技术领域：

本发明是关于以经抗微生物剂处理的纤维素纤维制成的纤维素纤 维补强的纤维水泥复合材料，包含纤维处理方法、配方、生产方法及 与其相关的具有改进的材料性质的终产物。

背景技术：

一般的波特兰水泥为许多使用于建筑及结构的产物的基本成分， 主要为混凝土与钢筋混凝土。水泥具有庞大的优点在于其为水硬的粘 合剂，且于硬化之后少受水的影响，相较于石膏、木材、木屑板、纤 维板、及其它使用于建筑产物的普通材料。水泥的高pH值通常可提供 水泥产物良好的对生物侵袭性损害的抗性。

石棉纤维水泥技术技术

约120年前，Ludwig Hatschek制作第一件石棉强化的水泥产物， 使用制纸筛滤圆筒机器于其上将非常稀的石棉纤维(至高达到约 10wt％重量的固体)与一般的波特兰水泥(约90％或更多)的淤浆脱 水，膜厚约0.3mm，然后在滚筒上缠绕至所欲求厚度(典型地6mm)， 将生成的圆筒状的片切下且弄平以形成平坦的层压片，将其切为长方 形所欲求尺寸的薄片，然后用一般水泥硬化方法将此类产物作空气硬 化约28天。起初系用作人造的屋顶石板。

超过100年，此形式的纤维水泥发现广泛的用于屋顶产物、管产 物、及墙壁产物，为外壁板(厚板及板)与湿区衬里板。石棉水泥复 合材料亦使用于许多需要高耐火性的用途，此是由于石棉高的热稳定 性。所有此类产物的重要优点在于：具有相对的轻量；水相对地对其 少有影响，且其具有对生物损害的良好的抗性，因为高密度石棉/水泥 复合材料有低孔隙率及渗透性。石棉纤维水泥复合材料还具有良好的 生物抗性。此类产物之缺点在高密度基质不允许打钉，且固定方法包 含预钻孔。

虽然起初的Hatschek方法(一种改良的筛滤圆筒制纸机器)支配 了石棉水泥产物制作的主体，其它方法亦用以制作专门产物，如厚的 片材(例如大于10mm而其需要约30片的膜)。这些使用相同的石棉 纤维与水泥混合物。有时一些加工辅助添加剂将施用在一些方法中， 如挤出成形、注射成形、及压滤或流送机(flow-on machine)。

在约上一世纪中期发生了二项发展，其对现代的对石棉为基础的 水泥复合材料的取代具有高的重要性。第一项在于某些制造业者认识 到通过热压产物，可大幅地减少硬化周期，且可降低成本。此允许将 许多水泥取代以细微碾磨的二氧化硅，其在热压温度下与水泥中过量 的石灰反应而产生相似于一般水泥基质的钙二氧化硅水合物。因为二 氧化硅，即使呈碾磨态，相较于水泥也是远较为便宜的，且因为热压 炉硬化时间大幅少于空气硬化硬化时间，这变得一般的，但不应视为 万能的制造方法。一项有代表性的配方是5-10％石棉纤维、30-50％水 泥、及40-60％二氧化硅。

第二项发展是将某些石棉补强纤维取代以取自木材或其它原料的 纤维素纤维，此未广泛的采用，除了用于壁板产物及湿区衬里片。此 发展的重要优点在于纤维素纤维为中空而柔软的，且生成的产物可打 钉而不是通过预钻孔作固定。此壁板及衬里产物是使用在垂直的墙壁， 其为远不苛求的环境，相较于屋顶。然而，纤维素补强的水泥产物更 易遭受水引发的损害及生物的侵袭，相较于石棉水泥复合材料。一个 有代表性的配方为3-4％纤维素、4-6％石棉、及约90％水泥用于空气硬 化产物，或30-50％水泥及40-60％二氧化硅用于热压产物。

石棉纤维具有数个优点。此筛滤圆筒机器需要纤维形成网状结构 以抓住固体水泥(或二氧化硅)微粒，而其又太小而不能自己留在筛 子上。石棉，虽然其为无机纤维，可″ 精制″成为许多小卷需而从主要的 纤维分出。石棉纤维是强、刚性的，且非常强烈地与水泥基质粘合。 其在高温下是稳定的。其于热压条件之下对碱侵袭是稳定的，。石棉纤 维亦为生物学上耐久的。因此，石棉补强的纤维水泥产物本身为强的、 刚性的(亦脆)，且可使用于许多严苛的环境中，除了在高度酸性的环 境在其中水泥本身快速被化学侵袭。

供选择的纤维水泥技术

在1980年代早期，与采矿或暴露至石棉纤维及吸入石棉纤维相关 的健康危害，开始变为主要的健康关切点。美国、某些西欧、且尤其 是澳大利亚/新西兰的石棉水泥产物的制造者，寻求发现石棉纤维代替 物以用于补强建筑及结构产物，生产建于其已建立的制造基础上，主 要为Hatsehek机器。于二十年期间后，已出现二种可实行的供选择的 技术，虽然两者均未成功应用在全范围石棉应用中。

在西欧，针对石棉最成功的取代是PVA纤维(约2％)与纤维素 纤维(约5％)及主要为水泥(约80％)的组合物。有时此配方含有 10-30％惰性填充剂如二氧化硅或石灰石。此产物系空气硬化的，因为 PVA纤维，一般而言，是热压不稳定的。其一般在Hatschek机器上制 作，接着为一使用液压压机的加压步骤。如此压缩纤维素纤维，且降 低基质的孔隙率。因为PVA纤维不可精炼而纤维素可以，在此西欧技 术中纤维素纤维是用作为加工助剂以在筛子上形成网状物而在脱水步 骤中捕捉固体微粒。此产物具有相当良好的生物耐久性由于其高密度 及非生物的可分解的PVA纤维。主要的应用系使用于屋顶(石板及波 形板)。其通常(但不总是)覆盖以厚的有机涂层。这些产物的大缺点 为非常大幅增加材料及制造方法成本。而纤维素目前比石棉纤维稍贵 $500一吨，PVA约$4000一吨。厚有机涂层亦为昂贵的，及液压为高 成本的生产步骤。

在澳大利亚/新西兰及美国，最成功取代石棉者为未漂白的纤维素 纤维，与约35％水泥、及约55％细微碾磨的二氧化硅，如叙述于澳大 利亚专利No.515151及美国专利No.6,030,447，其全文在此并入参考 文献。此产物是热压硬化，因为热压中纤维素是相当稳定的。其一般 是在Hatschek机器上制作，且通常不作加压。此产物一般用作壁板(板 及厚板)，且为垂直的或水平瓦衬垫湿区内衬，以及作为屋檐及填实板 背面。此类产物的重要优点在于其非常可使用的，即使相较于石棉基 材产物，并且低成本。

然而，纤维素纤维水泥材料可能具有性能缺点如较低的抗腐烂性 及较差的长期耐久性，相较于石棉水泥复合材料。这些缺点部分地由 于天然的纤维素纤维与生俱来的性质。纤维素纤维主要包括多醣类(纤 维素及半纤维素)且为高度亲水性的与多孔的，这些的结合使其成为 许多微生物有吸引力的营养物源。如此，纤维素纤维易遭受生物腐朽 或腐烂侵袭，当其加入到纤维补强的水泥复合材料中，其亦发生为高 度多孔的。特别是在高湿度环境中，在纤维补强的水泥材料中的孔隙 空间增进水运输至纤维，且因此提供微生物的入口，如真菌、细菌、 藻类及霉菌。微生物可通过水而带入纤维素纤维的空孔。生物体可生 长在复合材料表面上和/或内部，通过利用纤维素及半纤维素作为营养 物。微生物将破坏纤维素聚合物链，造成显著的失去纤维强度。微生 物所致的纤维素纤维链的裂解终究将降低纤维的补强效率，且有害地 影响纤维水泥材料的长期耐久性。

总结来说，在欧洲石棉已大幅地由空气硬化的纤维水泥产物所取 代，使用PVA纤维，且于形成在绿色状态之后加压。此技术主要问题 在于增加材料及制造成本。在美国及澳大利亚/新西兰石棉已大幅地取 代以热压纤维水泥产物，这是使用纤维素纤维，且以较低的密度成形 而未加压。然而，与此技术相关的问题包含较高的产物孔隙率及对生 物的侵袭较高的敏感，当相较于石棉纤维水泥材料。

据此，有需求要有成本效率的，带有改进的抗腐烂性的纤维水泥 复合材料，也需求个别处理的补强纤维，其保留纤维素的优点且更可 耐久的，相较于一般的纤维素纤维。为达此目的，特别需要更成本有 效的及耐久的纤维补强的水泥材料，而其可抵抗微生物侵袭，即使在 高湿度环境中。

申请者注意到仅一项现有技术参考文献有揭示将抗微生物剂施用 于纤维素纤维以应用在碳酸钙产物中(参见美国专利6,086,998)。此专 利是关于制作不燃性纤维素纤维而加入少量“表面活化的”抗微生物 剂在纤维素纤维的外表面。此‘998专利并未特别导向于将纤维使用于 纤维补强的水泥复合材料。

发明概述：

上述需求通过本发明优选的实施方案而满足，其中局部地或完全 地去木质素的及个别处理的纤维素纤维预处理以选择的无机或有机抗 微生物剂，从而生产工程化纤维素纤维。当使用于纤维水泥复合材料， 此工程化纤维保留一般的纤维素纤维的优点在精制、热压及不加压生 产，但当使用于纤维补强的水泥复合材料时，就生物的耐久性而言， 生成的纤维水泥材料亦可能达到甚至超过人造的纤维如PVA之性能优 点。可完成增进彼令人满意的生物耐久性而没有任何显著的降低重要 的材料物理性质，如强度及韧性。

因此，本发明优选的实施方案揭示新的制作补强的水泥复合材料 的技术，其使用经抗微生物剂处理的抗腐烂、个别处理的纤维素纤维。 此新技术包含以下方面：纤维处理、配方、制作复合材料的方法、及 最终材料及性质。本发明优选的实施方案解决了与纤维素纤维补强的 水泥复合材料相关的较差的生物耐久性问题，当相较于石棉水泥材料。

如此，使用此类工程化抗腐烂纤维赋予复合材料增强的生物耐久 性质，且因此构成供选择的技术，当彼完全实施，具有潜力以维持在 建筑中材料的机械性质及可施工性，而改良产物在高湿度下及倾向于 腐烂的环境下之耐久性，无论其生产方式。彼特别地适于Hatschek方 法而彼需要可精炼的纤维(以捕捉固体微粒)且适用于热压硬化周期， 其允许将水泥取代以细微碾磨的二氧化硅，虽然其亦可使用于空气硬 化产物，连接以PVA，以降低对昂贵的加压方法的需要。

一种复合材料建筑材料，其为依据一项本发明优选的实施方案制 作，包括水泥基质及将化学处理与个别处理的纤维素纤维加入基质中， 以改良终产物的生物耐久性。纤维细胞壁的内及外表面至少局部地处 理以化学药品(抗微生物剂)而其可抑制微生物生长。此化学药品可 包括无机化合物、有机化合物、或其组合物。此化学药品可包含各种 的杀真菌剂、杀藻剂、及白蚁防腐剂。优选此化学药品包括纤维素纤 维烘干重量的约0.01wt％至20wt％。

本发明的实施方案将给予纤维水泥复合材料以改进的生物耐久 性。加入经抗微生物剂处理的纤维将增加纤维素纤维的保存，当纤维 水泥基质遭遇倾向于腐烂的高湿度环境时。在一实施方案之中，在过6 个月的地下暴露中纤维损失的降低从约78％至约32％，当使用经抗微 生物剂处理的纤维。纤维的高度保持表示在纤维水泥复合材料中有较 佳的纤维补强效率的保持。

在本发明的另一方面中，用以形成复合建筑材料的材料配方包括 水泥粘合剂及纤维素纤维，其中纤维素纤维已个别处理，且其中至少 一部分的个别处理的纤维预处理以至少一种抗微生物剂，使得抗微生 物剂可抑制微生物在纤维之中与之上生长。依据一项本发明优选的实 施例的使用经抗微生物剂处理的纤维的复合材料配方包括水泥粘合 剂，一般为波特兰水泥；粒料，通常为二氧化硅其可为细微碾磨的若 使用热压方法；个别处理的纤维素纤维，其中至少一部分的个别处理 的纤维系处理以至少一种抗微生物剂而使抗微生物剂可抑制微生物在 纤维之中与之上生长；密度改性剂；及添加剂。在一实施方案之中， 此建筑材料配方优选包括约10％-80％水泥粘合剂，更优选约15％-50％； 约20％-80％二氧化硅(粒料)，更优选约30％-70％；约0.5％-20％经抗微 生物剂处理的、抗腐烂的、及个别处理的纤维素纤维，或抗腐烂的个 别处理的纤维素纤维，和/或一般的纤维素纤维，和/或天然的无机纤维， 和/或合成纤维的组合物；约0％-80％密度改性剂；及约0-10％添加剂。

在本发明的另一方面中，提供制造纤维补强的复合建筑材料的方 法。提供个别处理的纤维素纤维。至少一部分的纤维素纤维是以化学 药品处理的，其中化学药品可抑制微生物在经处理的纤维素纤维中生 长。将此经处理的纤维混合以水泥粘合剂以形成纤维水泥混合物。将 纤维水泥混合物形成预先选择形状及尺寸的纤维水泥物品。将此纤维 水泥物品硬化以形成纤维补强的复合建筑材料。

某些此类步骤可省略或重排，且可提供其它步骤，处理纤维的步 骤包括将纤维处理以无机及有机抗微生物剂、或其组合，这是通过一 些技术如化学反应和/或物理沉积方法如压力或温度浸渍及浓差扩散。 在此步骤中，局部地或完全地去木质素的及个别处理的纤维素纤维可 用于纤维处理。此有效的抗微生物剂系附着至纤维上以提供增强的生 物抗性。可用于此目的的抗微生物剂包含许多无机及有机化学药品及 其组合。

优选将经处理的纤维混合以各组分以形成纤维水泥混合物的步 骤，包括将经处理的纤维混合以水泥粘合剂、粒料、密度改性剂、及 添加剂。优选将经抗微生物剂处理的纤维混合以各组分以形成纤维水 泥混合物的步骤，包括将抗微生物剂纤维依据优选的配方混合以非纤 维素材料如水泥粘合剂、粒料、密度改性剂、及添加剂。在另一实施 方案之中，经抗微生物剂处理的纤维亦可混合以惯常的未处理的纤维 和/或合成纤维，和/或天然的无机纤维而伴随着其它组分。此复合材料 的制作可使用任何的现存的技术，如Hatcheck方法、挤出成形、及模 制等。

在纤维水泥基质中依据本发明的实施方案中加入经抗微生物剂处 理的纤维，可改良最终复合材料的抗腐烂性及耐久性。本发明的范围 不限于特别类型的水泥、粒料、密度改性剂或添加剂，不限制其配方 比例。由以下描述与伴随的附图，这些及其它本发明的目标及优点将 变得更明显。

附图说明：

图1是阐明在本发明实施方案中，使用经抗微生物剂处理之纤维 素纤维制造纤维补强的水泥复合材料的加工流程图。

图2为一照片其说明以一般的纤维素纤维及经抗微生物剂处理的 纤维素纤维制作的试样，于腐烂倾向环境之中暴露三个月之后。

优选实施方案的详细说明：

本发明优选的实施方案描述了将经抗微生物剂处理的纤维素纤维 使用在水泥纤维补强的建筑材料中。此类实施方案不仅包含形成的有 经抗微生物剂处理的纤维的建筑产物，也包含此复合材料的配方及生 产方法，以及化学上处理纤维以改良纤维的耐久性的方法。应该领会 本发明的方面不仅适用于纤维素纤维补强的水泥产物，且据此，此类 技术亦可施用于建筑材料强化彼将其它纤维加在非水泥产物中者。

在一项优选实施方案中，本发明是关于将经抗微生物剂处理的纤 维加入水泥纤维素补强的复合材料。经抗微生物剂处理的纤维一般包 括纤维素纤维并于其中加入抑制微生物成长的化学药品。抗微生物剂 化学药品优选置于在纤维上其中生物的活性最可能发生的位置。例如， 抗微生物剂化学药品优选施用于纤维导水甬道及空孔的内表面及外表 面，在其中微生物最可能生长且引起对纤维的损害。将纤维处理以抗 微生物剂剂化学药品，可使用化学反应和/或物理力以将化学药品粘合 或附着至纤维的细胞壁的表面。纤维处理方法可包含压力浸渍或浓差 扩散或其它借助于下列梯度：压力、温度、浓度、pH或其它离子强度 的技术。优选此抗微生物剂处理发生在室温下，或低于约100℃。有利 地，加入纤维中的抗微生物剂化学药品可阻滞或抑制微生物成长且因 此改良纤维的生物抗性。因为纤维系补强剂，增进纤维的生物抗性将 随着提高纤维水泥复合材料的耐久性。在处理纤维中的抗微生物剂的 剂量优选其范围在纤维烘干质量的0.01％至20％，这取决于抗微生物 剂的类型、处理方法及终产物需求。

目前将记述，针对纤维处理的抗微生物剂的选择，及在纤维补强 的水泥材料的制造中如何使用经抗微生物剂处理的纤维。选择的用于 纤维处理的生物上活化的抗微生物剂优选对纤维素纤维有强亲和力、 不干扰水泥水合反应、且不污染加工水。有效的抗微生物剂优选在高 温及碱性的条件(pH＞10)下稳定。此外，此化学药品优选提供一些 其它有利的特性予纤维水泥复合材料。由于这些严格的需求，许多已 知的抗微生物剂不适用于纤维处理。自处理的纤维与此产物滤出的抗 微生物剂，已显著限制了可应用于本发明优选实施方案的抗微生物剂 的可获得性。出人意外地，数个抗微生物剂符合上述需求且提供良好 的与生物活性作战的功效。

针对纤维处理可用作为有效的抗微生物剂的化学药品包含但不限 于钠、钾、钙、锌、铜、及钡的下列盐类：碳酸盐、乙酸盐、棕榈酸 盐、油酸盐、硬脂酸盐、磷酸盐、硅酸盐、硫酸盐、卤化物、及硼酸 盐，呈其所有形式；羧酸锌类：硼酸类；重铬酸钠；铜铬砷酸盐(copper chrome arsenate)(CCA)；铬化铜硼酸盐(chromated copper borate)(CBC)； 氨的铜砷酸盐(ammoniacal copper arsenate)(ACA)；氨的铜锌砷酸盐 (ammoniacal copper zinc arsenate)(ACZA)；氟化铜铬(CFK)；铜铬氟 硼酸盐(copper chromium fluoroborate)(CCFB)；亚磷铜铬(copper chromium phosphorous)(CCP)；及其它无机化合物。

再者，亦可于纤维处理中使用有机化合物，其包括(但不限于) 不同配方之丙环唑；不同配方之戊唑醇；有机氯化物，诸如五氯酚 (PCP)；季铵化合物(AAC)；不同配方的8-羟基喹啉铜或铜环氧乙烯 (copper oxene)；所有种类的配方的氧化三-正丁基锡(TBTO)；不同配方 的环烷酸三-正丁基锡(TBTN)；不同配方的溴化二癸基二甲基铵 (DDAB)；不同配方中所有种类的氯化二癸基二甲基铵(DDAC)；及其 它所有种类的杀真菌剂类；所有种类的杀藻剂类；及所有种类的白蚁 防腐剂类。

优选纤维可依纤维水泥材料的特定应用所需之特别属性而以上述 所列的一种或多种抗微生物剂处理。纤维处理优选于水或有机溶剂的 存在下进行，而可利用沉积、化学反应或其它机理的纤维的抗微生物 剂处理，优选在将化合物与纤维素纤维接触后进行。需了解上述所列 之化学药品仅用来阐明可使用于纤维的抗微生物剂处理的物质实例。 该些化学药品亦可为任何其它合适的对真菌、细菌、藻类及霉菌生长 有抑制效应的无机或有机化合物。

用于抗微生物剂处理的纤维素纤维优选为局部地或完全地去木质 素的个别纤维。因此，此纤维可为漂白的、未漂白的、或半漂白的纤 维素浆料而其由各种手段或方法制作。在碎浆方法中，木材或其它木 素纤维原料如南非槿麻(kenaf)、麦秆、竹子、等通过破坏在木素纤维 材料的结构中的粘合方式而降至纤维团块。此作业可在化学上、机械 上、热、生物上、或通过这些处理之组合而完成。

在一些本发明优选实施方案中，用于补强水泥复合材料的纤维素 纤维主要是个别处理的纤维且是由化学碎浆方法制作，其主要依靠化 学药品的效应以于碎浆加工期间分离纤维。基于使用于方法中的化学 药品，化学碎浆方法分类为纯碱、牛皮纸、牛皮纸-AQ、纯碱-AQ、氧 去木质化、牛皮纸-氧、有机溶剂方法、及亚硫酸盐方法等。在化学碎 浆中，木质素，其是作为粘着剂而将纤维素与半纤维素粘合在一起以 提供木材中的机械强度，将通过化学反应而破断且溶解。此类化学反 应通常在一反应器之中执行，经常称为蒸煮器，于约150℃至250℃温 度下执行约30分钟至2小时。木质素与纤维素组分之间的粘合的切除 将造成在纤维之中粘合的减弱。借助于轻微的机械力，然后将纤维素 纤维分离为个别的纤维。用于制备经抗微生物剂处理的一般的纤维素 纤维，是将个别处理的纤维素纤维作局部的或完全的自纤维细胞壁除 去木质素组分。此处理的纤维素纤维是通过碎浆方法产自木素纤维材 料的纤维素浆。

此纤维素浆料可由各种木素纤维材料，包含软木材、硬木材、农 业原料、回收废纸或任何其它形式的木质素纤维材料制得。优选选择 用于抗微生物剂处理得纤维是个别处理的纤维。优选纤维长度范围在 约0.2至7mm，更优选其范围在约0.6至4mm。

本发明复合材料的优选配方包括水泥水性粘合剂、粒料、经抗微 生物剂处理的纤维素纤维、密度改性剂、及各种添加剂以改良不同的 材料性质。水泥粘合剂优选为波特兰水泥但亦可为，但不限于高铝水 泥、石灰、碾磨粒化的高炉矿渣水泥、及高磷酸盐水泥、或其混合物。 此粒料优选为碾磨的硅砂但亦可为但不限于无定形二氧化硅、微二氧 化硅、硅藻土、燃煤飞灰与底灰、稻壳灰、高炉矿渣、粒状炉渣、钢 炉渣、矿物氧化物、矿物氢氧化物、粘土、菱镁矿或白云石、金属氧 化物及氢氧化物、聚合的珠粒、或其混合物。

经抗微生物剂处理的纤维素纤维优选为个别处理的未精炼的/未纤 丝化的或精炼的/纤丝化的纤维素纤维。针对Hatschek方法，处理的纤 维优选为精炼至打浆度范围在150至750的加拿大标准打浆度 (Canadian Standard Freeness)(CSF)它是依据Tappi方法T227-om-99， 或更较佳者其范围在150至650CSF。针对其它方法如挤出成形及模 制，可使用未精制的处理的纤维。

此外，密度改性剂优选包含有机和/或无机密度改性剂而其密度小 于约1.5g/cm3。此密度改性剂可包含塑性材料、膨胀的聚苯乙烯、玻璃 及陶瓷材料、硅酸钙水合物、微球体及火山灰其包含珍珠岩、浮石、 锡拉石(shirasu)、沸石呈其膨胀形式者。此密度改性剂可为天然的或合 成的材料或其混合物。添加剂可包含但不限于粘度改进剂、阻燃剂、 防水剂、二氧化硅烟，地热二氧化硅、颜料、着色剂、增塑剂、分散 剂、成形剂、絮凝剂、排水助剂、湿润和干燥强度助剂、硅氧烷材料、 铝粉末、粘土、高岭土、膨润土、氢氧化铝、沸石、云母、变高岭石、 碳酸钙、硅灰石、聚合的树脂乳液、或其混合物。

经抗微生物剂处理的纤维可使用于各种复合材料，所有这些具有 不同比例的水泥粘合剂、粒料、密度改性剂、处理的和/或未处理的纤 维素纤维、及添加剂以得到针对特定应用的最理想性质。依据本发明 一个方面的复合材料配方含有至高达到约20％经抗微生物剂处理的纤 维，优选从约0.5％至20％。此外，经抗微生物剂处理的纤维可掺合以 一般的未处理的纤维素纤维和/或合成的聚合物纤维，和/或天然的无机 纤维，采用不同之比例。应该领会经抗微生物剂处理的纤维的百分比 可变化而其取决于所欲求的用和/或方法。此外，水泥粘合剂、粒料、 密度改性剂、及添加剂的比例亦可加以变化以针对不同之应用得到最 理想的性质，如屋顶、栅栏、底板、铺砌、管、壁板、镶边、背面、 瓦下的衬垫物。

一项本发明较佳的实施例之配方包括：

·约10％-80％水泥(水泥粘合剂)；

·约20％-80％二氧化硅(粒料)；

·约0％-50％密度改性剂；

·约0-10％添加剂；及

·约0.5％-20％经抗微生物剂处理的纤维素纤维，或抗微生物剂处 理的纤维素纤维，和/或一般的纤维素纤维，和/或天然的无机纤维，和 /或合成纤维的组合物。

在热压实施方案中，可使用较低量的水泥加入个别处理的、经抗 微生物剂处理的纤维素纤维。在一实施方案之中，此热压配方包括：

约20-50％水泥，更优选约25-45％，甚至更优选约35％；

约30％-70％细微碾磨的二氧化硅，更优选约60％；

约0％-50％密度改性剂；

约0％-10％添加剂，更优选约5％；及，

约2％-20％纤维，更优选约10％纤维，其中一部分的纤维素是经 抗微生物剂处理、抗腐烂、及个别处理的纤维素纤维。

优选此纤维的打浆度在150至750CSF，其测量是依据Tappi方法 T227-om-99。水泥粘合剂及二氧化硅优选分别带有表面积约250至400 m2/kg及约300至450m2/kg。水泥与二氧化硅两者的表面积的测试是 依据ASTM C204-96a。

图1阐明一优选的方法其用于制造纤维补强的水泥复合材料，其 中加入经抗微生物剂处理的纤维素纤维。在步骤100中针对纤维作个 别处理，优选通过如上述的化学碎浆方法。然而，应该领会，在进行 此优选的制造方法中，化学制浆步骤可能不是必需的。这是因为纤维 的个别处理经常由纤维制造业者完成，其然后将纤维以标准重叠片或 卷状提供予买主。如此，在一实施方案之中，该纤维的个别处理仅仅 包含机械地从重叠片或卷状分开纤维，如经由锤磨或其它方法，如叙 述于如下步骤104。

在步骤102中，将局部地或完全地去木质素的及个别处理的纤维 素纤维处理以一或更多抗微生物剂。在步骤102中，将一或更多抗微 生物剂放置在相邻于纤维导水甬道及细孔之内表面及外表面，这是使 用已知的技术如化学反应、压力浸渍、浓差扩散、或干燥喷淋。此处 理可在浆状淤浆之中通过将此浆料混合以有效的抗微生物剂而执行。 可选地，干燥浆料可处理以抗微生物剂，通过将内含抗微生物剂的溶 液喷淋在浆料网上。在一实施方案之中，经抗微生物剂处理的纤维制 作成干燥形式如呈重叠片或卷状，而在另一实施方案中经抗微生物剂 处理的纤维是制作成湿形式如呈湿叠片及在容器中。

应该领会纤维可商购自纤维制造业者且其是已个别处理的且已经 处理以抗微生物剂。然而，为运送纤维，在一实施方案之中此纤维然 后制为干燥形式如呈重叠片或卷状，且因此，一旦到达制造设备，需 要再一次个别处理。在另一实施方案中，此经抗微生物剂处理的纤维 是制作成湿形式如呈湿叠片及淤浆在容器中。在另一实施方案中，纤 维的干燥是通过一些特别的设备(如快速干燥)及被运送在贮筒或容 器之中作个别处理。

针对一些纤维制作成叠片或卷状的实施方案，在步骤104中接着 将此经处理的纤维加工以再一次将纤维个别处理。在步骤104中将经 抗微生物剂处理的纤维加工，其中将经处理的纤维分散和/或纤丝化， 优选将纤维分散为稠度约1％至6％，在一水力碎浆机之中，彼亦赋予 一些纤丝化。进一步的纤丝化可使用浆料精制机或一系列精制机达成。 一旦分散，然后将纤维作纤丝化而达到范围在约150至750CSF(加拿 大标准打浆度)。更优选然后将纤维精炼达到范围在约150至650CSF。 纤维化，分散和/或纤丝化亦可由其它技术达成如锤磨、轧制、球磨研 磨、及去絮片。然而，针对一些产物及方法，使用经抗微生物剂处理 的纤维而未作纤丝化亦是可接受的或为优选的。

如图1展示，在步骤106中，经抗微生物剂处理的纤维素浆料是 成比例地混合以其它组分而形成水性混合物、淤浆、或糊状物。在一 实施方案中，经抗微生物剂处理的纤维是混合以水泥、二氧化硅、密 度改性剂及其它添加剂，这是使用一已知的混合方法，以形成淤浆或 糊状物混合物。在混合器中，一般的纤维素纤维，和/或天然的无机纤 维，和/或合成纤维可掺合以经抗微生物剂处理的纤维。在另一实施方 案中，抗微生物剂以粉末或溶液形式直接加入纤维水泥掺加物中。

应该领会上述的个别处理，处理及加工步骤不需要以上述的顺序 发生。例如，纤维的抗微生物剂处理可发生在纤维的个别处理之前。 此外，加工步骤104可能不是必需的，若直接来自纤维制造者的纤维 是已个别处理者，或若个别处理发生在纤维水泥制造设备中。在这些 实施方案中，于纤维处理之后，经处理的纤维可直接加入混合物中， 如下所记述的。

接着步骤108的方法为其中混合物可形成″绿色的″或未硬化成形 的物品，这是使用许多惯常的制造法，如本领域技术人员已知的，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)；

·挤出成型(Extrusion)；

·手积层(Hand lay-up)；

·模制(Molding)；

·浇铸成形(Casting)；

·压滤(Filter pressing)；

·长网造纸机成形(Fourdrinier forming)；

·复线成形(Multi-wire forming)；

·间隔叶片成形(Gap blade forming)；

·间隔滚动/叶片成形(Gap roll/blade forming)；

·贝耳滚动成形(Bel-roll forming)；

·其它。

此类方法亦可包含加压或压花操作，于物品成形之后。然而，更 优选不使用加压。用以达成终产物所使用Hatschek方法中的加工步骤 及参数，相似于叙述于澳大利亚专利No.515151者。

接着108步骤，在步骤110中将此″绿色的″或未硬化成形的物品硬 化。优选将此物品预硬化至高达80小时，最优选24小时或更短。然 后将此物品作空气硬化大约30天。更优选预硬化物品系在高温及压力 下作热压，在一蒸汽饱和环境之中于约60至200℃作热压约3至30 小时，更优选约24小时或更短。针对预硬化和硬化方法的时间及温度 的选择取决于配方、制造方法、加工参数、及产物的最终形式。

有利地，加入经抗微生物剂处理的纤维素纤维的纤维水泥复合材 料可改良在纤维水泥与纤维-纤维基质两者中的抗腐烂性。在纤维水泥 基质中纤维的改进的抗腐烂性显著提高纤维水泥复合材料的生物耐久 性，造成纤维补强效率的较好保持。如说明于以下实施例，带有经抗 微生物剂处理的纤维的复合材料经历显著较少的随时间的纤维损失， 当相较于针对相同配方以一般的未处理的纤维素纤维制作的材料。

材料性质及测试结果

将经抗微生物剂处理的纤维素纤维使用在纤维补强的复合材料中 改良了材料的生物耐久性。使用经抗微生物剂处理的纤维素纤维的纤 维水泥产物经历了显著较少的随时间的纤维损失，当相较于采用惯常 的纤维素纤维制作之材料。使用经抗微生物剂处理的纤维素纤维也不 会牺牲产物的物理及机械性质。

表1 配方 识别 水泥粘合剂   粒料                         纤维 波特兰水泥 二氧化硅 一般未处理的纤   维素纤维 0.12％丙环唑处   理的纤维 0.5％铜环氧 乙烯处理的     纤维   A     35％   57％     8％     0％     0％   B     35％   57％     0％     8％     0％   C     35％   57％     8％     0％     0％   D     35％   57％     0％     0％     8％

以上表1列出说明的纤维水泥配方而其具有经抗微生物剂处理的 纤维(配方B及D)，相较于对照组其具有相等的配方但未用经抗微生物 剂处理的纤维素纤维(配方A及C)。相等的配方在此定义为其中优选的 经处理的纤维素纤维被取代以相等百分比的未处理的纤维素纤维。在 配方A、B、C及D中的纤维系未漂白的牛皮纸纸浆。其全部具有打浆 度在450至475CSF而此测量系依据TAPPI方法T227-om-99。在配方 A至D中所有纤维之纤维长度为2.45至2.50mm。

表2：针对带有及不带有经抗微生物剂处理的纤维素纤维的纤维水泥复 合材料两者，于9个月的半埋式暴露测试之后的纤维损失之比较。 纤维水泥复合材料的密     度(kg/m3)            1200          900     配方     A     B     C     D 在纤维水泥复合材料中     纤维的类型 一般的纤维   素纤维 抗微生物剂 处理的纤维 一般纤维 素纤维 抑菌剂 处理的   纤维 于地下部分的纤维损失         (％)     12     8     79     32

以上表2提供在纤维水泥复合材料中的纤维损失之说明性比较， 其中配方为加上经抗微生物剂处理的纤维素纤维的配方及依据表1之 惯常的，未处理的纤维素纤维的相等，于9个月的半埋式暴露后的测 试。此半埋式试验的执行依据AWPA(美国木材保存者协会)(American Wood Preservers’Association)标准E7-93，“通过使用桩棍的田野试验 评估木材防腐剂的标准方法”(Standard Method of Evaluating Wood Preservatives by Field Tests with Stakes)。相等的配方在此定义为其中优 选的处理的纤维素纤维被取代以相等百分比的未处理的纤维素纤维。 纤维水泥材料的原型试样的制作是基于采用四不同浆状物(A、B、C、 D)的相同配方。将各试样半埋九个月，在一高湿度且有腐烂倾向的环 境之中，其中山杨木材试样将典型地在3至6个月之中经历整体腐朽。 于暴露之后，分析各试样的纤维素含量。

针对密度在1200kg/m3纤维水泥复合材料试样，使用0.12％丙环 唑(propiconazole)处理的纤维代替一般的未处理的纤维，可降低纤维损 失从约12％至8％，于在半埋式田野试验中暴露于高湿度环境9个月之 后。针对密度在900kg/m3的试样，使用0.5％铜环氧乙烯处理的纤维可 降低纤维损失从约79％至32％，针对试样被埋住的部分。因此，使用 经抗微生物剂处理的纤维素浆将会降低在有腐烂倾向的湿环境下纤维 水泥基质中的纤维素损失，且改良所制作的纤维水泥复合材料之耐久 性及性能。

在纤维水泥复合材料中加入经抗微生物剂处理的纤维素浆，将改 良纤维水泥基质的耐久性及抗腐烂性，其可由在纤维水泥产物中经处 理的纤维含量的高保持而证明。在纤维补强的水泥复合材料中耐久的 纤维将提供能持久的高物理及机械强度，如说明于表3者。此机械测 试是于湿条件之下依据ASTM(美国标准测试方法)C1185-98a执行， 其题目为C1185-98a“取样及测试标非石棉纤维水泥平薄片、屋顶及壁 板、及楔形板的准测试方法”。

表3：针对带有及不带有经抗微生物剂处理的纤维素纤维的纤维水泥复 合材料两者，于18个月的半埋式暴露测试之后的机械性质的保持。  配方                   E                     F 纤维类   型            一般的纤维素纤维          2％硼酸钡处理的纤维素纤维 机械性   质 MOR (MPa) 极限应   变 (μm/m) 韧性 (KJ/m3) MOE (GPa) MOR (MPa) 极限应   变 (μm/m) 韧性 (KJ/m3) MOE (GPa) 起始 9.44  4949  3.46  5.54  9.32  5421  3.91  5.57 于暴露 18个月 之后 7.43  2218  0.56  4.60  8.31  2770  1.06  5.14 机械性 质之保 持(％) 78.7  44.8  16.2  83.0  89.2  51.1  27.1  92.3

表3阐明针对使用及未使经抗微生物剂处理的纤维素纤维所制作 的纤维水泥复合材料两者，于18个月的半埋式暴露测试之后纤维水泥 复合材料的物理及机械性质的保持。再一次，此半埋式测试执行依据 AWPA(美国木材保存者协会)标准E7-93，“通过使用桩棍的田野试验 评估木材防腐剂的标准方法”。来自配方E及F的试样的烘干密度为 1200kg/m3。本领域技术人员应该领会，通过变化烘干密度，特别的机 械性质的特定值将有所不同。如展示于表3，配方E含有一般的纤维素 纤维而配方F含有用纤维质量的2％的硼酸钡处理的纤维的相等的配 方。特别地，配方E含有8％未处理的纤维素纤维而配方F含有8％经 处理的纤维。针对两者配方其中水泥及二氧化硅含量相同：分别为35％ 及57％。在一般的纤维素浆与硼酸钡处理的纤维素浆的打浆度水平约 470+/-10CSF。这二种纤维的纤维长度约2.5mm。

应该领会纤维水泥配方的选择是仅针对比较目的，且可使用其它 配方而未偏离本发明之范围，也应领会除纤维水泥产物之外，其它水 泥及非水泥材料亦可使用经抗微生物剂处理的纤维以改良材料的抗腐 烂性。

如展示于表3，于18个月的半埋式暴露测试之后，关键性机械性 质如断裂模量(MOR)、极限应变、韧性、及弹性模量(MOE)的保 持一般针对使用经抗微生物剂处理的纤维素纤维的配方F是较高的， 当相较于相等的配方E，没有处理的纤维的对照组配方。在一实施方案 中，18个月之后，经处理的纤维素纤维可增加建筑产物的断裂模量 (MOR)的保存在大于约10％，极限应变之保存在大于约5％，韧性 之保存在大于约10％，弹性模量(MOE)的保存在大于约10％。

图2显示纤维试样(未处理的及处理以0.1％硫酸铜)在一高湿度 且有腐烂倾向的环境之中于三个月的半埋式测试之后的照片图。如图2 展示，抗微生物剂(0.1％硫酸铜)处理的纤维试样基本上保持完整的， 而惯常的未处理的纤维试样在埋于地下部分经历了整体腐朽。有利地， 经抗微生物剂处理的纤维素纤维基本上改良了纤维水泥产物的抗腐烂 性及耐久性，即使在潮湿的且倾向于腐烂的环境中。

虽然那些工程化抗腐烂纤维尚未在针对纤维水泥复合材料每一生 产形式中试行，看来其正赋予复合材料以增强的生物耐久性质，且因 此构成供选择的技术，当其完全实施，将具有潜力可维持在建筑及结 构材料中的机械性质及与可施工性，同时改良产物在高湿度下及倾向 于腐烂的环境下的耐久性，无论其生产方式如何。其特别地适于 Hatschek方法而其中需要可精炼的纤维(以捕捉固体微粒)，且适于热 压硬化周期其允许将水泥取代以细微碾磨的二氧化硅，虽然其亦可使 用于空气硬化产物，结合以PVA，以降低对昂贵加压方法的需要。

前述的本发明优选的实施方案的描述已展示、记述且指出本发明 的基本新颖特点。应该了解各种省略、取代、及改变所述设备细节的 形式以及它们的用途，都可由本领域技术人员完成，而不偏离本发明 的精神。因此，本发明的范围不应限于前述的讨论，而应由所附加的 权利要求所定义。