CN115286274A - 一种再生玻璃钢纤维耐碱涂层的制备方法 - Google Patents

一种再生玻璃钢纤维耐碱涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种再生玻璃钢纤维耐碱涂层的制备方法，制备过程采用通过溶胶‑凝胶法，采用三乙氧基硅烷对纳米二氧化锆颗粒改性，再加入环氧树脂制备溶胶，在低于100℃的条件下在纤维表面进行凝胶过程，在纤维表面涂覆均匀致密的含Zr涂层。改性后的纳米粒子会紧紧附着于玻璃纤维表面，提高涂层的牢固性，并且保证原有树脂包覆层的完整性，提高纤维的耐碱性。本申请能在价格低廉的前提下，能够大量应用到混凝土等碱性基体中，满足混凝土构件实际应用中的耐碱性要求，具有较高的经济和社会意义。

Description

一种再生玻璃钢纤维耐碱涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及工业固体废弃物的资源综合利用领域，具体是一种基于改性纳米二氧化锆的再生玻璃钢纤维耐碱涂层的制备方法。
背景技术
玻璃纤维增强复合材料，俗称“玻璃钢”，是由玻璃纤维、树脂基体和少量填料组成的复合材料，轻质高强，应用广泛。随着我国玻璃钢用量的快速增长，近年来有大量的废旧玻璃钢产生。预计到2030年，我国废旧玻璃钢产量将达到400万吨。由于玻璃钢材料强度高、成分多、耐腐蚀，回收利用难度很大，传统掩埋和焚烧处理方法极易造成水土和大气污染，已被强令禁止。如何处理玻璃钢废弃物已成为一个重要的课题。将废弃玻璃钢通过机械碾压、打碎、分离等工艺可以得到再生玻璃钢纤维，利用再生玻璃钢纤维强度高、特殊形态、尺寸混杂和表面包裹树脂的特点，将其用作混凝土基体中的增强材料，再生玻璃钢纤维在建筑材料领域具有较大的发展潜力。
玻璃纤维在水泥基材料中应用面临一个重要的问题，即易受碱性基体的侵蚀，耐久性较差。对于再生玻璃钢纤维，其表面包裹的树脂可以提高玻璃纤维的耐碱性，但由于有部分玻璃纤维裸露，其耐碱性能与耐碱玻璃纤维相比，还有一定差距。由于玻璃纤维在混凝土中受到侵蚀，导致其抗拉强度降低，从而影响混凝土构件的耐久性，限制了其进一步推广应用。提高再生玻璃钢纤维在混凝土中的耐碱性，是现在亟待解决的关键问题。《Development of ZrO2 and YSZ coatings deposited by PE-CVD below 800℃for theprotection ofNi alloys》中Espinoza等人通过化学气象沉积法制备ZrO2涂层薄膜对玻璃纤维进行耐碱改性，提高纤维的耐碱性。这种方法虽然在一定程度上提高了玻璃纤维的耐碱性，但是试验过程沉积温度为500-800℃，再生玻璃钢纤维表面树脂在该温度下降解附着在玻璃纤维表面形成黑色附着物，且玻璃纤维部分在该温度范围强度会发生严重损失，不能满足再生玻璃钢纤维耐碱性能改善的需求。并且，现有技术需要使用等离子辅助处理，过程复杂且对试验环境要求较高，难以满足实际应用。如何资源化制备耐碱再生玻璃钢纤维并应用于实际工程中是一个重要问题。鉴于此，本申请提供了一种再生玻璃钢纤维耐碱涂层在较低温度条件下的制备方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是，提供一种基于改性纳米二氧化锆的再生玻璃钢纤维耐碱涂层的制备方法。具有这种耐碱涂层的再生玻璃钢纤维具有较好的耐碱性能，满足实际应用，同等条件下提高了纤维在混凝土中的耐碱性，有利于进一步推广再生玻璃钢纤维在建筑材料中的实际工程应用。
本发明的目的是通过以下技术方案进行实现：
一种再生玻璃钢纤维耐碱涂层的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
(1)将ZrO2纳米粒子超声或搅拌分散在乙醇中，获得纳米二氧化锆颗粒预分散液，所述乙醇与纳米二氧化锆质量比为14-17：1；
(2)将三乙氧基硅烷(APTES)加入到乙醇溶液中，并超声或搅拌至混合均匀，获得混合溶液，其中三乙氧基硅烷占混合溶液的质量的15-30％，乙醇溶液中添加少量去离子水有助于提高其溶质的溶解性，乙醇的加入量以能够使三乙氧基硅烷恰好完全溶解且能分散均匀为准；
然后将混合溶液加入到获得的纳米二氧化锆颗粒预分散液中，再在恒温磁力搅拌器中40-75℃条件下搅拌至纳米二氧化锆完全改性，停止后改性后，纳米二氧化锆能均匀分散在溶液中，且不会有明显沉淀发生，提高温度能加速改性过程，温度过低影响反应进度，温度过高会加快乙醇挥发不利于反应进行；
之后再进行离心处理，离心过程中离心力的作用有助于三乙氧基硅烷与纳米二氧化锆的均匀复合，离心过滤后烘干得到改性二氧化锆颗粒，即APTES-ZrO2颗粒；
所述三乙氧基硅烷与纳米二氧化锆颗粒的质量比为(2-3):1，有利于接枝反应充分进行，使纳米二氧化锆颗粒均匀改性。
(3)将E51型环氧树脂加入到能够完全溶解并能将其稀释至不拉丝状态的有机溶剂中，再向其中加入APTES-ZrO2颗粒，所述E51型环氧树脂和ZrO2纳米粒子的质量比为1:1-3，更利于三乙氧基硅烷和E51型环氧树脂缩聚反应的进行，使涂层均匀致密，连续搅拌至溶液中没有明显沉淀为止，能获得均一的溶胶溶液；
(4)将再生玻璃钢纤维加入到溶胶溶液中搅拌均匀，通过溶胶-凝胶法将APTES-ZrO2颗粒均匀致密地涂覆在再生玻璃钢纤维表面，取出干燥后即得到所述的再生玻璃钢纤维耐碱涂层。
所述步骤(4)中再生玻璃钢纤维的加入量不超过步骤(3)中有机溶剂质量的1/5。
所述有机溶剂为丙酮、乙醇等，丙酮对E51型环氧树脂有较好稀释效果，溶解快、能完全稀释开，形成不拉丝较稀的状态。选择E51型环氧树脂能够更牢固地吸附再生玻璃钢纤维上，不易脱落。E51粘性好且稳定，丙酮对E51的稀释效果最好，使用三乙氧基硅烷对纳米二氧化锆颗粒改性可以提高纳米颗粒在溶胶溶液中的分散性同时促进纳米颗粒与环氧树脂基团共价连接，使耐碱涂层均匀致密地牢牢附着在再生玻璃钢纤维表面。
优选地，所述步骤(3)中连续搅拌的过程是：用机械搅拌方式连续搅拌1h后放入超声波清洗机中再处理1h，能够使纳米二氧化锆分散更均匀。
所述步骤(2)中的乙醇溶液中添加有少量去离子水，去离子水的添加量为乙醇溶液的3-5％；乙醇的加入量以能够使三乙氧基硅烷恰好完全溶解且能分散均匀为准。
纳米二氧化锆在溶液中易产生团聚，首先将纳米二氧化锆溶于乙醇中充分搅拌，借助乙醇提高纳米二氧化锆分散性；再加入三乙氧基硅烷(APTES)的乙醇溶液(以乙醇为溶剂，还含有少量水)进行超声预分散，在进一步提高纳米二氧化锆分散性的同时在纳米二氧化锆表面充分包裹三乙氧基硅烷形成复合颗粒，通过在乙醇体系中在40-75℃高温搅拌下加速三乙氧基硅烷与纳米ZrO2颗粒的接枝反应并完成改性，使其具有良好的分散性，改性处理促进纳米ZrO2颗粒与再生玻璃钢纤维表面的树脂环氧基团共价连接，便于再生玻璃钢纤维表面的树脂通过缩合反应形成有机-无机粘结。进一步，通过E51树脂-三乙氧基硅烷-纳米二氧化锆与再生玻璃钢纤维的玻璃纤维部分形成致密涂层，确保纳米二氧化颗粒在碱溶液中不剥落，提高其耐碱性。
一种再生玻璃钢纤维耐碱涂层，按重量份数计，原材料的组成和含量分别为：
ZrO2纳米粒子0.89～1.12份；
乙醇21.18～26.32份；
去离子水0.22～0.51份；
三乙氧基硅烷(APTES)1.79～2.25份；
E51型环氧树脂0.45～0.55份；
丙酮46.12～56.08份；
再生玻璃钢纤维4.44～10.07份。
所述再生玻璃钢纤维的长度不大于10mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
(1)基于改性纳米二氧化锆的表面涂层技术对再生玻璃钢纤维进行改性处理，相比于现有的处理方法步骤较为简单同时对试验环境和试验仪器的要求也较低，该方法能够显著提高再生玻璃纤维在碱性基体中的耐碱性。
本申请制备过程采用通过溶胶-凝胶法，采用三乙氧基硅烷对纳米二氧化锆颗粒改性，再加入环氧树脂制备溶胶，在低于100℃(实施例中以80℃为准)的条件下在纤维表面进行凝胶过程，在纤维表面涂覆均匀致密的含Zr涂层。改性后的纳米粒子会紧紧附着于玻璃纤维表面，提高涂层的牢固性，并且保证原有树脂包覆层的完整性，提高纤维的耐碱性。
(3)本发明制备方法中对纳米二氧化锆进行改性处理，对溶胶溶液进行超声波分散处理，提高了纳米二氧化锆在溶胶溶液中的分散性，使纤维上的表面涂层更加均匀致密。
(4)本发明基于改性纳米二氧化锆的表面涂层技术对再生玻璃钢纤维进行表面处理，提高了纤维的耐碱性，为再生玻璃钢材料的资源化利用提供了一种新途径。
(6)本申请中制备的耐碱再生玻璃钢纤维克服了再生玻璃钢纤维在碱性环境中由于不耐碱而导致强度下降的问题，本申请能在价格低廉的前提下，能够大量应用到混凝土等碱性基体中，满足混凝土构件实际应用中的耐碱性要求，具有较高的经济和社会意义。
具体实施方式
下面结合实施例进一步解释本发明，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。
以下实施例均以有机溶剂为丙酮为例进行说明。
本发明一种再生玻璃钢纤维耐碱涂层，按重量份数计，原材料的组成和含量分别为：
ZrO2纳米粒子0.89～1.12份；
乙醇21.18～26.32份；
去离子水0.22～0.51份；
三乙氧基硅烷(APTES)1.79～2.25份；
E51型环氧树脂0.45～0.55份；
丙酮46.12～56.08份；
再生玻璃钢纤维4.44～10.07份。
所述ZrO2纳米粒子密度为5.85g/cm3，熔点2700℃。ZrO2纳米粒子的粒径范围为40-50nm；
所述乙醇的密度为0.789g/cm3，熔点-114.1℃。
所述去离子水在25℃条件下的最高电阻率可达到18MΩ·cm。
三乙氧基硅烷(APTES)密度0.89g/cm3，沸点133.50℃。
E51型环氧树脂是一类具有良好粘接、耐腐蚀、绝缘、高强度等性能的热固性高分子合成材料。
丙酮密度0.7899g/cm3，沸点56.5℃。
所述再生玻璃钢纤维为玻璃钢废弃物经切割和破碎设备处理后，其中纤维约占85％，纤维的长度不大于10mm。CaO含量在56％～63％，SiO2含量在4.7％～10.6％，Al2O3含量在4.6％～5.9％。
基于改性纳米二氧化锆的再生玻璃钢纤维耐碱涂层的制备方法，包括以下步骤：
1)按重量份数计，将上述原料分成四组，第一组为ZrO2纳米粒子0.89～1.12份、2/3乙醇；第二组为剩余1/3乙醇、去离子水0.22～0.51份、三乙氧基硅烷(APTES)1.79～2.25份；第三组为E51型环氧树脂0.45～0.55份、丙酮46.12～56.08份；第四组为再生玻璃钢纤维4.44～10.07份；
(2)将第一组的ZrO2纳米粒子和乙醇一起放入锥形瓶中连续搅拌2h，获得纳米二氧化锆颗粒预分散液；
(3)将第二组的乙醇、去离子水和三乙氧基硅烷(APTES)混合溶液放入超声波清洗机中处理10-15min，再将其加入到步骤(2)的纳米二氧化锆颗粒预分散液中，再在恒温磁力搅拌器中40-75℃条件下搅拌1h，之后再进行离心处理，离心过程中离心力的作用有助于三乙氧基硅烷与纳米二氧化锆的均匀复合，离心过滤后在80℃烘干3h得到改性二氧化锆颗粒即APTES-ZrO2颗粒；
(4)将APTES-ZrO2颗粒加入到第三组的E51型环氧树脂和丙酮的混合溶液中，更利于三乙氧基硅烷和E51型环氧树脂缩聚反应的进行，使涂层均匀致密，连续搅拌至溶液中没有明显沉淀为止，能获得均一的溶胶溶液；丙酮对E51有较好的稀释效果，有利于使得耐碱涂层与再生玻璃钢纤维粘结得更加牢固；
(5)将第四组的再生玻璃钢纤维加入到步骤(4)中的溶胶溶液中搅拌5-10min，通过溶胶-凝胶法将改性后的纳米二氧化锆微粒均匀致密地涂覆在再生玻璃钢纤维表面，取出后在80℃的条件下干燥3h即得到所述的再生玻璃钢纤维耐碱涂层。
所述第一组中乙醇与纳米二氧化锆质量比为15-17：1。
按照《水泥混凝土和砂浆用合成纤维》GB/T 21120-2007，对本发明所提供的配方及制备方法得到的再生玻璃钢纤维耐碱涂层的耐碱性能进行测试，采用常温NaOH溶液浸泡法，将3g未处理的再生玻璃钢纤维和经过本发明制备方法获得的具有耐碱涂层的再生玻璃钢纤维分别置于1mol/LNaOH溶液中，不使纤维上浮在液面上；在20℃恒温水浴锅中分别浸泡7天、14天、21天、28天和35天取出后用快速滤纸滤出纤维，用纯净水洗净后，在80℃烘箱内烘干，测量其质量损失。
实施例1
本实施例基于改性纳米二氧化锆的再生玻璃钢纤维耐碱涂层，按重量份数计，原材料的组成和含量分别为：
ZrO2纳米粒子1.04份；
乙醇23.86份；
去离子水0.34份；
三乙氧基硅烷(APTES)2.11份；
E510.51份；
丙酮52.34份；
再生玻璃钢纤维5.33份。
所述ZrO2纳米粒子密度为5.85g/cm3，熔点2700℃。
所述乙醇的密度为0.789g/cm3，熔点-114.1℃。
所述去离子水在25℃条件下的最高电阻率可达到18MΩ.cm。
三乙氧基硅烷(APTES)密度0.89g/cm3，沸点133.50℃。
E51型环氧树脂是一类具有良好粘接、耐腐蚀、绝缘、高强度等性能的热固性高分子合成材料。
丙酮密度0.7899g/cm3，沸点56.5℃。
所述再生玻璃钢纤维为玻璃钢废弃物经切割和破碎设备处理后，其中纤维约占85％，纤维的长度不大于10mm。CaO含量在56％～63％，SiO2含量在4.7％～10.6％，Al2O3含量在4.6％～5.9％。
上述基于改性纳米二氧化锆的再生玻璃钢纤维耐碱涂层的制备方法包括以下步骤：
(1)按重量份数计，将上述原料分成四组，第一组为ZrO2纳米粒子1.04份、2/3乙醇；第二组为剩余1/3乙醇、去离子水0.34份、三乙氧基硅烷(APTES)2.11份，第三组为E510.51份、丙酮52.34份，第四组为再生玻璃钢纤维5.33份；
(2)将第一组的ZrO2纳米粒子和乙醇一起放入锥形瓶中连续搅拌2h，获得纳米二氧化锆颗粒预分散液；
(3)将第二组的乙醇、去离子水和三乙氧基硅烷(APTES)混合溶液放入超声波清洗机中处理10-15min，再将其加入到步骤(2)的纳米二氧化锆颗粒预分散液中，再在恒温磁力搅拌器中60℃条件下搅拌1h；之后再进行离心处理，离心过滤再在80℃的条件下干燥3h得到APTES-ZrO2颗粒；
(4)将APTES-ZrO2颗粒加入到第三组的E51型环氧树脂和丙酮的混合溶液中，然后将混合溶液连续搅拌1h，最后放入超声波清洗机中处理1h得到溶胶溶液；
(5)将第四组的再生玻璃钢纤维加入到步骤(4)中的溶胶溶液中搅拌5-10min，取出后在80℃的条件下干燥3h即得到所述的耐碱再生玻璃钢纤维。
实施例2
本实施例基于改性纳米二氧化锆的再生玻璃钢纤维耐碱涂层的原材料种类及含量同实施例1，不同之处在于，本实施例中步骤(3)中恒温磁力搅拌器中的温度为40℃。
实施例3
本实施例基于改性纳米二氧化锆的再生玻璃钢纤维耐碱涂层的原材料种类及含量同实施例1，不同之处在于，本实施例中步骤(3)中恒温磁力搅拌器中的温度为80℃。
实施例4
本实施例基于改性纳米二氧化锆的再生玻璃钢纤维耐碱涂层的原材料种类及含量同实施例1，不同之处在于，本实施例中再生玻璃钢纤维的加入量为10.07份。
实施例5
本实施例基于改性纳米二氧化锆的再生玻璃钢纤维耐碱涂层，按重量份数计，原材料的组成和含量分别为：
ZrO2纳米粒子1.10份；
乙醇26.22份；
去离子水0.49份；
三乙氧基硅烷(APTES)2.21份；
E510.54份；
丙酮55.88份；
再生玻璃钢纤维5.49份。
本实施物质种类选择与实施例1相同。
本实施例的制备方法同实施例1。
实施例6
本实施例基于改性纳米二氧化锆的再生玻璃钢纤维耐碱涂层的原材料种类及含量同实施例5，本实施例的制备方法同实施例1，不同之处在于，步骤(3)中的超声波清洗机中处理10-15min改为常规机械搅拌10-15min；步骤(4)中的超声波清洗机处理改为常规机械搅拌连续搅拌2h。
将实施例1～6制备的再生玻璃钢纤维耐碱涂层与未处理的再生玻璃钢纤维进行耐碱性性能比较，结果如表1所示。
表1实施例1-6的测试结果
Figure BDA0003812475020000061
由表1中数据可知，实施例1～6制备的再生玻璃钢纤维耐碱涂层在21d碱溶液处理后其较处理前再生玻璃钢纤维的耐碱性均有提高，而实施例3中在80℃加热搅拌时由于温度太高，乙醇挥发过快导致溶液中的乙醇含量变低，最终影响涂层的耐碱效果，使其在28d碱溶液处理后性能下降。对比实施例1、实施例2和实施例3可知，当处理温度过低或者过高，都不利于纤维耐碱性能的提高。对比实施例2和实施例4可知，当再生玻璃钢的掺量稍大时，纤维的耐碱性能并没有降低，说明此方法在纤维大量掺入时耐碱性效果依然较好，利于后期再生玻璃纤维大量应用于混凝土等碱性基体中进行使用。对比实施例5和实施例6可知，通过三乙氧基硅烷改性和超声波处理提高了纳米二氧化锆在溶胶溶液中的分散性同时促进纳米颗粒与环氧树脂基团共价连接，使涂层在纤维上更加致密均匀，有助于提高纤维的耐碱性能。因此，经过耐碱涂层处理的再生玻璃钢纤维具备较好的耐碱性，可以掺入混凝土中代替一部分细骨料，节约混凝土的制作成本，具有巨大经济效益和社会效益。
本发明制备方法通过调整实验温度、超声波处理和使用三乙氧基硅烷对纳米二氧化锆颗粒改性提高纳米颗粒在溶胶溶液中的分散性同时促进纳米颗粒与环氧树脂基团共价连接，最终使耐碱涂层均匀致密地牢牢附着在再生玻璃钢纤维表面，提高其耐碱性。
本发明解决了再生玻璃钢纤维在混凝土等碱性基体中由于不耐碱而导致强度下降的问题，有利于推动再生玻璃钢纤维在建筑材料中的实际工程应用。
本发明未述及之处适用于现有技术，所涉及的原材料均商购或通过常规方法得到。

Claims (8)

1.一种再生玻璃钢纤维耐碱涂层的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
(1)将ZrO2纳米粒子超声或搅拌分散在乙醇中，获得纳米二氧化锆颗粒预分散液，所述乙醇与纳米二氧化锆质量比为14-17：1；
(2)将三乙氧基硅烷(APTES)加入到乙醇溶液中，并超声和/或搅拌至混合均匀，获得混合溶液，其中三乙氧基硅烷占混合溶液的质量的15-30％；
然后将混合溶液加入到获得的纳米二氧化锆颗粒预分散液中，再在恒温磁力搅拌器中40-75℃条件下搅拌至纳米二氧化锆完全改性，停止后改性后，纳米二氧化锆能均匀分散在溶液中，且不会有明显沉淀发生；
之后再进行离心处理，有助于三乙氧基硅烷与纳米二氧化锆的均匀复合，离心过滤后烘干得到改性二氧化锆颗粒，即APTES-ZrO2颗粒；
所述三乙氧基硅烷与纳米二氧化锆颗粒的质量比为(2-3):1；
(3)将E51型环氧树脂加入到能够完全溶解并能将其稀释至不拉丝状态的有机溶剂中，再向其中加入APTES-ZrO2颗粒，连续搅拌至溶液中没有明显沉淀为止，能获得均一的溶胶溶液；所述E51型环氧树脂和ZrO2纳米粒子的质量比为1:1-3；
(4)将再生玻璃钢纤维加入到溶胶溶液中搅拌均匀，通过溶胶-凝胶法将APTES-ZrO2颗粒均匀致密地涂覆在再生玻璃钢纤维表面，取出干燥后即得到所述的再生玻璃钢纤维耐碱涂层。
2.根据权利要求1所述的再生玻璃钢纤维耐碱涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中再生玻璃钢纤维的加入量不超过步骤(3)中有机溶剂质量的1/5；所述有机溶剂为丙酮或乙醇。
3.根据权利要求1所述的再生玻璃钢纤维耐碱涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的乙醇溶液中添加有少量去离子水，去离子水的添加量为乙醇溶液的3-5％；乙醇的加入量以能够使三乙氧基硅烷恰好完全溶解且能分散均匀为准。
4.根据权利要求1所述的再生玻璃钢纤维耐碱涂层的制备方法，其特征在于，纳米二氧化锆预分散后，通过在乙醇体系中在40-75℃高温搅拌下加速三乙氧基硅烷与纳米ZrO2颗粒的接枝反应并完成改性，使其具有良好的分散性，改性处理促进纳米ZrO2颗粒与再生玻璃钢纤维表面的树脂环氧基团共价连接，便于再生玻璃钢纤维表面的树脂通过缩合反应形成有机-无机粘结；
通过E51树脂-三乙氧基硅烷-纳米二氧化锆与再生玻璃钢纤维的玻璃纤维部分形成致密涂层，确保纳米二氧化颗粒在碱溶液中不剥落，提高其耐碱性。
5.根据权利要求1所述的再生玻璃钢纤维耐碱涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中连续搅拌的过程是：用机械搅拌方式连续搅拌1h后放入超声波清洗机中再处理1h，能够使纳米二氧化锆分散更均匀。
6.一种再生玻璃钢纤维耐碱涂层，其特征在于，按重量份数计，原材料的组成和含量分别为：
ZrO2纳米粒子0.89～1.12份；
乙醇21.18～26.32份；
去离子水0.22～0.51份；
三乙氧基硅烷(APTES)1.79～2.25份；
E51型环氧树脂0.45～0.55份；
丙酮46.12～56.08份；
再生玻璃钢纤维4.44～10.07份。
7.根据权利要求6所述的再生玻璃钢纤维耐碱涂层，其特征在于，所述再生玻璃钢纤维为玻璃钢废弃物经切割和破碎设备处理获得，其中纤维约占85％，纤维的长度不大于10mm，CaO含量在56％～63％，SiO2含量在4.7％～10.6％，Al2O3含量在4.6％～5.9％；
所述ZrO2纳米粒子的粒径范围为40-50nm。
8.根据权利要求6所述的再生玻璃钢纤维耐碱涂层，其特征在于，所述再生玻璃钢纤维耐碱涂层的制备方法包括以下步骤：
1)按重量份数计，将上述原料分成四组，第一组为ZrO2纳米粒子0.89～1.12份、2/3乙醇；第二组为剩余1/3乙醇、去离子水0.22～0.51份、三乙氧基硅烷(APTES)1.79～2.25份；第三组为E51型环氧树脂0.45～0.55份、丙酮46.12～56.08份；第四组为再生玻璃钢纤维4.44～10.07份；
(2)将第一组的ZrO2纳米粒子和乙醇一起放入锥形瓶中连续搅拌2h，获得纳米二氧化锆颗粒预分散液；
(3)将第二组的乙醇、去离子水和三乙氧基硅烷(APTES)混合溶液放入超声波清洗机中处理10-15min，再将其加入到步骤(2)的纳米二氧化锆颗粒预分散液中，再在恒温磁力搅拌器中40-75℃条件下搅拌1h，之后再进行离心处理，离心过滤后在80℃烘干3h得到改性二氧化锆颗粒即APTES-ZrO2颗粒；
(4)将APTES-ZrO2颗粒加入到第三组的E51型环氧树脂和丙酮的混合溶液中，连续搅拌至溶液中没有明显沉淀为止，能获得均一的溶胶溶液；
(5)将第四组的再生玻璃钢纤维加入到步骤(4)中的溶胶溶液中搅拌5-10min，通过溶胶-凝胶法将改性后的纳米二氧化锆微粒均匀致密地涂覆在再生玻璃钢纤维表面，取出后在80℃的条件下干燥3h即得到所述的再生玻璃钢纤维耐碱涂层。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115043605A (zh) * 2022-07-25 2022-09-13 浙江长兴钰峰新型材料科技有限公司 一种混凝土用防腐蚀涂层钢纤维及其制备工艺

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103788573A (zh) * 2014-01-15 2014-05-14 芜湖市宝艺游乐科技设备有限公司 一种以混合树脂为基材的玻璃钢复合涂层材料及其制备方法
CN110753719A (zh) * 2017-06-15 2020-02-04 德累斯顿莱布尼茨聚合物研究所 用于混凝土增强的表面改性的玻璃纤维及其制造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103788573A (zh) * 2014-01-15 2014-05-14 芜湖市宝艺游乐科技设备有限公司 一种以混合树脂为基材的玻璃钢复合涂层材料及其制备方法
CN110753719A (zh) * 2017-06-15 2020-02-04 德累斯顿莱布尼茨聚合物研究所 用于混凝土增强的表面改性的玻璃纤维及其制造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115043605A (zh) * 2022-07-25 2022-09-13 浙江长兴钰峰新型材料科技有限公司 一种混凝土用防腐蚀涂层钢纤维及其制备工艺

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