水泥混凝土防裂改性聚丙烯纤维及其制造方法技术

本发明专利技术涉及的是一种改性聚丙烯纤维及其制备方法，所述的纤维是用来改善混凝土开裂缺陷，具体地是将改性高聚物树脂添加到聚丙烯树脂中进行熔融纺丝，然后用烷基磷酸乙醇铵进行表面处理，所得到的纤维具有防止混凝土开裂的缺陷、性能高、成本低并能够连续稳定工业化生产的特点。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种改性聚丙烯纤维，具体地讲，本专利技术涉及的是一种用于改善混凝土开裂缺陷的改性聚丙烯纤维，以及该纤维的制造方法。用分散性的纤维来增强水泥混凝土，改善水泥基材的脆性，在不同程度上可以提高水泥及其混凝土的抗裂性、韧性、抗爆和抗冲击性、抗渗性、抗冻性和耐久性、抗拉、抗弯(折)强度，从而可进一步扩大水泥及其混凝土的使用范围。作为水泥及其混凝土增强或防裂纤维有诸多基本要求，例如耐候性要好、生产成本低、对人体无害、有好的水分散性能、与基材间的物理和化学相容性好、有好的耐碱性(水泥是强碱性材料，pH值达12.5-13.5)和耐热性(水泥混凝土蒸养时温度可达70℃上)等。已用于水泥及其混凝土防裂与增强的天然纤维有木纤维、竹纤维、剑麻纤维、黄麻纤维、亚麻纤维、棕榈纤维、椰子纤维、棉纤维、石棉纤维、海泡石纤维等；人造的金属纤维有钢纤维、铝纤维等；人造的非金属纤维有玻璃纤维、玄武岩纤维、合成纤维等，合成纤维包括聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、尼龙纤维、碳纤维、芳纶纤维。其中，聚丙烯纤维以其具有极好的耐化学性、比重轻、成本低而有着广泛的应用前景。早在1963年，就已经公开了在水泥中添加聚丙烯纤维的专利技术，聚丙烯为仅由碳、氢两种元素组成的长碳链聚合物，大分子链上无极性基团，故本身与水泥无亲和性，而作为防裂纤维，需解决其在水泥基材中的分散性和与基材水泥的亲和性和粘附性问题。早期的工艺采用将纤维在聚乙二醇中浸渍、压榨、干燥处理(JP630022973)或氯化后用胶体硅或铝处理(JP680093512)的方法，但效果差而成本高。后期的JP770144488、JP6219797、JP6248506、EP0535373、JP705212等采用在纤维基体或皮层结构中添加无机物钙和镁的碳酸、硅酸盐、硅、铝、锌氧化物，及用烷基磷酸碱金属盐对纤维表面处理的方法，但碳酸钙等类的无机物在与聚丙烯树脂共混熔融纺丝时，无机物粒子易于凝聚，从而堵塞过滤网或喷丝孔，使滤网和喷丝组件的更换周期大为缩短，难以实现连续稳定工业化。JP7243120采用在纤维基体或皮层结构中添加乙烯一醋酸乙烯共聚皂化物的方法，但这种方法所得纤维的性能/成本比偏低。其他涉及到用于水泥及其混凝土防裂的聚丙烯纤维的专利主要有采用添加剂或改进纺丝工艺提高纤维的牵伸倍率，以提高强度和模量，参见EP0743380、EP0091547、JP6313207、CN1071652A以及CN1147452。采用异形截面提高纤维刚性和粘附面积，参见JP7267709、JP890287189、JP1192753、EP 0225036、JP0091547、JP57042568、以及JP650012037。对纤维表面处理提高与水泥混凝土的亲和性与分散性，参见JP7291690、JP7052127、EP0225036、EP0091547、JP57042568以及JP650012037。通过在纤维基体中或皮—芯复合纤维皮层结构中混入有机共聚物或无机化合物成份提高纤维与水泥混凝土的粘附效果，参见JP7243120、JP7166415、JP6248506、JP6219797、JP770144488。本专利技术的另一个目的在于提供一种用于水泥及其混凝土防裂的聚丙烯纤维的制造方法，所述的制造方法包括采用一种与水泥具有粘结性并具有熔融可纺性的有机高分子与聚丙烯共混熔融纺丝，同时采用一种与聚丙烯和水泥成分均具亲和性的有机化合物作为表面处理剂，对聚丙烯纤维表面进行亲和性处理。以下是对本专利技术的详细描述，通过详细描述并结合以下的实施例，可以清楚地理解本专利技术，本专利技术中所用的含量为重量百分比。本专利技术的研究人员首先采用了与水泥具有粘结性并具有熔融可纺性的聚酯型高聚物树脂，以0.1-30％的添加比例添加到聚丙烯树脂中进行熔融纺丝和牵伸，优选的添加量为0.5-20％，所得到的改性聚丙烯纤维，提高了纤维与水泥及其混凝土的粘结性。得到的改性聚丙烯纤维采用烷基磷酸乙醇铵对纤维进行表面处理，提高了纤维的水分散性和与水泥之间的亲和性，从而使所得纤维具有优良的水泥混凝土防裂性能。本专利技术所述“与水泥具有粘结性并具有熔融可纺性的高聚物可以为聚酯类聚合物，如聚酯或聚碳酸酯”，包括双酚A型聚碳酸酯、卤代双酚A型聚碳酸酯、聚苯二甲酸酯碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、改性聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚(二甲基硅氧烷)聚碳酸酯嵌段共聚物、或他们一种以上的组合，以及适合本专利技术的其他高聚物。优选的为具有下述结构的双酚A型聚碳酸酯 即2，2’-双(4-羟基苯基)丙烷聚碳酸酯。所述聚酯类聚合物与水泥及其混凝土中的硅酸盐等成份在碱性条件下具有粘结性，从而使纤维周围的水泥及其混凝土在纤维上形成“楔嵌点”，使防裂性能得以提高。本专利技术的研究人员发现，所述聚酯类聚合物在聚丙烯树脂中的添加比例过低时起不到显著改善纤维与水泥及其混凝土粘结性的作用，添加比例过高会造成纤维物理机械性能下降，同时增加生产成本。试验证明，聚酯类聚合物在聚丙烯树脂中的添加比例范围为0.1-30％，优选的添加量为0.5-20％。所述聚酯类聚合物在聚丙烯树脂中的添加方法可采用常规聚丙烯纤维生产中添加“色母粒”或“降温母粒”的方法。添加该聚合物后的聚丙烯熔体温度过低时流变性能恶化，从而使可纺性变差，而温度过高时会导致冷却固化困难并伴随大分子的降解。一般添加该聚酯类聚合物后聚丙烯的纺丝温度为240-310℃。本专利技术所述“烷基磷酸乙醇铵”是指具有下述化学结构的低聚物 其中m＝1-3，n=1-3，R为8-12C的烷烃。优选烷基磷酸三乙醇胺。JP6248506、JP6219797、EP0535373等已曾提及了有关“烷基磷酸碱金属盐”用于防止水泥及其混凝土开裂聚丙烯纤维的表面处理的方法，而本专利技术人发现，“烷基磷酸乙醇铵”具有更好的水分散性和与聚丙烯纤维的粘附性能。由于当烷基磷酸乙醇胺盐与水泥混凝土基体中的化学成份发生反应和粘结时，能够置换出部分乙醇胺。而乙醇胺是生产高质量水泥的添加助剂，不仅可以防止水泥结块，还可增加水泥的流动性和固化性能，从而改善了纤维与水泥混凝土基体界面的相容性，因此烷基磷酸的非金属盐——烷基磷酸与乙醇胺的化合物(一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺)生成的烷基磷酸乙醇胺盐具有更好的水分散性和与聚丙烯纤维的粘附性能。另外，由于本专利技术所述的烷基磷酸乙醇铵低聚物的碳链的烷基(R)部分与聚丙烯碳链具有良好的亲和性，而端基磷酸乙醇铵部分与水泥及其混凝土具有亲和与粘结性，从而起到了纤维与水泥及其混凝土之间的连接作用。结构式(II)所表达的低聚物可以配成0.5-30％的水溶液，在纺程的油盘上使纤维得以吸附。纤维经后道加热牵伸后水份蒸发，剩下低聚物的量是纤维重量的0.1-8％，优选的低聚物的含量是0.5-5％。本专利技术通过在聚丙烯树脂中添加与水泥具有粘结性并具有熔融可纺性的聚酯类高聚物经熔融纺丝得到改性聚丙烯纤维，采用烷基磷酸乙醇铵对纤维进行表面处理，提高了纤维的水分散性和与水泥之间的亲和性，所得纤维具有优良的水泥混凝土防裂性能、纤维性能好、成本低并能够连续稳定工业化生产的特点。以下是本专利技术的具体实施例，所述的实施例是用于描述本专利技术，而不是限制本专利技术。然后经熔体分配管道输送、纺丝计量泵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水泥混凝土防裂改性聚丙烯纤维，其特征在于所述的改性聚丙烯纤维中包括重量百分比为０．１－３０％的与水泥具有粘结性并具有熔融可纺性的聚酯类聚合物，０．１％－８％的具有下述结构的表面处理剂烷基磷酸乙醇铵： Ｒ－Ｏ－＊－ＯＨ.ＮＨ↓［３－ｍ］（ＣＨ↓［２］ＣＨ↓［２］ＯＨ）↓［ｍ］ 其中ｍ＝１－３，ｎ＝１－３，Ｒ为８－１２Ｃ的烷烃。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙玉山，史小兴，王玥，骆强，张彩霞，陆伊伦，李启明，
申请(专利权)人：中国纺织科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]