JPH06293540A

JPH06293540A - 短繊維予備分散体およびその製造方法

Info

Publication number: JPH06293540A
Application number: JP10616893A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Okada; 慎一郎岡田; Tsugio Chuma; 次夫中馬
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1993-04-07
Filing date: 1993-04-07
Publication date: 1994-10-21

Abstract

(57)【要約】【目的】特殊な混合撹拌機を用いることなく、補強繊
維の短繊維をモルタル中に効率かつ均一に分散する上で
有用な短繊維予備分散体を調製する。【構成】粘度２００〜４００００ｃｐｓ程度の水溶液
又は水分散液に、アスペクト比４０〜１００００の短繊
維を分散し、高い分散安定性を有する分散体を調製す
る。水溶性又は水分散性物質には、水性ゾルを形成する
物質、例えば、水溶性又は水分散性セルロース、セルロ
ースとアリールスルホン酸塩との混合物、ヘクトライト
構造を有する物質などが含まれる。補強繊維の短繊維に
は炭素繊維などが含まれる。水溶性又は水分散性物質の
含有量は、０．２〜１５重量％程度であり、短繊維の割
合は、前記物質の固形分１００重量部に対して、２５〜
７００重量部程度である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建築用、土木用などの
短繊維強化複合材料を調製する上で有用な短繊維予備分
散体およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンクリートなどを補強するため、セメ
ントモルタルの調製に際して、種々の補強繊維、例えば
炭素繊維の短繊維が添加されている。この補強繊維の添
加に際して、補強繊維の集合体を添加すると、通常、補
強繊維が均一に分散されず、繊維の補強性を有効に利用
できなくなる。そのため、特殊なミキサーを用いて補強
繊維を少量ずつ長時間撹拌混合し、セメントモルタルに
短繊維を混入する必要があり、汎用性がなく、作業性が
低下する。一方、補強繊維の分散性を高めるため、高い
剪断力を作用させてセメントモルタルと混合すると、補
強繊維が切断され、補強性が低下し易い。このように、
高い補強性を維持しつつ、セメントモルタルに補強繊維
を効率よくかつ均一に分散させるのが困難である。

【０００３】特開昭６３−１２３８４４号公報には、炭
素繊維の凝集を抑制するため、シリカヒュームなどの微
粉末や極細繊維を、炭素短繊維の表面に付着させた乾状
態の炭素短繊維原材料が開示されている。

【０００４】しかし、この炭素短繊維は、吸着により炭
素フィラメントに微粉末などを付着させているので、付
着した微粉末が、振動などにより再分散する。そのた
め、剪断力が作用する混合工程において、炭素短繊維か
ら微粉末などが脱落し、炭素短繊維を均一に分散させる
のが困難である。また、微粉末は通常コストが高いだけ
でなく、微粉末や極細繊維の付着工程を必要とするの
で、前記方法は経済的でない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、分散安定性が高く、補強繊維の短繊維をモルタル中
に効率よくかつ均一に分散できる短繊維予備分散体を提
供することにある。

【０００６】本発明の他の目的は、特殊な混合撹拌機を
用いることなく、上記の如き優れた特性を有する予備分
散体を効率よく製造できる方法を提供することにある。

【０００７】

【問題点を解決するための手段】本発明者らは、前記目
的を達成するため鋭意検討の結果、特定の水溶液又は水
分散液に短繊維を混合すると、高い分散安定性を有する
分散体が得られることを見いだし、本発明を完成した。

【０００８】すなわち、本発明の短繊維予備分散体は、
水溶性又は水分散性物質を含む粘度２００〜４００００
ｃｐｓの水溶液又は水分散液に、アスペクト比４０〜１
００００の短繊維が分散している。本発明の方法では、
前記水溶液又は水分散液に、上記アスペクト比の短繊維
を分散させて短繊維予備分散体を製造する。

【０００９】なお、本明細書において、特に断わりがな
い限り、スルホン酸塩とスルホン基を有する重合体の塩
とを総称して単にスルホン酸塩と称する。

【００１０】本発明において、水溶液又は水分散液に含
まれる水溶性物質又は水分散性物質としては、例えば、
メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒド
ロキシエチルセルロース、エチルセルロースなどの水溶
性又は水分散性セルロース；ローカストビーンゴム、グ
アールゴム、アラビアゴム、トラガントゴム、アルギン
酸ナトリウム、ペクチン、カラゲニン、キトサンなどの
多糖類とその誘導体；ゼラチン、アルブミンなどの蛋白
質やその誘導体；天然ヘクトライト、合成ヘクトライト
などのヘクトライト構造を有する無機物質などが例示で
きる。これらの物質は、少なくとも一種使用できる。

【００１１】なお、種類の異なる前記物質、例えば、前
記セルロースや多糖類又はその誘導体と、ヘクトライト
構造を有する無機物質とを組合せて使用すると、使用量
が少なくても短繊維の分散効率および分散安定性をさら
に向上できる場合がある。

【００１２】なお、合成ヘクトライトは、例えば、日本
シリカ工業（株）から商品名「ラポナイト」で市販さ
れ、解膠効果を有するゾルグレードが使用できる。「ラ
ポナイト」の一次粒子は、長方形のプレート状である天
然ヘクトライトと異なり微細な円盤状粒子である。ま
た、ヘクトライトは、天然クレー鉱物に属し、結晶三層
構造で、膨脹格子を有する無制限層膨脹型トリオクタヘ
ドラルに属する。このヘクトライトは、Ｓｉ，Ｍｇ，Ｌ
ｉ，Ｎａ原子を有し、水中で分散するとナトリウムイオ
ンが水和されて透明なコロイドとなる。

【００１３】前記水溶液又は水分散液は、水性ゾル、す
なわちコロイド粒子が水性分散媒中に分散したヒドロゾ
ルを形成するようである。好ましい水溶性又は水分散性
物質には、保護コロイドを形成する物質、例えば、セル
ロース、ヘクトライト構造を有する無機物質が含まれ
る。セルロースの水性ゾルは補強繊維の短繊維の分散性
が高く、ヘクトライト構造を有する物質を用いると、水
性ゾルを調製した場合、アルカリ性領域で粘度が低下す
るため、セメントモルタル中に分散した後も、低粘度に
維持できるという利点がある。

【００１４】水溶性又は水分散性物質の含有量は、その
種類に応じて適当に選択できるが、通常、水溶液又は水
分散液中、０．２〜１５重量％、好ましくは０．５〜１
０重量％程度である。前記物質の含有量が０．２重量％
未満であると、短繊維の分散安定性が低下し、１５重量
％を越えると粘度が増大し短繊維の分散効率が低下し易
い。

【００１５】また、水溶性又は水分散性物質と、リグニ
ンスルホン酸塩、メラミンスルホン酸塩、アリールスル
ホン酸塩などのスルホン酸塩、特にアリールスルホン酸
塩を併用すると、短繊維の分散性を向上できる。しか
も、前記スルホン酸塩が減水剤として機能するため、モ
ルタル調製時の水の使用量を低減できる。特に前記セル
ロースと、アリールスルホン酸塩とを組合せると、部分
的にゲル状になると共に、適度な粘度に調整し易いだけ
でなく、短繊維の糸切れを防止しつつ、分散効率および
分散安定性を向上できる。

【００１６】アリールスルホン酸には、例えば、ベンゼ
ンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、ナフタレンス
ルホン酸やこれらの重合体などが含まれる。アリールス
ルホン酸塩としては、例えば、カリウム、ナトリウムな
どのアルカリ金属塩、アンモニウム塩、アミン塩などが
挙げられる。好ましいアリールスルホン酸塩には、例え
ば、ナフタレンスルホン酸ナトリウムなどが含まれる。

【００１７】セルロースに対するスルホン酸塩の割合
は、例えば、セルロース１００重量部に対して、スルホ
ン酸塩１〜２０重量部、好ましくは２〜１５重量部、さ
らに好ましくは５〜１５重量部程度である。

【００１８】前記水溶液又は水分散液の粘度は、短繊維
の分散安定性などを損わない範囲であればよく、例え
ば、２００〜４００００ｃｐｓ、好ましくは５００〜１
００００ｃｐｓ程度である。粘度が低いと繊維が凝集し
易く、粘度が高いと短繊維の分散に長時間を要する。

【００１９】水溶液又は水分散液の粘度は、前記水溶性
又は水分散性物質以外に、ポリビニルアルコール、ベン
トナイトなどの増粘剤や減粘剤などの添加により調整し
てもよい。また、短繊維の分散性は、界面活性剤、親水
性ポリマー（例えば、ポリアクリル酸塩、スチレン−マ
レイン酸共重合体の塩など）を用いて向上させてもよ
い。

【００２０】前記水溶液又は水分散液に分散する短繊維
としては、例えば、ポリアクリロニトリル、フェノール
樹脂、レーヨンなどの高分子繊維、石油又は石炭系ピッ
チなどを素材とする炭素繊維；ポリプロピレン繊維；耐
アルカリガラス繊維；芳香族ポリアミド繊維（アラミド
繊維など）；ポリビニルアルコール系合成繊維（高強度
ビニロン繊維）；ポリエーテルスルホン繊維などが例示
される。これらの繊維は少なくとも一種使用できる。な
お、繊維の素線径は、例えば、５〜３０μｍ程度であ
る。

【００２１】これらの繊維の中で、コンクリートに対す
る補強効果を高めるため、引張弾性率５×１０³ｋｇｆ
／ｍｍ²以上の繊維、例えば、炭素繊維やアラミド繊維
などが好ましい。

【００２２】前記短繊維のアスペクト比は、４０〜１０
０００、好ましくは１００〜２０００程度である。炭素
繊維のアスペクト比が４０未満であると補強効果が低
く、１００００を越えると、予備分散体やセメントモル
タルにおける含有量が低下し易い。

【００２３】補強繊維の短繊維の割合は、分散効率およ
び分散安定性を損わない範囲で適当に選択できるが、例
えば、前記水溶性又は水分散性物質の固形分１００重量
部に対して、２５〜７００重量部、好ましくは５０〜５
００重量部程度である。前記物質に対する短繊維の割合
が小さいと、少量でコンクートを補強するのが困難とな
り、多過ぎると分散効率が低下し易い。

【００２４】また、水性分散体中の短繊維の含有量は、
例えば、２〜２０重量％、好ましくは３〜１５重量％程
度である。短繊維の含有量が２重量％未満であると、セ
メントモルタルに対する水性分散体の添加量が多くな
り、２０重量％を越えると水性分散体の粘度が増大し、
作業性が低下する場合がある。

【００２５】短繊維予備分散体は、慣用の添加剤、例え
ば、酸化防止剤などの老化防止剤、防腐剤、導電剤、充
填剤、着色剤などを含んでいてもよい。

【００２６】水性分散体の粘度は、例えば、２００〜８
００００ｃｐｓ、好ましくは５００〜２００００ｃｐｓ
程度である。なお、セメントモルタルへの添加に際し、
前記水性分散体と水とを混合して使用する場合、水性分
散体の粘度は２００００ｃｐｓ以上であってもよい。

【００２７】本発明の予備分散体は、前記水溶液又は水
分散液に前記短繊維を分散させるという簡単な方法で調
製できる。しかも、短繊維に対する分散性が高いので、
特殊な混合機を用いることなく、慣用の混合機が使用で
きるという利点がある。

【００２８】前記短繊維予備分散体は、通常、前記水溶
性又は水分散性物質と水との混合液（例えば、コロイド
溶液）を調製し、得られた混合液に、補強繊維の短繊維
を徐々に又は一括して添加し、混合攪拌することにより
調製できる。

【００２９】得られた水性分散体は、分散安定性が高い
ので、長期に亘り保存できると共に、輸送や保存過程で
短繊維が凝集するのを顕著に防止できる。そのため、予
備分散体をモルタルの混練中に添加すると、全体に亘り
繊維を均一に分散させることができる。

【００３０】モルタルは、セメントと水と水性分散体と
を混和する慣用の方法により調製できる。また、水性分
散体の水含有量が多い場合、前記モルタル中の水は、水
性分散体に含まれる水に由来してもよい。セメントの種
類は特に制限されず、例えば、ポルトランドセメント、
早強ポルトランドセメント、アルミナセメント、急硬高
強度セメント、焼きセッコウなどの自硬性セメント；石
灰スラグセメント、高炉セメントなどの水硬性セメン
ト；混合セメントなどが挙げられる。

【００３１】上記モルタルは骨材、凝結遅延剤、硬化促
進剤、減水剤、凝固剤、増粘剤、発泡剤、防水剤などを
含有していてもよい。

【００３２】前記モルタルの固形分に対する短繊維予備
分散体の添加量は、補強繊維の短繊維として、通常、
０．１〜２５体積％、好ましくは０．５〜１０体積％程
度である。

【００３３】このようにして調製されたセメントモルタ
ルは、通常、所定の型枠内に打設され、慣用の方法、例
えば、蒸気養生、オートクレーブ養生などの養生方法に
より養生してもよい。

【００３４】

【発明の効果】本発明の短繊維予備分散体は、分散安定
性が高いので、補強繊維の短繊維をモルタル中に効率よ
くかつ均一に分散できる。

【００３５】本発明の方法によれば、分散効率が高いの
で、特殊な混合撹拌機を用いることなく、上記の如き優
れた特性を有する予備分散体を効率よく製造できる。

【００３６】

【実施例】以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細
に説明する。

【００３７】実施例１ヒドロキシメチルセルロース（ヘキスト社製、商品名Ty
roseＦＬ１５００１）の１．５重量％水溶液（コロイド
溶液）１０００ｇ（粘度４０００ｃｐｓ）中に、ピッチ
系炭素繊維（平均繊維長＝３ｍｍ、直径＝１８μｍ）６
０ｇを均一分散させ、予備分散体を調製した。

【００３８】得られた予備分散体を、セメント２０００
ｇおよび硅砂３００ｇに添加し、通常のモルタルミキサ
ーで撹拌したところ、繊維は均一に分散した。

【００３９】実施例２ヒドロキシメチルセルロース（ヘキスト社製、商品名Ty
roseＦＬ１５００１）の１．５重量％水溶液１０００ｇ
中に、ナフタレンスルホン酸ナトリウムを主成分とする
高性能減水剤（花王マイティ１５０）を１０ｇ添加し、
コロイド溶液（粘度８０００ｃｐｓ）を作製した。この
コロイド溶液に、ピッチ系炭素繊維の短繊維（平均長さ
＝３ｍｍ、直径＝１８μｍ）６０ｇを均一に分散させ
て、予備分散体を調製した。

【００４０】セメント２０００ｇおよび硅砂３００ｇに
前記予備分散体を添加して、通常のモルタルミキサーで
撹拌したところ、炭素繊維の短繊維は均一に分散した。

【００４１】実施例３ヘクトライト構造を有する合成物質（日本シリカ工業
（株）製、ラポナイト）の２重量％水溶液１０００ｇ
（粘度６００ｃｐｓ）中に、実施例１で用いたピッチ系
炭素繊維（平均繊維長＝３ｍｍ、直径＝１８μｍ）６０
ｇを均一分散させ、予備分散体を調製した。

【００４２】得られた予備分散体を、セメント２０００
ｇおよび硅砂３００ｇに添加し、通常のモルタルミキサ
ーで撹拌したところ、繊維は均一に分散した。

【００４３】そして、実施例１〜３のモルタルを所定の
型枠に打設し、成形後のコンリートの曲げ強度を測定し
たところ、曲げ強度は、それぞれ９２ｋｇ／ｃｍ²、１
２０ｋｇ／ｃｍ²、８５ｋｇ／ｃｍ²であった。

【００４４】なお、特殊な混合機、すなわちオムニミキ
サーを用いて、セルロースおよびヘクトライト構造を有
する物質を用いることなく、前記実施例１〜３と同様の
配合割合でモルタルを調製し、コンクリートを作製し
た。得られたコンクリートの曲げ強度は、８８ｋｇ／ｃ
ｍ²、１２５ｋｇ／ｃｍ²、９０ｋｇ／ｃｍ²であっ
た。従って、前記セルロースやヘクトライト構造を有す
る物質がコンクリートの特性に悪影響を及ぼすことはな
い。

【００４５】比較例１ヒドロキシメチルセルロース（ヘキスト社製、商品名Ty
roseＦＬ１５００１）の０．５重量％水溶液１０００ｇ
（粘度６０ｃｐｓ）中に、ピッチ系炭素繊維（平均繊維
長＝３ｍｍ、直径＝１８μｍ）６０ｇを均一分散させ、
予備分散体を調製した。実施例１と同様に、セメントお
よび硅砂中に添加して、撹拌したところ、ファイバーボ
ール（毛玉）ができ、繊維を均一に分散できなかった。

【００４６】比較例２ヒドロキシメチルセルロース（ヘキスト社製、商品名Ty
roseＦＬ１５００１）の５重量％水溶液１０００ｇ（粘
度１０００００ｃｐｓ以上）中に、ピッチ系炭素繊維
（平均繊維長＝３ｍｍ、直径＝１８μｍ）６０ｇを添加
し、攪拌混合したところ、分散中に繊維切れが生じ、短
繊維を分散できなかった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ０４Ｂ 24/20 24/38 Ａ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水溶性又は水分散性物質を含む粘度２０
０〜４００００ｃｐｓの水溶液又は水分散液に、アスペ
クト比４０〜１００００の短繊維が分散している短繊維
予備分散体。
【請求項２】水溶性又は水分散性物質が、（１）水溶
性又は水分散性セルロース、（２）このセルロースとア
リールスルホン酸塩との混合物、または（３）ヘクトラ
イト構造を有する物質である請求項１記載の短繊維予備
分散体。
【請求項３】水溶性又は水分散性物質を含む粘度２０
０〜４００００ｃｐｓの水溶液又は水分散液に、アスペ
クト比４０〜１００００の短繊維を分散させる短繊維予
備分散体の製造方法。