CN115321842B - 耐蚀玄武岩纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及纤维改性技术领域，公开了耐蚀玄武岩纤维及其制备方法，玄武岩纤维的表面接枝有多尺度增强体，所述多尺度增强体为生物炭‑纳米粒子分散体。通过在玄武岩纤维的表面通过浸渍体系接枝多尺度增强体，一方面能够赋予玄武岩纤维表面的粗糙度，便于增强与其他组分的界面性能，另一方面多尺度增强体均布于玄武岩纤维的表面，多层次的纵向结构，赋予了玄武岩纤维更强的耐腐蚀性。

Description

耐蚀玄武岩纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及纤维改性技术领域，具体地说，涉及耐蚀玄武岩纤维及其制备方法。
背景技术
连续玄武岩纤维是以天然火山岩为原料经1500℃高温熔融后快速拉制而成的连续纤维，连续玄武岩纤维属于非金属的无机纤维，生产过程几乎无“三废”产生，被称为21世纪无污染的“绿色工业原材料”。
然而，玄武岩作为无机纤维材料，多应用于如混凝土、金属涂层、涂料等领域，然而，由于玄武岩的表面比较光滑，这将不利于纤维与树脂、水泥等材料的复合。且当玄武岩纤维作为增强材料在混凝土，排污管道，过滤材料中使用时，很容易受到不同温度酸碱介质的侵蚀作用。随着时间的延长，玄武岩纤维及其复合材料的微观分子结构及宏观力学性能等发生变化，造成材料使用性能的下降。因而对玄武岩进行改性处理，用以抵抗外界的酸碱腐蚀环境，尤为重要。
发明内容
<本发明解决的技术问题>
用于解决现有技术存在的耐酸碱性差的问题。
<本发明采用的技术方案>
针对上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种耐蚀玄武岩纤维及其制备方法。
具体内容如下：
第一，本发明提供了一种耐蚀玄武岩纤维，玄武岩纤维的表面接枝有多尺度增强体，所述多尺度增强体为生物炭-纳米粒子分散体。
玄武岩纤维的表面接枝有多尺度增强体，所述多尺度增强体为生物炭-纳米粒子分散体。
第二，本发明提供了耐蚀玄武岩纤维的制备方法，包括如下步骤：
多尺度增强体分散于浸渍液中，玄武岩纤维浸渍于所述浸渍液中，经固化得到成品。
<本发明的有益效果>
通过在玄武岩纤维的表面通过浸渍体系接枝多尺度增强体，一方面能够赋予玄武岩纤维表面的粗糙度，便于增强与其他组分的界面性能，另一方面多尺度增强体均布于玄武岩纤维的表面，多层次的纵向结构，赋予了玄武岩纤维更强的耐腐蚀性。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
第一，本发明提供了一种耐蚀玄武岩纤维，玄武岩纤维的表面接枝有多尺度增强体，所述多尺度增强体为生物炭-纳米粒子分散体。
本发明中，生物炭为玉米秸秆、棉杆、或麦秆经水热碳化得到。
本发明中，纳米粒子为二氧化硅、锌粉、二氧化钛、或银粉。
本发明中，生物炭-纳米粒子的制备方法为：
生物炭经球磨得到生物炭粉体，生物炭粉体同纳米粒子共同分散于浸渍液中，形成浸渍液分散体系。通过形成分散体系，利于纳米粉体均布，同时也便于玄武岩纤维的浸渍。
本发明中，所述浸渍液为环氧乳液、聚氨酯乳液、POSS、己二胺、有机溶剂经超声处理得到的体系。POSS(倍半硅氧烷)具有Si-O-Si无机核心的纳米结构，可以在Si键上连接各种不同有机官能团，从而设计成有机/无机杂化分子。通过将POSS与环氧乳液、聚氨酯乳液、己二胺进行共混处理，能够POSS与其进行键合，再以生物炭、纳米粒子分散处理，实现了生物炭、纳米粒子与前述的高分子之间的接枝。
本发明中，浸渍液的各组分按重量分数计，环氧乳液100份、聚氨酯乳液30～40份、POSS 10～20份、己二胺10～20份。
第二，本发明提供了一种耐蚀玄武岩纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
多尺度增强体分散于浸渍液中，玄武岩纤维浸渍于所述浸渍液中，经固化得到成品。
本发明中，玄武岩纤维浸渍前依次经浓H2SO4/H2O2混合溶液活化，再用盐酸蚀刻处理。
<实施例>
实施例1
一种耐蚀玄武岩纤维的制备方法，其步骤如下
S1原料制备
以玉米秸秆为原料，采用常规的水热碳化得到生物炭，将生物炭用球磨机经球磨得到生物炭粉体；
选用二氧化硅粉体；
S2浸渍液的配制
将环氧乳液(双酚A类环氧树脂)、聚氨酯乳液、POSS-PMMA、己二胺按100:40:15:10的质量比溶于甲苯中，超声30min后，经减压蒸馏除去甲苯，得到浸渍液。
S3浸渍液分散的制备
将生物炭、二氧化硅经搅拌、超声分散于浸渍液中，得到浸渍液分散体系；
S4耐蚀玄武岩纤维
将玄武岩纤维浸渍前依次经浓H2SO4/H2O2混合溶液活化，温度80℃，时间1h，H2SO4/H2O2体积比为7:3；再用盐酸蚀刻处理，盐酸浓度为1M，温度为45℃，时间为45min；
再将玄武岩浸渍于浸渍液分散体系中，固化得到玄武岩纤维；
生物炭、二氧化硅分别占浸渍液分散体系的0.5wt％。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，
环氧乳液、聚氨酯乳液、POSS-PMMA、己二胺的比例为100:35:10:15。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，
生物炭、二氧化硅分别占浸渍液分散体系的0.7wt％、0.3wt％。
<对比例>
对比例1
采用未经处理的玄武岩纤维。
<试验例>
将玄武岩纤维原丝束剪成15cm的样品，称取5g玄武岩纤维为样品用量。采取如实施例1的制备得到样品1，未经处理为样品2，样品1和2进行老化试验。
配置浓度为0.1M盐酸溶液，置于聚丙烯塑料盒中，将样品1和2分别放入塑料盒中，并封口，老化时间为1个月，恒温25℃。
配置浓度为0.1M氢氧化钠溶液，置于聚丙烯塑料盒中，将样品1和2分别放入塑料盒中，并封口，老化时间为1个月，恒温25℃。
采用ASTM D3399-75标准，对样品1和2进行拉伸测试。
结果如表1所示。
表1不同酸碱环境下玄武岩纤维的强度(filament strength/Mpa)
Figure BDA0003849858450000051
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种耐蚀玄武岩纤维，其特征在于，玄武岩纤维的表面接枝有多尺度增强体，所述多尺度增强体为生物炭-纳米粒子分散体；
生物炭-纳米粒子的制备方法为：
生物炭经球磨得到生物炭粉体，生物炭粉体同纳米粒子共同分散于浸渍液中，形成浸渍液分散体系；
纳米粒子为二氧化硅、锌粉、二氧化钛、或银粉；
浸渍液的各组分按重量份数计，环氧乳液100份、聚氨酯乳液30~40份、POSS 10~20份、己二胺10~20份。
2.根据权利要求1所述的耐蚀玄武岩纤维，其特征在于，生物炭为玉米秸秆、棉杆、或麦秆经水热碳化得到。
3.根据权利要求1所述的耐蚀玄武岩纤维，其特征在于，所述浸渍液为环氧乳液、聚氨酯乳液、POSS、己二胺、有机溶剂经超声处理得到的体系。
4.一种如权利要求1至3中任意一项所述的耐蚀玄武岩纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
多尺度增强体分散于浸渍液中，玄武岩纤维浸渍于所述浸渍液中，经固化得到成品。
5.根据权利要求4所述的耐蚀玄武岩纤维的制备方法，其特征在于，玄武岩纤维浸渍前依次经浓H2SO4/H2O2混合溶液活化，再用盐酸蚀刻处理。
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