JP3348971B2 - セメント補強用集束繊維 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セメント製品全般にお
いて補強するための集束繊維であり、中でも特にモルタ
ル用の補強繊維として効果的なセメント補強用集束繊維
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、特にモルタル用などの補強繊維と
しては、細い単繊維をそのまま使用した場合、柔らか過
ぎてジャリなどの骨材にまとわりつき、補強用の効果が
減殺されることから、太い繊維を使用したり、あるいは
細い繊維を多数集束することによって繊維に適度な剛性
を付与し、乾式混合時においてジャリなどの骨材にまと
わりつかないような工夫がなされている。

【０００３】例えば従来の石綿に替わるセメント強化用
繊維として種々の無機繊維、合成繊維の使用が提案され
ている中で、特にモルタル分野に適用するための集束繊
維としては、特公昭６３−５９９８０号記載のように、
水の存在下で集束効果が減少する集束剤を２〜２０重量
％付着させ、単糸デニールが０．５〜２５ｄ、のモノフ
ィラメントが５０〜６０００本集束されたアスペクト比
４０〜９００のチョップドストランド、特開昭５２−８
９１２２号記載のように、細デニールの繊維を水溶性糊
剤で処理集束して太デニールの繊維としたチョップドス
トランドとしたもの、あるいは特公昭５３−３７９５７
号記載のように、５０〜２００本のガラス繊維を集束剤
で集束したものなどがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来から
汎用されているセメント補強用の各種の有機繊維は、集
束剤による集束効果によって適度な剛性が付与されてい
ることから、セメントに給水されて集束が解除されると
柔軟な単繊維に分繊され、攪拌されるとジャリなどの骨
材にまとわりつきやすく、補強効果の低下を招くことに
なる。

【０００５】また、押出成型法を用いた場合、セメント
マトリックスのアルカリ性条件下において１４０℃を超
える温度となるオートクレーブ養生では、ポリエステル
繊維、ビニロン繊維、ポリアミド繊維、アクリル繊維
は、耐アルカリ性に劣ることから化学変化を受けて脆化
し、補強繊維としての機能が低下するという憂いがあ
る。

【０００６】かかる点から、セメント補強用の有機繊維
としては、本出願人が先に提案している特開平５−４４
１６３号公報記載の炭酸カルシウム入り高結晶性ポリプ
ロピレン繊維や、特開平５−１７０４９７号公報記載の
高結晶性ポリプロピレン繊維が耐アルカリ性に優れ、ま
た他の繊維に比べて硬度と剛性が大きいことから、モル
タルセメント内への乾式混合用として頗る好都合とな
る。

【０００７】本発明者らは、上記した高結晶性ポリプロ
ピレン繊維を、例えばモルタルセメント用の補強集束繊
維に用いるべく多数本の繊維を糊剤でもって接着集束す
ることを検討した結果、他の繊維の場合には糊剤の付着
量が２〜５％程度で十分集束効果が得られるにも拘ら
ず、高結晶性ポリプロピレン繊維は疎水性であり、また
他の繊維に比べて硬度と剛性が大きいため、この程度の
糊剤の付着量ではモルタルセメントとの乾式混合時に所
期の集束形態を保持する集束繊維を得ることができず、
また糊剤の付着量が多くなると給水して攪拌したセメン
トスラリー内での集束繊維の分繊性が悪くなるが、適量
な糊剤を付着させると、糊剤による集束効果と繊維自身
の剛性効果とによって、糊剤の付着量が他の繊維と同等
であるにも拘らず剛直性に優れ給水時における分繊性の
良好なセメント補強用の集束繊維となることを知見し
た。

【０００８】したがって本発明は、モルタルセメントと
の乾式混合時においてその集束形態が保持されて均一に
モルタルセメント内に分散され、しかも給水され攪拌さ
れたセメントスラリー内での分繊性が損なわれないよう
に最適量の水溶性糊剤でもって接着集束された高結晶性
ポリプロピレン繊維を提供することを目的としてなされ
たものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、高結晶性ポリ
プロピレン繊維束に繊維重量に対して水溶性糊剤を７〜
１５重量％付着させて集束し切断してセメント補強用繊
維となすことによって上記課題を解決した。

【００１０】即ち、本発明のセメント補強用集束繊維
は、Ｑ値（Ｑ：重量平均分子量／数平均分子量の比）が
５未満、沸騰ｎ−ヘプタン不溶分（ＨＩ：重量％）が９
７＜ＨＩ＜１００、アイソタクチックペンタッド分率
（ＩＰＦ：モル％）が９４＜ＩＰＦ＜１００である高結
晶性ポリプロピレン、または平均直径が１μｍ未満の炭
酸カルシウム微粉末を２〜２０重量％含んだ高結晶性ポ
リプロピレンからなる繊維に水溶性集束剤が繊維重量に
対して７〜１５重量％付着され、３〜１０ｍｍの長さに
切断されて５００〜４０００本の繊維が水溶性集束剤に
よって集束されていることを特徴しているものである。

【００１１】繊維を形成するポリプロピレン樹脂は、Ｑ
値が５未満、好ましくは４以下、ＨＩが９７％より以
上、好ましくは９８％以上、ＩＰＦが９４％より以上、
好ましくは９６％以上の高結晶性のものが好ましい。Ｑ
値を５未満にするのは熱延伸性を良好にするためであ
る。ＨＩを９７％より以上及びＩＰＦを９４％より以上
とするのは、低結晶成分が少なく立体規則性に優れたポ
リプロピレン樹脂を選んで延伸により結晶配向を向上さ
せて繊維強力を高め、繊維の剛直性を優れたものにする
ためである。

【００１２】また、該ポリプロピレン樹脂に平均粒径１
μｍ未満の炭酸カルシウム微粉末を２〜２０重量％添加
してなる高結晶性ポリプロピレンを少なくとも繊維表層
としてなる繊維は、セメントスラリーとの親和性をより
よくすることができる。

【００１３】更にその繊維性能においては、セメント成
型体となったときの曲げ強度の向上およびクラック防
止、衝撃強度を高める点から、繊維強度が５ｇ／ｄ以
上、繊維伸度が１５％以上を有している繊維であること
が好ましい。

【００１４】更に高結晶性ポリプロピレン繊維の疎水性
の改善をはかるため、繊維にノルマルアルキルホスフェ
ートアルカリ金属塩のような繊維処理剤を付着させてお
くことも好ましいことである。例えばノルマルアルキル
ホスフェートアルカリ金属塩としては、ノルマルアルキ
ルホスフェートカリウムまたはノルマルアルキルホスフ
ェートナトリウムであって、例えば炭素数８のオクチル
ホスフェートカリウムまたはナトリウム、炭素数１０の
デシルホスフェートカリウムまたはナトリウム、炭素数
１２のラウリルホスフェートカリウムまたはナトリウ
ム、炭素数１３のトリデシルホスフェートカリウムまた
はナトリウム、炭素数１４のミリスチルホスフェートカ
リウムまたはナトリウム、炭素数１６のセチルホスフェ
ートカリウムまたはナトリウム、炭素数１８のステアリ
ルホスフェートカリウムまたはナトリウムを挙げること
ができる。

【００１５】高結晶性ポリプロピレン繊維へ水溶性集束
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、浸漬方法、
スプレー方法、コーティング方法の何れでもよい。繊維
への水溶性集束剤の付着量は、繊維重量に対して７〜１
３重量％が好ましく、７重量％未満では集束力が不足と
なって、セメント系原料とミキサーで乾式混合した場合
に分繊が生じてファイバーボールができ、また１５重量
％を超えると集束繊維製造工程において生産効率が低下
するとともに集束力が過剰となって後工程の給水時に短
時間で単繊維に分繊することができず、また不経済とな
る。

【００１６】集束した高結晶性ポリプロピレン繊維の繊
維間に水溶性集束剤の浸透性をよくするために、繊維に
予め陰イオン系または非イオン系の浸透剤を付着させた
のち水溶性集束剤に浸漬するか、または水溶性集束剤に
浸透剤を混入しておくことが望ましい。浸透剤の付着量
は、繊維重量に対して０．１〜１重量％程度が適当であ
る。０．１重量％未満では浸透剤効果が得られず、１重
量％を超えると浸透剤の影響で集束力不足となる。

【００１７】水溶性集束剤としては、コーンスターチ、
フノリ、カゼイン、タピオカ、植物性小麦澱粉、馬鈴薯
澱粉、植物性ガム類、アルファ澱粉や澱粉誘導体の酢酸
澱粉、燐酸澱粉、酵素性澱粉、カチオン化澱粉、焙焼澱
粉、カルボキシメチルスターチ、カルボキシエチルスタ
ーチ、ヒドロキシエチルスターチ、陽性澱粉、シアノエ
チル化澱粉、ジアルデヒドデンプン、セルロース誘導体
としてメチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキ
シエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ア
ルギン酸ソーダあるいはポリビニルアルコール、ポリア
クリル酸等を挙げることができる。浸透剤としては、陰
イオン系または非イオン系界面活性剤で起泡力の著しく
ないものが有効であり、例えばアルキルナフタレンスル
ホン酸ナトリウム、ポリエチレンオキシアルキル硫酸塩
あるいはポリエチレンオキシアルキルエーテル等を挙げ
ることができる。

【００１８】本発明の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
等の補強に適用することができ、また半水石膏、２水石
膏とスラグあるいはこれらを上記セメントと混合して使
用する際にも用いることができ、モルタル用はもちろん
のこと湿式抄造法、流込方法、押出成型法で自然養生、
蒸気養生、オートクレーブ養生といかなる製法にも適用
することができる。

【００１９】

【作用】高結晶性ポリプロピレン繊維を集束している７
〜１５重量％の水溶性集束剤は、５００〜４０００本の
繊維を適度に集束して給水によって溶解されるまでその
集束形態を保持し、取り扱い時や乾式混合時に細かく分
割されてファイバーボールとなるのを防止する。

【００２０】また高結晶性ポリプロピレン繊維の優れた
剛性は、給水による分繊性をよくすると共に分繊された
単繊維のセメント骨材への絡み付き抑制して施工性を向
上させ、さらにセメント成型品の衝撃強度や曲げ強度の
向上に寄与する。

【００２１】更に、繊維全体もしくは芯鞘型複合繊維の
鞘成分に適量の炭酸カルシウムを均一に添加されてなる
高結晶性ポリプロピレン繊維は、セメントとの親和性を
向上させる作用を奏し、セメント成型体の衝撃強度を損
なうことなく曲げ強度向上に大きく寄与する。

【００２２】

【実施例】

「実施例１」 Ｑ値（Ｑ：重量平均分子量／数平均分子
量の比）が３．５、沸騰ｎ−ヘプタン不溶分（ＨＩ：重
量％）が９８％、アイソタクチックペンタッド分率（Ｉ
ＰＦ：モル％）が９７、ＭＦＲ（メルトフローレート；
ｇ／１０分、ＪＩＳ−Ｋ−７２１０に準ずる。）が１５
のポリプロピレン樹脂を用い、２５７℃の温度で溶融紡
糸し延伸して単糸繊度が２デニール、単糸強度が８．０
／デニール、繊維伸度が２５％、トータルが８０，００
０デニールの高結晶性ポリプロピレン繊維のトウとなし
た。

【００２３】このトウを炭素数１２のラウリルホスフェ
ートカリウム（繊維処理剤）の２重量％水溶液に浸漬処
理したのち、ポリビニルアルコールの水溶液にポリエチ
レンオキシアリルエーテルを添加した水溶性集束剤の液
槽に浸漬し絞りロールを通過させて乾燥し、ポリビニル
アルコールを７重量％、ポリエチレンオキシアリルエー
テルである浸透剤を０．１重量％付着させた帯状のトウ
となした。

【００２４】しかるのちこの帯状のトウを幅３ｍｍにス
リットし、５ｍｍにカットして、約１８００〜４０００
本の高結晶性ポリプロピレン繊維が集束されたセメント
補強用の集束繊維となした。

【００２５】「実施例２」 実施例１におけるポリビニ
ルアルコールの付着量を１０重量％となし、同様にして
セメント補強用の集束繊維となした。

【００２６】「実施例３」 実施例１におけるポリビニ
ルアルコールの付着量を１５重量％となし、同様にして
セメント補強用の集束繊維となした。

【００２７】「比較例１」 実施例１におけるポリビニ
ルアルコールの付着量を３重量％となし、同様にしてセ
メント補強用の集束繊維となした。

【００２８】「比較例２」 実施例１におけるポリビニ
ルアルコールの付着量を５重量％となし、同様にしてセ
メント補強用の集束繊維となした。

【００２９】「比較例３」 実施例１におけるポリビニ
ルアルコールの付着量を２０重量％となし、同様にして
セメント補強用の集束繊維となした。

【００３０】［実施例４］ 上記実施例１のポリプロピ
レン樹脂を芯成分と鞘成分に用い、鞘成分に対して金属
石鹸で前処理をした炭酸カルシウム微粉末を８重量％練
り込み２７５℃の温度で芯鞘型複合繊維（芯／鞘＝６／
４）を溶融紡糸した後、延伸して、単糸繊度が２デニー
ル、単糸強度が４．９／デニール、繊維伸度が３８％、
トータルが８０，０００デニールの高結晶性ポリプロピ
レン繊維のトウとなしし、上記実施例１と同様に浸透剤
を０．１重量％と共にポリビニルアルコールを７重量％
付着させて乾燥し、スリットしたのち切断して、幅３ｍ
ｍ、長さが５ｍｍのセメント補強用の集束繊維とした。

【００３１】「実施例５」 実施例４におけるポリビニ
ルアルコールの付着量を１０重量％となし、同様にして
セメント補強用の集束繊維となした。

【００３２】「実施例６」 実施例４におけるポリビニ
ルアルコールの付着量を１５重量％となし、同様にして
セメント補強用の集束繊維となした。

【００３３】「比較例４」 実施例４におけるポリビニ
ルアルコールの付着量を５重量％となし、同様にしてセ
メント補強用の集束繊維となした。

【００３４】「比較例５」 実施例４におけるポリビニ
ルアルコールの付着量を２０重量％となし、同様にして
セメント補強用の集束繊維となした。

【００３５】次におよび上記集束繊維を１０ｇ準備し、
上記実施例１〜６および比較例１〜５によって得られた
の各集束繊維をそれぞれ１０ｇずつ準備し、各々別個に
普通ポルトランドセメント８００ｇ、珪砂２００ｇと共
にミキサーに徐々に投入して乾式混合した。（ミキサー
の回転数２０Ｒ／Ｍ、混合時間１０分間）。

【００３６】しかるのちこの混合物を取り出してふるい
にかけ、混合作用によって単繊維に分離してファイバー
ボールとなっていた繊維の割合を次式により算出した結
果を表１に示す。

【００３７】ファイバーボール割合＝１００×ファイバ
ーボール量／投入繊維量

【００３８】次に上記ミキサーから取り出した各混合物
（セメント原料）に、それぞれのセメント原料に対して
４０重量％の水道水を添加して湿式混合した。そしてこ
の湿式混合物内における添加した補強用繊維の分散状態
およびコテ塗り性の評価を行った結果を表１に示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】なお、表１中の乾式混合時の形態保持状
態、湿式混合時の分繊状態、コテ塗り性の評価は次のよ
うにして行った。 乾式混合時の形態保持状態…… ◎：集束形態の崩壊が
殆どない。 ○：集束形態の崩壊が少ない。 Δ：集束形態の崩壊がやや多い。 ×：集束形態の崩壊が多い。 湿式混合時の分繊状態…… ◎：うまく分繊されてい
た。 ○：一部に未分繊のものあるいは繊維塊のものがある。 コテ塗り性…… ◎：伸びやすくスムースに塗れる。 ○：少し伸びにくいが比較的スムースに塗れる。 Δ：なんとか伸びて塗れる。 ×：伸びが悪く塗りにくい。

【００４１】また、上記実施例および比較例の集束剤
（ポリビニールアルコール）に代えてコーンスターチを
使用したがその結果は表１と大差がなく、集束剤の付着
量が７〜１５重量％の範囲が最良であった。またポリビ
ニルアルコールとコーンスターチとをそれぞれ等量に混
合した集束剤を使用しても同様な結果となった。

【００４２】

【発明の効果】以上詳記したように本発明のセメント補
強用集束繊維は、Ｑ値（Ｑ：重量平均分子量／数平均分
子量の比）が５未満、沸騰ｎ−ヘプタン不溶分（ＨＩ：
重量％）が９７＜ＨＩ＜１００、アイソタクチックペン
タッド分率（ＩＰＦ：モル％）が９４＜ＩＰＦ＜１００
である高結晶性ポリプロピレンからなる繊維、または高
結晶性ポリプロピレンに平均直径が１μｍ未満の炭酸カ
ルシウム微粉末を２〜２０重量％含んだ樹脂を鞘成分と
し、高結晶性ポリプロピレンを芯成分とする芯鞘型複合
繊維、または高結晶性ポリプロピレンに平均直径が１μ
ｍ未満の炭酸カルシウム微粉末を２〜２０重量％含んだ
樹脂からなる単一繊維という水溶性集束剤が繊維重量に
対して７〜１５重量％付着され、３〜１０ｍｍの長さに
切断されて５００〜４０００本の繊維が水溶性集束剤に
よって集束されてなるものであるから、高結晶性ポリプ
ロピレン繊維に対する水溶性集束剤の付着量が適量とな
って集束形態の崩壊がなく、セメント原料内への投入が
容易であるばかりでなくモルタルセメント内に乾式混合
した場合、高結晶性ポリプロピレン繊維の剛直性と集束
剤による集束効果が相乗的に作用してファイバーボール
を起こすことなく均整に混合でき、次に水を加えると集
束剤が溶解してセメント原料内に均一な分散状態とな
り、また高結晶性ポリプロピレン繊維の剛直性が骨材へ
のまつわりつきを防止してセメント製品の衝撃、曲げ強
度共に向上させることができる。

【００４３】さらに高結晶性ポリプロピレン樹脂に炭酸
カルシウムを添加した集束繊維は、ポリプロピレン樹脂
の疎水性が改善されてセメントとの親和性が増し、セメ
ント製品の曲げ強度をさらに向上させることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−170497（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−9805（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−319888（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−215559（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−219797（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−248506（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−2554（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−135755（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C04B 16/06 D01F 6/06

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｑ値（Ｑ：重量平均分子量／数平均分子
   量の比）が５未満、沸騰ｎ−ヘプタン不溶分（ＨＩ：重
   量％）が９７＜ＨＩ＜１００、アイソタクチックペンタ
   ッド分率（ＩＰＦ：モル％）が９４＜ＩＰＦ＜１００で
   ある高結晶性ポリプロピレンからなる繊維の集合物に水
   溶性集束剤が繊維重量に対して７〜１５重量％付着さ
   れ、３〜１０ｍｍの長さに切断されて５００〜４０００
   本の繊維が水溶性集束剤によって集束されていることを
   特徴とするセメント補強用集束繊維。
2. 【請求項２】 繊維が、高結晶性ポリプロピレンに平均
   直径が１μｍ未満の炭酸カルシウム微粉末を２〜２０重
   量％含んだ樹脂を鞘成分とし、高結晶性ポリプロピレン
   を芯成分とする芯鞘型複合繊維の集合物、または高結晶
   性ポリプロピレンに平均直径が１μｍ未満の炭酸カルシ
   ウム微粉末を２〜２０重量％含んだ樹脂からなる単一繊
   維の集合物に水溶性集束剤が繊維重量に対して７〜１５
   重量％付着され、３〜１０ｍｍの長さに切断されて５０
   ０〜４０００本の繊維が水溶性集束剤によって集束され
   ていることを特徴とするセメント補強用集束繊維。