JP3634193B2

JP3634193B2 - 人工芝糸および人工芝生

Info

Publication number: JP3634193B2
Application number: JP18819299A
Authority: JP
Inventors: 善久水本; 啓田島; 山口　　聡
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1999-07-01
Filing date: 1999-07-01
Publication date: 2005-03-30
Anticipated expiration: 2019-07-01
Also published as: JP2001020139A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は人工芝生の基本的構成要素としての人工芝糸に関し、さらに詳しく言えば、芝面に対して良好な耐摩耗性や耐へたり性などを持たせることができる人工芝糸に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
人工芝生は、天然芝生に比べて殆どメンテナンスフリーで連続使用に耐えられることから、近年急速に普及してきている。その間、数多くの改良がなされ、様々な形態の人工芝生が数多く提案されている。
【０００３】
その一つとして、天然芝に近い自然な接地感が得られるように、芝目内に砂などの充填材を充填したいわゆる砂入り人工芝がある。また、人体に対する衝撃を緩和して安全性を高めるため、下地と人工芝生との間に弾性マットや弾性チップを配置したり、人工芝糸に弾性繊維などを用いたりして、芝面に弾力性を付与するようにしたものもある。
【０００４】
さらには、経時的変化を抑制して耐久性を高めるため、３次元立体構造のパイルを採用したり、素材をポリプロピレン主体のものからナイロンやポリエチレンにしたり、その他の各種共重合系のパイル糸に変更することも行なわれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの改良はまだ十分でなく、未だ解決すべき課題が残されている。その一つとして、いかにしたら人工芝生に良好な弾力性を付与し得るかという課題がある。
【０００６】
この課題解決のため、本出願人は特開平１１−９３１１２号公報において、人工芝糸に例えばスパンデックス（弾性繊維）などを用いて、人工芝糸自体に弾力性を持たせることを提案したが、その後さらに検討を進めていく過程で、本発明者らは人工芝糸にゴム的な弾力性を付与することにより、人工芝の摩耗やへたりを効果的に抑制できるとの知見を得た。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の目的は、ゴム的な弾力性を有しながらも、従来と同じ工程で、かつ、同程度のコストで製造することができる耐久性および耐へたり性の優れた人工芝糸および同人工芝糸によって構成された人工芝生を提供することにある。
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、シート状基材に植設されて人工芝生を構成する人工芝糸において、その素材として、熱可塑性ポリマー１００重量部に対して１〜３００重量部のゴムが配合されているとともに、上記ゴムにはオイルが含まれている樹脂材を用いることを特徴としている。
【０００９】
本発明において、上記ゴムにオイルを含ませることにより、糸加工性がよくなるとともに、芝生面にすべり性を付与することができる。また、熱可塑性ポリマーがオレフィン系樹脂であり、ゴムがジエン系のゴムであることが好ましい。これによれば、化学的安定性がきわめて良好であるとともに、物理的特性として弾力性、耐座屈疲労性および回復性にも優れたものが得られる。また、樹脂およびゴムともに汎用されているため低コストでもある。
【００１０】
熱可塑性ポリマーの一部もしくは全部がナイロンであってもよい。これによれば、ナイロンが有する優れた弾力性（耐座屈性）および耐熱性が活かされる。
【００１１】
また、ゴムが動的加硫により熱可塑性ポリマー内に微分散されていることも、本発明の特徴の一つである。すなわち、熱可塑性ポリマーと未加硫ゴムを高せん断下で混練りしながらゴムを加硫することにより、熱可塑性ポリマー内にゴムを微分散することができる。この動的加硫は、従来と同様の２軸押出機もしくは混練機にて行なえる。
【００１２】
本発明によれば、上記のようなゴム的な弾力性を有する人工芝糸をシート状基材に多数植設することにより、耐久性および耐へたり性の優れた人工芝生が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
まず、図１の模式図に示されているように、人工芝生１０はシート状基材１１に多数の人工芝糸１２をタフティング装置にて植設することにより基本的に構成される。
【００１４】
シート状基材１１には各種繊維やフィルム状織物、ネット状など様々なものが使用可能であるが、ポリプロピレンなどの平織り基布が好ましく採用される。また、シート状基材１１の裏面には人工芝糸１２をシート状基材１１に固定するためのバッキング材１３が塗布される。シート状基材１１およびバッキング材１３に特に制限はない。また、必要に応じて、芝目内に砂や弾性粒体などの充填材１４が入れられてもよい。
【００１５】
本発明によると、人工芝糸１２は、熱可塑性ポリマー内にゴムを微分散させた樹脂により形成される。その配合比は、熱可塑性ポリマー１００重量部に対してゴム１〜３００重量部である。
【００１６】
熱可塑性ポリマーには、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、エチレン−エチルアクリレート（ＥＥＡ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエステル、ナイロン６およびナイロン６６などの各種ナイロン系樹脂などの熱可塑性樹脂の他に、熱可塑性エラストマーが含まれるが、本発明では、ポリマーとして単独で熱可塑性を示すものを熱可塑性ポリマーとして扱う。
【００１７】
熱可塑性樹脂の内、汎用樹脂であり化学的安定性が良好である点から、オレフィン系樹脂が好ましく採用されるが、これには次の２相構造物、すなわち（硬質相：ＰＥ（結晶）、軟質相：ＥＶＡ，ＥＥＡ，ＣＰＥ）、（硬質相：ＰＥ（結晶）、イオンクラスター…イオノマー、軟質相：非晶ＰＥ）、（硬質相：ｓｙｎｄｌ，２−ＰＢ（結晶）、軟質相：非晶ＰＢ）が含まれる。
【００１８】
本発明で使用可能な熱可塑性エラストマーは動的架橋タイプ以外のものであって、例えばスチレン系（硬質相：ＰＳ（ガラス）、軟質相：ＢＲ，ＩＲ，水素添加ＢＲ（ＳＥＢＳ），水素添加ＩＲ（ＳＥＰＳ））、エステル系（硬質相：ポリエステル（結晶）、軟質相：ポリエーテル，ポリエステル）、ウレタン系（硬質相：ポリウレタン（結晶、水素結合）、軟質相：ポリエーテル，ポリエステル）、アミド系（硬質相：ポリアミド（結晶、水素結合）、軟質相：ポリエーテル，ポリエステル）などが使用可能である。
【００１９】
また、ＳＢＳ（スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体）に代表される硬質相が軟質連続相内に分散したミクロ相分散構造のものも熱可塑性エラストマーとして使用可能である。ＳＢＳは、直径数百オングストロームのスチレンドメイン（硬質相）がブタジエン連続相（軟質相）中に分散したミクロ相分散構造を有し、常温ではスチレンドメインが物理的に架橋点として作用するためゴム弾性が発現する。
【００２０】
なお、ＳＢＳ，ＳＩＳ（スチレン−イソプレン−スチレン）などの二重結合をもつ熱可塑性エラストマーは、人工芝糸を製造する際もしくはマスターバッチ（糸の材料ペレット）を製造する際に架橋剤で架橋することができる。したがって、本発明では、架橋されたものはゴム成分として扱う。
【００２１】
これに対して、人工芝糸を製造する際に、あらかじめ動的加硫されたマスターバッチとＳＢＳとを混合して押出成形することがあるが、この場合にはほとんどＳＢＳ自体は架橋しない。このような場合には、熱可塑性ポリマー成分として扱う。
【００２２】
本発明で使用されるゴム材としては、天然ゴム（ＮＲ）、スチレン−ブタジエンラバー（ＳＢＲ）、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）など各種のものが挙げられる。特に、架橋性の面ではジエン系ゴムが好ましい。また、ゴムにオイルを含ませることにより、加工性がよくなるとともに、芝面にすべり性を付与することができる。
【００２３】
架橋剤には、硫黄、フェノール樹脂など種々のものが使用可能である。樹脂架橋が加工安定性、耐候性の点で有利である。
【００２４】
この人工芝糸１２は、以下に説明する３通りの方法によって製造される。第１の製造方法は動的加硫法による。この製造方法においては、２軸押出機による場合と、混練機による場合とがあるが、まず、図２により２軸押出機による場合について説明する。
【００２５】
熱可塑性ポリマー（例えばポリプロピレン（ＰＰ））と未加硫ゴム（例えばエチレン・プロピレン・ジエン共重合体（ＥＰＤＭ））、それに酸化亜鉛などの活性剤および加硫剤を所定の配合比でドライブレンドし、ホッパー２１から２軸押出機２２に連続的に投入する。
【００２６】
２軸押出機２２内は電気ヒータ２３により高温に加熱されているため、ＰＰとＥＰＤＭとが高せん断下で溶融混練されながらＥＰＤＭが加硫されつつ、ＰＰ内にＥＰＤＭが微分散され、ダイ２４から人工芝糸１２が糸状に押し出され、延伸された状態で巻き取りロール２５に巻き取られる。
【００２７】
図示されていないが、混練機による場合には、ＰＰとＥＰＤＭとを一定の割合で混練機に投入して、１８０〜２５０℃で溶融混練しながら、加硫剤（硫黄、加硫促進剤、パーオキサイドなど）を添加して混練を続け、混練トルクが最大になった後、さらに２〜３分間混練を続けることにより、結晶性のＰＰマトリックス内に、ほぼ完全に加硫された直径数μｍのゴム粒子が分散する。これを押し出して人工芝糸１２を得る。
【００２８】
２軸押出機によるにしても、混練機によるにしても、軟質相（ＥＰＤＭ）が硬質相（ＰＰ）内に分散しているため、高温では熱可塑性プラスチックと同じく可塑化されて容易に成形可能であるが、その成形物すなわち人工芝糸１２は常温でゴム弾性を示す。
【００２９】
第２の製造方法は、上記第１の製造方法によって得られた樹脂／ゴム成形物をペレット化したマスターバッチを用いる方法である。すなわち、この第２の製造方法においては、ピュアな熱可塑性ポリマーとマスターバッチとを所定の割合で混合し、必要に応じて、これに顔料や耐老化剤などを加えて図示しない押出機に投入して人工芝糸１２を成形する。この場合、押出機中に高せん断部は特に必要としない。
【００３０】
第３の製造方法は、ピュアな熱可塑性ポリマーと加硫ゴム粉とを所定の割合でブレンドし、必要に応じてこれに顔料や耐老化剤などを加えて、図示しない押出機に投入して人工芝糸１２を成形する方法である。
【００３１】
人工芝糸１２の形状は、ストレート、カールなどが適宜選択可能である。繊維種としては長繊維、短繊維のいずれでもよく、さらに製法別で言えば、モノフィラメント、マルチフィラメント、テープ状糸などが例示される。また、スプリット加工、もしくは捲縮加工などの後加工を施したものなど、任意の選択することができる。
【００３２】
この人工芝糸１２は、人工芝生１０の全面に使用されることがもっとも好ましいが、例えばテニスコートのベースライン付近やサッカー場のゴールマウス付近など使用が激しい部分にのみ使用することも可能である。また、通常人工芝糸はその数本を一束としてシート状基材１１に植設されるが、その一束の一部に用いられてもよい。これらの事項は、すべて本発明に含まれる。
【００３３】
なお、熱可塑性ポリマーとして、少なくともその一部にナイロン（例えばナイロン６）を用いることにより、耐摩耗性および耐へたり性がよくなることが認められた。しかしながら、ナイロン６とＥＰＤＭは相溶性が余りよくないため、酸変性ポリプロピレンを少量混ぜることが好ましい。
【００３４】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例およびその比較例について説明する。実施例では、概ね次の手順で人工芝糸および人工芝生を作製し、比較例もこれに準じた。
【００３５】
▲１▼あらかじめドライブレンドした熱可塑性ポリマーとＥＰＤＭ、活性剤としての酸化亜鉛、加硫剤（フェノール樹脂）を２軸押出機に連続投入し、１８０℃で溶融混練りした。
▲２▼連続棒状にして押し出し、冷却後ペレット状に切断してマスターバッチとした。
▲３▼マスターバッチと、ピュアな熱可塑性ポリマーペレット、顔料ペレット、劣化防止剤（耐熱材、酸化防止剤、耐候性剤など）を糸製造用押出機に投入して、Ｔダイにて押し出した後、延伸しながら人工芝糸を巻取りした。すなわち、上記第２の製造方法により人工芝糸を得た。
▲４▼この人工芝糸に「より」加工を施した。そして、パイル長を２０ｍｍとしてポリプロピレンからなる平織り基布に、５／１６Ｇｅ（ゲージ）、４．５Ｓｔ（ステッチ）の条件でタフトした後、基布の裏面にバッキング材を塗布し、乾燥させて人工芝生を形成した。
▲５▼実験室において、この人工芝生をアスファルト基盤状に敷設し、目砂をその芝目内に厚さ１８ｍｍまで充填して砂入り人工芝生とした。そして、図３に示されているような落重／スライド型の摩耗試験機３０にて耐久性テストを行ない、耐摩耗性および耐へたり性を評価した。
【００３６】
なお、摩耗試験機３０の構成およびそのテスト手順は概略次のとおり。この摩耗試験機３０は、人工芝生１０上の所定高さ位置において、その芝面とほぼ平行に配置されたガイドレール３１を有し、同ガイドレール３１にはスライダ３２が左右方向（図３矢印Ｘ方向）に摺動可能に取り付けられている。スライダ３２には、支軸３３が上下方向（図３矢印Ｙ方向）に摺動可能に取り付けられ、支軸３３の下端に摩耗板３４が支持されている。摩耗板３４は幅５０ｍｍ，長さ２００ｍｍで、重さが約１ｋｇの金属ブロックからなり、その下面にはタイヤゴムのすべり片が取り付けられている。
【００３７】
テスト手順としては、まず、スライダ３２を人工芝生１０の右端側に寄せて、摩耗板３４を芝面の１００ｍｍ高さ位置（上部原点位置）から落下させた。そして、摩耗板３４を落下させたままの状態で一旦左端側まで移動させた後、再び右端側にまで戻し、摩耗板３４を上部原点位置にまで引き上げる。これを１サイクルとして１０００回繰り返した。
【００３８】
耐摩耗性については、摩耗がほとんどないものを◎、摩耗が少ないものを○、摩耗が中くらいで現行品（ＰＰ製）なみのものを△、摩耗が大きなものを×とした。
耐へたり性については、へたりがほとんどないものを◎、へたりが少ないものを○、へたりが中くらいで現行品なみのものを△、へたりが大きなものを×とした。
【００３９】
また、耐候性（化学的安定性）を調べるため、キセノンタイプの耐候性試験機に１０００時間投入した後の人工芝生の外観を調べた。全く変化がないものを◎、ほとんど変化がないものを○、変化があるものを△、甚だしく変化があるものを×とした。
【００４０】
さらに、加工性として糸加工機での加工のし易さについて評価した。非常に加工が容易なものを◎、加工が容易なものを○、加工がしにくいものを△、加工不可能なものを×とした。
【００４１】
《実施例１》
上記第２の製造方法にしたがって、ピュア（１００％）なポリプロピレンと、ポリプロピレン：ＥＰＤＭ＝１００：１００（重量比、以下同様）のマスターバッチとを混合して糸の押出機に投入して、主材料がポリプロピレン：ＥＰＤＭ＝１００：１である人工芝糸を得た。
〔評価〕
耐摩耗性：ゴムを１重量部添加したことにより摩耗が少なくなり、評価は○とした。
耐へたり性：若干のへたりが観察されたため現行品なみとして、評価は△とした。
糸加工性：延伸性がよく、評価は◎とした。
耐候性：ほとんど変化が見られなかったので、評価は○とした。
総合評価：○
【００４２】
《実施例２》
上記第２の製造方法にしたがって、ピュアなポリプロピレンと、ポリプロピレン：ＥＰＤＭ＝１００：１００のマスターバッチとを混合して糸の押出機に投入して、主材料がポリプロピレン：ＥＰＤＭ＝１００：１１である人工芝糸を得た。
〔評価〕
耐摩耗性：ゴムを１１重量部添加したことにより、実施例１より耐摩耗性がさらに改善されたため、評価は◎とした。
耐へたり性：人工芝糸にゴムの弾性が発現され、へたりが実施例１より改善されたため、評価は１ランク上げて○とした。
糸加工性：実施例１と同様延伸性がよく、評価は◎とした。
耐候性：実施例１と同様ほとんど変化が見られなかったので、評価は○とした。
総合評価：◎〜○
【００４３】
《実施例３》
上記第１の製造方法、すなわち動的加硫法にしたがって製造したポリプロピレン：ＥＰＤＭ＝１００：１９８のマスターバッチのみを糸の押出機に投入して、主材料がポリプロピレン：ＥＰＤＭ＝１００：１９８である人工芝糸を得た。
〔評価〕
耐摩耗性：上記のテストにおいて、摩耗板により擦られても糸が倒れて（逃げて）横方向の力をまともに受けないため、摩耗はほとんど生じなかった。評価は最上ランクの◎とした。
耐へたり性：倒れてもゴムの弾力によって自立するため、へたりがほとんどなく、評価は最上ランクの◎とした。
糸加工性：ＥＰＤＭの配合比が大きいため延伸性がやや悪く、評価は１ランク下げて○とした。
耐候性：実施例１と同様ほとんど変化が見られなかったので、評価は○とした。
総合評価：◎〜○
【００４４】
《実施例４》
上記実施例３と同じく、上記第１の製造方法（動的加硫法）にしたがって製造したポリプロピレン：ＥＰＤＭ＝１００：２９５のマスターバッチのみを糸の押出機に投入して、主材料がポリプロピレン：ＥＰＤＭ＝１００：２９５である人工芝糸を得た。
〔評価〕
耐摩耗性：実施例３と同じく、きわめて良好であり、評価は◎とした。
耐へたり性：実施例３と同じく、きわめて良好であり、評価は◎とした。
糸加工性：ＥＰＤＭの配合比が大きく糸状に加工しづらくなったため、実施例３よりもしにくくなり、１ランク下げて評価は△とした。
耐候性：実施例１と同様ほとんど変化が見られなかったので、評価は○とした。
総合評価：◎〜○
【００４５】
〈比較例１〉
人工芝糸を最も汎用的なポリプロピレン製とした（テニスコート標準品）。
〔評価〕
耐摩耗性：摩耗が見られたため、評価は△とした。
耐へたり性：耐摩耗テスト後に起立しない人工芝糸が見られたため、評価は△とした。
糸加工性：延伸性良好であり、評価は◎とした。
耐候性：実施例１と同様ほとんど変化が見られなかったので、評価は○とした。
総合評価：△
【００４６】
〈比較例２〉
上記第１の製造方法（動的加硫法）にしたがって製造したポリプロピレン：ＥＰＤＭ＝１００：３２０のマスターバッチのみを糸の押出機に投入しが、ゴム量が多すぎるため、熱可塑化が不十分で糸加工できなかった。総合評価：×
【００４７】
参考までに、上記実施例１〜４、比較例１，２の人工芝糸仕様および評価を次表に示す。
【表１】

【００４８】
なお、実験室で用いた上記実施例１〜４と同じ仕様の人工芝生上で実際にテニスプレーをして、その実用性を評価したところ、各実施例１〜４と同様の傾向が見られた。また、上記実施例１〜４とは異なる各種の熱可塑性ポリマーと各種ゴムの組み合わせにおいても、上記実施例１〜４と同様に耐摩耗性、耐ヘタリ性が良好となることが確認できた。
【００４９】
オレフィン樹脂とジエン系ゴム（特に、ＥＰＤＭ）が耐久性や加工性に優れていることも分かった。ゴムを架橋する際にフェノール樹脂などによる樹脂架橋の方が安定した人工芝糸が製造でき、また、耐候性も良好であった。
【００５０】
ゴムにオイルを含ませた場合には、人工芝糸に滑り性を付与でき、耐摩耗性がさらに良好となることも確認できた。また、熱可塑性ポリマー成分の少なくとも一部にナイロン（例えば、ナイロン６）を使用することにより、摩耗性および耐へたり性がきわめてよくなった。なお、ナイロンは他の熱可塑性ポリマーと相溶性が良くないため、酸変性ポリマー、例えば酸変性ポリプロピレンを少量混ぜるとよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、人工芝糸の素材として、熱可塑性ポリマー１００重量部に対して１〜３００重量部のゴムが配合された樹脂材を用いたことにより、ゴム独特の弾力性を有する人工芝糸が得られる。
【００５２】
したがって、この人工芝糸によれば、例えばスライディングなどにより横方向の力を受けても、人工芝糸が容易に倒れて（逃げて）その力をまともに受けないため摩耗が小さい。また、荷重が除かれれば容易に回復して自立するため、耐へたり性も良好である。
【００５３】
また、従来広く用いられてきた樹脂、例えばポリプロピレン、ポリエチレンもしくはナイロンなどと同じ製造設備で人工芝糸の作製が可能であるため、特に新たに製造設備を導入する必要がないため、低コストで実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】人工芝生の基本的な構成を模式的に示した断面図。
【図２】本発明の人工芝糸の製造に供される押出機の模式図。
【図３】耐摩耗性および耐へたり性テストに用いられる落重／スライド型摩耗試験機を示した模式図。
【符号の説明】
１０人工芝生
１１基材
１２人工芝糸
１３バッキング材
１４充填材
２１ホッパー
２２２軸押出機
２４ダイ

Claims

シート状基材に植設されて人工芝生を構成する人工芝糸において、その素材として、熱可塑性ポリマー１００重量部に対して１〜３００重量部のゴムが配合されているとともに、上記ゴムにはオイルが含まれている樹脂材を用いることを特徴とする人工芝糸。
請求項１に記載の人工芝糸をシート状基材に多数植設してなることを特徴とする人工芝生。