使用上浆的纤维素纤维的纤维水泥复合材料制造技术

本发明专利技术揭示一种新技术，其关于使用纤维素纤维之纤维素纤维补强的水泥复合材料，其中该纤维素纤维以无机和／或有机树脂处理（以使得纤维更具疏水性）和其它化学处理。本发明专利技术揭示该技术的四个方面：纤维处理、配方、方法及最终产物。此技术有利地提供纤维水泥建筑材料具有想要的特征，如减低水吸收量、减低水吸收速率、降低水迁移及降低水渗透性。与传统的纤维水泥产品比较，本发明专利技术亦授予最终产品改进其抗冻融性能、减低风化及改进抗腐坏及抗ＵＶ性。这些改进的属性的获得并没有减低尺寸稳定性、强度、应变或韧性。于某些实施例情况中，可改进物理及机械性质。本发明专利技术亦揭示将纤维素纤维以不同的化学物质处理的方法，以使纤维补强的水泥复合材料在应用中具疏水性。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于纤维素纤维的化学处理以使该纤维具较高的疏水性和/或耐久性。更具体而言，本专利技术系关于使用上浆的纤维素纤维的纤维素纤维补强的水泥复合材料，包括纤维处理方法、配方、制造方法及相对同样产品具改良的相关材料特性的最终产物。过了100多年，此形式的纤维水泥已发展成可大量地用做屋顶产品(石板瓦及后来的波浪板)、管产品及墙材产品、二种外部墙板(厚板及板)及潮湿区衬板。由于石棉具有大的热稳定性，石棉水泥亦使用在许多需要高耐火性的应用上。全部这些产品的重要优点为它们相对轻重量同时受水的影响相应地小，因为高密度的石棉/水泥复合材料具有低的多孔性及渗透性。这些产品的缺点为它们都是易碎的，同时高密度的基质不允许钉钉子，所以固定的方法包括预先钻孔。虽然原始的哈其克(Hatschek)方法(校正的圆网制纸机)为制造石棉水泥产品的主要方法，亦使用其它方法来制造特殊的产品，诸如厚的片材(也就是说大于10mm)。这些方法使用与哈其克方法中相同的石棉纤维及水泥混合物。但在其它制造方法中有时需要一些方法操作助剂，例如，挤出、注射铸塑及压滤器或流送机(flow-on machine)。约在上世纪的中期，发展出二种对现代取代以石棉为基底之水泥复合材料具有高度重要性的方法。第一种方法为某些制造商了解到利用热压该些产品可相当地减少硬化循环及降低成本。此可允许以部分水泥取代的含细磨的二氧化硅，该二氧化硅于热压温度下会与水泥中过量的石灰反应以产生类似于正常水泥基质之钙二氧化硅水合物。因为二氧化硅(甚至是研磨过的)比水泥更便宜，同时热压硬化的时间比空气硬化的硬化时间还少，因此变成常见(但是绝非普遍)的制造方法。典型的配方为约5-10％的石棉纤维、约30-50％的水泥及约40-60％的二氧化硅。第二项发展为使用从木头或其它原材料来的纤维素纤维取代一些补强用的石棉纤维。除了墙板产品及潮湿区衬板外，并不广泛地采纳此项发展。此发展很大的优点为纤维素纤维为中空且软，所以所产生的产物可利用钉钉子来固定而不需通过预先地钻孔。墙板及衬板产品可使用在垂直的墙壁，其环境的影响远比屋顶少。但是，与石棉水泥产物比较起来，纤维素补强的水泥产物更容易受水影响而产生损害。典型的配方为约3-4％的纤维素、约4-6％的石棉及对空气硬化产品来说约90％的水泥，或对热压产品来说约30-50％的水泥及约40-60％的二氧化硅。石棉纤维具有数个优点。筛滤圆筒机器需要能够形成网状物以抓住固体水泥(或二氧化硅)颗粒的纤维，其颗粒本身太小则无法由筛网抓住。石棉虽然为无机纤维但可“精研”成许多小卷须从主要纤维中分出。石棉纤维强有力且硬，同时可与水泥基质非常强力地粘结。它们可于高温下稳定。它们可在热压条件下稳定地抵抗碱攻击，因此，石棉补强的纤维水泥产品它们本身为强有力、硬的(亦易碎的)，同时可使用在许多恶劣的环境中(除了在高酸性环境下，在此环境下水泥自身会受到化学物质攻击)。屋顶用、会遭受到的潮湿/干燥循环的石棉产品经常会造成一些问题，主要是风化(风化之成因乃当潮湿时产品内部的化学物质会溶解，当干燥时这些化学物质则会于产品表面沉积)。风化特别地会使得屋顶用的产品之美观降低，但已制出许多方法来减低。因为屋顶用之石棉补强的产品基质通常非常地致密(比重约1.7)，进入产品的总水量(甚至当饱和时)都相当地低，该产品通常具有合理的抗冻融性能。若密度降低，产品的使用性会变得更好(例如它们可钉钉子)，但是饱和速率及吸收的总水量会增加同时抗冻融性能会降低。另一种纤维水泥技术于1980年代早期，因为与矿业相关的健康危害物(由于曝露及吸入)，石棉纤维开始变成主要的健康关心问题。美国，某些西欧及澳大利亚/新西兰的石棉水泥产品制造商企图找出石棉纤维的代替品以用于建筑物及建造物的补强产品，且可于已安装的制造机器基础上(主要为哈其克机器)制造。超过二十年的期间，已发展出另外二种可实行的技术，然而这些都无法成功地取代全范围的石棉应用。于西欧，取代石棉最成功的为PVA纤维(约2％)及纤维素纤维(约5％)与主要约80％的水泥之组合。有时会在配方中加入10-30％的惰性充填剂诸如二氧化硅或石灰石。此产品需在空气硬化，因为PVA纤维通常为热压不稳定的物质。此产品通常可于哈其克机器上制得，接着为使用液压机的加压步骤。此步骤可压密纤维素纤维而减低基质的多孔性。因为PVA纤维无法精研然而纤维素可以，故于此西欧洲技术中，纤维素纤维做为方法操作助剂以于筛上形成网状物以于脱水步骤中抓住固体颗粒。此产品主要地使用在屋顶(石板瓦及波浪板)。通常(但是非总是)会再覆盖以厚的有机涂层。这些产品的重大缺点为会非常大地增加材料及制造方法的成本。同时现在纤维素些微比石棉纤维贵$500一吨、PVA一吨约为$4000。厚的有机涂层亦是昂贵，且液压机为一高成本的制造步骤。于澳大利亚/新西兰及美国，取代石棉最成功的为未漂白的纤维素纤维与约35％的水泥及约55％细磨的二氧化硅，诸如描述于澳洲专利515151及美国专利6,030,447中，全文在此列为参考。此产品经热压硬化因纤维素于热压下相当稳定。此产品通常可于哈其克机器上制得且通常不加压。该些产品通常可用于墙板(板及厚板)、及垂直或水平的瓦背衬、潮湿区衬物、及可做为屋檐及底面内填充的嵌板。这些产品的重大优点为它们的可使用性非常高，甚至可与以石棉为基底的产品做比较，同时它们的成本低。但是，纤维素纤维水泥材料的性能缺点(当与石棉水泥复合材料做比较时)诸如较低的抗水损害、较高的水渗透性、较高的水迁移能力(亦熟知为毛细作用)及较低的抗冻融性能。这些缺点由于纤维素纤维内腔及细胞壁之水传输管道及孔洞的存在而较大。当材料浸渍或曝露至雨/凝露一段长时间时，纤维素纤维中的孔洞空间会填满水。纤维素纤维的多孔性使水容易传输穿过复合材料，同时在某些环境中会影响材料的长时间耐久性及性能。如此，传统的纤维素纤维会使得材料具有较高的饱和量、较差的干/湿尺寸稳定性、较低的饱和强度及减低的抗水损害性。纤维素补强的水泥材料之高水渗透性亦会导致某些在产物中可溶的组分潜在地更显著传输。然后，这些组分可于外部干燥处再沉积而造成风化，亦或于内部干燥基质或纤维的毛细管孔洞处再沉积。因为材料较易饱含水，产品亦更易受冷冻/融化损害的影响。但是，对垂直的产品、屋檐及底面的衬物及内部衬物来说，没有一个这些由水引起的缺点并非常相关的。总结来说，于欧洲，石棉已大部分由使用PVA纤维之空气硬化的纤维水泥产品取代，其可在形成绿色的(green)状态后加压。此技术的主要问题为会增加材料及制造成本。于美国及澳大利亚/新西兰，石棉已大部分由使用纤维素纤维的热压纤维水泥产品取代，其因没有加压而形成较低的密度。此技术的主要问题为当潮湿时会增加水吸收进入产品的速率及量，同时会减低对冻融循环的抵抗。某些先有技术参考资料教导使用与硅烷或甲硅烷基化偶联剂接枝的纤维。但是，这些参考资料系针对改善在纤维及水泥间之粘结以便增加复合材料的强度。如此，选择的偶联剂主要包含具特定用途、能与纤维表面及水泥基质二者的羟基键结的亲水性官能团。事实上，这些参考资料教导不要使用具有疏水性官能团类的偶联剂，因为疏水基将会稍微地减少(而非增加)材料的强度。例如，美国专利5,021,093教导将甲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合建筑材料，其包括： 水泥基质；及 掺入该水泥基质的纤维素纤维，至少部分纤维素纤维的表面至少部分地以上浆剂处理，以便使该纤维的表面具疏水性，其中所述上浆剂包括一亲水性官能团及一疏水性官能团，其中该亲水基团于水或有机溶剂的存在下以一种方式永久或暂时地键结至纤维表面上的羟基，以便基本上防止羟基与水分子键结，其中该疏水基团配置在纤维表面上且由此处斥水。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DJ默克莱伊，C罗，
申请(专利权)人：詹姆斯哈迪国际财金公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]