納米粘土是目前在世界上研究的一個(gè)熱點(diǎn)，這方面比較典型的是日本豐田中央研究所開發(fā)研制并已工業(yè)化的尼龍6/層狀蒙脫土納米復(fù)合材料。目前從國(guó)內(nèi)外納米粘土復(fù)合材料的研究和生產(chǎn)現(xiàn)狀來看，大都以蒙脫石作為生產(chǎn)納米粘土的原料，采用插層復(fù)合的方法，但該方法工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，從而使其推廣應(yīng)用受到限制。
由于高嶺土具有比蒙脫石粘土高的白度、晶層表面具電荷中性（蒙脫石晶層具較高的負(fù)電荷）以及高嶺土粘土礦床通常比蒙脫石粘土礦床含雜質(zhì)少，因此利用高嶺土生產(chǎn)納米粘土比利用蒙脫石粘土具有更大的優(yōu)勢(shì)，例如可以更好地用于白色或淺色橡膠和塑料、白色和淺色涂料，以及成本更低廉等。
▼納米高嶺土與納米蒙脫石比較
1、納米高嶺土的性質(zhì)
當(dāng)高嶺土的顆粒粒徑達(dá)到納米量級(jí)以后，會(huì)出現(xiàn)一些納米微粒所特有的性質(zhì)，具體如下：
（1）表面效應(yīng)
納米高嶺土粉體由于顆粒非常細(xì)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(jié)合。
（2）小尺寸效應(yīng)
由于超細(xì)晶粒尺寸使納米高嶺土粉體材料有相當(dāng)大一部分原子處于納米晶界之中。而納米晶界具有既無長(zhǎng)程有序又無短程有序的特性，原子排列呈隨機(jī)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(shí)小尺寸效應(yīng)使納米高嶺土粉體的光吸收性顯著增強(qiáng)，并產(chǎn)生吸收峰的等離子共振頻移。納米高嶺土的獨(dú)特性質(zhì)使其具有廣闊的應(yīng)用前景。
▼比利時(shí)矽比科納米高嶺土性能指標(biāo)
2、納米高嶺土在橡膠中的應(yīng)用
納米高嶺土可用于各種橡膠制品，顯著提高其機(jī)械物理性能，同時(shí)降低其生產(chǎn)成本。特別是在彈性、抗屈撓、阻隔性能和扯斷伸長(zhǎng)率方面具有優(yōu)勢(shì)。
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(bǔ)強(qiáng)性能，在丁苯橡膠中接近于白碳黑的補(bǔ)強(qiáng)性能。適合在輪胎密封層、胎側(cè)膠、內(nèi)胎、膠絲、密封橡膠、鞋底橡膠、膠輥、膠棒、輸送帶等產(chǎn)品中應(yīng)用。
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(jié)合，從而可以提高橡膠的拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和彈性，以及抗屈撓性能。良好的分散性能，使橡膠內(nèi)部的應(yīng)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(bǔ)強(qiáng)性能。
3、納米高嶺土在橡塑復(fù)合材料中的應(yīng)用
青島科技大學(xué)橡塑材料與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以納米高嶺土為增強(qiáng)劑，以新型聚烯烴彈性體POE為增韌劑，將傳統(tǒng)的彈性體增韌方法和新型的納米粒子增韌增強(qiáng)手段相結(jié)合，采用合金化技術(shù)和填充復(fù)合工藝，制得高性能的聚丙烯復(fù)合材料。研究結(jié)果表明，納米高嶺土和彈性體POE對(duì)PP增韌具有協(xié)同作用，呈現(xiàn)的并不是二者獨(dú)立增韌作用的簡(jiǎn)單加和，納米無機(jī)粒子對(duì)復(fù)合體系PP/POE還有增強(qiáng)作用并大大減緩了因POE的加入而導(dǎo)致復(fù)合體系強(qiáng)度的降低。
美國(guó)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(chǎn)出聚烯烴熱塑性彈性體復(fù)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(fù)合材料用于汽車其他零部件。
4、納米高嶺土在工程塑料中的應(yīng)用
納米高嶺土可用于聚丙烯、聚乙烯、尼龍等工程塑料中，可賦予塑料良好的耐熱性和力學(xué)性能，可用作汽車零部件、儲(chǔ)油罐、燃油管道系統(tǒng)、電子接插件、導(dǎo)管、電話機(jī)殼體、工具手柄、欄桿、調(diào)理器具手把、塑料管道；由于其剛性高，可以做薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)制品，減少質(zhì)量和成本。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。
納米高嶺土在塑料中應(yīng)用有著其他材料所不能替代的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
具有增強(qiáng)性能；
具有成核劑的作用；
在薄膜中具有高的伸長(zhǎng)率；
在農(nóng)膜中阻隔紫外線，具有保溫功能；
具有高的熱變形溫度；
賦予制品良好的光澤；
在絕緣薄膜中良好的絕緣性能。
5、納米高嶺土在發(fā)泡聚苯乙烯中的應(yīng)用
美國(guó)俄亥俄（Ohio）州立大學(xué)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%。納米粘土在這里起到兩個(gè)作用，一是作為EPS的增強(qiáng)劑，另一個(gè)作用是作為成核劑。
6、納米高嶺土在塑料薄膜中的應(yīng)用
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(zhǎng)食品保質(zhì)期；用于農(nóng)用薄膜中，不僅增加薄膜力學(xué)性能、降低生產(chǎn)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(nèi)溫度。
用于包裝印刷材料中，使其具有優(yōu)異的力學(xué)性能和強(qiáng)度，并賦予良好的感官性能。納米高嶺土在絕緣膠帶薄膜中的應(yīng)用實(shí)踐表明，該產(chǎn)品比常規(guī)的填充料具有顯著的增強(qiáng)性能，同時(shí)還賦予產(chǎn)品優(yōu)良的絕緣性能和光澤。
7、納米高嶺土在化纖中的應(yīng)用
由納米高嶺土微細(xì)的粒度，用于聚酯纖維、尼龍纖維或其他纖維中，具有不斷絲、可紡性好等優(yōu)點(diǎn)。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(yīng)用。
由此可以看出，在聚酯纖維中添加納米高嶺土，粒度細(xì)且分布范圍窄，無粗顆粒，分散性好，不斷絲，在聚酯纖維中具有消光性，可作功能性粉體；同時(shí)提高顯色性能，改善后期加工性能，不僅增加其強(qiáng)度和功能性。同時(shí)在添加納米高嶺土后，會(huì)促進(jìn)聚酯纖維的結(jié)晶性能，這是克服聚酯纖維加能性能差的一個(gè)有效途徑，而且在化纖中應(yīng)用國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的納米高嶺土，可代替美國(guó)的納米高嶺土，而價(jià)格僅為其1/3～1/2，大大地降低了生產(chǎn)成本。
8、納米高嶺土在聚胺脂中的應(yīng)用
山東濟(jì)寧的聚胺脂材料企業(yè)利用納米高嶺土來代替碳酸鈣生產(chǎn)絕緣膠帶時(shí)，發(fā)現(xiàn)在添加納米高嶺土后聚胺脂膠帶的力學(xué)性能有了很大的提高，遠(yuǎn)高于產(chǎn)品的要求。
9、納米高嶺土在阻燃材料中的應(yīng)用
隨著環(huán)保力度的增強(qiáng)，含鹵阻燃劑面臨著巨大的環(huán)境危機(jī)，其應(yīng)用已經(jīng)受到了眾多的限制。塑料、橡膠行業(yè)正在尋求替代的環(huán)保阻燃劑。國(guó)內(nèi)中科院等單位對(duì)納米PLS（層狀硅酸鹽）阻燃機(jī)理做了深入的研究，認(rèn)為納米黏土具有良好的協(xié)同阻燃效果。但是礙于成本，納米粘土在環(huán)保阻燃劑方面的應(yīng)用進(jìn)展緩慢。納米高嶺土在價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，使眾多塑料企業(yè)對(duì)納米高嶺土在環(huán)保阻燃劑的應(yīng)用充滿期待，紛紛開展相關(guān)方面的應(yīng)用研究。目前已經(jīng)在各種塑料均取得了良好的效果。
參考資料：納米高嶺土在橡塑及其復(fù)合材料中的應(yīng)用，作者：劉欽甫等
編輯整理：粉體技術(shù)網(wǎng)
更多精彩！歡迎掃描下方二維碼關(guān)注中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng)官方微信（粉體技術(shù)網(wǎng)）
|
