JP2018531824A - 共押出多層ポリマーから作製したジオグリッド - Google Patents

Abstract

共押出多層ポリマーシート出発材料から製造される開口の配列を有する、相互接続され、配向された複数のストランドを含む、インテグラルジオグリッド。本構成により、共押出多層シート構成成分は、インテグラルジオグリッドの押出および配向の間に結晶性相乗効果を提供し、土壌ジオシンセティック強化におけるインテグラルジオグリッドの使用に性能上の利点を提供する強化材料特性をもたらす。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年１０月９日に出願された米国仮特許出願第６２／２３９，４１６号に対する優先権の利益を主張する。

１．技術分野
本発明は概して、構造的強化目的または建造物強化目的、およびその他の地盤工学的目的のために使用される、インテグラルジオグリッドおよびその他の配向グリッドに関する。より詳細には、本発明は、強化された剛性特性、および本明細書にて開示されるその他の望ましい特性を達成するために、共押出多層ポリマーシートから作製される、当該インテグラルジオグリッドに関する。

本発明はまた、当該インテグラルジオグリッドを製造する方法に関する。そして本発明は、土壌および粒状物強化のための当該インテグラルジオグリッドの使用、ならびにその強化方法に関する。

本発明の目的のため、用語「インテグラルジオグリッド」は、必要な厚さのシートまたはシート様形状の形態のポリマー出発材料を配向（延伸）し、そこに作製されたまたは形成された孔もしくは窪みを有する、インテグラルジオグリッドおよびその他のインテグラルグリッド構造を含むことを意図している。

２．従来技術の説明
実質的に平行に配向されたストランドおよびそれらの間の接合部の種々の幾何学パターンによって画定されたメッシュ開口を有する、インテグラルジオグリッドなどのポリマーインテグラルグリッド構造は、２５年以上に渡り製造され続けている。そのようなグリッドは、孔または窪みの規定のパターンが施され、続いて孔または窪みによって形成されたメッシュ開口によって画定された、高度に配向されたストランドおよび部分的に配向された接合部へ、シートの制御された一軸または二軸延伸および配向を行う、一体成形シートによって製造される。一軸または二軸方向のいずれかにおけるシートの延伸および配向は、対応する延伸方向のストランド引張強さおよび弾性率を発生させる。これらの一体化配向ポリマーグリッド構造は、土壌、土、砂、粘土、砂利などのあらゆる好適な形態の粒状材料を、道路脇上、またはその他の刈り込みもしくは堤防、路面下、滑走路面などのあらゆる好適な場所に保持または安定化させるために使用することができる。

高レベルの強度対重量比を達成するために、または製造プロセス間のより速い処理速度を達成するために、種々の孔の形状およびパターンが実験されてきている。配向は制御された温度下およびひずみ速度において達成される。このプロセスにおける変数のいくつかは、ポリマーの延伸比、分子量、分子量分布、および分枝または架橋度である。

そのようなインテグラルジオグリッドおよびその他のインテグラルグリッド構造の製造および使用は、周知の技術によって達成することができる。米国特許第４，３７４，７９８号（Ｍｅｒｃｅｒ）、同第４，５９０，０２９号（Ｍｅｒｃｅｒ）、同第４，７４３，４８６号（ＭｅｒｃｅｒおよびＭａｒｔｉｎ）、同第４，７５６，９４６号（Ｍｅｒｃｅｒ）、および同第５，４１９，６５９号（Ｍｅｒｃｅｒ）にて詳述されているように、出発ポリマーシート材料はまず押出され、その後穿孔されて、孔または窪みの必要な規定のパターンを形成する。その後インテグラルジオグリッドは、穿孔されたシート材料を必要なだけ延伸および配向することによって形成される。

そのようなインテグラルジオグリッドである、一軸インテグラルジオグリッドおよび二軸インテグラルジオグリッド（総称すれば「インテグラルジオグリッド」、または別々に称すれば「一軸インテグラルジオグリッド」もしくは「二軸インテグラルジオグリッド」）の両方は、前述のＭｅｒｃｅｒによって１９７０年代後半に発明され、過去３０年間に渡り大いに商業的成功を納め、土壌、道路下舗装（roadway underpavements）、および顆粒状または粒状材料から作製されたその他の土木工学の構造を強化する技術に何から何まで革命を起こした。

Ｍｅｒｃｅｒは、中心が行および列の観念上実質的に正方形または長方形の格子上にある孔または窪みのパターンを有する、好ましくは、約１．５ｍｍ（０．０５９０５５インチ）〜約４．０ｍｍ（０．１５７４８インチ）厚の比較的厚く実質的に一平面であるポリマー出発シートから出発し、該出発シートを一軸方向または二軸方向のいずれかへと延伸することで、ストランドの配向が接合部にまで及ぶことによって、完全に新規であり実質的に一平面であるインテグラルジオグリッドを形成することができるということを発見した。Ｍｅｒｃｅｒが記載したように、「一平面」とは、シート様材料の全ての領域がシート様材料の正中面と対称であることを意味する。

米国特許第３，２５２，１８１号、同第３，３１７，９５１号、同第３，４９６，９６５号、同第４，４７０，９４２号、同第４，８０８，３５８号、および同第５，０５３，２６４号において、孔または窪みの必要なパターンを有する出発材料が円柱状ポリマー押出と関連して形成され、そして実質的な一平面性は拡げ心棒によって延伸されることによって達成される。その後、延伸された円柱を長手方向に細長く切り、平坦で実質的に一平面の出発シートを作製する。

別のインテグラルジオグリッドは、Tensar international Limited（この特許出願の譲受人の関連会社である、ジョージア州アトランタのTensar International Corporation, Inc.（以下、「Ｔｅｎｓａｒ」））に譲渡された、米国特許第７，００１，１１２号（Walsh、以下、「Ｗａｌｓｈ１１２特許」）に記載されている。Ｗａｌｓｈ１１２特許は、配向されたストランドが各隅に部分的に配向された接合部を有し、各接合部にて会合する、６つの高度に配向されたストランドを有する、三角形のメッシュ開口を形成する二軸延伸インテグラルジオグリッドを含む、配向されたポリマーインテグラルジオグリッド（以下、本明細書では多くの場合、「三軸インテグラルジオグリッド」と称する）を開示する。

本発明は、出発シート形成の方法も、出発材料をインテグラルジオグリッドもしくはグリッド構造へ配向する方法も問わず、全てのインテグラルグリッドに対して適応可能であることが意図される。上述の米国特許第３，２５２，１８１号、同第３，３１７，９５１号、同第３，４９６，９６５号、同第４，４７０，９４２号、同第４，８０８，３５８号、同第５，０５３，２６４号、および同第７，００１，１１２号の内容は、開示がそれら全体において本明細書に記載されるかのように、参照によって本明細書に明確に組み込まれる。これらの特許は例示として引用されるものであり、包括的である、またはインテグラルポリマーグリッド材料を製造するための当該技術分野において周知であるその他の技術を除外することを意図しない。

従来、インテグラルジオグリッドの製造に使用されるポリマー材料は、高分子量ホモポリマーまたはコポリマーポリプロピレン、および高密度、高分子量ポリエチレンである。紫外線阻害剤、カーボンブラック、加工助剤などの種々の添加剤は、最終製品および／または製造効率において所望の効果を達成するために、これらのポリマーに添加される。

また、従来、そのようなインテグラルジオグリッドを製造するための出発材料は典型的に、単層構造、すなわちポリマー材料の均一な単一層を有する一平面シートでもある。

上述の従来的な出発材料から製造されたインテグラルジオグリッドが一般的に良好な特性を示す一方で、ジオシンセティック強化といったサービスの要求に好適である比較的高度な剛性を有する、または特定のジオシンセティック用途に望ましいその他の特性を有するインテグラルジオグリッドを作製することは、構造的および経済的な利点でもある。

したがって、インテグラルジオグリッドの製造に関するプロセスの制約に好適であるだけでなく、インテグラルジオグリッドが製造され使用された後、従来のジオグリッド出発材料と関連したより高度な剛性を提供するか、または現在の単層インテグラルジオグリッドでは使用することのできないその他の望ましい特性を提供する、出発材料に対する要求が存在する。

米国特許第４，３７４，７９８号 米国特許第４，５９０，０２９号 米国特許第４，７４３，４８６号 米国特許第４，７５６，９４６号 米国特許第５，４１９，６５９号 米国特許第３，２５２，１８１号 米国特許第３，３１７，９５１号 米国特許第３，４９６，９６５号 米国特許第４，４７０，９４２号 米国特許第４，８０８，３５８号 米国特許第５，０５３，２６４号 米国特許第７，００１，１１２号

前述の高度な剛性およびその他の望ましい特性を得るために、本発明は、共押出多層ポリマーシートを、インテグラルジオグリッドを製造するための出発材料として採用する。

本明細書に記載の実験は、本発明の構成によって、共押出多層シート構成成分が押出および配向の間に結晶性相乗効果を提供し、土壌ジオシンセティック強化におけるインテグラルジオグリッドの使用に性能上の利点を提供する強化材料特性をもたらすことによって、発明者の理論を支持する。

本発明の一実施形態によれば、インテグラルジオグリッドを作製するための出発材料は、出発材料が一軸または二軸延伸されると開口部を提供する孔または窪みを有する、共押出多層ポリマーシートを含む。

本発明の別の実施形態によれば、インテグラルジオグリッドは、部分的に配向された接合部によって相互接続され、内部に共押出多層ポリマーシートから作製される開口の配列を有する、複数の高度に配向されたストランドを含む。本発明の一実施形態によれば、インテグラルジオグリッドは三軸インテグラルジオグリッドである。

本発明のさらに別の実施形態によれば、土壌構造物は、内部に共押出多層ポリマーシートから作製されたインテグラルジオグリッドを埋設することによって強化された粒状材料の塊を含む。

本発明のさらに別の実施形態によれば、インテグラルジオグリッドのための出発材料を作製する方法は、共押出多層ポリマーシートを提供すること、および内部に孔または窪みを提供することを含む。

本発明の別の実施形態によれば、インテグラルジオグリッドを作製する方法は、共押出多層ポリマーシートを提供すること、内部に孔または窪みを提供すること、および内部に孔もしくは窪みを有する共押出多層ポリマーシートを一軸または二軸延伸することによって、部分的に配向された接合部によって相互接続され、内部に開口の配列を有する複数の高度に配向されたストランドを提供することを含む。本発明の一実施形態によれば、該方法は共押出多層ポリマーシートから三軸インテグラルジオグリッドを製造する。

本発明のさらに別の実施形態によれば、粒状材料の塊を強化する方法は、粒状材料の塊へ共押出多層ポリマーシートから製造されるインテグラルジオグリッドを埋設することを含む。

したがって、インテグラルジオグリッドを作製するための出発材料を提供することが本発明の目的である。出発材料は、内部にて出発材料が一軸または二軸延伸される場合、開口部を提供する、孔または窪みを有する共押出多層ポリマーシートを含む。

本発明の別の目的は、部分的に配向された接合部によって相互接続され、内部に共押出多層ポリマーシートから作製される開口の配列を有する、複数の高度に配向されたストランドを有する、インテグラルジオグリッドを提供することである。本発明の関連する目的は、より高い剛性、より大きな強度、およびその他の望ましい特性によって特徴付けられるインテグラルジオグリッドを提供することである。特に、本発明の目的は、共押出多層ポリマーシートから三軸インテグラルジオグリッドを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、内部に共押出多層ポリマーシートから作製されたインテグラルジオグリッドを埋設することによって強化された粒状材料の塊を含む土壌構造物を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、共押出多層ポリマーシートを提供すること、および内部に孔または窪みを提供することを含む、インテグラルジオグリッドのための出発材料を作製する方法を提供することである。

本発明の別の目的は、インテグラルジオグリッドを作製する方法を提供することである。本方法は、共押出多層ポリマーシートを提供すること、内部に孔または窪みを提供すること、および内部に孔もしくは窪みを有する共押出多層ポリマーシートを一軸または二軸延伸することによって、部分的に配向された接合部によって相互接続され、内部に開口の配列を有する複数の高度に配向されたストランドを提供することを含む。本方法は、周知のジオグリッド製造方法（前述の米国特許第４，３７４，７９８号、同第４，５９０，０２９号、同第４，７４３，４８６号、同第５，４１９，６５９号、および同第７，００１，１１２号、ならびにその他の特許に記載される方法など）を採用することができる。特に、本発明の目的は、共押出多層ポリマーシートから三軸インテグラルジオグリッドを作製する方法を提供することである。

そして、本発明のさらに別の目的は、粒状材料の塊へ共押出多層ポリマーシートから製造されるインテグラルジオグリッドを埋設することによって、粒状材料の塊を強化する方法を提供することである。

これらは、後に明らかとされるその他の目的および利点と共に本明細書により詳しく記載される構成および操作の詳細に属しており、添付の図面は、本明細書の一部をなすものであり、同様の参照番号は全体を通じて同様の部分を指す。添付の図面は本発明を例示するように意図されるが、必ずしも一定の縮尺ではない。

図１は、孔または窪みが本発明の一実施形態に従って内部に形成される前の、インテグラルジオグリッドのための共押出一平面多層シート出発材料を図示する。 図２は、Ｗａｌｓｈ１１２特許に示されている種類の三軸インテグラルジオグリッドを形成するために穿孔された孔を内部に有する、図１に示される出発材料シートの透視平面図である。 図３は、図２に示される出発材料シートの断面の側面図である。 図４は、図２に示される出発材料シートを二軸配向することによって製造された、三軸インテグラルジオグリッドの断面の平面図である。 図５は、図４に示される三軸インテグラルジオグリッドの断面の透視図である。 図６は、図４に示される三軸インテグラルジオグリッドの断面の拡大透視図である。 図７は、図４に示される三軸インテグラルジオグリッドの断面の垂直断面図である。 図８は、ＴｒｉＡｘ（登録商標）ＴＸ１４０（商標）ジオグリッドとしてＴｅｎｓａｒから購入可能である三軸インテグラルジオグリッドの類似する特性と比較される、図１〜７に示されるような３ｍｍの共押出一平面多層シート出発材料から製造された実験用三軸インテグラルジオグリッドに対する、開口安定性弾性率特性を概説する表である。 図９は、Ｔｅｎｓａｒより購入可能である（押出多層シートから製造された）三軸インテグラルジオグリッドの種々の製品特性と、本発明による共押出一平面多層シートから製造された、図４〜７に示される実験用三軸インテグラルジオグリッドの対応する種々の製品特性とを比較する表である。 図１０は、Ｔｅｎｓａｒより購入可能である（押出多層シートから製造された）三軸インテグラルジオグリッドの種々の製品特性と、本発明による共押出一平面多層シートから製造された実験用三軸インテグラルジオグリッドの対応する製品特性とを比較する、別の表である。 図１１は、本発明の別の実施形態による三軸インテグラルジオグリッドの透視図である。 図１２は、図１１に示される三軸インテグラルジオグリッドの断面の平面図である。 図１３は、図１１に示される三軸インテグラルジオグリッドの断面の垂直断面図である。 図１４は、孔または窪みが本発明の別の実施形態に従って内部に形成される前の、インテグラルジオグリッドのための共押出一平面多層シート出発材料を図示する。 図１５は、図１４に示される出発材料シートに関連する三軸インテグラルジオグリッドの断面の透視図である。

本発明の好ましい実施形態のみが詳述されるが、本発明は、その範囲において、以下の説明または図面に示される構成要素の構造および配置の詳細に限定されることはないということは理解されよう。本発明は、その他の実施形態、および種々の方法にて実験または実施することができる。

また、好ましい実施形態を解説するにあたり、専門用語が明確化のため使用される。各用語は、当業者によって理解される最も広範な意味を考慮し、同様の目的を達成するために同様の手法で操作される全ての技術的均等物を含むことが意図される。

そして、本明細書にて使用される場合、用語「共押出された」、「共押出する」、および「共押出」とは、それらの一般的に認められている定義、すなわち、単一の金型にて同時に押出され、成形されて、多層シートを形成する２つ以上のポリマー材料から出発する、単一ステッププロセスに関する定義に従って使用される。

本発明は、出発材料として共押出された多層ポリマーシートから製造される、一軸、二軸、および三軸インテグラルジオグリッド構造に関する。共押出多層ポリマーシート出発材料は、例えば、一平面であってもよいか、またはそこから製作される多層ジオグリッド構造に望ましい特定の性質に応じて、非一平面（non-uniplanar）であってもよい。本発明の好ましい実施形態によれば、共押出多層ポリマーシート出発材料は、一平面であるか、または実質的に一平面である。

本発明は、変動する含有率における異なるポリマー材料またはその他の押出可能な材料からなる共押出多層シートの押出は、シート穿孔プロセスおよびオーブン延伸プロセスによって、一軸、二軸、および／または三軸インテグラルジオグリッドへ変換された場合、土壌強化目的およびその他の地質工学的応用目的のための、従来の一軸、二軸、および三軸ジオグリッドに対して、独特な特性を有する最終製品を製造するという事実に基づく。

図１は、シートの内部に貫通穿孔（through-punched）または窪みが形成される前の、本発明の一実施形態によるインテグラルジオグリッドのための出発材料として使用される、共押出多層シート１００を図示する。

図１に示した通り、共押出多層シート１００は、本発明の３層シート実施形態である。すなわち、好ましくは、シート１００は、第１の層１１０、第２の層１２０、および第３の層１３０を含む。第１の層１１０および第３の層１３０は、第２の層１２０の対向する平面上に、好ましくは一平面または実質的に一平面の構成にて配置される。さらに、シート１００の３層配置が例示の目的で示される一方で、本発明は種々の構成にて配置される複数の層を有するシートの使用を意図しており、複数の層は種々の厚み組合せを有し、複数の層は種々の構成材料を有するものであり、その全てはインテグラルジオグリッドが使用される特定の用途によって指示される通りである。例えば、シート１００の３層配置が例示の目的で示される一方で、本発明はまた、３層以上を有する共押出シートの使用も考慮する。概して、層配置、層厚さ、および層の構成材料は、インテグラルジオグリッド製造の容易さを提供するためだけではなく、所望の剛性およびその他の性能特性を有するインテグラルジオグリッドを提供するためにも選択される。

上記の通り、本発明によるインテグラルジオグリッドのための出発材料として使用される共押出多層シート１００は、好ましくは貫通穿孔されているが、代わりとして内部に形成された窪みを使用することもできる。窪みがシートに形成されている出発材料の実施形態によれば、窪みはシートの各側、すなわち、シートの上部および下部の両方に設けられている。さらに、窪みは共押出多層シートの各層へと延伸する。

図１に示される本発明の特定の実施形態において、シート１００は、多層シートを押出成形する当業者に周知の手段によって、第１の層１１０を形成する第１の材料、第２の層１２０を形成する第２の材料、および第３の層１３０を形成する第３の材料を共押出することによって作製される。

本発明の好ましい実施形態によれば、シート１００の全体的な厚さは約２ｍｍ〜約１２ｍｍであり、本発明のより好ましい実施形態によれば、シート１００の全体的な厚さは約２ｍｍ〜約６ｍｍである。

シート層の個々の厚さに関して、本発明の好ましい実施形態によれば、第１の層１１０の厚さは約０．５ｍｍ〜約４．５ｍｍであり、第２の層１２０の厚さは約１ｍｍ〜約９ｍｍであり、そして第３の層１３０の厚さは約０．５ｍｍ〜約４．５ｍｍであるが、シート１００の全体的な厚さは約２ｍｍ〜約１２ｍｍであることに留意されたい。そして、本発明のより好ましい実施形態によれば、第１の層１１０の厚さは約０．５ｍｍ〜約２ｍｍであり、第２の層１２０の厚さは約２ｍｍ〜約５ｍｍであり、第３の層１３０の厚さは約０．５ｍｍ〜約２ｍｍである。

概して、第１の層１１０、第２の層１２０、および第３の層１３０の構成材料は、各々同一であってもよいか、または互いに異なっていてもよい。好ましくは、第１の層１１０の構成材料、および第３の層１３０の構成材料は、各々同一であってもよいか、または互いに異なっていてもよい。より好ましくは、第２の層１２０の構成材料は、第１の層１１０および第３の層１３０の構成材料のどちらとも異なる。

そして、一般的に、シートの層は天然のポリマーである。例えば、構成材料は、高分子量ポリオレフィンおよび規格外品ポリマー（broad specification polymer）を含有し得る。さらに、ポリマー材料はバージンストックであってもよく、またリサイクルされた材料、例えば、工場内発生材料（post-industrial）または使用済みリサイクルポリマー材料などであってもよい。そして、前述の高分子量ポリオレフィンおよび規格外品ポリマーよりも低コストである１以上のポリマー層の使用もまた検討される。そのようなより低コストのポリマー層の使用は、例えばポリプロピレン層の使用と比べ、およそ２０％〜およそ３０％のコスト節減をもたらし得る。

本発明の好ましい実施形態によれば、第１の層１１０および第３の層１３０の構成材料は、高分子量ポリオレフィン、例えばポリプロピレン（“ＰＰ”）などである。そして、同じく好ましい実施形態によれば、第２の層１２０の構成材料は、例えば、未使用のＰＰ、またはリサイクルしたＰＰ（例えば、ポストインダストリーＰＰもしくはその他のリサイクルＰＰなど）などの規格外品ポリマーである。しかしながら、インテグラルジオグリッドの特定の用途に応じて、ポリプロピレン以外の構成材料を有するポリマー成分が、共押出多層シートに含まれていてもよい。

図２および図３は、図４、図５、および図６に示される三軸インテグラルジオグリッド２００を形成するため内部に穿孔された孔１４０を有する、図１の共押出多層シート出発材料１００を図示する。孔１４０の大きさおよび間隔はＷａｌｓｈ１１２特許にて開示されている。三軸インテグラルジオグリッド２００は、高度に配向されたストランド２０５および部分的に配向された接合部２３５（これらもまた、Ｗａｌｓｈ１１２特許にて開示）を含む。出発材料１００の上層１３０は、ストランド２０５および接合部２３５の上層２３０へと延伸され、配向されている。同様に、出発材料１００の第３の層または下層１１０は、ストランド２０５および接合部２３５の下層または下方層２１０へと延伸され、配向されている。第１の層１３０および第３の層１１０が延伸され配向されているため、第２の層または中間層１２０もまた、ストランド２０５と接合部２３５との中間層２２０中に延伸され、配向されている。

本発明はまた、上述の三軸インテグラルジオグリッド２００を作製する方法にも関する。該方法は、共押出多層ポリマーシート１００を提供すること、選択されたパターン（Ｗａｌｓｈ１１２特許の開示に従ったパターンなど）で、共押出多層ポリマーシート１００中に複数の孔または窪みを形成すること、並びに、内部にパターン化された複数の孔または窪みを有する共押出多層ポリマーシートを二軸延伸および配向して、グリッド開口部として孔または窪みを構成するために、部分的に配向された接合部間に相互接続され、配向された複数のストランドを有するインテグラルジオグリッドを形成すること、を含む。

概して、共押出多層ポリマーシート１００を孔または窪みと一体的に作製した後に、三軸インテグラルジオグリッド２００を、上述の特許および当業者に周知の方法に従って、シート１００から作製することができる。

共押出多層シートから作製された本発明のインテグラルジオグリッドの強化された特徴および特性を実証するために、比較試験を実施した。

図８は、ＴｒｉＡｘ（登録商標）ＴＸ１４０（商標登録）ジオグリッドとしてＴｅｎｓａｒから購入可能である三軸インテグラルジオグリッドの類似する特性と比較される、３ｍｍの共押出シート出発材料から製造された実験用三軸インテグラルジオグリッドに対する、開口安定性弾性率特性を概説する表である。本実験は、ＡＳＴＭ Ｄ７８６４の試験プロトコル、すなわち「ジオグリッドの開口安定性弾性率を判定する標準試験方法（Standard Test Method for Determining the Aperture Stability Modulus of Geogrids）」に従って実施した。開口安定性試験は、穿孔され延伸されている５０％のＢＳＲ（「ブロードスペシフィケーション樹脂」）を含む、３ｍｍ厚の共押出多層シートから作製された三軸インテグラルジオグリッド試料に対して実施した。共押出多層シートの第１の層、すなわち、下層１１０は、高分子量ポリプロピレン（ＰＰ）の構成材料および厚さ０．７５ｍｍを有し、第２の層、すなわち中間層１２０は、規格外品ＰＰの構成材料および厚さ１．５０ｍｍを有し、ならびに、第３の層、すなわち上層１３０は、高分子量ＰＰおよび厚さ０．７５ｍｍの構成材料を有した。

共押出多層シートから作製した実験室調製三軸インテグラルジオグリッドについて、２０ｃｍ−ｋｇのモーメント平均値は、３．７０ｃｍ−ｋｇ／度であった。反対に、非共押出シート（すなわち単層シート）、特に標準Ｔｒｉａｘ（登録商標）ＴＸ１４０（商標）ジオグリッドシートについての６回の試験からの、試験の平均値は２．８６ｃｍ−ｋｇ／度であり、２．５２〜３．１４ｃｍ−ｋｇ／度の範囲を伴い、実験用多層試料について記録された平均値を実質的に下回った。

図９はまた、単層押出シートから製造した三軸インテグラルジオグリッドの種々の製品特性と、本発明による共押出多層シートから製造された三軸インテグラルジオグリッドの対応する製品特性とを図示する。図９に概説した試験において、単層シートはＷａｌｓｈ１１２特許に記載の三軸インテグラルジオグリッドの構造を有するように処理された。そのような三軸インテグラルジオグリッドはＴｅｎｓａｒから購入可能であり、ＴｒｉＡｘ（登録商標）ＴＸ１６０（商標）ジオグリッドとして知られている。

図９に示した比較実験のために、４．６ｍｍの最終シート厚にて共押出３層シートを調製した。その後、ポストインダストリアルポリプロピレン（ＰＰ）含量を変えて添加した種々のシート、および共押出３層シートの各々を、ＴｅｎｓａｒのＴｒｉＡｘ（登録商標）ＴＸ１６０（商標）ジオグリッドに匹敵する三軸インテグラルジオグリッド中へ処理した。

図９に関して、４．６ｍｍ共押出多層シートの各々は、次の層組成：試料（１）第１層または上層１３０（上述）、３４％バージンポリプロピレン（ＰＰ）および黒色マスターバッチ（「ＭＢ」、すなわちＵＶ保護のための産物を黒色にするための黒色炭素）／第２の層または中間層１２０（上述）、３２％ポストインダストリアルＰＰ／および第３の層または下層１１０（上述）、３４％バージンＰＰおよびＭＢ；ならびに、試料（２）２５％バージンＰＰ、およびＭＢ／５０％ポストインダストリアル工業後ＰＰ／２５％バージンＰＰ、およびＭＢ、を含む。

種々のシート試料（１）および（２）に対する上記の層の各々の厚さは、以下の通りである。４．６ｍｍ多層シート試料（１）について、層の厚さはそれぞれ、１．５６ｍｍ／１．４７ｍｍ／１．５６ｍｍであった。４．６ｍｍ多層シート試料（２）について、層の厚さはそれぞれ、１．１５ｍｍ／２．３０ｍｍ／１．１５ｍｍであった。

図９に示される結果から明らかなように、上記の、穿孔され、配向された４．６ｍｍ共押出３層シート試料から製造され、得られた実験用三軸インテグラルジオグリッドは、近似等価出発シート厚さ（４．７ｍｍ）を有する標準的な単層Ｔｒｉａｘ（登録商標）ＴＸ１６０（商標）ジオグリッドに対し、結果として、製品となり、標準Ｔｅｎｓａｒ低ひずみ引張弾性率試験、曲げ剛性試験、および開口安定性試験ごとに測定した通り、実質的に高い製品合成を示した。０．５％および２．０％ひずみ引張弾性率試験値は、４．６ｍｍ共押出３層出発シートから製造された実験用三軸ジオグリッドについて、４．７ｍｍ単層シートから製造された従来のＴｒｉａｘ（登録商標）ＴＸ１６０（商標）ジオグリッドよりも、３０％以上強力であった。同様に、曲げ剛性の測定値は、４．６ｍｍ共押出シートについて、４．７ｍｍ単層出発シートから作製された標準Ｔｒｉａｘ（登録商標）ＴＸ１６０（商標）ジオグリッドよりも、３３％以上高かった。

図１０は、Ｔｅｎｓａｒから購入可能である単層シートより製造した三軸インテグラルジオグリッドの種々の製品特性と、本発明による共押出一平面多層シートから製造された実験用三軸インテグラルジオグリッドの対応する製品特性とを比較する、別の表である。図１０に概説した試験において、単層シートはまた、Ｗａｌｓｈ１１２特許に記載の三軸インテグラルジオグリッドの構造を有するようにも処理された。そのような三軸インテグラルジオグリッドはＴｅｎｓａｒから購入可能であり、ＴｒｉＡｘ（登録商標）ＴＸ１４０（商標）ジオグリッドとして知られている。

図１０に示した比較実験のために、３．０ｍｍの最終シート厚にて共押出３層シートを調製した。その後、ポストインダストリアルポリプロピレン（ＰＰ）含量を変えて添加した種々のシート、および共押出３層シートの各々を、ＴｅｎｓａｒのＴｒｉＡｘ（登録商標）ＴＸ１４０（商標）ジオグリッドに相当する三軸インテグラルジオグリッド中へ処理した。

図１０に関して、シート「ＳＮ２０１４０４０７」は以下の組成：第２（すなわち、中間）層１２０において３２％規格外品樹脂、ならびに第１（すなわち、上）層１３０および第３（すなわち、下）層１１０において３４％高分子量ＰＰを有していた。シート「ＳＮ２０１４０４０８」は以下の組成：第２（すなわち、中間）層において５０％規格外品樹脂、ならびに第１の層および第３の層において２５％高分子量ＰＰ。シート「ＳＮ２０１４０４０９」は以下の組成を有した：第２（すなわち、中間）層において６０％規格外品樹脂、ならびに第１の層および第３の層において２０％高分子量ＰＰを有していた。

シートＳＮ２０１４０４０７、シートＳＮ２０１４０４０８、およびシートＳＮ２０１４０４０９に対する上記の層の各々の厚さは、以下の通りである。３ｍｍ多層シートＳＮ２０１４０４０７について、第１の層、第２の層、および第３の層の厚さは、それぞれ以下の通りである：１．０２ｍｍ／０．９６ｍｍ／１．０２ｍｍ。３ｍｍ多層シートＳＮ２０１４０４０８について、層の厚さはそれぞれ以下の通りである：０．７５ｍｍ／１．５ｍｍ／０．７５ｍｍ。３ｍｍ多層シートＳＮ２０１４０４０９について、層の厚さはそれぞれ以下の通りである：０．６ｍｍ／１．８ｍｍ／０．６ｍｍ。

図１０に報告される結果から明らかなように、３２％（ＳＮ２０１４０４０７）、５０％（ＳＮ２０１４０４０８）、および６０％（ＳＮ２０１４０４０９）のポストインダストリーＰＰ含量を有する３．０ｍｍ出発シート厚は、最終三軸インテグラルジオグリッドに変換された場合、横断方向（「ＴＤ（transverse direction）」）で２２０ｋＮ／ｍである３．７ｍｍ厚シートから製造されたＴｒｉａｘ（登録商標）ＴＸ１４０（商標）ジオグリッドについて試験した、唯一の引張弾性率試験を超過した。図１０はまた、より薄い３．０ｍｍシートから出発する共押出試料の各々も示し、３．７ｍｍシートから製造された標準Ｔｒｉａｘ（登録商標）ＴＸ１４０（商標）ジオグリッドの平均引張弾性率値と一致したか、またはこれを超過したことを示す。

再び、本明細書に記載の実験は出発材料シートに多層構造を用いることによる発明者のコンセプトを支持し、共押出多層シート組成は押出および配向の間に結晶相乗効果を提供することができるため、得られたインテグラルジオグリッドにおける強化材料特性、ならびに土壌およびその他の地質工学的応用において得られたインテグラルジオグリッドを使用する際のパフォーマンス利益を提供することができる。

本発明のその他の可能な実施形態として、例えば以下の（１）有意に高レベルの工業後および使用済ＰＰ樹脂（すなわち、比較的低コストであるＰＰ樹脂）を有する多層共押出ポリマーシート出発材料、（２）発泡化または膨張した第２（すなわち、中間）層を提供する発泡剤、（３）充填材または賦形剤を含む１以上の比較的低コストな層、（４）インテグラルジオグリッド内部の色識別層、ならびに（５）ＨＤＰＥ外層を有する３層共押出ポリマーシート、およびそこに挟まれた非晶質および結晶質ポリエステル内層、を挙げることができる。上記の実施例の各々は、強化されたジオシンセティック凝集体強化、コスト節減、および／もしくは識別特性を有するインテグラルジオグリッドに対する強化を提供するか、またはその必要性を満たすであろう。

より具体的には、上に示した通り、本発明の１つの可能な実施形態は、発泡剤を使用して、発泡化または膨張した第２の層、すなわち中間層を得ることを含んでいてもよい。図１１、図１２、および図１３は、共押出多層シートの第２の層または、すなわち中間層（ここでは３２０と示す）が膨張または「発泡化」した構造を形成する、そのような実施例３００に関する。すなわち、本発明のこの実施形態によれば、化学発泡剤は押出されて第２の層を形成するポリマーと混合される。ポリマーを溶融するために生成される熱は、化学発泡剤を分解し、ガスの遊離を引き起こす。その後、ガスはポリマー溶融物中に分散され、鋳型を出る際に膨張する。結果として、第２の層は膨張または発泡化する（図１１に示されるインテグラル三軸ジオグリッドの断面の側断面図である、図１３を参照されたい）。

本発明のこの実施形態によれば、上記の第１実施形態と同様に、第１の層（ここでは、３１０）の構成材料および第３の層（ここでは、３３０）の構成材料は、互いに同一であってもよいか、または互いに異なっていてもよいが、同一の材料が好ましい。概して、第２の層３２０の構成材料は、第１の層３１０および第３の層３３０の構成材料のどちらとも異なる。

本発明による最終インテグラルジオグリッドの発泡化した実施形態の利点は、原材料コストの節減およびジオグリッド重量の低減を含むだけでなく、発泡層それ自体の望ましい物理的特性および化学的特性を含むこともできる。

上に示した通り、本発明の１つの可能な実施形態は、インテグラルジオグリッドを備える色識別層の使用を含むことができる。例えば、米運輸交通担当者協会（「ＡＡＳＨＴＯ」）は、米国交通製品評価プログラム（「ＮＴＰＥＰ」）と共同して、壁、斜面、および軟弱地盤の充填に関する、ジオシンセティック強化のための製品マーカーを要求している。

上記の色識別層は、例えば、隣接する層、または関連し、共押出された層の色とは異なる色を有するポリマー層であってもよい。色識別層はインテグラルジオグリッドの内層または外層であってもよく、またはインテグラルジオグリッドは同一の色もしくは種々の色のいずれかの多色識別層であってもよい。色識別層は単色であってもよいか、または縞模様を組み込むようなパターンを有していてもよい。色識別層の色および／または化学的性質は、当然、インテグラルジオグリッドの特定の応用の必要に応じて選択される。

ＡＡＳＨＴＯおよびＮＴＰＥＰ規格に準拠するためのインテグラルジオグリッドの色識別層の上記使用に加えて、色識別層はまた、インテグラルジオグリッドのソース識別を提供するためにも役立ち得る。

上で示した通り、シート１００の３層構成が例示目的で示されているが、本発明はまた、３層以上を有する共押出シートの使用も考慮する。

例えば、共押出シートは５層構成（図１４に示すシート４００など）であってもよい。シート４００は、中間層４２０、第１の内層４１０、第２の内層４３０、第１の外層４４０、および第２の外層４５０を含む。第１の内層４１０および第２の内層４３０は、中間層４２０の対向平面上に配列され、好ましくは一平面または実質的に一平面構造である。第１の外層４４０および第２の外層４５０は、それぞれ、第１の内層４１０および第２の内層４３０の対向平面上に配列され、好ましくは一平面または実質的に一平面構造である。

図１４に示される本発明の特定の実施形態において、シート４００は、中間層４２０を形成する第１の材料、第１の内層４１０を形成する第２の材料、第２の内層４３０を形成する第３の材料、第１の外層４４０を形成する第４の材料、および第２の外層４５０を形成する第５の材料を、多層シートを押出する当業者に周知の手段にて共押出することによって、作製される。

概して、中間層４２０、第１の内層４１０、第２の内層４３０、第１の外層４４０、および第２の外層４５０の構成材料は、互いに同一であってもよいか、または互いに異なっていてもよい。例えば、中間層４２０は第１の構成材料を有していてもよく、第１の内層４１０および第２の内層４３０は第２の構成材料を有していてもよく、ならびに第１の外層４４０および第２の外層４５０は第３の構成材料を有していてもよい。要約すると、シート４００から作製されたインテグラルジオグリッドが使用される特定の用途に応じて、上記の５層のための構成材料の種々の組合せを使用することができる。

図１５は、図１４に示される出発材料シート４００に関連する三軸インテグラルジオグリッド５００の断面の透視図である。三軸インテグラルジオグリッド５００は、高度に配向されたストランド５０５および部分的に配向された接合部５３５を含む。孔がシート４００に穿孔された後、シート４００の第１の外層４４０および第２の外層４５０が、それぞれ、ストランド５０５および接合部５３５の第１の外層５４０および第２の外層５５０中へ延伸され配向されている。同様に、シート４００の第１の内層４１０および第２の内層４３０が、それぞれ、ストランド５０５および接合部５３５の第１の内層５１０および第２の内層５３０中へ延伸され配向されている。そして、第１の外層４４０および第２の外層４５０、ならびに第１の内層４１０および第２の内層４３０が延伸され配向されるため、中間層４２０もまた、ストランド５０５と接合部５３５との中間層５２０中へ延伸され配向される。

上に示した通り、本発明の１つの可能な実施形態は、充填材または賦形剤を含む１以上の比較的低コストな層の使用を含み得る。インテグラルジオグリッドの層へそのような充填材または賦形剤を含むことで、特定の用途においてインテグラルジオグリッドの強化された性能をもたらし得る、より厚い（すなわち、より上位の）特性を有する製品が作製される。インテグラルジオグリッドが使用される用途に応じて、そのような充填材または賦形剤は、例えば、１以上のＣａＣＯ_３（炭酸カルシウム）、滑石、ＣａＳｉＯ_３（ウォラストナイト）、ナノフィラー、多層カーボンナノチューブ（「ＭＷＣＮＴ」）、単層カーボンナノチューブ（「ＳＷＣＮＴ」）、ガラス繊維、およびアルミニウム水和物のうち１つ以上を含み得る。

上記の通り、高分子量ポリオレフィンおよび規格外品ポリマーよりも低コストである１以上のポリマー層の使用が考慮される。そのような低コストポリマー層がまた前述の充填材または賦形剤も含む実施形態において、例えばポリプロピレン層の使用と比べて、およそ２０％のコスト節約がもたらされ得る。

そして、当然ながら、上記の発泡層の使用はまた、特定の用途においてインテグラルジオグリッドの強化された性能をももたらし得る、より厚い（すなわち、より上位の）プロファイルを有する製品も作製することができる。本発明の意図された実施形態は、発泡化層の１つ以上が充填材または賦形剤を含む１つ以上の層と合わせて使用される製品を含む。

概して、本発明は、本明細書に記載の共押出技術および材料を使用して、インテグラルジオグリッドの特定の物理的、化学的、および／または機械的特性を修正および強化することで、その特定の用途におけるインテグラルジオグリッドの性能を改善することに基づく。

前述の内容は、本発明の原理を例示するのみであると考えられる。さらに、数多くの修正および変更が当業者によって容易に成され得るため、本発明を記載および図示した正確な構成および操作に限定することは望ましくない。

Claims (28)

1. 内部に開口の配列を有する、相互接続され、配向された複数のストランドを含んでなるインテグラルジオグリッドであって、共押出多層ポリマーシートから製造される前記インテグラルジオグリッド。
2. 前記配向されたストランドが、一軸または二軸延伸されている、請求項１に記載のインテグラルジオグリッド。
3. 前記共押出多層ポリマーシートが、第１の層、第２の層、および第３の層を包含し、前記第１の層および前記第３の層が前記第２の層の対向する平面上に配置されている、請求項１に記載のインテグラルジオグリッド。
4. 前記共押出多層ポリマーシートが約２ｍｍ〜約１２ｍｍの厚みを有する、請求項１に記載のインテグラルジオグリッド。
5. 前記第１の層が約０．５ｍｍ〜約４．５ｍｍの厚みを有し、前記第２の層が約１ｍｍ〜約９ｍｍの厚みを有し、かつ前記第３の層が約０．５ｍｍ〜約４．５ｍｍの厚みを有する、請求項３に記載のインテグラルジオグリッド。
6. 前記第１の層が高分子量ポリオレフィンの構成材料を有し、前記第２の層が規格外品ポリマーの構成材料を有し、かつ前記第３の層が高分子量ポリオレフィンの構成材料を有する、請求項３に記載のインテグラルジオグリッド。
7. 前記第１の層の前記高分子量ポリオレフィンがポリプロピレンであって、前記第２の層の前記規格外品ポリマーがポストインダストリアルポリプロピレンであって、前記第３の層の前記高分子量ポリオレフィンがポリプロピレンである、請求項６に記載のインテグラルジオグリッド。
8. 前記相互接続され、配向された複数のストランドが、実質的に長手方向に配向されたストランドによって相互接続された横方向のストランドを含む、請求項１に記載のインテグラルジオグリッド。
9. 前記インテグラルジオグリッドが、構造的強化目的または建造物強化目的のために構成される、請求項１に記載のインテグラルジオグリッド。
10. 前記シートが一軸または二軸延伸される場合、開口部を提供する、孔または窪みを内部に有する共押出多層ポリマーシートを含んでなる、インテグラルジオグリッドを作製するための出発材料。
11. 前記共押出多層ポリマーシートが、第１の層、第２の層、および第３の層を含み、前記第１の層および前記第３の層が前記第２の層の対向する平面上に配置されている、請求項１０に記載の出発材料。
12. 前記共押出多層ポリマーシートが少なくとも約２ｍｍの初期厚さを有する、請求項１０に記載の出発材料。
13. 前記共押出多層ポリマーシートが約０．２ｍｍ〜約９ｍｍの延伸厚さを有する、請求項１０に記載の出発材料。
14. 延伸された後の前記共押出多層ポリマーシートが、実質的に同一の出発厚さを有する非共押出シートの曲げ剛性およびねじり剛性と比較して、増加した曲げ剛性およびねじり剛性を示す、請求項１０に記載の出発材料。
15. 請求項１に記載のインテグラルジオグリッドを埋設することによって強化された粒状材料の塊を含んでなる、土壌構造物。
16. 請求項１に記載のインテグラルジオグリッドを粒状材料の塊に埋設することを含んでなる、粒状材料の塊を強化する方法。
17. インテグラルジオグリッドを作製する方法であって、
    共押出多層ポリマーシートを提供すること、
    前記共押出多層ポリマーシートにパターン化された複数の孔または窪みを提供すること、および、
    前記パターン化された複数の孔または窪みを有する前記共押出多層ポリマーシートを配向して、相互接続され、配向された複数のストランドを提供し、かつ前記孔または窪みを格子開口として構成すること、
    を含んでなる方法。
18. 前記パターン化された複数の孔または窪みを内部に有する前記共押出多層ポリマーシートが、一軸または二軸延伸によって配向される、請求項１７に記載の方法。
19. 前記共押出多層ポリマーシートが、第１の層、第２の層、および第３の層を包含し、前記第１の層および前記第３の層が前記第２の層の対向する平面上に配置されている、請求項１７に記載の方法。
20. 前記共押出多層ポリマーシートが少なくとも約２ｍｍの初期厚さを有する、請求項１７に記載の方法。
21. 前記第１の層が約０．５ｍｍ〜約４．５ｍｍの厚みを有し、前記第２の層が約１ｍｍ〜約９ｍｍの厚みを有し、かつ前記第３の層が約０．５ｍｍ〜約４．５ｍｍの厚みを有する、請求項１７に記載の方法。
22. 前記第１の層が高分子量ポリオレフィンの構成材料を有し、前記第２の層が規格外品ポリマーの構成材料を有し、かつ前記第３の層が高分子量ポリオレフィンの構成材料を有する、請求項１７に記載の方法。
23. インテグラルジオグリッド構造を提供する方法であって、
    配向された複数のストランドおよび複数の格子開口を有するインテグラルジオグリッドを提供するパターン化された複数の孔または窪みを有する、共押出多層ポリマーシートである出発材料を一軸または二軸延伸すること、および、
    前記インテグラルジオグリッドを粒状材料の塊に埋設すること、
    を含んでなる、方法。
24. 前記インテグラルジオグリッドが三軸インテグラルジオグリッドである、請求項１に記載のインテグラルジオグリッド。
25. 前記インテグラルジオグリッドが三軸インテグラルジオグリッドである、請求項１７に記載の方法。
26. 前記インテグラルジオグリッドが一軸インテグラルジオグリッドである、請求項１７に記載の方法。
27. 前記インテグラルジオグリッドが二軸インテグラルジオグリッドである、請求項１７に記載の方法。
28. 前記インテグラルジオグリッドが色識別層を含む、請求項１７に記載の方法。

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