(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｑ値（Ｑ；重量平均分子量／数平均分子量の比）が５未満、沸騰ｎ−ヘプタン不溶分（ＨＩ；質量％）が９７＜ＨＩ＜１００、アイソタクチックペンタッド分率（ＩＰＦ；モル％）が９４＜ＩＰＦ＜１００であり、かつオートクレーブ（１８０℃×１０時間）処理後の繊維強力の残存率が７０％以上であるポリプロピレン樹脂が溶融紡糸されてなり、メルトフローレート（ＭＦＲ）が１．５〜３．０であり、繊度が６０〜８０ｄｔｅｘであることを特徴とするセメント補強用ポリプロピレン繊維。
【請求項２】
核材及び／又は滑材が２．０質量％以下添加されていることを特徴とする請求項１記載のセメント補強用ポリプロピレン繊維。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のセメント補強用ポリプロピレン繊維を混合したセメント成型体。
【請求項４】
請求項３に記載のセメント成型体が瓦であるセメント成型体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセメント成型体を補強するためのポリプロピレン繊維に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、石綿に替わるセメント補強用繊維として種々の無機繊維、合成繊維の使用が提案され、実用に供されている。その中の一つとしてポリプロピレン繊維がある。ポリプロピレンは耐アルカリ性に優れており、セメント成型体を高温下で養生させた場合でも脆化しにくいことから、近年汎用されつつある。
【０００３】
例えば、特開昭６０−５９１１３号、特開昭６２−４１３３１号、特公平３−２０５０５号公報にはポリプロピレン樹脂を溶融紡糸したセメント補強用繊維が記載されている。特開平１−１２２９４３号公報には、ポリプロピレン樹脂フィルムを分裂開繊させた補強用繊維が提案されている。
【０００４】
本出願人も、ポリプロピレンの優れた性質に着目し、より高強力のポリプロピレン繊維を提供すべく、特定の分子量を持ち、低結晶性成分が少なく、立体規則性の極めて高い高結晶性ポリプロピレンからなる繊維を特開平５−１７０４９７号において提案した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
さて、最近の傾向として、セメント成型体をオートクレーブ養生させる際の加熱温度の上昇が認められる。これは、養生時間を短くして生産効率の向上を図ろうとすることによる。最適オートクレーブ温度は１８０℃であるが従来のポリプロピレン繊維では繊維形態が著しく損傷し補強効果が低下する。
【０００６】
即ち、高い温度で養生すると、繊維が溶融あるいは軟化して繊維の形状を失い、セメント成型体中で補強繊維として作用することができなくなる。例えば、前述したポリプロピレン繊維を含む成型体を、１７５℃以上でオートクレーブ養生することは困難である。
【０００７】
かかる不都合を回避するには、融点の高い樹脂を用いて繊維を製造すれば良いが、たとえ融点が高くても耐湿熱アルカリ性がなければ融点以下の温度でも化学的作用により劣化してしまう。例えば、ビニロン繊維の融点は約２３０℃であるが、１１０℃程度で加熱されるとセメント中のアルカリ成分により劣化が著しく進行し、その結果、補強効果が低下する。
【０００８】
このように、高温下でのオートクレーブ養生に適したセメント補強用繊維はごく一部のものに限られているのが実状である。本発明は、かかる実状に鑑みてなされてものであり、高温下でのオートクレーブ養生に特に適したポリプロピレン繊維を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のセメント補強用繊維は、Ｑ値（Ｑ；重量平均分子量／数平均分子量の比）が５未満、沸騰ｎ−ヘプタン不溶分（ＨＩ；質量％）が９７＜ＨＩ＜１００、アイソタクチックペンタッド分率（ＩＰＦ；モル％）が９４＜ＩＰＦ＜１００であり、かつオートクレーブ（１８０℃×１０時間）処理後の繊維強力の残存率が７０％以上であるポリプロピレン樹脂が溶融紡糸されてなり、メルトフローレート（ＭＦＲ）が１．５〜３．０であり、繊度が６０〜８０ｄｔｅｘであることを特徴とするセメント補強用ポリプロピレン繊維である。
上記範囲の低ＭＦＲのポリプロピレン繊維は、高温下でも流動しにくく、繊維の形状を保ちやすい。ＭＦＲが繊維として１．５未満であるとそのような原料ポリマーから繊維形成が困難になる。また３０ｄｔｅｘ以上の繊度をもつことにより熱養生に対し繊維形態を保ち養生後も補強効果の大きな低下がないが繊度が８０ｄｔｅｘを越えると一本の繊維が剛直すぎて成型されたセメントボード表面から繊維が突き出るようになるので好ましくない。
【００１０】
上記補強用繊維を形成しているポリプロピレン樹脂は、Ｑ値（Ｑ；重量平均分子量／数平均分子量の比）が５未満、沸騰ｎ−ヘプタン不溶分（ＨＩ；質量％）が９７＜ＨＩ＜１００、アイソタクチックペンタッド分率（ＩＰＦ；モル％）が９４＜ＩＰＦ＜１００であることが望ましい。かかる高結晶性ポリプロピレン樹脂からなる繊維は、破断強力が高く、剛直性が大きいので、この繊維を用いればセメント成型体の強度をより向上させることが可能である。
【００１１】
本発明のセメント補強用繊維は、核材及び／又は滑材が２．０質量％以下添加されていることが好ましい。
【００１２】
上記本発明によるセメント補強用繊維はオートクレーブ（１８０℃）で処理時間５〜１６時間後の繊維強力の残存率が７０％以上であることが望ましい。効率よくセメント成型物を得るためにはオートクレーブ養生が一般的になっているが、補強効果の低下が３０％以内であれば実用上さしつかえない。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のポリプロピレン繊維に使用するポリプロピレンは、紡糸後に粘度が低下してもＭＦＲが１．５〜３．０であるが、繊維がこのようなＭＦＲをもつにはその原材料とするポリマーのポリプロピレンはＭＦＲ０．５〜２．５のものを用いる。またＱ値（Ｑ；重量平均分子量／数平均分子量の比）が５未満、沸騰ｎ−ヘプタン不溶分（ＨＩ；質量％）が９７＜ＨＩ＜１００、アイソタクチックペンタッド分率（ＩＰＦ；モル％）が９４＜ＩＰＦ＜１００である
ここで、重量平均分子量は、例えば光散乱法、粘度法、超延遠心等を用いて、Ｍｗ＝［ΣＮｉＭｉ2 ］／［ΣＮｉＭｉ］の式によって求められる。また数平均分子量は、例えば末端基定量法、氷点降下法、沸点上昇法、浸透圧法を用いて、Ｍｎ＝［ΣＮｉＭｉ］／［ΣＮｉ］の式によって求められる。一般に重量平均分子量／数平均分子量は、多分散度の尺度として用いられ、この値が１（単分散）より大きくなるほど分子量分布曲線が幅広く（ブロード）になることを意味する。また枝分かれが多いポリマーも高い数値になる。
【００１４】
かかる樹脂は、沸騰ｎ−ヘプタン不溶分が大きく低結晶性成分が少ないので、延伸されても結晶配向が阻害されず、アイソタクチックペンタッド分率が大きく立体規則性に優れているので、延伸による結晶配向が助長されやすく、またＱ値が低いので、延伸性が良く高倍率の延伸が可能であるという利点を有する。
【００１５】
この樹脂は、通常のポリプロピレンに比して分子量が高く、高度に配向結晶しやすいことを特徴とする。従って、繊維化に際しては、通常のポリプロピレンと同様に分子の絡まりと切断を回避するよう、できるだけ低い温度で溶融紡糸し、できるだけ高い温度で高延伸倍率で延伸して高度に結晶配向した繊維とすることが望ましい。
【００１６】
本発明のセメント補強用繊維は、核材及び／又は滑材が２．０質量％以下添加されていることが好ましい。これらを添加することにより更なる結晶性の向上が望めるからである。２．０質量％を越える量を添加すると繊維性能が低下する。核材は、一般的なソルビトールをベースとする化合物、安息香酸ナトリウム等の安息香酸塩を含む化合物、有機リン酸塩等を挙げることができる。滑剤の化合物の種類としては、一般的なステアリン酸アミド等の第一級アミド、Ｎ−ステアリルステアリン酸アミド等の第二級アミド、Ｎ，Ｎ’−エチレンビスステアリン酸アミド等のエチレンビスアミドを挙げることができる。
【００１７】
本発明のセメント補強用繊維の繊維表面には、炭素数８〜１８のノルマルアルキルホスフェートアルカリ金属塩が０．０５〜１０質量％付着していることが望ましい。かかる繊維処理剤は、セメントスラリー中に存在するカルシウムイオン、もしくは炭酸カルシウムを含む繊維から浸出したカルシウムイオンとイオン交換して繊維表面にノルマルアルキルホスフェートカルシウム塩を形成し、繊維の親水性およびセメント組成物との親和性を向上させる。
【００１８】
またポリプロピレン繊維中に平均直径が１μｍ未満の炭酸カルシウム微粉末が２〜２０質量％含まれているポリプロピレン樹脂から構成されることが望ましい。炭酸カルシウム微粉末の存在により樹脂の比重が大きくなるため、このような樹脂を用いれば水中沈降性のよい繊維を得ることができる。
【００１９】
また、本発明のセメント補強用繊維は、芯成分と鞘成分とからなり、芯成分が炭酸カルシウムを含まない低ＭＦＲのポリプロピレン樹脂で形成され、鞘成分が炭酸カルシウムを含む低ＭＦＲのポリプロピレン樹脂で形成された芯鞘型複合繊維であってもよい。この構造によれば、炭酸カルシウムを含まない芯成分が繊維の強力を確保するので、炭酸カルシウム微粉末を含む単一繊維よりも高強力のものを得ることができる。
【００２０】
上述したような繊維をセメントスラリーに混合してセメント成型体を製造すれば、高温下でオートクレーブ養生した場合であっても、高強度の成型体を得ることが可能となる。
【００２１】
炭酸カルシウム微粉末の含有量は、繊維中、２〜２０質量％であることが望ましい。より好ましくは６〜１２質量％である。２質量％未満では、ポリプロピレンの比重が殆ど変わらず、前述の効果が得られない。また、後述するような特定の繊維処理剤とのイオン交換による親水性の向上という効果も得られない。２０質量％を超えると、紡糸性が低下し、安定して繊維を得ることができない。炭酸カルシウム微粉末の含有量が多くなるにつれ、繊維の強力が低下することにも留意する必要がある。
【００２２】
炭酸カルシウム微粉末の平均直径は、紡糸性の点から１μｍ未満であることが望ましい。より好ましくは、０．６μｍ未満である。また、使用する微粉末中に直径２μｍ以上の粒子が含まれていないことが望ましい。大きな粒子の存在は、紡糸性の低下を招くためである。
【００２３】
炭酸カルシウムの微粉末は、樹脂原料の段階で混合しておく。このとき、微粉末に金属石鹸等の界面活性剤を予め付着させておくと、樹脂への分散性が良くなる。
【００２４】
炭酸カルシウム微粉末は繊維の表面近傍のみに含まれていてもよい。そのような繊維は、炭酸カルシウム微粉末を含む低ＭＦＲのポリプロピレン樹脂を鞘成分とし、炭酸カルシウム微粉末を含まない低ＭＦＲのポリプロピレン樹脂を芯成分とする芯鞘型複合繊維とすることにより得られる。かかる構造によれば、炭酸カルシウム微粉末を含まない芯部において繊維の強力が確保されるので、炭酸カルシウムを含むポリプロピレン樹脂からなる単一繊維よりも高強力の繊維を得ることができる。
【００２５】
芯鞘型複合繊維の複合比は、容積比で芯／鞘＝２／８〜８／２となることが望ましい。芯成分の占める割合が小さいと繊維の強力が低くなる。また、鞘成分の占める割合が小さいと炭酸カルシウム微粉末の含有量が少なくなり、目的とする効果を得ることができない。
【００２６】
鞘成分に含まれる炭酸カルシウム微粉末の割合は、繊維全体の比重をどの程度増加させるかによって決定される。前述したとおり、繊維全体に占める炭酸カルシウム微粉末の割合が２質量％以上でなければ比重増加による効果は認められない。従って、そうなるように、芯／鞘の複合比から計算して鞘成分中の炭酸カルシウム微粉末の含有量を決定する必要がある。但し、鞘成分中の炭酸カルシウムの割合が２０質量％を超えると安定して繊維を得ることができない。また、鞘成分に２質量％程度の炭酸カルシウム微粉末が含まれていれば、比重増加による効果は得られないものの、後述する特定の繊維処理剤とのイオン交換による親水性の向上という効果は得られる。従って、鞘成分に占める炭酸カルシウムの割合は２〜２０質量％であることが望ましい。
【００２７】
本発明のセメント補強用繊維の繊度は、単一型もしくは複合型繊維いずれの場合においても、３０ｄｔｅｘ〜８０ｄｔｅｘである。繊度が小さいほどセメント成型体の表面平滑性は良好となるが、低ＭＦＲのポリプロピレン樹脂を使用する場合は、溶融粘度が低いために紡糸押出機への付加が大きく、細デニールの繊維を得ることが難しい。一方、繊度が大きい程、繊維の生産効率は良くなる。しかし繊維が太くなる程、セメント成型体の表面平滑性は損なわれる。よって、繊度は上記範囲内にすることが望ましい。特に平滑性を問われない瓦には本発明の補強繊維が好適である。
【００２８】
本発明のセメント補強用繊維は、セメントスラリー中における分散性を良くし、セメント組成物との親和性を高めるために、その繊維表面を繊維処理剤で処理することが望ましい。繊維処理剤としては、炭素数８〜１８のノルマルアルキル基を有するモノアルキルエステルまたはジアルキルエステルのホスフェート塩が好ましい。さらに、このノルマルアルキルホスフェート塩は、ナトリウム塩、もしくはカリウム塩等のアルカリ金属塩であることが望ましい。この繊維処理剤を付着させた繊維をスラリー中に投入すると、スラリー中のカルシウムイオンとのイオン交換が生じてノルマルアルキルホスフェートカルシウム塩が繊維表面に固着し、繊維の親水性が向上する。
【００２９】
ノルマルアルキルホスフェート塩は、繊維重量に対して０．０５〜１０質量％付着させることが望ましい。０．０５質量％未満では、所期の効果が充分に得られず、１０質量％を超えても効果は変わらず不経済である。
【００３０】
なお、前述した炭酸カルシウム微粉末を含む繊維をノルマルアルキルホスフェート塩で処理した場合には、水の存在下で、繊維中より浸出したカルシウムイオンとノルマルアルキルホスフェート塩のイオン交換が繊維表面において生じる。そのため、真水に分散させた場合でも繊維の分散性が良好であり、繊維の浮上現象も少なくなる。また、繊維中のカルシウムイオンが交換されるので、スラリー中のカルシウムイオンが交換された場合に比べ、アルキルホスフェートカルシウム塩の繊維表面への固着がしっかりとしたものになり、繊維の親水性及びセメント組成物との親和性がより向上されることとなる。
【００３１】
ノルマルアルキルホスフェートアルカリ金属塩を付着させた繊維には、さらに燐酸系塩を付着させてもよい。燐酸系塩を付着させることにより、前述のイオン交換がより促進される。
【００３２】
燐酸系塩としては、例えば燐酸水素二カリウム、燐酸水素二ナトリウム、燐酸二水素カリウム、燐酸二水素ナトリウム、燐酸二水素カルシウム、ピロ燐酸カリウム、ピロ燐酸ナトリウム、ピロ燐酸カルシウム、ピロ燐酸二水素カリウム、ピロ燐酸二水素ナトリウム、メタ燐酸カリウム、メタ燐酸ナトリウム、トリポリ燐酸カリウム、トリポリ燐酸ナトリウム等が挙げられる。使用に際しては、一種類のみを用いてもよいし、二種以上混合して用いてもよい。
【００３３】
燐酸系塩は、繊維重量に対して１．５〜２５質量％付着させることが望ましい。１．５質量％未満では、所期の効果を得ることができず、２５質量％を超えても効果は変わらず不経済である。
【００３４】
本発明のセメント補強用繊維の繊維長は、セメント成型体中への分散性を考慮すると３〜１５ｍｍであることが好ましい。本発明の繊維は、普通ポルトランドセメント、高炉セメント、シリカセメント、アルミナセメント等の補強に適用することができる。半水石膏、２水石膏とスラグあるいはこれらを上記セメントと混合して使用する際にも適用可能である。また、押出成型法、湿式抄造法、流込方法等、成型法の如何にかかわらず用いることができる。前述した通り、本発明の繊維は、セメント成型体をオートクレーブ養生させる場合に最も適しているが、自然養生や蒸気養生させる場合でも優れた補強効果を発揮する。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明する。
【００３６】
実施例中、ポリプロピレン樹脂の物性、およびセメント成型体の物性は以下の方法により評価した。
【００３７】
（メルトフローレート（ＭＦＲ））  温度２３０℃でノズル通過量（単位：ｇ／１０分、ＪＩＳＫ７２１０に準ず、荷加重２．１６９ｋｇ）で測定した。
【００３８】
（Ｑ値）ゲルパーミエーション・クロマトグラフィー（ＧＰＣ）を用いて下記の条件で測定した。
（ａ）測定装置名：ウォーターズ社製（ＡＬＣ／ＧＰＣ  １５０Ｃ型）
（ｂ）充填カラム：ＴＳＫ−ＧＥＲ  ＧＭＨ６−ＨＴ（高温タイプ）
（ｃ）溶媒：オルソジクロルベンゼン（ＯＤＣＢ）
（ｄ）温度：１３５℃
（ｅ）検出器：示差熱屈折計、流量：１ｍｌ／ｍｉｎ
【００３９】
（ｎ−ヘプタン不溶分）  ５ｇのポリプロピレン試料を５００ｍｌの沸騰キシレン中に全溶解させ、これらを５ｌのメタノール中に投入して析出させたものを回収して乾燥した後、沸騰ｎ−ヘプタンで６時間、ソックスレー抽出した抽出残部の割合を質量％で表した。
【００４０】
（アイソタクチックペンタッド分率）  アイソタクチックペンタッド分率（ＩＰＦ）は、ｎ−ヘプタン不溶分について、「マクロモレキュラーズ」（Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，６，９２５（１９７３）及び８，６８７（１９７５））に準じ測定した。
【００４１】
（曲げ比例限界強度、曲げ強度）  ＪＩＳ  Ａ  １４０８に従って各試料に荷重を加え、荷重−たわみ線図を得た。そして、ほぼ直線的に上昇した初期の荷重−たわみ線が降下しはじめるときの荷重（Ｗ1 ｋｇ）、および降下した荷重−たわみ線が再度上昇した後の最大荷重（Ｗ2 ｋｇ）を線図から読みとり、Ｗ1 、Ｗ2 、スパン（Ｌｃｍ）、試料の巾（ｂｃｍ）、試料の厚み（ｄｃｍ）より次式に従って曲げ比例限界強度および曲げ強度を算出した。
曲げ比例限界強度（ｋｇ／ｃｍ2 ）＝３Ｗ1 Ｌ／２ｂｄ2
曲げ強度（ｋｇ／ｃｍ2 ）＝３Ｗ2 Ｌ／２ｂｄ2
【００４２】
（シャルピー衝撃強度）  ＪＩＳ  Ｂ  ７７２２に従って評価した。
【００４３】
［実施例１］  ＭＦＲ１．５、Ｑ値３．５、ＨＩ９８％、ＩＰＦ９７％のポリプロピレン樹脂（日本ポリケム株式会社製、商品名ＦＬ−７）を用いて２８５℃で溶融紡糸した後、１５０℃で乾式延伸後、ラウリルホスフェートカリウム塩を０．３質量％付着させて、切断し、ＭＦＲ１．７、繊度６０ｄｔｅｘ、繊維長６ｍｍの繊維を得た。次に普通ポルトランドセメント１２００ｇ、珪砂８００ｇ、メチルセルロース２０ｇ、繊維１０ｇをヘンシェルミキサーにて乾式混合した後、水４００ｍｌを添加し、湿式混合して得られた原料を押出成型機に投入してセメント成型体を得た。そして、この成型体を１８０℃で１０時間オートクレーブ養生させた。
結果、成型体密度２．０ｇ／ｃｍ3 、曲げ強度２５００Ｎ／ｃｍ2 、シャルピー衝撃強度３４Ｎ−ｃｍ／ｃｍ2 であった。
また繊維のみを同一条件でオートクレーブ処理をおこなった。繊維強度は処理前３９７ｃＮ、処理後３５３ｃＮで強力残存率８９％であった。
【００４４】
［比較例１］  ＭＦＲ１５の樹脂を用いた以外は実施例１と同様にして、ＭＦＲ１８、繊度６０ｄｔｅｘ、繊維長６ｍｍのポリプロピレン繊維を紡糸し、実施例１と同様にセメント成型体を作成した。
結果、成型体密度２．０ｇ／ｃｍ3 、曲げ強度２４００Ｎ／ｃｍ2 、シャルピー衝撃強度１．２Ｎ−ｃｍ／ｃｍ3 であった。
また繊維のみを同一条件でオートクレーブ処理をおこなった。繊維強度は処理前２９４ｃＮ、処理後０ｃＮで強力残存率０％であった。
【００４５】
【発明の効果】
本発明のセメント補強用ポリプロピレン繊維は、メルトフローレートが小さく繊度が大きいために高温下に暴露された場合でも流動しにくく繊維形態が保持される。表面が溶融されても流動されるには大きなエネルギーを要するため流動されにくい。よって繊維は耐熱性に富むのでオートクレーブ養生する場合にあっては過熱温度を高くすることができる。その結果より効率よくトベルモライト結晶を形成させることができ、理想的なセメントボードとなすことができる。