新規カルサイト型球状炭酸カルシウムによる光拡散板の開発
谷口秀樹・江田善昭・安友政登
工業化学担当Light diffuser plates using novel calcite-type spherical calcium carbonate
Hideki TANIGUCHI・Yoshiaki EDA・Masato YASUTOMO
Industrial Chemistry Section

要旨
県内石灰企業が開発した新 規カルサイト型球状炭酸カ ルシウムの新用途としてデ ィスプレイなどに使用される光拡散板を試作した．ポリカーボネート（PC）に粒子径の異なる球状炭カルをそれぞれ混練した後にシート状に成形しヘーズ度（曇り度）を評価した．比較のために市販の光学機能グレード PC もシート状に成型しヘーズ度を評価した．その結果，粒子径は小さいものが全光線透過率は高くヘーズ度も大きくなることがわかった．しかしながら市販の光学機能グレードと比較すると性能は不十分であるため，引き続き検討を行う．

1.
1.1

はじめに本県の石灰製造産業

れる．一方，後者は表面を脂肪酸などで改質し補強充填材として用いられ，表面処理によってゴムへの分散性が多くの鉱物資源を輸入する我が国であるが,石灰石は良好で加硫ゴムの引張強さや引裂強さ，耐摩耗性などの自給可能な数少ない鉱物資源の一つであり,全国で産出補強性を持ちつつ，多く配合しても伸びの大きいゴム製される.石灰石の主な用途はセメント,コンクリート骨材,品が得られる．

鉄鋼などである.生産量は 142,211 千トン(平成 30 年)でプラスチック用途では，機能性向上や加工性改善，コあり,このうち大分県の生産量は 27,040 千トン(同年)でスト削減の目的でポリ塩化ビニル（PVC）やポリプロピレ全国の 19%を占めて全国一であり,津久見市を中心に石ン（PP），ポリエチレン（PE）などの汎用樹脂に多く使灰石，生石灰,消石灰,炭酸カルシウム,漆喰，石灰乾燥剤用され，PVC では加工性やコスト削減のために重質炭酸などの石灰製造産業・セメント産業が集積している.

カルシウムが広く利用されている一方，合成炭酸カルシ
ウムはゴム用途同様に表面改質によって，耐衝撃性の向1.2炭酸カルシウムの用途

炭酸カルシウムは産業に不可欠の材料であり，道路舗上や揺変性付与効果などの特性が発現されるため，機能性フィラーとして使用されている(1)(2)(3)．

装材，ガラス，鉄鋼，冶金，排煙脱硫黄・中和，土壌改最近では表面処理によって表面を中性化した中性化炭

良，ゴム・プラスチック用フィラー，食品添加物，製薬

酸カルシウムによってポリエステル系樹脂の加水分解抑など多くの産業に用いられている．

制効果や，樹脂成型品の白色度向上効果，平滑性向上効

炭酸カルシウムを製造方法で大きく分類すると，石灰石を機械粉砕した天然炭酸カルシウムと化学反応によっ

果，摺動特性向上効果が見いだされ炭酸カルシウムの新しい用途が広がっている (4)．て合成した合成炭酸カルシウムとに分けられる．前者を新規カルサイト型球状炭酸カルシウム (5)重質炭酸カルシウム，後者を軽質炭酸カルシウムと呼ん1.3でいる．

県内 N 社では化粧品原料用として安定なカルサイト結

合成炭酸カルシウムは軽微質炭酸カルシウムとコロイ晶構造でありながら球状形状した炭酸カルシウムを開発

ド状炭酸カルシウムとに分けられ，例えばゴム用途では，して上市している．本研究ではこの炭酸カルシウムの新前者は未加硫ゴムの増容充填材（増量剤）として用いらしい用途開発として球状形状から期待できる光拡散性にれ，ゴムに適度な可塑性を与え，加工性に優れ，縮みや着目し液晶ディスプレイを構成する光拡散板用フィラー

型崩れが小さく，仕上がり表面が良好なゴム製品が得らとして用いることを目的に研究を行った．

光拡散板はマトリックスとなる透明樹脂に光拡散剤とTable 2
No.
123呼ばれる微粒子を添加することによって光拡散性が発現する．この光拡散性はマトリックス樹脂と光拡散剤の屈折率差と光拡散剤の粒子径に大きく依存する(6)．

2.
2.1

実験方法

2.3

試料

シート成形条件

項目
成形温度
プレス時間
スペーサ厚

条件
250～290℃
10～30 秒
0.1，0.5mm

ヘーズ評価得られたシートのヘーズ測定は日本電色工業製濁度計

光拡散用フィラーとして県内 N 社製カルサイト型球状
炭酸カルシウム CG5 と CG10 を用いた．粒子径はそれぞ

NDH5000 を用いた．ヘーズ値は全光線透過率と拡散透過率から次式によって求まる (7)．

れ 5μm と 10μm である．このうち CG5 の走査電子顕微

ヘーズ(%)＝拡散透過率／全光線透過率×100

鏡像（SEM）を Fig. 1 に示す．
混練する樹脂は M 社製汎用グレードのポリカーボネート（PC）を用いた．また比較対照として M 社製光学機能
グレード PC の拡散率高品と拡散率低品を用いた．PC は混練前に 120℃6 時間の予備乾燥したものを用いた．

2.4

分散状態評価PC 中の CC 粒子の分散状態は SEM により行い，試料の断面はライカマイクロシステムズ製イオンミリング装置
EM-RES101 を用いてクロスセクションモードでイオンミリングし作製した．

3.
3.1

結果と考察

混合割合とヘーズ

CG10 と CG5 を 5%～20%混練したシート及び比較のために光学機能グレード高拡散率品と汎用 PC の全光線透過率(TT)，拡散透過率(DIF)，ヘーズを Fig.2 に示す．混練・シート作製条件は混練温度 260℃，混練時間 5 分，シート成形温度 260℃でシート厚は成形しやすい 0.1mmでシート作製した．
Fig.1 カルサイト型球状炭酸カルシウム CG52.2

試験片作製

(1)混練
PC と CC の混練には東洋精機製作所製混練性・押出性試験機ラボプラストミル 10C100 を用い，ミキシング部にはチャンバー容積 60mL の R60 を用いた．混練条件をTable 1 に示す．
Table 1No.
12356

混練の諸条件項目
混練温度
ミキサ回転速度
樹脂予熱時間混練時間投入量(CC/PP)

条件
250～270℃
100rpm
1分
2～5 分
5～20%

(2)シート作製
得られた混練物を井本製作所製小型加熱プレス IMC1817 によってシートを作製した．シート厚の調整には0.1mm～0.5mm のスペーサを用いた．

Fig.2 CC 混練割合とヘーズ
比較参照の光学機能グレード高拡散率品は TT 及びDIF の値がいずれも高く差が小さいことからヘーズが高くなっている．これは光拡散板としてバックライトの光量を落とさずディスプレイパネルが明るいにも関わらず光源点が見えないことを意味する．
まず粒子径 10μm の CG10 を 5%から 20%混練するとヘーズは 29%から 77%まで上がるが TT が下がり暗くなる．

を用いたシート成形を行った．CC は CG5 を 10%混練した

次に粒子径 5μm の CG5 では DIF が改善され 10%混練のものを用い，シート成形時に生じる気泡を抑制するためヘーズは 86%だった．に混練温度などを下げて成形した．比較用の光学機能グ

PC 中の CC 粒子の分散状態を Fig.3 に示す．いずれのレードは高拡散率品と低拡散率品を用いた．混練・シート作製条件は混練温度 250℃，混練時間 2 分，シート成CG5-5%

形温度 250℃でスペーサ厚は 0.1mm 及び 0.5mm とした．
このシート厚さとヘーズの関係を Fig.4 に示す．プロット点の数値は TT を現わしプロット点の直径で表現している．

CG5-10%

Fig.4

CG10-5%ヘーズとシート厚さと全光線透過率成形温度を下げることにより気泡は改善された．気泡は炭酸カルシウムによる PC の加水分解によるものと考えている．260℃は一般的な PC の成形温度より低いため，流動性が高温での成形より小さいこと及び加水分解が抑制されているために流動性が高温時より小さいことから 0.1mm スペーサでの成形品が 0.2mm から 0.3mm の厚さになっていると思われる．
CG5-10%は光学機能グレードに比べると TT が低いことがわかる．ヘーズは粒子径にもよるため，今後は小粒子CG10-10%径の炭酸カルシウムを今後入手して TT 及びヘーズ向上を目指す．

4.

まとめと今後の方針

新規カルサイト型球状炭酸カルシウムの用途拡大のために PC に混練し光拡散性能評価した．その結果，これまでのところ市販の光学機能グレード品の性能を超えるヘーズは見られなかった．
N 社では今回用いたものより小粒子径のカルサイト型
Fig.3 CC 粒子の分散状態
配合も CC 粒子も凝集はしておらず分散性は良好だった．

球状炭酸カルシウムの開発をしているので，今後は小粒子径品の提供を受け，混練割合や混練条件を最適化し光拡散性能を向上させることを目指す.
また気泡抑制方法などのシート成型方法は改善中であ

3.2

シート厚とヘーズ

次により実用的なシート厚を目指して 0.5mm スペーサるため，小型射出成型なども利用して，引き続き検討していく．

謝辞
本報告で使用した試験片金型は機械担当城門主幹研究員に加工頂いた．ここで謝意を表します．
参考文献(1) 炭酸カルシウム添加によるポリプロピレンの衝撃特性の改善,安田篤司ら,愛知県産業技術センター報告(2002)(2) 炭酸カルシウム添加によるポリプロピレン耐衝撃性の向上－混練方法が衝撃強さに与える影響について－,今西秀明ら,高分子論文集,Vol.58,No.9, P.480485(2001)(3) 自動車用ポリプロピレン複合材料，森冨悟ら，住友
化学技術誌，2010-Ⅰ，P.4-17(2010)(4) 炭酸カルシウムの樹脂用途への新しい展開,江口健一郎ら,無機マテリアル学会,26,35-40(2019)(5) 液晶 TV 用光拡散板の開発，金光昭佳ら，住友化学技術誌，2007-Ⅰ，P.4-12(2007)(6) 日本国特許 6242583(7) JIS K7136
方プラスチック-透明材料のヘーズの求め