專利名稱：以經(jīng)抗微生物劑處理的纖維素纖維制成的纖維水泥復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于以經(jīng)抗微生物劑處理的纖維素纖維制成的纖維素纖維補(bǔ)強(qiáng)的纖維水泥復(fù)合材料，包含纖維處理方法、配方、生產(chǎn)方法及與其相關(guān)的具有改進(jìn)的材料性質(zhì)的終產(chǎn)物。
背景技術(shù)：
一般的波特蘭水泥為許多使用于建筑及結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物的基本成分，主要為混凝土與鋼筋混凝土。水泥具有龐大的優(yōu)點(diǎn)在于其為水硬的粘合劑，且于硬化之后少受水的影響，相較于石膏、木材、木屑板、纖維板、及其它使用于建筑產(chǎn)物的普通材料。水泥的高pH值通?？商峁┧喈a(chǎn)物良好的對(duì)生物侵襲性損害的抗性。
石棉纖維水泥技術(shù)技術(shù)約120年前，Ludwig Hatschek制作第一件石棉強(qiáng)化的水泥產(chǎn)物，使用制紙篩濾圓筒機(jī)器于其上將非常稀的石棉纖維(至高達(dá)到約10wt％重量的固體)與一般的波特蘭水泥(約90％或更多)的淤漿脫水，膜厚約0.3mm，然后在滾筒上纏繞至所欲求厚度(典型地6mm)，將生成的圓筒狀的片切下且弄平以形成平坦的層壓片，將其切為長(zhǎng)方形所欲求尺寸的薄片，然后用一般水泥硬化方法將此類產(chǎn)物作空氣硬化約28天。起初系用作人造的屋頂石板。
超過(guò)100年，此形式的纖維水泥發(fā)現(xiàn)廣泛的用于屋頂產(chǎn)物、管產(chǎn)物、及墻壁產(chǎn)物，為外壁板(厚板及板)與濕區(qū)襯里板。石棉水泥復(fù)合材料亦使用于許多需要高耐火性的用途，此是由于石棉高的熱穩(wěn)定性。所有此類產(chǎn)物的重要優(yōu)點(diǎn)在于具有相對(duì)的輕量；水相對(duì)地對(duì)其少有影響，且其具有對(duì)生物損害的良好的抗性，因?yàn)楦呙芏仁?水泥復(fù)合材料有低孔隙率及滲透性。石棉纖維水泥復(fù)合材料還具有良好的生物抗性。此類產(chǎn)物之缺點(diǎn)在高密度基質(zhì)不允許打釘，且固定方法包含預(yù)鉆孔。
雖然起初的Hatschek方法(一種改良的篩濾圓筒制紙機(jī)器)支配了石棉水泥產(chǎn)物制作的主體，其它方法亦用以制作專門產(chǎn)物，如厚的片材(例如大于10mm而其需要約30片的膜)。這些使用相同的石棉纖維與水泥混合物。有時(shí)一些加工輔助添加劑將施用在一些方法中，如擠出成形、注射成形、及壓濾或流送機(jī)(flow-on machine)。
在約上一世紀(jì)中期發(fā)生了二項(xiàng)發(fā)展，其對(duì)現(xiàn)代的對(duì)石棉為基礎(chǔ)的水泥復(fù)合材料的取代具有高的重要性。第一項(xiàng)在于某些制造業(yè)者認(rèn)識(shí)到通過(guò)熱壓產(chǎn)物，可大幅地減少硬化周期，且可降低成本。此允許將許多水泥取代以細(xì)微碾磨的二氧化硅，其在熱壓溫度下與水泥中過(guò)量的石灰反應(yīng)而產(chǎn)生相似于一般水泥基質(zhì)的鈣二氧化硅水合物。因?yàn)槎趸?，即使呈碾磨態(tài)，相較于水泥也是遠(yuǎn)較為便宜的，且因?yàn)闊釅籂t硬化時(shí)間大幅少于空氣硬化硬化時(shí)間，這變得一般的，但不應(yīng)視為萬(wàn)能的制造方法。一項(xiàng)有代表性的配方是5-10％石棉纖維、30-50％水泥、及40-60％二氧化硅。
第二項(xiàng)發(fā)展是將某些石棉補(bǔ)強(qiáng)纖維取代以取自木材或其它原料的纖維素纖維，此未廣泛的采用，除了用于壁板產(chǎn)物及濕區(qū)襯里片。此發(fā)展的重要優(yōu)點(diǎn)在于纖維素纖維為中空而柔軟的，且生成的產(chǎn)物可打釘而不是通過(guò)預(yù)鉆孔作固定。此壁板及襯里產(chǎn)物是使用在垂直的墻壁，其為遠(yuǎn)不苛求的環(huán)境，相較于屋頂。然而，纖維素補(bǔ)強(qiáng)的水泥產(chǎn)物更易遭受水引發(fā)的損害及生物的侵襲，相較于石棉水泥復(fù)合材料。一個(gè)有代表性的配方為3-4％纖維素、4-6％石棉、及約90％水泥用于空氣硬化產(chǎn)物，或30-50％水泥及40-60％二氧化硅用于熱壓產(chǎn)物。
石棉纖維具有數(shù)個(gè)優(yōu)點(diǎn)。此篩濾圓筒機(jī)器需要纖維形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以抓住固體水泥(或二氧化硅)微粒，而其又太小而不能自己留在篩子上。石棉，雖然其為無(wú)機(jī)纖維，可″ 精制″成為許多小卷需而從主要的纖維分出。石棉纖維是強(qiáng)、剛性的，且非常強(qiáng)烈地與水泥基質(zhì)粘合。其在高溫下是穩(wěn)定的。其于熱壓條件之下對(duì)堿侵襲是穩(wěn)定的，。石棉纖維亦為生物學(xué)上耐久的。因此，石棉補(bǔ)強(qiáng)的纖維水泥產(chǎn)物本身為強(qiáng)的、剛性的(亦脆)，且可使用于許多嚴(yán)苛的環(huán)境中，除了在高度酸性的環(huán)境在其中水泥本身快速被化學(xué)侵襲。
供選擇的纖維水泥技術(shù)在1980年代早期，與采礦或暴露至石棉纖維及吸入石棉纖維相關(guān)的健康危害，開(kāi)始變?yōu)橹饕慕】店P(guān)切點(diǎn)。美國(guó)、某些西歐、且尤其是澳大利亞/新西蘭的石棉水泥產(chǎn)物的制造者，尋求發(fā)現(xiàn)石棉纖維代替物以用于補(bǔ)強(qiáng)建筑及結(jié)構(gòu)產(chǎn)物，生產(chǎn)建于其已建立的制造基礎(chǔ)上，主要為Hatsehek機(jī)器。于二十年期間后，已出現(xiàn)二種可實(shí)行的供選擇的技術(shù)，雖然兩者均未成功應(yīng)用在全范圍石棉應(yīng)用中。
在西歐，針對(duì)石棉最成功的取代是PVA纖維(約2％)與纖維素纖維(約5％)及主要為水泥(約80％)的組合物。有時(shí)此配方含有10-30％惰性填充劑如二氧化硅或石灰石。此產(chǎn)物系空氣硬化的，因?yàn)镻VA纖維，一般而言，是熱壓不穩(wěn)定的。其一般在Hatschek機(jī)器上制作，接著為一使用液壓壓機(jī)的加壓步驟。如此壓縮纖維素纖維，且降低基質(zhì)的孔隙率。因?yàn)镻VA纖維不可精煉而纖維素可以，在此西歐技術(shù)中纖維素纖維是用作為加工助劑以在篩子上形成網(wǎng)狀物而在脫水步驟中捕捉固體微粒。此產(chǎn)物具有相當(dāng)良好的生物耐久性由于其高密度及非生物的可分解的PVA纖維。主要的應(yīng)用系使用于屋頂(石板及波形板)。其通常(但不總是)覆蓋以厚的有機(jī)涂層。這些產(chǎn)物的大缺點(diǎn)為非常大幅增加材料及制造方法成本。而纖維素目前比石棉纖維稍貴$500一噸，PVA約$4000一噸。厚有機(jī)涂層亦為昂貴的，及液壓為高成本的生產(chǎn)步驟。
在澳大利亞/新西蘭及美國(guó)，最成功取代石棉者為未漂白的纖維素纖維，與約35％水泥、及約55％細(xì)微碾磨的二氧化硅，如敘述于澳大利亞專利No.515151及美國(guó)專利No.6,030,447，其全文在此并入?yún)⒖嘉墨I(xiàn)。此產(chǎn)物是熱壓硬化，因?yàn)闊釅褐欣w維素是相當(dāng)穩(wěn)定的。其一般是在Hatschek機(jī)器上制作，且通常不作加壓。此產(chǎn)物一般用作壁板(板及厚板)，且為垂直的或水平瓦襯墊濕區(qū)內(nèi)襯，以及作為屋檐及填實(shí)板背面。此類產(chǎn)物的重要優(yōu)點(diǎn)在于其非?？墒褂玫?，即使相較于石棉基材產(chǎn)物，并且低成本。
然而，纖維素纖維水泥材料可能具有性能缺點(diǎn)如較低的抗腐爛性及較差的長(zhǎng)期耐久性，相較于石棉水泥復(fù)合材料。這些缺點(diǎn)部分地由于天然的纖維素纖維與生俱來(lái)的性質(zhì)。纖維素纖維主要包括多醣類(纖維素及半纖維素)且為高度親水性的與多孔的，這些的結(jié)合使其成為許多微生物有吸引力的營(yíng)養(yǎng)物源。如此，纖維素纖維易遭受生物腐朽或腐爛侵襲，當(dāng)其加入到纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料中，其亦發(fā)生為高度多孔的。特別是在高濕度環(huán)境中，在纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥材料中的孔隙空間增進(jìn)水運(yùn)輸至纖維，且因此提供微生物的入口，如真菌、細(xì)菌、藻類及霉菌。微生物可通過(guò)水而帶入纖維素纖維的空孔。生物體可生長(zhǎng)在復(fù)合材料表面上和/或內(nèi)部，通過(guò)利用纖維素及半纖維素作為營(yíng)養(yǎng)物。微生物將破壞纖維素聚合物鏈，造成顯著的失去纖維強(qiáng)度。微生物所致的纖維素纖維鏈的裂解終究將降低纖維的補(bǔ)強(qiáng)效率，且有害地影響纖維水泥材料的長(zhǎng)期耐久性。
總結(jié)來(lái)說(shuō)，在歐洲石棉已大幅地由空氣硬化的纖維水泥產(chǎn)物所取代，使用PVA纖維，且于形成在綠色狀態(tài)之后加壓。此技術(shù)主要問(wèn)題在于增加材料及制造成本。在美國(guó)及澳大利亞/新西蘭石棉已大幅地取代以熱壓纖維水泥產(chǎn)物，這是使用纖維素纖維，且以較低的密度成形而未加壓。然而，與此技術(shù)相關(guān)的問(wèn)題包含較高的產(chǎn)物孔隙率及對(duì)生物的侵襲較高的敏感，當(dāng)相較于石棉纖維水泥材料。
據(jù)此，有需求要有成本效率的，帶有改進(jìn)的抗腐爛性的纖維水泥復(fù)合材料，也需求個(gè)別處理的補(bǔ)強(qiáng)纖維，其保留纖維素的優(yōu)點(diǎn)且更可耐久的，相較于一般的纖維素纖維。為達(dá)此目的，特別需要更成本有效的及耐久的纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥材料，而其可抵抗微生物侵襲，即使在高濕度環(huán)境中。
申請(qǐng)者注意到僅一項(xiàng)現(xiàn)有技術(shù)參考文獻(xiàn)有揭示將抗微生物劑施用于纖維素纖維以應(yīng)用在碳酸鈣產(chǎn)物中(參見(jiàn)美國(guó)專利6,086,998)。此專利是關(guān)于制作不燃性纖維素纖維而加入少量“表面活化的”抗微生物劑在纖維素纖維的外表面。此‘998專利并未特別導(dǎo)向于將纖維使用于纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料。
發(fā)明概述上述需求通過(guò)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案而滿足，其中局部地或完全地去木質(zhì)素的及個(gè)別處理的纖維素纖維預(yù)處理以選擇的無(wú)機(jī)或有機(jī)抗微生物劑，從而生產(chǎn)工程化纖維素纖維。當(dāng)使用于纖維水泥復(fù)合材料，此工程化纖維保留一般的纖維素纖維的優(yōu)點(diǎn)在精制、熱壓及不加壓生產(chǎn)，但當(dāng)使用于纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料時(shí)，就生物的耐久性而言，生成的纖維水泥材料亦可能達(dá)到甚至超過(guò)人造的纖維如PVA之性能優(yōu)點(diǎn)。可完成增進(jìn)彼令人滿意的生物耐久性而沒(méi)有任何顯著的降低重要的材料物理性質(zhì)，如強(qiáng)度及韌性。
因此，本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案揭示新的制作補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料的技術(shù)，其使用經(jīng)抗微生物劑處理的抗腐爛、個(gè)別處理的纖維素纖維。此新技術(shù)包含以下方面纖維處理、配方、制作復(fù)合材料的方法、及最終材料及性質(zhì)。本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案解決了與纖維素纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料相關(guān)的較差的生物耐久性問(wèn)題，當(dāng)相較于石棉水泥材料。
如此，使用此類工程化抗腐爛纖維賦予復(fù)合材料增強(qiáng)的生物耐久性質(zhì)，且因此構(gòu)成供選擇的技術(shù)，當(dāng)彼完全實(shí)施，具有潛力以維持在建筑中材料的機(jī)械性質(zhì)及可施工性，而改良產(chǎn)物在高濕度下及傾向于腐爛的環(huán)境下之耐久性，無(wú)論其生產(chǎn)方式。彼特別地適于Hatschek方法而彼需要可精煉的纖維(以捕捉固體微粒)且適用于熱壓硬化周期，其允許將水泥取代以細(xì)微碾磨的二氧化硅，雖然其亦可使用于空氣硬化產(chǎn)物，連接以PVA，以降低對(duì)昂貴的加壓方法的需要。
一種復(fù)合材料建筑材料，其為依據(jù)一項(xiàng)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案制作，包括水泥基質(zhì)及將化學(xué)處理與個(gè)別處理的纖維素纖維加入基質(zhì)中，以改良終產(chǎn)物的生物耐久性。纖維細(xì)胞壁的內(nèi)及外表面至少局部地處理以化學(xué)藥品(抗微生物劑)而其可抑制微生物生長(zhǎng)。此化學(xué)藥品可包括無(wú)機(jī)化合物、有機(jī)化合物、或其組合物。此化學(xué)藥品可包含各種的殺真菌劑、殺藻劑、及白蟻防腐劑。優(yōu)選此化學(xué)藥品包括纖維素纖維烘干重量的約0.01wt％至20wt％。
本發(fā)明的實(shí)施方案將給予纖維水泥復(fù)合材料以改進(jìn)的生物耐久性。加入經(jīng)抗微生物劑處理的纖維將增加纖維素纖維的保存，當(dāng)纖維水泥基質(zhì)遭遇傾向于腐爛的高濕度環(huán)境時(shí)。在一實(shí)施方案之中，在過(guò)6個(gè)月的地下暴露中纖維損失的降低從約78％至約32％，當(dāng)使用經(jīng)抗微生物劑處理的纖維。纖維的高度保持表示在纖維水泥復(fù)合材料中有較佳的纖維補(bǔ)強(qiáng)效率的保持。
在本發(fā)明的另一方面中，用以形成復(fù)合建筑材料的材料配方包括水泥粘合劑及纖維素纖維，其中纖維素纖維已個(gè)別處理，且其中至少一部分的個(gè)別處理的纖維預(yù)處理以至少一種抗微生物劑，使得抗微生物劑可抑制微生物在纖維之中與之上生長(zhǎng)。依據(jù)一項(xiàng)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例的使用經(jīng)抗微生物劑處理的纖維的復(fù)合材料配方包括水泥粘合劑，一般為波特蘭水泥；粒料，通常為二氧化硅其可為細(xì)微碾磨的若使用熱壓方法；個(gè)別處理的纖維素纖維，其中至少一部分的個(gè)別處理的纖維系處理以至少一種抗微生物劑而使抗微生物劑可抑制微生物在纖維之中與之上生長(zhǎng)；密度改性劑；及添加劑。在一實(shí)施方案之中，此建筑材料配方優(yōu)選包括約10％-80％水泥粘合劑，更優(yōu)選約15％-50％；約20％-80％二氧化硅(粒料)，更優(yōu)選約30％-70％；約0.5％-20％經(jīng)抗微生物劑處理的、抗腐爛的、及個(gè)別處理的纖維素纖維，或抗腐爛的個(gè)別處理的纖維素纖維，和/或一般的纖維素纖維，和/或天然的無(wú)機(jī)纖維，和/或合成纖維的組合物；約0％-80％密度改性劑；及約0-10％添加劑。
在本發(fā)明的另一方面中，提供制造纖維補(bǔ)強(qiáng)的復(fù)合建筑材料的方法。提供個(gè)別處理的纖維素纖維。至少一部分的纖維素纖維是以化學(xué)藥品處理的，其中化學(xué)藥品可抑制微生物在經(jīng)處理的纖維素纖維中生長(zhǎng)。將此經(jīng)處理的纖維混合以水泥粘合劑以形成纖維水泥混合物。將纖維水泥混合物形成預(yù)先選擇形狀及尺寸的纖維水泥物品。將此纖維水泥物品硬化以形成纖維補(bǔ)強(qiáng)的復(fù)合建筑材料。
某些此類步驟可省略或重排，且可提供其它步驟，處理纖維的步驟包括將纖維處理以無(wú)機(jī)及有機(jī)抗微生物劑、或其組合，這是通過(guò)一些技術(shù)如化學(xué)反應(yīng)和/或物理沉積方法如壓力或溫度浸漬及濃差擴(kuò)散。在此步驟中，局部地或完全地去木質(zhì)素的及個(gè)別處理的纖維素纖維可用于纖維處理。此有效的抗微生物劑系附著至纖維上以提供增強(qiáng)的生物抗性。可用于此目的的抗微生物劑包含許多無(wú)機(jī)及有機(jī)化學(xué)藥品及其組合。
優(yōu)選將經(jīng)處理的纖維混合以各組分以形成纖維水泥混合物的步驟，包括將經(jīng)處理的纖維混合以水泥粘合劑、粒料、密度改性劑、及添加劑。優(yōu)選將經(jīng)抗微生物劑處理的纖維混合以各組分以形成纖維水泥混合物的步驟，包括將抗微生物劑纖維依據(jù)優(yōu)選的配方混合以非纖維素材料如水泥粘合劑、粒料、密度改性劑、及添加劑。在另一實(shí)施方案之中，經(jīng)抗微生物劑處理的纖維亦可混合以慣常的未處理的纖維和/或合成纖維，和/或天然的無(wú)機(jī)纖維而伴隨著其它組分。此復(fù)合材料的制作可使用任何的現(xiàn)存的技術(shù)，如Hatcheck方法、擠出成形、及模制等。
在纖維水泥基質(zhì)中依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案中加入經(jīng)抗微生物劑處理的纖維，可改良最終復(fù)合材料的抗腐爛性及耐久性。本發(fā)明的范圍不限于特別類型的水泥、粒料、密度改性劑或添加劑，不限制其配方比例。由以下描述與伴隨的附圖，這些及其它本發(fā)明的目標(biāo)及優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯。


圖1是闡明在本發(fā)明實(shí)施方案中，使用經(jīng)抗微生物劑處理之纖維素纖維制造纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料的加工流程圖。
圖2為一照片其說(shuō)明以一般的纖維素纖維及經(jīng)抗微生物劑處理的纖維素纖維制作的試樣，于腐爛傾向環(huán)境之中暴露三個(gè)月之后。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案描述了將經(jīng)抗微生物劑處理的纖維素纖維使用在水泥纖維補(bǔ)強(qiáng)的建筑材料中。此類實(shí)施方案不僅包含形成的有經(jīng)抗微生物劑處理的纖維的建筑產(chǎn)物，也包含此復(fù)合材料的配方及生產(chǎn)方法，以及化學(xué)上處理纖維以改良纖維的耐久性的方法。應(yīng)該領(lǐng)會(huì)本發(fā)明的方面不僅適用于纖維素纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥產(chǎn)物，且據(jù)此，此類技術(shù)亦可施用于建筑材料強(qiáng)化彼將其它纖維加在非水泥產(chǎn)物中者。
在一項(xiàng)優(yōu)選實(shí)施方案中，本發(fā)明是關(guān)于將經(jīng)抗微生物劑處理的纖維加入水泥纖維素補(bǔ)強(qiáng)的復(fù)合材料。經(jīng)抗微生物劑處理的纖維一般包括纖維素纖維并于其中加入抑制微生物成長(zhǎng)的化學(xué)藥品?？刮⑸飫┗瘜W(xué)藥品優(yōu)選置于在纖維上其中生物的活性最可能發(fā)生的位置。例如，抗微生物劑化學(xué)藥品優(yōu)選施用于纖維導(dǎo)水甬道及空孔的內(nèi)表面及外表面，在其中微生物最可能生長(zhǎng)且引起對(duì)纖維的損害。將纖維處理以抗微生物劑劑化學(xué)藥品，可使用化學(xué)反應(yīng)和/或物理力以將化學(xué)藥品粘合或附著至纖維的細(xì)胞壁的表面。纖維處理方法可包含壓力浸漬或濃差擴(kuò)散或其它借助于下列梯度壓力、溫度、濃度、pH或其它離子強(qiáng)度的技術(shù)。優(yōu)選此抗微生物劑處理發(fā)生在室溫下，或低于約100℃。有利地，加入纖維中的抗微生物劑化學(xué)藥品可阻滯或抑制微生物成長(zhǎng)且因此改良纖維的生物抗性。因?yàn)槔w維系補(bǔ)強(qiáng)劑，增進(jìn)纖維的生物抗性將隨著提高纖維水泥復(fù)合材料的耐久性。在處理纖維中的抗微生物劑的劑量?jī)?yōu)選其范圍在纖維烘干質(zhì)量的0.01％至20％，這取決于抗微生物劑的類型、處理方法及終產(chǎn)物需求。
目前將記述，針對(duì)纖維處理的抗微生物劑的選擇，及在纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥材料的制造中如何使用經(jīng)抗微生物劑處理的纖維。選擇的用于纖維處理的生物上活化的抗微生物劑優(yōu)選對(duì)纖維素纖維有強(qiáng)親和力、不干擾水泥水合反應(yīng)、且不污染加工水。有效的抗微生物劑優(yōu)選在高溫及堿性的條件(pH＞10)下穩(wěn)定。此外，此化學(xué)藥品優(yōu)選提供一些其它有利的特性予纖維水泥復(fù)合材料。由于這些嚴(yán)格的需求，許多已知的抗微生物劑不適用于纖維處理。自處理的纖維與此產(chǎn)物濾出的抗微生物劑，已顯著限制了可應(yīng)用于本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的抗微生物劑的可獲得性。出人意外地，數(shù)個(gè)抗微生物劑符合上述需求且提供良好的與生物活性作戰(zhàn)的功效。
針對(duì)纖維處理可用作為有效的抗微生物劑的化學(xué)藥品包含但不限于鈉、鉀、鈣、鋅、銅、及鋇的下列鹽類碳酸鹽、乙酸鹽、棕櫚酸鹽、油酸鹽、硬脂酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、硫酸鹽、鹵化物、及硼酸鹽，呈其所有形式；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(wú)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(但不限于)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)；不同配方的8-羥基喹啉銅或銅環(huán)氧乙烯(copper oxene)；所有種類的配方的氧化三-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抗微生物劑處理。纖維處理優(yōu)選于水或有機(jī)溶劑的存在下進(jìn)行，而可利用沉積、化學(xué)反應(yīng)或其它機(jī)理的纖維的抗微生物劑處理，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)藥品僅用來(lái)闡明可使用于纖維的抗微生物劑處理的物質(zhì)實(shí)例。該些化學(xué)藥品亦可為任何其它合適的對(duì)真菌、細(xì)菌、藻類及霉菌生長(zhǎng)有抑制效應(yīng)的無(wú)機(jī)或有機(jī)化合物。
用于抗微生物劑處理的纖維素纖維優(yōu)選為局部地或完全地去木質(zhì)素的個(gè)別纖維。因此，此纖維可為漂白的、未漂白的、或半漂白的纖維素漿料而其由各種手段或方法制作。在碎漿方法中，木材或其它木素纖維原料如南非槿麻(kenaf)、麥稈、竹子、等通過(guò)破壞在木素纖維材料的結(jié)構(gòu)中的粘合方式而降至纖維團(tuán)塊。此作業(yè)可在化學(xué)上、機(jī)械上、熱、生物上、或通過(guò)這些處理之組合而完成。
在一些本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案中，用于補(bǔ)強(qiáng)水泥復(fù)合材料的纖維素纖維主要是個(gè)別處理的纖維且是由化學(xué)碎漿方法制作，其主要依靠化學(xué)藥品的效應(yīng)以于碎漿加工期間分離纖維?；谑褂糜诜椒ㄖ械幕瘜W(xué)藥品，化學(xué)碎漿方法分類為純堿、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、及亞硫酸鹽方法等。在化學(xué)碎漿中，木質(zhì)素，其是作為粘著劑而將纖維素與半纖維素粘合在一起以提供木材中的機(jī)械強(qiáng)度，將通過(guò)化學(xué)反應(yīng)而破斷且溶解。此類化學(xué)反應(yīng)通常在一反應(yīng)器之中執(zhí)行，經(jīng)常稱為蒸煮器，于約150℃至250℃溫度下執(zhí)行約30分鐘至2小時(shí)。木質(zhì)素與纖維素組分之間的粘合的切除將造成在纖維之中粘合的減弱。借助于輕微的機(jī)械力，然后將纖維素纖維分離為個(gè)別的纖維。用于制備經(jīng)抗微生物劑處理的一般的纖維素纖維，是將個(gè)別處理的纖維素纖維作局部的或完全的自纖維細(xì)胞壁除去木質(zhì)素組分。此處理的纖維素纖維是通過(guò)碎漿方法產(chǎn)自木素纖維材料的纖維素漿。
此纖維素漿料可由各種木素纖維材料，包含軟木材、硬木材、農(nóng)業(yè)原料、回收廢紙或任何其它形式的木質(zhì)素纖維材料制得。優(yōu)選選擇用于抗微生物劑處理得纖維是個(gè)別處理的纖維。優(yōu)選纖維長(zhǎng)度范圍在約0.2至7mm，更優(yōu)選其范圍在約0.6至4mm。
本發(fā)明復(fù)合材料的優(yōu)選配方包括水泥水性粘合劑、粒料、經(jīng)抗微生物劑處理的纖維素纖維、密度改性劑、及各種添加劑以改良不同的材料性質(zhì)。水泥粘合劑優(yōu)選為波特蘭水泥但亦可為，但不限于高鋁水泥、石灰、碾磨粒化的高爐礦渣水泥、及高磷酸鹽水泥、或其混合物。此粒料優(yōu)選為碾磨的硅砂但亦可為但不限于無(wú)定形二氧化硅、微二氧化硅、硅藻土、燃煤飛灰與底灰、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、聚合的珠粒、或其混合物。
經(jīng)抗微生物劑處理的纖維素纖維優(yōu)選為個(gè)別處理的未精煉的/未纖絲化的或精煉的/纖絲化的纖維素纖維。針對(duì)Hatschek方法，處理的纖維優(yōu)選為精煉至打漿度范圍在150至750的加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度(Canadian Standard Freeness)(CSF)它是依據(jù)Tappi方法T227-om-99，或更較佳者其范圍在150至650CSF。針對(duì)其它方法如擠出成形及模制，可使用未精制的處理的纖維。
此外，密度改性劑優(yōu)選包含有機(jī)和/或無(wú)機(jī)密度改性劑而其密度小于約1.5g/cm3。此密度改性劑可包含塑性材料、膨脹的聚苯乙烯、玻璃及陶瓷材料、硅酸鈣水合物、微球體及火山灰其包含珍珠巖、浮石、錫拉石(shirasu)、沸石呈其膨脹形式者。此密度改性劑可為天然的或合成的材料或其混合物。添加劑可包含但不限于粘度改進(jìn)劑、阻燃劑、防水劑、二氧化硅煙，地?zé)岫趸琛㈩伭?、著色劑、增塑劑、分散劑、成形劑、絮凝劑、排水助劑、濕?rùn)和干燥強(qiáng)度助劑、硅氧烷材料、鋁粉末、粘土、高嶺土、膨潤(rùn)土、氫氧化鋁、沸石、云母、變高嶺石、碳酸鈣、硅灰石、聚合的樹(shù)脂乳液、或其混合物。
經(jīng)抗微生物劑處理的纖維可使用于各種復(fù)合材料，所有這些具有不同比例的水泥粘合劑、粒料、密度改性劑、處理的和/或未處理的纖維素纖維、及添加劑以得到針對(duì)特定應(yīng)用的最理想性質(zhì)。依據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的復(fù)合材料配方含有至高達(dá)到約20％經(jīng)抗微生物劑處理的纖維，優(yōu)選從約0.5％至20％。此外，經(jīng)抗微生物劑處理的纖維可摻合以一般的未處理的纖維素纖維和/或合成的聚合物纖維，和/或天然的無(wú)機(jī)纖維，采用不同之比例。應(yīng)該領(lǐng)會(huì)經(jīng)抗微生物劑處理的纖維的百分比可變化而其取決于所欲求的用和/或方法。此外，水泥粘合劑、粒料、密度改性劑、及添加劑的比例亦可加以變化以針對(duì)不同之應(yīng)用得到最理想的性質(zhì)，如屋頂、柵欄、底板、鋪砌、管、壁板、鑲邊、背面、瓦下的襯墊物。
一項(xiàng)本發(fā)明較佳的實(shí)施例之配方包括·約10％-80％水泥(水泥粘合劑)；·約20％-80％二氧化硅(粒料)；·約0％-50％密度改性劑；·約0-10％添加劑；及·約0.5％-20％經(jīng)抗微生物劑處理的纖維素纖維，或抗微生物劑處理的纖維素纖維，和/或一般的纖維素纖維，和/或天然的無(wú)機(jī)纖維，和/或合成纖維的組合物。
在熱壓實(shí)施方案中，可使用較低量的水泥加入個(gè)別處理的、經(jīng)抗微生物劑處理的纖維素纖維。在一實(shí)施方案之中，此熱壓配方包括約20-50％水泥，更優(yōu)選約25-45％，甚至更優(yōu)選約35％；約30％-70％細(xì)微碾磨的二氧化硅，更優(yōu)選約60％；約0％-50％密度改性劑；約0％-10％添加劑，更優(yōu)選約5％；及，約2％-20％纖維，更優(yōu)選約10％纖維，其中一部分的纖維素是經(jīng)抗微生物劑處理、抗腐爛、及個(gè)別處理的纖維素纖維。
優(yōu)選此纖維的打漿度在150至750CSF，其測(cè)量是依據(jù)Tappi方法T227-om-99。水泥粘合劑及二氧化硅優(yōu)選分別帶有表面積約250至400m2/kg及約300至450m2/kg。水泥與二氧化硅兩者的表面積的測(cè)試是依據(jù)ASTM C204-96a。
圖1闡明一優(yōu)選的方法其用于制造纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料，其中加入經(jīng)抗微生物劑處理的纖維素纖維。在步驟100中針對(duì)纖維作個(gè)別處理，優(yōu)選通過(guò)如上述的化學(xué)碎漿方法。然而，應(yīng)該領(lǐng)會(huì)，在進(jìn)行此優(yōu)選的制造方法中，化學(xué)制漿步驟可能不是必需的。這是因?yàn)槔w維的個(gè)別處理經(jīng)常由纖維制造業(yè)者完成，其然后將纖維以標(biāo)準(zhǔn)重疊片或卷狀提供予買主。如此，在一實(shí)施方案之中，該纖維的個(gè)別處理僅僅包含機(jī)械地從重疊片或卷狀分開(kāi)纖維，如經(jīng)由錘磨或其它方法，如敘述于如下步驟104。
在步驟102中，將局部地或完全地去木質(zhì)素的及個(gè)別處理的纖維素纖維處理以一或更多抗微生物劑。在步驟102中，將一或更多抗微生物劑放置在相鄰于纖維導(dǎo)水甬道及細(xì)孔之內(nèi)表面及外表面，這是使用已知的技術(shù)如化學(xué)反應(yīng)、壓力浸漬、濃差擴(kuò)散、或干燥噴淋。此處理可在漿狀淤漿之中通過(guò)將此漿料混合以有效的抗微生物劑而執(zhí)行?？蛇x地，干燥漿料可處理以抗微生物劑，通過(guò)將內(nèi)含抗微生物劑的溶液噴淋在漿料網(wǎng)上。在一實(shí)施方案之中，經(jīng)抗微生物劑處理的纖維制作成干燥形式如呈重疊片或卷狀，而在另一實(shí)施方案中經(jīng)抗微生物劑處理的纖維是制作成濕形式如呈濕疊片及在容器中。
應(yīng)該領(lǐng)會(huì)纖維可商購(gòu)自纖維制造業(yè)者且其是已個(gè)別處理的且已經(jīng)處理以抗微生物劑。然而，為運(yùn)送纖維，在一實(shí)施方案之中此纖維然后制為干燥形式如呈重疊片或卷狀，且因此，一旦到達(dá)制造設(shè)備，需要再一次個(gè)別處理。在另一實(shí)施方案中，此經(jīng)抗微生物劑處理的纖維是制作成濕形式如呈濕疊片及淤漿在容器中。在另一實(shí)施方案中，纖維的干燥是通過(guò)一些特別的設(shè)備(如快速干燥)及被運(yùn)送在貯筒或容器之中作個(gè)別處理。
針對(duì)一些纖維制作成疊片或卷狀的實(shí)施方案，在步驟104中接著將此經(jīng)處理的纖維加工以再一次將纖維個(gè)別處理。在步驟104中將經(jīng)抗微生物劑處理的纖維加工，其中將經(jīng)處理的纖維分散和/或纖絲化，優(yōu)選將纖維分散為稠度約1％至6％，在一水力碎漿機(jī)之中，彼亦賦予一些纖絲化。進(jìn)一步的纖絲化可使用漿料精制機(jī)或一系列精制機(jī)達(dá)成。一旦分散，然后將纖維作纖絲化而達(dá)到范圍在約150至750CSF(加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度)。更優(yōu)選然后將纖維精煉達(dá)到范圍在約150至650CSF。纖維化，分散和/或纖絲化亦可由其它技術(shù)達(dá)成如錘磨、軋制、球磨研磨、及去絮片。然而，針對(duì)一些產(chǎn)物及方法，使用經(jīng)抗微生物劑處理的纖維而未作纖絲化亦是可接受的或?yàn)閮?yōu)選的。
如圖1展示，在步驟106中，經(jīng)抗微生物劑處理的纖維素漿料是成比例地混合以其它組分而形成水性混合物、淤漿、或糊狀物。在一實(shí)施方案中，經(jīng)抗微生物劑處理的纖維是混合以水泥、二氧化硅、密度改性劑及其它添加劑，這是使用一已知的混合方法，以形成淤漿或糊狀物混合物。在混合器中，一般的纖維素纖維，和/或天然的無(wú)機(jī)纖維，和/或合成纖維可摻合以經(jīng)抗微生物劑處理的纖維。在另一實(shí)施方案中，抗微生物劑以粉末或溶液形式直接加入纖維水泥摻加物中。
應(yīng)該領(lǐng)會(huì)上述的個(gè)別處理，處理及加工步驟不需要以上述的順序發(fā)生。例如，纖維的抗微生物劑處理可發(fā)生在纖維的個(gè)別處理之前。此外，加工步驟104可能不是必需的，若直接來(lái)自纖維制造者的纖維是已個(gè)別處理者，或若個(gè)別處理發(fā)生在纖維水泥制造設(shè)備中。在這些實(shí)施方案中，于纖維處理之后，經(jīng)處理的纖維可直接加入混合物中，如下所記述的。
接著步驟108的方法為其中混合物可形成″綠色的″或未硬化成形的物品，這是使用許多慣常的制造法，如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，例如·Hatschek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(zhǎng)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。
此類方法亦可包含加壓或壓花操作，于物品成形之后。然而，更優(yōu)選不使用加壓。用以達(dá)成終產(chǎn)物所使用Hatschek方法中的加工步驟及參數(shù)，相似于敘述于澳大利亞專利No.515151者。
接著108步驟，在步驟110中將此″綠色的″或未硬化成形的物品硬化。優(yōu)選將此物品預(yù)硬化至高達(dá)80小時(shí)，最優(yōu)選24小時(shí)或更短。然后將此物品作空氣硬化大約30天。更優(yōu)選預(yù)硬化物品系在高溫及壓力下作熱壓，在一蒸汽飽和環(huán)境之中于約60至200℃作熱壓約3至30小時(shí)，更優(yōu)選約24小時(shí)或更短。針對(duì)預(yù)硬化和硬化方法的時(shí)間及溫度的選擇取決于配方、制造方法、加工參數(shù)、及產(chǎn)物的最終形式。
有利地，加入經(jīng)抗微生物劑處理的纖維素纖維的纖維水泥復(fù)合材料可改良在纖維水泥與纖維-纖維基質(zhì)兩者中的抗腐爛性。在纖維水泥基質(zhì)中纖維的改進(jìn)的抗腐爛性顯著提高纖維水泥復(fù)合材料的生物耐久性，造成纖維補(bǔ)強(qiáng)效率的較好保持。如說(shuō)明于以下實(shí)施例，帶有經(jīng)抗微生物劑處理的纖維的復(fù)合材料經(jīng)歷顯著較少的隨時(shí)間的纖維損失，當(dāng)相較于針對(duì)相同配方以一般的未處理的纖維素纖維制作的材料。
材料性質(zhì)及測(cè)試結(jié)果將經(jīng)抗微生物劑處理的纖維素纖維使用在纖維補(bǔ)強(qiáng)的復(fù)合材料中改良了材料的生物耐久性。使用經(jīng)抗微生物劑處理的纖維素纖維的纖維水泥產(chǎn)物經(jīng)歷了顯著較少的隨時(shí)間的纖維損失，當(dāng)相較于采用慣常的纖維素纖維制作之材料。使用經(jīng)抗微生物劑處理的纖維素纖維也不會(huì)犧牲產(chǎn)物的物理及機(jī)械性質(zhì)。
表1

以上表1列出說(shuō)明的纖維水泥配方而其具有經(jīng)抗微生物劑處理的纖維(配方B及D)，相較于對(duì)照組其具有相等的配方但未用經(jīng)抗微生物劑處理的纖維素纖維(配方A及C)。相等的配方在此定義為其中優(yōu)選的經(jīng)處理的纖維素纖維被取代以相等百分比的未處理的纖維素纖維。在配方A、B、C及D中的纖維系未漂白的牛皮紙紙漿。其全部具有打漿度在450至475CSF而此測(cè)量系依據(jù)TAPPI方法T227-om-99。在配方A至D中所有纖維之纖維長(zhǎng)度為2.45至2.50mm。
表2針對(duì)帶有及不帶有經(jīng)抗微生物劑處理的纖維素纖維的纖維水泥復(fù)合材料兩者，于9個(gè)月的半埋式暴露測(cè)試之后的纖維損失之比較。

以上表2提供在纖維水泥復(fù)合材料中的纖維損失之說(shuō)明性比較，其中配方為加上經(jīng)抗微生物劑處理的纖維素纖維的配方及依據(jù)表1之慣常的，未處理的纖維素纖維的相等，于9個(gè)月的半埋式暴露后的測(cè)試。此半埋式試驗(yàn)的執(zhí)行依據(jù)AWPA(美國(guó)木材保存者協(xié)會(huì))(AmericanWood Preservers’Association)標(biāo)準(zhǔn)E7-93，“通過(guò)使用樁棍的田野試驗(yàn)評(píng)估木材防腐劑的標(biāo)準(zhǔn)方法”(Standard Method of Evaluating WoodPreservatives by Field Tests with Stakes)。相等的配方在此定義為其中優(yōu)選的處理的纖維素纖維被取代以相等百分比的未處理的纖維素纖維。纖維水泥材料的原型試樣的制作是基于采用四不同漿狀物(A、B、C、D)的相同配方。將各試樣半埋九個(gè)月，在一高濕度且有腐爛傾向的環(huán)境之中，其中山楊木材試樣將典型地在3至6個(gè)月之中經(jīng)歷整體腐朽。于暴露之后，分析各試樣的纖維素含量。
針對(duì)密度在1200kg/m3纖維水泥復(fù)合材料試樣，使用0.12％丙環(huán)唑(propiconazole)處理的纖維代替一般的未處理的纖維，可降低纖維損失從約12％至8％，于在半埋式田野試驗(yàn)中暴露于高濕度環(huán)境9個(gè)月之后。針對(duì)密度在900kg/m3的試樣，使用0.5％銅環(huán)氧乙烯處理的纖維可降低纖維損失從約79％至32％，針對(duì)試樣被埋住的部分。因此，使用經(jīng)抗微生物劑處理的纖維素漿將會(huì)降低在有腐爛傾向的濕環(huán)境下纖維水泥基質(zhì)中的纖維素?fù)p失，且改良所制作的纖維水泥復(fù)合材料之耐久性及性能。
在纖維水泥復(fù)合材料中加入經(jīng)抗微生物劑處理的纖維素漿，將改良纖維水泥基質(zhì)的耐久性及抗腐爛性，其可由在纖維水泥產(chǎn)物中經(jīng)處理的纖維含量的高保持而證明。在纖維補(bǔ)強(qiáng)的水泥復(fù)合材料中耐久的纖維將提供能持久的高物理及機(jī)械強(qiáng)度，如說(shuō)明于表3者。此機(jī)械測(cè)試是于濕條件之下依據(jù)ASTM(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法)C1185-98a執(zhí)行，其題目為C1185-98a“取樣及測(cè)試標(biāo)非石棉纖維水泥平薄片、屋頂及壁板、及楔形板的準(zhǔn)測(cè)試方法”。
表3針對(duì)帶有及不帶有經(jīng)抗微生物劑處理的纖維素纖維的纖維水泥復(fù)合材料兩者，于18個(gè)月的半埋式暴露測(cè)試之后的機(jī)械性質(zhì)的保持。

表3闡明針對(duì)使用及未使經(jīng)抗微生物劑處理的纖維素纖維所制作的纖維水泥復(fù)合材料兩者，于18個(gè)月的半埋式暴露測(cè)試之后纖維水泥復(fù)合材料的物理及機(jī)械性質(zhì)的保持。再一次，此半埋式測(cè)試執(zhí)行依據(jù)AWPA(美國(guó)木材保存者協(xié)會(huì))標(biāo)準(zhǔn)E7-93，“通過(guò)使用樁棍的田野試驗(yàn)評(píng)估木材防腐劑的標(biāo)準(zhǔn)方法”。來(lái)自配方E及F的試樣的烘干密度為1200kg/m3。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該領(lǐng)會(huì)，通過(guò)變化烘干密度，特別的機(jī)械性質(zhì)的特定值將有所不同。如展示于表3，配方E含有一般的纖維素纖維而配方F含有用纖維質(zhì)量的2％的硼酸鋇處理的纖維的相等的配方。特別地，配方E含有8％未處理的纖維素纖維而配方F含有8％經(jīng)處理的纖維。針對(duì)兩者配方其中水泥及二氧化硅含量相同分別為35％及57％。在一般的纖維素漿與硼酸鋇處理的纖維素漿的打漿度水平約470+/-10CSF。這二種纖維的纖維長(zhǎng)度約2.5mm。
應(yīng)該領(lǐng)會(huì)纖維水泥配方的選擇是僅針對(duì)比較目的，且可使用其它配方而未偏離本發(fā)明之范圍，也應(yīng)領(lǐng)會(huì)除纖維水泥產(chǎn)物之外，其它水泥及非水泥材料亦可使用經(jīng)抗微生物劑處理的纖維以改良材料的抗腐爛性。
如展示于表3，于18個(gè)月的半埋式暴露測(cè)試之后，關(guān)鍵性機(jī)械性質(zhì)如斷裂模量(MOR)、極限應(yīng)變、韌性、及彈性模量(MOE)的保持一般針對(duì)使用經(jīng)抗微生物劑處理的纖維素纖維的配方F是較高的，當(dāng)相較于相等的配方E，沒(méi)有處理的纖維的對(duì)照組配方。在一實(shí)施方案中，18個(gè)月之后，經(jīng)處理的纖維素纖維可增加建筑產(chǎn)物的斷裂模量(MOR)的保存在大于約10％，極限應(yīng)變之保存在大于約5％，韌性之保存在大于約10％，彈性模量(MOE)的保存在大于約10％。
圖2顯示纖維試樣(未處理的及處理以0.1％硫酸銅)在一高濕度且有腐爛傾向的環(huán)境之中于三個(gè)月的半埋式測(cè)試之后的照片圖。如圖2展示，抗微生物劑(0.1％硫酸銅)處理的纖維試樣基本上保持完整的，而慣常的未處理的纖維試樣在埋于地下部分經(jīng)歷了整體腐朽。有利地，經(jīng)抗微生物劑處理的纖維素纖維基本上改良了纖維水泥產(chǎn)物的抗腐爛性及耐久性，即使在潮濕的且傾向于腐爛的環(huán)境中。
雖然那些工程化抗腐爛纖維尚未在針對(duì)纖維水泥復(fù)合材料每一生產(chǎn)形式中試行，看來(lái)其正賦予復(fù)合材料以增強(qiáng)的生物耐久性質(zhì)，且因此構(gòu)成供選擇的技術(shù)，當(dāng)其完全實(shí)施，將具有潛力可維持在建筑及結(jié)構(gòu)材料中的機(jī)械性質(zhì)及與可施工性，同時(shí)改良產(chǎn)物在高濕度下及傾向于腐爛的環(huán)境下的耐久性，無(wú)論其生產(chǎn)方式如何。其特別地適于Hatschek方法而其中需要可精煉的纖維(以捕捉固體微粒)，且適于熱壓硬化周期其允許將水泥取代以細(xì)微碾磨的二氧化硅，雖然其亦可使用于空氣硬化產(chǎn)物，結(jié)合以PVA，以降低對(duì)昂貴加壓方法的需要。
前述的本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案的描述已展示、記述且指出本發(fā)明的基本新穎特點(diǎn)。應(yīng)該了解各種省略、取代、及改變所述設(shè)備細(xì)節(jié)的形式以及它們的用途，都可由本領(lǐng)域技術(shù)人員完成，而不偏離本發(fā)明的精神。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)限于前述的討論，而應(yīng)由所附加的權(quán)利要求所定義。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合建筑材料，其包括水泥基質(zhì)；及加入所述水泥基質(zhì)中的個(gè)別處理的纖維素纖維，其中所述纖維素纖維至少局部地處理以抗微生物劑化學(xué)藥品而其可抑制微生物在纖維內(nèi)部生長(zhǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合建筑材料，其中所述抗微生物劑化學(xué)藥品是附著在個(gè)別處理的纖維的內(nèi)表面及外表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合建筑材料，其中所述化學(xué)藥品選自殺真菌劑、殺藻劑、霉菌及白蟻防腐劑、及其混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合建筑材料，其中所述化學(xué)藥品包括無(wú)機(jī)化合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合建筑材料，其中所述無(wú)機(jī)化合物選自鈉、鉀、鈣、鋅、銅、及鋇的下列鹽類碳酸鹽、硅酸鹽、硫酸鹽、鹵化物、及硼酸鹽；鋅羧酸酯；硼酸；重鉻酸鈉；銅環(huán)氧乙烯；銅鉻砷酸鹽(CCA)；鉻化銅硼酸鹽(CBC)；氨的銅砷酸鹽(ACA)；氨的銅鋅砷酸鹽(ACZA)；氟化銅鉻(CFK)；銅鉻氟硼酸鹽(CCFB)；及亞磷銅鉻(CCP)、及其組合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合建筑材料，其中所述化學(xué)藥品包括有機(jī)化合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合建筑材料，其中所述有機(jī)化合物選自丙環(huán)唑、戊唑醇、有機(jī)氯化物、季銨化合物(AAC)、氧化三-正丁基錫(TBTO)、環(huán)烷酸三-正丁基錫(TBTN)、溴化二癸基二甲基銨(DDAB)、氯化二癸基二甲基銨(DDAC)、及其混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合建筑材料，其中所述化學(xué)物質(zhì)包括約0.01％至20％的經(jīng)處理的纖維素纖維的干燥重量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合建筑材料，其中所述纖維素纖維通過(guò)碎漿方法產(chǎn)自木素纖維材料的纖維素漿。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的復(fù)合建筑材料，其中所述纖維長(zhǎng)度介于約0.2及7mm。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的復(fù)合建筑材料，其中所述纖維長(zhǎng)度介于約0.6及4mm。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合建筑材料，其中所述經(jīng)處理的纖維包括基質(zhì)重量的約0.5％-20％。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合建筑材料，其進(jìn)一步包括未經(jīng)處理的纖維素纖維。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合建筑材料，其進(jìn)一步包括天然的無(wú)機(jī)及合成纖維。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合建筑材料，其中所述水泥基質(zhì)及個(gè)別處理的纖維素纖維是作熱壓的。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的復(fù)合建筑材料，其進(jìn)一步包括粒料。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的復(fù)合建筑材料，其中所述粒料為碾磨的二氧化硅。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合建筑材料，其包括約10-80wt％的水泥。
19.一種用以形成復(fù)合建筑材料的材料配方，其包括水泥粘合劑；及纖維素纖維，其中纖維素纖維是已個(gè)別處理的，且其中至少某些纖維素纖維以化學(xué)藥品處理以抑制微生物在纖維中生長(zhǎng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的配方，其中所述化學(xué)藥品包括硼酸鋇。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的配方，其中所述化學(xué)藥品包括銅環(huán)氧乙烯。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的配方，其中所述化學(xué)藥品包括丙環(huán)唑。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的配方，其中所述化學(xué)藥品化合物包括鹽形式的銅及鋅。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的配方，其包括約10％-80wt％水泥。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的配方，其中所述水泥粘合劑的表面積約為250至400m2/kg。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的配方，其中所述水泥粘合劑包括波特蘭水泥。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的配方，其中所述水泥粘合劑包括高鋁水泥、石灰、碾磨?；母郀t礦渣水泥、及高磷酸鹽水泥、或其混合物。
28.根據(jù)權(quán)利要求19所述的配方，其進(jìn)一步包括粒料。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的配方，其中所述粒料大約占30wt％-70wt％的配方。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的配方，其中所述粒料包括表面積為約300-450m2/kg的二氧化硅。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的配方，其中所述粒料包括碾磨的二氧化硅。
32.根據(jù)權(quán)利要求28所述的配方，其中所述粒料選自無(wú)定形二氧化硅、微二氧化硅、地?zé)岫趸?、硅藻土、燃煤飛灰與底灰、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、聚合的珠粒、或其混合物。
33.根據(jù)權(quán)利要求19所述的配方，其中所述經(jīng)處理的纖維素纖維包括約0.5wt％-20wt％的配方。
34.根據(jù)權(quán)利要求19所述的配方，其中所述經(jīng)處理的纖維素纖維是摻合以未處理的纖維素纖維。
35.根據(jù)權(quán)利要求19所述的配方，其進(jìn)一步包括密度改性劑。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的配方，其中所述密度改性劑約占配方的0％-50％。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的配方，其中所述密度改性劑包括天然的或合成的輕量的材料，其選自塑性材料、膨脹的聚苯乙烯、其它發(fā)泡聚合物材料、玻璃及陶瓷材料、硅酸鈣水合物、微球體、火山灰其包含珍珠巖、浮石、錫拉(shiraua)玄武巖、及沸石呈其膨脹形式、及其混合物。
38.根據(jù)權(quán)利要求19所述的配方，其進(jìn)一步包括添加劑。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的配方，其中所述添加劑約占配方的0％-10％。
40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的配方，其中所述添加劑選自粘度改進(jìn)劑、阻燃劑、防水劑、二氧化硅煙，地?zé)岫趸?、顏料、著色劑、增塑劑、分散劑、成形劑、絮凝劑、排水助劑、濕?rùn)和干燥強(qiáng)度助劑、硅氧烷材料、鋁粉末、粘土、高嶺土、膨潤(rùn)土、氫氧化鋁、沸石、云母、變高嶺石、碳酸鈣、硅灰石、聚合的樹(shù)脂乳液、及其混合物。
41.根據(jù)權(quán)利要求19所述的配方，其中所述經(jīng)處理的纖維素纖維可降低復(fù)合建筑材料于暴露在一高濕度且有腐爛傾向的環(huán)境9個(gè)月之后的平均纖維損失在大于約5％，當(dāng)相較于產(chǎn)自相等的配方而其沒(méi)有經(jīng)處理的纖維素纖維的建筑材料。
42.根據(jù)權(quán)利要求19所述的配方，其中所述經(jīng)處理的纖維素纖維提高復(fù)合建筑材料的抗腐爛性，當(dāng)相較于產(chǎn)自相等的配方而其沒(méi)有經(jīng)處理的纖維素纖維的建筑材料。
43.根據(jù)權(quán)利要求19所述的配方，其中所述經(jīng)處理的纖維素纖維可提高復(fù)合建筑材料于暴露在高濕度且傾向于腐爛的環(huán)境18個(gè)月之后的斷裂模量(MOR)的保存在大于約5％，當(dāng)相較于產(chǎn)自相等的配方而其沒(méi)有經(jīng)處理的纖維素纖維的建筑材料。
44.根據(jù)權(quán)利要求19所述的配方，其中所述經(jīng)處理的纖維素纖維提高復(fù)合建筑材料于暴露在高濕度且傾向于腐爛的環(huán)境18個(gè)月之后的彈性模量(MOE)的保存在大于約5％，當(dāng)相較于產(chǎn)自相等的配方而其沒(méi)有經(jīng)處理的纖維素纖維的建筑材料。
45.根據(jù)權(quán)利要求19所述的配方，其中所述經(jīng)處理的纖維素纖維提高復(fù)合材料建筑材料于暴露在高濕度且傾向于腐爛的環(huán)境18個(gè)月之后的極限應(yīng)變的保存在大于約5％，當(dāng)相較于產(chǎn)自相等的配方而其沒(méi)有經(jīng)處理的纖維素纖維的建筑材料。
46.根據(jù)權(quán)利要求19所述的配方，其中所述經(jīng)處理的纖維素纖維提高復(fù)合材料建筑材料于暴露在高濕度且傾向于腐爛的環(huán)境18個(gè)月之后的韌性的保存在大于約5％，當(dāng)相較于產(chǎn)自相等的配方而其沒(méi)有經(jīng)處理的纖維素纖維的建筑材料。
47.一種制造纖維補(bǔ)強(qiáng)的復(fù)合建筑材料的方法，其包括下列步驟提供個(gè)別處理的纖維素纖維；將至少一部分的纖維素纖維處理以化學(xué)藥品，其中所述化學(xué)藥品抑制微生物在經(jīng)處理的纖維素纖維中生長(zhǎng)；將此經(jīng)處理的纖維混合以水泥粘合劑以形成纖維水泥混合物；將此纖維水泥混合物成形為預(yù)先選擇形狀及尺寸的纖維水泥物品；及將此纖維水泥物品硬化以使其形成纖維補(bǔ)強(qiáng)的復(fù)合建筑材料。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述的提供個(gè)別處理的纖維的步驟包括去除大多數(shù)的原先將纖維素纖維結(jié)合的木質(zhì)素。
49.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述的提供個(gè)別處理的纖維的步驟包括機(jī)械地分開(kāi)纖維。
50.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述纖維素纖維通過(guò)化學(xué)碎漿方法作個(gè)別處理。
51.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述的處理纖維的步驟包括物理上和/或化學(xué)上將抗微生物劑化學(xué)藥品粘合至纖維素纖維的外表面及內(nèi)表面。
52.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述的處理纖維的步驟包括使用壓力浸漬技術(shù)。
53.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述的處理纖維的步驟包括使用濃差擴(kuò)散技術(shù)。
54.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其進(jìn)一步包括將經(jīng)處理的纖維作加工，此加工是通過(guò)將纖維分散在預(yù)選擇的稠度范圍且然后將經(jīng)處理的纖維作纖絲化至預(yù)選擇的打漿度范圍。
55.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述的處理纖維的步驟包括化學(xué)上將抗微生物劑粘合至纖維素纖維之內(nèi)表面及外表面。
56.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述的加工經(jīng)處理的纖維的步驟包括將經(jīng)處理的纖維在水力碎漿機(jī)中分散至稠度為約1％-6％。
57.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其進(jìn)一步包括將經(jīng)處理的纖維作加工，此加工是通過(guò)將經(jīng)處理的纖維作纖絲化至打漿度在150至750度的加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度。
58.根據(jù)權(quán)利要求57所述的方法，其中所述的加工經(jīng)處理的纖維的步驟包括將經(jīng)處理的纖維作纖絲化至打漿度在150至650度的加拿大標(biāo)準(zhǔn)打漿度。
59.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其進(jìn)一步包括將經(jīng)處理的纖維混合以未處理的纖維素纖維。
60.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其進(jìn)一步包括將經(jīng)處理的纖維混合以合成纖維。
61.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述的將經(jīng)處理的纖維混合以各組分的步驟包括將經(jīng)處理的纖維混合以粒料。
62.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述的將經(jīng)處理的纖維混合以各組分的步驟包括將經(jīng)處理的纖維混合以添加劑。
63.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述的將經(jīng)處理的纖維混合以各組分的步驟包括將經(jīng)處理的纖維混合以密度改性劑。
64.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述的混合步驟包括將抗微生物劑直接加入混合物中。
65.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述的形成纖維水泥物品的步驟包括選自如下的方法Hatschek片式方法、Mazza管式方法、Magnani方法、注射成型、擠出成型、手積層、模制、澆鑄成形、壓濾、長(zhǎng)網(wǎng)造紙機(jī)成形、復(fù)線成形、間隔葉片成形、間隔滾動(dòng)/葉片成形、貝耳滾動(dòng)成形、及其組合。
66.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述的硬化纖維水泥物品的步驟包括預(yù)硬化和硬化。
67.根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中所述纖維水泥物品在室溫下預(yù)硬化至高達(dá)80小時(shí)。
68.根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中所述纖維水泥物品在室溫下預(yù)硬化至高達(dá)24小時(shí)。
69.根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中所述纖維水泥物品是在熱壓爐中硬化。
70.根據(jù)權(quán)利要求69所述的方法，其中所述纖維水泥物品在高溫及壓力下在約60至200℃熱壓約3至30小時(shí)。
71.根據(jù)權(quán)利要求69所述的方法，其中所述纖維水泥物品在高溫及壓力下在約60至200℃熱壓約24小時(shí)或更短。
72.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中所述的硬化纖維水泥物品的步驟包括將形成的物品作空氣硬化至高達(dá)30天。
73.一種加入個(gè)別處理的補(bǔ)強(qiáng)纖維的建筑材料，其中至少一部分的纖維是處理以抗微生物劑以防止微生物在纖維中生長(zhǎng)。
全文摘要
一種纖維水泥復(fù)合材料，其可提供改進(jìn)的抗腐爛性及耐久性，此復(fù)合材料中加入經(jīng)抗微生物劑處理的纖維漿以抵抗微生物侵襲。此經(jīng)抗微生物劑處理的纖維具有附著至個(gè)別處理的纖維的內(nèi)表面及外表面的抗微生物劑，以保護(hù)纖維不受真菌、細(xì)菌、霉菌及藻類的侵襲。此選擇的抗微生物劑具有對(duì)纖維素的強(qiáng)親合性，且不干擾水泥的水合反應(yīng)。本發(fā)明亦揭示配方、制造方法及使用此經(jīng)抗微生物劑處理的纖維的最終纖維水泥產(chǎn)物。
文檔編號(hào)D06M13/184GK1575264SQ01817480
公開(kāi)日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2001年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月17日
發(fā)明者D·J·默克萊伊, C·羅 申請(qǐng)人:詹姆斯·哈迪研究有限公司