專利名稱：用于纖維水泥的纖維及其產(chǎn)生的產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于纖維水泥產(chǎn)品的纖維及其產(chǎn)生的纖維水泥產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
房屋和其它建筑通常采用外部墻板、屋面、和飾面材料來保護(hù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)免受環(huán)境因素影響。典型地，這些墻板、屋面、和飾面材料是由木材、混凝土、磚、鋁、灰泥、木質(zhì)復(fù)合材料、或纖維-水泥復(fù)合材料構(gòu)成的板材、面板、或屋頂板。在纖維-水泥墻板、屋面、和飾面中ー些常見的纖維-水泥復(fù)合材料通常由水泥和未漂白的木漿以及任選的石英砂、合成纖維、和各種添加劑構(gòu)成。纖維-水泥產(chǎn)品與其它類型材料例如木質(zhì)墻板、屋面、和飾面相比，因為纖維-水泥產(chǎn)品的耐候性、相對造價不高、防火，并且不易被腐蝕或遭受蟲害而提供了若干優(yōu)勢。大部分商業(yè)纖維-增強型水泥墻板產(chǎn)品是用抄取法(Hatsheck process)制造的。·抄取法最早出現(xiàn)是用于生產(chǎn)石棉水泥復(fù)合材料，但它現(xiàn)在也用于制造非石棉、合成、和纖維素纖維增強型水泥復(fù)合材料。非石棉、空氣養(yǎng)護(hù)型纖維水泥產(chǎn)品需要合成纖維作為增強纖維以及精制纖維素或相當(dāng)?shù)睦w維作為過濾纖維。単獨的合成纖維不能執(zhí)行過濾功能并因此需要添加纖維素纖維用于該目的。在抄取法中，成捆的漂白或未漂白纖維素漿柏纖維在水中被再次漿化以提供基本上單根纖維。將再次漿化的纖維精制，然后與水泥和添加劑例如方解石和任選的合成纖維、石英砂、粘土、以及其它添加劑混合形成混合物。添加劑的類型將部分取決于將要使用的養(yǎng)護(hù)類型?？諝怵B(yǎng)護(hù)或自然養(yǎng)護(hù)過程往往會使用方解石、碳酸鈣作為添加劑以及合成纖維如聚こ烯醇(PVA)纖維作為增強纖維。高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)過程通常會使用石英砂作為添加剤。將ー層薄薄的纖維-水泥混合物沉積在租帶基底(felt band substrate)上并真空脫水。重復(fù)該過程，直至形成許多層以獲得最終厚度并提供層狀產(chǎn)品。然后，根據(jù)所需要的產(chǎn)品和規(guī)格，可壓制產(chǎn)品。然后將產(chǎn)品養(yǎng)護(hù)以形成片材形式的纖維增強水泥基體。所述養(yǎng)護(hù)可以通過在潮濕的環(huán)境中空氣干燥或自然養(yǎng)護(hù)或者通過高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)來完成。自然養(yǎng)護(hù)過程可能需要21至28天。這可以在升高的不高于80°C的溫度下通過增加高濕度環(huán)境來加速。所述材料可用于墻板、屋面、或飾面。墻板形式可具有標(biāo)準(zhǔn)斜面(beveled)木墻板的外觀。屋面形式可具有標(biāo)準(zhǔn)屋面材料例如屋頂板、瓦片、石板瓦、或完整成型片材(fullprofiled sheet)的外觀。在最初的抄取法中，石棉纖維是所選擇的纖維。石棉纖維在自然養(yǎng)護(hù)中起到增強纖維和過濾纖維兩個作用。過濾纖維在成形絲網(wǎng)或篩絲網(wǎng)(又稱篩缸(sieve cylinder))上的排水過程中充當(dāng)水泥混合漿料的過濾介質(zhì)，當(dāng)從水泥懸液中去除過量的水時，幫助保留水泥和添加劑顆粒。如果沒有過濾介質(zhì)，那么漿料中的大量固體將會在排水過程中隨水流失。過濾介質(zhì)的目的是在去除水的同時將水泥混合物保留在產(chǎn)品中。在排水過程中，水泥混合物將在纖維周圍形成并與其附著。過濾纖維通過捕獲水泥混合物中的水泥和其它組分的顆粒來幫助排水，同時不使絲網(wǎng)上的成形過程大幅減速。
纖維水泥板制造商的目標(biāo)是水泥板強度高且撓性好。這些特性通常通過3點彎曲試驗(與ASTM C-1185類似)來測量。強度由板的斷裂模量(MOR)表示。撓性由板在最大荷載下的偏移表示。最大荷載指在板斷裂前可以施加在板上的力的量值。最大荷載下的偏移值指板在3點彎曲作用下將要斷裂前所述板從水平面偏移的距離。這些測量結(jié)果如圖I所
/Jn o石棉纖維的主要功能是在板制造過程中幫助過濾過程的同時增強復(fù)合材料。健康和安全問題正在使石棉纖維在纖維水泥制造應(yīng)用中淘汰。合成纖維例如聚こ烯醇(PVA)纖維已代替石棉纖維。然而，合成纖維未起到過濾纖維的作用。合成纖維不阻止或防止水泥基材料隨水穿過絲網(wǎng)。因此，高度打漿過并高度原纖化的通常未漂白的纖維素纖維已與合成纖維組合以提供過濾能力。對于自然養(yǎng)護(hù)型纖維水泥板而言，與高度精制的纖維素纖維組合的PVA增強纖維已被用來代替石棉纖維。PVA纖維可用于改善水泥產(chǎn)品的韌度(通過在3點彎曲試驗中將斷 裂能量除以板的體積來計算XPVA纖維提供了合格的斷裂模量、最大荷載、和最大荷載下的偏移。高度精制的纖維素纖維提供了過濾。典型的纖維量是4至5重量％的精制纖維素木漿纖維和I. 5至3重量％的PVA纖維。該重量百分比是基于水泥產(chǎn)品的組分包括纖維的干重,并表示纖維在水泥混合物中的量。用高度打漿過的纖維素纖維代替石棉纖維作為過濾纖維可能需要使用絮凝劑作為添加劑之一。纖維素纖維對纖維水泥制造中使用的礦物質(zhì)的天然親和カ比石棉低得多。因此，需要絮凝劑用于保留礦物質(zhì)、脫水、成形、和機器效率。纖維水泥制造商認(rèn)為選擇和優(yōu)化的絮凝配方是競爭優(yōu)勢，并各自將它作為商業(yè)秘密。典型的絮凝劑是陰離子聚丙烯酰胺或酚醛樹脂和聚環(huán)氧こ烷。本領(lǐng)域技術(shù)人員已知并使用PVA纖維的其它常用的纖維水泥制造方法有馬尼亞尼法(Magnani process)、擠出、注塑、手工敷層、模制、和Mazza管法。使用PVA纖維的缺點是纖維的成本高和纖維可能缺乏可得性，以及它們不能在加エ中過濾漿料，如果PVA纖維不與過濾纖維例如高度精制的纖維素纖維組合使用，將造成嚴(yán)重的固體流失。如果考慮在纖維水泥板中使用其它纖維，其它纖維就韌度、斷裂模量、最大荷載、和最大荷載下的偏移而言必須與PVA/木漿纖維混合物相當(dāng)。


圖1-3分別是原纖化的羧甲基纖維素樣品在100倍、1000倍、和10，000倍的放大
倍數(shù)下的顯微照片。圖4-6分別是另一個原纖化的羧甲基纖維素樣品在100倍、1000倍、和10，000倍的放大倍數(shù)下的顯微照片。圖7表現(xiàn)了纖維素分子的ー個單位。圖8表現(xiàn)了羧甲基纖維素分子的ー個單位。圖9表現(xiàn)了羧こ基纖維素分子的ー個單位。圖10是顯示幾個樣品的剛性模量的圖。圖11是顯示幾個樣品的質(zhì)量比峰韌度(mass specific peak toughness)的圖。
圖12是顯示幾個樣品的質(zhì)量比總韌度(mass specific total toughness)的圖。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)現(xiàn)當(dāng)纖維先用低DS (取代度=0. 05-0. 45)的原纖化羧基烷基纖維素分散體處理吋，聚ニ烯丙基ニ甲基氯化銨(聚DADMAC)聚合物能緊密結(jié)合在纖維素纖維的表面上。取代度是纖維素聚合物中被轉(zhuǎn)化以提供纖維素衍生物的羥基基團(tuán)的平均摩爾數(shù)。羧基烷基纖維素可以是羧甲基纖維素(CMC)或羧こ基纖維素。DS小于約0. 45的羧甲基纖維素不溶于水，并可以通過在水中高剪切混合來原纖化。DS小于約0. 45的羧こ基纖維素不溶于水，并可以通過在水中高剪切混合來原纖化。制造原纖化羧基烷基纖維素是通過在水中將高剪切力施加在DS為0. 01至0. 45的羧基烷基纖維素纖維上以將羧基烷基纖維素纖維拉開成為原纖化材料。所施加的能量和原纖化方法確定了原纖化水平。低DS羧基烷基纖維素纖維的低能量原纖化首先形成納米和微米原纖維的碎片或其它聚集體。高能量原纖化形成單根的納米和微米原纖維。單根 的納米或微米原纖維或者纏結(jié)的納米或微米原纖維的碎片或其它聚集體(以下也稱為單元(element))適合用于處理纖維素纖維以對纖維素纖維表面進(jìn)行改性，用于強烈結(jié)合聚ニ烯丙基ニ甲基氯化銨(聚DADMAC)聚合物。DS為0. 01至0. 45的原纖化羧基烷基纖維素可具有這些單元中的ー種或多種。所述單元也可以相互附著。納米和微米大小是指原纖維的寬度。納米原纖維被定義為寬度低于lOOnm。微米原纖維的寬度范圍從IOOnm至4000nm。羧基烷基材料被拉開成為具有高的寬度比長度的長寬比的原纖維。原纖維能相互連接形成網(wǎng)狀材料。圖I中顯示了典型的原纖化的低DS羧甲基纖維素。我們可以使用SEM用于其它應(yīng)用。低DS羧基烷基纖維素利用在水中的高剪切混合來原纖化。水力打漿機、勻漿器、微射流機(microfuidizer)、或其它高剪切原纖化設(shè)備適合用于將低DS羧基烷基纖維素原纖化。然后將纖維素纖維在水中漿化并與纖維素纖維重量的0. 1%至10%的原纖化的低DS羧基烷基纖維素在20至80°C的溫度下混合I分鐘至2小吋。然后將纖維素纖維重量的0. I至10%的聚ニ烯丙基ニ甲基氯化銨(聚DADMAC)聚合物與用原纖化的低DS羧基烷基纖維素處理過的纖維素纖維在20至80°C的溫度下混合I分鐘至2小吋。聚ニ烯丙基ニ甲基氯化銨(聚DADMAC)聚合物緊密結(jié)合在原纖化低DS羧基烷基纖維素處理過的纖維素纖維上，并且該季銨聚合物被水泥基體的堿性介質(zhì)提取的能力是非常低的。由加速風(fēng)化周期后的持久的韌度表明，當(dāng)用該方式處理過的精制和未精制的纖維素纖維與合成聚合物例如聚丙烯纖維一起使用時，提高了纖維素纖維在自然養(yǎng)護(hù)型纖維水泥板中的耐久性。其它適當(dāng)?shù)募句@聚合物也可以用來代替聚ニ烯丙基ニ甲基氯化銨(聚DADMAC)聚合物。不限于任何単一的機制，ー個可能的機制是緊密結(jié)合在纖維素纖維表面上的季銨聚合物的陰離子交換能力抑制了纖維素纖維中的鈣化。測試了表I所示樣品的剛性模量、質(zhì)量比峰韌度、和質(zhì)量比總韌度，表I-樣品的確切描述
權(quán)利要求
1.自然養(yǎng)護(hù)型纖維水泥產(chǎn)品，其包含水泥和處理過的纖維素木漿纖維，所述纖維是用具有低取代度(DS為O. Ol至O. 45)的原纖化羧甲基纖維素或羧乙基纖維素處理，然后用聚二烯丙基二甲基氯化銨處理過的。
2.權(quán)利要求I的纖維水泥產(chǎn)品，其中所述纖維是未漂白的纖維。
3.權(quán)利要求I的纖維水泥產(chǎn)品，其中所述纖維是部分漂白的纖維。
4.權(quán)利要求I的纖維水泥產(chǎn)品，其中所述纖維是未精制的纖維。
5.權(quán)利要求I的纖維水泥產(chǎn)品，其中所述纖維是精制纖維。
6.權(quán)利要求I的纖維水泥產(chǎn)品，其中所述纖維是精制和未精制的纖維的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及包含處理過的纖維素木漿纖維的纖維水泥產(chǎn)品。所述纖維是用原纖化的羧甲基纖維素或羧乙基纖維素和聚二烯丙基二甲基氯化銨處理過的。所述纖維可以是漂白或部分漂白的，精制或未精制的，或者是精制和未精制的纖維的混合物。
文檔編號C04B16/02GK102849972SQ20121022528
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者S·阿南達(dá)·維拉沃納, 哈沙德庫瑪爾·M·沙阿 申請人:韋爾豪澤Nr公司