专利名称：涂布砂粒的制作方法
技术领域：
本发明涉及由涂布热塑性聚合物的砂粒组成的颗粒材料，以提供一种具有适合用作铺面，特别是运动场地面，例如人工草运动场的组合物性能的松散材料。本发明还涉及一种生产这种颗粒材料的方法和其中使用这种材料的运动场地面。
背景技术：
运动场地面，例如人工草坪，赛马跑道等的铺面组合物是人们熟知的。人们为运动场地面制定了有关例如弹性和强度的详细标准，使其有合理的性能，例如为足球场地地面制定了详细标准，国际足球联合会(FIFA)已制定人工草皮的FIFA质量概念(FlFA Quality Conceptfor Artificial Turf)。
从GB-A-2348890可以知道提供人工草地的合成草皮，其中绒头织物部分地浸没在颗粒材料的填充层中，该颗粒材料含有一种硅砂和低温磨碎橡胶颗粒的混合物。砂与橡胶之比可随人工草地用途而改变，但人们知道足球场地地面使用10mm砂层，覆盖了20mm橡胶颗粒层。
这种组成的缺陷是使用了相对大量的磨碎橡胶，因此使其人工草地费用变得很高。
EP-A-0377925A描述了一种运动场地面，这种地面由部分浸没在砂层中绒头织物组成，而其砂涂布了橡胶。这种涂料是一种聚合物涂料，例如合成橡胶水乳液，即胶乳，往其中添加加热到温度约140℃的砂。聚合物材料熔化被暗示为一种选择。该涂料是砂的0.2-10重量％，优选地1-7重量％。这种砂的颗粒尺寸是小于1毫米，平均尺寸是250-850微米。
EP-A-0466514公开了一种聚合物涂布砂材料的制备方法，涉及一种用于赛马场地面的材料，其中该涂料材料是含有羧基或酸酐的烯烃聚合物和/或含氧蜡。该涂料材料是砂的0.1-10重量％，这种砂在与涂料混合之前应加热到100-180℃，优选地130℃。这种砂粒的最大尺寸是2.36毫米。在该申请中公开的合适材料范围很宽。
EP-A-0419170公开了另一种方法，其中砂用一种粘结剂涂布或处理，该粘结剂含有粘度转变值低于-5°F的自由流动填充油与溶于或分散于这种油中的合成聚合物材料。
本发明的目的是提供一种松散的颗粒材料，这种材料比磨碎橡胶和砂的混合物便宜，还具有尤其用于构成运动场地面，特别是人工草地的类似性能。
使用本发明的材料可以达到这个目的，本发明材料中砂粒单独地用热塑性聚合物涂布，这种聚合物兼有相对高的熔体指数和相对低的硬度的性能，其熔体指数是每10分钟20-40克，而其硬度是肖氏A硬度40-90。曾发现，通过这种非寻常的性能组合，可以使最终产品在机械性能和耐磨性方面的性能达到极佳，并且采用特别研制方法可以生产出这种产品，在这种方法中可以使用标准生产设备。
在下面的说明书和实施例中公开本发明的其它优点。
本发明的简要描述本发明涉及一种松散的颗粒材料，这种材料由单独涂布弹体涂料材料的硅砂粒组成。这种硅砂是硬砂岩，非常优选的类型是石英砂。关于松散的颗粒材料，应当理解是一种可以流出，并且其中只是少量颗粒可能粘结在一起的材料。这种颗粒材料随生产方法而可以由两部分颗粒组成，一部分颗粒的尺寸是这些颗粒级的，另一部分颗粒尺寸较大，比这些颗粒直径例如大10-20倍。本发明的颗粒材料可以是这两部分中的一个部分或是其混合物，优选的是这种材料只是由提到的第一个部分组成。在一个特别的具体实施方案中，该颗粒材料呈大的松散的群体，其尺寸例如是这些颗粒直径的例如20-40倍。
该涂料材料含有一种热塑性聚合物，其熔体指数是20-40g/10min，优选地是25-35g/10min，而肖氏A硬度是40-90，优选地50-80，非常优选地60-75。熔体指数是根据ASTM标准D1238程序A规定的试验程序在10分钟内的熔体克数度量的。
该涂料材料可以含有除热塑性聚合物之外的其它组分，例如蜡，这种涂料材料只是构成这种材料的一小部分，例如以硅砂重量计2-8重量％，优选地4-6重量％。优选地，这种热塑性聚合物构成硅砂重量的2-8重量％，优选地4-6重量％。
在一个本发明的优选具体实施方案中，这种硅砂，例如石英砂的总平均颗粒直径是0.1mm-2mm，优选地0.2mm-1.5mm，非常优选地0.4mm-0.9mm。
为了改善颗粒与涂料材料之间的粘结性能，因此颗粒材料不易磨损，曾发现在硅砂粒与弹体涂料材料之间加偶合剂也是有利的。这种偶合剂的特征在于，与弹体涂料材料和直接接触的颗粒表面之间的粘附作用相比，它与砂粒表面以及与弹体涂料材料的粘附作用得到改善。
一种优选的偶合剂是双官能的硅烷，它含有活性氨基基团和可水解的无机三乙氧基甲硅烷基，因此，这种硅烷与无机材料(即砂粒)结合，还与有机聚合物(即弹体涂料材料)结合。优选的双官能硅烷是3-氨基丙基三乙氧基硅烷(H2N-(CH2)3-Si(OC2H5)3)，它是Degussa公司以商品名Dynasylan Ameo销售的产品。这种硅烷典型地在砂粒表面上涂成薄层，其涂布的量是以砂的重量计0.05-0.5重量％，优选地0.1-0.3重量％。
其它优选的偶合剂是EDA-基三聚物(乙烯-丙烯酸衍生物)，乙烯-丙烯酸酯+马来酸酐三聚物，特别地确定为含有甲基丙烯酸酸缩水甘油酯(GMA)基团的三聚物，或含有马来酸酐(MAH)基团的三聚物。一种特别优选的材料是乙烯-丙烯酸丁酯-马来酸酐三聚物，它是Atofina公司以商品名Lotader 3410销售的产品。典型地，这种三聚物在砂粒表面上涂成薄层，其涂布的量是以砂的重量计0.3-2重量％，优选地0.5-1.5重量％。这种偶合剂构成上述涂料材料的一部分，因此，指出的涂料材料优选重量范围包括热塑性聚合物以及偶合剂。
优选地，这些偶合剂可以在砂粒表面上涂成薄层，但或者可以与聚合物混合，例如酚醛树脂、呋喃树脂或三聚氰胺树脂，其树脂在砂粒上涂成薄层，然后用弹体涂料材料涂布，或偶合剂可以与弹体涂料材料混合，然后在砂粒上涂布涂料。可以选择性地涂布所述偶合剂彼此的组合或所述偶合剂与其它偶合剂的组合。
本发明还涉及一种松散的颗粒涂布散装材料的生产方法，例如前面描述的一种材料，该方法包括下述步骤将一部分硅砂加热到温度200-300℃，优选地230-270℃，把所述部分的砂放在有混合设备的混合器中，
在混合设备连续操作的条件下，把一部分热塑性聚合物加到混合器的内容物中，在混合设备连续操作的条件下，把预定量的水加到混合器的内容物中，以及把空气流通过混合器的内容物，以降低其内容物的温度。
通过将砂加热到这样的高温，可使涂料达到非常有利的，甚至均匀的分布。通过把水加到砂与热塑性聚合物的混合物中，可以使其混合物快速冷却到稍超过100℃，从而保证涂料分布与性能。让空气流通过混合器的内容物可以干燥除去混合物中的水，并且其温度进一步降低，例如低于80℃，优选地低于60℃，因此，涂布颗粒不再相互结合，于是得到一种松散的颗粒产品。
预定的水量可以是以砂的重量计3-15重量％，优选地5-10重量％，例如6.5-8.5％。
前面讨论的偶合剂可以在热塑性聚合物之前加到混合器中，以便在热塑性聚合物加到混合器内容中之前在硅砂粒表面上有一层偶合剂，从而改善了颗粒与热塑性聚合物之间的粘结。
本发明还涉及一种运动场地面，这种地面含有如前面描述的松散颗粒材料，其中运动场地面可以是赛马场地等，或这种材料可以用作人工草皮的部分，其中含有绒头织物，它至少部分地浸没在所述的松散颗粒材料层中。
另外，本发明涉及一种提供运动场地面的方法，其中将如上述的涂布颗粒散布在一地面上的层中，特别地，其中涂布颗粒散布在绒头织物上，形成该织物至少部分浸没在其中的层。
这种材料还适用于例如运动场的安全地面，还证明将本发明的材料作为喷砂材料应用在相对软的表面上，例如铝、砖块面等上。材料的惯性因砂粒相对高的密度是很高的，而较软的涂层使颗粒动能比较均匀地分布在密实的区域上，因此不怎么会使这种表面受到伤害，然而在这种表面上的松散部分(例如油漆或泥土)移动就困难。
实施例下面描述了采用本发明的方法生产的本发明的材料。
一批500kg石英砂在预热设备中加热到250℃，其颗粒尺寸是0.4毫米至0.9毫米，即这种砂通过了0.9mm筛眼的筛子，但没有通过0.4mm筛眼的筛子。达到其温度时，把砂放到一个混合器中，该混合器的混合容器为圆柱内截面，其中混合设备在连续操作下导致搅拌混合器中的内容物。
为了在砂粒表面与含有热塑性聚合物的涂层材料之间提供一层偶合剂，以便改善两者之间的结合，将1kg双官能硅烷(以砂的重量计0.2重量％)，3-氨基丙基三乙氧基硅烷(H2N-(CH2)3-Si(OC2H5)3)，它是Degussa公司以商品名Dynasylan Ameo销售的产品，加到混合容器中，再用混合设备搅拌直到基本上保证这种硅烷在这些颗粒上均匀分布。
把25kg(以砂的重量计5重量％)直径约3mm热塑性聚合物丸加到混合容器中，再继续用混合设备搅拌。
该热塑性聚合物是DuPont Dow Elastomer生产的Engage8400聚烯烃弹体。这种材料是乙烯α-烯烃共聚物，其中含有24％辛烷共聚单体，其熔体指数30g/10min，密度0.870g/cc。
该聚合物意指注塑用的聚合物，该模塑材料的性能是拉伸屈服值1.3MPa，拉伸伸长率高于1000，肖氏A硬度72，挠曲模量沿切线和正割方向分别是22MPa和18MPa。维卡软化点是41℃。
在约20分钟后，该颗粒的聚合物涂层被认为是均匀的，再往混合容器中加入37.5升水(以砂的重量计7.5重量％)，放出蒸汽时立即使温度降低。搅拌3分钟后，再让环境空气流在室温22℃下通过混合器的内容物，使水蒸发，并且蒸汽经通风排到混合容器之外。这种空气流继续通过混合器的内容物直到混合容器的内容物温度是约60℃，此后内容物离开进入筛眼2mm的振动筛中。
从混合器出来的物料由第一部分颗粒和第二部分颗粒组成，第一部分颗粒尺寸为这些颗粒级的，第二部分颗粒为直径4-18mm的较大颗粒。第一部分是以混合容器内容物总重量计约90重量％，而几乎整个第一部分由单个涂布颗粒组成。第二部分的较大颗粒可以通过施加适中的压力转变成大的松散群体，其直径10-40mm，已证明它非常适合于赛马场地面。如果使用剪切力将较大的压力施加到较大颗粒聚在一起，它们可能转变成第一部分的颗粒。
在另一个实施例中，把5kg1％乙烯-丙烯酸丁酯-马来酸酐三聚物(Atofina公司以商品名Lotader 3410销售的产品)加到混合容器中，继续用混合设备进行搅拌，以保证硅烷在颗粒上基本均匀分别。
此后，只是将20kg(砂的4重量％)热塑性聚合物加到混合容器中，再继续进行如上述实施例所描述的生产过程。
选择性地，对于上述本发明颗粒材料间断生产方法，可以使用例如旋转炉应用连续法。
权利要求
1.一种由涂布了弹体涂料材料的硅砂粒组成的松散颗粒材料，其中该涂料材料含有热塑性聚合物，其熔体指数为20-40g/10min，肖氏A硬度为40-90。
2.根据权利要求1所述的材料，其中该涂料材料是硅砂重量的2-8重量％，优选地4-6重量％。
3.根据权利要求1或2所述的材料，其中热塑性聚合物是硅砂重量的2-8重量％，优选地4-6重量％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的材料，其中硅砂粒的总直径是0.1mm-2mm，优选地0.2mm-1.5mm，非常优选地0.4mm-0.9mm。
5.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的材料，其中熔体指数是25-35g/10min。
6.根据上述权利要求中任一项所述的材料，其中肖氏A硬度是50-80，优选地60-75。
7.根据上述权利要求中任一项所述的材料，该材料还含有在硅砂粒与弹体涂料材料之间的偶合剂，以便改善这种颗粒与涂料材料之间的粘结。
8.根据权利要求7所述的材料，其中偶合剂选自含有活性氨基基团和可水解的无机三乙氧基甲硅烷基基团的双官能硅烷，含有甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)基团的三聚物，和含有马来酸酐(MAH)基团的三聚物。
9.一种松散的粒状涂布散装材料的生产方法，该方法包括下述步骤将一部分硅砂加热到200-300℃的温度，把所述部分的砂放入包括混合设备的混合器中，在混合设备连续操作的条件下，把一部分热塑性聚合物加到混合器的内容物中，在混合设备连续操作的条件下，把预定量的水加到混合器的内容物中，以及让空气流通过混合器的内容物，以降低其温度。
10.根据权利要求9所述的方法，其中继续让空气流通过直到混合器内容物的温度低于80℃，优选地低于60℃。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中预定的水量是砂重量的3-15重量％，优选地5-10重量％。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的方法，其中热塑性聚合物的熔体指数为20-40g/10min，肖氏A硬度为40-90。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的方法，其中热塑性聚合物是硅砂重量的2-8重量％，优选地4-6重量％。
14.根据权利要求9-13中任一项权利要求所述的方法，其中硅砂粒的总直径是0.1mm-2mm，优选地0.2mm-1.5mm，非常优选0.4mm-0.9mm。
15.根据权利要求9-14中任一项所述的方法，其中熔体指数是25-35g/10min。
16.根据权利要求9-15中任一项所述的方法，其中肖氏A硬度是50-80，优选地60-75。
17.根据权利要求9-16中任一项所述的方法，其中偶合剂在热塑性聚合物之前加到混合器中，以便在硅砂粒表面上有一层偶合剂，然后把热塑性聚合物加到混合器的内容物中，从而改善颗粒与热塑性聚合物之间的粘结。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述的偶合剂选自含有活性氨基基团和可水解的无机三乙氧基甲硅烷基基团的双官能硅烷，含有甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)基团的三聚物，和含有马来酸酐(MAH)基团的三聚物。
19.一种运动场地面，它含有根据权利要求1-8中任一项所述的松散的颗粒材料。
20.根据权利要求19所述的运动场地面，它还含有至少部分浸没在所述松散颗粒材料层中的绒头织物。
21.一种提供运动场地面的方法，其中将根据权利要求1-8中任一项所述的涂布颗粒散布在地面上的一个层中。
22.根据权利要求21所述的方法，其中涂布颗粒散布在绒头织物上，形成该织物至少部分地被浸没的层。
全文摘要
本发明公开了一种颗粒材料，它由涂布热塑性聚合物的砂粒组成，该聚合物的熔体指数20－40g/10min，肖氏A硬度40－90，提供一种松散的材料，该材料的性能适合用作地面组合物，特别适合于运动场地面，例如人工草地。优选地，在这些颗粒与这种聚合物之间有一种偶合剂。还公开了一种这样颗粒材料的生产方法，其中砂被加热到温度200－300℃，再与一部分热塑性聚合物混合，再在混合器继续操作的条件下往其混合物加一定量水后，最后让空气流通过混合器的内容物，以降低其温度。
文档编号E01C13/00GK1678797SQ03821048
公开日2005年10月5日 申请日期2003年9月2日 优先权日2002年9月6日
发明者V·延森 申请人:Pv－沙石公司