聚烯烃粒化方法,聚烯烃树脂,聚烯烃纤维,聚烯烃纤维的用途和水泥质复合物的制作方法
【专利说明】聚烯烃粒化方法，聚烯烃树脂，聚烯烃纤维，聚烯烃纤维的 用途和水泥质复合物
[0001] 本发明涉及制备聚烯烃的方法，所述聚烯烃例如为聚乙烯，聚丙烯，或乙烯-丙 烯共聚物或乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物或包含两种或更多种所述组分的闪锌矿 (sphalerite)，所述聚烯烃具有由结合添加剂导致的改进的极性性质以获得聚合物树脂， 所述聚合物树脂的纤维当在水泥质复合物中作为增强剂起作用时提供高性能。更加具体 的，通过将表面活性剂结合到粒化过程中，改变了经由聚合来获得的聚烯烃。
【背景技术】
[0002] 在过去十年建筑建造市场已经显著增长，主要归功于在发展中国家中所注意到的 更好的生活质量。此外，世界范围内的房屋项目，城市交通和社会事件也对这部分的发展做 出贡献。对满足所述部分要求的材料的需要触发了对有竞争力和显示良好性能的产品的寻 找。由于其优良的多功能性-满足特定环境要求-设计的建筑的构造，和耐久性，技术上和 可持续性的需求，用于所述领域的主要的原材料之一是水泥基产品。
[0003] 然而，水泥基产品当经受应力时可能显示出迅速扩散的裂纹，其降低了材料的机 械强度。因此，引入天然的或合成的纤维导致混凝土的更好的性能，因为其可通过减缓发 作和增加抵抗性来阻止微裂纹的扩散。当同例如在低成本建筑工业中，特别是在建造住宅 屋顶，农场设施，仓库和基础结构工程中使用的非纤维增强材料相比时，纤维水泥复合物 具有更好的延性（ductility),弯曲能力（bending ability)和抗断裂性（resistance to fracture)。
[0004] 在近几十年中，石棉作为在水泥产品中的增强剂在发展中国家被广泛地使用，主 要由于其低成本，可用性和节约能源。石棉具有在含水悬浮液中不形成结块的良好的分散 特性，良好的热、化学、电和机械特性，后者是最重要的特性，因为其给予最终产品在应力下 更高的抵抗性。
[0005] 石棉用于纤维水泥板的以抄取法（Hatschek process)的制备，其中在大槽中将石 棉纤维的稀释的楽料，水泥和添加剂混合，在所述大槽旋转气缸（rotary cylinders)通过 吸入捕获所述浆料，从混合物中去除水以获得所需厚度的片。然而，由于石棉表现出对人类 健康的潜在的风险，在工业中和在大学中均已经在不忽视其性能和其对石棉的竞争力的情 况下研究了新的技术和材料，例如天然的和合成的纤维。
[0006] 主要用来代替石棉的材料包括PVA (聚乙烯醇）纤维，PAN (聚（丙烯腈)）纤维，玻 璃纤维，纤维素纤维和PP (聚丙烯）纤维。
[0007] PVA纤维是第一个被大规模使用的材料，这是由于其固有的特性，例如高拉伸强 度，高弹性模量，在碱性基体中的高抵抗性，亲水行为，在水中良好的分散和对水泥基材料 良好的黏附力。为PVA纤维列举的这些特性也是PAN纤维的性质。然而，两种材料均需求 发展中国家的巨大的投入，其使得所述材料经常是不实用的。
[0008] 依次地，玻璃纤维具有高机械强度，但是在碱性介质中具有低耐久性。为保证该材 料在碱性介质中的优化的性能，必须通过组分的添加来改性这些纤维的表面。然而，这种解 决方案在商业上不是有利的。
[0009] 依次地，植物纤维，例如纤维素，尽管原材料成本低，由于它们同水泥基体的低黏 附力，对潮湿和碱性介质的低抵抗性，其显示出差的性能。
[0010] 最后，PP纤维具有最低成本的吸引力并且由于其良好的特性在各种应用中使用， 所述特性例如高延性，高比能量，低吸湿性和低密度。然而，疏水性质和低粗糙度分别为能 够损害PP纤维对水泥质基体的黏附力和锚固的特性。
[0011] 合成纤维增强的复合物的最终特性强烈依赖于个体组分的特性，存在于复合物中 的增强材料的浓度，和特别是在基体和增强材料之间的界面相互作用。因此，纤维表面的物 理或化学改性可为获得具有所需特性的复合物的替代方案。现有技术显示了为达到改进基 体和纤维之间的界面相互作用的目的，已经将技术上的努力集中在PP纤维的表面改性上。
[0012] 专利文献US20060234048描述了抗静电剂，表面活性剂，带有具有极性官能团的 疏水脂肪链的聚合物化合物作为聚烯烃纤维的改性剂的使用。该文献提到了使用聚亚烷基 二醇，例如聚乙二醇（PEG)和聚丙二醇（PPG)，例如在0. 05-5% (m/m)浓度下的纤维润滑剂。 将这些改性剂施加到在纤维水泥砖片的制备中使用的纤维的表面。然而，该技术包括在纤 维拉伸步骤(纺丝步骤）之后添加改性试剂。由于在抄取法过程中损失了添加剂，该方法没 有促进添加剂对聚合纤维表面的良好的黏附力，因此损害了纤维作为增强材料的性能。更 进一步地，在该文献中显示出的黏附强度的升高不与纤维和基体之间的结合能直接相关， 而仅是添加剂对水泥配方的效果。在纺丝过程的一个或多个阶段中，将在US2006234048 中描述的改性试剂添加到聚烯烃纤维，以达到在各个制备阶段中的运输过程中改进线的拉 伸，由此使产生自制备过程中的静电电荷最小化。所述改性试剂可以以它们的纯的形式，稀 释溶液的形式，分散体或乳液的形式添加。在水的存在下使改性试剂和聚合物共混物接触 还可具有在所述过程中产生泡沫的缺点。
[0013] 专利文献US6258159描述了在制备PP纤维的过程中，通过将添加剂添加至大量 熔融的聚合物来提高PP纤维表面的亲水性，由于所述添加剂同基体不表现出相互作用，其 最终迁移到表面。仅在纤维制备步骤中的改性可损害这些添加剂穿过聚合物基体的分散， 阻碍水泥质基体-纤维的相互作用。更进一步地，在US6258159中描述的表面活性剂为有 机硅表面活性剂，聚氧硅烷，脂肪酸酯和聚四氢呋喃，所述表面活性剂在化学上被认为是防 泡的(避免起泡)。这些防泡化合物经常在制备PP纤维的反应介质中使用。另一方面，在 US6258159中使用的非离子型表面活性剂属于聚醚多元醇族，且具有分散剂性质，且最终系 统的性能受表面活性剂的亲水-亲脂平衡（HLB)影响，即所述HLB平衡影响表面活性剂穿 过聚合物基体的分散。还可通过表面处理，例如变形（texturing)处理，电晕处理，等离子 体处理，火焰处理和化学沉积来改性PP纤维。然而，所述解决方案是高度复杂的且它们的 成本高，其使得它们工业上不可实施。
[0014] 通常，仅在聚丙烯纤维的纺丝步骤中添加改性剂(该过程在含水介质中进行）可导 致淋溶损失（leaching loss)或发泡，由于表面活性剂不显示对纤维良好的黏附力，导致容 易淋溶。
[0015] 本发明公开了在粒化步骤过程中向聚烯烃树脂添加非离子型和/或离子型表面 活性剂，即在纺丝过程之前添加。因此，在PP纤维和水泥基体之间的黏附力的增加是由于 在粒化过程中将该改性剂添加到PP树脂，而不是如现有技术文件中所描述的在纺丝步骤 过程中。
[0016] 此外，本发明公开了添加具有极性部分和非极性部分的表面活性剂，其对PP纤维 表面的亲水性做出贡献，其进而改进了聚合纤维对水泥复合物成分的锚固。
[0017] 鉴于关于合成纤维复合物的构成当前技术状态的技术的缺点，其中在大多数情况 下通过采用其他材料来改性在聚合步骤之后获得的聚丙烯，所述其他材料例如：马来酐，甲 基丙烯酸缩水甘油脂，和丙烯酸，本发明是涉及在粒化步骤过程中将非离子型和/离子型 表面活性剂结合到聚烯烃中的创新性的解决方案。这些非离子型和/离子型表面活性剂还 可被称作改性试剂或改性剂。
[0018] 更进一步地，本发明中描述的方法通过结合非离子型和/离子型表面活性剂的手 段，不仅使聚烯烃在市场中更具竞争力，还促进了聚烯烃纤维的表面极性的提高(更高的表 面张力)，并因此增大了作为水泥质复合物的黏附力。
[0019] 发明目的 本发明的主要目的由以下组成：提供用于制备用非离子型和/离子型表面活性剂改性 的聚合物树脂的方法，涉及将所述表面活性剂添加到所述后反应器树脂，即在对熔融状态 下的聚烯烃珠粒进行粒化的步骤过程中添加，随后该材料成粒。
[0020] 本发明的目的还在于描述具有改进的极性性质的改性的聚合树脂，且由以下组 成：经由造粒过程将至少一种非离子型和/或离子型表面活性剂结合到聚烯烃中，所述聚 烯烃选自聚丙烯均聚物或乙烯均聚物或乙烯-丙烯共聚物或乙烯-丙烯-丁烯三元共聚物 或包含两种或更多种所述组分的闪锌矿，促进聚烯烃纤维的表面极性的升高，并因此促进 纤维的更大的表面张力。
[0021] 将本发明的改性的聚合物树脂使用在具有较低表面张力的纤维的制造中，带来了 穿过水泥质复合物的更好的分散和对水泥质复合物的更大的黏附力，使水泥质复合物具有 优异的机械特性。
[0022] 本发明还公开了聚烯烃纤维，所述聚烯烃纤维具有表面极性，并包含经由粒化获 得的用离子型和非离子型表面活性剂改性的聚合物树脂。
[0023] 最后，本发明涉及聚烯烃纤维在水泥质复合物中用作增强材料的用途，以及涉及 包含所述聚烯烃纤维的水泥质复合物。
【发明内容】
[0024] 本发明描述了涉及将表面活性剂添加到后反应器树脂的方法，即添加剂粒化在熔 融状态下的聚烯烃珠粒上进行，随后该材料成粒，该方法涉及制备改性的聚合物树脂，更具 体地，用非离子型和/或离子型表面活性剂改性的聚烯烃树脂。
[0025] 本发明具有的优点在于，制备通过经由粒化过程结合非离子型和/或离子型表面 活性剂来改性的聚烯烃树脂(所述聚烯烃树脂将在具有更高表面极性(表面张力）的聚烯烃 纤维的制造中使用)，带来穿过水泥复合物的更好的分散和对水泥复合物的更大的黏附力， 导致产品显示出优异的机械特性。
[0026] 此外，本发明提出了获得具有更高