KR20230145325A - 천연 인조 잔디 충전재 - Google Patents

Abstract

생분해성 과립(19)을 포함하는, 인조 잔디용 천연 바인더-기반 충전재(infill)로서, 상기 과립(19)은 다량의 필러(filler) 물질의 첨가에 의해 화학적으로 변형되지 않고 물리적으로 변형된 천연 바인더를 포함하고, 상기 과립의 평균 크기는 0.2 내지 5 mm이다.

Description

천연 인조 잔디 충전재

본 발명은 전적으로 천연 물질만을 포함하는 인조 잔디 시스템(artificial turf system)용 충전재(infill)에 관한 것이다. 본 발명은 또한 인조 잔디 시스템용 충전재를 제조하는 방법 및 상기 충전재를 포함하는 인조 잔디 시스템에 관한 것이다.

인조 잔디 시스템은 천연 잔디를 대체하거나 스포츠, 미학(aesthetic), 환경 및 기타 용도를 위한 대체 녹화(greening)로 사용될 수 있으며 여러 세대를 거쳐 현재의 형태로 발전했다. 일반적으로 이러한 시스템은 특정 영역에서 이들은 적어도 동작의 예측 가능성 관점에서 이미 능가할 수 있지만, 이들의 천연 대응 시스템과 동일한 특성을 달성하고자 한다.

일반적인 잔디 시스템은 섬유들 사이에 배치된 연질 및/또는 경질 과립의 충전재 층과 상부 표면을 갖는 지지층(backing layer)을 포함한다. 지지층은, 인조 잔디 섬유(artificial grass fibre)가 촘촘하여(tufted) 상향 위치로 배향되고, 전형적으로 라텍스 또는 폴리우레탄의 코팅에 의해 직물(woven fabric)에 고정된 파일 섬유(pile fibre)를 제공하는 직물로 구성될 수 있다. 대안적으로, 이면 섬유 및 파일 섬유는 직조 카펫과 같은 직조에 의해 동시에 제조될 수 있다. 여기서 파일 섬유 및 이면 구조의 위치에 대한 상당한 자유가 있다.

대부분의 경우 잔디 시스템에는 직립하는(upstanding) 파일 섬유들 사이에 흩어져 있는 충전재 입자들(particulates)이 포함된다. 이들은 시스템의 안정성과 스포츠 성능 특성을 포함한 기능의 조합을 제공한다. 이러한 성능 특성은 의도된 용도에 따라 다르지만 대부분의 스포츠에는 다음이 포함된다: 회전 및 선형 그립; 충격 감쇠; 수직 볼 바운스(ball bounce); FIFA 및 World Rugby와 같은 관련 스포츠 기관에서 규정한 회전 마찰. 이 성능은 지지층 바로 아래에 충격 패드 또는 e-층을 적용하여 추가로 더 지지될 수 있다. 이러한 유형 중 하나의 시스템은 영국 특허 출원 GB2429171에 설명되어 있다.

충전재로 유용한 대체 과립을 개발하기 위한 지속적인 노력이 있다. 이 충전재 물질을 구성하는 과립의 특성을 신중하게 조정함으로써 상기 과립을 포함하는 인조 잔디의 성능 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한 보다 지속 가능한 기술 개발의 필요성은 인조 잔디 기술에도 적용된다. 이를 고려하여 환경에 미치는 영향을 최소화하는 새로운 충전재 물질 개발이 필요하다. 충전재 물질의 지속 가능성을 개선할 수 있는 유망한 방법은 성능 및/또는 지지 충전재로 사용하기에 적합한 방식으로 폐기물 스트림을 재활용하거나 업그레이드하는 것이다. 그러나 이러한 공정은 재활용을 위해 제공되는 물질의 다양성으로 인해 정확하게 제어하기 어려울 수 있다. 또한, 지속되어 오염을 유발할 수 있는 플라스틱이 환경에 유입되는 것을 방지하기 위해 완전히 재활용 가능하거나 분해 가능한 물질이 바람직하다. 오염은 인간과 동물의 건강에 잠재적인 건강 위험을 제기하는 미세 플라스틱이 환경으로 확산된 결과일 수 있다.

미세 플라스틱은 유럽 화학 물질청(European Chemicals Agency; ECHA)에서 첨가제 또는 기타 물질이 첨가되었을 수 있는 고체 폴리머 함유 입자로 구성된 물질로 정의되며, 입자의 ≥ 1% w/w는 (i) 모든 치수가 1 nm ≤ x ≤ 5 mm이거나, 또는 (ii) 섬유의 경우, 길이가 3 nm ≤ x ≤ 15 mm이고, 직경에 대한 길이 비율이 ＞ 3을 갖는다. 이러한 미크론 규모의 플라스틱 조각들은 버려지거나(littered) 버려진(dumped) 더 큰 플라스틱 조각이 기계적으로 분해된 후에도 환경에 남아 있을 수 있다. 미세 플라스틱은 먹이사슬을 따라 올라가 인간이나 동물의 내부 장기에 축적되는 경향이 있어 심각한 건강 문제를 일으킬 가능성이 있는 것으로 나타났다.

기존 충전재 물질에 내재된 문제 중 적어도 일부를 완화하는 개선된 충전재를 제공하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명에 따르면, 생분해성 과립(granules)을 포함하는 인조 잔디용 천연 바인더-기반 충전재가 제공되며, 상기 과립은 다량의 필러(filler) 물질의 첨가에 의해 화학적으로 변형되지 않고 물리적으로 변형된 천연 바인더를 포함하고, 과립의 평균 크기는 0.2 mm 내지 5 mm이다.

천연 바인더의 한 형태는 고무이다. 천연 미가황(unvulcanised) 고무는 자연에서 중합된 폴리머이다. 때로는 천연 라텍스라고도 하며 주로 Hevea Brasilens 또는 고무나무에서 추출된다. 자연에서 발생하는 폴리머는 화학 구조가 변형되지 않는 한 자연에서 본질적으로 생분해되는 것으로 간주된다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "생분해성"은 자연적으로 분해되어 자연적으로 발생하는 물질만 남기고 분해되어 생태계로 다시 들어갈 수 있는 물질을 의미한다. 따라서 이 용어는 환경에 남아 오염을 일으키는 석유화학 플라스틱을 제외한다. 이 용어 및 이후에 언급되는 기타 용어는 EU REACH 규정(화학물질의 등록, 평가, 승인 및 제한에 관한 규정 No1907/2006)(Regulation No1907/2006 concerning the Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals)의 맥락에서 해석된다.

종래의 공정에서, 천연 고무는 황과 같은 적합한 가교 첨가제를 첨가하여 가황 처리되거나 가교된다. 생성된 고무 제품은 정상적인 환경 조건에서 분해되는 데 최대 100년 이상이 걸리기 때문에 일반적으로 생분해성으로 간주되지 않는다. 천연 고무는 주로 폴리이소프렌이며 가황 처리 후 폴리이소프렌 분자의 각 폴리머 사슬들 사이에 교차 결합이 존재하기 때문에 화학적으로 변형되는 것으로 간주된다. 가황 처리되지 않은 천연 고무는 자연적으로 발생하는 환경 조건에서 몇 년 만에 미생물 바이오매스(biomass)로 비교적 쉽게 분해될 수 있다. 이 과정은 추가 효소 및 기타 미생물의 존재와 특정 온도 및 빛 조건에 의해 가속화될 수 있다. 수지, 검, 오일, 왁스, 단백질, 전분 등과 같은 다른 천연 바인더에도 동일하게 적용된다. 이것은 현재 청구된 충전재를 생분해 능력이 중요한 상황에서 사용하기에 특히 적합하게 만든다.

현재 문맥에서 '물리적으로 그러나 화학적으로 변형되지 않은'이라는 용어는 REACH의 맥락에서 이해되어야 하며, 천연 바인더가 가황되지도 않고 화학적으로 가교되지도 않음을 나타내기 위한 것이다. 물리적 변형은 아래에 나타낸 바와 같이 바인더와 다른 물질의 혼합을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 이는 또한 성형, 몰딩, 펠릿화(pelleting) 등에 의한 바인더 또는 생성된 혼합물의 물리적 변형을 포함한다.

본원에서 사용되는 "과립(granule)"이라는 용어는 명시된 물질 및 부피의 임의의 형태의 단일 요소를 지칭한다. 과립의 평균 크기는 주어진 과립의 가장 큰 치수를 말하며 평균은 산술 평균이다. 바람직하게는 과립의 평균 크기는 0.5 mm 내지 5 mm에 있을 것이고, 바람직하게는 어떤 입자도 10 mm보다 큰 치수를 갖지 않을 것이다. 대안적으로, 과립은 EN 933-1에 의해 정의된 메쉬 크기에 의해 정의될 수 있다. 일 구현예에서 과립의 적어도 90중량%는 0.5 mm 체에 의해 유지되는 반면, 과립의 적어도 90%는 5 mm 체를 통과할 것이다.

과립은 정의된 형태와 정의되지 않은 형태, 유사하거나 상이하거나 임의적인 형태일 수 있다. 과립 형태는 제조 공정과 의도된 기능적 성능에 따라 달라진다. 특정 구현예에서, 구형, 직육면체, 원통형, 마름모꼴 또는 렌즈형(lenticular) 형상 중 하나 또는 이들의 조합이 선택될 수 있다. EN 14955는 형상 분류 표준을 제공하며 이 표준 내에서, 과립은 A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2 및 C3 범위에 있을 수 있다. B2의 값은 일반적으로 진원도(roundness)와 불규칙성 사이의 균형으로 선호되며 과도한 미끄러짐을 방지하면서 압축(compaction)에 대한 저항성을 제공한다.

과립은 개별적으로 크기 및/또는 형상 및 또한 특성에서 동일하거나 상이할 수 있다. 즉, 충전재는 모두 동일한 물리적 특성을 갖도록 형성되거나 예를 들어 상이한 물질의 존재로 인해 상이한 특성을 갖는 과립을 포함할 수 있다. 따라서 충전재는 천연 바인더를 포함하는 다양한 생분해성 과립의 혼합물일 수 있다.

일 구현예에서 과립은 점착 방지제(anti-tack agent)를 추가로 포함할 수 있다. 점착 방지제는 점착 저항 특성을 제공하여 생산, 보관 및/또는 사용 중에 개별 과립이 서로 달라붙는 것을 방지한다. 점착 방지제로서 천연 물질을 사용하면 충전재 전체가 천연 및/또는 생분해성 물질만을 포함하도록 추가로 의도된다. 점착 방지제는 과립의 외부 부분에 코팅 또는 더스팅(dusting)으로 적용될 수 있거나, 대안적으로 제조 공정 동안 과립 전체에 혼합 및 분산될 수 있다.

필러 물질은 천연 바인더 특성을 물리적으로 변경하는 역할을 한다. 천연 바인더에 대한 필러 물질의 상대적인 양에 따라 밀도, 탄성 계수, 푸아송 비(Poisson ratio), 흡수, 마찰 계수 등과 같은 특성이 조정될 수 있다. 필러 물질은 또한 충전재 과립을 생산하는 동안 물질의 가공성에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 당업자는 사용될 수 있는 상이한 필러 및 이들 특성에 대한 그들의 영향을 잘 알고 있을 것이다. 특정 상황에서 필러는 점착 방지제로 작용할 수도 있다. 점착 방지제는 또한 부분적으로 필러로서 작용할 수 있다.

일 구현예에서, 필러 물질은 무기 천연 물질을 포함한다. 이들은 자연에서 자연적으로 발생하지만 그 자체로는 생분해되지 않는 물질이다. 예를 들면 석영 또는 화강암과 같은 광물과 모래, 초크(chalk), 활석, 벽돌 가루, 탄소 및/또는 목탄과 같은 기타 물질이 포함될 수 있다. 이들 물질은 과립보다 크기가 약간 더 작은 혼입물(inclusion)로부터 나노 또는 미크론 규모의 미세 분말에 이르기까지 임의의 적합한 크기 또는 등급의 입자 또는 분말 형태로 제공될 수 있다. 당업자는 이 기능을 위해 고려할 수 있는 대체 필러 물질을 잘 알고 있을 것이다. 본 발명의 목적을 위해, 과립 내 이러한 무기 천연 물질의 존재가 과립 전체가 '생분해성'으로 간주된다는 사실을 변경하지 않는다는 것이 다시 강조된다.

필러 물질은 추가로 또는 대안적으로 코이어(coir) 섬유, 우드칩(wood chip), 코르크(cork), 옥수수, 코이어 속(coir pith), 대마 또는 분말, 입자 또는 섬유 형태의 식물 폐기물과 같은 유기 천연 물질을 포함할 수 있다. 이러한 물질은 쉽게 구할 수 있는 다양한 폐기물로부터 재활용 또는 재생 공정을 통해 얻을 수 있다는 장점이 있다. 또 다른 이점은 이러한 천연 유기 물질에 미세 플라스틱이 없다는 것으로, 미세 플라스틱이 환경에 유입될 염려 없이 충전재를 전체적으로 사용할 수 있다. 코이어 속, 코르크, 옥수수 및 기타 유사한 천연 물질의 다른 장점은 노화 및 찢어짐에 대한 이들의 저항성, 악천후 조건에 대한 회복력, 충전재에 안정적인 무게를 제공하기에 충분한 밀도이다. 또한 이러한 물질은 폴리머 충전재만큼 열을 흡수하지 않으므로 사용 중에 더 시원한 잔디 시스템을 제공한다.

추가 측면에 따르면, 과립은 모두 자연 발생 물질인 상이한 바인더 또는 결합제(binding agent)의 혼합물을 포함할 수 있다. 여기에는 식물성 전분과 같은 생분해성 물질이 포함될 수 있다. 이것은 다시 폐기물로부터 얻을 수 있고 미세 플라스틱이 없다는 이점을 제공한다. 천연 고무는 탄성 특성으로 잘 알려져 있으며 안정적인 과립을 형성하는 데 도움이 될 수 있는 또 다른 결합제이다. 당업자는 검, 오일, 단백질, 왁스 등을 포함할 수 있는 다른 가능한 결합제의 특성에 익숙할 것이다.

상기한 바와 같이, 과립은 요구되는 특성에 의해 결정되는 바와 같이 다양한 상대적 양의 천연 바인더, 필러 물질 및 추가 선택적 성분을 포함할 수 있다. 한 구현예에서, 과립은 10 내지 80 wt%의 필러 및 10 내지 50 wt% 바인더, 보다 바람직하게는 20 내지 40 wt% 바인더를 포함한다.

특정 구현예에서, 과립은 과립의 10% 내지 90%의 크기를 갖는 혼입물을 포함할 수 있다. 이 문맥에서 '혼입물'은 과립에 비해 큰 입자 또는 본체, 즉 과립보다 작지만 비슷한 정도의 크기를 나타내는 데 사용된다. 혼입물은 필러 물질과 동일한 물질로 형성될 수 있으며, 필러 물질의 부피와 함께 혼입물의 부피가 고려될 수 있다. 일부 구현예에서, 과립당 정확히 하나의 혼입물이 있을 수 있다.

특히, 혼입물은 과립의 제조 방법과 관련이 있을 수 있다. 이들은 예를 들어 압출에 의해 과립이 형성되는 전구체 물질로 혼합될 수 있다. 혼합물은 예를 들어 나사 및 호퍼(hopper)를 사용하여 각 성분을 전달하는 종래의 혼합 방법에 의해 발생할 수 있으며 압출 공정 전 또는 동안에 발생할 수 있다. 대안적으로, 각각의 과립은 예를 들어 침지(dipping) 공정 등에 의해 과립의 코어를 형성하는 혼입물의 하나 이상의 표면 상에 코팅된 천연 바인더의 층을 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이, 점착 방지제는 과립의 점착성을 방지하여 개별 과립이 생산, 저장 및/또는 사용 중에 서로 달라붙는 것을 방지한다. 바람직한 경우에, 생성된 과립은 사용이 요구되는 모든 온도, 특히 -10℃ 내지 80℃에서 산포되고(loose) 자유 유동적이어야 하는데, 이는 야외 스포츠 표면이 태양에 노출될 때 상승된 온도 때문에 쉽게 도달할 수 있기 때문이다. 그러나 실내 또는 덮힌 목적을 위해 사용 가능한 충전재는 50℃의 온도에 대한 내점착성이 있는 경우 적절하게 내점착성이 있을 수 있다고 생각된다.

이러한 맥락에서, 내점착성은 50℃ 미만, 보다 바람직하게는 60℃ 미만, 보다 바람직하게는 70℃ 미만, 가장 바람직하게는 80℃ 미만의 온도에서 점착성이 없는 과립을 포함하는 것으로 정의될 수 있다. 이 목적을 위한 점착성은 접시(약 5 mm 층 두께)의 샘플을 관련 온도의 오븐에서 밤새 가열하여 평가한다. 이어서 샘플을 냉각시키고 과립을 평가한다. 과립이 여전히 산포된 과립이거나 약간의 교반에 의해 자유로울 수 있는 경우 샘플은 끈적거리지 않는 것으로 판단된다. 반면에 과립이 케이크를 형성하는 경우 이는 점착성이 있거나 점착 저항성이 없는 것으로 판단된다. 과립이 비점착성을 유지하는 최고 온도를 점착성 온도로 표시한다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 과립은 바람직하게는 20 내지 90, 또는 30 내지 70, 바람직하게는 40 내지 60, 선택적으로 약 50의 쇼어 A 경도(Shore A hardness)를 갖는 탄력적이다. 당업자는 상기 언급된 필러 물질의 첨가에 의해 원하는 범위를 달성하는 방법을 잘 알고 있을 것이다. 이와 관련하여 천연 바인더의 탄력성은 탄성 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있는 가교 특성이 있는, 예를 들어 가황 고무의 탄력성과는 다르다는 점에 유의해야 한다. 일반적으로 필러 물질이 거의 없는 천연 바인더는 경도 값이 더 낮다. 필러 물질이 추가됨에 따라 경도가 증가한다. 이상적으로 과립은 충전재로 사용되는 기존 합성 고무 과립에 가까운 경도를 가질 것이다. 그럼에도 불구하고 천연 물질 사용의 제약으로 인해 더 많은 양의 필러 물질이 필요하므로 더 높은 경도 값이 예상될 수 있다.

현재 문맥에서, 탄성은 물질이 외부 힘을 가하면 변형될 수 있고 힘이 제거되면 자연적으로 원래 모양으로 되돌아가는 물질 특성을 의미하는 것으로 이해된다. 이 거동은 완전 탄성일 수 있으며, 이는 힘이 제거될 때 물질이 신속하게 원래 모양으로 돌아가고 물질이 물질을 변형하는 데 필요한 모든 에너지를 실질적으로 반환한다는 것을 의미한다. 그러나 바람직하게는 점탄성인데, 이는 물질이 천천히 이의 원래 모양으로 돌아가고('전형적인' 빠르게 응답하는 고무 충전재와 대조적으로) 물질을 변형하는 데 필요한 모든 에너지를 되돌려주지 않는다는 것을 의미한다. 일 구현예에서, 과립은 FIFA 방법 13(Handbook of Test Methods October 2015 Edition - Version 3.1 16/03/2020)에 따라 장비 잔디 시스템에서 측정된 SBR보다 낮은, 바람직하게는 40% 미만인 에너지 회복을 나타낸다.

본 발명은 또한 상기 또는 후술하는 바와 같은 다량의 충전재를 포함하는 인조 잔디 시스템에 관한 것이다. 스포츠에 실행될 수 있는 최종 시스템은 충전재뿐만 아니라 인조 잔디 자체와 잔디 아래의 모든 밑받침, 충격 패드 또는 기판과 같은 다른 요인에도 의존한다는 것을 이해할 것이다. 추가 충전재 물질을 천연 고무 충전재와 결합 및 혼합할 수도 있다.

구현예에서, 인조 잔디 시스템은 인조 잔디 블레이드(blade) 사이에 분포된 충전재와 함께 지지층 및 지지층으로부터 직립하는 인조 잔디 블레이드를 포함한다.

추가 구현예에서, 시스템은 천연 바인더를 포함하지 않는 천연 물질의 다량의 입자의 형태로 추가 충전재를 추가로 포함할 수 있다. 추가 충전재는 천연 바인더 기반 충전재 아래에 제공될 수 있거나 이와 친밀하게 혼합될 수 있다. 입자는 모래, 돌, 석영, 자갈 등과 같은 무기 천연 물질일 수 있다. 입자는 추가로 또는 대안적으로 코이어 섬유, 우드칩, 코르크, 낟알(kernel), 옥수수, 코이어 속, 대마 등과 같은 유기 천연 물질을 포함할 수 있다. 이러한 물질은 천연 바인더 기반 충전재 아래에 층을 형성하려는 것인지 아니면 이와 혼합하려는 것인지에 따라 임의의 적합한 크기 또는 등급으로 제공될 수 있다.

본 발명은 또한 천연 바인더 및 필러 물질을 포함하는 조성물로부터 전구체를 냉간 성형하는 단계; 전구체를 과립으로 나누는 단계; 및 과립에 점착방지제를 제공하는 단계를 포함하는 인조 잔디용 충전재 과립의 제조방법에 관한 것으로, 상기 방법은 가교결합 등에 의한 천연 바인더의 화학적 변형 없이 수행된다. 본 명세서에서, 냉간 성형 단계는 천연 바인더의 가열을 필요로 하지 않고 실온에서 수행되는 공정을 나타내는 것으로 의도된다.

일 구현예에서, 전구체를 나누기 전에 과립에 점착 방지제가 제공되며, 이는 냉간 성형 공정 동안 전구체 상에 필름으로 제공하거나 전구체에 코팅하거나 살포함으로써 달성될 수 있다.

또 다른 구현예에서, 상기 방법은 항산화제 처리 또는 UV 광 노출과 같은 노화 방지 단계로 과립을 처리하는 것을 포함한다.

특정 구현예에서, 조성물은 20% 내지 60%의 필러, 20% 내지 60%의 천연 바인더, 및 10% 내지 30%의 점착 방지제, 바람직하게는 +/- 5%의 편차가 있는 약 40/40/20의 비율로 포함한다.

다양한 냉간 성형 공정이 고려될 수 있다. 일 구현예에서, 전구체의 냉간 성형은 시트 또는 필라멘트로의 냉간 압출을 포함한다. 또 다른 대안적인 구현예에서, 전구체의 냉간 성형은 예를 들어 침지 공정에 의해 코어를 코팅하는 것을 포함한다. 코어는 천연 섬유 로프(rope)를 포함할 수 있고 전구체를 과립으로 나누는 것은 코팅된 로프를 짧은 세그먼트로 절단하는 것을 포함할 수 있다. 로프는 상기 정의된 바와 같이 혼입물로서 과립 내에 남아 있을 것이다. 천연 섬유 로프는 코이어 로프, 사이잘(sisal) 로프 또는 황마 로프일 수 있다. 이 문맥에서 로프는 방적, 합연(plied), 편조(braided) 또는 기타 방식의 실 또는 필라멘트를 포함하도록 의도된다. 대안적인 냉간 성형 공정은 혼합 성분을 펠릿화 기계로 전달하는 펠릿화(pelletizing)이다. 당업자는 동물 사료 등과 관련하여 펠릿화 공정에 익숙하다.

다양한 열간 성형 공정이 고려될 수 있다. 일 구현예에서, 전구체의 열간 성형은 시트 또는 필라멘트로의 열간 압출을 포함한다.

본 발명의 추가 측면은 첨부하는 독립 청구항 및 종속 청구항에 제시된다. 종속 청구항과 독립 청구항의 특징의 조합은 임의의 적절한 조합으로 결합될 수 있으며 단순히 청구범위에 명시적으로 제시된 대로가 아니다.

본 발명의 특징 및 이점은 예시적인 구현예를 도시하는 도면을 참조하면 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 구현예에 따른 인조 잔디 시스템(10)의 단면을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 과립을 관통한 개략적인 단면을 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같은 인조 잔디 시스템(10)은 안정화된 서브 베이스(12), 탄성 층(13), 직립 파일 섬유(16)를 갖는 직조된 인조 잔디 기판(14), 모래의 안정화 충전재 층(17) 및 입자(18) 및 천연 바인더 기반 과립(19)의 성능 충전재 층(15)을 포함한다. 예시된 구현예에서, 입자(18) 및 과립(19)은 평균 크기가 4 mm인 동일한 크기 및 형상을 갖는다. 입자(18)는 매끄러운 등급의 강 자갈인 반면, 과립(19)은 하기 주어진 실시예 1의 공정에 따라 제조된 천연 고무와 필러 물질의 혼합물이다.

도 2는 도 1의 과립(19)을 관통한 개략적인 단면을 나타낸다. 과립(19)은 EN 14955:2005에 따라 A2-A3 범위에서 둥글고 평균 크기는 3 mm이다. 과립은 약 30중량%의 라텍스 고무(22)를 포함하며, 이는 코이어 섬유(24) 및 나무 분말(26) 주위에 매트릭스를 형성한다. 과립(19)의 외부 표면(30)은 초크 가루(28)로 덮여 있다. 과립(19)의 중앙에는 고무가 코팅된 1.5 mm 등급 돌의 혼입물(32)이 있다.

상기 내용은 단지 예시일 뿐이며 과립(19)은 본원에 개시된 본 발명의 임의의 구현예에 따른 제형 및 구조를 가질 수 있음을 이해할 것이다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 구성 요소에 대한 용어는 그와 동등한 기능 및 특징을 포함하는 넓은 의미로 해석되어야 한다. 설명적인 용어는 가능한 한 가장 광범위하게 해석되어야 하는데, 예를 들어, 본 명세서에서 사용되는 "포함하는(comprising)"이라는 용어는 "포함하는"이라는 용어를 포함하는 본 명세서의 각 진술을 해석하는 "적어도 부분적으로 이루어지는"을 의미하며, 그 이외의 특징 또는 용어에 의해 서두되는 특징도 존재할 수 있다. "포함하다(comprise)" 및 "포함하다(comprises)"와 같은 관련 용어도 같은 의미로 해석되어야 한다. 본 상세한 설명은 특징의 특정 조합을 갖는 구현예를 언급하지만, 구현예들 간에 호환 가능한 특징의 추가 조합 및 교차 조합이 가능할 것으로 예상된다.

실시예 1

예시적인 천연 고무 기반 충전재를 다음과 같이 제조하고 테스트했다.

동일한 중량의 미가공 액체 라텍스, 코이어 섬유(직경 ＜ 0.2 mm 분말로 분쇄) 및 목재(직경 ＜ 0.2 mm 분말로 분쇄)를 혼합했다. 미가공 라텍스는 약 30%의 수분을 함유하고 있다. 약 3시간 동안 혼합한 후 포름산(1:20 비율로 희석)을 첨가하여 응고를 시작했다. 혼합물을 프레스를 사용하여 약 3 mm 두께의 시트로 성형하였다. 시트는 과량의 물을 제거한 후 2일 동안 주위에서 건조시켰다.

그런 다음 시트는 0.5 mm에서 5 mm 범위의 크기와 A2 및 A3 범위의 모양을 갖는 과립을 생성하기 위해 초크 점착 방지제를 추가하여 기계적으로 파쇄되었다. 과립은 기존 폴리머 충전재와 유사한 감촉으로 우수한 탄성을 보였다. 참고: 극저온 파쇄도 작동하는 것으로 나타났다.

10 mm의 안정화 모래층과 함께 50 mm 파일 높이의 인조 잔디 기판에 분포된 25 mm 깊이의 과립을 사용하여 인조 잔디의 테스트 영역을 준비했다. 인조 잔디는 FIFA Handbook of Test Methods October 2015 Edition - Version 3.1 16/03/2020에 따라 테스트되었으며 결과는 다음과 같다.

추가 테스트에서는 쇼어 A 경도가 54이고 오랜 기간 동안 결빙과 물에 대한 저항성이 나타났다.

실시예 2

자연 발생(나무/식물 기반) 결합제를 유기 및 무기 물질을 포함한 천연 물질과 혼합하고 과립화하여 다음과 같이 생산 및 테스트된 충전재 물질을 형성했다:

로진(rosin)(10 wt%), 직경 0.2 mm 미만의 분말로 분쇄된 코이어 섬유(20 중량%), 직경 0.2 mm 미만의 분말로 분쇄된 목재(20 중량%) 및 탄산칼슘 분말(50 중량%)을 함께 혼합하였다. 혼합 후, 물질을 펠릿화하여 직경 2 mm 및 길이 약 8 mm(약 2 mm로 절단)의 펠릿(원통형 과립)을 형성했다.

생성된 과립은 기존의 폴리머 충전재와 유사한 감촉으로 우수한 탄성을 나타냈다.

여러 버전이 생산 및 테스트되었다. 아래의 표 2는 이러한 일 구현예로부터의 데이터를 보여준다. 15 mm의 안정화 모래층과 함께 50 mm 파일 높이의 인조 잔디 기판에 분포된 과립의 20 mm 깊이를 사용하여 인조 잔디의 테스트 영역을 준비하였다. 인조 잔디는 FIFA Handbook of Test Methods October 2015 Edition - Version 3.1 16/03/2020에 따라 테스트되었으며 결과는 다음과 같다.

Claims (24)

1. 생분해성 과립(granules)을 포함하는 인조 잔디용 천연 바인더 기반 충전재(infill)로서, 상기 과립은 다량의 필러(filler) 물질의 첨가에 의해 화학적으로 변형되지 않고 물리적으로 변형된 천연 바인더를 포함하고, 상기 과립의 평균 크기는 0.2 mm 내지 5 mm인 것인, 천연 바인더 기반 충전재.
2. 제1항에 있어서, 상기 필러 물질은 모래, 초크(chalk), 석영, 벽돌 가루 및/또는 목탄 중 적어도 하나와 같은 무기 천연 물질을 포함하는 것인, 충전재.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 필러 물질은 코이어(coir) 섬유, 우드칩(wood chip), 코르크(cork), 옥수수, 코이어 속(coir pith), 대마, 전분 또는 식물 폐기물과 같은 유기 천연 물질을 포함하는 것인, 충전재.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바인더가 수지, 검, 오일, 왁스, 단백질 및 전분을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 결합제(binding agent)를 포함하는 것인, 충전재.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 과립은 10 내지 80 wt%의 필러 및 10 내지 40 wt%의 바인더를 포함하는 것인, 충전재.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 과립은 상기 과립의 10% 내지 90%의 크기를 갖는 혼입물(inclusion)을 포함하는 것인, 충전재.
7. 제6항에 있어서, 각각의 과립은 혼입물의 하나 이상의 표면 상에 코팅된 천연 바인더의 층을 포함하는 것인, 충전재.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 과립의 표면 상에 코팅된 점착 방지제가 제공되는 것인, 충전재.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 과립이 -10℃ 내지 80℃의 온도에서 산포되고(loose) 자유 유동하는 것인, 충전재.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 과립은 20 내지 90, 바람직하게는 40 내지 60, 선택적으로 약 50의 쇼어 A 경도(Shore A hardness)를 갖는 것인, 충전재.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 다량의 충전재를 포함하는 인조 잔디 시스템.
12. 제10항에 있어서, 지지층(backing layer) 및 상기 지지층으로부터 직립하는(upstanding) 인조 잔디 블레이드(blade)를 추가로 포함하는, 인조 잔디 시스템.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 충전재는 천연 바인더를 포함하지 않는 다량의 천연 물질 입자들(particulates)을 추가로 포함하는 것인, 인조 잔디 시스템.
14. 인조 잔디용 충전재 과립을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은,
    천연 바인더 및 필러 물질을 포함하는 조성물로부터 전구체를 냉간 성형하는 단계;
    상기 전구체를 과립으로 나누는(dividing) 단계; 및
    상기 과립에 점착 방지제를 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 방법은 가교결합 등에 의한 상기 천연 바인더의 화학적 변형 없이 수행되는 것인, 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 전구체를 과립으로 나누기 전에 상기 전구체에 점착 방지제를 제공하는 것인, 방법.
16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 과립은 상기 전구체의 외면에 도포된 점착 방지제를 포함하는 것인, 방법.
17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 점착 방지제는 모래, 초크, 석영, 벽돌 가루, 목탄 또는 옥수수 전분과 같은 천연 흡수성 분말인 것인, 방법.
18. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 항산화제 처리 또는 UV 광에 대한 노출과 같은 노화 방지 단계로 상기 과립을 처리하는 단계를 포함하는, 방법.
19. 제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물이 필러 20% 내지 60%, 천연 고무 20% 내지 60% 및 점착 방지제 10% 내지 30%, 바람직하게는 약 40/40/20의 비율로 포함하는 것인, 방법.
20. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구체의 냉간 성형이 시트 또는 필라멘트로의 냉간 압출을 포함하는 것인, 방법.
21. 제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구체의 냉간 성형이 코어(core)를 코팅하는 것을 포함하는, 방법.
22. 제21항에 있어서, 상기 코어는 천연 섬유 로프(rope)를 포함하고, 상기 전구체를 나누는 단계는 상기 코팅된 로프를 짧은 세그먼트들로 절단하는 단계를 포함하는, 방법.
23. 제22항에 있어서, 상기 천연 섬유 로프는 코이어 로프, 사이잘 로프(sisal rope) 또는 황마 로프(jute rope)인 것인, 방법.
24. 제20항에 있어서, 상기 냉간 성형이 원통형 펠릿을 형성하기 위해 펠릿화 기계를 통한 압출을 포함하는 것인, 방법.