CN110832141A - 人造草皮长丝和由其制成的制品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种人造草皮长丝，其包含一种或多种乙烯/α‑烯烃共聚物，其密度为0.900到0.955g/cc并且根据ASTM D1238(在190℃和2.16kg下)测量的熔融指数I2为0.1g/10min到20g/10min；具有式R1(OCH2CH2)xOH的乙氧基化醇，其中x是2到10的整数，并且R1是20到50个碳原子的直链或支链烷基；和官能化的基于乙烯的聚合物。

Description

人造草皮长丝和由其制成的制品
技术领域
本公开的实施例一般涉及人造草皮长丝、并入有人造草皮长丝的制品以及其制造。
背景技术
合成或人造草皮越来越多地用作用于体育运动场、运动场、绿化和其它休闲应用中的天然草草皮的替代物。与天然草草皮不同，合成或人造草皮可以吸收来自太阳的热量。在较热的气候下，这可能会导致合成或人造草皮的表面变得非常温暖，并且让运动员感到不舒服。产生热量的主要促成因素是暴露在阳光下的部件，如草皮纱线和填充物。
给合成或人造草皮浇水已被用作通过蒸发冷却来降低合成或人造草皮表面温度的解决方案。水从合成或人造草皮纱线的表面蒸发是吸热的，并且提供冷却作用。然而，许多合成或人造草皮纱线是由对水具有较低亲和力的非极性聚合物生产。由于合成或人造草皮纱线表面上残留的水量较少，可能会发生有限的蒸发冷却。另外，工业上希望使用更少的水来进行合成或人造草皮的热量管理。
因此，需要具有改善的水滞留的替代人造草皮长丝和/或人造草皮。
发明内容
本文实施例中所公开的是人造草皮长丝。所述人造草皮长丝包含一种或多种乙烯/α-烯烃共聚物，其密度为0.900到0.955g/cc并且根据ASTM D1238(在190℃和2.16kg下)测量的熔融指数I2为0.1g/10min到20g/10min；具有式R1(OCH2CH2)xOH的乙氧基化醇，其中x是2到10的整数并且R1是具有20到50个碳原子的直链或支链烷基；和官能化的基于乙烯的聚合物。所述人造草皮长丝可通过提供一种配方来制造，所述配方包含一种或多种乙烯/α-烯烃共聚物，其密度为0.900到0.955g/cc并且根据ASTM D1238(在190℃和2.16kg下)测量的熔融指数I2为0.1g/10min到20g/10min；具有式R1(OCH2CH2)xOH的乙氧基化醇，其中x是2到10的整数，R1是具有20到50个碳原子的直链或支链烷基；和官能化的基于乙烯的聚合物；并且挤压所述配方以形成人造草皮长丝。
本文实施例中所公开的仍然是人造草皮。所述人造草皮包含具有顶面和底面的主背衬；和至少一种人造草皮长丝；其中所述至少一种人造草皮长丝粘附到所述主背衬上以使得所述至少一种人造草皮长丝提供从所述主背衬的所述顶面向外延伸的簇绒面。人造草皮长丝包含一种或多种乙烯/α-烯烃共聚物，其密度为0.900到0.955g/cc并且根据ASTMD1238(在190℃和2.16kg下)测量的熔融指数I2为0.1g/10min到20g/10min；具有式R1(OCH2CH2)xOH的乙氧基化醇，其中x是2到10的整数，并且R1是具有20到50个碳原子的直链或支链烷基；和官能化的基于乙烯的聚合物。
实施例的额外特征和优点将在下文的具体实施方式中进行阐述，并且将部分地由所属领域的技术人员从所述描述而容易地显而易见或通过实践本文所述的实施例(包括下文的具体实施方式)、权利要求书以及附图而认识到。
应理解，上文和以下描述都描述了各种实施例，并且都旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特性的概述或框架。附图包括在内以提供对各种实施例的进一步理解，并且并入本说明书中且构成本说明书的一部分。附图说明本文所描述的各种实施例，并且与实施方式一起用于解释所要求保护主题的原理和操作。
附图说明
图1形象地描绘了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的可以用于生产人造草皮长丝的示例性单丝挤压生产线；
图2形象地描绘了根据本文所示和所述的一个或多个实施例的人造草皮的剖视图。
具体实施方式
人造草皮长丝
现在将详细参考人造草皮长丝、并入人造草皮长丝的人造草皮以及制备人造草皮长丝和人造草皮的方法的实施例，其特征在附图中示出。如本文所用，“长丝”是指用于形成人造草皮场的合成草叶片或股线的单丝、复丝、挤压膜、纤维、纱线，例如带状纱、原纤化带状纱、切膜纱(slit-film yarn)、连续带和/或其它纤维材料。本文所描述的人造草皮长丝包含乙烯/α-烯烃共聚物、乙氧基化醇和官能化的基于乙烯的聚合物，其在下文中进一步详细描述。在一些实施例中，人造草皮长丝可以进一步包含化学发泡剂。
乙烯/α-烯烃共聚物
人造草皮长丝中可以存在一种或多种乙烯/α-烯烃共聚物。一种或多种乙烯/α-烯烃共聚物可以至少50重量％的量存在于人造草皮长丝。本文包括并且公开了至少50重量％的所有个别值和子范围。例如，在一些实施例中，人造草皮长丝包含至少75重量％、至少80重量％、至少85重量％或至少90重量％的一种或多种乙烯/α-烯烃共聚物。
乙烯/α-烯烃共聚物包含大于或等于70重量％的衍生自乙烯的单元和小于或等于30重量％的衍生自一种或多种α-烯烃共聚单体的单元。在一些实施例中，乙烯/α-烯烃共聚物包含(a)大于或等于75重量％、大于或等于80重量％、大于或等于85重量％、大于或等于90重量％、大于或等于92重量％、大于或等于95重量％、大于或等于97重量％、大于或等于98重量％、大于或等于99重量％、大于或等于99.5重量％、70重量％到99.5重量％、70重量％到99重量％、70重量％到97重量％、70重量％到94重量％、80重量％到99.5重量％、80重量％到99重量％、80重量％到97重量％、80重量％到94重量％、80重量％到90重量％、85重量％到99.5重量％、85重量％到99重量％、85重量％到97重量％、88重量％到99.9重量％、88重量％到99.7重量％、88重量％到99.5重量％、88重量％到99重量％、88重量％到98重量％、88重量％到97重量％、88重量％到95重量％、88重量％到94重量％、90重量％到99.9重量％、90重量％到99.5重量％、90重量％到99重量％、90重量％到97重量％、90重量％到95重量％、93重量％到99.9重量％、93重量％到99.5重量％、93重量％到99重量％、或93重量％到97重量％的衍生自乙烯单体的单元；和(b)小于或等于25重量％、或小于或等于20重量％、小于或等于18重量％、小于或等于15重量％、小于或等于12重量％、小于或等于10重量％、小于或等于8重量％、小于或等于5重量％、小于或等于4重量％、小于或等于3重量％、小于或等于2重量％、小于或等于1重量％、0.1到20重量％、0.1到15重量％、0.1到12重量％、0.1到10重量％、0.1到8重量％、0.1到5重量％、0.1到3重量％、0.1到2重量％、0.5到12重量％、0.5到10重量％、0.5到8重量％、0.5到5重量％、0.5到3重量％、0.5到2.5重量％、1到10重量％、1到8重量％、1到5重量％、1到3重量％、2到10重量％、2到8重量％、2到5重量％、3.5到12重量％、3.5到10重量％、3.5到8重量％、3.5重量％到7重量％、或4到12重量％、4到10重量％、4到8重量％或4到7重量％的衍生自α-烯烃共聚单体的单元。可以使用任何合适的技术测量共聚单体含量，如基于核磁共振(“NMR”)光谱法的技术以及例如，通过如描述于美国专利7,498,282(其以引用的方式并入本文中)中的13C NMR分析。
合适的α-烯烃共聚单体可以包括具有不超过20个碳原子的α-烯烃共聚单体。一种或多种α-烯烃可选自C3-C20炔系不饱和单体和C4-C18二烯烃组成的组。例如，α-烯烃共聚单体可以具有3个到10个碳原子或3个到8个碳原子。示例性的α-烯烃共聚单体包括但不限于丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、1-辛烯、1-壬烯、1-癸烯和4-甲基-1-戊烯。一种或多种α-烯烃共聚单体可例如选自以下组成的组：丙烯、1-丁烯、1-己烯和1-辛烯；或在替代方案中，选自以下组成的组：1-丁烯、1-己烯和1-辛烯。在一些实施例中，乙烯/α-烯烃共聚物包含大于0重量％并且小于30重量％的衍生自一种或多种辛烯、己烯或丁烯共聚单体的单元。
乙烯/α-烯烃共聚物可以根据任何合适的聚合工艺制备，包括但不限于在茂金属、限定几何构型的催化剂系统、齐格勒-纳塔催化剂(Ziegler-Natta catalysts)或二苯基苯酚催化剂系统存在下的溶液、浆料或气相聚合工艺。溶液、浆料或气相聚合可以在单个反应器中进行，或者替代性地在双反应器系统中进行，其中双反应器中的每一个中生产相同的产物。在美国专利第9,255,160号中发现了关于多金属催化剂的制备和使用的信息，所述专利的公开内容以全文引用的方式并入本文中。
合适的聚合物可以包括例如高密度聚乙烯(HDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、超低密度聚乙烯(ULDPE)、均相支化线性乙烯聚合物以及基本上均相支化线性乙烯聚合物(即均相支化长链支化乙烯聚合物)。在一些实施例中，乙烯/α-烯烃共聚物为LLDPE。合适的乙烯/α-烯烃共聚物的商业实例包括在商品名ATTANETM、AFFINITYTM、DOWLEXTM、ELITETM、ELITEATTM和INNATETM下销售的那些，所有都可以从陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)(Midland，MI)获得；
Figure BDA0002332684710000051
可从Total SA获得；并且EXCEEDTM和EXACTTM可以从埃克森化工公司(Exxon Chemical Company)获得。
在本文中的实施例中，乙烯/α-烯烃共聚物的特征在于密度为0.900g/cc到0.955g/cc。本文包括并且公开了至少0.900g/cc到0.955g/cc的所有个别值和子范围。例如，在一些实施例中，乙烯/α-烯烃共聚物的特征在于密度为0.910g/cc到0.940g/cc、0.915g/cc到0.940g/cc、0.915g/cc到0.935g/cc、0.915g/cc到0.930g/cc、0.915g/cc到0.925g/cc、0.920g/cc到0.940g/cc、0.920到0.935g/cc、或0.920g/cc到0.930g/cc。密度可根据ASTM D792测量。
除密度之外，乙烯/α-烯烃共聚物的特征在于根据ASTM D1238(在190℃和2.16kg下)测量的熔融指数I2为0.1g/10min到20g/10min。本文包括并且公开了至少0.1g/10min到20g/10min的所有个别值和子范围。例如，在一些实施例中，乙烯/α-烯烃共聚物的特征在于熔融指数I2为0.1g/10min到10.0g/10min、0.5g/10min到10.0g/10min、1.0g/10min到10.0g/10min。在其它实施例中，乙烯/α-烯烃共聚物的特征在于熔融指数I2为1.0g/10min到7.0g/10min、1.0g/10min到5.0g/10min或1.0g/10min到4.0g/10min。熔融指数I2是根据ASTM D1238(在190℃和2.16kg下)测量。
除密度和熔融指数I2之外，乙烯/α-烯烃共聚物的特征可在于熔体流动比率I10/I2为6.0到10.0。本文包括并且公开了6.0到10.0的所有个别值和子范围。例如，在一些实施例中，乙烯/α-烯烃共聚物的特征可在于熔体流动比率I10/I2为6.5到9.0。在其它实施例中，乙烯/α-烯烃共聚物的特征可以在于熔体流动比率I10/I2为7.0到8.5。根据ASTM D1238(190℃和10.0kg)测量熔融指数I10。
除密度、熔融指数I2和熔体流动比率I10/I2之外，乙烯/α-烯烃共聚物的特征可在于分子量分布(Mw/Mn)为1.9到6.0。本文包括并且公开了1.9到6.0的所有个别值和子范围。例如，乙烯/α-烯烃共聚物的特征可在于分子量分布(Mw/Mn)为2.0到4.5。在一些实施例中，乙烯/α-烯烃共聚物的特征可在于分子量分布(Mw/Mn)为2.0到3.0或3.0到4.3。如下文所概述，可以通过常规凝胶渗透色谱法(gel permeation chromatography；GPC)测定Mw/Mn比。
烷氧基化醇
乙氧基化醇可以0.05重量％到10重量％的量存在于人造草皮长丝。本文包括并且公开了0.05重量％到10重量％的所有个别值和子范围。例如，在一些实施例中，人造草皮长丝包含0.05重量％到7.5重量％、0.05重量％到5.0重量％或0.05重量％到3.0重量％乙氧基化醇。
乙氧基化醇具有式R1(OCH2CH2)xOH，其中x是2到10的整数并且R1是具有20个到50个碳原子的直链或支链烷基。R1的链长和亲水性寡聚物的单体单元数目(x)可以是离散值，或者可以是平均值。在一个实施例中，R1为具有平均30个碳原子的直链烷基，并且x平均值为2.5，并且乙氧基化醇可具有下式：CH3CH2(CH2CH2)13CH2CH2(OCH2CH2)2.5OH。可商购的合适的乙氧基化醇的实例可包括UnithoxTM乙氧基化物，其可从Baker Petrolite Corporation(俄克拉荷马州塔尔萨市)获得。在本文所描述的实施例中，乙氧基化醇还可包括两种或更多种式R1(OCH2CH2)xOH化合物的混合物，其中x为2到10的整数并且R1为具有20到50个碳原子的直链或支链烷基。
根据ASTM D-127测定，乙氧基化醇的熔点可以为60到110℃。本文包括并且公开了60℃到110℃的所有个别值和子范围。例如，在一些实施例中，根据ASTM D-127测定的乙氧基化醇的熔点可为65到110℃、70到110℃，80到110℃、80到100℃或85到95℃。
根据ASTM E-222测定的乙氧基化醇的羟基数可为10到90mg KOH/g样品。本文包括并且公开了10到90mg KOH/g样品的所有个别值和子范围。例如，在一些实施例中，根据ASTME-222测定的乙氧基化醇的羟基值可为15到90mg KOH/g样品、25到90mg KOH/g样品、35到90mg KOH/g样品、45到90mg KOH/g样品或60到90mg KOH/g样品。
官能化的基于乙烯的聚合物
官能化的基于乙烯的聚合物可以0.05重量％到10重量％的量存在于人造草皮长丝。本文包括并且公开了0.05重量％到10重量％的所有个别值和子范围。例如，在一些实施例中，人造草皮长丝包含0.05重量％到7.5重量％、0.05重量％到5.0重量％或0.05重量％到3.0重量％官能化的基于乙烯的聚合物。
如本文所用，术语“官能化的基于乙烯的聚合物(founctionalized ethylene-based polymer)”是指包含至少一种通过共价键键联的官能团(化学取代基)并且所述基团包含至少一个杂原子的基于乙烯的聚合物。杂原子被定义为有机分子中不是碳或氢的原子。常见的杂原子包括但不限于氧、氮、硫和磷。所述至少一个官能团(例如马来酸酐或丙烯酸)可以与位于基于乙烯的聚合物的主链上的碳原子反应。
在本文的实施例中，官能化的基于乙烯的聚合物的密度可以是0.860到0.965g/cc，0.865到0.960g/cc或0.870到0.955g/cc。根据ASTM D792测量密度。除了密度之外，官能化的基于乙烯的聚合物的熔融指数I2(2.16kg/190℃)为0.5g/10min到1300g/10min，1g/10min到300g/10min，1g/10min到50g/10min或5g/10min到50g/10min。根据ASTM D1238在2.16kg和190℃下测量熔融指数I2。
官能化的基于乙烯的聚合物可以是酸官能化的基于乙烯的聚合物、酸酐接枝的基于乙烯的聚合物或酯官能化的基于乙烯的聚合物。合适的市售官能化的基于乙烯的聚合物的实例包括PRIMACORTM共聚物和AMPLIFYTM官能性聚合物，两者都可以购自陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)(密歇根州密德兰(Midland,MI))。官能化的基于乙烯的聚合物可以包含如本文所述的两个或更多个实施例的组合，例如乙烯丙烯酸和甲基丙烯酸乙烯酯。
酸官能化的基于乙烯的聚合物可以是酸官能化的基于乙烯的互聚物或共聚物。按结合到聚合物的官能团的量计，酸官能团以极大摩尔量存在。在一些实施例中，酸官能化的基于乙烯的聚合物包含衍生自乙烯和羧酸的单元。在其它实施例中，酸官能化的基于乙烯的聚合物包含衍生自乙烯和丙烯酸的单元。在其它实施例中，酸官能化的基于乙烯的聚合物包含衍生自乙烯和甲基丙烯酸的单元。
在本文的一些实施例中，官能化的基于乙烯的聚合物是乙烯丙烯酸共聚物或乙烯甲基丙烯酸共聚物。在本文的其它实施例中，官能化的基于乙烯的聚合物是乙烯丙烯酸共聚物。乙烯丙烯酸共聚物或乙烯甲基丙烯酸共聚物可占共聚物中酸的5至20重量％或7至12重量％。除了重量百分比的酸含量之外，乙烯丙烯酸共聚物或乙烯甲基丙烯酸共聚物的熔融指数(I2)可以是1到50g/10min、2到25g/10min、3到12g/10min。根据ASTM D1238在2.16kg和190℃下测量熔融指数I2。
在本文的一些实施例中，官能化的基于乙烯的聚合物是酸酐接枝的乙烯/α-烯烃聚合物。酸酐接枝的乙烯/α-烯烃聚合物包含衍生自乙烯、α-烯烃和马来酸酐的单元。按键合到聚合物的官能团的量计，酸酐官能团以极大摩尔量存在。酸酐接枝的乙烯/α-烯烃聚合物在聚合物中可以包含0.2到5重量％或0.5到2重量％的马来酸酐。除了顺丁烯二酸酐含量的重量百分比之外，酸酐接枝的乙烯/α-烯烃聚合物的熔融指数(I2)是0.2到10/10min或0.5到5g/10min，根据ASTM D1238在2.16kg和190℃下测量。
在本文的一些实施例中，官能化的基于乙烯的聚合物是酯官能化的基于乙烯的聚合物。在酯官能化的基于乙烯的聚合物中，按与聚合物键合的官能团的量计，酯官能团以极大摩尔量存在。酯官能化的基于乙烯的聚合物可以选自丙烯酸乙烯酯共聚物(例如乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物和乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EBA、EEA和EMA))；乙烯/丙烯酸丁酯/一氧化碳(EnBACO)；乙烯/丙烯酸丁酯/甲基丙烯酸缩水甘油酯(EnBAGMA)；乙烯丙烯酸丁酯或乙烯甲基丙烯酸缩水甘油酯。在一些实施例中，官能化的基于乙烯的聚合物包含衍生自乙烯和丙烯酸酯的单元。丙烯酸酯可以选自丙烯酸乙酯，丙烯酸甲酯或丙烯酸丁酯。酯官能化的基于乙烯的聚合物可以包含5至20重量％或7至12重量％的酯含量。除了酯含量的重量百分数之外，酯官能化的基于乙烯的聚合物的熔融指数(I2)可以是1到50g/10min、2到25g/10min或5到12g/10min，根据ASTM D1238在2.16kg和190℃下测量。
在本文的实施例中，人造草皮长丝可以进一步包含一种或多种聚乙烯树脂。例如，人造草皮长丝可以任选地包含超低或非常低密度聚乙烯(ULDPE或VLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、中等密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)或其组合。
在本文的实施例中，人造草皮长丝可以进一步包含一种或多种任选的添加剂。合适的添加剂的非限制性实例包含化学发泡剂、抗氧化剂、颜料、着色剂、UV稳定剂、UV吸收剂、固化剂、交联助剂、促进剂和阻滞剂、加工助剂、填充剂、偶联剂、紫外吸收剂或稳定剂、抗静电剂、成核剂、增滑剂、塑化剂、润滑剂、粘度控制剂、增粘剂、防结块剂、表面活性剂、增量油、除酸剂和金属钝化剂。添加剂的用量范围以组合物的重量计可以是小于约0.01重量％到大于约10重量％。
在本文的一些实施例中，人造草皮长丝还包含化学发泡剂。化学发泡剂可以以0.05重量％至10重量％的量存在于人造草皮长丝中。本文中包括并且公开0.5重量％到10重量％的所有个别值和子范围。例如，在一些实施例中，人造草皮长丝占化学发泡剂的0.05重量％到7.5重量％，0.05重量％到5.0重量％或0.05重量％到3.0重量％。
合适的化学发泡剂可包括碳酸氢钠、碳酸铵和碳酸氢铵、柠檬酸或柠檬酸盐(如柠檬酸钠)、谷氨酸钠、邻苯二甲酸酐、苯甲酸、苯甲酸盐(如苯甲酸铝)、偶氮二甲酰胺、偶氮异丁腈和二硝基五亚甲基。在由C.P.Park编写、由D.Klempner和K.C.Frisch编辑，HanserPublisher，慕尼黑，维也纳，纽约巴塞罗那(1991)的《聚合泡沫和技术手册(Handbook ofPolymeric Foams and Technology)》的第9章题为“聚烯烃发泡体”中，有关制造乙烯聚合物泡沫结构并且对其进行加工的教导内容举例说明了化学发泡剂的用法，其以引用的方式并入本文中。可商购的化学发泡剂的实例可以在FOAMAZOLTM商标名下从BerganInternational获得、在HYDROCEROLTM商标名下从Clariant获得、或在LUVOBATCHTM商标名下从Lehmann&Voss&Co获得。
人造草皮长丝工艺
因为本文所描述的人造草皮长丝是与工艺无关的，所以本文所述的人造草皮长丝可以使用从聚合物组合物生产人造草皮长丝的任何适当的工艺来制造。参考图1，下文描述可以使用的一个此类示例性工艺100。
可以通过挤压制造人造草皮长丝。合适的人造草皮长丝挤压机可以配备有单PE/PP通用螺杆和熔体泵(“齿轮泵”或“熔体泵”)以精确地控制流入到模具105中的聚合物体积流量的稠度。人造草皮长丝模具105可具有分布在环形或矩形纺板上方的单个长丝的多个单孔。孔的形状对应于期望的长丝横截面型态，包括例如菱形、矩形、狗骨式和v形。标准纺板具有50到160个特定尺寸的模孔。生产线的生产率可以从150kg/小时到350kg/小时。
人造草皮长丝110可以挤压到水浴115中，其中模具到水浴距离为16到40mm。在水中的涂布导向杆将长丝110转向第一组起跳辊120。此第一组起跳辊120的线速度可以在15到70m/分钟变化。第一组起跳辊120可以在水浴115之后并在进入拉伸烘箱125之前加热并用于预热长丝110。拉伸烘箱125可以为热空气或水浴烘箱。长丝110可以在拉伸烘箱125中拉伸到预定的拉伸比。在一些实施例中，拉伸比为至少4。在其它实施例中，拉伸比为至少4.5、4.8、5.0、5.2或5.5。拉伸比为在拉伸烘箱之后第二组起跳辊130的速度与在拉伸烘箱之前第一组起跳辊120的速度之间的比率(如图1所示，V2/V1)。第二组起跳辊130可以以不同于(更高或更低)第一组辊120的速度运转。
在长丝110通过第二组起跳辊130之后，然后将其牵引通过一组三个退火烘箱135、140和145。三个退火烘箱135、140和145可以为可以在50℃到150℃操作的具有并流或逆流热气流的热空气烘箱或热水烘箱，其中长丝110在50℃到98℃温度下定向。在离开第一退火烘箱135时，长丝110被传送到可以不同于(更高或更低)第二组辊130的速度运行的第三组辊150上。位于烘箱之后的第三组辊150与位于烘箱之前的第二组辊130的线速度比率可以称为拉伸比或松弛比。在第二退火烘箱140的出口处，长丝110被传送到可以以不同于(较高或较低)第三组辊150的速度运行的第四组辊155上。在第三退火烘箱145的出口处，长丝110被传送到可以以不同于(更高或更低)第四组辊155的速度运行的第五组辊160上。
在一些实施例中，一种制造人造草皮长丝的方法，其包含提供一种配方，所述配方由如本文先前所描述的一种或多种乙烯/α-烯烃共聚物、如本文先前所描述的乙氧基化醇和如本文先前所描述的官能化的基于乙烯的聚合物构成，并且将所述配方挤压成人造草皮长丝。可以视挤压机的物理尺寸而定，将人造草皮长丝挤压成特定宽度、厚度和/或横截面形状。如上所述，人造草皮长丝可以包括用于形成人造草皮场的合成草叶片或股线的单丝、复丝、膜、纤维、纱线，例如带状沙、原纤化带状纱或切膜纱、连续带和/或其它纤维材料。
人造草皮长丝可以任选地进行进一步的后挤压加工(例如退火、切割等)。
人造草皮
本文所述的人造草皮长丝的一个或多个实施例可以用于形成人造草皮场。参考图2，描述了根据本文所示和/或所述的一个或多个实施例的人造草皮场200的剖视图。人造草皮场200包含具有顶面210和底面215的主背衬205；和如本文先前描述的至少一种人造草皮长丝220。至少一种人造草皮长丝220粘附到主背衬205使得至少一种人造草皮长丝220提供从主背衬205的顶面210向外延伸的簇绒面225。如本文所使用，“粘附(affix/affixed/affixing)”包括但不限于通过直接或间接关系将一个对象偶合、附接、连接、固定、接合、结合或拴牢到另一个对象。簇绒面225从主背衬205的顶面210延伸，并且可具有切割堆叠设计，其中可在编束期间或之后切割人造草皮长丝环，以产生一堆单一的人造草皮长丝末端而不是环。
主背衬205可以包括但不限于由一种或多种天然或合成纤维或纱线(如聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚酯和人造丝)制成的织造、针织或非织造纤维网或织物。人造草皮场200可进一步包含粘结于主背衬205的底面215的至少一部分的第二背衬230，使得至少一种人造草皮长丝220原地粘附到主背衬205的底面215。第二背衬230可以包括聚氨酯(包含例如可购自陶氏化学公司名称为ENFORCERTM或ENHANCERTM供应的聚氨酯)或基于胶乳的材料，如苯乙烯-丁二烯胶乳或丙烯酸酯。
主背衬205和/或第二背衬230可具有水分可以通过的孔。孔结构上一般可为环形，并且分布在整个主背衬205和/或第二背衬230上。当然，应理解可存在任何数目的孔，并且孔的大小、形状和位置可根据期望的人造草皮场200的特征变化。
人造草皮场200可以通过提供如本文所述的至少一种人造草皮长丝220并将所述至少一种人造草皮长丝220粘附到主背衬205，使得至少一种人造草皮长丝220提供从主背衬205的顶面210向外延伸的簇绒面225来制造。人造草皮场200可进一步通过将第二背衬230粘结到主背衬205的底面215的至少一部分上，使得至少一种人造草皮长丝220原地粘附到主背衬205的底面215来制造。
人造草皮场200可任选地包含在人造草皮场的第二背衬下面的减震层(shockabsorption layer)。减震层可以由聚氨酯、PVC泡沫塑料或聚氨酯泡沫塑料、橡胶、闭孔交联聚乙烯泡沫、具有空隙的聚氨酯底垫、聚氯乙烯、聚乙烯、聚氨酯和聚丙烯的弹性体泡沫制成。减震层的非限制性实例为
Figure BDA0002332684710000131
ENFORCERTM运动聚氨酯体系和ENHANCERTM运动聚氨酯体系。
人造草皮场200可任选地包含填充物材料。合适的内填材料包含但不限于从汽车轮胎回收的如苯乙烯丁二烯橡胶(styrene butadiene rubber；SBR)的颗粒状橡胶颗粒、乙烯-丙烯-二烯单体(ethylene-propylene-diene monomer；EPDM)、其它硫化橡胶或从皮带回收的橡胶、热塑性弹性体(TPE)和热塑性硫化橡胶(TPV)的混合物。
人造草皮场200可任选地包含排水系统。排水系统允许水从人造草皮场移除并防止场地被水浸透。排水系统的非限制性实例包括基于石材的排水系统、EXCELDRAINTM Sheet100、EXCELDRAINTM Sheet 200以及EXCELDRAINTM EX-T STRIP(可从American Wick DrainCorp.,Monroe,N.C.获得)。
可以通过以下非限制性实例来进一步说明本文所述的实施例。
测试方法
密度
根据ASTM D792测量密度。
熔融指数
在190℃、2.16kg下，根据ASTM D1238测量熔融指数或I2。在190℃，10kg下，根据ASTM D1238测量熔融指数或I10。
常规凝胶渗透色谱法(GPC)
凝胶渗透色谱系统由PL-210型聚合物实验室(Polymer Laboratories)或PL-220型聚合物实验室仪器组成。在140℃下操作色谱柱和转盘室。使用三个聚合物实验室的10微米混合B色谱柱。溶剂为1,2,4-三氯苯。制备浓度为于含有200ppm丁基羟基甲苯(BHT)的50毫升溶剂中含有0.1克聚合物的样品。通过在160℃下轻轻搅拌2小时来制备样品。所用注射体积是100微升并且流动速率是1.0ml/分钟。
用21种窄分子量分布的聚苯乙烯标准物对GPC管柱组进行校准，所述聚苯乙烯标准物的分子量在580到8,400,000的范围内，其排列于6种“调配(cocktail)”混合物中，并且个别分子量之间相差至少十倍。标准物购自聚合物实验室(英国什罗普郡)。于分子量等于或大于1,000,000的50毫升溶剂中制备0.025克聚苯乙烯标准物，并且于分子量小于1,000,000的50毫升溶剂中制备0.05克聚苯乙烯标准物。聚苯乙烯标准物在80℃下轻轻搅拌30分钟溶解。首先操作窄分子量标准物混合物，并且按最高分子量组分递减的次序以最小化降解。使用以下等式将聚苯乙烯标准物峰值分子量转换成聚乙烯分子量(如描述于Williams和Ward,《J.Polym.Sci.,Polym.Let》，6,621(1968))：M聚乙烯＝0.4316×(M聚苯乙烯)。使用Viscotek TriSEC软件3.0版进行聚乙烯当量分子量计算。
根据以下等式计算数量平均分子量(number average molecular weight)、重量平均分子量(weight average molecular weight)和z平均分子量：
Figure BDA0002332684710000141
Figure BDA0002332684710000142
其中Mn为数量平均分子量，Mw为重量平均分子量，Mz为z平均分子量，Wfi是分子量为Mi的分子的重量分数。
水吸附
根据标准作业指导书(standard work instruction)PORTAR-FIBER 89.00的改编，在Sartorius水分分析仪MA100中执行干燥速率测试方法。将膜样品切割成直径为5cm的圆片且浸没于蒸馏水中至少15分钟(当浇水15分钟和过夜时未观察到水吸附的差异)。随后，将样本在空气中保持30秒，并且然后将其放入具有称重装置的红外加热烘箱中12分钟。加热程序定义为80℃的恒定温度。在12分钟期间记录由于水蒸发引起的重量损失。通过以下参数评估性能：
水吸附。它反映了膜能够捕获的水量，其应该与刚浇水后的场地中的水量相关。如等式1所示，指数按每克聚合物加权，因为样品的重量略有不同。计算考虑了在浇水15分钟之后的水的重量(在干燥测试开始时的总重量(即，t＝0)与干重之差)和聚合物的干重。
公式1：
Figure BDA0002332684710000151
冲洗后的水吸附.为了模拟沥青使用后水吸附能力的损失(由于表面活性剂从表面释放)，进行温和的有机溶剂冲洗。将样品浸入甲醇中2秒钟，然后保持在干燥氮气流下以停止冲洗。然后如上文所述测量冲洗样品上的水吸附。
水接触角
使用Dataphysics OCA20设备进行水的接触角测量。分配1μL的液滴，并且在沉积后尽快记录数字图像。将液滴形状拟合为一个圆形，然后使用OCD20设备随附的软件根据所述液滴轮廓计算接触角。每种膜至少使用十滴水。测定平均接触角并且以度(°)为单位报告。
韧性和极限伸长率
在Zwick张力测力计中以250mm/min的速度测量250mm长的单丝，直到纤维断裂。韧度被定义为断裂时的拉力除以线性重量，并且以cN/dtex为单位报告。极限伸长率是纤维断裂时的应变，以变形百分比表示。
基础重量
通过切割50米长的纱线并在标准秤上称重来评估基重。基重定义为每10,000米的克数，并以dtex表示。
收缩率％
通过将单丝浸入维持在90℃下的硅油浴中20秒来测量单丝的收缩率(表示为1m单丝样品的长度的百分比减少)。然后，收缩率计算为：(之前的长度-之后的长度)/之前的长度*100％。
实例
所用材料
乙烯α-烯烃共聚物是DOWLEXTM 2107GC，可获自陶氏化学公司(密歇根州，米德兰)，密度为0.917g/cc，熔融指数I2为2.3g/10min，I10/I2为8.1，并且Mw/Mn为3.7。乙氧基化醇是UNITHOXTM 420，可获自Baker Hughes Inc.(德克萨斯州，休斯顿)，熔点为91℃，并且羟基数为85mg KOH/g样品。官能化的基于乙烯的聚合物是PRIMACORTM1430，可以获自陶氏化学公司(密歇根州密德兰)，其为密度为0.930g/cc，熔融指数I2为5.0g/10min并且丙烯酸含量为9.7重量％的乙烯丙烯酸共聚物。化学发泡剂是LUVOBATCHTM PE BA 9537，可获自Lehmann&Voss&Co.(德国，汉堡)。
表1-膜配方
Figure BDA0002332684710000161
将表1中的膜配方CE2、CE3和IE1在Buss复合机中熔融共混。使用所述膜配方在配备有一个挤压机的Dr.Collin GmbH铸造挤压生产线上制造单层膜。加工温度设定在约200℃到260℃，其中熔融温度在约240℃。通过设定在30℃的冷却辊冷却挤出物。最终膜厚度为200微米。下表2中展示了其它加工参数。
表2：加工条件
CE1 CE2 CE3 IE1
混合 捏合机速度(rpm) 80 85 90
混合 电动机电流(A) 3 3 3
混合 生产率(Kg/h) 9 9 9
混合 螺杆速度(rpm) 115 115 115
混合 热电偶K1(℃) 120 120 120
混合 热电偶K2(℃) 130 130 130
混合 热电偶K3(℃) 140 140 140
混合 热电偶K5(℃) 120 120 120
混合 热电偶K4(℃) 135 135 135
挤压铸造 模口间隙(mm) 1 1 1 1
挤压铸造 线速度(m/min) 2.1 2 2 2
挤压铸造 熔融压力(巴) 54 54 56 57
挤压铸造 熔融温度(℃) 212 213 208 212
挤压铸造 电动机电流(A) 8 7.9 8 8.2
挤压铸造 生产率(Kg/h) 5 5 5 5
挤压铸造 螺杆速度(rpm) 50 50 50 50
表3–膜结果
Figure BDA0002332684710000171
如表3所示，在初始条件下，本发明的膜(IE1)显示出比其直接对应物(CE2)提高的水吸附能力。另外，在温和的有机溶剂冲洗之后，本发明的膜显示出最高的水吸附，甚至高于具有较高表面活性剂含量(CE3)的水吸附。
人造草皮长丝
由下文列出的本发明和比较配方制备本发明的和比较人造草皮长丝。
表4–人造草皮长丝配方
Figure BDA0002332684710000181
如本文所述，在来自Oerlikon Barmag(德国雷姆沙伊德)的挤出生产线上制备每根人造草皮长丝(参见图1)。所有组分都通过独立的料斗送入挤出机。表5A和5B和图1提供了用于制备本发明和比较长丝的设备的具体条件。所有样品都具有金刚石轮廓，并且熔融温度设定为约230℃。
表5A–人造草皮长丝加工条件
Figure BDA0002332684710000182
表5B–人造草皮长丝加工条件
Figure BDA0002332684710000191
测试本发明的和比较单丝的各种特性，并且结果示于表6。
表6–单丝结果
如表6所示，本发明的长丝可以以良好的纱线特性成功地加工以用于草皮应用。与比较实例相比，本发明实例的强度和伸长率没有明显改变。与比较实例相比，本发明实例的随压力变化的收缩率和可加工性是相当的或改善的。
本文中所公开的尺寸和值不应理解为严格地限制于所述的准确数值。相反，除非另外指定，否则每一个此类尺寸意指所述的值和围绕所述值的功能上同等的范围两者。例如，公开为“40mm”的尺寸意在表示“约40mm”。
本文引用的所有文献(如果存在的话)，包括本申请主张其优先权或权益的任何交叉引用的或相关的专利或申请以及任何专利申请或专利，除非明确地排除或以其它方式限制，否则其全文在此以引用的方式并入本文中。引用的任何文件均不承认其为关于本文中所公开或所主张的任何发明的现有技术，或者也不承认其单独或与任何其它一个或多个参考文献组合，来教示、建议或公开任何此类发明。另外，在此文件中的术语的任何意义或定义与通过引并入的文件中的相同术语的任何意义或定义冲突的情况下，应以在此文件中赋予所述术语的意义或定义为准。
虽然已经说明并且描述了本发明的具体实施例，但所属领域的技术人员将显而易见的是，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出多种其它改变和修改。因此，意欲在所附权利要求书中覆盖本发明范围内的所有此类改变和修改。

Claims (10)

1.一种人造草皮长丝，其包含：
一种或多种乙烯/α-烯烃共聚物，其密度为0.900到0.955g/cc并且根据ASTM D1238(在190℃和2.16kg下)测量的熔融指数I2为0.1g/10min到20g/10min；
具有式R1(OCH2CH2)xOH的乙氧基化醇，其中x是2到10的整数并且R1是20到50个碳原子的直链或支链烷基；和
官能化的基于乙烯的聚合物。
2.根据权利要求1所述的长丝，其中所述长丝包含至少75重量％的一种或多种所述乙烯/α-烯烃共聚物。
3.根据权利要求1或2所述的长丝，其中所述长丝包含0.05重量％到10重量％的所述官能化的基于乙烯的聚合物。
4.根据权利要求3所述的长丝，其中所述官能化的基于乙烯的聚合物是乙烯丙烯酸。
5.根据权利要求1到4所述的长丝，其中所述长丝包含0.05重量％到10重量％的乙氧基化醇。
6.根据权利要求1到5所述的长丝，其特所述乙氧基化醇是乙氧基化脂族醇。
7.根据权利要求1到6所述的长丝，其中所述长丝进一步包含化学发泡剂。
8.根据权利要求1到7所述的长丝，其中所述长丝包含0.05重量％到10重量％的所述化学发泡剂。
9.一种人造草皮，其包含：
具有顶面和底面的主背衬；和
根据权利要求1所述的至少一种人造草皮长丝；
其中所述至少一种人造草皮长丝粘附到所述主背衬上以使得所述至少一种人造草皮长丝提供从所述主背衬的顶面向外延伸的簇绒面。
10.根据权利要求9所述的人造草皮，其中所述人造草皮场进一步包含粘结到所述主背衬的底面的至少一部分的第二背衬，使得所述至少一种人造草皮长丝原地粘附到所述主背衬的底面上。
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