JPH0585796A

JPH0585796A - 繊維補強無機質体の製造方法

Info

Publication number: JPH0585796A
Application number: JP3250993A
Authority: JP
Inventors: Takashi Takada; 貴高田
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1991-09-30
Publication date: 1993-04-06

Abstract

(57)【要約】【構成】セメントを含む水硬性物質と、ＨＬＢが１３以
下の界面活性剤を付着した補強繊維と、水と、重合開始
剤および乳化剤を含む非水溶性ビニルモノマーとを含有
するエマルジョンを調製する工程と、このエマルジョン
を成形する工程と、得られた成形体を硬化および養生す
る工程とを含む、繊維補強無機質体の製造方法。【効果】本発明によれば、エマルジョンの安定性を良好
に保ちつつ、補強繊維の分散性を向上できるので、高強
度で靭性に優れた繊維補強無機質体を得ることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、壁材、屋根材、床材
等の建築用資材や、パイプ、パネル、トラフ等の土木用
資材などとして好適な繊維補強無機質体を製造する方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、セメントや石膏などの水硬性物質
の補強にはアスベストが広く使用されてきた。

【０００３】しかし、アスベストは天然素材であるため
価格の変動が大きく、さらに近年アスベストの粉塵が健
康および衛生上有害であることが明白になってきたた
め、その使用が忌避ないし制限されようとしている。そ
こでアスベストに代わる繊維素材の開発が、我が国をは
じめ世界的規模で検討されている。

【０００４】これまでにアスベストを代替する繊維素材
として、例えばガラス繊維、ロックウール、炭素繊維、
スチール繊維、アラミド、オレフィン系繊維、ビニロン
およびアクリル系繊維など多くの繊維が提案されてき
た。これらの代替繊維の中で、価格が安く、耐アルカリ
性およびセメントなど水硬性物質との接着性に優れてい
るアクリル系繊維が注目され、サイディングボード、ス
レートおよび屋根材などの補強材に使用されはじめた。

【０００５】ところで、特開平１−１７６２５８号公報
には、セメントと、合成繊維の短繊維と、水と、重合開
始剤および乳化剤を含む非水溶性ビニルモノマーとを含
有するエマルジョンを押出成形し、得られた成形体を硬
化、乾燥することによる無機質体の製造方法が記載され
ている。

【０００６】この方法によれば、エマルジョンは、セメ
ントと水とからなるスラリーが非水溶性ビニルモノマー
中でエマルジョンを形成するので流動性が高く、また、
チクソトロピー性に優れていて、形態保持性を害するこ
となく低圧での押出操作が可能になる。

【０００７】しかしながら、上記セメントと水と非水溶
性ビニルモノマーとを含有するエマルジョンにおいて、
エマルジョンを崩壊することなく、合成繊維の短繊維を
均一に分散させるのが難しいという問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、従
来の方法の上述した問題点を解決することにあり、すな
わち、成形圧力を低くでき、しかもエマルジョンの安定
性および補強繊維の分散性が向上できるため高強度で靭
性にも優れた無機質体を得ることができる方法を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、この発明は、セメントを含む水硬性物質と、Ｈ
ＬＢが１３以下の界面活性剤を付着した補強繊維と、水
と、重合開始剤および乳化剤を含む非水溶性ビニルモノ
マーとを含有するエマルジョンを調製する工程と、この
エマルジョンを成形する工程と、得られた成形体を硬化
および養生する工程とを含む、繊維補強無機質体の製造
方法を提供する。

【００１０】本発明においては、まず、セメントを含む
水硬性物質と、ＨＬＢが１３以下の界面活性剤を付着し
た補強繊維と、水と、重合開始剤および乳化剤を含む非
水溶性ビニルモノマーとを含有するエマルジョンを調製
する。

【００１１】セメントは無機質体の主原料となるもの
で、例えば、ポルトランドセメント、アルミナセメント
等の単味セメント、高炉セメント等の混合セメント、膨
脹セメント等の特殊セメントを用いることができる。こ
れらの中で、膨脹セメントの一種であって、ポルトラン
ドセメントの組成化合物である珪酸カルシウムに、アウ
イン、石膏および高炉スラグを配合した無収縮セメント
（秩父セメント（株）製“チチブハイアキュラス”な
ど）は、通常の蒸気養生でオートクレーブ養生と同等の
寸法安定性が得られるので好ましく用いられる。

【００１２】水硬性物質には、また、密度を低くして軽
量な無機質体を得るために、０．５〜５０重量％の範囲
で、ポリスチレンビーズ、ポリ塩化ビニリデンビーズ、
パーライト、シラスバルーン、ガラスバルーン等の軽量
骨材を配合することもできる。また、成形性をより向上
させるために、木材パルプや、アクリル、芳香族ポリア
ミドのフィブリルや、ワラストナイトや、エデナイト
や、セピオライトや、マイカや、タルクや、ベントナイ
ト等の成形助剤を配合してもよい。

【００１３】一方、補強繊維は、補強材として作用し、
無機質体の力学的物性を向上させる。そのような補強繊
維としては、アルカリに耐え、しかも、高強度、高弾性
率であることが好ましく、例えば、炭素繊維、耐アルカ
リ性ガラス繊維、芳香族ポリエステル繊維、ポリエチレ
ン繊維、アラミド繊維、アクリル繊維、ビニロン繊維な
どが用いられる。これらの中で、アクリル繊維はセメン
トとの接着性に優れるので最も好ましく用いられる。具
体的には、アクリロニトリルの含有量が高く、かつ、重
合度の高いアクリル系ポリマーからなるものであるのが
好ましい。例えば、少なくとも９０モル％のアクリロニ
トリルを含み、極限粘度が２．０〜５．０であるアクリ
ロニトリル系ポリマーを乾湿式紡糸して得られる、引張
強度が１０ｇ／デニール以上で、引張弾性率が１８０ｇ
／デニール以上であるようなアクリル系繊維を切断して
得られる短繊維を好ましく使用することができる。

【００１４】補強繊維は、細すぎると水硬性物質中にお
ける分散が不充分となり、また、太すぎるものは強度が
低くなる傾向があるので、０．１〜７．０デニール程度
であることが好ましい。平均長は、短すぎると補強効果
が不充分となり、長すぎると分散性が悪くなり、無機質
体の均質性が低下する傾向があるので、１〜２０mmの範
囲とすることが好ましい。より好ましい範囲は、４〜１
０mmである。

【００１５】ここで、上記補強繊維に付着させる界面活
性剤はＨＬＢ（ＨｙｄｒｏｐｈｉｌｅＬｉｐｏｐｈｉ
ｌｅＢａｌａｎｃｅ）が１３以下、好ましくは３〜１
０である。ＨＬＢとは、界面活性剤便覧（産業図書発
行）または新・界面活性剤入門（三洋化成工業（株）発
行）に記載してあるように界面活性剤の親水性を表わす
数値であって、本発明においては非イオン界面活性剤の
みならずアニオンやカチオン界面活性剤にも適用できる
デイビス（Ｄａｖｉｅｓ）のＨＬＢを用いる。このＨＬ
Ｂが１３より大きいと後で述べるように水硬性物質と、
水と、非水溶性ビニルモノマーとを含有するエマルジョ
ンの形成が不安定となったり、また補強繊維の分散性が
低下したりして補強繊維の補強効果が十分発現できず、
高強度で靭性の大きい無機質体が得られない。

【００１６】ＨＬＢが１３以下の界面活性剤として、例
えば、鉱物油などの炭化水素、オレイン酸などの脂肪酸
とそのエステル、ソルビタンモノステアレートやソルビ
タンモノステアレートエチレンオキサイド付加物（エチ
レンオキサイド４モル）などの多価アルコールエステル
とそのエチレンオキサイド付加物、ポリエチレングリコ
ール（分子量４００）モノオレエートなどのポリエチレ
ングリコールエステル、ラウリルアルコールエチレンオ
キサイド付加物（エチレンオキサイド５モル）などの高
級アルコールエチレンオキサイド付加物およびノニルフ
ェノールエチレンオキサイド付加物（エチレンオキサイ
ド６モル）などのアルキルフェノールエチレンオキサイ
ド付加物などの非イオン界面活性剤が用いられるが、単
独ではＨＬＢが１３より大きい非イオン、アニオン、カ
チオン性および両性界面活性剤とＨＬＢが１３以下の非
イオン界面活性剤とを複数混合して全体としてＨＬＢが
１３以下になるようにしても構わない。これらの中で、
アニオン界面活性剤はセメントとの接着性に優れるので
好ましく用いられる。

【００１７】なお、界面活性剤の付着量は、ＨＬＢの大
きさにもよるが、補強繊維に対し０．０１〜１重量％で
あることが好ましく、さらには０．０２〜０．５重量％
が望ましい。この範囲をはずれるとエマルジョンを崩壊
したり、補強繊維の分散性を低下させる傾向がある。

【００１８】界面活性剤の付着方法としては、特に限定
されるものではないが、例えば浸漬法、スプレー法およ
びキスロール法などが用いられる。また、界面活性剤の
付着状態としては、補強繊維の表面に均一に被覆されて
いても、あるいは部分的に付着されていてもかまわな
い。

【００１９】一方、本発明においては、重合開始剤およ
び乳化剤を含む非水溶性ビニルモノマーを調製する。

【００２０】非水溶性ビニルモノマーとしては、スチレ
ン、αメチルスチレン、アクリル酸エステル、メタクリ
ル酸エステル、アクリロニトリル、ジビニルベンゼン、
アルキレングリコールのアクリル酸エステル、アルキレ
ングリコールのメタクリル酸エステル、多価アルコール
のアクリル酸エステル、多価アルコールのメタクリル酸
エステル等を用いることができ、これらを単独であるい
は２種以上を用いることができる。これらは、常温下で
液体である。なかでも安価なスチレンが好ましい。

【００２１】また、重合開始剤としては、ラジカル発生
剤や、レドックス触媒、たとえば、ベンゾイルパーオキ
サイド、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエートを用いるこ
とができる。配合量は、０．５〜５重量％の範囲が好ま
しい。

【００２２】さらに、乳化剤としては、特に限定される
ものではないが、ＨＬＢが３〜６である非イオン界面活
性剤、たとえば、ソルビタンセスキオレエート、グリセ
ロールモノステアレート、ソルビタンモノオレエート、
ジエチレングリコールモノステアレート、ソルビタンモ
ノステアレート、ジグリセロールモノオレエートや、ア
ルキレングリコールの無水マレイン酸付加物等の少なく
とも１種を好ましく使用することができる。中でも、ソ
ルビタンモノオレエートやジグリセロールモノオレエー
トが好ましい。配合量は、少なすぎるとエマルジョンの
安定性が低くなる傾向があり、また、多すぎるとビニル
モノマーの重合時の収縮が大きくなる傾向があるので、
３〜５０重量％の範囲にするのが好ましい。

【００２３】非水溶性ビニルモノマーには、得られる無
機質体の強度や耐熱性を向上させる目的で、ジビニル化
合物やトリビニル化合物、たとえば、多価アルコールの
ジメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレー
ト、トリメチロールプロパントリメタクリレート等を配
合しておくのも好ましい。

【００２４】本発明においては、上述したセメントを含
む水硬性物質と、補強繊維と、水と、重合開始剤および
乳化剤を含む非水溶性ビニルモノマーとを含有するエマ
ルジョンを調製するが、この操作は、次のように行うの
が好ましい。

【００２５】すなわち、上述したセメントを含む水硬性
物質１００重量部に対して、補強繊維を０．４〜４０重
量部、水を２０〜５００重量部、重合開始剤および乳化
剤を含む非水溶性ビニルモノマーを１〜１５０重量部加
え、ミキサーやニーダー等を用いてよく撹拌、混合し、
エマルジョンを得る。もっとも、補強繊維は、得られた
エマルジョンに加えることであってもよく、他の原料、
たとえば非水溶性ビニルモノマーにあらかじめ加えてお
くことであってもよい。また、水硬性物質と、補強繊維
と、水との混合物をあらかじめ調製しておき、これと非
水溶性ビニルモノマーとを混合することであってもよ
い。本発明においては、混合操作の順序は重要ではな
い。

【００２６】この撹拌、混合操作において、補強繊維
は、上述したように、水硬性物質１００重量部に対して
０．４〜４０重量部になるようにするのが好ましい。
０．４重量部よりも少ないと補強効果が低減し、また、
４０重量部よりも多いと分散性が低下して無機質体の均
質性が低下する傾向がある。

【００２７】また、水は２０〜５００重量部の範囲にす
るのが好ましい。２０重量部よりも少ないと、エマルジ
ョンの粘度が高くなって成形時の圧力が上昇し、また、
５００重量部よりも多いと、得られる無機質体の軽量化
は進むが強度が低くなる傾向がある。

【００２８】さらに、重合開始剤および乳化剤を含む非
水溶性ビニルモノマーは、１〜１５０重量部の範囲にす
るのが好ましい。１重量部よりも少ないとエマルジョン
の安定性が低くなり、１５０重量部よりも多いと無機質
体の強度や寸法安定性が低下する傾向がある。また、非
水溶性ビニルモノマー中の重合開始剤および乳化剤の含
有量としては、重合開始剤が０．５〜５重量％、乳化剤
が３〜５０重量％であることが好ましい。

【００２９】本発明においては、次に、上述したエマル
ジョンを、所望の形状、たとえば、板状や中空板状やそ
の他複雑な立体形状に成形し、成形体を得る。成形方法
としては、解放された型枠へエマルジョンを流し込む方
法、いわゆる注型法や、押出成形法や、密閉された型枠
へ圧入する方法、いわゆる射出成形法などが、特に限定
されることなく用いられる。これらの中で、密閉された
型枠へエマルジョンをエクストルダーやプランジャーを
用いて加圧下で注入する方法は、複雑なあるいは大きな
立体形状に成形できるので好ましく用いられる。

【００３０】この成形操作においては、上述した本発明
のエマルジョンを使用するため、成形時の圧力は０．１
〜２kg／cm²と極めて低くてよい。

【００３１】本発明においては、次に、得られた成形体
を硬化および養生して強度と靭性を向上させる。この硬
化および養生は１００℃以下の水蒸気下で行うことが好
ましいが、この時ビニルモノマーの重合と水硬性物質の
水和反応とを同時に行っても、別々に行ってもかまわな
い。例えば、５０〜６０℃のスチーム中で硬化し、次い
で、８０〜１００℃のスチーム中で養生する方法などが
用いられる。また、寸法安定性を向上させるため上述の
硬化および養生につづいてオートクレーブ養生してもか
まわない。

【００３２】オートクレーブ養生する場合、１００〜１
８０℃の水蒸気下で３〜１５時間行うのが好ましい。

【００３３】

【実施例】

実施例１〜２、比較例１〜２セメントたるポルトランドセメント１００重量部に対し
て、水４０重量部と、１重量％の、重合開始剤たるｔ−
ブチルパーオキシベンゾエート、３３重量％の、乳化剤
たるソルビタンモノオレエート、および、架橋剤たる、
７重量％のトリメチロールプロパントリメタクレートを
含む、スチレンモノマー１０重量部とをニーダーを使用
して撹拌、混合した後、これに、表１に示す界面活性剤
を０．１重量％付着した、繊度が２デニール、引張強度
が１１．７ｇ／デニール、引張弾性率が２００kg／デニ
ールで、平均長が６mmのアクリル系短繊維（東レ（株）
製“アトラン”）を上記水硬性物質１００重量部に対し
て１．５重量部になるように加え、同様にニーダーで撹
拌、混合した。

【００３４】次に、押出機を用いて上記エマルジョンを
押出し成形し、厚みが６mmの板状成形体を得た。このと
きの押出し圧力は、０．６kg／cm²であった。

【００３５】また、上記エマルジョンの安定性は、押出
成形中エマルジョンから分離して出てくる水を観察して
定性的に評価した。

【００３６】次に、上記成形体を、６０℃のスチーム中
で８時間放置することにより硬化し、次いで８０℃のス
チーム中で２０時間養生した。かくして得られた板状無
機質体の比重は約１．３で、３点曲げ試験による曲げ強
度は表１のとおりであった。表１から、本発明の製法
は、エマルジョンの安定性および繊維の分離性に優れる
ため、高い補強効果を有する繊維補強無機質体を得るこ
とができることがわかる。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、エマルジョンの安定性
を良好に保ちつつ、補強繊維の分散性を向上できるの
で、高強度で靭性に優れた繊維補強無機質体を得ること
ができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 //(Ｃ０４Ｂ 28/02 14:38 Ｚ 2102−4Ｇ 24:00） 2102−4Ｇ (Ｃ０４Ｂ 28/02 16:06 Ｃ 2102−4Ｇ 24:00） 2102−4Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セメントを含む水硬性物質と、ＨＬＢが１
３以下の界面活性剤を付着した補強繊維と、水と、重合
開始剤および乳化剤を含む非水溶性ビニルモノマーとを
含有するエマルジョンを調製する工程と、このエマルジ
ョンを成形する工程と、得られた成形体を硬化および養
生する工程とを含む、繊維補強無機質体の製造方法。
【請求項２】エマルジョンを調製する工程において、セ
メントを含む水硬性物質１００重量部に対し、ＨＬＢが
１３以下の界面活性剤を付着した補強繊維を０．４重量
部以上、４０重量部以下、水を２０重量部以上、５００
重量部以下、０．５重量％以上、５重量％以下の重合開
始剤および３重量％以上、５０重量％以下の乳化剤を含
む非水溶性ビニルモノマーを１重量部以上、１５０重量
部以下含有する請求項１記載の繊維補強無機質体の製造
方法。
【請求項３】補強繊維が、平均長１mm以上、２０mm以下
である請求項１または２記載の繊維補強無機質体の製造
方法。
【請求項４】補強繊維がアクリル系繊維である請求項１
または２記載の繊維補強無機質体の製造方法。
【請求項５】非水溶性ビニルモノマーがスチレンである
請求項１、２、３または４記載の繊維補強無機質体の製
造方法。