專利名稱：硅藻土固化表面的制作方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及仿生技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硅藻土的固化方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
硅藻土是硅藻的古代殘骸沉積物生成的硅質(zhì)沉積巖，主要由古代硅藻的硅質(zhì)骨骼碎片組成，主要化學(xué)成份是二氧化硅。硅藻土在自然界中作為礦產(chǎn)大量存在，因而來源廣泛、價格低廉。由于硅藻土具有細膩、質(zhì)輕、孔隙度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐磨、耐熱、有一定強度等特點，是一種具有重要應(yīng)用價值的材料。現(xiàn)有的硅藻土通常用于過濾、保溫、消音材料的應(yīng)用中。海洋微生物、藻類、貝類等經(jīng)常在水下航行器、水下作業(yè)設(shè)施表面附著生長并形成生物污損層。不僅增加了航行器或作業(yè)系統(tǒng)的重量、運動摩擦力，從而增加了作業(yè)過程的能耗，還加速了系統(tǒng)部件的腐蝕，嚴重影響其操作效率，給航運、海防、海洋開發(fā)等海洋作業(yè)過程帶來重大安全隱患及經(jīng)濟損失。迄今為止，海洋污損生物防附著技術(shù)主要有涂刷防污涂層法、電解海水生成次氯酸鹽法、電解重金屬法、導(dǎo)電涂膜法等。這些化學(xué)型防污方法大多會給海洋環(huán)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(huán)保的物理型海洋污損生物防附著技術(shù)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硅質(zhì)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污損生物的沉降達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(guī)則突起結(jié)構(gòu)。該種防附著貼膜雖然在海洋防污方面起到一定作用，但由于其突起結(jié)構(gòu)的模板采用刻蝕方法加工而成，存在工藝復(fù)雜、成本高等不足， 且由硅質(zhì)高分子材料制成后還存在貼膜重量大、高分子易老化等缺點，因而使用和維護成本相對較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種硅藻土固化表面的制作方法，以解決上述技術(shù)問題。本發(fā)明的另一目的在于，提供一種硅藻土固化表面的應(yīng)用，以解決上述技術(shù)問題。本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)硅藻土固化表面的制作方法，其特征在于，包括如下步驟1)硅藻土預(yù)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(zhì)量百分比濃度為10% 20%的HF溶液中酸蝕處理IOmin 20min，然后使用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(nèi)，然后蓋上均壓蓋板，并將熱壓模具置于熱壓鍵合固化裝置內(nèi)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，并在此溫度范圍內(nèi)保持恒溫；(C)在均壓蓋板上施加壓力500 700kPa進行熱壓鍵合證 10h，脫模后即得到
硅藻土固化表面。本發(fā)明采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(zhì)多孔表面，與傳統(tǒng)的采用燒結(jié)的方式固化硅藻土相比，其固化強度在15MPa 25MPa， 孔隙度在50% 70%。其固化后仍能保留硅藻土骨骼碎片的大量微米或納米級突刺結(jié)構(gòu)， 所制得的硅藻土固化表面具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、質(zhì)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(yōu)選采用鉛制成。根據(jù)要制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(jù)需要任意更換該熱壓模具。為便于脫模，步驟幻事先在熱壓模具和均壓蓋板內(nèi)表面涂敷一層質(zhì)量百分比濃度為80%的氮化硼水溶液。步驟1)硅藻土預(yù)處理，可以采用常用的預(yù)處理方法，也可以采用如下硅藻土預(yù)處理步驟(A)室溫條件下，將硅藻土在質(zhì)量百分比濃度為1. 5% 3. 5%的HF溶液中浸泡處理;3min 5min，然后使用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，然后使用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，然后使用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吹干，得到第四硅藻土混合物。硅藻土固化表面的應(yīng)用，其特征在于，將硅藻土固化表面設(shè)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復(fù)數(shù)個微米級或納米級突刺結(jié)構(gòu)的防附著表面，用來降低海洋污損生物附著。所述物體為水下航行器，所述硅藻土固化表面設(shè)置在水下航行器外殼面上，用于防藻。所述物體為水下作業(yè)設(shè)施，所述硅藻土固化表面設(shè)置在水下作業(yè)設(shè)施的外表面上，用于防微生物或貝類。有益效果由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明采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(zhì)多孔表面，所制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(jié)構(gòu)，所制得的硅藻土固化表面具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、質(zhì)輕、耐磨、有一定強度等特點。將上述工藝制成的硅藻土固化表面應(yīng)用于防附著表面，能有效降低海洋生物的附著。


圖1為本發(fā)明的流程圖；圖2為本發(fā)明熱壓固化約束成型時的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明硅藻土固化表面微觀形貌。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示進一步闡述本發(fā)明。參照圖1，硅藻土固化表面的制作方法，包括如下步驟第一步，硅藻土預(yù)處理，得到硅藻土混合物。硅藻土預(yù)處理工藝可以采用常用的預(yù)處理方法，也可以采用如下硅藻土預(yù)處理步驟(A)室溫條件下，將硅藻土在質(zhì)量百分比濃度為1. 5% 3. 5%的HF溶液中浸泡處理;3min 5min，然后使用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，然后使用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，然后使用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吹干，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(zhì)量百分比濃度為10% 20%的HF溶液中酸蝕處理IOmin 20min，然后使用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(nèi)，然后蓋上均壓蓋板32，并將熱壓模具31置于熱壓鍵合固化裝置內(nèi)的電加熱基座33上。參照圖2，熱壓模具31和均壓蓋板32優(yōu)選采用鉛制成。根據(jù)要制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(jù)需要任意更換該熱壓模具31。為便于脫模，事先在熱壓模具31和均壓蓋板32內(nèi)表面均勻涂敷薄薄一層質(zhì)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，并在此溫度范圍內(nèi)保持恒溫。 (C)在均壓蓋板上施加壓力500 700kPa進行熱壓鍵合證 10h，脫模后即得到硅藻土固化表面。參照圖3，本發(fā)明采用上述工藝的酸蝕和熱壓鍵合固化后的硅藻土固化表面在顯微鏡下的結(jié)構(gòu)示意圖。硅藻土固化表面的應(yīng)用，將硅藻土固化表面設(shè)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，用來降低海洋污損生物附著。硅藻土經(jīng)過固化后，硅藻土固化表面具有大量微米或納米級突刺結(jié)構(gòu)，其突刺結(jié)構(gòu)能用來降低海洋污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(shè)置在航行器外殼面，用于防藻。物體也可以為水下作業(yè)設(shè)施，優(yōu)選鉆井平臺，硅藻土固化表面設(shè)置在作業(yè)設(shè)施外表面上，用于防微生物或貝類。采用上述設(shè)計的防附著表面污損生物沉降率降低40% 60%。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)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(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)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(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.硅藻土固化表面的制作方法，其特征在于，包括如下步驟1)硅藻土預(yù)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(zhì)量百分比濃度為 10% 20%的HF溶液中酸蝕處理IOmin 20min，然后使用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(nèi)，然后蓋上均壓蓋板，并將熱壓模具置于熱壓鍵合固化裝置內(nèi)的電加熱基座上；(B)將電加熱基座升溫至415°C 650°C，并在此溫度范圍內(nèi)保持恒溫；(C)在均壓蓋板上施加壓力500 700kPa進行熱壓鍵合證 10h，脫模后即得到硅藻土固化表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅藻土固化表面的制作方法，其特征在于步驟幻的熱壓模具和均壓蓋板均采用鉛制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅藻土固化表面的制作方法，其特征在于為便于脫模，步驟 3)事先在熱壓模具和均壓蓋板內(nèi)表面涂敷一層質(zhì)量百分比濃度為80%的氮化硼水溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的硅藻土固化表面的制作方法，其特征在于步驟1)硅藻土預(yù)處理，采用如下步驟(A)室溫條件下，將硅藻土在質(zhì)量百分比濃度為1.5% 3.5%的HF溶液中浸泡處理 3min 5min，然后使用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，然后使用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，然后使用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吹干，得到第四硅藻土混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅藻土固化表面的制作方法制備的硅藻土固化表面的應(yīng)用， 其特征在于，將硅藻土固化表面設(shè)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，用來降低海洋污損生物附著。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硅藻土固化表面的應(yīng)用，其特征在于所述物體為水下航行器，所述硅藻土固化表面設(shè)置在航行器外殼面，用于防藻。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的硅藻土固化表面的應(yīng)用，其特征在于所述物體為水下作業(yè)設(shè)施，所述硅藻土固化表面設(shè)置在作業(yè)設(shè)施外表面上，用于防微生物或貝類。
全文摘要
本發(fā)明涉及仿生技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硅藻土的固化方法及應(yīng)用。硅藻土固化表面的制作方法，包括如下步驟1)硅藻土預(yù)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(shè)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，用來防止海洋污損生物附著。由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明采用上述工藝制成的硅藻土固化表面，能保留大量微米或納米級突刺結(jié)構(gòu)，具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、質(zhì)輕、耐磨、有一定強度等特點。將上述工藝制成的硅藻土固化表面應(yīng)用于防附著表面，能有效降低海洋污損生物的附著。
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(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者師冉, 張珊珊, 王娟, 邱先慧, 韓鑫 申請人:山東理工大學(xué)