CN1572974A - 一种用于合成草皮结构的填充材料，相应的合成草皮结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种用于合成草皮结构的微粒填充材料(填料)(1)，包括颗粒(10)，其含有：－回收轮胎材料制成的核(12)；和－包裹所述回收轮胎材料制成的核(12)的塑料材料制成的涂层(14)。

Description

一种用于合成草皮结构的填充材料， 相应的合成草皮结构及其制造方法

本发明涉及一种合成草皮结构并且特别涉及其相应的填充材料(一般称之为“填料”)。

所述的合成草皮结构一般包括一个基体，其上带有若干从该基体延伸的纤维构造，其目的在于模仿自然草皮地面或草皮。分散在所述纤维构造中的微粒填料的主要作用在于使所述的纤维构造本身保持一个基本向上的状态。

这种问题的解决方案已在，如，美国专利US-A-5 958 527或欧洲专利EP-A-1158 099中记录。特别是在后一个以本申请人的名义申请的文件中记录的解决方案，其微粒填充材料(填料)包括一种基本上均一质量的颗粒状塑料材料。

从欧洲专利EP-A-1 319 753中可以得到进一步的所述结构的信息，其中描述了一种从回收组份可能性的角度除去所述合成草皮结构的方法，而且从欧洲专利申请02029021.9和02425398.1中也可以得到进一步的信息，并且这些文件与欧洲专利EP-A-1 319 753一样，是以本专利申请人的名义申请的。

与过去相比，合成草皮越来越被认为是自然草皮的有效替代物，特别是，在那些，由于各种各样的原因(环境条件、高强度使用等等)，自然草皮的维护被证明是关键的领域中，也考虑所述维护中涉及的费用。

例如，已知文件中描述的合成草皮结构用于铺设运动场所，如足球场，美式橄榄球场，网球场，以及五边形橄榄球场。这种类型的合成草皮结构也可以用于铺设田径运动跑道。

已知文件中描述的合成草皮地面的制备方法中，需要考虑各种基本因素。

首先，旨在制造一种在外观上尽可能接近自然草皮外观的合成草皮地面。换句话说，其目的在于避免使合成草皮地面过于显示其本性。其美学外观，并且特别是合成草皮地面的彩色外观，可能也会受其本性和填料的性能影响。实际上，即使在通常情况下，铺设的材料在很大程度上被所述模仿自然草皮的纤维构造隐藏，所述填料的颜色仍会影响合成草皮地面的整体颜色，在绝大多数情况下，颜色效果的目的是尽可能真实地模仿自然草皮的颜色效果。

第二个需要考虑的因素是涉及使用过程中合成草皮地面的磨损。实际上，由于合成草皮地面缺乏自然草皮的再生长机制，合成草皮地面会根据不同的使用情况倾向于不均匀地磨损(或至少被改变)并且在不同的铺设区域易于产生应力。为了便于理解，举一个例子，人们很容易想象，在铺设一地面用于比赛足球的情况下，中间区域和球门区特别容易产生应力，并因而比其它区域如球场的四个角或球门的两侧，更明显地磨损。然后还要考虑到，某些应力还会使填料错位：考虑穿着带有钉子鞋的田径运动员精确利用这些钉子产生的强烈的向前的力或急速减速就够了。通常，当填料受制于这样一种强烈的应力，这种草皮地面的纤维构造对于该填料不能产生精确的定位作用。

在上下文中，重要的是人造地面——并且在所有的填料之上——必须能够使雨水快速流干，避免任何水浸现象，避免形成水坑，以及避免使填料漂浮在水中的危险。

第三个需要考虑的因素与合成草皮地面的铺设紧密相联。一般的做法是首先铺设薄板基体，其上设有模仿自然草皮的纤维构造，然后再在所述草皮上播洒微粒填料。

这种“现场”进行的操作当然对各种关键因素开放。仅把我们的思考限制在几个例子中，在进行微粒填料的播洒之前，通常先对纤维构造有一个预干涉，以便使纤维构造在播洒填料时能够基本上处于垂直状态，其目的在于使所述微粒物质从紧临地面的最低处开始逐渐沉积。另外，每单位表面沉积的微粒物质的准确剂量要求有合适的设备以及，一般来说，熟练的技术人员。在填料是塑料的情况下，还要考虑其它因素，如与播洒填料时的温度有关的因素。

最后，进一步需要考虑的因素既与经济性有关也与环境影响有关。

实际上所设想的首选形式的合成草皮地面，在大多数情况下，所用的填料包括沙子，即，一种毫无疑问具有便宜和易于得到的优势的材料，但是它具有前面考虑到的与使用和实施的所有因素相关的许多缺点。另外，使用沙子(或者含有高含量的沙子的微粒填料)会使人造草皮地面的生物化学特性恶化并且还使摔倒在合成草皮地上的人面临划伤或擦伤的危险。

作为用于合成草皮地面的微粒填料，使用颗粒状塑料填料实际上克服了上面提到的所有缺点，但显然与成本的观点相矛盾。

如果考虑到不仅法定的专业化或半专业化性质的体育团体或组织有兴趣安装合成草皮地面，而且广泛的业余机构对其也有兴趣，那么，上面的考虑就会成为一个决定性因素。

因为这个原因，人们提出并采用了选自回收轮胎材料并且特别是选自汽车轮胎材料得到的材料作为微粒填料颗粒材料。

术语“回收轮胎材料”本身包括一定范围的组份。在绝大多数情况下，它包括弹性体化合物(如SBR)，或多或少的碳黑填料添加剂，根据普通使用的回收技术，所述化合物自身内部可能含有或多或少的各种杂质。例如，这些杂质可能是，当这些轮胎被切割以及粉碎以便生产回收颗粒时，金属残骸产生的金属杂质以及来自轮胎强化构造的金属杂质。

因此，微粒回收轮胎材料作为用于合成草皮地面的填料，在经济意义上的优势是无庸置疑的，它是可以大量易于获得的材料而且是有可抑制的成本，因为它，首先，是易于处理的材料。但是，它在前面考虑的其它方面表现出非常明显的劣势。

首先，其占压倒性优势的黑色(由于所述回收材料的碳黑的高含量)限制了其在大多数场合的应用，因为它会对整个人造草皮地面的颜色外观产生不利的影响。另外，所述的黑色还会导致对太阳辐射的高吸收，从而导致合成草皮地面的过热，直至其达到——在所述的草皮地面——60-65℃的温度，假定空气的温度是28-30℃。

其次，至少在一定的从轮胎回收的材料中，在易受高应力的地方，作用于合成草皮地面的机械应力形成的磨损现象在使用过程中可能导致细颗粒的进一步破碎和/或从具有灰尘特性的微颗粒的细颗粒本身风化，这些细颗粒会被从合成草皮结构以不需要的方式被踢起或扬起。而且，根据机械应力的强度大或小，在合成草皮地面的不同区域会以明显不同的方式发生这种现象。

从所述填料中显现并且可能从中脱落的碳黑——众所周知——是一种很好的颜料。这就是说，任何偶然跌在含有所述填料的合成草皮地面的人，当他起来时会发现在其与地面接触的身体部分以及衣服会或多或少地沾上黑斑。

另外，一个特别不好的因素，从所述填料中释放出的碳黑灰尘(以及可能表现为残留物的金属污染物)很容易被雨水冲进地下，产生几乎不允许的污染物效果，还要考虑到轮胎的残骸可能含有会引起有毒残留物或至少很难与环境相兼容的残留物的金属组份。

最后，重要的是来自回收轮胎的材料，用作合成草皮结构的填料，在开始形成时考虑用于完全不同的用途并且其特征在于相对低的密度(一般在0.9-1.1克/立方厘米之间)，并具有高度的弹性。

这些特性并不利于填料用于合成草皮地面。这些特性中的第一个(低密度)实际上有利于填料在水中的漂浮，结果会有不需要的移位的风险。这些特性中的第二个因素(高度弹性)意味着合成草皮不仅对于走和跑而且对于特定体育的球的弹跳具有过大的弹性。

本发明的目的在于提供一种能够从根本上克服前面描述的关键因素的解决办法。

根据本发明，所述目的因后面的权利要求所限定的特征的填料而达到。本发明还涉及一种相应的合成草皮地面以及所述填料的制备方法。

下面通过非限定的实施例并对照附图对本发明进行说明，其中：

图1表示根据本发明的合成草皮结构的理想垂直横断面的示意图；以及

图2表示图1所示的合成草皮结构所用的填料的制备方法的一个实施例。

图1表示合成草皮地面的结构，其包括一个铺设于底层板G之上的薄板基体1，在通常使用的情况下，底层板G是一个铺有夯实土或沥青垫子的底层板，通常所述合成草皮结构自由铺设于其上。

薄板基体可以由塑料材料制成的薄板如本申请的非织造橡胶织物制成，例如，橡胶，诸如SBR或聚亚安酯橡胶。在刚才讨论的基体面对底层G的一面结合一个泡沫层会有优势，泡沫层可以是如聚亚安酯基材料。

为了更好地模仿自然草皮的草的枝叶，通常在草皮上安排从所述基体1开始向上扩展的许多纤维构造2。

根据设想的应用，纤维组织2固定在基体1的近端，由2a表示，并且向上扩展至远端，从基体1的位于的总平面开始测量，整个长度一般为10-80毫米。当然上面给出的数据纯粹是定向性质。

在此显示的一个典型实施例中，正如通常在大多数的合成草皮地面所产生的那样，远端2b有一个曲折的即“曲线”图案，而不是完全的直线图案。

因此，草皮上安排的纤维构造2具有被称为“树形”的普通形态。

在前面所述的灌木茂密构造中，因此具有以下区别：

-一个“树干”部分，与近端2a相临的部分并且是完全地直线图案；以及

-一个顶部或“树冠”部分，被精确定义为如前所述的带有曲线图案的远端2b。

鉴于前面的文献中已经公开了所述基体1和纤维构造2的实施例的一般标准(包括将纤维构造2的近端2a固定在基体1上的方式以及图1中见到的将远端2b安置-可能的话-成灌木丛的外观)，因此这里无需再详细讨论，还由于它们本身对于理解本发明并不重要。

关于形成纤维构造2(无论是基本上为直线还是本发明显示的树形外观)的材料的选择，优选聚烯烃，如聚乙烯或聚丙烯或，更普遍的，选自所有的适合于易于挤出，拉丝和/或延伸方法，以便形成能模仿自然草皮枝叶外观的纤维的塑料材料。

上述材料的更一般的特征在于其相对容易地通过在其中加入颜料上色，藉此可以进行大量着色，即使合成草皮地面使用长时间后实际上也可以保持不变。

一般而言，在与基体1延展平面垂直的方向测量所得的纤维构造2的绝对和相对尺寸本身对于实施本发明并不特别关键：因此，特定尺寸的选择，无论是绝对值还是相对值，主要取决于所要铺设的地面。

单纯按照实施例所示，关于运动场的扇形区的应用领域，将所述合成草皮地面应用于网球场，倾向于具有较短绒面的特殊实施例，而在足球场或美式橄榄球场的情况，选择倾向于较长绒面的优选实施例。

在基体1的上面，并且在纤维构造2之间，分散有微粒状(或粒状，这里的术语用作同义语)材料，其作为填料3。材料3的功能基本上在于使纤维构造2保持垂直状态，防止其在基体1上以不需要的方式倒下。

微粒填料3以足够的数量分散在纤维构造2之间，以使实际弥漫在灌木丛结构的直线部分的填料3支持纤维构造2。

优选地，所述填料3为基本上均一的材料，以基本上均一的方式分散在基体1上纤维构造2之间，不会形成明显不同特征的叠加层。

填料3的选择，形态的分布(填料3层的厚度或高度，材料的颗粒尺寸等)主要取决于草皮地面的硬度/柔顺特性。

前述合成草皮地面的硬度/柔顺特性可以用形成DIN标准18035/7主题的弹性影响试验来从数量上进行精确表征。所述标准能够定义参数或系数，称为KA(德文“Kraftabbau”即“力的减少”的缩写)。

系数KA基本上，在百分比上，对应于地面承受正常尺寸重物的落下的行为特性与由普通水泥制成的坚硬表面相同载重表征的行为特性之比。

此处描述的解决方案的一个重要特性通过包括在填料3层中的颗粒结构提供。

所述结构通过图2可以更详细地显示，该图给出了包含在所述填料层中的颗粒10的径向横断面的理想视图。

关于颗粒10，它可以基本上分为两个部分：

-核心部分12，由回收轮胎材料的颗粒组成，一般直径为0.4-2毫米，和

-一个外涂层14，包裹(实际包封)所述核12，所述涂层14由塑料材料制成。

典型的塑料一般为基于聚烯烃，乙烯聚合物和/或热塑橡胶的热塑料。

制造颗粒10的核心部分12的普通标准在现有文献中已经采用的解决方案中广为人知，作为合成草皮地面的填料的应用，采用“回收轮胎材料”。

如已所述，这种表述本身可理解成包括各种可能的构造，但基本上是单一的，无论是作为组份(通常为弹性体化合物，如通常用于制造轮胎的SBR，以及特殊的汽车轮胎，一般包含碳黑填料并且通常含有或多或少的各种百分比的杂质，如被压粉碎的金属残留物)还是与用于合成草皮地面的填料可能应用相联系的问题。

对于形成涂层14的材料，目前优先的选择是：

-关于聚烯烃，用中或低密度的聚乙烯；

-关于乙烯聚合物，用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)；以及

-关于热塑橡胶，用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)和苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(SEBS)。

当然，上面所述的材料也可以互相结合使用。然后通常包括例如无机填料的填料，诸如碳酸钙和/或高岭土。

优选的，涂层14的材料被着色，一般为大量的，还设有额外的与核12的黑色相对照的颜色，例如，全色的绿色或棕色。

回收轮胎材料的颗粒12被涂层14形成的膜包裹这样一个事实，实际上提供了将回收轮胎材料作为合成草皮地面填料不可避免的全部问题的极佳的解决方案，与此同时还不会给与回收轮胎材料相联系的本质上的经济优越性带来负面影响。

按照本发明的导论部分说明的关键因素相同的顺序，包裹层14适合于被染色(按照前面已经指出的标准)，以便遮住核颗粒12的黑颜色，因而完成合成草皮地面的完整着色效果并且与此同时减少太阳辐射的吸收水平以及所述地面的可能的过热。

其次，正是由于涂层14的包裹功能，即使核颗粒12由于易加于其上的机械应力而易于破碎或风化，因此产生的细物质(灰尘/碳黑)在任何情况下都能被薄膜14所捕获并且因此不会有任何的被分散在外面的风险。

在这方面，令人欣赏的是，计划用于制备层14的材料具有固有的韧性和耐性，以便使由薄膜14形成的胶囊破裂并由此在材料中形成不需要的分散的危险降至最小。

包裹薄膜14在任何情况下决定微粒材料3的流动特性，即关于讨论中的材料的“可流动性”，从而有助于其铺设在合成草皮地面之时的分散，并且考虑到至少给予微粒材料3的部分粘性的可能性，例如通过加入粘合剂或通过压(模)塑处理。

如前所述，涂层薄膜14将回收轮胎材料颗粒12与外界隔离，因而从根本上解决了与所述材料的应用相联系的环境不兼容性的问题。

关于先进性的另一个因素，也是另一个可能需要注意的问题，假如通过调整厚度形成的核颗粒12的特性和/或形成的涂层14的内涂层的材料特性相同，通过有选择性地改变填料以及填料包括其中的合成草皮地面的密度和弹性可以避免回收轮胎材料的低密度和高弹性引起的负面现象。

一般而言，通过此描述的解决方案，提供的颗粒10的密度在任何情况下高于1克/立方厘米并且一般在1.1-1.3克/立方厘米之间。

关于此处描述的“双组份”微粒材料的制备方法，下面描述本发明的申请人完成的目前为止最简单并且最便宜(同时给出完全符合功能观点的最终材料)的制备技术。

按照在部门中通常采用的方法，在一个用于制备热塑料材料的普通混合器中，制备包括一个或多个前述类型的热塑料材料的混合物，通常还有矿石填料附加剂和颜料。特别是，所述填料附加剂按照最终产品所需要的密度进行控制，当目的是获得较高密度的最终产品时，赋予较多的和/或较大密度的填料。

然后向混合物中加入与应用领域相匹配的颗粒尺寸的回收轮胎颗粒材料。一般的颗粒尺寸为0.4-2毫米直径。

混合物中加入的回收轮胎颗粒材料的量优选低于总量的50wt％。更优选值在25wt％和35wt％之间，最优选值是30wt％左右。

添加后的混合物均一打底并且再辗平(按照已知的标准)以便形成厚度范围在例如5-10毫米的薄片。然后将所形成的薄片冷却并且进行造粒。

为达此目的，可能需要采用已知的各种技术，例如，球磨粉碎，锤磨粉碎或使薄片材料通过挤出机，再将从挤出机挤出物进行造粒。

颗粒10的最后尺寸一般在0.5-3毫米范围内。

本申请人进行的实验表明造粒的过程除了产生正常比例的颗粒10外，也会产生小部分高于或低于前述范围的颗粒，造粒机膜(特别当其为切割膜时)导致核12的“曝露”。

所述的小部分在任何情况下都会有，但不会超过颗粒总数的5％(正常值在2％和3％之间)。所述小部分的量可以容易地检测，例如，通过对颗粒材料的样品涂层进行光谱和色谱分析，利用构成核12的材料和涂层14材料的不同程度的吸附度/反射度。

当然，如果对本发明的原理不带偏见，其详细执行和具体实施例可能与此处描述的和图显示的变化很大，但不脱离所附权利要求定义的本发明的保护范围。

Claims (23)

1、一种用于合成草皮地面的微粒填充材料或填料(3)，其特征在于所述材料包括颗粒(10)其含有：

—由回收轮胎材料制成的核(12)，和

—由塑料材料制成的涂层(14)，其包裹所述回收轮胎材料制成的核(12)。

2、按照权利要求1所述的材料，其特征在于所述涂层(14)包括选自聚烯烃，乙烯聚合物以及热塑橡胶之中的材料。

3、按照权利要求2所述的材料，其特征在于所述涂层(14)的材料包括聚乙烯。

4、按照权利要求3所述的材料，其特征在于所述涂层(14)的材料包括中和低密度的聚乙烯。

5、按照权利要求2所述的材料，其特征在于所述涂层(14)的材料包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)。

6、按照权利要求2所述的材料，其特征在于所述涂层(14)的材料包括至少选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)和苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(SEBS)中之一。

7、按照前述任意一项权利要求所述的材料，其特征在于所述涂层(14)的材料包括填料。

8、按照权利要求7所述的材料，其特征在于所述填料有一个碳酸钙和/或高岭土的基质。

9、按照前述任意一项权利要求所述的材料，其特征在于所述涂层(14)的材料包括至少一个与所述核的着色相对照的着色颜料。

10、按照前述任意一项权利要求所述的材料，其特征在于所述回收轮胎材料制成的核(12)的直径尺寸范围为0.4-2毫米之间。

11、按照前述任意一项权利要求所述的材料，其特征在于所述颗粒(10)的直径尺寸范围为0.5-3毫米。

12、按照前述任意一项权利要求所述的材料，其特征在于所述颗粒(10)的密度高于1克/立方厘米。

13、按照前述任意一项权利要求所述的材料，其特征在于所述颗粒(10)的密度范围为1.1-1.3克/立方厘米。

14、按照前述任意一项权利要求所述的材料，其特征在于其包括小部分的所述颗粒(10)，其中所述的核(12)曝露在所述颗粒(10)的外面。

15、按照权利要求14所述的材料，其特征在于所述小部分的颗粒(10)不超过颗粒总数的5％。

16、按照权利要求14所述的材料，其特征在于所述小部分的颗粒(10)的范围为颗粒总数的2％-3％。

17、按照前述任意一项权利要求的微粒材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

—提供所述塑料材料(14)的混合物；

—在所述混合物中加入回收轮胎微粒材料形成旨在构成所述核(12)的颗粒；

—将所述已加入回收轮胎微粒材料的混合物制成薄片；并且

—将所述薄片造粒，以便形成所述微粒填料。

18、按照权利要求17所述的方法，其特征在于所述混合物中加入的所述回收轮胎微粒材料的量低于总量的50wt％。

19、按照权利要求17所述的方法，其特征在于所述混合物中加入的所述回收轮胎微粒材料的量在总量的25wt％和35wt％之间。

20、按照权利要求17所述的方法，其特征在于所述混合物中加入的所述回收轮胎微粒材料的量约为总量的30wt％。

21、按照权利要求17-20中任意一项所述的方法，其特征在于所述造粒通过选自以下组的技术而达到：球磨粉碎，锤磨粉碎，通过挤出机然后将离开挤出机的材料造粒。

22、一种合成草皮结构包括：

—一个薄板基体(1)，其带有从所述基体(1)开始向上扩展的旨在模仿自然草皮的草的枝叶的多个纤维构造(2)；和

—为了保持纤维结构(2)本身基本向上的状态，在所述纤维结构(2)之间分散有按照权利要求1至16中任意一项的微粒填料(3)。

23、按照权利要求22所述的合成草皮结构，其特征在于所述纤维结构(2)相对于基体分别具有近端(2a)和远端(2b)，所述远端(2b)基本上弯曲，以便所述纤维结构(2)有一个丛生的形态。

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