TWI411591B - 具有改質纖維之纖維水泥板 - Google Patents

Description

具有改質纖維之纖維水泥板

本發明係關於一種纖維水泥板，其併入改質纖維素紙漿纖維。

房屋及其他建築之內部結構通常係藉由外部壁板材料保護而免於環境要素。此等壁板材料一般係由木材、混凝土、磚塊、鋁、灰泥、木材複合材料或纖維水泥複合材料組成之木板或嵌板。一些常見纖維水泥複合材料係纖維水泥壁板、屋頂及切邊，其等通常係由水泥、矽砂、未經漂白的木漿及各種添加劑組成。纖維水泥製品提供較其他類型材料(諸如木壁板)優異之若干優點，此因其等可防風雨、製造相對便宜、耐火及不易受風化或蟲害之故。

大多數商用纖維-鋼筋水泥壁板製品係使用Hatsheck方法製得。起初開發Hatsheck方法係為製造石棉複合材料，但現今係用於製造非石棉、纖維素纖維鋼筋水泥複合材料。於此方法中，使未經漂白的纖維素紙漿纖維包在水中再漿化，以提供實質上單離之纖維。精製再漿化之纖維，然後令其與水泥、矽砂、黏土及其他添加劑混合以形成混合物。將纖維水泥混合物沉積於氈帶基材上，真空脫水、分層並在一些情況下壓製，然後固化以形成片材形式之纖維增強水泥基質。此形式可能具有標準斜截之木壁板之外觀。

為彼等熟習此項技術者所已知之其他通常使用之纖維水泥製造法係：Magnani方法、擠壓成型、射出成型、手工敷層、模製及Mazza管方法。

纖維素紙漿纖維於製造纖維水泥製品中具有兩種作用。

於排流過程期間，纖維素紙漿纖維充當成型線上之水泥混合物漿液中之過濾介質，以助於保留水泥與二氧化矽顆粒，同時自水泥懸浮液除去過量水。若無過濾介質，則在排流過程期間，泥漿中之大量固體會與水一起失去。過濾介質之目的係為在去除水的同時將水泥混合物保持於製品中。

纖維亦強化水泥製品。纖維水泥板製造商渴望水泥板之良好強度及良好撓性。強度係藉板之斷裂模數而指示。撓性係藉板於最大負荷下之撓曲而顯現。最大負荷係在其破裂前施加於板之力的量。最大負荷下之撓曲係於三點彎曲中，板於破裂前自板之水平面撓曲所達之程度。

對比量測其他纖維素化學紙漿纖維之標準係花旗松未經漂白之化學紙漿纖維。若其他纖維係被認為用於纖維水泥板，則其等必須與花旗松未經漂白之化學紙漿纖維於斷裂模數、最大負荷及在最大負荷下之撓曲上相媲美。

由經漂白之纖維素紙漿纖維製得之纖維水泥板通常具有高強度但係易碎，導致較差撓性。若經彎曲，則此等板趨於破裂且當用釘釘牢時亦趨向破裂。提供由漂白纖維素化學紙漿纖維製得，同時展現高強度及良好撓性之纖維水泥板係有利的。

本發明之纖維水泥板可係由任何各種方法製造。典型方法為Hatsheck方法、Magnani方法、擠壓成型、射出成型、手工敷層、模製及Mazza管方法。

於纖維水泥板之製造中，使未經漂白的纖維素紙漿纖維包在水中再漿化以提供實質上單離之纖維。精製再漿化之纖維，然後令其與水泥、矽砂、黏土及其他添加劑混合以形成混合物。然後使該混合物形成為纖維水泥板。於一方法中，將纖維水泥混合物沉積於氈帶基材上，真空脫水、並固化以形成片材形式之纖維增強水泥基質。片材可取標準斜截之木壁板之形式。其等亦可採取建築板材、嵌板、木板及屋頂之形式。

纖維水泥板之通常組成係10至90重量%之水泥、20至80重量%之矽砂及2至18重量%之纖維素紙漿纖維。纖維水泥板中常見之其他添加劑係：密度改質劑、重量改質劑、阻燃劑、黏土、高嶺土、偏高嶺土、矽灰、飛塵、消泡劑、黏度改質劑、輕質骨料、珍珠岩、蛭石、雲母、浮石、灰分、絮凝劑、明礬、礬土三水合物、防水劑、矽灰石、碳酸鈣、樹脂、顏料、矽藻土及樹脂。

水泥質黏合劑、骨料、密度改質劑及添加劑之比係可變化以獲得用於不同應用之最佳性質，諸如屋頂、夾板、圍牆、鋪面、管、壁板、切邊、拱腹、用於瓷磚墊襯之背襯。就空氣固化製品而言，可使用較高百分比之水泥，更佳約60-90%。於一空氣固化實施例中，不使用細磨過之矽石，即使矽石可用作填料。

水泥質黏合劑較佳係波特蘭水泥，但亦可係(但不限於)高鋁水泥、石灰、高磷酸鹽水泥及研磨粒化爐渣水泥或其混合物。骨料較佳係經研磨之砂，但亦可係(但不限於)非晶形矽石、微矽石、矽石灰、矽藻土、煤炭燃料灰及底灰、稻殼灰、鼓風爐渣、粒化渣、鋼渣、礦物氧化物、礦物氫氧化物、黏土、菱鎂石或白雲石、金屬氧化物及氫氧化物及聚合珠粒或其混合物。

密度改質劑可係有機及/或無機輕質材料。密度改質劑可包括塑膠空心材料、玻璃及陶瓷材料、水化矽酸鈣、微球體及包括珍珠岩、浮石、shirasu氣球及以膨脹形式之沸石的火山灰。密度改質劑可係天然或合成材料。添加劑可包括(但不限於)黏度改質劑、阻燃劑、防水劑、矽灰、地熱矽石、增稠劑、顏料、著色劑、增塑劑、賦形劑、絮凝劑、助濾劑、濕及乾強助劑、矽酮材料、鋁粉、黏土、高嶺土、礬土三水合物、雲母、偏高嶺土、碳酸鈣、矽灰石及聚合樹脂乳液或其混合物。

通常未經漂白之花旗松化學紙漿纖維係用於製造纖維水泥板。工業界已發現此等提供斷裂模數、最大負荷及在最大負荷下之撓曲之最佳組合。

若未經漂白之花旗松纖維素紙漿纖維係供不應求，則必須尋找可使用之其他紙漿纖維。通常已使用具有長度類似於花旗松之其他未經漂白之纖維素紙漿纖維。紅木係一實例。

已因其等之長度而考量漂白之軟木化學紙漿纖維，但因其等易於導致形成易碎板而未使用。其等趨於具有與未經漂白之花旗松化學紙漿纖維相同或較之略高之強度，但通常具有遠小於未經漂白之花旗松化學紙漿纖維之撓性。

本發明可利用大量紙漿纖維。可使用松柏類與闊葉類樹種。此等亦稱為軟木與硬木。通常使用軟木，此因其等較硬木具有更長纖維之故。典型軟木種類係雲杉、冷杉、鐵杉、美洲落葉松、落葉松、松木、絲柏及紅木。典型硬木種類係白臘木、白楊、三葉楊、椴樹、樺樹、山毛櫸、栗樹、樹膠、榆樹、楓樹及大楓樹。回收之纖維素材料可用作纖維之原材料。本發明可使用化學、機械、熱磨機械及化學熱磨機械紙漿。可使用牛皮紙、亞硫酸鹽及蘇打水處理化學紙漿。纖維可係漂白或未經漂白。本發明可與未經漂白之花旗松化學紙漿纖維一起使用。

通常，軟木或松柏類種類可因纖維長度而被使用。硬木或闊葉樹種類具有1-2 mm之纖維長度。软木或松柏類種類具有3.5至7 mm之纖維長度。花旗松、低地冷杉、西部鐵衫、西部落葉松及南方松具有4至6 mm範圍內之纖維長度。漿化與漂白可因纖維斷裂而略微減少平均長度。

於紙漿之製造中，木質材料係以化學或機械類型方法分解為纖維。然後視需要漂白纖維。接著於儲料槽中以水使之漿化，然後將漿液轉至高位調漿箱並接著將其置於線上，脫水並乾燥以形成紙漿板。於儲料槽及高位調漿箱兩者中使添加劑與纖維組合。在脫水及乾燥之前、期間或之後亦可將材料噴灑於紙漿板上。

本發明之纖維係於儲料槽或高位調漿箱中以兩種材料處理。

第一材料係一種油。油可係植物油或礦物油。油係呈小球形式。其可利用表面活性劑處理以形成小球及提供陰離子特性。一種此類植物油添加劑係Eka Soft F60。使用時，將Eka Soft F60以其體積之至少20倍的30至40℃溫水稀釋並將其加入儲料槽中之濃稠儲料中。添加於紙漿之油之量係每噸經漂白之硫酸鹽紙漿的2至5kg油及每噸經漂白之亞硫酸鹽紙漿之1至3kg油。

可使用之其他植物油可係在紙漿之乾燥溫度(約100℃)下為液體的任何植物油。可使用之植物油可尤其包括杏油、摩洛哥堅果油(argan oil)、菊芋油、巴巴蘇油(babassu oil)、山榆油、半邊蓮油(bladder pod oil)、婆羅洲脂堅果油(Borneo tallow nut oil)、葫蘆油、水牛葫蘆油、菜籽油、角豆莢油、蓖麻油、椰子油、苦配巴油(copaiba oil)、玉米油、棉籽油、海甘藍油(crambe oil)、萼距花油(cuphea oil)、亞麻薺油、亞麻籽油、葡萄籽油、大麻籽油、忍冬油(honge oil)、麻風樹油、荷荷巴油(jujuba oil)、木棉籽油、芒果油、白芒花籽油(meadowfoam oil)、綠玉樹油、芥茉油、黃秋葵籽油、橄欖油、堅果油、棕櫚油、棕櫚仁油、花生油，石油堅果油、藜麥油、蘿蔔油、盞金花油、油麻菜籽油、米糠油、芝麻油、大豆油與浮油。

其他材料係將油球附於紙漿纖維之陽離子保留助劑。保留助劑可係諸如聚醯胺、聚丙烯醯胺或聚伸乙亞胺之陽離子聚合物。一種此類保留助劑係Eka Soft F50。保留助劑係於該油之後添加以使許油球在其附於纖維之前與纖維素纖維混合。於製造手工片材中，於添加油約6分鐘後添加保留助劑。於儲料槽中，其可以風扇泵添加。陽離子保留助劑可附於纖維素纖維上之陰離子位點上及油球上之陰離子位點上。保留助劑之量係每噸纖維素纖維為0.25至3.0 kg保留助劑。

可使用之其他保留助劑可係有機保留助劑，諸如聚丙烯醯胺、聚胺、聚伸乙亞胺、聚醯胺基胺、聚環氧乙烷、聚離子聚合物(polyionenes)及聚吡咯烷鎓衍生物。另一保留助劑可係陽離子澱粉。無機保留助劑可係硫酸鋁或造紙明礬、聚氯化鋁、鋁酸鈉。另一無機保留助劑可係與非離子性高莫耳量聚丙烯醯胺聯用之鹼性活化膨潤土。

一種併入利用藉保留助劑而已附著於纖維之陰離子油球處理的漂白紙漿之纖維水泥板具有與併入未經漂白之花旗松化學紙漿纖維之纖維水泥板或併入以四級銨分散劑處理之漂白纖維的纖維水泥板相媲美之斷裂模數，且具有遠高於併入未經漂白之花旗松化學紙漿纖維之纖維水泥板或併入以四級銨分散劑處理之漂白纖維之纖維水泥板在最大負荷下之撓曲。具有經油處理之纖維的油板之撓曲可大於其他板之兩倍。具有經油處理之纖維的板之耐衝擊強度幾乎可係具有漂白纖維之板或具有以四級銨分散劑處理之漂白纖維之板的兩倍，且較具有標準未經漂白花旗松纖維之板高約25%。

已發現一種併入利用藉保留助劑而已附著於纖維之陰離子植物油球處理的漂白紙漿纖維的纖維水泥板，其具有與併入未經漂白之花旗松化學紙漿纖維之纖維水泥板或併入以四級銨分散劑處理之漂白纖維的纖維水泥板相媲美之斷裂模數，且令人驚奇的是，其具有遠高於併入未經漂白之花旗松化學紙漿纖維之纖維水泥板或併入以四級銨分散劑處理之漂白纖維之纖維水泥板在最大負荷下之撓曲。於一些情況下，撓曲可大於其他板之兩倍。亦已發現具有經油處理之纖維的板之耐衝擊強度幾乎可係具有漂白纖維之板或具有以四級銨分散劑處理之漂白纖維之板的兩倍，且較具有標準未經漂白花旗松纖維之板高約25%。

相較具有漂白纖維之板小於30 mm，乃至小於20 mm之撓曲伸長，具有經油處理之纖維的板可具有大於30 mm，且甚至40 mm或以上之撓曲伸長。

雖然不欲受理論之侷限，但吾等咸信獲得較高撓曲之原因係較大球包覆全部纖維並允許纖維相對於纖維水泥板中之水泥板移動。此使基質內之纖維的摩擦力能量最大，從而替代將其緊緊地黏合於基質，導致纖維之拉伸強度成為抵抗負荷之唯一成分。此允許纖維水泥板具有較附於纖維水泥板中之水泥的纖維更大之撓曲。併入以藉保留助劑已附著之植物油球處理的漂白纖維之水泥纖維板可具有為併入未經漂白花旗松化學紙漿纖維之纖維水泥板之撓曲至少兩倍的撓曲。

此係於下表中證實。以下表格比較各種纖維水泥板之斷裂模數、最大負荷及在最大負荷下之撓曲。板與製造板之方法中之唯一差異係併入纖維水泥板之纖維。纖維係對照，未經漂白之花旗松牛皮紙漿的標準纖維水泥級別未經漂白之牛皮紙及若干經漂白之牛皮紙纖維。經漂白之牛皮紙纖維係PW416，其係來自Port Wentworth的Georgia Weyerhaeuser紙漿廠之漂白未經處理之南方松牛皮紙漿；NF401，其係來自North Carolina的Weyerhaeuser New Bern之紙漿廠，以約0.15% Ekasoft 509HA解膠劑處理之漂白南方松牛皮紙漿；及NF405，其係來自North Carolina的Weyerhaeuser New Bern之紙漿廠，以約0.25% Ekasoft 509HA解膠劑處理之漂白南方松牛皮紙漿及漂白南方松紙漿纖維，其係本發明之經處理之纖維，其以陰離子植物油Eka Soft F60及以陽離子保留助劑Eka Soft F50處理。除了纖維之處理以外，漂白纖維可相比較，不管纖維已被處理及用於處理纖維之材料為何。

使用手工片材模具製造下列樣品，使用真空脫水並壓制。所用之混合設計遵循所接受之工業做法，約30至40重量%之水泥與50至60重量%之矽石及4至12重量%間之纖維素纖維。添加較小百分比黏土及添加劑以助於板形成。使樣品於高壓釜內固化，然後調節之用於測試。量測板之厚度以確保所有的板係屬於比較測試之公差內。切割樣品條用於測試，並使用三點彎曲測試MOR、撓曲及最大負荷。

亦可進行缺口衝擊試驗以量測板之耐衝擊強度。

併入漂白紙漿纖維之纖維水泥板具有較併入未經漂白之花旗松化學紙漿纖維的纖維水泥板高之斷裂模數及高之最大負荷，但唯有併入NF405之纖維水泥板具有與併入花旗松纖維之板相媲美之撓曲。併入漂白纖維之其他板具有併入花旗松纖維之板的二分之一至四分之三的撓曲。

具有經油處理之纖維的板保有相等於具有花旗松纖維之板的MOR及最大負荷，但其擁有為具有花旗松纖維之板兩點五倍之撓曲。若吾等認為漂白纖維較未經漂白纖維更能緊緊黏合水泥基質，則此可得以說明。具有經油處理之纖維的板之耐衝擊強度較標準纖維改良了幾乎25%。具有經油處理之纖維的板展現較所有具有漂白纖維之板以及具有標準花旗松纖維之板更高之耐衝擊強度。

圖1係表中資訊之圖示。使用標準未經漂白之牛皮紙纖維的板顯示MOR與在最大負荷下之撓曲的較佳組合。具有PW416，未經處理之漂白南方松牛皮紙漿纖維之板具有增加之強度，但最大負荷下之撓曲減小。具有NF401或NF405，經解膠之南方松牛皮紙漿纖維之板於維持總強度時之板的撓性增加。具有經油處理之纖維的板與具有NF401纖維或NF405纖維之板顯著不同，具有經油處理之纖維的板之強度與具有標準未經漂白之牛皮紙漿纖維的板之強度相等，但其在最大負荷下之撓曲幾乎係具有標準纖維或NF405之板之撓曲的兩點五倍。

圖2與3係撓曲負荷對撓曲伸長之圖。如上所述形成板。圖2係使用未經處理之漂白南方松纖維之板。圖3係使用經油處理之纖維之板。對於每一板有四個樣品。圖顯示已改變纖維與水泥基質間之黏合以依經處理之纖維自基質拉出而非如在漂白纖維之情況下其之破裂之方式進行處理的作用。具有經油處理之纖維的板在最大負荷下之撓曲與最大撓曲係大於其他板。

圖1係比較具有不同纖維素紙漿纖維之纖維水泥板之斷裂模數、最大負荷及在最大負荷下之撓曲之圖。

圖2與3係漂白纖維與經油處理之漂白纖維之撓曲曲綫之圖。

(無元件符號說明)

Claims (10)

1. 一種建築材料製品，其包括水泥質黏合劑、骨料及纖維素強化纖維，其中該纖維素強化纖維已利用藉保留助劑黏合於纖維之油加以處理。
2. 如請求項1之建築材料製品，其中該纖維素纖維係纖維素化學紙漿纖維。
3. 如請求項2之建築材料製品，其中該紙漿纖維係漂白紙漿纖維。
4. 如請求項1之建築材料製品，其中該纖維素纖維係除了花旗松或紅木以外之纖維。
5. 如請求項1之建築材料製品，其中油係呈小球形式之植物油。
6. 如請求項1之建築材料製品，其中該油係呈小球形式之礦物油。
7. 如請求項1之建築材料，其中該油係呈陰離子小球之形式且保留助劑係陽離子。
8. 如請求項1之建築材料，其中該保留助劑係選自聚丙烯醯胺、聚胺、聚伸乙亞胺、聚醯胺基胺、聚環氧乙烷、聚離子聚合物(polyionenes)及聚吡咯烷鎓衍生物，陰離子澱粉、硫酸鋁或造紙明礬、聚氯化鋁、氯酸鈉或與非離子性高莫耳量聚丙烯醯胺聯用之鹼性活化膨潤土，或其組合。
9. 一種建築材料製品，其包括水泥質黏合劑、骨料及纖維素強化纖維，其中該製品具有在最大負荷下大於20 mm 之撓曲伸長。
10. 一種建築材料製品，其包括水泥質黏合劑、骨料與纖維素強化纖維，其中該製品具有大於30 mm之最大撓曲伸長。