CN117166248B - 一种水分散纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水分散纤维及其制备方法，所述水分散纤维通过上浆液处理制得；所述上浆液包括以下重量份数的原料：水分散改性剂15‑25份、二氯甲烷40‑50份、无水乙醇10‑15份和表面活性剂4‑8份；所述水分散改性剂由羧甲基纤维素钠改性制备。本发明提供了一种新型的纤维用水分散改性剂及制备方法；本发明通过水分散改性剂制备的水分散型纤维具有优良的水分散性能，将其加入水中静止30min后无结团和黏连现象。
Description
技术领域
本发明属于水分散纤维技术领域，具体涉及一种水分散纤维及其制备方法。
背景技术
混凝土是目前应用最广泛、用量最大的建筑材料，但它抗拉强度低、易开裂、脆性大、变形性能差不利于抗震、自重大等弱点限制了其应用范围，影响工程质量。采用纤维增强是混凝土改性的一个重要途径，纤维材料的掺入可大大提高混凝土的抗拉强度、抗裂、抗疲劳性能、断裂韧性及变形性能。
虽然纤维增强混凝土在工程建设领域已经得到了广泛应用，比如在道路、桥梁、建筑物挡墙、堤坝加固等方面的应用，但如何实现纤维在混凝土中的均匀分散是困扰人们的难题，这是因为大部分纤维为非极性分子，而水是极性分子，所以纤维在水中较难均匀分散。纤维在混凝土中分散不均匀不仅会影响混凝土的强度和韧性，使混凝土出现不同部位机械强度不均匀，导致混凝土整体力学性能下降，而且一段时间之后混凝土局部易出现开裂、剥落、塌陷等现象，从而留下了一定安全隐患。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种水分散纤维及其制备方法，以解决上述技术问题。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种水分散纤维，所述水分散纤维通过上浆液处理制得；所述上浆液包括以下重量份数的原料：
水分散改性剂15-25份、二氯甲烷40-50份、无水乙醇10-15份和表面活性剂4-8份；
所述水分散改性剂具有如式(I)所示的结构式：
所述水分散改性剂通过以下方法制备：
S1：配制5-8wt％的羧甲基纤维素钠的水溶液；
S2：加入过硫酸铵和丙烯磺酸，氮气氛围下，70-80℃下反应3-5小时；
S3：向S2中加入丙酮，沉淀分离产物，制备得到式(I)的化合物。
式(I)化合物的反应方程式如下：
所述过硫酸铵的加入量为羧甲基纤维素钠摩尔量的0.05-0.08倍；丙烯磺酸的加入量为羧甲基纤维素钠质量的4-5倍。
所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、聚醚改性硅氧烷中的一种。
所述纤维为聚丙烯纤维或聚酯纤维。
所述上浆液通过以下方法制备：
将二氯甲烷、无水乙醇、表面活性剂、水分散改性剂依次加入搅拌釜中，常温搅拌混合20-30分钟即得。
一种水分散纤维的制备方法，包括以下步骤：
将纤维浸泡在上浆液中，搅拌5-20min后过滤取出、晾干或烘干即得水分散纤维。
一种水分散纤维的制备方法，包括以下步骤：
用涂布机在纤维的表面涂布上浆液，涂布量为20-35g/kg，涂布后60℃烘干；反复涂布、烘干2-3次即得水分散纤维。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供了一种新型的纤维用水分散改性剂及制备方法；
(2)本发明通过水分散改性剂制备的水分散型纤维具有优良的水分散性能，将其加入水中静止30min后无结团和黏连现象。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明不局限于这些实施例。
实施例1
水分散改性剂的制备：
将210.53g羧甲基纤维素钠加入4000g水中，配制5wt％的羧甲基纤维素钠的水溶液；然后加入9.92g过硫酸铵和842.11g丙烯磺酸，搅拌混均；氮气氛围下，70℃下反应5小时,然后加入2000g丙酮，沉淀分离产物，得到水分散改性剂A，平均分子量约为7425。
实施例2
水分散改性剂的制备：
将255.32g羧甲基纤维素钠加入4000g水中，配制6wt％的羧甲基纤维素钠的水溶液；然后加入16.85g过硫酸铵和1148.94g丙烯磺酸，搅拌混均；氮气氛围下，75℃下反应4小时,然后加入2000g丙酮，沉淀分离产物，得到水分散改性剂B，平均分子量约为7954。
实施例3
水分散改性剂的制备：
将347.83g羧甲基纤维素钠加入4000g水中，配制8wt％的羧甲基纤维素钠的水溶液；然后加入26.22g过硫酸铵和1739.13g丙烯磺酸，搅拌混均；氮气氛围下，80℃下反应3小时,然后加入2000g丙酮，沉淀分离产物，得到水分散改性剂C，平均分子量约为8867。
实施例4
上浆液的制备：
将4kg二氯甲烷、1kg无水乙醇、0.4kg十二烷基苯磺酸钠、1.5kg水分散改性剂A依次加入搅拌釜中，常温(25℃)搅拌混合20分钟即得。
实施例5
上浆液的制备：
将4.5kg二氯甲烷、1.2kg无水乙醇、0.6kg十二烷基磺酸钠、2kg水分散改性剂B依次加入搅拌釜中，常温(25℃)搅拌混合25分钟即得。
实施例6
上浆液的制备：
将5kg二氯甲烷、1.5kg无水乙醇、0.8kg聚醚改性硅氧烷、2.5kg水分散改性剂C依次加入搅拌釜中，常温(25℃)搅拌混合30分钟即得。
实施例7-10和对比例1-6使用的聚丙烯纤维和聚酯纤维的平均长度为8mm，平均直径为15μm。
实施例7
水分散纤维的制备：
用涂布机在聚丙烯纤维的表面涂布上浆液(实施例4制备)，涂布量为20g/kg，涂布后60℃烘干；反复涂布、烘干2次即得水分散纤维。
实施例8
水分散纤维的制备：
用涂布机在聚丙烯纤维的表面涂布上浆液(实施例5制备)，涂布量为30g/kg，涂布后60℃烘干；反复涂布、烘干3次即得水分散纤维。
实施例9
水分散纤维的制备：
用涂布机在聚酯纤维的表面涂布上浆液(实施例6制备)，涂布量为35g/kg，涂布后60℃烘干；反复涂布、烘干3次即得水分散纤维。
实施例10
水分散纤维的制备：
将聚丙烯纤维浸泡在上浆液(实施例5制备)中，搅拌10min后过滤取出、60℃烘干即得水分散纤维。
对比例1
水分散纤维的制备方法与实施例8的制备方法基本相同，其不同之处是，使用的上浆液通过以下方法制备：
将4.5kg二氯甲烷、1.2kg无水乙醇、0.6kg十二烷基磺酸钠、2kg水分散改性剂依次加入搅拌釜中，25℃搅拌混合25分钟即得；
本对比例中水分散改性剂通过以下方法制备：
将255.32g羧甲基纤维素钠加入4000g水中，配制6wt％的羧甲基纤维素钠的水溶液；然后加入1148.94g丙烯磺酸，搅拌混均。得到水分散改性剂。
对比例2
水分散纤维的制备方法与实施例8的制备方法基本相同，其不同之处是，使用的上浆液通过以下方法制备：
将4.5kg二氯甲烷、1.2kg无水乙醇、0.6kg十二烷基磺酸钠、2kg水分散改性剂依次加入搅拌釜中，25℃搅拌混合25分钟即得；
本对比例中水分散改性剂通过以下方法制备：
将255.32g羧甲基纤维素钠加入4000g水中，搅拌混均，得到水分散改性剂。
对比例3
水分散纤维的制备方法与实施例8的制备方法基本相同，其不同之处是，制备的上浆液的水分散改性剂的平均分子量约为6143。
对比例4
水分散纤维的制备方法与实施例8的制备方法基本相同，其不同之处是，制备的上浆液的水分散改性剂的平均分子量约为9527。
对比例5
水分散纤维的制备方法与实施例8的制备方法基本相同，其不同之处是，制备上浆液的水分散改性剂替换为等重量的如式(II)所示的化合物：
对比例6
水分散纤维的制备方法与实施例8的制备方法基本相同，其不同之处是，制备上浆液的水分散改性剂替换为等重量的如式(III)所示的化合物：
水分散性测试：
分别称取实施例7-10和对比例1-6制备的纤维4g,分别加入盛有1L水的烧杯中，水温为25℃，搅拌20s后静止30s观察纤维的分散情况，然后再静止30min观察纤维的分散情况。表1为观察到的纤维分散情况。
表1
以上所述，仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明；但对于本领域的普通技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种水分散纤维，其特征在于，所述水分散纤维通过上浆液处理制得；
所述上浆液包括以下重量份数的原料：水分散改性剂15-25份、二氯甲烷40-50份、无水乙醇10-15份和表面活性剂4-8份；
所述水分散改性剂具有如式（I）所示的结构式：
（I）；
所述水分散改性剂的平均分子量为7425、7954、8867中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种水分散纤维，其特征在于，所述式（I）的水分散改性剂通过以下方法制备：
S1：配制5-8wt％的羧甲基纤维素钠的水溶液；
S2：加入过硫酸铵和丙烯磺酸，氮气氛围下，70-80℃下反应3-5小时；
S3：向S2中加入丙酮，沉淀分离产物，制备得到式（I）的化合物。
3.根据权利要求2所述的一种水分散纤维，其特征在于，所述过硫酸铵的加入量为羧甲基纤维素钠摩尔量的0.05-0.08倍；丙烯磺酸的加入量为羧甲基纤维素钠质量的4-5倍。
4.根据权利要求1所述的一种水分散纤维，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、聚醚改性硅氧烷中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种水分散纤维，其特征在于，所述纤维为聚丙烯纤维或聚酯纤维。
6.根据权利要求1所述的一种水分散纤维，其特征在于，所述上浆液通过以下方法制备：
将二氯甲烷、无水乙醇、表面活性剂、水分散改性剂依次加入搅拌釜中，常温搅拌混合20-30分钟即得。
7.一种水分散纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将纤维浸泡在上浆液中，搅拌5-20min后过滤取出、晾干或烘干即得水分散纤维；所述上浆液通过权利要求6的方法制备。
8.一种水分散纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
用涂布机在纤维的表面涂布上浆液，涂布量为20-35g/kg，涂布后60℃烘干；反复涂布、烘干2-3次即得水分散纤维；所述上浆液通过权利要求6的方法制备。
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