Ein Überblick über Untersuchungen zur Oberflächenmodifizierung von Basaltfasern

Als Hochleistungs-Anorganikfasermaterial zeichnet sich Basaltfaser durch hervorragende mechanische Eigenschaften aus. Chemische Aufgrund ihrer Beständigkeit und Hochtemperaturstabilität finden Basaltfasern vielfältige Anwendungen im Bauwesen, bei Verbundwerkstoffen und im Umweltschutz. Allerdings weisen sie glatte Oberflächen auf und besitzen nur wenige aktive funktionelle Gruppen, was zu einer schwachen Grenzflächenhaftung mit Matrixmaterialien führt. Durch Oberflächenmodifizierung lassen sich die Grenzflächenhaftungseigenschaften von Basaltfasern deutlich verbessern und ihre Anwendung in Verbundwerkstoffen und im Umweltschutzbereich erweitern. Im Folgenden werden die Forschungsergebnisse zu einigen wichtigen Modifizierungsmethoden dargestellt.

1. Oberflächenmodifizierung mit Silan-Haftvermittler

Silan-Haftvermittler sind häufig verwendete Oberflächenbehandlungsmittel, die durch chemische Bindung die Grenzflächenhaftungseigenschaften zwischen Fasern und Matrixmaterialien verbessern.

KH-550 Modifikation

Die Studie zeigt, dass die Behandlung von Basaltfasern mit einer Silan-Haftvermittlerlösung (KH-550) stabile chemische Bindungen auf der Faseroberfläche ausbildet und die Grenzflächenhaftung zwischen Faser und Asphalt verbessert. Die optimale Konzentration von KH-550 beträgt 1,0 %, die Behandlungsdauer 30 Minuten. Nach der Modifizierung verbesserte sich die Haftung zwischen Basaltfaser und Asphalt um eine Stufe. Die Ölabsorptionsrate stieg um 65,5 %, was die Haftung an Asphalt signifikant erhöhte.

KH-570 Änderung

KH-570 modifiziert Basaltfasern, um deren Oberfläche aufzurauen und die Anzahl aktiver Punkte auf der Faseroberfläche zu erhöhen. Im Verbundwerkstoff verbessern sich die mechanischen Eigenschaften mit zunehmender Länge der modifizierten Fasern und der Zugabemenge signifikant.

2. Tensidmodifikation

CTAC-Modifikation

Die physikalische Beschichtung von Basaltfasern mit dem kationischen Tensid Cetyltrimethylammoniumchlorid (CTAC) verbessert deren Hydrophilie und Dispergierbarkeit in Wasser. Diese Modifizierungsmethode hat einen signifikanten Einfluss auf die Adhäsion mikrobieller Filme: Die Adhäsionsstärke der Mikroorganismen wird deutlich erhöht. Die gesteigerte mikrobielle Anhaftung erleichtert den Einsatz in der Abwasserbehandlung.

3. Modifizierung der organischen Eisen-Flüssigphasenablagerung

Die Modifizierung von Basaltfasern durch Abscheidung in flüssiger organischer Eisenphase kann die Bioadhäsionsfähigkeit der Faseroberfläche verbessern und somit deren Anwendung im Bereich der Abwasserbehandlung optimieren. Durch dieses Modifizierungsverfahren bildet sich eine stabile Eisenoxidschicht auf der Faseroberfläche, die die Adsorption und den Abbau von Schadstoffen verbessert.

4. Beschichtungsmodifizierung durch Nano-Siliciumdioxid

Nanosilica-Partikel sind gleichmäßig im Infiltrat oder der Dispersion verteilt und können zur Modifizierung von Basaltfaserbeschichtungen eingesetzt werden: Zwischen Basaltfaser und Epoxidharz fungieren die Nanosilica-Partikel als Brücke und verbessern so die Grenzflächenhaftung zwischen beiden signifikant. Nach der Modifizierung erhöht sich die Oberflächenrauheit der Basaltfaser, die spezifische Oberfläche vergrößert sich und die Anzahl der sauerstoffhaltigen funktionellen Gruppen steigt. Die Studie zeigte, dass durch die Verwendung eines mit Nanosilica modifizierten Basaltfaserträgers die tatsächliche Menge an mikrobiellem Film pro Gramm aufgebrachter Faser um 21,39 % zunahm. Die Schadstoffentfernungseffizienz wurde signifikant verbessert.

Fazit und Ausblick

Die Oberflächenaktivität, die Grenzflächenhaftung und die Funktionalität von Basaltfasern wurden durch verschiedene Oberflächenmodifizierungsverfahren signifikant verbessert. Dazu gehören:

1. Die Modifizierung mit Silan-Haftvermittlern eignet sich besser zur Verbesserung der Haftung von Basaltfasern an Matrixmaterialien (z. B. Zement, Asphalt, Epoxidharz usw.).
2. Modifizierung mittels Tensiden und Modifizierung organischer Eisenablagerungen eignen sich besonders für den Umweltschutzbereich, insbesondere für die Anwendung mikrobieller Träger in der Abwasserbehandlung.
3. Die Modifizierung von Nano-Siliciumdioxid-Beschichtungen bietet aufgrund ihrer Vorteile hinsichtlich verbesserter mechanischer und funktioneller Eigenschaften ein breites Anwendungsspektrum im Bereich der Verbundwerkstoffe und Umweltschutz.

Zukünftige Forschung kann die Parameter des Modifizierungsprozesses weiter optimieren und den Synergieeffekt verschiedener Modifizierungsmethoden untersuchen, um den Anforderungen unterschiedlicher Anwendungen gerecht zu werden.