Procédé de production de polymères ou de copolymères de styrène aptes
à être transformés en produits mousse
La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication de polystyrène expansible à partir de polymères ou de copolymères de styrène notamment ou de déchets de polystyrène.
Les particules polymères aptes à être gonflées par l'application de chaleur sont bien connues. On connaît un procédé approprié pour fabriquer des substances polymères gonflables de ce genre, suivant lequel ces substances peuvent être obtenues à partir d'une variété de polymères et de copolymères dérivés d'hydrocarbures vinyliques monomères. Ces monomères sont, par exemple, l'éthylène, le styrène, le méthyl-styrène nucléaire, l'isobutylène, etc. Ces copolymères sont formés, par exemple, par le styrène et le butadiène, par le styrène et l'a-méthyl-styrène, ou par des polymères de styrène de ou du butadiène.
Des polymères particulièrement avantageux sont le polystyrène et ses copolymères avec des monomères tels que le butadiène, l'a-méthyl- styrène et l'isobutylène. Dans ces substances gonflables sont incorporées environ 3 à 30 parties en poids d'un hydrocarbure aliphatique ou cyclo-aliphatique bouillant entre 35 et 600. Des hydrocarbures appropriés sont ceux comprenant I'éther de pétrole, le pentane, l'hexane, l'heptane, le cyclo-pentane, le cyclo-hexane, le cyclo-pentadiène et les esters de ceux-ci.
Il est déjà connu d'effectuer le traitement des polymères par les mélanges d'eau et d'hydrocarbures sous la pression d'un gaz. La pression peut être établie au moyen d'air, d'azote, d'anhydride carbonique et d'hydrogène. Elle est, de préférence, de 1 à 2 atm. supérieure à la pression de vapeur de l'agent liquide à la température de traitement. Les températures de traitement varieront selon le point de ramollissement des polyFmères et seront de préférence de 5 à 200 inférieures à la température de ramollissement déterminée par la méthode de Vicat.
I1 résulte de ces traitements des particules gonflables contenant, en division homogène, des hydrocarbures liquides facilement volatils.
Génériquement ces particules gonflables sont con nues sous le nom de R perles . > . Elles peuvent être ron- des, ellipsoïdales ou de forme irrégulière.
Ces perles peuvent être gonflées partiellement avant d'être gonflées davantage pour former le produit final.
Des procédés connus. particulièrement avantageux pour gonfler, dans des moules fermés ou partiellement fermés, des substances polymères gonflables, consistent à utiliser de la vapeur, des gaz chauds, des rayons infrarouges et des ondes radio-électriques à haute fréquence.
En général. les procédés de fabrication connus de perles expansibles présentent l'inconvénient de demander un traitement à la température ambiante pendant une durée de 24 à 80 heures. Egalement, les masses de matières plastiques renfermant un agent gonflable. obtenues selon ces procédés ne sont parfois pas absolument homogènes, mais présentent un certain nombre de cavités. Ceci est souvent indésirable car, à la suite du processus de spumescence, il reste des trous dans les masses poreuses qui gênent la transformation ultérieure de ces masses en objets terminés.
Afin d'obtenir des objets coloriés par la mise en oeuvre des procédés connus, il est nécessaire d'expanser les perles, d'ajouter une solution contenant des agents colorants et ensuite de mouler les objets expansés et coloriés.
La présente invention obviant à ces inconvénients a pour objet un procédé de production de polymère ou de copolymère de styrène aptes à être transformés en produits mousse, caractérisé par le fait qu'on traite en suspension aqueuse, avec un agent gonflant, des polymères ou des copolymères de styrène sous forme de petites particules, on agite tout en chauffant sous pression le mélange jusqu'à une température de 110 à 115 C on refroidit et on sépare les particules ainsi produites sous forme de perles.
Le e polymère ou copolymère de styrène peut être préalablement préparé. extrudé et granulé. Comme avnnt-gonflant. on utilise de préférence des hydrocarbures volatils. aliphatiques ou cyclo-aliphatiques. Les polymères ou copolymères de styrène sont de préférence de granulométrie différente dont les qualités physiques et chimiques (densité. solubilité) peuvent être préalablement déterminées. ces polymères ou copolymères étant traités à des températures égales à leur point de ramollissement. Il est également judicieux d'additionner aux agents volatils un pourcentage de résines hydrofuges qui ne dissout pas les polymères de styrène et d'effectuer le traitement sous pression d'un gaz.
Le procédé peut être mis en oeuvre en préparant préalablement le matériau de départ dans un mélangeur à vis et en l'extrudant et en le granulant en petites particules d'un diamètre compris entre 1 et 3 mm.
Selon un mode de faire particulièrement avantageux. le procédé emploie des déchets de polystyrène industriels. coloriés ou non et donne des perles blanchâtres.
Selon une autre variante. on additionne des agents colorants au mélange aqueux. Comme agents colorants. il convient d'utiliser les colorants solubles dans l'eau tels que le bleu de méthylène et les pigments normalement insolubles dans les milieux aqueux. tels que le séléniure de cadmium.
Les polymères et copolymères de styrène et les hydrocarbures indiqués ci-dessus peuvent être utilisés dans le procédé revendiqué. Comme résine hydrofuge. il convient d'utiliser des résines de silicone (R. Si-O-0)
R = Alcoyl ou Phényl.
Un mode de mise en oeuvre adéquat du procédé consiste à introduire dans un autoclave à agitateur un volume d'eau dont la température se situe entre 10 et 20 C et du polymère sous forme de particules d'un diamètre compris entre 1 et 3 mm ainsi qu'au moins un agent gonflant. et de préférence 10 fic en poids de celui-ci d'une résine de silicone. On chauffe ensuite ce mélange très lentement en brassant fortement et on maintient sa température à 1100 pendant 2 heures. puis on refroidit.
On sépare les particules par filtration ou centrifugation et on sèche par soufflage avec de l'air de 300 à 500 C afin d'obtenir des granulés.
Les parties indiquées aux exemples suivants sont des parties en poids (exemples I à 4).
Esenlple 1
Dans un autoclave à agitateur. résistant à la pression, on introduit: 5 () 0 () parties d'eau, dont la température varie entre 10
et 70": 5000 parties de polymère ou co-polymère de styrène,
sous forme de petites particules d'un diamètre
compris entre 1 et 3 mm.
On introduit simultanément une solution composée de 350 parties d'hydrocarbures aliphatiques ou cycloaliphatiques. avec 10 5fc de résines de silicone.
On met l'agitateur en mouvement. et on chauffe très lentement le contenu de la chaudière à une température de 110"-1150. On maintient la chaudière pendant deux heures à cette température, puis on refroidit.
On sépare les particules par filtration ou centrifugation et on sèche par soufflage avec de l'air de 30 à 500.
Exemple 3
Dans les mêmes conditions que celles énoncées à l'exemple 1, on prépare. selon les proportions suivantes un polymère apte à être transformé en produit mousse.
5000 parties d'eau d eau 5000 parties de copolymères de styrène extrudé;
20 parties d'éther cellulosique (carboxy méthyl cellu
lose)
250 parties d'éther de pétrole.
On travaille dans les mêmes conditions que ci-dessus. Après refroidissement et évacuation de la solution d'éther cellulosique, une opération de lavage en cascade sera effectuée.
Exenlple 3
On introduit dans le même appareillage: 5000 parties d'eau; 5000 parties de polymères de styrène, sous forme de
perles;
12 parties d'alcool polyvinylique:
500 parties de pentane.
Fxes71ple 4
Dans le même appareillage. on introduit: 6000 parties d'eau ; 4000 parties de polymères de styrène broyé:
80 parties d'alcool gras sulfoné.
On travaille dans les mêmes conditions que celles énumérées à l'exemple 1. Après le traitement habituel. on obtient des particules sphériques aptes à être transformées en produit mousse. et en corps moulé poreux homogène qui peut être utilisé comme matériau isolant. dans la construction des bâtiments et pour d'autres usages analogues.
Process for producing suitable styrene polymers or copolymers
to be processed into foam products
The present invention relates to a process for manufacturing expandable polystyrene from polymers or copolymers of styrene in particular or from polystyrene waste.
Polymer particles capable of being swollen by the application of heat are well known. A suitable process is known for making such swellable polymeric substances, whereby such substances can be obtained from a variety of polymers and copolymers derived from monomeric vinyl hydrocarbons. These monomers are, for example, ethylene, styrene, nuclear methylstyrene, isobutylene, etc. These copolymers are formed, for example, by styrene and butadiene, by styrene and α-methyl-styrene, or by polymers of styrene or butadiene.
Particularly advantageous polymers are polystyrene and its copolymers with monomers such as butadiene, α-methylstyrene and isobutylene. In these swellable substances are incorporated about 3 to 30 parts by weight of an aliphatic or cyclo-aliphatic hydrocarbon boiling between 35 and 600. Suitable hydrocarbons are those comprising petroleum ether, pentane, hexane, heptane. , cyclo-pentane, cyclo-hexane, cyclo-pentadiene and esters thereof.
It is already known to carry out the treatment of polymers with mixtures of water and hydrocarbons under the pressure of a gas. Pressure can be built up using air, nitrogen, carbon dioxide and hydrogen. It is preferably 1 to 2 atm. greater than the vapor pressure of the liquid agent at the processing temperature. Processing temperatures will vary depending on the softening point of the polymers and will preferably be 5 to 200 lower than the softening temperature determined by the Vicat method.
I1 result from these treatments swellable particles containing, in homogeneous division, easily volatile liquid hydrocarbons.
Generically these swellable particles are known as R beads. >. They can be round, ellipsoidal or irregular in shape.
These beads can be partially inflated before being further inflated to form the final product.
Known methods. Particularly advantageous for inflating, in closed or partially closed molds, swellable polymeric substances, consist in the use of steam, hot gases, infrared rays and high frequency radio waves.
In general. the known methods of manufacturing expandable beads have the drawback of requiring treatment at room temperature for a period of 24 to 80 hours. Also, the plastic masses containing a swelling agent. obtained according to these processes are sometimes not absolutely homogeneous, but have a certain number of cavities. This is often undesirable because, as a result of the spumescent process, holes remain in the porous masses which hamper the further transformation of these masses into finished objects.
In order to obtain colored objects by carrying out the known methods, it is necessary to expand the beads, add a solution containing coloring agents and then mold the expanded and colored objects.
The present invention overcoming these drawbacks relates to a process for the production of a styrene polymer or copolymer capable of being transformed into foam products, characterized in that the treatment in aqueous suspension, with a blowing agent, of polymers or of polymers. Styrene copolymers in the form of small particles, the mixture is stirred while heating under pressure to a temperature of 110 to 115 ° C., the particles thus produced are cooled and separated in the form of beads.
The styrene polymer or copolymer can be prepared beforehand. extruded and granulated. Like before-swelling. volatile hydrocarbons are preferably used. aliphatic or cycloaliphatic. The styrene polymers or copolymers are preferably of different particle size, the physical and chemical qualities of which (density. Solubility) can be determined beforehand. these polymers or copolymers being treated at temperatures equal to their softening point. It is also judicious to add to the volatile agents a percentage of water-repellent resins which do not dissolve the styrene polymers and to carry out the treatment under pressure of a gas.
The process can be carried out by pre-preparing the starting material in a screw mixer and extruding and granulating it into small particles with a diameter of between 1 and 3 mm.
According to a particularly advantageous mode of operation. the process uses industrial polystyrene waste. colored or not and gives whitish pearls.
According to another variant. coloring agents are added to the aqueous mixture. As coloring agents. water soluble dyes such as methylene blue and pigments normally insoluble in aqueous media should be used. such as cadmium selenide.
The polymers and copolymers of styrene and the hydrocarbons indicated above can be used in the claimed process. As a water repellent resin. silicone resins (R. Si-O-0) should be used
R = Alkoyl or Phenyl.
A suitable method of carrying out the process consists in introducing into a stirred autoclave a volume of water the temperature of which is between 10 and 20 C and of the polymer in the form of particles with a diameter of between 1 and 3 mm as well. at least one blowing agent. and preferably 10 µm by weight thereof of a silicone resin. This mixture is then heated very slowly with vigorous stirring and its temperature is maintained at 1100 for 2 hours. then we cool.
The particles are separated by filtration or centrifugation and dried by blowing with air at 300 to 500 ° C. in order to obtain granules.
The parts indicated in the following examples are parts by weight (examples I to 4).
Esenlple 1
In a stirred autoclave. resistant to pressure, we introduce: 5 () 0 () parts of water, the temperature of which varies between 10
and 70 ": 5000 parts of styrene polymer or co-polymer,
in the form of small particles with a diameter
between 1 and 3 mm.
Simultaneously introduced a solution composed of 350 parts of aliphatic or cycloaliphatic hydrocarbons. with 10 5fc of silicone resins.
We put the agitator in motion. and the contents of the boiler are heated very slowly to a temperature of 110 "-1150. The boiler is kept for two hours at this temperature, then cooled.
The particles are separated by filtration or centrifugation and blown dry with 30 to 500 air.
Example 3
Under the same conditions as those given in Example 1, one prepares. in the following proportions, a polymer capable of being transformed into a foam product.
5000 parts of water of water 5000 parts of extruded styrene copolymers;
20 parts of cellulose ether (carboxy methyl cellu
lose)
250 parts of petroleum ether.
We work under the same conditions as above. After cooling and evacuating the cellulose ether solution, a cascade washing operation will be carried out.
Example 3
The following are introduced into the same apparatus: 5000 parts of water; 5000 parts of styrene polymers, as
pearls;
12 parts of polyvinyl alcohol:
500 parts of pentane.
Fxes71ple 4
In the same apparatus. we introduce: 6000 parts of water; 4000 parts of ground styrene polymers:
80 parts of sulfonated fatty alcohol.
The work is carried out under the same conditions as those listed in Example 1. After the usual treatment. spherical particles are obtained capable of being transformed into a foam product. and a homogeneous porous molded body which can be used as an insulating material. in the construction of buildings and for other similar uses.