JP2005538274A - コーティングされた砂粒子 - Google Patents

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Abstract

２０ｇ／１０分〜４０ｇ／１０分のメルトインデックスおよび４０〜９０のＳｈｏｒｅ Ａ硬度を有する熱可塑性ポリマーでコーティングされた砂粒子からなる粒子状物質が、開示され、特に人工芝のような運動用グラウンドのための、表面仕上げ組成物としての使用のために適切な特性を有する粗い物質を提供する。好ましくは、粒子とポリマーとの間の結合剤が、提供される。この砂が２００℃〜３００℃の範囲内の温度に加熱され、そして熱可塑性ポリマーの一部と混合される、このような粒子物質を生成する方法が、さらに開示され、ここである量の水が混合器の連続した操作の下で混合物に添加された後、気流が、最後に混合器の内容物を通って混合器の温度を低下させる。

Description

本発明は、特に運動用グラウンド（例えば、人工芝場）用の表面組成物として使用するのに適切な特性を有する粗い（ｌｏｏｓｅ）物質を生成するための、熱可塑性ポリマーでコーティングされた砂粒子からなる粒子状物質に関する。本発明は、このような粒子状物質を生成するための方法、およびこの物質が使用される運動用グラウンドに、さらに関連する。
（背景）
運動用グラウンド（例えば、人工芝、ウマが走るトラックなど）のための表面組成物は、周知である。詳しい規格が、運動用グラウンドに対して適切な特性を（例えば、弾性および抵抗に関して）もたらすように与えられる（例えば、サッカー用グラウンドに関して、国際サッカー連盟（ＦＩＦＡ）は、ＦＩＦＡ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｃｏｎｃｅｐｔ ｆｏｒ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｔｕｒｆを作成している）。
人工芝を生成するための合成芝は、ＧＢ−Ａ−２ ３４８ ８９０から知られており、ここでは、パイル織物が、珪砂と低温で研磨されたゴム粒子との混合物を含む粒子状物質の充填層中に、部分的に埋もれている。ゴムに対する砂の比率は人工芝の使用に依存して変動するが、サッカー用グラウンドに関しては、２０ｍｍのゴム粒子層に覆われた１０ｍｍの砂の層を使用することが知られている。
この組成物の欠点は、相対的に大量の研磨されたゴムが使用され、そのため人工芝を構築するのに費用がかかるということである。
ゴムでコーティングされた砂の層中に部分的に埋もれたパイル織物を含む運動用グラウンドは、ＥＰ−Ａ−０ ３７７ ９２５に記載される。このコーティングは、合成ゴム（すなわち、ラテックス）の水性乳剤のようなポリマーコーティングであり、これに、約１４０℃の温度に加熱された砂が添加される。ポリマー物質の融解が、代替手段として示唆される。コーティングは、砂の重量の０．２％〜１０％、好ましくは重量の１％〜７％を構成する。この砂は、粒子のサイズが１ｍｍよりも小さく、そして平均寸法が２５０〜８５０ミクロンの範囲内である。
ポリマーでコーティングされた砂物質を調製するための別の方法は、ＥＰ−Ａ−０ ４６６ ５１４に開示され、これは、馬場で使用するための物質に関連する。ここでコーティング物質は、カルボキシルもしくはアルデヒドを含むオレフィンポリマー、および／または酸素を含むワックスである。コーティング物質は、砂の重量の０．１％〜１０％を構成し、この砂は、コーティングと混合する前に１００℃〜１８０℃（好ましくは１３０℃）に加熱される。この砂の粒子のサイズは、最大２．３６ｍｍである。広範囲の適切な物質がこの出願で開示される。
なお別の方法が、ＥＰ−Ａ−０ ４１９ １７０に開示される。ここで、砂は遊離の流動エキステンダーオイル（−５°Ｆより低い粘性転移を有し、このオイル中に溶解もしくは分散された合成ポリマー物質を有する）を含む結合剤でコーティングされるか、もしくは処理される。
本発明の目的は、研磨ゴムと砂との混合物よりも高価でなく、しかし、特に運動用グラウンド（特に人工芝場）を形成するための使用に関して匹敵する特性を有する、粗い粒子状物質を提供することである。
この目的は、本発明の物質によって達成される。ここで、砂粒子は、比較的高い（２０〜４０ｇ／１０分の範囲）メルトインデックスと比較的低い硬度（４０〜９０のＳｈｏｒｅ Ａ硬度範囲）との特性の組み合わせを有する熱可塑性ポリマーによって、個別にコーティングされる。この一般的でない特性の組み合わせによって、機械的特性および摩擦抵抗に関して良好な特性の最終生成物が得られること、そしてこの生成物が、特別に開発されたプロセス（標準的な製造装置を使用し得る）において低コストで生成され得ることが分かった。
本発明の他の利点は、以下の記載および実施例で開示される。
（本発明の簡単な説明）
本発明は、弾性コーティング物質で個別にコーティングされた珪砂粒子からなる、粗い粒子状物質に関する。珪砂は硬い砂であり、最も好ましいタイプは石英砂である。粗い粒子状物質によって、有孔であり得、かつここではほんの数個の粒子のみしか互いに結合され得ない物質が理解される。粒子状物質は、製造プロセスに依存して、ほぼ同じサイズの粒子画分、およびより大きなサイズ（例えば、この粒子の直径の１０〜２０倍）の粒子の画分からなる。本発明の粒子状物質は、この２つの画分のうちの１つもしくはそれらの混合物であり得、そしてこの物質は、最初に述べた画分のみからなることが好ましい。特定の実施形態において、粒子状物質は、大きな粗い群の形態であり、例えば上記粒子の直径の２０〜４０倍のサイズである。
コーティング物質は、メルトインデックス２０〜４０ｇ／１０分（好ましくは、２５〜３５ｇ／１０分の範囲内）、Ｓｈｏｒｅ Ａ硬度４０〜９０（好ましくは、５０〜８０の範囲内、最も好ましくは６０〜７５の範囲内）の熱可塑性ポリマーを含む。メルトインデックスは、ＡＳＴＭ基準Ｄ１２３８手順Ａで定義される検査手順に従って、１０分間に溶解するグラムとして測定される。
コーティング物質は、熱可塑性ポリマー以外の成分（例えば、ワックス）を含み得、これは、この物質のほんの少量のみ（例えば、珪砂の重量の２〜８％、好ましくは砂の重量の４〜６％）を構成する。好ましくは、この熱可塑性ポリマーは、珪砂の重量の２〜８％を構成し、好ましくは重量の４〜６％を構成する。
珪砂（例えば、石英砂）は、本発明の好ましい実施形態において、全体的な粒子直径が０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲であり、好ましくは０．２ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲であり、最も好ましくは０．４ｍｍ〜０．９ｍｍの範囲である。
粒子とコーティング物質との間の結合を改善し、その結果粒子状物質をより摩滅に感受性でなくするために、珪砂粒子と弾性コーティング物質との間の結合剤を提供することがさらに有益であることが分かった。このような結合剤は、直接接触される場合での弾性コーティング物質と粒子表面との間の接着と比較して、砂粒子表面および弾性コーティング物質への改善された接着を有することによって特徴付けられる。
１つの好ましい結合剤は、反応性アミノ基および加水分解可能な無機性トリエトキシシリル基を含む二官能性シランであり、これによって、シランは無機性物質（すなわち、砂粒子）および有機ポリマー（すなわち、弾性コーティング物質）に結合する。好ましい二官能性シランは、３−アミノプロピルトリエトキシシラン（Ｈ２Ｎ−（ＣＨ２）３−Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３）であり、これは、Ｄｅｇｕｓｓａ社から商品名Ｄｙｎａｓｙｌａｎ Ａｍｅｏとして販売されている。シランは代表的に、砂粒子の表面上の薄層に、砂の重量の０．０５〜０．５％の量で、好ましくは重量の０．１〜０．３％の量で、適用される。
他の好ましい結合剤は、ＥＤＡベースのターポリマー（エチレン−アクリル誘導体）エチレン−アクリルエステル＋無水マレイン酸ターポリマーであり、特に、グリシジルメタクリル酸塩（ＧＭＡ）基を含むターポリマーとしてか、または無水マレイン酸（ＭＡＨ）基を含むターポリマーとして定義されている。１つの特に好ましい物質は、Ａｔｏｆｉｎａ社から商品名Ｌｏｔａｄｅｒ ３４１０として販売されている、エチレン−ブチルアクリレート無水マレイン酸ターポリマーである。代表的に、このターポリマーは、砂粒子の表面上の薄層に砂の重量の０．３〜２％の量で、好ましくは重量の０．５〜１．５％の量で、適用される。この結合剤は、上記に述べるコーティング物質の一部を構成し、したがって、コーティング物質の指示される好ましい重量範囲は、熱可塑性ポリマーおよび結合剤を含む。
これらの結合剤は、好ましくは砂粒子の表面に適用され得るが、あるいはポリマー（例えばフェノール樹脂、フラン樹脂、もしくはメラミン樹脂であり、弾性コーティング物質でコーティングする前に薄層として砂粒子に適用される）中に混合され得、または結合剤は、砂粒子へのコーティングとして適用される前に弾性コーティング物質と混合され得る。あるいは、記載された結合剤相互の組み合わせ、もしくは記載された結合剤と他の結合剤との組み合わせが適用され得る。
本発明は、粗い、粒子状の、コーティングされた嵩のある物質（上記に記載されるようなもの）を生成する方法にさらに関し、この方法は、以下の工程を包含する：
珪砂の一部を２００℃〜３００℃（好ましくは、２３０℃〜２７０℃）の範囲内の温度に加熱する工程、
混合手段を含む混合器中にこの砂の一部を配置する工程、
熱可塑性ポリマーの一部をこの混合手段の連続した操作の下でこの混合器の内容物に添加する工程、
所定量の水をこの混合手段の連続した操作の下でこの混合器の内容物に添加する工程、ならびに
気流を流してこの混合器の内容物に通し、その温度を低下させる工程。
この砂をこのような高温に加熱することによって、非常に都合が良く、かつ均一な分布のコーティングが得られる。砂と熱可塑性ポリマーとの混合物に水を添加することによって、１００℃のすぐ上への急速な冷却が得られ、これによってコーティングの分布および特性は確保され得る。この水は、混合器の内容物を通る気流によって乾燥されて混合物からなくなり、そして温度はさらに低下され（例えば、８０℃より低く、好ましくは６０℃より低く）、これによって、コーティングされた粒子はもはや相互に接着されず、そして粗い粒子状の生成物が得られる。
水の所定量は、砂の重量の３％〜１５％であり得、好ましくは砂の重量の５％〜１０％（例えば、６．５％〜８．５％）であり得る。
上で議論される結合剤は、熱可塑性ポリマーがこの混合器の内容物に添加される前に珪砂粒子表面上に結合剤の層を提供し、これにより、この粒子と熱可塑性ポリマーとの間の結合を改善するように、熱可塑性ポリマーの前に混合器へ添加され得る。
本発明は、上記に記載されるような粗い粒子状物質を含む運動用グラウンドにさらに関し、ここで、運動用グラウンドは馬場などであり得、またはこの物質は、この粗い粒子状物質の層中に少なくとも部分的に埋もれるパイル織物を含む人工芝の一部として使用され得る。
また、本発明は、運動用グラウンドを生成する方法に関し、ここで、上記に記載されるようなコーティングされた粒子は表面上の層に広がっており、ここで特に、このコーティングされた粒子はパイル織物上に広がり、この織物が少なくとも部分的に埋もれる層を形成する。
この物質はさらに、安全な表面として、例えば運動場での使用に適切であり、そして本発明に従う物質を、サンドブラストする物質として、相対的に軟らかい表面（例えば、アルミニウム、レンガの外装など）での使用に適用することは有益であることが証明された。この物質の慣性は、相対的に高い密度の砂粒子に起因して高く、そしてより軟らかいコーティングは、衝撃領域における粒子状の運動エネルギーをより均一に分布させる。このことは、表面へのダメージをより小さくさせる一方、この表面の粗い部分（例えば、塗装もしくは土）は、十分に除去される。
本発明に従う方法の手段によって製造された、本発明に従う物質の例を以下に与える。
０．４ミリメートル〜０．９ミリメートルの粒子サイズの５００ｋｇの石英砂（すなわち、０．９ｍｍ開口部の篩いを通過するが、０．４ｍｍの開口部を有する篩いを通過しない砂）のバッチを、予熱ユニットにおいて約２５０℃に加熱した。この温度に達したとき、この砂を、円筒形内側断面の混合容器を有する混合器内に入れ、ここで、連続的な操作で混合手段によって、混合器の内容物を攪拌した。
砂粒子の表面と熱可塑性ポリマーを含むコーティング物質との間の結合剤の層を提供して、二官能性シランの、２つの１ｋｇ、０．２重量％の砂の間の結合を改善するために、３−アミノプロピルトリエトキシシラン（Ｈ２Ｎ−（ＣＨ２）３−Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）３）（これは、Ｄｙｎａｓｙｌａｎ Ａｍｅｏの商品名で、Ｄｅｇｕｓｓａ社によって販売される）を、混合容器に添加し、そして混合手段による攪拌を続け、粒子上のシランの実質的に均一な分布を確実にした。
約３ミリメートルの直径のペレット中の２５ｋｇ、５重量％の砂の熱可塑性ポリマーの量を、混合容器に添加し、そして混合手段によって攪拌を続けた。
熱可塑性ポリマーは、ＤｕＰｏｎｔ Ｄｏｗ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒによって製造されたＥｎｇａｇｅ（登録商標）８４００ポリオレフィンエラストマーであった。物質は、エチレンα−オレフィンコポリマーであり、これは、２４％のオクタンコモノマー、３０ｇ／１０分のメルトインデックスおよび０．８７０ｇ／ｃｃの密度を有する。
このポリマーは、射出成型を意図され、そして成型された物質の特性は、１．３ＭＰａの引張降伏（ｔｅｎｓｉｌｅ ｙｉｅｌｄ）、１，０００を超える引張伸長、７２のＳｈｏｒｅ Ａ硬度、ならびにそれぞれ、正接およびセカントでの２２ＭＰａおよび１８ＭＰａの曲げ率として与えられる。Ｖｉｃａｔ軟化点を４１℃として与える。
約２０分後、粒子のポリマーコーティングは、均質であると考えられ、そして３７．５リットルの水、７．５重量％の砂を、この混合容器に添加し、そして蒸気の発生下で温度を瞬間的に低下させた。３分の攪拌後、２２℃の周囲温度で周囲の空気の気流を、混合器の内容物へと通し、水を蒸発させ、混合容器から蒸気を換気した。混合容器の内容物の温度が約６０℃になるまで気流を続け、この後、内容物を、２ミリメートルの開口部を有する振盪篩い上に広げた。
混合器からの出力は、ほぼ同じサイズの粒子の第１の画分、および４〜１８ミリメートルの直径のより大きな粒子の第２の画分からなった。第１の画分は、混合容器の内容物の全重量の約９０重量％を構成し、第１の画分のほぼ全体が、単一のコーティングされた粒子からなった。第２の画分のより大きな粒子は、中程度の圧力の適用によって、大きな粗い群れ（１０〜４０ミリメートルの直径のサイズ）に変換され、これは、乗馬用地面に非常に適切であることが示されている。より高い圧力が、剪断力とともにより大きな粒子に適用される場合、これらは、第１の画分の粒子に変換され得る。
代替の実施例において、５ｋｇの１％エチレン−ブチルアクリレート−無水マレイン酸ターポリマー（Ｌｏｔａｄｅｒ ３４１０の商品名で、Ａｔｏｆｉｎａ社によって販売される）を、混合容器に添加し、そして混合手段による攪拌を続けて、粒子上にシランの実質的に均一な分布を確実にした。その後、２０ｋｇ、４重量％の砂の熱可塑性ポリマーの量のみを、この混合容器に添加し、そして製造プロセスを、上記実施例に記載されるように続けた。
本発明の粒子物質を製造するための上記バッチプロセスの代わりに、例えば、回転オーブンにおける連続プロセスが適用され得る。

Claims (22)

  1. 弾性コーティング物質でコーティングされた珪砂粒子からなる粗い粒子状物質であって、該コーティング物質が、２０〜４０ｇ／１０分のメルトインデックスおよび４０〜９０のＳｈｏｒｅ Ａ硬度を有する熱可塑性ポリマーを含む、物質。
  2. 前記コーティング物質が、珪砂の２〜８重量％、好ましくは４〜６重量％を構成する、請求項１に記載の物質。
  3. 前記熱可塑性ポリマーが、珪砂の２〜８重量％、好ましくは４〜６重量％を含む、請求項１または２に記載の物質。
  4. 前記珪砂粒子が、全体的に０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲の直径であり、好ましくは０．２ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲であり、最も好ましくは０．４ｍｍ〜０．９ｍｍの範囲である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の物質。
  5. 前記メルトインデックスが２５ｇ／１０分〜３５ｇ／１０分である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の物質。
  6. Ｓｈｏｒｅ Ａ硬度が、５０〜８０、好ましくは６０〜７５である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の物質。
  7. 前記珪砂粒子と前記弾性コーティング物質との間の結合を改善するために、該珪砂粒子と該弾性コーティング物質との間に提供される結合剤をさらに含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の物質。
  8. 前記結合剤が、以下：
    反応性アミノ基および加水分解可能な無機トリエトキシシリル基を含む二官能性シラン、
    グリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）基を含むターポリマー、および
    無水マレイン酸（ＭＡＨ）基を含むターポリマー
    からなる群から選択される、請求項７に記載の物質。
  9. 粗い粒子状のコーティングされた嵩のある物質を生成する方法であって、以下：
    珪砂の一部を２００℃〜３００℃の範囲内の温度に加熱する工程、
    混合手段を含む混合器中に該砂の一部を配置する工程、
    熱可塑性ポリマーの一部を該混合手段の連続した操作の下で該混合器の内容物に添加する工程、
    所定量の水を該混合手段の連続した操作の下で該混合器の内容物に添加する工程、ならびに
    該混合器の内容物に気流を通し、その温度を低下させる工程
    を包含する、方法。
  10. 気流が、前記混合器の内容物の温度が８０℃未満、好ましくは６０℃未満になるまで続く、請求項９に記載の方法。
  11. 前記所定量の水が、前記砂の３重量％〜１５重量％、好ましくは該砂の５重量％〜１０重量％である、請求項９または１０に記載の方法。
  12. 前記熱可塑性ポリマーが、２０ｇ／１０分〜４０ｇ／１０分のメルトインデックスおよび４０〜９０のＳｈｏｒｅ Ａ硬度を有する、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の方法。
  13. 前記熱可塑性ポリマーが、珪砂の２重量％〜８重量％、好ましくは４重量％〜６重量％を含む、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の方法。
  14. 前記珪砂粒子が、全体的に０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲の直径であり、好ましくは０．２ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲であり、最も好ましくは０．４ｍｍ〜０．９ｍｍの範囲である、請求項９〜１３のいずれか１項に記載の方法。
  15. 前記メルトインデックスが、２５ｇ／１０分〜３５ｇ／１０分である、請求項９〜１４のいずれか１項に記載の方法。
  16. 前記Ｓｈｏｒｅ Ａ硬度が、５０〜８０、好ましくは、６０〜７５である、請求項９〜１５のいずれか１項に記載の方法。
  17. 前記熱可塑性ポリマーを添加する前に、前記混合器に結合剤を添加して、前記珪砂粒子の表面上に該結合剤の層を提供し、その後該熱可塑性ポリマーを該混合器の該内容物に添加し、これにより該粒子と該熱可塑性ポリマーとの間の前記結合を改善する、請求項９〜１６のいずれか１項に記載の方法。
  18. 前記結合剤が、以下：
    反応性アミノ基および加水分解可能な無機トリエトキシシリル基を含む二官能性シラン、
    グリシジルメタクリレート（ＧＭＡ）基を含むターポリマー、および
    無水マレイン酸（ＭＡＨ）基を含むターポリマー
    からなる群から選択される、請求項１７に記載の方法。
  19. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の、粗い粒子状物質を含む、運動用グラウンド。
  20. 該粗い粒子状物質の層で少なくとも部分的に埋もれる、パイル織物をさらに含む、請求項１９に記載の運動用グラウンド。
  21. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のコーティングされた粒子が、表面上の層に広がっている、運動用グラウンドを提供する方法。
  22. 前記コーティングされた粒子が、パイル織物上に広がり、該織物が少なくとも部分的に埋もれる層を形成する、請求項２１に記載の方法。
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