タルク粉末の表面改質を理解する
タルク粉末の表面改質を理解する
タルクは、化学式 3MgO·4SiO2·H2O の水和ケイ酸塩です。結晶の形状は、薄片、葉、針、ブロックなどがあります。
純粋なタルクの構造は、2層のシリカの間にブルーサイト（水酸化マグネシウム、マグネシウム·H2O）の層が挟まれ、それらが重なり合った構造になっており、隣接するタルク層は弱いファンデルワールス力で結合しています。せん断作用が加わると、層間で滑りやすくなります。
タルクはほとんどの化学薬品に対して不活性で、酸と接触しても分解せず、電気伝導性が低く、熱伝導率が低く、耐熱衝撃性が高く、900℃の高温に加熱しても分解しません。タルクのこれらの優れた特性により、タルクは優れた充填剤となり、プラスチックやコーティングの分野で広く使用されていますが、タルク粉末の親水性表面により、一部の疎水性領域での用途が制限されるため、性能をさらに向上させて用途を広げるためには、表面改質を行う必要があります。
タルクパウダーによく使用される表面改質剤
タルク粉末をポリマーとよりよく組み合わせるために、改質に使用される改質剤には主に 2 つのカテゴリがあります。
カップリング剤:主にチタン酸塩、アルミネート、シラン、ステアレートがありますが、最も一般的に使用されているのはチタン酸塩で、その分子構造はR´-O-ティ-（オキシリー）nです。ここで、R´O-はフィラー表面の化学構造に作用し、Rは脂肪族または芳香族構造を持つ長鎖絡み合い基であり、ポリマーとフィラーの相溶性を向上させることができます。Yは活性反応基であり、ポリマー充填システムでの架橋または結合に使用できます。つまり、カップリング剤の1つの基がタルク粉末の表面と反応して結合し、もう1つの基がポリマーの重合反応に参加してポリマーと結合するため、カップリング剤は2つを結合する橋渡しとして機能します。
界面活性剤:主にドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシルスルホン酸ナトリウム、ドデシルトリメチルアンモニウム臭化物、ドデシルトリメチル塩化物、アルケニルスルホン酸ナトリウムなどであり、ポリマーとフィラーとの相溶性を向上させ、カップリング剤も同じですが、フィラー表面との結合メカニズムはカップリング剤とは異なります。周知のように、無機粒子の表面は帯電しており、粒子の帯電特性に応じて、無機粒子の表面帯電特性も溶液のpH値によって異なります。溶液のpH値が無機粒子のZETA等電点よりも大きい場合、粒子の表面は負に帯電し、粒子はカチオン界面活性剤を吸着できます。pH値がZETA等電点よりも小さい場合、アニオン界面活性剤を吸着できます。イオン表面での界面活性剤の機能は、イオン交換、イオン対の形成、疎水結合の形成によって実現されます。しかし、界面活性剤のポリマーへの吸着はあまり良くなく、通常はモノマーを吸着し、その後重合してマイクロカプセルコーティングを形成します。
タルク表面改質法
国内外の改造方法は大きく分けて6種類あります。
表面コーティング改質：粒子の表面に界面活性剤をコーティングして粒子表面に新しい特性を与える、現在ではより一般的な方法です。
機械化学的方法:粉砕、摩擦などにより粒子の表面活性を高める改質法。この方法は、比較的大きな粒子を粉砕、摩擦などの方法で小さくするものであり、このプロセスでは、粒子の表面活性が大きくなり、つまり表面吸着容量が向上し、他の物質を吸着しやすくなり、プロセスが簡素化され、コストが削減され、製品の品質を制御しやすくなります。たとえば、古いタルク粉末の一部は、小さな粒子の方法で表面活性を高め、アクリル改質PP材料またはPPとPEのブレンドと混合され、強化材料は一般に自動車のバンパー、エンジン部品、エアコン部品、計器パネル、その他の工業用アクセサリに使用され、タルク粉末は通常表面処理されていません。中国では、粒子サイズ16.5μmのタルクを攪拌ミルで粉砕し、シランカップリング剤でコーティングして改質の目的を達成しています。
外側フィルム層の改質：粒子の表面をポリマーの層で均一にコーティングし、粒子の表面特性を変える方法。タルク粉末の場合、まず粉砕して活性化し、次に特定の条件下で界面活性剤を吸着し、次に界面活性剤によってモノマーを吸着し、最後にモノマーを重合して表面コーティング効果を実現します。
ローカルアクティブ変更:表面改質の目的を達成するために、化学反応を利用して粒子の表面にさまざまな官能基をグラフトします。
高エネルギー表面改質:高エネルギー放電、紫外線、プラズマ線を利用して粒子の表面を改質します。この方法は、高エネルギー放電、紫外線、プラズマ線などによって生成される巨大なエネルギーを利用して粒子の表面を改質し、表面を活性化します。粒子とポリマーの適合性を向上させます。
沈殿反応による改質：沈殿反応による改質。この方法は、沈殿効果を利用して粒子表面をコーティングし、改質効果を達成する方法です。
