Katsaus basalttikuitujen pinnanmuokkaustutkimuksiin

Korkean suorituskyvyn omaavana epäorgaanisena kuitumateriaalina basalttikuidun erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, Kemiallinen kestävyys ja korkean lämpötilan stabiilius ovat johtaneet erilaisiin sovelluksiin maanrakennuksessa, komposiittimateriaaleissa ja ympäristönsuojelussa. Basalttikuiduilla on kuitenkin sileät pinnat ja niiltä puuttuu aktiivisia funktionaalisia ryhmiä, mikä johtaa heikkoihin rajapinta-ominaisuuksiin matriisimateriaalien kanssa. Siksi basalttikuitujen pinnan modifiointi voi parantaa merkittävästi niiden rajapinta-ominaisuuksia ja tehostaa niiden käyttöä komposiiteissa ja ympäristönsuojelussa. Seuraavassa on useiden tärkeimpien modifiointimenetelmien tutkimuksen edistymistä.

1. Silaanikytkentäaineen pinnanmuokkaus

Silaanikytkentäaine on yleisesti käytetty pintakäsittelyaine, joka parantaa kuitujen ja matriisimateriaalien välisiä rajapintojen sidosominaisuuksia kemiallisen sidoksen avulla.

KH-550-modifikaatio

Tutkimus osoittaa, että basalttikuitujen käsittely silaanikytkentäaineella KH-550 muodostaa stabiileja kemiallisia sidoksia kuidun pinnalle ja parantaa kuidun ja asfaltin välistä rajapintasidosta. KH-550:n kohtuullinen pitoisuus on 1,0 % ja käsittelyaika 30 minuuttia. Modifioinnin jälkeen basalttikuidun ja asfaltin välinen tarttuvuus parani yhden asteen. Öljyn imeytymisnopeus kasvoi 65,5 %, mikä paransi merkittävästi tarttuvuutta asfalttiin.

KH-570 Muokkaus

KH-570 modifioi basalttikuituja karhentaakseen niiden pintaa ja lisätäkseen aktiivisten pisteiden määrää kuidun pinnalla. Komposiittimateriaalissa modifioidun kuidun pituuden ja lisäysmäärän kasvaessa komposiittimateriaalin mekaaniset ominaisuudet paranevat merkittävästi.

2. Pinta-aktiivisen aineen modifiointi

CTAC-muokkaus

Basalttikuitujen fyysinen pinnoitus kationisella pinta-aktiivisella aineella, setyylitrimetyyliammoniumkloridilla (CTAC), parantaa kuitujen hydrofiilisyyttä ja dispergoituvuutta veteen. Tällä modifiointimenetelmällä on merkittävä vaikutus mikrobikalvon tarttumiseen: mikrobien tarttumislujuus kasvaa merkittävästi. Mikrobien kiinnittymisen määrän lisääminen helpottaa käyttöä jätevedenkäsittelyssä.

3. Orgaanisen raudan nestefaasilaskeuman modifikaatio

Basalttikuitujen modifiointi orgaanisen raudan nestefaasikerrostuksella voi parantaa kuidun pinnan bioadheesiokykyä ja entisestään laajentaa sen käyttöalueita jätevedenpuhdistuksessa. Tämä modifiointimenetelmä voi muodostaa kuidun pinnalle stabiilin rautaoksidipinnoitteen, mikä parantaa sen adsorptiota ja epäpuhtauksien hajoamista.

4. Pinnoitteen modifiointi nano-piidioksidilla

Nanosilica-hiukkaset dispergoituvat tasaisesti tunkeutumisaineeseen tai dispersioon, ja ne voivat olla basalttikuidusta tehtyjä pinnoitteen modifikaatioita: basalttikuidun ja epoksihartsin välillä nanosilica-hiukkaset toimivat siltana, mikä parantaa merkittävästi näiden kahden välistä rajapintayhteensopivuutta. Modifioinnin jälkeen basalttikuidun pinnan karheus, ominaispinta-ala ja happea sisältävien funktionaalisten ryhmien määrä lisääntyvät. Tutkimus osoitti, että nanosilicatodilla modifioidun basalttikuidun kantajan käytöllä: mikrobikalvon todellinen määrä kiinnitettyä kuitugrammaa kohden kasvoi 21,39 %. Epäpuhtauksien poistotehokkuus parani merkittävästi.

Johtopäätös ja tulevaisuudennäkymät

Basaltikuitujen pinta-aktiivisuutta, rajapintojen välisiä sitoutumisominaisuuksia ja toiminnallisuutta parannettiin merkittävästi erilaisilla pintakäsittelymenetelmillä. Näitä olivat muun muassa:

1. Silaanikytkentäaineen modifikaatio soveltuu paremmin basalttikuitujen tarttumisen parantamiseen matriisimateriaaleihin (esim. sementti, asfaltti, epoksihartsi jne.).
2. Pinta-aktiivisten aineiden modifiointi ja orgaanisen rautakerrostuman modifiointi sopivat paremmin ympäristönsuojelun alalle, erityisesti mikrobien kantaja-aineiden käyttöön jätevedenkäsittelyssä.
3. Nano-piidioksidipinnoitteen modifioinnilla, jonka etuna on mekaanisten ja toiminnallisten ominaisuuksien parantaminen, on laajat tulevaisuudennäkymät alalla Komposiittimateriaalit ja ympäristönsuojelu.

Tulevassa tutkimuksessa voidaan optimoida modifiointiprosessin parametreja edelleen ja tutkia eri modifiointimenetelmien synergististä vaikutusta erilaisten sovellusten tarpeiden täyttämiseksi.