一种玄武岩纤维基超疏水材料的制备方法、其产品及应用技术

本发明专利技术公开了一种玄武岩纤维基超疏水材料的制备方法、其产品及应用，目的在于解决现有的超疏水材料价格高昂，应用受限，而市售的玄武岩纤维仅具有一定疏水性的问题。该方法包括如下步骤：预处理、物料装配、气化处理、焙烧。本申请以玄武岩纤维为基础，通过气化及焙烧处理，在玄武岩纤维表面形成均匀的疏水层，从而制备出玄武岩纤维基超疏水材料。同时，以本申请制备的玄武岩纤维基超疏水材料为原料，能够用于不同器件的表面，从而起到相应的防护效果，或使得相应的器件具有防水、防污性能。本申请的制备方法工艺合理，操作简单，所制备的玄武岩纤维基超疏水材料质量稳定、可靠，能够满足工业化应用的需求，具有较好的应用前景和重要的意义。

Preparation, products and application of a basalt fiber-based superhydrophobic material

【技术实现步骤摘要】
一种玄武岩纤维基超疏水材料的制备方法、其产品及应用
本专利技术涉及材料领域，尤其是功能材料领域，具体为一种玄武岩纤维基超疏水材料的制备方法、其产品及应用。采用本申请，能够制备出具有超疏水性能的材料，且制备方法简单、方便，具有较高的应用价值和较好的应用前景。
技术介绍
北宋理学家周敦颐在《爱莲说》中称赞莲花，“予独爱莲之出淤泥而不染，濯清涟而不妖”。其中，莲花“出淤泥而不染”这一特性，是基于莲叶的“自清洁”效应。研究发现，荷叶本身是不沾水的，这是由于荷叶表面具有粗糙的微观形貌以及疏水的表皮蜡。这种特殊的结构有助于锁住空气，进而防止水将表面润湿。水滴在荷叶上形成一个球形，而不是铺展开来，像这样的表面，就是“超疏水表面”。这种超疏水表面可以有效地防止被污水污染，并且表面的灰尘、杂质也会被雨水带走。荷叶这种自清洁性能被人们称为“荷叶效应”。近20年来，仿荷叶的人造超疏水表面不断涌现。然而，这项技术由于种种限制，一直未能大规模地应用。在对超疏水表面的研究中，超疏水材料是其中的重要组成部分。超疏水材料通常定义为，表面稳定接触角要大于150°的材料。将超疏水材料用于室外天线上，可以防积雪；将其用于远洋轮船表面，可以起到防污、防腐的效果；将其用于石油管道内表面，能减少石油管道内表面的阻力，便于石油的输送；将其用于微量注射器针尖上，可以完全消除昂贵的药品在针尖上的黏附及由此带来的对针尖的污染，减少相应的药品残留；同时，超疏水材料还能起到防水和防污的效果。然而，现有的超疏水材料通常价格高昂，未能得到大规模的应用。玄武岩纤维最早由前苏联研制成功，其是以天然玄武岩石为主要原料，在高温熔融后，经拉丝成型的一种无机纤维。玄武岩纤维具有抗拉强度高、弹性模量大、耐腐蚀性强、化学稳定性好等特点，是一种性能优于E-玻纤、碳纤维、Kevlar49芳纶纤维和钢纤维的增强材料，其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。另一方面，由于玄武岩纤维采用高温熔液拉丝成型制备而成，使得所制备纤维的力学、热学、物理化学性能受到一定限制。目前，市售玄武岩纤维的表面具有一定的疏水性，但距超疏水材料要求还有一定的距离，这也使得玄武岩纤维在军工、国防、航空航天等领域的使用受到了一定的阻碍。为此，专利技术人对现有的玄武岩纤维进行了改进，提出一种玄武岩纤维基超疏水材料的制备方法，并制备出具有超疏水性能的玄武岩纤维基超疏水材料。进一步，本申请请求保护该玄武岩纤维基超疏水的应用。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于：针对现有的超疏水材料价格高昂，应用受限，而市售的玄武岩纤维仅具有一定疏水性的问题，提供一种玄武岩纤维基超疏水材料的制备方法、其产品及应用。本申请以玄武岩纤维为基础，通过气化及焙烧处理，在玄武岩纤维表面形成均匀的疏水层，从而制备出玄武岩纤维基超疏水材料。同时，以本申请制备的玄武岩纤维基超疏水材料为原料，能够用于不同器件的表面，从而起到相应的防护效果，或使得相应的器件具有防水、防污性能。本申请的制备方法工艺合理，操作简单，所制备的玄武岩纤维基超疏水材料质量稳定、可靠，能够满足工业化应用的需求，具有较好的应用前景。本申请原料易得，成本低廉，所制备的玄武岩纤维基超疏水材料具有较好的超疏水性能，具有较高的应用价值，能够有效促进超疏水材料的应用和推广，具有十分重要的意义。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种玄武岩纤维基超疏水材料的制备方法，包括如下步骤：（1）预处理对玄武岩纤维进行预处理，得到干净的玄武岩纤维；（2）物料装配将干净的玄武岩纤维放入盛放容器中，得到第一中间体；向反应器内加入待气化液体试剂，并将第一中间体置于反应器内，再将反应器罩住，使玄武岩纤维在步骤3的气化处理时处于待气化液体试剂的氛围中，得到第二中间体；（3）气化处理将第二中间体在100~400℃下加热0.5~3h后，冷却，并在盛放容器内得到气化处理后的玄武岩纤维；（4）焙烧将气化处理后的玄武岩纤维在600~1000℃下焙烧1~4h，即可。所述步骤1，将玄武岩纤维置于无水乙醇中，超声处理0.5~2h，再将经无水乙醇超声处理后的玄武岩纤维进行干燥，完成预处理，得到干净的玄武岩纤维。所述步骤1中，将经无水乙醇超声处理后的玄武岩纤维在30~80℃下干燥0.2~30h。所述步骤1中，将经无水乙醇超声处理后的玄武岩纤维在45℃下干燥1~12h。所述步骤2中，盛放容器内干净的玄武岩纤维通过盛放容器与反应器内待气化的试剂不直接接触。所述步骤2中，用盖子将反应器罩住后，反应器内形成封闭空间，得到第二中间体。所述步骤3中，将第二中间体置于第一加热装置中，于100~400℃下加热0.5~3h。所述待气化液体试剂的沸点为300℃以下（所述待气化液体试剂的沸点≤300℃）；所述步骤3中，在进行气化处理时，反应器内待气化液体试剂挥发、分解后，冷却至室温，形成氧化物或盐，沉积在玄武岩纤维的表面。所述待气化液体试剂为硅烷偶联剂（乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷等）、正辛基三氯硅烷、四氯化钛、四(二乙胺基钛)中的一种或多种。所述步骤4中，将气化处理后的玄武岩纤维置于第二加热装置中，在600~1000℃下焙烧1~4h，即可。所述步骤3中，冷却至室温后，将第二中间体内的第一中间体取出；所述步骤4中，将步骤3取出的第一中间体置于第二加热装置中，在600~1000℃下焙烧1~4h，即可。所述盛放容器为坩埚。优选地，所述盛放容器为陶瓷坩埚。还包括支撑架，所述支撑架设置在反应器内，所述盛放容器设置在支撑架上，所述支撑架能避免待气化液体试剂与盛放容器外表面直接接触。所述第一加热装置为马弗炉或恒温干燥箱，所述第二加热装置为马弗炉。采用前述制备方法所制备的产品。所述产品的表面稳定接触角大于150°。前述玄武岩纤维基超疏水材料作为超疏水材料的应用。将其应用于材料的表面。以起到相应的防护效果，如防污、防水等。针对前述问题，本申请提供一种玄武岩纤维基超疏水材料的制备方法、其产品及应用。现有测试结果表明，未处理玄武岩纤维的表面自身具有一定的疏水性，但疏水性能不足，无法满足超疏水的需要。本申请中，以玄武岩纤维为基础，通过对玄武岩纤维进行改性，提升玄武岩纤维的疏水性能，成功制备出玄武岩纤维基超疏水材料。本申请中，首先对玄武岩纤维进行预处理，得到干净的玄武岩纤维。更具体地，将玄武岩纤维束置于无水乙醇中，超声处理0.5~2h，再将经无水乙醇超声处理后的玄武岩纤维进行干燥，完成预处理，得到干净的玄武岩纤维。进一步，将经无水乙醇超声处理后的玄武岩纤维在30~80℃下干燥0.2~30；优选地，在45℃恒温干燥箱中干燥1~12h。其次，将干净的玄武岩纤维放入盛放容器中，得到第一中间体。再向反应器内加入待气化液体试剂，并将第一中间体置于反应器内，再将反应器罩住本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玄武岩纤维基超疏水材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n（1）预处理/n对玄武岩纤维进行预处理，得到干净的玄武岩纤维；/n（2）物料装配/n将干净的玄武岩纤维放入盛放容器中，得到第一中间体；向反应器内加入待气化液体试剂，并将第一中间体置于反应器内，再将反应器罩住，使玄武岩纤维在步骤3的气化处理时处于待气化液体试剂的氛围中，得到第二中间体；/n（3）气化处理/n将第二中间体在100~400℃下加热0.5~3h后，冷却，并在盛放容器内得到气化处理后的玄武岩纤维；/n（4）焙烧/n将气化处理后的玄武岩纤维在600~1000℃下焙烧1~4h，即可。/n

【技术特征摘要】
1.一种玄武岩纤维基超疏水材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）预处理
对玄武岩纤维进行预处理，得到干净的玄武岩纤维；
（2）物料装配
将干净的玄武岩纤维放入盛放容器中，得到第一中间体；向反应器内加入待气化液体试剂，并将第一中间体置于反应器内，再将反应器罩住，使玄武岩纤维在步骤3的气化处理时处于待气化液体试剂的氛围中，得到第二中间体；
（3）气化处理
将第二中间体在100~400℃下加热0.5~3h后，冷却，并在盛放容器内得到气化处理后的玄武岩纤维；
（4）焙烧
将气化处理后的玄武岩纤维在600~1000℃下焙烧1~4h，即可。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1，将玄武岩纤维置于无水乙醇中，超声处理0.5~2h，再将经无水乙醇超声处理后的玄武岩纤维进行干燥，完成预处理，得到干净的玄武岩纤维。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，将经无水乙醇超声处理后的玄武岩纤维在30~80℃下干燥0.2~30h。


4.根据权利要求1~3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，将第二中间体...

【专利技术属性】
技术研发人员：周绿山，赖川，邓远方，魏伟，符东，陈春坛，王柱理，温欣，
申请(专利权)人：四川文理学院，达州市质量技术监督检验测试中心，
类型：发明
国别省市：四川;51