硅藻土固化表面的製作方法及其應用的製作方法
2023-05-09 22:17:26
專利名稱：硅藻土固化表面的製作方法及其應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及仿生技術領域，具體涉及一種硅藻土的固化方法及應用。
背景技術：
硅藻土是硅藻的古代殘骸沉積物生成的矽質沉積巖，主要由古代硅藻的矽質骨骼碎片組成，主要化學成份是二氧化矽。硅藻土在自然界中作為礦產大量存在，因而來源廣泛、價格低廉。由於硅藻土具有細膩、質輕、孔隙度大、化學性質穩定、耐磨、耐熱、有一定強度等特點，是一種具有重要應用價值的材料。現有的硅藻土通常用於過濾、保溫、消音材料的應用中。海洋微生物、藻類、貝類等經常在水下航行器、水下作業設施表面附著生長並形成生物汙損層。不僅增加了航行器或作業系統的重量、運動摩擦力，從而增加了作業過程的能耗，還加速了系統部件的腐蝕，嚴重影響其操作效率，給航運、海防、海洋開發等海洋作業過程帶來重大安全隱患及經濟損失。迄今為止，海洋汙損生物防附著技術主要有塗刷防汙塗層法、電解海水生成次氯酸鹽法、電解重金屬法、導電塗膜法等。這些化學型防汙方法大多會給海洋環境和海洋生物造成一定毒害，間接影響人類健康，在使用上都存在一定局限性。 目前，綠色、環保的物理型海洋汙損生物防附著技術是研究熱點。專利號為US patent 7143709的美國專利提出了一種具有一定特殊形貌的矽質高分子薄膜，該薄膜的防附著機理為物理式，將該薄膜粘貼在艦船等水下航行器表面可有效降低海洋汙損生物的沉降達76%。該種高分子薄膜表面具有尺寸量級在微米或納米級、排列方式為菱形或三角形的大量規則突起結構。該種防附著貼膜雖然在海洋防汙方面起到一定作用，但由於其突起結構的模板採用刻蝕方法加工而成，存在工藝複雜、成本高等不足， 且由矽質高分子材料製成後還存在貼膜重量大、高分子易老化等缺點，因而使用和維護成本相對較高。
發明內容
本發明的目的在於，提供一種硅藻土固化表面的製作方法，以解決上述技術問題。本發明的另一目的在於，提供一種硅藻土固化表面的應用，以解決上述技術問題。本發明所解決的技術問題可以採用以下技術方案來實現硅藻土固化表面的製作方法，其特徵在於，包括如下步驟1)硅藻土預處理，得到硅藻土混合物；2)硅藻土酸蝕處理室溫條件下，將1)中得到的硅藻土混合物加入質量百分比濃度為10% 20%的HF溶液中酸蝕處理IOmin 20min，然後使用15 μ m 45 μ m的濾布進行過濾，得到第五硅藻土混合物；3)硅藻土熱壓鍵合固化(A)將幻得的第五硅藻土混合物均勻放入熱壓模具內，然後蓋上均壓蓋板，並將熱壓模具置於熱壓鍵合固化裝置內的電加熱基座上；
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(B)將電加熱基座升溫至415°C 650°C，並在此溫度範圍內保持恆溫；(C)在均壓蓋板上施加壓力500 700kPa進行熱壓鍵合證 10h，脫模後即得到
硅藻土固化表面。本發明採用上述工藝的硅藻土通過酸蝕和熱壓鍵合固化的方式將硅藻土固化成輕質多孔表面，與傳統的採用燒結的方式固化硅藻土相比，其固化強度在15MPa 25MPa， 孔隙度在50% 70%。其固化後仍能保留硅藻土骨骼碎片的大量微米或納米級突刺結構， 所製得的硅藻土固化表面具有化學性質穩定、質輕、耐磨、有一定強度等特點。步驟幻的熱壓模具和均壓蓋板優選採用鉛製成。根據要製作的硅藻土固化表面的形狀不同，如平板狀或圓管狀，可根據需要任意更換該熱壓模具。為便於脫模，步驟幻事先在熱壓模具和均壓蓋板內表面塗敷一層質量百分比濃度為80%的氮化硼水溶液。步驟1)硅藻土預處理，可以採用常用的預處理方法，也可以採用如下硅藻土預處理步驟(A)室溫條件下，將硅藻土在質量百分比濃度為1. 5% 3. 5%的HF溶液中浸泡處理;3min 5min，然後使用15 μ m 45 μ m的濾布進行過濾，得到第一硅藻土混合物；(B)將所述第一硅藻土混合物在溫度為80°C 90°C條件下，在NH4、H202、H20混合液(1:2:7)中浸泡處理IOmin 20min，然後使用15 μ m 45 μ m的濾布進行過濾， 得到第二硅藻土混合物；(C)將所述第二硅藻土混合物在室溫條件下加入去離子水，在功率為800W 1200W、工作頻率為30KHz 50KHz的條件下，超聲清洗IOmin 20min，然後使用15μπι 45 μ m的濾布進行過濾，得到第三硅藻土混合物；(D)將所述第三硅藻土混合物在室溫條件下用N2吹乾，得到第四硅藻土混合物。硅藻土固化表面的應用，其特徵在於，將硅藻土固化表面設置在一浸入液體的物體與液體接觸的表面，所述硅藻土固化表面在所述液體接觸面的表面形成具有複數個微米級或納米級突刺結構的防附著表面，用來降低海洋汙損生物附著。所述物體為水下航行器，所述硅藻土固化表面設置在水下航行器外殼面上，用於防藻。所述物體為水下作業設施，所述硅藻土固化表面設置在水下作業設施的外表面上，用於防微生物或貝類。有益效果由於採用上述技術方案，本發明採用上述工藝的硅藻土通過酸蝕和熱壓鍵合固化的方式將硅藻土固化成輕質多孔表面，所製得的硅藻土固化表面仍保留硅藻土骨骼碎片的大量微米或納米級突刺結構，所製得的硅藻土固化表面具有化學性質穩定、質輕、耐磨、有一定強度等特點。將上述工藝製成的硅藻土固化表面應用於防附著表面，能有效降低海洋生物的附著。
圖1為本發明的流程圖；圖2為本發明熱壓固化約束成型時的結構示意圖；圖3為本發明硅藻土固化表面微觀形貌。
具體實施例方式為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示進一步闡述本發明。參照圖1，硅藻土固化表面的製作方法，包括如下步驟第一步，硅藻土預處理，得到硅藻土混合物。硅藻土預處理工藝可以採用常用的預處理方法，也可以採用如下硅藻土預處理步驟(A)室溫條件下，將硅藻土在質量百分比濃度為1. 5% 3. 5%的HF溶液中浸泡處理;3min 5min，然後使用15 μ m 45 μ m的濾布進行過濾，得到第一硅藻土混合物。(B)將第一硅藻土混合物在溫度為80°C 90°C條件下，在 NH4、H202、H20混合液(1:2:7)中浸泡處理IOmin 20min，然後使用15 μ m 45 μ m 的濾布進行過濾，得到第二硅藻土混合物。(C)將第二硅藻土混合物在室溫條件下加入去離子水，在功率為800W 1200W、工作頻率為30KHz 50KHz的條件下，超聲清洗IOmin 20min，然後使用15 μ m 45 μ m的濾布進行過濾，得到第三硅藻土混合物。(D)將第三硅藻土混合物在室溫條件下用N2吹乾，得到第四硅藻土混合物。第二步，硅藻土酸蝕處理室溫條件下，將第一步中得到的硅藻土混合物加入質量百分比濃度為10% 20%的HF溶液中酸蝕處理IOmin 20min，然後使用15μπι 45μπι 的濾布進行過濾，得到第五硅藻土混合物。第三步，硅藻土熱壓鍵合固化(A)將第二步得的第五硅藻土混合物均勻放入熱壓模具31內，然後蓋上均壓蓋板32，並將熱壓模具31置於熱壓鍵合固化裝置內的電加熱基座33上。參照圖2，熱壓模具31和均壓蓋板32優選採用鉛製成。根據要製作的硅藻土固化表面的形狀不同，如平板狀或圓管狀，可根據需要任意更換該熱壓模具31。為便於脫模，事先在熱壓模具31和均壓蓋板32內表面均勻塗敷薄薄一層質量百分比濃度為80%的氮化硼水溶液。(B)將電加熱基座33升溫至415°C 650°C，並在此溫度範圍內保持恆溫。 (C)在均壓蓋板上施加壓力500 700kPa進行熱壓鍵合證 10h，脫模後即得到硅藻土固化表面。參照圖3，本發明採用上述工藝的酸蝕和熱壓鍵合固化後的硅藻土固化表面在顯微鏡下的結構示意圖。硅藻土固化表面的應用，將硅藻土固化表面設置在一浸入液體的物體與液體接觸的表面，硅藻土固化表面在液體接觸面的表面形成一防附著表面，用來降低海洋汙損生物附著。硅藻土經過固化後，硅藻土固化表面具有大量微米或納米級突刺結構，其突刺結構能用來降低海洋汙損生物附著在硅藻土固化表面。物體可以為水下航行器，硅藻土固化表面設置在航行器外殼面，用於防藻。物體也可以為水下作業設施，優選鑽井平臺，硅藻土固化表面設置在作業設施外表面上，用於防微生物或貝類。採用上述設計的防附著表面汙損生物沉降率降低40% 60%。以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.硅藻土固化表面的製作方法，其特徵在於，包括如下步驟1)硅藻土預處理，得到硅藻土混合物；2)硅藻土酸蝕處理室溫條件下，將1)中得到的硅藻土混合物加入質量百分比濃度為 10% 20%的HF溶液中酸蝕處理IOmin 20min，然後使用15 μ m 45 μ m的濾布進行過濾，得到第五硅藻土混合物；3)硅藻土熱壓鍵合固化(A)將幻得的第五硅藻土混合物均勻放入熱壓模具內，然後蓋上均壓蓋板，並將熱壓模具置於熱壓鍵合固化裝置內的電加熱基座上；(B)將電加熱基座升溫至415°C 650°C，並在此溫度範圍內保持恆溫；(C)在均壓蓋板上施加壓力500 700kPa進行熱壓鍵合證 10h，脫模後即得到硅藻土固化表面。
2.根據權利要求1所述的硅藻土固化表面的製作方法，其特徵在於步驟幻的熱壓模具和均壓蓋板均採用鉛製成。
3.根據權利要求1所述的硅藻土固化表面的製作方法，其特徵在於為便於脫模，步驟 3)事先在熱壓模具和均壓蓋板內表面塗敷一層質量百分比濃度為80%的氮化硼水溶液。
4.根據權利要求1、2或3所述的硅藻土固化表面的製作方法，其特徵在於步驟1)硅藻土預處理，採用如下步驟(A)室溫條件下，將硅藻土在質量百分比濃度為1.5% 3.5%的HF溶液中浸泡處理 3min 5min，然後使用15 μ m 45 μ m的濾布進行過濾，得到第一硅藻土混合物；(B)將所述第一硅藻土混合物在溫度為80°C 90°C條件下，在NH4、H202、H20混合液中浸泡處理IOmin 20min，然後使用15 μ m 45 μ m的濾布進行過濾，得到第二硅藻土混合物；(C)將所述第二硅藻土混合物在室溫條件下加入去離子水，在功率為800W 1200W、工作頻率為30KHz 50KHz的條件下，超聲清洗IOmin 20min，然後使用15 μ m 45 μ m的濾布進行過濾，得到第三硅藻土混合物；(D)將所述第三硅藻土混合物在室溫條件下用N2吹乾，得到第四硅藻土混合物。
5.根據權利要求1所述的硅藻土固化表面的製作方法製備的硅藻土固化表面的應用， 其特徵在於，將硅藻土固化表面設置在一浸入液體的物體與液體接觸的表面，所述硅藻土固化表面在所述液體接觸面的表面形成一防附著表面，用來降低海洋汙損生物附著。
6.根據權利要求5所述的硅藻土固化表面的應用，其特徵在於所述物體為水下航行器，所述硅藻土固化表面設置在航行器外殼面，用於防藻。
7.根據權利要求5所述的硅藻土固化表面的應用，其特徵在於所述物體為水下作業設施，所述硅藻土固化表面設置在作業設施外表面上，用於防微生物或貝類。
全文摘要
本發明涉及仿生技術領域，具體涉及一種硅藻土的固化方法及應用。硅藻土固化表面的製作方法，包括如下步驟1)硅藻土預處理。2)硅藻土酸蝕處理。3)硅藻土熱壓鍵合固化，得到硅藻土固化表面。將硅藻土固化表面設置在浸入液體的物體與液體接觸的表面，硅藻土固化表面在液體接觸面的表面形成一防附著表面，用來防止海洋汙損生物附著。由於採用上述技術方案，本發明採用上述工藝製成的硅藻土固化表面，能保留大量微米或納米級突刺結構，具有化學性質穩定、質輕、耐磨、有一定強度等特點。將上述工藝製成的硅藻土固化表面應用於防附著表面，能有效降低海洋汙損生物的附著。
文檔編號C04B38/00GK102424601SQ201110261738
公開日2012年4月25日 申請日期2011年9月6日 優先權日2011年9月6日
發明者師冉, 張珊珊, 王娟, 邱先慧, 韓鑫 申請人:山東理工大學