納米高嶺土是通過插層、剝片及表面處理等工藝制備的高嶺石晶片厚度在1-100nm范圍內的粉體材料，其晶片厚度是指分散后相互分離的單個高嶺石晶體薄片的厚度。
▲高嶺石掃描電鏡
納米高嶺土的特性
當高嶺土的顆粒粒徑達到納米量級以后，會出現(xiàn)一些納米微粒所特有的性質，其應用領域和效果明顯改善。
（1）表面效應
納米高嶺土粉體由于顆粒非常細小，比表面積隨之增大，顆粒表面的原子數(shù)也增多，由于原子配位的不足及高表面能，使這些原子具有高的活性，很容易與其他原子結合。
（2）小尺寸效應
由于超細晶粒尺寸使納米高嶺土粉體材料有相當大一部分原子處于納米晶界之中。而納米晶界具有既無長程有序又無短程有序的特性，原子排列呈隨機性，原子在外力變形條件下容易遷移，因此表現(xiàn)出良好的韌性與一定的延展性。
同時小尺寸效應使納米高嶺土粉體的光吸收性顯著增強，并產生吸收峰的等離子共振頻移。納米高嶺土的獨特性質使其具有廣闊的應用前景。
根據(jù)高嶺土的晶體結構和納米顆粒所具有的特點，納米級高嶺土顆粒的最小尺度應建立在其片狀結構不遭到破壞的基礎上，只有這樣顆粒才會兼具高嶺土以及納米顆粒的特性。
▼比利時矽比科納米高嶺土性能指標
1.納米高嶺土在油墨涂料中的應用
納米高嶺土應用于涂料中，能改善涂料體系貯存的穩(wěn)定性及其涂刷性、抗吸潮性及抗沖擊等性能，改善顏料的抗浮色和發(fā)花性。
同時由于納米高嶺土的比表面積大使得處于表面態(tài)的原子、電子與處于小顆粒內部的原子、電子的行為有很大的差別，可能使納米高嶺土涂料具有一些特殊的光學效應。
高嶺土屬于惰性原料，并具有弱酸性到中性的pH值，有助于通過阻止水分和化學品穿過漆膜而進行的攻擊，從而使漆膜的抗腐蝕性能得以提高。
▲片狀高嶺土可增強漆膜的防腐蝕性
在一種工業(yè)用磁漆中，加入納米高嶺土，取代17%的酞箐綠顏料和14%的鈦白，所得涂層具有高反射率和顏色強度，這是因為高嶺土粒子改善了顏料粒子之間的間隔。由此可見，以納米高嶺土為基礎的顏料具有在使性能得到改善，在不犧牲遮蓋力、光澤度、硬度、柔韌性和其它性質的前提下，達到降低涂料生產成本的效果。
印刷油墨市場要求高性能的超細粉體作為功能性填料。納米高嶺土在油墨中表現(xiàn)出優(yōu)異的分散性、極好的光澤和遮蓋力、優(yōu)異的油墨吸收性和干燥性。
2.納米高嶺土在橡膠中的應用
納米高嶺土可用于各種橡膠制品，顯著提高其機械物理性能，同時降低其生產成本。特別是在彈性、抗屈撓、阻隔性能和扯斷伸長率方面具有優(yōu)勢。
納米高嶺土在橡膠中呈平行定向排列，其邊緣或端面與橡膠大分子在納米尺度上牢固結合，從而可以提高橡膠的拉伸強度、伸長率和彈性，以及抗屈撓性能。良好的分散性能，使橡膠內部的應力均勻分布，極大地降低了高嶺土與橡膠分子之間的脆弱面，從而使其具有良好的補強性能。
▼納米高嶺土在丁苯橡膠中的補強性能及對比
在順丁橡膠、三元乙丙橡膠、天然橡膠和丁腈橡膠中優(yōu)于白碳黑的補強性能，在丁苯橡膠中接近于白碳黑的補強性能。適合在輪胎胎側膠、內胎、高爾夫球橡膠、膠絲、丁腈密封橡膠、鞋底橡膠、膠輥、膠棒、輸送帶橡膠等產品中應用。
▼納米高嶺土與白碳黑在順丁橡膠、三元乙丙和天然橡膠中補強性能比較
3.納米高嶺土在塑料中的應用
（1）橡塑復合材料
研究表明：納米高嶺土和彈性體POE對PP增韌具有協(xié)同作用，呈現(xiàn)的并不是二者獨立增韌作用的簡單加和，納米無機粒子對復合體系PP/POE還有增強作用并大大減緩了因POE的加入而導致復合體系強度的降低。
美國通用汽車公司和蒙特北美公司成功地利用納米高嶺土生產出聚烯烴熱塑性彈性體復合材料，使其剛性和韌性提高。他們還將含有納米高嶺土的復合材料用于汽車其它零部件。
（2）工程塑料
納米高嶺土用于聚丙烯、聚乙烯、尼龍等工程塑料中，可賦予塑料良好耐熱性和力學性能?？捎米髌嚵悴考?、儲油罐、燃油管道系統(tǒng)、電子接插件、導管、電話機殼體、工具手柄、欄桿、調理器具手把、高潤滑低流阻管道；由于其剛性高，可以做薄壁復雜結構制品，減少質量和成本。
▼納米高嶺土在聚丙烯塑料中的測試結果（填充量15%）
納米高嶺土還可賦予塑料制品良好的阻燃性能和阻隔性能。
（3）發(fā)泡聚苯乙烯
美國俄亥俄州立大學的研究人員發(fā)現(xiàn)，僅用1%~2%的納米粘土就能提高發(fā)泡聚苯乙烯（EPS）的壓縮模量25%。納米粘土有兩個作用：一是作為EPS的增強劑，另一個作用是作為成核劑。
（4）塑料薄膜
由于納米高嶺土具有良好的阻隔性能，因此可用于食品保鮮包裝，延長食品保質期；用于農用薄膜中，不僅增加薄膜力學性能、降低生產成本，而且還不影響其透明性，其優(yōu)良的紫外線阻隔性能有利于提高棚內溫度。
用于包裝印刷材料中，使其具有優(yōu)異的力學性能和強度，并賦予良好的感官性能。
4.納米高嶺土在陶瓷中的應用
高嶺土在陶瓷材料中的作用主要有2個方面：
用作陶瓷的配料，是生產日用陶瓷、建筑衛(wèi)生陶瓷、電瓷、無線電陶瓷、工業(yè)陶瓷、特種工業(yè)陶瓷及工藝美術瓷等的主要原料；
在瓷坯成形過程中作為其它礦物配料（如石英、長石等）的粘結劑。
納米高嶺土作為原料可以使陶瓷具有更為致密的結構，即具有高硬度。同時由于納米材料晶界的特性以及其原子排列的隨機性，會使添加納米高嶺土的陶瓷產品具有極大的韌性和良好的延展性。添加納米高嶺土的陶瓷產品就會表現(xiàn)出一些新的特性，如硬度高、不易破碎、易加工等。
將納米高嶺土涂抹在普通陶瓷的釉面上，不僅使陶瓷釉面更加平滑，而且還增強釉面活性，使之易于清潔和具備一定的殺菌功能。
同時可以作為功能性的陶瓷粉體，代替價格昂貴的納米TiO2作為消光劑，同時還具有抗紫外線和遠紅外保溫功能。
▼山東棗莊某公司納米高嶺土性能指標
5.納米高嶺土在造紙中的應用
作為紙張的涂層材料，納米高領土可賦予印刷制品和包裝紙品高光澤、高白度、高強度，有助于結構化的涂布設計，實現(xiàn)更為優(yōu)質的視覺效果，光澤效果和印刷效果，可替代價格昂貴的二氧化鈦。是高級紙張和特殊紙張的優(yōu)質涂層材料。
6.納米高嶺土在化工中的應用
納米高嶺土由于巨大的比表面積和吸附性能，因此可用作石油化工合成行業(yè)催化劑的載體，具有良好的穩(wěn)定性。
近幾年來，粘土夾層復合物的研究為納米粒子的分散提供了一個新的思路。所謂納米反應器，實際上是以粘土的片層為模板，作為納米粒子生長的場所，既可以制備納米粒子，又可以借助層狀結構將納米粒子隔離，避免產生團聚，納米粒子的形成和生長都在粘土層間進行。
7.納米高嶺土在農業(yè)中的應用
高嶺土對氮、磷、鉀和有機碳的吸附和解吸，可有效改善化肥的施用效果，改善生態(tài)環(huán)境。實驗表明，在相同的處理方法中，納米高嶺土對磷、氮、鉀的吸附量都較天然高嶺土高出許多，在農業(yè)中具有廣闊的應用前景。
由于納米高嶺土具有比表面積大、吸附力強、以及較強的離子交換能力、可塑性強等特點，使其可作為顆粒農藥、粉劑農藥和液體農藥的載體，不但可以使農藥充分分散開，而且能夠使農藥長期緩慢地釋放，使藥期延長，同時還能改善土壤的結構，有利于植物的生長。
8.納米高嶺土在高強度混凝土中的應用
在高強度混凝土中，加入微量（0.5-1.0%）的納米高嶺土，可使其早期強度、抗?jié)B和抗折能力提高20-30%，同時還可作為減水劑，提高料漿的流動性
9.納米高嶺土在化纖中的應用
納米高嶺土用于聚酯纖維中可提高顯色性能，并改善其后期加工性能。納米高嶺土優(yōu)異的懸浮性能和分散性能使其特別適合在濕紡工藝中應用。
10.納米高嶺土在軍工中的應用
利用等離子共振頻率隨納米顆粒尺寸變化的性質，改變納米高嶺土顆粒尺寸，控制吸收邊的位移，制造具有一定頻寬的微波納米吸收材料，用于電磁波屏蔽、隱形飛機等行業(yè)。
其他應用
納米高嶺土的應用除上述幾方面外還有許多，例如：可利用納米高嶺土粉體對光的吸收顯著增加這個特性制作消光材料、高效光熱和光電轉換材料、紅外敏感元件以及紅外隱身材料等。同時還可更多納米高嶺土的新特性及其應用，還有待進一步研究。
我國高嶺土礦儲量豐富、品質優(yōu)良，但優(yōu)質產品相當少，每年仍需從國外進口大量的優(yōu)質高嶺土。在國內對優(yōu)質高嶺土需求日益增長的情況下，提高國內高嶺土產品的質量，加快高嶺土深加工技術的發(fā)展就成了當務之急，高嶺土的納米化將未來研究和應用的重點方向之一。
來源：納米高嶺土的特性及應用，作者：唐志陽；納米高嶺土的研究與應用，作者：殷海榮；納米高嶺土特性及其應用前景，作者：劉欽甫、張玉德
編輯整理：粉體技術網(wǎng)
2018年第四期礦物精細加工與應用技術高級研修班
2018年12月2日-4日 廣州
培訓大綱：
1、非金屬礦粉體精細加工技術
2、非金屬礦粉體表面改性技術
3、非金屬礦粉體在涂料中的應用技術
4、非金屬礦粉體如何打開涂料行業(yè)市場
5、2018涂料狼群工程師技術沙龍
6、聯(lián)誼晚宴
報名咨詢和交流：18701083278（微信同號）
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