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源磊告诉你 | 纳米高岭土有什么独特之处？应用前景如何？

发布时间：

2024-01-29 09:35

源磊告诉你 | 纳米高岭土有什么独特之处？应用前景如何？

纳米高岭土是通过插层、剥片及表面处理等工艺制备的高岭石晶片厚度在1-100nm范围内的粉体材料，具有小尺寸效应和表面效应等纳米特性，在应用中有良好的性能和价值，是目前研究的热点。

1、纳米高岭土粉体特性

高岭石晶层表面具电荷中性，在高浓度下仍具有低的粘度和良好流动性，并且通常比蒙脱石粘土矿床纯度高、杂质少，根据这些特性，可以利用高岭石生产出性能优良的纳米粘土粉体。

（1）化学成分

纳米高岭土的化学成分接近高岭石的理论值，特别是影响白度的元素铁和钛的含量比较低。

（2）粒度及形状特征

一般高岭石晶片的径厚比在1:20和1:50之间，因此可推断高岭石薄片的厚度在50-20nm之间。在自然状态下，高岭石颗粒之间相互吸附连接在一起，形成集合体或聚集体，直接应用不可能产生纳米效应，必须采用适当的方法使颗粒之间分离呈单个的纳米粒子，才能产生纳米突变效应。

（3）比表面积

一般高岭土的比表面积在10-15m²/g之间。比表面积与高岭石粒度密切相关，粒度越小，比表面积越大。

（4）松散密度

一般粉体越细，其松散密度越小。小于2微米的高岭土的松散密度约为0.3g/cm³，而纳米高岭土的松散密度为0.06-0.07g/cm³。

（5）表面效应

纳米高岭土由于颗粒尺寸小，表面原子数和比表面积随之增多、增大，使表面能升高，原子配位出现了不足，从而使原子的活性增强，易与其他原子结合。

（6）小尺寸效应

由于颗粒的纳米尺寸，纳米高岭土的大部分原子被纳米晶界所包围，原子在其中随机排列，受到外力时容易迁移，从而使材料具有一定的延展性和良好的韧性。颗粒的小尺寸还增强了纳米高岭土对光的吸收性能，并使吸收峰发生等离子共振频移。

2、纳米高岭土的应用前景

（1）陶瓷

在陶瓷的制作过程中高岭土有两个作用：一是作为制作陶瓷的配料，是建筑卫生陶瓷、日用陶瓷、无线电瓷、电瓷、工艺美术瓷、特种工业陶瓷及工业陶瓷等的主要原材料；二是作为粘结剂，将其它矿物配料（如长石、石英等）黏结在一起制成瓷坯。

用纳米高岭土作为制作陶瓷的原料可以使其结构更致密，还能增加延展性和韧性，从而使产品硬度大、易加工、不易破碎等。

在普通陶瓷的釉面涂抹纳米高岭土，增加釉面活性和杀菌的同时，还能使其更平滑，从而便于清洁。纳米高岭土的价格比纳米TiO₂低，可代替它在陶瓷中作为功能性填料，降低成本，同时还具有远红外保温和抗紫外线等功能。

（2）橡胶

在橡胶制品中添加纳米高岭土，由于纳米颗粒在橡胶中定向排列，与橡胶大分子在纳米尺寸上紧密结合，可使产品的机械物理性能如抗屈挠性、弹性、扯断伸长率和阻隔性能明显改善，还能降低成本。

纳米高岭土的尺寸细小，分散性能好，可以改善橡胶内部的应力分布情况，减小脆弱面，使其具有较高的补强性，在顺丁橡胶、丁腈橡胶、天然橡胶和三元乙丙橡胶中可代替白炭黑使用。

基于这些优良的性能，纳米高岭土可在轮胎内胎、胎侧胶、高尔夫球橡胶、胶丝、鞋底橡胶、丁腈密封橡胶、胶棒、胶辊、输送橡胶等橡胶产品中应用。

（3）涂料

纳米高岭土颗粒细小，表面活性大，与大多数的的涂料、原料都能相容，在涂料中易于均匀分散，可以形成一个均一稳定的体系，使涂料的涂刷性、吸附性、抗吸潮性、耐褪色性、耐脏性及抗冲击性等性能得到明显改善。

采用纳米高岭土作涂料的添加剂，可以满足使用过程中对涂料提出的日益多样化的要求。涂料工业中，纳米高岭土还可以作为体质颜料，增加产品的白度，且久置不产生沉淀，提高产品的光泽度、遮盖力和干燥性，同时还具有补强作用，替代钛白粉可以达到相同的效果，还能降低生产成本。

此外，纳米高岭土较大的比表面积使得表面的原子、电子行为发生改变，从而使涂料在光学效应上具有一些特殊的表现。

（4）混凝土

钢筋混凝土类结构会随着使用时间的延长而发生钢筋锈蚀现象，这种现象使混凝土与钢筋间的粘结性能急剧恶化，直至钢筋作用不能正常发挥，影响结构的使用性和安全性。

纳米高岭土作为一种性能优良的纳米材料，可以提高混凝土材料的电阻率和力学性能，通过填充在基体内部的微小孔洞里，有效阻止混凝土材料发生渗透，从而提高其致密性，阻止混凝土内部进入氯离子，减慢钢筋的腐蚀。

（5）农业

目前，我国在肥料的施用上存在着一些难题，例如由于肥料的利用率低而需要增大施用量，由此又污染生态环境等一系列问题[。而高岭土可以有效地吸附和解吸氮、磷、钾和有机碳，提高化肥的施用效益，从而减少使用量和降低对环境的污染。

同样的条件下，在肥料中添加纳米高岭土，其效果比天然高岭土提高很多，在农业中展现出广阔的应用前景。

（6）其他

在饮水机、冰箱的制造材料中加入纳米高岭土，可起到抗菌消毒的作用；在塑料中添加纳米高岭土，可提高产品的耐热性，增强强度，降低密度等；纳米高岭土还可以作为隐身材料，在国防领域也有良好的应用前景。随着科技的发展，纳米材料的成本会逐渐降低，纳米高岭土的应用范围将更加广泛。

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