JP3980762B2 - セメント補強用ポリオレフィン集束繊維 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セメント製品を補強するための集束繊維であり、特に押出成型用のセメント補強繊維として有益なセメント補強用集束繊維に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、石綿に替わるセメント強化用繊維として種々の無機繊維、合成繊維の使用が提案されているが、単繊維のような細く柔らかなものでは混合の際、砂利等の骨材にまとわりついて十分な補強効果が得難い為、太い単繊維を使用したり、細い繊維を集束することによって剛性を付与し、モルタルセメント内への混合時に骨材にまとわりつかないような工夫がなされている。しかしながら太い繊維を使用するとコテ塗り性が悪くなることから、近年においては細い繊維を集束接合していわゆる集束繊維となし、モルタルセメント内に混合したのち水を加えて攪拌したとき集束繊維が分繊され、それによってモルタルセメントの成型物のヒビ割れ（クラック）防止効果が発揮するような集束繊維が汎用されている。
【０００３】
また近年、押出成型法の割合が高くなってきており、且つ自動化がすすんできている。繊維供給においても自動化が進められており、供給装置のスクリュー等によって繊維が細く柔らかい為に開繊されやすく、更に繊維同志が絡んでファイバーボールになりやすくセメント製品の外観を損ねると共に繊維塊の状態で入っている為に補強効果の低下に繋がっている。
【０００４】
従来の集束繊維としては、例えば特公昭６３−５９９８０号公報に記載されているような水の存在下で集束効果が減少する水溶性の集束剤を使用し、かかる水溶性の集束剤を繊維重量に対して２〜２０重量％付着させて単糸デニールが０．５〜２５のモノフィラメントを５０〜６０００本集束してチョップドストランドとなしたもの、特開昭５２−８９１２２号公報に記載されているように、細デニールの繊維を集束して太デニールの繊維としたチョップドストランド、あるいは特公昭５３−３７９５７号公報記載のごとくガラス繊維を５０〜２００本を集束したもの、特表平４−５０２１４２号公報記載のごとく界面活性剤等湿潤剤でフィラメント同志を密着させたものを挙げることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来のセメント補強用集束繊維は、水溶性の集束剤でもって集束接合されているため、集束繊維をセメント材料に混合したのち水が加えられるとその集束力が解除されてセメントスラリー内に分散されるという利点を有している。しかしながらマルチフィラメントやトウのような繊維の集合物を水溶性の集束剤の溶液槽に浸漬したのち乾燥し、所望長さに切断して集束繊維となす工程において、浸漬後における乾燥時において水溶性集束剤は表面から乾燥し、表面に集束剤の凝固被膜を形成してしまうために内部まで乾燥するまでに多くの熱源と時間を要し、そのため生産性が悪く、セメント補強用集束繊維のコスト高を招いている。
【０００６】
そのうえ集束剤の水への溶解性がよくなく、溶液槽内における液濃度の調整や所望濃度の維持も困難であり、また集束剤の溶液槽内の液粘度が高いため、繊維集合物を浸漬しても集束剤が内部まで浸透せずに表面に付着した状態となって、溶液槽への浸漬後における絞り加減によっても付着量が変動しやすく、所望の付着率で集束接合された繊維束を得ることが困難である。そのうえ、絞りロールとその周辺に多量の集束剤が付着して機台を汚損し、付着した集束剤の乾燥にともなって付着集束剤の除去が著しく困難となるなど、機台の保全作業もコスト高の一因となっていた。
【０００７】
本発明は上記の実状に鑑みてなされたものであり、集束剤による集束工程の非能率性を改善し、また繊維表面への集束剤の付着や乾燥の容易な非水溶性集束剤を使用し、かつ繊維間を仮接合して集束繊維となすことについて鋭意検討した結果、非水溶性集束剤によって集束接合された集束繊維は、乾式混合時あるいはセメントスラリーとなす湿式混合の攪拌時における衝撃や摩擦などの外力を受けると容易に集束力が崩壊されて分繊されることを確認し、本発明を完成するに至ったものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、セメント製品を補強するための集束繊維であって、集束繊維を構成する単繊維の各々がカルボキシル変性ポリオレフィン系低分子量物からなる非水溶性集束剤により集束接合され、長さ３〜２０ｍｍに切断されていることを特徴とするセメント補強用集束繊維であり、またカルボキシル変性ポリオレフィン系低分子量物が繊維重量に対して１〜２０重量％付着し、またカルボキシル変性ポリオレフィン系低分子量物のカルボキシル基末端がカリウム塩となっており、またカルボキシル変性ポリオレフィン系低分子量物のポリオレフィンの数平均分子量が１０００〜６０００であり、該分子量に対してカルボキシル基が平均して１〜１０個導入されており、またカルボキシル変性ポリオレフィン系低分子量物のポリオレフィンがポリプロピレンまたはポリエチレンからなるものである。
【０００９】
本発明のセメント補強用集束繊維に適用される繊維としては、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ４−メチルペンテン−１等のポリオレフィン繊維、ビニロン繊維、アクリル繊維、アラミド繊維や炭素繊維、ガラス繊維など特に限定するものではないが、耐アルカリ性に優れたポリオレフィン繊維が集束剤との親和性を考慮すると好ましく使用することができる。単繊維の繊度としては０．５〜２０デニールがセメント補強用として好ましい。
【００１０】
非水溶性集束剤としては、カルボキシル変性ポリオレフィン系低分子量物であって、繊維に付着させる場合は界面活性剤を用いてエマルジョン形態となっているものが好ましい。そしてこのエマルジョン形態の非水溶性集束剤の適量を水に分散させ、この分散液内に繊維集合体を浸漬し、絞り、乾燥すると該集束剤により繊維間が接合し集束繊維となす。繊維集合体に対する集束剤の付着量は、繊維重量に対して好ましくは１〜２０重量％、より好ましくは３〜８重量％である。集束剤の付着量が１重量％未満であると繊維同志の接着力が弱く、セメント系原料と乾式混合した時に分繊されてファイバーボールが発生する恐れが高くなり、また付着量が２０重量％を越えると単繊維同志の接着力が強固となり過ぎ、セメント系原料に水を混合した時のミキサー内での物理的外力によっても最終使用段階で単繊維に分繊できずに大部分が集束繊維の状態で残り、セメントへの補強効果が低下する。
【００１１】
カルボキシル変性ポリオレフィン系低分子量物としては、ポリプロピレンやポリエチレンの数平均分子量が１０００〜６０００の低分子量のものに平均して１〜１０個のカルボキシル基が変性されているものであり、好ましくはカルボキシルの末端がカリウム塩となっているものである。数平均分子量が１０００未満であると集束時の繊維間接着力が弱く、６０００を越えると上記記載したエマルジョンにならない。またカルボキシル基はより多く導入した方が親水性を上げ、セメント系原料への分散性、親和性の点から好ましいが、現時点では１０個より多く導入することは技術的に難しい。またカルボキシル末端がカリウム塩となっているとセメント系原料に含まれるカルシウムと置換され、よりセメントとの親和性を増すことができる。さらに、本発明においては、他の非水溶性集束剤を併用してもよい。
【００１２】
繊維集合体へ集束剤を付着させる方法としては、繊維製造工程の延伸後の段階で付与すればよく、付与方法としては、浸漬法、スプレー法、コーティング法の何れでもよい。そして、集束剤が付着した繊維集合体は、水分を蒸発させるために公知の乾燥機などを用いて乾燥され、所定に長さに切断されて集束繊維となす。乾燥条件としては、例えば、シリンダー乾燥機、あるいは熱風乾燥機を用いて、１００℃以上で、３〜３０分の比較的短時間で乾燥することにより容易に得られる。
【００１３】
集束接合された単繊維は、長さ３〜２０ｍｍに切断されていることが好ましい。３ｍｍ未満ではセメント補強効果が望めず、２０ｍｍを越えるとセメント撹拌時に繊維同士が絡んでファイバーボールとなりやすくなりセメント製品欠点が発生する。
【００１４】
適量な非水溶性集束剤でもって繊維間接合された集束繊維は、セメント系原料に投入してミキサーによって混合攪拌されると、ミキサーによる衝撃や攪拌時におけるセメント系原料との摩擦などの物理的外力によってより細かな集束繊維片状態に分割され、使用時に水を加えて湿式混合されると、この時点でミキサーの物理的外力、流動するセメントスラリーとの攪拌摩擦によって、大部分が単繊維に分繊された状態となすことができる。
【００１５】
本発明の集束繊維は、普通ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、アルミナセメント、ケイ酸カルシウム等の補強に適用することができ、また半水石膏、２水石膏とスラグあるいはこれらを上記セメントと混合して使用する際にも用いることができ、押出成型用は勿論のこと、流込法で自然養生、蒸気養生、オートクレーブ養生などのセメント製品の製造工程に使用することができる。
【００１６】
【発明の作用】
本発明のセメント補強用集束繊維は、剥離外力を受けない状態においては、集束接合された状態を保ち、ミキサーによるセメント系原料と乾式混合作用を受けると集束繊維がより細かな多数の集束繊維片に分離し、更に水が加えられて湿式混合作用を受けると該集束繊維片がさらに個々の単繊維に分離されてセメントスラリー中に分散され、セメント成型物の補強作用を奏する。そして上記のように乾式、湿式混合による物理的外力によって段階的に集束繊維が分離されていくことによってセメントスラリー中での分散性が向上し、セメント製品の衝撃、曲げ強度の向上に寄与すると共にコテ塗りなど施工性をよくする。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【００１８】
［実施例１］ 延伸後の単繊維繊度２デニール、トータル８００００デニールのポリプロピレン繊維集合体（トウ）を、集束剤としてポリプロピレンで数平均分子量４５００、カルボキシル基が該分子量当たり１個変性された低分子量物をＰＯＥアルキルエーテルにて処理したエマルジョン形態物（三洋化成工業（株）製ユーメックスＥＭ−１００）を使用し、集束剤と水の重量比１：３．７にて分散させた槽に浸漬して、絞りロールにて絞り、トウに集束剤を付着させ、約１１０℃にて１５分間乾燥後、カッターにて６ｍｍ長に切断してセメント補強用集束繊維を得た。得られたセメント補強用集束繊維は３重量％の集束剤が付着していた。次に上記集束繊維１０ｇ準備し、普通ポルトランドセメント１２００ｇ、珪砂８００ｇ、メチルセルロース２０ｇと共にミキサーにて乾式混合し、水比２０％として湿式混合後、押出成型機にてセメントボードを作製した。集束繊維の分散状態を評価した結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】

【００２０】
表１における評価は次のようにして行った。
乾式混合時、湿式混合時および押出成型時におけるセメント原料スラリーを採取し金網上で水洗して集束繊維の分散状況を観察し以下の評価に分類した。
◎：集束繊維が個々の単繊維にうまくバラけていてファイバーボールなし。
○：集束繊維が分繊されているが細かな集束繊維片が存在している。
△：集束繊維があまり分繊されず太い集束繊維片がかなり存在している。
×：一部にファイバボールが存在している。
××：集束繊維が殆ど分繊されずに太い集束繊維片が多く存在している。又はファイバーボールが多く存在している。
【００２１】
［実施例２］ 集束剤のカルボキシル末端をカリウム塩とした以外は実施例１と同様とし、評価結果を表１に示す。
【００２２】
［実施例３］ 集束剤として、ポリエチレンで数平均分子量２４００、カルボキシル基が該分子量当たり１個とした低分子量物（竹本油脂（株）製ＡＣオイルＭ）を使用した以外は実施例１と同様とし、評価結果を表１に示す。
【００２３】
［比較例１］ 集束剤付着量を０．５重量％付着させた以外は、実施例１と同様とし、評価結果を表１に示す。
【００２４】
［比較例２］ 集束剤付着量を２５重量％とした以外は実施例１と同様とし、結果を表１に示す。
【００２５】
［比較例３］ 延伸後の単繊維繊度２デニール、トータル８００００デニールのポリプロピレン繊維集合体（トウ）を、集束剤として水溶性集束剤である市販のポバールを使用し、集束剤と水の重量比１：３．７にて分散させた槽に浸漬して、トウに３重量％の集束剤を付着させた後、約１１０℃にて６０分間乾燥後、カッターにて６ｍｍ長に切断してセメント補強用集束繊維を得た。次に上記集束繊維１０ｇ準備し、普通ポルトランドセメント１２００ｇ、珪砂８００ｇ、メチルセルロース２０ｇと共にミキサーにて乾式混合し、水比２０％として湿式混合後、押出成型機にてセメントボードを作製した。この集束繊維の分散状態を評価した結果を表１に示す。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の集束繊維は、繊維間が適量のカルボキシル変性ポリオレフィン系低分子量物からなる非水溶性集束剤により仮接合された状態であるから、セメント系原料との乾式混合時には集束繊維が多数の細かな集束繊維片に分割されるが、個々の単繊維には殆ど分繊されることなく、更に水が加えられて攪拌されると攪拌流動摩擦によって順次個々の繊維に分繊され、セメントスラリー中に分散させることができる。そのうえ集束繊維状態であるためにセメント原料へは投入しやすく、投入後は攪拌外力と流動摩擦によって順次段階的に分繊されるからセメントスラリー中での均一分散が達成できる。また非水溶性の集束剤であるため、集束剤浸漬後における乾燥時において、水溶性集束剤のような表面に集束剤の凝固被膜を形成してしまうことがなく、内部まで乾燥するまでに多くの熱源と時間を要しないため生産性が向上する。更に、集束剤の親水部とセメントとの馴染みよく、結果としてセメントとの親和性が向上するものとなる。

Claims (4)

1. セメント製品を補強するためのポリオレフィン集束繊維であって、
   前記ポリオレフィン集束繊維を構成するポリオレフィン単繊維の各々が、ポリオレフィンの数平均分子量が１０００〜６０００であり、前記分子量に対してカルボキシル基が平均して１〜１０個導入されているカルボキシル変性ポリオレフィン系低分子量物からなる非水溶性集束剤により集束仮接合されており、
   前記ポリオレフィン集束繊維は、長さ３〜２０ｍｍに切断されていることを特徴とするセメント補強用ポリオレフィン集束繊維。
2. カルボキシル変性ポリオレフィン系低分子量物が繊維重量に対して１〜２０重量％付着していることを特徴とする請求項１記載のセメント補強用ポリオレフィン集束繊維。
3. カルボキシル変性ポリオレフィン系低分子量物のカルボキシル基末端がカリウム塩となっていることを特徴とする請求項１または２に記載のセメント補強用ポリオレフィン集束繊維。
4. カルボキシル変性ポリオレフィン系低分子量物のポリオレフィンがポリプロピレンまたはポリエチレンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセメント補強用ポリオレフィン集束繊維。