CN110592703A - 一种可降温的耐磨人造草坪及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及人造草坪的制备领域，公开了一种可降温的耐磨人造草坪及其制备方法。包括如下制备过程：（1）将纳米二氧化钛、气相白炭黑、纳米锌钡白、纳米滑石粉研磨混合制得隔热粉体材料；（2）将隔热粉体材料、偶联剂、玻璃粉分散均匀制得复合粉；（3）将复合粉加热喷丝，用亲水性二氧化硅溶胶收集后干燥，得到复合填料；（4）将功能复合填料与聚烯烃树脂、色母粒、分散剂混合挤出、牵伸，制得人造草丝纤维，然后取底布，经簇绒、涂胶、干燥、退捻处理，制得人造草坪。本发明制得的人造草坪具有良好的亲水性能和持水性能，可实现显著降低表面温度的效果，同时具有良好力学性能和耐磨性能，延长了使用寿命。

Description

一种可降温的耐磨人造草坪及其制备方法

技术领域

本发明涉及人造草坪的制备领域，公开了一种可降温的耐磨人造草坪及其制备方法。

背景技术

人造草坪诞生于20世纪60年代的美国，它是以非生命的塑料化纤产品为原料采用人工方法制作的拟草坪。它不像天然草坪一样需要消耗生长必需的肥料、水等资源，能满足全天24小时高强度的运动需要，且养护简单、排水迅速、场地平整度优秀，解决了天然草坪耐久性耐候性差、管理费用高、不适应大人流、高密度运动等缺点。人造草坪被广泛用于曲棍球、棒球、橄榄球的专用比赛场地，足球、网球、高尔夫球等运动的公众练习场或作为地面铺装美化室内环境等。

人造草坪按生产工艺分为注塑人造草坪和编织人造草坪。注塑人造草坪采用注塑工艺，将塑料颗粒在模具中一次挤压成型，并用打弯技术将草坪弯曲，使草叶等距、等量规律排布，草叶高度完全统一。目前人造草坪所用的主要材料为聚合物，这是由于聚合物符合材料具有优良的物理、化学和力学性能，如质轻、比强度大、比模量大、耐磨腐蚀性好、成型方便等特点。其原料多为聚乙烯和聚丙烯为主，也可用聚氯乙烯和聚酰胺等。片叶上着以仿天然草的绿色，并需加紫外线吸收剂。

然后，人造草坪由于大都采用聚合物纤维材料，而且多以沥青或混凝土作为基层，所以其表面硬度大，缓冲性能较差，反弹率高，运动员与草之间的摩擦力大，对运动员产生的反冲力大，易造成运动员的脚踝或膝关节受伤，从而使人造草坪上运动员脚踝或膝关节的受伤率要高于天然草坪。同时，人造草坪表面温度变化幅度大，草丝纤维本身没有亲水性，在炎热的夏季，由于太阳光的照射普通人造草坪表面的温度非常高，通常能达到70~80℃，运动员在活动中皮肤与草丝表面过度接触时很容易出现灼伤的现象，而且暴露在极端的温度下抑或在强紫外线的照射下，人造草坪中的某些化学物质会发生变化，使其在短时间内发生性状改变，会对运动员的竞技状态及环境造成很大的影响。而且，人造草坪有腐蚀剂，会对运动员身体造成某些伤害。因此，新型人造草坪的研究和应用受到广泛重视。

中国发明专利申请号201811015178.8公开了一种人造草坪加工方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）、将丁苯胶乳、硅酸锌、环保类增塑剂、软化剂、滑石粉、塑料、增强剂、聚碳酸酯原料混合均匀；（2）、挤出成型温度控制在200~250℃，总生产比3~10，烘箱温度控制在145℃，经单螺杆挤出机挤出、拉丝，制备出改性人造草丝；（3）、将胶粘剂均匀地涂覆在半成品草坪底部，经烘箱烘干固化，制成人造草坪。

中国发明专利申请号201810517494.9公开了一种环保型人造草坪及其制备方法。该装置及方法属于人造草坪技术领域，解决了现有技术中人造草坪稳固性差、弹性小、回收性差的稳固型人造草坪，包括基底、编织层以及多簇草束，草束穿过编织层后嵌入基底内部，编织层包括经线和纬线，基底包括胶层、背胶层以及凝胶层，利用编织机编织经线和纬线相互交错的编织层，人造草丝穿过编织层后得到初步固定，制备凝胶层，通过流延法将编织层与凝胶层粘合。

根据上述，现有方案中用于人造草坪的聚合物材料的表面硬度低，承载能力差，易磨损，容易出现草丝开叉、掉毛及断裂现象，人造草坪表面温度变化幅度大，炎热夏季容易导致草坪表面温度极高，易对运动员造成伤害，而本发明提出了一种可降温的耐磨人造草坪及其制备方法，可有效解决上述技术问题。

发明内容

目前应用较广的人造草坪存在表面硬度低、承载能力差、易磨损的缺点，长期频繁使用后容易出现草丝开叉、掉毛及断裂现象，而且人造草坪表面温度变化幅度大，阳光照射后温度高，容易伤害人体，亟需降低草坪温度，提高人造草坪的使用安全性。

本发明通过以下技术方案达到上述目的：

一种可降温的耐磨人造草坪的制备方法，制备的具体过程为：

（1）将纳米二氧化钛、气相白炭黑、纳米锌钡白、纳米滑石粉加入球磨机中进行研磨混合，得到反红外隔热粉体材料；

（2）保持40~60r/min的搅拌速度，先将步骤（1）得到的反红外隔热粉体材料、硅烷偶联剂、玻璃粉以质量:10-15:0.1-0.5：100加入，将搅拌速度增加至200~250r/min，搅拌60~90min后，得到复合粉；

（3）先将步骤（2）得到的复合粉升温加热至玻璃粉熔融，在惰性气体氛围下进行喷丝，控制复合丝直径为1~5μm，并用亲水性二氧化硅溶胶进行收集，其中复合丝在急冷下表面形成微裂纹，亲水性二氧化硅溶胶粒子随即充分填充在微裂纹中，再干燥，得到反红外降温、耐磨的功能复合填料；

（4）先将步骤（3）得到的功能复合填料与聚烯烃树脂、色母粒、分散剂混合，然后加入挤出机中熔融挤出形成单丝纤维，再牵伸、热处理，得到人造草丝纤维，然后取底布，经簇绒、涂胶，并干燥、退捻处理，得到人造草坪。

纳米二氧化钛、气相白炭黑、纳米锌钡白、纳米滑石粉均具有近红外线高折射率和材料本身的低吸收比，是性能优异的反红外隔热粉体，同时还可有效提高材料的力学性能和耐磨性。作为本发明的优选，步骤（1）各原料配比为，按质量百分数计，纳米二氧化钛3~8%、气相白炭黑5~10%、纳米锌钡白10~12%、纳米滑石粉70~82%。

作为本发明的优选，步骤（1）所述研磨混合的料球比为4~7，球磨机的填充率为20%，转速为200~250r/min，研磨时间为3~5h。

本发明将反红外隔热粉体材料与玻璃粉混合并利用常规的喷丝装置高温熔化喷成丝状，使反射红外材料驻留在喷丝中，更加提升了隔热和反红外性能。

作为本发明的优选，步骤（2）所述硅烷偶联剂为kh550、kh540、kh792、kh602中的至少一种。

作为本发明的优选，步骤（3）所述惰性气体为氦气、氖气、氩气中的一种。

本发明在反红外隔热粉体材料与玻璃粉混合并喷成丝中，采用水性二氧化硅溶胶进行收集喷丝，复合丝在急冷下表面形成微裂纹，微裂纹中填充浸渍亲水二氧化硅纳米粒子，可有效改善人造草丝的亲水性能和持水性能，可实现在气温高时可显著降低草坪的表面温度，提升运动安全性。作为本发明的优选，步骤（3）所述亲水性二氧化硅溶胶为的质量百分数为20~25%。

作为本发明的优选，步骤（4）各原料配比为，按质量百分数计，功能复合填料15~30%、聚烯烃树脂63~81%、色母粒3~5%、分散剂1~2%。

作为本发明的优选，步骤（4）所述聚烯烃树脂为聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、聚酰胺树脂中的一种。

有机分散剂对胶态微粒表面电位影响较小，主要靠空间稳定作用达到分散目的，因此，本发明在将各原料混合挤出成纤维过程中有机分散剂，可有效实现均匀分散的目的。作为本发明的优选，步骤（4）所述分散剂为聚乙烯蜡、硬脂酸中的至少一种。

由上述方法制备得到的一种可降温的耐磨人造草坪，具有良好的亲水性能和持水性能，在气温高时可显著降低草坪的表面温度，提升运动安全性。日照温度为32℃时，向该人造草坪表面均匀喷洒水使草坪湿润，日照1h后的草坪表面温度低于25℃左右，日照6h后的草坪表面温度仍然低于30℃。

本发明提供的一种可降温的耐磨人造草坪及其制备方法，取纳米二氧化钛、气相白炭黑、纳米锌钡白、纳米滑石粉研磨混匀后，作为反红外隔热粉体材料，搅拌状态下，将反红外隔热粉体材料加入到硅烷偶联剂和玻璃粉，加入完毕后，高速搅拌，得到复合粉；将复合粉升温加热至玻璃粉熔融，并搅拌均匀，在惰性气体氛围下进行喷丝，并用室温的亲水性二氧化硅溶胶进行收集，其中复合丝在急冷下表面形成微裂纹，亲水性二氧化硅溶胶粒子随即充分填充在微裂纹中，再干燥后得到反红外降温、耐磨的功能复合填料；将所得功能复合填料与聚烯烃树脂、色母粒、分散剂等混合，投入挤出机中熔融挤出形成单丝纤维，再牵伸，得到人造草丝纤维，取底布，经簇绒、涂胶，然后进行干燥、退捻处理，即可。

本发明提供了一种可降温的耐磨人造草坪及其制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：

1、提出了采用以反红外隔热粉体材料与玻璃粉为原料制备可降温的耐磨人造草坪的方法。

2、通过将反红外隔热粉体材料与玻璃粉混合并喷成丝状，不仅利用玻璃进一步改性隔热和反红外性能，并且微裂纹中填充浸渍亲水二氧化硅纳米粒子，改善人造草丝的亲水性能和持水性能，在气温高时可显著降低草坪的表面温度，提升了人造草坪在运动时的安全性。

3、通过将制得的复合丝进行填充制成人造草丝，可有效改善人造草丝的力学性能和耐磨性能，延长使用寿命。

说明书附图

图1为随着日照时间的推移草坪表面温度的变化图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。

实施例1

（1）将纳米二氧化钛、气相白炭黑、纳米锌钡白、纳米滑石粉加入球磨机中进行研磨混合，得到反红外隔热粉体材料；研磨混合的料球比为5，球磨机的填充率为20%，转速为250r/min，研磨时间为3h；

各原料配比为，按质量百分数计，纳米二氧化钛7%、气相白炭黑8%、纳米锌钡白10%、纳米滑石粉75%；

（2）保持60r/min的搅拌速度，先将步骤（1）得到的反红外隔热粉体材料、硅烷偶联剂、玻璃粉以质量:10:0.1：100加入，将搅拌速度增加至200r/min，搅拌60min后，得到复合粉；硅烷偶联剂为 kh550；

（3）先将步骤（2）得到的复合粉升温加热至玻璃粉熔融，在惰性气体氛围下进行喷丝，控制复合丝直径为1~5μm，并用亲水性二氧化硅溶胶进行收集，其中复合丝在急冷下表面形成微裂纹，亲水性二氧化硅溶胶粒子随即充分填充在微裂纹中，再干燥，得到反红外降温、耐磨的功能复合填料；所述亲水性二氧化硅溶胶为的质量百分数为20%；

（4）先将步骤（3）得到的功能复合填料与聚烯烃树脂、色母粒、分散剂混合，然后加入挤出机中熔融挤出形成单丝纤维，再牵伸，得到人造草丝纤维，然后取底布，经簇绒、涂胶，并干燥、退捻处理，得到人造草坪；聚烯烃树脂为聚丙烯树脂；分散剂为聚乙烯蜡；

各原料配比为，按质量百分数计，功能复合填料25%、聚烯烃树脂68%、色母粒5%、分散剂2%。

实施例2

（1）将纳米二氧化钛、气相白炭黑、纳米锌钡白、纳米滑石粉加入球磨机中进行研磨混合，得到反红外隔热粉体材料；研磨混合的料球比为7，球磨机的填充率为20%，转速为200r/min，研磨时间为5h；

各原料配比为，按质量百分数计，纳米二氧化钛4%、气相白炭黑6%、纳米锌钡白10%、纳米滑石粉80%；

（2）保持40r/min的搅拌速度，先将步骤（1）得到的反红外隔热粉体材料、硅烷偶联剂、玻璃粉以质量: 15:0.5：100加入，将搅拌速度增加至200r/min，搅拌60min后，得到复合粉；硅烷偶联剂为 kh550；

（3）先将步骤（2）得到的复合粉升温加热至玻璃粉熔融，在惰性气体氛围下进行喷丝，控制复合丝直径为1~5μm，并用亲水性二氧化硅溶胶进行收集，其中复合丝在急冷下表面形成微裂纹，亲水性二氧化硅溶胶粒子随即充分填充在微裂纹中，再干燥，得到反红外降温、耐磨的功能复合填料；所述亲水性二氧化硅溶胶为的质量百分数为20%；

（4）先将步骤（3）得到的功能复合填料与聚烯烃树脂、色母粒、分散剂混合，然后加入挤出机中熔融挤出形成单丝纤维，再牵伸，得到人造草丝纤维，然后取底布，经簇绒、涂胶，并干燥、退捻处理，得到人造草坪；聚烯烃树脂为聚酰胺树脂；分散剂为硬脂酸；各原料配比为，按质量百分数计，功能复合填料22%、聚烯烃树脂72%、色母粒5%、分散剂1%。

实施例3

（1）将纳米二氧化钛、气相白炭黑、纳米锌钡白、纳米滑石粉加入球磨机中进行研磨混合，得到反红外隔热粉体材料；研磨混合的料球比为5，球磨机的填充率为20%，转速为220r/min，研磨时间为4h；

各原料配比为，按质量百分数计，纳米二氧化钛4%、气相白炭黑8%、纳米锌钡白10%、纳米滑石粉78%；

（2）保持60r/min的搅拌速度，先将步骤（1）得到的反红外隔热粉体材料、硅烷偶联剂、玻璃粉以质量:12:0.3：100加入，将搅拌速度增加至250r/min，搅拌90min后，得到复合粉；硅烷偶联剂为 kh550；

（3）先将步骤（2）得到的复合粉升温加热至玻璃粉熔融，在惰性气体氛围下进行喷丝，控制复合丝直径为1~5μm，并用亲水性二氧化硅溶胶进行收集，其中复合丝在急冷下表面形成微裂纹，亲水性二氧化硅溶胶粒子随即充分填充在微裂纹中，再干燥，得到反红外降温、耐磨的功能复合填料；所述亲水性二氧化硅溶胶为的质量百分数为20%；

（4）先将步骤（3）得到的功能复合填料与聚烯烃树脂、色母粒、分散剂混合，然后加入挤出机中熔融挤出形成单丝纤维，再牵伸，得到人造草丝纤维，然后取底布，经簇绒、涂胶，并干燥、退捻处理，得到人造草坪；聚烯烃树脂为聚乙烯树脂；分散剂为聚乙烯蜡s；

各原料配比为，按质量百分数计，功能复合填料25%、聚烯烃树脂70%、色母粒4%、分散剂1%。

对比例1

对比例1没有采用亲水性二氧化硅溶胶进行收集喷丝，其他制备条件与实施例1相同。

性能测试：在干燥的地面铺设隔潮薄膜，然后将实施例1~3、对比例1得到的草坪各铺设1平方米在隔潮薄膜上，均匀喷洒水使草坪湿润，置于日照温度为32℃的室外，然后测试各草坪随着日照时间的推移草坪表面温度的变化。测试结果如附图1所示。

由图1可见：随着时间的推移，实施例1~3的草坪由于具有良好的持水性，温度上升较慢，6h后草坪的表面仍然低于日照气温，而对比例1的草坪表面温度则高于日照气温，并且超过了35℃。这是由于对比例1没有采用亲水性二氧化硅溶胶进行收集喷丝，使得喷丝没有形成微裂纹，即没有亲水性二氧化硅溶胶粒子的浸入，草坪的亲水性能和持水性能受到影响。

Claims (8)

1.一种可降温的耐磨人造草坪的制备方法，其特征在于，制备的具体过程为：

（1）将纳米二氧化钛、气相白炭黑、纳米锌钡白、纳米滑石粉加入球磨机中进行研磨混合，得到反红外隔热粉体材料；各原料配比为，按质量百分数计，纳米二氧化钛3~8%、气相白炭黑5~10%、纳米锌钡白10~12%、纳米滑石粉70~82%；

（2）保持40~60r/min的搅拌速度，先将步骤（1）得到的反红外隔热粉体材料、硅烷偶联剂、玻璃粉以质量:10-15:0.1-0.5：100加入，将搅拌速度增加至200~250r/min，搅拌60~90min后，得到复合粉；

（3）先将步骤（2）得到的复合粉升温加热至玻璃粉熔融，在惰性气体氛围下进行喷丝，控制复合丝直径为1~5μm，并用亲水性二氧化硅溶胶进行收集，其中复合丝在急冷下表面形成微裂纹，亲水性二氧化硅溶胶粒子随即充分填充在微裂纹中，再干燥，得到反红外降温、耐磨的功能复合填料；

（4）先将步骤（3）得到的功能复合填料与聚烯烃树脂、色母粒、分散剂混合，然后加入挤出机中熔融挤出形成单丝纤维，再牵伸，得到人造草丝纤维，然后取底布，经簇绒、涂胶，并干燥、退捻处理，得到人造草坪；各原料配比为，按质量百分数计，功能复合填料15~30%、聚烯烃树脂63~81%、色母粒3~5%、分散剂1~2%。

2.根据权利要求1所述一种可降温的耐磨人造草坪的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述研磨混合的料球比为4~7，球磨机的填充率为20%，转速为200~250r/min，研磨时间为3~5h。

3.根据权利要求1所述一种可降温的耐磨人造草坪的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述硅烷偶联剂为kh550、kh540、kh792、kh602中的至少一种。

4.根据权利要求1所述一种可降温的耐磨人造草坪的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述惰性气体为氦气、氖气、氩气中的一种。

5.根据权利要求1所述一种可降温的耐磨人造草坪的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述亲水性二氧化硅溶胶为的质量百分数为20~25%。

6.根据权利要求1所述一种可降温的耐磨人造草坪的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述聚烯烃树脂为聚丙烯树脂、聚乙烯树脂、聚酰胺树脂中的一种。

7.根据权利要求1所述一种可降温的耐磨人造草坪的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述分散剂为聚乙烯蜡、硬脂酸中的至少一种。

8.权利要求1~7任一项所述方法制备得到的一种可降温的耐磨人造草坪。