CN112020536B - 具有改进的可加工性和摩擦管理的人造草皮纱线 - Google Patents
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Abstract
本公开的实施例涉及一种由调配物形成的人造草皮长丝,所述调配物包含密度为0.900g/c至0.955g/cc并且熔融指数(I2)为0.1g/10min至20g/10min的乙烯类聚合物,所述熔融指数如根据ASTM D1238(在190℃,2.16kg下)所测量;和一种或多种数均分子量(Mn)为10,000g/mol至500,000g/mol的聚二甲基硅氧烷(PDMS)组分,其中Mn通过凝胶渗透色谱法(GPC)测量。
Description
相关申请的交叉参照
本申请要求于2018年5月3日提交的欧洲专利申请第18382307.9号的优先权,所述申请通过全文引用的方式并入本文。
技术领域
本公开的实施例总体上涉及草皮长丝制品,以及包括人造草皮长丝的人造草皮。
背景技术
当前的人造草皮领域包含被称为纱线的模仿了真实的草叶的聚乙烯纤维。整个草皮系统的性能在很大程度上由纱线决定。将纤维簇绒到主衬底并用副衬底进行包覆,以保持纱线的分散和固定。粒状填充物分布在整个范围中,以将纱线保持在直立位置并提供减震作用。
与在天然草地上玩耍相比,人造草皮的问题是人类皮肤擦伤的发生率增加。与人造草皮中的摩擦管理有关的另一个重要问题是某些运动中的滚球。例如,为了确保曲棍球有足够的滚转,需要对人造草皮场进行浇水,从而降低球与纱线之间的摩擦。用于此目的的水量也很高(每场比赛约18,000升水)。因此,持续需要改进的可减少皮肤擦伤并使滚动摩擦降至最低的人造草皮。
发明内容
本公开的实施例通过包括一种提供改进的人造草皮的摩擦管理,具体地说,提供减少的人类皮肤擦伤和改进的滚球的调配物来满足此需求。本调配物将高和/或超高分子量的聚二甲基硅氧烷(PDMS)聚合物与基础的乙烯类聚合物共混,以便在人造草皮表面中获得低摩擦系数。
除了皮肤擦伤和滚球(减少水)的好处外,本调配物在单丝纱线挤出期间提供增强的可加工性。较宽的退火窗口可实现更高的线速度并控制收缩率。
根据一个实施例,提供了一种由调配物形成的人造草皮长丝,所述调配物包含:密度为0.900g/c至0.955g/cc并且熔融指数(I2)为0.1g/10min至20g/10min的乙烯类聚合物,所述熔融指数如根据ASTM D1238(在190℃,2.16kg下)所测量;以及一种或多种数均分子量(Mn)为10,000g/mol至500,000g/mol的聚二甲基硅氧烷(PDMS)组分,其中Mn通过凝胶渗透色谱法(GPC)测量。
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知或通过实践本文所描述的实施例(包括下文的具体实施方式、权利要求书和附图)而认识到。
附图说明
图1示意性地描绘了根据本文示出和描述的一个或多个实施例的人造草皮场的剖视图。
具体实施方式
定义
术语“聚合物”是指通过使相同或不同类型的单体聚合来制备的聚合化合物。因此,通用术语聚合物涵盖通常用于指仅由一种类型的单体制备的聚合物的术语“均聚物”,以及指由两种或更多种不同单体制备的聚合物的术语“共聚物”。如本文所用,术语“互聚物”是指通过使至少两种不同类型的单体聚合而制备的聚合物。因此,通用术语互聚物包括共聚物以及由两种以上不同类型的单体制备的聚合物,如三元共聚物。
“聚乙烯”或“乙烯类聚合物”应意指包含大于50摩尔%的衍生自乙烯单体的单元的聚合物。这包括聚乙烯均聚物或共聚物(意指衍生自两种或更多种共聚单体的单元)。所属领域已知的聚乙烯的常见形式包括:低密度聚乙烯(LDPE);线性低密度聚乙烯(LLDPE);超低密度聚乙烯(ULDPE);极低密度聚乙烯(VLDPE);单位点催化的线性低密度聚乙烯,其包括线性低密度树脂和基本上线性低密度树脂(m-LLDPE)两者;中密度聚乙烯(MDPE);和高密度聚乙烯(HDPE)。
如本文所用,术语“丙烯类聚合物”是指以聚合形式包含大于50摩尔%的衍生自丙烯单体的单元的聚合物。这包括丙烯均聚物、无规共聚聚丙烯、抗冲共聚聚丙烯、丙烯/α-烯烃互聚物和丙烯/α-烯烃共聚物。
术语“LDPE”也可以被称为“高压乙烯聚合物”或“高度支化的聚乙烯”,并且其被定义成意指所述聚合物在使用自由基引发剂(如过氧化物)的情况下在高压釜或管式反应器中在高于14,500psi(100MPa)的压力下部分或全部均聚或共聚(参见例如,美国专利第4,599,392号,所述美国专利特此以引用的方式并入本文)。LDPE树脂的密度通常在0.916至0.935g/cc的范围内。
术语“LLDPE”包括:使用齐格勒-纳塔催化剂系统(Ziegler-Natta catalystsystem)制得的树脂以及使用单位点催化剂制得的树脂,所述单位点催化剂包括但不限于双茂金属催化剂(有时被称为“m-LLDPE”)、膦亚胺、限定几何构型催化剂;和使用后茂金属分子催化剂制得的树脂,所述后茂金属分子催化剂包括但不限于双(二苯基苯氧基)催化剂(也被称为多价芳氧基醚催化剂)。LLDPE包括线性、基本上线性或非均相乙烯类共聚物或均聚物。LLDPE含有比LDPE少的长链分支,并且包括:基本上线性乙烯聚合物,其在美国专利第5,272,236号、美国专利第5,278,272号、美国专利第5,582,923号和美国专利第5,733,155号中进一步被定义;均匀支化线性乙烯聚合物组合物,如美国专利第3,645,992号中的均匀支化线性乙烯聚合物组合物;不均匀支化乙烯聚合物,如根据美国专利第4,076,698号中所公开的方法制备的不均匀支化乙烯聚合物;以及其共混物(如美国专利第3,914,342号或美国专利第5,854,045号中公开的共混物)。可以使用所属领域已知的任何类型的反应器或反应器配置,通过气相、溶液相或淤浆聚合或其任何组合来制备LLDPE树脂。
如本文所用,“长丝”是指单丝、复丝、挤出薄膜、纤维、纱线,例如带纱线、原纤化带纱线、切膜纱线、连续丝带和/或用于形成人造草皮场的合成草叶或股线的其它纤维材料。
现在将详细参考人造草皮长丝和包括这种长丝的人造草皮的实施例。在一个或多个实施例中,人造草皮长丝由调配物形成,所述调配物包含:密度为0.900g/c至0.955g/cc并且熔融指数(I2)为0.1g/10min至20g/10min的乙烯类聚合物,所述熔融指数如根据ASTMD1238(在190℃,2.16kg下)所测量;和一种或多种数均分子量(Mn)为10,000g/mol至500,000g/mol的聚二甲基硅氧烷(PDMS)组分,其中Mn通过凝胶渗透色谱法(GPC)测量。
人造草皮可包含具有顶侧和底侧的主衬底和一种或多种这些人造草皮长丝,人造草皮长丝可被粘附到主衬底,使得至少一根人造草皮长丝提供从主衬底的顶侧向外延伸的簇绒面。此外,人造草皮场可包含结合到主衬底的底侧的至少一部分的副衬底,使得至少一根人造草皮长丝原地粘附到主衬底的底侧。
基础的乙烯类聚合物
乙烯类聚合物,也可被称为基础的乙烯类聚合物,其密度可为0.900g/cc至0.955g/cc。本文包括并且公开了至少0.900g/cc至0.955g/cc的所有个别值和子范围。例如,在一些实施例中,乙烯类聚合物的密度可为0.900至0.945g/cc、0.900至0.940g/cc、0.900至0.935g/cc、0.910g/cc至0.945g/cc、0.910至0.940g/cc、0.910至0.935g/cc、0.910至0.930g/cc、0.915至0.940g/cc、0.915至0.923g/cc。可根据ASTM D792测量密度。
乙烯类聚合物的熔融指数I2可为0.1g/10min至20g/10min。本文包括并公开了至少0.1g/10min至20g/10min的所有个别值和子范围。例如,在一些实施例中,乙烯类聚合物的熔融指数I2可为0.1g/10min至10.0g/10min、0.1g/10min至9.5g/10min、0.1g/10min至9.0g/10min、0.1g/10min至5g/10min、0.5g/10min至6g/10min、1g/10min至5g/10min、1.5g/10min至4.5g/10min或2g/10min至4g/10min。如上所述,可根据ASTM D1238(190℃和2.16kg)测量熔融指数I2。
在本文的实施例中,乙烯类聚合物的熔体流动速率I10/I2可为小于14。本文包括并且公开了小于14的所有个别值和子范围。例如,在一些实施例中,乙烯类聚合物的熔体流动速率I10/I2可为小于13.5、13、12.5、10或甚至7.5。在其它实施例中,乙烯类聚合物的熔体流动速率I10/I2可为1.0至14、2至14、4至14、5至14、5.5至14、6至14、5至13.5、5至13、5至12.5、5至12、5至11.5、5至11、5.5至13.5、5.5至13、5.5至12.5、5.5至12、5.5至11.5、5.5至11、6至13.5、6至13、6至12.5、6至12、6至11.5、6至11或6至8。可根据ASTM D1238(190℃和10.0kg)测量熔融指数I10。
此外,乙烯类聚合物的分子量分布(Mw/Mn)可在2.0至8.0的范围内。本文包括并公开了2.0至3.5的所有个别值和子范围;例如,分子量分布(Mw/Mn)可在从2、2.1、2.2、2.4、2.5或2.6的下限至2.2、2.3、2.4、2.5、2.7、2.9、3.2、3.5、4.0或8.0的上限的范围内。例如,分子量分布(Mw/Mn)可为2.0至3.5,或替代地,2.0至2.4,或替代地,2.0至2.8,或替代地,2.8至3.5。
用于乙烯类聚合物的合适的共聚单体可包括C3-20α-烯烃共聚单体。示例性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由丙烯、1-丁烯、1-己烯和1-辛烯组成的组。
可通过各种聚合方法来产生乙烯类聚合物。例如,可使用气相、本体或淤浆相、溶液聚合或其任何组合。聚合可为在至少一个聚合反应器中进行的一个阶段或两个或多个阶段的聚合方法。对于两个或多个阶段的方法,可使用不同的组合,例如气-气相、淤浆-淤浆相、淤浆-气相方法。合适的催化剂可包括齐格勒-纳塔催化剂、双(二苯基苯氧基)催化剂(也被称为多价芳氧基醚催化剂)、单位点催化剂(茂金属或限定几何构型)或非茂金属的以金属为中心的杂芳基配体催化剂或其组合。在一个实施例中,乙烯类聚合物包含LLDPE。
对于乙烯类聚合物,考虑了乙烯单体和α-烯烃共聚单体的各种掺入含量。例如,乙烯类聚合物可包括至少50摩尔%的乙烯单体、或至少60摩尔%的乙烯单体、或至少70摩尔%的乙烯单体、或至少80摩尔%的乙烯单体或至少90摩尔%的乙烯单体。相反地,乙烯类聚合物可包含小于50摩尔%的α-烯烃共聚单体。在其它实施例中,乙烯类聚合物可包含1摩尔%到40摩尔%的α-烯烃共聚单体、或1摩尔%到30摩尔%的α-烯烃共聚单体、或1摩尔%到20摩尔%的α-烯烃共聚单体或1摩尔%到10摩尔%的α-烯烃共聚单体。
在人造草皮长丝的调配物中考虑了各种量的乙烯类聚合物。在一个实施例中,调配物包含80重量%至99重量%的乙烯类聚合物。在其它实施例中,调配物可包含85-99重量%、90-99重量%或90-95重量%的乙烯类聚合物。
在其它实施例中,基础的乙烯类聚合物可为乙烯类聚合物的共混物,例如LLDPE、HDPE、LDPE;或者可为乙烯类聚合物与另一种聚合物的共混物,如聚酰胺、丙烯类聚合物、聚酯、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、乙烯乙烯醇(EVOH)、乙烯丙烯酸(EAA)和乙烯顺丁烯二酸酐(EMA)。
PDMS组分
另外,人造草皮调配物还包括一种或多种PDMS组分,以帮助控制人造草皮的摩擦。如上所述,人造草皮的PDMS组分的Mn可为10,000g/mol至500,000g/mol。
在一个或多个实施例中,PDMS组分可包含超高分子量(UHMW)PDMS组分、高分子量(HMW)PDMS组分或两者的共混物。UHMW PDMS组分的Mn高于HMW PDMS组分的Mn。在特定实施例中,PDMS组分可包含UHMW PDMS组分和HMW PDMS组分的共混物。
在一个或多个实施例中,UHMW PDMS组分包含的Mn可为150,000至450,000g/mol,或200,000至400,000g/mol,或250,000至350,000g/mol。HMW PDMS包含的Mn为10,000至100,000g/mol,或10,000至50,000g/mol,或10,000至25,000g/mol,或10,000至20,000g/mol。
此外,PDMS组分可包含与聚烯烃载剂,例如母料PDMS组分共混的硅氧烷。PDMS组分的添加可在挤出过程中经由母料完成,或可在挤出之前预先混配成被完全调配的产品。在一个实施例中,聚烯烃载剂包含乙烯类聚合物,例如LLDPE或LDPE。或者,载剂可包括其它聚烯烃,如丙烯类聚合物。另外,可在载剂中使用其它组分,如聚酰胺。
在人造草皮长丝调配物中考虑了各种量的PDMS组分。在一个或多个实施例中,调配物可包含1-20重量%、3-15重量%、5-15重量%或5-10重量%的一种或多种PDMS组分。可修改PDMS组分的量以调整纱线的摩擦性能。
在利用UHMW PDMS组分的特定实施例中,调配物可包括0.5-10重量%,或0.5至5重量%,或0.5-2.5重量%的UHMW PDMS组分。当作为母料添加时,所述母料可为1-99重量%或25-50重量%,或40至60重量%,或50重量%的UHMW PDMS组分。
在利用HMW PDMS组分的特定实施例中,调配物可包括0.5-10重量%,或0.5至5重量%,或0.5-2.5重量%的HMW PDMS组分。当作为母料添加时,所述母料可为1-99重量%或10-40重量%,或20至40重量%,或25重量%的HMW PDMS。
在其中PDMS组分是HMW PDMS和UHMW PDMS组分的共混物的实施例中,在总体PDMS组分内考虑了各种量的各个组分。在一个或实施例中,PDMS共混物可包含10-90重量%、25-75重量%或50-75重量%的HMW PDMS组分。相反地,PDMS共混物可包含10-90重量%,或25-75重量%,或25-50重量%的UHMW PDMS组分。
添加剂
任选地,长丝可进一步包括一种或多种添加剂。合适的添加剂的非限制性实例包括抗氧化剂、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、偶合剂、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。在一个实施例中,可以小于约10重量%、小于约8重量%、小于约6重量%或甚至小于约4重量%的量添加着色剂,如SICOLENTMgreen 85-125345(可购自巴斯夫(BASF))。在另一个实施例中,可以小于约2重量%、小于约1.5重量%或甚至小于约1重量%的量添加加工助剂,如ARX-741(可购自Argus)。基于调配物的重量,添加剂可以约0.001重量%至大于约10重量%的范围内的量使用。
人造草皮
参考图1,人造草皮场100包含具有顶侧110和底侧115的主衬底105和至少一根人造草皮长丝120。如图所示,至少一根人造草皮长丝120被粘附到主衬底105,使得至少一根人造草皮长丝120提供从主衬底105的顶侧110向外延伸的簇绒面。
如本文所用,“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联、附接、连接、紧固、接合、链接或固定到另一个对象。簇绒面从主衬底的顶侧延伸,并且可具有切割堆叠设计,其中在簇绒期间或之后可切割人造草皮长丝环圈以产生单个人造草皮长丝末端的堆叠而不是环圈。
再次参考图1,人造草皮场100可进一步包含结合到主衬底105的底侧115的至少一部分的副衬底130,使得至少一根人造草皮长丝120原地粘附到主衬底105的底侧115。
在替代实施例中,人造草皮长丝120可具有多层多层纱线结构,其中外层包含上述调配物以控制摩擦,而内层包含标准草皮树脂。标准草皮树脂可包括聚烯烃、聚酰胺、聚酯或其组合。
主衬底105可包括但不限于由一种或多种天然或合成纤维或纱线制成的机织、针织或非织造纤维网或织物,所述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。副衬底130可包含聚氨酯(包括例如以名称ENFORCERTM或ENHANCERTM购自密歇根州米德兰市的陶氏化学公司(Dow Chemical Company,Midland,MI)的聚氨酯)或基于乳胶的材料,如苯乙烯-丁二烯乳胶或丙烯酸酯。
主衬底105和/或副衬底130可具有水分可穿过其的孔。孔一般可以环圈配置并且分布在整个主衬底和/或副衬底中。当然,应理解可存在任何数目的孔,并且孔的尺寸、形状和位置可根据人造草皮场的所要特征而变化。
人造草皮场100可通过提供如本文所述的至少一根人造草皮长丝并将所述至少一根人造草皮长丝粘附到主衬底,使得所述至少一根人造草皮长丝提供从主衬底的顶侧向外延伸的簇绒面来制造。人造草皮场可进一步通过将副衬底结合到主衬底的底侧的至少一部分,使得至少一根人造草皮长丝原地粘附到主衬底的底侧来制造。
人造草皮场100可任选地包含在人造草皮场的副衬底下面的减震层。减震层可由聚氨酯、PVC泡沫塑料或聚氨酯泡沫塑料、橡胶、闭孔交联聚乙烯泡沫、具有空隙的聚氨酯下垫、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ENFORCERTM运动型聚氨酯系统和/>ENHANCERTM运动型聚氨酯系统。
人造草皮场100可任选地包含填充材料。合适的填充材料包括但不限于颗粒状橡胶颗粒,如从汽车轮胎回收的SBR(苯乙烯丁二烯橡胶)、EPDM(乙烯-丙烯-二烯单体)、其它硫化橡胶或从传送带回收的橡胶、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100可任选地包含排水系统。排水系统允许水从人造草皮场去除并且防止人造草皮场变得充满水。排水系统的非限制性实例包括基于石材的排水系统、EXCELDRAINTMSheet 100、EXCELDRAINTMSheet 200以及EXCELDRAINTMEX-T STRIP(可购自北卡罗莱纳州门罗美国威克排水公司(American Wick Drain Corp.,Monroe,N.C.))。
人造草皮长丝的制备方法
类似地,其它实施例涉及制造人造草皮的方法。可使用用于由上述调配物生产人造草皮长丝的任何适当方法来制备本文所述的人造草皮长丝。
本人造草皮长丝可通过挤出,具体地说通过混合基础的乙烯类聚合物和一种或多种PDMS组分来制备。合适的人造草皮长丝挤出机可配备有单个通用螺杆和熔体泵(“齿轮泵”或“熔体泵”)以精确地控制进入到模具中的聚合物体积流的一致性。人造草皮长丝模具可具有用于分布在环形或矩形喷丝板上方的单个长丝的多个单孔。孔的形状对应于所要的长丝横截面型态,包括例如矩形、狗骨式、v形和墨西哥帽形(Mexican hat)。标准喷丝板具有有特定尺寸的50至160个模具孔。生产线的输出速率可为150kg/h至350kg/h。
可在模具水浴距离为16至40mm的情况下将人造草皮长丝挤出到水浴中。水中的涂布导引棒将长丝朝向第一输出组辊重新定向。此第一输出组辊的线速度可在15至70m/min的范围内变化。可加热第一输出组辊并在水浴之后和进入拉伸烘箱之前将所述第一输出组辊用于预热长丝。拉伸烘箱可为热空气或水浴烘箱。在拉伸烘箱中可将长丝拉伸到预定拉伸比。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。拉伸比是在拉伸烘箱之后第二输出组辊的速度与在拉伸烘箱之前第一输出组辊的速度之间的比率。第二输出组辊可以不同于(更高或更低)第一组辊的速度运行。
在长丝被传送到第二输出组辊上方之后,随后将所述长丝抽吸通过一组三个退火烘箱。三个退火烘箱可为可在50至150℃下操作的具有同向或逆向热气流的热气烘箱或其中在50至98℃的温度下定向长丝的热水烘箱。在第一退火烘箱的出口处,长丝被传送到可以不同于(更高或更低)第二组辊的速度运行的第三组辊上。位于烘箱后面的第三组辊与位于烘箱前面的第二组辊的线速度比率可被称为拉伸比或松弛比。在第二退火烘箱的出口处,长丝被传送到可以不同于(更高或更低)第三组辊的速度运行的第四组辊上。在第三退火烘箱的出口处,长丝被传送到可以不同于(更高或更低)第四组辊的速度运行的第五组辊上。
人造草皮长丝可任选地进行另外的挤压后加工(例如,退火、切割等)。
本人造草皮长丝可由各种特性来限定。在本文的一些实施例中,人造草皮长丝可展现小于6.0%的收缩率。本文包括并且公开了小于6.0%的所有个别值和子范围。例如,在一些实施例中,人造草皮长丝可展现低于5.8%、5.5%、5.3%、5.2%、5.0%或更低的收缩率。在本文的另外其它实施例中,人造草皮长丝可展现至少50%的伸长率。
测试方法
在包括以下实例的本申请中使用以下测试方法。
密度
根据ASTM D792测量密度,并且以每立方厘米的克数(g/cm3或g/cc)报告。
熔融指数
根据ASTM D1238,在190℃和2.16kg下测量熔融指数或I2,并且以每10分钟洗脱的克数报告。根据ASTM D1238,在190℃和10kg下测量熔融指数或I10。
收缩率
通过切割尺寸为2000dtex的50米的长丝并将其引入至90℃的热气烘箱中持续2分钟来测量长丝的收缩率。热收缩率表示为热处理前后长度减少的百分比:热收缩率=(之前的长度-之后的长度)/之前的长度*100%。
韧度和伸长率
使用Zwick拉伸测试机在250mm长的单丝上操作,并且使用250mm/分钟的延伸速度直到长丝断裂来确定韧度。韧度(单位为cN/dtex)为断裂时的拉伸应力(单位为cN)除以线性重量(单位为dtex)。伸长率为断裂时的应变。
尖端卷曲
对于尖端卷曲测试,切割纱线并将其引入至90℃的烘箱中持续5分钟。热处理后,肉眼观察长丝的形状,并且将其评级为1(最佳)至4(最差)。
皮肤摩擦
在由LABOSPORT开发的摩擦机上进行皮肤摩擦测试。在测试期间,将配备工具的摩擦工具移至待测试的草皮系统样品上。限定并且控制工具的质量和线速度。滑动工具的质量为75kg,并且以不同的预设速度在表面上滑动:这些条件被认为是代表奔跑着的运动员在运动表面上跌倒。移动过程中会记录摩擦工具产生的温度,并且样品由摩擦产生的峰值温度来表征。测试的目的是进行比较测试。用于摩擦的测试工具并不代表真实的人类皮肤。测量摩擦过程中的温度升高,而不是测量皮肤的机械磨损。根据摩擦过程中温度的升高来比较样品。不基于“皮肤的机械磨损”对它们进行比较。
滚球
根据FIFA标准(《FIFA测试方法手册(FIFA Handbook of Test Methods)》中的FIFA测试方法17(FIFA Test Method 17),2015)来测量滚球测试。球滚过坡道并经过两组定时门,这些定时门计算已知表面上的球速。通过使用时间与距离之间的关系(速度=距离/时间),在定时门1处记录初始速度,并且在定时门2处记录最终速度。在2015年10月版本的《FIFA测试方法手册》中描述了获得最终滚球的具体计算。
凝胶渗透色谱法
凝胶渗透色谱(GPC)系统由配备有机载差示折光计(RI)(其它合适的浓度检测器可包括来自Polymer ChAR(西班牙巴伦西亚(Valencia,Spain))的IR4红外线检测器)的沃特世(Waters)(马萨诸塞州米尔福德(Milford,Mass))150C高温色谱仪(其它合适的高温GPC仪器包括聚合物实验室(Polymer Laboratories)(英国什罗普郡(Shropshire,UK))210型和220型)组成。数据采集使用第3版Viscotek TriSEC软件和4通道Viscotek数据管理器DM400进行。所述系统还配备有来自聚合物实验室(英国什罗普郡)的在线溶剂脱气装置。
可使用合适的高温GPC柱,如四个30cm长的Shodex HT803 13微米柱,或四个30cm的具有20微米混合孔径填料的聚合物实验室柱(MixA LS,聚合物实验室)。在140℃下操作样品传送室并且在150℃下操作柱室。以50毫升溶剂中0.1克聚合物的浓度制备样品。色谱溶剂和样品制备溶剂含有200ppm的三氯苯(TCB)。两种溶剂都用氮气鼓泡。在160℃下轻轻搅拌聚乙烯样品四小时。注入体积为200微升。将通过GPC的流动速率设定为1毫升/分钟。
通过运行21种窄分子量分布的聚苯乙烯标准品校准GPC柱组。标准品的分子量(MW)在580至8,400,000的范围内,并且所述标准品含在6种“混合液”混合物中。每种标准品混合物中的个别分子量之间具有至少十倍间隔。标准品混合物购自聚合物实验室。聚苯乙烯标准品对于等于或大于1,000,000的分子量是以在50mL溶剂中的0.025g制备,并且对于小于1,000,000的分子量是以在50mL溶剂中的0.05g制备。在轻轻搅拌下,在80℃下使聚苯乙烯标准品溶解,持续30分钟。首先操作窄的标准品混合物,并且遵循最高分子量组分递减的次序以使降解减到最少。使用以下等式将聚苯乙烯标准品峰值分子量转换成聚乙烯分子量(如Williams和Ward,《聚合物科学杂志(J.Polym.Sci.)》,聚合物快报(Polym.Letters),6,621(1968)中所述):
M聚乙烯=A×(M聚苯乙烯)B,
其中M是聚乙烯或聚苯乙烯(如所标记)的分子量,并且B等于1.0。所属领域的一般技术人员已知,A可在约0.38到约0.44范围内并且是在使用宽聚乙烯标准品进行校准时确定的。使用此聚乙烯校准法获得分子量值,如分子量分布(MWD或Mw/Mn),并且相关统计数据(通常是指常规GPC或cc-GPC结果)在此处被定义为修改的威廉姆斯和沃德法(method ofWilliams and Ward)。
实例
以下进行的实例说明了一个或多个本公开的特征。本发明的实例证明了利用本调配物的人造草皮长丝产生了改进的摩擦控制。实例中使用的聚合物组分如下提供。
UHMW PDMS组分是MB50-613,这是一种DOWLEXTM2035G LLDPE载剂中的UHMW PDMS母料,其包含50重量%的聚硅氧胶以及Mn=300,000g/mol。DOWLEXTM2035G的密度=0.919g/cc,并且熔融指数I2=6.0g/10min。MB50-613母料由密歇根州米德兰市的陶氏化学公司生产。
HMW PDMS组分是MB25-502,这是一种分散在I2为8g/10min的LDPE载剂中的HMWPDMS母料,其硅氧烷含量为25重量%并且Mn=17,000g/mol。MB25-502母料由密歇根州米德兰市的陶氏化学公司生产。
基础的乙烯类聚合物是在催化剂系统存在下通过溶液聚合方法制备的乙烯-己烯共聚物,所述催化剂系统包含多价芳氧基醚的金属络合物,其熔融指数(I2)为大约3.2g/10分钟、I10/I2为6.5并且密度大约为0.918g/cm3。具体地说,在催化剂系统存在下,如在美国专利5,977,251中所描述的单环管反应器系统中发生溶液聚合,所述催化剂系统包含表示为下式的前催化剂:
表1和表2中报告了用于乙烯类聚合物实例的聚合条件。参考表1和表2,TEA为三乙基铝,并且PETROSOL D 100/120为溶剂,其可购自西班牙石油公司(CEPSA)(西班牙马德里的西班牙石油公司( de Petróleos))。
表1和表2中报告了用于乙烯类聚合物实例的聚合条件。表3中提供了所产生的基础的乙烯类聚合物的GPC特性。
表1
表2
乙烯类聚合物 | |
3.催化剂 | |
反应器助催化剂-1/催化剂摩尔进料比 | 3.0 |
反应器助催化剂-1类型 | 四(五氟苯基)硼酸双(氢化牛脂烷基)甲酯(1-)胺 |
反应器助催化剂-2/催化剂摩尔比 | 33 |
反应器助催化剂-2类型 | TEA |
表3
Mn(g/mol) | Mw(g/mol) | Mz(g/mol) | Mw/Mn | |
乙烯类聚合物 | 34300 | 75000 | 136000 | 2.19 |
样品调配物展示于表4中。将所有样品加权到以包括5%的彩色母料(来自巴斯夫的Sicolen 95-133805)和1%的加工助剂(ARX 741)。
表4
为了制备人造草皮长丝,将上述调配物在Oerlikon Barmag(德国开姆尼茨(Chemnitz,Germany))的紧凑型单丝挤出生产线中挤出。产生目标为2000dtex的纱线。表5总结了加工条件。
表5
长丝特性的结果提供于下表6中。
表6
如表6所示,与比较实例CE1相比,HMW PDMS的添加通过减小收缩率并提供更宽的退火窗口而改进了长丝特性。这意味着单丝挤出方法可以在更高的线速度下运行,而不受簇绒方法中长丝过度收缩的限制。因此,发明实例允许为了长丝制造而增大操作窗口。
对于发明实例(IE1-IE4),长丝的拉伸特性得到了维持或改进,如韧度和伸长率。实例IE4是两种UHMW和HMW PDMS母料的组合,与单独的乙烯类聚合物(CE1)相比,实例IE4具有出色的收缩率性能以及更好的韧度和伸长率。
皮肤摩擦测试
在Labosport进行皮肤摩擦测试。所述测试被认为是代表运动员在草皮场表面上的跌倒模式。结果展示于下表7中。含有PDMS的发明实例在低速时显示出10℃与20℃之间的温度降低,并且在高速时显示出约10℃的温度降低。IE4包括UHMW和HMW PDMS组分的组合,其在整个速度范围内均显示出显著的温度降低。
表7
速度 | CE | IE1 | IE2 | IE3 | IE4 |
0.5m/s | 71.4 | 55.0 | 62.3 | 52.8 | 52.3 |
1.5m/s | 95.1 | 75.6 | 83.4 | 75.1 | 72.4 |
3.0m/s | 100.0 | 94.0 | 89.0 | 96.8 | 88.8 |
滚球测试
也在Labosport进行滚球测试。在此测试中,以对照的方式将球水平释放,并记录到停止的距离。重复进行三次并计算平均值。FIFA Quality Pro要求的滚球范围在滚动4米与8米之间。
表8
实例 | 滚动米数,m |
CE1 | 6.97 |
IE2 | 6.86 |
IE4 | 8.74 |
如上表8所示,可以看出IE4显示出比比较实例(CE1)高得多的滚球,甚至高于FIFAQuality PRO的最大要求值。这意味着所述调配物可在一些运动,如曲棍球中提供节省水的好处,在所述运动中水用来改进滚球。
虽然已经说明并描述了本公开的特定实施例,但所属领域的技术人员应显而易知,可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下作出各种其它改变和修改。因此,旨在在所附权利要求书中涵盖在本公开的范围内的所有这种改变和修改。
Claims (13)
1.一种人造草皮长丝,其由包含以下的调配物形成:
密度为0.900g/cc至0.955g/cc并且熔融指数I2为0.1g/10min至20g/10min的乙烯类聚合物,所述熔融指数根据ASTM D1238在190℃,2.16kg下测量;和
一种或多种数均分子量Mn为10,000g/mol至500,000g/mol的聚二甲基硅氧烷组分,其中Mn通过凝胶渗透色谱法测量。
2.根据权利要求1所述的人造草皮长丝,其中基于所述调配物的总重量,所述调配物包含80重量%至99重量%的所述乙烯类聚合物。
3.根据权利要求1或2所述的人造草皮长丝,其中所述调配物包含包含1重量%至20重量%的所述一种或多种聚二甲基硅氧烷组分。
4.根据权利要求1或2所述的人造草皮长丝,其中所述乙烯类聚合物的分子量分布MWD为2.0至8.0,其中MWD=Mw/Mn,其中Mw为重均分子量并且Mn为数均分子量,Mn和Mw均通过凝胶渗透色谱法测量。
5.根据权利要求1所述的人造草皮长丝,其中所述一种或多种聚二甲基硅氧烷组分是超高分子量聚二甲基硅氧烷和高分子量聚二甲基硅氧烷组分的共混物,其中所述超高分子量聚二甲基硅氧烷组分的Mn高于所述高分子量聚二甲基硅氧烷组分的Mn,其中所述超高分子量聚二甲基硅氧烷组分包含的Mn为150,000至450,000g/mol,且所述高分子量聚二甲基硅氧烷组分包含的Mn为10,000至100,000g/mol。
6.根据权利要求5所述的人造草皮长丝,其中所述超高分子量聚二甲基硅氧烷组分包含的Mn为200,000至400,000g/mol。
7.根据权利要求5或6所述的人造草皮长丝,其中所述超高分子量聚二甲基硅氧烷组分包含40重量%至60重量%的硅氧烷。
8.根据权利要求5或6中任一项所述的人造草皮长丝,其中所述人造草皮长丝包含高分子量聚二甲基硅氧烷组分,所述高分子量聚二甲基硅氧烷组分包含的Mn为10,000至50,000g/mol。
9.根据权利要求5或6所述的人造草皮长丝,其中所述高分子量聚二甲基硅氧烷组分包含20重量%至40重量%的硅氧烷。
10.根据权利要求5或6所述的人造草皮长丝,其中所述一种或多种聚二甲基硅氧烷组分包含与聚烯烃载剂共混的硅氧烷。
11.根据权利要求10所述的人造草皮长丝,其中所述聚烯烃载剂包含乙烯类聚合物。
12.一种人造草皮,其包含:
具有顶侧和底侧的主衬底;和
至少一种根据权利要求1或2所述的人造草皮长丝;
其中所述至少一种人造草皮长丝被粘附到所述主衬底,使得所述至少一种人造草皮长丝提供从所述主衬底的所述顶侧向外延伸的簇绒面。
13.根据权利要求12所述的人造草皮,其中所述人造草皮还包含结合到所述主衬底的所述底侧的至少一部分的副衬底,使得所述至少一种人造草皮长丝固定到位至所述主衬底的所述底侧。
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