KR20010007672A - 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법 - Google Patents

그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법에 관한 것으로, 특히 모르타르, 콘크리트, 그라우트, 플라스터, 숏크리트 등의 시멘트 복합체의 보강섬유로 사용되는 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법에 있어서, 펄프 또는 폐지를 건식 해면하여 셀룰로오스 단섬유로 제조하는 단계; 상기 단섬유에 팽윤성 무기질 분말, 수용성 폴리머, 및 탄소수 4 이하의 저급 알코올을 혼합기에 투입하여 혼합하는 단계; 및 상기 혼합물을 압출기에서 압축, 압출하여 그래뉼로 제조하는 단계를 포함하는 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제조방법으로 제조되는 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유는 시멘트 복합체에 첨가할 때 자동계량과 투입을 가능하게 하며, 비중이 증가되어 있어서 종래의 셀룰로오스 섬유 벌크에 비하여 분산성이 우수하며, 시멘트 복합체 내에서는 취성적 성질을 개선하고 휨강도, 휨인성 증가 및 수축저항으로 인한 균열의 발생 및 성장을 억제하여 시멘트 복합체의 성능을 향상시킨다.

Description

그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법{METHOD FOR PREPARING GRANULATED CELLULOSE FIBER}
[산업상 이용분야]
본 발명은 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법에 관한 것으로, 특히 콘크리트, 숏크리트, 그라우트, 플라스터, 모르타르 등의 시멘트 복합체의 보강섬유로 사용되는 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법에 관한 것이다.
[종래 기술]
시멘트를 기본으로 하는 복합체(콘크리트, 숏크리트, 그라우트, 플라스터, 모르타르 등)는 일반적으로 압축에는 강하나 인장에 약한 취성적 성질과 타설 직후 가소성의 유동체로 응결되면서 언제나 복합체에 인장응력이 작용하여 균열이 발생하게된다. 시멘트 복합체에서 발생하는 균열은 여러 가지 복합적인 원인에 의해 발생되지만 그 중에서 가장 큰 영향은 소성과 건조수축에 의한 균열이다.
이러한 균열은 구조물의 내구성을 약하게 할 뿐 아니라 주택(공동주택포함)이나 건물 바닥의 경우 균열로 인해 방바닥이 들뜨는 문제점이 있고, 방수, 단열, 보온 등에 심각한 문제를 야기 시키게 된다. 또한 시멘트를 원료로 사용한 콘크리트를 사용하는 대형 구조물, 도로에서의 균열은 심각한 대형사고의 문제점을 유발하게 된다.
종래에는 이러한 균열을 방지하고자 주택이나 아파트, 공장바닥, 주차장, 도로 등에 사용되는 시멘트 복합체에 폴리프로필렌섬유 등의 합성수지 장섬유를 보강섬유로 사용하였다. 이러한 합성수지 장섬유는 그 굵기가 1 내지 50 x 10-3mm, 아스펙트비(aspect ratio)가 150 내지 500 정도이며, 대부분의 합성수지재 장섬유는 섬유굵기가 굵으면 분산성은 좋아지나 시멘트의 포집력이 낮아져서 시멘트와의 접착력이 낮아진다. 또한 합성수지재 장섬유는 근본적으로 소수성이기 때문에 이를 보강섬유로 사용한 시멘트 복합체를 변형시 소위 "뽑힘" 현상이 발생하는 문제점이 있다.
또한 합성수지재 장섬유는 0.5 부피% 이상으로 시멘트 복합체에 증가되어 사용될 경우에는 합성섬유를 낱개로 콘크리트 또는 숏크리트 내에 분산하기가 어려우며, 분산되더라도 슬럼프(slump) 손실이 많이 발생하고, 분산의 형태도 혼합초기에 섬유볼(fiber-ball) 형태로 분산되기가 쉬워서 최종 양생된 콘크리트 또는 숏크리트의 압축강도, 휨강도 등의 저하가 발생한다. 또한 시멘트와의 부착성을 개선시키기 위하여 굴곡형, 커플링 처리 등의 가공처리를 하여도 시멘트 복합체에 혼합 전부터 섬유간에 엉킴이 발생하고, 시멘트 슬럼프에서는 섬유볼 현상이 더욱 두드러진다.
또한 이와 같은 장섬유의 사용은 시멘트 복합체에 투입할 때 벌크상태로 투입되기 때문에 혼합장치에 따라서는 불균질한 상태로 시멘트 복합물에 분산되고, 또한 포장 단위와 시멘트 복합물 혼합양의 변화가 일치하지 않을 경우 재계량하여 수동으로 투입해야 하는 불편함과 투입량의 오차가 커지는 문제점이 있으며, 또한 자동계량이 불가능하고 인력에 의해 투입함으로써 콘크리트의 신뢰성의 문제와 경제성 및 사용성 면에서 문제점을 발생시켰으며, 성능 면에서는 어느 정도의 균열감소가 있더라도 경제성, 내구성 측면을 고려할 때 만족할 만한 효과를 얻기가 어려웠다.
한편 상기 합성수지 장섬유 이외에 셀룰로오스 섬유를 시멘트 복합체의 보강섬유로 사용하는 것이 영국특허 제1317245호 및 미국특허 제5,643,359호 등에 알려져 있다. 일반적으로 시멘트를 주원료로 하는 복합체의 보강섬유로서의 셀룰로오스 섬유는 그 표면이 수산기를 포함하고 있어서 콘크리트 내에서 부착과 분산을 촉진시키며, 시멘트 분자 크기와 비교하여 작은 유효직경을 가지고 있어 시멘트 복합체를 치밀하게 만들어 준다. 또한 셀룰로오스 섬유는 비교적 높은 표면적과 단위면적 당 차지하는 섬유수가 많아 시멘트를 기본으로 하는 복합체 내부의 균열 발생 및 진행을 억제하는데 우수한 기능을 발휘한다.
하기 표 1은 셀룰로오스 섬유의 대표적 특성을 나타낸다.
구 분 섬유 종류
표백 셀룰로오스섬유 미표백 셀룰로오스섬유
탄성계수 (kg/㎠) 61×104 61×104
부착강도 (kg/㎠) 15.3 15.3
비 중 1.5 1.5
길이(mm) 2.92 2.85
두께(mg/100m) 42.85 30.61
유효직경 (mm) 0.015 0.015
길이/두께 180∼200 180∼200
인장강도(kg/㎠) 5100 5100
섬유수(백만/g) 0.5∼2.0 0.4∼2.0
섬유수 (1/㎤) 450∼2000 450∼2000
비표면적 (1/cm) 0.13 0.13
그러나 이와 같은 셀룰로오스 섬유는 벌크 또는 단위 포장 상태로 투입되어야 하므로 건설현장에서는 계량이 어렵고 투입량의 오차가 크며, 단섬유 상태로 투입되므로 분진이 많이 발생하므로 투입 작업의 조건이 매우 열악하며, 셀룰로오스 섬유 자체의 비중이 시멘트 복합체 조성물의 다른 무기 원료에 비하여 비중이 매우 낮기 때문에 물에 젖을 때까지는 시멘트 복합체 조성물 위에서 떠다니는 유동현상으로 혼합하기가 매우 어렵다.
셀룰로오스 섬유를 펄프 상태로 시멘트 복합체에 투입하는 방법도 있지만 별도의 해면 설비로 해면시킨 후 투입해야 하고, 해면시 다량의 물을 필요로 하므로 콘크리트 레미콘 또는 숏크리트 등의 단위체 조성물에 물량을 맞추어 투입하는 것은 더욱 어려우며, 혼합비를 정확히 맞추어 투입하기도 어렵다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 고려하여, 그래뉼화되어 자동계량이 용이하고 시멘트 복합체에 투입하기 용이한 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 시멘트 복합체에 투입되어 혼합 및 분산이 용이한 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에서 사용된 표백 펄프의 셀룰로오스 섬유 길이 분포를 나타낸 그래프이다.
도 2은 본 발명에서 사용된 미표백 펄프의 셀룰로오스 섬유 길이 분포를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에서 사용된 폐지 펄프의 셀룰로오스 섬유 길이 분포를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 3의 셀룰로오스 섬유를 보강섬유로 사용한 시멘트 모르타르를 공시체의 소성 균열 발생 시험의 결과를 나타낸 사진이다.
도 5는 비교예 1의 보강섬유를 사용하지 않은 보통 시멘트 모르타르 공시체의 소성 균열 발생 시험의 결과를 나타낸 사진이다.
도 6은 비교예 2의 폴리프로필렌 섬유를 보강섬유로 사용한 시멘트 콘크리트 공시체의 소성 균열 발생시험의 결과를 나타낸 사진이다.
도 7은 실시예 4의 셀룰로오스 섬유를 보강섬유로 사용한 콘크리트 공시체의 소성 균열 발생 시험의 결과를 나타낸 사진이다.
도 8은 비교예 3의 보강섬유를 사용하지 않은 보통 콘크리트 공시체의 소성 균열 발생 시험의 결과를 나타낸 사진이다.
도 9는 비교예 4의 폴리프로필렌 섬유를 보강섬유로 사용한 콘크리트 공시체의 소성 균열 발생시험의 결과를 나타낸 사진이다.
도 10은 실시예 5, 비교예 6, 및 비교예 7의 공시체 정면도이다.
도 11은 실시예 5, 비교예 6, 및 비교예 7의 공시체 측면도이다.
도 12는 실시예 5, 비교예 6, 및 비교예 7의 균열너비를 측정한 그래프이다.
도 13은 실시예 6, 비교예 8, 및 비교예 9의 휨 시험 결과를 나타낸 그래프이다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법에 있어서,
a) 펄프 또는 폐지를 건식 해면하여 셀룰로오스 단섬유로 제조하는 단계;
b) 상기 셀룰로오스 단섬유에 팽윤성 무기질 분말, 수용성 폴리머, 및 탄소
수 4 이하의 저급 알코올을 혼합기에 투입하여 혼합하는 단계; 및
c) 상기 혼합물을 압출기에서 압축, 압출하여 그래뉼로 제조하는 단계
를 포함하는 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법을 제공한다.
이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.
[작 용]
본 발명은 시멘트를 기본 바인더로 하는 콘크리트, 숏크리트, 그라우트, 플라스터, 모르타르 등의 시멘트 복합체의 휨강도, 휨인성의 증가, 및 균열을 방지하기 위한 보강섬유로 사용되는 셀룰로오스 섬유를 계량 및 투입이 용이하도록 그래뉼화한 것이다. 이 때의 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유는 시멘트 복합체에 투입되었을 때 보다 혼합 및 분산이 용이하도록 특정의 바인더, 성형조제, 및 용매를 사용하여 혼합물을 제조하고, 이 혼합물을 압출기로 압출하여 제조한다.
본 발명은 자동계량과 시멘트 복합체로의 투입, 및 분산을 용이하게 하기 위한 그래뉼화를 위하여 건식 분쇄 해면된 셀룰로오스 단섬유, Na-벤토나이트 또는 규조토, 수용성 폴리머, 및 알코올을 일정한 비로 혼합한 후, 압출기로 압축 및 압출한다. 혼합비는 셀룰로오스 단섬유 100 중량부에 대하여 Na-벤토나이트 또는 규조토 100 내지 200 중량부, 수용성 폴리머 10 내지 20 중량부, 순도 50 중량% 이상의 탄소수 4 이하의 저급 알코올 100 내지 200 중량부가 바람직하다.
본 발명의 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유는 셀룰로오스 섬유의 비중이 1.5 정도인 것을 그래뉼화에 의해 비중을 1.8 내지 2.5 정도로 증가시켜서 압출시킨다. 비중이 1.8 이하이면 시멘트 복합체로 투입되어 혼합될 때의 혼합시간이 증가하며, 비중이 2.5 이상이면 셀룰로오스 단섬유의 낱개 분산 시간이 증가한다.
이하에서는 사용 원료들에 대하여 설명한다.
본 발명의 그래뉼화되는 셀룰로오스 섬유는 활엽수 또는 침엽수에서 추출된 그라프트 펄프, 기계 펄프 등의 표백 또는 미표백 펄프, 또는 신문지 또는 고지인 폐지를 햄머 밀 등을 사용하여 건식으로 분쇄 및 해면하는 기계적으로 가공에 의하여 미세 단섬유로 제조한다. 이때의 셀룰로오스 단섬유의 길이는 0.01 내지 8 mm, 두께는 7 내지 80 ㎛이며, 이들의 중량평균 길이는 1.5 내지 3 mm이며, 평균 두께는 35 ㎛이다. 도 1, 도 2 및 도 3은 본 발명에서 사용된 셀룰로오스 섬유의 길이 분포의 한 예를 나타낸다.
본 발명의 팽윤성 무기질 분말은 시멘트 복합체 슬럼프 또는 슬러리에 포함된 물에 의해 팽윤(swelling)되는 성형 조제로, 특히 Na-벤토나이트 또는 규조토 가 바람직하다. 이들은 그래뉼화 초기의 점착성, 유동성, 분산성 증가를 위하여 투입되며, 특히 그래뉼화 후에는 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 비중을 높여서 시멘트 복합체 내로의 혼합 및 분산을 용이하게 하며, 셀룰로오스 단섬유에 결합력을 제공한다. 또한 이러한 Na-벤토나이트 또는 규조토와 같은 팽윤성 무기질 분말은 시멘트 복합체에서 물과 접촉되면서 시멘트의 알칼리에 의해 자극되어 팽윤되고, 팽윤에 의하여 물을 흡수, 고착하면서 시멘트 복합체의 점성을 증가시켜서 시멘트 슬럼프 또는 슬러리를 타설시 층분리 현상을 크게 감소시킬 수 있고, 시멘트 양생체에 있어서는 보습제로 작용하여 시멘트의 중기 이후(14일 이후)의 양생을 도와줄 수 있다. 또한 무기질 분말이 포함하고 있는 용해성 규산질(soluble SiO2)은 시멘트와 함께 수화될 수 있기 때문에 균열 감소의 효과도 제공할 수 있다. 이를 위하여 4000 ㎠/g 이상의 분말도를 갖고, 200 메쉬 이하의 입도를 갖는 것이 좋다. 분말도가 낮거나 200 메쉬 이상의 입도를 갖는 분말은 팽윤성이 낮거나 팽윤 소요시간이 길어져서 바람직하지 않다.
본 발명의 또 하나의 성형 조제인 수용성 폴리머는 바인더로서, 그래뉼 혼합물에 점착성을 부여하고 그래뉼에 결합력을 제공한다. 이 수용성 폴리머는 그래뉴화된 셀룰로오스 섬유를 바인더로 결합시키지만 수용성이기 때문에 시멘트 복합체 조성물로 혼합된 후에는 시멘트 복합체 조성물에 포함된 물에 의하여 용해되어 결합력을 풀고 시멘트 복합체 조성물 내로 포함되게 되고, 수용성 폴리머에 의해 결합되어 있던 셀룰로오스 섬유는 시멘트 복합체의 조성물 내로 자유롭게 이동이 가능하게 되어 균일하게 분산된다. 이 수용성 폴리머는 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌글리콜, 및 폴리아크릴아마이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.
상기 탄소수 4 이하의 저급 알코올은 수용성 폴리머의 용매로서 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 등이 바람직하다. 특히 용매로 이러한 알코올을 사용하는 것은 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유가 시멘트 복합체 조성물과 혼합될 때 분산되지 않고 뭉칠 수 있는 문제점을 해결할 수 있다. 이는 그래뉼화 후에 알코올의 빠른 증발로 인하여 수용성 폴리머가 빠른 시간 안에 경화되어 제조된 그래뉼 입자끼리 붙어버리는 문제도 해결할 수 있다. 알코올을 사용하지 않고 물을 용매로 사용하였을 경우에는 압출시 높은 압력으로 인하여 그래뉼이 돌덩어리처럼 단단하게 굳을 수 있기 때문에 바람직하지 않는다. 따라서 증발 속도가 높은 용매이고 수용성 폴리머를 용해할 수 있는 용매가 바람직하며, 특히 경제적인 면과 휘발 후의 환경적인 면을 고려한다면 에탄올이 가장 바람직하다. 또한 상기 수용성 폴리머는 이러한 알코올에 미리 용해시킨 후 셀룰로오스 단섬유와 혼합하면 효과적이다.
상기에서 설명한 셀룰로오스 단섬유, 팽윤성 무기질 분말, 수용성 폴리머, 및 저급 알코올은 그래뉼화를 위하여 일차적으로 일반적인 혼합기에서 혼합된다. 바람직한 혼합기는 일반적인 혼합기(가경식 혼합기, 강제식 혼합기 등)를 사용하고, 니더(kneader)를 사용해도 좋다. 배합은 상기 원료를 한꺼번에 투입하여 혼합할 수도 있지만 혼합시간을 감소시키기 위하여 셀룰로오스 단섬유에 저급 알코올에 용해된 수용성 폴리머를 투입하여 1차 혼합한 후, 팽윤성 무기질 분말을 투입하여 2차 혼합하는 것이 바람직하다. 혼합시간은 균일한 배합을 얻을 수 있을 때까지이며, 5 분 이상이면 균일한 배합을 얻을 수 있다.
상기에서 제조된 혼합물은 압출기에 투입하여 압축 및 압출하여 직경 2 내지 30 mm의 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유로 제조된다. 그래뉼의 단면 형상은 압출 다이의 구멍에 의해 결정되며, 압출 저항을 줄이기 위해서는 압출 구멍의 형상은 원형이 바람직하다. 제조된 그래뉼은 필요한 길이로 자르며, 시멘트 복합체에 투입되기에 용이한 길이는 1 내지 30 mm 정도이다. 그래뉼을 자를 때는 압출기 다이에 부착된 칼로 압출하면서 자를 수도 있고, 압출 후 건조하여 자를 수도 있다. 혼합물에 포함된 저급 알코올이 압출과 동시에 증발하므로 그래뉼은 건조되며, 별도의 건조 장치를 사용하여 그래뉼을 건조할 수도 있다.
이렇게 제조된 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유는 시멘트 복합체 조성물과 함께 일반적인 콘크리트 혼합기(강제식 혼합기, 레미콘, 가경식 혼합기 등)에 투입되어 시멘트 복합체 조성물에 혼합되고, 혼합시 시멘트 복합체의 다른 재료와 마찰 등에 의하여 미세하게 부서지고, 물에 의해 수용성 폴리머, 및 팽윤성 무기질 분말이 결합력을 잃고 결합하고 있던 셀룰로오스 단섬유를 시멘트 복합체에 낱개 섬유로 분산시킨다.
본 발명의 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유는 종래의 벌크 상 셀룰로오스 섬유에 비하여 시멘트 복합체 조성물에 투입, 혼합, 및 분산이 용이하다. 즉 그래뉼이기 때문에 투입할 때 분진이 전혀 발생하지 않으며, 그래뉼의 비중이 높아서 시멘트 복합체 조성물에 혼합되기가 용이하며, 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유가 단섬유 형태이므로 섬유볼 현상 없이 그대로 시멘트 복합체 조성물에 낱개로 분산될 수 있다.
하기 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정하는 것이 아니다.
[실시예]
실시예 1
(셀룰로오스 단섬유 제조)
침엽수에서 추출된 표백 그라프트 펄프(NBKP)를 햄머 밀을 사용하여 미세 단섬유로 가공하였다. 제조된 단섬유의 길이 분포를 도 1에 나타내었다.
(혼 합)
상기에서 제조된 셀룰로오스 단섬유 100 중량부에 Na-벤토나이트(250 메쉬, 분말도 4000 ㎠/g, 동신산업사 제조) 100 중량부, 폴리비닐알코올(일본 JUNSEI사 제조) 20 중량부, 및 에탄올 100 중량부를 가경식 혼합기에서 혼합하였다. 셀룰로오스 단섬유에 에탄올에 미리 용해한 폴리비닐알코올을 투입하여 1 차로 5 분간 혼합한 후, 벤토나이트를 투입하여 2 차로 5 분간 더 혼합하였다.
(그래뉼화)
상기 혼합물을 30 kw의 동력과 1500 rpm 축회전의 압출기(독일 KAHL사 제조)를 통과시켜서 직경 8 mm의 그래뉼을 제조한 후, 10 mm 길이로 절단하였다.
제조된 그래뉼의 비중은 2.1 이었다.
실시예 2
(셀룰로오스 단섬유 제조)
침엽수에서 추출된 미표백 그라프트 펄프(NKP)를 햄머 밀을 사용하여 미세 단섬유로 가공하였다. 제조된 단섬유의 길이 분포를 도 2에 나타내었다.
(혼 합)
상기에서 제조된 셀룰로오스 단섬유 100 중량부에 규조토(325 메쉬, 분말도 10000 ㎠/g, 삼풍 규조토사 제조) 100 중량부, 폴리비닐알코올(일본 JUNSEI 사 제조) 10 중량부, 및 에탄올 100 중량부를 가경식 혼합기에서 혼합하였다. 셀룰로오스 단섬유에 에탄올에 미리 용해한 폴리비닐알코올을 투입하여 1 차로 5 분간 혼합한 후, 규조토를 투입하여 2 차로 10 분간 더 혼합하였다.
(그래뉼화)
상기 혼합물을 30 kw의 동력과 1500 rpm 축회전의 이축 압출기(독일 KAHL 사 제조)를 통과시켜서 직경 8 mm의 그래뉼을 제조한 후, 10 mm 길이로 절단하였다. 제조된 그래뉼의 비중은 1.8 이었다.
실시예 3
하기 표 2에 나타낸 시멘트 모르타르 조성과 같이 상기 실시예 1에서 제조된 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유를 보강섬유로 사용하는 시멘트 모르타르 공시체를 제조한 후 고온에서 급속하게 건조시키는 소성 수축 균열 시험을 실시하였다.
혼합은 종래의 일반적인 콘크리트 혼합 방법을 따랐으며 혼합한 후 60 cm x 90 cm x 1.9 cm의 크기로 타설하였으며, 시험은 공시체를 항온항습실에서 28 ℃의 온도로 풍속 3.4 m/sec 내지 4 m/sec의 바람을 공시체 표면에 작용시키며 24 시간 동안 건조한 후 균열 상태를 관찰하였다.
그 결과는 종래의 보통 시멘트 모르타르, 폴리프로필렌 섬유 보강 모르타르와 비교하여 표 3과 도 4에 나타내었다.
비교예 1
하기 표 2에 나타낸 조성과 같이 보강섬유를 투입하지 않은 보통 시멘트 모르타르로 상기 실시예 3과 동일하게 시멘트 모르타르 공시체를 제조하고 소성 수축 균열 시험을 실시하였다. 그 결과는 표 3과 도 5에 나타내었다.
비교예 2
하기 표 2에 나타낸 조성과 같이 보강섬유로 섬유굵기가 0.05 mm이고, 길이가 30 mm인 폴리프로필렌 단사형 섬유를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일하게 시멘트 모르타르 공시체를 제조하고 소성 수축 균열 시험을 실시하였다. 그 결과는 표 3과 도 6에 나타내었다.
구 분 실시예 3 비교예 1 비교예 2
시멘트양(kg/㎥) 709 709 709
물양(kg/㎥) 322 322 322
Fine Agg. (kg/㎥) 1148 1148 1148
Fiber Volume Fraction(%) 0.08 0 0.1
구 분 실시예 3 비교예 1 비교예 2
균열 폭(mm) 0.05 3 1.2
총 균열 면적(㎟/㎡) 24.86 294.4 64.47
상기의 결과에서 볼 수 있듯이 시멘트를 기본으로 한 모르타르의 보강섬유로서 사용된 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유는 우수한 균열 제어 효과가 있다.
실시예 4
하기 표 4에 나타낸 콘크리트 조성과 같이 상기 실시예 2에서 제조된 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유를 보강섬유로 사용하는 콘크리트 공시체를 제조한 후 고온에서 급속하게 건조시키는 소성 수축 균열 시험을 실시하였다.
혼합은 종래의 일반적인 콘크리트 혼합 방법을 따랐으며 혼합한 후 305 mm x 305 mm x 30 mm의 크기로 타설하였으며, 시험은 공시체를 항온항습실에서 28 ℃의 온도로 풍속 3.4 m/sec 내지 4 m/sec의 바람을 공시체 표면에 작용시킨후 24 시간 동안 건조한 후 균열 상태를 관찰하였다. 그 결과는 표 5와 도 7에 나타내었다.
비교예 3
하기 표 4에 나타낸 콘크리트 조성과 같이 보강섬유를 투입하지 않은 콘크리트로 상기 실시예 4와 동일하게 콘크리트 공시체를 제조하고 소성 수축 균열 시험을 실시하였다. 그 결과는 표 5와 도 8에 나타내었다.
비교예 4
하기 표 4에 나타낸 콘크리트 조성과 같이 보강섬유로 섬유굵기가 0.05 mm이고, 길이가 30 mm인 폴리프로필렌 단사형 섬유를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일하게 콘크리트 공시체를 제조하고 소성 수축 균열 시험을 실시하였다. 그 결과는 표 5와 도 9에 나타내었다.
비교예 5
하기 표 4에 나타낸 콘크리트 조성과 같이 보강섬유로 상기 실시예 1에서 제조된 셀룰로오스 단섬유를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 4와 동일하게 콘크리트 공시체를 제조하고 소성 수축 균열 시험을 실시하였다. 그 결과는 표 5에 나타내었다.
구 분 실시예 4 비교예 3 비교예 4 비교예 5
물양(kg/㎥) 210 210 210 210
시멘트양(kg/㎥) 403 403 403 403
물/시멘트 비 52.1 52.1 52.1 52.1
골재 비(s/a) 46 46 46 46
Coarse Agg.(kg/m3) 872 872 872 872
Fine Agg. (kg/㎥) 740 740 740 740
Fiber Volume Fraction(%) 0.08 0 0.1 0.08
구 분 실시예 4 비교예 3 비교예 4 비교예 5
균열 폭(mm) 0.05 0.45 0.25 0.05
총 균열 면적(㎟/㎡) 2.25 31.60 10.48 4.55
상기의 결과에서 볼 수 있듯이 셀룰로오스섬유는 콘크리트의 보강 재료로서 사용되었을 때 탁월한 소성 수축 균열 제어 효과가 있다.
실시예 5
상기 표 4에 나타낸 콘크리트 조성과 같이 상기 실시예 1에서 제조된 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유를 보강섬유로 사용하는 콘크리트 공시체를 제조한 후 건조 수축 균열 시험을 실시하였다.
혼합은 종래의 일반적인 콘크리트 혼합 방법을 따랐으며 혼합한 후 도 10 및 도 11과 같은 링 형태의 공시체를 제조하였으며, 시험은 공시체를 상온에서 42 일간 자연 건조하면서 균열 상태를 관찰하였다. 균열 폭을 측정한 결과를 도 12에 그래프로 나타내었다.
결과에서 볼 수 있듯이 셀룰로오스섬유는 콘크리트의 보강 재료로서 첨가되었을 때 우수한 건조 수축 균열 제어 효과가 있다.
비교예 6
상기 표 4에 나타낸 콘크리트 조성과 같이 보강섬유를 투입하지 않은 콘크리트로 상기 실시예 5와 동일하게 콘크리트 공시체를 제조하고 건조 수축 균열 시험을 실시하였다. 균열 폭을 측정한 결과를 도 12에 그래프로 나타내었다.
비교예 7
상기 표 4에 나타낸 콘크리트 조성과 같이 보강섬유로 섬유굵기가 0.05 mm이고, 길이가 30 mm인 폴리프로필렌 단사형 섬유를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 5와 동일하게 콘크리트 공시체를 제조하고 건조 수축 균열 시험을 실시하였다. 균열 폭을 측정한 결과를 도 12에 그래프로 나타내었다.
실시예 6
하기 표 6에 나타낸 콘크리트 조성과 같이 상기 실시예 1에서 제조된 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유를 보강섬유로 사용하는 콘크리트 공시체를 제조한 후 28 일간 수중 양생시킨 후 휨강도 및 휨인성을 측정하였다. 그 결과는 표 7과 도 12의 그래프에 나타내었다. 도 13의 그래프는 배합 1을 나타낸 것이다.
비교예 8
하기 표 6에 나타낸 콘크리트 조성과 같이 보강섬유를 투입하지 않은 콘크리트로 상기 실시예 6과 동일하게 콘크리트 공시체를 제조하고 28 일간 수중 양생시킨 후 휨강도 및 휨인성을 측정하였다. 그 결과는 표 7과 도 13의 그래프에 나타내었다.
비교예 9
하기 표 6에 나타낸 콘크리트 조성과 같이 보강섬유로 섬유굵기가 0.05 mm이고, 길이가 30 mm인 폴리프로필렌 단사형 섬유를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 6과 동일하게 콘크리트 공시체를 제조하고 28 일간 수중 양생시킨 후 휨강도 및 휨인성을 측정하였다. 그 결과는 표 7과 도 13의 그래프에 나타내었다.
구 분 실시예 6 비교예 8 비교예 9
배합 1 배합 2 배합 3 배합 4 배합 5
물양(kg/㎥) 210 210 210 210 210 210 210
시멘트양(kg/㎥) 403 403 403 403 403 403 403
물/시멘트 비 52.1 52.1 52.1 52.1 52.1 52.1 52.1
골재 비(s/a) 46 46 46 46 46 46 46
Coarse Agg.(kg/m3) 872 872 872 872 872 872 872
Fine Agg. (kg/㎥) 740 740 740 740 740 740 740
Fiber Volume Fraction(%) 0.03 0.06 0.08 0.1 0.15 0 0.9
구 분 실시예 6 비교예 8 비교예 9
배합 1 배합 2 배합 3 배합 4 배합 5
휨강도(kgf/㎠) 26.4 26.7 33.3 33.4 33.7 22.7 26.5
휨인성(kgf·mm) 3540.84 5062.99 6679.93 8038.76 10058.16 - 3604.256
본 발명의 제조방법으로 제조되는 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유는 시멘트 복합체에 첨가시 자동계량과 투입을 가능하게 하며, 비중이 증가되어 있어서 종래의 셀룰로오스 섬유 벌크에 비하여 분산성이 우수하며, 시멘트 복합체 내에서는 취성적 성질을 개선하고 휨강도, 휨인성 증가 및 수축저항으로 인한 균열의 발생 및 성장을 억제하여 시멘트 복합체의 성능을 향상시킨다.

Claims (12)

  1. 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법에 있어서,
    a) 펄프, 또는 폐지를 건식 해면하여 셀룰로오스 단섬유로 제조하는 단계;
    b) 상기 셀룰로오스 단섬유에 팽윤성 무기질 분말, 수용성 폴리머, 및
    탄소수 4 이하의 저급 알코올을 혼합기에 투입하여 혼합하는 단계; 및
    c) 상기 혼합물을 압출기에서 압축, 압출하여 그래뉼로 제조하는 단계
    를 포함하는 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 a)단계의 펄프는 활엽수 또는 침엽수에서 추출된 그라프트 펄프, 기계 펄프이고, 폐지는 신문지 또는 고지인 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 a)단계의 셀룰로오스 단섬유는 길이가 0.01 내지 8 mm이고, 두께가 7 내지 80 ㎛인 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 b)단계의 혼합비가 셀룰로오스 섬유 100 중량부에 대하여 팽윤성 무기질 분말 100 내지 200 중량부, 수용성 폴리머 10 내지 20 중량부, 알코올 100 내지 200 중량부인 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 b)단계의 팽윤성 무기질 분말은 분말도가 4000 ㎠/g 이상이고, 입도가 200 메쉬 이하인 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 b)단계의 팽윤성 무기질 분말이 Na-벤토나이트, 또는 규조토인 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 b)단계의 수용성 폴리머가 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌글리콜, 및 폴리아크릴아마이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 b)단계의 알코올이 에탄올인 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 c)단계의 그래뉼 직경이 2 내지 30 mm인 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 c)단계의 그래뉼 길이가 1 내지 30 mm인 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 c)단계의 그래뉼 비중이 1.8 내지 2.5인 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유의 제조방법.
  12. 제 1 항 기재의 제조방법으로 제조되는 그래뉼화된 셀룰로오스 섬유.
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