用于处理纤维素纤维的方法
【专利说明】用于处理纤维素纤维的方法 发明领域
[0001] 本发明提供用于处理纤维素纤维的方法。本发明的其它目的是根据所述方法处理 的纤维素纤维和包含根据所述方法处理的纤维素纤维的纤维水泥（cement)产品。
[0002] 发明背景
[0003] 使用纤维素纤维来强化各种复合材料例如纤维水泥的应用是众所周知的。
[0004] 人们已尝试改善纤维水泥产品中纤维素纤维的性能，特别是它们在碱性环境中的 化学稳定性和它们的尺寸稳定性。
[0005] EP1330420-A1描述使用选自烷氧基硅烷、烷基烷氧基硅烷或它们的混合物的施胶 剂的水性乳液来处理适用于制造纤维水泥产品的纤维素纤维。
[0006] EP0331666-A1批露在聚电解质存在下，用无定形氧化娃颗粒处理适用于纤维水泥 产品的纤维素纤维。
[0007] 这些处理通常具有不足，例如低耐久的或不耐久的效率，因为处理试剂与纤维的 结合不足和/或纤维强度因处理条件而降低。
[0008] 我们已发现一种用于处理纤维素纤维的方法，其克服了现有技术方法的不足。
【发明内容】
[0009] 根据本发明的第一个方面，提供用于处理纤维素纤维的方法，所述方法包括下述 步骤：
[0010] -使用溶液浸渍纤维素纤维，该溶液包含四烷氧基硅烷和/或四烷氧基硅烷的低 聚物，和选自单官能醇r4〇h的溶剂；
[0011] -从所述纤维素纤维壁之间挤压出溶液；
[0012] 其中，在挤压步骤之后，所述溶液和所述纤维素纤维干重的重量比例低于2。
[0013] 根据本发明的方法包括下述步骤：使用包含四烷氧基硅烷的溶液浸渍所述纤维素 纤维。
[0014] 浸渍步骤优选地通过将纤维素纤维浸没在浴中来实施，该浴包含溶液，所述溶液 包含溶剂和四烷氧基硅烷。当纤维作为纤维素纤维的片材或卷材来提供时，可使用例如浸 泡（dip)浴来进行浸渍，其中使用所述溶液渗透（soak)片材或卷材。
[0015] 或者，纤维素纤维在所述溶液中变成纸浆，这样使用溶液渗透纤维。可例如通过 滴出、过滤和/或吸出过量溶液来排干过量溶液。浸渍步骤还可通过喷涂溶液或通过使用 刮涂机或辊（roller)涂机来实施，该溶液包含四烷氧基硅烷和/或四烷氧基硅烷的低聚 物。
[0016] 四烷氧基硅烷可由通式（I^OhSi来表示，其中各R1是烷基。四烷氧基硅烷的低聚 物可由通式況〇) 2 [況0) 2Si]n来表示，其中各R1是烷基。
[0017] 四烷氧基硅烷和/或四烷氧基硅烷的低聚物优选地选自下述：其中各R1独立地选 自包括1-10个碳原子、更优选地2-5个碳原子的烷基。特别优选地具有2个碳原子的烷基。 烷基可以是直链或支链的。直链烷基是优选的。所述溶液可包含四烷氧基硅烷的共混物。 官能化烷氧基硅烷是比较不合适的，因为它们成本更高，且在水解时可能释放有害物质。
[0018] 具有包括1-10个碳原子的烷基的四烷氧基硅烷和/或四烷氧基硅烷的低聚物可 比具有包括大于10个碳原子的烷基的四烷氧基硅烷更快水解和更好地溶于溶剂（例如乙 醇）。
[0019] 根据本发明的一些实施方式，四烷氧基硅烷和/或四烷氧基硅烷的低聚物优选地 是四乙氧基硅烷，和/或四乙氧基硅烷的低聚物。四乙氧基硅烷也称为硅酸四乙基酯。
[0020] 纤维素纤维选自但不限于植物纤维如黄麻、亚麻、棉、稻草、大麻、甘蔗渣、苎麻 (ramie)、马尼拉麻（abaca),废弃木材纸衆和造纸过程的木材纸衆。
[0021] 根据本发明的方法处理的纤维素纤维优选地从木材纸浆获得，更优选地从化学木 材纸浆获得。硫酸盐纸浆（Kraftpulp)是特别优选的。纤维素纤维可为漂白的或未漂白 的。优选的纸浆由软木例如辐射松（PinusRadiata)或由硬木加工而来。使用来自未漂 白的软木硫酸盐纸浆的纤维素纤维，可获得良好的结果。如使用TAPPI方法T236cm-85所 测定，纤维素纤维特征在于卡帕值（Kappanumber)为20-40,具体来说，20-30是特别优选 的。纤维素纤维可为精制的或未精制的，且如根据IS05267/1所测量，其肖伯而-力格度 (Schopper-Rieglerdegree)优选地是 12-80。根据TAPPI方法T271 测定的长度在 0? 8_4mm 的纤维素纤维是优选的。如根据TAPPI方法T212所测量，碱性可溶含量低于3. 5重量％的 纤维素纤维是优选的。
[0022] 纤维素纤维中存在的水以及任选的溶液中的额外的水将开始水解四烷氧基硅烷 和/或四烷氧基硅烷的低聚物，这进而导致四烷氧基硅烷和/或四烷氧基硅烷的低聚物的 聚合。
[0023] 水分含量为5-20重量％水的纤维素纤维是优选的。在根据本发明的方法中，优选 地使用成形为纸片的纤维素纤维。
[0024] 可对纤维素纤维进行额外的纤维处理，例如杀生物剂处理。
[0025] 根据本发明的方法还包括下述步骤：从所述纤维素纤维壁之间挤压出所述溶液。 该挤压步骤可通过选自但不限于下述的方法来实施：使用带压制或螺杆压制、真空过滤、压 缩过滤、超速离心、加热或真空处理的方法。根据本发明的优选实施方式，处理纤维素纤维 的方法中的挤压步骤可通过使浸渍的纤维素纤维通过辊压机（rollerpress)来实施。
[0026] 通过辊压机（也称为乳染机）或通过任何其它装置压制浸渍的纤维的操作，可迫 使包含四烷氧基硅烷的溶液渗透进入纤维素纤维内腔并甚至进入纤维素纤维壁以在后者 中形成沉淀的氧化硅，并从浸渍的纤维素纤维之间挤压出过量溶液。
[0027] 在根据本发明的方法中，挤压步骤任选地直接在浸渍纤维素纤维的步骤之后实 施。
[0028] 挤压步骤之后，所述溶液和所述纤维素纤维干重的重量比例低于2。该重量比例更 优选地是从0. 3到不高于1. 8。特别优选地重量比例是0. 6-1. 2。
[0029] 所述溶液和纤维干重的重量比例在本文中理解为处理之前溶液的重量与纤维素 纤维干重的比例，该溶液包含四烷氧基硅烷和/或四烷氧基硅烷的低聚物、溶剂和可能的 其它组分例如烷基烷氧基硅烷和催化剂。
[0030] 在本发明的语境中，纤维素的干重指在105°C下于通风烘箱中干燥过夜（12小时） 之后的纤维素的重量。
[0031] 在进一步处理步骤之后，包含四烷氧基硅烷和/或四烷氧基硅烷的低聚物的溶液 和纤维素纤维干重的重量比例低于2,从而避免氧化硅在纤维之间沉淀，并优化氧化硅在纤 维素细胞壁微米孔隙或纳米孔隙中的存在。包含四烷氧基硅烷的溶液的反应性优选地使得 四烷氧基硅烷的水解和缩合反应不在浸渍步骤中开始。
[0032] 到这种程度地挤压出溶液通常需要使用l-25kg/cm2、例如1-lOkg/cm2的压力挤压 纤维物质。在挤压纤维之前，可对纤维物质进行过滤来去除部分溶液。当使用溶液将纤维 素纤维变成纸浆时，尤其如此。
[0033] 根据本发明的一些实施方式，包含四烷氧基硅烷和/或四烷氧基硅烷的低聚物的 溶液还可优选地包含所述四烷氧基硅烷的水解产物，和所述水解产物的硅氧烷缩合产物。
[0034] 四烷氧基硅烷的烷氧基的水解将该烷氧基部分地转化成羟基。形成的聚硅酸仍然 具有足够含量的剩余烷氧基，其可通过催化水解来活化。在聚硅酸的羟基之间发生缩合反 应之后，形成硅氧烷键。后续的催化水解导致凝胶化和脱水，以形成聚合Si02结构。
[0035] 优选地使用包含四烷氧基硅烷的水解产物，和这些水解产物的硅氧烷缩合产物 的溶液，因为它们的挥发性比四烷氧基硅烷更低。这种硅氧烷缩合产物可为例如四烷氧基 硅烷的低聚物。优选的低聚物的聚合度为2-10,优选地为3-8,例如2, 3, 4, 5, 6, 7或8。市 售包括四乙氧基硅烷的水解产物和所述水解产物的硅氧烷缩合产物的四乙氧基硅烷商标 为Dyn.￡is.y.l:an? 40,由赢创工业公司（EvonikIndustries)出售。
[0036] 根据本发明的一些实施方式，包含四烷氧基硅烷和/或四烷氧基硅烷的低聚物的 洛液还可优选地包含烷基烷氧基硅烷。
[0037] 使用还包含烷基烷氧基硅烷的溶液处理可使纤维素纤维变成疏水的，提供使用处 理的纤维素纤维制造的纤维水泥产品，其可具有降低的吸水性、更低的水渗透性、降低的风 化、改善的耐腐性和耐冻融性以及在老化时更低的机械性能劣化。
[0038] 烷基烷氧基硅烷可由通式R2X(OR3)4xSi表不，其中x是从1到最尚达3的整数。
[0039] 烷基烷氧基硅烷优选地选自烷基二烷氧基硅烷（其可由通式R2 (OR3) 3Si表不）和 ^烷基^烷氧基硅烷（其可由通式R22 (〇R3) ^Si表不）及其混合物。烷基烷氧基硅烷优选 地具有烷基R2,其独立地选自包括4-12个碳原子、更优选的5-10个碳原子的烷基。其中一 个或多个烷基是正-辛基的烷基烷氧基硅烷是特别优选的。烷基烷氧基硅烷优选地具有烷 氧基（OR3)，其各自独立地进行选择并选自包括1-10个碳原子、优选地1-5个碳原子的烷氧 基。包括含2个碳原子的烷氧基的烷基烷氧基硅烷是特别优选的。烷基R2和R3优选地是 直链烷基。正-辛基三乙氧基硅烷是特别优选的。
[0040] 包括含至少4个碳原子的烷基的烷基烷氧基硅烷可使得处理的纤维素纤维具有 疏水特征。使用包括含大于12个碳原子的烷基的烷基烷氧基硅烷可导致溶解度问题。包括 含不大于10个碳原子的烷氧基的烷基烷氧基硅烷比包括含大于10个碳原子的烷氧基的烧 基烷氧基硅烷水解更快。前者通常在溶剂（例如乙醇和其它醇，和水）中的溶解性更高。 优选地以单体形式或低聚物形式使用正-辛基三乙氧基硅烷。这种正-辛基三乙氧基硅烷 可优选地为WackerSilresBS17040，或Z