JPH09278503A - セメント補強繊維用集束剤、及びこれを塗布したセメント補強用繊維 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 繊維の集束性および分散性に優れ、大きな機
械的強度を与え得るセメント補強繊維用集束剤を提供す
る。 【解決手段】 カルボキシル基などのアニオン性基を有
する変性ポリビニルアルコールを含有するセメント補強
繊維用集束剤であり、ポリビニルアルコールにアクリル
アミドをマイケル付加した後加水分解することにより得
られる変性ポリビニルアルコールを、セメント補強繊維
用集束剤として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セメント補強繊維
用集束剤、及びこれを塗布したセメント補強用繊維に関
し、詳しくは、コンクリート、モルタル等のセメント組
成物に対する補強繊維として用いられるビニロン繊維、
アクリル繊維、アラミド繊維、炭素繊維等の繊維の集束
剤、及びこれを塗布したセメント補強用繊維に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】コンクリ
ート等のセメント組成物の建造物、成形品は、圧縮強
度、耐久性等が良好で、安価であることから、土木・建
築分野で大量に使用されている。

【０００３】しかしながら、これらは耐屈曲性、耐衝撃
性が低く、亀裂を生じやすい欠点を有している。これら
を解決する目的で、石綿に代表される無機繊維を補強材
として用いる方法があるが、石綿は発がん性物質である
ため、製造及び使用が規制されている。

【０００４】これら無機繊維に代わるものとして、ビニ
ロン繊維、アクリル繊維、アラミド繊維、炭素繊維等が
用いられるが、これらの補強繊維は通常、数百本以上の
細い単繊維の集合体からなるため、そのままでは取扱い
が困難であるばかりでなく、セメント組成物の撹拌中に
添加した場合において均一に分散せず、塊状になり、結
果として補強繊維としての役割を果たさないという問題
があった。

【０００５】そこで、取扱いを容易にし、且つ塊状にな
るのを防止する目的で、デンプン、ポリビニルアルコー
ル（以下、「ＰＶＡ」という）に代表される集束剤を用
いてサイジングした繊維を使用する提案がなされた。

【０００６】通常、上記した繊維は、一定の長さにカッ
トしたチップ状にて使用されるが、当該繊維は、前述し
たようにサイジングされているため、なるほど取扱いが
容易で、セメント組成物の撹拌中に添加しても塊状にな
ることはなかった。

【０００７】しかしながら、これらは集束繊維の単位で
は均一に分散するが、単繊維のレベルで見ると、均一に
分散しているとは言えず、十分な強度を付与することは
できなかった。

【０００８】［発明の目的］本発明は上記の実情に鑑み
てなされたものであり、その目的は、繊維の集束性およ
び分散性に優れ（集束繊維の単位はもちろんのこと、単
繊維のレベルでの分散性にも優れ）、大きな機械的強度
を与え得るセメント補強繊維用集束剤、及びこれを塗布
したセメント補強用繊維を提供するところにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討の
結果、アニオン性基を有する変性ＰＶＡを含有してなる
集束剤により集束された補強繊維が、良好な集束性とハ
ンドリング性を示し、かつセメント組成物の撹拌中に添
加した場合において、低温でも速やかに集束剤が繊維か
ら脱離（セメント組成物中に溶解）し、単繊維のレベル
で均一分散し、コンクリート等のセメント組成物に優れ
た耐屈曲性、耐衝撃性を付与することを見出した。

【００１０】請求項１記載のセメント補強繊維用集束剤
は、アニオン性基を有する変性ＰＶＡを含有してなるも
のである。

【００１１】請求項２記載のセメント補強繊維用集束剤
は、前記の変性ＰＶＡが、ＰＶＡにビニル化合物をマイ
ケル付加するか、あるいはそのあと加水分解することに
より得られるものであることを特徴とする。

【００１２】請求項３記載のセメント補強繊維用集束剤
は、前記変性ＰＶＡが、ＰＶＡにアクリロニトリルある
いはアクリルアミドをマイケル付加した後加水分解する
ことにより得られるものであることを特徴とする。

【００１３】請求項４記載のセメント補強用繊維は、請
求項１〜３のいずれか１項記載のセメント補強繊維用集
束剤を塗布してなるものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明で用いられるアニオン変性
ＰＶＡの重合度に特に限定はないが、２００〜８，００
０であることが好ましくは、３００〜４，０００である
ことがさらに好ましい。重合度が２００未満であれば、
良好な集束性が得られない場合があり、８，０００を超
えるとセメント組成物への溶解速度が遅くなり、単繊維
のレベルでの均一分散が困難となる場合がある。

【００１５】アニオン性基の変性率としては２．０〜４
０モル％が好ましく、４．０〜３０モル％がさらに好ま
しい。２．０モル％未満だとセメント組成物への溶解速
度が遅くなる。一方、４０モル％を超えるものは、製造
が困難であるばかりでなく、コスト高を招く。

【００１６】また、アニオン性基の種類としては、カル
ボキシル基、スルホン基、燐酸基等が挙げられるが、経
済性、製造のしやすさの点でカルボキシル基、スルホン
基が望ましい。

【００１７】カルボキシル基含有変性ＰＶＡとしては、
例えば、酢酸ビニルとイタコン酸あるいはマレイン酸等
を共重合した後けん化して得られる、いわゆる共重合変
性ＰＶＡや、ＰＶＡに直接カルボキシル基を導入する、
いわゆる後変性ＰＶＡ等が挙げられる。

【００１８】後変性でＰＶＡにカルボキシル基を導入す
る方法としては、ＰＶＡを無水マレイン酸等で片エステ
ル化する方法、ＰＶＡにモノクロロ酢酸等を置換反応さ
せる方法、アクリル酸等をＰＶＡにマイケル付加反応さ
せる方法、同じくアクリロニトリル、アクリルアミド等
をマイケル付加反応させた後加水分解させる方法等があ
る。このうち反応率が高く、且つ高変性率のものが得ら
れるという点で、アクリロニトリルあるいはアクリルア
ミドをマイケル付加させた後加水分解する方法が望まし
い。

【００１９】一方、ＰＶＡにスルホン基を導入する方法
としては、例えば、酢酸ビニルとビニルスルホン酸、ス
チレンスルホン酸、アリルスルホン酸、メタアリルスル
ホン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスル
ホン酸（以下、「ＡＭＰＳ」という）等を共重合した後
けん化する方法、ビニルスルホン酸もしくはその塩、Ａ
ＭＰＳもしくはその塩等をＰＶＡにマイケル付加させる
方法等がある。このうち、反応率が高く、高変性のもの
が得られるという点で、ＡＭＰＳもしくはその塩をＰＶ
Ａにマイケル付加させる方法が望ましい。

【００２０】これら集束剤の補強繊維に対する塗布量
は、繊維に対し０．０５〜８．０重量％の範囲が望まし
い。０．０５％未満だと満足できる集束性が得られにく
く、また、８．０％を超えるとコストが高くつくばかり
でなく、セメント組成物への溶解速度が遅くなる場合が
ある。

【００２１】本発明の集束剤は、前記の変性ＰＶＡを必
須成分（主成分）とすることから、セメント組成物への
溶解性に優れ、また、皮膜形成能が大きく、バインダー
効果、製繊時の毛羽伏せ効果、平滑性、帯電防止性等も
良好である。

【００２２】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
する。なお、文中、部または％とあるものについては、
特に断りのない限り重量基準である。

【００２３】製造例１ 酢酸ビニル７５部、メタノール５００部、イタコン酸
４．８５部、ＮａＯＨが１．１０部、アゾビスイソブチ
ロニトリル０．３部をセパラブルフラスコに仕込み、７
０℃で９時間重合した。この時の重合率は８１％であっ
た。未反応の酢酸ビニルを除去した後、理論量の１／１
０のＮａＯＨを加え、４０℃で５時間けん化した。得ら
れたカルボキシ変性ＰＶＡの重合度は１，２００、けん
化度９６．３モル％であった。また、ＮＭＲで分析した
ところ、カルボキシル変性率は３．３モル％であった。

【００２４】製造例２ ＰＶＡ（重合度１，７００、けん化度９９．１モル％）
４０部、無水マレイン酸１５部、炭酸水素ナトリウム４
部、トルエン３５０部をセパラブルフラスコに仕込み、
７０℃で５時間撹拌した。得られた生成物を濾過した
後、メタノール、アセトンで数回精製した。なお、この
もののコロイド当量値より求めたカルボキシル変性率は
７．３モル％であった。

【００２５】製造例３ ４リットル容の横形ブレンダーにＰＶＡ（重合度５０
０、けん化度８８．２モル％）４９０部、ＮａＯＨ２０
０部、５０％−モノクロロ酢酸水溶液４２０部、イソプ
ロピルアルコール２００部を加え、６０℃で８時間撹拌
した。得られた生成物をメタノールで精製した後乾燥
し、コロイド滴定で分析したところ、カルボキシ変性率
は１６．２モル％であった。

【００２６】製造例４ ４リットル容の横形ブレンダーにＰＶＡ（重合度２，５
００、けん化度９８．８モル％）４４０部、３０％−Ｎ
ａＯＨ水溶液２００部、及び５０％−アクリルアミド水
溶液４８４部を加え、６０℃で８時間撹拌した。次いで
５０％−ＮａＯＨ１００部を加え、９０℃で１時間加水
分解を行った。得られた粉末をＮＭＲで分析したとこ
ろ、カルボキシル変性率は２９．３モル％であった。

【００２７】製造例５ ５０％−アクリルアミド水溶液４８４部の代わりに、ア
クリロニトリル２５０部を用いた以外は、全て製造例４
と同様の方法で行った。得られた粉末をＮＭＲで分析し
たところ、カルボキシル変性率は３７．６モル％であっ
た。

【００２８】製造例６ ４リットル容の横形ブレンダーにＰＶＡ（重合度１，７
００、けん化度９８．５モル％）４４０部、５０％−Ｎ
ａＯＨ水溶液２８０部、及び５０％−ＡＭＰＳ水溶液８
２８部を加え、８０℃で７時間撹拌した。得られた粉末
をＮＭＲで分析したところ、スルホン基変性率は１４．
３モル％であった。

【００２９】製造例７ ４リットル容の横形ブレンダーにＰＶＡ（重合度５，０
００、けん化度９８．２モル％）４４０部、３０％−Ｎ
ａＯＨ水溶液７０部、及び５０％−アクリルアミド水溶
液２８４部を加え、６０℃で４時間撹拌した。次いで５
０％−ＮａＯＨ１２５部を加え、７０℃で１時間加水分
解を行った。次いで、５０％−ＡＭＰＳナトリウム塩水
溶液４６０部を加え、８０℃で４時間撹拌した。得られ
た粉末をＮＭＲで分析したところ、カルボキシル変性率
は１７．３モル％、スルホン基変性率は６．５モル％で
あった。

【００３０】製造例８ ４リットル容の横形ブレンダーにＰＶＡ（重合度１，６
００、けん化度９９．２モル％）４４０部、３０％−Ｎ
ａＯＨ水溶液７部、及び５０％−アクリルアミド水溶液
２８部を加え、６０℃で２時間撹拌した。次いで５０％
−ＮａＯＨ１２部を加え、７０℃で１時間加水分解を行
った。得られた粉末をＮＭＲで分析したところ、カルボ
キシル変性率は１．６モル％であった。

【００３１】実施例１〜８、及び比較例１，２ （集束性の評価）製造例１〜８で得られた変性ＰＶＡを
種々の濃度のポリマー水溶液に調製し、サイジングマシ
ーンにて、補強繊維のサイジングを行った。補強繊維と
しては、ビニロン繊維、アクリル繊維、アラミド繊維を
それぞれ使用した。

【００３２】このうち、集束剤の付着量（塗布量）が繊
維に対し、４．５〜５．５％（固型分）となったものに
つき、平滑性、毛羽伏せ性等の集束性を総合評価すると
ともに、このものを以後の試験に供した。集束性につい
ては、次の基準に従って評価した。

【００３３】 ◎ 平滑性、毛羽伏せ性とも非常に良好 ○ 平滑性が良好で、毛羽立ちもほとんどない △ 平滑性、毛羽伏せ性のどちらか一方が悪い × 平滑性がなく、毛羽立ちも多い。

【００３４】（分散性の評価、及び曲げ強度の測定） ［１］セメント組成物の調製

【表１】 上記［表１］に示したセメント組成物の処方において、
水以外の各成分をミキサーに入れ、１，０００ｒｐｍで
５分間混合撹拌した。次いで、これに水を加え、更に１
分間混合撹拌した後、混練機（オーガー式押し出し混練
機）で十分に混練した。

【００３５】［２］成形体の調製 上記［１］で得られた混練物を、平板金型（長さ５００
ｍｍ×幅２５０ｍｍ×厚さ１５ｍｍ）が取り付けられた
真空押出機にて押出成形を行ない、成形体を得た。この
成形体を水中で４週間養生した後、幅２５ｍｍ、長さ２
４０ｍｍ、厚さ１５ｍｍに切断後乾燥し、試験サンプル
とした。

【００３６】試験サンプルの曲げ強度をオートグラフに
て測定するとともに、破断面における補強繊維の分散性
を目視で次の基準に従って評価した。

【００３７】 ◎ 単繊維レベルで均一に分散 ○ 単繊維レベルでほとんど均一に分散 △ 分散しているが、単繊維レベルでは分散性不良 × 分散性不良。

【００３８】上記した補強繊維の集束性、セメント組成
物への分散性、及び得られた成形体の曲げ強度の試験結
果を［表２］に記載した。

【００３９】また、比較対照のため、変性ＰＶＡを使用
する代わりに未変性ＰＶＡを用いた例（比較例１）、集
束剤を使用しなかった例（比較例２）の結果を［表２］
に併記する。

【００４０】

【表２】

【００４１】

【発明の効果】本発明の補強繊維用集束剤は、アニオン
基変性ＰＶＡを必須成分とすることから、 １．皮膜形成性が良好であり、高湿度下でも簡単に皮膜
が得られ、フィラメント同士の摩擦を防ぐことができ、
毛羽立ちの発生を抑えるとともに、平滑性を良好にす
る。

【００４２】２．集束された繊維は、ハンドリング性が
良く、セメント組成物に添加しても塊状にならずに均一
分散が可能となる。

【００４３】３．更に、セメント組成物の中で本集束剤
は速やかに溶解除去されることから、単繊維のレベルで
の補強繊維の均一分散が可能となり、コンクリートなど
に元来不足している耐屈曲性、耐衝撃性を向上させるこ
とができる。

【００４４】等の特徴を有している。

【００４５】したがって、本発明の補強繊維用集束剤
は、ビニロン繊維、アクリル繊維等の補強繊維のサイジ
ングにおいて、平滑性や毛羽伏せ性の良好な集束性を示
し、コンクリート等に添加する場合において、ハンドリ
ング性が良く、かつ添加後単繊維レベルで速やかに均一
分散し、コンクリート等のセメント組成物の耐屈曲性、
耐衝撃性を向上させることができる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アニオン性基を有する変性ポリビニルアル
   コールを含有してなるセメント補強繊維用集束剤。
2. 【請求項２】前記の変性ポリビニルアルコールが、ポリ
   ビニルアルコールにビニル化合物をマイケル付加する
   か、あるいはそのあと加水分解することにより得られる
   ものであることを特徴とする請求項１記載のセメント補
   強繊維用集束剤。
3. 【請求項３】前記変性ポリビニルアルコールが、ポリビ
   ニルアルコールにアクリロニトリルあるいはアクリルア
   ミドをマイケル付加した後加水分解することにより得ら
   れるものであることを特徴とする請求項１記載のセメン
   ト補強繊維用集束剤。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項記載のセメン
   ト補強繊維用集束剤を塗布してなるセメント補強用繊
   維。