具有改进的生物稳定性的纤维素纤维的制造方法及其产品技术

本发明专利技术公开了一种具有延长的生物稳定性的纤维素纤维及其制造方法。虽然用杀生物的金属化合物对纤维素进行处理的已有方法已获得了改进的耐腐败性，但这些处理并不是完全令人满意的，其中在使用前必须精制纤维，并且精制能量很高且显著损失纤维长度。用二癸基二甲基铵氯化物（ＤＤＡＶ）或溴化物（ＤＤＡＢ），或上述物质与低浓度的铜结合，或单独使用低浓度的铜处理纤维素纤维能够使产品获得非常好的生物稳定性，同时不会显著增加精制能量或损失纤维长度。处理的纤维作为水泥板产品的强化组分是特别有利的。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有优良的耐环境降解性的纤维素纤维及其制备方法。
技术介绍
自二十世纪二十年代以来，纤维强化的水泥板产品被作为建筑材料使用。硅酸盐水泥可用作木块或木条的胶结材料或粘合剂。而木块显著地降低了产品的密度并提高了产品的强度，特别是拉伸强度。早期的产品使用木丝作为强化材料。后来，广泛地使用石棉纤维作为强化纤维。将纤维充分地混合在硅酸盐水泥-水淤浆中以使其被均匀地涂布。此种混合物主要被制成平板，此时允许水泥在使用前固化。或者，也可以将其制成三维产品，如波形板、屋顶瓦以及管子。可以将板制成各种密度。低密度产品用于室内应用，如用于墙壁和天花板的吸音产品。更高密度的板用作地板、墙板、盖板和混凝土模板。多年以来，石棉强化的仿真木瓦被广泛地用作用于建筑住宅的墙板。在发现与石棉相关的健康问题以后，此种应用基本上消失了。今天，纤维素纤维强化的水泥板作为住宅墙板产品的应用有了明显的恢复。在此种应用中，它类似于水平或垂直的木壁板。虽然此种产品要求特殊的原料，但可以以常规的方式对其进行处理和钉牢。作为一种具有吸引力的耐用、尺寸稳定、耐潮湿、腐蚀和昆虫的低维护产品，水泥板墙板是可接受的。未漂白的牛皮纸浆被主要地用作水泥板墙板的纤维来源。Soroushian等在“无机键合的木质和纤维复合材料”(Inorganic-BondedWood and Fiber Composite Material)，A.A.Moslemi编辑，39-19 ForestProduct Society(1993)(下文称为IBWFCM)中概括地描述了生产方法和所获得的产品的性能。类似地，Soroushian等在IBWFCM.，53-7(1997)中描述了通过在高压气流中用高压釜处理促进产品固化的方法。K.Buchmayer，IBWFCM 699-140(1998)和G.Agansky，IBFWCM6141-146，(1998)给出了用于生产纤维强化水泥板的设备的详细设置。简单的描述是，制备纤维素纤维淤浆。单独制备水泥、硅石、填料及其他填加剂的淤浆。将上述淤浆混合并制成板或片，这通常在循环的金属丝筛网上进行，在筛网上对其进行脱水。修整、挤压并堆叠脱水的板。然后进行高压釜处理以加速水泥的水合作用并引入至少是足够的强度，从而可以在不打破板的情况下对其进行处理。在装运板之前进行后固化和整理通常是额外的制造步骤。目前，Hatschek湿加工法是应用最广的生产方法。在几个旋转缸中制成含约7-10％固体的纤维和水泥的水淤浆。重叠放置几个薄层直至形成所需厚度的板。如上文所述对其进行脱水和固化(参见混凝土技术和设计天然纤维强化的水泥和混凝土(Concrete Technology andDesignNatural Fibre Reinforced Cement and Concrete)，R.N.Swamy编辑，Vol.5，pp 23-25，Blackie，London)。通常，以重量计约10-30％的复合材料是精制纤维素纤维，余量为无机矿物组分。水泥板的生产环境是强碱性的。如上文所指出的，通常将未漂白的牛皮纸纤维用作强化剂。使用牛皮纸纤维会产生二个问题，一个问题发生在生产过程中，另一个问题发生在使用过程中。第一个问题是由于在纸浆的加工过程中未去除物质的碱性浸出。这些物质通常是降解的木质素和碳水化合物残基。当过量存在时，这些物质将干扰固化过程并可能对最终产品的强度产生不良影响。在有些使用条件下，该纤维受到生物的侵蚀，这也会导致产品的弱化。本专利技术人清楚人们已经考虑到控制水泥板产品中的纤维素强化剂的生物降解。他们注意到用铬化砷酸铜(CCA)处理的木制品已经被投入使用。此种应用并不是为了制造耐生物的产品，而是作为不适合用作燃料的报废的CCA处理的木材或废料的处理方法(参见HsuIBFWCM 43-5(1995)，和P.A.Cooper等IBFWCM 6340-348(1998))。该作者认为当粉碎成颗粒时CCA处理的红松是可以利用的并认为可以制成有毒物质浸出量低的产品。Goodell等在Forest ProductsJournal 47(11/12)75-80(1997)中研究了三种木材-水泥复合材料对下层土腐蚀的耐受性。他们的结论是只有表面区域是木材的制品容易受到真菌的侵袭。日本专利申请4333611公开了交联的丙烯酸纤维，该纤维可由包括丙烯酸多价金属盐的单体制成。当纤维中的多价金属是铜或锌时，纤维具有抗菌性能。没有关于将纤维用作水泥板增强剂的建议。日本专利11-181619公开了一种用于水泥板的聚丙烯纤维。该纤维能够耐受温度高达170-180℃的高压釜处理。该纤维与含锌的成核剂是熔纺的并被视为有助于抗菌。日本专利3132552公开了含有3-40％木质纤维并具有高度耐用性的水泥板纤维。用选自铜、锌、铝或铅的氯化物或硫酸盐的金属化合物浸渍或涂布该纤维。日本专利申请288 149/87公开了木材强化的水泥板，其中向混和用水中加入了铁、铜、铅、锌或铝的盐。据说所述的盐与从木片中浸出的组分反应并防止由浸出液导致的硬化的延迟。该专利没有提到耐生物降解性的改进。加拿大专利1,134,564公开了用金属氧化物的酰化产物处理以使其耐真菌的纤维素纤维，其中的金属选自铝、钛、铜、锌、锑、铬、铁、镁或锆。或者，也可以使用铜、汞、铬、锡和锌的其他有机和无机金属化合物。该专利建议将处理的纤维作为石棉替代物用于水泥产品、制动衬面、垫圈等。用重金属杀生物剂处理的纤维素纤维的一个显著问题是它们需要高能量的输入并且在生产水泥板产品所要求的匀浆过程中显著降解。本专利技术致力于并且提供了解决该问题的方法。专利技术概述本专利技术涉及一种耐生物降解的纤维素纤维产品以及制造该产品的方法。本专利技术人意外地发现当将纤维素纤维用作水泥板产品中的强化物时，用选自二癸基二甲基氯化铵(DDAC)或溴化铵(DDAB)、与少量铜结合的DDAC或DDAB或仅有非常低含量的铜处理的纤维素纤维提供了针对生物致劣化的优良保护。该纤维不要求显著提高能量输入水平，也不会在精炼过程中严重地降解纤维长度。所包括的铜化合物的量是低于对匀浆过程产生明显干扰的量。以纤维的干重为基础，DDAC和DDAB的用量范围为0.1％-2％，优选使用0.5％-1.0％。以Cu占干纤维重量的比例表示的铜的用量为约0.01％-0.25％，铜可以是单独的或与DDAC或DDAB结合。可以以任何水溶性铜盐的形式加入铜。在处于与硅酸盐水泥混合后所形成的强碱条件之后，铜永久性地固定在纤维上或纤维内。虽然未漂白的牛皮纸纤维因其强度和成本而成为优选的原料，但其他化学打浆的纤维素纤维也是同样适合的。其中包括漂白的牛皮纸浆和漂白的和未漂白的亚硫酸盐和半化学纸浆，如化学预热机械纸浆。当用作水泥板产品的强化物时，即使漂白的纸浆的技术性能与未漂白的纤维相当，也没有动机来使用更昂贵的漂白纸浆。术语“水泥板产品”应以足够的广义来理解，包括平板或条带、波形板和纤维素纤维强化的水泥管。这些产品包括那些用作墙板、屋顶和衬瓦(tile backer)等的产品。本专利技术的一个目的是提供一种具有改进的生物稳定性的纤维素纤维，并且可以在不显著提高能量输入的条件下精制该纤维素纤维。本专利技术的另一个目的是提供一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐生物降解的纤维状纤维素产品，所述的产品包括使用杀生物有效量的化合物处理的纤维素纤维，所述的化合物选自二癸基二甲基氯化铵、二癸基二甲基溴化铵、水溶性铜盐及其混合物。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德A朱厄尔，朱莉A赖默，
申请(专利权)人：韦尔豪泽公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]