TW201343595A - 水泥補強用纖維及使用其之水泥硬化體 - Google Patents

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Abstract

本發明之水泥補強用纖維係由聚烯烴纖維所構成者，且於上述聚烯烴纖維表面附著有纖維處理劑，上述纖維處理劑為聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽。作為聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽，其一例較佳為下述化學式(2)所表示之化合物。本發明之水泥硬化體包含上述水泥補強用纖維。□其中，上述化學式(2)中，R為碳數2~20之烷基，A為鹼金屬元素，n為1~20。

Description

水泥補強用纖維及使用其之水泥硬化體
本發明係關於一種由聚烯烴纖維所構成之水泥補強用纖維及使用其之水泥硬化體。
聚丙烯纖維等聚烯烴纖維具有強度且為輕量，因此被廣泛地用於產業用途等。為強化混凝土及砂漿(mortar)之類之水硬性硬化體之衝擊強度或彎曲強度，而將由聚丙烯、維尼綸(vinylon)等所構成之短纖維用作補強用纖維。作為補強用纖維，使用纖維強度或纖維伸長率優異之纖維，為獲得具有優異之強度或伸長率之纖維，而進行聚合物之選定等。特別是作為高壓釜(autoclave)熟化混凝土用補強纖維，維尼綸會分解而無法使用，但聚丙烯等聚烯烴穩定，因此被實用化。就水泥補強用纖維而言，有為使補強用纖維均勻地分散於水硬性硬化體中而附著纖維處理劑(亦稱為纖維油劑)之情形。例如，於專利文獻1中記載有一種水泥補強用纖維，其附著有以下述化學式(1)所表示之烷基磷酸鹽為主成分之纖維處理劑。
又，作為使補強用纖維均勻地分散於水硬性硬化體中之其他方法，亦研究有如下情況：對纖維實施氟處理、電漿放電處理、電暈放電處理等親水化處理，使纖維親水化，而提高與水硬性硬化體之親和性。例如，於專利文獻2中記載有一種水泥補強用纖維，其於實施電暈放電處理、 常壓電漿處理、臭氧水溶液處理中任一種表面處理後附著纖維處理劑。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開平5-170497號公報
專利文獻2：日本特開2001-058858號公報
然而，專利文獻1所記載之使用以烷基磷酸鹽為主成分之纖維處理劑之水泥補強用纖維有如下問題：於向水硬性硬化體(例如，水泥漿料)之分散攪拌中，附著於纖維之纖維處理劑脫落，而使纖維形成纖維球(結塊)，因此纖維未均勻地分散於水硬性硬化體中，而產生水硬性硬化體之強度不均，從而作為水硬性硬化體整體之強度變弱。又，專利文獻1所記載之使用以磷酸鹽為主成分之纖維處理劑之水泥補強用纖維具有如下問題：因與水硬性硬化體之親和性不充分，故纖維容易自水硬性硬化體脫落，而使對水硬性硬化體之強度賦予不充分。
本發明為解決上述先前之問題，而提供一種纖維處理劑難以脫落，而與水硬性水泥等水硬性硬化體之親和性較高之水泥補強用纖維及使用其之水泥硬化體。
本發明之水泥補強用纖維係由聚烯烴纖維所構成者，且於上述聚烯烴纖維表面附著有纖維處理劑，且上述纖維處理劑為聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽。
本發明之水泥硬化體之特徵在於包含上述水泥補強用纖維。
本發明之水泥補強用纖維係由聚烯烴纖維所構成者，且藉由使作為纖維處理劑之聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽附著於上述聚烯烴纖維表面，可提供一種纖維處理劑難以脫落，而與水泥硬化體等水硬性硬化體之親和性較高之水泥補強用纖維。又，包含該水泥補強用纖維之水泥硬化體之水泥強度優異。
本發明者發現，於附著有以聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽為主成分之纖維處理劑之水泥補強用纖維，纖維處理劑難以脫落，而與水硬性硬化體之親和性較高。又，本發明者發現，若專利文獻1所揭示之以烷基磷酸酯鹽為主成分之纖維處理劑應用於實施有電暈放電處理等親水化處理之纖維，則有與水硬性硬化體之親和性降低之問題，但以聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽為主成分之纖維處理劑即便應用於實施有電暈放電處理等親水化處理之纖維，與水硬性硬化體之親和性亦不降低，從而完成本發明。於本發明中，所謂纖維處理劑之主成分，係指除水以外之成分(固形物成分)中佔80質量%以上的成分，較佳為佔90質量%以上，進而較佳為100質量%。於以下亦相同。
聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽較佳為具有離子性官能基。若聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽具有離子性官能基，則離子性官能基置換水泥混合物中之鈣離子(Ca2+)，藉此可獲得強度更為優異之水泥硬化體。於聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽包含非離子性聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽之情形時，其含有比例相對於聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽100莫耳%，較佳為10莫耳%以下，更佳為5莫耳%以下，特佳為實際上不包含非離子性聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽。
聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽較佳為選自由下述化學式(2)所表 示之化合物及下述化學式(3)所表示之化合物所組成之群中之一種以上化合物。
其中，化學式(2)中，R為碳數2~20之烷基，A為鹼金屬元素或鹼土金屬元素，n為1~20。
其中，化學式(3)中，R1及R2為碳數2~20之烷基，A為鹼金屬元素或鹼土金屬元素，n及m為1~20。
聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽較佳為上述化學式(2)所表示之化合物及上述化學式(3)所表示之化合物之混合物。於該情形時，上述化學式(2)所表示之化合物之比例相對於聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽100莫耳%，較佳為20~80莫耳%之範圍，更佳為50~80莫耳%之範圍。又，上述化學式(3)所表示之化合物之比例相對於聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽100莫耳%，較佳為20~80莫耳%之範圍，更佳為20~50莫耳%之範圍。若上述化學式(2)所表示之化合物之比例為20莫耳%以上，則容易溶解於水，而容易賦予至纖維。又，若上述化學式(2)所表示之化合物之比例為50莫耳%以上，則包含較多於1莫耳中包含2個-O-A+基之化合物，因此可獲得與水泥之親和性特別優異之纖維。
於上述化學式(2)或上述化學式(3)中，作為A之鹼金屬元素，較佳為Li、Na、K、Rb等。特佳為鉀(K)。作為聚氧乙烯烷基磷 酸酯鹽，更佳為下述化學式(4)或下述化學式(5)所表示之化合物。
其中，化學式(4)中，R為碳數2~20之烷基，n為1~20。
其中，化學式(5)中，R1及R2為碳數2~20之烷基，n及m為1~20。
相對於聚烯烴纖維100質量%，聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽之附著量較佳為0.05~10質量%之範圍，更佳為0.1~5質量%之範圍。只要為該範圍，則纖維處理劑更加難以脫落，而與水硬性硬化體之親和性亦變得更高。
聚烯烴纖維亦可藉由選自氟氣處理、電漿放電處理及電暈放電處理中之至少1種親水化處理而進行親水化。若進行親水化，則與水泥硬化體等水硬性硬化體之親和性亦變得更高。
於聚烯烴纖維亦可分散無機粒子。若於聚烯烴纖維分散無機粒子，則與水泥等水硬性硬化體之親和性變得更高，強度亦變高。又，纖維之視比重(apparent specific gravity)變大，因此於分散中纖維難以浮起。相對於聚烯烴纖維100質量%，無機粒子之含量較佳為0.1~20質量%之範圍，更佳為1~10質量%之範圍。
於聚烯烴纖維包含無機粒子之情形時，較佳為以芯鞘複合纖維之形式獲得聚烯烴纖維，而於其鞘成分中包含無機粒子。若於鞘成分中包含無機粒子，則於纖維表面形成凸部，而使纖維變得難以自水泥硬化體 脫落，因此水泥硬化體之彎曲強度提高。相對於聚烯烴纖維之鞘成分100質量%，無機粒子之含量較佳為0.1~40質量%之範圍，更佳為1~20質量%之範圍。再者，芯成分可包含無機粒子，或亦可不包含無機粒子。
上述無機粒子並無特別限定，可使用公知之無機粒子。作為上述無機粒子，例如可使用選自由碳酸鎂、矽氧化物、鋁氧化物、硫酸鋇、碳酸鈣及滑石等所組成之群中之一種以上粒子。
上述無機粒子之平均粒徑較佳為0.1~10 μm，更佳為0.2~5 μm，進而較佳為0.3~2 μm。若無機粒子之平均粒徑為0.1 μm以上，則可更為明顯地獲得如下效果：於纖維表面形成凸部，而使纖維變得難以自水泥硬化體脫落。若無機粒子之平均粒徑為10 μm以下，則亦不會於纖維之紡絲步驟中發生斷頭，又，所獲得之纖維之無機粒子難以自纖維表面脫落。無機粒子之平均粒徑係利用粒度分佈測定裝置(商品名：SALD-2000，島津製作所公司製造)進行測定者。
於上述化學式(2)、化學式(3)、化學式(4)、及化學式(5)中，表示氧乙烯基之莫耳數之n及m更佳為1~15，進而較佳為3~7。若氧乙烯基之莫耳數n及m變大，則有與水硬性硬化體之親和性提高之傾向，但若過大，則有流動性變小，而纖維處理劑不均勻地附著於纖維之情形。又，於上述化學式(2)、化學式(3)、化學式(4)、及化學式(5)中，R、R1及R2之碳數更佳為8~18，進而較佳為6~16。若R、R1及R2之烷基鏈長(碳鏈長)變大，則有親水性降低之傾向，若變小，則有纖維處理劑變得容易自纖維脫落之傾向。只要氧乙烯基之莫耳數n及m以及R、R1及R2之烷基鏈長為該範圍內，則纖維處理劑更加難以脫落，而與水硬性硬化體之親和性亦變得更高。
本發明之水泥補強用纖維並無特別限定，但例如可藉由利用公知之熔融紡絲法對聚烯烴系樹脂進行紡絲，於溫水、濕熱、或乾熱中將 獲得之紡製長絲(spinning filament)延伸至規定之倍率，向延伸後之長絲塗佈或含浸纖維處理劑而獲得。延伸處理較佳為以乾式延伸而進行，例如，延伸溫度可設為145~165℃。又，就提高單纖維強度，降低纖維伸長率，而獲得水泥補強用優異之纖維的觀點而言，延伸倍率較佳為2~10倍，更佳為2.5倍~5倍。將紡絲而獲得之未延伸長絲進行延伸，藉此獲得分子鏈排列於延伸方向上，而單纖維強度與纖維伸長率優異之纖維。
於塗佈或含浸纖維處理劑前，為進一步提高與水泥硬化體等水硬性硬化體之親和性，延伸後之長絲亦可藉由選自氟氣處理、電漿放電處理及電暈放電處理中之至少1種親水化處理而進行親水化。又，將無機粒子練入於聚烯烴系樹脂而進行熔融紡絲，藉此可使無機粒子分散於水泥補強用纖維。
於本發明中，纖維處理劑之賦予方法可為浸漬法、噴霧法、塗佈法中任一種。又，於實施電暈放電處理之情形時，無特別限定，但電暈放電處理中每次之放電量較佳為50 W/m2/min以上，總放電量較佳為100~5000 W/m2/min。更佳之總放電量為250~5000 W/m2/min。又，電漿處理並無特別限定，較佳為常壓電漿處理，於電壓50~250 kV，頻率500~3000 pps之條件下進行處理即可。若為常壓電漿處理，則可以低電壓進行處理，因此纖維之劣化較少且方便。又，氟氣處理並無特別限定，但例如可使用包含氟氣與氧氣之混合氣體或包含氟氣與亞硫酸氣體之混合氣體而進行。
本發明之水泥補強用纖維較佳為於藉由選自氟氣處理、電漿放電處理及電暈放電處理中之至少1種親水化處理而親水化之纖維附著纖維處理劑。若為該構成，則與水泥之親和性進一步提高。又，包含該構成之水泥補強用纖維之水泥硬化體具有優異之彎曲破壞強度。
先前之纖維處理劑(例如，上述化學式(1)所表示之纖維處理劑)係於纖維表面使親水性基朝外側配向，將疏水性之纖維表面親水 化，而使纖維容易分散於水泥混合物中。然而，若為纖維表面預先經親水化之狀態，則纖維處理劑之一部分之親水性基朝纖維側配向，故僅部分發揮親水化能力，及/或與經親水化之纖維表面相抵，因此即便將纖維處理劑附著於經親水化處理之纖維，亦未獲得相乘效果，而與水泥之親和性降低，水泥之彎曲破壞強度變小。
就本發明之水泥補強用纖維而言，不存在如上所述之問題，且即便於將纖維處理劑附著於藉由選自氟氣處理、電漿放電處理及電暈放電處理中之至少1種親水化處理而親水化之纖維上的情形時，亦可獲得與水泥之親和性特別優異之水泥補強用纖維。又，水泥之彎曲破壞強度亦變大。推測其原因在於：於纖維處理劑中存在聚氧乙烯基與磷酸鹽基之兩種親水性基，因此親水性基較少朝纖維側配向，又，即便假設一個親水性基朝纖維側配向，亦可藉由另一個親水性基而獲得親水性。
於本發明中使用之聚烯烴並無特別限定，例如可為以下任一者：碳數2~20左右之α-烯烴之均聚物；由2個以上之碳數2~20左右之α-烯烴所構成之共聚物；及碳數2~20左右之α-烯烴與乙酸乙烯酯、(甲基)丙烯酸、與(甲基)丙烯酸酯等之共聚物。作為上述碳數2~20左右之α-烯烴，例如可列舉：乙烯、丙烯、1-丁烯、3-甲基-1-丁烯、1-戊烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯等。其中，聚烯烴較佳為聚丙烯。若使用聚丙烯，則可獲得價格低廉且單纖維強度較大之聚烯烴纖維。上述聚丙烯可為丙烯之均聚物，亦可為丙烯與其他碳數2~20左右之α-烯烴之共聚物。
於本發明中使用之聚烯烴之聚合方法可為任意方法。例如於聚烯烴為聚丙烯之情形時，可為藉由茂金屬(metallocene)觸媒而聚合者，亦可為藉由齊格勒-納塔(Ziegler Natta)觸媒而聚合者。
就單纖維強度較高且輕量之觀點而言，上述聚烯烴纖維較佳為聚丙烯纖維，更佳為Z平均分子量Mz未達100萬、重量平均分子量Mw/ 數量平均分子量Mn為超過4且為5以下之範圍的聚丙烯纖維。又，就以較低成本獲得高結晶性之聚丙烯纖維之觀點而言，上述聚丙烯纖維較佳為藉由如下方式獲得之Z平均分子量Mz未達100萬、重量平均分子量Mw/數量平均分子量Mn為超過4且為5以下之範圍的聚丙烯纖維，即，於300~400℃之溫度對Z平均分子量Mz為100萬以上、重量平均分子量Mw/數量平均分子量Mn超過5之聚丙烯進行熔融紡絲並進行延伸而獲得。於上述中，重量平均分子量Mw/數量平均分子量Mn之值係表示聚合物之聚分散度(polydispersity index)，數值越小，表示分子量分佈越窄。
通常，聚丙烯之熔融紡絲係於未達300℃，例如180~280℃之範圍內進行，但藉由將熔融紡絲之溫度設為300~400℃之範圍，從而即便於使用Z平均分子量Mz為100萬以上、重量平均分子量Mw/數量平均分子量Mn超過5之聚丙烯之情形時，亦可使可紡性或延伸性變良好，而獲得Z平均分子量Mz未達100萬、重量平均分子量Mw/數量平均分子量Mn為超過4且為5以下之範圍的聚丙烯纖維(於以下記作聚丙烯纖維A)。於聚丙烯纖維A之製造中，熔融紡絲之溫度較佳為330~380℃之範圍，更佳為340~370℃之範圍。只要熔融紡絲之溫度為上述之範圍，則利用熱分解之高分子量聚合物之分子量調整的控制更為穩定。又，較少發生聚合物鏈過度地熱分解而纖維強度等降低之情況。再者，熱分解亦因熔融聚合物之滯留時間受到影響，但於實用生產中難以改變滯留時間，而只要採用通常之滯留時間(約5~15分鐘)即可。
於聚丙烯纖維A之熔融紡絲中，紡絲(熔融紡絲)溫度係指於使原料聚合物纖維化之期間所施加之溫度中最高溫度區域之溫度，例如可為聚合物混練機內溫度、擠出機內溫度、紡絲頭溫度中任一種。
於聚丙烯纖維A之製造中，較佳為將聚合物混練機內及/或擠出機內之溫度設為300~400℃，更佳為設為325~365℃。藉由將聚合物 混練機內及/或擠出機內之溫度設為300℃以上而促進高分子量之聚合物之熱分解。又，藉由將聚合物混練機及/或擠出機內之溫度設為400℃以下，難以發生過度之熱分解，從而抑制分子量極端地降低而纖維強度等降低之情況。
於聚丙烯纖維A之製造中，較佳為使紡絲頭之溫度比聚合物混練機內及/或擠出機內之溫度低10℃以上，更佳為比聚合物混練機內及/或擠出機內之溫度低30℃以上。若設為該構成，則即便紡絲溫度為300℃以上，亦不會發生或較少發生拉取長絲時紡製長絲彼此融合之情況。具體而言，較佳為將紡絲頭之溫度設為255~295℃。
於聚丙烯纖維A之製造中，供給於熔融紡絲之聚丙烯之熔解焓△HP1較佳為未達80 J/g，更佳為50 J/g以上且未達80 J/g，進而較佳為50~79 J/g。熔解焓△HP1越高，表示結晶性越好。若聚丙烯之熔解焓△HP1未達80 J/g，則容易熱分解，可紡性與延伸性變良好。
聚丙烯纖維A較佳為纖維化後之熔解焓△HF為100 J/g以上，更佳為110 J/g以上。若纖維化後之熔解焓△HF為100 J/g以上，則容易獲得單纖維強度優異之纖維。再者，△HF之較佳上限為140 J/g。
聚丙烯纖維A較佳為藉由下述方法而測定之熔解焓△HP2為80~100 J/g。△HP2係於纖維化後熔融一次而再次固化時之聚合物之熔解焓，且表示解除纖維配向之狀態下之聚合物之結晶化度。又，△HP2之值越大，表示聚合物之自然配向性越高。
(△HP2之測定方法)
以10℃/min之速度，將纖維自20℃升溫至200℃，繼而，以10℃/min之速度，自200℃降溫至20℃，再次以10℃/min之速度自20℃升溫至200℃，將此時之吸熱能量設為熔解焓△HP2。
聚丙烯纖維A較佳為△HF-△HP2為25 J/g以上。△HF-△HP2 係自纖維之配向性除去聚合物之自然配向性之值，且係表示纖維狀態之分子鏈之結晶配向之程度的指標。若△HF-△HP2為25 J/g以上，則分子鏈規則排列之比例較高，即便於使用結晶性較低之聚合物之情形時，亦可獲得單纖維強度或纖維伸長率優異之纖維。又，預測此種纖維之乾熱收縮率較低，於延伸步驟後纖維收縮之現象(延伸復原)較小。
於聚丙烯纖維A之製造中，較佳為供給於熔融紡絲之聚丙烯之Z平均分子量Mz/重量平均分子量Mw超過3，紡絲後之聚丙烯纖維A之Z平均分子量Mz/重量平均分子量Mw超過2.55且未達3。更佳為供給於熔融紡絲之聚丙烯之Z平均分子量Mz/重量平均分子量Mw為3.1以上，紡絲後之聚丙烯纖維A之Z平均分子量Mz/重量平均分子量Mw為2.60~2.95。Z平均分子量Mz/重量平均分子量Mw亦表示聚合物之聚分散度，且表示聚丙烯顆粒(pellet)之分子量分佈相對較廣，但聚丙烯纖維A之分子量分佈相對較窄。此種聚丙烯顆粒可相對廉價地獲得。
聚丙烯纖維A係Z平均分子量Mz未達100萬、重量平均分子量Mw/數量平均分子量Mn為超過4且為5以下之範圍的聚丙烯纖維。較佳為聚丙烯纖維A為重量平均分子量Mw/數量平均分子量Mn為4.1~5之範圍之聚丙烯纖維。又，聚丙烯纖維A之Z平均分子量Mz/重量平均分子量Mw較佳為超過2.55且未達3，更佳為2.6~2.95。此種聚丙烯纖維A之分子量分佈相對地變窄。
相對於供給於熔融紡絲之聚丙烯之數量平均分子量MnP，紡絲後之聚丙烯纖維A之數量平均分子量MnF之比例較佳為0.9~1.1，更佳為0.95~1.05。MnF/MnP係表示纖維化前後之聚合物之數量平均分子量之變化量，值越接近1，表示纖維化前後聚合物之數量平均分子量之變化越少。若MnF/MnP為0.9~1.1之範圍內，則發生熱分解而改變分子量之分子數較少，從而抑制聚丙烯纖維A成為纖維強度極低之纖維。
具體而言，供給於熔融紡絲之聚丙烯顆粒之數量平均分子量MnP較佳為5萬~10萬，更佳為5.5萬~8萬。又，紡絲後之聚丙烯纖維A之數量平均分子量MnF較佳為5萬~10萬，更佳為5.5萬~8萬。
又，相對於供給於熔融紡絲之聚丙烯之重量平均分子量MwP，紡絲後之聚丙烯纖維A之重量平均分子量MwF之比例較佳為0.6~0.9，更佳為0.7~0.8。MwF/MwP係表示纖維化前後之聚合物之重量平均分子量之變化量，值越小，表示纖維化後高分子量之聚合物減少得越多。若MwF/MwP為0.6~0.9之範圍內，則高分子量之聚合物之一部分適度分解，因此獲得分子量分佈變窄而容易配向之纖維。
具體而言，供給於熔融紡絲之聚丙烯之重量平均分子量MwP較佳為30萬~45萬，更佳為35萬~40萬。又，紡絲後之聚丙烯纖維A之重量平均分子量MwF較佳為20萬~35萬，更佳為25萬~30萬。
又，相對於供給於熔融紡絲之聚丙烯之Z平均分子量MzP，紡絲後之聚丙烯纖維A之Z平均分子量MzF之比例較佳為0.5~0.8，更佳為0.6~0.7。MzF/MzP係表示纖維化前後之聚合物之Z平均分子量之變化量，值越小，表示纖維化後高分子量之聚合物減少得越多。若MzF/MzP為0.5~0.8之範圍內，則高分子量之聚合物之一部分適度分解，因此獲得分子量分佈變窄而容易配向之纖維。
具體而言，供給於熔融紡絲之聚丙烯之Z平均分子量MzP為100萬以上，上限並無特別限定，但例如上限可為200萬。又，紡絲後之聚丙烯纖維A之Z平均分子量MzF未達100萬，較佳為60萬~95萬，更佳為70萬~80萬。
於聚丙烯纖維A之製造中，供給於熔融紡絲之聚丙烯之等規五元組分率(以下，亦稱為IPF(isotactic pentad fraction))較佳為90%以上，更佳為93%以上。若IPF為90%以上，則容易發生熱分解。預測其原因 在於：聚丙烯之熱分解容易於等規部位，即，於不對稱碳具有相同之絕對組態(absolute configuration)之結構部發生。
聚丙烯纖維A之製造所使用之聚丙烯可為利用任意聚合方法而聚合者。例如，可為藉由茂金屬觸媒而聚合者，亦可為藉由齊格勒-納塔觸媒而聚合者。又，聚丙烯纖維A之製造所使用之聚丙烯可為丙烯之均聚物，亦可為丙烯與其他碳數2~20左右之α-烯烴之共聚物。
本發明之水泥補強用纖維之較佳之單纖維纖度為0.1~200 dtex，更佳為0.2~50 dtex，進而較佳為0.3~5 dtex。較佳之纖維長度為1~20 mm左右。若為該範圍內，則與水泥漿料之混合容易且容易分散，亦容易發揮對強度進行補強之補強效果。
本發明之水泥補強用纖維較佳為依據JIS L 1015而測定之單纖維強度為5 cN/dtex以上，更佳為7 cN/dtex以上。再者，較佳之上限為20 cN/dtex。若為該範圍，則水泥硬化體之彎曲強度提高。又，於水泥漿料之混合、攪拌時難以形成纖維球(結塊)。
本發明之水泥補強用纖維較佳為依據JIS L 1015而測定之纖維伸長率為15~45%，更佳為20~30%。若為該範圍，則水泥硬化體之衝擊強度提高。又，難以於水泥硬化體上產生裂痕。
本發明之水泥補強用纖維較佳為依據JIS L 1015而測定之楊氏模數為3000 MPa以上，更佳為4000 MPa以上。若楊氏模數為3000 MPa以上，則纖維難以變形，而難以於水泥硬化體上產生裂痕。
又，本發明提供一種包含上述水泥補強用纖維較佳為0.1~5質量%之水泥硬化體。若水泥補強用纖維之含有率為0.1質量%以上，則可獲得衝擊強度或彎曲強度優異之水泥硬化體。又，若水泥補強用纖維之含有率為5質量%以下，則於水泥漿料之混合攪拌時難以形成纖維球(結塊)。水泥硬化體例如可混合、攪拌包含水泥、骨材(aggregate)、水及上述水泥 補強用纖維之水泥漿料並進行硬化而獲得。
實施例
以下，使用實施例對本發明進行更為具體之說明。再者，本發明並不限定於下述實施例。
(實施例1~10、比較例1~2)
<聚丙烯複絲之製造>
使用聚丙烯(商品名：SA01A，Japan Polypropylene股份有限公司製造)作為原料聚合物，並使用孔徑0.6 mm之紡絲噴嘴，於紡絲溫度270℃進行熔融擠出，一面對紡絲噴嘴附近進行冷卻，一面將拉取倍率(紡絲拉伸比)設為56.6倍，而獲得纖度100 dtex之紡製長絲。繼而，於延伸溫度160℃下，以延伸倍率5.0倍對獲得之紡製長絲進行乾式延伸，而獲得纖度20 dtex之聚丙烯複絲(長絲數60條)。
使獲得之聚丙烯複絲通過電暈放電處理機，以0.5 kW/m2/min之放電量進行電暈放電處理將其親水化，繼而，賦予包含聚氧乙烯基(POE)5 mol且碳鏈長為12之聚氧乙烯月桂基磷酸鉀(商品名：DPF971，竹本油脂公司製造)1.0質量%作為纖維處理劑，而獲得實施例1之複絲。
於實施例2~10及比較例1~2中，以下述表1所示之方式更換纖維處理劑之種類與電暈放電處理(電暈)之有無。
以下述方式測定實施例1~10及比較例1~2之複絲之拉拔強度，將其結果示於下述表1。
<拉拔強度>
首先，將複絲切割成長度5 cm而製作長絲樣品。繼而，混合水泥400 g、矽砂100 g、粉碎紙漿(pulp)5 g、及水150 g並進行攪拌，而製造縱5 cm、寬4 cm、厚0.5 cm之下層水泥體。繼而，混合水泥400 g、矽砂100 g、粉碎紙漿5 g、及水200 g並進行攪拌，而製造縱5 cm、寬4 cm、厚0.5 cm之 上層水泥體。然後，於下層水泥體硬化前，將長絲樣品沿寬度方向配置於縱方向之中央，自其上重疊硬化前之上層水泥體，而獲得拉拔強度測定用之測定樣品。再者，於測定樣品，長絲樣品中4 cm之長度位於水泥體內，1 cm之長度位於水泥體外。使測定樣品自然熟化28天後，以2 cm/min之速度自測定樣品之水泥體拉拔長絲樣品，將此時之最大荷重作為拉拔強度。又，關於實施例2及比較例2之測定樣品，於150℃進行16小時高壓釜熟化後，以相同之方式測定拉拔強度。
自上述表1之結果可知，與比較例之長絲相比，實施例之長絲之拉拔強度較高。所謂拉拔強度較高，係表示與比較例之長絲相比，實施例之長絲之纖維處理劑難以脫落，而與水泥硬化體之親和性較高。其原因在於：對實施例之纖維賦予之纖維處理劑具有聚氧乙烯基(POE)，而對比較例之纖維賦予之纖維處理劑不具有聚氧乙烯基(POE)。又，實施例1之拉拔強度高於實施例2，實施例3之拉拔強度高於實施例7，實施例4之拉拔強度高於實施例8。可認為其原因在於：實施例1、3、4係對藉由電暈放電處理而親水化之纖維賦予纖維處理劑，因此與水泥體之親和性變得更高。
(實施例11~14、比較例3~6)
<聚丙烯短纖維之製造>
使用聚丙烯(商品名：SA01A，Japan Polypropylene股份有限公司製造)作為原料聚合物，並使用孔徑0.6 mm之紡絲噴嘴，於紡絲溫度270℃進行熔融擠出，一面對紡絲噴嘴附近進行冷卻，一面將拉取倍率(紡絲拉伸比)設為142倍，而獲得纖度4.0 dtex之紡製長絲。繼而，於延伸溫度160℃，以延伸倍率4.4倍對獲得之紡製長絲進行乾式延伸，而獲得纖度0.9 dtex之延伸長絲。獲得之延伸長絲之單纖維強度為8.9 cN/dtex，纖維伸長率為25%，楊氏模數為6700 MPa。
使獲得之延伸長絲通過電暈放電處理機，以0.5 kW/m2/min之放電量進行電暈放電處理將其親水化，繼而，賦予包含聚氧乙烯基5 mol且碳鏈長為12之聚氧乙烯月桂基磷酸鉀(商品名：DPF971，竹本油脂公司製造)1質量%作為纖維處理劑，切割成6 mm而獲得實施例11之聚丙烯短纖維。
於實施例12~14及比較例3~6中，以下述表2所示之方式更換纖維處理劑、電暈放電處理(電暈)、碳酸鈣粒子之練入(碳酸鈣練入)之有無。碳酸鈣粒子之練入係使用芯鞘型複合噴嘴，以芯鞘比成為芯：鞘=8：2且芯及鞘成為聚丙烯之方式進行紡絲，並僅於鞘成分練入碳酸鈣粒子6質量%(相對於聚丙烯纖維100質量%為1.2質量%)。碳酸鈣粒子係使用竹原化學工業公司製造之碳酸鈣粒子(平均粒徑0.57 μm)。
以下述方式測定包含實施例11~14及比較例3~6之聚丙烯短纖維之水泥硬化體的夏比(Charpy)衝擊強度及彎曲強度，將其結果示於下述表2。又，於下述表2中，將用彎曲破壞強度(MOR)除以密度而算出之值表示為比MOR。再者，於下述表2中，亦一併表示作為參考例1之維尼綸纖維(Unitika公司製造，商品名：22A，纖度2.2 dtex，纖維長度6 mm) 之結果。
<夏比衝擊強度之試驗方法>
將波特蘭水泥(Portland Cement)400 g、矽砂100 g、粉碎紙漿5 g、水泥補強用纖維(聚丙烯短纖維)1.5 g、及水4500 g充分攪拌進行混合，而製作縱25 cm、橫25 cm之水泥硬化體，使其於常溫自然熟化28天，而獲得水泥樣品。繼而，自水泥樣品製作縱1 cm、橫13 cm之測定試樣，並依據JIS B 7722而測定夏比衝擊強度。
<彎曲強度之試驗方法>
以與夏比衝擊強度之試驗方法之情形相同之方式獲得水泥樣品，並自水泥樣品製作縱5 cm、橫10 cm之測定試樣，依據JIS A 1408而測定彎曲彈性極限強度LOP及彎曲破壞強度MOR。
<比MOR>
將用彎曲破壞強度MOR除以密度而算出之值作為比MOR。
與包含比較例5之纖維之水泥硬化體相比，包含實施例12之纖維之水泥硬化體之比MOR較大。又，與包含比較例3之纖維之水泥硬化體相比，包含實施例13之纖維之水泥硬化體之比MOR較大。又，與包含比較例4之纖維之水泥硬化體相比，包含實施例14之纖維之水泥硬化體 之比MOR較大。其結果表示如下情況：與包含賦予先前之纖維處理劑之纖維之水泥硬化體相比，包含實施例之賦予聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽之纖維之水泥硬化體具有優異之彎曲破壞強度。即，可確認本發明之實施例可提供一種纖維處理劑難以脫落，而與水硬性硬化體之親和性較高之水泥補強用纖維。
於實施例中，與包含未進行親水化處理之實施例12或實施例14之長絲的水泥硬化體相比，包含藉由電暈放電處理而親水化之實施例11或實施例13之長絲的水泥硬化體之比MOR較大。其表示如下情況：於本發明之實施例中，藉由對預先經親水化之纖維賦予纖維處理劑，可利用親水化處理與纖維處理劑之相乘效果，使與水泥之親和性得到特別提高。相對於此，於比較例中，與包含未經親水化之比較例4之水泥硬化體相比，包含藉由電暈放電處理而親水化之比較例3之水泥硬化體之比MOR較小。其表示如下情況：若對預先經親水化之纖維賦予比較例中使用之纖維處理劑，則無法獲得親水化處理與纖維處理劑之相乘效果。
(實施例15~17)
<聚丙烯複絲之製造>
以下述表3所示之方式變更纖維處理劑之賦予量，除此以外，依據與實施例2相同之步驟獲得實施例15~17之複絲。
以上述方式測定實施例15~17之複絲之拉拔強度，並將其結果示於下述表3。
與表1之比較例1及2相比，實施例15~17之長絲均顯示較高之拉拔強度。其表示如下情況：本發明之纖維由於附著聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽作為纖維處理劑，故與水泥硬化體之親和性變高。
(實施例18~21)
<聚丙烯短纖維之製造>
使用數量平均分子量Mn為69100、重量平均分子量Mw為380000，Z平均分子量Mz為1160000、Mw/Mn為5.50、Mz/Mw為3.05、熔解焓△HP1為79.2 J/g之聚丙烯作為原料聚合物，並使用孔徑0.6 mm之紡絲噴嘴，於紡絲溫度300℃進行熔融擠出，一面對紡絲噴嘴附近進行冷卻，一面將拉取倍率(紡絲拉伸比)設為585倍，而獲得纖度4.4 dtex之紡製長絲。繼而，於延伸溫度155℃，以延伸倍率4.0倍對獲得之紡製長絲進行乾式延伸，而獲得纖度1.3 dtex之延伸長絲。獲得之延伸長絲之單纖維強度為8.0 cN/dtex，纖維伸長率為28.5%，楊氏模數為5400 MPa。
再者，延伸長絲之數量平均分子量Mn為70000，重量平均分子量Mw為316000，Z平均分子量Mz為900000，Mw/Mn為4.51，Mz/Mw為2.85，熔解焓△HF為108 J/g，熔解焓△HP2為78.2 J/g，△HF-△HP2為29.8 J/g。
使獲得之延伸長絲通過電暈放電處理機，以0.5 kW/m2/min之放電量進行電暈放電處理將其親水化，繼而，賦予包含聚氧乙烯基5 mol且碳鏈長為12之聚氧乙烯月桂基磷酸鉀(商品名：DPF971，竹本油脂公司製造)1質量%作為纖維處理劑，切割成6 mm而獲得實施例18之聚丙烯短纖維。
於實施例19、20及比較例7中，將纖維處理劑更換為下述表6所示之纖維處理劑。
實施例21之聚丙烯短纖維係使用聚丙烯(商品名：SA01A， Japan Polypropylene股份有限公司製造)作為原料聚合物，除此以外，依據實施例18之聚丙烯短纖維之製造方法而獲得。
將於實施例18及實施例21中用作原料聚合物之聚丙烯(聚合物顆粒)及獲得之聚丙烯短纖維之分子量及熔解焓示於表4及表5。又，於下述表5中，亦一併表示纖維之單纖維強度及纖維伸長率。
以上述方式測定包含實施例18~21之聚丙烯短纖維之水泥硬化體的夏比衝擊強度及彎曲強度，將其結果示於下述表6。又，於下述表6中，將用彎曲破壞強度(MOR)除以密度而算出之值示作比MOR。
與包含比較例7之纖維之水泥硬化體相比，包含實施例18之纖維之水泥硬化體之比MOR較大。根據該結果可確認如下情況：與包含賦予先前之纖維處理劑之纖維之水泥硬化體相比，包含實施例之賦予聚氧 乙烯烷基磷酸酯鹽之纖維的水泥硬化體具有優異之彎曲破壞強度。
與包含實施例21之水泥補強用纖維之水泥硬化體相比，包含實施例18之水泥補強用纖維之水泥硬化體之彎曲彈性極限強度LOP、彎曲破壞強度MOR、比MOR之值較大。根據該結果可確認如下情況：包含聚丙烯纖維A之水泥硬化體可獲得特別優異之彎曲彈性極限強度LOP、彎曲破壞強度MOR、比MOR。
[產業上之可利用性]
本發明之水泥補強用纖維可用作混合於水泥混合物而使成形體自然熟化或高壓釜熟化之水泥補強用纖維。其中，因耐熱性較高，故對高壓釜熟化而言較佳。除此以外，亦可應用於氣中熟化、水中熟化、濕布熟化等。作為成形方法，可應用於流入成形、振動成形、離心成形、抽吸(suction)成形、擠出成形、壓製成形等。作為成形物，可應用於擠出成形水泥板(ECP)或預鑄混凝土(PC)面板等，且可用於外壁材料、屋頂材料、屋瓦材料等。

Claims (7)

  1. 一種水泥補強用纖維，其係由聚烯烴纖維所構成者，且於上述聚烯烴纖維表面附著有纖維處理劑，且上述纖維處理劑為聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽。
  2. 如申請專利範圍第1項之水泥補強用纖維，其中上述聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽為選自由下述化學式(2)所表示之化合物及下述化學式(3)所表示之化合物所組成之群中的一種以上之化合物， 其中，化學式(2)中，R為碳數2~20之烷基，A為鹼金屬元素，n為1~20， 其中，化學式(3)中，R1及R2為碳數2~20之烷基，A為鹼金屬元素或鹼土金屬元素，n及m為1~20。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之水泥補強用纖維，其中相對於上述聚烯烴纖維100質量%，上述聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽之附著量為0.1~5質量%之範圍。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項之水泥補強用纖維，其中上述聚烯烴纖維藉由選自氟氣處理、電漿放電處理及電暈放電處理中之至少1種之親水化處理而親水化。
  5. 如申請專利範圍第3項之水泥補強用纖維，其中上述聚烯烴纖維藉由選自氟氣處理、電漿放電處理及電暈放電處理中之至少1種之親水化處理而親水化。
  6. 如申請專利範圍第2項之水泥補強用纖維，其中上述化學式(2)所表示之聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽中之n為1~15，上述化學式(3)所表示之聚氧乙烯烷基磷酸酯鹽中之n及m為1~15。
  7. 一種水泥硬化體，其包含申請專利範圍第1項至第6項中任一項之水泥補強用纖維。
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