KR0119365B1 - 시멘트 보강용 셀루로즈섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시멘트성형품의 내부에 균일하게 분포되어서 굽힘강도와 보강효과가 우수한 시멘트성형품을 제공해주는 시멘트 보강용 셀루로즈섬유 관한 것이다.

본 발명은 N-메틸모르포린 N-옥사이드용매로 제조한 셀루로즈재생섬유에 시멘트 친화성수지를 상기 섬유중량에 대하여 0.5∼4중량% 부착시킨 것이다.

본 발명은 시멘트성형품의 내부에 종래처럼 괴상으로 뭉쳐있어서 불균일한 분산을 일으키지 않으므로 시멘트 보강용섬유의 용도에 매우 적합하다.

Description

시멘트 보강용 셀루로즈섬유

제1도는 본 발명의 섬유를 이용한 섬유보강 시멘트성형체의 단면도.

제2도는 종래의 시멘트 보강용섬유를 사용한 섬유보강 시멘트성형체의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 시멘트성형제 2 : 본 발명의 수지부착 셀루로즈섬유

3 : 괴상(塊狀)상태의 종래 섬유

본 발명은 시멘트 보강용 셀루로즈섬유에 관한 것이다.

종래의 시멘트 보강용 섬유는, 석면과 같은 종류의 보강용 섬유가 대표적인 것으로서, 시멘트에 혼입시켜서 시멘트 경화제품의 내충격성, 내굴곡성 및 내파열성 등을 개량하고 있다.

특히 석면은 시멘트에 대해 우수한 접착성, 내알칼리성, 내열성을 가지며 가격이 저렴하므로 시멘트 보강용 섬유소재로서 대량으로 사용되어 왔다.

그러나 근년에 이르러 석면의 발암성이 큰 사회문제가 되며, 특히 구미에 있어서는 법적으로 사용이 금지되고 있다.

이와 같은 규제 때문에 석면대체 보강섬유의 필요성이 높아졌으며, 그 결과 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리비닐알코올, 폴리에스텔, 폴리아크릴로니트릴 등의 합성섬유나 셀루로즈계 재생섬유, 또는 유리섬유, 탄소섬유 등 다양한 소재가 이용되고 있다. 이러한 섬유중에서 셀루로즈계 재생섬유는 펄프를 이용한 생태계 친화성섬유로서 오래전부터 석면대체용 시멘트 보강용섬유로서 이용이 고려되어 왔으나 강도가 낮고, 수분흡착시 강도저하율이 커 이용이 제한되어 왔다.

그러나 최근들어 용매계를 이용한 재생섬유 개발연구가 활발히 추진되어 오던중 N-메틸모르포린 N-옥사이드(N-methylmorpholine N-oxid, 이하 NMMO)를 이용한 유기용제 방사재생섬유가 주목을 받고 있다. 이 새로운 재생섬유는 강도가 기존 비스코스레이욘에 비해 2배 정도 높고, 건습강도 유지율이 85% 이상되는 우수한 물성의 섬유로서 시멘트 보강용섬유로서의 이용가능성이 증가되고 있다. 그러나 상기 셀루로즈섬유는 시멘트 중에서의 접착성과 분산성이 나쁘고, 혼련후 성형시킨 시멘트성형체중에서는 셀루로즈섬유가 괴상으로 뭉쳐있는 부분이 존재해 시멘트 보강용으로서의 성능을 충분하게 발휘할 수 없는 문제점을 가지고 있다.

시멘트 보강용섬유의 조성물내에서의 접착성을 개선하기 위하여 일본특공소 53-18213호에서는 합성섬유의 표면에 요철을 형성시켜서 시멘트와의 접착성을 개선하려고 하였다. 그러나 이러한 접착성의 개선이 조성물내에서의 분산성의 향상을 위해서는 유효하게 작용하지 않을 뿐만 아니라 요철을 형성하기 위해서는 별도의 설비가 추가되어야 하며, 공정이 복잡해지는 문제점이 있다.

셀루로즈 재생섬유는 미국특허 4416698호에 나타나 있는 바와 같이 기존 셀루로즈 섬유인 비스코스레이욘보다 강도가 우수하고 습윤상태에서의 강도저하율이 적어 의류용이외의 용도로서 이용가능성이 충분하나 이 재생섬유 자체로는 시멘트와의 접착성이 미약하고, 시멘트 조성물 내에서의 분산성이 불량해 섬유가 뭉치는 괴상상태가 발견되었다.(제2도 참조)

따라서 이러한 문제점을 개선하기 위하여 본 발명자들은 상기 셀루로즈 재생섬유를 시멘트 친화성 수지의 분산액에 침지시켜 수지를 부착시키면 시멘트 조성물내에서의 보강용섬유의 접착성과 분산성이 개선될 수 있을 것이라는 점에 착안하여 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 석면대체용 시멘트 보강용섬유를 제공하면서 시멘트경화제품에 대한 보강효과, 특히 시멘트와 보강용섬유의 혼련시의 분산성이 좋고, 섬유와 시멘트와의 계면의 친화성을 향상시켜 접착성을 개선시킨 시멘트 보강용 셀루로즈섬유를 제공하는데 있다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 관련되는 셀루로즈섬유는 제3급아민옥사이드인 NMMO의 제1수화물에 용해하여 만든 셀루로즈용액을 방사액으로 하여 방사성형하고 에어갭부에서 드래프팅시킨 후, 응고욕에 침지시켜 응고시키며, 다수의 수세욕을 통과시켜 유기용제방사 셀루로즈섬유를 제조하였다.

상기 섬유를 시멘트 친화성수지인 아크릴계수지의 분산액에 침지시켜 통과시킨 후 건조하여 수지부착 셀루로즈섬유를 제조하였다.

이 수지부착 셀루로즈섬유를 5mm의 일정길이로 절단하여 시멘트 보강용 셀루로즈섬유를 제조하고 시멘트 보강용 성형체를 만드는데 이용하였다.

본 발명에 관련되는 셀루로즈재생섬유의 제조방법을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

셀루로즈의 유기용매인 제3급 아민옥사이드는 적당한 양의 물을 함유하고 있는 제3급 아민옥사이드를 이용하고, 셀루로즈는 일정한 입자크기로 분쇄, 전처리하여 준비한다. 펄프의 전처리는 셀루로즈 분자량의 심각한 감소없이 셀루로즈(펄프)의 크기를 감소시킬 수 있는 방법으로 셀루로즈성분의 용해시 용매와 접촉하는 표면적을 넓게하고 팽윤 및 용해가 용이하도록 하기 위한 전처리다. 용액의 제조는 셀루로즈의 용해에 가장 좋은 것으로 알려진 NMMO 제1수화물(융점 약75℃)을 사용하며, 먼저 이것을 80℃~90℃에서 용융하여 투명한 액체상태의 NMMO를 만들고 액체중에 더 이상 기포가 생성되지 않는 것을 확인한 후, 여기에 분쇄 및 전처리한 펄프를 소정량 투입한 후 용해시켜 옅은 갈색의 투명한 고점도 용액을 얻는다.

이러한 셀루로즈용액은 중합도가 500이상 1200이하, 바람직하게는 700~1000 수준의 고중합도의 용해성 펄프를 8~12중량% 함유하고 있고, 회전점도계를 사용 측정한 점도는 90±2℃에서 적어도 5000 이상 12000포아즈의 고점도로 편광하 전단병형시에 광학적 이방성을 보이는 고강력 고강도 섬유제조에 적합한 셀루로즈용액이다.

이렇게 제조한 용액을 섬유로 만들기 위해 압출방사한 후 드래프팅시켜 섬유성형체를 제조하고 응고욕을 통과시켜 응고시킨 후 수세하여 유기용제방사 셀루로즈재생섬유를 제조한다.

또한 본 발명의 시멘트보강용 셀루로즈섬유는 상기 셀루로즈섬유 중량에 대해서 0.5~4중량%의 시멘트 친화성수지, 예를 들면 아크릴계, 아크릴스타이렌계, 에틸렌초산비닐계, 스타이렌부타디엔계 등의 수분산성 수지를 부착 혹은 함침시킨 것이다.

더욱 상세하게는, 셀루로즈섬유를 심부(core)로 하고, 시멘트 친화성 수지가 표면에 코팅된 초부(sheath)로 구성되는 2층구조를 갖게하는 것이 본 발명의 효과를 충분히 발휘시킬 수 있으므로 바람직하지만, 시멘트 친화성수지층이 일부 탈락한 섬유로 되어도 본 발명의 효과를 크게 손상시키는 것은 아니다.

시멘트 친화성수지의 부착 혹은 함침 중량은 셀루로즈섬유의 섬유중량에 대해서 0.5~4중량%, 양호하게는 0.5~3.0중량%이다.

만일 상기 시멘트 친화성수지의 부착량이 4.0중량%를 초과하면 성형체의 굽힘강도 상승과 보강효과가 더 이상 향상되지 않는 반면에 제품의 가격이 상승되므로 바람직하지 않다.

또한 부착량이 0.5중량% 미만일 경우에는 수지부착 셀루로즈섬유의 강도향상과 시멘트 보강용 성형체의 굽힘강도가 크게 개선되지 않는다.

셀루로즈섬유에 시멘트 친화성수지를 부착 혹은 함침시키는 방법으로는, 얻어진 섬유의 취급의 용이성, 경제성 등을 고려하여, 셀루로즈섬유를 방사한 후 응고, 수세의 과정을 거친다음 건조공정전에 시멘트 친화성수지를 물에 분산시킨 처리욕을 이용해 셀루로즈섬유에 함침 혹은 부착시켜, 이후의 건조공정에서 수분을 제거하는 방법을 이용할 수 있다.

제1도는 본 발명의 섬유로 보강시킨 시멘트성형체의 단면도로서, 1은 시멘트성형체이며, 2는 본 발명의 시멘트보강용 셀루로즈섬유이다.

제2도는 종래의 시멘트 보강용 셀루로즈섬유로 보강시킨 시멘트 성형체의 단면도로서 3은 시멘트 친화성수지를 부착시키지 않은 셀루로즈섬유이다.

제1도에서는 본 발명의 셀루로즈섬유가 시멘트성형체중에 균일하게 분산되어 있는 상태가 관찰되며, 제2도에서는 시멘트성형체중에서 섬유가 일부괴상으로 뭉쳐있으며, 시멘트성형체중에서 섬유의 분산상태가 불균일함을 보여준다. 제1도와 제2도에서 보여지는 시멘트성형체중에서의 분산성의 차이는 섬유보강시멘트의 굽힘강도와 시멘트 성형체의 보강효과에 큰 차이를 나타낸다.

[실시예 1]

중합도 약 700인 펄프(목재펄프, α-셀루로즈함량 97% 이상)를 메탄올과 함계 습식상태로 고속분쇄하고, 85℃에서 24시간이상 제습하여 전처리펄프를 만든다. NMMO의 제1수화물을 80~90℃에서 용융하면 투명한 액체가 되며, 액체중에 기포가 생성되지 않은 것을 확인한 후, 전처리된 펄프를 전체 방사액에 대해 10중량% 함량이 되도록 투입한 후 용해시켜 옅은 갈색의 투명한 고점도(90℃에서 8000~10000 포아즈) 용액을 제조한다.

이 용액을 방사액으로 하여 방사온도를 90℃로 하고, 탱크 상부에 연결된 질소가스압에 의해 직경 0.1mm, 10홀의 토출공을 갖는 구금으로부터 토출시킨다. 토출된 섬유형태의 용액을 토출속도와 권취속도를 조절하여 일정비율로을 연속적으로 통과시켜 세척한다. 수세된 셀루로즈재생섬유는 연속적으로 시멘트 친화성수지인 아크릴스타이렌계수지 5중량% 수용액의 분산액을 통과시켜 수지부착 셀루로즈섬유를 제조한 후 180℃의 캘린더롤러 위에서 10초간 정장 열처리에 의해 건조한 후 권취롤러에 권취시킨다.

이러한 수지부착 셀루로즈섬유를 5mm의 길이로 절단하여 시멘트보강용 셀루로즈재생섬유를 제조하였으며, 이때 수지부착량은 섬유무게에 대해 2중량% 정도였다. 이러한 조건으로 제조된 시멘트보강용 셀루로즈 섬유의 물성과 섬유보강 시멘트성형체의 물성을 표 1에 나타내었다.

[실시예 2~4]

수지분산액의 농도를 변화시켜 수지의 부착량을 각각 0.5, 3, 4중량%로 변화시켜 수지부착 셀루로즈섬유를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[실시예 5~7]

시멘트 친화성수지를 아크릴계, 에틸렌초산비닐계, 스타디엔부타디엔계로 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

그 결과를 표 1에 나타내었다.

[비교예 1]

유기용제 방사 셀루로즈섬유를 시멘트친화성 수지분산액에 침지시키지 않은 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 실시하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[비교예 2~3]

수지분산액의 농도를 변화시켜 수지의 부착량을 0.2, 5중량%로 변화시켜 수지부착 셀루로즈섬유를 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.

본 발명에 있어서 시멘트성형체 제조방법과 물성평가는 아래의 평가방법으로 측정하였다.

1) 시멘트성형체 제조방법 : 5mm 길이로 절단한 수지부착 셀루로즈섬유를 물/시멘트의 비가 2.5인 조강포틀란트시멘트 100부당 5부의 비율로 배합하고 충분히 혼합한 후, 셕션(suction)압 300mmHg로 성형한 후, 50Kg/cm²로 가압성형을 하여 판상성형체를 제조하였다. 이 판상성형체를 60℃의 습한 공기중에서 7일간 자연양생한 후 물성평가에 이용하였다.

2) 역학특성 및 굽힘강도 : 인장시험기 UTM-Ⅱ를 이용하여 시료장을 20mm, 초하중을 0.5g/d, 인장속도는 10mm/분으로 하여 역학특성을 측정하였으며, 굽힘강도 측정기로 JIS-7502의 방법에 의하여 굽힘강도를 측정하였다.

※ 종합평가

◎(양호) : 수지부착 셀루로즈섬유의 강도가 6g/d 이상, 초기탄성율이 160g/d 이상이며 시멘트성형체의 절단단면에서의 섬유가 균일하게 분산되어 괴상상태(뭉치는 현상)가 관찰되지 않는 경우.

×(불량) : 수지부착 셀루로즈섬유의 강도가 5g/d미만, 초기탄성율이 150g/d 미만이며 시멘트성형체 절단단면에서의 섬유가 균일하게 분산되지 않아 (뭉치는 현상)가 관찰되는 경우이며, 비교예 3의 경우 수지부착량이 너무 많은 경우 굽힘강도의 뚜렷한 향상이 없고 경제적으로 불리하여 불량으로 판정.

Claims (2)

1. 유기용매인 N-메틸모르포린 N-옥사이드를 이용하여 제조한 셀루로즈재생섬유에 상기 섬유의 중량에 대하여 시멘트 친화성수지를 0.5~4중량% 부착시킨 것을 특징으로 하는 시멘트 보강용 셀루로즈섬유.
2. 제1항에서, 시멘트 친화성수지는 아크릴계, 이크릴스타이렌계, 에틸렌초산비닐계, 스타이렌부타디엔계 중에서 선택한 것임을 특징으로 하는 시멘트 보강용 셀루로즈섬유.