KR101983488B1 - 인조 잔디 및 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인조 잔디(1400)를 제조하는 방법을 제공한다. 방법은 중합체 혼합물(400, 500, 600)을 생성하는 단계(100)를 포함하며, 중합체 혼합물은 안정화 중합체(402), 벌크 중합체(404), 난연성 중합체 조합, 및 상용화제(406)를 포함한다. 안정화 중합체와 벌크 중합체는 혼화되지 않는다. 안정화 중합체는 벌크 중합체 내에서 상용화제에 의해 둘러싸이는 섬유들을 포함한다. 안정화 중합체는 아라미드이다. 난연성 중합체 조합은 트리아진 및 멜라아민의 혼합물이다. 방법은 모노필라멘트(706) 내로 중합체 혼합물을 압출하는 단계(102)를 추가로 포함한다. 방법은 모노필라멘트를 급냉하는 단계(104)를 추가로 포함한다. 방법은 모노필라멘트를 재가열하는 단계(106)를 추가로 포함한다. 방법은 섬유들을 서로에 대해 정렬하고 인조 잔디 섬유 내로 모노필라멘트를 형성하도록 재가열된 모노필라멘트(706')를 스트레칭하는 단계(108)를 추가로 포함한다. 방법은 인조 잔디 안감(1406) 내로 인조 잔디 섬유를 통합하는 단계(110)를 추가로 포함한다.

Description

인조 잔디 및 제조 방법
본 발명은 인조 잔디(artificial turf) 및 합성 잔디(synthetic turf)로서 지칭되는 인조 잔디의 제조에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 또한 풀(grass)을 모방하는 섬유의 제조, 특히 중합체 블렌드에 기반하는 인조 잔디 섬유, 및 이러한 인조 잔디 섬유로 만들어진 인조 잔디 카펫의 제품 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
인조 잔디 또는 인조 풀(artificial grass)은 잔디를 대체하도록 사용되는 섬유로 만들어진 표면이다. 인조 잔디의 구조는 인조 잔디가 풀과 비슷한 외관을 가지도록 설계된다. 전형적으로, 인조 잔디는 경기장 또는 연습장에서 경기하기 위하여 축구, 미식 축구, 럭비, 테니스, 골프와 같은 스포츠를 위한 표면으로 사용된다. 또한, 인조 잔디는 조경 용도로 자주 사용된다.
인조 잔디를 사용하는 장점은 정기적인 잔디 깎기, 고르기, 거름주기, 급수 등과 같은 잔디 깎기, 조경 작업을 살필 필요성을 제거한다는 것이다. 급수는 예를 들어 물 사용에 대한 지역적 제한으로 인해 어려울 수 있다. 다른 기후대에서, 풀의 재성장 및 폐쇄된 잔디 커버의 재형성은 경기장에서 경기 및/또는 연습하는 것에 의해 천연 잔디 표면의 손상과 비교하여 느리다. 인조 잔디 경기장은 유지하는데 비슷한 관심과 노력을 필요로 하지 않지만 먼지와 잔해로부터 청소되어야만 하고 정기적으로 빗질을 하여야만 하는 것과 같은 일부 유지 보수를 요구할 수 있다. 이러한 것은 경기 또는 연습 동안 밟힌 후에 섬유들을 세우는데 도움이 될 수 있다. 5 내지 15년의 전형적인 사용 시간 내내, 인조 잔디 운동 경기장이 높은 기계적 마모에 견딜 수 있고 UV에 견딜 수 있고 열 순환이나 또는 열 노화에 견딜 수 있고, 화학 물질 및 다양한 환경 조건과 상호 작용에 저항할 수 있으면 유익할 수 있다. 그러므로, 인조 잔디가 긴 수명을 가지고 내구성이 있으며, 인조 잔디의 사용 시간 내내 인조 잔디의 경기 및 표면 특성 뿐만 아니라 외관을 유지하면 유익하다.
미국 특허 출원 US 2010/0173102 A1은 피복을 위한 재료가 코어를 위해 사용되는 재료의 친수성(hyprophilicity)과는 다른 친수성을 가지는 것을 특징으로 하는 인공 풀을 개시한다.
본 발명은 인조 잔디를 제조하는 방법, 및 상기 방법에 따라 제조된 인조 잔디를 제공한다. 실시예들은 종속항들에서 주어진다.
하나의 양태에서, 본 발명은 인조 잔디 카펫을 제조하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 중합체 혼합물을 생성하는 단계를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 중합체 혼합물은 상이한 형태의 중합체들의 혼합물, 및 가능하게 중합체 혼합물에 첨가된 다양한 첨가제와 중합체들의 혼합물을 포함한다. 용어 '중합체 혼합물'은 또한 '마스터 배치(master batch)' 또는 '복합 배치(compound batch)'로 대체될 수 있다.
하나의 양태에서, 본 발명은 인조 잔디를 제조하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 중합체 혼합물을 생성하는 단계를 포함한다. 중합체 혼합물은 안정화 중합체(stabilizing polymer), 벌크 중합체(bulk polymer), 난연성 중합체 조합(flame-retardant polymer combination), 및 적어도 하나의 상용화제(compatibilizer)를 포함한다. 벌크 중합체는 예를 들어 다른 성분이 첨가된 하나 이상의 중합체의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 착색제 또는 다른 첨가제들은 벌크 중합체에 첨가될 수 있다. 안정화 중합체 및 벌크 중합체는 혼화되지 않는다(immiscible). 안정화 중합체 및 벌크 중합체가 혼화되지 않는 것을 나타내면, 이러한 것은 안정화 중합체가 벌크 중합체를 만드는 성분들의 적어도 대부분과 혼화되지 않는다는 것을 의미한다. 예를 들어, 벌크 중합체는 안정화 중합체와 혼화되지 않는 하나의 중합체로 만들어질 수 있으며, 그런 다음 안정화 중합체와 혼화되지 않거나 또는 적어도 부분적으로 혼화되지 않을 수 있는 제2 중합체로 만들어진 벌크 중합체의 보다 작은 부분을 가질 수 있다.
안정화 중합체는 벌크 중합체 내에서 상용화제에 의해 둘러싸인 섬유를 포함한다. 이러한 것은 벌크 중합체의 섬유들이 벌크 중합체 내로 혼합되는 것을 가능하게 있다. 안정화 중합체는 아라미드이다. 난연성 중합체는 트리아진과 멜라민의 혼합물의 조합이다. 중합체 아라미드는 매우 양호한 구조적 및 일시적 온도 안정성을 가진다. 아라미드는 극성분자(polar molecule)이다. 아라미드의 일부 변형은 케블라(Kevlar)라는 상표명으로 또한 공지되어 있다. 상기된 바와 같이, 벌크 중합체는 상이한 중합체들의 혼합물일 수 있다. 하나의 예에서, 벌크 중합체는 하나의 형태의 순수 중합체이다. 또 다른 예에서, 벌크 중합체는 상이한 중합체들의 블렌드이다. 또 다른 예에서, 벌크 중합체는 비극성(non-polar) 및 극성 중합체(polar polymer)들의 혼합물일 수 있다. 이러한 경우에, 벌크 중합체를 만들도록 사용된 중합체들의 대부분은 비극성이다.
난연성 중합체는 트리아진 및 멜라민의 혼합물로 만들어진다. 트리아진과 멜라민은 모두 비극성 분자들이다. 그러므로, 트리아진 및 멜라민은 벌크 중합체와 혼화되지 않는다. 화재의 경우에, 트리아진과 멜라민 조합은 화재를 진압하는 모노필라멘트 표면에 팽대층(intumescence layer)을 형성한다. 안정화 중합체와 난연성 중합체의 조합은 중합체 혼합물로 형성된 섬유들의 내화성을 증가시킨다. 이러한 것은 아라미드가 극히 우수한 열 안정성을 가지기 때문이며, 벌크 중합체가 용융되거나 또는 연소될지라도, 아라미드가 그 형상을 유지하고, 어떠한 섬유도 그 형상이 변형되거나 상실되며 완전히 용융되는 것을 방지할 것이다. 팽대층은 임의의 인조 잔디 섬유 또는 모노필라멘트들의 표면을 덮으며, 그러므로 인조 잔디를 만들도록 사용되는 모노필라멘트 또는 섬유들이 용융되면, 팽대층은 화재를 막는데 덜 효과적이다. 그러므로, 안정화 중합체는 화재를 진압하는데 있어서 팽대층의 효과를 증가시킨다.
방법은 중합체 혼합물을 모노필라멘트 내로 압출하는 단계를 추가로 포함한다. 방법은 모노필라멘트를 급냉하는(quenching) 단계를 추가로 포함한다. 방법은 모노필라멘트를 재가열하는 단계를 추가로 포함한다. 방법은 섬유들을 서로에 대해 정렬하고 인조 잔디 섬유 내로 모노필라멘트를 형성하도록 재가열된 모노필라멘트를 스트레칭하는(stretching) 단계를 추가로 포함한다. 아라미드는 열 중합체들 또는 중합체 혼합물을 제조하는데 사용되는 중합체들보다 훨씬 더 열적으로 안정하다. 재가열된 모노필라멘트의 스트레칭은 이러한 섬유들이 압출될 때보다 이러한 섬유들 더욱 잘 정렬되도록 한다. 섬유들을 서로에 대해 정렬하는 단계는 모노필라멘트가 화재에 의해 연소되거나 가열될 때 추가의 안정성을 제공한다. 그러므로, 스트레칭 공정은 팽대층으로서 기능하도록 난연성 중합체 조합의 효과를 더욱 향상시킨다.
또 다른 실시예에서, 안정화 중합체는 아라미드 섬유를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 안정화 중합체는 극성 중합체이다.
또 다른 실시예에서, 난연성 중합체 조합은 중합체들의 비극성 혼합물 또는 블렌드 또는 조합이다.
또 다른 실시예에서, 벌크 중합체는 비극성 중합체 또는 다수의 비극성 중합체의 조합이다.
또 다른 실시예에서, 벌크 중합체는 극성 및 비극성 중합체들 모두의 조합이다. 벌크 중합체는 비극성 및 극성 중합체들이 혼합될 수 있도록 하는 상용화제를 가질 수 있다. 벌크 중합체가 비극성 및 극성 중합체들의 혼합물로 만들어지는 경우에, 벌크 중합체 중량의 대부분은 비극성이다.
또 다른 실시예에서, 중합체 혼합물은 8 중량% 이하의 안정화 중합체를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 중합체 혼합물은 10 중량% 이하의 안정화 중합체를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 중합체 혼합물은 12 중량% 이하의 안정화 중합체를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 중합체 혼합물은 15 중량% 이하의 안정화 중합체를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 중합체 혼합물은 20 중량% 이하의 난연성 중합체 조합을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 중합체 혼합물은 22 중량% 이하의 난연성 중합체 조합을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 중합체 혼합물은 25 중량% 이하의 난연성 중합체 조합을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 중합체 혼합물은 27 중량% 이하의 난연성 중합체 조합을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 중합체 혼합물은 29 중량% 이하의 난연성 중합체 조합을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 난연성 중합체 조합에서의 트리아진 대 멜라민의 중량비는 1.8이다.
또 다른 실시예에서, 난연성 중합체 조합에서의 트리아진 대 멜라민의 중량비는 1.9이다.
또 다른 실시예에서, 난연성 중합체 조합에서의 트리아진 대 멜라민의 중량비는 2.0이다.
또 다른 실시예에서, 난연성 중합체 조합에서의 트리아진 대 멜라민의 중량비는 2이다.
또 다른 실시예에서, 난연성 중합체 조합에서의 트리아진 대 멜라민의 중량비는 2.1이다.
또 다른 실시예에서, 난연성 중합체 조합에서의 트리아진 대 멜라민의 중량비는 2.2이다.
트리아진 대 멜라민의 비율이 주어진 상기 실시예에서, 숫자 이후의 소수점의 사용은 일정 범위를 의미한다. 예를 들어, 값 1.8의 사용은 1.75와 1.85 사이의 비율을 의미한다. 값 1.9는 1.85에서 1.95의 범위를 의미한다. 값 2.0은 1.95와 2.05 사이의 범위를 의미한다. 값 2.1은 2.05에서 2.15 사이의 범위를 의미한다. 값 2.2는 2.15 내지 2.15의 범위를 의미한다.
또 다른 실시예에서 벌크 중합체는 다음 중 어느 하나를 포함한다: 비극성 중합체, 폴리올레핀 중합체, 열가소성 폴리올레핀 중합체, 폴리에틸렌 중합체, 폴리프로필렌 중합체, 폴리아미드 중합체, 폴리에틸렌 중합체 블렌드, 및 그 혼합물.
또 다른 실시예에서, 벌크 중합체는 제1 중합체, 제2 중합체, 및 상용화제를 포함한다. 제1 중합체 및 제2 중합체는 혼화되지 않는다. 제1 중합체는 제2 중합체 내에서 상용화제에 의해 둘러싸인 중합체 비드(polymer bead)들을 형성한다. 용어 '중합체 비드(bead)' 또는 '비드들'은 제2의 중합체에서 혼화되지 않는 중합체의 작은 방울(droplet)과 같은 국부화된 영역을 지칭할 수 있다. 중합체 비드들은 일부 예들에서 원형 또는 구형 또는 타원 형상일 수 있지만, 비드들은 불규칙하게 형상될 수 있다. 일부 예들에서, 중합체 비드는 전형적으로 약 0.1 내지 3 마이크로미터, 바람직하게 1 내지 2 마이크로미터의 크기를 가질 것이다. 다른 예에서, 중합체 비드들은 더욱 클 것이다. 중합체 비드들은 예를 들어 최대 50 마이크로미터의 지름을 가지는 크기를 가질 수 있다.
한 실시예에서, 벌크 중합체는 제1 중합체보다 많은 중량의 제2 중합체를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 제2 중합체는 비극성 중합체이고, 제1 중합체는 극성 중합체이다.
이 실시예는 인조 잔디를 만들도록 사용되는 필라멘트의 질감 및 느낌을 재단하는 방식을 제공할 수 있기 때문에 유익할 수 있다.
다른 실시예에서, 재가열된 모노필라멘트를 스트레칭하는 것은 중합체 비드를 실 형상 영역(thread-like region)들로 변형시킨다. 이 실시예에서, 모노필라멘트의 스트레칭은 아라미드 섬유들을 정렬할 뿐만 아니라 중합체 비드들을 실 형상 영역으로 스트레칭하며, 이러한 것은 모노필라멘트의 구조를 변화시키는 것을 또한 도울 수 있다.
방법은 중합체 비드를 실 형상 영역으로 변형시키고 인조 잔디 섬유 내로 모노필라멘트를 형성하도록 재가열된 필라멘트를 스트레칭하는 단계를 추가로 포함한다. 이러한 단계에서, 모노필라멘트는 스트레칭된다. 이러한 것은 모노필라멘트가 더욱 길게 되도록 하고, 이 과정에서, 중합체 비드들은 스트레칭되어 길어진다. 스트레칭의 양에 의존하여, 중합체 비드들은 더욱 길어진다.
또 다른 실시예에서, 중합체 비드는 결정질 부분들 및 비결정질 부분들을 포함한다. 중합체 비드들을 실 형상 영역으로 스트레칭하는 것은 비결정질 부분에 대해 결정질 부분의 크기를 증가시킨다.
또 다른 실시예에서, 방법은 중합체 혼합물을 생성하는 단계를 추가로 포함한다. 중합체 혼합물을 생성하는 단계는 안정화 중합체와 상용화제를 혼합하는 것에 의해 초기 혼합물의 형성 단계를 포함한다. 중합체 혼합물을 생성하는 단계는 초기 혼합물을 가열하는 단계를 추가로 포함한다. 중합체 혼합물을 생성하는 단계는 초기 혼합물을 압출하는 단계를 추가로 포함한다. 중합체 혼합물을 생성하는 단계는 압출된 초기 혼합물을 과립화하는 단계를 추가로 포함한다. 중합체 혼합물을 생성하는 단계는 과립화된 초기 혼합물을 벌크 중합체 및 난연성 중합체 조합과 혼합하는 단계를 추가로 포함한다. 중합체 혼합물을 생성하는 단계는 중합체 혼합물을 형성하도록 벌크 중합체 및 난연성 중합체 조합과의 과립화된 초기 혼합물 가열하는 단계를 추가로 포함한다.
또 다른 실시예에서, 벌크 중합체는 1 내지 30 중량%의 제1 중합체를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 벌크 중합체는 1 내지 20 중량%의 제1 중합체를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 벌크 중합체는 5 내지 10 중량%의 제1 중합체를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 제1 중합체는 다음 중 어느 하나를 포함한다: 극성 중합체, 폴리아미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 및 그 조합.
일부 예에서, 인조 잔디 안감(backing)은 직물 또는 직물 매트(textile matt)이다.
인조 잔디 안감 내로 인조 잔디 섬유의 통합은 예를 들어 인조 잔디 섬유를 인조 잔디 안감에 술로 장식하고(tufting), 술로 장식된 인두 잔디 섬유를 인조 잔디 안감에 결속하는 것에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 인조 잔디 섬유는 안감 내로 바늘이 삽입되고, 카펫이 술로 장식되는 방식으로 술로 장식될 수 있다. 인조 잔디 섬유의 루프들이 형성되면, 동일한 단계 동안 절단될 수 있다. 상기 방법은 인조 잔디 섬유를 인조 잔디 안감에 결속하는 단계를 추가로 포함한다. 이 단계에서, 인조 잔디 섬유는 인조 잔디 안감에 결속되거나 부착된다. 이러한 것은 인조 잔디 섬유를 적소에서 유지하도록 인조 잔디 안감의 표면을 접착 또는 코팅하는 것과 같은 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 이러한 것은 예를 들어 인조 잔디 안감의 표면 또는 일부를 라텍스 또는 폴리우레탄과 같은 물질로 코팅하는 것에 의해 수행될 수 있다.
인조 잔디 안감 내로의 인조 잔디 섬유의 통합은 인조 잔디 카펫의 제조 동안 인조 잔디 섬유를 인조 잔디 안감(또는 섬유 매트) 내로 직조하는 것에 의해 대안적으로 수행될 수 있다. 인조 잔디를 제조하는 이러한 기술은 미국 특허 출원 US 20120125474 A1로부터 공지되어 있다.
일부 예에서, 스트레칭된 모노필라멘트는 인조 잔디 섬유로서 직접 사용될 수 있다. 예를 들어 모노필라멘트는 테이프 또는 다른 형상으로 압출될 수 있다.
다른 예들에서, 인조 잔디 섬유는 묶음일 수 있거나, 또는 여러 개의 스트레칭된 모노필라멘트 섬유의 그룹은 일반적으로 케이블로 연결되거나 꼬여있거나 함께 묶일 수 있다. 일부 경우에, 묶음은 얀 묶음(yarn bundle)을 함께 유지하고 나중에 술 장식(tufting) 또는 직조 공정을 위해 준비되는 소위 되감기 얀(rewinding yarn)으로 되감긴다.
모노필라멘트들은 예를 들어 50 내지 600 마이크로미터 크기의 지름을 가질 수 있다. 얀 중량은 전형적으로 50-3000 dtex에 이를 수 있다.
실시예들은 제2 중합체 및 임의의 혼화되지 않는 중합체들이 서로 박리되지 않을 수 있다는 장점을 가질 수 있다. 실 형상 영역들은 제2 중합체 내에 매립된다. 그러므로, 중합체들이 박리되는 것은 불가능하다. 제1 중합체 및 제2 중합체의 사용은 인조 잔디 섬유의 특성이 재단되도록 할 수 있다. 예를 들어, 보다 연한 플라스틱은 제2 중합체가 인조 잔디에 더욱 자연적인 잔디 및 연한 느낌을 주도록 사용될 수 있다. 보다 경질의 플라스틱은 보다 많은 탄력성 및 안정성 및 밟히거나 또는 억눌린 후에 튀어오르는 능력을 인조 잔디에 주도록 제1 중합체 또는 다른 혼화되지 않는 중합체에 사용될 수 있다.
추가의 이점은 아마도 실 형상 영역들이 압출 공정 동안 모노필라멘트의 중앙 영역에 집중된다는 것일 수 있다. 이러한 것은 모노필라멘트의 중심에 보다 단단한 재료의 집중과 모노필라멘트의 외측 또는 외부 영역에서 보다 많은 양의 더욱 연한 플라스틱의 집중으로 이어진다. 이러한 것은 더욱 잔디와 같은 성질을 가진 인조 잔디 섬유로 또한 이어질 수 있다.
추가의 이점은 인조 잔디 섬유들이 개선된 장기간의 탄성을 가진다는 것 일 수 있다. 이러한 것은 인조 잔디의 감소된 보수 유지를 필요로 하고, 이러한 것들이 사용 또는 밟힘 후에 그 형상을 더욱 자연스럽게 유지하고 여전히 서있기 때문에 섬유들의 보다 적은 빗질을 필요로 할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 중합체 비드는 결정질 부분들 및 비결정 부분들을 포함한다. 중합체 혼합물은 압출 공정 동안 가열되기 쉬웠으며, 제1 중합체 및 또한 제2 중합체의 부분들은 다양한 영역에서 더욱 많은 비결정질 구조 또는 더욱 많은 결정질 구조를 가질 수 있다. 중합체 비드들을 실 형상 영역들로 스트레칭하는 것은 제1 중합체에서 비결정질 부분들에 대해 결정질 부분들의 크기에서의 증가를 유발할 수 있다. 이러한 것은 예를 들어 비결정질 구조를 가질 때보다 제1 중합체가 더욱 경질로 되는 것으로 이어질 수 있다. 이러한 것은 더욱 큰 강성 및 억눌려질 때 튀어오르는 능력을 구비한 인조 잔디로 이어질 수 있다. 모노필라멘트의 스트레칭은 일부 경우에 또한 제2 중합체 또는 다른 추가의 중합체로 하여금 그 구조의 더욱 큰 부분이 더욱 결정질로 되도록 또한 유발할 수 있다.
이러한 것의 특정 예에서, 제1 중합체는 폴리아미드일 수 있고, 제2 중합체는 폴리에틸렌일 수 있다. 폴리아미드를 스트레칭하는 것은 결정질 영역들에서 증가를 유발하여 폴리아미드를 더욱 딱딱하게 할 것이다. 이러한 것은 다른 플라스틱 중합체들에도 적용된다.
또 다른 실시예에서, 중합체 혼합물 또는 마스터 배치는 벌크 중합체, 안정화 중합체, 및 난연성 중합체의 함유량을 과립 또는 분말 형태로 함께 혼합하는 것에 의해 생성되고, 혼합물은 그런 다음 중합체 혼합물을 형성하도록 가열된다. 이 때, 추가의 첨가제가 또한 첨가될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 벌크 중합체는 먼저 과립 형태로 만들어지고, 그런 다음 중합체 혼합물의 다른 내용물에 첨가된다. 벌크 중합체의 생성은 제1 중합체를 상용화제와 혼합하는 것에 의해 제1 혼합물을 형성하는 단계를 포함한다. 벌크 중합체의 생성은 제1 혼합물을 가열하는 단계를 추가로 포함한다. 벌크 중합체를 생성하는 단계는 제1 혼합물을 압출하는 단계를 추가로 포함한다. 벌크 중합체의 생성은 제1 혼합물을 압출하는 단계를 추가로 포함한다. 벌크 중합체의 생성은 압출된 제1 혼합물을 과립화하는 단계를 추가로 포함한다. 벌크 중합체의 생성은 제2 중합체와 과립화된 제1 혼합물을 혼합하는 단계를 추가로 포함한다. 벌크 중합체의 생성은 벌크 중합체를 형성하도록 제2 중합체와 함께 과립화된 제1 혼합물을 가열하는 단계를 추가로 포함한다. 벌크 중합체를 생성하는 이러한 특정 방법은 제1 중합체 및 상용화제가 제2 중합체 내에서 어떻게 분포되는지에 대한 매우 정확한 제어를 가능하게 하기 때문에 유익할 수 있다. 예를 들어, 압출된 제1 혼합물의 크기 또는 형상은 중합체 혼합물에서 그 후 형성되는 중합체 비드들의 크기를 결정할 수 있다.
소위 1-스크루 압출 방법을 사용하여 제조될 수 있는 중합체 혼합물 및/또는 벌크 중합체가 사용될 수 있다. 이러한 것에 대한 대안으로서, 중합체 혼합물 및/또는 벌크 중합체는 이를 한번 만드는 모든 성분을 넣는 것에 의해 또한 생성될 수 있다. 예를 들어, 제1 중합체, 제2 중합체 및 상용화제가 벌크 중합체를 제조하기 위해 모두 동시에 함께 첨가될 수 있다. 중합체 혼합물을 위하여, 상용화제, 안정화 중합체, 벌크 중합체, 난연성 중합체는 동시에 함께 첨가될 수 있다. 추가의 중합체들 또는 다른 첨가제들과 같은 다른 성분들도 또한 함께 넣어질 수 있다. 중합체 혼합물 및/또는 벌크 중합체의 혼합물의 양은 예를 들어 압출을 위한 2-스크루 공급을 사용하는 것에 의해 증가될 수 있다. 이러한 경우에, 중합체 비드들의 필요한 분포는 적절한 비율 또는 혼합물의 양을 사용하여 달성될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 벌크 중합체는 적어도 제3 중합체를 포함한다. 제3 중합체는 제2 중합체와 혼화되지 않는다. 제3 중합체는 제2 중합체 내에서 상용화제에 의해 둘러싸인 중합체 비드들을 추가로 형성한다.
다른 실시예에서, 벌크 중합체의 생성은 제1 중합체 및 제3 중합체를 상용화제와 혼합하는 것에 의해 제1 혼합물을 형성하는 단계를 포함한다. 벌크 중합체의 생성은 제1 혼합물을 가열하는 단계를 추가로 포함한다. 벌크 중합체의 생성은 먼저 제1 혼합물을 압출하는 단계를 포함한다. 벌크 중합체의 생성은 압출된 제1 혼합물을 과립화하는 단계를 추가로 포함한다. 벌크 중합체의 생성은 제1 혼합물을 제2 중합체와 혼합하는 단계를 추가로 포함한다. 벌크 중합체의 생성은 벌크 중합체를 형성하도록 제2 중합체와 함께 제1 혼합물을 가열하는 단계를 추가로 포함한다. 이러한 방법은 벌크 중합체를 만들고 2개의 상이한 중합체를 사용하여 중합체 비드들의 크기 및 분포를 제어하는 정확한 수단을 제공할 수 있다. 대안으로서, 제1 중합체는 동일하거나 상이한 상용화제로 제3 중합체를 만드는 것과 별개로 상용화제로 과립을 만들도록 사용될 수 있다. 이어서, 과립들은 벌크 중합체를 만들도록 제2 중합체와 혼합될 수 있다.
이에 대한 대안으로서, 중합체 혼합물은 중합체 혼합물의 다른 내용물에 제1 중합체, 제2 중합체, 제3 중합체 및 상용화제를 동시에 모두 첨가하고, 그런 다음 더욱 격렬하게 이러한 것들을 혼합하는 것에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 2-스크루 공급이 압출기를 위해 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 제3 중합체는 극성 중합체이다.
또 다른 실시예에서, 제3 중합체는 폴리아미드이다.
또 다른 실시예에서, 제3 중합체는 또한 통상적으로 PET로 약칭되는 폴리에틸렌 테레프탈레이트이다.
또 다른 실시예에서, 제3 중합체는 또한 일반적으로 PBT로 약칭되는 폴리부틸렌 테레프탈레이트이다.
또 다른 실시예에서, 중합체 혼합물 또는 벌크 중합체는 1 중량% 내지 30 중량%의 조합된 제1 중합체 및 제3 중합체를 포함한다. 이 실시예에서, 중량의 나머지는 제2 중합체, 상용화제, 및 중합체 혼합물 또는 벌크 중합체에 투입되는 임의의 다른 추가의 첨가제와 같은 성분들에 의해 만들어질 수 있다.
또 다른 실시예에서, 중합체 혼합물 또는 벌크 중합체는 1 중량% 내지 20 중량%의 조합된 제1 중합체 및 제3 중합체를 포함한다. 다시, 이 실시예에서, 중합체 혼합물 또는 벌크 중합체의 중량의 나머지는 제2 중합체, 상용화제, 및 임의의 다른 추가의 첨가제들에 의해 만들어질 수 있다.
또 다른 실시예에서, 중합체 혼합물 또는 벌크 중합체는 5 중량% 내지 10 중량%의 조합된 제1 중합체 및 제3 중합체를 포함한다. 다시, 이 실시예에서, 중합체 혼합물 또는 벌크 중합체의 중량의 나머지는 제2 중합체, 상용화제, 및 임의의 다른 추가의 첨가제들에 의해 만들어질 수 있다.
또 다른 실시예에서, 중합체 혼합물 또는 벌크 중합체는 1 중량% 내지 30 중량%의 제1 중합체를 포함한다. 이 예에서, 중량의 나머지는 예를 들어 제2 중합체, 상용화제, 및 임의의 다른 추가의 첨가제들에 의해 만들어질 수 있다.
또 다른 실시예에서, 중합체 혼합물 또는 벌크 중합체는 1 중량% 내지 20 중량%의 제1 중합체를 포함한다. 이 실시예에서, 중량의 나머지는 제2 중합체, 상용화제, 및 중합체 혼합물 또는 벌크 중합체 내로 혼합된 임의의 다른 추가의 첨가제로 만들어질 수 있다.
또 다른 실시예에서, 중합체 혼합물 또는 벌크 중합체는 5 중량% 내지 10 중량%의 제1 중합체를 포함한다. 이러한 예는 제2 중합체, 상용화제, 및 중합체 혼합물 또는 벌크 중합체 내로 혼합된 임의의 다른 추가의 첨가제에 의해 만들어지는 중량의 나머지를 가질 수 있다.
또 다른 실시예에서, 제1 중합체는 극성 중합체이다.
또 다른 실시예에서, 제1 중합체는 폴리아미드이다.
또 다른 실시예에서, 제1 중합체는 통상적으로 약칭 PET로 공지된 폴리에틸렌 테레프탈레이트이다.
또 다른 실시예에서, 제1 중합체는 통상적으로 약칭 PBT로 공지된 폴리부틸렌 테레프탈레이트이다.
또 다른 실시예에서, 제2 중합체는 비극성 중합체이다.
*또 다른 실시예에서, 제2 중합체는 폴리에틸렌이다.
또 다른 실시예에서, 제2 중합체는 폴리프로필렌이다.
또 다른 실시예에서, 제2 중합체는 제2 중합체를 위해 사용될 수 있는 상기된 중합체의 혼합물이다.
또 다른 실시예에서, 상용화제는 다음 중 어느 하나를 포함한다: 폴리에틸렌 또는 폴리아미드에 접목된 말레산; 말레산, 글리시딜 메타크릴레이트, 리시놀옥사졸린 말리네이트와 같은 불포화산 또는 그 무수물과 폴리에틸렌, SEBS, EVA, EPD 또는 폴리프로필렌의 자유 라디칼 개시 그라프트 공중합체에 접목된 말레산 무수물; 글리시딜 메타크릴레이트와 SEBS의 그라프트 공중합체, 머캅토아세트산 및 말레산 무수물과 EVA의 그라프트 공중합체; 말레산 무수물과 EPDM의 그라프트 공중합체; 말레산 무수물과 폴리프로필렌의 그라프트 공중합체; 폴리올레핀-그라프트-폴리아미드폴리에틸렌 또는 폴리아미드; 및 폴리아크릴산 형태의 상용화제.
또 다른 실시예에서, 중합체 혼합물 또는 벌크 중합체는 80 중량% 내지 90 중량%의 제2 중합체를 포함한다. 이 예에서, 중량의 나머지는 중합체 혼합물 또는 벌크 중합체, 상용화제, 및 중합체 혼합물 또는 벌크 중합체에 첨가된 임의의 다른 화학 물질 또는 첨가제들에 존재하면 제1 중합체, 가능하면 제2 중합체로 만들어질 수 있다.
또 다른 실시예에서, 중합체 혼합물 또는 벌크 중합체는 다음 중 어느 하나를 추가로 포함한다: 왁스, 둔감제(dulling agent), UV 안정화제, 난연제, 항산화제, 안료, 및 그 조합. 이러한 열거된 추가의 성분들은 중합체 혼합물 또는 벌크 중합체에 첨가되어, 인조 잔디가 잔디에 더욱 가깝고 햇빛에서 더욱 큰 안정성을 가지도록 녹색을 가지는 난연제와 같은 다른 필요한 특성을 인조 잔디 섬유에 부여한다.
다른 실시예에서, 인조 잔디 섬유를 생성하는 단계는 인조 잔디 섬유 내로 모노필라멘트를 직조하는 단계를 포함한다. 즉, 일부 예에서, 인조 잔디 섬유는 단일의 모노필라멘트가 아니라, 다수의 섬유들의 조합이다.
또 다른 실시예에서, 인조 잔디는 얀이다.
또 다른 실시예에서, 방법은 인조 잔디를 생성하도록 스트레칭된 모노필라멘트를 함께 묶는 단계를 추가로 포함한다.
또 다른 실시예에서, 방법은 인조 잔디 섬유를 생성하도록 다수의 모노필라멘트들 함께 직조하거나, 묶거나, 또는 방사하는 단계를 추가로 포함한다. 다수의, 예를 들어 4 내지 8개의 모노필라멘트가 얀으로 형성되거나 또는 마무리될 수 있다.
또 다른 형태에 있어서, 본 발명은 상기된 방법 중 어느 하나에 따른 인조 잔디 제조를 제공한다.
또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 인조 잔디 안감, 및 인조 잔디 안감에 술로 장식되는 인조 잔디 섬유를 포함하는 인조 잔디를 제공한다. 인조 안감은 예를 들어 직물, 또는 술로 장식된 섬유들을 가질 수 있는 다른 평평한 구조일 수 있다. 인조 잔디 섬유는 적어도 하나의 모노필라멘트를 포함한다. 적어도 하나의 모노필라멘트 각각은 실 형상 영역들의 형태를 하는 제1 중합체를 포함한다. 적어도 하나의 모노필라멘트의 각각은 제2 중합체를 포함하며, 실 형상 영역들은 제2 중합체에 매립된다. 적어도 하나의 모노필라멘트의 각각은, 실 형상 영역들의 각각을 둘러싸고 제2 중합체로부터 적어도 하나의 제1 중합체를 분리하는 상용화제를 포함한다. 이러한 인조 잔디는 실 형상 영역들이 상용화제를 통해 제2 중합체에 매립되기 때문에 극히 내구적이라는 장점을 가질 수 있다. 그러므로, 이러한 것들은 박리될 능력을 가지지 않는다. 제1 중합체를 둘러싸는 제2 중합체를 가지는 것은 연하고 실제 잔디와 유사하게 느껴지는 뻣뻣한 인조 잔디를 제공할 수 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같은 인조 잔디는 공압출된 인조 잔디와 구별된다. 공압출 시에, 전형적으로 50 내지 60 마이크로미터의 코어는 약 200 내지 300 마이크로미터의 지름을 가지는 외부 커버 또는 외장재에 의해 둘러싸일 수 있다.
벌크 중합체가 적어도 제1 및 제2 중합체의 혼합물로 형성되는 실시예에서, 인조 잔디는 제1 중합체 및 가능하게 제3 중합체의 많은 수의 실 형상 영역을 가진다. 실 형상 영역들은 모노필라멘트의 전체 길이를 따라 연속되지 않을 수 있다. 인조 잔디는 상기된 방법 단계 중 임의의 것에 의해 제공되는 특성들 또는 특징들을 또한 가질 수 있다.
다른 실시예에서, 실 형상 영역들은 20 마이크로미터보다 작은 지름을 가진다.
다른 실시예에서, 실 형상 영역들은 10 마이크로미터보다 작은 지름을 가진다.
다른 실시예에서, 실 형상 영역들은 1 내지 3 마이크로미터의 지름을 가진다.
다른 실시예에서, 인조 잔디 섬유는 인조 잔디 안감을 지나서 사전 결정된 길이로 연장된다. 실 형상 영역들은 사전 결정된 길이의 절반보다 작은 길이를 가진다.
다른 실시예에서, 실 형상 영역들은 2mm보다 작은 길이를 가진다.
또 다른 실시예에서, 아라미드는 파라-아라미드(para-aramid)이다. 파라-아라미드 섬유의 사용은 더욱 큰 열 안정성을 제공하는 이점을 가질 수 있다.
파라-아라미드의 사용은 또한 추가의 이점을 가질 수 있다. 예를 들어, 파라-아라미드는 벌크 중합체의 내열성을 증가시킬 수 있다. 파라-아라미드의 높은 내열성은 파라-아라미드가 더욱 많은 에너지를 흡수할 수 있도록 한다. 이러한 것은 파라-아라미드가 사용되지 않는 경우보다 높은 온도에서 벌크 중합체가 변형되도록 할 수 있다.
인조 잔디가 연소될 때, 팽대층은 임의의 인조 잔디 섬유 또는 모노필라멘트들의 표면을 덮을 수 있으며, 그러므로 인조 잔디를 만들도록 사용된 모노필라멘트 또는 섬유들이 용융되면, 팽대층은 화재를 진압하는데 덜 효과적이다. 그러므로, 파라-아라미드는 화재에 의해 유발된 고온에서 더욱 많은 안정성을 제공하기 때문에 화재를 진압하는데 있어서 팽대층의 효과를 증가시킬 수 있다. 이러한 것은 팽대 층을 온전하게 유지할 수 있으며, 이러한 것은 화재의 경우에 자기 소화 효과(self extinguishing effect)로 이어질 수 있다.
아라미드와 파라-아라미드는 모두 높은 기계적 강도와 기계적 내마모성을 가진다. 파라-아라미드로 만든 인조 잔디는 종래의 인조 잔디와 비교하여 낡기 전에 더욱 긴 시간 동안 가능하게 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 파라-아라미드는 다음 중 어느 하나보다 작은 섬유 길이를 가진다: 135 ㎛, 125 ㎛, 및 115 ㎛.
또 다른 실시예에서, 파라-아라미드는 다음 중 어느 하나의 평균 섬유 길이를 가진다: 65 ㎛ 내지 35 ㎛ 및 55 ㎛.
다른 실시예에서, 파라-아라미드는 다음 중 어느 하나의 사이의 밀도를 가진다: 1.44 g/㎤ 내지 1.45 g/㎤, 및 1.43 g/㎤ 내지 1.46 g/㎤.
또 다른 실시예에서, 파라-아라미드는 다음 중 어느 하나의 분해 온도를 가진다: 720 °K, 725 °K, 및 723 °K.
조합된 실시예가 상호 배타적이지 않는 한, 본 발명의 상기된 실시예들 중 하나 이상이 조합될 수 있다는 것이 이해된다.
본 발명의 다음의 실시예들은 도면을 참조하여 단지 예시로서 더욱 상세히 설명된다:
도 1은 인조 잔디를 제조하는 방법의 예를 도시하는 흐름도;
도 2는 중합체 혼합물을 생성하는 하나의 방법을 도시하는 흐름도;
도 3은 중합체 혼합물을 어떻게 생성하는지의 추가의 예를 도시한 흐름도;
도 4는 중합체 혼합물의 단면을 도시하는 도면;
도 5는 중합체 혼합물의 추가 예의 단면을 도시하는 도면;
도 6은 중합체 혼합물의 추가 예의 단면을 도시하는 도면;
도 7은 모노필라멘트 내로 도 4의 중합체 혼합물의 압출을 도시한 도면;
도 8은 도 7의 모노필라멘트의 작은 세그먼트의 단면을 도시한 도면;
도 9는 도 8의 모노필라멘트를 스트레칭하는 효과를 도시한 도면;
도 10은 모노필라멘트 내로 도 5 또는 도 6의 중합체 혼합물의 압출을 도시한 도면;
도 11은 도 10의 모노필라멘트의 작은 세그먼트의 단면을 도시한 도면;
도 12는 도 11의 모노필라멘트를 스트레칭하는 효과를 도시한 도면;
도 13은 스트레칭된 모노필라멘트의 단면의 전자 현미경 사진; 및
도 14는 인조 잔디의 예의 단면의 예를 도시한 도면.
이러한 도면들에서 동일한 번호의 요소들은 동등한 요소이거나 동일한 기능을 수행한다. 이전에 설명된 요소들은 기능이 동등하면 추후의 도면들 반드시 설명되지는 않는다.
도 1은 인조 잔디를 제조하는 방법의 예를 도시하는 흐름도이다. 먼저, 단계 100에서 중합체 혼합물이 생성된다. 중합체 혼합물은 벌크 중합체, 안정화 중합체, 난연성 중합체 조합, 및 상용화제를 포함한다. 일부 예들에서, 벌크 중합체는 다수의 성분으로 만들어질 수 있다. 안정화 중합체는 벌크 중합체와 혼화되지 않으며, 그러므로, 안정화 중합체는 상용화제에 의해 둘러싸인다. 안정화 중합체는 아라미드의 섬유들로 형성된다.
일부 예들에서, 벌크 중합체는 제1 중합체를 포함한다. 벌크 중합체는 제2 중합체 및 상용화제를 추가로 포함한다. 제1 중합체와 제2 중합체는 혼화되지 않는다. 다른 예들에서, 제2 중합체와 또한 혼화되지 않는 제3, 제4 또는 심지어 제5 중합체와 같은 추가의 중합체가 있을 수 있다. 또한, 제1 중합체 또는 추가의 제3, 제4 또는 제5 중합체와 조합하여 사용되는 추가적인 상용화제들이 있을 수 있다. 제1 중합체는 상용화제에 의해 둘러싸인 중합체 비드들을 형성한다. 중합체 비드들은 또한 제2 중합체에서 혼화되지 않는 추가 중합체에 의해 형성될 수 있다. 중합체 비드들은 또한 상용화제로 둘러싸이며, 제2 중합체 내에 있거나 또는 제2 중합체 내로 혼합된다.
다음에 단계 102에서, 벌크 중합체는 모노필라멘트 내로 압출된다. 다음에 단계 104에서, 모노필라멘트는 급냉되거나 또는 신속하게 냉각된다. 다음의 단계 106에서, 모노필라멘트는 재가열된다. 단계 108에서, 재가열된 모노필라멘트는 스트레칭되고, 이러한 것은 안정화 중합체의 섬유들이 섬유가 스트레칭되는 방향으로 서로 정렬되도록 한다. 벌크 중합체가 중합체 비드들를 포함하면, 스트레칭은 중합체 비드들를 실 형상 영역들로 변형시키고, 인조 잔디 섬유 내로 모노필라멘트를 형성한다.
추가의 단계들은 또한 인조 잔디 섬유를 형성하도록 모노필라멘트에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 모노필라멘트는 필요한 특성들을 가지는 얀으로 방사되거나 직조될 수 있다. 다음에 단계 110에서, 인조 잔디 섬유는 인조 잔디 안감에 통합된다. 단계 110은 예를 들어 인조 잔디 섬유를 인조 잔디 안감에 술을 장식하거나 직조하는 단계일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 그런 다음, 단계 112에서, 인조 잔디 섬유는 인조 잔디 안감에 결속된다. 예를 들어, 인조 잔디 섬유들은 코팅 또는 다른 재료에 의해 적소에 접착되거나 유지될 수 있다. 단계 112는 선택적인 단계이다. 예를 들어, 인조 잔디 섬유들이 인조 잔디 안감 내로 직조되면, 단계 112는 수행될 필요가 없다.
도 2는 벌크 중합체를 생성하는 하나의 방법을 도시하는 흐름도이다. 이 예에서, 벌크 중합체는 제1 중합체, 제2 중합체, 및 상용화제를 포함한다. 벌크 중합체는 또한 착색하거나 또는 난연성 또는 내자외선성을 제공하거나 또는 벌크 중합체의 유동 특성을 개선하도록 첨가제와 같은 기타 여러 가지를 또한 포함할 수 있다. 우선, 단계 200에서, 제1 혼합물은 상용화제와 제1 중합체를 혼합하는 것에 의해 형성된다. 추가의 첨가제들은 또한 이러한 단계 동안 첨가될 수 있다. 다음에 단계 202에서, 제1 혼합물은 가열된다. 다음에 단계 204에서, 제1 혼합물은 압출된다. 그런 다음, 단계 206에서, 압출된 제1 혼합물은 과립화되거나 또는 작은 조각들로 절단된다. 다음에 단계 208에서, 과립화된 제1 혼합물은 제2 중합체와 혼합된다. 이때, 추가의 첨가제들은 벌크 중합체에 첨가될 수 있다. 마지막으로, 단계 210에서, 과립화된 제1 혼합물은 벌크 중합체를 형성하도록 제2 중합체와 함께 가열된다. 가열과 혼합은 동시에 일어날 수 있다. 벌크 중합체는 개별적으로 제조될 수 있고, 추후에 안정화 중합체 및 더욱 많은 상용화제에 함께 첨가될 수 있거나, 또는 벌크 중합체는 중합체 혼합물과 동시에 제조될 수 있다.
도 3은 벌크 중합체(100)를 어떻게 생성하는지의 예를 도시하는 흐름도를 도시한다. 이 예에서, 벌크 중합체는 적어도 제3 중합체를 추가로 포함한다. 제3 중합체는 제2 중합체와 혼화되지 않는다. 제3 중합체는 제2 중합체와 함께 상용화제에 의해 둘러싸인 중합체 비드들을 추가로 형성한다. 우선, 단계 300에서, 제1 혼합물은 상용화제와 제1 중합체 및 제3 중합체를 혼합하는 것에 의해 형성된다. 추가의 첨가제들은 이 시점에서 제1 혼합물에 첨가될 수 있다. 다음에 단계 302에서, 제1 혼합물은 가열된다. 제1 혼합물의 가열 및 혼합은 동시에 행해질 수 있다. 다음에 단계 304에서, 제1 혼합물은 압출된다. 다음에 단계 306에서, 압출된 제1 혼합물은 과립화되거나 또는 작은 조각들로 절단된다. 다음에 단계 308에서, 제1 혼합물은 제2 중합체와 혼합된다. 이때, 추가의 첨가제들은 벌크 중합체에 첨가될 수 있다. 그런 다음 마지막으로, 단계 310에서, 가열된 제1 혼합물 및 제2 중합체는 벌크 중합체를 형성하도록 가열된다. 가열 및 혼합은 동시에 행해질 수 있다. 벌크 중합체는 개별적으로 제조되고, 그런 다음 추후에 안정화 중합체 및 더욱 많은 상용화제에 함께 첨가될 수 있거나, 또는 벌크 중합체는 중합체 혼합물과 동시에 제조될 수 있다.
도 4는 중합체 혼합물(400)의 단면을 도시하는 도면이다. 중합체 혼합물은 다수의 안정화 중합체(402)를 포함한다. 이러한 것들은 아라미드 섬유들의 형태로서 도시된다. 중합체 혼합물(400)의 벌크는 벌크 중합체(404)로서 도시된다. 각각의 안정화 중합체(402) 섬유는 상용화제(406)에 의해 둘러싸인다. 이러한 것은 안정화 중합체(402)가 벌크 중합체(404)와 혼합되도록 한다. 난연성 중합체는 도시되지 않았지만, 벌크 중합체(404) 내로 혼합되는 것으로 간주될 수 있다.
도 5는 중합체 혼합물(500)의 단면의 추가 예를 도시한다. 이 예에서, 벌크 중합체는 2개의 상이한 중합체로 만들어진다. 이는 비극성 제2 중합체(504) 및 극성 제1 중합체(502)로 만들어진다. 제1 중합체(502)는 제2 중합체(504)보다 적다. 제1 중합체(502)는 제2 중합체(504) 내로 혼합될 수 있도록 또한 상용화제(406)에 의해 둘러싸이는 것으로서 도시되어 있다. 상용화제(406)에 의해 둘러싸인 제1 중합체(502)는 다수의 중합체 비드(508)들을 형성한다. 중합체 비드(508)들은 구형 또는 타원형일 수 있거나, 또는 중합체 혼합물이 얼마나 잘 혼합되어 있는지 및 온도에 의존하여 불규칙하게 형상화될 수 있다. 상용화제(406)는 제2 중합체(406)로부터 제1 중합체(402)를 분리한다.
도 6은 추가의 중합체 혼합물의 추가의 단면을 도시한다. 도 6의 중합체 혼합물(600)은 도 5에 도시된 바와 같은 제2 중합체(504) 및 제1 중합체(502)로 만들어진 벌크 중합체를 가지지만, 덧붙여 제2 중합체(504)와 혼화되지 않는 제3 중합체(602)가 존재한다. 제3 중합체(602)는 또한 제2 중합체(504)와 혼합될 수 있도록 상용화제(406)에 의해 둘러싸이는 것으로서 도시되어 있다. 중합체 비드(508)들의 일부는 지금 제3 중합체(602)로 구성된다.
이 실시예에서, 동일한 상용화제(506)는 제1 중합체(502) 및 제3 중합체(602) 모두에 사용된다. 다른 실시예들에서, 다른 상용화제(506)는 제1 중합체(502) 및 제3 중합체(602)에 사용될 수 있다.
도 7은 모노필라멘트 내로의 중합체 혼합물(400)의 압출을 도시한다. 일정량의 벌크 중합체(404)가 도시된다. 중합체 혼합물(400) 내에는 안정화 중합체의 많은 수의 섬유(402)가 존재한다. 스크루, 피스톤 또는 다른 디바이스가 중합체 혼합물(400)을 플레이트(702)에 있는 구멍(704)을 통해 강제하도록 사용된다. 이러한 것은 중합체 혼합물(400)이 모노필라멘트(706) 내로 압출되도록 한다. 모노필라멘트(706)는 또한 섬유(402)들을 함유하는 것으로 도시되어 있다. 섬유(402)들은 모노필라멘트(706)의 중심에 집중되는 경향이 있을 수 있다. 이러한 것은 모노필라멘트(706)의 코어 영역에서의 실 형상 영역들의 집중으로 이어질 수 있음에 따라서 최종 인조 잔디 섬유의 바람직한 특성으로 이어질 수 있다.
도 8은 모노필라멘트(706)의 작은 세그먼트의 단면을 도시한다. 모노필라멘트는 섬유(402)들이 혼합되는 벌크 중합체(404)를 포함하는 것으로 다시 도시된다. 섬유(402)들은 도시되지 않은 상용화제에 의해 벌크 중합체(404)로부터 분리된다. 실 형상 구조를 형성하도록, 모노필라멘트(706)의 섹션은 가열되고, 그런 다음 모노필라멘트(706)의 길이를 따라서 스트레칭된다. 이러한 것은 스트레칭 방향을 도시하는 화살표(800)에 의해 예시된다.
도 9는 모노필라멘트(706)를 스트레칭하는 효과를 도시한다. 도 8에 스트레칭된 모노필라멘트(706)의 단면의 예가 도시되어 있다. 도 8의 섬유(402)들은 서로 또는 스트레칭의 방향(800)으로 정렬되어 있다.
도 10은 도 5의 중합체 혼합물(500) 또는 도 6의 중합체 혼합물(600)이 중합체 혼합물(400) 대신에 사용되는 것을 제외하면 도 7의 것과 유사한 것을 도시한다. 중합체 혼합물은 제2 중합체(504)에 혼합되는 중합체 비드(508)들 및 안정화 중합체(402) 섬유들을 함유하는 것으로서 간주될 수 있다. 중합체 혼합물(500 또는 600)은 동일한 방식으로 모노필라멘트(706) 내로 압출된다.
일정 양의 벌크 중합체(500 또는 600)가 도시된다. 벌크 중합체(500 또는 600) 내에는 많은 수의 중합체 비드(508)들이 있다. 중합체 비드(508)들은 제2 중합체(504)와 혼화되지 않는 하나 이상의 중합체로 만들어질 수 있으며, 도시되지 않은 상용화제에 의해 제2 중합체(504)로부터 분리된다. 스크루, 피스톤 또는 다른 디바이스는 플레이트(702)에 있는 구멍(704)을 통해 벌크 중합체(500 또는 600)를 강제하도록 사용된다. 이러한 것은 벌크 중합체(500 또는 600)가 모노필라멘트(706) 내로 압출되도록 한다. 모노필라멘트(706)는 또한 섬유(402)들에 추가하여 중합체 비드(508)들을 함유하는 것으로서 도시된다. 제2 중합체(504), 섬유(402)들, 및 중합체 비드(508)들은 함께 압출된다. 일부 예들에서, 제2 중합체(504)는 중합체 비드(508)들보다 작은 점성을 가지며, 중합체 비드(508)들은 모노필라멘트(706)의 중심에 집중하는 경향이 있다. 이러한 것이 모노필라멘트(706)의 코어 영역에서의 실 형상 영역들의 집중으로 이어질 수 있음에 따라서, 이러한 것은 최종 인조 잔디에 필요한 특성으로 이어질 수 있다.
도 11은 도 10의 모노필라멘트(706)가 대신 사용되는 것을 제외하고는 도 8과 유사하다. 모노필라멘트(706)는 방향(800)으로 스트레칭되기 전에 도시되어 있다. 안정화 중합체(402)의 섬유들은 다소간 무작위적인 방향으로 도시되고, 중합체 비드(508)들은 기이한 형상이며, 아직 실 형상으로 형성되지 않았다. 실 형상 구조를 형성하도록, 모노필라멘트(706)의 섹션은 가열되고, 그런 다음 모노필라멘트(706)의 길이를 따라서 스트레칭된다. 이러한 것은 스트레칭의 방향을 나타내는 화살표(800)에 의해 예시된다.
도 12는 도 11에서 도시된 방향(800)으로 스트레칭된 후의 모노필라멘트(706')를 도시한다. 스트레칭 운동은 안정화 중합체(402)의 섬유들이 스트레칭 방향(800)과 대략 정렬되도록 하며, 또한 도 11의 중합체 비드(508)들은 실 형상의 구조(1200) 내로 스트레칭되었다. 도 12는 모노필라멘트(606)를 스트레칭하는 효과를 도시한다. 도 8에서, 스트레칭된 모노필라멘트(606)의 단면의 예가 도시되어 있다. 도 7의 중합체 비드(408)들은 실 형상 구조(1200)들 내로 스트레칭되었다. 중합체 비드(408)들의 변형량은 모노필라멘트(706')가 얼마만큼 스트레칭되었는지에 의존할 것이다.
예들은 합성 풀(synthetic grass)로도 지칭되는 인조 잔디의 생산에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 풀을 모방하는 섬유의 생산에 관한 것이다. 섬유들은 제1 및 제2 중합체로 구성되며, 제1 및 제2 중합체는 혼화되지 않으며, 재료 특성들, 예를 들어, 강성, 밀도, 극성 및 상용화제에서 다르다.
벌크 중합체를 제조하기 위한 제1 단계에서, 제1 중합체는 상용화제와 혼합된다. 착색 안료, UV 및 열 안정제들, 공정 보조제들 및 본 발명의 기술 분야에서 공지된 다른 물질들이 혼합물에 첨가될 수 있다.
벌크 중합체를 제조하기 위한 제2 단계에서, 제2 중합체는 혼합물에 첨가되고는 것에 의해, 이 예에서, 제2 중합체의 양은 벌크 중합체 또는 중합체 혼합물의 약 80 내지 90 질량이고, 제1 중합체의 양은 5 내지 10 질량 %이고, 상용화제의 양은 5 내지 10 질량 %이다. 압출 기술을 사용하는 것은 제2 중합체의 중합체 매트릭스에 분산된 상용화제에 의해 둘러싸인 제1 중합체 방울들 또는 비드들의 혼합물을 유발한다.
실제 구현에서, 벌크 중합체, 안정화 중합체, 및 상용화제의 과립을 포함하는 소위 마스터 배치가 형성된다. 마스터 배치는 또한 본 명세서에서 "중합체 혼합물"로 지칭될 수 있다. 과립 혼합물은 용융되고, 제1 중합체 및 상용화제의 혼합물은 압출에 의해 형성된다. 결과적인 가닥들은 과립으로 분쇄된다. 결과적인 과립 및 과립은 그런 다음 제2 압출에서 사용되어, 최종 섬유로 스트레칭되는 두꺼운 섬유를 생성한다.
압출 동안 사용되는 용융 온도는 사용되는 중합체들과 상용화제의 형태에 의존한다. 그러나, 용융 온도는 일반적으로 230℃ 내지 280℃이다.
필라멘트 또는 세섬유 테이프(fibrillated tape)로 또한 지칭될 수 있는 모노필라멘트는 섬유 제조 압출 라인에 혼합물을 공급하는 것에 의해 제조된다. 용융 혼합물은 압출 도구, 즉 용융 유동을 필라멘트 또는 테이프 형태로 성형하는 방사 노출 플레이트(spinneret plate) 또는 와이드 슬롯 노즐을 통과하여, 물 스핀 수조(water spin bath)에서 급냉 또는 냉각되고, 상이한 회전 속도를 가지는 회전 가열 고데(rotating heated godet) 및/또는 가열 오븐을 통과하는 것에 의해 건조되고 스트레칭된다.
모노필라멘트 또는 형태는 추가의 가열 오븐 및/또는 가열된 고데의 세트를 통과하는 제2 단계에서 일렬로 서냉된다.
이러한 과정에 의해, 상용화제에 의해 둘러싸인 중합체(1)의 비드들 또는 방울들은 길이 방향으로 스트레칭되고, 제2 중합체의 중합체 매트릭스에 머물지만 완전히 매립되는 선형 구조와 같은 작은 섬유를 형성한다.
도 13은 실 형상 구조들을 예시하도록 스트레칭된 모노필라멘트의 단면(1300)의 현미경 사진을 도시한다. 안정화 중합체의 섬유들은 도시되지 않았다. 스트레칭된 모노필라멘트(706) 내의 수평의 백색 줄무늬는 실 형상 구조(1200)들이다. 이러한 실 형상 구조들 중 몇 개는 도면 부호 1200으로 지시된다. 실 형상 구조(1200)들은 제2 중합체 내에서 제1 중합체의 작은 선형 구조들을 형성하는 것으로서 도시될 수 있다.
실 형상 구조들을 함유하는 최종 섬유는 내구성 및 장기간의 탄성과 조합된 여러 가지 장점, 즉 연성을 가질 수 있다. 중합체의 다른 강성 및 굽힘 특성들의 경우에, 섬유는 더욱 우수한 탄력성을 보일 수 있다(이러한 것은 섬유가 밟히면 다시 튀어오르는 것을 의미한다). 경질의 제1 중합체의 경우에, 중합체 매트릭스에 내장된 작은 선형 섬유 구조는 섬유의 중합체 보강을 제공한다.
제1 및 제2 중합체들에 의해 형성된 복합체로 인한 한계 설정(delimitation)은 제2 중합체의 단섬유들이 제1 중합체에 의해 주어진 매트릭스 내에 매립된다는 사실로 인해 방지된다. 안정화 중합체의 섬유들에 대해서도 마찬가지이다. 더욱이, 하나의 복합 방사 공구를 공급하도록 여러 개의 압출 헤드를 요구하는 복잡한 공압출이 필요하지 않다.
제1 중합체는 폴리아미드와 같은 극성 물질일 수 있는 반면에, 제2 중합체는 폴리에틸렌과 같은 비극성 중합체일 수 있다. 제1 중합체의 대안은 제2 중합체 폴리프로필렌을 위한 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT)이다. 최종적으로 3개의 중합체로 이루어진 재료가 가능하며(예를 들어, PET, PA, PP, PP는 매트릭스를 생성하고, 다른 것은 서로로부터 독립적인 섬유상 선형 구조를 생성한다). 상용화제는 폴리에틸렌 또는 폴리아미드에 융합된 말레산 무수물일 수 있다.
도 14는 인조 잔디(1400)의 예의 단면의 예를 도시한다. 인조 잔디(1400)는 인조 잔디 안감(1402)을 포함한다. 인조 잔디 섬유(1404)는 인조 잔디 안감(1402)에 술로 장식되었다. 코팅(1406)은 인조 잔디 안감(1402)의 저부에 도시되어 있다. 코팅은 인조 잔디 섬유(1404)를 인조 잔디 안감(1402)에 결속 또는 고정하는데 기여할 수 있다. 코팅(1406)은 선택적일 수 있다. 예를 들어, 인조 잔디 섬유(1404)는 인조 잔디 안감(1402) 내로 대안적으로 직조될 수 있다. 다양한 형태의 아교 접착제, 코팅 또는 접착제가 코팅(1406)에 사용될 수 있다. 인조 잔디 섬유(1404)는 인조 잔디 안감(1402) 위로 일정 거리(1008) 연장되는 것으로 도시되어 있다. 거리(1008)는 본질적으로 인조 잔디 섬유(1404)의 보풀(pile)의 높이이다. 일부 예들에서, 인조 잔디 섬유(1404) 내의 실 형상 영역들의 길이는 거리(1408)의 절반 이하이다.
100 벌크 중합체 생성
102 모노필라멘트 내로 벌크 중합체 압출
104 모노필라멘트 급냉
106 모노필라멘트 재가열
108 재가열된 모노필라멘트 스트레칭
110 인조 잔디 카펫 내로 인조 잔디 섬유 통합
112 인조 잔디 카펫에 인조 잔디 섬유를 선택적으로 결속
200 상용화제와 제1 중합체를 혼합하는 것에 의해 제1 혼합물 형성
202 제1 혼합물 가열
204 제1 혼합물 압출
206 압출된 제1 혼합물 과립화
208 제2 중합체와 과립화된 제1 혼합물 혼합
210 벌크 중합체를 형성하도록 제2 중합체와 과립화된 제1 혼합물 가열
300 상용화제와 제1 중합체 및 제3 중합체를 혼합하여 제1 혼합물 형성
302 제1 혼합물 가열
304 제1 혼합물 압출
306 압출된 제1 혼합물 과립화
308 제2 중합체와 제1 혼합물 혼합
310 벌크 중합체를 형성하도록 제2 중합체와 혼합된 제1 혼합물 가열
400 중합체 혼합물
402 안정화 중합체
404 벌크 중합체
406 상용화제
500 중합체 혼합물
502 제1 중합체
504 제2 중합체
406 상용화제
508 중합체 비드
600 중합체 혼합물
602 제3 중합체
700 벌크 중합체
702 플레이트
704 구멍
706 모노필라멘트
706' 스트레칭된 모노필라멘트
800 스트레칭 방향
1200 실 형상 구조들
1400 인조 잔디
1402 인조 잔디 카펫
1404 인조 잔디 섬유(보풀)
1406 코팅
1408 보풀의 높이

Claims (20)

  1. 인조 잔디(1400)를 제조하는 방법으로서,
    - 중합체 혼합물(400, 500, 600)을 생성하는 단계(100)로서, 상기 중합체 혼합물은 안정화 중합체(402), 벌크 중합체(404), 난연성 중합체 조합, 및 상용화제(406)를 포함하며, 상기 안정화 중합체와 상기 벌크 중합체는 혼화되지 않으며, 상기 안정화 중합체는 상기 벌크 중합체 내에서 상기 상용화제에 의해 둘러싸이는 섬유들을 포함하며, 상기 안정화 중합체는 아라미드이며, 상기 난연성 중합체 조합은 트리아진 및 멜라민의 혼합물인, 상기 단계;
    - 모노필라멘트(706) 내로 상기 중합체 혼합물을 압출하는 단계(102);
    - 상기 모노필라멘트를 급냉하는 단계(104);
    - 상기 모노필라멘트를 재가열하는 단계(106);
    - 상기 섬유들을 서로에 대해 정렬하고 인조 잔디 섬유 내로 모노필라멘트를 형성하도록 재가열된 모노필라멘트(706')를 스트레칭하는 단계(108);
    - 인조 잔디 안감(1406) 내로 상기 인조 잔디 섬유를 통합하는 단계(110)를 포함하는 인조잔디 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중합체 혼합물은, 8 중량% 이하의 안정화 중합체; 10 중량% 이하의 안정화 중합체; 12 중량% 이하의 안정화 중합체; 및 15 중량% 이하의 안정화 중합체 중 어느 하나를 포함하는 인조잔디 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중합체 혼합물은, 20 중량% 이하의 난연성 중합체 조합; 22 중량% 이하의 난연성 중합체 조합; 25 중량% 이하의 난연성 중합체 조합; 27 중량% 이하의 난연성 중합체 조합; 및 29 중량% 이하의 난연성 중합체 조합 중 어느 하나를 포함하는 인조잔디 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 난연성 중합체 조합에서의 트리아진 대 멜라민의 중량비는, 1.8, 1.9, 2.0, 2, 2.1, 및 2.2 중 어느 하나인 인조잔디 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 벌크 중합체는 폴리올레핀 중합체, 열가소성 폴리올레핀 중합체, 폴리에틸렌 중합체, 폴리프로필렌 중합체, 폴리아미드 중합체, 폴리에틸렌 중합체 블렌드, 및 그 혼합물들 중 어느 하나를 포함하는 인조잔디 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 벌크 중합체는 제1 중합체, 제2 중합체, 및 상용화제를 포함하며, 상기 제1 중합체 및 제2 중합체는 혼화되지 않으며, 상기 제1 중합체는 상기 제2 중합체 내에서 상기 상용화제에 의해 둘러싸인 중합체 비드들을 형성하는 인조잔디 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 재가열된 모노필라멘트를 스트레칭하는 단계는 중합체 비드들을 실 형상 영역들로 변형시키는 인조잔디 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 벌크 중합체를 생성하는 단계는,
    - 상기 상용화제와 상기 제1 중합체를 혼합하는 것에 의해 제1 혼합물을 형성하는 단계(200);
    - 상기 제1 혼합물을 가열하는 단계(202);
    - 상기 제1 혼합물을 압출하는 단계(204);
    - 압출된 제1 혼합물을 과립화하는 단계(206);
    - 상기 제2 중합체와 과립화된 제1 혼합물을 혼합하는 단계(208); 및
    - 중합체 혼합물을 형성하도록 상기 제2 중합체와 과립화된 제1 혼합물을 가열하는 단계(210)를 포함하는 인조잔디 제조방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 벌크 중합체는 1 내지 30 중량%의 제1 중합체; 1 내지 20 중량%의 제1 중합체; 및 5 내지 10 중량%의 제1 중합체 중 어느 하나를 포함하는 인조잔디 제조방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 제1 중합체는 극성 중합체와 폴리아미드 중합체, 폴리올레핀 중합체와 폴리에틸렌 중합체, 폴리프로필렌 중합체 및 그 혼합물 중 어느 하나인 인조잔디 제조방법.
  11. 제6항에 있어서, 상기 제2 중합체는 비극성 중합체인 인조잔디 제조방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 상용화제는, 폴리에틸렌 또는 폴리아미드에 접목된 말레산; 말레산, 글리시딜 메타크릴레이트, 리시놀옥사졸린 말리네이트와 같은 불포화산 또는 그 무수물과 폴리에틸렌, SEBS, EVA, EPD 또는 폴리프로필렌의 자유 라디칼 개시 그라프트 공중합체에 접목된 말레산 무수물; 글리시딜 메타크릴레이트와 SEBS의 그라프트 공중합체, 또는 머캅토아세트산 및 말레산 무수물과 EVA의 그라프트 공중합체; 말레산 무수물과 EPDM의 그라프트 공중합체; 말레산 무수물과 폴리프로필렌의 그라프트 공중합체; 폴리올레핀-그라프트-폴리아미드, 폴리에틸렌 또는 폴리아미드; 및 폴리아크릴산 형태의 상용화제 중 어느 하나인 인조잔디 제조방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 벌크 중합체는 80 내지 90 중량%의 제2 중합체를 포함하는 인조잔디 제조방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 중합체 혼합물은, 왁스, 둔감제(dulling agent), UV 안정화제, 난연제, 항산화제, 안료, 및 그 조합 중 어느 하나를 추가로 포함하는 인조잔디 제조방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 아라미드는 파라-아라미드인 인조잔디 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 파라-아라미드는 135 ㎛, 125 ㎛, 및 115 ㎛ 중 어느 하나보다 작은 섬유 길이를 가지는 인조잔디 제조방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 파라-아라미드는 65 ㎛ 내지 35 ㎛ 및 55 ㎛ 중 어느 하나의 평균 섬유 길이를 가지는 인조잔디 제조방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 파라-아라미드는 1.44 g/㎤ 내지 1.45 g/㎤, 및 1.43 g/㎤ 내지 1.46 g/㎤ 중 어느 하나의 사이의 밀도를 가지는 인조잔디 제조방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 파라-아라미드는 720 °K, 725 °K, 및 723 °K 중 어느 하나의 분해 온도를 가지는 인조잔디 제조방법.
  20. 제1항의 인조잔디 제조방법에 따라서 제조되는 인조 잔디.
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