著者：曹心愚

単位：遼寧鑫達滑石集団有限公司（遼寧海城）

要約：

本文は重点的に高径厚比の超微細タルク粉のポリプロピレンプラスチックへの応用とその優位性を検討した。まずタルク粉のシート状構造と結合方式を紹介し、それから生産過程における技術難題を分析した。次に、遼寧鑫達滑石グループ研究開発センターの研究開発成果に基づいて、その3000目滑石粉のうろこ保護における顕著な効果を紹介し、その滑石粉の優越径厚比を比較画像を通じて展示した。最後に、プラスチックにおける高径厚比タルク粉の実際の応用効果と市場フィードバックをまとめた。

キーワード：タルク粉径厚比ファンデルワールス力原子構造

一、はじめに

タルク粉は高い熱安定性、化学的不活性性、良好な分散性と増強効果を有するため、ポリプロピレンプラスチック工業において主要フィラーとして広く応用されている。業界では、タルク粉の微細度（粒子径）がポリプロピレン性能に与える影響はすでに大量の試験を行っているが、粒子形態の研究は少ない。シンダルタルクグループ研究開発センターがこの問題を発見し、研究に着手した。タルク粉は微視的には典型的なシート状構造であるが、粉体加工技術が異なるため、そのシート状構造の保持も異なり、シート状構造の記述方法と影響についても研究が少ない。本文は径厚比がタルク粉のシート状構造記述とシート状構造がポリプロピレンプラスチックの機械性能に与える影響を用いて初歩的な方向性説明を行った。

二、シンダータルク粉工場及びタルク粉の構造と結合方式

1、シンダータルク粉体工場概要

遼寧鑫達滑石集団有限公司は1995年に設立され、滑石の採掘、選別、研究開発、深加工、販売を一体化した企業グループである。シンダータルクグループは中国タルク企業のトップ5にランクされ、中国タルク技術の研究開発センターであり、グループが毎年生産するハイエンドタルク製品は全国タルク市場の15%を占めている。シンダー粉体工場は1995年に設立され、30年に粉区の深耕専門研究を行い、顧客の後顧の憂いを解決し、敷地面積は7万平方メートルで、主に各種タルク粉を生産し、年間生産能力は30万トンで、タルク原料は5万トン、従業員は70人余りを貯蔵することができる。生産ラインは全過程でパイプチェーンを閉鎖して輸送し、外来汚染がなく、全自動包装生産ラインを導入し、製品包装上の袋、計量、計数、除塵、スプレーコード、高位パレタイジングなどの機能を実現する。原料上料は自動上料システムを採用し、タルク原料の配合比率、混合物の自動化を実現し、原料の配合比率を信頼性、正確にし、製品指標は変動を減少し、製品の白度、色などの技術指標はより安定し、製品の品質が国内外の顧客の需要を満たすことを確保した。

現代工業の発展に伴い、タルク粉の応用分野はより広範になった。プラスチック、ゴム、ペンキ、産業用セラミックス、製紙など多くの業界で、タルク粉は不可欠な役割を果たしている。その独特な物理化学的性質は、現代工業における重要な鉱物原料となる。

2、タルク粉の構造と結合方式

タルク粉は典型的なシート状構造を有する層状ケイ酸塩鉱物である。各タルクの間は主にファンデルワールス力によって結合されており、この結合力は相対的に弱く、タルク片は外力作用を受けたときに滑りと分離が発生しやすいようになっている。しかし、それぞれのタルクにとって、その内部の原子構造は共有結合とイオン結合によって密接に結合されており、高い強度と安定性を持っている。

過度な機械的処理や高温処理により、タルクシート構造内部の原子構造が破壊され、その性能に影響を与える可能性があるからだ。そのため、タルク粉の分散性と増強効果を保証しながら、その内部構造の完全性を維持することは、タルク粉の生産過程における重要な研究方向である。

三、生産過程における技術的難題

タルク粉の製造過程において、理想的な粒径分布と径厚比を達成するためには、一連の製粉、分級が必要である。しかし、これらのプロセスはしばしばタルク粉のシート状構造に影響を与える。

製粉プロセス

製粉プロセスはタルク粉末の生産における重要なステップの1つである。破砕することにより、大きなタルク原料を小さな粒子に破砕することができる。しかし、製粉の段階では、設備パラメータの調整が高すぎると、タルク原子構造が破壊され、タルクが球形を呈し、タルク粉のミクロシート状形態に深刻な影響を与える。製粉中に設備パラメータの調整が適切でないと、タルク片内部の原子構造が破壊され、性能に影響を与える可能性があります。そのため、タルク粉末のミル効果とシート状構造の完全性を確保するために、適切なミル設備とプロセスパラメータを選択する必要がある。

階層化プロセス

分級プロセスは、粒径の大きさに応じてタルク粉を分離するプロセスである。分級により、特定の粒径分布を有するタルク粉末製品を得ることができる。しかし、分級過程で不純物が導入されたり、粒子間の凝集をもたらしたりして、タルク粉の分散性と増強効果に影響を与える可能性があります。そのため、タルク粉のシート状構造と粒径分布を確保するために、特殊な設計で効率的な等級化設備とプロセスパラメータを採用する必要がある。

四、遼寧鑫達滑石グループ研究開発センター及び成果

タルク粉末の生産過程における技術的難題に対して、遼寧鑫達タルクグループ研究開発部は大量の研究開発実験を行った。

4.1遼寧鑫達滑石研究開発センター

国の革新駆動型発展戦略に応え、産業のグレードアップと技術の突破を推進するため、グループは2024年4月に既存の研究開発センターの拡張プロジェクト計画案を承認し、2024年5月に工事建設を開始した。シンダー研究開発センターはタルク材料のプラスチック、塗料、製紙などの分野における重要な技術開発と成果転化に焦点を当てている。センターは「自主革新、産業賦能」を目標とし、産学研資源を統合することにより、国際競争力のある技術革新プラットフォームを構築する。

研究開発センターの主体的な建物は3階建てで、建築面積は1300㎡で、1つの革新スタジオ、2つの専門家スタジオ、3つの加工実験室、4つの検査実験室及び複数の機能室が設置されている。その中で、検査実験室は先進的な検査設備105台を備え、マルビン粒度計などの先端分析機器をカバーし、タルク粉体の粒度分布、アスベスト含有量分析及び重金属移転検査などの特定項目の検査を正確に完成することができる、加工実験室は18台の知能化試験設備を備え、改質プラスチック、塗料、製紙などの分野の新製品の研究開発需要を全面的にカバーしている。センターは無機粉体、製紙、プラスチック、塗料業界の技術専門家が肩書きを持ち、チームの33人のメンバーはいずれも本科以上の学歴で、専門は高分子材料工学、無機非金属材料工学、化学工学、鉱物加工などの学科をカバーしている。

シン達研究開発センターは「革新駆動発展」の理念を受け継ぎ、センターは大学、科学研究院の資源を深く統合し、開放型科学研究プラットフォームを構築した。

4.2研究開発成果

タルク粉はポリプロピレンプラスチック製品の機械的性能、耐熱性、寸法安定性などを高める上で重要な役割を果たしている。タルク粉は微視的には典型的なシート状構造であるが、粉体加工技術が異なるため、そのシート状構造の保持も異なり、良好なシート状構造を保持する（径厚比やピール比を用いることができる）ことはポリプロピレンプラスチックの機械的性質に顕性影響を与える。

タルク粉の製造過程において、理想的な粒径分布を達成し、高い径厚比を維持するためには、研磨と分級設備を選択または改質し、研磨プロセスパラメータを正確に設定する必要がある。

4.21遼寧鑫達滑石グループで気流粉砕技術を利用して改善を行う：

1.気流粉砕の原料として、供給前研磨粒度分布を精密に設定する。

2.元の気流ノズルを再配置し、衝突を減少させ、せん断と研削の力を増加させた。

3.圧縮空気の温度と流量を試験的に確定する。

4.多段分級機連動技術を採用する。

試験を経て、高径厚比の3000目のタルク粉末を作製することに成功し、径厚比は16-18、等価ピール比は3.8-4.5に達することができた。

SEM電子顕微鏡画像は以下の通り：

図1：元の普通技術で生産された3000目の滑石粉

図2：高ピール比3000メッシュスリップ石粉写真

2種類の3000目の滑石粉をポリプロピレンプラスチックに応用し、比較を行った：

1.実験室のデータによると、高径充填後の粉体の衝撃、引張、曲げ強度は前年同期比3-5%増加し、しかも同期的に増加した。

2.実験室データによると、充填高径厚比粉体の収縮率は前年同期比6〜8%低下した。

3.高径厚比のタルク粉を添加することにより、プラスチック製品の性能を保証しながら、プラスチック助剤の使用量を減らすことができる。

実験結果により、遼寧鑫達滑石集団有限公司が開発した高径厚比3000目滑石粉はポリプロピレンプラスチックの中で優れた増強効果、耐熱性能とコストダウン効果を示した。（1）大きな鱗片を保護する効果

研究開発の過程で、遼寧鑫達滑石グループ研究開発部は特に滑石片の大鱗片構造の保護を重視した。ミル設備のパラメータ、等級分けと表面処理技術を最適化することにより、大きな鱗片の有効な保護を実現することに成功した。これにより、3000メッシュのタルク粉は堆積密度を維持し、超微細タルク粉の高分散性と増強効果を保護すると同時に、優れた径厚比と機械的性能を有する。

（2）比較画像の展示

遼寧鑫達滑石集団有限公司の滑石粉の径厚比における優位性を直観的に示すために、以下の2枚の比較画像を提供した：

図1：現在の業界同類製品の電子顕微鏡下の写真

（注：ここでは概略的な説明であり、実際の画像は業界内の他のメーカーが生産したタルク粉の電子顕微鏡下の形態特徴を示すべきである。）

図2：遼寧鑫達滑石集団有限公司が生産した3000目滑石粉の写真

比較画像から、遼寧鑫達滑石集団有限公司が生産した3000目滑石粉は、業界内の他の製品よりも径厚比で明らかに優れていることが明らかになった。その滑石片はより規則的で均一なシート状構造を呈し、鱗片間に一定の隙間と分散性を保持している。これにより、遼寧鑫達滑石集団有限公司の滑石粉はプラスチック中でより良い増強効果と分散性を有する。

五、プラスチックにおける高径厚比タルク粉の応用効果

遼寧鑫達滑石グループが開発した3000目滑石粉をポリプロピレンプラスチックに応用し、顕著な効果を得た。以下は具体的な応用効果と市場フィードバックである：

5.1機械性能の向上

高径厚比のタルク粉は、より規則的で均一なシート状構造を有しているので、ポリプロピレン基体との結合をより良くすることができる。外力の作用を受けると、タルクシートは応力をより効果的に伝達し分散することができ、プラスチック製品の機械的性能を高めることができる。

5.2耐熱性の向上

タルク粉は無機フィラーとして、高い熱安定性を持っている。これをポリプロピレンプラスチックに添加することで、プラスチック製品の耐熱性を効果的に高めることができる。特に高温環境下では、高径厚比のタルク粉が熱を吸収し、均一に伝導することができ、プラスチック基体の熱分解と分解速度を遅くすることができる。実験結果により、遼寧鑫達滑石集団有限公司の3000目滑石粉を添加した後、プラスチック製品の熱変形温度と熱安定性は顕著に向上した。

5.3コスト削減

タルク粉は比較的低価格の無機フィラーとして、プラスチック製品のコストを効果的に下げることができる。高径厚比のタルク粉を添加することにより、プラスチック製品の性能を保証しながら、プラスチック基体の使用量を減らすことができる。これにより、原材料コストが削減されるだけでなく、生産過程でのエネルギー消費と廃棄物排出も削減されます。

六、結論

本文はプラスチックにおける高径厚比タルク粉の応用とその優位性を検討した。タルク粉のシート状構造と結合方式を紹介し、生産過程における技術難題を分析した。その後、遼寧鑫達滑石グループ研究開発部の研究開発成果に基づいて、その3000目滑石粉のうろこ保護における顕著な効果を紹介し、その滑石粉の優越径厚比を比較画像を通じて展示した。最後に、プラスチックにおける高径厚比タルク粉の実際の応用効果と市場フィードバックをまとめた。

実験の結果、遼寧鑫達滑石集団有限公司の3000目滑石粉はプラスチックの中で優れた増強効果、耐熱性能とコスト削減効果を持っていることが明らかになった。そのため、高径厚比のタルク粉はプラスチック工業において広い応用の将来性と発展の潜在力を持っている。将来的には、プラスチックにおけるタルク粉の応用の新技術と新方法を引き続き深く研究し、探索し、我が国のプラスチック工業の発展を推進するためにより大きな貢献をする。