ПОЛИЭТИЛЕНОВАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИСКУССТВЕННОГО ДЕРНА
POLYETHYLENE COMPOSITION FOR SYNTHETIC TURF

Настоящее изобретение относится к лентам и пленкам из полиэтилена, а точнее к искусственному дерну, изготовленному из таких лент, пленок или моноволокон.
Ранее искусственный дерн изготавливали из полипропилена. Пряжу из разрезанной на узкие ленточки пленки на основе кристаллических полимеров пропилена обычно получают нарезанием плетки, экструдированной из композиций, содержащих полипропилен. Однако при использовании в качестве искусственного дерна полипропилен обладает определенными недостатками: пряжа, образованная путем механического формирования волокон из разрезанной на узкие ленточки пленки, является недостаточно прочной на к истирание и разрыв, что приводит к последующему расслоению пряжи из разрезанной на узкие ленточки пленки на волокна после неприемлемо небольших периодов времени. Кроме того, полипропилен аналогично коже человека обладает относительно большим коэффициентом трения, так что при трении кожи о дерн могут возникнуть ожоги. Это затруднение обычно преодолевают путем гофрирования полипропилена и/или путем смешивания полипропилена с другими соединениями, такими как полиэтилентерефталат. Альтернативно, полипропилен можно подвергнуть совместной экструзии с другими материалами, такими как линейный полиэтилен низкой плотности.
В последнее время искусственный дерн все в большем количество изготавливают из полиэтилена или слоистого материала, включающего полиэтилен и полипропилен. Полиэтилен обладает меньшим коэффициентом трения, чем полипропилен. Часто применяют линейный полиэтилен низкой плотности, поскольку низкая плотность приводит к продукту, который является очень мягким на ощупь. Однако пряди травы неэластичны, что означает, что при использовании поверхность дерна быстро расплющивается.
3
3
3
2
Также можно использовать полиэтилен более высокой плотности. Один, в настоящее время имеющийся в продаже полиэтиленовый продукт, предназначенный для использования в искусственном дерне, включает примерно 85% полиэтилена, обладающего плотностью, равной 944 кг/м, и индексом расплава MI, равным примерно 0,6 г/10 мин, смешанного примерно с 15% композиции, включающей полиэтилен, обладающий плотностью, равной 951 кг/м, и индексом расплава, равным 11 г/10 мин, с прибавлением пигментов и других добавок. Наличие пигмента увеличивает плотность конечного продукта примерно до 975 кг/м.
3
2
Согласно изобретению мы разработали полиэтиленовую композицию, которую можно применять для изготовления искусственного дерна, обладающего балансом мягкости и эластичности, улучшенным по сравнению с характеристиками известных типов дерна. Соответственно первый вариант осуществления настоящего изобретения относится к пигментированной ленте, пленке или волокну, включающему 75-99,5 мас.% непигментированного полиэтилена, обладающего плотностью, равной 920-940 кг/м, и индексом расплава MI, равным не менее 0,3 г/10 мин, и до 25 мас.% пигментированного полиэтилена, где полное количество пигмента в ленте, пленке или волокне составляет не менее 0,5 мас.%.
2
Предпочтительно, если непигментированный полиэтилен обладает индексом расплава, равным не более 6 г/10 мин, более предпочтительно - не более 2 г/10 мин. Наиболее предпочтительный диапазон значений индекса расплава MI составляет от 0,5 до 1,5 г/10 мин.
3
3
Предпочтительно, если полиэтиленовая смола обладает плотностью, равной 928-938 кг/м, более предпочтительно - 932-938 кг/м. Предпочтительно, если полиэтилен является мономодальным.
3
3
3
Пигментированный полиэтилен предпочтительно содержится в количестве, составляющем 8-20 мас.% в пересчете на всю композицию, и более предпочтительно - от 8 до 15 мас.%. Предпочтительно, если он обладает плотностью, находящейся в диапазоне 900-960 кг/м, хотя предпочтительно, если плотность отличается от плотности непигментированного полиэтилена не более, чем на 20 кг/м, и более предпочтительно - не более, чем на 10 кг/м. Наиболее предпочтительно, если пигментированный полиэтилен представляет собой ту же смолу, что и непигментированный.
3
3
3
3
3
3
Обычно включение пигмента в зависимости от количества и типа прибавленного пигмента увеличивает плотность полиэтилена примерно на 17-35 кг/м. Таким образом, готовая пигментированная лента, пленка или волокно обладает плотностью, примерно на 17-35 кг/м большей, чем среднемассовая плотность этих двух компонентов полиэтилена, хотя это значение может быть меньшим, если используют меньшее количество обладающего меньшей плотностью пигмента. Второй вариант осуществления настоящего изобретения относится к полиэтиленовой композиции в виде пигментированной ленты, пленки или волокна, обладающего плотностью, равной 937-972 кг/м, предпочтительно - 945-970 кг/м, более предпочтительно - 964-970 кг/м. Предпочтительно, если эта композиция включает не менее 75 мас.% полиэтилена, обладающего естественной плотностью, равной 920-940 кг/м. "Естественная плотность" означает плотность чистого полиэтилена без каких-либо добавок.
2
В настоящем описании индекс расплава MI измеряют в соответствии со стандартом ASTM D-1238 при 190°С при нагрузке, равной 2,16 кг. Плотность измеряют в соответствии со стандартом ISO 1183.
Предпочтительно, если пигментированная лента, пленка или волокно обоих вариантов осуществления настоящего изобретения обладает модулем упругости при изгибе, равным от 400 до 800 МПа при 23°С, при измерении в соответствии со стандартом ISO 178.
Предпочтительно, если непигментированный полиэтилен представляет собой сополимер этилена и другого альфа-олефина, содержащего от 3 до 12 атомов углерода. Более предпочтительно, если, он представляет собой сополимер этилена и бутена, метилпентена, гексена и/или октена; наиболее предпочтительным сополимером является 1-гексен.
Предпочтительными катализаторами для получения полимера являются катализаторы Циглера, хотя можно использовать металлоценовые или хромовые катализаторы.
Пигментированная лента, пленка или волокно могут дополнительно включать добавки, такие как антиоксиданты, светостабилизаторы, технологические добавки, упрочняющие агенты, наполнители, огнезащитные средства, биоциды, антистатические агенты и агенты, снижающие коэффициент трения, такие как полиэтилентерефталат и политетрафторэтилен. Примеры технологических добавок включают фторполимеры, такие как поливинилиденхлорид или фторэластомеры.
Эти добавки могут содержаться в пигментированной ленте, пленке или волокне в количествах, обычно составляющих от 0,01 до 15 мас.%, предпочтительно - от 0,1 до 10 мас.%.
Добавки и пигменты обычно смешивают с полимером в соотношении, составляющем примерно 50% добавки/пигменты: 50% полимер и получают маточную смесь пигментированного полимера. Смешивание добавок и пигментов с порошкообразным полимером проводят в любом смесителе, который может обеспечить достаточную однородность маточной смеси (премикса). Для смешивания модно использовать высокоскоростной или низкоскоростной смеситель, но высокоскоростной смеситель является предпочтительным, поскольку при высокой скорости перемешивающей спирали могут разрушаться агломераты пигментов и происходить предварительное диспергирование ингредиентов в полимерной крошке.
Приготовление смеси можно проводить в любом устройстве для приготовления смесей, которое позволяет получить чистые сухие гранулы. Концентрированную маточную смесь пигментированного полиэтилена и основного непигментированного полиэтилена загружают в экструдер через разные загрузочные устройства. Основной полимер можно загрузить в виде гранул или порошка. Устройство для приготовления смесей выбирают так, чтобы обеспечить оптимальную степень диспергирования ингредиентов в расплавленном полимере. Оно может представлять собой двушнековый экструдер с вращающимися в одном или противоположных направлениях шнеками, обладающими формой, оптимальной для диспергирования пигментов.
Двушнековый экструдер также может быть снабжен шестеренчатым насосом, чтобы способствовать созданию давления, необходимого для прохождения через головку экструдера. Устройство для приготовления смесей также может представлять собой систему машин для совместного смешивания, соединенную с одношнековым экструдером. Эта система включает две разные машины: первая является смесителем непрерывного (обычно системы Фаррела) или периодического действия (обычно системы Бэнбери), в которые премикс и полимер загружают для плавления и диспергирования роторами, а вторая является одношнековым экструдером, который продавливает расплав через головку экструдера.
Расплавленный материал экструдируют через отверстия головки экструдера и нарезают, и охлаждают в виде гранул.
Самая распространенная технология формирования искусственного дерна включает экструзию плоских моноволокон, которые затем нарезают на куски необходимой длины в форме отдельных стеблей или травы, или получают пленку, которую затем разрезают на ленты необходимой длины. В типичной технологии экструзии из непигментированного полиэтилена и пигментированного полиэтилена получают пигментированные гранулы, которые затем загружают в экструдер и формируют пленку. Альтернативно, непигментированный полиэтилен и пигментированный полиэтилен можно направить непосредственно в экструдер, так чтобы смешивание происходило в экструдере.
Пленку можно изготовить по хорошо известным технологиям, таким как выдувание пленки, отливка пленки, совместная экструзия, экструзия пленки через щелевую головку или ламинирование с получением однослойных пленок, многослойных пленок или листов. Многослойные системы можно получить с помощью совместной экструзии, нанесения покрытия, нанесения покрытия путем экструзии, ламинирования или печатания. Затем пленку вытягивают и вытянутую пленку режут на ленты, которые нарезают на куски необходимой длины. Эта технология известна, как процесс Ленцига. В альтернативной технологии (технологии ISO) полученную экструзией с раздувом пленку нарезают на ленты до вытяжки. Независимо от использованной технологии изготовления предпочтительно, чтобы смола была вытянута в 3-10 раз по сравнению со своей исходной длиной; обычно - в 4-8 раз, и наиболее предпочтительно - в 6-8 раз. Вытяжка улучшает прочность конечного продукта на разрыв.
Если необходима пленка, полученная экструзией с раздувом, то полимер выходит из экструдера через круговую головку, и пленка выдувается через отверстие в центре головки. При получении плоских пленок полимер выходит из экструдера через плоскую головку. Плоские пленки обычно больше пленок, полученных экструзией с раздувом. Обычно на этой стадии пленку затем вытягивают. Вытяжку обычно проводят в печи или на горячей плите при температуре, равной 100-110°С. Затем вытянутую пленку необязательно можно подвергнуть отжигу. Затем пленку разрезают на ленты, которые нарезают на куски необходимой длины.
Полиэтиленовую композицию, из которой получают ленты, нити или волокна первого варианта осуществления настоящего изобретения, обычно непосредственно превращают в ленты, нити или волокна. Однако ее можно подвергнуть совместной экструзии с другими смолами и получить слоистую ленту или нить. Например, с помощью совместной экструзии можно получить пленку или волокно, содержащую центральный слой из полипропилена и наружные слои из полиэтилена первого варианта осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления полипропиленовый центральный слой обеспечивает дополнительную эластичность, а наружные полиэтиленовые слои обеспечивают необходимую мягкость. Однако такое расположение является более сложным и дорогостоящим в изготовлении, и одним из преимуществ настоящего изобретения является то, что хорошие характеристики можно обеспечить с помощью одного слоя.
Ленты или нити можно механически разделить на пряди более тонких волокон, которые выглядят, как стебли или трава. Их можно подвергнуть любой известной обработке, придающей эластичность.
Получение искусственного дерна из лент, волокон или нитей можно выполнить по любой известной технологии, например, путем простегивания синтетической подложки, такой как тканый или нетканый материал, основанный на термопластичном полимере (например, полипропилене).
Как хорошо известно, ленты, волокна или нити, предлагаемые в настоящем изобретении, в виде накрывающего слоя можно подвергнуть последующей обработке, например, снижающим трение веществом, таким как политетрафторэтилен.
ПРИМЕРЫ
ПРИМЕР 1
2
2
3
3
Готовят маточную смесь, содержащую Eltex A3180PN1852 (имеющийся в продаже полиэтилен, обладающий индексом расплава MI, равным 21 г/10 мин, и плотностью, равной 957 кг/м) и все остальные ингредиенты, перечисленные в приведенной ниже таблице, за исключением Rigidex HD3850UA. Эту смолу Rigidex (имеющийся в продаже полиэтилен, обладающий индексом расплава MI, равным 4,5 г/10 мин, и плотностью, равной 938 кг/м) затем смешивают с маточной смесью и получают композицию, содержащую количества всех компонентов, указанные в таблице.
Компонент
Частей на 1000
Гранулы RIGIDEX HD3850UA
893,572
Маточная смесь:
Порошкообразный ELTEX A3180PN1852
50
Irganox В215 антиоксидант
3
Стеарат Са, смазывающее вещество+антацид
2,5
Технологическая добавка Dynamar FX 9613
0,4
Chimasorb 944, защищающий от действия УФ-излучения
10
Tinuvin 770, защищающий от действия УФ-излучения
2,5
Фталоцианиновый зеленый 7 (Heliogen К8730)
1,76
Желтый 119 (Color therm 3950)
26,12
Белый пигмент TiO<sub>2</sub> (Kronos 2081)
8,54
Черный пигмент Noir sicoplast D7102
1,608
Этот продукт обладает модулем упругости при изгибе, измеренным при 23°С соответствии со стандартом ISO 178, равным примерно 650 МПа. ПРИМЕР 2 (сравнительный)
3
2
В этом примере маточную смесь готовят смешиванием 50 частей порошкообразного EltexA5006PFN1281 (обладающего плотностью, равной 944 кг/м, и индексом расплава MI, равным 1,9 г/10 мин) и всех остальных ингредиентов, перечисленных в приведенной ниже таблице. Затем эту маточную смесь смешивают с оставшейся смолой Eltex (примерно 893 части) и получают композицию, содержащую количества всех компонентов, указанные в таблице.
Компонент
Частей на 1000
Порошкообразный EltexA5006PFN1281
943,572
Irganox В215 (антиоксидант)
3
Стеарат Са (смазывающее вещество)
2,5
Технологическая добавка Dynamar FX9613
0,4
Chimasorb 944 (защищающий от действия УФ-излучения)
10
Tinuvin 770 (защищающий от действия УФ-излучения)
2,5
Фталоцианиновый зеленый 7 (Heliogen К8730)
1,76
Желтый 119 (Color therm 3950)
26,12
Белый пигмент TiO<sub>2</sub> (Kronos 2081)
8,54
Черный пигмент sicoplast D7102
1,608
Этот продукт обладает модулем упругости при изгибе, измеренным при 23°С в соответствии со стандартом ISO 178, равным примерно 900 МПа. Это значительно больше, чем в примере 1, и приводит к менее мягкому продукту.