィルムとスクリーン印刷用ステンシル用金属メッシュの接着に適しています。
紙ベースの外装材
ある企業が、紫外線耐性を備えた紙ベースの装飾材を発明しました。この材料は、多孔質炭酸カルシウムフィラーに二酸化チタンを配合することで、優れた紫外線カット機能を備えた紙ベースの表面を作り出すことに成功しました。
バイオセンサー
バイオセンサーは、分子レベルでの迅速な微量分析手法であり、臨床診断、産業制御、食品・医薬品分析、環境保護、バイオテクノロジー研究など、幅広い応用が期待されています。
アスファルト舗装材混和剤
ある企業が、アスファルト舗装用添加剤、自己修復性アスファルト舗装材、およびその製造方法を発明しました。この添加剤は、銀ナノワイヤー修飾マイクロカプセル、アスファルト再生剤、多孔質炭酸カルシウムからなる複合材料です。この複合材料は、アスファルト舗装材の形成に伴い、アスファルト再生剤をゆっくりと効果的に放出し、アスファルト中の芳香族成分の損失を補います。これにより、アスファルトの劣化とひび割れの発生を遅らせます。両成分の相乗効果により、アスファルト舗装材の耐久性と自己修復能力が向上し、実用性が向上します。
バイオセラミックス
炭酸カルシウムは、優れた骨伝導性、生体適合性、そして分解性を有することから、生物学および医学の分野で広く利用されています。1990年代初頭には、多孔質炭酸カルシウムがヒト骨髄細胞、線維芽細胞、歯肉線維芽細胞、そしてラット胎児骨芽細胞の体外培養に既に使用されていました。他の材料と比較して、多孔質炭酸カルシウムは優れた多孔性、細孔径、そして細孔の連結性を備えているだけでなく、優れた生体適合性も示しており、骨の再生と修復を促進します。臨床的には、整形外科および口腔顎顔面外科において、多孔質炭酸カルシウムは骨欠損の修復に使用され、良好な結果が得られています。
結論
現在、多孔質炭酸カルシウムの研究は、ハイエンド用途に重点が置かれています。多孔質構造、高い比表面積、そして多孔性を有することから、水中の溶解物質やコロイド物質を吸着する水処理剤として使用されています。しかし、多孔質炭酸カルシウムによるガス状汚染物質、微粒子物質、重金属の吸着に関する研究には、さらなる飛躍的な進歩が求められています。
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