遼寧鑫達滑石グループ有限会社——鄭毅

要約：

タルク粉は重要な塗料フィラーとして、その粒径分布は塗料のレオロジー性、力学性能、光学特性、防腐性及び施工技術に顕著な影響を与える。本文は異なる粒径タルク粉（粗粒径＞20μm、中粒径5〜20μm、細粒径1〜5μm、超微細／ナノスケール＜1μm）の塗料システムにおける作用機序と性能表現を系統的に検討した。研究によると、細粒径タルク粉はコーティングの光沢、繊細さ及び耐沈降性を顕著に向上させたが、系粘度を増加させ、分散安定性に影響を与える可能性がある、粗粒径はコスト削減、消光性向上、耐流動性向上に役立つ。タルク粉の粒径を合理的に選択することは塗料の総合性能を最適化する鍵である。実験データによると、5μmタルク粉末を用いたエポキシプライマーは、20μmサンプルより60%沈降率が低下し、光沢度（60°）は35%上昇した。

キーワード：*タルクパウダー、粒径分布塗料性能レオロジー力学的強度光沢;沈降安定性、施工性能

はじめに

タルク粉末（3 MgO・4 SiOガリウム・HガリウムO）はその独特なシート構造、化学的不活性、低硬度及び親油性のため、塗料工業に広く応用されて機能フィラーとして用いられている。それは効果的にコストを下げるだけでなく、塗料の物理機械性能、レオロジー特性、光学効果及び耐久性を大幅に改善することができる。塗料技術が高性能、多機能及び環境にやさしい方向に持続的に発展するにつれて、充填剤の精密化制御はますます重要になってきた。タルク粉充填剤の効果に影響を与える多くの要素の中で、粒子径とその分布は樹脂基体との相互作用方式及び最終コーティング性能の発現を決定するコアパラメータである。タルク粉の粒径が塗料の多次元性能に与える影響法則を深く理解することは、調合設計者が精確に材料を選択し、性能を最適化し、実際の生産問題を解決するために重要な指導意義がある。

一、粒径範囲の定義と典型的な作用

粒子径の大きさに応じて、タルク粉の塗料への応用は大きく分けて以下の種類に分けることができる：

二、粒子径が肝心な塗料性能に与える影響メカニズムとデータ

1.レオロジー性と施工性：

粘度とチクソトロピー：粒子径が減少し、比表面積が急激に増加し、樹脂との相互作用点が増加し、通常は系粘度の上昇を招く。超微細粉体はより緻密なネットワーク構造を形成しやすく、低せん断粘度（沈降防止に有利）とチクソトロピー（フローハング防止に有利）を著しく向上させる。例えば、アルキド系に等量（15体積%）のタルク粉末を添加すると、D 50=3μmのサンプルはD 50=15μmのサンプルよりもブルックフィールド粘度が40〜60%高くなる。しかし、粗粒子はスラリー系において「骨格」支持を提供し、耐流動性を強化することもできる。

沈降安定性：細粒径タルク粉末（特に<5μm）はストークスの法則に従い、沈降速度は粒径二乗に比例する。実験により、同じ配合と貯蔵条件下で、D 50=5μmタルク粉から調製されたエポキシプライマーは、30日間の沈降体積比がわずか5%であるのに対し、D 50=20μmのサンプル沈降体積比は25%に達し、顕著な差があった。

2.光学性能：

光沢と表面微細度：粒子径はコーティングの表面平坦度と光反射均一性に影響する鍵である。粒径が大きすぎる（コーティング乾燥膜の厚さに近いかそれより大きい）と表面が凹凸になり、光の拡散反射を引き起こし、光沢を著しく低下させる（60°光沢は20単位以上低下させることができる）。微細粉（D 50<5μm）は微細孔を充填し、より滑らかな表面を形成し、高光沢（>85 GU@60°）と優れた手触りを実現する。研究によると、アクリル塗料では、タルク粉をD 50=10μmからD 50=2μmに交換し、60°光沢を約35%向上させることができる。

消光性：粗粒径タルク粉（>15μm）自体は消光粒子とすることができ、それはコーティング表面から突出した部分が有効に光線を散乱し、経済的な消光フィラーの選択の一つである。

3.力学性能と遮蔽性：

補強と剛性：タルク粉のシート状構造はその補強作用の基礎である。微細なシート状粒子はより大きな径厚比と比表面積を有し、より効果的に樹脂と結合し、分子鎖運動、分散応力を阻害することができる。データによると、エポキシ防腐プライマーの中で、D 50=25μmのタルク粉よりD 50=3μmのタルク粉を使用すると、コーティングの引張強度が15-25%向上し、弾性率の向上がより顕著になる。

遮蔽性（耐水、耐食性）：細かいシート状タルク粉はコーティング中により平行に配向配置でき、より曲がりくねった浸透経路を形成し、水蒸気、酸素とイオンの拡散を効果的に遮蔽し、コーティングの物理遮蔽防腐能力を高める。塩霧試験の結果、超微細タルク粉（D 50≒1μm）を用いたプライマーは、中粒径（D 50≒10μm）を用いたプライマーよりも傷付きでの腐食広がり幅が30〜50%減少することが分かった。

4.防腐性能（特にプライマー中）：

上述の物理的遮蔽作用に加えて、細粒径タルク粉は防錆顔料（例えばリン酸亜鉛）の周囲により緊密に充填され、顔料の堆積を最適化し、臨界顔料体積濃度（CPVC）を高め、顔料充填剤系全体の協同遮蔽効果を強化し、それによって長期防錆効果を高めることができる。

5.プロセス性能：

分散性：粒子径が小さいほど、比表面積が大きくなり、粒子間のファンデルワールス力が強くなり、凝集傾向が大きくなり、分散設備（例えばサンドミル）と分散剤に対する要求が高くなる。分散不良は、Hegman細さ計などの細さ板の読み取りが悪くなり、最終的な光沢と表面状態に影響を与える。

CPVCとコスト：粗粒子は通常より低い吸油量を有し、より高いCPVCを達成するのに役立ち、これは同じ体積充填の下で、より少ない樹脂基材を使用して、配合コストを下げることができることを意味する。

三、応用選択の重要な考慮

タルク粉の粒径を選択するのは決して細いほど良いものではなく、総合的に考慮する必要がある：

コーティング機能の需要：高光沢、繊細な表面、優れた遮蔽性（例えば、塗装、ハイエンド防腐塗料）→好ましくは微粒子径（1〜5μm）、さらには超微細粉体を追求する、コスト削減、耐流動性、艶消しまたは充填性（プライマー、スラリー塗料、建築塗料など）に重点を置く→中程度または粗粒径を考慮することができる。

樹脂系の整合性：高粘度樹脂系は粘度が高すぎることを防ぐために超微細粉体を慎重に使用する必要がある、低粘度系は微粉の優位性をより発揮することができる。

分散能力とコスト：超微細粉体を使用するには、より効率的な分散設備と適切な分散剤を投入し、生産コストを増加させる必要がある。

配合相乗効果：他の顔料、フィラー（例えばチタン白粉、炭酸カルシウム、硫酸バリウム）の粒径と組み合わせて、最適な堆積状態と性能バランスを実現することが重要である。

結論

タルク粉の粒径は塗料処方設計における強力な制御レバーである。粗粒子がもたらすコスト効果と技術的友好性から、細粒子が与える高光沢、強靭性、卓越した遮蔽性まで、異なる粒径のタルク粉はそれぞれ優位性を持っている。粒子径がレオロジー性、光学性能、力学強度、防腐性及び技術性に影響する内在メカニズムを理解し、そして実験データを通じてこれらの影響を定量化する（例えば、微粉が沈降率を著しく低下させ、光沢と強度を向上させる）ことは、調合設計者が精確な材料選択と性能最適化を行う基礎である。成功した応用は特定の塗料製品の性能目標、樹脂特性、生産技術とコスト予算に基づいて、科学的に最適なタルク粉の粒径と分布を選択し、それによってその価値を最大化し、塗料の総合性能の最適なバランスを実現することにある。将来、ナノテクノロジーと表面改質技術の進歩に伴い、超微細タルク粉の応用潜在力はより高性能で、よりインテリジェント化された塗料分野でさらに拡大することが期待されている。