ES2312041T3 - Composicion de polietileno para cesped artificial. - Google Patents

Abstract

Cinta, fibra o filamento conteniendo pigmento y que comprende 75-99,5% en peso de un polietileno sin pigmentar que tiene una densidad de 920-940 kg/m 3 y un índice de fusión MI2 de al menos 0,3 g/10 minutos, y hasta 25% en peso de un polietileno pigmentado, en donde la cantidad total de pigmento en la cinta, fibra o filamento es de al menos 0,5% en peso.

Description

Composición de polietileno para césped artificial.

La presente invención se refiere a cintas y películas de polietileno y, más particularmente, a césped artificial producido a partir de dichas cintas, películas o monofilamentos.

En el pasado, el césped artificial ha sido producido a partir de polipropileno. Habitualmente, los hilos de película cortada en tiras a base de polímeros de propileno se producen mediante el corte en tiras de películas extruidas a partir de composiciones que comprenden polipropileno. Sin embargo, como césped artificial, el polipropileno presenta ciertos inconvenientes: las hebras obtenidas por fibrilación mecánica del hilo de película cortada en tiras no soportan de manera suficiente el aplastamiento y desgarramiento, dando lugar a un fenómeno de "post-fibrilación" del hilo de película cortada en tiras después de periodos de tiempo inaceptablemente cortos. Además, el propileno tiene, al igual que la piel humana, un coeficiente de fricción comparativamente alto, de manera que cuando alguien se desliza con su piel por el césped pueden producirse quemaduras. Este fenómeno se reduce habitualmente introduciendo rizos en el polipropileno y/o mezclando el polipropileno con otros compuestos tal como tereftalato de polietileno. Alternativamente, el polipropileno puede ser coextruido con otros materiales tal como
LLDPE.

Más recientemente, se ha producido cada vez más césped artificial a partir de polietileno o un laminado de polietileno y polipropileno. El polietileno tiene un coeficiente de fricción más bajo que el polipropileno. Con frecuencia se emplea polietileno lineal de baja densidad, dado que la baja densidad proporciona un producto que es muy suave al tacto. Sin embargo, las hebras de césped carecen de elasticidad, lo cual significa que la superficie del césped llega a aplanarse rápidamente cuando es utilizado.

También se pueden emplear mayores densidades de polietileno. Un producto de polietileno comercialmente disponible para utilizarse en césped artificial comprende alrededor de 85% de un polietileno que tiene una densidad de 944 kg/m^{3} y un índice de fusión MI_{2} de alrededor de 0,6 g/10 minutos, mezclado con alrededor de 15% de una composición que comprende un polietileno que tiene una densidad de 951 kg/m^{3} y un índice de fusión de 11 g/10 minutos, más pigmentos y otros aditivos. La presencia del pigmento aumenta la densidad del producto final a 975 kg/m^{3} aproximadamente.

La entidad solicitante ha encontrado una composición de polietileno que se puede emplear para proporcionar césped artificial que tiene un equilibrio mejorado de suavidad y elasticidad en comparación con los céspedes conocidos. En consecuencia, en un primer aspecto, la presente invención proporciona una cinta, fibra o filamento, conteniendo pigmento y que comprende 75-99,5% en peso de un polietileno sin pigmentar que tiene una densidad de 920-940 kg/m^{3} y un índice de fusión MI_{2} de al menos 0,3 g/10 minutos, y hasta 25% en peso de un polietileno pigmentado, en donde la cantidad total de pigmento en la cinta, fibra o filamento es de al menos 0,5% en peso.

Preferentemente, el polietileno sin pigmentar tiene un índice de fusión no mayor de 6 g/10 minutos, más preferentemente no mayor de 2 g/10 minutos. El intervalo sumamente preferido de índice de fusión MI_{2} está comprendido entre 0,5 y 1,0 g/10 minutos.

Preferentemente, la resina de polietileno tiene una densidad de 928-938 kg/m^{3}, más preferentemente de 932-038 kg/m^{3}. Es preferible que el polietileno sea monomodal.

El polietileno pigmentado está presente preferentemente en una cantidad de 8-20% en peso basado en la composición total y más preferentemente de 8 a 15% en peso. Con preferencia, tiene una densidad de 900-960 kg/m^{3}, aunque es preferible que la densidad difiera de aquella de polietileno sin pigmentar en no más de 20 kg/m^{3} y particularmente en no más de 10 kg/m^{3}. Con suma preferencia, el polietileno pigmentado es la misma resina que el polietileno sin pigmentar.

Habitualmente, la inclusión de pigmento añade alrededor de 17-35 kg/m^{3} a la densidad del polietileno, dependiendo de la cantidad y tipo de pigmento empleado. De este modo, la cinta, fibra o filamento final conteniendo pigmento tiene una densidad de alrededor de 17-35 kg/m^{3} mayor que la densidad media en peso de los dos componentes de polietileno, aunque aquella puede ser menor en el caso de que se utilice un nivel más bajo de pigmento menos denso. Un segundo aspecto de la invención comprende una composición de polietileno en forma de una cinta, fibra o filamento conteniendo pigmento, que tiene una densidad de 937-972 kg/m^{3}, preferentemente 945-970 kg/m^{3}, más preferentemente 964-970 kg/m^{3}. Esta composición comprende al menos 75% en peso de un polietileno que tiene una densidad natural de 920-940 kg/m^{3}. Por "densidad natural" se quiere decir la densidad del polietileno puro sin aditivo alguno.

En esta memoria, el índice de fusión MI_{2} se mide de acuerdo con ASTM D-1238 a 190ºC con una carga de 2,16 kg. La densidad se mide de acuerdo con ISO 1183.

Preferentemente, la cinta, fibra o filamento conteniendo pigmento de ambos aspectos de la invención tiene un módulo de flexión comprendido entre 400 y 800 MPa a 23ºC cuando se mide de acuerdo con ISO 178.

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Preferentemente, el polietileno sin pigmentar es un copolímero de etileno y otra alfa-olefina que contiene de 3 a 12 átomos de carbono. Más preferentemente, es un copolímero de etileno y buteno, metilpenteno, hexeno y/u octeno; el copolímero sumamente preferido es de 1-hexeno.

Los catalizadores preferidos para preparar el polímero son los catalizadores Ziegler, aunque se pueden emplear catalizadores de metalocenos o de cromo.

La cinta, fibra o filamento conteniendo pigmento puede contener además los aditivos usuales tales como antioxidantes, foto-estabilizantes, auxiliares del procesado, agentes reforzantes, cargas, ignífugos, biocidas, agentes antiestáticos y agentes para disminuir el coeficiente de fricción, tales como tereftalato de polietileno y politetrafluoretileno. Ejemplos de auxiliares del procesado incluyen fluorpolímeros tal como fluoruro de polivinilideno o elastómeros fluorados.

Estos aditivos pueden estar presentes en la cinta, fibra o filamento conteniendo pigmento en cantidades comprendidas generalmente entre 0,01 y 15% en peso, preferentemente entre 0,1 y 10% en peso.

Los aditivos y pigmentos se mezclan normalmente con el polímero en una relación de alrededor de 50% de aditivos/pigmentos: 50% de polímero, para producir una mezcla madre de polímero pigmentado. La operación de mezcla de los aditivos y pigmentos con el polímero en polvo se lleva a cabo en cualquier mezclador que pueda suministrar una homogeneidad suficiente a la mezcla madre (premezcla). Para la operación de mezcla, se puede emplear un mezclador de alta o baja velocidad, pero se prefiere un mezclador de alta velocidad debido a que la velocidad de la hélice mezcladora puede romper los aglomerados de pigmentos y pre-dispersar los ingredientes en las escamas de po-
límero.

La combinación se puede realizar con cualquier equipo para ese fin que sea capaz de obtener pellets limpios y secos. La mezcla madre concentrada de polietileno pigmentado y el polietileno principal sin pigmentar se alimentan a la extrusionadora por medio de alimentadores separados. El polímero principal se puede alimentar en forma de pellets o como un polvo. El equipo empleado para efectuar la combinación se elige de tal manera que proporcione un nivel óptimo de dispersión de los ingredientes en el polímero fundido. Puede consistir en una extrusionadora de doble husillo o en un tornillo co-rotativo o contra-rotativo, diseñado con un perfil óptimo del tornillo para dispersar los pigmentos.

La extrusionadora de doble husillo puede estar equipada con una bomba de engranajes para ayudar a constituir la presión necesaria para pasar a través de la boquilla. El equipo para efectuar la combinación puede ser un sistema de máquina co-mezcladora conectada a una extrusionadora de un solo husillo. Este sistema está constituido por dos máquinas separadas: la primera un mezclador continuo (normalmente un sistema Farrel) o mezclador discontinuo (normalmente un sistema Banbury) en donde la premezcla y el polímero se alimentan a la masa fundida y se dispersan mediante los rotores, y la segunda una extrusionadora de un solo husillo que empujará a la masa fundida a través de la boquilla.

El material fundido se extruye a través de los agujeros de la boquilla y se corta y enfría en forma de pellets.

Los procedimientos más comunes para formar césped artificial implican la extrusión de monofilamentos planos, que son luego cortados en piezas de la longitud requerida para formar las hojas individuales de hierba, o la formación de una película que entonces es cortada en tiras para formar cintas que luego son cortadas en las longitudes requeridas. En un procedimiento de extrusión habitual, el polietileno sin pigmentar y el polietileno pigmentado forman pellets pigmentados, los cuales son entonces alimentados a una extrusionadora y extruidos para formar una película. Alternativamente, el polietileno sin pigmentar y el polietileno pigmentado se pueden añadir directamente a la extrusionadora, de manera que tiene lugar en la misma la operación de combinación.

La película se puede producir empleando procedimientos bien conocidos tales como soplado de película, colada de película, coextrusión, extrusión de película colada o laminación en forma de películas monocapa, películas multicapa o láminas. Los sistemas multicapas se pueden producir empleando operaciones de coextrusión, revestimiento, revestimiento con extrusión, laminación o impresión. La película se estira entonces y la película estirada se corta en cintas que luego son cortadas en la longitud requerida. Este se conoce como el procedimiento Lenzing. En un procedimiento alternativo (el procedimiento Iso), la película soplada es cortada en cintas antes del estirado. Se emplea el método de producción Whichever y es preferible que la resina haya sido estirada a 3-10 veces su longitud original, habitualmente de 4 a 8 veces y con suma preferencia de 6 a 8 veces. El estirado mejora la resistencia a la tracción del producto
final.

Cuando se requiere una película soplada, el polímero sale de la extrusionadora por vía de una boquilla circular y la película es soplada desde una tobera existente en el centro de la boquilla. Para películas planas, el polímero sale de la extrusionadora por vía de una boquilla plana. Las películas planas son en general más gruesas que las películas sopladas. Normalmente, la película se estira entonces en esta fase. El estirado se efectúa generalmente en un horno o en una placa caliente a una temperatura de 100-110ºC. Opcionalmente, la película estirada puede ser entonces recocida. La película se corta entonces en cintas, las cuales son cortadas en la longitud requerida.

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La composición de polietileno que forma las cintas, filamentos o fibras del primer aspecto de la invención se convierte normalmente de forma directa en cintas, filamentos o fibras. Sin embargo, es posible que pueda ser co-extruida con otras resinas para formar una cinta o filamento laminada. Por ejemplo, es posible co-extruir una película o filamento que comprende una capa central de polipropileno y capas exteriores del polietileno del primer aspecto de la invención. En esta modalidad particular, la capa de núcleo de polipropileno aporta una resiliencia adicional a la cinta, mientras que las capas exteriores de polietileno aportan la suavidad requerida. Sin embargo, dicha disposición es más compleja y costosa de producir y una de las ventajas de la presente invención es que se pueden obtener las propiedades adecuadas mediante el uso de una sola capa.

Las cintas o filamentos se pueden fibrilar mecánicamente a hebras más finas que tienen la apariencia de hojas de hierba. Se pueden someter a cualquiera de los tratamientos conocidos que confieren flexibilidad.

La producción del césped artificial a partir de las cintas, fibras o filamentos se puede efectuar por cualquier procedimiento conocido, por ejemplo mediante empelechado a través de un sustrato sintético tal como un género tejido o no tejido, basados ambos en polímero termoplástico (por ejemplo polipropileno).

Como es bien conocido, las cintas, fibras o filamentos de la invención se pueden tratar posteriormente para formar una capa de revestimiento, por ejemplo de una sustancia reductora de la fricción, tal como politetrafluoretileno.

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Ejemplos

Ejemplo 1

Se formó una mezcla madre que comprende Eltex® A3180PN1852 (un polietileno comercialmente disponible que tiene un índice de fusión MI_{2} de 21 g/10 minutos y una densidad de 957 kg/m^{3}) y todos los otros ingredientes indicados en la siguiente tabla con la excepción de Rigidex® HD3850UA. Esta resina Rigidex (un polietileno comercialmente disponible que tiene un índice de fusión MI_{2} de 4,5 g/10 minutos y una densidad de 938 kg/m^{3}) se mezcló entonces con la mezcla madre para proporcionar una formulación que contiene las cantidades de todos los componentes que se indican en la tabla.

1

Este producto tiene un módulo de flexión, medido a 23ºC de acuerdo con ISO 178, de aproximadamente 650 MPa.

Ejemplo 2

(Comparativo)

En este ejemplo, se formó una mezcla madre mezclando 50 partes de Eltex®A5006PFN 1281 en polvo (que tiene una densidad de 944 kg/m^{3} y un índice de fusión MI_{5} de 1,0 g/10 minutos) y todos los otros ingredientes indicados en la siguiente tabla. Esta mezcla madre se combinó entonces con el resto de la resina Eltex (aproximadamente 893 partes) para proporcionar una formulación que contiene las cantidades de todos los componentes que se indican en la tabla.

2

Este producto tiene un módulo de flexión, medido a 23ºC de acuerdo con ISO 178, de aproximadamente 9 MPa. Este es significativamente mayor que en el ejemplo 1 y proporciona un producto que es menos flexible.

Claims (9)

1. Cinta, fibra o filamento conteniendo pigmento y que comprende 75-99,5% en peso de un polietileno sin pigmentar que tiene una densidad de 920-940 kg/m^{3} y un índice de fusión MI_{2} de al menos 0,3 g/10 minutos, y hasta 25% en peso de un polietileno pigmentado, en donde la cantidad total de pigmento en la cinta, fibra o filamento es de al menos 0,5% en peso.

2. Cinta, fibra o filamento según la reivindicación 1, en donde el polietileno sin pigmentar tiene una densidad de 928-938 kg/m^{3}.

3. Cinta, fibra o filamento según la reivindicación 1 o 2, en donde el polietileno sin pigmentar tiene un índice de fusión MI_{2} no mayor de 6 g/10 minutos, preferentemente 0,5-1,5 g/10 minutos.

4. Cinta, fibra o filamento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la densidad del polietileno pigmentado difiere de la del polietileno sin pigmentar en no más de 20 kg/m^{3}.

5. Cinta, fibra o filamento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el polietileno pigmentado es el mismo que el polietileno sin pigmentar.

6. Cinta, fibra o filamento conteniendo pigmento y que comprende una composición de polietileno que tiene una densidad de 937-972 kg/m^{3} y que comprende al menos 75% en peso de un polietileno que tiene una densidad natural de 920-940 kg/m^{3}.

7. Cinta, fibra o filamento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene un módulo de flexión, medido a 23ºC de acuerdo con ISO 178, comprendido entre 400 y 800 MPa.

8. Cinta, fibra o filamento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que ha sido estirada a 3-10 veces su longitud original, preferentemente 4-8 veces.

9. Cinta, fibra o filamento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en forma de césped artificial.