JPH08197519A - 熱可塑性樹脂とセメントを混練した組成物の成形方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱可塑性樹脂に配合したセメントを水和によ
り成型組成物を得ることができる。 【構成】 熱可塑性樹脂と水硬性セメントとこの水硬性
セメントの水和に必要な水とを混合した混合材料を押出
機４に導入して予熱混練する。押出機４から予熱混練し
た混合材料を金型５内に導入して成型しながらサイジン
グ９に導出する。サイジング９内において高周波誘電加
熱手段15によって誘電加熱することによりこの混合材料
中の熱可塑性樹脂をゲル化し、同時にセメントを水和す
る。 【効果】 熱可塑性樹脂のゲル化とセメントの水和が略
同時にでき、予熱によりセメントの水和を促進し、熱可
塑性樹脂の溶融とセメントの水和反応とを短時間にで
き、熱変形、線膨張係数、硬度などがセメントにより改
質できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱可塑性樹脂とセメント
を混練した組成物の成形方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のセメントは通常水を混練した混合
材料を水和させて成形し、この成形物は凝結硬化後一定
時間の養生を経て製品化されている。このような成形物
は圧縮強度、不燃、耐久性などが優れているが、曲げ、
引張などの機械的強度、耐薬品性に不安があり、生産性
も悪い問題を有している。

【０００３】また、合成樹脂、特に熱可塑性樹脂は成形
性が非常に優れているが、熱変形、線膨張係数、耐侯
性、硬度などに不安があり、熱可塑性樹脂に炭カルなど
の無機質の充填剤を混合して熱可塑性樹脂の改良と重量
増加を図ることは知られているが、安価な配合コストで
熱可塑性樹脂の基本的な性能を大巾に改善した例は見出
されていない。

【０００４】そこで、熱可塑性樹脂にセメントを混合し
射出成形または押出成形を行ない、成形された成形物を
水に浸漬して水和させることが考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱可塑
性樹脂にセメントを混合して成形し、この成形セメント
を水に浸漬して水和させる方法では、成形セメントは樹
脂に囲まれ、樹脂の疎水性によりセメントに水が浸透し
ないので水和はできず、また、熱可塑性樹脂が水を吸収
するように親水性物質を添加して成形された成形物を水
に浸漬して水和を図ることも考えられるが、樹脂が布や
紙のようにすぐに水を吸収することは考えにくく、水和
するまで相当の時間がかかり、その水和反応も不十分で
所期の効果が得られない問題がある。

【０００６】また、熱可塑性樹脂にセメントと水和に必
要な水を加え混練した材料を射出成形または押出成形を
しても、一般に知られている射出成形、押出成形技術で
は、熱可塑性樹脂のゲル化に必要な熱を加える段階で水
分は沸騰して蒸気となって飛散し、セメントが水和反応
に至らないとともに成形は不可能であるという問題があ
る。

【０００７】本発明は上記問題点に鑑みなされたもの
で、熱可塑性樹脂にセメントを配合し熱可塑性樹脂のゲ
ル化とセメントの水和を行ない、熱可塑性樹脂の成形性
とセメントの特性を保持して、圧縮強度、不燃、耐久性
ばかりでなく、曲げ、引張などの機械的強度、耐薬品性
に優れた成形物が得られる熱可塑性樹脂とセメントを混
練した組成物の成形方法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の熱
可塑性樹脂とセメントを混練した組成物の成形方法は、
熱可塑性樹脂と水硬性セメントとこの水硬性セメントの
水和に必要な水とを混合した混合材料を押出機に導入し
て予熱混練し、この押出機から予熱混練した混合材料を
金型内に導入して成型しながらサイジングに導出し、こ
のサイジング内において高周波誘電加熱手段によって誘
電加熱することによりこの混合材料中の熱可塑性樹脂を
ゲル化し、同時にセメントを水和するものである。

【０００９】請求項２記載の発明の熱可塑性樹脂とセメ
ントを混練した組成物の成形方法は、請求項１記載の熱
可塑性樹脂とセメントを混練した組成物の成形方法にお
いて、熱可塑性樹脂と水硬性セメントとこの水硬性セメ
ントの水和に必要な水とを混合した混合材料に親水性物
質を配合したものである。

【００１０】

【作用】請求項１記載の発明の熱可塑性樹脂とセメント
を混練した組成物の成形方法は、熱可塑性樹脂と水硬性
セメントとこの水硬性セメントの水和に必要な水とを混
合した混合材料を押出機に導入することにより混練しな
がら予熱してセメントと水の水和反応が促進され、金型
で成形された混合材料をサイジング内で高周波誘電加熱
手段により誘電加熱することにより混合材料中の熱可塑
性樹脂はゲル化し、セメントに水が浸透し、セメントが
短時間で水和される。

【００１１】請求項２記載の発明の熱可塑性樹脂とセメ
ントを混練した組成物の成形方法は、熱可塑性樹脂と水
硬性セメントとこの水硬性セメントの水和に必要な水と
を混合した混合材料は熱可塑性樹脂とセメントとの相溶
性を高め、熱可塑性樹脂が分散または溶解してセメント
が硬化し得るように熱可塑性樹脂の親水性が付与され
る。

【００１２】

【実施例】次に、本発明の熱可塑性樹脂とセメントを混
練した組成物の成形方法を実施する成形装置の一実施例
を説明する。

【００１３】図１において、１は押出成形機で、シリン
ダー２内にスクリュー３を回転自在に嵌挿した押出機４
と、この押出機４に連続して配設されかつダイ5aとこの
ダイ5aに嵌挿したマンドレル5bとからなり前記押出機４
から導出された混合材料を成形する金型５と、この金型
５に絶縁材６を介在して連結されかつ外サイジング部７
とこの外サイジング部７内に嵌挿された内サイジング部
８とからなるサイジング９と、このサイジング９から成
形して送出された管状の成形物を冷却する水槽10を有す
る冷却槽11と、この冷却槽11に連結されてこの冷却槽11
にて冷却された成形物を引出す引取り機12とにて構成さ
れている。

【００１４】前記押出機４にはシリンダー２の外周にこ
のシリンダー２内の混合材料を加熱するヒーター14が設
けられている。また、前記サイジング９の内サイジング
部８は両端部を絶縁材６にて支持され、外サイジング部
７と内サイジング部８とは絶縁されている。

【００１５】また、前記サイジング９には高周波誘電加
熱手段15が設けられ、この高周波誘電加熱手段15の高周
波発生装置16の両極はリード線17，18にて前記外サイジ
ング部７と内サイジング部８に接続されている。この内
サイジング部８に接続されたリード線18は前記金型５に
形成した挿通孔19に挿通されて接続されている。

【００１６】次に前記成形装置により熱可塑性樹脂とセ
メントを混練した組成物を成形する成形方法について説
明する。

【００１７】予め熱可塑性樹脂粉末とセメントと水を配
合し混練し、適量を計量した混合材料を押出機４のシリ
ンダー２にホッパー20から導入する。混合材料はシリン
ダー２内で強制回転されているスクリュー３にて混練さ
れながら送り込まれ、シリンダー２内の混合材料はシリ
ンダー２の外部に設けられたヒーター14により60℃から
70℃程度に予熱され、この予熱により混合材料中のセメ
ントと水との水和反応が促進される。

【００１８】そして、押出機４にて予熱混練された混合
材料は金型５に導出され、この混合材料はダイ5aとマン
ドレル5bとにて管状に成形されてサイジング９に導入さ
れて成形物は外周および内周が整えられる。そして、こ
の成形物がサイジング９内を通過する間に高周波誘電加
熱手段15の高周波発生装置16からの高周波による誘電加
熱により混合材料の成形物内部の熱可塑性樹脂を溶融し
てゲル化されるとともに混合材料内に含まれる水がセメ
ントと反応し、セメントの水和が促進される。

【００１９】次いで、サイジング９から導出する成形物
は冷却槽11の水槽10にて冷却され、冷却槽11から成形物
は引取り機12にて引き取られる。

【００２０】混合材料は上記押出機４にて予熱混練さ
れ、サイジング９にて高周波誘電加熱手段15により加熱
することにより、成形物の肉厚内の温度分布差が小さく
なり、混合材料の熱可塑性樹脂は均一にゲル化した成形
物が得られると同時にセメントの水和反応が短時間に完
結できる。

【００２１】そして、前記混合材料の熱可塑性樹脂と、
水硬性セメントおよびこの水硬性セメントの水和に必要
な水との混合比は、熱可塑性樹脂１００重量部に対し
て、セメント５０〜８００重量部、水１５〜４００重量
部として、成形物の使用条件に合わせてこの混合比を適
宜に調整する。

【００２２】また、親水性ポリマーを配合した混合材料
の配合比は、熱可塑性樹脂１００重量部に対して、セメ
ント５０〜８００重量部、水８０〜４００重量部、親水
性ポリマー１〜３０重量部とする。

【００２３】また、前記混合材料は熱可塑性樹脂と、水
硬性セメントおよびこの水硬性セメントの水和に必要な
水とに親水性物質を配合することにより、この親水性物
質は熱可塑性樹脂とセメントとの相溶性を高め、この親
水性物質は熱可塑性樹脂に分散または溶解してセメント
が硬化し得るように熱可塑性樹脂の親水性を付与するこ
とができる。

【００２４】さらに、親水性物質を熱可塑性樹脂に必要
により相溶化する助剤として相溶化剤を用いることがで
きる。

【００２５】また、熱可塑性樹脂と水硬性セメントとこ
の水硬性セメントの水和に必要な水とを混合した混合材
料には、必要に応じて、水和促進効果物質、または保水
性または供水性物質を添加することができる。

【００２６】なお、前記実施例では管状の成形物を成形
する方法について説明したが、環状の成形物に限られる
ものではなく、異形、板状、棒状など各種の長尺物の成
形にも適用できる。

【００２７】なお、前記混合材料の熱可塑性樹脂は、高
周波に対して不活性であるポリエチレン（ＰＥ）を除き
全ての熱可塑性樹脂を適用できる。例えば、アスファル
ト、ポリプロピレン（ＰＰ）、塩化ビニル、エチレンビ
ニルアセテート（ＥＶＡ）、アクリロニトリル−ブタジ
エン−スチレン共重合体（ＡＢＳ）、アクリロニトリル
−アクリルゴム−スチレン共重合体（ＡＡＳ）、アクリ
ロニトリル−ＥＰＤＭ−スチレン共重合体（ＡＥＳ）、
アクリロニトリル−塩素化ポリエチレン−スチレン共重
合体（ＡＣＳ）、メチルメタクリレート−ブタジエン−
スチレン共重合体（ＭＢＳ）、Ｅ−ＰＶＣ、塩化ビニリ
デン、塩素化オレフィンブタジエン樹脂、ポリアセター
ル、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥ
Ｔ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（Ｐ
Ｓ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ウレタ
ン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＵ）、ポリブチレンテ
レフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンエーテル（Ｐ
ＰＥ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、液晶性ポリマー
（ＬＣＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦ
Ｅ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルエ
ーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルスルフォン
（ＰＥＳ）、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフ
ィン系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系エラスト
マー、ポリアミド系エラストマー、ポリブタジエン系エ
ラストマー、塩化ビニル系エラストマー、この他のゴム
系では天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢ
Ｒ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（Ｉ
Ｒ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリル−
ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、エチレン−プロピレンゴム
（ＥＰＭ）、イソブチレン−イソプレンゴム（ＩＩＲ）
などが挙げられ、これらの２種以上の混合物またはコポ
リマーであってもよい。また、それらの新樹脂に限らず
再生材であっても適用できる。

【００２８】また、前記混合材料の水硬性セメントは、
各種のセメントを適用できる。例えば、普通ポルトラン
ドセメント，早強ポルトランドセメント，白色セメン
ト，中庸熱ポルトランドセメント，耐硫酸塩ポルトラン
ドセメント，低アルカリポルトランドセメント，コロイ
ドセメント，油井セメント，超早強ポルトランドセメン
ト（ジェットセメント，スーパーセメント，スーパーベ
ロセメント，ＳＱセメント）などのポルトランドセメン
ト，高炉セメント，フライアッシュセメント，シリカセ
メント，高密度セメントなどの普通ポルトランドセメン
トに潜在硬化性の物質を添加した混合セメント、石膏を
添加した普通ポルトランドセメント，消石灰を添加した
普通ポルトランドセメント，消石灰とアルミナセメント
とを添加した普通ポルトランドセメントなどの普通ポル
トランドセメントに硬化性の物質を添加した混合セメン
ト、アルミナセメント、マグネシアセメント（MgO ＋Mg
Cl₂・2H₂ 0 ＋水），亜鉛セメント（ZnO ＋ZnCl₂ ・2H
₂ 0 ＋水）などのオキシクロライドセメント、燐酸亜鉛
セメント、燐酸マグネシアセメント、亜鉛華とアクリル
酸と触媒を配合した歯科用セメント、リチュウムシリケ
ートにアルミナゾル（無機接着材）を配合した硅酸塩セ
メント、硅酸ソーダに高炉スラグを配合した硅酸塩セメ
ント、硅酸ソーダに石灰数を配合した硅酸塩セメント，
硅酸ソーダ，硅酸カリ，硅酸リチュウム，シリカゾルの
いずれかに硅酸ジカルシュウムを配合した硅酸塩セメン
ト、さらには、混合して水の存在下に常温または加熱に
よりセメントとなるもの、例えば活性シリカ（シリカフ
ラワー、ホワイトカーボン、硅藻土、硅石粉、白土）に
石灰類，水酸化アルミ，アルミン酸ソーダのいずれかを
配合した物質、活性アルミナまたは水酸化アルミと石灰
類またはシリカゾルを配合した物質、化学反応によりセ
メントになるもの、例えば、無水燐酸または亜燐酸と石
灰類，マグネジュウム，アルミニュウム，亜鉛，鉄，マ
ンガンなどの酸化物または水酸化物とを化学反応させた
物質（無水燐酸，亜燐酸融点が80℃以上にて溶融反応す
るもの）、硼酸と石灰類，マグネジュウム，アルミニュ
ウム，亜鉛，鉄，マンガンなどの酸化物または水酸化物
とを化学反応させた物質（硼酸融点が80℃以上にて溶融
反応するもの）、また、水の存在下に炭酸ガスにより硬
化物となる物質、例えばエチレンカーボネートと石灰類
またはマグネシュウムまたは鉄、亜鉛類などを配合した
物質、または、炭酸アンモと石灰類またはマグネシュウ
ムまたは鉄、亜鉛類を配合し水酸化物または酸化物と炭
酸ガス源物質を混合した物質、或いは石灰類またはマグ
ネジュウムを配合した物質（水酸化物または酸化物と気
硬性）、または、水の存在下に酸素ガスにより硬化物と
なる物質、例えば酸化され易い金属粉と酸化剤（過酸化
水素水、二酸化マンガン、過酸化物と混合するもの）を
配合したものなどを適用できる。

【００２９】また、前記混合材料の親水性物質は、ポリ
エチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドなどの
ポリオレフィンオキサイドやＰＶＡ、ポリエチレングリ
コール、ポリプロピレングリコールなどの多価アルコー
ル類などの単体または２種類以上の混合物若しくはこれ
らの共重合体、ＰＰＧを含む誘導体、例えばポリウレタ
ンプレポリマーを含むまたは界面活性剤中非イオン界面
活性剤とその原料であるポリオキシエチレンアルコール
エーテル類と多価アルコールのポリオキシエチレンアル
キルエーテル類、ポリエチレングリコール脂肪酸エステ
ル、多価アルコールのエステル類などのＴＤＩまたはＭ
ＤＩとポリオール（ウレタン）などが挙げられる。

【００３０】また、他の親水性物質としては、例えば高
吸水性ポリマーを挙げられるが、高吸水性ポリマーを熱
可塑性樹脂に粉体混合する方法では効果が低いので、高
吸水性ポリマーの合成方法を応用して熱可塑性樹脂に高
吸水性ポリマーを直接混合する方法は吸水性が極端に低
下する欠点を改善して、熱可塑性樹脂内で高吸水性ポリ
マーを合成する方法がある。一般に高吸水性ポリマーと
なった物質は熱可塑性樹脂に相溶性がなく、有機溶剤に
も不溶であるため、熱可塑性樹脂の界面改善性は弱い
が、合成原料のいずれか一方を熱可塑性樹脂に粉体混合
し一方を熱可塑性樹脂に直接または相溶化剤と溶解添加
することによりポリオレフィンオキサイドのような改善
剤となし得る、例えば、澱粉−アクリロニトリルグラフ
ト重合物、澱粉−アクリル酸グラフト重合物、澱粉−ス
チレンスルホン酸グラフト重合物、澱粉−ビニルスルホ
ン酸グラフト重合物、澱粉−アクリルアミドグラフト重
合物、澱粉−ポリビニルケトン重合物、セルローズ−ア
クリロニトリルグラフト重合物、セルローズ−スチレン
スルホン酸グラフト重合物、その他の澱粉誘導体、ヒル
アロン酸、アガロース、キトサン、コーラゲンなどの天
然物を適用できる。

【００３１】また、さらに他の親水性物質としては、例
えば合成高分子系のＰＶＡ架橋重合物、ＰＶＡエラスト
マー、アクリル酸塩架橋重合物、アクリル酸エステル−
酢酸ビニール共重合物部分可水分解物、アクリル酸塩−
ＰＶＡ共重合物、ポリアクリロニトリル重合物部分可水
分解物、ヒドロキシエチールメタアクリレート重合物、
無水マレイン酸イソブチレン共重合物塩、ビニールピロ
リドン共重合物または重合物、ポリエチレングリコール
−ジアクリレート共重合物、ポリプロピレングリコール
−ジアクリレート共重合物、ポリエチレンイミン共重合
物が挙げられる。また、これらの単独または２種以上の
混合物も適用できる。

【００３２】また、親水性物質を熱可塑性樹脂に相溶化
する通常のポリマーアロイ用相溶化剤は基より上記親水
性物質と相溶し、熱可塑性樹脂とも相溶しそれ自身が親
水性物質でもある親水性と油溶性を示す物質、例えばポ
リビニールエーテル、ポリビニールケトン、レシチンな
どである。そして、これらの親水性物質と重合させて用
いることができる。この相溶化剤としては、ＰＶＣとＰ
ＶＡまたは澱粉誘導体、ＰＥＧ、ＰＥＯ、ゼラチン、多
糖類の反応物、ビニールベンゼンスルホン酸、これらの
共重合物、イオン交換樹脂、イオン交換膜が挙げられ
る。

【００３３】これらの相溶化剤物質の内、特に実用的な
ものとしては、ＰＥＧ分子量７００〜２０，０００、Ｐ
ＥＯ分子量２０，０００〜１，０００，０００が親水性
物質のＴＤＩ，ＭＤＩ、アクリル酸、メタアクリル酸反
応物と重合させることができる。

【００３４】さらに、相溶化剤としては、ＰＶＡエラス
トマー、ナイロンエラストマー、ポリアクリルアミドま
たはアクリル酸、メタアクリル酸共重合物、ＰＥＯ、Ｐ
ＥＧ単体を挙げることができる。

【００３５】さらに、水和促進効果物質は塩類または可
溶物で、ハロゲン化物、塩カル、塩マグ、塩化アルミ、
食塩、塩化鉄などの塩類、硫酸ソーダ、ミョウバン、硫
酸バンドなどの硫酸塩、砂糖、可溶性澱粉、ゼラチン、
寒天、木粉などの天然物、超吸水性樹脂、ＰＶＡ、ベン
トナイト、ゼオライト、シリカゾル、バームキューライ
ト、石綿、セピオライト、パルプ、綿、中空繊維、可溶
性繊維などが挙げられる。

【００３６】また、保水性または供水性物質としては、
カーボンブラック、ホワイトカーボン、ベントナイト、
超吸水性樹脂、ＰＶＡ、メチールセルローズ、可溶性澱
粉、ゼラチン、寒天、ＣＳＡ、ジプカル、ＥＳ、石膏と
アルミナセメント（エトリンジャイト生成物）などが挙
げられる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、熱可塑性樹脂と水硬性
セメントと水とからなる混合材料の熱可塑性樹脂は高周
波誘電加熱装置の高周波誘電により加熱され、熱可塑性
樹脂のゲル化とセメントの水和が略同時に行なわれ、成
形物の肉厚内の温度分布差が小さくなり、均一にゲル化
した成形物が得られ、予熱によりセメントの水和が促進
され、熱可塑性樹脂の溶融とセメントの水和反応とが短
時間にでき、熱可塑性樹脂の問題点である熱変形、線膨
張係数、硬度などがセメントにより改質され、優れた成
形物が得られ、各種樹脂とセメントの配合を変えること
により新しいプラスチックの用途開発が可能になる。

【００３８】また、親水性ポリマーが熱可塑性樹脂に分
散または溶解してセメントが硬化し得るように熱可塑性
樹脂の親水性が付与され、熱可塑性樹脂の溶融とセメン
トの水和反応とがより短時間にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱可塑性樹脂とセメントを混練した組
成物の成形方法の一実施例を示す成形装置の説明断面図
である。

【符号の説明】

４ 押出機 ５ 金型 ９ サイジング 15 高周波誘電加熱手段

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０４Ｂ 103:46 111:20 (71)出願人 000210687 秩父コンクリート工業株式会社 東京都文京区本郷４丁目８番17号 (71)出願人 000223414 筒中プラスチック工業株式会社 大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号 (71)出願人 000010065 フクビ化学工業株式会社 福井県福井市三十八社町33字66番地 (71)出願人 000005913 三井物産株式会社 東京都千代田区大手町１丁目２番１号 (72)発明者 猪浦 良三 東京都中央区京橋三丁目２番９号 前澤化 成工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂と水硬性セメントとこの水
   硬性セメントの水和に必要な水とを混合した混合材料を
   押出機に導入して予熱混練し、この押出機から予熱混練
   した混合材料を金型内に導入して成型しながらサイジン
   グに導出し、このサイジング内において高周波誘電加熱
   手段によって誘電加熱することによりこの混合材料中の
   熱可塑性樹脂をゲル化し、同時にセメントを水和するこ
   とを特徴とする熱可塑性樹脂とセメントを混練した組成
   物の成形方法。
2. 【請求項２】 熱可塑性樹脂と水硬性セメントとこの水
   硬性セメントの水和に必要な水とを混合した混合材料に
   親水性物質を配合したことを特徴とする請求項１記載の
   熱可塑性樹脂とセメントを混練した組成物の成形方法。