(57)【要約】      （修正有）【課題】軽量でありながら耐火性、耐凍害性等の耐久性、曲げ強度等の力学的特性に優れた無機質成型体を提供する。【解決手段】少なくともセメント、珪酸質材料、補強繊維を含む繊維補強無機質成型体において、補強繊維が異なる２種類以上の熱可塑性樹脂で構成された芯鞘構造からなり、鞘部１を構成する熱可塑性樹脂の融点が芯部２を構成する熱可塑性樹脂の融点と比較して低いことを特徴とする繊維補強無機質成型体であり、セメント、珪酸質材料および補強繊維を混合し、成型した後、補強繊維を構成する低融点側の熱可塑性樹脂を選択的に溶融させて製造される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともセメント、珪酸質材料、補強繊維を含む繊維補強無機質成型体において、補強繊維が異なる２種類以上の熱可塑性樹脂で構成されていることを特徴とする繊維補強無機質成型体。
【請求項２】
前記補強繊維が異なる２種類以上の熱可塑性樹脂で構成された芯鞘構造であることを特徴とする請求項１に記載の繊維補強無機質成型体。
【請求項３】
前記芯鞘構造の補強繊維において、鞘部を構成する熱可塑性樹脂の融点が芯部を構成する熱可塑性樹脂の融点と比較して低いことを特徴とする請求項２に記載の繊維補強無機質成型体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の繊維補強無機質成型体の製造方法であって、セメント、珪酸質材料および補強繊維を混合し、成型した後、補強繊維を構成する低融点側の熱可塑性樹脂を選択的に溶融させることを特徴とする繊維補強無機質成型体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物の外壁材、天井材、あるいは内装材等に使用される繊維補強無機質成型体およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から建築物の外壁材、天井材、あるいは内装材などに使用される建築材料の一つとして、ビニロン（ポリビニルアルコール）、ナイロン、ポリプロピレン等の有機繊維または炭素繊維、ガラス繊維等の無機繊維で補強された無機質成型体が好適に使用されている。
【０００３】
これら無機質成型体には、耐火性、耐凍害性等の耐久性に加え、曲げ強度、衝撃強度等の力学的特性が必要とされるのはもちろんのこと、近年では建築物（住宅等）の長期耐久性向上を目的に無機質成型体の軽量化が強く望まれている。
【０００４】
上述した要求性能、つまり軽量でありながら、耐火性、耐凍害性等の耐久性、曲げ強度、衝撃強度等の力学的特性に優れた無機質成型体を得るためには、補強繊維の選定とその役割が重要であり、具体的には（１）耐火性、耐アルカリ性等の耐久性に優れた繊維を使用すること、（２）繊維がセメント懸濁液中に均一に分散すること（以下、均一分散性と略す）、（３）繊維とセメントとの親和性が良好であること（以下、セメント親和性と略す）が重要となるが、これら要件を全て満たす繊維が存在しないのが実状である。
【０００５】
例えば、有機繊維であるポリビニルアルコール繊維はセメント親和性に優れているが、耐火性、均一分散性に劣り、ナイロン繊維は均一分散性に優れているが、耐火性、セメント親和性に劣る。一方、無機繊維であるガラス繊維は耐火性に優れているが、耐アルカリ性およびセメント親和性に劣り、炭素繊維は耐火性、耐アルカリ性に優れているが、均一分散性、セメント親和性に劣る。
【０００６】
上述した背景に鑑み、２種類の異なる繊維を用い各繊維の長所を生かした繊維補強無機質板の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。本方法は、水硬性無機材料（いわゆるセメント）と親和性が高いポリビニルアルコール繊維と水硬性無機材料との親和性に劣るが、剛性を有するポリプロピレン繊維を併用し、ポリビニルアルコール繊維を選択的に溶融させることにより、双方が絡み合い高強度と高耐衝撃性を兼ね備えた繊維補強無機質板を得ることができるというものである。
【０００７】
しかし、本方法では、セメント懸濁液中への分散性が異なる２種類の繊維をそれぞれ単独で使用しているため双方の繊維が同一比率では分散せず、繊維補強無機質成型体における各繊維の存在比率に偏りが生じ、力学的特性等の性能にバラツキが生じるという問題を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１１７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、軽量でありながら耐火性、耐凍害性等の耐久性、曲げ強度等の力学的特性に優れ、安定した品質の繊維補強無機質成型体およびその製造方法を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、
（１）少なくともセメント、珪酸質材料、補強繊維を含む繊維補強無機質成型体において、補強繊維が異なる２種類以上の熱可塑性樹脂で構成されていることを特徴とする繊維補強無機質成型体。
【００１１】
（２）前記補強繊維が異なる２種類以上の熱可塑性樹脂で構成された芯鞘構造であることを特徴とする前記（１）に記載の繊維補強無機質成型体。
【００１２】
（３）前記芯鞘構造の補強繊維において、鞘部を構成する熱可塑性樹脂の融点が芯部を構成する熱可塑性樹脂の融点と比較して低いことを特徴とする前記（２）に記載の繊維補強無機質成型体。
【００１３】
（４）前記（１）〜（３）のいずれかに記載の繊維補強無機質成型体の製造方法であって、セメント、珪酸質材料および補強繊維を混合し、成型した後、補強繊維を構成する低融点側の熱可塑性樹脂を選択的に溶融させることを特徴とする繊維補強無機質成型体の製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、軽量でありながら耐火性、耐凍害性等の耐久性、曲げ強度等の力学的特性に優れ、安定した品質の繊維補強無機質成型体およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明で用いる補強繊維の例の断面図であり、（ａ）は芯鞘構造補強繊維断面、（ｂ）はサイドバイサイド構造補強繊維断面、（ｃ）は海島構造補強繊維断面、（ｄ）はその他補強繊維断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の無機質成型体は、少なくともセメント、珪酸質材料、補強繊維を含む繊維補強無機質成型体において、当該補強繊維が異なる２種類以上の熱可塑性樹脂で構成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明で用いるセメントとしては、例えば、ＪＩＳ  Ｒ５２１０−２００３で規定される各種ポルトランドセメント、ＪＩＳ  Ｒ５２１１−２００３で規定される高炉セメント、ＪＩＳ  Ｒ５２１２−１９９７で規定されるシリカセメント、あるいはＪＩＳ  Ｒ５２１３−１９９７で規定されるフライアッシュセメントなどが使用可能である。
【００１８】
また、本発明で用いる珪酸質材料としては、ＪＩＳ  Ａ６２０１−１９９９で規定されるフライアッシュ、ＪＩＳ  Ａ６２０７−２００６で規定されるシリカフュームなどが挙げられる。また、軽量化の観点から、パーライト、フライアッシュバルーン、シラスバルーン、マールライト、セラミックバルーン等の中空体を使用することも好ましい。これら、珪酸質材料の中空体は吸水率が非常に小さいことから耐凍害性の向上にも寄与する。
【００１９】
次に本発明で用いる補強繊維は異なる２種類以上の熱可塑性樹脂で構成されていることが重要である。
【００２０】
本発明で用いる熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリビニルアルコール、アクリル、炭素繊維、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリ乳酸、アラミド等の繊維を使用することができる。
【００２１】
なお、ここで言う異なる熱可塑性樹脂とは、同一構造式であっても分子量の違い等により、親水性、剛性、融点等の特性に差異が生じるものも含むものとする。
【００２２】
異なる熱可塑性樹脂の組み合わせとしては、耐久性、均一分散性、セメント親和性等の繊維特性を考慮し、かつ、必要とする繊維補強無機質成型体の性能に合わせて選定すれば良い。
【００２３】
例えば、曲げ強度と耐衝撃性に優れた繊維補強無機質成型体を得たい場合、セメント親和性に優れるポリビニルアルコール樹脂と、優れた剛性を有するポリプロピレン樹脂を選定すれば良く、また、環境負荷を低減した繊維補強無機質成型体を得たい場合、ポリ乳酸樹脂と他の熱可塑性樹脂を選定すれば良い。さらに、異なる３種類以上の熱可塑性樹脂を併用することも可能であるが、使用する熱可塑性樹脂の種類が増加すると、紡糸設備が複雑になる点、紡糸に手間がかかる点、また、それに見合う性能が得られない点から２種類の熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。
【００２４】
本発明で用いる補強繊維の形態は、異なる２種類以上の熱可塑性樹脂で構成された芯鞘構造の複合繊維形態であることが好ましい。本形態を採用し、均一分散性、セメント親和性に劣るが剛性等の優れた熱可塑性樹脂を芯部とし、均一分散性、セメント親和性に優れる樹脂を鞘部とすることにより、均一分散性、セメント親和性、剛性に優れた剛性樹脂を得ることができ、各繊維の特徴を最大限に発揮することができる。
【００２５】
また、鞘部を構成する熱可塑性樹脂の融点が芯部を構成する熱可塑性樹脂の融点と比較して低融点であることがより好ましい。つまり、製造時に鞘部を構成する低融点側の熱可塑性樹脂を選択的に溶融させ、芯部の高融点側の熱可塑性樹脂のみを繊維の形態で残すことにより、芯部の高融点側の熱可塑性樹脂を骨格とし、その周囲に溶融した鞘部の低融点側の熱可塑性樹脂が拡がる。その結果、芯部の熱可塑性樹脂同士が鞘部の熱可塑性樹脂を介して相互に連結し、繊維補強無機質成型体としての特性が向上する。上述した芯鞘構造の補強繊維を得る方法として、２種類の熱可塑性樹脂を複合紡糸しても良いし、複合紡糸が困難な場合は芯部を形成する熱可塑性樹脂を単独で紡糸し、その後、芯部の繊維に鞘部の熱可塑性樹脂をコーティングしても良い。
【００２６】
また、本発明で用いる補強繊維は上述した芯鞘構造（図１（ａ））のほかにサイドバイサイド構造、海島構造等の構造であっても良い（図１（ｂ）〜（ｄ））。異なる２種類以上の熱可塑性樹脂で構成されたサイドバイサイド構造の場合、一方を均一分散性、セメント親和性に劣るが剛性等の優れた熱可塑性樹脂とし、他方を均一分散性、セメント親和性に優れる樹脂とすればよい。また、一方を高融点成分で、他方を低融点成分とすればよい。また、海島構造の場合は広義には芯鞘構造の範疇に入る。
【００２７】
上述した高融点樹脂と低融点樹脂との融点の差が３０℃以上となるように組み合わせることが好ましい。
【００２８】
さらに、本発明で用いる補強繊維は３〜１５ｍｍのカットファイバーを使用することが好ましい。繊維長が１５ｍｍより長い繊維を使用すると各材料の混合過程においてファイバーボールが生じるなどの分散不良が発生し、３ｍｍより短い補強繊維を使用すると充分な補強効果が得られず、曲げ強度等の力学的特性の向上に寄与しない。
【００２９】
また、本発明の無機質成型体には、クラフトパルプ等のパルプ繊維や、珪藻土、ワラストナイト等鉱物原料を用いても良いし、均一分散性およびセメント親和性を、より向上させるため高分子凝集剤、界面活性剤等の分散助剤を用いても良い。
【００３０】
本発明の無機質成型体の好ましい配合比率は、セメント２０〜３５ｗｔ％、珪酸質材料３０〜６５ｗｔ％、補強繊維０．３〜５ｗｔ％である。これら各原料に加え、上述したパルプ繊維、珪藻土、ワラストナイトを適宜加えることがさらに好ましい。セメントが２０ｗｔ％を下回ると無機質成型体の力学的特性が低下するし、３５ｗｔ％を上回ると力学的特性は向上するものの、見掛け密度があがり、無機質成型体として重量が増加してしまうので好ましくない。珪酸質材料については、上記範囲で使用することにより、見掛け密度の調整、力学的特性の向上が可能となる。さらに、補強繊維は０．３ｗｔ％を下回ると力学的特性の向上に寄与しないし、５ｗｔ％を超えて添加しても力学的特性は向上しないばかりか、ファイバーボールが生じる可能性がある。
【００３１】
次に本発明の無機質成型体の製造方法について説明する。本発明の無機質成型体の製造方法は上記無機質成型体を製造するための方法の一つであって、セメント、珪酸質材料および補強繊維を混合し、成型した後、補強繊維を構成する低融点側の熱可塑性樹脂を選択的に溶融させることを特徴とする。つまり、上記工程を採用することにより、補強繊維を構成する２種類以上の熱可塑性樹脂のうち、高融点側の熱可塑性樹脂が骨格として残り、無機質成型体製造時の養生収縮によるひび割れ防止や力学的特性向上に寄与する。さらに、溶融した低融点側の熱可塑性樹脂が高融点側熱可塑性樹脂の周囲に拡がり、セメント、珪酸質材料等の他材料との接着剤の役割を果たすことにより、セメント親和性が向上し力学的特性の向上に寄与する。
【００３２】
上述した低融点側の熱可塑性樹脂を選択に溶融させる手法としては、通常オートクレーブにより１３０〜２００℃の条件下で４〜１５時間程度養生することがセメントの硬化を促進させる上で好ましいが、繊維を溶融させるという点では乾燥機等の熱処理機を用いて行っても良い。成型体の大きさや形状については特に限定されず使用する目的に応じて適宜選択され、また、撥水処理、塗装処理等を施しても良い。
【実施例】
【００３３】
以下に本発明について、実施例を用いさらに具体的に説明するが、実施例中に示す特性値の測定方法は次のとおりである。
【００３４】
Ａ．曲げ強度
ＪＩＳ  Ａ１４０８−２００１に準じて測定した。
（１）支持棒、加圧棒及び支持板から構成される曲げ試験機を用い下記（２）
の条件で試験を実施した。
（２）荷重速度：１０ｍｍ／分、スパン１２０ｍｍ。
【００３５】
Ｂ．見掛け密度
ＪＩＳ  Ａ５４３０−２００８に準じて測定した。
（１）乾燥時の質量を測定する。・・・Ｗ０
（２）常温の水中に２４時間浸漬した後、細い糸で水中につるし質量を測定する。・・・Ｗ１
（３）その後、水中から取り出し試験体の各面の水分を拭き取り、直ぐに質量を測定する。・・・Ｗ２
（４）次式、
ρ（ｇ／ｃｍ３）＝Ｗ０／（Ｗ２−Ｗ１）
により見掛け密度を算出する。
【００３６】
[実施例１]
Ａ．材料の計量・混合
（１）表１の配合表に基づき材料を計量した。表１中の配合比率はｗｔ％である。
（２）ジューサーミキサーにクラフトパルプ（米国製針葉樹、未さらし）および一次攪拌水を投入し、３０秒間攪拌し開繊する。さらに、融点が約２６０℃のポリエステル（芯）と融点が約１１０℃のイソフタル酸共重合ポリエステル（鞘）の芯鞘繊維（東レ（株）社製、サフメット）を投入し、３０秒間攪拌し開繊する。
（３）前記（２）項で得たクラフトパルプ、芯鞘繊維および一次攪拌水を万能ミキサー（（株）ダルトン社製、品番５ＤＭ−０３−ｒ）で２０分間攪拌した。
（４）セメント（太平洋セメント（株）社製、普通ポルトランドセメント）、フライアッシュ（四電産業（株）社製、ＩＩ種）、フライアッシュバルーン（東京興業貿易商会、Ｔビーズ）、パーライト（三井金属工業（株）社製、加工４号）、ワラストナイト（中国産）、珪藻土（秋田産）、撥水剤（東レダウコーニングシリコーン（株）社製、ＢＹ１６−８４６）、二次攪拌水を前記（３）項の万能ミキサーに投入後、１２分間攪拌し、セメントスラリーを得た。
【００３７】
Ｂ．成型・養生・硬化
（１）Ａ項で得たセメントスラリーをメッシュ状の不織布上に置き、３０秒間予備脱水後、金型に流し込み、オートグラフ（（株）島津製作所社製、ＡＧ−１０ＴＥ）を用い、４０ｋｇ／ｃｍ２で６０秒間プレスして成型体を得た。
（２）前記（１）項で得た成型体を温度６０℃、湿度９５％条件下で４時間一次養生した後、１６０℃、６ｋｇｆ／ｃｍ２条件下で６時間オートクレーブ養生した。
（３）前記（２）項で得た成型体を温度１９５℃条件下で８０分乾燥し、試験体を得た。
【００３８】
[実施例２]
補強繊維をポリエステル（芯）とポリビニルアルコール（鞘）の芯鞘繊維（（株）クラレ社製、ウルトロン）に変更した点を除き、実施例１と同様の方法で試験体を得た。
【００３９】
[比較例１]
補強繊維を融点が約１１０℃のイソフタル酸共重合ポリエステルに変更した点を除き実施例１と同様の方法で試験体を得た。
【００４０】
[比較例２]
補強繊維をポリエステル（融点約２６０℃）に変更した点を除き実施例１と同様の方法で試験体を得た。
【００４１】
[比較例３]
補強繊維をポリプロピレン（（株）ウエスコット社製、クラックバスターミクロ１２ｍｍ）０．２ｗｔ％、ポリビニルアルコール（（株）クラレ社製、クラロンＫＩＩ１２ｍｍ）０．２ｗｔ％に変更した点を除き実施例１と同様の方法で試験体を得た。
【００４２】
[比較例４]
補強繊維をポリプロピレン（（株）ウエスコット社製、クラックバスターミクロ１２ｍｍ）に変更した点を除き実施例１と同様の方法で試験体を得た。
【００４３】
[比較例５]
補強繊維をポリビニルアルコール（（株）クラレ社製、クラロンＫＩＩ１２ｍｍ）に変更した点を除き実施例１と同様の方法で試験体を得た。
【００４４】
【表１】
2010167730.tif 000003
【００４５】
各試験体の曲げ強度、見掛け密度の評価結果は表２に示す。
【００４６】
【表２】
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【００４７】
表２に示すように、実施例１は補強繊維にポリエステル（芯）とイソフタル酸共重合ポリエステル（鞘）の芯鞘繊維を用いたものであり、比較例１はイソフタル酸共重合ポリエステルの単糸、比較例２はポリエステルの単糸を用いたものである。実施例１の曲げ強度は８．５ＭＰａであり、ポリエステル、低融点ポリエステルを単独で用いた比較例１および比較例２と比較し、大幅な向上が見られる。
【００４８】
また、実施例２は補強繊維をポリエステル（芯）とポリビニルアルコール（鞘）の芯鞘繊維を用いたものであり、比較例３はポリプロピレンとポリビニルアルコールの単糸、比較例４はポリプロピレンの単糸、比較例５はポリビニルアルコールの単糸を用いたものである。実施例２の曲げ強度は８．４ＭＰａであり、ポリプロピレンとポリビニルアルコールを併用した比較例３、ポリプロピレン、ポリビニルアルコールを単独で用いた比較例４および比較例５を比較し、大幅な向上が見られる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の繊維補強無機質成型体は、例えば、建築物の外壁材、天井材、あるいは内装材などの建築材料として使用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１：鞘部
２：芯部
【図１】
2010167730.tif 000005