CN112062481B - 一种玄武岩纤维浸润剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玄武岩纤维浸润剂及其制备方法，属于功能材料领域，目的在于解决现有用于玄武岩纤维润湿剂相关公开报道较为缺乏的问题。本申请的玄武岩纤维浸润剂采用包括如下重量份数比的原料制备而成：硅烷偶联剂3~10份，水溶性环氧树脂20~60份，水400~1000份，有机酸1~3份，无水乙醇40~120份，葡甘聚糖10~25份，抗静电剂0.5~1.5份，润湿剂3~10份。本申请的浸润剂与玄武岩纤维的纤维表面具有较强的结合力，浸透性好，可用于玄武岩的浸润改性；采用本申请，能提升玄武岩纤维的塑性、抗拉升性能、抗断裂强度，提高玄武岩纤维丝的集束性，便于后续加工；采用本申请处理后的玄武岩纤维，具有较好的亲水性、抗静电性能、抗拉升性能、抗断裂强度。

Description

一种玄武岩纤维浸润剂及其制备方法

技术领域

本申请涉及材料领域，尤其是功能材料领域，具体为一种玄武岩纤维浸润剂及其制备方法。

背景技术

玄武岩纤维作为一种无机环保、绿色高性能纤维材料，其以天然玄武岩石为主要原料，在高温熔融后，经拉丝成型制备而成。在玄武岩的制备过程中，其产生的废物少，对环境污染小，所制备的产品在废弃后可直接在环境中降解，无任何危害，符合绿色环保的要求。同时，玄武岩纤维具有化学稳定性好、耐腐蚀性强、耐高温、电绝缘、弹性模量大、抗拉强度高等特点，已被广泛应用于建筑、交通运输、石油化工等领域，取得了较好的效果。

基于玄武岩纤维的优点，人们对其进行了大量的研究，也取得了一定的进展。其中，玄武岩的高温熔融成型相关研究已较为成熟，而对于润湿剂的公开报道则较为缺乏。而润湿剂的原料及配比对于玄武岩产品的质量和性能，具有直接的影响。

因此，对于玄武岩纤维用润湿剂的研究，就显得尤为重要。尤其是在当前经济形势下，随着世界范围内逆自由化贸易思想的崛起，高端功能性材料的贸易必将受到进一步的限制，对于功能性材料的研究，有助于更好地满足社会发展和技术发展的需要，具有重要的现实意义。为此，本申请提供一种玄武岩纤维浸润剂及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于：解决上述现有技术中的不足，提供一种玄武岩纤维浸润剂及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种玄武岩纤维浸润剂，采用包括如下重量份数比的原料制备而成：

硅烷偶联剂 3~10份，

水溶性环氧树脂 20~60份，

水 400~1000份，

有机酸 1~3份，

无水乙醇 40~120份，

葡甘聚糖 10~25份，

抗静电剂 0.5~1.5份，

润湿剂 3~10份。

所述硅烷偶联剂为烷基苯氧基聚氧乙烯甲基二乙氧基硅烷、丙烯基-间甲苯氧基二氯硅烷、甲基丙烯酰氧基-甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、苯胺甲基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或多种。

所述水溶性环氧树脂为多元醇缩水甘油醚。

所述水溶性环氧树脂为山梨糖醇缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚中的一种或多种。

所述水为蒸馏水、去离子水中的一种或两种。

所述有机酸为乙酸。

所述抗静电剂为氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵中的一种或两种。

所述润湿剂为碳氢表面活性润湿剂。

所述润湿剂为聚乙二醇。

所述聚乙二醇的分子量为200~700。

前述玄武岩浸润剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）制备溶液A

按配比称取各组分，备用；

将称取的硅烷偶联剂溶解于水中，再加入有机酸，调节pH值至酸性，使硅烷偶联剂水解；而后，再向其中加入水溶性环氧树脂，搅拌均匀，反应0.2~5h，得到溶液A；

（2）制备溶液B

将称取的葡甘聚糖溶于无水乙醇中，搅拌均匀后，静置0.5~3h，得到溶液B；

（3）制备润湿剂

分别将称取的抗静电剂、润湿剂、步骤2制备的溶液B加入溶液A中，搅拌均匀后，即得玄武岩浸润剂。

所述步骤1中，加入有机酸，调节pH值至3~7；优选pH值为4~5。

所述步骤1中，硅烷偶联剂的水解时间为0.5~3h。

采用本申请的玄武岩纤维浸润剂对玄武岩纤维进行处理的操作如下：

(a)将玄武岩纤维原料清洗干净后，烘干，备用；

(b)将步骤a烘干后的玄武岩纤维浸入本申请的玄武岩纤维浸润剂内，待浸润完全后，取出并在120~150℃下烘干固化16~48h，即可。

所述步骤a中，采用丙酮浸泡玄武岩纤维原料后，超声3~20min，再用无水乙醇浸泡、冲洗，至玄武岩纤维原料表面无丙酮残留物，即完成对玄武岩纤维原料的清洗操作。

所述步骤a中，烘干温度为45~55，烘干时间为0.1~2h。

如前所述，本申请提供一种玄武岩纤维浸润剂及其制备方法。该玄武岩纤维浸润剂以硅烷偶联剂、水溶性环氧树脂、水、有机酸、无水乙醇、葡甘聚糖、抗静电剂、润湿剂为原料。本申请中，先制备溶液A，所选用的有机酸优选为乙酸。通过添加乙酸，调节pH值至4~5，使得硅烷偶联剂在酸性条件下进行水解，再以水解后的硅烷偶联剂与水溶性环氧树脂反应，以得到溶液A。同时，将葡甘聚糖溶于无水乙醇中，形成溶液B。最后，将抗静电剂、润湿剂、溶液B与溶液A搅拌均匀，得到玄武岩纤维浸润剂。

将本申请的玄武岩纤维浸润剂作用于玄武岩纤维；其中的水溶性环氧树脂选用多元醇缩水甘油醚（如山梨糖醇缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚等），这类环氧树脂具有高极性及高化学性能的氨酯基团，具有对玄武岩纤维很强的粘结力、界面结合能力，从而使得水溶性环氧树脂能附着在玄武岩纤维表面，进而达到增强玄武岩纤维强度的目的，且水溶性环氧树脂能提升玄武岩纤维的抗裂强度，改善玄武岩纤维的物理性能。硅烷偶联剂则选用烷基苯氧基聚氧乙烯甲基二乙氧基硅烷、丙烯基-间甲苯氧基二氯硅烷、甲基丙烯酰氧基-甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、苯胺甲基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷等；这类偶联剂自身能提高玄武岩纤维的塑性，又能提升润湿剂内各组分的结合强度。以无水乙醇为溶剂，对葡甘聚糖进行溶解，得到溶液B，溶液B的采用，使得葡甘聚糖能与其他组分形成均一、稳定的状态。本申请中，葡甘聚糖能在玄武岩纤维表面形成覆膜，一方面形成保护层，减少玄武岩纤维表面的羽化，另一方面能使改性后的玄武岩纤维具有较好的亲水、疏油性能，使得改性后的玄武岩纤维具有抗油污的特点，易于清洁。同时，本申请中还含有抗静电剂、润湿剂，抗静电剂优选氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵，润湿剂优选聚乙二醇。通过添加聚乙二醇，增加了玄武岩纤维的集束性，且使得改性后的玄武岩纤维在后续使用时，不易干燥起毛羽。通过抗静电剂的使用，配合葡甘聚糖的润湿作用，使得改性后的玄武岩纤维具有部分抗静电作用。

综上所述，由于采用上述技术方案，本申请具有如下有益效果：

（1）本申请的浸润剂与玄武岩纤维的纤维表面具有较强的结合力，浸透性好，可用于玄武岩的浸润改性；

（2）采用本申请，能提升玄武岩纤维的塑性、抗拉升性能、抗断裂强度，提高玄武岩纤维丝的集束性，便于后续加工；

（3）采用本申请处理后的玄武岩纤维，具有较好的亲水性、抗静电性能、抗拉升性能、抗断裂强度。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

（一）样品制备

实施例1

本实施中，玄武岩纤维浸润剂的制备步骤如下。

（1）取料

按如下质量比分别称取各组分：7g烷基苯氧基聚氧乙烯甲基二乙氧基硅烷、55g丙三醇三缩水甘油醚、700g去离子水、2.7g乙酸、90g无水乙醇、12g葡甘聚糖、0.9g氯化铵、9g聚乙二醇（分子量200~500），备用。

（2）制备溶液A

将称取的烷基苯氧基聚氧乙烯甲基二乙氧基硅烷溶解于去离子水中，再加入乙酸，调节pH值至3，使其水解，水解时间为1.2h；而后，再向其中加入丙三醇三缩水甘油醚，搅拌均匀，反应1.5h，得到溶液A。

（3）制备溶液B

将称取的葡甘聚糖溶于无水乙醇中，搅拌均匀后，静置2.5h，得到溶液B。

（4）制备润湿剂

分别将称取的氯化铵、聚乙二醇、步骤3制备的溶液B加入溶液A中，搅拌均匀后，即得玄武岩浸润剂。

实施例2

本实施中，玄武岩纤维浸润剂的制备步骤如下。

（1）取料

按如下质量比分别称取各组分：5g乙烯基三过氧化叔丁基硅烷、35g山梨糖醇缩水甘油醚、500g去离子水、1.8g乙酸、70g无水乙醇、20g葡甘聚糖、0.6g氯化铵、4g聚乙二醇（分子量300~500），备用。

（2）制备溶液A

将称取的乙烯基三过氧化叔丁基硅烷溶解于去离子水中，再加入乙酸，调节pH值至6，使其水解，水解时间为2.0h；而后，再向其中加入山梨糖醇缩水甘油醚，搅拌均匀，反应0.8h，得到溶液A。

（3）制备溶液B

将称取的葡甘聚糖溶于无水乙醇中，搅拌均匀后，静置1.2h，得到溶液B。

（4）制备润湿剂

分别将称取的氯化铵、聚乙二醇、步骤3制备的溶液B加入溶液A中，搅拌均匀后，即得玄武岩浸润剂。

实施例3

本实施中，玄武岩纤维浸润剂的制备步骤如下。

（1）取料

按如下质量比分别称取各组分：9gγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、50g丙三醇三缩水甘油醚、900g去离子水、2.6g乙酸、80g无水乙醇、15g葡甘聚糖、0.8g氯化铵、7g聚乙二醇（分子量200~500），备用。

（2）制备溶液A

将称取的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷溶解于去离子水中，再加入乙酸，调节pH值至5，使其水解，水解时间为1.2h；而后，再向其中加入丙三醇三缩水甘油醚，搅拌均匀，反应2.5h，得到溶液A。

（3）制备溶液B

将称取的葡甘聚糖溶于无水乙醇中，搅拌均匀后，静置2.0h，得到溶液B。

（4）制备润湿剂

分别将称取的氯化铵、聚乙二醇、步骤3制备的溶液B加入溶液A中，搅拌均匀后，即得玄武岩浸润剂。

实施例4

本实施中，玄武岩纤维浸润剂的制备步骤如下。

（1）取料

按如下质量比分别称取各组分：4gγ-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷、30g乙二醇二缩水甘油醚、500g去离子水、1.2g乙酸、110g无水乙醇、22g葡甘聚糖、1.1g十六烷基三甲基氯化铵、8g聚乙二醇（分子量400~700），备用。

（2）制备溶液A

将称取的γ-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷溶解于去离子水中，再加入乙酸，调节pH值至4，使其水解，水解时间为2.5h；而后，再向其中加入乙二醇二缩水甘油醚，搅拌均匀，反应2.0h，得到溶液A。

（3）制备溶液B

将称取的葡甘聚糖溶于无水乙醇中，搅拌均匀后，静置1.5h，得到溶液B。

（4）制备润湿剂

分别将称取的十六烷基三甲基氯化铵、聚乙二醇、步骤3制备的溶液B加入溶液A中，搅拌均匀后，即得玄武岩浸润剂。

实施例5

本实施中，玄武岩纤维浸润剂的制备步骤如下。

（1）取料

按如下质量比分别称取各组分：5g苯胺甲基三甲氧基硅烷、45g乙二醇二缩水甘油醚、600g去离子水、1.5g乙酸、50g无水乙醇、16g葡甘聚糖、1.0g氯化铵、5g聚乙二醇（分子量200~700），备用。

（2）制备溶液A

将称取的苯胺甲基三甲氧基硅烷溶解于去离子水中，再加入乙酸，调节pH值至5，使其水解，水解时间为2.0h；而后，再向其中加入乙二醇二缩水甘油醚，搅拌均匀，反应1.0h，得到溶液A。

（3）制备溶液B

将称取的葡甘聚糖溶于无水乙醇中，搅拌均匀后，静置2.0h，得到溶液B。

（4）制备润湿剂

分别将称取的氯化铵、聚乙二醇、步骤3制备的溶液B加入溶液A中，搅拌均匀后，即得玄武岩浸润剂。

实施例6

本实施中，玄武岩纤维浸润剂的制备步骤如下。

（1）取料

按如下质量比分别称取各组分：8g乙烯基三乙酰氧基硅烷、55g乙二醇二缩水甘油醚、800g去离子水、2g乙酸、100g无水乙醇、20g葡甘聚糖、1.2g十六烷基三甲基氯化铵、8g聚乙二醇（分子量200~700），备用。

（2）制备溶液A

将称取的乙烯基三乙酰氧基硅烷溶解于去离子水中，再加入乙酸，调节pH值至4，使其水解，水解时间为1.5；而后，再向其中加入乙二醇二缩水甘油醚，搅拌均匀，反应1.0h，得到溶液A。

（3）制备溶液B

将称取的葡甘聚糖溶于无水乙醇中，搅拌均匀后，静置1.5h，得到溶液B。

（4）制备润湿剂

分别将称取的十六烷基三甲基氯化铵、聚乙二醇、步骤3制备的溶液B加入溶液A中，搅拌均匀后，即得玄武岩浸润剂。

（二）实验测定

2.1 样品处理

为保证浸润剂测试结果的一致性，将样品在同一条件下用于玄武岩纤维的浸润处理。采用丙酮浸泡玄武岩纤维原料（在玄武岩纤维原料制备时：在池窑中熔制玄武岩，拉丝过程中所用到的漏板为800孔）后，超声15min，再用无水乙醇浸泡、冲洗，至玄武岩纤维原料表面无丙酮残留物，即完成对玄武岩纤维原料的清洗操作。清洗完成后，在50~55℃下烘干1.5h。将烘干后的玄武岩纤维浸入实施例制备的玄武岩纤维浸润剂内，待浸润完全后，取出并在135℃下烘干固化24h，即得样品。

以未经浸润剂处理的玄武岩纤维作为空白对照组（记为CK），以实施例1~6浸润剂处理的样品分别记为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6；每组设3个重复，测定结果取平均值，测试结果如下表1所示。表1中，断裂强度指的是浸胶纱强度，比照ASTM D2343玻璃纤维的试样的制作和拉伸强度的测定；毛羽的单位为根，其测量方式为统计纤维丝端面的毛羽数量。

表1

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (5)

1.一种玄武岩纤维浸润剂，其特征在于，采用包括如下重量份数比的原料制备而成：

硅烷偶联剂 3~10份，

水溶性环氧树脂 20~60份，

水 400~1000份，

有机酸 1~3份，

无水乙醇 40~120份，

葡甘聚糖 10~25份，

抗静电剂 0.5~1.5份，

润湿剂 3~10份；

所述硅烷偶联剂为烷基苯氧基聚氧乙烯甲基二乙氧基硅烷、丙烯基-间甲苯氧基二氯硅烷、甲基丙烯酰氧基-甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、苯胺甲基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或多种；

所述水溶性环氧树脂为山梨糖醇缩水甘油醚、丙三醇三缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚中的一种或多种；

所述有机酸为乙酸；

该玄武岩纤维浸润剂采用包括如下步骤的方法制备而成：

（1）制备溶液A

按配比称取各组分，备用；

将称取的硅烷偶联剂溶解于水中，再加入有机酸，调节pH值至酸性，使硅烷偶联剂水解；而后，再向其中加入水溶性环氧树脂，搅拌均匀，反应0.2~5h，得到溶液A；

（2）制备溶液B

将称取的葡甘聚糖溶于无水乙醇中，搅拌均匀后，静置0.5~3h，得到溶液B；

（3）制备润湿剂

分别将称取的抗静电剂、润湿剂、步骤2制备的溶液B加入溶液A中，搅拌均匀后，即得玄武岩浸润剂。

2.根据权利要求1所述玄武岩纤维浸润剂，其特征在于，所述抗静电剂为氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵中的一种或两种。

3.根据权利要求1所述玄武岩纤维浸润剂，其特征在于，所述润湿剂为碳氢表面活性润湿剂。

4.根据权利要求3所述玄武岩纤维浸润剂，其特征在于，所述润湿剂为聚乙二醇。

5.一种权利要求1~4任一项所述玄武岩浸润剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）制备溶液A

按配比称取各组分，备用；

将称取的硅烷偶联剂溶解于水中，再加入有机酸，调节pH值至酸性，使硅烷偶联剂水解；而后，再向其中加入水溶性环氧树脂，搅拌均匀，反应0.2~5h，得到溶液A；

（2）制备溶液B

将称取的葡甘聚糖溶于无水乙醇中，搅拌均匀后，静置0.5~3h，得到溶液B；

（3）制备润湿剂

分别将称取的抗静电剂、润湿剂、步骤2制备的溶液B加入溶液A中，搅拌均匀后，即得玄武岩浸润剂。