人造草皮填充材料的制作方法

本发明涉及人造草皮，特别是涉及具有填充物(infill)、而且用于人造草皮的填充物的人造草皮。

背景技术：

人造草皮(artificialturf)或人造草坪(artificialgrass)为由用于代替草的纤维构成的表面。人造草皮的结构被设计为使得人造草皮具有类似草的外观。通常，人造草皮用作如英式足球、美式足球、橄榄球、网球、高尔夫球等的运动，比赛场或练习场的表面。此外，人造草皮通常被用于景观应用。

然而，需要用于控制人造草皮的表面的温度的方法和系统。us9468905b2公开了用于人造草皮的外表面的组合物，以考虑到优化人造草皮在高温下使用的吸附和/或解吸作用。

技术实现要素：

在独立权利要求中，本发明提供了人造草皮、人造草皮填充物的形成方法和人造草皮填充物的用途。在从属权利要求中给出了实施方案。

在一些实施方案中，提供人造草皮填充材料的形成方法。该方法包括：提供沸石矿石(zeoliteore)；以及将沸石矿石减小成较小的沸石级分(zeolitefractions)；从沸石级分矿石中选择微孔沸石矿物，从而使用矿物的比表面积作为选择矿物的选择标准来进行选择，从而提供人造草皮填充材料。结果，选择一部分沸石级分作为用于人造草皮填充物的沸石矿物。换言之，提供人造草皮填充材料的形成方法。该方法包括：提供沸石矿石；并且使用基于矿物的比表面积的选择标准，从沸石矿石中选择微孔沸石矿物，从而提供人造草皮填充材料。

沸石矿石可以是取决于沸石矿石的来源而具有各种孔隙率的天然材料。根据本发明的实施方案，从其获得沸石级分的沸石矿石具有在15％和20％之间的孔隙率，使得所得的微孔沸石矿物也具有在15％和20％之间的范围内的相同孔隙率。

例如，可以通过按尺寸将矿物的晶粒分类来进行选择，使得尺寸大于预定最大晶粒尺寸的晶粒被排除或滤出，并且尺寸低于最大晶粒尺寸的晶粒形成微孔沸石矿物。

人造草皮可用于多种应用，例如运动场馆、景观应用和建筑物上的绿色屋顶。然而，例如在比赛场上，人造草皮的外表面受到恶劣天气和温度变化的约束，这导致将这些外表面维持在最佳使用状况下的问题。为了解决此类问题，本方法提供了沸石矿物的有目的的选择。这可以使得能够处理使用人造草皮填充物的特定目的，其中可以通过比表面积来控制此类目的。一个实例目的是能够在恶劣的天气和高温的框架内使用人造草皮。

矿物比表面积的确定与监测沸石矿物的工业加工特别相关。比表面积构成了能够确定沸石矿物的质量的重要标准，因为比表面积的性质使得对于沸石的整体使用是决定性的特征。特别地，使用所选择的微孔沸石矿物作为人造草皮填充物会对人造草皮如何实际地起作用有影响。

人造草皮填充物是覆盖人造草皮纤维的底部的材料。本公开的人造草皮填充物的使用可以进一步具有许多优点。例如，人造草皮填充物可以帮助人造草皮纤维直立。人造草皮填充物还可以吸收步行或跑步带来的冲击，并且提供类似于在真实草皮上的体验。人造草皮填充物还可以通过减轻重量来帮助保持人造草皮毯平坦和就位。

微孔沸石矿物的选择可以例如包括破碎沸石矿石以获得沸石材料的多个组。可以确定或测量多个组中各组的比表面积。基于所测量的比表面积，可以选择满足选择标准的组以形成微孔沸石矿物。比表面积可以例如通过使用brunauer、emmett和teller(bet)技术的吸附来测量。这可以具有测量颗粒上微细结构和深纹理的表面的优势。

选择标准是指基于可以决定是否要选择沸石材料的比表面积以形成本方法的微孔沸石矿物的规则(例如分类规则)。

根据一个实施方案，选择标准包括：比表面积小于预定的最大比表面积。在不对比表面积设置上限的情况下，填充材料可以包括沸石矿物的不均匀组合。该实施方案可以进一步是有利的，因为特别是在矿物生产涉及重复工艺的情况下，可以简单地实施。

根据一个实施方案，该方法进一步包括将矿物的最大比表面积确定为使矿物中的水在环境温度下以预定的最小速率释放的比表面积。该实施方案可以通过微孔矿物逐渐释放水，因此可以避免在给表面浇水之后水的快速蒸发。与环境温度相比，这可以使较低的温度维持在场地表面的水平。例如，水的受控释放导致在蒸发下的逐渐冷却。因此，可以减少翻新场地表面通常所需的浇水量。

当前选择的矿物的晶粒结构能够在矿物表面周围形成结合水(boundwater)，并且通过范德华力的弱力来维持。这使得水的释放或解吸特别是在环境温度下(例如，太阳能足以使水解吸)更容易。当结合水释放时，晶粒内的水可以在环境温度下转移至晶粒的表面，然后转化为水蒸气。这可以使水在预定的时间段内逐渐释放，并且可以使人造草皮的表面冷却。

根据一个实施方案，选择包括：确定与最大比表面积相对应的沸石晶粒尺寸；提供研磨单元；将沸石矿石减小成较小的沸石级分；根据确定的晶粒尺寸设定研磨单元的参数；在研磨单元中重复地研磨和筛选沸石级分，以选择微孔沸石矿物。晶粒尺寸可以指单个晶粒的直径(例如最大直径)。

重复地研磨和筛选可以包括反复研磨和筛选。在一个实例中，筛选的步骤可以包括多次筛选。多次筛选可以是相同或不同种类的筛选。例如，多次筛选的筛选可以包括倾斜筛选，并且多次筛选的其它筛选可以包括水平筛选。进行多次筛选可以使得能够实现所得的微孔矿物的最佳除尘。

根据一个实施方案，沸石级分的最大尺寸在12mm和19mm之间。

根据一个实施方案，沸石矿石的减小包括在一级破碎机中将沸石矿石破碎，其中研磨单元包括二级破碎机和筛选单元，其中参数包括以下至少之一：筛选单元的层的数量、在筛选步骤中要重复筛选的次数；引起筛选单元的振动的激振力；倾斜和/或水平筛选；一级和二级破碎机的减小率(reductionratio)。大量参数使得实现研磨单元的最佳控制，从而提供微孔沸石矿物的有效生产和选择。

根据一个实施方案，该方法进一步包括在研磨之前在干燥机中干燥较小的沸石级分。矿物生产活动期间产生的灰尘为周围环境中污染物的累积提供了途径。该实施方案可以具有减少所得微孔沸石矿物中灰尘的量的优点。

根据一个实施方案，该方法进一步包括将微孔沸石矿物成形为预定的形状，其中基于具有预定形状的沸石材料的太阳反射率(solarreflectivity)来确定最大比表面积。太阳反射率取决于反射物体的形状。通过控制微孔沸石矿物的形状，可以更有效且均匀地控制水的释放速率。这是因为人造草皮所处的温度范围可以由太阳反射率来控制。

例如，对于最小1和最大1之间的环境温度可以确定最小速率，而不管微孔沸石矿物的形状如何。如果要在环境温度在最小2和最大2之间的区域中实现人造草皮，则可以选择微孔沸石矿物的形状，以使草皮表面的温度在最小1和最大1之间。

根据一个实施方案，人造草皮填充物是微孔沸石矿物。微孔沸石矿物是唯一的填充材料。这可以提供安全和环境友好的人造草皮。

根据一个实施方案，沸石矿石的孔隙率在15％至20％之间，其中最大比表面积在20m²/g和35m²/g之间。在优选的实施方案中，最大比表面积在15m²/g和25m²/g之间。在非常优选的实施方案中，最大比表面积在19m²/g和21m²/g之间。例如，选择的比表面积可以是20m²/g，微孔沸石矿物的孔隙率为20％。

根据一个实施方案，环境温度在40℃和60℃之间，或者低于100℃。“环境温度”是指在没有任何特殊加热和冷却的情况下围绕人造草皮的空气的温度。例如，最小速率可以使用人造草皮的使用时间来确定。对于比赛场，最小速率可以基于比赛持续时间来确定，例如使得在整个比赛期间逐渐释放水。

根据一个实施方案，该方法进一步包括：确定最大比表面积，使得在湿气的存在下，矿物吸收湿气。

吸湿性是指微孔沸石矿物的水分缓冲能力。该实施方案可以防止例如在寒冷季节出现霜冻，使表面硬且滑，因此使用有危险。

根据一个实施方案，微孔沸石矿物的晶粒尺寸在0.5mm和1.2mm之间、或者在0.9mm和1.2mm之间。所选择的尺寸可以具有以下的进一步的优点，即通过减少使用者接触填充材料时皮肤受伤的风险来保护人造草皮的使用者。这也可以防止人造草皮的滑的表面。

根据一个实施方案，0.6％的矿物不可保留在100目筛网上。这可以提供另一种方式(例如与干燥组合)，以进一步控制所得微孔沸石矿物中的灰尘量。

根据一个实施方案，微孔沸石矿物的莫氏硬度在3和4之间。这可以提供柔软且有弹性的比赛表面。这可以减少受伤(例如，皮肤擦伤)的风险。另一个优点可以是本发明的填充材料减少由沸石矿物和纤维之间的摩擦引起的人造草皮纤维的磨损作用。

例如，微孔沸石矿物中的砷的量低于4mg/kg矿物。这可以提供健康的材料。

在一些实施方案中，提供控制人造草皮上的温度的方法。该方法包括提供具有选择的矿物比表面积的微孔沸石矿物；并且使用微孔沸石矿物作为人造草皮的填充材料。

根据一个实施方案，微孔沸石矿物具有有预定亮度的颜色，其中基于预定的亮度选择矿物的比表面积。颜色例如可以是白色，并且亮度可以等于85。这提供了用于优化控制人造草皮的表面的温度的附加参数。比表面积的确定可以调节、或者通过在两个参数值之间进行平衡而与亮度组合，以获得最小速率。

在一些实施方案中，提供人造草皮。人造草皮包括具有绒头(pile)和人造草皮填充物的人造草皮毯，其中人造草皮毯包括衬底(backing)；其中人造草皮毯进一步包括人造草坪纤维，其中将人造草坪纤维栽绒至衬底中，其中人造草坪纤维形成绒头，其中将人造草坪纤维固定至衬底，其中人造草皮填充物包括具有选择的矿物比表面积的微孔沸石矿物。

根据一个实施方案，人造草皮进一步包括喷淋系统。喷淋系统与人造草皮一起使用是有益的，因为它可以用于自动地润湿人造草皮填充物。例如，这可以是在基于水从微孔沸石矿物的最小释放速率限定的时间段期间给人造草皮浇水的便利手段。例如，所选择的微孔矿物可以具有能够使水在足球比赛的中场期间逐渐释放的比表面积。在该情况下，喷淋系统可以构造成在比赛的中场休息期间给人造草皮浇水。

在一些实施方案中，提供人造草皮填充材料。人造草皮填充材料包括所选择的晶粒尺寸小于1.5mm和孔隙率在15％和20％之间的微孔沸石矿物。

根据一个实施方案，微孔沸石矿物具有如下晶粒尺寸分布：70％至90％的晶粒具有[0.4mm，1.5mm]范围内的尺寸，和10％至30％的晶粒具有小于0.4mm的尺寸。在另一个实例中，微孔沸石矿物具有如下晶粒尺寸分布：微孔沸石矿物的70％至90％(例如88％)的晶粒具有[0.42mm，1.41mm](14～40目)范围内的尺寸，和微孔沸石矿物的10％至30％(例如12％)的晶粒具有小于0.42mm的尺寸。所选择的尺寸可以使得能够获得所选择的比表面积。

根据一个实施方案，至多0.6％的矿物不可保留在100目筛网上。

根据一个实施方案，微孔沸石矿物的莫氏硬度在3和4之间。

根据前述权利要求22-25中任一项所述的填充材料，其中矿物中的水分含量小于6％。

应该理解的是，本发明的一个或多个前述实施方案可以组合，只要所组合的实施方案不相互排斥即可。

附图说明

在下文中，参照附图仅通过实施例更详细地说明本发明的实施方案，其中：

图1是人造草皮填充材料的形成方法的流程图；

图2是从沸石矿石中选择微孔沸石矿物的实例方法的流程图；

图3是从沸石矿石中选择微孔沸石矿物的另一实例方法的流程图；

图4a示出人造草皮的实例；

图4b示出人造草皮的另一实例；

图4c示出人造草皮的另一实例；和

图5示出引入喷淋系统的人造草皮的实例。

具体实施方式

这些图中相同编号的元件是相同的元件或执行相同的功能。如果功能相同，则先前讨论的元件在后面的图中不必讨论。

图1是人造草皮填充材料的形成方法的流程图。如参照图4a-5所述，填充材料可以包含在人造草皮中。

在步骤101中，可以提供沸石矿石。沸石矿石是天然存在的固体材料。沸石矿石的孔隙率在15％和20％之间。术语“孔隙率”是指多孔制品中空隙空间的体积分数。沸石矿石的沸石相可以包括由斜发沸石、丝光沸石、或其它天然存在的沸石矿物组成的组中的一种或多种。

例如可以如下提供沸石矿石。剥除沸石沉积物的覆盖层并且储存以用于随后的矿区复垦。将所得暴露的矿石体钻孔至12和14英尺之间的深度。钻孔中装入在使用时退化、在沸石矿石中不留残留物的炸药。从矿井开始，用自卸卡车将沸石矿石拉到加工厂的粗矿石堆中。

在步骤103中，可以从沸石矿石中选择微孔沸石矿物。可以使用涉及矿物的比表面积的选择标准来进行选择。选择标准可以参考关于比表面积的一个或多个规则。所选择的微孔沸石矿物具有例如在15％和20％之间的孔隙率。

例如，步骤103的选择包括从沸石矿石中选择性地回收或获得具有预定比表面积的微孔沸石矿物。比表面积构成涉及确定沸石矿物质量的重要标准，因为比表面积的性质使得在许多技术部件和产品中对于沸石的整体使用成为决定性的特征。例如，太高的比表面积会导致在环境温度下水的释放非常慢或不存在。

在一个实例中，选择标准要求比表面积小于预定的最大比表面积。矿物的最大比表面积可以例如确定为使得矿物中的水在环境温度下以预定的最小速率释放的比表面积。例如，对于等于或大于40m²/g的比表面积，水只会在高于最大环境温度的温度下释放。那些高温要求烘箱的使用。本方法是有利的，因为选择的最大比表面积使水能够在例如40和60℃之间的环境温度下释放。对于15％至20％的孔隙率，选择的比表面积例如可以为20m²/g。

在另一个实例中，选择最大比表面积，使得至多0.6％的矿物不可保留在100目筛网上，例如94％的矿物具有大于0.15mm的晶粒尺寸。除了能够逐渐释放水以最佳地冷却人造草皮之外，这还具有减少灰尘量的优点。在保护人造草皮使用者的呼吸系统方面，减少灰尘量可以有益于改善产品的安全性。

所选的微孔沸石矿物可以用作人造填充材料。在一个实例中，人造填充材料可以由所选的微孔沸石矿物组成。在另一个实例中，人造填充材料可以包括选择的微孔沸石矿物和之外的其它填充材料。

图2是使用研磨单元从沸石矿石(例如，步骤101中提供的沸石矿石)中选择微孔沸石矿物的实例方法的流程图。将研磨单元构造成用于进行沸石材料的研磨和筛选。研磨单元可以具有用于控制其功能的参数。参数例如可以包括研磨单元的减小率、在筛选步骤中要重复筛选的次数；引起筛选单元的振动的激振力；倾斜和/或水平筛选。

在步骤201中，可以确定与最大比表面积相对应的沸石晶粒尺寸。确定微孔沸石矿物的晶粒尺寸，以使所得的矿物比表面积小于最大比表面积。

自然地，微孔沸石矿物的比表面积随其结构而变化。例如，矿物越微细，比表面积越大(即，晶粒尺寸越小，比表面积越大)。

例如，微孔沸石矿物的比表面积可以不超过最小比表面积。最小比表面积可以是最小可能的比表面积。在该情况下，测定的晶粒尺寸可以是尺寸范围的下限，其中可以使用最小比表面积来确定范围的上限。对于21m²/g的最大比表面积(例如，所选择的比表面积可以为20m²/g)，微孔沸石矿物的晶粒尺寸例如可以在0.5mm和1.2mm之间、或者在0.9mm和1.2mm之间。

在步骤203中，可以将沸石矿石减小成较小的沸石级分。图3示出用于将沸石矿石减小成较小级分的实例方法。沸石级分例如可以具有5/8英寸的最大尺寸。为了获得级分的最大尺寸，沸石矿石的减小，除了破碎沸石矿石以外，还可以包括过筛或筛选步骤，其中在筛选步骤中，将破碎的沸石矿石用一系列筛来筛选。例如，一系列筛可以包括筛尺寸范围为约负14目(1.41mm)至约正40目(0.42mm)的筛。

在步骤205中，可以根据步骤201的确定的晶粒尺寸来设定研磨单元的参数。例如，可以设定研磨单元的减小率，使得研磨单元可以提供或从沸石级分输出具有确定的晶粒尺寸作为最大尺寸的晶粒。

在一个实例中，在进行研磨步骤207之前，可以在干燥机中干燥由步骤203得到的沸石级分。这可以具有减少所得微孔沸石矿物中灰尘量的优点。

在步骤207中，可以在研磨单元中研磨沸石级分。术语“研磨”涵盖例如切割、切碎、破碎、碾碎、和粉碎等过程。

在研磨沸石级分之后，可以在步骤208中筛选所得的沸石材料，产生沸石晶粒的组，其中各组具有各自的最小晶粒尺寸。例如，可以使用一系列筛尺寸范围为约负14目(1.41mm)至约正40目(0.42mm)的筛来进行筛选。筛选可以是振动型筛选。

在一个实例中，可以在一个筛选过程中分离多达六种或更多种不同的级分。例如，这可以使用在例如0.1mm至1.5mm的范围等分类范围内彼此叠置的多个筛层来完成。

可以将多个组中的各组的最大晶粒尺寸与步骤201的确定的晶粒尺寸进行比较。如果(查询(inquiry)209)多个组中的一组的最小晶粒尺寸大于所确定的晶粒尺寸，则可以重复步骤208或步骤207-208。另外，可以在步骤211中选择组并且将其贮存为所选择的微孔沸石矿物的一部分。

例如，如果所选的微孔沸石矿物达到预定量或者如果输入矿石完成，则该方法可以结束。

图3示出根据本公开的另一个实例的从沸石矿石(例如步骤101的沸石矿石)中选择微孔沸石矿物的过程。图3示出破碎单元301和研磨单元302，其中首先在破碎单元301处加工沸石矿石，并且将所得材料输入至研磨单元302以进一步加工。

在破碎单元301中加工沸石矿石之前，例如可以如下获得沸石矿石。剥除沸石沉积物的覆盖层并且储存以用于随后的矿山复垦。将所得暴露的矿石体钻孔至12和14英尺之间的深度。钻孔中装入在使用时退化、在沸石矿石中不留残留物的炸药。从矿井开始，用自卸卡车将沸石矿石拉到加工厂的粗矿石堆中。

在步骤31中沸石矿石通过具有16”×16”开口的格筛(grizzly)303进料，在步骤32中格筛303的输出矿石经由第一输送机行进到颚式破碎机305中，其中格筛303的输出矿石被减小至4英寸尺寸，产生4英寸矿石。在步骤33中4英寸的矿石经由第二输送机行进到在上层具有5/8英寸筛的双层nordberg筛307。双层nordberg筛307的所得输出是略低于5/8英寸的材料和略高于5/8英寸的材料。

在步骤34中略低于5/8英寸的材料经由干燥机311朝向研磨单元302行进至第三输送机。在步骤35中略高于5/8英寸的材料经由第四输送机返回至圆锥破碎机309，在其中将略高于5/8英寸的材料减小到至少1/2英寸的材料。然后在步骤37中1/2英寸的材料经由第二输送机返回至nordberg筛307。

在步骤34中nordberg筛307的沸石材料输出从第三输送机行进至丙烷燃料旋转窑干燥机311，在此处将其在250℃下加热，将水分降低至5％，并且在步骤38中进料至研磨单元302。

在步骤38中，将沸石材料从干燥机311经由第五输送机输送至冲击式破碎机313和五层midwestern筛315。在步骤39中，从筛315确定沸石的尺寸，并且将其输送至第六输送机以例如在准备运输的超大袋320中进行包装，或者在步骤40中将沸石经由第七输送机返回至冲击式破碎机313，并且返回至midwestern筛315。在midwestern筛315处，根据客户的要求来改变产品的尺寸，或者运送至成品处理。在成品处理过程中：a.将材料运送至散装贮存筒仓，用于直接卡车装载，或者b.将材料运送至包装筒仓，在此处包装在客户指定的袋中，然后码垛，包裹，和贮存在仓库中，以供卡车取货。

下表给出本方法的选择的微孔沸石矿物的实例性能。

表中列出的参数，粒度或晶粒尺寸、颜色、硬度、砷总量和湿度水平的值是中心值。然而，这些参数中的每个参数可以具有由中心值定义的范围内的值，即中心值的±10％、±5％或±3％内的值。这些值可以例如使得能够获得20m²/g的比表面积。

图4a示出人造草皮400a的实例。人造草皮400a包括人造草皮毯402。人造草皮毯包括衬底404以及人造草坪纤维406。将人造草坪纤维406栽绒至衬底404中并且固定408至衬底404。人造草皮纤维406形成绒头403。将人造草皮毯402搁置在地面410或表面上。在人造草坪纤维406之间和在绒头403内分布人造草皮填充物412。填充物即人造草皮填充物412示出为具有圆柱形形状；然而它可以具有其它形状。例如，微孔沸石矿物的形状可以是球形。在该实例中，人造草皮填充物412至少由所选的微孔沸石矿物414制成。在一个实例中，人造填充材料可以由所选的微孔沸石矿物组成。在另一个实例中，人造填充材料可以包括所选的微孔沸石矿物以及之外的其它填充材料。

图4b示出人造草皮400b的另一实例。除了在人造草皮填充物412和衬底404之间另外存在沙层420以外，人造草皮400b与图4a中所示的人造草皮400a类似。沙层420的使用会是有利的，因为它可以帮助将人造草皮毯402保持就位。也具有如下技术优势：沙层420与人造草皮填充物412共同起作用以调节人造草皮400b的表面上的水量。例如，如果下雨或如果将水喷洒到人造草皮400b的表面上，则复合填充部件414可以迅速吸收水并且被水饱和。然后，沙层420可以帮助排出过多的水并且防止其停留在人造草皮400b的表面上。

图4c示出人造草皮400c的另一实例。除了增加几个附加层以外，人造草皮400c与图4b中所示的人造草皮400b类似。在衬底404的正下方是弹性层432。弹性层432可以例如是垫子或其它材料，例如容易吸收冲击的沙子、和弹性颗粒、或其混合物。弹性层432是任选的。衬底404和/或弹性层432可以具有孔或可以是多孔的，使得可以将人造草皮400c上停留的水排出。弹性层432直接位于排水系统430上。排水系统430可以包括颗粒材料、排水地砖、排水管或用于将水从人造草皮400c的表面迅速排出的其它系统。当使用水来冷却、或改善滑动性能时，图4c所示的人造草皮可以具有优异的品质。最初在表面上流动的水可以容易地被构成人造草皮填充物412的复合填充物部件414吸收。当它们填充有水时，然后过多的水可以进入并且可以贮存在沙层420中。当沙层420饱和时，它可以通过衬底404和/或弹性层432排出到排水系统430中。

图5示出人造草皮例如400a的另一个实例。在该实例中，自动喷淋系统500已经被整合至人造草皮400a中。喷淋机500显示为将水502喷在人造草皮400a的上表面上。喷淋机与人造草皮的组合使用会是有益的，因为它可以为人造草皮的最佳浇水提供整合的浇水系统。

附图标记说明

31-40方法步骤

101-103方法步骤

201-211方法步骤

301破碎单元

302研磨单元

303格筛

305颚式破碎机

307nordberg筛

309圆锥破碎机

311干燥机

313冲击式破碎机

315midwestern筛

320袋

400a人造草皮

402人造草皮毯

403绒头

404衬底

406人造草坪纤维

408固定至衬底

410地面

412人造草皮填充物

414复合填充物部件

400b人造草皮

420沙层

400c人造草皮填充物

432弹性层

430排水系统

500喷淋系统

502喷水