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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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