專利名稱：使用上漿的纖維素纖維的纖維水泥復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于纖維素纖維的化學(xué)處理以使該纖維具較高的疏水性和/或耐久性。更具體而言，本發(fā)明系關(guān)于使用上漿的纖維素纖維的纖維素纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料，包括纖維處理方法、配方、制造方法及相對(duì)同樣產(chǎn)品具改良的相關(guān)材料特性的最終產(chǎn)物。
背景技術(shù)：
一般來說，波特蘭水泥為許多建筑物及建造物、初始混凝土及鋼筋補(bǔ)強(qiáng)的混凝土等產(chǎn)品之基礎(chǔ)原料。跟建筑產(chǎn)品中使用的石膏、木材、木屑板、纖維板及其它普通材料做比較，水泥具有大量的優(yōu)點(diǎn)，如其為可水凝性粘合劑同時(shí)在凝固后受到水影響很少。這不是說水不會(huì)影響水泥。當(dāng)水泥飽含新鮮的水時(shí)部分化學(xué)組分確實(shí)會(huì)發(fā)生溶解并且這些組分可隨著水傳輸，且若水泥再次干燥時(shí)其會(huì)于不同的地點(diǎn)再沉積。
石棉纖維水泥技術(shù)約120年以前，羅德維格·哈其克(Ludwig Hatschek)使用制紙的篩濾圓筒機(jī)器制造第一種石棉補(bǔ)強(qiáng)的水泥產(chǎn)品，其將含石棉纖維(上至約固體的10wt％)及普通的波特蘭水泥(約90％或更多)的非常稀的漿體除水，形成約0.3mm厚的薄膜；然后再將此薄膜于卷筒上卷繞至想要的厚度(典型地為6mm)；切割所產(chǎn)生的柱狀片材，同時(shí)將其弄平以形成平坦的積層片材；再將其切割成具想要尺寸之矩形片。然后，將這些產(chǎn)品以正常的水泥硬化方法于空氣硬化約28天。此原始產(chǎn)品乃用做人造的屋頂石板瓦。
過了100多年，此形式的纖維水泥已發(fā)展成可大量地用做屋頂產(chǎn)品(石板瓦及后來的波浪板)、管產(chǎn)品及墻材產(chǎn)品、二種外部墻板(厚板及板)及潮濕區(qū)襯板。由于石棉具有大的熱穩(wěn)定性，石棉水泥亦使用在許多需要高耐火性的應(yīng)用上。全部這些產(chǎn)品的重要優(yōu)點(diǎn)為它們相對(duì)輕重量同時(shí)受水的影響相應(yīng)地小，因?yàn)楦呙芏鹊氖?水泥復(fù)合材料具有低的多孔性及滲透性。這些產(chǎn)品的缺點(diǎn)為它們都是易碎的，同時(shí)高密度的基質(zhì)不允許釘釘子，所以固定的方法包括預(yù)先鉆孔。
雖然原始的哈其克(Hatschek)方法(校正的圓網(wǎng)制紙機(jī))為制造石棉水泥產(chǎn)品的主要方法，亦使用其它方法來制造特殊的產(chǎn)品，諸如厚的片材(也就是說大于10mm)。這些方法使用與哈其克方法中相同的石棉纖維及水泥混合物。但在其它制造方法中有時(shí)需要一些方法操作助劑，例如，擠出、注射鑄塑及壓濾器或流送機(jī)(flow-on machine)。
約在上世紀(jì)的中期，發(fā)展出二種對(duì)現(xiàn)代取代以石棉為基底之水泥復(fù)合材料具有高度重要性的方法。第一種方法為某些制造商了解到利用熱壓該些產(chǎn)品可相當(dāng)?shù)販p少硬化循環(huán)及降低成本。此可允許以部分水泥取代的含細(xì)磨的二氧化硅，該二氧化硅于熱壓溫度下會(huì)與水泥中過量的石灰反應(yīng)以產(chǎn)生類似于正常水泥基質(zhì)之鈣二氧化硅水合物。因?yàn)槎趸?甚至是研磨過的)比水泥更便宜，同時(shí)熱壓硬化的時(shí)間比空氣硬化的硬化時(shí)間還少，因此變成常見(但是絕非普遍)的制造方法。典型的配方為約5-10％的石棉纖維、約30-50％的水泥及約40-60％的二氧化硅。
第二項(xiàng)發(fā)展為使用從木頭或其它原材料來的纖維素纖維取代一些補(bǔ)強(qiáng)用的石棉纖維。除了墻板產(chǎn)品及潮濕區(qū)襯板外，并不廣泛地采納此項(xiàng)發(fā)展。此發(fā)展很大的優(yōu)點(diǎn)為纖維素纖維為中空且軟，所以所產(chǎn)生的產(chǎn)物可利用釘釘子來固定而不需通過預(yù)先地鉆孔。墻板及襯板產(chǎn)品可使用在垂直的墻壁，其環(huán)境的影響遠(yuǎn)比屋頂少。但是，與石棉水泥產(chǎn)物比較起來，纖維素補(bǔ)強(qiáng)的水泥產(chǎn)物更容易受水影響而產(chǎn)生損害。典型的配方為約3-4％的纖維素、約4-6％的石棉及對(duì)空氣硬化產(chǎn)品來說約90％的水泥，或?qū)釅寒a(chǎn)品來說約30-50％的水泥及約40-60％的二氧化硅。
石棉纖維具有數(shù)個(gè)優(yōu)點(diǎn)。篩濾圓筒機(jī)器需要能夠形成網(wǎng)狀物以抓住固體水泥(或二氧化硅)顆粒的纖維，其顆粒本身太小則無法由篩網(wǎng)抓住。石棉雖然為無機(jī)纖維但可″精研″成許多小卷須從主要纖維中分出。石棉纖維強(qiáng)有力且硬，同時(shí)可與水泥基質(zhì)非常強(qiáng)力地粘結(jié)。它們可于高溫下穩(wěn)定。它們可在熱壓條件下穩(wěn)定地抵抗堿攻擊，因此，石棉補(bǔ)強(qiáng)的纖維水泥產(chǎn)品它們本身為強(qiáng)有力、硬的(亦易碎的)，同時(shí)可使用在許多惡劣的環(huán)境中(除了在高酸性環(huán)境下，在此環(huán)境下水泥自身會(huì)受到化學(xué)物質(zhì)攻擊)。屋頂用、會(huì)遭受到的潮濕/干燥循環(huán)的石棉產(chǎn)品經(jīng)常會(huì)造成一些問題，主要是風(fēng)化(風(fēng)化之成因乃當(dāng)潮濕時(shí)產(chǎn)品內(nèi)部的化學(xué)物質(zhì)會(huì)溶解，當(dāng)干燥時(shí)這些化學(xué)物質(zhì)則會(huì)于產(chǎn)品表面沉積)。風(fēng)化特別地會(huì)使得屋頂用的產(chǎn)品之美觀降低，但已制出許多方法來減低。因?yàn)槲蓓斢弥扪a(bǔ)強(qiáng)的產(chǎn)品基質(zhì)通常非常地致密(比重約1.7)，進(jìn)入產(chǎn)品的總水量(甚至當(dāng)飽和時(shí))都相當(dāng)?shù)氐?，該產(chǎn)品通常具有合理的抗凍融性能。若密度降低，產(chǎn)品的使用性會(huì)變得更好(例如它們可釘釘子)，但是飽和速率及吸收的總水量會(huì)增加同時(shí)抗凍融性能會(huì)降低。
另一種纖維水泥技術(shù)于1980年代早期，因?yàn)榕c礦業(yè)相關(guān)的健康危害物(由于曝露及吸入)，石棉纖維開始變成主要的健康關(guān)心問題。美國，某些西歐及澳大利亞/新西蘭的石棉水泥產(chǎn)品制造商企圖找出石棉纖維的代替品以用于建筑物及建造物的補(bǔ)強(qiáng)產(chǎn)品，且可于已安裝的制造機(jī)器基礎(chǔ)上(主要為哈其克機(jī)器)制造。超過二十年的期間，已發(fā)展出另外二種可實(shí)行的技術(shù)，然而這些都無法成功地取代全范圍的石棉應(yīng)用。
于西歐，取代石棉最成功的為PVA纖維(約2％)及纖維素纖維(約5％)與主要約80％的水泥之組合。有時(shí)會(huì)在配方中加入10-30％的惰性充填劑諸如二氧化硅或石灰石。此產(chǎn)品需在空氣硬化，因?yàn)镻VA纖維通常為熱壓不穩(wěn)定的物質(zhì)。此產(chǎn)品通常可于哈其克機(jī)器上制得，接著為使用液壓機(jī)的加壓步驟。此步驟可壓密纖維素纖維而減低基質(zhì)的多孔性。因?yàn)镻VA纖維無法精研然而纖維素可以，故于此西歐洲技術(shù)中，纖維素纖維做為方法操作助劑以于篩上形成網(wǎng)狀物以于脫水步驟中抓住固體顆粒。此產(chǎn)品主要地使用在屋頂(石板瓦及波浪板)。通常(但是非總是)會(huì)再覆蓋以厚的有機(jī)涂層。這些產(chǎn)品的重大缺點(diǎn)為會(huì)非常大地增加材料及制造方法的成本。同時(shí)現(xiàn)在纖維素些微比石棉纖維貴$500一噸、PVA一噸約為$4000。厚的有機(jī)涂層亦是昂貴，且液壓機(jī)為一高成本的制造步驟。
于澳大利亞/新西蘭及美國，取代石棉最成功的為未漂白的纖維素纖維與約35％的水泥及約55％細(xì)磨的二氧化硅，諸如描述于澳洲專利515151及美國專利6,030,447中，全文在此列為參考。此產(chǎn)品經(jīng)熱壓硬化因纖維素于熱壓下相當(dāng)穩(wěn)定。此產(chǎn)品通?？捎诠淇藱C(jī)器上制得且通常不加壓。該些產(chǎn)品通?？捎糜趬Π?板及厚板)、及垂直或水平的瓦背襯、潮濕區(qū)襯物、及可做為屋檐及底面內(nèi)填充的嵌板。這些產(chǎn)品的重大優(yōu)點(diǎn)為它們的可使用性非常高，甚至可與以石棉為基底的產(chǎn)品做比較，同時(shí)它們的成本低。
但是，纖維素纖維水泥材料的性能缺點(diǎn)(當(dāng)與石棉水泥復(fù)合材料做比較時(shí))諸如較低的抗水損害、較高的水滲透性、較高的水遷移能力(亦熟知為毛細(xì)作用)及較低的抗凍融性能。這些缺點(diǎn)由于纖維素纖維內(nèi)腔及細(xì)胞壁之水傳輸管道及孔洞的存在而較大。當(dāng)材料浸漬或曝露至雨/凝露一段長時(shí)間時(shí)，纖維素纖維中的孔洞空間會(huì)填滿水。纖維素纖維的多孔性使水容易傳輸穿過復(fù)合材料，同時(shí)在某些環(huán)境中會(huì)影響材料的長時(shí)間耐久性及性能。如此，傳統(tǒng)的纖維素纖維會(huì)使得材料具有較高的飽和量、較差的干/濕尺寸穩(wěn)定性、較低的飽和強(qiáng)度及減低的抗水損害性。
纖維素補(bǔ)強(qiáng)的水泥材料之高水滲透性亦會(huì)導(dǎo)致某些在產(chǎn)物中可溶的組分潛在地更顯著傳輸。然后，這些組分可于外部干燥處再沉積而造成風(fēng)化，亦或于內(nèi)部干燥基質(zhì)或纖維的毛細(xì)管孔洞處再沉積。因?yàn)椴牧陷^易飽含水，產(chǎn)品亦更易受冷凍/融化損害的影響。但是，對(duì)垂直的產(chǎn)品、屋檐及底面的襯物及內(nèi)部襯物來說，沒有一個(gè)這些由水引起的缺點(diǎn)并非常相關(guān)的。
總結(jié)來說，于歐洲，石棉已大部分由使用PVA纖維之空氣硬化的纖維水泥產(chǎn)品取代，其可在形成綠色的(green)狀態(tài)后加壓。此技術(shù)的主要問題為會(huì)增加材料及制造成本。于美國及澳大利亞/新西蘭，石棉已大部分由使用纖維素纖維的熱壓纖維水泥產(chǎn)品取代，其因沒有加壓而形成較低的密度。此技術(shù)的主要問題為當(dāng)潮濕時(shí)會(huì)增加水吸收進(jìn)入產(chǎn)品的速率及量，同時(shí)會(huì)減低對(duì)凍融循環(huán)的抵抗。
某些先有技術(shù)參考資料教導(dǎo)使用與硅烷或甲硅烷基化偶聯(lián)劑接枝的纖維。但是，這些參考資料系針對(duì)改善在纖維及水泥間之粘結(jié)以便增加復(fù)合材料的強(qiáng)度。如此，選擇的偶聯(lián)劑主要包含具特定用途、能與纖維表面及水泥基質(zhì)二者的羥基鍵結(jié)的親水性官能團(tuán)。事實(shí)上，這些參考資料教導(dǎo)不要使用具有疏水性官能團(tuán)類的偶聯(lián)劑，因?yàn)槭杷鶎?huì)稍微地減少(而非增加)材料的強(qiáng)度。
例如，美國專利5,021,093教導(dǎo)將甲硅烷基化劑接枝至纖維表面以改善所產(chǎn)生的復(fù)合材料之強(qiáng)度。該甲硅烷基化劑包括在分子二端具親水性基團(tuán)的分子，所以一端可與纖維表面的羥基鍵結(jié)而另一端則可與水泥基質(zhì)鍵結(jié)。該甲硅烷基化劑實(shí)質(zhì)上做為連接纖維表面羥基與水泥基質(zhì)的偶聯(lián)劑。
美國專利4,647,505教導(dǎo)將螯合劑用于纖維素纖維以減低纖維于水性及堿性溶液中的膨脹。該纖維浸漬在鈦和/或鋯螯合化合物溶液中。但是，該螯合化合物在與纖維接觸后并不反應(yīng)(因?yàn)樵摾w維被包含在水性媒介中)，同時(shí)于專利中描述的螯合化合物可于環(huán)境溫度下抗水解。因此，此專利描述將纖維加熱至大于100℃以干燥纖維，因此讓反應(yīng)發(fā)生。在干燥之后，螯合化合物與纖維素纖維上的羥基反應(yīng)以在羥基殘基間產(chǎn)生交聯(lián)。
美國專利4,647,505主要地針對(duì)減低纖維素纖維的膨脹，其不是特別地針對(duì)增加纖維的疏水性。再者，此專利亦提供纖維的處理方法，該方法需要干燥纖維以誘發(fā)與纖維素纖維的反應(yīng)。
因此，所需的是可有效率地防止纖維水泥建筑材料的損害及降解方法，特別是因水和/或其它環(huán)境影響。亦需要具有改善抗水和/或環(huán)境降解能力的材料配方及產(chǎn)品。
發(fā)明概述優(yōu)選的實(shí)施方案揭示一種新技術(shù)化學(xué)處理纖維素纖維以使該纖維具有疏水性和/或耐久性，同時(shí)制造具有這些經(jīng)化學(xué)處理的纖維素纖維的纖維素纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，可將纖維素纖維以特殊的化學(xué)物質(zhì)處理或上漿，這通過部分或完全地阻擋纖維的親水性基團(tuán)而授予纖維具有較高的疏水性。但是，亦揭示出經(jīng)化學(xué)處理的纖維的其它實(shí)施方案，其包括將纖維的空洞空間填充或填入不溶的物質(zhì)、或?qū)⒗w維以滅菌劑處理以防止微生物生長、或處理纖維以移除雜質(zhì)等等。
優(yōu)選于上漿的纖維的實(shí)施方案中揭示出數(shù)個(gè)方面，包括纖維處理、配方、復(fù)合材料及最終材料的制造方法及性質(zhì)。此技術(shù)可有利地提供具合意的特征之纖維水泥建筑材料，包括減低水吸收、減低水吸收速率、較低的水遷移及較低的水滲透性。從這些材料制造的最終產(chǎn)品具有改進(jìn)的抗凍融性質(zhì)、減低風(fēng)化、減低于自然天氣下水可溶的基質(zhì)組分之溶解及再沉積。與傳統(tǒng)的纖維水泥產(chǎn)品比較，可以用適當(dāng)?shù)睦w維上漿來可改進(jìn)其它產(chǎn)品性質(zhì)，例如，抗腐壞及抗UV性質(zhì)。已驚人地發(fā)現(xiàn)可于沒有明顯地減低尺寸的穩(wěn)定性、應(yīng)變或韌性條件下改進(jìn)這些抗水的屬性。此外，使用上漿的的纖維可改進(jìn)最終產(chǎn)品的物理及機(jī)械性質(zhì)。
更特別地是，優(yōu)選的實(shí)施方案顯示出使用上漿試劑來阻擋纖維素纖維內(nèi)部及外部表面上的親水性位置可制造出工程用的纖維素纖維，當(dāng)其使用于纖維水泥時(shí)仍然具有一般經(jīng)精研、熱壓及沒有加壓而制造的纖維素之優(yōu)點(diǎn)；但是就使用于纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料時(shí)的水吸收速率及量而言，所產(chǎn)生的纖維水泥材料亦接近或超過人造纖維諸如PVA的性能優(yōu)點(diǎn)。此外，可使用較小量的纖維，這樣處理纖維的成本可通過降低于產(chǎn)品中使用的纖維量來補(bǔ)償，且不明顯降低材料的重要物理性質(zhì)，諸如強(qiáng)度及韌性。
特別地，優(yōu)選的實(shí)施方案顯示當(dāng)其使用于典型的以熱壓纖維素為基底的纖維水泥配方時(shí)，復(fù)合產(chǎn)品中的水吸收速率及水吸收量大大地減低。風(fēng)化或產(chǎn)品內(nèi)部及外部化學(xué)溶解及再沉積的傾向或遭受凍融損害等等亦會(huì)減低。
同樣地，經(jīng)處理的纖維仍然可精研以作為哈其克方法中的捕捉媒介，它們?nèi)匀豢山?jīng)熱壓而沒有過多的纖維降解，同時(shí)它們可制造出不經(jīng)加壓而具足夠強(qiáng)度的產(chǎn)品。再者，可使用較低量的實(shí)際纖維素纖維，優(yōu)選的實(shí)施方案沒有經(jīng)歷重要的物理性質(zhì)諸如強(qiáng)度、韌性及濕氣移動(dòng)的減低且事實(shí)上可改進(jìn)某些性質(zhì)。
因此，使用工程化的上漿的纖維可授予復(fù)合材料這些加強(qiáng)的性質(zhì)，因此構(gòu)成另一種技術(shù)，即當(dāng)其完全執(zhí)行時(shí)具有改進(jìn)建筑物及建造物中材料的機(jī)械性質(zhì)及可使用能力的潛力，同時(shí)不論產(chǎn)品的制造方法皆可改善產(chǎn)品于不同環(huán)境之耐久性，特別是包括那些潤濕及干燥循環(huán)、冷凍及融化循環(huán)、曝露至UV及大氣壓環(huán)境。它們特別合適于需要可精研的纖維(用以捕捉固體顆粒)的哈其克方法，且合適于可允許以具細(xì)磨的二氧化硅取代水泥的熱壓硬化循環(huán)，然而它們亦可使用于與PVA相關(guān)的空氣硬化產(chǎn)品以減低昂貴的加壓方法的必要性。
因此，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案將解決許多與一般的纖維素纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料有關(guān)的問題，諸如與石棉水泥材料比較，本發(fā)明具有高的水滲透性、高的水吸收、風(fēng)化、材料內(nèi)部的水溶解及再沉積、及于冷凍/融化天氣環(huán)境下的低耐久性，同時(shí)維持或改善某些重要的機(jī)械及物理性質(zhì)。驚人地，所需要的纖維素纖維較少。再者，此技術(shù)亦可有益地解決一個(gè)需空氣硬化的PVA補(bǔ)強(qiáng)的纖維水泥的重要問題，其可消除于形成″綠色的″主體時(shí)對(duì)用來壓碎纖維素纖維及減低完成的產(chǎn)物中之水滲透性的昂貴液壓機(jī)方法之需求。
于本發(fā)明的一個(gè)方面中，所提供的復(fù)合建筑材料至少包含一水泥基質(zhì)及摻入該水泥基質(zhì)的纖維素纖維。至少某些纖維素纖維的表面至少部分地以上漿劑處理，以便使得表面具疏水性。上漿劑至少包含一親水性官能團(tuán)及一疏水性官能團(tuán)，其中親水基團(tuán)可于水或有機(jī)溶劑的存在下以某種方式永久或暫時(shí)地鍵結(jié)至纖維表面上的羥基，以便基本上上防止羥基與水分子接合。疏水基團(tuán)則配置在纖維表面及從此處斥水。
根據(jù)此新技術(shù)制造的優(yōu)選建筑材料配方包括一水泥粘合劑，優(yōu)選為波特蘭水泥；粒料，優(yōu)選為二氧化硅，若欲熱壓則可經(jīng)細(xì)磨；一種或多種密度改性劑；纖維素纖維，至少某些纖維素纖維的表面至少部分地以上漿劑處理，以便使得表面具疏水性；及一種或多種添加劑。上漿劑包括一親水性官能團(tuán)及一疏水性官能團(tuán)，其中親水基團(tuán)可于水或有機(jī)溶劑的存在下以某種方式永久或暫時(shí)地鍵結(jié)至纖維表面上的羥基，以便基本上上防止羥基與水分子接合。疏水基團(tuán)則配置在纖維表面及從此處斥水。
這些纖維上的親水位置，例如羥基官能團(tuán)，部分或完全地以上漿劑阻擋以減低對(duì)水的親和力。上漿劑可包括有機(jī)化合物、無機(jī)化合物或其組合。于一個(gè)實(shí)施方案中，上漿劑包括親水性及疏水性官能團(tuán)二者。優(yōu)選上漿劑上的親水基與纖維表面上的羥基鍵結(jié)因此防止羥基與水鍵結(jié)，且上漿劑上的疏水基團(tuán)因而配置在纖維表面上以斥水。上漿劑的量為纖維素纖維的干燥重量的約50wt％。最優(yōu)選上漿的纖維中的上漿劑的量為纖維素纖維重量的約0.01至10wt％。
使用所描述的配方來制造纖維補(bǔ)強(qiáng)的復(fù)合建筑材料的方法構(gòu)成本發(fā)明的另一個(gè)方面。一個(gè)優(yōu)選方法包括提供纖維素纖維及于水或有機(jī)溶劑的存在下以上漿劑處理至少部分的纖維素纖維。上漿劑包括一親水性官能團(tuán)及一疏水性官能團(tuán)。親水基團(tuán)化學(xué)地鍵結(jié)至纖維內(nèi)部及外部表面的至少一些親水性位置以形成上漿的纖維。上漿劑實(shí)質(zhì)上阻擋親水性位置，因此可減低纖維對(duì)水的親合性。將該上漿的纖維與水泥粘合劑及其它組分混合以形成纖維水泥混合物。將該纖維水泥混合物形成預(yù)先選擇的形狀及尺寸之纖維水泥物品。硬化該纖維水泥物品以便形成纖維補(bǔ)強(qiáng)的復(fù)合建筑材料。
可依特別的應(yīng)用而省略上述某些步驟或使用額外的步驟。纖維上漿的步驟優(yōu)選包括將纖維以無機(jī)化合物、有機(jī)化合物或其組合來處理，而使用的技術(shù)包括干燥噴淋或溶液處理，當(dāng)然亦可以其它方法來使用上漿劑，諸如涂敷、涂刷及浸漬。優(yōu)選這些技術(shù)每種皆于水或有機(jī)溶劑的存在下進(jìn)行。優(yōu)選將上漿的纖維與組分混合以形成纖維水泥混合物的步驟至少包含將上漿的纖維根據(jù)本文描述的優(yōu)選配方與非纖維素材料(諸如水泥粘合劑、粒料、密度改性劑及添加劑)混合。于另一個(gè)實(shí)施方案中，上漿的纖維亦可與傳統(tǒng)未經(jīng)處理的纖維素纖維和/或天然的無機(jī)纖維、和/或合成纖維和其它組分一起混合。該制造方法可為任何存在的技術(shù)，諸如哈其克方法、擠出及模制。
使用所揭示的配方及方法制得的纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料具有一纖維水泥基質(zhì)，而于此基質(zhì)中摻入上漿的纖維素纖維。這些上漿的纖維的表面上的親水性位置將部分或完全地由上漿的試劑阻擋以減低對(duì)水的親和力。一些來自經(jīng)處理的纖維的殘余的上漿劑亦可與纖維水泥基質(zhì)的無機(jī)及有機(jī)組分反應(yīng)，而阻擋基質(zhì)的內(nèi)部及外部之親水性位置。結(jié)果，最終產(chǎn)品將更疏水。
與不以上漿的纖維制得的同等配方比較，應(yīng)用上漿的纖維可在8小時(shí)試驗(yàn)中減低多于約9倍的水遷移、在24小時(shí)試驗(yàn)中多于約15倍及在96小時(shí)試驗(yàn)后約25倍。于一個(gè)實(shí)施方案中，上漿的纖維于第一個(gè)8小時(shí)的水浸泡測試中降低建筑產(chǎn)品的水吸收速率多于約5％，及在24小時(shí)的水浸泡試驗(yàn)后減低凈水吸收約10％或更多。水滲透速率則減低約20％或更多。再者，上漿的纖維亦可減低風(fēng)化、水滲透的次效應(yīng)。使用經(jīng)特殊化學(xué)物質(zhì)處理的纖維可改進(jìn)最終建筑產(chǎn)品的抗UV、腐壞及凍融性。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案不限制于上漿的纖維。于是，于本發(fā)明的另一個(gè)方面中，提供摻入經(jīng)個(gè)別處理的補(bǔ)強(qiáng)纖維的建筑材料。至少部分的纖維于水或有機(jī)溶劑的存在下經(jīng)化學(xué)地處理以改進(jìn)建筑材料的抗水和/或抗環(huán)境降解能力。
于另一個(gè)方面中，提供的建筑材料配方包括一水硬性膠結(jié)劑及經(jīng)個(gè)別處理的補(bǔ)強(qiáng)纖維。至少部分纖維于水或有機(jī)溶劑的存在下化學(xué)地處理以改進(jìn)建筑材料的抗水和/或抗環(huán)境降解能力。
于另一個(gè)方面中，提供一種摻入補(bǔ)強(qiáng)纖維的建筑材料的制造方法。至少部分補(bǔ)強(qiáng)的纖維于水或有機(jī)溶劑的存在下經(jīng)化學(xué)地處理以改進(jìn)纖維的抗水和/或抗環(huán)境降解能力。補(bǔ)強(qiáng)的纖維優(yōu)選經(jīng)個(gè)別處理。補(bǔ)強(qiáng)的纖維與水硬性膠結(jié)劑混合以形成混合物。將該混合物形成預(yù)先選擇的形狀及尺寸的物品。硬化該物品以便形成纖維補(bǔ)強(qiáng)的建筑材料。
有利地，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案提供纖維補(bǔ)強(qiáng)建筑材料，如與不含上漿的纖維素纖維之同等配方制得的建筑材料比較，其具有減低水遷移、降低水吸收速率、降低水滲透性、較少的風(fēng)化、較少的劇烈溶解及再沉積問題及可改進(jìn)抗凍融性能。再者，優(yōu)選的建筑材料為尺寸上穩(wěn)定的，同時(shí)可保留纖維素纖維補(bǔ)強(qiáng)的材料的優(yōu)點(diǎn)。含上漿的纖維的建筑材料可使用制造傳統(tǒng)纖維水泥材料的方法來制造。于制造復(fù)合材料時(shí)需要較少的纖維素纖維。這些及其它優(yōu)點(diǎn)將從下列描述與相關(guān)伴隨的附圖變得更明顯。
附圖簡述

圖1為示例性的纖維素纖維的示意圖，其根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案其內(nèi)部及外部表面已經(jīng)上漿劑處理。
圖2為示例性方法流程圖，其闡明一個(gè)將纖維與上漿劑于溶液中處理的實(shí)施方案。
圖3為示例性方法流程圖，其闡明數(shù)個(gè)使用干燥噴淋方法來進(jìn)行纖維與上漿劑處理的實(shí)施方案。
圖4為示例性方法流程圖，其闡明一個(gè)制造纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料的實(shí)施方案。
圖5為水滲透性試驗(yàn)的結(jié)果圖，其闡明根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案而以上漿的纖維制造的纖維水泥建筑材料與以傳統(tǒng)無改變尺寸的纖維制造之纖維水泥材料的水滲透性。
圖6為冷凍-融化循環(huán)的結(jié)果圖，其闡明根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案而以上漿的纖維制造的纖維水泥建筑材料與以傳統(tǒng)無改變尺寸的纖維制造之纖維水泥材料的冷凍-融化循環(huán)結(jié)果。
圖7為水遷移試驗(yàn)的結(jié)果圖，其闡明根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案而以上漿的纖維制造的纖維水泥建筑材料與以傳統(tǒng)無改變尺寸的纖維制造之纖維水泥材料。
發(fā)明詳述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案通常關(guān)于經(jīng)化學(xué)處理的纖維素纖維，以改進(jìn)其抗水和/或抗環(huán)境降解能力，而可使用于復(fù)合建筑材料。這些實(shí)施方案不僅包括使用上漿的的纖維素纖維(如下列將進(jìn)一步詳細(xì)描述)，而且亦包括纖維的其它化學(xué)處理，諸如以不溶的物質(zhì)填充纖維以填滿纖維的空洞空間及纖維的滅菌劑處理。亦在本發(fā)明的范圍中預(yù)期其它可改進(jìn)建筑材料最終性質(zhì)的化學(xué)處理。例如，可對(duì)纖維做化學(xué)處理以降低COD含量。需了解本發(fā)明的各方面不僅可獨(dú)自地應(yīng)用至纖維素纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥產(chǎn)物，因此化學(xué)處理可同樣地應(yīng)用至在非水泥產(chǎn)品中含其它纖維補(bǔ)強(qiáng)的建筑材料。除了后來描述的上漿的纖維處理外，主要處理可分為另外的二組而現(xiàn)在將更詳細(xì)地描述。這些為經(jīng)填充的纖維及經(jīng)滅菌劑處理的纖維經(jīng)填充的纖維于一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明系關(guān)于將經(jīng)填充、個(gè)別處理的纖維素纖維應(yīng)用到纖維水泥素纖維補(bǔ)強(qiáng)的建筑材料。經(jīng)填充的纖維素纖維通常包括經(jīng)個(gè)別處理而填以一種或多種不溶的化合物之纖維素纖維。有機(jī)和/或無機(jī)化合物優(yōu)選填入于纖維素纖維腔及細(xì)胞壁中的水傳輸管道及空洞。填充方法可包括化學(xué)處理(諸如化學(xué)反應(yīng))、物理沉積或二者之組合。沉積在纖維內(nèi)部的物質(zhì)可有利地抑制水沿著水傳輸管道及空洞傳送，進(jìn)而抑制纖維水泥復(fù)合材料中的水遷移。以纖維素纖維的烘干重量計(jì)，經(jīng)填充的纖維其非纖維素含量優(yōu)選從約0.5％-200wt％。更優(yōu)選經(jīng)填充的纖維包括上至約80wt％的非纖維素物質(zhì)。纖維腔可使用于美國專利4,510,020及5,096,539中描述的方法來填充。亦可使用其它填充方法。
選擇用來填充纖維的化合物優(yōu)選為不妨礙水泥的水合反應(yīng)或不污染過程水。再者，該些化合物優(yōu)選提供一些有益的屬性至纖維水泥產(chǎn)品，諸如可提供較佳的耐火性或抗生物性。填充的物質(zhì)優(yōu)選與水泥基質(zhì)具有相同或類似的熱及濕氣膨脹系數(shù)?？墒褂玫幕衔锇?但是非為限制)鈉、鉀、鈣、鋅、銅、鋁及鋇的無機(jī)鹽類，諸如所有形式的碳酸鹽、硅酸鹽、鉻酸鹽、鋁酸鹽、乙酸鹽、棕櫚酸鹽、油酸鹽、硬脂酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽或硼酸鹽；所有種類的粘土；所有型式的水泥；所有種類的硅酸鈣水合物；及所有種類的高嶺土；或其混合物。再者，亦可使用有機(jī)化合物，其包括(但非限制包含)天然或石油蠟、聚烯烴類、丙烯酸類、環(huán)氧化物類、氨基甲酸乙酯及苯乙烯丁二烯橡膠、所有種類的塑料及其它樹脂。
纖維的填充優(yōu)選為使不溶的物質(zhì)占據(jù)在纖維空洞及細(xì)胞壁中的孔洞空間。更優(yōu)選孔洞空間的填充在沒有于纖維表面上形成沉淀物下發(fā)生。如此可避免改變纖維的表面特征。填充的化合物之粒子直徑尺寸優(yōu)選在約0.01至20μm的范圍。
需了解上述列出的化合物僅說明可使用做纖維填充物質(zhì)的實(shí)施例。依纖維水泥材料的特定應(yīng)用所需的特別屬性而定，填充物質(zhì)亦可為其它合適的無機(jī)或有機(jī)化合物或其組合。于一個(gè)實(shí)施方案中，將碳酸鈣使用熟知的纖維填充方法填入纖維素纖維中，諸如于美國專利5,223,090及RE35,460中描述的那些。
一個(gè)優(yōu)選的纖維補(bǔ)強(qiáng)復(fù)合材料配方包括一水泥粘合劑、粒料、經(jīng)填充的纖維素纖維、密度改性劑及不同的添加劑以改進(jìn)不同的材料性質(zhì)。需了解并非需要使用全部這些組分才可配制合適的建筑產(chǎn)品，因此于某些實(shí)施方案中，該配方可簡單地至少包含水泥粘合劑及經(jīng)填充的纖維素纖維。
水泥粘合劑較佳地為波特蘭水泥，但是亦可為(但是非為限制)高鋁水泥、石灰、高磷酸鹽水泥及磨成粒狀的高爐礦渣水泥或其混合物。粒料優(yōu)選為研磨過的硅砂，但是亦可為(但是非為限制)無定形二氧化硅、微二氧化硅、硅藻土、燃煤飛灰及底灰、稻殼灰、高爐礦渣、粒狀爐渣、鋼爐渣、礦物氧化物、礦物氫氧化物、粘土、菱鎂礦或白云石、金屬氧化物及氫氧化物、及聚合物小珠或其混合物。
密度改性劑可為密度少于1.5g/cm3之有機(jī)和/或無機(jī)輕重量的材料。密度改性劑可包括塑性材料；玻璃及陶瓷材料；硅酸鈣水合物；微球體；及火山灰，包括膨脹的珍珠巖、浮石、錫拉(shirasu)玄武巖及沸石。密度改性劑可為天然或合成的材料。
添加劑可包括(但是非為限制)粘度改進(jìn)劑、阻燃劑、防水試劑、二氧化硅煙、地?zé)岫趸琛⒃龀韯?、色素、著色劑、增塑劑、分散劑、成形劑、絮凝劑、排水輔助劑、濕潤及干燥強(qiáng)度輔助劑、硅氧烷材料、鋁粉、粘土、高嶺土、氫氧化鋁、云母、變質(zhì)高嶺土、碳酸鈣、硅灰石及聚合樹脂乳液及其混合物或其它材料。
該些纖維素纖維可為從不同來源來的未精研/未纖絲化或經(jīng)精研/纖絲化的纖維素漿狀物(pulp)，包括(但是非為限制)漂白、未漂白、半漂白的纖維素漿狀物。該些纖維素漿狀物可由軟木材、硬木材、農(nóng)業(yè)的原材料、再回收的廢紙或任何其它形式的木素纖維材料制得。纖維素纖維可利用不同的成漿(pulping)方法制得。于成漿方法中，木頭或其它木素纖維原材料(諸如南非槿麻、麥稈及竹等等)通過破壞在木素纖維材料結(jié)構(gòu)中的粘結(jié)而還原成纖維狀主體。此工作可利用化學(xué)法、機(jī)械法、加熱法、生物法或這些處理法的組合來達(dá)成。
用于補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料的纖維素纖維主要為經(jīng)個(gè)別處理的纖維，其部分或完全地移除纖維細(xì)胞壁的木質(zhì)素組分。于一個(gè)實(shí)施方案中，至少90％的木質(zhì)素組分從纖維細(xì)胞壁中移除。這些纖維優(yōu)選利用化學(xué)成漿法制備，其主要地依靠化學(xué)物質(zhì)的影響來分離纖維。以于方法中使用的化學(xué)物質(zhì)為基礎(chǔ)，化學(xué)成漿法可分類為純堿、牛皮紙、牛皮紙-AQ、純堿-AQ、氧去木質(zhì)化、牛皮紙-氧、有機(jī)溶劑方法、及亞硫酸鹽碎漿、蒸汽爆炸碎漿或任何其它碎漿技藝。于化學(xué)成漿法中，作為粘膠而將纖維素及半纖維素粘在一起以于木頭中提供機(jī)械強(qiáng)度的木質(zhì)素可利用化學(xué)反應(yīng)打斷及溶解。
這些化學(xué)反應(yīng)通常于反應(yīng)器(經(jīng)常稱為蒸煮器)中，在約150至250℃的高溫下進(jìn)行約30分鐘至2小時(shí)。由于木質(zhì)素與纖維素組分間的粘合的解離導(dǎo)致纖維中的粘合變?nèi)?。然后輔以適當(dāng)?shù)臋C(jī)械力而將纖維素纖維分離成個(gè)別的纖維。
經(jīng)填充的纖維素纖維可使用于多種復(fù)合材料中，而該些復(fù)合材料可具有不同比例的水泥粘合劑、粒料、經(jīng)填充和/或未填充的纖維素纖維、添加劑及密度改性劑，以獲得用于特別應(yīng)用時(shí)的最理想的性質(zhì)。于一個(gè)實(shí)施方案中，該復(fù)合材料配方包括上至約50wt％的填充纖維，更優(yōu)選約0.5％至20％。再者，經(jīng)填充的纖維可與傳統(tǒng)未填充的纖維素纖維和/或合成的聚合物纖維以不同的比例混合。需了解填充的纖維素纖維之百分比可依想要的應(yīng)用和/或方法而改變。再者，水泥粘合劑、粒料、密度改性劑及添加劑的比例亦可改變以獲得用于不同應(yīng)用的最理想性質(zhì)，諸如屋面、瓦底板、鋪面、管、墻板、柵欄、鑲邊、背面或瓦下鋪的背襯。
大部分于此描述的填充纖維的實(shí)施方案可包含下列配方·約10％-80％的水泥粘合劑；·約20％-80％的二氧化硅(粒料)；·約0％-50％的密度改性劑；·約0％-10％的添加劑；及·約0.5％-20％的填充纖維素纖維，或填充纖維素纖維、和/或一般的未填充纖維、和/或天然的無機(jī)纖維、和/或合成纖維的組合。
需了解對(duì)欲空氣硬化的纖維水泥物品來說，可使用較高的水泥量(例如60％-90％)而沒有摻入任何二氧化硅或粒料。于熱壓的實(shí)施方案中，可使用較低的水泥量且摻入經(jīng)個(gè)別處理的填充纖維素纖維。于一個(gè)實(shí)施方案中，此熱壓的配方包括·約20％-50％的水泥，更優(yōu)選約25％-45％，甚至更優(yōu)選約35％；·約30％-70％經(jīng)細(xì)磨的二氧化硅，更優(yōu)選約60％；·約0-50％的密度改性劑；·約0-10％的添加劑，更優(yōu)選約5％；及·約2％-20％的纖維，更優(yōu)選約10％的纖維，其中纖維的某些部分為填充著無機(jī)和/或有機(jī)材料以減低纖維孔洞空間中的水流動(dòng)的纖維素纖維；
優(yōu)選根據(jù)TAPPI方法T227 om-99，填充纖維具有加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度(Canadian Standard Freeness)(CSF)150至750度的打漿度(freeness)。水泥粘合劑及粒料的表面積分別為約250至400m2/kg及約300至450m2/kg。根據(jù)ASTM C204-96a試驗(yàn)測量水泥及二氧化硅二者的表面積。
纖維素纖維腔及細(xì)胞壁中的水傳輸管道及空洞優(yōu)選以一種或多種化合物填充，可使用如上所述的填充技術(shù)，諸如化學(xué)反應(yīng)及物理沉積或二者之組合來填充。這些填充技術(shù)優(yōu)選于水或有機(jī)溶劑的存在下進(jìn)行，而纖維之填充優(yōu)選在化合物與纖維素纖維接觸后發(fā)生。更優(yōu)選該些填充技術(shù)于環(huán)境溫度或少于約100℃下進(jìn)行。于化學(xué)填充方法中，數(shù)種可溶的組分將溶解在漿狀漿體中且滲入纖維細(xì)胞壁。反應(yīng)可通過改變pH、溫度、試劑劑量、輻射、壓力、離子強(qiáng)度或其它條件而引發(fā)。結(jié)果，形成不溶的反應(yīng)產(chǎn)物且沉積在纖維內(nèi)部?；瘜W(xué)沉積的實(shí)施例則描述在美國專利5,223,090及RE 35,460，其中可溶的Ca(OH)2首先溶解在漿狀漿體中，然后吹入CO2氣體氣泡通過漿體。Ca(OH)2會(huì)與CO2反應(yīng)以在纖維內(nèi)部形成不溶的CaCO3。利用物理沉積的纖維填充通常在沒有牽涉到化學(xué)反應(yīng)下完成。經(jīng)常地，纖維填充通過化學(xué)及物理沉積二者之組合而達(dá)成。
其它與使用上述提及的配方來制造纖維水泥物品有關(guān)的細(xì)節(jié)則描述在下列相關(guān)的上漿的纖維實(shí)施方案中。
經(jīng)滅菌劑處理的纖維于另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明系關(guān)于將經(jīng)滅菌劑處理的纖維加入纖維水泥素補(bǔ)強(qiáng)的復(fù)合材料。經(jīng)滅菌劑處理的纖維通常包括摻入抑制微生物生長的化學(xué)物質(zhì)的纖維素纖維。滅菌劑化學(xué)物質(zhì)優(yōu)選配置在纖維中生物活性最可能發(fā)生的位置上。例如，優(yōu)選將滅菌劑化學(xué)物質(zhì)應(yīng)用在纖維的水傳輸管道及孔洞之內(nèi)部及外部表面，微生物最可能于此處生長且會(huì)造成纖維的損害。纖維可以滅菌劑化學(xué)物質(zhì)處理，其可使用化學(xué)反應(yīng)和/或物理力量將該化學(xué)物質(zhì)鍵結(jié)或附著至纖維的細(xì)胞壁表面。纖維處理方法可包括加壓浸漬、濃差擴(kuò)散或其它具壓力、溫度、濃度、pH或其它離子強(qiáng)度梯度輔助的技術(shù)。該滅菌劑處理優(yōu)選于環(huán)境溫度或少于約100℃下進(jìn)行。滅菌劑化學(xué)物質(zhì)可有利地?fù)饺肜w維以妨礙或抑制微生物生長，因而改進(jìn)纖維的抗生物性。因?yàn)樵摾w維為補(bǔ)強(qiáng)劑，改良纖維的生物阻抗進(jìn)而可增加纖維水泥復(fù)合材料的耐久性。于處理纖維中滅菌劑的劑量范圍依滅菌劑類型、處理方法及所需的最終產(chǎn)物類型而定，優(yōu)選為纖維烘干質(zhì)量的0.01％至20％。
現(xiàn)在將描述纖維處理用的滅菌劑的選擇及如何將經(jīng)滅菌劑處理的纖維使用在制造纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥材料。經(jīng)選擇可用于纖維處理的具有生物活性的滅菌劑優(yōu)選對(duì)纖維素纖維具有強(qiáng)的親和力、不會(huì)妨礙水泥的水合反應(yīng)且不會(huì)污染方法水。有效的滅菌劑優(yōu)選可于高溫及堿性條件(pH＞10)下穩(wěn)定。再者，化學(xué)物質(zhì)優(yōu)選可提供纖維水泥復(fù)合材料某些其它有益的屬性。由于這些嚴(yán)格的要求許多熟知的滅菌劑并不合適用于纖維處理。從經(jīng)處理的纖維及產(chǎn)品中濾取出的滅菌劑明顯地限制可應(yīng)用至優(yōu)選實(shí)施方案的滅菌劑的可用度。驚人地，數(shù)種滅菌劑可滿足上述的需求同時(shí)可提供好的抗生物活性功效。
可用于纖維處理的有效滅菌劑的化學(xué)物質(zhì)包括(但是非為限制)全部形式的鈉、鉀、鈣、鋅、銅及鋇之碳酸鹽、硅酸鹽、硫酸鹽、鹵化物及硼酸鹽類；羧酸鋅類硼酸類；重鉻酸鈉；銅鉻砷酸鹽(copperchrome arsenate)(CCA)；鉻化銅硼酸鹽(chromated copper borate)(CBC)；氨的銅砷酸鹽(ammoniacal copper arsenate)(ACA)；氨的銅鋅砷酸鹽(ammoniacal copper zinc arsenate)(ACZA)；氟化銅鉻(CFK)；銅鉻氟硼酸鹽(copper chromium fluoroborate)(CCFB)；亞磷銅鉻(copperchromium phosphorous)(CCP)；及其它無機(jī)化合物。
再者，亦可于纖維處理中使用有機(jī)化合物，其包括(但是非為限制)不同配方之丙環(huán)唑；不同配方之戊唑醇；有機(jī)氯化物，諸如五氯酚(PCP)；季銨化合物(AAC)；8-羥基喹啉銅或不同配方之銅環(huán)氧乙烯(oxene)；所有種類的配方之氧化三-正丁基錫(TBTO)；不同配方的環(huán)烷酸三-正丁基錫(TBTN)；不同配方的溴化二癸基二甲基銨(DDAB)；不同配方中所有種類的氯化二癸基二甲基銨(DDAC)；及其它所有種類的殺真菌劑類；所有種類的殺藻劑類；及所有種類的白蟻防腐劑類。
優(yōu)選纖維可依纖維水泥材料的特定應(yīng)用所需之特別屬性而以上述所列的一種或多種滅菌劑處理。纖維處理優(yōu)選于水或有機(jī)溶劑的存在下進(jìn)行，而可利用填充、化學(xué)反應(yīng)或其它機(jī)理之纖維滅菌劑處理，優(yōu)選在將化合物與纖維素纖維接觸后進(jìn)行。需了解上述所列之化學(xué)物質(zhì)僅用來闡明可使用于纖維的滅菌劑處理之物質(zhì)實(shí)施例。該些化學(xué)物質(zhì)亦可為任何其它合適的對(duì)真菌、細(xì)菌、藻類及霉菌生長有抑制效應(yīng)的無機(jī)或有機(jī)化合物。
經(jīng)滅菌劑處理的纖維之配方則類似于上述填充纖維的配方，僅將填充纖維以經(jīng)滅菌劑處理的纖維置換。再者，摻入經(jīng)滅菌劑處理的纖維之建筑材料的制造方法及其它觀點(diǎn)則類似于在下列描述的上漿的纖維。
上漿的纖維上述僅描述其它可能的處理，而現(xiàn)在我們將更詳細(xì)地描述本發(fā)明之上漿的纖維的實(shí)施方案，及于纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料中此上漿的纖維之使用及應(yīng)用。
于本發(fā)明的另一個(gè)方面中，優(yōu)選的實(shí)施方案描述在纖維水泥補(bǔ)強(qiáng)的復(fù)合材料中之上漿的纖維素纖維的制備及應(yīng)用。這些實(shí)施方案不僅包括以上漿的纖維形成的復(fù)合材料，而且亦包含復(fù)合材料的配方及制造方法、及化學(xué)處理該纖維以改善纖維疏水性的方法。
于一個(gè)方面，本發(fā)明系關(guān)于將上漿的纖維素纖維摻入纖維水泥素纖維補(bǔ)強(qiáng)的建筑材料。該上漿的纖維素纖維通常至少包含以一種或多種經(jīng)上漿的試劑處理的纖維素纖維，而該上漿劑可永久或暫時(shí)地阻擋在纖維素纖維的內(nèi)部及外部表面上之親水性位置。該上漿劑優(yōu)選于水或有機(jī)溶劑的存在下化學(xué)地鍵結(jié)至纖維表面的羥基，以便粘結(jié)羥基且基本上防止羥基與水分子反應(yīng)。在上漿劑及羥基間的化學(xué)反應(yīng)優(yōu)選在上漿劑與纖維素纖維接觸后發(fā)生。
圖1提供示意圖100，其闡明一個(gè)纖維素纖維102處理以上漿劑的優(yōu)選實(shí)施方案。該纖維素纖維102包括一些孔洞及延展貫穿纖維102的水傳輸管道。該些孔洞及水傳輸管道的內(nèi)部及外部表面包含許多的羥基官能團(tuán)104。當(dāng)纖維102未經(jīng)處理時(shí)，這些羥基104可能會(huì)與環(huán)境中的水分子形成氫鍵。此孔洞及傳輸管道因此會(huì)吸收水且使水容易地移至纖維整體。
如圖1顯示，優(yōu)選的實(shí)施方案之纖維102以上漿劑106處理以阻擋羥基104。優(yōu)選每個(gè)上漿劑106包括一親水性官能團(tuán)108及一疏水性官能團(tuán)110。優(yōu)選親水基108化學(xué)地鍵結(jié)至羥基104，因此防止羥基104與水分子反應(yīng)。再者，疏水端基110仍然游離且透過親水基與纖維表面間的鍵結(jié)而粘附在纖維表面。上漿的分子中向外的疏水基110可將水從纖維表面排除。于一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)上漿劑分子106的親水性官能團(tuán)含有硅烷醇(Si-OH)或聚硅烷醇(Si-(OH)n，其中n＝2、3或4)，及疏水官能團(tuán)團(tuán)至少包含直鏈的或支鏈的烷基鏈或芳香族部分。硅烷醇或聚硅烷醇可由水解粘接到硅元素的可水解的烷氧基部分而產(chǎn)生。上漿劑106可應(yīng)用至纖維表面，其可使用的方法包括真空沉積、加壓噴淋、將纖維于含上漿的化學(xué)物質(zhì)的水性或溶劑溶液中浸泡或處理。上漿劑可有利地沉積在纖維的內(nèi)部及外部表面上且與親水性位置(諸如羥基官能團(tuán))化學(xué)地鍵結(jié)，因此使得表面變成較不具親水性，進(jìn)而抑制水延著水傳輸管道及空洞或孔洞傳送。
上漿劑亦可與纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥基質(zhì)中的無機(jī)及有機(jī)組分反應(yīng)而授予基質(zhì)具較高的疏水性。于形成纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料中，上漿的纖維可作為上漿劑的載體。上漿的纖維可釋放化學(xué)物質(zhì)至纖維周圍環(huán)境，而授予環(huán)境具疏水性。
纖維處理用的上漿的的化學(xué)物質(zhì)及纖維素纖維選擇用于上漿的纖維之化學(xué)物質(zhì)優(yōu)選需滿足嚴(yán)格的產(chǎn)品及方法需求，該些需求包括(但是非為限制)強(qiáng)堿穩(wěn)定、UV穩(wěn)定、溫度穩(wěn)定、不干擾水泥的水合反應(yīng)、不污染方法水及不從最終產(chǎn)物中濾取出等等?？墒褂米鰹樯蠞{劑的化合物包括(但是非為限制)·有機(jī)樹脂，諸如天然或石油蠟、聚烯烴類、丙烯酸類、環(huán)氧化物類、所有種類及所有配方的硅烷衍生物、所有種類及不同配方的烷氧基硅烷、所有種類及不同配方的乳化硅油、所有種類的丙烯酸膠乳、所有種類的苯乙烯丁二烯橡膠乳液、及其它通常使用來改變纖維素纖維表面特征之聚合物膠乳及樹脂；·一般制紙工業(yè)用之水可溶的上漿劑，諸如松香酸類、明礬、淀粉類、粘膠、酪蛋白、大豆蛋白質(zhì)、所有種類及所有配方之烷基乙烯酮二聚體(AKD)、所有種類及所有配方之烯烴基琥珀酸酐類(ASA)、所有種類及所有配方之硬脂酸類。
優(yōu)選該些纖維依纖維水泥復(fù)合材料的特定應(yīng)用所需的特別屬性而以一種或多種上述所列的化合物處理。商業(yè)上可獲得的化學(xué)物質(zhì)之例子包括(但是非為限制)·Dow Chemicals Latex RAP900NA、PP722HS及PB6638·Valspar EPS2718、EP82708及EPS2102·ChemRex Enviroseal 100、Enviroseal 100plus、Enviroseal 40、Enviroseal 7、Hydrozo 100及Hydrozo 100plus·Dow Corning Emulsions 2-7195及2-8002；Dow Corning polymers2-8040及2-8630·Euclid Chemical Euco-Guard VOX，Eucon 37·Cresset Chemical Co.C-378·Clariant Prosil 9202·Pro-Seal DP-36上漿劑可為干式形式(諸如粉末)或濕式形式(諸如乳液、分散體、膠乳及溶液)。當(dāng)需使用多種上漿劑時(shí)，某些可為干式形式而某些可為濕式形式。再者，上漿劑的優(yōu)選實(shí)施方案亦可包括其它傳統(tǒng)使用于上漿的紙纖維的化學(xué)物質(zhì)，如揭示在美國專利5,096,539。不論上漿劑為干式形式或濕式形式，當(dāng)與纖維上的羥基反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)優(yōu)選于水或有機(jī)溶劑的存在下進(jìn)行以使反應(yīng)容易。需了解上述列出的化合物僅為闡明可使用于上漿的纖維的物質(zhì)的實(shí)例。該些上漿劑亦可為任何其它合適的無機(jī)或有機(jī)化合物或其組合，依纖維水泥材料的特定應(yīng)用所需的特別屬性而定。
使用于纖維上漿的處理的纖維素纖維可利用不同的成漿方法制得，如與上述描述的填充纖維相關(guān)的方法。于成漿方法中，木材或其它木素纖維原材料(諸如南非槿麻、草稈及竹等等)可通過破壞在木質(zhì)纖維素材料結(jié)構(gòu)中的粘結(jié)而還原成纖維狀主體。此工作可以化學(xué)法、機(jī)械法、加熱法、生物法或這些處理的組合來達(dá)成。以于方法中使用的化學(xué)物質(zhì)為基準(zhǔn)，化學(xué)成漿法可分類為純堿、牛皮紙、牛皮紙-AQ、純堿-AQ、氧去木質(zhì)素作用、牛皮紙-氧、有機(jī)溶劑方法、及亞硫酸鹽成漿法、蒸汽噴發(fā)或任何其它成漿技術(shù)。于化學(xué)成漿法中，作為粘膠將纖維素及半纖維素粘在一起以提供木頭機(jī)械強(qiáng)度的木質(zhì)素可利用化學(xué)反應(yīng)斷裂及溶解。
這些成漿反應(yīng)通常于反應(yīng)器(經(jīng)常稱為蒸煮器)中，在約150至250℃的高溫下進(jìn)行約30分鐘至2小時(shí)。由于在木質(zhì)素及纖維素組分間的粘結(jié)打斷而使纖維中的粘合變?nèi)酢］o以溫和的機(jī)械力，然后將纖維素纖維分離成各別的纖維。使用于上漿處理的纖維素纖維優(yōu)選為利用上述提及的不同方法制造之經(jīng)個(gè)別處理的纖維。
上漿處理用的纖維素纖維可為從來源來的未精研/未纖絲化或經(jīng)精研/纖絲化的纖維素漿狀物質(zhì)，其包括(但非為限定包含)利用不同成漿技術(shù)制造之漂白、未漂白、半漂白的纖維素漿狀物質(zhì)。纖維素漿狀物質(zhì)可由軟木材、硬木材、農(nóng)業(yè)的原材料、再回收的廢紙或任何其它形式的木質(zhì)纖維素材料制得。
纖維處理可使用不同的方法以一種或多種上漿劑來處理/上漿的纖維素纖維。較佳的纖維處理方法通常包括下列步驟，其可以不同的順序進(jìn)行·纖維分散/纖維化(個(gè)別處理纖維)；·纖絲化(機(jī)械方法以增加纖維表面積)；·纖維調(diào)整(脫水、干燥或稀釋)；·與一種或多種上漿劑的處理/上漿反應(yīng)；·移除剩余/過多的上漿劑；及·調(diào)整上漿的纖維(干燥、潤濕或分散)。
這些步驟中某些可省略或某些其它步驟為想要的。纖維處理方法可利用不同方法進(jìn)行，包括(但是非為限制)于水性或有機(jī)溶劑溶液中處理，和/或于干燥或濕潤的纖維素纖維上利用真空或加壓噴淋上漿劑的處理。
于溶液中之纖維處理圖2闡明一個(gè)于溶液中進(jìn)行優(yōu)選的纖維處理方法200的實(shí)施方案。方法200開始于步驟202，于此將未經(jīng)處理的纖維素纖維分散、纖維化(個(gè)別處理)和/或纖絲化。可利用諸如上述描述的化學(xué)成漿方法來進(jìn)行纖維的個(gè)別處理。可選地，需了解于進(jìn)行此優(yōu)選的制造方法中，可不需要化學(xué)成漿步驟。此乃因?yàn)榻?jīng)化學(xué)個(gè)別處理的纖維經(jīng)常由纖維制造商完成，然后以標(biāo)準(zhǔn)折疊薄板或滾筒形式提供該些纖維給買家。因此，于一個(gè)實(shí)施方案中，此纖維的個(gè)別處理僅包括從此薄板或滾筒物中利用諸如錘磨或其它方法機(jī)械地分離纖維。
于一個(gè)實(shí)施方案中，未經(jīng)處理的纖維素纖維以干式形式(折疊及滾筒)或濕式形式(濕式折疊及于容器中)接收。優(yōu)選未經(jīng)處理的纖維以約1％-6％的稠度分散至水力成漿機(jī)中以形成漿狀漿體且亦授予某些纖絲化。進(jìn)一步地纖絲化則可使用精研機(jī)或一系列的精研機(jī)來完成。一旦分散，再將纖維纖絲化至加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度(CSF)約100至750度的范圍。分散及纖絲化可利用其它技術(shù)達(dá)成，諸如例如去薄片化(deflaking)、研磨及切碎。纖維素纖維亦可以沒有纖絲化處理。于某些實(shí)施方案中，未纖絲化的纖維為優(yōu)選。
圖2顯示的實(shí)施方案中，隨著步驟202中的分散纖維，方法200接著為步驟204，其將以漿體形式的經(jīng)纖絲化或未經(jīng)纖絲化的纖維使用加壓過濾、真空過濾或連續(xù)離心除水至約2％至50％的總固體含量。纖維可利用真空蒸發(fā)干燥、急驟干燥、冷凍干燥、低溫烘干及其它不會(huì)導(dǎo)致明顯地?fù)p害纖維完整性的干燥技術(shù)達(dá)成進(jìn)一步除水。于一個(gè)實(shí)施方案中，除水的纖維可于反應(yīng)容器中使用任何種類的分散器、混合器或水力成漿機(jī)完全地混合。如圖2顯示，從脫水步驟204脫出的水可再循環(huán)至水設(shè)備204a而循環(huán)回步驟202。
方法200然后接著步驟206，于此進(jìn)行上漿的反應(yīng)。較佳地，將制備的上漿劑加入反應(yīng)器同時(shí)施加固定的攪拌及混合。上漿劑的劑量依處理的纖維意欲的應(yīng)用、上漿的化學(xué)物質(zhì)的型式及反應(yīng)條件而定。于一個(gè)實(shí)施方案中，劑量的范圍約烘干纖維素纖維的0.01wt％至50wt％。反應(yīng)器系統(tǒng)優(yōu)選配備著某些種類的攪拌裝置以保證有好的混合。
上漿反應(yīng)可于環(huán)境溫度或上至約200℃的高溫下進(jìn)行，更優(yōu)選約0至100℃。對(duì)某些處理來說，較高的壓力及溫度是優(yōu)選的。滯留時(shí)間可依想要的上漿的程度、使用的上漿的化學(xué)物質(zhì)之型式及劑量、纖維素纖維型式及其它反應(yīng)條件而變化，可從約數(shù)秒至24小時(shí)?？墒褂盟蟹N類的批次或連續(xù)反應(yīng)器，但是連續(xù)或半連續(xù)槽、或活塞流反應(yīng)器對(duì)此實(shí)施方案中的纖維處理為優(yōu)選。
在到達(dá)預(yù)定的滯留時(shí)間之后，可利用離心機(jī)或過濾分離殘余的上漿劑，如于方法200的步驟208顯示。于一個(gè)實(shí)施方案中，殘余的上漿劑再循環(huán)及再使用。含總固體含量約2％至80％的后反應(yīng)纖維可進(jìn)一步處理及調(diào)整，如于方法200的步驟210及212。優(yōu)選后反應(yīng)纖維可利用低溫烘箱、真空蒸發(fā)及其它非破壞的干燥技術(shù)來干燥。于一個(gè)實(shí)施方案中，經(jīng)處理的纖維可調(diào)整至總固體約4％至90％，然后于步驟214中摻入纖維水泥復(fù)合材料。
表1大部分的實(shí)施方案之上漿處理?xiàng)l件

表1提供上述描述的方法200之纖維處理的反應(yīng)條件實(shí)施例。但是，可在沒有離開本發(fā)明之精神下從本文顯示的實(shí)施方案中作出不同的改變及修改的條件。
利用干燥噴淋的纖維處理圖3闡明利用干燥噴淋處理纖維的數(shù)個(gè)實(shí)施方案。方法300開始于步驟302，于此制備處理用之原材料。未經(jīng)處理纖維可來自不同形式，諸如捆形的漿狀折疊(片材)302a；滾筒形的漿狀片材302b；捆形、容器形或料槽形之經(jīng)纖維化(錘磨或切碎)的纖維302c；捆形、料槽形或容器形之經(jīng)纖絲化(精研)的干燥或半干燥纖維302d；及其它干燥形式的纖維素纖維。
如圖3顯示，于滾筒或折疊/片材形式302a及302b的漿狀物之處理步驟中，可將乳化的上漿劑噴淋到纖維素纖維上，如于步驟304a及304b顯示。上漿反應(yīng)可在纖維化(個(gè)別處理化)方法之前、期間或之后進(jìn)行。于這些噴淋系統(tǒng)中，上漿劑會(huì)蒸發(fā)同時(shí)可加壓蒸發(fā)的化學(xué)物質(zhì)以提供足夠噴淋速度。于噴淋乳膠液中之上漿化學(xué)物質(zhì)時(shí)可使用某些載體氣體。優(yōu)選選擇噴嘴以盡可能地產(chǎn)生最細(xì)的噴淋顆粒。需了解甚至對(duì)干燥噴淋方法來說，由于噴淋物其自身的組成物，上漿劑與纖維的反應(yīng)仍然于水或有機(jī)溶劑的存在下進(jìn)行。
在此處理的另一個(gè)實(shí)施方案中，上漿劑利用將漿狀網(wǎng)狀組織浸泡在上漿劑溶液中而涂布到漿狀物質(zhì)折疊狀物、滾筒狀物或片材上。在預(yù)定的讓上漿反應(yīng)進(jìn)行之滯留時(shí)間后，漿狀物質(zhì)再利用諸如錘磨、切碎、滾筒研磨、去薄片化或精研等技術(shù)來個(gè)別處理或纖維化。上漿反應(yīng)及纖維化亦可同時(shí)通過在纖維化方法期間將化學(xué)物質(zhì)噴淋至纖維上來進(jìn)行。進(jìn)一步地如圖3顯示，于處理纖維化纖維302c時(shí)，上漿劑將如步驟304c所顯示噴淋到纖維化纖維上。上漿反應(yīng)可在具充分?jǐn)噭?dòng)/混合的反應(yīng)器中進(jìn)行。上漿處理亦可于諸如急驟干燥器、錘磨機(jī)、傳統(tǒng)的樹脂應(yīng)用槽或封閉的混合槽反應(yīng)器系統(tǒng)中進(jìn)行。
于更另一個(gè)實(shí)施方案中，干式形式的纖絲化纖維素纖維可使用于纖維處理304d中。于制備干式纖絲化纖維時(shí)，纖維素漿狀物質(zhì)可使用傳統(tǒng)的水力成漿機(jī)、漿狀物質(zhì)精研機(jī)或去薄片化機(jī)來精研。然后將纖絲化纖維使用諸如急驟干燥及空氣干燥技術(shù)脫水和/或干燥。然后將濕式或干式纖絲化纖維帶入反應(yīng)器中與想要的上漿劑接觸。這些實(shí)施方案的上漿處理可在大氣壓或高壓中于室溫或高溫下進(jìn)行。處理的滯留時(shí)間可改變以適應(yīng)方法及設(shè)備，優(yōu)選為5秒至12小時(shí)。上漿劑的劑量的優(yōu)選范圍約烘干纖維的0.01％至20％。
如圖3顯示，經(jīng)處理的纖維于步驟306中連續(xù)地調(diào)整。經(jīng)處理的纖維可利用諸如干燥、增濕及分散等技術(shù)來調(diào)整。在調(diào)整纖維之后，可進(jìn)一步加工該上漿的纖維?？煞稚⒒蚶w絲化該上漿的纖維。于某些實(shí)施例中，可不需要纖絲化。然后將上漿的纖維于步驟308中摻入纖維水泥復(fù)合材料之制造。
上漿化學(xué)物質(zhì)可直接地施加在制造纖維水泥復(fù)合材料的方法中，而將在下列較詳細(xì)地描述。優(yōu)選上漿的化學(xué)物質(zhì)可在與其它原料混合之前加入纖維。
使用上漿的纖維來制造纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥材料之配方于本文中描述的大部分實(shí)施方案可包括下列配方·約10％-80％的水泥(水泥粘合劑)；·約20％-80％的二氧化硅(粒料)；·約0％-50％的密度改性劑；
·約0％-10％的添加劑；及·約0.5％-20％的上漿的纖維素纖維，或上漿的纖維素纖維、和/或一般的不上漿的纖維、和/或天然的無機(jī)纖維、和/或合成纖維的組合；水泥粘合劑優(yōu)選為波特蘭水泥，但是亦可為(但是非為限制)高鋁水泥、石灰、高磷酸鹽水泥及磨成粒狀的高爐礦渣水泥或其混合物。粒料優(yōu)選為經(jīng)研磨的硅砂但是亦可(但是非為限制)無定形二氧化硅、微二氧化硅、硅藻土、燃煤飛灰及底灰、稻殼灰、高爐礦渣、粒狀爐渣、鋼爐渣、無機(jī)氧化物及無機(jī)氫氧化物、粘土、菱鎂礦或白云石、金屬氧化物及氫氧化物、及聚合小珠或其混合物。
密度改性劑可為密度少于約1.5g/cm3之有機(jī)和/或無機(jī)輕重量的材料。密度改性劑可包括塑性中空材料；玻璃及陶瓷材料；硅酸鈣水合物；微球體；及火山灰，其包括膨脹的珍珠巖、浮石、錫拉(shirasu)玄武巖及沸石。密度改性劑可為天然或合成的材料。添加劑可包括(但是非為限制)粘度改進(jìn)劑、阻燃劑、防水試劑、二氧化硅煙、地?zé)岫趸?、增稠劑、色素、著色劑、增塑劑、分散劑、成形劑、絮凝劑、排水輔助劑、濕潤及干燥強(qiáng)度輔助劑、硅氧烷材料、鋁粉末、粘土、高嶺土、氫氧化鋁、云母、變高嶺石、碳酸鈣、硅灰石及聚合的樹脂乳液或其混合物。
使用于補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料的纖維素纖維優(yōu)選為大多數(shù)經(jīng)個(gè)別處理的上漿的纖維，且其利用不同的化學(xué)成漿方法制造，而如上所述該些方法主要地依靠化學(xué)物質(zhì)的影響來分離纖維。于某些實(shí)施方案中，用來制備上漿的纖維之纖維素纖維為經(jīng)個(gè)別處理而部分或完全移除纖維細(xì)胞壁的木質(zhì)素組分的纖維素纖維。于其它實(shí)施方案中，使用的纖維素纖維為不經(jīng)個(gè)別處理(即其木質(zhì)素組分完整保留)的纖維素纖維。
上漿的纖維素纖維可使用在多種復(fù)合材料中，而該復(fù)合材料全部具有不同比例的水泥粘合劑、粒料、上漿的和/或未上漿的纖維、及添加劑，以獲得用于特別應(yīng)用時(shí)的最理想性質(zhì)。于一個(gè)實(shí)施方案中，復(fù)合材料配方包括約0.5％至20wt％的上漿的纖維。再者，上漿的纖維可與不同比例之傳統(tǒng)未上漿的纖維和/或合成的聚合物纖維混合。將了解上漿的纖維素纖維的百分比可依想要的應(yīng)用和/或方法而改變。再者，水泥粘合劑、粒料、密度改性劑及添加劑的比例亦可改變以獲得用于不同應(yīng)用時(shí)的最理想性質(zhì)，諸如屋面、瓦底板、鋪面、管、墻板、鑲邊、背面、瓦下鋪的背襯。
于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，當(dāng)建筑材料欲熱壓，則于配方中使用較低量的水泥來摻入上漿的纖維素纖維。熱壓纖維水泥復(fù)合材料所用之配方較佳地至少包含·約20-50％的水泥，更優(yōu)選約35％；·約30-70％經(jīng)細(xì)磨的二氧化硅，更優(yōu)選約60％；·約0-50％的密度改性劑；·約0-10％的添加劑，更優(yōu)選約5％；及·約0.5-20％的纖維，更優(yōu)選約10％的纖維，其中纖維的某部分為以上漿劑上漿的纖維素纖維，以增加纖維的疏水性。
再者，對(duì)空氣硬化的產(chǎn)品來說，可使用較高百分比的水泥，更優(yōu)選約60-90％。于空氣硬化的實(shí)施方案中，不使用經(jīng)細(xì)磨的二氧化硅，然而可使用二氧化硅做為填充劑。
優(yōu)選根據(jù)TAPPI方法之T227 om-99，上漿的纖維具有加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度(CSF)約150至750度的打漿度。水泥粘合劑及粒料的表面積各別地約250至400m2/kg及約300至450m2/kg。根據(jù)ASTM C204-96a試驗(yàn)測量水泥及粒料二者之表面積。
具有上漿的纖維的纖維水泥建筑材料之制造方法使用所描述的配方來制造纖維補(bǔ)強(qiáng)的復(fù)合建筑材料的方法構(gòu)成本發(fā)明的另一個(gè)方面。摻入上漿的纖維素纖維之纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料之較佳的制造方法開始于纖維素纖維的處理或上漿，其中纖維的內(nèi)部及外部表面制成基本上具疏水性。在制備上漿的纖維后，于一個(gè)實(shí)施方案中，該方法進(jìn)一步包括將上漿的纖維分散成預(yù)選擇的稠度、纖絲化該上漿的纖維至預(yù)選擇的打漿度范圍、根據(jù)優(yōu)選的配方將上漿的纖維與原料混合以形成纖維水泥混合物、將該纖維水泥混合物形成預(yù)選擇的形狀及尺寸之纖維水泥物品、及硬化該纖維水泥物品以便形成纖維補(bǔ)強(qiáng)的復(fù)合建筑材料。
上漿劑可應(yīng)用至上述任何步驟。在某些實(shí)施方案中，化學(xué)物質(zhì)首先加入纖維以允許有足夠的時(shí)間來進(jìn)行反應(yīng)。上漿劑可用來涂布或浸漬該已形成的纖維水泥物品表面而使最終產(chǎn)物具斥水性。
優(yōu)選將上漿的纖維與其它原料混合以形成纖維水泥混合物的步驟包括將上漿的纖維根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的配方與諸如水硬性膠結(jié)劑、粒料、密度改性劑及添加劑之非纖維素材料混合。于某些實(shí)施方案中，上漿的纖維亦可與合成纖維及其它組分一起混合。該制造方法可為任何存在的技術(shù)，諸如哈其克方法、擠出及模塑等等。
圖4闡明制造摻入上漿的纖維素纖維之纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料之優(yōu)選方法400。如圖4顯示，該方法開始于步驟402，其中該纖維素纖維以上漿的化學(xué)物質(zhì)處理以授予纖維具疏水性?？墒褂妙A(yù)先制備的上漿的纖維。該纖維可在上漿之前、期間或之后個(gè)別處理。
上漿的纖維隨后于步驟404中加工。纖維方法步驟404典型地包括將纖維分散及纖絲化。于一個(gè)實(shí)施方案中，纖維可于水力成漿機(jī)中分散成約1％至6％的稠度且亦授予某些纖絲化?？蛇M(jìn)一步使用精研機(jī)或一系列的精研機(jī)來達(dá)成纖絲化。一旦分散，再將纖維纖絲化至CSF(加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度)約100至750度的范圍，更優(yōu)選CSF在約180至650度之間。分散及纖絲化亦可利用其它技術(shù)諸如錘磨、去薄片化、切碎及其類似方法來達(dá)成。再者，對(duì)某些產(chǎn)品及方法來說亦可接受使用沒有纖絲化的上漿的纖維。
如圖4顯示，于步驟406中上漿的纖維素纖維成比例地與其它組分混合以形成水溶性混合物、漿體或漿糊。上漿的纖維以熟知的混合方法與水泥、二氧化硅、密度改性劑及其它添加劑混合以形成漿體或漿糊。于混合器中，合成纖維可與上漿的纖維混合。
方法400接著步驟408，其中混合物可利用許多由本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的傳統(tǒng)制造方法來形成″綠色的″或未硬化的成形物品，諸如·哈其克片式方法(Hatschek sheet process)；·Mazza管式方法(Mazza pipe process)；·Magnani方法(Magnani process)；·注射成型(Injection molding)；·擠出成型(Extrusion)；·手積層(Hand lay-up)；·模制(Molding)；·澆鑄成形(Casting)；
·壓濾(Filter pressing)；·長網(wǎng)造紙機(jī)成形(Fourdrinier forming)；·復(fù)線成形(Multi-wire forming)；·間隔葉片成形(Gap blade forming)；·間隔滾動(dòng)/葉片成形(Gap roll/blade forming)；·貝耳滾動(dòng)成形(Bel-roll forming)；·其它。
這些方法亦可包括在物品形成后的加壓或壓花操作。更優(yōu)選不使用加壓。使用哈其克方法以獲得最終產(chǎn)品的方法步驟及參數(shù)則類似于在澳洲專利515151中所描述的。
接著步驟408，″綠色的″或未硬化的成形的物品于步驟410中硬化。該物品優(yōu)選預(yù)硬化上至約80小時(shí)，最優(yōu)選約24小時(shí)或更少。然后該物品空氣硬化約30天。更優(yōu)選預(yù)先硬化的物品于高溫及壓力下在約60至200℃的蒸氣飽和環(huán)境中熱壓約3至30小時(shí)，更優(yōu)選約24小時(shí)或較少。預(yù)先硬化及硬化方法的時(shí)間及溫度的選擇則視配方、制造方法、方法參數(shù)及產(chǎn)品的最終形式而定。
使用上漿的纖維素纖維的纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料于纖維補(bǔ)強(qiáng)的復(fù)合材料中，上漿的纖維素纖維的應(yīng)用可改進(jìn)最終建筑產(chǎn)品的機(jī)械及物理性質(zhì)。使用上漿的的纖維素纖維之纖維水泥產(chǎn)品已改進(jìn)其尺寸穩(wěn)定性、降低水遷移(毛細(xì)作用)、減低水吸收速率及最終的量、改進(jìn)風(fēng)化及改進(jìn)抗凍融性能。上漿的的纖維素纖維之使用亦不會(huì)失去產(chǎn)品的物理及機(jī)械性質(zhì)。于某些實(shí)施方案中，與使用傳統(tǒng)未上漿的纖維素纖維的產(chǎn)品比較，上漿的纖維將提供類似或甚至較好的物理及機(jī)械性質(zhì)。下列實(shí)施例說明在纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料的配方中上漿的纖維提供的某些想要的特征。需了解所選擇的纖維水泥配方僅有比較目的，同時(shí)可使用不同的其它配方而沒有離開本發(fā)明的范圍。亦需了解除了纖維水泥產(chǎn)品外，其它水泥材料亦可于配方中使用上漿的纖維以改進(jìn)材料的機(jī)械及物理性質(zhì)。
實(shí)施例1在將經(jīng)處理及精研的漿狀物質(zhì)使用在上漿處理之前，將未漂白的牛皮紙軟木材漿狀物質(zhì)預(yù)精研至500CSF。該上漿的纖維可通過將該精研的纖維于4％的漿狀物質(zhì)稠度下以烷基硅氧烷(ChemRex Enviroseal100)處理一個(gè)小時(shí)而制備。上漿劑的劑量為纖維質(zhì)量的10％，同時(shí)在大氣壓力下的反應(yīng)溫度為環(huán)境溫度。纖維水泥復(fù)合材料的樣本則使用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備來形成。下列實(shí)施例的樣品A和B、以及C、D、E、F及G之配方皆相同，其為8％的纖維(經(jīng)處理/上漿的的纖維或一般的未經(jīng)處理的纖維)、35％的波特蘭水泥及57％經(jīng)研磨的二氧化硅。該些樣品于環(huán)境溫度下空氣硬化8小時(shí)，接著于180℃下熱壓12小時(shí)。樣品A及B的物理及機(jī)械性質(zhì)顯示于表2。
表2含上漿的纖維素纖維及一般纖維素纖維之纖維水泥材料的物理性質(zhì)比較

*在水中飽和該材料超過48小時(shí)后再測量。
**濕氣膨脹為于烘干與飽和條件下的產(chǎn)品長度的改變。濕氣膨脹之百分比改變(％)為

上述表2提供纖維水泥產(chǎn)品的不同機(jī)械及物理性質(zhì)之說明性比較，該些產(chǎn)品則以摻入上漿的纖維素纖維及使用傳統(tǒng)未上漿的纖維素纖維之配方制得。MOR、應(yīng)變、MOE及韌性在濕潤條件下試驗(yàn)，其根據(jù)ASTM(American Standard Test Method)(美國標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法)Cl185-98a，標(biāo)題為″非石棉纖維的水泥平板、屋面及墻面板及楔形板之采樣及試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法″(Standard Test Methods for Sampling andTesting Non-Asbestos Fiber-Cement Flat Sheet，Roofing and SidingShingles，and Clapboards)。配方A包括上漿的纖維素纖維，然而配方B則使用傳統(tǒng)未經(jīng)處理的纖維素纖維。由配方A及B制備的樣品具有每立方厘米1.3克的烘干密度。將由本領(lǐng)域技術(shù)人員了解，特別的機(jī)械性質(zhì)之特定值將隨著烘干密度的不同而不同。
如表2顯示，對(duì)以上漿的纖維制得的纖維水泥材料來說，其應(yīng)變較高且飽和密度較低。與不以上漿的纖維制得的同等配方比較，雖然斷裂模數(shù)(MOR)及彈性模數(shù)(MOE)已減低，本發(fā)明之此實(shí)施方案減低約8％的飽和密度。同等配方于此定義為優(yōu)選的經(jīng)處理的纖維素纖維由同等百分比的未經(jīng)處理的纖維素纖維取代。如與不含上漿的纖維的同等配方比較，需了解在含上漿的纖維的配方中其飽和密度可減低約5％或更多，依纖維上的上漿處理而定。對(duì)配方中含上漿的纖維的纖維水泥復(fù)合材料來說，干/濕尺寸穩(wěn)定性有稍微地改進(jìn)。
實(shí)施例2圖5闡明水滲透性試驗(yàn)的結(jié)果。樣品D為對(duì)照的摻入傳統(tǒng)不上漿的纖維素纖維，而樣品C則以含經(jīng)處理的纖維素纖維配方而制得，其中該纖維以劑量為纖維質(zhì)量的5％之丙烯酸膠乳(Valspar EPS2118)處理。于環(huán)境溫度下進(jìn)行上漿反應(yīng)30分鐘。樣品C及D的烘干密度約每立方厘米1.3克。
水滲透性試驗(yàn)包括將管子裝貼至樣品材料表面使得管子的一端配置成毗鄰材料樣品表面。而該管子以丙烯酸材料制得，其長約125mm及內(nèi)部直徑約50mm。在將樣品預(yù)調(diào)整至23±2℃及相對(duì)濕度未50±5％平衡后，將該管子填滿水同時(shí)周期性地記錄管子內(nèi)部的水程度。記錄管子中的水平面降低量記錄為水滲透(mm)。如第5圖顯示，在168小時(shí)(7天)試驗(yàn)后，樣品C有128mm的水滲透過，然而對(duì)照的樣品D則為400mm。使用配方C制得之含上漿的纖維的樣品材料，其水滲透性已減低至根據(jù)配方D以同等配方制得之樣品材料的約30％。于此，同等配方定義為其中優(yōu)選的上漿的纖維素纖維由同等百分比的傳統(tǒng)未上漿的纖維素纖維取代。
需了解上述描述的水滲透性之減低僅為一示例性結(jié)果。需了解可通過改變上漿的纖維的量和/或組成物，將168小時(shí)試驗(yàn)后的水滲透性減低高至3倍，與不以上漿的纖維制得的同等配方比較。
有利地，減低的水滲透性使得上漿的纖維材料特別地合適用于外部應(yīng)用，諸如屋面、管及底板。減低水傳輸過纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料的內(nèi)部將減慢纖維水泥基質(zhì)中可溶解的化學(xué)物質(zhì)的移動(dòng)，同時(shí)可減低最終產(chǎn)物的風(fēng)化現(xiàn)象。
實(shí)施例3抗凍融性能指為當(dāng)材料曝露至重復(fù)的冷凍及融化循環(huán)時(shí)，材料抵抗由于水及溫度影響所造成的損害的能力。對(duì)混凝土水泥材料來說，該損害通常起始于表面的成片剝落，接著逐漸地向內(nèi)部擴(kuò)大。有時(shí)可能發(fā)生深的裂縫。與冷凍相關(guān)的損害通常不會(huì)發(fā)生除非孔洞中存有足夠量的水。已知混凝土中的冷凍-融化損害可在混凝土材料具有低的水與水泥比率及低滲透性下減至最小。
優(yōu)選實(shí)施方案的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為最終產(chǎn)品具有改進(jìn)的抗凍融性能，如顯示于圖6。樣品E包含一般不上漿的纖維素纖維及樣品F則含經(jīng)乳化硅油處理/上漿的的纖維，其中該乳化硅油包含許多的化合物，包括正辛基三乙氧硅烷、正辛基三甲氧硅烷、正-十八烷基三乙氧硅烷及正癸基三乙氧基硅烷等等。未漂白的牛皮紙漿狀物纖絲化成約450CSF。該化學(xué)物質(zhì)的劑量為纖維質(zhì)量的10％。纖維處理于環(huán)境溫度下在30％的纖維稠度中進(jìn)行1小時(shí)。樣品E及F的烘干密度約每立方厘米1.3克。
將實(shí)驗(yàn)用的纖維水泥復(fù)合樣本接受冷凍-融化試驗(yàn)，根據(jù)ASTM(美國標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法C666A的程序A，標(biāo)題為″混凝土對(duì)快速冷凍及融化之抵抗的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法″(Standard Test Method for Resistance of Concreteto Rapid Freezing and Thawing)。根據(jù)程序A，將樣品浸漬在水中進(jìn)行快速冷凍及融化；將該樣品周期性地從冷凍-融化循環(huán)中移開，試驗(yàn)其MOE及視覺地檢查樣品整體的損害，諸如剝離、斷裂、濕氣膨脹及疏松性/濕潤性；當(dāng)樣品的損害程度為諸如樣品無法聚在一起且無法做為建筑產(chǎn)品時(shí)，將樣品從循環(huán)試驗(yàn)中移開。當(dāng)接受此試驗(yàn)，樣品E(含一般纖維素纖維)在70個(gè)冷凍-融化循環(huán)后損壞，然而具上漿的纖維的同等配方之樣品F為320個(gè)循環(huán)。于本文中同等配方定義優(yōu)選的上漿的纖維素纖維由同等百分比之傳統(tǒng)干燥的未上漿的纖維素纖維取代。如圖6顯示，冷凍-融化性能可通過使用此上漿的纖維而增加多于4倍。因此，申請(qǐng)人已發(fā)現(xiàn)當(dāng)與沒有上漿的纖維的同等配方比較時(shí)，摻入上漿的纖維之建筑材料配方的凍融性能(根據(jù)ASTM C666A之測量)可容易地提高約25％或更多。更優(yōu)選使用上漿的纖維可增加循環(huán)至損壞的次數(shù)至多于約200個(gè)循環(huán)，更優(yōu)選多于約300個(gè)循環(huán)。
圖7顯示在材料上進(jìn)行水遷移(毛細(xì)作用)試驗(yàn)的結(jié)果圖形，該些材料以上漿的纖維素纖維(樣品E)及以傳統(tǒng)未上漿的纖維素纖維(樣品F)制得。水遷移試驗(yàn)至少包含將每個(gè)樣品材料的邊緣浸漬在水中，然后于不同的試驗(yàn)周期測量水前端的移動(dòng)距離。圖7顯示出在24小時(shí)試驗(yàn)后，與由未上漿的纖維素纖維的同等配方制得之建筑產(chǎn)品比較，上漿的纖維素纖維可減低建筑產(chǎn)品的水遷移約15倍。在將樣品邊緣浸漬在水中96小時(shí)后，對(duì)樣品E及F來說水前端移動(dòng)距離分別為約4mm及107mm。有利地，最少化水遷移可明顯地減低材料因水引起的膨脹而造成的應(yīng)力，因此可減低由此應(yīng)力發(fā)展出來的斷裂及毀壞。因此，將了解摻入上漿的纖維的建筑材料配方之水遷移或毛細(xì)作用可比由未上漿的纖維制得之同等配方改良約25％或更多。在一個(gè)實(shí)施方案中，根據(jù)此試驗(yàn)，樣品的水遷移在96小時(shí)后少于約50mm，更優(yōu)選少于30mm，甚至更優(yōu)選少于約20mm。
實(shí)施例4于此實(shí)施例中，漂白的牛皮紙軟木頭纖維首先利用錘磨干燥式纖維化。使用部分纖維化纖維做為對(duì)照，而另一部分則以正辛基三乙氧基硅烷之上漿劑處理，即將化學(xué)物質(zhì)噴淋到纖維上。于環(huán)境溫度及大氣壓力下進(jìn)行處理。正辛基三乙氧基硅烷的劑量為纖維質(zhì)量的5％。使用擠出方法制造纖維水泥復(fù)合材料樣品。樣品G及H的配方相同，不同的是所使用的纖維。該配方包括10％的纖維(樣品G為上漿的纖維或樣品H為一般纖維素纖維)、10％的硅酸鈣水合物(密度改性劑)、1.5％的甲基纖維素(添加劑-粘度改進(jìn)劑)、39.25％的波特蘭水泥及39.25％經(jīng)研磨的二氧化硅。擠出的樣品于180℃下熱壓硬化24小時(shí)。樣品G及H的密度約每立方厘米0.9克。
表3含上漿的纖維素纖維及一般纖維素纖維的纖維水泥復(fù)合材料的物理性質(zhì)(該復(fù)合材料樣品利用擠壓方法制備)

*濕氣膨脹在碳酸飽和24小時(shí)后完成。
**機(jī)械測試(MOR、應(yīng)變及韌性能量)在相對(duì)濕度為50±5％及23±2℃的平衡條件下完成。
表3顯示與使用未經(jīng)處理的一般纖維素纖維的同等配方比較，使用上漿的纖維基本上增加擠壓纖維水泥復(fù)合材料的應(yīng)變及韌性。MOR、應(yīng)變、韌性及水吸收在平衡條件下測量，根據(jù)ASTM(美國標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法)C1185-98a，標(biāo)題″非石棉纖維的水泥平板、屋面及墻面板、及楔形板之采樣及試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法″。于此實(shí)施方案中，上漿的纖維之韌性比沒有上漿的纖維的同等配方增加多于約5％。纖維水泥復(fù)合材料的水吸收減低多于約20％。于此實(shí)施方案中，上漿的纖維亦減低濕氣膨脹多于約5％。
實(shí)施例5于此實(shí)施例中，漂白的牛皮紙軟木材纖維首先利用水力成漿機(jī)纖維化成纖維稠度為4％。然后將該纖維化纖維利用一系列的精研機(jī)精研至打漿度為400CSF，以使纖維部分纖絲化。部分纖絲化的纖維用作對(duì)照，另一部分則以正-辛基三乙氧基硅烷之上漿的試劑處理，其在精研后直接地將化學(xué)物質(zhì)加入至纖維。于約30℃的大氣壓力下進(jìn)行處理。正-辛基三乙氧基硅烷的劑量為纖維質(zhì)量的10％。反應(yīng)滯留約一分鐘。未經(jīng)處理及經(jīng)處理的纖維分別地與其它干燥的組分混合以形成纖維水泥漿體。纖維水泥復(fù)合材料樣品使用哈其克機(jī)器制造。樣品I及J的配方相同，不同的是所用的纖維。該配方包括7％的纖維(樣品I含上漿的纖維或樣品J含一般的纖維素纖維)、30％的波特蘭水泥及63％經(jīng)研磨的二氧化硅?！寰G色的″樣品于環(huán)境溫度下空氣硬化約8小時(shí)，然后于180℃下熱壓硬化12小時(shí)。樣品I及J的烘干密度約每立方厘米1.3克。
表4含上漿的纖維素纖維及一般纖維素纖維之纖維水泥復(fù)合材料的物理性質(zhì)(復(fù)合材料樣品利用哈其克方法制備)

于此實(shí)施例中，MOR、應(yīng)變、韌性及水吸收在濕潤條件下試驗(yàn)，根據(jù)ASTM(美國標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法)C1185-98a，標(biāo)題為″非石棉纖維的水泥平板、屋面及墻面板、及楔形板之采樣及試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法″。表4顯示出使用上漿的的纖維可改善應(yīng)變及韌性能量、減低水吸收速率及水吸收量。需了解與沒有上漿的纖維的同等建筑材料配方比較，根據(jù)此實(shí)施方案之材料的最終應(yīng)變改善多于約10％。內(nèi)積層粘合強(qiáng)度沒有明顯地失去。該實(shí)施方案亦指示出，對(duì)24小時(shí)試驗(yàn)來說水吸收可減低約10％或更多。再者，對(duì)8小時(shí)試驗(yàn)來說水吸收速率可減低多于約5％(以每小時(shí)的重量百分比來表示)。
結(jié)論總之，應(yīng)了解本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，特別是將經(jīng)化學(xué)處理的纖維素纖維摻入纖維水泥建筑材料，具有數(shù)個(gè)超過先有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)優(yōu)選的方法及配方制得的這些材料如果與傳統(tǒng)的纖維水泥復(fù)合材料比較，具有較低的濕潤質(zhì)量、較低的水吸收速率及較低的水滲透性、較高的抗?jié)裥浴⑤^高的抗腐壞性及較高的抗凍融性能。改進(jìn)的抗水性對(duì)生物試劑來說可減低生存機(jī)會(huì)及可降解包含于復(fù)合材料中的纖維素老化。高抗水性將改進(jìn)與復(fù)合材料的外部(風(fēng)化)及內(nèi)部之溶解及再沉積相關(guān)的問題。于纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料中使用根據(jù)本發(fā)明之實(shí)施方案制備的上漿的纖維可改進(jìn)最終產(chǎn)品的最終應(yīng)變及韌性能量。
需了解選擇的纖維水泥配方僅有比較目的，亦可使用其它不同的配方而沒有離開本發(fā)明的范圍。除了纖維水泥產(chǎn)品外，其它水泥材料亦可于配方中使用上漿的的纖維以改進(jìn)材料的機(jī)械及物理性質(zhì)。亦需了解可結(jié)合數(shù)種纖維處理(諸如纖維上漿、滅菌劑處理及填充纖維)以提供經(jīng)處理的具有甚至更多想要的性質(zhì)的纖維及纖維水泥復(fù)合材料。
優(yōu)選的實(shí)施方案可應(yīng)用至許多的建筑產(chǎn)品應(yīng)用，包括(但是非為限制)屋面、鋪面、外部及內(nèi)部板、背板、管、瓦背襯、墻板、鑲邊、底面及柵欄。上述闡明及描述的實(shí)施方案提供做為本發(fā)明一些優(yōu)選的實(shí)施方案之實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案作出種種變化及修正，而不背離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種摻入經(jīng)個(gè)別處理的補(bǔ)強(qiáng)纖維的建筑材料，其中至少部分纖維于水或有機(jī)溶劑的存在下化學(xué)處理，以改進(jìn)建筑材料的抗水和/或抗環(huán)境降解能力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑材料，其中所述經(jīng)化學(xué)處理的纖維包括上漿的纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑材料，其中所述經(jīng)化學(xué)處理的纖維包括填充纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑材料，其中所述經(jīng)化學(xué)處理的纖維包括經(jīng)滅菌劑處理的纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑材料，其中所述纖維從纖維素制造。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑材料，其中所述建筑材料摻入水泥粘合劑。
7.一種建筑材料配方，其包括一水硬性粘合劑及經(jīng)個(gè)別處理的補(bǔ)強(qiáng)纖維，其中至少部分纖維于水或有機(jī)溶劑的存在下化學(xué)處理，以改進(jìn)建筑材料的抗水和/或抗環(huán)境降解能力。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的配方，其中所述水硬性粘合劑為水泥。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的配方，其進(jìn)一步包括粒料。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的配方，其進(jìn)一步包括一種或多種密度改性劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的配方，其包括約10％至90％的水泥質(zhì)的水硬性粘合劑；約20％至80％的粒料；約0％至50％的密度改性劑；約0％至10％的添加劑；及約0.5％至20％的纖維素纖維。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的配方，其包括約20％至50％的水泥粘合劑；約30％至70％經(jīng)研磨的二氧化硅；約0％至30％的輕重量的密度改性劑；約0％至10％的添加劑；及約0.5％至20％的纖維素纖維。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的配方，其包括約40％至90％的水泥粘合劑；約0％至30％經(jīng)研磨的二氧化硅；約0％至10％的輕重量的密度改性劑；約0％至10％的添加劑；及約0.5％至20％的纖維素纖維。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的配方，其中所述經(jīng)化學(xué)處理的纖維增加復(fù)合材料建筑材的最終應(yīng)變多于約10％，如果與沒有經(jīng)化學(xué)處理的纖維的同等配方制得的建筑材料比較。
15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的配方，其中所述經(jīng)化學(xué)處理的纖維減低復(fù)合建筑材料的水滲透性多于約20％，如果與沒有經(jīng)化學(xué)處理的纖維的同等配方制得的建筑材料比較。
16.根據(jù)權(quán)利要求7所述的配方，其中所述經(jīng)化學(xué)處理的纖維減低復(fù)合建筑材料的水吸收量多于約10％，如果與沒有經(jīng)化學(xué)處理的纖維的同等配方制得的建筑材料比較。
17.根據(jù)權(quán)利要求7所述的配方，其中所述經(jīng)化學(xué)處理的纖維減低復(fù)合建筑材料的水吸收速率多于約5％，如果與沒有經(jīng)化學(xué)處理的纖維之同等配方制得的建筑材料比較。
18.根據(jù)權(quán)利要求7所述的配方，其中所述經(jīng)化學(xué)處理的纖維減低復(fù)合建筑材料在24小時(shí)毛細(xì)作用試驗(yàn)后的水遷移多于約25％，如果與沒有經(jīng)化學(xué)處理的纖維的同等配方制得的建筑材料比較。
19.根據(jù)權(quán)利要求7所述的配方，其中所述經(jīng)化學(xué)處理的纖維改進(jìn)復(fù)合建筑材料的凍融性能多于約25％，如果與沒有經(jīng)化學(xué)處理的纖維的同等配方制得的建筑材料比較。
20.一種摻入補(bǔ)強(qiáng)的纖維的建筑材料的制造方法，其包括以下步驟于水或有機(jī)溶劑的存在下化學(xué)處理至少部分補(bǔ)強(qiáng)的纖維，以改進(jìn)纖維的抗水和/或抗環(huán)境降解能力，其中所述補(bǔ)強(qiáng)的纖維經(jīng)個(gè)別處理；將所述補(bǔ)強(qiáng)的纖維與水硬性粘合劑混合，以形成混合物；將該混合物形成預(yù)先選擇形狀及尺寸的物品；及硬化該物品以便形成纖維補(bǔ)強(qiáng)的建筑材料。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述化學(xué)處理之前個(gè)別處理所述纖維的步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述化學(xué)處理之后個(gè)別處理所述纖維的步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述纖維的化學(xué)地處理包括將化合物帶到與纖維接觸的步驟。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中化學(xué)反應(yīng)在化合物與纖維接觸后在纖維及化合物之間發(fā)生。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述化學(xué)處理在少于約100℃的溫度下進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種新技術(shù)，其關(guān)于使用纖維素纖維之纖維素纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料，其中該纖維素纖維以無機(jī)和/或有機(jī)樹脂處理(以使得纖維更具疏水性)和其它化學(xué)處理。本發(fā)明揭示該技術(shù)的四個(gè)方面纖維處理、配方、方法及最終產(chǎn)物。此技術(shù)有利地提供纖維水泥建筑材料具有想要的特征，如減低水吸收量、減低水吸收速率、降低水遷移及降低水滲透性。與傳統(tǒng)的纖維水泥產(chǎn)品比較，本發(fā)明亦授予最終產(chǎn)品改進(jìn)其抗凍融性能、減低風(fēng)化及改進(jìn)抗腐壞及抗UV性。這些改進(jìn)的屬性的獲得并沒有減低尺寸穩(wěn)定性、強(qiáng)度、應(yīng)變或韌性。于某些實(shí)施例情況中，可改進(jìn)物理及機(jī)械性質(zhì)。本發(fā)明亦揭示將纖維素纖維以不同的化學(xué)物質(zhì)處理的方法，以使纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料在應(yīng)用中具疏水性。
文檔編號(hào)C04B7/00GK1810699SQ20061000297
公開日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2001年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月4日
發(fā)明者D·J·默克萊伊, C·羅 申請(qǐng)人:詹姆斯哈迪國際財(cái)金公司