一种用于混凝土的改性UF500纤维素纤维及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于混凝土的改性UF500纤维素纤维及其制备方法。以杉木或阔叶木材为原料制备的改性UF500纤维素纤维，其纤维单丝的纤维平均长度：2～3mm；纤维平均宽度：14μm～70μm；比表面积：(2.45～2.55)×104cm2/g；纤维抗拉强度：300～950MPa；纤维弹性模量：8～10GPa；纤维耐碱性≥90％。本发明专利技术的改性UF500纤维素纤维具有天然的亲水性能，增强了纤维与混凝土基体的粘结强度，同时可使纤维单丝均匀分布在混凝土基料中，其分散性能好，无结团；最后，本发明专利技术的改性UF500纤维素纤维可有效改善纤维对混凝土基体材料强碱性的耐受能力，解决了高标C50‑C80及清水混凝土的水化热形成钙矾石反应而引起的混凝土制品内部爆裂的问题，进一步提升了混凝土抗裂性、韧性以及耐久性等综合性能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于混凝土的改性UF500纤维素纤维及其制备方法
本专利技术涉及一种水泥基复合材料添加型功能材料，具体涉及一种用于混凝土的改性UF500纤维素纤维及其制备方法。
技术介绍
目前，在建筑工程领域，在混凝土中掺加各类纤维是改善混凝土抗裂性能、提高混凝土抗渗和抗冻性能的主要方法之一，并已在各类工程中得到了广泛的应用。现行的建筑工程相关规范、标准中，纤维一般指钢纤维、合成纤维等，而在实际的工程中有的混凝土结构掺加了纤维素纤维。建筑工程中应用的纤维，根据其材质可分为有机纤维和无机纤维；根据力学性能可分为高弹模纤维和低弹模纤维；根据基体材料可分为水泥混凝土用纤维、砂浆用纤维、沥青混凝土用纤维等。掺入混凝土中的植物纤维，由于纤维的材性如纤维长度、直径、纤维表面亲疏水性等不同，使纤维在混凝土中的分散性能及添加纤维后混凝土的工作性能差别较大，直接影响到纤维混凝土在抗裂性能、力学性能以及耐久性等方面表现。目前大多纤维无法耐受混凝土基体材料的强碱性，加之或因无法在混凝土中均匀分散，或因耐高温性不够而达不到抗裂、增强效果。随着现代建筑技术的发展，纤维素纤维生产技术的进步解决了这些问题。纤维素纤维区别于合成纤维、动物纤维、矿物纤维，分子式为(C6H10O5)n，是一种多糖结构的高分子聚合物。它以天然植物为原料，通过生物、化学技术加工制造而成。在建筑工程上，目前纤维素纤维的应用缺乏行业规范，应用也并不广泛。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种用于混凝土的改性UF500纤维素纤维及其制备方法，本专利技术的改性UF500纤维素纤维具有天然的亲水性能，与混凝土基体的粘结强度大，同时解决了高标C50-C80及清水混凝土不可克服的水化热形成钙矾石反应、引起的高标C50-C80及清水混凝土制品内部爆裂的问题。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：一种用于混凝土的改性UF500纤维素纤维，所述纤维素纤维的制作材料为杉木或阔叶植物中的至少一种，该纤维素纤维单丝有如下物理、化学性能：纤维平均长度：2～3mm；纤维平均宽度：14μm～70μm；比表面积：(2.45～2.55)×104cm2/g纤维抗拉强度：300～950MPa；纤维弹性模量：8～10GPa；纤维耐碱性：≥90％。进一步地，所述的用于混凝土的纤维素纤维在混凝土中的体积掺量：0.04％～4％。基于上述用于混凝土的改性UF500纤维素纤维，本专利技术还提供了一种上述改性UF500纤维素纤维的制备方法，改方法包括以下步骤：(1)准备材料：选取阔叶木材或杉木中的任一种，通过去皮切片、获得木纹方向长度20±5mm，宽度大于3mm，厚度5±1mm的木材原料；(2)制浆：在压力容器中装满步骤(1)的木材原料并加入足够的由氢氧化钠和硫化钠组成的药液盖过木片，加热至160±10℃，保温2～3小时；所述药液的硫化度为30±5％；(3)压榨：步骤(2)中的浆料通过盘磨机进行纤维的进一步解离，并通过筛网洗净成质量浓度为1％～5％的浆料；(4)烘干成形：将步骤(3)中的浆料转入烘缸中，浆料在温度为25～35℃、湿度为50％～60％的烘缸中烘干2～3小时；(5)将步骤(4)中的纤维素纤维分散于其总重量的1-10倍的溶剂中，向分散液中加入占纤维素纤维总重量的10～60％的二异氰酸酯和占纤维素纤维总重量的0～5％的胺类催化剂，在温度为40～80℃之间保温反应0.5～4小时；再向上述反应液中加入占纤维素总重量的5～50％的硅氧烷单体，在温度为30～70℃之间保温反应0.5～4小时；(6)将步骤(5)中反应所得物冷却至室温后，过滤，滤出物用步骤(5)中的溶剂洗涤，滤出物在温度为30～70℃之间真空干燥后即得改性UF500纤维素纤维；(7)轧制：将步骤(6)中的改性UF500纤维素纤维本体材料压制成条状，再将条状材料叠合胶接面成堆积后，并施以适当压力，制成5*5毫米方块UF500纤维素纤维块。进一步地，所述步骤(2)中所得的浆料的高锰酸钾值为28～35度。进一步地，所述步骤(3)中采用双盘磨进行压榨，双盘磨大辊直径为1200～1500厘米。进一步地，所述步骤(5)中的溶剂为丙酮、甲苯、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或四氢呋喃中的至少一种。进一步地，所述步骤(5)中的胺类催化剂为二甲基乙醇胺、四甲基乙二胺或四甲基丙二胺中的任一种。进一步地，所述步骤(5)中的硅氧烷单体为氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的任一种。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术的改性UF500纤维素纤维具有天然的亲水性能，使高性能C50-C80及清水混凝土附着在纤维素体内，增强了纤维与混凝土基体的粘结强度，同时可使纤维单丝均匀分布在混凝土基料中，其分散性能好，无结团。(2)本专利技术以杉木或阔叶木材为原料制备的改性UF500纤维素纤维，使改性UF500纤维素纤维具有更好的支撑和抗渗性，并能抵抗微生物攻击和氧化压力，因此具有先天的高强度、抗腐蚀和抗氧化能力。(3)本专利技术的改性UF500纤维素纤维的表面积为(2.45～2.55)×104cm2/g，纤维素纤维可达30亿根，这些特性决定了纤维素纤维与高标C50-C80及清水混凝土的接触面积，可有效改善纤维与基体的粘结性能，同时，可有效改善纤维对混凝土基体材料强碱性的耐受能力，解决了高标C50-C80及清水混凝土不可克服的水化热形成钙矾石反应而引起的高标C50-C80及清水混凝土制品内部爆裂的问题。附图说明图1为实施例1的改性UF500纤维素纤维制造工艺流程图具休实施方式展示一下实例来具体说明本专利技术的某些实施例，且不应解释为限制本专利技术的范围。对本专利技术公开的内容可以同时从材料、方法和反应条件进行改进，所有这些改进，均应落入本专利技术的的精神和范围之内。实施例1：改性UF500纤维素纤维的制备本实施例中的改性UF500纤维素纤维原料选取杉树，通过选取材料、制浆、压榨、烘干成形、改性反应、干燥和轧制7个步骤完成，如图1所示。1.准备材料：本实施例以杉树为原材料，通过去皮切片、获得木纹方向长度20±5mm，宽度大于3mm，厚度5±1mm的木材原料。2.制浆：在压力容器中装满步骤(1)的木材原料并加入足够的由氢氧化钠和硫化钠组成的药液盖过木片，加热至160±10℃，保温2～3小时；药液的硫化度为30±5％，并且使最终的浆料的硬度不宜过低，浆料的高锰酸钾值保持在28～35度。3.压榨：步骤(2)中的浆料通过盘磨机进行纤维的进一步解离，并通过筛网洗净成质量浓度为1％～5％的浆料；本实施例中使用双盘磨，根据不同浆料的性能，选用适当台数、排列位置和盘齿形状从而达到理想效果，本实施例中采用大辊的直径1200-1500厘米为宜。4.烘干成形：将步骤(3)中压榨完的浆料转入烘缸中，浆料在温度为25～35℃、湿度为50％～60％的烘缸中烘干2～3小时。5.改性反应：将步骤(4)中烘干的纤维素纤维分散于其总重量的10倍的丙酮溶剂中，向分散液中加入占纤维素纤维总重量的60％的二异氰酸酯和占纤维素纤维总重量的5％的二甲基乙醇胺催化剂，在温度为80℃之间保温反应4小时；再向上述反应液中加入占纤维素总重量的50％的硅氧烷单体，在温度为70℃之间保温反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于混凝土的改性UF500纤维素纤维，其特征在于，所述纤维素纤维的制作材料为杉木或阔叶植物中的至少一种，该纤维素纤维单丝有如下物理、化学性能：纤维平均长度：2～3mm；纤维平均宽度：14μm～70μm；比表面积：(2.45～2.55)×104cm2/g；纤维抗拉强度：300～950MPa；纤维弹性模量：8～10GPa；纤维耐碱性：≥90％。

【技术特征摘要】
1.一种用于混凝土的改性UF500纤维素纤维，其特征在于，所述纤维素纤维的制作材料为杉木或阔叶植物中的至少一种，该纤维素纤维单丝有如下物理、化学性能：纤维平均长度：2～3mm；纤维平均宽度：14μm～70μm；比表面积：(2.45～2.55)×104cm2/g；纤维抗拉强度：300～950MPa；纤维弹性模量：8～10GPa；纤维耐碱性：≥90％。2.根据权利要求1所述的一种用于混凝土的改性UF500纤维素纤维，其特征在于，所述的用于混凝土的纤维素纤维在混凝土中的体积掺量为：0.04％～4％。3.如权利要求1所述的一种用于混凝土的改性UF500纤维素纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)准备材料：选取阔叶木材或杉木中的任一种，通过去皮切片、获得木纹方向长度20±5mm，宽度大于3mm，厚度5±1mm的木材原料；(2)制浆：在压力容器中装满步骤(1)的木材原料并加入足够的由氢氧化钠和硫化钠组成的药液盖过木片，加热至160±10℃，保温2～3小时；所述药液的硫化度为30±5％；(3)压榨：步骤(2)中的浆料通过盘磨机进行纤维的进一步解离，并通过筛网洗净成质量浓度为1％～5％的浆料；(4)烘干成形：将步骤(3)中的浆料转入烘缸中，浆料在温度为25～35℃、湿度为50％～60％的烘缸中烘干2～3小时；(5)将步骤(4)中的纤维素纤维分散于其总重量的1-10倍的溶剂中，向分散液中加入占纤维素纤维总重量的10～60％的二异氰酸酯和占纤维素纤维总重量的0～5％的胺类催化剂，在温度为40～80℃之间保...

【专利技术属性】
技术研发人员：余明思，李树婷，程成，
申请(专利权)人：武汉科丝力纤维制造有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42