BE1018447A5 - Materiau composite a base de polymeres vinyliques aromatiques possedant des proprietes d'isolation thermique ameliorees et son procede de preparation. - Google Patents

Abstract

Matériau composite particulaire expansible, convenant à la préparation de matériaux expansés ayant une densité inférieure à 40 g/l et une teneur en alvéoles fermées d'au moins 60 %, caractérisé par la présence de cavités d'hétérophases et/ou de domaines d'hétérophases, dont la matrice est une résine synthétique thermoplastique comprenant au moins 60 % en poids d'un polymère vinylique aromatique et dans lequel est contenu un système d'expansion, avec un matériau de type graphite dispersé de façon hétérogène, ayant un degré de graphitisation, calculé au moyen de la formule de Maire et Mering, d'au moins 0.2.

Description

MATÉRIAU COMPOSITE À BASE DE POLYMÈRES VINYLIQUES

AROMATIQUES POSSÉDANT DES PROPRIÉTÉS D’ISOLATION THERMIQUE AMÉLIORÉES ET SON PROCÉDÉ DE PRÉPARATION

La présente invention concerne des matériaux composites à base de polymères vinyliques aromatiques possédant des propriétés d'isolation thermique améliorées et leur procédé de préparation.

Plus particulièrement, la présente invention concerne des granulés ou des granules de matériaux composites à base de polymères vinyliques aromatiques capables de fournir des articles expansés possédant des performances d'isolation thermique améliorées, le procédé permettant la préparation desdits matériaux composites et leur utilisation, et les articles expansés résultant de ladite utilisation. Des performances améliorées en termes d'isolation thermique permettent de réduire considérablement la densité du matériau expansé ou son épaisseur, sans réduire la valeur de résistance thermique globale. En outre, les matériaux composites expansibles traités selon les procédés décrits dans ce document ont une aptitude à la mise en oeuvre équivalente ou meilleure et une meilleure capacité de blocage de la transmission des rayonnements infrarouges que les matériaux expansés similaires connus ayant la même teneur en agent bloquant les rayonnements infrarouges.

Les matériaux expansés selon la présente invention sont traditionnellement utilisés pour l'isolation thermique des emballages d’appareils ménagers et d’équipements industriels et l'isolation thermique des bâtiments.

La conductivité thermique du matériau expansé est le résultat de quatre facteurs, c'est-à-dire la conduction gazeuse, la conduction du polymère, la convention gazeuse et le rayonnement électromagnétique dans le domaine infrarouge.

La conduction gazeuse est la plus importante contribution mais, en général, elle ne peut pas être facilement contrôlée. Dans la plupart des matériaux expansés, en effet, le polyuréthane inclus, l'air remplace avec le temps l'agent d'expansion piégé, ce qui accroît leur conductivité thermique (voir, par exemple, la demande de brevet international WO 91/12289).

Le rayonnement électromagnétique peut être réduit en augmentant la diffusion ou l'absorption des ondes électromagnétiques incidentes.

La plupart des matériaux organiques présentent des pics d’absorption étroits, et sont par conséquent inadaptés pour interférer de manière importante avec le spectre infrarouge caractéristique que l'on trouve normalement dans des applications qui, au contraire, présentent une bande large. Les couches fines de métaux réfléchissent normalement les rayonnements électromagnétiques, tandis que les matériaux possédant un indice de réfraction élevé, comme le dioxyde de titane ou le sulfate de baryum, favorisent la diffusion du rayonnement infrarouge (voir, par exemple, le brevet US 5 312 678).

Le noir de carbone est utilisé depuis longtemps comme charge ou pigment, ou également comme agent de nucléation (voir, par exemple, Chem. Abstr., 1987, « Carbon black containing polystyrène beads »). Le noir de carbone existe sous diverses formes en fonction des matériaux de départ et du procédé de production (voir, par exemple, Kirk Othmer, Encyclopaedia of Chemical Technology, John Wiley and Sons, quatrième édition, volume 4, pages 1037 à 1074). Parmi les divers types de noir de carbone, les plus importants sont le noir de carbone issu de la combustion du pétrole (« noir de pétrole »), le noir de carbone issu de la combustion du gaz, le noir de carbone obtenu à partir de l’acétylène, le noir de fumée, le « noir au tunnel », le « noir thermique » et le noir de carbone électriquement conducteur.

Ces noirs de carbone possèdent des diamètres allant d'environ 10 à 1 000 nm et des surfaces spécifiques très différentes (de 10 à 2000 m2/g), en fonction du procédé de fabrication. Ces différences aboutissent à différentes capacités de blocage des ondes infrarouges, les résultats obtenus par divers auteurs n'étant cependant pas cohérents (voir, par exemple, les documents WO 90/06339, WO 94/13721 et WO 04/087798).

Il est connu que le graphite peut également être utilisé efficacement comme corps noir (comme décrit, par exemple, dans les documents JP 63/183941, WO 04/022636, WO 96/34039). Cependant, son utilisation en tant qu'agent atténuant les rayonnements infrarouges dans les mousses polymères est plus récente.

Le brevet GB 1 006 926 décrit des compositions contenant des matériaux, comme des métaux, le Fe2C>3 et le graphite, qui présentent une capacité d'absorption élevée de l'énergie provenant d'un champ électromagnétique.

Le brevet GB 1 048 865 indique que de nombreuses charges, en particulier celles d'origine inorganique, sont opaques aux rayonnements infrarouges. Par conséquent, une mousse de polystyrène chargée avec ces substances a non seulement une densité plus basse, mais également une meilleure capacité d'isolation thermique par rapport aux mousses de polystyrène non chargées. Le graphite fait partie des charges citées.

La demande de brevet JP 63-183941 est l'une des premières à proposer l’utilisation de divers additifs, actifs pour bloquer les rayonnements infrarouges ayant des longueurs d'onde allant de 6 à 14 microns, pour ainsi obtenir des résines thermoplastiques thermiquement isolantes capables de maintenir en permanence une faible conductivité thermique. Parmi tous les additifs, le graphite est le matériau préféré.

Le brevet DE 9305431U décrit un procédé de préparation d'articles moulés expansés possédant une densité inférieure à 20 g/L et une conductivité thermique réduite. Ce résultat est obtenu en incorporant un matériau athermane, comme le graphite et le noir de carbone, dans une mousse rigide de polyester.

La demande de brevet international WO 96/34039 décrit des mousses microalvéolaires contenant un agent atténuant les infrarouges et un procédé pour les utiliser. L'agent atténuant les infrarouges est le charbon ou le graphite, choisi de manière à bien se disperser dans la matrice polymère.

La demande de brevet international WO 98/51735 décrit des particules de polystyrène expansible contenant du graphite synthétique ou naturel à un taux de 0,05 à 25 % en poids des particules, distribué de manière homogène dans la matrice de polystyrène. De préférence, le graphite possède un diamètre moyen de 1 à 50 microns, une densité apparente de 100 à 500 g/L et une superficie de 5 à 20 m2/g.

La demande de brevet international WO 00/43442 décrit des compositions de polystyrène expansible contenant jusqu'à 6 % de particules d'aluminium. Les agents facultatifs atténuant les infrarouges comprennent jusqu'à 2 % de St^ et également du noir de carbone ou du graphite.

La demande de brevet US 2001/036970 décrit des mousses ayant un bon équilibre entre une capacité d'absorption des sons, une conductivité thermique basse et généralement une faible teneur en eau. Les additifs actifs sur les infrarouges sont le graphite, le dioxyde de titane et tous les noirs de carbone connus dans l'art, comme le noir de fourneau, le noir de carbone obtenu à partir de l’acétylène et les « noirs thermiques ».

A partir de la documentation citée, l'utilisation du graphite et du noir de carbone en tant qu'agents atténuant les rayonnements infrarouges dans les mousses semble évidente. Cependant, il existe peu de preuve en ce qui concerne la relation entre l'utilisation de ces matériaux athermanes et leur efficacité réelle pour bloquer les rayonnements infrarouges quand ils sont incorporés dans les mousses.

Les noirs de carbone et le graphite peuvent contenir des cristallites de graphite, c'est-à-dire des couches régulières contenant des feuilles de graphène en réseau rhombohédrique ou hexagonale. La teneur de la phase de cristallite et la cohérence de l'empilement des couches sont limitées, en particulier pour les noirs de carbone et les cokes (voir, par exemple, « Size and shape of Crystallites and Internai Stresses in Carbon Blacks », T. Ungara, J. Gubiczab, G. Tichyb, C. Panteac, T.W. Zerda - Composites : Part A, 2005).

La teneur de la phase de cristallite et la cohérence de l'empilement peuvent toutes les deux être augmentées dans des conditions spécifiques (par exemple, au moyen d'un traitement thermique à plus de 2000 °C). Cependant, seulement certains types de brais, de cokes et de charbons peuvent accroître leur degré graphitique au moyen de procédés thermiques (voir, par exemple, « Recommended Terminology for the Description of Carbon as a Solid » issu des IUP AC Recommendations, 1995).

Les cristallites de graphite sont facilement rompues par une action de cisaillement mécanique ou par la dilatation chimique de composés d'intercalation. La structure hexagonale est donc subdivisée en très petits éclats, jusqu'à ce qu'une structure sensiblement amorphe soit générée, correspondant à une longueur de cohérence typique du cristal de moins de 5 nm et à une longueur d'empilement du cristal de moins de 2 nm, comme décrit dans Y. Chen, MJ. Conway, J.D. Fitzgerald, J.S. Williams, L.T. Chadderton « The nucléation and Growth of Carbon Nanotubes in a Mechano-Thermal Process », Carbon (2004) et dans J.Y. Huang, « HRTEM and EELS Studies of Defect Structure and Amorphous Like Graphite Induced by Bail Milling », Acta mater, Vol. 47, No. 6 (1999).

Les cristallites mentionnés ci-dessus interagissent fortement avec les ondes électromagnétiques pas seulement dans le spectre infrarouge. En particulier, il est connu, par exemple du brevet US 4 005 183, que le fait de ne pas réussir à aligner les plans du charbon dans un cristallite par rapport à n'importe quel autre plan empêche le matériau de développer des propriétés typiquement graphitiques, telles qu’une conductivité thermique et électrique élevée et un couplage électromagnétique.

Les instruments utiles pour analyser la structure graphitique comprennent la spectroscopie Raman et la diffraction par rayons X, analyse à partir de laquelle il est possible de calculer les paramètres cristallographiques des cristallites de graphite et leurs dimensions (voir, par exemple, « Eighth Nanoforum Report : Nanometrology », juillet 2006, Nanoforum Org.).

Il est possible de disperser de nombreux composés organiques et inorganiques dans un matériau graphitique afin d'obtenir un composite (voir, par exemple, le brevet US 5 888 430). Un groupe plus restreint de ces composés présente un encombrement moléculaire qui est compatible avec la structure cristalline hexagonale et avec la distance inter-couche du graphène. Dans ce cas, un composé d’intercalation du graphite (GIC, c’est-à-dire Graphite Intercalate Compound) est formé, comme décrit, par exemple, dans la demande de brevet US 2003/0157015. Ces composés peuvent améliorer la compatibilité du graphite dans la matrice polymère, ou la conductivité thermique et électrique.

La dispersion et/ou l’intercalation de molécules à l'intérieur des couches du graphène peut avoir un impact important sur la morphologie des cristallites (voir, par exemple, « Improved Cycling Behaviour for Li-Doped Natural graphite Anode for Lithium Secondary Batteries », Y.T. Lee, C.S. Yoon, S.H. Park, Y.K. Sun, Abs. 68, 204ème Meeting, (2003), The Electrochemical Society).

Le graphite peut être incorporé dans des matrices polymère expansées de plusieurs manières. Il peut être ajouté en tant qu'additif externe sur les billes polymères avant expansion et moulage. De cette manière, le matériau graphitique n’est cependant pas uniformément distribué et, par conséquent, l'efficacité de l'agent athermane est réduite.

Un procédé classique consiste à incorporer du graphite, conjointement avec un agent d'expansion, dans une composition à base de polymères vinyliques aromatiques ou d’uréthane, mélanger avec soin tous les additifs dans le polymère fondu, refroidir et dilater, comme décrit, par exemple, dans les demandes de brevet JP 63-183941, GB 1 006 926 ou WO 96/34039.

Les billes de polymères vinyliques aromatiques expansibles sont principalement produites au moyen de procédés en suspension. Ces procédés ont été énormément décrits dans l'art. La réaction de polymérisation peut être initiée par voie thermique, par l'intermédiaire d'un processus radicalaire ou anionique. Des informations sur ces procédés peuvent être trouvées dans les brevets US 2 656 334 et 3 817965.

Les procédés basés sur la technologie en suspension présentent comme inconvénient qu'une grande quantité d'eau doit être mise au rebut. En outre, une opération de tamisage est nécessaire car des billes sphériques ayant une large distribution de diamètre sont souvent obtenues.

L'incorporation d'un matériau graphitique est un problème, car il inhibe la catalyse au peroxyde et rend la suspension instable. Il a été proposé de nombreuses solutions à ce problème, comme mentionné, par exemple, dans le brevet US 4 360 611 ou dans les demandes de brevet international WO 98/51734 ou WO 00/29471.

La distribution uniforme de ces pigments, en particulier à teneur élevée, est également un problème considérable (voir, par exemple, le document WO 94/13721).

Une alternative à la polymérisation en suspension est représentée par le procédé qui consiste à mélanger un polymère fondu avec l'agent d'expansion et éventuellement d'autres additifs (comme du graphite) puis à granuler la composition ainsi obtenue (voir, par exemple, les brevets GB 1 062 307, US 5 108 673, US 5 573 790 et EP 668 139).

Le produit obtenu à partir de ces procédés est généralement caractérisé par une structure alvéolaire du matériau expansé qui est irrégulière et trop grosse. La dimension de l’alvéole et la structure alvéolaire obtenue par l'expansion sont d'une importance cruciale pour obtenir des propriétés idéales d'isolation et une bonne surface du matériau expansé. Par conséquent, l'ajout d’agents de nucléation est souvent nécessaire. Le brevet EP 126 459 décrit un procédé permettant de résoudre ces défauts par un recuit des granulés expansibles, sous pression, à une température supérieure à la température de transition vitreuse du polymère expansible.

De plus, la résine expansible sortant de la tête de coupe est difficile à couper en granules du fait de sa tendance naturelle à la dilatation. L'incorporation d'additifs inorganiques, et en particulier des additifs inorganiques athermanes, rend cette opération encore plus difficile.

La demande de brevet international WO 00/43442 mentionne que les matériaux athermanes ont un puissant effet de nucléation et que, par conséquent, une granulation sous l’eau, sous pression, est nécessaire pour empêcher l'expansion dans la chambre de découpe elle-même.

Ce procédé comprend une tête de coupe particulière, d’où la résine expansible est extrudée par un grand nombre de petits trous. L'homme du métier sait que ce procédé est difficile, car la température superficielle de la tête de coupe est très proche de la température de l'eau qui, à son tour, est normalement proche de la température de solidification du polymère.

En outre, l'écoulement polymérique dans les trous de la tête de coupe s'effectue à une vitesse de cisaillement très élevée, car le diamètre des trous doit être très limité afin d’obtenir une taille de bille appropriée pour diverses applications. Par conséquent, selon la demande de brevet WO 00/43442, il n'est pas possible d’obtenir une taille de particule inférieure à 1 mm avec ce type de granulation.

De manière similaire, la demande de brevet US 2005/0156344 décrit l'influence de la géométrie des trous de la filière (comme le diamètre des trous, le rapport L/D, les angles des cônes d'entrée et de sortie), de la température du produit fondu et des plastifiants, sur le gonflement et donc sur le diamètre final de la bille. Il est indiqué que les résines expansibles peuvent contenir de nombreux additifs. Il n'y a cependant pas d'exemples de granulés contenant des matériaux graphitiques.

La demande de brevet international WO 98/51735 mentionnée ci-dessus décrit des polymères de styrène expansibles contenant des particules de graphite synthétique ou naturel, distribuées de manière homogène dans le polystyrène. Ces compositions sont obtenues en mélangeant du graphite dans du styrène selon un procédé en suspension aqueuse, ou en mélangeant du graphite et un agent d'expansion dans un polystyrène dans une machine d'extrusion, puis la composition ainsi obtenue est granulée. Dans les quelques exemples concernant les produits fabriqués selon cette seconde procédure, la teneur en graphite est limitée à 2 %.

En outre, puisque la conductivité thermique des matériaux graphitiques est traditionnellement supérieure de plusieurs ordres de grandeur à celle des polymères, une mousse polymère ayant une teneur élevée en matériau graphitique peut présenter une conductivité thermique globale plus élevée, en particulier à une densité du matériau expansé supérieure à environ 20 g/L, par rapport à un produit similaire dont la teneur en agent athermane est plus basse. Par conséquent, si, d'une part, l'utilisation de ces agents athermanes diminue la conductivité résultante dans la mousse expansée par la réduction de la transmission infrarouge, d'autre part, elle provoque l’augmentation incrémentielle de la conductivité du matériau solide.

Afin de s'assurer de l’obtention d'une meilleure isolation thermique, il est donc fondamental de contrôler non seulement la concentration du matériau athermane, mais également sa localisation dans la matrice polymère. A notre connaissance, il n'a été proposé aucune solution efficace jusqu'à maintenant pour résoudre ces problèmes dans le groupe de produits auxquels la présente invention se réfère.

Un premier objectif de la présente invention est de proposer des granulés de matériaux composites expansibles à base de polymères vinyliques aromatiques, auxquels un agent a été ajouté pour améliorer l'isolation thermique, qui, après d'autres transformations, permettent la préparation d'articles expansés de basse densité possédant une conductivité thermique suffisamment basse pour être utilisés afin d'obtenir de meilleures propriétés d'isolation thermique.

Un autre objectif de la présente invention est de proposer lesdits granulés de matériaux composites expansibles à partir desquels, après d'autres transformations, des panneaux expansés possédant une performance d'isolation thermique élevée peuvent être obtenus, pour satisfaire les normes nationales, avec une épaisseur minimale du panneau et à un coût compatible avec les produits disponibles dans le commerce.

Un autre objectif de la présente invention est de proposer lesdits matériaux composites expansibles qui, sous leur forme finale d'article expansé, après expansion et moulage, satisfont les spécifications d’auto-extinguiblilité du test B2, selon la réglementation DIN 4102 partie 2, avec un usage réduit d'additifs autoextinguibles.

Un autre objectif de la présente invention est de proposer lesdits matériaux composites expansibles qui, après expansion et moulage, permettent l’obtention d'articles expansés ne présentant pas une aggravation indésirable des propriétés mécaniques.

Un autre objectif de la présente invention est de proposer un procédé permettant la production des granules de matériaux composites expansibles mentionnés ci-dessus et des articles expansés obtenus à partir desdits granules après expansion et moulage, possédant une teneur élevée d’alvéoles fermées et une dimension alvéolaire homogène, dans la plage de 60 à 400 microns.

Les avantages précédemment mentionnés, et d'autres, de la présente invention seront évidents à partir de la description suivante, dans laquelle le contenu de l'invention est décrit en détail et illustré sur les dessins joints. Il doit être considéré que les variations dans les procédures, des caractéristiques structurelles et de l'arrangement des parties, qui peuvent être trouvées par l'homme du métier, appartiennent à l'objet de la présente invention quel que soit le cas, ainsi que les avantages obtenus par l'utilisation de celles-ci. L'invention est décrite dans les revendications jointes.

Le demandeur a désormais trouvé que les objectifs précédemment mentionnés peuvent être atteints par le développement de granulés à base de polymères vinyliques aromatiques expansibles contenant des matériaux graphitiques dispersés de manière non homogène dans la matrice, selon un schéma prédéterminé et contrôlé, afin de fournir une atténuation appropriée des rayonnements infrarouges et de contrôler la morphologie alvéolaire de la mousse, et par le procédé requis pour la production desdits granulées. La présente invention est décrite dans les revendications jointes.

L'article obtenu à partir de l'expansion et du moulage desdits granulés présente une meilleure performance d'isolation thermique, alors qu'il limite la quantité d'additif nécessaire pour bloquer les rayonnements infrarouges.

En particulier, il a été observé que ces bons résultats peuvent être obtenus quand le matériau graphitique est utilisé à partir d'un mélange maître ou d'un concentré ayant des caractéristiques chimiques et rhéologiques spécifiques et quand il est distribué dans la composition expansible selon un schéma prédéterminé.

Les polymères thermoplastiques utilisés dans la présente invention comprennent les matériaux polymères à base de composés d’alcényle aromatique, en particulier des homopolymères et des copolymères de composés d’alcényle aromatique et de comonomères insaturés copolymérisables.

Des exemples de comonomères polymérisables comprennent le butadiène, l’éthylène, l'acétate de vinyle, l'anhydride maléique, l'acide (méth)acrylique, les esters d'alkyle en Ci à C4 de l'acide (méth)acrylique, comme l'acrylate de méthyle, le méthacrylate de méthyle, l'acrylate d’éthyle, le méthacrylate d’éthyle, l'acrylate d’isopropyle, l'acrylate de butyle, les amides et les nitriles de l'acide (méth)acrylique, comme l’aciylamide, le méthacrylamide, l’acrylonitrile, le méthaciylonitrile. Les monomères copolymérisables préférés sont racrylonitrile, l'acrylate de butyle et Ie méthacrylate de méthyle.

Des compositions de polymères d’alcényle aromatique et de proportions infimes de polymères de non-alcényle aromatique sont possibles. Un ou plusieurs homopolymères d’alcényle aromatique, un ou plusieurs copolymères d’alcényle aromatique, des mélanges d'un ou plusieurs homopolymères ou copolymères d’alcényle aromatique ou des mélanges de l'un quelconque des produits précédents avec un polymère de non-alcényle aromatique peuvent être utilisés.

Parmi les polymères d’alcényle aromatique appropriés, il y a ceux dérivant de composés vinyliques aromatiques, comme le styrène, le divinyl benzène, l’a-méthyl styrène, le bromostyrène et l’éthyl-styrène. Parmi ceux-ci, le divinyl benzène, l’a-méthyl styrène et le styrène sont préférés. De plus basses quantités de composés mono-insaturés, comme des terpènes, des acides d’alkyle et des esters, peuvent être copolymérisés avec le monomère vinylique aromatique.

Selon la présente invention, le polymère d’alcényle aromatique ou vinylique aromatique résultant possède un poids moléculaire moyen en poids (Mw) de 80 000 à 400 000, de préférence de 100 000 à 260 000.

D'autres polymères, comme un polyphényléther, peuvent être ajoutés pour améliorer certaines caractéristiques, comme la rigidité mécanique ou la thermo-résistance. De préférence, du poly(oxyde de phénylène) est présent à une teneur de 0,5 à 12 %.

La composition vinylique aromatique peut comprendre divers additifs classiques. Lesdits additifs comprennent les agents de transfert de chaîne, les agents de ramification et de nucléation. Les agents de transfert de chaîne traditionnels comprennent un alkyl mercaptan, le pentaphényl éthane, et le dimère de l’a-méthyl styrène. Des exemples d'agents de ramification sont le butadiène et le divinyl benzène.

Des particules finement dispersées de certains composés organiques ou inorganiques favorisent la nucléation alvéolaire, et ils peuvent donc être ajoutés pour réguler la dimension des alvéoles. Des exemples comprennent les carbonates, les silicates, comme le talc et l'argile, les oxydes, comme l'oxyde de zinc, les polymères polaires, les composés contenant du brome organique, les esters d'acides gras et les matériaux carbonés, comme les produits aromatiques, les hydrocarbures polycycliques, les cokes, le noir de carbone et le graphite.

Certains additifs peuvent être mélangés avec des monomères et greffés lors de la polymérisation ou ajoutés par la suite.

Les agents de nucléation particulièrement appropriés sont les copolymères séquencés de styrène-butadiène-styrène et de styrène-isoprène-styrène, lesquels peuvent être greffés lors de la polymérisation, et les cires de polyéthylène possédant un poids moléculaire moyen de 500 à 5000, lesquelles sont traditionnellement distribuées dans la matrice polymère, en une quantité de 0,01 à 1,0 % en poids, en se basant sur la teneur en polymère vinylique aromatique, et de manière davantage préférée entre 0,01 et 0,6 % en poids.

Les granulés de matériaux composites expansibles ayant une base vinylique aromatique, l'objet de la présente invention, sont enduits de manière appropriée avec des compositions anti-agglomération et antistatique comprenant des silicones, des silicates, des carboxylates métalliques et la glycérine, des oxydes métalliques. Parmi les carboxylates appropriés pour l'objectif, on trouve le mono-, di- ou tri-stéarate de glycérine, le stéarate de zinc et les mélanges appropriés. Des exemples de ces compositions ont été décrits dans la demande de brevet international WO 04/005384. Des dérivés de l'acide adipique, citrique et palmitique peuvent être utilisés à la place des dérivés de l'acide stéarique. Les compositions de revêtement sont appliquées par mélangeage à sec, dans un dispositif à vis à mélange continu ou discontinu.

Le composé bloquant les infrarouges est une substance carbonée, comme le noir de carbone, le noir de fumée et le graphite. La substance carbonée est de préférence un matériau graphitique, comme défini par l’IUPAC dans le texte déjà mentionné « Recommended Terminology for the Description of Carbon as a Solid » IUP AC Recommendations, 1995.

Ce matériau graphitique est surtout composé de carbone graphitique, mais il peut contenir de petites quantités de carbone non graphitique, comme le noir de carbone.

Le degré de graphitisation et les paramètres cristallins sont calculés de la manière suivante : un concentré de matériau graphitique, comme décrit ci-dessous dans ce document, est dilué dans du chloroforme et mélangé par un agitateur magnétique pendant 24 heures. La solution est ensuite lavée, filtrée et séchée dans une étuve pendant 10 heures à 500 °C pour éliminer l'eau et les autres substances insolubles dans le chloroforme.

Ensuite, le matériau est placé dans un difîractomètre à rayons X. Le profil diffiactométrique est lu entre 10° et 70°.

La distance doo2 entre les plans de graphène est mesurée par l’angle Θ002 selon la loi de Bragg :

dans laquelle λ est la longueur de la raie Cu K ai, c'est-à-dire 0,154 nm.

Le graphite pyrolytique très orienté possède une distance inter-plan de 0,3354 nm. Cependant, le graphite naturel et le graphite artificiel présentent normalement tous les deux une valeur plus grande du fait des défauts entre les plans. Par conséquent, doo2 est toujours supérieur à 0,3354 nm. La différence entre l’espacement inter-plan observé et la valeur de référence de 0,3354 nm est une mesure de la cristallinité et donc de son degré de graphitisation.

Dans la présente invention, le degré de graphitisation « g » est calculé selon la formule de Maire et Mering :

dans laquelle doo2 est calculé à partir de la valeur maximale de la courbe du diffiactogramme, après avoir effectué une procédure d'élimination de bruit et d'ajustement de courbe.

La hauteur de l'empilement du cristallite est calculée selon la formule de Sherrer :

dans laquelle B est la largeur angulaire correspondant à une intensité du signal égale à la moitié de l’intensité maximale et elle est approchée par la formule suivante :

dans laquelle les deux valeurs limites θι et Θ2 sont les angles où l'intensité du signal diffracté, calculée sur le diffractogramme ajusté, chute à zéro.

La longueur de cohérence du cristallite est calculée de la même manière, mais sur le pic correspondant à l'axe cristallin 100 au lieu de 002.

Le tableau 1 présente le degré de graphitisation, la hauteur de l'empilement du cristallite et la longueur de cohérence des divers matériaux graphitiques utilisés pour la présente invention (exemples la à li) et non utilisés (exemples comparatifs la et lb).

Tableau 1

Le schéma de dispersion du matériau graphitique dans la matrice polymère est un aspect crucial de la présente invention. Si le matériau graphitique est ajouté en tant que revêtement sur le matériau expansible et non enrobé dedans, une distribution non appropriée est obtenue, car l'intérieur des billes expansées est complètement dépourvu de matériau graphitique. Par conséquent, la mousse résultante possède un degré de frittage bas et est grasse, ce qui la rend difficile à utiliser. Au contraire, en incrustant un matériau graphitique à l’intérieur de la matrice polymère, comme dans les procédés connus, une distribution sensiblement uniforme et homogène est obtenue.

De manière inattendue, si le matériau graphitique est distribué dans les granulés expansibles selon les divers schémas décrits ci-dessous, caractérisés par une dispersion contrôlée essentiellement inhomogène (non homogène), traditionnellement les mousses résultantes présentent des propriétés d'isolation thermique équivalentes ou meilleures, une vitesse d'expansion plus rapide, un bon degré de frittage.

Selon un premier schéma d’inhomogénéité contrôlée, le granule de composite expansible présente certaines cavités de gaz et/ou de liquide, logées dans la matrice vinylique aromatique, caractérisées par une absence substantielle de matériau graphitique. Ce dernier est donc concentré à l'intérieur de la matrice vinylique aromatique. La distribution du matériau graphitique peut être contrôlée en modifiant la dimension et le volume de ces cavités (voir les figures 2a et 2b et l'exemple comparatif sur la figure 2h pour faire une comparaison).

De manière quantitative, la distribution non uniforme du matériau graphitique est confirmée par la valeur de la superficie de mélange minimale, telle que définie ci-après dans ce document, qui n'atteint pas les valeurs obtenues par une distribution homogène du matériau graphitique. Par exemple, comparer les valeurs de la superficie de mélange minimale déduites des schémas des figures 2a et 2b avec l'exemple comparatif de la figure 2h.

La fraction volumique de la cavité de gaz est estimée sur la base de la « fraction vide » présente dans le granule de matériau polymère composite, l'objet de la présente invention.

La fraction vide est calculée au moyen de l'équation suivante :

dans laquelle p est la densité du granule de matériau polymère composite et Pref est la densité de référence, où ladite référence est la densité de la masse du granule de composite polymère, sans le matériau graphitique.

Les granules produits selon la présente invention présentent une fraction vide de 0,5 à 20 %, de préférence de 2 à 16 %. Le diamètre moyen de la cavité varie traditionnellement de 2 à 90 micromètres, plus traditionnellement de 4 à 50 micromètres. Les cavités sont caractérisées par une forme ovoïde, comme on peut le déduire à partir des images obtenues au microscope optique (voir les figures 2a et 2b).

Les billes de polystyrène expansible préparées en utilisant une technologie différente (par exemple, un polystyrène expansible obtenu en suspension) peuvent également présenter des vides, mais ceux-ci sont bien plus petits (traditionnellement, d'environ 2 micromètres de diamètre) et représentent, dans l'ensemble, un très petit volume par rapport au volume de la phase solide. Ce volume est difficile à mesurer, mais approximativement il peut être calculé comme étant d'environ 0,1 % en volume. Du fait de la taille et du nombre desdits vides, ils ne sont pas capables d'influencer le degré d'inhomogénéité contrôlée comme dans la présente invention.

Selon la présente invention, la taille, la distribution et le volume desdites cavités peuvent être contrôlés en modifiant les conditions du procédé (tableau 4) et la formule de mélange (tableau 2).

En particulier, une température du produit fondue qui est trop basse (par exemple inférieure à 160 °C) ne favorise pas la formation desdites cavités. Cet effet est renforcé par une réduction du débit gazeux dans la chambre de coupe à moins de 2 kg d'azote pour 1 kg de polymère extradé. Au contraire, une température élevée du polymère (par exemple supérieure à 200-220 °C), conduit à la formation de cavités de dimensions irrégulières et endommage la forme des particules expansibles résultantes. Une chute de pression du polymère à travers les trous de la filière de plus d'environ 150 bar améliore l'homogénéité dimensionnelle et la distribution des cavités mais, dans le même temps, s'oppose à la formation des cavités elle-même.

Dans un second schéma d'inhomogénéité contrôlée, éventuellement avec lesdites cavités, le composite contient des domaines composés de matériaux qui sont essentiellement incompatibles avec ou insolubles dans la matrice vinylique aromatique et qui produisent donc des phases séparées.

La forme et la taille du domaine incompatible avec la matrice vinylique aromatique peuvent être contrôlées, dans certaines limites, en modifiant le rapport de viscosité entre les phases, la tension interfaciale et le rapport volumique.

De manière inattendue, le matériau graphitique est préférentiellement distribué dans lesdits domaines plutôt que dans la phase vinylique aromatique, comme on peut le voir, en particulier, sur les figures 2e et 2g. Par conséquent, le contrôle de la taille des domaines de la phase incompatible avec la matrice vinylique aromatique définit, en conséquence, la distribution des domaines de matériau graphitique. De cette manière, il est possible de contrôler l'inhomogénéité de la distribution du matériau graphitique.

Les conditions du procédé et la typologie du produit utilisé pour incruster le matériau graphitique ont également un effet considérable sur l'arrangement du matériau graphitique à l'intérieur du produit, de sorte qu'il est possible d’obtenir des agrégats de petite taille (par exemple comme sur la figure 2e) ou de grande taille (par exemple comme sur la figure 2c). En outre, dans les deux cas, le matériau graphitique reste essentiellement à l'intérieur de la phase immiscible.

L'utilisation de procédés connus pour la production de matières particulaires expansibles, à la fois en suspension et en masse continue, ne permet pas la production de composites ayant les propriétés mentionnées dans ce document. Même en utilisant des matériaux graphitiques ayant une grande taille de particule, ou un mélange de matériaux graphitiques ayant différentes tailles de particule, la distribution résultante dans la matrice polymère sera essentiellement uniforme ou, quel que soit le cas, restera incontrôlée.

Au contraire, la présente invention concerne des matériaux composites expansibles dans lesquels le matériau graphitique est dispersé selon lesdits schémas d'inhomogénéité contrôlée et les procédés de production desdits matériaux composites.

Ces schémas d'inhomogénéité contrôlée sont utiles quand des quantités de matériau graphitique supérieures à 1 % en poids sont utilisées, par rapport au poids global du matériau composite expansible, et plus particulièrement quand ladite quantité est supérieure à environ 3 % en poids.

Le matériau graphitique est incorporé dans un produit approprié, qui est éventuellement granulé et/ou stocké, afin de produire un matériau composite comme décrit ci-dessus. Le concentré de matériau graphitique ainsi obtenu est ensuite mélangé avec le flux de monomère ou de polymère vinylique aromatique.

En variante, le concentré de matériau graphitique est formé in situ et est directement ajouté au polymère vinylique aromatique. De cette manière, les fiais d'exploitation peuvent être réduits, en général au coût de la flexibilité opératoire inférieure.

Ledit concentré peut être un mélange maître polymère ou une dispersion colloïdale ou non colloïdale contenant le matériau graphitique.

A la fois pour la dispersion colloïdale et pour la dispersion non colloïdale, la particule de matériau graphitique est généralement recouverte d'une couche de stabilisant qui empêche l'agglomération. Les dispersions colloïdales contiennent peu ou pas de dépôt, même après une longue durée de conservation, tandis que les dispersions non colloïdales nécessitent seulement une légère agitation pour disperser les plus gros sédiments.

Les agents de dispersion utiles comprennent les solvants inorganiques, comme l'eau (par exemple, le graphite colloïdal Acheson Deltaforge GP-157) ou certains composés organiques. Si des solvants hydrophiles sont utilisés, des carboxylates en Cs à C20 de sorbitol et des (alkyl en Ce à C2o)xylènes soufrés peuvent être utilisés dans le but d'améliorer la compatibilité de la composition colloïdale avec la matrice vinylique aromatique.

De préférence, la viscosité des dispersions colloïdales et non colloïdales du matériau graphitique est supérieure à environ 100 cP. Il peut être utile de prémélanger une partie ou la totalité du système d'expansion dans le matériau graphitique.

La viscosité peut être contrôlée par des agents épaississants, comme la vaseline, les acides gras et les esters correspondants. L'acide stéarique et l'acide palmitique sont particulièrement utiles dans ce cas. Les colloïdes à base d'eau peuvent être épaissis par des sels inorganiques et des composés d'oxyde de silicium, de magnésium, d'aluminium, comme le talc, la pyrophilite, l’hydrotalcite et la montmorillonite. La quantité nécessaire d'agent épaississant dépend du type et de la quantité de solvant dans la dispersion. Pour les dispersions aqueuses, le rapport entre l'agent épaississant et le solvant est traditionnellement dans la plage de 0,015 à 0,25.

Parmi les agents cités ci-dessus, les acides gras et les esters correspondants et le talc sont préférés.

Des pâtes de matériau graphitique peuvent être utilisées de manière efficace. Ces pâtes sont des dispersions colloïdales de matériau graphitique dans des milieux appropriés, comme un polyalkylène glycol dans lequel le groupe alcényle contient 2 à 5 atomes de carbone et possède un poids moléculaire de 400 à 10 000, et les esters correspondants, le polyéthylène glycol ou le polypropylène glycol (par exemple, l’AchesonDAG197), les essences minérales (par exemple, l’Acheson DAG 2404®), le pétrolatum (par exemple, l’Acheson GP460®), les triglycérides, un lubrifiant pétrolier (par exemple, l’AchesonDAG170®), des fluides synthétiques de polybutylène, des acides gras saturés ou non saturés (en Cio à C20) et les esters correspondants, avec des alcools inférieurs (en Ci à C4) ou des sels inorganiques, comme le palmitate de sodium ou le stéarate de zinc ; les esters de sorbitane.

Il est possible de produire des matériaux composites présentant l’un des deux schémas d'inhomogénéité contrôlée précédemment mentionnés, ou une combinaison des deux, selon la viscosité et l'affinité chimique du concentré de matériau graphitique par rapport à la matrice vinylique aromatique.

Par exemple, pour obtenir des matériaux composites selon le premier schéma d'inhomogénéité contrôlée, il est approprié d'utiliser des mélanges maîtres de matériau graphitique qui ont comme base une résine polymère qui est essentiellement compatible avec le polymère vinylique aromatique de la matrice, par exemple le polystyrène et son alliage avec le polyphényl éther.

De manière avantageuse, il est possible de mélanger ladite résine avec les billes de polystyrène expansible résultant de sa polymérisation en suspension et qui ne répondent pas aux spécifications des produits (par exemple, les fractions non souhaitées).

Les déchets expansés ou les articles en polystyrène compact, ou les déchets de coupes associés peuvent être concassés puis incorporés dans la résine polymère mentionnée ci-dessus.

De manière avantageuse, pour obtenir des matériaux composites selon le second schéma d'inhomogénéité contrôlée, il est possible d'utiliser des mélanges maîtres ayant comme base un polymère qui est non miscible dans les résines vinyliques aromatiques, ou des copolymères seulement partiellement miscibles. Des exemples de ces polymères comprennent : le polyéthylène (PE) ; le polyéthylène-acétate de vinyle) (EVA) ; le polypropylène ; les mélanges associés et les interpolymères PS/PE (HIPS/PE) ou PS/EVA ; SAN ; ABS ; le poly(méthacrylate de méthyle) ; les polyesters ; un polycarbonate issu du bisphénol-A, les polyamides 6, les polyamides 66, le PET (le téréphtalate de polyéthylène), le PBT (poly(téréphtalate de butylène)), le PCL (polycaprolactone) et les mélanges associés ; les copolymères de SBS saturés (styrène-éthylène-butylène-styrène) ; le SEP (styrène-éthylène-propylène) ; des copolymères de styrène-butadiène, styrène-isoprène et styrène-anhydride maléique et, en général, les caoutchoucs thermoplastiques contenant du styrène.

Les polymères préférés non miscibles dans les résines vinyliques aromatiques, ou les copolymères seulement partiellement miscibles comprennent : le polyéthylène, le poly(éthylène-acétate de vinyle), le polystyrène choc, les copolymères de styrène-éthylène-butylène-styrène, de styrène-isoprène, de styrène-butadiène et les copolymères de styrène-anhydride maléique.

Les matériaux non miscibles ou pas complètement miscibles qui peuvent être intégrés dans le composite expansible, devront l’être dans la plage de 1 à 40%, de préférence 5-30%, par rapport au poids total de la composition résultante.

Dans un premier mode de réalisation, le mélange maître polymère de matériau graphitique est obtenu en mélangeant une résine polymère (compatible ou non compatible avec la résine vinylique aromatique) et les particules de matériau graphitique dans une machine d'extrusion à double vis ou à simple vis avec les éléments de mélange, ou dans un mélangeur statique. De cette manière, il est possible de produire des mélanges maîtres stables avec une teneur en matériau graphitique allant jusqu'à environ 55 % en poids par rapport au poids total du mélange maître polymère résultant.

Dans le mélange maître, des plastifiants ou des cires peuvent être partiellement utilisés à la place du polymère. De cette manière, la teneur en matériau graphitique dans le mélange maître peut être augmentée jusqu'à 70 % en poids par rapport au poids total du mélange maître polymère résultant, avec une aptitude à la transformation inchangée ou améliorée. Les plastifiants appropriés sont les esters phtaliques, comme le phtalate de n-butyle et de benzyle, le phtalate de bis(n-butyle), le phtalate de diisobutyle, le phtalate de dioctyle, le phtalate de diisodécyle et le phtalate de di-2-éthyl-hexyle ; les composés non phtaliques, comme les adipates, par exemple l’adipate de dioctyle, les téréphtalates, comme le téréphtalate de dioctyle, les trimellytates, les terpènes, comme le géraniol, le limonène, le famésol et les citrates.

Les plastifiants sont de préférence utilisés en une quantité de 0,1 à 10 parties en poids par rapport à 100 parties en poids du matériau graphitique.

Un agent de dispersion peut être ajouté pour aider la dispersion du matériau graphitique à l’intérieur de la résine.

Des exemples non limitatifs comprennent les agents de dispersion organiques, comme le poly(alcool vinylique), la méthylcellulose et la polyvinylpyrrolidone, ainsi que les monomères insaturés contenant au moins un type de groupe fonctionnel ionique, choisi dans le groupe des amines tertiaires, des sels d'ammonium quaternaire et de l'acide sulfurique. Ledit groupe fonctionnel ionique est de préférence choisi dans le groupe composé du (méth)acrylate de Ν,Ν-diméthylaminoéthyle, du (méth)acrylate de Ν,Ν-diéthylaminoéthyle, du N,N-diméthylaminoéthyle (méth)acrylamide, du diméthylphosphate de 2-(méthacryloyloxy)éthyl triméthyl-ammonium, de l’acide 2-acrylamide-2-méthylpropanesulfonique et du (méth)acrylate de 2-sulfoéthyle.

Certains agents de dispersion peuvent jouer le rôle de lubrifiants pour les polymères. Ce groupe comprend les acides ricinoléiques, comme l’huile de ricin, les amides d'acides carboxyliques à longue chaîne, l'acide cétylique, l'acide stéarylique et certains esters de phtalates. Parmi ceux-ci, l’éthylène-bis-stéaramide et l’huile de ricin sont préférés.

L'agent de dispersion est de préférence utilisé en des quantités allant de 0,05 à 10 parties en poids en se basant sur 100 parties en poids du matériau graphitique.

De manière avantageuse, le schéma d'inhomogénéité contrôlée mentionné ci-dessus peut être favorisé quand du noir de carbone est ajouté au matériau graphitique. Les types suivants de noir de carbone sont efficaces dans ce but : le noir de carbone thermique (comme le Thermax 990 UP® produit par Cancarb), le noir de carbone d’acétylène (comme le AB-100® produit par Chevron), le noir de carbone de « fourneau » (comme le EN250® produit par MMMCarbon ou le Printex-85® produit par Degussa), le noir de carbone de fumée (comme le LamplOl® ou le Durex-O® produit par Degussa) et le noir de carbone issu de l’anthracène.

A cette fin, la teneur en noir de carbone peut aller jusqu'à 15 % en poids par rapport au poids total du matériau composite résultant.

Le concentré de matériau graphitique est mélangé avec le polymère vinylique aromatique selon les modes de réalisation décrits ci-dessus dans ce document.

Les procédés de préparation du matériau composite objet de la présente invention sont décrits aux revendications 25 à 36.

Dans un premier mode de réalisation de la présente invention, un monomère vinylique aromatique est polymérisé dans un procédé en masse continue (comme un réacteur agité en continue (CSTR) ou un réacteur à écoulement piston (PFR), avec ou sans catalyseur). Ces procédés nécessitent traditionnellement l'utilisation de solvants pour réduire la viscosité du polymère résultant. Par exemple, 5 à 10%. d’éthylbenzène sont normalement ajoutés au styrène dans la production en masse continue de polystyrène.

En outre, la réaction se déroule jusqu'à ce qu'une conversion de 60 à 90 % soit atteinte. Par conséquent, la réaction n'est pas complète et la viscosité du mélange ayant partiellement réagi est bien en dessous de la viscosité caractéristique du polymère pur, dans les mêmes conditions de procédé. Le polymère est récupéré dans une unité de dévolatilisation, où le solvant et les monomères n’ayant pas réagi sont extraits de la masse réactionnelle.

De manière avantageuse, le concentré de matériau graphitique est ajouté au flux de polymère avant l'unité de dévolatilisation. Dans ces conditions, le mélange est efficace et ne nécessite pas des niveaux de cisaillement élevés. La dévolatilisation peut être utilisée de manière avantageuse sous une pression sub-atmosphérique.

En tant qu'exemple pratique d'équipement, il est possible de citer un réacteur équipé d'un condenseur, d'un réservoir de détente, d'un extracteur, d'une machine d'extrusion à double vis, d'un évaporateur en couche mince.

De préférence, la dévolatilisation est réalisée à température élevée (au-dessus de 200 °C).

Dans un deuxième mode de réalisation, le concentré de matériaux graphitiques est mélangé directement avec le monomère vinylique aromatique, avant l'étape de réaction. La polymérisation en suspension n'est généralement pas préférée, car les particules de matériau graphitique ont tendance à s'agréger selon un schéma qui n'est pas approprié pour obtenir les particules expansibles selon la présente invention. Vice versa, les réacteurs à solution du type à agitation continue (CSTR) ou les réacteurs à écoulement piston (PFR) sont davantage appropriés pour cet objectif.

Dans un troisième mode de réalisation, le concentré de matériau graphitique est injecté entre une pompe qui reçoit le polymère principal provenant du fond du dispositif de dévolatilisation et l'étape de refroidissement suivante.

Dans un quatrième mode de réalisation, le concentré de matériau graphitique est injecté dans le courant polymère principal à l'intérieur du récipient de dévolatilisation, en correspondance avec le courant de celui-ci quittant ledit récipient. De manière avantageuse, le dispositif de dévolatilisation peut être maintenu sous vide pour éliminer la matière volatile qui peut se trouver dans ledit concentré de matériau graphitique.

Dans un cinquième mode de réalisation, le concentré de matériau graphitique est mélangé avec l'agent d'expansion puis ajouté au courant polymère principal, après l'étape de dévolatilisation. Le cornant polymère quittant le dispositif de dévolatilisation doit être refroidi jusqu'à une température ne dépassant pas 215 °C, de préférence ne dépassant pas 200 °C, avant d'être mélangé avec la composition contenant le concentré de matériau graphitique.

Il peut être utile d'ajouter une partie ou la totalité de l'agent d'expansion dans le concentré de matériau graphitique avant son incorporation dans le courant polymère principal. Ce qui a été mentionné ci-dessus est particulièrement efficace quand le concentré de matériau graphitique est une dispersion dans un solvant non hydrophile. En particulier, le mélange entre le concentré de matériau graphitique, à base de pétrolatum, et les agents d'expansion appartenant au groupe des hydrocarbures aliphatiques, peut être injecté de manière avantageuse sous la forme d'un gel liquide dans le courant du polymère.

Des mélangeurs statiques ou dynamiques peuvent être utilisés pour réaliser le mélange du concentré de matériau graphitique avec le courant de polymère principal.

Les granulés expansibles de la présente invention peuvent également contenir des ignifuges en une quantité de 0,5 % à 15 % en poids, par rapport au poids de la composition résultante. Les agents ignifuges particulièrement appropriés pour les compositions vinyliques aromatiques expansibles, l'objet de la présente invention, sont les composés aliphatiques, les composés cycloaliphatiques et aromatiques bromés, comme l’hexabromocyclododécane, le pentabromomonochlorocyclohexane, le tétrabromobisphénol A bis(allyl éther) et le pentabromophényl allyl éther ; parmi ceux-ci, Phexabromocyclododécane et le tétrabromobisphénol A bis(allyl éther) sont préférés.

Il est possible d'améliorer l'efficacité de l'agent ignifuge en ajoutant n'importe quel produit synergétique connu dans l'art. Des exemples non limitatifs de produits synergétiques comprennent : le peroxyde de dicumyle, l’hydroperoxyde de cumène, le 3,4-diméthyl-3,4-diphényl-hexane, le 3,4-diméthyl-3-4-diphényl butane, le 3,6,9-triéthyl-3,6,9-triméthyl-1,4,7-tripéroxynonane.

D'autres additifs facultatifs comprennent les plastifiants, les agents hydrophobes, les agents de nucléation, les antioxydants, les stabilisateurs de brome et les agents antifumée, les charges et les lubrifiants.

Tous ces additifs et ceux précédemment mentionnés peuvent être incorporés dans le concentré de matériau graphitique. En variante, ils peuvent être ajoutés et mélangés avec le concentré de matériau graphitique avant ou pendant le mélange de la composition résultante avec le courant vinylique aromatique principal.

Dans les granulés expansibles, l'objet de la présente invention, des exemples non limitatifs de composants du système d'expansion comprennent les hydrocarbures liquides contenant 3 à 6 atomes de carbone, les hydrocarbures halogénés, l'eau ou le dioxyde de carbone en combinaison avec le méthanol ou l'éthanol. Parmi les hydrocarbures liquides mentionnés ci-dessus, les butanes, comme le n-butane, l’isobutane et le cyclobutane ; les pentanes, comme le n-pentane, l’isopentane, le cyclopentane et le néopentane ; les hexanes, comme le n-hexane, le 2-méthyl-pentane, le 2-éthyl-butane et le cyclohexane, peuvent être indiqués. Il est connu qu’un mélange d'agents d'expansion possédant différents points d'ébullition favorise l'expansion. Quand du pentane est utilisé comme agent d'expansion, il est préférable d'utiliser un mélange de n-pentane et d’iso-pentane en un rapport en poids de 60 :40 à 80:20.

Le terme « système d'expansion », tel qu’utilisé dans la présente description et les revendications, fait référence à un agent d'expansion quand il est utilisé pur dans une composition polymère expansible ou à un mélange d'agents d'expansion quand plusieurs sont utilisés.

La température critique du système d’expansion fait référence à la température critique de l’agent d'expansion, quand le système d'expansion est seulement composé d'un agent d'expansion, ou à la température critique de l'agent d'expansion majoritaire en poids, quand le système d'expansion est composé d'un mélange d'agents d'expansion dans lequel un desdits agents est présent dans le mélange à plus de 50 % en poids, ou dans les autres cas, à la température critique du mélange d’agents d'expansion.

La pression critique du système d'expansion fait référence à la pression critique de l'agent d'expansion, quand le système d'expansion est seulement composé d'un agent d'expansion, ou à la pression critique de l'agent d'expansion majoritaire en poids, quand le système d'expansion est composé d'un mélange d'agents d'expansion dans lequel un desdits agents est présent dans le mélange à plus de 50 % en poids, ou dans les autres cas, à la pression critique du mélange d'agents d'expansion.

Le système d'expansion est utilisé de préférence à une teneur de 3 à 10 parties en poids, en se basant sur 100 parties en poids de la composition polymère expansible.

Selon la présente invention, le système d'expansion est ajouté et mélangé avec le courant polymère au moyen de mélangeurs statiques et/ou dynamiques. Ces opérations sont effectuées à une température du polymère de -25 à +25 °C, de préférence de -15 à +15 °C, par rapport à la température critique du système d'expansion. Dans le même temps, la pression est maintenue au-dessus de la pression critique du système d'expansion.

La composition expansible peut être facultativement légèrement refroidie avant l’extrusion à travers la filière et la granulation qui fait suite. Selon une littérature abondante (voir, par exemple, le brevet européen EP 668 139 ou les demandes de brevet international WO 98/51738 et WO 00/43442 et la demande de brevet US 2005/0156344), l'étape de refroidissement est obligatoire, ou préférable quel que soit le cas, et ceci est assez délicat car la température au niveau de la sortie du refroidisseur est souvent supérieure de quelques degrés à la température de solidification du produit fondu.

Au contraire, selon la présente invention, cette étape de refroidissement est de préférence évitée ou effectuée un peu (par exemple, un refroidissement jusqu’à un maximum de 60 °C au-dessus de la température de transition vitreuse du polymère vinylique aromatique). Des échangeurs de chaleur à faisceau de tubes ou des mélangeurs statiques de réactifs (SMR) peuvent être utilisés dans ce but.

Ensuite, la composition expansible éventuellement légèrement refroidie est introduite dans une tête de filière qui distribue de manière homogène le polymère sur le plateau matrice, où la composition expansible est extradée et granulée.

De préférence, le plateau matrice est chauffé au moins à la température du polymère fondu entrant, et de manière davantage préférée entre 10 et 60 °C au-dessus de cette température. Les diamètres des trous de la filière sont de préférence dans la plage de 0,3 à 1,7 mm, et de manière davantage préférée entre 0,4 et 1,2 mm. Le rapport longueur/diamètre des trous est de préférence d'au moins 2,5, et de manière davantage préférée de 3 à 10. En fonction de la composition, de la vitesse de cisaillement et de la température du produit fondu, le gonflement de la composition polymère expansible varie de 1,2 à 3,0 immédiatement après la sortie de la filière. Par conséquent, en contrôlant ces conditions, il est possible d’obtenir des granulés de matériau composite expansible possédant la dimension souhaitée, en particulier de 0,6 à 1,8 mm.

Le granulateur doit être réglé sur un mode immergé ou de « pulvérisation d’eau hachée » (selon ce qui est décrit dans la demande de brevet US 2005/123638) afin d'éviter l'expansion du matériau composite expansible lors de la granulation. Dans les deux cas, la température de l'eau est de préférence maintenue entre 20 °C et la température de transition vitreuse (Tg) de la composition polymère expansible plus 15 °C. En outre, la chambre de granulation doit être maintenue sous pression, de préférence de 1,5 à environ 20 barg, et de manière davantage préférée entre 3 et 7 barg.

Quand la granulation par pulvérisation d'eau hachée est utilisée, un flux gazeux est nécessaire dans la chambre de granulation. Ce flux gazeux doit être contrôlé afin d'éviter l'inondation de la chambre et, dans le même temps, l'interruption ou la déviation du flux liquide provenant de la pulvérisation. De préférence, ce gaz est l'azote.

Une distribution uniforme du liquide est nécessaire contre la filière, afin d'assurer une granulation de qualité élevée. Le flux liquide préféré est l'eau. Après les exemples et les exemples comparatifs, le tableau 4 présente certaines plages opératoires typiques pour les flux d'azote et d'eau.

Dans les conditions suivantes, des particules de composite expansibles sont obtenues, lesquelles sont caractérisées par une forme essentiellement ellipsoïdale ou, plus spécifiquement, par une forme de noix caractérisée par une indentation annulaire particulière (voir la figure 4). Il est possible de caractériser quantitativement cette forme au moyen d'un facteur de forme. On peut trouver de nombreuses définitions pour celui-ci dans la littérature (voir, par exemple, Sukumaran, B. et Ashmawy A.K. (2001) « Quantitative characterization of the Geometry of Discrete Particles », Geotechnique, vol. 51, No. 7, septembre, pages 619 à 627). La définition supplémentaire suivante du facteur de forme est utilisée dans ce document :

dans laquelle V est le volume de la particule de composite expansible et A est la superficie de la surface correspondante. Le facteur de forme SF est égal à 1 pour une sphère parfaite et diminue avec une augmentation de l’anisotropie, en s'approchant de zéro pour les cylindres ayant un rapport longueur/diamètre qui s'approche de l'infini.

Selon la présente invention, des particules de composite expansible sont obtenues avec un facteur de forme SF, comme défini ci-dessus, traditionnellement de 0,60 à 0,99.

De préférence, ce facteur de forme se situe dans la plage de 0,70 à 0,98. L'augmentation du facteur de forme est obtenue en augmentant la température du polymère et en diminuant le refroidissement à l'eau (par exemple, en diminuant le flux).

De manière inattendue, les particules de composite, l'objet de la présente invention, présentent normalement une excellente aptitude à l'expansion et au moulage quand elles sont transformées selon les procédés standards en usage. Le tableau 5 présente divers résultats obtenus par la transformation des particules de composite expansible prises dans les exemples selon l'invention et les exemples comparatifs. On peut voir que les produits obtenus, comme résultat de la présente invention, ont un taux d'expansion plus élevé par rapport à des produits similaires ayant la même teneur en système d'expansion. Cet effet est particulièrement évident pendant la première minute d’expansion. Après 24 heures de repos, les billes de composite peuvent être de nouveau expansées. Du fait de la seconde expansion, des masses volumiques très basses peuvent être obtenues ou, dans n'importe quel cas, inférieures aux valeurs correspondantes des exemples comparatifs.

Selon la présente invention, afin d'atteindre la distribution souhaitée, les particules de matériau graphitique doivent traditionnellement être maintenues dans la composition polymère fondue pendant un temps de présence supérieur ou égal à 2 minutes, de préférence de 7 à 60 minutes. Généralement, ce temps de présence comprend le temps qu'il faut au matériau graphitique pour passer par toutes les unités incluses entre son ajout dans le courant polymère et la granulation du matériau composite expansible résultant.

Le coefficient de variation (COV) du matériau graphitique dans la résine a été évalué afin de caractériser la distribution des particules de matériau graphitique dans la composition expansible résultante.

Le coefficient de variation (COV) est un rapport sans dimension résultant de la division de la déviation standard d'une quantité mesurée, par rapport à sa moyenne :

où N est le nombre d'échantillons, x la quantité mesurée et * sa moyenne en nombre.

Des références sur le calcul du COV peuvent être trouvées dans les brevets US 5 795 364 et 6 897 014.

La quantité mesurée « x » est la concentration du matériau graphitique dans la résine et est obtenue en échantillonnant des photographies de tranches de matériaux composites expansibles, au moyen d'un microscope optique. Les images numériques ont une résolution de pixel de 333 nm et une superficie A d'environ 30 000 pm2.

Les échantillons sont obtenus en divisant cette superficie en un nombre N de régions de superficies égales An = A/N et en calculant la concentration moyenne xj dans chaque région.

Quand N s'approche de 2, le COV calculé s'approche de 0, tandis que quand N tend vers l'infini, ce qui suit est obtenu :

Le degré de mélange est représenté de manière avantageuse sous la forme du rapport COV (voir, par exemple brevets US 5 597 236 ou « Laminar Flow in Static Mixers with Helical Elements», A. Bakker, R.D. LaRoche, E.M. Marshall, The Online CFM Book, 1998):

de sorte que H(N) est limité entre 0 (homogénéité complète) et 1 (ségrégation complète), quelle que soit la teneur en matériau graphitique.

Afin de faire ressortir les zones de matériau graphitique, l’image est soumise à un prétraitement de nettoyage, qui consiste en une filtration obtenue par une transformée en cosinus discrète (DCT) de l’image ; la remise à zéro du premier coefficient ; la reconstruction de l'image au moyen de la transformée inversée (IDCT). Seuls les tons gris allant de 10 % de l'iiistogramme cumulatif de l'image et 30 % de celui-ci sont considérés.

Le diagramme de mélange obtenu en traçant H(N) en fonction des superficies des régions An(N) fournit des informations utiles sur la morphologie des agrégats de matériau graphitique.

En particulier, la valeur Ac = An (Nc) de la superficie des régions An(N) pour lesquelles H(NC) = 1/3 est un indice du degré de dispersion du matériau graphitique. Statistiquement, les échantillons ayant une superficie supérieure à cette valeur Ac ont une variance dans la teneur en matériau graphitique inférieure ou égale à une valeur fixée. Ci-après dans ce document, le paramètre Ας désignera la « superficie de mélange minimale » (MMA).

De façon méthodologique, la superficie de mélange minimale est calculée par l’interpolation « spline » des données de la superficie de région An(N) tracées en fonction de H(N).

Traditionnellement, les particules produites selon la présente invention présentent une superficie de mélange minimale entre 3S et 3 000 pm2, plus traditionnellement entre 45 et 1 000 pm2.

La conductivité thermique des produits expansés fabriqués de la présente invention a été mesurée selon la norme EN 13163T.

Ce test évalue la conductivité thermique globale dans les conditions spécifiées du test, mais ne fournit pas une mesure directe de la capacité de blocage des rayonnements infrarouges. Il est difficile d'évaluer les performances d'isolation thermique seulement à partir des informations de conductivité thermique globale. En réalité, la même conductivité thermique dépend fortement de la densité des échantillons à tester, cette caractéristique est cependant difficile à répéter.

Une meilleure approche est l'évaluation directe de la capacité des additifs à bloquer les rayonnements infrarouges. Ces données peuvent être obtenues à la fois par une mesure directe de la lumière transmise par un laser infrarouge à travers l’échantillon (voir, par exemple la demande de brevet international WO 06/073712, tableau 5) et par un calcul indirect effectué sur les résultats des tests de conductivité réalisés selon la norme EN 13163T.

Les données de conductivité thermique obtenues à partir de ce test comprennent trois contributions (le rayonnement infrarouge, la conduction du polymère et la conduction gazeuse). Afin d'apprécier l'effet de la capacité de blocage des infrarouges par les matériaux graphitiques, il est nécessaire d'éliminer la contribution de l'air et la conduction du polymère de la conductivité thermique totale, afin de donner seulement la contribution des rayonnements infrarouges :

LraDIATIVE = kxOT — (Lair + kpôLYMERE) kpOLYMERE = 170[mW/mK].2/3.pMOUSSE/pPOLYMERE kAiR = 26,5[mW/mK].(l - Pmousse/Ppolymere) où Pmousse est densité de la mousse et Ppolymere est la densité du polymère compact.

II est utile de normaliser la contribution radiative par rapport à la conductivité. En réalité, dans le test de conductivité précédemment mentionné, l'échantillon à tester qui doit être évalué est enfermé entre deux surfaces rayonnantes ; quand la densité de l'échantillon à tester se rapproche de zéro, la quantité de matériau expansé est également réduite, comme l'est également l’interaction entre celui-ci et le flux radiatif. Par conséquent, dans ces conditions, la contribution radiative à la conductivité doit être égale à la valeur Kmax résultant du rayonnement du corps gris entre les deux parois de confinement formant la chambre de mesure. Cette valeur dépend seulement des conditions opératoires du thermofluxmètre et non du matériau testé, et peut être calculée.

De manière inattendue, il a été découvert que la contribution radiative Kradiative peut être corrélée à la densité de la mousse.

Plus précisément, le logarithme de la contribution radiative est sensiblement linéaire par rapport à la densité du matériau expansé sur une vaste plage de densité, comme on peut le déduire de la figure 1.

Ce résultat suggère l'applicabilité d'une forme généralisée de la loi de Lambert-Beer pour l'absorption optique :

dans laquelle ΔΖ est l'épaisseur de l'échantillon à tester, σ est la section efficace de capture du matériau et c est une constante.

Dans certaines limites, la section efficace de capture peut être exprimée sous la forme de la somme de la contribution du polymère et des autres additifs qui bloquent les rayonnements infrarouges :

dans laquelle Xpolymere est la fraction du polymère dans le matériau composite, et Xj représente les fractions (facultatives) d'additifs qui bloquent les rayonnements infrarouges.

Puisque la section efficace de capture est indépendante de la densité de la mousse (elle dépend exclusivement du matériau composite et non des conditions d'expansion), il est possible d'analyser l'efficacité desdits matériaux composites sans se soucier des conditions de transformation. Ladite analyse est utilisée dans , les exemples et les exemples comparatifs décrits dans ce document, afin de montrer les performances améliorées d'isolation thermique et la capacité de blocage des rayonnements infrarouges.

Certains exemples illustratifs et non limitatifs sont fournis ci-dessous pour mieux comprendre la présente invention et pour son mode de réalisation.

FIGURES

Figure 1 : Conductivité radiative logarithmique normalisée en fonction de la masse volumique de la mousse, pour certaines mousses provenant du traitement des composites expansibles particulaires correspondants.

Figure 2A : Image au microscope optique du produit obtenu dans l’exemple 8 et diagramme de mélange correspondant par rapport à la surface de région.

Figure 2B : Image au microscope optique du produit obtenu dans l’exemple 10 et diagramme de mélange correspondant par rapport à la surface de région.

Figure 2C : Image au microscope optique du produit obtenu dans l’exemple 21 et diagramme de mélange correspondant par rapport à la surface de région.

Figure 2D : Image au microscope optique du produit obtenu dans l’exemple 22 et diagramme de mélange correspondant par rapport à la surface de région.

Figure 2E : Image au microscope optique du produit obtenu dans l’exemple 22.

Figure 2F : Image au microscope optique du produit obtenu dans l’exemple 23 et diagramme de mélange correspondant par rapport à la surface de région.

Figure 2G : Image au microscope optique du produit obtenu dans l’exemple 23.

Figure 2H : Image du microscope optique du produit obtenu dans l’exemple comparatif 5a et diagramme de mélange correspondant par rapport à la surface de région.

Figure 3 : Section efficace de capture en fonction de la teneur en carbone pour certains exemples et certains exemples comparatifs.

Figure 4 : Image prise au microscope optique d’un composite expansible particulaire selon la présente invention.

EXEMPLES

Les exemples de la à lf décrivent différents procédés et différentes formulations pour la production de concentrés de matériaux de type graphite ; les exemples 2,3,4 et 6 illustrent divers procédés de préparation des billes de polymère de vinyle aromatique expansible selon la présente invention ; les exemples 2 à 10 concernent l'utilisation de concentrés de matériau de type graphite obtenus selon l'exemple le ; les exemples 11 à 15 concernent l'utilisation de concentrés de matériau de type graphite obtenus selon l'exemple ld ; les exemples 16 à 24 concernent l'utilisation d'autres concentrés de matériau de type graphite ou différentes conditions opératoires ; les exemples comparatifs concernent des billes d'EPS obtenues selon la technique connue.

EXEMPLE la

On charge 80 parties de graphite colloïdal GP460, basé sur un mélange d'hydrocarbures connus sous le nom de « Petrolatum », vendu par Acheson (Concentration en matériau de type graphite : 50 % en poids) ; 5 parties d'acide stéarique produit par Henan Jiujiu Chemical Co., Ltd. ; 5 parties de stéarate de zinc produit par Reagens Ltd. ; 5 parties de talc Minstron 002 produit par Luzenac ; 5 parties d'éthylène-bis-stéaramide, dans un mélangeur à vis continu qui homogénéise la composition pendant un temps de séjour moyen de 5 minutes.

On extrait la composition ainsi obtenue (concentration du matériau de type graphite : 40 % en poids) de la vis au moyen d'une pompe à cavité progressive et on l'utilise comme concentré de matériau de type graphite pour la production de particules composites expansibles.

EXEMPLE lb

On soumet un graphite colloïdal à base aqueuse E-LB 2000 RD053 de Timcal (concentration en graphite de 25 % en poids) à un courant de vapeur d'eau surchauffée dans un récipient agité à la pression atmosphérique, jusqu'à ce que l'on augmente la concentration en graphite jusqu'à 50 %.

On charge 80 parties du matériau de type graphite colloïdal résultant ; 8 parties de talc Minstron 002 de Luzenac ; 4 parties d'hydrotalcite DHT-4A de Kyowa Chemical Industry Co. ; 2,5 parties de monostéarate de glycéryle ; 0,5 partie de monolaurate de sorbitan polyéthoxylé (20), Tween-20 de ICI America ; et 5 parties d'éthylène-bis-stéaramide, dans un mélangeur à vis continu qui mélange la composition pendant un temps de séjour moyen de 5 minutes.

On peut utiliser la composition résultante comme concentré de matériau de type graphite dans la production de composites expansibles.

EXEMPLE le

On traite du graphite naturel MetalPure 8595 produit par Superior Graphite à 100 °C pendant 20 minutes avec un mélange constitué de 90 parties d'une solution d'acide sulfurique à 96 pour cent et de 10 parties d'une solution d'acide nitrique à 67 pour cent. On lave le graphite ainsi intercalé avec de l'eau, on le sèche pendant 2 heures à 90 °C et finalement on le charge dans un four où on le soumet à une température de 820 °C pendant 40 secondes.

On prépare une composition de base dans un mélangeur à sec en mélangeant 68 parties de polystyrène N2982 produit par Polimeri Europa en granules (Mp = 130 000 g/mol, Mp/Mn = 2,3, MFI (200 °C, 5 kg) = 25 g/10') et 2 parties d'un solvant à base de dipentène (Histolemon Erba, produit par Carlo Erba Reagenti). On mélange 25 parties du graphite ainsi traité et 5 parties de « Lamp Black Durex-0 », produit par Degussa, dans une extrudeuse à deux vis avec la composition de base préparée précédemment.

On utilise la composition résultante comme concentré de matériau de type graphite dans la production de particules composites expansibles.

EXEMPLE ld

On mélange 70 parties de polystyrène N2982, 4 parties d'éthylène-bis-stéaramide, 1 partie de téréphtalate de dioctyle (Eastman 168) et 25 parties de graphite UF2-96/97 produit par Kropfmuhl, dans une extrudeuse à deux vis.

On peut utiliser directement le produit à l'état fondu, comme concentré de matériau de type graphite dans la production de particules composites expansibles. En variante, on peut le granuler en particules, avantageusement le stocker et l'utiliser ensuite pour les mêmes besoins.

EXEMPLE le

On mélange 70 parties de polystyrène N2982, 4 parties d'éthylène-bis-stéaramide, 1 partie de téréphtalate de dioctyle (Eastman 168), 2 parties de noir de carbone « Lamp Black Durex-0 », produit par Degussa et 23 parties de graphite MetalPure 5595 produit par Superior Graphite, dans une extrudeuse à deux vis. On peut utiliser le produit extradé comme concentré de matériau de type graphite dans la production de particules composites expansibles de la présente invention.

EXEMPLE lf

On prépare une composition de base dans un mélangeur à sec en mélangeant 60 parties de polystyrène N2982 et 1 partie d'huile de ricin hydrogénée (THIXCIN R produite par Kronos Titan).

On pulvérise du coke de carbone PC40 produit par Timcal à partir de pétrole brut dans un broyeur à jet pour obtenir une poudre ayant une taille moyenne d50 (mesurée par diffraction au laser) de 4 microns.

On mélange 25 parties du coke pulvérisé ainsi produit ; 5 parties d'éthylène-bis-stéaramide ; 9 parties de noir de carbone de type « fourneau » EN250, produit par MMM carbone, dans une extrudeuse à deux vis avec la composition de base préparée précédemment.

On peut utiliser le produit extradé comme concentré de matériau de type graphite dans la production de composites expansibles de la présente invention.

EXEMPLE le

On mélange 60 parties de polyéthylène linéaire basse densité de type Flexirene FG 30 produit par Polimeri Europa (densité : 0,925 g/1, MFI (190 °C, 2,16 kg) égale à 1,0 g/10') ; et 40 parties de graphite MetalPure 5595 produit par Superior Graphite, dans une extrudeuse à deux vis. On peut utiliser directement le produit à l'état fondu, comme concentré de matériau de type graphite dans la production de particules composites expansibles. En variante, on peut le granuler en particules, avantageusement le stocker et l'utiliser ensuite pour les mêmes besoins.

EXEMPLE lh

On mélange 60 parties de polyéthylène basse densité de type Riblene FC 30 produit par Polimeri Europa (densité : 0,922 g/1, MFI (190 °C, 2,16 kg) égale à 0,27 g/10') ; et 40 parties de graphite MetalPure 5595 produit par Superior Graphite, dans une extrudeuse à deux vis. On peut utiliser directement le produit à l'état fondu, comme concentré de matériau de type graphite dans la production de particules composites expansibles. En variante, on peut le granuler en particules, avantageusement le stocker et l'utiliser ensuite pour les mêmes besoins.

EXEMPLE li

On mélange 60 parties de polyéthylène moyenne densité de type Eraclene FB 506 produit par Polimeri Europa (densité : 0,939 g/1, MFI (190 °C, 5 kg) égale à 0,8 g/10') ; et 40 parties de graphite MetalPure 5595 produit par Superior Graphite, dans une extrudeuse à deux vis. On peut utiliser directement le produit à l'état fondu, comme concentré de matériau de type graphite dans la production de particules composites expansibles. En variante, on peut le granuler en particules, avantageusement le stocker et l'utiliser ensuite pour les mêmes besoins.

EXEMPLE 2

On charge 89,8 parties d'éthylbenzène, 730,0 parties de styrène, 56,2 parties d'a-méthylstyrène, 0,2 partie de divinylbenzène dans un réacteur agité.

On charge 123,8 parties du concentré préparé selon l'exemple le dans un réacteur et on les dissout (total : 1 000 parties). On réalise la réaction à 125 °C pendant un temps de séjour moyen de 2 heures. On charge ensuite la composition de fluide à la sortie dans un deuxième réacteur dans lequel on achève la réaction à 135 °C pendant un temps de séjour moyen de 2 heures.

On chauffe à 240 °C la composition polymère réactive, ayant un taux de conversion de 72 %, et on la charge ensuite dans un dispositif de dévolatilisation pour éliminer le solvant et le monomère résiduel. La composition résultante a une température de transition vitreuse de 104 °C, un indice d'écoulement à chaud (MFI 200 °C, 5 kg) de 8 g/10', une masse moléculaire Mp de 200 000 g/mol et un rapport Mp/Mn de 2,8, où Mp est la masse moléculaire moyenne en poids et Mn est la masse moléculaire moyenne en nombre.

On recueille la composition aromatique vinylique dans une cuve chauffée et on la charge dans un échangeur de chaleur pour abaisser sa température à 190 °C.

On charge dans une extrudeuse à deux vis 120,7 parties de polystyrène N2982, 24,2 parties de BR-E 5300 (hexabromocyclodécane stabilisé, vendu par Chemtura) et 5,1 parties de Perkadox 30® (2,3-diméthyl-2,3-diphénylbutane, vendu par Akzo Nobel) (total : 150 parties). Une pompe à engrenage augmente la pression d'alimentation de l'additif fondu jusqu'à 260 barg. On met ensuite sous pression et on injecte 47 parties d'un mélange de n-pentane (75 %) et d'isopentane (25 %) dans l'alimentation d'additif. On achève le mélange au moyen de mélangeurs statiques à une température d'environ 190 °C.

On ajoute la composition ainsi mélangée à 850 parties du courant vinylique aromatique provenant de l'échangeur de chaleur. On mélange ensuite les ingrédients au moyen d'éléments de mélangeur statique pendant un temps (de séjour) moyen calculé de 7 minutes. On répartit ensuite la composition dans une filière, où on l'extrude à travers un certain nombre de trous ayant un diamètre de 0,5 mm, on la refroidit immédiatement par un jet d'eau et on la découpe au moyen d'une série de couteaux rotatifs (selon la demande de brevet américain N° 2005/0123638). La pression de granulation est de 5 barg et on choisit le taux de cisaillement de façon à obtenir des granulés ayant un diamètre moyen de 1,2 mm. On utilise de l'eau comme liquide de pulvérisation et de l'azote comme gaz vecteur. Le rapport entre la pulvérisation d'eau et le débit massique polymère est de 30 et celui entre l'azote et la masse polymère est de 20. La température de l'eau est de 40 °C.

On sèche les billes granulées résultantes au moyen d'un sécheur centrifuge et on les recouvre ensuite d'un revêtement. On prépare le revêtement en ajoutant aux billes 3 parties de monostéarate de glycérile, 1 partie de stéarate de zinc et 0,2 partie de glycérine, pour 1 000 parties de billes granulées et séchées. On mélange les additifs du revêtement avec le granulé au moyen d'un mélangeur à vis continu.

On expanse les billes granulées recouvertes du revêtement au moyen de vapeur d'eau dans un dispositif d'expansion préalable agité à la pression atmosphérique. Lorsqu'on atteint la densité souhaitée, on interrompt le flux de vapeur d'eau et on sèche les billes au moyen d'un flux d'air. Après un repos de 24 heures, on place les billes expansées dans un moule et on les traite avec de la vapeur d'eau, pour obtenir les produits manufacturés souhaités.

On évalue la conductivité thermique et l'essai au feu sur les produits manufacturés ainsi obtenus.

On mesure la teneur réelle en graphite au moyen d'une analyse thermogravimétrique (TGA).

On obtient les images optiques de la distribution du matériau de type graphite au moyen d'un microscope optique et on calcule la quantité de mélange H d'après les équations fournies ici.

EXEMPLE 3

On charge 89,8 parties d'éthylbenzène, 730 parties de styrène, 56,2 parties d'a-méthylstyrène (total : 876,2 parties) dans un réacteur agité et on les soumet aux mêmes conditions réactionnelles que dans l'exemple 2.

On ajoute 123,8 parties du concentré obtenu selon l'exemple le, à l'état fondu, à 876,2 parties du mélange réactionnel vinylique aromatique à la sortie du deuxième réacteur (total : 1 000 parties), et on les mélange au moyen d'un mélangeur statique. On refroidit le mélange vinylique aromatique résultant, quittant le dispositif de dévolatilisation, on le mélange avec du pentane et d'autres additifs, on le granule, on le sèche, on ajoute des additifs de revêtement, on l'expanse et on le moule comme dans l'exemple 2.

On mesure la conductivité thermique, l'essai au feu, les photographies prises au microscope et la teneur réelle en graphite comme décrit dans l'exemple 2.

EXEMPLE 4

On charge 90 parties d'éthylbenzène, 844,6 parties de styrène, 65,2 parties d'a-méthylstyrène, 0,2 partie de divinylbenzène (total : 1 000 parties) dans un réacteur agité. On soumet le mélange aux mêmes procédés opératoires, dévolatilisation et conditions de refroidissement et opératoires que ceux décrits dans l'exemple 2.

On charge dans une extrudeuse à deux vis 38,2 parties de polystyrène N2982, 24,2 parties de BR-E 5300, 5,1 parties de Perkadox 30® et 152,5 parties du concentré obtenu comme dans l'exemple le. Une pompe à engrenage augmente la pression d'alimentation du courant d'additif à l'état fondu jusqu'à 260 barg. On met sous pression et on injecte 47 parties d'un mélange de n-pentane (75 %) et d'isopentane (25 %) dans le courant d'additif (total : 267 parties).

On prépare le mélange au moyen de mélangeurs statiques à une température d'environ 190 °C.

On ajoute le courant d'additif résultant (267 parties) à 733 parties d'un mélange vinylique aromatique provenant de l'échangeur de chaleur (total : 1 000 parties).

On mélange ensuite les ingrédients au moyen d'éléments de mélangeur statique pendant un temps (de séjour) moyen calculé de 7 minutes.

On répartit ensuite le mélange dans une filière, on le granule, on le sèche, on ajoute le revêtement, on l'expanse et on le moule selon l'exemple 2.

On mesure la conductivité thermique, l'essai au feu, les photographies prises au microscope et la teneur réelle en graphite comme décrit dans l'exemple 2.

EXEMPLE 5

On charge 90 parties d'éthylbenzène, 844,6 parties de styrène, 65,2 parties d'a-méthylstyrène, 0,2 partie de divinylbenzène (total : 1 000 parties) dans un réacteur agité. On soumet le mélange aux mêmes procédés opératoires, dévolatilisation et conditions de refroidissement et opératoires que ceux décrits dans l'exemple 2.

On charge dans une extrudeuse à deux vis 38,6 parties de polystyrène N2982, 10,0 parties de BR-E 5300, 1,9 partie de Perkadox 30® et 152,5 parties du concentré obtenu comme dans l'exemple le. Une pompe à engrenage augmente la pression du courant d'additif à l'état fondu jusqu'à 260 barg. On met sous pression et on injecte 47 parties d'un mélange de n-pentane (75 %) et d'isopentane (25 %) dans le courant d'additif (total : 250 parties).

On prépare le mélange au moyen de mélangeurs statiques à une température d'environ 190 °C.

On ajoute le courant d'additif résultant (250 parties) à 750 parties d'un mélange vinylique aromatique provenant de l'échangeur de chaleur (total : 1 000 parties).

On mélange ensuite les ingrédients au moyen d'éléments de mélangeur statique pendant un temps (de séjour) moyen calculé de 11 minutes.

On répartit ensuite le mélange dans une filière, on le granule, on le sèche, on ajoute le revêtement, on l'expanse et on le moule selon l'exemple 2.

On mesure la conductivité thermique, l'essai au feu, les photographies prises au microscope et la teneur réelle en graphite comme décrit dans l'exemple 2.

EXEMPLE 6

On charge dans une première extrudeuse des granules de polystyrène NI 782 (polystyrène ayant une Mp égale à 180 000 g/mol, une Mp/Mn = 2,3, un MFI (200 °C, 5 kg) égal à 8 g/10', produit par Polimeri Europa). On met ensuite sous pression le polystyrène fondu à 250 barg au moyen d'une pompe à engrenage, et on le refroidit à 190 °C au moyen d'un échangeur de chaleur.

On charge dans une deuxième extrudeuse, du type à deux vis, 38,2 parties de polystyrène N2982, 24,2 parties de BR-E 5300, 5,1 parties de Perkadox 30 et 152,5 parties du concentré obtenu comme dans l'exemple le. Une pompe à engrenage augmente la pression du courant d'additif fondu jusqu'à 260 barg. On met sous pression et on injecte 47 parties d'un mélange de n-pentane (75 %) et d'isopentane (25 %) dans le courant d'additif (total : 267 parties).

On réalise le mélange au moyen de mélangeurs statiques à une température d'environ 190 °C pendant un temps de séjour total dans le mélangeur d'environ 2 minutes.

On ajoute le courant d'additif résultant (267 parties) à 733 parties d'un mélange vinylique aromatique provenant de l'échangeur de chaleur (total : 1 000 parties).

On mélange ensuite les ingrédients au moyen d'éléments de mélangeur statique pendant un temps (de séjour) moyen calculé de 15 minutes.

On répartit ensuite le mélange dans une filière, on le granule, on le sèche, on ajoute le revêtement, on l'expanse et on le moule selon l'exemple 2.

On mesure la conductivité thermique, l'essai au feu, les photographies prises au microscope et la teneur réelle en graphite comme décrit dans l'exemple 2.

EXEMPLE 7

On charge 90 parties d'éthylbenzène, 844,6 parties de styrène, 65,2 parties d'a-méthylstyrène, 0,2 partie de divinylbenzène (total : 1 000 parties) dans un réacteur agité. On soumet le mélange aux mêmes procédés opératoires, dévolatilisation et conditions de refroidissement et opératoires que ceux décrits dans l'exemple 2.

On charge dans une extrudeuse à deux vis 38,1 parties de polystyrène N2982, 24,2 parties de BR-E 5300, 5,1 parties de Perkadox 30® et 190,6 parties du concentré obtenu comme dans l'exemple le. Une pompe à engrenage augmente la pression du courant d'additif à l'état fondu jusqu'à 260 barg. On met sous pression et on injecte 47 parties d'un mélange de n-pentane (75 %) et d'isopentane (25 %) dans le courant d'additif (total : 305 parties).

On prépare le mélange au moyen de mélangeurs statiques à une température d'environ 190 °C, pendant un temps de séjour total dans le mélangeur d'environ 2 minutes.

On ajoute le cornant d'additif résultant (305 parties) à 695 parties d'un mélange vinylique aromatique provenant de l'échangeur de chaleur (total : 1 000 parties).

On mélange ensuite les ingrédients au moyen d'éléments de mélangeur statique pendant un temps (de séjour) moyen calculé de 7 minutes.

On répartit ensuite le mélange dans une filière, on le granule, on le sèche, on ajoute le revêtement, on l'expanse et on le moule selon l'exemple 2.

On mesure la conductivité thermique, l'essai au feu, les photographies prises au microscope et la teneur réelle en graphite comme décrit dans l'exemple 2.

EXEMPLE 8

On charge 90 parties d'éthylbenzène, 844,6 parties de styrène, 65,2 parties d'a-méthylstyrène, 0,2 partie de divinylbenzène (total : 1 000 parties) dans un réacteur agité. On soumet le mélange aux mêmes procédés opératoires, dévolatilisation et conditions de refroidissement et opératoires que ceux décrits dans l'exemple 2.

On charge dans une extrudeuse à deux vis 42,6 parties de polystyrène N2982, 17,2 parties de BR-E 5300, 3,8 parties de Perkadox 30® et 114,4 parties du concentré obtenu comme dans l'exemple le. Une pompe à engrenage augmente la pression du courant d'additif à l'état fondu jusqu'à 260 barg. On met sous pression et on injecte 47 parties d'un mélange de n-pentane (75 %) et d'isopentane (25 %) dans le courant d'additif (total : 225 parties).

On prépare le mélange au moyen de mélangeurs statiques à une température d'environ 190 °C, pendant un temps de séjour total dans le mélangeur d'environ 2 minutes.

On ajoute le courant d'additif résultant (225 parties) à 775 parties d'un mélange vinylique aromatique provenant de l'échangeur de chaleur (total : 1 000 parties).

On mélange ensuite les ingrédients au moyen d'éléments de mélangeur statique pendant un temps (de séjour) moyen calculé de 7 minutes.

On répartit ensuite le mélange dans une filière, on le granule, on le sèche, on ajoute le revêtement, on l'expanse et on le moule selon l'exemple 2.

On mesure la conductivité thermique, l'essai au feu, les photographies prises au microscope et la teneur réelle en graphite comme décrit dans l'exemple 2.

EXEMPLE 9

On charge 90 parties d'éthylbenzène, 844,6 parties de styrène, 65,2 parties d'a-méthylstyrène, 0,2 partie de divinylbenzène (total : 1 000 parties) dans un réacteur agité. On soumet le mélange aux mêmes procédés opératoires, dévolatilisation et conditions de refroidissement et opératoires que ceux décrits dans l'exemple 2.

On charge dans une extrudeuse à deux vis 56,3 parties de polystyrène N2982, 12,8 parties de BR-E 5300, 2,9 parties de Perkadox 30® et 61,0 parties du concentré obtenu comme dans l'exemple le. Une pompe à engrenage augmente la pression du courant d'additif à l'état fondu jusqu'à 260 barg. On met sous pression et on injecte 47 parties d'un mélange de n-pentane (75 %) et d'isopentane (25 %) dans le courant d'additif (total : 180 parties).

On prépare le mélange au moyen de mélangeurs statiques à une température d'environ 190 °C, pendant un temps de séjour total dans le mélangeur d'environ 2 minutes.

On ajoute le courant d'additif résultant (180 parties) à 820 parties d'un mélange vinylique aromatique provenant de l'échangeur de chaleur (total : 1 000 parties).

On mélange ensuite les ingrédients au moyen d'éléments de mélangeur statique pendant un temps (de séjour) moyen calculé de 7 minutes.

On répartit ensuite le mélange dans une filière, on le granule, on le sèche, on ajoute le revêtement, on l'expanse et on le moule selon l'exemple 2.

On mesure la conductivité thermique, l'essai au feu, les photographies prises au microscope et la teneur réelle en graphite comme décrit dans l'exemple 2.

EXEMPLE 10

On charge 90 parties d'éthylbenzène, 844,6 parties de styrène, 65,2 parties d'a-méthylstyrène, 0,2 partie de divinylbenzène (total : 1 000 parties) dans un réacteur agité. On soumet le mélange aux mêmes procédés opératoires, dévolatilisation et conditions de refroidissement et opératoires que ceux décrits dans l'exemple 2.

On charge dans une extrudeuse à deux vis 17,3 parties de polystyrène N2982, 32,1 parties de BR-E 5300, 5,6 parties de Perkadox 30® et 228,0 parties du concentré obtenu comme dans l'exemple le. Une pompe à engrenage augmente la pression du courant d'additif à l'état fondu jusqu'à 260 barg. On met sous pression et on injecte 47 parties d'un mélange de n-pentane (75 %) et d'isopentane (25 %) dans le courant d'additif (total : 330 parties).

On prépare le mélange au moyen de mélangeurs statiques à une température d'environ 190 °C, pendant un temps de séjour total dans le mélangeur d'environ 2 minutes.

On ajoute le courant d'additif résultant (330 parties) à 670 parties d'un mélange vinylique aromatique provenant de l'échangeur de chaleur (total : 1 000 parties).

On mélange ensuite les ingrédients au moyen d'éléments de mélangeur statique pendant un temps (de séjour) moyen calculé de 7 minutes.

On répartit ensuite le mélange dans une filière, on le granule, on le sèche, on ajoute le revêtement, on l'expanse et on le moule selon l'exemple 2.

On mesure la conductivité thermique, l'essai au feu, les photographies prises au microscope et la teneur réelle en graphite comme décrit dans l'exemple 2.

EXEMPLE 11

On répète l'exemple 10, sauf que l'on remplace les 228,0 parties du concentré obtenu selon l'exemple le par une quantité égale d'un bain maître obtenu selon l'exemple ld.

EXEMPLE 12

On répète l'exemple 4, sauf que l'on remplace les 152,5 parties du concentré obtenu selon l'exemple le par une quantité égale d'un bain maître obtenu selon l'exemple ld.

EXEMPLE 13

On charge 90 parties d'éthylbenzène, 844,6 parties de styrène, 65,2 parties d'a-méthylstyrène, 0,2 partie de divinylbenzène (total : 1 000 parties) dans un réacteur agité. On soumet le mélange aux mêmes procédés opératoires, dévolatilisation et conditions de refroidissement et opératoires que ceux décrits dans l'exemple 2.

On charge dans une extrudeuse à deux vis 122,5 parties de polystyrène N2982, 9,5 parties de BR-E 5300, 1,9 partie de Perkadox 30® et 19,1 parties du concentré obtenu comme dans l'exemple ld. Une pompe à engrenage augmente la pression du courant d'additif à l'état fondu jusqu'à 260 barg. On met sous pression et on injecte 47 parties d'un mélange de n-pentane (75 %) et d'isopentane (25 %) dans le courant d'additif (total : 200 parties).

On prépare le mélange au moyen de mélangeurs statiques à une température d'environ 190 °C, pendant un temps de séjour total dans le mélangeur d'environ 2 minutes.

On ajoute le courant d'additif résultant (200 parties) à 800 parties d'un mélange vinylique aromatique provenant de l'échangeur de chaleur (total : 1 000 parties).

On mélange ensuite les ingrédients au moyen d'éléments de mélangeur statique pendant un temps (de séjour) moyen calculé de 7 minutes.

On répartit ensuite le mélange dans une filière, on le granule, on le sèche, on ajoute le revêtement, on l'expanse et on le moule selon l'exemple 2.

On mesure la conductivité thermique, l'essai au feu, les photographies prises au microscope et la teneur réelle en graphite comme décrit dans l'exemple 2.

EXEMPLE 14

On charge 90 parties d'éthylbenzène, 844,6 parties de styrène, 65,2 parties d'a-méthylstyrène, 0,2 partie de divinylbenzène (total : 1 000 parties) dans un réacteur agité. On soumet le mélange aux mêmes procédés opératoires, dévolatilisation et conditions de refroidissement et opératoires que ceux décrits dans l'exemple 2.

On charge dans une extrudeuse à deux vis 18,7 parties de polystyrène N2982, 24,2 parties de BR-E 5300, 5,1 parties de Perkadox 30® et 305 parties du concentré obtenu comme dans l'exemple ld. Une pompe à engrenage augmente la pression du courant d'additif à l'état fondu jusqu'à 260 barg. On met sous pression et on injecte 47 parties d'un mélange de n-pentane (75 %) et d'isopentane (25 %) dans le courant d'additif (total : 400 parties).

On prépare le mélange au moyen de mélangeurs statiques à une température d'environ 190 °C, pendant un temps de séjour total dans le mélangeur d'environ 2 minutes.

On ajoute le courant d'additif résultant (400 parties) à 600 parties d'un mélange vinylique aromatique provenant de l'échangeur de chaleur (total : 1 000 parties).

On mélange ensuite les ingrédients au moyen d'éléments de mélangeur statique pendant un temps (de séjour) moyen calculé de 7 minutes.

On répartit ensuite le mélange dans une filière, on le granule, on le sèche, on ajoute le revêtement, on l'expanse et on le moule selon l'exemple 2.

On mesure la conductivité thermique, l'essai au feu, les photographies prises au microscope et la teneur réelle en graphite comme décrit dans l'exemple 2.

EXEMPLE 15

On répète l'exemple 8, sauf que l'on remplace les 114,4 parties du concentré de matériau de type graphite obtenu selon l'exemple le par une quantité égale du concentré de matériau de type graphite obtenu selon l'exemple lb.

EXEMPLE 16

On répète l'exemple 8, sauf que l'on remplace les 114,4 parties du concentré de matériau de type graphite obtenu selon l'exemple le par une quantité égale du concentré de matériau de type graphite obtenu selon l'exemple le.

EXEMPLE 17

On répète l'exemple 8, sauf que l'on remplace les 114,4 parties du concentré de matériau de type graphite obtenu selon l'exemple le par une quantité égale du concentré de matériau de type graphite obtenu selon l'exemple lf.

EXEMPLE 18

On répète l'exemple 8, sauf que l'on remplace les 114,4 parties du concentré de matériau de type graphite obtenu selon l'exemple le par une quantité égale du concentré de matériau de type graphite obtenu selon l'exemple la.

EXEMPLE 19

On charge 90 parties d'éthylbenzène, 844,6 parties de styrène, 65,2 parties d'a-méthylstyrène, 0,2 partie de divinylbenzène (total : 1 000 parties) dans un réacteur agité. On soumet le mélange aux mêmes procédés opératoires, dévolatilisation et conditions de refroidissement et opératoires que ceux décrits dans l'exemple 2.

On charge dans une extrudeuse à deux vis 144,95 parties de polystyrène ayant une Mp égale à 130 000 g/mol, une Mp/Mn = 2,3, un MFI (200 °C, 5 kg) = 25 g/10' ; 6.1 parties d'éthylène-bis-stéaramide, 1,5 partie de téréphtalate de dioctyle (Eastman 168), 3,05 parties de Lamp Black Durex-0 produit par Degussa, 35,1 parties de graphite MetalPure 5595 produit par Superior Graphite, 24,2 parties de BR-E 5300 et 5.1 parties de Perkadox 30. Une pompe à engrenage augmente la pression du courant d'additif à l'état fondu jusqu'à 260 barg. On met sous pression et on injecte 47 parties d'un mélange de n-pentane (75 %) et d'isopentane (25 %) dans le courant d'additif (total : 267 parties).

On prépare le mélange au moyen de mélangeurs statiques à une température d'environ 190 °C, pendant un temps de séjour total dans le mélangeur d'environ 2 minutes.

On ajoute le cornant d'additif résultant (267 parties) à 733 parties d'un mélange vinylique aromatique provenant de l'échangeur de chaleur (total : 1 000 parties).

On mélange ensuite les ingrédients au moyen d'éléments de mélangeur statique pendant un temps (de séjour) moyen calculé de 7 minutes.

On répartit ensuite le mélange dans une filière, on le granule, on le sèche, on ajoute le revêtement, on l'expanse et on le moule selon l'exemple 2.

On mesure la conductivité thermique, l'essai au feu, les photographies prises au microscope et la teneur réelle en graphite comme décrit dans l'exemple 2.

EXEMPLE 20

On répète l'exemple 4, sauf que l'on remplace les 152,5 parties du concentré obtenu selon l'exemple le par 57,2 parties de polystyrène N2982 plus 95,3 parties du concentré obtenu selon l'exemple lg.

EXEMPLE 21

On répète l'exemple 4, sauf que l'on remplace les 152,5 parties du concentré obtenu selon l'exemple le par 57,2 parties de polystyrène N2982 plus 95,3 parties du bain maître obtenu selon l'exemple lh.

EXEMPLE 22

On répète l'exemple 4, sauf que l'on remplace les 152,5 parties du concentré obtenu selon l'exemple le par 57,2 parties de polystyrène N2982 plus 95,3 parties du concentré obtenu selon l'exemple li.

EXEMPLE 23

On répète l'exemple 6, sauf que l'on remplace le polystyrène NI782 chargé dans le premier réacteur par une quantité égale d'un polystyrène à forte résistance au choc du type Edistir® ICE R 830D sous forme de granules (ayant un MFI (200 °C, 5 kg) égal à 3 g/10', produit par Polimeri Europa) ; et que l'on remplace les 152,5 parties du concentré obtenu selon l'exemple le par 57,2 parties de polystyrène N2982 plus 95,3 parties du concentré obtenu selon l'exemple li.

EXEMPLE 24

On charge 90 parties d'éthylbenzène, 844,6 parties de styrène, 65,2 parties d'a-méthylstyrène, 0,2 partie de divinylbenzène (total : 1 000 parties) dans un réacteur agité. On soumet le mélange aux mêmes procédés opératoires, dévolatilisation et conditions de refroidissement et opératoires que ceux décrits dans l'exemple 2.

On charge et on mélange dans une extrudeuse à deux vis 46,7 parties de polyéthylène basse densité du type Riblene FC 30 produit par Polimeri Europa (densité : 0,922 gfl, MFI (190°C, 2,16 kg) égal à 0,27 g/10'); et 57,2 parties de graphite MetalPure 5595 produit par Superior Graphite. Une pompe à engrenage augmente la pression du courant d'additif à l'état fondu jusqu'à 260 barg.

On ajoute le courant d'additif résultant (138,6 parties) à 861,4 parties d'un mélange vinylique aromatique provenant de l'échangeur de chaleur (total : 1 000 parties) et 47 parties d'un mélange de n-pentane (75 %) et d'isopentane (25 %) pour un total de 1 000 parties.

On mélange ensuite les ingrédients et on les granule comme dans l'exemple 2. On sèche les granulés, on ajoute le revêtement, et ensuite on les expanse et on les morde selon l'exemple 2.

EXEMPLE COMPARATIF la

On mélange dans une extrudeuse à deux vis 70 parties de polystyrène ayant une Mp = 130 000 g/mol, une Mp/Mn = 2,3, un MFI (200 °C, 5 kg) = 25 g/10' ; 4 parties d'éthylène-bis-stéaramide, 1 partie de téréphtalate de dioctyle (Eastman 168) et 25 parties de noir de carbone du « type thermique » (Thermax 990 UP produit par Cancarb). On refroidit le produit fondu quittant l'extrudeuse et on le granule et on l'utilise ultérieurement comme concentré dans les exemples comparatifs suivants.

EXEMPLE COMPARATIF lb

On mélange dans une extrudeuse à deux vis 70 parties de polystyrène ayant une Mp = 130 000 g/mol, une Mp/Mn = 2,3, un MFI (200 °C, 5 kg) = 25 g/10' ; 4 parties d'éthylène-bis-stéaramide, 1 partie de téréphtalate de dioctyle (Eastman 168) et 25 parties de noir de carbone du type « fourneau » (Printex-85 produit par Degussa). On refroidit le produit fondu quittant l'extrudeuse et on le granule et on l'utilise ultérieurement comme concentré dans les exemples comparatifs suivants.

EXEMPLE COMPARATIF le

On mélange dans une extrudeuse à deux vis 70 parties de polystyrène ayant une Mp = 280 000 g/mol, une Mp/Mn = 2,3, un MFI (200 °C, 5 kg) = 2 g/10' ; 4 parties d'éthylène-bis-stéaramide, 1 partie de téréphtalate de dioctyle (Eastman 168) et 25 parties de graphite MetalPure 5595 produit par Superior Graphite. On refroidit le produit fondu quittant l'extrudeuse et on le granule et on l'utilise ultérieurement comme concentré dans les exemples comparatifs suivants.

EXEMPLE COMPARATIF 2

On charge 90 parties d'éthylbenzène, 844,6 parties de styrène, 65,2 parties d'a-méthylstyrène, 0,2 partie de divinylbenzène (total : 1 000 parties) dans un réacteur agité. On soumet le mélange aux mêmes procédés opératoires, dévolatilisation et conditions de refroidissement et opératoires que ceux décrits dans l'exemple 2.

On charge dans une extrudeuse à deux vis 143,5 parties de polystyrène N2982, 7,6 parties de BR-E 5300, 1,9 partie de Perkadox 30. Une pompe à engrenage augmente la pression du courant d'additif à l'état fondu jusqu'à 260 barg. On met sous pression et on injecte 47 parties d'un mélange de n-pentane (75 %) et d'isopentane (25 %) dans le courant d'additif (total : 200 parties).

On prépare le mélange au moyen de mélangeurs statiques à une température d'environ 190 °C, pendant un temps de séjour total dans le mélangeur d'environ 2 minutes.

On ajoute le courant d'additif résultant (200 parties) à 800 parties d'un mélange vinylique aromatique provenant de l'échangeur de chaleur (total : 1 000 parties).

On mélange ensuite les ingrédients au moyen d'éléments de mélangeur statique pendant un temps (de séjour) moyen calculé de 7 minutes.

On répartit ensuite le mélange dans une filière, on le granule, on le sèche, on ajoute le revêtement, on l'expanse et on le moule selon l'exemple 2.

On mesure la conductivité thermique, l'essai au feu, les photographies prises au microscope et la teneur réelle en graphite comme décrit dans les exemples précédents.

EXEMPLE COMPARATIF 3

On dissout dans un premier réacteur agité 160,0 parties d'un bain maître obtenu dans l'exemple le, 25,0 parties d'hexabromocyclodécane, 5,0 parties de peroxyde de dicumyle, 1,0 partie de peroxyde de dibenzoyle, 3 parties d'hexanoate de tert-butyl-peroxy-2-éthyle et 4 parties d'hexanoate de tert-butylperoxy-2-éthylhexyle dans 802,0 parties de styrène (total : 1 000 parties).

On dissout 0,7 partie de pyrophosphate de sodium et 1,3 partie de sulfate de magnésium dans 548 parties d'eau déminéralisée dans un deuxième réacteur agité, puis on transfère 450 parties de la phase organique du premier dans le deuxième réacteur (total: 1 000 parties). On chauffe la suspension à 110°C pendant deux heures. On ajoute ensuite une quantité dosée de 47 parties d'un mélange 75:25 de n-pentane et d'iso-pentane et on chauffe le réacteur à 134 °C pendant une heure pour achever la polymérisation. On sépare les billes expansibles de la phase aqueuse, on les sèche, on les tamise pour éliminer les fractions ayant un diamètre inférieur à 0,8 mm et supérieur à 1,6 mm. Après l'addition du revêtement, on expanse les billes et on les moule comme dans l'exemple 2.

On mesure les données de conductivité thermique, l'essai au feu, les images prises au microscope et la teneur réelle en matériau de type graphite, comme décrit dans les exemples précédents.

EXEMPLE COMPARATIF 4

On charge 929,2 parties de polystyrène N1782 (ayant une Mp égale à 180 000 g/mol, une Mp/Mn égale à 2,3, un MFI (200 °C, 5 kg) égal à 8 g/10', produit par Polimeri Europa), 25,4 parties de BR-E 5300, 5,4 parties de Perkadox 30 et 40 parties de graphite UF-96/97 produit par Kropfinuhl (total : 1 000 parties), dans une extrudeuse à deux vis. On ajoute une quantité dosée de 50 parties d'un mélange de n-pentane (75 %) et d'isopentane (25 %) du côté entrée de l'extrudeuse à une température de produit fondu d'environ 160 °C et on les mélange dans celle-ci avec le courant polymère principal au moyen d'une série d'éléments de mélange assemblés sur la vis de l'extrudeuse.

On répartit ensuite la composition dans une filière, où on l'extrade à travers un certain nombre de trous ayant un diamètre égal à 0,5 mm et on la découpe avec un jeu rotatif de couteaux dans un granulateur de type « immergé ». La pression dans le granulateur est de 5 barg et on choisit le taux de cisaillement de façon à obtenir une particule ayant un diamètre moyen de 1,2 mm.

On sèche ensuite la composition, on la revêt, on l'expanse et on la moule selon l'exemple 2. On mesure la conductivité thermique, l'essai au feu, les photographies prises au microscope et la teneur réelle en matériau de type graphite comme décrit dans les exemples précédents.

EXEMPLE COMPARATIF 5a

On charge un mélange polymère fondu constitué de 974,8 parties de polystyrène (ayant une masse moléculaire Mp égale à 220 000 g/mol), 21 parties dliexabromocyclodécane et 4,2 parties de peroxyde d'isopropylbenzène (total : 1 000 parties), dans une extrudeuse à deux vis.

On ajoute une quantité dosée de 40 parties de graphite UF2-96/97, produit par Kropfmuhl et de 50 parties d'un mélange de n-pentane (80 %) et d'isopentane (20 %) dans le polymère à une température de produit fondu d'environ 160 °C.

On envoie la composition résultante, à une température de fusion d'environ 180 °C, à travers une filière, où on la granule au moyen d'un granulateur de type « immergé ».

La pression dans le granulateur est de S barg et on choisit avantageusement le taux de cisaillement de façon à obtenir une particule pseudo-sphérique ayant un diamètre moyen de 1,4 mm.

On sèche ensuite la composition, on la revêt, on l'expanse et on la moule selon l'exemple 2. On mesure la conductivité thermique, l'essai au feu, les photographies prises au microscope et la teneur réelle en matériau de type graphite comme décrit dans les exemples précédents.

EXEMPLE COMPARATIF 5b

On répète l'exemple comparatif 5a avec le même mode opératoire et la même formulation, mais avec une teneur en graphite réduite à 20 parties.

EXEMPLE COMPARATIF 5c

On répète l'exemple comparatif 5a avec le même mode opératoire et la même formulation, mais avec une teneur en graphite réduite à 10 parties.

EXEMPLE COMPARATIF 6a

On répète l'exemple comparatif 3 avec le même mode opératoire et la même formulation, mais on charge 902 parties de styrène dans le premier réacteur agité avec 60 parties de graphite UF2-96/97, produit par Kropfmuhl, à la place du concentré de l'exemple le.

EXEMPLE COMPARATIF 6b

On répète l'exemple comparatif 3 avec le même mode opératoire et la même formulation, mais on charge 932 parties de styrène dans le premier réacteur agité avec 30 parties de graphite UF2-96/97, produit par Kropfinuhl, à la place du concentré de l'exemple le.

EXEMPLE COMPARATIF 6c

On répète l'exemple comparatif 3 avec le même mode opératoire et la même formulation, mais on charge 942 parties de styrène dans le premier réacteur agité avec 20 parties de graphite UF2-96/97, produit par Kropfinuhl, à la place du concentré de l'exemple le.

EXEMPLE COMPARATIF 6d

On répète l'exemple comparatif 3 avec le même mode opératoire et la même formulation, mais on charge 952 parties de styrène dans le premier réacteur agité avec 10 parties de graphite UF2-96/97, produit par Kropfinuhl, à la place du concentré de l'exemple le.

EXEMPLE COMPARATIF 6e

On répète l'exemple comparatif 3 avec le même mode opératoire et la même formulation, mais on charge 957 parties de styrène dans le premier réacteur agité avec 5 parties de graphite UF2-96/97, produit par Kropfinuhl, à la place du concentré de l'exemple le.

EXEMPLE COMPARATIF 7a

On répète l'exemple 8, sauf que l'on remplace les 114,4 parties du concentré de matériau de type graphite obtenu dans l'exemple le par la même quantité de concentré de matériau de type graphite obtenu selon l'exemple comparatif la.

EXEMPLE COMPARATIF 7b

On répète l'exemple 8, sauf que l'on remplace les 114,4 parties du concentré de matériau de type graphite obtenu dans l'exemple le par la même quantité de concentré de matériau de type graphite obtenu selon l'exemple comparatif lb.

EXEMPLE COMPARATIF 7c

On répète l'exemple 8, sauf que l'on remplace les 114,4 parties du concentré de matériau de type graphite obtenu dans l'exemple le par la même quantité de concentré de matériau de type graphite obtenu selon l’exemple comparatif le.

Analyse des exemples et des exemples comparatifs

Les ligures 2a à 2h présentent les images prises au microscope optique de couches minces de certaines compositions particulaires expansibles à certains grossissements et, lorsque c'est possible, les diagrammes de mélange relatifs. Sur les photographies, le matériau de type graphite est noir et la matrice est blanche.

Les figures 2a et 2b illustrent deux compositions particulaires expansibles ayant une quantité différente de matériau de type graphite, selon le premier schéma de manque d'homogénéité contrôlé. Les cavités, essentiellement dépourvues de matériau de type graphite, apparaissent sous forme d'une teinte de gris plus claire. L'exemple comparatif 5a, sur la figure 2h, est différent dans la mesure où il ne présente pas lesdites cavités.

Les figures 2c à 2g présentent des compositions particulaires expansibles résultant d'un deuxième schéma de manque d'homogénéité contrôlé. En particulier, les photographies agrandies des figures 2c et 2e montrent que, de préférence, le matériau de type graphite est incorporé dans la phase aromatique non vinylique dispersée. La forme et la taille des domaines de la phase dispersée dépendent des conditions opératoires et du type de concentré de matériau de type graphite utilisé. Le matériau de type graphite se révèle être concentré dans lesdits domaines. L'affinité entre la phase aromatique non vinylique utilisée et le matériau de type graphite influence la distribution de ce dernier à l'intérieur desdits domaines. Par exemple, il est possible d'obtenir une distribution d'agglomérats compacts (comme sur la figure 2c), ou des sous-domaines regroupés en amas (comme sur la figure 2e), ou une structure dendritique (comme sur la figure 2g).

Les surfaces de mélange minimales évaluées pour les exemples et les exemples comparatifs sont résumées dans le tableau 2. Il est évident que les échantillons produits selon la présente invention présentent une surface de mélange minimale signifîcativement supérieure à celle des exemples comparatifs. Ceci est directement corrélé avec runiformité de la distribution du matériau de type graphite. La photographie sur la figure 2h, produite à partir d'un granulé expansible concernant l'exemple comparatif 5a, présente une dispersion du matériau de type graphite qui peut être considérée quantitativement comme homogène. Une surface de mélange minimale (MMA) égale à 30 pm2 correspond à ceci. Les exemples sur les figures 2a et 2b, correspondant au premier schéma de manque d'homogénéité contrôlé, présentent une surface de mélange minimale bien plus élevée (68 et 98 pm2). Les exemples sur les figures 2c, 2d et 2f, correspondant au deuxième schéma de manque d'homogénéité contrôlé, présentent une surface de mélange minimale d'environ un ordre de grandeur plus élevé (égale respectivement à 683, 522 et 435 pm2). Ces valeurs de surface de mélange minimale correspondent à un degré de manque d'homogénéité de la dispersion du matériau de type graphite, comme le montrent les photographies prises au microscope optique correspondantes.

Généralement, en augmentant par incréments la teneur du matériau athermane, on obtient une augmentation de la surface de mélange minimale.

La distribution des tailles de particules des particules composites expansibles préparées selon la présente invention est étroite, malgré l'incorporation de fortes quantités de matériau de type graphite et d'autres charges minérales (voir les exemples 7,11 et 14). Ceci rend inutile les opérations de tamisage, sinon nécessaires pour garantir une bonne capacité de mise en œuvre du produit (voir les exemples comparatifs 6a à 6e).

Le tableau 3 présente la conductivité thermique et les sections efficaces de capture estimées pour certains échantillons expansés concernant les exemples selon la présente invention et les exemples comparatifs décrits ici.

La figure 3 présente les différentes sections efficaces de capture d'adsorption d'objets moulés. Les données sont divisées en trois groupes. Le premier groupe présente des données des exemples 2 à 10, à savoir les matériaux expansés produits à partir du concentré de l'exemple le. La deuxième collecte les données des exemples 11 à 14, à savoir les matériaux expansés produits à partir du concentré de l'exemple ld. La dernière série concerne les données de matériaux expansés obtenus à partir des exemples comparatifs 6a à 6e.

Comme décrit précédemment, plus la section efficace de capture est une fonction linéaire de la teneur en matériau de type graphite, plus l'efficacité de ce dernier en termes de blocage d'un rayonnement infrarouge est maximalisée. Inversement, une diminution de la pente de la courbe avec une augmentation du matériau de type graphite indique une diminution correspondante d'efficacité.

Les données expérimentales reproduites sur le graphique montrent une réduction considérable de ladite efficacité lorsque la teneur en matériau de type graphite est supérieure à environ 1 % en poids.

De façon surprenante, l'éprouvette expansée préparée selon la présente invention ne présente pas la même réduction d'efficacité observée sur les échantillons des exemples comparatifs. Lorsque la teneur en matériau de type graphite est inférieure à environ 1 %, il n'y a pratiquement pas d'amélioration substantielle par rapport à la technique connue. Pour des teneurs en matériau plus élevées, toutefois, la différence de section efficace de capture entre les produits de la présente invention et l'état de la technique est significative et, ce qui est encore plus important, elle augmente régulièrement lorsque la teneur en graphite augmente.

L'homme du métier considérerait que l'homogénéité de la distribution de graphite est une caractéristique essentielle pour obtenir des capacités de blocage optimales d'un rayonnement infrarouge, avec une réduction conséquente de la conductivité thermique résultante. Inversement, même si le manque d'homogénéité structuré des composites expansibles de la présente invention augmente lorsque la quantité de matériau de type graphite dans le composite augmente, il se révèle conduire à des performances améliorées en termes d'isolation thermique.

Sans cette amélioration, il serait inutile d'augmenter la teneur en matériau de type graphite au-delà de 4 % (voir la figure 3).

Par ailleurs, le tableau 3 présente les résultats des essais au feu selon la législation DIN 4192, B2. Les matériaux expansés produits dans les exemples présentent normalement une bonne performance au feu (voir l'exemple 5 par rapport aux exemples 13 et 4 et l'exemple 14). Malgré ceci, l'augmentation de la quantité d'agents d'auto-extinction nécessaires pour réussir l'essai au feu est faible (voir l'exemple 7 et l'exemple 10).

Les produits finaux obtenus à partir des granules expansibles qui présentent le deuxième schéma de manque d'homogénéité contrôlé, même à des teneurs élevées en matériau de type graphite, présentent une rigidité diélectrique normalement équivalente aux produits correspondants sans matériau de type graphite (voir le tableau 6, exemple 23 par rapport à l'exemple comparatif 2). Ceci est surprenant dans la mesure où le matériau de type graphite est un bon conducteur électrique.

Comme le montre le tableau 3 (exemples 10, 11 et 14), lorsque de fortes teneurs en matériau de type graphite sont utilisées, on observe une diminution apparente de la section efficace de capture à des densités élevées. En fait, celle-ci est provoquée par l'augmentation de la conductivité thermique du matériau composite, qui est essentiellement due à la conductivité thermique extrêmement élevée du matériau de type graphite (environ 20 - 500 W/m.k), si on la compare aux valeurs typiques d'un polymère vinylique aromatique (environ 0,1 - 0,5 W/m.k).

De façon surprenante, avec la même quantité de matériau de type graphite, la conductivité thermique du composé est plus faible si les produits finaux sont produits à partir de particules expansibles présentant le deuxième schéma de manque d'homogénéité structuré (comparer l'exemple 23 avec l'exemple comparatif 6a, tous deux ayant pratiquement la même quantité de matériau de type graphite).

De cette manière, dans des mousses ayant une densité moyenne ou élevée, il est possible d'augmenter la teneur du matériau de type graphite et, par conséquent, l'absorption d'un rayonnement infrarouge, sans augmentation substantielle de la conductivité thermique résultante.

Comme le montre le tableau 5, malgré la teneur réduite du système expansé et la forte concentration du matériau minéral, généralement les particules expansibles de la présente invention peuvent être facilement mises en œuvre pour donner des mousses expansées de faible densité. En outre, les temps d'expansion et de moulage sont comparables ou même meilleurs que ceux des produits correspondants avec les matériaux de type graphite. Le pourcentage d’alvéoles cassées n'est pas significativement différent des mousses ne contenant pas de matériau de type graphite, même si l'homme du métier pourrait revendiquer que les charges minérales qui sont insolubles dans la matrice pourraient détériorer les parois des alvéoles.

Dans l'ensemble du présent document, les termes «matériau de type graphite », « carbone graphitique » et « carbone non graphitique » sont définis selon

la terminologie de l'IUPAC dans le document : « RECOMMENDED

TERMINOLOGY FOR THE DESCRIPTION OF CARBON AS A SOLID». IUP AC Recommendations, 1995.

Dans l'ensemble de la présente description, le terme «partie» désigne implicitement des « parties en poids », sauf indication contraire. La même remarque s'applique aux valeurs en pourcentage.

L'invention est décrite en détail en référence particulière à des modes de réalisation préférés de celle-ci, mais on comprendra que des variations et des modifications peuvent être réalisées dans l'esprit et les buts de l'invention. Bien qu'il soit évident que les modes de réalisation qui sont des illustrations de l'invention décrite ici satisfont les buts ci-dessus, on comprendra que de nombreuses modifications et d'autres modes de réalisation peuvent être réalisés sur celle-ci par l'homme du métier. On comprendra par conséquent, que les revendications annexées couvrent toutes ces modifications et tous ces modes de réalisation, qui sont compris dans le cadre de la présente invention.

TABLEAU 2

Ex. Teneur Teneur Surface de Fraction Facteur Plage de réelle en réelle en mélange de vide de forme tamisage des carbone (%) HBCD (%) minimale (μιη2) (%) granules (mm) 2 4,1 2,4 54 5,5 0,97 0,9-1,4 3 3,8 2,3 67 5,3 N.A. 0,9-1,4 4 4 2,5 62 5,9 0,91 0,9-1,4 5 4,1 1,0 79 5,2 N.A. 0,7-1,0 6 4,0 2,4 81 5,3 0,85 0,7-1,0 7 5,1 2,5 90 7,6 0,78 0,9-1,4 8 3,1 1,7 68 4,2 0,95 0,9-1,4 9 1,6 1,2 60 3,8 0,92 0,9-1,4 10 6,1 3,2 98 7,5 0,73 0,9-1,4 11 5,9 3,0 100 8,9 0,80 0,9-1,4 12 4 2,5 51 4,0 0,92 0,9-1,4 13 0,5 1,1 40 1,5 0,95 0,9-1,4 14 8,1 2,5 109 12,5 0,71 0,9-1,4 15 2,9 1,8 75 8,5 N.A. 0,9-1,4 16 3,1 1,9 79 N. A. N.A. 0,9-1,4 17 2,8 1,6 73 N.A. 0,78 1,2-1,8 18 2,7 1,7 86 9,5 N.A. 0,8-1,4 19 4,1 2,4 70 5,3 0,9 0,9-1,4 20 4 2,5 N.A. 7,9 N.A. 0,9-1,6 21 3,9 2,5 683 9,8 N.A. 0,9-1,6 22 3,8 N.A. 522 6,3 N.A. 0,9-1,6 23 3,8 N. A. 435 5,1 N.A. 0,9-1,6 24 5,9 N.A. N.A. N.A. N.A. 0,9-1,6

Exemples comparatifs 2 0 0,8 N.A. <0,5 0,97 0,9-1,4 3 4,1 2,6 N. A. <0,5 N.A. 0,4-2,2 4 3,9 2,5 23 <0,5 N.A. 0,8-1,4 5a 3,9 2,0 31 <0,5 N.A. 0,8-1,4 5b 1,9 N. A. N. A. <0,5 N. A. 0,8-1,4 5c 0,9 N. A. 30 <0,5 N. A. 0,8-1,4 6a 5,9 N. A. N. A. <0,5 1,0 0,4-2,2 6b 3,0 N.A. N.A. < 0,5 N.A. 0,4-2,2 6c 1,9 N. A. N. A. <0,5 N.A. 0,4-2,2 6d 1,0 N. A. N. A. <0,5 N. A. 0,4-2,2 6e 0,5 N.A. N.A. < 0,5 N.A. 0,4-2,2 7a 3,1 N.A. N.A. N.A. N.A. 0,9-1,4 7b 3,0 N.A. N.A. N.A. N.A. 0,9-1,4 7c 3,1 N.A. N.A. N.A. N.A. 0,9-1,4 a TABLEAU 3 EXEMPLES Densité (g/1) Conductivité Section efficace Essai au feu thermique de capture B2 DIN 4102 (mW/m.k) (m2/kg) (Réussite)

Ex. 2 11,1 30,7 3,25

Ex. 3 15,75 29,7 3,20 Oui

Ex. 4 11,36 30,5 3,26

Ex. 4 17,9 29,4 3,21 Oui

Ex. 5 17,53 29,5 3,18 Non

Ex. 6 16,75 29,6 3,19

Ex. 7 11,25 30,0 3,40

Ex. 7 18,2 29,2 3,31 Oui

Ex. 8 12,55 30,8 3,09

Ex. 8 17,91 29,6 3,12 Oui

Ex. 9 11,45 33,0 2,77

Ex. 9 18,12 30,8 2,74 Oui

Ex. 10 12,4 29,5 3,49

Ex. 10 18,2 29,3 3,28 Oui

Ex. 11 12,4 30,2 3,27

Ex. 11 17,49 29,9 3,02

Ex. 12 11,47 31,4 3,05

Ex. 12 17,76 30,1 2,95 Oui

Ex. 13 12,71 36,0 2,35

Ex. 13 17,46 33,1 2,38 Oui

Ex. 14 11,96 29,9 3,38

Ex. 14 17,5 29,4 3,25 Non

Ex. 14 25,4 29,3 3,15

Ex. 15 19,2 30,0 2,91

Ex. 16 17,1 30,3 2,94

Ex. 17 15,4 31,0 2,85

Ex. 19 11,81 30,4 3,25

Ex. 19 17,1 29,5 3,21

Ex. Comp. 2 11,05 41,7 2,05

Ex. Comp. 3 12,31 32,1 2,85

Ex. Comp. 4 11,75 32,1 2,90

Ex. Comp. 5a 17,1 30,2 2,96

Ex. Comp. 5b 13,5 32,9 2,65

Ex. Comp. 5c 11 36,3 2,43

Ex. Comp. 6a 10,5 32,1 2,99

Ex. Comp. 6b 10,5 33,5 2,78

Ex. Comp. 6c 10,4 34,6 2,65

Ex. Comp. 6d 10,8 35,8 2,50

Ex. Comp. 6e 11,1 37,7 2,31

Ex. Comp. 7a 13 34,7 2,46

Ex. Comp. 7b 13,5 33,5 2,56

Ex. Comp. 7c 18,2 31,3 2,63 TABLEAU 4 N° Ex. de Perte de Temp. Rapport de Rapport Fraction Cavité : Cavité : référence pression du la de l'azote de vide Plage qualité de dans la polymère pulvérisation à la masse (%) de dispersion filière (°C) d'eau à la de tailles (bar) masse de composite (pm) composite 1* Ex. 4 230 150 30 20 <1 <5 2 Ex. 4 150 180 30 20 5,9 8-30 Optimale 3* Ex. 4 50 175 30 20 - >50 Mauvaise 4* Ex. 4 140 170 30 0 <1 <5 N.A.

5* Ex. 4 120 230 30 20 17,3 - Mauvaise 6 Ex. 4 130 180 20 20 9,2 - Bonne 7 Ex. 4 170 180 40 20 4,8 - Bonne 8 Ex. 4 175 170 12 15 4,2 - Bonne (*) Exemple qui est pris comme comparaison en raison des conditions opératoires TABLEAU 5 N° Ex. de référence 106 expans. lère expans. 2*™* expans expans

Temps Densité Temps Densité d'expansion apparente d'expansion apparente (s) au bout de (s) au bout de 24 h (g/1) 24 h (g/1) 1 Ex. 4 30 22,4 2 Ex. 4 60 19,5 60 9,8 3 Ex. 4 120 17,0 60 8,9 4 Ex. 4 180 15,7 5 Ex. Comp. 2 60 24,7 60 14,3 5 Ex. Comp. 3 60 22,4 60 13,0 TABLEAU 6 N° Exemple Densité Rigidité Conductivité thermique : (g/1) diélectrique contribution conductrice (kv/mm) (W/m.k) 1 Ex. 24 40 1,9 200 2 Ex. Comp. 2 30 2,1 180

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims (35)

1. Matériau composite granulaire expansible, comprenant une matrice polymère convenant à la préparation d'articles expansés ayant une densité inférieure à 40 g/1 et une teneur en alvéoles fermées d'au moins 60 %, déterminée selon ASTM D-2856, caractérisé par la présence de domaines d'hétérophases, constitués de matériaux non complètement miscibles avec ladite matrice polymère, et/ou de cavités logées dans la matrice polymère, caractérisé en ce que ladite matrice polymère est un polymère synthétique thermoplastique comprenant au moins 60 % en poids, par rapport aü poids total de la matrice, d'un polymère dérivé d'un polymère vinylique aromatique, dans lequel ledit matériau composite contient un système d'expansion et un matériau de type graphite dispersé de façon non homogène, ayant un degré de graphitisation, calculé au moyen de la formule de Maire et Mering, d'au moins 0,2 et caractérisé en ce que lesdites cavités ont des diamètres s'échelonnant de 2 à 90 micromètres et sont incorporées dans le matériau composite expansible dans une fraction volumique s'échelonnant de 0,5 à 20,0 %.

2. Matériau composite granulaire expansible selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites cavités sont des cavités de gaz et/ou de liquide essentiellement constituées du système d'expansion.

3. Matériau composite granulaire expansible selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdites cavités de gaz et/ou de liquide sont incorporées dans une fraction volumique s'échelonnant de 2,0 à 16,0 %.

4. Matériau composite granulaire expansible selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites cavités de gaz et/ou de liquide sont incorporées dans une fraction volumique s'échelonnant de 3,0 à 13,0 %.

5. Matériau composite granulaire expansible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il contient des domaines d'hétérophases d'un matériau non complètement miscible avec la même matrice vinylique aromatique, à l'intérieur de laquelle est réparti le matériau de type graphite.

6. Matériau composite granulaire expansible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la proportion dudit matériau non complètement miscible s'échelonne de 1 à 40 % en poids de la matrice vinylique aromatique.

7. Matériau composite granulaire expansible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit matériau non complètement miscible est constitué d'un ou de plusieurs des (co)polymères suivants : a. les copolymères vinyliques aromatiques séquencés ou statistiques choisis parmi les copolymères styrène-butadiène, styrène-butadiène-styrène, styrène-isoprène, styrène-isoprène-styrène, styrène-éthylène-butadiène-styrène (SEBS), les copolymères styrène-anhydride maléique, les copolymères styrène-acrylate de butyle, le polystyrène choc (HIPS), acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS), styrène-acrylonitrile (SAN), styrène-éthylène-propylène (SEP) ; b. les polymères à base d'oléfines, choisis parmi le poly(éthylène-acétate de vinyle) (EVA), le polypropylène, le polyéthylène (PE), le poly(téréphtalate de butylène) (PBT) ou le poly(téréphtalate d'éthylène) (PET) et les mélanges relatifs et les interpolymères avec du polystyrène ; c. les (co)polymères de condensation choisis parmi les polycarbonates et les polyesters, les polymères (méth)acryliques, les polyamides, les polylactates et les mélanges relatifs.

8. Matériau composite granulaire expansible selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 6, caractérisé en ce que ledit matériau non complètement miscible est constitué d'un ou de plusieurs des matériaux suivants : un polyalkylène glycol, dans lequel le groupe alcényle contient de 2 à 5 atomes de carbone et a une masse moléculaire s'échelonnant de 400 à 10 000 et les esters relatifs ; les essences minérales, la vaseline, les triglycérides, l'huile de pétrole, l'eau, les poly(fluorures de butylène) synthétiques, les acides gras saturés et insaturés avec les esters et les sels relatifs ; les esters de sorbitane.

9. Matériau composite granulaire expansible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit système d'expansion est constitué d'un agent d'expansion ou d'un mélange d'agents d'expansion.

10. Matériau composite granulaire expansible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit matériau de type graphite est caractérisé par une hauteur d'empilement des cristallites LC002 de 7 à 150 nm et une longueur de cohérence des cristallites Laioo de 10 à 200 nm.

11. Matériau composite granulaire expansible selon l'ime quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit matériau de type graphite est essentiellement constitué de graphite naturel ou synthétique, de composés d'intercalation de graphite, de graphite expansé, de graphite colloïdal, de coke ou de poix graphitisé, de carbone pyrolytique, de carbone graphitisé, de nanofibres de carbone.

12. Matériau composite granulaire expansible selon l'ime quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur du matériau de type graphite s'échelonne de 1,0 à 30,0 % en poids, calculée par rapport au poids total du matériau composite.

13. Matériau composite granulaire expansible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il contient jusqu'à 15 % en poids de noir de carbone par rapport au poids total du matériau composite.

14. Matériau composite granulaire expansible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il contient jusqu'à 40 % en poids, par rapport au poids total du matériau composite, d'un ou de plusieurs des polymères ou des copolymères suivants : a. les copolymères vinyliques aromatiques séquencés ou statistiques choisis parmi les copolymères styrène-butadiène, styrène-butadiène-styrène, styrène-isoprène-styrène, styrène-éthylène-butadiène-styrène (SEBS), les copolymères styrène-acrylate de butyle, le polystyrène choc (HIPS), acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS), styrène-acrylonitrile (SAN), styrène-éthylène-propylène (SEP) ; b. les polymères à base d'oléfines, choisis parmi le poly(éthylène-acétate de vinyle) (EVA), le polypropylène, le polyéthylène (PE), le poly(téréphtalate de butylène) (PBT) ou le poly(téréphtalate d'éthylène) (PET) et les mélanges relatifs et les interpolymères avec du polystyrène ; c. les (co)polymères de condensation choisis parmi les polycarbonates et les polyesters, les polymères (méth)acryliques, les polyamides, les polylactates et les mélanges relatifs.

15. Matériau composite granulaire expansible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il contient de 0,5 à 15 % en poids, par rapport au poids total du matériau composite, d'un composé organique bromé ayant une teneur en brome supérieure à 30 % en poids, et de 0,1 à 1,5 % en poids, par rapport au poids total du matériau composite, d'un composé comprenant une ou plusieurs liaisons labiles entre deux atomes de carbone, ou entre deux atomes d'oxygène, ou entre deux atomes d'azote.

16. Matériau composite granulaire expansible selon la revendication 15, caractérisé en ce que le composé organique bromé est l'hexabromocyclodécane, et le composé avec une liaison labile est le 2,3-diméthyl-2,3-diphénylbutane.

17. Matériau composite granulaire expansible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les granules ont une forme essentiellement elliptique et le facteur de forme des granules s'échelonne de 0,6 à 0,99.

18. Matériau composite granulaire expansible selon la revendication 17, caractérisé en ce que le facteur de forme des granules s'échelonne de 0,7 à 0,98.

19. Matériau composite granulaire expansible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur du matériau de type graphite s'échelonne de 2,0 à 15,0 % en poids, calculée par rapport au poids total du matériau composite.

20. Matériau composite granulaire expansible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface de mélange minimale du matériau de type graphite s'échelonne de 35 à 3 000 pm2.

21. Matériau composite granulaire expansible selon la revendication 20, caractérisé en ce que la surface de mélange minimale s'échelonne de 45 à 1 000 pm2.

22. Matériau composite granulaire expansible selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau de type graphite a un degré de graphitisation, calculé au moyen de la formule de Maire et Mering, s'échelonnant de 0,3 à 0,95.

23. Mousse composite pour une isolation thermique produite à partir des matériaux composites granulaires expansibles selon l'une quelconque des revendications 1 à 22, ayant une densité inférieure à 40 g/1 et une teneur en alvéoles fermées d'au moins 60 %, déterminée selon ASTM D-2856.

24. Procédé de production des matériaux composites granulaires expansibles selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 22, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes consistant à : a. polymériser en masse/solution un monomère vinylique aromatique et éventuellement des co-monomères, avec un matériau de type graphite, dont la proportion principale est chargée sous forme d'un concentré ; b. dévolatiliser ladite composition ayant partiellement réagi dans un dispositif de dévolatilisation ; c. refroidir la composition résultante jusqu'à une température s'échelonnant de Tc-25°C à Tc+25 °C, où Te est la température critique d'un système d'expansion ; d. ajouter ledit système d’expansion à la composition refroidie (b) et, éventuellement, d'autres additifs choisis parmi les polymères aromatiques vinyliques et aromatiques non vinyliques, les retardateurs d'inflammation, les antioxydants, les agents de nucléation ou de lubrification, tout en maintenant la pression au-dessus de la pression critique du système d'expansion ; e. mélanger lesdits additifs et ledit système d'expansion avec la composition polymère au moyen de mélangeurs statiques ou dynamiques, de préférence pendant un temps de séjour minimum de 2 minutes ; f. éventuellement, refroidir le mélange résultant jusqu'à une température supérieure d'au moins 50 °C à la température de transition vitreuse du polymère vinylique aromatique ; g. extrader ledit mélange à travers des trous de filière, les diamètres desdits trous étant dans la plage de 0,3 à 1,5 mm ; h. réduire ledit mélange extradé en granules ayant un volume s'échelonnant de 0,03 à 8 mm au moyen d'un jeu de couteaux rotatifs, dans un granulateur à pulvérisation d'eau interrompu, sous une pression supérieure à 1,5 barg.

25. Procédé de production des matériaux composites granulaires expansibles selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 22, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes consistant à : - polymériser en masse/solution un monomère vinylique aromatique et éventuellement des co-monomères ; - ajouter le matériau de type graphite au mélange ayant partiellement réagi, dont la portion principale est chargée sous forme d'un concentré ; et - réaliser les étapes (b) à (h) de la revendication 24.

26. Procédé de production des matériaux composites granulaires expansibles selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 22, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes consistant à : i. polymériser en masse/solution un monomère vinylique aromatique et éventuellement des co-monomères ; ii. dévolatiliser ladite composition ayant partiellement réagi dans un dispositif de dévolatilisation ; iii. refroidir la composition résultante jusqu'à une température s'échelonnant de Tc-25°C à Tc+25 °C, où Te est la température critique du système d'expansion ; iv. préparer un courant latéral, comprenant un matériau de type graphite, dont la proportion principale est chargée sous forme d'un concentré, et éventuellement d'autres additifs choisis parmi les polymères' aromatiques vinyliques et aromatiques non vinyliques, les retardateurs d'inflammation, les antioxydants, les agents de nucléation ou de lubrification ; v. ajouter le système d'expansion et le courant latéral (iv) à la composition refroidie (iii), tout en maintenant la pression au-dessus de la pression critique du système d'expansion ; et vi. réaliser les étapes (e) à. (h) de la revendication 24.

27. Procédé de production des matériaux composites particulaires expansibles selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 22, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes consistant à : A. réaliser les étapes (i) à (iv) de la revendication 26 ; B. ajouter le système d'expansion et le mélanger avec le courant latéral ; C. ajouter le courant résultant à l'alimentation du polymère principal, tout en maintenant la pression au-dessus de la pression critique du système d'expansion ; et D. réaliser les étapes (e) à (h) de la revendication 24.

28. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes 24 à 27, caractérisé en ce que le monomère vinylique aromatique et éventuellement les comonomères sont polymérisés jusqu'à ce qu'un taux de conversion s'échelonnant de 60 à 90 % soit atteint.

29. Procédé de production des matériaux composites particulaires expansibles selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 22, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes consistant à : - alimenter un polymère vinylique aromatique dans une extrudeuse, éventuellement avec d'autres (co)polymères ; et - réaliser les étapes (iii) à (vi) de la revendication 26.

30. Procédé de production des matériaux composites particulaires expansibles selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 22, comprenant les étapes suivantes consistant à : al. alimenter un polymère vinylique aromatique dans une extrudeuse, éventuellement avec d'autres (co)polymères ; bl. polymériser un polymère vinylique aromatique, et éventuellement des comonomères, jusqu'à ce qu'un taux de conversion s'échelonnant de 60 à 90 % soit atteint ; cl. dévolatiliser ladite composition ayant partiellement réagi (bl) dans un dispositif de dévolatilisation ; dl. mélanger le courant polymère résultant de l'étape (al) avec le courant résultant de l'étape (cl), dans un rapport en masse (al):(cl) dans la plage de 5:95 à 45:55 ; et el. réaliser les étapes (iii) à (vi) de la revendication 26.

31. Procédé de production des matériaux composites particulaires expansibles selon la revendication 29 ou 30, caractérisé en ce que jusqu'à 50 % en poids des polymères chargés dans ladite extrudeuse sont constitués de polystyrène particulaire expansible ayant une taille de particules indésirable et du déchet.

32. Procédé de production des matériaux composites particulaires expansibles selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 22, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes consistant à : a2. polymériser un monomère vinylique aromatique, et éventuellement des comonomères, jusqu'à ce qu'un taux de conversion s'échelonnant de 60 à 90 % soit atteint ; b2. dévolatiliser ladite composition ayant partiellement réagi dans un dispositif de dévolatilisation ; c2. alimenter un matériau de type graphite, dont la proportion principale est chargée sous forme d'un concentré, et éventuellement d'autres additifs, dans une cuve du dispositif de dévolatilisation, en correspondance avec la décharge de la composition dévolatilisée ; et d2. réaliser les étapes (c) à (h) de la revendication 24.

33. Procédé de.production des matériaux composites particulaires expansibles selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 22, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes consistant à : a3. polymériser un monomère vinylique aromatique, et éventuellement des comonomères, jusqu'à ce qu'un taux de conversion s'échelonnant de 60 à 90 % soit atteint ; b3. dévolatiliser ladite composition polymérisée dans un dispositif de dévolatilisation ; c3. ajouter un matériau de type graphite, dont la proportion principale est chargée sous forme d'un concentré, et éventuellement d'autres additifs, à la composition dévolatilisée (b3), dans le courant de décharge d'une pompe qui collecte la composition provenant du dispositif de dévolatilisation ; et d3. réaliser les étapes (c) à (h) de la revendication 24.

34. Procédé de production des matériaux composites particulaires, expansibles selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 22, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes consistant à : a4. mélanger un matériau de type graphite avec des charges choisies parmi les polymères aromatiques vinyliques et aromatiques non vinyliques, les dérivés de glycols, les acides gras et les esters relatifs ; et des additifs tels que les agents épaississants, les agents de dispersion, les lubrifiants, les retardateurs d'inflammation, les antioxydants et les agents de nucléation ; b4. amener le mélange à une température telle que la composition résultante soit dans la phase fondue et à une pression telle que la phase vapeur constitue moins de 1 % en poids du poids total du mélange ; et c4. réaliser l'un quelconque des procédés décrits dans les revendications 24 à 33, où le mélange (b4) est le concentré du matériau de type graphite.

35. Procédé de production des matériaux composites particulaires expansibles selon l'une quelconque des revendications précédentes 24 à 34, caractérisé en ce que le matériau de type graphite est chargé sous forme d'un concentré, dans une proportion s'échelonnant de 80 à 100 % en poids, par rapport au poids total du matériau de type graphite, les 0-20 % restants étant chargés tels quels.