JP2005015236A

JP2005015236A - コンクリート補強用アラミド短繊維

Info

Publication number: JP2005015236A
Application number: JP2003177762A
Authority: JP
Inventors: Hajime Izawa; 一伊澤
Original assignee: Teijin Techno Products Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】充分な集束性を有し、且つ一旦セメント中に添加された後は、混練時の攪拌力が小さくてせん断力がかかりにくい場合であっても、充分に解繊されて良好な分散性が得られるコンクリート補強用アラミド短繊維を提供すること。
【解決手段】集束剤により集束されたアラミド短繊維であって、該集束剤がポリビニルアルコール（ＰＶＡ）と水溶性ポリアクリル酸エステル系共重合体（ＰＡ）およびアミノ変性シリコーン化合物との混合物からなり、該ポリビニルアルコールと該水溶性ポリアクリル酸エステル系共重合体との合計重量に対する該アミノ変性シリコーン化合物の重量が０．１〜１０重量％である。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は集束剤により集束されたアラミド短繊維に関するものであり、さらに詳しくは、良好な集束性と優れた強化特性を発揮し、コンクリートやセメントの補強用として好適に使用できるコンクリート補強用アラミド短繊維に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セメント系材料の曲げ強度、耐衝撃強度を向上させるために、アスベスト、ガラス繊維、スチール繊維及び炭素繊維等の補強用繊維が用いられてきた。中でも、アスベストは古くから使用されてきたが、発ガン性の問題から現在では使用が規制されている。また、ガラス繊維は耐アルカリ性のものでも、セメント中のアルカリにより劣化し、長期的に補強効果を維持することが困難であるため、大量使用には至っていない。さらに、スチール繊維はセメント中で腐食が生じ、これによってセメント材料にひび割れが生じるという問題がある。また、スチール繊維に防錆処理を施しても長期的には腐食に耐えられず、しかも防錆処理にコストがかかるので、有効ではない。炭素繊維はセメント中に分散させるための混練時に折れるため、期待通りの補強効果が得られにくいという問題がある。
【０００３】
これに対しアラミド繊維は、高い引張強度、耐薬品性を有し、かつ、軽量であるため、近年セメント薄板等の補強用として用いられ始めている。すなわちセメント材料にアラミド短繊維を添加し、ルーダーを用いて混練し、これを押出成形することにより得られる薄板は、曲げ強度、耐衝撃強度が著しく向上して薄板をより薄くすることが可能となる。
【０００４】
しかしながら、このようなアラミド短繊維は集束性が不充分であるため、短繊維の計量が困難であるばかりでなく、混練時にファイバーボールが発生して押出機に所定量づつ供給されなくなり、充分な分散性が得られなくなる場合があるという問題があった。
【０００５】
このような問題を解決するため、例えば特開平８−３２５９４７号公報（特許文献１）には、補強用アラミド短繊維に、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）と水溶性ポリアクリル酸エステル系共重合体（ＰＡ）との混合物からなる集束剤を付与する方法が開示されている。しかしながら、該集束剤は、充分な集束性は示すものの、一旦集束された繊維がコンクリートやセメントに添加された後混練される際、その攪拌力が小さくてせん断力がかかりにくい場合には、集束状態がそのまま維持され、補強用繊維が充分に解繊されないという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−３２５９４７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、充分な集束性を有し、且つ一旦セメント中に添加された後は、混練時の攪拌力が小さくてせん断力がかかりにくい場合であっても、充分に解繊されて良好な分散性が得られるコンクリート補強用アラミド短繊維を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記従来技術の有する問題を解決するために鋭意検討した結果、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）と水溶性ポリアクリル酸エステル系共重合体（ＰＡ）との混合物からなる集束剤に、アミノ変性シリコーン化合物を混合させるとき、上記目的を達成できることを見出し、本発明に至った。
【０００９】
かくして本発明によれば、集束剤により集束されたアラミド短繊維であって、該集束剤がポリビニルアルコール（ＰＶＡ）と水溶性ポリアクリル酸エステル系共重合体（ＰＡ）およびアミノ変性シリコーン化合物との混合物からなり、該ポリビニルアルコールと該水溶性ポリアクリル酸エステル系共重合体との合計重量に対する該アミノ変性シリコーン化合物の重量が０．１〜１０重量％であることを特徴とするコンクリート補強用アラミド短繊維が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明におけるアラミド短繊維とは、ポリパラフェニレンテレフタラミド、ポリパラアミノベンズアミド、ポリパラアミノベンズヒドラジドテレフタレート、ポリテレフタル酸ヒドラジド、ポリメタフェニレンイソフタラミド等もしくはこれらの共重合体、又はこれらに第３成分を共重合した共重合体例えばコポリパラフェニレン・３、４’オキシジフェニレン・テレフタラミドからなる短繊維等を挙げることができる。
【００１１】
かかるアラミド短繊維には、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）と水溶性ポリアクリル酸エステル系共重合体（ＰＡ）およびアミノ変性シリコーン化合物との混合物からなる集束剤を付着させることが肝要である。
【００１２】
ここでポリビニルアルコール（ＰＶＡ）とは、重合体を形成する単量体中のビニルアルコール成分が５０モル％以上であればよい。通常ポリビニルアルコールはポリ酢酸ビニルをケン化して得られるが、ここで用いられるポリビニルアルコールのケン化度は、重合体が水溶性であればどの程度でもよい。また、ポリビニルアルコールの立体規則性も、重合体が水溶性であれば、シンジオタクチック、アイソタクチック、アタクチックのいずれでもよい。さらに重合度、分岐度についても、同じく水溶性の条件を満たしていれば特に制限を受けるものではない。
【００１３】
また、上記の水溶性ポリアクリル酸エステル系共重合体とは、重合体を形成する単量体中のアクリル酸エステル成分が５０重量％以上であって、かつ、重合体が水溶性を示す程度の親水性共重合成分が共重合されていればよい。
【００１４】
該親水性共重合成分としては、例えばメタクリル酸、アクリル酸及びこれらのアルカリ金属塩等をあげることができ、共重合量としては親水性共重合成分が例えば（メタ）アクリル酸ナトリウムの場合には１０〜２０重量％程度である。なお、前述のアクリル酸エステルのアルコール成分は、重合体が水溶性を呈する限りどの様なものでもよく、さらには、２種以上のアルコール成分が併用されていてもよい。
【００１５】
さらに、上記のアミノ変性シリコーン化合物として、その構造が下記式（１）又は（２）で表される一般的な化合物を用いれば良く、重合度等も特に限定されないので、繊維用柔軟剤として市販されているものを用いれば良い。
【００１６】
【化１】

【００１７】
【化２】

【００１８】
本発明においては、上記ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）と水溶性のポリアクリル酸エステル系共重合体（ＰＡ）との混合重量比、即ち（ＰＡの重量）／（ＰＶＡの重量）が１．０〜３．０の範囲内にあることが好ましい。この混合重量比が１．０未満になると、集束剤の低粘度化による単繊維間への含浸性向上に寄与する水溶性ポリアクリル酸エステル系共重合体の割合が低下して以下の問題が生じ易くなる。
【００１９】
すなわち、充分な集束性を得るために集束剤の付着量をコントロールすべく集束剤処理液（以下混合処理液と称することがある）の濃度を調整すると、混合処理液の粘度が高くなりすぎて処理工程でローラー表面等にガムアップを生じる等の問題が発生し易く、長時間連続して処理を行うことが困難となってしまう。
【００２０】
一方、混合重量比が３．０を越えると、良好な集束性は得られるものの、集束剤中の、特に水との親和性や溶解性の高いポリビニルアルコール成分が少なくなりすぎるため、単繊維間に形成される被膜の水分による分解性（水への溶解性）が低下し、セメント等と混練を行う際における単繊維の分散性が不充分となりやすい。
【００２１】
また、本発明においては、ポリビニルアルコールと水溶性ポリアクリル酸エステル系共重合体との合計重量に対するアミノ変性シリコーン化合物の重量が０．１〜１０重量％であることが必要である。該重量が０．１％よりも低いとアミノ変性シリコーン化合物を混合させる効果が実質的に現われず、一方、該重量が１０％を越えると集束性が悪くなり、集束剤を繊維に付着させる際の加工性が低下する。
【００２２】
なお、本発明の集束剤には、本発明の目的を損なわない範囲内で、上記３成分以外に他の成分を含有していてもよい。
【００２３】
次ぎに、上記集束剤の付着量は、繊維重量を基準として１０〜４５重量％、好ましくは１５〜４０重量％、さらに好ましくは２０〜３０重量％であることが望ましい。該集束剤の付着量が１０重量％未満の場合には集束性が不充分となりやすく、繊維補強セメントの製造段階で短繊維の取り扱いが困難となるだけでなく、セメントと混練を行う際にファイバーボールが発生しやすくなることがある。一方、該集束剤の付着量が４５重量％を越える場合には充分な集束性は得られるものの、セメントの混練中における繊維の分散が低下して、集束された繊維が単繊維にまで開繊し難くなるため効果的な繊維補強効果が得られなくなる場合がある。さらに、集束剤を付与する処理工程においても、該集束剤のガムアップ等がローラー部分等で生じるため、作業性が不良となり易い。
【００２４】
本発明のアラミド短繊維中の単糸数は２００本以上であることが望ましい。この短繊維数が２００本未満の場合には、該短繊維の製造時における処理剤付与工程やカット工程における作業性が低下するとともに、カット後の短繊維の嵩高性が大きくなり過ぎて大容積となるため梱包や輸送時に不利となり、また押出機を用いてセメントと混練する際に、供給時の計量精度やかみ込み性が低下してファイバーボールを発生しやすくなる場合がある。
【００２５】
ただ、該単糸数が２００００本を越えるような場合には、セメント中への混練時に分散に長時間を要して分散性が不充分となり易い。しかし、用途によっては使用可能であるので、上限は特に限定する必要はない。
【００２６】
なお、本発明の集束剤をアラミド短繊維に付着させる方法は特に限定を受けるものではなく、該集束剤を含有する処理液を用い、コーティング法、浸漬法等従来公知の方法を採用すればよい。なかでも、アラミド繊維を処理液中に浸漬した後必要に応じてニップローラー等で絞り、混合処理液のピックアップ量を調整した後に、乾燥、キュアーさせる方法が最も簡単で効率的である。
【００２７】
また、この時の乾燥条件は１０５〜１８０℃の温度で０．３〜３０分間程度の熱処理が一般的であるが、装置や効率化を考えて、比較的低温の１０５〜１３０℃で０．３〜１５分間程度熱処理し、続いて１３０〜１８０℃の比較的高温で０．３〜１５分間程度熱処理することが好ましい。
【００２８】
【実施例】
以下実施例により本発明を具体的に説明する。なお、実施例で用いた物性は下記の測定方法により測定した。
【００２９】
（１）集束剤付着量
処理前後の繊維重量を測定し、下記の計算式から集束剤の付着量を求めた。なお、重量の測定は、測定サンプルを十分に乾燥した後に行った。
【００３０】
【数１】

【００３１】
（２）集束性
セメントにアラミド短繊維を計量しながら添加し、ルーダーを用いて混練押出成形する際に、ファイバーボールの発生が認められないものを（○）、ファイバーボールが生じたものを（×）とした。
【００３２】
（３）曲げ強度
▲１▼供試体の作成
早強ポルトランドセメント２３４８ｇ、メチルセルロース２３．５ｇ、処理アラミド短繊維５５．６ｇ、水９８６ｇをオムニミキサー（型式：ＯＭ−１０−Ｅ、容量：１０リットル、ＧＡＲＢＲＯ社製）中に投入し、回転数４００ｒｐｍで混練を５分間行う。そして専用の型枠（４×４×１６ｃｍ）に混練後のセメント複合材料を投入し、気中室温にて１カ月間養生を行い、これを曲げ強度供試体とした。
【００３３】
▲２▼曲げ強度測定
供試体（４×４×１６ｃｍ）の３点曲げにて行った。すなわち、１０トン用引張圧縮試験機（ＵＮＩＶＥＲＳＡＬＴＥＳＴＩＮＧＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＭＯＤＥＬＵＴＭ−１０ｔ、ＴＯＹＯＢＡＬＤＷＷＩＮＣＯ、ＬＴＤ製）を用いて、支点距離１０ｃｍの中心を、２ｍｍ／ｍｉｎで圧縮し、応力の最高点を曲げ強度とした。
【００３４】
（４）分散性
処理アラミド短繊維を、千代田技研製オムニミキサーＯＭ−１０Ｅを用いて回転速度１２０ｒｐｍで混練して曲げ強度測定供試体作成用の硬化前のコンクリートを作成した。これをランダムに約１００ｇサンプリングし、これを厚さ約１ｍｍ程度の平板状にのばした後、短繊維が落ちない程度のメッシュ（１００メッシュ）金網上にのせて水シャワーをかけて繊維以外の固形分を除去し、金網上に残存した繊維を肉眼により判定する。７０％程度以上が単繊維状に分散している場合を○（良好）、４０〜７０％が単繊維状に分散している場合を△（中庸）、４０％未満にしか単繊維状に分散していない場合を×（悪い）として比較判定した。
【００３５】
（５）加工性
アラミド繊維を１０ｍ／分のスピードで２４００ｍ処理した後、処理機のニップローラー表面に付着した混合処理剤（集束剤）被膜の量（ガムアップの量）により判定した。すなわち、付着量が少なくて継続して処理が可能な場合を○、ニップローラー表面を簡単に清掃する程度で継続して処理が可能な場合を△、ニップローラー表面の５０％以上に集束剤が付着し、これを除去清掃しないと継続して処理できない場合を×として比較判定した。
【００３６】
［実施例１］
１６７０デシテックス／１０００フィラメントのコポリパラフェニレン・３、４’−オキシジフェニレンテレフタラミド繊維（テクノーラ、帝人株式会社製）を用いて以下の処理を行った後に、６ｍｍにカットすることにより、コンクリート補強用アラミド短繊維を得た。
【００３７】
実施例１では、ポリビニルアルコールと水溶性のポリアクリル酸エステル系共重合体の混合物を含む処理液の調合は以下のようにして行った。すなわち、ゴーセノールＧＬ−０５（ポリビニルアルコール、日本合成化学株式会社製）１００ｇを約２００ｇの水（３０℃以下）に撹拌しながら投入し、よく分散させた後、９０℃に３０分間保ち、完全に溶解させる。そしてその溶液にプラサイズＴ−７８０（アクリル酸エステル２４重量％溶液、互応化学工業株式会社製）６２５ｇを加え、次いでＰｏｌｏｎＭＦ−５７（信越化学工業株式会社製２２重量％エマルジョン）を４５．５ｇ、さらに、総重量が１０００ｇとなる様に水を加え混合処理液とする。その結果、ポリビニルアルコールの混合処理剤中の濃度は１０重量％、アクリル酸エステル系共重合体の濃度は１５重量％となる。従って、処理液中の集束剤総濃度は２６重量％となる。
【００３８】
アラミド繊維の処理は前記ポリビニルアルコール及びポリアクリル酸エステル系共重合体を含む混合処理液中にアラミド繊維を浸漬し、続いて一対のニップローラーで軽く絞って所定の混合処理液ピックアップ量にした後、１０５℃で２分間乾燥し、引続き１分間キュアーを行った。
【００３９】
この時、繊維表面への集束剤（混合処理剤）付着量は２６．８重量％であった。なお、処理時における加工性は表１に示すごとく良好（○）であった。以上のように処理を行ったヤーンを６ｍｍにカットし、前記（３）に記載の方法で供試体を作成し、養生した後、曲げ強度の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００４０】
また、単繊維の分散性を評価するために、混練後直ちにセメント／アラミド単繊維混合ペーストを取り出し、前記（４）に記載の方法で分散性を評価した結果、表１に示すごとく良好であった。
【００４１】
［実施例２〜５、比較例１〜２］
実施例１において、それぞれ表１に示すようなアミノ変性シリコン重量比率になるように変更した以外は実施例１と同様に実施し、同様に加工性、分散性、曲げ強度の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００４２】
［実施例６〜１０、比較例３〜４］
実施例１において、それぞれ表１に示すようなＰＡ／ＰＶＡの値になるように変更した（処理液の総濃度は２５重量％とし、変化させない）以外は実施例１と同様に実施し、同様に加工性、分散性、曲げ強度の評価を行った。その結果を表１に示す。
【００４３】
［実施例１１〜１５］
実施例１において、それぞれ表２に示すような集束剤付着量となるように変更した以外は実施例１と同様に実施し、同様に加工性、分散性、曲げ強度の評価を行った。その結果を表２に示す。
【００４４】
［実施例１６〜１７］
実施例１において、２２２デシテックス／１３３フィラメント（実施例１７）又は１１１１デシテックス／６６７フィラメント（実施例１８）のコポリパラフェニレン・３、４’−オキシジフェニレンテレフタラミド繊維（テクノーラ、帝人株式会社製）を用いた以外は実施例１と同様に実施し、同様に加工性、分散性、曲げ強度の評価を行った。その結果を表２に示す。
【００４５】
【表１】

【００４６】
【表２】

【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、充分な集束性を有し、且つ一旦セメント中に添加された後は、混練時の攪拌力が小さくてせん断力がかかりにくい場合であっても、充分に解繊されて良好な分散性が得られるコンクリート補強用アラミド短繊維が提供される。

Claims

集束剤により集束されたアラミド短繊維であって、該集束剤がポリビニルアルコール（ＰＶＡ）と水溶性ポリアクリル酸エステル系共重合体（ＰＡ）およびアミノ変性シリコーン化合物との混合物からなり、該ポリビニルアルコールと該水溶性ポリアクリル酸エステル系共重合体との合計重量に対する該アミノ変性シリコーン化合物の重量が０．１〜１０重量％であることを特徴とするコンクリート補強用アラミド短繊維。
ポリビニルアルコールと水溶性ポリアクリル酸エステル系共重合体との重量混合比（ＰＡ／ＰＶＡ）が１．０〜３．０である請求項１記載のコンクリート補強用アラミド短繊維。
集束剤の付着量が、繊維重量を基準として１０〜４５％である請求項１又は２記載のコンクリート補強用アラミド短繊維。
アラミド短繊維中の単糸数が２００本以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載のコンクリート補強用アラミド短繊維。