JP3167514B2 - ポリオレフイン樹脂成形体補強用アラミド繊維 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は土木資材の盛土補強用材
料に関する。特にその補強材料の芯線とマトリックス樹
脂との接着性が向上された盛土補強材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、土木資材の補強用芯線として軟鋼
が主として使用されてきたが、腐食するために海水や温
泉の影響を受ける場所での使用が制限され、更には重量
が重いため施工の際に多くの人手を必要とするという問
題もあった。

【０００３】これらの問題を解決するために合成高分子
を材料とするジオテキスタイルの展開が近年急速に拡大
しているが（補強土工法：土質工学会偏１９８６．
５）、その中で代表的な土木資材の盛土補強用材料とし
てアラミド繊維で補強されたポリオレフイン樹脂からな
るネット状部材がある（特願平１−１９５９１号公
報）。この特許では芯線とマトリックス樹脂との接着性
を改良する方法として予め溶融されたポリオレフイン樹
脂の中に補強用芯線を通し該芯線周りに約２０〜６０重
量％のポリオレフイン樹脂を被覆して中間製品とし、つ
づいてネット状の盛土補強用部材を直接造る工程で再度
溶融ポリオレフイン樹脂の中を通して同種のマトリック
ス樹脂との接着性を高めている。

【０００４】しかしながら、最近では山間部の大規模な
土木工事或は海岸まで山肌が押し迫った場所での垂直コ
ンクリート板を利用した大規模な土木工事などが行われ
る様になり、今までの部材よりも大荷重に耐える性能を
有する盛土補強材が望まれており、それに伴い芯線とマ
トリックス樹脂との接着性の大幅な向上が望まれてい
る。

【０００５】一方、その他の代表的な土木資材の盛土補
強材として超高分子量の高密度ポリオレフインフィルム
に亀裂を入れながら特殊な延伸処理をすることにより得
られる薄くて高強力なネット状盛土補強材が開示されて
いる（特開昭５１−１４９９７５号公報）。このポリオ
レフインフィルムを利用した高強力土木資材網は腐食の
問題や重量が重いという問題は解決するが、土木資材と
しての重要な要素である荷重下でのクリープが大きいと
いう問題は未解決のままである。また、この方法は特殊
な超高分子量の高密度ポリオレフインを原料として用い
る点及びネット状の盛土補強材の成形に大型の特殊な成
形機を必要とする点で生産上困難な点が多い。 かかる
状況の中で優れた耐荷重性を有する盛土補強材料が切望
されており、そのために芯繊維とマトリックス樹脂との
良好な接着性が要求されている。

【０００６】そこで、本発明者らは芯繊維とマトリック
ス樹脂との接着性の向上は芯繊維を粘度の低いアイオノ
マー水分散体で処理することで可能となることを開示し
た（特願平５−１２１４４１号公報）。盛土補強用樹脂
成形体芯繊維であるアラミド繊維をマトリックス樹脂と
接着させる前にアイオノマー樹脂でアラミド繊維を処理
することにより単繊維間にまでアイオノマー樹脂がよく
含浸され、またアイオノマー樹脂はマトリックス樹脂の
ポリオレフインと相溶性がよいために接着力が向上す
る。しかし、アイオノマー水分散体での処理で得られる
接着力はバラツキ等を考えると十分ではなく、さらに良
好な接着性を発現する処理技術が要求されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、かか
る問題点を解消した盛土補強材すなわち繊維とマトリッ
クス樹脂間の接着性を改善しかつ耐高荷重の盛土補強材
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は「（請
求項１） エポキシド化合物で予め処理した後、アイオ
ノマー樹脂で被覆してなることを特徴とするポリオレフ
イン樹脂成形体補強用アラミド繊維。（請求項２） ア
イオノマー樹脂の重量平均分子量が１００００〜１００
０００である請求項１のポリオレフイン樹脂成形体補強
用アラミド繊維。（請求項３） アラミド繊維がポリパ
ラフェニレンテレフタラミド繊維である請求項１のポリ
オレフイン樹脂成形体補強用アラミド繊維。（請求項
４） アラミド繊維がコポリパラフェニレン・３、４’
オキシジフェニレン・テレフタラミド繊維である請求項
１のポリオレフイン樹脂成形体補強用アラミド繊維。
（請求項５） エポキシド化合物量が繊維重量に対し
０．１〜２０重量％である請求項１〜４のいずれかに記
載のポリオレフイン樹脂成形体補強用アラミド繊維。
（請求項６） アイオノマー樹脂量が繊維重量に対し１
〜５０重量％である請求項１〜５のいずれかに記載のポ
リオレフイン樹脂成形体補強用アラミド繊維。」であ
る。

【０００９】ここにアラミド繊維とはポリパラフェニレ
ンテレフタラミド、ポリメタフェニレンイソフタラミド
等もしくはこれらの共重合体からなる繊維、例えばコポ
リパラフェニレン・３、４’オキシジフェニレン、テレ
フタラミド繊維等である。

【００１０】ポリオレフイン樹脂とは一般式Ｃ_n Ｈ_2nで
表される二重結合を１つ持つ不飽和鎖式炭化水素が重合
したもので、代表的なものにポリエチレン、ポリプロピ
レン等がある。

【００１１】ここでいう、エポキシド化合物とは分子中
にエポキシ基を２個以上含むポリエポキシド化合物を意
味する。ポリエポキシド化合物としては一分子中に少な
くとも２個以上のエポキシ基を該化合物１００ｇあたり
０．２ｇ当量以上含有する化合物であり、エチレングリ
コール、グリセロール、ソルビトール、ペンタエリスリ
トール、ポリエチレングリコール等の多価アルコール類
とエピクロルヒドリンの様なハロゲン含有エポキシド類
との反応生成物、レゾルシン・ビス（４−ヒドロキシフ
ェニル）ジメチルメタン、フェノール・ホルムアルデヒ
ド樹脂、レゾルシン・ホルムアルデヒド樹脂等の多価フ
ェノール類と前記ハロゲン含有エポキシド類との反応生
成物、過酢酸または過酸化水素などで不飽和化合物を酸
化して得られるポリエポキシド化合物、即ち、３，４−
エポキシシクロヘキセンエポキシド、３，４−エポキシ
シクロヘキシルメチル−３，４−エポキシシクロヘキセ
ンカルボキシレート、ビス（３，４−エポキシ−６−メ
チル−シクロヘキシルメチル）アジペート等を挙げるこ
とができる。これらのうち特に多価アルコールとエピク
ロルヒドリンとの反応生成物、即ち、多価アルコールの
ポリグリシジルエーテル化合物が優れた性能を示すので
好ましい。

【００１２】かかるエポキシド化合物は公知の乳化剤、
例えばアルキルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、ジオ
クチルスルフォサクシネートナトリウム塩等を用いて、
乳化液または溶液として使用される。ポリエポキシド化
合物はアミン系、イミダゾール系もしくは、３フッ化ホ
ウ素モノエチルアミン錯塩等の硬化剤と混合使用するこ
とができる。

【００１３】予めアラミド繊維に処理されるエポキシド
化合物は繊維重量に対し０．１〜２０重量％が好まし
い。更に好ましくは０．５〜１０重量％の範囲である。
エポキシド化合物の付着量が０．１重量％未満ではエポ
キシド化合物の効果が十分発揮されずアラミド繊維とポ
リオレフイン樹脂間で満足な接着性能が得られない。一
方、エポキシド化合物の付着量が２０重量％を越えると
繊維が非常に硬くなり、また２浴目のアイオノマー処理
剤の含浸性が低下する結果接着性能が低下する。

【００１４】アイオノマー樹脂とは一般に下記の様な化
学構造式で表されるポリエチレンとポリアクリル酸塩と
の共重合体であり、高分子鎖間のペンダントカルボキシ
レートが１価または２価の金属塩にて部分架橋されてい
るものである。代表的な金属としてＣａ++、Ｚｎ++、Ｍ
ｇ++、Ｎａ+ 等を挙げることができる。

【００１５】

【化１】

【００１６】アイオノマー樹脂の重量平均分子量は１０
０００〜１０００００の範囲が好ましい。アイオノマー
樹脂の重量平均分子量が１００００未満では樹脂の凝集
力が弱くなり十分な接着力が得られない。一方、アイオ
ノマー樹脂の重量平均分子量が１０００００を越えると
処理コードが硬くなり過ぎ樹脂成形体の成形性が悪くな
るため好ましくない。

【００１７】水分散性の微粒子状のアイオノマー樹脂
（水分散体）において水分散する一次粒子の平均径は
０．０１〜１．０μｍの範囲が好ましい。アイオノマー
樹脂の平均粒子径を０．０１μｍ未満にするとアイオノ
マー樹脂を溶解させた液の加圧加熱分散液からの従来の
微粒子化方法では粒子分布のシャープなものが得られな
い。そのため特殊な装置の工夫が更に必要となり極めて
コストが高い微粒子になる。またアイオノマー樹脂の平
均粒子径が１．０μｍを越えると補強繊維の単糸径が約
１３μｍであるためアイオノマー樹脂の微粒子の繊維間
への移行が旨く行かず更に微粒子の融着固着により形成
される補強繊維上の凹凸が極めて粗雑になり品質的にも
接着性能の点からも好ましくない。

【００１８】また分散液のｐＨは７．５〜１３の範囲が
好ましい。アイオノマー樹脂の水分散液のｐＨが７．５
未満の場合にはアイオノマー水分散体の貯蔵安定性が極
めて不安定になりゲル化し易くなる。ここで水分散体の
ｐＨが７．５未満になるということはアイオノマー樹脂
の高分子鎖のペンダントカルボキシレート基が部分的に
中和架橋されていないことを意味する。またアイオノマ
ー水分散体のｐＨが１３を越えると水分散液体の粘度が
変動し易くなり接着性の品質管理が難しくなる。

【００１９】アラミド繊維表面に被覆したアイオノマー
樹脂量は繊維重量に対し１〜５０重量％が好ましい。更
に好ましくは２〜４０重量％、最も好ましくは５〜３０
重量％の範囲である。アイオノマー樹脂量が１重量％未
満では接着性能が十分に発現されない。一方、アイオノ
マー樹脂量が５０重量％を越えると処理された繊維の硬
さが急激に硬くなり、処理された繊維を盛土補強材成形
機のダイのガイドノズルに導入する際にガイドノズル部
で断糸が起こる様になり工程安定性が低下する。

【００２０】アラミド繊維をはじめにエポキシド化合物
で処理し次にアイオノマー樹脂で処理するには以下のご
とく行う。まず複数本のヤーンからなるアラミド繊維を
水に乳化させたエポキシド化合物の処理剤（エポキシド
化合物、エポキシ硬化剤、乳化剤を含有）中に通して処
理を行う。引き続き乾燥工程に導入し、更に熱セットゾ
ーンに導入し繊維表面に最終的に固着させる。次に、前
記エポキシ処理コードを水分散性の微粒子状アイオノマ
ー樹脂液（水分散体）に通し繊維に樹脂を含浸させてか
ら乾燥工程に導入し、更に熱セットゾーンに導入して微
粒子状のアイオノマー樹脂を単繊維間そして繊維表面に
最終的に固着させる。なおポリオレフイン樹脂との接着
性が向上した本発明の補強繊維を利用してポリオレフイ
ン樹脂をマトリックス樹脂とする盛土補強材を製造する
プロセスについて簡単に説明する。マトリックス樹脂の
ポリオレフイン樹脂は溶融押出機で溶融されダイに送ら
れる。一方、微粒子状のアイオノマー樹脂を繊維表面に
最終的に固着させた補強繊維はダイのリップの直上に設
けられたガイドノズルに導入され溶融したマトリックス
樹脂中に埋め込まれる。ダイリップの直下で特開昭５７
ー１５８０３７号公報に記載の特殊な成形方法によりネ
ット状の成形体にした後、水中で冷却して最終製品の盛
土補強材を得る。

【００２１】本発明においては繊維表層部にアイオノマ
ー樹脂の微粒子を適度に含浸させ、かつ繊維表面に多層
に塗布した後で乾燥、熱融着させてアイオノマー樹脂を
繊維に含浸固着させている。なお前述の補強用繊維ある
いはアイオノマー樹脂の水分散体にその特性を改善する
ための種々の添加剤、例えば耐熱剤、耐候剤、紫外線劣
化防止剤、帯電防止剤、滑剤、離型剤、染料、顔料、難
燃剤、結晶化促進剤、配向化促進剤等を添加してもよ
い。

【００２２】

【発明の効果】本発明は下記の作用効果を奏する。エポ
キシド化合物で固着され、さらにアイオノマー樹脂で被
覆された本発明のアラミド繊維はマトリックス樹脂のポ
リオレフイン樹脂との接着性が良好であるため、高荷重
に耐えなければいけない大規模な土木用途での盛土補強
材として好適であり耐久性も高い。

【００２３】以下、実施例により本発明を具体的に説明
する。なお実施例で用いた測定法は下記の通りである。 (1) 引張強伸度 インテスコ２００５型製引張試験機を用い温度23℃、湿
度50％の雰囲気下で、試験長250 ｍｍ、引張速度100 ｍ
ｍ／分の条件下で、10回繰り返して測定を行い、その平
均値より強力を求めた。 (2) 引抜接着力測定用サンプル作製方法 はじめに被測定処理コードを約1cm 間隔に張る。次に 1
組の型にそれぞれマトリックス樹脂チップを敷き詰め約
150 ℃で溶融させ型に埋め込み、マトリックス樹脂をや
や盛り上がった状態にまでする。そして予め張っておい
た被測定処理コードの上下から前記マトリックス樹脂を
埋め込んだ型（上下2 つのそれぞれ同様なパーツからな
り、型のくぼみ部分のサイズが10×300 ×6(H ×L ×T)
であるもの）で被測定処理コードをサンドウィッチ状に
挟む。さらに型に均一に温度をかけ樹脂の温度が150 ℃
になったところで型に約40kg/cm²の圧力をかけ接着させ
る。約3 分後、樹脂の温度が180 ℃になったところで圧
力を解除し冷却する。型より被測定サンプルを取り出し
コードを引張りマトリックス樹脂より引き抜くことで接
着力の評価を行う。 (3) 引抜接着力 上記(2) の方法により調整された10個の試験試料をイン
テスコ製２００５型引張試験機を用い引張速度 200ｍｍ
／分で引抜き、その引抜力の平均値を引抜接着力として
測定した。 (4) アイオノマー樹脂の繊維表面への付着量 アイオノマー樹脂の水分散液で処理する前のアラミド繊
維の乾燥重量を求め、そのアラミド繊維をアイオノマー
樹脂の水分散液で処理後、乾燥ゾーンで乾燥後に熱セッ
トゾーンでキュアーされた処理後のアラミド繊維の重量
を計り重量法にてアイオノマー樹脂の固着量を測定し
た。

【００２４】

【実施例１〜３、比較例１〜５】１５００デニール／１
０００フィラメントのポリパラフェニレン・３、４’ジ
フェニルエーテル・テレフタラミド（テクノーラ、帝人
株式会社製）の４本を合糸して６０００デニールとし、
これを補強用繊維束の処理前の原糸とした。

【００２５】エポキシ処理剤はデナコールＥＸ−３１３
（グリセリンジグリシジルエーテル、ナガセ化成株式会
社製）５０ｇをネオコールＳＷ−３０（ジオクチルスル
フォサクシネートナトリウム塩、第一工業製薬株式会社
製）５ｇ（固形分濃度：３０重量％）を用いて水９４０
ｇに分散させ、ついでエポキシ硬化剤として３フッ化ホ
ウ素モノエチルアミン錯塩（橋本化成工業株式会社製）
５ｇを加え調製を行った。また、アイオノマー処理剤
（アイオノマーＡ）は表１に示すケミパールＳ−１００
（アイオノマー水分散体、三井石油化学工業株式会社
製）に水を加え固形分濃度を５％として使用した。

【００２６】アイオノマーＡ：ケミハ゜ールS-100 （基
本銘柄）、粒径は0.1 μｍ、固形分濃度は27% 、分子量
は約50000 アラミド繊維の処理は、前記アラミド繊維束をまずエポ
キシ処理剤中に浸漬した後、１００℃で１分間乾燥し引
続き１８０℃で１分間熱セットを行った。次に、アイオ
ノマー処理剤に浸漬しエポキシ処理と同様の条件で乾
燥、熱処理を行った。このとき、エポキシ処理により繊
維に付着した固形分は繊維重量に対し１．０重量％、ア
イオノマー付着量は５．３重量％であった。

【００２７】上記の様に処理を行ったコードのポリエチ
レンに対する接着性能、強力を表１に示した。実施例
２、３はアイオノマー処理剤の種類をそれぞれケミパー
ルＳ−３００、Ｓ−６５０（三井石油化学工業株式会社
製）に変える以外は、実施例１と同様に行い、結果を表
１に示した。

【００２８】アイオノマーＢ：ケミハ゜ールS-300 （粒
径大）、粒径は0.5 μｍ、固形分濃度は35% 、分子量は
約50000 アイオノマーＣ：ケミハ゜ールS-650 （高酸含量樹脂銘
柄）、粒径は0.1 μｍ、固形分濃度は27% 、分子量は約
50000 比較例１〜３はエポキシ処理を行わない以外は実施例１
〜３と同様に処理を行い、結果を表１に示した。更に、
比較例４はエポキシ処理のみ、比較例５は全く処理を行
わない場合の結果を表１に示した。表１からわかる様
に、接着性能はアイオノマーの単独処理と比較してエポ
キシで予め処理を行うことにより著しく向上することが
わかる。

【００２９】

【表１】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−39364（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−95232（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−243628（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−82873（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−85595（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) D06M 13/00 - 15/72

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エポキシド化合物で予め処理した後、ア
   イオノマー樹脂で被覆してなることを特徴とするポリオ
   レフイン樹脂成形体補強用アラミド繊維。
2. 【請求項２】 アイオノマー樹脂の重量平均分子量が１
   ００００〜１０００００である請求項１のポリオレフイ
   ン樹脂成形体補強用アラミド繊維。
3. 【請求項３】 アラミド繊維がポリパラフェニレンテレ
   フタラミド繊維である請求項１のポリオレフイン樹脂成
   形体補強用アラミド繊維。
4. 【請求項４】 アラミド繊維がコポリパラフェニレン・
   ３、４’オキシジフェニレン・テレフタラミド繊維であ
   る請求項１のポリオレフイン樹脂成形体補強用アラミド
   繊維。
5. 【請求項５】 エポキシド化合物量が繊維重量に対し
   ０．１〜２０重量％である請求項１〜４のいずれかに記
   載のポリオレフイン樹脂成形体補強用アラミド繊維。
6. 【請求項６】 アイオノマー樹脂量が繊維重量に対し１
   〜５０重量％である請求項１〜５のいずれかに記載のポ
   リオレフイン樹脂成形体補強用アラミド繊維。