纳米粘土是目前在世界上研究的一个热点，这方面比较典型的是日本丰田中央研究所开发研制并已工业化的尼龙6/层状蒙脱土纳米复合材料。目前从国内外纳米粘土复合材料的研究和生产现状来看，大都以蒙脱石作为生产纳米粘土的原料，采用插层复合的方法，但该方法工艺复杂，生产成本高，从而使其推广应用受到限制。
　　由于高岭土具有比蒙脱石粘土高的白度、晶层表面具电荷中性（蒙脱石晶层具较高的负电荷）以及高岭土粘土矿床通常比蒙脱石粘土矿床含杂质少，因此利用高岭土生产纳米粘土比利用蒙脱石粘土具有更大的优势，例如可以更好地用于白色或浅色橡胶和塑料、白色和浅色涂料，以及成本更低廉等。
 

▼纳米高岭土与纳米蒙脱石比较

1、纳米高岭土的性质

　　当高岭土的颗粒粒径达到纳米量级以后，会出现一些纳米微粒所特有的性质，具体如下：

（1）表面效应

　　纳米高岭土粉体由于颗粒非常细小，比表面积随之增大，颗粒表面的原子数也增多，由于原子配位的不足及高表面能，使这些原子具有高的活性，很容易与其他原子结合。

（2）小尺寸效应

　　由于超细晶粒尺寸使纳米高岭土粉体材料有相当大一部分原子处于纳米晶界之中。而纳米晶界具有既无长程有序又无短程有序的特性，原子排列呈随机性，原子在外力变形条件下容易迁移，因此表现出良好的韧性与一定的延展性。
　　同时小尺寸效应使纳米高岭土粉体的光吸收性显著增强，并产生吸收峰的等离子共振频移。纳米高岭土的独特性质使其具有广阔的应用前景。
 

▼比利时矽比科纳米高岭土性能指标

2、纳米高岭土在橡胶中的应用

　　纳米高岭土可用于各种橡胶制品，显著提高其机械物理性能，同时降低其生产成本。特别是在弹性、抗屈挠、阻隔性能和扯断伸长率方面具有优势。
　　在顺丁橡胶、三元乙丙橡胶、天然橡胶和丁腈橡胶中优于白碳黑的补强性能，在丁苯橡胶中接近于白碳黑的补强性能。适合在轮胎密封层、胎侧胶、内胎、胶丝、密封橡胶、鞋底橡胶、胶辊、胶棒、输送带等产品中应用。
　　纳米高岭土在橡胶中呈平行定向排列，其边缘或端面与橡胶大分子在纳米尺度上牢固结合，从而可以提高橡胶的拉伸强度、伸长率和弹性，以及抗屈挠性能。良好的分散性能，使橡胶内部的应力均匀分布，极大地降低了高岭土与橡胶分子之间的脆弱面。从而使其具有良好的补强性能。

3、纳米高岭土在橡塑复合材料中的应用

　　青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室以纳米高岭土为增强剂，以新型聚烯烃弹性体POE为增韧剂，将传统的弹性体增韧方法和新型的纳米粒子增韧增强手段相结合，采用合金化技术和填充复合工艺，制得高性能的聚丙烯复合材料。研究结果表明，纳米高岭土和弹性体POE对PP增韧具有协同作用，呈现的并不是二者独立增韧作用的简单加和，纳米无机粒子对复合体系PP/POE还有增强作用并大大减缓了因POE的加入而导致复合体系强度的降低。
　　美国通用汽车公司和蒙特北美公司成功地利用纳米高岭土生产出聚烯烃热塑性弹性体复合材料，使其刚性和韧性提高。他们还将含有纳米高岭土的复合材料用于汽车其他零部件。

4、纳米高岭土在工程塑料中的应用

　　纳米高岭土可用于聚丙烯、聚乙烯、尼龙等工程塑料中，可赋予塑料良好的耐热性和力学性能，可用作汽车零部件、储油罐、燃油管道系统、电子接插件、导管、电话机壳体、工具手柄、栏杆、调理器具手把、塑料管道；由于其刚性高，可以做薄壁复杂结构制品，减少质量和成本。纳米高岭土还可赋予塑料制品良好的阻燃性能和阻隔性能。
　　纳米高岭土在塑料中应用有着其他材料所不能替代的优势，具体表现在以下几个方面：

具有增强性能；
具有成核剂的作用；
在薄膜中具有高的伸长率；
在农膜中阻隔紫外线，具有保温功能；
具有高的热变形温度；
赋予制品良好的光泽；
在绝缘薄膜中良好的绝缘性能。

5、纳米高岭土在发泡聚苯乙烯中的应用

　　美国俄亥俄（Ohio）州立大学的研究人员发现，仅用1%~2%的纳米粘土就能提高发泡聚苯乙烯（EPS）的压缩模量25%。纳米粘土在这里起到两个作用，一是作为EPS的增强剂，另一个作用是作为成核剂。

6、纳米高岭土在塑料薄膜中的应用

　　由于纳米高岭土具有良好的阻隔性能，因此可用于食品保鲜包装，延长食品保质期；用于农用薄膜中，不仅增加薄膜力学性能、降低生产成本，而且还不影响其透明性，其优良的紫外线阻隔性能有利于提高棚内温度。
　　用于包装印刷材料中，使其具有优异的力学性能和强度，并赋予良好的感官性能。纳米高岭土在绝缘胶带薄膜中的应用实践表明，该产品比常规的填充料具有显著的增强性能，同时还赋予产品优良的绝缘性能和光泽。

7、纳米高岭土在化纤中的应用

　　由纳米高岭土微细的粒度，用于聚酯纤维、尼龙纤维或其他纤维中，具有不断丝、可纺性好等优点。纳米高岭土用于聚酯纤维中可提高显色性能，并改善其后期加工性能。纳米高岭土优异的悬浮性能和分散性能使其特别适合在湿纺工艺中应用。
　　由此可以看出，在聚酯纤维中添加纳米高岭土，粒度细且分布范围窄，无粗颗粒，分散性好，不断丝，在聚酯纤维中具有消光性，可作功能性粉体；同时提高显色性能，改善后期加工性能，不仅增加其强度和功能性。同时在添加纳米高岭土后，会促进聚酯纤维的结晶性能，这是克服聚酯纤维加能性能差的一个有效途径，而且在化纤中应用国内企业生产的纳米高岭土，可代替美国的纳米高岭土，而价格仅为其1/3～1/2，大大地降低了生产成本。

8、纳米高岭土在聚胺脂中的应用

　　山东济宁的聚胺脂材料企业利用纳米高岭土来代替碳酸钙生产绝缘胶带时，发现在添加纳米高岭土后聚胺脂胶带的力学性能有了很大的提高，远高于产品的要求。

9、纳米高岭土在阻燃材料中的应用

　　随着环保力度的增强，含卤阻燃剂面临着巨大的环境危机，其应用已经受到了众多的限制。塑料、橡胶行业正在寻求替代的环保阻燃剂。国内中科院等单位对纳米PLS（层状硅酸盐）阻燃机理做了深入的研究，认为纳米黏土具有良好的协同阻燃效果。但是碍于成本，纳米粘土在环保阻燃剂方面的应用进展缓慢。纳米高岭土在价格上的优势，使众多塑料企业对纳米高岭土在环保阻燃剂的应用充满期待，纷纷开展相关方面的应用研究。目前已经在各种塑料均取得了良好的效果。

参考资料：纳米高岭土在橡塑及其复合材料中的应用，作者：刘钦甫等
编辑整理：粉体技术网
 

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