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：

重要な無機フィラーであるタルク粉は、水性塗料において極めて重要な役割を果たしている。しかし、タルク粉中のカルシウム含有量は塗料の性能に消極的な影響を与える可能性がある。本研究はカルシウムの源、作用機序及び解決策の3つの方面から深く検討し、タルク粉中のカルシウム含有量が水性塗料性能に与える具体的な影響を明確にし、塗料業界に技術上の参考根拠を提供することを目的とする。原料の制御、配合の最適化と技術の改善などの措置を通じて、カルシウム不純物が塗料性能に与える悪影響を効果的に低減し、水性塗料におけるタルク粉の応用効果を高めることができる。

キーワード：タルク粉、カルシウム含有量パフォーマンスへの影響、解決策

はじめに

タルク粉はその独特な層状構造、低吸油量及び高い化学安定性のため、水性塗料分野で広く応用されている。しかし、タルク粉中のカルシウム含有量の増加は水性塗料の性能に悪影響を与える可能性がある。カルシウムイオンは塗料中のある成分と反応し、系の安定性を破壊し、塗料の耐水性と機械的性質を低下させ、ひいては漆病を引き起こす。そのため、タルク粉中のカルシウム含有量が水性塗料性能に与える影響を深く研究し、有効な解決策を探索することは、塗料品質の向上に重要な意義がある。

本研究はカルシウムの源、作用機序及び解決策の3つの方面から深く検討し、タルク粉中のカルシウム含有量が水性塗料性能に与える具体的な影響を明らかにし、そして的確な技術措置を提出し、塗料業界に技術上の参考根拠を提供することを目的とする。

一、タルク粉中のカルシウムの源

タルク粉は主にケイ酸マグネシウム（Mg 3 Si 4 O 10（OH）2）を水和して構成されているが、天然成鉱過程において、方解石（CaCO 3）、ドロマイト（CaMg（CO 3）2）などのカルシウム含有鉱物がよく含まれる。

天然鉱石成分

天然タルク鉱では、方解石やドロマイトなどのカルシウム含有鉱物がカルシウムの主な源である。これらの鉱物は成鉱過程でタルクと共生し、タルク粉中のカルシウム含有量が基準を超えた。選鉱プロセスの制御が適切でないと、これらの不純物はタルク粉中に残留し、その性能に影響を与える。

選鉱技術が適切でない

タルク粉の生産過程において、選鉱技術の制御は最終製品中のカルシウム含有量にとって極めて重要である。選鉱設備が先進的でないか、プロセスパラメータの設定が適切でないと、カルシウム含有不純物が効果的に除去されず、タルク粉中に残留することになる。

共生鉱物の複雑性

いくつかの低品位タルク鉱では、共生鉱物の複雑さにより、カルシウム元素がタルク粒子表面にイオン形態で吸着する可能性がある。

タルク粉中のカルシウム含有量を制御するためには、選鉱プロセスを厳格に制御し、鉱石を精密に分析し、選鉱設備とプロセスを精密に調整し、カルシウム含有不純物の混入を最大限に減らす必要がある。

二、カルシウム含有量の水性塗料性能への影響の作用機序

カルシウム含有量の水性塗料性能への影響は主に系安定性破壊、耐水性低下、塗膜機械性能劣化及び漆病誘発リスクなどの面に現れた。

システム安定性破壊

水性塗料の懸濁安定性は分散剤と増粘剤に依存する。カルシウムイオン（Ca 2＋）とアニオン性分散剤（例えばポリアクリル酸塩）とのキレート反応が発生し、その分散効率が低下し、タルク粉粒子の凝集を招き、塗料粘度が異常に上昇し、沈降も発生した。実験によると、タルク粉中のCaO含有量が1.5%を超える場合、塗料の貯蔵7日後の粘度変動率は30%以上に達することができる。このような系不安定現象は塗料の貯蔵と使用性能に大きなマイナス影響を与える。

耐水性低下

これらのイオンが塗膜表面に移動すると、水溶性塩類が形成され、塗膜の緻密性が破壊され、水分浸透が加速する可能性がある。試験データにより、高カルシウムタルク粉（CaO含有量2.0%）を用いて製造した塗膜は、その耐水性（浸水48時間）が低カルシウム製品（CaO含有量0.3%）より約40%低下した。そのため、タルク粉中のカルシウム含有量を制御することは、塗膜の耐水性を維持するために重要である。

塗膜の機械的特性劣化

カルシウム不純物の硬度は比較的に高く（例えば方解石モース硬度は3.0で、タルクはわずか1.0）、過剰導入は塗膜表面の粗さの増加を招き、光沢度と平滑性に影響を与える。同時に、カルシウムイオンがアクリルエマルジョンなどのフィルム形成樹脂のカルボン酸基と結合し、架橋反応を妨害し、塗膜硬度と付着力の低下を招く可能性がある。これは塗膜の外観に影響を与えるだけでなく、寿命と保護性能を低下させる可能性もある。

ラッカー誘発リスク

カルシウムイオンと塗料中の他の成分（例えば硫酸塩系防腐剤）との反応により微細溶液（CaSO 4）が生成し、ピンホールや顆粒状欠陥を形成する可能性がある、これらのラッカー病は塗料の美観に影響するだけでなく、塗膜の保護性能を低下させる可能性があるため、回避するための措置を取らなければならない。

三、解決策と提案

タルク粉末中のカルシウム含有量が水性塗料性能に与える悪影響に対して、本研究は以下の解決策と提案を提出した：

げんりょうせいぎょ

選鉱精製：浮選、光電選連合技術を用いて方解石などのカルシウム含有不純物を除去し、タルク粉末中のCaO含有量を＜0.5%（好ましくは＜0.3%）に制御する。先進的な選鉱技術を通じて、遼寧鑫達滑石グループの研究によると、浮選技術は選鉱において、滑石粉中のカルシウム含有量を効果的に低下させ、それによって塗料性能に対するマイナス影響を減少させることができる。

表面改質：高カルシウムタルク粉にステアリン酸またはシランカップリング剤被覆処理を行い、カルシウムイオン放出経路を遮断する。表面改質技術により、タルク粉の表面特性を改善し、カルシウムイオンが塗料性能に与える悪影響を低減することができる。

キレート剤の添加：EDTA、クエン酸ナトリウムなどのカルシウムイオンキレート剤を導入し、遊離Ca 2+を中和し、分散系への干渉を低減する。

分散系の調整：非イオン性分散剤（例えばポリビニルピロリドン）を選択し、カルシウムイオンとの反応活性を減少させる。適切な分散剤の選択は、塗料の安定性と性能を維持するために重要である。

プロセスの改良

段階別投入：タルク粉末とカルシウムの影響を受けやすい成分（例えば防腐剤）を段階的に添加し、直接接触反応を避ける。投与順序を合理的に配置することにより、カルシウムイオンと他の成分との副作用を低減することができる。

pH値の調整：塗料系のpHを8.5 ~ 9.5に維持し、カルシウム塩の溶解を抑制する。塗料系のpH値を制御することにより、カルシウム塩の溶解を効果的に抑制し、塗料性能への影響を低減することができる。

四、ケース検証

上記解決策の有効性を検証するために、遼寧鑫達滑石グループは実際の事例検証を行った。応用テストの表明：

塗料初期粘度安定性向上

低カルシウムタルク粉を用いて調製した塗料は、初期粘度安定性が25%向上した。これはタルク粉中のカルシウム含有量を下げることにより、塗料の懸濁安定性を効果的に改善し、粘度変動を減らすことができることを示している。

塗膜耐水性向上

塗膜耐水性試験（浸水72時間）の結果、低カルシウムタルク粉を用いて調製した塗膜は泡立ち、脱落現象がなかった。これはタルク粉中のカルシウム含有量を下げることで塗膜の耐水性を著しく向上させ、塗料の使用寿命を延長できることを示している。

光沢の向上

低カルシウムタルク粉末を用いて調製した塗料は、塗膜光沢度（60°）が78%から85%に向上した。

おわりに

タルク粉中のカルシウム不純物の水性塗料性能への影響は隠蔽性と蓄積性があり、原料、配合、技術などの多方面から総合的に制御する必要がある。精細化選鉱と科学的処方設計により、カルシウム関連リスクを最大限に回避し、環境保護塗料におけるタルク粉の優位性を十分に発揮することができる。本研究はカルシウムの源、作用機序及び解決策を深く分析することにより、塗料業界に技術上の参考根拠を提供した。将来、塗料技術の継続的な発展と環境保護の要求が日増しに高まるにつれて、タルク粉の水性塗料への応用はより広くなり、その中のカルシウム含有量を制御することは塗料性能を高める鍵となる。