(57)【要約】【課題】従来のサンドドレーンやペーパードレーン、そしてプラスチックボードドレーンに代わるものとして、ドレーン材としての要求性（施工性、透水性、引張強度）を発揮するとともに、供用期間終了後は周囲環境への負荷が少なく、将来的に土に還る親環境型のドレーン材を提供する。【解決手段】断面が波型の板状芯材にフィルター材をシート状に積層一体化または複合化したボードドレーンであって、その構成材の全てが生分解性であるものとする。【選択図】　　　図１
2004100443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面が波形の板状芯材にフィルター材をシート状に積層一体化または複合化したボードドレーンであって、その構成材の全てが生分解性材であることを特徴とするボードドレーン。
【請求項２】
板状芯材の波形は平面で一方向に配列されていることを特徴とする請求項１のボードドレーン。
【請求項３】
板状芯材の波形は平面で多方向にもしくは交差するように配列されていることを特徴とする請求項１のボードドレーン。
【請求項４】
板状芯材は押し出し成形品もしくは圧縮品であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかのボードドレーン。
【請求項５】
板状芯材は、ポリ乳酸を主として、もしくはその一部がポリ乳酸より構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかのボードドレーン。
【請求項６】
フィルター材は、ポリ乳酸を主として、もしくはその一部がポリ乳酸より構成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかのボードドレーン。
【請求項７】
ポリ乳酸を繊維化したフィルターを芯材にシート状で積層一体化または複合化されていることを特徴とする請求項３のボードドレーン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明はボードドレーンに関するものである。
【０００２】
さらに詳しくは、この出願の発明は、軟弱粘性土地盤の圧密沈下促進を図るドレーン工法において有用な、親環境型の新しいドレーン材としてのボードドレーンに関するものである。
【０００３】
【従来の技術と発明の課題】
軟弱な粘性土地盤の圧密沈下促進を目的としたバーチカルドレーン工法は、バーチカルドレーン材を地盤中に打設し、その後載荷盛土を施工し、圧密沈下を発生させる工法であって、粘性土層の地盤改良工法として一般的な工法である。その中で、代表的な工法は、ドレーン材として砂を用いるサンドドレーン工法、あるいは小口径袋詰めサンドドレーン（パックドレーン）工法、ペーパードレーン工法である。ペーパードレーン工法は、その名称の通りドレーン材に紙を使用していたが、長時間水に浸しておくとその引張強度が低下し切断されるというケースが生じている。また、石油化学が大きな進歩した結果、種々の用途に向く素材が開発され、ペーパードレーンの材料が紙からプラスチックへと変わっていき、現在ではほとんどのペーパードレーンがプラスチックボードドレーンへ変遷している。
【０００４】
しかしながら、近年次に示すような問題点が指摘され、ドレーン材の改良が求められている。
【０００５】
１．近年良質な砂の入手が困難あるいは高価になっているとともに、砂採取による自然環境破壊が社会問題化してきている。
【０００６】
２．化学繊維のドレーン材は半永久的に地中に残ることから、地盤改良後に実施するシールドの刃口に絡みついたり地下掘削工事に支障を来す可能性がある。
【０００７】
３．化学繊維のドレーン材は年間約２，２００万ｍが使用されており、原油換算で約８，０００ｋｌ相当のエネルギーが消費されている。
【０００８】
このような事情から、この出願の発明は、従来のサンドドレーンやペーパードレーン、そしてプラスチックボードドレーンに代わるものとして、ドレーン材としての要求性（施工性、透水性、引張強度）を発揮するとともに、供用期間終了後は周囲環境への負荷が少なく、将来的に土に還る親環境型のドレーン材を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、断面が波形の板状芯材にフィルター材をシート状に積層一体化または複合化したボードドレーンであって、その構成材の全てが生分解性材であることを特徴とするボードドレーンを提供する。
【００１０】
第２には、板状芯材の波形は平面で一方向に配列されていることを特徴とするボードドレーンを、第３には、板状芯材の波形は平面で多方向にもしくは交差するように配列されていることを特徴とするボードドレーンを、第４には、板状芯材は押し出し成形品もしくは圧縮成形品であることを特徴とするボードドレーンを提供する。
【００１１】
そして、この出願の発明は、第５には、板状芯材は、ポリ乳酸を主として、もしくはその一部がポリ乳酸より構成されていることを特徴とする上記のボードドレーンを、第６には、フィルター材は、ポリ乳酸を主として、もしくはその一部がポリ乳酸より構成されていることを特徴とする上記のいずれかのボードドレーンを提供する。
【００１２】
第７には、ポリ乳酸を繊維化したフィルターを芯材にシート状で積層一体化または複合化されていることを特徴とするボードドレーンを提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００１４】
この出願の発明が提供するボードドレーンは、前記のとおりの、その構成部材の全てが生分解性のものであることを大きな特徴としている。ここで「生分解性」とは、ドレーン材としての供用期間の終了後には地中のバクテリア等の微生物によって分解され、地中に帰ることを意味している。
【００１５】
そして、この出願の発明では、このような生分解性という特徴を、軟弱地盤改良時（施工時、そして圧密時）にドレーン材に求める特性を確保するために、
＜１＞　断面が波形の板状芯材
＜２＞　シート状に積層一体化または複合化したフィルター材
という構成を採用している。すなわち、たとえばドレーン材に求められている一般規格体としての、
2004100443.tif 000003
を満たすことを容易としている。しかも、既存のプラスチックボードドレーン打設機をそのまま使用することができるという特徴がある。
【００１６】
そして、この出願の発明における生分解性材としては、後述する脂肪族ヒドロキシカルボン酸をはじめ、脂肪族二価アルコール及び脂肪族二塩基酸を種々組み合わせて製造できる生分解性を有する各種の脂肪族ポリエステルや、生分解性を有する芳香族ポリエステル（たとえば、変性ポリブチレンテレフタレート、変性ポリエチレンテレフタレート）、その他の生分解性樹脂（たとえば、ポリエチレンカーボネート）、またはそれらの混合物、綿、麻などの天然繊維が挙げられる。これらの生分解性樹脂は、ジイソシアネート等の結合剤によってポリマー鎖が延長されたものであってもよく、また少量のトリメチロールプロパン、グリセリンのような脂肪族多価アルコール、ブタンテトラカルボン酸のような脂肪族多塩基酸、多糖類等のような多価アルコール類を共存させて、共重合されたものでもよい。
【００１７】
脂肪族ヒドロキシカルボン酸の具体例としては、グリコール酸、乳酸、３−ヒドロキシ酪酸、４−ヒドロキシ酪酸、３−ヒドロキシ吉草酸、４−ヒドロキシ吉草酸、６−ヒドロキシカプロン酸等を挙げることができ、さらに、脂肪族ヒドロキシカルボン酸の環状エステル、たとえば、グリコール酸の二量体であるグリコライドや６−ヒドロキシカプロン酸の環状エステルであるε−カプロラクトンを挙げることができる。これらは、単独で又は二種以上組合せて使用することができる。
【００１８】
脂肪族二価アルコールの具体例としては、たとえば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、１，６−へキサンジオール、１，９−ノナンジオール、ネオペンチルグリコール、ポリテトラメチレングリコール、１，４−シクロヘキサンジメタノ一ル、１，４−ベンゼンジメタノール等が挙げられる。これらは、単独で又は二種以上組合せて使用することができる。
【００１９】
脂肪族二塩基酸の具体例としては、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、フェニルコハク酸、１，４−フェニレンジ酢酸等が挙げられる。これらは、単独で又は二種以上組合せて使用することができる。
【００２０】
そして、この出願の発明においては、生分解性樹脂として、たとえばポリ乳酸、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンサクシネートアジペート、ポリヒドロキシ酪酸、ポリヒドロキシ吉草酸、及びβ−ヒドロキシ酪酸とβ−ヒドロキシ吉草酸とのコポリマー、ポリカプロラクトン等が挙げられる。安価で容易に入手可能なポリ乳酸系樹脂は、特に好ましく用いられる。
【００２１】
ポリ乳酸系樹脂は、重合に供するモノマーの重量に換算して、乳酸成分を５０ｗｔ％以上含むポリマーを包含する。その具体例としては、たとえば、
▲１▼　ポリ乳酸
▲２▼　乳酸と他の脂肪族ヒドロキシカルボン酸とのコポリマー
▲３▼　乳酸、脂肪族多価アルコールと脂肪族多塩基酸とのコポリマー
▲４▼　▲１▼〜▲３▼のいずれかの組み合わせによる混合物
▲５▼　ポリ乳酸と他の生分解性樹脂との混合物
等が挙げられる。
【００２２】
ポリ乳酸の原料である乳酸としては、Ｌ−乳酸、Ｄ−乳酸、ＤＬ−乳酸またはそれらの混合物、または乳酸の環状二量体であるＬＬ−ラクタイド、ＬＤ−ラクタイド、ＤＤ−ラクタイドを挙げることができる。特に、Ｌ−乳酸とＤ−乳酸を混合して用いる場合、Ｌ−乳酸またはＤ−乳酸何れかが７５ｗｔ％以上であることが好ましい。また、Ｌ−乳酸から選られるＬ−ポリ乳酸、Ｄ−乳酸から選られるＤ−ポリ乳酸、ＤＬ−乳酸から選らばれるＤＬ−ポリ乳酸−を混合して用いることもできる。
【００２３】
生分解性樹脂の重量平均分子量（Ｍｗ）や分子量分布は、実質的に成形加工が可能であれば特に制限されない。乳酸系樹脂及び生分解性を有する軟質な脂肪族ポリエステルの場合には、その重量平均分子量は、実質的に充分な機械物性を示すものであれば特に制限されないが、一般的には、重量平均分子量（Ｍｗ）で、６〜１００万が好ましく、８〜５０万が更に好ましく、１０〜３０万が最も好ましい。一般的には、重量平均分子量（Ｍｗ）が６万より小さい場合、樹脂組成物を成形加工して得られた成形体の機械物性が十分でなかったり、逆に分子量が１００万を越える場合、成形加工時の溶融粘度が極端に高くなり取扱い困難となったり、製造上不経済となったりする場合がある。
【００２４】
もちろん、この出願の発明で用いる生分解性材には、目的（たとえば成形性、二次加工性、分解性、強度、耐熱性、保存安定性、耐候性等の向上）に応じて各種添加剤（可塑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、難燃剤、内部離型剤、無機添加剤、帯電防止剤、表面ぬれ改善剤、焼却補助剤、顔料、滑剤）等を添加することができる。
【００２５】
そして、その構成材の全てを生分解性材とするこの出願の発明のボードドレーンにおいては、芯材とフィルター材に用いる生分解性材の種類や複数種のものの配合割合、添加剤の種類や配合割合、さらには芯材やフィルター材の形状、重量等を選択調整することで、ボードドレーンの生分解の速度、時間を所定範囲にコントロールすることが可能である。
【００２６】
このようなボードドレーンについての構成としては、この出願の発明においては、その断面が波形の板状芯材では、波形は、これを平面の配置として見た場合には、平面で特定の一方向、たとえば縦、横、もしくは斜めの一方向に配列されていてもよいし、平面で多方向に領域区分されて、たとえば縦方向配列域と横方向配列域のように区分されていてよい。さらには、多方向に波形が交差するように配列されていてもよい。このような多方向配列によって補助排水を効果的とすることができる。
【００２７】
波形芯材の成形方法も各種であってよい。たとえば、押し出し成形品、あるいは圧縮成形品、注型成形品、射出成形品等として成形されたものであってよい。
【００２８】
もちろん、他の成形方法によるものでもよい。たとえば、ポリ乳酸を主とする押し出し成形品が好適なものとして例示される。他の生分解性樹脂であって、強度を備えたもので、透水性が良好なものであれば各種のものであってよい。またその成形も、注型・射出等の各種の手段であってよい。
【００２９】
板状芯材については、上記した生分解性樹脂を熱で溶解して押出し成形し、断面波形としたものが好適な例として示される。
【００３０】
芯材の形状的な特徴としては、たとえばポリ乳酸からなる場合には、通常は、
厚　み：０．３ｍｍ〜０．８ｍｍ
幅　　：８０ｍｍ〜１００ｍｍ
長　さ：３０ｍ〜３００ｍ
波ピッチ幅：３．５ｍｍ〜５．５ｍｍ
比　重：１．１６ｇ／ｃｍ３〜１．３６ｇ／ｃｍ３
程度の範囲にあるものとすることができる。
【００３１】
たとえば以上のような芯材に積層一体化または複合化されるフィルター材についても各種の天然または前記した生分解性樹脂のものが考慮される。なかでも好適なものの一つとして、ポリ乳酸から構成されたものを挙げることができる。
【００３２】
フィルター材は、生分解性を有し且つ後述する透水係数が１．０×１０−２ｃｍ／ｓｅｃ以上であれば、その素材や形状に特に制限はないが、好ましくは繊維をシート状にした物が好ましい。たとえば、前記した生分解性樹脂から選られるマルチあるいはモノフィラメントをシート状にした物、スパンボンド法やメルトブロー法あるいは解繊糸法などの製造方法で得られる不織布シート、発泡させながら解繊しシート状にした物、などが挙げられる。また、綿、麻、絹などの天然繊維をシート状にした物でもよい。
【００３３】
フィルター材は、これらのシートを単独で用いてもよく、複合して用いてもよい。またシート化する前に各繊維を混合した後にシート化した物でもよい。
【００３４】
より具体的には、ポリ乳酸の繊維をスパンポンド製造法にてシート状にしたものを、前記の芯材とシート状で積層一体化または複合化されていることを特徴とするものが例示される。
【００３５】
この場合には、ポリ乳酸の繊維は連続で溶融紡糸された長繊維であり、一般的には、その太さが１．０デニール〜８．０デニール、シートの単位質量は３０ｇ／ｃｍ３〜２５０ｇ／ｃｍ３程度の範囲にあるものが好適である。３０ｇ／ｃｍ３未満の場合には、フィルター材と芯材との密着性、複合化する場合のフィルター材同士の接着性が充分でなく、一方、２５０ｇ／ｃｍ３を越える場合には透水係数が低下するので好ましくない。
【００３６】
加熱、加圧によりシート状に芯材に積層一体化または複合化した後のフィルター材の厚みとしては、一般的には、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ程度とするのが好ましい。
【００３７】
たとえば、以上のようにポリ乳酸による波形芯材とフィルター材とにより構成する場合には、図１にその断面を例示したボードドレーンにおいて、幅（Ｗ）が８２ｍｍ〜１０２ｍｍ程度、厚み（Ｔ）が２ｍｍ〜５ｍｍ程度のものとすることができる。
【００３８】
そこで以下に実施例を示し、さらに詳しく説明する。もちろん以下の例によって発明が限定されていることはない。
【００３９】
【実施例】
図１に例示したボードドレーンにおいて、幅（Ｗ）が９３．１ｍｍ、厚さ（Ｔ）２．９ｍｍ、重量は８８．７ｋｇ／ｍあり、長さはロール当り３００ｍとした。
【００４０】
芯材の構成物質はポリ乳酸であり、次の化学式で表される。
【００４１】
【化１】
2004100443.tif 000004
芯材は、ポリ乳酸を熱で溶かして押し出し成形し波形にしたものである。
【００４２】
フィルター材の構成物質は、ポリ乳酸を溶融紡糸した繊維を熱ロールにて加熱、加圧し、シート化したものである。
【００４３】
ボードドレーンは、ポリ乳酸を波型に押出し成形した芯材を、同じくポリ乳酸を繊維化し、シート化したフィルター材で覆い複合化することで作製されている。
【００４４】
ボードドレーンの芯材、フィルターにそれぞれ使用されるポリ乳酸樹脂と同素材の厚みが約１００μｍのフィルムについて、６０日後の重量減少率からその生分解性をシミュレーションした。
【００４５】
図２は、１００μｍフィルムついてのシミュレーションの結果を、残存率による生分解性の評価として例示したものである。５〜１０年程度でほぼ完全に分解されることが推定される。
【００４６】
また、ドレーン材が土中で圧力を受けた場合の通水能力について検証するために、透水試験装置を用いて試験を行った（図−３参照）。
【００４７】
拘束圧を変化させて試験を行った。拘束圧が大きくなると透水係数は低下する。
【００４８】
なお、試験条件は次のとおりとした。
【００４９】
・板状ドレーン供試体の寸法：長さ２０ｃｍ、幅　実寸
【００５０】
・キャップとペデスタルの溝にドレーンボードを１０ｍｍ差し込む
・板状ドレーンを厚さ０．３ｍｍのメンブレンで包む
・初期拘束圧５ｋＰａで板状ドレーンの下から上へ通水し、飽和させる
・拘束圧（σｃ）　、動水勾配（ｉ＝Δｈ／Ｌ＝１．０）を一定に保ち、１分間当りの流量を測定し、通水量（Ｑ（ｃｍ３／ｓｅｃ））から透水係数ｋを求めた。
【００５１】
縦方向の透水係数は、次のようになる（図−４参照）。
【００５２】
拘束圧σｃ＝５ｋＰａではｋ＝１４．１×１００ｃｍ／ｓｅｃ
拘束圧σｃ＝１２０ｋＰａではｋ＝６．５０×１００ｃｍ／ｓｅｃ
拘束圧σｃ＝３５０ｋＰａではｋ＝２．３０×１００ｃｍ／ｓｅｃである。
【００５３】
また、横方向の透水係数は、ｋ＝３．４０×１０−２ｃｍ／ｓｅｃである。
【００５４】
これらの値は、バーチカルドレーン材としての通常の使用においては、十分な透水能力がある。
【００５５】
さらに、引張強度試験を行った。
【００５６】
２．４５ｋＮ／全幅であり、一般規格値の１．８ｋＮ／全幅を満足している。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明のボードドレーンによって、以下のとおりの優れた効果が得られる。
１．生分解性である。
２．環境に配慮した材料である。
３．性能は通常のプラスチックボードドレーン材と同等である。
４．圧密沈下完了後（将来）の掘削時に障害とならない。
５．既存のプラスチックボードドレーン打設機をそのまま使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例としてのボードドレーンの断面図である。
【図２】１００μｍフィルムについての生分解性をシミュレーションした結果を例示した図である。
【図３】透水試験装置の構成を示した概要図である。
【図４】透水係数と拘束圧との関係を例示した図である。
【図１】
2004100443.tif 000005
【図２】
2004100443.tif 000006
【図３】
2004100443.tif 000007
【図４】
2004100443.tif 000008