专利名称：用于纤维水泥的纤维及其产生的产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于纤维水泥产品的纤维及其产生的纤维水泥产品。
背景技术：
房屋和其它建筑通常采用外部墙板、屋面、和饰面材料来保护其内部结构免受环境因素影响。典型地，这些墙板、屋面、和饰面材料是由木材、混凝土、砖、铝、灰泥、木质复合材料、或纤维-水泥复合材料构成的板材、面板、或屋顶板。在纤维-水泥墙板、屋面、和饰面中ー些常见的纤維-水泥复合材料通常由水泥和未漂白的木浆以及任选的石英砂、合成纤维、和各种添加剂构成。纤維-水泥产品与其它类型材料例如木质墙板、屋面、和饰面相比，因为纤維-水泥产品的耐候性、相对造价不高、防火，并且不易被腐蚀或遭受虫害而提供了若干优势。大部分商业纤维-增强型水泥墙板产品是用抄取法(Hatsheck process)制造的。·抄取法最早出现是用于生产石棉水泥复合材料，但它现在也用于制造非石棉、合成、和纤维素纤维增强型水泥复合材料。非石棉、空气养护型纤维水泥产品需要合成纤维作为增强纤维以及精制纤维素或相当的纤维作为过滤纤维。単独的合成纤维不能执行过滤功能并因此需要添加纤维素纤维用于该目的。在抄取法中，成捆的漂白或未漂白纤维素浆柏纤维在水中被再次浆化以提供基本上单根纤維。将再次浆化的纤维精制，然后与水泥和添加剂例如方解石和任选的合成纤维、石英砂、粘土、以及其它添加剂混合形成混合物。添加剂的类型将部分取决于将要使用的养护类型。空气养护或自然养护过程往往会使用方解石、碳酸钙作为添加剂以及合成纤维如聚こ烯醇(PVA)纤维作为增强纤维。高压蒸汽养护过程通常会使用石英砂作为添加剤。将ー层薄薄的纤维-水泥混合物沉积在租带基底(felt band substrate)上并真空脱水。重复该过程，直至形成许多层以获得最終厚度并提供层状产品。然后，根据所需要的产品和规格，可压制产品。然后将产品养护以形成片材形式的纤维增强水泥基体。所述养护可以通过在潮湿的环境中空气干燥或自然养护或者通过高压蒸汽养护来完成。自然养护过程可能需要21至28天。这可以在升高的不高于80°C的温度下通过增加高湿度环境来加速。所述材料可用于墙板、屋面、或饰面。墙板形式可具有标准斜面(beveled)木墙板的外观。屋面形式可具有标准屋面材料例如屋顶板、瓦片、石板瓦、或完整成型片材(fullprofiled sheet)的外观。在最初的抄取法中，石棉纤维是所选择的纤維。石棉纤维在自然养护中起到增强纤维和过滤纤维两个作用。过滤纤维在成形丝网或筛丝网(又称筛缸(sieve cylinder))上的排水过程中充当水泥混合浆料的过滤介质，当从水泥悬液中去除过量的水时，帮助保留水泥和添加剂颗粒。如果没有过滤介质，那么浆料中的大量固体将会在排水过程中随水流失。过滤介质的目的是在去除水的同时将水泥混合物保留在产品中。在排水过程中，水泥混合物将在纤维周围形成并与其附着。过滤纤维通过捕获水泥混合物中的水泥和其它组分的颗粒来帮助排水，同时不使丝网上的成形过程大幅減速。
纤维水泥板制造商的目标是水泥板強度高且挠性好。这些特性通常通过3点弯曲试验(与ASTM C-1185类似)来測量。強度由板的断裂模量(MOR)表示。挠性由板在最大荷载下的偏移表示。最大荷载指在板断裂前可以施加在板上的力的量值。最大荷载下的偏移值指板在3点弯曲作用下将要断裂前所述板从水平面偏移的距离。这些测量结果如图I所
/Jn o石棉纤维的主要功能是在板制造过程中帮助过滤过程的同时增强复合材料。健康和安全问题正在使石棉纤维在纤维水泥制造应用中淘汰。合成纤维例如聚こ烯醇(PVA)纤维已代替石棉纤維。然而，合成纤维未起到过滤纤维的作用。合成纤维不阻止或防止水泥基材料随水穿过丝网。因此，高度打浆过并高度原纤化的通常未漂白的纤维素纤维已与合成纤维组合以提供过滤能力。对于自然养护型纤维水泥板而言，与高度精制的纤维素纤维组合的PVA增强纤维已被用来代替石棉纤維。PVA纤维可用于改善水泥产品的韧度(通过在3点弯曲试验中将断 裂能量除以板的体积来计算XPVA纤维提供了合格的断裂模量、最大荷载、和最大荷载下的偏移。高度精制的纤维素纤维提供了过滤。典型的纤维量是4至5重量％的精制纤维素木浆纤维和I. 5至3重量％的PVA纤维。该重量百分比是基于水泥产品的组分包括纤维的干重,并表示纤维在水泥混合物中的量。用高度打浆过的纤维素纤维代替石棉纤维作为过滤纤维可能需要使用絮凝剂作为添加剂之一。纤维素纤维对纤维水泥制造中使用的矿物质的天然亲和カ比石棉低得多。因此，需要絮凝剂用于保留矿物质、脱水、成形、和机器效率。纤维水泥制造商认为选择和优化的絮凝配方是竞争优势，并各自将它作为商业秘密。典型的絮凝剂是阴离子聚丙烯酰胺或酚醛树脂和聚环氧こ烷。本领域技术人员已知并使用PVA纤维的其它常用的纤维水泥制造方法有马尼亚尼法(Magnani process)、挤出、注塑、手工敷层、模制、和Mazza管法。使用PVA纤维的缺点是纤维的成本高和纤维可能缺乏可得性，以及它们不能在加エ中过滤浆料，如果PVA纤维不与过滤纤维例如高度精制的纤维素纤维组合使用，将造成严重的固体流失。如果考虑在纤维水泥板中使用其它纤维，其它纤维就韧度、断裂模量、最大荷载、和最大荷载下的偏移而言必须与PVA/木浆纤维混合物相当。
图1-3分别是原纤化的羧甲基纤维素样品在100倍、1000倍、和10，000倍的放大
倍数下的显微照片。图4-6分别是另一个原纤化的羧甲基纤维素样品在100倍、1000倍、和10，000倍的放大倍数下的显微照片。图7表现了纤维素分子的ー个单位。图8表现了羧甲基纤维素分子的ー个单位。图9表现了羧こ基纤维素分子的ー个单位。图10是显示几个样品的刚性模量的图。图11是显示几个样品的质量比峰韧度(mass specific peak toughness)的图。
图12是显示几个样品的质量比总韧度(mass specific total toughness)的图。
发明内容
发现当纤维先用低DS (取代度=0. 05-0. 45)的原纤化羧基烷基纤维素分散体处理吋，聚ニ烯丙基ニ甲基氯化铵(聚DADMAC)聚合物能紧密结合在纤维素纤维的表面上。取代度是纤维素聚合物中被转化以提供纤维素衍生物的羟基基团的平均摩尔数。羧基烷基纤维素可以是羧甲基纤维素(CMC)或羧こ基纤维素。DS小于约0. 45的羧甲基纤维素不溶于水，并可以通过在水中高剪切混合来原纤化。DS小于约0. 45的羧こ基纤维素不溶于水，并可以通过在水中高剪切混合来原纤化。制造原纤化羧基烷基纤维素是通过在水中将高剪切力施加在DS为0. 01至0. 45的羧基烷基纤维素纤维上以将羧基烷基纤维素纤维拉开成为原纤化材料。所施加的能量和原纤化方法确定了原纤化水平。低DS羧基烷基纤维素纤维的低能量原纤化首先形成纳米和微米原纤维的碎片或其它聚集体。高能量原纤化形成单根的纳米和微米原纤维。单根 的纳米或微米原纤维或者缠结的纳米或微米原纤维的碎片或其它聚集体(以下也称为单元(element))适合用于处理纤维素纤维以对纤维素纤维表面进行改性，用于强烈结合聚ニ烯丙基ニ甲基氯化铵(聚DADMAC)聚合物。DS为0. 01至0. 45的原纤化羧基烷基纤维素可具有这些单元中的ー种或多种。所述单元也可以相互附着。纳米和微米大小是指原纤维的宽度。纳米原纤维被定义为宽度低于lOOnm。微米原纤维的宽度范围从IOOnm至4000nm。羧基烷基材料被拉开成为具有高的宽度比长度的长宽比的原纤维。原纤维能相互连接形成网状材料。图I中显示了典型的原纤化的低DS羧甲基纤维素。我们可以使用SEM用于其它应用。低DS羧基烷基纤维素利用在水中的高剪切混合来原纤化。水力打浆机、匀浆器、微射流机(microfuidizer)、或其它高剪切原纤化设备适合用于将低DS羧基烷基纤维素原纤化。然后将纤维素纤维在水中浆化并与纤维素纤维重量的0. 1%至10%的原纤化的低DS羧基烷基纤维素在20至80°C的温度下混合I分钟至2小吋。然后将纤维素纤维重量的0. I至10%的聚ニ烯丙基ニ甲基氯化铵(聚DADMAC)聚合物与用原纤化的低DS羧基烷基纤维素处理过的纤维素纤维在20至80°C的温度下混合I分钟至2小吋。聚ニ烯丙基ニ甲基氯化铵(聚DADMAC)聚合物紧密结合在原纤化低DS羧基烷基纤维素处理过的纤维素纤维上，并且该季铵聚合物被水泥基体的碱性介质提取的能力是非常低的。由加速风化周期后的持久的韧度表明，当用该方式处理过的精制和未精制的纤维素纤维与合成聚合物例如聚丙烯纤维一起使用时，提高了纤维素纤维在自然养护型纤维水泥板中的耐久性。其它适当的季铵聚合物也可以用来代替聚ニ烯丙基ニ甲基氯化铵(聚DADMAC)聚合物。不限于任何単一的机制，ー个可能的机制是紧密结合在纤维素纤维表面上的季铵聚合物的阴离子交換能力抑制了纤维素纤维中的钙化。测试了表I所示样品的刚性模量、质量比峰韧度、和质量比总韧度，表I-样品的确切描述
权利要求
1.自然养护型纤维水泥产品，其包含水泥和处理过的纤维素木浆纤维，所述纤维是用具有低取代度(DS为O. Ol至O. 45)的原纤化羧甲基纤维素或羧乙基纤维素处理，然后用聚二烯丙基二甲基氯化铵处理过的。
2.权利要求I的纤维水泥产品，其中所述纤维是未漂白的纤维。
3.权利要求I的纤维水泥产品，其中所述纤维是部分漂白的纤维。
4.权利要求I的纤维水泥产品，其中所述纤维是未精制的纤维。
5.权利要求I的纤维水泥产品，其中所述纤维是精制纤维。
6.权利要求I的纤维水泥产品，其中所述纤维是精制和未精制的纤维的混合物。
全文摘要
本发明涉及包含处理过的纤维素木浆纤维的纤维水泥产品。所述纤维是用原纤化的羧甲基纤维素或羧乙基纤维素和聚二烯丙基二甲基氯化铵处理过的。所述纤维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纤维的混合物。
文档编号C04B16/02GK102849972SQ20121022528
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月29日 优先权日2011年6月30日
发明者S·阿南达·维拉沃纳, 哈沙德库玛尔·M·沙阿 申请人:韦尔豪泽Nr公司