JP4397252B2 - セメント補強用集束繊維 - Google Patents
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そこで、繊維同士を集束させる手法が古くから行われており、例えば、特開昭58-214583号公報(特許文献2)には、耐アルカリ性の効果が顕著なサイジング剤について提案され、また、特開2000-34147号公報(特許文献3)には、ポリオレフィン繊維等のセメント補強用集束繊維の集束剤として、カルボキシル変性ポリオレフィン系低分子量物からなる数平均分子量1000〜6000の非水溶性処理剤が提案されている
さらに、特開2000-345097号公報(特許文献4)には、ポリオレフィン系エラストマー、酸変性ポリオレフィン及び/または高級脂肪酸の塩、および(C)水を含有し、固形分が水相に均一に分散している水性分散体からなることを特徴とするポリオレフィン系エラストマー水性コーティング剤が記載され、その用途として、各種繊維(ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維等)の集束剤として用いられることが記載されているが、各種繊維の集束剤として用いる場合にいかなる方法により当該コーティング剤により集束繊維を製造すればよいのか、そのようにして得られた収束繊維をセメント補強用の集束繊維として用いる場合にいかなる効果が期待できるのかについてまでは記載がない。
(1)繊維形状を有しないポリエチレン系エラストマー70〜99.5重量%
(2)マレイン酸変性ポリエチレンワックス0.5〜30重量%を含む水性分散体5〜50重量部が付着しているセメント補強用集束繊維を提供する。
W1>W2>W3
の関係がある。
本発明では、共重合のことを重合と言うことがあり、共重合体のことを重合体ということがある。また、ASTM D4020に基づいて測定される[η]が5dl/g以上のポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレンを、それぞれ超高分子量ポリオレフィン、超高分子量ポリエチレン、超高分子量ポリプロピレンということがある。
本発明に用いる繊維は、超高分子量ポリオレフィンを用いるものであれば、フィルムを解繊して製造しても、ゲル紡糸法で製造しても、その他いかなる方法で製造したものであってもその製法は何ら制限されるものではない。
本発明において、超高分子量ポリオレフィンの繊維を用いる場合は、集束剤として用いられるものの分子量より小さく繊維状ではないポリエチレン系エラストマーを分散剤として用いることができる。このときのポリエチレン系エラストマーは、水性分散体とするために、通常水中にてエマルションまたはサスペンション状として存在するものが用いられる。
次に、水性分散体を構成するマレイン酸変性ポリエチレンワックスについて説明する。
集束剤の製造方法は、たとえば特開平2000-345097号公報に記載のような公知の方法で製造される。ポリエチレン系エラストマーとマレイン酸変性ポリエチレンワックスは、二軸スクリュー押出機に供給して溶解混練し、同押出機のベント部に設けた供給口よりアルカリ水を連続的に供給し、過熱しながら連続的に押し出す。押し出された溶融混練物を水中に投入し、水性分散体を得ることができる。
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、上記成分以外に他の成分を含有していてもよいことはいうまでもない。
繊維を集束させることによる利点としては、セメント材料に該集束繊維を添加し、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、耐衝撃強度などの機械的特性を著しく向上させて薄板をより薄くすることが可能であるという点が挙げられる。さらに、混練時のファイバーボールの発生を抑制できるため押出機による所定量の噛み込み性の向上による分散性の向上、集束繊維の計量を容易にするため作業性を改善できる、などの利点が挙げられる。
〈数平均分子量の測定〉
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC) SYSTEM-11(SHODEX社製)により測定した。溶離液としてo-クロロベンゼンを使用し、0.2%に希釈後測定した。基準物質としてポリスチレンを使用した。
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、被測定サンプルを十分に乾燥した後に行った。
集束剤の付着量(%)=[(混合液で処理した後の繊維重量)-(処理前の繊維の重量)]/(処理前の重量)×100
繊度は、電子顕微鏡にて断面の直径を測定することにより求めることができる。また、
その直径がd(μm)、繊維材料の比重ρであると、その繊度は、
繊度(デニール)=0.00707×d2×ρ
の式で表現することができる。
処理された超高分子量ポリエチレン集束繊維が混練されてなる曲げ強度測定供試体作成用の硬化前のセメントをランダムに約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、集束繊維が落ちない程度のメッシュ(100メッシュ)金網上に乗せて水シャワーをかけてセメントを除去し、金網上に残存した集束繊維を肉眼により判定する。70%未満が単繊維状に分散している場合を×、70〜90%の範囲内で単繊維状に分散している場合を△、90%より多く単繊維状に分散している場合を○として比較判定した。
セメントに超高分子量ポリエチレン集束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。
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(機種:UNIVERSAL TESTING INSTRUMENTMODEL UTM-10t、TOYO BALDWWIN CO、LTD製)を用いて、支点距離10cmの中心を、2cm/minで圧縮し、応力の最高点より曲げ強度を求めた。
超高分子量ポリエチレン繊維を10m/minのスピードで2400m処理した後の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)被膜の程度(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でき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てきれいに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。
(超高分子量ポリエチレンフィルムの製造)
超高分子量ポリエチレンフィルムは、特開平9-183156号公報等により公知のインフレーション成形装置により以下のようにして製造した。すなわち、超高分子量ポリエチレン粉末([η]:7.2dl/g、MFR:0.01g/10min未満)を用い、アウターダイ/マンドレル=35/30mmφからなるダイを接続した30mmφ押出機を、シリンダ温度200℃、ダイ温度170℃、スクリュー回転数を15rpmに設定し、ピンチロールで2.0m/minの速度で引き取りながら、スクリュー内部及びチューブダイのマンドレル内部に延在してなる6mmφの気体流通路から圧搾空気を吹き込んでチューブを冷却リング内径280mmφに接触する大きさに膨らませて(膨比=8.0)、折り幅440mm、厚み30μmからなる超高分子量ポリエチレンフィルムを製造した。
前記フィルムを縦方向に幅1.2mmでスリットし、これを原反とした。次いで、この原反を143℃の熱板延伸槽で4.0倍(1段延伸)に延伸し、138℃のエアオーブン延伸槽で1.5倍(2段延伸)に延伸してトータル延伸倍率6.0倍に延伸した。このようにして一本が50デニールの延伸テープを10フィラメント撚り合わせ、500デニール/10フィラメントの延伸糸を得た。
浸漬し、浸漬終了後、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、100℃で2分間乾燥し、引き続き1分間養生を行った。得られた集束繊維の集束剤付着量は、21.3重量%であった。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。
2348gの早強ポルトランドセメント(太平洋セメント社製、Ductal)、23.5gのメチルセルロース(信越化学工業社製、メトローズSM)および55.6gの超高分子量ポリエチレン集束繊維を986gの水とともにオムニミキサー(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分間行った。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ヶ月間養生を行い、これを曲げ強度測定供試体とした。
〈超高分子量ポリエチレン集束繊維の製造〉
市販されている超高分子量ポリエチレン繊維(東洋紡社製Dyneema SK-60、400デニール/390フィラメント)を用いた以外は、実施例1と同様の方法で14mmの長さにカットして超高分子量ポリエチレン短繊維の集束繊維を得た。実施例1と同様に、加工性、曲げ強度、集束性、分散性の評価を行った。その結果を表1に示す。
〈超高分子量ポリエチレン集束繊維の製造〉
一本が50デニールの延伸テープを20フィラメント撚り合わせ、1000デニール/20フィラメントの延伸糸を得た以外は、実施例1と同様の方法で34mmの長さにカットした超高分子量ポリエチレン短繊維の集束繊維を得た。実施例1と同様に、加工性、曲げ強度、集束性、分散性の評価を行った。その結果を表1に示す。
〈超高分子量ポリエチレン集束繊維の製造〉
市販されている超高分子量ポリエチレン繊維(東洋紡社製Dyneema SK-60、1200デニール/1170フィラメント)を用いた以外は、実施例2と同様の方法で40mmの長さにカットした超高分子量ポリエチレン短繊維の集束繊維を得た。実施例1と同様に、加工性、曲げ強度、集束性、分散性の評価を行った。その結果を表1に示す。
〈超高分子量ポリエチレン集束繊維の製造〉
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)
との混合重量比(PAの重量)/(PVAの重量)が1.5になるよう、繊維重量に対する固形分比率(PA)/(PVA)が15.0重量%/10.0重量%の混合物からなるものを集束剤として用いた。実施例1と同様の超高分子量ポリエチレン繊維を前記の水溶性集束剤に浸漬した後、105℃で乾燥して集束させた。繊維をギロチンカッターにより17mmの長さにカットして超高分子量ポリエチレン短繊維の集束繊維を得た。実施例1と同様に、加工性、曲げ強度、集束性、分散性の評価を行った。その結果を表1に示す。
〈超高分子量ポリエチレン集束繊維の製造〉
実施例2と同様の超高分子量ポリエチレン繊維を用い、比較例1と同様の方法で集束させた。ギロチンカッターにより14mmの長さにカットして超高分子量ポリエチレン短繊維の集束繊維を得た。実施例1と同様に、加工性、曲げ強度、集束性、分散性の評価を行った。その結果を表1に示す。
〈超高分子量ポリエチレン集束繊維の製造〉
エチレン-酢酸ビニル樹脂エマルション(Sumikaflex752、住友化学工業株式会社製)20.0重量%、フェノール樹脂エマルション(プライオーフェン TD4302、DIC社製)10.0重量%の混合物、架橋剤としてγ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン(A-189、V.C.C社製)0.5重量%、潤滑剤(Cationic X)0.7重量%、アクリル系帯電防止剤(セビアン-A46753、ダイセルポリマー社製)1.5重量%、溶剤としてDBP1.0重量%、イオン交換水67.65重量%を用い、氷酢酸にてpHを5.3に調整した。実施例1と同様の超高分子量ポリエチレン繊維を使用し、前記の集束剤に浸漬した後、120℃で12時間乾燥した。ギロチンカッターで17mmの長さにカットして超高分子量ポリエチレン短繊維の集束繊維を得た。実施例1と同様に、加工性、曲げ強度、集束性、分散性の評価を行った。その結果を表1に示す。
〈超高分子量ポリエチレン集束繊維の製造〉
実施例2と同様の超高分子量ポリエチレン繊維を使用し、比較例3と同様の集束剤に浸漬した後、120℃で12時間乾燥した。ギロチンカッターで14mmの長さにカットして超高分子量ポリエチレン短繊維の集束繊維を得た。実施例1と同様に、加工性、曲げ強度、集束性、分散性の評価を行った。その結果を表1に示す。
〈超高分子量ポリエチレン集束繊維の製造〉
ポリオレフィン系エラストマーとしてプロピレン系エラストマーを用いた。すなわち、プロピレン・ブテン-1共重合体100重量部に対して、無水マレイン酸変性ポリオレフィンワックス(グラフト量:3重量%、-COO-基:0.67ミリモル/g-重量体)10重量部、及び、オレイン酸カリウム3重量部からなる固形分40%の水性分散体を固形分25%に希釈して用いた。実施例1と同様の繊維を使用し、前記の水性コーティング剤に浸漬した後、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、100℃で2分間乾燥し、引き続き1分間養生を行った。ギロチンカッターで17mmの長さにカットして超高分子量ポリエチレン短繊維の集束繊維を得た。実施例1と同様に、加工性、曲げ強度、集束性、分散性の評価を行った。その結果を表1に示す。
〈超高分子量ポリエチレン集束繊維の製造〉
実施例2と同様の超高分子量ポリエチレン繊維を使用し、比較例5と同様の集束剤に浸漬した後、100℃で2分間乾燥し、引き続き1分間養生を行った。ギロチンカッターで14mmの長さにカットして超高分子量ポリエチレン短繊維の集束繊維を得た。実施例1と同様に、加工性、曲げ強度、集束性、分散性の評価を行った。その結果を表1に示す。
Claims (4)
- セメントを補強するための超高分子量ポリオレフィンの集束繊維であって、超高分子量ポリオレフィンからなる繊維100重量部に対して、
(1)繊維形状を有しないポリエチレン系エラストマー70〜99.5重量%
(2)マレイン酸変性ポリエチレンワックス0.5〜30重量%
を含む水性分散体5〜50重量部が付着しているセメント補強用集束繊維。 - 前記超高分子量ポリオレフィンからなる繊維が単糸繊度0.2〜500デニール、長さ3〜100mmであることを特徴とする請求項1記載のセメント補強用集束繊維
- 前記繊維を構成する超高分子量ポリオレフィンが、ASTM D 4020で測定される〔η〕が5dl/g以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載のセメント補強用集束繊維
- 前記水性分散体を構成するポリエチレン系エラストマーのASTM D 4020で測定される〔η〕が0.5〜2.5dl/gであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のセメント補強用集束繊維。
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