具有吸振层的合成草皮 【技术领域】
本申请公开的实施方案总地涉及热塑性泡沫体吸振层。在另一方面中， 本申请所 述的实施方案涉及含热塑性泡沫体吸振层的合成草皮， 其中该泡沫体可以是可循环的。背景技术
人工草皮由在从片材基底向上延伸的许多人工草的草皮组成。 草皮通常铺在预备 的平坦地面上， 形成意图模拟天然草地游乐场表面的游乐场。
对于某些类型的游戏来说， 在草皮下方和在坚固的地下载体表面之上放置回弹的 地下垫 (underpad)， 提供吸振效果。此外， 在一些情况下， 砂子或其他粒状物材料层置于地 毯基础片材的上表面和绳股周围。 这类结构的实例公开于 1983 年 6 月 21 日授予 Frederick T.Haas， Jr. 的美国专利 No.4389435 中。另一实例公开于 1987 年 1 月 20 日授予 Seymour A.Tomarin 的美国专利 No.4637942 中。
此外， 置于回弹的地下垫上的采用草状地毯形成的人工草皮公开于 1970 年 12 月 29 日授予 Carter 等人的美国专利 No.3551263 中， 其中公开了聚氨酯泡沫体地下垫 ； 1967 年 6 月 27 日授予 Faria 等人的美国专利 No.3332828 中， 其中公开了 PVC 泡沫塑料或聚氨 酯泡沫塑料地下垫 ； 1987 年 1 月 20 日授予 Seymour A.Tomarin 的美国专利 No.4637942 中， 其中公开了一种橡胶状地下垫 ； 1989 年 11 月 21 日授予 Hans-Urich Brietschidel 的 美国专利 No.4,882,208 中， 它阐述了闭孔交联的聚乙烯泡沫体地下垫 ； 1971 年 8 月 3 日授 予 Theodore Buchholz 等人的美国专利 No.3,597,297 中， 它公开了具有孔隙的聚氨酯地下 垫； 和 1985 年 3 约 19 日授予 James W.Leffingwell 的美国专利 No.4,505,960 中， 它公开 了由聚氯乙烯、 聚乙烯、 聚氨酯、 聚丙烯等的弹性泡沫体制备的吸振垫。
当然可更加宽泛地在其他应用， 例如在地板的能量阻尼中使用吸振层。 因此， 仍然 需要的是， 用于形成吸振层 ( 包括可循环吸振层 ) 的改进的材料与方法。 发明内容 在一个方面中， 本申请公开的实施方案涉及合成草皮表面， 它包括具有挠性基础 片材的合成草地毯， 和吸振垫， 其中吸振垫包括非交联的聚烯烃泡沫体。
根据下述说明和所附权利要求， 本发明的其他方面和优点是显而易见的。
附图说明 图 1 阐述使用 FIFA 标准的吸振用的仪器和实验。
图 2 和 2c 比较了本申请公开的实施方案的泡沫体与交联聚乙烯泡沫体的压缩应 力 - 应变行为分析的结果。
图 3 和 3c 比较了本申请公开的实施方案的泡沫体与交联聚乙烯泡沫体的压缩应 变相对于时间的试验结果。
图 4 比较了本申请公开的实施方案的泡沫体与交联聚乙烯泡沫体的压缩蠕变行
为试验结果。
图 5 阐述了可使用本申请所述的非交联的聚烯烃泡沫体的实施方案形成的合成 草皮。 具体实施方式
一般定义和测量方法 ：
下述术语应当具有对于本发明目的来说的给定含义 ：
“聚合物” 是指由通过共价化学键连接的重复结构单元或单体组成的分子量大的 分子组成的物质。术语 “聚合物” 通常包括， 但不限于， 均聚物、 共聚物， 例如嵌段、 接枝、 无 规和交替共聚物， 三元共聚物等， 及其共混物和改性物。此外， 除非具体地说明， 术语 “聚合 物” 应当包括分子结构的所有可能的几何结构。这些结构包括全同立构、 间同立构、 无规结 构等。
“互聚物 (interpolymer)” 是指通过至少两种不同类型的单体聚合制备的聚合物。 通用术语 “互聚物” 包括术语 “共聚物 (copolymer)” ( 它通常用于是指由两种不同单体制 备的聚合物 ) 以及术语 “三元共聚物” ( 它通常用于是指由三种不同单体制备的聚合物 )。 称为 “互聚物” 的一组物质还包括通过聚合四类或更多类单体制备的聚合物。 根据 ASTM D792， 测量树脂和组合物的密度。
根据 ASTM D3575/W/B， 测量泡沫体的密度。
根据 ASTM D1238， 针对含乙烯作为聚合物内主要组分的聚合物， 在 190℃下， 使用 2.16kg 的重物， 测定 “熔体指数 (I2)” 。根据 ASTM D1238， 针对含丙烯作为聚合物内主要组 分的聚合物， 在 230℃下， 使用 2.16kg 的重物， 测定 “熔体流动速度 (MFR)” 。
使 用 凝 胶 渗 透 色 谱 (GPC)，在 配 有 四 个 线 性 混 合 床 柱 子 的 Polymer LaboratoriesPL-GPC-220 高温色谱单元 (Polymer Laboratories(20 微米粒度 )) 上， 测定 聚合物的分子量分布。 烘箱温度为 160℃， 且自动取样器的热区在 160℃和温热区在 145℃。 溶剂为含 200ppm 2， 6- 二叔丁基 -4- 甲基苯酚的 1， 2， 4- 三氯苯。流速为 1.0ml/min 和注 射大小为 100 微升。通过在温和搅拌下， 在 160℃， 在含 200ppm2， 6- 二叔丁基 -4- 甲基苯酚 的氮气吹扫的 1， 2， 4- 三氯苯内溶解样品 2.5 小时， 制备约 0.2wt％用于注射的样品溶液。
通过使用 10 个窄分子量分布的聚苯乙烯标准物 ( 获自 Polymer Laboratories， 范 围为 580-7,500,000g/mol 的 EasiCal PS1) 结合其洗脱体积， 进行分子量的测定。 通过使用 用于聚丙烯 ( 正如 Th.G.Scholte， N.L.J.Meijerink， H.M.Schoffeleers 和 A.M.G.Brands， J.Appl.Polym.Sci.， 29， 3763-3782(1984) 中所述 )， 和用于聚苯乙烯 ( 正如 E.P.Otocka， R.J.Roe， N.Y.Hellman， P.M.Muglia， Macromolecules， 4， 507(1971) 中 所 述 ) 的 合 适 a Mark-Houwink 系数， 根据 Mark-Houwink 方程 ： {N} ＝ KM ( 其中 Kpp ＝ 1.90E-04， app ＝ 0.725 和 Kps ＝ 1.26E-04， aps ＝ 0.702)， 测定聚丙烯的当量分子量。通过常规的 GPC， 根据 Williams， T. ； Ward， I.M.Journal of Polymer Science， PolymerLetters Edition(1968)， 6(9)， 621-624 所述的工序， 测量 “分子量分布” 或 MWD。系数 B 为 1。系数 A 为 0.4316。
定义术语高压低密度类型树脂， 是指在高于 14,500psi(100MPa) 的压力下， 在高 压釜或管状反应器内， 使用自由基引发剂， 例如过氧化物， 部分或完全均聚或共聚聚合物 ( 参见， 例如 US 4,599,392， 在此通过参考引入 )， 且包括 “LDPE” ， 它也可称为 “高压乙烯聚
合物” 或 “高度支化的聚乙烯” 。对于使用光散射测量的大于 1000000g/mol 的分子量来说， 这些材料的累积检测仪分数 (CDF) 大于约 0.02。可如 WO2005/023912 A2 所述测定 CDF， 在 此通过参考引入关于 CDF 的教导。 优选的高压低密度聚乙烯材料 (LDPE) 的熔体指数 MI(I2) 小于约 20， 更优选小于约 15， 最优选小于 10， 并大于约 0.1， 和更优选大于约 0.2， 最优选大 3 3 于 0.3g/10min。优选的 LDPE 的密度为约 0.915g/cm -0.930g/cm ， 且更优选小于 0.925g/ 3 cm 。
“结晶度” 是指聚合物组合物的原子尺寸或结构顺序。结晶度常常用结晶材料的体 积分数或百分数表示或者作为原子或分子可能如何以规则图案排列， 即成为晶体的量度。 可相当精确地， 且通过热处理， 在非常宽的范围内调节聚合物的结晶度。 “结晶” 、 “半晶” 聚 合物拥有一级转变点或结晶熔点 (Tm)， 这通过差示扫描量热法 (DSC) 或相当的技术测定。 该术语可与术语 “半晶” 互换使用。术语 “无定形” 是指缺少结晶熔点的聚合物， 这通过差 示扫描量热法 (DSC) 或相当的技术测定。
差示扫描量热法 (DSC) 是检测半晶聚合物的熔融和结晶可使用的常见技术。在标 准教科书中描述了 DSC 测量的一般原理和应用 DSC 研究半晶聚合物 ( 例如， E.A.Turi 编辑， Thermal Characterization of Polymeric Materials， Academic Press， 1981)。DSC 是适 合于测定聚合物的熔融特征的方法。
使用获自 TA Instruments， Inc 的型号 Q1000 DSC， 进行 DSC 分析。通过下述方法 校正 DSC。 首先， 通过在 -90℃到 290℃下运行 DSC， 且在 DSC 铝锅内没有任何样品的情况下， 获得基线。然后， 通过加热样品到 180℃， 在 10℃ /min 的冷却速度下冷却样品到 140℃， 接 着在 10℃ /min 的加热速度下， 从 140℃加热样品到 180℃， 分析 7mg 新鲜铟样品。测定铟样 品的熔化热和熔融的开始， 并检测得到， 熔融的开始为 0.5℃至 156.6℃， 和熔化热为 0.5J/ g-28.71J/g。然后， 通过在 DSC 锅内， 在 10℃ /min 的冷却速度下， 从 25℃冷却小滴新鲜样 品到 -30℃， 分析去离子水。等温保持样品在 -30℃下 2 分钟， 并以 10℃ /min 的加热速度加 热到 30℃。测定熔融的开始并检测到在 0℃上下 0.5℃以内。
在 190℃的起始温度 ( 表示为 “起始温度” )， 将聚合物样品挤压成薄膜。称取约 5-8mg 样品并置于 DSC 锅内。在锅上使盖子卷边 (crimp)， 以确保密闭氛围。将 DSC 锅置于 DSC 池内， 然后在约 100℃ /min 的速度下加热到比样品的熔融温度高约 60℃的温度 (To)。 在这一温度下保持样品约 3 分钟。然后以 10℃ /min 的速度将样品冷却到 -40℃， 并等温保 持在该温度 3 分钟。因此， 以 10℃ /min 的速度加热样品， 直到完全熔融。分析来自于这一 实验的焓变曲线的峰值熔融温度、 开始和峰值结晶温度， 熔化热和结晶热， 以及感兴趣的任 何其他 DSC 分析。
对于所分析的含聚丙烯结晶度的聚合物来说， To 为 230℃。当存在聚乙烯结晶度 和在样品内不存在聚丙烯结晶度时， T0 为 190℃。
根据下式， 计算结晶度 wt% ： 结晶度 (％ ) ＝ ΔH/ΔH0×100％， 以便熔化热 (ΔH) 除以完美聚合物晶体的熔化热 (ΔH0)， 然后乘以 100％。对于乙烯结晶度来说， 认为 ΔH0 是 290J/g。例如， 当熔融其聚乙烯结晶时， 测量乙烯 - 辛烯共聚物的熔化热为 29J/g ； 相应的 结晶度为 10wt％。对于丙烯结晶度来说， 认为 ΔH0 是 165J/g。例如， 当熔融其丙烯结晶时， 测量丙烯 - 乙烯共聚物的熔化热为 20J/g ； 相应的结晶度为 12.1wt％。
本申请所使用的术语 “非交联” 是指具有 0-10 ％凝胶， 更优选 0-5 ％， 和更优选0-1％凝胶的聚合物。不应当解释为存在绝对 0 的交联， 因为在加工过程中必然可能存在一 定的交联， 但该交联应当保持最小， 以供可循环。
泡沫体吸振层
在一个方面中， 本申请所述的实施方案涉及热塑性泡沫体吸振层。 在另一方面中， 本申请所述的实施方案涉及合成草皮， 它包括热塑性泡沫体吸振层。 在选择的应用中， 本申 请所述的实施方案涉及具有下述特征的热塑性非交联聚合物泡沫体吸振层 ：
1) 泡沫体厚度 ： 8-30mm ；
2) 泡沫体密度 ： 30-150kg/m3 ；
3) 泡沫体泡孔尺寸 ： 0.2-3mm ； 和
4) 开孔体积％低， 以便避免吸收水 ； 典型地小于 35％。
聚合物
形成吸振层所使用的热塑性聚合物可随特定应用和所需结果而变化。 在一个实施 方案中， 例如， 聚合物是烯烃聚合物。 本申请所使用的烯烃聚合物一般地是指由通式为 CnH2n 的烃单体形成的一组聚合物。 烯烃聚合物可以以共聚物， 例如互聚物、 嵌段共聚物或多嵌段 互聚物或共聚物形式存在。 在一个特别的实施方案中， 例如， 烯烃聚合物可包括乙烯与选自 C3-C20 的直链、 支 链或环状二烯烃， 或乙烯乙烯基化合物， 例如乙酸乙烯酯， 和用化学式 H2C ＝ CHR( 其中 R 是 C1-C20 的直链、 支链或环状烷基或 C6-C20 芳基 ) 表示的化合物中的至少一种共聚单体的 α- 烯烃互聚物。共聚单体的实例包括丙烯、 1- 丁烯、 3- 甲基 -1- 丁烯、 4- 甲基 -1- 戊烯、 3- 甲基 -1- 戊烯、 1- 庚烯、 1- 己烯、 1- 辛烯、 1- 癸烯和 1- 十二碳烯。
在其他实施方案中， 聚合物可以是丙烯与选自乙烯、 C4-C20 的直链、 支链或环状二 烯烃， 和用化学式 H2C ＝ CHR( 其中 R 是 C1-C20 的直链、 支链或环状烷基或 C6-C20 芳基 ) 表示 的化合物中的至少一种共聚单体的 α- 烯烃共聚物。共聚单体的实例包括乙烯、 1- 丁烯、 3- 甲基 -1- 丁烯、 4- 甲基 -1- 戊烯、 3- 甲基 -1- 戊烯、 1- 庚烯、 1- 己烯、 1- 辛烯、 1- 癸烯和 1- 十二碳烯。在一些实施方案中， 共聚单体以共聚物的约 5wt％ - 约 25wt％存在。在一个 实施方案中， 使用丙烯 - 乙烯共聚物。
可在本发明的公开内容中使用的聚合物的其他实例包括烯烃， 例如乙烯、 丙烯、 1- 丁烯、 3- 甲基 -1- 丁烯、 4- 甲基 -1- 戊烯、 3- 甲基 -1- 戊烯、 1- 庚烯、 1- 己烯、 1- 辛烯、 1- 癸烯和 1- 十二碳烯的均聚物和共聚物 ( 包括弹性体 )， 典型地以下述为代表 ： 聚乙烯、 聚丙烯、 聚 -3- 甲基 -1- 丁烯、 聚 -3- 甲基 -1- 戊烯、 聚 -4- 甲基 -1- 戊烯、 乙烯 - 丙烯共聚 物、 乙烯 -1- 丁烯共聚物， 和丙烯 -1- 丁烯共聚物 ； α- 烯烃与共轭或非共轭二烯烃的共聚 物 ( 包括弹性体 )， 其中典型地以下述为代表 ： 乙烯 - 丁二烯共聚物和乙烯 - 亚乙基降冰片 烯共聚物 ； 和聚烯烃 ( 包括弹性体 )， 例如两种或更多种 α- 烯烃与共轭或非共轭二烯烃的 共聚物 ( 包括弹性体 )， 其中典型地以下述为代表 ： 乙烯 - 丙烯 - 丁二烯共聚物、 乙烯 - 丙 烯 - 二环戊二烯共聚物、 乙烯 - 丙烯 -1， 5- 己二烯共聚物， 和乙烯 - 丙烯 - 亚乙基降冰片烯 共聚物 ； 乙烯 - 乙烯基化合物共聚物， 例如具有 N- 羟甲基功能共聚单体的乙烯 - 乙酸乙烯 酯共聚物， 具有 N- 羟甲基功能共聚单体的乙烯 - 乙烯醇共聚物， 乙烯 - 氯乙烯共聚物， 乙烯 丙烯酸或乙烯 -( 甲基 ) 丙烯酸共聚物， 和乙烯 -( 甲基 ) 丙烯酸酯共聚物 ； 苯乙烯类共聚 物 ( 包括弹性体 )， 例如聚苯乙烯、 ABS、 丙烯腈 - 苯乙烯共聚物、 甲基苯乙烯 - 苯乙烯共聚
物； 和苯乙烯嵌段共聚物 ( 包括弹性体 )， 例如苯乙烯 - 丁二烯共聚物及其氢化物， 和苯乙 烯 - 异戊二烯 - 苯乙烯三嵌段共聚物 ； 聚乙烯基化合物， 例如聚氯乙烯、 聚偏二氯乙烯、 氯乙 烯 - 偏二氯乙烯共聚物、 聚丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸甲酯 ； 聚酰胺， 例如尼龙 6、 尼龙 6， 6 和尼龙 12 ； 热塑性聚酯， 例如聚对苯二甲酸乙二酯和聚对苯二甲酸丁二酯 ； 聚碳酸酯、 聚苯 醚和类似物。这些树脂可单独或结合两种或更多种使用。
在特别的实施方案中， 可使用聚烯烃， 例如聚丙烯、 聚乙烯及其共聚物和共混物， 以及乙烯 - 丙烯 - 二烯烃三元共聚物。在一些实施方案中， 烯属聚合物包括在 Elston 的美 国专利 No.3,645,992 中描述的均匀聚合物 ； Anderson 的美国专利 No.4,076,698 中描述的 高密度聚乙烯 (HDPE) ； 非均匀支化直链低密度聚乙烯 (LLDPE) ； 非均匀支化超低密度聚乙 烯 (ULDPE) ； 均匀支化的直链乙烯 /α- 烯烃共聚物 ； 可例如通过美国专利 Nos.5,272,236 和 5,278,272 中公开的方法制备的均匀支化的基本上直链的乙烯 /α- 烯烃共聚物， 其方法 的公开内容在此通过参考引入 ； 非均匀支化的直链乙烯 /α- 烯烃共聚物 ； 和高压自由基聚 合的乙烯聚合物与共聚物， 例如低密度聚乙烯 (LDPE)。
在另一实施方案中， 聚合物可包括乙烯 - 羧酸共聚物， 例如乙烯 - 乙酸乙烯酯 (EVA) 共聚物， 乙烯 - 丙烯酸 (EAA) 和乙烯 - 甲基丙烯酸共聚物， 例如以商品名 PRIMACORTM 获 自 Dow Chemical Company 的那些， 获自 DuPont 的 NUCRELTM， 和获自 ExxonMobil 的 ESCORTM， 且描述于美国专利 4,599,392、 4,988,781 和 59,384,373 中， 在此通过参考将其全文引 入。例举的聚合物包括聚丙烯 ( 抗冲改性聚丙烯 ； 全同立构聚丙烯、 无规立构聚丙烯和无 规乙烯 / 丙烯共聚物 )， 各类聚乙烯， 其中包括高压自由基 LDPE， Ziegler Natta LLDPE， 茂金属 PE， 其中包括 Ziegler NattaLLDPE 和茂金属 PE 的多反应器 PE(“在反应器内 (in reactor)” ) 共 混 物， 例 如 在 美 国 专 利 No.6,545,088、 6,538,070、 6,566,446、 5,844,045、 5,869,575 和 6,448,341 中公开的产品。在一些实施方案中， 均匀聚合物， 例如烯烃塑性体 TM 和弹性体， 乙烯和丙烯 - 基共聚物 ( 例如， 以商品牌号 VERSIFY 获自 The Dow Chemical Company 的聚合物， 和获自 ExxonMobil 的 VISTAMAXXTM) 也可以是有用的。当然同样可使用 聚合物的共混物。在一些实施方案中， 共混物包括两种不同的 Ziegler-Natta 聚合物。在 其他实施方案中， 共混物可包括 Ziegler-Natta 与茂金属聚合物的共混物。在其他实施方 案中， 本申请所使用的热塑性树脂可以是两种不同的茂金属聚合物的共混物。
在一个特别的实施方案中， 聚合物可包括乙烯与含链烯烃， 例如 1- 辛烯的共聚单 体的 α- 烯烃共聚物。乙烯与辛烯共聚物可单独或结合另一聚合物， 例如乙烯 - 丙烯酸共 聚物存在。当一起存在时， 乙烯与辛烯共聚物和乙烯 - 丙烯酸共聚物的重量比可以是约 1 ∶ 10- 约 10 ∶ 1， 例如约 3 ∶ 2- 约 2 ∶ 3。聚合物例如乙烯 - 辛烯共聚物的结晶度可以 小于约 50％， 例如小于约 25％。在一些实施方案中， 该聚合物的结晶度可以是 5-35％。在 其他实施方案中， 结晶度范围可以是 7-20％。
在一个特别的实施方案中， 聚合物可包括至少一种低密度聚乙烯 (LDPE)。该聚合 物可包括在高压釜工艺或管状工艺中制备的 LDPE。 在本文献别处中定义了用于这一实施方 案的合适的 LDPE。
在一个特别的实施方案中， 聚合物可包括至少两种低密度聚乙烯。该聚合物可包 括在高压釜工艺、 管状工艺中制备的 LDPE， 或其结合物。 在本文献别处定义了用于这一实施 方案的合适的 LDPE。在一个特别的实施方案中， 聚合物可包括乙烯与包括链烯烃例如 1- 辛烯在内的 共聚单体的 α- 烯烃共聚物。可单独或结合另一聚合物， 例如低密度聚乙烯 (LDPE) 存在乙 烯与辛烯共聚物。 当一起存在时， 乙烯与辛烯共聚物和 LDPE 的重量比可以是约 60 ∶ 40- 约 97 ∶ 3， 例如约 80 ∶ 20- 约 96 ∶ 4。聚合物， 例如乙烯 - 辛烯共聚物的结晶度可以小于约 50％， 例如小于约 25％。 在一些实施方案中， 该聚合物的结晶度可以是 5-35％。 在其他实施 方案中， 结晶度范围可以是 7-20％。在本文别处定义了用于这一实施方案的合适的 LDPE。
在一个特别的实施方案中， 聚合物可包括乙烯与包括链烯烃例如 1- 辛烯在内的 共聚单体的 α- 烯烃共聚物。乙烯与辛烯共聚物可单独或结合选自低密度聚乙烯、 中密度 聚乙烯和高密度聚乙烯 (HDPE) 中的至少两种其他共聚物存在。当一起存在时， 乙烯与辛烯 共聚物， LDPE 和 HDPE 的重量比使得组合物包括占全部组合物重量 3-97％的一种组分和其 余包括其他两种组分。 聚合物， 例如乙烯 - 辛烯共聚物的结晶度可以小于约 50％， 例如小于 约 25％。在一些实施方案中， 该聚合物的结晶度可以是 5-35％。在其他实施方案中， 结晶 度范围可以是 7-20％。
本申请公开的实施方案也可包括可含至少一种多嵌段烯烃互聚物的聚合物组分。 合适的多嵌段烯烃互聚物可包括在美国临时专利申请 No.60/818911 中所述的那些。术 语 “多嵌段共聚物” 是指含优选以直链方式连接的两种或更多种化学不同区域或链段 ( 称 为 “嵌段” ) 的聚合物， 亦即含相对于聚合的烯属官能度， 尾尾相连， 而不是以侧链或接枝 方式相连的化学不同单元的聚合物。在一些实施方案中， 各嵌段在其内掺入的共聚单体的 用量或类型、 密度、 结晶度大小、 可归因于这一组合物中的聚合物的微晶尺寸、 区域规则度 (regio-regularity) 或区域不规则度 (region-irregularity)、 支化量， 其中包括长支链 或超支化链的含量， 均匀性， 或任何其他化学或物理性能方面不同。 多嵌段共聚物的特征在 于多分散性指数 (PDI 或 Mw/Mn) 的独特分布， 嵌段长度分布， 和 / 或嵌段数量分布， 这是制备 该共聚物的独特工艺导致的。 更具体地， 当在连续工艺中生产时， 该聚合物的实施方案可拥 有范围为约 1.7- 约 8 的 PDI， 在其他实施方案中， 为约 1.7- 约 3.5， 在其他实施方案中， 为约 1.7- 约 2.5， 和在再一实施方案中， 为约 1.8- 约 2.5 或约 1.8- 约 2.1。当以间歇或半间歇 工艺生产时， 该聚合物的实施方案可拥有范围为约 1.0- 约 2.9 的 PDI， 在其他实施方案中， 为约 1.3- 约 2.5， 在其他实施方案中， 为约 1.4- 约 2.0， 和在再一实施方案中， 为约 1.4- 约 1.8。
多嵌段烯烃互聚物的一个实例是乙烯 /α- 烯烃嵌段互聚物。多嵌段烯烃互聚物 的另一实例是丙烯 /α- 烯烃嵌段互聚物。下述说明集中在具有乙烯作为主要单体的互聚 物上， 但相对于一般的聚合物特征， 以类似的方式应用到丙烯基多嵌段互聚物上。
乙烯 /α- 烯烃嵌段互聚物可包括聚合形式的乙烯和一种或更多种可共聚的 α- 烯烃共聚单体， 其特征在于化学或物理性能不同的两种或更多种聚合单体单元的多个 ( 即两个或更多 ) 嵌段或链段 ( 嵌段共聚物 )， 优选多嵌段互聚物。在一些实施方案中， 多 嵌段互聚物可用下式表示 ：
(AB)n
其中 n 至少为 1， 优选大于 1 的整数， 例如 2、 3、 4、 5、 10、 15、 20、 30、 40、 50、 60、 70、 80、 90、 100 或更高 ； ″ A″表示硬嵌段或链段 ； 和″ B ″表示软链段或嵌段。优选地， A和 B 以直链方式连接， 而不是以支链或星形方式连接。 “硬” 链段是指其中在一些实施方案中，乙烯以大于 95wt％的用量， 和在其他实施方案中， 以大于 98wt％的用量存在的聚合单元嵌 段。换句话说， 在硬链段内的共聚单体的含量在一些实施方案中， 小于 5wt％， 和在其他实 施方案中， 小于硬链段总重量的 2wt％。在一些实施方案中， 硬链段包括所有或基本上所有 的乙烯。另一方面， “软” 链段是指其中在一些实施方案中， 共聚单体含量大于软链段总重 量的 5wt％， 在各种其他实施方案中， 大于 8wt％， 大于 10wt％， 或大于 15wt％的聚合单元嵌 段。 在一些实施方案中， 在软链段内的共聚单体含量可以大于 20wt％， 在各种其他实施方案 中， 大于 25wt％， 大于 30wt％， 大于 35wt％， 大于 40wt％， 大于 45wt％， 大于 50wt％， 或大于 60wt％。
在一些实施方案中， A 嵌段和 B 嵌段沿着聚合物链无规分布。换句话说， 嵌段共聚 物不具有例如下述结构 ： AAA-AA-BBB-BB
在其他实施方案中， 嵌段共聚物不具有第三个嵌段。 在再一其他实施方案中， 嵌段 A 或嵌段 B 均不包括两个或更多个链段 ( 或子嵌段 )， 例如尖端 (tip) 链段。
多嵌段共聚物的特征可在于平均嵌段指数 ABI 的范围大于 0 到约 1.0， 和分子量分 布 Mw/Mn 大于约 1.3。平均嵌段指数 ABI 是从 20℃至 110℃， 且以 5℃递增的情况下， 对于在 制备型 TREF 中获得的每一聚合物部分的嵌段指数 (BI) 的重量平均 ：
ABI ＝∑ (wiBIi)
其中 BIi 是在制备型 TREF 中获得的多嵌段共聚物的第 i 部分的嵌段指数， 和 Wi 是 第 i 部分的重量百分数。
类似地， 平均值的二次矩的均方根 (the square root of the second moment about themean)， 下文称为二次矩重均嵌段指数， 可如下所述定义 ：
二次矩重均 对于每一聚合物部分来说， BI 通过下述两个方程式之一定义 ( 二者得到相同的 BI值)：
或其中 TX 是对于第 i 个级分来说， 分析的温升淋洗分级 (ATREF) 的洗脱温度 ( 优选 以开尔文表达 )， PX 是对于第 i 级分来说， 乙烯的摩尔分数， 它可如下所述通过 NMR 或 IR 测 量。PAB 是整体乙烯 /α- 烯烃互聚物 ( 在分级之前 ) 的乙烯摩尔分数， 其也可以通过 NMR 或 IR 测量。TA 和 PA 是纯 “硬链段” ( 其是指互聚物的结晶链段 ) 的 ATREF 洗脱温度和乙烯摩 尔分数。作为近似物或者对于其中 “硬链段” 组成未知的聚合物， 设定 TA 和 PA 值为高密度 聚乙烯均聚物的那些。
TAB 是相同组成的无规共聚物的 ATREF 洗脱温度 ( 具有 PAB 的乙烯摩尔分数 ) 和作 为多嵌段共聚物的分子量。可使用下述方程式， 根据乙烯的摩尔分数， 计算 TAB ：
Ln PAB ＝ α/TAB+β
其中 α 和 β 是两个常数， 这两个常数可通过使用组成宽泛的无规共聚物和 / 或 具有窄组成的成分表征的无规乙烯共聚物的许多充分表征的制备型 TREF 分数校正测定。 应当注意， α 和 β 可随不同仪器而变化。而且， 人们需要使用产生校正所使用的制备型TREF 级分和 / 或无规共聚物用的合适的分子量范围和共聚单体类型， 采用具有感兴趣的聚 合物组成， 产生合适的校正曲线。存在轻微的分子量效果。若从类似分子量范围获得校正 曲线， 则这种效果基本上可忽略。在一些实施方案中， 无规乙烯共聚物和 / 或无规共聚物中 的制备型 TREF 级分满足下述关系式 ：
Ln P ＝ -237.83/TATREF+0.639
对于窄组成的无规共聚物和 / 或宽组成的无规共聚物的制备型 TREF 级分来说， 上 述校正方程式将乙烯的摩尔分数 P 与分析的 TREF 洗脱温度 TATREF 相关联。TXO 是相同组成且 具有 PX 的乙烯摩尔分数的无规共聚物的 ATREF 温度。可根据 LnPX ＝ α/TXO+β 计算 TXO。相 反， PXO 是相同组成且具有 TX 的 ATREF 温度的无规共聚物的乙烯摩尔分数， 它可根据 Ln PXO ＝ α/TX+β 计算。
一旦获得每一制备型 TREF 级分的嵌段指数 (BI)， 则可计算整个聚合物的重均嵌 段指数 ABI。在一些实施方案中， ABI 大于 0， 但小于约 0.4 或者为约 0.1- 约 0.3。在其他 实施方案中， ABI 大于约 0.4 到最多约 1.0。优选地， ABI 的范围应当为约 0.4- 约 0.7， 约 0.5- 约 0.7， 或约 0.6- 约 0.9。在一些实施方案中， ABI 的范围为约 0.3- 约 0.9， 约 0.3- 约 0.8， 或约 0.3- 约 0.7， 约 0.3- 约 0.6， 约 0.3- 约 0.5， 或约 0.3- 约 0.4。在其他实施方案 中， ABI 的范围为约 0.4- 约 1.0， 约 0.5- 约 1.0， 或约 0.6- 约 1.0， 约 0.7- 约 1.0， 约 0.8- 约 1.0， 或约 0.9- 约 1.0。 多嵌段互聚物的另一特征是该互聚物可包括可通过制备型 TREF 获得的至少一个 聚合物级分， 其中该级分的嵌段指数大于约 0.1 到最多约 1.0， 和该聚合物的分子量分布 Mw/Mn 大于约 1.3。在一些实施方案中， 该聚合物级分的嵌段指数大于约 0.6 和最多约 1.0， 大于约 0.7 和最多约 1.0， 大于约 0.8 和最多约 1.0， 或大于约 0.9 和最多约 1.0。在其他实 施方案中， 该聚合物级分的嵌段指数大于约 0.1 和最多约 1.0， 大于约 0.2 和最多约 1.0， 大 于约 0.3 和最多约 1.0， 大于约 0.4 和最多约 1.0， 或大于约 0.4 和最多约 1.0。在其他实施 方案中， 该聚合物级分的嵌段指数大于约 0.1 和最多约 0.5， 大于约 0.2 和最多约 0.5， 大于 约 0.3 和最多约 0.5， 或大约 0.4 和最多约 0.5。在再一实施方案中， 该聚合物级分的嵌段 指数大于约 0.2 和最多约 0.9， 大于约 0.3 和最多约 0.8， 大于约 0.4 和最多约 0.7， 或大于 约 0.5 和最多约 0.6。
在本发明实施方案中所使用的乙烯 α- 烯烃的多嵌段互聚物可以是乙烯与至少 一种 C3-C20α- 烯烃的互聚物。该互聚物可进一步包括 C4-C18 二烯烃和 / 或链烯基苯。与乙 烯聚合有用的合适的不饱和共聚单体包括例如烯键式不饱和单体， 共轭或非共轭二烯烃， 多烯烃， 链烯基苯等。 这种共聚单体的实例包括 C3-C20α- 烯烃， 例如丙烯、 异丁烯、 1- 丁烯、 1- 己烯、 1- 戊烯、 4- 甲基 -1- 戊烯、 1- 庚烯、 1- 辛烯、 1- 壬烯和 1- 癸烯与类似物。特别优 选 1- 丁烯和 1- 辛烯。其他合适的单体包括苯乙烯、 卤素或烷基取代的苯乙烯类， 乙烯基苯 并环丁烷， 1， 4- 己二烯、 1， 7- 辛二烯和脂环烃 ( 例如环戊烯、 环己烯和环辛烯 )。
本申请公开的多嵌段共聚物可以不同于常规的无规共聚物， 聚合物的物理共混 物， 以及借助按序的单体添加、 流变 (fluxional) 催化剂和阴离子或阳离子活性聚合技术 制备的共聚物。特别地， 与在相同结晶度或模量下的相同单体和单体含量的无规共聚物相 比， 该互聚物具有较好 ( 较高 ) 的通过熔点测量的耐热性， 较高的高温拉伸强度， 和 / 或较 高的高温扭矩储能模量 ( 这通过动态机械分析测定 )。与含有相同单体和单体含量的无规
共聚物相比， 充填性能可受益于使用多嵌段共聚物的实施方案， 多嵌段共聚物具有较低的 压缩变定， 尤其在升高的温度下的较低的压缩变定， 较低的应力松弛， 较高的抗蠕变性， 较 高的撕裂强度， 较高的抗粘连性 (blocking resistance)， 因较高结晶 ( 硬化 ) 温度导致的 较快速的凝固 (setup)， 较高的恢复率 ( 尤其在升高的温度下 )， 较好的耐磨性， 较高的收缩 力和较好的油与填料接受度。
其他烯烃互聚物包括含单偏亚乙烯基芳族单体 ( 包括苯乙烯、 间甲基苯乙烯、 对 甲基苯乙烯、 叔丁基苯乙烯和类似物 ) 的聚合物。特别地， 可使用含乙烯与苯乙烯的共聚 物。在其他实施方案中， 可使用含乙烯、 苯乙烯和 C3-C20α- 烯烃， 任选地含 C4-C20 二烯烃的 共聚物。
合适的非共轭二烯烃单体可包括具有 6-15 个碳原子的直链、 支链或环状烃二 烯烃。合适的非共轭二烯烃的实例包括， 但不限于， 直链脂环族二烯烃， 例如 1， 4- 己二 烯、 1， 6- 辛二烯、 1， 7- 辛二烯、 1， 9- 癸二烯， 支链脂环族二烯烃， 例如 5- 甲基 -1， 4- 己二 烯； 3， 7- 二甲基 -1， 6- 辛二烯 ； 3， 7- 二甲基 -1， 7- 辛二烯， 和二氢月桂烯和二脱氢辛烯 (dihydroocinene) 的混合异构体， 单环脂环族二烯烃， 例如 1， 3- 环戊二烯 ； 1， 4- 环己二 烯； 1， 5- 环辛二烯和 1， 5- 环十二碳二烯， 和多环的脂环族稠合与桥连环二烯烃， 例如四氢 茚， 甲基四氢茚， 二环戊二烯， 双环 -(2， 2， 1)- 庚 -2， 5- 二烯 ； 链烯基、 亚烷基、 环链烯基和 环亚烷基降冰片烯， 例如 5- 亚甲基 -2- 降冰片烯 (MNB) ； 5- 丙烯基 -2- 降冰片烯、 5- 亚 异丙基 -2- 降冰片烯、 5-(4- 环戊烯基 )-2- 降冰片烯、 5- 环亚己基 -2- 降冰片烯、 5- 乙烯 基 -2- 降冰片烯和降冰片二烯。在典型地制备 EPDM 所使用的二烯烃当中， 尤其优选的二烯 烃是 1， 4- 己二烯 (HD)， 5- 亚乙基 -2- 降冰片烯 (ENB)， 5- 亚乙烯基 -2- 降冰片烯 (VNB)， 5- 亚甲基 -2- 降冰片烯 (MNB) 和二环戊二烯 (DCPD)。
根据本申请公开的实施方案可使用的一组所需的聚合物包括乙烯、 C3-C20α- 烯 烃， 特别是丙烯， 和任选地一种或更多种二烯烃单体的弹性体共聚物。 在这一实施方案中使 * * 用的优选的 α- 烯烃用化学式 CH2 ＝ CHR 表示， 其中 R 是 1-12 个碳原子的直链或支链烷 基。合适的 α- 烯烃的实例包括， 但不限于， 丙烯、 异丁烯、 1- 丁烯、 1- 戊烯、 1- 己烯、 4- 甲 基 -1- 戊烯和 1- 辛烯。尤其优选的 α- 烯烃是丙烯。丙烯基聚合物在本领域中通常被称 为 EP 或 EPDM 聚合物。在制备这种聚合物， 特别是多嵌段的 EPDM 类聚合物中使用的合适的 二烯烃包括含 4-20 个碳的共轭或非共轭的直链或支链、 环状或多环的二烯烃。优选的二烯 烃包括 1， 4- 戊二烯、 1， 4- 己二烯、 5- 亚乙基 -2- 降冰片烯、 二环戊二烯、 环己二烯和 5- 亚 丁基 -2- 降冰片烯。尤其优选的二烯烃是 5- 亚乙基 -2- 降冰片烯。
本申请所述的聚合物 ( 均聚物、 共聚物、 互聚物和多嵌段共聚物 ) 的熔体指数 I2 在一些实施方案中， 可以是 0.01-2000g/10min， 在其他实施方案中为 0.01-1000g/10min， 在其他实施方案中为 0.01-500g/10min， 和在再一实施方案中为 0.01-100g/10min。在一 些实施方案中， 聚合物的熔体指数 I2 为 0.01-10g/10min， 0.5-50g/10min， 1-30g/10min， 1-6g/10min， 或 0.3-10g/10min。 在 一 些 实 施 方 案 中， 聚合物的熔体指数可以是约 1g/10min， 3g/10min 或 5g/10min。在其他实施方案中， 聚合物的熔体指数可以大于 20dg/ min， 在其他实施方案中， 大于 40dg/min， 和在再一实施方案中大于 60dg/min。
本 申 请 所 述 的 聚 合 物 的 分 子 量 Mw 在 一 些 实 施 方 案 中， 可 以 是 1000g/ mol-5,000,000g/mol， 在其他实施方案中 1000g/mol-1,000,000g/mol ； 在其他实施方案中10,000g/mol-500,000g/mol， 和在再一实施方案中 10,000g/mol-300,000g/mol。本申请所 述的聚合物的密度在一些实施方案中， 可以是 0.80-0.99g/cm3， 对于含乙烯的聚合物来说， 3 3 3 为 0.85g/cm -0.97g/cm ， 和在一些实施方案中为 0.87g/cm -0.94g/cm3。
在一些实施方案中， 本申请所述的聚合物的拉伸强度可以大于 10MPa， 在其他实施 方案中， 拉伸强度≥ 11MPa， 和在再一实施方案中， 拉伸强度≥ 13MPa。在一些实施方案中， 在 11cm/min 的十字头分离速度下， 本申请所述的聚合物的断裂伸长率可以是至少 600％， 在其他实施方案中， 为至少 700％， 在其他实施方案中， 为至少 800％， 和在再一实施方案中 为至少 900％。
在一些实施方案中， 本申请所述的聚合物的储能模量比 G`(25℃ )/G`(100℃ ) 可 以是 1-50， 在其他实施方案中为 1-20， 和在再一实施方案中为 1-10。 在一些实施方案中， 该 聚合物的 70℃压缩变定可以小于 80％， 在其他实施方案中小于 70％， 在其他实施方案中小 于 60％， 在再一实施方案中小于 50％， 小于 40％向下一直到压缩变定为 0％。
在一些实施方案中， 乙烯 /α- 烯烃互聚物的熔化热可以小于 85J/g。在其他实施 方案中， 乙烯 /α- 烯烃互聚物的粒料粘连强度可以小于或等于 100 磅 / 英尺 2(4800Pa)， 在其他实施方案中等于或大于 50lbs/ft2(2400Pa)， 在再一实施方案中， 等于或小于 5lbs/ 2 2 ft (240Pa)， 和低至 0lbs/ft (0Pa)。 在一些实施方案中， 掺入不同量的共聚单体， 采用两种催化剂制备的嵌段聚合物 可具有范围为 95 ∶ 5 到 5 ∶ 95 的由此形成的嵌段重量比。在一些实施方案中， 基于聚 合物的总重量， 弹性共聚物具有 20-90％的乙烯含量， 0.1-10％的二烯烃含量， 和 10-80％ 的 α- 烯烃含量。在其他实施方案中， 基于聚合物的总重量， 多嵌段弹性体聚合物具有 60-90％的乙烯含量， 0.1-10％的二烯烃含量， 和 10-40％的 α- 烯烃含量。 在其他实施方案 中， 共聚物的门尼粘度 (ML(1+4)125℃ ) 范围可以是 1-250。在其他实施方案中， 这种聚合 物具有 65-75％的乙烯含量， 0-6％的二烯烃含量， 和 20-35％的 α- 烯烃含量。
在一些实施方案中， 聚合物可以是乙烯含量为 5-2wt％和熔体流动速度 (230℃， 2.16kg 重物 ) 为 0.5-300g/10min 的丙烯 - 乙烯共聚物或互聚物。在其他实施方案中， 丙 烯 - 乙烯共聚物或互聚物的乙烯含量可以是 9-12wt％和熔体流动速度 (230℃， 2.16kg 重 物 ) 为 1-100g/10min。
在一些特别的实施方案中， 聚合物是丙烯基共聚物或互聚物。 在一些实施方案中， 丙烯 / 乙烯共聚物或互聚物的特征在于具有基本上全同立构的丙烯序列。术语 “基本上全 13 同立构的丙烯序列” 和类似术语是指该序列具有大于约 0.85 的通过 CNMR 测量的全同立 构三单元组 (mm)， 优选大于约 0.90， 更优选大于约 0.92， 和最优选大于约 0.93。全同立构 三单元组是本领域众所周知的且例如公开于美国专利 No.5504172 和 WO00/01745 中， 它们 13 涉及通过 C NMR 光谱测定的在共聚物分子链内就三单元组单元来说的全同立构序列。其 他特别的实施方案中， 乙烯 -α- 烯烃共聚物可以是乙烯 - 丁烯、 乙烯 - 己烯或乙烯 - 辛烯 共聚物或互聚物。在其他特别的实施方案中， 丙烯 -α- 烯烃共聚物可以是丙烯 - 乙烯或丙 烯 - 乙烯 - 丁烯共聚物或互聚物。
可使用单位点催化剂， 生产本申请所述的聚合物 ( 均聚物、 共聚物、 互聚物、 多嵌 段互聚物 )， 且其重均分子量为约 15,000- 约 5 百万， 例如约 20,000- 约 1 百万。聚合物的 分子量分布可以是约 1.01- 约 80， 例如约 1.5- 约 40， 例如约 1.8- 约 20。
在一些实施方案中， 聚合物的肖氏 A 硬度可以是 30-100。 在其他实施方案中， 聚合 物的肖氏 A 硬度可以是 40-90， 在其他实施方案中为 30-80， 在再一实施方案中为 40-75。
可通过在其聚合物结构内掺入至少一个官能团， 官能化烯烃聚合物、 共聚物、 互聚 物和多嵌段互聚物。例举的官能团可包括例如烯键式不饱和单和二官能的羧酸， 烯键式 不饱和单和二官能的羧酸酐， 其盐及其酯。这种官能团可以接枝到烯烃聚合物上， 或者它 可与乙烯和任选的额外的共聚单体共聚， 形成乙烯、 官能共聚单体和任选地其他共聚单体 的互聚物。接枝官能团到聚乙烯上的方式公开于例如美国专利 Nos.4762890、 4927888 和 4950541 中， 其公开内容在此通过参考全文引入。一种尤其有用的官能团是马来酸酐。
存在于官能聚合物内的官能团的含量可以变化。 该官能团的存在量在一些实施方 案中， 可以是至少约 1.0wt％， 在其他实施方案中， 为至少约 5wt％， 和在再一实施方案中为 至少约 7wt％。该官能团的存在量在一些实施方案中， 可以小于约 40wt％， 在其他实施方案 中小于约 30wt％， 和在再一实施方案中小于约 25wt％。
根据本申请公开的实施方案的泡沫片材可视需要包括单层或多层。 可按照任何方 式生产发泡制品， 以便得到至少一层泡沫层。可通过压力熔融加工方法， 例如挤出方法， 制 备本申请所述的泡沫层。挤出机可以是串联体系、 单螺杆挤出机、 双螺杆挤出机等。挤出机 可配有多层环形模头， 平膜模头和供料段、 多层供料段， 例如在美国专利 No.4908278(Bland 等人 ) 中公开的那些， 多叶片式或多歧管模头， 例如获自 Cloeren， Orange， Tex 的 3 层叶片 式模头。 也可在比化学发泡剂的分解温度低的温度下， 通过结合化学发泡剂与聚合物， 随后 发泡， 从而制备可发泡组合物。在一些实施方案中， 可与一层或更多阻挡层共挤出泡沫体。
生产本申请所述的泡沫体的一种方法是如上提及的通过使用挤出机。 在这一情况 下， 挤出可发泡混合物 ( 聚合物 + 发泡剂 )。 当混合物离开挤出机模头时和当暴露于减压下 时， 易逸散的气体成核并在聚合物内形成泡孔， 产生发泡制品。 然后可在控温流延转鼓上沉 积所得发泡制品。流延转鼓的速度 ( 即， 通过转鼓的 RPM 产生 ) 可影响发泡制品总的厚度。 当流延辊速度增加时， 发泡制品总的厚度可下降。然而， 在模头出口处 ( 这是出现发泡的地 方 ) 阻挡层的厚度是体系的扩散长度。当在流延转鼓上拉伸发泡制品并骤冷时， 阻挡层厚 度可下降， 直到发泡制品硬化。换句话说， 正是在模头出口处阻挡层的扩散长度 ( 即厚度 ) 是控制易逸散气体扩散的重要因素。
适合于形成本申请所述的泡沫体的发泡剂可以是物理发泡剂， 它典型地为与易逸 散气体相同的材料， 例如 CO2， 或产生易逸散气体的化学发泡剂。可使用大于一种物理或化 学发泡剂， 且可一起使用物理和化学发泡剂。
可用于本发明的物理发泡剂包括任何天然存在的大气压材料， 所述材料在泡沫体 离开模头时的温度和压力下为蒸汽。 物理发泡剂可以以气体、 超临界流体或液体， 优选以超 临界流体或液体， 最优选以液体形式引入， 即注射到聚合物材料内。 所使用的物理发泡剂取 决于在所得发泡制品内寻求的性能。在选择发泡剂中所考虑的其他因素是其毒性、 蒸汽压 曲线、 处理容易程度和相对于所使用的聚合物材料的溶解度。 优选不可燃的无毒、 不耗臭氧 的发泡剂， 因为它们比较容易使用， 例如较少的环境和安全担心， 且通常在热塑性聚合物内 的溶解度较小。合适的物理发泡剂包括例如二氧化碳、 氮气、 SF6、 一氧化二氮、 全氟化流体， 例如 C2F6， 氩气， 氦气， 稀有气体， 例如氙气， 空气 ( 氮气和氧气共混物 )， 以及这些材料的共 混物。可在本发明中使用的化学发泡剂包括例如碳酸氢钠和柠檬酸共混物， 二亚硝基五 亚甲基四胺， 对甲苯磺酰肼， 4， 4`- 氧联二 ( 苯磺酰肼 )， 偶氮二碳酰胺 (1， 1`- 偶氮双甲酰 胺 )， 对甲苯磺酰基氨基脲 (p-toluenesulfonyl)， 5- 苯基四唑， 5- 苯基四唑类似物， 二异丙 基氢化偶氮二羧酸酯 (hydrazodicarboxylate)， 5- 苯基 -3， 6- 二氢 -1， 3， 4- 噁二嗪 -2- 酮， 和硼氢化钠。优选地， 发泡剂是或者在 0℃下产生一种或更多种蒸汽压大于 0.689MPa 的易 逸散气体。
所使用的发泡剂的总量取决于例如混合时的各种条件 ： 例如挤出工艺条件， 所使 用的发泡剂， 挤出物的组成， 和发泡制品的所需密度。 挤出物在本申请中定义为包括发泡剂 共混物， 聚烯烃树脂， 和任何添加剂。对于密度为约 1- 约 15lb/ft3 的泡沫体来说， 挤出物 典型地包括约 18- 约 1wt％发泡剂。在其他实施方案中， 可使用 1％ -10％发泡剂。
本发明中所使用的发泡剂包括小于约 99mol％异丁烷。发泡剂共混物通常包括约 10mol％ - 约 60 或 75mol％异戊烷。发泡剂共混物更典型地包括约 15mol％ - 约 40mol％ 异戊烷。更具体地， 发泡剂共混物包括约 25 或 30mol％ - 约 40mol％异丁烷。发泡剂共混 物通常包括至少约 15 或 30mol％共发泡剂。更具体地， 发泡剂共混物包括约 40- 约 85 或 90mol％共发泡剂。发泡剂共混物典型地包括约 60mol％ - 约 70 或 75mol％的共发泡剂。
为了例如调节泡孔形成和形貌的能力之类的优点， 可在本发明中使用成核剂或这 种试剂的结合物。成核剂或泡孔尺寸控制剂可以是任何常规或有用的成核剂。所使用的成 核剂的用量取决于所需的泡孔尺寸， 所选的发泡剂共混物， 和所需的泡沫体密度。 成核剂的 添加量通常为聚烯烃树脂组合物的约 0.02- 约 20wt％。
一些拟考虑的成核剂包括无机材料 ( 小的粒状物形式 )， 例如粘土、 滑石、 二氧化 硅和硅藻土。 其他拟考虑的成核剂包括在挤出机内的加热温度下分解或反应， 释放气体， 例 如二氧化碳、 水和 / 或氮气的有机成核剂。有机成核剂的一个实例是多羧酸的碱金属盐与 碳酸盐或碳酸氢盐的结合物。多羧酸的碱金属盐的一些实例包括， 但不限于， 2， 3- 二羟基 丁二酸的单钠盐 ( 常常称为酒石酸氢钠 )， 丁二酸的单钾盐 ( 常常称为琥珀酸氢钾 )， 2- 羟 基 -1， 2， 3- 丙三羧酸的三钠和三钾盐 ( 常常分别称为柠檬酸钠和钾 )， 和乙二酸的二钠盐 ( 常常称为草酸钠 ) 或多羧酸， 例如 2- 羟基 -1， 2， 3- 丙三羧酸。碳酸盐或碳酸氢盐的一些 实例包括， 但不限于， 碳酸钠、 碳酸氢钠、 碳酸钾、 碳酸氢钾和碳酸钙。
认为可在本发明中添加不同成核剂的混合物。一些更加理想的成核剂包括滑石、 结晶二氧化硅， 和柠檬酸与碳酸氢钠的化学计量混合物 ( 该化学计量混合物具有 1-100％ 的浓度， 其中载体是合适的聚合物， 例如聚乙烯 )。可在载体内或者以粉末形式添加滑石。
可在本发明中使用气体渗透剂或稳定性控制剂， 辅助防止或抑制泡沫坍塌。适合 于在本发明中使用的稳定性控制剂可包括在美国专利 No.3644230 中所述的长链脂肪酸与 多元醇的偏酯， 饱和高级烷胺， 饱和高级脂肪酸酰胺， 高级脂肪酸的全酯， 例如在美国专利 No.4214054 中所述的那些， 和在美国专利 No.5750584 中所述的其结合物。
作为稳定性控制剂理想的脂肪酸偏酯包括称为表面活性试剂或表面活性剂的一 组通用的成员。优选的表面活性剂组包括具有 12-18 个碳原子的脂肪酸和具有 3-6 个羟基 的多元醇的偏酯。更优选， 稳定性控制剂中的长链脂肪酸与多元醇组分的偏酯是甘油单硬 脂酸酯， 甘油二硬脂酸酯或其混合物。认为可在本发明中使用其他气体渗透剂或稳定性控 制剂， 以辅助防止或抑制泡沫坍塌。添加剂
视需要， 可在制备泡沫体中使用填料、 着色剂、 光和热稳定剂， 抗氧化剂， 酸清除 剂， 阻燃剂， 加工助剂， 挤出助剂， 和起泡添加剂。 本发明的泡沫体可含有用量范围为聚合物 组分重量约 2-100％ ( 干重为基础 ) 的填料材料， 这取决于它们被设计的应用。 这些任选的 成分可包括， 但不限于碳酸钙、 二氧化钛粉末、 聚合物颗粒、 中空玻璃球、 聚合物纤维， 例如 聚烯烃基短切单丝和类似物。
在选择的实施方案中， 所公开的实施方案有用的泡沫体的厚度可以是 1-500 毫 米， 和在一些实施方案中， 5-100 毫米， 和在一些实施方案中， 8-30 毫米。在选择实施方案 3 3 中， 泡沫体的密度可以是约 20-600kg/m ， 优选 25-300kg/m ， 和更优选 30-150kg/m3。 在选择 实施方案中， 泡沫体的泡孔尺寸可以是约 0.1-6 毫米， 优选 0.2-4.5 毫米， 和更优选 0.2-3 毫米。
在一些实施方案中， 可穿孔泡沫层， 以便加速排放， 结果在下雨的情况下， 水可从 游戏表面 (playing surface) 排出。
在一些实施方案中， 以上所述的泡沫体可在合成草皮中用作吸振层。 另外， 可进行 试验， 分析温度性能和老化， 以及所得草皮的弹跳和旋转性能。简而言之， 在下表中示出了 由 FIFA Quality Concept Manual(2006 年 3 月版本 ) 规定的人工草皮性能的重要试验与 所需结果。 本领域的技术人员会理解， 这仅仅是本申请所述的泡沫体的一种用途， 和本申请 所述的人工草皮与泡沫体可以在许多其他应用， 例如许多其他运动， 例如橄榄球和野外冰 球 (field hockey) 中有用。
吸振 原理 ： 重物 (20Kgs) 下落， 正如 FIFA Quality Concept Manual(2006 年 3 月版本 )所讨论， 在此通过参考全文引入。记录所施加的最大力。相对于在具体表面上测量的最大 力， 这一力的下降％报道为 “力下降” 。
FIFA 条件 ：
FIFA2 星 ： 60％ -70％
FIFA1 星 ： 55％ -70％
垂直变形
原理 ： 允许重物落在在静置的弹簧上并测量表面的最大变形力。
FIFA 条件 ：
FIFA2 星 ： 4mm-8mm
FIFA1 星 ： 4mm-9mm
实施例
研究具有所选的泡沫体密度和厚度的聚烯烃树脂的有用性。具体地， 研究商购于 The Dow Chemical Company， Midland， MI 的许多聚烯烃树脂。表 1 和表 2 示出了许多所用 的化合物。在表 1 中， 研究交联聚乙烯 ( 对比例 1c-4c) 相对于非交联聚乙烯 ( 实施例 1-4) 的性能。具体地， 相对于表 1， 使用 LDPE 300E， 和 LDPE PG7004 及其共混物， LDPE 620I， 和 XU 60021.24， 得到数据。下表中示出了产生该表所使用的配方。
实施 例 1 2树脂 A/B树脂密度 (kg/m3) 0.922 0.923泡沫体密度 (kg/m3) 33 45厚度 (mm) 10 10交 联 否 否XU 60021.24* 90/10(LDPE 300E/LDPE PG7004) 70/30(LDPE 300E/LDPE PG7004) LDPE 620I30.9236410否4
0.92314451否表1：表1： 对比例泡沫体密 对比例 牌号 度 (kg/m3) 1c 2c 3c 4c Qycell T-20* Qycell T-30* Qycell T-40* Qycell T-80* 33 45 64 119 (mm) 10 10 10 11.5 交联 是 是 是 否 厚度 (是/否)表示可商购于 Qycell Corporation(Ontario， California， USA) 的泡沫体。
关于吸振、 垂直变形和能量复原， 研究表 1 中的非交联聚乙烯泡沫体 ( 它可商购于 The Dow Chemical Company， Midland， MI) 的性能。 图 1 中概述了这一研究结果。 关于表 1， 使 用配有压缩板和 2kN 载荷池的 Instron Model 5565 Universal TestingMachine(Norwood， MA)， 分析压缩应力 - 应变、 压缩蠕变和压缩应力 - 应变行为。 当试验在 65℃进行时， 还使用
*Instron environmental chamber(Model 3119-405-21)。
从泡沫体片材中切割出宽 2.5-5cm× 深度 5cm 的样品。为了测量压缩应力 - 应变 行为， 将样品插入压缩板的中心之间。 平行于十字头移动， 对齐泡沫体的厚度方向。 在 5mm/ min 下施加 2.5N 的预载荷， 并使十字头位置再归零。然后在 10mm/min 下压缩样品， 直到载 荷达到载荷池的容量。 通过用所测量的压缩力除以泡沫体的宽度与深度的乘积， 计算应力。 以单位 MPa 量化应力。通过用十字头位移除以泡沫体的起始厚度并乘以 100， 计算应变％。 图 2 和 2c 示出了压缩应力 - 应变行为试验的结果 ( 对比样品 )。
为了测量压缩滞后行为， 以与以上相同的方式， 将泡沫体样品加载在 Instron 内。 在 5mm/min 下施加 2.5N 的预载荷， 并将十字头位置再归零。然后在 10mm/min 下压缩样品， 直到应力达到 0.38MPa， 这称为压缩步骤。然后立即翻转十字头， 直到达到 0.0038MPa 的载 荷， 这称为解压缩。在没有中断的情况下， 样品将压缩和解压缩 10 个循环。
为了测量压缩蠕变行为， 以与以上相同的方式， 将泡沫体样品加载在 Instron 内， 所不同的是环境腔室安装好并预热到 65℃的温度。在 65℃下， 将样品放置在压缩板之间。 在允许泡沫体样品在腔室内平衡 1 小时之后， 在 5mm/min 下施加 2.5N 的预载荷， 并将十字 头位置再归零。 然后在 0.16MPa 下施加载荷。 然后通过 Instron 计算机， 自动调节十字头位 置， 维持 0.16MPa 的应力 12 小时。测量相对于时间的压缩应变， 其结果列于图 3 和 3c 中。 在 12 小时之后， 十字头回到其起始位置。在另外 2 小时之后， 取出泡沫体， 并允许冷却到环 境条件 (20℃， 50％相对湿度 )。然后， 再测量泡沫体的厚度。相应的应变表示为 “脱模应 变， 2 小时” 。图 4 中列出了压缩蠕变行为试验结果。
为 了 测 量 泡 沫 体 的 能 量 吸 收 行 为，采 用 “March 2006 FIFA Quality ConceptRequirements for Artificial Turf Surfaces” 中描述的 FIFA 质量概念方法， 对 人工足球草皮的试验方法和要求的 FIFA 手册， 在此通过参考全部引入。根据该方法， 测试这些泡沫体， 并发现， 密度为 144kg/m3 的泡沫体作为实例所表现的性能可接受。回到压缩 性能， 下图阐述了通过省略交联， 泡沫体的性能没有牺牲。另外， 本发明的实施方案对于可 使用人工草皮的任何场地， 例如橄榄球和野外冰球是有用的。
图 3、 3c 和 4 说明， 尽管省略了交联， 但是可实现基本上相同的压缩蠕变性能和随 后的恢复。
图 5 中示出了使用本发明的实施方案的合成草皮。具体地， 以吸振层形式提供非 交联的聚乙烯泡沫体， 所述吸振层可粘结到衬里上。 固定人工草地到衬里上， 并用充填物填 充草地之间的空间。
使用非交联的聚乙烯的实施方案可以是有利的， 因为非交联的聚乙烯可循环， 因 此不存在环境问题。 本申请所述的聚合物泡沫体的实施方案尤其也可用作消音和减震的厚 实 (heavy) 层。
尽管相对于有限数量的实施方案描述了本发明， 但受益于本发明公开内容的本领 域的技术人员要理解， 可在没有脱离本申请公开的本发明的范围情况下， 修整其他实施方 案。因此， 本发明的范围应当仅仅通过所附权利要求来限制。
以允许这种引入的所有司法权限内， 所有优先权文献在此通过参考全部引入。此 外， 以允许这种引入的所有司法权限内， 本申请引证的所有文献， 其中包括测试工序在此通 过参考全部引入， 其引入程度使得这些公开内容与本发明的说明一致。