整体耐水性纤维水泥的制作方法

专利名称：整体耐水性纤维水泥的制作方法
技术领域：
该具体发明涉及耐水性水泥。更具体地本发明涉及耐水性纤维水泥产品的制备和应用，从而生产纤维水泥板涂层(cladding)、瓦(tile)和/或嵌板(panel)。
背景技术：
纤维水泥产品通常在建筑工业中用于生产板壁、外部涂层、边缘和内部嵌板、以及许多其它内部建筑材料，其中所述纤维水泥产品可以包括板状瓦片和/或嵌板。在工业中，纤维水泥板也称为“纤维板”。
纤维水泥产品的问题在于如果在安装前水进入到产品(例如墙壁嵌板)中，则嵌板会轻微膨胀，并且如果安装的话，随着干燥应力会在嵌板中累积，而该应力可能会造成弯曲等问题。因此无疑希望纤维水泥产品耐水或疏水，从而对抗这些问题。
生产耐水性纤维水泥产品的困难主要是由于生产纤维水泥产品过程中所应用的苛刻条件。为了增加其挠曲强度，纤维水泥产品通常在高压釜中进行熟化。所应用的饱和蒸汽压力通常为约1000KPa。所述压力在此水平下保持约8小时，并且板材的碱度可以高至pH值为13。这些苛刻条件影响了所应用的有机聚合物的分子完整性，并且这将阻止耐水性纤维水泥的形成。
虽然多种不同的疏水性聚合物在耐水性建筑材料如石膏中是很成功的，但它们不能使纤维水泥产品具有耐水性，这主要是由于在纤维水泥生产中所应用的热压处理的问题。
在本说明书中，疏水剂和纤维水泥之间的关系被描述为“完整结合”。这一术语被理解为描述了疏水剂在整个纤维水泥中基本上均匀分散或分布。
发明目的本发明的一个目的是克服或减少已知纤维水泥产品的缺点，或者至少为公众提供一种有用的替代品。
通过以下描述本发明的其它目的会变得很明显，而这些描述只是通过实施例的方式给出。
发明概述按照本发明的一个方面，提供一种生产耐水性纤维水泥产品的方法，所述方法包括使疏水剂与纤维水泥材料混合；由所述混合物形成纤维水泥产品，从而使疏水剂与纤维水泥完整结合。
所述疏水剂优选为由乙烯、氯乙烯和/或乙烯基月桂酸酯得到的长链三元共聚物。
所述三元共聚物优选包括硅烷基官能团。
在一种优选方式中，疏水剂作为分散液和/或乳液加入到纤维水泥中。
所述分散液和/或乳液优选包括悬浮在水中或碱性溶液如石灰水中的疏水剂。
所述耐水性纤维水泥产品优选为耐水性纤维水泥板状瓦片、嵌板和/或外涂层材料。
所述方法优选包括热压处理纤维水泥产品的步骤。
按照本发明的另一个方面，提供一种耐水性纤维水泥，其中所述纤维水泥包括与纤维水泥完整结合的疏水剂。
所述疏水剂优选为由乙烯、氯乙烯或乙烯基月桂酸酯得到的长链三元共聚物。
所述三元共聚物优选包括硅烷基官能团。
以用于生产纤维水泥的全部材料为基准，疏水剂的优选比例基本上为0.5wt％至10wt％。
在一种优选方式中，以用于生产纤维水泥的全部材料为基准，疏水剂的比例基本上为1wt％。
在另一种优选方式中，以用于生产纤维水泥的全部材料为基准，疏水剂的比例基本上为7wt％。
所述产品的耐水质量优选不被热压处理所降低。
所述产品优选可以为瓦、嵌板和/或外部涂层材料。
在另一个方面，本发明提供一种生产耐水性纤维水泥产品的方法，所述方法包括应用由乙烯、氯乙烯或乙烯基月桂酸酯得到的三元共聚物来形成纤维水泥产品，并且热压处理所述产品，其中所述三元共聚物与纤维水泥完整结合。
所述热压处理方法优选包括在碱性环境下应用一定压力的饱和蒸汽。
所述饱和蒸汽的压力优选为约1000KPa。
所述碱环境优选为pH值高至约13。
在纤维水泥的形成过程中，优选将三元共聚物喷撒到纤维水泥上。
在最后一个方面，本发明涉及通过上述任一方法生产的耐水性纤维水泥板。
由以下通过实施例并参考附图给出的描述，本发明的其它方面将会变得很明显。
附图的简要描述下面仅通过实施例并参考附图对本发明进行描述，其中

图1为按照本发明生产纤维水泥板状瓦片和/或嵌板的方法的示意性流程图。
图2为本发明的耐水性板(Monotek)与其它相当的可获得的纤维板产品的比较。
发明的详细描述这里所描述的本发明涉及耐水性纤维水泥和/或耐水性纤维水泥产品。本发明还涉及制备耐水性纤维水泥的方法以及其用于生产耐水性纤维水泥产品的应用。
耐水性纤维水泥产品广泛用于建筑和建筑材料中，例如外部和内部涂层、嵌板和/或瓦、厚板、建筑板材等。应该理解的是这里所应用的术语“耐水性纤维水泥产品”是广义的，并不局限于特定的建筑或建筑材料。
所制造的耐水性纤维水泥产品包括疏水剂和纤维水泥。
所述纤维水泥由纤维、粘结剂以及本领域已知的其它添加剂组成。所述纤维水泥通过使产品保持所希望的形状而为产品提供强度和稳定性。
疏水剂的比例为约0.5wt％至10wt％。疏水剂的比例可以按照耐水性纤维水泥产品的具体用途而变化。例如当纤维水泥产品用作潮湿区域如厨房的内表面时，则优选包括约0.5wt％至2wt％的疏水剂。
用作外部涂层或用于湿壁区域中的纤维水泥产品可以包括约0.5wt％至2wt％的疏水剂，优选为1wt％。另外，如果耐水性纤维水泥产品打算用作屋顶产品，则应用较高比例的疏水剂，例如约2至10wt％，优选为约7wt％。
如果耐水性纤维水泥产品打算用作外部瓦或嵌板，则还希望包括较高比例的疏水剂。该比例也可以为2wt％至10wt％。因此在耐水性纤维水泥产品中所包括的疏水剂的比例可以针对所述耐水性纤维水泥产品具体的最终用途而进行调整。
所述耐水性纤维水泥产品可以针对一般或通用用途而制备。在这种情况下，疏水剂的量并不是由耐水性纤维水泥产品的最终用途所决定的。因此，在通用耐水性纤维水泥产品中疏水剂的量优选在约2wt％至10wt％范围内，优选为约4wt％至7wt％。
在耐水纤维水泥产品中疏水剂将与纤维水泥完整结合。因此，疏水剂将均匀分散在整个耐水性纤维水泥产品中。这意味着产品作为整体是耐水性的，表面损害不会影响其性能。
本发明的另一个方面包括针对生产耐水性纤维水泥而具体选择独特的疏水剂。为制备耐水性纤维水泥而选择的特定的疏水剂可以由许多因素来决定，包括在耐水性纤维水泥的制备过程中以及随后制备耐水性纤维水泥产品过程中疏水剂的稳定性；在耐水性纤维水泥产品中疏水剂的疏水特性的稳定性；以及在耐水性纤维水泥产品中疏水剂的长期稳定性。
在可能用于耐水性纤维水泥产品的溶剂基涂料和/或残余物存在时，所述疏水剂也应该是稳定的。在这种优选方式中，耐水性纤维水泥产品应该能够随后用多种溶剂和水溶性涂料和/或织物涂层涂覆。因此，在对耐水性纤维水泥产品施用涂料涂层(或类似物)之后，所述疏水剂应该是稳定的，并应基本保持分子完整性和/或避免分解。另外，在施用涂料或溶剂基涂层后疏水剂应该优选保持其疏水特性。
已经令人惊讶地发现由乙烯、氯乙烯和/或乙烯基月桂酸酯得到的一些疏水性三元共聚物能够在热压处理提高产品强度之后保持产品的耐水性。在一种优选方式中，所述三元共聚物还包括硅烷(硅)官能团。这类化合物产生的产品能够耐受纤维水泥的生产过程，并且能够保持产品的疏水特性。由于用于增加纤维水泥产品强度所应用的热压处理过程的苛刻性质(正如本申请其它地方所讨论的)，这一点是特别令人惊讶的。所应用的一种特定产品为可由Waker Polymer得到的Vinnapas R1 554Z。
本发明的另一个方面包括制备耐水性纤维水泥的方法，而所述耐水性纤维水泥可以用于制备耐水性纤维水泥产品。
所述耐水性纤维水泥及其产品通过多个步骤来制备。图1描述了耐水性纤维水泥产品的优选制备方案。但应该意识到可能有多种不同的方法来制备纤维水泥，由图1所描述的基本过程对生产纤维水泥产品来说是已知的。下面参考图1所给出的描述仅描述了制备耐水性纤维水泥和耐水性纤维水泥产品的一种优选方法。
参考图1，最初的水和纤维水泥制备材料在混合装置1中并利用该混合装置1而混合在一起。所述材料可以包括纤维、粘结剂、二氧化硅以及所包括的本领域中已知的用于优化性能的附加组分。
在所述过程中在多个不同阶段均可以将疏水剂加入或用于纤维水泥(或形成纤维水泥的材料)中。
在一种优选方式中，如图1所示，在纤维水泥制备材料的混合步骤中向混合装置1中加入疏水剂。在这种方式中疏水剂可以按多种方式加入。疏水剂可以作为乳液和/或碱性水溶液加入。在加入到混合装置1之前，疏水剂的粉末可以与石灰水或只有水预先混合从而形成乳液/溶液。混合时间优选为约4分钟。
另外，疏水剂可以作为研磨粉末加入。在这种方式中，在纤维水泥制备材料与其它组分的混合过程中，将粉末加入到混合装置1中。
在其中将疏水剂加入到纤维水泥制备材料中的方法中，也可以包括在混合开始之前或之后按一份或多份向混合装置中倒入疏水剂。在这个阶段加入疏水剂还有助于使疏水剂在整个纤维水泥中均匀分布。
在混合装置1中由初始混合步骤产生浆液，然后将该浆液排放至缓冲罐2中。在另一种替换方式中，疏水剂也可以按一份或多份加入到缓冲罐2内的浆液中，并混入浆液中。
装在缓冲罐2内的旋转筛3部分悬浮在缓冲罐2内的浆液中，并且在所述筛子上累积浆液物料或纤维水泥。所述纤维水泥沿着旋转筛3的外表面形成薄层和/或壳。旋转筛3按与旋转毛毡4相同的方向移动，致使筛子3上的纤维水泥在旋转毛毡4上累积。
在另一种优选方式中，不是缓冲疏水剂与纤维水泥组分，而是将疏水剂喷撒至在旋转筛3或旋转毛毡4上形成的移动的累积纤维水泥上。在这种优选方式中，在旋转筛3和旋转毛毡4旋转时，将疏水剂的水分散液喷撒到最新累积的纤维水泥上。一旦将疏水剂喷撒到累积的纤维水泥上，则疏水剂渗透至纤维水泥中而与纤维水泥完整结合。
通过喷撒来施用疏水剂还提供一种改变施用到纤维水泥上的疏水剂的量的便捷方式。所述喷撒输送系统的运行速度可以按旋转筛3和旋转毛毡4的操作进行调整，从而可以将所希望的疏水剂量施用到纤维水泥上。还应想到的是也可以对喷撒输送系统进行调整从而可以改变施用到纤维水泥上的疏水剂的量。
旋转毛毡4从缓冲罐2向制板机5输送累积的耐水性纤维水泥。在制板机5处，过量的水从耐水性纤维水泥中排出。可以应用真空箱而利于这一操作。由旋转毛毡4提供的耐水性纤维水泥通过切割机5压制和/或切割成为所希望的耐水性纤维水泥产品的用途的合适形状。可以调节切割机5，从而所形成的耐水性纤维水泥产品可以相应地为嵌板、瓦和/或板。应该意识到旋转筛3的周长决定旋转毛毡4所提供的嵌板的长度。
然后由制板机5生产的耐水性纤维水泥产品或湿产品在6中进行预熟化，从而改进产品的湿强度，使其可以耐受热压处理。
在预熟化处理6之后，然后在高压釜7中对嵌板进行热压处理，从而提高产品的强度(例如挠曲强度)。热压处理过程7在具体的时间温度比下进行，从而可以控制硅酸钙水合物晶体的生长，而这种晶体生长形成板的基体。
热压处理过程7通常在基本为1000KPa的饱和蒸汽压水平下进行操作。热压处理的时间周期基本上为8小时。所述热压处理过程7包括如下步骤对高压釜的室进行加压；保持所述室处于一定的加压水平；以及最终在所需时间之后对室进行放空。在该过程中，耐水性纤维水泥产品的碱度可以高达pH值为13。这里所描述的疏水剂基本上可以耐受这些苛刻条件，从而保持所形成的耐水性纤维水泥产品的耐水性。
最后在试验室8中对所产生的耐水性纤维水泥产品进行测试；修整其形状并检测缺陷9；以及发货10。
本领域熟练技术人员将会理解对纤维水泥产品来说热压处理熟化并不是很关键的。如果需要，所述耐水性纤维水泥产品可以进行空气熟化。
在耐水性纤维水泥的生产中喷撒施用聚合物分散液混合应用高速分散桨叶在水中分散固体聚合物粉末。分散液的固体含量通常为10-20％的固体。
喷撒条件应用位于毛毡上方200-250mm的带有4-6个喷射孔的喷撒棒。所述喷射孔为喷嘴孔径为1-2mm的扇形喷射。所述喷射孔排成两列，从而使来自一排的喷射孔的喷撒方式正好覆盖来自第二排的喷射孔的喷撒方式。仔细控制喷撤宽度，从而使来自宽度修整操作的切割废料含有尽可能少的聚合物。
喷撤压力通常为1-2bar表压。
喷撒流量通常为600-800升/小时。
喷撒棒定位喷撒棒位于最后一个筛辊之后的毛毡上方。所述毛毡载带为机器长度的湿纤维水泥膜至累积辊，在其中被卷绕到已经累积的膜上。当达到所希望的厚度时，切割湿板或湿板材，并通过带状输送机将其输送至修整区。
真空箱在由最后一个筛子到累积辊的运送时间过程中，聚合物分散液通过湿膜渗透。在这一点时所述膜通常为1.2mm厚。在毛毡到达累积辊之前，其通过一个真空箱。这提供脱水作用，使膜具有足够的湿强度而被转移到辊上。所述真空箱还有助于推动聚合物分散液通过湿膜，从而使聚合物在膜厚度上均匀分布。
描述与涂料和医药工业中应用的类似，在高速分散器中按不连续的间歇方式将875升水和所希望重量的聚合物如125kg混合在一起。一个变速泵使分散液沿着主环路循环。如上文所述的喷撒装置与该主环路并列连接。当过程需要聚合物时，打开阀门，从而将主环路的压力供给喷嘴。过量的流量返回缓冲罐，而缓冲罐为泵供料。
测试通过记录初始高度为180mm的水柱的水位下降而对纤维水泥产品的耐水性进行测量。所述水柱用高度测量值进行标记，并静置于纤维水泥产品上。在所进行的测试中，水柱的实际高度为180mm。记录24小时前后的水位下降。
在24小时内，未处理的外部涂层纤维水泥产品-标准的Harditex外部纤维水泥嵌板-的水柱降为75mm。在24小时内，针对外部应用而调整的耐水性纤维水泥产品达到的水柱降为5-30mm。以纤维水泥的干重为基准，在该测试中所应用的耐水性纤维水泥产品含有1wt％的聚合物。该耐水性产品按照标准的Harditex外部嵌板而制备，只是如前文所述向纤维水泥上喷撒Vinnapas R1 554Z(可由WackerPolymer得到)。Vinnapas R1 554Z为带有硅烷官能团的聚乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯基月桂酸酯的三元共聚物。
在生产过程中用Vinnapas R1 554Z处理的Harditex板的透水性的实施例水柱的渗透性(cm/天)
改变聚合物含量对所选择的物理性质的影响
注
参考图2，将商购得到的纤维板与本发明生产的产品(标识为Monotek(45979)-1.0％Vinnapas)进行比较。可以清楚地看出，由增重减少得到证实，Monotek产品具有优越的耐吸水性能。
应用这里所描述的疏水剂证实了即使在苛刻的热压处理条件下也能够明显地降低纤维水泥产品的透水性。应该意识到耐水性纤维水泥产品并不局限于用于潮湿区域中，也可以用于干燥和潮湿区域中。
虽然已经参照耐水性纤维水泥板、瓦和/或嵌板的制备对耐水性纤维水泥进行了描述，但应该意识到这种水泥和技术对建筑工业来说可能具有更广泛的用途。
在前面的描述过程中，参考了具有已知等效性的部件或数字，如果分别阐述时，这种等效性仍然适用。
虽然已经通过实施例并参考特定实施方案描述了本发明，但应该理解的是在不偏离本发明的范围或实质的情况下可以进行调整和/或改进。
权利要求
1.一种生产耐水性纤维水泥产品的方法，所述方法包括使疏水剂与纤维水泥材料混合；由混合物形成纤维水泥产品，从而使疏水剂与纤维水泥完整结合。
2.权利要求1的方法，其中所述疏水剂为由乙烯、氯乙烯和/或乙烯基月桂酸酯得到的长链三元共聚物。
3.权利要求2的方法，其中所述三元共聚物包括硅烷基官能团。
4.前述权利要求中任一项的方法，其中所述疏水剂作为分散液和/或乳液加入到纤维水泥中。
5.权利要求4的方法，其中分散液和/或乳液包括悬浮在水中或碱性溶液如石灰水中的疏水剂。
6.前述权利要求中任一项的方法，其中耐水性纤维水泥产品为耐水性纤维水泥板状瓦片、嵌板和/或外部涂层材料。
7.前述权利要求中任一项的方法，其中所述方法包括热压处理纤维水泥产品的步骤。
8.前述权利要求中任一项的方法，其中所述方法包括空气熟化纤维水泥产品的步骤。
9.一种耐水性纤维水泥，其中所述纤维水泥包括与纤维水泥完整结合的疏水剂。
10.权利要求9的耐水性纤维水泥，其中所述疏水剂为由乙烯、氯乙烯或乙烯基月桂酸酯得到的长链三元共聚物。
11.权利要求10的耐水性纤维水泥，其中所述三元共聚物包括硅烷基官能团。
12.权利要求9-11任一项的耐水性纤维水泥，其中以用于生产纤维水泥的全部材料为基准，疏水剂的比例基本上为0.5wt％至10wt％。
13.权利要求12的耐水性纤维水泥，其中以用于生产纤维水泥的全部材料为基准，疏水剂的比例基本上为0.5-2.0wt％。
14.权利要求12的耐水性纤维水泥，其中以用于生产纤维水泥的全部材料为基准，疏水剂的比例基本上为2-10wt％。
15.权利要求9-14任一项的耐水性纤维水泥，其中所述产品的耐水质量不被热压处理所降低。
16.权利要求9-15任一项的耐水性纤维水泥，其中所述产品可以为瓦、嵌板和/或外部涂层材料。
17.一种生产耐水性纤维水泥产品的方法，所述方法包括应用由乙烯、氯乙烯或乙烯基月桂酸酯得到的三元共聚物来形成纤维水泥产品，并且熟化所述产品，其中所述三元共聚物与纤维水泥完整结合。
18.权利要求17的方法，其中所述产品至少部分通过空气熟化而熟化。
19.权利要求17或18的方法，其中所述产品至少部分通过热压处理而熟化。
20.权利要求19的方法，其中热压处理过程包括应用一定压力的饱和蒸汽。
21.权利要求20的方法，其中所述热压处理在碱性环境中进行。
22.权利要求20的方法，其中所述饱和蒸汽的压力为约1000KPa。
23.权利要求21的方法，其中所述碱性环境的pH值高至约13。
24.权利要求17-23任一项的方法，其中在纤维水泥的形成过程中将三元共聚物喷撒到纤维水泥上。
全文摘要
一种生产耐水性纤维水泥产品的方法。在本方法中在多个不同的阶段可以向纤维水泥中或者实际上形成纤维水泥的材料中加入或应用疏水剂。与常规的纤维水泥产品相比，所形成的材料具有提高的不透水性。
文档编号C04B16/06GK1505597SQ02808856
公开日2004年6月16日 申请日期2002年4月9日 优先权日2001年4月9日
发明者S·特里维西克, S 特里维西克 申请人:詹姆斯·哈迪研究有限公司, 詹姆斯 哈迪研究有限公司