1. 製品紹介

メタリン酸塩は、環状または直鎖状 (PO3)ₙⁿ- アニオンを含む無機ポリリン酸塩化合物で、各リン原子は共有酸素橋を介して結合した 4 つの酸素原子によって四面体配位されています。これらは、オルトリン酸 (H3PO4) とアルカリ/アルカリ土類炭酸塩、水酸化物、または酸化物を 400 ～ 900°C で加熱脱水/縮合し、その後制御しながら冷却してガラス状 (非晶質) または結晶質の製品を形成することによって製造されます。

商業的に最も重要な製品は、グラハム塩としても知られるヘキサメタリン酸ナトリウム (SHMP、(NaPO3)6、CAS 10124-56-8) です。これは、約 68% の P2O5 および MW 約 611.8 g/mol を有する水溶性のガラス状環状ポリリン酸塩です。 SHMP は、多価金属イオン (Ca2⁺、Mg2⁺、Fe2⁺/3⁺、Zn2⁺、Cu2⁺) に対する強力な金属イオン封鎖 (キレート) 能力、優れた分散/解膠特性、結晶成長とスケールの抑制、セラミックスやガラスにおけるフラックス機能で高く評価されています。

他の重要なメタリン酸塩には次のものがあります。

● トリメタリン酸ナトリウム (STMP、Na₃P₃O₉、CAS 7785-84-4) — 結晶性環状三量体。でんぷん架橋剤、食品添加物、水処理。

● メタリン酸カリウム (KPO₃、CAS 7790-53-6) — 緩効性肥料、食品添加物、特殊化学薬品。

● メタリン酸カルシウム (Ca(PO₃)₂) — 肥料、ガラス添加剤、歯科材料。

● メタリン酸アンモニウム (NH₄PO₃) — 難燃剤、肥料。

● メタリン酸アルミニウム (Al(PO₃)₃) — ガラス形成剤、耐火物、触媒担体。

利用可能な形態: 微粉末、顆粒、フレーク、ガラス状固体、および水溶液。 P₂O₅ 含有量は 60 ～ 72% です。工業/技術グレードから食品グレード (FCC、E452i) および試薬グレードまでのグレード。主要な性能パラメータ: P₂O₅ アッセイ、キレート値 (mg CaCO₃/g)、1% 溶液の pH (SHMP の場合 5.5 ～ 7.5)、不溶物、重金属 (Pb、As、Cd、Hg、Cr)、フッ化物/塩化物/硫酸塩、鉄、粒子サイズ、かさ密度、水分。

2. 主な利点

3. 主な機能と特徴

メタリン酸塩は、複数の重要な工業用改質剤としての機能を果たします。

● 金属イオン封鎖剤/キレート剤 - 多価金属イオンを結合して、沈殿、スケールの形成、触媒による劣化を防ぎます。

● 分散剤/凝集防止剤 — 懸濁液を安定させ、セラミック、コーティング、顔料、掘削液中の粒子の凝集を防ぎます。

● 乳化剤および質感調整剤 — 食品およびパーソナルケア製品の安定性と質感を向上させます。

● 融剤 - セラミック、ガラス、冶金の溶融温度を下げ、溶融流動性を改善します。

● セメント遅延剤および減水剤 — 硬化時間を制御し、コンクリートおよび石膏製品の作業性を向上させます。

● 腐食およびスケール防止剤 — 金属表面を保護し、水系のミネラルスケールを防止します。

● 架橋剤および変性剤 — デンプン、ポリマー、およびその他の材料を変性します (STMP は主要なデンプン架橋剤です)。

4. 用途と使用範囲

4.1 水処理および工業用水システム

● ボイラー水: スケール/腐食防止剤としての SHMP。 CaCO₃、CaSO₄、MgSiO₃スケールを防止します。投与量は5～50ppm。

●冷却水：冷却塔/チラーのスケールおよび腐食防止剤。多くの場合、亜鉛塩、ポリマー、殺生物剤と組み合わせられます。

● RO および膜システム: 逆浸透/ナノ濾過用のスケール防止剤。 CaCO3、CaSO4、BaSO4、SrSO4、シリカスケールを抑制します。投与量は 1 ～ 10 ppm。

● 油田および地熱: 高温、高塩分環境における生産水、塩水、EOR システム用のスケール抑制剤/分散剤。

4.2 セラミックス、ガラス、耐火物

● セラミック本体と釉薬: 解膠剤/分散剤としての SHMP (0.1 ～ 1.0 wt%) が粘度を下げ、鋳造速度を向上させます。焼成温度を下げるフラックスとしても。

● ガラス製造: リン酸塩ガラス、低融点ガラス、光学ガラス、封止ガラスのネットワーク修飾剤/フラックス剤としてのメタリン酸アルミニウム/ナトリウム/カルシウム。

● 耐火キャスタブル: 分散剤/結合剤により、流動性が向上し、水の需要が減少し、制御された硬化と高温接着が可能になります。

● エナメルおよび磁器フリット: 溶融物の流動性、付着性、耐酸性、および表面平滑性を向上させるフラックス/不透明化コンポーネント。

4.3 建設、セメントおよび石膏

● セメント遅延剤およびコンクリート混和剤: 凝結遅延剤/減水剤 (セメントの 0.05 ～ 0.5 wt%)。エトリンガイト/C-S-H 結晶の成長を阻害することで硬化を遅らせます。

● 石膏プラスターおよび乾式壁: 硫酸カルシウム半水和物の硬化を制御する非常に効果的な遅延剤 (0.01 ～ 0.2 wt%)。作業時間の延長、表面仕上げの向上。

● アルミン酸カルシウムセメント：流動性を改善し、凝結を制御し、高温強度を高める分散剤/凝結調整剤。

4.4 食品、飲料、パーソナルケア

● 加工肉および魚介類: 乳化剤/金属封鎖剤/食感調整剤として食品グレードの SHMP (E452i)。保水性を高め、調理ロスを減らし、変色を防ぎます。 0.1 ～ 0.5% (P₂O₅ として)。

● 乳製品および焼き菓子: プロセスチーズ、アイスクリーム、パン、ケーキの乳化剤/安定剤/膨張剤。食感、ボリューム、凍結融解安定性が向上します。

● 飲料およびペットフード: 曇りを防ぐ金属イオン封鎖剤/酸度調整剤。ペットフード中のミネラルサプリメントおよび食感調整剤。

● パーソナルケア: 歯磨き粉、うがい薬、シャンプー、化粧品の封鎖/緩衝/粘度調整剤。変色や劣化を防ぎます。

4.5 工業用および特殊化学品

● デンプンの改質およびサイジング: 紙/繊維のサイジング、食品増粘剤、接着剤用の一次デンプン架橋剤 (アルカリ条件下で 0.1 ～ 5 wt%) としての STMP。

● 顔料およびコーティング分散剤: 水性塗料、コーティング、インク、紙コーティング中の TiO₂、CaCO₃、ZnO、酸化鉄、粘土用の分散剤。

● 洗剤および工業用洗浄剤: 工業用/施設用洗浄剤、洗濯用洗剤、硬質表面洗浄剤のビルダー/金属イオン封鎖剤。

●金属表面処理：鉄、亜鉛、アルミニウムのリン酸塩処理液、化成皮膜、防食剤の成分。

● 掘削液および採掘: 水ベースの掘削泥および鉱物処理スラリー中のシンナー/分散剤/解膠剤。

● 肥料と農業: 緩効性の高分析肥料としてのメタリン酸カリウム/カルシウム。メタリン酸アンモニウムは、二目的の難燃性肥料として使用されます。

● 難燃剤: ポリマー、繊維、コーティング、発泡システムにおけるハロゲンフリー難燃剤/煙抑制剤としてのアンモニウム/金属メタリン酸塩。

5. 製品仕様

5.1 製品ポートフォリオ

5.2 SHMPのグレード別代表仕様

5.3 物理的形態と包装

6. 構成と材料

● 化学組成: 一般式 Mₙ(PO₃)ₙ (一価: Na、K、NH₄)、M(PO₃)₂ (二価: Ca、Mg、Ba)、または M(PO₃)₃ (三価: Al、Fe) で、四面体配位した P 原子を持つ環状/線状 (PO₃)ₙⁿ⁻ アニオンから構成されます。

● 結晶構造: STMP は明確な結晶質 (菱面体晶/三方晶系、P₃O₉³⁻ 環) です。 SHMP は通常、ガラス状/非晶質 (六量体環と長鎖の混合物) です。 Al(PO₃)₃ は 3 次元のネットワーク構造を持っています。ガラス質/結晶質の性質は、溶解速度と吸湿性に影響します。

● 純度グレード: 工業用 (P₂O₅ ≥65%、不純物 <5%)。食品グレード (FCC/E452i、重金属管理 + 微生物学的)。試薬/高純度 (P2O5 ≥68%、ppm からサブ ppm の重金属)。

● 主な特性: SHMP は水溶性が高い (20°C で >10 g/100 mL、ゆっくりと溶解)。 pH 5.5 ～ 7.5。適度な吸湿性。室温では安定ですが、400～500℃を超えると分解します。強酸性/塩基性溶液中では高温で加水分解します。

● 原材料: ソーダ灰、苛性ソーダ、KOH、Ca(OH)₂、Al(OH)₃、または NH₃ で中和された熱法または湿式法 H₃PO₄ (75 ～ 85%)。食品グレードでは、食品グレードの酸およびアルカリ源を使用します。

● 製造化学: 2 NaH₂PO₄ → Na₂H₂P₂O₇ (約 200 °C) → 2(NaPO₃)ₙ + H₂O (約 400 ～ 600 °C)。メタリン酸塩形成のために M2O/P2O5 比は約 1:1 に制御されます。 SHMP はガラス構造を維持するために急速な急冷を必要とします。 STMP には制御された結晶化が必要です。

7. 梱包、保管、安全性

● ラベル表示: 製品名、配合、CAS、グレード、P₂O₅ 含有量、pH、キレート価、粒子サイズ、正味重量、バッチ番号、製造/有効期限、GHS ラベル、安全性情報。食品グレードには、添加物の登録およびコンプライアンスに関する声明 (FCC/EFSA/JECFA/GB) が含まれます。

● 保管: 密閉された防湿容器を涼しく乾燥した換気の良い場所 (15 ～ 25°C、相対湿度 60% 未満) に保管してください。強酸/強塩基、酸化剤、湿気源から離してください。容器はしっかりと密閉してください。開封した製品は1～3ヶ月以内に使い切ってください。保存期間: 24 ～ 36 か月 (工業用)、12 ～ 24 か月 (食品グレード)、3 ～ 6 か月 (水溶液)。

● 安全性: 通常、輸送には危険はありません。微細な粉塵は目、皮膚、呼吸器への炎症を引き起こす可能性があります。PPE (安全メガネ、防塵マスク、手袋) を着用してください。水路へのリン酸塩の排出は、富栄養化の懸念により規制される可能性があります。特定のグレードについては SDS にお問い合わせください。

8. 製造工程

(1) 原材料の準備と精製: 食品/工業グレードの H₃PO₄ (75 ～ 85%) を溶媒抽出、イオン交換、または沈殿によって精製します。アルカリ源は純度および重金属が検査されています。

(2) 中和と溶液の調製: ステンレス鋼/ガラスライニング反応器内で、M2O/P2O5 比 (約 1:1) を制御しながら、40 ～ 90°C でリン酸をアルカリ/アルカリ土類炭酸塩/水酸化物で中和します。溶液を濾過し、必要に応じて活性炭で処理した。

(3) 蒸発と結晶化: 結晶製品 (STMP): 真空蒸発 + 制御冷却結晶化。ガラス状 SHMP: スプレー乾燥またはドラム乾燥して無水 NaH₂PO₄ 粉末にします。

(4) 熱凝縮/脱水: ロータリー キルン/流動層反応器で 400 ～ 800 °C (製品に応じて) に加熱: 最初にピロリン酸塩 (約 200 ～ 300 °C)、次にメタリン酸塩 (約 400 ～ 600 °C)。温度、滞留時間、雰囲気は正確に制御されます。

(5) 急冷/制御冷却: SHMP: 溶融生成物を冷却鋼ローラー/水冷ベルト上で急速に急冷して、ガラス状のフレークを形成します。結晶製品: 制御された冷却により、目的の結晶相を形成します。

(6) 粉砕、粉砕および分級：粉砕（ジョー/ハンマー/ローラーミル）、粉砕（ピン/ジェット/ボールミル）、空気分級/篩い分けして目的の PSD（微粉 D50 10 ～ 80 μm、中程度 80 ～ 200 μm、粒状 1 ～ 5 mm）を実現します。

(7) ペレット化/造粒 (オプション): 微粉末をロール プレス/ペレット ミルで 1 ～ 5 mm の顆粒に圧縮し、強度と溶解制御のために 100 ～ 300°C で焼結します。

(8) 溶液の調製 (オプション): 精製粉末を 20 ～ 60°C で 10 ～ 40% w/w になるまで脱イオン水に溶解します。ポリッシュフィルター（1 ～ 5 μm）、pH 調整、殺生剤安定化済み。

(9) 品質テスト: 各バッチのテスト: P2O5 分析、pH、不溶性物質、LOI、キレート価、イオンクロマトグラフィー (F⁻、Cl⁻、SO4²⁻)、重金属 (ICP-OES/ICP-MS/AAS)、Fe、水分、PSD、かさ密度、XRD (結晶)、および微生物学的 (食品グレード)。 COA はバッチごとに発行されます。

(10) 梱包と出荷: 完全な COA、SDS、バッチ トレーサビリティを備えた防湿密封容器。食品グレードには食品グレードのパッケージが使用されています。高純度/ガラス質の SHMP は、真空シールまたは不活性ガスでパージされたパッケージを使用します。

9. よくある質問

Q: どのグレードとフォームを選択すればよいですか?

A: 水処理 → 工業用 SHMP 粉末/顆粒 (P₂O₅ ≥65%)。セラミックス→工業用SHMP微粉末（D50 10～80μm、0.1～1.0wt%）。セメント/石膏遅延剤 → SHMP 粉末 0.01 ～ 0.5 wt%。食品 → 食品グレードの SHMP (FCC/E452i) または STMP。デンプン架橋 → STMP (アルカリ条件下で 0.1 ～ 5 wt%)。ガラス/特殊セラミックス→メタリン酸アルミニウムまたはメタリン酸カルシウム。肥料→メタリン酸カリウム・カルシウム粒状。難燃剤→メタリン酸アンモニウム。 SHMP は必ず温水 (40 ～ 60°C) に撹拌しながら事前に溶解してください。

Q: メタリン酸塩はどのように処理、保存、溶解するのですか?

A: 酸/塩基/酸化剤/湿気から離し、15 ～ 25°C、相対湿度 60% 未満でしっかりと密閉した防湿元のパッケージに保管してください。パレットを使用します。開封後はすぐに再封してください。開封した製品は1～3ヶ月以内に使い切ってください。粉体を取り扱う場合は、PPE (安全メガネ、N95 防塵マスク、ニトリル手袋) を着用してください。激しく撹拌しながら温水 (40 ～ 60°C) に SHMP をゆっくりと加えて溶解します。粉末に水を加えないでください。ガラス状の SHMP は冷水にゆっくりと溶解します (15 ～ 60 分間撹拌)。 80°C を超える長時間の加熱は避けてください (加水分解が促進されます)。溶液は中性 pH/RT で数日から数週間安定です。

Q: SHMP、STMP、STPP の違いは何ですか?

A: SHMP ((NaPO₃)₆): 環状六量体、ガラス質、P₂O₅ ~68%、pH 5.5 ～ 7.5、最強の金属封鎖 (~100 ～ 150 mg CaCO₃/g)、優れた分散剤 — 最も多用途で、水処理、セラミック、セメント遅延に使用されます。

STMP (Na₃P₃O₉): 結晶性環状三量体、P₂O₅ ~62%、pH 6.0 ～ 7.0、一次デンプン架橋剤 – 独特の架橋反応性。 STPP (Na₅P₃O₁₀): 直鎖、P₂O₅ ~57%、pH 9.0 ～ 10.0 (アルカリ性)、良好な金属封鎖 (~80 ～ 100 mg CaCO₃/g)、洗剤ビルダーおよび食品加工 — メタリン酸塩ではありません。水処理には、強力な金属封鎖と中性に近い pH 適合性のため、SHMP が STPP よりも好まれます。