JP2017516910A - 人工芝用弾性充填材 - Google Patents

Abstract

【課題】人工芝用弾性充填材を提供すること。【手段】オレフィン共重合体を含有したベース樹脂と無機充填剤の混合物とシランカップリング剤を含む弾性体組成物をペレット化した人工芝用弾性充填材として、前記シランカップリング剤が前記混合物に一緒に混合された状態で存在するか、または、前記オレフィン共重合体にグラフトされ、前記オレフィン共重合体を水架橋させた形態で存在する人工芝用弾性充填材を提供する。【選択図】なし

Description

本明細書に開示された技術は、人工芝用弾性充填材に関するもので、より詳細には、耐熱性に優れた人工芝用弾性充填材に関するものである。

人工芝は、天然芝の感触を有しながら長く使用することができ、維持費が安く、クッションによる負傷防止などの利点で、世界的に大幅に設置が増加してきている。人工芝の構造としては、カーペット型人工芝に天然芝と同様の質感を付与するためにゴムチップと砂を充填する方法の人工芝が多く使用されている。しかし、人工芝充填材として使用されている廃タイヤゴムチップから発生する有害性が社会的問題として浮上している。廃タイヤゴムチップは、黒色を帯びているので太陽光を吸収して球場の温度を上昇させるため、運動環境を悪化させることがある。気温が摂氏３０℃を超える夏には、ゴムチップから煙臭い臭いが発生し、熱い地熱で溶けたゴムチップがこびりつくこともある。粉砕によって廃タイヤチップが作られる工程の特性上、長期間使用すると粉砕チップが粉々になり、粉塵を誘発して周辺を汚染することがある。ヨーロッパでは、人工芝から重金属、多核芳香族炭化水素、トルエン、ベンゼン、ニトロソアミンなどの有害物質が検出されたという報告が出されており、人工芝充填材として廃タイヤを代替する代替物質に対するニーズが拡大している。

上述したとおり、有害性がある廃タイヤチップの代わりに最近使用されているＥＰＤＭゴムを架橋させて作ったゴムチップの場合、架橋された物質をチップにするためには必ず粉砕を経なければならず、この粉砕チップは施工後に粉じんを発生するので飛散問題があり、不規則な表面形状によってゴムチップの間に不要なスペースが発生してゴムチップ間の凝集力を分散させるため、芝生が適切に支持されないという欠点がある。

特許文献１には、スチレン−エチレン・ブタジエン−スチレン（ＳＥＢＳ）、オレフィン系弾性体、鉱物油、無機充填剤、耐候性安定剤及び無機顔料を含む環境に配慮した人工芝用充填材組成物が記載されている。上記文献には、チップが粉砕によって製造されるのではなく、押出しによってペレット状に製造され、施工後に粉じんが発生しないという利点が紹介されているが、ＳＥＢＳ樹脂が一般ゴムやポリオレフィン弾性体に比べて倍以上高価であるため、人工芝用充填材として使用するには経済性が劣り、市場拡大に限界がある。ＳＥＢＳにオレフィン系弾性体を混合使用した場合は材料価格が安くはなるが、ブレンドされるオレフィン系弾性体樹脂の融点が低いため、これを使用した充填材は耐熱性が不足し、弾性回復特性が低下するため、長期的に施工後の人工芝の変形及びペレット同士が互いにくっつく問題が生じる可能性がある。したがって、改善された人工芝用弾性充填材に対するニーズがあった。

韓国公開特許公報第１０−０７９９２６２号

本発明の一側面によれば、オレフィン共重合体を含有したベース樹脂と無機充填剤の混合物にシランカップリング剤を含む弾性体組成物をペレット化した人工芝用弾性充填材として、前記シランカップリング剤が前記混合物に一緒に混合された状態で存在するか、または前記オレフィン共重合体にグラフトされ、前記オレフィン共重合体を水架橋させた形態で存在する人工芝用弾性充填材が提供される。

本発明の他の側面によれば、オレフィン共重合体を含有したベース樹脂と無機充填剤の混合物にシランカップリング剤を含む弾性体組成物を提供する段階；前記弾性体組成物を混練する段階；及び混練された前記弾性体組成物を押出し及びペレット化して弾性充填材を得る段階を含む人工芝用弾性充填材の製造方法が提供される。

以下、本明細書に開示された技術について詳細に説明する。

一実施例によれば、人工芝用弾性充填材はオレフィン共重合体を含有したベース樹脂と無機充填剤の混合物にシランカップリング剤を含む組成物をペレット化したものである。この時、前記シランカップリング剤が前記混合物に一緒に混合された状態で存在するか、または前記オレフィン共重合体にグラフトされ、前記オレフィン共重合体が水架橋された形態で存在する。

一実施例では、前記オレフィン共重合体は、エチレン共重合体であることができる。前記エチレン共重合体は、ｉ）エチレン、及びｉｉ）Ｃ３−Ｃ１０アルファモノオレフィン、Ｃ３−Ｃ２０モノカルボン酸のＣ１−Ｃ１２アルキルエステル、不飽和Ｃ３−Ｃ２モノまたはジカルボン酸、不飽和Ｃ４−Ｃ８ジカルボン酸の無水物及び飽和Ｃ２−Ｃ１８カルボン酸のビニルエステルからなる群より選択される１種以上のエチレン性不飽和単量体の共重合体であることができる。

前記エチレン共重合体は、Ｓｈｏｒｅ Ａ４０からＳｈｏｒｅ Ａ９５間の硬度を有する軟質ポリマーとして、耐酸化性及び耐候性が良く弾性に優れており、価格も安く、弾性充填材としての必要条件に最も適したポリマーである。

前記エチレン共重合体の具体的な例として、エチレン酢酸ビニル（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｖｉｎｙｌａｃｅｔａｔｅ、ＥＶＡ）、エチレン−ブチルアクリレート（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｂｕｔｙｌａｃｒｙｌａｔｅ、ＥＢＡ）、エチレンーメチルアクリレート（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｍｅｔｈｙｌａｃｒｙｌａｔｅ、ＥＭＡ）、エチレン−エチルアクリレート（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｅｔｈｙｌａｃｒｙｌａｔｅ、ＥＥＡ）、エチレン−メチルメタアクリレート（（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ、ＥＭＭＡ）、エチレン−ブテン共重合体（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｂｕｔｅｎｅ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ、ＥＢ−Ｃｏ）、エチレン−オクテン共重合体（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｏｃｔｅｎｅ Ｃｏｐｌｙｍｅｒ、ＥＯ−Ｃｏ）などをあげることができる。

一実施例では、前記オレフィン共重合体は、オレフィン／α−オレフィン共重合体であることができる。本明細書で「オレフィン／α−オレフィン共重合体」という用語は、一般的にエチレンまたはプロピレンと２個以上の炭素原子を有するα−オレフィンを含む共重合体を指す。前記α−オレフィンは、末端に二重結合を有する炭素数２以上のオレフィンである。

好ましくは、エチレンまたはプロピレンは、重合体全体の主要モル分率を占め、すなわちエチレンまたはプロピレンは重合体全体の約５０mol％以上を占める。さらに好ましくは、エチレンまたはプロピレンは約６０mol％以上、約７０mol％以上、または約８０mol％以上を占め、重合体全体の実質的な残りは、好ましくは３個以上の炭素原子を有するα−オレフィンである一つ以上のその他共単量体を含む。例えば、エチレン／オクテン共重合体の場合、好ましい組成物は重合体全体の約８０mol％以上のエチレン含量、及び重合体全体の約１０〜約１５mol％、好ましくは約１５〜約２０mol％のオクテン含量を含んでいる。

前記オレフィン／α−オレフィン共重合体は、ランダム共重合体またはブロック共重合体であることができる。ＯＡＯの例は、代表的にＥｔｈｙｌｅｎｅ Ａｌｐｈａ Ｏｌｅｆｉｎ（ＥＡＯ）またはＰｒｏｐｙｌｅｎｅ Ａｌｐｈａ Ｏｌｅｆｉｎ（ＰＡＯ）があり、多くの製品が商用化されており、ＥＡＯではＤｏｗ ＣｈｅｍｉｃａｌのＥｎｇａｇｅ及びＩｎｆｕｓｅ、ＭｉｔｓｕｉのＴａｆｍｅｒ、Ｅｘｘｏｎ ＭｏｂｉｌｅのＥｘａｃｔ、ＬＧ化学のＬＧ−ＰＯＥなどがあり、ＰＡＯではＤｏｗ ＣｈｅｍｉｃａｌのＶｅｒｓｉｆｙ、ＭｉｔｓｕｉのＮｏｔｉｏ、Ｅｘｘｏｎ Ｍｏｂｉｌｅの Ｖｉｓｔａｍａｘｘなどがある。

一実施例では、前記人工芝用充填材に使用されるオレフィン／α−オレフィン共重合体は、オレフィンブロック共重合体（ＯＢＣ）である。前記オレフィンブロック共重合体（ｏｌｅｆｉｎ ｂｌｏｃｋ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ、ＯＢＣ）は、マルチブロック共重合体である。これらは、好ましくは線形方式で結合された二つ以上の化学的に別個の区域またはセグメント（「ブロック」と呼ぶ）を含む重合体、すなわちペンダントまたはグラフト方式よりは重合されたエチレン系官能基またはプロピレン系官能基に対して、末端−対−末端結合される化学的に区分された単位を含む重合体である。

前記オレフィンブロック共重合体（ＯＢＣ）は、エチレン／α−オレフィンマルチブロック共重合体またはプロピレン／α−オレフィンマルチブロック共重合体を意味する。前記オレフィンブロック共重合体は、エチレンまたはプロピレンに一つ以上の共重合α−オレフィン共単量体を重合した形態で含まれ、化学的または物理的特性が異なる二つ以上の重合された単量体単位の複数のブロックまたはセグメントを有するマルチブロック共重合体であることを特徴とする。

いくつかの実施例では、前記マルチブロック共重合体は次の化学式で示すことができる。

（ＡＢ）ｎ
化学式で、ｎは１以上、好ましくは１を超え、例えば２、３、４、５、１０、１５、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、またはそれ以上の整数であり；「Ａ」は硬質ブロックまたはセグメントを示し；「Ｂ」は軟質ブロックまたはセグメントを示す。好ましくは、ＡとＢは分枝型または星型方式ではなく線形方式で連結される。「硬質」セグメントは、エチレンまたはプロピレンがいくつかの実施例では９５重量％以上、他の実施例では９８重量％以上の量で存在する重合された単位のブロックを意味する。すなわち、硬質セグメント内の共単量体含有量は、いくつかの実施例では硬質セグメントの総重量の５重量％以下、他の実施例では２重量％以下である。いくつかの実施例では、硬質セグメントはすべてまたは実質的にすべてエチレンまたはプロピレンで構成されている。一方、「軟質」セグメントは、共単量体含量がいくつかの実施例では軟質セグメントの総重量の５重量％以上、様々な他の実施例では８重量％以上、１０重量％以上、または１５重量％以上の重合された単位のブロックを意味する。いくつかの実施例では、軟質セグメント内の共単量体含量は様々な他の実施例では２０重量％以上、２５重量％以上、３０重量％以上、３５重量％以上、４０重量％以上、４５重量％以上、５０重量％以上、または６０重量％以上であることができる。

一実施例において、前記オレフィンブロック共重合体は、０．８５〜０．９１ｇ／ｃｃ、または０．８６〜０．８８ｇ／ｃｃの密度を有することができる。

一実施例において、前記オレフィンブロック共重合体は、ＡＳＴＭ Ｄ１２３８（１９０℃、２．１６ｋｇ）によって測定した溶融指数（ＭＩ）が０．０１〜３０ｇ／１０分、または０．０１〜２０ｇ／１０分、または０．１〜１０ｇ／１０分、または０．１〜５．０ｇ／１０分、または０．１〜１．０ｇ／１０分、または０．３〜０．６ｇ／１０分であることができる。

一実施例において、前記オレフィンブロック共重合体は、連続プロセスで製造時、１．７〜３．５、または１．８〜３、または１．８〜２．５、または１．８〜２．２の多分散指数（ＰＤＩ）を有することができる。バッチまたはセミ−バッチプロセスで製造時は、前記オレフィンブロック共重合体は１．０〜３．５、または１．３〜３、または１．４〜２．５、または１．４〜２のＰＤＩを有することができる。

一実施例において、前記オレフィンブロック共重合体は、５〜３０重量％、または１０〜２５重量％、または１１〜２０重量％の硬質セグメントを含有することができる。前記硬質セグメントは、共単量体から誘導される０．０〜０．９mol％単位体を含むことができる。前記オレフィンブロック共重合体はまた７０〜９５重量％、または７５〜９０重量％、または８０〜８９重量％の軟質セグメントを含有することができる。前記軟質セグメントは、共単量体から誘導される１５mol％未満、または９〜１４．９mol％単量体を含有することができる。一実施例において、前記共単量体はブテンまたはオクテンであることができる。

前記オレフィンブロック共重合体は、ハードセグメントとソフトセグメントのブロックが交互に続く連鎖構造を有しているため、ハードセグメントの剛性とソフトセグメントの柔軟性を兼ね備えた特性を有している。また、同様の硬度のエチレンランダム共重合体に比べて高い耐熱性を有し、弾性回復特性がスチレン系または加硫されたオレフィン系熱可塑性弾性体と同等以上の性能を有することができる。また、粉じん問題や環境問題を起こさず、スチレン系弾性体混合物に比べて価格面で経済性がある。

好ましくは、値段が非常に安価であるという点で、前記人工芝用弾性充填材に使用されるオレフィン／α−オレフィン共重合体は、オレフィンランダム共重合体（ＯＲＣ）である。

前記オレフィンランダム共重合体は、エチレンまたはプロピレンと一つ以上の共重合α−オレフィン共単量体が不規則に重合した形態であることができる。

前記ＯＲＣがエチレン及びα−オレフィンの共重合体、すなわちＥＡＯの場合、例えばＣ３−Ｃ２０α−オレフィン、Ｃ３−Ｃ１２α−オレフィン、またはＣ３−Ｃ８α−オレフィンの共重合体を一つ以上含有することができる。適当なα−オレフィンは、直鎖または分枝鎖であることができる（例えば、一つ以上のＣ１−Ｃ３アルキル分枝鎖またはアリール基）。具体的な例は、プロピレン、ブテン、３−メチル−１−ブテン、３，３−ジメチル−１−ブテン、ペンテン、一つ以上のメチル、エチルまたはプロピル置換基を有するペンテン、一つ以上のメチル、エチルまたはプロピル置換基を有するヘキセン、一つ以上のメチル、エチルまたはプロピル置換基を有するヘプテン、一つ以上のメチル、エチルまたはプロピル置換基を有するオクテン、一つ以上のメチル、エチルまたはプロピル置換基を有するノネン、エチル、メチルまたはジメチル置換デセン、ドデセン、スチレンなどを含む。特に、要望されているα−オレフィン共単量体は、プロピレン、ブテン（例えば、１−ブテン）、ヘキセン及びオクテン（例えば、１−オクテンまたは２−オクテン）である。これらの共重合体のエチレン含量は約６０mol％〜約９９．５mol％、一部実施例では約８０mol％〜約９９mol％、一部実施例では約８５mol％〜約９８mol％であることができる。同様に、α−オレフィン含量は、約０．５mol％〜約４０mol％、一部実施例では約１mol％〜約２０mol％、一部実施例では約２mol％〜約１５mol％の範囲であることができる。α−オレフィン共単量体の分布は、代表的にランダムであり、エチレン共重合体を形成する異なる分子量分率にわたって均一である。

前記ＯＲＣがプロピレン及びα−オレフィンの共重合体、すなわちＰＡＯの場合、例えば、Ｃ２−Ｃ２０α−オレフィン、Ｃ２−Ｃ１２α−オレフィン、またはＣ２−Ｃ８α−オレフィンの共重合体を一つ以上含有することができる。適当なα−オレフィンは直鎖または分枝鎖であることができる（例えば、一つ以上のＣ１−Ｃ３アルキル分枝鎖またはアリール基）。具体的な例は、エチレン、ブテン、３−メチル−１−ブテン、３，３−ジメチル−１−ブテン、ペンテン、一つ以上のメチル、エチルまたはプロピル置換基を有するペンテン、一つ以上のメチル、エチルまたはプロピル置換基を有するヘキセン、一つ以上のメチル、エチルまたはプロピル置換基を有するヘプテン、一つ以上のメチル、エチルまたはプロピル置換基を有するオクテン、一つ以上のメチル、エチルまたはプロピル置換基を有するノネン、エチル、メチルまたはジメチル置き換えデセン、ドデセン、スチレンなどを含む。特に要望されているα−オレフィン共単量体は、エチレン、ブテン（例えば、１−ブテン）、ヘキセン及びオクテン（例えば、１−オクテンまたは２−オクテン）である。これらの共重合体のプロピレン含量は、約６０mol％〜約９９．５mol％、一部実施例では約８０mol％〜約９９mol％、一部実施例では約８５mol％〜約９８mol％であることができる。同じく、α−オレフィン含量は、約０．５mol％〜約４０mol％、一部実施例では約１mol％〜約２０mol％、一部実施例では約２mol％〜約１５mol％の範囲であることができる。α−オレフィン共単量体の分布は、代表的にランダムであり、プロピレン共重合体を形成する異なる分子量分率にわたって均一である。

前記エチレン／α−オレフィン共重合体（ＥＡＯ）またはプロピレン／α−オレフィン共重合体（ＰＡＯ）の密度は、α−オレフィンの長さ及び量の関数とすることができる。すなわち、α−オレフィンの長さが長く、α−オレフィンの量が多いほど、共重合体の密度は低くなる。一般的に言えば、共重合体の密度が高いほど、３次元構造をよりよく保持することができ、共重合体の密度が低いほど、より良いエラストマーの性質を有することができる。

前記ＯＲＣは、０．８６〜０．９０ｇ／ｃｃ、一部実施例では約０．８６１〜約０．８９ｇ／ｃｃ、一部実施例では約０．８６２〜約０．８８ｇ／ｃｃの密度を有するように選択される。

前記シランカップリング剤は、前記弾性体組成物内に存在し、前記組成物内に含有されたラジカル開始剤によって前記オレフィン共重合体とグラフティング反応をして、水分の存在下で架橋反応が進行されるようにする。前記弾性体組成物内において混合された状態で存在する前記シランカップリング剤により、後で前記組成物をペレット化して製造した弾性充填材を水中で熱を加えて架橋することができる。また、前記組成物をペレット化した後、弾性充填材をそのまま施工すると、大気中の湿気を含んで時間の経過に応じて自然架橋を起こすことができる。

前記シランカップリング剤は、前記ベース樹脂に化学的に結合されてシラングラフト共重合体を構成し、ペレット化された弾性充填材の架橋化のための官能基の役割を果たす。前記シランカップリング剤は、アルコキシシラン化合物の形態を有することができる。前記アルコキシシラン化合物として、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ−ｎ−プロポキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリ（２−メトキシエトキシ）シラン、３−メタクリロイルオキシプロピル−トリメトキシシラン（３−ｍｅｔｈａｃｒｙｌｏｙｌｏｘｙｐｒｏｐｙｌ−ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）、３−メルカプトプロピル−トリメトキシシラン（３−ｍｅｒｃａｐｔｏｐｒｏｐｙｌ−ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）、３−アミノプロピル−トリメトキシシラン（３−ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌ−ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）、３−グリシジルオキシプロピル−トリメトキシシラン（３−ｇｌｙｃｉｄｙｌｏｘｙｐｒｏｐｙｌ−ｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）などを使用することができる。これらのシランカップリング剤は、単独または２種以上組み合わせて使用することができる。

架橋の程度は、前記弾性体組成物内でのシランカップリング剤の量の含量で調節することができる。

本発明の人工芝用弾性充填材において、前記シランカップリング剤の含有量は、前記ベース樹脂１００重量部に対して０．５〜５重量部、好ましくは０．８〜３重量部、より好ましくは１〜２重量部であることができる。前記シランカップリング剤の含有量が前記範囲未満では、架橋の効果が少なく、耐熱性が不足して夏期の高温下で弾性充填材同士の凝集現象が発生することがあり、前記範囲を超えると架橋密度がある程度以上上昇せずに原価だけ上昇することができる。

シラングラフト共重合体を構成するために、前記弾性体組成物にはラジカル重合開始剤を含有することができる。前記ラジカル重合開始剤は、前記ベース樹脂と前記シランカップリング剤を化学的にグラフティングさせる役割を果たし、前記ラジカル重合開始剤としてｔ−ブチルキュミルパーオキサイド、過酸化ベンゾイル、クメンヒドロペルオキシド、ジクミルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシラウリレート、ｔ−ブチルパーオキシアセテート、ジ−ｔ−ブチルパーオキシフタレート、ｔ−ブチルパーオキシマレイン酸、シクロヘキサノンノンパーオキサイド、ｔ−ブチルキュミルパーオキサイド、ｔ−ブチルヒドロペルオキシド、１，３−ビス（ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、メチルエチルケトンパーオキサイド２，５−ジメチル−２，５−ジ（ベンゾイルオキシ）ヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−（ｔ−ブチルパーオキシ）−３−ヘキサン、ｎ−ブチル−４，４−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）吉草酸エステル、α、α´−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ジイソプロピルベンゼンまたはこれらの混合物などを使用することができる。

必要に応じて、前記グラフティング段階での水架橋時間を短縮するために、前記弾性体組成物に触媒をさらに添加することができる。この時に使用する触媒としては、ジラウリン酸ジブチルスズ、マレイン酸ジブチルスズ、ジブチルスズジアセテート、ジラウリン酸ジブチルスズ、マレイン酸ジブチルスズ、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジオクトエート、テトラブチルチタネート、ヘキシルアミン、ジブチルアミン酢酸、第1スズ、第一スズオクトアート、ナフテン酸鉛、カプリル酸亜鉛、ナフテン酸コバルトなどがあり得る。

前記触媒は、前記ベース樹脂１００重量部に対して０．０５〜１重量部、好ましくは０．１〜０．７重量部を含有することができる。触媒の含量が前記範囲未満では架橋速度が遅く、多くのエネルギーと時間が必要となり、前記範囲を超えるとこれ以上架橋速度が速くならないことがある。

前記無機充填剤（ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｆｉｌｌｅｒ）は、前記人工芝用弾性充填材を人工芝に施工後、充填材の比重を高めて大雨が降っても流れないようにし、熱変形を防止する目的で添加されるものである。前記無機充填剤として、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、タルク（ｔａｌｃ）、雲母（ｍｉｃａ）、クレイ（ｃｌａｙ）、シリカ（ＳｉＯ２）、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）などを単独または組み合わせて使用することができるが、価格の面で炭酸カルシウムが最も好ましい。前記無機充填剤は、前記ベース樹脂１００重量部比５０〜５００重量部、好ましくは８０〜４００重量部を使用することができる。前記無機充填剤が５０重量部より少ないと、前記人工芝用弾性充填剤の比重が低くなって雨水などによって失われることがあり、５００重量部より多いと、硬度が過度に上昇して弾性感が失われることがあり、強度が非常に弱くなって競技時のスライディングなどによって容易に砕けることがある。

本発明の一実施形態に係る人工芝用弾性充填材に使用される前記ベース樹脂には、前記オレフィン共重合体の性能を補完したり、コストを低減したりすることを目的として、一定の範囲内で、天然ゴム、合成ゴム及びこれらの組み合わせからなる群より選択されるいずれか一つのゴムをさらに含むことができる。

前記天然ゴムは、一般的な天然ゴムまたは変性天然ゴムであることができる。前記一般的な天然ゴムは、天然ゴムとして知られているものであればいずれも使用することができ、原産地などが限定されない。前記天然ゴムは、シス１，４−ポリイソプレンを主体として含むが、要求特性に応じてトランス−１，４−ポリイソプレンを含むこともできる。したがって、前記天然ゴムには、シス１，４−ポリイソプレンを主体として含む天然ゴムのほか、例えば南米産アカテツ科のゴムの一種であるバラタなど、トランス−１，４−イソプレンを主体として含む天然ゴムも含むことができる。前記変性天然ゴムは、前記一般的な天然ゴムを変性または精製したものを意味する。例えば、前記変性天然ゴムとしては、エポキシ化天然ゴム（ＥＮＲ）、脱タンパク質化天然ゴム（ＤＰＮＲ）、水素化天然ゴムなどをあげることができる。

前記合成ゴムは、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、変性スチレン・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム（ＢＲ）、変性ブタジエンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、エピクロロヒドリンゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、変性ニトリルブタジエンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、スチレンブタジエンスチレンゴム（ＳＢＳ）、ススチレンエチレンブチレンスチレン（ＳＥＢＳ）ゴム、スチレンイソプレンスチレンゴム（ＳＩＳ）、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエン（ＥＰＤＭ）ゴム、ハイパロンゴム、クロロプレンゴム、エチレン酢酸ビニルゴム、アクリルゴム、ヒドリンゴム、ビニルベンジルクルリド・スチレン・ブタジエンゴム、ブロモメチルスチレンブチルゴム、マレイン酸スチレン・ブタジエンゴム、カルボン酸スチレン・ブタジエンゴム、エポキシイソプレンゴム、マレイン酸エチレンプロピレンゴム、カルボン酸ニトリルブタジエンゴム、臭素化イソブチレン・パラメチルスチレン共重合体ゴム（ｂｒｏｍｉｎａｔｅｄ ｐｏｌｙｉｓｏｂｕｔｙｌ ｉｓｏｐｒｅｎｅ−ｃｏ−ｐａｒａｍｅｔｈｙｌ ｓｔｙｒｅｎｅ、ＢＩＭＳ）、加硫されたオレフィン系熱可塑性エラストマー及びこれらの組み合わせからなる群より選択されるいずれか一つであることができる。

この中で好ましくは、前記ゴムは、スチレン系熱可塑性弾性体または加硫されたオレフィン系弾性体であることができる。前記スチレン系熱可塑性弾性体が前記ベース樹脂に混合される場合、本発明の一実施形態に係る人工芝用弾性充填材の弾性回復率を向上させることができる。一方、前記加硫されたオレフィン系弾性体が前記ベース樹脂に混合される場合、本発明の一実施形態に係る人工芝用弾性充填材の耐熱特性を向上させることができる。

また、いくつかの実施例では、押出し作業性、耐熱性、及び弾性回復などを考慮し、前記ベース樹脂はＯＲＣ、ＯＢＣ及びゴムを適切な割合で混合したものであることができる。前記ゴムは、経済性及び性能を考慮して前記オレフィン共重合体１００重量部に対して、５〜５０重量部を使用するのが好ましい。

前記弾性体組成物は、加工助剤をさらに含むことができる。加工助剤として使用することができるポリブテンまたはプロセスオイルは、混合コンパウンドの加工性を向上させて、無機充填剤の多量添加による硬度上昇を防止して柔軟性を付与することができる。加工助剤は、前記ベース樹脂１００重量部に対して２〜５００重量部、好ましくは１０〜２００重量部内で添加することができる。上記含量より少なければ加工時の流動性が低下することがあり、上記含量より多ければブリーディング（ｂｌｅｅｄｉｎｇ）の恐れがあり得る。

ポリブテンは、オレフィン系樹脂との相溶性に優れ、低分子によるマイグレイション（ｍｉｇｒａｔｉｏｎ）や水中でブリードする恐れがなく、環境に配慮しているという利点がある。使用されるポリブテンの分子量は、３００〜８，０００程度が好ましい。プロセスオイルとして、パラフィン系やナフテン系などの鉱物油を使用することができる。

前記弾性体組成物は、施工後の弾性体の物性変化及び変色の防止を目的として、樹脂安定剤をさらに含むことができる。樹脂安定剤は、熱安定剤、酸化防止剤、紫外線安定剤等を含むことができ、それぞれ前記ベース樹脂１００重量部に対して０．０１〜１０重量部の範囲で使用することができる。前記樹脂安定剤を０．０１重量部より少なく使用した場合は効果が低く、１０重量部より多く使用した場合は効果に比べて経済性が低下することがある。

熱安定剤として、スズ系、鉛系、カドミウム系、亜鉛系、好ましくは有害性の少ない亜鉛系を使用することができ、酸化防止剤は、アミン系、フェノール系、リン系などを使用することができ、紫外線安定剤はベンゾフェノン系（Ｂｅｎｚｏｐｈｅｎｏｎｅ）、ベンゾトリアゾール系（Ｂｅｎｚｏｔｒｉａｚｏｌｅ）、ヒンダードアミン系（Ｈｉｎｄｅｒｅｄ ａｍｉｎｅ）などを使用することができる。

また、前記弾性体組成物は、顔料をさらに含むことができる。廃タイヤゴムチップが有する黒色の場合、太陽光をよく吸収して温度上昇の原因になることがあるため、顔料を使用すると黒色から脱して様々な色相を有する弾性充填材を製造することができる。例えば、前記弾性体組成物は、人工芝のような色の緑の顔料をさらに含むことができる。顔料の量は効率を考慮し、前記ベース樹脂１００重量部に対して０．１〜４重量部が好ましい。

前記人工芝用弾性充填材は、ＡＳＴＭ Ｄ２６３２で試験時、反発弾性が５０％以上であり、通常５０〜６０％である。人工芝において、弾性充填材の反発弾性が５０％未満の場合、サッカーボールの反発力が基準に満たないという問題があり、反発弾性が６０％を超える場合は、選手たちの運動時に足裏に来る衝撃が大きく、負傷したり、疲れやすさを感じたりすることがある。

また、前記人工芝用弾性充填材は、ＡＳＴＭ Ｄ３９５に基づいて常温での圧縮永久ひずみ率（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｅｔ）が２〜２０％、または５〜１５％である。また、７０℃での圧縮永久ひずみ率が１５〜４０％または２０〜３５％である。前記人工芝用弾性充填材は、優れた圧縮永久ひずみ率を有するため、弾性充填材が長期間元の形を維持することができ、また夏の高温でも凝集現象が起こらない。

本発明の一実施形態に係る人工芝用弾性充填材は、オレフィン共重合体の架橋によって耐熱性を大幅に向上させることができる。特に、安いが耐熱性の弱いオレフィンランダム共重合体をベース樹脂として使用し、良質の人工芝用充填材を製造することができ、経済的である。一般的に、運動場に施工された人工芝の場合、真夏に高温によって（最高７０℃まで上がるという研究報告がある）充填材が軟化したり溶けたりしてそれぞれが固まってくっつくかひどければ餅状になる現象が起きるが、本発明の一実施形態に係る人工芝用弾性充填材を使用すると、これらの問題を解決することができる。

一実施例によれば、前記弾性体組成物を押出し及びペレット化して人工芝用弾性充填材を製造することができる。

本発明の一実施形態に係る人工芝用弾性充填材は、下記の製造方法で作ることができる。まず、オレフィン共重合体を含有したベース樹脂と無機充填剤の混合物にシランカップリング剤を含む弾性体組成物を提供する。前記弾性体組成物は開始剤、触媒、加工助剤、樹脂安定剤及び顔料からなる群の中より選択される１種以上をさらに含むことができる。

次に前記弾性体組成物を混練する。各成分の混練のためにオープンロールまたはニーダーミキサーなどの混練機を使用することができ、例えば１３０〜１６０℃の温度で混練して、１４０〜１７０℃の温度で排出する。

続いて、混練された前記弾性体組成物を押出し及びペレット化して弾性充填材を得る。上述した弾性体組成物の押出しのために一般的な押出装置、すなわちバンバリーニーダー（ｂａｎｂｕｒｙ ｋｎｅａｄｅｒ）、ブスニーダー（Ｂｕｓｓ ｋｎｅａｄｅｒ）、シングルスクリュー押出機、ツインスクリュー押出機などを使用することができる。前記押出段階は、例えば９０〜１７０℃の温度範囲で遂行することができる。前記押出工程でシランカップリング剤が前記ベース樹脂に化学的に結合されて、シラングラフト共重合体を形成することができる。

前記弾性体組成物を押出機に投入して高温で押出しする場合、押出装置の押出ヘッドに粒子を０．５〜３ｍｍ範囲でサイズを調節することができるダイスを設置し、ホットカット（ｈｏｔ ｃｕｔｔｉｎｇ）やアンダーウオーターカット（ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｃｕｔｔｉｎｇ）方式で自動カッティングすると、平均的に０．５〜３ｍｍのサイズを有する楕円形や円形のペレット形状のチップを製造することができる。

好ましい一実施例では、前記ペレット化した弾性充填材を水中で昇温して水架橋させる段階をさらに含むことができる。例えば、前記水架橋段階はペレット化した弾性充填材を７０〜９０℃の水に浸した後、３〜５時間の間架橋する方法で行うことができる。

好ましい一実施例では、前記ペレット化した弾性充填材を自然の状態に置いて水架橋させる段階をさらに含むことができる。この時に大気中の水分と前記シランカップリング剤が反応をして、徐々に架橋を進めることができる。

上述した人工芝用弾性充填材は、廃タイヤのように粉砕されたチップではなく、均一な粒子サイズに押出して製造したペレット形状からなるため、粉じんを発生させず、耐熱性及び弾性に優れ、人体に無害で環境問題を起こさない。また、価格が安くより経済的な利点がある。

本明細書に開示された技術は、下記の実施例によってさらに具体的に説明される。しかし、本明細書で開示された技術の範疇が下記の実施例に限定されるものではなく、特許請求範囲に記載された事項から技術的範囲内で実施例の多様な応用が可能である。

＜実施例＞
廃タイヤチップ：株式会社クリオテックのＣＴＣＲ０１（１．０−３．０ｍｍ）：廃タイヤのスレッド（ｔｈｒｅａｄ）部分を剥がして零下２００℃で冷凍粉砕してチップを製造した。

比較例１〜４：組成物全体を１２０℃の加圧ニーダー（Ｋｎｅａｄｅｒ）に入れて混合した後、混練した組成物を１５０℃で排出してから、ツインスクリュー押出機のホッパーに移送し、１６０℃に調節された押出機のアンダーウオーターカット（Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｃｕｔｔｉｎｇ）ダイスに付着した回転刀を１５０ｒｐｍで回転させながら、直径２ｍｍに微粒化（Ｐｅｌｌｅｔｉｚｉｎｇ）して、人工芝弾性充填材を製造した。その弾性充填材を厚さ１０ｍｍの金型に入れて１５０℃で５分間加熱した後、常温に冷却して反発弾性と圧縮永久ひずみ率を測定した。

実施例１〜７：全体組成物を１２０℃の加圧ニーダー（Ｋｎｅａｄｅｒ）に入れて混合した後、混練した組成物を１５０℃で排出してから、ツインスクリュー押出機のホッパーに移送し、１６０℃に調節された押出機のアンダーウオーターカット（Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｃｕｔｔｉｎｇ）ダイスに付着した回転刀を１５０ｒｐｍで回転させながら、直径２ｍｍに微粒化（Ｐｅｌｌｅｔｉｚｉｎｇ）して、人工芝弾性充填材を製造した。その弾性充填材を厚さ１０ｍｍの金型に入れて１５０℃で５分間加熱した後、常温に冷却したものを６０℃の水中で２４時間水架橋させた後、反発弾性と圧縮永久ひずみ率を測定した。

ベース樹脂及びシランカップリング剤として下記のものを使用した。

ＥＶＡ−１：エチレン・酢酸ビニル共重合体（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ：Ｈａｎｗｈａ ＥＶＡ １８３３（Ｈａｎｗｈａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ、ＶＡ：３３％、ＭＩ：１３、硬度：６３））

ＥＡＯ−１：エチレン−α−オレフィン共重合体（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ａｌｐｈａ Ｏｌｅｆｉｎ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ：Ｅｎｇａｇｅ ８１８０（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ、密度：０．８６３、ＭＩ：０．５、硬度：６３））

ＯＢＣ−１：オレフィンブロック共重合体（Ｏｌｅｆｉｎ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ：Ｉｎｆｕｓｅ Ｄ９５０７（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ、密度：０．８７７、ＭＩ：５．０、硬度：６０））

ＳＥＢＳ−１：スチレンエチレンブチレンスチレン（Ｓｔｙｒｅｎｅ Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｂｕｔｙｌｅｎｅ Ｓｔｙｒｅｎｅ：Ｔｕｆｔｅｃ Ｈ１０５２（Ａｓａｈｉ Ｋａｓｅｉ、密度：０．８９、ＭＩ：３．０、硬度：６７））

Ｓｉｌａｎｅ−１：ビニルトリメトキシシラン（Ｖｉｎｙｌｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）

下記表１に比較例及び実施例の人工芝用弾性充填材の物性試験結果を示した。

−反発弾性：ＡＳＴＭ Ｄ２６３２でテストし、５０％以上は良好、５０％未満は不良とした。

−圧縮永久ひずみ率：ＡＳＴＭ Ｄ３９５でテストし、常温圧縮永久ひずみ率は、２５％未満は良好、２５％以上は不良、７０℃圧縮永久ひずみ率は、４０％未満は良好、４０％以上は不良とした。

−高温積載凝集試験：横２０ｃｍ、縦２０ｃｍのナイロン布の袋に試料１，０００ｇを入れた後、７０℃のオーブンに入れ、その上に直径１５ｃｍ、厚さ７ｍｍのステンレス鉄板（重量１，０００ｇ）を載せて２４時間加熱した後、取り出してナイロン（Ｎｙｌｏｎ）袋の中の充填材粒子の粒子同士が固まっている粒子の重量を量り、３０ｇ未満では良好、３０ｇ以上は不良、９００ｇ以上は極めて不良と判定した。

−粉じん試験：製造された充填材試料を１ｍｘ１ｍの人工芝に施工した後、１ｍの高さからサッカーボールを落として粉じんが発生する程度を肉眼で観察した。

上記表１から分かるように、本明細書に開示されたエチレン共重合体を水架橋して製造した実施例の人工芝用弾性充填材は、高温での圧縮永久ひずみ率（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｅｔ）が比較例１、２に比べて６０％以上低く、弾性回復率に優れていることが分かり、比較例３のＳＥＢＳで製造された人工芝用弾性充填材に比べても価格が安い利点を有する。また、高温負荷凝集試験を介して、７０℃の温度でも充填材粒子の凝集現象が少なく、人工芝用に適合した耐熱性を有する。

また、廃タイヤチップの場合、施工後にサッカーボールで力を加えた時にひどい粉じんを起こして公害を引き起こす可能性があり、周辺雰囲気温度３０℃で継続的に日光を受けた場合、表面温度が７０℃まで上昇する問題があるが、本明細書に開示された人工芝用弾性充填材は、このような問題がなく競技者に快適な運動環境を提供することができる。

Claims (17)

1. 人工芝用の弾性充填材であって、
   オレフィン共重合体を含有したベース樹脂と無機充填剤の混合物とシランカップリング剤を含む弾性体組成物をペレット化したものであり、
   前記シランカップリング剤が、前記混合物に一緒に混合された状態で存在するか、または前記オレフィン共重合体にグラフトされ、前記オレフィン共重合体を水架橋させた形態で存在する
   ことを特徴とする人工芝用弾性充填材。
2. 前記オレフィン共重合体は、
   ｉ）エチレン、及び、ｉｉ）Ｃ３−Ｃ１０アルファモノオレフィン、Ｃ３−Ｃ２０モノカルボン酸のＣ１−Ｃ１２アルキルエステル、不飽和Ｃ３−Ｃ２０モノまたはジカルボン酸、不飽和Ｃ４−Ｃ８ジカルボン酸の無水物及び飽和Ｃ２−Ｃ１８カルボン酸のビニルエステルからなる群より選択される１種以上のエチレン性不飽和単量体の共重合体である
   請求項１に記載の人工芝用弾性充填材。
3. 前記オレフィン共重合体は、オレフィン／α−オレフィン共重合体（ＯＡＯ）である
   請求項１に記載の人工芝用弾性充填材。
4. 前記オレフィンは、エチレンまたはプロピレンであり、
   前記α−オレフィンは、末端に二重結合を有する炭素数３以上のオレフィンである
   請求項３に記載の人工芝用弾性充填材。
5. 前記オレフィン／α−オレフィン共重合体は、オレフィンランダム共重合体である
   請求項３に記載の人工芝用弾性充填材。
6. 前記オレフィンランダム共重合体は、エチレンまたはプロピレンと一つ以上の共重合α−オレフィン共単量体が不規則に重合した形態である
   請求項５に記載の人工芝用弾性充填材。
7. 前記オレフィン／α−オレフィン共重合体は、オレフィンブロック共重合体である
   請求項３に記載の人工芝用弾性充填材。
8. 前記オレフィンブロック共重合体は、エチレン及び一つ以上の共重合α−オレフィン共単量体を重合した形態であり、化学的または物理的特性が異なる二つ以上の重合された単量体単位の複数のブロックまたはセグメントを有するマルチブロック共重合体である
   請求項７に記載の人工芝用弾性充填材。
9. 前記ベース樹脂は、天然ゴム、合成ゴム及びこれらの組み合わせからなる群より選択されるいずれか一つのゴムを含む
   請求項１に記載の人工芝用弾性充填材。
10. 前記ゴムの含有量は、前記オレフィン共重合体１００重量部に対して５〜５０重量部である
    請求項１に記載の人工芝用弾性充填材。
11. 前記シランカップリング剤は、アルコキシシラン化合物である
    請求項１に記載の人工芝用弾性充填材。
12. 前記シランカップリング剤の含有量は、前記ベース樹脂１００重量部に対して０．５〜２０重量部である
    請求項１に記載の人工芝用弾性充填材。
13. ＡＳＴＭ Ｄ３９５に基づいた常温での圧縮永久ひずみ率（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｅｔ）が２〜２０％であり、７０℃での圧縮永久ひずみ率が１５〜４０％である
    請求項１に記載の人工芝用弾性充填材。
14. 人工芝用弾性充填材の製造方法であって、
    オレフィン共重合体を含有したベース樹脂と無機充填剤の混合物と、シランカップリング剤を含む弾性体組成物を供する段階と、
    前記弾性体組成物を混練する段階と、
    混練された前記弾性体組成物を押出し及びペレット化して弾性充填材を得る段階を有する
    ことを特徴とする人工芝用弾性充填材の製造方法。
15. 前記ペレット化した弾性充填材を、水中で昇温して水架橋させる段階を有する
    請求項１４に記載の人工芝用弾性充填材の製造方法。
16. 前記ペレット化した弾性充填材を、自然の状態に置いて水架橋させる段階を有する
    請求項１４に記載の人工芝用弾性充填材の製造方法。
17. 前記弾性体組成物に、開始剤、触媒、加工助剤、樹脂安定剤及び顔料からなる群の中より選択される１種以上を含有する
    請求項１４に記載の人工芝用弾性充填材の製造方法。