ES2887052T3 - Hilo de césped artificial con capacidad de procesado y gestión de la fricción mejoradas - Google Patents
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Abstract
Un filamento de césped artificial formado a partir de una formulación que comprende: un polímero a base de etileno con una densidad de 0,900 g/cc a 0,955 g/cc y un índice de fusión (I2) de 0,1 g/10 min a 20 g/10 min medido según la norma ASTM D1238 (a 190°C, 2,16 kg), y uno o más componentes de polidimetilsiloxano (PDMS) con un peso molecular promedio en número (Mn) de desde 10.000 g/mol a 500.000 g/mol, en donde el Mn se mide mediante cromatografía de permeación en gel (GPC).
Description
DESCRIPCIÓN
Hilo de césped artificial con capacidad de procesado y gestión de la fricción mejoradas
Campo de la técnica
Las realizaciones de la presente descripción se refieren generalmente a filamentos de césped artificial y a césped artificial que incorpora los filamentos de césped artificial.
Antecedentes
Los campos de césped artificial actuales comprenden fibras de polietileno, llamadas hilos, que imitan las briznas de césped real. El rendimiento de todo el sistema de césped está muy determinado por el hilo. Las fibras se insertan en un soporte principal y se revisten con un soporte secundario para mantener el hilo distribuido y fijo. Se extiende un relleno granular sobre el campo para mantener el hilo en posición vertical y proporcionar absorción de impactos. El Documento de Patente de Número CN104532383A se refiere a un filamento de césped artificial formado a partir de una formulación que comprende un polímero a base de etileno y polidimetilsiloxano. El Documento de Patente de Número WO2011/126886A1 se refiere a un hilo de césped artificial con resistencia al calor, durabilidad, suavidad y extensibilidad mejoradas, que contiene dos componentes: un copolímero en bloque de olefina y un polietileno lineal de baja densidad. El Documento de Patente de Número JPH10183518A se refiere a una alfombra artificial compuesta por una moldura integral que tiene muchas pequeñas proyecciones sobre la superficie de un soporte, estando moldeado el cuerpo de la moldura integral a partir de una composición de resina sintética que contiene del 0,001 al 5 % en peso de diorganopolisiloxano y estando fabricada la alfombra artificial mediante fusión y moldeo por inyección de una mezcla entre los gránulos de resina sintética que contiene del 10 al 60 % en peso de diorganopolisiloxano y una resina base.
Una preocupación del césped artificial es el aumento de incidencias por abrasiones en la piel humana en comparación con jugar en césped natural. Otro tema importante relacionado con la gestión de la fricción en el césped artificial es la rodadura de la pelota en determinados deportes. Por ejemplo, para asegurar una adecuada rodadura de la pelota en el hockey, es necesario regar el campo de césped artificial, lo que reduce de ese modo la fricción entre la pelota y el hilo. La cantidad de agua usada para este propósito también es significativamente alta (alrededor de 18.000 litros de agua por partido). Por consiguiente, existe una necesidad continua de césped artificial mejorado que reduzca las abrasiones de la piel y minimice la fricción de rodadura.
Resumen
Las realizaciones de la presente descripción satisfacen esta necesidad al incluir una formulación que ofrece una mejorada gestión de la fricción para el césped artificial, específicamente, al proporcionar una abrasión reducida de la piel humana y una mejorada rodadura de la pelota. La presente formulación mezcla un polímero de polidimetilsiloxano (PDMS, por sus siglas en inglés) de alto y/o ultra alto peso molecular con el polímero base a base de etileno para obtener un bajo coeficiente de fricción sobre la superficie del césped artificial.
Además de los beneficios de la abrasión de la piel y de la rodadura de la pelota (agua reducida), la presente formulación proporciona una mejorada capacidad de procesamiento durante la extrusión del hilo monofilamento. La ventana de recocido más amplia permite velocidades de línea más altas con una retracción controlada.
Según una realización, se proporciona un filamento de césped artificial formado a partir de una formulación, formulación que comprende: un polímero a base de etileno con una densidad de 0,900 g/cc a 0,955 g/cc y un índice de fusión (I2) de 0,1 g/10 min a 20 g/10 min, medido según la norma ASTM D1238 (a 190°C, 2,16 kg), y uno o más componentes de polidimetilsiloxano (PDMS) con un peso molecular promedio en número (Mn) de 10.000 g/mol a 500.000 g/mol, donde el Mn se mide mediante cromatografía de permeación en gel (GPC, por sus siglas en inglés).
Las características y ventajas adicionales de las realizaciones se expondrán en la descripción detallada que sigue, y en parte serán fácilmente evidentes para los expertos en la técnica a partir de esa descripción o se reconocerán mediante la práctica de las realizaciones descritas en la presente invención, incluidas la descripción detallada que sigue, las reivindicaciones, así como el dibujo adjunto.
Breve descripción del dibujo
La Figura 1 representa esquemáticamente una vista en corte de un campo de césped artificial según una o más realizaciones mostradas y descritas en la presente invención.
Descripción detallada
Definiciones
El término "polímero" se refiere a un compuesto polimérico preparado mediante la polimerización de monómeros, ya sean del mismo tipo o de un tipo diferente. Por tanto, el término genérico polímero abarca el término "homopolímero", normalmente empleado para referirse a polímeros preparados a partir de un solo tipo de monómero, así como "copolímero", que se refiere a polímeros preparados a partir de dos o más monómeros diferentes. El término
"interpolímero", como se usa en la presente invención, se refiere a un polímero preparado mediante la polimerización de al menos dos tipos diferentes de monómeros. Por tanto, el término genérico interpolímero incluye copolímeros y polímeros preparados a partir de más de dos tipos diferentes de monómeros, tales como terpolímeros.
"Polietileno" o "polímero a base de etileno" significará polímeros que comprenden más del 50 % en moles de unidades que se han derivado del monómero de etileno. Esto incluye homopolímeros o copolímeros de polietileno (es decir, unidades derivadas de dos o más comonómeros). Las formas comunes de polietileno conocidas en la técnica incluyen polietileno de baja densidad (LDPE, por sus siglas en inglés); polietileno lineal de baja densidad (LLDPE, por sus siglas en inglés); polietileno de ultra baja densidad (ULDPE, por sus siglas en inglés); polietileno de muy baja densidad (VLDPE, por sus siglas en inglés); polietileno lineal de baja densidad catalizado de un sitio único, que incluye resinas lineales y sustancialmente lineales de baja densidad (m-LLDPE); polietileno de media densidad (MDPE, por sus siglas en inglés); y polietileno de alta densidad (HDPE, por sus siglas en inglés).
El término "polímero a base de propileno", como se usa en la presente invención, se refiere a un polímero que comprende, en forma polimerizada, más del 50 % en moles de unidades que se han derivado del monómero de propileno. Esto incluye homopolímero de propileno, copolímero de polipropileno aleatorio, copolímero de polipropileno de impacto, interpolímero de propileno/a-olefina y copolímero de propileno/a-olefina.
El término "LDPE" también se puede denominar como "polímero de etileno de alta presión" o "polietileno altamente ramificado" y se define en el sentido de que el polímero está parcial o totalmente homopolimerizado o copolimerizado en autoclave o en reactores tubulares a presiones superiores a 100 MPa (14.500 psi) con el uso de iniciadores de radicales libres, tales como peróxidos (ver, por ejemplo, el Documento de Patente de los EE.UU. de Número 4.599.392, que se incorpora en la presente invención como referencia). Las resinas de LDPE normalmente tienen una densidad en el intervalo de 0,916 a 0,935 g/cc.
El término "LLDPE" incluye resina elaborada con sistemas catalíticos de Ziegler-Natta, así como resina elaborada con catalizadores de sitio único, que incluyen, pero no se limitan a, catalizadores de bis-metaloceno (a veces denominadas como "m-LLDPE"), fosfinimina y catalizadores de geometría restringida y resinas elaboradas usando catalizadores moleculares, post-metaloceno, que incluyen, pero no se limitan a, catalizadores bis(bifenilfenoxi) (también denominados como catalizadores de ariloxiéter polivalente). El LLDPE incluye copolímeros u homopolímeros a base de etileno lineales, sustancialmente lineales o heterogéneos. Los LLDPE contienen menos ramificación de cadena larga que los LDPE, e incluyen los polímeros de etileno sustancialmente lineales, que se definen con más detalle en el Documento de Patente de los EE.UU. de Número 5.272.236, en el Documento de Patente de los EE.UU. de Número 5.278.272, en el Documento de Patente de los EE.UU. de Número 5.582.923 y en el Documento de Patente de los EE.UU. de Número 5.733.155; las composiciones de polímero de etileno lineal homogéneamente ramificado como las del Documento de Patente de los EE.UU. de Número 3.645.992; los polímeros de etileno heterogéneamente ramificados tales como los preparados según el proceso descrito en el Documento de Patente de los EE.UU. de Número 4.076.698; y mezclas de los mismos (tales como los descritos en el Documento de Patente de los EE.UU. de Número 3.914.342 o en el Documento de Patente de los EE.UU. de Número 5.854.045). Las resinas de LLDPE se pueden preparar mediante polimerización en fase gaseosa, en fase de disolución o en suspensión o en cualquier combinación de las mismas, usando cualquier tipo de reactor o configuración de reactor conocida en la técnica.
Como se usa en la presente invención, "filamento" se refiere a monofilamentos, multifilamentos, películas extruidas, fibras, hilos, tales como, por ejemplo, hilo de cinta, hilo de cinta fibrilada, hilo de película cortada, cinta continua y/u otros materiales fibrosos usados para formar briznas de césped sintético o hebras de un campo de césped artificial.
Ahora se hará referencia en detalle a realizaciones de filamentos de césped y céspedes artificiales que incorporan tales filamentos. En una o más realizaciones, el filamento de césped artificial se forma a partir de una formulación que comprende un polímero a base de etileno con una densidad de 0,900 g/cc a 0,955 g/cc y un índice de fusión (I2) de 0,1 g/10 min a 20 g/10 min, medido según la norma ASTM D1238 (a 190°C, 2,16 kg), y uno o más componentes de polidimetilsiloxano (PDMS) con un peso molecular promedio en número (Mn) de desde 10.000 g/mol a 500.000 g/mol, en donde el Mn se mide mediante cromatografía de permeación en gel (GPC).
El césped artificial puede comprender un soporte principal con un lado de la parte de arriba y un lado de la parte de abajo, y uno o más de estos filamentos de césped artificial. Los filamentos de césped artificial se pueden fijar al soporte principal de modo que el al menos un filamento de césped artificial proporcione un cara de pelo que se extiende hacia fuera desde el lado de la parte de arriba del soporte principal. Además, el campo de césped artificial puede comprender un soporte secundario adherido al menos a una parte del lado de la parte de abajo del soporte principal de manera que el al menos un filamento de césped artificial se fije en su lugar al lado de la parte de abajo del soporte principal.
Polímero base a base de etileno
El polímero a base de etileno, que también se puede denominar polímero base a base de etileno, puede tener una densidad de 0,900 g/cc a 0,955 g/cc. Todos los valores individuales y subintervalos de al menos 0,900 g/cc a 0,955 g/cc se incluyen y describen en la presente invención. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el polímero a base de etileno tiene una densidad de 0,900 a 0,945 g/cc, de 0,900 a 0,940 g/cc, de 0,900 a 0,935 g/cc, de 0,910 g/cc a 0,945 g/cc, de 0,910 a 0,940 g/cc, de 0,910 a 0,935 g/cc, de 0,910 a 0,930 g/cc, de 0,915 a 0,940 g/cc, de 0,915 a 0,923
g/cc. La densidad se puede medir según la norma ASTM D792.
El polímero a base de etileno puede tener un índice de fusión, I2, de 0,1 g/10 min a 20 g/10 min. Todos los valores individuales y subintervalos de al menos 0,1 g/10 min a 20 g/10 min se incluyen y describen en la presente invención. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el polímero a base de etileno puede tener un índice de fusión, I2, de 0,1 g/10 min a 10,0 g/10 min, de 0,1 g/10 min a 9,5 g/10 min, de 0,1 g/10 min a 9,0 g/10 min, de 0,1 g/10 min a 5 g/10 min, de 0,5 g/10 min a 6 g/10 min, de 1 g/10 min a 5 g/10 min, de 1,5 g/10 min a 4,5 g/10 min, o de 2 g/10 min a 4 g/10 min. Como se indicó anteriormente, el índice de fusión, I2, se puede medir según la norma ASTM D1238 (190°C y 2,16 kg).
En las realizaciones de la presente invención, el polímero a base de etileno puede tener una relación de índice de fluidez, I10/I2, de menos de 14. Todos los valores individuales y subintervalos de menos de 14 se incluyen y describen en la presente invención. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el polímero a base de etileno puede tener una relación de índice de fluidez, I10/I2, de menos de 13,5, 13, 12,5, 10 o incluso 7,5. En otras realizaciones, el polímero a base de etileno puede tener una relación de índice de fluidez, I10/I2, de desde 1,0 a 14, de 2 a 14, de 4 a 14, de 5 a 14, de 5,5 a 14, de 6 a 14, de 5 a 13,5, de 5 a 13, de 5 a 12,5, de 5 a 12, de 5 a 11,5, de 5 a 11, de 5,5 a 13,5, de 5,5 a 13, de 5,5 a 12,5, de 5,5 a 12, de 5,5 a 11,5, de 5,5 a 11, de 6 a 13,5, de 6 a 13, de 6 a 12,5, de 6 a 12, de 6 a 11,5, de 6 a 11, o de 6 a 8. El índice de fusión, I10, se puede medir según la norma ASTM D1238 (190°C y 10,0 kg).
Además, el polímero a base de etileno puede tener una distribución de pesos moleculares (Mw/Mn) en el intervalo de desde 2,0 a 8,0. Todos los valores individuales y subintervalos de 2,0 a 3,5 se incluyen y describen en la presente invención; por ejemplo, la distribución de pesos moleculares (Mw/Mn) puede variar desde un límite inferior de 2, 2,1, 2,2, 2,4, 2,5 o 2,6 hasta un límite superior de 2,2, 2,3, 2,4, 2,5, 2,7, 2,9, 3,2, 3,5, 4,0 u 8,0. Por ejemplo, la distribución de pesos moleculares (Mw/Mn) puede ser de 2,0 a 3,5, o alternativamente de 2,0 a 2,4, o alternativamente de 2,0 a 2,8, o alternativamente de 2,8 a 3,5.
Comonómeros adecuados para el polímero a base de etileno pueden incluir comonómeros de a-olefina de C3-20. Comonómeros de a-olefina ejemplares incluyen, pero no se limitan a, propileno, 1-buteno, 1-penteno, 1-hexeno, 1-hepteno, 1-octeno, 1-noneno, 1-deceno y 4-metil-1-penteno. El uno o más comonómeros de a-olefina se pueden seleccionar, por ejemplo, del grupo que consiste en propileno, 1-buteno, 1-hexeno y 1-octeno.
El polímero a base de etileno se puede producir mediante varios procesos de polimerización. Por ejemplo, se puede usar la polimerización en fase gaseosa, en fase en masa o en suspensión, en disolución o cualquier combinación de las mismas. La polimerización puede ser un proceso de polimerización de una etapa o de dos o de múltiples etapas llevadas a cabo en al menos un reactor de polimerización. Para procesos de dos o múltiples etapas se pueden usar diferentes combinaciones, por ejemplo procesos de fases gas-gas, de fases suspensión-suspensión, de fases suspensión-gas. Catalizadores adecuados pueden incluir catalizadores de Ziegler-Natta, catalizadores de bis (bifenilfenoxi) (también denominados catalizadores de ariloxiéter polivalente), un catalizador de sitio único (metaloceno o de geometría restringida), o catalizadores de ligando heteroarilo, de no metaloceno, centrados en metal, o combinaciones de los mismos. En una realización, el polímero a base de etileno comprende un LLDPE.
Se contemplan varios niveles de incorporación de monómero de etileno y de comonómero de a-olefina para el polímero a base de etileno. Por ejemplo, el polímero a base de etileno puede incluir al menos un 50 % en moles del monómero de etileno, o al menos un 60 % en moles del monómero de etileno, o al menos un 70 % en moles del monómero de etileno, o al menos un 80 % en moles del monómero de etileno, o al menos un 90 % en moles del monómero de etileno. A la inversa, el polímero a base de etileno puede comprender menos del 50 % en moles del comonómero de a-olefina. En realizaciones adicionales, el polímero a base de etileno puede comprender del 1 al 40 % en moles del comonómero de a-olefina, o del 1 al 30 % en moles del comonómero de a-olefina o del 1 al 20 % en moles del comonómero de a-olefina, o del 1 al 10 % en moles del comonómero de a-olefina.
Se contemplan diversas cantidades del polímero a base de etileno en la formulación del filamento de césped artificial. En una realización, la formulación comprende del 80 % en peso al 99 % en peso del polímero a base de etileno. En realizaciones adicionales, la formulación puede comprender del 85 al 99 % en peso, del 90 al 99 % en peso o del 90 al 95 % en peso del polímero a base de etileno.
En realizaciones adicionales, el polímero base a base de etileno puede ser una mezcla de polímeros a base de etileno, por ejemplo, LLDPE, HDPE, LDPE, o puede ser una mezcla de polímero a base de etileno y otro polímero, tal como poliamida, polímero a base de propileno, poliéster, poli(etileno-acetato de vinilo) (EVA, por sus siglas en inglés), poli(etileno-alcohol vinílico) (EVOH, por sus siglas en inglés), poli(etileno-ácido acrílico) (EAA, por sus siglas en inglés) y poli(etileno-anhídrido maleico) (EMA, por sus siglas en inglés).
Componentes de PDMS
Además, la formulación de césped artificial también incluye uno o más componentes de PDMS para ayudar en el control de la fricción del césped artificial. Como se indicó anteriormente, el componente de PDMS del césped artificial puede tener un Mn de desde 10.000 g/mol a 500.000 g/mol.
En una o más realizaciones, los componentes de PDMS pueden comprender un componente de PDMS de ultra alto peso molecular (UHMW, por sus siglas en inglés), un componente de PDMS de alto peso molecular (HMW, por sus
siglas en inglés) o una combinación de ambos. El componente de PDMS de UHMW tiene un Mn que es mayor que el del componente de PDMS de HMW. En realizaciones específicas, los componentes de PDMS pueden comprender una combinación de un componente de PDMS de UHMW y de un componente de PDMS de HMW.
En una o más realizaciones, el componente de PDMS de UHMW puede comprender un Mn de 150.000 a 450.000 g/mol, o de 200.000 a 400.000 g/mol, o de 250.000 a 350.000 g/mol. El PDMS de HMW comprende un Mn de 10.000 a 100.000 g/mol, o de 10.000 a 50.000 g/mol, o de 10.000 a 25.000 g/mol, o de 10.000 a 20.000 g/mol.
Además, los componentes de PDMS pueden comprender siloxano mezclado con un portador de poliolefina, por ejemplo, un componente de PDMS de mezcla maestra. La adición del componente de PDMS se puede realizar mediante una mezcla maestra durante la extrusión o durante la formulación previa en un producto completamente formulado antes de la extrusión. En una realización, el portador de poliolefina comprende un polímero a base de etileno, por ejemplo, LLDPE o LDPE. Alternativamente, el portador puede incluir otras poliolefinas, tal como un polímero a base de propileno. Además, en el portador se pueden usar otros componentes como poliamida.
Se contemplan diversas cantidades de los componentes de PDMS dentro de la formulación de filamentos de césped artificial. En una o más realizaciones, la formulación puede ser del 1 al 20 % en peso, del 3 al 15 % en peso, del 5 al 15 % en peso o del 5 al 10 % en peso de uno o más componentes de PDMS. La cantidad del componente de PDMS se puede modificar para adaptar el comportamiento de fricción del hilo.
En realizaciones específicas que usan el componente de PDMS de UHMW, la formulación puede incluir del 0,5 al 10 % en peso, o del 0,5 al 5 % en peso, o del 0,5 al 2,5 % en peso del componente de PDMS de UHMW. Cuando se añade como una mezcla maestra, la mezcla maestra puede contener del 1 al 99 % en peso o del 25 al 50 % en peso, o del 40 al 60 % en peso, o el 50 % en peso del componente PDMS de UHMW.
En realizaciones específicas que usan el componente de PDMS de HMW, la formulación puede incluir del 0,5 al 10 % en peso, o de 0,5 a 5 % en peso, o de 0,5 a 2,5 % en peso del componente de PDMS de HMW. Cuando se añade como una mezcla maestra, la mezcla maestra puede ser del 1 al 99 % en peso o del 10 al 40 % en peso, o del 20 al 40 % en peso, o el 25 % en peso de PDMS de HMW.
En realizaciones en donde los componentes de PDMS son una combinación de componentes de PDMS de HMW y de PDMS de UHMW, se contemplan varias cantidades de cada componente dentro del componente global de PDMS. En una o más realizaciones, la mezcla de PDMS puede comprender del 10 al 90 % en peso, del 25 al 75 % en peso o del 50 al 75 % en peso del componente de PDMS de HMW. A la inversa, la mezcla de PDMS puede comprender del 10 al 90 % en peso, o del 25 al 75 % en peso, o del 25 al 50 % en peso del componente de PDMS de UhMw .
Aditivos
Opcionalmente, los filamentos pueden incluir además uno o más aditivos. Ejemplos no limitantes de aditivos adecuados incluyen antioxidantes, pigmentos, colorantes, estabilizadores de UV, absorbentes de UV, agentes de curado, coagentes de reticulación, reforzadores y retardadores, coadyuvantes de procesamiento, cargas, agentes de acoplamiento, absorbentes o estabilizadores de ultravioleta, agentes antiestáticos, agentes nucleantes, agentes deslizantes, plastificantes, lubricantes, agentes de control de la viscosidad, agentes de pegajosidad, agentes antibloqueo, tensioactivos, aceites diluyentes, captadores de ácidos y desactivadores de metales. En una realización, se puede añadir un colorante, tal como SICOLEN™ green 85-125345 (disponible de BASF), en una cantidad de menos de aproximadamente el 10 % en peso, menos de aproximadamente el 8 % en peso, menos de aproximadamente el 6 % en peso, o incluso menos de aproximadamente el 4 % en peso. En otra realización, se puede añadir un coadyuvante de procesamiento, tal como ARX-741 (disponible de Argus), en una cantidad de menos de aproximadamente el 2 % en peso, menos de aproximadamente el 1,5 % en peso, o incluso menos de aproximadamente el 1 % en peso. Los aditivos se pueden usar en cantidades que oscilan entre aproximadamente el 0,001 % en peso y más de aproximadamente el 10 % en peso basado en el peso de la formulación.
Césped artificial
Con referencia a la Figura 1, el campo de césped artificial 100 comprende un soporte principal 105 con un lado de la parte de arriba 110 y un lado de la parte de abajo 115, y al menos un filamento de césped artificial 120. Como se muestra, el al menos un filamento de césped artificial 120 se fija al soporte principal 105 de tal modo que el al menos un filamento de césped artificial 120 proporciona una cara con el pelo que se extiende hacia fuera desde el lado de la parte de arriba 110 del soporte principal 105.
Como se usa en la presente invención, "fijar", "fijado" o "que se fija" incluye, pero no se limita a, acoplar, unir, conectar, atar, juntar, enlazar o asegurar un objeto a otro objeto a través de una relación directa o indirecta. La cara con los pelos se extiende desde el lado de la parte de arriba del soporte principal y puede tener un diseño de pila cortada, donde los lazos de los filamentos del césped artificial se pueden cortar, ya sea durante la formación del pelo o después, para producir una pila de extremos de filamentos de césped artificial individuales en lugar de los lazos.
Con referencia de nuevo a la Figura 1, el campo de césped artificial 100 puede comprender además un soporte secundario 130 unido al menos a una parte del lado de la parte de abajo 115 del soporte principal 105 tal que el al menos
un filamento de césped artificial 120 se fija en su lugar en el lado de la parte de abajo 115 del soporte principal 105.
En realizaciones alternativas, el filamento de césped artificial 120 puede tener una estructura multicapas de hilo multicapa, donde la capa exterior comprende la formulación descrita anteriormente para controlar la fricción y la capa interior comprende resina de césped estándar. La resina de césped estándar puede incluir poliolefinas, poliamidas, poliésteres o combinaciones de las mismas.
El soporte principal 105 puede incluir, pero no se limita a, telas o tejidos fibrosas tejidas, tricotadas o no tejidas hechas de una o más fibras o hilos naturales o sintéticos, tales como polipropileno, polietileno, poliamidas, poliésteres y rayón. El soporte secundario 130 puede comprender poliuretano (incluyendo, por ejemplo, poliuretano suministrado con el nombre ENFORCER™ o ENHANCER™ disponibles de The Dow Chemical Company, Midland, MI) o materiales a base de látex, tales como látex de estireno-butadieno o acrilatos.
El soporte principal 105 y/o el soporte secundario 130 puede tener aberturas a través de las cuales puede pasar la humedad. Las aberturas pueden tener una configuración generalmente anular y estar esparcidas por todo el soporte principal y/o el soporte secundario. Por supuesto, se debe entender que puede haber cualquier número de aberturas, y el tamaño, la forma y la ubicación de las aberturas pueden variar dependiendo de las características deseadas del campo de césped artificial.
El campo de césped artificial 100 se puede fabricar proporcionando al menos un filamento de césped artificial como se describe en la presente invención y fijando el al menos un filamento de césped artificial a un soporte principal de tal modo que al menos un filamento de césped artificial proporcione una cara con pelos que se extienda hacia fuera desde un lado de la parte de arriba del soporte primario. El campo de césped artificial se puede fabricar además uniendo un soporte secundario al menos a una parte del lado de la parte de abajo del soporte principal de modo que el al menos un filamento de césped artificial se fije en su lugar al lado de la parte de abajo del soporte principal.
El campo de césped artificial 100 puede comprender opcionalmente una capa de absorción de impactos debajo del soporte secundario del campo de césped artificial. La capa de absorción de impactos puede estar hecha de poliuretano, plástico de espuma de PVC o plástico de espuma de poliuretano, una goma, una espuma de polietileno reticulado de celda cerrada, una almohadilla de poliuretano con huecos, espumas de elastómero de poli(cloruro de vinilo), polietileno, poliuretano y polipropileno. Ejemplos no limitantes de una capa de absorción de impactos son los sistemas de poliuretano deportivo DOW® eNfORCER™ y los sistemas de poliuretano deportivo DOW® ENHANCER™.
El campo de césped artificial 100 puede comprender opcionalmente un material de relleno. Materiales de relleno adecuados incluyen, pero no se limitan a, mezclas de partículas de caucho granulado como SBR (caucho de estireno butadieno) reciclado de neumáticos de automóvil, EPDM (monómero de etileno-propileno-dieno), otros cauchos vulcanizados o caucho reciclado de correas, elastómeros termoplásticos (TPE, por sus siglas en inglés) y vulcanizados termoplásticos (TPV, por sus siglas en inglés).
El campo de césped artificial 100 opcionalmente puede comprender un sistema de drenaje. El sistema de drenaje permite eliminar el agua del campo de césped artificial y evita que el campo se sature de agua. Ejemplos no limitantes de sistemas de drenaje incluyen sistemas de drenaje a base de piedra, EXCELDRAIN™ Lámina 100, EXCELDRAIN™ Lámina 200 y EXCELDRAIN™ EX-T STRIP (disponibles en American Wick Drain Corp., Monroe, N.C.).
Proceso para fabricar filamentos de césped artificial
De manera similar, otras realizaciones se refieren a métodos de fabricación de césped artificial. Los filamentos de césped artificial descritos en la presente invención se pueden fabricar usando cualquier proceso apropiado para la producción de filamentos de césped artificial a partir de las formulaciones descritas anteriormente.
Los presentes filamentos de césped artificial se pueden fabricar mediante extrusión, específicamente mezclando el polímero base a base de etileno y uno o más componentes de PDMS. Las extrusoras de filamentos de césped artificial adecuadas pueden estar equipadas con un solo tornillo de propósito general y una bomba de fusión ("bomba de engranajes" o "bomba de fusión") para controlar con precisión la consistencia del caudal del polímero en la boquilla. Las boquillas de filamentos para césped artificial pueden tener múltiples orificios individuales para los filamentos individuales distribuidos sobre una placa de hilado circular o rectangular. La forma de los orificios corresponde al perfil de la sección transversal del filamento deseado, que incluye, por ejemplo, rectangular, en forma de hueso de perro, en forma de V y de sombrero mexicano. Una placa de hilado estándar tiene de 50 a 160 orificios de boquilla de dimensiones específicas. Las líneas pueden tener velocidades de producción de 150 kg/h a 350 kg/h.
Los filamentos de césped artificial se pueden extruir en un baño de agua con una distancia entre la boquilla y el baño de agua de 16 a 40 mm. Las barras de guía revestidas en el agua redirigen los filamentos hacia el primer conjunto de rodillos de salida. La velocidad lineal de este primer conjunto de rodillos de salida puede variar de 15 a 70 m/min. El primer conjunto de rodillos de salida se puede calentar y usar para precalentar los filamentos después del baño de agua y antes de entrar al horno de estiramiento. El horno de estiramiento puede ser un horno de baño de agua o de aire caliente. Los filamentos se pueden estirar en el horno de estiramiento hasta una proporción de estirado predeterminada. En algunas realizaciones, la relación de estirado es de al menos 4. En otras realizaciones, la relación de estirado es de al menos 4,5, 4,8, 5,0, 5,2 o 5,5. La relación de estirado es la relación entre la velocidad del segundo
conjunto de rodillos de salida después del horno de estiramiento y la velocidad del primer conjunto de rodillos de salida antes del horno de estiramiento. El segundo conjunto de rodillos de salida puede funcionar a una velocidad diferente (mayor o menor) que la del primer conjunto de rodillos.
Después de que los filamentos pasan por el segundo conjunto de rodillos de salida, luego pasan a través de un conjunto de tres hornos de recocido. Los tres hornos de recocido pueden ser un horno de aire caliente con el flujo de aire caliente en paralelo o a contracorriente, que puede funcionar de 50 a 150°C o un horno de agua caliente, en donde los filamentos se orientan a temperaturas de 50 a 98°C. A la salida del primer horno de recocido, los filamentos pasan a un tercer conjunto de rodillos que puede funcionar a una velocidad diferente (mayor o menor) que la del segundo conjunto de rodillos. La relación de la velocidad lineal del tercer conjunto de rodillos ubicado después del horno a la del segundo conjunto de rodillos ubicado frente al horno se puede denominar relación de estirado o de relajación. A la salida del segundo horno de recocido, los filamentos pasan a un cuarto conjunto de rodillos que puede funcionar a una velocidad diferente (mayor o menor) que la del tercer conjunto de rodillos. A la salida del tercer horno de recocido, los filamentos pasan a un quinto conjunto de rodillos que puede funcionar a una velocidad diferente (mayor o menor) que la del cuarto conjunto de rodillos.
El filamento de césped artificial se puede someter opcionalmente a un procesamiento posterior a la extrusión (por ejemplo, recocido, corte, etc.).
Los presentes filamentos de césped artificial se pueden definir por diversas propiedades. En algunas realizaciones de la presente invención, los filamentos de césped artificial pueden exhibir una retracción de menos del 6,0 %. Todos los valores individuales y subintervalos inferiores al 6,0 % se incluyen y describen en la presente invención. Por ejemplo, en algunas realizaciones, los filamentos de césped artificial pueden exhibir una retracción menor del 5,8 %, 5,5 %, 5,3 %, 5,2 %, 5,0 %, o menor. En otras realizaciones adiciones de la presente invención, el filamento de césped artificial puede presentar un alargamiento de al menos el 50 %.
Métodos de prueba
En la presente solicitud se usaron los siguientes métodos de prueba, incluidos los Ejemplos que siguen.
Densidad
La densidad se mide según la norma ASTM D792 y se expresa en gramos por centímetro cúbico (g/cm3 o g/cc).
Índice de fusión
Índice de fusión, o I2 , se mide según la norma ASTM D1238 a 190°C y 2,16 kg, y se indica en gramos eluidos durante 10 minutos. El índice de fusión, o I10, se mide según la norma ASTM D1238 a 190°C y 10 kg.
Retracción
La retracción de los filamentos se mide cortando 50 metros de filamento con un tamaño de 2.000 dtex e introduciéndolo en un horno de aire caliente a 90°C durante 2 minutos. La retracción térmica se expresa como el porcentaje de la reducción de longitud antes y después del tratamiento térmico: Retracción térmica = (longitud antes - longitud después)/longitud antes * 100 %.
Tenacidad y alargamiento
La tenacidad se determina usando un medidor de tracción Zwick, operando en una longitud de 250 mm del monofilamento, y usando una velocidad de extensión de 250 mm/minuto hasta que se rompe el filamento. La tenacidad (en cN/dtex) es el esfuerzo de tracción (en cN) a la rotura dividido por el peso lineal (en dtex). El alargamiento es la deformación en la rotura.
Rizado de la punta
Para la prueba del rizado de la punta, se corta el hilo y se introduce en un horno a 90°C durante 5 minutos. La forma de los filamentos se observa visualmente después del tratamiento térmico y se clasifica de 1 (la mejor) a 4 (la peor).
Fricción de la piel
La prueba de fricción de la piel se realiza en una máquina de fricción desarrollada por LABOSPORT. Durante la prueba, se mueve una herramienta de fricción instrumentada sobre la muestra del sistema de césped para ser probada. La masa y la velocidad lineal de la herramienta están definidas y controladas. La herramienta de deslizamiento tiene una masa de 75 kg y se desliza a diferentes velocidades preestablecidas sobre la superficie: estas condiciones se consideran representativas de un atleta corriendo que cae sobre la superficie deportiva. La temperatura generada por la herramienta de fricción se registra durante el movimiento y las muestras se caracterizan por su temperatura máxima generada por la fricción. El objetivo de la prueba es ser una prueba comparativa. La herramienta de prueba usada para la fricción no es representativa de la piel humana real. Se mide el aumento de temperatura durante la fricción, no la abrasión mecánica de una piel. Las muestras se comparan sobre la base del aumento de la temperatura durante la
fricción. No se comparan en función de la "abrasión mecánica de la piel".
Rodadura de la pelota
La prueba de rodadura de la pelota se midió según el estándar de la FIFA (Método de Prueba 17 de la FIFA en el Manual de Métodos de Prueba de la FIFA, 2015). Se hace rodar una pelota a través de una rampa y la misma viaja a través de dos conjuntos de puertas de tiempo que calculan la velocidad de la pelota sobre una superficie conocida. La velocidad inicial se registra en la puerta de cronometraje 1 y la velocidad final en la puerta de cronometraje 2 usando la relación entre tiempo y distancia (velocidad = distancia/tiempo). Los cálculos específicos para obtener la rodadura final de la pelota se describen en el Manual de Métodos de Prueba de la FIFA de la Edición de Octubre de 2015.
Cromatografía de permeación en gel
El sistema de cromatografía de permeación en gel (GPC) consiste en un cromatógrafo de alta temperatura 150C de Waters (Milford, Mass) (otros instrumentos adecuados de GPC para altas temperaturas incluyen el Modelo 210 y el Modelo 220 de Polymer Laboratories (Shropshire, Reino Unido)) equipado con un refractómetro diferencial en línea (RI) (otros detectores de concentración adecuados pueden incluir un detector de infrarrojos IR4 de Polymer ChAR (Valencia, España)). La recopilación de datos se realiza usando el programa informático TriSEC, versión 3, de Viscotek y un Data Manager DM400 de 4 canales de Viscotek. El sistema también está equipado con un dispositivo de desgasificación de disolventes en línea de Polymer Laboratories (Shropshire, Reino Unido).
Se pueden usar columnas adecuadas de GPC de alta temperatura, tales como cuatro columnas HT803 de 13 micrones y de 30 cm de largo de Shodex o cuatro columnas de 30 cm con relleno de tamaño de poro mixto de 20 micrones de Polymer Labs (MixA LS, Polymer Labs). El compartimento del carrusel de las muestras se hace funcionar a 140°C y el compartimento de las columnas se hace funcionar a 150°C. Las muestras se preparan a una concentración de 0,1 gramos de polímero en 50 mililitros de disolvente. El disolvente cromatográfico y el disolvente de preparación de las muestras contienen 200 ppm de triclorobenceno (TCB). Ambos disolventes se burbujean con nitrógeno. Las muestras de polietileno se agitan suavemente a 160°C durante cuatro horas. El volumen de inyección es de 200 microlitros. El caudal a través del GPC se establece en 1 ml/minuto.
El conjunto de columnas de GPC se calibra usando 21 patrones de poliestireno de estrecha distribución de pesos moleculares. El peso molecular (Mw) de los patrones varía de 580 a 8.400.000, y los patrones están contenidos en 6 mezclas "cóctel". Cada mezcla patrón tiene al menos una decena de separación entre pesos moleculares individuales. Las mezclas patrón se adquieren de Polymer Laboratories. Los patrones de poliestireno se preparan a 0,025 g en 50 ml de disolvente para pesos moleculares iguales o mayores de 1.000.000 y a 0,05 g en 50 ml de disolvente para pesos moleculares menores de 1.000.000. Los patrones de poliestireno se disolvieron a 80°C con agitación suave durante 30 minutos. Las mezclas de los patrones estrechos se usan primero y en orden decreciente del componente de mayor peso molecular para minimizar la degradación. Los pesos moleculares de los picos de los patrones de poliestireno se convierten en pesos moleculares de polietileno usando la siguiente ecuación (como se describe en Williams y Ward, J. Polym. Sci., Polym. Letters, 6, 621 (1.968)):
Mpolietileno = A x (Mpoliestireno)B,
donde M es el peso molecular del polietileno o del poliestireno (como se indica) y B es igual a 1,0. Los expertos en la técnica saben que A puede estar en un intervalo de aproximadamente 0,38 a aproximadamente 0,44 y se determina en el momento de la calibración usando un patrón de polietileno amplio. El uso de este método de calibración del polietileno para obtener los valores del peso molecular, tales como la distribución de pesos moleculares (MWD o Mw/Mn) y las estadísticas relacionadas (generalmente se refiere a los resultados de la GPC convencional o de cc-GPC), se define en la presente invención como el método modificado de Williams y Ward.
Ejemplos
Los siguientes Ejemplos llevados a cabo ilustran una o más de las características de la presente descripción. Los Ejemplos de la presente invención demuestran el control mejorado de la fricción producido por las presentes formulaciones de filamentos de césped artificial. Los componentes de polímero usados en los Ejemplos se proporcionan a continuación.
El componente de PDMS de UHMW era MB50-613, una mezcla maestra de PDMS de UHMW que comprende un 50 % en peso de goma de silicona con un Mn = 300.000 g/mol en un portador de LLDPE d Ow LEX™ 2035G. El DOWLEX™ 2035G tiene una densidad = 0,919 g/cc y un índice de fusión I2 = 6,0 g/10 min. La mezcla maestra MB50-613 se produce por Dow Chemical Company, Midland, MI.
El componente de PDMS de HMW era MB25-502, una mezcla maestra de PDMS de HMW que contiene un 25 % en peso de contenido de siloxano, y Mn = 17.000 g/mol, dispersos en un portador de LDPE con un I2 de 8 g/10 min. La mezcla maestra MB25-502 se produce por Dow Chemical Company, Midland, MI.
El polímero base a base de etileno era un copolímero de etileno-hexeno preparado mediante un proceso de polimerización en disolución en presencia de un sistema catalizador que comprende un complejo metálico de un
ariloxiéter polivalente con un índice de fusión (I2) de aproximadamente 3,2 g/10 minutos, un I10/I2 de 6,5 y una densidad de aproximadamente 0,918 g/cm3. Específicamente, la polimerización en disolución ocurre en un sistema reactor de bucle único como se describe en el Documento de Patente de los EE.UU. de Número 5.977.251 en presencia de un sistema catalizador que comprende un procatalizador representado por la siguiente fórmula:
En las Tablas 1 y 2 se indican las condiciones de polimerización para el polímero a base de etileno del Ejemplo. Con referencia a las Tablas 1 y 2, TEA es trietilaluminio y PETROSOl D 100/120 es un disolvente que está disponible comercialmente de CEPSA (Compañía Española de Petróleos, S.A.U., Madrid, España).
En las Tablas 1 y 2 se indican las condiciones de polimerización para el polímero a base de etileno del Ejemplo. En la Tabla 3 se proporcionan las propiedades GPC del polímero base a base de etileno producido.
Tabla 1
Tabla 2
Tabla 3
En la Tabla 4 se muestran las formulaciones de las muestras. Todas las muestras se redujeron para incluir el 5 % de la mezcla maestra de color (Sicolen 95-133805 de BASF) y el 1 % de coadyuvante de procesamiento (ARX 741). Tabla 4
Para fabricar los filamentos de césped artificial, las formulaciones mencionadas anteriormente se extruyeron en una línea compacta de extrusión de monofilamentos en Oerlikon Barmag (Chemnitz, Alemania). Se produjeron hilos de 2.000 dtex objetivo. La Tabla 5 resume las condiciones de procesamiento.
Tabla 5
Los resultados de las propiedades del filamento se proporcionan en la Tabla 6 mostrada a continuación.
Tabla 6
Como se muestra en la Tabla 6, la adición de PDMS de HMW mejoró las propiedades del filamento con respecto al Ejemplo Comparativo CE1 al reducir la retracción y ofrecer una ventana de recocido más amplia. Esto significa que el
proceso de extrusión de monofilamentos se puede ejecutar a velocidades de línea más altas sin estar limitado por una retracción excesiva de los filamentos durante el proceso de formación de los pelos. Por lo tanto, los Ejemplos de la Invención permitieron aumentar la ventana de operación para la fabricación de filamentos.
Las propiedades de tracción de los filamentos tales como la tenacidad y el alargamiento se mantuvieron o mejoraron para los Ejemplos de la Invención (IE1-IE4). El Ejemplo IE4, que es una combinación de los dos mezclas maestras de PDMS de UHMW y de PDMS de HMW, proporcionó un rendimiento de retracción sobresaliente y una mejor tenacidad y alargamiento que el polímero sólo a base de etileno (CE1).
Prueba de fricción de la piel
Las pruebas de fricción de la piel se realizaron en Labosport. La prueba se considera representativa del modo de caída de un atleta sobre la superficie de un campo de césped. Los resultados se muestran en la Tabla 7 dada a continuación. Los Ejemplos de la Invención que contienen PDMS mostraron una reducción de la temperatura entre 10 y 20°C a velocidades bajas y alrededor de 10°C a velocidades más altas. IE4, que incluía una combinación de los componentes de PDMS de UHMW y PDMS de HMW, mostró una reducción significativa de la temperatura en todo el intervalo de velocidades.
Tabla 7
Prueba de rodadura de la pelota
También se llevaron a cabo pruebas de rodadura de la pelota en Labosport. En esta prueba, se soltó una pelota horizontalmente de manera controlada y se registró la distancia hasta la parada. Se realizaron tres repeticiones y se calcula el promedio. El intervalo requerido por FIFA Quality Pro para la rodadura de la pelota es entre 4 y 8 m de rodadura.
Tabla 8
Como se muestra en la Tabla 8 anterior, se puede observar que IE4 mostró una rodadura de pelota significativamente mayor en comparación con el Ejemplo Comparativo (CE1), incluso superando el requisito máximo para la FIFA Quality PRO. Esto significa que la formulación podría proporcionar beneficios en el ahorro de agua en algunos deportes como el hockey, donde se usa agua para mejorar la rodadura de la pelota.
Si bien se han ilustrado y descrito realizaciones particulares de la presente descripción, sería obvio para los expertos en la técnica que se pueden realizar varios otros cambios y modificaciones sin apartarse del alcance de la descripción como se especifica en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (12)
1. Un filamento de césped artificial formado a partir de una formulación que comprende:
un polímero a base de etileno con una densidad de 0,900 g/cc a 0,955 g/cc y un índice de fusión (I2) de 0,1 g/10 min a 20 g/10 min medido según la norma ASTM D1238 (a 190°C, 2,16 kg), y
uno o más componentes de polidimetilsiloxano (PDMS) con un peso molecular promedio en número (Mn) de desde 10.000 g/mol a 500.000 g/mol, en donde el Mn se mide mediante cromatografía de permeación en gel (GPC).
2. El filamento de césped artificial de la reivindicación 1, en donde la formulación comprende del 80 % en peso al 99 % en peso, basado en el peso total de la formulación, del polímero a base de etileno.
3. El filamento de césped artificial de cualquier reivindicación precedente, en donde la formulación comprende del 1 al 20 % en peso de uno o más componentes de PDMS.
4. El filamento de césped artificial de cualquier reivindicación precedente, en donde el polímero a base de etileno tiene una distribución de pesos moleculares (MWD) de 2,0 a 8,0, en donde MWD = Mw/Mn, en donde Mw es el peso molecular promedio en peso y Mn es el peso molecular promedio en número, Mn y Mw ambos medidos por GPC.
5. El filamento de césped artificial de cualquier reivindicación precedente, en donde el uno o más componentes de PDMS es una mezcla de un PDMS de ultra alto peso molecular (UHMW) que comprende un Mn de 150.000 a 450.000 g/mol y un componente de PDMS de alto peso molecular (HMW) que comprende un Mn de 10.000 a 100.000 g/mol.
6. El filamento de césped artificial de la reivindicación 5, en donde el componente PDMS de UHMW comprende un Mn de 200.000 a 400.000 g/mol.
7. El filamento de césped artificial de las reivindicaciones 5 o 6, en donde el componente de PDMS de UHMW comprende del 40 al 60 % en peso de siloxano.
8. El filamento de césped artificial de cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en donde el componente de PDMS de HMW comprende del 20 al 40 % en peso de siloxano.
9. El filamento de césped artificial de cualquier reivindicación precedente, en donde el uno o más componentes de PDMS comprenden siloxano mezclado con un portador de poliolefina.
10. El filamento de césped artificial de la reivindicación precedente, en donde el portador de poliolefina comprende un polímero a base de etileno.
11. Un césped artificial que comprende:
un soporte principal con un lado de la parte de arriba y un lado de la parte de abajo; y
al menos un filamento de césped artificial según cualquiera de las reivindicaciones precedentes;
en donde el al menos un filamento de césped artificial se fija al soporte principal de tal manera que el al menos un filamento de césped artificial proporciona una cara con pelo que se extiende hacia fuera desde el lado de la parte de arriba del soporte principal.
12. Un césped artificial de la reivindicación 11, en donde el césped artificial comprende además un soporte secundario adherido al menos a una porción del lado de la parte de abajo del soporte principal de manera que el al menos un filamento de césped artificial se fija en su lugar al lado de la parte de abajo del soporte principal.
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