(57)【要約】【課題】セメントへの分散性が良好であり、補強繊維添加後のセメントの流動性が良好な全芳香族ポリアミド短繊維からなるセメント補強材を提供すること。【解決手段】繊維表面に特定量の無機微粒子が付着し、アスペクト比が特定範囲にある全芳香族ポリアミド短繊維を、セメント補強繊維として用いる。具体的には、繊維表面に無機微粒子が０．１〜０．５質量％付着しており、アスペクト比が３００〜５００の範囲である全芳香族ポリアミド短繊維を、セメント補強材とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
パラ型全芳香族ポリアミド短繊維からなるセメント補強材であって、
前記パラ型全芳香族ポリアミド短繊維は、繊維表面に無機微粒子が０．１〜０．５質量％付着しており、アスペクト比が３００〜５００の範囲であるセメント補強材。
【請求項２】
セメントへの添加量を０．５〜１．０体積％とした時のセメントのフロー値が、２００〜４００ｍｍの範囲である請求項１記載のセメント補強材。
【請求項３】
前記無機微粒子が、無水珪酸アルミニウムもしくはアルミノ珪酸ナトリウムである請求項１または２記載のセメント補強材。
【請求項４】
前記無機微粒子の平均粒径が、５μｍ以下である請求項１から３いずれか記載のセメント補強材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント補強材に関する。さらに詳しくは、セメントへの分散性が良好であり、補強繊維添加後のセメント流動性が良好なセメント補強材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築あるいは土木などの分野において、セメント成型体（セメント構造物）の脆性特性を改善し、さらには軽量化、薄肉化などを目的として、補強用として全芳香族ポリアミド繊維（アラミド繊維）を混入することが知られている。
そして、アラミド繊維のセメントおよびコンクリート中での分散性を向上させるため、表面に水溶性共重合ポリエステルなどの処理剤を付着させる方法（特許文献１参照）、もしくは収束剤によって収束されたアラミド短繊維を用いる方法（特許文献２参照）が提案されている。
【０００３】
しかしながら、特許文献１および２に記載された方法は、アラミド繊維製造後に表面処理工程を実施しなければならないため、得られるセメント補強材のコストが高くなるという問題があった。したがって、コストが安くかつセメントへの分散性が良好なアラミド短繊維が、市場から望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３００７７３号公報
【特許文献２】特開平８−３２５９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記背景技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、セメントへの分散性が良好であり、補強繊維添加後のセメントの流動性が良好な全芳香族ポリアミド短繊維からなるセメント補強材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討した。その結果、繊維表面に特定量の無機微粒子が付着し、アスペクト比が特定範囲にある全芳香族ポリアミド短繊維を補強繊維として用いることで、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
すなわち本発明は、パラ型全芳香族ポリアミド短繊維からなるセメント補強材であって、前記パラ型全芳香族ポリアミド短繊維は、繊維表面に無機微粒子が０．１〜０．５質量％付着しており、アスペクト比が３００〜５００の範囲であるセメント補強材である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のセメント補強材は、セメントへの分散性が大変良好であり、セメントに混入させた場合に良好な流動性を示すため、容易にセメント成型物を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１０】
＜パラ型全芳香族ポリアミド＞
本発明のセメント補強材を構成するパラ型全芳香族ポリアミドは、１種または２種以上の２価の芳香族基が、アミド結合により直接連結されたポリマーである。また、芳香族基には、２個の芳香環が酸素、硫黄、または、アルキレン基を介して結合されたもの、あるいは、２個以上の芳香環が直接結合したものも含む。さらに、これらの２価の芳香族基には、メチル基やエチル基等の低級アルキル基、メトキシ基、クロル基等のハロゲン基等が含まれていてもよい。なお、２価の芳香族基を直接連結するアミド結合の位置は、パラ型である。
【００１１】
このようなパラ型全芳香族ポリアミドとしては、例えば、ポリパラフェニレンテレフタルアミド、テレフタル酸成分と３，４’−ジアミノジフェニルエーテル成分およびパラフェニレンジアミン成分とが共重合されたコポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド、テレフタル酸成分とフェニルベンゾイミダゾール骨格を有する芳香族ジアミン成分およびパラフェニジレンジアミン成分とが共重合されたコポリパラフェニレン・フェニルベンゾイミダゾール・テレフタルアミド等を挙げることができる。
また、本発明に用いられるパラ型全芳香族ポリアミドとしては、１種単独で使用しても、２種以上を併用してもよい。
【００１２】
本発明においては、機械的強度が特に優れていることから、ポリパラフェニレンテレフタルアミドまたはコポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミドを用いることが好ましい。なお、ポリパラフェニレンテレフタルアミドは、一般的な有機溶剤に不溶であるため、硫酸等の強酸を使用して光学異方性を有するドープを作成する必要があり、このため、製造負荷が比較的大きい。これに対してコポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミドは、アミド系溶剤等に可溶であることから、繊維を得るための紡糸用溶液（ドープ）を得るための負荷が小さく、また、成形加工性にも優れる。このため、本発明においては、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミドを用いることが最も好ましい。
【００１３】
＜セメント補強材の物性＞
［単糸繊度］
本発明のセメント補強材となるパラ型全芳香族ポリアミド繊維の単糸繊度は、０．５〜５．５ｄｔｅｘの範囲であることが好ましい。さらに好ましくは１．０〜３．０ｄｔｅｘの範囲である。０．５ｄｔｅｘ未満では、セメントに添加後の繊維が絡まり、流動性が低下する。一方、５．０ｄｔｅｘを超える場合には、繊維製造時に脱溶媒が困難となり、安定して繊維を製造することができない。
【００１４】
［繊維長］
本発明のセメント補強材の繊維長は、１．０〜１２ｍｍであることが好ましく、さらに好ましくは３．０〜９．０ｍｍ程度でである。繊維長の調整は、常法に従い、押し込み法などにより捲縮を付与したのち、グルグルカッターなどにより、切断すればよい。
【００１５】
［無機微粒子の付着量］
セメント補強材となるパラ型全芳香族ポリアミド繊維への無機微粒子の付着量は、０．１〜０．５質量％の範囲とする。好ましくは、０．２〜０．４質量％の範囲である。付着量が０．１質量％未満の場合には、単糸間の絡まりが多くなり、セメントへ添加後の流動性が低下する。一方、０．５質量％を超える場合には、補強材とセメントとの界面剥離が発生して補強効果が低下するため、目的とする補強効果が得られない。
【００１６】
［無機微粒子の平均粒径］
また、本発明において、パラ型全芳香族ポリアミド繊維へ付着させる無機微粒子の平均粒径は、５μｍ以下とすることが好ましい。さらに好ましくは、３μｍ以下である。平均粒径が５μｍを超える場合には、単糸間も含め、繊維全体に無機微粒子を均一に付着させることが困難となり、セメントへ添加後の流動性が低下する。
【００１７】
［無機微粒子の種類］
本発明において、パラ型全芳香族ポリアミド繊維へ付着させる無機微粒子の種類は、無水珪酸アルミニウムまたはアルミノ珪酸ナトリウムとすることが好ましい。無水珪酸アルミニウムまたはアルミノ珪酸ナトリウムとすることにより、繊維表面への均一付着が容易となり、さらに付着後の加熱工程における熱変化もないため、パラ型全芳香族ポリアミド繊維の性能を阻害することなく、繊維の製造工程中で付着させることが可能となる。また、繊維表面への均一付着が達成できるため、セメントへ添加後の流動性を向上させることができる。
【００１８】
＜パラ型全芳香族コポリアミド繊維の製造方法＞
本発明のセメント補強材となるパラ型全芳香族コポリアミド繊維の製造方法としては、特に限定されるものではないが、全芳香族ポリアミドおよび溶媒からなる紡糸用溶液（ドープ）を調製し、得られたドープをノズルより吐出し、貧溶媒からなる凝固浴中で凝固、脱溶媒し、延伸、熱処理（乾燥）する方法が挙げられる。このとき、延伸を実施する前段階等で無機微粒子を付与すれば、繊維の製造工程中で微粒子を付着させることができるため、得られるセメント補強材の製造コストを抑制できる。
【００１９】
［紡糸用溶液（ポリマードープ）の調整］
パラ型全芳香族コポリアミドおよび溶媒を含む均一な紡糸用溶液（ポリマードープ）を調整する方法としては、特に限定されるものではない。用いられる溶媒は、１種単独であっても２種以上を併用してもよい。パラ型全芳香族ポリアミドの製造によって得られたポリマー溶液から当該ポリマーを単離することなく、そのまま用いることも可能である。
【００２０】
紡糸用溶液（ドープ）のポリマー濃度、すなわちパラ型全芳香族ポリアミドの濃度は、好ましくは０．０５〜３０質量％の範囲であり、より好ましくは１〜１０質量％の範囲である。ポリマー濃度が０．０５質量％未満では、ポリマーの絡み合いが少なく紡糸に必要な粘度が得られない。一方で、ポリマー濃度が３０質量％を超える場合には、ノズルから吐出する際に流動が不安定になりやすく、安定的に紡糸することが困難となる。
【００２１】
さらに、本発明においては、繊維に機能性等を付与する目的で、本発明の効果を損なわない範囲で、他の成分、例えば酸化防止剤や耐熱安定剤、耐候剤、染料、帯電防止剤、難燃剤、導電性ポリマー、その他の重合体等を添加することができる。添加剤等を配合する場合には、ドープの調整において導入することができる。導入の方法は特に限定されるものではなく、例えば、ドープに対して、ルーダーやミキサ等を使用して導入する方法が挙げられる。
【００２２】
［紡糸・凝固］
上記のように調整された紡糸用溶液（ドープ）を用いて、湿式法、半乾半湿式法などにより繊維を成形する。すなわち、先ず、上記で得られた紡糸用溶液（ドープ）をノズルから吐出し、続いて、凝固浴中の凝固液に接触させて凝固糸を形成する。
【００２３】
凝固浴としては、パラ型全芳香族ポリアミドの貧溶媒が用いられるが、紡糸用溶液（ポリマードープ）の溶媒が急速に抜け出して、得られる全芳香族ポリアミド凝固糸に欠陥ができないように、通常は良溶媒を添加して凝固速度を調節する。貧溶媒としては水、良溶媒としてはパラ型全芳香族ポリアミドドープ用の溶媒を用いるのことが好ましい。良溶媒／貧溶媒の質量比は、パラ型全芳香族ポリアミドの溶解性や凝固性にもよるが、１５／８５〜４０／６０の範囲とすることが好ましい。
【００２４】
［水洗］
凝固液から凝固糸条を引き上げた後は、水洗工程を実施して、形成された凝固糸（未延伸糸）から溶媒を除去することが好ましい。
【００２５】
［無機微粒子付与］
続いて、延伸を実施する前の段階で、得られた未延伸繊維に無機微粒子を付与することが好ましい。無機微粒子の付与方法としては特に限定されるものではないが、例えば、無機微粒子の水性分散液を塗布する方法が挙げられる。
本発明においては、パラ型全芳香族ポリアミド繊維の製造工程中に無機微粒子を付与することにより、繊維製造後に表面処理工程を実施する場合と比較して、得られるセメント補強材のコストを抑制することができる。
【００２６】
［延伸］
本発明のセメント補強材となるパラ型全芳香族ポリアミド繊維は、延伸配向されていることが好ましい。延伸の方法としては特に限定されるものではなく、凝固糸状態での水洗延伸、沸水延伸のみならず、乾燥糸状態での加熱延伸などを行うことができる。また、延伸倍率については特に制限はないが、５倍以上であることが好ましく、８倍以上であることがさらに好ましい。延伸倍率を制御することにより、得られる芳香族ポリアミド繊維の伸度および強度を制御することができる。
熱延伸を実施する場合には、その温度は、全芳香族ポリアミドのポリマー骨格にもよるが、好ましくは２００〜６００℃、さらに好ましくは４００〜５５０℃とし、また、延伸倍率は好ましくは１０倍以上、さらに好ましくは１０〜１５倍とする。
【００２７】
［無機微粒子除去］
無機微粒子を付与した後に熱延伸および／または熱処理して得られた繊維の表面には、繊維上に付与した無機微粒子の大半が残存しており、その残存量が多い程後加工での加工性が低下する。このため、本発明のセメント補強材となるパラ型全芳香族ポリアミド繊維に付着している無機微粒子を、繊維表面に存在する無機微粒子が０．１〜０．５質量％の範囲となるまで除去する必要がある。除去する方法としては特に限定されるものではないが、例えば、特開昭６３−１４９９３４号公報に記載された水付与処理と空気流噴射処理とを組合せた方法を用いれば、極めて容易に除去することができる。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例等により、本発明をさらに詳しく具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例等に限定されるものではない。
＜測定・評価方法＞
実施例および比較例中の物性は、下記の方法により測定した。
【００２９】
（１）フロー値
普通ポルトランドセメント１，５００ｇ、水６３０ｇ、および補強用全芳香族ポリアミド繊維を、モルタルミキサー（株式会社マルイ製、型式：ＭＩＣ−３６２型、容量：５Ｌ）を用いて、１４０ｒｐｍの撹拌速度で約３分間混練し、ペーストを得た。
【００３０】
次いで、ミニスランプコーン（高さ１５ｃｍ、下面内径１０ｃｍ、上面内径５ｃｍの内側がくり貫かれた円錐柱）に、得られたペーストを摺り切りで注ぎ入れ、水平に配置した５０ｃｍ角のアルミ板の上にミニスランプコーンを伏せて載置した後、ゆっくり垂直に引き上げた。
【００３１】
このとき、アルミ板上に円形に広がったセメントペーストの円形の直径（ｍｍ）を測定し、フロー値（流動性）とした。なお、円形が歪んでいる場合には、最短径と最長径の相加平均を求めた。円形の直径の値が大きいほど、セメントペーストの流動性が高く、取り扱い性が良い。
【００３２】
＜実施例１＞
［パラ型全芳香族コポリアミド繊維の製造］
紡糸用のドープとして、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド（共重合モル比が１：１の全芳香族ポリアミド）の濃度６質量％のＮＭＰ溶液を調整した。
得られたドープを、孔数１０００ホールの紡糸口金から吐出し、エアーギャップ約１０ｍｍを介してＮＭＰ濃度３０質量％の水溶液中に紡出し、凝固糸を得た。続いて、貧溶媒槽で脱溶媒した後、絞りローラに通して表面付着水を除去し、アルミノ珪酸ナトリウム（平均粒径１．７μｍ）の水分散浴に浸漬させて無機微粒子の付着させた。続いて、無機微粒子の付着した糸を乾燥し、次いで、温度５００℃下で１１倍に延伸した後巻き取ることにより、パラ型全芳香族ポリアミド繊維を得た。
得られたアラミド繊維は、総繊度１６７０ｄｔｅｘ、フィラメント数１０００フィラメント、単糸繊度１．６７ｄｔｅｘ／フィラメントであった。また、無機微粒子の付着量は０．４質量％であった。
【００３３】
［セメント補強材の作成］
得られたパラ型全芳香族ポリアミド繊維を、グルグルカッターにて繊維長が６ｍｍの短繊維とし、セメント補強材を得た。セメント補強材のアスペクト比は５００であった。
【００３４】
［フロー値の測定］
得られたセメント補強材をセメント中に０．５体積％添加し、フロー値（流動性）を評価した。測定結果を表１に示す。
【００３５】
＜実施例２＞
セメント補強材の添加量を、セメントに対して１．０体積％とした以外は、実施例１と同様にフロー値を測定した。測定結果を表１に示す。
【００３６】
＜実施例３＞
アラミド繊維として、総繊度１６７０ｄｔｅｘ、フィラメント数３３３フィラメント、単糸繊度５．０ｄｔｅｘ／フィラメント、無機微粒子（アルミノ珪酸ナトリウム）の付着量０．３５質量％の繊維を用い、アスペクト比３００のセメント補強材を作成した。得られたセメント補強材を用いて、添加量をセメントに対して１．０体積％としてフロー値を測定した。測定結果を表１に示す。
【００３７】
＜比較例１＞
セメント補強材に付着した無機微粒子量を０．０６質量％とした以外は、実施例２と同様にフロー値を測定した。測定結果を表１に示す。
【００３８】
＜比較例２＞
補強材に付着させる微粒子の種類を珪酸マグネシウム（平均粒径３．６μｍ）とし、付着量を０．６質量％とした以外は、実施例２と同様にフロー値を測定した。測定結果を表１に示す。
【００３９】
＜比較例３＞
アラミド繊維として、総繊度１６７０ｄｅｔｘ、フィラメント数２０００フィラメント、単糸繊度０．８ｄｅｔｘ／フィラメント、無機微粒子（アルミノ珪酸ナトリウム）の付着量０．３質量％の繊維を用い、アスペクト比７００のセメント補強材を作成した。得られたセメント補強材を用いて、添加量をセメントに対して１．０体積％としてフロー値を測定した。測定結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】
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