JP2004511421A - 殺生物剤で処理した耐久性あるセルロース繊維を使用した、繊維セメント複合材料 - Google Patents

Abstract

耐腐食性および耐久性が改善された繊維セメント複合材料であって、微生物による侵襲を受けにくい殺生物剤で処理した繊維パルプを混入させた複合材料。殺生物剤で処理した繊維は、個別化された繊維の内面および外面に付着した殺生物剤を有し、それによって繊維は、菌類、細菌、カビ、藻による侵襲から保護される。選択された殺生物剤はセルロースに対して強力な親和性を有し、セメント水和反応を妨げない。本発明は、殺生物剤で処理した繊維を使用した、配合物、製造方法、最終繊維セメント製品も開示する。

Description

【０００１】
（発明の背景）
発明の分野
本発明は、殺生物剤で処理したセルロース繊維を使用したセルロース繊維強化セメント複合材料に関し、またその材料に関する繊維処理方法、配合物、製造方法、および材料特性が改善された最終製品を含むものである。
【０００２】
関連技術の説明
通常のポルトランドセメントは、建築物および建造物に使用される多くの製品、主にコンクリートおよび鉄筋コンクリートの基礎である。すなわちセメントは、水中で硬化可能な結合材であり、硬化した後は、石膏、木材、木材パーチクルボード、繊維板、および建築用製品に使用されるその他の一般的な材料に比べて、水の影響をほとんど受けないという相当な利点がある。セメントのｐＨは高く、通常、生物学的腐食によるダメージに対するセメント製品の抵抗力は良好である。
【０００３】
アスベスト繊維セメント技術
約１２０年前、ルードイッヒ　ハッチェック（Ｌｕｄｗｉｇ Ｈａｔｓｃｈｅｋ）は、製紙用シーブ円網抄紙機を使用し、希釈度の高いアスベスト繊維（固形分が最高で約１０重量％）と普通ポルトランドセメント（約９０％以上）のスラリから水を除去して約０．３ｍｍのフィルムにし、次いでこれを所望の厚さ（典型的には６ｍｍ）にロールに巻き上げ、得られた円筒状シートを切断し、平らにして、平らな積層シートを形成し、これを所望のサイズの長方形の切片に切断し、最初のアスベスト強化セメント製品を製造した。次いでこれらの製品は、通常のセメント硬化法で約２８日間空気硬化された。当初の用途は人工の屋根用スレートであった。
【０００４】
１００年にわたり、この形の繊維セメントは、屋根葺き用製品、パイプ製品、および壁用製品として、すなわち外部羽目板（板およびパネル）と濡れ領域用ライニング板の両方に、大規模に使用された。またアスベストセメント複合体も、アスベストの熱安定性が非常に高いことから、高耐火性であることが必要な数多くの適用例で使用された。これらの製品すべての多大な利点は、比較的軽量で、水の影響が比較的なく、高密度アスベスト／セメント複合体の空隙率および透過性が低いので生物学的ダメージに対する抵抗力が良好であるということであった。アスベスト繊維セメント複合体は、耐生物性も非常に良好である。これらの製品の欠点は、高密度マトリックスであるので釘打ちができず、固定するには予め穴をあける必要があることであった。
【０００５】
当初のハッチェック（Ｈａｔｓｃｈｅｋ）プロセス（改良型シーブ円網抄紙機）は、作製されるアスベスト製品の大半に行き渡っているが、厚いシート（たとえば１０ｍｍより厚く、約３０枚を必要とする）など特殊な製品を製造する際にはその他のプロセスも使用された。これらは、同じアスベスト繊維とセメントの混合物を使用した。時には、押出、射出成形、フィルタプレスまたは流し掛け抄紙機（ｆｌｏｗ−ｏｎ ｍａｃｈｉｎｅ）などのプロセスにおいては、いくつかのプロセス補助添加剤が使用された。
【０００６】
前世紀の中頃、アスベストをベースとしたセメント複合体に代わる最新のものとして非常に重要な意味を持つ、２つの進展があった。その１つは、製品をオートクレーブ処理することによって、硬化サイクルをかなり短縮することができ、またコストを下げることができることに、一部の製造業者が気付いたのである。このようにすると、セメントの大部分を細粒状のシリカに代えることが可能になり、それがオートクレーブ温度でセメント中の過剰な石灰と反応し、通常のセメントマトリックスと同様のカルシウムシリカ水和物を生成する。シリカは、細粒状としてもセメントよりも非常に安く、またオートクレーブ硬化時間が空気硬化による硬化時間よりも非常に短いので一般的になったが、決して普遍的な製造方法であったわけではない。典型的な処方は、アスベスト繊維が５〜１０％、セメントが３０〜５０％、シリカが４０〜６０％であった。
【０００７】
２つめの進展は、アスベスト強化繊維の一部を木材またはその他の原材料からのセルロース繊維に代えることであった。これは、羽目板製品および濡れ領域用ライニングシート以外には広く採用されなかった。この進展による多大な利点は、セルロース繊維が中空かつ軟質であり、結果的に得られる製品に、予め穴を開けて固定するのではなく釘打ちを行うことができたことである。羽目板およびライニング製品は、屋根よりもはるかに環境が厳しくない垂直な壁面に使用される。しかしセルロース強化セメント製品は、アスベストセメント複合材料に比べ、水によって引き起こされるダメージおよび生物学的侵襲の影響をより受けやすい。典型的な処方は、セルロース３〜４％と、アスベスト４〜６％と、空気硬化製品用においてはセメント約９０％、オートクレーブ製品用においては３０〜５０％のセメントおよびシリカ４０〜６０％である。
【０００８】
アスベスト繊維にはいくつかの利点があった。シーブ円網抄紙機は、小さすぎてシーブ自体では捕えることができない固体セメント（またはシリカ）粒子を捕えるための、網状組織を形成する繊維を必要とする。アスベストは無機繊維であるが、「リファイナ処理（ｒｅｆｉｎｅｄ）」により、メインの繊維から多くの小さい巻きひげ状のものが飛び出したものとすることができる。アスベスト繊維は強力で剛性を有し、セメントマトリックスと非常に強く結合する。アスベスト繊維は高温で安定である。アスベスト繊維は、オートクレーブ条件下でアルカリ侵食に対して安定である。アスベスト繊維は、また、生物耐性である。したがってアスベスト強化繊維セメント製品は、それ自体は強力で剛性を有し（脆く）、セメント自体が急速に化学的に侵食されるような酸性度が高い環境を除き、多くの過酷な環境で使用することができる。
【０００９】
代替の繊維セメント技術
１９８０年代の初め、鉱業またはアスベスト繊維に曝され吸入することに関連した健康被害が、大きな健康上の問題になり始めた。米国、西欧の一部、およびオーストラリア／ニュージーランドのアスベストセメント製品の製造業者は特に、それぞれの設置済みの製造ベース、主にハッチェック（Ｈａｔｓｃｈｅｋ）機で作製される、建築および建設用製品の強化材として用いられるアスベスト繊維の代替品を模索した。２０年間かけて、実現可能な２種類の代替技術が生まれたが、これらのどちらもアスベストのすべての応用分野において成功したたわけではなかった。
【００１０】
西欧で最もうまく実現されたアスベストの代替品は、ＰＶＡ繊維（約２％）およびセルロース繊維（約５％）と、大部分を占めるセメント、すなわち約８０％のセメントとの組合せであった。この配合物は、シリカや石灰石などの不活性充填剤を１０〜３０％含有することもある。この製品はＰＶＡ繊維が一般にオートクレーブ処理で安定ではないので空気硬化を行う。この製品は一般にハッチェック（Ｈａｔｓｃｈｅｋ）機で作製され、その後、液圧プレス機を使用した加圧ステップにかけられる。これによってセルロース繊維を圧縮し、マトリックスの空隙率が減少する。ＰＶＡ繊維はリファイナ処理できないがセルロースはリファイナ処理できるので、この西欧の技術において、セルロース繊維は、脱水ステップで固体粒子を捕えるための網状組織をシーブの上に形成するプロセス助剤として機能する。この製品は、高密度であることと、生物学的に分解しないＰＶＡ繊維であるので、適度に良好な生物耐性を有する。主な適用例は屋根材（スレートおよび波板）である。これは通常（しかし常にではない）、厚い有機被覆で覆われる。これらの製品の大きな欠点は、材料および製造プロセスコストが非常に大幅に増大することである。セルロースは現在のところ、１トン当たり５００ドルのアスベストよりも少し高いだけであるが、ＰＶＡは１トン当たり約４０００ドルである。厚い有機被覆も高価であり、液圧プレスは高コストの製造ステップである。
【００１１】
オーストラリア／ニュージーランドおよび米国で最も首尾よく実現されたアスベストの代替品は、参照により本明細書に組み込まれるオーストラリア特許第５１５１５１号および米国特許第６，０３０，４４７号に記載されているような未漂白のセルロース繊維であり、セメントが約３５％、細粒状のシリカが約５５％のものであった。この製品は、セルロースがオートクレーブ処理でかなり安定であり、オートクレーブ硬化を行う。これは一般に、ハッチェック機で作製し、通常は加圧しない。製品は、一般に羽目板（パネルおよび厚板）用であり、垂直または水平なタイル裏打ち濡れ領域ライニング用であり、軒および下端埋込みパネルとして使用される。これらの製品の多大な利点は、アスベストをベースとした製品と比べてもこれらの製品が非常に加工しやすく、また低コストであることである。
【００１２】
しかしセルロース繊維セメント材料は、アスベストセメント複合材料に比べて耐腐食性が低く、長期耐久性に乏しいなどの性能上の短所を有する可能性がある。これらの短所は、一部は天然セルロース繊維固有の性質に起因する。セルロース繊維は、その大部分が多糖類（セルロースおよびヘミセルロース）からなり、親水性を有し多孔性であり、これらの組合せによって、多くの微生物を引き寄せる栄養源になる。したがって、セルロース繊維は繊維強化セメント複合材料に混入され、それが空隙率の高いものであると、生物による腐敗または腐食作用を受けやすくなる。特に高湿度環境では、繊維強化セメント材料の空隙が繊維への水の輸送を容易にし、菌類や細菌、藻、カビなどの微生物が接触するようになる。微生物は、セルロース繊維の細孔を通して水によって運ばれる可能性がある。これらの生物体は、セルロースおよびヘミセルロースを栄養素として利用することにより、複合材料の表面および／または内部で成長することができる。微生物はセルロースのポリマー鎖を破壊し、その結果、繊維強度が著しく失われる。微生物によるセルロース繊維鎖の切断は、最終的に繊維の強化効率を減少させ、繊維セメント材料の長期耐久性に悪影響を与える。
【００１３】
まとめると、欧州では、アスベストの大部分が、ＰＶＡ繊維を使用した空気硬化繊維セメント製品に替わり、素地に（ｉｎ ｔｈｅ ｇｒｅｅｎ ｓｔａｔｅ）形成した後に加圧される。この技術に関する第一の問題は、材料および製造コストが増大することである。米国およびオーストラリア／ニュージーランドではアスベストの大部分が、セルロース繊維を使用したオートクレーブ処理繊維セメント製品に代わり、加圧せずにより低い密度に形成される。しかし、この技術に関する問題には、アスベスト繊維セメント製品に比べて製品の空隙率がより高く、生物腐食をより受けやすいことが含まれる。
【００１４】
したがって、耐腐食性が改善された費用面で有利な繊維セメント複合材料が求められている。また、セルロースの利点を保ち、なお標準的な（ｒｅｇｕｌａｒ）セルロース繊維より耐久性のある個別化された強化繊維も求められている。このため、高湿度環境下であっても微生物による侵襲に耐えられる、より費用面で有利な耐久性ある繊維強化セメント質材料が特に求められている。
【００１５】
出願人は、炭酸カルシウム製品に適用するためにセルロース繊維に殺生物剤を付着させることを開示しているただ１つの従来技術の参考文献を把握している（米国特許第６，０８６，９９８号参照）。この特許は、難燃性セルロース繊維を作製することを対象とし、セルロース繊維の表面に少量の「表面活性」殺生物剤を添加する。第’９９８号特許は、繊維強化セメント複合材料への繊維の使用を対象としていない。
【００１６】
（発明の概要）
上記求められているニーズは、本発明の好ましい実施形態によって対処される。すなわち本発明の好ましい実施形態においては、部分的にまたは完全に脱リグニン化され個別化されたセルロース繊維を、選択した無機または有機殺生物剤で前処理し、それによって、設計製作されたセルロース繊維を調製する。繊維セメント複合材料に使用する場合、この設計製作された繊維は、リファイナ処理し、オートクレーブ処理し、加圧せずに製造するという標準的なセルロース繊維の利点を保つが、得られる繊維セメント材料は、繊維強化セメント複合材料に使用した場合の生物耐性に関し、ＰＶＡなど人工繊維の性能上の利点に近付きまたはそれを超えることも可能である。所望の生物耐性の強化は、強度や靭性など、材料の重要な物理的性質を著しく減少させることなく実現される。
【００１７】
したがって本発明の好ましい実施形態は、殺生物剤で処理した耐腐食性の個別化セルロース繊維を使用して強化セメント質複合材料を作製する、新しい技術を開示する。この新しい技術には、以下の態様、すなわち繊維の処理、配合、複合材料の作製方法、最終の材料および性質が含まれる。本発明の好ましい実施形態は、アスベストセメント材料に比べてセルロース繊維強化セメント質複合材料に関する生物耐性が不十分であるという問題を解決する。
【００１８】
このため、設計された耐腐食性繊維を使用することによって複合材料の生物耐性が高められ、したがって完全に実施された場合、製造手段の如何に関わらず、建築および建設用材料の機械的性質および加工性を維持するポテンシャルを有すると同時に高湿度で腐食しやすい環境での製品の耐久性を向上させることができる代替技術が構成される。これらは、リファイナ処理可能な繊維（固体粒子を捕捉するため）を必要とするハッチェック（Ｈａｔｓｃｈｅｋ）プロセスに、またセメントを細粒状のシリカに代えることができるオートクレーブ硬化サイクルに、特に適しているが、費用がかかるプロセスである加圧の必要性を低減させるため、ＰＶＡと併せて用いられる、空気硬化製品にも役立つものである。
【００１９】
本発明の好ましい一実施形態により作製された複合建築材料は、セメント質マトリックスと、最終製品の生物耐性を改善するためにこのマトリックスに混入させた、化学的に処理され個別化されたセルロース繊維とを含む。繊維の細胞壁の内面および外面は、微生物の成長を阻止する化学物質（殺生物剤）で少なくとも部分的に処理される。この化学物質は、無機化合物、有機化合物、またはこれらの組合せを含んでよい。この化学物質には、様々な種類の殺菌剤、殺藻剤、およびシロアリ用防腐剤を含めることができる。この化学物質は、セルロース繊維のオーブン乾燥重量の約０．０１％〜２０％を占めることが好ましい。
【００２０】
本発明の実施形態は、繊維セメント複合材料の生物耐性を向上させる。殺生物剤で処理した繊維を混入させることによって、繊維セメントマトリックスを腐食しやすい高湿度環境に曝したときのセルロース繊維の保持率が増大する。一実施形態においては、６カ月間にわたり地中暴露したときの繊維の損失は、殺生物剤で処理した繊維を使用した場合に約７８％から約３２％に減少した。繊維の保持率が高いことは、繊維セメント複合材料中の繊維の強化効率が良好に保たれることを示している。
【００２１】
本発明の他の態様では、複合建築材料を形成するのに使用される材料配合物がセメント質結合材とセルロース繊維を含み、セルロース繊維は個別化され、個別化された繊維の少なくとも一部は少なくとも１種の殺生物剤で前処理されて、殺生物剤が繊維の内部および表面での微生物の成長を阻止するようになされている。好ましい一実施形態による、殺生物剤で処理した繊維を使用する複合材料配合物は、セメント質結合材、すなわち通常はポルトランドセメントと、骨材、すなわちオートクレーブプロセスを使用する場合には通常は微細に粉砕されたものでよいシリカと、個別化されたセルロース繊維、すなわち個別化された繊維の少なくとも一部が少なくとも１種の殺生物剤で前処理されて、殺生物剤が繊維の内部および表面で微生物の成長を阻止するようになされたものと、密度調節剤と、添加剤とを含む。一実施形態においては、建築材料配合物は、好ましくは約１０％〜８０％、より好ましくは約１５％〜５０％のセメント質結合材と、約２０％〜８０％、より好ましくは約３０％〜７０％のシリカ（骨材）と、約０．５％〜２０％の殺生物剤で処理した耐腐食性の個別化したセルロース繊維、または耐腐食性の個別化されたセルロース繊維および／または標準的なセルロース繊維および／または天然無機繊維および／または合成繊維の組合せと、約０％〜８０％の密度調節剤と、約０〜１０％の添加剤とを含む。
【００２２】
本発明の別の態様では、繊維強化複合建築材料の製造方法が提供される。個別化されたセルロース繊維が提供される。セルロース繊維の少なくとも一部は化学物質で処理され、この化学物質が、処理済みのセルロース繊維での微生物の成長を阻止する。処理済みの繊維をセメント質の結合材とを混合して、繊維セメント混合物を形成する。繊維セメント混合物は、事前に選択された形状およびサイズのセメント品に形成される。繊維セメント品は、繊維強化複合建築材料が形成されるように硬化する。
【００２３】
これらのステップのいくつかは、省略しまたは順番を変えることができ、その他のステップを加えることができる。繊維を処理するステップは、化学反応および／または物理的堆積プロセスであって加圧または加温による含浸や濃度拡散などの技法を用いることにより、無機および有機殺生物剤またはこれらを組み合わせたもので繊維を処理することを含む。このステップでは、繊維の処理に、部分的にまたは完全に脱リグニン化し個別化されたセルロース繊維を使用する。効果的な殺生物剤を繊維に付着して、耐生物性を高める。この目的で使用することができる殺生物剤には、一群の無機および有機化学物質とそれらの組合せが含まれる。
【００２４】
繊維セメント混合物を形成するために処理済みの繊維と各成分とを混合するステップは、処理済みの繊維とセメント質結合材、骨材、密度調節剤、および添加剤とを混合することを含むことが好ましい。繊維セメント混合物を形成するために殺生物剤で処理した繊維と各成分とを混合するステップは、好ましい処方により、殺生物剤処理済みの繊維と、セメント質結合材、骨材、密度調節剤、および添加剤などの非セルロース繊維材料とを混合することを含むことが好ましい。別の実施形態においては、殺生物剤で処理した繊維は、標準的な未処理の繊維および／または合成繊維および／または天然無機繊維、およびその他の成分と共に混合することもできる。複合材料は、ハッチェックプロセスや押出し、成型などの既存の技術のいずれかを使用して製作することができる。
【００２５】
本発明の実施形態による繊維セメントマトリックスに、殺生物剤で処理した繊維を混入させることによって、最終の複合材料の耐腐食性および耐久性が改善される。本発明の範囲は、特定のタイプのセメント、骨材、密度調節剤、または添加剤に限定されるものではなく、また処方におけるそれらの比率に限定されるものでもない。本発明のこれらおよびその他の目的および利点は、添付の図面と併せて以下の記述により、より明らかにされよう。
【００２６】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
本発明の好ましい実施形態は、セメント質繊維強化建築材料に、殺生物剤で処理したセルロース繊維を使用することについて述べる。これらの実施形態は、殺生物剤で処理した繊維を用いて形成された建築製品だけではなく、配合物および複合材料の製造方法、ならびに繊維の耐久性を向上させるために繊維を化学的に処理する方法も包含する。これにより、本発明の態様はセルロース繊維強化セメント製品に適用できるだけではなく、これらの技術は、非セメント製品の、その他の繊維で強化された建築材料にも利用できることが理解されよう。
【００２７】
好ましい一実施形態では、本発明は、セメント質セルロース強化複合材料に、殺生物剤で処理した繊維を添加することに関する。殺生物剤で処理した繊維は一般に、微生物の成長を阻止する化学物質を混合したセルロース繊維を含む。殺生物性の化学物質は、繊維表面で生物活性が最も生じやすい位置に配置することが好ましい。たとえば殺生物性の化学物質は、微生物が最も成長しやすく繊維にダメージを与えやすい場所である繊維の水伝導チャネルおよび細孔の内面および外面に、付着させることが好ましい。繊維は、殺生物性の化学物質で処理することができるが、これは、化学反応および／または物理的な力を用いて繊維の細胞壁表面に化学物質を結合しまたは付着させることにより行うことができる。繊維処理法には、加圧含浸または濃度拡散、あるいは圧力、温度、濃度、ｐＨ、またはその他のイオン強度の勾配の助けを借りたその他の技法を含めることができる。殺生物処理は、周囲温度で、または約１００℃未満の温度で行うことが好ましい。繊維に含浸された殺生物性の化学物質は、微生物の成長を遅らせまたは阻止し、したがって繊維の耐生物性を向上させることが有利である。繊維は強化材であるので、繊維の耐生物性によって繊維セメント複合材料の耐久性が高まる。繊維を処理する際の殺生物剤の用量は、殺生物剤や処理プロセスのタイプ、および最終製品の要件に応じ、オーブン乾燥質量で繊維の０．０１％〜２０％の範囲内にあることが好ましい。
【００２８】
次に、繊維処理用の殺生物剤の選択と、繊維強化セメント材料を製造する際に殺生物剤で処理した繊維をどのように使用するかについて述べる。繊維処理用に選択された生物学的に活性な殺生物剤は、セルロース繊維に対する親和性が強力であり、セメント水和反応を妨げず、プロセス用水を汚染しないことが好ましい。効果的な殺生物剤は、高温およびアルカリ条件（ｐＨ＞１０）下で安定であることが好ましい。さらに化学物質は、繊維セメント複合材料に、いくつかのその他の有益な属性をもたらすことが好ましい。このような厳しい要件が原因で、多くの知られている殺生物剤は繊維処理に適していない。処理済みの繊維および製品から滲出する殺生物剤によって、好ましい実施形態に適用可能な殺生物剤の利用可能性が著しく制限される。驚くべきことに、いくつかの殺生物剤は上記要件を満たしており、生物活性を抑えるのに優れた効き目がある。
【００２９】
繊維処理に効果的な殺生物剤として使用することができる化学物質には、ナトリウム、カリウム、カルシウム、亜鉛、銅、およびバリウムのすべての形の炭酸塩、酢酸塩、パルミチン酸塩、オレイン酸塩、ステアリン酸塩、リン酸塩、ケイ酸塩、硫酸塩、ハロゲン化物塩、およびホウ酸塩；カルボン酸亜鉛；ホウ酸；重クロム酸ナトリウム；ヒ酸銅クロム（ｃｏｐｐｅｒ ｃｈｒｏｍｅ ａｒｓｅｎａｔｅ）（ＣＣＡ）；クロム酸化ホウ酸銅（ｃｈｒｏｍａｔｅｄ ｃｏｐｐｅｒ ｂｏｒａｔｅ）（ＣＢＣ）；アンモニア性ヒ酸銅（ＡＣＡ）；アンモニア性ヒ酸銅亜鉛（ＡＣＺＡ）；フッ化銅クロム（ＣＦＫ）；フルオロホウ酸銅クロム（ＣＣＦＢ）、銅クロムリン（ｃｏｐｐｅｒ ｃｈｒｏｍｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）（ＣＣＰ）；およびその他の無機化合物が含まれるが、これらに限定するものではない。
【００３０】
さらに、繊維処理には、様々な配合物の形をとるプロピコナゾール；様々な配合物の形をとるテブコナゾール；ペンタクロロフェノール（ＰＣＰ）などの有機塩化物；第４アンモニウム化合物（ＡＡＣ）；銅８−ヒドロキシキノリンまたは銅オキセン（ｃｏｐｐｅｒ ｏｘｅｎｅ）であって様々な配合物の形をとるもの；すべての種類の配合物の形をとるトリ−ｎ−ブチルスズオキシド（ＴＢＴＯ）；様々な配合物の形をとるトリ−ｎ−ブチルスズナフテネート（ＴＢＴＮ）；様々な配合物の形をとる臭化ジデシルジメチルアンモニウム（ＤＤＡＢ）；様々な配合物の形をとるすべての種類の塩化ジデシルジメチルアンモニウム（ＤＤＡＣ）；およびその他のすべての種類の殺菌剤；すべての種類の殺藻剤；およびすべての種類のシロアリ用防腐剤を含むがこれらに限定されない有機化合物も使用することができる。
【００３１】
繊維は、繊維セメント材料の特定の適用例に必要な特定の属性に応じ、上記列挙した１種または複数の殺生物剤で処理することが好ましい。繊維処理は、水または有機溶媒の存在下で、好ましくは化合物をセルロース繊維に接触させることによって、堆積、化学反応、またはその他のメカニズムによって、繊維を殺生物剤で処理することが好ましい。上記列挙した化学物質は、繊維の殺生物処理に使用することができる物質の単なる例示であると理解することができる。化学物質は、菌類、細菌、藻、およびカビの成長を阻止する作用がある任意のその他の適切な無機または有機化合物であってもよい。
【００３２】
殺生物処理に使用されるセルロース繊維は、部分的にまたは完全に脱リグニン化された個別化した繊維であることが好ましい。したがってこれらの繊維は、様々な方法またはプロセスによって製造された、漂白、未漂白、または半漂白セルロースパルプでよい。パルプ化プロセスでは、木材、またはその他のリグノセルロース系原材料、たとえばケナフ、藁、竹などを、リグノセルロース系材料の構造内の結合を破断させることによって繊維状物に変える。この作業は、化学的、機械的、熱的、生物学的な処理によって、またはこれらの処理の組合せによって行うことができる。
【００３３】
いくつかの好ましい実施形態でセメント複合材料を強化するのに使用されるセルロース繊維は、その大部分が個別化された繊維である。これらは、パルプ化プロセス中に繊維を切り離す化学物質の作用を主に利用した化学パルプ化法によって作製される。このプロセスで使用される化学物質に基づいて、化学パルプ化法は、ソーダ、クラフト、クラフト−ＡＱ、ソーダ−ＡＱ、酸素脱リグニン化、クラフト−酸素、有機溶媒法、および亜硫酸法などに分類される。化学的なパルプ化では、セルロースおよびヘミセルロースを一緒に保持して木材に機械的強度をもたらす膠として働くリグニンが、化学反応によって破壊され溶解する。これらの化学反応は、通常、しばしば蒸解がまと呼ばれる反応器内で、約３０分から２時間にわたり、約１５０〜２５０℃の温度で行われる。リグニンとセルロース成分の結合が切断されると、繊維間の結合が弱くなる。機械的な力を軽くかけることによって、セルロース繊維は個々の繊維に分離する。殺生物剤で処理した繊維の調製に使用される標準的なセルロース繊維は、繊維細胞壁からリグニン成分が部分的にまたは完全に除去された状態の、個別化されたセルロース繊維である。処理されたセルロース繊維は、パルプ化プロセスによって、リグノセルロース系材料のセルロースパルプから作製される。
【００３４】
セルロースパルプは、軟材、硬材、農業用原材料、再生屑紙、または任意のその他の形態のリグノセルロース系材料を含む様々なリグノセルロース系材料で作製することができる。殺生物処理用に選択される繊維は、個別化された繊維であることが好ましい。繊維の長さは、好ましくは約０．２〜７ｍｍの範囲内であり、より好ましくは約０．６〜４ｍｍの範囲内である。
【００３５】
本発明の複合材料の好ましい配合物は、セメント質水硬性結合材、骨材、殺生物剤で処理したセルロース繊維、密度調節剤、および種々の材料特性を改善する様々な添加剤を含む。セメント質結合材はポルトランドセメントが好ましいが、高アルミナセメント、石灰（ｌｉｍｅ）、高炉スラグ微粉末セメント（ｇｒｏｕｎｄ ｇｒａｎｕｌａｔｅｄ ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｓｌａｇ ｃｅｍｅｎｔ）、高リン酸セメント、またはこれらの混合物も使用することができ、しかしこれらに限定するものではない。骨材は細粒状の珪砂が好ましいが、非晶質シリカ、マイクロシリカ、珪藻土、石炭燃焼フライアッシュおよびボトムアッシュ、もみ殻灰、高炉スラグ、顆粒状スラグ、スチールスラグ（ｓｔｅｅｌ ｓｌａｇ）、無機酸化物、無機水酸化物、クレイ、マグネサイトまたはドロマイト、金属酸化物および水酸化物、ポリマービーズ、またはこれらの混合物も使用することができ、しかしこれらに限定するものではない。
【００３６】
殺生物剤で処理したセルロース繊維は、個別化された非リファイナ処理／非フィブリル化またはリファイナ処理／フィブリル化セルロース繊維であることが好ましい。ハッチェック（Ｈａｔｓｃｈｅｋ）プロセスの場合、処理済みの繊維は、ＴＡＰＰＩ法Ｔ２２７−ｏｍ−９９に準拠したカナダ規格濾水度（ＣＳＦ）による濾水度が１５０〜７５０度になるまでリファイナ処理されることが好ましく、より好ましくは１５０〜６５０ＣＳＦの範囲内である。押出しや成型などのその他のプロセスについては、処理済みの繊維をリファイナ処理をせずに利用することができる。
【００３７】
さらに密度調節剤は、密度が約１．５ｇ／ｃｍ^３未満である有機および／または無機密度調節剤を含むことが好ましい。密度調節剤は、プラスチック材料、発泡ポリスチレン、ガラスおよびセラミック材料、ケイ酸カルシウム水和物、マイクロスフィアならびにパーライト、軽石、しらす、膨張した形態のゼオライトを含む火山灰を含んでよい。密度調節剤は、天然または合成材料、あるいはこれらの混合物でよい。添加剤には、粘度調節剤、難燃剤、防水剤、シリカフューム、地熱シリカ（ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ ｓｉｌｉｃａ）、顔料、着色剤、可塑剤、分散剤、発泡剤、凝集剤、排水助剤（ｄｒａｉｎａｇｅ ａｉｄｓ）、乾湿強度助剤（ｗｅｔ ａｎｄ ｄｒｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｉｄｓ）、シリコーン材料、アルミニウム粉、クレイ、カオリン、ベントナイト、アルミナ三水和物、ゼオライト、雲母、メタカオリン、炭酸カルシウム、ウォラストナイト、ポリマー樹脂エマルジョン、またはこれらの混合物を含めることができるが、これらに限定するものではない。
【００３８】
殺生物剤で処理した繊維は、特定の適用例に最適な性質が得られるように、セメント質結合材、骨材、密度調節剤、処理済みおよび／または未処理のセルロース繊維、および添加剤を異なる割合で含む様々な複合材料に使用することができる。本発明の一態様による複合配合物は、殺生物剤で処理した繊維を最高約２０％、好ましくは約０．５％〜２０％含有する。さらに、殺生物剤で処理した繊維は、種々の割合で、未処理の標準的なセルロース繊維および／または合成ポリマー繊維および／または天然無機繊維とブレンドすることができる。殺生物剤で処理した繊維のパーセンテージは、所望の適用例および／またはプロセスに応じて様々でよいことが理解されよう。さらに、セメント質結合材、骨材、密度調節剤、および添加剤の割合は、屋根材や外柵（ｆｅｎｃｉｎｇ）、床板張り（ｄｅｃｋｉｎｇ）、舗装、パイプ、羽目板、トリム（ｔｒｉｍ）、ソフィット（ｓｏｆｆｉｔ）、タイル下敷き用の裏打ち材など種々の適用例で最適な性質が得られるように、様々に変化させることもできる。
【００３９】
本発明の好ましい実施形態の一配合物は、以下のものを含む。
【００４０】
セメント（セメント質結合材）　約１０％〜８０％；
シリカ（骨材）　約２０％〜８０％；
密度調節剤　約０％〜５０％；
添加剤　約０％〜１０％；および
殺生物剤で処理したセルロース繊維、あるいは殺生物剤で処理したセルロース繊維および／または標準的なセルロース繊維および／または天然無機繊維および／または合成繊維の組合せ　約０．５％〜２０％
オートクレーブ処理した実施形態では、殺生物剤で処理した個別化されたセルロース繊維を混入させることによって、より少ない量のセメントを使用することができる。一実施形態で、このオートクレーブ処理した配合物は、以下のものを含む。
【００４１】
セメント　約２０〜５０％、より好ましくは約２５〜４５％、さらに好ましくは約３５％；
細粒状シリカ　約３０％〜７０％、より好ましくは約６０％；
密度調節剤　約０〜５０％；
添加剤　約０〜１０％、より好ましくは約５％；および
繊維　約２％〜２０％、より好ましくは繊維　約１０％であり、繊維の一部は、殺生物剤で処理し、耐腐食性で、個別化されたセルロース繊維である。
【００４２】
繊維は、ＴＡＰＰＩ法Ｔ２２７−ｏｍ−９９に準拠して測定したＣＳＦ濾水度が１５０〜７５０度であることが好ましい。セメント質結合材およびシリカは、その表面積がそれぞれ約２５０〜４００ｍ^２／ｋｇおよび３００〜４５０ｍ^２／ｋｇであることが好ましい。セメントとシリカ両方の表面積については、ＡＳＴＭ　Ｃ２０４−９６ａに従って試験をする。
【００４３】
図１は、殺生物剤で処理したセルロース繊維を混合した繊維強化セメント質複合材料の好ましい製造プロセスを示す。ステップ１００では、好ましくは上述のような化学パルプ化プロセスによって繊維を個別化する。しかしこの好ましい製造プロセスを実行する際、化学パルプ化ステップが必ずしも必要ではないことが理解されよう。これは、繊維の個別化が、標準のラップシートまたはロールの購入者に繊維を提供する繊維製造業者によってしばしば行われるからである。したがって一実施形態では、そのような繊維の個別化は、以下のステップ１０４で述べるように、ハンマーミリングまたはその他の方法などによって、繊維をシートまたはロールから機械的に分離することのみを含む。
【００４４】
ステップ１０２では、部分的または完全に脱リグニン化し個別化されたセルロース繊維を１種または複数の殺生物剤で処理する。ステップ１０２では、化学反応や加圧含浸、濃度拡散、乾式噴霧などの周知の技法を使用して、１種または複数の殺生物剤を、繊維の水伝導チャネルまたは細孔の内面および外面に隣接させて配置する。この処理は、パルプと有効な殺生物剤とを混合することによって、パルプスラリ中で行うことができる。あるいは乾燥パルプは、殺生物剤を含有する溶液をパルプウェブに噴霧することによって、殺生物剤で処理することができる。一実施形態では、殺生物剤で処理した繊維をラップやロールなどの乾燥形態にし、一方、別の実施形態では、殺生物剤で処理した繊維は、容器中などで湿式ラップのような湿潤形態にする。
【００４５】
繊維は、既に個別化され殺生物剤で処理されて、繊維製造業者から入手可能であることが理解されよう。しかし繊維を輸送するために、一実施形態では繊維をラップやロールなどの乾燥した形にし、したがって、それらが製造設備に到着したらもう一度個別化される必要がある。別の実施形態で、殺生物剤で処理された繊維は、ウェットラップやスラリなど容器に入った湿潤形態に形成される。別の実施形態では、繊維をいくつかの特殊な手段（フラッシュ乾燥など）によって乾燥し、個別化された状態でサイロまたは容器内に移す。
【００４６】
繊維がラップまたはロールに作製される実施形態では、ステップ１０４で処置済みの繊維を引き続き加工して、再び繊維を個別化する。殺生物剤で処理した繊維をステップ１０４で加工し、すなわち処理済みの繊維を分散させかつ／またはフィブリル化する。繊維を、ハイドラパルパ内で約１％〜６％の濃度に分散させ、これによりいくらかのフィブリル化も行うことが好ましい。１台のリファイナまたは一連のリファイナを使用して、さらにフィブリル化することができる。分散させた後、カナダ規格濾水度（ＣＳＦ）が約１５０〜７５０の範囲になるよう繊維をフィブリル化する。次いで繊維を約１５０〜６５０ＣＳＦの範囲までリファイナ処理することがより好ましい。繊維化、分散、および／またはフィブリル化は、ハンマーミル処理やローラミル処理、ボールミル処理、デフレーカ処理（ｄｅｆｌａｋｉｎｇ）などのその他の技法によって行うことができる。しかし、フィブリル化を行わずに殺生物剤で処理した繊維を使用することも許容され、そのような使用は一部の製品およびプロセスには好ましい。
【００４７】
図１が示すように、ステップ１０６では、殺生物剤で処理したセルロースパルプを比例的にその他の成分と混合して、水性混合物、スラリ、またはペーストを形成する。一実施形態では、周知のプロセスを用い、殺生物剤で処理した繊維をセメント、シリカ、密度調節剤、およびその他の添加剤と混合してスラリまたはペースト混合物を形成する。ミキサ内で、標準的なセルロース繊維、および／または天然無機繊維、および／または合成繊維を、殺生物剤で処理した繊維とブレンドする。その他の実施形態では、粉末または溶液の形の殺生物剤を、繊維セメント混合物に直接添加する。
【００４８】
上述の個別化、処理、および加工ステップは、上述の通りの順番で行う必要がないことが理解されよう。たとえば、繊維の殺生物剤処理は、繊維を個別化する前に行うことができる。さらに、加工ステップ１０４は、繊維が個別化された状態で繊維製造業者から直接得られる場合、または個別化が繊維セメント製造設備で行われる場合は、必ずしも必要ではない。これらの実施形態では、繊維を処理した後、以下に述べるように処理済の繊維を混合物に直接加えることができる。
【００４９】
プロセスがステップ１０８に進むと、このステップでは、
ハッチェック（Ｈａｔｓｃｈｅｋ）シートプロセス；
マザ（Ｍａｚｚａ）パイププロセス；
マグナニ（Ｍａｇｎａｎｉ）プロセス；
射出成型；
押出し；
ハンドレイアップ；
成型（Ｍｏｌｄｉｎｇ）；
注型（Ｃａｓｔｉｎｇ）；
フィルタプレス；
長網抄紙形成；
マルチワイヤ形成（Ｍｕｌｔｉ−ｗｉｒｅ ｆｏｒｍｉｎｇ）；
ギャップブレード形成（Ｇａｐ ｂｌａｄｅ ｆｏｒｍｉｎｇ）；
ギャップロール／ブレード形成；
ベルロール形成（Ｂｅｌ−Ｒｏｌｌ ｆｏｒｍｉｎｇ）；および
その他
など、当業者に知られているようないくつかの従来の製造法を使用して、混合物を「素地」または未硬化の成形品に形成することができる。
【００５０】
これらのプロセスは、物品を形成後に、プレスまたはエンボス加工を含むこともできる。しかし、プレスは行わないことがより好ましい。ハッチェック（Ｈａｔｓｃｈｅｋ）プロセスを使用して最終製品を実現するのに使用されるプロセスステップおよびパラメータは、オーストラリア特許第５１５１５１号に記載されているものと同様である。
【００５１】
ステップ１０８の後、「素地」または未硬化の成形品をステップ１１０で硬化する。この物品は、最長８０時間、より好ましくは２４時間以下、予備硬化させることが好ましい。次いで物品を、約３０日間、空気硬化する。予備硬化した物品は、３〜３０時間にわたり、６０℃から２００℃の水蒸気飽和環境で、高温高圧でオートクレーブ処理することがより好ましく、この処理は、約２４時間以下行うことがより好ましい。予備硬化プロセスおよび硬化プロセス用に選択された時間および温度は、配合物、製造プロセス、プロセスパラメータ、および製品の最終形態に依存する。
【００５２】
殺生物剤で処理したセルロース繊維を混入させた繊維セメント複合材料は、繊維セメントと繊維−繊維マトリックスの双方の耐腐食性を向上させることが有利である。繊維セメントマトリックス中の繊維の耐腐食性が向上することによって、繊維セメント複合材料の生物耐性が高まり、繊維強化効率がより良好に保持される。以下の実施例で示すように、殺生物剤で処理した繊維を有する複合材料は、同じ配合で、標準的な未処理のセルロース繊維を用いて作製された材料に比べて経時的な繊維損失が著しく少なくなる。
【００５３】
材料の性質および試験結果
殺生物剤で処理した繊維を繊維強化複合材料に利用すると、その材料の生物耐性が向上する。殺生物剤で処理したセルロース繊維を使用した繊維セメント製品は、従来のセルロース繊維を用いて作製された材料に比べ、経時的な繊維損失が著しく少なくなる。殺生物剤で処理したセルロース繊維を使用すると、製品の物理的性質および機械的性質も損なわれない。
【００５４】
【表１】

上記表１は、殺生物剤で処理した繊維を有する例示的な繊維セメント配合物（配合物ＢおよびＤ）と、殺生物剤で処理したセルロース繊維を除き同等の配合物を有する対照（配合物ＡおよびＣ）とを比較して列挙する。本明細書で、同等な配合物は、好ましい処理済みのセルロース繊維を等量の未処理のセルロース繊維で置き換えたものと定義する。配合物Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤ中の繊維は、未漂白クラフトパルプである。これらはすべて、ＴＡＰＰＩ法Ｔ２２７−ｏｍ−９９に従って測定した濾水度が４５０〜４７５ＣＳＦである。配合物Ａ〜Ｄ中のすべての繊維の繊維長は、２．４５〜２．５０ｍｍである。
【００５５】
【表２】

上記表２は、表１による殺生物剤で処理したセルロース繊維を混入させた配合物と、従来の未処理のセルロース繊維を使用した同等の配合物を有する繊維セメント複合材料の、半分埋め込んだ状態で９カ月の暴露試験を行った後の繊維損失の例示的な比較を示す。半埋込み試験は、ＡＷＰＡ（米国木材保存協会）規格Ｅ７−９３、「Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ　Ｗｏｏｄ　Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅｓ　ｂｙ　Ｆｉｅｌｄ　Ｔｅｓｔ　ｗｉｔｈ　Ｓｔａｋｅｓ」に従って行った。ここで、同等の配合物は、好ましい処理済みのセルロース繊維を等量の未処理のセルロース繊維に置き換えたものと定義する。繊維セメント材料のプロトタイプの試験片は、４種の異なるパルプを有する同じ処方（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）を基にして生成する。ポプラの木片なら典型的な場合３〜６カ月以内で腐敗する高湿度の腐食しやすい環境に、各試験片を９カ月間、半分埋め込んだ。暴露後、試験片のセルロース含量について分析した。
【００５６】
密度が１２００ｋｇ／ｍ^３の繊維セメント複合体試験片の場合、標準的な未処理の繊維の代わりに０．１２％ピコナゾール処理済み繊維を使用すると、半埋込み試験で高湿度環境に９カ月暴露した後の繊維損失は、約１２％から８％に減少する。密度が９００ｋｇ／ｍ^３の試験片の場合、０．５％銅オキセン処理済み繊維を使用することによって、試験片の埋め込まれた部分の繊維損失を約７９％から３２％に下げることができる。したがって、殺生物剤で処理したセルロースパルプを使用すると、腐食しやすい湿潤環境下での繊維セメントマトリックス中のセルロースの損失が減少し、作製された繊維セメント複合材料の耐久性および性能が向上することになる。
【００５７】
殺生物剤で処理したセルロースパルプを繊維セメント複合体に混入させることによって、繊維セメントマトリックスの耐久性および耐腐食性が向上するが、これは、繊維セメント製品中の処理済み繊維含量が高い割合で保持されることによって証明される。繊維強化セメント複合材料中の耐久性ある繊維によって、表３に示すように、物理的および機械的な強度が高レベルで持続される。機械試験は、「Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｔｅｓｔ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　Ｓａｍｐｌｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　Ｎｏｎ−Ａｓｂｅｓｔｏｅｓ　Ｆｉｂｅｒ−Ｃｅｍｅｎｔ　Ｆｌａｔ　Ｓｈｅｅｔ，Ｒｏｏｆｉｎｇ　ａｎｄ　Ｓｉｄｉｎｇ　Ｓｈｉｎｇｌｅｓ，ａｎｄ　Ｃｌａｐｂｏａｒｄｓ．」という名称のＡＳＴＭ（米国規格試験法）Ｃ１１８５−９８ａに従い、湿潤条件下で行った。
【００５８】
【表３】

表３は、１８カ月の半埋込み暴露試験を行った後の、殺生物剤で処理したセルロース繊維を用いて作製した繊維セメント複合材料と用いずに作製した繊維セメント複合材料の、物理的および機械的性質の保持率を示す。この場合も、半埋込み試験は、ＡＷＰＡ（米国木材保存協会）規格Ｅ７−９３、「Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ　Ｗｏｏｄ　Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅｓ　ｂｙ　Ｆｉｅｌｄ　Ｔｅｓｔ　ｗｉｔｈ　Ｓｔａｋｅｓ」に従って行った。配合物ＥおよびＦのサンプルのオーブン乾燥密度は１２００ｋｇ／ｃｍ^３である。当業者なら、特定の機械的性質の具体的な値は、オーブン乾燥密度を変化させることによって様々に変わることが理解されよう。表３に示すように、配合物Ｅは、標準的なセルロース繊維を含有し、配合物Ｆは、繊維質量に対し２％のホウ酸バリウムにより処理した繊維を含有する同等の配合物である。具体的には、配合物Ｅは未処理のセルロース繊維を８％含有し、配合物Ｆは処理済みの繊維を８％含有する。セメントとシリカの含量は両方の配合物で同じであり、それぞれ３５％と５７％である。標準的なセルロースパルプおよびホウ酸バリウムで処理したセルロースパルプの濾水度は、その濾水レベルが約４７０＋／−１０ＣＳＦである。これら２種の繊維の繊維長は約２．５ｍｍである。
【００５９】
繊維セメント配合物は、比較することだけを目的として選択され、本発明の範囲から逸脱することなく様々なその他の配合物を使用できることが理解されよう。また、繊維セメント製品の他、その他のセメント質材料および非セメント質材料も、材料の耐腐食性を改善するために殺生物剤で処理した繊維を使用できることが理解されよう。
【００６０】
表３に示すように、１８カ月の半埋込み試験後の破壊係数（ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆ ｒｕｐｔｕｒｅ）（ＭＯＲ）や極限歪み、靭性、弾性率（ＭＯＥ）などの重要な機械的性質の保持率は、一般に、殺生物剤で処理したセルロース繊維を用いた配合物Ｆの場合、処理済みの繊維を用いない同等の配合物Ｅ、すなわち対照配合物に比べて高くなっている。一実施形態では、処理済みのセルロース繊維によって、１８カ月後の建築製品の破壊係数（ＭＯＲ）の保持率は約１０％を超えて増大し、極限歪みの保持率は約５％を超えて増大し、靭性の保持率は約１０％を超えて増大し、弾性率（ＭＯＥ）の保持率は約１０％を超えて増大する。
【００６１】
図２は、高湿度で腐食しやすい環境下で３カ月の半埋込み試験を行った後の、繊維試験片（０．１％硫酸銅で処理しないものと処理したもの）の写真を示す。図２が示すように、殺生物剤（０．１％硫酸銅）で処理した繊維試験片は実質上無傷のままであるが、従来の未処理の繊維試験片は、地中に埋められた部分全体が腐敗している。殺生物剤で処理したセルロース繊維は、湿度が高く腐食しやすい環境下であっても、繊維セメント製品の耐腐食性および耐久性を大幅に向上させることが有利である。
【００６２】
これらの設計製作された耐腐食性繊維は、繊維セメント複合材料のすべての製造形態で試みられたわけではないが、これらの繊維によって、複合材料の生物耐久性が高まり、したがって完全に実施された場合、製造手段の如何に関わらず、建築および建設用材料の機械的性質および加工性を維持することができると同時に高湿度で腐食しやすい環境での製品の耐久性を向上させることができる代替技術が構成されると考えられる。これらは、リファイナ処理可能な繊維を必要とする（固体粒子を捉えるために）ハッチェック（Ｈａｔｓｃｈｅｋ）プロセスに、またセメントを細粒状のシリカに代えることができるオートクレーブ硬化サイクルに、特に適しているが、高価なプロセスである加圧の必要性を低減させるため、ＰＶＡと併せて用いられる、空気硬化製品にも役立つものである。
【００６３】
本発明の好ましい実施形態に関する上記説明により、本発明の基本的で新規な特徴を示し記述しかつ指摘してきた。当業者であれば、本発明の精神から逸脱することなく、図示される装置の細部の形態ならびにその使用について様々な省略、置換え、および変更を行うことができることが理解されよう。したがって本発明の範囲は、これまで論じてきた内容に限定すべきではなく、上述の特許請求の範囲によって画定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の一実施形態で、殺生物剤で処理したセルロース繊維を使用して繊維強化セメント質複合材料を製造するための、プロセスの流れを示す図である。
【図２】
腐食しやすい環境に３カ月曝した後の標準的なセルロース繊維および殺生物剤で処理したセルロース繊維を用いて作製した試験片を示す写真である。

Claims (73)

1. セメント質マトリックスと、
   該セメント質マトリックスに混入された個別化されたセルロース繊維とを含み、
   該セルロース繊維が、該繊維中での微生物の成長を阻止する殺生物性の化学物質で少なくとも部分的に処理された、複合建築材料。
2. 殺生物性の化学物質が、個別化された繊維の内面および外面に付着される、請求項１に記載の複合建築材料。
3. 化学物質が、殺菌剤、殺藻剤、カビおよびシロアリ用防腐剤、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の複合建築材料。
4. 化学物質が、無機化合物を含む、請求項１に記載の複合建築材料。
5. 無機化合物が、ナトリウム、カリウム、カルシウム、亜鉛、銅およびバリウムの、炭酸塩、ケイ酸塩、硫酸塩、ハロゲン化物塩およびホウ酸塩ならびにカルボン酸亜鉛、ホウ酸、重クロム酸ナトリウム、銅オキセン、ヒ酸銅クロム（ＣＣＡ）、クロム酸化ホウ酸銅（ＣＢＣ）、アンモニア性ヒ酸銅（ＡＣＡ）、アンモニア性ヒ酸銅亜鉛（ＡＣＺＡ）、フッ化銅クロム（ＣＦＫ）、フルオロホウ酸銅クロム（ＣＣＦＢ）および銅クロムリン（ＣＣＰ）ならびにこれらの組合せ、からなる群から選択される、請求項４に記載の複合建築材料。
6. 化学物質が、有機化合物を含む、請求項１に記載の複合建築材料。
7. 有機化合物が、プロピコナゾール、テブコナゾール、有機塩化物、第４アンモニウム化合物（ＡＡＣ）、トリ−ｎ−ブチルスズオキシド（ＴＢＴＯ）、トリ−ｎ−ブチルスズナフテネート（ＴＢＴＮ）、臭化ジデシルジメチルアンモニウム（ＤＤＡＢ）および塩化ジデシルジメチルアンモニウム（ＤＤＡＣ）ならびにこれらの混合物からなる群から選択される、請求項６に記載の複合建築材料。
8. 化学物質が、処理済みのセルロース繊維の乾燥重量の約０．０１％〜２０％を構成する、請求項１に記載の複合建築材料。
9. セルロース繊維が、パルプ化プロセスによってリグノセルロース系材料のセルロースパルプから作製される、請求項１に記載の複合建築材料。
10. 繊維の長さが、約０．２〜７ｍｍの間である、請求項９に記載の複合建築材料。
11. 繊維の長さが、約０．６〜４ｍｍの間である、請求項１０に記載の複合建築材料。
12. 処理済みの繊維が、マトリックスの約０．５重量％〜２０重量％を占める、請求項１に記載の複合建築材料。
13. 未処理のセルロース繊維をさらに含む、請求項１に記載の複合建築材料。
14. 天然無機繊維および合成繊維をさらに含む、請求項１に記載の複合建築材料。
15. セメント質マトリックスおよび個別化セルロース繊維をオートクレーブ処理する、請求項１に記載の複合建築材料。
16. 骨材をさらに含む、請求項１５に記載の複合建築材料。
17. 骨材が、細粒状のシリカである、請求項１６に記載の複合建築材料。
18. セメントを約１０〜８０重量％含む、請求項１に記載の複合建築材料。
19. 複合建築材料を形成する材料配合物であって、
    セメント質結合材と、
    セルロース繊維とを含み、該セルロース繊維が個別化されており、該セルロース繊維の少なくとも一部が、繊維内での微生物の成長を阻止する化学物質で処理されている、
    配合物。
20. 化学物質が、ホウ酸バリウムを含む、請求項１９に記載の配合物。
21. 化学物質が、銅オキセンを含む、請求項１９に記載の配合物。
22. 化学物質が、プロピコナゾールを含む、請求項１９に記載の配合物。
23. 化学物質が、塩の形をとる銅および亜鉛を含む、請求項１９に記載の配合物。
24. セメントを約１０％〜８０重量％含む、請求項１９に記載の配合物。
25. セメント質結合材の表面積が、約２５０〜４００ｍ^２／ｋｇである、請求項１９に記載の配合物。
26. セメント質結合材が、ポルトランドセメントを含む、請求項１９に記載の配合物。
27. セメント質結合材が、高アルミナセメント、石灰、高炉スラグ微粉末セメントおよび高リン酸セメントならびにこれらの混合物を含む、請求項１９に記載の配合物。
28. 骨材をさらに含む、請求項１９に記載の配合物。
29. 骨材が、配合物の約３０重量％〜７０重量％である、請求項２８に記載の配合物。
30. 骨材が、約３００〜４５０ｍ^２／ｋｇの表面積を有するシリカを含む、請求項２８に記載の配合物。
31. 骨材が、細粒状のシリカを含む、請求項２８に記載の配合物。
32. 骨材が、非晶質シリカ、マイクロシリカ、地熱シリカ、珪藻土、石炭燃焼フライアッシュおよびボトムアッシュ、もみ殻灰、高炉スラグ、顆粒状スラグ、スチールスラグ、無機酸化物、無機水酸化物、クレイ、マグネサイトもしくはドロマイト、金属酸化物および水酸化物、ポリマービーズならびにこれらの混合物からなる群から選択される、請求項２８に記載の配合物。
33. 処理済みのセルロース繊維が配合物の約０．５重量％から２０重量％を構成する、請求項１９に記載の配合物。
34. 処理済みのセルロース繊維が、未処理のセルロース繊維とブレンドされる、請求項１９に記載の配合物。
35. 密度調節剤をさらに含む、請求項１９に記載の配合物。
36. 密度調節剤が配合物の約０％〜５０％である、請求項３５に記載の配合物。
37. 密度調節剤が、プラスチック材料、発泡ポリスチレン、その他の発泡ポリマー材料、ガラスおよびセラミック材料、ケイ酸カルシウム水和物、マイクロスフィアならびにパーライト、軽石、しらす玄武岩、および膨張した形態のゼオライトを含んだ火山灰ならびにこれらの混合物、からなる群から選択された天然または合成の軽量材料を含む、請求項３５に記載の配合物。
38. 添加剤をさらに含む、請求項１９に記載の配合物。
39. 添加剤が、配合物の約０％〜１０％である、請求項３８に記載の配合物。
40. 添加剤が、粘度調節剤、難燃剤、防水剤、シリカフューム、地熱シリカ、顔料、着色剤、可塑剤、分散剤、発泡剤、凝集剤、排水助剤、乾湿強度助剤、シリコーン材料、アルミニウム粉、クレイ、カオリン、ベントナイト、アルミナ三水和物、ゼオライト、雲母、メタカオリン、炭酸カルシウム、ウォラストナイト、ポリマー樹脂エマルジョン、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項３８に記載の配合物。
41. 処理済みのセルロース繊維によって、高湿度の腐食しやすい環境に９カ月暴露した後の複合建築材料中の平均繊維損失が、処理済みのセルロース繊維を含まない同等の配合物から作製された建築材料に比べて約５％を超えて減少する、請求項１９に記載の配合物。
42. 処理済みのセルロース繊維が、処理済みのセルロース繊維を含まない同等の配合物から作製された建築材料に比べて複合建築材料の耐腐食性を増大させる、請求項１９に記載の配合物。
43. 処理済みのセルロース繊維によって、高湿度の腐食しやすい環境に１８カ月暴露した後の複合建築材料の破壊係数（ＭＯＲ）の保持率が、処理済みのセルロース繊維を含まない同等の配合物から作製された建築材料に比べて約５％を超えて向上する、請求項１９に記載の配合物。
44. 処理済みのセルロース繊維によって、高湿度の腐食しやすい環境に１８カ月暴露した後の複合建築材料の弾性率（ＭＯＥ）の保持率が、処理済みのセルロース繊維を含まない同等の配合物から作製された建築材料に比べて約５％を超えて向上する、請求項１９に記載の配合物。
45. 処理済みのセルロース繊維によって、高湿度の腐食しやすい環境に１８カ月暴露した後の複合建築材料の極限歪みの保持率が、処理済みのセルロース繊維を含まない同等の配合物から作製された建築材料に比べて約５％を超えて向上する、請求項１９に記載の配合物。
46. 処理済みのセルロース繊維によって、高湿度の腐食しやすい環境に１８カ月暴露した後の建築製品の靭性の保持率が、処理済みのセルロース繊維を含まない同等の配合物から作製された建築材料に比べて約５％を超えて向上する、請求項１９に記載の配合物。
47. 個別化されたセルロース繊維を準備すること、
    セルロース繊維の少なくとも一部を化学物質で処理すること、ここで、該化学物質は、処理済みのセルロース繊維中での微生物の成長を阻止するものであること、
    処理済みの繊維とセメント質結合材とを混合して、繊維セメント混合物を形成すること、
    繊維セメント混合物を、事前に選択された形状およびサイズの繊維セメント品に形成すること、および
    繊維強化複合建築材料が形成されるように繊維セメント品を硬化すること
    を含む、繊維強化複合建築材料の製造方法。
48. 個別化された繊維を準備することが、セルロース繊維をひとまとめに結合するリグニンの大部分を除去することを含む、請求項４７に記載の方法。
49. 個別化された繊維を準備することが、繊維を機械的に分離させることを含む、請求項４７に記載の方法。
50. セルロース繊維が、化学パルプ化法により個別化される、請求項４７に記載の方法。
51. 繊維を処理することが、セルロース繊維の外面および内面に殺生物性の化学物質を物理的におよび／または化学的に結合させることを含む、請求項４７に記載の方法。
52. 繊維を処理することが、加圧含浸技法を使用することを含む、請求項４７に記載の方法。
53. 繊維を処理することが、濃度拡散技法を使用することを含む、請求項４７に記載の方法。
54. 事前に選択された濃度の範囲で繊維を分散させ、次いで処理済みの繊維をフィブリル化して事前に選択された濾水度範囲にすることにより、処理済みの繊維を加工することをさらに含む、請求項４７に記載の方法。
55. 繊維を処理することが、セルロース繊維の内面および外面に殺生物剤を化学的に結合させることを含む、請求項４７に記載の方法。
56. 処理済みの繊維を加工することが、ハイドラパルパ内で約１％〜６％の濃度で処理済みの繊維を分散させることを含む、請求項４７に記載の方法。
57. カナダ規格濾水度で１５０〜７５０度の濾水度になるまで処理済みの繊維をフィブリル化することによって、処理済みの繊維を加工することをさらに含む、請求項４７に記載の方法。
58. 処理済みの繊維を加工することが、カナダ規格濾水度で１５０〜６５０度の濾水度になるまで処理済みの繊維をフィブリル化することを含む、請求項５７に記載の方法。
59. 処理済みの繊維と未処理のセルロース繊維とを混合することをさらに含む、請求項４７に記載の方法。
60. 処理済みの繊維と合成繊維とを混合することをさらに含む、請求項４７に記載の方法。
61. 処理済みの繊維と各成分を混合することが、処理済みの繊維と骨材を混合することを含む、請求項４７に記載の方法。
62. 処理済みの繊維と各成分を混合することが、処理済みの繊維と添加剤を混合することを含む、請求項４７に記載の方法。
63. 処理済みの繊維と各成分を混合することが、処理済みの繊維と密度調節剤を混合することを含む、請求項４７に記載の方法。
64. 混合することが、混合物に殺生物剤を直接添加することを含む、請求項４７に記載の方法。
65. 繊維セメント品を形成することが、ハッチェック（Ｈａｔｓｃｈｅｋ）シートプロセス、マザ（Ｍａｚｚａ）パイププロセス、マグナニ（Ｍａｇｎａｎｉ）プロセス、射出成型、押出し、ハンドレイアップ、成型、注型、フィルタプレス、長網抄紙形成、マルチワイヤ形成、ギャップブレード形成、ギャップロール／ブレード形成、ベルロール形成およびこれらの組合せからなる群から選択されたプロセスを使用して繊維セメント品を形成することを含む、請求項４７に記載の方法。
66. 繊維セメント品を硬化させることが、予備硬化することおよび硬化することを含む、請求項４７に記載の方法。
67. 繊維セメント品を、周囲温度で最長８０時間、予備硬化させる、請求項６６に記載の方法。
68. 繊維セメント品を、周囲温度で最長２４時間、予備硬化させる、請求項６６に記載の方法。
69. 繊維セメント品をオートクレーブで硬化させる、請求項６６に記載の方法。
70. 繊維セメント品を、約３〜３０時間、約６０〜２００℃という高い温度および圧力でオートクレーブ処理する、請求項６９に記載の方法。
71. 繊維セメント品を、約２４時間以下で、約６０〜２００℃という高い温度および圧力でオートクレーブ処理する、請求項６９に記載の方法。
72. 繊維セメント品を硬化させることが、形成された物品を最長３０日間にわたって空気硬化させることを含む、請求項４７に記載の方法。
73. 個別化された強化繊維を混入させた建築材料であって、繊維の少なくとも一部が、繊維内での微生物の成長を防止する殺生物剤で処理される建築材料。

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