耐UV的多层格室加固体系.pdf

本发明总体上涉及可以填装有土壤、混凝土、集料、土料等的聚合物格室加固体系。更具体地说，本发明涉及一种格室加固体系，其特征在于，对于由紫外光、潮湿、腐蚀性土壤以及它们的组合所产生的破坏作用具有提高的耐久性。

1.  一种具有耐久性的格室加固体系，其包含多根聚合物带材，
其中每根聚合物带材都包含至少一个聚合物外层和至少一个聚合物内层，其中至少一层要比原始高密度聚乙烯(HDPE)更耐受UV光、潮湿或热(UHH)；并且
其中至少一个聚合物外层中含有UV吸收剂或受阻胺光稳定剂(HALS)。

2.  权利要求1所述的格室加固体系，其中每根聚合物带材都包含第一聚合物外层和第二聚合物外层，其中所有的聚合物内层都位于所述的第一聚合物外层和所述的第二聚合物外层之间。

3.  权利要求1所述的格室加固体系，其中所述的至少一个聚合物内层中含有占该至少一个聚合物内层的重量的小于0.5重量％的添加剂。

4.  权利要求1所述的格室加固体系，其中每根聚合物带材的至少一个外层中还含有选自抗氧化剂、颜料、染料、炭黑和阻挡颗粒中的添加剂。

5.  权利要求4所述的格室加固体系，其中所述的抗氧化剂选自受阻酚、磷酸盐、磷酸盐和芳香胺。

6.  权利要求4所述的格室加固体系，其中所述的颜料或染料不使所述聚合物带材呈现黑色或暗灰色。

7.  权利要求4所述的格室加固体系，其中所述的阻挡颗粒选自：粘土、有机改性的粘土、纳米管、金属薄片、陶瓷薄片、金属包覆的陶瓷薄片以及玻璃薄片。

8.  权利要求1所述的格室加固体系，其中所述的至少一个聚合物外层中含有UV吸收剂，该UV吸收剂为包含以下材料的无机颗粒，所述材料选自：钛盐、钛氧化物、锌氧化物、卤化锌和锌盐。

9.  权利要求8所述的格室加固体系，其中所述的UV吸收剂无机颗粒为平均直径为约5纳米至约100纳米的纳米颗粒。

10.  权利要求1所述的格室加固体系，其中至少一层中还包含填料。

11.  权利要求10所述的格室加固体系，其中所述填料为晶须或纤维状，并且其平均粒径小于50微米。

12.  权利要求10所述的格室加固体系，其中所述的填料选自：矿物填料、金属氧化物、金属碳酸盐、金属硫酸盐、金属磷酸盐、金属硅酸盐、金属硼酸盐、金属氢氧化物、二氧化硅、硅酸盐、铝酸盐、铝硅酸盐、纤维、晶须、工业灰、混凝土粉末或水泥、天然纤维、洋麻、大麻、亚麻、苎麻、剑麻、印刷纤维、造纸污泥、锯屑、木粉、碳、芳纶、以及它们的混合物。

13.  权利要求10所述的格室加固体系，其中所述的填料为选自碳酸钙、硫酸钡、白云石、三水合氧化铝、云母、斑脱土、高岭土、硅灰石、粘土和它们的混合物中的矿物。

14.  权利要求10所述的格室加固体系，其中所述的填料用胶黏剂或偶联剂进行表面处理，所述的胶黏剂或偶联剂选自：脂肪酸，酯，酰胺，它们的盐，含有聚合物或低聚物的硅树脂，有机金属化合物，钛酸盐，硅烷和锆酸盐。

15.  权利要求10所述的格室加固体系，其中所述的填料具有高的导热性，并且选自：金属碳酸盐、金属硫酸盐、金属氧化物、金属、金属包覆的矿物和氧化物、铝硅酸盐，以及矿物填料。

16.  权利要求1所述的格室加固体系，其中所述的至少一个聚合物外层中含有作为UV吸收剂的苯并三唑或苯甲酮。

17.  权利要求1所述的格室加固体系，其中所述的UV吸收剂或所述HALS的存在量为占所述的至少一个外层的重量的约0.01重量％至约2.5重量％。

18.  权利要求1所述的格室加固体系，其中所述的至少一个聚合物内层中还包含占该至少一个聚合物内层的重量的0至约0.25重量％的UV吸收剂和受阻胺光稳定剂。

19.  权利要求1所述的格室加固体系，其中所述的每根聚合物带材中的至少一个聚合物层都独立地包含这样的聚合物，该聚合物选自：高密度聚乙烯(HDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、乙烯-丙酸酯共聚物和三元共聚物、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物和三元共聚物、丙烯酸酯共聚物和三元共聚物、脂肪族聚酯、脂肪族聚酰胺、脂肪族聚氨酯、它们的混合物、以及它们与至少一种聚烯烃的混合物。

20.  权利要求1所述的格室加固体系，其中所述的每根聚合物带材中的至少一个聚合物层都包含增大摩擦力的结构，该结构选自：带纹理的图案、压花图案、孔眼、指状延伸、毛发状延伸、波纹状延伸、共挤出线条、点、粗糙图案，以及它们的组合。

21.  权利要求1所述的格室加固体系，其中每根聚合物带材的总厚度为约0.1mm至约5mm，总宽度为约10mm至约500mm，总长度为约10mm至约5,000mm。

22.  权利要求1所述的格室加固体系，其中每根聚合物带材都包含第一聚合物外层和第二聚合物外层，其中一个聚合物外层比另一个聚合物外层具有更高浓度的UV吸收剂和HALS添加剂。

23.  权利要求1所述的格室加固体系，其中每根聚合物带材中的至少一层都包含：至多100重量％的MDPE或HDPE、至多50重量％的线型低密度聚乙烯(LLDPE)、至多70重量％的矿物填料、0.005重量％至5重量％的选自UV吸收剂和HALS中的添加剂、以及0.005重量％至50重量％的阻挡颗粒。

24.  权利要求1所述的格室加固体系，其中每根聚合物带材中的至少一层都包含：至多100重量％的MDPE或HDPE、至多100重量％的乙烯-丙烯酸酯共聚物或三元共聚物、至多70重量％的矿物填料、0.005重量％至5重量％的选自UV吸收剂和HALS中的添加剂、以及0.005重量％至50重量％的阻挡颗粒。

25.  一种具有耐久性的格室加固体系，其包含多根单层聚合物带材，其中每根聚合物带材都包含聚合物、有机UV吸收颗粒和受阻胺光稳定剂(HALS)，其中所述聚合物、有机UV吸收颗粒和受阻胺光稳定剂的量足以确保该格室加固体系在恶劣的气候条件下，在户外的情况中，能够至少2年保持稳定的颜色和物理性质。

26.  权利要求25所述的格室加固体系，其中每根聚合物带材进一步还包含填料，该填料选自：金属碳酸盐、金属硫酸盐、金属氧化物、金属、金属包覆的矿物和氧化物、铝硅酸盐，以及矿物填料。

27.  权利要求25所述的格室加固体系，其中每根聚合物带材进一步还包含阻挡颗粒，该阻挡颗粒选自：粘土、有机改性的粘土、纳米管、金属薄片、陶瓷薄片、金属包覆的陶瓷薄片，以及玻璃薄片。

28.  权利要求25所述的格室加固体系，其中所述的聚合物选自乙烯-丙烯酸酯共聚物和三元共聚物。

29.  权利要求25所述的格室加固体系，其中每根聚合物带材进一步还包含增大摩擦力的结构，该结构选自：带纹理的图案、压花图案、孔眼、指状延伸、毛发状延伸、波纹状延伸、共挤出线条、点、粗糙图案，以及它们的组合。

30.  权利要求25所述的格室加固体系，进一步还包含非黑色或非暗灰色的颜料或染料。

31.  一种耐紫外光、热或潮湿的格室加固体系，其包含多根聚合物带材，
每根聚合物带材都包含含有UV吸收剂和聚合物的至少一个聚合物层，其中所述的聚合物选自：乙烯-丙酸酯共聚物和三元共聚物、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物和三元共聚物、丙烯酸酯共聚物和三元共聚物、脂肪族聚酯、脂肪族聚酰胺、脂肪族聚氨酯、它们的混合物、以及它们与至少一种聚烯烃的混合物；
其中第一聚合物带材与第二聚合物带材平行叠放，并且第一聚合物带材通过多个离散的物理接合部位而与所述的第二聚合物带材连接，其中所述的物理接合部位被所述聚合物带材上未连接的部分彼此间隔开。

32.  权利要求31所述的格室加固体系，其中所述的物理接合部位是通过焊接、接合、缝合或它们任意的组合而形成的。

33.  权利要求31所述的格室加固体系，其中所述的物理接合部位是通过超声波方法形成的。

34.  权利要求31所述的格室加固体系，其中相连的物理接合部位之间的距离为约50nm至约1,200mm。

35.  权利要求31所述的格室加固体系，其中与由原始HDPE和负载量相等的UV吸收剂所构成的聚合物带材的物理接合部位处的焊接强度相比，所述物理接合部位处的最终焊接强度要高出至少10％。

36.  权利要求31所述的格室加固体系，其中与由原始HDPE和负载量相等的UV吸收剂所构成的聚合物带材的物理接合部位处的失效率相比，所述物理接合部位处的失效率要低至少10％。

37.  权利要求31所述的格室加固体系，其中所述的第一聚合物带材的热膨胀系数为150ppm/℃或更低。

38.  一种具有耐久性的格室加固体系，其包含多根耐UV光、潮湿或热(UHH)的聚合物带材，
每根聚合物带材都包含至少一个聚合物外层和至少一个聚合物内层，
其中所述的至少一个聚合物外层包含下列的聚合物共混物：(a)乙烯-丙烯酸酯聚合物；和(i)高密度聚乙烯(HDPE)或(ii)中密度聚乙烯(MDPE)这二者中的一者；以及(b)(i)UV吸收剂或(ii)受阻胺光稳定剂(HALS)这二者中的一者。

39.  权利要求38所述的格室加固体系，其中所述的乙烯-丙烯酸酯聚合物选自：乙烯-丙烯酸酯共聚物和三元共聚物、以及乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物和三元共聚物。

耐UV的多层格室加固体系
相关申请的交叉引用
本申请涉及：同时提交的、题为“GEOTECHNICAL ARTICLES”的美国专利申请No.(PRSI 200003)；同时提交的、题为“HIGHPERFORMANCE GEOSYNTHETIC ARTICLE”的美国专利申请No.(PRSI 200004)；同时提交的、题为“WELDING PROCESS ANDGEOSYNTHETIC PRODUCTS THEREOF”的美国临时专利申请No.(PRSI 200005)；以及同时提交的、题为“PROCESS FOR PRODUCINGCOMPATIBILIZED POLYMER BLENDS”的美国临时专利申请No.(PRSI 200006)。所有这4份专利申请的全文在此均以引用方式并入本文。
背景技术
本公开总体上涉及可以填装有土壤、混凝土、集料、土料等的聚合物格室加固体系。更具体地说，本公开涉及一种格室加固体系，其特征在于，对于由紫外光、潮湿、腐蚀性土壤以及它们的组合所产生的破坏作用具有提高的耐久性。
用于加固土壤的塑料制品，特别是格室加固体系(CCS)，被用于增强由所述的CCS支承的土工材料(例如土壤、岩石、沙、石、泥、粘土、混凝土、集料和土料)的承载能力、稳固性和耐腐蚀性。
CCS在特征性的蜂巢状三维结构中具有多根高密度聚乙烯(HDPE)带材。在分开的位置处，这些带材被彼此焊接起来，从而形成上述的结构。在CCS内或者通过CCS，可以将土工材料增强和稳固。在本文中，由所述的CCS稳固和增强的土工材料称为土工增强材料(GRM)。CCS的表面可以是经过模压的，从而增大其与GRM的摩擦并减小CCS与GRM之间的相对移动。
由于格室壁的环向抗拉强度、相邻格室的被动抗力以及CCS与GRM之间的摩擦的作用，结果使得CCS通过增大其剪切强度和硬度而使GRM加强。在负载的情况下，CCS会产生强大的侧向加固力、以及土壤与格室壁之间的摩擦力。这些机制形成了具有高的挠曲强度和硬度的桥梁结构。桥梁的作用改善了普通粒状填料的长期负载变形的性能，并使得结构支承元件的厚度和重量急剧地减少，减少量可高达50％。CCS可用于支承负载的用途(诸如路基稳固、联运站场、设置在铁轨下以稳定道碴、拥壁、保护GRM或植被、以及被设置在斜坡上和沟道中)。
在下文中，术语“HDPE”是指其特征为密度大于0.940g/cm³的聚乙烯。术语“中等密度的聚乙烯(MDPE)”是指其特征为密度大于0.925g/cm³、而小于或等于0.940g/cm³的聚乙烯。术语“线型低密度聚乙烯(LLDPE)”是指其特征为密度为0.91g/cm³至0.925g/cm³的聚乙烯。
CCS的塑料壁在使用过程中以及在UV光、热和潮湿(UHH)的环境下应用的过程中可能会被损坏。这种损坏会导致产生脆性，挠性、韧性、耐冲击性和耐刺穿性都会降低，抗撕性能变差，以及变色。特别是，在地球上的高温地区中，热对CCS造成的损害是明显的。如本文所用，术语“高温地区”是指位于赤道两侧42度纬度的区域，特别是沿沙漠带的区域。高温地区包括(例如)：北非，西班牙南部，中东，美国的亚利桑那州、德克萨斯州、路易斯安那州和佛罗里达州，中美洲，巴西，印度的大部分地区，中国南部，澳大利亚，以及日本的部分地区。高温地区有规律地经历35℃以上的温度，并且每天强烈的日光可持续长达14小时。暴露于直射日光下的塑料的深色表面的温度可高达90℃。
工业上已经采用了一些策略，通过对构成塑料壁的聚合物进行处理以保护塑料壁免受损坏。对于深色的产品(例如，黑色或深灰色的产品)而言，可以引入炭黑以阻挡UV光并清除自由基。然而，使用炭黑而产生的一个缺点为影响其美观。在将CCS作为景观结构的一部分的应用中，很少采用黑色的CCS。第二个缺点是黑色的CCS往往会吸收日光，从而被加热。当HDPE和MDPE被加热至40-50℃以上时，它们往往会发生蠕变。结果，特别是在焊接点和壁结构较薄的位置处，蠕变可能会急剧地加速，从而潜在地导致结构破坏。
CCS通常被固定在GRM上，或者通过楔、筋条、棒或系缚物而被锚固在GRM上。当CCS被用于加固斜坡时，这种固定是特别重要的。所述的楔、筋条、棒或系缚物通常是由铁制成的，由于直射日光的作用其可能被加热至超过60-85℃的温度。铁的高传导性还将热传导至CCS的隐藏部分中。这些锚固点成为严重的应力中心。在不进行UHH保护的情况下，在观察到CCS的其余部分中发生任何明显的损坏之前，这些锚固点可能已经失效了。
在构成CCS的带材之间的焊接位置处，还会产生应力。应力可以由以下压力引起：例如在安装过程中人在CCS上行走时所产生的压力、在填装GRM之前和填装GRM的同时所产生的压力、或者在将GRM堆放在CCS上以便填装格室时所产生的压力。当GRM变湿或在寒冷气候下GRM中的水已经冻结时，则GRM还可能膨胀。此外，GRM的热膨胀系数(CTE)比用于制造所述带材的HDPE的热膨胀系数低大约5-10倍。因此，HDPE将会比GRM膨胀得更多，这会导致沿着CCS壁产生应力，特别是在焊接位置处产生应力。
一些CCS被染成与它们所支承的GRM相似的色调。这包括浅色产品和传统修色的CCS(custom-shaded CCS)，例如颜色与土壤类似的CCS、颜色与草类似的CCS以及颜色与泥类似的CCS。
对于CCS来说，需要特殊的添加剂(即，除了炭黑以外的其他物质)以便将它们的性能保持20年或更长的时间。最有效的添加剂为：UV吸收剂，例如苯并三唑类和苯甲酮类；自由基清除剂，例如受阻胺光稳定剂(HALS)；以及抗氧化剂。通常，将1种以上的添加剂“打包”提供给所述的聚合物。所述的添加剂通常以以下形式被引入到所述的聚合物中，例如母料或holkobatch、聚合物载体或石蜡载体中的添加剂分散体和/或添加剂溶液。
用于制造CCS的聚合物中的添加剂的量取决于CCS所要求的寿命。为了提供大约5年时间的保护而需要的添加剂的量要少于需要提供10年或更长时间的保护而需要的添加剂的量。由于添加剂随时间的流逝会由所述的聚合物中抽提、或者会被蒸发或发生水解，所以为了进行长期保护所需要的添加剂的实际量是为了进行短期保护所需要的添加剂的量的大约2至10倍。换言之，加入到所述聚合物中的添加剂的量必需补偿由于抽提、蒸发和水解而损失的添加剂，因此长期保护所需的添加剂的量明显高于短期保护所需的添加剂的量。此外，随着使用CCS的环境中的热和湿度的增高，需要更多的添加剂加入到所述的聚合物中以保持其保护水平。
通常，所述添加剂被相当均匀地分散或溶解在贯穿用于制造CCS的聚合物带材的整个横截面中。但是，添加剂与引起UHH破坏的试剂之间的大部分相互作用发生在聚合物带材或聚合物膜的最外面的部分中，即，10微米至200微米的部分。
一些高温地区，特别是热带地区，还会经历高湿度和大雨。高湿度与热结合会加速保护性添加剂在聚合物带材中的水解、抽提和被蒸发。最明显的是UV吸收剂(例如苯甲酮类和苯并三唑类)和热稳定剂(特别是受阻胺光稳定剂(HALS))的损失。一旦这些添加剂损失掉，所述的聚合物带材就会易于受到侵袭，并且其性能会快速劣化。
美国专利No.6,953,828公开了一种膜，包括对UV稳定的土工用膜。该专利涉及聚丙烯与极低密度聚乙烯的组合物，该组合物作为膜是有效的，但是该组合物没有被实际用于CCS。聚丙烯在零度以下的温度下非常脆。由于极低密度聚乙烯在中等负载下往往发生蠕变，所以将其用于CCS中是非常不牢固的。一旦CCS发生蠕变，CCS与GRM的整体性就会被破坏，而结构性能则会发生不可逆地损坏。此外，聚丙烯需要添加大量的添加剂以克服抽提和水解的问题，这使得该聚合物是不经济的。
美国专利No.6,872,460教导了一种双层聚酯膜结构，其中在一层或两层中加入有UV吸收剂和稳定剂。通常，不同等级的聚酯被应用于土工格栅中，这些土工格栅是用于加固土壤的二维制品(例如，增强筋条的基体)。土工格栅通常埋于地下，因此不会暴露于UV光下。与此不同的是，CCS是三维的，并且通常会部分暴露于地面上，因此会暴露于UV光下。聚酯通常由于其硬度较高、在环境温度(特别是在零度以下的温度)下的耐冲击性和耐刺穿性较差、耐水解性(特别是当其与诸如混凝土和煅烧土之类的碱性介质直接接触时)为中等程度至较差程度、以及总成本较高而不适用于CCS。而且，聚酯需要添加大量的添加剂以克服抽提和水解的问题，这使得该聚合物是不经济的。
对于薄(可表征为厚度小于约500微米)的聚合物带材而言，所需的添加剂的实际量通常与理论计算得出的所需量一致。但是，在较厚(可表征为厚度大于约750微米，即，通常在作为结构性土工增强元件(例如CCS)的情况下)的带材中，所需的添加剂的实际总量通常要比理论计算得出的所需量高很多。对于厚度为约1.5mm或更厚的高性能CCS(其中需要具有强度、韧性、挠性、耐撕性、耐刺穿性和低温保留性)而言，所需的添加剂总量通常比理论计算得出的所需的添加剂的量高5至10倍。相对于聚合物而言，UHH保护性添加剂的成本是非常昂贵的。因此，大多数的制造商按照与理论计算得出的所需添加水平的底量(即，最少量)更接近一致的添加量来提供添加剂，而不是按照与50年或更长时间的长期保护所需的较高的添加量来提供添加剂。此外，HDPE和MDPE的阻挡性能(防止有害离子和分子进入所述聚合物中)、以及防止添加剂由所述聚合物中抽提和蒸发的性能都较差。由于上述原因，事实上，大多数的制造商目前都不能保证他们生产的厚的聚合物带材具有长期耐久性。目前的CCS中使用了0.1重量％至0.25重量％的HALS和UV吸收剂，它们分散在整个聚合物带材中。
与户外耐久性有关的另一方面是用于CCS的聚合物的类型。选择用于该用途的恰当的聚合物是在经济方面(即，原料成本)与长期耐久性之间折衷的结果。就这一点而言，由于聚乙烯(PE)在成本、强度、在低至-60℃的温度下的挠性、以及在标准挤出设备中的加工容易性这些方面比较均衡，所以聚乙烯是最受欢迎的使用材料之一。此外，聚乙烯具有适度的耐UV光性和耐热性。但是，在不添加添加剂的情况下，聚乙烯在1年内容易降解达到不可用于商业用途的程度。即使PE非常稳定，相对于诸如乙烯-丙烯酸酯共聚物和三元共聚物之类的更耐UV的聚合物而言，PE还是差一些。
另一方面，从耐UHH的观点来看，表现出更高的耐UV性和耐热性的诸如丙烯酸酯共聚物和甲基丙烯酸酯共聚物以及三元共聚物(特别是乙烯-丙烯酸酯共聚物和三元共聚物)之类的聚合物非常适用于商业应用。但是，这些聚合物相对较高的成本和相对较低的模量和强度特性限制了它们在CCS应用中的广泛使用。
人们需要提供一种经济有效的并且耐UHH的聚合物带材和具有该聚合物带材的CCS，特别是与GRM相似的浅色带材及其CCS。这种CCS在干旱、热带、亚热带至北极的气候下对恶劣的条件(特别是户外应用)都具有耐受性，并且具有50年或更长时间的使用寿命。
发明概述
本公开涉及在至少2年的时间内可表现出对UV光、热和潮湿具有高度耐久性的土工制品，特别是格室加固体系(CCS)。在具体的实施方案中，CCS在至少10年内表现出所述的耐久性。在另一具体的实施方案中，CCS在至少20年且最多100年内表现出所述的耐久性。耐久性是指不会粉化或裂化，并且保持最初的颜色、表面整体性、强度、模量、断裂伸长率、耐刺穿性、耐蠕变性以及焊接强度。
在一个示例性实施方案中，CCS具有多根聚合物带材。每根聚合物带材都具有至少一个聚合物内层和至少一个聚合物外层。与所述的至少一个聚合物内层相比，所述的至少一个聚合物外层更加耐受UV光、潮湿或热(UHH)。每个聚合物层都含有至少一种聚合物。所述的至少一个聚合物外层还含有UV吸收剂或受阻胺光稳定剂(HALS)。所述的UV吸收剂阻挡和防止有害的UV光穿透到所述的至少一个聚合物内层中。所述的HALS使所述外层中产生的有害自由基失活，从而不会扩散到所述聚合物带材的内层中。
在其他实施方案中，聚合物层含有选自抗氧化剂、颜料和染料的添加剂。
在其他实施方案中，至少一个聚合物层可以含有填料。在具体的实施方案中，所述的填料比所述聚合物层中的聚合物具有更高的热传导性。
在其他实施方案中，所述聚合物带材的至少一层含有颜料或染料。优选的是，所述的层具有与所述CCS所支承的GRM相似的颜色。优选的是，所述颜色不是黑色或深灰色。
所述CCS可用于增强GRM。
还公开了其他的CCS和装置。还提供了制造和使用所述聚合物带材和/或CCS的方法。下文将对所述的这些以及其他的实施方案进行更详细的说明。
附图说明
以下为附图简述，这些附图是为了说明本文所公开的示例性实施方案的目的而列出的，而不是为了限定本发明。
图1为单层CCS的立体图。
图2为装有土工增强材料(GRM)的格室的立体图。
图3为含有GRM和楔的格室的立体图。
图4为含有筋条的格室的立体图。
图5为包含筋条和锁扣装置的格室的立体图。
图6为包含增强壁部分的格室的示例性实施方案的立体图。
图7为在本公开的CCS中使用的示例性聚合物带材的图。
发明详述
提供以下发明详述以便使本领域的普通技术人员能够制造和使用本文所公开的实施方案，并且以下的发明详述列出了实施这些实施方案预计的最佳实施方式。然而，多种修改方式对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的，并且应该被认为在本公开的范围之内。
参照附图，可以更完全地理解本文所公开的组成部分、工艺和装置。这些图仅仅是基于方便和易于说明本公开的示意性表示，因此，这些图无意于示出装置或其组成部分的相对大小和尺寸，和/或定义或限定示例性实施方案的范围。
本公开涉及格室加固体系(CCS)，其具有多根聚合物带材并且在户外应用时具有高度的长期耐久性。每根带材都具有至少一个聚合物外层和至少一个聚合物内层。所述的聚合物外层比所述的聚合物内层更耐受UHH。特别是，所述的聚合物外层比原始的HDPE更加耐受UV光、潮湿或热(UHH)。术语“原始的HDPE”是指由与任何UV吸收剂或HALS添加剂进行混合之前的反应物而得到的任何HDPE。需要注意的是，由反应物得到的任何聚合物通常已经含有200ppm-1000ppm的抗氧化剂。
图1是单层CCS的立体图。CCS 10具有多根聚合物带材14。相邻的带材通过分离的物理接合部位16而结合在一起。这种结合可以通过接合、缝合或焊接来进行，但是通常通过焊接来实现。各个带材的两个结合部位16之间的部分形成了单个格室20的格室壁18。每个格室20都具有由两种不同的聚合物带材制成的格室壁。带材14结合在一起，从而由多个带材形成蜂巢图案。例如，外部带材22与内部带材24通过物理接合部位16而结合在一起，其中物理接合部位16沿着带材22和24的长度方向有规则地间隔开。一对内部带材24通过物理接合部位32而结合在一起。每个接合部位32都位于两个结合部位16之间。结果，当将多根带材14沿着垂直于带材面的方向伸展开时，该带材以正弦曲线的方式弯曲，从而形成CCS 10。在两根聚合物带材22和24的末端相会的CCS边缘处，在距离末端28一小段距离的位置处形成末端焊接26(也认为是连接)，从而形成短尾30，其使两个聚合物带材22和24稳定。
可以采用至少两种不同的方式将CCS 10相对于地面进行增强和固定。可以在聚合物带材上形成孔34，使得这些孔共有一条共同的轴线。然后，可以使筋条12延伸穿过孔34。筋条12起到连续完整的锚接元件(其可以防止CCS10发生不需要的移位)的作用，从而增强CCS 10并提高其稳固性。可以在沟道和斜坡的应用中使用筋条，由此提供针对重力和水动力的额外的稳定性，并且当下层或天然的硬土/岩石阻碍了桩的使用时，可能需要筋条。还可以使用楔36来将CCS 10锚固到应用该CCS的基底(例如地面)上。将楔36插入到基底中，直至深度足以提供锚的作用为止。楔36可以具有本领域中已知的任何形状(即，术语“楔”是指功能而非形状)。所示出的筋条12和楔36可以仅为被切割成合适长度的铁或钢筋的一部分。它们还可以由聚合物材料形成。它们可以由与CCS本身的组合物相同的组合物形成。如果筋条12和/或楔36的刚性比CCS 10更高，也是可用的。使用足够数量的筋条12和/或楔36来增强/稳固CCS 10。需要注意的是，筋条和/或楔应该总是靠着格室壁放置，而不是靠着焊接位置放置。筋条和/或楔在小的区域中集中有高的负载，由于焊接位置是CCS中相对不牢固的点，所以将筋条或楔靠着焊接位置放置会增大加焊接失效的可能性。
如美国专利No.6,296,924所述，在聚合物带材中还可以包含额外的孔34。这些额外的孔将聚合物带材与GRM之间的摩擦结合增大至多30％；并且随着植被的根在格室20之间生长，这些额外的孔增大了聚合物带材与植被体系的根的锁住作用；此外，这些额外的孔改善了带材侧向排水情况，从而在被水饱和的土壤中得到更好的性能；以及，这些额外的孔促进了健康的土壤环境。此外，还可以减少安装费用和长期维修的费用。此外，与具有实心壁的CCS相比，上述的这种CCS更轻并且更易于处理。
图2是装有土工增强材料(GRM)的格室20的立体图。格室20被描述为当将CCS放置在斜坡(箭头A所示)上时其可能显示出的状态，保持在格室20内的GRM基本上水平地(即，相对于地球表面是平的)被固定，而CCS 10的格室壁14与其上放置有CCS的斜坡A基本上垂直。由于格室壁14没有与GRM水平排列，所以GRM基本上位于斜坡下方的格室壁上，而“空区”留置在斜坡上方的格室壁上。
格室壁14受到力F1和F2的作用。由于倾斜的作用，力F1(由GRM的重量所施加)与力F2(由相邻的、斜坡下方的格室的空区所施加)是不平衡的。力F1大于力F2。这种不平衡的力压迫着接合部位16。此外，GRM还向接合部位16施加分离力F3。该分离力由GRM的质量产生，是自然力。例如，由于GRM保留了水，所以在潮湿期间，GRM将膨胀。例如，由于保留在格室20中的水会经历反复的冻结-解冻的循环过程，所以GRM还将膨胀和收缩。这表明在每个接合部位16处的牢固焊接是非常重要的。
图3是含有土工增强材料(GRM)和楔36的单个格室20的立体图。楔36在斜坡上方的格室壁上施加附加力F4，从而有助于平衡格室壁14上的力。该附加力被施加在斜坡上方格室壁的局部，如果格室壁不足够结实并且不耐蠕变的话，则附加力可能对格室壁是有害的。
图4和5是含有筋条12的单个格室20的立体图。如上文所述，筋条12延伸穿过带材14中的孔34，特别是在不能使用楔36的那些情况下，筋条12可用于稳固CCS 10。应力局限在孔34周围的带材14上。例如，筋条12可以具有与带材14不同的CTE。在带材14上设置有孔34但没有使用筋条12的应用中，GRM或水/冰还可能会渗透过孔34；然后发生膨胀，从而增大了应力，并可能会损坏带材14的整体性。如图5所示，可以使用锁扣装置38来将应力分散到更大的区域中，但是应力仍然存在。使用锁扣装置38在长期应用中可以对失效提供附加的保护。
图6是包含增强壁部分的格室的示例性实施方案的立体图。楔36位于格室20的内部。如在参照图3所讨论的那样，楔36在斜坡上方格室壁的局部施加附加力，并且如果格室壁不足够结实并且不耐蠕变的话，则附加力可能对格室壁是有害的。在本公开的一个示例性实施方案中，其宽度比楔36更宽的增强壁部分40被设置在楔36与斜坡上方的格室壁之间。与锁扣装置38相似，增强壁部分40将应力分散在格室壁更大的区域中。在一个实施方案中，增强壁部分40延伸至格室壁的上缘之外，并被向下折向格室壁的另一侧，从而进一步增大了格室壁上整个楔接触部分的强度。在其他实施方案中，增强壁部分40也可以具有孔34以提供筋条12的应用。
在一个实施方案中，使用合适的粘合剂(例如，压敏粘合剂或固化型粘合剂)将增强壁部分40附着在格室壁上。在另一实施方案中，可以通过现场进行的焊接操作(特别是超声波焊接)或缝合处理将增强壁部分40附着在格室壁上。增强壁部分40可以由任何合适的材料制成。在特定的实施方案中，增强壁部分40由与格室壁相同的材料制成。如果需要，增强壁部分40还可以比格室壁更坚硬，从而使其本身能够承受更大的应力。
图7为在本公开的CCS中使用的示例性聚合物带材的图。聚合物带材200具有至少一个聚合物外层210和至少一个聚合物内层220。在此，示出了具有两个聚合物外层210的聚合物带材。UV吸收剂230或受阻胺光稳定剂240分散在至少一个聚合物外层210中。
所述的聚合物带材的至少一个聚合物外层含有UV吸收剂或受阻胺光稳定剂(HALS)。UV吸收剂可以为有机UV吸收剂，例如苯并三唑UV吸收剂或苯甲酮UV吸收剂。UV吸收剂还可以为无机UV吸收剂。所述的至少一个聚合物外层还可以含有其他添加剂。该添加剂选自热稳定剂、抗氧化剂、颜料、染料和炭黑。
所述的聚合物带材可以具有1个以上的聚合物外层。在具体的实施方案中，所述的聚合物带材具有第一聚合物外层和第二聚合物外层。聚合物内层位于第一聚合物外层和第二聚合物外层之间。每个聚合物外层都包含比聚合物内层更多的添加剂。在其他实施方案中，所述的聚合物带材具有第一聚合物外层和第二聚合物外层。其中一个聚合物外层包含的UV吸收剂和HALS添加剂的总浓度比另一聚合物外层高。
在其他实施方案中，所述的聚合物带材为单层带材。
所述的聚合物外层中的添加剂的含量足以为聚合物带材提供2年至约100年的保护。词语“约”在下文中是指一个值比用词语“约”来修饰的给定值高20％或低20％。在具体的实施方案中，添加剂的量足以为聚合物带材提供至少2年的保护。在其他实施方案中，添加剂的量足以为聚合物带材提供至少5年的保护。在其他具体实施方案中，不管天气状况(例如湿度、温度和UV光的强度)如何，添加剂的量足以为聚合物带材提供至少20年至最多50年的保护。术语“足以......保护”是指在2年至100年的时间内，将聚合物带材的(i)颜色及色调和(ii)机械特性保持为该聚合物带材最初的颜色、色调或机械特性的至少50％的能力。优选的是，所述的聚合物带材保留了其最初的颜色、色调或机械特性的至少80％。
所述的聚合物外层包含UV吸收剂。在特定的实施方案中，UV吸收剂为有机物，并且为市售可得的苯并三唑或苯甲酮，例如，Tinuvin^TM(由Ciba公司生产)和Cyasorb^TM(由Cytec公司生产)。所述的聚合物外层可以单独包含受阻胺光稳定剂(HALS)，或者包含受阻胺光稳定剂(HALS)和UV吸收剂。HALS的分子可以针对自由基和光引发的降解提供长期保护。特别是，HALS不含有酚性基团。它们的限定因素是它们抽提或被水解的速率。有机UV吸收剂和HALS的存在量占所述外层总重量的约0.01重量％至约2.5重量％。
所述的聚合物外层还可以包含无机UV吸收剂。在特定的实施方案中，UV吸收剂为固体颗粒的形式。该固体颗粒的特征在于具有可忽略不计的挥发性以及在聚合物和水中具有可忽略不计的溶解性，因此不容易从所述的聚合物外层中迁移出来或析出来。所述颗粒可以为微米颗粒(例如，平均直径为约1微米至约50微米)、亚微米颗粒(例如，平均直径为约100纳米至约1000纳米)、或者纳米颗粒(例如，平均直径为约5纳米至约100纳米)。在具体的实施方案中，UV吸收剂包括无机UV吸收固体纳米颗粒。与有机UV吸收剂(其在聚合物中是可溶的，甚至在高分子量的情况下仍具有迁移性)不同，无机UV吸收剂几乎不具有迁移性，因此对抽提和/或蒸发作用具有极大的耐受性。UV吸收固体纳米颗粒在可见光谱中还是透明的，并且分布极其均匀。因此，它们可以在不会对聚合物的颜色或色调产生任何影响的条件下提供保护。固体颗粒还极难溶于水，从而改善了聚合物的耐久性。在特定的实施方案中，UV吸收纳米颗粒包括选自钛盐、氧化钛、氧化锌、卤化锌和锌盐中的材料。在特定的实施方案中，UV吸收纳米颗粒为二氧化钛。市售可得的UV吸收颗粒的实例为SACHTLEBEN^TM Hombitec RM 130F TN(由Sachtleben公司生产)、ZANO^TM氧化锌(由Umicore公司生产)、NanoZ^TM氧化锌(由Advanced Nanotechnology有限公司生产)以及AdNano Zinc Oxide^TM(由Degussa公司生产)。UV吸收颗粒可以以占所述聚合物层的重量的约0.01重量％至约85重量％的负载量存在。在更具体的实施方案中，无机UV吸收颗粒以占所述聚合物层总重量的约0.1重量％至约50重量％的负载量存在。在具体的实施方案中，所述聚合物层包含无机UV吸收剂、HALS以及可任选的有机UV吸收剂。
在一些具体的实施方案中，所述的聚合物内层不含有任何有机UV吸收剂、无机UV吸收剂或HALS添加剂。在其他具体的实施方案中，所述的聚合物内层可以包含其总量占所述聚合物层的总重量的大于0至约0.5重量％的有机UV吸收剂和HALS。所述的聚合物内层还可以包含其量为所述聚合物内层总重量的0至约0.5重量％的无机UV吸收剂。
任何层都可以进一步包含抗氧化剂。可以使用的具体的抗氧化剂包括受阻酚、亚磷酸盐、磷酸盐和芳香胺。
任何层都可以进一步包含颜料或染料。可以使用不会显著不利地影响整个聚合物带材的所需性能的合适的颜料或染料。在具体的实施方案中，聚合物带材的至少一层(通常为聚合物外层)是有颜色的，这样可以与由所述聚合物带材支承的GRM的颜色接近。通常，所述颜色为除了黑色或深灰色以外的颜色，特别是灰度级以外的任何颜色。有色的聚合物层不必是均一的颜色；还可以预计颜色的图案(例如伪装物)。在具体的实施方案中，所述的聚合物带材可以具有鲜艳的颜色，如CIELAB色坐标所述，可以具有例如红色、黄色、绿色、蓝色、它们的混合、以及它们与白色或黑色的混合。优选的一组颜色和色调为褐色(与土壤类似)、黄色(与沙类似)、灰褐色(与泥类似)、乳白色(与集料类似)、浅灰色(与混凝土类似)、绿色(与草类似)和多种颜色的外观(其为染色的、有斑点的、有纹理的、有点缀的或大理石花纹状的)。这种颜色具有使得CCS可以用于CCS是可见(即，没有被隐藏或被填料遮盖)的应用中的有利特征。例如，CCS可用于其外层是可见的平台中，而且可以被染成与环境相调和的颜色。在其他特定的实施方案中，所述的聚合物带材含有颜料或染料，但是不含有炭黑。通常，为了达到应用的目的，炭黑被认为是UV吸收剂而非颜料。
聚合物层可以进一步含有填料。聚合物层可以含有占该聚合物层总重量的约1重量％至约70重量％的填料。在其他实施方案中，所述的聚合物层包含占该聚合物层总重量的约10重量％至约50重量％的填料，或约20重量％至约40重量％的填料。
所述填料可以为纤维、颗粒、薄片或晶须(whisker)的形式。所述填料的平均粒径为小于约50微米。在其他实施方案中，所述填料的平均粒径为小于约30微米。在其他实施方案中，所述填料的平均粒径为小于10微米。
多种材料可以用作填料。在一些实施方案中，所述填料选自：金属氧化物、金属碳酸盐、金属硫酸盐、金属磷酸盐、金属硅酸盐、金属硼酸盐、金属氢氧化物、二氧化硅、硅酸盐、铝酸盐、铝硅酸盐、纤维、晶须、工业灰、混凝土粉末或水泥、以及天然纤维(例如，洋麻、大麻、亚麻、苎麻、剑麻、印刷纤维(newprint fiber)、造纸污泥、锯屑、木粉、碳、芳纶纤维或它们的混合物)。
在其他具体的实施方案中，所述填料选自：碳酸钙、硫酸钡、白云石、三水合氧化铝、云母、斑脱土、高岭土、硅灰石、粘土和它们的混合物。
还可以对所述填料进行表面处理，以增强其与聚合物层中所使用的聚合物的相容性。在具体的实施方案中，所用表面处理剂包括胶黏剂或偶联剂，其选自：脂肪酸，酯，酰胺，它们的盐，含有聚合物或低聚物的硅树脂，以及诸如钛酸盐、硅烷和锆酸盐之类的有机金属化合物。
在其他具体的实施方案中，所述填料的导热率高于聚合物层中的聚合物的导热率。通常，在热的天气中，在导热率较低的聚合物层中，由于对流和对直射日光的吸收使得聚合物层的温度相对于附近的空气显著地升高(即，聚合物层的温度将比空气温度高30℃以上)。如果聚合物层具有高的导热率，则它的温度相对于附近空气的温度只是稍微升高(即，比空气温度高约1℃至30℃)。根据Arrhenius型加速动力学，该升高的温度可以加速聚合物的降解，此外，这种升高的温度还会加速添加剂的蒸发、水解和/或抽提。由于大多数聚合物(特别是MDPE和HDPE)具有较低的导热率，所以由热导致的加速降解会不利地影响到使用这些聚合物的土工制品(特别是CCS)的寿命。令人惊奇的是，已经发现，当矿物填料与这些聚合物混合时，聚合物的导热率和热容会升高。这会显著地降低由热导致的加速降解的速率，从而使得寿命得以延长，并且对UV引起的降解具有更高的稳定性。此外，导热率的提高往往会改善处于机械负载和UHH条件下的耐蠕变性能。导热率的提高对于在CCS的表面温度超过70℃或更高的区域中的土工应用而言是特别重要的。通常，地球上位于赤道以北42纬度和赤道以南42纬度之间的高温地区具有这种温度极限。此外，导热率的提高还会降低降解(其通常具有Arrhenius一级加速动力学)的程度。在具体的实施方案中，聚合物层包含导热率高的填料，该填料选自：金属碳酸盐、金属硫酸盐、金属氧化物、金属、金属包覆的矿物和氧化物、铝硅酸盐和矿物填料。
加入矿物填料还会降低聚合物的CTE。在降低CTE方面，晶须和纤维是最有效的。向聚合物层中引入矿物填料还会改善聚合物层的加工性能。熔体中存在有填料时，会在熔融捏合、挤出和成型的过程中通过降低扭矩而减少热生成。这在熔融捏合的过程中是特别重要的，熔融捏合过程是产热过程，该过程可以使聚合物降解。令人惊奇的是，当引入了填料时，相对于未加填料的HDPE或MDPE，仅需要较少的机械能就可以对单位质量的化合物进行熔融捏合，因此每单位功率的相对生产量增加，并且沿着挤出机所述化合物中的热生成减少。此外，在混合和挤出过程中对剪切的抗性低于HDPE。结果，产生了较少的凝胶，并且较少发生聚合物的降解。这能够在挤出机具有相同扭矩的条件下生产较薄的带材，并因此提高了产率(其通过每单位时间的单位长度来测定)。
此外，令人惊奇地发现，当聚合物层包含矿物填料并包含UV吸收剂或HALS中的任意一者时，会产生协同效应，从而使得UV吸收剂或HALS的损失速率和降解速率均降低。由于矿物填料使得导热率提高，上述协同效应有助于减少聚合物层中的热生成。
聚合物层可以进一步包含阻挡颗粒(barrier particle)。所述阻挡颗粒为具有高的阻挡性能(barrier property)的无机颗粒。术语“阻挡性能”是指无机颗粒具有的以下方面的能力：(1)降低添加剂由聚合物层向其周围环境中扩散的速率，(2)降低诸如水、质子和氢氧根离子之类的水解试剂由周围环境向聚合物层中扩散的速率，和/或(3)减少自由基和/或臭氧在聚合物层内的生成/迁移。在聚合物带材的寿命期限内，添加剂损失的主要原因是由于扩散、冲蚀、水解或蒸发。添加剂的这种扩散或降解取决于(除其他原因外)：添加剂的分子量、主链的结构、在聚合物基质中的可混合性、离子的存在情况、以及温度。因此，改善聚合物带材的阻挡性能将改善聚合物带材的耐久性。优选的是，阻挡颗粒为纳米颗粒。在具体的实施方案中，阻挡颗粒选自：粘土、有机改性的粘土、纳米管、金属薄片、陶瓷薄片、金属包覆的陶瓷薄片、以及玻璃薄片。优选的是，阻挡颗粒为每单位质量的表面积达到最大的薄片。包含阻挡颗粒的聚合物层的特征在于：相对于不具有阻挡颗粒的聚合物层，在包含阻挡颗粒的聚合物层中所述添加剂的抽提、蒸发和水解的速率均减慢。阻挡颗粒可以以占聚合物层重量的约0.01重量％至约85重量％的负载量存在。在更具体的实施方案中，阻挡颗粒可以以占聚合物层的约0.1重量％至约70重量％的负载量存在。包含阻挡颗粒的聚合物层对分子量低于约1000道尔顿的分子的透过性，比由相同组合物制成的、但不包含阻挡颗粒的聚合物带材的透过性低至少10％。包含阻挡颗粒的聚合物层对分子量低于约1000道尔顿的分子的透过性，比由HDPE制成的、但不包含阻挡颗粒的聚合物带材的透过性低至少25％。
需要注意的是，每个聚合物层都包含聚合物。在具体的实施方案中，所述聚合物选自HDPE和中密度聚乙烯(MDPE)。在其他实施方案中，与原始的聚乙烯相比，所述聚合物本身具有改善的耐UHH性能。所述的这种聚合物选自：(i)乙烯-丙烯酸酯共聚物和三元共聚物；(ii)乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物和三元共聚物；(iii)丙烯酸酯共聚物和三元共聚物；(iv)脂肪族聚酯；(v)脂肪族聚酰胺；(vi)脂肪族聚氨酯；它们的混合物；它们与至少一种聚烯烃的混合物。市售可得的乙烯-丙烯酸酯共聚物和三元共聚物包括Elvaloy^TM(由Du-Pont公司生产)或Lotryl^TM(由Arkema公司生产)。在具体的实施方案中，聚合物带材中的每个聚合物层都由相同的聚合物制得。
聚合物层可以进一步包含增大摩擦力的整体结构。摩擦力的增大会减小聚合物带材相对于它所支承的GRM的移动。这种增大摩擦力的结构通常是通过模压形成的。该结构可以包含以下图案，该图案选自：带纹理的图案、压花图案、孔眼、指状延伸、毛发状延伸、波纹状延伸、共挤出线条、点、粗糙图案、以及它们的组合。
所述的聚合物带材的总厚度可以为约0.1mm至约5mm，总宽度为约10mm至约5,000mm。通常，HALS、有机UV吸收剂和无机UV吸收剂在聚合物外层中的平均浓度，比HALS、有机UV吸收剂和无机UV吸收剂在贯穿整个带材(即，包括聚合物内层)中的平均浓度高大约1.2倍至约10倍。
上面描述了用于制造本公开CCS的聚合物带材的若干实施方案。所述的聚合物带材可为单层或多层带材。在具体的实施方案中，所述的聚合物带材具有至少一个聚合物内层和至少一个聚合物外层。所述的聚合物外层暴露于直射的日光下，而聚合物内层则没有暴露于直射的日光下。在其他具体的实施方案中，所述的聚合物带材具有两个聚合物外层。如上文所述，每个层都包含耐UHH的聚合物、添加剂、填料和/或阻挡颗粒。现在，进一步描述若干具体的实施方案。
一个具体的实施方案为单层耐UHH的聚合物带材。该聚合物带材包含聚合物、UV吸收颗粒和HALS。所述聚合物可以为聚烯烃或耐UHH聚合物以及它们的组合。所述的聚合物带材可以进一步包含填料、颜料、染料和/或阻挡颗粒，从而确保聚合物在UHH条件下稳定。所述的聚合物带材具有鲜艳的颜色。即使包含多种添加剂，所述的聚合物带材的颜色主要由用于形成颜色的颜料或染料来决定。
在另一具体的实施方案中，所述的耐UHH的聚合物带材为多层带材，并且具有至少一个这样的层，该层包含至多100％(w/w)的MDPE或HDPE、至多50％(w/w)的线型低密度聚乙烯(LLDPE)、至多70％(w/w)的填料、0.005％至5％(w/w)的选自UV吸收剂和HALS的添加剂、以及0.005％至50％(w/w)的阻挡颗粒。
在另一具体的实施方案中，所述的耐UHH的聚合物带材为多层带材，并且具有至少一个这样的层，该层包含至多100％(w/w)的MDPE或HDPE、至多100％(w/w)的乙烯-丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的共聚物或三元共聚物、至多70％(w/w)的填料、0.005％至5％(w/w)的选自UV吸收剂和HALS的添加剂、以及0.005％至50％(w/w)的阻挡颗粒。
在另一具体的实施方案中，所述的耐UHH的聚合物带材为多层带材，并且具有至少一个包含聚合物、填料、以及UV吸收剂或HALS中任意一者的层。该层可以进一步包含0.005％至50％(w/w)的阻挡颗粒。相对于包含相同的添加剂和具有相同尺寸的HDPE层而言，所述的层中UV吸收剂的抽提、蒸发和/或水解速率都至少降低10％。
本公开提供了用于制造所述的聚合物层和/或带材的方法。该方法包括将至少一种聚合物与至少一种添加剂在挤出机中熔融捏合的步骤。所述的挤出机可以为多螺杆挤出机，特别是双螺杆挤出机。在其他实施方案中，所述的挤出机为共旋转双螺杆挤出机，特别是其特征为L/D的比值为约20至50的共旋转双螺杆挤出机。所述的挤出机可以装配有至少一个侧面进料器、至少一个排气口(用于除去水蒸气和空气)、以及可任选的真空排放口(用于排出挥发性单体和气态化合物)。然后，将所得混合物向下游泵出，从而形成膜、带材、片、小球、颗粒、粉末或挤出制品。
可以制备包含多种添加剂的母料，其中母料是指聚合物载体中的所有添加剂或部分添加剂的浓缩后的分散体和/或溶液。将添加剂母料由漏斗供入到挤出机中，并与组合物中的其他成分一起熔融捏合。然后，将挤出机中的熔融物向下游泵入专用的混合区中。然后，将填料由顶部或侧面供料器供入到混合区中。夹带的空气和吸附的湿气通过排气口排出。将所得的混合物进一步熔融捏合，直到大部分的团块都不再成团并且填料均匀地分散在混合物中为止。夹带的挥发物和/或副产物可以通过可任选的真空排放口排出。然后，将所得物泵送通过模具，从而形成小球或带材、或直接形成最终的聚合物带材。可供选用的其他方式是，可以在第二挤出机中或在成型机中将所得的小球再次熔融，然后成型。
在另一步骤中，在聚合物层和/或聚合物带材中形成增大摩擦力的整体结构。所述结构可以通过模压、冲压或挤出来形成。特别是，可以用压光机进行压花来形成压花。
现有技术中的聚合物是在反应器中制得的。反应器能够将少量单体结合到一种主链中。但是，在反应器中制备聚合物不同于在挤出机中制备聚合物。反应器能够制备耐UV的聚合物，例如乙烯-丙烯酸酯共聚物和三元共聚物、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物和三元共聚物、丙烯酸酯共聚物和三元共聚物。但是，反应器不能制备强耐热性聚合物与耐UHH聚合物的精细分散的共混物。反应器不能分散纳米颗粒或填料。特别是，难以将填料均匀地分散在反应器中。然而，可以容易地将填料、纳米颗粒和一种以上的不同聚合物均匀地分散在挤出机中。挤出机技术能够进行几乎无限的混合。共旋转多螺杆挤出机，特别是共旋转双螺杆挤出机，能够非常精细地分散细颗粒和不同的聚合物。不进行这种彻底的混合，所得聚合物的短期性能和长期性能都是较差的。
三维格室加固体系是由多根耐UHH的聚合物带材制成的。总体而言，每根带材看起来都呈现具有峰和谷的波纹状图案。一根带材的峰与另一根带材的谷连接，由此形成了蜂巢状的图案。换言之，将所述带材彼此平行叠放，并通过多个分离的物理接合部位而相互连接，其中所述的物理接合部位通过未连接的部分而彼此间隔开。所述的物理接合部位可以通过焊接、接合、缝合或它们任意的组合来形成。在具体的实施方案中，所述的物理接合部位是通过超声波的方法焊接的。在其他实施方案中，所述的物理接合部位是通过无压超声波的方法焊接的。在各实施方案中，相邻的物理接合部位之间的距离为约50mm至约1,200mm。
本公开的聚合物带材具有多种所需的性能。通过加入填料，所述的聚合物带材具有改善的导热性以避免温度升高并改善焊接性能。所述填料还能够降低CTE，由此可以获得改善的尺寸稳定性。通过加入阻挡颗粒，减少了添加剂的抽提和/或蒸发，并减少了湿气、质子或氢氧根离子向聚合物带材中的进入。通过使用UV吸收剂颗粒，可以获得能够保留长达100年的改善的耐UV特性。
本公开的CCS具有改善的焊接强度和耐久性。与由原始HDPE和负载量相同的添加剂构成的聚合物带材相比，所述的焊接强度高出至少10％。当将焊接后的带材进行长期负载时，它们的失效率比由原始HDPE和负载量相同的添加剂构成的焊接带材的失效率低至少10％。此外，焊接循环比由原始HDPE和负载量相同的添加剂构成的聚合物带材的焊接循环快至少10％。当采用超声波焊接时，由于聚乙烯的密度、结晶度和摩擦系数均较低而使得聚乙烯相对来说难以通过超声波焊接来进行焊接，所以这种改善的焊接能力是非常有意义的。
重要的是保护焊接位置不发生劣化。在CCS中，焊接位置是相对不牢固的点，并且一旦一个焊接位置失效，则它的负载便转移给其他的焊接位置，从而增大了这些焊接位置的负载，并增大了这些焊接位置也发生失效的可能性。使焊接位置具有提高的焊接强度会防止上述情况发生。
本公开的CCS具有较低的抽提、蒸发或水解速率。当在环境温度下、在水中进行为期约6个月至24个月的抽提时，与厚度相同的、并且在整个HDPE带材中HALS和UV吸收剂的平均浓度都相同的HDPE带材(与本公开的CCS中的层相比)相比，本公开的CCS的层中HALS和/或有机UV吸收剂的抽提速率低至少10％。聚合物中的残留量可以通过GC、HPLC或类似的方法来测定。
通过对ΔE颜色变化以及弹性损失(通过断裂伸长率来测定)进行测定，与厚度相同的、并且在整个HDPE带材中HALS和/或有机UV吸收剂的平均浓度都相同的HDPE带材相比，CCS中的降解速率至少低10％。
在以下非限定性的实例中将进一步说明本公开，应该理解的是，这些实施例只是说明性的，本公开不受本文所列出的材料、条件、工艺参数等的限制。除非另作说明，否则所有的比率均为重量百分率。
实施例
实施例1
制备5种耐UHH的混合物(INV1-INV5)和1种参照混合物。它们的组成示于表1中。此外，每种混合物都包含0.5％的TiO₂颜料(Kronos ^TM2222，由Kronos公司生产)和0.2％的PV Fast Brown HFR^TM褐色颜料(由Clariant公司生产)。将聚合物、添加剂和颜料供入到共旋转的双螺杆挤出机(其在100-400 RPM、桶温为180至240摄氏度的条件下运行)的主漏斗中。将聚合物熔融，并在至少一个捏合区中分散添加剂。填料由侧面供料器提供。水蒸气和气体由大气排气口排出，所得的产物在拉条切粒机中制粒。
表1 聚合物的组成