PL207867B1

PL207867B1 - Włókno polipropylenowe do wzmacniania wyrobów z włókno-cementu, sposób powierzchniowej obróbki włókien polipropylenowych do wzmacniania wyrobów z włókno-cementu oraz zastosowanie włókien polipropylenowych poddanych powierzchniowej obróbce do wzmacniania wyrobów z włókno-cementu

Info

Publication number: PL207867B1
Application number: PL340629A
Authority: PL
Inventors: Dirk Vidts; Lhoneux Benoît De
Original assignee: Redco Sa
Priority date: 1997-10-15
Filing date: 1998-10-08
Publication date: 2011-02-28
Also published as: JP2001519318A; PL340629A1; ATE261918T1; SI1047647T1; EP1047647A1; PT1047647E; BR9813058A; AR015457A1; WO1999019268A1; HUP0003808A3; DE69822512D1; AU9425098A; ES2216313T3; EP1047647B1; DE69822512T2; HUP0003808A2; JP4454847B2; HU225769B1; DK1047647T3

Description

Opis wynalazku

Obecny wynalazek dotyczy nowego włókna do wzmacniania wyrobów z włókno-cementu, sposobu powierzchniowej obróbki włókien polipropylenowych do wzmacniania wyrobów z włókno-cementu oraz zastosowania włókien polipropylenowych poddanych wskazanej obróbce powierzchniowej do wzmacniania wyrobów z włókno-cementu.

Ukształtowane wyroby wykonane z włókno-cementu są wytwarzane w bardzo zróżnicowanych kształtach takich, jak między innymi elementy pokryć dachowych i okładzin elewacyjnych takie, jak dachowe płyty łupkowe, płyty płaskie lub faliste, rury i zbiorniki magazynowe.

Te ukształtowane wyroby stałe wytwarza się wychodząc z wodnej, hydraulicznie utwardzalnej zawiesiny złożonej ze spoiw hydraulicznych, włókien wzmacniających i ewentualnie wypełniaczy. Taką wodną zawiesinę miesza się w celu uzyskania zasadniczo jednorodnego rozprowadzenia składników. Następnie z zawiesiny usuwa się wodę. Uzyskany w taki sposób surowy wyrób można następnie kształtować, przykładowo w postaci płyty płaskiej lub falistej, bądź w postaci rury. Następnie ukształtowany surowy wyrób pozostawia się do stwardnienia w warunkach otoczenia lub w innych, specyficznych warunkach ciśnienia, temperatury i wilgotności.

Najszerzej stosowanym sposobem wytwarzania jest proces Hatscheka, którego technologię zastosowaną pierwotnie do azbesto-cementu, wyczerpująco opisał Harald Klos w książce pt.: Asbest -zement [Azbesto-cement] (Springer Verlag, 1967). Inne sposoby wytwarzania to przykładowo procesy Magnaniego, Mazza, wlewania, wytłaczania i wtrysku.

Proces Hatscheka polega na zastosowaniu maszyn odwadniających z sitem bębnowym. W tym procesie, matę wytworzoną z zawartej w zbiorniku rozcieńczonej zawiesiny azbestu i cementu przenosi się na filc przy użyciu bębnowej maszyny odwadniającej, a następnie nawija się przy użyciu bębnów formujących do żądanej grubości. W celu wytworzenia płyt falistych, arkusz z azbesto-cementu uformowany na bębnie formującym tnie się i usuwa z bębna po osiągnięciu żądanej grubości. Następnie arkusz ten formuje się i utwardza między naoliwionymi falistymi płytami metalowymi.

W niektórych zastosowaniach, użyteczne okazało się prasowanie surowego wyrobu po uformowaniu, lecz przed utwardzeniem (postkompresja). W związku z tym rozróżnia się ukształtowane wyroby z włókno-cementu nie poddawane prasowaniu oraz ukształtowane wyroby z włókno-cementu prasowane. Prasowane ukształtowane wyroby z włókno-cementu są poddawane prasowaniu między operacją formowania i operacją ich twardnienia, przy ciśnieniu równym lub większym od 4,9 MPa (50 kgf/cm²). Zwykle, te prasowane, ukształtowane wyroby z włókno-cementu poddaje się w stanie surowym działaniu ciśnienia od 9,8 MPa do 24,5 MPa (od 100 do 250 kgf/cm²).

Azbest ma zarówno właściwości wzmacniające, wynikające z jego własnej wytrzymałości na rozciąganie, jak i zalety przetwórcze związane z doskonałą zdolnością do dyspergowania w wodnej zawiesinie cementu. Podczas etapu odwadniania, ze względu na dobre właściwości filtracyjne i dobre powinowactwo do cementu, włókna azbestowe mogą zatrzymać podczas formowania subtelnie rozproszone cząstki mieszanki kompozytowej. W uwodnionym wyrobie finalnym duża wytrzymałość na rozciąganie w połączeniu z wysokim modułem elastyczności i małym wydłużeniem przy zerwaniu nadaje wyrobom wytwarzanym z azbesto-cementu ich znaną wysoką wytrzymałość na zginanie.

Jednakże, z powodów zdrowotnych i związanych z ochroną środowiska, azbest stał się składnikiem niepożądanym, w związku z czym istotny wysiłek włożono w próby zastąpienia go.

W konsekwencji, pożądane jest wykorzystanie nowych włókien jako ś rodków wzmacniających, a także jako środków pomocniczych do zastosowania w przetwórstwie spoiw hydraulicznych, przykładowo do wzmacniania cementu.

Dotychczas nie znaleziono naturalnego lub syntetycznego włókna posiadającego wszystkie cechy włókien azbestowych. Odporność na działanie alkaliów w nasyconych roztworach wodorotlenku wapnia jest szczególnym kryterium, które muszą spełnić włókna wzmacniające.

Ważne jest również, aby włókna były zdolne do łatwego dyspergowania w rozcieńczonej wodnej zawiesinie cementu, a także aby pozostawały jednorodnie zdyspergowane w trakcie dodawania innych dodatków, jeśli przy wytwarzaniu wyrobów włókno-cementowych ma być wykorzystywana technika odwadniania. Dobre zdyspergowanie włókien jest ważne nie tylko z tego powodu, żeby nie tworzyły one aglomeratów oraz aby stężenie włókien w końcowym wyrobie z włókno-cementu było homogeniczne, lecz także i z tego powodu, aby włókna nie ulegały orientacji w określonym, wspólnym kierunku.

PL 207 867 B1

Jeśliby włókna bowiem przyjmowały preferowaną orientację, wyrób z włókno-cementu miałby różną wytrzymałość w zależności od kierunku siły rozrywającej.

W literaturze spotkać już można liczne publikacje dotyczące zastosowania różnych włókien naturalnych lub syntetycznych, organicznych i nieorganicznych. Włókna między innymi z celulozy, poliamidu, poliestru, poliakrylonitrylu, polipropylenu i alkoholu poliwinylowego stały się już przedmiotem badań w zakresie wzmacniania wyrobów z włókno-cementu. Podobnie, znane są już badania nad włóknami ze szkła, stali, aramidu i węgla. Spośród tych wszystkich włókien, jak dotychczas żadne nie posiada wszystkich właściwości wymaganych zwłaszcza do zastosowań w wyrobach z włókno-cementu.

Przykładowo, szkło ma małą stabilność chemiczną, stal ulega korozji i ma zbyt duży ciężar właściwy, węgiel jest zbyt kruchy, słabo przylega i jest kosztowny, celuloza ma niewystarczającą trwałość, a zwykły polietylen i polipropylen mają niewystarczając ą wytrzymałość na rozciąganie.

Spośród obecnie stosowanych włókien wzmacniających zasadniczo za korzystne uważa się włókna z poliakrylonitrylu (PAN) i alkoholu poliwinylowego (PVA). Włókna te, same lub w połączeniu, umożliwiają wytwarzanie ukształtowanych wyrobów z włókno-cementu, charakteryzujących się dużą wytrzymałością na rozciąganie przy akceptowalnej plastyczności. Niestety, włókna PAN i PVA są drogie i znacząco zwiększają koszt wytwarzania wyrobów z włókno-cementu, zawierających takie włókna.

Włókna polipropylenowe mają doskonałą odporność na działanie alkaliów, nawet w temperaturach sięgających 110°C. Są one trwałe i tanie. Jednak zasadniczo przyjmuje się, że włókna polipropylenowe są z technicznego punktu widzenia niewystarczające jako materiały wzmacniające do wyrobów, których matryca na bazie cementu jest względnie krucha.

Prowadzono już badania nad poprawieniem właściwości włókien polipropylenowych, w szczególności przez wprowadzenie dodatków do masy włókna. Dokument JP 6-219797 opisuje dwuskładnikowe włókna polipropylenowe, zawierające węglan wapnia w części obwodowej. Zgodnie z GB2,030,891 różnorodne cząstki wtłoczono do włókien termoplastycznych metodą bombardowania.

Dokumenty GB-2,021,552; WO 94/20654, EP-A-0 240 167 i WO 87/04144 opisują hydraulicznie utwardzalne wyroby, których włókna wzmacniające wytwarza się wyjściowo z modyfikowanego polimeru. Włókna są za każdym razem modyfikowane w masie, co - jak się okazuje - ma wiele wad.

Takie wprowadzenie dodatków do właściwej masy włókien polipropylenowych zwiększa koszty wytwarzania i prowadzi do modyfikacji właściwości mechanicznych włókna wzmacniającego, w szczególności do obniżenia wytrzymałości na rozciąganie.

W dokumencie EP 0 310 100 opisano wł ókna poliolefinowe zawierające cząstki nieorganiczne wtłoczone do masy włókna, przy czym żadna z cząstek nie jest eksponowana na powierzchni włókna. Włókna takie wytwarza się z błonki, którą można poddawać określonej obróbce powierzchniowej. Wspomniana obróbka powierzchniowa polega na chemicznych, elektrycznych lub mechanicznych modyfikacjach włókna. Dokument ten wspomina także o nanoszeniu środków powierzchniowo czynnych na powierzchnię włókna.

Stereoregularne włókna polipropylenowe znane są także z dużej wytrzymałości na rozciąganie (EP-0 535 373). W opisie patentowym EP-A-0 537 129 opisano ukształtowane wyroby stałe z cementu wzmocnionego włóknem polipropylenowym tego rodzaju.

Nadal nieprzezwyciężony problem występujący przy płytach z włókno-cementu, wzmocnionych włóknem tego rodzaju polega na występowaniu pęknięć na krawędziach płyt, zwłaszcza podczas długoterminowego starzenia tych wyrobów.

Ponadto praca potrzebna do wywołania pęknięć ma istotne znaczenie dla zastosowania wyrobów z włókno-cementu. Pożądana jest w tym przypadku wysoka wartość (wyrób o dużej plastyczności). Duża plastyczność jest ponadto ważna z punktu widzenia możliwości obróbki elementów z włókno-cementu: wiercenia, przybijania gwoździami, piłowania itp. Na koniec, bezpieczeństwo podczas użytkowania wyrobów, przykładowo takich jak pokrycia dachu, ulega w ten sposób zwiększeniu, ponieważ unika się szybkiego i zbyt gwałtownego pękania pod obciążeniem.

W przypadku wyrobów nie poddawanych prasowaniu z włókno-cementu wzmocnionego włóknami polipropylenowymi, praca potrzebna do wywołania pęknięć generalnie ma bardzo małą wartość.

W świetle wyż ej wspomnianych przyczyn, w szczególnoś ci z powodu małej odporności na pękanie i małej pracy potrzebnej do wywołania pęknięć, zastosowanie prasowanych i nieprasowanych wyrobów z włókno-cementu, które są wzmocnione włóknami polipropylenowymi, jest bardzo ograniczone.

PL 207 867 B1

Należy zauważyć, że pewne włókna polipropylenowe stosuje się, w małych ilościach, w wyrobach betonowych w celu zmniejszenia pękania betonu. Przykładowo, znane jest włókno sprzedawane pod nazwą Crackstop®. Ten rodzaj włókna ma niewystarczające właściwości mechaniczne i jest dlatego całkowicie nieprzydatny do wzmacniania wyrobów z włókno-cementu, takich jak pokrycia dachowe lub elementy okładzinowe.

Jest to spowodowane tym, że wyroby z włókno-cementu charakteryzują się bardzo wysokim stosunkiem powierzchnia/grubość. Problem pękania w takich wyrobach jest dlatego całkowicie odmienny w porównaniu z pękaniem litych wyrobów z betonu. W wyrobach z włókno-cementu, włókna muszą w istocie pełnić funkcję wzmocnienia, podczas gdy w wyrobach z betonu ilość włókien jest znacząco mniejsza i nie pełni w istocie funkcji wzmacniania. Dodatkowo proporcje różnych składników, w szczególności cementu, są istotnie odmienne w wyrobach z włókno-cementu i w wyrobach z betonu. Podobnie, warunki obróbki i warunki użytkowania są całkowicie odmienne.

Obecnie stwierdzono, nieoczekiwanie i zaskakująco, że włókna polipropylenowe, a nawet zwykłe włókna polipropylenowe, które jednak poddano prostej obróbce powierzchniowej z zastosowaniem wodnej dyspersji polimerowej, dają dobre rezultaty, co oznacza, że możliwe jest wytworzenie ukształtowanego wyrobu włókno-cementowego, o dużej wartości pracy potrzebnej do wywołania pęknięć oraz o dobrej odporności na pękanie przy zastosowaniu włókien polipropylenowych, które poddano takiej obróbce powierzchniowej.

Celem wynalazku jest zapewnienie włókien do wzmacniania wyrobów z włókno-cementu oraz sposobu obróbki włókien do wzmacniania wyrobów z włókno-cementu, a także ich zastosowania do wytwarzania ukształtowanych wyrobów z włókno-cementu, pozbawionych wad właściwych rozwiązaniom należącym do znanego stanu techniki.

Włókno polipropylenowe do wzmacniania wyrobów z włókno-cementu, według wynalazku cechuje się tym, że ma na powierzchni powłokę polimeru organicznego wybranego z grupy obejmującej homopolimery i kopolimery monomerów olefinowych zmodyfikowanych po syntezie grupami polarnymi, wybranymi spośród bezwodnika maleinowego, kwasu akrylowego i kwasu metakrylowego, naniesioną metodą powierzchniowej obróbki za pomocą wodnej dyspersji tego polimeru.

Włókno według wynalazku cechuje tym, że wartość denier (d) włókna polipropylenowego zawiera się między 0,5 i 10, zaś długość tego włókna zawiera się między 2 i 20 mm.

We włóknie według wynalazku wskazana powłoka stanowi od 0,05 do 5% wagowych substancji suchej w przeliczeniu na suchą masę włókna.

Sposób powierzchniowej obróbki włókien polipropylenowych do wzmacniania wyrobów z włókno-cementu, według wynalazku polega na tym, że:

(a) przygotowuje się wodną dyspersję polimeru organicznego wybranego z grupy obejmującej homopolimery i kopolimery monomerów olefinowych zmodyfikowanych po syntezie grupami polarnymi, wybranymi spośród bezwodnika maleinowego, kwasu akrylowego i kwasu metakrylowego, (b) doprowadza się do kontaktu włókna polipropylenowego odpowiedniego do wzmacniania wyrobów z włókno-cementu z zawiesiną przygotowaną zgodnie z etapem (a) i tym samym (c) uzyskuje się powleczone włókno polipropylenowe odpowiednie do wzmacniania wyrobów z wł ókno-cementu.

W sposobie wedł ug wynalazku stosuje się wodną dyspersję zawierają c ą od 0,5 do 40% polimerów organicznych zawierających monomery olefinowe i grupy polarne.

Wynalazek obejmuje także zastosowanie włókien polipropylenowych, zdefiniowanych jak wyżej, do wzmacniania wyrobów z włókno-cementu, w szczególności płyt falistych lub płaskich z cementu wzmacnianego tymi włóknami.

Zgodnie z wynalazkiem włókna wzmacniające - zdefiniowane jak wyżej, stanowią 1 do 5% wagowych, w przeliczeniu na całkowitą masę wyjściowej suchej mieszaniny do wytwarzania w ukształtowanych wyrobów z włókno-cementu, z kompozycji hydraulicznie utwardzalnej, zawierającej wodę, spoiwa hydrauliczne oraz wskazane włókna.

Wynalazek w zakresie wskazanego zastosowania włókien propylenowych według wynalazku, zapewnienia ukształtowane wyroby z włókno-cementu, posiadające dobre właściwości mechaniczne takie, jak wysoka wartość pracy potrzebnej do wywołania pęknięć oraz dobra odporność na pękanie, przy niskim koszcie wytwarzania.

W przypadku kopolimerów monomeru olefinowego i monomeru polarnego, monomerem polarnym jest przykładowo kwas metakrylowy i kwas akrylowy, ewentualnie zneutralizowany jonami.

PL 207 867 B1

Wyjściowe włókna polipropylenowe są korzystnie cięte na odcinki o długości w zakresie od 2 do 20 mm; korzystnie długość włókien wynosi od 5 do 10 mm. Przekrój poprzeczny włókien może być kołowy lub o kształcie nieregularnym, przykładowo o kształcie litery X lub Y. Włókna mogą być karbikowane w trakcie ciągnienia lub po ciągnieniu. Technika karbikowania włókien może obejmować operacje takie, jak fałszywe skręcanie, obróbka pneumatyczna ze splątaniem (obejmująca obróbkę Taslana) lub obróbka przez prasowanie (a mianowicie obróbka w komorze dławikowej).

Włókna według wynalazku mogą ponadto być uzyskane na drodze fibrylacji wytłoczonej folii polipropylenowej. Włókna mogą mieć wówczas formę taśmy.

Włókna wzmacniające można uzyskać z żywicy dowolnego rodzaju ze zwykle stosowanego polipropylenu.

Włókna polipropylenowe lub niektóre z włókien polipropylenowych, mogą ewentualnie zawierać wypełniacze. Ponadto mogą one ewentualnie zawierać środek do hydrofilizacji włókna, taki jak alkilofosforanowa sól metalu alkalicznego, taka jak sól sodowa lub potasowa, korzystnie zawierająca od 8 do 18 atomów węgla.

Włókna według wynalazku lub niektóre z włókien według wynalazku, mogą być wykonane z polipropylenu o wysokim stopniu krystaliczności, mającego - w postaci włókna - wytrzymałość na rozciąganie przykładowo większą niż 490 N/mm², stosunek wagowo-średniego ciężaru cząsteczkowego do liczbowo-średniego ciężaru cząsteczkowego (Q) < 4,5, zawartość składników nierozpuszczalnych (HI) od 97 do 100 oraz frakcję izotaktycznych pentad w molach (IPF) od 94 do 100.

Według innego wykonania wynalazku, włókna wzmacniające, lub niektóre z włókien wzmacniających, mogą być dwuskładnikowymi włóknami polipropylenowymi zawierającymi przykładowo rdzeń i warstwę zewnętrzną, których warstwa zewnętrzna zawiera cząstki węglanów metali ziem alkalicznych, takich jak przykładowo węglan wapnia, węglan magnezu lub ich mieszaniny.

Jak wspomniano, przedmiotem niniejszego wynalazku jest również sposób powierzchniowej obróbki włókien polipropylenowych do wzmacniania wyrobów z włókno-cementu.

Szczególnie korzystnie obróbkę powierzchni włókien polipropylenowych sposobem według wynalazku prowadzi się przez doprowadzenie włókien do kontaktu z wałkiem aplikatora zanurzonym w kąpieli zawierającej wspomnianą wodną dyspersję . Można przewidywać każdą inną formę obróbki, jak nanoszenie metodą powlekania przez zanurzenie, przez natrysk lub przez polewanie.

Stężenie dyspersji musi być regulowane w zależności od zastosowanej techniki obróbki powierzchniowej. Do obróbki w kąpieli, wodna dyspersja korzystnie ma stężenie organicznych polimerów od 0,5 do 10% suchej masy. Do obróbki powierzchni metodą natrysku korzystne stężenia dyspersji wynoszą przykładowo od 10 do 40% suchej masy.

Omawianą obróbkę powierzchniową prowadzi się, w zależności od potrzeby przed, w trakcie lub po etapie ciągnienia włókien. W zależności od sytuacji obróbce poddaje się gorące włókna lub zimne włókna.

W trakcie wytwarzania włókien wzmacniaj ą cych moż na ewentualnie stosować kilka zabiegów obróbki powierzchniowej. Zasadniczo, temperatura kąpieli do obróbki może wynosić od 20 do 80°C.

Jak wspomniano wyżej, przedmiotem obecnego wynalazku jest ponadto zastosowanie wyżej opisanych włókien do wytwarzania ukształtowanych wyrobów z włókno-cementu, zawierających powyższe włókna wzmacniające, korzystnie włókna wzmacniające poddane obróbce sposobem wyżej opisanym.

Korzystnie, wyroby z włókno-cementu zawierają od 0,3 do 4%, a jeszcze korzystniej od 0,5 do 2,5% wagowych włókien polipropylenowych według wynalazku, w przeliczeniu na całkowitą masę wyjściowej suchej mieszaniny.

Wyroby z włókno-cementu otrzymane w wyniku zastosowania włókien według wynalazku mogą dodatkowo zawierać włókna nieorganiczne lub włókna organiczne inne niż włókna polipropylenowe według wynalazku.

Przykładami włókien organicznych, które mogą być stosowane w połączeniu z włóknami polipropylenowymi poddanymi obróbce sposobem według wynalazku są poliakrylonitryl, alkohol poliwinylowy, poliamid, poliester, aramid, włókna węglowe i poliolefinowe.

Przykładami włókien nieorganicznych, które mogą być stosowane w połączeniu z włóknami polipropylenowymi poddanymi obróbce sposobem według wynalazku są włókna szklane, wełna mineralna, wata żużlowa, włókna wolastonitowe, włókna ceramiczne i tym podobne.

Dla uproszczenia, w obecnym opisie jako korzystne spoiwo wymienia się cement. Jednak zamiast cementu może być stosowane każde inne spoiwo hydraulicznie utwardzalne. Odpowiednimi

PL 207 867 B1 spoiwami twardniejącymi pod wpływem wody są w rozumieniu obecnego wynalazku materiały, które zawierają nieorganiczny cement i/lub nieorganiczny klej lub lepiszcze, które twardnieją na skutek uwodnienia. Szczególnie odpowiednimi spoiwami, które twardnieją na skutek uwodnienia są w szczególności cement portlandzki, cement glinowy, portlandzki cement hutniczy, cement trassowy, cement żużlowy, tynk, krzemiany wapnia po obróbce w autoklawie i mieszaniny poszczególnych spoiw.

Wypełniacze i dodatki najbardziej różnorodnych rodzajów, które przykładowo mogą poprawić zachowanie zawiesin podczas odwadniania w urządzeniach odwadniających, są często dodawane do spoiw. Możliwe dodatki to materiały takie, jak popioły lotne, koksik, amorficzna krzemionka, zmielony kwarc, zmielony kamień, glinki, żużel hutniczy, węglany, pucolana i tak dalej. Całkowita ilość wypełniaczy jest korzystnie mniejsza niż 50% wagowych w przeliczeniu na całkowitą masę wyjściowego wyrobu w stanie suchym.

Wyrób otrzymywany w wyniku zastosowania włókien wzmacniających według wynalazku może ponadto zawierać włókna ułatwiające obróbkę, korzystnie w ilości równej lub mniejszej niż 10% wagowych w przeliczeniu na całkowitą masę wyjściowego wyrobu w stanie suchym.

Wyrób taki może być przykładowo elementem pokrycia dachowego lub okładziny, takim jak płyta płaska, płyta falista lub inny pomocniczy element o dowolnie zróżnicowanym kształcie.

Wynalazek jest opisany poniżej bardziej szczegółowo w oparciu o szczegółowe przykłady wykonania.

P r z y k ł a d y

W poniższych przykładach, wyroby z włókno-cementu, wzmocnione włóknami polipropylenowymi poddanymi obróbce sposobem według wynalazku porównano z wyrobami z włókno-cementu, z takimi samymi wł óknami polipropylenowymi, lecz nie poddanymi obróbce.

Kąpiele stosowane do obróbki:

Kąpiel 1: Emulsja MICHEM® 94340-E - kompozycja produkcji Michelman International & Co., rozcieńczona wodą do stężenia substancji stałych 4%.

Kompozycja ta jest wodną dyspersją zawierającą szczepiony bezwodnikiem maleinowym polipropylen Epolene® typu E-43, produkcji Eastman Chemical. Dyspersja ma następującą charakterystykę:

- emulgatory: niejonowe

- ś rednia wielkość czą stek: 40 nm

- pH: 7,5 - 9,0.

Kąpiel 2: Kompozycja o takim samym składzie jak Kąpiel 1, rozcieńczona do 4%, do której dodano 0,1% środka powierzchniowo czynnego Silwet® typ L-77, produkcji OSI Specialities (α-1,1,1,3,5,5,5-heptametylotrisiloksanylo-propylo-ff>-metoksy-politlenek etylenu).

Kąpiel 3: Kompozycja nr M 59840 produkcji Michelman International & Co., rozcieńczona wodą do stężenia substancji stałych 4%, do której dodano 0,1% środka powierzchniowo czynnego Silwet® typ L-77 produkcji OSI Specialities.

Kompozycja nr M 59840 jest wodną dyspersją zawierającą szczepiony bezwodnikiem maleinowym kopolimer etylen-propylen typu A-C® X 597 produkcji Allied Signal.

Kąpiel 4: Kompozycja nr M 93935 produkcji Michelman International & Co., rozcieńczona wodą do stężenia substancji stałych 4%, do której dodano 0,1% środka powierzchniowo czynnego Silwet® typ L-77 produkcji OSI Specialities.

Kompozycja M 93935 jest wodną dyspersją zawierającą utleniony, wysokiej gęstości polietylen (HDPE) typu AC® 392 HDPE produkcji Allied Signal. Dyspersja ma następującą charakterystykę:

- emulgatory: niejonowe

- średnia wielkość cząstek: 40 nm

- pH: 9,0-10,5.

Kąpiel 5: Kompozycja Aquacer 524 produkcji Byk-Cera, rozcieńczona wodą do stężenia substancji stałych 4%.

Kompozycja ta jest wodną dyspersją zawierającą szczepiony bezwodnikiem maleinowym polipropylen Epolene® typ E-43 produkcji Eastman Chemical. Dyspersja zawiera emulgatory anionowe.

Kąpiel 6: Kompozycja Aquacer 841 produkcji Byk-Cera, rozcieńczona wodą do stężenia substancji stałych 4%.

Kompozycja ta jest wodną dyspersją zawierającą szczepiony bezwodnikiem maleinowym polipropylen Epolene® typ E-43 produkcji Eastman Chemical. Dyspersja zawiera emulgatory kationowe.

PL 207 867 B1

Kąpiel 7: Kompozycja o takim samym składzie jak Kąpiel 1, lecz rozcieńczona do stężenia substancji stałych (szczepiony polipropylen) 0,2%.

Kąpiel 8: Kompozycja o takim samym składzie jak Kąpiel 1, lecz rozcieńczona do stężenia substancji stałych (szczepiony polipropylen) 1,0%.

Kąpiel 9: Kompozycja Aquaseal® 1127 produkcji Paramelt B.V., rozcieńczona do stężenia substancji stałych 1%.

Kompozycja ta jest wodną dyspersją kopolimeru etylen-kwas metakrylowy.

Kąpiel 10: Kompozycja o takim samym składzie jak Kąpiel 9, lecz rozcieńczona do stężenia substancji stałych (kopolimer etylen-kwas metakrylowy) 4%.

Kąpiel 11: Kompozycja Aquaseal® 1088 produkcji Paramelt B.V., rozcieńczona do stężenia substancji stałych 1%.

Kompozycja ta jest wodną dyspersją kopolimeru etylen-kwas metakrylowy, zneutralizowanego przez jony Na⁺ (jonomer).

Kąpiel 12: Kompozycja o takim samym składzie jak Kąpiel 11, lecz rozcieńczona do stężenia substancji stałych (kopolimer etylen-kwas metakrylowy zneutralizowany przez jony Na⁺) 4%.

Wykonano także szereg ślepych prób w celu wykazania różnicy między włóknami poddanymi obróbce sposobem według wynalazku, a włóknami według stanu techniki, które są poddane obróbce znanymi środkami powierzchniowo czynnymi. Środki te nie są objęte definicją polimerów zawierających monomery olefinowe i zawierających grupy polarne:

Ślepa próba A: Kompozycja zawierająca 4% środka zwilżającego opartego na zmodyfikowanym siloksanie (stosowanego do hydrofilizacji włókien polipropylenowych) produkcji Schill i Seilacher.

Ślepa próba B: Kompozycja zawierająca 4% preparatu Lurol PP-5030-30% (mieszanin emulgatorów, środków poślizgowych i środków antyelektrostatycznych) produkcji Goulston Technologies.

Ślepa próba C: Kompozycja zawierająca 4% heksanolu (powszechnie stosowanego jako środek zwilżający).

Wytwarzanie włókien polipropylenowych:

Typową żywicę polipropylenową w postaci granulek (temperatura topnienia: 165°C; wskaźnik płynięcia (MFI) 25) ogrzewa się w wytłaczarce (temperatura w strefie końcowej wytłaczarki w granicach między 240°C i 280°C) i przędzie w znany sposób.

Następnie ciągnie się włókna stosując znane urządzenia.

Według pierwszej metody postępowania przędzenie i ciągnienie włókien prowadzi się w sposób nieciągły. Według innej metody wytwarzania, przędzenie i ciągnienie włókien prowadzi się w sposób ciągły.

Włókna mają wówczas następującą charakterystykę:

- gę stość liniowa: 1,18 dtex ₂

- wytrzymał o ść na rozcią ganie: 730 N/mm²

- moduł począ tkowy: 7460 N/mm²

- wydł u ż enie przy zerwaniu: 19,0%.

Po ciągnieniu włókna poddaje się impregnowaniu w jednej spośród kąpieli do obróbki opisanych powyżej, przez kontakt z wałkiem aplikatora zanurzonym w kąpieli do obróbki. Ilość suchej masy w kąpieli do obróbki, naniesionej na włókna w wyniku tej obróbki wynosi od około 0,15% do 1,5% wagowych w przeliczeniu na masę włókna.

Stężenie to mierzy się metodą magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) stosując handlowy przyrząd OXFORD NMR QP 20+. Urządzenie to stosuje się w typowy sposób do ilościowego oznaczenia powłok wykończeniowych naniesionych na powierzchnię włókien, w szczególności stosując technologię włókienniczą. Przyrząd ten jest przeznaczony do oznaczania stężenia określonego składnika, który zawiera protony w strukturze cząsteczkowej.

Wykonuje się ponadto testy porównawcze:

1) bez impregnacji w kąpieli do obróbki;

2) z impregnacją kompozycjami środków powierzchniowo czynnych (ślepa próba A, ślepa próba B i ślepa próba C).

Następnie przed użyciem w mieszaninach materiałów budowlanych, włókna tnie się w znany sposób na długość 8 mm.

W poniższych przykładach 1 do 6, impregnację w kąpieli do obróbki prowadzi się po ciągnieniu włókien lecz możliwe jest także prowadzenie tej obróbki podczas etapu ciągnienia lub bezpośrednio

PL 207 867 B1 po przędzeniu, a przed ciągnieniem włókien. W poniższym przykładzie 1a, obróbkę przeprowadzono między etapami przędzenia i ciągnienia włókien.

P r z y k ł a d y 1 do 6 oraz 1a

Wytwarzanie mieszanin i ich przerób na maszynie Hatscheka:

Następujące związki miesza się w wodzie:

- cement: 77,2%

- włókna polipropylenowe, których powierzchnię poddano obróbce w jednej z opisanych wyżej kąpieli: 1,8%

- masę celulozową siarczanową, oczyszczoną do 65°SR (Schopper-Riegler): 3,0%

- amorficzną krzemionkę : 3,0% oraz

- popioł y lotne (koksik): 15%.

Podane wyżej stężenia to stężenia substancji stałych w przeliczeniu na całkowitą suchą masę.

Zawiesinę rozcieńcza się wodą do stężenia 30 g na litr, a następnie przenosi się do zbiornika maszyny Hatscheka.

Tuż przed wprowadzeniem zawiesiny do zbiornika dodaje się 200 ppm czynnika kłaczkującego typu poliakrylamidu w celu poprawienia zatrzymywania cementu.

Przy zastosowaniu tej maszyny wytwarza się płyty stosując 22 obroty bębna formującego.

Następnie arkusze prasuje się między natłuszczonymi, stalowymi formami, w prasie przy zastosowaniu ciśnienia właściwego 17,7 MPa (180 barów) do uzyskania średniej grubości 5,5 mm.

Płyty pozostawia się do stwardnienia w 20°C pod przykryciem z tworzywa sztucznego na okres 28 dni, przy wilgotności względnej 100%.

Badania mechaniczne wytrzymałości na zginanie i odporności na pękanie:

Badania mechaniczne prowadzi się w stanie suchym, w powietrzu. Przede wszystkim, wytrzymałość próbki na zginanie mierzy się przy pomocy przyrządu do badań mechanicznych, w typowym badaniu zginania metodą trzech punktów.

Przyrząd rejestruje krzywą naprężenie/odkształcenie. Praca potrzebna do wywołania pęknięć pod maksymalnym obciążeniem (IMOR) wyrażona w dżulach na m² (J/m²) jest całką funkcji naprężenie/odkształcenie aż do wartości obciążenia przy złamaniu.

Odporność na pękanie oznacza się także w badaniu niszczącym, w którym wywołuje się pęknięcia wzdłuż krawędzi wyrobów z włókno-cementu (test na pękanie).

Pęknięcia uzyskuje się w wyniku sztucznego wytworzenia gradientu wilgoci między krawędziami i środkową częścią płyty, na drodze różnicowego suszenia między zewnętrznymi i wewnętrznymi obszarami wyrobu.

W tym celu serie płyt z włókno-cementu, wytworzonych przy użyciu maszyny Hatscheka, prasowanych i pozostawionych do stwardnienia w wilgotnej atmosferze na okres 28 dni, jak opisano powyżej, tnie się na kwadraty 30 x 30 cm i układa w stos jeden na drugim, przy czym co 10 sztuk wkłada się przekładkę.

Na dole i na górze stosu (około 40 płytek) umieszcza się dwa odpowiednie, nie absorbujące arkusze przykrywające, wykonane z takiego materiału jak stal lub poliester. Stos umieszcza się w wentylowanym piecu w 60°C na okres 24 h.

Pęknięcia pojawiają się wzdłuż krawędzi płytek. Płytki bada się jedną po drugiej i mierzy się długość pęknięć widocznych gołym okiem. Długości pęknięć na każdym arkuszu są dodawane i sumowane dla 5 arkuszy. Wyniki podano poniżej w Tablicy I.

T a b l i c a I

	Mechaniczne właściwości prasowanych arkuszy z włókno-cementu
Obróbka	Stężenie użytej emulsji (%)	Praca potrzebna wywołania pęknięć (IMOR) (J/m²)	Całkowita długość pęknięć na 5 arkuszy (cm)
1	2	3	4
Brak		1174	15,9
Kąpiel 1, po ciągnieniu	0,8	1490 (+27%)	7,0 (-56%)

PL 207 867 B1 cd. tablicy I

1	2	3	4
Kąpiel 1, przed ciągnieniem		1450	8 1
	(+24%)	(-49%)
Kąpiel 2, po ciągnieniu	1,3	1564	2,5
(+33%)	(-84%)
Kąpiel 3, po ciągnieniu	1,3	1913	9,7
(+63%)	(-39%)
Kąpiel 4, po ciągnieniu	0,5	1394	6,2
(+19%)	(-61%)
Kąpiel 5, po ciągnieniu	1,4	2054	6,8
(+75%)	(-57%)
Kąpiel 6, po ciągnieniu	0,6	1511	7 1
(+29%)	(-55%)
Ślepa próba A		1050	14
Ślepa próba B		950	16
Ślepa próba C		980	16

Z powyż szej tablicy I moż na wnioskować , ż e prasowane wyroby z włókno-cementu, wzmocnione włóknami polipropylenowymi, których powierzchnię poddano obróbce w jednej z 6 opisanych powyżej kąpieli, mają większą wartość pracy potrzebnej do wywołania pęknięć (wzrost z 19 do 75%)) w porównaniu z wyrobami z wł ókno-cementu, w których zastosowano takie same lecz nie poddane obróbce włókna polipropylenowe.

Ta poprawa wartości pracy potrzebnej do wywołania pęknięć jest także zauważalna w porównaniu z wyrobami z włókno-cementu, których włókna polipropylenowe poddano obróbce środkiem powierzchniowo czynnym (ślepa próba A, B lub C).

Podobnie, wyroby wytworzone przy użyciu włókien wzmacniających według wynalazku wykazują w teście na pękanie, znaczące zmniejszenie zmierzonej całkowitej długości pęknięć (od 39 - 84%), w zależności od przypadku), zarówno w porównaniu do wyrobów zawierających włókna, które nie były poddane obróbce sposobem według wynalazku, jak również w porównaniu z wyrobami zawierającymi włókna, które poddano obróbce przy pomocy jednej ze ślepych prób A do C.

P r z y k ł a d y 7 do 12

Wytwarzanie mieszanin i ich przerób na maszynie Hatscheka:

W tym przypadku zastosowano ten sam sposób wytwarzania jak opisany w przykł adach 1 do 6, za wyjątkiem faktu, że wyroby nie były prasowane.

Oznacza to, że płyty wytworzone przy użyciu maszyny Hatscheka poddawane są bezpośrednio twardnieniu, bez pośredniego etapu prasowania. Wyniki podano w Tablicy II, poniżej.

T a b l i c a II

	Mechaniczne właściwości nieprasowanych arkuszy z włókno-cementu
Obróbka	Stężenie użytej emulsji (%)	Praca potrzebna do wywołania pęknięć (IMOR) (J/m²)	Całkowita długość pęknięć na 5 arkuszy (cm)
1	2	3	4
Brak		360	52,3
Kąpiel 7	0,17	1027 (+185%)	42,5 (-19%)
Kąpiel 8	0,25	1320 (+267%)	39,9 (-24%)
Kąpiel 9		1136 (+215%)

PL 207 867 B1 cd. tablicy II

1	2	3	4
Kąpiel 10		1925 (+433%)
Kąpiel 11		1313 (+265%)
Kąpiel 12		1089 (+202%)
Ślepa próba A		370	52
Ślepa próba B		380	49
Ślepa próba C		302	55

Tak samo jak w przypadku prasowanych wyrobów z włókno-cementu, w przypadku nieprasowanych wyrobów można wnioskować z powyższej tablicy II, że obróbka powierzchni zwykłych włókien polipropylenowych w jednej z opisanych powyżej kąpieli 7 do 12 nadaje końcowemu wyrobowi znaczący wzrost wartości pracy potrzebnej do wywołania pęknięć (wzrost od 202 do 403% w porównaniu z wyrobem, w którym włókna nie poddane zostały obróbce). Ta poprawa warto ści pracy potrzebnej do wywołania pęknięć jest także zauważalna w porównaniu z wyrobami z włókno-cementu, których włókna polipropylenowe poddano obróbce środkiem powierzchniowo czynnym (ślepa próba A, B lub C).

Podobnie, zmierzone wartości całkowitej długości pęknięć w przypadku nieprasowanych wyrobów wytworzonych z zastosowaniem włókien wzmacniających według wynalazku wykazują zmniejszenie 19 i 24% w porównaniu z wyrobami, w którym włókna nie były poddane obróbce. Ta poprawa dotycząca pękania jest także obserwowana przy porównaniu z wyrobami, w których włókna poddano obróbce w jednej ze ślepych prób A do C.

Dlatego obecny wynalazek umożliwia, przy zastosowaniu prostej i niedrogiej obróbki powierzchni włókien polipropylenowych, wzrost wartości pracy potrzebnej do wywołania pęknięć i poprawienie odporności na pękanie wyrobów z włókno-cementu, wzmocnionych tymi włóknami. Taka obróbka może być stosowana do każdego rodzaju włókna polipropylenowego.

Efekty takiej obróbki są szczególnie nieoczekiwane. Pomimo bardzo krótkiego czasu, w którym włókna pozostają w kontakcie z kompozycją kąpieli do obróbki wydaje się, że adhezja cząstek do włókna jest dobra. Te efekty są tym bardziej nieoczekiwane, że pomimo mieszania włókien i cementu w duż ej iloś ci wody i przy znaczą cym mieszaniu, podczas wytwarzania wyrobów z wł ókno-cementu, efekt obróbki włókna utrzymuje się.

Należy także zauważyć, że wyniki takie uzyskuje się gdy wyroby z włókno-cementu wzmocnione włóknami według wynalazku, są poddawane badaniom w najbardziej niekorzystnych warunkach dla pomiaru pracy potrzebnej do wywołania pęknięć, tj. w stanie suchym, w powietrzu.

Claims

1. Włókno polipropylenowe do wzmacniania wyrobów z włókno-cementu, znamienne tym, że ma na powierzchni powłokę polimeru organicznego wybranego z grupy obejmującej homopolimery i kopolimery monomerów olefinowych zmodyfikowanych po syntezie grupami polarnymi, wybranymi spośród bezwodnika maleinowego, kwasu akrylowego i kwasu metakrylowego, naniesioną metodą powierzchniowej obróbki za pomocą wodnej dyspersji tego polimeru.

2. Włókno według zastrz. 1, znamienne tym, że wartość denier (d) włókna polipropylenowego zawiera się między 0,5 i 10.

3. Włókno według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że długość włókna polipropylenowego zawiera się między 2 i 20 mm.

4. Włókno według zastrz. 1, znamienne tym, że wskazana powłoka stanowi od 0,05 do 5% wagowych substancji suchej w przeliczeniu na suchą masę włókna.

5. Sposób powierzchniowej obróbki włókien polipropylenowych do wzmacniania wyrobów z wł ókno-cementu, znamienny tym, ż e:

PL 207 867 B1 (a) przygotowuje się wodną dyspersję polimeru organicznego wybranego z grupy obejmującej homopolimery i kopolimery monomerów olefinowych zmodyfikowanych po syntezie grupami polarnymi, wybranymi spośród bezwodnika maleinowego, kwasu akrylowego i kwasu metakrylowego, (b) doprowadza się do kontaktu włókna polipropylenowego odpowiedniego do wzmacniania wyrobów z włókno-cementu z zawiesiną przygotowaną zgodnie z etapem (a) i tym samym (c) uzyskuje się powleczone włókno polipropylenowe odpowiednie do wzmacniania wyrobów z wł ókno-cementu.

6. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że stosuje się wodną dyspersję zawierającą od 0,5 do 40% polimerów organicznych zawierających monomery olefinowe i grupy polarne.

7. Zastosowanie włókien polipropylenowych zdefiniowanych jak w zastrz. 1 do 4, do wzmacniania wyrobów z włókno-cementu, w szczególności płyt falistych lub płaskich z cementu wzmacnianego tymi włóknami.

8. Zastosowanie według zastrz. 7, znamienne tym, że włókna wzmacniające zdefiniowane jak w zastrz. 1 do 4, stanowią 1 do 5% wagowych, w przeliczeniu na całkowitą masę wyjś ciowej suchej mieszaniny do wytwarzania w ukształtowanych wyrobów z włókno-cementu, z kompozycji hydraulicznie utwardzalnej, zawierającej wodę, spoiwa hydrauliczne oraz wskazane włókna.