《人造草坪填充用空心熱塑性橡膠填充顆粒及其製備方法》是南京工程學院和江蘇瑞弗橡塑材料有限公司於2012年10月30日申請的發明專利，該專利的申請號為2012104247998，公布號為CN102898770A，授權公布日為2013年1月30日，發明人是韓冰、王祥、趙輝、徐良、吳玉成、馮志明、周星、張春祥。
《人造草坪填充用空心熱塑性橡膠填充顆粒及其製備方法》的顆粒為空心管狀結構，由以下重量份的組分製成：高粘度基本樹脂50～80份，無機填充物20～40份，助劑0.1～5份，色母粒0.1～10份。其中，助劑為抗老化劑和偶聯劑的混合物，二者以1～5:1～5的重量比例混合，該發明空心熱塑性橡膠填充顆粒由高粘熱塑性彈性體熔融共混擠出水下切粒而成，具有彈性持久、通水性能好、堆積密度小、填充成本低、可回收利用等優點。
2019年7月15日，《人造草坪填充用空心熱塑性橡膠填充顆粒及其製備方法》獲第十一屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
（概述圖為《人造草坪填充用空心熱塑性橡膠填充顆粒及其製備方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：人造草坪填充用空心熱塑性橡膠填充顆粒及其製備方法
- 公布號：CN102898770A
- 地址：江蘇省常州市新北區天山路22號
- 公布日：2013年1月30日
- 申請號：2012104247998
- 申請日：2012年10月30日
- 申請人：南京工程學院、江蘇瑞弗橡塑材料有限公司
- 發明人：韓冰、王祥、趙輝、徐良、吳玉成、馮志明、周星、張春祥
- Int.Cl.：C08L53/02(2006.01)I、C08L23/06(2006.01)I、C08K13/02(2006.01)I、C08K5/01(2006.01)I、C08K3/26(2006.01)I等
- 代理機構：南京天華專利代理有限責任公司
- 代理人：徐冬濤
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
隨著社會的進步與生活水平的提高，人們的運動需求越來越多，各種塑膠跑道、操場和人造草坪被大量建設。在這些人造運動系統中，人造草坪因具有性能優異、維護成本低、不生蚊蟲、受環境、天氣、地域的影響非常小，能在高寒、高溫和高原等極端氣候地區使用等天然草坪無法比擬的優點，截至2012年10月，其市場每年都以20～25％的速度增長，其套用也突破了傳統的體育場館建設，被大量套用於各種休閒領域，給人們的生活提供了極大的便利。
在人造草坪的建設中，為了保持草絲直立並賦予人造草坪以類似天然草坪的彈性，需要在草絲根部添加大量的填充物，2012年10月前中國國內外大量使用的是黑色的廢舊輪胎填充顆粒或硫化EPDM填充顆粒，該類顆粒彈性和耐久性好，但具有氣味大、難以回收利用等缺點，不能滿足當前社會對材料回收利用及環保等方面的要求。
截至2012年10月，也出現了大量的以熱塑性彈性體製備的人造草坪填充顆粒，該類填充顆粒除具有廢舊輪胎填充顆粒及硫化EPDM填充顆粒的優點外，也具有顏色種類多、熱塑性可回收利用等優點，在中國國內外廣受好評，但該類填充顆粒同樣具有售價高、堆積密度大、草坪系統填充成本高等缺點，這在一定程度上限制了該類填充顆粒的大規模套用。
如何在滿足草坪系統各項基本性能要求的前提下，降低填充成本並進一步提高草坪系統的綜合性能，成為行業關注的焦點。
發明內容
專利目的
《人造草坪填充用空心熱塑性橡膠填充顆粒及其製備方法》目的在於克服2012年10月前已有人造草坪系統造價昂貴、長期使用彈性缺失及通水性能下降等缺陷，提供一種可以降低人造草坪系統的造價、長期保持彈性及增加通水性能的熱塑性橡膠填充顆粒，滿足人們對降低造價、保持長久運動性能的需求，同時該發明還提供了該空心熱塑性橡膠填充顆粒的製備方法。
技術方案
一種人造草坪填充用空心熱塑性橡膠填充顆粒，該顆粒為空心管狀結構，其特徵在於該顆粒由以下重量份的組分製成：
髙粘度基本樹脂 | 50~80份 |
無機填充物 | 20~40份 |
助劑 | 0.1~5份 |
色母粒 | 0.1~10份 |
其中，助劑為抗老化劑和偶聯劑的混合物，二者以1～5:1～5的重量比例混合。
上述顆粒優選由以下重量份的組分製成：
髙粘度基本樹脂 | 70~80份 |
無機填充物 | 15~25份 |
助劑 | 1~3份 |
色母粒 | 1~5份 |
其中，助劑為抗老化劑和偶聯劑的混合物，二者以1～3:1～3的重量比例混合。
上述顆粒最優選由以下重量份的組分製成：
髙粘度基本樹脂 | 75~80份 |
無機填充物 | 20~25份 |
助劑 | 1~2份 |
色母粒 | 2~3份 |
其中，助劑為抗老化劑和偶聯劑的混合物，二者以1～2:1～2的重量比例混合。抗老化劑和偶聯劑最優選重量比為1:1。
《人造草坪填充用空心熱塑性橡膠填充顆粒及其製備方法》所述的高粘度基本樹脂由以下重量份的組分混合均勻後，在雙螺桿擠出機上熔融共混擠出造粒製備得到：
SEBS | 40~60重量份 |
環烷油 | 20~40重量份 |
聚乙烯 | 8~20重量份 |
助劑 | 0.5~10重量份 |
其中，助劑包括抗氧劑、抗靜電劑、分散劑和開口劑，重量比為1～15:0.5～5:0.5～10:0.5～10。
上述高粘度基本樹脂優選採用的組分為：
SEBS | 55~60重量份 |
環烷油 | 30~35重量份 |
聚乙烯 | 8~15重量份 |
助劑 | 1~3重量份 |
其中，助劑包括抗氧劑、抗靜電劑、分散劑和開口劑，重量比為1～2:1～2:1～2:1～2。抗氧劑、抗靜電劑、分散劑和開口劑最優選重量比為1:1:1:10。
高粘度基本樹脂製備過程中採用的熔融共混擠出溫度控制在160～230℃。
製備高粘度基本樹脂採用的抗氧劑優選抗氧劑1010、抗氧劑168中的至少一種，抗靜電劑為FIATST®永久性抗靜電劑E-1308，E-1018，E-1020中的至少一種，分散劑為聚乙烯蠟，聚丙烯蠟中的至少一種，開口劑為油酸醯胺，芥酸醯胺中的至少一種；所述的SEBS為星型結構，分子量為20～35萬。聚乙烯為市售的低密度聚乙烯。
該發明人造草坪填充用空心熱塑性橡膠填充顆粒採用的抗老化劑為抗老化劑UV-531和抗老化劑UV-327中的一種或多種，偶聯劑為鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、硼酸酯偶聯劑、矽烷偶聯劑中的一種或多種；無機填充物為納米碳酸鈣、5000目以上超細重質碳酸鈣中的一種或多種，優選採用納米碳酸鈣。
上述人造草坪填充用空心熱塑性橡膠填充顆粒的製備方法包括將各個組分混合均勻，並通過雙螺桿擠出機熔融共混、擠出成型後，在水下切粒製備得到。
該方法具體包括以下步驟：將各組分混合均勻後，通過雙螺桿擠出機熔融共混，然後經過模頭擠出成型後，在水下切粒，得到內徑1～5毫米，外徑3～8毫米，長度3～15毫米，壁厚1～5毫米的空心管狀熱塑性橡膠填充顆粒；其中，擠出成型的溫度為160～230℃，模頭溫度為140～200℃。
熔融狀態的彈性體經過該模頭後，形成了空心管狀結構，並經過水下切粒，得到特定的空心管狀熱塑性橡膠填充顆粒。
《人造草坪填充用空心熱塑性橡膠填充顆粒及其製備方法》所使用的高粘度基本樹脂是空心熱塑性橡膠填充顆粒熔融擠出成型的關鍵材料，也是賦予填充顆粒高耐磨性的主要原因，高粘度基本樹脂是由SEBS、環烷油、聚乙烯及少量助劑共混後造粒而成，該高粘度基本樹脂保證了空心熱塑性橡膠填充顆粒的機械性能和空心管狀結構的完全成型。
《人造草坪填充用空心熱塑性橡膠填充顆粒及其製備方法》顆粒的彈性一方面來源於顆粒材料是填充改性的熱塑性彈性體，這種高粘度基本樹脂為主體製備的材料具有優異的彈性，並保證了空心結構的順利成型，另外，顆粒的空心結構也賦予其震動吸收及彈性恢復的特性，兩者結合，使得其彈性遠高於一般的實心熱塑性橡膠填充顆粒，其主要指標體現為震動吸收性能；另外，該發明顆粒的空心管狀結構降低了填充系統的堆積密度，增加了其通水孔道，從而大幅度提高了其通水性能。
有益效果
《人造草坪填充用空心熱塑性橡膠填充顆粒及其製備方法》製備的空心熱塑性橡膠填充顆粒與2012年10月前已有的硫化EPDM填充顆粒及實心熱塑性彈性體填充顆粒比較，成本造價節約25～40%，機械性能保持率提升30～40%，透水性能提高15～50%。
附圖說明
圖1為空心熱塑性橡膠填充顆粒結構示意圖。其中a表示空心熱塑性橡膠填充顆粒的長度；b表示空心熱塑性橡膠填充顆粒的外徑；c表示空心熱塑性橡膠填充顆粒的內徑。該空心熱塑性橡膠填充顆粒內徑1～5毫米，外徑3～8毫米，長度3～15毫米，壁厚1～5毫米。
圖2為擠出模頭構造圖。其中a表示模頭模孔的外徑，b表示模頭模孔的內徑，e表示連線柱的厚度，g表示連線柱的寬度。
圖3表示不同填充顆粒震動吸收~使用時間曲線。
《人造草坪填充用空心熱塑性橡膠填充顆粒及其製備方法》空心熱塑性橡膠填充顆粒（空心TPE）和圓柱熱塑性橡膠填充顆粒（圓柱TPE）填充系統在5年過程中震動吸收的變化情況（lisport5000轉）
圖中上方曲線為採用該發明空心TPE填充系統的震動吸收變化曲線，下方曲線為採用實心圓柱TPE填充系統的震動吸收變化曲線，填充系統均採用XPE10毫米+40毫米草+石英砂+填充顆粒的結構形式，縱坐標為震動吸收測試儀檢測的震動吸收值，單位為%，橫坐標為模擬的系統使用年限，其中Lisport1000轉相當於草坪系統正常使用一年。
權利要求
1.一種人造草坪填充用空心熱塑性橡膠填充顆粒的製備方法，該顆粒由以下重量份的組分製成
髙粘度基本樹脂 | 75~80份 |
無機填充物 | 20~25份 |
助劑 | 1~2份 |
色母粒 | 2~3份 |
其中，助劑為抗老化劑和偶聯劑的混合物，二者以1~2:1~2的重量比例混合；所述的高粘度基本樹脂由以下重量份的組分混合均勻後，在雙螺桿擠出機上熔融共混擠出造粒製備得到：
SEBS | 55~60重量份 |
30~35重量份 | |
聚乙烯 | 8~15重量份 |
助劑 | 1~3重量份 |
其中，助劑包括抗氧齊叭抗靜電齊叭分散劑和開口劑，重量比為1~2:1~2:1~2:12；
上述空心熱塑性橡膠填充顆粒的製備方法具體包括以下步驟：將各組分混合均勻後，通過雙螺桿擠出機熔融共混，然後經過模頭擠出成型後，在水下切粒，得到內徑1~5毫米，外徑3~8毫米，長度3~15毫米，壁厚1~5毫米的空心管狀熱塑性橡膠填充顆粒；其中，擠出成型的溫度為160~230℃，模頭溫度為140~200℃。
2.根據權利要求1所述的人造草坪填充用空心熱塑性橡膠填充顆粒的製備方法，其特徵在於所述的高粘度基本樹脂製備過程中採用的熔融共混擠出溫度控制在160~230℃。
3.根據權利要求1所述的人造草坪填充用空心熱塑性橡膠填充顆粒的製備方法，其特徵在於所述的抗氧劑為抗氧劑1010、抗氧劑168中的至少一種，抗靜電劑為永久性抗靜電劑E-1308，E-1018，E-1020中的至少一種，分散劑為聚乙烯蠟，聚丙烯蠟中的至少一種，開口劑為油酸醯胺，芥酸醯胺中的至少一種；所述的SEBS為星型結構，分子量為20~35萬。
4.根據權利要求1所述的人造草坪填充用空心熱塑性橡膠填充顆粒的製備方法，其特徵在於所述的抗老化劑為抗老化劑UV-531和抗老化劑UV-327中的一種或多種，偶聯劑為鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑、硼酸酯偶聯劑、矽烷偶聯劑中的一種或多種；所述的無機填充物為納米碳酸鈣、5000目以上超細重質碳酸鈣中的一種或多種。
5.根據權利要求4所述的人造草坪填充用空心熱塑性橡膠填充顆粒的製備方法，所述的無機填充物為納米碳酸鈣。
實施方式
實施例1
高粘度基本樹脂的製備：將SEBS50千克，環烷油400640千克，聚乙烯8千克，助劑2千克（其中抗氧劑10100.5千克、抗靜電劑E-13080.5千克、開口劑油酸醯胺0.5千克、分散劑聚乙烯蠟0.5千克）、混合均勻，在雙螺桿擠出機上熔融共混造粒，溫度控制在180～230℃；
空心熱塑性橡膠填充顆粒的製備：高粘度基本樹脂60千克、納米碳酸鈣35千克、色母粒3千克，助劑3千克（抗老化劑UV-5311千克、鈦酸酯偶聯劑2千克），將上述原料混合均勻，在雙螺桿擠出機上熔融共混，通過安裝有模頭的水下造粒裝置擠出成型，得到內徑2毫米，外徑3.5毫米，長度9毫米，壁厚1.5毫米的空心熱塑性橡膠填充顆粒，擠出成型的溫度為180～210℃，模頭溫度為160℃。
實施例2
高粘度基本樹脂的製備：將SEBS60千克，環烷油400630千克，聚乙烯8千克，助劑2千克（其中抗氧劑1680.5千克、抗靜電劑E-10180.5千克、開口劑芥酸醯胺0.5千克、分散劑聚丙烯蠟0.5千克）、混合均勻，在雙螺桿擠出機上熔融共混造粒，溫度控制160～200℃。
空心熱塑性橡膠填充顆粒的製備：高粘度基本樹脂65千克、納米碳酸鈣30千克、色母粒3千克，助劑2千克（抗老化劑UV-3271千克、鋁酸酯偶聯劑和鈦酸酯偶聯劑按照重量比1:1混合共1千克），將上述原料混合均勻，在雙螺桿擠出機上熔融共混，通過安裝有模頭的水下造粒裝置擠出成型，得到內徑2.5毫米，外徑5毫米，長度11毫米，壁厚2.5毫米的空心熱塑性橡膠填充顆粒，擠出成型的溫度為170～200℃，模頭溫度為150℃。
實施例3
高粘度基本樹脂的製備：將SEBS55千克，環烷油400635千克，聚乙烯8千克，助劑2千克（其中抗氧劑0.5千克、抗靜電劑E-10200.5千克、開口劑為重量比為1:1的芥酸醯胺和油酸醯胺的混合物0.5千克、分散劑為重量比為1:1的聚乙烯蠟和聚丙烯蠟混合物0.5千克）、混合均勻，在雙螺桿擠出機上熔融共混造粒，溫度控制180～230℃；
空心熱塑性橡膠填充顆粒的製備：高粘度基本樹脂70千克、納米碳酸鈣25千克、色母粒3千克，助劑2千克（抗老化劑UV-3271千克、硼酸酯偶聯劑1千克），將上述原料混合均勻，在雙螺桿擠出機上熔融共混，通過安裝有模頭的水下造粒裝置擠出成型，得到內徑3毫米，外徑6毫米，長度12毫米，壁厚3毫米的空心熱塑性橡膠填充顆粒，擠出成型的溫度為190～230℃，模頭溫度為180℃。
實施例4
高粘度基本樹脂的製備：將SEBS55千克，環烷油400630千克，聚乙烯13千克，助劑2千克（其中抗氧劑10100.5千克、抗靜電劑E-10200.5千克、開口劑油酸醯胺0.5千克、分散劑聚乙烯蠟0.5千克）、混合均勻，在雙螺桿擠出機上熔融共混造粒，溫度控制170～230℃；
空心熱塑性橡膠填充顆粒的製備：高粘度基本樹脂75千克、5000目重質碳酸鈣20千克、色母粒3千克，助劑2千克（抗老化劑UV-3271千克、矽烷偶聯劑1千克）將上述原料混合均勻，在雙螺桿擠出機上熔融共混，通過安裝有模頭的水下造粒裝置擠出成型，得到內徑3.5毫米，外徑6毫米，長度9毫米，壁厚2.5毫米的空心熱塑性橡膠填充顆粒，擠出成型的溫度為160～230℃，模頭溫度為200℃。
實施例5
高粘度基本樹脂的製備：將SEBS55千克，環烷油400630千克，聚乙烯13千克，助劑2千克（其中抗氧劑1680.5千克、抗靜電劑E-10180.5千克、開口劑芥酸醯胺0.5千克、分散劑聚丙烯蠟0.5千克）、混合均勻，在雙螺桿擠出機上熔融共混造粒，溫度控制160～210℃；
空心熱塑性橡膠填充顆粒的製備：高粘度基本樹脂80千克、8000目重質碳酸鈣20千克、色母粒3千克，助劑2千克（抗老化劑UV-5311千克、鋁酸酯偶聯劑1千克），將上述原料混合均勻，在雙螺桿擠出機上熔融共混，通過安裝有模頭的水下造粒裝置擠出成型，得到內徑1.5毫米，外徑3.5毫米，長度11毫米，壁厚2毫米的空心熱塑性橡膠填充顆粒，擠出成型的溫度為190～230℃，模頭溫度為190℃。
採用《人造草坪填充用空心熱塑性橡膠填充顆粒及其製備方法》的上述五種方案分別得1～5號產品，五種產品和按照專利200910029870.0方法所製備的圓柱型實心填充顆粒進行性能對比。其中，草坪系統採用10毫米交聯聚乙烯彈性地墊XPE70+50毫米人造草坪單絲DEX11000+石英砂和18千克+草坪填充顆粒組成，震動吸收採用震動吸收檢測儀，對比結果如表1：
/ | 圓柱型 | 空心1 | 空心2 | 空心3 | 空心4 | 空心5 |
填充數量千克 | 10 | 7. 8 | 7. 5 | 7 | 6. 5 | 6 |
耐磨前震動吸收 | 62% | 63% | 63% | 64% | 64% | 65% |
5000轉後震動吸收 | 57% | 62% | 62% | 63% | 63% | 64% |
20000轉後震動吸收 | 45% | 57% | 58% | 61% | 62% | 63% |
透水率毫米/小時 | 5000 | 6000 | 6000 | 6000 | 6000 | 6000 |
榮譽表彰
2019年7月15日，《人造草坪填充用空心熱塑性橡膠填充顆粒及其製備方法》獲第十一屆江蘇省專利項目獎優秀獎。
