(57)【要約】  本発明は、高弾性ポリオレフィンモノフィラメント繊維から少なくとも部分的に製造された布で補強されたセメント質物品に関する。好ましくは、ポリプロピレンモノフィラメント糸は、少なくとも１００ｇ／デニールの３％割線弾性率を有する。高弾性ポリプロピレン布は、セメント質複合材料中に存在するアルカリ性条件に固有耐性を有し、低い破断点伸びをも有する。高弾性ポリプロピレンは、所望の延伸比を得る工程を容易にするために成核剤を含有していてもよい。
2007523779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
補強セメント質物品であって、該物品が少なくとも１つの布層によって補強され、該布層が少なくともある種の連続ポリプロピレンモノフィラメント糸を有する物品。
【請求項２】
補強セメント質物品であって、該物品が少なくとも１つの布層によって補強され、該布層が少なくともある種の連続ポリプロピレンモノフィラメント糸を有し、該糸が少なくとも１００ｇ／デニールの３％割線弾性率を有する物品。
【請求項３】
連続ポリプロピレンモノフィラメント糸が、少なくとも１２０ｇ／デニールの３％割線弾性率を有する請求項２に記載の補強物品。
【請求項４】
連続ポリプロピレンモノフィラメント糸が、少なくとも１５０ｇ／デニールの３％割線弾性率を有する請求項３に記載の補強物品。
【請求項５】
布が、二方向布および多方向布から成る群から選択される請求項２に記載の補強物品。
【請求項６】
布が、織布、たて編み布、よこ糸挿入たて編み布、クロスプライ布、ステッチボンド布、接着結合布および熱的結合布から成る群から選択される請求項５に記載の補強物品。
【請求項７】
布が二方向スクリムである請求項５に記載の補強物品。
【請求項８】
二方向スクリムが、平織り、からみ織り、綾織りおよび朱子織りから成る群から選択される織り構造を有する請求項７に記載の補強物品。
【請求項９】
二方向スクリムが、４〜２５たて糸／インチ、および４〜２５よこ糸／インチを有する請求項７に記載の補強物品。
【請求項１０】
二方向スクリムが、６〜２０たて糸／インチ、および６〜２０よこ糸／インチを有する請求項９に記載の補強物品。
【請求項１１】
二方向スクリムが、８〜１５たて糸／インチ、および８〜１５よこ糸／インチを有する請求項１０に記載の補強物品。
【請求項１２】
布が、多軸たて編み布、三方向織布、クロスプライ布、ステッチボンド布、接着結合布および熱的結合布から成る群から選択される多方向布である請求項５に記載の補強物品。
【請求項１３】
二方向スクリムがたて糸およびよこ糸を有し、該たて糸が１５０デニール〜２０００デニールの範囲のデニールを有し、該よこ糸が１５０デニール〜２０００デニールの範囲のデニールを有する請求項７に記載の補強物品。
【請求項１４】
たて糸が５００デニール〜１２００デニールの範囲のデニールを有し、よこ糸が５００デニール〜１２００デニールの範囲のデニールを有する請求項１３に記載の補強物品。
【請求項１５】
たて糸が５００デニール〜８００デニールの範囲のデニールを有し、よこ糸が５００デニール〜８００デニールの範囲のデニールを有する請求項１４に記載の補強物品。
【請求項１６】
二方向スクリムがたて糸およびよこ糸を有し、該たて糸および該よこ糸の一方だけが、連続ポリプロピレンモノフィラメント糸を有し、該糸が少なくとも１００ｇ／デニールの３％割線弾性率を有する請求項７に記載の補強物品。
【請求項１７】
二方向スクリムがたて糸およびよこ糸を有し、少なくとも１００ｇ／デニールの３％割線弾性率を有する連続ポリプロピレンモノフィラメント糸が１つの方向だけに存在し、異なる種類の糸が反対方向に存在し、該反対方向の糸が、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、セラミック、ナイロン、ガラス繊維、玄武岩、炭素、アラミド、鋼、ＰＶＡおよびそれらの組合せから成る群から選択される種類である請求項７に記載の補強物品。
【請求項１８】
二方向スクリムがたて糸およびよこ糸を有し、該たて糸および該よこ糸の少なくとも一方が、少なくとも１００ｇ／デニールの３％割線弾性率を有する連続ポリプロピレンモノフィラメント糸と、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、セラミック、ナイロン、ガラス繊維、玄武岩、炭素、アラミド、鋼、ＰＶＡおよびそれらの組合せから成る群から選択される種類の糸との交互パターンを有する請求項７に記載の補強物品。
【請求項１９】
布が三方向スクリムである請求項５に記載の補強物品。
【請求項２０】
三方向スクリムが、４×２×２から１８×９×９までの構成を有する請求項１６に記載の補強物品。
【請求項２１】
三方向スクリムが、６×３×３から１２×６×６までの構成を有する請求項２０に記載の補強物品。
【請求項２２】
補強される物品が、パネル、ボード、プレキャストスラブ、フラットスラブ、カラム、定断面物品、プレストレストコンクリート、構造部材、装飾部材、セメント質床材、カウンタートップ、注入セメント質基礎、セメント質壁、屋外取付けおよび仕上げ系、屋根瓦および敷板システム、およびセメント質道路から成る群から選択される請求項２に記載の補強物品。
【請求項２３】
補強される物品がセメントパネルである請求項２２に記載の補強物品。
【請求項２４】
少なくとも２つの布層が存在する請求項２に記載の補強物品。
【請求項２５】
連続ポリプロピレンモノフィラメント糸が、少なくとも３％の伸び率を有する請求項２に記載の補強物品。
【請求項２６】
連続ポリプロピレンモノフィラメント糸が、１０％以下のポリエチレンを含有する請求項２に記載の補強物品。
【請求項２７】
連続ポリプロピレンモノフィラメント糸が、ジベンジリデンソルビトール(ＤＢＳ)；１,３：２,４-ビス(ｐ-メチルベンジリデン)ソルビトール(ｐ-ＭＤＢＳ)；１,３：２,４-ビス(３,４-ジメチルベンジリデン)ソルビトール(３,４-ＤＭＤＢＳ)；[２.２.１]ヘプタン-ビシクロジカルボン酸；安息香酸ナトリウム；タルク；ナトリウム２,２'-メチレン-ビス-(４,６-ジ-tert-ブチルフェニル)ホスフェート；およびそれらの混合物から成る群から選択される少なくとも１つの成核剤を含有する請求項２に記載の補強物品。
【請求項２８】
補強セメントパネルであって、下記の層を含んで成るパネル：
セメント質材料のコア層；および
セメント質材料の該コア層の１つの面に隣接して配置された補強布の第一層であって、該第一層が、複数のたて糸に交差する複数のよこ糸を有し、該よこ糸および該たて糸の少なくともいくつかが、少なくとも部分的に有核ポリプロピレン繊維から製造されている第一層。
【請求項２９】
セメント質材料のコア層の反対面に隣接する補強布の第二層をさらに有する請求項２８に記載の補強セメントパネル。
【請求項３０】
よこ糸およびたて糸が１００％有核ポリプロピレン繊維から製造されている請求項２８に記載の補強セメントパネル。
【請求項３１】
補強布が二方向性である請求項２８に記載の補強セメントパネル。
【請求項３２】
よこ糸およびたて糸が、約１５０〜２０００デニールのデニール範囲である請求項２８に記載の補強セメントパネル。
【請求項３３】
補強布が三方向性である請求項２８に記載のセメントパネル。
【請求項３４】
補強布が、たて方向に４〜１８本／インチ、およびよこ方向に２×２〜９×９本／インチの布構成を有する請求項３２に記載のセメントパネル。
【請求項３５】
よこ糸およびたて糸が、有核ポリプロピレン繊維と、ポリエステル、炭素、ポリアミド、ポリオレフィン、セラミック、ナイロン、ガラス繊維、玄武岩、アラミド、ＰＶＡ、鋼およびそれらの組合せから成る群から選択される繊維との組合せから製造されている請求項２８に記載のセメントパネル。
【請求項３６】
よこ糸およびたて糸が、接着剤によって結合されている請求項２８に記載のセメントパネル。
【請求項３７】
成核化合物が、ジベンジリデンソルビトール(ＤＢＳ)；１,３：２,４-ビス(ｐ-メチルベンジリデン)ソルビトール(ｐ-ＭＤＢＳ)；１,３：２,４-ビス(３,４-ジメチルベンジリデン)ソルビトール(３,４-ＤＭＤＢＳ)；[２.２.１]ヘプタン-ビシクロジカルボン酸；安息香酸ナトリウム；タルク；ナトリウム２,２'-メチレン-ビス-(４,６-ジ-tert-ブチルフェニル)ホスフェート；およびそれらの任意の混合物から成る群から選択される請求項２８に記載の補強セメントパネル。
【請求項３８】
成核化合物が３,４-ＤＭＤＢＳである請求項３６に記載の補強セメントパネル。
【請求項３９】
補強セメントパネルであって、下記の層を含んで成るパネル：
セメント質材料のコア層；および
セメント質材料の該コア層の１つの面に隣接して配置された補強布の第一層であって、該第一層が、複数のたて糸に交差する複数のよこ糸を有し、該複数のよこ糸の少なくともいくつかが有核ポリプロピレン繊維から製造され、該複数のたて糸が第二繊維から製造されている第一層。
【請求項４０】
セメント質材料のコア層の反対面に隣接する補強布の第二層をさらに有する請求項３８に記載の補強セメントパネル。
【請求項４１】
第二繊維が、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、セラミック、ナイロン、ガラス繊維、玄武岩、炭素、アラミド、ＰＶＡ、鋼およびそれらの組合せから成る群から選択される請求項３８に記載の補強セメントパネル。
【請求項４２】
成核化合物が、ジベンジリデンソルビトール(ＤＢＳ)；１,３：２,４-ビス(ｐ-メチルベンジリデン)ソルビトール(ｐ-ＭＤＢＳ)；１,３：２,４-ビス(３,４-ジメチルベンジリデン)ソルビトール(３,４-ＤＭＤＢＳ)；[２.２.１]ヘプタン-ビシクロジカルボン酸；安息香酸ナトリウム；タルク；ナトリウム２,２'-メチレン-ビス-(４,６-ジ-tert-ブチルフェニル)ホスフェート；およびそれらの任意の混合物から成る群から選択される請求項３８に記載の補強セメントパネル。
【請求項４３】
成核化合物が３,４-ＤＭＤＢＳである請求項４１に記載の補強セメントパネル。
【請求項４４】
補強セメントパネルであって、下記の層を含んで成るパネル：
セメント質材料のコア層；および
セメント質材料の該コア層の１つの面に隣接して配置された補強布の第一層であって、該第一層が、複数のたて糸に交差する複数のよこ糸を有し、該よこ糸または該たて糸の少なくとも一方が、有核ポリプロピレン繊維と第二繊維との交互の糸を有する第一層。
【請求項４５】
セメント質材料のコア層の反対面に隣接する補強布の第二層をさらに有する請求項４２に記載の補強セメントパネル。
【請求項４６】
第二繊維が、ポリエステル、ポリアミド、炭素、ポリオレフィン、セラミック、ナイロン、ガラス繊維、玄武岩、アラミド、ＰＶＡ、鋼およびそれらの組合せから成る群から選択される請求項４２に記載の補強セメントパネル。
【請求項４７】
成核化合物が、ジベンジリデンソルビトール(ＤＢＳ)；１,３：２,４-ビス(ｐ-メチルベンジリデン)ソルビトール(ｐ-ＭＤＢＳ)；１,３：２,４-ビス(３,４-ジメチルベンジリデン)ソルビトール(３,４-ＤＭＤＢＳ)；[２.２.１]ヘプタン-ビシクロジカルボン酸；安息香酸ナトリウム；タルク；ナトリウム２,２'-メチレン-ビス-(４,６-ジ-tert-ブチルフェニル)ホスフェート；およびそれらの任意の混合物から成る群から選択される請求項４２に記載の補強セメントパネル。
【請求項４８】
成核化合物が３,４-ＤＭＤＢＳである請求項４５に記載の補強セメントパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照により全体として本明細書に組み入れられる米国特許出願第１０／７８６２７２号(発明の名称：「Fabric Reinforced Cement」、出願日：2004年2月25日)の一部継続出願である。
本発明は、一般的には補強セメント質物品、特に、高アルカリ性条件に固有耐性である高弾性ポリプロピレン糸を有する布で補強されたセメント質の物品、パネル、複合材料およびボードに関する。
【背景技術】
【０００２】
セメント質の物品、複合材料、ボードおよびパネルに補強材を使用することは、セメントおよび建設工業において周知である。一般に、セメントは、圧縮下に強い傾向があるが、引張力、剪断力、屈曲力、硬化力または収縮力下に、亀裂および破壊する傾向がある。例えば、アスファルト型セメント質材料を使用した道路は経時劣化し、その結果、反射亀裂(reflective cracking)、わだち掘れ(rutting)、および信号機における巻き取り(rolling up)によるポットホールを生じる。種々のタイプの補強材が、そのような道路をより耐久性にするために使用されている。
【０００３】
他のセメント質物品、例えば、カラム、フラットスラブ、セメント質ボードまたはプレキャストスラブ、タイル、および定断面物品、例えばパイプは、使用応力、地震活動、または物品の製造中または設置中の乱暴な取扱いによって、経時劣化する。これらの物品は、それらの目的とする使用のために、充分な機械的特性を付与する補強材を必要とする場合がある。特に、タイル下葺、外部断熱および仕上げシステム(exterior insulation and finish systems)(ＥＩＦＳ)に一般に使用されるセメント質パネルまたはボード、またはプレキャストスラブは、表面材料の１つまたはそれ以上の層の間に挿入された、セメント質材料から形成されたコアを含有する場合がある。使用される表面材料は、高強度、高弾性率および軽量という特徴を一般に有し、曲げ強度、衝撃強度および引張り強度をセメント質複合ボードに与え、それによって、設置前または設置中に亀裂を生じずに取り扱うことができる。
【０００４】
セメント質物品を補強するために選択される技術は、物品の機能に依存するが、鋼、炭素、ガラス繊維、合成熱可塑性ステープルファイバー[オレフィン、ポリエステル、アミド、ポリビニルアルコール(ＰＶＯＨ)およびポリビニルアセテート(ＰＶＡ)を包含する]の使用を含むことができる。これらの適用のために、補強材を、連続ロッド、メッシュ、布および／またはチョップトファイバーとして組み込む。いくつかの適用は、靱性、耐久性および衝撃強度を向上させ、収縮を減少させ、硬化中の亀裂を防止するために、チョップトファイバーだけを必要とする。しかし、多くの適用は、セメント質複合材料に向上した引張り特性および曲げ特性を与えるために、連続フィラメントを必要とする。大部分のセメント質物品は、極めて低い引張り伸びにおいて、亀裂および破壊する傾向があるので、補強材は、セメント質物品を効果的に補強するために、低い伸びにおいて、高い引張り弾性率または高い引張り強度を有していなければならない。
【０００５】
性能および相対的経済性の両方によって選択されている主要な補強材は、鋼およびガラス繊維である。残念なことに、これらの材料は重大な欠点を有する。即ち、それらが補強材として機能すべき環境に置かれた際に、腐食または劣化する傾向がある。鋼から製造された補強材は、腐食を受けやすく、それによって、セメント質物品を崩壊および劣化させる「スパリング」作用を生じうる。一方、ガラス繊維は、ポルトランドセメントのような一般的なセメントをそれらの硬化中に水と混合した場合に生じるアルカリ性環境において、強度損失を受けやすい。
【０００６】
これらの問題を防止するために、補強材の耐用年数の間の強度を維持しうるように、これらの補強材上に特殊被覆剤が必要とされる。例えば、鋼鉄棒をエポキシドで被覆して、鋼棒の腐食を防止する。しかし、第一に、鋼に均一な被膜を与えることは極めて困難であり、しかも、セメント質物品製造の間の乱暴な鋼の取扱いによって被膜が損傷しやすい。被膜におけるどのような欠陥も、標準以下の性能または破損(例えば亀裂または破断)を有する物品部分を生じうる。
【０００７】
ガラス繊維も、セメント質複合材料に使用される場合に、その強度を保護するために被覆される。例えば、セメント質ボードは、保護ポリ(ビニルクロリド)(ＰＶＣ)被覆剤で被覆されたガラス繊維布補強構造物を一般に含有する。プラスチゾルとして一般に適用されるＰＶＣ被覆剤は、セメント質物品の硬化の間に遭遇するアルカリ性条件への暴露によって生じる劣化から、ガラス繊維糸および布を保護するために必要とされる。被膜におけるどのような欠陥(通常の被覆法によって、ＰＶＣ被覆剤を使用した場合でも生じうる)も、アルカリ攻撃可能部位を生じ、これは、セメント質物品を硬化するために熱を適用した場合に加速することができる。均一な保護被膜を得ることは困難なので、ガラス繊維の強度損失が予想される。実際に、セメント質ボードのガラス補強材の規格書は、特定のガラス繊維補強材についてどのくらいの強度損失が許容されるかを示している。従って、非被覆部位または部分被覆部位で生じうるガラス繊維の潜在的劣化を補うために、多くの場合、過剰のガラス繊維を含有させて、セメント物品の寿命にわたって最低必要強度を確実にしている。
【０００８】
一般的なポリプロピレン布は、セメント質材料に存在するアルカリ性条件に固有耐性であり、腐食しないが、セメント質の物品、パネル、複合材料およびボードの引張り補強材として使用するのに充分な引張り弾性率ではない。それらは、従来技術において、硬化の間の亀裂を減少させるために、一般にステープル形態でのみ使用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、保護被膜を含む必要性を最小限にするかまたはそれをなくし、しかも、他の表面材料の有利な特徴を維持する、経済的な、高弾性布によって補強された、向上したセメント質の物品、複合材料、パネルまたはボードが現在も必要とされている。即ち、本発明は、特殊な高弾性ポリプロピレン糸(それらの化学的性質により、アルカリ性媒体に耐性である)から製造された布の使用によって補強されたセメント質物品に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、補強材が、固有アルカリ耐性を有する高弾性ポリプロピレンモノフィラメント布である補強セメント質物品、複合材料、パネルまたはボードに関する。ポリプロピレンは固有に耐アルカリ性および耐腐食性であるので、セメント質複合材料において硬化後の布の引張り特性減少は、ほとんどないかまたは全くない。
【００１１】
セメント質物品または複合材料の１つの例は、高弾性モノフィラメント布で補強されたセメントパネルである。該セメントパネルは、セメント質組成物から形成されたコア層を有する。１つの態様において、コア層は、１つまたは２つの面において、高弾性補強ポリプロピレンモノフィラメント布の層で被覆され、各布層は、コア層の上部および下部において、セメント質材料の被膜によってコアに結合されている。セメントパネルの縁領域において、１つの面の布層を、反対側の面の布層に重ねて、これらの領域の強度を増加させることができる。
【００１２】
補強セメント質物品の他の例は、下記の物品である：ＥＩＦＳ(外部断熱および仕上げシステム)、プレキャストセメント質壁および構造物、プレストレストコンクリート、構造および装飾部材、セメント質床材、カウンタートップ、打抜または圧延装飾用品、薬品または水タンク、注入セメント質基礎(poured cementitious foundations)、屋根瓦および敷板システム、および道路下張り。鋼鉄棒のような補強材は、基礎構造物の長期サポートのために一般に使用されるが、高弾性ポリプロピレンモノフィラメント布は、初期硬化の間の亀裂防止補強材として使用でき、かつ、他の構造補強部材(例えば、ガラス繊維または鋼)を補足するために使用できる。
【発明の効果】
【００１３】
本明細書に記載する本発明物品の特徴は、セメント質の物品、複合材料、パネルまたはボード用の補強スクリムまたは布を構成するために、高弾性ポリプロピレンモノフィラメント糸を使用することである。ポリプロピレン(固有耐アルカリ性材料)の使用は、補強糸における保護被膜の必要性を最小限にするかまたは完全に除去する。さらに、高弾性ポリプロピレンモノフィラメントの使用は、他の補強材、例えばガラス繊維または鋼と同様の高い引張り弾性率および低い伸びを生じるが、総物品重量はかなり低い。
【００１４】
高弾性モノフィラメントポリプロピレン布は、ガラス繊維(約１％〜３％の伸びで破断する)より高い伸び(約３％〜９％)で破断し、ガラス繊維に匹敵する引張り強度を与え、かつ、ガラス繊維のみの使用で得られるよりも高い耐衝撃性をセメント質複合材料に与える。セメント質パネルまたはボードのような特定の態様において、高弾性モノフィラメントポリプロピレン布の弾性率は、セメントの弾性率と同様であり、従って、セメントボードまたはパネルは、脆性すぎるかまたは可撓性すぎる結果として破損する可能性が低い。
【００１５】
さらに、ポリプロピレンはガラス繊維よりアルカリ攻撃に耐性であるので、補強布は、物品の寿命の間に、アルカリ性条件においてほとんど劣化しない。その結果、セメント質ボードのアルカリ性条件においてかなり劣化する被覆ガラス繊維のような補強材と比較して、パネルの補強において、より少ない高弾性ポリプロピレン繊維を使用することができる。
【００１６】
さらに、市販されている他のポリプロピレン補強製品と比較して、本明細書に開示するより低い収縮性のモノフィラメント糸は、特定のセメント硬化工程の間に経験するような高温において、その高弾性特性をよりよく維持する。現在の補強布のより高い伸びに関するもう１つの利点は、セメント質物品がひび割れた場合でも、補強布は該物品を保持して、バラバラに砕けるのを防止しうることである。ポリプロピレン補強スクリムまたは布は３％〜９％の伸びで破断するが、ボード用途に使用されている補強スクリムは、引張り弾性率がボード重量を支えるのに充分に高いので破断しない。これに対して、約３％の伸びにおいて、ガラス繊維補強材は破断し、ボードがポキリと折れてしまう。ポリプロピレン補強布は破断しないので、セメントボードに亀裂がある場合でも、セメントボードを取扱うことができ、適用において潜在的に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本明細書に記載されている全ての特許および出願は、全体として、参照により本明細書に組み入れられる。
本発明は、セメント質の物品、複合材料、パネルおよびボード用の、高弾性ポリオレフィンモノフィラメント糸を含有する布補強材に関する。高弾性モノフィラメント糸は、ポリオレフィンに基づき、主にポリプロピレンから成る。高弾性糸は、本明細書の開示に従って製造され、場合により、成核剤を含有していてよい。
【００１８】
「ポリプロピレン」という用語は、プロピレンモノマーを、単独で含んで成るか、あるいは、他のランダムに選択され配向されたポリオレフィン、ジエンまたは他のモノマー(例えば、エチレン、ブチレンなど)との混合物としてまたはコポリマーにおいて含んで成る任意のポリマー組成物を包含することが意図される。また、該用語は、構成モノマーの種々の配置および配列(例えば、シンジオタクチック、アイソタクチックなど)をも包含する。例えば、繊維に適用した場合、該用語は、延伸ポリマーの実際の長いストランド、テープ、糸などを包含することが意図される。ポリプロピレンは、任意の標準メルトフロー(試験による)であってよいが、標準繊維グレードポリプロピレン樹脂は、約２〜５０のメルトフローインデックス範囲を有する。好ましい範囲は約２〜約３５であり、より好ましい範囲は約２〜約１２であり、最も好ましい範囲は約２〜約６である。ポリプロピレンと、好ましくは１０％未満、より好ましくは５％未満、最も好ましくは２％未満のポリエチレンとのブレンドが好都合であると考えられる。
【００１９】
「成核剤」、「成核化合物」および「核剤」という用語は、溶融状態から固体冷却構造物への転移の間にポリプロピレン結晶のための核形成部位を生じるポリプロピレンへの任意の添加剤(単独かまたは組合せ)を一般に包含する。
【００２０】
「機械延伸」、「機械的に延伸された」などの用語は、繊維に伸張力を加えて、その中のポリマーを引き伸ばすことを基本的に含む任意の数の手順を包含するものとする。そのような手順は、ゴデットロール、ニップロール、スチームカン(steam cans)、熱または冷ガスジェット(空気または蒸気)および他の機械的手段を包含するがそれらに限定されない任意の数の装置を使用して行うことができる。
【００２１】
糸
好ましい糸は、Morinらの米国特許第６７５９１２４号、および米国特許出願第１０／４４３００３号に開示されている熱可塑性(特にポリプロピレン)モノフィラメント糸である。そのような繊維は、１つの好ましい態様において、特定の種類の成核剤を含有しうる熱可塑性樹脂の押出しによって製造される。そのような成核剤を任意に含有する繊維は、高速で延伸することができ、それによって、これまでに製造された他の押出し熱可塑性モノフィラメントポリプロピレン繊維、特に、商業条件下に製造されたもの、および極めて低い収縮率も同時に示すものより、靱性および弾性率がかなり高くなるようにすることができる。この繊維(好ましくは、ポリプロピレンから製造)を、充分に高い延伸比に機械的に延伸して、１００ｇ／デニールより大きい、より好ましくは１２０ｇ／デニールより大きい、最も好ましくは１５０ｇ／デニールより大きい３％割線弾性率を生じさせる。
【００２２】
一般的に言えば、本明細書に記載する成核化合物は、充分な熱を適用してペレット化ポリマーを溶融させ、該ポリマーを延伸してポリマー鎖を配向させ、次に、そのような配向ポリマーを冷却した後に、標的熱可塑性物質内においてポリマー結晶の核となるあらゆる構造物を包含する。成核化合物は、成核剤を使用しない同じ熱可塑性物質より高い温度で冷却する間に、ポリマー結晶化を生じさせる。そのような方法において、「剛性化」(rigidifying)成核化合物は、熱可塑性物質の結晶成長のための核形成部位を与える。
【００２３】
好ましい成核化合物は、ジベンジリデン-ソルビトール型を包含し、下記化合物を包含するがそれらに限定されない：ジベンジリデンソルビトール(ＤＢＳ)、モノメチルジベンジリデンソルビトール、例えば１,３：２,４-ビス(ｐ-メチルベンジリデン)ソルビトール(ｐ-ＭＤＢＳ)、ジメチルジベンジリデンソルビトール、例えば１,３：２,４-ビス(３,４-ジメチルベンジリデン)ソルビトール(３,４-ＤＭＤＢＳ)；ならびに、それほど好ましくない化合物、例えば、[２.２.１]ヘプタン-ビシクロジカルボン酸、安息香酸ナトリウム、タルク、および特定のナトリウムおよびリチウム燐酸塩、例えばナトリウム２,２'-メチレン-ビス-(４,６-ジ-tert-ブチルフェニル)ホスフェート。
【００２４】
他の態様において、糸は、前記と同様であるが成核剤は含有しないモノフィラメント熱可塑性繊維を包含する。この繊維(好ましくは、ポリプロピレンから製造)を充分に高い延伸比に延伸して、１００ｇ／デニールより大きい、より好ましくは１２０ｇ／デニールより大きい、最も好ましくは１５０ｇ／デニールより大きい３％割線弾性率を生じさせる。モノフィラメントをこのような高度に延伸した場合、過延伸の特徴を示す場合が多い。例えば、モノフィラメントポリプロピレン繊維が、繊維内に発生した小さいフィブリル化または空洞によって不透明になる。このような理由から、そのような糸は、不透明繊維を製造するために添加されることが多い二酸化チタンのような顔料不透明剤を含有する必要がない。
【００２５】
建築およびセメント質用途に使用される一般的なポリプロピレンモノフィラメントステープルおよび連続繊維は、２０ｇ／デニール〜８０ｇ／デニールの３％割線弾性率値を有する。このポリプロピレンは、一般にセメント質物品に添加されて、機械的補強を付与するよりむしろ亀裂を減少させる。
【００２６】
前記の一般的なポリプロピレン繊維と異なり、本発明の糸の１つの好ましい態様は、少なくとも１つの成核化合物を含有するモノフィラメント熱可塑性ポリプロピレン繊維を含み、該繊維は、２７５°Ｆ(１３５℃)において多くて１０％の収縮率、および少なくとも１００ｇ／デニールの３％割線弾性率、および、任意に、少なくとも５ｇ／デニールの靱性測定値を示す。
【００２７】
他の好ましい態様において、これらの特定の物理的性質を満たす、成核剤不含ポリプロピレンモノフィラメント繊維を含む。そのような繊維は、任意の断面を有することができ、２つの一般的な断面は、円形断面および極めて細長い長方形断面である。
【００２８】
そのような高弾性ポリプロピレン繊維の製造法は、下記の逐次工程を含んで成る：
(ａ)少なくとも１つの成核化合物を任意に含有する熱可塑性樹脂の加熱配合物を、繊維に押出す工程；
(ｂ)工程(ａ)の繊維を、最少配向の固体繊維を生じる温度に直ちに急冷する工程；
(ｃ)該繊維を、２５０°Ｆ〜４５０°Ｆ(１２１℃〜２３２℃)、好ましくは３００°Ｆ〜４５０°Ｆ(１４９℃〜２３２℃)、最も好ましくは３４０°Ｆ〜４５０°Ｆ(１７１℃〜２３２℃)の温度に暴露しながら、個々の繊維を、少なくとも１０：１の延伸比で機械的に延伸し、それによって、その中のポリプロピレンの結晶配向を可能にする工程；および
(ｄ)任意に、配向した繊維を加熱硬化する工程。
【００２９】
好ましくは、工程(ｂ)は、高くて約２０３°Ｆ(９５℃)および低くとも約４１°Ｆ(５℃)、好ましくは４１°Ｆ(５℃)〜１４０°Ｆ(６０℃)、最も好ましくは５０°Ｆ(１０℃)〜１０４°Ｆ(４０℃)の温度(または、浴を約２５℃〜３０℃の温度で環境に単に順化させることによって、液体に関してできるだけ室温に近い温度)で行われる。急冷は、水のような高い熱容量を有する液体を使用することによって促進される。
【００３０】
加熱延伸工程[工程(ｃ)]の際に配向が達成され、これは、必要とされる標的繊維の強度および弾性率を与える。一般に、高延伸比は、製造中に繊維の破損を生じ、その結果、より高いコストおよびかなり長い製造時間(可能な場合)になる。しかし、高延伸比は、より高い引張り強度およびモジュラス強度(modulus strength)を生じることができる。
【００３１】
高延伸比に付す前に、少なくとも１つの成核化合物を熱可塑性樹脂に添加することは、成核化合物を使用せずに同様の条件下で得た繊維より、有意に少ない収縮を有する超高弾性モノフィラメント繊維の製造を可能にする。それにもかかわらず、成核化合物を使用せずに得た物質は、本明細書に記載する適用に必要とされる超高弾性モノフィラメント繊維を製造することに関して依然として有利である。
【００３２】
従って、連続法として、この方法は、製造中に繊維の破損を生じずに高延伸比を使用することを可能にすることによって、物理的特性において驚くほど優れた結果を生じる。そのような望ましい物理的特性を達成するために、延伸速度／線速度比は、少なくとも１０：１、好ましくは少なくとも１２：１、より好ましくは少なくとも１５：１、最も好ましくは少なくとも１８：１(即ち、押出し後の製造ラインを通る繊維の移動速度の１０〜１８倍)を超えるべきである。好ましくは、そのような延伸速度は４００〜２０００フィート／分であり、一方、先の繊維速度は約２０〜４００フィート／分であり、約１０：１〜約２０：１の２領域間の延伸速度比を生じる。これらの処理条件は、好ましい方法として、以下に詳しく記載する。
【００３３】
任意の最終加熱硬化[工程(ｄ)]は、押出しおよび延伸後に結晶質ポリプロピレン構造を所定の位置に「ロックする」(lock)温度で行われる。この加熱硬化工程は、一般に、１秒の何分の１(a portion of a second)〜場合によっては２分間にわたって継続される。加熱硬化温度は、延伸温度を超えるべきであり、好ましくは低くとも２６５°Ｆ(１２９℃)、より好ましくは低くとも約３００°Ｆ(１４９℃)、最も好ましくは低くとも約３５０°Ｆ(１７７℃)であり、４５０°Ｆ(２３２℃)の高温にしてもよい。
【００３４】
記載する全ての収縮値は、熱源への約５分間の繊維暴露時間に対応する。熱空気中約２７５°Ｆ(１３５℃)における繊維の熱収縮は、多くて１０％、好ましくは多くて７％、より好ましくは多くて５％、最も好ましくは多くて２％である。
【００３５】
モノフィラメント繊維に存在する成核剤の量は、加熱硬化後に所望の高延伸比および収縮率(前記)を与えるのに充分な量にすべきである。繊維内に使用するのに考えられる成核剤の量は、約０〜約５,０００ｐｐｍである。好ましくは、経済的理由から、使用される成核剤の量は、できるだけ少なく維持すべきであり、実際に、必要でない場合もある。しかし、特定の条件下に、成核剤の量は、好ましくは少なくとも５００ｐｐｍ〜多くて５０００ｐｐｍ(引張り強度維持のため)、より好ましくは少なくとも１０００ｐｐｍ〜４０００ｐｐｍ、最も好ましくは３０００ｐｐｍ以下である。
【００３６】
ポリプロピレン組成物(成核化合物含有)は、繊維に押出すために溶融させなければならない。成核化合物は、溶融状態からポリプロピレンを冷却したときに核形成部位を与えるが、これらの部位は、ポリプロピレン再結晶化の前に形成されなければならない。従って、そのような有利な作用および特性を示すあらゆる化合物が、この「成核剤」の定義に含まれる。そのような成核化合物は、より具体的には、ジベンジリデン-ソルビトール型を包含し、下記化合物を包含するがそれらに限定されない：ジベンジリデンソルビトール(ＤＢＳ)、モノメチルジベンジリデンソルビトール、例えば１,３：２,４-ビス(ｐ-メチルベンジリデン)ソルビトール(ｐ-ＭＤＢＳ)、ジメチルジベンジリデンソルビトール、例えば１,３：２,４-ビス(３,４-ジメチルベンジリデン)ソルビトール(３,４-ＤＭＤＢＳ)；ならびに、それほど好ましくない化合物、例えば、[２.２.１]ヘプタン-ビシクロジカルボン酸、安息香酸ナトリウム、タルク、および特定のナトリウムおよびリチウム燐酸塩、例えばナトリウム２,２'-メチレン-ビス-(４,６-ジ-tert-ブチルフェニル)ホスフェート。
【００３７】
一般的に言えば、そのような成核化合物に必要とされる選択基準は、粒度(標的樹脂と共に取扱い、混合し、組み込むのを容易にするために、低いほどよい)；標的樹脂への粒子分散性(最も有効な核形成特性を与えるため)；および核形成温度(即ち、溶融有核樹脂の示差走査熱量分析によって樹脂試料に関して測定される結晶化温度；そのような温度が高いほどよい)である。
【００３８】
標的溶融ポリプロピレン樹脂に優れた溶解性を示す(従って、繊維製造工程におけるその段階中に性質的に液体である)成核化合物は、最も有効な低収縮特性を与えることが確認されている。即ち、低置換ＤＢＳ化合物(ＤＢＳ、ｐ-ＭＤＢＳ、ＤＭＤＢＳを包含する)は、より少ない製造上の問題を生じると考えられ、しかも、完成ポリプロピレン繊維自体に低収縮の特性を与える。ｐ-ＭＤＢＳおよびＤＭＤＢＳが好ましいが、所望の定収縮条件を満たす種々の能力を有する任意の前記成核剤を、これらの繊維に使用してよい。そのような低収縮の特性、ならびに可能な官能的向上、処理の促進、またはより低いコストを得るために、そのような成核剤の混合物も処理中に使用することができる。
【００３９】
前記の化合物に加えて、安息香酸ナトリウム、およびナトリウム２,２'-メチレン-ビス-(４,６-ジ-tert-ブチルフェニル)ホスフェートも、一般的なポリプロピレン組成物(例えば、プラック、コンテナ、フィルム、シートなど)用の成核剤として周知である。その理由は、それらの化合物は、そのような目的のために優れた再結晶温度および極めて速い射出成形サイクル時間を示すからである。ジベンジリデン-ソルビトール型は、同じタイプの特性、ならびに優れた透明性を、そのような一般的なポリプロピレン成形品(プラック、シートなど)において示す。本明細書に開示する補強セメント質物品のために、ジベンジリデンソルビトール型が、標的ポリプロピレン繊維における成核化合物として好ましいことがわかった。
【００４０】
補強布またはスクリム
本明細書において使用される「スクリム」という用語は、基布または補強布として使用される開放構造を有する布であって、接着的または熱的に結合したレイドスクリム、織スクリム、よこ糸挿入たて編スクリム、多軸たて編スクリム、ステッチボンドスクリムまたはクロスプライスクリムとして製造しうる布を意味する。
【００４１】
本発明に使用される「モノフィラメント糸」は、セメント質材料が接着する極めて小さい表面積を有する平滑表面状態を一般に有する。さらに、セメント質材料は、一般に親水性であり、これも、疎水性であるポリプロピレンへの接着に影響を与える。これらの問題を解決する１つの方法は、布構造である。例えば、開放構造は、セメント質材料がそこを通って流れる近接糸間のスペースを与える。さらに、布構造は、糸の重なり(糸の隙間)箇所を与え、そこにセメントを組み込むことができ、セメント質材料と補強スクリムまたは布との機械的接着を与える。
【００４２】
ある場合には、閉鎖構造を有する布(即ち、近接平行糸が接している布)が好ましいこともある。より閉鎖的な構造は、スクリム布と比較して、セメント質物品のより強い機械的補強を生じると考えられる。一般に両方の布、特にスクリムは、より広い領域において、セメント質物品に適用される力を分散させることによって補強を与える。
【００４３】
第一の態様(図１に示す)において、補強布は、多数のたて糸と直角に交差する多数のよこ糸を有する二方向布またはスクリム支持体である。布は、織物におけるように、摩擦力によって結合させてよい。場合によっては、接着的に結合したレイドスクリムにおけるように、たて糸およびよこ糸をそれらの交点で、接着剤組成物によって結合させてよい。他の選択肢は、糸をそれらの交点において、よこ糸挿入たて編み布に使用されているようなニットステッチによって結合させることである。さらに、これらの布は、多層ラミネート構造によって製造することもでき、該構造において、接着ウェブ、接着フィルム、または不織接着キャリヤーの使用によって、(例えば、クロスプライ材料におけるように)、たて糸をよこ糸に接着させる。
【００４４】
図１に示すように、補強布２０は、糸を製織、たて編み、クロスプライ、ステッチボンドまたは接着結合することによって得られるような、平行なよこ糸２６の層、および平行なたて糸２８の層を有する二方向スクリムである。
【００４５】
必要とされるバイアス方向安定性、およびたて糸またはよこ糸けん縮における任意の制限に依存して、平織、からみ織、綾織、朱子織などを包含する多くの織り構造が考えられる。任意に、これらの糸を、接着剤、例えば、ポリビニルアルコール(ＰＶＯＨ)、アクリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルクロリド、ポリビニリデンクロリド、ポリアクリレート、アクリルラテックス、スチレンブタジエンゴム(ＳＢＲ)、エチレンビニルアセテート(ＥＶＡ)、プラスチゾルまたは任意の他の好適な接着剤によって結合させてよい。これらの糸を、任意に、熱的に結合させて、補強布を形成することができる。または、よこ糸挿入たて編み布で得られるように、ニットステッチによって、たて糸およびよこ糸をそれらの交点で付着させることができる。種々のステッチまたはステッチ配置を、安定性要求条件に依存して使用することができる。
【００４６】
好ましい布構成において、高弾性ポリプロピレンモノフィラメントから成るたて糸２８を、約４〜２５本／インチで配置し、高弾性ポリプロピレンモノフィラメントから成るよこ糸２６を、約４〜２５本／インチで配置する。より好ましい布構成は、たておよびよこ方向において６〜２０本／インチ、最も好ましくは８〜１５本／インチである。さらに、高弾性モノフィラメントたて糸２８およびよこ糸２６は、好ましくは、１５０〜２０００デニール／フィラメント、より好ましくは５００〜１２００デニール／フィラメント、最も好ましくは５００〜８００デニール／フィラメントのデニール範囲である。たて糸２８および／またはよこ糸２６(モノフィラメント、スパンまたはマルチフィラメント)のデニール、および１インチ当たりのたて糸２８および／またはよこ糸２６の数は、完成セメントパネル１０の強度および弾性率の要求条件を満たすために必要に応じて増加または減少しうると考えられる。
【００４７】
二方向スクリムは、相互に直角に置かれた２層の一重糸(single ply yarns)から形成することができる。モノフィラメント糸の各単一層は、それぞれ、フィルム、不織布、ホイルまたは布のようなキャリヤーシート上に置かれる。次に、単一層シートを互いに直角に配置し、固定して、二方向布を形成する。
場合により、自動糸分配システムを使用して、よこ糸を、たて糸シート上に機械的に配置させることができ、よこ糸は接着的または熱的にたて糸に結合される。
【００４８】
本明細書に記載する多くの布形成について、特に、モノフィラメントをねじれに暴露する場合、モノフィラメント糸は、布構成に組み込むことが困難であることが理解される。この問題を軽減するために、高弾性モノフィラメント糸をたて糸もしくはよこ糸またはそれらの両方に使用する場合、たて糸用ロールオフクリール、およびよこ糸組込み用ロールオフが必要であると考えられる。
【００４９】
第二の態様(図２に示す)において、補強布は、接着的に結合したレイドスクリムにおけるように、接着剤組成物によって結合されていてよい三方向(一般に「三軸」とも言われる)スクリム布である。または、スクリム布を、多軸たて編みにおけるように、ニットステッチによって結合させることもできる。三軸スクリムにおいて、上向き対角線スロープおよび下向き対角線スロープの両方を有する多数のよこ糸、ならびに多数の長手方向たて糸が存在する。クロスプライ材料も三軸であることができる。
【００５０】
図２は、第二の態様による補強布２０を示す。図示するように、補強布２０は、三方向または三軸スクリム布であり、該布は、織るか、編むか、または、図１に関して記載したような接着剤組成物によって、または熱的結合によって、結合させてよい。第一の態様(図１に示す)と同様に、補強布２０の任意の接着被覆剤を適用時に乾燥させて、補強布２０を安定化させる。さらに、熱的結合を使用することもできる。
【００５１】
三軸構成において、３組の糸が存在する。即ち、よこ糸２６の２つの組(上向き対角線スロープを有する第一の組、および下向き対角線スロープを有する第二の組)、およびよこ糸２６の第一組の上方、およびよこ糸２６の第二組の下方に位置しうる長手方向たて糸２８の組。三軸補強布２０の布構成の好ましい範囲は、約４×２×２(たて方向において４本／インチ；よこ方向の上向き対角線スロープにおいて２本／インチ；よこ方向の下向き対角線スロープにおいて２本／インチ)から１８×９×９までであり、最も好ましくは６×３×３から１２×６×６までである。さらに、高弾性モノフィラメントたて糸２８およびよこ糸２６は、好ましくは１５０〜２０００デニール／フィラメント、より好ましくは５００〜１０００デニール／フィラメント、最も好ましくは５００〜８００デニール／フィラメントである。
【００５２】
多軸編布も本発明に使用するのに好ましい。または、ステッチボンド布(よこ糸８〜５０本／インチ、およびたて糸３〜１８本／インチ)を、不織フェーシングシートに直接付着させることができる。
【００５３】
第三の態様(図示せず)において、補強布は、Malimo Machineで製造されるような、ステッチボンド布であってもよい。ステッチボンド布は、構造を保持するために微細編み目でのキルティングまたはインターレーシングのような技術を使用して、非結合繊維を縫い合わす種々の方法によって形成される複合不織布である。このような場合、よこ糸は、必ずしも、よこ糸に対して規則的な直角を形成しない。よこ糸は、例えば、不織布のようなキャリヤー支持体にニットステッチされてもよい。
【００５４】
任意の前記補強布を、付加的表材料に結合させて、複合材料を形成することが考えられる。付加的表材料は、例えば、不織布、フィルム、ホイルまたは他の布層であってよい。不織布は、ポリオレフィン、ポリエステル、ナイロン、ガラス繊維、または当分野で既知の他の材料から構成することができる。表材料を使用して、補強材とセメントとの結合を強化し、付加的亀裂抵抗を付与し、平滑面を付与し、難燃性を付与し、防湿層を形成し、絶縁性を付与し、印刷可能面を形成し、または任意の他の所望の表面層特性を付与することができる。高弾性ポリプロピレン補強スクリムを、補強複合材料において、他の補強繊維または布と組合せることができるか、または最終補強物品において、他の補強繊維、布または他の材料と組合せて使用することができると考えられる。
【００５５】
布２０に関して、二軸または三軸または多軸構造のいずれを使用する場合でも、たて糸２８およびよこ糸２６の両方は、主として、高弾性ポリプロピレン繊維であるのが好ましい。または、補強布２０のたて糸２８またはよこ糸２６のみが高弾性ポリプロピレンモノフィラメント繊維から製造され、対応するよこ糸２６またはたて糸２８は、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、セラミック、ナイロン、ガラス繊維、玄武岩(basalt)、炭素およびアラミドのような繊維から製造され、適切なデニールのモノフィラメント、マルチフィラメントまたはスパン糸であってよい。
【００５６】
他の選択的態様において、たて方向およびよこ方向の両方における糸には、高弾性ポリプロピレン繊維および前記のような第二繊維から成る交互の糸を含有することができる。本明細書において使用される「交互の」という用語は、高弾性ポリプロピレン繊維と第二繊維との任意の組合せを意味し、下記の組合せを包含する：(ａ)多数の高弾性ポリプロピレン繊維、次に、多数の第二繊維；(ｂ)単一の高弾性ポリプロピレン繊維、次に、単一の第二繊維；(ｃ)多数の高弾性ポリプロピレン繊維、次に、単一の第二繊維；および(ｄ)単一の高弾性ポリプロピレン繊維、次に、多数の第二繊維。
【００５７】
先に記載したように、補強布１０を製造するための高弾性ポリプロピレンモノフィラメント繊維の使用は、本発明の補強セメント質物品の特徴である。高弾性ポリプロピレン繊維の使用(好ましくは、たて糸２８およびよこ糸２６の両方に使用)は、ガラス繊維または鋼に必要とされる補強布２０の保護被膜の必要性を最小限にするかまたは除去して、低コスト補強を提供する。その化学的性質により、ポリプロピレンはアルカリ条件によって影響を受けないが、一方、同様の非被覆ガラス繊維はすぐに劣化して、それらの物理的特性メリットを失い、鋼は腐食を受けやすい。さらに、高弾性モノフィラメントポリプロピレンは、高い強度、高い弾性率、軽量を提供する。最後に、有核である場合、得られるポリプロピレンは、無核ポリプロピレンと比較して、向上した高温収縮特性を有し、かつ、セメントパネルの硬化段階中により低い程度の熱分解を示す。しかし、無核高弾性モノフィラメントポリプロピレン糸は、一般に、無核低弾性モノフィラメントポリプロピレン糸より低い収縮性である。
【００５８】
前記のように、本発明の開示は、一般に、高弾性モノフィラメントポリプロピレン糸から製造しうるような、高弾性布２０で補強されたセメント質物品１０に関する。１つの例は、図３に示すように、セメント質組成物から製造されたコア層１４を有するセメント物品１０である。図示されている態様において、コア層１４は、補強布２０の上層１６および下層１８で覆われている。任意に、２つの補強層を、ボードの中心近くに埋め込んでよい。物品に付与される力のモード(mode of force)に依存して、高弾性モノフィラメントポリプロピレン布の唯１つの層だけが必要とされる場合もある。補強が、複合材料に関して１つの方向、例えば縦軸だけに必要とされる場合、高弾性ポリプロピレンモノフィラメント糸は、１つの重要な方向(例えば縦軸)だけに必要とされる。
【００５９】
セメントパネルに関して、布２０の上層１６および下層１８はセメントパネル１０の縁領域で重なっているのが好ましい。セメント質の性質により、セメントボードまたはパネルは、その縁領域で比較的脆くなりやすく、該領域は、ボードの結合箇所となる場合が多い。従って、これらの領域において布２０を重ねることによって、セメントボードの縁の強度が増加し、ボードを取付けた場合に結合を維持して充分な構造的保全性を維持する。補強布２０をセメント質物品の形状に適合するように曲げる場合(図示)、折り目を付けて時間が経過してもそれを維持することができるポリプロピレン糸を使用するのが有利である。
【００６０】
図４は、タンクのような円筒形セメント質物品４０を示す。同様の構造を、パイプのような他の円筒形容器にも使用することができる。この態様において、容器のセメント質壁４２内の中心に配置された補強布１０が、耐衝撃性および引張り強度、ならびに表面のスポーリング(付加的鋼補強材をセメント質物品４０に使用した場合に生じうる)への抵抗性を付与する。補強布１０の２つの層を、第一の層は容器の内側よりに配置し、第二の層は容器の外周よりに配置して、図示されている１つの層の代わりに使用することができると考えられる。
【００６１】
図５は、セメント質またはアスファルト質道路５０に使用されている補強布１０の典型例を示す。この態様において、補強布１０は、砂または土(dirt)５４の２つの層の間に配置されている。粒状材料(例えば、砂利、岩石または再生材)５２を、道路５０の基礎として使用しうると考えられる。本明細書に記載する道路５０の表面は、セメント質またはアスファルト質材料５６から構成されている。
【実施例】
【００６２】
繊維、糸、布および物品の製造および物理的分析
下記の非限定的実施例は、本開示の好ましい態様を示す。
実施例１：高弾性モノフィラメント糸
製造
この実施例の目的は、成核剤を使用するかまたは使用せずに、多くの高弾性糸を製造し、得られた糸の物理的特性(例えば弾性率)における延伸比の作用を評価することである。
メルトフローインデックス４を有するポリプロピレン樹脂(Atofina 3462)をこれらの実施例に使用した。選択した試料(表１Ａに列記)は成核剤を含有し、該成核剤はモノフィラメント糸の押出しの間に添加された。
【００６３】
実施例１９ａ〜２３ａについては、成核剤を１０％濃度マスターバッチに導入した。該マスターバッチは、高速ミキサーで粉末状の１,３：２,４-ビス(３,４-ジメチルベンジリデン)ソルビトール(３,４-ＤＭＤＢＳ)を、粉末ポリプロピレンキャリヤー樹脂と混合することによって製造した。混合物を、二軸スクリュー押出機によって、押出機温度２４０℃で押出し、ペレットにカットし、それを下記のように処理した。
ポリプロピレンペレット(そのいくつかは添加成核剤を含有していた)を溶融させ、次に、一軸スクリュー押出機を使用して６０穴のモノフィラメント紡糸口金から押出した。ポリプロピレンメルト押出量を調節して、約５２０ｇ／９０００ｍの最終モノフィラメントデニールを得た。
【００６４】
フィラメントの溶融ストランドを、室温水(約２５℃または７７°Ｆ)で急冷し、次に、ローラーによって一連のエアナイフに運び、それがフィラメントから表面水を除去した。次に、フィラメントを、第一の２組の大きいロール[全て、延伸比に依存して３５〜１６０ｆｔ／分(１０.７ｍ／分〜４８.８ｍ／分)の速度で回転する]に通し、次に、２７０°Ｆまたは３４０°Ｆ(１３２℃または１７１℃)の温度に設定した約１４フィートの長さの炉に入れた。
第一の炉から出た後に、フィラメントを、６３０ｆｔ／分(１９２.０ｍ／分)の速度で走る第二組の大きいローラーに移した。次に、個々のモノフィラメント繊維をワインダーに移動させ、そこでそれらを個々に巻き取った。これらの最終繊維は、ポリプロピレンモノフィラメントと呼ばれる。
【００６５】
ポリプロピレン樹脂および延伸比(第一および第二組のロールの回転速度比)を調節して、多くのモノフィラメント繊維をこの方法で製造した。処理条件を下記の表１Ａに示す。
【表１Ａ】
2007523779.tif 000003
【００６６】
試験
これらのモノフィラメント繊維を、製造から少なくとも２４時間後に、引張り特性についてMTS Sintech 10/G計測器で試験した。
２７５°Ｆ(１３５℃)に設定したヒータープレートおよび８ｇの吊下げおもりを有するLawson-Hemphillから入手可能なFST 3000収縮試験器を使用して、それらを収縮についても試験した。収縮は、熱暴露前の初期長さと比較して、５つの試料の平均収縮として算出した。
【００６７】
これらの全ての結果を、種々の繊維(デニールは、ｇ／９０００ｍで測定)について下記の表１Ｂに示す。
【表１Ｂ】
2007523779.tif 000004
【００６８】
これらの試験において、試料７ａおよび１２ａ〜２３ａは、透明ポリプロピレンの不透明化、および繊維の長さに沿ったミクロフィブリル化の発生によって示される過延伸の特性を示した。本明細書における記載上、試料１２ａ〜２３ａを「高弾性」糸とみなす。
【００６９】
実施例２：超高弾性モノフィラメント
製造
粉末１,３：２,４-ビス(３,４-ジメチルベンジリデン)ソルビトール(３,４-ＤＭＤＢＳ)成核化合物、およびメルトフローインデックス４の粉末ポリプロピレン樹脂(AtoFina 3462)を、高速ミキサーによって２５００ｐｐｍ濃度でブレンドすることによって、均一(at-level)配合された有核ポリプロピレン樹脂を製造した。その混合物を、二軸スクリュー押出機によって、押出機温度約４６４°Ｆ(２４０℃)で押出し、ペレットにカットした。ポリプロピレン樹脂および添加成核剤から成るこれらの有核ペレットを、溶融させ、次に、一軸スクリュー押出機を使用して６０穴のモノフィラメント紡糸口金から押出した。ポリプロピレンメルト押出量を調節して、約５２０ｇ／９０００ｍの最終モノフィラメントデニールを得た。
【００７０】
フィラメントの溶融ストランドを、室温水(約２５℃または７７°Ｆ)で急冷し、次に、ローラーによって一連のエアナイフに運び、これがフィラメントから表面水を除去した。次に、フィラメントを、第一の４組の大きいロール[全て、約４４ｆｔ／分(１３.４ｍ／分)の速度で回転する]に通し、次に、３５０°Ｆ(１７７℃)の温度に設定した約１４フィートの長さの炉に入れた。
【００７１】
第一の炉から出た後に、フィラメントを、約５２０ｆｔ／分(１５８.５ｍ／分)の速度で走る第二組の大きいローラーに移し、次に、３９５°Ｆ(２０２℃)の温度に設定した第二の炉に入れた。第三組のロールを５９０ｆｔ／分に設定し、それらの間の第三の炉を３９５°Ｆ(２０２℃)の温度に設定した。全延伸比１４.３になるように、最終(第四)組のロールを６３０ｆｔ／分(１９２.０ｍ／分)の速度に設定した。次に、個々のモノフィラメント繊維をワインダーに移動させ、そこでそれらを個々に巻き取った。これらの最終繊維は、ポリプロピレンモノフィラメントと呼ばれる。
【００７２】
試験
MTS Sintech 10/G計測器を使用して、この方法で製造したポリプロピレンモノフィラメント繊維を引張り特性について試験した。
２４３°Ｆ(１１７℃)(これは実際温度２７５°Ｆまたは１３５℃を与える)に設定したヒータープレートおよび８ｇの吊下げおもりを有するLawson-Hemphillから入手可能なFST 3000収縮試験器を使用して、この試料を収縮についても試験した。収縮は、熱暴露前の初期長さと比較した５つの試料の平均収縮として算出した。
モノフィラメント繊維の成核剤濃度も、ガスクロマトグラフィーによって測定した。
【００７３】
物理試験の結果を下記の表２に示す。
【表２】
2007523779.tif 000005
本明細書に記載した方法によって製造された糸は、１５０ｇ／デニールの３％割線弾性率を有し、「高弾性」糸として認められる。
【００７４】
実施例３：超高弾性モノフィラメント布
製造
実施例２で製造した超高弾性モノフィラメント糸を使用し、糸のスプールをロールオフ・ワーパー・クリールに先ず装填して織布を作製した。次に、糸をセクションビームにワープさせた。このセクションビームを、巻返し機(re-beaming machine)によってルームビームに巻き返した。布を、Rigid Rapier Weave機によって平織り構成で作製した。布構成は、およそ、１３本／インチ(たて方向)×１５本／インチ(よこ方向)であった。
【００７５】
試験
ＡＳＴＭ Ｄ１６８２に規定されているように行った引張り試験は、たて方向破断力８９ポンド、よこ方向破断力１１１ポンドを有し、それぞれ９.５％および８.５％の伸びであった。
さらに、布自体を、３種類の耐アルカリ性試験に付した。第一試験において、布を、１Ｎ ＮａＯＨ溶液に室温で３０分間暴露し、次に布を軽くたたいて乾燥させ、ＡＴＳＭ Ｄ１６８２で規定されている方法によって再試験した。第二耐アルカリ性試験は第一試験と同様であったが、但し、布を１％ ＮａＯＨ溶液に４時間暴露し、次に乾燥させ、再試験した。第三試験において、布を、３０００ｇ蒸留水、８４ｇ ＮａＯＨ、２５２ ＫＯＨおよび１１.１ ＣａＯＨのトリヒドロキシ溶液に、１０４°Ｆ(４０℃)で２４時間暴露し、次に布を軽くたたいて乾燥させ、さらに熱風炉において１７６°Ｆ(８０℃)で４時間乾燥させた。各試験を、たて方向およびよこ方向の両方において５反復で行った。
【００７６】
最初の２つの試験の結果を下記の表３に示す。
【表３】
2007523779.tif 000006
【００７７】
これらの各試験に付した布試料は、５％未満の強度損失(ＡＳＴＭ Ｄ１６８２)を示し、大部分において、物理的特性損失が観察されなかった。
このように、本発明に係る繊維は、優れた高弾性レベルならびに低い収縮率、それに加えて、モノフィラメント熱可塑性繊維に関して以前は同時に得られなかった優れた耐アルカリ性を示した。
【００７８】
実施例４：セメント質ボード
製造
セメント質マトリックス用に、Lafarge North AmericaからのIII型ポルトランドセメントを使用した。さらに、３種類の軽量添加剤を種々の配合設計に使用した。それらの特性の概要を表４Ａに示す。
【表４Ａ】
2007523779.tif 000007
【００７９】
下記の配合によってＡＳＴＭ標準Ｃ３０５-８２に従って、ペーストを作製した：
(ａ)０.３０および０.３５の水／セメントの対照ペースト；
(ｂ)両方の水／セメント比における軽量骨材含有ペースト；および
(ｃ)容量で４０％、５０％および６０％の軽量骨材による原セメントの置換物(対照ペーストに含有される量)。
次に、配合物を２インチの立方体に注型し、配合物の密度を、大気条件下の立方体の重さと、水に浸したときのそれらの重さとを比較することによって測定した。全ての配合物を、対照ペーストの密度と比較した。対照ペーストは約１２０〜１３０ポンド／ｆｔ3の密度を有し、ペーストの所望密度は約９０ポンド／ｆｔ3であった。容量で４０％および５０％の軽量材料でのセメント置換を行った試料の密度測定の結果は、目的とする９０ポンド／ｆｔ3よりまだかなり高かった。目的とする９０ポンド／ｆｔ3に最も近い結果は、水／セメント比０.３５において、容量で６０％置換においてSil-Cell 32パーライト粉末を使用して得られた[具体的に言えば、１.５２ｇ／ｃｍ3(９３.５６ポンド／ｆｔ3)の密度]。
【００８０】
Sil-Cell 32パーライトにより容量で６０％の置換を有するセメント配合物を使用し、３ｆｔ×５ｆｔ合板型枠を使用して、ボードを製造した。実施例３の布の第一層を、型枠の１つの面に固定し、次にぴんと張り、３／８インチ厚さの木材ストリップ(wood strip)を有する型枠の第二面に固定した。次に、密度１.５２ｇ／ｃｍ3のペーストを、３／８インチの高さになるまで、固定した布に２段階で注いだ。次に、第二布層を、型枠の全４面に１／８インチの木材ストリップでぴんと張って固定し、最後のペースト層を注ぎ、平滑にして、最終ボード厚さを１／２インチにした。ペーストが固まらないうちに、プラスチックシートをその上に置き、蒸発を防いだ。２４時間後、ボード全体を湿ったバーラップで完全に多い、組立物全体をプラスチックで覆って、適切な湿度レベルを維持した。この方法で２つのボードを製造した。第一のボードは、実施例３の超高弾性ポリプロピレンモノフィラメント布で補強され、第二のボードは、１０たて糸／インチおよび１０よこ糸／インチの対照ＰＶＣ被覆ガラス布で補強された。ガラス糸はＧ-７５糸であり、これは、布に、たて方向およびよこ方向において約１００ポンドの引張り強度を与え、約３％の破断点伸びを有していた。室温で１０日間の硬化後に、２つのボードをそれらの型枠から取り出した。
【００８１】
試験
各ボードについて行った第一試験は、全３ｆｔ×５ｆｔボードが、それら自体の重さを支えるかを確認するための試験であった。ポリプロピレン超高弾性モノフィラメントボードおよびガラスボードをそれぞれ持ち上げた。試験を下記のように行った：
段階１：５フィートのスパンの向き合う末端を２人で持ち上げることによって、注型した通り(as cast)のボードを持ち上げ；
段階２：ボードをひっくり返して、注型した通りの下面を上に向ける；
段階３：ボードを再びひっくり返して、注型した通りの位置に戻し；
段階４：ボードを下げて、型に戻す。
段階１の後に、３つのボード全てが、非損傷を維持した。段階２の後に、微小亀裂が両試料に観察された。全てのボードが、持ち上げられているときに、それら自体の重さを支えた。
【００８２】
第二試験は、三点曲げ試験であった。この試験を、各ボードからの５つの試料について行った。試料は、長さ７インチ、幅２インチであった。これは、試験装置の２つのアウタサポート(outer supports)間の試料に、６インチの主スパンを与える。試料の中間点に、その全幅を横切って荷重を適用する。中間点の撓みを伸び計で監視する。弾性率を、スパン中央に適用した集中荷重でのサポートビーム(supported beam)について、ビーム理論によって下記の方程式から算出した：
【数１】
2007523779.tif 000008
[式中、Ｅは、弾性率であり；(Ｐ／δ)は、試験中に得られた応力−歪曲線の初期傾斜であり；Ｌは、サポート間のビームのスパンであり；幅ｂおよび長さｈの長方形断面を有するビームについてｌ＝ｂｈ3／１２である]。
【００８３】
試験片の結果を表４Ｂに示す。
【表４Ｂ】
2007523779.tif 000009
このように、高弾性ポリプロピレンで補強したボードは、ガラス補強ボードより平均して高い弾性率を有していた。ＰＶＣで被覆されていたガラス布と異なり、ポリプロピレン織布はどのような保護層でも被覆されていなかった。
【００８４】
最終評価として、ボードを釘打ち試験に付した。ボードの２インチ×７インチ断片を、各ポリプロピレンおよびガラス補強セメント質ボードから切り取った。この試験において、改変シャルピー装置を使用して、ボードの断片に釘を打ち込んだ。振り子の先端の荷重計および試験片の裏側に配置した２つの付加的荷重計によって、衝撃力を測定した。各ボードについて、４つの試験片を試験した。釘に対するピーク荷重およびエネルギーを、各試験片について測定し、表４Ｃに示す。
【００８５】
【表４Ｃ】
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釘衝撃後のこれら各ボードの裏面の分析は、釘衝撃の際に、より多くの量のセメントが、ガラス補強ボードの裏面から押し出されたことを示す。これは、ポリプロピレン補強材が、より向上した耐衝撃性をもボードに付与することを示している。
【００８６】
セメント質物品に関わる当業者は、本発明の意図および範囲から逸脱することなく、多くの置換および改変を、前記の好ましい態様に加えうることを理解しているであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明において意図される第一態様による、セメントパネルと組合せて使用される二軸補強布の上面図である。
【図２】本発明において意図される別の態様による、セメントパネルと組合せて使用される三軸補強布の上面図である。
【図３】本発明において意図される１つの態様による、補強セメントパネルの透視図である。
【図４】本発明の開示による、円筒形補強セメント容器の透視図である。
【図５】本発明において意図される補強セメント質道路の透視図である。
【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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【国際調査報告】
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