具有大理石花纹的单丝的人造草皮的制作方法

具有大理石花纹的单丝的人造草皮
1.本申请是申请日为2017年3月31日、申请号为201780017781.7、发明名称为“具有大理石花纹的单丝的人造草皮”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
2.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(synthetic turf)。本发明进一步涉及模仿草的纤维的生产，和特别是基于聚合物共混物(polymer blends)的人造草皮纤维和由这些人造草皮纤维制成的人造草皮毯(artificial turf carpet)的产品和生产方法。


背景技术：

3.人造草皮(artificial turf)或人造草坪(artificial grass)为由用于代替草的纤维构成的表面。人造草皮的结构被设计为使人造草皮具有类似草的外观。典型地，人造草皮用作如英式足球、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。
4.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的护理，如定期修剪、翻松、施肥和浇水的需要。由于对用水的地区性限制，导致例如浇水是困难的。在其它气候带，与天然草坪表面因场上比赛和/或锻炼而破坏相比，草的再生和紧密的草覆盖的再形成缓慢。尽管人造草皮场地不需要类似关注和努力来维护，但它们可能需要一些维护如必须清洁灰尘和碎屑并且必须定期刷洗。可以这样做来帮助纤维在比赛或锻炼期间被踩倒后直立。在整个5
‑
15年的通常使用时间内，如果人造草皮运动场可以经受高机械磨损、可以抵抗紫外线、可以经受热循环或热老化、可以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，如果人造草皮具有长的使用寿命、耐久，并且在其整个使用时间内保持其比赛和表面特性以及外观，则是有益的。
5.对于许多应用，它旨在生产真实地再现天然草坪的外观的人造草皮。
6.另外，期望生产可以容易地制造并且具有大理石花纹色图案的人造草皮。
7.美国专利申请us 2010/0173102 a1公开了人造草坪，其特征在于包覆用材料的亲水性不同于用于芯的材料的亲水性。
8.us 20070154661a1描述了再现天然草坪的合成草纱线。向挤出机供给有不同颜色的条形式的如pe等材料。控制挤出机使得挤出的产品不呈现均匀的着色。然而，所述文献没有公开如何能够防止在挤出过程期间不同颜色的pe条的均匀混合。
9.wo 2015/144223 a1描述了人造草皮的制造方法。该方法包括以下步骤：生成聚合物混合物，其中聚合物混合物为至少三相体系。聚合物混合物包括第一聚合物、第二聚合物、和增容剂。第一聚合物和第二聚合物不混溶。第一聚合物在第二聚合物内形成被增容剂围绕的聚合物珠。该方法包括将聚合物混合物挤成单丝，将单丝骤冷(quenching)、重新加热、和拉伸以将聚合物珠变形为线状区(threadlike regions)并且将人造草皮纤维引入人造草皮毯。


技术实现要素：

10.本发明提供具有单丝的人造草皮的制造方法，所述单丝包括独立权利要求中的第一和第二颜色的大理石花纹图案。在从属权利要求中给出实施方案。
11.一方面，本发明提供人造草皮的制造方法。该方法包括以下步骤：
12.‑
生成液体聚合物混合物。聚合物混合物为至少两相体系。这些相中的第一相包括第一聚合物和第一染料。聚合物混合物的这些相中的第二相包括第二聚合物和第二染料。第二染料具有与第一染料不同的颜色。第二聚合物与第一聚合物为相同或不同的类型。第一相和第二相不混溶。第一相在第二相内形成聚合物珠；
13.‑
将聚合物混合物挤出成包括第一和第二颜色的大理石花纹图案的单丝；
14.‑
将单丝骤冷；
15.‑
将单丝重新加热；
16.‑
将重新加热的单丝拉伸以使聚合物珠变形为线状区并且将单丝形成为人造草皮纤维；
17.‑
将人造草皮纤维引入人造草皮衬底(artificial turf backing)中。
18.本发明的实施方案可以使用表示在天然草坪中存在的颜色的第一和第二颜色，例如，绿色和黄色、或亮绿色和深绿色、或绿色和亮棕色等。所述实施方案可以具有高度真实地再现天然草坪的外观的优点。在其它实施方案中，可以将其它颜色组合用于产生大理石花纹图案但不必需为天然草坪状图案。
19.在另一个有益的方面，其中两种不同的染料在两个不同的相中分离，其中一相以珠的形式在第二相中“乳化”的液体聚合物混合物的生成是有利的，因为它不必需使用或制造机械地防止两种染料的过早混合的定制的挤出机，从而确保生成具有大理石花纹图案的单丝而不是具有第一和第二颜色的中间颜色的单丝。因此，本发明的实施方案使得使用与用于生成单色单丝相同的挤出机器来生成大理石花纹的单丝。这可以降低生产成本并且可以增加可用单一熔融和挤出设备生成的人造草皮类型的多样性。
20.此外，为了提供精确地再现天然草坪的纹理的人造草皮，不需要要求多个挤出头以供给一个复杂的喷丝头工具的复杂的共挤出。
21.在另一个有益的方面，本发明的实施方案可以保证待挤出的液体聚合物混合物的产生和挤出过程本身不产生两种染料的均匀混合物。如果例如将基于相同聚合物类型并且包括不同颜色的颜料的两种以上的pe条同时供给至挤出机，必须非常谨慎地选择温度、压力、挤出时间和其它挤出参数以防止将导致具有均匀的中间色的挤出产物的不同染料的混合。相反，本发明的实施方案提供人造草皮纤维的产生方法，该方法可以产生大理石花纹的纤维并且对于工艺参数特别地稳固(robust)，该工艺参数例如升高的温度、搅拌和混合挤出机中不同聚合物的延长的时间、压力、和可以导致产生两种染料的均匀混合物的其它因素。这是因为具有不同染料的至少两种聚合物形成不同的相，因此即使在高温和/或广泛的搅拌条件下也不混合。
22.在另一个有益的方面，本发明的实施方案可以使得生产具有特别细的颗粒状大理石花纹图案的单丝，因为可以产生一个相的小液滴并且以乳化形式在液体聚合物混合物中稳定化，直至将混合物挤出(参见例如图3b中所示的单一单丝的大理石花纹图案)。
23.在另一个有益的方面，即使在两种不同类型的聚合物用作第一和第二聚合物的情
况下，第二聚合物和任何不混溶的聚合物也不会彼此分层。线状区嵌入第二聚合物内。因此，它们不可能分层。
24.根据实施方案，将增容剂添加至聚合物混合物并且将第一聚合物和第二聚合物分界，从而进一步防止两种不同类型的聚合物的分层。优选地，将增容剂添加至其相分离由极性和非极性聚合物之间的极性差异而引起的聚合物混合物。
25.第一聚合物和第二聚合物的使用使得能够调整人造草皮纤维的性质。例如，较软的塑料，例如pe，可以用于具有较大质量分数的聚合物，例如，第二聚合物，以赋予人造草皮更自然的草状和更软的感觉。较刚性的塑料，例如pa，可以用于具有较小质量分数的聚合物，例如第一聚合物，或者其它不混溶的聚合物，以赋予人造草皮更多弹性和稳定性以及被踩倒或压倒之后的回弹能力。
26.另一个优点可在于，线状区由于挤出过程期间的流体动力学，在挤出过程期间集中在单丝的中央区域，而在单丝的表面上也仍然存在很大部分的线状区以产生大理石花纹图案外观。因此，较刚性材料可以集中在单丝的中央，和较大量的较软塑料集中在单丝的外部或外侧区域。这可以进一步导致在刚性、表面光滑度和表面着色和纹理方面具有更多的草状性质的人造草皮纤维。
27.与随后的人造草皮纤维的着色相比，该方法的实施方案产生不仅在其表面上而且在内部包括大理石花纹色图案的单丝。在丝应该被裂开、其表面磨损或以其它方式损坏的情况下，大理石花纹色图案将不会被除去，因为它不限于单丝的表面。
28.另一个优点可以在于人造草皮纤维具有改进的长期弹性。这可能需要人造草皮减少的维护并且需要较少的纤维刷洗，因为它们在使用或踩踏之后更自然地恢复它们的形状并且直立。
29.方法i：通过使用具有不同极性的聚合物来分离相
30.根据实施方案，第一和第二聚合物彼此不同之处在于它们中的一种是极性聚合物和另一种是非极性聚合物。选择聚合物使得极性差异足以引起主要由第一聚合物组成的第一相和主要由第二聚合物组成的第二相的相分离。
31.根据实施方案，第一聚合物为极性聚合物，例如聚酰胺(pa)。
32.根据实施方案，第二聚合物为非极性聚合物，例如聚乙烯(pe)。根据实施方案，液体聚合物混合物为至少三相体系。这些相中的第三相包括增容剂。第一相在第二相内形成被第三相围绕的聚合物珠。
33.根据实施方案，聚合物混合物包括浓度为0.05重量％
‑
8重量％，更优选为0.2重量
‑
4重量％，更优选为0.4重量
‑
2重量％的增容剂。
34.聚合物珠包括结晶部分和非晶部分。将聚合物珠拉伸为线状区引起结晶部分的尺寸相对于非晶部分而增加。
35.根据实施方案，聚合物混合物的生成包括以下步骤：
36.‑
通过将第一聚合物与增容剂混合来形成第一混合物；
37.‑
将第一混合物加热；
38.‑
将第一混合物挤出；
39.‑
将挤出的第一混合物造粒；
40.‑
将造粒的第一混合物与第二聚合物混合；和
41.‑
将造粒的第一混合物和第二聚合物加热以形成聚合物混合物。
42.根据实施方案，聚合物混合物包括1重量％至30重量％的第一聚合物。根据实施方案，聚合物混合物包括1重量％至20重量％的第一聚合物。根据实施方案，聚合物混合物包括5重量％至10重量％的第一聚合物。在所述实例中，重量的余量可以由如第二聚合物和放入聚合物混合物中的任意其它另外的添加剂等组分构成。
43.根据实施方案，聚合物混合物包括70重量％至90重量％的第二聚合物。在所述实例中，重量的余量可以由如第一聚合物和放入聚合物混合物中的任意其它另外的添加剂等组分构成。
44.根据实施方案，第一聚合物为以下任意一种：聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、和聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)。
45.根据实施方案，第二聚合物为以下任意一种：聚乙烯、聚丙烯、及其混合物。
46.例如，pa可以用作第一聚合物，pe可以用作第二聚合物，并且如mah等增容剂用于将挤出成线状区的pa珠嵌入pe块(mass)中。根据一个特定实例，熔体质量流动速率(在190℃/2.16kg下测量)为5的pa 6.6或pa6.6用作第一聚合物，和熔体质量流动速率为1.8(在190℃/2.16kg下测量)的pe用作第二聚合物。所述两种聚合物的熔体质量流动速率差异不足以导致相分离，但是极性差异足以使第一和第二聚合物分离成可以通过形成第三相的增容剂彼此分离的不同的相。
47.根据实施方案，增容剂为以下任意一种：接枝马来酸酐(mah)、乙烯丙烯酸乙酯(eea)、接枝在聚乙烯或聚酰胺上的马来酸；接枝在聚乙烯、sebs(苯乙烯乙烯丁烯苯乙烯)、eva(乙烯
‑
乙酸乙烯酯)、epd(乙烯
‑
丙烯二烯)、或聚丙烯与不饱和酸或其酸酐如马来酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯、蓖麻醇噁唑啉马来酸酯(ricinoloxazoline maleinate)的自由基引发的接枝共聚物上的马来酸酐；sebs与甲基丙烯酸缩水甘油酯的接枝共聚物，eva与巯基乙酸和马来酸酐的接枝共聚物；epdm与马来酸酐的接枝共聚物；聚丙烯与马来酸酐的接枝共聚物；聚烯烃接枝聚酰胺聚乙烯或聚酰胺；和聚丙烯酸类增容剂。
48.使用不同类型的聚合物，例如，如上所述的非极性聚乙烯和极性聚酰胺的混合物具有以下优点：生成人造草皮纤维，其显示大理石花纹色图案，并且由于更刚性的pa而具有增加的抗磨损和撕裂的耐久性，并且同时与纯pa系单丝相比具有更光滑的表面和增加的弹性。增容剂防止分层。
49.方法ii：通过使用具有不同熔体质量流动速率的不同聚合物来分离相
50.根据实施方案，该方法包括通过将第一和第二聚合物的固体混合物加热至少直至第一和第二聚合物熔融来产生液体聚合物混合物。
51.第一和第二相的相分离通过选择第一和第二聚合物，使得第一和第二聚合物的熔体质量流动速率的差异导致第一和第二聚合物的熔融混合物的相分离来实现。例如，这可以通过以下来实验地确定：将不同熔体质量流动速率的聚合物混合，然后将聚合物混合物加热以用于测试是否熔体质量流动速率差足以在特定温度下产生相分离。
52.根据实施方案，聚合物混合物的具有较小质量份额的聚合物的熔体质量流动速率与具有较大质量份额的聚合物的熔体质量流动速率(190℃/2.16kg)相差至少3g/10min。
53.根据实施方案，第一聚合物(例如，具有较小质量份额的聚合物，例如，第一pe变体(variant))的熔体质量流动速率(190℃/2.16kg)为0.5
‑
5g/10min。第二聚合物(例如，具有
较大质量份额的聚合物，例如第二聚合物，例如，第二pe变体)的熔体质量流动速率(190℃/2.16kg)为8
‑
100g/10min。
54.根据第一实例，熔体质量流动速率(在190℃/2.16kg下测量)为4的第一线性低密度聚乙烯(lldpe)用作第一聚合物，和熔体质量流动速率为20(在190℃/2.16kg下测量)的第二lldpe用作第二聚合物。
55.根据第二实例，熔体质量流动速率(在190℃/2.16kg下测量)为0.9的第一lldpe用作第一聚合物，和熔体质量流动速率为20(在190℃/2.16kg下测量)的第二lldpe用作第二聚合物。
56.熔体质量流动速率是分子量的函数，因此是所用聚烯烃的类型和链长的函数。实际上，熔体质量流动速率可以源自书籍或产品描述，或者可以例如根据astm d1238，通过挤压式塑性计的热塑性塑料的熔体质量流动速率的标准测试方法而容易地凭经验测定。
57.根据实施方案，第一聚合物是具有较小质量份额的聚合物。第一聚合物可以为，例如，第一pe变体。第二聚合物是具有较大质量份额的聚合物。第二聚合物可以为，例如，第二pe变体。如上所述，第一和第二pe变体具有不同的熔体质量流动速率。特定聚合物变体的熔体质量流动速率通常由特定聚合物类型的制造商公布，或者可以通过例如在astm d1238中定义的标准熔体流动测量容易地凭经验测定。
58.根据一些实施方案，例如，在第一和第二聚合物类型关于它们的物理化学性质充分地相似，使得不会发生分层的情况下，对于方法ii不需要增容剂。如果不是这种情况，可以如方法i所述使用增容剂。
59.由于两种不同的方法，可以组合大量聚合物类型以产生大理石花纹色感觉。在许多情况下，这可以在没有任何另外的生产步骤或化学化合物的情况下实现。可以实现由两种不同聚合物的组合产生的另外的期望效果，例如，改进的耐磨损和撕裂性、增加的弹性、表面光滑度、刚性和表面粗糙度等。
60.方法i和ii两者的进一步实施方案
61.根据实施方案，聚合物混合物的组成、挤出物质温度(extrusion
‑
mass temperature)、骤冷浴温度和/或拉伸因子(stretch factor)防止第一染料扩散至第二相中并且防止第二染料扩散至第一相中。此外，所述条件使得给定相的充分数量的聚合物区域(polymer domain)在骤冷期间合成一体(unify)，以提供如上所述的可以由人眼分辨并且具有重复出现的不同颜色的线图案的大理石花纹结构。
62.根据实施方案，选择聚合物混合物的组成、挤出过程条件和/或拉伸因子，使得聚合物相的体积如此之大，并且两个不同相为液体期间的时间如此之短，以至于染料向各自的其它相的扩散受到阻止。
63.根据实施方案，在40
‑
140巴的压力下，更优选在60
‑
100巴之间的压力下，并且更优选在70
‑
90巴，例如80巴的压力下进行挤出。
64.根据实施方案，聚合物混合物在挤出时的温度为190
‑
260℃(“挤出
‑
物质
‑
温度”)，更优选为210
‑
250℃，并且甚至更优选为220
‑
240℃。
65.根据实施方案，拉伸因子在1.1
‑
8的范围内，更优选在3
‑
7的范围内，并且甚至更优选在4.5
‑
6的范围内。本文所用的“拉伸因子”是通过拉伸步骤使给定人造草皮单丝的长度延长的因子。
66.根据实施方案，骤冷溶液，例如，水浴的温度(紧接在挤出喷嘴或孔之后)为10
‑
60℃，更优选在25℃
‑
45℃之间，并且甚至更优选在32℃
‑
40℃之间。骤冷溶液的所述温度会是有利的，因为在单丝的挤出和多个液体聚合物相的凝固之间的限定时间间隔内，它使得特定相的多个聚合物区域合成一体，从而导致在凝固阻止聚合物区域的任何进一步迁移和融合之前，第一聚合物的线具有期望的平均粗细(thickness)。
67.此外，聚合物相为液体期间和染料可潜在地扩散至其它相期间的所得时间间隔太短，以至于阻止了染料向其它相的显著扩散。此外，已经观察到在液体聚合物混合物中的高压和湍流条件下(如在挤出时观察到的)，给定相的多个聚合物区域不合成一体。在这些“湍流”条件下，如果在挤出后挤出的单丝立即凝固，则第一聚合物相的线通常很细，以至于不能观察到大理石花纹结构。然而，通过使用如上所述的骤冷液体温度和挤出物质温度，在聚合物混合物流变为层流之后，相同相的不同聚合物区域具有充分的时间来合成一体，从而形成尺寸和粗细足够大的线，以便如果通过人眼，例如，在15厘米以下的距离观察时提供大理石花纹色感觉。
68.根据实施方案，在80巴的压力下进行挤出，挤出时的聚合物混合物的温度为230℃，拉伸因子为5，和骤冷溶液，例如水浴的温度为35℃。
69.根据实施方案，第一和第二染料分别是无机染料、有机染料、或其混合物。无论染料的极性或分子量如何，上述条件将基本上阻止染料扩散至各自的其它相中。
70.这可能是有利的，因为防止了染料向各自的其它相中的扩散，因此防止了染料的混合，从而确保对于第一和第二染料的任意组合产生大理石花纹色感觉。
71.根据实施方案，聚合物混合物包括0.2重量％
‑
40重量％，更优选1
‑
15重量％，更优选2
‑
10重量％的第一聚合物。在所述实例中，重量的余量可以由如第二聚合物和放入聚合物混合物中的任意其它另外的添加剂等组分构成。
72.根据实施方案，聚合物混合物包括大于60重量％，优选大于70重量％的第二聚合物。可能的是大于90％的聚合物混合物由第二聚合物组成。在所述实例中，重量的余量可以由如第一聚合物和放入聚合物混合物中的任意其它另外的添加剂等组分构成。
73.根据实施方案，单丝的大理石花纹图案再现天然草坪的颜色图案。
74.根据实施方案，第一染料为，浓度为第一相的0.5
‑
5重量％，更优选为1.5
‑
2重量％的偶氮
‑
镍颜料配合物。例如，作为第一染料，可以使用lanxess的偶氮
‑
镍颜料“gelb 5gn”。优选地，第一染料具有黄色、浅绿色或黄绿色。
75.根据实施方案，第二染料为，浓度为第二相的0.001
‑
0.3重量％，优选为0.05
‑
0.2重量％的酞菁绿。优选地，第二染料具有绿色或深绿色。根据实施方案，人造草皮纤维超出人造草皮衬底延伸预定长度，并且其中线状区具有小于预定长度的一半的长度。
76.根据实施方案，线状区具有小于2mm的长度。
77.根据实施方案，选择挤出物质温度、混合器的搅拌参数，使得挤出前熔融的聚合物混合物中珠的平均直径小于50微米，优选在0.1至3微米之间，优选为1至2微米。
78.所述特征与一旦挤出的聚合物混合物达到层流状态、使得相同相的聚合物区域合成一体的骤冷条件结合会是有利的，因为它们将支持其中两种不同颜色的出现优选每50
‑
1000μm、更优选每100
‑
700μm变化的大理石花纹结构的形成。
79.因此，在挤出期间，第一聚合物的聚合物区域非常微细颗粒状地分散在第二聚合
物相内，并且显示第一颜色的单丝表面上的部分可以通过在挤出之后将多个第一相区域合成一体(合并)直至单丝凝固而形成为粗粒化结构。这可以使得第一和第二聚合物更好地混合并且阻止分层。
80.根据实施方案，聚合物混合物进一步包括以下任意一种：蜡、消光剂、紫外线稳定剂、阻燃剂、抗氧化剂、颜料、及其组合。
81.根据实施方案，人造草皮纤维的生成包括将拉伸的单丝形成为纱线。可以将多根，例如4至8根单丝形成或者加工为纱线。
82.根据实施方案，人造草皮纤维的生成包括将拉伸的单丝编织、纺纱、加捻、复卷、和/或集束(bundle)成人造草皮纤维。例如，从美国专利申请us 20120125474 a1已知这种制造人造草皮的技术。
83.根据实施方案，将人造草皮纤维引入人造草皮衬底包括：将人造草皮纤维栽绒(tufting)至人造草皮衬底中并且将人造草皮纤维结合至人造草皮衬底。
84.根据实施方案，将人造草皮纤维引入人造草皮衬底包括：将人造草皮纤维编织入人造草皮衬底中。
85.在另一方面，本发明涉及根据本文所述的任意一个实施方案的方法制造的人造草皮。
86.在另一方面，本发明涉及包括人造草皮纺织物衬底(artificial turf textile backing)和引入人造草皮衬底的人造草皮纤维的人造草皮。人造草皮纤维包括至少一种单丝，所述单丝在其表面上包括第一和第二颜色的大理石花纹图案。单丝为在挤出步骤中从液体聚合物混合物生成的单丝。各至少一种单丝包括：
87.‑
线状区形式的第一聚合物，第一聚合物包括具有第一颜色的第一染料；
88.‑
第二聚合物，第二聚合物包括具有第二颜色的第二染料，其中线状区嵌入第二聚合物中，其中第一聚合物在第二聚合物中不混溶。
89.根据实施方案，聚合物混合物包括80
‑
90重量％之间的第二聚合物。在该实例中，重量的余量可以由第一聚合物、可能地第三聚合物(如果它存在于聚合物混合物中)、增容剂(如果它存在于聚合物混合物中)、和添加至聚合物混合物的任意其它化学品或添加剂构成。
90.在一些实例中，拉伸的单丝可以直接地用作人造草皮纤维。例如，单丝可以作为单纤维或丝(单丝)挤出并且直接地引入人造草皮衬底中。
91.在其它实例中，人造草皮纤维可以为一束或一组通常拧缆(cabled)、加捻、或集束在一起的几根拉伸的单丝纤维。在一些情况下，将束与所谓的复卷纱线(rewinding yarn)复卷，这使纱线保持集束在一起并且使其准备后续的栽绒或编织过程。
92.单丝可以例如具有50
‑
600微米尺寸的直径。纱线重量可以典型地达到50
‑
3000分特克斯(dtex)。
93.根据实施方案，聚合物珠包括结晶部分和非晶部分。在挤出过程期间聚合物混合物可能被加热，并且第一聚合物和第二聚合物的部分可以在各种区具有更多非晶结构或更多结晶结构。将聚合物珠拉伸为线状区可以引起第一聚合物中结晶部分相对于非晶部分的尺寸增加。这将导致例如第一聚合物变得比当其具有非晶结构时更刚性。这会导致具有更刚性和当压倒时的回弹能力的人造草皮。在一些情况下，单丝的拉伸还可以引起也具有更
大部分的其结构的第二聚合物或其它另外的聚合物变得更加结晶。在此具体实例中，第一聚合物可以为聚酰胺和第二聚合物可以为聚乙烯。聚酰胺的拉伸将引起结晶区增加，使聚酰胺更硬。这对于其它塑性聚合物也适用。
94.根据按照聚合物混合物包括增容剂的方法ii的一个实施方案，聚合物混合物的生成包括通过将第一聚合物与增容剂和第一染料混合来形成第一混合物的步骤。聚合物混合物的生成进一步包括以下步骤：将第一混合物加热，将第一混合物挤出，将挤出的第一混合物造粒，将造粒的第一混合物与第二聚合物和第二染料混合，和将造粒的第一混合物和第二聚合物加热以形成聚合物混合物。生成聚合物混合物的该特定方法可以是有利的，因为其能够非常精确地控制第一聚合物和增容剂(包括第一染料)如何分布在第二聚合物(包括第二染料)中。例如，挤出的第一混合物的尺寸或形状可以决定聚合物混合物中聚合物珠的尺寸。在上述生成聚合物混合物的方法中，可以使用例如所谓的单螺杆挤出法。
95.根据可以用于方法i和ii的替代实施方案，聚合物混合物也可以通过将构成其的所有组分一次放在一起而生成。例如，可以将第一聚合物、第二聚合物、第一和第二染料、以及增容剂，如果有的话，同时全部添加在一起。其它成分如另外的聚合物或其它添加剂也可以同时放在一起。然后可以例如通过使用挤出用双螺杆进料器来增加聚合物混合物的混合量。包括均匀地分布的第一染料的第一聚合物的混合物可通过第一进料器来供给，和包括均匀地分布的第二染料的第二聚合物的混合物通过第二进料器来供给。在这种情况下，聚合物珠的期望分布可以通过使用适当的混合率或混合量来实现。
96.本文所使用的“聚合物混合物”包括至少第一和第二聚合物，以及也可能地与添加至聚合物混合物的各种添加剂的混合物。第一和第二聚合物可以为不同类型的聚合物，例如聚酰胺和聚乙烯。第一和第二聚合物可以为相同类型的，例如，聚乙烯，但是在一种以上的性质例如碳原子链的平均长度上不同。“聚合物混合物”由至少两种不同的相组成。如果存在添加至体系的另外的聚合物或增容剂，则两相体系可以增加至三相、四相、五相、或更多相体系，从而每个或至少一些其它相各自包括具有与聚合物混合物的所有其它相不同的颜色的染料。第一聚合物和第二聚合物是不混溶的。在三相以上的体系中，各相各自的聚合物是不混溶的。第一聚合物在第二聚合物内形成聚合物珠(任选地被增容剂围绕)。另外，第三相的第三聚合物，如果有的话，可以在第二相内(即在第二聚合物内)形成珠。
97.术语“区域(domain)”、“聚合物区域”、“聚合物珠”或“珠”可以指在第二聚合物中不混溶的聚合物的局部化区，例如液滴。在一些情况下，聚合物珠可以是圆形或球形或椭圆形，但是它们也可以是不规则形状的。
98.本文所使用的“相”为空间区(region)(热力学体系)，在整个区中材料的许多或所有物理性质基本上是均匀的。物理性质的实例包括密度、折射率、磁化强度和化学组成。简单的描述是相为化学上均匀的、物理上有区别的、和机械地可分离的材料的区。例如，包括第一和第二聚合物的聚合物混合物可以在熔融状态下包括具有第一聚合物和第一染料的第一相和具有第二聚合物和第二染料的第二相。
99.本文所使用的“聚合物”为聚烯烃。
100.应当理解的是，可以组合本发明的一个以上的上述实施方案，只要组合的实施方案不相互地排斥即可。
附图说明
101.参照附图、仅通过实例的方式更详细地解释本发明的下列实施方案，其中：
102.图1示出说明人造草皮的制造方法的实例的流程图；
103.图2示出说明聚合物混合物的一种生成方法的流程图；
104.图3a示出单丝的大理石花纹的表面的一部分；
105.图3b示出在挤出过程期间产生的模制部分(moulded part)的照片；
106.图4示出说明聚合物混合物的截面的图；
107.图5示出聚合物混合物的另外的实例；
108.图6说明聚合物混合物挤出为单丝；
109.图7示出小部分(segment)单丝的截面；
110.图8说明拉伸单丝的效果；
111.图9示出拉伸后的单丝的截面的电子显微镜照片；和
112.图10示出人造草皮实例的截面的实例。
具体实施方式
113.这些图中相同标记的元件为等同的元件或执行相同的功能。如果功能等同，则之前已讨论的元件将不必在后续图中讨论。
114.图1示出说明人造草皮的制造方法的实例的流程图。首先，在步骤100中生成液体聚合物混合物。聚合物混合物为至少两相体系。第一相包括第一聚合物和第一染料。第二相包括第二聚合物和第二染料。根据一些实施方案，聚合物混合物可以包括第三相，例如与第一相和第二相两者不混溶的增容剂或另外的聚合物。任选地，第三相可以包括具有与第一和第二染料不同颜色的第三染料。第一聚合物和第二聚合物是不混溶的，并且第一和第二染料基本上被限制于它们各自的相，即，在直至将液体聚合物混合物挤出并且凝固成单丝的时间内
‑
大约没有染料扩散至另一相中。在其它实例中，可以存在与第二聚合物也不混溶的另外的聚合物，例如第三、第四、或甚至第五聚合物。还可以存在与第一聚合物或另外的第三、第四或第五聚合物组合使用的另外的增容剂，并且在各其它聚合物中可以存在各自的染料。
115.液体聚合物混合物可以通过将第一和第二聚合物、和如果有的任何其它聚合物加热至高于所述聚合物熔点的温度来生成。因此，液体聚合物混合物可以任选地以适合于确保熔融的第一聚合物以珠的形式分散在熔融的第二聚合物中的搅拌速率搅拌，由此，在一些实施方案中，包括增容剂的第三相可以在珠周围构建包封层(envelope layer)。
116.在接下来的步骤102中，将聚合物混合物挤出为单丝。接下来，在步骤104中，将单丝骤冷或快速冷却下来。接下来，在步骤106中，将单丝重新加热。在步骤108中，将重新加热的单丝拉伸以使聚合物珠变形为线状区并且使单丝形成为人造草皮纤维。
117.还可以在单丝上进行另外的步骤以形成人造草皮纤维。例如，可以将单丝纺纱(spin)或编织为具有期望性质的纱线。接下来，在步骤110中，将人造草皮纤维引入人造草皮衬底。步骤110可以例如但不限于将人造草皮纤维栽绒或编织至人造草皮衬底中。然后，在步骤112中，将人造草皮纤维结合至人造草皮衬底。例如，通过涂料或其它材料将人造草皮纤维胶合或保持在位置上。步骤112为任选的步骤。例如，如果将人造草皮纤维编织至人
造草皮衬底中，可以不需要进行步骤112。
118.图2示出说明聚合物混合物的一种生成方法的流程图。在该实例中，生成的液体聚合物混合物为三相体系。首先，在步骤200中，通过将第一聚合物与第一染料和增容剂混合来形成第一混合物。在该步骤期间还可以添加另外的添加剂，例如，以增加聚合物混合物的阻燃性或耐紫外线性，或者改进聚合物混合物的流动性。接下来，在步骤202中，将第一混合物加热。接下来，在步骤204中，将第一混合物挤出。然后，在步骤206中，将挤出的第一混合物造粒或切成小片。接下来，在步骤208中，将造粒的第一混合物与第二聚合物和染料混合。此时还可以将另外的添加剂添加至聚合物混合物。最后，在步骤210中，将造粒的第一混合物与第二聚合物和第二染料混合，并且将所得混合物加热以形成液体聚合物混合物。加热和混合可以同时发生。在所得液体三相混合物中，第一相可以包括熔融的第一聚合物和第一染料，第二相可以包括熔融的第二聚合物和第二染料，和第三相可以包括增容剂。一些或所有相可以包括一些或更多其它添加剂。
119.根据其它实施方案(未示出)，将第一混合物形成为如上所述的造粒的第一混合物。另外，通过将第二聚合物与第二染料混合来生成第二造粒的混合物。在该步骤期间可以添加另外的添加剂。然后，将第二混合物加热和挤出。然后将挤出的第二混合物造粒或切成小片以提供造粒的第二混合物。将造粒的第一和第二混合物混合在一起并且加热，从而形成液体聚合物混合物。
120.图3a示出根据本发明的实施方案的单丝表面的一部分(section)。“白色”聚合物区域或(“线”)302对应于第一相，暗聚合物区域304对应于第二相。
121.根据实施方案，不同相和各自颜色的聚合物区域的出现每50
‑
1000μm变化。根据实施方案，不同相和各自颜色的聚合物区域的出现每100
‑
700μm的挤出和拉伸的单丝而变化。例如，第一和第二聚合物区域的中心之间的距离d可以为约300μm。
122.图3b示出在挤出过程期间产生的模制部分的照片。
123.模制部分的第一部分314表示在紧邻挤出孔发生相分离的区域(area)。在该区域中，熔融的聚合物混合物处于高压下并且显示湍流特征。在区域314中(在高压条件下和在湍流条件下)，相同相的区域(domains)没有足够的时间来合成一体且产生可见的大理石花纹图案，因为在凝固时，区域314中的各聚合物区域太细。
124.模制部分的第二部分318表示相分离发生在充分地远离挤出孔的区域。在该区域中，对应于在骤冷液体中骤冷过程结束时单丝的状态，熔融的聚合物混合物处于低压(例如环境空气的压力)下并且显示层流特征。在区域318中，相同相的区域具有足够的时间来合成一体为特定颜色(例如黄色或浅绿色)的清晰可见的线状区310，所述线状区可以清晰地与(例如绿色或深绿色的)背景聚合物相分离。因此，对应于根据本发明实施方案的挤出和骤冷的单丝状态的区域318包括可见的大理石花纹图案，因为在凝固时，在区域318中的各个聚合物区域每50
‑
1000μm，例如，每300μm变化。
125.在所示实例中，聚合物区310可以为黄色并且对应于由聚酰胺组成的第一聚合物，聚合物区312可以为绿色并且对应于pe或pp相。
126.图4示出说明液体聚合物混合物400的截面的图。聚合物混合物400至少包括具有第一聚合物和第一染料的第一相和具有第二聚合物和第二染料的第二相404。在所示实施方案中，聚合物混合物包括主要或仅包括增容剂的第三相406。第三相可以包括第一或第二
或第三染料，或者根本不包括染料。第一相和第二相不混溶。第一聚合物和第一相比第二相(主要由第二聚合物组成)较不丰富。第一相402显示为被增容剂相406围绕并且分散在第二相404内。被增容剂相406围绕的第一相402形成多个聚合物珠408。聚合物珠408的形状可以为球形或椭圆形并且取决于聚合物混合物混合的程度以及温度它们还可以为不规则形状。聚合物混合物400为三相体系的实例。增容剂相406将第一相402与第二相404分离。
127.图5示出聚合物混合物500的另外的实例。图5中示出的实例类似于图4中示出的实例。然而，聚合物混合物500另外地包括具有第三聚合物的第四相502。一些聚合物珠408现包括第三聚合物。图5中示出的聚合物混合物500为四相体系。四相由包括第一聚合物和第一染料的第一相402、包括第二聚合物和第二染料的第二相404、包括增容剂的第三相406、和包括另外的聚合物的第四相502构成。第一相402和第四相502彼此不混溶，并且与第二相404或第三相不混溶。作为第三相的增容剂将第一相与第二相分离，并且将第四相502与第二相404分离。
128.该实例中，相同的增容剂用于第一相(和各自的第一聚合物)和第四相(和各自的聚合物)二者。在其它实例中，不同的增容剂可以用于第一相402和第四相502。
129.例如，四相聚合物混合物可以通过形成第一造粒的混合物和第二造粒的混合物来生成。通过将第一聚合物、第一染料和增容剂混合，将第一混合物加热，将第一混合物挤出，和将挤出的第一混合物造粒来形成造粒的第一混合物。通过将第三聚合物、第三染料和增容剂(与用于生成第一混合物的相同或不同的增容剂)混合，将第二混合物加热，将第二混合物挤出，和将挤出的第二混合物造粒来形成造粒的第二混合物。聚合物混合物的生成进一步包括将第一造粒的混合物以及具有第二聚合物和将保留在由第二聚合物的熔融产生的第二相中的第二染料的第二造粒的混合物混合。聚合物混合物的生成进一步包括将第一造粒的混合物和具有第二聚合物的第二造粒的混合物加热以形成液体聚合物混合物的步骤。该方法可以提供使用两种不同的聚合物和嵌入另外的(第二)聚合物，典型地为仍包括其它(“第二”)染料的pe中的各自的染料来制作聚合物混合物、和控制聚合物珠的尺寸和分布的精确手段。因此，所得的大理石花纹纹理可以包括三种不同的颜色，由第一相中的第一染料产生的第一颜色，由围绕包括第一或第三聚合物的珠的第二(pe)相中的第二染料产生的第二颜色，和由第三相502中的第三染料产生的第三颜色。因此，可以产生真实地反映天然草坪的外观的复杂的大理石花纹色图案。
130.作为对此的替代，可以通过同时将第一聚合物和第一染料、第二聚合物和第二染料、第三聚合物和一种以上的增容剂全部添加在一起，然后将它们更剧烈地混合来制作聚合物混合物。在这种情况下，必须选择第一、第二和第三染料，使得它们在混合物熔融后迁移至它们各自的相。例如，第一染料可以是极性的并且迁移至主要由第一、极性聚合物组成的第一相中。第二染料可以是非极性的并且迁移至主要由第二、非极性聚合物组成的第二相中。在将第三聚合物添加至混合物之前，第三染料可以与第三聚合物共价地结合。
131.图6说明聚合物混合物挤出为单丝。所示出的是聚合物混合物600的量。在聚合物混合物600内，存在大量的聚合物珠408。聚合物珠408可以由与第二聚合物不混溶的一种以上的聚合物制成，并且也通过增容剂与第二聚合物分离。螺杆、活塞或其它装置用于迫使聚合物混合物600通过平板602中的孔604。这使聚合物混合物600被挤出为单丝606。单丝606显示为也包含聚合物珠408。将第二相404中的第二聚合物和聚合物珠408一起挤出。在一些
实例中，第二聚合物的粘性比包括第一聚合物的聚合物珠408的粘性小，并且聚合物珠408将倾向于集中在单丝606的中央。这会导致最终的人造草皮纤维的可期望性质，因为这会导致线状区在单丝606的芯区中的集中。然而，选择第一相和第二相的组成，特别是第一和第二聚合物(例如关于聚合物链长、侧链的数量和类型等)使得第一相具有比第二相更高的粘度，并且使得珠和线状区集中在单丝的芯区中，从而在单丝的表面上仍然存在足够量的珠和线状区，以在单丝的表面上产生大理石花纹色纹理。
132.图7示出小部分单丝606的截面图。单丝再次显示为包括第二聚合物404和混合于其中的聚合物珠408。聚合物珠408通过未示出的增容剂而与第二聚合物分离。为了形成线状结构，将单丝606的一部分加热，然后沿单丝606的长度拉伸。这由示出拉伸方向的箭头700所示。第一和第二聚合物具有不同的颜色。在单丝表面被磨损的情况下，大理石花纹色图案仍然是可见的，因为两种不同的染料不限于表面区域。然而，第一相的细颗粒状嵌入第二相中防止了两种不同聚合物或聚合物相的分层。
133.图8说明拉伸单丝606的效果。图8中示出拉伸的单丝606’的截面的实例。图7中的聚合物珠408已被拉伸为线状结构800。聚合物珠408的变形量将取决于单丝606’被拉伸的多少。
134.实例可以涉及还称作合成草皮的人造草皮的生产。特别地，本发明涉及在机械性质(挠性、表面摩擦)以及光学性质(颜色纹理)两方面模仿草的纤维的生产。该纤维包括第一相和第二相，所述第一相和第二相不混溶并且由于两种不同的染料而材料特征例如，硬度、密度、极性和光学特征不同。在一些实施方案中，纤维可以另外包括增容剂和其它组分。
135.在第一步骤中，产生包括各自含有聚合物和染料以及任选的一些另外的物质的两种以上的不同相的聚合物混合物，由此第二聚合物的量为聚合物混合物的约80
‑
90质量％。可主要由第一聚合物组成的第一相的量可以为聚合物混合物的5质量％至10质量％，并且大部分或完全由增容剂组成的第三相的量为聚合物混合物的5质量％至10质量％。使用挤出技术产生被增容剂围绕的第一聚合物的液滴或珠的混合物，该混合物分散在第二聚合物的聚合物基质中并且具有与第二相不同的颜色。
136.在挤出期间使用的熔融温度取决于使用的聚合物和增容剂的类型。然而，熔融温度典型地在230℃和280℃之间。
137.通过将混合物供给至纤维生产挤出线来生产单丝，其还可以称为丝(filament)或原纤化扁丝(fibrillated tape)。熔融混合物通过挤出工具，即喷丝板或宽缝式喷嘴(wide slot nozzle)，将熔融流形成为丝或扁丝状，在水旋浴(water spin bath)中骤冷或冷却，通过具有不同旋转速度的旋转的加热导丝和/或加热炉干燥和拉伸。
138.然后使单丝或类型在第二步骤中经过另外的加热炉和/或一套加热导丝在线退火。
139.通过该程序将第一相(任选地被增容剂相围绕)的珠或液滴拉伸至纵向方向并且形成小纤维状、线性结构。大部分线性结构完全地嵌入第二聚合物的聚合物基质中，但是显著的一部分，例如，5％以上的线性结构位于单丝的表面。
140.图9示出使用上述方法的实例制造的拉伸单丝的截面的显微镜照片。拉伸的单丝606’内的横向白色条纹为线状结构800。若干这些线状结构标记为800。线状结构800可以显示为在第二聚合物内形成第一聚合物的小线性结构。
141.所得纤维可以具有多个优点，即柔软度与耐久性和长期弹性相结合。在聚合物的不同刚度和弯曲性的情况下，纤维可以显示较好的恢复能力(这是指一旦纤维被踩倒将会回弹)。在刚性第一聚合物的情况下，在聚合物基质中建成的小线性纤维结构赋予纤维的聚合物补强。
142.由于第二聚合物的短纤维嵌入由第一聚合物给出的基质中的事实而防止由于由第一聚合物和第二聚合物形成的复合物引起的分层。
143.图10示出人造草皮1000的实例的截面的实例。人造草皮1000包括人造草皮衬底1002。将人造草皮纤维1004栽绒至人造草皮衬底1002中。在人造草皮衬底1002的底部上显示涂层1006。涂层可以用于将人造草皮纤维1004结合或固定至人造草皮衬底1002。涂层1006可以为任选的。例如，人造草皮纤维1004可以为可选地编织至人造草皮衬底1002中。各种类型的胶水、涂料或粘合剂可以用于涂层1006。人造草皮纤维1004显示为在人造草皮衬底1002之上延伸距离1008。距离1008实质上为人造草皮纤维1004的绒头(pile)的高度。线状区在人造草皮纤维1004内的长度为距离1008的一半以下。
144.附图标记说明
145.100
‑
110步骤
146.200
‑
210步骤
147.302第一染料的第一颜色
148.304第二染料的第二颜色
149.310合成一体的黄色第一相区域
150.312合成一体的绿色第二相区域
151.314湍流模制部分区域
152.318层流模制部分区域
153.d不同颜色的区域之间的平均距离
154.400聚合物混合物
155.402第一相
156.404第二相
157.406具有增容剂的第三相
158.408聚合物珠
159.500聚合物混合物
160.502第三聚合物
161.600聚合物混合物
162.602平板
163.604孔
164.606单丝
165.606’拉伸的单丝
166.700拉伸方向
167.800线状结构
168.1000人造草皮
169.1002人造草皮毯
170.1004人造草皮纤维(绒头)
171.1006涂层
172.1008绒头高度