增強(qiáng)纖維及它們?cè)诨炷猎鰪?qiáng)中的用途
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于增強(qiáng)玻璃纖維股的施膠組合物，其包含硅烷偶聯(lián)劑、包括封端異氰酸酯的聚氨酯成膜劑和水。本發(fā)明還涉及在其表面上已施加了施膠組合物的玻璃纖維股，以及用所述玻璃纖維股增強(qiáng)的混凝土。
【專利說明】增強(qiáng)纖維及它們?cè)诨炷猎鰪?qiáng)中的用途
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明總體上涉及一種用于增強(qiáng)纖維材料的施膠組合物，更具體地，涉及一種用于增強(qiáng)混凝土中的短切增強(qiáng)纖維的化學(xué)組合物。
[0002]發(fā)明背景
[0003]玻璃纖維在各種技術(shù)中是有用的。例如，玻璃纖維通常作為增強(qiáng)材料，用在聚合物基體中形成玻璃纖維增強(qiáng)塑料或復(fù)合材料。已經(jīng)將玻璃纖維以連續(xù)的或切碎的單絲、股、粗紗、織物、非紡織物、切碎的和連續(xù)的單絲、墊、網(wǎng)格、和平紋織物的形式，用于增強(qiáng)聚合物。[0004]短切玻璃纖維在復(fù)合材料中通常用作增強(qiáng)材料。按照慣例，通過將來自漏板和孔中的熔融玻璃材料流變細(xì)形成玻璃纖維。在玻璃纖維從漏板抽出后，通常對(duì)其施加水性施膠組合物或化學(xué)處理。將通常包含潤滑劑、偶聯(lián)劑和成膜粘結(jié)劑樹脂的水性施膠組合物施加于纖維。施膠組合物保護(hù)纖維不受長絲磨損，確保細(xì)絲間好的結(jié)合力，并且促進(jìn)玻璃纖維和其中使用該玻璃纖維的基質(zhì)之間的兼容性。W02008/085304中，描述了用于增強(qiáng)熱固性樹脂的施膠組合物。
[0005]玻璃纖維也可以用作混凝土中的增強(qiáng)材料，如在JP-A-2002068810、JP-A-2002154853、JP-A-2003246655 和 JP-A-2003335559 中描述的。在這些專利申請(qǐng)中，重點(diǎn)在于玻璃組合物，它必須是耐堿性的以抵抗混凝土中的高pH環(huán)境。在US6582511中描述了，用非耐堿玻璃纖維增強(qiáng)的混凝土；據(jù)說這樣的混凝土僅改善了塑性收縮抗裂性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種展示高結(jié)合力和耐磨損性，以及隨著時(shí)間推移在水泥基質(zhì)中良好耐久性的玻璃纖維。
[0007]因此，本發(fā)明的目的是提供一種由多個(gè)涂覆有施膠組合物的單根玻璃纖維形成的增強(qiáng)的玻璃纖維股，該施膠組合物包含至少一種硅烷偶聯(lián)劑、包括封端異氰酸酯的聚氨酯成膜劑和水。
[0008]可用于施膠組合物中的包括封端異氰酸酯的聚氨酯成膜劑的實(shí)例包括:包括封端異氰酸酯的聚酯基聚氨酯成膜劑和包括封端異氰酸酯的聚醚基聚氨酯成膜劑。
[0009]包括封端異氰酸酯的聚氨酯成膜劑可以是水分散液、乳液和/或溶液的形式。
[0010]聚氨酯成膜劑的異氰酸酯優(yōu)選在允許所述聚氨酯成膜劑同時(shí)或幾乎同時(shí)去封端和固化的溫度下去封端。在一個(gè)實(shí)施方案中，該封端異氰酸酯在約107.2°C (225° F)-約176.7°C(350° F)的溫度，優(yōu)選在約125°C (250° F)-約165.6°C (330° F)的溫度下去封端。
[0011]可用于施I父組合物中的硅烷偶聯(lián)劑的實(shí)例包括:氣基硅烷、硅烷酷、乙烯基硅烷、甲基丙稀酸氧基硅烷、環(huán)氧硅烷、硫硅烷、服基硅烷、異氰1酸基硅烷，及其混合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，使用單一的硅烷偶聯(lián)劑，或兩種或三種硅烷偶聯(lián)劑的混合物。
[0012]包括封端異氰酸酯的聚氨酯成膜劑可以總固體組合物的約25 % (重量)-約75 %(重量)(干燥的固體含量)的量存在于施膠組合物中，且硅烷偶聯(lián)劑可以總固體組合物的約2% (重量)-約15% (重量)(干燥的固體含量)的量存在于施膠組合物中。
[0013]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供包含混凝土和如上限定的玻璃纖維股的增強(qiáng)混凝土。
[0014]玻璃纖維股可以混凝土的約0.02% (體積)_約3% (體積)，優(yōu)選為混凝土的約
0.05%(體積)-約2% (體積)的量存在于混凝土中。
[0015]玻璃纖維股優(yōu)選具有約0.64-約5.08cm(約0.25-約2.5英寸)，更優(yōu)選地，約
1.2cm-約4.5cm的長度，和約13-約23 μ m的單絲直徑。玻璃纖維股具有約50tex_約600tex,優(yōu)選約130tex_約500tex的質(zhì)量線性密度。
[0016]在一個(gè)實(shí)施方案中，玻璃纖維股是短切股的形式。
[0017]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種形成增強(qiáng)玻璃纖維股的方法，包括向多個(gè)變細(xì)的玻璃纖維施加施膠組合物、將玻璃纖維集束成其中具有預(yù)定數(shù)量的玻璃纖維的玻璃纖維股、短切玻璃纖維股以形成濕的短切玻璃纖維束、并且在干燥爐中將濕的短切玻璃纖維束干燥以形成短切玻璃纖維束的步驟。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:玻璃纖維在新澆混凝土的混合階段期間展示了良好的耐磨損性，因此，這些纖維能夠保持它們的物理性質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明制造的纖維的優(yōu)點(diǎn)是不妨礙或降低新澆混凝土的加工性能。另外，這些纖維產(chǎn)生了硬化的混凝土的牢固的增強(qiáng)，該增強(qiáng)混凝土具有在后碎裂階段期間發(fā)揮和產(chǎn)生延展性的能力。由于在玻璃纖維表面處產(chǎn)生的交聯(lián)聚氨酯聚合物的高耐化學(xué)性，這些纖維還顯示了在水泥基質(zhì)中的長期耐久性。 [0019]通過考慮下面的詳細(xì)描述和附圖，可以更全面的呈現(xiàn)本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]附圖1是說明用于形成根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)示例性實(shí)施方案的玻璃纖維束的示例性方法的步驟的流程圖。
[0021]附圖2是用于形成根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)示例性實(shí)施方案的干燥短切線束的生產(chǎn)線的示意性說明。
[0022]附圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案的短切線束的示意性說明。
[0023]本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)說明
[0024]本發(fā)明涉及一種由多個(gè)單根的涂覆有施膠組合物的增強(qiáng)玻璃纖維形成的增強(qiáng)玻璃纖維絞線。該施膠組合物包括至少一種硅烷偶聯(lián)劑、包括封端異氰酸酯的聚氨酯成膜劑、和水。用于聚氨酯成膜劑中的封端異氰酸酯優(yōu)選在允許所述聚氨酯成膜劑同時(shí)或幾乎同時(shí)去封端和固化的溫度下去封端?？梢詫⒂檬┠z組合物施膠的玻璃纖維切碎，并且在線干燥形成短切玻璃纖維束。將玻璃纖維在線切碎，降低了從施膠的玻璃纖維生產(chǎn)的產(chǎn)品的制造成本，并且避免了纏繞粘結(jié)、干燥和離線切碎的中間步驟。可以用任何傳統(tǒng)的方法將施膠組合物施加于玻璃纖維，包括單面上膠輥、浸潰-提拉、滑動(dòng)、或噴霧施加，來在纖維上獲得理想量的施膠組合物。任何類型的玻璃，諸如A-型玻璃、C-型玻璃、E-型玻璃、S-型玻璃、E-CR-型玻璃(例如，Owens Corning可商購的Advantex?玻璃纖維)、無硼玻璃、玻璃棉、耐堿玻璃(例如，Owens Corning可商購的Cem-FIL?玻璃)或它們的組合，可用作增強(qiáng)纖維。優(yōu)選地，該增強(qiáng)纖維是耐堿玻璃纖維?？蓪⑹┠z組合物施加到干燥纖維燒失量(LOI)為約0.8-約2.5，優(yōu)選地約1.4-約2.2，更優(yōu)選地約1.6-約2.2的纖維上。如與本申請(qǐng)共同使用的，LOI可被定義為沉積在玻璃纖維表面的有機(jī)固體物質(zhì)的百分?jǐn)?shù)。作為選擇，玻璃纖維可與一個(gè)或多個(gè)合成聚合物絞線組合使用，聚合物諸如，但不限于，聚酯、聚酰胺、芳綸、芳香聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯醇及它們的混合物。
[0025]如上面討論的，該施膠組合物包含至少一種硅烷偶聯(lián)劑。硅烷的作用尤其是在后序加工期間降低絨毛或破碎的纖維細(xì)絲的水平。當(dāng)需要時(shí)，可向施膠組合物中加入弱酸諸如乙酸、硼酸、偏硼酸、琥珀酸、檸檬酸、甲酸和/或聚丙烯酸，來協(xié)助硅烷偶聯(lián)劑水解?？捎糜谑┠z組合物的硅烷偶聯(lián)劑的示例可通過氨基、環(huán)氧基、乙烯基、甲基丙烯酰氧基、脲基、異氰酸基、和氮雜酰氨基(azamido)官能團(tuán)賦予特征。在優(yōu)選實(shí)施方式中，硅烷偶聯(lián)劑包括包含一個(gè)或更多個(gè)氮原子，具有一個(gè)或更多個(gè)官能團(tuán)諸如胺(伯、仲、叔和季)、氨基、亞氨基(imino)、酰氨基、酰亞氨基(imido)、脲基、異氰酸基、或azamido的硅烷。
[0026]合適的硅烷偶聯(lián)劑的非限定性不例包括氣基硅烷、硅烷酷、乙烯基硅烷、甲基丙稀酸氧基硅烷、環(huán)氧硅烷、硫硅烷、服基硅烷、和異氰1酸基硅烷。用在本發(fā)明中的硅烷偶聯(lián)劑的具體示例包括Y -氨基丙基三乙氧基硅烷(A-1100)、η-苯基-Y -氨基丙基三甲氧基硅烷(Υ-9669)、η-三甲氧基-甲硅烷基-丙基-乙烯-二胺(Α-1120)、甲基三氯硅烷(Α-154)、Y-氯丙基-三甲氧基-硅烷(Α-143)、乙烯基-三乙酰氧基硅烷(Α-188)、甲基三甲氧基硅烷(Α-1630)、Y-脲基丙基三 甲氧基硅烷(Α-1524)。在表1中列出其它適合的硅烷偶聯(lián)劑的不例。上面和表1中確認(rèn)的所有硅烷偶聯(lián)劑是從GE Silicones商購的。優(yōu)選地，硅烷偶聯(lián)劑是氨基硅烷或二氨基硅烷。
[0027]表1
【權(quán)利要求】
1.一種增強(qiáng)玻璃纖維股，包括多個(gè)涂覆有施膠組合物的單根玻璃纖維，所述施膠組合物包括至少一種硅烷偶聯(lián)劑、包括封端異氰酸酯的聚氨酯成膜劑和水，其中所述包括封端異氰酸酯的聚氨酯成膜劑以占總固體組合物的約25% (重量)一約75% (重量)(干燥的固體含量)的量存在于所述施膠組合物中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中的增強(qiáng)玻璃纖維股，其中所述包括封端異氰酸酯的聚氨酯成膜劑選自包括封端異氰酸酯的聚酯基聚氨酯成膜劑和包括封端異氰酸酯的聚醚基聚氨酯成膜劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的增強(qiáng)玻璃纖維股，其中所述包括封端異氰酸酯的聚氨酯成膜劑在允許所述聚氨酯成膜劑同時(shí)或幾乎同時(shí)去封端和固化的溫度下去封端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1一 3任一項(xiàng)的增強(qiáng)玻璃纖維股，其中所述封端異氰酸酯在107.2°C (225。F) — 176.7°C (350。F)的溫度下去封端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的增強(qiáng)玻璃纖維股，其中所述封端異氰酸酯在125°C(250° F) 一165.6°C(330° F)的溫度下去封端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1一 5任一項(xiàng)的增強(qiáng)玻璃纖維股，其中所述至少一種硅烷偶聯(lián)劑選自氣基硅烷、硅烷酷、乙烯基硅烷、甲基丙稀酸氧基硅烷、環(huán)氧硅烷、硫硅烷、服基硅烷、異氛酸基硅烷，及它們的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1一 6任一項(xiàng)的增強(qiáng)玻璃纖維股，其中所述硅烷偶聯(lián)劑以占總固體組合物的約2% (重量)一約15% (重量)(干燥的固體含量)，優(yōu)選地約5% (重量)一約15% (重量)(干燥的固體含量)的量存在于所述施膠組合物中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1一 7任一項(xiàng)的增強(qiáng)玻璃纖維股，其中該施膠組合物進(jìn)一步包括另一種成膜劑，該成膜劑選自環(huán)氧、聚酯、聚乙酸乙烯酯、丙烯酸酯、非反應(yīng)性聚氨酯、功能化的聚烯烴或它們的混合物，量為占總固體組合物的約5% (重量)一約60% (重量)(干燥的固體含量)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1一 8任一項(xiàng)的增強(qiáng)玻璃纖維股，其中將施膠組合物施加于干燥纖維燒失量為約0.8 一約2.5，優(yōu)選地約1.4 一約2.2，更優(yōu)選地約1.6 一約2.2的纖維上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1一 9任一項(xiàng)的增強(qiáng)玻璃纖維股，其中所述玻璃纖維是耐堿玻璃纖維。
11.一種施膠組合物，包括至少一種硅烷偶聯(lián)劑，包括封端異氰酸酯的聚氨酯成膜劑和水，其中所述包括封端異氰酸酯的聚氨酯成膜劑以占總固體組合物的約25% (重量)一約75% (重量)(干燥的固體含量)的量存在于所述施膠組合物中。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的施膠組合物，其中聚氨酯成膜劑是如權(quán)利要求2- 5中任一項(xiàng)所限定的。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或權(quán)利要求12的施膠組合物，其中該硅烷偶聯(lián)劑是如權(quán)利要求6或權(quán)利要求7中所限定的。
14.根據(jù)權(quán)利要求11一 13任一項(xiàng)的施膠組合物，進(jìn)一步包括另一種成膜劑，選自環(huán)氧、聚酯、聚乙酸乙烯酯、丙烯酸酯、非反應(yīng)性聚氨酯、功能化的聚烯烴和它們的混合物，量為占總固體組合物的約5% (重量)一約60% (重量)(干燥的固體含量)。
15.增強(qiáng)混凝土，包括混凝土和在權(quán)利要求1一 10任一項(xiàng)所限定的玻璃纖維股。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的混凝土，其中該玻璃纖維股以占混凝土的約0.02% (體積)一約3% (體積)，優(yōu)選占混凝土的約0.05% (體積)一約2% (體積)的量存在。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或權(quán)利要求16的混凝土，其中玻璃纖維股的長度為約0.64cm 一約5.08cm,直徑為約12 μ m —約24 μ m。
18.根據(jù)權(quán) 利要求15- 17任一項(xiàng)的混凝土，其中該玻璃纖維股是短切股的形式。
【文檔編號(hào)】C04B14/44GK103906717SQ201180074507
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月23日
【發(fā)明者】G·塔迪, D·吉爾, J·馬茲, L·安特帕祖, M·里科馬提恩茲, J·A·豐庫比爾塔阿里亞斯 申請(qǐng)人:Ocv智識(shí)資本有限責(zé)任公司