納米粘土是目前在世界上研究的一個熱點，這方面比較典型的是日本豐田中央研究所開發研制并已工業化的尼龍6/層狀蒙脫土納米復合材料。目前從國內外納米粘土復合材料的研究和生產現狀來看，大都以蒙脫石作為生產納米粘土的原料，采用插層復合的方法，但該方法工藝復雜，生產成本高，從而使其推廣應用受到限制。
　　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電荷）以及高嶺土粘土礦床通常比蒙脫石粘土礦床含雜質少，因此利用高嶺土生產納米粘土比利用蒙脫石粘土具有更大的優勢，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

　　當高嶺土的顆粒粒徑達到納米量級以后，會出現一些納米微粒所特有的性質，具體如下：

（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。
 

▼比利時矽比科納米高嶺土性能指標

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勢。
　　在順丁橡膠、三元乙丙橡膠、天然橡膠和丁腈橡膠中優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。適合在輪胎密封層、胎側膠、內胎、膠絲、密封橡膠、鞋底橡膠、膠輥、膠棒、輸送帶等產品中應用。
　　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。

3、納米高嶺土在橡塑復合材料中的應用

　　青島科技大學橡塑材料與工程教育部重點實驗室以納米高嶺土為增強劑，以新型聚烯烴彈性體POE為增韌劑，將傳統的彈性體增韌方法和新型的納米粒子增韌增強手段相結合，采用合金化技術和填充復合工藝，制得高性能的聚丙烯復合材料。研究結果表明，納米高嶺土和彈性體POE對PP增韌具有協同作用，呈現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他零部件。

4、納米高嶺土在工程塑料中的應用

　　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性能，可用作汽車零部件、儲油罐、燃油管道系統、電子接插件、導管、電話機殼體、工具手柄、欄桿、調理器具手把、塑料管道；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用有著其他材料所不能替代的優勢，具體表現在以下幾個方面：

具有增強性能；
具有成核劑的作用；
在薄膜中具有高的伸長率；
在農膜中阻隔紫外線，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、納米高嶺土在發泡聚苯乙烯中的應用

　　美國俄亥俄（Ohio）州立大學的研究人員發現，僅用1%~2%的納米粘土就能提高發泡聚苯乙烯（EPS）的壓縮模量25%。納米粘土在這里起到兩個作用，一是作為EPS的增強劑，另一個作用是作為成核劑。

6、納米高嶺土在塑料薄膜中的應用

　　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，使其具有優異的力學性能和強度，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用實踐表明，該產品比常規的填充料具有顯著的增強性能，同時還賦予產品優良的絕緣性能和光澤。

7、納米高嶺土在化纖中的應用

　　由納米高嶺土微細的粒度，用于聚酯纖維、尼龍纖維或其他纖維中，具有不斷絲、可紡性好等優點。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。
　　由此可以看出，在聚酯纖維中添加納米高嶺土，粒度細且分布范圍窄，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；同時提高顯色性能，改善后期加工性能，不僅增加其強度和功能性。同時在添加納米高嶺土后，會促進聚酯纖維的結晶性能，這是克服聚酯纖維加能性能差的一個有效途徑，而且在化纖中應用國內企業生產的納米高嶺土，可代替美國的納米高嶺土，而價格僅為其1/3～1/2，大大地降低了生產成本。

8、納米高嶺土在聚胺脂中的應用

　　山東濟寧的聚胺脂材料企業利用納米高嶺土來代替碳酸鈣生產絕緣膠帶時，發現在添加納米高嶺土后聚胺脂膠帶的力學性能有了很大的提高，遠高于產品的要求。

9、納米高嶺土在阻燃材料中的應用

　　隨著環保力度的增強，含鹵阻燃劑面臨著巨大的環境危機，其應用已經受到了眾多的限制。塑料、橡膠行業正在尋求替代的環保阻燃劑。國內中科院等單位對納米PLS（層狀硅酸鹽）阻燃機理做了深入的研究，認為納米黏土具有良好的協同阻燃效果。但是礙于成本，納米粘土在環保阻燃劑方面的應用進展緩慢。納米高嶺土在價格上的優勢，使眾多塑料企業對納米高嶺土在環保阻燃劑的應用充滿期待，紛紛開展相關方面的應用研究。目前已經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合材料中的應用，作者：劉欽甫等
編輯整理：粉體技術網
 

更多精彩！歡迎掃描下方二維碼關注中國粉體技術網官方微信（粉體技術網）