JP2005002783A - 人工芝構造体用充填材料、対応する人工芝構造体およびその製造方法 - Google Patents

人工芝構造体用充填材料、対応する人工芝構造体およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 人工芝の構造体の充填材としてリサイクルタイヤ粒子を用いることによる欠点の克服方法の提供。
【解決手段】 リサイクルタイヤ材料のコア(12)および該リサイクルタイヤ材料のコアを封入するプラスチック材料の被覆層(14)を有する粒子(10)を含有する人工芝カバー用の粒子状充填材料または充填材(3)。
【選択図】図2

Description

本発明は人工芝構造体、特に対応する充填材料(以下「充填剤(infill)」という。)に関する。
人工芝構造体は一般に基材とその基材から伸びる複数の繊維状形成体からなり、天然の芝生に似せている。その繊維状形成体の間に配置した粒子状充填剤はその繊維状形成体を実質上垂直になるようにすることを第1の目的としている。
この種の解決策は米国特許5,958,527もしくはEP−A1,158,099に記載されている。特に、後者の文献に記載された解決策は(本願と出願人の同一)、粒子状充填材料(充填剤)が粒子状プラスチック材料の実質上均一な塊からなる。
そのような構造における別の情報はEP−A1,319,753からも得られるが、それには成分の回収可能の観点から人工芝構造体を取り外す方法が開示されている。同様の情報はヨーロッパ特許出願02029021.9および02425398.1からも得られるが、これらの文献は本願と同一出願人である。
前述の人工芝構造体は天然芝に対する代替物、特に種々の理由(環境条件、使用目的など)により、天然芝カバーの維持に難しい用途の代替として、またはその維持にかかる費用に関する代替として広く考慮されている。
たとえば、スポーツフィルド、たとえばサッカーピッチ、アメリカンフットボールピッチ、テニスコートおよび5人制フットボールピッチに人工芝構造体を使用することは知られている。また、この種の人工芝構造体を陸上競技トラックを作る際に用いることも可能である。
前記の人工芝カバーの製造において、幾つかの基本的な要素を考慮に入れる必要がある。
まず第1に、人工芝が、天然草カバーまたは天然芝の代替にできるだけ近い外観を呈するようにすることである。換言すれば、人工芝カバーの素性が表に出過ぎないようにすることである。人工芝カバーの美的外観および特に色彩外観がその本質および充填剤の特徴によって影響を受けることがある。実際に材料を敷設する状態においては、問題の材料は天然の芝に似た繊維状形状体によって大きな範囲で隠蔽されているけれども、充填材の着色は人工芝の全体の色の効果に寄与し、その色の効果は多くの場合天然芝の色の効果と可能なかぎり忠実に表現している。
考慮すべき2番目の要素は、不使用中における人工芝の磨耗に関連している。実際、人工芝面には天然草カバーのような再性メカニズムがないため、人工芝の異なる場所における異なる使用条件やひずみによって均一というにはほど遠い磨耗が人工芝面に生ずる傾向にある。容易に理解できる例を挙げれば、サッカ競技用の表面の場合、ピッチの中央部やゴールの周辺地域では大きな圧力にさらされる傾向にあり、ピッチのコーナに近い地域やゴールのすぐわきにある地域などの他の区域に比べてより顕著な磨耗が生じる。充填材は使用される人工芝カバーの場合、加わる圧力の形態によっては、充填材が配置された場所から弾き出されることを考慮に入れる必要がある。典型的な例として、スタッドまたはスパイク付きの靴をはき、このスタッドやスパイクを利用して強力な前進力を発揮し、あるいは急激な停止を行う選手の場合が考えられる。通常、芝カバーの繊維状形状体は、前記充填材にこのような大きな圧力が加わるとき、適当なつなぎとめ効果を提供することはない。
この場合において、人工カバー−充填材の上部−は雨水が容易に流れ出て、水の詰まりやパドルの形成および水により充填剤が流れ出すリスクを生じないようにすることが重要である。
第3番目の用素は、人工芝面を敷設することに直接関係する。現在の通例では、最初に天然芝を模した繊維状形成体を備えるシート基材が施設され、その後そのカバー上に粒子状充填材が「種まき」されている。
「現場」にて実施される上述した充填材の「種まき」作業は、当然ながら各種の困難な要素に遭遇する。端的な例をいくつか挙げれば、充填材を「種まき」するとき、通常はまず第1に充填材が分散される際に、繊維状形成体がほぼ垂直に向くように繊維状形成体を規制することが望ましい。その目的は、粒子状材料がまず地面に隣接したもっとも深いレベルから始まって段階的に積み上げられることを可能にするためである。さらに、単位面積あたりに粒子状材料の正確な量を分配するには、特別な装置と、一般には特殊技術をもつスタッフが必要となる。前記充填材料がプラスチックポリマー材料である場合には、さらに他の要素、たとえば前記充填材の散布が実施される際の温度などに関連する要素がからむ。
最後に、考慮しなければならない要素の別のものは、経済的な観点および環境に対する考慮の両方に関連する。
人工芝カバーの最初の形態は実際には、多くの場合において、砂、すなわち安価で容易に入手しうる利点を有する材料からなる充填材を使用することを期待するが、それは多くのこれまでに考えた使用や用途のすべての要因に関連して多くの欠点を提供する。さらに、砂(または砂の量の高い粒子状充填材)の使用は人工芝カバーのバイオメカニカル特性を犠牲にし、さらに人人が工芝面に倒れることがあると、引っ掻き傷や張れを引き起こす可能性がある。
人工芝面のための粒子状充填材として粒子状プラスチック材料を使用することは、実際的には上記欠点のすべてを解決するが、別の費用がかかるという問題を引き起こす。
人工芝面の使用の利益がプロフェショナルまたはセミプロフェショナル特性の規定スポーツ団体または組織ばかりでなく、アマチュアの団体にも生じうるならば、上記検討事項は決定的な役割を果たすかも知れない。
米国特許5,958,527 EP−A1,158,099 EP−A1,319,753 ヨーロッパ特許出願02029021.9 ヨーロッパ特許出願02425398.1
上記理由に基づいて、リサイクルタイヤ材料、特に自動車タイヤから得られる粒子状充填材粒状材料を用いることを提案する。
本発明は「リサイクルタイヤ材料のコア(12)および該リサイクルタイヤ材料のコアを封入するプラスチック材料の被覆層(14)を有する粒子(10)を含有する人工芝カバー用の粒子状充填材料または充填材(3)」を提供する。
用語「リサイクルタイヤ材料」はそれ自体ある範囲の組成物を含む。これは多くの場合、カーボンブラックフィラーを大量もしくは少量で加えたエラストマー化合物(たとえばSBR)から構成されてよく、そのエラストマー化合物は必要に応じて一般的に使用されているリサイクル技術にしたがって不純物を大量もしくは少量に含んでもよい。これらはタイヤがリサイクル粒子を製造するためにカットもしくはシュレッディングを受けることに得られる金属カーカスから誘導される金属不純物およびタイヤの強化布などのからの不純物であってもよい。
粒子状リサイクルタイヤ材料を人工芝カバーの充填剤として用いることは前述のように経済的に疑いもない利点を提供する。なぜならば、それは前述のように廃棄物質であるから大量にかつ低いコストである。しかしながら、そのことは前述したすべての観点から甚大な不利益を提供する。
先ず最初に、上記リサイクル材料のカーボンブラックの含有量が多いために十分強い黒色であり、多くの用途において人工芝カバーの全体の外観に逆の影響を与える。また、このような黒の色彩は太陽光の高い吸収能を持っており、人工芝カバーの過熱を引き起こす。それはそのカバー内において与えられた条件温度27〜30℃に対し、60〜65℃の範囲温度に達する。
第2の場合、少なくともある種のタイヤからリサイクルされた材料において、使用中に人工芝カバーに付加される機械的応力から誘導される研磨現象が起こり、それが高い応力を受けた部分についてさらに粒子の分解および/または埃のような小さな特性を有する粒子からの研磨を引き起こす。それらは人工芝構造体からの望ましくない方法において生じる。このさらなる現象は機械的応力の多いまたは少ないの条件にしたがって、人工芝面の異なる領域に著しく異なった方法で生じる。
そのような充填材に存在しそれから放出されるカーボンブラックは、公知の優れた顔料である。このことは、人工芝カバーに倒れた人間がその顔料を拾い上げた時に、地面との衝撃に含まれる身体および衣服の一部に黒いパッチを有することになる。
また非常に消極的な要因としては、そのような充填材によって放出されるカーボンブラック(および残存する金属不純物)のダストは雨水によって容易に洗い流されて地上に流れ、受け入れがたい公害の効果をもたらす。それが毒性を有する残基をもたらす金属成分または環境に受入れがたいものを有する金属成分を含むタイヤのカーカスを考慮にいれるならば、非常に危険である。
最後に、人工芝構造体の充填材として用いるリサイクルタイヤから得られた材料は最初は全く異なる用途用に形成され、比較的低い密度(典型的には0.9〜1.1g/cm)と高い反発性を有していることが重要である。
これらの二つの特性は、人工芝面用の充填材として用いるためにはふさはしくない。これらの最初の特性(低密度)は実際には充填材が水上で浮く特性を示しており、このことにより充填剤がなくなるという危険がある。これらの特性の第2の特性(高い反発性)は人工芝カバーがドレッドや走行目的だけではなく、特定のスポーツに用いるボールの反撥に関してもあまりにもゴム状すぎることを意味する。
本発明の目的は、前述の基本的な要因を解決する方法を提供することにある。
本発明によれば、上記目的は請求項に記載した特性を有する充填剤によって達成することができる。本発明はまた対応する人工芝面の製造方法に関する。
本発明を添付の図を参照して比限定的な実施例によって説明する。
図1は本発明による人工芝構造体の理想的な垂直断面を模式的に示す図である。
図2は図1に記載された人工芝構造体に用いる充填材を作る方法の一例を示す図である。
図1は人工芝カバーの構造体を表し、下地G上に敷設されたシート基材1を含む。下地Gは典型的な使用条件においては、突き固められた地表または瀝青質のマットからなる下地であり、その上に単に置くだけの状態で人工芝構造体が施設されている。
シート基材は、プラスチック材料、たとえばラテックス(たとえばSBRまたはポリウレタンラテックス)を塗布した不織布ゴム化布からなるシートに形成してもよい。下地Gに面する側に基材に付随して発泡、たとえばポリウレタンベース材料などの層を好適に有してもよい。
基材1からスタートして、多くの繊維状形成体2を垂直に立ち上げて房のように並べ、天然の芝生の葉により似せる。
繊維状形成体2は基材1に根元部分で固定され(2aで示す)、全長がその末端に向かって上方に伸びる。一般に基材の横面から測定して、典型的には10〜80mmの長さを有する。もちろん上記に示した量的なデータはすべて全体に例示しているものに過ぎない。
上記された実施態様において、末端2bは直線で囲まれたものパターンに代って、通常に製造された人工芝カバーの多くにおいて起こるように、捻じれた、すなわち「カーリー」パターンを有する。
したがって、繊維状形成体には房状(tufts)に形成し、「木状(tree-like)」として定義してもよいような一般的な形態を有している。
上記茂み状(bushy)形態において、幹部分2aに隣接して全体に直線でパターンで囲まれている「トランク」部および上記カーリーパターンで末端を正確に表現しているトップすなわち「クラウン」部分を有している。
基材1に繊維状形成体2の幹部分2aを強固な固定を達成しかつ図1に見られるような末端2bに可能な茂み状外観を与える態様を含む基材2および繊維状形成体2も公知であり、それらは本発明を理解する目的のために重要ではないためにここに詳細に記載する必要はない。
繊維状形成体2を形成する材料の選択に関して、それが実質状直線で囲まれたパターンを有するか茂み状の外観をとりうるかどうかに拘らず、好ましくはポリオレフィン、たとえばポリエチレンまたはポリプロピレンもしくは、一般的にいえば押し出し、スプリングおよび/またはドローイングの工程にかけられて天然の芝生の葉の外観に似るフィラメントを形成しうるのに適したその他のプラスチック材料であってもよい。
上記材料はさらにそれらが繊維状形成体の形成のための材料に添加しうる材料を用いて比較的に容易に着色されて、全体の着色を施し、その着色が人工芝面の長期使用でも変化しないことを要する。
一般的に前記基板1の展開面に直交する方向で測定した繊維状形成体2の絶対的または相対的寸法は本発明に実施にあたってはそれ自身、実質上それほど重要ではない。したがって、絶対的にしろ相対的にしろ、特定の寸法値の選択は主に、対象となる人工芝面が予定されている使用目的によって定められる。
単なる表示例であるとの前提で、スポーツ競技分野での適用に関していえば、テニスコートに対する前記人工芝面の使用は、浅い芝生の実施の形態がもっぱら用いられる傾向となり、これに対してサッカーのピッチ、またはアメリカンフットボールのピッチの場合、選択より深い芝生の実施の形態とすることが好ましい。
基材1、したがって繊維状形成体2の間に、粒状または顆粒状(ここで粒状化(particulape)を顆粒状(jranular)の二つの用語は類似語として使用される)が分散され、これは充填材料または充填材3として機能する。充填材3の機能は基本的に繊維状形成物2をまっすぐな状態に保つことであり、すなわち基材1上に平坦に横たわる望ましくない状態を防ぐことである。
粒子状材料3は繊維状形成体2の間に充分な量が分散され、繊維状形成体2は充填剤3により粒子状の直線部分のほぼ全長にわたって保護することを可能にする。
好ましくは粒子状充填剤3はほぼ均質な材料であり、基材1上で繊維状形成物2の間にほぼ均等となるよう分散され、明確に異なる特性を有する重なった層が形成されることはない。
充填材3の選択、分布の状態(充填材層3の厚さまたは深さ、材料の粒度など)は、主に芝生の(硬度/追従性)の特性を定める。前述の人工芝面の硬度/追従性の特性は、DIN基準18036/6により構成される弾性衝撃テストにかけることで定量的に正確に特定されうる。この基準はKA(ドイツ語のKraftabbau、すなわち「力減少(force reduction)」の略)として知られるパラメータまたは係数の定義を可能にする。
係数KAは、基本的に、標準化された諸元の重量物を落下させたときの床面の動きを、通常はセメントで作られた剛体表面での同じ荷重に対して測定された動きと比較して%表示された特性である。
前述の解決策の重要な特性は充填材3の層中に含まれる顆粒構造によってもたらされる。
そのような構造は図2により詳細に記載しており、図2は充填材の層中に含まれる顆粒10の直径に対する断面の理想図を表す。
顆粒10に対して、基本的には二つの部分に分けられており、
直径0.4〜2mmのリサイクルタイヤ材料の粒子からなるコア部分12、および
コア12を封入(実際にはカプセル化)するプラスチック材料から形成される外部被覆層14、
とからなっている。
これは典型的にはプラスチック、通常ポリオレフィン、ビニルポリマーおよび/または熱可塑性ゴムを基本とする熱可塑性材料である。
顆粒10をコア部分12の通常の一般的な方法は人工芝カバーの充填材としてリサイクルタイヤ材料の使用を期待する従来技術に採用されている解決策から広く知られているものと考えるべきである。
すでに述べたように、この表現は種々の配合を含むと判断するが、組成(通常ゴム成分、たとえばタイヤに一般的に用いられているタイプのSBR、および特に自動車用タイヤであって、典型的にはカーボンブラック充填剤および通常多かれ少なかれかなりの量の不純物、たとえば(微粉砕メタリック金属成分)および人工芝カバー用の充填剤として使用可能なものに付随する問題に関して単一(unitary)であると考えてもよい。
現在の好ましい選択はポリオレフィンに関して中密度もしくは低密度ポリエチレン、ビニルポリマーに関してはエチル−ビニル−アセテート(EBA)および熱可塑性ゴムに関してはスチレン−ブタジエン−スチレン(SBS)およびスチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン(SEBS)が挙げられる。
もちろん上記材料は必要に応じて他のものと組み合わせて使用してもよい。したがって通常充填剤、たとえば無機充填剤、たとえば炭酸カルシウムおよび/またはカオリンが存在してもよい。
有利には、層14の材料は着色され、典型的には全体的に着色する。顔料の添加はコア12の着色とコントラストを呈するように、たとえば全体的にグリーンまたはブラウンに着色する。
リサイクルタイヤ材料の顆粒12は層14によって形成されるフィルムによって封入されているという事実は、問題のすべてに対する優れた解決策を提供すると同時に、リサイクルタイヤ材料の人工芝面の充填剤としての使用が重要になると同時に、リサイクルタイヤ材料の使用に付随する経済的な利点に悪影響を与えない。
本明細書の導入部分に採用された重要要因の提案と同一次元で、封入層14が前記重要事項にしたがって着色され、コア粒子12の黒色の着色をマスクするのに好適であり、これにより人工芝カバーの着色効果光全体に対して所望の解決策を達成し、同時にカバーの熱吸収およびそれによる加熱を減少することができる。
第2に、封入作用を正確に考慮に入れると、被覆層14はコア顆粒12がそれに通常付加される機械的応力の結果粉砕および研磨に付されるけれども、微細材料(ダスト/カーボンブラック)はフィルム14内に多くの場合トラップされて保持され、外部に分散される危険性がなくなる。
この点に関して、層14を作るのに適当な材料は本質的に強さと抵抗性を有しており、その結果フィルム14によって形成されたカプセルが壊れることを極力防止し、そこに含まれている材料が不用意に分散しないようにする。
封入フィルム14は多くの場合粒子状材料3の流動性の特徴を決定し、それが材料を流動可能にして、人工芝面の敷設時に分散を促進すると同時に、バインダーを添加したりコンパクティング(compacting)処理をすることによって粒子状材料3を少なくとも部分的に凝集させる可能性を付与する。
さらに以上述べたように、被覆フィルム14はリサイクルタイヤ材料の粒子12を外部環境から隔離し、その結果該材料の使用が新しい環境への非適合性の問題のすべてを基本的に除去する。
さらに利点の要因として、次のことが挙げる。コアを形成する粒子の特性を被覆14の内層を形成する材料の特性および厚さを調製すれば、充填剤の密度および反発性の特性および充填剤が含まれる人工芝面の特性を選択的に変性して、リサイクルタイヤ材料の低密度および高反発性に起因する否定的な現象を除去することができる。
典型的には上記解決策を用いて、多くの場合に密度1g/cm以上、典型的には1.1〜1.3g/cmを有する顆粒10を提供することが可能である。
上記の「二成分」粒子状材料の調製方法に関して、本出願人によってなされたテスト結果は、もっとも簡単でかつ高価でなく(同時にその機能の点から満足する最終物質を与える)調製方法を以下に記載する。
熱可塑性材料の通常のミキサーで、この領域に適合する方法にしたがって、前述の1または2以上の熱可塑性樹脂を、通常無機充填剤および顔料を加えて混合物を調製する。特に、充填剤の添加は最終製品に必要な密度の値にしたがって制御され、多くの量の添加剤および/または充填剤は高い密度を提供し、その使用目的が高い密度を必要とするときに添加する。
ついでこの混合物に所望の用途に適合した粒子径を有するリサイクルタイヤ粒子状材料を添加する。この粒子径は典型的には直径0.4〜2mmの粒子の大きさを有する。
混合物に添加するリサイクルタイヤ粒子材料の量は全体の50重量%より少ない。好ましい値は典型的には25〜35重量%、特に約30重量%の値である。
このように添加された混合物を均一化し、(一般的な条件にしたがって)ロール巻きして厚さたとえば5〜10mmのシートを形成する。得られたシートは放冷してその後粉砕する。
この目的のために、種々の公知の技術、たとえばブレードミルにおけるシュレティング、ハンマーミルにおけるクラッシングまたはシート材料を押出機を通してその後押出機からでたときに粉砕する方法を用いてもよい。
顆粒10の最終的な大きさは典型的には0.5〜3mmの範囲である。
本出願人によってなされたテスト結果によれば、粉砕工程は一般的な顆粒10の%に加えて、上記範囲を超えるまたは超えない大きさのもの、さらには、顆粒の破片、すなわち粉砕機の作用(カッテイング部材)がコア12の露出をしたものも、生産する。
そのような破片はいかなる場合においても含まれており、粒子の総数の5%を超えない、一般的には2〜3%である。破片の量は容易に変化する。たとえば粒子状材料のサンプル層の分光光度/比色分析によって、コア12を形成する材料と被覆14の材料との吸収/反射の差を検査する。
もちろん、本発明の原則以外に、詳細およびその変更態様は、添付の請求項に提示された本発明の範囲から逸脱しないかぎり、ここに記載されかつ例示したものに関して大きく変更してもよい。
図1は本発明による人工芝構造体の理想的な垂直断面を模式的に示す図である。
図2は図1に記載された人工芝構造体に用いる充填材を作る方法の一例を示す図である。
符号の説明
1・・・基材、
2・・・繊維状形成体、
2a・・・根元部分、
2b・・・末端部、
3・・・充填材、
10・・・粒子、
12・・・コア、
14・・・被覆層。

Claims (23)

  1. リサイクルタイヤ材料のコア(12)および該リサイクルタイヤ材料のコアを封入するプラスチック材料の被覆層(14)を有する粒子(10)を含有する人工芝カバー用の粒子状充填材料または充填材(3)。
  2. 該被覆層(14)がポリオレフィン、ビニルポリマーおよび熱可塑性ゴムから選択される材料からなる請求項1記載の材料。
  3. 該被覆層(14)の材料がポリエチレンである請求項2記載の材料。
  4. 該被覆層(14)の材料が中密度もしくは低密度のポリエチレンからなる請求項3記載の材料。
  5. 被覆層(14)の材料がエチレン−ビニル−アセテート(EVA)を含有する請求項2記載の材料。
  6. 被覆層(14)の材料がスチレン−ブタジエン−スチレン(SBS)およびスチレン−エチレン−ブタジエン−スチレン(SEBS)の少なくとも1つを含有する請求項2記載の材料。
  7. 該被覆層(14)の材料が充填剤(filler)を含有する前記各項いずかに記載の材料。
  8. 前記充填剤が炭酸カルシウムおよび/またはカオリンに基づく請求項7記載の材料。
  9. 該被覆層が前記コアの着色をコントラストを有する着色を有する顔料を少なくとも1種を含有する前記各項いずれかに記載の材料。
  10. 前記リサイクルタイヤ材料のコア(12)が直径0.4〜2mmを有する前記各項いずれかに記載の材料。
  11. 該粒子(10)が直径0.5〜3mmを有する前記各項いずれかに記載の材料。
  12. 該粒子(10)が密度1g/cm以上を有する前記各項いずれかに記載の材料。
  13. 該粒子(10)が密度1.1〜1.3g/cmを有する前記各項いずれかに記載の材料。
  14. 該粒子(10)の破片を含有し、コア(12)が粒子(10)の外に露出している前記各項いずれかに記載の材料。
  15. 前記粒子の破片は粒子の総数の5%を超えない請求項14記載の材料。
  16. 粒子(10)の破片が粒子の総数の2〜3%の範囲内である請求項14記載の材料。
  17. 前記プラスチック材料(14)の混合物を提供し、
    該混合物にコア(12)を構成するようにデザインされたリサイクルタイヤ粒子材料を加え、
    リサイクルタイヤ粒子材料を加えた混合物をシートにロールし、かつ
    そのシートを粉砕して粒子状充填剤を製造する
    ことを特徴とする前記各項いずれかに記載の粒子状材料の製造方法。
  18. 該リサイクルタイヤ粒子材料を総重量の50重量%以下の量で混合物に加える請求項17記載の方法。
  19. 該リサイクルタイヤ粒子材料を総量の25〜35重量%の量で混合物に加える請求項17記載の方法。
  20. 該リサイクルタイヤ粒子材料を総量の約30重量%の量で混合物に加える請求項17記載の方法。
  21. 粒子化が、ブレードミルのシュレッディング、ハンマーミルのクラッシング、押出機の通過により材料が押出機を離れる際に粒子化する方法からなる群から選択される方法でなされる請求項17〜20いずれかに記載の方法。
  22. 基材から伸びる複数の繊維状形成体(2)で天然の芝生に似せたものを有するシート状基材(1)、および
    該繊維状形成体の間に配置されてその繊維状物が実質上垂直に維持させるための請求項1〜16いずれかに記載の粒子状充填剤(3)
    を含有する人工芝構造体。
  23. 前記繊維状形成体が基材に関して基部(2a)および末端(2b)を有し、末端(2b)が実質上カールしており、該繊維状形成体(2)が一般の芝生の形状を有する請求項22記載の人工芝構造体。
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