(57)【要約】  各モノフィラメントが円柱状コアおよびクラッディングを含む、少なくとも１つのモノフィラメントを備える人工芝繊維。コアはコアポリマーと、スレッドポリマーによって形成されコアポリマーに埋め込まれるスレッド状領域を含む。クラッディングは、コアを囲むクラッディングポリマーによって形成される。それは非円形輪郭を有し、コアポリマーと混和性である。
2021501839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのモノフィラメントを備える人工芝繊維であって、前記少なくとも１つのモノフィラメントの各々は円柱状のコアおよびクラッディングを含み、
前記コアは、コアポリマー、および、スレッドポリマーによって形成されたスレッド状領域を含み、前記スレッド状領域は前記コアポリマーに埋め込まれ、
前記クラッディングは、クラッディングポリマーによって形成され、前記クラッディングは前記コアを囲み、非円形輪郭を有し、前記クラッディングポリマーは前記コアポリマーと混和性である、
人工芝繊維。
【請求項２】
前記クラッディングは、反対方向に前記コアから延在する２つの突出部を形成する、請求項１に記載の人工芝繊維。
【請求項３】
前記突出部のうち少なくとも１つの輪郭は凹側を含む、請求項２に記載の人工芝繊維。
【請求項４】
前記突出部のうち前記少なくとも１つの輪郭は、前記少なくとも１つの突出部の片側の少なくとも６０％に広がる波状部を含む、請求項２または３に記載の人工芝繊維。
【請求項５】
前記波状部は、前記非円形輪郭の片側に広がり、前記非円形輪郭は、前記波状部の側の他に更なる波状部を含まない、請求項４に記載の人工芝繊維。
【請求項６】
前記コアは更に、前記スレッド状領域の各々を囲み、かつ、前記スレッドポリマーと前記コアポリマーとを接合する相溶化剤を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の人工芝繊維。
【請求項７】
前記クラッディングは、接触層によって前記コアに連結され、前記接触層は、前記コアポリマーおよび前記クラッディングポリマーの混合物を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の人工芝繊維。
【請求項８】
前記スレッドポリマーは前記クラッディングポリマーと非混和性であり、前記接触層は、前記混合物の第３成分として相溶化剤を局所的に更に含む、請求項７に記載の人工芝繊維。
【請求項９】
前記スレッドポリマーは、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエステルおよびポリブチレンアジペートテレフタレートのうちいずれか１つであり、および／または、前記コアポリマーおよび／または前記クラッディングポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、およびそれらの混合物のうちいずれか１つである、請求項１から８のいずれか一項に記載の人工芝繊維。
【請求項１０】
前記スレッドポリマー、および任意で追加のスレッドポリマーを含む、重量比で前記コアの１〜３０パーセントの量の前記スレッド状領域、および／または、
重量比で前記コアポリマーの混合物の０〜６０パーセントの量の相溶化剤、および／または、
重量比で前記人工芝繊維の２０〜５０パーセントの量の前記コアポリマー、および／または、
重量比で前記人工芝繊維の５０〜８０パーセントの量の前記クラッディングポリマー
を備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の人工芝繊維。
【請求項１１】
前記コアは５０〜６００マイクロメートルの直径を有し、前記クラッディングは、前記コアから放射状に延在するすべての方向において２５〜３００マイクロメートルの最小の厚さを有し、突出部の各々は、前記コアの半径の２〜１０倍の範囲の放射状延在部を有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の人工芝繊維。
【請求項１２】
前記スレッド状領域は、５０μｍ未満の直径、および／または、２ｍｍ未満の長さを有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の人工芝繊維。
【請求項１３】
前記コアには、前記クラッディングの成分、すなわち、ワックス、鈍化剤、ＵＶ安定剤、難燃材、抗酸化剤、防かび剤、顔料、およびそれらの組み合わせのうち少なくとも１つが無い、請求項１から１２のいずれか一項に記載の人工芝繊維。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのモノフィラメントは、第１共押出成分および第２共押出成分の共押出産物であり、前記第１共押出成分は少なくとも、前記コアポリマーおよび前記スレッドポリマーを含み、前記第２共押出成分は少なくとも前記クラッディングポリマーを含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の人工芝繊維。
【請求項１５】
前記コアポリマーは高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）であり、前記クラッディングポリマーは鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）である、請求項１から１４のいずれか一項に記載の人工芝繊維。
【請求項１６】
前記コアは少なくとも２相の系であり、前記少なくとも２相のうち第１の相として前記スレッドポリマーを、前記少なくとも２相の第２の相として前記コアポリマーを含み、前記少なくとも２相の各々は、それぞれのポリマーの複数の分子を含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載の人工芝繊維。
【請求項１７】
人工芝下地と、請求項１から１６のいずれか一項に記載の人工芝繊維の複数個とを含む人工芝であって、前記人工芝繊維は、前記人工芝下地に組み込まれる、人工芝。
【請求項１８】
前記人工芝繊維は、人工芝下地の片側にパイルを形成し、前記人工芝繊維の各々は、前記パイルの中に所定の長さだけ延在し、前記スレッド状領域は、前記所定の長さの半分未満の長さを有する、請求項１７に記載の人工芝。
【請求項１９】
前記モノフィラメントおよび／または前記人工芝繊維の各々は、ランダムな放射配向で前記人工芝下地に固定される、請求項１７または１８に記載の人工芝。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成繊維に関し、より具体的には、芝葉に似た人工芝繊維に関する。本発明は更に、合成芝とも呼ばれる人工芝に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工芝は、外観および物理的特性において天然芝を模倣したポリマーベースの床織物の一種である。それらは通常、合成カーペットの下地に固定された合成繊維から製造される。合成繊維は、天然の芝葉を模倣し、１または複数の押出されたモノフィラメントから形成される。人工芝繊維の製造のための基本材料として使用される１成分または２成分モノフィラメントが従来技術から知られている。
【０００３】
高品質の人工芝繊維は、天然芝の定性的な挙動（例えば、外観、濡れ挙動）を忠実に再現する必要がある。これに関する重要な要件は、典型的には人工芝の使用中に、例えば、球技の選手によって踏まれた後に生じる圧縮からパイルが回復する能力を伴う復元性である。この目的で、単一成分人工芝繊維は、十分な機械的剛性および弾性を提供するポリアミドなどのポリマーから製造される。
【０００４】
加えて、高品質の人工芝繊維は、天然の芝葉により似せるために、および、身体が高速で人工芝繊維に接触するときに生じ得る怪我のリスクを低減するために、柔らかく弾性の外側表面を提供するという要件を満たす必要がある。このことは、半分完成した部分である復元性のコア繊維をポリエチレンなどの適切な合成材料の層で包装またはコーティングすることによって達成され得る。もっとも洗練された製造技術は、コア繊維および弾性クラッディングの材料が液相で共に連結される、共押出である。大きい機械的な力および過酷な環境条件が人工芝に作用すると、２成分繊維のコーティングが摩耗し得る、または、剥離もしくはスプライシング（ｓｐｌｉｃｉｎｇ）を通してコアとクラッディングとの間の結合性が失われ得る。結合性を増加させるべく、コアおよびクラッディングを接合する第３ポリマー成分を有する多層モノフィラメントが開示されているＤＥ  １０３０７１７４  Ａ１において、この欠点に対処する共押出成形技術が提案された。
【０００５】
刊行物「Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｂｉｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｍｅｌｔ−Ｓｐｕｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ  ｆｏｒ  Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ  Ｔｕｒｆ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｒ．  Ｈｕｆｅｎｕｓ  ｅｔ  ａｌ．、Ｍａｃｒｏｍｏｌ．  Ｍａｔｅｒ．  Ｅｎｇ．  ２９８：  ６５３−６６３、  ｈｔｔｐｓ：／／ｄｏｉ．ｏｒｇ／１０．１００２／ｍａｍｅ．２０１２０００８８では、異なる断面を有する２成分人口芝繊維の比較研究の結果が開示されている。それらの一部は、非円形輪郭のクラッディングによって囲まれる円柱状コアを含む。
【０００６】
ＵＳ５  ８７９  ８０１Ａは、不親和性ポリマーから形成される別個のドメイン間に挟まれるドメイン間境界層を含む多成分繊維を開示する。これにより、接合の境界におけるドメインの分離が最小化される。ドメイン間境界層は、境界層が間に挟まれるそれぞれの隣接ドメインを形成するポリマーの異種混合物から形成される。
【０００７】
ＥＰ３  ２３５  ９３０  Ａ１は、人工芝繊維を製造する方法を開示する。当該方法は、ポリマー混合物を作成する段階を含み、ポリマー混合物は、少なくとも２相系であり、第１の相はＬＬＤＰＥポリマーおよびＬＤＰＥポリマーを含み、第２の相は第１相と非混和性である追加のポリマーを含み、追加のポリマーは、第１相内でポリマービードを形成する。当該方法は更に、モノフィラメントになるようにポリマー混合物を押出する段階と、モノフィラメントを焼き入れる段階と、モノフィラメントを再加熱する段階と、モノフィラメントから人工芝繊維を形成するべく、再加熱されたモノフィラメントを延伸する段階とを備える。
【発明の概要】
【０００８】
本発明は、生体模倣特性が改善された人工芝繊維、および、これら人工芝繊維から製造された人工芝を提供する。
【０００９】
一態様において、本発明は、少なくとも１つのモノフィラメントを含む人工芝繊維に関し、少なくとも１つのモノフィラメントの各々は、円柱状コアおよびクラッディングを含み、コアはコアポリマーと、スレッドポリマーにより形成されてコアポリマーに埋め込まれるスレッド状領域とを含み、クラッディングはコアを囲み、非円形輪郭を有し、コアポリマーと混和性であるクラッディングポリマーによって形成される。
【００１０】
一般的に、コア‐クラッディング構造は、コアがある程度の弾性または剛性などの特性を提供するよう最適化され得るという利点を有し得る。このことは概して、人工芝の各芝葉に望ましい。一方、クラッディングは、柔らかさおよび外観など、特定の表面特性を有するように設計できる。特にコアは、これら人工芝繊維から製造される人工芝の芝葉の望ましい復元性が達成されるのに十分な剛性を人工芝繊維に提供するコアポリマーおよび／またはスレッドポリマーを含み得る。柔らかいクラッディングポリマーが選択され、コアポリマーがクラッディングポリマーと同一のポリマーであるという特定の場合では、人工芝繊維の復元性は、スレッド状領域のみから生じ、スレッドポリマーはそれに応じて選択されるべきである。
【００１１】
コアポリマーおよびクラッディングポリマーの混和性は、コアとクラッディングとの間に十分な量の結合性を提供するための追加の接合材料を不要にし得る。流体状態から製造する間、コアポリマーおよびクラッディングポリマーは、互いと混合し得、コアとクラッディングとの間に準一体式の遷移域を形成し、単一成分繊維と同等の機械的安定性を提供する。
【００１２】
好適な非円形の形状が選択された場合、クラッディングの非円形輪郭により、純粋な円柱繊維と比べて、各人工芝繊維の表面積対質量比が増加し得る。従って、これらの人工芝繊維から製造される人工芝は、単位面積あたりのカバレッジが改善されることを特徴とし得る。このことは従来、高い芝葉密度を有する人工芝を製造することによって達成された。本発明の実施形態によれば、カバレッジの改善は、より少ないポリマー消費量で達成でき、その結果、製造費用が低減し得る。実施形態によれば、完成した２成分人口芝繊維は、１２００〜２３００ｄｔｅｘのヤーン重量を有する。
【００１３】
各モノフィラメントは、円柱状ポリマー繊維であり、「円柱状」という用語は、一般的な直円柱、すなわち、底面または断面に対して垂直に向いた主軸を有するものを指す。具体的には、製造される各繊維は、非円形柱、すなわち、非円形断面を有するものであり得る。非円形断面の例は、楕円または多角形を含む。コアおよびクラッディングの断面は、互いに無関係に選択され得ること、ならびに、コアおよびクラッディングの各々は非円形断面を有し得ることが理解されるべきである。非限定的な例において、楕円形コアは豆形クラッディングによって囲まれる。別の非限定的な例において、繊維は円形コアと、少なくともコアの直径の長さを有し、コアから外向きに延在する２つの突出部を有するクラッディングとを有する。
【００１４】
実施形態によれば、突出部の少なくとも１つの輪郭は、上記少なくとも１つの突出部の片側の少なくとも６０％に広がる波状部を含む。ここで、波状部とは、繊維の全体的な寸法に比べて小さい反復的な要素を含む繊維輪郭の部分として理解される。本発明の範囲では、反復的な要素のうち少なくとも２つのインスタンス（すなわち１つの反復）が、少なくとも１つの波状の突出部の各々に適合し、少なくとも１つの波状の突出部の各々について、その大きさが上記突出部の最大厚さの２５パーセントを超えない場合、波状部にあてはまると見なされる。
【００１５】
波状部は表面積対質量比を更に増加させ、従って、上記の利点に寄与し得る。別の有利な効果は、波状輪郭を有する人工芝繊維から製造される人工芝の散乱光散乱が、円滑表面を有する繊維と比べて増加することであり得る。加えて、波状部は繊維の復元性を増加させ得る。波状部はまた、誘導のための縁部を液滴に対して提供することによって、繊維に対する液体（例えば雨水）の粘着性を減少させ得る。すなわち波状部は、液体接触表面を減少させながら繊維の表面を増加させ得る。従って、波状輪郭を有する人工芝繊維から製造された人工芝は、より効率的に製造され得、使用中の乾燥時間がより短いことがあり得る。
【００１６】
実施形態によれば、波状部は非円形輪郭の片側に広がり、非円形輪郭は当該波状側以外の波状部を更に含まない。ある例において、繊維は両側性であり、１つの円滑面（輪郭の円滑側、例えば直線、または凹状）および１つの溝付き面（波状側）を含む。上述した波状の一般的な利点に加えて、片側性の波状は、天然芝で見られる芝葉構造により近いアプローチであり得る。これは、そのような繊維で製造された人工芝の特性に有益に寄与し得る。そのような人工芝において、各繊維の溝付き面の部分は、確率論的分布で芝の表面に現れ得る。これにより、均質性とマット性がより低い外観を芝に与え得る。加えて、そのような芝を例えばスポーツ活動に使用することにより、人工芝葉に対し、決められた配向を局所的に与えることがあり得て、その結果、配向した接触領域は、確率論的に配向した環境から容易に区別できるようになる。
【００１７】
本明細書において、「スレッドポリマー」は、本発明の実施形態による、延伸した二成分モノフィラメントのコアにおけるスレッド状領域を形成するために使用できる任意のポリマーとして理解される。スレッドポリマーは好ましくは、本明細書に説明されるようなスレッド状領域になるように延伸された後に、高い曲げ剛性を示すように選択される。曲げ剛性は、モノフィラメントから製造された人工芝繊維に対して、望ましいレベルの復元性を提供するために更なる手段が必要ないほど十分に高いことがあり得る。固体形態において、スレッドポリマーは、剛性、極性および／または密度に関してコアポリマーおよび／またはクラッディングポリマーと異なり得る。
【００１８】
「コアポリマー」とは、本発明の実施形態によるモノフィラメントのコアを形成するために、スレッドポリマーのビードまたはスレッド状領域を埋め込むために使用できる任意のポリマーであり得る。コアポリマーは好ましくは、スレッドポリマーと混和性でないが、クラッディングポリマーと少なくとも部分的に混和性である。スレッドポリマーおよびコアポリマーの非混和性の組み合わせが選択された場合、コアポリマーは好ましくは、スレッドポリマーおよびコアポリマーを接合する相溶化剤ポリマーを使用してスレッドポリマーをコアポリマーに埋め込むことができるように選択される。好ましくは、安価なポリマーがコアポリマーとして選択される。なぜなら、それは質量および／または体積についてコアの最大部分を形成することが想定されるからである。
【００１９】
本明細書において、「クラッディングポリマー」という用語は、本発明の実施形態によるモノフィラメントを形成するためにコアポリマーおよびスレッドポリマーによって形成されるコアストランドを囲むために使用できる任意のポリマーを指すために使用される。クラッディングポリマーは、流体状態でコアポリマーと混和性である必要がある。クラッディングポリマーは好ましくは、柔らかく円滑な触覚特性を示すように選択される。なぜなら、それは、本発明の実施形態による人工芝繊維の外側層またはクラッディングを形成することが想定されるからである。更に、好ましいクラッディングポリマーは、コアポリマーおよびスレッドポリマーの混合物によって形成される第２成分と共に共押出されるのに好適である。好ましくは、クラッディングポリマーは、安価なポリマーである。なぜなら、それは、本発明の実施形態によるモノフィラメントの総質量または体積のうち主要な部分を形成すると想定されるからである。
【００２０】
人工芝繊維のコア、または、製造中にコアが形成される元となるコアポリマー混合物は、少なくとも二相系であり、少なくとも２相のうち第１の相としてスレッドポリマーを、少なくとも２相のうち第２の相としてコアポリマーを含む。スレッドポリマーおよびコアポリマーは化学的に異なる２つのポリマーである。いずれの場合も、コアポリマーおよびクラッディングポリマーの各々は、相、すなわち、それぞれのポリマーの複数の分子で充填された、巨視的で連続的な体積を形成する。その結果、スレッドポリマーから形成される任意のビードまたはスレッド状領域は、巨視的なコアポリマー相に埋め込まれた巨視的な相である。より正確には、「スレッド状領域」という用語は、単一の延伸された高分子として理解されるべきでない。
【００２１】
コアポリマーおよびクラッディングポリマーは、異なる、または、同一のポリマーであり得る。実施形態によれば、コアポリマーおよびクラッディングポリマーは、同一のポリマーの異なる形態であり得る。より具体的には、コアポリマーおよびクラッディングポリマーの両方の好ましい選択肢はポリエチレンである。一実施形態において、コアポリマーは高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）であり、クラッディングポリマーは鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）である。液化形態において、この組み合わせは、互いに対する高い混和性、および、共押出によって、コアとクラッディングとの間に堅い結合を形成するように最適化されたレオロジー特性を特徴とし得る。２つの固化されたポリマーは、本発明の実施形態による人工芝繊維を製造するためにモノフィラメントに形成されるとき、更なる利点を提供し得る。ＨＤＰＥはＬＬＤＰＥより密度が高く、剛性が高いので、人工芝繊維の復元性が向上し得る。一方、ＬＬＤＰＥは柔らかく耐摩耗性があるので、怪我のリスクが低減し、耐久性が向上し得る。
【００２２】
本発明では、パイルを形成する繊維が生体模倣的特徴を備える場合、すなわち、天然芝の構造的成分および／または特徴、特に、芝葉の通常の断面の輪郭を模倣する場合、人工芝が有利な技術的および／または定性的特性（視覚的または触覚的外観、または、スポーツに使用されるときのその挙動など）を有し得ると認識している。実施形態において、輪郭はドクムギ属の芝葉の断面を表す。
【００２３】
実施形態によれば、クラッディングは反対方向にコアから延在する２つの突出部を形成する。クラッディングの２つの突出部は、天然芝の芝葉により似せた構造を人工芝繊維に付与し得る。これにより、より天然に近い外観、および、使用中の天然芝の物理特性をより現実的に模倣する人工芝の特性が生じ得る。
【００２４】
実施形態によれば、突出部のうち少なくとも１つの輪郭は凹側を含む。直線側を有する突出部と比べて、これは外周をわずかに増加させながら、繊維の断面積を低減し得る。従って、凹側を含む突出部は、表面積対質量比を更に増加させ得、上記の有益な効果をもたらす。好ましくは、少なくとも１つの凹状にテーパ状である突出部の厚さが繊維の縁部で最小となるように、凹側の湾曲は限定される。すなわち、突出部は、繊維の機械的安定性を低減し得る「ボトルネック」を含むべきでない。
【００２５】
実施形態によれば、クラッディングは疎水性ポリマーである。これにより、湿度の高い気象条件（例えば雨または露）または洗浄の後の人工芝の乾燥時間がより短くなり得、その結果、競技性が改善し得る。
【００２６】
実施形態によれば、クラッディングは接触層によってコアに連結され、接触層はコアポリマーおよびクラッディングポリマーの混合物から成る。人工芝繊維の製造中、コアポリマーおよびクラッディングポリマーは加熱されて液体に状態なる。これら２つの混和性ポリマーが接触するとき、本明細書において「接触層」と呼ばれる接合域で互いに混合する。それにより形成されるモノフィラメント前駆体が冷却されるとき、２つのポリマーは固化し、その結果、接触層は、いかなる接触面も無い、両方の成分の間の固体状接続部を形成する。接触層は、ポリマータイプの段階的な遷移を含む３次元構造を形成する。いくつかの実施形態において、コア高分子の数密度は、コアから外向きに段階的に減少し、クラッディング高分子の数密度はクラッディングから内向きに同様に減少する。コアおよびクラッディングポリマーが同一であるという特殊な場合、高分子の数密度は一定のままであり、一方、接合成分のうち１つだけに存在し得る添加剤の濃度だけが、それぞれ他の成分に向かって勾配を形成する。
【００２７】
故に、コアとクラッディングとは、混じり合わない２つの異なる隣接するポリマーに作用する純粋な接着剤の力より強いことがあり得る分子間力によって共に固定されるポリマー混合物によって形成される物質間結合により接続される。２つのポリマーは、単一成分繊維に存在する分子間力と同様の方式で共に結合される。従って、そのような繊維から製造される人工芝の使用中に発生するせん断応力は、コアからのクラッディングを剥離する可能性が低い。従って、本発明の実施形態による人工芝は、摩耗耐性が改善されるという特徴があり得る。
【００２８】
コアとクラッディングとの間の接続がより強いことは、実施形態による人工芝繊維および／または実施形態による人工芝の表面積対質量比を増加させるための、本明細書において説明される異なる手段にも有益に寄与し得る。表面または表面積対質量比が増加した繊維は、外力に対してより影響を受けやすいことがあり得る。この効果は、剥離のリスクを増加させ得る。しかしながら、本発明の実施形態による接触層は、この効果を相殺し得て、従って、それが無い場合に可能であるように、表面積対質量比の増加を大きくすることが可能である。
【００２９】
さらに、コアとクラッディングとを接着接触させるために、相溶化ポリマーは必要ない。本発明の実施形態は、第３成分が、コアおよびクラッディングを接合する相溶化剤である３成分人工芝繊維に比べて、コアとクラッディングとの間のより強い、または等しい結合性を達成し得る。この理由から、本発明の実施形態による人工芝繊維の製造はまた、簡略化された製造機構をもたらし得る。２成分だけが接触する必要があるからである。
【００３０】
実施形態によれば、スレッドポリマーはコアポリマーと非混和性であり、コアは、スレッド状領域の各々を囲む、スレッドポリマーおよびコアポリマーを接合する相溶化剤を更に含む。人工芝繊維の復元性を担うスレッドポリマーは、コアポリマーとの混和性を気にすることなく、十分な程度の剛性を確実にする幅広い材料から選択され得る。従って、相溶化剤は、製造中に流体状態のコアポリマーにおけるスレッドポリマービードのエマルジョンを安定化するために有利に使用され得る。相溶化剤は、本来非混和性であるスレッドポリマーとコアポリマーとの結合性を可能にする特定の微細構造を有するポリマーである。代わりに、望ましい復元性は、共押出後にモノフィラメントを延伸することによって、安定化されたビードから形成することができるスレッド状領域を、コアポリマーマトリックスにおいて固定されたままにして埋め込み構造を形成する相溶化剤を用いることによって達成され得る。実施形態によれば、コアポリマーは非極性ポリマーである。
【００３１】
実施形態によれば、スレッドポリマーは、クラッディングポリマーと非混和性であり、クラッディングは接触層によってコアに固定され、接触層はコアポリマーおよびクラッディングポリマーの混合物を含み、接触層は、混合物の第３成分として相溶化剤を局所的に更に含む。人工芝繊維の製造中、スレッド状領域はコアのランダムな放射位置に配置され得る。特に、スレッド状領域の一部は局所的にまたは完全にコアの境界に配置されることがあり得る。従って、コア境界からのスレッド状領域は、説明された混合プロセス中に接触層に導入され得る。
【００３２】
スレッドポリマーがコアポリマーと非混和性である場合、スレッド状領域を囲む相溶化剤は同様に、接触層に導入され得る。スレッドポリマーがクラッディングポリマーとも非混和性である場合、相溶化剤は、クラッディングと混合できないスレッド状領域の部分が接触層に導入される領域においてコアとクラッディングとの間の結合力が局所的に減少しないという有益な効果を有し得る。しかしながら、コアポリマーおよびクラッディングポリマーとスレッドポリマーとの結合性を提供できる好適な相溶化剤材料を選択することも必要であり得る。
【００３３】
実施形態によれば、スレッドポリマーは極性ポリマーである。実施形態によれば、スレッドポリマーは親水性ポリマーである。
【００３４】
実施形態によれば、スレッドポリマーは、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエステル、およびポリブチレンアジペートテレフタレートのうち１つであり、かつ／または、コアポリマーおよび／またはクラッディングポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、およびそれらの混合物のうちいずれか１つである。
【００３５】
人工芝繊維の復元性は、高い曲げ耐性を有するスレッドポリマーのごく小さい部分を使用することによって達成され得る。故に、コアが概してスレッドポリマーから製造される繊維と比べて、比較的高価だが望ましい程度の曲げ剛性を生じさせ得る上記ポリマーがより少ない量だけ使用され得る。対照的に、クラッディング、および、コアの最大部分は、柔らかく比較的安価な上記ポリマーによって形成され得る。これにより、柔らかく円滑な人工芝表面が提供され得、使用中に高速で皮膚に接触することによる怪我のリスクを低減するのに有益であり得る。
【００３６】
実施形態によれば、第１のスレッド状領域はスレッドポリマーによって形成され、第２のスレッド状領域は追加のスレッドポリマーによって形成され、追加のスレッドポリマーは第１のスレッド状領域のスレッドポリマーとは異なり、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリブチレンアジペートテレフタレートのうちいずれか１つである。これは、２つの異なるポリマーを使用してスレッド状領域のサイズおよび分布を制御する正確な手段を提供し得る。実施形態によれば、追加のスレッドポリマーは極性ポリマーである。
【００３７】
実施形態によれば、人工芝繊維は、コアの重量の１〜３０パーセントの量であるスレッド状領域であって、スレッドポリマーおよび任意で追加のスレッドポリマーを含むスレッド状領域、および／または、コアポリマー混合物の重量の０〜６０パーセントの量である相溶化剤、および／または、人工芝繊維の重量の２０〜５０パーセントの量であるコアポリマー、および／または、人工芝繊維の重量の５０〜８０パーセントの量であるクラッディングポリマーを含む。
【００３８】
上記のパーセンテージの範囲は、最適な材料の組み合わせを選択することを可能にし得る。ここで、例えば、繊維復元性、表面平滑性、経済的な表面積対質量比についての要件のバランスがとられる。
【００３９】
実施形態によれば、コアは５０〜６００マイクロメートルの直径を有し、クラッディングは、コアから放射状に延在するすべての方向において２５〜３００マイクロメートルの最小の厚さを有し、突出部の各々は、コア半径の２〜１０倍の範囲の放射状延在部を有する。コア直径および最小クラッディング厚さについての上記範囲は、人工芝繊維の寸法を最適化することを可能にし得、望ましい程度の剛性と、機械的に強固な接触層を形成するのに十分な量の、コアを囲むクラッディング材料を提供する。コア半径に対する突出部の放射状延在部の上記比率は、人工芝の生体模倣特性、および、人工芝繊維の表面積対質量比を改善するように選択され得る。
【００４０】
実施形態によれば、スレッド状領域は、５０μｍ未満の直径および／または２ｍｍ未満の長さを有する。スレッド状領域を適切な寸法にすることにより、期待される使用条件に合わせて人工芝繊維の復元性をカスタマイズすることが可能になり得る。スレッド状領域が大きすぎる直径で製造される場合、当該人工芝繊維で製造される人工芝は、不適切に硬い、または、曲がりにくい表面を有し得る。別のパラメータは、スレッド状領域の長さである。スレッドポリマーは、人工芝繊維に存在する他のポリマーに比べて大きい曲げ剛性を提供するように選択され得るが、長すぎる場合、より大きい曲げ半径で湾曲可能になり得る。最適化された設計において、スレッド状領域は、人工芝の芝葉の全体的な長さ、および／または、所与の直径のスレッドポリマー円柱が完全に曲げられた円より実質的に短いことがあり得るが、それでもコアポリマーの低い弾性が支配的でないほど十分に長い。
【００４１】
実施形態によれば、コアはクラッディングの以下の成分、すなわち、ワックス、鈍化剤、ＵＶ安定剤、難燃材、抗酸化剤、防かび剤、顔料、およびそれらの組み合わせのうち少なくとも１つを含まない。上記添加剤のうち１または複数を、それらが実際に必要とされるクラッディングだけで使用することは有益であり得る。これにより、人工芝繊維の単位長さあたり消費される添加剤が少なくなるので、製造の費用対効果が高くなり得る。
【００４２】
実施形態によれば、少なくとも１つのモノフィラメントは、第１共押出成分および第２共押出成分の共押出産物であり、第１共押出成分は、少なくともコアポリマーおよびスレッドポリマーを含み、第２共押出成分は少なくともクラッディングポリマーを含む。押出によってモノフィラメントを形成することにより、人工芝繊維の比較的安価な大量生産が可能になり得る。共押出成形技術の使用、すなわち、液相の間にコアとクラッディングとを同時に結合させることにより、せん断応力および／または過酷な環境の影響に起因する剥離またはスプライシングに対する保護が改善されたモノフィラメントが生じ得る。
【００４３】
例えば、２成分人口芝繊維は、別のチャネル、例えば、溶融したコアポリマー成分を受ける内側チャネル、および、溶融したクラッディングポリマー成分を受ける外側チャネルを通して２つのポリマー成分を共押出することにより当該成分を連結することによって製造できる。別のチャネルから出ると、２成分はストランドを形成し、押出開口に押し込まれる。
【００４４】
このシナリオにおいて、連結プロセスは、チャネルの下流のフロー特性に影響する。主に温度および供給速度であるプロセスパラメータは、連結中に層流と乱流との間でバランスが達成されるように選択され得る。両方の成分の分子は実質的に混合しないので、純粋な層流は、コアとクラッディングとの間に比較的弱い接着結合をもたらし得る。他方、大きい乱流は、コア‐クラッディング構造を少なくとも局所的に破壊するであろう不安定性を引き起こし得る。コア周辺のほぼ一定幅の薄い接触層においてコアおよびクラッディング分子が混合し得る小規模乱流が生じるように、プロセスパラメータはバランスがとられることが好ましい。
【００４５】
接触層は、コアポリマーおよびクラッディングポリマー分子の数密度が勾配を形成する遷移域を構成する。このようにして、接着結合によって達成できる結合力を超える、コアとクラッディングとの間の結合強度が達成され得る。
【００４６】
従って、連結した成分から形成されるストランドはその後、押出開口に押し込まれる。開口の輪郭は、製造される人工芝繊維モノフィラメントの外周に対応する。好ましくは、押出開口は、中央から２つの反対側に位置し、中央から２つの更に反対側に位置する２つの長く狭い突出部間隙を介して互いに接続される２つの円形または楕円形部分を含む。故に、開口に押し込まれた、連結されたストランドの中央は、クラッディングの円形または楕円形の部分によって囲まれるコアを含み得る。一方、突出部間隙は、クラッディングポリマー成分だけによって充填される。従って、説明される開口の形状は、例えば円柱モノフィラメントに比べて、天然芝の芝葉により似ているモノフィラメントを生じさせ得る。
【００４７】
例えば共押出装置を出た後に、モノフィラメントは、例えば、急冷水を通過することによって焼き入れられ得、次に、例えば加熱オーブンおよび／または一組の加熱されたゴデットを通過して、進行しながら焼きなましされ得る。この手順により、相溶化剤に囲まれるスレッドポリマーのビードまたは液滴は、モノフィラメントの軸方向に延伸され、コアポリマーのポリマーマトリックスに完全に埋め込まれるか、または、局所的に接触層に移行することがあり得る小さい繊維状の線状構造を形成し得る。
【００４８】
本発明の別の態様は、下地、および、本発明の実施形態による複数の人工芝繊維を含む人工芝に関し、人工芝繊維は人工芝下地に組み込まれる。
【００４９】
いくつかの例において、延伸モノフィラメントは、人工芝繊維として直接使用され得る。他の例において、いくつかの延伸モノフィラメント繊維の束またはグループであってもよい人工芝繊維は、一緒にケーブル化され、編まれ、または結束され得る。いくつかの場合に、束は、いわゆる巻き返しヤーンで巻き返され、これがヤーンの束を一緒に維持し、後のタフティング工程、または、織りこみ工程のための準備となる。
【００５０】
実施形態によれば、人工芝繊維は人工芝下地の片側上でパイルを形成し、人工芝繊維の各々は所定の長さをパイル内に延在し、スレッド状領域は所定の長さの半分未満の長さを有する。
【００５１】
実施形態によれば、モノフィラメントおよび／または人工芝繊維の各々は、ランダムな放射配向で下地に固定される。ランダムな配向により、柔軟特性が改善された人工芝が生じ得る。例として、すべての芝葉が同一の放射配向を有する人工芝では、滑りやすい表面が人工芝の芝葉により形成されやすい。従って、そのような人工芝は、外観がより自然に近いことに加えて、踏まれるときのグリップ性が高いことがあり得る。
【００５２】
更なる態様において、本発明は人工芝繊維を製造するための方法に関し、当該方法は、コアポリマー混合物を調製する段階であって、コアポリマー混合物は少なくともスレッドポリマーおよびコアポリマーを含み、スレッドポリマーはコアポリマーにおいてビードを形成する段階と、モノフィラメントになるようにコアポリマー混合物をクラッディングポリマー成分と共に共押出する段階であって、コアポリマー混合物は円柱状コアを形成し、クラッディングポリマー成分はクラッディングポリマーを含み、コアを包含するクラッディングを形成し、クラッディングは非円形輪郭を有する、段階と、モノフィラメントを焼き入れる段階と、焼き入れられたモノフィラメントを再加熱する段階と、ビードを変形してスレッド状領域にするために、再加熱されたモノフィラメントを延伸する段階と、延伸モノフィラメントのうち１または複数を人工芝繊維として提供する段階とを備える。
【００５３】
当該方法は、コアポリマー混合物を調製する段階を備える。本明細書において使用されるコアポリマー混合物は、異なる種類のポリマーの混合物を含み、コアポリマー混合物に様々な添加剤が添加されている可能性もある。「ポリマー混合物」という用語は、「マスターバッチ」または「化合物バッチ」という用語で置き換えられ得る。コアポリマー混合物は少なくとも三相系であり得る。本明細書において使用される三相系は、少なくとも３つの異なる相に分けられる混合物を含む。コアポリマー混合物は、スレッドポリマー、コアポリマー、および相溶化剤を含む。これら３つの品目は、三相系の相を形成する。系に添加された追加のポリマーまたは相溶化剤がある場合、三相系は４、５、またはそれ以上の相の系に増加し得る。スレッドポリマーおよびコアポリマーは非混和性である。スレッドポリマーはコアポリマー内で相溶化剤に囲まれるポリマービードを形成する。
【００５４】
方法は更に、モノフィラメントになるようにコアポリマー混合物をクラッディングポリマー成分と共に共押出する段階を備える。この押出を実行するために、共押出成分は例えば加熱され得る。方法は、モノフィラメントを焼き入れる段階を更に備える。この段階において、モノフィラメントは冷却される。方法はモノフィラメントを再加熱する段階を更に備える。方法は、再加熱されたフィラメントを延伸し、ポリマービードをスレッド状領域へと変形し、モノフィラメントを人工芝繊維となるよう形成する段階を更に含む。この段階において、モノフィラメントは延伸される。これにより、モノフィラメントはより長くなり、当該プロセスでは、ポリマービードは延伸され、細長くされる。延伸の量に応じて、ポリマービードは、より細長くなる。延伸はコアとクラッディングとの間に速度の差をもたらさないので、それらの間の結合性に影響しない。
【００５５】
「ポリマービード」または「ビード」という用語は、コアポリマーと非混和性であるポリマーの局所的な部分、例えば液滴などであり得る。ポリマービードは、ある場合には、円状、球状または楕円状であり得るが、不規則な形状でもあり得る。ある場合、ポリマービードは典型的には、直径が約０．１〜３マイクロメートル、好ましくは、１〜２マイクロメートルのサイズを有する。他の例において、ポリマービードはより大きい。それらのサイズは、例えば、最大で直径５０マイクロメートルであり得る。
【００５６】
コアポリマー混合物をクラッディングポリマー成分と共押出することによって形成されるモノフィラメントは、コアとクラッディングとの間の強固な結合を特徴として既に有し得る。しかしながら、焼き入れ後、コアポリマー内においてスレッドポリマーはビードとしてのみ存在するので、共押出されたモノフィラメントはまだ復元性がない。弾性がリーフスプリングと同一の原理に従うスレッド状領域にビードが延在する場合のみ、剛性スレッドポリマーによって提供される高い弾性が達成され得る。この延在は、モノフィラメントを再加熱して、制御された長さの比率でそれを延伸することによって達成され得る。その結果、コアの弾性が高いことに起因する高い復元性と、クラッディングポリマーの適切な選択に起因する最適化された表面特性と、コアポリマーがクラッディングポリマーと混合される接触層の安定性が高いことに起因する、スプライシングまたは剥離からの本質的な保護とを特徴とし得る人工芝繊維が形成される。
【００５７】
本発明の実施形態は、非円形輪郭の特定の形状特徴を有する人工芝繊維を形成することを含む。これは、非円形輪郭を有する押出開口に二成分ストランドまたは前駆体を押し込み、液体クラッディングポリマー成分で非円形輪郭を充填することによって行われ得る。実施形態によれば、共押出は更に、コアから反対方向に延在する２つの突出部を有するクラッディングを形成することを含む。実施形態によれば、突出部のうち少なくとも１つの輪郭は凹側を含む。実施形態によれば、突出部の少なくとも１つの輪郭は、上記少なくとも１つの突出部の片側の少なくとも６０％に広がる波状部を含む。それぞれの輪郭形状のあり得る利点は上で更に説明した。
【００５８】
実施形態によれば、押出開口は、二成分ポリマーストランドが層流において進行可能なチャネルの下流に位置する。これにより、非円形輪郭の角または狭い部分によって作られた人工芝繊維の縁部の幾何学的安定性が改善し得る。
【００５９】
実施形態によれば、共押出は更に、コアポリマー混合物とクラッディングポリマー成分との間に接触層が形成されるように、コアポリマー混合物およびクラッディングポリマー成分を互いに接触させることを含み、ここで、接触層はコアポリマー混合物およびクラッディングポリマー成分の混合物を含む。これは、上流において別に分布することが想定される２成分を、コアポリマー混合物とクラッディングポリマー成分とを接合する薄い範囲に浸透させる安定した小規模乱流が作られるように、連結中にフロー特性（流れパターン、速度分布、粘度、せん断係数、温度、メルトフローインデックスなど）を制御することによって達成され得る。完成した人工芝繊維のコアとクラッディングとの間の結合性が強化されることを含む、上記実施形態による方法のあり得る有益な効果は、本説明全体を通じて説明される。
【００６０】
実施形態によれば、接触させることは、連結経路に沿って同心円状にコアポリマー混合物およびクラッディングポリマー成分を圧迫することを含み、コアポリマー混合物およびクラッディングポリマー成分は、連結経路に沿って混合されて接触層を形成し、接触層は連結経路の上流端におけるコアポリマー混合物の直径の３〜７倍の連結経路の軸方向長さの範囲で形成される。実施形態によれば、連結経路の上流端におけるコアポリマー混合物の直径は、０．５〜１．５ｍｍ、好ましくは、１．２５ｍｍである。
【００６１】
これにより、連結経路の長さを、接触されるポリマー成分の粘度、メルトフローインデックス、またはせん断係数などの特定の特性に、および、温度または圧力などの特定のプロセスパラメータに調節し、２成分繊維のコアとクラッディングとの間で堅い結合を確立するための有益なレオロジー特性を提供することが可能になり得る。連結経路における流れは、安定した小規模乱流において維持されるべきである。選択された連結経路の長さが長すぎる場合、壁とポリマーとの間の増加した相互作用のフィードバックによって、乱流が抑制され得る。他方、連結経路が短すぎると、乱流の安定性が損なわれることがあり得、その結果、例えば厚さおよび位置において接触層が変動するようになる。製造された２成分繊維の連結範囲が短すぎる場合、コアとクラッディングとの間の明確な区別から生じることが想定される有益な表面特性が、もはや示されないことがあり得る。
【００６２】
実施形態によれば、方法は更に、５０〜６００マイクロメートルの直径を有するコアを形成する段階と、コアから放射状に延在するすべての方向において２５〜３００マイクロメートルの最小の厚さを有するクラッディングを形成する段階と、コアの半径の２〜１０倍の範囲の放射状延在部を有する突出部の各々を形成する段階とを備える。上で更に説明されるように、コア直径および最小クラッディング厚さについての上記範囲は、望ましい程度の剛性と、機械的に強固な接触層を形成するのに十分な量の、コアを囲むクラッディング材料とを提供するのに有益であり得る。コア半径に対する突出部の放射状延在部の上記比率は、人工芝の生体模倣特性、および、人工芝繊維の表面積対質量比を改善するように選択され得る。
【００６３】
実施形態によれば、方法は、スレッド状領域の直径が５０μ未満、および／または、長さが２ｍｍ未満となるように実行される。上で更に説明したように、スレッド状領域を適切な寸法にすることは、期待される使用条件に合わせて人工芝繊維の復元性をカスタマイズすることを可能にし得る。
【００６４】
実施形態によれば、コアポリマー混合物はクラッディングの以下の成分、すなわち、ワックス、鈍化剤、ＵＶ安定剤、難燃材、抗酸化剤、防かび剤、顔料、およびそれらの組み合わせのうち少なくとも１つを含まないように調製される。上記添加剤のうち１または複数を、それらが実際に必要とされるクラッディングだけで使用することは有益であり得る。これにより、人工芝繊維の単位長さあたり消費される添加剤が少なくなるので、製造の費用対効果が高くなり得る。
【００６５】
実施形態によれば、コアポリマーは高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）であり、クラッディングポリマーは鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）である。液化形態において、この組み合わせは、互いに対する高い混和性、および、共押出によって、コアとクラッディングとの間に堅い結合を形成するように最適化されたレオロジー特性を特徴とし得る。２つの固化されたポリマーは、本発明の実施形態による人工芝繊維を製造するためにモノフィラメントに形成されるとき、更なる利点を提供し得る。ＨＤＰＥはＬＬＤＰＥより密度が高く、剛性が高いので、人工芝繊維の復元性が向上し得る。一方、ＬＬＤＰＥは柔らかく耐摩耗性があるので、怪我のリスクが低減し、耐久性が向上し得る。
【００６６】
実施形態によれば、コアポリマー混合物は少なくとも三相系であり、コアポリマー混合物は相溶化剤を更に含み、コアポリマー混合物を調製することにより、ビードは相溶化剤によって囲まれ、コアポリマー内に浸される。上でより詳細に更に説明されるように、相溶化剤は、製造中に流体状態のコアポリマーにおけるスレッドポリマービードのエマルジョンを安定化するために有利に使用され得る。
【００６７】
実施形態によれば、スレッドポリマーはクラッディングポリマーと非混和性であり、共押出は更に、コアポリマー混合物およびクラッディングポリマー成分を互いに接触させる段階を含み、その結果、コアポリマー混合物とクラッディングポリマー成分との間に接触層が形成され、接触層は、コアポリマーおよびクラッディングポリマーの混合物を含み、接触層は混合物の第３成分として相溶化剤を局所的に更に含む。これは、クラッディングポリマーおよびスレッドポリマーの混和性が無い効果として、コアとクラッディングとの間の結合力が局所的に低減しないという有益な効果があり得る。
【００６８】
実施形態によれば、コアポリマー混合物は、重量比で１〜３０パーセントの量で組み合わされたスレッドポリマーおよび追加のスレッドポリマーを含み、および／または、コアポリマー混合物は、重量比で０〜６０パーセントの量の相溶化剤を含み、および／または、モノフィラメントは、重量比で５０〜８０パーセントの量のクラッディングポリマーを含む。
【００６９】
上記のパーセンテージの範囲は、最適な材料の組み合わせを選択することを可能にし得る。ここで、例えば、繊維復元性、表面平滑性、経済的な表面積対質量比についての要件のバランスがとられる。
【００７０】
実施形態によれば、コアポリマー混合物の調製は、スレッドポリマーを相溶化剤と混合することによってベースポリマー混合物を形成すること、ベースポリマー混合物を加熱すること、ベースポリマー混合物を押出すること、押出されたベースポリマー混合物を粒状化すること、粒状化されたベースポリマー混合物をコアポリマーと混合すること、および、粒状化されたベースポリマー混合物をコアポリマーと共に加熱してコアポリマー混合物を形成することを含む。
【００７１】
ポリマー混合物を調製するこの特定の方法は、スレッドポリマーおよび相溶化剤のコアポリマーにおける分布に対して非常に正確な制御を可能にするので、有利であり得る。例えば、押出されるベースポリマー混合物のサイズまたは形状は、コアポリマー混合物におけるポリマービードのサイズを決定し得る。
【００７２】
コアポリマー混合物を調製する上述の方法において、例えば、いわゆる単軸スクリュー押出法が使用され得る。これに対する代替案として、ポリマー混合物は、それを構成する成分のすべてを一度に添加することによって作成され得る。例えば、スレッドポリマー、コアポリマーおよび相溶化剤は、すべて同時に添加され得る。追加のポリマーまたは他の添加剤など、他の成分も同時に添加され得る。コアポリマー混合物を混合する量は、例えば押出のために二軸スクリュー供給を使用することによって増加され得る。この場合、ポリマービードの所望の分布は、適切な混合の比率または混合量を使用することによって達成され得る。
【００７３】
実施形態によれば、共押出は、１８０〜２７０℃の動作温度で実行される。これは、典型的には人工芝繊維の製造に使用される、ポリエチレンおよび／またはポリアミドなどの多くのポリマーにとって有益なレオロジー特性を有する温度範囲であり得る。上記温度範囲は、コアポリマー混合物およびクラッディングポリマー成分が互いに接触する連結経路における小規模乱流の安定性を作り出し、それにより、コアポリマー混合物およびクラッディングポリマー成分を、コアおよびクラッディングを接合する薄い接触層において混合させるのに特に有益であり得る。上記温度範囲は、望ましくない乱流によって生じる縁部の不安定性が完全かつ一様に存在しない状態で、溶融したクラッディングポリマー成分が、流れ抵抗が高い狭い範囲および／または境界領域を含む、共押出された人工芝繊維の非円形輪郭全体を充填することを可能にすることにも有益であり得る。
【００７４】
コアポリマー混合物およびクラッディングポリマー成分の供給速度は、互いに独立に制御され得る。接触する２つの液体ポリマーの粘度および／またはメルトフローインデックスに応じて、連結経路における２つのポリマーの流速差を調節することによって、２つのポリマーのフロー特性は、正確に制御され得る。速度差が、２つの相互作用する流体の特定の粘度および／またはメルトフローインデックスに特徴的な閾値を超える場合、流れに乱流が生じ得る。従って、クラッディングポリマー成分より高い供給速度でコアポリマー混合物を供給することは、安定した小規模乱流で流れが維持されるという効果を有し得る。この結果、コアポリマーおよびクラッディングポリマーが混じり合う、コアとクラッディングとの間の一定の厚さの薄い接触層が形成され得る。最終的に、当該方法は、せん断安定性が増加した人工芝繊維を生じさせ得る。
【００７５】
実施形態によれば、コアポリマー混合物は少なくとも三相系であり、スレッドポリマーは、コアポリマー内の第１のビードを形成し、コアポリマー混合物は、追加のスレッドポリマーを更に含み、追加のスレッドポリマーは、スレッドポリマーと異なり、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエステルおよびポリブチレンアジペートテレフタレートのうちいずれか１つであり、追加のスレッドポリマーは、コアポリマー内の第２のビードを形成し、延伸により、第１のビードを第１のスレッド状領域に変形し、第２のビードを第２のスレッド状領域に変形する。２つの異なるポリマーからスレッド状領域を製造することは、スレッド状領域のサイズおよび分布を制御するための正確な手段を提供し得る。
【００７６】
代替案として、スレッドポリマーは、同一または異なる相溶化剤と追加のスレッドポリマーを作ることとは別個に、相溶化剤と粒状体を作るために使用され得る。粒状体は、次にコアポリマーと混合され、コアポリマー混合物を作り得る。これに対する別の代替案として、コアポリマー混合物は、スレッドポリマー、コアポリマー、追加のスレッドポリマー、および相溶化剤を同時にまとめて添加し、次により激しく混合することにより作られ得る。例えば、押出機が二軸スクリュー供給と共に使用され得る。
【００７７】
実施形態によれば、提供は、延伸モノフィラメントからヤーンを形成すること、および／または延伸モノフィラメントを織りこみ、紡ぎ、編み、巻き返し、および／または束ねて人工芝繊維にすることを含む。これにより、人工芝繊維の各々がモノフィラメントである、または代替的に、本発明の実施形態による複数のモノフィラメントによって形成される人工芝を製造することが可能になり得る。１つより多くのモノフィラメントから人工芝繊維を製造することは、より粗く堅いパイルを有する、耐久性が高い人工芝を提供するという点で有益であり得る。
【００７８】
更に別の態様において、本発明は、人工芝を製造するための方法に関し、当該方法は、本明細書において説明される人工芝繊維を製造するための方法を実行することによって人工芝繊維を生成する段階と、断片を人工芝下地に組み込む段階と、人工芝繊維を切断して断片にし、コアとクラッディングとの間に接触層を露出する切断表面を作る段階とを備える。
【００７９】
当該方法は、人工芝繊維を人工芝下地に組み込む段階を備える。いくつかの例において、人工芝下地は織物または織物マットである。人工芝繊維の人工芝下地への組み込みは、例えば、人工芝繊維を人工芝下地へタフティングされることと、タフティングされた人工芝繊維を人工芝下地に結合することとにより実行され得る。例えば、人工芝繊維は、針を用いて当該下地に挿入されてよく、カーペットがつけられ得る方法でタフティングさられてよい。人工芝繊維のループが形成される場合、当該ループは、同じ段階の間に切断されてもよい。
【００８０】
組み込みは、人工芝繊維を人工芝下地に結合する段階を更に含み得る。この段階では、人工芝繊維は、人工芝下地に結合され、または取り付けられる。これは、人工芝繊維を適切な位置に保持するために、人工芝下地の表面を接着するまたはコーティングするなどの様々な手段で実行され得る。これは、例えば、ラテックスまたはポリウレタンなどの材料で人工芝下地の表面または一部をコーティングすることにより行われ得る。
【００８１】
人工芝繊維の人工芝下地への組み込みは、例えば、人工芝カーペットの製造の間に人工芝繊維を人工芝下地（または繊維マット）へと織りこむことにより代替的に実行され得る。人工芝を製造するこの技術は、米国特許出願第２０１２  ０１２５４７４／Ａ１号より公知である。
【００８２】
当該方法は、人工芝繊維を切断して断片にする段階を備える。各切断により、摩耗、紫外線放射、または例えば雨水など溶解し得る反応性物質などの外的影響にさらされる、人工芝繊維表面の断面が生じる。人工芝を製造するために、本発明の実施形態による人工芝繊維を使用することにより、そのような有害な外的影響に対する耐性の増加がもたらされ得る。この結果、２成分人口芝繊維の剥離またはスプライシングに対する保護が改善された人工芝が生じ得る。別の有益な効果は、復元性の喪失に対する保護の改善であり得る。なぜなら、スレッド状領域は、有害な影響を受ける機能表面として、切断表面のうちごく小さい部分だけを提示するからである。
【００８３】
上述の本発明の実施形態のうち１または複数は、組み合わされてもよいが、組み合わされた実施形態が相互に排他的でない場合に限ることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
以下において、本発明の実施形態が、例としてのみ、図面を参照して、より詳細に説明される。
【図１】人工芝繊維を製造するためのモノフィラメントの半径方向の断面を示す。
【図２】３成分コアポリマー混合物の組成を視覚化したものである。
【図３】延伸前のモノフィラメントの概略的な軸方向断面を示す。
【図４】延伸後のモノフィラメントの概略的な軸方向断面を示す。
【図５】コアとクラッディングとの間の接触層が見えるように、クラッディングを透明にした状態でモノフィラメントを示す。
【図６】モノフィラメントから作られる人工芝繊維を含む人工芝の断面図である。
【図７】波状部および直線部を含む突出部を有する人工芝繊維の断面輪郭である。
【図８】波状部および凹部を含む突出部を有する人工芝繊維の断面輪郭である。
【発明を実施するための形態】
【００８５】
これらの図にて同様の番号が付けられた要素は、同等な要素であるか、同じ機能を実行するかの何れかである。先に説明された要素は、機能が同等な場合、後の図にて必ずしも説明されない。
【００８６】
２成分人口芝繊維は、柔らかいと同時に復元性のある人工芝葉を提供するという相反する要件を満たすために設計された各々の成分を有する。人工芝繊維の復元性は、コアストランドのための剛性材料を選択することによって提供できるが、そのクラッディングは、怪我のリスクを低減すること、および、天然芝の触覚的および視覚的挙動を模倣することにより適した柔らかい表面を提供できる。しかしながら、これらの需要を満たすが、２つの材料が共に積層されるように、製造中に液体状態で混和性でもある、コアとクラッディングポリマーとの材料の組み合わせは今まで知られていない。この理由から、２成分人口芝繊維のコアおよびクラッディングは典型的には、本来非混和性成分である２つに接着する第３のポリマーの接合層によって共に連結される。しかしながら、隣接層間の接着力は、３層のスプライシングに対して十分な保護を提供するほど十分に強くない。この背景に対して、本発明では、剥離しにくい２成分人口芝繊維を提供すること、ならびに、より費用対効果が高い表面積対質量比、および、天然芝への更なる類似性を提供することを試みる。
【００８７】
図１は、本発明の実施形態によるモノフィラメント１００の切断面の概略図を示す。切断面は、モノフィラメント１００の中心軸に対して垂直の向きである。それは、円柱状コア１１０と、コア１１０を囲む非円形クラッディング１０２とを含む。コア１１０はコアポリマー１１２と、コアポリマー１１２に埋め込まれたスレッド状領域とを含む。スレッド状領域は、ポリアミドなど、高い曲げ剛性または剛性を有するポリマーであることが好ましいスレッドポリマー２０２から形成される。スレッド状領域はランダムな放射位置および／または配向で軸方向にコアポリマー１１２を貫いている。
【００８８】
コアポリマー１１２は、コア体積の大部分を占め、クラッディング１０２を形成するクラッディングポリマーと混和性である任意のポリマーであり得る。コアポリマー１１２はコア１１０の最大部分を占めるので、ポリエチレンなど、比較的安価な材料を選択することが好ましい。コアポリマー１１２はスレッドポリマー２０２と非混和性であり得る。この場合、スレッド状領域は、液体コアポリマー１１２でスレッドポリマー２０２を乳化する能力を有する別のポリマー材料である相溶化剤２０４によって囲まれる。製造後、スレッド状領域は、固化したモノフィラメント１００においてコアポリマー１１２に接着的に結合されたままである。
【００８９】
コア１１０は、重量比で１〜３０パーセントのスレッドポリマー２０２、および、存在する場合は追加のスレッドポリマーの組み合わせを含み得る。特に、スレッドポリマー２０２、および、存在する場合は追加のスレッドポリマーの組み合わせは、重量比でコア１１０の１〜２０パーセントであり得る。より具体的には、コア１１０は、重量比で５〜１０パーセントのスレッドポリマー２０２、および、存在する場合は追加のスレッドポリマーの組み合わせを含み得る。コア１１０は、例えば、直径５０〜６００マイクロメートルのサイズを有し得る。典型的には、ヤーン重量は５０〜３０００ｄｔｅｘに達し得る。
【００９０】
スレッド状領域の直径は５０マイクロメートル未満であり得る。特に、スレッド状領域の直径は１０マイクロメートル未満であり得る。より具体的には、スレッド状領域の直径は１〜３マイクロメートルであり得る。
【００９１】
クラッディング１０２は、流体状態においてコアポリマー１１２と混和性であるように選択されたクラッディングポリマーによって形成される。クラッディングポリマーはコアポリマー１１２と同一であり得る。クラッディングポリマーがコアポリマー１１２と接触する輪状円柱ゾーンまたは領域は、両方のポリマーが互いに混合される接触層１１４である。故に、接触層１１４は、典型的には純粋な接着性結合の構成において生じる遠距離力より強い力でコア１１０およびクラッディング１０２を共に結合させ得る。
【００９２】
クラッディング１０２は、コア１１０の２つの反対側にある２つの円状部と、コア１１０の他の２つの反対側にある２つの平坦で薄く長い突出部１０４とによってコア１１０を完全に囲む。クラッディング１０２は、柔らかく円滑な表面特性を提供し得るポリエチレンなどのポリマーによって形成されることが好ましい。クラッディング１０２は、環境および／またはユーザへのインタフェース機能をサポートする添加剤を含み得る。クラッディング１０２への典型的な添加剤は、例えば、特定の色を提供する顔料、鈍化剤、ＵＶ安定剤、アラミド繊維または発泡添加剤などの難燃材、抗酸化剤、防かび剤、および／または、クラッディング１０２の柔らかさを増加させるワックスであり得る。
【００９３】
クラッディング１０２に添加剤を提供することは、これらをコア１１０に入れなくてよいという利点があり得る。このようにして、必要な単位質量あたりの高価な添加剤材料の含有量が小さくなる。例として、クラッディング１０２だけが外側から見られるので、顔料をコア１１０に添加する必要がない。より具体的な例として、天然の芝葉により似せるために、緑色の顔料、着色剤、およびワックスをクラッディング１０２に添加することは有益であり得る。
【００９４】
クラッディング１０２非円形輪郭は、対称形、または、不規則形、多角形、楕円形、レンズ形、平坦形、鋭い形、または細長い形であり得る。好ましくは、モノフィラメントの幾何学的中心から２つの反対方向に延在する２つの凸部と、モノフィラメントの幾何学的中心から更に２つの反対方向に延在する２つの平坦な突出部１０４とによって円柱コア１１０を包含し、凹部で凸部と平坦突出部１０４とを交互に連結することによって、クラッディング１０２は芝葉に似る。２つの平坦な突出部１０４はまた、モノフィラメント１００の生体模倣特性を高め得、各モノフィラメント１００の表面積対質量比を増加させ得、従って、そのようなモノフィラメント１００に基づいて人工芝繊維から製造される人工芝の表面カバレッジを改善し得る。
【００９５】
フィラメントとも呼ぶことができる、図１に示されるモノフィラメント１００は、繊維を製造する共押出ラインにコアポリマー混合物２００およびクラッディングポリマー成分を供給することによって製造できる。２つのポリマー溶融成分は、互いに別に調製され、次に、共押出ツール、すなわち、紡糸口金プレートにおいて共に連結され、２つの溶融流からフィラメントが形成され、フィラメントは水紡糸浴槽にて焼き入れまたは冷却され、異なる回転速度で回転している加熱されたゴデットおよび／または加熱オーブンを通過することによって、乾燥および延伸させられる。
【００９６】
スレッドポリマー２０２は、まず相溶化剤２０４と混合することによって調製される。この結果、スレッドポリマー２０２が相溶化剤２０４によって囲まれる２相系から成る粒状材料が生じ得る。
【００９７】
次に、コアポリマー１１２を混合物に添加することによって三相系が形成される。この例において、コアポリマー１１２の量は三相系の約８０〜９０質量パーセントであり、スレッドポリマー２０２の量は質量比で５％〜１０％であり、相溶化剤２０４の量は質量比で５％〜１０％である。押出技術を使用することにより、コアポリマー１１２のポリマーマトリックスにおいて分散された相溶化剤２０４によって囲まれるスレッドポリマー２０２の液滴またはビード２１０の混合物がもたらされる。実際の実装において、スレッドポリマー２０２および相溶化剤２０４の粒状体を含む、いわゆるマスターバッチが形成される。本明細書において、マスターバッチは「ポリマー混合物」とも呼ばれ得る。粒状混合物は溶融され、スレッドポリマー２０２と相溶化剤２０４との混合物は押出によって形成される。結果として生じるストランドは破砕されて粒状になる。結果として生じる粒状体およびコアポリマー１１２の粒状体は、次に、下で説明される共押出プロセスにおいてコアポリマー混合物２００として使用される。
【００９８】
図２は、コアポリマー混合物２００の断面を図示する図を示す。ポリマー混合物は、スレッドポリマー２０２、コアポリマー１１２および相溶化剤２０４を含む。スレッドポリマー２０２およびコアポリマー１１２は非混和性である。スレッドポリマー２０２はコアポリマー１１２より量が少ない。スレッドポリマー２０２は、相溶化剤２０４によって囲まれ、コアポリマー１１２内に分散するものとして示されている。相溶化剤２０４によって囲まれるスレッドポリマー２０２は、いくつかのポリマービード２１０を形成する。ポリマービード２１０は、球状または楕円状の形状であり得る、または、ポリマー混合物の混合の程度および温度に応じて不規則な形状であり得る。
【００９９】
図２に示されるコアポリマー混合物２００は三相系の例である。コアポリマー混合物２００には、着色顔料、ＵＶおよび熱安定剤、加工助剤、ならびにそのようなものとして当技術分野より公知である他の添加物質が無い。しかしながら、コアポリマー１１２は、例えばスレッドポリマー２０２、コアポリマー１１２、追加のスレッドポリマー、および相溶化剤２０４を含む４相系など、３相より多くを含み得る。そのような４相系において、スレッドポリマー２０２および追加のスレッドポリマーは、コアポリマー１１２と非混和性であり得る。そこで、相溶化剤２０４は、スレッドポリマー２０２をコアポリマー１１２から、追加のスレッドポリマーをコアポリマー１１２から分離する。この例において、スレッドポリマー２０２および追加のスレッドポリマーの両方に対して、同一の相溶化剤２０４が使用される。他の例において、スレッドポリマー２０２に使用される相溶化剤２０４は、追加のスレッドポリマーに使用される相溶化剤２０４と異なり得る。４相コアポリマー混合物２００において、ポリマービード２１０は、スレッドポリマー２０２および追加のスレッドポリマーの両方によって形成され得る。
【０１００】
上記にも関わらず、コアポリマー混合物２００、および、同等に、製造中にコアポリマー混合物２００から形成されるコア１１０は少なくとも２相系であり、少なくとも２相のうちの第１の相であるスレッドポリマー２０２と、少なくとも２相のうちの第２の相であるコアポリマー１１２とを含む。スレッドポリマー２０２およびコアポリマー１１２は、２つの化学的に異なるポリマーである。いずれの場合も、コアポリマー１１２およびクラッディングポリマーの各々は相、すなわち、それぞれのポリマーの複数の分子で充填された巨視的で連続的な体積を形成する。結果として、スレッドポリマー２０２から形成される任意のビード２１０またはスレッド状領域４００は、巨視的なコアポリマー相１１２に埋め込まれた巨視的な相である。より正確には、スレッド状領域４００のいずれも、単一の延伸された高分子として理解されるべきでない。
【０１０１】
相溶化剤２０４は、ポリエチレンまたはポリアミドにグラフトされたマレイン酸と、マレイン酸、メタクリル酸グリシジル、マレイン酸リシノールオキサゾリン等の不飽和酸またはその無水物を用いたポリエチレン、ＳＥＢＳ、ＥＶＡ、ＥＰＤ、またはポリプロピレンの、フリーラジカルで開始されたグラフトコポリマーにグラフトされた無水マレイン酸と、メタクリル酸グリシジルを用いたＳＥＢＳのグラフトコポリマーと、メルカプト酢酸および無水マレイン酸を用いたＥＶＡのグラフトコポリマーと、無水マレイン酸を用いたＥＰＤＭのグラフトコポリマーと、無水マレイン酸を用いたポリプロピレンのグラフトコポリマーと、ポリオレフィングラフトポリアミドポリエチレンまたはポリアミドと、ポリアクリル酸型相溶化剤と、のうちのいずれか１つであり得る。
【０１０２】
クラッディングポリマー成分は、純粋なクラッディングポリマー粒状物を、結果として生じる人工芝繊維に望ましい添加剤と混合することによって調製される。好適な添加剤は、ワックス、鈍化剤、ＵＶ安定剤、アラミド繊維および／または発泡添加剤を含む難燃材、抗酸化剤、防かび剤、シルバーソルトなどの抗微生物剤、および／または、赤外線（ＩＲ）反射顔料を含む顔料のうち１または複数、またはそれらの組み合わせであり得る。
【０１０３】
次に、コアポリマー混合物２００およびクラッディングポリマー成分は、２つの単一成分押出ユニットにおいて溶融され、共押出ヘッドまたはダイ、紡糸口金、または同様の共押出デバイスに供給される。押出中に使用される溶融温度は、使用されるポリマーおよび相溶化剤２０４の種類に依存する。溶融温度は典型的には、２３０℃から２８０℃の間である。スレッドポリマーであるポリアミドと、コアポリマーおよびクラッディングポリマーの両方であるポリエチレンとの組み合わせに対するプロセスパラメータの好ましい選択は、圧力が８０ｂａｒ、温度が２４０℃である。
【０１０４】
図３は、延伸前の焼き入れられたモノフィラメント３００の小さい部分の断面を示す。モノフィラメント３００は、ポリマービード２１０が混合されたコアポリマー１１２と、コアポリマー１１２を囲むクラッディングポリマーとを含むものとして、再度示される。ポリマービード２１０は、示されていない相溶化剤２０４によってコアポリマー１１２から分離される。スレッド状領域を形成するために、モノフィラメント３００の部分は加熱され、次に、モノフィラメント３００の軸方向に沿って延伸される。これは、延伸３１０の方向を示す矢印によって示される。
【０１０５】
図４は、延伸モノフィラメント１００の断面を例に、モノフィラメント３００を延伸する効果を図示する。図３におけるポリマービード２１０は、スレッド状領域に延伸されている。ポリマービード２１０の変形量は、モノフィラメント３００が延伸された程度に依存する。
【０１０６】
ポリマービード２１０は結晶部分および非結晶部分を含み得る。ポリマービード２１０をスレッド状領域に延伸することにより、非結晶部分と比べて結晶部分のサイズが増加し得る。
【０１０７】
コア１１０およびクラッディング１０２は、コアポリマー１１２およびクラッディングポリマーが混合される接触層１１４によって共に連結される。図５から分かるように、コア１１０に含まれるスレッド状領域は、連結中の乱流による混合、および、延伸の結果として、局所的に接触層１１４に延在し得る。好ましくは、スレッドポリマー２０２の量は重量比でコアの３０％より多くない。それにより、スレッドポリマー２０２およびクラッディングポリマーが互いに非混和性である場合でも、接触層１１４によって提供される結合性は、コアとクラッディングとを接合する相溶化層を有する従来の３成分人工芝繊維と等しいか、または、より強いままである。接触層１１４は、コア１１０から放射状に延在するすべての方向で、クラッディング１０２の最小の厚さの最大５０パーセントまで放射状に延在し得る。
【０１０８】
図６は、人工芝６００の例示的な部分の概略的な断面を示す。人工芝６００は人工芝下地またはカーペット６０２を含む。人工芝繊維６０４は、人工芝下地６０２にタフティングされてパイル６０８を形成する。人工芝下地６０２の底面には、コーティング６０６が示される。コーティングは、人工芝繊維６０４を人工芝下地６０２に結合させる、または固定するように機能し得る。コーティング６０６は任意であり得る。例えば、人工芝繊維６０４は、代替的に人工芝下地６０２に織りこまれ得る。様々な種類のグルー、コーティングまたは接着剤が、コーティング６０６のために使用され得る。人工芝繊維６０４は、人工芝下地６０２の上に距離６１０だけ延在することによって、パイル６０８を形成するものとして示される。距離６１０は、基本的に、人工芝繊維６０４のパイル６０８の高さである。人工芝繊維６０４におけるスレッド状領域の長さは、距離６１０の半分またはそれより小さいことが好ましい。
【０１０９】
人工芝繊維６０４を提供することは、延伸モノフィラメント１００のうち１または複数を織りこみ、紡ぎ、編み、巻き返し、および／または束ねて人工芝繊維６０４にすることを含み得る。組み込みは、人工芝繊維６０４を人工芝下地６０２に織りこむ、または、タフティングすることを含み得る。
【０１１０】
わずかな凹状の湾曲を有する突出部を設計する効果は、図７および８を比較することによって実証できる。図７は、中央の円形バルジ７００と、丸い先端を有する２つの突出部とを含む波状の人工芝繊維の通常の断面輪郭を示す。輪郭は、前中央のバルジ７００と、突出部の先端後部との間の厚さｔ全体にわたって延在する。２つの先端の間の距離は、繊維の全体幅ｗである。両方の突出部は、１つの直線側７０４と、直線側７０４の反対側にあり、直線状のベースラインに沿って４つの窪みがある１つの波状側７０２とを有する輪郭を有する。繊維の軸方向の延在を考慮すると、この輪郭は、１つの平坦面と１つの溝付き面とを有する突出部に対応する。
【０１１１】
突出部は、１００〜１８０度の角度を含み得る。示される非限定的な例において、突出部は、輪郭の波状側７０２に向かって約１３５度の角度を囲む。両方の突出部は、バルジ７００の厚さの約３倍の放射状延在部を有する。単に説明の目的で、例示的な全体の輪郭幅ｗ＝１．３５ｍｍ、全体の厚さｔ＝０．４５ｍｍと想定すると、図７の輪郭は、０．２１６ｍｍ２の断面積を有する。例示的な平均密度０．９２ｇ／ｍｍ２では、これは約２０００ｄｔｅｘのヤーン重量に対応する。
【０１１２】
図８は、１つの凹状面と１つの溝付き面とを有する突出部に対応する、図７に示されるものと同様の波状人工芝繊維の通常の断面輪郭を示す。輪郭の直線側７０４が、凹側８０４で置き換えられているという点が異なる。湾曲は、突出部の厚さ（凹側８０４と、波状側７０２のベースラインとの間で測定される）がそれぞれの先端に向かって段階的に減少するように設計されている。全体の幅ｗ＝１．３５ｍｍ、全体の厚さｔ＝０．４５ｍｍである上の非限定的な例との比較のために、図８の輪郭は、０．１８０ｍｍ２の断面積を有する。想定される平均密度０．９２ｇ／ｍｍ２では、これは約１６５０ｄｔｅｘのヤーン重量に対応する。従って、図８の凹状輪郭を有する繊維は、図７の線状輪郭を有する繊維と比べて、重量が約１７％減少している。凹状輪郭は、線状輪郭よりわずかに大きい外周を有するので、凹状輪郭を有する繊維は、線状輪郭を有する繊維と比べて、表面積対質量比が増加する。
［参照番号一覧］
【０１１３】
１００  延伸モノフィラメント
１０２  クラッディング
１０４  突出部
１１０  コア
１１２  コアポリマー
１１４  接触層
２００  コアポリマー混合物
２０２  スレッドポリマー
２０４  相溶化剤
２１０  ポリマービード
３００  未処理のモノフィラメント
３１０  延伸方向
４００  スレッド状領域
６００  人工芝
６０２  人工芝下地
６０４  人工芝繊維
６０６  コーティング
６０８  パイル
６１０  パイルの高さ
７００  中央バルジ
７０２  波状側
７０４  直線側
８０４  凹側
【図１】
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【図２】
2021501839.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2021501839.tif 000009
【図８】
2021501839.tif 000010
【国際調査報告】
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2021501839.tif 000012
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