使用成核劑的人造草皮生產(chǎn)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及人造草皮及人造草皮的生產(chǎn)，所述人造草皮還被稱作合成草皮。本發(fā) 明進(jìn)一步涉及將人造草皮纖維引入人造草皮背襯（artificialturfbacking)，以及相應(yīng) 的人造草皮產(chǎn)品和生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 人造草皮（artificialturf)或人造草坪（artificialgrass)為由纖維制成的 用于代替草坪的表面。人造草皮的結(jié)構(gòu)被設(shè)計為人造草皮具有類似草的外觀。典型地，人造 草皮用作如足球、美式足球、橄欖球、網(wǎng)球、高爾夫球等的運動，比賽場或鍛煉場的表面。此 外人造草皮通常被用于景觀應(yīng)用。
[0003] 使用人造草皮的優(yōu)點是它消除了對于比賽或景觀表面的草護(hù)理，如定期修剪、翻 松、施肥和澆水的需要。由于例如對用水的地區(qū)性限制，澆水是困難的。在其它氣候帶，與因 場上比賽和/或鍛煉而被破壞的天然草坪表面相比，草的再生和緊密的草覆蓋的再形成緩 慢。盡管人造草皮場地它們不需要類似關(guān)注和努力來維護(hù)，但可需要一些維護(hù)如必須清潔 污垢和碎片并且必須定期刷洗。這樣做可幫助在比賽或鍛煉的時候被踩倒后纖維直立。在 5-15年的典型使用時間內(nèi)，如果人造草皮運動場可經(jīng)受高機(jī)械磨耗、可抵抗紫外線、可經(jīng)受 熱循環(huán)或熱老化、可抵抗與化學(xué)品的相互作用和各種環(huán)境條件，則是有益的。因此如果在使 用時間內(nèi)人造草皮具有長的使用壽命、耐久，并保持其比賽特性和表面特性以及外觀，則是 有益的。
[0004] 歐洲專利EP1837423中描述了股線（strand)由聚乙烯組成的合成草皮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明在獨立權(quán)利要求中提供人造草皮的制造方法。從屬權(quán)利要求中給出實施方 案。應(yīng)理解的是，一個或多個下述本發(fā)明的實施方案可組合，只要組合的實施方案不互相排 斥即可。
[0006] 在一方面，本發(fā)明涉及人造草皮的制造方法。該方法包括以下步驟：
[0007] -生成包括至少一種聚合物和用于使至少一種聚合物結(jié)晶的成核劑的聚合物混合 物，成核劑為無機(jī)物質(zhì)和/或有機(jī)物質(zhì)或其混合物，
[0008] 其中無機(jī)成核劑由以下項或其混合物組成：
[0009] 一 滑石；
[0010] 一高嶺土（也稱作"陶土"）；
[0011] 一碳酸鈣；
[0012] -碳酸鎂；
[0013] -硅酸鹽：
[0014] 〇硅酸鋁和；例如硅酸鋁鈉（特別是天然來源和合成來源的沸石（zeolithes));
[0015] 〇非晶形和部分非晶形二氧化硅及其混合的形態(tài)，例如氣相二氧化硅；
[0016] -硅酸和硅酸酯；例如四烷基原硅酸鹽（也稱作原硅酸酯）
[0017] 一三水合鋁；
[0018] -氫氧化鎂；
[0019] 一偏磷酸鹽和/或多磷酸鹽；和
[0020] -粉煤灰（CFA);粉煤灰為例如從發(fā)電廠的煤火中回收的細(xì)粉；
[0021] 其中有機(jī)成核劑由以下項或其混合物組成：
[0022] -1，2-環(huán)己烷二碳酸鹽（也稱作"Hyperform_?"的主組分）；特別是1，2-環(huán)己 烷二碳酸的鈣鹽；
[0023] -苯甲酸；
[0024] -苯甲酸鹽；特別地，苯甲酸鹽可為苯甲酸的堿金屬鹽（例如，苯甲酸的鈉鹽和鉀 鹽）；和苯甲酸的堿土金屬鹽（例如，苯甲酸的鎂鹽和鈣鹽）；
[0025] -山梨酸；和
[0026] -山梨酸鹽。特別地，山梨酸鹽可為山梨酸的堿金屬鹽（例如，山梨酸的鈉鹽和鉀 鹽）；和山梨酸的堿土金屬鹽（例如，山梨酸的鎂鹽和鈣鹽）；
[0027] -將聚合物混合物擠出為單絲；為進(jìn)行該擠出可例如加熱聚合物混合物；
[0028] -驟冷單絲，在該步驟中可冷卻單絲；
[0029] -重新加熱單絲；
[0030] -拉伸重新加熱的單絲以將單絲形成為人造草皮纖維；拉伸期間，成核劑促進(jìn)單 絲內(nèi)至少一種聚合物的結(jié)晶部分的生成；所述促進(jìn)增加單絲的表面粗糙度；和
[0031] -將人造草皮纖維引入人造草皮背襯。
[0032] 所述引入通過以下進(jìn)行：
[0033] _將多根人造草皮纖維配置在載體上，其中將配置的人造草皮纖維的單絲的第一 部分暴露至載體的底側(cè)且所述單絲的第二部分暴露至載體的頂側(cè)；
[0034]-在載體的底側(cè)上添加液體以使至少第一部分嵌入液體中；和
[0035] -使液體固化為膜，所述膜圍繞從而機(jī)械地固定配置的人造草皮纖維的單絲的至 少第一部分，固態(tài)膜充當(dāng)人造草皮背襯。
[0036] 由于所述方法使得人造草皮纖維強(qiáng)烈地固定在背襯內(nèi)部，從而提供對機(jī)械應(yīng)力、 特別是對施加在纖維上的機(jī)械拉力更耐久的人造草皮，所以所述特征可能是有利。
[0037] 特別地所述特征可使得幾種用于人造草皮生產(chǎn)的聚烯烴，例如聚乙烯（PE)牢固 地附著至人造草皮的背襯。本發(fā)明的實施方案可導(dǎo)致由PE和類似的聚烯烴制成的人造草 皮的預(yù)期壽命延長。如果例如用于運動場，人造草皮和其中包含的纖維面臨顯著的機(jī)械應(yīng) 力。如果例如，運動員突然停止或改變方向從而在纖維上施加高拉力，則纖維可變得與背襯 分離。將草皮纖維機(jī)械地固定在人造草皮的背襯中的上述方法可導(dǎo)致提供專門適合用于運 動場的更耐久類型的人造草皮。
[0038] 在更有益的方面中，已觀察到固定是基于機(jī)械力而不是共價鍵。固化的液體緊緊 地圍繞并嵌入纖維表面的凹凸（protrusionanddepression)。已觀察到凹凸是由晶體引 起。因此，通過添加成核劑，可增加至少一種聚合物的結(jié)晶部分相對于非晶部位的相對分 數(shù)，導(dǎo)致單絲更粗糙的表面并因此還導(dǎo)致纖維的更粗糙表面并增加通過固化的液體施加在 纖維上的機(jī)械抓力（grip)。機(jī)械地固定纖維是有利的，這是因為其使得纖維牢固地附著至 可作為載體后側(cè)上的液體而采用并在一段時間后固化的任何類型的背襯材料。因此，各種 不同的化學(xué)組合物的纖維可牢固地嵌入多種化學(xué)不同的背襯材料。沒必要制備能夠相互共 價鍵合的纖維或背襯。這使制造過程容易并避免不需要的副產(chǎn)品的產(chǎn)生。因此，可避免與 處理化學(xué)廢物相關(guān)的額外成本且可獲得可組合生成人造草皮的纖維物質(zhì)和背襯物質(zhì)的更 寬的組合范圍。
[0039] 將聚合物混合物擠出為單絲而不是聚合物膜可能是有利的，這是因為已觀察到將 膜切割成切片以用作人造草皮纖維的工藝破壞在拉伸步驟中由成核劑引起而形成的聚合 物晶體。因此，由將擠出并拉伸的聚合物膜切片生成的人造草皮纖維將具有比在拉伸操作 中拉伸的單絲低的表面粗糙度。
[0040] 在另外的方面中，本發(fā)明涉及人造草皮的另外的制造方法以使人造草皮的人造草 皮纖維在施加預(yù)定拉力時保持固定在人造草皮背襯中，所述方法包括以下步驟：
[0041] -生成包括至少一種聚合物、規(guī)定量的成核劑、和任選一種或多種染料的聚合物混 合物；
[0042] 魯其中成核劑為無機(jī)物質(zhì)和/或有機(jī)物質(zhì)或其混合物；例如，成核劑可為一種或 多種上述物質(zhì)；
[0043]魯其中成核劑的規(guī)定量是在擠出、拉伸并以人造草皮纖維的形式引入人造草皮背 襯后提供能夠抵抗預(yù)定拉力的單絲所需的所述成核劑的最小量；
[0044] 魯其中成核劑的規(guī)定量取決于包含在聚合物混合物中的染料的數(shù)量和類型（如 果有的話），并取決于各所述染料充當(dāng)成核劑的能力；
[0045] -將聚合物混合物擠出為單絲；
[0046] -驟冷單絲；
[0047] -重新加熱單絲；
[0048] -拉伸重新加熱的單絲以將單絲形成為人造草皮纖維；
[0049] -通過以下將人造草皮纖維引入人造草皮背襯：
[0050] 〇將多根人造草皮纖維配置在載體上，其中將配置的人造草皮纖維的單絲的第一 部分暴露至載體的底側(cè)且所述單絲的第二部分暴露至載體的頂側(cè)；
[0051] 〇在載體的底側(cè)添加液體以使至少第一部分嵌入至液體中；和
[0052] 〇使液體固化為膜，膜圍繞從而機(jī)械地固定配置的人造草皮纖維的單絲的至少第 一部分，固態(tài)膜充當(dāng)人造草皮背襯。
[0053] 由于使得表面粗糙度和抵抗草皮脫離力（turfwithdrawalforce)的相應(yīng)能力 得到控制的人造草皮的生成以及對于各種不同的聚合物混合物、特別是包括不同顏料和其 它染料的各種各樣的聚合物混合物可設(shè)定期望的值，因而所述特征可能是有利的。根據(jù)出 人意料的觀察，觀察到特定顏色的人造草皮纖維顯示出比具有不同顏色的纖維高的對草皮 脫離力的抵抗力。根據(jù)進(jìn)一步出人意料的觀察，一些顏色的纖維對草皮脫離力的抵抗力的 增加是由相應(yīng)染料的成核能力引起的，染料對結(jié)晶部分的數(shù)量和尺寸及人造草皮的韌性 (flexibility)具有影響。確定成核劑的量依賴于聚合物混合物的染料的種類和量使得在 同一塊人造草皮中混合包含不同種類的染料的草皮纖維，從而使制造的全部草皮纖維在人 造草皮的整個使用期內(nèi)示出對草皮脫離力相同的抵抗力并因此對磨耗和撕裂的抵抗力相 同。因此，不再通過包括具有充當(dāng)成核劑的最低性能的顏料的草皮纖維來限制一塊草皮的 使用期：根據(jù)實施方案，在聚合物混合物中的一種或多種染料不能夠觸發(fā)充分度的結(jié)晶的 情況下，可添加適當(dāng)量的成核劑。而且，在聚合物混合物已包括具有充分的成核性能的染料 的情況下，添加至聚合物混合物的成核劑的量可減少或甚至可為零，從而避免聚合物晶體 的量超過實現(xiàn)對草皮脫離力的期望抵抗力（此處也稱作"拉力"）所必需的量。這可減少成 本且可減少纖維中無機(jī)材料的總量（高分?jǐn)?shù)的無機(jī)材料可減少纖維的韌性）。
[0054] 根據(jù)實施方案，通過進(jìn)行一系列試驗來測定成核劑的量：生成聚合物混合物，此處 稱作"期望的聚合物混合物"。"期望的聚合物混合物"包括用于生成人造草皮纖維的聚合物 混合物的全部組分但尚不包括其量應(yīng)當(dāng)測定的成核劑。因此，所述"期望的聚合物混合物" 包括至少一種聚合物、零、一種或多種染料和零、一種或多種額外添加劑。如上所述將"期望 的聚合物混合物"擠出、拉伸并引入草皮背襯。優(yōu)選地，僅生成小量"期望的聚合物混合物" 并僅制造小塊人造草皮并用作試驗樣品。然后例如根據(jù)IS0/DES4919:2011對人造草皮纖 維施加預(yù)定拉力（"草皮脫離力"）。如果人造草皮纖維保持固定在草皮背襯中，可省略如 例如滑石或高嶺土等的額外成核劑的添加且成核劑的規(guī)定量為零。在人造草皮纖維通過預(yù) 定拉力脫離的情況下，生成包括與"期望的聚合物混合物"相同的聚合物、染料和任選的另 外的添加劑的組成的幾種額外的聚合物混合物。將增長量的成核劑添加至各所述額外的聚 合物混合物。例如，添加0. 5重量％的聚合物混合物至額外的聚合物混合物APM1。添加1 重量