JP2002029793A - セメント補強用複合繊維 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポリプロピレン、ポリメチルペンテン等のポ
リオレフィン系繊維のセメント補強繊維であって、セメ
ントスラリー中でよく分散し、抄造や押し出し成型にあ
たり浮き種がない補強繊維を得ることを目的とする。 【解決手段】 ポリアセタール系樹脂とポリオレフィン
系樹脂とを使用する複合繊維で、芯鞘型複合繊維の場合
はポリアセタール系樹脂を鞘成分に、ポリオレフィン系
樹脂を芯成分にするとポリアセタール系樹脂の親水性
と、比重の大きさによりセメントスラリー中でよく分散
する。また分割性複合繊維の場合は両成分が繊維表面の
一部に連続して存在する繊維構造とし、セメントスラリ
ー中で分割させるとポリアセタール系繊維とポリオレフ
ィン系繊維が混合して存在するから、ポリアセタール系
系繊維の分散性によりポリオレフィン系繊維も用分散さ
れる。この場合ポリオレフィン系繊維に充填剤を混合し
比重を高め、かつ親水性を良好にすると一層効果的であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はセメント製品を補強
するための繊維に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、セメント製品などの繊維補強材と
してポリプロピレン繊維、ポリメチルペンテンコポリマ
ー繊維等のポリオレフィン系繊維が多用されている。ポ
リオレフィン系繊維は強力があり、加熱下における耐ア
ルカリ性があるのでセメント製品にしたときの耐衝撃性
に優れている。例えば特開昭６１−８６４５２号公報に
それらが開示されている。そしてこれら補強繊維を用い
て湿式抄造法、押出成型法、流し込み成型法などの製法
によりセメント成型物はその強度を向上させるためにさ
らに高圧プレスにて組織を密にし、各種条件で養生する
方法が一般的におこなわれている。この方法には自然養
生、蒸気養生又はオートクレーブ養生などがある。

【０００３】しかしポリオレフィン系繊維は、そのポリ
マーの骨格が炭素と水素で構成されているために、分子
内分極しやすく、親水性に乏しく疎水性が大きいので、
セメント補強用繊維として使用した場合、セメントスラ
リー液中での繊維の分散が悪く、繊維がスラリー表面に
浮上する現象（浮き種現象）が発生し、添加した繊維の
有効添加量が減少するために所定の補強効果が得られな
いばかりでなく、水を循環させて使用する場合には浮き
種となった繊維を取り除かなくてはならない等の問題点
を有していた。

【０００４】これらを改善するために、界面活性剤で繊
維の表面処理を行い、繊維の親水性を高める方法が従来
より採られている。しかしながら、単に界面活性剤で繊
維表面を処理しても、湿式抄造法などでセメントスラリ
ー液中に繊維を投入すると、界面活性剤が容易に繊維表
面から溶出して除去され、良好な繊維の分散が持続しな
い。この改善策として特開昭６４−３３０３６号公報、
特開平５−１７０４９７号公報に記載されているよう
に、カルシウムイオンで難溶化するアルキルホスフェー
ト塩を繊維処理剤として使用し、セメントスラリー液に
繊維を投入したとき、繊維処理剤を速やかに繊維表面で
難溶化させて該繊維表面に固着させ、繊維のセメント親
和性を持続させて浮き種現象を防止し繊維の分散を高め
るような工夫がされている。しかしながら、このような
工夫もセメントマトリックスとの機械的混合時に作用す
る物理的外力によって、難溶物が脱落してしまい、その
結果セメントとの親和性が持続できないという問題があ
った。またセメントマトリックスと繊維表面の難溶化物
が点接着的に存在しているために、過酷な環境下にセメ
ント製品を晒すとセメント製品の寸法変化を繊維が吸収
できずに微細なクラックがセメント製品に発生する場合
があった。また特開平６−２１９７９７号公報、特開平
７−１７３７２２号公報には繊維に炭酸カルシウムや金
属酸化物を混合する例が開示されているが、紡糸時のト
ラブルや紡糸紡糸ノズルの傷みがあり満足する結果では
ない。さらに特開２０００−３４１４６号公報にはカル
ボキシル変性ポリオレフィン系低分子量物の表面処理剤
で繊維表面を被覆することも知られている。

【０００５】ポリオレフィン系繊維より高比重で親水性
のよい繊維としてポリアセタール繊維が知られている。
しかしながら、ポリアセタール繊維は、耐酸性、耐アル
カリ性、耐候性などに劣るといった欠点があり、そのま
まではセメント補強繊維に使用することはできない。本
発明ではポリアセタール繊維と耐酸性、耐アルカリ性に
優れているポリオレフィン系繊維を併せて使用すること
によってこの欠点を克服することができたのである。ま
た親水性に劣り、セメントスラリー中での分散性がよく
ないポリオレフィン繊維もポリアセタール繊維と併用す
ることによりこれらの欠点を克服し得たのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのようなセ
メントマトリックスとの混和時における親水性を向上さ
せ、親和性を高めて浮き種の少ないポリオレフィン系繊
維のセメント補強用繊維を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、ポ
リアセタール系成分とポリオレフィン系成分との２成分
からなり、単繊維強度が３．０cN/dtex 以上の複合繊維
であることを特徴とするセメント補強用複合繊維であ
る。

【０００８】本発明の好ましい態様の一つは、ポリオレ
フィン系成分に充填剤を０．５〜６．０質量％添加され
ている上記のセメント補強用複合繊維である。

【０００９】さらに本発明の別の好ましい態様の一つ
は、ポリアセタール系成分を鞘成分、ポリオレフィン系
成分を芯成分とする芯鞘型複合繊維である上記のセメン
ト補強用複合繊維である。

【００１０】さらに本発明の別の好ましい態様の一つ
は、ポリアセタール系成分とポリオレフィン系成分とが
その繊維断面において、一方の成分が他方の成分によっ
て２つ以上に分割されており、これら両成分の少なくと
も一部が繊維表面を形成している分割型複合繊維である
上記のセメント補強用複合繊維である。

【００１１】上記のような構成により本発明によるセメ
ント補強用繊維は、芯鞘型複合繊維の場合は鞘成分のポ
リアセタール成分が親水性がよくセメントスラリーとよ
く馴染み分散する。加えてポリアセタール成分による比
重の増加も分散を助ける効果がある。また分割型複合繊
維の場合はセメントスラリー中でポリアセタール繊維と
ポリオレフィン繊維が分割により各々単独繊維になって
もポリオレフィン繊維のみがかたまって集団を作るので
はなくポリアセタール繊維を含む繊維集団になるから、
ポリアセタール繊維の分散力によりポリオレフィン繊維
もよく分散されるのである。またポリアセタール繊維は
耐酸性、耐アルカリ性、耐候性に劣る欠点がありそのま
まではセメント補強用繊維として不適当であるが、本発
明のようにポリオレフィン繊維と組み合わせることによ
り、セメント補強用繊維の成分となり得たのである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に使用されるポリアセター
ルにはホモポリマーとコポリマーの２種類があり、ポリ
オキシメチレン主鎖中に［−Ｃ−Ｃ−］結合を有する共
重合体であるコポリマーと、通常１０００個以上のＣＨ
₂Ｏ 基を含んでいるポリオキシメチレンの長い鎖状高分
子であるホモポリマーの双方を使用することができる。
そして、このＣＨ₂Ｏ 基を有しているために従来のポリ
オレフィン系繊維に比べて親水性が高く、繊維表面に付
与された界面活性剤の流出も抑さえることができる。

【００１３】本発明に使用されるポリオレフィン系樹脂
としては特に限定はされないが、好ましくはメチルペン
テンと他のα−オレフィンとの共重合体、もしくはポリ
プロピレンが好ましい。ここでα−オレフィンとは炭素
数が２〜２０のアルカン或いはアルケンなどを使用する
ことができる。メチルペンテンは比較的熱に強く強度に
も優れるので好んで使用される。また耐光性、耐候性な
どの特性を付与させることもできその場合には、耐候性
の用途に使用される公知の顔料或いは添加剤などを繊維
自体に練り込むことなどができる。

【００１４】ポリアセタール系樹脂とポリオレフィン系
樹脂は複合状態で一本の繊維の中に取り込むことができ
る。その断面形状は、芯鞘型、分割型などの形状にする
ことができる。このとき例えば、芯鞘型繊維では、鞘成
分にポリアセタール系コポリマー樹脂を、芯成分にポリ
オレフィン系樹脂を配する。芯成分と鞘成分は同心円状
或いは偏心状でもかまわない。そして両成分の容積比は
紡糸の工程性を考慮すると７０／３０〜３０／７０が好
ましく、更に好ましくは６０／４０〜４０／６０であ
る。

【００１５】一方分割型繊維とする場合には、機械的外
力によって容易に割繊される様な繊維とすることが好ま
しい。ポリアセタール系樹脂成分とポリオレフィン系樹
脂成分とは一方の成分が他方の成分によって２つ以上に
分割されている形状であり、更に各成分が少なくともそ
の一部が繊維の長さ方向に連続的にその繊維表面を形成
している様に配することが必要である。例えば、その断
面形状は菊花型、横縞型などの形状を取ることができ
る。分割型繊維の混入は、押し出し成型法の場合は所定
長に切断後、未分割のままで押し出し機のスクリューに
投入し二軸のスクリューで混合しつつ分割する。抄造法
の場合は、切断した未分割繊維を水中に投入し撹拌して
分割させ、これを水分散液のままセメントスラリーに投
入し混合する。

【００１６】また本発明のセメント補強用複合繊維は単
繊維強度３．０cN/dtex以上を有することが必要であ
る。分割型複合繊維の場合は分割前の強力である。単繊
維強度が３．０cN/dtex未満であると十分なセメントの
補強をすることができない。

【００１７】本発明のセメント補強用複合繊維はその構
成成分のうちポリオレフィン系成分に充填剤を添加する
ことが好ましい。充填剤の添加はポリオレフィン系成分
の比重を増して浮種を防止し、また親水性の充填剤を使
用することにより分散性が一層向上する。使用される充
填剤としては例えば、メタクリル酸カリウム塩、メタク
リル酸ナトリウム塩などのアクリル酸系金属塩、炭酸カ
ルシウム、硫酸バリウムなどの金属塩、酸化チタン、酸
化亜鉛などの金属酸化物、アルミナなどを使用すること
ができる。特にこれらの添加剤の中ではアクリル酸カリ
ウム塩が好ましく使用される。セメントは主に珪酸カル
シウム、アルミン酸カルシウム、硫酸カルシウムなどの
カルシウム塩が多く含まれる。カルシウムとカリウムと
ではカリウムの方がイオン化しやすいためにセメント成
分中にアンカー効果が起こりセメントとの接着性が高ま
るからである。

【００１８】さらに、ポリオレフィン系成分には親水化
剤を添加することもスラリー中の分散性を向上させるた
めに好ましい。親水化剤としては公知のポリグリセリン
脂肪酸エステル、ポリオキシアルキレン脂肪酸エステル
などの脂肪酸エステル系化合物、脂肪酸グリセライド、
アルコキシ化アルキルフェノールなどを使用することが
できる。

【００１９】上記の充填剤の添加量は繊維の紡糸性、加
工性を考慮すると質量分率で０．５〜６．０質量％添加
することが好ましい。ここで添加量が０．５質量％未満
であると十分な親水性作用、セメントへのアンカー作用
などが小さくなり、セメントスラリー生成時における繊
維の浮き種やセメントに対する繊維の固着性が弱まるの
で好ましくない。また、添加量が６．０質量％を越える
と繊維の紡糸性、加工性に悪影響を及ぼすために好まし
くない。また親水化剤を添加する場合は充填剤との合計
量が上記範囲を超えないようにする。

【００２０】また本発明のセメント補強用複合繊維は必
要に応じて繊維処理剤を繊維表面に付与させてもよい。
付与することができる繊維処理剤としては通常使用され
る公知の処理剤であり、例えば、炭素数１０〜１８のノ
ルマルアルキルホスフェートカリウム塩あるいはノルマ
ルアルキルホスフェートナトリウム塩などのノルマルア
ルキルホスフェート金属塩、燐酸カリウム、燐酸ナトリ
ウム、燐酸カルシウム、などの燐酸金属塩或いはこれ等
２種以上を混合しても良い。

【００２１】繊維に対する上記繊維処理剤の付着量は、
繊維質量に対して０．２〜２０質量％が好ましい。より
好ましくは０．８〜２質量％である。且つ繊維質量に対
して１０〜４０質量％の水分が付着していることが好ま
しい。繊維表面処理剤の付着量が０．２質量％未満であ
るとポリオレフィン系繊維に対し十分な親水性を付与す
ることができず、浮き種やクラック発生に対し改善効果
がない。また繊維表面処理剤の付着量が２０質量％を越
えると過剰処理となり、不経済である。また繊維表面処
理剤に含まれている水分についても、水分付着量が１０
質量％未満であると、使用時に於いて水分が蒸発しやす
く、水分が蒸発した場合、各繊維が繊維表面処理剤によ
り接着し集束繊維の状態となり、特に湿式抄造法のよう
にセメント攪拌外力が微小の場合、集束繊維の分散が困
難となる。また水分付着量が４０質量％を越えると、搬
送コストの点で不経済である。

【００２２】繊維集合体に繊維表面処理剤を付着させる
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良い。

【００２３】一般にセメント補強用繊維の単繊維繊度は
１７dtex程度が限度である。１７dtexより太い繊度では
セメント成型物の単位体積当たりの補強用繊維構成本数
が少なくなり十分にセメントを補強できなくなり、繊維
の単位質量当たりの表面積が小さくなるためにマトリッ
クスの繊維とセメントとの接着力が低下するので好まし
くない。

【００２４】また繊維長は２〜２０ｍｍが適当である。
繊維長が２ｍｍ未満であれば、繊維の長さ方向のセメン
ト補強ができなくなるので補強効果が失われ目的とする
効果が得られない。逆に、繊維長が２０ｍｍを越えると
セメントスラリー調整時に繊維が十分に分散されず、フ
ァイバーボールが形成されやすく分散不良を起こしかね
ないからである。

【００２５】本発明のセメント補強用複合繊維は、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、珪酸カルシウムなどの補強に適
用することができ、また半水石膏、２水石膏とスラグ或
いはこれらを上記セメントと混合して使用する際にも使
用することができる。また、モルタル用、押し出し成型
用はもちろんのこと、湿式抄造法、流入法で自然養生、
蒸気養生、オートクレーブ養生など如何なるセメント製
品の製造工程に使用することが可能である。セメントス
ラリー中ではよく分散し、浮き種の発生量は５％を越え
ることはない。

【００２６】

【実施例】以下本発明を実施例にて更に詳しく説明す
る。なお単繊維繊度、単繊維強度、セメント曲げ強度お
よび各実施例の評価数値はは次のようにして測定した。

【００２７】［単繊維繊度］ ＪＩＳ Ｌ １０１５に
準じて測定を行った。

【００２８】［単繊維強度］ ＪＩＳ Ｌ １０１５に
準じて測定を行った。

【００２９】［セメント曲げ強度］ ＪＩＳ Ｌ １４
０８に準じて測定を行った。

【００３０】［浮き種発生量］ 抄造法において同一配
合でセメントスラリーに繊維を投入撹拌後、３０分間静
置し浮いている繊維を回収しセメント液を洗浄、乾燥し
て重量を測定し、下記の式により発生量を算出する。 浮き種発生量（質量％）＝（浮き繊維質量／投入繊維質
量）×１００

【００３１】［繊維の残存性］ 得られたセメントボー
ドの破断面と養生前の破断面とを顕微鏡観察し繊維の量
を比較する。 ○・・・セメントボード破断面の繊維量が養生前の破断
面の繊維量とほぼ同程度である。 △・・・セメントボード破断面の繊維量が養生前の破断
面の繊維量と比べて減少している。 ×・・・セメントボード破断面の繊維量が半分近くまで
減少している。

【００３２】［繊維の分散性］ 抄造法の場合は１枚の
生板を９分割しふるいに入れて水洗後、１分割づつの繊
維質量を規定した設計上の繊維質量と比較し、Ａ（％）
＝（１分割ずつの繊維質量／規定繊維質量）×１００を
各々計算する。押し出しの場合は５ｃｍ長の生板を９枚
採取し、ふるいに入れて水洗後１枚づつの繊維質量を規
定した設計上の繊維質量と比較し、上記と同様にしてＡ
の値を計算する。Ａ（％）＝（１枚ずつの繊維質量／規
定繊維質量）×１００を各々計算する。８０≦Ａ≦１２
０の範囲にいくつあるかにより以下の等級を決定した。 ○・・・７枚以上が８０≦Ａ≦１２０の範囲にある。 △・・・４〜６枚が８０≦Ａ≦１２０の範囲にある。 ×・・・３枚以下が８０≦Ａ≦１２０の範囲にある。

【００３３】［実施例１］第一成分をポリアセタールコ
ポリマー樹脂（商品名：Ｍ９０−４４、ポリプラスチッ
ク株式会社製）、第二成分としてポリメチルペンテンコ
ポリマー（商品名：ＤＸ８２０、三井化学株式会社製）
を使用し、第二成分に充填剤としてメタクリル酸カリウ
ム塩を繊維質量あたり３．０質量％添加し、上記、第一
成分を鞘成分、第二成分を芯成分とした図１に示す繊維
断面形状が芯鞘型複合繊維を紡糸温度２７０℃にて溶融
紡糸し、繊度７．７dtexの未延伸糸を得た。上記で得ら
れた未延伸糸を延伸温度１３０℃、延伸倍率４倍で延伸
して２．２dtexの延伸糸とした。次いで繊維処理剤を塗
布して繊維長６ｍｍに切断しセメント補強用複合繊維を
得た。

【００３４】上記で得られたセメント補強用複合繊維を
５ｇ用意し、普通ポルトランドセメント４００ｇ、珪砂
１００ｇ、水５０００ｇをミキサーに入れ混合し、手す
き抄造機にてセメントボードを作成した。この際繊維の
浮き種は殆どなく繊維の分散状態は良好であった。

【００３５】上記で作成したセメントボードを２８日間
自然養生させた後、セメントボード中の繊維の状態を確
認したところ、繊維の残存状態はセメントボードを作成
する前の繊維とほぼ同程度であった。

【００３６】［実施例２］上記実施例１において、鞘成
分としてポリアセタールコポリマー樹脂を、芯成分とし
てポリメチルペンテンコポリマーとし、鞘成分に添加剤
として重合度４、炭素数６のポリグリセリン脂肪酸エス
テルを繊維質量重量に対して１．０質量％添加させた以
外は、実施例１と同様にしてセメント補強用複合繊維を
得た。

【００３７】上記で得られたセメント補強用複合繊維を
実施例１と同様にしてセメントボードを作成後、オート
クレーブにて１４０℃、１６時間養生した。繊維の浮き
種は殆どなく分散性は良好であった。養生後セメントボ
ード中の繊維の残存状態はセメントボード作成前の繊維
とほぼ同程度であった。

【００３８】［実施例３］第一成分をポリアセタールコ
ポリマー、第二成分をポリメチルペンテンコポリマーと
し、一方の成分が他方の成分によって２つ以上に分割さ
れ、双方の成分の少なくともその一部が繊維表面に露出
している図２の様な繊維断面が８分割の菊花型の形状を
有した分割型複合繊維を溶融紡糸し、この複合繊維を６
ｍｍに切断した未分割繊維を２０ｇ用意した。次ぎに普
通ポルトランドセメント１２００ｇ、珪砂８００ｇ、水
４００ｇをミキサーに入れ混合し、押し出し成型機にて
セメントボードを作成した。その際、押し出し機に上記
未分割繊維を投入し、スクリューで撹拌しつつ繊維を分
割した。その後１４０℃、１６時間オートクレーブ養生
を行った。成型後のボードの断面を顕微鏡で観察すると
セメントボード中のセメント補強用複合繊維は分割して
おり、繊維の残存状況は養生前より約１０％減少し、ポ
リアセタール成分と思われる繊維の表面が筋状に劣化し
ているのが認められたが繊維の形状は保たれていた。

【００３９】［比較例１］実施例３の分割型複合繊維に
おいて、第一成分をポリプロピレン樹脂、第二成分とし
てポリメチルペンテン樹脂を使用し添加剤は使用せずに
実施例３の分割型複合繊維と同じ型の繊維断面が８分割
の菊花型の形状を有した分割型複合繊維を使用した以外
は、実施例１と同様にして作成した。

【００４０】上記で得られたセメント補強用複合繊維を
実施例１と同様にしてセメントボードを作成したが、繊
維が十分に拡散せず浮き種が生じ目的とするセメントボ
ードを得ることができなかった。

【００４１】［比較例２］実施例１においてポリメチル
ペンテンコポリマー樹脂に添加剤としてメタクリル酸カ
リウム塩を繊維質量に対して０．５質量％添加し、セメ
ント補強用単一繊維とした以外は実施例１と同様にして
セメント補強用繊維を作成した。

【００４２】上記で得られたセメント補強用繊維を実施
例１と同様にしてセメントボードを作成したが、繊維の
分散が悪く、少量の浮き種も発生した。養生は実施例２
と同様にして１４０℃、１６時間オートクレーブ養生を
した。オートクレーブ養生後、セメントボードを取りだ
しセメントボード中の繊維の残存状況を調べたが養生前
と繊維の量は変わらないが、浮き種が発生したためにセ
メントボード中の繊維の量は所定の量より低いものとな
った。

【００４３】上記各実施例、比較例の結果を表１に示
す。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【発明の効果】本発明により、ポリアセタールコポリマ
ー樹脂とポリオレフィン系樹脂とを複合として繊維化す
ることにより従来のポリオレフィン系繊維よりもセメン
トスラリーへの親和性が増し、浮き種が発生しない繊維
を得ることができた。従って、セメント製品の成型時に
おいて工程性のトラブルが無く、セメント製品の補強性
を強化することが出来る。また、本発明によるセメント
補強用繊維に充填剤を添加することにより、セメントと
の親和性をより一層高め、セメントマトリックス中への
アンカー効果を高めることができ、生産性に問題がな
く、衝撃に耐えうるセメント構造物を得ることができ
る。さらにまた上記繊維に親水化剤を添加すれば一層セ
メントスラリー中での親和性が良好になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセメント補強繊維の１例を示す繊維断
面図である。

【図２】本発明のセメント補強繊維の１例を示す繊維断
面図である。

【符号の説明】

１．第１成分 ２．第２成分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 憲司 兵庫県加古郡播磨町古宮877番地 ダイワ ボウポリテック株式会社播磨研究所内 Ｆターム(参考） 4L041 BA02 BA04 BA05 BA11 BA21 BD20 CA40 CA55 DD01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリアセタール系成分とポリオレフィン
   系成分との２成分からなり、単繊維強度が３．０cN/dte
   x 以上の複合繊維であることを特徴とするセメント補強
   用複合繊維。
2. 【請求項２】 ポリオレフィン系成分に充填剤が０．５
   〜６．０質量％添加され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複合繊維。
3. 【請求項３】 ポリアセタール系成分を鞘成分、ポリオ
   レフィン系成分を芯成分とする芯鞘型複合繊維であるこ
   とを特徴とする請求項１記載のセメント補強用複合繊
   維。
4. 【請求項４】 ポリアセタール系成分とポリオレフィン
   系成分とがその繊維断面において、一方の成分が他方の
   成分によって２つ以上に分割されており、該両成分の少
   なくとも一部が繊維表面を形成している分割型複合繊維
   であることを特徴とする請求項１記載のセメント補強用
   複合繊維。