一种二氧化锰修饰的玻璃纤维的制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种二氧化锰修饰的玻璃纤维的制备方法，属于无机纳米材料的制备技术领域。
【背景技术】
[0002]玻璃纤维(glass fiber)是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多。相对于有机纤维来说，玻璃纤维具有不燃，抗腐，隔热、隔音性好，抗拉强度高，电绝缘性好等优点。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，是非常好的金属材料替代品，随着市场经济的迅速发展，玻璃纤维成为建筑、交通、电子、电气、化工、冶金、环境保护、国防等行业必不可少的原材料。由于在多个领域得到广泛应用，因此，玻璃纤维日益受到人们的重视。
[0003]玻璃纤维是复合材料增强基材中用量最大、应用最广的无机非金属材料。近年来不同牌号的高性能玻璃纤维不断推出，促进了复合材料在新能源、交通、建筑、化工等领域推广应用，有利于中国玻璃纤维由做大向做强发展。
[0004]其中在建筑材料领域的应用主要是纤维增强混凝土，纤维作为水泥基复合材料的主要增韧材料，可以依靠其与基体的界面粘结承担荷载，延缓基体中裂缝的出现和扩展，从而使水泥混凝土的韧性得到提高。玻璃纤维作为最主要的增韧材料之一，具有弹性模量与强度高，和混凝土界面粘结性能良好，在水泥混凝土中易于分散等优良特性；玻璃纤维掺入混凝土中，在混凝土的内部能够形成一种均匀的三维乱向分布支撑体系，有效防止微裂缝的产生和扩展，具有良好的增强增韧效果。然而由于玻璃纤维表面比较光滑，存在着纤维拔出的现象，如图1所示，在一定程度上制约了玻璃纤维在混凝土中的增强增韧效果。对于解决玻璃纤维在水泥混凝土或其他复合材料中的拔出问题，提高玻璃纤维表面的粗超度是解决玻璃纤维混凝土/玻璃纤维复合材料发展面临的关键技术。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明提供了一种二氧化锰修饰的玻璃纤维的制备方法，该方法可以大幅提高玻璃纤维的表面粗超度，增加玻璃纤维的比表面积。
[0006]一种二氧化锰修饰的玻璃纤维的制备方法，主要包括溶解-静置复合-洗涤-干燥工序，具体制备方案如下:
(1)制备高锰酸钾溶液
称取0.5-0.75g高锰酸钾(KMnO4)分散于250mL超纯水中，使得腸1104完全溶解；
(2)静置复合
称取0.5~3g玻璃纤维置于上述完全溶解的KMnO4溶液中；量取5_7.5mL油酸加入上述溶液中，形成稳定的乳液，室温下静置反应6~24h，溶液呈黑褐色；
(3)洗涤-干燥反应完毕后倒掉上层不含玻璃纤维的溶液部分，分别用乙醇和高纯水对所得产物进行洗涤，去除未负载于玻璃纤维表面的二氧化锰颗粒；将洗涤后的产物置于50~80°C的干燥设备中烘干，得到二氧化锰修饰的玻璃纤维，示意图如图2所示。
[0007]本发明中步骤⑴中所述KMnO4分散于高纯水中的方法为磁性搅拌30min或者超声处理30min。
[0008]本发明中步骤(2)中所述玻璃纤维为长纤维、短纤维或者编织纤维中的任一种或其多种组合。
[0009]本发明中步骤(3)中所述干燥设备为烘箱、电阻箱或马弗炉。
[0010]本发明的有益效果
(I)制备的二氧化锰修饰的玻璃纤维呈仙人棒状，表面凹凸不平，极大地增加了玻璃纤维的表面粗糙度。
[0011](2)静置反应过程于室温下进行，反应条件温和，降低了对能源消耗的需求，符合可持续发展的要求。
[0012](3)制备过程中不需要高压反应条件，对反应容器要求低，符合大批量高粗超度的玻璃纤维的生产要求，易于实现工业生产。
【附图说明】
[0013]图1为未处理的玻璃纤维掺杂于混凝土后纤维拔出示意图。
[0014]图2为制备的二氧化锰修饰的玻璃纤维示意图。
[0015]图3为制备的二氧化锰修饰的玻璃纤维扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0016]为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施。
[0017]实施例1
一种二氧化锰修饰的玻璃纤维的制备方法，主要包括溶解-静置复合-洗涤-干燥工序，具体制备方案如下:
(1)制备高锰酸钾溶液
称取0.5-0.75g高锰酸钾(KMnO4)溶解于250mL超纯水中，磁性搅拌30分钟，使得KMnO4完全溶解；
(2)静置复合
称取0.5~3g短玻璃纤维置于上述完全溶解的KMnO4溶液中；量取5_7.5mL油酸加入上述溶液中，形成稳定的乳液，室温下静置反应6~24h，溶液呈黑褐色；
(3)洗涤-干燥
反应完毕后倒掉上层不含玻璃纤维的溶液部分，分别用乙醇和高纯水对所得产物进行洗涤，去除未负载于玻璃纤维表面的二氧化锰颗粒；将洗涤后的产物置于50~80°C的烘箱中烘干，得到二氧化锰修饰的玻璃纤维，扫描电镜如图3所示。
[0018]实施例2
制备步骤同例1，不同之处是:步骤(I)为称取0.5-0.75g高锰酸钾(KMnO4)溶解于250mL超纯水中，超声处理30分钟，使得KMnO4完全溶解。
[0019]实施例3
制备步骤同例1，不同之处是:步骤(2)中所述玻璃纤维为长纤维与短纤维按照质量比1:1组合。
[0020]实施例4
制备步骤同例1，不同之处是:步骤(3)中所述烘干燥设备为电阻箱。
【主权项】
1.一种二氧化锰修饰的玻璃纤维的制备方法，主要包括溶解-静置复合-洗涤-干燥工序，具体制备方案如下: (1)制备高锰酸钾溶液 称取0.5-0.75g高锰酸钾(KMnO4)分散于250mL超纯水中，使得腸1104完全溶解； (2)静置复合 称取0.5~3g玻璃纤维置于上述完全溶解的KMnO4溶液中；量取5_7.5mL油酸加入上述溶液中，形成稳定的乳液，室温下静置反应6~24h，溶液呈黑褐色； (3)洗涤-干燥 反应完毕后倒掉上层不含玻璃纤维的溶液部分，分别用乙醇和高纯水对所得产物进行洗涤，去除未负载于玻璃纤维表面的二氧化锰颗粒；将洗涤后的产物置于50~80°C的干燥设备中烘干。
2.如权利要求1所述的一种二氧化锰修饰的玻璃纤维的制备方法，其特征是步骤(I)中所述KMnO4分散于高纯水中的方法为磁性搅拌30min或者超声处理30min。
3.如权利要求1所述的一种二氧化锰修饰的玻璃纤维的制备方法，其特征是步骤(2)中所述玻璃纤维为长纤维、短纤维或者编织纤维中的任一种或其多种组合。
4.如权利要求1所述的一种二氧化锰修饰的玻璃纤维的制备方法，其特征是步骤(3)中所述干燥设备为烘箱、电阻箱或马弗炉。
【专利摘要】本发明公开了一种二氧化锰修饰的玻璃纤维的制备方法，属于无机纳米材料制备技术领域。本方法包括溶解-静置复合-洗涤-干燥工序。该方法制备的二氧化锰修饰的玻璃纤维呈仙人棒状，表面凹凸不平，极大地增加了玻璃纤维的表面粗糙度，增加了玻璃纤维的比表面积；静置反应过程于室温下进行，反应条件温和，降低了对能源消耗的需求，符合可持续发展的要求；制备过程中不需要高压反应条件，对反应容器要求低，符合大批量高粗超度的玻璃纤维的生产要求，易于实现工业化生产。
【IPC分类】C03C25-66, C03C25-42
【公开号】CN104876455
【申请号】CN201510245502
【发明人】张丽娜, 张彦, 葛慎光, 于京华, 颜梅, 刘海云, 黄加栋, 王衍虎, 孙国强, 李丽
【申请人】济南大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月15日