高岭土适不适合种植物(干货｜纳米高岭土10大应用领域及市场前景)

非金属矿粉体如何做好精细加工？如何更好的应用于涂料行业？

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，其晶片厚度是指分散后相互分离的单个高岭石晶体薄片的厚度。

▲高岭石扫描电镜

纳米高岭土的特性

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，其应用领域和效果明显改善。

（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。

根据高岭土的晶体结构和纳米颗粒所具有的特点，纳米级高岭土颗粒的最小尺度应建立在其片状结构不遭到破坏的基础上，只有这样颗粒才会兼具高岭土以及纳米颗粒的特性。

▼比利时矽比科纳米高岭土性能指标

1纳米高岭土在油墨涂料中的应用

纳米高岭土应用于涂料中，能改善涂料体系贮存的稳定性及其涂刷性、抗吸潮性及抗冲击等性能，改善颜料的抗浮色和发花性。

同时由于纳米高岭土的比表面积大使得处于表面态的原子、电子与处于小颗粒内部的原子、电子的行为有很大的差别，可能使纳米高岭土涂料具有一些特殊的光学效应。

高岭土属于惰性原料，并具有弱酸性到中性的pH值，有助于通过阻止水分和化学品穿过漆膜而进行的攻击，从而使漆膜的抗腐蚀性能得以提高。

▲片状高岭土可增强漆膜的防腐蚀性

在一种工业用磁漆中，加入纳米高岭土，取代17%的酞箐绿颜料和14%的钛白，所得涂层具有高反射率和颜色强度，这是因为高岭土粒子改善了颜料粒子之间的间隔。由此可见，以纳米高岭土为基础的颜料具有在使性能得到改善，在不牺牲遮盖力、光泽度、硬度、柔韧性和其它性质的前提下，达到降低涂料生产成本的效果。

印刷油墨市场要求高性能的超细粉体作为功能性填料。纳米高岭土在油墨中表现出优异的分散性、极好的光泽和遮盖力、优异的油墨吸收性和干燥性。

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。

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。

▼纳米高岭土在丁苯橡胶中的补强性能及对比

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。适合在轮胎胎侧胶、内胎、高尔夫球橡胶、胶丝、丁腈密封橡胶、鞋底橡胶、胶辊、胶棒、输送带橡胶等产品中应用。

▼纳米高岭土与白碳黑在顺丁橡胶、三元乙丙和天然橡胶中补强性能比较

3纳米高岭土在塑料中的应用

（1）橡塑复合材料

研究表明：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它零部件。

（2）工程塑料

纳米高岭土用于聚丙烯、聚乙烯、尼龙等工程塑料中，可赋予塑料良好耐热性和力学性能。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、高润滑低流阻管道；由于其刚性高，可以做薄壁复杂结构制品，减少质量和成本。

▼纳米高岭土在聚丙烯塑料中的测试结果（填充量15%）

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。

（3）发泡聚苯乙烯

美国俄亥俄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%。纳米粘土有两个作用：一是作为EPS的增强剂，另一个作用是作为成核剂。

（4）塑料薄膜

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。

4纳米高岭土在陶瓷中的应用

高岭土在陶瓷材料中的作用主要有2个方面：

用作陶瓷的配料，是生产日用陶瓷、建筑卫生陶瓷、电瓷、无线电陶瓷、工业陶瓷、特种工业陶瓷及工艺美术瓷等的主要原料；

在瓷坯成形过程中作为其它矿物配料（如石英、长石等）的粘结剂。

纳米高岭土作为原料可以使陶瓷具有更为致密的结构，即具有高硬度。同时由于纳米材料晶界的特性以及其原子排列的随机性，会使添加纳米高岭土的陶瓷产品具有极大的韧性和良好的延展性。添加纳米高岭土的陶瓷产品就会表现出一些新的特性，如硬度高、不易破碎、易加工等。

将纳米高岭土涂抹在普通陶瓷的釉面上，不仅使陶瓷釉面更加平滑，而且还增强釉面活性，使之易于清洁和具备一定的杀菌功能。

同时可以作为功能性的陶瓷粉体，代替价格昂贵的纳米TiO₂作为消光剂，同时还具有抗紫外线和远红外保温功能。

▼山东枣庄某公司纳米高岭土性能指标

5纳米高岭土在造纸中的应用

作为纸张的涂层材料，纳米高领土可赋予印刷制品和包装纸品高光泽、高白度、高强度，有助于结构化的涂布设计，实现更为优质的视觉效果，光泽效果和印刷效果，可替代价格昂贵的二氧化钛。是高级纸张和特殊纸张的优质涂层材料。

6纳米高岭土在化工中的应用

纳米高岭土由于巨大的比表面积和吸附性能，因此可用作石油化工合成行业催化剂的载体，具有良好的稳定性。

近几年来，粘土夹层复合物的研究为纳米粒子的分散提供了一个新的思路。所谓纳米反应器，实际上是以粘土的片层为模板，作为纳米粒子生长的场所，既可以制备纳米粒子，又可以借助层状结构将纳米粒子隔离，避免产生团聚，纳米粒子的形成和生长都在粘土层间进行。

7纳米高岭土在农业中的应用

高岭土对氮、磷、钾和有机碳的吸附和解吸，可有效改善化肥的施用效果，改善生态环境。实验表明，在相同的处理方法中，纳米高岭土对磷、氮、钾的吸附量都较天然高岭土高出许多，在农业中具有广阔的应用前景。

由于纳米高岭土具有比表面积大、吸附力强、以及较强的离子交换能力、可塑性强等特点，使其可作为颗粒农药、粉剂农药和液体农药的载体，不但可以使农药充分分散开，而且能够使农药长期缓慢地释放，使药期延长，同时还能改善土壤的结构，有利于植物的生长。

8纳米高岭土在高强度混凝土中的应用

在高强度混凝土中，加入微量（0.5-1.0%）的纳米高岭土，可使其早期强度、抗渗和抗折能力提高20-30%，同时还可作为减水剂，提高料浆的流动性

9纳米高岭土在化纤中的应用

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。

10纳米高岭土在军工中的应用

利用等离子共振频率随纳米颗粒尺寸变化的性质，改变纳米高岭土颗粒尺寸，控制吸收边的位移，制造具有一定频宽的微波纳米吸收材料，用于电磁波屏蔽、隐形飞机等行业。

其他应用

纳米高岭土的应用除上述几方面外还有许多，例如：可利用纳米高岭土粉体对光的吸收显著增加这个特性制作消光材料、高效光热和光电转换材料、红外敏感元件以及红外隐身材料等。同时还可更多纳米高岭土的新特性及其应用，还有待进一步研究。

我国高岭土矿储量丰富、品质优良，但优质产品相当少，每年仍需从国外进口大量的优质高岭土。在国内对优质高岭土需求日益增长的情况下，提高国内高岭土产品的质量，加快高岭土深加工技术的发展就成了当务之急，高岭土的纳米化将未来研究和应用的重点方向之一。

编辑整理：粉体技术网

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