CN101775226A - 制造人工草皮结构填充材料的方法、材料和人工草皮结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造用于人工草皮结构的粒状填充材料的方法，其提供由椰子基材材料构成填充物的热塑型材料的基体，将所述由椰子基材材料构成填充物的热塑型材料的基体进行颗粒化以获得上述粒状填充材料。优选地，该热塑材料为粒状，该椰子基材材料为粒状纤维状、碾碎状、和/或切碎状。将该热塑材料和椰子基材材料混合后获得的混合物进行加热，以软化热塑材料，相应地形成加入作为填充物的椰子基材材料的热塑型材料的基体。

Description

制造人工草皮结构填充材料的方法、材料和人工草皮结构
技术领域
本发明涉及用于人工草皮结构的填充材料或者填充物，以及涉及相应的人工草皮结构。
背景技术
文献EP-A-1158099描述了一种用于人工草皮结构的粒状填充材料，该结构由基本均质的粒状材料组成，该粒状材料从聚烯烃基材料和乙烯聚合基材料构成的组中选择。
上述文献中描述的技术方案已经形成了众多改进的方案，例如：EP-A-1371779、EP-A-1375750、EP-A-1319753、EP-A-1389649、EP-A-1486613、EP-A-1555522、EP-A-1658886、EP-A-1801292、EP-A-1803841、EP-A-1889954和EP-A-1892331，这些文献均是以本申请持有者的名称申请的。
已众所周知，人工草皮结构包括具有许多纤维状形成物的一层底层和粒状填充材料，该纤维状形成物由底层延伸以模仿自然草皮，以及该粒状填充材料散布于该纤维状形成物之间以保持该纤维状形成物处于基本竖直状态。关于这方面的综合论述可以从，例如，文献US-A-4337283中找到。
诸如沙子这样的材料或相似的矿物材料成为上述草皮结构填充物的首选材料之一。
这些填充材料成本低，但也伴随着许多缺点，例如：用于模仿自然草皮叶片的纤维状形成物(通常由合成材料构成，例如聚丙烯和各种各样的聚合物)有显著的磨损，以及其总体而言令人不满意的生物机械特性。并且，这些材料具有吸湿作用，从而例如使纤维状形成物的特性表现为对湿度非常敏感(还由于完全不同的踏面(脚印)情况，纤维状形成物对可能形成的潮湿的区域和干燥的区域非常敏感)。通常，这些材料对雨水及其类似物呈现出令人不满意的特性，可能形成滞水区域，和/或填充材料有可能被雨水冲走。
为了克服这些缺点，已提出多种多样的替代方案。
第一套方案，例如文献US-A-4337283或US-A-5958527中所记载，在砂子中混入其他理论上兼容材料(compliant material)。例如，文献US-A-4337283中引用了泡沫PVC，粒状软木屑，碎片状的泡沫聚亚安酯材料，来自碾碎轮胎的材料(所谓的“废轮胎橡胶”——GTR)，橡胶颗粒和合成聚合物颗粒。文献US-A-5958527提到了橡胶微粒、蛭石、软木屑、泡沫塑料材料，黑色或彩色的EPDM橡胶，与沙子一起使用，形成具不同成分的层状分布的材料。文献US-A-5961389描述了实质上相似的方案(然而，关于运动用品，它没有由纤维状形成物所提供)，而US-A-4735825，引述了软木屑的加入。
日本文献JP-A-3253204描述了层状填充材料，包含“硬”填充材料底层，例如沙子，以及弹性填充材料顶层，该弹性材料由硫化橡胶颗粒，聚氨基树脂，及其相似物构成，其密度为0.9-1.5，该密度比由沙子构成的硬填充材料的密度低。
如前所述的填充材料的一个固有缺点在于它们是不均质性的材料。
在层状填充材料的例子中，立即可注意到，当运动员(经常穿着带防滑钉的鞋子)使用人工草皮结构的制品奔跑、跳跃、滑行、加速或者刹停时，导致出现填充物的移位和混合，因而原来铺设在不同成分的层中的材料就会慢慢地失去层状特性。
非均质性还由于各种成分的具体质量/密度的不同而被表现出来。尤其，轻质材料例如软木屑或者泡沫材料(如US-A-4337283所描述的，其固有密度低，例如0.15g/cm3-0.31g/cm3，)会有可能漂浮在雨水上，从而发生位移离开原来铺设的位置。如果考虑用于体育活动的表面，例如用于踢足球的球场场地地面，被有意地制成为些微突起，以利于雨水泻出，则上述现象将更加明显，这是因为引起了场地的中心部分迟早会缺少填充物中的轻质材料，这种轻质材料浮于雨水上而逐渐被冲刷至球场的边缘。
另一种克服矿物填充物缺点的方法是涂覆颗粒。例如，EP-A-0377925描述了由密度为1.4至1.6g/cm3的硅砂制成的填充材料，其上涂覆有人造橡胶或弹性体混合物，例如自然橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶或丁腈橡胶，或上述组合，从而涂覆物的重量将占材料总重量的0.2％-10％。
这种方案在一定程度上解决了关于填充物磨损性的问题，但是没有解决关于人工草皮结构的令人不满意的生物机械特性的问题。
一项广泛的研究致力于可循环轮胎材料(GTR)的使用，如作为人工草皮结构填充物。这种方案也由于材料的广泛存在以及低成本，取得了相当大的商业上的成功。
但是，由于环境保护问题，已有反对使用该材料的意见提出：事实上，具有碳黑填充物的材料被认为是污染物质，在该碳黑填充物中在任何情况下都会存在轮胎(carcass)残余物和金属材料的线材。其他反对意见涉及气味排放(主要关于刚才讨论的材料散发的硫磺)，且此外，由于所述填充物的黑色的颜色，使其容易达到非常高的温度，尤其在光照多的国家。另外，应当注意的是，该材料易于表现出卓越的弹性性能，以至于对人工草皮结构的生物机械性能产生负面效应。其次，由于比重与水相近，在任何情况下，该填充物易受到漂浮于水上和被雨水冲走的危险。
出于这个原因，诸如文献US-A-5976645提出了所述轮胎材料与其他硬质材料结合一起使用的方案，其他硬材料例如有沙子，或者诸如自然或合成橡胶这样的相兼容材料。诸如文献US-A-5958527和US-A-4337283等提出了将可循环橡胶材料和沙子混合或用某种方法将它们结合，以降低其过分的弹性性能。
其他文献，例如US-A-3731923和JP-A-10037122则将侧重点转移至合成树脂的微粒的使用，合成树脂例如有聚酯、聚丙烯、聚乙烯、尼龙6或尼龙66(均是相当轻质的材料，密度为0.75g/cm3左右，明显有漂浮于雨水上的危险)，又即，诸如聚氨酯树脂、合成橡胶、自然或乙烯橡胶，及其相似物的材料，这些材料密度在1.8-3.5g/cm3左右。
在这种情况下，文献EP-A-1158099将其方案描述为，保留了其所参考的后者方案的积极方面，且避免了其缺点。
关于填充材料的其他改进被记录在WO-A-2006/109110和WO-2007/010234中。
这些方案提出了将椰子和/或其他相似的纤维状、碾碎状和/或碎片状的植物材料用作基础的植物材料填充物。所述材料可以和其他植物原料一起使用，这些植物原料取源自灌木和植物的树皮，以及从植物上获得的自然纤维，例如龙舌兰纤维，尤其是剑麻和卡尼帕植物(canapa)纤维。其中提出了可以在椰子基材材料(椰子为基础的材料)中混入诸如沙子这样的硬质材料，形成可能的叠加层的结构。其还提出了可以与泥煤或其他自然有机材料混合，这些自然有机材料源自植物的残余物、可以与例如橡胶这样的弹性粒状材料混合、可以与例如火山砾、浮石、及其类似物的火山爆发得到的粒状的多孔材料混合的方案。
这种方案，以及之前类似的如文献DE-U-20309789所提出的方案，都通过使用椰子基材材料而受益，椰子基材材料例如可取源自于植物和/或椰子水果的某些部分，即，椰子纤维或者椰子泥煤。上述方案还因为所用材料源自自然这一事实而受益，因为这样可以给其增加生态学的内涵。
无论如何，这个生态学的特性由于需要添加用来提供颗粒防火性能，和/或防止霉菌，真菌和/或细菌群的形成的填充材料物质，而被大幅降低。而且，所述材料的铺设意味着颗粒(powder)的形成和散落，从而填充物颗粒经常会被水弄潮以至于颗粒被溶解，原来组成中的成分被释放。
在每一种情况下，获得的材料是吸湿材料(随之而来的问题是随着大气中的湿度的变化，人工草皮结构的生物机械性可能变化)，以及具有固有的亲水性，其随之而来的问题是一直保持在潮湿状态中，甚至在雨停之后，填充物仍长时间密实(packing)。
发明内容
本发明的目的在于克服上述椰子基材填充材料使用时所具有的固有缺点。
根据本发明，上述目的是通过具有所附的权利要求提供的特征的方法得以实现的。本发明还涉及相应的填充材料和相应的人工草皮结构。
即，提供了这样一种用于人工草皮结构的粒状填充材料，所述粒状填充材料包括所述的方法制成的、填充有椰子基材材料的热塑性材料的基体。
其中所述椰子基材材料具有小于5mm的颗粒尺寸和/或具有如下的颗粒尺寸分布：
0mm-1mm：25-30％
1mm-3mm：40-60％
3mm-5mm：10-25％
提供了这样一种人工草皮结构，包括：
底层1，所述底层具有多个从所述底层1开始延伸以模仿自然草皮的纤维状形成物2；和
粒状填充材料3，所述粒状填充材料3散布在所述纤维状形成物2之间以保持所述纤维状形成物2处于竖直状态，所述粒状填充材料包括本说明书中所有实施例中所述的材料，或所述的材料的各种组合物。
本发明还提供了一种制造用于人工草皮结构的粒状填充材料的方法，包括：
提供包括作为填充物的椰子基材材料的热塑性材料的基体；和
将所述包括作为填充物的椰子基材材料的热塑性材料的基体进行颗粒化，由此获得所述粒状填充材料。
所述提供包括作为填充物的椰子基材材料的热塑性材料的基体包括：
提供微粒状的所述热塑性材料；
提供微粒状的所述椰子基材材料；
混合所述热塑性材料和所述椰子基材材料；
加热这样获得的混合物以熔化所述热塑性材料，生成所述包括作为填充物的椰子基材材料的热塑性材料的基体。
所述包括作为填充物的椰子基材材料的热塑性材料的基体中还添加矿物质填充物和/或色素的成份。
将所述热塑性材料与所述椰子基材料供给至压出机中，以制备所述包括作为填充物的椰子基材材料的热塑性材料的基体。
通过优选为旋转式的切割单元对所述包括作为填充物的椰子基材材料的热塑性材料的基体进行颗粒化，其还包括随后的碾碎步骤，以及优选地对所述碾碎后的材料进行筛选。
在所述进行颗粒化之前，从所述热塑性材料的熔化温度开始，至少部分地冷却所述包括作为填充物的椰子基材材料的热塑性材料的基体。
在一个实施例中，所描述的方案基于对于这样事实的认识，即在目前所知的方案中，纤维状、碾碎状、和/或切碎状的椰子基材材料与条件符合的其它材料混合，该条件是椰子基材料的单个碾碎物和/或切碎的纤维颗粒保持总体上是暴露的，因而易于充分吸收湿气和液体，从而产生前面所提及的缺点。另一方面，在一个实施例中，在本文中描述的方案提出了椰子基材材料被用来为热塑材料的基体(matrix)提供填充物，该热塑材料例如带有聚烯烃和/或热塑弹性基体的材料。由此，椰子基材材料的碾碎状和/或碎片状的纤维颗粒的相当一部分结合于热塑材料中(因此部分或全部覆盖)，从而表现了与外界环境绝缘，且具有稳定性的性能。
附图说明
下面参考附图，通过非限制性实施例对本发明进行进一步的说明，其中：
图1为本发明人工草皮结构的理想的垂直剖面部分的示意图；和
图2为本发明填充物的制造过程原理框图。
具体实施方式
下面所描述的种种具体细节，其目的在于能够对实施例具有深入的理解。而实施例在没有一个或多个特定细节，或者其它方法、组分、材料，等等情况下仍可以实现。其它已知情形、结构、材料或者操作并没有被详细示出或描述，其目的在于不至于使实施例的各方面因此而变得模糊。
本说明书中涉及的“一个实施例”是指与这个实施例相关的具体的构造、结构，或者特征被包括在至少一个实施例中。因此，诸如“在一个实施例中”的表述可能在本说明书的不同部分出现，而并非必须指向同一个实施例。另外，具体的构成、结构或者性质可以在一个或多个实施例中以任何适当的方式进行结合。
本文中使用的附图标记只是为了方便，而不是对保护范围或者实施例的范围进行限制。
在一个整体已知方案的基础上，如图1所示，人工草皮结构包括一层底层1，该底层1被设计成铺在置于衬底G上。该衬底G例如可以是夯实的泥土的衬底，或者砂粒/沙子聚集成块的衬底，这样的衬底上可能涂覆着一层沥青，而在这样的衬底上人工草皮结构处于自由铺设设置状态。
该层底层1(通常被叫作“背衬”)可以由一片塑料材料构成，例如，用诸如SBR乳胶和/或聚氨酯(PU)乳胶这样的乳胶处理过的无纺布。
从该底层1开始向上延伸的是多个纤维状形成物2，该纤维状形成物2通常排列为丛状以更好地模仿自然草皮的草皮叶片。
该纤维状形成物2的末端(指示为2a)锚固于底层1，并且该纤维状形成物向上延伸，根据实际应用，顶端可延伸到例如15至70mm的总长度，该总长度是从底层1的大体延伸平面来测量的。
该底层1和纤维状形成物2的通常制造标准(包括用来将纤维状形成物2的末端2a牢固地锚定于底层1的实施模式)在本领域中已众所周知，以及这些本身对理解发明并不重要，因此不需要在此详细描述。
在人工草皮结构的设置过程中，散布在底层1上，从而位于纤维状形成物2之间的是作为填充物的微粒材料3。该微粒材料3的功能实质上是保持纤维状形成物2处于竖直状态，防止纤维状材料2以不期望的方式平躺倒在底层1上。
该微粒材料3被散布在纤维状形成物2之间，该微粒材料3的数量足以使在填充物3的支撑下纤维状形成物2的顶梢伸展至一定长度，从而该纤维状形成物2的顶端开始从填充物3的上表面伸出5-20mm的长度。
在该讨论的示例性实施例中，微粒材料(或粒状材料，在此使用的这两种术语实质上是相同的)3是均质的材料，由实质上彼此相同的颗粒组成，目前微粒材料3是热塑材料基体颗粒化而来的，该热塑材料基体包括由椰子基材材料组成的填充物，下文将对此进行更详细地描述。
在一种使用方式中，微粒材料3被散布在底层1上并且以大体上一致的方式散布于纤维状形成物2之间，不会产生具有区别特征的叠加层。
另一方面，此处描述的微粒填充物还可适于按以下方式被使用在人工草皮结构中，其中：
——填充物按层分布，其中至少一层包括此处所述的由椰子基材材料组成的填充物，置于例如沙子层上以起到稳固或压载的功能；和/或
——具有由此处所述的椰子基材材料组成的填充物的材料与不同的微粒材料混合，该不同的微粒材料例如有涂覆包裹了聚亚安酯的橡胶GTR。
上下文中所使用的“椰子基材材料”的表述采用的是其最广泛的意义，包括，例如植物的部分(如树皮)和/或椰子果实(椰子壳、外壳、果肉)，椰子纤维，和所谓的“椰核纤维”。这些获自椰子壳、椰子纤维、椰核纤维的材料和上述其他材料可以彼此混合使用。这些椰子基材材料一般习惯上被标识为“椰壳纤维制品(coir product)”
图2所示的框图中，如前所述，附图标记数字10表示提供任何已知的椰子基材材料的设备。
在一个实施例中，设备10可以是提供加工椰子材料为基础的压缩块的机器，该机器能够打碎/切碎所述压缩块，提供椰子基材材料。在一个实施例中，设备10可以是分配器以颗粒形式提供椰子基材材料。
例如，由压缩块破碎而来的材料，即已可用的颗粒状材料，可以呈现以下类型的颗粒尺寸分布：
0mm-1mm：25-30％
1mm-3mm：40-60％
3mm-5mm：10-25％。
设备10中提供的椰子基材材料向混合器12提供颗粒状(纤维状、碾碎状、剁碎状、和/或切碎状)材料，在一个实施例中，该混合器12进行第一个动作：加热混合材料。另一供应设备14(也是已知类型的)还向混合器12提供热塑性材料，该热塑性材料可从例如聚烯烃基材料(例如，聚乙烯，聚丙烯)和/或SBS或SEBS热塑性弹性体(或者，通常情况下，符合ISO18064标准的热塑性弹性体)所构成的组中选取。
附图标记16，如前所述，表示混合器12能够接收其他组分(例如，如碳酸钙、色素等矿物质填充物)的辅助的通道，这些组分被添加到供应设备14提供的热塑性材料及设备10提供的椰子基材材料中产生混合物，而该混合物被供给压出机18，该压出机18被提供有整体地被表示为20的(已知类型的)加热装置。
在压出机(或功能等同的装置)18中，来自混合器12的非均质混合物在设备14提供的热塑性材料能够熔化(软化)的温度范围内被加热(或者连续地被加热)，所述混合物还被压实。
例如，上述温度可以从100至130℃，因而其总体效果为形成热塑材料的基体(母体)，该基体将椰子基材材料的颗粒包入其中。
由于包覆效应，椰子基材材料的温度也达到(通常高于100℃)全效的杀菌温度，能够不用在霉菌、细菌和细菌群的形成基础中使用的试剂，不必要采取添加对填充物的“生态学”性质有不利影响的化学试剂。
随后，对含有作为填充物的椰子基材材料的热塑材料的基体进行颗粒化操作。在一个实施例中，优选地，此步骤发生于冷却设备22的冷却步骤之后，从而使前述热塑材料的基体进行至少充分的凝固。
颗粒化操作可以通过切割单元24，例如旋转式切割机(同样是已知类型，作为系统的其他部件被示意性地标注在图2中，因而在此不需要进行任何细节的描述)实现。
在一个实施例中，颗粒化分几步完成，首先在压出机18的输出端进行粗糙地破碎，接着进行碾碎和筛选。
这样获得的粒状材料可以在容器C中收集，由此材料自身可以被打包(例如在大袋子里)从而能够储存和运输到即将铺设地，然后可进行“播种”以形成整体如图1所示的人工草皮结构。
应当理解的是，只要每一个颗粒由带有由椰子基材材料(以及和其他可能的填充物/添加剂)组成的填充物的热塑性材料构成，由此获得的粒状填充物具有同质的实质性特征。由于生产过程颗粒尺寸发生变化，但是每一个颗粒与其他颗粒总体上是相同的。特别地是，加热过程以及随后的热塑材料的软化/熔化过程，引起至少部分的椰子基填充物被热塑材料的基体包覆。因此，椰子基材材料的组分至少部分被热塑材料包覆。
通过举例说明，例如，一可能的形成物，用从混合器12开始直到压出机18的过程所提供的混合物的重量百分比来表示如下：
——热塑材料：20-40wt％
——椰子基材材料：10-25wt％
——填充物矿石(例如碳酸钙)：45-55wt％
——添加剂(热塑剂、抗静电添加剂)：5-10wt％
——色素：2-4wt％
对于压出机18中成形的带有填充物的基体进行颗粒化所产生的材料，它的吸湿作用明显低于具有同样重量组分的那种材料，在那种材料中椰子基材材料与热塑材料(不同的颗粒的非均匀混合：例如，椰子基材材料颗粒与热塑材料颗粒混合)只简单混合且不作为填充物包覆在热塑材料中。
作为直接参考，申请人已经进行了关于吸水的对比实验，比较下列材料的吸水率的值：
A)符合之前所描述的重量份的组分的混合物(异质的)；和
B)也从这样一种混合物获得，但其中对带有由椰子基材材料构成填充物的热塑材料的基体进行颗粒化获得的粒状材料(同质的)。
换句话说，将供给混合器12的组分的混合物的吸水率的值，和由压出机18输出端粒化而来的粒状材料的吸水率的值进行比较。
试验分别以100g样本进行，逐渐加入水直至样本吸收能力饱和。
在混合物A)的实验中，加入水至160-170g时出现饱和。
在材料B)的实验中，加入水至80-90g时出现饱和。
因此，材料B)表现出的吸水率大约等于混合物A)的吸水率的一半。
当然，在不违背本发明的基本原则下，可对在此仅以非限制性例子示例的结构细节和实施例进行改变，甚至进行显著改变，而不脱离如所附的权利要求所限定的本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种制造用于人工草皮结构的粒状填充材料的方法，其特征在于，包括：
提供包括作为填充物的椰子基材材料的热塑性材料的基体；和
将所述包括作为填充物的椰子基材材料的热塑性材料的基体进行颗粒化，由此获得所述粒状填充材料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括：
提供微粒状的所述热塑性材料；
提供微粒状的所述椰子基材材料；
混合所述热塑性材料和所述椰子基材材料；
加热这样获得的混合物以熔化所述热塑性材料，生成所述包括作为填充物的椰子基材材料的热塑性材料的基体。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述包括作为填充物的椰子基材材料的热塑性材料的基体中还添加矿物质填充物和/或色素的成份。
4.如前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，将所述热塑性材料与所述椰子基材料供给至压出机中，以制备所述包括作为填充物的椰子基材材料的热塑性材料的基体。
5.如前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，通过优选为旋转式的切割单元对所述包括作为填充物的椰子基材材料的热塑性材料的基体进行颗粒化，其还包括随后的碾碎步骤，以及优选地对所述碾碎后的材料进行筛选。
6.如前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，在所述进行颗粒化之前，从所述热塑性材料的熔化温度开始，至少部分地冷却所述包括作为填充物的椰子基材材料的热塑性材料的基体。
7.如前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述热塑性材料是选自包括聚烯烃基材料、热塑性弹性体及其组合的组。
8.一种用于人工草皮结构的粒状填充材料，其特征在于，所述粒状填充材料包括由权利要求1至7任意一项所述的方法制成的、填充有椰子基材材料的热塑性材料的基体。
9.如权利要求8所述的粒状填充材料，其中所述椰子基材材料具有小于5mm的颗粒尺寸和/或具有如下的颗粒尺寸分布：
0mm-1mm：25-30％
1mm-3mm：40-60％
3mm-5mm：10-25％
10.一种人工草皮结构，包括：
底层(1)，所述底层具有多个从所述底层(1)开始延伸以模仿自然草皮的纤维状形成物(2)；和
粒状填充材料(3)，所述粒状填充材料(3)散布在所述纤维状形成物(2)之间以保持所述纤维状形成物(2)处于竖直状态，所述粒状填充材料包括如权利要求8或9所述的材料。
11.如权利要求10所述的人工草皮结构，其中所述粒状填充材料完全按照如权利要求8或9所述的材料组成。
12.如权利要求10所述的人工草皮结构，其中：
所述粒状填充材料呈层状设置，且至少一层包括如权利要求8或9所述的材料；和/或
如权利要求8或9所述的材料混合有与其不同的粒状材料。
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