该项目属无机非金属材料、无机非金属基复合材料和纳米功能材料应用技术领域。凹凸棒石黏土矿物是一种以凹凸棒石为主要成分的含水富镁铝硅酸盐黏土矿物，由于独特的棒晶形貌和孔道结构，已在许多方面得到了应用。凹凸棒石棒晶长约1-5 μm，直径约20-70 nm，是一种天然的一维纳米材料。但较强的氢键和静电作用力，使天然凹凸棒石棒晶大多以鸟巢状或柴垛状聚集，成为制约凹凸棒石黏土产业发展的关键瓶颈因素。多年来，研究者采用高速搅拌、超声、对辊、碾磨和冷冻等传统处理方式对凹凸棒石棒晶束进行了解离研究，但传统方法只能部分解离棒晶束，同时会损伤凹凸棒石晶体固有的长径比，影响凹凸棒石纳米性能的应用，因而制约凹凸棒石黏土产业发展的棒晶束解离技术一直没有取得突破。为此，该项目以凹凸棒石棒晶束解离为突破口，在国家863和江苏省科技支撑计划等项目的支持下，开展了系列关键技术研究及其新产品开发，其主要技术内容包括：1.利用高压均质技术的空穴效应、碰撞效应和剪切效应，在保持棒晶固有长径比前提下，实现了凹凸棒石棒晶束的高效解离，达到纳米级分散；采用高压均质和溶剂处理结合工艺，解决了高效分散凹凸棒石棒晶在干燥过程中的二次团聚问题，揭示了不同极性溶剂与凹凸棒石表面的耦合机制及其防止棒晶二次团聚的作用机理，解决了凹凸棒石纳米化的关键科学和技术问题。2.建立了利用高压均质诱导表面功能化改性调控凹凸棒石表面性能的新方法，揭示了高压均质协同增强凹凸棒石与功能改性的耦合机制，实现了功能导向的凹凸棒石表面性质调控，形成了具有触变型三维胶体网络结构的纳米无机凝胶和高效棕榈油脱色剂产品，已成功应用于日用化工和食品等行业。3.利用凹凸棒石的一维纳米结构和表面特性，以凹凸棒石为核，通过异相表面成核、低温晶化、原位氧化聚合以及表面活化改性等化学组装方法，在核体表面构筑高分子聚合物导电层，赋予凹凸棒石导电功能。材料已成功应用于导电涂料和防腐涂料中，具有用量少、导电性高、抗氧化性强等优点。该项目从关键理论突破、关键技术发明到关键产品开发，形成了具有自主知识产权的技术发明链，解决了长期制约凹凸棒石高值化利用和产业发展的关键共性问题，对带动凹凸棒石产品升级换代乃至推动凹凸棒石黏土产业发展具有重要意义。项目共获授权国家发明专利18项，发表论文195篇，累计引用次数达2100次，出版专著2部，形成国家标准和行业标准各1件。该项目技术已在多家企业成功推广应用，累计新增利税约2.5亿元，节支2504万元，经济、社会效益显著。


成果信息

    完成单位：
    常州大学 中国科学院兰州化学物理研究所 盱眙中国科学院凹土应用技术研发与产业化中心 江苏省华源矿业有限公司 常州光辉化工有限公司
    完成人：
    王爱勤 姚超 王文波 康玉茹 郑茂松 刘文杰 赵绍洪 夏建文 孔泳 汪琴 左士祥

立项支持

    公布年份：
    2015
    中图分类：
    工程材料学
    关键词：
    凹凸棒石 黏土矿物 化学组装方法 纳米材料