KR20240017086A - 탄산 칼슘 입자군을 포함하는 수지 조성물, 및 탄산 칼슘 입자군의 제조 방법 - Google Patents

탄산 칼슘 입자군을 포함하는 수지 조성물, 및 탄산 칼슘 입자군의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는, 입방체상 탄산 칼슘 입자의 비율이 높은 탄산 칼슘 입자군이 얻어지는 기술을 제공하는 것이다. 본 발명은, 탄산 칼슘 입자군으로서, 상기 탄산 칼슘 입자군이, 입방체상 탄산 칼슘 입자를, 탄산 칼슘 입자군 전체의 입자수에 대하여 70.0% 이상 포함하고, 상기 입방체상 탄산 칼슘 입자의 각 변의 길이가 0.5μm 이상 15.0μm 이하이며, 또한, 동일한 입방체상 탄산 칼슘 입자에 있어서의 각 변의 길이의 차가 ±0.5μm 이하이고, 상기 탄산 칼슘 입자군이, 경질 탄산 칼슘 입자를, 탄산 칼슘 입자군 전체의 입자수에 대하여 90.0% 이상 포함하는, 탄산 칼슘 입자군을 제공한다.

Description

탄산 칼슘 입자군, 수지 조성물, 및 탄산 칼슘 입자군의 제조 방법
본 발명은, 탄산 칼슘 입자군, 수지 조성물, 및 탄산 칼슘 입자군의 제조 방법에 관한 것이다.
경질 탄산 칼슘은, 화학적 침전 반응 등에 의하여 제조되는 합성 탄산 칼슘이다. 화학적 침전 반응으로서는, 칼슘 함유 용액에 이산화 탄소를 도입하는 것을 들 수 있다. 경질 탄산 칼슘의 결정의 형상으로서는, 입방체상, 침상(針狀), 방추상(紡錐狀) 등이 알려져 있다.
지금까지, 원하는 형상을 갖는 경질 탄산 칼슘의 제조 방법이 제안되어 있으며, 예를 들면, 특허문헌 1~4에는, 입방체상 탄산 칼슘의 제조 방법이 개시되어 있다.
[특허문헌 1] 일본 공개특허공보 소53-43694호
[특허문헌 2] 일본 공개특허공보 소54-130500호
[특허문헌 3] 일본 공개특허공보 소61-219716호
[특허문헌 4] 일본 공개특허공보 소63-30317호
그러나, 본 발명자는, 종래의 입방체상 탄산 칼슘의 제조 방법에서는, 탄산 칼슘 입자끼리가 응집하기 쉬워, 충분한 양의 입방체상 탄산 칼슘 입자를 얻을 수 없을 가능성이 있는 것을 알아냈다.
본 발명은 이상의 실정을 감안하여 이루어진 것이며, 입방체상 탄산 칼슘 입자의 비율이 높은 탄산 칼슘 입자군이 얻어지는 기술의 제공을 목적으로 한다.
본 발명자는, 경질 탄산 칼슘 입자 이외의 불순물이 적고, 나아가서는 형상이 일정한 입방체상 탄산 칼슘 입자를 포함하는 탄산 칼슘 입자군을 개발했다.
그리고, 이와 같은 탄산 칼슘 입자군이, 화학적 침전 반응 시에 도입하는 이산화 탄소의 양을 조정함으로써 얻어지기 쉬운 점을 알아냈다.
본 발명자는, 상기 발견에 근거하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 이하를 제공한다.
(1) 탄산 칼슘 입자군으로서,
상기 탄산 칼슘 입자군이, 입방체상 탄산 칼슘 입자를, 탄산 칼슘 입자군 전체의 입자수에 대하여 70.0% 이상 포함하고,
상기 입방체상 탄산 칼슘 입자의 각 변의 길이가 0.5μm 이상 15.0μm 이하이고, 또한, 동일한 입방체상 탄산 칼슘 입자에 있어서의 각 변의 길이의 차가 ±0.5μm 이하이며,
상기 탄산 칼슘 입자군이, 경질 탄산 칼슘 입자를, 탄산 칼슘 입자군 전체의 입자수에 대하여 90.0% 이상 포함하는,
탄산 칼슘 입자군.
(2) 상기 입방체상 탄산 칼슘 입자의 각 변의 길이가 1.0μm 이상 5.0μm 이하인, (1)에 기재된 탄산 칼슘 입자군.
(3) 상기 탄산 칼슘 입자군의 BET 비표면적이, 0.1m2/g 이상 20.0m2/g 이하인, (1) 또는 (2)에 기재된 탄산 칼슘 입자군.
(4) 상기 탄산 칼슘 입자군이, 나트륨, 칼륨, 및 마그네슘을 실질적으로 포함하지 않는, (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 탄산 칼슘 입자군.
(5) 상기 입방체상 탄산 칼슘 입자의 표면에, 지방산에 의한 표면 처리가 된, (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 탄산 칼슘 입자군.
(6) (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 탄산 칼슘 입자군과, 열가소성 수지를 포함하고,
상기 탄산 칼슘 입자군 및 상기 열가소성 수지의 질량비가 50:50~90:10인,
수지 조성물.
(7) 상기 탄산 칼슘 입자군 및 상기 열가소성 수지의 질량비가 60:40~80:20인, (6)에 기재된 수지 조성물.
(8) 상기 열가소성 수지가, 폴리프로필렌 수지 및/또는 폴리에틸렌 수지인, (6) 또는 (7)에 기재된 수지 조성물.
(9) 칼슘 화합물을 포함하는 칼슘 함유 용액 중의 칼슘 함유량을 측정하는 칼슘 함유량 측정 공정과,
상기 칼슘 함유량 측정 공정 후, 상기 칼슘 함유 용액에 이산화 탄소를 도입함으로써 탄산 칼슘을 정출(晶出)시키는 정출 공정을 포함하고,
상기 정출 공정에 있어서의 이산화 탄소의 도입량이, 상기 칼슘 함유량 측정 공정에서 특정된 칼슘 함유량에 근거하여 결정되는,
탄산 칼슘 입자군의 제조 방법.
(10) 상기 정출 공정에 있어서의 이산화 탄소의 도입량이, 상기 칼슘 함유량 측정 공정에서 특정된 칼슘 함유량에 대하여 질량비 1.5 이상 10.0 이하인, (9)에 기재된 제조 방법.
(11) 상기 정출 공정에 있어서의 이산화 탄소의 도입량이, 상기 칼슘 함유량 측정 공정에서 특정된 칼슘 함유량에 대하여 질량비 2.0 이상 5.0 이하인, (9) 또는 (10)에 기재된 제조 방법.
(12) 종결정을 사용하지 않는, (9) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 제조 방법.
(13) 상기 정출 공정이, pH7.0 이상의 환경하에서 행해지는, (9) 내지 (12) 중 어느 하나에 기재된 제조 방법.
(14) 상기 칼슘 함유 용액이, 나트륨, 칼륨, 및 마그네슘을 실질적으로 포함하지 않는, (9) 내지 (13) 중 어느 하나에 기재된 제조 방법.
또, 본 발명은, 이하의 발명도 포함한다.
<1> 탄산 칼슘 입자군과, 열가소성 수지를 포함하는 수지 조성물로서,
상기 탄산 칼슘 입자군이, 입방체상 탄산 칼슘 입자를, 탄산 칼슘 입자군 전체의 입자수에 대하여 70.0% 이상 포함하고,
상기 입방체상 탄산 칼슘 입자의 각 변의 길이가 0.5μm 이상 15.0μm 이하이고, 또한, 동일한 입방체상 탄산 칼슘 입자에 있어서의 각 변의 길이의 차가 ±0.5μm 이하이며,
상기 탄산 칼슘 입자군이, 경질 탄산 칼슘 입자를, 탄산 칼슘 입자군 전체의 입자수에 대하여 90.0% 이상 포함하고,
상기 탄산 칼슘 입자군 및 상기 열가소성 수지의 질량비가 60:40~80:20인,
수지 조성물.
<2> 상기 입방체상 탄산 칼슘 입자의 각 변의 길이가 1.0μm 이상 5.0μm 이하인, <1>에 기재된 수지 조성물.
<3> 상기 탄산 칼슘 입자군의 BET 비표면적이, 0.1m2/g 이상 20.0m2/g 이하인, <1> 또는 <2>에 기재된 수지 조성물.
<4> 상기 탄산 칼슘 입자군이, 나트륨, 칼륨, 및 마그네슘을 실질적으로 포함하지 않는, <1> 내지 <3> 중 어느 하나에 기재된 수지 조성물.
<5> 상기 입방체상 탄산 칼슘 입자의 표면에, 지방산에 의한 표면 처리가 된, <1> 내지 <4> 중 어느 하나에 기재된 수지 조성물.
<6> 상기 열가소성 수지가, 폴리프로필렌 수지 및/또는 폴리에틸렌 수지인, <1> 내지 <5> 중 어느 하나에 기재된 수지 조성물.
<7> 칼슘 화합물을 포함하는 칼슘 함유 용액 중의 칼슘 함유량을 측정하는 칼슘 함유량 측정 공정과,
상기 칼슘 함유량 측정 공정 후, 상기 칼슘 함유 용액에 이산화 탄소를 도입함으로써 탄산 칼슘을 정출시키는 정출 공정을 포함하고,
상기 정출 공정에 있어서의 이산화 탄소의 도입량이, 상기 칼슘 함유량 측정 공정에서 특정된 칼슘 함유량에 근거하여 결정되며,
상기 정출 공정에 있어서의 이산화 탄소의 도입량이, 상기 칼슘 함유량 측정 공정에서 특정된 칼슘 함유량에 대하여 질량비 2.0 이상 5.0 이하이고,
상기 정출 공정에 있어서 종결정을 사용하지 않는,
탄산 칼슘 입자군의 제조 방법.
<8> 상기 정출 공정이, pH7.0 이상의 환경하에서 행해지는, <7>에 기재된 제조 방법.
<9> 상기 칼슘 함유 용액이, 나트륨, 칼륨, 및 마그네슘을 실질적으로 포함하지 않는, <7> 또는 <8>에 기재된 제조 방법.
본 발명에 의하면, 입방체상 탄산 칼슘 입자의 비율이 높은 탄산 칼슘 입자군이 얻어지는 기술이 제공된다.
도 1은 실시예에서 제작한 탄산 칼슘 입자군에 포함되는 결정의 형상을, 주사형 전자 현미경(SEM)에 의하여 관찰한 결과이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
<탄산 칼슘 입자군>
본 발명의 탄산 칼슘 입자군은, 이하의 요건을 모두 충족시킨다.
(요건 1) 탄산 칼슘 입자군이, 입방체상 탄산 칼슘 입자를, 탄산 칼슘 입자군 전체의 입자수에 대하여 70.0% 이상 포함한다.
(요건 2) 상기(요건 1)에 있어서의 입방체상 탄산 칼슘 입자의 각 변의 길이가 0.5μm 이상 15.0μm 이하이며, 또한, 동일한 입방체상 탄산 칼슘 입자에 있어서의 각 변의 길이의 차가 ±0.5μm 이하이다.
(요건 3) 탄산 칼슘 입자군이, 경질 탄산 칼슘 입자를, 탄산 칼슘 입자군 전체의 입자수에 대하여 90.0% 이상 포함한다.
본 발명에 있어서, 「탄산 칼슘 입자군」이란, 탄산 칼슘 입자를 주로 포함하는 혼합물을 의미한다.
본 발명의 탄산 칼슘 입자군은, 탄산 칼슘 입자군에 대하여, 바람직하게는 90.0질량% 이상, 보다 바람직하게는 95.0질량% 이상, 더 바람직하게는 99.0질량% 이상, 가장 바람직하게는 100질량%의 탄산 칼슘 입자를 포함한다.
(요건 1)과 같이, 본 발명의 탄산 칼슘 입자군은, 입방체상 탄산 칼슘 입자를, 탄산 칼슘 입자군 전체의 입자수에 대하여, 70.0% 이상 포함한다.
본 발명에 있어서, 「입방체상 탄산 칼슘 입자」란, 결정의 형상이 입방체인 경질 탄산 칼슘 입자를 의미한다.
(요건 1)을 충족시키는 탄산 칼슘 입자군은, 종래의 입방체상 탄산 칼슘의 제조 방법에 의하여 얻어지는 탄산 칼슘 입자군과 비교하여, 입방체상 탄산 칼슘 입자의 비율이 높은 것을 의미한다. 종래의 방법에서는, 응집체가 발생하기 쉬워, 입방체상 탄산 칼슘 입자의 비율이 높은 탄산 칼슘 입자군이 얻어지기 어려웠기 때문이다.
탄산 칼슘 입자군이 (요건 1)을 충족시키는지 어떤지는, 주사형 전자 현미경(SEM) 화상 해석 등에 의하여 특정된다.
(요건 1)에 있어서, 탄산 칼슘 입자군 전체의 입자수에 대한, 입방체상 탄산 칼슘 입자수의 비율의 하한은, 바람직하게는 80.0% 이상, 보다 바람직하게는 90.0% 이상이다.
(요건 1)에 있어서, 탄산 칼슘 입자군 전체의 입자수에 대한, 입방체상 탄산 칼슘 입자수의 비율의 상한은, 바람직하게는 100%이다.
(요건 2)와 같이, 본 발명의 탄산 칼슘 입자군에 포함되는 입방체상 탄산 칼슘 입자는, 입방체상 탄산 칼슘 입자의 각 변의 길이가 0.5μm 이상 15.0μm 이하이며, 또한, 동일한 입방체상 탄산 칼슘 입자에 있어서의 각 변의 길이의 차가 ±0.5μm 이하이다.
단, 본 발명의 탄산 칼슘 입자군에는, (요건 1)을 충족시키는 한, (요건 2)를 충족시키지 않는 입방체상 탄산 칼슘 입자나, 그 외의 형상의 탄산 칼슘 입자 등이 포함되어 있어도 되고, 포함되어 있지 않아도 된다.
본 발명에 있어서, 「동일한 입방체상 탄산 칼슘 입자에 있어서의 각 변의 길이의 차」는 절댓값으로 나타낸다.
탄산 칼슘 입자가 (요건 2)를 충족시키는지 어떤지는, 주사형 전자 현미경(SEM) 화상 해석 등에 의하여 특정된다.
(요건 2)에 있어서, 입방체상 탄산 칼슘 입자의 각 변의 길이의 하한은, 바람직하게는 0.7μm 이상, 보다 바람직하게는 0.9μm 이상이다.
(요건 2)에 있어서, 입방체상 탄산 칼슘 입자의 각 변의 길이의 상한은, 바람직하게는 5.0μm 이하, 보다 바람직하게는 3.0μm 이하이다.
(요건 2)에 있어서, 동일한 입방체상 탄산 칼슘 입자에 있어서의 각 변의 길이의 차의 하한은, 바람직하게는 0μm이다.
(요건 2)에 있어서, 동일한 입방체상 탄산 칼슘 입자에 있어서의 각 변의 길이의 차의 상한은, 바람직하게는 0.4μm 이하이다.
(요건 3)과 같이, 본 발명의 탄산 칼슘 입자군에 있어서의 경질 탄산 칼슘 입자의 입자수는, 탄산 칼슘 입자군 전체의 입자수에 대하여 90.0% 이상이다.
이 값은, 탄산 칼슘 입자군의 순도라고도 할 수 있다.
본 발명에 있어서 「경질 탄산 칼슘 입자」란, 화학적 침전 반응 등에 의하여 제조되는 합성 탄산 칼슘을 의미하고, 천연 탄산 칼슘을 기계적으로 분쇄 등 함으로써 얻어지는 중질 탄산 칼슘과는 명확하게 구별된다.
본 발명의 탄산 칼슘 입자군에 포함되는 입방체상 탄산 칼슘 입자는, 경질 탄산 칼슘 입자의 일종이다.
본 발명의 탄산 칼슘 입자군에 포함되는 경질 탄산 칼슘 입자의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 본 발명의 효과가 나타나기 쉽다는 관점에서 입방체상 탄산 칼슘 입자의 비율이 높을수록 바람직하다.
본 발명은, 예를 들면, 본 발명의 탄산 칼슘 입자군에 포함되는 경질 탄산 칼슘 입자의 모두가 입방체상 탄산 칼슘 입자인 양태를 포함한다.
탄산 칼슘 입자군이 (요건 3)을 충족시키는지 어떤지는, 주사형 전자 현미경(SEM) 화상 해석 등에 의하여 특정된다.
(요건 3)에 있어서, 탄산 칼슘 입자군 전체의 입자수에 대한, 경질 탄산 칼슘 입자의 입자수의 비율의 하한은, 바람직하게는 92.0% 이상, 보다 바람직하게는 95.0% 이상이다.
(요건 3)에 있어서, 탄산 칼슘 입자군 전체의 입자수에 대한, 경질 탄산 칼슘 입자의 입자수의 비율의 상한은, 바람직하게는 100%이다.
(그 외의 요건)
본 발명의 탄산 칼슘 입자군은, 상기의 요건에 더하여, 이하 중 어느 하나, 또는 모두를 충족시키고 있어도 된다.
본 발명의 탄산 칼슘 입자군의 BET 비표면적은, 바람직하게는 0.1m2/g 이상 20.0m2/g 이하, 보다 바람직하게는 1.0m2/g 이상 15.0m2/g 이하이다.
BET 비표면적이 상기 범위이면, 탄산 칼슘 입자군을 배합한 수지 조성물에 대하여, 양호한 가공성을 부여하기 쉽다.
본 발명에 있어서, 「BET 비표면적」이란, BET 흡착법(질소 가스 흡착법)에 의하여 특정된 비표면적을 의미한다. BET 비표면적의 측정 기기로서는, 「BELSORP-mini」(마이크로트랙·벨사제)를 바람직하게 이용할 수 있다.
본 발명의 탄산 칼슘 입자군은, 순도가 높은 탄산 칼슘 입자군을 얻는 관점에서, 나트륨, 칼륨, 및 마그네슘을 실질적으로 포함하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서 「탄산 칼슘 입자군이 성분 A를 실질적으로 포함하지 않는다」란, 성분 A의 함유량(성분 A의 환산량)이, 탄산 칼슘 입자군에 대하여, 바람직하게는 5.0질량% 이하, 보다 바람직하게는 1.0질량% 이하, 가장 바람직하게는 0질량%인 것을 의미한다.
본 발명의 탄산 칼슘 입자군에 포함되는 입방체상 탄산 칼슘 입자의 표면에는, 목적(분산성의 향상 등)에 따라 표면 처리를 실시해도 되고, 실시하지 않아도 된다.
표면 처리제의 종류로서는, 지방산(고급 지방산, 고급 지방산 에스터, 고급 지방산 아마이드, 고급 지방산 염 등)을 들 수 있다.
<탄산 칼슘 입자군의 제조 방법>
본 발명은, 하기의 공정을 포함하는 탄산 칼슘 입자군의 제조 방법도 포함한다.
칼슘 함유량 측정 공정: 칼슘 화합물을 포함하는 칼슘 함유 용액 중의 칼슘 함유량을 측정한다.
정출 공정: 칼슘 함유량 측정 공정 후, 칼슘 함유 용액에 이산화 탄소를 도입함으로써 탄산 칼슘을 정출시킨다. 정출 공정에 있어서의 이산화 탄소의 도입량은, 칼슘 함유량 측정 공정에서 특정된 칼슘 함유량에 근거하여 결정된다.
상기 칼슘 함유량 측정 공정 및 정출 공정을 포함하는 제조 방법에 의하면, 본 발명의 탄산 칼슘 입자군을 효율적으로 얻을 수 있다.
(칼슘 함유량 측정 공정)
칼슘 함유량 측정 공정은, 칼슘 화합물을 포함하는 칼슘 함유 용액 중의 칼슘 함유량을 측정하는 공정이다.
본 발명에 있어서, 「칼슘 화합물」이란, 탄산 칼슘의 원료가 될 수 있는 화합물이며, 칼슘으로 이루어지는 화합물이나, 칼슘을 포함하는 화합물을 포함한다.
칼슘 화합물로서는, 수산화 칼슘, 산화 칼슘, 황산 칼슘, 염화 칼슘 등을 들 수 있다.
칼슘 화합물은, 고체, 액체(용액), 슬러리 등 중 어느 하나의 상태여도 된다.
칼슘 화합물의 형태는 특별히 한정되지 않고, 정제품이어도 되며, 칼슘 화합물을 포함하는 임의의 재료(칼슘을 포함하는 폐기물 등)여도 된다.
칼슘을 포함하는 폐기물로서는, 콘크리트 슬러지, 철강 슬래그, 석탄재, 바이오매스재, 소각재 등을 들 수 있다.
단, 탄산 칼슘 입자의 회수량을 높이는 관점에서, 칼슘 화합물의 형태는, 칼슘 이외의 이용해성(易溶解性) 원소(나트륨, 칼륨, 마그네슘 등)의 함유량이 적은지, 또는, 이용해성 원소를 모두 포함하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, u칼슘 함유 용액v이란, 칼슘 화합물을 포함하는 용액을 의미한다.
용액의 용매로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 물 등을 들 수 있다.
칼슘 함유 용액의 조제 방법은 특별히 한정되지 않고, 칼슘 화합물에 용매를 더하여 조제해도 되며, 칼슘 화합물이 용액의 상태이면 그대로 칼슘 함유 용액으로서 이용해도 된다.
칼슘 함유 용액은, 칼슘 함유량의 측정에 제공하기 전에, 고액 분리 조작을 실시한 것이어도 된다. 이와 같은 조작에 의하여, 협잡물(夾雜物)(미립자 등)이 적은 칼슘 함유 용액이 얻어지고, 칼슘 함유량을 보다 정확하게 측정할 수 있으며, 후술하는 정출 공정에 있어서, 협잡물의 표면에서의 탄산 칼슘 입자끼리의 응집을 방지할 수 있다.
고액 분리 조작을 행한 경우, 고형분이 제거된 용액을, 칼슘 함유 용액으로서 회수한다.
고액 분리 조작에 있어서 이용하는 고액 분리 장치로서는, 특별히 한정되지 않지만, 필터 프레스, 진공 벨트 필터, 진공 회전 여과기, 스크루 디캔터, 원심 탈수기 등을 들 수 있다.
종래, 고액 분리 전에, 칼슘 함유 용액에 응집제(특히, 나트륨, 칼륨, 마그네슘 등을 포함하는 것)를 첨가함으로써, 미립자(콜로이드 입자 등)를 응집시켜, 고액 분리하기 쉽게 하는 방법이 알려져 있다.
그러나, 이와 같은 조작은, 탄산 칼슘 입자끼리의 응집체도 형성시키기 쉽게 하고, 입방체상 탄산 칼슘 입자의 회수량이 저하될 가능성이 있다. 그 때문에, 본 발명에 있어서는, 이와 같은 응집제를 이용하지 않는 것이 바람직하다.
환언하면, 본 발명에 있어서의 칼슘 함유 용액은, 나트륨, 칼륨, 및 마그네슘을 실질적으로 포함하지 않는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서 「칼슘 함유 용액이 성분 A를 실질적으로 포함하지 않는다」란, 성분 A의 함유량(성분 A의 환산량)이, 칼슘 함유 용액에 대하여, 바람직하게는 5.0질량% 이하, 보다 바람직하게는 1.0질량% 이하, 가장 바람직하게는 0질량%인 것을 의미한다.
칼슘 함유 용액 중의 칼슘 함유량의 측정 방법은, 실시예에 나타낸 방법을 채용할 수 있다.
본 발명에 있어서 「칼슘 함유량」이란, 칼슘 이온 환산량을 의미한다.
(정출 공정)
정출 공정은, 칼슘 함유량 측정 공정 후, 칼슘 함유 용액에 이산화 탄소를 도입함으로써 Ca2+ 이온과 CO3 2- 이온의 반응을 발생시켜, 탄산 칼슘을 정출시키는 공정이다.
본 발명의 탄산 칼슘 입자군의 제조 방법은, 정출 공정에 있어서의 이산화 탄소의 도입량이, 칼슘 함유량 측정 공정에서 특정된 칼슘 함유량에 근거하여 결정되는 점에 기술적 특징을 갖는다.
본 발명자의 검토의 결과, 칼슘 함유량 측정 공정에서 특정된 칼슘 함유량에 대한, 칼슘 함유 용액에 도입하는 이산화 탄소의 양의 질량비(이하, 「CO2/Ca 질량비」라고도 한다.)에 따라, 얻어지는 탄산 칼슘 입자의 형상이 변화하는 것을 알아냈다.
구체적으로는, 「CO2/Ca 질량비」가 작으면, 탄산 칼슘 입자가 응집하기 쉬워, 다양한 결정형의 탄산 칼슘 입자가 형성될 수 있는 것을 알 수 있었다.
「CO2/Ca 질량비」가 크면, pH가 높아져, 탄산 칼슘 입자가 결정화되기 어려워지는 것을 알 수 있었다.
한편, 「CO2/Ca 질량비」가 소정 범위이면, 입방체상 탄산 칼슘 입자가 형성되기 쉬워지는 것을 알 수 있었다.
따라서, 「CO2/Ca 질량비」를 조정함으로써, 탄산 칼슘 입자군에 포함되는 결정의 형상을 제어할 수 있다.
입방체상 탄산 칼슘 입자를 충분량 포함하고, 또한, 응집체가 적은 탄산 칼슘 입자군이 얻어지기 쉽다는 관점에서, 「CO2/Ca 질량비」는, 바람직하게는 1.5 이상 10.0 이하, 보다 바람직하게는 2.0 이상 5.0 이하, 더 바람직하게는 3.0 이상 5.0 이하이다.
입방체상 탄산 칼슘 입자를 충분량 포함하고, 또한, 응집체가 적은 탄산 칼슘 입자군이 얻어지기 쉽다는 관점에서, 「CO2/Ca 질량비」는, 몰비로 환산한 경우, 1.3 이상 9.1 이하로 조정해도 된다.
예를 들면, 칼슘 함유 용액 중의 칼슘 함유량이 10g(=0.25mol)인 경우, 이산화 탄소의 도입량을 20g(=0.45mol)으로 조정해도 된다.
정출 공정에 있어서의 그 외의 조건(이용하는 장치, 이산화 탄소의 도입(취입(吹入) 등) 방법 등)은 특별히 한정되지 않고, 종래의 탄산 칼슘의 제조 방법에 있어서 사용되는 것을 채용할 수 있다.
이산화 탄소의 도입 속도는, 0.01L/min 이상 10L/min 이하여도 된다.
이산화 탄소의 도입 시간은, 60분 이상 240분 이하여도 된다.
이산화 탄소의 도입 온도는, 10℃ 이상 40℃ 이하여도 된다.
정출 공정은, 칼슘의 용해를 방지하는 관점에서, 바람직하게는 pH7.0 이상, 보다 바람직하게는 pH8.0 이상의 환경하에서 행한다.
pH의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 통상, pH13.0 이하이다.
종래, 정출 공정에 있어서, 소량의 종결정을 이용함으로써, 결정화를 촉진시키는 방법이 알려져 있다.
그러나, 종결정을 이용하면, 종결정 표면에서의 결정 성장에 의하여 탄산 칼슘 입자끼리의 응집체가 형성되기 쉬워지거나, 종결정 표면에서의 결정 성장 및 새로운 결정핵 생성이 동시에 진행됨으로써 입도 분포가 넓어지거나 할 가능성이 있다. 그 때문에, 본 발명에 있어서는, 종결정을 이용하지 않는 것이 바람직하다.
(그 외의 공정)
본 발명의 탄산 칼슘 입자군의 제조 방법은, 칼슘 함유량 측정 공정 및 정출 공정을 마련하는 점 이외에는 특별히 한정되지 않고, 종래의 탄산 칼슘의 제조 방법에 있어서 사용되는 모든 조건을 채용할 수 있다.
예를 들면, 정출 공정 후, 고액 분리(여과 등) 등에 의하여 탄산 칼슘 입자군을 회수해도 된다.
회수된 탄산 칼슘 입자군에 대해서는, 건조나 분쇄를 행해도 된다.
<수지 조성물>
본 발명의 탄산 칼슘 입자군은, 탄산 칼슘 입자를 필요로 하는 임의의 용도로 이용할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 탄산 칼슘 입자군은, 수지 조성물에 바람직하게 배합할 수 있다.
수지 조성물 중의 탄산 칼슘 입자가 응집체를 포함하는 경우, 성형 시에 토크가 상승할 수 있다. 이러한 경우, 성형이나 연신이 곤란해지는데다, 얻어지는 성형품의 특성(인장 강도, 절단 시 신도 등)도 뒤떨어진다. 이와 같은 문제는, 탄산 칼슘 입자의 함유량이 많은 수지 조성물만큼 발생하기 쉽다.
그러나, 본 발명의 탄산 칼슘 입자군은, 응집체의 함유량이 적기 때문에, 상기의 문제가 발생하기 어렵다.
(수지 조성물의 조성)
본 발명의 수지 조성물의 조성은, 특별히 한정되지 않지만, 탄산 칼슘 입자군과, 열가소성 수지의 질량비(탄산 칼슘 입자군:열가소성 수지)가, 바람직하게는 50:50~90:10, 보다 바람직하게는 60:40~80:20, 더 바람직하게는 60:40~70:30이다.
열가소성 수지의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는, 폴리프로필렌 수지 및/또는 폴리에틸렌 수지(저밀도 폴리에틸렌, 직쇄상 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌 등)이다.
탄산 칼슘 입자군의 함유량의 상한은, 수지 조성물에 대하여, 바람직하게는 90.0질량% 이하, 보다 바람직하게는 80.0질량% 이하이다.
탄산 칼슘 입자군의 함유량의 하한은, 수지 조성물에 대하여, 바람직하게는 50.0질량% 이상, 보다 바람직하게는 60.0질량% 이상이다.
열가소성 수지의 함유량의 상한은, 수지 조성물에 대하여, 바람직하게는 50.0질량% 이하, 보다 바람직하게는 40.0질량% 이하이다.
열가소성 수지의 함유량의 하한은, 수지 조성물에 대하여, 바람직하게는 10.0질량% 이상, 보다 바람직하게는 20.0질량% 이상이다.
(수지 조성물 중의 그 외의 성분)
본 발명의 수지 조성물에는, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서, 상기의 성분에 더하여, 임의의 성분이 더 포함될 수 있다. 이와 같은 성분은, 단독 또는 2종 이상의 조합으로 사용할 수 있다. 또, 이와 같은 성분의 종류나 배합량은, 얻고자 하는 효과 등에 따라 적절히 설정할 수 있다.
본 발명의 수지 조성물에 포함될 수 있는 성분으로서는, 가소제, 열가소성 수지 이외의 수지, 충전제, 색제, 활제(滑劑), 산화 방지제, 난연제, 발포제 등을 들 수 있다.
<수지 조성물의 제조 방법>
본 발명의 수지 조성물은, 상기의 성분을 이용하여, 수지 조성물의 제조 방법으로서 종래 알려져 있는 방법에 근거하여 제조할 수 있다.
수지 조성물은, 예를 들면, 성분의 혼합 및 용융 혼련 등에 의하여 얻어진다.
혼합이나 용융 혼련의 타이밍은, 채용하고자 하는 성형 방법(압출 성형, 사출 성형, 진공 성형 등)에 따라 적절히 설정할 수 있다. 예를 들면, 혼합은, 성형기의 호퍼로부터 투입하기 전이나, 성형과 동시에 행해도 된다. 예를 들면, 용융 혼련은, 2축 혼련기 등에 의하여 행해도 된다.
본 발명의 수지 조성물의 형태는, 예를 들면, 임의의 크기 및 형상의 펠렛일 수 있다.
펠렛의 형상은, 예를 들면, 원기둥, 구형, 타원구상 등일 수 있다.
펠렛의 사이즈는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 구형 펠렛의 경우, 직경 1~10mm일 수 있다. 타원구상의 펠렛의 경우, 가로세로비 0.1~1.0, 가로세로의 길이 1~10mm일 수 있다. 원기둥 펠렛의 경우, 직경 1~10mm, 길이 1~10mm일 수 있다.
본 발명의 수지 조성물을 필요에 따라 건조시킨 후, 성형함으로써, 원하는 성형품을 얻을 수 있다.
성형 방법으로서는, 인플레이션 성형법, 압출 성형법, 사출 성형법, 발포 사출 성형법, 사출 압축 성형법, 블로 성형법, 프레스 성형법, 캘린더 성형법, 진공 성형법 등을 들 수 있다.
성형품으로서는, 필름, 시트, 용기체(식품 용기 등), 일용품, 자동차용 부품, 전기 전자 부품, 각종 소모품 등을 들 수 있다.
실시예
이하에, 실시예에 의하여 본 발명을 더 자세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<탄산 칼슘 입자군의 제작>
이하의 방법에서, 칼슘 함유 원료로부터, 탄산 칼슘 입자군을 제작했다.
또한, 이하의 시험은 모두 실온(20℃ 전후)에서 행했다.
(칼슘 함유 원료의 준비)
칼슘 함유 원료로서, 시판 중인 포틀랜드 시멘트를 준비했다. 그 포틀랜드 시멘트는, 수산화 칼슘 등의 칼슘 화합물을 포함한다.
(칼슘 함유 현탁액의 제작)
칼슘 함유 원료(800g)에, 이온 교환수(3200mL)를 더하고, 교반하여, 칼슘 함유 현탁액을 얻었다.
(고액 분리 공정)
고액 분리 장치에 의하여, 칼슘 함유 현탁액을 여과하여, 칼슘 함유 용액 및 고형분을 얻었다.
고형분을 폐기하고, 칼슘 함유 용액을 이하의 공정에 제공했다.
(칼슘 함유량 측정 공정)
얻어진 칼슘 함유 용액(2000mL) 중의 칼슘 함유량을, ICP 발광 분광 분석법에 근거하여 측정했다.
그 결과, 칼슘 함유 용액 중의 칼슘 함유량은 2.93g(농도 1463mg/L)인 것으로 특정했다.
또한, 칼슘 함유 용액 중에는, 나트륨, 칼륨, 및 마그네슘이 포함되어 있지 않았다.
(정출 공정)
칼슘 함유 용액에 대하여, 글라스 필터를 통과한 이산화 탄소 가스를 180분간 도입하여(유량=0.05L/min), 탄산 칼슘을 정출시켰다.
이산화 탄소 가스는, 질소 가스에 희석하여 이용했다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 이산화 탄소 가스의 도입량은, 칼슘 함유 용액 중의 칼슘 함유량에 대한 이산화 탄소의 양의 질량비(CO2/Ca 질량비)가 1.0~15.0이 되도록 설정했다.
또한, 표 1 중, 「조건 3(종정(種晶))」이란, 종정(탄산 칼슘, 0.6g)을 첨가한 칼슘 함유 용액을 이용한 점 이외에는, 표 1 중의 「조건 3」과 동일하게 하여 정출 공정을 행한 예이다.
(탄산 칼슘 입자군의 회수)
정출 공정 후, 흡인 여과를 행하여, 고형분(탄산 칼슘 입자군에 상당한다)을 회수했다.
(SEM 관찰)
얻어진 각 탄산 칼슘 입자군에 포함되는 결정의 형상을, 주사형 전자 현미경(SEM)에 의하여 관찰했다. 그 결과의 일부를 도 1에 나타낸다.
또, 각 탄산 칼슘 입자군에 포함되는 결정에 대하여, SEM 관찰의 화상 해석에 근거하여, 형상, 응집체의 다과(多寡), 및, 탄산 칼슘 입자군 전체의 입자수에 대한 입방체상 탄산 칼슘 입자수의 비율을 특정했다.
또한, 본 예에 있어서, 「입방체상 탄산 칼슘 입자」란, 각 변의 길이가 0.5μm 이상 15.0μm 이하이며, 또한, 동일한 입방체상 탄산 칼슘 입자에 있어서의 각 변의 길이의 차가 ±0.5μm 이하인 것을 의미한다.
그 결과를 표 2의 「주된 형상」, 「응집체」, 및 「입방체상 입자의 비율」의 항에 나타낸다.
(순도)
얻어진 각 탄산 칼슘 입자군에 대하여, X선 회절 및 주사형 전자 현미경(SEM) 화상 해석 등으로, 탄산 칼슘 입자군 전체의 입자수에 대한, 경질 탄산 칼슘 입자의 입자수(순도)를 측정했다. 그 결과의 일부를 표 2의 「순도」에 나타낸다.
(비표면적)
얻어진 각 탄산 칼슘 입자군에 대하여, 「BELSORP-mini」(마이크로트랙·벨사제)를 이용하여, BET 흡착법(질소 가스 흡착법)에 근거하여, 비표면적(BET 비표면적)을 측정했다. 그 결과의 일부를 표 2의 「비표면적」에 나타낸다.
Ca 양
(g)
CO2
(g)
CO2/Ca
질량비
조건 1 2.93 2.93 1.0
조건 2 2.93 5.86 2.0
조건 3 2.93 17.7 5.0
조건 4 2.93 29.3 10.0
조건 5 2.93 43.95 15.0
조건 3
(종정)
2.93 17.7 5.0
주된 형상 응집체 입방체상 입자의 비율 (%) 순도 (%) 바표면적
(m2/g)
조건 1 다양한 형상이
혼재
많음 10.0 88.1 0.05
조건 2 입방체상 약간 적음 72.0 90.9 8.2
조건 3 입방체상 적음 85.0 91.5 10.0
조건 4 입방체상 적음 90.0 91.2 11.3
조건 5 없음(용해) 없음 0.0 측정 불가 측정 불가
조건 3
(종정)
입자가 종정
표면을 피복
많음 20.0 89.6 21.7
표 2에 나타나는 탄산 칼슘 입자군 중, 본 발명의 요건을 충족시키는 것은, 조건 2~4에서 얻어진 탄산 칼슘 입자군이다.표 2 및 도 1에 나타나는 바와 같이, 「CO2/Ca 질량비」의 조정에 의하여, 응집이 적은 입방체상의 탄산 칼슘 입자군을 높은 비율로 얻어지는 것을 알 수 있었다.
「CO2/Ca 질량비」가 낮은 경우, 입방체상의 탄산 칼슘 입자군은 얻어지기 어려운데다가, 많은 응집체가 발생했다(조건 1).
한편, 「CO2/Ca 질량비」가 높은 경우, 이산화 탄소 가스량의 증가에 의하여 pH가 7.0을 현저하게 하회하고, 탄산 칼슘이 일부 용해되어, 정확한 측정을 할 수 없었다(조건 5).
단, 「CO2/Ca 질량비」가 적당한 값이더라도, 종정이 존재하고 있으면 종정 표면에서 결정 성장이 발생하고, 응집체가 형성되어, 입방체상의 탄산 칼슘 입자군은 얻어지기 어려웠다(조건 3(종정)).
정출 공정에 대하여, 「조건 3」에서의 결정형의 경시 변화를 관찰한 결과, 먼저 콜로이드상의 응집체가 다수 발생하고, 그것이 뿔뿔이 흩어져, 입방체상의 결정으로 변화하고 있었다.
이 반응에는 적어도 60분을 필요로 했으므로, 정출 공정은 120분 이상 걸쳐 행하는 것이 바람직하다고 생각되었다.
또한, 어느 탄산 칼슘 입자군도 나트륨, 칼륨, 및 마그네슘을 포함하고 있지 않았다.
<수지 조성물의 제작>
상기 <탄산 칼슘 입자군의 제작>에서 얻어진 탄산 칼슘 입자군 중 일부를 이용하여, 이하의 방법으로 수지 조성물을 제작했다.
표 3~5에 나타내는 각 성분을 용융 혼련하여, 펠렛(수지 조성물에 상당한다.)을 제작했다. 또한, 표 중의 조성의 수치의 단위는 「질량%」이다.
수지로서는, 폴리프로필렌(PP) 및/또는 폴리에틸렌(PE)을 이용했다.
이용한 탄산 칼슘 입자군의 종류는, 표 3~5 중의 「CaCO3」의 항에 나타낸다. 이 항에 있어서, 예를 들면, 「조건 3」이란, 상기 <탄산 칼슘 입자군의 제작>에 있어서의 「조건 3」에서 얻어진 탄산 칼슘 입자군을 의미한다.
<성형품의 제작>
성형품으로서, 인플레이션 필름을 제작했다.
구체적으로는, 인플레이션 필름 압출 라인(60mm의 원형 다이, 1.2mm의 다이 갭, 30mm의 나사 직경, L/D비=30)에 의하여, 두께 30μm의 필름을 제작했다. 필름은, 2.5의 BUR(블로업비)로 처리했다.
또한, 압출기에 있어서, 각 구역의 온도는 180℃~200℃로 설정하고, 회전수는 20rpm으로 유지했다.
<성형품의 평가>
얻어진 성형품의 인장 강도, 절단 시 신도를 하기 방법으로 평가했다. 그 결과를 표 3~5에 나타낸다.
(인장 강도, 및 절단 시 신도)
각 필름으로부터, JIS K6251:2017의 덤벨상 3호형 시험편을 얻었다.
얻어진 시험편의 인장 시험을, 스트로그래프(주식회사 도요 세이키 세이사쿠쇼제)를 이용하여, 23℃에서 행했다. 연신 속도는 100mm/분으로 설정했다.
얻어진 응력-왜곡선에 근거하여, 인장 강도(단위: MPa) 및 절단 시 신도(단위: %)를 측정하고, 이하의 기준으로 평가했다.
또한, 인장 강도 및 절단 시 신도의 값이 높을수록, 인장 강도 및 절단 시 신도가 양호한 것을 의미한다.
[인장 강도의 평가 기준]
A: 인장 강도가 25MPa 초과이다.
B: 인장 강도가 15MPa 이상 25MPa 미만이다.
C: 인장 강도가 5MPa 이상 15MPa 미만이다.
D: 인장 강도가 5MPa 미만이다.
[절단 시 신도의 평가 기준]
A: 절단 시 신도가 250% 초과이다.
B: 절단 시 신도가 150% 이상 250% 미만이다.
C: 절단 시 신도가 50% 이상 150% 미만이다.
D: 절단 시 신도가 50% 미만이다.
비교예
1-1
비교예
1-2
비교예
1-3
비교예
1-4
비교예
1-5
비교예
1-6
비교예
1-7
수지 PP 60 50 20 10
PE 10 60 50 20
CaCO3 조건 1 40 50 80 80 40 50 80
인장 강도 C C D D C C D
절단 시 신도 C D D D C D D
실시예
1
실시예
2
실시예
3
실시예
4
실시예
5
실시예
6
실시예
7
수지 PP 60 50 20 10
PE 10 60 50 20
CaCO3 조건 3 40 50 80 80 40 50 80
인장 강도 B A A A B A A
절단 시 신도 B B A A B B A
비교예
2-1
비교예
2-2
비교예
2-3
비교예
2-4
비교예
2-5
비교예
2-6
비교예
2-7
수지 PP 60 50 20 10
PE 10 60 50 20
CaCO3 조건 3
(종정)
40 50 80 80 40 50 80
인장 강도 C C D D C C D
절단 시 신도 C D D D C D D
표 3~5에 나타나는 바와 같이, 본 발명의 요건을 충족시키는 탄산 칼슘 입자군을 포함하는 수지 조성물로부터 얻어진 시트는, 인장 강도 및 절단 시 신도 모두 양호했다. 또, 본 발명의 요건을 충족시키는 탄산 칼슘 입자군은, 수지 조성물 제작 시에 유동성이 우수하고, 혼련하기 쉬워, 토크의 상승도 확인되지 않았다.
또한, 본 발명의 요건을 충족시키는 탄산 칼슘 입자군을 포함하는 수지 조성물로부터 얻어진 시트는, 표면의 요철이 적고, 외관도 양호했다.
이에 대하여, 표 3~5에 나타나는 바와 같이, 본 발명의 요건을 충족시키지 않는 탄산 칼슘 입자군을 포함하는 수지 조성물로부터 얻어진 시트는, 인장 강도 및 절단 시 신도 중 어느 하나, 또는 양방이 뒤떨어져 있었다.
또한, 본 발명의 요건을 충족시키지 않는 탄산 칼슘 입자군은, 수지 조성물 제작 시에 유동성이 뒤떨어져, 토크의 상승이 확인되었다.

Claims (14)

  1. 탄산 칼슘 입자군으로서,
    상기 탄산 칼슘 입자군이, 입방체상 탄산 칼슘 입자를, 탄산 칼슘 입자군 전체의 입자수에 대하여 70.0% 이상 포함하고,
    상기 입방체상 탄산 칼슘 입자의 각 변의 길이가 0.5μm 이상 15.0μm 이하이고, 또한, 동일한 입방체상 탄산 칼슘 입자에 있어서의 각 변의 길이의 차가 ±0.5μm 이하이며,
    상기 탄산 칼슘 입자군이, 경질 탄산 칼슘 입자를, 탄산 칼슘 입자군 전체의 입자수에 대하여 90.0% 이상 포함하는,
    탄산 칼슘 입자군.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입방체상 탄산 칼슘 입자의 각 변의 길이가 1.0μm 이상 5.0μm 이하인, 탄산 칼슘 입자군.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 탄산 칼슘 입자군의 BET 비표면적이, 0.1m2/g 이상 20.0m2/g 이하인, 탄산 칼슘 입자군.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄산 칼슘 입자군이, 나트륨, 칼륨, 및 마그네슘을 실질적으로 포함하지 않는, 탄산 칼슘 입자군.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입방체상 탄산 칼슘 입자의 표면에, 지방산에 의한 표면 처리가 된, 탄산 칼슘 입자군.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 탄산 칼슘 입자군과, 열가소성 수지를 포함하고,
    상기 탄산 칼슘 입자군 및 상기 열가소성 수지의 질량비가 50:50~90:10인, 수지 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탄산 칼슘 입자군 및 상기 열가소성 수지의 질량비가 60:40~80:20인, 수지 조성물.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 열가소성 수지가, 폴리프로필렌 수지 및/또는 폴리에틸렌 수지인, 수지 조성물.
  9. 칼슘 화합물을 포함하는 칼슘 함유 용액 중의 칼슘 함유량을 측정하는 칼슘 함유량 측정 공정과,
    상기 칼슘 함유량 측정 공정 후, 상기 칼슘 함유 용액에 이산화 탄소를 도입함으로써 탄산 칼슘을 정출시키는 정출 공정을 포함하고,
    상기 정출 공정에 있어서의 이산화 탄소의 도입량이, 상기 칼슘 함유량 측정 공정에서 특정된 칼슘 함유량에 근거하여 결정되는,
    탄산 칼슘 입자군의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 정출 공정에 있어서의 이산화 탄소의 도입량이, 상기 칼슘 함유량 측정 공정에서 특정된 칼슘 함유량에 대하여 질량비 1.5 이상 10.0 이하인, 제조 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 정출 공정에 있어서의 이산화 탄소의 도입량이, 상기 칼슘 함유량 측정 공정에서 특정된 칼슘 함유량에 대하여 질량비 2.0 이상 5.0 이하인, 제조 방법.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    종결정을 사용하지 않는, 제조 방법.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정출 공정이, pH7.0 이상의 환경하에서 행해지는, 제조 방법.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 칼슘 함유 용액이, 나트륨, 칼륨, 및 마그네슘을 실질적으로 포함하지 않는, 제조 방법.
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