CN108976555A - 一种人造草坪母料及使用该母料制作人造草丝的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人造草坪母料及使用该母料制作人造草丝的方法，属于人造草坪技术领域。该人造草坪母料，由以下质量含量的各组分组成:聚合物基料为40‑50%；复配抗氧剂为4‑8%；复配抗紫外线剂为6‑12%；金属离子钝化剂为2‑6%；分散剂为1‑3%；光屏蔽剂为10‑20%；缓释剂为10‑15%和其它助剂为1‑3%，具有长效性、全面性、易用性，使用上述人造草坪母料制备的人造草丝具有优良的耐候性，能适应各种复杂环境和气候条件；大幅延迟了人造草丝褪色和性能劣化。
Description
技术领域
本发明属于人造草坪技术领域，具体地涉及一种人造草坪母料及使用该母料制作人造草丝的方法。
背景技术
近年来人造草坪由于其仿真度高、运动保护性好、铺设方便、维护成本低以及环保等特点，应用范围日益广泛，大部分人造草坪使用传统的防老化体系，但是防老化效果不是很明显。其中人造草坪会受到氧化作用，光老化作用，酸、碱、盐和土壤的腐蚀作用，干湿度不稳定等因素的影响而发生变色、黄变以及力学性能劣化等，导致人造草坪的老化。
因此，需要寻找一种人造草坪母料，其应具备优良的耐候性，以满足人造草丝的长效性，即防老化体系对人造草丝提供长久的、稳定的保护；全面性，即防老化体系时要充分考虑到引发老化的各个因素，对人造草丝提供全方面的保护；易用性，即防老化体系能容易适用于生产，不引起工作量的大幅增加；使用上述人造草坪母料制备的人造草丝具有优良的耐候性，能适应各种复杂环境和气候条件；大幅延迟了人造草丝褪色和性能劣化。
发明内容
本发明的目的在于克服传统的防老化体系效果不明显，导致人造草坪寿命短的技术问题，提供一种耐候性优良的人造草坪母料及其制备方法，以达到人造草坪的长效性、全面性和易用性。
本发明的目的可通过以下技术方案来实现：
一种人造草坪母料，制备所述人造草坪母料的原料由以下质量含量的各组分组成:聚合物基料为40-50%；复配抗氧剂为4-8%；复配抗紫外线剂为6-12%；金属离子钝化剂为2-6%；分散剂为1-3%；光屏蔽剂为10-20%；缓释剂为10-15%；其它助剂为1-3%。
聚合物基料是流动性良好的聚乙烯树脂或聚丙烯树脂，选择时取决于人造草坪单丝的材质，熔体质量流动速率MFR=2-30g/10min。
本发明的技术方案还包括：复配抗氧剂是加工型抗氧剂和长效性抗氧剂的复配物，包含抗氧剂168、抗氧剂DSTP、抗氧剂1010、抗氧剂1076和抗氧剂300中的至少2种。
本发明充分利用聚合物抗氧化助剂之间的协同效应，在助剂总量基本不变的情况下，提升助剂使用效能。例如，抗氧剂DSTP为硫代二丙酸二硬脂醇酯，为优良的硫酯类辅助抗氧剂；抗氧剂168为亚磷酸三（2,4-二叔丁基苯基）酯 ，属于优良的亚磷酸酯类抗氧剂，与抗氧剂1010以及1076并用，有极好的协同效应。
复配抗紫外线剂是紫外线吸收剂和光稳定剂的复配物，其中紫外线吸收剂可选UV-531、UV-1084和/或UV-3346，光稳定剂可选光稳定剂944、光稳定剂622、Tinuvin328和/或Tinuvin770DF，其中复配抗紫外线剂包括至少1种所述的紫外线吸收剂和至少1种所述的光稳定剂。
紫外线吸收剂可以吸收紫外光，是性能卓越的高效防老化助剂。光稳定剂944和622一起使用，效果优于其中任何一种光稳定剂单独使用。
分散剂是高熔点聚乙烯蜡和高熔点聚丙烯蜡中的1种或2种。
金属离子钝化剂是MD-1024和二氨基乙烷四乙酸（EDTA）中的1种或2种；金属离子钝化剂MD-1024与抗氧剂1010和168混合具有更好的协同效应；例如金属离子钝化剂MD-1024对抗氧剂有更好的协效性。
光屏蔽剂是超细沉淀硫酸钡、纳米重质碳酸钙或纳米白炭黑中的1种；可减少紫外线对人造草坪的深层辐射，延缓聚合物的老化。
缓释剂是纳米水滑石和有机蒙脱土中的1种或2种；利用纳米水滑石和有机蒙脱土的层状结构，在人造草坪草丝中，纳米水滑石和有机蒙脱土呈层状分布，使得各种助剂从聚合物中迁移或析出的路径延长，从而对聚合物的保护作用更长久。
其它助剂是硅烷偶联剂KH550，KH560或A-171中的1种。
本发明的技术方案还包括使用上述人造草坪母料制备人造草坪草丝的方法为：
步骤1.将计量好的光屏蔽剂和缓释剂投入高速混合机，升温至95-105℃，搅拌速度750rpm，加入硅烷偶联剂，继续搅拌5min，出料，形成可呈水样流动的活化好的无机粉体；
步骤2.将计量好的聚合物基料、步骤1所得的无机粉体、复配抗氧剂、复配抗紫外线剂、金属离子钝化剂和分散剂一次性投入高速混合机，搅拌速度500-600rpm，温度为常温，搅拌时间为3min，将混合好的物料出料；
步骤3.将步骤2中所述的混合好的物料经由同向平行双螺杆挤出机进行挤出造粒，螺杆转速400-450rpm，挤出机各区温度范围为160-220℃，挤出料条经水槽冷却后送入切粒机切粒，所切料粒经振动筛分选、热风干燥后得到人造草坪母料，将所述母料计量并包装；
步骤4.将步骤3所制的所述母料与人造草坪基料混合，注塑成型为标准哑铃型试样，注塑条件为压强为30-40MPa，注塑温度为200-220℃，测试其原始拉伸强度和老化后拉伸强度，测试其老化前后色差；
步骤5.将步骤3所制的所述母料与人造草坪基料进行混合并用双螺杆挤出机挤出造粒，得到颗粒料，对所得颗粒料测试200℃下氧化诱导期；
步骤6.将步骤3所制母料与人造草坪基料混合并拉丝，形成草丝，对草丝性能进行检测；
步骤7.对步骤6得到的草丝进行老化试验，试验条件：采用水冷式人工加速气候老化箱，设置参数为光源的波长为340nm，辐照强度为0.5W/m2，连续光照，黑标准温度为65℃，相对湿度为65%，喷水周期为喷水时间18min /不喷水时间102min，试验时间1000-2000h。
测试结果表明，与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的母料防老化体系对聚合物提供了全方面的保护，使人造草丝具有优良的耐候性，能适应各种复杂环境和气候条件；母料防老化体系对聚合物的保护具有持久性，大幅延迟了人造草丝褪色和性能劣化。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步的说明，以下的例子只是作为对本发明的说明，不用于限制本发明的范围：
【实施例1】
聚合物基料 44.5%
复配抗氧剂 8%
复配抗紫外线剂 12%
金属离子钝化剂 3%
分散剂 1.5%
光屏蔽剂 15%
缓释剂 15%
其它助剂 1%
其中：聚合物基料为低密度聚乙烯LDPE，牌号为2426H；
复配抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168按照质量比例的混合体，混合比例为抗氧剂1010：抗氧剂168=1：1；
复配抗紫外线剂为UV-531、光稳定剂944和光稳定剂622按照质量比例的混合体，混合比例为UV-531：光稳定剂944：光稳定剂622=2:3:2；
金属离子钝化剂为MD-1024；
分散剂为高熔点PE蜡；
光屏蔽剂为超细沉淀硫酸钡，2000目；
缓释剂为纳米水滑石，1500目，
其它助剂为硅烷偶联剂KH-550。
实施步骤：
步骤1.将计量好的超细沉淀硫酸钡和纳米水滑石倒入高速混合机，搅拌并加热至105℃，转速750rpm，加入硅烷偶联剂KH-550，继续搅拌5min，形成可呈水样流动的活化好的无机粉体，出料；
步骤2.将计量好的低密度聚乙烯LDPE、步骤1处理好的无机粉体、复配抗氧剂、复配抗紫外线剂、金属离子钝化剂、高熔点PE蜡投入高速混合机，搅拌速度500rpm，温度为常温，搅拌3min，出料；
步骤3.将步骤2混合后的物料经φ75同向平行双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机各区温度160、180、185、195、200、210、210、210、200、195、190℃，螺杆转速450rpm，经水冷、切粒、振动筛分选、热风干燥后制成人造草坪母料，并计量和包装；
步骤4.将人造草坪基料高密度聚乙烯HDPE（5000S）与步骤3所制母料按照100:3的质量比例进行混合，注塑成型为标准哑铃型试样，注塑条件为压强40MPa，注塑温度为210℃，测试其原始拉伸强度和老化后拉伸强度，用WR-18色差仪测试其老化前后黄色指数；
步骤5.将人造草坪基料HDPE（5000S）与步骤3所制母料按照100:3的质量比例进行混合，并用φ25双螺杆挤出机挤出造粒，得到颗粒料，对所得颗粒料测试200℃下氧化诱导期；
步骤6.将步骤3所制母料与人造草坪基料混合并拉丝，形成草丝，对草丝性能进行检测；
步骤7.对步骤6得到的草丝进行老化试验，试验条件：采用水冷式人工加速气候老化箱，设置参数为光源的波长为340nm，辐照强度为0.5W/m2，连续光照，黑标准温度为65℃，相对湿度为65%，喷水周期为喷水时间18min /不喷水时间102min，试验时间1000-2000h。
【实施例2】：
基础树脂 44.5%
复配抗氧剂 8%
复配抗紫外线剂 12%
金属离子钝化剂 3%
分散剂 1.5%
光屏蔽剂 15%
缓释剂 15%
其它助剂 1%
其中：基础树脂为聚丙烯树脂，牌号为Z30S；
复配抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168按照质量比例的混合体，混合比例为抗氧剂1010：抗氧剂168=1：1；
复配抗紫外线剂为UV-531、光稳定剂944和光稳定剂622按照质量比例的混合体，混合比例为UV-531：光稳定剂944：光稳定剂622=2:3:2；
金属离子钝化剂为MD-1024；
分散剂为高熔点PE蜡；
光屏蔽剂为超细沉淀硫酸钡，2000目；
缓释剂为纳米水滑石，1500目，
其它助剂为硅烷偶联剂KH-550。
实施步骤：
步骤1.将计量好的超细沉淀硫酸钡和纳米水滑石倒入高速混合机，搅拌并加热至105℃，转速750rpm，加入硅烷偶联剂KH-550，继续搅拌5min，形成可呈水样流动的活化好的无机粉体，出料；
步骤2.将计量好的聚丙烯、步骤1处理好的无机粉体、复配抗氧剂、复配抗紫外线剂、金属离子钝化剂、高熔点PE蜡投入高速混合机，搅拌速度500rpm，温度为常温，搅拌3min，出料；
步骤3.将步骤2混合后的物料经φ75同向平行双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机各区温度170、190、205、210、220、230、230、220、220、210、210℃，螺杆转速450rpm，经水冷、切粒、振动筛分选、热风干燥后制成人造草坪母料，并计量和包装；
步骤4.将人造草坪基料高密度聚乙烯HDPE（5000S）与步骤3所制母料按照100:3的质量比例进行混合，注塑成型为标准哑铃型试样，注塑条件为压力40MPa，注塑温度为210℃，测试其原始拉伸强度和老化后拉伸强度，用WR-18色差仪测试其老化前后黄色指数；
步骤5.将人造草坪基料HDPE（5000S）与步骤3所制母料按照100:3的质量比例进行混合，并用φ25双螺杆挤出机挤出造粒，对所得颗粒料测试200℃下氧化诱导期；
步骤6.将步骤3所制颗粒料按比例与人造草坪基料混合并拉丝，形成草丝，对草丝性能进行检测。
步骤7.对步骤6得到的草丝进行老化试验，试验条件：采用水冷式人工加速气候老化箱，设置参数为光源的波长为340nm，辐照强度为0.5W/m2，连续光照，黑标准温度为65℃，相对湿度为65%，喷水周期为喷水时间18min /不喷水时间102min，试验时间1000-2000h。
【对比例1】：
人造草坪基料高密度聚乙烯HDPE（5000S）：市售PE防老化母料=100:3（质量比例）
将以上物料按实施例1步骤4，5，6，7进行制样，并进行性能测试，数据见附表1，2；
【对比例2】：
人造草坪基料聚丙烯树脂（Z30S）：市售PP防老化母料=100:3（质量比例）
将以上物料按实施例1步骤4，5，6，7进行制样，并进行性能测试，数据见附表1，2。
表1：氙灯老化1000h试验结果
| 检测项目 | 实施例1 | 实施例2 | 对比例1 | 对比例2 |
| 老化前拉伸强度（MPa） | 23.5 | 32.8 | 23.6 | 33.0 |
| 老化前断裂伸长率（%） | 510 | 15 | 512 | 17 |
| 老化前黄色指数 | 4 | 3 | 4 | 3 |
| 老化后拉伸强度（MPa） | 22.8 | 31.3 | 22.2 | 29.7 |
| 老化后断裂伸长率（%） | 504 | 14 | 498 | 15 |
| 老化后黄色指数 | 6 | 5 | 6 | 6 |
| 老化后拉伸强度保留率（%） | 97.0 | 95.4 | 94.0 | 90.0 |
| 老化后断裂伸长率保留率（%） | 98.8 | 93.3 | 97.3 | 88.2 |
表2：氙灯老化2000h试验结果
| 检测项目 | 实施例1 | 实施例2 | 对比例1 | 对比例2 |
| 老化前拉伸强度（MPa） | 23.5 | 32.8 | 23.6 | 33.0 |
| 老化前断裂伸长率（%） | 510 | 15 | 512 | 17 |
| 老化前黄色指数 | 4 | 3 | 4 | 3 |
| 老化后拉伸强度（MPa） | 21.6 | 30.1 | 16.6 | 14.7 |
| 老化后断裂伸长率（%） | 494 | 13 | 382 | 8 |
| 老化后黄色指数 | 7 | 11 | 16 | 20 |
| 老化后拉伸强度保留率（%） | 91.9 | 91.7 | 70.3 | 44.5 |
| 老化后断裂伸长率保留率（%） | 96.8 | 86.6 | 74.6 | 47.0 |
从表中可以看出，采用本发明的人造草坪母料制作的人造草丝，具有优良的耐候性，能适应各种复杂环境和气候条件；大幅延迟了人造草坪褪色和性能劣化。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种人造草坪母料，其特征在于，制备所述人造草坪母料的原料由以下质量含量的各组分组成:聚合物基料为40-50%；复配抗氧剂为4-8%；复配抗紫外线剂为6-12%；金属离子钝化剂为2-6%；分散剂为1-3%；光屏蔽剂为10-20%；缓释剂为10-15%；其它助剂为1-3%。
2.如权利要求1所述的一种人造草坪母料，其特征在于：所述聚合物基料是聚乙烯树脂或聚丙烯树脂，熔体质量流动速率MFR=2-30g/10min；
所述复配抗氧剂包含抗氧剂168、抗氧剂DSTP、抗氧剂1010、抗氧剂1076和抗氧剂300中的至少2种；
所述复配抗紫外线剂是紫外线吸收剂和光稳定剂的复配物，其中所述紫外线吸收剂可选UV-531、UV-1084和/或UV-3346，所述光稳定剂可选光稳定剂944、光稳定剂622、Tinuvin328和/或Tinuvin770DF，其中所述复配抗紫外线剂包括至少1所述的紫外线吸收剂和至少1种所述的光稳定剂；
所述分散剂是高熔点聚乙烯蜡和高熔点聚丙烯蜡中的1种或2种；
所述金属离子钝化剂是MD-1024和二氨基乙烷四乙酸（EDTA）中的1种或2种；
所述光屏蔽剂是超细沉淀硫酸钡、纳米重质碳酸钙或纳米白炭黑中的1种；
所述缓释剂是纳米水滑石和有机蒙脱土中的1种或2种；
所述其它助剂是硅烷偶联剂KH550，KH560或A-171中的1种。
3.使用权利要求1-2任一项所述的人造草坪母料制备人造草丝的方法为：
步骤1.将计量好的所述光屏蔽剂和所述缓释剂投入高速混合机，升温至95-105℃，搅拌速度750rpm，加入所述其他助剂，继续搅拌5min，出料，形成可呈水样流动的活化好的无机粉体；
步骤2.将计量好的所述聚合物基料、步骤1所得的无机粉体、所述复配抗氧剂、所述复配抗紫外线剂、所述金属离子钝化剂和所述分散剂一次性投入高速混合机，搅拌速度500-600rpm，温度为常温，搅拌时间为3min，将混合好的物料出料；
步骤3.将步骤2中所述的混合好的物料经由同向平行双螺杆挤出机进行挤出造粒，螺杆转速400-450rpm，挤出机各区温度范围为160-220℃，挤出料条经水槽冷却后送入切粒机切粒，形成切料粒，所述切料粒经振动筛分选、热风干燥后得到人造草坪母料，将所述母料计量并包装；
步骤4.将步骤3所制的所述母料与人造草坪基料混合，注塑成型为标准哑铃型试样，注塑条件为压强为30-40MPa，注塑温度为200-220℃，测试其原始拉伸强度和老化后拉伸强度，测试其老化前后色差；
步骤5.将步骤3所制的所述母料与人造草坪基料进行混合并用双螺杆挤出机挤出造粒，得到颗粒料，对所得颗粒料测试200℃下氧化诱导期；
步骤6.将步骤3所制母料与人造草坪基料混合并拉丝，形成草丝，对草丝性能进行检测；
步骤7.对步骤6得到的草丝进行老化试验，试验条件：采用水冷式人工加速气候老化箱，设置参数为光源的波长为340nm，辐照强度为0.5W/m2，连续光照，黑标准温度为65℃，相对湿度为65%，喷水周期为喷水时间18min /不喷水时间102min，试验时间1000-2000h。
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