納米高嶺土的應(yīng)用研究進(jìn)展

刁潤(rùn)麗　王花麗

摘 要：我國(guó)高嶺土資源豐富，但優(yōu)質(zhì)高檔的產(chǎn)品不多，難以滿足需要，納米高嶺土由于顆粒尺寸特殊，在實(shí)際應(yīng)用中有很多優(yōu)良的性能，提升了高嶺土產(chǎn)品的質(zhì)量和附加值，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。本文綜述了納米高嶺土在陶瓷、橡膠、建材、涂料及農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，指出了在應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題，展望了其廣闊的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：納米高嶺土;性能;應(yīng)用;進(jìn)展

1 前 言

高嶺土是一種重要的非金屬礦，由高嶺石、珍珠石、地開(kāi)石、埃洛石等高嶺石簇礦物組成，主要成分為高嶺石[1]。對(duì)高嶺土資源的開(kāi)發(fā)和使用我國(guó)都開(kāi)始的最早，我國(guó)的高嶺土類型齊全，分布廣泛，含量居世界第三[2]。但國(guó)內(nèi)的高嶺土產(chǎn)品目前多數(shù)質(zhì)量不高，優(yōu)質(zhì)高檔的產(chǎn)品不能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的要求，仍需依賴進(jìn)口[3]。面對(duì)日益增長(zhǎng)的優(yōu)質(zhì)高嶺土的需求，加快高嶺土深加工，提高國(guó)內(nèi)高嶺土產(chǎn)品的質(zhì)量，就顯得尤為重要[4-6]。

更隨著納米技術(shù)的步伐，納米材料越來(lái)越凸顯在應(yīng)用性能中的優(yōu)勢(shì)。納米高嶺土粒徑在1-100nm范圍內(nèi)，具有小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)等納米特性，在應(yīng)用中有良好的性能和價(jià)值，成為目前研究的熱點(diǎn)。納米高嶺土白度高、遮蓋性能好、易于分散，黏結(jié)性、可塑性較高，電絕緣性能良好，陽(yáng)離子交換性弱，離子吸附性強(qiáng)，在許多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。在飲水機(jī)、冰箱的制造材料中加入納米高嶺土，可起到抗菌消毒的作用;將納米高嶺土添加到陶瓷中，可提高50倍左右的強(qiáng)度，可作為發(fā)動(dòng)機(jī)零件的制備材料;在橡膠工業(yè)中納米高嶺土可作為功能填料，補(bǔ)強(qiáng)的同時(shí)還可降低成本，可替換部分白炭黑;在塑料中添加納米高嶺土，可提高產(chǎn)品的耐熱性，增強(qiáng)強(qiáng)度，降低密度等;還可以作為隱身材料，在國(guó)防領(lǐng)域也有良好的應(yīng)用前景[7，8]。隨著科技的發(fā)展，納米材料的成本會(huì)逐漸降低，納米高嶺土的應(yīng)用范圍將更加廣泛。

2 納米高嶺土的特性

高嶺石的化學(xué)式為2SiO2·Al2O3·2H2O，其中SiO2含量46.54%，Al2O3含量39.5%，H2O含量13.96%，另還有少量的MgO、CaO、Na2O、K2O、MnO2、TiO2、Fe2O3、P2O5等氧化物[9]。高嶺土類礦物以1：1型硅酸鹽形式存在，主要有硅氧四面體和鋁氫氧八面體兩種結(jié)構(gòu)單元。

納米高嶺土的特性有：

（1）表面效應(yīng)。

納米高嶺土由于顆粒尺寸小，表面原子數(shù)和比表面積隨之增多、增大，使表面能升高，原子配位出現(xiàn)了不足，從而使原子的活性增強(qiáng)，易與其他原子結(jié)合[10]。

（2）小尺寸效應(yīng)。

由于顆粒的納米尺寸，納米高嶺土的大部分原子被納米晶界所包圍，原子在其中隨機(jī)排列，受到外力時(shí)容易遷移，從而使材料具有一定的延展性和良好的韌性。顆粒的小尺寸還增強(qiáng)了納米高嶺土對(duì)光的吸收性能，并使吸收峰發(fā)生等離子共振頻移。

相信隨著對(duì)納米高嶺土研究的進(jìn)一步深入，還會(huì)有更多優(yōu)異的性能表現(xiàn)出來(lái)。

3 納米高嶺土的應(yīng)用

3.1在陶瓷方面的應(yīng)用

在陶瓷的制作過(guò)程中高嶺土有兩個(gè)作用：一是作為制作陶瓷的配料，是建筑衛(wèi)生陶瓷、日用陶瓷、無(wú)線電瓷、電瓷、工藝美術(shù)瓷、特種工業(yè)陶瓷及工業(yè)陶瓷等的主要原材料;二是作為粘結(jié)劑，將其它礦物配料（如長(zhǎng)石、石英等）黏結(jié)在一起制成瓷坯。用納米高嶺土作為制作陶瓷的原料可以使其結(jié)構(gòu)更致密，還能增加延展性和韌性，從而使產(chǎn)品硬度大、易加工、不易破碎等[11]。在普通陶瓷的釉面涂抹納米高嶺土，增加釉面活性和殺菌的同時(shí)還能使其更平滑，從而便于清潔。納米高嶺土的價(jià)格比納米TiO2低，可代替它在陶瓷中作為功能性填料，降低成本，同時(shí)還具有遠(yuǎn)紅外保溫和抗紫外線等功能。

3.2在橡膠方面的應(yīng)用

在橡膠制品中添加納米高嶺土，由于納米顆粒在橡膠中定向排列，與橡膠大分子在納米尺寸上緊密結(jié)合，可使產(chǎn)品的機(jī)械物理性能如抗屈撓性、彈性、扯斷伸長(zhǎng)率和阻隔性能明顯改善，還能降低成本。納米高嶺土的尺寸細(xì)小，分散性能好，可以改善橡膠內(nèi)部的應(yīng)力分布情況，減小脆弱面，使其具有較高的補(bǔ)強(qiáng)性，在順丁橡膠、丁腈橡膠、天然橡膠和三元乙丙橡膠中可代替白炭黑使用[12，13]?；谶@些優(yōu)良的性能，納米高嶺土可在輪胎內(nèi)胎、胎側(cè)膠、高爾夫球橡膠、膠絲、鞋底橡膠、丁腈密封橡膠、膠棒、膠輥、輸送橡膠等橡膠產(chǎn)品中應(yīng)用。

3.3在涂料方面的應(yīng)用

納米高嶺土顆粒細(xì)小，表面活性大，與大多數(shù)的的涂料、原料都能相容，在涂料中易于均勻分散，可以形成一個(gè)均一穩(wěn)定的體系，使涂料的涂刷性、吸附性、抗吸潮性、耐褪色性、耐臟性及抗沖擊性等性能得到明顯改善，采用納米高嶺土作涂料的添加劑，可以滿足使用過(guò)程中對(duì)涂料提出的日益多樣化的要求。涂料工業(yè)中，納米高嶺土還可以作為體質(zhì)顏料，增加產(chǎn)品的白度，且久置不產(chǎn)生沉淀，提高產(chǎn)品的光澤度、遮蓋力和干燥性，同時(shí)還具有補(bǔ)強(qiáng)作用，替代鈦白粉可以達(dá)到相同的效果，還能降低生產(chǎn)成本[14]。此外，納米高嶺土較大的比表面積使得表面的原子、電子行為發(fā)生改變，從而使涂料在光學(xué)效應(yīng)上具有一些特殊的表現(xiàn)。

3.4在混凝土中的應(yīng)用

鋼筋混凝土類結(jié)構(gòu)會(huì)隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)而發(fā)生鋼筋銹蝕現(xiàn)象，這種現(xiàn)象使混凝土與鋼筋間的粘結(jié)性能急劇惡化，直至鋼筋作用不能正常發(fā)揮，影響結(jié)構(gòu)的使用性和安全性。納米高嶺土作為一種性能優(yōu)良的納米材料，可以提高混凝土材料的電阻率和力學(xué)性能，通過(guò)填充在基體內(nèi)部的微小孔洞里，有效阻止混凝土材料發(fā)生滲透，從而提高其致密性，阻止混凝土內(nèi)部進(jìn)入氯離子，減慢鋼筋的腐蝕[15，16]。

3.5在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用

目前，我國(guó)在肥料的施用上存在著一些難題，例如由于肥料的利用率低而需要增大施用量，由此又污染生態(tài)環(huán)境等一系列問(wèn)題[17]。而高嶺土可以有效地吸附和解吸氮、磷、鉀和有機(jī)碳，提高化肥的施用效益，從而減少使用量和降低對(duì)環(huán)境的污染。同樣的條件下，在肥料中添加納米高嶺土，其效果比天然高嶺土提高很多，在農(nóng)業(yè)中展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

4 展 望

伴隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的步伐，各個(gè)領(lǐng)域?qū)Ω邘X土的需求無(wú)論是數(shù)量還是質(zhì)量都日益增加、提高。納米高嶺土雖然開(kāi)發(fā)時(shí)間不長(zhǎng)，但已經(jīng)表現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)和廣闊的前景，然而在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還存在著一些問(wèn)題。

（1）制備納米高嶺土的影響因素多、成本高，未來(lái)需要找到一些更合適、更好的方法，快速、高效、大量的制備納米高嶺土，實(shí)現(xiàn)量化生產(chǎn)，滿足工業(yè)過(guò)程的需要，并降低成本。

（2）納米高嶺土的應(yīng)用范圍還比較有限，需要根據(jù)其結(jié)構(gòu)及性質(zhì)，結(jié)合實(shí)際過(guò)程的需要，使納米高嶺土的應(yīng)用向新技術(shù)、高科技、高效益的新領(lǐng)域推進(jìn)，滿足更多的需要，實(shí)現(xiàn)更好的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）對(duì)納米高嶺土的研究還比較有限，我們需要在理論上進(jìn)行更深入的研究，進(jìn)一步剖析其結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其更多的新特性及應(yīng)用，為提高納米高嶺土的質(zhì)量和拓展應(yīng)用領(lǐng)域提供更好的理論支撐。

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