用于水泥基复合材料的改性聚酯纤维及其表面改性方法技术

本发明专利技术涉及用于聚酯纤维表面处理的方法，由此获得的改性聚酯纤维以及包含此类改性聚酯纤维的工程水泥基复合材料。所述方法包括使聚酯纤维经历碱水解以获得经水解的聚酯纤维；将包含酸性交联剂和聚乙烯醇的溶液施用于所述经水解的聚酯纤维，随后固化以在所述聚酯纤维上形成亚微米或微米厚度的涂层，从而得到所述改性聚酯纤维。述改性聚酯纤维。

【技术实现步骤摘要】
用于水泥基复合材料的改性聚酯纤维及其表面改性方法


[0001]本专利技术涉及聚酯纤维表面处理方法及由此方法获得的改性聚酯纤维，更具体地，涉及采用聚乙烯醇(PVA)改性聚酯纤维表面的方法，由此获得的改性聚酯纤维以及包含此类聚酯纤维的工程水泥基复合材料。

技术介绍

[0002]聚酯(PET)纤维是重要且较为廉价的合成纤维之一，广泛应用于纺织工业。近年来，塑料合成纤维(例如，聚乙烯醇(PVA)、聚酰胺(PA)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP))越来越多地应用于建筑、装饰等行业，实例之一是纤维增强混凝土和工程水泥基复合材料(ECC)。工程水泥基复合材料(ECC)是一种高性能的纤维增强混凝土，其包含少量(<2.5vol％)的短纤维并且这些纤维均匀地分布在混凝土基质中，从而ECC具有高延展性和出色的裂缝宽度控制能力，这归因于基质裂纹被分布其中的纤维桥接。
[0003]ECC的优势主要在于采用了一些具有亲水表面特性的短塑料纤维，这些纤维可以很好地与混凝土基质结合，从而可以在纤维表面和混凝土基质之间产生强界面作用。对此，合成PVA纤维常用于ECC制备，但是这些纤维的成本非常高(至少是聚酯纤维的4～5倍)。其他常见的塑料纤维(例如PP和PE纤维)是表面疏水的，不会与亲水的混凝土基质形成良好的界面。更重要地，这些PE和PP纤维的表面处理非常困难且成本很高，有时涉及强酸或强碱条件或昂贵的气相等离子体或电晕处理方法。
[0004]聚酯纤维表面本质上也具有疏水性，这阻碍了该材料在ECC中的使用。在文献中，已经开发出许多表面处理方法来生产具有亲水特性的聚酯纤维。通常，表面处理涉及聚酯纤维的弱酸或弱碱水解，然后化学地接枝一些亲水性聚合物，例如聚乙二醇或聚环氧乙烷。
[0005]然而，上述聚酯纤维的化学表面改性方法主要用于纺织加工工业(例如染色等)。此应用中的亲水性涂层是通过简单的聚合物接枝工艺而制备的，因此所得的涂层相对较薄，并且结合强度和自身力学强度不足以抵抗某些高剪切的纤维增强混凝土材料的混合过程。
[0006]因此，需要一种新的表面处理技术来生产具有亲水特性的坚固涂层，该涂层可以牢固地附着在聚酯纤维上，并且该涂层的力学强度应足以承受严苛的混凝土搅拌环境。

技术实现思路

[0007]在本专利技术的第一方面，提供了一种制备改性聚酯纤维的方法，包括使聚酯纤维经历碱水解以获得经水解的聚酯纤维；将包含酸性交联剂和聚乙烯醇的溶液施用于所述经水解的聚酯纤维，随后固化以在所述聚酯纤维上形成亚微米或微米厚度的涂层，从而得到所述改性聚酯纤维，其中所述聚乙烯醇与所述经水解的聚酯纤维的重量比为1：3～20。
[0008]在一个实施方案中，所述包含酸性交联剂和聚乙烯醇的溶液还包含纳米颗粒。在另一个实施方案中，所述纳米颗粒为SiO2纳米颗粒、Al2O3纳米颗粒或CaCO3纳米颗粒。在又一个实施方案中，所述纳米颗粒与聚乙烯醇的重量比为1：1～10。
[0009]在一个实施方案中，以1：5～30的重量比使所述聚酯纤维在浓度为3～10wt％的碱金属氢氧化物水溶液中、于75～90℃的温度下经历水解20～40分钟，并随后水洗至中性，从而得到所述经水解的聚酯纤维。在另一个实施方案中，以1：25～28的重量比使所述聚酯纤维在浓度为5wt％的氢氧化钠水溶液中、于80～85℃的温度下经历水解30分钟，并随后水洗至中性，从而得到所述经水解的聚酯纤维。
[0010]在一个实施方案中，所述酸性交联剂为二羧酸交联剂、三羧酸交联剂或四羧酸交联剂。在另一个实施方案中，所述聚乙烯醇与所述酸性交联剂的重量比为10～30：1。在又一个实施方案中，将所述经水解的聚酯纤维混入25～60℃的包含酸性交联剂和聚乙烯醇的溶液并搅拌10～15分钟。在一个实施方案中，所述酸性交联剂为柠檬酸，并且所述聚乙烯醇与所述柠檬酸的重量比为20：1。在另一个实施方案中，将所述经水解的聚酯纤维混入50℃的包含柠檬酸交联剂和聚乙烯醇的溶液并搅拌10～15分钟。
[0011]在一个实施方案中，所述固化在120～140℃进行20～40分钟。在另一个实施方案中，所述固化在135℃进行30分钟。在一个实施方案中，所述聚酯纤维是直径10～50μm的短纤维或长纤维。在另一个实施方案中，所述聚酯纤维是直径20～40μm且长度为6～15mm的纤维。
[0012]在一个实施方案中，所述涂层的厚度为100～500nm。在另一个实施方案中，所述纳米颗粒的平均粒径为20～40nm，例如30nm。在此实施方案中，所述涂层的厚度为700nm～3.4μm。在又一个实施方案中，在所述涂层之外，包覆一层或多层聚乙二醇涂层。
[0013]在本专利技术的第二方面，提供了一种制造水泥基复合材料的方法，包括：使聚酯纤维经历碱水解以获得经水解的聚酯纤维，将包含酸性交联剂和聚乙烯醇的溶液施用于所述经水解的聚酯纤维，随后固化以在所述聚酯纤维上形成亚微米或微米厚度的涂层，从而得到所述改性聚酯纤维，其中所述聚乙烯醇与所述经水解的聚酯纤维的重量比为1：3～20；将所述改性聚酯纤维与包含水泥、砂、矿物填料、外加剂中的一种或多种材料以及水的混凝土用材料均匀混合，并随后固化，从而获得所述水泥基复合材料。在此实施方案中，以所述水泥基复合材料计，所述改性聚酯纤维的体积比为2.5％以下，例如1.5～2.5％。
[0014]在一个实施方案中，所述包含酸性交联剂和聚乙烯醇的溶液还包含纳米颗粒。在另一个实施方案中，所述纳米颗粒为SiO2纳米颗粒、Al2O3纳米颗粒或CaCO3纳米颗粒。在又一个实施方案中，所述纳米颗粒与聚乙烯醇的重量比为1：1～10。
[0015]在一个实施方案中，以1：5～30的重量比使所述聚酯纤维在浓度为3～10wt％的碱金属氢氧化物水溶液中、于75～90℃的温度下经历水解20～40分钟，并随后水洗至中性，从而得到所述经水解的聚酯纤维。在另一个实施方案中，以1：25～28的重量比使所述聚酯纤维在浓度为5wt％的氢氧化钠水溶液中、于80～85℃的温度下经历水解30分钟，并随后水洗至中性，从而得到所述经水解的聚酯纤维。
[0016]在一个实施方案中，所述酸性交联剂为二羧酸交联剂、三羧酸交联剂或四羧酸交联剂。在另一个实施方案中，所述聚乙烯醇与所述酸性交联剂的重量比为10～30：1。在又一个实施方案中，将所述经水解的聚酯纤维混入25～60℃的包含酸性交联剂和聚乙烯醇的溶液并搅拌10～15分钟。在一个实施方案中，所述酸性交联剂为柠檬酸，并且所述聚乙烯醇与所述柠檬酸的重量比为20：1。在另一个实施方案中，将所述经水解的聚酯纤维混入50℃的包含柠檬酸交联剂和聚乙烯醇的溶液并搅拌10～15分钟。
[0017]在一个实施方案中，所述固化在120～140℃进行20～40分钟。在另一个实施方案中，所述固化在135℃进行30分钟。在一个实施方案中，所述聚酯纤维是直径10～50μm的短纤维或长纤维。在另一个实施方案中，所述聚酯纤维是直径20～40μm且长度为6～15mm的纤维。
[0018]在一个实施方案中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.制备改性聚酯纤维的方法，包括使聚酯纤维经历碱水解以获得经水解的聚酯纤维；将包含酸性交联剂和聚乙烯醇的溶液施用于所述经水解的聚酯纤维，随后固化以在所述聚酯纤维上形成亚微米或微米厚度的聚乙烯醇涂层，从而得到所述改性聚酯纤维，其中所述聚乙烯醇与所述经水解的聚酯纤维的重量比为1：3～20。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述包含酸性交联剂和聚乙烯醇的溶液还包含纳米颗粒，例如SiO2纳米颗粒、Al2O3纳米颗粒或CaCO3纳米颗粒；任选地其中，所述纳米颗粒与聚乙烯醇的重量比为1：1～10。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，以1：5～30的重量比使所述聚酯纤维在浓度为3～10wt％的碱金属氢氧化物水溶液中、于75～90℃的温度下经历水解20～40分钟，并随后水洗至中性，从而得到所述经水解的聚酯纤维；任选地其中，以1：25～28的重量比使所述聚酯纤维在浓度为5wt％的氢氧化钠水溶液中、于80～85℃的温度下经历水解30分钟，并随后水洗至中性，从而得到所述经水解的聚酯纤维。4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述酸性交联剂为二羧酸交联剂、三羧酸交联剂或四羧酸交联剂，并且所述聚乙烯醇与所述酸性交联剂的重量比为10～30：1；和/或将所述经水解的聚酯纤维混入25～60℃的包含酸性交联剂和聚乙烯醇的溶液并搅拌10～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴启武，朱宏刚，梁坚凝，陈鹏宇，苏国亮，
申请(专利权)人：协兴建筑科技有限公司，
类型：发明
国别省市：