有關奈米管狀高嶺土的物理特性說明

有關奈米管狀高嶺土的物理特性說明

在大多數的填充材料的應用領域上,材料的分散性被視為極重要的必要條件,因為填充材料的分散性差,會產生複合材料(如塑膠、彈性高分子材料、塗料)的耐衝擊性、延展性及表面光澤度變差,甚至加工性變差等缺點;反之,一種分散性好的填充材料,則可以有效改善複合材料的特性並提高良品率。Halloysite因為其管狀的外部組成為二氧化矽的帶電基團,這一些基團很容易形成矽醇基(Si-OH)的型態,這種不具表面官能的矽醇基團,幾乎不帶電荷性,使得Halloysite與很多種介質或材料混合時不會結塊;這與其它材料在做為填充劑前須先做表面處理,或添加分散劑、偶聯劑(coupling agents)有很大的不同。

Halloysite的分散性極佳,可以添加在不同的材料中,且其適用範圍甚廣,包含在極性低的聚合物如FKM氟彈性體、低極性的高分子材料如PE和PP,乃至高極性材料如尼龍6(Nylon 6),甚或在一般水中,Halloysite都能夠展現它優越的分散特性。下圖是不同的極性材料,以Halloysite做為添加材料時,皆可以有效且良好的分散。

正如上所述,通常Halloysite並不需要特別做表面處理來改善它的分散性,但如果要因應特別的需求,也可以與下列的化學品共用,包含Organosilanes,CationicSurfactants,Ionic Liquids, Cyanate Esters,Bismaleimides, Carboxylic Acids,- 2 -Maleic Anhydride Derivatives等。

在外觀與力學性能上,Halloysite 的外觀為管狀結構,具有高的長徑比(與圓徑比利),其顆粒長度約為 1~2 微米(microns),圓外徑約為 50 納米(nm),開放的腔孔徑約為 15 納米。AMI 的 Dragonite™ 的產品顆粒表面積可取決於加工的程序,其比表面積的範圍約為 50~150 M2/gm。經測量,Dragonite™ 的模量係數約 150 GPa,對比於計算值約為 200~300 GPa。該管狀體可以彎曲近 90 度而不會斷裂,其乾式粉碎的強度需大於 1500 GNm-2,意即約需大於 250,000 psi 或大於 130 噸/平方英吋的力量,此已超出一般機器的使用限制。

下圖為電子顯微鏡下的 Halloysite.

『碳納米管』這種材料陸續被引用做為複合材料的強化加固,也被做為催化劑的觸媒載體,同時也被做為醫療器材使用;但因為生產成本太高,以致在商業用途上處處受限。

Halloysite 是一種天然的矽鋁酸鹽高嶺土,因為它具有一種非常特殊的中空管狀結構,同時又具有一些特殊的性質,在過去 10 多年裏已引起很多材料科學家的興趣,Halloysite 已陸續被應用在一些高科技的材料中。事實上,過去也有一些納米級人造管狀纖維的應用,但因為生產效率低且製造成本太高,以致被做為商業用途,此外因為這一些人造的纖維材料,因為被使用的歷史有限,導致有使用者對其材料的安全性產生疑慮;相對的,因為 Halloysite 因為已陸續被使用有 10 多年的歷史,因此其使用的安全性也較被信賴。我們最近也陸續發現一些高純度的 Halloysite,同時也吸引了許多公司對這一原料商業價值的重視與興趣,諸如醫藥及化妝品業者。