JP2013151419A - 加工複合建築材料およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】１つまたは複数の加工表面下領域を有するファイバーセメントなどの加工複合建築材料を提供する。
【解決手段】ファイバーセメントなどの加工複合建築材料は１つまたは複数の加工表面下領域を有し、この表面下領域は、基体の気孔へ含浸剤を導入することによって形成されたセメントポリマーマトリックスを有する。この複合建築材料は、基体１０２の表面下領域１０４に含浸剤を適用して、建築材料のマトリックス、補強繊維、および／またはこの材料に塗布した表面コーティング１０６と、化学的および／または機械的結合を形成することにより形成することができる。表面下領域の厚さは、建築材料基体の粘度および気孔率を変えることにより制御することができる。このセメントポリマー建築材料は、耐久性、耐候性、強度、および剛性が向上している。
【選択図】図１

Description

背景
本発明は、一般に複合建築材料に関し、特に加工セメントポリマーマトリックス（ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ ｃｅｍｅｎｔ−ｐｏｌｙｍｅｒ ｍａｔｒｉｘ）を有する複合建築材料に関する。

明細書全体における従来技術のいかなる考察も、こうした従来技術が広く知られていること、またはその分野における共通の一般知識の一部を形成していることを認めるものであると決して見なすべきではない。

繊維強化複合材料（特にファイバーセメント）は建築材料として普及している。多くの場合、ファイバーセメントは、木材、金属またはプラスチックなどのより古い材料よりも好まれている。木材と比較した場合、ファイバーセメントは耐水性が高く、さらに腐りにくく、割れにくく、または裂けにくい。さらに、通常決まった色で販売されている金属またはビニル外装材とは異なり、ファイバーセメント品は、通常木材に塗布する標準的なアクリル系外装用塗料の任意の色を用いて現場で塗装することができる。

ファイバーセメント上の塗料の耐用年数を延ばすためには、ファイバーセメントに吸収された湿気を減らして、吸収された湿気がコーティングの結合性に及ぼすマイナス効果を低下させることが一般に望ましい。大部分の塗料は水の浸入に抵抗できるように見えるかもしれないが、これらの塗料は、依然としてある程度は水が浸透する性質を有しており、塗料と基体との結合性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）および接着性は基体に吸収された湿気の量によってマイナスの影響を受ける恐れがある。

従来のコンクリート用シーラー（ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｅａｌｅｒｓ）は、セルロース、ガラス、鋼またはポリマー繊維を含む、セメント質、石膏、または他の無機複合材料にはうまく機能しない。こうした従来のシーラーは通常粘度が高く、複合材料の表面で膜を形成する傾向がある。従来のシーラーは、複合体の表面下層に浸透するようには配合されておらず、そこにある気孔を湿気からブロックすることはない。

発明の概要
以上のことを考慮して、本明細書では、水の浸入に抵抗して外表面上の塗料および／またはトップコート（ｔｏｐｃｏａｔ）の耐用年数を向上させる方法、配合物、および建築材料製品を説明する。本明細書が提供する加工建築材料（ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）は、耐候性が改善されており、材料の基体と外部塗料またはコーティングとの耐久性接着を維持することができる。

一形態では、本明細書の複合建築材料は、基体の気孔を効率的に充填し、その気孔を湿気からブロックするために、複合体の表面下層（ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ ｌａｙｅｒｓ）に浸透する手段を備えている。本明細書で使用される「含浸させる」、「含浸している」また、「含浸」という用語は、建築材料の１つまたは複数の表面下領域（建築材料のコアマトリックス（ｃｏｒｅ ｍａｔｒｉｘ）を含む）に添加した化合物を染み込ませるか、浸透させるか、飽和させることを意味するものである。

本発明の実施形態は、所定の気孔率を有するセメント質基体（ｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）と、この基体に形成された表面下領域（ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ ｒｅｇｉｏｎ）とを含む加工複合建築材料（ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）を含むことができる。この表面下領域は、建築材料の吸湿を低減するように構成されたセメントポリマーマトリックス（ｃｅｍｅｎｔ−ｐｏｌｙｍｅｒ ｍａｔｒｉｘ）を含む。セメントポリマーマトリックスは、基体中の水酸官能基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｇｒｏｕｐｓ）と化学結合する高分子含浸剤を含んでもよい。表面下領域の厚さは、含浸剤の粘度およびセメント質基体の気孔率で決まる。一実施形態では、含浸した表面下領域の厚さは、約１０ミクロン、好ましくは５０ミクロン、好ましくは１００ミクロン以上である。別の実施形態では、含浸した表面下領域の厚さは、約１００ミクロンであり、より好ましくは１５０、２００、２５０、３００ミクロンまたはそれ以上である。さらに別の実施形態では、含浸した表面下領域の厚さは実質的にファイバーセメントマトリックス（ｆｉｂｅｒ ｃｅｍｅｎｔ ｍａｔｒｉｘ）の厚さと同じである。

１つまたは複数の実施においては、含浸剤は、１種または複数種のイソシアネート、エポキシ、アクリル樹脂、不飽和二重結合を有する有機物、およびこれらの混合物からなる群から選択される。ある実施形態では、含浸剤は、１個または複数のブロックされた官能基を有するイソシアネート化合物を含む。含浸剤は、シラン、低粘度オリゴマーまたはモノマー、およびこれらの組合せからなる群から選択してもよい。一実施形態では、含浸剤は、未硬化状態では、２５℃で約３００センチポアズ（ｃｐｓ）未満の粘度を有する低粘度材料である。ある実施形態においては、含浸剤は、有機過酸化物、アゾ化合物、およびこれらの混合物からなる群から選択される重合開始剤をさらに含む。含浸剤は、さらに第三級アミン、金属塩、およびこれらの組合せからなる群から選択される触媒を含んでもよい。好ましくは、選択された１種または複数種の含浸剤は、ファイバーセメントマトリックス中に分散した遊離の水酸基および他の官能基と非加水分解性結合（ｎｏｎ−ｈｙｄｒｏｌｙｓａｂｌｅ ｂｏｎｄｓ）を形成する。一実施形態では、ファイバーセメントマトリックスはセルロース繊維を含み、含浸剤はセルロース繊維に結合した遊離の水酸基と非加水分解性結合を形成する。他の実施形態では、ファイバーセメントマトリックスは、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、変性ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、およびポリエステル繊維からなる群から選択されるポリマーファイバーを含む。一実施形態では、含浸剤は自己硬化性化合物を含む。

ある実施形態では、この複合建築材料は、建築材料の外面上に形成された外部コーティングをさらに含む。この外部コーティングは、塗料、トップコート、プライマー、シーラー（ｓｅａｌｅｒｓ）、およびこれらの組合せからなる群から選択することができる。一実施形態では、含浸剤は、外部コーティングと化学結合を形成して、コーティングとファイバーセメントマトリックスとの結合強度を改善する。別の実施形態では、含浸した表面下領域は、建築材料の弾性率を約５％以上増加させる。ある実施形態においては、含浸した表面下領域は、必要な材料特性、例えば、破壊係数（ＭＯＲ）、弾性率（ＭＯＥ）、およびＺ方向引張強さなどを保持したまま、建築材料の吸水率を非処理の同じ材料の吸水率値の約１０％以上低下させ、凍結融解サイクル（ｆｒｅｅｚｅ ｔｈａｗ ｃｙｃｌｅ）を非処理の同じ材料の約１５％以上増加させる。建築材料は、石膏ボード、繊維セメント板、メッシュまたは長繊維によって強化された繊維セメント板、短繊維、メッシュまたは長繊維によって強化された石膏ボード、無機集成材および繊維複合材料、ジオポリマー集成材およびファイバーボード、コンクリート製屋根瓦材料、および繊維プラスチック複合材料からなる群から選択することができる。

本発明の他の実施形態は、加工複合建築用品の形成方法を提供することができる。１つまたは複数の方法は、セメント質基体を形成するステップと、硬化性含浸剤が基体の表面下領域の所定深さまで浸透するように含浸剤を基体の表面下領域に組み込むステップとを含む。本方法は、含浸剤が所定深さまで基体に浸透した後、含浸剤を硬化させるステップをさらに含むことができる。好ましくは、この硬化性含浸剤は、２５℃で約５００ｃｐｓ以下の粘度を有している。一実施形態では、この含浸剤は自己的に硬化することができる。ある実施形態では、本方法は、表面下領域に硬化性含浸剤を組み込む前にこの含浸剤の粘度を低下させるステップをさらに含む。一実施形態では、表面下領域に硬化性含浸剤を組み込むステップは、基体が硬化した後、基体の外面にこの材料を適用するステップと、硬化した基体の所定深さまで含浸剤を浸透させるステップとを含む。一実施形態では、所定深さは少なくとも約１０ミクロンである。別の実施形態では、所定深さは少なくとも約１００ミクロンである。

一実施形態においては、セメント質基体に硬化性含浸剤を組み込むステップは、硬化性含浸剤を、セメント質基体を形成する成分と組み合わせるステップとグリーン成形品を形成するステップとを含み、この硬化性含浸剤は、グリーン成形品の少なくとも一部に全体にわたって分布している。他の実施形態においては、セメント質基体に硬化性含浸剤を組み込むステップは、セメント質基体を形成する成分を組み合わせてグリーン成形品を形成するステップと、次いでグリーン成形品の外表面に硬化性含浸剤を適用するステップとを含む。硬化性含浸剤は、好ましくは２５℃で約５００ｃｐｓ以下の粘度を有しており、より好ましくは２５℃で約３００ｃｐｓ以下の粘度を有している。ある実施形態では、本方法は、建築用品に保護コーティングを塗布するステップをさらに含む。ある実施形態においては、本方法は、周囲温度、高温、低温、真空、圧力、大気圧、ＵＶ、赤外線、電子線、マイクロ波または他の放射線、およびこれらの組合せからなる群から選択される成形条件下で硬化性含浸剤を硬化させるステップをさらに含む。硬化性含浸剤は、真空コーター、浸漬、オーバーフローコーター（ｆｌｏｏｄｉｎｇ ｃｏａｔｅｒ）、直接ローラーコーター、噴霧器、ファウンテンコーター（ｆｏｕｎｔａｉｎ ｃｏａｔｅｒ）、ブラシコーター、シーソーコーター（ｓｅａ ｓａｗ ｃｏａｔｅｒ）、およびカーテンコーター、あるいは他のコーターまたは反応槽、ならびにこれらの組合せからなる群から選択されるプロセスによってセメント質基体に塗布することができる。セメント質基体は、空気硬化、水硬化（高温または周囲条件）、マイクロ波硬化、オートクレーブ硬化、およびこれらの組合せからなる群から選択されるプロセスによって硬化することができる。

さらに別の実施における実施形態は、セメントポリマーマトリックスを含む表面下領域を有する加工複合建築材料を提供することができる。このセメントポリマーマトリックスは、少なくとも１０ミクロンの厚さを有し、表面下領域のない等価な複合建築材料と比較して、建築材料の吸湿を約１５％以上低下させるように構成されている。

さらに別の実施における実施形態は、１種または複数種の含浸剤を有する複合建築材料を提供することができる。これらの含浸剤は、好ましくは、複合建築材料の１種または複数種の成分と化学的および／または機械的結合を形成することができる。これらの化学的および／または機械的結合は、好ましくは耐凍結融解性かつ非加水分解性であり、したがって材料の耐久性を向上させる。一実施形態では、含浸剤は、セメント質マトリックス、少なくとも１種の補強繊維、および／またはシーラー、プライマー、トップコートまたは塗料などの外部コーティングと化学的および／または機械的結合を形成するように選択される。

一実施形態によれば、複合建築材料は、無機バインダー、補強繊維、反応性含浸剤、１種または複数種の骨材、および１種または複数種のフィラーもしくは添加剤を含む繊維強化無機複合材料である。無機バインダーとしては、それだけに限らないが、ポルトランドセメント、高アルミナセメント、石灰、高炉スラグ微粉末セメント（ｇｒｏｕｎｄ ｇｒａｎｕｌａｔｅｄ ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｓｌａｇ ｃｅｍｅｎｔ）、および高燐酸セメント、またはこれらの混合物を挙げることができる。骨材としては、それだけに限らないが、粉砕ケイ砂、非晶質シリカ、マイクロシリカ、ケイソウ土、石炭燃焼フライアッシュおよびボトムアッシュ（ｃｏａｌ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｆｌｙ ａｎｄ ｂｏｔｔｏｍ ａｈｅｓ）、ガラスのミクロスフェア、プラスチックビーズおよびミクロスフェア、セラミック、ポリマー、予備反応型ケイ酸カルシウム水和物粒子、炭酸カルシウム粒子、もみ殻灰、高炉スラグ、水砕スラグ、鉄鋼スラグ、無機酸化物、無機水酸化物、粘土、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、あるいはこれらの混合物を挙げることができる。補強繊維としては、それだけに限らないが、化学、機械または熱機械パルプなどの様々な形態のセルロース繊維、セラミックファイバー、ガラス繊維、ミネラルウール、鋼繊維、およびポリアミド、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリアクリロニトリル、ポリアクリルアミド、ビスコース、ナイロン、ＰＶＣ、ＰＶＡ、レーヨンなどの合成高分子繊維、ガラスセラミック、炭素、またはこれらの任意の混合物を挙げることができる。これらの繊維は、さらに国際公開ＷＯ０２２８７９６およびＷＯ０２２８７９５に開示されたものなどの加工セルロース繊維（ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ｆｉｂｅｒｓ）を含んでもよい。これらは、すべての目的のために参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。フィラーとしては、それだけに限らないが、低密度の有機および無機不活性粒子を挙げることができる。添加剤としては、それだけに限らないが、密度調節剤、分散剤、シリカフューム、地熱シリカ（ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ ｓｉｌｉｃａ）、難燃剤、増粘剤、顔料、着色剤、分散剤、発泡剤、凝集剤、防水剤、有機密度調節剤、アルミニウム粉、カオリン、アルミナ三水和物、雲母、メタカオリン、炭酸カルシウム、ウォラストナイト（ｗｏｌｌａｓｔｏｎｉｔｅ）、高分子樹脂乳濁液、およびこれらの混合物を挙げることができる。

ある実施形態では、含浸剤としては、それだけに限らないが、低粘度イソシアネート、低粘度エポキシ、不飽和二重結合を有する低粘度有機物、シランまたはその低粘度オリゴマー、低粘度アクリル樹脂、他の低粘度ポリマー、およびこれらの乳濁液または分散液が挙げられる。含浸剤は、上記化学物質の１種または複数種の成分を含んでもよい。さらに含浸剤は、固形物として上記化学物質を含んでもよく、または水、溶媒および他の希釈剤と共に上記化学物質を含んでもよい。好ましくは、含浸剤の粘度は、２５℃で約５００ｃｐｓ未満であり、２５℃で約２００ｃｐｓ未満である。より好ましくは、２５℃で、２５０、２００、１７５、１５０、１２５、１００、７５、５０、２５、１０、１、または０．１ｃｐｓ未満である。好ましくは、含浸剤は、補強繊維および／または他の成分の表面上で、ならびに／あるいは引き続き塗布したコーティング上で、マトリックス材料全体にわたって分散した遊離の水酸基（−ＯＨ）または他の反応性基と反応することができる。

ある実施の実施形態は、さらに含浸剤と仕上げコーティングとを含む耐久性仕上げファイバーセメント材料を形成する方法を含むこともできる。仕上げコーティングは、含浸剤の硬化前にファイバーセメント材料に塗布してもよく、含浸剤の硬化後に塗布してもよい。未硬化含浸ファイバーセメント上の仕上げコーティングは、含浸剤硬化時の含浸剤の蒸発を実質的になくすか、または最小化する。これにより、製造時のＶＯＣを低下させる利点、および含浸剤の保持を改善する利点を得ることができる。一実施形態では、シランおよびイソシアネートなどの含浸剤は、ファイバーセメント中の−ＯＨ基ならびに基体および空気中の水分と反応することができ、したがって周囲条件下で硬化することができる。

本明細書に記述されるいくつかの実施形態および実施は、建築用品を形成するための配合物を提供することができる。この配合物は、繊維強化セメント質基体を形成するための成分と、２５℃で約５００ｃｐｓ未満の粘度を有する硬化性高分子化合物を含む含浸剤とを含むことができる。好ましくは、含浸剤は、繊維強化セメント質基体を形成する１種または複数種の成分と非加水分解性化学結合を形成するように選択される。一実施形態では、繊維強化セメント質基体を形成する成分は、セルロース繊維、ＰＶＡ繊維、ＰＰ繊維、ＰＥ繊維、ポリエステル繊維、炭素繊維、鋼繊維、およびこれらの組合せからなる群から選択される繊維を含む。

ある実施形態は、吸水率、吸水速度、水移動性、および水透過性がいずれも低下した望ましい特徴を有する仕上げファイバーセメント建築材料を有利に提供することができる。ある実施形態は、従来のファイバーセメント製品と比較して、塗料密着性、耐凍結融解性、耐薬品性、耐塩性などが向上し、機械的性質が改善した最終製品を提供することができる。

図面の簡単な説明
本明細書に記載した本発明の特徴および利点をより完全に理解するために、以下に添付の図面と共に本発明を説明する。

図１は、建築材料の１種または複数種の成分と化学的および／または機械的結合を形成することができる、１種または複数種の含浸剤を含む表面下領域を示す一実施形態の複合建築用品の横断面概略図である。図１Ａ〜１Ｃは、建築用厚板の形の複合建築用品の一実施形態を示す図である。 図２は、本明細書に記載の一実施形態によって複合建築用品を形成するプロセスを示す図である。 図３は、一実施形態に従って製造された含浸ファイバーセメント試料の横断面写真である。 図４は、含浸ファイバーセメント試料の凍結融解サイクル後のＭＯＥ結果を、含浸していない等価なファイバーセメント試料の結果と比較した図である。

実施形態の詳細な説明
様々な実施形態を作りこれを使用することについて以下に詳細に論ずるが、これらの記述が、多種多様なコンテクストで具現化できる多くの発明概念を提供することを理解されたい。本明細書で論じられる特定の態様および実施形態は、本発明を作りこれを使用する方法を単に例証するに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。

ここで図面を参照すると、似ている数字は、全体にわたって似ている部分または類似の部分を指す。図面は必ずしも寸法通りではなく、明瞭さおよび簡明さのために、特定の特徴の寸法を誇張して、あるいはそれを多少一般化または概略化した形で示すことがある。

本明細書では、従来の問題を克服した製品および方法を説明する。本明細書の方法および建材製品により、特に、繊維強化複合材料を含めて建築材料上のどんなコーティングの耐久性をも長くできることによって、種々の改良点が提供される。

図１は、少なくとも一実施形態の加工複合建築材料１００の横断面図を概略的に示す。図１に示すように、建築材料１００は基体１０２を含み、この基体１０２は、１つまたは複数の加工表面下領域１０４と、基体１０２の外表面１０８上に形成されたコーティング１０６とを有する。好ましくは、加工表面下領域１０４は、建築材料の物理的機械的特性を改善するように設計されたセメントポリマー複合体マトリックス（ｃｅｍｅｎｔ−ｐｏｌｙｍｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｒｉｘ）を含む。

図１の加工複合建築材料１００の基体１０２は多孔質であり、石膏複合体、セメント複合体、ジオポリマー複合体（ｇｅｏｐｏｌｙｍｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、または無機バインダーを有する他の複合体などの様々な異なる材料に基づくことができる。基体１０２は、当技術分野で公知の様々なプロセスによって、砂研磨、機械加工、押出、成形または他の方法で任意の所望形状に形成することができる。基体１０２は、完全に硬化させることも、部分的に硬化させることも、あるいは未硬化の「グリーン」（ｇｒｅｅｎ）状態に置くこともできる。オーストラリア特許ＡＵ５１５１５１、国際公開ＷＯ０１６９５４７、および国際公開ＷＯ９８４５２２２に記述されているような、様々な異なるファイバーセメント組成物、およびファイバーセメント基体を作る方法をこれらの用途に使用することができる。これらの特許は、すべての目的のために参照によりその全体を本明細書に組み込む。

図１に示した基体１０２の加工表面下領域１０４は、セメント質材料とポリマーからなるマトリックスを含むことが好ましい。一実施形態では、このセメントポリマーマトリックスは、ファイバーセメントと、ファイバーセメント複合体マトリックスのバインダー、フィラー、骨材、補強繊維、および／または任意の他の成分と化学的および／または機械的結合を形成することができる１種または複数種の含浸剤との均質混合物を含む。この１種または複数種の含浸剤は、さらに材料の外部コーティング１０６と化学的および／または機械的結合を形成することにより、コーティング１０６と基体１０２との接着を改善することができる。実施形態に応じて、化学的結合のみ、機械的結合のみ、または化学的結合と機械的結合の組合せがありうる。含浸剤は、多孔質ファイバーセメント基体１０２のボイドおよび割れ目に浸透し、放射線または熱硬化の支援を必要とすることなしにファイバーセメントと化学的および／または機械的結合を形成することが好ましい。ある実施形態においては、含浸剤は、基体のセメント中または繊維上に存在する水酸基（−ＯＨ）または他の反応性基と化学結合する。含浸剤は、自己的に硬化してもよく、かつ／あるいは硬化助剤、熱または放射線の助けを借りて硬化してもよい。以下により詳細に説明するように、含浸剤としては、それだけに限らないが、低粘度イソシアネート、低粘度エポキシ、不飽和二重結合を有する低粘度有機物、シランまたはその低粘度オリゴマー、低粘度アクリル樹脂、他の低粘度ポリマー、およびこれらの乳濁液または分散液を挙げることができる。

表面下領域１０４の数、形状、分布および厚さは、複合材料の目的とする最終用途に基づいて加工することができる。各表面下領域１０４の厚さは、基体の気孔率、多孔質基体に導入される含浸剤の量、および室温における含浸剤の粘度によって事前に選択し制御することが好ましい。一実施形態では、加工表面下領域は実質的に基体全体にわたって延在し、表面下領域の厚さは実質的に基体の厚さと同じである。別の実施形態では、表面下領域の厚さは、基体の厚さの約０．１％〜約１００％、好ましくは約０．４％〜１００％である。別の実施形態では、表面下領域の厚さは、約１０ミクロン以上とすることができ、または約１００ミクロン以上とすることができる。さらに別の実施形態では、表面下領域の厚さは、約０．００６〜約５．０インチ（０．１５〜１２７ミリメートル）とすることができる。

図１に示した建築材料１００の外部コーティング１０６としては、塗料、トップコート、プライマー、シーラー、放射線硬化性コーティング、あるいは熱硬化性コーティングなどの様々な異なる仕上げおよび／または保護コーティングを挙げることができる。ある実施形態では、基体１０２の表面下領域１０４のセメントポリマー複合体マトリックスは、外部コーティングと化学的および／または機械的結合を形成して、基体１０２へのこのコーティングの密着性を高める。ある実施形態においては、セメントポリマー複合体マトリックスは、コーティング中の−ＯＨ基と化学的結合を形成することができる。図１に示した建築材料１００は、それだけに限らないが、外装用パネル、シート、ボード、厚板（ｐｌａｎｋｓ）、トリム（ｔｒｉｍｓ）、桶板（ｓｈａｋｅｓ）、敷板（ｄｅｃｋｉｎｇ）、鼻隠し板（ｆａｓｃｉａ）、スレート（ｓｌａｔｅｓ）、柵用の棒ぐい（ｆｅｎｃｉｎｇ ｐｉｃｋｅｔｓ）またはボード、およびパイプを含む多種多様な建築用品に使用することができる。

ある実施形態においては、表面下領域１０４を形成するために使用される含浸剤の組成物は、ｐＨ約６．５〜７．５、好ましくはｐＨ約６．８〜７．２の芳香族または脂肪族イソシアネート化合物を含む。一実施形態では、この組成物に存在するイソシアネート化合物は、ポリマーの総重量の約５重量％〜５０重量％の−ＮＣＯ官能基を有する。この官能基は約１０重量％〜３３重量％とすることができる。さらに、別の実施形態では、イソシアネートポリマーは、好ましくは約２．０〜３．５の官能基価（一分子当たりのＮＣＯの数）を有し、平均官能基価は少なくとも２．０である。また、その粘度は２５℃で３〜５００ｃｐｓである。好適な液状イソシアネート末端組成物としては、それだけに限らないが、Ｈｕｎｔｓｍａｎ Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｓ ｏｆ Ｓｔｅｒｌｉｎｇ Ｈｅｉｇｈｔｓ，Ｍｉｃｈｉｇａｎから入手可能なＲｕｂｉｎａｔｅ ＭおよびＲｕｂｉｎａｔｅ ９４３３；Ｂａｙｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａから入手可能なＭｏｎｄｕｒ ＭＲ、Ｍｏｎｄｕｒ ＭＲＳ、Ｍｏｎｄｕｒ ＭＲＳ−４、およびＭｏｎｄｕｒ ＭＲ２００；Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｏｆ Ｍｉｄｌａｎｄ，Ｍｉｃｈｉｇａｎから入手可能なＩｓｏｎａｔｅ ２１３４、Ｐａｐｉ ９４、Ｐａｐｉ ２７、Ｐａｐｉ ２０；ならびにこれらの混合物が挙げられる。好適な脂肪族イソシアネートとしては、それだけに限らないが、Ｄｅｓｍｏｄｕｒ ＸＰ−７１００（Ｂａｙｅｒ）、Ｄｅｓｍｏｄｕｒ Ｎ−３４００（Ｂａｙｅｒ）およびＤｅｓｍｏｄｕｒ Ｎ−３３００（Ｂａｙｅｒ）、ならびにこれらの混合物が挙げられる。

ある実施形態では、含浸剤の組成物は、さらに、第三級アミン、金属塩、およびこれらの任意の組合せなどの、当技術分野で公知の１種または複数種の触媒も含む。金属塩としては、例えば、スズカルボン酸塩、有機ケイ素チタン酸塩、アルキルチタン酸塩、ビスマスカルボン酸塩、亜鉛カルボン酸塩、亜鉛系塩、スズ系塩触媒などを挙げることができる。この系は、およそ０．００５重量％〜５重量％の触媒を含むことが好ましい。この触媒は、水分の存在下でイソシアネートとファイバーセメント中の水酸官能基との反応に触媒作用を及ぼし、混合物中のイソシアネート化合物と基体中の水酸官能基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｇｒｏｕｐｓ）との化学結合を形成することができる。一実施形態では、この系に存在する触媒は、およそ０．３重量％〜２０重量％のビスマス濃度を有するビスマス系の塩である。別の実施形態では、イソシアネート化合物は、含浸剤の粘度を低下させる可塑剤をさらに含む。例えば、フタル酸アルキル（フタル酸ジオクチルまたはフタル酸ジブチル）、リン酸トリオクチル、エポキシ可塑剤、トルエンスルファミド、塩化パラフィン、アジピン酸エステル、ひまし油、トルエンおよびアルキルナフタレンなどの可塑剤をポリウレタン系に使用することができる。可塑剤の使用量は、約０重量％〜９０重量％とすることができる。別の実施形態では、イソシアネート化合物は適用する前に水で乳化する。他の実施形態では、イソシアネート化合物は−ＮＣＯ官能基を有し、この官能基は当初はブロックされており、適用した後で活性化される。

含浸剤は、さらに、一分子中に不飽和二重結合を有する単官能および多官能有機物を含めた低粘度モノマーを含んでもよい。これらの成分は、ファイバーセメント基体に含浸し、これにしっかり結合する。前記単官能性成分は、例えば、スチレン、メチルスチレン、ハロゲン化スチレン、Ｃ₁〜Ｃ₄アルキルスチレン、ビニルブチルエーテル、ビニルトルエン、酢酸ビニル、Ｃ₃〜Ｃ₁₈モノカルボン酸のビニルエステル（例えば、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、吉草酸ビニル、ヘキサン酸ビニル、２−エチルヘキサン酸ビニル、デカン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル）、およびバーサティック酸（Ｖｅｒｓａｔｉｃ ａｃｉｄｓ）のビニルエステル（バーサティック酸は、一般に、炭素原子５〜１１個を有する分岐脂肪族カルボン酸である）、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸プロピル、（メタ）アクリル酸ブチル、（メタ）アクリル酸２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸イソオクチル、（メタ）アクリル酸イソデシル、（メタ）アクリル酸ラウリル、（メタ）アクリル酸ステアリル、（メタ）アクリル酸フェニル、（メタ）アクリル酸シクロヘキシル、（メタ）アクリル酸ジシクロペンタニル、（メタ）アクリル酸イソボルニル、（メタ）アクリル酸メトキシル化シクロデカトリエン（ｍｅｔｈｏｘｙｌａｔｅｄ ｃｙｃｌｏｄｅｃａｔｒｉｅｎｅ （ｍｅｔｈ）ａｃｒｙｌａｔｅ）、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシプロピル、（メタ）アクリル酸３−ヒドロキシプロピル、（メタ）アクリル酸４−ヒドロキシブチル、ポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ（メタ）アクリレート、アルキルオキシポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、アルキルオキシプロピレングリコールモノ（メタ）アクリレート、フェノキシポリプロピレングリコールモノ（メタ）アクリレート、フェノキシポリプロピレングリコールモノ（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピル（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、３−クロロ−２−ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ｔ−ブチルアミノエチル（メタ）アクリレート、モルホリン（メタ）アクリレート、エトキシカルボニルメチル（メタ）アクリレート、エチレンオキシド変性フタル酸（メタ）アクリレート、エチレンオキシド変性コハク酸（メタ）アクリレート、トリフルオロエチル（メタ）アクリレート、テトラフルオロプロピル（メタ）アクリレート、または２−ヒドロキシ−３−（メタ）アクリロイルオキシプロピルトリメチルアンモニウムクロリドとすることができる。多官能性成分は、一分子中に少なくとも２個の不飽和二重結合を有することが好ましい。

ある実施形態では、不飽和二重結合を有する有機物に重合開始剤を加える。例えば、開始剤として以下の有機過酸化物を使用することができる：（１）ケトンペルオキシド、例えば、メチルエチルケトンペルオキシド、シクロヘキサノンペルオキシド、３，３，５−トリメチルシクロヘキサノンペルオキシド、メチルシクロヘキサノンペルオキシド、アセト酢酸メチルペルオキシドおよびアセチルアセトンペルオキシド；（２）ペルオキシケタール、例えば、１、１−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、１，１−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）シクロヘキサン、２，２−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）オクタン、ｎ−ブチル−４，４−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）吉草酸および２、２−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）ブタン；（３）ヒドロペルオキシド、例えば、ｔｅｒｔ−ブチルヒドロペルオキシド、クメンヒドロペルオキシド、ジイソプロピルベンゼンヒドロペルオキシド、パラメタンヒドロペルオキシド、２、５−ジメチルヘキサン−２，５−ジヒドロペルオキシドおよび１，１，３，３−テトラメチルブチルヒドロペルオキシド；（４）ジアルキルペルオキシド、例えば、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド、ｔｅｒｔ−ブチルクミルペルオキシド、ジクミルペルオキシド、α，α’−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ−メタ−イソプロピル）ベンゼン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサンおよび２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）ヘキシン−３；（５）ジアシルペルオキシド、例えば、過酸化アセチル、過酸化イソブチル、過酸化オクタノイル、過酸化デカノイル、過酸化ラウロイル、３，３，５−トリメチルヘキサノイルペルオキシド、過酸化コハク酸、過酸化ベンゾイル、２、４−ジクロロベンゾイルペルオキシドおよびｍ−トルオイルペルオキシド；（６）ペルオキシジカーボネート、例えば、ジイソプロピルペルオキシジカーボネート、ジ−２−エチルヘキシルペルオキシジカーボネート、ジ−ｎ−プロピルペルオキシジカーボネート、ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルシクロヘキシル）ペルオキシジカーボネート、ジ−２−エトキシエチルペルオキシジカーボネート、ジメトキシイソプロピルペルオキシジカーボネート、ジ（３−メチル−３−メトキシブチル）ペルオキシジカーボネートおよびジアリルペルオキシジカーボネート；（７）ペルオキシエステル、例えば、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシアセテート、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシイソブチレート、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシピバレート、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシネオデカノエート、クミルペルオキシネオデカノエート、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ−３，３，５−トリメチルヘキサノエート、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシラウレート、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシベンゾエート、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシイソフタレート、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ベンゾイルペルオキシ）ヘキサン、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシマレイン酸、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート、クミルペルオキシオクトエート、ｔｅｒｔ−ヘキシルペルオキシネオデカノエート、ｔｅｒｔ−ヘキシルペルオキシピバレート、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシネオヘキサノエート、ｔｅｒｔ−ヘキシルペルオキシネオヘキサノエートおよびクミルペルオキシネオヘキサノエート；ならびに（８）その他の有機過酸化物、例えば、アセチルシクロヘキシルスルホニルペルオキシドおよびｔｅｒｔ−ブチルペルオキシアリルカーボネート。

さらに、重合開始剤として以下のアゾ化合物を使用することができる：（９）アゾニトリル化合物、例えば、アゾビスイソブチロニトリル、２，２’−アゾビス（４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル）、１，１’−アゾビス（シクロヘキサン−１−カルボニトリル）、１−（１−シアノ−１−メチルエチル）アゾホルムアミドおよび２−フェニルアゾ−４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル；（１０）アゾアミジン化合物、例えば、２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオンアミジン）ジヒドロ塩化物；（１１）環状アゾアミジン化合物、例えば、２，２’−アゾビス−２−（２−イミダゾリン−２−イル）プロパン；（１２）アゾアミド化合物、例えば、２，２’−アゾビス（２−メチル−ｎ−１，１−ビス（ヒドロキシメチル）−２−（ヒドロキシエチルプロピオンアミド）および２，２’−アゾビス（２−メチル−ｎ−１，１−ビス（ヒドロキシメチル）エチル）プロピオンアミド；（１３）アルキルアゾ化合物、例えば、２，２’−アゾビス（２，４，４−トリメチルペンタン）。これらの重合開始剤は、単独で使用してもよく、２種以上の混合物として組み合わせて使用してもよい。ある実施形態では、硬化性の視点から、重合開始剤の中では有機過酸化物が優れている。

別の種類の含浸剤にはシランがある。これには、以下のものが含まれるが、これらに限定されるものではない：シラン、ｎ−オクチルトリエトキシシラン、ｎ−オクチルトリメトキシシラン、アルコキシシラン、アルキル鎖中に１〜１８個の炭素を有するアルキルアルコキシシラン、ハロゲン化オルガノシラン、カルボキシル化オルガノシラン、エポキシアルコキシシラン、シリコーン乳濁液、およびこれらの混合物。ある実施形態では、ファイバーセメント用の含浸剤は、イソシアネート、シランおよび二重結合を有する成分の組合せを含む。別の含浸剤は、イソシアネートと、エーテルまたはエステルなどの他の低粘度可塑剤との組合せを含む。ある実施形態においては、選択される含浸剤の粘度は、この含浸剤が、ファイバーセメント品への保護シーラーなどの外部コーティングとしても塗布できるように調節することができる。

図１Ａは、所定容積、長さ、幅、および厚さを有する建築用厚板１１０を含む実施形態を示す。建築用厚板１１０は、長さ４〜１６フィート（１．２〜４．９メートル）、好ましくは長さ６〜１２フィート（１．８〜３．７メートル）；幅２インチ〜約４フィート（０．０５〜１．２メートル）、好ましくは幅３インチ〜１２インチ（０．０７〜０．３メートル）および厚さ１／８インチ〜６インチ（０．００３〜０．１５メートル）、好ましくは厚さ１／４インチ〜１インチ（６〜２．５センチメートル）である。建築用厚板１１０は、その体積内に１個または複数個の気泡を含んでいる可能性がある。建築用厚板１１０は、例えば、外部被覆用厚板、外装用パネル、シングル屋根板（ｒｏｏｆｉｎｇ ｓｈｉｎｇｌｅ）、柵用の厚板、柵用のパネルまたは他の建築用被覆材として使用することができる。建築用厚板１１０は、円筒形であってもよく、パイプまたは支柱として使用することもできる。

図１Ｂは建築用厚板１１０の横断面Ｘ−Ｘを表しており、この建築用厚板１１０は、多孔質基体１０２、仕上げコーティング１０６、含浸領域１０４およびシーラー材１０８を含む。含浸領域１０４は、建築用厚板１００の少なくとも１つの表面から所定深さまで、好ましくは少なくとも０．００２インチ（０．０５ミリメートル）まで、より好ましくは少なくとも０．００５インチ（０．１ミリメートル）まで多孔質基体１０２中へ延在している。含浸領域１０４は、建築用厚板１１０の全長に沿って連続的に同一の広がりを持っていてもよく、あるいは建築用厚板１１０の一端からその長さに沿って所定の点まで延在していてもよい。

建築用厚板が柵用の厚板またはパネルである一実施形態では、含浸領域１０４は、建築用厚板１１０の一端から０．１インチ〜１２インチ（０．２５〜３０．５センチメートル）、より好ましくは４〜８インチ（１０〜２０センチメートル）延在している。含浸領域１０４を含まない建築用厚板１１０の領域は、その代わり図１Ｃの横断面Ｙ−Ｙに示すように、多孔質基体１０２、仕上げコーティング１０６およびシーラー１０８を含む。シーラー１０８は、任意の種類のフィルム形成高分子材料を含むことができるが、好ましくはアクリル樹脂、アクリル共重合体またはイソシアネート系シーラーである。

図２は、一実施形態による加工複合建築材料の製造プロセス２００を示す。この図では、加工複合建築材料は、ファイバーセメント外装用パネルの形に作られる。図２に示すように、プロセス２００は、ファイバーセメント基体が形成されるブロック２１０に進む。ファイバーセメント基体は、公知のまたは利用可能なファイバーセメント組成物および生産技術に従って製造することが好ましい。一実施形態では、ファイバーセメント組成物は、一般に以下の表１に記載の範囲内とすることができる。

バインダーには、普通ポルトランドセメントタイプＩが含まれるが、石膏、ジオポリマー（ｇｅｏｐｏｌｙｍｅｒ）または他の無機セメントなどの他の無機バインダーも含まれる。骨材としては、粉砕石英、非晶質シリカ、パーライト、バーミキュライト、合成ケイ酸カルシウム水和物、ケイソウ土、もみ殻灰分、フライアッシュ、ボトムアッシュ、高炉スラグ、水砕スラグ、鉄鋼スラグ、無機酸化物、無機水酸化物、粘土、マグネサイトまたはドロマイト、高分子ビーズ、金属酸化物および水酸化物、炭酸カルシウム、無機および有機ミクロスフェア、あるいはこれらの混合物を挙げることができる。

繊維としては、漂白または無漂白のクラフトパルプなどの様々な形のセルロース繊維が挙げられる。しかし、他の形の繊維も使用できることを理解されたい。好適な繊維の他の例としては、セラミックファイバー、ガラス繊維、ミネラルウール、鋼繊維、およびポリアミド、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリアクリロニトリル、ポリアクリルアミド、ビスコース、ナイロン、ＰＶＣ、ＰＶＡ、レーヨンなどの合成高分子繊維、ガラスセラミック、炭素、またはこれらの任意の混合物が挙げられる。これらの繊維は、疎水性処理をしたセルロース繊維、殺菌剤処理をしたセルロース繊維、あるいは国際公開ＷＯ０２２８７９６およびＷＯ０２２８７９５に開示されたものなどのセルロース繊維を含んでもよい。これら特許は、すべての目的のために参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

尚、追加の添加剤を任意選択でファイバーセメント組成物中に組み込むことができる。この添加剤としては、それだけに限らないが、密度調節剤、分散剤、シリカフューム、地熱シリカ（ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ ｓｉｌｉｃａ）、難燃剤、粘度調整剤、増粘剤、顔料、着色剤、分散剤、発泡剤、凝集剤、防水剤、有機密度調節剤、アルミニウム粉、カオリン、アルミナ三水和物、雲母、メタカオリン、炭酸カルシウム、ウォラストナイト（ｗｏｌｌａｓｔｎｉｔｅ）、高分子樹脂乳濁液、疎水性物質およびこれらの混合物が挙げられる。

１つの方法では、ファイバーセメントグリーンシート（ｆｉｂｅｒ ｃｅｍｅｎｔ ｇｒｅｅｎ ｓｈｅｅｔ）がハチェック（Ｈａｔｓｃｈｅｋ）法を使用して製造される。当技術分野で公知のように、ハチェック（Ｈａｔｓｃｈｅｋ）法では、一連の回転ドラムふるいを使用して、吸収コンベヤー上に脱水スラリーの連続層を堆積し、所望のシート厚が得られるまでこれをサイズロール（ｓｉｚｅ ｒｏｌｌ）上に蓄積する。しかし、グリーンシート（ｇｒｅｅｎ ｓｈｅｅｔ）は、例えば、押出法、キャスティング法、成形法、マッツァ（Ｍａｚｚａ）法、マニャーニ（Ｍａｇｎａｎｉ）法、フォドリニエール（Ｆｏｕｒｄｒｉｎｉｅｒ、長網抄紙機）法およびロールプレス法などの他の適切な方法を使用して製造することもできることを理解されたい。

プロセス２００のブロック２２０では、本明細書に記載された１種または複数種の含浸剤をファイバーセメント基体に含浸させることにより、セメントポリマー複合体マトリックスを含む表面下領域をこの基体に形成することができる。含浸剤は、ファイバーセメント基体がまだグリーン（ｇｒｅｅｎ）な状態にある間に適用してもよく、任意選択で、完全に硬化したファイバーセメントに適用してもよい。含浸剤は、吹付け、ロール塗装、オーバーフロー（ｆｌｏｏｄｉｎｇ）、真空コーティングなどの標準コーティング技術を使用して適用することができる。あるいは、ファイバーセメント基体を所定時間、含浸剤に浸漬してもよい。好ましくは、含浸剤は、低粘度イソシアネート、シラン、アクリル樹脂、および二重結合を有する成分またはこれらの組合せである。含浸は、圧力下で行っても真空下で行ってもよく、非加熱で行っても加熱して行ってもよい。含浸は、水分の多い環境で行ってもよく、水分のない環境で行ってもよい。含浸剤がファイバーセメントマトリックスの気孔および割れ目に浸透できるようにするために、含浸剤は、十分低い粘度に配合される。すなわち、好ましくは２５℃で約５００ｃｐｓ未満に、より好ましくは２５℃で約２５０、２００、１７５、１５０、１２５、１００、７５、５０、２５、１０、１または０．１ｃｐｓ未満に配合される。さらに、ある実施形態では、含浸剤は、グリーンシートを形成する前にファイバーセメント組成物に混合することができる。

プロセス２００のブロック２３０では、含浸剤は、セメント質マトリックス、補強繊維、バインダーまたは骨材などのファイバーセメント基体の１つまたは複数の成分と、耐久性のある機械的および／または化学的結合を形成することができる。これらの結合は、熱または放射エネルギーを加える必要なしに、自己的に形成されることが好ましい。ある実施においては、表面下領域のセメントポリマーマトリックスは、含浸剤がファイバーセメントマトリックスの気孔および割れ目の中に堆積した後、事前に選択された様々な温度および圧力条件で硬化させることができる。一実施形態では、セメントポリマーマトリックスは、約１００℃未満の温度および約１０気圧〜２０気圧の圧力で硬化させることができる。別の実施形態では、セメントポリマーマトリックスは、約５０〜２００ミリバールの圧力で硬化させることができる。他の実施形態では、低温条件または高温条件でセメントポリマーマトリックスを硬化させる。

プロセス２００のブロック２４０では、任意選択のコーティング、積層物または他の保護材料をファイバーセメント基体の少なくとも１つの表面に適用することができる。これにより、このコーティングまたは積層物は、この物品の表面に実質的に連続的なフィルムを形成することができる。ある実施形態では、このコーティングまたは積層物は、表面下領域の含浸剤のうちの少なくとも一部と反応して、基体と含浸剤の間、および含浸剤と表面のコーティングの間に耐久性のある結合を形成する。ある実施形態においては、ブロック２３０で記述されているように含浸剤が硬化する前に、コーティング、積層物、または他の保護材料をファイバーセメント品に適用する。次いで、ある実施形態においては、このコーティングまたは積層物は、当技術分野で公知または利用可能な標準方法を使用して硬化させることができる。

実施例１
吸水率に対する影響
ファイバーセメント試料（１０ｍｍ×２５ｍｍ×２５ｍｍ）を以下の配合に従い、米国特許第６，６７６，７４４号に記載の方法を使用して作った：ポルトランドセメント約３５重量％、シリカ凝集体約５７重量％、およびセルロース繊維約８重量％。この特許を、すべての目的のためにその全体を参照により本明細書に組み込む。ファイバーセメント試料は、温度約１０５℃で１５分間、炉の中で乾燥した。乾燥したファイバーセメント試料の各々の重量を含浸する前に測定した。次に、各ファイバーセメント試料を、大気圧下７２°Ｆ（２２．２℃）＋２°Ｆで１０分間、表２に示した含浸剤に浸漬させた。ペーパータオルを使用して含浸後の試料の表面から過剰の含浸剤を除去した。含浸したファイバーセメント試料の重量を測定した。含浸率を下記の式に基づいて計算した：

表２は、種々の含浸剤を添加したファイバーセメント試料の含浸率、および硬化後の各含浸ファイバーセメント試料の２４時間吸水試験の結果を示す。表２に示したように、含浸剤としては以下のものがある：Ｐｒｏｓｉｌ ９２０２（主としてオクチルトリエトキシシランを含む。Ｃｌａｒｉａｎｔ ＬＳＭ ｏｆ Ｊａｃｋｓｏｎｖｉｌｌｅ、Ｆｌｏｒｉｄａから入手可能）；ＳＲ ２３９（メタクリル酸塩モノマー。Ｓａｒｔｏｍｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｉｎｃ． ｏｆ Ｅｘｔｏｎ、Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ社から入手可能（過酸化ベンゾイル開始剤３％を、含浸剤としてのＳＲ ２３９に加えた））；Ｒｕｂｉｎａｔｅ ９４３３（Ｈｕｎｔｓｍａｎ Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｓ ｏｆ Ｓｔｅｒｌｉｎｇ Ｈｅｉｇｈｔｓ、Ｍｉｃｈｉｇａｎから入手可能なイソシアネート）；ＢＳ ２１０１（Ｗａｃｋｅｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ａｄｒｉａｎ、ＭＩから入手可能なシリコーンエマルジョン）；Ｍｉｃｈｅｍ ７１２３５（Ｍｉｃｈｅｌｍａｎ， Ｉｎｃ． ｏｆ Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ、Ｏｈｉｏから入手可能なワックスエマルジョン）；Ｂａｙｈｙｄｒｏｌ ＰＲ ２４０（Ｂａｙｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのポリウレタン分散液）。さらに表２に示したように、Ｒｕｂｉｎａｔｅ ９４３３およびこれをＰｒｏｓｉｌ ９２０２と組み合わせたものは耐水浸入性を有する。

実施例２
凍結融解サイクル後の塗料密着性
実施例１と同じ材料およびプロセスを使用して調製したファイバーセメント試料に、湿潤膜厚が約０．００２インチになるようにＲｕｂｉｎａｔｅ ９５１３をコーティングし、ファイバーセメント基体の気孔内に耐久性の結合を形成するように１０分間、表面に浸透させた。図３の写真に示すように、約１５０〜３５０ミクロンの浸透深さが試料の横断面の検査で観察された。塗料密着性を試験した。次いで、試料は、日本工業規格ＪＩＳ１４３５−１９９１による凍結融解試験にかけたが、以下の表３に示したように、塗料剥離不良の徴候を示すことなく３２０回までの凍結／融解サイクルに耐えた。

実施例３
曲げ剛性の保持
実施例１と同じ材料およびプロセスを使用して調製されたファイバーセメント試料について、凍結／融解サイクルの関数としての弾性率（ＭＯＥ）を評価した。図４に示すように、イソシアネート含浸剤を使用して形成された試料は２５０回の凍結融解サイクル後に元の曲げ剛性弾性率の少なくとも５０％を保持したが、未処理材料は５０サイクル後には元の曲げ剛性の５０％超が失われた。

実施例４
含浸ファイバーセメント品の耐水性に対する含浸時間の影響
表４は、ＳＲ ２３９含浸ファイバーセメントの吸水率に対する含浸時間および含浸率の影響を示す。約３％の過酸化ベンゾイル開始剤を含浸剤ＳＲ ２３９に加えた。表４に示すように、含浸時間が増大するにつれて、含浸ファイバーセメントの吸水率は大きく減少した。含浸率は含浸時間と共に増加する。

実施例５
塗料密着性に対する影響
含水率が約１８〜２０％である、５／１６”×４”×５”（０．８×１０×１２．７ｃｍ）のファイバーセメント厚板（配合Ｉの選択されたシーダーミルテクスチャー（Ｃｅｄａｒｍｉｌｌ ｔｅｘｔｕｒｅ）、Ｊａｍｅｓ Ｈａｒｄｉｅ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ Ｆｏｎｔａｎａ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）の１つの面に、約０．０００５”〜０．００２”（０．０１３〜０．０５ｍｍ）のＲｕｂｉｎａｔｅ Ｍ（Ｈｕｎｔｓｍａｎ Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｓ ｏｆ Ｓｔｅｒｌｉｎｇ Ｈｅｉｇｈｔｓ、Ｍｉｃｈｉｇａｎから入手可能）をコーティングした。Ｒｕｂｉｎａｔｅ Ｍには、Ｂｉｃａｔ ８（Ｓｈｅｐｈｅｒｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ、ＯＨから入手可能）などのビスマスおよび亜鉛に基づいた触媒０．０１％を混合した。この厚板を、Ｒｕｂｉｎａｔｅ Ｍでコーティングした直後に、２層の塗料（モントレーグレー（Ｍｏｎｔｅｒｅｙ Ｇｒｅｙ）、光沢単位１５、Ｊａｍｅｓ Ｈａｒｄｉｅ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ Ｆｏｎｔａｎａ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）で仕上げた。塗料の１層目は６０℃の炉内で約４分間、乾燥した。第１のコーティングの乾燥厚さは約０．００２”〜０．００４”（０．０５〜０．１ｍｍ）であった。塗料の２層目は１０５℃の炉内で約２分間乾燥した。第２のコーティングの乾燥厚さは約０．００１”〜０．００３”（０．０２５〜０．０７５ｍｍ）であった。仕上げを行ったファイバーセメント試料を実験室条件で７日間、硬化した後、マスキングテープ３Ｍ ２５０を用いて塗料の剥離接着試験を行った。

表５は、この試料を水で飽和させた場合、（含浸剤またはアンダーコートのない）未処理のファイバーセメントは上記テープで塗料の６０〜９０％が剥離したことを示す。しかし、厚さ約０．０００５”〜０．００２”（０．０１３〜０．０５ｍｍ）のＲｕｂｉｎａｔｅ Ｍを含浸させた同じファイバーセメントでは、塗料はテープで剥離しなかった。これらの結果は、ファイバーセメントの表面上のＲｕｂｉｎａｔｅ Ｍがファイバーセメント品上の塗料の結合に実質的に影響することを示している。０．００２”（０．０５ｍｍ）のＲｕｂｉｎａｔｅ ９５１３およびＲｕｂｉｎａｔｅ ９４３３などの他のイソシアネートも優れた密着性を示した。

実施例６
５／１６”×４”×５”（０．８×１０×１２．７ｃｍ）のファイバーセメント厚板（配合ＩＩの選択されたシーダーミルテクスチャー（Ｃｅｄａｒｍｉｌｌ ｔｅｘｔｕｒｅ）、Ｊａｍｅｓ Ｈａｒｄｉｅ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ Ｆｏｎｔａｎａ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）に含浸剤を適用することにより実施例６を調製した。表６は、脂肪族イソシアネート含浸剤Ｄｅｓｍｏｎｄｕｒ ＸＰ ７１００（Ｂａｙｅｒ Ｃｏｒｐから入手可能）も塗料とファイバーセメント厚板との密着性を改善することを示している。Ｄｅｓｍｏｎｄｕｒ ＸＰ ７１００には、Ｂｉｃａｔ ８（Ｓｈｅｐｈｅｒｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ、ＯＨから入手可能）などのビスマスおよび亜鉛に基づいた触媒０．０１％を混合した。

実施例７
機械的性質の改良
含水率が約１８〜２０％である、５／１６”×５”×７．５”（０．８×１２．７×１９ｃｍ）のファイバーセメント厚板（選択されたシーダーミルテクスチャー（Ｃｅｄａｒｍｉｌｌ ｔｅｘｔｕｒｅ）、Ｊａｍｅｓ Ｈａｒｄｉｅ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｏｆ Ｆｏｎｔａｎａ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）の６つの面にＲｕｂｉｎａｔｅ Ｍを約０．０００５”〜０．００２”（０．０１３〜０．０５ｍｍ）含む含浸剤を塗布した。Ｒｕｂｉｎａｔｅ Ｍには、Ｂｉｃａｔ ８（Ｓｈｅｐｈｅｒｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ、ＯＨから入手可能）などのビスマスおよび亜鉛に基づいた触媒０．０１％を混合した。Ｒｕｂｉｎａｔｅ Ｍを周囲条件で７日間、硬化した後、試料を水に４８時間、浸漬した。次いで、厚板の弾性率（ＭＯＥ）を試験した。表７の結果は、ファイバーセメント上のＲｕｂｉｎａｔｅ Ｍを含む含浸剤の薄層がファイバーセメント厚板の剛性をわずかに増加させたことを示している。ＭＯＥ値は、ファイバーセメント上のＲｕｂｉｎａｔｅ Ｍの厚さ増加につれてわずかに増加する。

これらの実施形態の加工複合建築材料は、加工表面下領域のない等価な従来の複合建築材料と比較して特定の改善された物理的・化学的性質を提供する。一実施形態では、加工表面下領域を有する複合建築材料は吸湿特性が改善されている。１つまたは複数の実施形態においては、約１００％の含浸率を有する複合建築材料は、加工表面下領域のない等価な建築材料と比較して、吸水量が約１５％、より好ましくは約２５％減少している。さらに、この加工複合建築材料は、この材料と塗料および他の外部コーティングとの密着性も改善する。これにより、剥離不良は、不良率約６０％〜９０％から不良率約０％へ低下する。

様々な実施形態についての上記の説明は、本発明の特定の新規な特徴を示し、説明し、かつ指摘しているが、当分野の技術者なら、本発明の範囲から逸脱することなしに、例示した細部の形態ならびにその使用に様々な省略、置換、および修正を加えることができることを理解されたい。特に、上記の実施形態は、これにより作られた物品の最終用途に応じて、適宜、他の形状および構成で発現できることを理解されたい。

Claims (25)

1. 所定の気孔率を有するセメント質基体（ｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）と、
   前記基体中に形成された表面下領域（ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ ｒｅｇｉｏｎ）であって、建築材料の吸水率を低下させるように構成されたセメントポリマーマトリックス（ｃｅｍｅｎｔ−ｐｏｌｙｍｅｒ ｍａｔｒｉｘ）を含む表面下領域と、
   を有し、
   前記セメントポリマーマトリックスは、前記基体中の水酸官能基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｇｒｏｕｐｓ）と化学結合した高分子含浸剤を含み、
   前記表面下領域の厚さが前記含浸剤の粘度と前記セメント質基体の気孔率によって制御される、加工複合建築材料。
2. 前記表面下領域の厚さは１０ミクロン以上である、請求項１に記載の加工複合建築材料。
3. 前記表面下領域の厚さは１００ミクロン以上である、請求項１に記載の加工複合建築材料。
4. 前記表面下領域の厚さは前記セメント質基体の厚さと実質的に同じである、請求項１〜３の何れか１項に記載の加工複合建築材料。
5. 前記高分子含浸剤は、イソシアネート、エポキシ、アクリル樹脂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１〜４の何れか１項に記載の加工複合建築材料。
6. 前記含浸剤は官能基を含み、前記官能基はブロックされている、請求項５に記載の加工複合建築材料。
7. 前記含浸剤はメチルジイソシアネートである、請求項５又は６に記載の加工複合建築材料。
8. 前記含浸剤は、有機過酸化物、アゾ化合物、およびこれらの混合物からなる群から選択される重合開始剤をさらに含む、請求項１〜７の何れか１項に記載の加工複合建築材料。
9. 前記含浸剤は、第三級アミン、金属塩、およびこれらの組合せからなる群から選択される触媒をさらに含む、請求項８に記載の加工複合建築材料。
10. 前記含浸剤はシランおよびその低粘度オリゴマーを含む、請求項１〜９の何れか１項に記載の加工複合建築材料。
11. 前記含浸剤は、前記セメント質基体中の遊離水酸官能基（ｆｒｅｅ ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｇｒｏｕｐｓ）と非加水分解性化学結合（ｎｏｎ−ｈｙｄｒｏｌｙｓａｂｌｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｂｏｎｄｓ）を形成する、請求項１〜１０の何れか１項に記載の加工複合建築材料。
12. 前記セメント質基体はファイバーセメントマトリックスを含み、
    前記ファイバーセメントマトリックスは、セルロース繊維、ＰＶＡ繊維、ＰＰ繊維、ＰＥ繊維、ポリエステル繊維、炭素繊維、鋼繊維、ガラス繊維および他の無機繊維からなる群から選択される繊維を含み、
    前記高分子含浸剤は前記繊維と化学的および機械的結合を形成する、請求項１〜１１の何れか１項に記載の加工複合建築材料。
13. 前記建築材料の外表面上に形成された外部コーティングをさらに含み、
    前記外部コーティングは、塗料、トップコート（ｔｏｐｃｏａｔｓ）、プライマー（ｐｒｉｍｅｒｓ）、シーラー（ｓｅａｌｅｒｓ）およびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１〜１２の何れか１項に記載の加工複合建築材料。
14. 前記表面下領域の前記含浸剤は、前記外部コーティングと化学結合を形成する、請求項１３に記載の加工複合建築材料。
15. 前記建築材料は、石膏ボード、繊維セメント板、メッシュまたは長繊維によって強化された繊維セメント板、短繊維、メッシュまたは長繊維によって強化された石膏ボード、無機集成材および繊維複合材料、ジオポリマー集成材およびファイバーボード、コンクリート製屋根瓦、ならびに１種または複数種の繊維プラスチック複合材料からなる群から選択される、請求項１〜１４の何れか１項に記載の加工複合建築材料。
16. 加工複合建築用品を形成する方法であって、
    セメント質基体を形成するステップと；
    硬化性含浸剤が前記基体内に浸透して表面下領域を形成するように、前記基体内に前記含浸剤を組み込むステップと；
    前記含浸剤が前記基体の所定深まで浸透した後、前記含浸剤を硬化させるステップと
    を含む方法。
17. 前記硬化性含浸剤を組み込むステップが、前記基体の後に前記含浸剤を適用するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記含浸剤は少なくとも１００ミクロンの深さにまで浸透する、請求項１６又は１７に記載の方法。
19. 前記セメント質基体に前記硬化性含浸剤を組み込むステップは、
    前記硬化性含浸剤を、前記セメント質基体を形成する成分と組み合わせるステップと、
    グリーン成形品（ｇｒｅｅｎ ｓｈａｐｅｄ ａｒｔｉｃｌｅ）を形成するステップと、
    を含み、
    前記硬化性含浸剤は、前記グリーン成形品の少なくとも一部に全体にわたって分布している、請求項１６〜１８の何れか１項に記載の方法。
20. 前記セメント質基体に前記硬化性含浸剤を組み込むステップは、
    前記セメント質基体を形成する成分を組み合わせてグリーン成形品（ｇｒｅｅｎ ｓｈａｐｅｄ ａｒｔｉｃｌｅ）を形成するステップと、
    次いで、前記グリーン成形品の外表面に前記硬化性含浸剤を適用するステップと、
    を含む、請求項１６〜１９の何れか１項に記載の方法。
21. 前記硬化性含浸剤は２５℃で５００ｃｐｓ未満の粘度を有する、請求項１６〜２０の何れか１項に記載の方法。
22. 前記建築用品に保護コーティングを塗布するステップをさらに含む、請求項１６〜２１の何れか１項に記載の方法。
23. 周囲温度、高温、低温、真空、圧力、大気圧、放射線硬化、およびこれらの組合せからなる群から選択される成形条件下で前記硬化性含浸剤を硬化させるステップをさらに含む、請求項１６〜２２の何れか１項に記載の方法。
24. 前記含浸剤は、前記セメント質基体の１種または複数種の成分と非加水分解性化学結合（ｎｏｎ−ｈｙｄｒｏｌｙｓａｂｌｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｂｏｎｄｓ）を形成するように選択される、請求項１６〜２３の何れか１項に記載の方法。
25. 前記セメント質基体は、セルロース繊維、ＰＶＡ繊維、ＰＰ繊維、ＰＥ繊維、ポリエステル繊維、炭素繊維および鋼繊維からなる群から選択される繊維を含む、請求項１６〜２４の何れか１項に記載の方法。

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