(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浸出物バリアとして用いられ、イオン性液体の透過に対して増大した不浸透性を有することができる組成物であって、
約０．２乃至２０重量％のアニオン性ポリマーおよび約０．２乃至２０重量％のカチオン性ポリマーと混合された約６０乃至９９．６重量％のナトリウムベントナイト粘土を含む組成物。
【請求項２】
前記両ポリマーが約０．１５：１乃至約７：１の範囲の負電荷対正電荷の電荷平衡を有する、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記両ポリマーが約３：１乃至約１：３の範囲の負電荷対正電荷の電荷平衡を有する、請求項２に記載の組成物。
【請求項４】
前記両ポリマーが約２：４乃至約１：１の負電荷対正電荷の電荷平衡を有する、請求項３に記載の組成物。
【請求項５】
前記両ポリマーが約１：１の電荷平衡を有する、請求項２に記載の組成物。
【請求項６】
前記カチオン性ポリマーおよび前記アニオン性ポリマーが約０．５ｍｅｑ／ｇ乃至約２０ｍｅｑ／ｇの電荷を有する、請求項１に記載の組成物。
【請求項７】
前記カチオン性ポリマーおよび前記アニオン性ポリマーが約１．０ｍｅｑ／ｇ乃至約１５ｍｅｑ／ｇの電荷を有する、請求項６に記載の組成物。
【請求項８】
前記カチオン性ポリマーおよび前記アニオン性ポリマーが約１．０ｍｅｑ／ｇ乃至約１０ｍｅｑ／ｇの電荷を有する、請求項７に記載の組成物。
【請求項９】
前記アニオン性ポリマーが粉末状または粒状のアニオン性アクリルアミドコポリマーである、請求項１乃至８のいずれかに記載の組成物。
【請求項１０】
前記カチオン性ポリマーが、アクリルアミドと、次の一般的な化学式IIIの少なくとも１種の化合物とを含むものであり、
【化１２】
0006698522.tif 000025
ここで、
Ｒ１は水素またはメチルを表し、
Ｚ１はＯ、ＮＨまたはＮＲ４を表し、Ｒ４は１乃至４の炭素原子を有するアルキルを表し、Ｙは、次の複数の基の中の１つを表し、
【化１３】
0006698522.tif 000026
ここで、
Ｙ０およびＹ１は、任意にヒドロキシ基で置換された２乃至６の炭素原子を有するアルキレンを表し、
Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４、Ｙ５、およびＹ６は、互いに独立に１乃至６の炭素原子を有するアルキルを表し、
Ｚ−は、ハロゲン、アセタートまたはメチルスルファートを表すものである、
請求項１乃至８のいずれかに記載の組成物。
【請求項１１】
前記カチオン性ポリマーは、アクリルアミドと、次の一般的な化学式IVの少なくとも１種の化合物、
【化１４】
0006698522.tif 000027
ここで、
Ｚ１はＯ、ＮＨまたはＮＲ４を表し、Ｒ４は水素またはメチルを表し、
Ｒ１は水素またはメチルを表し、
Ｒ５およびＲ６は、互いに独立に１乃至６の炭素原子を有するアルキルを表し、
Ｒ７は、８乃至３２の炭素原子を有するアルキル、８乃至３２の炭素原子を有するアリール、および／または８乃至３２の炭素原子を有するアラルキルを表し、
Ｒ８は、１乃至６の炭素原子を有するアルキレンを表し、
Ｚ−は、ハロゲン、疑ハライドイオン、メチルスルファートまたはアセタートを表すものであり、
または次の一般的な化学式Ｖの少なくとも１種の化合物と、を含むものであり、
【化１５】
0006698522.tif 000028
ここで、
Ｚ１はＯ、ＮＨまたはＮＲ４を表し、Ｒ４は１乃至４の炭素原子を有するアルキルを表し、
Ｒ１は水素またはメチルを表し、
Ｒ８は、１乃至６の炭素原子を有するアルキレンを表し、
Ｒ９は、２乃至６の炭素原子を有するアルキレンを表し、
Ｒ１０は、水素、８乃至３２の炭素原子を有するアルキル、８乃至３２の炭素原子を有するアリール、および／または８乃至３２の炭素原子を有するアラルキルを表し、
ｐは、１乃至５０の整数を表すものである、
請求項１乃至８のいずれかに記載の組成物。
【請求項１２】
浸出物バリアとして用いられ、イオン性液体の透過に対して増大した不浸透性を有することができる組成物であって、
５：１乃至１：５の範囲のアニオン単位対カチオン単位の電荷平衡を有する約０．２乃至２０重量％の高分子両性電解質ポリマーと混合された約８０乃至９９．６重量％のナトリウムベントナイト粘土を含む組成物。
【請求項１３】
前記電荷平衡は、前記ポリマーにおけるアニオン単位対カチオン単位について２：１乃至１：２の範囲にある、請求項１２に記載の組成物。
【請求項１４】
前記粘土が、天然に存在する米国西部のナトリウムベントナイトである、請求項１乃至１３のいずれかに記載の組成物。
【請求項１５】
イオン性液体の透過に対するバリアとして有用な製造品であって、
前記製造品は２枚の布を含み、
前記２枚の布は、請求項１乃至１４のいずれかに記載の組成物を前記２枚の布の間に収容するものである、
製造品。
【請求項１６】
前記２枚の布は、前記組成物の中間層を包囲した状態で一緒にニードルパンチされたものである、請求項１５に記載の製造品。
【請求項１７】
前記組成物の配合量が約０．５ｌｂｓ／ｆｔ２（０．２４４ｇ／ｃｍ２）乃至約１．６ ｌｂｓ／ｆｔ２（０．７８１ｇ／ｃｍ２）である、請求項１５または１６に記載の製造品。
【請求項１８】
前記組成物が、さらに、前記両布の少なくとも一方において前記両布の前記少なくとも一方の深さまたは厚さの少なくとも２０％の深さで広がって存在するように配置される、請求項１５乃至１７のいずれかに記載の製造品。
【請求項１９】
前記布の少なくとも１つが不織布である、請求項１５乃至１８のいずれかに記載の製造品。
【請求項２０】
双方の布が不織布である、請求項１５乃至１８のいずれかに記載の製造品。
【請求項２１】
基本的にイオン性液体不浸透性のバリアより下の地下水にイオン性液体が達するのを防止するように、前記イオン性液体より下に前記基本的にイオン性液体不浸透性のバリアを配置する方法であって、
イオン性液体に対して最大で透過係数１×１０−７ｃｍ／秒の不浸透性を有する請求項１５乃至２０のいずれかに記載の製造品を、そのイオン性液体と接触するようにそのイオン性液体の下に配置することを含む、方法。
【請求項２２】
基本的にイオン性液体不浸透性のバリアより下の地下水にイオン性液体が達するのを防止するように、前記イオン性液体より下に前記基本的にイオン性液体不浸透性のバリアを配置する方法であって、
イオン性液体に対して最大で透過係数１×１０−８ｃｍ／秒の不浸透性を有する請求項１５乃至２０のいずれかに記載の製造品を、そのイオン性液体と接触するようにそのイオン性液体の下に配置することを含む、方法。
【請求項２３】
基本的にイオン性液体不浸透性のバリアより下の地下水にイオン性液体が達するのを防止するように、前記イオン性液体より下に前記基本的にイオン性液体不浸透性のバリアを配置する方法であって、
イオン性液体に対して最大で透過係数５×１０−９ｃｍ／秒の不浸透性を有する請求項１５乃至２０のいずれかに記載の製造品を、そのイオン性液体と接触するようにそのイオン性液体の下に配置することを含む、方法。
【請求項２４】
前記イオン性液体が約５乃至約１３のｐＨを有する、請求項２１、２２または２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記イオン性液体が約９乃至約１３のｐＨを有する、請求項２１、２２または２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記イオン性液体が鉱石浸出物である、請求項２１乃至２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
前記イオン性液体がボーキサイト鉱石浸出物である、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記イオン性液体が石炭燃焼生成物浸出物である、請求項２１乃至２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
前記イオン性液体が排煙脱硫残留浸出物である、請求項２１乃至２５のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
前記イオン性液体が１０００ｍｇ／Ｌより大きい硫酸イオンの濃度を有する浸出物である、請求項２１乃至２５のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
浸出物を封じ込める方法であって、
請求項１５に記載の製造品で廃棄物封込めセルをライニングし、前記浸出物を生じさせる廃棄物で前記廃棄物封込めセルを満すことを含み、
前記製造品は前記浸出物から水分を吸収し、前記組成物はゲルを形成するものである、
方法。
【請求項３２】
前記組成物が組成物１００部当り約６０部乃至約１２０部の水分含有量を有するように、前記製造品が水分を吸収する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記組成物が組成物１００部当り約７０部乃至約９０部の水分含有量を有するように、前記製造品が水分を吸収する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
底面と、
前記底面に隣接して配置された、請求項１５に記載の製造品と、
前記浸出物に対して最大で透過係数１×１０−８ｃｍ／秒の不浸透性を有する前記製造品上に配置される浸出物と、
を含む浸出物封込めシステム。
【請求項３５】
前記製造品の前記組成物が、前記浸出物から水分を組成物１００部当り水分含有量７０部乃至９０部まで吸収したときに、ゲルを形成する、請求項３４に記載の浸出物封込めシステム。
【請求項３６】
約２乃至６重量％の高分子両性電解質ポリマーを含む、請求項１２乃至１４のいずれかに記載の組成物。
【請求項３７】
約２乃至６重量％のアニオン性ポリマーおよび約２乃至６重量％のカチオン性ポリマーを含む、請求項１乃至１１のいずれかに記載の組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示内容は、カチオン性ポリマーとアニオン性ポリマーの組合せ、および／またはカチオン性とアニオン性の双方の電荷部位を有する１種以上のモノマーと、粘土（クレイ）との混合物に関し、また、例えばボーキサイト鉱石のような鉱石の処理で得られる鉱山浸出物または浸出液（mining leachates）のような、高いイオン強度（高酸性および／または高アルカリ性）を有する腐食性液体（aggressive liquids：アグレッシブな液体）の流れに対する液圧バリア（障壁）として粘土が使用されるときにその粘土の液圧性能（不浸透性またはバリア特性）を改善する方法に関する。粘土／ポリマーの混合物は、２枚のジオシンセティック・ファブリック（土木用布）の間に配置されたジオシンセティック・クレイ（粘土）ライナー（ＧＣＬ）におけるバリア層として使用されることが好ましい。最も好ましい実施形態において、粘土／ポリマー混合物は、２枚のジオシンセティック・ファブリックの間に配置され、その少なくとも１枚は不織布であり、それらのファブリックは、一緒にニードルパンチ（針穿孔）されて、粘土／ポリマー混合物を両ファブリック間に固定する。
【０００２】
関連出願の参照
本願は、２０１３年７月１２日に出願された米国特許仮出願第６１／８４５７９１号、発明の名称“混合ポリマー系”（Blended Polymer System）の利益を主張し、ここでその全ての開示内容を参照により組み込む。
【背景技術】
【０００３】
開示の背景および従来技術
材料を化学的に処理し、処理プロセスの副産物として貯留槽に封じ込める必要のある腐食性液体を生じさせる多くの産業において、改善された廃液封じ込めに対する業界のニーズ（需要）が明らかに存在する。これらの腐食性（強酸性または強アルカリ性）の液体または液体／固体の廃棄物質は埋設処理できない。その理由は、それらは、土壌を通して浸透して地下水（供給）を汚染し、従って、廃棄物の下に液体バリアを配置することによって封じ込めて、廃棄物がバリアに浸透するのを防止しなければならない。特に厄介な問題は、強アルカリ性液体である廃棄物質であり、例えば、特にボーキサイト鉱石のような鉱石の処理で得られるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０２５５６４号
【特許文献２】米国特許第７０２６３８５号
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１２／０２１９５６６号
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１２／０２１９３６７号
【特許文献５】米国特許第６７３７４７２号
【発明の開示】
【０００５】
ジオシンセティック・クレイ・ライナー（ＧＣＬ）は、大部分は、特に鉱石処理産業において、高濃度のイオン性塩を含む高ｐＨの（アルカリ性の）廃液に対して充分でないバリア（液圧性能）しか実現しないことが見出された。
【０００６】
高いイオン性の廃液の浸透に対する改善された液圧性能（hydraulic performance）を有する粘土を実現しようとする以前の試みは、粘土が溶解するのを防止するための、遊離シリカ含有のシリカ成分またはケイ酸含有の材料の添加（国際公開第２００９／０２３９１５号）、粘土へアニオン性ポリマー溶液を加えた後の乾燥（国際公開第２０１２／０２５５６４号および米国特許第７０２６３８５号、米国特許出願公開第２０１２／０２１９５６６号Ａ１および米国特許出願公開第２０１２／０２１９３６７号Ａ１）、および、その場での（in-situ）ＧＣＬの境界内での粘土とモノマーのブレンド（配合物、混合物）を用いたポリマーの重合（米国特許第６７３７４７２号Ｂ２）を含んでいた。
【０００７】
概要
本明細書および特許請求の範囲に記載された組成物、製造品および方法の好ましい実施形態によれば、カチオン性ポリマーとアニオン性ポリマーの組合せおよびカチオン性とアニオン性の双方の電荷部位を有する１つ以上のモノマーと混合された粘土（クレイ）は、結果的に、例えばボーキサイト鉱石浸出物（浸出液）およびその他の鉱石処理浸出物（浸出液）のような高イオン性廃液の透過係数（hydraulic conductivity：透水係数、液体伝導度、透過性）に対して意外な液圧性能（不浸透性）を有する組成物が得られることが見出された。好ましい実施形態において、粘土／カチオン性ポリマー／アニオン性ポリマーの混合物は、ジオシンセティック・クレイ・ライナー（ＧＣＬ）に封じ込められる。驚くことに、粘土／ポリマー混合物が２枚の布（ファブリック）の間に配置され、その少なくとも一方の布が不織布であり、それらの布が一緒にニードルパンチされたとき、そのポリマーの組合せは、その２種のポリマーの間またはポリマー（単数または複数）と粘土の間の相互作用によって、液体が布に浸透するのを阻止し、それらの布におけるニードルパンチされた開孔を通した液体の浸透をも遮断する。これは特に驚くべきことであり、その理由は、粘土部分そのものが、高イオン性の腐食性廃液と接触したときに、実質的に膨潤しないからである。ポリマーおよび／またはモノマーは、任意の形態で、好ましくは、乾式ブレンド（混合）、粉砕、および／または押出し（extrusion）によって、粘土と均一に混合（ブレンド）することができる。
【０００８】
特定の理論に拘束されることなく、例えば鉱石処理浸出物（浸出液）のような腐食性の高イオン性廃液に粘土／ポリマー混合物を接触させる（晒す）ことによって、隣接の各粘土粒子と織布の繊維の間の隙間空間において、カチオン性ポリマーおよびアニオン性ポリマーが溶媒和する（solvate）ことができることが、理論化される。さらに、ポリマーは、複合体を形成して（complex）、カチオン性ポリマー鎖とアニオン性ポリマー鎖の相互間の強い引力によって凝集塊（flocs：綿毛状の塊）を形成し得る、と考えられる。これらの凝集塊は、粘土粒子相互間および粘土粒子と織物（織布）繊維の間の隙間空間（interstitial spaces）に排出されて、ジオテキスタイルを通る任意の廃液流の物理的な遮断（閉塞）を生じさせるであろう。それは、極僅かな膨潤圧が、高イオン性の腐食性液体廃棄物に接触したときの混合物の粘土部分に起因して生じ得るからである。さらに、ポリカチオン／粘土の関連性（association：結合性）を形成するモンモリロナイト粘土の負電荷へのポリカチオンの引力に起因するＧＣＬを通る液体流路の物理的な遮断（閉塞）は、ポリマー保留性（retention：不変性）に役立つことができ、また、機械的特性に影響を与え、例えば、ＧＣＬを通る潜在的な液体流路を遮断（閉塞）するカチオン性ポリマー／アニオン性ポリマーの凝集塊の物理的部位（位置）に影響を与えることができる。さらに、腐食性廃液中の高い塩濃度は、水素結合によって、粘土プレートレット（platelets：小板）と両ポリマーの一方または双方との間の相互作用を促進し得ると考えられる。
【０００９】
これらの関連性が、共重合体（inter-polymer）複合体を破壊することが知られている高い塩濃度の存在にもかかわらず、生じる得ることは、驚きである。また、これらのカチオン性／アニオン性ポリマー・ブレンドが、単にアニオン性ポリマー成分を含むＧＣＬよりも良好な長期的性能を示す傾向があることは、驚きである。さらに、カチオン性／アニオン性ポリマー・ブレンドが、複数の針穿孔器（ニードルパンチ）の繊維束において、比較的低いポリマー配合量（使用量）で流れを閉塞するのに非常に効果的であることは、驚きである。それらのポリマーは、粘土とポリマーの間の予想外の相互作用によって、ＧＣＬ中に良好に保持されて、単一ポリマー系に比べて、より良好な長期的安定性が可能になる、と考えられる。
【００１０】
本明細書および特許請求の範囲に記載された組成物、製造品（製造物品）および方法の好ましい別の実施形態において、粘土は、例えば両性イオン（zwitterions：双性イオン、ツウィッテリオン、ツヴィッターイオン）（内塩（inner salts））のような、単一の小分子上のアニオン性とカチオン性の双方の離間電荷を含む小分子（ポリマーでない分子）と混合される。その両性イオンは、高イオン性液体と接触したときに、アニオン性分子（例えば、スルホ、カルボキシ、またはリン酸アニオン）と、カチオン性分子（例えば、第四級アンモニウムまたはホスフィンカチオン）との両方に解離するものである。小分子は、アニオン性とカチオン性の双方の離間電荷を有し、粘土と混合されたときに、上述のアニオン性およびカチオン性ポリマーと同様の形態で同じ理論に基づいて、優れた不浸透性を実現するように作用することが、理論化される。
【００１１】
本明細書および特許請求の範囲に記載された組成物、製造品および方法のさらに別の好ましい実施形態において、粘土は、例えばポリベタイン（polybetaines）および／またはポリホスフィンオキシド（polyphosphine oxides）のような、同じポリマー分子上にアニオン性とカチオン性の双方の離間電荷を有する１種以上のポリマーと混合される。再び、アニオン性とカチオン性の双方の離間電荷を含む単一の各ポリマー分子が、何らかの形で、アニオン性とカチオン性の双方の電荷部位を有する他のポリマー分子と相互作用しおよび／または粘土と相互作用して、高イオン性液体用の潜在的液体流路を遮断（閉塞）することが、理論化される。
【００１２】
本明細書および特許請求の範囲に記載された組成物、製造品および方法のさらに別の好ましい実施形態において、粘土は、約５対１乃至約１対５、好ましくは約３対１乃至約１対３の範囲での負対正の電荷平衡（バランス）を有し、最も好ましくは１対１の完全電荷平衡を有する１種以上の高分子両性電解質（polyampholytes：ポリアムフォライト）と混合される。高分子両性電解質ポリマーは、それぞれ適正な電荷平衡を形成するのに充分な量の、カルボキシラート（カルボン酸塩）、スルホナート（スルホン酸塩）またはホスファート（リン酸塩）のアニオン性ポリマーおよびカチオン性ポリマーのコポリマー（共重合体）であることが好ましい。
【００１３】
本明細書に記載された組成物、物品および方法の一観点は、例えば鉱石浸出物（浸出液）のような高イオン性液体の透過（passage：流路）に対してバリアを形成することができる粘土／ポリマー組成物を実現することであり、それによって、そのバリアは、基本的に不浸透性のバリアとして作用して、高イオン性液体が組成物に浸透しまたは組成物中を通って地下水（供給部）に達するのを防止する。
【００１４】
本明細書に記載された組成物、物品および方法の別の観点は、例えば鉱石浸出物（浸出液）のような高イオン性液体の透過に対してバリアを形成することができる、７対１乃至１対０．１５の、好ましくは約１対１の正対負の電荷平衡を有する粘土／二重電荷モノマー・ブレンドを実現することであり、それによって、バリアは、基本的に不浸透性のバリアとして作用して、高イオン性液体が組成物に浸透しまたは組成物中を通って地下水（供給部）に達するのを防止する。モノマーは、組成物の総重量に基づいて（を基準にして）約０．２重量％乃至約２０重量％、好ましくは約５重量％乃至約１５重量％の量の粘土と共に含まれている。
【００１５】
イオン性および高ｐＨの液体の透過に対して液体バリアを形成するための粘土／ポリマーまたは粘土／モノマー・ブレンドに関する上述のおよびその他の観点および利点は、以下の詳細な説明からより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本開示の好ましい実施形態の多層イオン性液体バリアの部分破断斜視図である。
【図２】図２は、本開示のイオン性液体バリア用の製造プロセスの概略的なフロー図である。
【図３】図３は、土壌表面上に設置された、上層の別のバリア材料を含むイオン性液体バリアの側面図である。
【図４】図４は、同じまたは異なる粘土／ポリマーの複数層、または反応性材料含有層で形成されたイオン性液体バリアの部分破断斜視図である。
【図５】図５は、時間の関数としての、塩水における２０ｋＰａの荷重下での粘土／ポリマーの膨潤を示すグラフである。
【図６】図６は、本開示の各実施形態による、Ａ−ポリアニオン／ポリカチオン・ブレンド、Ｂ−高分子両性電解質、Ｃ−ポリベタイン、Ｄ−ベタインモノマーを含む電荷平衡状態の粘土添加剤の概略的図である。
【図７】図７は、種々の石炭燃焼生成物浸出物に関する時間の関数としての、本開示の実施形態による粘土／ポリマー系の透過係数を示すグラフである。
【図８】図８は、種々の排煙脱硫浸出物に関する時間の関数としての、本開示の実施形態による粘土／ポリマー系の透過係数を示すグラフである。
【図９】図９は、種々の飛灰およびトロナ（Trona：重炭酸ソーダ石）浸出物に関する時間の関数としての、本開示の実施形態による粘土／ポリマー系の透過係数を示すグラフである。
【図１０】図１０は、種々の鉱山浸出物に関する時間の関数としての、本開示の実施形態による粘土／ポリマー系の透過係数を示すグラフである。
【図１１】図１１は、合成石炭燃焼生成物浸出物に関する時間の関数としての、本開示の実施形態によるベタインを含む粘土／ポリマー系の透過係数を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
好ましい実施形態による粘土／カチオン性ポリマー／アニオン性ポリマーの混合物は、高イオン性の腐食性廃液がＧＣＬに浸透するのを防止するのに役立つものであり、例えば鉱山浸出物（浸出液）のような高イオン性廃液の封じ込め用のコンパクトな粘土ライナーとして（ジオテキスタイルなしで）使用するときその廃液がＧＣＬに浸透するのを防止するのにも役立つ。同様に、本明細書に記載する粘土／多重荷電（多価）単一ポリマーおよび小分子の混合物は、コンパクト化粘土、スリット・トレンチ、および粘土／ポリマー混合物のスラリー（懸濁液）で形成された遮断壁で形成される包装構造の組立てにおいてＧＣＬを通した廃液浸透を防止するのに役立つ。本明細書に記載する粘土／カチオン性ポリマー／アニオン性ポリマーの混合物、および粘土／多重荷電単一ポリマーおよび小分子の混合物は、任意の液体バリア装置および／または方法における粘土成分として有用である。好ましい使用形態は、ニードルパンチされた２枚の織物布地の間に封じ込められた粘土／アニオン性／カチオン性／ポリマーの混合物である。
【００１８】
本明細書で使用する用語“浸食性環境”（aggressive environment）または“腐食性液体”（aggressive liquids）は、高ｐＨまたは低ｐＨ、高イオン強度、および高濃度の二価および／または多価イオンを有する、水吸収、保持または封込めが望まれるシステム（系）を指す。例えば、浸食性環境は、高いｐＨ、例えば１０以上のｐＨを有し、または低いｐＨ、例えば３以下のｐＨを有する水系を含むことができる。浸食性環境は、代替的にまたは追加的に、例えば１０モル（mol）ｄｍ−３より大きいイオン強度のような高いイオン強度を有する。イオン強度（Ｉ）は、モルｄｍ−３で表され、その溶液中に存在する全てのイオンの濃度の関数であり、次の式１で計算される。
【数１】
0006698522.tif 000002
ここで、Ｃｉは溶液中に存在するｉ番目のイオンのモル濃度であり、ｚｉはその電荷である。
【００１９】
浸食性環境は、代替的にまたは追加的に、例えばＲＭＤ値で定義される高い濃度の２価および／または多価イオンを有し得る。ＲＭＤ値は、１価対２価（または多価イオン）の比である。溶液のＲＭＤは、モルの平方根で表され、次の式で計算できる。但し、ＭＭおよびＭＤは、溶液中でのそれぞれ１価および２価のカチオン（陽イオン）の総（合計）モル濃度である。溶液のＲＭＤは、モル濃度の平方根で表され、次の式２で計算できる。
【数２】
0006698522.tif 000003
ここで、ＭＭおよびＭＤは、溶液中でのそれぞれ１価および２価のカチオンの総モル濃度である。浸食性環境は、低いＲＭＤ値、例えば０．７より小さい、特に０．５より小さい、特に０．１より小さいＲＭＤ値を有する。２価および他の多価のイオンは、粘土の各小板を架橋し、粘土が膨潤して液圧バリアを形成するのを防止する。従って、低いＲＭＤ値を有する環境では、粘土のみのバリアは、予備水和（含水）なしでは粘土を膨潤させるよう適正に機能することはできない。仮に粘土が使用中に最終的に完全に乾燥した場合、バリアは、かなりより高い浸透性となり、粘土は、高濃度の２価または多価のイオンを有する水の効果に起因して、再び膨潤することはないであろう。
【００２０】
幾つかの実施形態において、浸食性環境は、高濃度の塩化カルシウム、例えば５０ｍモル（mmol）以上の塩化カルシウム濃度を含む。浸食性環境は、塩化カルシウム濃度、例えば５０ｍモル以上、１００ｍモル以上、１５０ｍモル以上、２００ｍモル以上、２５０ｍモル以上、３００ｍモル以上、３５０ｍモル以上、４００ｍモル以上、４５０ｍモル以上、および５００ｍモル以上を有する。例えば、地方自治体の固形廃棄物（ＭＳＷ）は、一般的にイオン強度約１００ｍＭを有する点で、粘土系バリア対して浸食性環境を与える。また、低レベル放射性廃棄物（ＬＬＲＷ）は、０．５より小さいＲＭＤ値を有するとき、粘土系バリアに対して浸食性環境を与える。石炭燃焼生成物（ＣＣＰ）は、高イオン強度および低ＲＭＤ値を有する、粘土系バリアに対する別の浸食性環境である。ＣＣＰ灰は、一般的に混合石炭燃焼灰を含み、生成された位置（場所）に応じて、長期間保存処理において異なる予測浸出物（浸出液）を生成すると期待される。排煙脱硫（ＦＧＤ）は、水酸化カルシウムを排煙ガス流中に噴射することによって生成される灰を含むさらに別のタイプの腐食性浸出物（浸出液）である。以下に示すように、イオン強度を含むＦＧＤ浸出物特性は、生成された位置または場所に応じてかなり異なる。トロナ灰は、排煙ガス流中にトロナを噴射することによって生じる別のタイプの腐食性浸出物（浸出液）である。水圧破砕水は高いイオン強度を有する浸食性環境の一例である。飛灰（fly ash）は、粒子状収集器から分離された灰を含むさらに別の浸出物（浸出液）である。例えば、本開示の液圧バリアは、鉱山浸出物（浸出液）用のバリアとして使用することができ、例えば、塩化カルシウム、塩酸、硫酸、シアン化物塩を含むことができ、例えば水酸化ナトリウムのような腐食性または苛性（caustic）とすることができる。一実施形態では、本開示の液圧バリアは、１０００ｍｇ／Ｌより大きい硫酸イオンの濃度を有するイオン性浸出物（浸出液）用のバリアとして使用することができる。
【００２１】
本明細書および特許請求の範囲に記載された組成物、製造品および方法の好ましい実施形態によれば、見出されたこととして、粘土を、カチオン性ポリマーおよびアニオン性ポリマーの組合せと混合し、および／またはカチオン性とアニオン性の双方の電荷部位を有する１つ（種）以上のモノマーを含有する１種以上のポリマーと混合することによって、例えばボーキサイト鉱石浸出物（浸出液）および他の鉱石処理浸出物（浸出液）のような高イオン性廃液の透過係数に対する驚くべき液圧性能（不浸透性）を有する組成物が結果的に得られる。好ましい実施形態において、粘土／カチオン性ポリマー／アニオン性ポリマーの混合物が、ジオシンセティック・クレイ・ライナー（ＧＣＬ）に含まれている。驚くことに、粘土／ポリマー混合物が２つの布（ファブリック）の間に配置され、その少なくとも一方の布が不織布であり、２つの布が一緒にニードルパンチされるとき、そのポリマー組合せは、２つのポリマー間またはポリマーと粘土の間の相互作用によって、液体が布に浸透するのを阻止し、布におけるニードルパンチ開孔を通して液体が浸透するのを阻止する。これは特に驚くことであり、その理由は、粘土部分そのものは、高イオン性の腐食性廃液と接触したときでも実質的に膨潤しないからである。ポリマーおよび／またはモノマーは、任意の方法によって、好ましくは乾式混合、粉砕および／または押出しによって、粘土と均一に混合することができる。
【００２２】
いずれの特定の理論にも束縛されることなく、粘土／ポリマー混合物が腐食性の高イオン性廃液、例えば鉱石処理浸出液と接触することによって、ポリマー上のカチオン性およびアニオン性の電荷部位が、隣接粘土顆粒と織物の繊維の間の隙間空間に溶媒和することできることが、理論化される。別の理論では、ポリマーは、カチオン性ポリマー鎖とアニオン性ポリマー鎖の間の強い引力によって凝集塊を形成するように複合体を形成し得る。これらの凝集塊は、粘土粒子相互間の、および粘土粒子と布繊維の相互間の隙間空間に排出されて、ジオテキスタイルを通る任意の廃液流路の物理的な閉塞を生じさせる。その理由は、極僅かな膨潤圧が、高イオン性の腐食性の廃液と接触したときの混合物の粘土部分に起因して生じ得るからである。本明細書中に記載する驚くべき結果の別の潜在的な機構は、モンモリロナイト粘土の負電荷に対するポリカチオンの引力に起因する、ＧＣＬを通した液体流路の物理的閉塞であり、それ（引力）は、ポリマー保存性を助け機構特性に影響を与え得るポリカチオン／粘土の関連性（結合）を形成するものであり、それ（機構特性）は、例えばＧＣＬを通る潜在的液体流路を遮断するカチオン性ポリマー／アニオン性ポリマーの凝集塊の物理的位置である。最終的な理論では、腐食性廃液の高い塩濃度は、ポリマーの一方または双方と粘土小板の間の水素結合による相互作用を促進し得る。
【００２３】
驚くことに、共重合体（inter-polymer）複合体を分裂されることが知られている高い塩濃度の存在にもかかわらず、これらの関連性（結合）が生じ得る。また、驚くことに、これらのカチオン性／アニオン性ポリマー・ブレンドは、単にアニオン性ポリマー成分を含有するＧＣＬよりも、良好な長期的性能を示す傾向がある。さらに、驚くことに、カチオン性／アニオン性ポリマー・ブレンドは、ニードルパンチの繊維束において比較的低い（少ない）ポリマー配合量で流れを非常に効率的に遮断する。我々の理論によれば、それらのポリマーは、粘土とポリマーの間の予期しない相互作用によってＧＣＬにおいてより良好に保持されて、それによって単一ポリマー系と比較してより良好な長期的安定性が可能になる。
【００２４】
また、利点として見出されたこととして、本開示の実施形態による粘土／ポリマー組成物は、所与の腐食性浸出液に接触したときに、所与の水分含有量（含水率）になるように水和する。利点として見出されたこととして、良好な液圧バリア性能が達成できるのは、粘土／ポリマー組成物が、組成物１００部当り水分含有量約６０部乃至約１２０部、または組成物１００部当り水分含有量約６０部乃至約９０部、または組成物１００部当り水分含有量約７０部乃至約９０部にまで水和したときである。他の適切な水分含有量は、組成物１００部当り約６０、７０、８０、９０、１００、１１０、および１２０部を含む。そのような水和レベルにおいて、粘土／ポリマー組成物は、浸出液の透過に対するバリアを効果的に形成するゲルを形成する、と考えられる。さらに考えられることとして、組成物１００部当り約６０部より少ない水分含有量では、有効でない量のゲル形成があり、組成物１００部当り約１２０部より多い水分含有量では、組成物はもはやゲル形態ではない。組成物１００部当り約６０部乃至約１２０部の水分含有量の範囲内のそのような水和は、例えば本明細書に開示されているように、腐食性浸出液において本開示による組成物で達成可能である。粘土／ポリマー組成物をニードルパンチされたジオシンセティック・ライナーに配合すると、ライナー上に存在する廃棄物からの圧力および浸出液の静水圧に起因して、粘土／ポリマー組成物の水和を、組成物１００部当り約６０部乃至約９０部の範囲内に制限することができる。本開示による粘土／ポリマー系は、組成物１００部当り約６０部乃至約９０部の水分含量で有効なゲルとなり得る。
【００２５】
粘土
好ましい粘土は、スメクタイトまたはモンモリロナイトであり、例えば、水が接触したときに膨潤するベントナイト粘土である。高イオン性廃液が接触したときにこれらの粘土の僅かな膨潤が存在するが、他の粘土よりも良好な不浸透性を生じる僅かな膨潤が得られることが見出された。しかし、粘土膨潤が不浸透性の主要な原因ではないので、スメクタイトまたはモンモリロナイトに代えてまたは加えて、他の粘土を使用することもできる。他の適切な粘土には、バーミキュライトおよび非スメクタイト粘土が含まれ、例えばカオリン、イライト、アタパルジャイトおよびセピオライト（それぞれの合成類似体を含む）が含まれる。主な交換性カチオンとしてナトリウムを有する自然に産出するナトリウムベントナイト粘土が好ましい。
【００２６】
粘土粒子は、好ましくは、高イオン性廃液と接触したときに粘土ポリマー混合物を通る任意の流体流路を狭めるようにより大きい粒子間により小さい粒子が嵌まることを可能にする粒子サイズ（粒径）の範囲を与えるサイズとすべきである。粘土は、粒子状または粉末状の形態とすることができる。最も好ましい実施形態では、粘土粒子は約２ｍｍより小さい粒子サイズとすべきであり、ここで、約１．４ｍｍより大きい乃至約２．０ｍｍより小さいサイズを有する粒子が約４０％乃至約７０％、約１．０ｍｍより大きい乃至約１．４ｍｍより小さいサイズを有する粒子が約１０％乃至約３０％、約０．５ｍｍより大きい乃至約１．０ｍｍより小さいサイズを有する粒子が約１０％乃至約３０％、および約０．５ｍｍより小さいサイズを有する粒子が約５％より少なく、含まれる。代替形態では、粘土は、粉末状の形態とすることができ、ここで全ての粒子は約２５ｍｍより小さいサイズを有する。
【００２７】
ポリマー
次のカチオン性およびアニオン性ポリマーは、直鎖状または分枝状、または架橋されたものとすることができ、以下に記載するような種々の分子量を有することができる。本明細書で用いられる用語「低分子量」は、一般的に、約１×１０４Ｄａ（ダルトン）乃至３×１０６Ｄａの分子量を表す。本明細書で用いられる用語「中分子量」は、一般的に、３×１０６Ｄａより大きい乃至６×１０６Ｄａの分子量を表す。本明細書で用いられる用語「中高分子量」は、一般的に、約６×１０６Ｄａより大きい乃至約１０×１０６Ｄａの分子量を表す。本明細書で用いられる用語「高分子量」は、一般に、約１０×１０６Ｄａより大きい乃至約１５×１０６Ｄａの分子量を表す。本明細書で用いられる用語「非常に高い分子量」は、一般的に、１５×１０６Ｄａより大きい（例えば、最大で約１００×１０６Ｄａ）分子量を表す。
【００２８】
ポリマー上の電荷は、グラム当りミリ当量（ｍｅｑ／ｇ）で表され、その範囲は、約０．５ｍｅｑ／ｇ乃至約２０ｍｅｑ／ｇ、好ましくは約１．０ｍｅｑ／ｇ乃至約１５ｍｅｑ／ｇ、より好ましくは約１．０ｍｅｑ／ｇ乃至約１０ｍｅｑ／ｇとすることができる。
【００２９】
本明細書で用いられる用語「低い割合（百分率）の電荷」は、約１０％より小さい電荷百分率を表す。本明細書で用いられる用語「中の割合（百分率）の電荷」は、約１５％乃至約３０％の電荷百分率を表す。本明細書で用いられる用語「中高の割合（百分率）の電荷」は、約３０％より大乃至約６０％の電荷百分率を表す。本明細書で用いられる用語「高い割合（百分率）の電荷」は、約６０％より大乃至約９０％の電荷百分率を表す。本明細書で用いられる用語「非常に高い割合（百分率）の電荷」は、約９０％より大きい電荷百分率を表す。
【００３０】
ポリマーの電荷の比率（アニオン対カチオン）の範囲は、約０．１５：１乃至７：１、約０．３：１乃至約６：１、約１：１乃至約５：１、約１：２乃至約４：１、約１：３乃至約３：１、約１：２乃至約２：１（アニオン：カチオン）とすることができる。他の適切な比率は、例えば、約０．１５：１、０．２：１、０．３：１、０．４：１、０．５：１、０．６：１、０．７：１、０．８：１、０．９：１、１：１、２：１、３：１、４：１、５：１、６：１、および７：１とすることができる。
【００３１】
本開示の種々の実施形態によれば、粘土／ポリマー系は、ポリマー成分（例えば、カチオン性およびアニオン性ポリマーの組合せ）を、組成物の総重量に基づいて（を基準にして）約０．４重量％乃至約２０重量％の量含むことができる。組成物の総重量に基づく他の適切な量には、約０．５重量％乃至約２０重量％、約１重量％乃至約２０重量％、約５重量％乃至約１０重量％、約１０重量％乃至約２０重量％、約１重量％乃至約５重量％、約２重量％乃至約４重量％、約３重量％乃至約６重量％、および約１重量％乃至約４重量％が含まれる。例えば、ポリマーは、組成物の総重量に基づいて約１、１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、および６重量％含むことができる。
【００３２】
以下は、共重合体（interpolymer）複合体用の粘土／ポリマー系で使用できるカチオン性ポリマーの例である。粘土／ポリマー系は、１種以上のカチオン性ポリマーを含むことができる。カチオン性ポリマーは、組成物の総重量に基づいて（を基準にして）約０．２重量％乃至約２０重量％の量含むことができる。組成物の総重量に基づく他の適切な量には、約０．５重量％乃至約１５重量％、約１重量％乃至約１０重量％、および約２重量％乃至約６重量％が含まれる。他の適切な量には、組成物の総重量に基づいて０．２、０．４、０．６、０．８、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、および２０重量％が含まれるが、これらに限定されない。
・  ポリメタクリルアミドプロピルトリモニウムクロリド（polymethacrylamidopropyltrimonium chloride）
・  ポリエチレンイミン（polyethylenimine）：
・  ポリメタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムカチオン（polymethacrylamidopropyl trimethylammonium cation）
・  ジメチルアミンエピクロロヒドリンコポリマー（dimethylamine epichlorohydrin copolymer）
・  ポリ（２−アクリロイルオキシエチル）トリメチルアンモニウムカチオン（poly(2-acryloyloxyethyl)trimethylammonium cation）
・  ビニルピロリドン（vinyl pyrrolidone）、メタクリルアミド（methacrylamide）、ビニルイミダゾール（vinyl imidazole）および四級化ビニルイミダゾール（quaternized vinyl imidazole）の四級化コポリマー（quaternized copolymer）（ポリクォータニウム６８(polyquaternium 68)）
・  １−ドデカンアミニウム（1-dodecanaminium）、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−［３−［（２−メチル−１−オキソ−２−プロペニル）アミノ］プロピル］−（N,N-dimethyl-N-[3-[(2-methyl-1-oxo-2-propenyl)amino]propyl]-）、塩化物（chloride）、
Ｎ−［３−（ジメチルアミノ）プロピル］−２−メチル−２−プロペンアミドを有するポリマー（polymer with N-[3-(dimethylamino)propyl]-2-methyl-2-propenamide）および１−エテニル−２−ピロリジノン（1-ethenyl-2-pyrrolidinone）（ポリクォータニウム６９(Polyquaternium 69)）
・  ３，５，８−トリオキサ−４−ホスファウンデカ−１０−エン−１−アミニウム  （3,5,8-trioxa-4-phosphaundec-10-en-1-aminum）、４−ヒドロキシ−Ｎ，Ｎ，Ｎ，１０−テトラメチル−９−オキソ−（4-hydroxy-N,N,N,10-tetramethyl-9-oxo-）、内塩（inner salt）、４−オキシド（4-oxide）、ブチル２−メチル−２−プロペノアートを有するポリマー（polymer with butyl 2-methyl-2-propenoate）（ポリクォータニウム５１）
・  １Ｈ−イミダゾリウム（lH-Imidazolium）、１−エテニル−３−メチルスルファート（1-ethenyl-3-methyl sulphate）、１−エテニルヘキサヒドロ−２Ｈ−アゼピン−２−オンを有するポリマー（polymer with l-ethenylhexahydro-2H-azepin-2-one）および１−エテニル−２−ピロリジノン（l-ethenyl-2-pyrrolidinone）、（ポリクォータニウム４６）、
・  ビニルピロリドンおよび四級化イミダゾリンのコポリマー（共重合体）の第四級アンモニウム塩（quaternary ammonium salt of the copolymer of vinyl pyrrolidone and quaternized imidazoline）（ポリクォータニウム４４）
・  ２−プロペン−１−アミニウム（2-Propen-1-aminium）、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−２−プロペニル−（N,N-dimethyl-N-2-propenyl-）、塩化物（chloride）、２−プロペンアミドを有するポリマー（polymer with 2-propenamide）および２−プロペン酸（2-propenoic acid）（ポリクォータニウム３９）
・  メタクリロイルトリメチルクロリドのホモポリマー（Homopolymer of methacryloyltrimethylchloride）（ポリクォータニウム３７）
・  ポリクォータニウム３５ＣＡＳ番号１８９７６７−６９−９（Polyquaternium 35 CAS # 189767-69-9）
・  ２−プロペン酸（2-Propenoic acid）、２−メチル−、２−（ジメチルアミノ）エチルエステル（（2-methyl-, 2-(dimethylamino)ethyl ester）、メチル２−メチル−２−プロペノアートを有するポリマー（polymer with methyl 2-methyl-2-propenoate）、ジメチルスルファートを有する化合物（compd. with dimethylsulfate）（ポリクォータニウム３５）
・  １，３−プロパンジアミン（1,3-propanediamine）、Ｎ，Ｎ−ジエチル−Ｎ’，Ｎ’−ジメチル−）（N,N-diethyl-N',N'-dimethyl-）、１，３−ジブロモプロパンを有するポリマー（polymer with 1,3-dibromopropane）（ポリクォータニウム３４）
・  Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−２−［（１−オキソ−２−プロペニル）オキシ］エタンアミニウムクロリドポリマー：（N,N,N-Trimethyl-2-[(1-oxo-2-propenyl)oxy]ethanaminium chloride polymer:）（ポリクォータニウム３３）
・  ポリ（アクリルアミド２−メタクリルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド）（poly(acrylamide 2-methacryloxyethyltrimethyl ammonium chloride)）（ポリクォータニウム３２）
・  ジメチルアミノプロピルアクリラート（ＤＭＡＰＡ）、アクリル酸およびアクリロニトロゲンのコポリマー（copolymers of dimethyaminopropylacrylate (DMAPA), acrylic acid and acrylonitrogens）、およびジエチルスルファート（diethyl sulfate）、（ポリクォータニウム３１）
・  ポリアクリルアミドエチルトリメチルアンモニウムカチオン−クロリド：（polyacrylamide ethyl trimethylammonium cation -chloride:）（ポリクォータニウム３０）
・  エピクロロヒドリンで四級化されたチトサン（chitosan quaternized with epichlorohydrin）（ポリクォータニウム２９）
・  ポリメタクリラートアミドプロピル／トリメチルアンモニウムクロリド：（polymethacrylate amidopropyl/trimethylammonium chloride:）（ポリクォータニウム２８）
・  ポリクォータニウム−２のポリクォータニウム−１７との反応から得られるブロックコポリマー（block copolymer from the reaction of polyquaternium-2 with polyquatemium-17）（ポリクォータニウム２７）
・  ラウリルジメチルアンモニウム置換エポキシドと反応したヒドロキシエチルセルロース（hydroxyethyl cellulose reacted with a lauryl dimethyl ammonium substituted epoxide:）（ポリクォータニウム２４）
・  ビニルピロリドンとジメチルアミノエチルメタクリラートの四級化コポリマー（quaternized copolymer of vinylpyrrolidone and dimethylaminoethyl methacrylate）（ポリクォータニウム２３）
・  ジメチルジアリルアンモニウムクロリド（dimethyl diallyl ammonium chloride）（ポリクォータニウム２２）
・  ポリシロキサン／ポリジメチルジアルキルアンモニウムアセタートコポリマー（polysiloxane/polydimethyldialkylammonium acetate copolymer）（ポリクォータニウム２１）
・  ２，３−エポキシプロピルアミンを有するポリビニルオクタデシルエーテル（polyvinyl octadecyl ether with 2,3-epoxypropylamine）（ポリクォータニウム２０）
・  ２，３−エポキシプロピルアミンを有するポリビニルアルコール（polyvinyl alcohol with 2,3-epoxypropylamine:）（ポリクォータニウム１９）
・  ポリ［オキシ−１，２−エタンジイル（ジメチルイミニオ）−１，３−プロパアンジイルイミノ（１，６−ジオキソ−１，６−ヘキサンジイル）イミノ−１，３−プロパンジイル（ジメチルイミノ）−１，２−エタンジイルジクロリド］；（poly[oxy-1,2-ethanediyl(dimethyliminio)-1,3-propanediylimino(1,6-dioxo-1,6-hexanediyl)imino-1,3-propanediyl(dimethliminio)-1,2-ethanediyl dichloride];）（ポリクォータニウム１８）
・  ジクロロエチルエーテルと反応した、ジメチルアミノプロピルアミンおよびアジピン酸の反応（reaction of adipic acid and dimethylaminopropylamine, reacted with dichloroethylether）（ポリクォータニウム１７）
・  四級化ビニルイミダゾールポリマー（quaternized vinyl imidazole polymers）（ポリクォータニウム１５、１６）
・  エタンアミニウム（ethanaminium）、Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリメチル−２−［（２−メチル−１−オキソ−２−プロペニル）オキシ］−（N,N,N-trimethyl-2-[(2-methyl-1-Oxo-2-Propenyl)Oxy]-）、メチルスルファート（MethylSulfate）、ポリマー（polymers）（ポリクォータニウム１４）
・  ジエチルアミノエチルメタクリラートポリマー（diethylaminoethyl methacrylate polymers）（ポリクォータニウム１３）
・  四級化ポリ（ビニルピロリドン／ジメチルアミノエチルメタクリラート）；（quaternized poly(vinylpyrrolidone/dimethylaminoethyl arylate;）（ポリクォータニウム１２）
・  四級化ポリ（ビニルピロリドン／ジメチルアミノエチルメタクリラート）（quaternized poly(vinylpyrrolidone/dimethylaminoethyl arylate)）（ポリクォータニウム１１）
・  トリメチルアンモニウム置換エポキシドと反応したヒドロキシエチルセルロースの四級化アンモニウム塩（quaternary ammonium salt of hydroxyethyl cellulose reacted with a trimethyl ammonium substituted epoxide)（ポリクォータニウム１０）
・  四級化ジメチルアミノエチルメタクリラートポリマー（quaternized dimethylaminoethyl methacrylate polymers）（ポリクォータニウム９）
・  ２−プロペン酸（2-propenoic acid）、２−メチル−（2-methyl-）、２−（ジメチルアミノ）エチルエーテル（2-(dimethylamino)ethyl ester）、メチル２−メチル−２−プロペノアートおよびオクタデシル２−メチル−２−プロペノアートを有するポリマー（polymer with methyl 2-methyl-2-propenoate and octadecyl 2-methyl-2-propenoate）、ジメチルスルファートを有する化合物（compd. with dimethyl sulfate）（ポリクォータニウム８）
・  Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−２−プロペン−１−アンモニウムクロリドポリマー（N,N-dimethyl-N-2-propen-1-ammonium chloride polymers）（ポリクォータニウム６、７）
・  ２−プロペンアミドを有するβ−メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムメトスルファートポリマー（beta-methacrylyloxyethyl trimethyl ammonium methosulfate polymers with 2-propenamide）（ポリクォータニウム５）
・  ヒドロキシエチルセルロース（hydroxyethylcellulose）およびジアリルジメチルアンモニウムクロリド（diallyldimethyl ammonium chloride）（ポリクォータニウム４）
・  アクリルアミドとトリメチルアンモニウムエチルメタクリラートメトスルファートのコポリマー（copolymer of acrylamide and trimethylammoniumethyl methacrylate methosulfate）（ポリクォータニウム３）
・  尿素（urea）、Ｎ，Ｎ’−ビス［３−（ジメチルアミノ）プロピル］−（N,N'-bis[3-(dimethylamino)propyl]-,）、１，１’オキシビス（２−クロロエタン）を有するポリマー（polymer with l,l'oxybis(2-chloroethane)）（ポリクォータニウム２）
・  エタノール（ethanol）、２，２’，２”−ニトリロトリス−（2,2',2''-nitrilotris-）、１，４−ジクロロ−２−ブタンを有するポリマー（polymer with 1,4-dichloro-2-butene）およびＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−２−ブタン−１，４−ジアミン（Ν,Ν,Ν',Ν'-tetramethyl-2-butene-1,4-diamine）（ポリクォータニウム１）
【００３３】
上述の系は、１種以上のポリマーを含むことができる。アニオン性ポリマーは、組成物の総量に基づいて（を基準として）約０．２重量％乃至約２０重量％の量を含むことができる。組成物の総量に基づく他の適切な量は、約０．５重量％乃至約１５重量％、約１重量％乃至約１０重量％、および約２重量％乃至約６重量％を含む。他の適切な量は、組成物の総重量に基づいて０．２、０．４、０．６、０．８、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、および２０重量％を含むが、これらに限定されない。
【００３４】
共重合体複合体（interpolymer complexes）用のアニオン性ポリマーは、個々に重合化されたまたは任意の他のリスト化されたモノマーで共重合化された以下のモノマーのいずれかを含むことができる。
【００３５】
重合化または共重合化用のアクリラート系（ベース）のアニオン性モノマー：
ａ．  カルボキシラート：
ｉ． アクリル酸ナトリウム系の（コ）ポリマー
ii． メタクリル酸ナトリウム系の（コ）ポリマー
iii．マロン酸、ナトリウム塩
iv． 無水マレイン酸系のコポリマー
ｖ． ２−プロペン酸、カルボキシメチルエステル、ナトリウム塩
vi． ２−プロペン酸、２−メチル−、カルボキシメチルエステル、ナトリウム塩
ｂ．  スルホナート：
ｉ． ポリ２−プロペン酸、スルホメチルエステル、ナトリウム塩
ii． ポリ２−プロペン酸、２−メチル−、スルホメチルエステル、ナトリウム塩
iii．ポリ２−プロペン酸、１−スルホプロピルエステル、ナトリウム塩
iv． ポリ２−プロペン酸、２−メチル−、１−スルホエチルエステル、ナトリウム塩
ｖ． ２−プロペン酸、１−メチル−１−スルホエチルエステル、ナトリウム塩
vi． ２−プロペン酸、２−メチル−、１−メチル−１−スルホエチルエステル、ナトリウム塩
【００３６】
重合化または共重合化用のアクリルアミド系（ベース）のアニオン性モノマー：
ａ．  ポリ２−アクリルアミド−２−メチル−１−プロパンスルホン酸、ナトリウム塩（ポリＡＭＰＳ）系の（コ）ポリマー
ｂ．  ポリナトリウム３−アクリルアミド−３−メチルブタノアート、ナトリウム塩（ポリＡＭＢＡ）系の（コ）ポリマー
【００３７】
重合化または共重合化用のポリスチレン系（ベース）のアニオン性モノマー：
ａ．  ポリスチレンスルホナート（コ）ポリマー
ｂ．  安息香酸、４−エテニル−、ナトリウム塩
【００３８】
中性モノマーを有する上述のポリマー用のコモノマー、例えば：
ａ．  アクリルアミド
ｂ．  メタクリルアミド
ｃ．  ビニルアルコール
ｄ．  ビニルピロリドン
ｅ．  アルコール変性アクリラートモノマー（Alcohol-modified acrylate monomers）
【００３９】
以下は、本開示の粘土／ポリマー系において、組合せのカチオン性およびアニオン性ポリマーとして機能するように別のモノマーと共重合しまたは重合することができるアニオン性およびカチオン性の離間電荷部位（spaced charge sites）を有する小分子（モノマー）の例である。代替形態として、これらの小分子はアニオン性および／またはカチオン性ポリマーと組み合わせて使用することができる。小分子は、組成物の総重量に基づいて（を基準にして）約０．２重量％乃至約２０重量％の量だけ存在することができる。他の適切な量は、組成物の総重量に基づいて、約０．５重量％乃至約１５重量％、約１重量％乃至約１０重量％、約１０重量％乃至約１５重量％、約５重量％乃至約１５重量％、および約２重量％乃至約６重量％を含む。他の適当な量は、組成物の総重量に基づいて０．２、０．４、０．６、０．８、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、および２０重量％を含むが、これらに限定されない。モノマーは、好ましくは、アニオン性電荷対カチオン性電荷の比１：２乃至２：１、より好ましくは１：１を有し、小分子は基本的に電荷平衡状態にある。
ａ．  両性イオン（内塩）：
ｉ．  ベタイン（第四級アンモニウムカチオン）
１．  スルホベタイン
２．  カルボキシベタイン
３．  ホスホベタイン
ii．  ホスフィンオキシド（ホスフィンカチオン）
１．  スルホ−ホスフィン
２．  カルボキシ−ホスフィン
３．  ホスホ−ホスフィン
【００４０】
この開示の一実施形態で用いられるモノマーは、（個々に使用され、または他のアニオン性／カチオン性ポリマーと共に、および／または他のアニオン性／カチオン性モノマーと共に使用され、）各分子において負と正に荷電された双方の原子を含む化合物である。また、好ましい両性イオンは時に内塩と称される。これらの両性イオンは、一般的に、化学式Ｃ＋−Ｂ−Ａ−を有する化合物として表すことができ、ここで、Ｃ＋は、有機カチオン性残基を表し、Ｂ−Ａ−は分子の共有結合したアニオン性部分を表し、Ａ−はアニオン性酸残基、例えば、カルボキシラート（−ＣＯ２−）、スルホナート（−ＳＯ３−）、およびスルファート（−ＯＳＯ３−）、等、を表す（本翻訳文では上付き添字＋と−を囲む○を省略する）。両性イオンは、プロトン酸との付加物（adducts）の形態で使用することができる。
【００４１】
本開示において有用な典型的な両性イオン化合物には、例えば次のようなベタインおよびポリベタインが含まれる。
（１０−カルボキシデシル）ジメチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
（２−カルボキシ−ｉ−ブチル）ジメチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
（２−カルボキシエチル）ジメチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
（２−カルボキシメチル）ジメチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
（３−スルホプロピル）ジメチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
（４−スルホブチル）ジメチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
（３−スルホブチル）ジメチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
（３−スルホプロピル）ジエチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
（４−スルホブチル）ジエチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
（２−カルボキシエチル）ジメチルオクタデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
（カルボキシメチル）ジメチルオクタデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
（３−スルホプロピル）ジメチルオクタデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
例えば次のようなピリジニウムベタイン（pyridinium betaines）：
１−（１−カルボキシトリデシル）ピリジニウムヒドロキシド、内塩、
１−（１−カルボキシウンデシル）ピリジニウムヒドロキシド、内塩、
１−（１０−カルボキシデシル）ピリジニウムヒドロキシド、内塩、
１−（１０−スルファトデシル）ピリジニウムヒドロキシド、内塩、
３−カルボエトキシ−１−（１０−カルボキシデシル）ピリジニウムヒドロキシド、内塩、
１−（１７−カルボキシ−６−オキソ−７−アザヘプタデシル）ピリジニウムヒドロキシド、内塩、
３−カルボキシ−１−ドデシルピリジニウムヒドロキシド、内塩、
３−（１−ピリジニオ）−１−プロパンスルホナート、
例えば次のようなテチン（thetins）：
（１−カルボキシエチル）メチルドデシルスルホニウムヒドロキシド、内塩、
（２−カルボキシエチル）メチルドデシルスルホニウムヒドロキシド、内塩、
（３−スルホプロピル）メチルドデシルスルホニウムヒドロキシド、内塩、
（２−カルボキシエチル）メチルヘキサデシルスルホニウムヒドロキシド、内塩、
（１−カルボキシエチル）メチルヘキサデシルスルホニウムヒドロキシド、内塩、
（２−カルボキシ−ｉ−ブチル）メチルドデシルスルホニウムヒドロキシド、内塩、
（１０−カルボキシデシル）テトラヒドロチオフェニウムヒドロキシド、内塩、
等。
【００４２】
本開示の実施において有用な両性イオン性化合物の好ましい等級（種類）は、スルホベタインである。スルホベタインは、正に荷電された窒素原子を有しかつ分子の共有結合のアニオン性（陰イオン性）部分にスルホナート基（−ＳＯ３−）を有する両性イオン性化合物である。スルホベタインは、一般的に次の化学式で表すことができる。
【化１】
0006698522.tif 000004
ここで、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は、非置換または置換アルキルまたはアリール基、例えば、メチル、エチル、プロピル、２−メチルプロピル、デシル、ヘキサデシル、ヒドロキシエチル、およびベンジル、等、および、フェニル、ナフチル、およびトリル、等とすることができる。また、基Ｒ１、Ｒ２およびＲ３の中の２つ以上で、１つ以上のヘテロ原子を有するヘテロ複素環を形成することができる。Ｒ４は、１つ以上の炭素原子を含む非置換または置換アルキル鎖、例えば、メチル、エチル、ペンチル、２−メチルプロピルおよびデシル鎖、等である。
【００４３】
本開示において有用な典型的なスルホベタインには、次のものが含まれる。
（３−スルホプロピル）ジメチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
（４−スルホブチル）ジメチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
（３−スルホブチル）ジメチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
（３−スルホプロピル）ジエチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
（４−スルホブチル）ジエチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
（３−スルホプロピル）ジメチルオクタデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
等。
【００４４】
スルホベタインは、一般的に、第三級アミンをスルホンと反応させることによって、または第三級アミノアルキレンスルホナートを四級化することによって調製される。例えば、
【化２】
0006698522.tif 000005
【００４５】
市販の両性イオンは、しばしば、幾つかの両性イオン性化合物の混合物である。典型的な市販の両性イオンには、アシル（ヤシ脂肪）アミドアンモニウムスルホン酸ベタイン（acyl (coco fatty) amido ammonium sulfonic acid betaine）、アルキル（ヤシ脂肪）アンモニウムスルホン酸ベタイン（alkyl (coco fatty) ammonium sulfonic acid betaine）、セチルアンモニウムスルホン酸ベタイン（cetyl ammonium sulfonic acid betaine）、およびアルキルアミドベタイン（alkyl amido betaines）が含まれる。
【００４６】
本開示において有用なベタインのタイプ（型）の化合物は次の構造を有する。
【化３】
0006698522.tif 000006
ここで、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３は、本明細書における上述のものと同じであり、ｘは１乃至４の値の整数である。これらの化合物は、ベタインの厳密な定義の範囲内に入らない。しかし、それらは、ラジカルを含むカルボキシルで置換された第四級アンモニウム窒素原子を含み、分子内塩を形成することによって、これらの化合物は、ベタイン・タイプの化合物と称される。これらの化合物は、第四級アンモニウム化合物の内塩であり、第四級アンモニウム化合物（Ａ）と同様に、スメクタイト・タイプの粘土と反応する。
【００４７】
ベタイン・タイプの化合物は、米国特許第２９５８６８２号に記載されているように第三級アミンをα−ハロ酸塩と反応させること、または米国特許第４０１２４３７号に記載されている手順によって第三級アミンをアクリルまたはメタクリル酸と反応させることによって製造される。
【００４８】
ベタイン・タイプの化合物は、１２乃至２２の炭素原子を含むアルキル基としてのＲ１およびＲ２を含むことができ、Ｒ３はメチルとすることができ、ｘは１とすることができる。一実施形態において、ベタイン・タイプの化合物は、Ｒ１およびＲ２が水素化獣脂（tallow）から誘導され、Ｒ３がメチルであり、ｘが１であるようなものである。
【００４９】
以下は、本開示の粘土／ポリマー系において使用できるアニオン性およびカチオン性の離間電荷部位を有する高分子両性イオン（zwitterions：ポリツウィッテリオン、ポリツヴィッターイオン）（単一ポリマー）の例である。
ａ．  ポリベタイン
ｉ．   ポリスルホベタイン
ii．   ポリカルボキシベタイン
iii．  ポリホスホベタイン
iv．   ポリアミンオキシド
ｂ．  ポリホスフィンオキシド
ｉ．   スルホ−ホスフィン
ii．   カルボキシ−ホスフィン
iii．  ホスホ−ホスフィン
【００５０】
以下は、本開示の粘土／ポリマー系において使用できるアニオン性対カチオン性の電荷５：１乃至１：５の範囲の電荷平衡を有する高分子両性電解質の例である。
ａ．  アニオン性ポリマー
ｉ．   カルボキシラート／カチオンコポリマー
ii．   スルホナート／カチオンコポリマー
iii．  ホスホナート／カチオンコポリマー
【００５１】
以下は、本開示の粘土／ポリマー系において使用できる５：１乃至１：５の範囲の電荷平衡を有するアニオン性／カチオン性複合体の例である。
ｉ．   ポリカルボキシラート／ポリカチオン複合体
ii．   ポリスルホナート／ポリカチオンコポリマー
iii．  ポリホスホナート／カチオンコポリマー
vi．   架橋ポリアニオン、架橋ポリカチオン（上述のリストのもの）
ｖ．   アニオン性テレケリックポリマー（両端二官能性高分子）と混合されたカチオン性テレケリックポリマー（cationic telechelic polymers）
【００５２】
一実施形態において、カチオン性ポリマーは、次の化学式Ｉを有するモノマーを含むことができる。
【化４】
0006698522.tif 000007
ここで、
Ａは対イオンであり、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４は、それぞれ、水素およびＣ１−Ｃ１０アルキルからなる群から独立に選択され、
ｎ＝５〜１０,０００,０００である。
例えば、化学式Ｉのモノマーを含むカチオン性ポリマーは、ポリ（ジメチルジアリルアンモニウムクロリド）を含むことができる。
【００５３】
別の実施形態によれば、カチオン性ポリマーは、次の化学式IIを有するモノマーを含むことができる。
【化５】
0006698522.tif 000008
ここで、
Ａは対イオンであり、
Ｘ１は、Ｏ、Ｓ、ＮＲａからなる群から選択され、
Ｒ５は、水素、ハロ、アセトアミド、シアノ、Ｃ１−Ｃ５０アルキル、Ｃ２−Ｃ５０アルケニル、Ｃ２−Ｃ５０アルキニル、Ｃ３−Ｃ８シクロアルキル、Ｃ４−Ｃ８シクロアルケニル、アリール、ヘテロアリール、およびヘテロシクロアルキルからなる群から選択され、
Ｒ６は、Ｃ１−Ｃ５０アルキレン、Ｃ２−Ｃ５０アルケニレン、Ｃ２−Ｃ５０アルキニレン、Ｃ３−Ｃ８シクロアルキレン、Ｃ４−Ｃ８シクロアルケニレン、ポリエーテル、アリーレン、ヘテロアリーレン、およびヘテロシクロアルキレンからなる群から選択され、
Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、およびＲｄは、それぞれ、水素、Ｃ１−Ｃ５０アルキル、Ｃ２−Ｃ５０アルケニル、Ｃ２−Ｃ５０アルキニル、Ｃ３−Ｃ８シクロアルキル、Ｃ４−Ｃ８シクロアルケニル、アリール、ヘテロアリール、およびヘテロシクロアルキルからなる群から選択される。
【００５４】
幾つかの実施形態では、本開示において使用するための化学式IIの適したモノマーには、アクリルアミドモノマーおよびアルキルアクリルアミドモノマーが含まれる。これらの実施形態の幾つかでは、Ｘ１はＮＨであり、Ｒ５は水素またはメチルであり、Ｒ６はＣ１−Ｃ５０アルキレンであり、Ｒｂ、Ｒｃ、およびＲｄはそれぞれ独立にＣ１−Ｃ５０アルキルである。
【００５５】
これらの実施形態による本開示で使用するための化学式IIの適したモノマーには、例えば、（３−アクリルアミドエチル）トリメチルアンモニウムクロリドおよび（３−アクリルアミドプロピル）トリメチルアンモニウムクロリドが含まれる。
【００５６】
幾つかの実施形態において、本開示において使用するための化学式IIの適したカチオン性モノマーには、アクリラートモノマーおよびアルキルアクリラートモノマー、例えば、メチルアクリラートおよびエチルアクリラート、およびプロピルアクラートなどが含まれる。これらの実施形態の幾つかでは、Ｘ１はＯであり、Ｒ５は、水素、メチル、エチルまたはプロピルであり、Ｒ６はＣ１−Ｃ５０アルキレンであり、Ｒｂ、Ｒｃ、およびＲｄはそれぞれ独立にＣ１−Ｃ５０アルキルである。
【００５７】
これらの実施形態による本開示で使用するための化学式IIの適したモノマーには、例えば、［２−（アクリロイルオキシ）エチル］トリメチルアンモニウムクロリド、［３−（メタクリロイルアミノ）プロピル］トリメチルアミン、［３−（メタクリロイルアミノ）プロピル］トリメチルアンモニウムクロリド、［２−（メタクリロイルオキシ）エチル］トリメチルアンモニウムクロリド、および［２−（メタクリロイルオキシ）エチル］トリメチルアンモニウムメチルサルファート、などが含まれる。
【００５８】
幾つかの実施形態において、カチオン性ポリマーは、例えば（ビニルベンジル）トリメチルアンモニウムクロリドのようなアンモニウム基で官能化されたスチレンを含むことができる。
【００５９】
幾つかの実施形態において、本開示のカチオン性ポリマーは、ジメチルアミンとエピクロロヒドリンのコポリマー（共重合体）を含むことができる。
【００６０】
以下の一般的な化学式IIIの化合物は、カチオン性アクリルアミドポリマーを製造するためのカチオン性モノマーとして使用することができる。
【化６】
0006698522.tif 000009
ここで、
Ｒ１は水素またはメチルを表し、
Ｚ１は、Ｏ、ＮＨまたはＮＲ４を表し、Ｒ４は１乃至４の炭素原子を有するアルキルを表し、Ｙは次の複数の基の中の１つを表す。
【化７】
0006698522.tif 000010
ここで、
Ｙ０およびＹ１は、２乃至６の炭素原子を有しおよび任意にヒドロキシ基で置換されたアルキレンを表し、
Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４、Ｙ５、およびＹ６は、互いに独立に１乃至６の炭素原子を有するアルキルを表し、
Ｚ−は、ハロゲン、アセタートまたはメチルスルファートを表す。
【００６１】
プロトン化または四級化されたジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリラートまたはジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリル−アミドでＣ１乃至Ｃ３−アルキルまたはＣ１乃至Ｃ３−アルキレン基を有するものは、本開示によるカチオン性アクリルアミドポリマーを製造するためのカチオン性モノマーとして使用されることが好ましい。Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノメチル（メタ）アクリラート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチル（メタ）アクリラート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリラート、Ｎ，Ｎ−ジエチル−アミノメチル（メタ）アクリラート、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノエチル（メタ）アクリラート、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノプロピル−（メタ）アクリラート、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチル−（メタ）アクリルアミド、および／またはＮ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミドの、メチルクロリド−四級化、エチルクロリド−四級化、プロピルクロリド−四級化、またはイソプロピル−四級化アンモニウム塩を使用することが、より好ましい。アルキルクロリド（即ち、メチルクロリド、エチルクロリド、プロピルクロリド、およびイソプロピルクロリド）の代わりに、対応する臭化物、ヨウ化物、硫酸塩、等が、上述のＮ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリラートおよびＮ，Ｎ−ジアルキルアミノ−アルキル（メタ）アクリルアミド誘導体の四級化に使用されてもよい。
【００６２】
本開示の好ましい実施形態において、カチオン性アクリルアミドポリマーには、ＡＤＡＭＥ−Ｑｕａｔ（四級化されたΝ，Ν−ジメチルアミノエチルアクリラート）およびＤＩＭＡＰＡ−Ｑｕａｔ（四級化されたΝ，Ν−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド）から選択されたアクリルアミド単位およびカチオン性モノマー単位を含むカチオン性コポリマーが含まれる。
【００６３】
好ましい実施形態において、カチオン性アクリルアミドポリマーは、カチオン性アクリルアミドポリマーの総重量に基づいて（を基準にして）、カチオン性モノマー単位を、少なくとも１０重量％、少なくとも１５重量％、または少なくとも２０重量％を含み、より好ましくは、少なくとも２５重量％、少なくとも３０重量％、少なくとも３５重量％、少なくとも４０重量％、または少なくとも４５重量％を含み、さらにより好ましくは、少なくとも５０重量％、少なくとも５５重量％、少なくとも６０重量％、少なくとも６５重量％、または少なくとも７０重量％を含み、最も好ましくは、少なくとも７５重量％、少なくとも８０重量％、または少なくとも８５重量％を含み、特に、少なくとも８８重量％、少なくとも９０重量％、または少なくとも９２重量％含む。
【００６４】
別の好ましい実施形態において、カチオン性アクリルアミドポリマーは、カチオン性アクリルアミドポリマーの総重量に基づいて（を基準にして）、カチオン性モノマー単位、好ましくはＡＤＡＭＥ−Ｑｕａｔを、１０〜９９重量％、より好ましくは２０〜９８重量％、さらにより好ましくは３０〜９６重量％、最も好ましくは５０〜９４重量％、特に７５〜９２重量％含む。
【００６５】
別の好ましい実施形態において、カチオン性アクリルアミドポリマーは、カチオン性アクリルアミドポリマーの総重量に基づいて（を基準にして）、アクリルアミドを、１．０〜５０重量％、より好ましくは２．０〜４０重量％、さらにより好ましくは４．０〜３５重量％、さらにより好ましくは６．０〜３０重量％、最も好ましくは８．０〜２５重量％、特に１０〜２０重量％含む。
【００６６】
幾つかの実施形態において、本開示のカチオン性ポリマーは、次の表の中の１種以上を含むことができる。
【表１．１】
0006698522.tif 000011
【表１．２】
0006698522.tif 000012
【００６７】
本開示のアニオン性ポリマーは、次の化学式IVを有するモノマーを含むことができる。
【化８】
0006698522.tif 000013
ここで、
Ｘ１は、Ｏ、Ｓ、ＮＲａからなる群から選択され、
Ｙ１は、次のものからなる群から選択される
【化９】
0006698522.tif 000014
Ｂは、Ｃ１−Ｃ１０アルキレンまたはＣ２−Ｃ１０アルケニレンであり、
Ｒ５は、水素、ハロ、アセトアミド、シアノ、Ｃ１−Ｃ５０アルキル、Ｃ２−Ｃ５０アルケニル、Ｃ２−Ｃ５０アルキニル、Ｃ３−Ｃ８シクロアルキル、Ｃ４−Ｃ８シクロアルケニル、アリール、ヘテロアリール、およびヘテロシクロアルキルからなる群から選択され、
Ｒ６は、Ｃ１−Ｃ５０アルキレン、Ｃ２−Ｃ５０アルケニレン、Ｃ２−Ｃ５０アルキニレン、Ｃ３−Ｃ８シクロアルキレン、Ｃ４−Ｃ８シクロアルケニレン、ポリエーテル、アリーレン、ヘテロアリーレン、およびヘテロシクロアルキレンからなる群から選択され、
Ｒａは、水素、Ｃ１−Ｃ５０アルキル、Ｃ２−Ｃ５０アルケニル、Ｃ２−Ｃ５０アルキニル、Ｃ３−Ｃ８シクロアルキル、Ｃ４−Ｃ８シクロアルケニル、アリール、ヘテロアリール、およびヘテロシクロアルキルからなる群から選択される。
【００６８】
幾つかの実施形態において、本開示で使用するための化学式IVの適したアニオン性モノマーには、アクリルアミドモノマーおよびアルキルアクリルアミドモノマーが含まれる。これらの実施形態の幾つかにおいて、Ｘ２はＮＨであり、Ｒ５は水素またはメチルであり、Ｒ６はＣ１−Ｃ５０アルキレンである。
【００６９】
これらの実施形態による本開示で使用するための化学式IVの適したモノマーには、例えば、２−アクリルアミド−２−メチル−１−プロパンスルホン酸の塩、および２−アクリルアミド−２−メチル−１−プロパンスルホン酸の塩が含まれる。
【００７０】
幾つかの実施形態において、本開示において使用するための化学式IVの適したアニオン性モノマーには、アクリラートモノマーおよびアルキルアクリラートモノマー、例えば、メチルアクリラートおよびエチルアクリラート、およびプロピルアクリラートが含まれる。これらの実施形態の幾つかにおいて、Ｘ２はＯであり、Ｒ５は、水素、メチル、エチル、またはプロピルであり、Ｒ６はＣ１−Ｃ５０であり、Ｙ１は
【化１０】
0006698522.tif 000015
である。
【００７１】
これらの実施形態による本開示で使用するための化学式IVの適したモノマーには、例えば、２−カルボキシエチルアクリラート、モノ−２−（メタクリロイルオキシ）エチルマレアート、およびモノ−２−（メタクリロイルオキシ）エチルスクシナートが含まれる。
【００７２】
追加的にまたは代替的に、本開示のアニオン性ポリマーは、次の化学式Ｖを有するモノマーを含むことができる。
【化１１】
0006698522.tif 000016
ここで、
Ｒ５は、水素、ハロ、アセトアミド、シアノ、Ｃ１−Ｃ５０アルキル、Ｃ２−Ｃ５０アルケニル、Ｃ２−Ｃ５０アルキニル、Ｃ３−Ｃ８シクロアルキル、Ｃ４−Ｃ８シクロアルケニル、アリール、ヘテロアリール、およびヘテロシクロアルキルからなる群から選択される。
【００７３】
幾つかの実施形態において、本開示において使用するための化学式Ｖの適したアニオン性モノマーには、アクリル酸の塩（例えば、アクリル酸ナトリウム）、メタクリル酸の塩（例えば、メタクリル酸ナトリウム）、２−エチルアクリル酸の塩、２−プロピルアクリル酸の塩、２−ブロモアクリル酸の塩、２−（ブロモメチル）アクリル酸の塩、および２−（トリフルオロメチル）アクリル酸の塩が含まれる。
【００７４】
追加的にまたは代替的に、本開示のアニオン性ポリマーは、アリルスルホン酸、例えば、３−アリルオキシ−２−ヒドロキシ−１−プロパンスルホン酸の塩を含むことができる。
【００７５】
本明細書について、用語“アニオン性アクリルアミドポリマー”は、１０個より多い（＞１０）モノマー単位を含むマクロ分子（高分子）からなる負に荷電された材料を表す。ここで、アニオン性アクリルアミドポリマーは、アクリルアミド、任意に少なくとも１つ（種）の別の構造的に異なる非イオン性モノマー、任意に少なくとも１つ（種）の非イオン性両親媒性モノマー、および少なくとも１つ（種）のアニオン性モノマーを含んでいる。
【００７６】
アニオン性アクリルアミドポリマーは、コポリマー（copolymers）、即ち、バイポリマー（bipolymers：二元重合体）、ターポリマー（terpolymers：三元重合体）、クォーターポリマー（quaterpolymers：四元重合体）、等であってもよく、コポリマーは、アクリルアミド、および例えば少なくとも１つ（種）の別の構造的に異なる非イオン性モノマー、および少なくとも１つ（種）のアニオン性モノマーを含んでいてもよい。
【００７７】
以下のアニオン性モノマーは、アニオン性アクリルアミドポリマーを製造するために使用することができる。
ａ．  オレフィン性不飽和カルボン酸およびカルボン酸無水物、特に、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、グルタコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸およびその水溶性アルカリ金属塩、そのアルカリ土類金属塩、およびそのアンモニウム塩；
ｂ．  オレフィン性不飽和スルホン酸、特に、脂肪族および／または芳香族ビニルスルホン酸、例えば、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、アクリルおよびメタクリルスルホン酸、特に、スルホエチルアクリラート、スルホエチルメタクリラート、スルホプロピルアクリラート、スルホプロピルメタクリラート、２−ヒドロキシ−３−メタクリルオキシプロピルスルホン酸および２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、およびその水溶性アルカリ金属塩、そのアルカリ土類金属塩、およびそのアンモニウム塩；
ｃ．  オレフィン性不飽和ホスホン酸、特に、例えば、ビニル−およびアリル−ホスホン酸およびその水溶性アルカリ金属塩、そのアルカリ土類金属塩、およびそのアンモニウム塩；および／または
ｄ．  スルホメチル化および／またはホスホノメチル化アクリルアミドおよびその水溶性アルカリ金属塩、そのアルカリ土類金属塩、およびそのアンモニウム塩。
【００７８】
アニオン性コモノマーは、アクリルアミドとの共重合のための、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、グルタコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、およびフマル酸からなる群から選択されることが、好ましい。アニオン性モノマーは、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、およびクロトン酸からなる群から選択されることが、より好ましい。アクリル酸の水溶性アルカリ金属塩、特にナトリウムカリウムアクリラート（アクリル酸ナトリウムカリウム）は、本開示によれば最も好ましい。
【００７９】
好ましい実施形態において、アニオン性アクリルアミドポリマーは、アニオン性アクリルアミドポリマーの総重量に基づいて（を基準にして）、アニオン性モノマー単位を、少なくとも５．０重量％、より好ましくは少なくとも２５重量％、さらにより好ましくは少なくとも５０重量％、最も好ましくは少なくとも７５重量％、特に９９重量％含む。
【００８０】
別の好ましい実施形態において、アニオン性アクリルアミドポリマーは、アニオン性モノマー単位を、１．０〜９９重量％、より好ましくは６．０〜８０重量％、さらにより好ましくは８．０〜６０重量％、最も好ましくは１０〜５０重量％、特に１２〜３５重量％含む。
【００８１】
別の好ましい実施形態において、アニオン性アクリルアミドポリマーは、アニオン性アクリルアミドポリマーの総重量に基づいて（を基準にして）、アクリルアミドを、１．０〜９９重量％、より好ましくは１０〜９７重量％、さらにより好ましくは２０〜９５重量％、さらにより好ましくは４０〜９３％、最も好ましくは６０〜９１重量％、特に７０〜８９重量％含む。
【００８２】
特に好ましい実施形態において、アニオン性アクリルアミドポリマーは、モノマー成分のみとしてアクリルアミドおよびアクリル酸を含み、アクリルアミド対アクリル酸の相対的重量比は、好ましくは１．５：１乃至１５：１、より好ましくは１．７５：１乃至１２．５：１、さらにより好ましくは２：１乃至１０：１、特に２．２：１乃至８：１の範囲内である。
【００８３】
別の特に好ましい実施形態において、アニオン性アクリルアミドポリマーは、モノマー成分のみとしてアクリルアミドおよびアクリル酸を含み、アクリルアミド対アクリル酸の相対的重量比は、好ましくは（４．５±４）：１、特に（４．５±３）：１である。
【００８４】
幾つかの実施形態において、アニオン性ポリマーは、スルホン酸、ホスホン酸、またはカルボン酸で官能化されたスチレンを含むことができる。これらの実施形態による本開示において使用するための適したモノマーは、例えば、２−ビニル安息香酸、３−ビニル安息香酸、４−ビニル安息香酸、２−ビニルベンゼンスルホン酸、３−ビニルベンゼンスルホン酸、４−ビニルベンゼンスルホン酸、２−ビニルベンゼンホスホン酸、３−ビニルベンゼンホスホン酸、および４−ビニルベンゼンホスホン酸、の塩を含む。本開示の実施形態による組成物は、以下のアニオン性ポリマーの中の１種以上を含むことができる。
【表２．１】
0006698522.tif 000017
【００８５】
粘土／ポリマー系を含むバリア品
バリア品、例えばジオシンセティック・ライナーは、粘土／ポリマー組成物の含有量として、約０．１ ｌｂｓ／ｆｔ２（ポンド／平方フィート）乃至約５ ｌｂｓ／ｆｔ２、約０．５ ｌｂｓ／ｆｔ２乃至約４ ｌｂｓ／ｆｔ２、約１ ｌｂｓ／ｆｔ２乃至約３ ｌｂｓ／ｆｔ２、約０．８８ ｌｂｓ／ｆｔ２乃至約１．５ ｌｂｓ／ｆｔ２、約０．９ ｌｂｓ／ｆｔ２乃至約１．５ ｌｂｓ／ｆｔ２、および約０．７ ｌｂｓ／ｆｔ２乃至約２ ｌｂｓ／ｆｔ２だけ配合（使用）することができる。他の適した配合量（使用量）は、約０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２、２．１、２．２、２．３、２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９、３、３．１、３．２、３．３、３．４、３．５、３．６、３．７、３．８、３．９、４、４．１、４．２、４．３、４．４、４．５、４．６、４．７、４．８、４．９、および５ ｌｂｓ／ｆｔ２である。
【００８６】
種々の実施形態において、粘土／ポリマー系は、アニオン性およびカチオン性ポリマーの組合せを含むことができる。カチオン性とアニオン性のポリマーの組合せの例示的で非限定的な例に含まれるものは、ポリクォータニウム３５（ＣＡＳ番号１８９７６７−６９−９）と、アクリル酸ナトリウムおよびポリ２−プロペン酸，スルホメチルエステル，ナトリウム塩のコポリマーとの組合せ（the combination of Polyquaternium 35 (CAS # 189767-69-9) and a copolymer of sodium acrylate and poly 2-propenoic acid, sulfomethyl ester, sodium salt）、アクリルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド−アクリルアミドおよび２−プロペンアミドのコポリマーと、２−プロペン酸ホモポリマーナトリウム塩および２−プロペンアミドのコポリマーとの組合せ（the combination of a copolymer of acryloxyethyltrimethylammoniumschloride-acrylamide and 2-Propenamide and copolymers of 2 Propenoic acid homopolymer sodium salt and 2-Propenamide）、ポリエチレンイミンと無水マレイン酸コポリマーの組合せ（the combination of Polyethylenimine and Maleic anhydride copolymers）、ジメチルアミンエピクロロヒドリンコポリマーとポリスチレンスルホン酸の組合せ（the combination of Dimethylamine epichlorohydrin copolymer and Polystyrene sulfonate）、ポリメタクリルアミドプロピルトリモニウムクロリドとポリスチレンスルホナートの組合せ（the combination of Polymethacrylamidopropyltrimonium chloride and Polystyrene sulfonate）、ポリクォータニウム６８とビニルピロリドンの組合せ（the combination of Polyquaternium 68 and Vinylpyrrolidone）、ビニルピロリドン、メタクリルアミド、ビニルイミダゾールおよび四級化ビニルイミダゾールの四級化コポリマー（ポリクォータニウム６８）と、アクリル酸ナトリウムおよびアクリルアミドのコポリマーとの組合せ（the combination of Quarternized copolymer of vinyl pyrrolidone, methacrylamide, vinyl imidazole and quaternized vinyl imidazole (Polyquaternium 68) and Copolymer of sodium acrylate and acrylamide）、１−ドデカンアミニウム、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−［３−［（２−メチル−１−オキソ−２−プロペニル）アミノ］プロピル］，クロリド、Ｎ−［３−（ジメチルアミノ）プロピル］−２−メチル−２−プロペンアミドおよび１−エテニル−２−ピロリジノンを有するポリマー（ポリクォータニウム５１）と、マロン酸，ナトリウム塩および安息香酸，４−エテニル−，ナトリウム塩のコポリマーとの組合せ（the combination of 1-Dodecanaminium, N,N-dimethyl-N-[3-[(2-methyl-1-oxo-2-propenyl)amino]propyl],chloride, polymer with N-[3-(dimethylamino)propyl]-2-methyl-2-propenamide and 1-ethenyl-2-pyrrolidinone (Polyquaternium 51) and Copolymer of malonic acid, sodium salt and benzoic acid, 4-ethenyl-, sodium salt）、１Ｈ−イミダゾリウム、１−エテニル−３−メチルスルファート、１−エテニルヘキサヒドロ−２Ｈ−アゼピン−２−オンおよび１−エテニル−２−ピロリジノンを有するポリマー（ポリクォータニウム４６）と、アクリル酸ナトリウムおよびメタクリルアミドのコポリマーとの組合せ（the combination of 1H-Imidazolium, 1-ethenyl-3-methyl sulphate, polymer with 1-ethenylhexahydro-2H-azepin-2-one and 1-ethenyl-2-pyrrolidinone (Polyquaternium 46) and Copolymer of sodium acrylate and methacrylamide）、ビニルピロリドンおよび四級化イミダゾリンのコポリマーの第四級アンモニウム塩（ポリクォータニウム４４）と、無水マレイン酸およびビニルアルコールのコポリマーとの組合せ（the combination of Quaternary ammonium salt of the copolymer of vinyl pyrrolidone and quaternized imidazoline (Polyquaternium 44) and Copolymer of maleic anhydride and vinylalcohol）、２−プロペン−１−アミニウム、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−２−プロペニル−，クロリド、２−プロペンアミドおよび２−プロペン酸を有するポリマー（ポリクォータニウム３９）と、２−プロペン酸、１−メチル−１−スルホエチルエステル、ナトリウム塩およびビニルピルレロリドンのコポリマーとの組合せ（the combination of 2-Propen-1-aminium, N,N-dimethyl-N-2-propenyl-, chloride, polymer with 2-propenamide and 2-propenoic acid (Polyquaternium 39) and Copolymer of 2-propenoic acid, 1-methyl-1-sulfoethyl ester, sodium salt and vinylpyrlerolidone）、および、メタクリロイルトリメチルクロリドのホモポリマー（ポリクォータニウム３７）と、２−プロペン酸、２−メチル−、１−メチル−１−スルホエチルエステル、ナトリウム塩およびアクリルアミドのコポリマーとの組合せ（the combination of Homopolymer of methacryloyltrimethylchloride (Polyquaternium 37) and Copolymer of 2-propenoic acid, 2-methyl-, 1-methyl-1-sulfoethyl ester, sodium salt and acrylamide）、が含まれる。このリストにおいて、複数種のカチオン性ポリマーの組合せが最初に挙げられ、次いでアニオン性ポリマーが挙げられている。
【００８７】
例えばジオシンセティック・ライナーのような物品は、本開示の粘土／ポリマー組成物を含むものであり、腐食性の浸出液の地下水への漏出に対する保護に適用できる。例えば、廃棄物封込めセルはその物品でライニング（裏張り）することができ、それ（セル）に廃棄物を充填することができ、それによって、その浸出液が生じて、封じ込められる。代替形態として、その組成物は、ジオテキスタイル層を必要とすることなく、直接的適用に、例えば土壌および／または砂に対する直接的適用に役立つことができる。直接適用された組成物は、例えば膜材料または土壌の層のような層で覆うことができる。
【００８８】
次に図面に戻って、最初に図１を参照すると、参照番号１０で全体的に示された多層の製造品は、イオン性液体バリア材料として役立ち、それ（バリア材料）は全体的に１２および１４で示された１対の織布または不織布の柔軟な（可撓性の）シート材料層を含み、これ（層）はその間に挟まれた粘土／ポリマー混合物の層１６を有する。１対のシート材料層１２および１４は、その一方から他方へ、シート材料層１２および１４の基本的に内側主要面全体２２および２４にわたって両離間位置にある一方の布層１２または１４からこれに互いに連結された他方のシート材料層１２または１４へと、柔軟なまたは可撓性の材料の繊維、フィラメントまたはストランド（撚り糸）１８で互いに連結されている。代替形態では、それらの布は、縫合またはキルティングによって互いに固着または固定され、その際、その層の各表面の少なくとも一方の面上の粘土／ポリマー材料の少なくとも一部が、縫合用またはニードルパンチ用の針で貫通されており、針貫通を滑りやすくするために、水、または他の潤滑剤、好ましくは水性の潤滑剤で濡らされ、それによって製造中での物品振動が低減される。
【００８９】
本開示の組成物のようなカチオン性およびアニオン性ポリマーの使用によって、結果的に有益にポリマーのイオン性架橋が得られることが、利点として見出された。これによって、製造品（物品）から放出されるポリマーの量を減らすことができる。それにもかかわらず、ポリマー放出の低減をさらに助けまたは製造品の界面表面特性を改善するために、追加的な複数の膜を使用することが、ここで想定される。例えば、多層の製造品は、任意に、例えば製造品の界面特性を増強するために、１つ以上の追加的な層を含むことができる。例えば、製造品は、膜、例えば、柔軟シート材料層のうちの１つに隣接して配置されたプラチック膜を含むことができる。例えば、プラチック膜は、浸出物（浸出液）封じ込めシステムまたは廃棄物封じ込めセルの表面に対して（接触して）配置されるよう構成された柔軟シート材料層に隣接して配置することができる。そのような膜は、製造品からのポリマーの放出を防止するのに役立ち得る。ポリマーの放出は、欠点として、製造品の界面表面エネルギを減らし得るものであり、その結果として製造品の地滑りおよび不具合が生じ得る。
【００９０】
種々の実施形態において、柔軟なシート材料層１２および１４は、ニードルパンチされ、縫合されまたはそうでなければ共に固着または固定されて、粘土およびポリマーの粉末状または粒状の材料の層をはるかに効果的に効率的に包囲し、材料の均一な厚さを維持し、一方、針貫通の前に研磨材料を濡らすことによって針の摩耗および破損が実質的により少なくなる。好ましい実施形態によれば、それらの布は、粘土／ポリマー材料層の形成の期間において水または他の潤滑液を粘土／ポリマー材料の層の表面にまたは粘土／ポリマー粒子の表面に塗布することによって、一方の不織布層からこれに連結された他方の布の繊維に或る間隔で（例えば、２乃至５００ミル（ミリインチ）間隔で）、柔軟な材料の糸、繊維、フィラメントまたはストランド（撚り糸）で共に構造的に固着され、それによって、相当な針の摩耗および破損を回避し、一方、共により機密に保持された対向する布１２および１４でより機密でより高密度の製品を製造し、製造中に製品が受けるより少ない振動の結果としてより均一な厚さの粘土／ポリマー材料を包囲する。代替形態では、完成した製造品は、例えば、粘土／ポリマー組成物を水和させるように水を噴霧しまたは水に浸漬することによって水と接触させることができる。粘土／ポリマー組成物の水和は、組成物の総重量に基づいて（を基準にして）３０％より少ない水分含量となって完了する。高い水分含量の結果として得られる製品は、上述のように、粘土／ポリマー組成物の予備ゲル化によって、重量および／または問題の増大に起因して、出荷するには不経済である。さらに別の代替形態では、その組成物は、製造プロセスのいずれの時点の期間にも水で水和されない。
【００９１】
本開示の別の特徴によれば、本開示によって製造される多層の製造品は、柔軟なシート材料層１２および１４の主要な内側表面（内面）２２および２４を接触させる接着剤を基本的に用いることなく、形成することができて、その結果、中間の粘土／ポリマー層１６を実質的に減失することなく図４に示されているように製造後に巻き取ることができるように充分に構造的に安定している（堅固である）製造品でありながら、柔軟シート材料層１２と１４の間に挟まれた粘土／ポリマー層１６は完全な有効性を維持するようになっている。
【００９２】
また、予想外にもおよび有益にも見出されたこととして、厚さの一貫性が改善されるのは、柔軟シート材料層１２および１４が、一方の不織布層から他方の布層の繊維材料へと、柔軟なまたは可撓性の材料の糸、繊維、フィラメントまたはストランド（撚り糸）１８で構造的に互いに連結されたときであり、その際、例えば、図２に示されているように、研磨性の材料層の幅を横切る形態で配置されまたは不織布２２の下表面に噴霧するように配置された複数のスプレイ・ノズル２８または２９によって研磨層表面に噴霧することなどによって、ニードルパンチの前に研磨性の層または個々の粒子を予め濡らすことによって、研磨性材料を湿式または乾式で滑りやすくする。このようにして、柔軟シート材料層１２および１４、および挟まれたまたは中間の粘土／ポリマーまたは他の粉末状または粒状の研磨性の材料層１６は、製造品全体にわたって新しい予想外に一貫性ある厚さで形成でき、一方、小さい厚さの製造品の構造的な保全が同じ量の研磨性の材料で達成される。
【００９３】
次に図２を参照すると、全体的に参照番号１０で示された本開示の多層の製造品を製造する方法の概略図が示されている。粘土、例えばベントナイト１６は、カチオン性およびアニオン性ポリマーと混合されて、粘土収容ホッパ３２に充填される。粘土収容ホッパ３２の下端部にこれと流体的に連通するように配置されたオーガ（auger：螺旋状刃先）３４が、導管３６を通して粘土／ポリマー乾燥混合物を粘土／ポリマー・エレベータ４０の入口３８に強制的に供給する。粘土／ポリマー混合物は、エレベータ４０の粘土／ポリマー・エレベータ出口開口４１から、導管４４を通して粘土／ポリマー収容ホッパ４６に排出される。ホッパ４６の下端部と流体的に連通する１対のオーガ４８および５０が、粘土／ポリマー混合物を、全体的に参照番号５２、５４および５６で示された１つ、２つまたは３つの粘土／ポリマー供給機構に強制的に供給して、制御された形態で粘土／ポリマー混合物を、細長い製品コンベヤ・ベルト６４の上に連続的に整列した１つ、２つまたは３つの連続的供給コンベヤ・ベルト５８、６０および６２に供給する。粘土／ポリマー混合物は、概して、布表面積の平方フィート当り約乃至約１０ポンドの量で、好ましくは平方フィート当り約０．７５乃至約５ポンドの量で、下側の布層６６の上に配置または塗布される。
【００９４】
ロール形態の柔軟シート材料６６の供給部は、連続的な製品コンベヤ・ベルト６４の上に配置されて、製品コンベヤ・ベルト６４の上側表面上への柔軟シート材料の連続的供給が行われて、粘土供給コンベヤ・ベルト５８、６０および６２の中の１つ、２つまたは３つから粘土／ポリマー混合物の層を受け取るようにされる。粘土／ポリマー供給コンベヤ・ベルト５８、６０および６２の中の任意の１つ、２つまたは３つを用いて、製品における所望の粘土／ポリマー混合物の厚さに応じて、製品コンベヤ・ベルト６４の上に保持された柔軟シート材料の上側表面２４上に１層以上の粘土／ポリマー混合物を供給することができる。集塵吸引装置６８、７０および７２が、各連続的供給コンベヤ・ベルト５８、６０および６２の付近に配置されて、供給機構５２、５４および５６から発生する微細な粘土／ポリマー粒子の空気をきれいに（清浄に）する。第２のロール（巻）の柔軟シート材料７４が、供給機構５２、５４および５６の下流側に、製品コンベア・ベルト６４の上に配置される。第２のロールの柔軟シート材料７４は、動力駆動ローラ７６、動力ローラ７８および８０および巻取りローラ８２および８４によって供給されて、粘土／ポリマー層１６の頂部上に柔軟シート材料層１２を配置して、下側の柔軟シート材料層１４と上側の柔軟シート材料層１２の間に粘土／ポリマー層１６を挟む。
【００９５】
一実施形態によれば、英国特許出願公開第２２０２８５号Ａ、独国特許第３００４５０３号で示された技術で周知の針穿孔装置８６を、製造プロセスにおける或る位置で、多層製造品１０の上または下に配置することができ、その位置において上側および下側の柔軟シート材料層１２および１４は粘土／ポリマー１６を間に挟んでおり、針穿孔装置８６の上側部分上の各針８８と針穿孔装置９２の下側部分上の各針９０で示されているように、柔軟な材料の柔軟な糸、繊維、フィラメントまたはストランド（撚り糸）で、一方の布層から他方の布層へと上側および下側のシート材料層１２および１４を互いに連結する。複数の針８８は、上側の柔軟シート材料層１２から繊維を押しのけて、その押しのけた繊維を上側のシート材料層１２から下側のシート材料層１４へと強制的に押し込んで、上側の柔軟シート材料層１２から下側の柔軟シート材料層１４へとその押しのけた繊維を互いに連結させる。任意に、針穿孔装置８６の下側部分上の複数の針９０は、下側のシート材料層１４から繊維を押しのけて、その押しのけた繊維を上向きに粘土層１６を通して強制的に押し込んで、その押しのけた繊維を下側のシート材料層１４から上側のシート材料層１２へと互いに連結させ、それによって上側および下側のシート材料層１２および１４を互いに連結させる。針９０が使用される場合、下側の布層１４も織布または不織布層であるべきである。
【００９６】
図３に示されているように、多層の製造品は、その外側表面上で、別のバリア材料の下側の層１１および／または上側の層１３に固着または固定することができ、その別のバリア材料は、例えば、ポリオレフィン、例えばポリエチレンまたはポリプロピレンのシート材料、またはポリブテンまたはポリプロペンの組成物であり、これは、本出願人の米国特許第４５３４９２５号、第４５３４９２６号および第４６６８７２４号に開示されたものであり、ここでこれらの特許を参照により組み込む。図３の複合品は、例えば土壌表面のような平坦な面に固定するのに特に適している。
【００９７】
粘土／ポリマー混合物は、図４に示されているように、本開示の多層の製造品１４の柔軟シート材料層１２と１４の間の挟まれた層１６として利用することができる。ポリマーと混合するための好ましい粘土は、サウスダコタ州およびワイオミング州のブラックヒルズ地域で一般的に見られるタイプの基本的に水和性のモンモリロナイト粘土であるナトリウムベントナイトである。この粘土は、支配的な交換イオンとしてナトリウムを有する。
【００９８】
一実施形態によれば、製造品は、粘土／ポリマー混合物に加えて、外側の布層に浸透しまたは布層中を通る水から１種以上の水溶性汚染物質を除去可能なまたはその水溶性汚染物質と相互作用可能な材料を含むように、製造されてもよい。これらの材料は、例えば、図１４の層１２および／または１４に含まれてもよい。
【００９９】
本開示の別の実施形態によれば、汚染物質相互作用層は、任意の汚染物質の吸着剤（吸着性材料）、吸収剤（吸収性材料）、反応剤（反応物質）、汚染物質中和材料を含むものであり、粘土／ポリマー層の下または上の別個の層として設けることができる。例えば図４を参照されたい。
【０１００】
本開示の別の特徴によれば、別個の層として供給される汚染物質除去材料は、製造品と接触する水に元々存在する汚染物質の汚染物質特性を実質的に軽減しまたは無くすために、汚染物質の水溶性を維持しつつ、不溶化または中和するように吸着、吸収、反応可能である任意の材料とすることができる。水に存在する汚染物質を除去または中和することができる材料の例には、吸収性繊維、例えば微結晶性セルロース、アタパルジャイト（attapulgite）粘土、吸収性繊維または他の吸収性材料に吸収されたリシノール酸亜鉛（zinc rincinoleate）、非晶質シリカ粉末、合成ケイ酸カルシウム、ポリオレフィン（polyolesin）パルプ、アルミノケイ酸ナトリウム（タイプＡのナトリウムゼオライト）、マルトデキストリン（maltodextran）、ナトリウムシリカアルミナート（ケイ酸アルミン酸ナトリウム）（以上は全て吸収剤であることに留意されたい）が含まれる。他の材料、例えば、吸着剤には、シリカヒドロゲルを基材とする組成物、アタパルジャイト、合成ナトリウムマグネシウムシリカート（合成ケイ酸ナトリウムマグネシウム）、合成ケイ酸カルシウム、二酸化ケイ素、酸活性化粘土、タイプＡのナトリウムゼオライト、および類似物が含まれ、これは、別個の層として設けられ、または減じた厚さ（より高密度の生成物）の吸収剤および／または吸着剤と混合されるものである。他の材料には、例えば、アルジサイド（殺藻剤）、抗菌性物質、殺菌剤、消毒剤、および／または防カビ剤、例えば、フェノール、ウンデシレン酸亜鉛ＮＦ（zinc undecylenate N.F.）、アセチルチリジニウムクロリドＮ.Ｆ.X.III（acetyl tyridinium chloride N.F.XIII）、等が含まれ得る。
【０１０１】
吸着剤、吸収剤および／または反応剤（反応物）および／または中和材料として最も好ましいのは、天然または合成ゼオライトおよび／または有機物親和性粘土であり、これは、基本的に、第四級有機物質と反応させてそれを有機汚染物質に対して親水性および吸収性となるモンモリロナイト粘土である。
【０１０２】
柔軟シート材料層１２および１４は、例えば、ジオテキスタイル・ファブリックであり、それらのファブリック（布）が共にニードルパンチされるときに、その少なくとも１つは不織布である。任意の適した布をこの目的のために使用することができ、それは、特に、それらの布が、粘土／ポリマー層１６の適正な設置を達成すること以外に、液体不浸透性の目的を有しないからである。適切な布には、ポリプロピレン、ポリ−エステル、ナイロン、プロピレン−エチレンコポリマー、およびポリプロピレン−ポリアミドコポリマー、等から製造された浸透性および不浸透性の織布および不織布が含まれる。ジオテキスタイル・ファブリックは、その耐細菌性および耐化学性のために好ましいが、生分解性とすることができる。その理由は、それらのファブリックは、いったん配置されると、適正な位置に粘土層を設置するための手段として以外には重要性がほとんどないからである。幾つかの設置例において、ファブリック（布）の厚さは重要でなく、そのようなファブリックは一般的に厚さ約３乃至約３０ミル（ミリインチ）または材料の平方ヤード当り約１乃至約５０オンスのものが利用可能である。
【０１０３】
本開示の他の観点および詳細が以下の例から明らかになるが、以下の例は、限定でなく例示を意図するものである。
【０１０４】
例
ニードルパンチされた試料
試料がニードルパンチされた以下の例において、ニードルパンチは次のように行われた。各試料は、２枚のポリプロピレンのジオテキスタイルの間に粘土／添加剤混合物を配置または塗布し、織機（loom）を用いてそれらをニードルパンチすることによって、作成された。ニードルパンチ密度は、約１０,０００乃至１２,０００個（打数）／ｆｔ２であった。粘土／添加剤混合物は、それらの各成分を小さなバケツで秤量して手でそれらを一緒に混合することによって、作成された。粘土／添加剤混合物は、単位面積当り所望の質量で同等となるように基布に配置または塗布された。粘土／添加剤ブレンドがいったん基布上に均一に分散配置されると、それらのブレンドは、ブレンド１００部当り水２８部の比率で真水で（微細な噴霧を使用して）水和された。水和されたブレンドは、６オンスのポリプロピレンのキャップ不織布で被覆されて、織機を通すように送られた。
【０１０５】
ニードルパンチのない試料
試料がニードルパンチされなかった以下の例において、各試料は、単位面積当り所望の質量で濾液減失（減少）セル（filtrate loss cell）の基部（ベース）に配置された濾紙片に粘土／添加剤混合物を塗布または配置して組成物を別の濾紙片で被覆することによって、作成された。
【０１０６】
剛性壁透過率試験方法
本開示による粘土／ポリマー・ブレンドの透過係数が、剛性壁透過率計法（ＲＷＰＭ）を用いて、種々の例で試験された。その方法は、粘土／ポリマー混合物またはニードルパンチされた試料を、所望の配合量（使用量）で濾液減失セルの基部に配置または塗布することを含んでいた。次いで、各試料は、所与の浸透性物質を使用して２１ｋＰａの荷重（加重）下で２４時間水和された。水和後、荷重が取り外され、そのセルに浸透性物質が充填された。次いで、そのセルにおいて圧力が増大されて、異なる水圧（液圧）勾配が達成された。例えば、圧力０．５バールが加えられて、約５ｍの静水圧ヘッドと同等の圧力で試料が試験された。そのセルからの水分減失の体積が時間の関数として記録された。次いで、漏出レート（速度、率）が求められた。濾液減失セルの漏出レート（速度）および既知の面積を用いてフラックス（flux：流動、束）が導出された。フラックスは、ダルシー（D'Arcy）の法則を用いて、ｃｍ／秒の単位で表した透過係数（hydraulic conductivity）（ｋ）に変換された。厚さ１ｃｍの粘土／ポリマー層を用いて透過係数が計算された。
【０１０７】
例１〜１９
粘土／ポリマー・ブレンドの透過係数は、最初、剛性壁透過率計法（ＲＷＰＭ）を用いて評価された。例１〜１５はニードルパンチされた試料として作成され、例１６〜２０は非ニードルパンチの試料として作成された。比較例１は、粘土のみ（単独）の系の性能を示す比較例である。タイプ１６のベントナイトは、各例において粘土成分として使用された。タイプ１６は、天然のワイオミング州のナトリウムベントナイトである。タイプ１６のベントナイトは、それぞれの“ポリマーの組合せ”と混合された。アニオン性／カチオン性ポリマーの組合せは、各表に“Ａ／Ｃ”として記載されている。アニオン性／カチオン性ポリマーのブレンド（混合）比に関して、例えば、アニオン性ポリマー３部対カチオン性ポリマー１部の例は、Ａ／Ｃ（３：１）のように記述されるであろう。ＲＷＰＭ試料の全てにおいて、アニオン性ポリマー対カチオン性ポリマーの混合比は３：１であった。例２〜７および１０〜２０は、アニオン性電荷対カチオン性電荷の比８．７／３．６（過剰アニオン性電荷）を有する。例８および９（それぞれ＊および＊＊の印が付されている）において、電荷平衡（バランス）は、異なる固有の電荷密度を有する異なる等級（grades）のポリマーを使用することによって、変化させた。例８は、アニオン性電荷対カチオン性電荷の比３．９／１．０（過剰アニオン性電荷）を有し、例９は、アニオン性電荷対カチオン性電荷の比３．０／４．１（過剰カチオン性電荷）を有していた。
【０１０８】
非ニードルパンチの試料である例１６〜２０において、乾燥粘土／ポリマー混合物が、０．９９ ｌｂｓ／ｆｔ２（４．８８ｋｇ／ｍ２）と同等になるように、濾液減失セルの基部に配置または塗布された。例１〜１５は、０．９９ ｌｂｓ／ｆｔ２（４．８８ｋｇ／ｍ２）の乾燥粘土／ポリマー混合物で作成されたニードルパンチしたＧＣＬであった。粘土は、約１０％の天然の含水率を有するので、乾燥粘土＋ポリマーの配合量は、ニードルパンチされた試料と非ニードルパンチの試料の双方において約０．８８ ｌｂｓ／ｆｔ２である。表１は、ＮａＣｌ浸透物質、海水浸透物質、および、ＮａＳＯ４、ＫＣｌ、ＣａＳＯ４、およびＭｇＳＯ４を含む浸透物質におけるＲＷＰＭ試験に関する透過係数の結果を示している。表１に示されているように、粘土／ポリマー試料は、通常の粘土のみの系に比べて、かなり改善された透過係数を示す、試験した浸出物（浸出液）に対する有効なバリアを実現する。
【０１０９】
図５は、２０ｋＰａの荷重の下で塩水に接触したときのＡ／Ｃ３：１のＧＣＬに対して圧密計（Oedometer：圧密試験機）を用いた加重（荷重）下でのＧＣＬタイプの標本の膨潤の減少を示している。これは、塩水の存在下で本開示による系が膨潤しなかった（即ち、膨潤圧を示さなかった）ことを示している。通常、スメクタイト系のＧＣＬに関して、有効な液圧バリアを形成するには膨潤が必要であると予想されるであろう。しかし、驚くことに、膨潤圧が不足する（ない）にもかかわらず、本開示による粘土ポリマー系は、透過係数で測定されたように、試験された浸出物に対して有効なバリアを形成した。
【０１１０】
【表３．１】
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【０１１１】
例２１〜２４
ニードルパンチされた試料（例２１〜２４）が、作成されて、剛性壁透過率計法を用いて試験された。比較例２１は、粘土のみの系の性能を示す比較例である。浸透部（または貫通部）の周りを封止（シール）するそれらの能力が調べられた。これらの事例では、爪（または針）が、試料を通して挿入され、それは試験セル内の粘土層の厚さで伸びた（を渡った）。次の表２に示されているように、本開示による粘土／ポリマー系は、浸透部の周りを封止し、粘土／ポリマー系が塩水浸透物質に対して有効なバリアであることを示す低い透過係数を保持する能力を、有益に実証した。比較例２１の粘土のみの系と比較すると、かなりより低い透過係数が達成された。
【表４．１】
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【０１１２】
例２５〜４５
ニードルパンチされたＧＣＬの試験標本が、柔軟壁透過率計法（ＦＷＰＭ）を用いて試験された。その試験方法は、潜在的に不適合の液体が浸透されるジオシンセティック・クレイ・ライナーの液圧特性を評価するためのＡＳＴＭＤ６７６６標準試験手順（プロトコル）に従った。各試験は、低い実効応力（５ｐｓｉ）で、それぞれの浸出物（浸出液）と直接接触する試料で（即ち、セル内で真水予備水和の利益がない状態で）行われ、最も保守的なフィールド条件を模（シュミレート）した。試験は、直径４”（インチ）のＧＣＬ試験標本を用いて液圧勾配範囲２００〜２８０で行われた。セル圧力は、標本に封圧（confining pressure）を与えるものであり、８０ＰＳＩであり、流入圧力および流出圧力はそれぞれ７７および７５ＰＳＩであった。
【０１１３】
以下の表３および４は、ＧＣＬ試料の透過係数を試験するのに使用される種々の浸出物（浸出液）について記載している。各浸出物は、採掘現場（表３）または石炭燃焼現場（位置）（表４）から採取された実際の試料、または種々の工業プロセスからの予期される浸出物の合成類似物として作成された実際の試料のいずれかであった。石炭燃焼生成物（ＣＣＰ）は、種々のタイプに分類された。各浸出物の化学的性質は、サーモエレメンタル社（Thermo Elemental）によるＩＲＩＳ Ｉｎｒｅｐｉｄ装置を使用して誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）によって評価された。幾つかの主要なアニオンは、種々の比色計試験法によってＤＲ／４０００Ｈａｃｈ分光光度計を用いて測定された。各浸出物のｐＨは、オークトン・イオン（Oakton Ion）７００装置を用いて測定された。各浸出物の導電度（電気伝導度）は、メトラートレド・セブンゴー・プロメータ（Mettler-Toledo SevenGo Pro meter）を用いて測定された。検出された種々のイオンのモル濃度を用いて、モル／Ｌで表されるイオン強度（Ｉ）と、（モル／Ｌ）０．５で表される一価カチオン対二価カチオンの比（ＲＭＤ）とが推定された。
【表５．１】
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【表６．１】
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【表６．２】
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【０１１４】
各ＧＣＬ試料は、上述のように、２つのポリプロピレン・ジオテキスタイルの間に粘土／添加剤混合物を配置または塗布し織機を用いてそれらをニードルパンチすることによって作成された。各試料には、天然のワイオミング州のナトリウムベントナイトであるＣＧ−５０として知られている粒状粘土が含まれていた。ニードルパンチ密度は約１２０００個（打）／ｆｔ２であった。粘土／添加剤混合物は、小さなバケツでそれらの各成分を秤量しそれらを手で一緒に混合することによって、作成された。１つの例では、小分子ベタインが使用された。粘土／添加剤混合物が、基布に約（〜）０．９乃至１．５ ｌｂｓ／ｆｔ２（４．３９乃至６．５９ｋｇ／ｍ２）と同等になるように配置または塗布された。各粘土／添加剤ブレンドがいったん基布の上に均一に分散配置されると、それらはブレンド１００部当り水２８部の割合で真水で（微細な噴霧を用いて）水和された。水和されたブレンドは、６オンスのポリプロピレンのキャップ不織布で被覆され、織機を通すように送られた。表５は、添加剤の配合含有量と共に種々の浸出物でＦＷＰＭ試験用の透過係数情報、試験の結果を与える。例２７は、製造プロセスの期間中での水和の水の除去を可能にするために、試験前の１ヶ月間、周囲条件で乾燥されたものである。図７〜１１は、各浸出物（浸出液）の種々の等級（classes、種類）の選択例に関する、試験時間の関数としての透過係数を示している。
【表７．１】
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【表７．２】
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【０１１５】
図７は、種々のＣＣＰ浸出物で試験された例２６乃至３１の透過係数を、時間の関数としてグラフで示している。図８は、種々のＦＧＤ浸出物で試験された例３５、３６、３９および４０の透過係数を、時間の関数としてグラフで示している。図９は、飛灰またはトロナ浸出物で試験された例４１乃至４３の透過係数を、時間の関数としてグラフで示している。図１０は、種々の鉱山浸出物で試験された例４４乃至４７の透過係数を、時間の関数としてグラフで示している。図１１は、合成ＣＣＰ浸出物で試験された例２５の透過係数を、時間の関数としてグラフで示している。
【０１１６】
例２５乃至４５は、所与の浸出物（浸出液）が、生成された位置に応じて化学的性質がどのように変化し得るかを示している。浸出物の化学的性質の変化は、本開示の実施形態による粘土／ポリマー系の性能に影響を与え得る。例えば、１０,０００μＳ／ｃｍより高い導電率を有する各ＦＧＤ浸出物試料では、結果的に、より高い透過係数が得られることが、見出された。改善された（減少した）透過係数は、系におけるポリマー配合量を増加させおよび／またはＧＣＬにおける単位面積当りの質量を増加させることによって、そのような条件下で達成することができる、と考えられる。例えばボーキサイト浸出物のような他の浸出物について、本開示による系は、その系の高い導電度にもかかわらず、充分に機能することが、見出された。理論に束縛されることなく、より高濃度の塩化物イオンが、高いｐＨとの組合せで存在すると、結果的に、所望の透過係数を実現するために、ＧＣＬにおいて増大させたポリマー濃度および／または単位面積当りの増大された質量を必要とする粘土／ポリマー系に対するより強い浸食性の環境が形成され得る、と考えられる。粘土／ポリマー系は、より高いｐＨ条件に加えて、高濃度の硫酸イオン（１０００ｐｐｍを超える）を有する浸出物中に約４重量％のより低い配合濃度であっても、充分に機能することが、見出された。
【０１１７】
以上、種々の実施形態を説明したが、本開示はこれに限定されない。さらに特許請求の範囲内で開示された実施形態の種々の変形を行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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