JP2024507160A - 芝インフィル材料および芝 - Google Patents

Abstract

１種またはそれ以上の生分解性バイオポリマー、１種またはそれ以上の植物成分、および、１種またはそれ以上の可塑剤を含む、芝インフィル材料。

Description

本開示は、芝に用いられるインフィル材料（或いは「充填材」または「インフィル」）および、それに関する芝に関する。

粒子状の充填材が糸状構造物の間に分散された人工芝や天然芝の構造は、従来から知られている。充填材（またはインフィル）は「安定化インフィル」とも定義され、芝の重量を増し、安定させる機能を有する。芝の上で行われるスポーツには、ジャンプ、加速、スリップ、方向転換を伴うものや、逆にバランスと安定性を必要とするものがある。したがって、スポーツ活動に際し、下肢には相当のストレスが加えられ、体重の３～５倍以上の負荷に耐える必要がある。この点で、「機能性インフィル」とも定義されるインフィル材料は、ボールの弾みや転がり、更にプレーヤーの打撃や転倒を和らげる機能等、より優れたパフォーマンスに寄与し得る特性を備えている。

芝構造体は、通常の敷設条件下では、天然芝の構造に倣い、基材自体から出発して上方に延びる複数の糸状構造物を有する平面基材を含む。粒子状の充填材（インフィル）は、糸状構造物を実質的に直立状態に保つように、糸状構造物間に分散される。充填材を含む芝は、たとえば米国特許ＵＳ５，９５８，５２７に記載されている。

インフィル材料は、芝の繊維を支え、安定性を付与し、プレーヤーの転倒防止に寄与する層を提供し得る。充填材は、静的応力、動的応力、摩擦応力、摩耗応力など、様々な種類の応力に応答し得る。

従来知られているインフィル材料としては、純粋なケイ砂や、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）で被覆されたもの等が知られており、微細なケイ砂の吸入等の問題があり得る。さらに、これらのインフィル材料は、プレーの快適性の確保や、衝撃吸収や回転抵抗による怪我のリスク軽減には十分ではない。

その他のインフィル材料としては、廃棄タイヤを粉砕して得られるゴム粉末が挙げられる。かかる方法によれば、該原料が広く入手可能で安価であり、商業的にかなりの成功を収めている。しかしながら、同原料の使用については、環境保護の観点から反対する声もある。例えば、使用済タイヤのゴムには、多環芳香族炭化水素（ＰＡＨ）や重金属等の有害物質が含まれる可能性がある。ベンゾピレンなど一部のＰＡＨは発がん性を有する可能性がある。また、鉛、亜鉛、カドミウムなどの重金属は、周辺環境に放出されると有害であり得る。これらの問題点を解決するために、廃棄タイヤの粉砕ゴムを染料、封止剤、抗菌物質でコーティングする等の手段が開発されてきた。しかしながら、これらの解決策では、環境に及ぼす有害な影響を充分に低減することができていなかった

他の種類の充填材としては、エチレン・プロピレン・ジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、すなわち、摩擦に対する耐久性を有する高分子エラストマーが挙げられる。ＥＰＤＭは安全で無害と考えられているが、リサイクル材料としてはあまり出回っておらず、バージンマテリアルとしては非常に高価である。

また、ポリエチレンやポリプロピレンなどの熱可塑性ポリマーの顆粒に、タルク、マイカ、ベントナイト、カオリン、パーライト、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）、ウォラストナイト、クレー、珪藻土、二酸化チタン、ゼオライトなどの無機充填材を混合したインフィル材料も知られている。無機充填材は、熱可塑性ポリマーの密度を高め、場合によっては荷重たわみ温度（ＨＤＴ）に作用して耐熱性を向上させるために混合物中に挿入される。これらの充填材は安価であるものの、プレーヤーの転倒防止性能や、衝撃を吸収する作用は有しない。

人工芝や天然芝に前述のような充填材を使用することには多くの問題があり、その成分が周囲環境に意図せず拡散し得るため、海洋や土壌などの環境生態系の保護にも影響を及ぼし得る。例えば、スポーツのパフォーマンス中に、インフィル材料の成分がプレーヤーの靴底に捕捉され、その結果、芝生の外や周囲の環境にも不随意に拡散する可能性がある。同様に、雨や雪などの大気現象の結果として、上記充填材の成分がフィールドの外に運ばれ、生分解することなく環境中に飛散することがある。

さらに、時間の経過とともに、プラスチックやマイクロプラスチックの分解により、土壌、帯水層、海洋生態系の汚染につながる可能性がある。

これらの欠点を克服するために、生分解性脂肪族ポリエステルのバイオポリマー、例えばポリ乳酸（ＰＬＡ）の顆粒からなる充填材が製造されてきた。これらの顆粒は、植物性繊維や無機充填材をそのマトリックスに組み込むこともできる。この種の充填材は、混合物中に１０％以上使用された場合、例えば工業用コンポスターを使用する等の管理条件下においては生分解性であり堆肥化可能であるものの、該材料が競技場周辺の土壌に偶発的かつ意図せずに放出された場合には生分解されない。

インフィル材料としては、有機化合物や植物性化合物を含むものも知られており、例えば、天然コルク、粉砕繊維、穀物の粒、ココナッツ殻等が挙げられる。これらの材料は、そのライフサイクルの最終段階において、環境中にリサイクルされ得、土壌に直接放出されたとしても有害な影響を及ぼさない。かかる充填材の一例として、ＷＯ２０１１／０２４０６６ Ａ２には、微生物による消化に耐性のある脱脂された樹木材料と、穀物殻との混合物からなる植物由来の有機材料が記載されている。

その他の材料としては、「天然」有機化合物が挙げられ、その例としては、粉砕ココナッツ、ピーカン殻、ピーナッツ殻、クルミ殻、コーンコブ、オリーブ石等の硬い「石」材料等が挙げられる。これらの成分の欠点として、微生物の増殖、カビ、シロアリ等の昆虫の栄養源となる可能性が挙げられる。

前記インフィル材料は、嵩高く軽い有機植物成分を含むものであり、その性質上、密度は一般に０．１５ｇｒ／ｃｍ^３から０．７ｇｒ／ｃｍ^３であって、水よりもはるかに低い。その結果、雨が降るとこれらの材料が芝生の上に浮いて、よどみが形成され得る。その結果、充填材が元の敷設位置から移動したり、引きずられたり（流されたり）して、芝が空になってしまう危険性がある。「空になった」芝は、転倒時の「衝撃吸収材」としての役割を果たせなくなり、その結果、利用者の安全にも危険な影響を及ぼすことになる。したがって、これらの素材を用いると、継続的なメンテナンスが必要となり、常に予期できない出費を強いられることとなる。

これらの材料の使用に関するさらなる問題点は、その弾性の低さである。動的かつ連続的な荷重を受けると、圧縮性が失われ、小さな材料に断片化し、或いは圧縮されて敷設時の特性が失われる可能性がある。

本開示は、天然芝または人工芝用のインフィル材料を提供し、上記問題点を解決することを目的とするものであり、かかるインフィル材料は、高分子機能性インフィル材料の特徴とともに、完全植物性インフィル材料の特徴を有する。特定の組合せおよび量の成分を用いることで、以下に述べるように、環境に対して有害な影響のない機能特性を実現できる。

特に、本開示の材料は、加えられた機械的応力に応答することができ、また、使用者の転倒を緩和することができることが明らかになった。同時に、少なくともその９０％が、ライフサイクルの最終段階において、マイクロプラスチックや環境有害物質を放出することなく、二酸化炭素（ＣＯ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）に分解され得、純植物性インフィル材料と同程度に生分解性であるという利点もある。

本開示によれば、かかる目的は、以下の特許請求の範囲で言及される特性を有する材料によって達成される。

特に、本開示の芝インフィル材料は、１種またはそれ以上の生分解性バイオポリマー、１種またはそれ以上の植物成分、および１種またはそれ以上の可塑剤のポリマーマトリックスを含む。

前記生分解性バイオポリマーは、多糖類、好ましくはデンプン、セルロース、リグニン、キサンタン、カードラン、プルラン；タンパク質、好ましくはカゼイン、コラーゲン、ゼラチン、ゼイン、グルテン、キチン；脂肪族ポリエステル、好ましくはポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリブチルコハク酸（ＰＢＳ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）；芳香族脂肪族コポリエステル、好ましくはポリブチレート－アジペート－テレフタレート（ＰＢＡＴ）；ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）、好ましくはポリヒドロキシブチレート（ＰＨＢ）、ポリヒドロキシバレリエート（ＰＨＶ）；ポリイソプレンまたは天然ゴム；関連する混合物からなる群より選択され得る。

前記１種またはそれ以上の植物成分は、種子（例えば、綿）、茎（例えば、麻、竹または亜麻）、葉（例えば、サイザル麻またはバナナ）、樹木および植物の樹皮（例えば、ココナッツ殻または米、コーヒー銀皮）から得られる繊維からなる群から選択され得る。好ましい実施形態において、１種またはそれ以上の植物成分は、好ましくは針葉樹および／または広葉樹の加工に由来する木粉からなる。植物成分は、繊維状、粉砕および／または粉末の形態で用いられ得る。

前記１種またはそれ以上の可塑剤は、グリコール、スルホンアミド、脂肪酸、アジピン酸塩、アミド、アミン、グリセリルエステル、エステル、グリセロール、ソルビトール、ジフェニルアミン、セバシン酸ジブチル、リン酸トリフェニル、クエン酸塩、好ましくはクエン酸アセチルトリブチル（ＡＴＢＣ）、植物油、好ましくはエポキシ化大豆油（ＥＳＢＯ）、エポキシ化アマニ油（ＥＬＯ）、ヒマシ油、パーム油、カルダモン油から選ばれる植物油、デンプン、糖、それらの混合物、好ましくはそれらの水性混合物からなる群より選択される。

インフィル材料は、１種またはそれ以上の無機充填剤および／または１種またはそれ以上のヒドロゲルをさらに含んでもよい。

本開示のインフィル材料は、１．２０ｇｒ／ｃｍ^３～１．６０ｇｒ／ｃｍ^３の範囲の密度を有し得る。

一以上の実施形態において、本開示のインフィル材は粒子状であってもよい。

本開示はさらに、これらに関係して、基材から延びる複数の糸状構造物を有する基材と、糸状構造物の間に分散された本開示のインフィル材料とを含む芝を提供する。前記芝は天然芝であっても人工芝であってもよい。

次に、添付図を参照して、本開示を説明するが、本開示はこれらに限定されない。該添付図には、以下に説明するインフィル材料を含む芝構造体が模式的に記載されている。

以下の説明では、実施形態の十分な理解を目的として、様々な構成を具体的に記載する。実施形態は、具体的な構成の１つ以上を含まずに、または、他の方法、構成要素、材料等を含んで実施することができる。他の場合において、実施形態の様々な構成が不明瞭になることを避けるために、既知の構造、材料、または動作については、詳細に図示または説明しない。

本開示において、「実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明される特定の構成、構造、または特性が、１またはそれ以上の実施形態に含まれることを示す。したがって、本開示の異なる箇所に記載され得る「実施形態において」等の表現は、必ずしも同じ実施形態を指すものではない。さらに、特定の構成、構造または特性は、１つまたは複数の実施形態において任意の適当な方法で組み合わせることができる。

ここで挙げられる参考文献は、便宜上のものであり、保護する分野または実施形態の範囲を規定するものではない。

一般に知られている解決法に基づいて、図１に示す芝構造、例えば人工芝は、基材Ｇ上に敷設されることを意図したシート基材１を含む。基材Ｇは、例えば、打ち込み土の基材、ゴムマット、砂利／砂礫の基材、場合によってはアスファルト層で覆われた基材であってよく、その上に人工芝が自由な敷設状態で配置される。

シート基材１（本開示において、「バッキング」ともいう）は、プラスチック材料のシートまたはウェブから構成され得る。基材１から出発して、複数の糸状構造物２が上方に延び、通常、天然芝の草の葉に倣って、塊状または房状に配置される。糸状構造物２は、２ａで示されるその近位端で基材１に固定され、その遠位端が上方に延びるように固定される。基材１の延長平面を起点として、遠位端まで測定される全長は、例えば、用途に応じて、１５ミリメートルから７０ミリメートルの範囲であり得る。

基材１、および糸状構造物２の一般的な構造基準（基材１上に糸状構造物２の近位端２ａをしっかりと固定するための方法を含む）は、当該技術分野において公知であり、したがって、それ自体本開示の理解に寄与しないため、ここでは詳細な説明を必要としない。

したがって、芝を敷設する際、基材１の上方で、糸状構造物２の間に、本開示のインフィル材料４が分散され、インフィル材料（インフィル）として作用する。

さらに、基材１に接触して、参照番号３で示される「安定化」インフィルまたはバラストと呼ばれるケイ砂を主成分とする材料が分散されることがあり、この材料は、芝の重量を増して安定化させる機能を有する。

インフィル材料４（「機能性」とも定義され得る）は、ボールの跳ね返りや転がり、プレーヤーの走行中や転倒中の打撃を緩和する能力など、より技術的に優れたプレー品質に寄与し得る充填層である。

インフィル材料４は、糸状構造物２を直立状態に維持し、それらが基材１上に好ましくない形で倒れることを防止するのに寄与することができ、さらに転倒時の衝撃吸収材として機能し、転倒時のエネルギーの一部を吸収することができる。そのため、プレーヤーの怪我を防ぐことができる。

天然芝の場合、インフィル材料４は、天然芝の糸状層の間に同様の方法で分散される。

インフィル材料は、糸状構造物２の遠位端が、その全長にわたり充填材で支持されるように十分な量で分散される。これによって、糸状構造物２の遠位端が充填材３の層の上面から５ミリメートルから２０ミリメートルの長さで突出する。

図１の例では、充填材４は粒子状材料（または粒状材料、この２つの用語はここでは実質的に互いに等価なものとして使用される）である。該材料は、以下に説明するように、以下の造粒ステップにより得られ、実質的に互いに等しい均質な材料として存在する。

一実施態様において、インフィル材料４は、異なる特性を有する重畳層を生じさせることなく、実質的に均一な態様で糸状構造物２の間に分散される。

本開示で対象とするインフィル材料４は、以下からなる：
・１種またはそれ以上の生分解性バイオポリマー
・１種またはそれ以上の植物成分
・１種またはそれ以上の可塑剤。

欧州バイオプラスチック協会（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｂｉｏｐｌａｓｔｉｃｓ）が定義するように、バイオポリマーという用語は、２つの異なるタイプのプラスチック材料を意味する：
・再生可能な資源から合成されたポリマー（バイオベース材料）
・例えばＥＮ １３４３２やＡＳＴＭＤ ６４００、ＩＳＯ １７５５６規格に準拠した生分解性ポリマーや堆肥化可能ポリマー。一の定義は、他の定義を排除しない。すなわち、バイオポリマーは、バイオベース、生分解性／堆肥化可能、またはその両方であり得る。

ポリマーがある環境下において生分解性であると定義される場合、その環境下に分散されたとき、バクテリアやその他の微生物の働きによって分解され、二酸化炭素（ＣＯ_２）や水（Ｈ_２Ｏ）等の低汚染性物質になり得る。

本開示で対象とするインフィル材料に含まれる生分解性バイオポリマーは、多糖類、好ましくはデンプン、セルロース、リグニン、キサンタン、カードラン、プルラン；タンパク質、好ましくはカゼイン、コラーゲン、ゼラチン、ゼイン、グルテン、キチン；脂肪族ポリエステル、好ましくはポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリブチルコハク酸（ＰＢＳ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）；芳香脂肪族コポリエステル、好ましくはポリブチレート－アジペート－テレフタレート（ＰＢＡＴ）；ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）、好ましくはポリヒドロキシブチレート（ＰＨＢ）、ポリヒドロキシバレリエート（ＰＨＶ）；ポリイソプレンまたは天然ゴム；関連する混合物からなる群より選択することができる。

好ましくは、１種またはそれ以上の生分解性バイオポリマーは、環境温度と同じかそれ以下、好ましくは２５℃と同じかそれ以下のガラス転移温度を有する。

好ましい実施形態において、１種またはそれ以上の生分解性バイオポリマーは、ポリブチレート－アジペート－テレフタレート（ＰＢＡＴ）を含み、好ましくは、ポリブチレート－アジペート－テレフタレート（ＰＢＡＴ）からなる。

別の実施形態において、１種またはそれ以上の生分解性バイオポリマーは、ポリブチレート－アジペート－テレフタレート（ＰＢＡＴ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、デンプン、関連する混合物のうちの少なくとも１つを含み、好ましくは１種またはそれ以上の生分解性バイオポリマーは、ポリブチレート－アジペート－テレフタレート（ＰＢＡＴ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、デンプン、関連する混合物のうちの少なくとも１つからなる。

１つまたは複数の実施形態において、本開示の対象となるインフィル材料は、ポリオレフィンをベースとする材料およびビニルポリマーをベースとする材料を含まない。特に、インフィル材料は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリマーを含まない。

１つまたはそれ以上の実施形態において、生分解性バイオポリマーは、充填材の重量に対して２０重量％以上９０重量％以下、より好ましくは２５重量％以上７５重量％以下の範囲で存在する。

１種またはそれ以上の植物成分は、種子（例えば、綿）、茎（例えば、麻、竹または亜麻）、葉（例えば、サイザル麻またはバナナ）、樹木および植物の樹皮（例えば、ココナッツ殻または米、コーヒー銀皮）から得られる繊維からなる群より選択できる。植物成分は、繊維状、粉砕および／または粉末の形態で用いることができる。

植物成分は、可変量のリグニン、セルロース、ヘミセルロース、関連する混合物を含んでいてもよい。

好ましくは、植物成分は、７５マイクロメートル以上５００マイクロメートル（μｍ）以下の範囲のサイズを有する粒子を含む粉末（または粉）の形態で使用される。

植物成分を粉末の形態で得るために、当該技術分野で公知の特定の装置を用いて、粉砕およびその後の粉砕に供される。

好ましい実施形態では、植物成分は、好ましくは針葉樹または広葉樹の木材加工屑（糊や染料などの化学物質を含まない）由来の木粉を含み、好ましくは該木粉からなる。１つまたは複数の実施形態において、植物成分は、穀類加工屑または廃棄コーヒー由来の粉末をさらに含み得る。

インフィル材料に含まれる１種またはそれ以上の植物成分は、インフィル材料の重量に対して、５重量％以上７０重量％以下、好ましくは１０重量％以上６０重量％以下の範囲で含まれ得る。

充填材は、１種またはそれ以上の可塑剤をさらに含んでもよく、該可塑剤は、全部または一部が天然由来であり、生分解性であってもよい。該可塑剤は、生分解性バイオポリマーの柔軟性と伸びを促進し、同時にガラス転移温度（Ｔｇ）を低下させる。特に、ポリマー鎖の自由度が増加し、その結果、炭素質骨格の回転が可能になり、柔軟性が増加し、その結果、柔らかくなり得る（バイオポリマーは「ゴム状」になる）。

本開示のインフィル材料に使用できる可塑剤は、不揮発性、無毒であり、経時変化によるマイグレーションを生じない。可塑剤は、ガラス転移温度とヤング率を低下させる作用を有し、インフィル材の弾性挙動を改善し得る。従って、可塑剤の存在により、生分解性を損なうことなく、本明細書の主題であるインフィル材料の弾性性能が最適化され得る。

１種またはそれ以上の可塑剤は、グリコール、スルホンアミド、脂肪酸、アジピン酸塩、アミド、アミン、グリセリルエステル、エステル、グリセロール、ソルビトール、ジフェニルアミン、セバシン酸ジブチル、リン酸トリフェニル、クエン酸塩 好ましくはクエン酸アセチルトリブチル（ＡＴＢＣ）、植物油、好ましくはエポキシ化大豆油（ＥＳＢＯ）、エポキシ化アマニ油（ＥＬＯ）、ヒマシ油、パーム油、カルダモン油から選ばれる植物油、デンプン、糖、それらの混合物、好ましくはそれらの水性混合物からなる群より選択できる。

１つ以上の実施形態において、可塑剤は、エポキシ化大豆油（ＥＳＢＯ）、クエン酸アセチルトリブチル（ＡＴＢＣ）、カルダモン油、関連する混合物から選択され得る。

本開示のインフィル材料に用いられる可塑剤は、植物成分の構造を改質し、バイオポリマーの可動性および弾性を改善し得る。

１種またはそれ以上の可塑剤は、インフィル材料の重量に対して、５重量％以上６０重量％以下、好ましくは１５重量％以上５０重量％以下の範囲で使用することができる。

好ましい実施形態において、インフィル材料は、１種またはそれ以上の生分解性バイオポリマーと１種またはそれ以上の可塑剤とを、４：１～１：２の範囲の重量比、好ましくは１：１に等しい重量比で含む。

１つ以上の実施形態において、インフィル材料は、１種またはそれ以上の植物成分の量よりも多い量の、１種またはそれ以上の可塑剤を含んでもよい。

可塑剤を使用する利点、特に、インフィル材料において特定量使用することの利点の１つは、ｉ）材料、およびそれを含む芝に特定の弾性性能を付与し得ること、そしてｉｉ）例えば、高分子生分解性成分を含むが可塑性化合物を含まない充填材と比較して、当該インフィル材料のコストを低減し得ることに関係する。

１つ以上の実施形態において、本開示のインフィル材料は、好ましくは炭酸カルシウム、タルク、シリカ、関連する混合物からなる群より選択される１種またはそれ以上の無機充填材をさらに含んでもよい。

無機充填材は、インフィル材料の重量に関して、５％以上４０％以下、好ましくは１５％以上４５％以下の範囲の重量で存在し得る。

異なる材料成分は結合され、相互に連結されて単一相を形成し得、異なる成分間の界面接着により、インフィル材料に引張強さおよび伸びを付与するのみならず、植物成分および任意に含まれる無機充填材を取り込むことができる。

１つまたはそれ以上の実施形態において、本開示のインフィル材料は、１種またはそれ以上のヒドロゲルを含んでもよい。

ヒドロゲルという用語は、水に不溶性のゲル化合物を指し、水粒子をブロックする格子を生成する役割を果たし、液体をその重量の５０倍から１０００倍まで吸収し得る高吸収性のポリ架橋ゲルを形成する。１つまたはそれ以上の実施形態において、インフィル材料は、充填材の重量に対して１重量％以上３０重量％以下、好ましくは１重量％以上１５重量％以下の範囲で、１種またはそれ以上のヒドロゲルを含むことができる。

本開示のインフィル材料に用いられ得るヒドロゲルは、天然化合物、好ましくは寒天、デンプン；高吸水性ポリマー（ＳＡＰ）、好ましくはポリアクリレート、ポリアクリルアミド；関連する混合物からなる群より選択され得る。

本開示のインフィル材料にヒドロゲルが含まれることにより、特定の使用条件下でフィールドの表面温度を下げ、衝撃の吸収を促進することができる。芝生の上で行われるいくつかのスポーツにおいて、ジャンプ、加速、スリップ、方向転換を伴うことを考慮すると、上記の点は、重要な役割を果たす。プレー／スポーツ活動中、下肢には大きなストレスが加えられる可能性があり、身体自体の重量の少なくとも３～５倍に達する荷重に耐えなければならない可能性がある。

１つまたはそれ以上の実施形態において、１種またはそれ以上の生分解性バイオポリマーは、１種またはそれ以上の植物成分、１種またはそれ以上の可塑剤、ならびに、必要に応じて用いられる、１種またはそれ以上の無機充填剤および／または１種またはそれ以上のヒドロゲルを含む、生分解性ポリマーマトリックスを構成する。

本開示のインフィル材料の製造方法は、ｉ）生分解性バイオポリマーを加熱溶融してマトリックスを形成するステップと、ｉｉ）該マトリックスに植物成分および可塑剤を添加して混合物を得るステップと、ｉｉｉ）該混合物に、必要に応じて無機充填材および／またはヒドロゲルを添加するステップと、ｉｖ）該混合物を冷却して一体化材料を得るステップと、ｖ）該材料を造粒して顆粒の形態の充填材を得るステップと、を含み得る。

１またはそれ以上の実施形態において、インフィル材料の成分は、溶融状態の混合物を得るために計量され、特定の温度で押出機または混合機に供給され得る。押出機は、二軸スクリュー、逆回転／共回転押出機であってもよい。

造粒ステップｖ）は、例えば、一体化された材料の押出しによって実施され得る。その後、一体化および押出しされた材料を、任意に粉砕するステップを実施してよい。得られた材料は、例えば、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲の粒径を有し得る。

このようにして得られたインフィル材料は、回収、梱包され、設置場所に運ばれ、人工芝または天然芝を形成するように「散布」される。

該材料は、マイクロプラスチックや環境に有害な成分を放出することなく、少なくとも９０％が二酸化炭素（ＣＯ_２）と水（Ｈ_２Ｏ）に分解されるため、純植物性の充填材と同程度に生分解性であるという利点もある。

このようにして得られた粒状の充填材は、それを構成する個々の材料には見られない均質性と優れた化学的・物理的特性を実質的な特徴として有する。

表１は、本開示のインフィル材料の組成の２つの例を示す。

表１に記載した組成物ＩおよびＩＩは、まず生分解性バイオポリマーを溶融してポリマーマトリックスを形成し、続いて、木粉、可塑剤（組成物Ｉ）、さらに炭酸カルシウムおよびＳＡＰ（組成物ＩＩ）を添加することによって得られた。

具体的には、この分野で一般的に採用されている方法に従って、熱可塑性材料用のミキサー（バッチ）を、生分解性バイオポリマーの溶融温度と同じかそれ以上の温度に加熱する。

木粉と可塑剤は、ミキサー中の溶融した生分解性バイオポリマーに添加する前に、あらかじめ混合しておくこともできる。

冷却後、ミキサーから吐出された材料は、押出機に導入され、そこで輸送、延伸、糸状化され、その後顆粒に切断される。こうして製造された顆粒は冷却された後、粉砕される。これには、例えば、ブレードミルでの粉砕、ハンマーミルでの粉砕、シート状原料の押出機への通過、次いで押出機から出てくる原料の造粒など、様々な公知の技術を利用することが可能である。造粒物の最終的な大きさは、要求される用途によって異なり、例えば、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲であり得る。

本出願人は、経時的な繰り返し使用に対するインフィル材料の耐性を測定するための試験を実施した。具体的には、インフィル材料の使用中に発生する繰返し機械的応力を再現するための試験を行った。

インフィル材料に使用されているバイオポリマーの結晶化度の変化を評価するために、耐熱性と温度による劣化の試験を行った。バイオポリマーの結晶化度の低下は、巨視的には、材料の剛性の低下を示す。材料の剛性の低下は、可塑剤の存在によって促進され得、ポリマー鎖の移動度の増加を決定する。

本出願人はまた、破砕荷重における抵抗値および変形値を測定するために、本開示の充填材の体積圧縮の試験を実施した。比較試験として、植物成分からなる充填材、および、ポリオレフィンをベースとする高分子成分からなる機能性充填材について、同様の試験を実施した。特に、材料の破砕後に受ける変形（最大変形）とその弾性的な戻り（残留変形）を評価した。弾性的な戻りが小さいほど、材料の圧縮の程度が小さいことを意味する。試験の結果、本開示のインフィル材は、比較対象の植物性インフィル材よりも剛性が低いことが確認された。さらに、圧縮の程度は、高分子材料のみからなるインフィル材料に匹敵する。

また、「クリープ回復」試験を実施して、荷重の繰返し印加（８回）に続く変形のタイプ（弾性または塑性）を評価した。具体的に、荷重を取り除いた後に材料が戻る場合は弾性変形と考えられ、荷重を取り除いた後に永久的かつ不可逆的に変形する場合は塑性変形と考えられる。最小変形と最大変形の比（Ｄｅｆ．Ｍｉｎ／Ｄｅｆ．Ｍａｘ）の値が小さいほど、材料の弾性成分が大きく、従ってその回復力も大きくなる。

最後に、摩耗シミュレーション試験（リスポート、２０２００サイクル）を実施した。すなわち、ｉ）クリート付きサッカーシューズを「装備」したプレーヤーにより踏みつけを行い、ｉｉ）プレーヤーの下肢により芝グラウンドの表面に加えられる圧力をシミュレートする試験である。試験期間（２０２００サイクル）は、標準的な条件下での素材の耐久性を示すもので、２５００サイクルは、インフィル材料を含む人工芝の１年間の使用による摩耗に相当する。特に、サッカーブーツによるプレーの回数および時間による摩耗は、サイクル数に基づいてシミュレーションされる。試験の結果、本開示のインフィル材料は、１種類の成分のみを含む材料（モノマテリアル）に匹敵する圧縮の程度を示すことが確認された。試験の実施において、インフィル材料の顆粒はその圧縮を維持し、無機充填材はポリマーマトリックス中に取り込まれた状態を維持しており、可塑剤、バイオポリマーおよび無機充填材が単一の均質な連続相を形成し得る相溶性を有していることが確認された。

本開示の芝用インフィル材料は、ゴムまたは非生分解性ポリマーを含む従来の機能性充填材の典型的な性能を維持しながらも、サプライチェーン全体を通じ、環境サステナビリティの概念に呼応するものである。

さらに、このインフィル材料は、特定の成分の組み合わせにより、環境に有害な影響を及ぼさないという利点がある。該インフィル材料は、ライフサイクルの最終段階で廃棄された場合や、誤って土壌に飛散した場合においても、マイクロプラスチックを放出することはない。

使用時においては、非生分解性ポリマーやゴム粉末を含む充填材と同様の性能を発揮し、連続的な疲労サイクル試験の後でも弾性成分が維持され得る。荷重の圧縮に耐え、初期状態に戻る能力は、例えばポリオレフィンをベースとする非生分解性ポリマーからなる機能性インフィル材料にも匹敵する。

本明細書で対象とするインフィル材は、１．２５ｇｒ／ｃｍ^３以上１．５ｇｒ／ｃｍ^３の範囲の密度を有し、水よりも高い密度を有する。したがって、雨が降った場合における停滞および浮揚の現象は対照的である。

構造の詳細および実施形態に関し、ここに示される形態は、純粋に非限定的な例であり、本発明の原理を損なうことなく、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、大幅に変更することも勿論可能である。

Claims (16)

1. 芝インフィル材料であって、
   １種またはそれ以上の生分解性バイオポリマー、
   １種またはそれ以上の植物成分、および
   １種またはそれ以上の可塑剤、を含む、
   芝インフィル材料。
2. 前記１種またはそれ以上の生分解性バイオポリマーが、多糖類、好ましくはデンプン、セルロース、リグニン、キサンタン・カードラン、プルラン；タンパク質、好ましくはカゼイン、コラーゲン、ゼラチン、ゼイン、グルテン、キチン；脂肪族ポリエステル、好ましくはポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリブチルコハク酸（ＰＢＳ）、ポリカプロラクトン（ＰＣＬ）；芳香脂肪族コポリエステル、好ましくはポリブチレート－アジペート－テレフタレート（ＰＢＡＴ）；ポリヒドロキシアルカノエート（ＰＨＡ）、好ましくはポリヒドロキシブチレート（ＰＨＢ）、ポリヒドロキシバレリエート（ＰＨＶ）；ポリイソプレンまたは天然ゴム；関連する混合物からなる群より選択される、請求項１に記載の芝インフィル材料。
3. 前記１種またはそれ以上の生分解性バイオポリマーが、ポリブチレート－アジペート－テレフタレート（ＰＢＡＴ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、デンプン、関連する混合物のうちの１種またはそれ以上を含み、好ましくは、ポリブチレート－アジペート－テレフタレート（ＰＢＡＴ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、デンプン、関連する混合物のうちの１種またはそれ以上からなる、請求項１または２に記載の芝インフィル材料。
4. 前記１種またはそれ以上の生分解性バイオポリマーが、前記芝インフィル材料の重量に対して、２０重量％以上９０重量％以下、好ましくは２５重量％以上７５重量％以下の量で存在する、請求項１～３のいずれか１項に記載の芝インフィル材料。
5. 前記１種またはそれ以上の植物成分が、リグニン、セルロース、ヘミセルロース、および、関連する混合物のうちの１種類またはそれ以上を含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の芝インフィル材料。
6. 前記１種またはそれ以上の植物成分が、木粉、より好ましくは針葉樹および広葉樹の加工に由来する木粉を含み、好ましくは木粉、より好ましくは針葉樹および広葉樹の加工に由来する木粉からなる、請求項１～５のいずれか１項に記載の芝インフィル材料。
7. 前記１種またはそれ以上の植物成分が、粉末の形態で存在し、前記粉末は、７５μｍ以上以上５００μｍ以下のサイズを有する粒子を含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の芝インフィル材料。
8. 前記１種またはそれ以上の植物成分が、前記芝インフィル材料の重量に対して、５重量％以上７０重量％以下、好ましくは１０重量％以上６０重量％以下の量で存在する、請求項１～７のいずれか１項に記載の芝インフィル材料。
9. 前記１種またはそれ以上の可塑剤が、グリコール、スルホンアミド、脂肪酸、アジペート、アミド、アミン、グリセリルエステル、エステル、グリセロール、ソルビトール、ジフェニルアミン、セバシン酸ジブチル、トリフェニルホスフェート、クエン酸、好ましくはアセチルトリブチルクエン酸塩（ＡＴＢＣ）、植物油、好ましくはエポキシ化大豆油（ＥＳＢＯ）、エポキシ化アマニ油（ＥＬＯ）、ヒマシ油、パーム油、カルダモン油から選ばれる植物油、デンプン、糖、それらの混合物、好ましくはそれらの水性混合物から選択される、請求項１～８のいずれか１項に記載の芝インフィル材料。
10. 前記１種またはそれ以上の可塑剤が、エポキシ化大豆油（ＥＳＢＯ）、クエン酸アセチルトリブチル（ＡＴＢＣ）、カルダモン油、関連する混合物から選択される、請求項１～９のいずれか１項に記載の芝インフィル材料。
11. 前記１種またはそれ以上の可塑剤が、前記芝インフィル材料の重量に対して、５重量％以上６０重量％以下、好ましくは１５重量％以上５０重量％以下の範囲で存在する、請求項１～１０のいずれか１項に記載の芝インフィル材料。
12. １種またはそれ以上の無機充填材をさらに含み、該無機充填材は、好ましくは、炭酸カルシウム、タルク、シリカ、それらの混合物からなる群から選択される１種またはそれ以上である、請求項１～１１のいずれか１項に記載の芝インフィル材料。
13. 前記１種またはそれ以上の無機充填材が、前記芝インフィル材料の重量に対して、５重量％以上４０重量％以下、好ましくは１０重量％以上３５重量％以下の範囲で存在する、請求項１２に記載の芝インフィル材料。
14. １種またはそれ以上のヒドロゲルをさらに含む、請求項１～１３のいずれか１項に記載の芝インフィル材料。
15. 前記ヒドロゲルが、天然化合物、好ましくは寒天、デンプン；高吸水性ポリマー（ＳＡＰ）からなる群より選択され、前記高吸水性ポリマー（ＳＡＰ）は、好ましくはポリアクリレート、ポリアクリルアミド、それらの混合物から選択される、請求項１４に記載の芝インフィル材料。
16. 基材（１）から延びる複数の糸状構造物（２）を有する基材と、前記糸状構造物（２）の間に分散された、請求項１～１５のいずれか１項に記載のインフィル材料（４）とを含む、芝。

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