[发明专利]一种玄武岩纤维表面改性涂层的制备方法及其应用

说明书

本发明属于无机纤维改性技术领域，涉及玄武岩纤维表面改性，尤其涉及玄武岩纤维表面改性涂层的制备方法。先在适量纳米二氧化硅分散液中加入硅烷偶联剂、表面活性剂溶液、聚丙烯酰胺溶液和1/3的水性环氧树脂，回流反应；然后升温同时滴加剩余的水性环氧树脂和引发剂溶液，碱性体系持续反应后制得。本发明还公开了所制得的玄武岩纤维表面改性涂层应用，先以浓H₂SO₄/H₂O₂混合溶液对玄武岩纤维表面基团活化，再用盐酸蚀刻，然后将其浸润在所述涂层中接枝，最后烘干至恒重。本发明所制备的涂层乳液不含任何有机溶剂，绿色环保，操作技术方便简单，适用性强，性能稳定，能快速有效地改性玄武岩纤维，使其表面粗糙度明显增加，可应用于微生物膜载体材料领域。

技术领域

本发明属于无机纤维改性技术领域，涉及玄武岩纤维表面改性的方法，尤其涉及一种玄武岩纤维表面改性涂层的制备方法及其应用。

背景技术

目前我国水资源短缺与水污染问题并存，地表水污染情况依旧严峻，保护水资源、改善水环境，提高污/废水处理效率刻不容缓。污/废水处理的常规工艺涵盖物理、化学和生物方法，我国大部分的污/废水处理以生物法为主。生物法处理污/废水的工艺当中，生物膜工艺是应用最广泛的技术。生物膜废水处理技术是将微生物固定在载体上形成生物膜使废水中的污染物进行降解的技术，生物膜的生长和繁殖均由载体材料作为场所，载体材料是生物膜法水处理工艺的核心，其性能好坏影响生物池中微生物的种类、数量、活性和代谢产物的传质，也直接影生物膜法水处理工艺的效能。因此，载体的正确选择对提高废水处理的效果非常重要。

生物膜载体材料的要求为：易成膜、无毒害作用；能提供大的比表面积，以增加生物附着量；价格低廉、容易取材。目前生物膜载体材料可分为有机类载体和无机类载体。有机类载体如PVC、PE、PS、PP、各类树脂、塑料、软性或半软性纤维等，生产过程不环保，污染物排放多，且在废水中容易出现老化、断丝等现象，影响使用寿命，其次，再生困难，易对环境造成二次污染。

玄武岩纤维(BF)是一种高性能的无机硅酸盐纤维，由玄武岩矿石在1450～1500℃下熔融后通过铂铑合金拉丝漏板快速拉丝而成，主要由SiO₂、Al₂O₃、CaO、Fe_xO_y、MgO、TiO₂、Na₂O、K₂O等组成，直径一般为7～13μm。BF生成过程中没有硼或碱金属氧化物的排放，并且不需要引入任何新组分即可获得，因此玄武岩纤维的制备过程不会对环境和人类造成不良影响，是一种100％纯天然绿色工业材料。这也就避免了传统材料在生产、使用和废弃过程中消耗大量的能源和资源，造成环境污染等缺点。

玄武岩纤维具有优异的力学性能，其抗拉强度和弹性模量都较高，甚至高于玻璃纤维和芳纶纤维，其抗拉强度也与碳纤维相当。此外，玄武岩纤维具有突出的化学稳定性，玄武岩矿石属于硅酸盐矿石，玄武岩纤维会与硅酸盐具有天然的相容性，具有很高的耐酸碱性。因此，玄武岩纤维所具有的强度和耐酸碱性可以满足生物膜载体材料的要求，是一种比较理想的生物膜载体材料；但玄武岩纤维表面光滑，且一般市售的玄武岩纤维表面亲水性较差，影响微生物的附着、降低生物膜的传质效率，所以在将其应用于生物膜载体材料前需要对玄武岩纤维表面进行处理，改善其表面性能。

纤维表面改性方法主要有表面氧化改性法、酸碱刻蚀法、等离子体改性法和表面涂层改性法等。现阶段世界各国的学者正在以极大的热情进行纤维表面改性技术方面的研究工作，目前取得的主要成果有：