KR100855848B1

KR100855848B1 - 사이징된 셀룰로즈 섬유를 이용한 섬유 시멘트 복합 재료

Info

Publication number: KR100855848B1
Application number: KR1020037004787A
Authority: KR
Inventors: 도날드 제이. 머클리; 카이디안 루오
Original assignee: 제임스 하디 인터내셔널 파이낸스 비.브이.
Priority date: 2000-10-04
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2008-09-01
Also published as: CZ2003959A3; PL365829A1; MY136366A; BR0114443A; EP1330420A2; MXPA03002704A; CN1473138A; AR035206A1; WO2002028795A2; US20040145078A1; EP1330420B1; US7815841B2; WO2002028795A3; US20020059886A1; AU2001292966B2; CA2424377C; NZ525326A; KR20030090600A; JP5089009B2; JP2004527664A

Abstract

본 발명은 무기 및(또는) 유기 수지로 처리되어 소수성이 부여된 셀룰로즈 섬유를 이용한 셀룰로즈 섬유 강화 복합 재료 뿐 아니라 기타 화학적 처리에 관한 신규한 기술에 관한 것이다. 본 발명은 섬유 처리, 배합물, 방법 및 최종 생성물의 4가지 측면의 기술을 개시한다. 상기 기술은 감소된 물 흡수성, 감소된 물 흡수율, 낮은 물 이동성, 및 낮은 물 투과도와 같은 바람직한 특성을 지닌 섬유 시멘트 건축 자재를 유리하게 제공한다. 본 발명은 또한 통상의 섬유 시멘트 제품과 비교하여 개선된 냉동-해동 저항성, 감소된 풍화 작용 및 개선된 부패 및 US 저항성을 최종 생성물에 부여한다. 상기 개선된 특질은 수치안정성, 강도, 변형 또는 인성의 손실이 없이도 달성될 수 있다. 어떤 경우에 있어서는 물리적 기계적 성질이 개선된다. 본 발명은 또한, 섬유 강화 시멘트 복합 재료에 적용하기 위하여 섬유에 소수성을 부여하기 위하여 다양한 화학물질을 이용하여 셀룰로즈 섬유를 처리하는 방법에 관한 것이다.

사이징된 셀룰로즈 섬유, 섬유 시멘트 복합 재료, 섬유 처리

Description

사이징된 셀룰로즈 섬유를 이용한 섬유 시멘트 복합 재료{FIBER CEMENT COMPOSITE MATERIALS USING SIZED CELLULOSE FIBERS}

본 발명은 보다 높은 소수성 및(또는) 내구성을 부여하는, 셀룰로즈 섬유의 화학적 처리에 관한 것이다. 보다 특정하게는, 본 발명은 사이징된 셀룰로즈 섬유를 사용하는 셀룰로즈 섬유 강화 시멘트 복합재료, 섬유 처리 방법, 배합물, 제조 방법 및 이와 관련하여 개선된 물성을 갖는 최종생성물에 관한 것이다.

관련분야의 설명

통상의 포틀랜드 시멘트(Portland cement)는 건축 및 건설 분야에서 사용되는 많은 제품들, 주로 콘크리트 및 철 강화 콘크리트의 주성분이다. 시멘트는 수력학적 고정 결합제(hydraulically settable binder)로서, 석고(gypsum), 목재, 목재 파티클 보드(particle board), 섬유보드, 및 건축 제품에 사용되는 통상의 재료와 비교하면 고정후 물에 의해 거의 영향받지 않는다는 큰 이점이 있다. 이는 물이 시멘트에 전혀 영향을 미치지 않는다는 의미는 아니다. 시멘트가 깨끗한 물(fresh water)로 포화되는 경우 화학 성분이 일부 용해되고, 이동되어 시멘트가 다시 건조되면 상이한 장소에서 재침착될 수 있다.

석면 섬유 시멘트 기술

약 120년 전에, 루드비히 하체크(Ludwig Hatschek)는 매우 저밀도의 석면 섬유 슬러리(고체 중량의 약 10중량% 이하) 및 통상의 포틀랜드 시멘트(약 90% 이상)를 제지용 시이브 실린더 기기 상에서 약 0.3mm의 필름 형상으로 탈수시키고, 원하는 두께(특정하게는 6mm)로 롤상에 와인드한(wound) 후, 얻어진 원통형 시이트를 절단하고 평면화시켜 평평한 적층 시이트를 형성시키고, 소정 크기의 사각형 조각으로 절단하였다. 이어서, 상기 제품을 통상의 시멘트 경화방법에 의해 약 28시간 동안 공기 경화시켰다. 원래의 용도는 인공 지붕 슬레이트였다.

100년 동안 상기 형태의 섬유 시멘트는 지붕재(슬레이트 및 나중에는 주름잡힌 시이트), 파이프재 및 벽재, 건물의 외벽(판자 및 패널), 및 물을 사용하게 되는 영역의 라이닝 보드(lining board)로서 광범위하게 사용된다. 석면 시멘트는 또한 석면의 높은 열안정성에 기해 고도의 난연성이 요구되는 많은 용도로 사용되었다. 이러한 모든 제품들의 가장 큰 이점은 이들이 비교적 경량이고, 고밀도 석면/시멘트 복합재료의 공극도(porosity) 및 투과도(permeability)가 낮기 때문에 물에 의해 비교적 별로 영향을 받지않는다는 것이었다. 상기 제품의 단점으로는 이들이 부서지기 쉽고(brittle), 고밀도 매트릭스의 경우 못을 박을 수 없고, 고정을 시키기 위해서는 미리 드릴로 구멍을 만들어야 하는 것이었다.

석면 시멘트 제품 대부분은 원래의 하체크 방법(변형된 시이브 실린더 제지 기기)으로 제조되었지만, 두꺼운 시이트(말하자면 10mm 이상)와 같은 특별한 제품 제조에는 다른 방법도 사용되었다. 이러한 방법들은 하체크 방법에서와 동일하게 석면 섬유 및 시멘트의 혼합물을 사용하였다. 다른 제조방법, 예를 들면, 압출, 사출 성형 및 여과 압착(filter press) 또는 플로우 온(flow on) 기기에서는 는 가공 보조제가 필요한 경우도 있다.

지난 세기의 중반경에는 석면계 시멘트 복합재료를 현대적으로 대체하기 위한 아주 중요한 두 가지 개발이 이루어졌다. 첫째는 일부 제조자들이 제품을 오토클레이브(autoclave)함으로써 경화 사이클(cycle)을 상당히 감소시키고 비용을 줄일 수 있다는 것을 인식한 것이다. 상기 방법을 사용하면 시멘트의 일부를 미분 실리카로 대체할 수 있는데, 오토클레이브 온도하에서 상기 미분 실리카가 시멘트내의 과량의 석고(lime)와 반응하여 통상의 시멘트 매트릭스와 유사한 칼슘 실리카 수화물을 형성할 수 있다. 실리카는 분쇄된 경우에도 시멘트 보다 훨신 저렴하고, 오토클레이브 경화의 경우가 공기중 경화의 경우보다 시간이 매우 단축되므로 이 방법은 통상적인 방법이 되었으나 보편적인 제조 방법은 아니었다. 전형적인 배합(formulation)은 석면 섬유 약 5 내지 10%, 시멘트 약 30 내지 50% 및 실리카 약 40 내지 60%일 것이다.

두번째 개발은, 석면 강화 섬유의 일부를 목재 또는 기타 원료로부터 얻은 셀룰로즈 섬유로 대체한 것이다. 이 방법은 외벽재(siding product) 및 물을 사용하는 영역의 라이닝 시이트(wet area lining sheet)를 제외하고는 널리 사용되지는 않았다. 상기 개발의 커다란 이점은 셀룰로즈 섬유가 속이 비어있고 부드러워서 얻어진 제품에 미리 드릴로 구멍을 내기 보다 못을 사용할 수 있다는 점이었다. 외벽재 및 라이닝재는 지붕재보다 환경에 대한 조건이 덜 까다로운 수직벽에 사용된다. 그러나, 셀룰로즈 강화 시멘트 제품은 석면 제품에 비하여 물에 의해 손상 되기가 더 쉽다. 전형적인 배합은 공기중 경화 제품에 대하여 셀룰로즈 약 3 내지 4%, 석면 약 4 내지 6% 및 시멘트 약 90%이고, 오토클레이브 제품에 대하여 시멘트 약 30 내지 50% 및 실리카 약 40 내지 60%이다.

석면 섬유는 몇가지 이점을 갖는다. 시이브 실린더 기기는, 망상구조를 형성함으로써 시이브 자체가 포획하기에는 너무 작은 고체 시멘트(또는 실리카) 입자를 포획하는 섬유를 필요로한다. 석면은 무기 섬유임에도 불구하고, 주 섬유로부터 분지되어 나오는 많은 작은 덩굴모양으로 정밀화(refine)될 수 있다. 석면 섬유는 강하고 뻣뻣하며(stiff) 시멘트 매트릭스와 매우 강하게 결합한다. 이들은 고온에서 안정하다. 이들은 오토클레이브 조건하에서 알칼리 공격에 대해 안정하다. 따라서, 석면으로 강화된 섬유 시멘트는 그 자체로서 강하고 뻣뻣(또한 부서지는 성질이 있다)하며, 시멘트 자체가 화학적으로 공격당할 수 있는 높은 산도 환경을 제외한다면 많은 악조건하에서도 사용될 수 있다. 석면 지붕 제품으로 습식/건식 사이클 시험을 수행하면 주로 풍화(풍화작용은, 습윤시에 제품 내부의 화학물질이 용해된 후 건조시에 상기 화학물질이 침착되면서 일어난다)와 같은 몇 가지 문제를 일으킨다. 풍화작용은 특히 지붕재의 미관을 해치며, 이를 감소시키기 위한 많은 노력이 이루어지고 있다. 석면 강화 지붕재들은 일반적으로 매우 밀도가 높으므로(비중이 약 1.7), 포화된 경우라도 하더라도 제품에 들어가는 물의 총량은 비교적 적고, 일반적으로 냉동-해동에 대한 제품의 저항성이 적당하다. 만일 밀도가 낮아지면, 제품의 작업성은 개선되지만(예를들어 못을 박을 수 있게 된다), 포화율(rate od separation)과 물의 총흡수량이 증가하여 냉동-해동 성능이 감소된 다.

대체 섬유 시멘트 기술

1980년대 초에 석면을 채굴하거나, 이에 석면에 및 이를 흡입하는 경우와 관련하여 석면 섬유가 건강에 해가 된다는 것이 주요한 관심사가 되기 시작하였다. 특히, 미국, 일부 서유럽, 호주/뉴질랜드에서 석면 시멘트 제품 제조자들은, 그들이 설치한 공정 설비, 주로 하체크 기기를 기준으로 하여 건축 및 건설 제품의 강화재로서의 석면 섬유에 대한 대체물을 탐색하기 시작하였다. 20여년 동안, 두가지 실용적인 대체기술이 나타났으나, 이들중 어느 것도 석면을 전면적으로 대체할 수는 없었다.

서유럽에서는 석면의 가장 성공적인 대체물은 PVA 섬유(약 2%) 및 셀룰로즈 섬유(약 5%)을 주성분인 시멘트 80%와 혼합한 것이었다. 때로는, 실리카 또는 석회(limestone)와 같은 불활성 충진제 10 내지 30%를 배합물에 첨가시킨다. 일반적으로 PVA 섬유가 오토클레이브에서 안정하지 않기 때문에, 상기 제품은 공기중에서 경화시킨다. 이 방법은 일반적으로 하체크 기계를 사용하여 수력학적 공정을 사용하는 압축 단계를 추후로 수행함으로써 이루어진다. 이 방법에 의해 셀룰로즈 섬유를 압축시키고, 매트릭스의 공극도를 낮출 수 있다. PVA는 정밀화될 수 없는 반면, 셀룰로즈는 정밀화될 수 있으므로, 서유럽 기술에서는 셀룰로즈 섬유는 시이브 상에 망상구조를 형성시켜 탈수단계에서 고체 입자를 붙잡는 가공보조제로서의 역할을 한다. 상기 제품은 주로 지붕(슬레이트 및 주름)에 사용한다. 통상적으로는 상기 제품은 두꺼운 유기 코팅으로 피복되지만 언제나 그런 것은 아니다. 상기 제 품들의 가장 큰 단점은 재료와 제조비가 크게 상승한다는 것이다. 현재 셀룰로즈는 석면 섬유에 비하여 1 톤 당 500달러 정도가 비싸지만, PVA는 1톤 당 약 4000달러 정도가 더 비싸다. 두꺼운 유기 코팅도 역시 비싸고, 수력학적 압축역시 고비용 제조 단계이다.

호주/뉴질랜드 및 미국에서 석면에 대한 가장 성공적인 대체물은, 호주특허 제515151호 및 미국특허 제6,030,447호에 기재되어 있는 바와 같이, 미표백 셀룰로즈 섬유와 시멘트 약 35% 및 미분 실리카 약 55%를 사용한 것이었다(상기 특허문헌 전체는 참고문헌으로서 본원에 포함된다). 셀룰로즈는 오토클레이브시에 상당히 안정하기 때문에 상기 제품은 오토클레이브에서 경화시킨다. 상기 제품은 하체크 기기상에서 제조되며, 통상적으로는 압축되지 않는다. 상기 제품은 일반적으로는 측벽(패널 및 판자), 수직 또는 수평 타일 배커(backer), 물을 사용하는 영역의 라이닝, 및 처마 및 처마 안쪽의 인-필 패널(in fill panels)에 사용된다. 상기 제품의 큰 이점은 석면섬유계 제품과 비교하더라도 작업성이 우수하고 저가라는 점이다.

그러나, 셀룰로즈 섬유 시멘트 재료는 석면 시멘트 복합재료와 비교하면 물에 의한 손상에 대한 낮은 저항성, 높은 물 투과도, 높은 물 이동성(위킹(wicking)으로도 알려짐) 및 낮은 냉동-해동 저항성 등의 성능상의 단점을 가질 수 있다. 이러한 단점은 주로 셀룰로즈 섬유의 루멘(lumen) 및 세포벽중의 물 전도 채널 및 보이드(void)의 존재에 기인한 것이다. 셀룰로즈 섬유가 침수되거나 장기간 비/응축에 노출되는 경우 상기 포어 공간은 물로 채워질 수 있다. 셀룰로즈 섬유의 공 극도는 복합재료 전체에서 물 수송을 촉진시키며 어떤 환경에서는 재료의 장기 내구성 및 성능에 영향을 미칠 수 있다. 이와 같이, 통상적인 셀룰로즈 섬유는 보다 높은 포화 질량, 습윤되었다 건조되는 경우의 불량한 치수안정성, 낮은 포화 강도 및 저하된 물 손상에 의한 내성을 재료에 일으킬 수 있다.

셀룰로즈 강화 시멘트 재료의 높은 물 투과도 때문에 잠재적으로는 제품내의 어떤 용해성 성분을 훨씬 많이 수송할 수 있게된다. 이후, 상기 성분은 건조시에 매트릭스 또는 섬유의 모세관 포어에서 외부에 재침착되어 풍화를 일으키거나, 내부에 침착된다. 상기 재료가 물로 포화되기 쉽기 때문에, 그 제품 역시 냉동-해동 손상에 대해 훨씬 더 민감하다. 그러나, 수직 제품, 또는 처마 및 처마 안쪽 라이닝, 내부 라이닝에 대해서는 물에 의한 단점은 크게 문제가 되지는 않는다.

요약하면, 유럽에서는, PVA 섬유를 사용한 섬유 시멘트 제품으로 석면을 대부분 대체하였는데, 상기 제품을 그린(green) 상태로 성형한 후 압축하여 공기 경화시킨다. 상기 기술의 주된 문제점은 재료 및 제조비용이 상승한다는 점이다. 미국 및 호주/뉴질랜드에서는 셀룰로즈 섬유를 사용하여 오토클레이브된 섬유 시멘트 제품을 사용하여 대부분 석면을 대체하며, 이는 압축 없이 저밀도로 제조된다. 상기 기술의 주된 문제점은 습윤되었을때 제품에 물이 흡수되는 속도 및 양이 증가하고 냉동-해동 주기에 대한 저항성이 감소한다는 점이다.

일부 종래기술문헌들은 실란 또는 실릴화 커플링제로 그래프트된 섬유를 사용하는 것을 교시하였다. 그러나, 이러한 문헌들은 섬유와 시멘트의 결합을 개선시켜 복합재료의 강도를 증가시키는 것에 대한 것이다. 마찬가지로, 선택된 커플 링제는 섬유 표면 상의 히드록실 그룹 및 시멘트 매트릭스 모두와 결합하기 위한 목적에서 친수성 작용기를 주로 함유한다. 실제로 소수성 작용기는 재료의 강도를 증가시키기 보다는 약간 감소시키므로, 상기 참고문헌들은 소수성 작용기를 커플링제로서 사용하는 것에 대해 반대방향으로 교시(teach away)하고 있다.

예를 들면, 미국 특허 제5,021,093호는 실릴화제를 섬유 표면에 그래프트시킴으로써 얻어진 복합 재료의 강도를 개선시키는 것을 교시한다. 상기 실릴화제는 양쪽에 친수성 작용기를 함유하는 분자를 포함하는데, 하나는 섬유 표면의 히드록실기와 결합하고 다른 하나는 시멘트 매트릭스와 결합한다. 실릴화제는 본질적으로 섬유표면의 히드록실기를 시멘트 매트릭스에 결합시키는 커플링제로서 작용한다.

미국 특허 제4,647,505호는 킬레이트제를 셀룰로즈 섬유에 적용하여 물 및 알칼리 용액에서 섬유의 팽윤을 감소시키는 것을 교시한다. 섬유는 티타늄 및(또는) 지르코늄 화합물의 용액으로 함침시킨다. 그러나, 섬유는 수성매질내에 함유되어 있고 상기 특허에 기재된 킬레이트 화합물은 주위온도에서 가수분해되지 않기 때문에 킬레이트 화합물은 섬유와 접촉하여 작용하지 않는다. 따라서, 상기 특허는 100℃ 이상에서 섬유가 건조될 때까지 섬유를 가열하여 상기 반응이 일어나도록 하는 것을 기재하고 있다. 건조 후에, 킬레이트 화합물을 셀룰로즈 섬유 상의 히드록실 그룹과 반응시켜 히드록실 잔기 간의 가교결합을 생성시킨다.

미국 특허 제4,647,505호는 주로 셀룰로즈 섬유의 팽윤을 감소시키는 것에 관한 것이므로, 섬유의 소수성을 증가시키는 것과는 구체적으로 관련되어 있지 않 다. 더욱이, 상기 특허는 셀룰로즈 섬유과의 반응을 유도하기 위하여 섬유를 건조시키는 것을 요구하는 섬유 처리로 접근하고 있다.

따라서, 특히 물 및(또는) 기타 환경적 영향에 기인한, 섬유 시멘트 건축 자재에 대한 손상 및 분해를 방지하기 위한 효율적인 방법이 필요하다. 또한, 물 및(또는) 환경적 열화에 대한 저항성이 개선된 재료 배합물 및 제품이 필요하다.

발명의 요약

바람직한 실시태양은 셀룰로즈 섬유에 소수성 및(또는) 내구성을 부여하는 화학적 처리 방법 및 상기 화학적으로 처리된 셀룰로즈 섬유를 사용하여 셀룰로즈 섬유 강화 시멘트 복합 재료를 제조하는 새로운 기술을 개시한다. 한 바람직한 실시태양에서, 섬유의 친수성 작용기의 일부 또는 전부를 차단함으로써 섬유에 더욱 높은 소수성을 부여하는 특별한 화학물질로 셀룰로즈 섬유를 처리하거나 사이징시킨다. 그러나, 섬유를 화학적으로 처리하는 다른 실시태양에서는 섬유의 보이드 공간(void space)을 불용성 물질로 로딩(loading)하거나 충진시키는 것, 미생물의 성장을 방지하기 위해 섬유를 살생제로 처리하는것, 또는 불순물을 제거하기 위하여 섬유를 처리하는 것 등도 기재되어 있다.

보다 바람직하게는, 섬유를 사이징하는 실시태양에서는, 섬유 처리, 배합물, 복합재료를 제조하는 방법 및 최종물질 및 성질을 비롯한 몇 가지 측면이 개시되어 있다. 상기 기술은 감소된 물 흡수, 감소된 물 흡수율, 낮은 물 이동 및 낮은 물 투과도과 같은 바람직한 특성을 지닌 섬유 시멘트 건축 자재를 유리하게 제공한다. 상기 물질로 제조된 최종 생성물은 냉동-해동 저항성이 개선되고, 풍화작용이 감소되며, 자연상태의 기후 시험에서 수용성 매트릭스 성분의 용해 및 재침착이 감소된다. 적절한 섬유 사이징에 의하여, 다른 제품 성질, 예를 들면, 부패 및 UV에 대한 저항성을 통상적인 섬유 시멘트 물질에 비하여 개선시킬 수 있다. 놀랍게도, 치수 안정성(dimensional stability), 변형(strain) 또는 인성(toughness)이 상당히 손실되지 않고도 방수성에서의 이러한 개선된 특질이 얻어질 수 있었다. 추가로, 사이징된 섬유를 사용하면 최종 제춤의 물리적, 기계적 성질이 개선된다.

특히 구체적으로는, 바람직한 실시태양은 셀룰로즈 섬유의 내부 및 외부 표면 상에 위치한 친수성 자리를 사이징제로 차단시킴으로써, 가공된 셀룰로즈 섬유를 생산할 수 있고, 섬유 시멘트에 사용하는 경우 통상의(regular) 셀룰로즈의 정밀화, 오토클레이빙 및 압착 없이 제조한다는 이점을 여전이 갖는다. 그러나, 섬유 강화 시멘트 복합 재료에 사용되는 경우 물의 흡수율 및 흡수량 측면에서, 생성된 섬유 시멘트 재료는 PVA와 같은 합성 섬유보다 성능면에서 유리하다. 또한, 강도 및 인성과 같은 중요한 물리적 성질이 현저히 감소되지 않고도 보다 적은 양의 섬유가 사용될 수 있으므로 섬유 처리 비용을 제품내에서 섬유 사용 비율이 낮아지는 것으로 상쇄할 수 있을 것이다.

특히, 바람직한 실시태양에서 오토클레이브된 셀룰로즈계 섬유 시멘트의 전형적인 배합물에 사용되는 경우 물 흡수율 및 물 흡수량이 복합 제품에서 크게 감소하는 것을 보인다. 풍화되거나, 제품의 외부 또는 내부에서 화합물이 용해되어 재침착하거나, 냉동/해동 손상을 입는 경향이 감소된다.

또한, 처리된 섬유를 하체크 방법에서 포획 매질로서 작용하도록 정밀화시키거나, 과도한 섬유 분해 없이 오토클레이브 처리할 수 있으며, 압착이 없이도 제품의 강도를 적절하게 만들 수 있다. 더우기, 실제 셀룰로즈 섬유가 더 적은 양으로 사용되면 바람직한 실시태양에서는 강도, 강성도(stiffness) 및 수분 이동과 같은 중요한 물리적 성질이 저하되지 않고 실제로는 어느 정도 개선될 수도 있다.

따라서, 사이징 가공된 섬유를 사용하면 복합 재료에 상기의 향상된 성질이 부여되고, 따라서, 전체적으로 가공되는 경우, 특히, 습윤 및 건조, 냉동 및 해동이 반복되고, UV 및 대기에 노출되는 등의 다양한 환경에서 제품의 내구성을 개선시키면서, 경우 건축 또는 건설에 있어서 제조수단에 상관없이 상기 물질의 기계적 성질과 작업성을 개선할 수 있는 대체적인 기술이 될 수 있다. 이들은 PVA와 관련하여 비용이 드는 가공 압착의 필요성을 감소시키는 공기 경화 제품에서도 사용할 수 있으나 (고체 입자를 포획할 수 있도록) 정밀화가 가능한 섬유를 요구하는 하체크 방법 및 시멘트를 미분 실리카로 대체할 수 있는 오토클레이브 경화 사이클에 대해 특히 적합하다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시태양은 일부 중요한 기계적 및 물리적 성질을 유지 또는 개선시키면서, 석면 시멘트 재료와 비교하여 높은 물 투과도, 높은 물 흡수, 풍화, 내부적으로 물에 의한 용해 및 재침착, 및 냉동/해동 기후 환경에서의 낮은 내구성과 같은 통상의 셀룰로즈 섬유 강화 시멘트 복합 재료와 관련된 많은 문제들을 해결할 것이다. 놀랍게도, 보다 적은 양의 셀룰로즈가 필요할 수도 있다. 더욱이, 상기 기술은 고비용 가공인 성형된 "그린" 바디(body)를 수력학적 으로 압착할 필요성을 제거함으로써 공기 경화된 PVA 강화 섬유 시멘트의 중요한 문제점 중의 하나를 해결하는 이점이 있다.

본 발명의 한 측면에서, 시멘트 매트릭스 및 상기 시멘트 매트릭스에 혼입된 셀룰로즈 섬유를 포함하는 복합 건축 자재가 제공된다. 상기 셀룰로즈 섬유의 적어도 일부는 표면을 소수성화 시키기 위하여 사이징제로 적어도 부분적으로 처리한 표면을 가진다. 상기 사이징제는 친수성 작용기와 소수성 작용기를 포함하는데, 친수성 작용기는 물 또는 유기용매 존재하에 섬유 표면 상의 히드록실기에 영구적으로 또는 일시적으로 결합하여 히드록실 그룹이 물 분자와 결합하는 것을 실질적으로 방지한다. 소수성 작용기는 섬유 표면에 위치하여 이로부터 물을 반발시킨다.

상기 신규한 기술에 따라 제조된 건축 자재의 한 바람직한 배합물은, 시멘트 결합제, 바람직하게는 포틀랜드 시멘트; 혼화재(aggregate), 바람직하게는 오토클레이브되는 경우에는 미분 실리카; 하나 이상의 밀도 조절제; 적어도 일부 표면은 표면의 소수성화를 위하여 사이징제로 적어도 부분적으로 처리된 셀룰로즈 섬유; 및 하나 이상의 첨가제를 포함한다. 상기 사이징제는 친수성 작용기와 소수성 작용기를 포함하는데, 상기 친수성 작용기는 물 또는 유기용매 존재하에 섬유 표면 상의 히드록실기에 영구적으로 또는 일시적으로 결합하여 히드록실 그룹이 물 분자와 결합하는 것을 실질적으로 방지한다. 소수성 작용기는 섬유 표면에 위치하여 이로부터 물을 반발시킨다.

상기 섬유 상의 친수성 자리, 예를 들면, 히드록실 작용기는 일부 또는 전부가 사이징제로 차단되어 물에 대한 친화도를 감소시킨다. 상기 사이징제는 유기 화합물, 무기 화합물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 한 실시태양에서는 사이징제를 친수성 및 소수성 작용기를 포함한다. 바람직하게는, 사이징제 상의 친수성 작용기는 섬유 표면 상의 히드록실기와 결합하며, 따라서, 히드록실기가 물과 결합하지 못하도록 하고, 사이징제 상의 소수성 그룹은 섬유 표면에 위치하여 물을 반발시킨다. 사이징제는 셀룰로즈 섬유 건조 중량의 약 50%를 차지한다. 보다 바람직하게는, 사이징제는 셀룰로즈 섬유 중량의 약 0.01 내지 10%를 차지한다.

본 발명의 다른 측면은 기술된 배합을 사용하여 섬유 강화 복합 건축 자재를 제조하는 방법이다. 한 바람직한 방법은 셀룰로즈 섬유를 제공하고, 상기 셀룰로즈 섬유의 적어도 일부를 물 또는 유기용매 존재하에 사이징제로 처리하는 것을 포함한다. 상기 사이징제는 친수성 작용기와 소수성 작용기를 포함한다. 상기 친수성 작용기는 상기 섬유의 내부 및 외부 표면 상의 친수성 자리의 적어도 일부와 화학적으로 결합하여 사이징된 섬유를 형성시킨다. 상기 사이징제는 실질적으로 친수성 자리를 차단시켜 물에 대한 섬유의 친화도를 감소시킨다. 상기 사이징된 섬유는 시멘트 결합제 및 기타 성분과 혼합하여 섬유 시멘트 혼합물을 형성한다. 상기 섬유 시멘트 혼합물을 소정의 형상과 크기의 섬유 시멘트 제품으로 성형시킨다. 상기 섬유 시멘트 제품을 경화시켜 섬유 강화 복합 건축 자재를 형성시킨다.

특정 적용에 따라, 상기 단계의 일부가 누락될 수도 있고 추가의 단계가 사용될 수도 있다. 코팅, 페인팅 및 함침과 같은 사이징제를 적용하는 다른 방법들도 가능하지만, 섬유를 사이징하는 단계는 건식 스프레이 또는 용액 처리와 관련된 기법을 사용하여 무기 화합물, 유기 화합물 또는 이들의 조합으로 섬유를 처리하는 것을 포함하는 것이 바람직하다. 이들 각각의 기법들은 물 또는 유기 용매의 존재하에서 수행하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 사이징된 섬유를 성분들과 혼합하여 섬유 시멘트 혼합물을 형성하는 단계는 본원에 기술된 바람직한 배합(formulation)에 따라 사이징된 섬유를 시멘트 결합제, 혼화재, 밀도 조절제 및 첨가제와 같은 비-셀룰로즈 재료와 혼합하는 것을 포함한다. 다른 실시태양에서는, 기타 성분들과 함께 통상적인 미처리 셀룰로즈 섬유 및(또는) 천연 무기 섬유 및(또는) 합성 섬유를 사이징된 섬유와 역시 혼합할 수 있다. 제조 방법은 하체크 가공법, 압출, 성형과 같은 현재 사용되는 임의의 제조방법일 수 있다.

상기 기술된 배합물 및 방법을 사용하여 제조된 섬유 강화 시멘트 복합 재료는 섬유 시멘트 매트릭스를 갖는데, 상기 매트릭스내에 사이징된 셀룰로즈 섬유가 혼입되어있다. 상기 사이징된 섬유 표면상의 친수성 자리의 부분 또는 전부는 사이징제로 차단되어 물에 대한 친화도를 감소시킨다. 처리된 섬유로부터의 여분의 사이징제는 섬유 시멘트 매트릭스의 무기 또는 유기 성분과 반응하여 매트릭스 내부 및 외부의 친수성 자리를 차단할 수도 있다. 결과적으로, 최종 물질은 보다 소수성이 된다.

사이징된 섬유를 사용하면 사이징된 섬유를 사용하지 않고 제조된 동등한 배합물과 비교하는 경우 물의 이동이 8 시간 시험 동안에는 약 9배, 24 시간 시험 동안에는 약 15배, 96 시간 시험 동안에는 약 25배 정도 감소한다. 한 실시태양에서는 사이징된 섬유를 사용함으로써 건축 제품의 물 흡수율이 최초 8 시간의 침지 시험 동안 약 5% 정도 감소하고, 순수한 물 흡수량을 추가 24 시간의 침지 시험 동안 약 10% 정도 감소한다. 물 투과도는 약 20% 이상 감소시킨다. 더욱이, 사이징된 섬유는 물 침투에 의한 부작용인 풍화를 감소시킨다. 특정한 화학물질로 처리된 섬유의 사용은 최종 건축 제품의 UV, 부패 및 냉동-해동에 대한 저항성을 개선시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시태양은 사이징된 섬유에 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명의 다른 측면에서는 개별화된 강화 섬유를 포함하는 건축 물질이 제공된다. 상기 섬유의 적어도 일부는 물 또는 유기용매의 존재하에서 화학적으로 처리되어 물 및(또는) 환경적 분해에 대한 건축 자재의 저항성을 개선시킨다.

다른 측면에 있어서는 수력학적 결합제 및 개별화된 강화 섬유를 포함하는 건축 자재 배합물이 제공된다. 상기 섬유의 적어도 일부는 물 또는 유기용매의 존재하에서 화학적으로 처리되어 물 및(또는) 환경적 열화(degradation)에 대한 건축 자재의 저항성을 개선시킨다.

다른 측면에 있어서, 개별화된 강화 섬유를 포함하는 건축 물질의 제조방법이 제공된다. 상기 강화 섬유의 적어도 일부는 물 또는 유기용매의 존재하에서 화학적으로 처리되어 물 및(또는) 환경적 분해에 대한 섬유의 저항성을 개선시킨다. 상기 강화 섬유는 개별화되는 것이 바람직하다. 강화 섬유는 수력학적 결합제와 혼합되어 혼합물을 형성한다. 상기 혼합물을 소정의 형상 및 크기의 제품으로 성형한다. 상기 제품을 경화시켜 섬유 강화 건축 자재를 제조한다.

유리하게, 본 발명의 바람직한 실시태양은, 사이징된 셀룰로즈 섬유를 포함하지 않는 균등한 배합물과 비교하여, 감소된 물 이동도, 낮은 물 흡수율, 낮은 물 투과도, 감소된 풍화, 심하지 않은 용해 및 재침착 문제 및 개선된 냉동-해동 저항성을 갖는 섬유 강화 건축 자재를 제공한다. 또한, 바람직한 건축 자재는 치수가 안정하고 셀룰로즈 섬유 강화 물질의 장점을 유기한다. 사이징된 섬유를 갖는 건축 자재는 섬유 시멘트 재료를 제조하는 통상의 방법에 따라 제조할 수 있다. 상기 복합 재료 제조시에는 셀룰로즈 섬유를 보다 덜 사용한다. 상기 및 기타 이점들은 첨부된 도면을 참고로 하기의 기술로부터 보다 상세하고 명백해질 것이다.

도 1은 바람직한 실시태양에 따라 내부 및 외부 표면이 사이징제로 처리된 예시적인 셀룰로즈 섬유의 개략도를 나타낸 것이다.

도 2는 용액중에서 섬유를 사이징제로 처리하는 한 실시태양의 예시적인 공정 흐름도를 나타낸 것이다.

도 3은 건식 스프레이 방법을 사용하여 섬유를 사이징제로 처리하는 몇 가지 실시태양의 예시적인 공정 흐름도를 나타낸 것이다.

도 4는 섬유 강화 시멘트 복합 재료를 제조하는 한 실시 태양의 예시적인 공정 흐름도를 나타낸 것이다.

도 5는 한 바람직한 실시태양에 따라 사이징된 섬유를 사용하여 제조한 섬유 시멘트 건축 자재 및 사이징되지 않은 섬유로 제조한 통상적인 섬유 시멘트 재료의 물 투과도 시험 결과를 나타내는 그래프이다.

도 6은 한 바람직한 실시태양에 따라 사이징된 섬유를 사용하여 제조한 섬유 시멘트 건축 자재 및 사이징되지 않은 섬유로 제조한 통상적인 섬유 시멘트 재료의 냉동-해동 사이클의 결과를 나타내는 그래프이다.

도 7은 한 바람직한 실시태양에 따라 사이징된 섬유를 사용하여 제조한 섬유 시멘트 재료 및 사이징되지 않은 섬유로 제조한 통상적인 섬유 시멘트 재료의 물 이동성 시험 결과를 나타내는 그래프이다.

바람직한 실시태양의 상세한 설명

본 발명의 바람직한 실시태양은 일반적으로 복합 건축 자재에 사용하기 위하여 섬유의 물 및(또는) 환경에 의한 열화에 대한 저항성을 개선시키기 위한 셀룰로즈 섬유의 화학적 처리에 관한 것이다. 상기 실시태양은 하기에 보다 상세히 기술되는 바와 같이, 사이징된 셀룰로즈 섬유의 사용만을 포함하는 것이 아니라 불용성 물질로 섬유의 보이드(void)를 채우는 것과 같이 섬유를 로딩시키거나, 섬유를 살생제로 처리하는 것과 같은 기타 화학적 처리도 포함한다. 건축 물질의 최종 성질을 개선시키기 위한 기타 화학적 처리는 본 발명의 범주내에 있는 것으로 기도한 것이다. 예를 들면, 섬유중의 COD를 낮추는 화학적처리도 포함된다. 본 발명의 측면은 셀룰로즈 섬유 강화 시멘트 제품에만 적용되는 것이 아니고, 따라서, 상기 화학 처리는 비-시멘트 제품에 다른 섬유를 강화시킨 건축 물질에도 적용될 수 있다. 하기에 기술된 사이징된 섬유 처리 외에도 주요 처리는 두가지 추가적인 그룹으로 나눌 수 있으며, 하기에서 보다 상세히 기술된다. 이들은 로딩된 섬유와 살생제 처리된 섬유이다:

로딩된 섬유

바람직한 한 가지 실시태양에서, 본 발명은 로딩되고 개별화된 셀룰로즈 섬유를 시멘트 셀룰로즈 섬유 강화 건축 자재에 적용하는 것에 관한 것이다. 로딩된 셀룰로즈 섬유는 일반적으로 하나 이상의 불용성 화합물로 충진된 개별화된 셀룰로즈 섬유를 포함한다. 바람직하게는 유기 및(또는) 무기 화합물은 셀룰로즈 섬유 루멘 및 세포 벽에 존재하는 물 전도 채널(water conducting channel) 및 공극(void)에 혼입된다. 로딩 방법은 화학반응, 물리적 침착 또는 이들의 조합과 같은 화학적 처리를 포함할 수 있다. 유리하게는, 섬유의 내부에 침착된 물질은 물 전도 채널 및 공극을 따라 물이 전달되는 것을 방해하고, 섬유 시멘트 복합 재료에서 물의 이동을 차례로 저해한다. 로딩 섬유에는 비-셀룰로즈 함량이 셀룰로즈 섬유의 오븐 건조 중량을 기준으로 약 0.5 내지 200%인 것이 바람직하다. 충진된 섬유가 비-셀룰로즈 물질을 약 80중량% 함유하는 것이 보다 바람직하다. 섬유 중의 루멘은 미국특허 제4,510,220 및 5,096,539에 기술된 방법을 사용하여 로딩될 수 있다. 기타 로딩 방법도 사용될 수 있다.

섬유 로딩을 위하여 선택될 수 있는 화학물질은 시멘트 수화 반응을 간섭하거나 공정수(process water)를 오염시키지 않는 것이 바람직하다. 또한, 상기 화학물질들은 난연성 또는 생물학적 저항성 등 섬유 시멘트 제품에 바람직한 기여를 하는 것이 바람직하다. 충진 물질은 시멘트 매트릭스와 동일하거나 유사한 열 및 수분 팽창지수를 갖는 것이 바람직하다. 사용가능한 화학물질들은 모든 형태의 카보네이트, 실리케이트, 크로메이트(chromate), 알루미네이트, 아세테이트, 팔미테이트, 올리에이트, 스테아레이트, 포스페이트 또는 보레이트의 모든 형태를 가진 나트륨, 칼륨, 칼슘, 아연, 구리, 알루미늄 및 바륨의 무기염(inorganic salt); 모 든 종류의 점토, 모든 종류의 시멘트, 모든 종류의 칼슘 실리케이트 수화물; 및 모든 종류의 카올린, 및 이들의 혼합물을 포함하는 것으로 사용되나 이에 한정되지는 않는다. 또한, 사용가능한 유기 화합물은 천연 또는 석유 왁스, 폴리올레핀, 아크릴, 에폭시, 우레탄 및 스티렌 부타디엔 고무, 모든 종류의 플라스틱 및 기타 수지를 포함하는 것으로 사용되나 이에 한정되는 것은 아니다.

섬유를 로딩하면 섬유의 빈 공간과 세포 벽 내부의 공극 공간을 불용성 물질이 차지하는 것이 바람직하다. 포어 공간의 충진시에 섬유 표면상에 침전이 형성되지 않도록 하는 것이 더욱 바람직하다. 이렇게 하면 섬유 표면의 특성이 변화되는 것을 피할 수 있다. 충진되는 물질은 직경이 약 0.01 내지 20㎛ 범위의 입도를 갖는 것이 바람직하다.

상기 열거한 화학물질은 섬유 충진에 사용될 수 있는 물질의 예들을 예시한 것에 불과하다는 것을 인식해야 한다. 충진 물질은 섬유 시멘트 물질의 특정 용도에 필요한 기타 적합한 무기 또는 유기 물질 또는 이들의 조합일 수 있다. 한 실시태양에서는 미국 특허 제5,223,090호 및 RE35,460에 기재된 바와 같은 공지된 섬유 충진 방법을 사용하여 셀룰로즈 섬유에 탄산칼슘을 충진시킨다.

섬유 강화 복합 재료의 한 바람직한 배합물은 시멘트 결합제, 혼화재, 충진된 셀룰로즈 섬유, 밀도 조절제 및 상이한 재료 성질을 개선시키기 위한 다양한 첨가제를 포함한다. 이러한 모든 성분이 적합한 건축 제품을 제조하는데 필요한 것은 아니며, 따라서, 어떤 실시태양에서는, 배합물은 시멘트 결합제 및 충진된 셀룰로즈 섬유만을 포함할 수도 있다.

시멘트 결합제는 바람직하게는 포틀랜드 시멘트이나, 고 알루미나 시멘트(high-alumina cement), 석고, 고 포스페이트 시멘트(high-phosphate cement), 블라스트 퍼니스 슬래그 미분 과립 시멘트(ground granulated blast furmace slag cement) 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 혼화재는 바람직하게는 분쇄 실리카 샌드이나, 무정형 실리카, 마이크로 실리카, 규조토, 석탄연소 비산회 및 저부회(fly ash and botton ash), 왕겨회, 블라스트 퍼니스 슬래그, 과립 슬래그, 스틸 슬래그, 무기 산화물, 무기 수산화물, 점토, 마그나사이트 또는 백운석, 금속 산화물 및 수산화물, 중합체 비이드, 또는 이들의 혼합물일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.

밀도 조절제는 밀도가 약 1.5 g/cm³ 미만인 경량의 유기 및(또는) 무기 물질일 수 있다. 밀도 조절제는 플라스틱 물질, 유리 및 세라믹 물질, 칼슘 실리케이트 수화물, 마이크로스피어, 펄라이트, 속돌, 쉬라스 현무암 및 발포 형태의 지올라이트를 포함하는 화산재일 수 있지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 밀도 조절제는 천연 또는 합성물질일 수 있다.

첨가제는 점도 조절제, 난연제, 방수제, 실리카 퓸, 지열 실리카, 증점제, 안료, 색소제, 가소제, 분산제, 성형제, 응집제(flocculent), 탈수 촉진제(drainage aids), 습윤 및 건조 강도 강화제(strength aids), 실리콘 물질, 알루미늄 분말, 클레이, 카올린, 알루미나 삼수화물, 운모, 메타카올린, 칼슘 카르보네이트, 규회석, 중합체 수지 에멀션 또는 이들의 혼합물일 수 있지만, 여기에 한정되는 것은 아니다.

로딩된 셀룰로즈 섬유의 재료가 되는 셀룰로즈 섬유는 다양한 원료로 부터 얻을 수 있는 정밀화시키고 피브릴화한 셀룰로즈 펄프 또는 정밀화시키지 않고 피브릴화 하지 않은 셀룰로즈 펄프이고, 표백, 미표백 또는 반표백 셀룰로즈 펄프를 포함하지만 여기에 한정되는 것은 아니다. 이 셀룰로즈 펄프는 연질목, 경질목, 농업 원료 재료, 재생 폐지 또는 다른 형태의 식목질 물질로 제조될 수 있다. 셀룰로즈 섬유는 다양한 펄프 제조 방법으로 만들 수 있다. 펄프 제조 과정에서 리그노셀룰로즈 물질 구조 내의 결합을 파괴하여 목재 또는 기타 리그노셀룰로즈 원료 물질(예, 케나프, 짚, 대나무 등)을 섬유 덩어리로 만든다. 이것은 화학적으로, 기계적으로, 열을 가해서, 생물학적으로 또는 이들 방법의 적절한 조합으로 수행할 수 있다.

강화 시멘트 복합 재료에 사용되는 셀룰로즈 섬유는 대부분 섬유 세포벽에서 리그닌 성분을 완전히 또는 부분적으로 제거한 개별화된 섬유이다. 한 실시 태양에서, 약 90% 이상의 리그닌 성분을 섬유 세포벽으로부터 제거한다. 이러한 섬유는 화학적 펄프 제조 방법으로 제조하는 것이 바람직하다. 화학적 펄프 제조 방법은 화학 물질이 섬유를 분리하는 효과에 따라 달라진다. 이러한 방법에 사용되는 화학 물질에 따라 화학적 펄프 제조 방법은 소다, 크래프트, 크래프트-AQ, 소다-AQ, 산소 탈리그닌화, 크래프트-산소, 유기 용매법, 아황산 펌핑, 증기 폭발 펌핑 또는 기타 펄프 제조 방법으로 분류된다. 화학적 펄프 제조 방법에서 셀룰로즈 및 헤미셀룰로즈를 서로 결합시켜 목재 내에 기계적 강도를 제공하는 아교 로서 작용하는 리그닌은 파괴되고 화학적 반응에 의해 용해된다.

이러한 화학적 반응은 일반적으로 약 150 내지 250℃의 고온에서 약 30분 내지 2시간 동안 반응기(종종 다이제스터라 불림)에서 수행한다. 리그닌과 셀룰로즈 성분 사이 결합의 파괴는 섬유 간의 결합을 약하게 한다. 중간 정도의 기계적 힘을 가해도 셀룰로즈 섬유를 개별 섬유로 나눌 수 있다.

로딩된 셀룰로즈 섬유는 특정 응용 분야에서 최적의 성질을 얻기 위해 시멘트 매트릭스와 다양한 비율의 시멘트 결합재, 혼화재, 첨가제, 밀도 조절재, 및 로딩되고(거나) 로딩되지 않은 셀룰로즈 섬유 또는 기타 다른 비셀룰로즈 섬유를 포함하는 모든 다양한 복합 재료에 사용할 수 있다. 한 실시 태양에서, 상기 복합 배합제는 약 50 중량% 이하, 바람직하게는 약 0.5 내지 20 %의 로딩된 섬유를 포함한다. 또한, 이 로딩된 섬유는 통상의 로딩되지 않는 셀룰로즈 섬유 및(또는) 합성 중합체 섬유와 다양한 비율로 블렌딩될 수도 있다. 로딩된 셀룰로즈 섬유의 비율은 원하는 응용 및(또는) 공정에 따라 달라질 수 있다. 또한, 시멘트 매트릭스에서 시멘트 결합재, 혼화재, 밀도 조절제, 및 첨가제의 비율은 다양한 응용 분야(예, 지붕, 데크, 포장, 파이프, 측벽, 담, 내장재, 처마 안쪽, 타일 깔개용 배커(backer))에서 최적의 성질을 얻기 위해 다양하게 변할 수 있다.

본 명세서에서 설명하는 대부분의 실시 태양은 하기의 배합물로 포괄할 수 있다.

ㆍ약 10% 내지 80%의 시멘트 결합제;

ㆍ약 20% 내지 80%의 실리카(혼화재);

ㆍ약 0% 내지 50%의 밀도 조절제;

ㆍ약 0% 내지 10%의 첨가제; 및

ㆍ약 0.5 내지 20%의 로딩된 셀룰로즈 섬유, 또는 로딩된 셀룰로즈 섬유 및(또는) 일반적인 로딩되지 않은 섬유 및(또는) 천연 무기 섬유 및(또는) 합성 섬유의 조합물.

공기 경화되는 섬유 시멘트 물품은 실리카 또는 혼화재를 사용하지 않고도 고함량의 시멘트(예, 60 내지 90%)를 사용할 수 있다. 오토클레이빙하는 실시 태양에서는 개별화되고 로딩된 셀룰로즈 섬유와 함께 소량의 시멘트를 사용할 수 있다. 한 실시 태양에서 본 발명의 오토클레이빙된 배합물은 아래의 성분을 포함한다.

ㆍ약 20 내지 50%, 바람직하게는 약 25 내지 45%, 더 바람직하게는 약 35%의 시멘트

ㆍ약 30 내지 70%, 바람직하게는 약 60%의 미분 실리카;

ㆍ약 0 내지 50%의 밀도 조절제;

ㆍ약 0 내지 10%, 바람직하게는 약 5%의 첨가제; 및

ㆍ약 2 내지 20%, 보다 바람직하게는 약 10%의 섬유(여기서, 이 섬유의 일부는 섬유 포어 공간 내로 물이 흐르는 것을 감소시키는 무기 및(또는) 유기 물질로 로딩한 셀룰로즈 섬유이다)

로딩된 섬유는 TAPPI 방법 T 227 및 om-99 방법에 의한 캐나다 표준 여수도가 150 내지 750 등급(degree)인 것이 바람직하다. 시멘트 결합제 및 혼화재는 각각 약 250 내지 400 m²/kg의 표면적 및 약 300 내지 450 m²/kg의 표면적을 갖는다. 시멘트 및 실리카의 표면적은 모두 ASTM C204-96a에 의해 시험한다.

셀룰로즈 섬유 루멘 및 세포 벽 중의 물 전도 채널 및 보이드는 화학반응, 물리적 침착 또는 이들의 조합과 같은 로딩 기법을 사용하여 하나 이상의 화학물질로 로딩시키는 것이 바람직하다. 상기 로딩 기법은 물 또는 유기용매 존재하에 수행하는 것이 바람직하고, 섬유의 로딩은 화학물질을 셀룰로즈 섬유와 접촉하여 수행하는 것이 바람직하다. 로딩 기법은 주위 온도 또는 약 100℃미만에서 수행하는 것이 보다 바람직하다. 화학적 로딩 방법에서는, 몇몇 가용성 성분을 펄프 슬러리에 용해시키고, 섬유 세포 벽을 관통시킨다. 반응은 pH, 온도, 시약의 용량, 빛의 조사, 압력, 이온 세기 또는 기타 조건에 의해 개시된다. 결과적으로 불용성 반응산물이 형성되며 섬유 내부에 침착된다. 화학적 침착의 예들은 미국특허 제5,223,090호 및 RE35,460에 기술되어 있는데, 가용성 Ca(OH)₂를 먼저 펄프 슬러리에 용해시키고 이어서 CO₂ 기체를 슬러리중에서 기포로 통과시킨다. Ca(OH)₂는 CO ₂와 반응하여 섬유내부에 불용성 CaCO₃가 형성된다. 물리적 침착에 의한 섬유 로딩은 일반적으로 화학적 반응이 관여하지 않고 수행된다. 섬유 로딩은 종종 화학적 및 물리적 침착 모두의 조합에 의해 수행된다.

상기 배합물을 사용하여 섬유 시멘트 제품을 제조하는 것에 대한 추가의 상세한 사항은 사이징된 섬유 실시태양과 관련하여 하기에 기술한다.

살생제 처리된 섬유

다른 바람직한 실시태양에 있어서, 본 발명은 시멘트 셀룰로즈 강화 복합 재료에 살생제 처리된 섬유를 첨가하는 것에 관한 것이다. 살생제 처리된 섬유는 일반적으로 화학물질이 혼입된 셀룰로스 섬유를 포함하며 미생물의 성장을 저해한다. 살생제 화학물질은 생물학적 활동이 가장 잘 일어날 것 같은 섬유의 위치에 놓이도록 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 미생물이 가장 잘 성장하여 섬유에 손상을 일으킬 것 같은 섬유의 물 전도 채널 및 포어의 내부 및 외부 표면에 도포되는 것이 바람직하다. 섬유는 화학적 반응 및(또는) 물리적 힘에 의하여 세포벽 또는 섬유의 표면에 화학물질이 결합 또는 연결되도록 처리할 수 있다. 섬유 처리 방법은 가압 함침, 농도 확산, 압력, 온도, 농도, pH 또는 기타 이온세기의 구배에 의한 다른 기법을 포함할 수도 있다. 살생제 처리는 주위 온도 또는 약 100℃ 미만의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 섬유내로 혼입된 살생제 화학물질이 미생물의 성장을 저지 또는 억제시키고 따라서 섬유의 생물학적 저항성을 개선시키는 것이 유리하다. 섬유가 강화제이므로, 섬유의 생물학적 저항성은 차례로 섬유 시멘트 복합 재료의 내구성을 향상시킨다. 섬유에 처리하는 살생제의 용량은, 살생제의 종류, 처리 방법 및 최종 제품의 요구사항에 따라, 섬유의 오븐 건조 질량의 0.01 내지 20% 범위인 것이 바람직하다.

섬유 처리를 위한 살생제의 선택과 살생제 처리된 섬유를 섬유 강화 시멘트 재료에 어떻게 사용하는지를 이하에서 기술한다. 섬유 처리를 위하여 선택된 생물학적으로 활성인 살생제는 셀룰로즈 섬유에 대해 강한 친화도를 갖고, 시멘트 수화 반응을 간섭하지 않으며 공정수를 오염시키지 않는 것이 바람직하다. 효과적인 살 생제는 고온 및 알칼리 조건(pH > 10)에서 안정한 것이 바람직하다. 또한, 섬유 시멘트 복합 재료에 어떤 다른 이로운 특성을 제공하는 것이 바람직하다. 이러한 엄격한 요구사항 때문에 많은 공지된 살생제들은 섬유 처리를 위해서는 적합하지 않다. 처리된 섬유 및 제품으로부터 빠져나온 살생제는 바람직한 태양에 적용가능한 살생제의 유용성을 현저하게 제한시킨다. 놀랍게도, 몇가지 살생제가 상기 요구사항을 만족시키며 생물학적 활성에 있어서 우수한 효용성을 제공한다.

섬유 처리를 위해 효과적인 살생제로서 사용할 수 있는 화학물질은 모든 형태의 카보네이트, 실리케이트, 설페이트, 할라이드 및 보레이트의 나트륨염, 칼륨염, 칼슘염, 아연염, 구리염 및 바륨염; 아연 카르복실레이트; 붕산; 중탄산나트륨; 구리 크롬 비산염(CCA); 크롬화 구리 붕산염(CBC); 암모니아성 구리 비산염(ACA); 암모니아성 구리 아연 비산염(ACZA); 불소화 구리 크롬(CFK); 구리 크롬 플루오로 보레이트(CCFB); 구리 크롬 포르포러스(CCP); 및 기타 무기 화합물을 포함하나 이에 한정되지는 않는다.

또한, 다양한 제제 중의 프로피코나졸(propiconazole); 다양한 제제중의 테부코나졸(tebuconazole); 펜타클로로페놀(PCP)와 같은 유기-클로라이드; 4급 암모늄 화합물(AAC); 다양한 제제의 구리 8-하이드록시퀴놀린 또는 구리 옥센; 모든 종류의 제제중의 트리-n-부틸틴 옥사이드(TBTO); 다양한 제제중의 트리-n-부틸틴 나프테네이트(TBTN); 다양한 제제 중의 디데실디메틸암모니움 브로마이드(DDAB); 모든 종류의 다양한 제제중의 디데실디메틸암모니움 클로라이드(DDAC); 모든 종류의 항진균제; 모든 종류의 살조제(algaecide); 모든 종류의 흰개미 방지제를 포함하나 이에 한정되지 않는 유기 화합물도 상기 섬유 처리에 또한 사용될 수 있다.

상기 섬유는, 섬유 시멘트 물질의 특정 응용에 필요한 특정한 특질에 따라서, 상기 열거한 하나 이상의 살생체로 처리되는 것이 바람직하다. 섬유의 처리는 물 또는 유기 용매의 존재하에 수행되는 것이 바람직하고, 섬유의 살생제 처리는 충진, 화학반응 또는 기차 메카니즘을 통해서 이루어질 수 있으나, 화학물질을 섬유에 접촉시키는 방법이 바람직하다. 상기 열거된 화학물질은 섬유 살생제 처리에 사용될 수 있는 물질의 예시적인 예일 뿐임을 인식해야 한다. 상기 화학물질은 진균류, 박테리아, 조류 및 곰팡이의 성장을 억제하는 효과를 갖는 것이면 임의의 다른 무기 또는 유기 화합물일 수 있다.

살생제 처리된 섬유의 제형은 로딩된 섬유에 대하여 기술한 바와 유사하며, 충진된 섬유를 살생제 처리된 섬유로 대체하면 된다. 더욱이, 살생제 처리된 섬유가 혼입된 건축 자재의 제조방법 및 기타 측면은 하기 기술한 사이징된 섬유와 유사하다.

사이징된 섬유

추가의 가능한 처리에 대하여 기재하였고, 이제는 본 발명의 사이징된 섬유 실시태양 및 사이징된 섬유를 섬유 강화 시멘트 복합 재료의 용도 및 적용에 대하여 보다 상세하게 기술한다.

본 발명의 다른 측면에서, 바람직한 태양은 시멘트 섬유 강화 복합 재료에서의 사이징된 셀룰로즈 섬유의 제조 및 적용을 기술한다. 이러한 실시태양은 사이징된 섬유로 형성된 복합 재료만을 포함하는 것이 아니라, 복합물질의 제조 방법 및 섬유의 소수성 개선을 위하여 섬유를 화학적으로 처리하는 방법도 포한한다.

한 가지 측면에서, 본 발명은 사이징된 셀룰로즈 섬유를 시멘트 셀룰로즈 섬유 강화 건축 자재로 혼입하는 것에 관한 것이다. 사이징된 셀룰로즈 섬유는 일반적으로 영구적 또는 일시적으로 셀룰로즈 섬유의 내부 또는 외부 표면상의 친수성 자리를 차단하는 하나 이상의 사이징제로 처리된다. 사이징제는 물 또는 유기 용매 존재하에 섬유 표면 상의 히드록실기에 화학적으로 결합되어 히드록실기에 결합하고 히드록실기가 물 분자와 반응하는 것을 실질적으로 방지하는 것이 바람직하다. 사이징제와 히드록실기 사이의 화학반응은 사이징제를 셀룰로즈 섬유과 접촉시켜 수행하는 것이 바람직하다.

도 1은 한 바람직한 실시태양에 따라 내부 및 외부 표면이 사이징제로 처리된 셀룰로즈 섬유 102를 도시하는 개략도 100를 나타낸 것이다. 셀룰로스 섬유 102는 포어 및 물 전도 채널을 포함하고 섬유 102의 전체를 통하여 연장된다. 공극 및 물 전도 채널의 내부 및 외부 표면은 다수의 히드록실기 104를 함유한다. 섬유 102가 처리되지 않은 경우, 이들 히드록실기 104는 환경 중의 물 분자와 수소결합을 형성하기 쉽다. 따라서, 포어 및 전도 채널은 물을 흡수하여 섬유 전체에서 물의 이동을 촉진시킨다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 바람직한 실시태양의 섬유 102는 사이징제 106으로 처리되어 히드록실기 104를 차단한다. 각각의 사이징제 106은 친수성기 108 및 소수성기 110을 포함하는 것이 바람직하다. 친수성기 108은 히드록실기 104와 화학적으로 결합함으로써 히드록실기 104가 물 분자와 반응하는 것을 방지한다. 또 한, 소수성 말단기 110은 유리된 형태로 남아서 친수성기와 섬유 표면 사이의 결합을 통하여 섬유 표면에 연결된다. 사이징 분자의 외부쪽 소수성기 110은 섬유 표면으로부터 물을 반발시킨다. 한 실시태양에서는 각각의 사이징제 분자 106은 실라놀(Si-OH) 또는 폴리실라놀(Si-(OH)_n, 여기서, n은 2, 3 또는 4이다)을 포함하는 친수성기 및 직쇄 또는 분지된 알킬 사슬 또는 방향족 단편을 포함하는 소수성기를 갖는다. 실라놀 또는 폴리실라놀은 실리콘 분자에 연결된 가수분해가능한 알콕시 절편의 가수분해에 의해 얻어질 수 있다. 사이징제 106은 사이징 화학물질을 함유하는 수성 또는 용매 용액으로 섬유를 침지, 진공증착 및 가압 스프레이 하는 방법을 사용하여 섬유 표면에 적용될 수 있다. 사이징제는 섬유의 내부 및 외부 표면에 침착되어 히드록실 작용기와 같은 친수성 자리와 결합하여 표면을 덜 친수성으로 만들고, 이는 차례로 물 전도 채널 및 보이드 또는 포어를 따라 물이 이동하는 것을 방해한다.

사이징제는 섬유 강화 시멘트 매트릭스 중의 무기 또는 유기 성분과 반응하여 매트릭스에 보다 높은 소수성을 부여할 수 있다. 섬유 강화 시멘트 복합 재료의 생성에 있어서, 사이징된 섬유는 사이징제의 운반체 역할을 한다. 사이징된 섬유는 섬유의 주위 환경에 화학물질을 방출시키켜 환경에도 소수성을 부여할 수 있다.

섬유 처리를 위한 사이징제 및 셀룰로즈 섬유

섬유의 사이징을 위하여 선택된 화학물질은 엄격한 제품 및 공정의 요구사항 을 만족시키는 것이 바람직하다. 상기 요구사항은 알칼리, UV 및 온도에 안정할 것, 시멘트 수화 반응을 간섭하지 않을 것, 공정수를 오염시키지 않을 것 및 최종 제품으로부터 빠져나오지 않을 것 등이 있으나 이에 한정되지는 않는다. 사이징제로 사용될 수 있는 화학물질은 하기의 것들을 포함하나 이에 한정되지는 않는다:

·천연 또는 석유 왁스, 폴리올레핀, 아크릴, 에폭시, 모든 종류 및 모든 제형에서의 실란 유도체, 모든 종류 및 모든 제형에서의 알콕시실란, 모든 종류 및 모든 제형에서의 실리콘 에멀션(silicone emulsion), 모든 종류의 아크릴계 라텍스, 모든 종류의 스티렌 부타디엔 고무 에멀션, 및 기타 중합체 라텍스 및 셀룰로즈 섬유의 표면 특성을 변경시키는데 통상적으로 사용되는 수지;

·로진산, 알럼, 전분, 검, 카제인, 소야 단백질, 모든 종류 및 모든 제형중의 알킬 케텐 이량체(AKD), 모든 종류 및 모든 제형중의 알케닐 숙신산 무수물(ASA) 및 모든 종류 및 모든 제형중의 스테아르산과 같은 제지 산업분야에 통상적인 수용성 사이징제

섬유는 섬유 시멘트 복합 재료의 특정 용도를 위해 필요한 특정 특질에 따라서 하나 이상의 상기 화학물질로 처리되는 것이 바람직하다. 사용가능한 시판되는 상업적으로 입수가능한 화학물질의 예는 하기와 같으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

·다우 케미칼(Dow Chemical) 라텍스(Latex) RAP900NA, PP722HS, 및 PB6638,

·발스퍼(Valsper) EPS2718, EPS2708 및 EPS2102,

·켐렉스(ChemRex) 엔비로실(Enviroseal) 100, 엔비로실 100 플러스, 엔비로 실 40, 엔비로실 7, 하이드로조(Hydrozo) 100 및 하이드로조 100 플러스,

·다우 코닝(Dow Corning) 에멀션(Emulsions) 2-7195 및 2-8002; 다우 코닝 폴리머 2-8040 및 2-8630,

·유클리드 케미칼(Euclid Chemical) 유코-가드(Euco-Guard) VOX, 유콘(Eucon) 37,

·크레셋 케미칼 컴퍼니(Cresset Chemical Co.) C-378,

·클래리언트(Clariant) 프로실(Prosil) 9202

·프로-실(Pro-Seal) DP-36

사이징제는 파우더와 같은 건조 형태일 수 있고 도는 에멀션, 분산액, 라텍스 및 용액과 같은 습윤 형태일 수 있다. 다수의 사이징제가 사용되는 경우 일부는 건조 형태이고 다른 것은 습윤 형태일 수 있다. 또한, 바람직한 실시태양의 사이징제는 미국특허 제5,096,539호에 기재된 바와 같이 사이즈 종이 섬유(size paper fiber)에 전통적으로 사용되는 기타 화학물질을 또한 포함할 수 있다. 사이징제가 건조 형태이든지 또는 습윤 형태이든지, 섬유 상의 히드록실 기와 반응하게 되는 경우, 반응을 촉진시키기 위해 물 또는 유기 용매의 존재하에 반응시키는 것이 바람직하다. 상기 열거한 화학물질은 섬유의 사이징에 사용될 수 있는 물질의 예들을 예시한 것에 불과하다는 것을 인식해야 한다. 사이징제는 섬유 시멘트 재료의 구체적인 적용에 필요한 특정 특질에 따라 기타 적합한 무기 또는 유기 물질 또는 이들의 조합일 수 있다.

섬유 사이징 처리에 사용되는 셀룰로즈 섬유는 상기에서 섬유의 충진과 관련 하여 기술한 바와 같이 다양한 펄프 방법으로 제조될 수 있다. 펄프 공정에서, 목재 또는 케나프(kenarf), 짚, 및 대나무 등과 같은 식물질(lignocellulosic) 원료의 구조내의 결합을 파열시키는 방법으로 상기 식물질 원료를 섬유질 덩어리로 환원시킨다. 이 작업은 화학적으로, 기계적으로, 열적으로, 생물학적으로 또는 이들 처리의 조합에 의해서 수행될 수 있다. 상기 방법에 사용되는 화학물질을 근거로 하여, 화학적 펄핑방법은 소다(Soda), 크래프트(Kraft), 크래프트-AQ, 소다-AQ, 산소 탈리그닌(Oxygen Delignification), 크래프트-산소, 유기용매 방법, 및 설파이트 펌핑, 증기 폭발 또는 기타 펄핑 기법으로 분류된다. 화학적 펄핑 방법에서, 셀룰로즈 및 헤미셀룰로즈를 함께 유지시키는 아교와 같은 작용을 함으로써 목재에 기계적 강도를 제공하는 리그닌은 화학반응에 의해 파단되고 용해된다.

상기 펄핑 반응은 통상적으로는 종종 다이제스터(digester)라고 불리우는 반응기 내에서 150 내지 250℃ 부근의 고온에서 약 30분 내지 2시간 동안 수행된다. 리그닌과 셀룰로즈성 성분 사이의 결합의 분열은 섬유 사이의 결합을 약화시키는 결과를 가져온다. 이어서 가벼운 기계적 힘(mild mechanical force)으로 셀룰로즈 섬유를 개별 섬유로 분리시킨다. 사이징 처리에 사용되는 셀룰로즈 섬유는 상기 언급한 다양한 방법에 의해 제조된 개별화된 섬유인 것이 바람직하다.

사이징 처리를 위한 셀룰로즈 섬유는 원료로부터 정밀화/피브릴화되지 않거나 정밀화/피브릴화된 셀룰로즈 펄프일 수 있으며, 다양한 펄핑 기법에 의해 제조된 표백, 미표백, 반-표백 셀룰로즈 펄프를 포함하나 이에 한정되지는 않는다. 셀룰로즈 펄프는 연질목, 경질목, 농업적 원료, 재생 폐지 또는 기타 형태의 식물질 원료일 수 있다.

섬유 처리

하나 이상의 사이징제를 사용하여 셀룰로즈 섬유를 처리/사이징하는데에는 다양한 방법이 사용될 수 있다. 바람직한 섬유 처리 방법은 다양한 순서로 수행되는 다음의 단계를 포함한다.

·섬유 분산/섬유화(섬유의 개별화);

·피브릴화(섬유 표면적 증가를 위한 기계적 수단);

·섬유 컨디셔닝(탈수, 건조 또는 희석);

·하나 이상의 사이징제로 처리/사이징 반응;

·잔여/과잉 사이징제의 제거; 및

·사이징된 섬유의 컨디셔닝(건조, 습윤화 또는 분산).

상기 단계의 일부는 누락될 수 있고, 다른 단계가 바람직할 수도 있다. 섬유 처리 방법은, 건조 또는 습윤된 셀룰로즈 섬유 상에 사이징제를 수성 또는 유기 용매 용액중에서 처리하고/하거나 진공 또는 가압 스프레이하는 방법을 포함하나 이에 한정되지 않는 다양한 방식으로 수행될 수 있다.

용액중에서의 섬유의 처리

도 2는 용액중에서 수행되는 바람직한 섬유 처리 공정 200의 실시태양을 예시한 것이다. 공정 200은 미처리된 셀룰로즈 섬유가 분산, 섬유화(개별화) 및(또는) 피브릴화되는 단계 202로 시작한다. 섬유의 개별화는 상기한 바와 같은 화학적 펄핑 공정에 의해 수행될 수 있다. 택일적으로, 이 바람직한 제조 공정을 수행 하는데에는 화학적 펄핑 단계가 필요하지 않음을 인식해야 한다. 이는 섬유의 화학적 개별화가 종종 섬유 제조자에 의해 수행된 후, 이들이 표준 랩(lap) 시이트(sheet)또는 롤 상태로 구매자에게 제공하기 때문이다. 따라서, 한 실시태양에서는 상기 섬유의 개별화는 햄머 밀(hammer milling) 또는 기타 방법에 의해 섬유를 시이트 또는 롤 상에서 기계적으로 분리하는 것을 포함한다.

한 실시태양에서는, 미처리 셀룰로즈 섬유를 건조 형태(랩 및 롤) 또는 습윤 형태(습윤 랩 및 용기중에서)로 수용한다. 바람직하게는 약 1% 내지 6% 밀도(consistency)에서 미처리 섬유를 분산시켜 하이드라 펄프기(hydrapulper)내에서 펄프 슬러리를 형성시키는데, 이에 의해 어느 정도의 피브릴화도 이루어진다. 추가의 피브릴화는 정밀화 또는 일련의 정밀화를 거쳐 달성될 수 있다. 일단 분산되면, 섬유는 약 100 내지 750 도(degree)의 캐나다 표준 여수도(freeness) 범위로 피브릴화된다. 분산 및 피브릴화는 예를 들면 해리(deflaking), 밀링(milling), 및 세단(shredding)과 같은 기타 기법에 의해서도 달성될 수 있다. 피프릴화 없이 셀룰로즈 섬유를 처리하는 것도 또한 가능하다. 어떤 실시태양에서는 피브릴화되지 않은 섬유가 바람직하다.

도 2에 나타낸 실시태양에서, 202 단계에서 섬유를 분산시킨 후 공정 200은 단계 204로 진행되는데, 여기서는 슬러리 형태의 피브릴화되거나 피브릴화되지 않은 섬유가 압착 여과, 진공 여과 또는 계속적인 원심분리를 사용하여 탈수되어 총 고체 함량이 약 2% 내지 50%가 되도록 한다. 또한, 섬유의 탈수는 진공 증발 건조, 급속 건조, 동결 건조, 저온 오븐 건조 및 섬유의 일체성에 심각한 손상을 가 하지 않는 기타 건조 기법을 사용하여 섬유를 더 탈수 시킬 수도 있있다. 한 실시태양에서, 디스펜서, 믹서 또는 임의의 종류의 하이드라 펄퍼를 사용하여 반응 용기중에서 탈수된 섬유를 완전히 혼합하였다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 탈수 단계 204로부터의 물은 물 플랜트 204a로 재생되고 단계 202로 재순환된다.

이어서, 공정 200은 단계 206에서 사이징 반응을 수행한다. 준비된 사이징제를 지속적으로 교반 및 혼합하면서 반응기에 가하는 것이 바람직하다. 사이징제의 용량은 처리되는 섬유의 의도된 적용, 사이징 화학물질의 종류 및 반응 조건에 따라 달라진다. 한 실시태양에서는 용량이 오븐 건조된 셀룰로즈 섬유의 약 0.01% 내지 50%이다. 반응기 시스템은 우수한 혼합을 보증하기 위하여 어떤 종류의 교반 장치를 장착하는 것이 바람직하다.

사이징 반응은 주위 온도 또는 약 200℃ 이하의 승온하에서, 바람직하게는 약 0℃ 내지 100℃에서 수행될 수 있다. 어떤 처리를 위해서는 보다 높은 압력과 온도가 바람직하다. 반응시간은 원하는 사이징 정도, 사이징제의 종류 및 양, 셀룰로즈 섬유의 종류 및 기타 반응 조건에 따라 약 수 초 내지 24시간으로 변화한다. 모든 종류의 배치 또는 연속 반응기를 사용할 수 있으나, 상기 실시태양에서는 섬유 처리를 위하여 연속 또는 반-연속 탱크 또는 플러그 플로부 반응기가 바람직하다.

소정의 유지 시간에 이르면 공정 200의 단계 208에 나타낸 바와 같이 잔여 사이징제를 분리하고 원심분리 또는 여과에 의해 제거할 수 있다. 한 실시태양에서는, 여분의 사이징제를 재생시켜 재사용한다. 약 2% 내지 80%의 총 고체 함량을 갖는 반응후 섬유를 공정 200의 단계 210 및 212에서와 같이 추가로 처리하거나 컨디셔닝시킬 수 있다. 반응 후 섬유는 저온 오븐, 진공 증발 및 기타 비파괴적인 건조기법에 의해 건조되는 것이 바람직하다. 한 실시태양에서는, 처리된 섬유를 총 고체가 약 4% 내지 90%가 되도록 컨디셔닝시킨후, 단계 214에서 섬유 시멘트 복합 재료에 혼입시킨다.

파라미터	범위	보다 바람직한 범위
슬러리 중의 섬유 백분율(중량%)	약 0.01 내지 50	약 3 내지 30
피브릴화후의 섬유 여수도(CSF)	약 100 내지 750	약 150 내지 650
사이징제의 용량(중량%)	약 0.01 내지 50	약 0.1 내지 10
반응 온도(℃)	약 -20 내지 200℃	약 0 내지 100℃
반응 압력(atm)	약 1 내지 10	약 1 내지 2
유지 시간(초)	약 5 내지 100,000	약 5 내지 3,600

표 1은 상기 섬유 처리 공정 200의 반응 조건의 예를 나타낸 것이다. 그러나 본 발명의 사상을 벗어나지 않고서도 본원에 나타난 실시태양으로부터 조건에서 다양한 변화 및 변경이 이루어질 수 있다.

건식 스프레이에 의한 섬유 처리

도 3은 건식 스프레이에 의해 섬유를 처리하는 몇가지 실시태양을 예시한 것이다. 공정 300은 처리를 위해 원료 물질을 준비하는 단계 302로 시작한다. 미처리 섬유는 베일(bale)중의 펄프 랩(시이트) 302a; 롤 중의 펄프 시이트 302b; 베일, 반응기 또는 사일로(silo) 중의 햄머밀 또는 파열방법으로 섬유화된 섬유; 베일, 사일로, 용기 중의 (정밀화된) 건조 또는 반건조 섬유 302d; 기타 건조 형태의 셀룰로즈 섬유와 같은 다양한 형태로 수용된다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 롤 또는 랩/시이트 형태로 펄프를 처리하는 단계 302a 및 302b에서는 단계 304a 및 304b에 나타낸 바와 같이 에멀션화된 사이징제를 셀룰로즈 섬유 상에 스프레이한다. 섬유화(개별화) 공정의 진행전, 진행중 진행후에 사이징 반응을 수행할 수 있다. 상기 스프레이 시스템에서, 사이징제는 증기화될 수 있고 증기화된 화학물질은 가압되어 충분한 스프레이 속도를 제공할 수 있다. 라텍스 에멀션 내에서 사이징 화학물질을 스프레이하기 위해 몇몇 운반 기체들을 사용할 수 있다. 가능한 가장 미세한 스프레이 입자가 생성되도록 노즐을 선택하는 것이 바람직하다. 건조 스프레이 공정에 있어서도 스프레이 자체의 조성물에 기인하여 섬유와 사이징제의 반응이 물 또는 유기 용매의 존재하게 일어나는 것을 인식하여야 한다.

상기 처리의 다른 실시태양에서, 펄프 웹(pulp web)을 사이징제 용액에 침지시킴으로써 사이징제를 펄프 랩, 롤 또는 시이트 상에 적용시킨다. 사이징 반응이 일어나도록 하는 소정의 유지 시간 후, 햄머 밀링, 세단(chredding), 롤러 밀링, 해리(deflaking) 또는 정밀화와 같은 기법에 의해 펄프를 개별화 또는 섬유화시킨다. 사이징 반응과 섬유화는 섬유화 공정 동안에 화학물질을 섬유에 도포하여 동시에 수행될 수도 있다. 도 3에서 더욱 나타내는 바와 같이, 섬유 처리 단계 302c에서 단계 304c에서 나타낸 바와 같이 사이징제를 섬유화된 섬유 상에 스프레이한다. 상기 사이징반응은 반응기내에서 강한 교반/혼합하에서 일어날 수 있다. 상기 사이징 반응은 급속 드라이어, 햄머밀, 통상적인 수지 도포 챔버(chamber) 또는 밀폐된 탱크 반응기에서 또한 수행될 수 있다.

또 다른 실시 태양에서, 건조 형태의 피브릴화된 셀룰로즈 섬유가 섬유 처리 304d에 사용될 수 있다. 건조 피브릴화 섬유의 제조에 있어서, 셀룰로즈 펄프는 통상적인 하이드라 펄퍼, 펄프 정밀화기(refiner) 또는 해리기(deflaker)를 사용하여 정밀화된다. 이어서, 피브릴화된 섬유를 급속 건조 및 공기 건조와 같은 기법에 의해 탈수 및(또는) 건조시킨다. 이어서, 습윱 또는 건조 피브릴화 섬유는 반응기 내에서 소정의 사이징제와 접촉시킨다. 상기 실시태양의 사이징 처리는 실온 또는 승온에서 상압 또는 가압하에 수행될 수 있다. 처리에 대한 유지 시간은 공정 및 장치에 적합하게 변화시킬 수 있고, 5초 내지 12 시간이 바람직하다. 사이징제의 용량은 오븐 건조 섬유의 약 0.01 내지 20%의 범위인 것이 바람직하다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 처리된 섬유는 단계 306에서 후속적으로 컨디셔닝된다. 처리된 섬유는 건조, 습윤화 및 분산과 같은 기법에 의해 컨디셔닝될 수 있다. 섬유를 커디셔닝한 후, 사이징된 섬유를 추가로 가공시킨다. 사이징된 섬유를 분산 또는 피브릴화시킨다. 어떤 경우에는, 피브릴화가 필요 없는 수도 있다. 이어서, 단계 308에서 사이징된 섬유를 섬유 시멘트 복합 재료 제조로 혼입시킨다.

하기에 상세히 기술하는 바와 같이, 사이징 화합물질을 섬유 시멘트 복합 재료재조 공정에서 직접 적용할 수도 있다. 다른 성분과 혼합하기 전에 사이징제를 섬유에 첨가하는 것이 바람직하다.

사이징된 섬유를 사용하여 섬유 강화 시멘트 재료를 제조하는 배합물

본원에 기술된 대부분의 실시태앙은 하기의 배합에 포함될 수 있다.

·시멘트(시멘트 결합제) 약 10% 내지 80%;

·실리카(혼화재) 약 20% 내지 80%;

·밀도 조절제 약 0% 내지 50%

·첨가제 약 0% 내지 10%; 및

·사이징된 셀룰로즈 섬유, 또는 사이징된 셀룰로즈 섬유 및(또는) 통상의 사이징되지 않은 섬유 및(또는) 천연 무기 섬유 및(또는) 합성 섬유의 조합 약 0.5% 내지 20%.

시멘트 결합제는 바람직하게는 포틀랜드 시멘트이나, 고 알루미나 시멘트, 석고, 고 포스페이트 시멘트, 블라스트 퍼니스 슬래그 미분말 시멘트 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 혼화재는 바람직하게는 미분 실리카 샌드이나, 무정형 실리카, 마이크로 실리카, 규조토, 석탄회, 왕겨회, 블라스트 퍼니스 슬래그, 과립 슬래그, 스틸 슬래그, 무기 산화물, 무기 수산화물, 점토, 마그나사이트, 백운석, 금속 산화물 및 수산화물, 중합체 비이드, 또는 이들의 혼합물일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.

밀도 조절제는 약 1.5 g/㎤ 미만의 밀도를 갖는 유기 및(또는) 무기 경량물질일 수 있다. 밀도조절제는 플라스틱 할로우(hollow) 재료, 유리 및 세라믹 재료, 칼슘 실리케이트 수화물, 마이스로스피어 및 팽창된 형태의 펄라이트, 경석, 시라스(shirasu) 현무암 및 제올라이트를 포함하는 화산재를 포함할 수 있다. 밀도 조절제는 천연 또는 합성물질일 수 있다. 첨가제는 점도 조절제, 난연제, 방수제, 실리카 퓸(fume), 지열(geothermal) 실리카, 증점제, 안료, 착색제, 가소제, 분산제, 성형제, 응집제, 배수보조제, 습윤 및 건조 강도 보조제, 실리콘(silicone) 물질, 알루미늄 분말, 점토, 카올린, 알루미나 수화물, 운모, 메 타카올린(metakaolin), 탄산칼슘, 규회석, 및 중합체 수지 에멀션, 및 이들의 혼합물을 포함하나 이에 한정되지는 않는다.

상기한 바와 같이, 강화 시멘트 복합 재료에 사용되는 셀룰로즈 섬유는 주로 개별화된 사이징된 섬유인 것이 바람직하고, 섬유를 분리시키는 화학물질의 효과에 따라 주로 달라지는 다양한 화학적 펄핑 방법에 의해 제조된다. 어떤 실시 태양에서는 사이징된 섬유의 제조에 사용되는 셀룰로스 섬유가 세포 벽의 리그닌 성분의일부 또는 전부를 제거한 개별화된 셀룰로즈 섬유이다. 다른 실시태양에서는 사용되는 셀룰로스 섬유가 리그닌 성분이 그대로 유지되는 개별화되지 않은 셀룰로즈 섬유이다.

사이징된 셀룰로즈 섬유는 시멘트 결합제, 혼화재, 사이징된 및(또는) 사이징되지 않은 섬유 및 첨가제의 모든 상이한 비율을 갖는 다양한 복합 재료에 사용되어 특정 용도에 적합한 최적의 성질을 얻을 수 있다. 한 실시태양에서는 복합 배합물은 약 0.5 내지 20 중량의 사이징된 섬유를 함유한다. 또한, 사이징된 섬유는 통상적인 사이징되지 않은 섬유 및(또는) 합성 중합체 섬유와 상이한 비율로 블렌딩할 수 있다. 사이징된 셀룰로즈 섬유의 백분율은 원하는 용도 및(또는) 공정에 따라 달라질 수 있다는 것을 인식해야 한다. 또한, 지붕재, 데크(deck), 보도, 파이프, 사이딩(siding), 트림(trim), 처마, 계단 등의 안쪽(soffits), 타일 깔개용 지지물(backer)과 같은 상이한 용도를 위한 최적의 성질을 얻기 위해 시멘트 결합제, 혼화재, 밀도 조절제 및 첨가제의 비율을 변화시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시태양에서, 건축 자재가 오토클레이브되는 경우, 배합물에서 사이징된 셀룰로즈 섬유를 포함하는 시멘트는 보다 적은 양으로 사용된다. 오토클레이브된 섬유 시멘트 복합 재료는 하기를 포함하는 것이 바람직하다.

·시멘트 약 20% 내지 50%, 보다 바람직하게는 약 35%;

·미분 실리카 약 30% 내지 70%, 보다 바람직하게는 약 60%;

·밀도 조절제 약 0% 내지 50%;

·첨가제 약 0 내지 10%, 보다 바람직하게는 약 5%; 및

·일부가 사이징제로 사이징되어 섬유의 소수성이 증가된 셀룰로즈 섬유인 섬유 약 0.5% 내지 20%, 바람직하게는 약 10%.

택일적으로, 공기-경화 제품을 위하여 보다 높은 백분율, 바람직하게는 약 60 내지 90%의 시멘트가 사용될 수 있다. 공기 경화되는 실시태양에서는 실리카는 충진제로서 사용될 수도 있으나, 상기 미분 실리카는 사용되지 않는다.

사이징된 섬유는 TAPPI 방법 T 227 om-99에 따라 측정한 경우 약 150 내지 750도의 캐나다 표준 여수도(CSF)를 갖는다. 시멘트 결합제 및 혼화재는 각각 약 250 내지 400㎡/㎏ 및 약 300 내지 450㎡/㎏ 의 표면적을 갖는다. 시멘트 및 혼화재 모두의 표면적은 ASTM C204-96a에 따라 시험되었다.

사이징된 섬유를 사용한 섬유시멘트 건축 자재의 제조방법

상기 기술된 배합물을 사용하여 섬유 강화 복합 건축 자재를 제조하는 방법은 본 발명의 다른 측면을 구성한다.사이징된 셀룰로즈 섬유를 함유하는 섬유 강화 시멘트 복합 재료의 바람직한 제조방법은 먼저 셀룰로즈 섬유를 처리 또는 사이징하여 섬유의 내부 및 외부 표면을 실질적으로 소수성화하는 것으로 시작한다. 사이징된 섬유를 제조한 후, 한 실시태양에서는, 상기 방법은 사이징된 섬유를 소정의 밀도로 분산시키는 단계, 사이징된 섬유를 소정의 여수도 범위로 피브릴화시키는 단계, 사이징된 섬유를 성분과 혼합하여 바람직한 배합에 따른 섬유 시멘트 혼합물을 얻는 단계, 상기 섬유 시멘트 혼합물을 경화시켜 섬유 강화 복합 건축 자재를 형성시키는 단계를 더욱 포함한다.

사이징제는 상기 단계의 어디에서나 첨가될 수 있다. 어떤 실시태양에서는 상기 화학물질을 섬유에 먼저 첨가하여 충분한 시간 동안 반응이 일어나도록 한다. 성형된 섬유 시멘트 제품 표면에 사이징제를 코팅 또는 함침시킴으로써 최종 제품에 물에 대한 반발력을 부여하는데 사이징제를 사용할 수 있다.

바람직하게는 사이징된 섬유를 다른 성분과 혼합하여 섬유 시멘트 혼합물을 형성하는 단계는, 본 발명의 바람직한 배합에 따라 수력학적 결합제, 혼화재, 밀도 조절제 및 첨가제과 같은 비-셀룰로즈 물질을 사이징된 섬유와 혼합하는 것을 포함한다. 어떤 실시태양에서는, 사이징된 섬유는 합성 섬유 및 기타 성분을 또한 혼합할 수 있다. 제조 공정으로는 하체크 방법, 압출, 성형 등 현재 사용되는 기법 중 어느 것이나 사용할 수 있다.

도 4는 사이징된 셀룰로즈 섬유를 포함하는 섬유 강화 시멘트 복합 재료를 제조하는 바람직한 공정 400을 도시한 것이다. 도 4에서 나타낸 바와 같이, 상기 공정은 셀룰로즈 섬유를 사이징제로 처리하여 섬유에 소수성을 부여하는 단계 402로부터 시작한다. 미리 제조된 사이징된 섬유가 사용될 수 있다. 섬유는 사이징 전, 중간 또는 후에 개별화될 수 있다.

이어서, 사이징된 섬유는 단계 404로 진행된다. 섬유 가공 단계는 404는 전형적으로는 섬유 분산 및 피브릴화에 관계된다. 한 실시태양에서는 하이드라 펄프기 중에서 약 1% 내지 6%의 밀도로 섬유를 분산사켜 어느 정도 피브릴화되도록 한다. 정밀화기(refiner) 또는 일련의 정밀화기를 사용하여 피브릴화를 더 시킬 수 있다. 일단 분산된 후, 섬유는 약 100 내지 750 도, 바람직하게는 약 180 내지 650도의 캐나다 표준 여수도(freeness) 범위로 피브릴화된다. 분산 및 피브릴화는 예를 들면 햄머밀링, 해리(deflakering), 세단(shredding) 등과 같은 기타 기법에 의해서도 달성될 수 있다. 또한, 어떤 제품 및 공정에서는 피브릴화 없이 사이징된 섬유를 사용하는 것도 적합하다.

도 4의 단계 406 에 나타낸 바와 같이, 사이징된 셀룰로즈를 기타 성분과 일정 비율로 혼합하여 수성 혼합물, 슬러리 또는 페이스트를 형성시킨다. 공지된 혼합공정을 사용하여 사이징된 섬유를 시멘트, 실리카, 밀도조절제 및 기타 첨가제와 혼합한다. 믹서 중에서 합성 섬유는 사이징된 섬유와 블렌딩될 수 있다.

공정 400은, 다음으로 단계 408을 수행하는데, 여기서 당업자에게 공지된 다양한 통상의 제조 방법을 사용하여 혼합물을 그린(green) 또는 경화시키지 않은 형태의 물품으로 만든다. 상기 제조 방법은 예를 들면 다음과 같다.

ㆍ 하체크 시트 방법

ㆍ마자 파이프 방법(Mazze pipe process)

ㆍ마그나니 방법(Magnani process)

ㆍ사출 성형

ㆍ압출

ㆍ핸드 레이업

ㆍ몰딩

ㆍ캐스팅

ㆍ여과 압축

ㆍ장망식 성형(fourdrinier forming)

ㆍ멀티-와이어 포밍(multi-wire forming)

ㆍ갭 블레이드 포밍(gap blade forming)

ㆍ갭 롤/블레이드 포밍(gap roll/blade forming)

ㆍ벨-롤 포밍(Bell-Roll forming)

ㆍ웰크리트(Wellcrete)

ㆍ기타

상기 방법들은 물품이 형성된 후에 가압, 엠보싱 하는 것을 포함할 수도 있다. 가압은 사용하지 않는 것이 바람직하다. 하체크 방법을 사용하여 최종 제품을 얻기 위해 사용하는 가공 단계 및 파라미터는 호주 특허 제515151호에 기재되어 있다.

단계 408 후, 상기 그린 또는 경화시키지 않는 물품을 단계 410에서 경화시킨다. 상기 물품은 약 80 시간, 보다 바람직하게는 24시간 이하로 예비 경화하는 것이 바람직하다. 이어서, 상기 물품은 약 30일 동안 공기 경화시킬 수도 있다. 예비 경화된 물품을 약 60 내지 200℃의 온도에서 증기로 포화된 환경에서 약 3 내 지 30시간, 보다 바람직하게는 약 24시간 이하 동안 오토클레이빙할 수 있다. 예비 경화 및 경화 과정에 선택되는 시간 및 온도는 배합물, 제조 방법, 제조 파라미터, 및 최종 제품의 형태에 따라 달라질 수 있다.

사이징된 셀룰로즈 섬유를 사용한 섬유 강화 시멘트 복합재료

사이징된 셀룰로즈 섬유를 섬유 강화 복합 재료에 적용하면 최종 검축 제품의 기계적 및 물리적 성질을 개선시킬 수 있다. 사이징된 셀룰로즈 섬유를 사용한 섬유 시멘트 제품은 개선된 치수안정성, 낮은 물 이동성(위킹(wicking)), 감소된 물 흡수율 및 최종 질량, 개선된 풍화 및 개선된 냉동-해동 저항성을 갖는다. 또한, 사이징된 셀룰로즈 섬유의 사용은 제품의 물리적 및 기계적 성질을 손상시키지는 않는다. 어떤 실시태양에서는 사이징된 섬유는 통상적인 사이징되지 않은 셀룰로즈 섬유를 사용한 경우와 유사하거나 심지어 더 우수한 물리적 및 기계적 성질을 제공한 것이다. 하기 실시예들은 사이징된 섬유가 섬유 강화 시멘트 복합 재료의 배합물에 제공하는 몇 가지 바람직한 특성을 예시한 것이다. 섬유 시멘트 배합물을 비교를 위해서만 선택된 것이며 본 발명의 범주를 벗어나지 않고서도 다양한 다른 배합물이 사용될 수 있다는 것을 인식해야 한다. 또한, 섬유 시멘트 제품외에 재료의 기계적 및 물리적 성질을 개선하기 위해 다른 시멘트 재료에도 사이징된 섬유를 사용할 수 있음을 인식해야 한다.

실시예 1

처리단계 전에, 표백되지 않은 크래프트 연질목을 처리하기 전에 500 CSF로 미리-정밀화시키고, 정밀화된 펄프를 사이징 처리에 사용하였다. 정밀화된 섬유를 알킬실록산(켐렉스 엔비로실 100)으로 1시간 동안 4%의 펄프 밀도에서 처리하여 사이징된 섬유를 제조하였다. 사이징제의 용량은 섬유 질량의 10%이고, 대기압하주위 온도에서 반응시켰다. 이어서, 실험실 기구를 사용하여 섬유 시멘트 복합 재료의 시편을 제조하였다. 하기 실시예의 시료 A 및 B 뿐 아니라 C, D, E, F 및 G에 대한 배합은 다음과 같다: 섬유(처리된/사이징된 섬유 또는 통상의 미처리 섬유) 8%, 포틀랜드 시멘트 35%, 분쇄 실리카 57%. 시편을 주위 온도에서 8시간동안 공기중에서 경화시킨 후, 180℃에서 12 시간동안 오토클레이브하였다. 시료 A 및 B의 물리적 및 기계적 성질을 표 2에 나타내었다.

사이징된 셀룰로즈 섬유와 통상의 셀룰로즈 섬유를 갖는 섬유시멘트 물질의 물리적 성질 비교

기계적 성질	시료
기계적 성질	A	B(대조구)
MOR(MPa)	7.15	8.00
변형(㎛/m)	5790	5480
MOE(GPa)	2.78	4.69
인성(KJ/㎥)	2.50	3.38
포화 밀도^*	1.48	1.61
수분 팽창(%)^**	0.19	0.20

^* 재료를 물속에서 48 시간 이상 포화시킨 후 측정하였다.

^** 수분 팽창은 포화된 조건에서의 제품 길이에 대한 건조시의 길이의 변화 이다. 습윤 팽장의 백분율은 다음과 같다.

수분 팽창(%) = (길이_포화-길이_오븐건조)×100÷길이_오븐건조

상기 표 2는 사이징된 셀룰로즈 섬유 및 통상적인 사이징되지 않은 셀룰로즈 섬유를 함유하는 배합물로 제조된 섬유 시멘트 제품의 기계적 및 물리적 성질을 비교하여 나타낸 것이다. MOR, 변형, MOE 및 인성은 ASTM(미국 표준 시험법) C1185-98a(Standard Test Methods for Sampling and Testing Non-Asbestos Fiber-Cement Flat Sheet, Roofing and Siding Shingles, and Clapboards)에 따라 습식 조건에서 시험되었다. 배합물 A는 사이징된 셀루로즈 섬유를 포함하는 반면, 배합물 B는 통상적인 미처리 섬유를 사용한다. 배합물 A 및 B로 제조된 시편은 오븐 건조 밀도가 1.3g/㎤였다. 당업자에게는 특정 기계적 성질의 구체적인 값이 오븐 건조 밀도에 따라 달라질 것이라는 점이 인식되어 있을 것이다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 사이징된 섬유로 제조된 섬유 시멘트 물질은 변형은 더 높고, 포화 밀도는 더 낮았다. 파열 모듈러스(modulus of rupture, MOR) 및 탄성 모듈러스(Modulus of Elasticity, MOE)는 감소하였지만, 본 발명의 상기 실시태양은 사이징 섬유 없이 제조된 균등한 배합물과 비교하여 포화 밀도를 약 8% 정도 감소시켰다. 본원에서 균등한 배합물이란, 바람직한 처리된 셀룰로즈 섬유가 동등한 백분율의 처리되지 않은 섬유로 대체된 것이다. 섬유상의 사이징 처리에 따라, 사이징된 섬유를 갖지 않은 동등한 배합물과 비교하여 사이징된 섬류를 갖는 배합물의 포화밀도가 약 5% 이상 감소한 것을 인식해야 한다. 배합물에 사이징된 섬유를 갖는 섬유 시멘트 복합 재료에 대해서는 습윤-건조 치수안정성이 약간 개선되었다.

실시예 2

도 5는 물 투과도 시험 결과를 도시한다. 시료 D는 통상의 사이징되지 않은 셀룰로즈 섬유를 함유하는 대조구이고, 시료 C는 아크릴계 라텍스(발스퍼 EPS2718)을 섬유 질량의 5%의 양으로 사용하여 처리된 셀룰로즈 섬유를 함유하는 배합물로 제조되었다. 사이징 반응은 주위 온도에서 30분 동안 수행되었다. 시료 C 및 D의 오븐 건조 밀도는 약 1.3g/㎤였다.

물 투과도 시험은 튜브의 한쪽 말단이 시료 표면 근처에 위치하도록 시료의 한쪽 표면에 튜브를 연결하는 것을 포함하였다. 튜브는 아크릴 물질로 제조되고, 길이가 약 125mm이고, 내경이 약 50mm이었다. 시료가 23±2℃ 및 50±5℃의 상대 습도에서 평형을 유지하도록 미리 컨디셔닝시킨후, 상기 튜브를 물로 채우고 튜브 내부의 물의 높이를 주기적으로 기록한다. 튜브내에서 물 높이의 감소를 물의 투과(mm)로서 기록한다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 168시간(7일) 동안 시험한 후, 시료 C는 물의 투과가 128mm인 반면, 대조구(시료 D)는 400mm이었다. 배합물 C를 사용하여 사이징된 섬유로 제조된 시료의 물 투과도는 배합물 D에 따라 동일한 배합으로 제조된 시료의 투과도와 비교하여 약 30%가 감소되었다. 본원에서 정의된 균등한 배합물이란, 바람직한 처리된 셀룰로즈 섬유가 동등한 백분율의 처리되지 않은 섬유로 대체된 것이다.

상기 기술한 물 투과도의 감소는 예시적인 결과에 불과한 것임을 인식하여야 한다. 사이징된 섬유의 양 및(또는) 조성을 변화시킴으로써 168 시간 테스트 후의 물 투과도가 사이징된 섬유 없이 제조된 균등한 배합물과 비교하여 3배 까지 감소될 수 있다는 것을 인식해야 한다.

유리하게, 물 투과도가 감소되면 사이징된 섬유 재료가 지붕재, 파이프 및 데크와 같은 외부 용도에 특히 적합해진다. 섬유 강화 시멘트 복합 재료 내에서 물의 이동이 감소되면 섬유 시멘트 매트릭스에서 용해성 화학물질의 이동을 늦추고 최종 생성물의 풍화작용을 감소시킨다.

실시예 3

냉동-해동 저항성은 냉동과 해동 주기를 반복하는 경우에 물 및 온도 효과에 기인한 손상에 대한 재료의 저항성을 지칭한다. 콘트리트 시멘트 재료에 대해서는 표면이 얇은 조각으로 떨어져 나가는 것으로 손상이 시작되어 점차 내부로 확대된다. 큰 균열(crack)이 발생할 수도 있다. 냉동과 관련한 손상은 일반적으로 공극에 충분한 양의 물이 존재하기 않으면 일어나기 어렵다. 콘크리트 재료에서 시멘트에 대한 물의 비율이 낮고 낮은 투과도를 나타내는 경우 콘크리트의 냉동-해동 손상이 최소가 된다는 것은 공지되어 있다.

바람직한 실시태양의 한 가지 이점은 도 6에 나타낸 바와 같이 최종 제품의 냉동-해동 저항성이 개선된다는 점이다. 시료 E는 통상적인 사이징되지 않은 셀룰로즈 섬유를 함유하고, 시료 F는 n-옥틸트리에톡시실란, n-옥틸트리메톡시실란, n-옥타데실트리에톡시실란 및 n-데실트리에톡시실란 등을 비롯한 다수의 화합물을 포함하는 실리콘 에멀션으로 처리/사이징된 섬유를 갖는다. 표백되지 않은 크래프트 펄프를 약 450 CSF로 피브릴화시켰다. 화합물질의 용량은 섬유 질량의 10%였다. 섬유 처리는 주위 온도에서 1시간 동안 30%의 섬유 밀도에서 수행되었다. 시료 E 및 F의 오븐 건조 밀도는 1.3g/㎤였다.

ASTM(미국 표준 시험법) C666A(Standard Test Method for Resistance of Concrete to Rapid Freezing and Thawing)의 방법 A에 따라 실험실 섬유 시멘트 복합재 시편의 냉동-해동 시험을 수행하였다. 방법 A에 따르면, 급속 냉동과 해동을 위하여 시편을 물에 함침시켰다. 시편을 냉동-해동 사이클에서 주기적으로 꺼내어 MOE 시험을 실시하고, 시편 전체에서 분열, 균열, 수분 팽창 및 해면질/습윤과 같은 손상이 있는지 시각적으로 관찰하였다. 손상도가 너무 커서 서로 유지되지 못하고 건축 제품으로서 기능을 하지 못할 것 같으면 시편을 시험 사이클에서 꺼내었다. 상기 시험을 수행하면, 시편 E(통상적인 셀룰로즈 섬유)는 70 냉동-해동 주기후에 실패한 반면, 사이징된 섬유를 가지는 동등한 배합물로 제조된 시료 F는 320 사이클이었다. 본원에서 균등한 배합물이란, 바람직한 처리된 셀룰로즈 섬유가 동등한 백분율의 통상의 처리되지 않은 셀룰로즈 섬유로 대체된 것으로 정의된다. 도 6에서 나타낸 바와 같이, 상기 사이징된 섬유를 사용하여 냉동-해동 성능을 4배 이상 증가시켰다. 따라서, 출원인은 ASTM C666A에 의해 특정한 바와 같이 사이징된 섬유를 함유하는 건축 자재 배합물의 냉동 해동 성능이 사이징된 섬유를 가지지 않은 동등한 배합물과 비교하여 약 25% 이상으로 용이하게 개선될 수 있음을 밝혔다. 보다 바람직하게는, 사이징된 섬유를 사용하면 실패하기까지의 사이클의 수를 약 200 사이클, 가장 바람직하게는 약 300 사이클까지 증가시킬 수 있다.

도 7은 사이징된 셀룰로즈 섬유로 제조된 재료(시료 E) 및 통상의 사이징되지 않은 셀룰로즈 섬유를 갖는 재료(시료 F)에 대하여 수행한 물 이동도(위킹) 시험의 결과를 도시한 것이다. 물 이동 시험은 각각의 시료의 가장자리를 물에 침지시킨 후, 상이한 시험 시간에서 물 전단의 이동 거리를 측정하는 것을 포함한다. 도 7은 24시간 시험후에 사이징된 셀룰로즈 섬유가 없는 동등한 배합물로 제조된 건축 제품과 비교하여 사이징된 셀룰로즈 섬유가 물의 이동을 약 15배 정도 감소시킨 것을 보여준다. 시료의 가장자리를 물속에 침수시킨지 96 시간 후에는 물 전선(water front)의 이동 거리가 시료 E 및 F에 대하여 각각 약 4mm 및 107mm 였다. 유리하게, 물의 이동을 최소화함으로써 물에 의해 유도된 재료의 팽윤을 일으키는 스트레스를 감소시키고, 그러한 스트레스로 인한 균열 발생 및 파쇄현상을 감소시킨다. 따라서, 사이징된 섬유를 함유하는 건축 자재 배합물은 사이징된 섬유가 없는 동등한 배합물과 비교하여 약 25%이상의 물 이동 또는 위킹에서의 개선이 이루어졌음을 인식해야 한다. 한 실시태양에서, 상기 시험에 따른 시료의 물 이동은 96 시간 이후에도 약 50mm 미만이며, 바람직하게는 30mm 미만, 가장 바람직하게는 20mm 미만이다.

실시예 4

본 실시에에서는 먼저 햄머밀 방법에 의해 표백된 크래프트 경질목 섬유를 건조된 형태로 섬유화시켰다. 섬유화된 섬유의 일부를 대조구로 사용하고 다른 일부 섬유상에는 n-옥틸트리에톡시실란 사이징제를 스프레이하여 처리하였다. 상기 처리는 주위온도에서 대기압하에서 수행되었다. n-옥틸트리에톡시실란의 용약은 섬유 질량을 기준으로 5%였다. 섬유 시멘트 복합 시편은 압출 공정에 의해 제조되었다. 시료 G 및 H에 대한 배합물은 상이한 섬유가 사용되는 것을 제외하고는 동일하였다. 배합물은 섬유 10% (시료 G에는 사이징된 섬유 또는 H에는 통상의 셀룰로즈 섬유), 칼슘 실리케이트 수화물 10 %(밀도 조절제), 메틸셀룰로즈 1.5%(첨가제-점도 조절제), 포틀랜드 시멘트 39.25% 및 미분 실리카 39.25%를 함유하였다. 압출된 시료는 180℃의 오토클레이브에서 24 시간동안 경화시켰다. 시료 G 및 H의 밀도는 약 0.9 g/㎤였다.

사이징된 셀룰로즈 섬유 및 통상의 셀룰로즈 섬유를 갖는 섬유 시멘트 복합 재료의 물리적 성질(복합재료 시료는 압출 공정으로 제조하였다)

기계적 성질	시료
기계적 성질	G(사이징된 섬유 함유)	B(통상의 섬유 함유)
MOR(MPa)	6.08	6.83
변형(㎛/m)	9354	5467
인성(KJ/㎥)	0.44	0.39
24시간 시험후의 물흡수(중량%)	35	45
수분 팽창(%)^*	0.54	0.63

^* 24 시간 동안 탄산염화(carbonation)시킨 후 수분 팽창이 이루어졌다.

^** 기계적 시험(MOR, 변형 및 인성 에너지)는 50±5% 및 23±2%의 상태습도 에서 균형 조건 하에서 이루어졌다.

[0127] 도 3은 사이징된 섬유를 사용하면, 미처리 통상의 셀룰로즈 섬유을 사용한 동등한 배합물과 비교하여 압출된 섬유 시멘트 복합 재료의 변형 및 인성을 실질적으로 증가시킨다는 것을 나타낸다. MOR, 변형, 인성 및 물 흡수는 ASTM(미 국 표준 시험법) C1185-98a(Standard Test Methods for Sampling and Testing Non-Asbestos Fiber-Cement Flat Sheet, Roofing and Siding Shingles, and Clapboards)에 따라 편형 조건에서 시험되었다. 본 실시태양에서 사이징된 섬유가 없는 동등한 배합물과 비교하여 인성이 약 5% 이상 증가되었다. 섬유 시멘트 복합재료의 물 흡수는 약 20% 이상 감소되었다. 본 실시태양에서 사이징된 섬유는 수분 팽창을 약 5% 이상으로 감소시켰다.

실시예 5

본 실시에에서는 먼저 하이드라 펄프기에 의해 표백된 크래프트 경질목 섬유를 밀도 4%로 섬유화시켰다. 이어서, 섬유화된 섬유를 여수도 400CSF가 되도록 정밀화시켜 섬유를 피브릴화시켰다. 피브릴된 섬유의 일부를 대조구로 사용하고 다른 일부 섬유상에는 정밀화후에 n-옥틸트리에톡시실란 사이징제를 직접 첨가하여 처리하였다. 상기 처리는 30℃에서 대기압하에서 수행되었다. n-옥틸트리에톡시실란의 용량은 섬유 질량을 기준으로 10%였다. 반응 유지시간은 약 1분 이었다. 미처리 및 처리된 섬유는 별도로 기타 건조 성분들과 혼합하여 섬유 시멘트 슬러리를 제조하였다. 섬유 시멘트 복합 시편은 하체크 기기를 사용하여 제작하였다. 시료 I 및 J에 대한 배합물은 상이한 섬유가 사용되는 것을 제외하고는 동일하였다. 배합물은 섬유 7% (시료 I에는 사이징된 섬유 또는 J에는 통상의 셀룰로즈 섬유), 포틀랜드 시멘트 30% 및 미분 실리카 63%를 함유하였다. 그린(green) 시료는 주위 온도에서 약 8 시간동안 공기 경화시킨 후 180℃ 오토클레이브에서 12 시간 동안 경화시켰다. 시료 I 및 J의 오븐 건조 밀도는 약 1.3 g/㎤였다.

사이징된 셀룰로즈 섬유 및 통상의 셀룰로즈 섬유를 갖는 섬유 시멘트 복합 재료의 물리적 성질(복합재료 시료는 하체크 공정으로 제조하였다)

기계적 성질	시료
기계적 성질	I(사이징된 섬유 함유)	J(통상의 섬유 함유)
MOR(MPa)	7.65	8.61
변형(㎛/m)	18078	15752
인성(KJ/㎥)	13.60	13.19
24시간 시험후의 물흡수(중량%)	27.5	30.5
최초 8시간 시험후의 물흡수(중량%)	3.4	3.8
적층간 결합 강도(MPa)	1.14	1.17

본 실시예에서, MOR, 변형, 인성 및 물 흡수는 ASTM(미국 표준 시험법) C1185-98a(Standard Test Methods for Sampling and Testing Non-Asbestos Fiber-Cement Flat Sheet, Roofing and Siding Shingles, and Clapboards)에 따라 습식 조건에서 시험되었다. 표 4는 사이징된 섬유를 사용함으로써 변형 및 인성 에너지가 개선되고, 물 흡수율 및 물 흡수량이 감소되는 것을 나타낸다. 사이징된 섬유를 사용하지 않은 동등한 건축 자재 배합물과 비교하면 본 실시태양에 따른 재료의 궁극적인 변형은 약 10% 이상 개선됨을 알 수 있다. 적층간 결합 강도는 현저하게 손상되지 않았다. 본 실시태양은 또한 24시간 시험에 대하여 물흡수에 있어서 약 10% 이상의 감소를 나타낸다. 또한, 시간당 백분율로 나타낸 물흡수율은 8시간의 시험동안 5% 이상 감소하였다.

결론

일반적으로, 본 발명의 바람직한 태양, 특히 화학적으로 처리된 셀룰로즈 섬유에 섬유 시멘트 건축 자재를 혼입하는 경우 종래의 기술에 비해 몇가지 이점을 갖는다는 것을 알 수 있다. 바람직한 공정 및 배합물에 따라 제조된 이러한 재료들은 통상적인 섬유 시멘트 복합 재료와 비교하여 낮은 습윤 질량, 낮은 물 흡수율, 낮은 물 투과도, 높은 내수성, 높은 부패방지성, 및 높은 냉동-해동 저항성을 갖는다. 개선된 내수성은 생물학적 활성물질이 생존하여 복합 재료중에 함유된 셀룰로즈를 분해시키는 기회를 감소시킨다. 높은 내수성은 복합 재료의 외부적으로(풍화) 및 내부적으로 용해 및 재침착과 관련한 문제들을 개선시킬 것이다. 본 발명의 실시태양에 따라 제조된 사이징된 섬유를 섬유 강화 시멘트 복합 재료에 사용하면 최종 제품의 궁극적 변형 및 인성 에너지를 개선시킬 수 있다.

섬유 시멘트 배합물은 비교를 위한 목적으로만 선택되었으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않고서도 다양한 다른 배합물이 사용될 수 있다. 섬유 시멘트 제품외에, 기타 시멘트 재료도 재료의 기계적 및 물리적 성질을 개선시키기 위하여 배합시에 사이징된 섬유를 또한 사용할 수 있다. 보다 바람직한 성질을 갖는 처리된 섬유 및 섬유 시멘트 복합 재료를 제공하기 위하여 섬유 사이징, 살생제 처리 및 섬유 충진을 조합할 수 있다.

바람직한 실시태양은 지붕, 보도 포장, 건물 외부 및 내부 패널, 데크, 파이프, 타일 배커(backer), 측벽, 트림(trim), 처마 안쪽 및 울타리 등의 건축 제품의 용도를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 예시되고 기술된 실시태양은 본 발명의 특정 바람직한 실시태양의 예로서 제시된 것이다. 본 발명의 사상 및 범주에서 벗어나지 않고서도 당업자가 본원에 제시된 실시태양으로부터 다양한 변화 및 변경을 수행할 수 있다.

Claims

시멘트 매트릭스; 및 상기 시멘트 매트릭스에 혼입된 셀룰로즈 섬유를 포함하고, 상기 셀룰로즈 섬유의 일부 또는 전부는 표면을 소수성화시키기 위하여 사이징제로 부분적으로 또는 완전히 처리한 표면을 가지며, 상기 사이징제는 물 또는 유기용매 존재하에 섬유 표면 상의 히드록실기에 영구적으로 또는 일시적으로 결합하여 히드록실 기가 물 분자와 결합하는 것을 방지하는 친수성 작용기와 섬유 표면에 위치하여 이로부터 물을 반발시키는 소수성 작용기를 포함하는 복합 건축 자재.
제1항에 있어서, 상기 사이징제가 실란계 화합물을 포함하는 복합 건축 자재.
제1항에 있어서, 상기 사이징제가 실란, 알콕시실란, 알킬알콕시실란, 유기실란할라이드, 카르복실화 유기실란, 에폭시알콕시실란 및 실리콘(silicone) 에멀션 또는 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택된 수성 에멀션을 포함하는 복합 건축 자재.
제1항에 있어서, 상기 사이징제가 n-옥틸트리에톡시실란을 다양한 배합(formulation)으로 포함하는 복합 건축 자재.
제1항에 있어서, 상기 사이징제가 왁스, 폴리올레핀, 에폭시 및 스티렌 부타디엔 고무 에멀션으로 구성되는 군으로부터 선택된 유기 수지를 포함하는 복합 건축 자재.
제1항에 있어서, 상기 사이징제가 아크릴계 중합체 에멀션을 다양한 배합으로 포함하는 복합 건축 자재.
제1항에 있어서, 상기 사이징제가 로진산, 알럼, 전분, 검, 카제인, 소야 단백질, 알킬 케텐 이량체(AKD), 알케닐 숙신산 무수물(ASA) 및 스테아르산으로 구성되는 군으로부터 선택된 수용성 물질(agent)을 포함하는 복합 건축 자재.
제1항에 있어서, 상기 친수성기가 사이징제 분자의 한 말단상에 위치하고, 상기 소수성기가 상기 사이징제 분자의 다른 말단상에 위치하는 복합 건축 자재.
제1항에 있어서, 상기 친수성기가 실라놀 또는 폴리실라놀(디실라놀 또는 트리실라놀)을 포함하는 복합 건축 자재.
제1항에 있어서, 상기 친수성기가 실리콘(silicon) 원자에 연결된 1 내지 3개의 가수분해성 알콕시기를 포함하고, 각각의 가수분해성 알콕시기는 1 내지 4개의 탄소를 가지며 실라놀 또는 폴리실라놀 작용기로 가수분해될 수 있는 복합 건축 자재.
제1항에 있어서, 상기 소수성기가 1 내지 24개의 탄소를 포함하는 분지형 또는 직선형 탄화수소 사슬을 포함하는 복합 건축 자재.
제1항에 있어서, 상기 소수성기가 방향족기 또는 기타 작용기를 함유하는 복합 건축 자재.
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제1항에 있어서, 사이징제로 처리된 섬유를 0.5 중량% 내지 20 중량% 포함하는 복합 건축 자재.
제1항에 있어서, 처리되지 않고 사이징되지 않은 셀룰로즈 섬유를 추가로 포함하는 복합 건축 자재.
제1항에 있어서, 합성섬유를 추가로 포함하는 복합 건축 자재.
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시멘트 수력학적 결합제; 혼화재; 하나 이상의 밀도 조절제; 셀룰로즈 섬유; 및 하나 이상의 첨가제를 포함하고, 상기 셀룰로즈 섬유의 일부 또는 전부는 표면을 소수성화시키기 위하여 사이징제로 부분적으로 또는 완전히 처리한 표면을 가지며, 상기 사이징제는 물 또는 유기용매 존재하에 섬유 표면 상의 히드록실기에 영구적으로 또는 일시적으로 결합하여 히드록실 기가 물 분자와 결합하는 것을 방지하는 친수성 작용기와 섬유 표면에 위치하여 이로부터 물을 반발시키는 소수성 작용기를 포함하는, 복합 건축 자재를 형성하는데 사용되는 재료 배합물.
제21항에 있어서, 시멘트 수력학적 결합제 10 중량% 내지 90 중량%; 혼화재 20 중량% 내지 80 중량%; 밀도 조절제 0 중량% 초과 내지 50 중량%; 셀룰로즈 섬유 0.5 중량% 내지 20 중량%; 및 첨가제 0 중량% 초과 내지 10 중량%를 포함하는 재료 배합물.
제21항에 있어서, 시멘트 결합제 20 중량% 내지 50 중량%; 분쇄 실리카 30 중량% 내지 70 중량%; 경량 밀도 조절제 0 중량% 초과 내지 50 중량%; 첨가제 0 중량% 초과 내지 10 중량%; 및 셀룰로즈 섬유 0.5 중량% 내지 20 중량%를 포함하는 재료 배합물.
제21항에 있어서, 시멘트 결합제 40 중량% 내지 90 중량%; 분쇄 실리카 0 중량% 초과 내지 30 중량%; 경량 밀도 조절제 0 중량% 초과 내지 10 중량%; 첨가제 0 중량% 초과 내지 10 중량%; 및 셀룰로즈 섬유, 또는 천연 무기 섬유 및 합성 섬유 중 하나 이상과 셀룰로즈 섬유의 조합물 0.5 중량% 내지 20 중량%를 포함하는 재료 배합물.
제21항에 있어서, 상기 시멘트 결합제가 포틀랜드 시멘트, 고 알루미나 시멘트(high-alumina cement), 석고, 고 포스페이트 시멘트(high-phosphate cement), 블라스트 퍼니스 슬래그 분쇄 과립형 시멘트 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택된 배합물.
제21항에 있어서, 상기 시멘트 결합제가 250 내지 400 m²/kg의 표면적을 갖는 배합물.
제21항에 있어서, 상기 혼화재가 분쇄 실리카, 무정형 실리카, 마이크로 실리카, 규조토, 석탄 연소 비산회 및 저부회(fly ash and bottom ash), 왕겨회, 블라스트 퍼니스 슬래그, 과립 슬래그, 스틸 슬래그, 무기(mineral) 산화물, 무기 수산화물, 점토, 마그나사이트, 백운석, 금속 산화물, 금속 수산화물, 중합체 비이드, 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택된 배합물.
제21항에 있어서, 상기 혼화재가 300 내지 450 m²/kg의 표면적을 갖는 실리카를 포함하는 배합물.
제21항에 있어서, 상기 사이징된 셀룰로즈 섬유가 100 내지 750 CSF의 여수도(freeness)를 갖는 배합물.
제21항에 있어서, 상기 밀도 조절제가 플라스틱 재료, 팽창 폴리스티렌, 유리 및 세라믹 재료, 칼슘 실리케이트 수화물, 마이크로스피어, 화산재(팽창된 형태의 펄라이트, 경석, 시라스(shirasu) 현무암, 및 제올라이트를 포함), 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택된 배합물.
제21항에 있어서, 상기 첨가제가 점도 조절제, 난연제, 방수제, 실리카 퓸, 지열 실리카, 증점제, 안료, 착색제, 가소제, 분산제, 성형제, 응집제, 배수보조 제, 습윤 및 건조 강도 보조제, 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택된 배합물.
제21항에 있어서, 상기 첨가제가 실리콘 재료, 알루미늄 분말, 점토, 카올린, 알루미나 3수화물, 운모, 메타카올린, 탄산칼슘, 규회석, 및 중합체 수지 에멀션, 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택된 배합물.
제21항에 있어서, 상기 사이징된 셀룰로즈 섬유가, 사이징된 셀룰로즈 섬유가 없는 동등한 배합물로 제조된 건축 자재와 비교하여 복합 건축 자재의 궁극 변형(ultimate strain)을 10% 이상 증가시키는 배합물.
제21항에 있어서, 상기 사이징된 셀룰로즈 섬유가, 사이징된 셀룰로즈 섬유가 없는 동등한 배합물로 제조된 건축 자재와 비교하여 복합 건축 자재의 인성(toughness) 에너지를 5% 이상 증가시키는 배합물.
제21항에 있어서, 상기 사이징된 셀룰로즈 섬유가, 사이징된 셀룰로즈 섬유가 없는 동등한 배합물로 제조된 건축 자재와 비교하여 복합 건축 자재의 포화시 밀도를 5% 이상 감소시키는 배합물.
제21항에 있어서, 상기 사이징된 셀룰로즈 섬유가, 사이징된 셀룰로즈 섬유가 없는 동등한 배합물로 제조된 건축 자재와 비교하여 복합 건축 자재의 수투과성을 20% 이상 감소시키는 배합물.
제21항에 있어서, 상기 사이징된 셀룰로즈 섬유가, 사이징된 셀룰로즈 섬유가 없는 동등한 배합물로 제조된 건축 자재와 비교하여 복합 건축 자재에 흡수되는 물의 양을 10% 이상 감소시키는 배합물.
제21항에 있어서, 상기 사이징된 셀룰로즈 섬유가, 사이징된 셀룰로즈 섬유가 없는 동등한 배합물로 제조된 건축 자재와 비교하여 복합 건축 자재의 물 흡수율을 5% 이상 감소시키는 배합물.
제21항에 있어서, 상기 사이징된 셀룰로즈 섬유가, 사이징된 셀룰로즈 섬유가 없는 동등한 배합물로 제조된 건축 자재와 비교하여 복합 건축 자재의 위킹(wicking) 시험에서 24시간 후의 물이동을 25 % 이상 감소시키는 배합물.
제21항에 있어서, 상기 사이징된 셀룰로즈 섬유가, 사이징된 셀룰로즈 섬유가 없는 동등한 배합물로 제조된 건축 자재와 비교하여 복합 건축 자재의 냉동-해동 성능(freeze-thaw performance)을 25% 이상 개선시키는 배합물.
셀룰로즈 섬유를 제공하는 단계;

상기 셀룰로즈 섬유의 일부 또는 전부를 물 또는 유기용매 존재하에 사이징제로 처리(여기서, 상기 사이징제는 상기 섬유의 내부 및 외부 표면 상의 친수성 자리의 일부 또는 전부와 화학적으로 결합하여 사이징된 섬유를 형성하는 친수성 작용기와, 소수성 작용기를 포함하며, 상기 사이징제가 친수성 자리를 차단시켜 물에 대한 섬유의 친화도를 감소시킨다)하는 단계;

상기 사이징된 섬유를 시멘트 결합제 및 기타 성분과 혼합하여 섬유 시멘트 혼합물을 형성시키는 단계;

상기 섬유 시멘트 혼합물을 소정의 형상과 크기의 섬유 시멘트 제품으로 성형시키는 단계;

상기 섬유 시멘트 제품을 경화시켜 섬유 강화 복합 건축 자재를 형성하는 단계를 포함하는 섬유 강화 시멘트 복합 재료의 제조 방법.
제41항에 있어서, 상기 섬유를 처리하는 단계가 상기 셀룰로즈 섬유를 사이징제 함유 용액 중에서 처리하는 단계를 포함하는 방법.
제42항에 있어서, 상기 용액중에서 섬유를 처리하는 단계가 섬유 질량을 기준으로 0.01 중량% 내지 50 중량%의 사이징제를 상기 섬유에 도포하는 단계를 포함하는 방법.
제42항에 있어서, 상기 용액중에서 섬유를 처리하는 단계가 5초 내지 28시간의 반응 유지시간을 포함하는 방법.
제42항에 있어서, 1 내지 10 atm의 반응 압력하에서 상기 섬유를 처리하는 방법.
제42항에 있어서, 상기 용액중에서 섬유를 처리하는 단계가 0.01 중량% 내지 50 중량%의 섬유를 함유하는 슬러리 중에서 섬유와 사이징제를 반응시키는 단계를 을 포함하는 방법.
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제41항에 있어서, 상기 사이징된 섬유를 수분 함량이 5 중량% 내지 50 중량%가 되도록 급속 건조(flash drying)시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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제41항에 있어서, 상기 사이징된 셀룰로즈 섬유를 사이징되지 않은 셀룰로즈 섬유와 혼합하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제41항에 있어서, 상기 사이징된 셀룰로즈 섬유를 천연 무기 섬유 및 합성 섬유와 혼합하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제41항에 있어서, 상기 사이징된 섬유를 시멘트 결합제, 혼화재, 밀도 조절제 및 첨가제와 혼합하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
제41항에 있어서, 상기 섬유 시멘트 제품을 형성하는 단계가 하체크 시이트(Hatschek sheet) 방법, 마자 파이프(Mazza Pipe) 방법, 마그나니(Magnani) 방법, 사출 성형, 압출, 핸드 레이업(hand lay-up), 성형, 캐스트법, 여과 압착, 포드리니어(Fourdrinier) 성형, 멀티-와이어 성형, 갭 블레이드 성형, 갭 롤/블레이드 성형, 벨-롤(Bell-roll) 성형 및 이들의 조합 또는 기타의 방법으로 구성되는 군으로부터 선택되는 방법을 이용하여 제품을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
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제41항에 있어서, 상기 섬유가 햄머 분쇄 방법(hammer milling) 및 세단 분쇄 방법(shredding)을 포함하는 방법에 의해 개별화되는 방법.
제41항에 있어서, 기타 성분과 혼합하기 전에 상기 사이징제를 직접 상기 섬유에 첨가하는 방법.
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