탄산칼슘은 크게 칼사이트, 아라고나이트 그리고 바테라이트 3가지 동질이상을 가지고 있다. 그중에 종횡비가 큰 아라고나이트는 공업적으로 고무, 플라스틱, 도료의 충진제나 제지용의 안료 등에 첨가 했을 때 강도 증진과 백색도 향상 및 불투명도 조절이 가능함으로 기계적, 광학적 특성을 부여할 수 있는 신기능성 무기분체로 각광받고 있다. 본 연구에서는 기상-액상 반응인 탄산화법을 이용하여 아라고나이트를 합성하였다. 이때 아라고나이트의 합성에 가장 효과적인 이온으로 알려져 있는 Mg2+을 첨가이온으로 사용하여 아라고나이트의 생성특성을 규명하고자 하였다. 염화마그네슘을 첨가하지 않은 경우에는 다량의 칼사이트가 생성되었고, 아라고나이트는 미량 생성되었다. 반면 0.2㏖/ℓ의 염화마그네슘을 첨가한 경우에는 ...
탄산칼슘은 크게 칼사이트, 아라고나이트 그리고 바테라이트 3가지 동질이상을 가지고 있다. 그중에 종횡비가 큰 아라고나이트는 공업적으로 고무, 플라스틱, 도료의 충진제나 제지용의 안료 등에 첨가 했을 때 강도 증진과 백색도 향상 및 불투명도 조절이 가능함으로 기계적, 광학적 특성을 부여할 수 있는 신기능성 무기분체로 각광받고 있다. 본 연구에서는 기상-액상 반응인 탄산화법을 이용하여 아라고나이트를 합성하였다. 이때 아라고나이트의 합성에 가장 효과적인 이온으로 알려져 있는 Mg2+을 첨가이온으로 사용하여 아라고나이트의 생성특성을 규명하고자 하였다. 염화마그네슘을 첨가하지 않은 경우에는 다량의 칼사이트가 생성되었고, 아라고나이트는 미량 생성되었다. 반면 0.2㏖/ℓ의 염화마그네슘을 첨가한 경우에는 마그네슘 칼사이트가 생성되었다. 그리고 염화마그네슘의 농도가 증가할수록 마그네슘 칼사이트의 생성량은 급격히 감소하였고, 상대적으로 아라고나이트의 생성량은 증가하였다. 이는 칼사이트 격자의 Ca2+ 이온자리에 상대적으로 이온 반경이 작은 Mg2+ 이온이 고용되어 마그네슘 칼사이트가 형성되었기 때문인 것으로 고려된다. 또한 염화마그네슘 농도가 증가할수록 마그네슘 칼사이트 격자 내에 Mg2+ 이온이 더 많이 흡착됨에 따라 격자 내에 발생하는 왜곡에 의해서 불안정한 구조를 형성되었다. 따라서 마그네슘 칼사이트의 용해도가 증가하여 이온화된 Ca2+ 이온이 아라고나이트의 핵생성 및 결경성장에 관여한 것으로 고려된다. 그리고 염화마그네슘의 첨가농도가 0.6㏖/ℓ인 경우에는 마그네슘 칼사이트는 생성되지 않고 아라고나이트만이 생성되었다. 이는 Ca2+ 이온보다 Mg2+ 이온 양이 많기 때문에 불완전한 구조인 마그네슘 칼사이트가 생성되지 못하고 아라고나이트만이 생성되었기 때문인 것으로 사료된다. 아라고나이트의 입자크기와 종횡비를 향상시키기 위한 방법으로 아라고나이트 seed를 첨가하여 아라고나이트의 입자크기 및 종횡비를 향상 시킬 수 있었다. 충분한 양의 seed는 아라고나이트의 2차 핵생성을 막고 결정성장이 이루어지게 할 수 있었다. 즉, seed의 표면적이 크기 때문에 아라고나이트의 핵생성속도보다 결정성장속도가 높아 충분히 결정성장이 이루어진 것으로 판단된다. 이상과 같이 탄산화 반응에서 염화마그네슘을 첨가하여 단일상의 아라고나이트 침강성탄산칼슘을 합성하였고, seed를 첨가하여 아라고나이트의 입자크기와 종횡비를 향상 시킬 수 있었다.
탄산칼슘은 크게 칼사이트, 아라고나이트 그리고 바테라이트 3가지 동질이상을 가지고 있다. 그중에 종횡비가 큰 아라고나이트는 공업적으로 고무, 플라스틱, 도료의 충진제나 제지용의 안료 등에 첨가 했을 때 강도 증진과 백색도 향상 및 불투명도 조절이 가능함으로 기계적, 광학적 특성을 부여할 수 있는 신기능성 무기분체로 각광받고 있다. 본 연구에서는 기상-액상 반응인 탄산화법을 이용하여 아라고나이트를 합성하였다. 이때 아라고나이트의 합성에 가장 효과적인 이온으로 알려져 있는 Mg2+을 첨가이온으로 사용하여 아라고나이트의 생성특성을 규명하고자 하였다. 염화마그네슘을 첨가하지 않은 경우에는 다량의 칼사이트가 생성되었고, 아라고나이트는 미량 생성되었다. 반면 0.2㏖/ℓ의 염화마그네슘을 첨가한 경우에는 마그네슘 칼사이트가 생성되었다. 그리고 염화마그네슘의 농도가 증가할수록 마그네슘 칼사이트의 생성량은 급격히 감소하였고, 상대적으로 아라고나이트의 생성량은 증가하였다. 이는 칼사이트 격자의 Ca2+ 이온자리에 상대적으로 이온 반경이 작은 Mg2+ 이온이 고용되어 마그네슘 칼사이트가 형성되었기 때문인 것으로 고려된다. 또한 염화마그네슘 농도가 증가할수록 마그네슘 칼사이트 격자 내에 Mg2+ 이온이 더 많이 흡착됨에 따라 격자 내에 발생하는 왜곡에 의해서 불안정한 구조를 형성되었다. 따라서 마그네슘 칼사이트의 용해도가 증가하여 이온화된 Ca2+ 이온이 아라고나이트의 핵생성 및 결경성장에 관여한 것으로 고려된다. 그리고 염화마그네슘의 첨가농도가 0.6㏖/ℓ인 경우에는 마그네슘 칼사이트는 생성되지 않고 아라고나이트만이 생성되었다. 이는 Ca2+ 이온보다 Mg2+ 이온 양이 많기 때문에 불완전한 구조인 마그네슘 칼사이트가 생성되지 못하고 아라고나이트만이 생성되었기 때문인 것으로 사료된다. 아라고나이트의 입자크기와 종횡비를 향상시키기 위한 방법으로 아라고나이트 seed를 첨가하여 아라고나이트의 입자크기 및 종횡비를 향상 시킬 수 있었다. 충분한 양의 seed는 아라고나이트의 2차 핵생성을 막고 결정성장이 이루어지게 할 수 있었다. 즉, seed의 표면적이 크기 때문에 아라고나이트의 핵생성속도보다 결정성장속도가 높아 충분히 결정성장이 이루어진 것으로 판단된다. 이상과 같이 탄산화 반응에서 염화마그네슘을 첨가하여 단일상의 아라고나이트 침강성탄산칼슘을 합성하였고, seed를 첨가하여 아라고나이트의 입자크기와 종횡비를 향상 시킬 수 있었다.
Calcium carbonate has three kind of polymorphism; calcite, aragonite and vaterite. Among those, aragonite with a high aspect ratio is regarded as a new functional inorganic particle that can alter the mechanical and optical properties of rubber, plastic, paint and varnish filler, as well as improve ...
Calcium carbonate has three kind of polymorphism; calcite, aragonite and vaterite. Among those, aragonite with a high aspect ratio is regarded as a new functional inorganic particle that can alter the mechanical and optical properties of rubber, plastic, paint and varnish filler, as well as improve the strength and whiteness or adjust the opacity of paper pigment. In this study, aragonite was synthesized using the carbonation method, a vapor-liquid reaction. Especially, Mg2+, which was known to be the most effective ion for aragonite synthesis, was added to investigate the synthesis characteristics of aragonite. When magnesium chloride was not added, 80% of the product was calcite while the remaining 20% was aragonite. However, when magnesium chloride 0.2㏖/ℓ was added, no calcite was produced, with magnesium calcite being produced instead. As the concentration of magnesium chloride was increased, the production of magnesium calcite decreased rapidly and aragonite production increased. This is due to the employment of Mg2+ ion, which have a relatively smaller ion radius, and to the position of Ca2+ ions in the calcite lattice, thus creating magnesium calcite. As the concentration of magnesium chloride increases, more Mg2+ ions bond to the magnesium calcite lattice to produce an unstable structure due to the distortion generated inside the lattice. Therefore, the solubility of the magnesium calcite increases and the Ca2+ ions affect the nucleus creation and crystal growth. When the additive concentration of magnesium chloride was set at 0.6㏖/ℓ, only aragonite was produced with no magnesium calcite. This is due to a higher concentration of Mg2+ ions than Ca2+ ions, which blocks the creation of unstable magnesium calcite. Adding a seed to aragonite proved to be a way to increase the particle size and aspect ratios of the aragonite particles. A sufficient amount of seed prohibited the secondary nucleus creation of aragonite and allowed crystal growth. In other words, because of the surface area was sufficiently large, the aragonite crystal growth rate exceeded the nucleus creation rate, and resulted in sufficient crystal growth. Thus, single-phase aragonite precipitated calcium carbonate was synthesized with adding magnesium chloride in the carbonation method and the aragonite particles could be increased the particle size and aspect ratios with the added seed.
Calcium carbonate has three kind of polymorphism; calcite, aragonite and vaterite. Among those, aragonite with a high aspect ratio is regarded as a new functional inorganic particle that can alter the mechanical and optical properties of rubber, plastic, paint and varnish filler, as well as improve the strength and whiteness or adjust the opacity of paper pigment. In this study, aragonite was synthesized using the carbonation method, a vapor-liquid reaction. Especially, Mg2+, which was known to be the most effective ion for aragonite synthesis, was added to investigate the synthesis characteristics of aragonite. When magnesium chloride was not added, 80% of the product was calcite while the remaining 20% was aragonite. However, when magnesium chloride 0.2㏖/ℓ was added, no calcite was produced, with magnesium calcite being produced instead. As the concentration of magnesium chloride was increased, the production of magnesium calcite decreased rapidly and aragonite production increased. This is due to the employment of Mg2+ ion, which have a relatively smaller ion radius, and to the position of Ca2+ ions in the calcite lattice, thus creating magnesium calcite. As the concentration of magnesium chloride increases, more Mg2+ ions bond to the magnesium calcite lattice to produce an unstable structure due to the distortion generated inside the lattice. Therefore, the solubility of the magnesium calcite increases and the Ca2+ ions affect the nucleus creation and crystal growth. When the additive concentration of magnesium chloride was set at 0.6㏖/ℓ, only aragonite was produced with no magnesium calcite. This is due to a higher concentration of Mg2+ ions than Ca2+ ions, which blocks the creation of unstable magnesium calcite. Adding a seed to aragonite proved to be a way to increase the particle size and aspect ratios of the aragonite particles. A sufficient amount of seed prohibited the secondary nucleus creation of aragonite and allowed crystal growth. In other words, because of the surface area was sufficiently large, the aragonite crystal growth rate exceeded the nucleus creation rate, and resulted in sufficient crystal growth. Thus, single-phase aragonite precipitated calcium carbonate was synthesized with adding magnesium chloride in the carbonation method and the aragonite particles could be increased the particle size and aspect ratios with the added seed.
주제어
#침강성탄산칼슘 탄산화법 아라고나이트 칼사이트 마그네슘 칼사이트 Mg2+ 이온의 농도 입자크기 종횡비 precipitated calcium carbonate carbonation process aragonite calcite magnesium calcite concentration of Mg2+ ion particle size aspect ratio
학위논문 정보
저자
고상진
학위수여기관
광운대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
화학공학과
지도교수
한춘
발행연도
2006
키워드
침강성탄산칼슘 탄산화법 아라고나이트 칼사이트 마그네슘 칼사이트 Mg2+ 이온의 농도 입자크기 종횡비 precipitated calcium carbonate carbonation process aragonite calcite magnesium calcite concentration of Mg2+ ion particle size aspect ratio
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