用于處理纖維素纖維的方法
【專利說明】用于處理纖維素纖維的方法 發明領域
[0001] 本發明提供用于處理纖維素纖維的方法。本發明的其它目的是根據所述方法處理 的纖維素纖維和包含根據所述方法處理的纖維素纖維的纖維水泥（cement)產品。
[0002] 發明背景
[0003] 使用纖維素纖維來強化各種復合材料例如纖維水泥的應用是眾所周知的。
[0004] 人們已嘗試改善纖維水泥產品中纖維素纖維的性能，特別是它們在堿性環境中的 化學穩定性和它們的尺寸穩定性。
[0005] EP1330420-A1描述使用選自烷氧基硅烷、烷基烷氧基硅烷或它們的混合物的施膠 劑的水性乳液來處理適用于制造纖維水泥產品的纖維素纖維。
[0006] EP0331666-A1批露在聚電解質存在下，用無定形氧化娃顆粒處理適用于纖維水泥 產品的纖維素纖維。
[0007] 這些處理通常具有不足，例如低耐久的或不耐久的效率，因為處理試劑與纖維的 結合不足和/或纖維強度因處理條件而降低。
[0008] 我們已發現一種用于處理纖維素纖維的方法，其克服了現有技術方法的不足。
【發明內容】
[0009] 根據本發明的第一個方面，提供用于處理纖維素纖維的方法，所述方法包括下述 步驟：
[0010] -使用溶液浸漬纖維素纖維，該溶液包含四烷氧基硅烷和/或四烷氧基硅烷的低 聚物，和選自單官能醇r4〇h的溶劑；
[0011] -從所述纖維素纖維壁之間擠壓出溶液；
[0012] 其中，在擠壓步驟之后，所述溶液和所述纖維素纖維干重的重量比例低于2。
[0013] 根據本發明的方法包括下述步驟：使用包含四烷氧基硅烷的溶液浸漬所述纖維素 纖維。
[0014] 浸漬步驟優選地通過將纖維素纖維浸沒在浴中來實施，該浴包含溶液，所述溶液 包含溶劑和四烷氧基硅烷。當纖維作為纖維素纖維的片材或卷材來提供時，可使用例如浸 泡（dip)浴來進行浸漬，其中使用所述溶液滲透（soak)片材或卷材。
[0015] 或者，纖維素纖維在所述溶液中變成紙漿，這樣使用溶液滲透纖維。可例如通過 滴出、過濾和/或吸出過量溶液來排干過量溶液。浸漬步驟還可通過噴涂溶液或通過使用 刮涂機或輥（roller)涂機來實施，該溶液包含四烷氧基硅烷和/或四烷氧基硅烷的低聚 物。
[0016] 四烷氧基硅烷可由通式（I^OhSi來表示，其中各R1是烷基。四烷氧基硅烷的低聚 物可由通式況〇) 2 [況0) 2Si]n來表示，其中各R1是烷基。
[0017] 四烷氧基硅烷和/或四烷氧基硅烷的低聚物優選地選自下述：其中各R1獨立地選 自包括1-10個碳原子、更優選地2-5個碳原子的烷基。特別優選地具有2個碳原子的烷基。 烷基可以是直鏈或支鏈的。直鏈烷基是優選的。所述溶液可包含四烷氧基硅烷的共混物。 官能化烷氧基硅烷是比較不合適的，因為它們成本更高，且在水解時可能釋放有害物質。
[0018] 具有包括1-10個碳原子的烷基的四烷氧基硅烷和/或四烷氧基硅烷的低聚物可 比具有包括大于10個碳原子的烷基的四烷氧基硅烷更快水解和更好地溶于溶劑（例如乙 醇）。
[0019] 根據本發明的一些實施方式，四烷氧基硅烷和/或四烷氧基硅烷的低聚物優選地 是四乙氧基硅烷，和/或四乙氧基硅烷的低聚物。四乙氧基硅烷也稱為硅酸四乙基酯。
[0020] 纖維素纖維選自但不限于植物纖維如黃麻、亞麻、棉、稻草、大麻、甘蔗渣、苧麻 (ramie)、馬尼拉麻（abaca),廢棄木材紙衆和造紙過程的木材紙衆。
[0021] 根據本發明的方法處理的纖維素纖維優選地從木材紙漿獲得，更優選地從化學木 材紙漿獲得。硫酸鹽紙漿（Kraftpulp)是特別優選的。纖維素纖維可為漂白的或未漂白 的。優選的紙漿由軟木例如輻射松（PinusRadiata)或由硬木加工而來。使用來自未漂 白的軟木硫酸鹽紙漿的纖維素纖維，可獲得良好的結果。如使用TAPPI方法T236cm-85所 測定，纖維素纖維特征在于卡帕值（Kappanumber)為20-40,具體來說，20-30是特別優選 的。纖維素纖維可為精制的或未精制的，且如根據IS05267/1所測量，其肖伯而-力格度 (Schopper-Rieglerdegree)優選地是 12-80。根據TAPPI方法T271 測定的長度在 0? 8_4mm 的纖維素纖維是優選的。如根據TAPPI方法T212所測量，堿性可溶含量低于3. 5重量％的 纖維素纖維是優選的。
[0022] 纖維素纖維中存在的水以及任選的溶液中的額外的水將開始水解四烷氧基硅烷 和/或四烷氧基硅烷的低聚物，這進而導致四烷氧基硅烷和/或四烷氧基硅烷的低聚物的 聚合。
[0023] 水分含量為5-20重量％水的纖維素纖維是優選的。在根據本發明的方法中，優選 地使用成形為紙片的纖維素纖維。
[0024] 可對纖維素纖維進行額外的纖維處理，例如殺生物劑處理。
[0025] 根據本發明的方法還包括下述步驟：從所述纖維素纖維壁之間擠壓出所述溶液。 該擠壓步驟可通過選自但不限于下述的方法來實施：使用帶壓制或螺桿壓制、真空過濾、壓 縮過濾、超速離心、加熱或真空處理的方法。根據本發明的優選實施方式，處理纖維素纖維 的方法中的擠壓步驟可通過使浸漬的纖維素纖維通過輥壓機（rollerpress)來實施。
[0026] 通過輥壓機（也稱為乳染機）或通過任何其它裝置壓制浸漬的纖維的操作，可迫 使包含四烷氧基硅烷的溶液滲透進入纖維素纖維內腔并甚至進入纖維素纖維壁以在后者 中形成沉淀的氧化硅，并從浸漬的纖維素纖維之間擠壓出過量溶液。
[0027] 在根據本發明的方法中，擠壓步驟任選地直接在浸漬纖維素纖維的步驟之后實 施。
[0028] 擠壓步驟之后，所述溶液和所述纖維素纖維干重的重量比例低于2。該重量比例更 優選地是從0. 3到不高于1. 8。特別優選地重量比例是0. 6-1. 2。
[0029] 所述溶液和纖維干重的重量比例在本文中理解為處理之前溶液的重量與纖維素 纖維干重的比例，該溶液包含四烷氧基硅烷和/或四烷氧基硅烷的低聚物、溶劑和可能的 其它組分例如烷基烷氧基硅烷和催化劑。
[0030] 在本發明的語境中，纖維素的干重指在105°C下于通風烘箱中干燥過夜（12小時） 之后的纖維素的重量。
[0031] 在進一步處理步驟之后，包含四烷氧基硅烷和/或四烷氧基硅烷的低聚物的溶液 和纖維素纖維干重的重量比例低于2,從而避免氧化硅在纖維之間沉淀，并優化氧化硅在纖 維素細胞壁微米孔隙或納米孔隙中的存在。包含四烷氧基硅烷的溶液的反應性優選地使得 四烷氧基硅烷的水解和縮合反應不在浸漬步驟中開始。
[0032] 到這種程度地擠壓出溶液通常需要使用l-25kg/cm2、例如1-lOkg/cm2的壓力擠壓 纖維物質。在擠壓纖維之前，可對纖維物質進行過濾來去除部分溶液。當使用溶液將纖維 素纖維變成紙漿時，尤其如此。
[0033] 根據本發明的一些實施方式，包含四烷氧基硅烷和/或四烷氧基硅烷的低聚物的 溶液還可優選地包含所述四烷氧基硅烷的水解產物，和所述水解產物的硅氧烷縮合產物。
[0034] 四烷氧基硅烷的烷氧基的水解將該烷氧基部分地轉化成羥基。形成的聚硅酸仍然 具有足夠含量的剩余烷氧基，其可通過催化水解來活化。在聚硅酸的羥基之間發生縮合反 應之后，形成硅氧烷鍵。后續的催化水解導致凝膠化和脫水，以形成聚合Si02結構。
[0035] 優選地使用包含四烷氧基硅烷的水解產物，和這些水解產物的硅氧烷縮合產物 的溶液，因為它們的揮發性比四烷氧基硅烷更低。這種硅氧烷縮合產物可為例如四烷氧基 硅烷的低聚物。優選的低聚物的聚合度為2-10,優選地為3-8,例如2, 3, 4, 5, 6, 7或8。市 售包括四乙氧基硅烷的水解產物和所述水解產物的硅氧烷縮合產物的四乙氧基硅烷商標 為Dyn.￡is.y.l:an? 40,由贏創工業公司（EvonikIndustries)出售。
[0036] 根據本發明的一些實施方式，包含四烷氧基硅烷和/或四烷氧基硅烷的低聚物的 洛液還可優選地包含烷基烷氧基硅烷。
[0037] 使用還包含烷基烷氧基硅烷的溶液處理可使纖維素纖維變成疏水的，提供使用處 理的纖維素纖維制造的纖維水泥產品，其可具有降低的吸水性、更低的水滲透性、降低的風 化、改善的耐腐性和耐凍融性以及在老化時更低的機械性能劣化。
[0038] 烷基烷氧基硅烷可由通式R2X(OR3)4xSi表不，其中x是從1到最尚達3的整數。
[0039] 烷基烷氧基硅烷優選地選自烷基二烷氧基硅烷（其可由通式R2 (OR3) 3Si表不）和 ^烷基^烷氧基硅烷（其可由通式R22 (〇R3) ^Si表不）及其混合物。烷基烷氧基硅烷優選 地具有烷基R2,其獨立地選自包括4-12個碳原子、更優選的5-10個碳原子的烷基。其中一 個或多個烷基是正-辛基的烷基烷氧基硅烷是特別優選的。烷基烷氧基硅烷優選地具有烷 氧基（OR3)，其各自獨立地進行選擇并選自包括1-10個碳原子、優選地1-5個碳原子的烷氧 基。包括含2個碳原子的烷氧基的烷基烷氧基硅烷是特別優選的。烷基R2和R3優選地是 直鏈烷基。正-辛基三乙氧基硅烷是特別優選的。
[0040] 包括含至少4個碳原子的烷基的烷基烷氧基硅烷可使得處理的纖維素纖維具有 疏水特征。使用包括含大于12個碳原子的烷基的烷基烷氧基硅烷可導致溶解度問題。包括 含不大于10個碳原子的烷氧基的烷基烷氧基硅烷比包括含大于10個碳原子的烷氧基的燒 基烷氧基硅烷水解更快。前者通常在溶劑（例如乙醇和其它醇，和水）中的溶解性更高。 優選地以單體形式或低聚物形式使用正-辛基三乙氧基硅烷。這種正-辛基三乙氧基硅烷 可優選地為WackerSilresBS17040，或Z