专利名称：用于修边机、灌木切除机等的具有改进组成的切割长丝的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及用于切割植物的装置，如灌木切除机、修边机等，更特别地涉及用于这种装置的新型切割长丝。
背景技术：
这种切割长丝通常装配有以高速(其可为约3000至12000rpm)旋转的内燃机或电动机、带有一个或多个切割线的旋转切割头。这种切割长丝通常通过挤出/拉制聚酰胺制得，这些长丝已知经过一些年的显著发展。例如，已公开了用于降低噪音、改进切割效率等的合适形状，以及为了改进切割效率、改进生物降解能力以降低制造成本等的不同材料的股(strands)的规定。最常用于制造切割线的原料为合成物质，更特别地为聚酰胺6、聚酰胺6-6、共聚酰胺6/6-6和尤其是共聚酰胺6/9或6/12。这些物质可极微小地进行改性或填充以改进它们的基本性质。这些物质最常以可具有不同直径和横截面(特别是圆形横截面，也可为多边形或星形轮廓或横截面)的单丝的形式挤出。也已知由两种或更多种组分制得的切割长丝。它们常规地通过从两个不同材料的源共挤出的方法制得。更特别地，已知包含得自聚酰胺的主体或芯以及得自与芯不同的材料的完全或部分包围所述芯的次要部分(如皮)的长丝。本文中“不同的材料”意指具有至少一种与芯的材料不同的物理或化学性质的材料。目前制得的切割线是令人满意的，但它们的性质、性能或其他品质仍然受限于用于制造它们的原料的性质。尤其是，除了其他原因以外，由于原油上涨，原料越来越昂贵。而且，由聚酰胺制得的常规切割线实际上无法通过氧降解、光降解、热降解来降解，或者无法在使用后的环境中降解。实际上，即使紫外辐射能够破坏这些线的外部表面，如同空气中所含的水分和氧气一样，这些线的分解过程也极为缓慢(从线的外部向其内部逐层蔓延)。而且，这种由聚酰胺制得的切割线的末端或端部趋于原纤化，即分裂为多个具有比最初的股小得多的横截面和有效质量的小纤维。由于可用于切割的能量在长丝尖端较大，长丝的横截面积和有效质量的任何减小都会相应地降低该长丝切割其碰撞到的植物的能力。目前，还没有凭其自身就适合在不会原纤化并保持其基本品质的切割线中使用的已知物质。因此，需要这样的切割线该切割线会在环境中比已知的长丝更快地降解，并且可在合理的成本下制造，当然也仍具有令人满意的切割效率。
发明内容
因此，本发明的第一方面提供一种用于如灌木切除机或修边机的植物切割装置的切割元件，其中所述切割元件的至少一部分为至少一种聚酰胺、至少一种热塑性聚烯烃和至少一种降解助剂的混合物。所述热塑性聚烯烃优选地选自聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)。根据优选的具体实施方案，所述热塑性聚烯烃为低密度聚乙烯(LDPE)。
该降解助剂有利地包括促进该热塑性聚烯烃的光降解的助剂和/或促进该热塑性聚烯烃的热降解的助剂。例如，该降解助剂包括硬脂酸锰、硬脂酸铁或硬脂酸钴或其混合物。通常，所述切割长丝的至少一部分包含5至50重量％的所述热塑性聚烯烃，优选地包含30至50重量％的所述热塑性聚烯烃。另外，该切割长丝优选地包含O. 2至20重量％的所述降解助剂，优选地包含2至10重量％的所述降解助剂，最优选地包含4至8重量％的所述降解助剂。所述至少一部分还可有利地包括抗氧化剂，该抗氧化剂的比例优选地包括O. I至2重量%,更优选地包括O. 5至I重量%。同时，可向所述混合物中加入至少一种增容剂例如乙烯乙酸乙烯酯(EVA)或者用马来酸酐接枝的聚烯烃。根据本发明的特定具体实施方案，所述切割长丝包括第一成芯部分和至少部分地包围所述芯部分并限定至少一个用于攻击植物的区域的第二部分。特别地，所述第二部分可完全包围该切割元件的芯。两个切割元件部分均由至少一种聚酰胺、至少一种热塑性聚烯烃和至少一种降解助剂的混合物制得，所述第二部分由比第一部分包含更大比例的所述热塑性聚烯烃的混合物制得。所述热塑性聚烯烃可以是回收材料。本发明进一步提供一种用于通过挤出/拉制或注入来制造如切割长丝的切割元件的组合物，该组合物由至少一种聚酰胺和至少一种另外的热塑性材料的混合物制得。所述热塑性聚烯烃优选地选自聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)。根据优选的具体实施方案，所述热塑性聚烯烃为低密度聚乙烯(LDPE)。该降解助剂有利地包括促进该热塑性聚烯烃的光降解的助剂和/或促进该热塑性聚烯烃的热降解的助剂。例如，该降解助剂包括硬脂酸锰、硬脂酸铁或硬脂酸钴或其混合物。所述组合物通常包含5至50重量％的所述热塑性聚烯烃，优选地包含30至50重量％的所述热塑性聚烯烃。另外，所述组合物优选地包含O. 2至20重量％的所述降解助剂，优选地包含2至10重量％的所述降解助剂，最优选地包含4至8重量％的所述降解助剂。所述组合物还可有利地包括抗氧化剂，该抗氧化剂的比例优选地占O. I至2重量%，更优选地占O. 5至I重量%。此外，可向所述混合物中加入至少一种增容剂例如乙烯乙酸乙烯酯(EVA)或者用马来酸酐接枝的聚烯烃。所述热塑性聚烯烃可以是回收材料。本文描述了范围不同的具体实施方案。
除了在此发明内容中描述的方面之外，另外的方面将通过参照附图和如下的详细描述而变得显而易见。
图I为具有根据本发明的第一结构的切割长丝的剖面透视示意图。图2为具有根据本发明的第二结构的切割长丝的剖面透视示意图。图3为具有根据本发明的第三结构的切割长丝的剖面透视示意图。图4和图5分别为由聚酰胺和根据本发明的混合物制得 的具有如图I所示的结构的使用过的切割长丝的透视图。
具体实施例方式请参照图1，其图示说明了用于如修边机、灌木切除机等电动植物切割装置的切割长丝，该切割长丝具有对称菱形横截面I。该切割长丝由包含至少一种聚酰胺、至少一种热塑性聚烯烃和至少一种降解助剂的混合物制得。在本文中，“聚酰胺”意指均聚物(如PA6或PA6-6)或者共聚物(例如PA 6/6-6)。该切割长丝为单丝，即，与通过交织多股相同或不同的材料而制得的长丝相反，该切割长丝是通过将所述材料混合物在同一时间挤出而制得。因此，该长丝的结构是聚酰胺链与热塑性聚烯烃链的缠结。该降解助剂是促进该热塑性聚烯烃在某种条件下降解的助剂。“降解”是包括光降解(即由光子提供的该热塑性聚烯烃的降解)和/或热降解(即该热塑性聚烯烃在热作用下的降解)的氧化过程。该降解助剂选自促进光降解的助剂、促进热降解的助剂和同时促进热降解和光降解的助剂。取决于该降解助剂的组成，该热塑性聚烯烃的降解可主要通过光降解过程来发生，可主要通过热降解过程来发生，或者同时地或依次地通过两种过程来发生。 本领域技术人员能够在市场上可得到的产品中选择适合的降解助剂。例如，主要通过硬脂酸铁来促进光降解，而热降解则主要通过硬脂酸锰来促进。如果该降解助剂包含两种产品，该热塑性聚烯烃将会发生光降解和热降解。也可使用硬脂酸钴来同时促进光降解和热降解。在这种情况下，该长丝的热塑性聚烯烃通常在紫外光的作用下开始发生降解(光降解步骤)，随后，当少部分的长丝湮没于土壤中时，优先发生热降解。该热塑性聚乙烯的优选比例为5至50重量％。考虑到增强该切割长丝的可降解性，优选选择比例尽量高(即，有利地为30至50% )的热塑性聚烯烃。该热塑性聚烯烃在该长丝组合物中的存在允许所获得的切割长丝具有适合的柔韧性和硬度，并且进一步具有广泛使用后的原纤状结构有限或广泛使用后仍无原纤状结构的性质。此外，既然热塑性聚烯烃具有比聚酰胺更低的密度，热塑性聚烯烃的加入具有使该长丝的密度降低的作用。因此，当该热塑性聚烯烃链的降解发生时，该长丝由于该聚酰胺链的内聚力逐渐降低而趋于粉碎。在该热塑性聚烯烃充分降解后，由此留下的仅仅是与全部由聚酰胺制得的长丝相比小得多的聚酰胺颗粒。因此，该聚酰胺颗粒能够更容易地被环境降解，并且特别地因为该聚酰胺颗粒的质量与曝露的表面积之间的比例大幅度降低，该聚酰胺颗粒尤 其能够更快地被微生物分解。换言之，该热塑性聚烯烃和降解助剂协同提供了该剪切长丝的加速分解。该降解助剂的比例是经过权衡的结果，一方面是该长丝的机械性能，而另一方面是该长丝在给定时间内的降解能力。降解助剂的最优比例还取决于热塑性聚烯烃在该长丝中的比例以及预期的储存条件(当然，该长丝决不能在数个月的储存过程中降解，而只能在使用后降解)。为了避免该切割长丝在储存过程中开始降解，该组合物可包含抗氧化剂。该抗氧化剂优选地为酚类抗氧化剂(例如，以Irganox 的名称销售的)并且其比例通常为O. I至2重量％，优选地为O. 5至I重量％，但可随着预期的储存条件而变化。要注意的是，在此实施例中，该抗氧化剂在基于聚酰胺的母胶中提供。然而，该抗氧化剂也可作为在挤出前加入该热塑性材料中的粉末或液体来提供。然后，可调节比例以获得所需要的效果。例如，向包含约50%的聚酰胺和50%的LDPE的混合物中加入包括2至10重量％(优选4至8重量％ )的一部分光降解助剂和热降解助剂，得到的长丝呈现令人满意的机械性能。在真实气候条件下测试所述组合物的20微米厚的膜，并证明了该膜能够在约6个月后显著降解且该膜在土壤中的生物可降解性预计为约3年。该切割长丝组合物可进一步包含至少一种增容剂，该增容剂优选地包括乙烯乙酸乙烯酯(EVA)，或者用马来酸酐或类似物接枝的任何聚烯烃。例如，该增容剂是本身已知用于使聚酰胺和聚乙烯增容的材料。可提及的例子有-聚乙烯、乙烯-丙烯共聚物和乙烯-丁烯共聚物，其中所有这些材料均用马来酸酐或用甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝，-乙烯/烷基(甲基)丙烯酸酯/马来酸酐共聚物，其中该马来酸酐是接枝的或共聚的，-乙烯/乙酸乙酯/马来酸酐共聚物，其中该马来酸酐是接枝的或共聚的，-与聚酰胺或仅具有一个胺端基的聚酰胺的低聚物缩合的两种上述共聚物，-两种上述共聚物(乙烯/烷基(甲基)丙烯酸酯或乙烯/乙酸乙酯)，其中该马来酸酐替换成甲基丙烯酸缩水甘油酯，-乙烯/(甲基)丙烯酸酯共聚物及其任选的盐，-聚乙烯、聚丙烯或乙烯-丙烯共聚物，其中这些聚合物用包含针对胺的反应活性位的材料接枝；其中这些接枝共聚物随后与聚酰胺或仅具有一个胺端基的聚酰胺低聚物缩合。所有这些材料均在欧洲专利申请EP 0342066和美国专利US 5，342，886中描述，其内容以引用方式并入本申请。也可使用其他增容剂而不脱离本发明的范围，如美国专利US 3，963，799、国际专利申请W096/30447或欧洲专利申请EP 1057870中描述的那些增容剂。
该增容剂的比例优选地包括O. I至5重量％,优选地包括O. 5至2重量％。在本发明的一个优选的特定具体实施方案中，该切割长丝由聚酰胺、低密度聚乙烯(LDPE)和降解助剂的混合物制得。LDPE的优选比例为5至50重量％，优选地为30至50重量％。在本发明的另一形式中，该热塑性聚烯烃为高度支化的聚合物材料(所谓的“超支化热塑性材料”)。在本发明的上下文中，“超支化”意指支化程度(DB)为10至99.9%，并且优选地为20至99%，特别优选地为20至95%。关于超支化聚合物的定义，还参见P. J. FLORY, J. AM. CHEM. S0C.，1952，74，2718 和 H. FREY 等人，CHEM. EUR. J.，2000，6，η。14，2499。根据另一具体实施方案，该切割长丝组合物为聚酰胺、线性聚乙烯(即高密度聚乙烯(HDPE))或者线性低密度聚乙烯(LLDPE)和降解助剂的混合物。这允许所获得的切割长丝具有适合的柔韧性和硬度，并且进一步具有广泛使用后的原纤状结构有限或广泛使用后仍无原纤状结构的性质。HDPE的优选比例为5至50重量％，优选30至50重量％。应注意的是，该切割长丝可具有任何横截面形状，而不脱离本发明的范围。图4图示说明了由聚酰胺制得的使用过的切割长丝，其已经开始原纤化，而图5显示了由聚酰胺和热塑性聚烯烃的混合物制得的使用过的切割长丝，其尚未表现出任何原纤状结构。图2图示了具有中心芯I和皮2的本发明的长丝结构。在本实施例中，皮2完全包围芯I，虽然该皮2可以仅部分地包围该芯。该芯具有简单形状或复杂形状的横截面。在恰当的情况下，该芯I具有大体圆形横截面。该皮2可具有任何所需要的横截面。在本实施例中，该皮2具有与该芯共轴的圆形横截面2。在此实施例中，该芯I由与图I中公开的整根长丝相同的材料制得，即用聚酰胺、至少一种热塑性聚烯烃(优选如上所述的LDPE、LLDPE, HDPE和PP中的至少一种)和降解助剂的混合物制得。该皮2由类似的混合物制备，与该芯I所用的混合物相比，该类似的混合物包含较高或较低比例的所述热塑性聚烯烃，取决于该皮相对于该芯的硬度与该皮在给定时间内的降解能力之间的权衡。最后，图3图示了根据本发明的切割长丝的另一结构，其具有中心芯I和两个相互分开的翼3a、3b，并且进一步形成锯齿状或齿状的切割区域Da和Db。有利地，通过常规的挤出/拉制方法(在长丝包含两种或更多种材料的情况下用共挤出)或者通过用上述组合物注射来制备根据本发明的长丝。本发明进一步涉及该组合物本身。此外，该热塑性聚烯烃有利地为通过回收获得的材料，例如通过回收包装材料而获得的材料。这进一步允许降低该长丝的制造成本。在此应注意的是，本领域技术人员可将本发明与本领域公知的许多其他增强的切割长丝(具有特定形状和/或涂层的长丝，或者具有改进切割效率、降低工作噪音、增强生物可降解性、防止卡壳现象等的材料的组合的长丝)相结合 。此书面描述使用实施例公开本发明(包括最佳的模式)，也使任何本领域技术人员能够制备和使用本发明。本文所述的主题的范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员可想到的其他实施例。例如，热塑性聚烯烃可以是茂金属聚乙烯、来自自由基聚合的LDPE、高密度聚乙烯(HDPE)或中等密度聚乙烯(MDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)或者极低密度聚乙烯(VLDPE)，该极低密度聚乙烯为乙烯与选自I-丁烯、甲基戊烯、I-己烯和I-辛烯的α-烯烃的共聚物。此外，本发明旨在用于植物切割装置的任何切割元件，例如美国专利US4，406, 065中所公开的刃，而不会脱离本发明的范围。旨在将这些其他的例子落入权利要求书的范围内，只要这些例子所具有的结构元件不与权利要求书的字面语言不同，或者只要这些例子包括等同的结构元件(与权利要求书的字面语言相比仅有非实质性的区别)。
权利要求
1.一种用于植物切割装置的切割元件，所述植物切割装置例如为灌木切除机或修边机，其中所述切割元件的至少一部分为至少一种聚酰胺、至少一种热塑性聚烯烃和至少一种降解助剂的混合物。
2.根据权利要求I所述的用于植物切割装置的切割元件，其中所述热塑性聚烯烃选自聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)。
3.根据权利要求2所述的用于植物切割装置的切割元件，其中所述热塑性聚烯烃为低密度聚乙烯(LDPE)。
4.根据权利要求I所述的用于植物切割装置的切割元件，其中所述降解助剂包括促进所述热塑性聚烯烃的光降解的助剂和/或促进所述热塑性聚烯烃的热降解的助剂。
5.根据权利要求I所述的用于植物切割装置的切割元件，其中所述切割元件的至少一部分包含5至50重量％的所述热塑性聚烯烃，优选地包含30至50重量％的所述热塑性聚烯烃。
6.根据权利要求I所述的用于植物切割装置的切割元件，其中所述切割元件的至少一部分包含0. 2至20重量％的所述降解助剂，优选2至10重量％的所述降解助剂。
7.部分进一步包括抗氧化剂。
8.根据权利要求I所述的用于植物切割装置的切割元件，其中所述切割元件的至少一部分进一步包括至少一种增容剂。
9.根据权利要求8所述的用于植物切割装置的切割元件，其中所述增容剂为乙烯乙酸乙烯酯(EVA)和/或用马来酸酐接枝的聚烯烃。
10.根据权利要求I所述的用于植物切割装置的切割元件，其包括第一成芯部分和至少部分地包围所述芯部分并限定至少一个用于攻击植物的区域的第二部分。
11.根据权利要求10所述的用于植物切割装置的切割元件，其中所述第二部分完全包围所述切割元件的所述芯。
12.根据权利要求10所述的用于植物切割装置的切割元件，其中两个切割元件部分均由至少一种聚酰胺、至少一种热塑性聚烯烃和至少一种降解助剂的混合物制得，所述第二部分由包含比所述第一部分更高或更低比例的所述热塑性聚烯烃的混合物制得。
13.根据权利要求I所述的用于植物切割装置的切割元件，其中所述热塑性聚烯烃为回收材料。
14.一种用于通过挤出/拉制或通过注入来制造切割元件的组合物，所述切割元件例如为切割长丝，所述组合物由至少一种聚酰胺、至少一种热塑性聚烯烃和至少一种降解助剂的混合物制得。
15.根据权利要求14所述的用于通过挤出/拉制或通过注入来制造切割元件的组合物，其中所述热塑性聚烯烃选自聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)。
16.根据权利要求15所述的用于通过挤出/拉制或通过注入来制造切割元件的组合物，其中所述热塑性聚烯烃为低密度聚乙烯(PELD)。
17.根据权利要求14所述的用于通过挤出/拉制或通过注入来制造切割元件的组合物，其包含5至50重量％的所述热塑性聚烯烃，优选30至50重量％的所述热塑性聚烯烃。
18.根据权利要求14所述的用于通过挤出/拉制或通过注入来制造切割元件的组合物，其包含0. 2至20重量％的所述降解助剂，优选地包含2至10重量％的所述降解助剂。
19.根据权利要求14所述的用于通过挤出/拉制或通过注入来制造切割元件的组合物，其进一步包含抗氧化剂。
20.根据权利要求14所述的用于通过挤出/拉制或通过注入来制造切割元件的组合物，其进一步包含至少一种增容剂。
21.根据权利要求20所述的用于通过挤出/拉制或通过注入来制造切割元件的组合物，其中所述增容剂为乙烯乙酸乙烯酯(EVA)和/或用马来酸酐接枝的聚乙烯。
22.根据权利要求14所述的用于通过挤出/拉制或通过注入来制造切割元件的组合物，其中所述热塑性聚烯烃为回收材料。
全文摘要
本发明公开了用于修边机、灌木切除机等的具有改进组成的切割长丝。本发明涉及一种用于如灌木切除机或修边机的植物切割装置的切割元件(特别是一种切割长丝)，其中所述切割元件的至少一部分为至少一种聚酰胺、至少一种热塑性聚烯烃和至少一种降解助剂的混合物。本发明的另一目的涉及一种用于通过挤出/拉制或通过注入来制造切割元件的组合物，该组合物由至少一种聚酰胺、至少一种热塑性聚烯烃和至少一种降解助剂的混合物制得。
文档编号C08L31/04GK102675862SQ20121004292
公开日2012年9月19日 申请日期2012年2月23日 优先权日2011年2月25日
发明者E·勒格朗 申请人:法兰西速度公司