(57)【要約】本発明は、ファイバーで強化されたセメントベースの又はセメント質の材料、及び製造のためのプロセスに関し、ここで前記強化ファイバーは、化学処理されたセルロース又は非セルロース質ファイバーである。前記ファイバー強化セメント質材料は、（ｉ）セメント、（ｉｉ）場合により、砂、骨材、又は砂及び骨材、並びに（ｉｉｉ）処理されたファイバーの乾燥質量を基準として約０．１質量％〜約５．０質量％の多価カチオン含有量を有する、化学処理されたファイバーを含む。本発明はさらに、処理されたファイバーの乾燥質量を基準として約０．５質量％〜約１０質量％の弱酸含有量を有するファイバー強化セメント質材料を提供する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の：
（Ａ）セメント、
（Ｂ）場合により、砂、骨材、又は砂及び骨材、並びに
（Ｃ）化学処理されたセルロースファイバーであって、前記処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．１〜約５．０質量％の多価カチオン含有量をもち、かつ、前記処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．５質量％〜約１０質量％の弱酸含有量をもつ、化学処理されたセルロースファイバー、
を含む、セルロースファイバー強化セメント質材料。
【請求項２】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、前記処理されたファイバーの原料である未処理ファイバーのＷＲＶの約７０％以上であるＷＲＶを有する、請求項１記載のセメント質材料。
【請求項３】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、シールドバッグ試験に対して２０％コンシステンシーを用いて、ＴＡＰＰＩ法Ｔ２３１に基づく手法によって決定された、水酸化ナトリウム処理に対する２４時間のＺＳＳＲとして約１．０以上を有する、請求項１又は２に記載のセメント質材料。
【請求項４】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、化学処理なしの同じファイバーのＺＳＳＲに対して、約５％以上のＺＳＳＲの増加を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項５】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、未処理ファイバーの乾燥質量を基準にして、約１質量％〜約２０質量％の多価金属含有化合物で処理されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項６】
前記化学処理されたセルロースファイバーの多価カチオン含有量が、前記処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．１質量％〜約３．０質量％である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項７】
前記化学処理されたセルロースファイバーの多価カチオン含有量が、前記処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．１質量％〜約１．５質量％である、請求項６に記載のセメント質材料。
【請求項８】
前記化学処理されたセルロースファイバーの多価カチオン含有量が、前記処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．２質量％〜約０．９質量％である、請求項７に記載のセメント質材料。
【請求項９】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、多価金属が３＋の酸化状態である多価金属含有化合物で処理されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項１０】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、アルミニウム含有化合物、鉄（ＩＩＩ）含有化合物、及びそれらの組み合わせ物からなる群から選択される化合物で処理されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項１１】
前記化学処理されたセルロースファイバーがアルミニウム含有化合物で処理されている、請求項１０に記載のセメント質材料。
【請求項１２】
前記化学処理されたセルロースファイバーが硫酸アルミニウムで処理されている、請求項１１に記載のセメント質材料。
【請求項１３】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、クエン酸、シュウ酸、マロン酸、乳酸、及びそれらの混合物からなる群から選択される酸で処理されている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項１４】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、クエン酸、シュウ酸、及びそれらの組み合わせ物からなる群から選択される酸で処理されている、請求項１３に記載のセメント質材料。
【請求項１５】
前記化学処理されたセルロースファイバーがクエン酸で処理されている、請求項１４に記載のセメント質材料。
【請求項１６】
前記化学処理されたセルロースファイバーがアルミニウム含有化合物及びクエン酸で処理されている、請求項１５に記載のセメント質材料。
【請求項１７】
前記セメント質材料の前記化学処理されたセルロースファイバー含有量が、前記セメント質材料の質量を基準にして約０．０１質量％〜約２０質量％である、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項１８】
前記セメント質材料の前記化学処理されたセルロースファイバー含有量が、前記セメント質材料の質量を基準にして約０．０１〜約１０質量％である、請求項１７に記載のセメント質材料。
【請求項１９】
前記セメント質材料の前記化学処理されたセルロースファイバー含有量が、前記セメント質材料の質量を基準にして約０．０１質量％〜約３質量％である、請求項１８に記載のセメント質材料。
【請求項２０】
前記セメント質材料の前記化学処理されたセルロースファイバー含有量が、前記セメント質材料の質量を基準にして約０．０１質量％〜約１質量％である、請求項１９に記載のセメント質材料。
【請求項２１】
前記セメント質材料の前記化学処理されたセルロースファイバー含有量が、前記セメント質材料の質量を基準にして約０．０１質量％〜約０．５質量％である、請求項２０に記載のセメント質材料。
【請求項２２】
前記セメント質材料の前記化学処理されたセルロースファイバー含有量が、前記セメント質材料の質量を基準にして約０．０１質量％〜約０．１質量％である、請求項２１に記載のセメント質材料。
【請求項２３】
前記セメント質材料が、約０．１ｋｇ／ｍ３〜約３０ｋｇ／ｍ３の前記化学処理されたセルロースファイバーを含有する、請求項１〜２２のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項２４】
前記セメント質材料が、約０．２ｋｇ／ｍ３〜約２０ｋｇ／ｍ３の前記化学処理されたセルロースファイバーを含有する、請求項２３に記載のセメント質材料。
【請求項２５】
前記セメント質材料が、約０．２ｋｇ／ｍ３〜約１０ｋｇ／ｍ３の前記化学処理されたセルロースファイバーを含有する、請求項２４に記載のセメント質材料。
【請求項２６】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、１種以上の他の強化材料又は添加剤を含む強化材混合物の形態で存在する、請求項１〜２５のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項２７】
前記強化材混合物が、化学処理されたセルロースファイバー、並びに、熱可塑性ファイバー、ポリオレフィンファイバー、ポリエチレンファイバー、ポリエステルファイバー、ナイロンファイバー、ポリアミドファイバー、ポリアクリロニトリルファイバー、ポリアクリルアミドファイバー、ビスコースファイバー、ＰＶＣファイバー、ＰＶＡファイバー、金属ファイバー、カーボンファイバー、セラミックファイバー、スチールファイバー、ガラスファイバー、カーボンファイバー、天然有機及び鉱物ファイバー、マニラアサ、アスベスト、竹、ココナッツ、コットン、ジュート、サイザルアサ、木材、ロックウール、ポリプロピレンファイバー、ケブラー、及びレーヨンからなる群から選ばれる１種以上のファイバー、を含有する、請求項２６に記載のセメント質材料。
【請求項２８】
ラテックス又はラテックスの混合物を含有する、請求項１〜２７のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項２９】
前記化学処理されたセルロースファイバーが約０．８２以上の分子量安定性比（ＭＷＳＲ）を有する、請求項１〜２８のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項３０】
前記化学処理されたセルロースファイバーが完全に無傷で分散したままである、請求項１から２９のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項３１】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、サザン・ソフトウッド・クラフト、ノーザン・ソフトウッド・クラフト、ハードウッド、ユーカリ、機械によるもの、リサイクルによるもの、及びレーヨンからなる群から選択される１種以上から誘導されている、請求項１〜３０のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項３２】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、サザン・ソフトウッド・クラフト、ノーザン・ソフトウッド・クラフト、及びそれらの混合物からなる群から選択される原料から誘導されている、請求項３１に記載のセメント質材料。
【請求項３３】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、サザン・ソフトウッド・クラフトから誘導されている、請求項３２に記載のセメント質材料。
【請求項３４】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、漂白されてリグニンの含有量が低減されているセルロースファイバーから作られている、請求項１〜３３のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項３５】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、約１．０５以上のＴＦＡＳＩ（Ｖ）を有する、請求項１〜３４のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項３６】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、約１．１以上のＴＦＡＳＩ（Ｖ）を有する、請求項３５に記載のセメント質材料。
【請求項３７】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、約１．１５以上のＴＦＡＳＩ（Ｖ）を有する、請求項３６に記載のセメント質材料。
【請求項３８】
以下の：
（Ａ）セメント、
（Ｂ）場合により、砂、骨材、又は砂及び骨材、並びに
（Ｃ）化学処理された非セルロース質ファイバーであって、前記処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．１〜約５．０質量％の多価カチオン含有量をもち、かつ、前記処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．５質量％〜約１０質量％の弱酸含有量をもつ、化学処理された非セルロース質ファイバー、
を含む、非セルロース質ファイバー強化セメント質材料。
【請求項３９】
前記化学処理された非セルロース質ファイバーが、約０．８５以上の分子量安定性比（ＭＷＳＲ）を有する、請求項３８に記載のセメント質材料。
【請求項４０】
前記化学処理された非セルロース質ファイバーが、約１．０５以上のＴＦＡＳＩ（Ｖ）を有する、請求項３８又は３９に記載のセメント質材料。
【請求項４１】
前記化学処理された非セルロース質ファイバーが、未処理ファイバーの乾燥質量を基準にして、約１質量％〜約１５質量％の多価金属含有化合物で処理されている、請求項３８〜４０のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項４２】
前記化学処理された非セルロース質ファイバーが、約０．５質量％〜約１０質量％の酸で処理されている、請求項３８〜４１のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項４３】
前記セメント質材料の前記化学処理された非セルロース質ファイバー含有量が、前記セメント質材料の質量を基準にして約０．０１質量％〜約２０質量％である、請求項３８〜４２のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項４４】
前記セメント質材料が、約０．１ｋｇ／ｍ３〜約３０ｋｇ／ｍ３の前記化学処理された非セルロース質ファイバーを含む、請求項３８〜４３のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項４５】
前記化学処理された非セルロース質ファイバーが、１種以上の他の強化材又は添加剤を含む強化材混合物の形態で存在する、請求項３８〜４４のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項４６】
ラテックス又はラテックス混合物を含有する、請求項３８〜４５のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項４７】
前記化学処理された非セルロース質ファイバーが完全に無傷で分散したままである、請求項３８〜４６のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項４８】
前記化学処理された非セルロース質ファイバーが、化学処理なしの同じファイバーのＺＳＳＲに対して約５％以上のＺＳＳＲの増加を有する、請求項３８〜４７のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項４９】
請求項１〜４８のいずれか一項に記載のセメント質材料を含む、現場打ち込みコンクリート構造物。
【請求項５０】
前記コンクリートが、ＡＳＴＭ  Ｃ６６６によって測定して、約３７％以上の凍結／融解耐久性ファクターを有する、請求項４９に記載の現場打ち込みコンクリート。
【請求項５１】
以下の：
（Ａ）セメント、
（Ｂ）場合により、砂、骨材、又は砂及び骨材、並びに
（Ｃ）化学処理されたセルロース又は非セルロース質ファイバーであって、前記処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．１〜約５．０質量％の多価カチオン含有量をもち、かつ、前記処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．５質量％〜約１０質量％の弱酸含有量をもつ、化学処理されたセルロース又は非セルロース質ファイバー、
を含む材料を一緒に混合することを含む、セメント質材料の製造方法。
【請求項５２】
前記化学処理されたファイバーが混合前に個別化される、請求項５１記載の製造方法。
【請求項５３】
前記化学処理されたファイバーがシート形状であり、これが混合前にダイスカット又は細かく切られる、請求項５１に記載の製造方法。
【請求項５４】
前記化学処理されたファイバーがシート形状であり、これが混合前にダイスカットされる、請求項５１に記載の製造方法。
【請求項５５】
前記化学処理されたファイバーが混合前に水性スラリー中に存在する、請求項５１に記載の製造方法。
【請求項５６】
請求項５１〜５５のいずれか一項に記載の製造方法によって製造されたセメント質材料。
【請求項５７】
以下の：
（Ａ）セメント、
（Ｂ）場合により、砂、骨材、又は砂及び骨材、並びに
（Ｃ）化学処理されたセルロースファイバーであって、前記処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．１〜約５．０質量％の多価カチオン含有量をもち、かつ約０．８２以上の分子量安定性比（ＭＷＳＲ）をもつ、化学処理されたセルロースファイバー、
を含む、セルロースファイバー強化セメント質材料。
【請求項５８】
前記化学処理されたセルロースファイバーが約０．８５以上の分子量安定性比（ＭＷＳＲ）をもつ、請求項５７に記載のセメント質材料。
【請求項５９】
前記化学処理されたセルロースファイバーが約０．９０以上の分子量安定性比（ＭＷＳＲ）をもつ、請求項５８に記載のセメント質材料。
【請求項６０】
前記化学処理されたセルロースファイバーが約０．９５以上の分子量安定性比（ＭＷＳＲ）をもつ、請求項５９に記載のセメント質材料。
【請求項６１】
前記化学処理されたセルロースファイバーが約０．９８以上の分子量安定性比（ＭＷＳＲ）をもつ、請求項６０に記載のセメント質材料。
【請求項６２】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、未処理ファイバーの乾燥質量を基準にして、約１質量％〜約２０質量％の多価金属含有化合物で処理されている、請求項５７〜６０のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項６３】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、未処理ファイバーの乾燥質量を基準にして、約２質量％〜約１２質量％の多価金属含有化合物で処理されている、請求項６２に記載のセメント質材料。
【請求項６４】
前記化学処理されたセルロースファイバーが多価金属含有化合物で処理されており、ここで前記多価金属が３＋の酸化状態である、請求項５７〜６３のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項６５】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、アルミニウム含有化合物、鉄（ＩＩＩ）含有化合物、又はそれらの組み合わせ物で処理されている、請求項５７〜６４のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項６６】
前記化学処理されたセルロースファイバーがアルミニウム含有化合物で処理されている、請求項６５に記載のセメント質材料。
【請求項６７】
前記化学処理されたセルロースファイバーが硫酸アルミニウムで処理されている、請求項６６に記載のセメント質材料。
【請求項６８】
前記化学処理されたセルロースファイバーが約０．５質量％〜約１０質量％の酸で処理されている、請求項５７〜６７のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項６９】
前記酸が弱酸である、請求項６８に記載のセメント質材料。
【請求項７０】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、クエン酸、シュウ酸、マロン酸、乳酸、又はそれらの組み合わせ物で処理されている、請求項６９に記載のセメント質材料。
【請求項７１】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、クエン酸、シュウ酸、又はそれらの組み合わせ物で処理されている、請求項７０に記載のセメント質材料。
【請求項７２】
前記化学処理されたセルロースファイバーがクエン酸で処理されている、請求項７１に記載のセメント質材料。
【請求項７３】
前記化学処理されたセルロースファイバーがアルミニウム含有化合物及びクエン酸で処理されている、請求項７２に記載のセメント質材料。
【請求項７４】
前記化学処理されたセルロースファイバーの前記多価カチオン含有量が、前記処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．１質量％〜約３．０質量％である、請求項５７〜７３のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項７５】
前記化学処理されたセルロースファイバーの前記多価カチオン含有量が、前記処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．１質量％〜約１．５質量％である、請求項７４に記載のセメント質材料。
【請求項７６】
前記化学処理されたセルロースファイバーの前記多価カチオン含有量が、前記処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．２質量％〜約０．９質量％である、請求項７５に記載のセメント質材料。
【請求項７７】
前記セメント質材料の前記化学処理されたセルロースファイバー含有量が、前記セメント質材料の質量を基準にして約０．０１質量％〜約２０質量％である、請求項５７〜７６のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項７８】
前記セメント質材料の前記化学処理されたセルロースファイバー含有量が、前記セメント質材料の質量を基準にして約０．０１質量％〜約１０質量％である、請求項７７に記載のセメント質材料。
【請求項７９】
前記セメント質材料の前記化学処理されたセルロースファイバー含有量が、前記セメント質材料の質量を基準にして約０．０１質量％〜約３質量％である、請求項７８に記載のセメント質材料。
【請求項８０】
前記セメント質材料の前記化学処理されたセルロースファイバー含有量が、前記セメント質材料の質量を基準にして約０．０１質量％〜約１質量％である、請求項７９に記載のセメント質材料。
【請求項８１】
前記セメント質材料の前記化学処理されたセルロースファイバー含有量が、前記セメント質材料の質量を基準にして約０．０１質量％〜約０．５質量％である、請求項８０に記載のセメント質材料。
【請求項８２】
前記セメント質材料の前記化学処理されたセルロースファイバー含有量が、前記セメント質材料の質量を基準にして約０．０１質量％〜約０．１質量％である、請求項８１に記載のセメント質材料。
【請求項８３】
前記セメント質材料が、約０．１ｋｇ／ｍ３〜約３０ｋｇ／ｍ３の前記化学処理されたセルロースファイバーを含有する、請求項５７〜８２のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項８４】
前記セメント質材料が、約０．２ｋｇ／ｍ３〜約２０ｋｇ／ｍ３の前記化学処理されたセルロースファイバーを含有する、請求項８３に記載のセメント質材料。
【請求項８５】
前記セメント質材料が、約０．２ｋｇ／ｍ３〜約１０ｋｇ／ｍ３の前記化学処理されたセルロースファイバーを含有する、請求項８４に記載のセメント質材料。
【請求項８６】
前記化学処理されたセルロースファイバーが１種以上の他の強化材又は添加剤を含む強化材混合物の形態で存在する、請求項５７〜８５のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項８７】
前記強化材混合物が、化学処理されたセルロースファイバー、並びに、熱可塑性ファイバー、ポリオレフィンファイバー、ポリエチレンファイバー、ポリエーテルファイバー、ポリエステルファイバー、ナイロンファイバー、ポリアミドファイバー、ポリアクリロニトリルファイバー、ポリアクリルアミドファイバー、ビスコースファイバー、ＰＶＣファイバー、ＰＶＡファイバー、金属ファイバー、カーボンファイバー、セラミックファイバー、スチールファイバー、ガラスファイバー、カーボンファイバー、天然有機及び鉱物ファイバー、マニラアサ、アスベスト、竹、ココナッツ、コットン、ジュート、サイザルアサ、木材、ロックウール、ポリプロピレンファイバー、ケブラー、及びレーヨンからなる群から選ばれる１種以上のファイバー、を含有する、請求項８６に記載のセメント質材料。
【請求項８８】
前記材料がラテックス又はラテックスの混合物を含有する、請求項５７〜８７のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項８９】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、シールドバッグ試験に対して２０％コンシステンシーを用いて、ＴＡＰＰＩ法Ｔ２３１に基づく手法によって決定された、水酸化ナトリウム処理に対する２４時間のＺＳＳＲとして約１．０以上を有する、請求項５７〜８８のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項９０】
前記化学処理されたセルロースファイバーが完全に無傷で分散したままである、請求項５７〜８９のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項９１】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、サザン・ソフトウッド・クラフト、ノーザン・ソフトウッド・クラフト、ハードウッド、ユーカリ、機械によるもの、リサイクルによるもの、及びレーヨンの１種以上からなる群から選択される原料から誘導されている、請求項５７〜９０のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項９２】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、サザン・ソフトウッド・クラフト、ノーザン・ソフトウッド・クラフト、及びそれらの混合物からなる群から選択される原料から誘導されている、請求項９１に記載のセメント質材料。
【請求項９３】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、サザン・ソフトウッド・クラフトから誘導されている、請求項９２に記載のセメント質材料。
【請求項９４】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、漂白されてリグニンの含有量が低減されているセルロースファイバーから作られている、請求項５７〜９３のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項９５】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、約１．０５以上のＴＦＡＳＩ（Ｖ）を有する、請求項５７〜９４のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項９６】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、約１．１以上のＴＦＡＳＩ（Ｖ）を有する、請求項９５に記載のセメント質材料。
【請求項９７】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、約１．１５以上のＴＦＡＳＩ（Ｖ）を有する、請求項９６に記載のセメント質材料。
【請求項９８】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、化学処理なしの同じファイバーのＺＳＳＲに対して約５％以上のＺＳＳＲの増加を有する、請求項５７〜９７のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項９９】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、化学処理なしの同じファイバーのＺＳＳＲに対して約１０％以上のＺＳＳＲの増加を有する、請求項５７〜９８のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項１００】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、化学処理なしの同じファイバーのＺＳＳＲに対して約１５％以上のＺＳＳＲの増加を有する、請求項５７〜９９のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項１０１】
前記化学処理されたセルロースファイバーが、前記処理ファイバーがそれから作られた未処理ファイバーのＷＲＶの約７０％以上であるＷＲＶを有する、請求項５７〜１００のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項１０２】
以下の：
（Ａ）セメント、
（Ｂ）場合により、砂、骨材、又は砂及び骨材、並びに
（Ｃ）化学処理された非セルロース質ファイバーであって、前記処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．１〜約５．０質量％の多価カチオン含有量をもち、かつ、前記処理された非セルロースファイバーが約０．８２以上の分子量安定性比（ＭＷＳＲ）をもつ、化学処理された非セルロース質ファイバー、
を含む、非セルロース質ファイバー強化セメント質材料。
【請求項１０３】
前記化学処理された非セルロース質ファイバーが、約０．８５以上の分子量安定性比（ＭＷＳＲ）を有する、請求項１０２に記載のセメント質材料。
【請求項１０４】
前記化学処理された非セルロース質ファイバーが、約１．０５以上のＴＦＡＳＩ（Ｖ）を有する、請求項１０２又は１０３に記載のセメント質材料。
【請求項１０５】
前記化学処理された非セルロース質ファイバーが、未処理ファイバーの乾燥質量を基準にして、約１質量％〜約１５質量％の多価金属含有化合物で処理されている、請求項１０２〜１０４のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項１０６】
前記化学処理された非セルロース質ファイバーが、約０．５質量％〜約１０質量％の酸で処理されている、請求項１０２〜１０５のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項１０７】
前記セメント質材料の前記化学処理された非セルロース質ファイバー含有量が、前記セメント質材料の質量を基準にして約０．０１質量％〜約２０質量％である、請求項１０２〜１０６のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項１０８】
前記セメント質材料が、約０．１ｋｇ／ｍ３〜約３０ｋｇ／ｍ３の前記化学処理された非セルロース質ファイバーを含有する、請求項１０２〜１０７のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項１０９】
前記化学処理された非セルロース質ファイバーが、１種以上の他の強化材又は添加剤を含む強化材混合物の形態で存在する、請求項１０２〜１０８のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項１１０】
前記材料がラテックス又はラテックス混合物を含有する、請求項１０２〜１０９のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項１１１】
前記化学処理された非セルロース質ファイバーが完全に無傷で分散したままである、請求項１０２〜１１０のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項１１２】
前記化学処理された非セルロース質ファイバーが、化学処理なしの同じファイバーのＺＳＳＲに対して約５％以上のＺＳＳＲの増加を有する、請求項１０２〜１１１のいずれか一項に記載のセメント質材料。
【請求項１１３】
請求項５７〜１１２のいずれか一項に記載のセメント質材料を含む、現場打ち込みコンクリート構造物。
【請求項１１４】
前記コンクリートが、ＡＳＴＭ  Ｃ６６６によって測定して、約３７％以上の凍結／融解耐久性ファクターを有する、請求項１１３に記載の現場打ち込みコンクリート。
【請求項１１５】
以下の：
（Ａ）セメント、
（Ｂ）場合により、砂、骨材、又は砂及び骨材、並びに
（Ｃ）化学処理されたセルロース又は非セルロース質ファイバーであって、前記処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．１〜約５．０質量％の多価カチオン含有量をもち、かつ、前記化学処理されたセルロースファイバーが約０．８２以上の分子量安定性比（ＭＷＳＲ）をもつ化学処理されたセルロース又は非セルロース質ファイバー、
を含む材料を一緒に混合することを含む、セメント質材料の製造方法。
【請求項１１６】
前記化学処理されたファイバーが混合前に個別化される、請求項１１５記載の製造方法。
【請求項１１７】
前記化学処理されたファイバーがシート形状であり、これが混合前にダイスカット又は細かく切られる、請求項１１５に記載の製造方法。
【請求項１１８】
請求項１１５〜１１７のいずれか一項に記載の製造方法によって製造されたセメント質材料。
【請求項１１９】
以下の：
（Ａ）セメント、
（Ｂ）場合により、砂、骨材、又は砂及び骨材、並びに
（Ｃ）化学処理されたセルロースファイバーであって、前記処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．１〜約５．０質量％の多価カチオン含有量をもち、かつ、前記処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．５質量％〜約１０質量％の、緩衝塩・弱酸組み合わせ物含有量、不溶性金属水酸化物含有量、又は抗酸化剤含有量をもつ、セルロースファイバー強化セメント質材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００２年８月２３日に出願された米国仮出願第６０／４０５，７８４号に基づく、３５合衆国法典１１９条による優先権を主張し、その全ての開示内容を本明細書に援用する。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、化学処理されたセルロースファイバーで強化されたセメント質材料、並びに、化学処理されたセルロースファイバー及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
米国特許第１，０４８，９１３号；同１，３４９，９０１号；同１，５７１，０４８号；同１，６３３，２１９号；同１，９１３，７０７号；同２，３７７，４８４号；及び同２，６７７，９５５号は、コンクリート中にファイバーを含む様々な材料の使用に関する。初期の努力は、亀裂耐性の改良、及びコンクリート塊のエネルギー吸収の改良に向けられた。米国特許第４，１８８，４５４号；同４，２８７，３６５号；同４，２８７，０２０号；同４，３１０，４７８号；同４，３６９，２０１号；同４，４００，２１７号；同４，４８３，７２７号；同４，５２４，１０１号；同４，８６１，８１２号；同４，９８５，１１９号；同４，９６８，５６１号；同５，０００，８２４号；同５，１９６，０６１号；同５，３６２，５６２号；同５，３８５，９７８号；同５，３９９，１９５号；及び同５，４５３，３１０号、同５，６４３，３５９号、同５，８９７，７０１号、これら全てはそのまま本明細書中に援用するものであるが、改良された強化材料を提供するための様々な努力に関するものである。セルロース材料は広く行き渡り、豊富で、しかも比較的安価であることが認められている。しかしまた、セルロース材料は多くの組成物において限られた価値しかないことも認められてきたが、なぜなら、多くのセメント質混合物の過酷なアルカリ性環境が、その混合物の硬化中にセルロースファイバーの物理的劣化を引き起こすからである。
【特許文献１】米国特許第１，０４８，９１３号明細書
【特許文献２】米国特許第１，３４９，９０１号明細書
【特許文献３】米国特許第１，５７１，０４８号明細書
【特許文献４】米国特許第１，６３３，２１９号明細書
【特許文献５】米国特許第１，９１３，７０７号明細書
【特許文献６】米国特許第２，３７７，４８４号明細書
【特許文献７】米国特許第２，６７７，９５５号明細書
【特許文献８】米国特許第４，１８８，４５４号明細書
【特許文献９】米国特許第４，２８７，３６５号明細書
【特許文献１０】米国特許第４，２８７，０２０号明細書
【特許文献１１】米国特許第４，３１０，４７８号明細書
【特許文献１２】米国特許第４，３６９，２０１号明細書
【特許文献１３】米国特許第４，４００，２１７号明細書
【特許文献１４】米国特許第４，４８３，７２７号明細書
【特許文献１５】米国特許第４，５２４，１０１号明細書
【特許文献１６】米国特許第４，８６１，８１２号明細書
【特許文献１７】米国特許第４，９８５，１１９号明細書
【特許文献１８】米国特許第４，９６８，５６１号明細書
【特許文献１９】米国特許第４，９６８，５６１号明細書
【特許文献２０】米国特許第５，０００，８２４号明細書
【特許文献２１】米国特許第５，１９６，０６１号明細書
【特許文献２２】米国特許第５，３６２，５６２号明細書
【特許文献２３】米国特許第５，３８５，９７８号明細書
【特許文献２４】米国特許第５，３９９，１９５号明細書
【特許文献２５】米国特許第５，４５３，３１０号明細書
【特許文献２６】米国特許第５，６４３，３５９号明細書
【特許文献２７】米国特許第５，８９７，７０１号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（本発明のまとめ）
多くのセメント質混合物の過酷なアルカリ性環境中での構造的劣化に対して耐久性があり、さらにその結果、個別のファイバーの周りのミクロ環境の強化に有効であり、かつ微小亀裂（ミクロクラック）の開始の防止に有効であるセメント質材料中の混和剤のためのセルロースファイバー及び非セルロースファイバーを提供できることは、有益なことである。
【０００５】
本発明は、以下の：
（Ａ）セメント、
（Ｂ）場合により、砂、骨材、又は砂及び骨材、及び
（Ｃ）化学的に処理されたセルロースファイバーであって、その処理ファイバーの乾燥質量を基準として約０．１質量％〜約５．０質量％の多価カチオン含有量をもち、さらにその化学処理されたセルロースファイバーが約０．８２以上の分子量安定性比（Molecular Weight Stability Ratio、ＭＷＳＲ）をもつもの、
を含有するセルロースファイバー強化セメント質材料を提供する。好ましい態様においては、その多価カチオンはアルミニウムイオンであり、かつ、その化学処理は弱酸による処理をさらに含む。好ましいセルロースファイバーは、サザン・ソフトウッド・クラフト（ＳＳＫ）である。
【０００６】
好ましい局面においては、本発明は以下の：
（Ａ）セメント、
（Ｂ）場合により、砂、骨材、又は砂及び骨材、及び
（Ｃ）化学的に処理されたセルロースファイバーであって、その処理ファイバーの乾燥質量を基準として約０．１質量％〜約５．０質量％の多価カチオン含有量をもち、さらにその処理ファイバーの乾燥質量を基準として約０．５質量％〜約１０質量％の弱酸含有量をもつもの、
を含む、セルロースファイバー強化セメント質材料を提供する。
【０００７】
別な好ましい態様においては、本発明は、以下の：
（Ａ）セメント、
（Ｂ）場合により、砂、骨材、又は砂及び骨材、及び
（Ｃ）化学処理された非セルロース質ファイバーであって、その処理ファイバーの乾燥質量を基準として約０．１質量％〜約５質量％の多価カチオン含有量をもち、さらにその化学的に処理された非セルロース質ファイバーが約０．８２以上の分子量安定性比（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｗｅｉｇｈｔ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  Ｒａｔｉｏ、ＭＷＳＲ）をもつもの、
を含む、非セルロース質ファイバー強化セメント質材料を提供する。
【０００８】
本発明の範囲内には、本発明のセメント質材料を含んだ現場打ちコンクリート構造物がある。
【０００９】
本発明のさらなる態様には、以下の：
（Ａ）セメント、
（Ｂ）場合により、砂、骨材、又は砂及び骨材、及び
（Ｃ）化学処理されたセルロース又は非セルロース質ファイバーであって、その処理ファイバーの乾燥質量を基準にして約０．１質量％〜約５．０質量％の多価カチオン含有量をもち、かつその化学的に処理されたセルロースファイバーが約０．８２以上の分子量安定性比（ＭＷＳＲ）をもつもの、
を含む材料を一緒に混合することを含む、セメント質材料の製造法がある。この方法で製造されたセメント質材料は、本発明の本局面の範囲内である。
【００１０】
本発明のさらなる局面には、以下の：
（Ａ）セメント、
（Ｂ）場合により、砂、骨材、又は砂及び骨材、並びに
（Ｃ）化学処理されたセルロースファイバーであって、その処理ファイバーの乾燥質量を基準にして約０．１質量％〜約５．０質量％の多価カチオン含有量をもち、かつ、その処理ファイバーの乾燥質量を基準にして約０．５質量％〜約１０質量％の、緩衝塩含有量、緩衝塩弱酸組み合わせ物含有量、不溶性金属水酸化物含有量、又は酸化防止剤含有量をもつもの、
を含む、セルロースファイバー強化セメント質材料を提供するものである。本発明のこの局面においては、本明細書中に記載した非セルロース質ファイバーは、上記組成物の他の成分がそのまま残る場合、上記セルロースファイバーに代えて用いることができる。
【００１１】
本発明のさらなる局面においては、以下の：
（Ａ）セメント、
（Ｂ）場合により、砂、骨材、又は砂及び骨材、及び
（Ｃ）化学処理されたセルロースファイバー又は非セルロースファイバーであって、その処理ファイバーの乾燥質量を基準にして約０．１質量％〜約５．０質量％の多価カチオン含有量をもち、かつ、その処理ファイバーの乾燥質量を基準にして約０．５質量％〜約１０質量％の弱酸含有量をもつもの、
を含む材料を一緒に混合することを含む、セメント質材料の製造法が提供される。
【００１２】
（詳細な説明）
本明細書中に引用した全ての特許、特許出願、及び刊行物は、それらの全てを本明細書中に援用する。用語法に争いがある場合は、本明細書の開示が支配する。
本発明は、ファイバー強化セメントベースの又はセメント質の材料であって、ここでこの強化繊維は、化学処理されたセルロースファイバーである。
【００１３】
（セルロースファイバー）
本発明で使用するために適した、セルロースでできた繊維状の材料は、軟材（ソフトウッド）ファイバー及び硬材（ハードウッド）ファイバーを含む。M. J. Kocurek & C. F. B. Stevens, Pulp and Paper Manufacture-Vol. 1: Properties of Fibrous Raw Materials and Their Preperation for Pulping、これを本明細書中に全て援用する、The Join Text book Committee of the Paper Industry, 1983, 182頁、を参照されたい。代表的には、排他的はないが、軟材パルプのタイプが、エリオットマツ、バンクスマツ、ラディアータ・パイン、テーダマツ、ホワイトスプルース、コントルタマツ、アカスギ、及びベイマツから作られる。世界の他の地域からの軟材と並んで、北アメリカ・サザン・ソフトウッド及びノーザン・ソフトウッドが使用できる。硬材ファイバーは、オーク類、クエルカス属、メープル類、カエデ属、ポプラ類、ポプラス属、又はその他の一般的なパルプにされる種類から得られる。通常、Ｔ２３３ｃｍ‐９５によって測定した場合のそれらのより長いファイバー長のゆえに軟材ファイバーが好ましく、Ｔ２３４ｃｍ‐８４によって測定した場合の高い粗さゆえにサザン・ソフトウッドファイバーが最も好ましく、それはノーザン・ソフトウッド又はハードウッドファイバーのいずれかと比較して、破壊荷重によって測定される大きな固有のファイバー強度につながる。
【００１４】
上記繊維質材料は、化学的、機械的、熱加工的（thermomechanical, ＴＭＰ）、及び化学熱加工的（ＣＴＭＰ）パルプ化を含むいずれかのパルプ化プロセスによって、天然の状態から製造されうる。これらの工業的方法は、R. G. Macdonald & J. N. Franklin, Pulp and Paper Manufacture in 3 volumes; 2nd Edition, Volume 1: The pulping of wood, 1969, Volume 2: Control, secondary fiber, structural board, coating, 1969, Volume 3: Papermaking and paperboard making, 1970, The Joint Textbook Committee of the Paper Industry, 及びM. J. Kocurek & C. F. B. Stevens, Pulp and Paper Manufacture, Vol.1: Properties of Fibrous Raw Materials and Their Preparation for Pulping, The joint Textbook Committee of the Paper Industry, 1983, 182頁に詳しく記載されている。これら両者はその全てを本明細書中に援用する。好ましくは、繊維質材料は、化学的パルプ化プロセス、例えば、クラフト法又は亜硫酸法によって製造される。クラフト法が特に好ましい。クラフト法によってサザン・ソフトウッドから製造されたパルプは、しばしばＳＳＫとよばれる。同様に、サザン・ハードウッド、ノーザン・ソフトウッド、及びノーザン・ハードウッドパルプは、それぞれＳＨＫ、ＮＳＫ、及びＮＨＫと表される。非常に低いレベルのリグニンまで脱リグニン化されたファイバーである漂白されたパルプが好ましいが、低コストゆえにいくつかの応用のために、特にアルカリ安定性が問題でない場合には、無漂白クラフトファイバーが好ましい場合がある。好ましくは、上記化学処理されたセルロースファイバーは、サザン・ソフトウッド・クラフト、ノーザン・ソフトウッド・クラフト、ハードウッド、ユーカリ、機械によるもの、リサイクルによるもの、及びレーヨン、好ましくはサザン・ソフトウッド・クラフト、ノーザン・ソフトウッド・クラフト、又はそれらの混合物、さらに好ましくはサザン・ソフトウッド・クラフトのうちの一以上の原料から導かれる。
【００１５】
パルプ稠度（パルプ・コンシステンシー）は、パルプ工業特有の用語であり、これはファイバー、水、その他の固形物などを含む合計量で割り算され、さらに１００パーセントを掛け算された完全乾燥ファイバー量として定義される。したがって、１２パーセントコンシステンシーのスラリーについては、１００キログラムの各スラリーが完全乾燥１２キログラムのファイバーを含む。
【００１６】
（化学処理されたセルロースファイバー）
本明細書中で用いるように、「化学処理された」セルロースファイバー（又は非セルロース質ファイバー）は、ファイバーに結合した多価金属含有化合物を有するファイバーを生産するために、多価金属含有化合物で処理されているファイバーを意味する。
【００１７】
上記化合物が上記ファイバーと化学的に結合することは必要とされないが、被覆、付着、沈着、又はその他の機構によって、上記化合物が上記ファイバーとぴったりと接近して同伴されて残り、ファイバーの通常の取り扱いをする間にファイバーから上記化合物が除去されないことが好ましい。便宜上、上記ファイバー及び先に議論した上記化合物の間のつながりを結合ということができ、上記化合物が上記ファイバーに結合しているということができる。用いられた材料の相互作用が、上記ファイバーに近接した上記多価金属含有化合物を生み出すこと、又は上記多価金属含有化合物自身が、好ましくは水性環境中で個別のイオンに解離し、さらに次にそのイオンが、個別化されたセルロースファイバーと接触することが必要である。例えば、水に不溶性のアルミニウム化合物で処理された、シート化されたセルロースファイバーは、カマス・ミル（Ｋａｍａｓ  ｍｉｌｌ）によるハンマー・ミル砕解の前後で同じアルミニウム濃度をもつ。同様に、水溶性のアルミニウム化合物で処理された、シート化されたセルロースファイバーは、カマス・ミルでの砕解前及びカマス・ミルでの砕解後で同じアルミニウム濃度をもつ。加えて、水に不溶性のアルミニウム化合物及び水溶性のアルミニウム化合物で処理された、シート化されたセルロースファイバーは、カマス・ミルでの砕解前及びカマス・ミルでの砕解後で同じアルミニウム濃度をもつ。
【００１８】
吸収剤構造物に使用するために当初開発された、一つのタイプの化学処理されたセルロースファイバーが、米国特許第６，５６２，７４３号及び刊行された対応のものである国際特許出願ＷＯ００／３８６０７号中に記載されており、これら両者を全て本明細書中に援用する。このファイバーは、ＣＡＲＥＳＳＡ（登録商標）として、テネシー州メンフィスのバックアイ・テクノロジーズ社（Ｂｕｃｋｅｙｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｉｎｃ．）から入手できる。吸収剤構造物に用いた場合、この化学処理されたセルロースファイバーは弱酸と結合する。本発明のセメント質材料に用いる場合、上記ファイバーは結合された弱酸とともに用いることができ、又は別の態様においては、結合された弱酸なしで用いることができる。
【００１９】
好ましくは水性環境中において、上記多価金属含有化合物が個別のイオンに解離できるか又は個別のイオンから形成され、さらにそのイオンが次に、個別化されたセルロースファイバーと接触することの必要性は、本発明の上記多価金属含有化合物と同じくらい潜在的に有用なさらに考慮すべきものから、多くの多価金属含有化合物及びそれらで処理されたファイバー、例えば、紙製造においてファイバーを処理するために用いられる多くの粘土類を排除する。
【００２０】
本発明の上記化学処理されたセルロースファイバー又は上記化学処理された非セルロース質ファイバーは、未処理ファイバーの乾燥質量を基準にして、約１質量％〜約２０質量％の上記多価金属含有化合物、好ましくは約２質量％〜約１２質量％の上記多価金属含有化合物、より好ましくは約３質量％〜約８質量％の多価金属含有化合物で処理される。
【００２１】
その化合物が、アルカリ性環境中で上記セルロースファイバー又は上記化学処理された非セルロース質ファイバーの安定性を高めることができるならば、遷移金属を含むいかなる多価金属塩も使用できる。適した多価金属の例には、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、アルミニウム、及びスズが含まれる。好ましいイオンには、アルミニウム、鉄、及びスズが含まれる。好ましい金属イオンは、＋３又は＋４の酸化状態をもつ。最も好ましいイオンは、アルミニウムである。その多価金属イオンを含有する全ての塩が使用できる。上記金属の適当な無機塩の例には、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、ホウ酸塩、臭化物、ヨウ化物、フッ化物、窒化物、過塩素酸塩、リン酸塩、水酸化物、硫化物、炭酸塩、重炭酸塩、酸化物、アルコキシド、フェノキシド、亜リン酸塩、及び次亜リン酸塩が含まれる。上記金属の適当な有機塩の例には、フォーメート、アセテート、ブチレート、ヘキサノエート、アジペート、シトレート、ラクテート、オキザレート、プロピオネート、サリシレート、グリシネート、タータレート、グリコレート、スルホネート、ホスホネート、グルタメート、オクタノエート、ベンゾエート、グルコネート、マレート、スクシネート、及び４，５−ジヒドロキシベンゼン−１，３−ジスルホネートが含まれる。上記多価金属塩に加えて、アミン類、エチレンジアミンテトラ酢酸（ＥＤＴＡ）、ジエチレントリアミンペンタ酢酸（ＤＴＰＡ）、ニトリロトリ酢酸（ＮＴＡ）、２，４−ペンタンジオン、及びアンモニアを含有する上記塩の錯体などの、その他の化合物が使用できる。好ましい塩は、塩化アルミニウム、水酸化アルミニウム、及び硫酸アルミニウムである。
【００２２】
アルム（Ａｌｕｍ）は、アルミニウムの硫酸塩であり、これは水に可溶性である。セルロースの水性スラリー中で、いくらかのアルムがファイバーの細胞壁を浸透するが、イオン濃度が低いために、溶解されたアルミニウム塩の多くはファイバーの外側に存在する。水酸化アルミニウムが沈殿するようにｐＨを調節した場合、沈殿の多くはファイバー表面に付着する。これは、図（ｆｉｇｕｒｅ）２〜５の低電圧電界放射型ＳＥＭによって示されている。２種の倍率で示された図４及び５の未処理ファイバーは、かなりの表面の詳細を示し、沈殿物のいかなる証拠も見られない。２種の倍率で示された図２及び３の処理されたファイバーの表面は、写真中に明らかに見える水酸化アルミニウム被覆によって、はっきりとは見えない。処理されたファイバーの表面上での本発明の化学処理の効果のさらなる証拠は、図６〜１０の透過型電子顕微鏡写真中に与えられている。これらの顕微鏡切片サンプルは、厚さは約１００ｎｍだった。図６の未処理ファイバーは、いくつかの汚染粒子を除き清浄な表面をもっていた。図７及び８に示される処理されたファイバー１（ＴＦ１）は明らかに表面上に顕著な被覆を有するが、ファイバーの束の中に浸透している材料の量は非常にわずかである。処理されたファイバー２（ＴＦ２）で調製した顕微鏡切片サンプルの試験は、図９及び１０に示すように、明らかに同じ現象である、ファイバーの束の中に浸透している非常にわずかな量の材料とともに、表面上の顕著な被覆を示す。
【００２３】
本発明の１つの態様においては、上記化学処理されたセルロースファイバー又は上記化学処理された非セルロース質ファイバーは、結合した酸を有するか又はさもなければ酸と会合している。様々な適当な酸が使用できるが、酸は、好ましくは低い揮発性をもち、かつファイバーと結合することが望ましい。強い鉱酸は適当ではなく、好ましくは、本発明の本局面の実施において用いられる酸は弱酸である。例は、無機酸、例えば、重硫酸ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム及びリン酸一水素二ナトリウム、並びに有機酸、例えば、蟻酸、酢酸、アスパラギン酸、プロピオン酸、酪酸、ヘキサン酸、安息香酸、グルコン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、酒石酸、マレイン酸、リンゴ酸、フタル酸、スルホン酸、ホスホン酸、サリチル酸、グリコール酸、クエン酸、ブタンテトラカルボン酸（ＢＴＣＡ）、オクタン酸、ポリアクリル酸、ポリスルホン酸、ポリマレイン酸、及びリグノスルホン酸、並びに、加水分解されたポリアクリルアミド、及びＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）を含む。カルボン酸の中でも、２つのカルボキシル基をもつ酸が好ましく、３つのカルボキシル基をもつ酸がさらに好ましい。これらの酸のうち、クエン酸が最も好ましい。
【００２４】
通常、用いられる酸の量は、その酸の酸性度及び分子量によって決定される。通常、酸適用の許容可能な範囲は、ファイバーの約０．５質量％からファイバーの約１０質量％である。本明細書中で用いるように、「ファイバーの質量％」とは、多価金属含有化合物で処理された乾燥ファイバーの質量％をいう。クエン酸については、適用の好ましい範囲は、ファイバーの約０．５質量％〜約３質量％である。好ましい組み合わせ物は、アルミニウム含有化合物及びクエン酸である。本発明のこの局面の化学処理されたファイバーについては、化学処理されたファイバーの弱酸含有量が、処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．５質量％〜約１０質量％であることが好ましく、さらに好ましくは、処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．５質量％〜約５質量％、さらに好ましくは、処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．５質量％〜約３質量％である。
【００２５】
本発明のこの局面の範囲内に、上記多価金属含有化合物と組み合わせて、弱酸よりもむしろ緩衝塩を使用することがある。水中で約７未満のｐＨをもつ溶液を与える全ての緩衝塩が適している。これらの例は、酢酸ナトリウム、シュウ酸ナトリウム、酒石酸ナトリウム、フタル酸ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸一水素二ナトリウム、及びホウ酸ナトリウムである。緩衝塩は、水中で約７未満のｐＨを有する溶液を与える組み合わせ物の中で、それらの酸と組み合わせて用いることができ、例えば、シュウ酸／シュウ酸ナトリウム、酒石酸／酒石酸ナトリウム、フタル酸ナトリウム／フタル酸、リン酸二水素ナトリウム／リン酸一水素二ナトリウムである。
【００２６】
本発明のさらなる変化においては、上記多価金属含有化合物は、例えば、水酸化マグネシウムなどの不溶性の金属水酸化物と組み合わせて用いられ、又は１以上のアルカリに安定な抗酸化薬品若しくはアルカリに安定な還元剤と組み合わせて用いられ、これらはアルカリ酸素の環境中でファイバー分解を抑制できる。例は、亜硫酸ナトリウムなどの無機薬品、及びヒドロキノンなどの有機薬品である。
【００２７】
本発明のこの局面の化学処理されたファイバーについては、上記多価金属含有化合物との組み合わせにおいて、上記化学処理されたファイバーの上記緩衝塩含有量、上記緩衝塩・弱酸組み合わせ物含有量、上記不溶性金属酸化物含有量、及び／又は抗酸化剤含有量が、上記処理ファイバーの乾燥質量を基準にして約０．５質量％〜約１０質量％であることが好ましく、さらに好ましくは上記処理ファイバーの乾燥質量を基準にして約０．５質量％〜約５質量％であり、さらに好ましくは上記処理ファイバーの乾燥質量を基準にして約０．５質量％〜約３質量％である。
【００２８】
セメント質材料に用いるための適当な上記ファイバーは、ファイバーに近接して結合した上記多価金属イオン含有化合物を提供するための様々な方法で処理されうる。好ましい方法は、スラリー状態中のファイバーに、溶液中の上記化合物を導入し、かつ、そのファイバーの表面上にその化合物を沈着させることである。それに代わり、ファイバーは、水性又は非水性溶液又は懸濁液中の上記化合物をスプレーされることもできる。ファイバーはこのとき個別化された状態又は織物（ウェブ）の状態で処理されることができる。例えば、上記化合物は、粉末又はその他の物理的形状のファイバー上に直接適用することができる。どの方法を用いたにせよ、そのファイバーが液体と接触する前、ファイバーの通常の物理的取り扱いの間に上記化合物が除去されることがないように、上記化合物がファイバに結合して残っていることが好ましい。
【００２９】
好ましい態様においては、本発明の処理されたファイバーは、バックアイ・テクノロジーズ社（テネシー州、メンフィス）のフォーレイ・フラッフス（ＦＯＬＥＹ  ＦＬＵＦＦＳ（登録商標））として知られるセルロースファイバーから作られる。このパルプをスラリー化し、ｐＨを約４．０に調節し、そして硫酸アルミニウム（Ａｌ２（ＳＯ４）３）の水溶液をそのスラリーに加える。スラリーは撹拌されて、稠度（コンシステンシー）が低下する。激しい撹拌下で、スラリーのｐＨは約５．７に上昇される。このファイバーは次に織物又はシートに成形され、乾燥され、さらに場合により、ファイバーの２．５質量％の負荷でクエン酸溶液をスプレーされる。次にこの織物は、包装され、本発明のセメント質材料の生産に有用な個別化されたファイバーを形作るための繊維に分解することを含むさらなる製造工程のために、最終ユーザーに配送される。
【００３０】
パルプサンプル中の、アルミニウム又は鉄含有量を含む金属イオン含有量は、蒸解装置中でサンプルを硝酸又は過塩素酸で湿式灰化（酸化）することによって決定される。ブランクは、酸化され、かつサンプルと同じステップを最後まで行われる。サンプルは、次に誘導結合プラズマ分光器（ＩＣＰ発光分析装置）、例えば、パーキン・エルマーＩＣＰ６５００を使用して分析される。この分析から、サンプル中のイオン含有量が、百万分の一単位で決定されうる。多価カチオン含有量は、処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして、約０．１質量％〜約５．０質量％であることが好ましく、さらに好ましくは処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．１質量％〜約３．０質量％、好ましくは処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．１質量％〜約１．５質量％、さらに好ましくは処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．２質量％〜約０．９質量％、さらに好ましくは処理されたファイバーの乾燥質量を基準にして約０．３質量％〜約０．８質量％である。
【００３１】
理論に束縛されるつもりはないが、本方法によって、パルプスラリーに入れられた可溶性のＡｌ２（ＳＯ４）３はｐＨが上昇するに従って不溶性のＡｌ（ＯＨ）３に変えられると考えられる。この不溶性水酸化アルミニウムは、ファイバー上に沈着する。したがって、得られる化学処理されたセルロースファイバーはＡｌ（ＯＨ）３で被覆されるか、又はファイバー内部にその不溶性金属を含有する。この処理は厳しいアルカリ性環境中における、ファイバー構造に対する分解的な攻撃からの保護を提供するが、これは以下に議論するＭＷＳＲに反映される。
【００３２】
弱酸、例えばクエン酸が水溶液で、ファイバーを含む織物上にスプレーされる場合、弱酸はファイバー上で乾燥する。Ａｌ（ＯＨ）３処理されたファイバーがセメント質材料中に配合される場合、クエン酸又はその他の酸は、材料の酸処理されたファイバーが混合によって湿気にさらされたときに局所的な酸性環境を作り出す。局所的な酸性環境によって作り出された低下したｐＨは、Ａｌ（ＯＨ）３をアルミニウムの不溶性物、これはこの金属のクエン酸錯体を含む、に変化させるために充分長く続くことも、続かないこともありえる。しかし、比較的少ない量の弱酸がアルカリ性材料に打ち負かされ及び中和されるにしたがって、弱酸の共役塩基塩によって緩衝された、ファイバーの周囲の局所的な領域が形成されうる。本発明のいくつかの態様においては、このことは重要である。
【００３３】
（セメント質材料）
現在までの当技術の状況における重要な問題（これはセメント質材料のための強化材としてのセルロースファイバーの有効性を制限するものである）は、これらの材料の過酷なアルカリ性環境である。本明細書中で用いるように、「アルカリ性環境」は、２時間以上の間、ｐＨが８より大きな全てのマトリクスであるとして定義される。
【００３４】
保護されていないセルロースファイバーがこのアルカリ性環境中に入れられた場合、セメント質混合物が硬化及び養生するための機会を得る前に、ファイバーの分解がそのセメント質混合物中で直ちに始まる。セメント質混合物の硬化養生段階の間に、強化用ファイバーがセメント質材料を強化し及びに微小亀裂（ミクロクラック）の形成に歯止めをかけることに効果があることになっている場合、強化用ファイバーがその物理的完全性を保つことは重要である。本発明の化学処理されたセルロースファイバーは、過酷なアルカリ性環境中で安定性を示し、多価金属含有化合物で処理する前の同じセルロースファイバーより優れている。
【００３５】
一つの態様においては、本発明のセルロースファイバー強化セメント質材料は、長さが約０．１〜１０ｍｍ、直径が約０．００１〜０．１ｍｍ、かつ直径に対する長さの比が約３０〜３０００の、個別化された化学処理セルロースファイバーを、セメント、水、並びに砂、骨材、又は、砂及び骨材と結合することによって製造される。このセルロースファイバーは、非木材植物、木材植物、及びリサイクルされた紙製品から、ファイバー間の結合を弱める個別化プロセスを用い、化学的、機械的、若しくは熱的手段、又はそれらの組み合わせ法によって生成され、それによりセルロースファイバーは、従来の混合装置を使用し、化学処理されたセルロースファイバーの約０．１ｋｇ／ｍ３〜約３０ｋｇ／ｍ３の含有量という比較的低い投入量で、従来のコンクリート混合物中に分散されることができる。個別化されたパルプファイバーの水に対する親和性は、コンクリート中におけるそれらの分散を容易にする。分散された植物パルプファイバーを含有する新しいコンクリート混合物は、好ましい作業性、分離及びにじみに対する抵抗性、ポンプ適応性、仕上げ性、可塑的な収縮亀裂に対する抵抗性、及び、吹きつけで適用した場合の低減されたリバウンド性をもつ。
【００３６】
本発明のいくつかの態様は、セメント質材料の（質量による）かなり多くの割合が化学処理されたファイバーであること要求する一方で、別の態様は非常に少ない質量パーセントのファイバーを利用する。通常、セメント質材料における化学的に処理されたセルロースファイバーの含有量は、セメント質材料の質量を基準にして約０．０１質量％〜約２０質量％であり、さらにしばしばセメント質材料の質量を基準にして約０．０１質量％〜約１０質量％、好ましくはセメント質材料の質量を基準にして約０．０１質量％〜約３質量％、さらに好ましくはセメント質材料の質量を基準にして約０．０１質量％〜約１質量％、好ましくはセメント質材料の質量を基準にして約０．０１質量％〜約０．５質量％、さらに好ましくはセメント質材料の質量を基準にして約０．０１質量％〜約０．１質量％である。
【００３７】
本発明に有用な無機バインダー類は、硬化時にマトリクスを形成する水硬化性無機化合物、例えば、セメントベース材料、ケイ酸カルシウム材料、及びそれらの混合物、を含む。それらの化合物の化学は、P. K. Mehta及びP. J. M. Monteiro, Concrete Structure, Properties, and Materials, Prentice Hall, 1993, ［548頁］、及びP. C. Hewlett, Lea’s Chemistry of Cement and Concrete, 第４版, Butterworth-Heinemann, 1988, ［1056頁］に記載されており、これら両者の全てを本明細書中に援用する。
【００３８】
本明細書中で用いるように、セメントベース又はセメント質材料とは、通常、石灰、アルミナ、シリカ、及び酸化鉄、を含む組成物をいう。適用可能なセメントベース材料は、ポルトランドセメント、アルミナ・セメント、高炉セメント、及びそれらの混合物を含む。ポルトランドセメントは、本発明で使用するために特に検討される。一般に、ポルトランドセメントは、主に、テトラカルシウムアルミノフェレート（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３）、トリカルシウムアルミネート（３ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３）、トリカルシウムシリケート（３ＣａＯ・ＳｉＯ２）、及びジカルシウムシリケート（２ＣａＯ・ＳｉＯ２）からなっている。５つの従来タイプのポルトランドセメント及び白色ポルトランドセメントのそれぞれは、上記無機バインダーとして用いることができる。これらは、タイプＩＩとして当技術分野で公知の中庸硬化熱（中庸熱）セメント、タイプＩＩＩとして公知の高度早期強度（超早強）セメント（Ｈ．Ｆ．Ｓ）、タイプＩＶとして公知の低熱セメント、及び、タイプＶとして公知の化学耐性セメントを含む。特に考慮されるのは、一般に様々な通常の建築目的のために用いられるタイプＩセメントである。白色ポルトランドセメントを含む、上に列挙した従来タイプのポルトランドセメントのいずれかを調製したり、特定の特性を強めるために、ポルトランドセメントの成分の相対比を変更し及び調節することは、当業者の能力内にある。
【００３９】
セメント質材料に用いるための上記化学処理されたセルロースファイバーの調製は、容易に達成することができる。
方法１：化学的に処理されたセルロースファイバーは、約７１０ｇ／ｍ２の基準質量及び密度約０．５９ｇ／ｃｍ３の概略のシートの物理的特性をもつ、典型的なシート化された巻物の形状で供給される。このシートは、例えば、カマス・ミル（Ｋａｍａｓ  Ｍｉｌｌ）などのパルプシート砕解機中に送り込まれ、それによってこのシート形状が非常に低密度の綿毛形状へと変化させられ、この密度は約０．０５ｇ／ｃｍ３〜約０．２５ｇ／ｃｍ３である。この綿毛状にされたファイバーは、次に特定の質量に計量され、水と接触させられたときに崩壊する分解性材料で作られた小さなバッグ中に詰められる。これらの小さなバッグはコンクリート生産者に供給され、そこでそれら、バッグ及び個別化された化学処理セルロースファイバーは、全体のコンクリートバッチの中へ均一に分配されるために適当な時間にコンクリートミックス中に単に投入される。所望するファイバー添加量、例えばｋｇファイバー／ｍ３コンクリート、に基づいて、妥当な質量及び数のバッグが用いられる。
【００４０】
方法２：上記セルロースファイバーは、約７１０ｇ／ｍ２の基準質量及び密度約０．５９ｇ／ｃｍ３の概略のシートの物理的特性をもつ、典型的なシート化されたベイル（梱）の形状で、コンクリート製造場所に供給される。パルプシートは次に、水及び適切な撹拌機を含むタンク中へ入れられ、シートは水と混合され、０．１質量％〜３．０質量％の範囲にわたるコンシステンシーをもつ、個別化されたパルプファイバーの均一なスラリーを生成する。コンクリート混合プロセスの間に、そのコンクリートバッチのために必要な水及びファイバーを供給し、かつ均一な分配を可能にするために、適当な体積のファイバー及び水のスラリーがコンクリート混合用トラックの中にポンプで入れられる。
【００４１】
化学処理されたセルロースファイバーはまた、シート化された巻物又はベイルの形状で供給され、これは次にダイス状に切るか又は細かく切られる。非常に好ましい形状はダイスカットされたものであり、これは紙袋を含む様々な方法によって分配されることができるが、紙袋はコンクリートミキサー又は調合トラック中で分解し、それによってダイス状のファイバーを放出し、そしてそれらにコンクリートミキサー又は調合トラックの混合作用を受けさせる。
【００４２】
本発明の他にとりうる態様においては、化学処理されたセルロースファイバーは、不織材料を例えばエアレイ法によって製造するために用いられ、さらに不織材料はセメント質材料中の強化材として用いられる。
【００４３】
本発明の別の態様においては、上述した化学処理されたセルロースファイバーは、１種以上の他の強化材料を含む強化材混合物又はブレンド物の形態でセメント質材料に用いられる。これらは、熱可塑性ファイバー類、ポリオレフィンファイバー類、ポリエチレンファイバー類、ポリエステルファイバー類、ナイロンファイバー類、ポリアミドファイバー類、ポリアクリロニトリル、ポリアクリルアミド、ビスコース、ウール、シルク、ＰＶＣ、ＰＶＡ、金属ファイバー類、カーボンファイバー類、セラミックファイバー類、スチールファイバー類（真っ直ぐのもの、カールしたもの、縒りをかけたもの、カギ状又はパドル状端部に変形されたもの）、ガラスファイバー類、カーボンファイバー類、天然有機及び鉱物ファイバー類（マニラアサ、アスベスト、竹、ココナッツ、コットン、ジュート、サイザルアサ、木材、ロックウール）、ポリプロピレンファイバー類（手を加えていないもの、縒りをかけたもの、小繊維状のもの、ボタン状端部をもつもの）、ケブラー、及びレーヨン、の１種以上である。本発明の別の態様においては、上述した化学処理されたセルロースファイバーは、単独又は他のファイバーとのブレンドのいずれかで、セメント質材料中に用いられ、ここでセメント質材料はラテックス又はラテックス混合物を含有する。
【００４４】
米国特許第５，４５３，３１０号；同５，４９２，７５９号；同５，６０１，９２１号；同５，７８５，４１９号；同４，９８５，１１９号；同６，３４６，１４６号；同６，０３０，４４７号；同６，１３８，４３０号；同６，３７９，４５７号；５，６４３，３５９号；同５，７９５，５１５号；同５，８９７，７０１号、これら全てをそのまま本明細書中に援用するが、これらはセメント質材料中にセルロース質ファイバーが組み込まれた様々な材料に関する。米国特許第５，４９２，７５９号；同５，６０１，９２１号；同６，１５９，３３５号、これら全てをそのまま本明細書中に援用するが、これらは本発明の実施に潜在的に有用な化学処理されたセルロースファイバーに関する。セルロース強化ファイバーを用いる、セメント質建築材料の製造のための様々なシステムにとって、化学処理されたセルロースファイバーの使用は改良された製品を提供する。
【００４５】
図１１及び１３は、４０日の間、コンクリート中に包まれていた後の処理されたファイバー（処理ファイバーとも記す）の外観を示す。図１２は、処理ファイバー１（ＴＦ１）の被覆を示す。これらのサンプルは、以下の例１４で説明するように、２８日間の圧縮強度試験をされたファイバー強化コンクリートシリンダーから採取した。顕微鏡検査は、その圧縮強度試験後１２日に実施した。図１１の低倍率は、ファイバーが良く分散されていることを示し、合成又は植物ファイバー、例えば、綿、サイザルアサ、又はココナッツなどの長いファイバーに生じうるファイバーの毛球又は塊のいかなる兆候もない。図１３は、セメント質マトリクス中への粘り強い結合のために、セル壁の破滅的破壊を経験したファイバーを示す。束が露出し、石灰化のいかなる証拠も観察されない。鉱化とも言われる石灰化は、セル壁を脆くさせる。ファイバー処理はアルカリ防御を提供するばかりでなく、石灰化防御も同様に提供する。加えて、このファイバーはセメント質マトリクス中に結合され、そのため引き抜きよりもむしろファイバー破壊が起こる。孔食又は体積ロスなどのいかなる明白な劣化も認められない。
【００４６】
合成ポリプロピレンファイバーと対比した、この創意に富むファイバーの改善された結合のさらなる説明は、図１５及び１７に示される。図１５は、破損後のポリプロピレン表面に接着するセメント質材料の欠如を示す。表面外観は、ファイバーがセメント質マトリクスの外に引き出されたときの摩耗による。図１７は、結合が非常に弱いので、破断面がファイバーと揃った場合にはポリオレフィンファイバーがマトリクスから抜けてしまうことを示す。ポリプロピレン合成ファイバーのこの挙動は、処理されたセルロースファイバーの挙動と対照的である。図１１、１２、及び１４は、例２中に記載したように調製されたＴＦ１の表面がセメント質マトリクスに強く結合されていることを示す。図１１及び１６は破断面に配向した、処理されたセルロースファイバーの挙動を明らかにする。
【００４７】
本明細書中で使用するように、「化学処理されたセルロースファイバーが完全に無傷で分散したまま」の言い回しは、図１１及び１３を参照することにより最も良く実証される意味合いをもっている。セメント質材料中に組み込まれた場合に溶解する傾向を有するか、又はそうでなければ低い完全性を示すいくつかのセルロース質材料とは異なり、本発明の化学処理されたセルロースファイバーは個々に目に見え、かつそれらの構造がセメント質材料のマトリクス中で完全に残っている。
【００４８】
本発明のセメント質材料は、多様な現場打ち込み構造物、例えばハイウェイ、道路、歩道、ドライブウェイ、駐車場、コンクリートビルディング、橋、及びその他同様のものなどを作るために有用である。
【００４９】
（ゼロ・スパン安定性比）
本発明の化学処理されたセルロースファイバーはセメント質マトリクス中に良く結合されるので、多くのファイバーは引き抜かれるよりむしろ破断する。この理由のため、セルロースファイバーの単一ファイバー強度が非常に重要な考慮事項である。実際に個々のファイバーを破断させることは大変に時間がかかり、かつ非常に変動した結果を与える。
【００５０】
本明細書においては、いくつかのＡＳＴＭ試験を援用する。ＡＳＴＭインターナショナルは、「試験及び材料のためのアメリカ協会」として以前から公知の非営利組織であり、ここは、研究開発、製品試験、品質システム、及び世界中の商業取引において受け入れられかつ使用される標準を提供する（ＡＳＴＭ、１００  Ｂａｒ  Ｈａｒｂｏｕｒ  Ｄｒｉｖｅ、Ｗｅｓｔ  ＣｏｎＳｃｈｏｈｏｃｋｅｎ  ＰＡ、１９４２８−２９５９）。
【００５１】
加えて、本明細書においては、パルプ及び製紙工業のための技術協会（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｐｕｌｐ  ａｎｄ  Ｐａｐｅｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ（「ＴＡＰＰＩ」）によって発行されているいくつかの標準試験を援用する。最終的な試験方法は、ＴＡＰＰＩの標準アドバイザリーレビューグループによって普及される。これらの試験の詳細な解説は、ＴＡＰＰＩ（１５  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｐａｒｋｗａｙ  Ｓｏｕｔｈ、Ｎｏｒｃｒｏｓｓ、ＧＡ  ３００９２）から入手可能である。試験の典型的な記号表示は、例えば、「Ｔ２３３ｃｍ−９５分類によるパルプのファイバー長」である。
【００５２】
標準方法（ＴＡＰＰＩ  Ｔ２３１）は、標準の紙片を破断することによって多数のファイバーの平均強度を測定するためのものとして知られ、この方法では取り付け部（クランピング・ジョー）の間のギャップが「ゼロ・スパン」距離に近づいてゆき、したがって、多くのファイバーが紙のマトリクスから引き抜かれるよりむしろ破断することを確実にする。この方法を通じて、アルカリ処理したファイバー及び非処理（対照）ファイバーのゼロ・スパン引っ張り強度を測定することによって、セルロースファイバーの単一ファイバー強度に対する、アルカリ環境への曝露の影響を決定することができる。この影響は「ゼロ・スパン安定性比」（ＺＳＳＲ）として以下の式：
【００５３】
【数１】
2005536431.tif 000002
【００５４】
で定義される。
【００５５】
ＺＳＳＲは、様々なアルカリ処理に対して、及び様々な時間間隔に対して決定されうる。調整された方法においては、例えば、本発明のセメント質材料は、シールド・バッグ試験のために２０パーセント・コンシステンシーを用いて、ＴＡＰＰＩ  Ｔ２３１に基づく手順によって決定したときに、約１．０以上、さらに好ましくは約１．０４以上、さらに好ましくは約１．０６以上の、ＮａＯＨ処理に対する２４時間ＺＳＳＲを好ましくは有する。
【００５６】
（アルカリ性環境中でのセルロースファイバーの安定性を決定する方法）
（提案されたＡＳＴＭ方法Ｄ６９４２−０３として示された）ゼロ・スパン引っ張り強度及びＺＳＳＲの決定のための好ましい方法を以下に説明する。この手順は、標準アルカリ溶液に対する応答に基づいて、様々なセルロースパルプファイバータイプの安定性を比較することによって、セルロースファイバーの強度への、アルカリ環境に曝露することの影響を決定するために用いられる。以下に述べるように、安定性因子は、ファイバー強度への、アルカリ性条件に曝露することの影響を測定するために用いることができる。
【００５７】
この手法のために参照される試験及び手順は以下の：
（ｉ）  ＡＳＴＭ  Ｄ１６９５：セルロース及びセルロース誘導体の用語法、Ａｎｎｕａｌ  Ｂｏｏｋ  ｏｆ  ＡＴＳＭ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ、Ｖｏｌ．６．０３参照のこと；
（ｉｉ）  ＡＳＴＭ  Ｄ  １３４８  パルプ中の湿分のための標準試験方法；
（ｉｉｉ）ＴＡＰＰＩ  ２０５：「パルプの物理試験のためのハンドシートの形成」；及び、
（ｉｖ）  ＴＡＰＰＩ  ２３１：「パルプのゼロ・スパン破壊強度（ドライ・ゼロ・スパン引っ張り試験）」
を含む。本方法に必要な装置には、ＴＡＰＰＩ  Ｔ２０５に定義されるハンドシーティング装置、ＴＡＰＰＩ  Ｔ２３１に記載されるゼロ・スパン引っ張り試験機、モイスチャ・バランス、及び化学天秤、が含まれる。ＳＩ単位で記載した全ての値が基準として考えられることになる。かっこによって示された追加の値は、情報のみのためである。
【００５８】
セルロースファイバーは、特定の時間間隔に対して、標準アルカリ溶液で処理され、アルカリを洗い落とし、そして次に強度試験のための標準ハンドシートに成形される。ゼロ・スパン引っ張り試験は、ファイバー強度への影響を決定するために用いられる。具体的には、この方法は、ゼロ・スパン引っ張り試験を基づいて、個別のセルロースファイバーの強度に対するアルカリ性条件への曝露の影響に関し、様々なパルプタイプを比較することを可能にする。安定性比は、次に、アルカリ処理されたファイバーのゼロ・スパン引っ張り強度を、未処理の対照ファイバーのゼロ・スパン引っ張り強度でわり算した比に基づいて定義される。
【００５９】
本手順に列挙した時間インターバルは決定的なものではなく、より短いか又は長い持続時間の、もっと多くのインターバルを追加することができる。加えて、手順は、インターバルの範囲が決められていさえすれば、いくつかの中間のインターバルを除くことによって簡単化することができる。簡単化された手順の例は、例えば、１日、１週間、２週間、４週間；又は、１日、３日、７日、１４日のような４つのインターバルを決定することである。しかし、先に示したように、その他のインターバルが適用可能である。
【００６０】
具体的な溶液、１Ｎ  水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、は強塩基である。このアルカリ濃度は、この試験によってシミュレートされるいくつかの環境よりも高いけれども、より強いアルカリ環境は、異なるセルロースファイバーの間のより良い違いを示す。異なる濃度における、その他のアルカリ、例えばＫＯＨ又はＣａ（ＯＨ）２に基づくアルカリ安定性がこの方法によって決定できるが、１Ｎ  ＮａＯＨは、基準となる好ましい溶液と考えられる。追加の溶液が有用な情報を提供する場合は、その他の処理によって得られるアルカリ安定性が、上記標準溶液に付け加えて報告されうる。
【００６１】
出発原料となるセルロースファイバーは、乾燥シート形状、例えばドライラップ、又は乾燥した低密度バルク形状だろう。本文脈においては、「乾燥」の語は、平衡水分含有量であることを意味し、それは多くのパルプについて６〜８％湿分である。ドライラップについては、パルプシートを機械的砕解し、試験される各サンプルについて１５０ｇの個別化されたファイバーを得る。高密度パルプシートもまた、低コンシステンシーでスラリー化され、次に空気乾燥されて低密度のバルクサンプルを生成することができる。バルクの空気乾燥サンプルは、次に機械的に砕解されるか、又は手によって個別化されたファイバーを生成することができる。
ハンドシートは、ＴＡＰＰＩ  Ｔ２０５に記載されているように、試験する前に状態調整されることになっている。
【００６２】
ゼロ・スパン引っ張り試験機の校正及びメンテナンスは、ＴＡＰＰＩ  Ｔ２３１に指示されているようにして達成される。加えて、この装置のコントロールチャートは、コントロール用紙から切りとられるブレーク紙片に基づいて保守される。１リームのコピー紙がこの目的に使用されることができるが、あるいは、一貫した完成紙料、均一な基準質量、及び均一な密度をもつその他の全ての紙も使用できる。ペーパー・マシン上で製造されるコントロールペーパーは、流れ方向で試験されるべきである。
【００６３】
好ましい方法においては、２３．３ｇの１Ｎ  ＮａＯＨが、乾燥基準で１０ｇのセルロースファイバーに添加され、２４時間そのままにされる。これはパルプ１０ｇ／合計３３．３ｇに相当し、３０％コンシステンシーに対応する。パルプ中の水分は、水分含有量が１０パーセント未満であるかぎり無視される。１０ｇより多いファイバーサンプルが使用されうるが、初めのコンシステンシーはなお３０パーセントでなければならない。サンプルは、大気に開放である環境をシミュレートするために、カバーをしていないビーカー中に入れられるか、あるいは、コンシステンシーが一定に保たれる環境をシミュレートするために密封バッグに入れられる。
【００６４】
さらに５つのサンプルを調製するために手順が繰り返され、これらはそれぞれ３、７、１４、２１、及び２８日の時間インターバルの間熟成するために放置される。ひとたび時間インターバルが満たされれば、１００メッシュのワイヤースクリーン上にファイバーを集め、洗浄液が７〜７．５のｐＨで実質的に中性になるまで水道水で洗浄し、次に空気乾燥することによって、サンプルの処理が達成される。
【００６５】
２つのセットの標準ハンドシートが、次に、それぞれの時間インターバル用に、ＴＡＰＰＩ  Ｔ２０５「パルプの物理試験のためのハンドシートの成形」に従って調製される。
１つのセットは、水酸化ナトリウムで処理されていないパルプから作られ、対照セットとなる。他方のセットは指定された時間インターバルのためにアルカリにさらされたファイバーから調製される。ハンドシートのこれら２つのセットは、同日に調製される。ハンドシートの各セットは次いでＴＡＰＰＩ法Ｔ２３１「パルプのゼロ・スパン破壊強度（ドライ・ゼロ・スパン引っ張り試験）」に従い、ゼロ・スパン引っ張りについて試験される。
【００６６】
ゼロ・スパン安定性比、ＺＳＳＲ、はアルカリ処理したサンプルのゼロ・スパン引っ張り試験結果を、対応する未処理の対照サンプルのゼロ・スパン引っ張り試験結果でわり算することによって決定される。好ましくは、結果は、小数比、例えば０．９２１、又はパーセンテージ、例えば９２．１％として報告される。３つの有効数字を報告することが好ましい。
【００６７】
ゼロ・スパン安定性比は、それぞれの時間インターバルサンプルに対して個別に、及び／又は試験した全ての時間インターバルサンプルの平均値として報告される。アルカリ性環境中において、より大きな強度の安定性をもつパルプに対しては、より大きな比が観測されることに注意されたい。
【００６８】
各時間インターバルサンプルに対して決定されるＺＳＳＲ値は、全ての時間インターバルサンプルから決定される平均のゼロ・スパン安定性比とともに、小数割合又はパーセンテージとして報告される。１Ｎ  ＮａＯＨが標準試験溶液であるため、それについては明記される必要はないが、標準溶液に加えて別の試験溶液が用いられた場合、その組成は明記されなければならない。
【００６９】
ゼロ・スパン引っ張り試験のための精度及び偏りは、ＴＡＰＰＩ  Ｔ２３１の中に与えられている。実験室内での再現性は３〜５％であり、複数実験室間での室間再現精度（３つの研究室で３０サンプル）は１０％だった。安定性比を計算するために用いたゼロスパン引っ張り試験の再現性は、２人の操作者によって異なるときに作成された１４セットの対照ハンドシートを基準として５％であることがわかったが、ここでは、各セットからの２つのハンドシートから２つの試験片を切り出すことによって、各セットは４回、合計６４の引っ張りについて試験された。
【００７０】
安定性比の再現性は、例えば、ＳＳＫ、ＮＳＫ、亜硫酸塩、メカニカルなど、試験されたファイバーのタイプ、及び、例えば、１日、１週間、４週間という試験の所要期間に、ある程度左右される。覆いをされていないビーカー内で測定されたサンプルに対しては、パーセント変動係数として表された再現性は５〜８％だった。
【００７１】
（分子量安定性比）
ゼロ・スパン引っ張り及びＺＳＳＲの決定のための前述の手順（標準又は調整した方法）のいずれか一方を用いて、本発明の実施のために有用な化学処理されたファイバーは、化学処理なしの同じファイバーのＺＳＳＲに対して約５％以上のＺＳＳＲの増加、さらに好ましくは化学処理なしの同じファイバーのそれに対して約１０％以上のＺＳＳＲの増加、好ましくは化学処理なしの同じファイバーのそれに対して約１５％以上のＺＳＳＲの増加、そしてさらに好ましくは化学処理なしの同じファイバーのそれに対して約２０％以上のＺＳＳＲの増加を好ましくは有する。
【００７２】
（化学処理されたセルロースファイバー）
本発明の実施に用いるために適当な、化学処理されたセルロースファイバーは、約０．８２以上、望ましくは約０．８５以上、さらに望ましくは約０．９０以上、好ましくは約０．９５以上、そしてさらに好ましくは０．９８以上の分子量安定性比（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｗｅｉｇｈｔ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  Ｒａｔｉｏ（ＭＷＳＲ））を有する。ＭＷＳＲは以下の：
【００７３】
【数２】
2005536431.tif 000003
【００７４】
として定義される。ここで分子量（ＮａＯＨ）は、２５℃で１Ｎ  ＮａＯＨ中に２４時間浸した後のファイバー中のセルロースポリマーの分子量であり、さらに分子量（水）は、２５℃で水中に２４時間浸した後のファイバー中のセルロースポリマーの分子量である。ファイバー中のセルロースポリマーの分子量は、１６２をかけ算された重合度（ＤＰ）であり、ここでＤＰは、The Chemistry and Processing of Wood and Plant Fibrous Materials, Kennedy, J. F., G. O., Williams, P. A. (eds.), Morton, J. H. によるChapter 15, Woodhead Publishing Ltd,. Cambridge, Eng., 1996の中で与えられる銅エチレンジアミン（ＣＥＤ）に対する式にしたがって、粘度データから計算される。本文献はその全てを本明細書中に援用する。粘度データは、ＴＡＰＰＩ  ＴＥＳＴ２３０ｏｍ−９４（この中では試験の様々な局面が自動化されている）に基づく手順によって決定される。ＭＷＳＲは比であるため、無次元の数である。ＭＷ（Ｃａ（ＯＨ）２）は、２５℃で２４時間、飽和水酸化カルシウム水溶液中にファイバーを浸すことによって決定できる。
【００７５】
同様に、ＤＰ安定性比（ＤＰＳＲ）は以下の：
【００７６】
【数３】
2005536431.tif 000004
【００７７】
であり、同様にＶＳＲは粘度安定性比であり、単純に、ＮａＯＨに浸された後の粘度の、水に浸された後の粘度に対する比である。
【００７８】
本発明の実施のために有用な化学処理されたセルロースファイバーは、化学処理されたセルロースファイバーが調製された未処理ファイバーと比較して、アルカリ環境中におかれた場合、ファイバーの安定性の改善を示す。処理されたファイバーのアルカリ安定性改善度（ＴＦＡＳＩ）は、アルカリ処理後の処理ファイバーの分子量の、アルカリ処理後の未処理ファイバーの分子量に対する比であり、以下の：
【００７９】
【数４】
2005536431.tif 000005
【００８０】
で表すことができる。
ＴＦＡＳＩはまた、以下の：
【００８１】
【数５】
2005536431.tif 000006
【００８２】
として粘度データから決定することができる。本発明の実施のために有用な化学処理されたセルロースファイバーに対するＴＦＡＳＩ及び、特にＴＦＡＳＩ（Ｖ）は望ましくは約１．０５以上、より望ましくは約１．１以上、好ましくは約１．１５以上、さらにより好ましくは約１．２以上である。
【００８３】
水保有値（ＷＲＶ）は、所定量の圧力下で水を保有するファイバーの能力を表示するものである。水中に浸されたセルロースファイバーは適度に膨潤し、そして膨潤したファイバー壁内に水を物理的に保有する。水性のファイバースラリーを遠心分離機にかけた場合、多くの水はファイバーから除去される。しかし、ある量の水はファイバーによって遠心分離の後でさえ保持され、この量の水が、ファイバーの乾燥質量を基準にしたパーセンテージとして表される。本発明の処理されたファイバーの多くは、対応する未処理ファイバーよりも若干低いＷＲＶ値を有するが、これは、処理されたファイバーは未処理ファイバーよりもいくらか硬いけれども、処理されたファイバーの吸収特性及び輸送特性は未処理ファイバーに非常に類似しうることを示す。特許第５，１９０，５６３号は、ＷＲＶを測定する方法を記載している。本発明の実施に用いるための処理ファイバーは、それから処理ファイバーを製造した未処理ファイバーのＷＲＶの約７０％以上であるＷＲＶを有することが好ましく、好ましくは約８０％以上であり、より好ましくは約９０％以上である。本発明の実施に有用な処理ファイバーの特徴は、クレー及びその他の鉱化材料で処理されたファイバーと対照的であり、クレーなどの材料はファイバーの微細孔及び細胞間隙をふさぎ、さらにそのファイバーはその結果、それらが製造されたもとのファイバーと比べて大きく変化した水吸収性及び輸送特性を有する。本発明の実施に有用な処理ファイバーは、鉱化（ミネラル化）されていない。
【００８４】
多くの気候帯の中での多くの適用において、セメント質材料から作られるコンクリート構造物は、水の凍結及び融解に相当する毎日又は長期にわたる温度変化を受ける。ＡＳＴＭ  Ｃ  ６６６は、コンクリートへの繰り返しの水の凍結／融解サイクルの影響を評価するために用いることができる。本発明のセメント質材料から作られたコンクリートは、ＡＳＴＭ  Ｃ  ６６６によって測定された場合に、望ましくは約３７％以上、さらに望ましくは約４１％以上、好ましくは約４５％以上の凍結／融解耐久性ファクターをもつ。
【００８５】
鉱物塩で被覆されたファイバーは、そのファイバー中に水が流入する能力を低下させることによって、そのファイバーをいっそう低い吸収剤にする効果をもちうる。この特性を測定するための一つの方法は、水保有値（ＷＲＶ）の決定に基づく。例１及び２に示されたデータは、未処理及び処理されたファイバーが類似したＷＲＶをもつことを示す。細胞壁中の空隙及び細胞間隙は、おおよそ同量の水を保持し、そのため吸収力は、処理によって著しく影響を受けることはない。
【００８６】
（化学処理された非セルロース質ファイバー）
本発明の別の態様は、いずれかの化学処理された非セルロース質ファイバー（化学処理非セルロース質ファイバーとも記す）を含有するセメント質材料であり、このファイバーは約１．０５以上、より望ましくは約１．１以上、好ましくは約１．１５以上、さらに好ましくは約１．２以上のＴＦＡＳＩ（Ｖ）を示す。
【００８７】
本発明の実施に用いるために適した化学処理非セルロース質ファイバーは、化学処理なしの同じファイバーのものに対して約５％以上のＺＳＳＲの増加、さらに望ましくは化学処理なしの同じファイバーのものに対して約１０％以上のＺＳＳＲの増加、好ましくは化学処理なしの同じファイバーのものに対して約１５％以上の増加、そしてさらに好ましくは化学処理なしの同じファイバーのものに対して約２０％以上の増加を、望ましくは有する。
【００８８】
本発明の実施に用いるために適した化学処理非セルロース質ファイバーは、約０．８２以上、望ましくは約０．８５以上、さらに望ましくは約０．９０以上、好ましくは約０．９５以上、そしてさらに好ましくは０．９８以上の分子量安定性比（ＭＷＳＲ）を有する。処理された非セルロース質ファイバーについての分子量安定性比（ＭＷＳＲ）は以下の：
【００８９】
【数６】
2005536431.tif 000007
【００９０】
で定義され、ここで分子量（ＮａＯＨ）は、２５℃で１Ｎ  ＮａＯＨ中に２４時間浸漬後の非セルロース質ファイバーの分子量であり、分子量（水）は、２５℃で水中に２４時間浸漬後の非セルロース質ファイバーの分子量である。ＭＷ（Ｃａ（ＯＨ）２）は、２５℃で２４時間、飽和水酸化カルシウム水溶液中にファイバーを浸漬することによって決定することができる。ＭＷＳＲは比であるため、ディメンションのない数である。
【００９１】
本発明のこの別な態様の実施は、化学処理非セルロース質ファイバーが化学処理セルロースファイバーと置換されることを除いて、化学処理されたセルロースファイバーを含むセメント質材料について本明細書中に記載したものと同じである。本態様の化学処理非セルロース質ファイバーはまた、１種以上の化学処理セルロースファイバーとのブレンドで用いられて、セメント質混合物を生成することができる。本明細書で用いるように、非セルロース質ファイバーの用語は、レーヨン、セルロースアセテート、及びその他のセルロース誘導物を含む、セルロース質材料から誘導された様々なファイバー、並びに合成ファイバー、例えばナイロンなど、を含む。望ましくは、上記化学処理された非セルロース質ファイバーは、セメント質混合物中で無傷な完全性をもって分散して残存する。
【００９２】
レーヨンは、通常、精製された綿又は木材パルプから誘導されたセルロースを適当な溶媒に溶かし、次にこの溶解されたセルロースを紡糸口金に通し、回転浴の中でファイバー形状にセルロースを再生させることによって製造される。今日最も一般に用いられる商業的方法は、苛性溶液中でセルロースをキサンテート誘導体の形に溶かし、次に硫酸ベースの回転浴中でセルロースを再生させることを含む。レーヨンはセルロースをベースにしているので、それはまた木材又はコットンファイバー同様、アルカリで引き起こされる分解を受けるが、それでもレーヨンは天然ファイバーというよりむしろ合成ファイバーと考えられている。
【００９３】
アミド又はエステル結合を含む高分子から製造されるファイバーは、アルカリによる攻撃を受け、この攻撃は高分子の結合を開裂させて、分子量の低下及び、それによりこれらの高分子から作られたファイバー強度の低下をもたらす。アミド結合を含む天然ファイバーの例は、シルク及びウールであり、これらにおいてはアミド結合が、タンパク質を作り上げる個々のアミノ酸の間のペプチド連鎖から生じる。アミド結合を含む合成ファイバーの例は、種々のタイプのナイロンである。エステル結合を含む合成ファイバーの例は、セルロースアセテート及びポリエステル類を含む。その他のタイプのポリマー、例えばポリウレタン、もまた、アルカリ環境によって不利な影響を受ける可能性があり、したがって本明細書に記載された安定化化学処理から恩恵をうけうる。
【００９４】
（例）
本発明は以下の例を参照することによりさらに良く理解されるが、例は発明の見本として提供され、制限の目的で提供されるのではない。
【００９５】
（例１：サザン・ソフトウッド・クラフト・ファイバー（ＳＳＫ））
この例では、主にエリオットマツ種の木材チップを、クラフト・プロセスを通し、ＴＡＰＰＩ法Ｔ２１４に記載された手法によって決定して約１７ｍｌの過マンガン酸カリウム価（Ｋナンバー）にパルプ化した。これらのファイバーを洗浄し、さらに品質に対してふるいにかけ、さらに次に約８６％のＩＳＯ明度（ブライトネス）にＤ‐Ｅｏｐ‐Ｄ‐Ｅｐ‐Ｄプロセスで漂白した。Ｔ２３０ｏｍ‐９４によって測定した粘度は、約１６ｃＰだった。
【００９６】
これらの漂白されたセルロースファイバーを水で希釈し、６．５のｐＨで、１００部のスラリー当り０．９部のファイバーからなるスラリーにした。得られたスラリーをシート化装置上で連続的に脱水したが、装置ではシートは１．０ラッシュ／ドラッグ比で形成し、横たえ、次に３ステージの湿式プレスを用いて、合計１００部当り４８部のファイバーへと圧縮及び高密度化した。このシートを従来のドラム乾燥機を使用して、９４％の固形分含有量へと乾燥した。リールに巻かれたパルプは次に個別のロールへと処理された。シートは次にカマス・ミル中で繊維を離解され、そして個々のファイバーは約２．７ｍｍの平均ファイバー長で存在した。砕解効率は約８５％だった。ファイバーの水保有値（ＷＲＶ）は７９％であることがわかった。このファイバーは、テネシー州メンフィスのバックアイ・テクノロジーズ社からＨＰ‐１１（登録商標）として市販されている。
【００９７】
（例２：処理ファイバー（ＴＦ１）：多価金属及び弱酸での処理）
主にエリオットマツ種の木材チップを、クラフト・プロセスを通し、ＴＡＰＰＩ法Ｔ２１４に記載された手法によって決定して約１７ｍｌの過マンガン酸カリウム価（Ｋナンバー）にパルプ化した。これらのファイバーを洗浄し、さらに品質に対してふるいにかけ、さらに次に約８６％のＩＳＯ明度（ブライトネス）にＤ‐Ｅｏｐ‐Ｄ‐Ｅｐ‐Ｄプロセスで漂白した。Ｔ２３０ｏｍ‐９４によって測定した粘度は、約１６ｃＰだった。
【００９８】
これらの漂白されたセルロースファイバーを水で希釈し、１００部のスラリー当り４．５部のファイバーからなるスラリーにした。このスラリーに、１００部のファイバー当り９．３６部の硫酸アルミニウム水和物（Ａｌ２（ＳＯ４）３＊１４Ｈ２Ｏ）を加えた。この硫酸アルミニウム水和物は、ゼネラル・ケミカル社から入手した。得られたスラリーは３．２のｐＨをもっていた。２５分間の混合後、１００部のファイバー当り３．０部の水酸化ナトリウムを充分な量の水とともに加えて、５．７のｐＨにおいて１００部のスラリー当り０．９部のファイバーとなるようにした。温度は６０℃に調節した。得られたスラリーをシート化装置上で連続的に脱水したが、装置ではシートは１．０ラッシュ／ドラッグ比で形成され、横たえられ、次に３ステージの湿式プレスを用いて、合計１００部当り４８部のファイバーへと圧縮及び高密度化された。このシートを従来のドラム乾燥機を使用して、９３．５％の固形分含有量へと乾燥した。連続的にリールに巻く間、ハークロス・ケミカルズ社によって供給される５０％クエン酸の調剤を、１００部のファイバー当り２．２５部の酸がローディングされるまで、シートの片面に適用した。リールに巻かれたパルプは次に個別のロールへと処理された。シートは次にカマス・ミル中で繊維を離解され、そして個々のファイバーは約２．７ｍｍの平均ファイバー長で存在した。砕解効率は約９５％だった。このファイバーの水保有値（ＷＲＶ）は７３％であることがわかった。このファイバーは、テネシー州メンフィスのバックアイ・テクノロジーズ社からＣＡＲＥＳＳＡ（登録商標）として市販されている。
【００９９】
（例３：処理ファイバー（ＴＦ２）：多価金属での処理）
主にエリオットマツ種の木材チップを、クラフト・プロセスを通し、ＴＡＰＰＩ法Ｔ２１４に記載された手法によって決定して約１７ｍｌの過マンガン酸カリウム価（Ｋナンバー）にパルプ化した。これらのファイバーを洗浄し、さらに品質に対してふるいにかけ、さらに次に約８６％のＩＳＯ明度（ブライトネス）にＤ‐Ｅｏｐ‐Ｄ‐Ｅｐ‐Ｄプロセスで漂白した。Ｔ２３０ｏｍ‐９４によって測定した粘度は、約１６ｃＰだった。
【０１００】
これらの漂白されたセルロースファイバーを水で希釈し、１００部のスラリー当り４．５部のファイバーからなるスラリーにした。このスラリーに、１００部のファイバー当り９．３６部の硫酸アルミニウム水和物（Ａｌ２（ＳＯ４）３＊１４Ｈ２Ｏ）を加えた。この硫酸アルミニウム水和物は、ゼネラル・ケミカル社から入手した。得られたスラリーは３．２のｐＨをもっていた。２５分間の混合後、１００部のファイバー当り３．０部の水酸化ナトリウムを充分な量の水とともに加えて、５．７のｐＨにおいて１００部のスラリー当り０．９部のファイバーとなるようにした。温度は６０℃に調節した。得られたスラリーをシート化装置上で連続的に脱水したが、装置ではシートは１．０ラッシュ／ドラッグ比で形成され、横たえられ、次に３ステージの湿式プレスを用いて、合計１００部当り４８部のファイバーへと圧縮及び高密度化された。このシートを従来のドラム乾燥機を使用して、９４％の固形分含有量へと乾燥した。リールに巻かれたパルプは、次に個々のロールへと処理された。シートは次にカマス・ミル中で繊維を離解され、そして個々のファイバーは約２．７ｍｍの平均ファイバー長で存在した。砕解効率は約９５％だった。
【０１０１】
（例４：処理ファイバー（ＴＦ３）：多価金属での処理）
バックアイ・テクノロジーズ社からの漂白されたサザン・ソフトウッド・クラフト（ＢＳＳＫ）ファイバーのスラリー（これは４．５部のファイバー／１００部のスラリーからなる）を充分な水で希釈して、０．９部のファイバー／１００部のスラリーとし、さらに５．５のｐＨに調節した。得られたスラリーをシート化装置上で連続的に脱水し、そしてシートを１．０のラッシュ／ドラッグ比で形成し、横たえ、次に３ステージのプレスを通して、４８部のファイバー／合計１００部スラリーへと圧縮及び高密度化した。このシートを従来のドラム乾燥機を使用して、９３．５％の固形分含有量へと乾燥した。このシートを次にリールに巻いた。リールに巻く間に、１００部のファイバー当りスプレーすることによって６．１部の水和硫酸アルミニウム（Ａｌ２（ＳＯ４）３＊１４Ｈ２Ｏ、５０％水溶液）を適用した。このファイバーを連続ロール上に巻きつけた。得られたリールを個別のロールのサイズにした。サンプルシートはカマス・ミル中で繊維を離解され、ファイバーのアルミニウム含有量は５５００ｐｐｍだった。
【０１０２】
（例５：処理ファイバー（ＴＦ４）：多価金属及び酸での処理：鉄（ＩＩＩ）及びクエン酸）
バックアイ・テクノロジーズ社からの漂白されたサザン・ソフトウッド・クラフト（ＢＳＳＫ）１５２ｇ当り１２．１ｇの硝酸第二鉄（Ｆｅ（ＮＯ３）３）（フィッシャー・ケミカルズ社）を、１００部のスラリー当り４．５部のファイバーのスラリーに加えた。このスラリーは２．７６のｐＨをもっていた。混合及び０．９部のファイバー／１００部のスラリーへ希釈後、２７．１ｍｌの１０％水酸化ナトリウムを加えて、５．７のｐＨにした。得られたスラリーをダイナミック・ハンドシート形成機（Formette Dynamique Brevet, Centre Technique de L’Industrie, Ateliers de Construction Allimand, Appareil No. 48）上で脱水し、さらに４８部のファイバー／合計１００部へと圧縮した。このシートを９３．５％固形分へと乾燥した。乾燥後、１００部のファイバー当り２．５部の５０％クエン酸溶液をスプレーによってこのシートに適用した。上述したようにして、サンプルシートはカマス・ミル中で繊維を離解された。
【０１０３】
（例６：処理ファイバー（ＴＦ５）：多価金属及び酸での処理：アルミニウム及びＢＴＣＡ）
バックアイ・テクノロジーズ社からの漂白されたサザン・ソフトウッド・クラフト（ＢＳＳＫ）１００部当り９．３６部の硫酸アルミニウム水和物（Ａｌ２（ＳＯ４）３＊１４Ｈ２Ｏ）を、４．５部ファイバー／１００部スラリーからなるスラリーに加えた。硫酸アルミニウムの添加後、このスラリーは３．２のｐＨをもっていた。２５分間の混合後、１００部のファイバー当り３．０部の水酸化ナトリウムを充分な量の水とともに加えて、５．７のｐＨ及び６０℃の温度において１００部のスラリー当り０．９部のファイバーとなるようにした。得られたスラリーをシート化装置上で連続的に脱水し、そしてシートを１．０ラッシュ／ドラッグ比で形成し、横たえ、次に３ステージのプレスを使用して、合計１００部当り４８部のファイバーへと圧縮及び高密度化した。このシートを９３．５％の固形分含有量へと乾燥した。このシートサンプルに、１００部のファイバー当り３部の１，２，３，４‐ブタンテトラカルボン酸（ＢＴＣＡ）（アルドリッチ・ケミカル社から）を、シート表面に溶液をスプレーすることによって適用した。
【０１０４】
（例７：処理ファイバー（ＴＦ６）：多価金属及び酸での処理：アルミニウム及びＰＴＳＡ）
バックアイ・テクノロジーズ社からの漂白されたサザン・ソフトウッド・クラフト（ＢＳＳＫ）１００部当り９．３６部の硫酸アルミニウム水和物（Ａｌ２（ＳＯ４）３＊１４Ｈ２Ｏ）を、４．５部ファイバー／１００部スラリーからなるスラリーに加えた。硫酸アルミニウムの添加後、このスラリーは３．２のｐＨをもっていた。２５分間の混合後、１００部のファイバー当り３．０部の水酸化ナトリウムを充分な量の水とともに加えて、５．７のｐＨ及び６０℃の温度において１００部のスラリー当り０．９部のファイバーとなるようにした。得られたスラリーをシート化装置上で連続的に脱水し、そしてシートを１．０ラッシュ／ドラッグ比で形成し、横たえ、次に３ステージのプレスを使用して、合計１００部当り４８部のファイバーへと圧縮及び高密度化した。このシートを９３．５％の固形分含有量へと乾燥した。このシートサンプルに、１００部のファイバー当り１部のパラトルエンスルホン酸（ＰＴＳＡ）（アルドリッチ・ケミカル社から）をスプレーすることによって、シート表面上に適用した。
【０１０５】
（例８：処理ファイバー（ＴＦ７）高多孔性ファイバー）
高多孔性の市販ファイバー（ＨＰＺ（登録商標））をシート形状でバックアイ・テクノロジーズ社から入手した。このファイバーは、７８．７のＷＲＶ、５１％のカール、及び９６．５％のアルファセルロース含有量をもっていた。１００部のファイバー当り、合計７．７部の水和された硫酸アルミニウム・オクタデカハイドレート（アルドリッチ・ケミカル社）を、そのシート表面にスプレーすることによって、シート化された材料に適用した。
【０１０６】
（例９：処理ファイバー（ＴＦ８）コットンからのファイバー）
高純度の市販のコットンファイバー（ＧＲ７０２）をバックアイ・テクノロジーズ社からシート形状で入手した。１００部のファイバー当り、合計７．７部の硫酸アルミニウム・オクタデカハイドレートを、そのシート表面にスプレーすることによって、シート材料に適用した。
【０１０７】
（例１０：処理ファイバー（ＴＦ９）架橋ファイバー）
米国特許第５，１９０，５６３号中に開示されているように、サザン・ソフトウッド・クラフトパルプシートに、４．７％のクエン酸及び１．６％の次亜リン酸ナトリウムを適用することによって、ファイバーを調製した。個別化及び３４０ｏＦで７．５分間養生した後、このパルプは４４のＷＲＶ及び約７５％のカールを有していた。１００部のファイバー当り３．４２部の水和硫酸アルミニウム（Ａｌ２（ＳＯ４）３＊１４Ｈ２Ｏ）をスプレーすることによってファイバーに添加し、ファイバーを乾燥させることによって、この個別化されたファイバーを処理した。このファイバーのアルミニウム含有量は、１０８６９ｐｐｍと測定された。
【０１０８】
（例１２：処理ファイバー（ＴＦ１１）多価金属及び次亜リン酸塩）
バックアイ・テクノロジーズ社からの漂白されたサザン・ソフトウッド・クラフト（ＢＳＳＫ）１００部当り、合計９．３６部の硫酸アルミニウム水和物（Ａｌ２（ＳＯ４）３＊１４Ｈ２Ｏ）を、４．５部ファイバー／１００部スラリーからなるスラリーに加えた。このスラリーは３．２のｐＨをもっていた。２５分間の混合後、１００部のファイバー当り３．０部の水酸化ナトリウムを充分な量の水とともに加えて、５．７のｐＨ及び６０℃の温度において１００部のスラリー当り０．９部のファイバーとなるようにした。得られたスラリーをシート化装置上で連続的に脱水し、ここでシートを１．０のラッシュ／ドラッグ比で形成し、横たえ、次に１００部のファイバー当り１２．３５部の硫酸アルミニウム水和物及び３．１７部の次亜リン酸ナトリウムをスプレーすることによって処理し、次に３ステージのプレスを通して、４８部のファイバー／１００部のスラリーへと圧縮及び高密度化した。このシートを、従来のドラム乾燥機を使用して、９３．５％の固形分含有量へと乾燥した。このファイバーを連続ロール上にリール巻きにした。このシートはカマス・ミル中で繊維を離解し、そしてアルミニウム含有量は９４７５ｐｐｍだった。
【０１０９】
（例１３：未強化コンクリート）
市販の６ｆｔ３（０．１７ｍ３）ミキサー中で、５６４ポンド／立方ヤード（３３５ｋｇ／ｍ３）のタイプＩポルトランドセメント、３１８０ポンド／立方ヤード（１８８７ｋｇ／ｍ３）の骨材、及び２５０ポンド／立方ヤード（１４８ｋｇ／ｍ３）の水を混合することによって、約３ｆｔ３（０．０８５ｍ３）のコンクリートを調製した。骨材及びセメントは同じロットから集め、組成物の変動が確実に最小になるようにした。粗い骨材及び細かな骨材をオーブン乾燥状態まで乾燥させ、混合物の水含有量の変動を排除した。各材料は正確を期して直近の０．０１ｌｂｓ（４．５ｇ）に近づけてバッチ分けした。
混合：１．ミキサーをあらかじめ濡らし、水抜きする。２．粗い骨材をミキサーに入れ、さらに混合する水の２５％を加える。この最初の添加は、骨材の吸収を担当する。３．ミキサーを起動し、さらに、細かな骨材を加える。４．セメントを次に加え、さらに残りの水を加える。５．全ての材料を投入したら、３分間の混合サイクルのためにタイマーをスタートさせる。６．そして３分後、ミキサーを停止し、開口部を湿ったタオルでカバーし、さらにコンクリートを３分間休ませる。７．休息サイクルの後、最後の２分間の混合サイクルのために、ミキサーを再度スタートさせる。工程のそれぞれは、作業性、硬化性、及びコンクリートの仕上がりに基づいて研究者によって判定される。フレッシュコンクリートのスランプ試験は、ＡＳＴＭ法Ｃ１４３：水硬性セメントコンクリートのスランプのための標準試験法に基づき、材料の取り出しの５分以内に開始した。シリンダー（４インチ×８インチ）（１０．１６ｃｍ×２０．３２ｃｍ）は材料の取り出しの１５分以内にキャストし、さらにＡＳＴＭ法Ｃ３９：シリンダー型コンクリート試験体の圧縮強度のための標準試験法、に従って圧縮強度を測定した。結果については、例１４の下の表１を参照されたい。
【０１１０】
（例１４：繊維強化コンクリート（ＦＲＣ））
市販の６ｆｔ３（０．１７ｍ３）ミキサー中で、５６４ポンド／立方ヤード（３３５ｋｇ／ｍ３）のタイプＩポルトランドセメント、３１８０ポンド／立方ヤード（１８８７ｋｇ／ｍ３）の骨材、３ポンド／立方ヤード（１．８ｋｇ／ｍ３）のＴＦ１（例２の処理ファイバー）及び２５０ポンド／立方ヤード（１４８ｋｇ／ｍ３）の水を混合することによって、約３ｆｔ３（０．０８５ｍ３）のコンクリートを調製した。各材料は同じロットから集め、組成物の変動が確実に最小になるようにした（すなわち、骨材及びセメント）。粗い骨材及び細かな骨材をオーブン乾燥状態まで乾燥させ、混合物の水含有量の変動を排除した。各材料は正確を期して直近の０．０１ｌｂｓ（４．５ｇ）に近づけてバッチ分けした。
混合：１．ミキサーをあらかじめ濡らし、水抜きする。２．粗い骨材をミキサーに入れ、さらに混合する水の２５％を加える。この最初の添加は、骨材の吸収を担当する。３．ミキサーを起動し、パルプファイバーを添加し、さらに、細かな骨材を加える。４．セメントを次に加え、さらに残りの水を加える。５．全ての材料を投入したら、３分間の混合サイクルのためにタイマーをスタートさせる。６．そして３分後、ミキサーを停止し、開口部を湿ったタオルでカバーし、さらにコンクリートを３分間休ませる。７．休息サイクルの後、最後の２分間の混合サイクルのために、ミキサーを再度スタートさせる。工程のそれぞれは、作業性、硬化性、及びコンクリートの仕上がりに基づいて研究者によって判定される。フレッシュコンクリートのスランプ試験は、ＡＳＴＭ法Ｃ１４３：水硬性セメントコンクリートのスランプのための標準試験法、に基づき、材料の取り出しの５分以内に開始した。シリンダー（４インチ×８インチ）（１０．１６ｃｍ×２０．３２ｃｍ）は材料の取り出しの１５分以内にキャストし、さらにＡＳＴＭ法Ｃ３９：シリンダー型コンクリート試験体の圧縮強度のための標準試験法、に従って圧縮強度を測定した。対照とファイバー強化コンクリートとの間には、各工程中においていかなる違いも観察されなかった。ファイバー強化サンプルについては、スランプ及び圧縮強度の改善があった（表１を参照されたい）。実際の作業性にはいかなる違いもみられなかったが、より高いスランプ性は、処理ファイバー（ＴＦ１）強化コンクリートがよりよい流動性をもつことを示唆し、さらに、コンクリートを同じスランプ性で比較した場合、さらなる強度の改善が観測される。
【０１１１】
【表１】
2005536431.tif 000008
【０１１２】
この改善は、時間に対する圧縮強度の差をプロットすることによって図１（Ｆｉｇｕｒｅ１）に図示される。しかし、さらなる試験がスランプデータを再現しなかったことを記しておくべきだろう。
【０１１３】
（例１５：ＮａＯＨを用いたファイバーのアルカリ安定性の決定）
セメント配合物のアルカリ環境（刊行物セクション中の参考文献４を参照されたい）をシミュレートするために、比較の（ＳＳＫ）及び処理された（ＴＦ１）ファイバーを水に浸漬し、さらに１Ｎ  ＮａＯＨ中に室温で夜通し浸漬し、ＴＡＰＰＩ法Ｔ２３０に示された手順によって測定される粘度について試験した。この粘度はまた、The Chemistry and Processing of Wood and Plant Fibrous Materials, J. F., Phillips, G. O., Williams, P. A. (eds.), Morton, J. H. によるChapter 15, Woodhead Publishing Ltd., Cambridge, Eng., 1996 に発表された銅エチレンジアミン（ＣＥＤ）のための下記式に基づき、重合度ＤＰｗに変換した。
【０１１４】
【数７】
2005536431.tif 000009
【０１１５】
に基づく
粘度安定性比（ＶＳＲ）は、アルカリ処理後の粘度を水処理後の粘度で割り算することによって決定される。ＤＰ安定性比（ＤＰＳＲ）は同じ方法で計算される。結果については表２を参照されたい。より少ない粘度低下（すなわち少ないＤＰ低下）は、本発明のファイバー中のセルロースがアルカリで引き起こされる分解から良く保護されていることを示唆する。
【０１１６】
【表２】
2005536431.tif 000010
【０１１７】
（例１６：Ｃａ（ＯＨ）２を用いた、ファイバーのアルカリ安定性の決定）
比較の（ＳＳＫ）及び処理された（ＴＦ１及びＴＦ２）ファイバーを、室温で２４時間、３種の溶液：水道水、１Ｎ  ＮａＯＨ、及び飽和Ｃａ（ＯＨ）２の中に浸し、ＴＡＰＰＩ法Ｔ２３１に基づくゼロ・スパン引っ張りについて試験したが、ここでは用いたコンシステンシーは２０％であり、かつファイバーは覆いをしていないビーカー中に置くかわりにシールドバッグ中に保管した。
【０１１８】
ゼロ・スパン測定は、ＴＡＰＰＩ法Ｔ２３１に基づく手順において、プルマック（Ｐｕｌｍａｃ）ゼロ・スパン引っ張り試験機を使用することによって行ったが、ここで用いたクランピング圧は、最適化する前の、プルマックから受領したときの装置のクランピング圧だった。ゼロ・スパン安定性比（ＺＳＳＲ）は、アルカリ処理後のゼロ・スパン破壊荷重を水処理後のゼロ・スパン破壊荷重で割り算することによって決定される。ゼロ・スパン引っ張り試験は個々のファイバーの破壊荷重を予測するので、これらのデータはファイバーＴＦ１及びＴＦ２が、未処理ファイバーよりも小さな強度悪化しか受けないことを明確に示している。結果については表３を参照されたい。
【０１１９】
【表３】
2005536431.tif 000011
【０１２０】
両者ともＮａＯＨ処理で、ＳＳＫに対するＺＳＳＲをＴＦ１と比較すると、０．９４のＳＳＫに対するＺＳＳＲから、ＴＦ１の１．０４への増加があり、１０．６％の増加である。ＴＦ２に対しては、ＺＳＳＲの増加は１２．８％である。ＳＳＫと比較したＴＦ２に対しては、両者とも水酸化カルシウムで処理した場合、ＺＳＳＲの増加は１９．４％である。
【０１２１】
（ファイバーのアルカリ安定性への養生の効果）
比較の（ＳＳＫ）及び処理された（ＴＦ１）ファイバーを、室温で様々な時間のインターバルに対して１Ｎ  ＮａＯＨ及び飽和Ｃａ（ＯＨ）２にさらし、そしてＴ２３１ｃｍ−９６に記載されているようにしてゼロ・スパン引っ張りについて試験した。結果を表４に示す。
ＺＳＳＲ値は、ＡＳＴＭ法Ｄ６９４２−０３によって集めたデータから決定した。
【０１２２】
表４の結果は、未処理ファイバーで作ったセメント質材料と比較したゼロ・スパン引っ張りによって測定されるように、処理されたファイバーで作った本発明のセメント質材料は、ファイバー強度の改善された保持率によって特徴づけられることを明確に示している。この効果は、６つの時間インターバルに対する妥当な平均ＺＳＳＲ値を比較することによって、最も容易に理解される。
【０１２３】
【表４】
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【０１２４】
ＴＦ１に対する異なる時間インターバルにわたる６つの測定の平均とＳＳＫとの比較は、両者ともＮａＯＨで処理された場合に、１３．１％のＺＳＳＲの増加を示す。
【０１２５】
（例１８：ＦＲＣの凍結・融解性能へのファイバー処理の影響）
繊維強化コンクリートをＳＳＫ及びＴＦ１から調製し、さらにＡＳＴＭ  Ｃ６６６にしたがって、凍結・融解性能について試験した。結果を表５に示す。耐久性因子の改善が、９５％の信頼性のレベルで明らかであることが発見された。
【０１２６】
【表５】
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【０１２７】
本発明は、本明細書に記載された具体的態様によって範囲が制限されるものではない。実際に、本明細書に記載したものに加えて、本発明の様々な変形が、前述の記載及び付随する図から当業者に明らかになる。そのような変形は、添付されたクレームの範囲内に入るものである。
さらに、全ての値は概略のものであり、説明のために提供されることが理解されるべきである。
特許、特許出願、刊行物、製品説明、及び手順は、本出願を通して引用され、この開示は全ての目的に対してそれらの全てを本明細書中に援用する。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】処理ファイバー１（ＴＦ１）強化コンクリートの強度の改良を、時間経過に対する圧縮強度の変化として示すグラフ
【図２】電界放射型ＳＥＭで４５００Ｘの倍率における、処理されたファイバー１（ＴＦ１）の低電圧走査型電子顕微鏡写真
【図３】電界放射型ＳＥＭで６０００Ｘの倍率における、処理されたファイバー１（ＴＦ１）の低電圧走査型電子顕微鏡写真
【図４】電界放射型ＳＥＭで４５００Ｘの倍率における、未処理ファイバーの低電圧走査型電子顕微鏡写真
【図５】電界放射型ＳＥＭで６０００Ｘの倍率における、未処理ファイバーの低電圧走査型電子顕微鏡写真
【図６】１２０００Ｘの倍率における、未処理ＳＳＫ対照ファイバーの透過型電子顕微鏡写真
【図７】３００００Ｘの倍率における、処理されたファイバー（ＴＦ１）の透過型電子顕微鏡写真
【図８】２０００Ｘの倍率における、処理されたファイバー１（ＴＦ１）の切断面の透過型電子顕微鏡写真
【図９】２００００Ｘの倍率における、処理されたファイバー２（ＴＦ２）の透過型電子顕微鏡写真
【図１０】２５００Ｘの倍率における、処理されたファイバー２（ＴＦ２）の切断面の透過型電子顕微鏡写真
【図１１】１００Ｘの倍率における、ＴＦ１で強化されたコンクリートの走査型電子顕微鏡写真
【図１２】１００Ｘの倍率における、ＴＦ１で強化されたコンクリート中のファイバー被覆の走査型電子顕微鏡写真
【図１３】７００Ｘの倍率における、コンクリートの破損によるＴＦ１のファイバー破壊の走査型電子顕微鏡写真
【図１４】１５００Ｘの倍率における、ＴＦ１で強化されたコンクリートの走査型電子顕微鏡写真
【図１５】３００Ｘの倍率における、合成ポリプロピレンファイバーで強化されたコンクリートの走査型電子顕微鏡写真
【図１６】１６０Ｘの倍率における、ＴＦ１で強化されたコンクリートの走査型電子顕微鏡写真
【図１７】６０Ｘの倍率における、合成ポリプロピレンファイバーで強化されたコンクリートの走査型電子顕微鏡写真
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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