JPH0732517A - 立体３次元構造集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 厚さ方向に対して圧縮強度に優れ、通水性、
通気性が良好な立体３次元構造集合体を提供する。 【構成】 直径０．３〜５．０ｍｍの線条が直径５〜５
０ｍｍのループを形成して３次元構造体をなし、各ルー
プが厚み方向に対して３０°以下に傾いてなる立体３次
元構造集合体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軟弱地盤、液状化地
盤、盛土による道路、切取斜面等の法面の強化、トンネ
ルや堤防等のコンクリート擁壁の裏面、暗渠等の排水施
設等に用いられる排水材の基材として圧縮特性、排水能
力に優れ、またクッション材などに用いた場合には高荷
重下においても嵩高性が高く、快適な通気性を持つ立体
３次元構造集合体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】法面の強化材または排水材としては、太
めの剛毛繊維を接着剤で接着強化した積層状構造物や太
繊度の合成繊維不織布等が使用されている。しかし、こ
れらの構造物では法面の強化材としては土圧に対する圧
縮抵抗が十分でないため圧縮変形が生じ易く、通水路が
小さくなり排水能力の低下が見られるという欠点があ
る。また、寝具、家具用クッション材、マットレス、椅
子、ソファーなどの寝具、家具用のクッション材、自動
車、船舶、航空機などのクッショク材として短繊維を用
い接着剤、溶融性繊維により相互に接着点を作って立体
的に成型された不織布、または、発泡ウレタンを用いた
物がクッション基材としてよく使用されている。しか
し、これらクッション材は生産工程が複雑であり、非常
に高価なものとなっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した欠
点を改良する事を目的としてなされたものであり、厚さ
方向に対する圧縮強度に優れ通水性、通気性が良好であ
り、軽量であるため作業性に優れた立体３次元構造集合
体を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は下記の手段をとる。すなわち、本発明は、
直径０．３〜５．０ｍｍの熱可塑性樹脂の線条が直径５
〜５０ｍｍのループを形成して３次元構造体をなし、各
ループの平均角度が該３次元構造体の厚み方向に対して
３０°以下であり、空隙率が８０〜９７％の範囲にあ
り、各線条の接点が溶融接着して渦巻バネ状立体構造集
合体を形成してなることを特徴とする立体３次元構造体
であり、また、該立体３次元構造集合体からなる土木用
排水材、また、該立体３次元構造集合体からなるクッシ
ョン材である。

【０００５】以下、本発明を詳細に説明する。熱可塑性
樹脂としてポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオ
レフイン系の中から選ばれるホモポリマーまたは、コポ
リマーが好ましく、また、これらは２種類以上のポリマ
ーを混合して用いてもよい。中でも耐薬品性、機械的特
性に優れるポリプロピレン樹脂が好適である。またその
他には、ポリエステル系ポリマー、ポリエステルエラス
トマー、ポリウレタン系ポリマーが使用され、ポリエス
テル系ポリマーとしてはテレフタル酸を主たる酸成分と
し、少なくとも１種のグリコール、好ましくはエチレン
グリコール、トリメチレングリコール、テトラメチレン
グリコールから選ばれる少なくとも一種のアルキレング
リコールをグリコール成分とするポリエステルを主たる
対象とする。また、テレフタル酸成分の一部を他の２官
能性カルボン酸成分で置換したポリエステルであっても
よく、および／またはグリコール成分の一部を主成分以
外の上記グリコールもしくは他のジオール成分で置換し
たポリエステルであってもよい。ここで使用されるテレ
フタル酸以外の２官能カルボン酸としては、例えばイソ
フタル酸、ナフタリンジカルボン酸、ジフエニルカルボ
ン酸ジフエノキシエタンジカルボン酸、β−ヒドロキシ
エトキシ安息香酸、ｐ−オキシ安息香酸、アジピン酸、
セバシン酸、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸の芳
香族、脂肪族、脂環族の二官能性カルボン酸を挙げるこ
とが出来る。これらの中から選ばれるホモポリマー、ま
たはコポリマーが好ましく、また、これらは２種類以上
のポリマーを混合して用いても良い。

【０００６】また、ポリエステルエラストマーとしては
ポリエステルーポリエーテルブロック共重合体、ポリエ
ステル型ブロック共重合体等が挙げられる。上記ポリエ
ステルーポリエーテルブロック共重合体は、ポリエステ
ルをハードセグメント、ポリエーテルをソフトセグメン
トとし、両者が交互に繰り返し並んでいることにより、
ゴム状弾性体の性質を有するブロック共重合体である。
このようなポリエステル単位を構成する酸及びアルコー
ルは、それぞれ主として芳香族ジカルボン酸、及び炭素
数２〜１５のアルキレングリコールである。ジカルボン
酸の具体例としては、テレフタル酸、エチレンビス（ｐ
−オキシ安息香酸）、ナフタレンジカルボン酸、アジピ
ン酸、セバシン酸、１，４−シクロヘキサンジカルボン
酸、ｐ−（β−ジドロキシエトキシ）安息香酸等が挙げ
られる。アルコールの具体例としてはエチレングリコー
ル、プロピレングリコール、テトラメチレングリコー
ル、ペンタメチレングリコール、２，２−ジメチルトリ
メチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、デカ
メチレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、シ
クロヘキサンジエタノール、ベンゼンジメタノール、ベ
ンゼンジエタノール等が挙げられる。上記の酸及びアル
コールとしては、繊維形成能を有する程度の分子量のポ
リエステルにした場合の融点が、１５０℃以上になるも
のが適している。上記ブロック共重合体のソフトセグメ
ントであるポリエーテル単位は、平均分子量が５００〜
５０００程度のポリオキシアルキレングリコールであ
る。このポリオキシアルキレングリコール単位は、アル
キレン基が２〜９個の炭素原子を有するオキシアルキレ
ン基をモノマー単位とする。具体的にはポリ（オキシエ
チレン）グリコール、ポリ（オキシプロピレン）グリコ
ール、ポリ（オキシテトラメチレン）グリコール等が好
適な例として挙げられ。ポリエーテルは、単独、ランダ
ム共重合体、ブロック共重合体、または２種以上のポリ
エーテルの混合物であっても良い。さらに、ポリエーテ
ルの分子鎖中に少量の脂肪族基、芳香族基等を有してい
ても良い。また、イオウ、窒素、リン等を有する改質ポ
リエーテルでもよい。

【０００７】ポリエステルポリエーテルブロック共重合
体には、ポリエーテル単位が１〜８５重量％、好ましく
５〜８０％の割合で、そしてポリエステル単位が９９〜
１５重量％、好ましくは９５〜２０重量％の割合で含有
される。ポリエステル型ブロック共重合体としては、結
晶性芳香族ポリエステルとラクトン類との反応によって
得られるものが挙げられる。結晶性芳香族ポリエステル
としては、エステル結合、またはエステル結合とエーテ
ル結合とを主として有するポリマーであって、少なくと
も一種の芳香族基を主たる繰り返し単位として有し、分
子末端に水酸基を有するものが挙げられる。この結晶性
芳香族ポリエステルとしては、高重合度のポリマーを形
成した場合の融点が１５０℃以上になるものが好まし
い。

【０００８】本発明のクッション材として用いる場合に
は分子量５０００以上のポリマーが好ましい結晶性芳香
族ポリエステルの好適な具体例は、ホモポリエステル、
ポリエステルエーテル、共重合ポリエステル、共重合ポ
リエステルエーテル等を見いだすことができる。ホモポ
リエステルの例としては、ポリエチレンテレフタレー
ト、ポリテトラメチレンテレフタレート、ポリー１，４
−シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリエ
チレン−２，６−ナフタレート等が挙げられる。ポリエ
ステルエーテルの例としては、ポリエチレンオキシベン
ゾエート、ポリーｐ−フエニレンビスオキシエトキシテ
レフタレート等が挙げられる。共重合ポリエステルまた
は共重合ポリエステルエーテルとしては、主としてテト
ラメチレンテレフタレート単位、またはエチレンテレフ
タレート単位を有し、さらに他の共重合成分を有するポ
リマーが挙げられる。このような共重合成分としては、
テトラメチレンアジペート単位、エチレンアジペート単
位、テトラメチレンセバケート単位、エチレンセバケー
ト単位、１，４−シクロヘキシシレンジメタレンテレフ
タレート単位、テトラメチレン−ｐ−オキシベンゾエー
ト単位、エチレン−ｐ−オキシベンゾエート単位等が例
示される。共重合ポリエステル及び共重合ポリエステル
エーテルは、テトラメチレンテレフタレート単位または
エチレンテレフタレート単位を６０モル％以上含むこと
が好ましい。

【０００９】ポリエステル型ブロック共重合体を形成す
る他方の構成成分であるラクトン類としては、ε−カプ
ロラクトンが最も好ましいがエナントラクトン、カプリ
ロラクトン等も用いられる。これらのラクトン類を２種
以上用いてもよい。ポリエステル型ブロック共重合体
は、上記結晶性芳香族ポリエステルとラクトン類とを重
量比９７／３〜５／９５の割合で用い、共重合して得ら
れる。好ましくはこの重量比を９５／５〜３０／７０と
するのがよい。上記共重合に際しては、必要に応じて触
媒を加え、加熱混合して反応進行させる。このようにし
て得られるポリエステルポリエラストマー（ポリエステ
ル−ポリエーテルブロック共重合体及び／またはポリエ
ステル型ブロック共重合体）は、単独で、または２種以
上混合して用いてもよい。また、ポリエステル系ポリマ
ーとポリエステルエラストマーは２種以上混合して用い
てもよい。

【００１０】つぎに本発明で用いられるポリウレタンと
しては、通常の溶媒（ジメチルホルムアミド、ジメチル
アセトアミド等）の存在または不存在下に、（Ａ）数平
均分子量１０００〜６０００の末端水酸基を有するポリ
エーテル及びまたはポリエステル、（Ｂ）有機ジイソシ
アネートを主成分とするポリイソシアネートとを反応さ
せて、両末端がイソシアネート基であるプレポリマーを
まず製造（反応促進剤、触媒、反応抑制剤を必要に応じ
て使用することもできる；後段反応においても同じ）
し、次いで液状態で、（Ｃ）ジアミンを主成分とするポ
リアミンにより鎖延長して得る方法が代表例である。前
記の方法において、各成分を一度に系に添加して反応せ
しめてもよいし、各成分を分割して多段で反応せしめて
もよい。また、モノアミンのような末端停止剤を反応の
中期または終期に添加反応せしめてもよい。（Ａ）のポ
リエステル、ポリエーテル類としては従来公知のポリテ
トラメチレングリコール、ポリブチレンアジペート共重
合ポリエステル等が使用でき、数平均分子量として１０
００〜６０００のものが好ましいが、より好ましくは１
３００〜５０００のものもある。（Ｂ）のポリイソシア
ネートしては、従来公知のポリイシソアネートが用いる
ことができるが、ジフエニルメタン−４，４’−ジイソ
シアネートのようなイソシアネートを主体とし、必要に
応じて、従来公知のトリイソシアネート等を微量添加使
用してもよい。また（Ｃ）のポリアミンとしては、エチ
レンジアミン、１，２−プロピレンジアミン等の公知の
ジアミンを主体とし、必要に応じて微量のトリアミン、
テトラクミンを併用してもよい。これらのウレタン系ポ
リマーは、単独で、または２種以上混合して用いてもよ
い。また、要求される特性からポリアミド系、ＡＢＳ系
などの樹脂を選択することも出来る。

【００１１】これらのポリマーは線条の状態で冷却し、
固化されたのちにおいては剛性を有し優れた圧縮特性を
有するものである。線条の直径は０．３〜５．０ｍｍの
範囲の線条が優れ、０．３ｍｍ未満であると得られた立
体３次元構造集合体の圧縮特性が不足し土木用排水材と
して土中埋設後、上方からの荷重により形状が保持でき
なくなり排水能力もなくなってしまうので好ましくな
い。また、５．０ｍｍこえると圧縮特性は十分満足され
るが立体３次元構造集合体の重量が増加し生産性、埋設
現場での作業性も悪くなってしまうので好ましくない。
中でも０．５〜３．０ｍｍの範囲が好適である。

【００１２】各線条のループ１は、直径５〜５０ｍｍと
なることが好ましく、立体３次元構造集合体の厚さがこ
のループ直径で決定されるため、５ｍｍ未満になると線
条を太くしなければ優れた圧縮特性が得られず、線条の
直径を太くすれば空隙率が低下し土木用排水としては透
水性、クッション材ではクッション性が不足する。ま
た、５０ｍｍをこえると圧縮性は十分満足されるが厚さ
も調整が困難になる。図１は、立体３次元構造集合体の
斜視図であり、また、各ループ１と該立体３次元構造集
合体の厚み方向との平均角度θは、図２に示すように厚
み方向Ｔに対してθ≦３０°であることが好ましく、ル
ープの厚み方向との平均角度θが厚み方向に対して３０
°をこえると厚み方向からの圧力に対して強度が大幅に
低下して大きな土圧に耐えきれなくなり圧縮変形が生
じ、通水路が小さくなり排水材としての能力の低下が著
しい。これらを補うためには繊度を大きくする方法も考
えられるが、前述したような問題が生じてくる。各ルー
プの厚み方向との平均角度θが厚み方向に対しては０°
≦θ≦１５°になることがより好ましい。

【００１３】各線条の接点は図２、図３に示すように２
において溶融接着され、固化させることにより、より圧
縮特性の優れたものとなる。

【００１４】空隙率を８０〜９７％の範囲内にすること
によりバランスの取れた圧縮特性と排水能力を付与する
ことができ、８０％未満になると目づまりしやすくなり
短期間での排水能力の低下が起こり、９７％をこえると
排水能力は優れているが圧縮特性が不足し土圧に耐えら
れなくなり、排水能力が低下し、消滅してしまうことも
ある。また、この排水基材はそのまま軟弱地盤などに埋
設し使用することもできるが、基材の周囲に目づまり防
止用の各種フイルター材を装着して使用することもでき
る。

【００１５】

【作用】上記構成の立体３次元構造集合体はそのまま土
中に埋設、または外周にフイルター材となりうるもので
カバーしたものを土中に埋設しておくと、土中の余剰水
などはフイルター材を通過し、排水基材の内部に入った
水分が多数の線条間の相互の間隙によって形成された内
部通水路を通って流れる。また、多数の線条のループ、
及びループ間の接着点により基材を補強するリブとして
作用し、厚み方向からの大きな圧力にも耐えうる優れた
性能を持つ排水基材となる。

【００１６】

【実施例】

実施例１、比較例１〜２ まず、立体３次元構造集合体を下記の要領で作成した。
スクリュー径５０ｍｍの単軸押出機にてシリンダー温度
を２５０℃に設定し、内径１ｍｍよりなるノズル群から
毎時３０ｋｇの吐出量にて紡糸し、このノズル面より３
０ｃｍ下方に冷却水を配するとともに同冷却水中に水面
との角度が調節可能な一対の引き取り用コンベアーを設
置し、これを毎分０．８ｍの速度で水中に引き取り、渦
巻バネ状立体構造集合体を得る。上記押出機の条件で２
３０℃のメルトフローレートが８ｇ／１０分のポリプロ
ピレンを用い、各ノズルの間隔が２ｃｍに配列した合計
５０穴を持つノズル群を用いた。また、引き取り用コン
ベアの角度は水面に対して８０°に調節して渦巻バネ状
立体構造集合体（実施例１）を作成し、圧縮特性を測定
し、測定結果を表１に示す。各ノズルの間隔を１ｃｍに
配列した以外は実施例１と同様に渦巻バネ状立体構造集
合体（比較例１）を作成した。引き取り用コンベアの角
度を水面に対して３０°に調節した以外は実施例１と同
様に渦巻バネ状立体構造集合体（比較例２）を作成し
た。

【００１７】

【表１】

【００１８】なお、表１の諸物性の測定法は、次のとお
りである。 １ 圧縮試験 ＪＩＳ Ｋ７２０８−１９７５で測定し、圧縮強度は歪
率２０％での値である。 ２ 圧縮残留歪み性 立体繊維集合体の圧縮弾性率の測定時に最初の試料の厚
みに対して１／２の歪み量になるまで荷重をかけ、その
後荷重をはすず事を５回繰り返した後、３時間後に試料
の厚みを測定した。次式により圧縮残留歪率を算出し
た。 圧縮残留歪率＝試験後の試料の厚さ（ｍｍ）／最初の試
料の厚さ（ｍｍ） 実施例１は圧縮強度が大きく、しかも圧縮残留歪率もか
なり大きく、それに対し、比較例１〜２は、いずれも圧
縮強度、圧縮残留歪率が小さかった。

【００１９】

【発明の効果】本発明の立体３次元構造集合体は上記の
様な構成を有しており、ループの集合体が補強リブとし
て作用し基材は圧縮特性に優れているため大きな土圧の
かかる深度が深い土中での軟弱地盤、液状化地盤などの
改良土木工事に使用できる。また、内部導水路が確保で
きるため、排水能力が優れ、耐薬品性に優れているため
暗渠、盛土、トンネル、法面透の排水材、河川、ダムな
どの底面保護材として多方面の用途に使用が可能である
ことから、本発明の土木用排水基材は建築、土木用途に
おいて多大な効果をもたらす安価な排水基材である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の立体３次元構造集合体の斜視図であ
る。

【図２】図１のII〜II線に沿った断面図である。

【図３】図１の正面図である。

【符号の説明】

１ ループ ２ 溶融接着点

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直径０．３〜５．０ｍｍの熱可塑性樹脂
   の線条が直径５〜５０ｍｍのループを形成して３次元構
   造体をなし、各ループの平均角度が該３次元構造体の厚
   み方向に対して３０°以下であり、空隙率が８０〜９７
   ％の範囲にあり、各線条の接点が溶融接着して渦巻バネ
   状立体構造集合体を形成してなることを特徴とする立体
   ３次元構造集合体。
2. 【請求項２】 請求項１の立体３次元構造集合体からな
   る土木用排水材。
3. 【請求項３】 請求項１の立体３次元構造集合体からな
   るクッション材。