JP6465872B2 - 複数の充填繊維を含むセメント系複合材料 - Google Patents

Description

本発明は、全体として、複数の繊維を含む複合材料および該複合材料を形成する方法に関する。より具体的には、前記複数の繊維は、特定の合成樹脂成分、界面活性剤および金属酸化物を含む。

関連技術の説明
熱可塑性材料（例えば、合成樹脂繊維）から形成される繊維は、化学的に不活性であり、非常に熱安定性であり、かつ複合材料の強化に理想的な高い引張強さを有する傾向にある。その結果、熱可塑性繊維で強化された複合材料は、典型的には、非強化材料と比較して、改善された物理的特性、例えば改善された引張強さ、改善された耐荷重能力、並びに収縮およびクラックの減少を示す。しかしながら、そのような繊維は、典型的には規則的な構造を有しておりかつ極性官能基を欠いているため、複合材料において望ましくない疎水特性を示す傾向があり、これによって延性および曲げ能力が乏しくなることがある。この望ましくない疎水特性によって、典型的には繊維と複合材料との間の接着不良が生じ、それによって、望ましくない特性、例えば脆性およびひび割れの傾向をも有する複合材料が生じる。

合成樹脂繊維と複合材料との間の接着性を高めるための既存の技術には表面変性が挙げられるが、これは典型的には非経済的で持続不可能であって技術的に困難であり（例えばコロナ処理、プラズマ処理および火炎処理）、かつ環境に有害（例えばクロムおよび酸性酸化）である。他の表面変性には、親水性（または湿潤性）を高めるための湿潤剤での合成樹脂繊維のコーティングが挙げられる。しかしながら、こうした湿潤剤は合成樹脂繊維と複合材料との混合中に合成樹脂繊維から剥がれやすい。湿潤剤が剥がれると、合成樹脂繊維の疎水性部分が露出される。上記の通り、こうした露出は、脆性挙動およびひび割れの傾向を示す複合材料をもたらしうる。従って、改善された複合材料を開発する余地が残されている。

発明の概要
本発明は、セメント系組成物を含む複合材料を提供する。前記複合材料はさらに、前記セメント系組成物中に配置された複数の繊維を含む。前記複数の繊維の各々は、合成樹脂成分、界面活性剤および金属酸化物を含む。前記界面活性剤および前記金属酸化物の各々は、独立して、前記複数の繊維の各々の全体に不均一に分散されている。

本発明はさらに、前記複合材料を形成する方法を提供する。前記方法は、前記合成樹脂成分、前記界面活性剤および前記金属酸化物を合一することによって前記複数の繊維を形成させるステップを含む。前記方法はさらに、前記複数の繊維を前記セメント系組成物中に配置することによって前記複合材料を形成させるステップを含む。

本発明のその他の利点は、以下の詳細な説明および添付の図面を参照することにより容易に正しく認識され、またより十分に理解される。

図１は、本発明の繊維であって、該繊維の全体に配置されている界面活性剤を含む該繊維の一実施形態の断面を示す明視野反射光顕微鏡像である。 図２は、実施例の本発明による試料および比較試料の変位の関数としての、初期ひび割れ時の応力に正規化された引張応力の線グラフである。 図３は、実施例の本発明による試料および比較試料の偏差の関数としての荷重の線グラフである。 図４Ａは、界面活性剤および二酸化ケイ素を含む本発明の繊維の一実施形態のＳＥＭ断面像である。 図４Ｂは、図５Ａの繊維のＳＥＭ断面像であり、その際、界面活性剤は除かれたが二酸化ケイ素は残っている。 図５は、界面活性剤および二酸化ケイ素を含む本発明の繊維の他の実施形態のＳＥＭ断面像である。 図６は、界面活性剤および二酸化ケイ素を含む本発明の繊維の束の後方散乱電子（ＢＳＥ）像である。

発明の詳細な説明
本発明は複合材料を提供する。前記複合材料はセメント系組成物を含む。前記セメント系組成物は、セメント、コンクリート、モルタルまたはそれらの組み合わせであるか、またはそれらを含むか、または主にそれらからなることができる。一実施形態においては、「主に〜からなる」という用語は、前記セメント系組成物が、例えばアスファルトなどのような他の複合材料や組成物を含まないことを意味する。

セメント：
一実施形態においては、前記セメント系組成物は、水硬性セメント結合剤と骨材と水との反応生成物である（または該反応生成物から形成される）。前記水硬性セメント結合剤は、前記セメント系組成物の形成の前、前記セメント系組成物の形成の間および／または前記セメント系組成物の形成の後に、セメントとも称されうる。前記水硬性セメント結合剤の非限定的な例は、ポルトランドセメント、メーソンリーセメントおよび／またはモルタルセメントであるか、またはそれらが含まれる。前記水硬性セメント結合剤は、前記セメント系組成物の形成の前に、前記セメント系組成物１００質量部を基準にしてそれぞれ１〜９８質量部、４０〜８５質量部または６０〜８０質量部の量で存在しうる。さらなる非限定的実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

前記骨材には、当該技術分野において理解される通り粗骨材および／または細骨材が含まれうる。前記骨材は、前記セメント系組成物の形成の前、間および／または後に、前記セメント系組成物１００質量部を基準にしてそれぞれ１〜９８質量部、５〜５０質量部または１０〜３０質量部の量で存在しうる。さらなる非限定的実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

水は、前記セメント系組成物の形成の前、間および／または後に、前記セメント系組成物１００質量部を基準にしてそれぞれ１〜９８質量部、５〜５０質量部または１０〜３０質量部の量で存在しうる。さらなる非限定的実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

前記セメント系組成物は、他の材料、例えば石灰石、消石灰、フライアッシュ、高炉スラグ、シリカフューム、減水剤、空気連行剤、促進剤、遅延剤、本発明の複数の繊維とは異なるポリマー繊維、鋼繊維またはそれらの組み合わせも含みうる。これらの材料および本発明における該材料の質量パーセントの使用量は、当業者によって選択されることができる。

コンクリート：
他の実施形態においては、前記セメント系組成物はさらに、前記セメント系組成物の形成の前、前記セメント系組成物の形成の間および／または前記セメント系組成物の形成の後に、コンクリートと定義される。コンクリートは、水硬性セメント結合剤、例えばポルトランドセメントと、細骨材および／または粗骨材、例えば砂、砂利および砕石と水との反応生成物であることができる（または該反応生成物から形成されることができる）。前記水硬性セメント結合剤と前記骨材と水とは、典型的には十分に混合され、それによってコンクリートの不均一な混合物が生成される。典型的には、前記水硬性セメント結合剤および水は最初にゲルを形成し、このゲルは水和プロセスを経る。コンクリートの凝結時にこのゲルが硬質になることができ、それによって骨材が固定されかつコンクリートが硬化される。

前記水硬性セメント結合剤は、前記コンクリートの形成の前に、前記コンクリート１００質量部を基準にしてそれぞれ１〜９８質量部、４０〜８５質量部または６０〜８０質量部の量で存在しうる。前記骨材は、前記コンクリート形成の前、間および／または後に、前記コンクリート１００質量部を基準にしてそれぞれ１〜９８質量部、５〜５０質量部または１０〜３０質量部の量で存在しうる。水は、前記コンクリートの形成の前、間および／または後に、前記コンクリート１００質量部を基準にしてそれぞれ１〜９８質量部、５〜５０質量部または１０〜３０質量部の量で存在しうる。さらなる非限定的実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

モルタル：
さらに他の実施形態においては、前記セメント系組成物はさらにモルタルと定義される。モルタルは、水硬性セメント結合剤、例えばポルトランドセメントと、細骨材、例えば砂と水との反応生成物であることができる（または該反応生成物から形成されることができる）。モルタルの形成は、一般には上述のコンクリートと同様の水和プロセスに従う。前記水硬性セメント結合剤は、前記モルタルの形成の前に、前記モルタル１００質量部を基準にしてそれぞれ１〜９８質量部、４０〜８５質量部または６０〜８０質量部の量で存在しうる。前記骨材は、前記モルタルの形成の前、間および／または後に、前記モルタル１００質量部を基準にしてそれぞれ１〜９８質量部、５〜５０質量部または１０〜３０質量部の量で存在しうる。水は、前記モルタル形成の前、間および／または後に、前記モルタル１００質量部を基準にしてそれぞれ１〜９８質量部、５〜５０質量部または１０〜３０質量部の量で存在しうる。さらなる非限定的実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

複数の繊維：
前記複合材料はさらに複数の繊維１０を含む。「繊維」という用語は、以下で「複数の繊維」、「複数の繊維の各々」またはその双方に置き換えられてよい。前記繊維１０は、モノフィラメントの形態、揃えてフィブリル化された形態、リボンの形態またはいずれかのコア−シース形態、コア−シェル形態、単成分形態または２成分形態または従来技術において知られているいずれかの他の形態であってよい。前記繊維１０は、従来技術において知られているいずれのサイズおよび／または寸法のものであってもよい。例えば、前記複数の繊維１０の各々は、１／８〜３インチ、１／４〜２インチまたは１／２〜１インチの長さを有することができる。種々の実施形態においては、前記複数の繊維１０の各々は、０．０１〜２ミリメートル、０．０３〜１ミリメートル、０．０４〜０．５ミリメートル、０．０１〜０．１０ミリメートルまたは０．１〜０．２ミリメートルの直径を有することができる。さらなる非限定的な実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。また、０．３０ミリメートル以下の直径を有する繊維は「マイクロ繊維」と称されることができ、一方で０．３ミリメートル超の直径を有する繊維は「マクロ繊維」と称されることができる。

前記複数の繊維１０は、前記セメント系組成物中に配置される。換言すれば、前記複数の繊維１０は、前記セメント系組成物の少なくとも１つの表面上に配置されてもよいし、前記セメント系組成物の全てまたは一部の中に配置されてもよい。前記セメント系組成物の少なくとも１つの表面が、前記複数の繊維１０を含まないことも可能である。本発明の全体を通じて、「配置される」という用語は「分散される」という用語と互換的に用いられることができるものと理解されたい。特定の実施形態においては、前記複数の繊維１０は前記複合材料１００体積部を基準にして０．１〜１０体積部の量で存在する。また、前記複数の繊維１０は前記複合材料１００体積部を基準にしてそれぞれ０．５〜５体積部、１〜３体積部または１．５〜２体積部の量で存在する。さらなる非限定的な実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

合成樹脂成分：
前記複数の繊維１０の各々は、合成樹脂成分１２を含む。前記合成樹脂成分１２は、従来技術において知られているいかなる合成樹脂であってもよいし、それを含んでもよいし、主にそれからなってもよいし、それからなってもよい。例えば一実施形態においては、「主に〜からなる」という用語は、前記合成樹脂成分１２が、非合成樹脂を、例えば前記合成樹脂成分としての使用のための選択肢として以下に記載されるもの以外の化合物を、含まないことを意味する。前記合成樹脂成分１２は、固体または液体として提供されることができる。前記合成樹脂成分１２は、単一繰返し単位から形成される単一重合体または異なる繰返し単位から形成される共重合体であってもよいし、それを含んでもよいし、主にそれからなってもよいし、それからなってもよい。前記合成樹脂成分１２は、これに限定されるものではないが例えば脂肪族モノマー、芳香族モノマーおよびそれらの組み合わせといったモノマーの重合生成物であってもよいし、それを含んでもよいし、主にそれからなってもよいし、それからなってもよい。前記合成樹脂成分１２は、例えば不飽和モノマー、例えば炭素−炭素二重結合を有するアルケンおよびジエン、炭素−炭素三重結合を有するアルキンおよびスチレンモノマーといったモノマーの重合生成物であってもよいし、それを含んでもよいし、主にそれからなってもよいし、それからなってもよい。前記合成樹脂成分１２は、単一重合体、共重合体またはそれらの組み合わせのポリマーブレンドであってもよいし、それを含んでもよいし、主にそれからなってもよいし、それからなってもよい。特定の実施形態においては、前記合成樹脂成分１２は、少なくとも１，０００ｇ／モルの平均分子量を有する。また前記合成樹脂成分１２は、少なくとも３，０００ｇ／モル、少なくとも８，０００ｇ／モル、少なくとも１０，０００ｇ／モル、少なくとも１２，０００ｇ／モル、少なくとも１３，０００ｇ／モル、少なくとも１５，０００ｇ／モル、少なくとも２５，０００ｇ／モル、少なくとも５０，０００ｇ／モル、少なくとも１００，０００ｇ／モル、少なくとも５００，０００ｇ／モル、少なくとも１，０００，０００ｇ／モルの平均分子量を有する。他の実施形態においては、前記合成樹脂成分１２は、１，０００ｇ／モル〜２，０００，０００ｇ／モルの平均分子量を有する。また前記合成樹脂成分１２は、１，０００ｇ／モル〜１，０００，０００ｇ／モル、１，０００ｇ／モル〜５００，０００ｇ／モル、３，０００ｇ／モル〜１００，０００ｇ／モル、３，０００ｇ／モル〜５０，０００ｇ／モル、５，０００ｇ／モル〜２５，０００ｇ／モル、５，０００ｇ／モル〜１５，０００ｇ／モルの平均分子量を有する。さらなる非限定的な実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

特定の実施形態においては、前記合成樹脂成分１２は、ポリオレフィン、ポリオレフィンエラストマー、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルまたはそれらの組み合わせであるか、またはそれを含むか、または主にそれからなるか、またはそれからなる。例えば一実施形態においては、「主に〜からなる」という用語は、前記繊維１０および／または前記合成樹脂成分１２が、前記合成樹脂成分でも１種以上の上記のポリマーでもない他の有機および／または無機ポリマーを含まないことを意味する。種々の実施形態においては、前記ポリオレフィンは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリブテン−１またはそれらの組み合わせである。他の実施形態においては、前記ポリオレフィンエラストマーは、ポリイソブチレン、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンモノマーゴムである。単に説明を目的として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンおよびポリ塩化ビニルの一般的な化学構造式を以下に示す：

ここで、ｎは任意の整数であり、例えば３５０〜１１，０００の整数である。さらなる非限定的な実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

種々の実施形態においては、前記合成樹脂成分１２はポリプロピレンである。前記ポリプロピレンは、アイソタクチック、シンジオタクチックまたはアタクチックであってよい。単に説明を目的として、アタクチック、アイソタクチックおよびシンジオタクチックポリプロピレンの一般的な化学構造式を以下に示す：

ここで、ｎは任意の整数であってよい。適したポリプロピレンの非限定的な例は、Houston, TX在LyondellBasel Industries社よりPro-fax（登録商標）、例えばPro-fax（登録商標）6301の商品名で市販されている。

前記複数の繊維１０の各々は、典型的には、前記複数の繊維１０の各々１００質量部を基準にして少なくとも９０質量部の前記合成樹脂成分１２を含む。しかしながら、前記合成樹脂成分１２はより低い質量％で使用されててもよい。また、前記複数の繊維１０の各々は、前記複数の繊維１０の各々１００質量部を基準にしてそれぞれ、少なくとも９２質量部、少なくとも９４質量部、少なくとも９６質量部、少なくとも９７質量部、少なくとも９８質量部または少なくとも９９質量部の前記合成樹脂成分１２を含むことができる。さらなる非限定的な実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

界面活性剤：
前記複数の繊維１０の各々はさらに、界面活性剤１４を含む。前記界面活性剤１４は特に限定されず、従来技術において知られているいかなるものも含まれうる。例えば、前記界面活性剤１４は、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン界面活性剤またはこれらの組み合わせであってもよいし、それを含んでもよいし、主にそれからなってもよいし、それからなってもよい。種々の実施形態においては、前記界面活性剤１４は、アルコールアルコキシレート、アルコールブロック／ヘテリックアルコキシレート、ポリオキシエチレン／ポリオキシプロピレンブロック／ヘテリック共重合体、脂肪アルコール、脂肪アルコキシアルコール、ポリアルキレングリコール、アルキルフェノールアルコキシレートの１つ以上またはこれらの組み合わせであってもよいし、それを含んでもよいし、主にそれからなってもよいし、それからなってもよい。前記界面活性剤１４は、固体、ペースト、フレークおよび／または液体として提供されることができる。また前記界面活性剤１４は、石鹸、洗剤、湿潤剤、分散剤、乳化剤、発泡剤、殺菌剤、腐食防止剤、帯電防止剤、表面活性剤、高分子界面活性剤、表面活性ポリマーなどであってもよいし、それを含んでもよいし、主にそれからなってもよいし、それからなってもよい。例えば上記の１つ以上の実施形態においては、「主に〜からなる」という用語は、前記界面活性剤１４が非界面活性剤を含まないか、または１種以上の界面活性剤を含むことができかつ１種以上の他の界面活性剤を含まないことができることを意味しうる。

前記界面活性剤１４は、前記複数の繊維１０の各々の全体に不均一に分散されている。換言すれば、当業者によって理解されるように、前記界面活性剤１４は前記繊維１０に広くまたはほぼ均等に全体に分散されており、前記繊維１０の断面は、この断面のほぼ全体に存在する界面活性剤１４を示す（例えば図１参照）。

典型的には、前記繊維１０の全体に不均一に分散された前記界面活性剤１４を含む前記繊維１０は、親水特性を示す。この親水特性によって、前記セメント系組成物へのまたは前記セメント系組成物における前記繊維１０の接着性を改善することができ、それによって前記複合材料の延性の向上が生じうる。この高められた延性によって、耐脆性および耐ひび割れ性がもたらされうる。

前記界面活性剤１４を含む前記繊維１０は、様々なコーティング、例えば付加的な界面活性剤（これは、界面活性剤１４として記載されたものと同一であっても異なってもよい）および／または潤滑剤でコーティングされてよく、かつ／または様々な処理、例えばコロナ処理、プラズマ処理、火炎処理、クロムおよび／または酸性酸化に供されてよい。しかしながら、こうしたコーティングおよび／または処理は必須ではないと理解されたい。

特定の実施形態においては、前記界面活性剤１４は１００，０００ｇ／モル以下の平均分子量を有する。また前記界面活性剤は、９０，０００ｇ／モル以下、５０，０００ｇ／モル以下、２５，０００ｇ／モル以下、２０，０００ｇ／モル以下、１５，０００ｇ／モル以下、１０，０００ｇ／モル以下、７，０００ｇ／モル以下、５，０００ｇ／モル以下、２，０００ｇ／モル以下、１，０００ｇ／モル以下、または５００ｇ／モル以下の平均分子量を有することもできる。分子量とモル質量とは異なる物理的特性を表すものと理解されるが、本発明の前記界面活性剤１４に関しては、分子量は以下で分子量とモル質量の双方を記述するために用いられることができる。さらなる非限定的な実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

特定の実施形態においては、前記界面活性剤１４はアルコールアルコキシレートである。前記アルコールアルコキシレートは特に限定されないが、以下の式を有する脂肪アルコール部分を有するアルコールアルコキシレートであることができる：

ここで、Ｒは、Ｃ₈〜Ｃ₁₈の、例えばＣ₈、Ｃ₉、Ｃ₁₀、Ｃ₁₁、Ｃ₁₂、Ｃ₁₃、Ｃ₁₄、Ｃ₁₅、Ｃ₁₆、Ｃ₁₇またはＣ₁₈の分岐状または直鎖状アルキル基であり、ｍは、０〜１４、例えば０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３または１４であり、ｎは、０〜１４、例えば０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３または１４であり、ｏは、０〜１４、例えば０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３または１４であり、ｐは、０〜１４、例えば０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３または１４であり、Ｒ'は、−ＣＨ₃、−ＣＨ₂ＣＨ₃およびそれらの混合物であり、Ｒ''は、−ＣＨ₃、−ＣＨ₂ＣＨ₃およびそれらの混合物であり、Ｒ''は、−ＯＨ、−ＣＨ₃、−Ｏ−Ｃ₃〜Ｃ₁₈−ヒドロキシアルキル基およびそれらの混合物である。さらなる非限定的な実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

また前記アルコールアルコキシレートは、以下の式を有する１つ以上の脂肪アルコール部分アルコキシレートを有するアルコールであってもよい：

ここで、Ｒは、Ｃ₈〜Ｃ₁₈の、例えばＣ₈、Ｃ₉、Ｃ₁₀、Ｃ₁₁、Ｃ₁₂、Ｃ₁₃、Ｃ₁₄、Ｃ₁₅、Ｃ₁₆、Ｃ₁₇またはＣ₁₈の分岐状または直鎖状アルキル基であり、ｘは、０〜１４、例えば０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３または１４であり、ｙは、３〜１４、例えば３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３または１４であり、ｚは、０〜２０、例えば０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９または２０であり、ｐは、０〜１４、例えば０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３または１４であり、Ｒ'は、−ＣＨ₃、−ＣＨ₂ＣＨ₃およびそれらの混合物であり、Ｒ''は、−ＣＨ₃、−ＣＨ₂ＣＨ₃およびそれらの混合物であり、Ｒ''は、−ＯＨ、−ＣＨ₃、−Ｏ−Ｃ₃〜Ｃ₁₈−ヒドロキシアルキル基およびそれらの混合物である。さらなる非限定的な実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

また前記アルコールアルコキシレートは、以下の式を有する１つ以上のオキシエチレート部分を有する脂肪アルコールであってもよい：

ここで、Ｒは、Ｃ₁₀〜Ｃ₁₃の、例えばＣ₁₀、Ｃ₁₁、Ｃ₁₂またはＣ₁₃の分岐状または直鎖状アルキル基であり、ｘは、４〜１０、例えば４、５、６、７、８、９または１０である。さらなる非限定的な実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

前記アルコールアルコキシレートは、典型的には非イオン性であるが、カチオン性、アニオン性、両性または両イオン性であってもよい。前記アルコールアルコキシレートは、１〜１００のエトキシ化度を有することができる。また前記アルコールアルコキシレートは、２０〜１００、４０〜１００、６０〜１００または７０〜９０のエトキシ化度を有することもできる。エトキシ化度の増加によって、前記セメント系組成物への前記繊維１０の接着性を高めることができる。典型的には、前記アルコールアルコキシレートは、５００〜１０，０００ｇ／モルの平均分子量を有する。また前記アルコールアルコキシレートは、１，０００〜１０，０００ｇ／モル、２，０００〜４，５００ｇ／モル、２，５００〜４，０００ｇ／モル、または３，０００〜４，０００ｇ／モルの平均分子量を有する。適したアルコールアルコキシレートの非限定的な例は、Florham Park, NJ在BASF Corporation社より市販されている。さらなる非限定的な実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

種々の実施形態においては、前記界面活性剤１４はアルコールブロック／ヘテリックアルコキシレートである。他の実施形態においては、前記界面活性剤１４は、ポリオキシエチレン／ポリオキシプロピレンブロック／ヘテリック共重合体（ＥＯ／ＰＯブロック／ヘテリック共重合体）である。

前記ＥＯ／ＰＯブロック／ヘテリック共重合体は、例えば以下の式を有するいかなるブロックまたはヘテリック／ブロックポリオキシアルキレン重合体であってもよい：

ここで、Ｙは、１〜６、例えば１、２、３、４、５若しくは６のｘの官能価、および（ｉ）２〜６個の炭素原子、例えば２、３、４、５若しくは６個の炭素原子および２〜３個の反応性水素原子、または（ｉｉ）６〜１８個の炭素原子、例えば６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７または１８個の炭素原子および１〜３個の反応性水素原子、例えば１、２または３個の反応性水素原子を有する活性水素含有有機化合物の核である。Ａは、典型的には、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、テトラヒドロフランまたはそれらの混合物からなる群から選択される低級アルキレンオキシドである。最高で２５質量％、最高で２０％質量、最高で１５質量％、最高で１０質量％または最高で５質量％のＡが、エチレンオキシドと混合された前記活性水素含有有機化合物と直接反応されることができ、７５質量％以上、８０質量％以上、８５質量％以上、９０質量％以上または９５質量％以上のＡが、その後、ポリマーの生成に到達することができる。さらに、ｍは、０〜１１０、例えば０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９または１１０であってよい。ｎは、０〜２６、例えば０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５または２６であってよい。さらなる非限定的な実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

前記ＥＯ／ＰＯブロック／ヘテリック共重合体は、以下の式を有するブロックまたはヘテリック／ブロックポリオキシアルキレン重合体であってもよい：

ここで、Ｙは、１〜６、例えば１、２、３、４、５若しくは６のｘの官能価、および（ｉ）２〜６個の炭素原子、例えば２、３、４、５若しくは６個の炭素原子および２〜３個の反応性水素原子、または（ｉｉ）６〜１８個の炭素原子、例えば６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７または１８個の炭素原子および１〜３個の反応性水素原子、例えば１、２または３個の反応性水素原子を有する活性水素含有有機化合物の核である。Ａは、典型的には、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、テトラヒドロフランまたはそれらの混合物からなる群から選択される低級アルキレンオキシドである。最高で２５質量％、最高で２０％質量、最高で１５質量％、最高で１０質量％または最高で５質量％のＡが、エチレンオキシドと混合された前記活性水素含有有機化合物と直接反応されることができ、７５質量％以上、８０質量％以上、８５質量％以上、９０質量％以上または９５質量％以上のＡが、その後、ポリマーの生成に到達することができる。さらに、ｍは、０〜１１０、例えば０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９または１１０であってよい。ｎは、０〜２６、例えば０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５または２６であってよい。ｏは、０〜２６、例えば０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５または２６であってよい。さらなる非限定的な実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

また前記ＥＯ／ＰＯブロック／ヘテリック共重合体は、以下の式を有するブロックまたはヘテリック／ブロックポリオキシアルキレン重合体であってもよい：

ここで、Ｙは、１〜６、例えば１、２、３、４、５若しくは６のｘの官能価、および（ｉ）２〜６個の炭素原子、例えば２、３、４、５若しくは６個の炭素原子および２〜３個の反応性水素原子、または（ｉｉ）６〜１８個の炭素原子、例えば６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７または１８個の炭素原子および１〜３個の反応性水素原子、例えば１、２または３個の反応性水素原子を有する活性水素含有有機化合物の核である。Ａは、典型的には、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、テトラヒドロフランまたはそれらの混合物からなる群から選択される低級アルキレンオキシドである。最高で２５質量％、最高で２０％質量、最高で１５質量％、最高で１０質量％または最高で５質量％のＡが、エチレンオキシドと混合された前記活性水素含有有機化合物と直接反応されることができ、７５質量％以上、８０質量％以上、８５質量％以上、９０質量％以上または９５質量％以上のＡが、その後、ポリマーの生成に到達することができる。さらに、ｍは、０〜１１０、例えば０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９、７０、７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、７９、８０、８１、８２、８３、８４、８５、８６、８７、８８、８９、９０、９１、９２、９３、９４、９５、９６、９７、９８、９９、１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９または１１０であってよい。ｎは、０〜２６、例えば０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５または２６であってよい。ｏは、０〜２６、例えば０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５または２６であってよい。さらなる非限定的な実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

前記ＥＯ／ＰＯブロック／ヘテリック共重合体は、典型的には非イオン性であるが、カチオン性、アニオン性、両性または両イオン性であってもよい。前記ＥＯ／ＰＯブロック／ヘテリック共重合体は、第一級ヒドロキシル基を末端に有してもよいが、そうでなくてもよい。総じて、前記ＥＯ／ＰＯブロック／ヘテリック共重合体は、ポリエチレンオキシドおよびポリプロピレンオキシドの繰返し単位から形成される。前記ポリエチレンオキシドは、ＥＯ／ＰＯブロック／ヘテリック共重合体のエトキシ化度に寄与し、これによって、上記の通り、前記セメント系組成物へのまたは前記セメント系組成物における前記繊維１０の接着性が高められうる。典型的には、前記ＥＯ／ＰＯブロック／ヘテリック共重合体は、５，０００〜１５，０００ｇ／モルの平均分子量を有する。また前記ＥＯ／ＰＯブロック／ヘテリック共重合体は、５，５００〜１４，０００ｇ／モル、６，０００〜１３，５００ｇ／モル、６，５００〜１３，０００ｇ／モル、または７，０００〜１３，０００ｇ／モルの平均分子量を有することもできる。さらなる非限定的な実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

特定の実施形態においては、前記界面活性剤１４は脂肪アルコールである。他の実施形態においては、前記界面活性剤１４は脂肪アルコキシアルコールである。さらに他の実施形態においては、前記界面活性剤１４はポリアルキレングリコールである。

特定の実施形態においては、前記界面活性剤１４はアルキルフェノールアルコキシレートである。前記アルキルフェノールアルコキシレートは特に限定されないが、以下の式を有するアルキルフェノールアルコキシレートであることができる：

ここで、Ｐはフェニル基であり、Ｒは、Ｃ₈またはＣ₉の分岐状または直鎖状アルキル基であり、ｍは、３〜１２、例えば３、４、５、６、７、８、９、１０、１１または１２であり、ｎは、０〜１２、例えば０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１または１２である。さらなる非限定的な実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

前記複数の繊維１０の各々は、典型的には、前記複数の繊維１０の各々１００質量部を基準にして１０質量部以下の前記界面活性剤１４を含む。また前記複数の繊維１０の各々は、前記複数の繊維１０の各々１００質量部を基準にしてそれぞれ８質量部以下、６質量部以下、４質量部以下、３質量部以下、２質量部以下、または１質量部以下の前記界面活性剤１４を含むこともできる。さらなる非限定的な実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

金属酸化物：
前記複数の繊維１０の各々は、金属酸化物１６をも含む。前記金属酸化物１６は、典型的には、１個以上の酸素原子を例えば−２の酸化状態で含む。しかしながら、前記金属酸化物１６はそのようなものに限定されず、従来技術において知られている１種以上のいかなる金属酸化物１６であってもよいし、それを含んでもよいし、主にそれからなってもよいし、それからなってもよい。一実施形態においては、「主に〜からなる」という用語は、前記金属酸化物１６が前記金属酸化物１６以外の化合物または複合体を含まないことを意味する。前記金属酸化物１６の金属は、従来技術において知られているいずれのものであってもよく、例えばアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、または周期表の第ＩＢ族、第ＩＩＢ族、第ＩＩＩＡ族、第ＩＶＡ族、第ＶＡ族若しくは第ＶＩＡ族の金属であることができる。一実施形態においては、前記金属酸化物１６は二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）である。ケイ素は、典型的にはメタロイドまたは半金属と称されうるが、本発明の目的のために、ケイ素は前記金属酸化物１６の目的のための金属と称される。しかしながら一実施形態においては、金属酸化物１６という用語は半金属酸化物１６と置き換えられることが企図される。

当該技術分野で理解されるように、二酸化ケイ素はシリカとしても知られており、これらに限定されるものではないが、例えば石英ガラス、水晶、ヒュームドシリカ（例えば高熱法シリカ）、コロイダルシリカ、シリカゲル、エアロゲルおよびこれらの組み合わせの１つ以上の形態で存在しうる。本発明の金属酸化物１６は、二酸化ケイ素および／または二酸化ケイ素の上記の形態の１つ以上のいずれのものであってもよいし、それを含んでもよいし、主にそれからなってもよいし、それからなってもよい。

前記金属酸化物１６は、典型的には、前記複数の繊維１０中に、前記複数の繊維１０ １００質量部を基準にして０．０１〜５．００、０．１〜５．０、０．２〜４．９、０．３〜４．８、０．４〜４．７、０．５〜４．６、０．６〜４．５、０．７〜４．４、０．８〜４．３、０．９〜４．２、１．０〜４．１、１．１〜４．０、１．２〜３．９、１．３〜３．８、１．４〜３．７、１．５〜３．６、１．６〜３．５、１．７〜３．４、１．８〜３．５、１．９〜３．４、２．０〜３．３、２．１〜３．２、２．２〜３．１、２．３〜３．０、２．４〜２．９、２．５〜２．８、または２．６〜２．７質量部の量で存在する。他の実施形態においては、前記金属酸化物１６は、５〜９９質量％の非晶質二酸化ケイ素を含むヒュームドシリカ（例えば反応性ポゾラン材料）である。さらなる非限定的な実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

前記複合材料の中および／または前記セメント系組成物自体の中には、１種以上の金属水酸化物が存在してもよいし形成されてもよい。例えば、セメントの水和の間に生じる水酸化カルシウムが、前記繊維中の前記金属酸化物１６、例えば二酸化ケイ素と反応することができ、それによって、前記繊維と前記セメント系組成物との間の接着性向上のための（付加的な）界面結合強度がもたらされる。このような反応によって、金属ケイ酸塩、例えばケイ酸カルシウムが生じうる。理論に束縛されることを企図するものではないが、前記金属酸化物１６の存在によって、前記金属水酸化物と反応しうる場所として、前記繊維中に反応部位が形成されるものと考えられる。

前記金属酸化物１６は、前記界面活性剤１４と同様に、独立して、前記複数の繊維１０の各々の全体に不均一に分散されている。換言すれば、当業者によって理解されるように、前記金属酸化物１６は前記繊維１０に広くまたはほぼ均等に全体に分散されており、前記繊維１０の断面は、この断面のほぼ全体に存在する金属酸化物１６を示す（例えば図４Ｂおよび５参照）。前記金属酸化物１６および前記界面活性剤１４は、前記複数の繊維１０中に同一または異なるパターンまたは量で分散されていてよい。

添加剤：
前記複数の繊維１０の各々は、１種以上の添加剤をも含むことができる。前記添加剤は、酸化防止剤および／または光安定剤であることができる。前記酸化防止剤は、第１および／または第２の酸化防止剤であってもよいし、それを含んでもよい。しかしながら、前記繊維は任意の数の酸化防止剤を含むことができるものと理解されたい。前記光安定剤は、ヒンダードアミン光安定剤（ＨＡＬＳ）であってもよいし、それを含んでもよい。前記添加剤は、典型的には、前記繊維１０の形成の間の熱およびせん断による前記合成樹脂成分１２および前記界面活性剤１４の劣化を最小限に抑える。さらに前記添加剤によって、典型的には長期熱安定性を有する前記繊維１０がもたらされる。

前記第１の酸化防止剤は、前記複数の繊維中に、前記複数の繊維１０の各々１００質量部を基準にしてそれぞれ０．００１〜１質量部、０．０１〜０．２質量部、または０．０５〜０．１５質量部の量で存在することができる。適した主要酸化防止剤の非限定的な例は、Florham Park, NJ在BASF Corporation社よりIrganox（登録商標）、例えばIrganox（登録商標）3114(AO)およびIrganox（登録商標）B 1411(AO)の商品名で市販されている。さらなる非限定的な実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

前記第２の酸化防止剤は、前記複数の繊維中に、前記複数の繊維１０の各々１００質量部を基準にしてそれぞれ０．００１〜１質量部、０．０１〜０．２質量部、または０．０５〜０．１５質量部の量で存在することができる。適した二次的酸化防止剤の非限定的な例は、Florham Park, NJ在BASF Corporation社よりIrgafos（登録商標）、例えばIrgafos（登録商標）168 (AO)の商品名で市販されている。さらなる非限定的な実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

前記光安定剤は、前記複数の繊維中に、前記複数の繊維１０の各々１００質量部を基準にしてそれぞれ０．０１〜２質量部、０．０８〜１質量部、または０．１〜０．３質量部の量で存在することができる。適した光安定剤の非限定的な例は、Florham Park, NJ在BASF Corporation社よりChimassorb（登録商標）、例えばChimassorb（登録商標）2020の商品名で市販されている。さらなる非限定的な実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

典型的には、前記複合材料の延性および曲げ靭性の増加によって前記複合材料の脆性が低下し、前記複合材料の引張強さおよびエネルギー吸収が増加する。前記複合材料の延性は、（１）前記複合材料のドッグボーン試験片を形成し、かつ（２）前記ドッグボーン試験片を引っ張って試験することによって測定できる。曲げ靭性は、ＡＳＴＭ Ｃ１５５０を用いて、円形パネル試験片を曲げて試験することによって測定できる。前記複合材料の非限定的な例を、延性について以下で評価する。

複合材料を形成する方法：
本発明はさらに、前記複合材料を形成する方法を提供する。前記方法は、前記合成樹脂成分１２、前記界面活性剤１４および前記金属酸化物１６を合一することによって前記複数の繊維１０を形成させるステップを含む。前記複数の繊維１０を形成させるために、前記合成樹脂成分１２、前記界面活性剤１４および前記金属酸化物１６は、従来技術において知られているいずれの方法によって合一されてもよい。非限定的な例においては、前記合成樹脂成分１２、前記界面活性剤１４および前記金属酸化物１６は、乾燥ブレンドされ、次に押出成形によりコンパウンディングされることができ、それによって押出物が形成される。前記押出物は、その後に押出成形され、紡糸され、次いで延伸されることができ、それによって前記複数の繊維１０が形成される。

特定の実施形態においては、前記複数の繊維１０の形成の前に、前記合成樹脂成分１２、前記界面活性剤１４および前記金属酸化物１６が合一され、それによって混合物が形成される。前記混合物は、マスターバッチと称されることができる。前記混合物を形成させるために、前記合成樹脂成分１２、前記界面活性剤１４および前記金属酸化物１６は、従来技術において知られているいずれの方法によって合一されてもよい。前記合成樹脂成分１２、前記界面活性剤１４および前記金属酸化物１６は、混合容器および／またはブレンダー、例えばヘンシェルミキサー中で合一されることができる。前記混合物を形成させるために、存在する場合には前記添加剤も、前記合成樹脂成分１２、前記界面活性剤１４および前記金属酸化物１６と合一されることができる。前記合成樹脂成分１２、前記界面活性剤１４および前記金属酸化物１６、および存在する場合には前記添加剤は、前記界面活性剤１４および存在する場合には前記添加剤が前記合成樹脂成分１２を有する混合物中にほぼ均一に分散されるように、十分にブレンドされることができる。

特定の実施形態においては、前記合成樹脂成分１２、前記界面活性剤１４および前記金属酸化物１６を合一することによって前記複数の繊維１０を形成させるステップは、前記合成樹脂成分１２、前記界面活性剤１４および前記金属酸化物１６を第１の押出機で１８５℃〜２１５℃の温度で押出成形することによって少なくとも１つのストランドを形成させるステップを含む。前記合成樹脂成分１２、前記界面活性剤１４および前記金属酸化物１６を押出成形することによって少なくとも１つのストランドを形成させるステップは、コンパウンディングとも称されうる。前記合成樹脂成分１２、前記界面活性剤１４および前記金属酸化物１６は、従来技術において知られているいずれの押出法によって押出成形されてもよく、例えば直接押出法、間接押出法および／または静水圧押出法によって押出成形されることができる。前記合成樹脂成分１２、前記界面活性剤１４および前記金属酸化物１６を押出成形することによって少なくとも１つのストランドを形成させるステップは、前記繊維１０中での前記界面活性剤１４の分散の増加をもたらすものと考えられる。前記繊維１０中での前記界面活性剤１４の分散の増加によって、前記セメント系組成物への前記繊維１０の接着性が高められうる。さらなる非限定的実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

前記第１の押出機は、少なくとも１つのストランドを形成させるための、従来技術において知られているいずれの押出機であってもよい。前記第１の押出機はさらに、単軸スクリュー押出機、二軸スクリュー押出機または多軸スクリュー押出機と定義されることができる。種々の実施形態においては、前記第１の押出機はさらに、単軸スクリュー押出機と定義される。他の実施形態においては、前記第１の押出機はさらに、二軸スクリュー押出機と定義される。前記第１の押出機はさらに、（全）噛合型押出機と定義されることができる。前記第１の押出機はさらに、同方向回転型押出機と定義されることができる。前記第１の押出機は、３５：１〜４５：１、または３６：１〜４４：１、３７：１〜４３：１、３８：１〜４２：１、または３９：１〜４１：１の、長さ対直径の比（Ｌ／Ｄ）を有することができる。前記第１の押出機は、毎分１４０〜１６０回転（ＲＰＭ）、または１４５〜１５５ＲＰＭ、１４６〜１５４ＲＰＭ、１４７〜１５３ＲＰＭ、１４８〜１５２ＲＰＭ、１４９〜１５１ＲＰＭの速度で回転するスクリューを含むことができる。前記第１の押出機のスクリューは、前記混合物の主要搬送体であることができる。前記第１の押出機は、Leistritz社の２７ｍｍ同方向回転型二軸スクリュー押出機であることができる。さらなる非限定的な実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

種々の実施形態においては、前記第１の押出機は複数の加熱域を含み、例えば９個の加熱帯域を含み、各加熱帯域は１８５℃〜２１５℃の温度である。しかしながら、前記第１の押出機は、従来技術において知られているいずれの温度で運転されてもよいものと理解されたい。より具体的には、前記合成樹脂成分１２、前記界面活性剤１４および前記金属酸化物１６は、熱間押出および／または温間押出として押出成形されることができ、これは、前記合成樹脂成分１２、前記界面活性剤１４および前記金属酸化物１６の溶融温度に依存しうる。前記第１の押出機は任意の数の加熱帯域、例えば１、２、３、４、５、６、７、８、１０、１１、１２、１３、１４、１５個などの加熱帯域を有することができ、各加熱帯域は独立して１８５℃〜２１５℃の温度であることができる。さらなる非限定的な実施形態においては、１つ以上の前述の範囲内の全ての値および値範囲の整数および分数の双方が本明細書において明示的に企図される。

他の実施形態においては、前記合成樹脂成分１２、前記界面活性剤１４および前記金属酸化物１６を合一することによって前記複数の繊維１０を形成させるステップは、前記少なくとも１つのストランドを水で急冷し、次いで前記水で急冷された少なくとも１つのストランドを切断することによってペレットを形成させるステップを含む。前記少なくとも１つのストランドは、水浴中で、噴霧急冷によっておよび／または水壁急冷によって急冷されることができる。他の実施形態においては、前記少なくとも１つのストランドは空気急冷により急冷され、それによってペレットが形成される。前記水で（または空気急冷により）急冷された少なくとも１つのストランドの切断は、従来技術において知られているいずれの切断法によって行われてもよく、例えばConAirペレタイザーを用いて行われることができる。前記ペレットは、従来技術において知られているいずれの寸法および／またはサイズ分布をも有することができる。種々の実施形態においては、前記ペレットは１／１６〜１／４インチの直径および１／１６〜１／４インチの長さを有する。

種々の実施形態においては、前記合成樹脂成分１２、前記界面活性剤１４および前記金属酸化物１６を合一することによって前記複数の繊維１０を形成させるステップは、前記ペレットを第２の押出機で押出成形することによって前記複数の繊維１０を形成させるステップを含む。前記第２の押出機は、前記複数の繊維１０を形成させるための、従来技術において知られているいずれの押出機であってもよい。前記複数の繊維１０を形成させるために、前記ペレットは押出紡糸により押出成形されることができる。前記複数の繊維１０の形成に続き、前記複数の繊維１０の各々の長さが１／４〜３インチとなるように前記複数の繊維１０を切断することができる。しかしながら、前記複数の繊維１０は従来技術において知られているいずれのサイズの長さに切断されてもよいものと理解されたい。

前記方法はさらに、前記複数の繊維１０を前記セメント系組成物中に配置することによって前記複合材料を形成させるステップを含む。前記複数の繊維１０は、従来技術において知られているいずれの方法によって前記セメント系組成物中に配置されてもよい。前記複数の繊維１０が前記セメント系組成物中に配置されさえすれば、前記複数の繊維１０は、前記セメント系組成物の形成の前に、前記骨材、前記結合剤、水、前記セメント系材料、減水剤、空気連行剤、促進剤、遅延剤および／またはフライアッシュ中に配置されてよいものと理解されたい。

同様または類似の結果が得られる限り、以下の実施例に多くの変更が加えられうるものと理解されたい。従って、本発明の複合材料の実施形態を説明する以下の実施例は、説明を企図したものであって、本発明の限定を企図したものではない。

実施例
ポリプロピレン、界面活性剤、金属酸化物および添加剤を合一することによって、以下の第Ｉ表に示すようにヘンシェルミキサー中で混合物（実施例１〜３）を形成させる。以下の第Ｉ表に示すように、界面活性剤または金属酸化物を含まない付加的な混合物（比較例）も同様に形成させる。

前記ポリプロピレンは粉末としての固形であり、公称１２のメルトインデックスのポリプロピレン単一重合体から形成される。前記混合物を、界面活性剤、金属酸化物および添加剤がポリプロピレンと共に均一に分散されるように十分にブレンドする。前記混合物を、Leistritz社の２７ｍｍ同方向回転型二軸スクリュー押出機（第１の押出機）中でコンパウンディングすることにより、少なくとも１つのストランドを形成させる。前記第１の押出機は、同方向回転型でかつ全噛合型の押出機である。前記第１の押出機のスクリューは主要な搬送を担い、回転数１５０ＲＰＭの速度で回転する。前記第１の押出機は４０：１のＬ／Ｄを有する。前記第１の押出機はＫ−トロンスクリュー型フィーダーを具備する。前記第１の押出機は９つの加熱帯域を有し、各帯域は以下に示すような温度プロファイルを有する。

帯域＃２：１９０℃
帯域＃３：１９５℃
帯域＃４：２００℃
帯域＃５：２００℃
帯域＃６：２００℃
帯域＃７：２００℃
帯域＃８：２００℃
帯域＃９：２００℃
溶融帯域：２１０℃
前記混合物を帯域＃２および帯域＃４中で加熱し、ダイを帯域＃９中で加熱する。前記少なくとも１つのストランドを水浴中で急冷し、次いでConAirペレタイザーを用いて切断することによりペレットを形成させる。前記ペレットは約１／８インチの直径および約１／８インチの長さを有する。前記ペレットを第２の押出機中で押出成形することにより複数の繊維を形成させる。複数の（マイクロ）繊維を約１／２インチの長さに切断し、一方で複数の（マクロ）繊維を約２インチの長さに切断する。

実施例１〜３および比較例についての繊維の組成を、以下の第Ｉ表に示す。これらの繊維間の性能差を、第ＩＩ表に示した組成を有するコンクリート混合物において評価する。

ポリプロピレンは、LyondellBasell Industries社よりPro-fax（登録商標）6301として市販されているポリプロピレン単一重合体である。

界面活性剤は、BASF Corporationより市販されているＥＯ／ＰＯブロック／ヘテリック共重合体である。

ＨＡＬＳは、BASF CorporationよりChimassorb（登録商標）2020として市販されているヒンダードアミン光安定剤である。

酸化防止剤は、BASF Corporation社よりIrganox（登録商標）B 1411(AO)として市販されている酸化防止剤である。

金属酸化物は、Sigma-Aldrich社よりSilicon Dioxide,製品番号S5130として市販されている二酸化ケイ素である。

第Ｉ表の実施例１〜３および比較例のマイクロ繊維をそれぞれコンクリートと合一し、それによってそれぞれ複合材料のドッグボーン試験片を形成させる。コンクリートおよび繊維を含む複合材料をまず注型成形することによって前記ドッグボーン試験片を形成させる。前記ドッグボーン試験片は、互いに向かい合う上端および下端と、該ドッグボーン試験片に沿って延在する頂面および底面とを有し、該頂面と該底面とは互いに向かい合う。次に、前記ドッグボーン試験片を７日間湿気硬化させ、次いで空気乾燥させる。その後、前記ドッグボーン試験片の頂面および底面をグラインダーで均す。その後、前記頂面および／または底面に、前記上端および前記下端の各々から６０ミリメートル（ｍｍ）で印をつける。次に、前記ドッグボーン試験片を、第１および第２のクランプを備えたInstron試験機中に配置する。前記第１のクランプは前記ドッグボーン試験片の上端に７０ｐｓｉの圧力を印加し、前記第２のクランプは前記ドッグボーン試験片の下端に７０ｐｓｉの圧力を印加し、それによって前記ドッグボーン試験片が滑らないことを保証する。次いで、伸び（変位）が５ｍｍに達するまで、または荷重がピーク荷重の５０％だけ低下するまで、毎分０．０３ミリメートル（ｍｍ／分）の負荷速度で前記Instron試験機により前記ドッグボーン試験片に荷重（引張応力）をかける。最後に、引張応力を変位に対してグラフに記入する。実施例１〜３のマイクロ繊維を含む複合材料を、比較例の繊維を含む複合材料と対比して延性について評価する。さらに、実施例１〜３のマクロ繊維を含む複合材料を、比較例の繊維を含む複合材料と対比して、曲げ靭性についてＡＳＴＭ Ｃ１５５０により評価する。以下の第ＩＩ表に複合材料についての組成を示し、図２に、マイクロ繊維を有する複合材料についての、変位に対する引張応力により表される延性を示す。第ＩＩＩ表に、マクロ繊維を有する複合材料についての組成の相対的有効性の値を示す。

第ＩＩ表中のコンクリート混合物は、結合剤、骨材および水の反応生成物であり、その際、前記結合剤は６８質量部の量で存在し、前記骨材は１５質量部の量で存在し、水は１７質量部の量で存在する。

０．０４ミリメートルの直径を有するマイクロ繊維を、第Ｉ表中で実施例２および比較例について記載したのと同様に形成させる。その後、これらのマイクロ繊維を１．８５％の体積分率でポルトランドセメント系コンクリート中に分散させ、それによって２種の混合物を形成させる。その後、前記繊維を含むコンクリートを湿気硬化させることによって、２種の試料、すなわち本発明による試料および比較試料を形成させる。これらの試料を評価して、図２に示すように一軸引張試験における変位の関数としての引張応力量および延性を決定する。この図は、本発明による試料の引張強さが比較例の引張強さよりもはるかに高いことを示している。

０．８２ミリメートルの直径を有する付加的なマクロ繊維を、第Ｉ表中で実施例２および比較例について記載したのと同様に形成させる。その後、これらのマイクロ繊維を０．６％の体積分率でポルトランドセメント系コンクリート中に分散させ、それによって２種の混合物を形成させる。その後、前記繊維を含むコンクリートを湿気硬化させることによって、２種の試料、すなわち本発明による試料および比較試料を形成させる。これらの試料を評価して、図３に示すようにＡＳＴＭ Ｃ１５５０により偏差の関数としてのエネルギー吸収を測定する。この図は、エネルギー吸収や靭性（曲線の下方の面積）が、比較試料よりも本発明による試料の方がはるかに高いことを示している。

０．８２ミリメートルの直径を有するさらなる付加的なマクロ繊維を、実施例１〜３および比較例から上記と同様に形成させる。その後、これらのマクロ繊維を０．６％の体積分率でポルトランドセメント系コンクリート中に分散させ、それによって４種の混合物を形成させる。その後、前記繊維を含むコンクリートを湿気硬化させることによって、４種の試料、すなわち３種の本発明による試料および比較試料を形成させる。これらの試料を評価して、上記に示すようにＡＳＴＭ Ｃ１５５０により偏差の関数としてのエネルギー吸収を測定する。試験後、様々な量の金属酸化物の有効性を評価し、以下の第ＩＩＩ表に示すようにコンクリートに対する繊維の結合効率として報告する。その際、この結合効率とは、各実施例のエネルギー吸収を比較例についての値に正規化したものである。

結合効率のこれらの値は、実施例１、実施例２および実施例３についての異なるレベルの金属酸化物が、比較例よりもそれぞれ３１％、３７％および２７％優れた性能をコンクリートにおいて示すことを意味している。

添付の特許請求の範囲は、発明の詳細な説明に記載された表現および特定の化合物、組成物または方法に限定されるものではなく、これらは添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれる特定の実施形態の間で変わりうるものと理解されたい。種々の実施形態の特定の特徴または態様を記載するために本明細書において依拠される全てのマーカッシュ群に関して、異なる、特別なおよび／または予想外の結果が、各マーカッシュ群の各構成要素から、他の全てのマーカッシュの構成要素とは無関係に得られるものと理解されたい。マーカッシュ群の各構成要素は、個々にまたは組み合わせて依拠されることができ、また添付の特許請求の範囲の範囲内の特定の実施形態に対する適切な根拠を提供する。

本発明の種々の実施形態の記載において依拠される全ての範囲および部分範囲は、独立しておよび全体として添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれるものと理解されたく、またかかる値が本明細書に明確に記載されていない場合であっても、本明細書においては整数および／または分数を含む全ての範囲が記載および企図されるものと理解されたい。列挙された範囲および部分範囲が本発明の種々の実施形態を十分に記載しかつ可能にし、かつかかる範囲および部分範囲がさらに２分の１、３分の１、４分の１、５分の１などに区切られうることは、当業者の当然とするところである。一例として、「０．１〜０．９」の範囲はさらに、下方三分の一、すなわち０．１〜０．３、中央の三分の一、すなわち０．４〜０．６および上方三分の一、すなわち０．７〜０．９に区切られてよく、これらは個々におよび全体として添付の特許請求の範囲の範囲内であり、かつ個々におよび／または全体として依拠されることができ、また添付の特許請求の範囲の範囲内の特定の実施形態に対する適切な根拠を提供する。

さらに、「少なくとも」、「超」、「未満」、「以下」などの範囲を規定または変更する用語に関して、かかる用語は部分範囲および／または上限または下限を含むものと理解されたい。別の例として、「少なくとも１０」の範囲は、本来、少なくとも１０〜３５の部分範囲、少なくとも１０〜２５の部分範囲、２５〜３５の部分範囲などの部分範囲を含み、かつそれぞれの部分範囲は個々におよび／または全体として依拠されることができ、かつ添付の特許請求の範囲の範囲内の特定の実施形態に対して適切な根拠を提供し得る。最後に、開示された範囲内の個々の数は、依拠されることができ、また添付の特許請求の範囲の範囲内の特定の実施形態に対する適切な根拠を提供する。例えば「１〜９」の範囲は、様々な個々の整数、例えば３、および小数点（または分数）を含む個々の数、例えば４．１を含み、これらは依拠されることができ、また添付の特許請求の範囲の範囲内の特定の実施形態に対する適切な根拠を提供する。

本発明を例示的に本明細書において説明したが、用いられた用語は限定ではなく説明を企図したものであると理解されたい。上記の教示に照らして、本発明の多くの修正および変更が可能である。本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲内で、明示された様式以外の様式で実施されることができる。独立請求項、並びに単項従属および多項従属の双方を含む従属請求項の全ての組み合わせの主題が、本明細書において明示的に企図される。

１０ 繊維、 １２ 合成樹脂成分、 １４ 界面活性剤

Claims (28)

1. 以下：
   セメント系組成物；および
   前記セメント系組成物中に配置された複数の繊維であって、前記複数の繊維の各々は以下：
   合成樹脂成分、
   界面活性剤、および
   金属酸化物
   を含むものとする、前記複数の繊維；
   を含む複合材料であって、
   ここで、前記合成樹脂成分は、ポリオレフィン、ポリオレフィンエラストマー、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルおよびそれらの組み合わせの群から選択され、かつ、前記複数の繊維の各々１００質量部を基準にして少なくとも９０質量部の量で存在し、
   前記界面活性剤は、アルコールアルコキシレート、アルコールブロック／ヘテリックアルコキシレート、ポリオキシエチレン／ポリオキシプロピレンブロック／ヘテリック共重合体、脂肪アルコール、脂肪アルコキシアルコール、ポリアルキレングリコール、アルキルフェノールアルコキシレートおよびこれらの組み合わせの群から選択され、かつ、前記複数の繊維の各々１００質量部を基準にして１０質量部以下の量で存在し、
   前記金属酸化物は二酸化ケイ素であり、かつ、前記複数の繊維の全質量を基準にして０．１〜５質量％の量で存在し、
   前記界面活性剤および前記金属酸化物の各々は、独立して、前記複数の繊維の各々の全体に分散されている、前記複合材料。
2. 請求項１に記載の複合材料であって、前記界面活性剤がアルコールアルコキシレートである、前記複合材料。
3. 請求項１に記載の複合材料であって、前記界面活性剤がアルコールブロック／ヘテリックアルコキシレートである、前記複合材料。
4. 請求項１に記載の複合材料であって、前記界面活性剤がポリオキシエチレン／ポリオキシプロピレンブロック／ヘテリック共重合体である、前記複合材料。
5. 請求項１に記載の複合材料であって、前記界面活性剤が脂肪アルコールである、前記複合材料。
6. 請求項１に記載の複合材料であって、前記界面活性剤が脂肪アルコキシアルコールである、前記複合材料。
7. 請求項１に記載の複合材料であって、前記界面活性剤がポリアルキレングリコールである、前記複合材料。
8. 請求項１に記載の複合材料であって、前記界面活性剤がアルキルフェノールアルコキシレートである、前記複合材料。
9. 請求項１から８までのいずれか１項に記載の複合材料であって、前記界面活性剤が１００，０００ｇ／モル以下の平均分子量を有する、前記複合材料。
10. 請求項１から９までのいずれか１項に記載の複合材料であって、前記ポリオレフィンが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリブテン−１またはそれらの組み合わせである、前記複合材料。
11. 請求項１０に記載の複合材料であって、前記ポリオレフィンがポリプロピレンである、前記複合材料。
12. 請求項１から１１までのいずれか１項に記載の複合材料であって、前記合成樹脂成分が少なくとも１，０００ｇ／モルの平均分子量を有する、前記複合材料。
13. 請求項１から１２までのいずれか１項に記載の複合材料であって、前記セメント系組成物がさらにコンクリートと定義される、前記複合材料。
14. 請求項１から１３までのいずれか１項に記載の複合材料であって、前記複数の繊維が前記複合材料１００質量部を基準にして０．１〜５質量部の量で存在する、前記複合材料。
15. セメント系組成物と、前記セメント系組成物中に配置され、かつ合成樹脂成分、界面活性剤および金属酸化物を含む複数の繊維とを含む複合材料を形成する方法において、前記方法が以下のステップ：
    合成樹脂成分、界面活性剤および金属酸化物を合一することによって複数の繊維を形成させるステップ；および
    前記複数の繊維をセメント系組成物中に配置することによって複合材料を形成させるステップ；
    を含み、
    その際、前記合成樹脂成分は、ポリオレフィン、ポリオレフィンエラストマー、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルおよびそれらの組み合わせの群から選択され、かつ、前記複数の繊維の各々１００質量部を基準にして少なくとも９０質量部の量で存在し、
    前記界面活性剤は、アルコールアルコキシレート、アルコールブロック／ヘテリックアルコキシレート、ポリオキシエチレン／ポリオキシプロピレンブロック／ヘテリック共重合体、脂肪アルコール、脂肪アルコキシアルコール、ポリアルキレングリコール、アルキルフェノールアルコキシレートおよびこれらの組み合わせの群から選択され、かつ、前記複数の繊維の各々１００質量部を基準にして１０質量部以下の量で存在し、
    前記金属酸化物は二酸化ケイ素であり、かつ、前記複数の繊維の全質量を基準にして０．１〜５質量％の量で存在し、前記界面活性剤および前記金属酸化物の各々は、独立して、前記複数の繊維の各々の全体に分散されている、前記方法。
16. 請求項１５に記載の方法であって、前記界面活性剤がアルコールアルコキシレートである、前記方法。
17. 請求項１５に記載の方法であって、前記界面活性剤がアルコールブロック／ヘテリックアルコキシレートである、前記方法。
18. 請求項１５に記載の方法であって、前記界面活性剤がポリオキシエチレン／ポリオキシプロピレンブロック／ヘテリック共重合体である、前記方法。
19. 請求項１５に記載の方法であって、前記界面活性剤が脂肪アルコールである、前記方法。
20. 請求項１５に記載の方法であって、前記界面活性剤が脂肪アルコキシアルコールである、前記方法。
21. 請求項１５に記載の方法であって、前記界面活性剤がポリアルキレングリコールである、前記方法。
22. 請求項１５に記載の方法であって、前記界面活性剤がアルキルフェノールアルコキシレートである、前記方法。
23. 請求項１５から２２までのいずれか１項に記載の方法であって、前記合成樹脂成分および前記界面活性剤を合一することによって前記複数の繊維を形成させるステップが、以下のステップ：
    前記合成樹脂成分、前記界面活性剤および前記金属酸化物を第１の押出機で１８５℃〜２１５℃の温度で押出成形することによって、少なくとも１つのストランドを形成させるステップ；
    前記少なくとも１つのストランドを水で急冷し、次いで前記水で急冷された少なくとも１つのストランドを切断することによってペレットを形成させるステップ；および
    前記ペレットを第２の押出機で押出成形することによって前記複数の繊維を形成させるステップ
    を含む、前記方法。
24. 請求項２３に記載の方法であって、前記第１の押出機がさらに単軸スクリュー押出機と定義される、前記方法。
25. 請求項２３に記載の方法であって、前記第１の押出機がさらに二軸スクリュー押出機と定義される、前記方法。
26. 請求項２３から２５までのいずれか１項に記載の方法であって、前記第１の押出機が３５：１〜４５：１の長さ対直径の比（Ｌ／Ｄ）を有する、前記方法。
27. 請求項２３から２６までのいずれか１項に記載の方法であって、前記第１の押出機が毎分１４０〜１６０回転（ＲＰＭ）の速度で回転するスクリューを含む、前記方法。
28. 以下：
    セメント系組成物；および
    前記セメント系組成物中に配置された複数の繊維であって、前記複数の繊維の各々が以下：
    ポリプロピレン、ここで、前記ポリプロピレンは、前記複数の繊維の各々１００質量部を基準にして少なくとも９０質量部の量で存在し、
    アルコールアルコキシレート、アルコールブロック／ヘテリックアルコキシレート、ポリオキシエチレン／ポリオキシプロピレンブロック／ヘテリック共重合体、脂肪アルコール、脂肪アルコキシアルコール、ポリアルキレングリコール、アルキルフェノールアルコキシレートおよびそれらの組み合わせの群から選択される界面活性剤、ここで、前記界面活性剤は、前記複数の繊維の合計質量を基準にして１０質量％以下の量で存在し、および
    二酸化ケイ素、ここで、前記二酸化ケイ素は、前記複数の繊維の合計質量を基準にして０．１〜５質量％の量で存在する、を含むものとする、前記複数の繊維；
    を含む複合材料であって、
    ここで、前記界面活性剤および前記二酸化ケイ素の各々は、独立して、前記複数の繊維の各々の全体に分散されている、前記複合材料。

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