この項目 こうもく では、分析 ぶんせき 化学 かがく で使 つか われる試 ためし 剤 ざい について説明 せつめい しています。建築 けんちく ・工学 こうがく 分野 ぶんや で使 つか われる材料 ざいりょう については「充填 じゅうてん 材 ざい 」をご覧 らん ください。
充填 じゅうてん 剤 ざい (じゅうてんざい、英 えい : filler )は、樹脂 じゅし やバインダー(プラスチック 、複 ふく 合 あい 材料 ざいりょう 、コンクリート )に添加 てんか される粒子 りゅうし であり、被 ひ 添加 てんか 物質 ぶっしつ の特定 とくてい の性質 せいしつ を向上 こうじょう させたり、製品 せいひん を安価 あんか にしたり、あるいはその両方 りょうほう を達成 たっせい することができる[1] 。
分野 ぶんや 別 べつ プラスチック消費 しょうひ 用途 ようと
充填 じゅうてん 剤 ざい の使用 しよう における2大 だい 分野 ぶんや は、エラストマー とプラスチックである[2] 。世界 せかい 全体 ぜんたい では、5,300万 まん トン以上 いじょう の充填 じゅうてん 剤 ざい (総額 そうがく 約 やく 180億 おく 米 あめりか ドル)が、紙 かみ 、プラスチック、ゴム、塗料 とりょう 、コーティング剤 ざい 、接着 せっちゃく 剤 ざい 、シーラント などの用途 ようと 分野 ぶんや で毎年 まいとし 使用 しよう されている。このように、700を超 こ える企業 きぎょう によって生産 せいさん される充填 じゅうてん 剤 ざい は、世界 せかい の主要 しゅよう 原材料 げんざいりょう のひとつに数 かぞ えられており、日常 にちじょう 消費 しょうひ 者 しゃ が必要 ひつよう とするさまざまな商品 しょうひん に含 ふく まれている。使用 しよう される充填 じゅうてん 剤 ざい のトップは、粉砕 ふんさい 炭酸 たんさん カルシウム (GCC)、沈殿 ちんでん 炭酸 たんさん カルシウム(PCC)、カオリン 、タルク 、カーボンブラック である[3] 。充填 じゅうてん 剤 ざい 使用 しよう の好例 こうれい は、ポリプロピレン へのタルクの添加 てんか である[4] 。プラスチックに使用 しよう される充填 じゅうてん 剤 ざい のほとんどは、鉱物 こうぶつ またはガラスベースの充填 じゅうてん 剤 ざい である[4] 。粒子 りゅうし と繊維 せんい は、充填 じゅうてん 剤 ざい の主 おも なサブグループで、微粒子 びりゅうし は、マトリックス中 ちゅう に混合 こんごう される充填 じゅうてん 剤 ざい の小 しょう 粒子 りゅうし であり、サイズとアスペクト比 ひ が重要 じゅうよう である。繊維 せんい は小 ちい さな円形 えんけい の連続 れんぞく した鎖 くさり 状 じょう 構造 こうぞう であり、非常 ひじょう に長 なが くなり、アスペクト比 ひ が非常 ひじょう に高 たか くなる[5] 。
主要 しゅよう な充填 じゅうてん 剤 ざい [ 編集 へんしゅう ]
もっとも広範 こうはん に使 つか われている充填 じゅうてん 剤 ざい である炭酸 たんさん カルシウム(CaCO3)。
炭酸 たんさん カルシウム(CaCO3 )[ 編集 へんしゅう ]
炭酸 たんさん カルシウムは、石灰岩 せっかいがん や大理石 だいりせき から得 え られる。プラスチック業界 ぎょうかい では「チョーク」と呼 よ ばれ、ポリ塩化 えんか ビニル(塩化 えんか ビニル樹脂 じゅし 、polyvinyl chloride(PVC))や不 ふ 飽和 ほうわ ポリエステル を含 ふく む多 おお くの用途 ようと に使用 しよう され、90%もの炭酸 たんさん カルシウムを複 ふく 合 あい 材料 ざいりょう に使用 しよう することができる。これらの添加 てんか 物 ぶつ は、冷却 れいきゃく 速度 そくど を低下 ていか させることによって成形 せいけい の生産 せいさん 性 せい を向上 こうじょう させることができる。また、材料 ざいりょう の動作 どうさ 可能 かのう 温度 おんど 範囲 はんい の上限 じょうげん を広 ひろ げ、電気 でんき 配線 はいせん の絶縁 ぜつえん 性能 せいのう を維持 いじ することにも資 し する[6] 。炭酸 たんさん カルシウムは、組成 そせい 物 ぶつ 中 ちゅう の大 おお きな割合 わりあい で使用 しよう されている。組成 そせい 物 ぶつ の97%を占 し める炭酸 たんさん カルシウム粉末 ふんまつ は、白色 はくしょく /不透明 ふとうめい 製品 せいひん の白色 はくしょく 度 ど を高 たか めるので、メーカーは白色 はくしょく 化 か 主 しゅ 原料 げんりょう の使用 しよう 量 りょう を減 へ らすことができる。また、割合 わりあい が少 すく ないと、炭酸 たんさん カルシウム粉末 ふんまつ はカラー製品 せいひん に使用 しよう できるほか、最終 さいしゅう プラスチック製品 せいひん の表面 ひょうめん をより明 あか るく、より光沢 こうたく のあるものにする[7] 。
カオリンは主 おも に、そのアンチブロッキング特性 とくせい やレーザーマーキングにおける赤外線 せきがいせん 吸収 きゅうしゅう 剤 ざい のためにプラスチックに使用 しよう されている[6] 。メタコリナイトはPVCの安定 あんてい 化 か に使用 しよう されている[6] 。また、カオリンは耐 たい 摩耗 まもう 性 せい を向上 こうじょう させることが示 しめ されており、充填 じゅうてん 材 ざい としてカーボンブラックに取 と って代 が わり、ガラス強化 きょうか 物質 ぶっしつ の流動 りゅうどう 特性 とくせい を改善 かいぜん することができる[6] 。
水酸化 すいさんか マグネシウム(タルク)[ 編集 へんしゅう ]
タルクは柔 やわ らかい鉱物 こうぶつ で、一般 いっぱん に炭酸 たんさん カルシウムよりも高価 こうか である。水酸化 すいさんか マグネシウムとシリカのシートを重 かさ ねたものである。プラスチック産業 さんぎょう では、長期 ちょうき 的 てき な熱 ねつ 安定 あんてい 性 せい があるため、包装 ほうそう や食品 しょくひん 用途 ようと に使用 しよう されている[5] [6] 。
珪灰石 せき (CaSiO3 ) [ 編集 へんしゅう ]
ウォラストナイトはアシキュラー構造 こうぞう を持 も ち、比重 ひじゅう が比較的 ひかくてき 大 おお きく硬度 こうど が高 たか い。このフィラーは、含水率 りつ 、耐 たい 摩耗 まもう 性 せい 、熱 ねつ 安定 あんてい 性 せい 、高 たか い絶縁 ぜつえん 耐 たい 力 りょく を向上 こうじょう させることができる。ウオラストナイトは、マイカやタルクのような板 いた 状 じょう フィラー物質 ぶっしつ と競合 きょうごう し、熱 ねつ 可塑 かそ 性 せい プラスチックや熱 ねつ 硬化 こうか 性 せい 樹脂 じゅし を製造 せいぞう する際 さい にガラス繊維 せんい の代 か わりに使用 しよう することもできる[5] 。
ガラス微小 びしょう 球 だま (英語 えいご 版 ばん ) 充填 じゅうてん 剤 ざい (左 ひだり )とガラス繊維 せんい 充填 じゅうてん 剤 ざい (右 みぎ )。
ガラス充填 じゅうてん 材 ざい には、ガラス微小 びしょう 球 だま (英語 えいご 版 ばん ) 、ガラス短 たん 繊維 せんい 、ガラス長 ちょう 繊維 せんい など、いくつかの多様 たよう な形態 けいたい がある。ガラス繊維 せんい は、曲 ま げ弾性 だんせい 率 りつ や引張 ひっぱ 強度 きょうど などが高 たか いため、熱 ねつ 可塑 かそ 性 せい 樹脂 じゅし または熱 ねつ 硬化 こうか 性 せい 樹脂 じゅし の機械 きかい 的 てき 特性 とくせい を向上 こうじょう させるために使用 しよう されることがある。ただし、通常 つうじょう 、充填 じゅうてん 材 ざい としてガラスを添加 てんか することに経済 けいざい 的 てき 利点 りてん はない。マトリックスにガラスを使用 しよう することの欠点 けってん としては、表面 ひょうめん 品質 ひんしつ の低下 ていか 、溶融 ようゆう 時 じ の粘 ねば 度 たび の高 たか さ、溶接 ようせつ 性 せい の悪 わる さ、反 そ りが挙 あ げられる[5] 。ガラス微小 びしょう 球 だま を添加 てんか すると、吸油 きゅうゆ 性 せい と耐 たい 薬品 やくひん 性 せい が向上 こうじょう する[6] 。
石炭 せきたん やシェールオイルのフライアッシュ (Fly ash)は、射出 しゃしゅつ 成形 せいけい 用途 ようと に使用 しよう できる熱 ねつ 可塑 かそ 性 せい プラスチックの充填 じゅうてん 材 ざい として使用 しよう されてきた[8] 。また、かつては産業 さんぎょう 廃棄 はいき 物 ぶつ であったが、コンクリート と相性 あいしょう が良 よ く、骨 ほね 材 ざい にすると耐久 たいきゅう 性 せい や施工 しこう 性 せい 、流動 りゅうどう 性 せい を向上 こうじょう させることが着目 ちゃくもく されたことから、工業 こうぎょう 製品 せいひん として位置 いち づけられるようになった。例 たと えば、コンクリート内 ない でセメント内 ない のアルカリ成分 せいぶん との反応 はんのう によって珪酸 けいさん ソーダ が発生 はっせい し、周囲 しゅうい から水 みず を吸収 きゅうしゅう ・膨張 ぼうちょう して圧力 あつりょく によるひび割 わ れが発生 はっせい する、アルカリシリカ反応 はんのう の抑制 よくせい を可能 かのう としている。
ナノフィラーの粒子 りゅうし 径 みち は100ナノメートル未満 みまん である。ナノフィラーは、ナノプレート、ナノファイバー、ナノ粒子 りゅうし の3つのグループに分 わ けられる。ナノ粒子 りゅうし はナノプレートやナノファイバーよりも広 ひろ く使用 しよう されているが、ナノプレートはより広 ひろ く使用 しよう され始 はじ めている。ナノプレートは、厚 あつ みがはるかに小 ちい さいことを除 のぞ けば、タルクや雲母 うんも のような従来 じゅうらい の板 いた 状 じょう フィラーに似 に ている。ナノフィラーを添加 てんか する利点 りてん には、ガスバリアの形成 けいせい や難 なん 燃 もえ 性 せい などがある[5] 。
ポリマー発泡 はっぽう ビーズ [ 編集 へんしゅう ]
ポリマー発泡 はっぽう ビーズの嵩 かさ 密度 みつど は0.011g/ccと低 ひく く、大 おお きさは45ミクロンから8mm以上 いじょう である。ポリマー発泡 はっぽう ビーズを配合 はいごう 系 けい に使用 しよう する際 さい の一般 いっぱん 的 てき な欠点 けってん としては、静電気 せいでんき 、温度 おんど 、耐 たい 薬品 やくひん 性 せい の制限 せいげん や、嵩 かさみ 密度 みつど が極 きわ めて低 ひく いために配合 はいごう 系 けい 内 ない で均質 きんしつ なブレンドを達成 たっせい することが困難 こんなん であることが挙 あ げられる。しかし、これらの限界 げんかい は、製剤 せいざい の改良 かいりょう 、添加 てんか 剤 ざい 、その他 た の表面 ひょうめん 処理 しょり の使用 しよう により、完全 かんぜん ではないにしても、ほとんど克服 こくふく することができる。このような潜在 せんざい 的 てき な課題 かだい にもかかわらず、ポリマー発泡 はっぽう ビーズは、最終 さいしゅう 製品 せいひん の軽量 けいりょう 化 か やコスト削減 さくげん が必要 ひつよう な場合 ばあい に、配合 はいごう 系 けい に加 くわ えることができる。
組 くみ 積 せき 造 づくり 充填 じゅうてん 材 ざい [ 編集 へんしゅう ]
組 くみ 積 せき 造 づくり 充填 じゅうてん 材 ざい は外壁 がいへき の亀裂 きれつ や穴 あな を修復 しゅうふく するために使用 しよう され、通常 つうじょう はセメントと消石灰 しょうせっかい を使用 しよう して作 つく られる[9] 。
その他 た の充填 じゅうてん 剤 ざい [ 編集 へんしゅう ]
コンクリート充填 じゅうてん 材 ざい には、砂利 じゃり 、石 いし 、砂 すな 、鉄筋 てっきん などがある。コンクリートのコストを削減 さくげん するために、砂利 じゃり 、石 いし 、砂 すな が使用 しよう される。鉄筋 てっきん は引 ひ っ張 ぱ り力 りょく に強 つよ く、コンクリートの引 ひ っ張 ぱ り力 りょく に弱 よわ い弱点 じゃくてん を補 おぎな う役割 やくわり も果 は たす[10] 。
物理 ぶつり 的 てき 特性 とくせい [ 編集 へんしゅう ]
充填 じゅうてん 剤 ざい の物理 ぶつり 的 てき 特性 とくせい [11]
充填 じゅうてん 剤 ざい 種別 しゅべつ
密度 みつど
(g/cm3 )
モース硬度 こうど
平均 へいきん サイズ
(ミクロン)
アスペクト比 ひ /形状 けいじょう
Calcium Carbonate
2.7
3-4
0.02-30
1-3 Blocky
Talc
2.7-2.8
1
0.5-20
5-40 Plate
Wollastonite
2.9
4.5
1-500
5-30 Fiber
Mica
2.8-2.9
2.5-4
5-1000
20-100 Plate
Kaolin
2.6
2
0.2-8
10-30 Plate
Silica (Precipitated)
1.9-2.1
5.5
0.005-0.1
~1 Round
Carbon Black
1.7-1.9
2-3
0.014-0.25
~1 Round
Dolomite
2.85
3.5-4
1-30
~1 Round
Barium Sulfate
4.0-4.5
3-3.5
0.1-30
~1 Round
ATH Al(OH)3
2.42
2.5-3
5-80
1-10 Plate
MDH Mg(OH)2
2.4
2.5-3
0.5-8
1-10 Plate
Diatomaceous earth
2-2.5
5.5-6
4-30
2-10 Disc
Magnetite/Hematite
5.2
5.5-6
1-50
~1 Blocky
Halloysite
2.54
2.5
1-20
5-20 Tube
Zinc Oxide
5.6
4.5
0.05-10
1 Round
Titanium Dioxide
4.23
6
0.1-10
1 Round
プラスチック充填 じゅうてん 剤 ざい の溶着 ようちゃく 性 せい [ 編集 へんしゅう ]
充填 じゅうてん 材 ざい の添加 てんか は、プラスチックの溶着 ようちゃく 性 せい に大 おお きな 影響 えいきょう を与 あた える。これはまた、使用 しよう される 溶着 ようちゃく 過程 かてい の種類 しゅるい によっても異 こと なる。超 ちょう 音波 おんぱ 接合 せつごう の場合 ばあい 、炭酸 たんさん カルシウムやカオ リンのような充填 じゅうてん 剤 ざい は、超 ちょう 音波 おんぱ を伝達 でんたつ する樹脂 じゅし の能力 のうりょく を高 たか めることができる[12] 。電磁 でんじ 溶着 ようちゃく や熱 ねつ 板 ばん 溶着 ようちゃく の場合 ばあい 、タルクやガラスの添加 てんか は 溶着 ようちゃく 強度 きょうど を32%も低下 ていか させる[13] 。研磨 けんま 性 せい 充填 じゅうてん 剤 ざい は、例 たと えばプラスチックと接 せっ 触 さわ する超 ちょう 音波 おんぱ ホーンの表面 ひょうめん など、溶接 ようせつ 工具 こうぐ をより早 はや く 劣化 れっか させる。充填 じゅうてん 剤 ざい の溶接 ようせつ 性 せい を試験 しけん する最良 さいりょう の方法 ほうほう は、 溶接 ようせつ 強度 きょうど を樹脂 じゅし 強度 きょうど と比較 ひかく することである[14] 。多 おお くの充填 じゅうてん 剤 ざい には、機械 きかい 的 てき 挙動 きょどう を変化 へんか させるさまざまなレベルの添加 てんか 剤 ざい が含 ふく まれているため、こ れを行 おこ なうのは困難 こんなん である。
プラスチック産業 さんぎょう における充填 じゅうてん 剤 ざい の応用 おうよう [ 編集 へんしゅう ]
充填 じゅうてん 剤 ざい はプラスチック製品 せいひん の製造 せいぞう 工程 こうてい で広 ひろ く使用 しよう されている。充填 じゅうてん 剤 ざい は、元 もと のプラスチックの特性 とくせい を変 か えるために使用 しよう される。プラスチック充填 じゅうてん 剤 ざい を使用 しよう することにより、メーカーは原材料 げんざいりょう だけでなく、生産 せいさん コストを節約 せつやく することができる。特 とく にコストと生産 せいさん 効率 こうりつ を最小限 さいしょうげん に抑 おさ え、プラスチックの物理 ぶつり 的 てき 特性 とくせい を向上 こうじょう させる上 じょう で充填 じゅうてん 剤 ざい マスターバッチの重要 じゅうよう 性 せい は否定 ひてい できない。価格 かかく と安定 あんてい 性 せい の利点 りてん で、プラスチック充填 じゅうてん 剤 ざい は生産 せいさん をサポートしている。
・ブロー成形 せいけい
・ ブローフィルム&ラミネート
・押出 おしだし 成形 せいけい (パイプ、シート)
・射出 しゃしゅつ 成形 せいけい
・不織布 ふしょくふ
・ラフィア
・熱 ねつ 成形 せいけい
分析 ぶんせき 化学 かがく 分野 ぶんや [ 編集 へんしゅう ]
なお、分析 ぶんせき 化学 かがく の分野 ぶんや では、カラムクロマトグラフィー において化合 かごう 物 ぶつ を分離 ぶんり するためにカラム(筒 つつ 状 じょう 容器 ようき )に充填 じゅうてん される試 ためし 剤 ざい のことを指 さ す。分離 ぶんり する対象 たいしょう によってシリカゲル やアルミナ 、セファデックス などが使 つか い分 わ けられる。表面 ひょうめん を処理 しょり したり化学 かがく 修飾 しゅうしょく した充填 じゅうてん 剤 ざい や、それらを詰 つ めたカラム管 かん が市販 しはん されている。
脚注 きゃくちゅう ・参考 さんこう 文献 ぶんけん [ 編集 へんしゅう ]
^ Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry , Weinheim: Wiley-VCH, 2005
^ “Fillers Market Report: Global Industry Analysis, 2024 ”. www.ceresana.com . 2019年 ねん 2月 がつ 14日 にち 閲覧 えつらん 。
^ “Market Study: Fillers (3rd edition) ”. Ceresana (2014年 ねん 1月 がつ ). 2015年 ねん 9月 がつ 7日 にち 閲覧 えつらん 。
^ a b Shrivastava, Anshuman (2018-05-15). Introduction to Plastics Engineering . William Andrew. ISBN 9780323396196 . https://books.google.com/books?id=BbXNCgAAQBAJ&q=Introduction+to+plastic+engineering
^ a b c d e Gilbert, Marianne (2016-09-27). Brydson's Plastics Materials . William Andrew. ISBN 9780323370226 . https://books.google.com/books?id=ERWKCgAAQBAJ&q=plastic+filler+materials
^ a b c d e f Murphy, John (2001), “Modifying Specific Properties: Mechanical Properties – Fillers” , Additives for Plastics Handbook , Elsevier, pp. 19–35, doi :10.1016/b978-185617370-4/50006-3 , ISBN 9781856173704 , https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9781856173704500063 2019年 ねん 2月 がつ 14日 にち 閲覧 えつらん 。
^ European Plastic, Company (2019年 ねん 6月 がつ 5日 にち ). “About Calcium Carbonate in filler masterbatch ”. 2023年 ねん 12月1日 にち 閲覧 えつらん 。
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^ Buildbase https://www.buildbase.co.uk/link/1/3434147_31669_t.pdf
^ “Filler materials Used In Concrete ”. www.engineeringcivil.com (2008年 ねん 3月 がつ 16日 にち ). 2019年 ねん 4月 がつ 3日 にち 閲覧 えつらん 。
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^ Stewart, Richard (March 2007). “ANTEC™ 2007 & Plastics Encounter @ ANTEC”. Plastics Engineering 63 (3): 24–38. doi :10.1002/j.1941-9635.2007.tb00070.x . ISSN 0091-9578 .
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