CN102424601B - 硅藻土固化表面的制作方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及仿生技术领域，具体涉及一种硅藻土的固化方法及应用。硅藻土固化表面的制作方法，包括如下步骤：1)硅藻土预处理。2)硅藻土酸蚀处理。3)硅藻土热压键合固化，得到硅藻土固化表面。将硅藻土固化表面设置在浸入液体的物体与液体接触的表面，硅藻土固化表面在液体接触面的表面形成一防附着表面，用来防止海洋污损生物附着。由于采用上述技术方案，本发明采用上述工艺制成的硅藻土固化表面，能保留大量微米或纳米级突刺结构，具有化学性质稳定、质轻、耐磨、有一定强度等特点。将上述工艺制成的硅藻土固化表面应用于防附着表面，能有效降低海洋污损生物的附着。
Description
技术领域
本发明涉及仿生技术领域，具体涉及一种硅藻土的固化方法及应用。
背景技术
硅藻土是硅藻的古代残骸沉积物生成的硅质沉积岩，主要由古代硅藻的硅质骨骼碎片组成，主要化学成份是二氧化硅。硅藻土在自然界中作为矿产大量存在，因而来源广泛、价格低廉。由于硅藻土具有细腻、质轻、孔隙度大、化学性质稳定、耐磨、耐热、有一定强度等特点，是一种具有重要应用价值的材料。现有的硅藻土通常用于过滤、保温、消音材料的应用中。
海洋微生物、藻类、贝类等经常在水下航行器、水下作业设施表面附着生长并形成生物污损层。不仅增加了航行器或作业系统的重量、运动摩擦力，从而增加了作业过程的能耗，还加速了系统部件的腐蚀，严重影响其操作效率，给航运、海防、海洋开发等海洋作业过程带来重大安全隐患及经济损失。迄今为止，海洋污损生物防附着技术主要有：涂刷防污涂层法、电解海水生成次氯酸盐法、电解重金属法、导电涂膜法等。这些化学型防污方法大多会给海洋环境和海洋生物造成一定毒害，间接影响人类健康，在使用上都存在一定局限性。目前，绿色、环保的物理型海洋污损生物防附着技术是研究热点。
专利号为US patent 7143709的美国专利提出了一种具有一定特殊形貌的硅质高分子薄膜，该薄膜的防附着机理为物理式，将该薄膜粘贴在舰船等水下航行器表面可有效降低海洋污损生物的沉降达76%。该种高分子薄膜表面具有尺寸量级在微米或纳米级、排列方式为菱形或三角形的大量规则突起结构。该种防附着贴膜虽然在海洋防污方面起到一定作用，但由于其突起结构的模板采用刻蚀方法加工而成，存在工艺复杂、成本高等不足，且由硅质高分子材料制成后还存在贴膜重量大、高分子易老化等缺点，因而使用和维护成本相对较高。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种硅藻土固化表面的制作方法，以解决上述技术问题。
本发明的另一目的在于，提供一种硅藻土固化表面的应用，以解决上述技术问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
硅藻土固化表面的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）硅藻土预处理，得到硅藻土混合物；
2）硅藻土酸蚀处理：室温条件下，将1）中得到的硅藻土混合物加入质量百分比浓度为10%～20%的HF溶液中酸蚀处理10min～20min，然后使用15μm～45μm的滤布进行过滤，得到第五硅藻土混合物；
3）硅藻土热压键合固化：
（A）将2）得的第五硅藻土混合物均匀放入热压模具内，然后盖上均压盖板，并将热压模具置于热压键合固化装置内的电加热基座上；
（B）将电加热基座升温至415℃～650℃，并在此温度范围内保持恒温；
（C）在均压盖板上施加压力500～700kPa进行热压键合5h～10h，脱模后即得到硅藻土固化表面。
本发明采用上述工艺的硅藻土通过酸蚀和热压键合固化的方式将硅藻土固化成轻质多孔表面，与传统的采用烧结的方式固化硅藻土相比，其固化强度在15MPa～25MPa，孔隙度在50%～70%。其固化后仍能保留硅藻土骨骼碎片的大量微米或纳米级突刺结构，所制得的硅藻土固化表面具有化学性质稳定、质轻、耐磨、有一定强度等特点。
步骤3）的热压模具和均压盖板优选采用铅制成。根据要制作的硅藻土固化表面的形状不同，如平板状或圆管状，可根据需要任意更换该热压模具。
为便于脱模，步骤3）事先在热压模具和均压盖板内表面涂敷一层质量百分比浓度为80%的氮化硼水溶液。
步骤1）硅藻土预处理，可以采用常用的预处理方法，也可以采用如下硅藻土预处理步骤：
（A）室温条件下，将硅藻土在质量百分比浓度为1.5%～3.5%的HF溶液中浸泡处理3min~5min，然后使用15μm~45μm的滤布进行过滤，得到第一硅藻土混合物；
（B）将所述第一硅藻土混合物在温度为80℃~90℃条件下，在NH4、H2O2、H2O混合液（1：2：7）中浸泡处理10min~20min，然后使用15μm~45μm的滤布进行过滤，得到第二硅藻土混合物；
（C）将所述第二硅藻土混合物在室温条件下加入去离子水，在功率为800W~1200W、工作频率为30KHz~50KHz的条件下，超声清洗10min~20min，然后使用15μm~45μm的滤布进行过滤，得到第三硅藻土混合物；
（D）将所述第三硅藻土混合物在室温条件下用N2吹干，得到第四硅藻土混合物。
硅藻土固化表面的应用，其特征在于，将硅藻土固化表面设置在一浸入液体的物体与液体接触的表面，所述硅藻土固化表面在所述液体接触面的表面形成具有复数个微米级或纳米级突刺结构的防附着表面，用来降低海洋污损生物附着。
所述物体为水下航行器，所述硅藻土固化表面设置在水下航行器外壳面上，用于防藻。
所述物体为水下作业设施，所述硅藻土固化表面设置在水下作业设施的外表面上，用于防微生物或贝类。
有益效果：由于采用上述技术方案，本发明采用上述工艺的硅藻土通过酸蚀和热压键合固化的方式将硅藻土固化成轻质多孔表面，所制得的硅藻土固化表面仍保留硅藻土骨骼碎片的大量微米或纳米级突刺结构，所制得的硅藻土固化表面具有化学性质稳定、质轻、耐磨、有一定强度等特点。将上述工艺制成的硅藻土固化表面应用于防附着表面，能有效降低海洋生物的附着。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明热压固化约束成型时的结构示意图；
图3为本发明硅藻土固化表面微观形貌。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。
参照图1，硅藻土固化表面的制作方法，包括如下步骤：
第一步，硅藻土预处理，得到硅藻土混合物。硅藻土预处理工艺可以采用常用的预处理方法，也可以采用如下硅藻土预处理步骤：（A）室温条件下，将硅藻土在质量百分比浓度为1.5%～3.5%的HF溶液中浸泡处理3min~5min，然后使用15μm~45μm的滤布进行过滤，得到第一硅藻土混合物。（B）将第一硅藻土混合物在温度为80℃~90℃条件下，在NH4、H2O2、H2O混合液（1：2：7）中浸泡处理10min~20min，然后使用15μm~45μm的滤布进行过滤，得到第二硅藻土混合物。（C）将第二硅藻土混合物在室温条件下加入去离子水，在功率为800W~1200W、工作频率为30KHz~50KHz的条件下，超声清洗10min~20min，然后使用15μm~45μm的滤布进行过滤，得到第三硅藻土混合物。（D）将第三硅藻土混合物在室温条件下用N2吹干，得到第四硅藻土混合物。
第二步，硅藻土酸蚀处理：室温条件下，将第一步中得到的硅藻土混合物加入质量百分比浓度为10%～20%的HF溶液中酸蚀处理10min～20min，然后使用15μm～45μm的滤布进行过滤，得到第五硅藻土混合物。
第三步，硅藻土热压键合固化：（A）将第二步得的第五硅藻土混合物均匀放入热压模具31内，然后盖上均压盖板32，并将热压模具31置于热压键合固化装置内的电加热基座33上。参照图2，热压模具31和均压盖板32优选采用铅制成。根据要制作的硅藻土固化表面的形状不同，如平板状或圆管状，可根据需要任意更换该热压模具31。为便于脱模，事先在热压模具31和均压盖板32内表面均匀涂敷薄薄一层质量百分比浓度为80%的氮化硼水溶液。（B）将电加热基座33升温至415℃～650℃，并在此温度范围内保持恒温。（C）在均压盖板上施加压力500～700kPa进行热压键合5h～10h，脱模后即得到硅藻土固化表面。参照图3，本发明采用上述工艺的酸蚀和热压键合固化后的硅藻土固化表面在显微镜下的结构示意图。
硅藻土固化表面的应用，将硅藻土固化表面设置在一浸入液体的物体与液体接触的表面，硅藻土固化表面在液体接触面的表面形成一防附着表面，用来降低海洋污损生物附着。硅藻土经过固化后，硅藻土固化表面具有大量微米或纳米级突刺结构，其突刺结构能用来降低海洋污损生物附着在硅藻土固化表面。物体可以为水下航行器，硅藻土固化表面设置在航行器外壳面，用于防藻。物体也可以为水下作业设施，优选钻井平台，硅藻土固化表面设置在作业设施外表面上，用于防微生物或贝类。采用上述设计的防附着表面污损生物沉降率降低40％～60％。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.硅藻土固化表面的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）硅藻土预处理，得到硅藻土混合物；
2）硅藻土酸蚀处理：室温条件下，将1）中得到的硅藻土混合物加入质量百分比浓度为10%～20%的HF溶液中酸蚀处理10min～20min，然后使用15μm～45μm的滤布进行过滤，得到第五硅藻土混合物；
3）硅藻土热压键合固化：
（A）将2）得的第五硅藻土混合物均匀放入热压模具内，然后盖上均压盖板，并将热压模具置于热压键合固化装置内的电加热基座上；
（B）将电加热基座升温至415℃～650℃，并在此温度范围内保持恒温；
（C）在均压盖板上施加压力500～700kPa进行热压键合5h～10h，脱模后即得到硅藻土固化表面。
2.根据权利要求1所述的硅藻土固化表面的制作方法，其特征在于：步骤3）的热压模具和均压盖板均采用铅制成。
3.根据权利要求1所述的硅藻土固化表面的制作方法，其特征在于：为便于脱模，步骤3）事先在热压模具和均压盖板内表面涂敷一层质量百分比浓度为80%的氮化硼水溶液。
4.根据权利要求1所述的硅藻土固化表面的制作方法制备的硅藻土固化表面的应用，其特征在于，将硅藻土固化表面设置在一浸入液体的物体与液体接触的表面，所述硅藻土固化表面在所述浸入液体的物体与液体接触的表面形成一防附着表面，用来降低海洋污损生物附着。
5.根据权利要求4所述的硅藻土固化表面的应用，其特征在于：所述物体为水下航行器，所述硅藻土固化表面设置在航行器外壳面，用于防藻。
6.根据权利要求4所述的硅藻土固化表面的应用，其特征在于：所述物体为水下作业设施，所述硅藻土固化表面设置在作业设施外表面上，用于防微生物或贝类。
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Granted publication date: 20130403 Termination date: 20130906 |