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纳米高岭土特性及其应用前景刘钦甫 张玉德等（中国矿业大学 100083） [摘? 要]? 目前，纳米粘土是世界上的一个研究热点。国内外大多以蒙脱土作为生产纳米粘土的原料。本文介绍一种用高岭土作为原料生产的纳米粘土及其在塑料、橡胶、造纸、涂料中的应用前景。 [关键词]? 纳米高岭土? 性能? 应用 一、? 前言 ????纳米粘土目前在世界上是一个研究热点，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。在我国中国科学院化学研究所、北京化工大学、四川大学等高校和科研院所许多研究人员从事这方面的研究[2]，并取得了显著成绩，但在我国尚未成功得到大规模工业化应用。 ??? 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。此外利用插层复合的方法，原料的选择性较小，并且主要在塑料领域研究的较多，而在橡胶等其他领域研究的较少。如若生产出纳米粘土粉体，能够方便地融入到传统的塑料或橡胶等聚合物生产工艺中，无疑将具有极大的市场应用潜力和强大的生命力。 ??? 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，因此利用前者生产纳米粘土比利用后者具有更大的优势，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，以及成本低廉等。 二、? 纳米高岭土的主要性能 ????山东枣庄三兴高新材料有限公司目前是我国唯一生产纳米高岭土的企业，已达到规模化工业生产。其工业化产品的性能指标如表1和表2所示。可以看出，此种高岭土具有很高的纯度，几乎均由高岭石组成。高岭石片层的平均粒度为300-500nm，片层厚度小于100纳米。根据纳米材料的定义：至少有一维方向尺寸位于1-100nm的材料，即可称为纳米材料。该产品的高岭石片层厚度位于纳米量级，故为二维层状纳米材料。从表2还可以看出，此种产品具有较高的比表面积，优异的悬浮性和分散性能。其分散好的悬浮液，静止数月几乎不发生沉淀。 表1???????????????????????? ??纳米高岭土化学成分 元素 SiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO TiO2 P2O5 MnO 含量 44.98 35.3 0.95 0.15 1.18 0.34 0.000 ? 表2?????????? ?????????????????纳米高岭土物理性能 1μm 含量(The size less than 1μm) 90% 平均粒度(Average size) 300-500nm 层片厚度(Thickness of clay flakes) 100nm 平均层片厚度(Average thickness of flakes) 20-50nm 比表面积(Surface area) 32m2/g 白度(Brightness) 70-85% PH值 6.5-8.0 吸油值(oil absorption) 45±5g/100g 遮盖力(hidden ability) 0.925 水分(water content) ≤1.0% 沉降体积(sedimentation volume) ≥9.0 mL/g 325目筛余量(325 mesh residue) ≤0.02% 分散沉降物(settlement) ≤0.02% ? 三、? 纳米高岭土的主要应用领域（Applications of Nanokaolin） 1、橡胶中的应用（Application in Rubber） ??? 该产品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。 ? 表3?????????????????? ?纳米高岭土在丁苯橡胶中的补强性能及对比 补强剂 Reinforcing agents ? 伸长率/%(ER) 拉伸强度/Mpa(TS) 300%定伸强度/Mpa(ES) 500%定伸强度/Mpa(ES) 撕裂强度/KN/m (TRS) 裂口六级曲挠次数/万次 (RTY) 弹性/%(El) 纳米高岭土（NK） 746.4 17.53 4.19 6.25 35.25 311 50 通化白碳黑(PS) 740.0 17.62 4.23 8.45 46.87 340 41 碳黑(N330,CB) 484.0 27.58 15.2 -