BRPI0610528A2

BRPI0610528A2 - processo para a produção de partìculas de espuma de poliestireno

Info

Publication number: BRPI0610528A2
Application number: BRPI0610528-9A
Authority: BR
Inventors: Markus Allmendinger; Klaus Hahn; Joachim Ruch
Original assignee: Basf Ag
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2006-04-05
Publication date: 2012-10-30
Also published as: US20090065960A1; MY148843A; DE102005015891A1; US8168096B2; KR20080005255A; WO2006106120A1; MX2007012266A; EP1869112A1

Abstract

PROCESSO PARA A PRODUçãO DE PARTìCULAS DE ESPUMA DE POLIESTIRENO. A invenção diz respeito a um processo para a produção de partículas de espuma de poliestireno com uma densidade em massa que varia entre 40 e 400 g/I pela extrusão de uma fusão de poliestireno, contendo dióxido de carbono e/ou água como o agente de expansão, através de um bocal e pela granulação submersa. De acordo com a invenção, a granulação submersa é realizada em uma pressão que varia entre 1 e 30 bar.

Description

"PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE PARTÍCULAS DE ESPUMA DE POLIESTIRENO"

A invenção diz respeito a um processo para a produção de partículas de espuma de poliestireno tendo uma densidade em massa na faixa de 40 to 400 g/l por extrusão de uma fusão de poliestireno que compreende dióxido de carbono e/ou água como agente de sopro através de um bocal e granulaçao submersa, em que a granulaçao submersa é realizada em uma pressão na faixa de 1 a 30 bar.

As espumas de poliestireno são usualmente produzidas com o auxílio de agentes de sopro orgânicos, por exemplo, usando-se hidrocarbonetos voláteis, em particular, pentano. Por razões de proteção ambiental, o pentano emitido durante a produção e o processamento de EPS deve ser recuperado. Isto é complicado e caro. Portanto é sensato substituir estas substâncias orgânicas por agentes de sopro aceitáveis em longo prazo. Uma maneira de se atingir isto é o uso de água como o agente de sopro.

O WO 99/48955 e o WO 99/48958 divulgam processos para a produção de partículas de espuma de poliestireno a partir de pérolas de poliestireno que compreende água como agente de sopro. Entretanto, os processos descritos são relativamente complicados, visto que grânulos altamente espumados devem ser produzidos em uma primeira etapa de processamento e estes podem ser então processados, após o esgotamento intensivo de energia, às densidades muito mais baixas reais.

O DE-A 198 190 58 descreve partículas de EPS levemente espumadas que compreendem agentes de sopro orgânicos e têm uma estrutura celular rústica e pode ser produzida por extrusão por extrusão de uma fusão de poliestireno que compreende agente de sopro e granulação submersa em um banho de água tendo uma temperatura de 50 a 90°C e uma pressão de 2 a bar. O WO 2004/022636 divulga um processo em que a extrusão de uma fusão polimérica que compreende água como agente de sopro e um solubilizador leva diretamente a partículas de espuma tendo uma densidade baixa. Este processo é vantajoso quando as partículas de espuma obtidas devem ser diretamente processadas ainda para produzir espumas, visto que, de outra maneira, os custos de transporte altos são incorridos por causa do grande volume.

Foi um objetivo da presente invenção encontrar um processo simples para a produção de partículas de espuma de poliestireno tendo uma densidade em massa na faixa de 40 a 400 g/l que fabrica sem agentes de sopro orgânicos e dá uma estrutura de espuma homogênea.

Conseqüentemente observamos o processo descrito no início.

Água, CO2 ou uma mistura destes é usado como agente de sopro, preferivelmente em uma quantidade de 1 a 5 % em peso, com base na fusão de poliestireno. No geral, nenhum agente de sopro adicional, solubilizadores, tais como álcoois, cetonas, éteres ou ésteres ou emulsificadores, tais como compostos orgânicos anfifílicos são adicionados à fusão de poliestireno.

Para produzir as partículas de espuma de poliestireno de acordo com a invenção, o agente de sopro é misturado na fusão de polímero. O processo compreende as etapas a) produção da fusão, b) mistura, c) esfriamento, d) transporte e e) granulação. Cada uma destas etapas podem ser realizadas nos mecanismos ou combinações de mecanismos conhecidos no processamento de plásticos. Os mecanismos adequados para a mistura são misturadores estáticos ou dinâmicos, por exemplo, extrusoras. A fusão polimérica pode ser retirada diretamente de um reator de polimerização ou pode ser produzida diretamente na extrusora de mistura ou uma extrusora de fusão separada fundindo-se os grânulos poliméricos. O esfriamento da fusão pode ocorrer nos mecanismos de mistura ou em esfriadores separados. A granulação é realizada por meio de granulação submersa pressurizada. As disposições de mecanismo adequadas para realizar o processo são, por exemplo:

a) reator de polimerização - misturador estático/esfriador - granulador

b) reator de polimerização - extrusora - granulador

c) extrusora - misturador estático - granulador

d) extrusora - granulador

Além disso, a disposição pode ter extrusoras laterais para a introdução de aditivos, por exemplo, sólidos ou aditivos sensíveis ao calor.

A fusão polimérica de estireno que compreende agente de sopro é, no geral, extrusado através de uma placa de bocal em uma temperatura na faixa de 140 a 3 OO0C, preferivelmente na faixa de 160 a 240°C. O esfriamento da temperatura de transição vítrea não é necessário.

A placa de bocal é aquecida pelo menos até a temperatura da fusão de poliestireno que compreende agente de sopro. A temperatura da placa de bocal é de preferivelmente 20 a 100°C acima da temperatura da fusão de poliestireno que compreende agente de sopro. Isto evita que os polímero se deposite nos bocais e garanta granulação isenta de problemas.

De acordo com a invenção, a granulação é realizada por meio da granulação submersa em uma pressão na faixa de 1 a 30 bar, preferivelmente na faixa de 2 a 12 bar. A densidade e, desta maneira, a densidade em massa das partículas de espuma de poliestireno pode ser ajustada de uma maneira alvo por intermédio da contra-pressão variável. Enquanto as partículas de poliestireno expansíveis não espumadas tiverem uma densidade em massa de 600 a 700 g/l, a pressão no processo da invenção é selecionada de modo que as partículas altamente espumadas de espuma de poliestireno tendo uma densidade em massa na faixa de 40 a 400 g/l, preferivelmente de 50 a 300 g/l, são obtidas.

Além disso, aditivos, agentes de nucleação, enchedores, plastificantes, retardantes de chama, corantes e pigmentos solúveis e insolúveis inorgânicos e/ou orgânicos, por exemplo, absorventes de IR, tais como, negro de fumo, grafita ou pó de alumínio, podem ser adicionados à fusão polimérica junto ou de maneira fisicamente separada, por exemplo, por intermédio de misturadores ou extrusoras laterais. No geral, os corantes e os pigmentos são adicionados em quantidade na faixa de 0,01 a 30 % em peso, preferivelmente na faixa de 1 a 5 % em peso. Para dispersar os pigmentos homogeneamente, no polímero de estireno em uma escala microscópica, pode ser vantajoso, particularmente no caso de pigmentos polares, usar um dispersante, por exemplo organossilanos, polímeros que compreendem grupos epóxi ou polímeros de estireno enxertados com anidrido maleico. Os plastificantes preferidos são óleos minerais, polímeros de estireno de peso molecular baixo, ftalatos, que podem ser usados em quantidades de 0,05 a 10 % em peso, com base no polímero de estireno.

Surpreendentemente, as moldagens de espuma de acordo com uma apresentação da invenção, mesmo na presença de enchedores, uma proporção alta de células fechadas, no geral, com mais do que 60 %, preferivelmente mais do que 70 %, particularmente preferível, mais do que 80 %, de células das partículas de espuma individuais estando fechadas.

Os enchedores possíveis são materiais em pó ou fibrosos orgânicos e inorgânicos e também misturas destes. Os enchedores orgânicos que podem ser usados são, por exemplo, farinha de madeira, amido, linho, cânhamo, rami, juta, sisal, algodão, celulose ou fibras de aramida. Os enchedores inorgânicos que podem ser usados são, por exemplo, silicatos, barita, esferas de vidro, zeólitos ou óxidos metálicos. Preferência é dada a sólidos inorgânicos pulverulentos, tais como talco, giz, caulim (Al2(Si2O5)(OH)4), hidróxido de alumínio, hidróxido de magnésio, nitrito de alumínio, silicato de alumínio, sulfato de bário, carbonato de cálcio, sulfato de cálcio, sílica, farinha de quartzo, Aerosil, alumina ou wollastonita ou materiais inorgânicos esféricos ou fibrosos, tais como esferas de vidro, fibras de vidro ou fibras de carbono. O diâmetro médio de partícula ou, no caso de enchedores fibrosos, o comprimento deve estar na região do tamanho de célula ou abaixo. Preferência é dada a um diâmetro de partícula médio na faixa de 1 a 100 μm, preferivelmente na faixa de 2 a 50 μm.

As propriedades dos polímeros termoplásticos expansíveis e as moldagens de espuma obteníveis a partir destes pode ser influenciada por intermédio do tipo e quantidade dos enchedores. A proporção do enchedor está, no geral na faixa de 1 a 50 % em peso, preferivelmente de 5 a 30 % em peso, com base no polímero termoplástico. No caso de teores de enchedor na faixa de 5 a 15 % em peso nenhuma piora significante das propriedades mecânicas das espumas expansíveis, por exemplo, tensão de dobra ou tensão de compressão é observado. O uso de agentes de ligação, tais como copolímeros de estireno, modificados por anidrido maleico, os polímeros que compreende grupos epóxido, organossilanos ou polímeros de estireno tendo isocianato ou grupos ácidos podem, melhorar significantemente a ligação do enchedor à matriz polimérica e, desta maneira as propriedades mecânicas das moldagens de espuma.

No geral, os enchedores inorgânicos reduzem a combustibilidade. Em particular, o comportamento de queima pode ser significantemente melhorado pela adição de pós inorgânicos, tais como hidróxido de alumínio.

Os enchedores tendo tamanhos de partícula na faixa de 0,1 a 100 μm, em particular na faixa de 0,5 a 10 μm, quando presente na espuma de poliestireno em teores de 10 % em peso resulta em uma redução na condutibilidade térmica de 1 a 3 mW. Por esta razão, mesmo quantidades pequenas de absorvedores de IR, tais como negro de fumo e grafita permitem que condutividade térmica comparativamente baixa seja atingida. Para reduzir a condutividade térmica, preferência é dada ao uso de um absorvedor de IR5 tal como negro de fumo ou grafita em uma quantidade de 0,1 a 10 % em peso, preferivelmente em uma quantidade de 2 a 8 % em peso.

Quando quantidade pequenas de enchedores, por exemplo, menos que 5 % em peso, são usadas, também é possível usar negro de fumo em quantidades de 1 a 25 % em peso, preferivelmente de 10 a 20 % em peso. Nestes teores altos de negro de fumo, o negro de fumo adicionado é preferivelmente misturado na fusão de polímero de estireno parcialmente por intermédio da extrusora de corrente principal e parcialmente, por intermédio de uma extrusora de corrente lateral. A adição por intermédio de extrusoras torna possível atingir a fragmentação simples dos aglomerados de negro de fumo a um tamanho de aglomerado médio na faixa de 0,3 a 10 μm, preferivelmente na faixa de 0,5 a 5 μη e coloração homogênea dos grânulos de polímero de estireno expansíveis que podem ser espumados para dar as partículas denominadas fechadas. As espumas expansíveis que compreendem de 10 a 20 % em peso de negro de fumo que são obteníveis após a espumação e a sinterização atingem uma condutividade térmica λ determinada em 100°C de acordo com DIN 52612 na faixa de 30 a 33 mW/mK.

Como o negro de fumo, preferência é dada ao uso de negro de chama tendo um tamanho médio de partícula na faixa de 60 a 150 nm, em particular na faixa de 80 a 120 nm. A área de superfície BET está, preferivelmente na faixa de 10 a 120 m2/g.

Como grafita, preferência é dada ao uso de grafita tendo um tamanho médio de partícula na faixa de 1 a 50 μm.

Como o retardante de chama, é possível usar hexabromociclododecano (HBCD) e como o sinergista retardante de chama é possível usar peróxido de bicumila ou dicumila. A razão em peso do sinergista retardante de chama para o composto de bromo orgânico está, no geral, na faixa de 1 a 20, preferivelmente na faixa de 2 a 5.

Para atingir melhor controle da espumação parcial, agentes de nucleação podem ser incorporados na fusão polimérica. Enchedores inorgânicos ou orgânicos em quantidades de até 50 % em peso, preferivelmente até 30 % em peso, também auxilia isto.

Para melhorar a expansibilidade e a compatibilidade dos enchedores com a matriz polimérica, é possível adicionar aditivos plastificantes ou melhoradores de fluxo, por exemplo, óleo branco, pentano ou Joncryl ADF 1300 (da Johnson Polimers, MW = 3000 g/mol) aos grânulos de poliestireno em quantidades 0,01 a 20 % em peso, em particular de 0,1 a 5 % em peso.

No processo da invenção, nenhum composto orgânico volátil está compreendido e a densidade e a estrutura da espuma podem ser ajustado de uma maneira alvejada como um resultado do uso de CO2 ou água como agente de sopro.

As partículas de espuma de poliestireno de acordo com a invenção podem ser usadas para produzir moldagens de espuma. Estes são, preferivelmente espumados em corrente ou uma mistura gasosa que compreende pelo menos 50 % em volume de água em temperaturas, preferivelmente de 100 a 130°C ou ainda densidades de carga menores e subseqüentemente fundidas para formar moldagens de espuma. Para atingir, particularmente densidades de carga baixas, por exemplo, menos do que 25 g/l, em particular de 8 a 16 g/l, a espumação pode ser realizada desta maneira diversas vezes, com os grânulos sendo temporariamente armazenados e, se apropriado, secados entre as etapas de espumação.

Exemplos: Materiais de partida:

A fusão de poliestireno composta de Polistyrol PS 148G da BASF Aktiengesellschaft tendo um número de viscosidade VN de 83 ml/g, um peso molecular médio ponderado Mw = 220 000g/mol e uma polidispersidade Mw/Mn = 2,8.

Exemplos 1 a 4:

CO2 ou água como agente de sopro foi misturado em uma fusão de poliestireno. Após o esfriamento da fusão que compreende agente de sopro a partir de um original de 260°C a uma temperatura de 190°C, um enchedor junto com poliestireno foi, se apropriado, introduzido na corrente principal por intermédio de uma extrusora de corrente lateral e a fusão obtida foi extrusada em uma taxa de 60 kg/h através de uma placa de bocal tendo 32 orifícios (diâmetro de cada bocal: 0,75 mm). Grânulos parcialmente espumados tendo uma distribuição de tamanho reduzida foram produzidos por meio de granulação submersa pressurizada (8 bar). As quantidades de agentes de sopro e enchedores indicado na tabela 1 são com base na fusão a montante da placa de bocal.

As partículas secas parcialmente espumadas ainda foram espumadas por meio de vapor a 120°C por 2 minutos a uma densidade em massa de 30 g/l em um pré-espumador. Uma redução adicional na densidade em massa em 10 g/l foi atingida durante a secagem a 70°C e tratamento subseqüente com vapor a 120°C.

As moldagens de espuma foram obtidas introduzindo-se as partículas de espuma secas pré-espumadas em um molde de bloco sob pressão e tratando-as com vapor a 120°C.

As estruturas de espuma das moldagens de espuma obtidas foram uniformes com contagens de célula na faixa de 2 a 12 células/mm com um desvio padrão menor do que 5. Tabela 1:

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Claims

1. Processo para a produção de partículas de espuma de poliestireno por extrusão de uma fusão de poliestireno compreende dióxido de carbono e/ou água como agente de sopro através de um bocal e granulação submersa, caracterizado pelo fato de que a granulação submersa é realizada em uma pressão na faixa de 1 a 30 bar para ajustar a densidade em massa na faixa de 40 a 400 g/L

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que de 1 a 5 % em peso, com base na fusão de poliestireno, de dióxido de carbono ou água é usado como o agente de sopro.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a granulação submersa é realizada em uma pressão na faixa de 2 a 30 bar.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de -1 a 3, caracterizado pelo fato de que as partículas de espuma de poliestireno têm uma densidade em massa na faixa de 50 a 300 g/l.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de -1 a 4, caracterizado pelo fato de que de 1 a 50 % em peso, com base na füsão, de um enchedor são adicionados à fusão de poliestireno.

6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que materiais inorgânicos pulverulentos, tais como talco, giz, caulim, hidróxido de alumínio, hidróxido de magnésio, nitrito de alumínio, silicato de alumínio, sulfato de bário, carbonato de cálcio, sulfato de cálcio, sílica, farinha de quartzo, Aerosili alumina ou wollastonita são usados como enchedor,

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de -1 a 6, caracterizado pelo fato de que nenhum agente de sopro adicional, solubilizadores ou emulsíficadores são adicionados à fusão de poliestireno.