CS224314B1 - Vodná disperze k přípravě polymérního filmu k lubrikeci skleněných vláken, popřípadě skleněné tkaniny, pro použití ve sklocementových kompozitech - Google Patents

Description

Vynález se týká vodní disperze k přípravě polymerního filmu k lubrikaci skleněných vláken a útvarů z nich, pro použití ve sklocementových kompozitech. Vodní disperse po vysušení na povrchu skleněných vláken vytvoří povlak, který optimalizuje adhezi skleněných vláken k cementovému pojivu a kromě toho chrání vlákno před alkalickou korogí cementové směsi.

Samotná skláněná vlákna mají nedostatečnou počáteční adhezi k cementu, která se sice časem zvyšuje, ale často na úkor pevnosti vláken vlivem koroze. V zahraničí jsou používána speciální skleněná vlákna, odolná alkalické korozi, opatřená případně lubrikaci ze silanu nebo polymerních materiálů. Tyto lubrikace chrání křehké, vlákno při manipulaci proti mechanickým poškozením, udržují pramen vláken pohromadě a zvyšují počáteční adhezi k cementu, po případě chrání vlákno před korozí. Běžná'skleněná vlákna nejsou pro tento účel používána, protože neodolóvají alkalickému prostředí cementu a ve velmi krátké době, například v portlandském cementu během 120 až 200 dní, ztrácejí úplně svoji výztužnou schopnost. 0 pevnosti a životnosti cementových kompozit se skleněnými vlákny rozhoduje stav na rozhraní mezi povrchem skla a, povrchem matrice.

Uvedené nedostatky řeší vodní disperse k přípravě polymerníh.o filmu k lubrikaci skleněných vláken popřípadě skleněné tkaniny pro použití ve sklocementových kompositech, jejíž podstata spočívá v tom, že obsahuje 1 až 10 % hmot. kopolymeru vinylacetátu s polyvinylalkoholem nebo vinylacetátu s alkylestery s počtem atomů uhlíku 2 až 10, nebo alkylesterů sé styrenem, 0,1 až 1,0 % hmot. organofunkčního silanu a 0,1 až 1,0 % hmot. mazadla. Vodní disperse jako kopolymer vinylacetátu s alkylesterem obsahuje s výhodou kopolymer vinylacetátu s butylakrylátem, oktylakrylátem

- 2 224 314 nebo diethyihexylakrylátem. Jako organofunkční silan obsahuje gama-aminopropyltrietoxysilan, gama-metakryloxypropyltrimetoxysilan, vinyl-tris/beta-metoxyetoxysilan. Jako mazadlo obsahuje amid kyseliny olejové nebo parafin nebo trafoolej. Pramen skla je vhodné chránit 0,8 až 2,0 % hmoty sušiny polymerního filmu, vztaženo na hmotu skla,a skelnou tkaninu 2,0 až 6,0 % hmoty sušiny, vztaženo na hmotu skla.

Způsob povrchové úpravy skleněných vláken vodiwdisperzí podle vynálezu vykazuje mezifázovou úpravou větší výchozí, průběžné i konečné pevnosti sklocementového kompozitu a umožňuje případné použití méně odolných skleněných vláken v kombinaci s portlandským cementem nebo použití těchto vláken s méně alkalickou cementovou matricí, například vysoce hlinitanovým cementem. Dosahuje se toho použitím vodných polymerních disperzí jako *

lubrikačních činidel na skleněná vlákna, na bázi kopolymerů polyvinylacetátu S polyvinylalkoholem, polyvinylacetátu s akryláty, například butylakrylátem, etylhexylakrylátem, kyselinou akrylovou, metakrylovou nebo těchto akrylátů se styrénem. Uvedené vodné disperze se používají ve zředěném stavu o hmotnostní koncentraci 1 až 10 %, Pro zvýšení adheze polymerní vrstvy ke sklu se přidávají hydroDi^zovatelné organokřemičité funkční sloučeniny, například gama-aminopropyltrietoxysilan, gama-metakryloxypropyltrimetoxysilan, vinyl-tris/beta-metoxyetoxysilan a podobně, které navíc zpevňují pramen vláken, který je tužší a pružnější, což je výhodná při zpracování vláken s cementem.

Proti slepování pramenů při dalším zpracování vláken se přidává k vodné disperzi přídavek mazadla, například amid kyseliny olejové, parafín, trafoolej a podobně v množství 0,1 až 1,0 % na hmotnost vodné disperze. Tato vodná disperze se nanáší na vlákno ihned po jejich vytažení z pece. Touto vodnou disperzí provedená povrchová úprava skleněných vláken významně zvyšuje pevnost sklocementových kompoaitů z nich vyrobených. Bylo zjištěno, že tento způsob úpravy povrchu chrání i běžná skleněná vlákna proti alkalické korozi cementu.

3224 314

Předmět vynálezu je dále popsán na některých případech pro4 vedení.

Příklad 1

Vodná? disperse pro přípravu ochranné vrstvy obsahovala a/ 500 ml a v alternativním příkladě b/ 600 ml vodné disperze polyvinylalkoholu a butylakrylátu o hmotnostní koncentraci sušiny 50 % a pH 4,8 až 6,0, 18 ml gama-aminopropyltrietoxysilanu, ml 12,5 % vodného roztoku amidu kyseliny olejové a to vše bylo doplněno na 5 000 ml vodou. ,'

Příklad 2 ' ·

Disperze pro ochrannou vrstvu obsahovala a/ 500 ml b/ 600 ml vodné disperze polyvinylalkoholu a etylhexylakrylátu o hmotnostní koncentraci 55 % a pH 6,0. Ostatní složky byly stejné jako v příkladě 1.

Příklad 5

Disperze pro ochrannou vrstvu obsahovala a/ 500 ml b/ 600 ml vodné disperze polyvinylacetátu á polyvinylalkoholu o hmotnostní koncentraci 48 % a pH. 1,0 až 4,5. Ostatní složky jsou stejné jako v příkladě 1.

Příklad 4

Disperze pro ochrannou vrstvu obsahovala a/ 500 ml b/ 600 ml vodné disperze styrenu a dietylhexylakrylátu o hmotnostní koncentraci 55 % a pH 6,0. Ostatní složky jsou stejné jako v příkladě 1.

Směs podle příkladů 1 až 4 se připraví tak, že se do nádoby pro přípravu směsi opatřené míchadlem o frekvenci otáčení 5 000 min“¹ postupně, nadávkují -jednotlivé komponenty jak jsou uvedeny za sebou. Poté se disperze míchá 5 minut a pak se použije pro nalubrikování vláken, a to bučí přímo při procesu tažení vláken

I nebo na útvary z nich vzniklé dalšími použitými zpracovatelslsými technologiemi, například na tkaniny, rohože, pramence a podobně, nebo je možno použít obou technik aplikace.

-4 224 314

Skleněná vlákna /tkaniny/ po nanesení lubriku jsou tepelně zpracovávána při teplotě 90 až 150°C, přičemž sušina polymerního filmu v suchém stavu při aplikaci na pramen činí 0,5 až 2,0 % a při aplikaci na tkaniny 2,0 až 6,0 %, vztaženo na hmotnost skla.

Lubrikace podle příkladu 1 až 4 byla aplikována na mechanicky tažená vlákna ze skloviny z 400 tryskové jednostupňové pece v provozních podmínkách. Průměr vláken byl okolo 11 ^im.

Každá směs byla míchána 5 minut míchadlem o frekvenci otáčení 5 000 min“·'', disperze přelita do nádoby s kohoutem ve dnu a hadicí vpouštěna do misky pod válečkem, přes který jsou vedena čerstvě tažená skleněná vlákna k navíjecímu zařízení. Navinuté kotouče skleněných vláken byly uloženy po dobu 6 hodin v sušárně při teplotě 12Q°C za účelem odpaření rozpouštědel a usušení lubrikace. Díky mazadlu-amidu kyseliny olejové, byl pramen vláken lehce odvíjitelný a jednotlivé prameny se k sobě nelepily. Působením gama-aminopropyltrietoxysilanu bylo dosaženo patřičné tuhosti a pružnosti pramene, což je výhodné při zpracování vláken s cementovou směsí.

X'

Pramen vláken byl nasekán na délky 55 mm a 80 mm a byly utvořeny kompositové trámečky s běžným portlandským cementem, rozměrů 20x20x100 mm s 3 % objemu 80 mm vláken jednosměrně orientovaných po délce trámečku a tenké destičky s dvousměrným náhodným uspořádáním vláken tvořících 3,6 % objemu destiček při hmotnostním poměru vlákno : cement = 0,34« U čerstvě vyrobených komposi-# tových vzorků bylo k odvibrování bublinek vzduchu a získání větší kompaktnosti použito vnějšího vibrování. Vzorky byly uloženy 24 hodin v nasycené vodní páře- a poté ve vodě při teplotě laboratoře. Záměrně bylo použito neodolné skloviny a drastických podmínek vodního uložení vzorků, aby se účinek úprav povrchu vláken projevil co nejdříve. Na těchto vzorcích byla zkoušena pevnost v tahu za ohybu po době uložení 28, 90, 120, 210, 360 dní a na zbytcích trámečků pevnost v tlaku v těchto časových intervalech. Tyto pevnosti byly srovnány s pevnostmi nevyztuženého cementu připraveného za stejných podmínek a s pevnostmi kompoaitových

224 314 vzorků s vláknem nalubrikovaným běžně používanou lubrikací .026, obsahující mimo jiné složky, které by měly do určité míry chránit povrch skla před korozí alkáliemi. Složení skla je uvedeno v tabulce 1, vlastnosti portlandského cementu v tabulce 2 a výsledky pevností v tabulkách 3, 4, 5» Je třeba připomenout, že ztráta v’ pevnosti v ohybu u mokře uložených kompoeitových trámečků z alkalivzdorných vláken nebo i při použití méně kořozivního vysocehlinitanového cementu činí v období 4 týdnů a 6 měsíců uložení okolo 50 % vlivem mikrostrukturních změn na rozhraní sklo-cement, kdy vlákno není ještě korodováno a nemá zřetelný pokles v pevnosti.

Ze srovnání vyplývá, že lubrikace podle příkladu 1 a, b, a, b, 3 a, b, chrání vlákna před korozí a přispívají ke zvýšení počátečních, průběžných i .konečných pevností kompoaitů, podle příkladu 4 a, b, lubrikace dosahuje menších pevností, ale chrání vlákno před korozí.

TABULKA 1

Hmotnostní složení skla:

SiO₂ 52 %,CaO 17 %, Na₂0 1,0 %, K₂0 1,0 %, BgOj 9,0 %, Al₂0₅ 16,0 %, MgO 4,0 %.

TABULKA 2

Vlastnosti portlandského cementu hmotnostní složení: SiO₂ 20,36 %, A1₂0j 5,00 Fe₂O^ 2,50 %,

CaO 63,35 %, MgO 2,01 %, S0₅ 3,18 % ztráta žíháním 0,97 % nerozpustný zbytek 1,43 % jemnost mletí: zbytek na sítě 0,2 v % i 0,4 zbytek na sítě 0,09 v % : 6,8

Specifický povrch podle Bleina cm^/g 3177

Tuhnutí: začátek 2,5 h konec 4,10 h

TABULKA 3

Pevnost v tahu za ohybu, mokré uložení, 3 % objemu vláken, mm dlouhých rozměr trámečků 20x2-0x100 mm, trojbodové zatížení,

- 6224 314 vzdálenost podpěr 80 mm, rychlost posunu křižáku 21 mm/min.

pří- končen- označení dny uložení klad trace lubrikace 28 50 1Σ0 210 3é0

1	a/	polyvinylalkohol,	44,4	43,4	40,6	27,2	20,4
		butylakrylát	MPa	MPa	MPa	MPa	MPa
	b/	H	39,8	46,7	36,3	28,5	22,9
2	a/	polyvinylalkohol, e tylhexylakrylát	41,4	31,3	35,2	28,2	25,0
	b/	«	39,2	39,3	35,1	27,8	23,9
3	a/	polyvinylacetát, polyvinylalkohol	42,0	42,6	54,1	26,2	21,0
	b/	H
4	a/	styren, dietylhexylakrylát	43,3	36,8	31	20,4	16,8
	b/	H	36,7	33,2	27,4	25,9	19,5
		026	35,4	27,2	20,4	24,8	16,05
		bez vláken	11,3	12,8	12,5	12,4	12,0

TABULKA 4

Pevnost v tlaku, rychlost posunu zatěžování 2 mm/min pří- končen- označení dny uložení

klad	trace lubrikace	28	90	120	210	360
1	a/	polyvinylalkohol,	68,8	79,3	88,7	90,5	100,6
		butylakrylát	MPa	MPa	MPa	MPa	MPa
	b/	M	85,5	83,7	95,5	92,3	99,4
2	a/	polyvinylalkohol, etylhexylakrylát	66,5	86,	84,3	85,3	90,6
	b/		67,5	72,8	88,8	87,1	95,0
3	a/	polyvinylacetát, polyvinylalkohol	57,3	82,9	78,8	90,4	91,2
	b/	»1
4	a/	styren, dietylhexylakrylát	48,5	57,5	55,8	71,3	65,6
	b/		47,8	51,6	62,5	65,4	62,2
		026	58,2	48,5	47,7	67,9	65,9
		bez vláken	60,5	66,3	77,5	89,2	96,1

- 7 TABULKA 5

224 314

Pevnost v tahu za ohybu, 5,4 % obj., dvourozměrná orientace vláken délka vl. 55 . mm, rozměr trámečků 20x20x100 mm, trojbodové zatížení, vzdálenost podpěr 80 mm, rychlost posunu křižáku 21 mm/min pří- končen- označení _ dny uložení

klad	trace	i lubrikace	28	90 120	210	560
1	a/	polyvinylalkohol,	21,0	22,0	15,8	15,8
		butylakrylát	MPa	MPa	MPa ·	MPa'
	b/		19,5	19,4	17,02	11,5
3	a/	polyvinylacetát polyvinylalkohol	16,1	21,5	17,9	11,7
2	b/	polyvinylalkohol,	20,6	20,9	20,4	18,8

etylhexylakrylát bez vláken _t

Claims (4)

1. Vodná? dispere© k přípravě polymerního filmu k lubrikaci skleně ných vláken|popřípadě skleněné tkaniny, pro použití ve sklocementových kompoeitěch,vyznačující se tím, že obsahuje 1 až

10 % hmot. kopolymeru vinylacetátu s polyvinylalkoholem nebo vinylacetátu s alkylestery s počtem atomů uhlíku 2 až 10, ne• bo alkylesterů se styrenem, 0,1 až 1,0 % hmot. organofunkčního silanu a Oji až 1,0 % hmot. mazadla.

2. Vodná? disperze podle bodu 1, vyznačující se tím, že jako kopolymer vinylacetátu s alkylesterem obsahuje kopoiymer vinylacetátu s butylakrylatem, oktylakrylátem nebo diethylhexylakrylátem.

3. Vodná/disperze podle bodu 1 a 2, vyznačující se tím, že jako organofunkční silan obsahuje gama-aminopropyltrietoxysilan, gama-metakryloxypropyltrimetoxysilan, vinyl-tris/beta-metoxyetoxysilan.

S 8 »

4. Vodnú?disperze podle bodu 1 až 3, vyznačující se tím, že jako mazadlo obsahuje amid kyseliny olejové nebo parafin nebo trafoolej. '