CN112513172B - 人造草皮的可膨胀弹性填充组合物 - Google Patents

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Abstract

可膨胀填充组合物包括特定量的聚烯烃弹性体、疏水增塑剂、亲水‑亲脂平衡值大于或等于6的助增塑剂、有机吸收材料和任选地无机吸收材料。所述可膨胀填充组合物能够用于人造草皮系统。

Description

人造草皮的可膨胀弹性填充组合物
背景技术
本公开涉及用于人造草皮场地的粒状填充物、其制造方法和使用方法。
人造草皮，也称为场地，包含模仿草叶片的聚合物纤维，如聚乙烯纤维(纱线)。将纤维簇绒到主衬底并且用副衬底进行包覆，以保持纱线的分散和固定。粒状填充物散布在纤维之间和主衬底上，以维持纱线处于直立位置并且提供减震。与天然草场地不同，基于聚合物的人造草皮系统从太阳吸收大量热量。尤其是在炎热的气候下，人造草皮变得非常温暖并且使使用者不舒服。如今，给人造草皮场地浇水已被用作经由蒸发冷却来降低人造草皮表面温度的解决方案。然而，由于人造草皮纱线和填充物典型地基于非极性聚合物，因此大量的水被排出并且不可用于冷却。
因此，在本领域中仍然需要具有良好的热管理特性的填充组合物，特别是可降低用于人造草皮的热管理的水的量。如果填充物提供改进的蒸发冷却以及良好的减震特性，那么这将是另外有利的。
发明内容
可膨胀填充组合物包含10至50重量百分比的聚烯烃弹性体；5至20重量百分比的疏水增塑剂；1至10重量百分比的亲水-亲脂平衡值大于或等于6的助增塑剂；5至40重量百分比的有机吸收材料；和任选地，10至65重量百分比的无机吸收材料；其中重量百分比按组合物中存在的材料的总重量百分比计。
人造草皮系统包含主衬底；从主草皮衬底的第一表面向上延伸的多根草皮纤维；设置在主衬底的与第一表面相对的第二表面上的副衬底；和包含颗粒的填充层，所述颗粒包含填充组合物，所述填充层设置在主衬底的第一表面上的草皮纤维之间。
上文所描述的和其它特征由以下图式、具体实施方式、实例和权利要求书来例证。
附图说明
以下附图为示例性实施例。
图1示出在水浸测试期间填充探针随时间的膨胀。
图2示出在水浸测试期间填充探针随时间的膨胀。
具体实施方式
本发明人意外地发现具有改进的热管理特性，特别是改进的蒸发冷却的粒状填充组合物。使用特定量的聚烯烃弹性体、至少两种不同的增塑剂和吸水组合物的特定组合获得热管理特性。在特别有利的特征中，可实现改进的热管理特性以及期望的减震、耐久性和其它特性。
因此，本公开的一个方面为一种可膨胀填充组合物，其包含特定量的聚烯烃弹性体、疏水增塑剂、亲水-亲脂平衡值大于或等于6的助增塑剂、有机吸收材料和任选地无机吸收材料。
按组合物中存在的材料的总重量百分比计，聚烯烃弹性体可以10至50重量百分比(wt％)的量存在。在此范围内，聚烯烃弹性体可以15至50wt％、或15至45wt％、或20至45wt％、或15至40wt％、或15至15wt％、或20至30wt％的量存在。
在本文实施例中，聚烯烃弹性体可为聚烯烃嵌段共聚物。在一些实施例中，聚烯烃嵌段共聚物可为基于乙烯的弹性体、基于丙烯的弹性体或其组合。在特定实施例中，聚烯烃弹性体为基于乙烯的嵌段共聚物弹性体。聚烯烃弹性体可为交联的或非交联的。
基于乙烯或基于丙烯的弹性体可包括乙烯和丙烯的组合，并且可另外包括共聚单体，即，除乙烯或丙烯之外的额外可聚合单体。合适的共聚单体的实例包括具有3至30个，优选地3至20个碳原子的直链或支链α-烯烃，如丙烯、1-丁烯、1-戊烯、3-甲基-1-丁烯、1-己烯、4-甲基-1-戊烯、3-甲基-1-戊烯、1-辛烯、1-癸烯、1-十二烯、1-十四烯、1-十六烯、1-十八烯和1-二十烯；具有3至30个，优选地3至20个碳原子的环烯烃，如环戊烯、环庚烯、降冰片烯、5-甲基-2-降冰片烯、四环十二烯和2-甲基-1,4,5,8-二甲桥-1,2,3,4,4a,5,8,8a-八氢萘；二烯烃和聚烯烃，如丁二烯、异戊二烯、4-甲基-1,3-戊二烯、1,3-戊二烯、1,4-戊二烯、1,5-己二烯、1,4-己二烯、1,3-己二烯、1,3-辛二烯、1,4-辛二烯、1,5-辛二烯、1,6-辛二烯、1,7-辛二烯、亚乙基降冰片烯、乙烯基降冰片烯、二环戊二烯、7-甲基-1,6-辛二烯、4-亚乙基-8-甲基-1,7-壬二烯和5,9-二甲基-1,4,8-癸三烯；和3-苯基丙烯、4-苯基丙烯、1,2-二氟乙烯、四氟乙烯和3,3,3-三氟-1-丙烯。
聚烯烃弹性体可为烯烃嵌段共聚物(OBC)，其包含优选以线性方式而不是侧基或接枝方式连接的两个或更多个化学上不同的区域或链段(“嵌段”)。OBC可经由链穿梭过程产生，并且描述于US 7858706、US 7608668、US 7893166和US 7947793中。在一个实施例中，由于与其制备中所使用的多种催化剂组合的穿梭剂的作用，OBC的特征在于多分散性(PDI或Mw/Mn)两者的独特分布、嵌段长度分布和/或嵌段数量分布。在一些实施例中，OBC可由式(AB)n表示，其中n为至少1，优选地为大于1的整数，如2、5、10、20、50、100或更大，“A”为硬嵌段，并且“B”为软嵌段或链段。
OBC可包括各种数量的硬和软链段。“硬”链段为聚合单元的嵌段，其中各自按OBC的重量计，乙烯或丙烯以大于95wt％、或大于98wt％、至多100wt％的量存在。其余部分可为共聚单体，其在一些实施例中可不存在。“软”链段为包括各自按OBC的重量计大于5wt％、或大于10wt％、或大于20wt％、或大于40wt％、或大于60wt％，并且可为至多100wt％的量的共聚单体的聚合单元的嵌段。软链段可以各自按OBC的重量计1至99wt％、或10至90wt％、或30至70wt％、或40至60wt％、或45至55wt％的量存在于OBC中。相反，硬链段可以类似的范围存在。可基于从差示扫描量热法(DSC)或核磁共振(NMR)光谱学获得的数据来计算软链段和硬链段的重量百分比。这类方法和计算公开于例如US 7608668中，
基于乙烯的弹性体
在一些实施例中，聚烯烃弹性体为基于乙烯的弹性体，其中乙烯占聚烯烃弹性体的大部分摩尔分数，即乙烯占整个聚合物的至少50摩尔％(mol％)。更优选地，乙烯占至少60mol％、至少70mol％或至少80mol％，其中整个聚合物的基本上其余部分包含至少一种其它共聚单体，其优选地为具有3个或更多个碳原子的α-烯烃，例如丙烯或辛烯。在一些实施例中，基于乙烯的弹性体可包含50至90mol％、优选地60至85mol％、或更优选地65至80mol％的乙烯。
在一个实施例中，基于乙烯的弹性体为包含聚合乙烯和一种α-烯烃作为唯一单体类型的乙烯/α-烯烃嵌段共聚物。在另外的实施例中，α-烯烃为丙烯、1-丁烯、1-己烯或1-辛烯，优选地丙烯或1-辛烯，更优选地1-辛烯。
各自如根据ASTM D1238在190℃下使用2.16kg的载荷所测量)，乙烯/α-烯烃嵌段共聚物的熔体指数(MI或I2)可为0.1至50克/10分钟(克/10分钟)、或0.3至30克/10分钟、或0.5至20克/10分钟、或0.5至10克/10分钟。在一些实施例中，如根据ASTM D1238(230℃/2.16kg)所测量，乙烯/α-烯烃嵌段共聚物的熔体指数可为0.5至10克/10分钟。在一些实施例中，如根据ASTM D1238(230℃/2.16kg)所测量，乙烯/α-烯烃嵌段共聚物的熔体指数可为1.0至15克/10分钟。如根据ASTM D792所测量，基于乙烯的弹性体的密度可为0.860至0.890克/立方厘米(g/cc)或0.860至0.880g/cc。
合适的基于乙烯的弹性体的实例可包括INFUSETM9007、INFUSETM9010、INFUSETM9107、INFUSETM9100、INFUSETM9507、INFUSETM9500、INFUSETM9807、ENGAGETM8100、ENGAGETM8200、ENGAGETM8150、AFFINITYTMEG8100G和AFFINITYTMEG 8200G，其全部可商购自密歇根州密德兰的陶氏化学公司(The Dow Chemical Company(Midland,MI))；还可包括QUEOTM6800LA、QUEOTM7001LA和QUEOTM 8203，其全部可商购自奥地利维也纳的北欧化工公司(Borealis(Vienna,Austria))；并且还可包括EXACTTM4053和EXACTTM4049，其全部可商购自德克萨斯州斯普林的埃克森美孚化学公司(ExxonMobil Chemical Company(Spring,TX))。
基于丙烯的弹性体
在一些实施例中，聚烯烃弹性体为基于丙烯的弹性体，其中丙烯占聚烯烃弹性体的大部分摩尔分数，即丙烯占整个聚合物的至少50mol％。更优选地，丙烯占至少60mol％、至少70mol％或至少80mol％，其中整个聚合物的基本上其余部分包含乙烯或至少一种其它共聚单体，所述共聚单体为具有大于3个碳原子的α-烯烃，例如1-己烯或1-辛烯。在一些实施例中，基于丙烯的弹性体包含50至90mol％的丙烯、优选地60至85mol％的丙烯、或更优选地65至80mol％的丙烯。当存在乙烯时，基于丙烯的弹性体可具有3至15mol％的乙烯、或5至14mol％的乙烯、或7至12mol％的乙烯。在一些实施例中，不存在除了乙烯之外的共聚单体。
基于丙烯的弹性体可具有来自的熔体流动速率(MF)如根据ASTM D1238在230℃下使用2.16kg的载荷所测量，乙烯/α-烯烃嵌段共聚物的熔体指数可为1.0至15克/10分钟。如根据ASTM D792所测量，基于丙烯的弹性体的密度可为0.860至0.890克/立方厘米(g/cc)、或0.860至0.880g/cc。
合适的基于丙烯的弹性体的实例可包括VERSIFYTM2000、VERSIFYTM2200、VERSIFYTM2300、VERSIFYTM3200和VERSIFYTM3401，其可商购自密歇根州密德兰的陶氏化学公司或VISTAMAXXTM6102FL、VISTAMAXXTM3020FL，其可商购自德克萨斯州斯普林的埃克森美孚化学公司。
增塑剂
除了聚烯烃弹性体之外，组合物还包含疏水增塑剂。如本文所用，“增塑剂”指代可引入组合物中以赋予柔软性或柔韧性的化合物或化合物的混合物。因此，增塑剂可用于减弱给定树脂的硬度。
按组合物中存在的材料的总重量百分比计，疏水增塑剂可以5至20wt％的量存在。在此范围内，疏水增塑剂可以5至18wt％、或8至18wt％、或10至18wt％、或10至16wt％、或14至18wt％的量存在。
在一些实施例中，疏水增塑剂在25℃下为液体。在一些实施例中，疏水增塑剂为环烷油、石蜡油或其组合。优选地，疏水增塑剂包含石蜡油。合适的石蜡油的实例可以商品名SUNPAR获得。
除了疏水增塑剂之外，组合物另外包含助增塑剂。按组合物中存在的材料的总重量百分比计，助增塑剂可以1至10wt％的量存在。在此范围内，助增塑剂可以1至8wt％、或2至8wt％、或2至6wt％、或3至5wt％的量存在。在一些实施例中，疏水增塑剂和助增塑剂以1.5:1.0至5.0:1.0、或2.0:1.0至4.5:1.0、或2.2:1.0至4.2:1.0、或2.5:1至4.0:1的重量比存在。
助增塑剂可为水分散性的或水溶性的，优选地为水溶性的。举例来说，助增塑剂可具有大于或等于6、或大于或等于10、或大于或等于15、或大于或等于20的亲水-亲脂平衡(HLB)。HLB为分子的亲水基团(“爱水的”)和疏水基团(“憎水的”)的关系的经验表达。尽管已经描述用于测定分子的HLB的各种方法，但是除非另有说明，否则如本文所用的HLB指代通过Griffin方法获得的值(参见Griffin WC:"《非离子表面活性剂的HLB值的计算(Calculation of HLB Values of Non-Ionic Surfactants)》,"《化妆品化学家协会杂志(Journal of the Society of Cosmetic Chemists)》5(1954):259)。根据Griffin方法：HLB＝20*Mh/M，其中Mh为分子的亲水部分的分子量，并且M为整个分子的分子量。此计算提供0至20范围的数值结果，其中“0”为高度亲脂/疏水的，并且值“20”对应于疏脂/亲水的分子。举例来说，虽然HLB系统对于识别用于油和水乳化的表面活性剂特别有用，但本发明人已经发现两种增塑剂(一种为高亲脂性(低HLB值，例如小于6)，一种为更高亲水性(高HLB值，例如大于或等于6))的组合可提供具有良好的热管理特性的填充组合物。
助增塑剂可为水溶性聚合物，例如，包括聚(乙烯醇)(“PVA”)；聚(环氧烷)，如聚(乙二醇)(“PEG”)和聚(丙二醇)(“PPG”)等；和聚(氧乙基化多元醇)，如聚(氧乙基化甘油)、聚(氧乙基化山梨糖醇)和聚(氧乙基化葡萄糖)等。聚合物可为基于上述聚合物的单体的、直链或支链的，或者经取代或未经取代的均聚物或无规或嵌段共聚物和三元共聚物，类似于PEG。
在一些实施例中，助增塑剂优选地为聚((C2-3亚烷基)二醇)。适用于组合物的聚((C2-3亚烷基)二醇)为由以下通式表征的聚合物：HO(CRHCH2O)nH，其中R为H、甲基或其组合，并且n优选地为4至455的整数。当R为H时，材料为环氧乙烷的聚合物并且通常被称为聚(环氧乙烷)、聚(氧化乙烯)、聚(乙二醇)或“PEG”。当R为甲基时，这些材料为环氧丙烷的聚合物并且通常被称为聚(环氧丙烷)、聚(氧化丙烯)、聚(丙二醇)或“PPG”。当R为甲基时，可存在这些聚合物的位置异构体。在一些实施例中，助增塑剂优选地为聚(乙二醇)，优选地数均分子量(MW)为300至20,000克/摩尔(g/mol)，例如1,000至20,000g/mol、或1,000至15,000g/mol、或1,000至10,000g/mol的聚(乙二醇)。聚(乙二醇)的数均分子量例如可通过凝胶渗透色谱法来测定。
合适的聚(乙二醇)聚合物的具体实例可包括：3,600-4,400MW聚乙二醇(PEG-90，可作为CARBOWAX 4000从陶氏化学公司获得)；4,400-4,800MW聚乙二醇(PEG-100，可作为CARBOWAX 4600从陶氏化学公司获得)；7,000-9,000MW聚乙二醇(PEG-180，可作为CARBOWAX8000从陶氏化学公司获得)；100,000MW聚乙二醇(可作为POLYOX WSR N-10从陶氏化学公司获得)；200,000MW聚乙二醇(可作为POLYOX WSR N-80从陶氏化学公司获得)；300,000MW聚乙二醇(可作为POLYOX WSR N-750从陶氏化学公司获得)；400,000MW聚乙二醇(可作为POLYOX WSR N-3000从陶氏化学公司获得)；600,000MW聚乙二醇(可作为POLYOX WSR N-205从陶氏化学公司获得)；900,000MW聚乙二醇(可作为POLYOX WSR N-1105从陶氏化学公司获得)；1,000,000MW聚乙二醇(可作为POLYOX WSR N-12K从陶氏化学公司获得)；2,000,000MW聚乙二醇(可作为POLYOX WSR N-60K从陶氏化学公司获得)；4,000,000MW聚乙二醇(可作为POLYOX WSR-301从陶氏化学公司获得)；5,000,000MW聚乙二醇(可作为POLYOX WSRCoagulant从陶氏化学公司获得)；和7,000,000MW聚乙二醇(可作为POLYOX WSR-303从陶氏化学公司获得)。
有机吸收材料
组合物另外包含有机吸收材料。按组合物中存在的材料的总重量百分比计，有机吸收材料可以5至40wt％的量存在。在此范围内，有机吸收材料可以8至38wt％、或9至37wt％、或10至36wt％、或10至30wt％、或10至20wt％、或20至40wt％的量存在。
有机吸收材料可包含吸收性聚合物，例如超吸收性聚合物(SAP)。超吸收性聚合物包含可相对于聚合物颗粒的重量保留大量的水性流体的亲水性网络(例如，在干燥状态下，超吸收性聚合物吸收并且保留水的等于或大于其自身重量的重量)。聚合物可包含多种有机聚合物，它们在与水性流体接触时可与水反应或吸收水并且膨胀。这类聚合物的实例包括多糖、聚((甲基)丙烯酸C1-8烷基酯)、聚((甲基)丙烯酸羟基C1-8烷基酯)(如(丙烯酸2-羟乙酯))、聚((甲基)丙烯酰胺)、聚(乙烯基吡咯烷)、聚(乙酸乙烯酯)等。前述包括共聚物，例如(甲基)丙烯酰胺与马来酸酐、乙酸乙烯酯、环氧乙烷、乙二醇或丙烯腈或其组合的共聚物。可使用不同聚合物的组合。
示例性多糖包括淀粉、纤维素、黄原胶、琼脂、果胶、海藻酸、黄蓍胶、普兰胶、结冷胶、罗望子籽胶、卡兰胶、瓜尔豆胶、阿拉伯胶、葡甘露聚糖、壳多糖、壳聚糖、透明质酸以及其组合。
在一些实施例中，超吸收性聚合物可通过非离子、阴离子或阳离子单体或包含前述中的至少一种的组合的聚合来制备。形成超吸收性聚合物的聚合可包括自由基聚合、溶液聚合、凝胶聚合、乳液聚合、分散聚合或悬浮液聚合。聚合可在水相、反相乳液或反相悬浮液中执行。
用于制备超吸收性聚合物的非离子单体的实例包括(甲基)丙烯酰胺、经C1-8烷基取代的(甲基)丙烯酰胺、经氨基C1-8烷基)取代的(甲基)丙烯酰胺、乙烯醇、乙酸乙烯酯、烯丙醇、(甲基)丙烯酸C1-8烷基酯、(甲基)丙烯酸羟基C1-8烷基酯(如(甲基)丙烯酸羟乙酯)、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺和(甲基)丙烯腈。如本文所用，“聚((甲基)丙烯酰胺)”包括包含衍生自以下的单元的聚合物：(甲基)丙烯酰胺、经烷基取代的(甲基)丙烯酰胺(如N-C1-8烷基(甲基)丙烯酰胺和N,N-二(C1-8烷基)(甲基)丙烯酰胺)、经二烷基氨基烷基取代的(甲基)丙烯酰胺(如经(N,N-二(C1-8烷基)氨基)C1-8烷基取代的(甲基)丙烯酰胺)。前述单体的具体实例包括甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N-甲基甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-环己基丙烯酰胺、N-苄基丙烯酰胺、N,N-二甲基氨基丙基丙烯酰胺、N,N-二甲基氨基乙基丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺或其组合。
阴离子单体的实例包括具有酸性基团(例如，羧酸基团、磺酸基团、膦酸基团、其盐、对应酸酐或卤化酰基或包含前述酸性基团中的至少一种的组合)的烯键式不饱和阴离子单体。举例来说，阴离子单体可为(甲基)丙烯酸、马来酸、马来酸酐、富马酸、衣康酸、α-氯丙烯酸、β-氰基丙烯酸、β-甲基丙烯酸、α-苯基丙烯酸、β-丙烯酰氧基丙酸、山梨酸、α-氯山梨酸、2'-甲基异巴豆酸、肉桂酸、对氯肉桂酸、β-硬脂酸、柠康酸、中康酸、戊烯二酸、乌头酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、烯丙基磺酸、乙烯基磺酸、烯丙基膦酸、乙烯基膦酸或其组合。
阳离子单体的实例包括((甲基)丙烯酸N,N-二(C1-8烷基氨基)(C1-8烷基)酯(例如，丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯和甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯)(其中氨基随后被例如甲基氯季铵化)、二烯丙基二甲基氯化铵或前述被烷基取代的(甲基)丙烯酰胺和被二烷基氨基烷基取代的(甲基)丙烯酰胺中的任一种(如(N,N-二(C1-8烷基)氨基)C1-8烷基丙烯酰胺)和其季化形式(如丙烯酰胺基丙基三甲基氯化铵)。
超吸收性聚合物可包含阳离子和阴离子单体两者。阳离子和阴离子单体可以各种化学计量比(例如1:1的比率)存在。一种单体可以比另一种单体的化学计量更大的化学计量存在。两性超吸收性聚合物的实例包括非离子单体、阴离子单体和阳离子单体的三元共聚物。
超吸收性聚合物可任选地在超吸收性聚合物的聚合物链中包括多个交联。交联可为共价的，并且为通过使用交联剂使聚合物链交联而产生的。交联剂可为含有例如两个烯键式不饱和位点(即，两个烯键式不饱和双键)的烯键式不饱和单体、对超吸收性聚合物的聚合物链的官能团(例如，酰胺基团)具有反应性的烯键式不饱和双键和官能团，或对超吸收性聚合物的聚合物链的官能团具有反应性的若干官能团。可选择交联程度以便控制超吸收性聚合物的膨胀量。举例来说，交联程度可用于控制流体吸收量或超吸收性聚合物的体积扩展。因此，当聚合物颗粒包含超吸收性聚合物时，交联程度可用于控制流体吸收量或聚合物颗粒的体积扩展。
示例性交联剂可包括二胺的二(甲基)丙烯酰胺，如哌嗪的二丙烯酰胺；C1-8亚烷基双丙烯酰胺，如亚甲基双丙烯酰胺和亚乙基双丙烯酰胺；不饱和酰胺的N-羟甲基化合物，如N-羟甲基甲基丙烯酰胺或N-羟甲基丙烯酰胺；二羟基、三羟基或四羟基化合物的(甲基)丙烯酸酯，如乙二醇二丙烯酸酯、聚(乙二醇)二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基三(甲基)丙烯酸酯、甘油三(甲基)丙烯酸酯)、乙氧基化甘油三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、丁二醇二(甲基)丙烯酸酯)；二乙烯基或二烯丙基化合物，如(甲基)丙烯酸烯丙基酯、烷氧基化(甲基)丙烯酸烯丙基酯、2,2'-偶氮双(异丁酸)的二烯丙基酰胺、氰脲酸三烯丙酯、异氰脲酸三烯丙酯、马来酸二烯丙基酯、多烯丙基酯、四烯丙基氧基乙烷、三烯丙基胺和四烯丙基亚乙基二胺、二醇多元醇、羟基烯丙基或丙烯酸酯化合物和磷酸或亚磷酸的烯丙基酯；水溶性二丙烯酸酯，如聚(乙二醇)二丙烯酸酯(例如，PEG 200二丙烯酸酯或PEG 400二丙烯酸酯)。还可使用包含上述交联剂中的任一种的组合。
在一些实施例中，超吸收性聚合物可包含淀粉接枝共聚物、交联的羧甲基纤维素衍生物、交联的聚(甲基)丙烯酸、交联的聚(甲基)丙烯酸的盐或其组合。在特定实施例中，超吸收性聚合物可包含聚(甲基)丙烯酸，例如交联的聚(甲基)丙烯酸，优选地交联的聚丙烯酸。
无机吸收材料
组合物可任选地另外包含无机吸收材料。当存在时，按组合物中存在的材料的总重量百分比计，无机吸收材料可以10至65wt％的量包括在组合物中。在此范围内，无机吸收剂可以10至63wt％、或20至60wt％、或25至60wt％、或30至60wt％、或30至45wt％、或10至45wt％的量存在。在一些实施例中，可存在吸收材料(即，有机吸收材料，并且当存在时，无机吸收材料)的总量，使得总吸收材料与聚烯烃嵌段共聚物的重量比为0.5:1.0至5.0:1.0，优选地0.8:1至3.0:1.0。
当存在时，无机吸收材料可包含例如钠膨润土、钙膨润土、三氢氧化铝、硫酸钡、碳酸钙、硫酸钙、碳酸镁、三氢氧化镁、硅藻土、白云石、玻璃珠、陶瓷珠、高岭土、云母、珍珠岩、天然二氧化硅、合成二氧化硅、硅灰石、晶须或其组合。在一些实施例中，无机吸收剂包含碳酸钙、钠膨润土或其组合。在特定实施例中，无机吸收剂包含钠膨润土。在一些实施例中，无机吸收剂包含碳酸钙，并且碳酸钙优选地为未涂层的。
添加剂
本公开的组合物可任选地另外包括一种或多种添加剂，如抗微生物剂、抗氧化剂(例如，受阻酚，如由西巴盖吉(Ciba Geigy)供应的IRGANOX 1010或IRGANOX 1076)、抗静电剂、杀生物剂、染料、阻燃剂、热稳定剂、润滑剂、颜料、加工助剂、紫外线稳定剂、蜡等或其组合。按膜中存在的材料的总重量百分比计，每种添加剂可以如0.01至5.0wt％的水平包括在膜中。
在特定实施例中，本公开的可膨胀填充组合物包含20至30wt％的聚烯烃弹性体，其中聚烯烃弹性体为乙烯/α-烯烃嵌段共聚物；10至16wt％的石蜡油；3至5重量百分比的优选地分子量为300至20,000g/mol的聚(乙二醇)；20至40wt％的有机吸收材料，其中有机吸收材料为交联的聚(丙烯酸)；和10至45重量百分比的包含钠膨润土、碳酸钙或其组合的无机吸收材料。每种组合物的重量百分比按组合物中存在的材料的总重量百分比计。
如上所述的本公开的填充组合物可有利地表现出期望的膨胀和蒸发冷却特性。举例来说，本公开的组合物的模制样品在水中浸泡48小时后可表现出25至1900％的体积改变。在此范围内，体积改变可为500至1900％、或500至800％、或25至300％、或25至250％、或25至100％。膨胀行为可通过将包含上述组合物的模制样品在蒸馏水中浸泡指定的时间来测定。可分析模制样品随时间的尺寸改变，以便评估其体积改变。另外，可在指定的时间称重模制样品，并且将重量与样品的干重进行比较以测定吸水率。下面的工作实例中另外描述此程序。
组合物的密度还优选地为大于1.0克/立方厘米，例如1.0至1.5克/立方厘米。在膨胀后，组合物的密度可优选地为0.850至1.500克/立方厘米，优选地1.000至1.500克/立方厘米。当使用组合物作为填充组合物时，可优选大于1.0的密度，以避免在给人造草皮系统浇水时或在下雨期间组合物漂浮。
组合物还可表现出期望的机械特性。举例来说，包含组合物的模制样品可具有2.0至6.0MPa的拉伸强度和55至90的肖氏硬度。在膨胀后，包含组合物的相同模制样品可具有0.50至5.00MPa或1.00至4.50MPa的拉伸强度和0.1至35或5至30的肖氏硬度。
本公开的组合物可通过将有机吸收材料分散在疏水增塑剂中来制备。可单独地将聚烯烃嵌段共聚物与助增塑剂组合，并且可将无机吸收剂添加到聚烯烃嵌段共聚物/助增塑剂混合物中。可将有机吸收剂/疏水增塑剂混合物以及任何期望的添加剂添加到聚烯烃嵌段共聚物/助增塑剂混合物中。组合物可任选地被模制，例如压缩模制。
本公开的可膨胀填充组合物可特别有用地用作人造草皮系统的组分。因此，本公开的另一方面为包含可膨胀填充组合物的人造草皮系统。
人造草皮系统可包含主衬底、从主草皮衬底的第一表面向上延伸的多根草皮纤维、设置在主衬底的与第一表面相对的第二表面上的副衬底，和包含颗粒的填充层，所述颗粒包含填充组合物，所述填充层设置在主衬底的第一表面上的草皮纤维之间。
主衬底可由一至三层织造或非织造织物制备。这些织物可由聚丙烯、聚酯或其它合成材料制备。在一些实施例中，主衬底可具有两层结构。在一些实施例中，主衬底可具有三层结构，其中外层包含被称为“FLW”的织造和成绒材料，并且中间层包含尺寸稳定的织造或非织造材料。主衬底的总重量可在3盎司/平方码和12盎司/平方码之间变化，优选的总重量为10盎司/平方码。副衬底可为聚合涂层，其可通过在主衬底上施加液体聚合物来形成。聚合涂层可包含例如乳胶或氨基甲酸酯。涂层重量可在12盎司/平方码和30盎司/平方码之间变化，优选的重量为28盎司/平方码。
草皮纤维可包含任何合适的合成材料，其被挤压成相对较宽和较薄的条。草皮纤维的厚度和大小可变化，以呈现天然草的外观。典型地，草皮纤维包含一种或多种聚烯烃、一种或多种尼龙等。优选的材料为聚乙烯，其为柔软的并且具有良好的耐磨性。然而，聚丙烯也可用于制备草皮纤维。
颗粒填充物可施加到任何期望的深度。在示例性实施例中，颗粒填充物占草皮纤维的平均高度的大于10％至草皮纤维的平均高度的90％。在另一个示例性实施例中，颗粒填充物占草皮纤维的平均高度的大于25％至草皮纤维的平均高度的75％。
在一些实施例中，填充层包括包含本公开的填充组合物的颗粒以及不同于本公开的填充组合物的一种或多种颗粒。举例来说，填充层可包含本公开的填充组合物和包含苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、热塑性弹性体(TPE)、乙烯丙烯二烯单体橡胶(EPDM)、聚(乙烯)(PE)等中的一种或多种的颗粒。优选地，填充层包含至少10wt％的本公开的填充组合物，或至少20wt％的本公开的填充组合物。
实例
在表1中列出以下实例的材料。
表1
根据以下程序制备面积为1厘米×1厘米并且厚度为2毫米的样品。将SAP预分散在石蜡油中。在单独的间歇混合器中，将OBC与PEG混合并且然后添加CaCO3。将SAP-油混合物共混在其中，并且将钠膨润土添加到所得混合物中。在混合后，将组合物压缩模制以形成切割成上述尺寸的板。
首先称重模制样品，并且然后在室温下在指定的时间内浸入蒸馏水中以测定吸水率(即膨胀)。以不同的时间间隔提取样品，并且分析相对于初始体积(％)的尺寸改变(测量为长度、宽度和厚度增加＝膨胀体积)。吸水率通过称重膨胀的样品随着重量的增加而监测。
测试的组合物概述于表2中。每种组分的量以按组合物的总重量计的重量百分比给出。表2中还示出每种组合物的无机吸收剂与OBC、有机吸收剂与OBC以及总吸收剂与OBC的重量比。
表2
组分 CE1 CE2 CE3 E1 E2 E3 E4 E5 E6 E7
SBR 100
OBC 20 90 44 30 30 30 24 20 20
CaCO3 69 14 24 42 20
SAP 36 36 36 30 20 10
Na基膨润土 14 60 30
石蜡油 9 10 16 16 16 12 10 16 16
PEG 2 4 4 4 4 4 4 4
总计 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
无机吸收剂:OBC 3.45 N/A 0 0 0.47 0.47 0.8 1.75 3 2.5
有机吸收剂:OBC 0 N/A 0 0.82 1.20 1.20 1 0.83 0 0.50
总吸收剂:OBC 3.45 N/A 0 0.82 1.67 1.67 1.80 2.58 3 3
图1示出在以上所述的浸泡测试期间E1-E4的组合物的体积的相对改变。图1说明组合物可被定制，使得可控制膨胀量和膨胀速率。值得注意的是，在48小时后，由于用水膨胀，E1示出体积增加628％(重量增加550％)。如在E2中，当添加矿物吸收剂(例如，钠膨润土)以及有机SAP时，可增加膨胀的固定量。换句话说，组合物的最大吸收容量更高。如在E3中，当添加碳酸钙时，例如与E1相比，膨胀速率也可修改。E4示出组分之间的不同比率可提供特定的膨胀和膨胀速率性能。
在图1中所示的所有配制物中，在浸入水中后的相对尺寸改变为显著的，如表3中所示，在48小时后体积改变在500至1900％的范围内。
表3
在48小时后的膨胀 CE1 E1 E2 E3 E4
体积百分比 628.1 1908.3 766.8 543.7
重量百分比 1.0* 550.5 1579.5 582.5 387.5
*在浸泡23.5小时后测量的吸水率为1％。由于未观察到吸收，因此在47小时未进行测量。
图2和表4示出可对组合物进行改性以也调节膨胀效果以保持期望的尺寸改变。另外，图2中所示的组合物包括较少量的聚合物，这由于低成本而可为有利的。
表4
在48小时后的膨胀 E4 E5 E6 E7
体积百分比 543.7 195.1 36.4 237.1
重量百分比 387.5 137.9 28.7 149.6
在水中膨胀48小时之前和之后，还测量填充组合物典型地考虑的额外特性。结果在表5中示出，并且示出可调整组合物以实现期望的机械特性以及期望的膨胀性能。根据ISO 37(2012)测定最大拉伸强度、拉伸应变和断裂强度以及断裂拉伸应力。
表5
组合物维持大于1g/cc的密度可为特别有利的。举例来说，E7的组合物保持大于1g/cc的密度，并且在48小时后示出良好的机械特性和243vol％的膨胀性能。
还对具有CE2、CE3、E2和E5的组合物的样品(如上表2中所述)进行热测试。基于《FIFA测试方法手册(FIFA Handbook of Test Methods)》(2015年10月版)中的FIFA测试方法14：“《人造草皮产品上的热量测定程序(Procedure for the determination of heaton artificial turf products)》”执行热测试。在此测试期间，使用符合EN60068-2-5的室来模拟太阳辐照度、温度和湿度。测试条件如下：暴露时间为8小时；样品一起暴露(即，使用相同的风化周期)，每个样品都带有用于表面温度测量的单独传感器；将填充组合物放在标准的草皮地毯上，并且切割纤维以避免并且示出对细粒的作用。运行两组测试。首先在干燥条件下开始，并且将样品直接暴露于加热灯下。第二测试用2L/m2的水给样品预浇水，并且然后将样品暴露于加热灯下。
表6和7中分别示出这两个系列测试(即干法和湿法)的结果，它们示出在不同暴露时间下的表面温度。可看出，与CE2的比较配制物相比，根据本公开的组合物提供显著的温度降低。在干法测试结束时，温度降低高达18℃，并且在湿法测试结束时，温度降低高达25℃，其中浇水步骤后3小时温度改变超过30℃。
表6
表7
本公开另外涵盖以下方面。
方面1：一种可膨胀填充组合物，其包含：10至50重量百分比的聚烯烃弹性体；5至20重量百分比的疏水增塑剂；1至10重量百分比的亲水-亲脂平衡值大于或等于6的助增塑剂；5至40重量百分比的有机吸收材料；和任选地，10至65重量百分比的无机吸收材料；其中重量百分比按所述组合物中存在的材料的总重量百分比计。
方面2：根据方面1所述的可膨胀填充组合物，其中疏水增塑剂与助增塑剂的重量比为1.5:1.0至5.0:1.0。
方面3：根据方面1或2所述的可膨胀填充组合物，其中所述聚烯烃弹性体为聚烯烃嵌段共聚物，优选地其中所述聚烯烃嵌段共聚物为基于丙烯的弹性体、基于乙烯的弹性体或其组合，更优选地其中所述聚烯烃嵌段共聚物为基于乙烯的弹性体。
方面4：根据方面1至3中任一项或多项所述的可膨胀填充组合物，其中所述聚烯烃弹性体为乙烯/α-烯烃嵌段共聚物；优选地乙烯/α-烯烃嵌段共聚物的熔体指数为每10分钟洗脱0.1至50.0克，如根据ASTM D1238在190℃下使用2.16千克的载荷测定。
方面5：根据方面1至4中任一项或多项所述的可膨胀填充组合物，其中所述疏水增塑剂在25℃下为液体，优选地其中所述疏水增塑剂为环烷油或石蜡油。
方面6：根据方面1至5中任一项或多项所述的可膨胀填充组合物，其中所述疏水增塑剂为石蜡油。
方面7：根据方面1至6中任一项或多项所述的可膨胀填充组合物，其中所述助增塑剂为聚(乙烯醇)、聚((C2-3亚烷基)二醇)、聚(氧乙基化多元醇)或其组合，优选地聚((C2-3亚烷基)二醇)。
方面8：根据方面1至7中任一项或多项所述的可膨胀填充组合物，其中所述助增塑剂为聚(乙二醇)，优选地具有300至20,000克/摩尔的分子量。
方面9：根据方面1至8中任一项或多项所述的可膨胀填充组合物，其中所述有机吸收材料包含超吸收性有机聚合物。
方面10：根据方面9所述的可膨胀填充组合物，其中所述超吸收性有机聚合物包含淀粉接枝共聚物，交联的羧甲基纤维素衍生物，交联的聚(甲基)丙烯酸，交联的聚(甲基)丙烯酸的盐，衍生自(甲基)丙烯酰胺、经C1-8烷基取代的(甲基)丙烯酰胺经氨基(C1-8烷基)取代的(甲基)丙烯酰胺、乙烯醇、乙酸乙烯酯、烯丙醇、(甲基)丙烯酸C1-8烷基酯、(甲基)丙烯酸羟基C1-8烷基酯N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺和(甲基)丙烯腈中的至少一种的聚合物，前述与马来酸酐、乙酸乙烯酯、环氧乙烷、乙二醇或丙烯腈或其组合的共聚物，衍生自甲基)丙烯酸、乙基丙烯酸、马来酸、马来酸酐、富马酸、衣康酸、α-氯丙烯酸、β-氰基丙烯酸、β-甲基丙烯酸、α-苯基丙烯酸、β-丙烯酰氧基丙酸、山梨酸、α-氯山梨酸、2'-甲基异巴豆酸、肉桂酸、对氯肉桂酸、β-硬脂酸、柠康酸、中康酸、戊烯二酸、乌头酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、烯丙基磺酸、乙烯基磺酸、烯丙基膦酸、乙烯基膦酸或其组合中的至少一种的聚合物，衍生自(甲基)丙烯酸N,N-二(C1-8烷基氨基)(C1-8烷基)酯(其中所述氨基随后被季铵化)、烯丙基二甲基氯化铵或其组合的聚合物。
方面11：根据方面9所述的可膨胀填充组合物，其中所述超吸收性有机聚合物包含交联的聚(甲基)丙烯酸。
方面12：根据方面1至11中任一项或多项所述的可膨胀填充组合物，其中所述无机吸收材料存在并且包含钠膨润土、钙膨润土、三氢氧化铝、硫酸钡、碳酸钙、硫酸钙、碳酸镁、三氢氧化镁、硅藻土、白云石、玻璃珠、陶瓷珠、高岭土、云母、珍珠岩、天然二氧化硅、合成二氧化硅、硅灰石、晶须或其组合。
方面13：根据方面1至12中任一项或多项所述的可膨胀填充组合物，其另外包含添加剂，其中所述添加剂为抗微生物剂、抗氧化剂、抗静电剂、杀生物剂、染料、阻燃剂、热稳定剂、润滑剂、颜料、加工助剂、紫外线稳定剂、蜡或其组合。
方面14：根据方面1至13中任一项或多项所述的可膨胀填充组合物，其包含：20至30重量百分比的乙烯/α-烯烃嵌段共聚物；10至16重量百分比的石蜡油；3至5重量百分比的聚(乙二醇)；20至40重量百分比的交联的聚(丙烯酸)；和10至45重量百分比的钠膨润土、碳酸钙或其组合；其中重量百分比按所述组合物中存在的材料的总重量百分比计。
方面15：一种人造草皮系统，其包含：主衬底；从主草皮衬底的第一表面向上延伸的多根草皮纤维；设置在所述主衬底的与所述第一表面相对的第二表面上的副衬底；和包含颗粒的填充层，所述颗粒包含根据方面1至14中任一项或多项所述的填充组合物，所述填充层设置在所述主衬底的所述第一表面上的所述草皮纤维之间。
组合物、方法和制品可替代地包含以下、由以下组成或基本上由以下组成：本文所公开的任何合适的材料、步骤或组分。组合物、方法和制品可另外或替代地配制，以便不含或基本上不含对于实现组合物、方法和制品的功能或目标而言原本不需要的任何材料(或物质)、步骤或组分。
本文所公开的所有范围都包括端点，并且端点彼此独立地组合在一起。“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。术语“第一”、“第二”等并不表示任何次序、数量或重要性，而是用于区分一个要素与另一要素。除非本文另有说明或明显与上下文相矛盾，否则术语“一个(a)”和“一种(an)”和“所述”并不表示数量的限制，并且应被解释为既涵盖单数也涵盖复数。除非另外清楚地说明，否则“或”意指“和/或”。整个说明书中对“一些实施例”、“实施例”的引用意指结合实施例描述的特定元件包括在本文所述的至少一个实施例中，并且在其它实施例中可存在或不存在。此外，应理解，所描述的要素可以任何合适方式在各种实施例中组合。
除非在本文中有相反的规定，否则所有测试标准都是截至本申请的提交日期生效的最新标准，或者，如果要求优先权，那么是出现所述测试标准的最早优先权申请的提交日期。
除非另外定义，否则本文所使用的技术和科学术语具有与本申请所属领域的技术人员通常所理解的相同的含义。本文提及的所有出版物、专利申请和其它参考文献都以全文引用的方式并入本文中。然而，如果本申请中的术语与所并入的参考文献中的术语矛盾或冲突，那么来自本申请的术语优先于来自所并入的参考文献的冲突术语。
使用标准命名法描述化合物。举例来说，任何未被任何指定基团取代的位置应理解为其化合价被所指示的键或氢原子填充。不在两个字母或符号之间的短划(“-”)用于指示取代基的连接点。举例来说，-CHO通过羰基的碳连接。
虽然已经描述具体实施例，但申请人或本领域的其它技术人员可产生未预见到或可能当前未预见到的替代方案、修改、变化、改进和实质等效物。因此，如提交并且如其可以被修正的所附权利要求书旨在涵盖所有这类替代方案、修改变化、改进和实质性等效物。

Claims (15)

1.一种可膨胀填充组合物，其包含：
10至50重量百分比的聚烯烃弹性体；
5至20重量百分比的疏水增塑剂；
1至10重量百分比的亲水-亲脂平衡值大于或等于6的助增塑剂；
5至40重量百分比的有机吸收材料；和
任选地，10至65重量百分比的无机吸收材料；
其中重量百分比按所述组合物中存在的材料的总重量百分比计。
2.根据权利要求1所述的可膨胀填充组合物，其中疏水增塑剂与助增塑剂的重量比为1.5:1.0至5.0:1.0。
3.根据权利要求1所述的可膨胀填充组合物，其中所述聚烯烃弹性体为聚烯烃嵌段共聚物。
4.根据权利要求1所述的可膨胀填充组合物，其中所述聚烯烃弹性体为乙烯/α-烯烃嵌段共聚物。
5.根据权利要求1所述的可膨胀填充组合物，其中所述疏水增塑剂在25℃下为液体。
6.根据权利要求1所述的可膨胀填充组合物，其中所述疏水增塑剂为石蜡油。
7.根据权利要求1所述的可膨胀填充组合物，其中所述助增塑剂为聚(乙烯醇)、聚((C2-3亚烷基)二醇)、聚(氧乙基化多元醇)或其组合。
8.根据权利要求1所述的可膨胀填充组合物，其中所述助增塑剂为聚(乙二醇)。
9.根据权利要求1所述的可膨胀填充组合物，其中所述有机吸收材料包含超吸收性有机聚合物。
10.根据权利要求9所述的可膨胀填充组合物，其中所述超吸收性有机聚合物包含淀粉接枝共聚物，交联的羧甲基纤维素衍生物，交联的聚(甲基)丙烯酸，交联的聚(甲基)丙烯酸的盐，衍生自(甲基)丙烯酰胺、经C1-8烷基取代的(甲基)丙烯酰胺经氨基(C1-8烷基)取代的(甲基)丙烯酰胺、乙烯醇、乙酸乙烯酯、烯丙醇、(甲基)丙烯酸C1-8烷基酯、(甲基)丙烯酸羟基C1-8烷基酯N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺和(甲基)丙烯腈中的至少一种的聚合物，前述与马来酸酐、乙酸乙烯酯、环氧乙烷、乙二醇或丙烯腈或其组合的共聚物，衍生自(甲基)丙烯酸、乙基丙烯酸、马来酸、马来酸酐、富马酸、衣康酸、α-氯丙烯酸、β-氰基丙烯酸、β-甲基丙烯酸、α-苯基丙烯酸、β-丙烯酰氧基丙酸、山梨酸、α-氯山梨酸、2'-甲基异巴豆酸、肉桂酸、对氯肉桂酸、β-硬脂酸、柠康酸、中康酸、戊烯二酸、乌头酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、烯丙基磺酸、乙烯基磺酸、烯丙基膦酸、乙烯基膦酸或其组合中的至少一种的聚合物，衍生自(甲基)丙烯酸N,N-二(C1-8烷基氨基)(C1-8烷基)酯(其中所述氨基随后被季铵化)、烯丙基二甲基氯化铵或其组合的聚合物。
11.根据权利要求9所述的可膨胀填充组合物，其中所述超吸收性有机聚合物包含交联的聚(甲基)丙烯酸。
12.根据权利要求1所述的可膨胀填充组合物，其中所述无机吸收材料存在并且包含钠膨润土、钙膨润土、氢氧化铝、硫酸钡、碳酸钙、硫酸钙、碳酸镁、氢氧化镁、硅藻土、白云石、玻璃珠、陶瓷珠、高岭土、云母、珍珠岩、天然二氧化硅、合成二氧化硅、硅灰石、晶须或其组合。
13.根据权利要求1所述的可膨胀填充组合物，其另外包含添加剂，其中所述添加剂为抗氧化剂、抗静电剂、杀生物剂、染料、阻燃剂、热稳定剂、颜料、加工助剂、紫外线稳定剂或其组合。
14.根据权利要求1所述的可膨胀填充组合物，其包含：
20至30重量百分比的乙烯/α-烯烃嵌段共聚物；
10至16重量百分比的石蜡油；
3至5重量百分比的聚(乙二醇)；
20至40重量百分比的交联的聚(丙烯酸)；和
10至45重量百分比的钠膨润土、碳酸钙或其组合；
其中重量百分比按所述组合物中存在的材料的总重量百分比计。
15.一种人造草皮系统，其包含：
主衬底；
从主草皮衬底的第一表面向上延伸的多根草皮纤维；
设置在所述主衬底的与所述第一表面相对的第二表面上的副衬底；和
包含颗粒的填充层，所述颗粒包含根据权利要求1至14中任一项所述的填充组合物，所述填充层设置在所述主衬底的所述第一表面上的所述草皮纤维之间。
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