使用成核剂的人造草皮生产的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及人造草皮及人造草皮的生产，所述人造草皮还被称作合成草皮。本发 明进一步涉及将人造草皮纤维引入人造草皮背衬（artificialturfbacking)，以及相应 的人造草皮产品和生产方法。
【背景技术】
[0002] 人造草皮（artificialturf)或人造草坪（artificialgrass)为由纤维制成的 用于代替草坪的表面。人造草皮的结构被设计为人造草皮具有类似草的外观。典型地，人造 草皮用作如足球、美式足球、橄榄球、网球、高尔夫球等的运动，比赛场或锻炼场的表面。此 外人造草皮通常被用于景观应用。
[0003] 使用人造草皮的优点是它消除了对于比赛或景观表面的草护理，如定期修剪、翻 松、施肥和浇水的需要。由于例如对用水的地区性限制，浇水是困难的。在其它气候带，与因 场上比赛和/或锻炼而被破坏的天然草坪表面相比，草的再生和紧密的草覆盖的再形成缓 慢。尽管人造草皮场地它们不需要类似关注和努力来维护，但可需要一些维护如必须清洁 污垢和碎片并且必须定期刷洗。这样做可帮助在比赛或锻炼的时候被踩倒后纤维直立。在 5-15年的典型使用时间内，如果人造草皮运动场可经受高机械磨耗、可抵抗紫外线、可经受 热循环或热老化、可抵抗与化学品的相互作用和各种环境条件，则是有益的。因此如果在使 用时间内人造草皮具有长的使用寿命、耐久，并保持其比赛特性和表面特性以及外观，则是 有益的。
[0004] 欧洲专利EP1837423中描述了股线（strand)由聚乙烯组成的合成草皮。
【发明内容】
[0005] 本发明在独立权利要求中提供人造草皮的制造方法。从属权利要求中给出实施方 案。应理解的是，一个或多个下述本发明的实施方案可组合，只要组合的实施方案不互相排 斥即可。
[0006] 在一方面，本发明涉及人造草皮的制造方法。该方法包括以下步骤：
[0007] -生成包括至少一种聚合物和用于使至少一种聚合物结晶的成核剂的聚合物混合 物，成核剂为无机物质和/或有机物质或其混合物，
[0008] 其中无机成核剂由以下项或其混合物组成：
[0009] 一 滑石；
[0010] 一高岭土（也称作"陶土"）；
[0011] 一碳酸钙；
[0012] -碳酸镁；
[0013] -硅酸盐：
[0014] 〇硅酸铝和；例如硅酸铝钠（特别是天然来源和合成来源的沸石（zeolithes));
[0015] 〇非晶形和部分非晶形二氧化硅及其混合的形态，例如气相二氧化硅；
[0016] -硅酸和硅酸酯；例如四烷基原硅酸盐（也称作原硅酸酯）
[0017] 一三水合铝；
[0018] -氢氧化镁；
[0019] 一偏磷酸盐和/或多磷酸盐；和
[0020] -粉煤灰（CFA);粉煤灰为例如从发电厂的煤火中回收的细粉；
[0021] 其中有机成核剂由以下项或其混合物组成：
[0022] -1，2-环己烷二碳酸盐（也称作"Hyperform_?"的主组分）；特别是1，2-环己 烷二碳酸的钙盐；
[0023] -苯甲酸；
[0024] -苯甲酸盐；特别地，苯甲酸盐可为苯甲酸的碱金属盐（例如，苯甲酸的钠盐和钾 盐）；和苯甲酸的碱土金属盐（例如，苯甲酸的镁盐和钙盐）；
[0025] -山梨酸；和
[0026] -山梨酸盐。特别地，山梨酸盐可为山梨酸的碱金属盐（例如，山梨酸的钠盐和钾 盐）；和山梨酸的碱土金属盐（例如，山梨酸的镁盐和钙盐）；
[0027] -将聚合物混合物挤出为单丝；为进行该挤出可例如加热聚合物混合物；
[0028] -骤冷单丝，在该步骤中可冷却单丝；
[0029] -重新加热单丝；
[0030] -拉伸重新加热的单丝以将单丝形成为人造草皮纤维；拉伸期间，成核剂促进单 丝内至少一种聚合物的结晶部分的生成；所述促进增加单丝的表面粗糙度；和
[0031] -将人造草皮纤维引入人造草皮背衬。
[0032] 所述引入通过以下进行：
[0033] _将多根人造草皮纤维配置在载体上，其中将配置的人造草皮纤维的单丝的第一 部分暴露至载体的底侧且所述单丝的第二部分暴露至载体的顶侧；
[0034]-在载体的底侧上添加液体以使至少第一部分嵌入液体中；和
[0035] -使液体固化为膜，所述膜围绕从而机械地固定配置的人造草皮纤维的单丝的至 少第一部分，固态膜充当人造草皮背衬。
[0036] 由于所述方法使得人造草皮纤维强烈地固定在背衬内部，从而提供对机械应力、 特别是对施加在纤维上的机械拉力更耐久的人造草皮，所以所述特征可能是有利。
[0037] 特别地所述特征可使得几种用于人造草皮生产的聚烯烃，例如聚乙烯（PE)牢固 地附着至人造草皮的背衬。本发明的实施方案可导致由PE和类似的聚烯烃制成的人造草 皮的预期寿命延长。如果例如用于运动场，人造草皮和其中包含的纤维面临显著的机械应 力。如果例如，运动员突然停止或改变方向从而在纤维上施加高拉力，则纤维可变得与背衬 分离。将草皮纤维机械地固定在人造草皮的背衬中的上述方法可导致提供专门适合用于运 动场的更耐久类型的人造草皮。
[0038] 在更有益的方面中，已观察到固定是基于机械力而不是共价键。固化的液体紧紧 地围绕并嵌入纤维表面的凹凸（protrusionanddepression)。已观察到凹凸是由晶体引 起。因此，通过添加成核剂，可增加至少一种聚合物的结晶部分相对于非晶部位的相对分 数，导致单丝更粗糙的表面并因此还导致纤维的更粗糙表面并增加通过固化的液体施加在 纤维上的机械抓力（grip)。机械地固定纤维是有利的，这是因为其使得纤维牢固地附着至 可作为载体后侧上的液体而采用并在一段时间后固化的任何类型的背衬材料。因此，各种 不同的化学组合物的纤维可牢固地嵌入多种化学不同的背衬材料。没必要制备能够相互共 价键合的纤维或背衬。这使制造过程容易并避免不需要的副产品的产生。因此，可避免与 处理化学废物相关的额外成本且可获得可组合生成人造草皮的纤维物质和背衬物质的更 宽的组合范围。
[0039] 将聚合物混合物挤出为单丝而不是聚合物膜可能是有利的，这是因为已观察到将 膜切割成切片以用作人造草皮纤维的工艺破坏在拉伸步骤中由成核剂引起而形成的聚合 物晶体。因此，由将挤出并拉伸的聚合物膜切片生成的人造草皮纤维将具有比在拉伸操作 中拉伸的单丝低的表面粗糙度。
[0040] 在另外的方面中，本发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 皮纤维在施加预定拉力时保持固定在人造草皮背衬中，所述方法包括以下步骤：
[0041] -生成包括至少一种聚合物、规定量的成核剂、和任选一种或多种染料的聚合物混 合物；
[0042] 鲁其中成核剂为无机物质和/或有机物质或其混合物；例如，成核剂可为一种或 多种上述物质；
[0043]鲁其中成核剂的规定量是在挤出、拉伸并以人造草皮纤维的形式引入人造草皮背 衬后提供能够抵抗预定拉力的单丝所需的所述成核剂的最小量；
[0044] 鲁其中成核剂的规定量取决于包含在聚合物混合物中的染料的数量和类型（如 果有的话），并取决于各所述染料充当成核剂的能力；
[0045] -将聚合物混合物挤出为单丝；
[0046] -骤冷单丝；
[0047] -重新加热单丝；
[0048] -拉伸重新加热的单丝以将单丝形成为人造草皮纤维；
[0049] -通过以下将人造草皮纤维引入人造草皮背衬：
[0050] 〇将多根人造草皮纤维配置在载体上，其中将配置的人造草皮纤维的单丝的第一 部分暴露至载体的底侧且所述单丝的第二部分暴露至载体的顶侧；
[0051] 〇在载体的底侧添加液体以使至少第一部分嵌入至液体中；和
[0052] 〇使液体固化为膜，膜围绕从而机械地固定配置的人造草皮纤维的单丝的至少第 一部分，固态膜充当人造草皮背衬。
[0053] 由于使得表面粗糙度和抵抗草皮脱离力（turfwithdrawalforce)的相应能力 得到控制的人造草皮的生成以及对于各种不同的聚合物混合物、特别是包括不同颜料和其 它染料的各种各样的聚合物混合物可设定期望的值，因而所述特征可能是有利的。根据出 人意料的观察，观察到特定颜色的人造草皮纤维显示出比具有不同颜色的纤维高的对草皮 脱离力的抵抗力。根据进一步出人意料的观察，一些颜色的纤维对草皮脱离力的抵抗力的 增加是由相应染料的成核能力引起的，染料对结晶部分的数量和尺寸及人造草皮的韧性 (flexibility)具有影响。确定成核剂的量依赖于聚合物混合物的染料的种类和量使得在 同一块人造草皮中混合包含不同种类的染料的草皮纤维，从而使制造的全部草皮纤维在人 造草皮的整个使用期内示出对草皮脱离力相同的抵抗力并因此对磨耗和撕裂的抵抗力相 同。因此，不再通过包括具有充当成核剂的最低性能的颜料的草皮纤维来限制一块草皮的 使用期：根据实施方案，在聚合物混合物中的一种或多种染料不能够触发充分度的结晶的 情况下，可添加适当量的成核剂。而且，在聚合物混合物已包括具有充分的成核性能的染料 的情况下，添加至聚合物混合物的成核剂的量可减少或甚至可为零，从而避免聚合物晶体 的量超过实现对草皮脱离力的期望抵抗力（此处也称作"拉力"）所必需的量。这可减少成 本且可减少纤维中无机材料的总量（高分数的无机材料可减少纤维的韧性）。
[0054] 根据实施方案，通过进行一系列试验来测定成核剂的量：生成聚合物混合物，此处 称作"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纤维的聚合物 混合物的全部组分但尚不包括其量应当测定的成核剂。因此，所述"期望的聚合物混合物" 包括至少一种聚合物、零、一种或多种染料和零、一种或多种额外添加剂。如上所述将"期望 的聚合物混合物"挤出、拉伸并引入草皮背衬。优选地，仅生成小量"期望的聚合物混合物" 并仅制造小块人造草皮并用作试验样品。然后例如根据IS0/DES4919:2011对人造草皮纤 维施加预定拉力（"草皮脱离力"）。如果人造草皮纤维保持固定在草皮背衬中，可省略如 例如滑石或高岭土等的额外成核剂的添加且成核剂的规定量为零。在人造草皮纤维通过预 定拉力脱离的情况下，生成包括与"期望的聚合物混合物"相同的聚合物、染料和任选的另 外的添加剂的组成的几种额外的聚合物混合物。将增长量的成核剂添加至各所述额外的聚 合物混合物。例如，添加0. 5重量％的聚合物混合物至额外的聚合物混合物APM1。添加1 重量