：本發(fā)明屬于纖維浸潤劑，涉及一種玄武巖纖維專用紡織型浸潤劑及其制備工藝，特別是一種用于改善玄武巖纖維熱機械性能和潤濕性能的al-mof/聚硅氧烷復(fù)合浸潤劑及其制備方法。

背景技術(shù)

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背景技術(shù)：

1、玄武巖纖維(bfs)以其優(yōu)異的機械性能和耐熱性能以及環(huán)保特性而著稱，被廣泛應(yīng)用于防火耐熱服裝或耐熱濾網(wǎng)裝置中，以確保其在高溫條件下的堅固機械性能。商業(yè)用玄武巖連續(xù)纖維長絲幾乎由非金屬(si，o)和金屬(al，fe，na，ca，mg，k，ti，mn)元素以及可能來自環(huán)境的一些其他微量元素組成。對于確定組成的bfs，纖維生產(chǎn)過程中可能存在劃痕、晶體缺陷和空隙缺陷，從而造成其性能的下降，而解決這一問題的常用方法便是在其表面施加浸潤劑，浸潤劑在玄武巖纖維生產(chǎn)過程中起到集束、冷卻、潤滑和界面增強的作用，但傳統(tǒng)浸潤劑的成分比較復(fù)雜，包括浸潤劑、偶聯(lián)劑、抗靜電劑、潤滑劑等，這也為新型浸潤劑體系的開發(fā)增加了難度。近年來，盡管bfs浸潤劑體系的研究取得了很大進展，但大都借用于gfs或cfs，浸潤劑的選用不得當會嚴重影響bfs本征性能的體現(xiàn)。因此，亟待解決連續(xù)bfs專用浸潤劑體系研發(fā)的問題。

2、中國專利《耐高溫玄武巖纖維復(fù)合材料及其制備方法》(cn117659706a)公開了一種耐600℃高溫的玄武巖纖維/聚硅氧烷樹脂復(fù)合材料，所述耐高溫玄武巖纖維復(fù)合材料，按重量計，包括以下原料：玄武巖纖維60-80份、聚硅氧烷樹脂20-30份、固化劑1-5份，所述制備方法包括：將制備的聚硅氧烷樹脂、固化劑混合，均勻地涂敷在玄武巖纖維上，制備成預(yù)浸漬料；將預(yù)浸料進行裁剪和平鋪，采用模壓工藝進行預(yù)固化，并用烘箱對模壓制定的復(fù)合材料進行后固化，這里將聚硅氧烷樹脂用作膠粘劑并兼具樹脂基體的作用，需要加入固化劑引發(fā)固化反應(yīng)從而賦予整個復(fù)合材料以耐高溫性能，而且專利中用的是玄武巖纖維短絲，并未涉及玄武巖纖維連續(xù)長絲的表面處理，更沒有提及纖維表面浸潤性能的改善。中國專利《一種增強型玄武巖纖維浸潤劑及其制備方法》(cn113480199a)浸潤劑成分主要由環(huán)氧樹脂和雙層微膠囊顆粒組成，其中雙層微膠囊顆粒中存在al-mof，可實現(xiàn)常溫下玄武巖纖維的修復(fù)，提高常溫機械性能，但在耐溫和浸潤性能改善方面并未提及。專利cn111153608a公開了一種有機/無機雜化成膜、微膠囊型高溫自修復(fù)玄武巖纖維浸潤劑及其制備方法，該浸潤劑包括甲基苯基有機硅樹脂乳液，低溫熔融玻璃粉等，低溫熔融玻璃粉作為芯材，有機硅樹脂作為壁材，可實現(xiàn)玄武巖纖維在400℃以上的工作溫度下修復(fù)開裂處，提高力學(xué)性能，專利的關(guān)注點主要在高溫條件下玄武巖纖維的自修復(fù)性能，而并未關(guān)注纖維的熱機械性能本身以及表面潤濕性能的改善，且體系較為復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)思路

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技術(shù)實現(xiàn)要素：

1、本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，提供一種用于改善玄武巖纖維熱機械性能和潤濕性能的al-mof/聚硅氧烷復(fù)合浸潤劑及其制備方法，該浸潤劑體系只包含兩種成分al-mof和水性聚硅氧烷，al-mof指氨基化mil-53(al)、mil-101(al)、cau-1(al)等鋁基金屬有機框架材料，或者氨基化al2o3納米顆粒；水性聚硅氧烷指經(jīng)由各種硅烷水解交聯(lián)聚合而成的水溶性聚硅氧烷，簡稱pos。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種玄武巖纖維專用al-mof/聚硅氧烷復(fù)合浸潤劑的制備方法，具體包括以下步驟：

3、步驟一：al-mof納米顆粒的制備

4、(1)將鋁鹽溶液和氨基有機配體溶液混合在一起，將混合溶液加入水熱反應(yīng)釜中，在烘箱中進行水熱反應(yīng)；

5、(2)將步驟(1)中所得樣品冷卻至室溫后，通過離心，洗滌，干燥，得到al-mof納米顆粒；

6、步驟二：al-mof/聚硅氧烷復(fù)合浸潤劑的配置

7、(1)將乙醇水溶液作為溶劑，加入步驟一的al-mof納米顆粒，超聲分散，制得al-mof的懸浮液；

8、(2)再向al-mof的懸浮液中加入水性聚硅氧烷溶液，超聲分散，得到玄武巖纖維專用al-mof/聚硅氧烷復(fù)合浸潤劑。

9、本發(fā)明所述水溶性聚硅氧烷(pos)的制備方法為：

10、(1)在室溫下，將兩種原料加入燒杯，混合均勻；兩種原料均為烷氧基硅烷或均為氨基烷氧基硅烷或一種烷氧基硅烷和一種氨基硅氧烷；兩種原料的摩爾比為1：1；

11、(2)在持續(xù)攪拌下向燒杯中緩慢滴加一定量的去離子水或蒸餾水作為引發(fā)劑，引發(fā)聚合反應(yīng)；

12、(3)聚合反應(yīng)發(fā)生一定時間后，向燒杯中加入六甲基二硅氧烷(hmds)作為終止劑，終止聚合反應(yīng)，得到清澈透明的水性產(chǎn)物即為水溶性聚硅氧烷溶液。

13、本發(fā)明所述復(fù)合浸潤劑中水性聚硅氧烷溶液的質(zhì)量濃度為1.0-2.5％，優(yōu)選的，所述復(fù)合浸潤劑中水性聚硅氧烷溶液的質(zhì)量濃度為1.5％。

14、本發(fā)明所述步驟一的水熱反應(yīng)溫度為120-150℃，時間為24-48h。

15、本發(fā)明所述鋁鹽為氯化鋁(iii)六水合物、碳酸鋁、硝酸鋁或硫酸鋁；所述鋁鹽溶液為將鋁鹽溶解在去離子水中得到；鋁鹽與去離子水的質(zhì)量體積比為0.76-1.0g：15ml。

16、本發(fā)明所述所述氨基有機配體溶液是將氨基有機配體溶解在n，n-二甲基甲酰胺中得到，氨基有機配體與n，n-二甲基甲酰胺的質(zhì)量體積比為0.56～1.0g：15ml；所述氨基有機配體為2-氨基對苯二甲酸、3-氨基-1,2,4-三唑、3-氨基-1,2,4-三唑、5-氨基四氮唑、5-(5-氨基四氮唑)-1,3-苯二甲酸、3-氨基-4-(吡啶-4-基)苯甲酸、5-氨基-1h-咪唑-4-甲腈或2-氨基-1,3,5-苯三甲酸,2-氨基苯并咪唑。

17、本發(fā)明所述鋁鹽溶液與2-氨基對苯二甲酸溶液按體積比1：1混合。

18、本發(fā)明所述浸潤劑的使用方法，即上漿方法，具體為：

19、(1)將商業(yè)產(chǎn)品玄武巖纖維浸泡在丙酮中，超聲分散去漿3小時，然后在烘箱中80℃下干燥24小時備用。

20、(2)將徹底去漿處理后的玄武巖纖維裸絲浸泡到上述al-mof/pos復(fù)合浸潤劑中5-10分鐘，進行上漿處理，然后置于烘箱中干燥處理20-30分鐘完成上漿過程。

21、本發(fā)明還提供所述制備方法制備得到的玄武巖纖維專用al-mof/聚硅氧烷復(fù)合浸潤劑，該復(fù)合浸潤劑的主體成分為水性聚硅氧烷以及al-mof納米顆粒。

22、本發(fā)明所述浸潤劑以部分交聯(lián)硅氧聚合物-水性聚硅氧烷為主體，加入金屬有機框架al-mof納米顆粒復(fù)合而成，含硅(si)、鋁(al)和氧(o)元素，模擬玄武巖纖維主體成分，在玄武巖纖維表面涂敷形成類拓撲結(jié)構(gòu)，并與玄武巖纖維表面形成多種相互作用力，包括共價鍵、氫鍵、靜電相互作用、陽離子-π鍵、陰離子-π鍵、分子間力等。玄武巖纖維經(jīng)本發(fā)明所述復(fù)合浸潤劑上漿處理后，一方面纖維的拉伸斷裂應(yīng)力和斷裂模量在250℃下可保持95％以上，400℃下保持85％以上的強度，顯著提高了的玄武巖纖維的熱機械性能；另一方面，部分交聯(lián)聚硅氧烷所具有的極性羥基基團以及非極性烷烴鏈段受纖維表面和al-mof的影響在纖維表面發(fā)生自組裝，加之由al-mof形成的微納結(jié)構(gòu)，協(xié)同改善了玄武巖纖維的表面潤濕性能，動態(tài)接觸角測得水接觸角為140.1±0.6°，二碘甲烷接觸角為111.2±0.9°，實現(xiàn)了玄武巖纖維的疏水疏油的雙疏-防污防水性能。本發(fā)明所述al-mof/聚硅氧烷復(fù)合浸潤劑為玄武巖纖維及其紡織品的耐熱、防污、防水性能方面提供了保障。

23、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，制備的復(fù)合浸潤劑顯著提升了玄武巖纖維的熱機械性能和潤濕性能，其制備方法原理科學(xué)，操作簡便，高效，成本低，組成成份少，上漿工藝簡單；玄武巖纖維用經(jīng)該浸潤劑上漿處理后，在玄武巖纖維表面構(gòu)筑類玄武巖組份的拓撲結(jié)構(gòu)，賦予纖維優(yōu)異的熱機械性能和表面雙疏性能，實現(xiàn)了紡織型玄武巖纖維在特殊用途服裝及熱過濾裝置領(lǐng)域的耐高溫以及抗污防水自清潔功能，具有很大的應(yīng)用潛力，為玄武巖纖維及其紡織品的耐熱、防污、防水性能提供了保障。適于大規(guī)模推廣。