CN108884631A - 使用包括pbd的多元醇混合物用于产生聚氨酯基人造草皮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造人造草皮(600)的方法，该方法包括：产生(102)流体聚氨酯物质(210)，所述产物包括使第一和第二多元醇与异氰酸酯反应，第一多元醇是每个分子具有至少两个羟基基团的聚醚多元醇和/或聚酯多元醇，并且第二多元醇是聚丁二烯二醇；异氰酸酯包括异氰酸酯单体、异氰酸酯聚合物或异氰酸酯预聚物或其组合物，该异氰酸酯单体、异氰酸酯聚合物和异氰酸酯预聚物的每个分子具有两个或多个异氰酸酯基团；将人造草皮纤维(501)结合到(104)载体(308)中使得纤维的第一部分(302)突出到载体的正面，纤维的第二部分(506)位于载体的背面；并且在载体的背面添加(106)流体聚氨酯物质；并且硬化(108)流体聚氨酯物质。

Description

使用包括PBD的多元醇混合物用于产生聚氨酯基人造草皮
技术领域
本发明涉及人造草皮和人造草皮的生产，其还称为合成草皮。
背景技术
人造草皮或人造草地是由用于代替草地的纤维组成的表层。设计人造草皮的结构使得人造草皮具有类似草地的外观。通常，人造草皮用作用来运动(诸如英式足球、美式橄榄球、英式橄榄球、网球、高尔夫)的运动场或操练场的表层。而且，人造草皮频繁地用于绿化应用中。
定期刷洗人造草皮场地以帮助纤维在运动或锻炼期间倒下后直立起来。在整个5-15年的典型使用时间内，如果人造草皮运动场可以抵抗高机械磨损，可以抵抗紫外线，可以抵抗热循环或热老化，可以抵抗化学物质与各种环境条件的相互作用，其就是有利的。因此，如果该人造草皮具有很长的使用寿命、耐用，并且在整个使用时间内保持其玩耍和表面特征以及外观，也是有利的。
US 2009/0275690 A1描述了一种用于促进诸如聚乙烯的非极性材料与诸如聚氨酯的极性材料之间粘合的方法。通过产生非极性聚烯烃与聚二烯基聚氨酯的共混物来促进非极性材料的粘合。共混聚合物是一种类同于金属合金的材料，其中至少两种聚合物共混在一起以产生具有不同物理特性的新材料。在这种纯粹的“物理”混合物中，两种或多种不同聚合物的大分子之间不产生新的化学键。
这可能对制造具有一组所需性能(例如涉及光滑度、拉伸强度、抗剪切力和/或抗纤维的剪切性)的人造草皮是需要的。
发明内容
本发明在独立权利要求中提供一种用于制造人造草皮的方法。在从属权利要求中给出实施例。如果各实施例之间不相互排斥，可以彼此自由组合。
一方面，本发明涉及用于制造人造草皮的方法。该方法包括：
-产生流体聚氨酯物质，产物包括使第一和第二多元醇与异氰酸酯反应。
■第一多元醇是每个分子具有至少两个羟基基团的聚醚多元醇和/或聚酯多元醇，并且第二多元醇是聚丁二烯二醇；
■异氰酸酯包括异氰酸酯单体、异氰酸酯聚合物或异氰酸酯预聚物或其混合物，该异氰酸酯单体、异氰酸酯聚合物和异氰酸酯预聚物的每个分子具有两个或多个异氰酸酯基团；
-将人造草皮纤维结合到载体中使得纤维的第一部分突出到载体的正面，纤维的第二部分位于载体的背面；并且
-在载体的背面加入流体聚氨酯物质，从而该聚氨酯物质与纤维的至少第二部分结合；并且
-在载体的背面硬化流体聚氨酯物质。
由于这种类型的背衬材料能够使疏水性聚烯烃纤维固定得更牢固且更可靠，因此产生具有聚氨酯(PU)基背衬的人造草皮的所述特别方式可以是有利的。用于生产人造草皮纤维的许多聚合物(例如，聚乙烯)是疏水的。相反，聚氨酯是亲水性材料。因此，当施加簇绒拔出力时，纤维和PU背衬之间的范德华力很弱并且纤维可以容易从PU背衬中拉出。通过在用于在加聚反应中产生PU的的反应混合物中添加聚丁二烯二醇(PBD)，使PU更具疏水性并且通过范德华力使PU更坚固地附着在纤维上。在加聚反应中，PBD作为增强PU疏水性的疏水多元醇。产生的PU比标准PU疏水性更好，并且更加牢固地附着在聚乙烯表面或纤维上。该新PU变体用于生产人造草皮，该人造草皮能够将单个单丝、由多个单丝组成的纤维或由疏水材料组成的带条(例如PE)牢牢固定在背衬中。
在进一步有利的方面，由于所述类型的背衬更好地防止水的影响，根据本发明实施例产生的PU基背衬可能是有利的。申请人已经观察过这种水，例如，落在运动场的人造草坪上的雨水可能充当PU的柔软剂的作用。如果PU接触到水，水会软化PU并导致PU膨胀。这种膨胀可以摧毁聚酯基PU中和聚醚基PU中纤维的机械固定。而且，与水的接触可以通过皂化化学破坏聚酯基PU，这还可能导致PU背衬中纤维机械固定的破坏。因此，在另一方面，本发明的实施例涉及用于提供一种水解稳定型PU的方法，使得当暴露在水中和水基液体中时，既不明显膨胀也不明显皂化。
因此，根据实施例，将聚丁二烯二醇添加到多元醇或包括多元醇和异氰酸酯的反应混合物中，以增加PU的疏水性和/或产生水解稳定型PU，即，当PU暴露在水中和/或用于强力机械固定至少部分结合到PU背衬中的疏水性聚烯烃纤维时，既不膨胀也不皂化。
在进一步有利的方面，产生PBD和聚异氰酸酯之间的化学键，从而如果亲水性和疏水性物质在单一混合物中合并，可以防止任何分层效应的发生。生成化学键的反应是加聚反应，从而第一多元醇和PBD分别与异氰酸酯反应以形成聚氨酯。
根据实施例，该异氰酸酯是二异氰酸酯。
根据实施例，第一多元醇的每个分子的至少两个羟基基团是两个末端羟基基团。
根据实施例，聚丁二烯二醇的量为第一多元醇(即，聚酯多元醇或聚醚多元醇)和异氰酸酯的组合物的0.5-10重量％。根据某些所述实施例，聚丁二烯二醇的量为所述组合物的1.0-9重量％，并且优选地为所述组合物的4.0-8.0重量％。
所述特征可能是有益的，因为已经观察到该PBD浓缩液生成PU背衬，该PU背衬牢固地固定嵌入其中的聚烯烃纤维，从而发生所谓的“粘滑效应”，特别是当使用高度疏水性的单丝时，例如，PE单丝：粘滑效应描述了两个表面(例如PE纤维表面和围绕所述纤维的PU表面)的特定形式的相对运动，由此表面的运动在彼此粘贴和彼此滑动之间交替，同时摩擦力做相应变化。典型地，两表面之间的静态摩擦系数(启发式数)大于动态摩擦系数。如果施加的力大到足以克服静态摩擦，摩擦减少至动摩擦可以在运动的速度上产生突然跳变。典型地，粘滑效应看作是不必要的效应，例如，对于如本文中人体皮肤和PE纤维的相对运动，可能增加损伤和皮肤烧伤的风险。但是，申请人惊讶地观察到在PE/PU表面运动的情况下，由于粘滑效应增加了纤维对抗簇绒拔出力的抵抗力，该效应是需要且有利的。即使在拉力大到足以将纤维拉离背衬一定的距离的情况下，该粘滑效应会使该纤维再次停下来，从而使静态摩擦系数而非动态摩擦系数起作用。
因此，根据本发明的进一步有利的方面，提供一种PU基人造草皮背衬，其机械固定疏水性聚烯烃纤维或单丝，特别是PE基纤维和单丝，特别通过其显示出粘滑效应。
特别是当PBD添加到反应混合物中时，最优选的浓度范围是第一多元醇和异氰酸酯的组合物的2.0-4.0重量％，例如，所述组合物的3重量％，有时该人造草皮纤维牢固固定在PU背衬中以致于纤维在很多情况下会破坏和撕碎而不是从背衬中拉出。
聚醚多元醇和聚酯多元醇二者可以由单个类型的多元醇或不同类型多元醇的混合物组成。根据实施例，PBD和第一多元醇可以单独添加到反应混合物中或可以包含在混有异氰酸酯的单一混合物中。
根据实施例，第一多元醇没有任何PBD和氢化PBD。换句话说，该第一多元醇由一种或多种非PBD的多元醇组成。
根据实施例，第一多元醇优选为聚醚多元醇。
根据实施例，第一多元醇从包括以下的组中优选取出：聚碳酸酯多元醇、聚己内酯多元醇、氧化丙烯基多元醇、聚丙烯多元醇、聚硫化物多元醇、如聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)的聚醚二醇或所述多元醇的一种或多种的混合物。“氧化丙烯基多元醇”可以是从由氧化丙烯单体组成或包括氧化丙烯单体的单体混合物生成的。
在进一步的实施例中，第一多元醇是上述聚醚以及具有400-2000mg KOH/g范围的羟基值的二元醇或三元醇的一种或多种的混合物。优选地，所述二元醇或三元醇是短链的二元醇或三元醇。例如，该二元醇或三元醇可以是以下一种或多种：二甘醇、二丙二醇、甲基烯二醇、丙二醇、丁二醇。由于可以增加PU中的交联密度，添加二元醇或三元醇是有利的。
在进一步的实施例中，该第一多元醇包括聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物或由聚醚多元醇和聚酯多元醇的混合物组成。例如，所述聚酯多元醇可以是植物油基多元醇，例如，蓖麻油基多元醇，Desmophen1150或大豆油基多元醇或从再酯化过程中获得。
根据实施例，该第一多元醇具有500-6000g/mol范围的数量平均分子量，更优选地在1.500和4.000g/mol之间。
数量平均分子量Mn是样品中所有聚合物分子的总重量除以样品中聚合物分子的总数。
根据实施例，该聚醚多元醇是具有约50-60mg KOH/g羟基值的双官能团聚醚多元醇。根据另一实例，可以使用具有约26-30mg KOH/g羟基数的双官能团聚醚多元醇，例如，具有约4000g/mol数量平均分子量的基于氧化丙烯的多元醇。然而，还可能使用具有更低或甚至更高分子量的聚醚多元醇。
根据实施例，该聚丁二烯二醇具有1000-6000g/mol范围的数量平均分子量，更优选地在1.500和4.500g/mol之间。
根据优选的实施例，聚丁二烯二醇是氢化的聚丁二烯二醇。使用氢化的PBD可以用于增强生成的PU的化学稳定性。特别是，氢化PBD的饱和性提供了光线和气候稳定性，防止PU背衬变黄或失去诸如弹性、延展性和强度的机械性能。
例如，具有约2000g/mol的数量平均分子量的氢化聚丁二烯二醇的双键是完全(>97％)氢化的，保留的羟基单位可以用作添加到反应混合物的PBD。根据另一个实例，具有约3000g/mol的数量平均分子量的聚丁二烯二醇可以用作添加到反应混合物的PBD。
根据实施例，该方法进一步包括添加润湿剂到包括第一和/或第二多元醇和/或异氰酸酯的混合物中。
由于润湿剂减少了表面张力并帮助PU物质润湿载体(例如其可以是疏水的聚烯烃基织物)和/或润湿至少部分结合在PU背衬中的单丝和纤维，添加润湿剂到反应混合物用于产生PU物质可以是有利的。润湿单丝是要求特别高的任务，用于将PE单丝的簇绒束固定在PU涂层背衬中。这是因为单丝簇绒束通常彼此非常靠近地对齐，从而禁止任何PU液体或PU泡沫侵入到簇绒单丝束内的空间中。
使用润湿剂可能是有利的，因为与由相同反应混合物产生但缺乏PBD的PU相比，已观察到PBD增加了液体PU物质的粘度。已观察到通过增加PU的粘度，载体织物的润湿和/或纤维的润湿减少了。使用润湿剂弥补这种效应，从而允许在不对纤维的润湿产生负面影响的情况下增加疏水性。
在进一步有利的方面，允许使用更高PBD数量的润湿剂并因此生成更多疏水性PU，因为润湿剂弥补了增加的粘度。
根据实施例，润湿剂是表面活性剂，其含量为第一和第二多元醇与异氰酸酯的组合物的0.01重量％-1.0重量％，更优选为所述组合物的重量的0.8重量％-1.2重量％，最优选为所述组合物的0.05重量％-0.15重量％。
所述表面活性剂的浓度通常不足以生成强泡沫并且用于控制施加在人造草皮背衬载体背面上的PU泡沫的密度和体积。但是，由于根据本发明实施例的表面活性剂不是添加用来产生泡沫而是作为润湿剂的，上述浓度范围是优选的。
本文使用的载体的“背面”是从其发出的纤维的较大部分的面的相对面。
本文使用的“表面活性剂”是在两液体之间或在液体和固体之间减小了表面张力(或界面张力)的化合物。例如，表面活性剂可以是双亲性物质，特别是包含疏水基团和亲水基团二者的有机双亲性物质。因此，表面活性剂包含不溶水(或者油溶性)成分和水溶性成分。表面活性剂将在液体PU物质中扩散并吸附在PU物质和疏水单丝和/或背衬的疏水载体之间的界面上。例如，表面活性剂可以是碳氢化合物表面活性剂(例如Triton X-100)，或更有选地，是含氟表面活性剂或碳氢化合物和含氟表面活性剂的混合物。含氟表面活性剂具有直链碳氟化合物和极性部分形式的疏水尾部。含氟表面活性剂还在高温和/或化学环境中特别稳定。
根据实施例，该方法包括添加油到包括多元醇和/或包括异氰酸酯的混合物中。添加的油量为多元醇和异氰酸酯的组合物的0.5重量％-4重量％，更优选地为0.7重量％-1.2重量％。优选地，该油为矿物油，更优选地，浅色油或浅色油的混合物。
油是任何中性非极性化学物质，其在室温是黏稠液体并且疏水和亲脂。油具有高碳和氢含量，并且通常易燃和具有表面活性。
本文使用的“浅色油”或“白油”是高精制的矿物油，其只有浅颜色或无色并且是化学惰性的。例如，精制成直到其颜色(由透射光测量)为稻黄色至浅黄色的石油润滑油或加工油是“浅色油”。优选地，本发明的实施例使用的浅色油还是纯的、稳定的和无味无毒的。术语“白油”是误称，因为白油不是白色而是无色透明的。根据使用的加工方法，浅色油可以从各种物质中生产出。例如，环烷油和某些矿物油可以用作浅色油。
例如，可以使用通过使用严格氢化从特别选择的无蜡原油中精制而成的浅色非染色的环烷油，例如，NYNAS的PALE OIL 40-NYTEX 5130。
本文使用的术语“簇绒法”是将纤维结合到现有载体中的另一个方法。通过载体从一面引入的短U形环纤维，使得它们的端点指向载体的外侧的另一个方向。通常，簇绒纱线在另一面形成规则的“点”阵列。在载体U形环所在的一面上，尽管不是必须的，为安全起见，簇绒纤维可以打结。簇绒纱线的端部可选择性进行纱线位移或以其他方式加工，从而它们随后会感觉到产生从载体伸出的致密纤维层。
本文使用的术语“机织”是一种将人造草皮纤维(其可以是单丝或单丝束)结合到现有载体网的方法，从而建造载体网的人造草皮纤维和纤维束是交织的。交织纤维和网形成类纤维或类布料的结构。当人造簇绒纤维通过机织结合时，该纤维至少三次交织成一连串的网状纤维。因此，当纤维通过机织而非簇绒结合时，更高比例的人造草皮纤维交织在载体材料上。这可以增加人造草皮的耐磨损性。
添加浅色油可以进一步降低液体PU物质的粘度，从而增加载体和/或人造草皮单体和纤维的润湿和增强机械固定的强度。
根据实施例，该方法进一步包括添加催化剂到多元醇或异氰酸酯或包括相同化合物的反应混合物中。
根据实施例，流体聚氨酯物质具有大于1000g/l的密度，优选地具有1100g/l–1500g/l范围的密度，更优选地具有1200g/l–1400g/l范围的密度。可以选择第一多元醇和/或催化剂使得生成的PU物质的密度在至少一个指定的密度范围内。已观察到所述密度范围提供了PU基人造草皮背衬，该背衬可以容易铺开没有折皱，并且是有弹性的和结实的以抵抗各种拉力、推力和剪切力。
根据某些实施例，该液体PU物质是非泡沫的聚氨酯，即PU是(基本)无孔的。
在这种高密度范围的泡沫和液体通常是非常粘稠的并且通常不能适当地润湿纤维和特别是单丝束中的单丝。然而，通过使用更疏水的PU形式，进一步可选择的包括润湿剂，还具有上述高密度的PU物质可以用于通过范德华力牢固固定PE长丝。因此本发明的实施例还可以允许在高密度PU背衬中牢固固定疏水性纤维。
根据实施例，人造草皮纤维结合到载体包括：将人造草皮纤维簇绒到载体中。根据选择性实施例，人造草皮纤维结合到载体包括将人造草皮纤维机织到载体中。
根据实施例，该人造草皮纤维是单丝束。在这种情况下，使用可选择的与润湿剂结合的更疏水PU版本是特别有利的，因为标准PU泡沫和流体通常不能润湿位于单丝束内部的单丝。还通过润湿所述束内的单丝，机械固定显著增强。
根据实施例，人造草皮纤维是疏水聚烯烃纤维，例如聚乙烯(PE)纤维、聚丙烯(PP)纤维、聚丁烯纤维或由作为主要成分的包括疏水聚烯烃的共混聚合物组成的纤维。
根据实施例，可以被动进行硬化处理，例如在室温下将施加和分散在载体背面的液体PU物质培育，或加热PU背衬一段时间使其温度明显高于室温。
根据某些实施例，流体聚氨酯物质的硬化包括加热具有在70-140℃温度下施加和分散在载体背面的聚氨酯物质，例如，加热时间为1-5分钟，优选地为2-3分钟。
进行该硬化处理(还称为“固化”处理)使得残留液体离开PU物质，从而PU物质硬化和提高其强度。在背衬中硬化的PU物质紧紧地包围与流体聚氨酯物质结合的纤维部分。
根据实施例，方法进一步包括生成聚合物纤维。该生成包括：
-生成聚合物混合物；
-将聚合物混合物挤压成单丝；
-淬火单丝；
-再加热单丝；
-将再加热的单丝拉伸以将单丝形成为人造草皮纤维；
根据实施例，生成的聚合物混合物进一步包括用于在单丝内或单丝的表面上结晶聚合物的成核剂。该成核剂是无机物质和/或有机物质或其混合物。
本文使用的“成核剂”是一种促进聚合物特别是半结晶聚合物结晶化的物质。这些添加剂通过在聚合物熔体中呈现非均匀表面起作用，使得结晶化过程更具热力学优势。
例如，作为成核剂的无机物质可以包括以下一种或多种：
-滑石；
-高岭土；
-碳酸钙；
-碳酸镁；
-硅酸盐；
-硅酸；
-硅酸酯；
-三水合铝
-氢氧化镁；
-亚甲基和/或多磷酸盐；以及
-粉煤灰；
例如，作为成核剂的有机物质可以包括以下一种或多种：
-1,2-环己烷二羧酸盐；
-苯甲酸；
-苯甲酸盐；
-山梨酸；以及
-山梨酸盐。
再加热单丝的拉伸使得单丝形成人造草皮纤维，其中在拉伸过程中，成核剂促进了单丝中聚合物结晶部分的产生。结晶部分的产生的促进增加了单丝的表面粗糙度。
根据实施例，待挤出以形成单丝的所产生的聚合物混合物进一步包括用于在单丝内或在单丝表面上结晶该聚合物的成核剂。
根据实施例，人造草皮纤维由单丝束组成。因此，单丝与载体结合并且通过流体PU物质润湿成至少两束，优选地至少四束。
在形成人造草皮纤维的聚合物混合物中使用成核剂与根据本发明实施例的液体PU物质组合可以具有有利的协同效应，由于成核剂引起的表面粗糙度增加，即使是由单丝束组成的人造草皮纤维也可以牢固可靠地固定在背衬中。尤其粘滑效应可以提高。单个单丝表面上的结晶部分增加了表面粗糙度和增加了表面的总体大小，从而增加了与背衬的“疏水性”PU的接触面积。已观察到共同结合在载体的单丝束具有特别高被强机械力拔出的风险，因为毛细力可以沿着束内的单个单丝的表面将(雨)水浸泡到载体和背衬的内部。在某些现有的人造草皮类型中，束内的单丝被紧密塞满使得第二背衬不能到达束的内部，从而不能机械固定在单个单丝上。但是，比PU物质粘稠度小得多的水可以到达束的内部，从而导致亲水背衬物质从束中脱落，或甚至导致疏水的物质和用作第二背衬以分层的亲水性材料的混合。相反地，使用由成核剂增加表面粗糙度的单丝束可以增加单丝的表面粗糙度，并且可以允许液体PU物质到达单丝束的内部。因此，成核剂可以允许“疏水性”PU物质到达单丝束的内部，以单独机械固定束中的所有单丝，以可靠防止雨水侵入到束中，并从而防止由所述水导致的任何分层效应。实际上，当将纤维拔出背衬时，观察到“粘滑”效应。即使在纤维从其原始位置脱落的情况下，该粘滑效应还可以阻止纤维的拔出。
根据实施例，该人造草皮纤维结合到人造草皮背衬中包括：
ο在载体上布置多个人造草皮纤维，其中布置的人造草皮纤维的单丝的第一部分暴露在载体的底面，并且所述单丝的第二部分暴露在载体的顶面；
ο在载体的底面添加流体聚氨酯物质使得至少第一部分嵌入在流体聚氨酯物质中；并且
ο使流体聚氨酯物质固化成薄膜，薄膜围绕并且因此机械地固定布置的人造草皮纤维的单丝的至少第一部分，固体薄膜用作人造草皮背衬。
在挤压和拉伸单丝后，该单丝聚合物包括结晶部分和非结晶部分。在拉伸过程中，聚合物混合物中成核剂的存在使得结晶部分的大小相对非结晶部分增加。
根据实施例，至少20％无机成核剂具有小于1μm的晶粒大小。
根据实施例，用于产生单丝的聚合物混合物包括作为成核剂的无机物质的0.01-3重量％。
根据实施例，形成单丝的聚合物是以下任一种：聚乙烯、聚丙烯及其混合物。
根据实施例，成核剂是无机物质，并且成核剂的确定的量为聚合物混合物的0.01-3重量％。
在进一步的方面，本发明涉及一种人造草皮，该草皮根据用于根据本文描述的任何一个实施例生成PU基人造草皮的方法制造出来。
在进一步的方面，本发明涉及包括聚氨酯背衬的人造草皮。该聚氨酯是第一和第二多元醇与异氰酸酯的反应产物。第一多元醇是每个分子具有至少2个羟基基团的聚醚多元醇和/或聚酯多元醇。第二多元醇是聚丁二烯二醇。异氰酸酯包括异氰酸酯单体、异氰酸酯聚合物或异氰酸酯预聚物或其混合物。该异氰酸酯单体、异氰酸酯聚合物和异氰酸酯预聚物的每个分子具有两个或多个异氰酸酯基团。
该人造草皮进一步包括载体和结合到载体中的人造草皮纤维，从而纤维的第一部分突出到载体的正面，而纤维的第二部分位于载体的后面，至少纤维的第二部分结合到聚氨酯背衬中。
可以理解，只要组合的实施例不是互斥的，就可以组合本发明的上述实施例中的一个或多个。
附图说明
在本发明的以下实施例中，仅以示例的方式作了更详细的解释，参照附图，其中：
图1示出了制造PU基人造草皮的方法的流程图；
图2示出了包括离析物和用于产生PU反应混合物的多个罐和混合器；
图3示出了“辊式刮刀”PU涂层处理；
图4示出了将聚合物混合物挤压成单丝；
图5示出了人造草皮纤维的簇绒和示出了纤维的第一和第二部分；以及
图6示出了嵌入到PU背衬中的单丝和纤维的部分。
具体实施方式
这些图中相同标号的元件是等效元件或执行相同的功能。如果功能是等效的，之前探讨过的元件将不需要在后面的图中探讨。
图1示出了制造PU基人造草皮背衬602(例如，如图6所示)的方法的流程图。在第一步骤102中，产生如图2中描述的流体聚氨酯物质210。液体PU物质的产生包括第一和第二多元醇与异氰酸酯的反应。第一多元醇是聚醚多元醇或聚酯多元醇或其混合物，并且第二多元醇是聚丁二烯二醇。该聚醚和/或聚酯多元醇的每个分子具有两个羟基基团。
通过在催化剂存在下，将像乙烯氧化物或丙烯氧化物的环氧化合物与多官能团引发剂反应制成聚醚多元醇，该催化剂通常是强碱，如氢氧化钾或双金属氰化物催化剂(如六氰基钴酸锌-叔丁醇络合物)。常用的聚醚多元醇是聚乙烯二醇、聚丙烯二醇和聚(四亚甲基醚)二醇。
聚酯通过多元醇与二羧酸(或其衍生物)的缩合或逐步生长聚合形成，例如二甘醇与苯二甲酸反应。可选择地，在己内酯的情况下，羟基基团和羧酸(或其衍生物)可以在同一分子中。聚醚多元醇和/或聚酯多元醇可以从各种供应商现成购买。
异氰酸酯包括异氰酸酯单体、异氰酸酯聚合物或异氰酸酯预聚物或异氰酸酯单体、异氰酸酯聚合物或异氰酸酯预聚物的混合物。异氰酸酯单体、聚合物和预聚物的每个分子具有两个或多个异氰酸酯基团。
例如异氰酸酯可以是亚甲基联苯二异氰酸酯(“MDI”)。MDI是芳族二异氰酸酯。其存在三个异构体：2,2'-MDI、2,4'-MDI以及4,4'-MDI。本发明实施例可以基于所述异构体的任一种，优选使用4,4’异构体作为异氰酸酯。在PU物质的制造过程中，MDI与多元醇(例如与PBD和聚醚多元醇或聚酯多元醇)反应。
在步骤104中，将一个或多个草皮纤维结合到载体中，例如织物或包括通孔的其他材料。例如，该结合可以包括机织、纺纱、捻线、重绕和/或捆扎单丝，例如，将拉伸的单丝结合到人造草皮纤维中，然后将纤维结合到载体中。制造人造草皮的技术例如从美国专利申请US20120125474A1中得知。
在步骤106中，在步骤102中生成的液体PU物质添加到载体背面上(例如参考图3)。因此包括在成束纤维中的单丝的纤维和载体材料由液体PU物质润湿。
在步骤108中，该液体PU物质固化到固体PU基人造草皮背衬中，其强有力地固定疏水性纤维，无需在PU背衬和纤维材料之间产生化学键。例如，在载体背面的PU物质可以在室温或烤炉中硬化。
图2示出了包括离析物和用于产生PU的反应混合物的多个罐和混合器。
第一混合装置用于产生包括聚醚多元醇或聚酯多元醇(但非氢化的PBD)的第一混合物。例如，第一混合物包括聚醚多元醇，例如具有约4000g/mol的数量平均分子量的聚醚多元醇，例如基于聚合的环氧丙烷的多元醇。聚醚多元醇可以例如以现成多元醇的形式制得。
可选择地，第一混合物包括填充材料。添加填料可以降低成本和/或帮助达到特殊的外表和重量。填料可以例如从石灰石、沉淀的碳酸钙、瓷土、冷粉煤灰、硅酸盐和包括非反应性液体的其他惰性材料的群组中选择出来。此外，可以使用具有阻燃和/或膨胀效率的填料，如氢氧化铝或聚磷酸铵，或上述填料的混合物。
此外，第一混合物可以包括用于促进生成PU的加聚反应的催化剂。例如该催化剂可以是胺类化合物和金属有机复合物。传统的胺催化剂是叔胺，例如，例如三亚乙基二胺(TEDA、1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷或DABCO)、二甲基环己胺(DMCHA)和二甲基乙醇胺(DMEA)。
作为聚氨酯催化剂的金属有机复合物可以基于例如汞(例如羧酸汞)、铅、锡(例如烷基锡羧酸盐和氧化物)、铋和锌(例如铋和羧酸锌)。
随后第一混合物存储在第一罐202中，例如日用罐，即一种供一天使用量大小的罐。
第二混合物(即异氰酸酯单体/聚合物/预聚混合物，例如MDI)存储在第二罐204中，其优选地还是日用罐。
通常大小小于第一和第二罐的另外的容器206包括第三物质混合物。第三物质混合物包括PBD和可选择地另外的物质，例如润湿剂、浅色油和/或一种或多种另外的添加剂。一种或多种另外的添加剂可以是例如阻燃剂、颜料、填充剂、交联剂、发泡剂等。容器206可以是搅拌器208的一部分或耦合到搅拌器208上。搅拌器208从第一容器接收第一混合物，从第二容器204接收第二混合物，并从另外的容器206接收PBD和一种或多种可选的物质(润湿剂、浅色油和/或另外的添加剂)。搅拌器208将各自罐和容器接收到的第一、第二和第三混合物以适于生成反应混合物210的量混合，反应混合物210的物质浓度在本发明实施例所规定的范围内。例如，混合第一、第二和第三混合物，使得第一混合物中第一多元醇分子的OH基团数量与第三混合物在PBD分子的OH基团数量结合将大致对应于(例如在“0.9：1”-“1：0.9”的比例范围)异氰酸酯分子(单体或预聚体)中NCO基团的数量。由搅拌器208以这样的量将第三混合物添加到反应混合物210中，使得反应混合物中PBD具有第一多元醇和异氰酸酯的组合物的0.5-5重量％的浓度范围。
给出第三混合物的实例如下：
说明 容器206中第三混合物的重量百分比
氢化的羟基末端聚丁二烯二醇(PBD)： 56％
导电性添加剂&颜料 16％
浅色油 28％
第三混合物将与第一和第二混合物混合，从而PBD以第一多元醇和异氰酸酯的组合物的0.5-5％的量包含在反应混合物/液体PU物质中。
根据实施例，第一和第二罐中的第一和第二混合物作为“双组分体系”或“二元系”供应，其中多元醇部分充当第一罐中的第一混合物，而多异氰酸酯部分充当第二罐中的第二混合物。当第一和第二混合物可以以现成两元PU生成系采购到，容器206中的混合物可以按客户的特定需要定制，例如，通过添加一定的颜料以实现所需的颜色效果或通过添加一定量的PBD和/或油和润湿剂，以在给定所需的PU密度下获得所需的粘度。
搅拌器208可以是低压齿轮泵，其生产第一、第二和第三混合物的所需混合配给量。由计算机辅助设备驱动比例和材料分布。尽管PU物质210存在粘度，但PU物质深深地渗透到人造草皮的簇绒中，并润湿织物载体和包含在其中的单丝。
由搅拌器208生成的反应混合物210输出到可以具有软管形式的容器212中。室212具有开口214，开口214通向如图3所示的涂料器(例如“辊式刮刀”涂层组件)。典型地，由搅拌器208输出的反应混合物在30秒之内到达作为涂层组件的部分的开口214。此时，引起产生用于涂覆一块人造草皮的载体织物的液体PU物质的加聚反应将在很大程度上已经完成，但是在涂覆过程中仍可能继续某些反应。
根据实施例，第一多元醇、PBD和异氰酸酯总共构成用于产生液体PU物质的总反应混合物总量的至少25％，根据其他实施例至少40％、或甚至大于95％，该液体PU物质在固化过程之后用于人造草皮背衬。这意味着填料、润湿剂、浅色油和任何其他添加剂(例如填充剂、交联剂、表面活性剂、阻燃剂、发泡剂、颜料等)总量构成通常小于用于生成PU的反应混合物的75重量％、或小于60重量％、或在其他实施例中小于5重量％。一个反应混合物的实例，该反应混合物包括20％异氰酸酯、4％PBD、20％第一多元醇、2％催化剂、3％类似于油、颜料或阻燃剂的添加剂以及51％填充材料。在某些示例性实施例中，反应混合物不包括任何填充材料。
根据优选实施例，该液体PU物质是无泡沫聚氨酯，即(基本)无孔的PU。
已知多元醇和多羟基化合物吸水并且通常是将水引入制剂中的来源。在多羟基化合物或某些其它成分中引入水分，该水分可与异氰酸酯反应产生脲键和二氧化碳。该脲键是强而所需的，但是二氧化碳导致气泡出现在产品中。在很多情况下，产品中气泡的存在削弱了PU背衬的结构。因此，根据本发明的实施例，挑选反应条件和离析物使得生成无泡沫液体PU物质210。例如在“Polyurethanes：Science，Technology，Markets，and Trends”，MarkF.Sonnenschein，ISBN：978-1-118-73791-0中描述了“无泡沫”液体PU物质的生成。
图3示出了“辊式刮刀”PU涂层处理和相应的涂层组件。还称为液体PU物质的粘稠反应混合物210的液体在离开容器212的开口214时施加在在载体结构308上。从载体结构和液体PU物质210前面突出的大量人造草皮纤维302施加在载体的背面。当辊306引起载体308按箭头指示的方向移动时，不断施加PU物质。在横截面视图中示出的“刀”304位于载体308上方的限定距离上，并且确保通过刀304和载体308之间的空间的黏性PU物质210具有限定高度。
根据优选实施例，该液体PU物质是无泡沫聚氨酯，即(基本)无孔的PU。
选择根据本发明实施例的PU物质的高粘度和开口214的构造和尺寸以及通过该开口的PU物质的流速，使得限定量的PU物质增加并并积聚在刀304的正面的前方。这确保了生成的人造草皮块的PU背衬的厚度为常量。
在PU物质210均匀施加在载体308的背面之后，通过将涂覆的人造草皮块在室温下保持约10分钟得以硬化(粘度增加)。典型地，该PU背衬在其施加在载体上30分钟后固化。
优选地，为了加速固化，将人造草皮暴露在约100℃的高温下。典型地，在高温下90秒后，固化(是固体状态)90-95％的PU物质。例如，涂层组件可以将涂覆的人造草皮块自动运输到烤炉中。
图4例示了流体聚合物混合物400。该聚合物为聚烯烃，例如聚乙烯混合物。该聚合物混合物用于在挤压过程中生产单丝412。该聚合物混合物400包括添加剂404、406，例如UV稳定剂、颜料、阻燃剂或类似物。使用螺钉、活塞或其他装置推动聚合物混合物400穿过板408中的孔410。这引起聚合物混合物400挤压成单丝412。
在某些实施例中，聚合物混合物可以包括更多的刚性聚合物的聚合物珠408，例如聚酰胺。由于挤压过程中的流体动力学，该珠将趋于集中在单丝412的中心。当单丝表面几乎完全由疏水的PE组成时，这可能导致在单丝的核心区域内集中硬的、线状PA区域。因此，回弹性增强的纤维设置成具有防止损伤和皮肤烧伤的柔软PE表面，然而该纤维具有非常亲水的表面，并且可能很容易从极性PU背衬脱离。
因此，由将聚合物混合物400供料到纤维生产挤压线来产生单丝。该熔化的混合物通过挤压工具(即喷丝板或宽缝喷嘴)使熔体流形成长丝或带状形式，在水沉降槽中淬火或冷却，并通过不同转速的旋转加热的导丝辊和/或加热炉干燥和拉伸。随后在第二步骤中单丝或纤维在线退火，通过另外的加热炉和/或加热的导丝辊组。
根据实施例，制造人造草皮纤维(其可以包括一种或多种单丝412)包括将拉伸的单丝形成纱线。多根单丝(例如4-8根单丝)可以形成或加工成纱线。
根据实施例，在40-140巴的压强下进行挤压，优选地在60-100巴之间。聚合物混合物可以通过向混合并加热的固体聚合物合成物中添加聚合物颗粒而产生，直到所有聚合物熔化。例如，聚合物混合物可以加热达到190-260℃挤压温度的时候，更优选地210-250℃。
根据实施例，该拉伸包括根据拉伸系数在1.1-8范围内拉伸再加热单丝，更优选地在3-7范围内。
根据实施例，在10-60℃温度的淬火溶液中进行淬火，更优选地在25℃-45℃之间。
根据实施例，人造草皮纤维结合到载体中包括将人造草皮簇绒或机织到载体中。
根据实施例，淬火溶液，例如水浴槽，具有10-60℃的温度(在挤压喷嘴和孔之后)，更优选地在25℃-45℃之间和甚至更优选地在32℃-40℃之间。
根据实施例，在80巴压强下进行挤压，聚合物混合物在挤压时候的温度为230℃，拉伸系数是5并且淬火溶液(例如水浴槽)的温度为35℃。
图5a示出了人造草皮纤维的簇绒法和如何可以在载体308中布置多个人造草皮纤维，例如借助于簇绒法的织物平面。载体308可以是由疏水性聚合物组成的织物，例如PE。簇绒法是一种类型的织物机织法，其中人造簇绒纤维501(其可以是单丝412或多单丝束)插入载体308中。
如本文所用的“单丝”是通过将液体聚合物混合物挤出通过单个开口而产生的长丝，或者是根据切膜技术产生的聚合物带的切片。
如图5a中所描述的，插入完成后，纤维的短U形环指向载体表面以外。随后，通过环用一个或多个刀片切割502。由于切割步骤，每个环和单丝两人造草皮纤维端部从载体指出，并生成如图5b所示像草的人造草皮表面。因此，插入载体308的单丝(对应人造草皮纤维的第一部分)的第一部分506暴露在载体的底部(背面)，而所述单丝的第二部分302暴露在载体的顶部。单丝/纤维的某些部分504位于载体结构内。纤维或纤维束可以在载体的背面外的环503中突出。在簇绒过程中生成的一块人造草皮可以转递到如图3所示的涂层组件中，用于在载体的背面施加PU物质210。
图6a和6b示出了嵌入到PU背衬中的单丝和纤维的部分。附图标记600指的是根据本发明的实施例生成的已经涂覆有PU物质210的一块人造草皮的总高度。疏水性PU物质可以选择性地包含浅色油，并且液体或流体状态的表面活性剂已经流过并湿润包括位于由多根单丝组成的纤维内部的单丝的纤维。在图6a和6b中描述的PU物质210’已经将疏水性聚合物单丝固化并强烈固定在PU背衬中。
图6a和6b对应本发明的不同实施例。
图6a示出了由高粘性PU物质制成和/或具有紧密网状载体308的一块人造草皮，该网状载体防止PU物质渗透和越出载体。在这个实施例中，由于液体PU物质210在涂覆过程中不能到达载体的正面，单丝501的第一部分302从载体308突出到人造草皮的正面，并不嵌入到PU薄膜中。在这个实施例中，载体内的纤维部分504还不被PU物质润湿。但是单丝的第二部分506在涂覆过程中嵌入到液体PU物质210中。尽管所述第二部分的长度相对小，但是PU物质210的高疏水性和提高的纤维润湿性确保纤维由背衬中的范德华力牢固固定，并且确保粘滑效应进一步抵抗了纤维的簇绒拔出力。
图6b示出了由较弱粘性PU物质(相对于图6a的实施例)制成和/或具有宽网状载体308的一块人造草皮。载体可以是织物网或其他类型材料，该材料包括允许PU物质210渗透载体并到达人造草皮正面的通孔。因此，在图6b中纤维的部分302包括不嵌入到PU薄膜210的第一部分604和嵌入到已经渗透载体的PU薄膜210.2的另一部分602。此外，部分504和506由液体PU物质210润湿并嵌入到其中。因此，除在载体背面的部分506以外，载体、插入到载体的纤维的部分和在载体正面的纤维的其他部分602可以嵌入在PU背衬中。
在涂覆过程中在载体背面添加的液体PU物质210包围并由此机械固定布置的人造草皮纤维的单丝的至少某些部分。随后，液体PU混合物210在常温下或烤炉中固化成PU基人造草皮背衬210’。该固体膜作为人造草皮背衬。在某些实例中，可以在人造草皮背衬的底部添加额外涂覆层。
附图标记列表
------
102-104 步骤
202 用于第一混合物的第一罐
204 用于第二混合物的第二罐
206 用于第三混合物的容器
208 搅拌器
210 PU物质
210’ 固化的PU物质
212 涂层组件的软管
214 软管的开口
302 从载体突出的纤维
304 刀
306 辊
308 载体，例如织物网
400 用于纤维产生的聚合物混合物
402 疏水性纤维聚合物
404 添加剂
406 添加剂
408 板
410 挤压喷嘴的开口
412 挤压的单丝
501 人造草皮纤维
502 切割操作
503 纤维环
504 载体内的纤维部分
506 突出到载体背面的纤维部分
600 人造草皮
602 嵌入PU物质的突出到载体的正面的纤维部分
604 未嵌入PU物质的突出到载体的正面的纤维部分

Claims (19)

1.一种制造人造草皮(600)的方法，所述方法包括：
-产生(102)流体聚氨酯物质(210)，产物包括使第一和第二多元醇与异氰酸酯反应，
第一多元醇是每个分子具有至少两个羟基基团的聚醚多元醇和/或聚酯多元醇，并且第二多元醇是聚丁二烯二醇；
异氰酸酯包括异氰酸酯单体、异氰酸酯聚合物或异氰酸酯预聚物或其混合物，所述异氰酸酯单体、异氰酸酯聚合物和异氰酸酯预聚物的每个分子具有两个或多个异氰酸酯基团；
-将人造草皮纤维(501)结合到(104)载体(308)中使得纤维的第一部分(302)突出到载体的正面，而纤维的第二部分(506)位于载体的背面；并且
-在载体的背面添加(106)流体聚氨酯物质，从而所述聚氨酯物质与纤维的至少第二部分结合；并且
-在载体的背面硬化(108)流体聚氨酯物质。
2.根据权利要求1所述的方法，聚丁二烯二醇的含量为第一多元醇和第二异氰酸酯的组合物的0.5-10重量％，更优选为所述组合物的1.0-9.0重量％，最优选为所述组合物的4.0-8.0重量％。
3.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述聚丁二烯二醇具有1000-6000g/mol范围的数量平均分子量，更优选地在1.500-4.500g/mol范围。
4.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述聚丁二烯二醇是含水的聚丁二烯二醇。
5.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述第一多元醇是不含聚丁二烯二醇的，所述第一多元醇优选是聚碳酸酯多元醇、聚己内酯二醇多元醇、氧化丙烯基多元醇、聚丙烯多元醇、聚硫化物多元醇、聚醚二元醇及其一种或多种所述多元醇的混合物。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一多元醇进一步包括聚酯多元醇和聚酯多元醇。
7.根据前述权利要求中任一项的方法，其特征在于，所述方法进一步包括添加润湿剂到包括第一和/或第二多元醇和/或异氰酸酯的混合物中。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述润湿剂是表面活性剂，其含量为第一和第二多元醇与异氰酸酯的组合物的0.01重量％-1.0重量％，更优选为所述组合物的重量的0.8重量％-1.2重量％，最优选为所述组合物的0.05重量％-0.15重量％。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括添加油到包括第一和第二多元醇和/或包括异氰酸酯的混合物中，所述油以多元醇和异氰酸酯的组合物的0.5重量％-4重量％的量添加，更优选地以多元醇和异氰酸酯的组合物的0.7重量％-1.2重量％的量添加。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述油是浅色油。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述流体聚氨酯物质具有大于1000g/l的密度，优选地具有1100g/l-1500g/l范围的密度，更优选地具有1200g/l-1400g/l范围的密度。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述人造草皮纤维结合到载体中包括：将人造草皮纤维簇绒到载体中；或将人造草皮纤维机织到载体中。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述人造草皮纤维是疏水性聚烯烃纤维。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述流体聚氨酯物质的硬化包括：
-在载体背面加热所述聚氨酯物质至70-140℃。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括生成聚合物纤维，该生成包括：
-生成聚合物混合物(400)；
-将所述聚合混合物挤压成单丝(412)；
-淬火所述单丝；
-再加热所述单丝；
-将再加热的单丝拉伸以将单丝形成为人造草皮纤维。
16.根据权利要求16所述的方法，所述生成的聚合物混合物进一步包括用于在单丝内和在单丝表面结晶所述聚合物的成核剂。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述人造草皮纤维是单丝束。
18.一种根据前述权利要求中任一项所述的方法制造的人造草皮(600)。
19.人造草皮(600)包括：
-聚氨酯背衬(210’)，所述聚氨酯是第一和第二多元醇与异氰酸酯的反应产物，
所述第一多元醇是每个分子具有至少两个羟基基团的聚醚多元醇和/或聚酯多元醇的，并且所述第二多元醇是聚丁二烯二醇；所述异氰酸酯包括异氰酸酯单体、异氰酸酯聚合物或异氰酸酯预聚物或其组合物，所述异氰酸酯单体、所述异氰酸酯聚合物和所述异氰酸酯预聚物的每个分子具有两个或多个异氰酸酯基团；
-载体(308)；以及
-结合到载体的人造草皮纤维(501)使得纤维的第一部分(302)突出到载体的正面，并且纤维的第二部分(506)位于载体的背面，所述纤维的至少所述第二部分结合到所述聚氨酯背衬(210’)。
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