用于混凝土增強(qiáng)的在表面具有evoh的雙組分纖維的制作方法
【專利說明】用于混凝土増強(qiáng)的在表面具有EVOH的雙組分纖維
[0001] 本發(fā)明涉及用于增強(qiáng)混凝土的雙組分聚合物長纖維，所述組分相互之間具有較高 粘合性。更具體地，本發(fā)明涉及包含外部組分和烯烴內(nèi)部組分或芯的雙組分聚合物長纖維 以及含有所述長纖維的混凝土混合物，所述外部組分為乙烯-乙烯醇（EVOH)纖維，所述內(nèi) 部組分或芯包含接枝了馬來酸酐的聚丙烯。
[0002] 通常，混凝土是脆性材料，其具有較高的壓縮強(qiáng)度但拉伸強(qiáng)度較低。已知人們嘗試 為了改善裂紋強(qiáng)度（拉伸強(qiáng)度）和混凝土的韌性需要將增強(qiáng)材料引入到混凝土中。例如， 鋼筋（鋼桿）能提供結(jié)構(gòu)完整性但不能消除裂紋；金屬絲網(wǎng)減少了裂紋但不能有效地用于 增強(qiáng)復(fù)雜幾何形狀的混凝土。之前，將切段的聚合物長纖維加入到混凝土中以增加韌性，從 而減少了裂紋增長并增加耐久性。已知的纖維是聚烯烴（PP、PE等）。聚烯烴是疏水性的， 不能與混凝土形成強(qiáng)的結(jié)合。到目前為止，已通過機(jī)械方法緩解了該問題，所述機(jī)械方法例 如使纖維表面凹陷，卷邊和扭轉(zhuǎn)等以增加與混凝土間的結(jié)合。
[0003] Pyzik等的美國專利第7, 025, 825B2號公開了具有聚合物芯和較低的熔融融合磨 損（melting fusing-fraying)的聚合物作為至少一部分聚合物套的纖維，用于改善混凝土 的韌性同時不會造成其它問題，如低的拉伸強(qiáng)度。由于芯和套的聚合物是相容的，因此混合 后不能將兩者分離，芯和套聚合物之間的粘合不是必需的。不過，含有融合磨損聚合物套的 纖維具有頸縮斷裂，這意味著當(dāng)該套聚合物破壞時，纖維會從混凝土中脫出。這使得需要改 善含有該套聚合物的混凝土的抗裂性和拉伸強(qiáng)度。
[0004] 本發(fā)明試圖解決該問題，通過提供用于混凝土的聚合物增強(qiáng)纖維使得混凝土的使 用者能進(jìn)一步改善含有纖維的混凝土的抗裂性和拉伸強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 1.根據(jù)本發(fā)明，用于增強(qiáng)混凝土的雙組分聚合物長纖維（macrofiber)包含作為 外部組分的乙烯-乙烯醇（EVOH)聚合物，該聚合物含有5-82. 5摩爾％的乙烯，優(yōu)選至少60 摩爾％，以及作為第二組分的聚合物摻混物，所述聚合物摻混物的一種是接枝了馬來酸酐 的聚丙烯，另一種是聚丙烯或聚乙烯。
[0006] 2.根據(jù)上述本發(fā)明的1，以第二組分聚合物摻混物固體的總重量為基準(zhǔn)計，所述 雙組分聚合物長纖維的第二組分中的接枝了馬來酸酐的聚丙烯含有0. 06-0. 25重量％，或 優(yōu)選0. 06-0. 08重量％的馬來酸酐部分。
[0007] 3.根據(jù)上述本發(fā)明的1或2,所述雙組分聚合物長纖維的第二組分和外部組分以 選自下組的結(jié)構(gòu)存在：第二組分以"島（island)"狀存在于外部組分的"海（sea)"中、第二 組分芯一外部組分套、分段的派狀（segmented pie)的第二組分和外部組分、第二組分和外 部組分并排、以及各第二組分和外部組分的融合的微絲纖維。
[0008] 4.根據(jù)上述本發(fā)明的1、2或3,所述雙組分聚合物長纖維的組合物進(jìn)一步包含濕 的混凝土混合物。
[0009] 5.根據(jù)上述本發(fā)明的4,以濕的組合物的總重量為基準(zhǔn)計，所述組合物包含 0. 002-0. 4重量％，或優(yōu)選0. 004-0. 3重量％，或更優(yōu)選0. 006-0. 25重量％的雙組分聚合物 長纖維。
[0010] 6.本發(fā)明的另一方面，雙組分無紡物含有上述1、2或3所述的任一雙組分聚合物 長纖維，所述雙組分無紡物是連續(xù)的或不連續(xù)的。
[0011] 7.根據(jù)上述本發(fā)明的6,所述雙組分無紡物是不連續(xù)的，所述不連續(xù)的雙組分無 紡物選自切條織物（slit fabric)、切割織物（cut faerie)、雙組分無紡纖維束、切碎織物 (chopped faerie)、帶狀物、編織物、絞繞線圈針織物（twist)以及它們的混合物。
[0012] 除非另外的說明，溫度和壓力條件是環(huán)境溫度和標(biāo)準(zhǔn)壓力。本文列出的所有范圍 都包括端值且可以組合。
[0013] 除非另外說明，否則，任何包括括號的術(shù)語表示不存在括號的完整術(shù)語情況，以 及不包括括號內(nèi)的內(nèi)容的術(shù)語情況，以及這兩種情況的組合。因此，術(shù)語"（甲基）丙烯酸 類"表示丙烯酸類、甲基丙烯酸類、以及它們的混合物。
[0014] 所有范圍都包括端值且可以組合。例如，術(shù)語"0.06-0.25重量％，或優(yōu)選 0. 06-0. 08 重量 ％ " 可包括 0. 06-0. 25 重量 ％，0. 06-0. 08 重量 ％ 以及 0. 08-0. 25 重量 ％。
[0015] 本文中使用的術(shù)語"ASTM"是指ASTM國際公司（ASTM International)(美國賓夕 法尼亞州，西康舍霍肯市（West Conshohocken, PA))的出版物。如本文中所用，術(shù)語"縱橫 比"表示切割或穩(wěn)定纖維的總長度和其橫截面寬度的比率，用具有Imm精度的尺測量長度， 并通過以下步驟來來測量橫截面：在垂直于纖維長度方向軸將纖維切斷，將切斷的纖維浸 沒在環(huán)氧樹脂基材中并固化該環(huán)氧樹脂，隨后通過用鋒利的刀片切斷去除環(huán)氧樹脂中的纖 維并在SEM下對纖維成像。如果纖維的橫截面不是完全的圓形，測量兩個特征尺寸（例如 橢圓形的長軸和短軸）隨后取其平均值作為橫截面尺寸。
[0016] 在本文中，術(shù)語"重量％ "表示重量百分?jǐn)?shù)。
[0017] 本發(fā)明提供用于混凝土增強(qiáng)的雙組分纖維，其中外部組分和第二組分聚合物間 (例如芯和套之間）的粘合性改善了混凝土的性能。由于EVOH與混凝土形成了強(qiáng)的結(jié)合， 本發(fā)明使人們制備的纖維能改善含有該纖維的增強(qiáng)的混凝土。事實(shí)上，本發(fā)明改變了平均 殘留（纖維）強(qiáng)度與纖維用量的曲線，使其上揚(yáng)，從而使得人們能用更少的纖維用量提供更 強(qiáng)的增強(qiáng)。相對較低的纖維用量能經(jīng)濟(jì)地在可接受的程度上保持混凝土混合物的流動性能 (塌落）。令人驚訝的是，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，雙組分聚合物長纖維的外部組分聚合物與第二組 分聚合物摻混物相互間的粘合性（而不是與混凝土的粘合性）保證了對混凝土抗裂性的最 大改善。較佳地，如果本發(fā)明的纖維失效，其會從混凝土中脫層，而不是纖維自己磨損或損 耗或頸縮。
[0018] 本發(fā)明的雙組分纖維包含兩種聚合物，兩種聚合物都可以是纖維；其可包括在外 部組分的"海"結(jié)構(gòu)中的"島"中的作為纖維的第二組分，或在外部組分作為套的芯一套結(jié) 構(gòu)中；或者所述雙組分纖維可包含以分段的派狀結(jié)構(gòu)存在的每種乙烯-乙烯醇（EVOH)外部 組分和第二組分聚合物的取向鏈，或者含有并排的外部組分EVOH和第二組分的多層纖維， 或者優(yōu)選地，第二組分聚合物夾在兩層外部組分EVOH聚合物中間。
[0019] 所述外部組分可包括乙烯-乙烯醇（EVOH)聚合物，其分子量可以是任意足夠保證 EVOH纖維形成的分子量，例如重均分子量（采用常規(guī)乙烯基或苯乙烯聚合物標(biāo)樣的凝膠滲 透色譜測定）為50, 000或更高，或70, 000或更高，最高至10, 000, 000。其不是蠟。
[0020] 相似地，內(nèi)部組分可包括與接枝了馬來酸酐的聚丙烯摻混的聚丙烯或聚乙烯聚合 物，從而所述摻混聚合物可具有任意足夠保證EVOH纖維形成的分子量，例如重均分子量 (采用常規(guī)乙烯基或苯乙烯聚合物標(biāo)樣的凝膠滲透色譜測定）為50, 000或更高，或70, 000 或更高，最高至10, 〇〇〇, 〇〇〇。其不是蠟。
[0021] 以EVOH聚合物的總重量為基準(zhǔn)計，外部組分乙烯-乙烯醇（EVOH)聚合物可包含 5-82. 5摩爾％的乙烯，優(yōu)選至少60摩爾％的乙烯。如果乙烯的量太低，EVOH聚合物會對 水過于敏感或吸水并會與混凝土產(chǎn)生過強(qiáng)的粘附，而纖維從混凝土中脫層是希望的失效模 式。如果乙烯的量太高，就會有EVOH聚合物與混凝土的粘合性以及與第二組分聚合物的粘 合性會變差。
[0022] 在第二組分聚合物摻混物中只有少量的接枝了馬來酸酐（MAH)的聚丙烯的雙組 分纖維提供最佳的平均殘留強(qiáng)度（ARS)結(jié)果。與接枝了馬來酸酐的聚丙烯（PP)摻混的第 二組分聚乙烯或聚丙烯，以第二組分聚合物摻混物固體的重量為基準(zhǔn)計，可包含0. 06-0. 25 重量％，或優(yōu)選〇. 06-0. 08重量％接枝的馬來酸酐。如果接枝的馬來酸酐的量太低，第二組 分會遭受與外部組分聚合物粘合性不夠的問題；如果接枝的馬來酸酐的量太高，那么第二 組分形成纖維的聚合物內(nèi)聚性太強(qiáng)以至于不能一致地形成纖維；且第二組分形成纖維的聚 合物不能均勻地或不能一致地分布在雙組分聚合物長纖維產(chǎn)物中。
[0023] 以接枝了馬來酸酐的聚丙烯（PP)的聚合物摻混物固體為基準(zhǔn)計，所述第二組分 聚合物摻混物可包含1-50重量