JP2010159620A - 合成芝構造物の充てん材料を生成する方法、対応する材料、および合成芝構造物 - Google Patents

合成芝構造物の充てん材料を生成する方法、対応する材料、および合成芝構造物 Download PDF

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Abstract

【課題】ココナツベースの粒子状充てん材およびこれを用いた合成芝構造体において、該粒子状充てん材の浸水性を克服する生成方法および該粒子状充てん材を用いた合成芝構造体を提供する。
【解決手段】粒子状のココナツベースの材料10および粒子状の熱可塑性材料14および必要に応じて鉱物性の充填材16をミキサ12に供給し、該ミキサ12で混合及び第1加熱を行い、これを押し出し機18に送り、該押し出し機18にて該熱可塑性材料14が溶融される温度に加熱して、該熱可塑性材料14に皮膜されたココナツベース10を生成し、これを冷却ステップ22を経て回転切断機24に送り、該回転切断機24にて粒状化処理を行い、得られた粒状材料をコンテナCに集めることで、該粒子状充てん材の生成方法を構成する。
【選択図】図2

Description

本発明は、合成芝構造物の充てん材料または充てん材に係り、対応する合成芝構造物に係る。
文献EP−A−1 158 099は、ポリオレフィンベースの材料およびビニルポリマーベースの材料により構成される群から選択された実質的に均質な粒状材料により構成される合成芝構造物用の粒子状充てん材料を記載している。
この文献に記載されている解決方法は、例えばEP−A−1 371 779、EP−A−1 375 750、EP−A−1 319 753、EP−A−1 389 649、EP−A−1 486 613、EP−A−1 555 522、EP−A−1 658 886、EP−A−1 801 292、EP−A−1 803 841、EP−A−1 889 954、EP−A−892 331(全て本願と出願人が共通である)に開示されているものの多くの発展主題を形成している。
シート状基板から複数の糸状構成が天然芝のように延びて、粒子状充てん材料が糸状構成の間に分散されることで糸状構成自身を実質的に直立状態に保つ合成芝構造物が公知である。この点の概略は例えばUS−A−4 337 283に記載されている。
これら芝構造用の充てん材としては、砂または類似した鉱物性材料を真っ先に想到しやすい。
しかし、これら充てん材は低コストではあるが、例えば、天然芝の葉状の糸状構成(通常、ポリプロピレンおよび各種ポリマー等の合成材料から構成される)の消耗が顕著であり全体として生体力学的性質が劣る等、幾らかの欠点も挙げられる。さらに、これら材料は吸湿性を有し、湿度に影響を受け易いという構造的性質を有する(さらに、湿潤な領域と乾燥した領域とが形成される虞があること、および全て異なる足跡が残ること等も挙げられる)。通常、これら材料は雨水等に対しても弱く、水溜りができる、および/または、雨水により充てん材料が流されてしまう虞がある。
これら欠点を克服すべく、様々な代替的解決法が提案されている。
例えばUS−A−4 337 283またはUS−A−5 958 527に記載されている第1の解決法は、砂に対して、他の理論的に適合した材料を混合することに関する。例えば、US−A−4 337 283に引用されているのは、発泡PVC顆粒(granules of formed PVC)、粒状コルク、細断された発泡ポリウレタン材料、グランドタイヤ(所謂「グランドタイヤゴム」−GTR)由来の材料、ゴムの粒子および合成ポリマーの粒子等である。US−A−5 958 527では、砂とともに、ゴムの顆粒、バーミキュライト、コルク、発泡プラスチック材料、黒色またはカラーのEPDMゴムが、異なる組成を有する層状の材料分布で用いられている。US−A−5 961 389にも、これと実質的に類似した解決法が記載されており(ただし、これは糸状構成を有さないスポーツ構造物に関している)、US−A−4 735 825ではコルクの利用が追加されている。
日本文献JP−A−32 53 204は、「硬質」の充てん材料(例えば砂)からなる下層と、加硫ゴム、ウレタン樹脂等の粒子から構成される弾性充てん材料からなる上層と、を有する層状の充てん材料であって、密度が0.9から1.5であり、砂から構成される硬質の充てん材料の密度より低いものを記載している。
前述の充てん材料に本質的な欠点は、不均質な材料であるということに起因している。
層状の充てん材料の場合、アスリートたちが合成芝構造物の上を走ったり、ジャンプしたり、滑ったり、加速したりブレーキをかけたりして(通常スタッド付の靴をはいて)、充てん材をずらしたり混合させたりする動作をするうちに、元々は異なる組成の層として配された材料の層状の特性が失われがちであることは容易に想到可能であろう。
均質性の欠如という性質は、様々なコンポーネントの特定の質量/密度(specific mass/density)が異なる値を有することによっても生じる。特に、例えばコルクまたは発泡材料といった軽量な材料は(US−A−4 337 283に記載されているように、0.15g/cmから0.31g/cmというように本質的に低密度である)、雨水に浮く性質があるので、当初の配置位置からずれる傾向にある。この現象は、例えばサッカーフィールドのようなスポーツ活動に利用されるフィールドを意図的に多少凸形状にして雨水を流し出すようにしている場合には更に顕著なものとなるので、これにより、雨水に浮く充てん材の「軽量な」コンポーネントがフィールドの側面に向けて徐々に洗い流されていくことでフィールドの中央部が比較的短期間に失われる危険性が生じる。
鉱物性の充てん材の欠点を克服する別の方法に、顆粒を被膜する方法がある。例えば、EP−A−0 377 925は、エラストマーまたはエラストマー混合物(例えば、天然ゴム、スチレンブタジエンゴムまたはニトリルゴム、またはそれらの組み合わせ)で被膜された、密度が1.4から1.6g/cmの間のケイ砂から形成された充てん材料(うち被膜の重量は、材料重量比0.2%から10%を占める)を記載している。
この種類の方法によると、ある程度、充てん材の磨耗性に関する問題が解決されるが、合成芝構造物が生体力学的性質において劣る点に関する問題は解決されない。
合成芝構造物の充てん材として、リサイクルタイヤ材料(GTR)を利用することについては広範な研究が行われている。この方法は、材料が入手容易性であり低コストであることから、多大な商業的成功も達成している。
しかし、この材料の利用に関しては、環境保全の観点から反対もある、というのは、この材料が、どうやっても環境汚染を引き起こすと考えられているカーカスおよび金属材料のワイヤの残留物が残るカーボンブラック充てん材(carbon-black filler)であるからである。この他にも、この材料が出す異臭の点からの反対もあり、これは主に、材料が放出する硫黄に起因しているが、さらにはこの充てん材が黒色のために、日差しの強い国において特に超高温に達しやすいことにも起因している。また、この材料には極度な柔軟性を有するものが多いことから、合成芝構造物の生体力学的性質には悪影響を及ぼす。さらに、この材料の比重量は水の比重量に近く、充てん材として利用すると雨水に浮いたり雨水で洗い流されたりする危険性を免れない。
このような理由で、US−A−5 976 645をはじめとする文献では、このタイヤ材料を他の硬質の材料(例えば砂)または適合する材料(例えば天然ゴムまたは合成ゴム)とともに利用することが提示されている。US−A−5 958 527およびUS−A−4 337 283をはじめとする文献では、このリサイクルゴム材料を砂と混合または組み合わせて、極度な柔軟性を補正する方法が提示されている。
また、US−A−3 731 923およびJP−A−10037122等の他の文献では、人口樹脂顆粒(例えば、全てが密度0.75g/cmレベルの比較的軽量な材料であり雨水に浮く可能性が高いポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン6またはナイロン66)、つまり、密度が1.8−3.5g/cmレベルのウレタン樹脂、合成樹脂、天然ゴムまたはビニルゴム等を利用する方向に移行している。
このシナリオに関して、EP−A−1 158 099では、後者の解決法の利点を維持しつつ、欠点が改善されたと述べられている。
WO−A−2006/109110およびWO−2007/010234は充てん材料のまた別の発展を述べている。
これら解決法は、ココナツベース等の植物性材料および/または他の類似した繊維状の、すりつぶされた、および/または、細断された植物性材料からなる充てん材を利用することに係る。これら材料は、低木や植物の樹皮、特にサイザル等のリュウゼツラン繊維およびカナパ(canapa)繊維等の野菜から作る天然繊維由来の他の植物性材料とともに利用可能である。ココナツベースの材料に対しては、砂等の硬質材料を、例えば上層として重ねる等により、混合することができる。さらには、ピートまたは他の植物性残留物由来の天然有機材料、ゴム等の弾性粒子状材料、火山礫、軽石等の火山由来の粒状多孔性材料と混合することもできる。
この種類の解決法、および類似した前述の解決法では(例えば、DE−U−20309789参照)、ココナツベースの材料(例えばココナツの木および/または実の一部、つまり、ココナツ繊維またはココナツのピート等)が入手しやすいという利点が述べられており、特にこの材料が天然由来材料であり、「エコロジー」に配慮した種類であることが示唆されている。
しかしながら、この「エコロジー」な性質にも関わらず、この方法には、顆粒に火気忌避性質(fire-repellent)を持たせるよう、および/または、糸状菌、真菌、および/または、バクテリアコロニーの形成を妨げるよう、何らかの物質を充てん材料に対して追加せねばならないという問題がある。さらには、これら材料を配合すると、粉末が形成されたり分散され、充てん剤の顆粒が常に湿気を帯びることで、顆粒が溶融されコンポーネントを解放して元の形に戻してしまうことも意味する。
いずれの場合にも、得られる材料は吸湿性材料となってしまい、合成芝構造物の生体力学的性質は雰囲気中の湿度によって変わり易いものとなる危険性が生じ、また、元来親水性であることからも、常に「湿気を帯びた(damp)」状態になり、降雨の治まった後でも充てん剤が浸水(packing)した状態になる危険性がある。
本発明の目的は、このココナツベースの充てん材料の利用にまつわる本質的な欠点を克服することである。
本発明によると、上述の目的は、下記の請求項に記載の性質を有する方法により達成される。本発明は、対応する充てん材料および対応する合成芝構造物も請求する。
1実施形態として記載する解決法は、公知の解決法では、繊維状の、すりつぶされた、および/または、細断されたココナツベースの材料が、該ココナツベースの材料の該繊維粒子各々が全体的に露呈するように他の材料と混合されることから、湿気および液体を完全に吸水しやすく、上述の欠点が生じる、ということの認識に基づいている。これに対して、1実施形態として記載する解決法では、例えば、ポリオレフィンおよび/または熱可塑性のエラストマーベースの材料等の熱可塑性材料の基質(matrix)に対して、ココナツベースの材料を利用した充てん剤が提供される。このように、ココナツベースの材料のすりつぶされた、および/または、細断された繊維粒子は、熱可塑性材料に組み込まれる(故に部分的にまたは完全に被膜される)ので、外界から隔離され、安定する。
以下に、本発明を、添付図面を参照しながら純粋に制限的ではない例示により記載する。
ここで記載する合成芝構造物の理想的な縦断面の概略図である。
ここで記載する充てん剤の製造に利用されうるプロセスを表す機能ブロック図である。
下記の記載では、実施形態のより深い理解を促すべく様々な特定の詳細を記載する。実施形態は、これら特定の詳細の1以上がなくても、あるいは、他の方法、コンポーネント、材料等を利用することでも実施可能である。他の公知の場合、構造、材料、または動作は、詳細には示さないことで、本実施形態の様々な側面を曖昧にしないよう努めている。
記載中に出てくる「1実施形態」という言い回しは、本実施形態に関して記載される特定の構成、構造、または性質が、少なくとも1つの実施形態に含まれることを示す。故に、「1実施形態において」といった言い回しは、本記載の様々な点に利用される場合があるが、必ずしも同じ実施形態のことを示してはいない。加えて、1以上の実施形態において、特定のコンフォメーション、構造、または性質は適宜組み合わせることが可能である。
利用する参照番号は、便宜上付しているものであって、保護範囲または実施形態の範囲を画定するものではない。
公知の方法全体に基づいて、図1に示す合成芝構造物は、基礎G上に配置すべきシート状基板1を含む。基礎Gは、例えば、均された地面(tamped earth)、または砂利/砂の集塊であってよく、アスファルト層で被われていてもよく、この上に合成構造物が自由な配置で配設される。
シート状基板1(通常「裏材」と称される)は、例えば、SBRラテックスおよび/またはポリウレタン(PU)ラテックス等でラテックス処理された不織布等のプラスチック材料のシートにより構成可能である。
複数の糸状構成2が基板1から上方に、通常は房状に延び、天然芝の葉を模している。
糸状構成2は、その底部端(2aと示される)が基板1に固定され、遠隔端が基板1の上方に延び、基板1を延ばした主平面から計測した全長は例えば用途に応じて15から70mmの範囲で推移しうる。
基板1および糸状構成2の製造方法(基板1へ糸状構成2の底部端2aを強固に固定する方法を含む)における一般的な基準は、この分野で公知であり、本発明の理解という観点からはそれ自身が重要ではないので、ここでは詳細には記載しない。
合成芝構造物を配設段階においては、充てん材として機能する粒子状材料3を、基板1上の糸状構成2間に分散させる。材料3の機能は、実質的に、糸状構成2を直立状態に保ち、基板1上に平らに倒れてしまわないようにすることである。
充てん材料3の糸状構成2間へ撒かれる量は、広範に延在する糸状構成2の遠隔端が、充てん材3の層の上面から5から20mmの長さ分程度突出するのに足る程度である。
ここで考慮する実施形態の例においては、粒子状材料(particulate material)3(または「粒状材料(granular material)」、両者ともここでは実質的に均等として利用される)は均質な材料であり、実質的に互いに同じ顆粒により形成され、以下でさらに詳述するようにココナツベースの材料からなる充てん材を含む熱可塑性材料から形成される。
1利用形態においては、粒子状材料3が基板1の糸状構成2間に実質的に均質に分散され、上層が異なる性質を有さないようにする。
また、ここで記載する粒子状充てん材は、以下の合成芝構造物における利用にも適している。
− 充てん材が層状であり、そのうち少なくとも1層は、安定化またはバラスト機能を有する砂の層上に配置される、ここで記載するココナツベースの材料からなる充てん材を有する材料を含む。
− ここで記載するココナツベースの材料からなる充てん材を有する材料は、例えばポリウレタンで被われたゴムのGTR等の別の粒子状材料と混合される。
ここでは「ココナツベースの材料」という用語は、最も広義の意味を有し、例えば、ココナツの木(例えば樹皮)および/または実(ココナツの殻、外皮、果肉)の部分、ココナツ繊維、および所謂「ココピート(cocopeat)」を含む。ココナツの殻、ココナツ繊維、ココピートから得られる材料および上述の全ての他の材料を互いに混合することができる。これらココナツベースの材料は、一般的に「コイア製品」として慣用的に称されている。
図2のブロック図では、参照番号10は、ココナツベースの材料の任意のソースを表していてよい。
1実施形態においては、ソース10は、ココナツ材料ベースの圧搾された塊が供給される機械であり、この塊を断片化および/または細断化してよい。1実施形態においては、ソース10は、既に粒状のココナツベースの材料のディスペンサであってもよい。
例えば、ココナツ塊の断片化により生じる材料は、つまり既に利用可能な形にある粒状の材料は、その種類の粒径分布を表していてよい。
0mm−1mm:25−30%
1mm−3mm:40−60%
3mm−5mm:10−25%
ソース10は、この粒状の(糸状の、すりつぶされた、切り刻まれた、および/または、細断された形状の)材料をミキサ12へ供給し、1実施形態においては、ミキサ12は、混合した材料の第1加熱を行う。ミキサ12にはさらに、別のソース14(これもまた公知の種類であってよい)から、例えば、ポリオレフィンベースの材料(例えばポリエチレン、ポリプロピレン)および/またはSBSまたはSEBS熱可塑性エラストマー(または一般的には、ISO 18064規格に準拠した熱可塑性エラストマー)熱可塑性材料からなる群から選択された材料が供給されてもよい。
参照番号16はさらなるチャネルであり、ミキサ12は、このチャネルを介して、また別のコンポーネント(例えば炭酸カルシウムまたはピグメント等の鉱物性充てん材)を受け取り、熱可塑性材料14およびココナツベースの材料10に追加して、概して20として示される(公知の種類の)加熱手段を有する押し出し機18へ混合物を供給するのに備えてよい。
押し出し機18(または機能的に均等なデバイス)においては、ミキサ12から来る不均質な混合物を、熱可塑性材料14が溶融(軟化)される温度の範囲で加熱して(または加熱し続けて)、この混合物はさらに成形工程にかけられる。
例えば、上述の温度は、摂氏100度から130度の範囲であってもよい。この結果生じるのは、ココナツベースの材料の粒子を包含(englobe)する熱可塑性材料(の基質)である。
この包含の結果、ココナツベースの材料はさらに、糸状菌、真菌、および/または、バクテリアコロニーの形成の基になりうる物質(agent)をなくすることのできる全効果達成可能な殺菌温度(all effects amount sterilization temperature)(一般的には摂氏100度を超える温度)にかけられ、これは充てん材の「エコロジー」な性質に悪影響を及ぼす化学物質を追加せずに行われる。
ココナツベースの材料を充てん材として含む熱可塑性材料は、その後、粒状化処理にかけられる。1実施形態においては、これは、好適には(preferentially)冷却ステップ22の後に行われて、上述の熱可塑性材料を少なくとも実質的に焼固(consolidation)させる。
粒状化処理は、例えば、回転切断機24で行われる(これも図2に概略を示す他のコンポーネントと同様、公知の種類でもよいので、個々では詳細に記さない)。
1実施形態においては、粒状化は、まず押し出し機18からの出力での第1の荒い断片化を行い、および、それに続いてすりつぶしおよびスクリーニングを行う、といったように、幾らかの段階を踏んで行われる。
こうして得られた粒状材料はコンテナCに集められ、ここで材料はパッケージされて(例えば、大きな袋に)、保存される、および、概略を図1に示す合成芝構造体を形成すべく「種蒔」を行う現場へと搬送されてよい。
このようにして得られた粒状の充てん材は、実質的に均質性を有し、各顆粒がココナツベースの材料からなる充てん材(および、他の充てん材/添加物)を有する熱可塑性材料で構成される。製造プロセスによる粒径のばらつきはあるものの、各顆粒同士は、全体として互いに均一である。特に、温度処理(the passage in temperature)およびその結果起こる熱可塑性材料の軟化/溶融により、熱可塑性材料の基質がココナツベースの充てん材を少なくとも部分的に包含する。ココナツベースの材料のコンポーネントは、このようにして、少なくとも部分的に熱可塑性材料により被われる。
以下に、ミキサ12から押し出し機18へ供給される混合物の重量百分率構成の1例を示す。
− 熱可塑性材料: 20−40重量%
− ココナツベースの材料: 10−25重量%
− 充てん材の鉱物(例えば、CaCO): 45−55重量%
− 添加物(可塑剤(plastifier)、帯電防止添加剤): 5−10重量%
− ピグメント: 2−4重量%
押し出し機18で形成される充てん材を含む材料から粒状化を経て得られる材料は、重量では同じ組成を有するが、単にココナツベースの材料を熱可塑性材料と混ぜただけで充てん材として組み込んでいない材料(例えば熱可塑性材料の顆粒と混合されたココナツベースの材料の顆粒などの、異なる顆粒の不均質な混合物)と比較すると、顕著に吸湿性が低減している。
直接関係ある事例として、本願の出願人は、以下のA)およびB)に関する吸水性に関する比較試験を、吸水値の比較により行った。
− A) 先に記載した重量単位の組成物に対応する(不均質な)混合物
− B) このような混合物により得られたココナツベースの材料から形成される充てん材を有する熱可塑性材料の粒状化により得られた熱可塑性(均質な)顆粒材料
つまり、ミキサ12に供給されたコンポーネントの混合物の吸水値と、押し出し機18からの出力における粒状化により生じた粒状材料の吸水値とを比較した。
試験は、100‐gの試料それぞれに対して、試料の吸水力が飽和するまで徐々に給水を続けることで行われた。
A)の混合物は、水160−170gを投与したところで飽和を認めた。
B)の材料は、水80−90gを投与したところで飽和を認めた。
故に、B)の材料の吸水性は、A)の混合物の吸水性の約半分であることが示された。
本発明の原理を侵害することなく、実施形態の構成はその詳細を変更することができ、特に、ここで記載されたことは純粋の比限定的な例示であり、本発明の範囲内で添付請求項により定義される。

Claims (12)

  1. 合成芝構造物の粒子状充てん材料を生成する方法であって、
    ココナツベースの材料(10)を充てん材として含む熱可塑性材料(14)を供給する工程(18)と、
    ココナツベースの材料(10)を充てん材として含む前記熱可塑性材料(14)を粒状化処理(24)にかけて、前記粒子状充てん材料を得る工程と、を備える、方法。
  2. 前記熱可塑性材料(14)を粒子状にする工程(18)と、
    前記ココナツベースの材料(10)を粒子状にする工程(18)と、
    前記熱可塑性材料(14)と前記ココナツベースの材料(10)とを混合する工程と、
    このようにして得られた混合物(12)を加熱して前記熱可塑性材料(14)を溶融することで、ココナツベースの材料(10)を充てん材として含む前記熱可塑性材料(14)を形成する加熱工程と、を備える、請求項1に記載の方法。
  3. ココナツベースの材料(10)を充てん材として含む前記熱可塑性材料(14)に、さらに、鉱物性の充てん材および/またはピグメントなどのコンポーネントを加える工程(16)を備える、請求項1または請求項2に記載の方法。
  4. 前記熱可塑性材料(14)および前記ココナツベースの材料(10)を、押し出し機(18)に供給して、ココナツベースの材料(10)を充てん材として含む前記熱可塑性材料(14)を生成する工程を備える、請求項1から3のいずれかに記載の方法。
  5. ココナツベースの材料(10)を充てん材として含む前記熱可塑性材料(14)を、好適には回転性の切断部(24)により粒状化して、好適には、その後すりつぶして前記すりつぶした材料のスクリーニングを行う工程を備える、請求項1から4のいずれかに記載の方法。
  6. ココナツベースの材料(10)を充てん材として含む前記熱可塑性材料(14)を、前記粒状化処理(24)の前に、前記熱可塑性材料の溶融温度から少なくとも部分的に冷却化する工程(22)を備える、請求項1から5のいずれかに記載の方法。
  7. 前記熱可塑性材料は、ポリオレフィンベースの材料、熱可塑性エラストマー、および、それらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1から6のいずれかに記載の方法。
  8. 合成芝構造物の粒子状充てん材料であって、
    請求項1から7のいずれかに記載の方法によりココナツベースの材料(10)を充てんされた熱可塑性材料(14)の基質を含む、粒子状充てん材料。
  9. 前記ココナツベースの材料は、粒径が5mm未満である、および/または、粒径分布が、
    0mm−1mm:25−30%
    1mm−3mm:40−60%
    3mm−5mm:10−25%
    である、請求項8に記載の粒子状充てん材料。
  10. 複数の糸状構成(2)を有するシート状基板(1)と、
    前記複数の糸状構成(2)の間に分散配置されて、前記複数の糸状構成(2)を直立状態に保ち、請求項8または請求項9に記載の材料を含む粒子状充てん材料(3)と、を備え、
    前記複数の糸状構成(2)は前記シート状基板(1)から延びて天然芝カバーを模する、合成芝構造体。
  11. 前記粒子状充てん材料は、完全に請求項8または請求項9に記載の材料から形成される、請求項10に記載の合成芝構造体。
  12. 前記粒子状充てん材料は層状に形成され、少なくとも1層が請求項8または請求項9に記載の材料を含む、および/または、
    請求項8または請求項9に記載の前記材料は、異なる粒子状材料と混合される、請求項10に記載の合成芝構造体。
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