用于混凝土增强的在表面具有evoh的双组分纤维的制作方法
【专利说明】用于混凝土増强的在表面具有EVOH的双组分纤维
[0001] 本发明涉及用于增强混凝土的双组分聚合物长纤维，所述组分相互之间具有较高 粘合性。更具体地，本发明涉及包含外部组分和烯烃内部组分或芯的双组分聚合物长纤维 以及含有所述长纤维的混凝土混合物，所述外部组分为乙烯-乙烯醇（EVOH)纤维，所述内 部组分或芯包含接枝了马来酸酐的聚丙烯。
[0002] 通常，混凝土是脆性材料，其具有较高的压缩强度但拉伸强度较低。已知人们尝试 为了改善裂纹强度（拉伸强度）和混凝土的韧性需要将增强材料引入到混凝土中。例如， 钢筋（钢杆）能提供结构完整性但不能消除裂纹；金属丝网减少了裂纹但不能有效地用于 增强复杂几何形状的混凝土。之前，将切段的聚合物长纤维加入到混凝土中以增加韧性，从 而减少了裂纹增长并增加耐久性。已知的纤维是聚烯烃（PP、PE等）。聚烯烃是疏水性的， 不能与混凝土形成强的结合。到目前为止，已通过机械方法缓解了该问题，所述机械方法例 如使纤维表面凹陷，卷边和扭转等以增加与混凝土间的结合。
[0003] Pyzik等的美国专利第7, 025, 825B2号公开了具有聚合物芯和较低的熔融融合磨 损（melting fusing-fraying)的聚合物作为至少一部分聚合物套的纤维，用于改善混凝土 的韧性同时不会造成其它问题，如低的拉伸强度。由于芯和套的聚合物是相容的，因此混合 后不能将两者分离，芯和套聚合物之间的粘合不是必需的。不过，含有融合磨损聚合物套的 纤维具有颈缩断裂，这意味着当该套聚合物破坏时，纤维会从混凝土中脱出。这使得需要改 善含有该套聚合物的混凝土的抗裂性和拉伸强度。
[0004] 本发明试图解决该问题，通过提供用于混凝土的聚合物增强纤维使得混凝土的使 用者能进一步改善含有纤维的混凝土的抗裂性和拉伸强度。
【发明内容】
[0005] 1.根据本发明，用于增强混凝土的双组分聚合物长纤维（macrofiber)包含作为 外部组分的乙烯-乙烯醇（EVOH)聚合物，该聚合物含有5-82. 5摩尔％的乙烯，优选至少60 摩尔％，以及作为第二组分的聚合物掺混物，所述聚合物掺混物的一种是接枝了马来酸酐 的聚丙烯，另一种是聚丙烯或聚乙烯。
[0006] 2.根据上述本发明的1，以第二组分聚合物掺混物固体的总重量为基准计，所述 双组分聚合物长纤维的第二组分中的接枝了马来酸酐的聚丙烯含有0. 06-0. 25重量％，或 优选0. 06-0. 08重量％的马来酸酐部分。
[0007] 3.根据上述本发明的1或2,所述双组分聚合物长纤维的第二组分和外部组分以 选自下组的结构存在：第二组分以"岛（island)"状存在于外部组分的"海（sea)"中、第二 组分芯一外部组分套、分段的派状（segmented pie)的第二组分和外部组分、第二组分和外 部组分并排、以及各第二组分和外部组分的融合的微丝纤维。
[0008] 4.根据上述本发明的1、2或3,所述双组分聚合物长纤维的组合物进一步包含湿 的混凝土混合物。
[0009] 5.根据上述本发明的4,以湿的组合物的总重量为基准计，所述组合物包含 0. 002-0. 4重量％，或优选0. 004-0. 3重量％，或更优选0. 006-0. 25重量％的双组分聚合物 长纤维。
[0010] 6.本发明的另一方面，双组分无纺物含有上述1、2或3所述的任一双组分聚合物 长纤维，所述双组分无纺物是连续的或不连续的。
[0011] 7.根据上述本发明的6,所述双组分无纺物是不连续的，所述不连续的双组分无 纺物选自切条织物（slit fabric)、切割织物（cut faerie)、双组分无纺纤维束、切碎织物 (chopped faerie)、带状物、编织物、绞绕线圈针织物（twist)以及它们的混合物。
[0012] 除非另外的说明，温度和压力条件是环境温度和标准压力。本文列出的所有范围 都包括端值且可以组合。
[0013] 除非另外说明，否则，任何包括括号的术语表示不存在括号的完整术语情况，以 及不包括括号内的内容的术语情况，以及这两种情况的组合。因此，术语"（甲基）丙烯酸 类"表示丙烯酸类、甲基丙烯酸类、以及它们的混合物。
[0014] 所有范围都包括端值且可以组合。例如，术语"0.06-0.25重量％，或优选 0. 06-0. 08 重量 ％ " 可包括 0. 06-0. 25 重量 ％，0. 06-0. 08 重量 ％ 以及 0. 08-0. 25 重量 ％。
[0015] 本文中使用的术语"ASTM"是指ASTM国际公司（ASTM International)(美国宾夕 法尼亚州，西康舍霍肯市（West Conshohocken, PA))的出版物。如本文中所用，术语"纵横 比"表示切割或稳定纤维的总长度和其横截面宽度的比率，用具有Imm精度的尺测量长度， 并通过以下步骤来来测量横截面：在垂直于纤维长度方向轴将纤维切断，将切断的纤维浸 没在环氧树脂基材中并固化该环氧树脂，随后通过用锋利的刀片切断去除环氧树脂中的纤 维并在SEM下对纤维成像。如果纤维的横截面不是完全的圆形，测量两个特征尺寸（例如 椭圆形的长轴和短轴）随后取其平均值作为横截面尺寸。
[0016] 在本文中，术语"重量％ "表示重量百分数。
[0017] 本发明提供用于混凝土增强的双组分纤维，其中外部组分和第二组分聚合物间 (例如芯和套之间）的粘合性改善了混凝土的性能。由于EVOH与混凝土形成了强的结合， 本发明使人们制备的纤维能改善含有该纤维的增强的混凝土。事实上，本发明改变了平均 残留（纤维）强度与纤维用量的曲线，使其上扬，从而使得人们能用更少的纤维用量提供更 强的增强。相对较低的纤维用量能经济地在可接受的程度上保持混凝土混合物的流动性能 (塌落）。令人惊讶的是，本发明人发现，双组分聚合物长纤维的外部组分聚合物与第二组 分聚合物掺混物相互间的粘合性（而不是与混凝土的粘合性）保证了对混凝土抗裂性的最 大改善。较佳地，如果本发明的纤维失效，其会从混凝土中脱层，而不是纤维自己磨损或损 耗或颈缩。
[0018] 本发明的双组分纤维包含两种聚合物，两种聚合物都可以是纤维；其可包括在外 部组分的"海"结构中的"岛"中的作为纤维的第二组分，或在外部组分作为套的芯一套结 构中；或者所述双组分纤维可包含以分段的派状结构存在的每种乙烯-乙烯醇（EVOH)外部 组分和第二组分聚合物的取向链，或者含有并排的外部组分EVOH和第二组分的多层纤维， 或者优选地，第二组分聚合物夹在两层外部组分EVOH聚合物中间。
[0019] 所述外部组分可包括乙烯-乙烯醇（EVOH)聚合物，其分子量可以是任意足够保证 EVOH纤维形成的分子量，例如重均分子量（采用常规乙烯基或苯乙烯聚合物标样的凝胶渗 透色谱测定）为50, 000或更高，或70, 000或更高，最高至10, 000, 000。其不是蜡。
[0020] 相似地，内部组分可包括与接枝了马来酸酐的聚丙烯掺混的聚丙烯或聚乙烯聚合 物，从而所述掺混聚合物可具有任意足够保证EVOH纤维形成的分子量，例如重均分子量 (采用常规乙烯基或苯乙烯聚合物标样的凝胶渗透色谱测定）为50, 000或更高，或70, 000 或更高，最高至10, 〇〇〇, 〇〇〇。其不是蜡。
[0021] 以EVOH聚合物的总重量为基准计，外部组分乙烯-乙烯醇（EVOH)聚合物可包含 5-82. 5摩尔％的乙烯，优选至少60摩尔％的乙烯。如果乙烯的量太低，EVOH聚合物会对 水过于敏感或吸水并会与混凝土产生过强的粘附，而纤维从混凝土中脱层是希望的失效模 式。如果乙烯的量太高，就会有EVOH聚合物与混凝土的粘合性以及与第二组分聚合物的粘 合性会变差。
[0022] 在第二组分聚合物掺混物中只有少量的接枝了马来酸酐（MAH)的聚丙烯的双组 分纤维提供最佳的平均残留强度（ARS)结果。与接枝了马来酸酐的聚丙烯（PP)掺混的第 二组分聚乙烯或聚丙烯，以第二组分聚合物掺混物固体的重量为基准计，可包含0. 06-0. 25 重量％，或优选〇. 06-0. 08重量％接枝的马来酸酐。如果接枝的马来酸酐的量太低，第二组 分会遭受与外部组分聚合物粘合性不够的问题；如果接枝的马来酸酐的量太高，那么第二 组分形成纤维的聚合物内聚性太强以至于不能一致地形成纤维；且第二组分形成纤维的聚 合物不能均匀地或不能一致地分布在双组分聚合物长纤维产物中。
[0023] 以接枝了马来酸酐的聚丙烯（PP)的聚合物掺混物固体为基准计，所述第二组分 聚合物掺混物可包含1-50重量