JP2003201159A - セメント補強用ポリプロピレン繊維 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オートクレーブ養生等の加熱処理による強度
特性の劣化を防止し、１６５℃以上の温度におけるオー
トクレーブ養生においても、優れた強度特性及び寸法安
定性を有するセメント補強用ポリプロピレン繊維を提供
する。 【解決手段】 ポリプロピレン樹脂１００重量部にヒン
ダードフェノール系化合物を０．２〜１．０重量部を配
合してなる樹脂組成物を押出成形及び延伸してなるセメ
ント補強用ポリプロピレン繊維、に存する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明に属する技術分野】本発明は、セメント補強用ポ
リプロピレン繊維に関するものであり、詳しくは、オー
トクレーブ養生等の加熱養生に適した耐熱性に優れたセ
メント補強用ポリプロピレン繊維に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より建材としての内外壁材、屋根材
等にセメント成形物が使用されており、このようなセメ
ント成形物の強化繊維としてポリプロピレン（PP）繊
維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリアクリル系繊
維、耐アルカリ性ガラス繊維等が使用されている。これ
ら従来の繊維強化セメント成形物を製造するに当つて
は、抄造成形、押出成形又は注型成形した後、自然養生
するか又は蒸気養生もしくはオートクレーブ養生をして
製品としている。

【０００３】しかしながら、自然養生では２０日〜３０
日という長期間を要し、工業的生産には効率的でない。
これに代るものとして強制養生である蒸気養生又はオー
トクレーブ養生が最近益々多く適用されるようになつて
おり、特に、ポリプロピレンは耐アルカリ性に優れてお
り、セメント成型体を高温下で養生させた場合でも脆化
しにくいことから、近年汎用されつつある（特開平１−
１２２９４３号公報、特開平５−１７０４９７号等）。

【０００４】さて、上記した養生期間の短縮もさること
ながら、特にセメント成形物強度特性の向上を目的とし
て行われるオートクレーブ養生においては、セメントマ
トリツクスの強アルカリ条件の下で、少なくとも１５０
℃、通常１６０℃以上の温度で約１０時間以上の苛酷な
条件でセメント成形物を養生処理しており、更に最近で
はオートクレーブ養生温度を更に高めて、強度特性の向
上を計る傾向にある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、オート
クレーブ養生温度をより高温に上昇させることにより、
セメント強化繊維として用いられたポリビニルアルコー
ル系繊維、ポリアクリル系繊維及びガラス繊維はセメン
ト中のアルカリ成分により劣化が著しく進行し、その結
果、補強効果が低下する。一方、ポリプロピレン繊維は
セメントマトリツクスの強アルカリ性条件に対して比較
的に強いが、オートクレーブ養生における養生温度は１
６０℃が限界であり、これを越えるとポリプロピレン繊
維でも脆化してしまい、強化繊維としての機能を失つて
しまう。

【０００６】本発明の目的は、オートクレーブ養生等の
加熱処理による強度特性の劣化を防止し、１６５℃以上
の温度におけるオートクレーブ養生においても、優れた
強度特性及び寸法安定性を有するセメント補強用ポリプ
ロピレン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〕本発明者
は、上記したオートクレーブ養生によるセメント強化繊
維の問題点を解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、ポリ
プロピレン樹脂に特定のヒンダードフェノール系化合物
を特定量添加した樹脂組成物を用いることにより、高温
度の養生条件の下でも強化繊維としての機能を充分に達
成できることを見出し、本発明を達成した。即ち、本発
明の要旨は、ポリプロピレン樹脂１００重量部にヒンダ
ードフェノール系化合物を０．２〜１．０重量部を配合
してなる樹脂組成物を紡糸、延伸してなるセメント補給
用ポリプロピレン繊維に、存する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明において繊維原料に用いら
れるポリプロピレン樹脂としては、プロピレン単独重合
体、エチレン−プロピレンブロック共重合体あるいはラ
ンダム共重合体などのポリプロピレン共重合体またはそ
れらの混合物を使用することができる。これらの中では
高強度を要求されるセメント補強用としてプロピレン単
独重合体が望ましく、特にアイソタクチックペンタッド
率０．９５以上のものを選択することが望ましい。この
ポリプロピレンのメルトフローレート（以下、ＭＦＲと
略す）は、連続的な安定生産性の点で０．１〜３０ｇ／
１０ｍｉｎ.の範囲であり、好ましくは、１〜１０ｇ／
１０ｍｉｎ.の範囲である。

【０００９】本発明においては、上記ポリプロピレン樹
脂に配合して用いるヒンダードフェノール系化合物の添
加剤としては、ヒンダードフェノール骨格を有し、フェ
ノール性水酸基の一方のオルト位がｔ−アルキル基、例
えばｔ−ブチル基やｔ−アミル基で置換されており、ま
たフェノール性水酸基のもう一方のオルト位、フェノー
ル性水酸基のパラ位および、フェノール性水酸基のメタ
位でかつ前記ｔ−アルキル基のパラ位のうち、少なくと
も１箇所に、水素以外の結合、例えば、イオウ、酸素、
窒素など、炭素以外の原子が結合されていてもよい。

【００１０】本発明で使用するのに適したヒンダードフ
ェノール系化合物としては、具体的には次のような化合
物、例えば、ｎ−オクタデシル ３−(３,５−ジ−ｔ−
ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート、ペ
ンタエリスリチル テトラキス〔３−（３，５−ジ−ｔ
−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネー
ト〕、トリエチレングリコール ビス〔３−（３−ｔ−
ブチル−４−ヒドロキシ−５−メチルフェニル）プロピ
オネート〕、３，９−ビス〔２−｛３−（３−ｔ−ブチ
ル−４−ヒドロキシ−５−メチルフェニル）プロピオニ
ルオキシ｝−１，１−ジメチルエチル〕−２，４，８，
１０−テトラオキサスピロ〔５．５〕ウンデカン、トリ
ス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジ
ル） イソシアヌレート、２−ｔ−ブチル−６−（３−
ｔ−ブチル−２−ヒドロキシ−５−メチルベンジル）−
４−メチルフェニル アクリレート、２，４−ジ−ｔ−
アミル−６−〔１−（３，５−ジ−ｔ−アミル−２−ヒ
ドロキシフェニル）エチル〕フェニル アクリレート、
２，４−ジ−ｔ−ブチル−６−〔１−（３，５−ジ−ｔ
−ブチル−２−ヒドロキシフェニル）エチル〕フェニル
アクリレート、２，２′−エチリデンビス（４，６−
ジ−ｔ−ブチルフェノール）、２，２′−メチレンビス
（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、４，４′
−チオビス（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェノー
ル）、４，４′ーメチレンービス（２，６−ジー第３ブ
チルフェノール）、４，４′−ブチリデンビス（３−メ
チル−６−ｔ−ブチルフェノール）、２，６−ジ−ｔ−
ブチル−４−メチルフェノール、等が挙げられる。なか
でも、ｎ−オクタデシル ３−（３，５−ジ−ｔ−ブチ
ル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート、ペンタ
エリスリチル テトラキス〔３−（３，５−ジ−ｔ−ブ
チル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕等が
好適に用いられる。上記ヒンダードフェノール系化合物
の添加量は、ポリプロピレン樹脂１００重量部にヒンダ
ードフェノール系化合物を０．２〜１．０重量部、好ま
しくは０．３〜０．８重量部の範囲である。

【００１１】本発明においては、添加剤としてヒンダー
ドフェノール系化合物とイオウ系化合物との混合物を用
いることにより、オートクレーブ養生時における強度特
性をさらに向上することができるので、好ましい。イオ
ウ系化合物としては、チオエーテル構造を有し、常温で
固体のもの、とりわけ融点が３０〜１００℃程度の範囲
にある化合物に適用することによって、強度特性の改良
効果を発揮する。これらのイオウ系化合物としては、ジ
ラウリル ３，３′−チオジプロピオネート、ジミリス
チル ３，３′−チオジプロピオネート、ジステアリル
３，３′−チオジプロピオネート、ラウリル ステア
リル３，３′−チオジプロピオネート等の３，３′−チ
オジプロピオン酸のジアルキルエステルおよび、ペンタ
エリスリチル テトラキス（３−ラウリルチオプロピオ
ネート）等の３−アルキルチオプロピオン酸の多価アル
コールエステルが挙げられる。ヒンダードフェノール系
化合物とイオウ系化合物との混合割合は１：０．２〜５
の範囲である。

【００１２】ヒンダードフェノール系化合物とイオウ系
化合物とを混合するにあたっては、例えばヘンシェルミ
キサーやＶ型ブレンダーのような混練機を用いたり、ド
ライブレンドなどの手段により混合する方法が採用でき
る。

【００１３】本発明に用いられるポリプロピレン繊維と
しては、上記ポリプロピレ樹脂組成物のフラットヤーン
またはモノフィラメントより得られたものである。ポリ
プロピレンフラットヤーンを形成する方法は、上記ポリ
プロピレン樹脂組成物を押出機にて溶融混練し、Ｔダイ
法またはインフレーション法にてフィルムを成形し、成
形されたフィルムをスリットした後延伸し、次いで熱処
理してフラットヤーンを形成する。延伸処理はポリプロ
ピレンの融点以下、軟化点以上の温度にて行われるが、
加熱方式としては、熱ロール式、熱板式、赤外線式、熱
風式等いずれの方式も採用でき、これらの内では熱ロー
ル式が延伸効率、高速生産性、安定性の上で好ましい。
スリットされたポリプロピレンフィルムは加熱され、前
後ロールの周速度差により延伸を行う。延伸倍率は好ま
しくは３〜１０倍、より好ましくは５〜８倍である。

【００１４】また、上記ポリプロピレン樹脂を用いてモ
ノフィラメントを形成する方法としては特に限定される
ものではなく、円形や楕円形、異型、その他連糸形状の
ダイスからフィラメントを押し出す公知の製造技術を採
用することができる。このモノフィラメントは、その構
成として基本的な単層フィラメントの他に、ポリプロピ
レン高融点成分を芯層とし、ポリプロピレン低融点成分
を鞘層とする複合モノフィラメントを使用することもで
きる。この複合モノフィラメントの製造方法は、各層の
ポリプロピレン樹脂を押出機で溶融混練し、２層の吐出
孔が略同心円上に設けられたダイスの中心吐出孔から高
融点成分からなる芯層を供給し、その外面に低融点成分
からなる鞘層を押出して被覆して複合モノフィラメント
を得るものである。この場合に実質的な強力が芯層の物
性に依存するため、高融点成分としてプロピレン単独重
合体、アイソタクチックポリプロピレンなどを使用する
ことが好ましく、一方低融点成分としては、プロピレン
−エチレンブロック共重合体及びランダム共重合体、シ
ンジオタクチックポリプロピレンなどが好ましい。

【００１５】次に、モノフィラメントは熱延伸及び熱弛
緩処理を施し、この熱処理によってフィラメントの剛性
を高めて、伸びの小さいセメント補強用として好適なポ
リプロピレンモノフィラメントが得られる。この熱延伸
はポリプロピレンの融点以下、軟化点以上の温度下に行
われ、通常は延伸温度が９０〜１５０℃、延伸倍率は通
常５〜１２倍、好ましくは７〜９倍である。熱延伸法と
しては、熱ロール式、熱板式、赤外線照射式、熱風オー
ブン式、熱水式などの方式が採用できる。

【００１６】上記で形成されるポリプロピレンのフラッ
トヤーン及びモノフィラメントの単糸繊度は１０〜５０
０デシテクス（以下、dtと略す）の範囲、好ましくは２
０〜１００dtの範囲である。単糸繊度が１０dt未満では
繊維が細すぎてコンクリート混和中の分散が不均一でフ
ァイバーボールになり易く、施工性や補強性の点で問題
となり、一方、単糸繊度が５００dtを超えると繊維のコ
ンクリート混和物との接触面積が減少し曲げ応力に対し
て引き抜け易くなり補強効果が劣り好ましくない。

【００１７】上記ポリプロピレンのフラットヤーンまた
はモノフィラメントは、セメント配合前に、種々の処
理、例えば、フラットヤーンまたはモノフィラメントの
表面を界面活性剤、分散剤、カップリング剤等で処理し
てもよいし、またはコロナ放電処理、紫外線照射、電子
線照射等により表面活性化等の処理を行ってもよい。こ
うした得られたポリプロピレンのフラットヤーンまたは
モノフィラメントは、所定長さにカットされ、セメント
補強用のポリプロピレン繊維として使用される。ポリプ
ロピレン繊維の見かけ長さは５〜５０ｍｍ、好ましくは
５〜３０ｍｍである。見かけ長さが５ｍｍ未満では、セ
メントからの抜けが生じ、５０ｍｍを越えると分散性が
不良となり好ましくない。

【００１８】このようにして得られる本発明のセメント
補強用ポリプロピレン繊維は、補強材としてポルトラン
ドセメント、白色ポルトランドセメント、アルミナセメ
ント等の水硬性セメントまたは石膏、石灰等の気硬性セ
メント等のセメント類などに配合して用いられる。この
セメントに対するポリプロピレン繊維の配合量は、通常
セメント固形分に対して通常、０.３〜１０重量％、好
ましくは０．５〜５重量％の範囲である。また、ポリプ
ロピレン繊維をセメントに混合する方法としては、セメ
ント粉体にポリプロピレン繊維を分散する方法、セメン
トスラリー中にフラットヤーンを分散するプレミックス
法、セメントとフラットヤーンおよび水を同時に吹き付
けるスプレーアップ法などの公知の方法を用いることが
できる。これらのセメント混合物は、抄造成形、押出成
形または注型成形した後、蒸気養生またはオートクレー
ブ養生によつてセメント成形物を製造することができ
る。成形後のオートクレーブ養生は従来より高温領域
で、例えば、１６５℃以上、好ましくは、１７０〜１８
０℃の温度範囲で８〜１２時間行うこともできる。

【００１９】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を説明する。 実施例１ ポリプロピレン（アイソタクチックペンタッド分率＝
０.９６、ＭＦＲ＝５.０ｇ／１０ｍｉｎ.）９９．５重
量部に添加剤としてペンタエリスリチル テトラキス
〔３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェ
ニル）プロピオネート０．５重量部添加した組成物をを
押出機に供給し、樹脂温度２３０℃で押出して冷却した
後、熱板接触式延伸法による加熱装置で加熱し、延伸温
度１３０℃、アニーリング温度１３５℃、延伸倍率１２
倍で縦一軸延伸を行い、単糸繊度２２dtのモノフィラメ
ントを成形した。このモノフィラメントの引張強度は
５． g/dtであった。このモノフラメントを平均繊維長
さ１２ｍｍ長になるようにカットし、ポリプロピレン繊
維を得た。次に、ポルトランドセメント９９重量部にポ
リプロピレン繊維１重量部及び水を加えて全体が均一に
なるように密閉型コンクリートミキサーにより混練し
た。次に混練したモルタルを３１６ｍｍ×３１６ｍｍ×
１０ｍｍの型に流し込んで振動成形した後約４時間放置
硬化した。硬化した成形物を脱型し、１７０℃で８時間
のオートクレーブ養生を施した後室内に１週間放置して
自然乾燥した。得られたセメント成形物の曲げ強度及び
衝撃強度はそれぞれ１８．１ＭＰａ、３．４ｋｇ／ｃｍ
であった。なお、曲げ強度及び衝撃強度の測定方法は下
記方法に準拠して測定した。 （１）曲げ強度：ＪＩＳＡ１４０８準拠 （２）シャルピー衝撃強度：ＪＩＳＢ７７２２準拠

【００２０】実施例２ 実施例１において、オートクレーブ養生を１８０℃で８
時間施したこと以外は同様にして行った。その結果、得
られたセメント成形物の曲げ強度は１８．３ＭＰａであ
った。

【００２１】比較例１ 実施例１において、ペンタエリスリチル テトラキス
〔３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェ
ニル）プロピオネートの添加量を０．１重量部に変えた
こと以外は同様にして行った。その結果、得られたセメ
ント成形物の曲げ強度及び衝撃強度はそれぞれ１７．４
ＭＰａ、２．８ｋｇ／ｃｍであった。

【００２２】比較例２ 実施例１において、ペンタエリスリチル テトラキス
〔３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェ
ニル）プロピオネートの添加量を０．１重量部に変え、
且つ、オートクレーブ養生を１８０℃で８時間施したこ
と以外は同様にして行った。その結果、得られたセメン
ト成形物の曲げ強度１６．９ＭＰａであった。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のポリプロ
ピレン繊維は、ポリプロピレン樹脂にヒンダードフェノ
ール系化合物を特定量配合することにより、１６５℃以
上の高温領域におけるオートクレーブ養生でも劣化が少
なく、強度特性及び寸法安定性に優れたセメント補強用
ポリプロピレン繊維が得られる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリプロピレン樹脂１００重量部にヒン
   ダードフェノール系化合物を０．２〜１．０重量部を配
   合してなる樹脂組成物を押出成形及び延伸してなるセメ
   ント補強用ポリプロピレン繊維
2. 【請求項２】 ヒンダードフェノール系化合物がペンタ
   エリスリチル テトラキス〔３−（３，５−ジ−ｔ−ブ
   チル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート〕であ
   る請求項１に記載のセメント補強用ポリプロピレン繊
   維。
3. 【請求項３】 ヒンダードフェノール系化合物とイオウ
   系化合物との混合物を用いる請求項１に記載のセメント
   補強用ポリプロピレン繊維。