Verfahren zum Einfärben und Schwerentflammbarmachen von expandierbarem Polystyrol bei gleichzeitiger Herabsetzung der Verformungszeit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einfärben und Schwerentflammbarmachen von expandierbarem Polystyrol bei gleichzeitiger Herabsetzung der Verformungszeit.
Expandierbares Polystyrol besteht aus Polystyrol und Pentan als Treibmittel und liegt in Form runder Körner von 1-2 mm Durchmesser vor. Bei Temperaturen oberhalb 800C expandieren diese Teilchen unter Zellbildung.
Diese sogenannten vorexpandierten. aber immer noch blähfähigen Teilchen werden in eine Form gefüllt und bei 100 bis 1 100C einem weiteren Expansionsprozess unterworfen. Hierbei verschweissen die einzelnen Teilchen zu einem Formkörper. Anschliessend muss die Form so weit abgekühlt werden, bis das Treibmittel keinen Druck mehr ausübt bzw. beim Öffnen der Form der Formkörper nicht weiter bläht. Die Schaumstoffe aus Polystyrol werden als Platte zum Isolieren gegen Wärme bzw. Kälte und Schall oder als Formkörper (Verpackung. Pflanzengefässe, Kühlschrankgehäuse, Schwimmkörper usw.) in grossen Mengen verwendet.
Insbesondere die Bauindustrie verlangt Isolierstoffe, die nicht brennen. Ausserdem werden zur Herstellung von Formkörpern, vorzugsweise Pflanzengefässe, häufig eingefärbte Rohstoffe benötigt.
Schwerentflammbare oder eingefärbte Rohstoffe sind herstellbar, wenn Flammschutzmittel bzw. Farbstoffe einpolymerisiert werden. Derartige Produkte haben jedoch den Nachteil, dass sie sich bei weitem nicht so gut verarbeiten lassen und infolge des aus polymerisationstechnischen Gründen verlangten hohen Reinheitsgrades besonders ausgesuchter Flammschutzmittel und Farbstoffe wesentlich teurer einstehen wie die reinen Styrolpolymerisate.
Es ist auch möglich, schwerentflammbare oder gefärbte Schaumstoffe herzustellen, wenn die treibmittelhaltigen Polystyrolteilchen oberflächlich mit bestimmten Flammschutzmitteln oder Farbstoffen beschichtet sind.
Hierbei wird so verfahren, dass im allgemeinen mit einem Kunstharz diese Produkte auf die Rohstoffkügelchen geklebt werden. Diese derartig behandelten Rohstoffe haben den Nachteil, dass bei der Verformung insbesondere die Verschweissung stark verschlechtert wird, weil sich Farbstoff und Kunstharz nicht fest genug mit den Polystyrolteilchen verbinden und wie ein Trennmittel zwischen den einzelnen Rohstoffteilchen liegen.
Massgebend für die Länge des Verarbeitungszykluses ist bei der Verarbeitung von vorexpandiertem Polystyrol die Kühlzeit, welche bis 90% der gesamten Zykluszeit ausmachen kann. Kürzere Kühlzeiten sind nur möglich, wenn auf eine gute Verschweissung verzichtet und bei niedrigeren Temperaturen als gewöhnlich ausgeschäumt wurde. Von dieser Massnahme wird jedoch aus Qualitätsgründen kaum Gebrauch gemacht.
Es bestand die Aufgabe, nach einer Mischung zu suchen, die aus einer Grundsubstanz besteht und entweder mit Farbstoffen oder Flammschutzmitteln vermischt, geeignet ist, expandierbares Polystyrol einzufärben bzw.
schwerentflammbar zu machen, ohne dass die Verschweissung oder die Verarbeitung des Rohstoffes nachteilig beeinflusst wird.
Es wurde hierbei gefunden, dass Plastifizierungsmittel bzw. hochsiedende Lösungsmittel für Polystyrol. die alleine angewandt beim Verarbeitungsprozess den Schaumstoff zu stark anlösen und dadurch zum Schwinden bringen, diese Aufgabe vortrefflich lösen, wenn sie mit nichtlösenden Füllstoffen organischer oder anorganischer Natur, gefüllt und somit verdünnt werden. Es wurde weiter gefunden, dass insbesondere Plastifizierungsmittel bzw. hochsiedende Lösungsmittel für Polystyrol, die erst oberhalb der Raum- bzw.
Normaltemperaturen, vorzugsweise im Bereich der Verarbeitungstemperaturen, Polystyrol oberflächlich lösen bzw. plastifizieren, dieser Aufgabe besonders gerecht werden, weil sie während des Verarbeitungsvorganges durch ihre plastifizierende Wirkung die einzelnen Polystyrolteilchen fest miteinander verbinden, dabei die Fremdsubstanzen einschliessen und nach dem Verarbeitungsprozess in diesem Zustand verbleiben.
Es wurde weiter gefunden, dass hochgefüllte hochsiedende Lösungsmittel bzw. Plastifikatoren die Kühlzeiten der in entsprechenden Formen frisch hergestellten Polystyrolschaumstoffe stark abkürzen, ohne dass die Schaumstoffqualität dabei nachteilig beeinflusst wird.
Die Verschweissung der einzelnen Partikel wird beim Verformungsvorgang nicht nachteilig beeinflusst; sie ist gegenüber den nach den bisherigen Verfahren mit Flammschutzstoffen oder Farbstoffen präparierten Partikel wesentlich verbessert.
Insbesondere bei grösseren Zusätzen kann es von Vorteil sein, wenn der Plastifikator-Füllstoffkombination ein thermoplastischer Kunststoff beigemischt wird, der bei Raumtemperatur oder im Bereich der Verarbeitungstemperaturen mit dem Plastifikator geliert und die Kohäsion dieser Mischung, die sich andererseits wiederum mit dem expandierbaren Polystyrol fest verbindet, erhöht.
Zur guten Verteilung der Plastifikator-Füllstoffmischung im expandierbaren Polystyrol, welches in Teilchen von einer Grösse bis etwa 3 mm Durchmesser vorliegt, ist es zweckmässig, diese in einem geeigneten Lösungsmittelgemisch zu suspendieren. Ebensogut möglich ist es, die Plastifikator-Füllstoffmischung unter Verwendung geeigneter Emulgatoren in Wasser zu emulgieren, wobei es sich in diesen Fällen empfiehlt, dieser Mischung noch eine gut füllstoffverträgliche Kunststoff Dispersion beizumischen, in die der Plastifikator ungelöst oder in einem Lösungsmittel gelöst untergemischt werden kann.
Wenn es auch einfacher und wirtschaftlicher ist, eine Plastifikator-Füllstoffmischung dem Rohstoff beizumischen, an dem diese vor der ersten Erwärmung ausreichend gut und nach dem Vorexpandieren (Erwärmung auf ca. 1000C) sehr gut haftet, so ist es auch möglich, das bereits vorexpandierte blähfähige Polystyrol mit dieser Mischung zu präparieren, was besonders bei sehr kräftigen Einfärbungen zweckmässig ist.
Beispiel I
In 10 Gewichtsteilchen Trikresylphosphat, die mit 20 Gewichtsteilen Essigester und 10 Gewichtsteilen Äthylalkohol verdünnt sind, wurden 40 Gewichtsteile Kaolin suspendiert.
Unter 100 Gewichtsteile expandierbares Polystyrol werden von obiger Mischung 2 Gewichtsteile gleichmässig verteilt; dieses derart präparierte Material lässt sich genauso vorexpandieren und in entsprechenden Formen zu Formteilen verformen wie ein nicht präpariertes Material. Die Kühlzeit beträgt jedoch bei dem präparierten Material, insbesondere bei dickeren Formteilen, nur 20-30% der Kühlzeit des nicht präparierten Materials, ohne dass sich die hergestellten Formteile in ihrer Dimension ändern oder sich in der Qualität von dem nicht präparierten Material unterscheiden.
Beispiel 2
In 10 Gewichtsteilen Mineralöl, welches gemäss Beispiel 1 mit einer Lösungsmittelkombination verdünnt ist, werden 70 Gewichtsteile Chromoxydgrün suspendiert.
Wird 1 Gewichtsteil dieser Mischung unter 100 Gewichtsteile expandierbares Polystyrol gleichmässig verteilt, dann erhält man einen entsprechend eingefärbten Rohstoff, der zu Formteilen verarbeitet werden kann, die sich von andersartig eingefärbten Produkten durch bessere Verschweissung unterscheiden und eine kürzere Kühlzeit nach der Verformung benötigen.
Beispiel 3
In Abänderung zu Beispielen 1 und 2 werden als Füllstoff organische Halogenverbindungen verwendet, die katalytisch wirkende Substanzen, z.B. Antimontrooxyd oder Peroxyde, enthalten können. Werden unter 100 Gewichtsteilen expandierbares Polystyrol, je nach Art der Halogenverbindung, 10 bis 20 Gewichtsteile obiger Mischung gleichmässig verteilt, dann erhält man einen Rohstoff, der zu schwerentflammbaren Schaumstoffen verarbeitet werden kann.
Beispiel 4
In Abänderung zu Beispiel 3 werden als Plastifzierungsmittel bereits organische Halogenverbindungen, z.B.
chloriertes Paraffin, verwendet.
Beispiel 5
In Abänderung zu Beispielen 2 und 3 werden den Farbpigmenten bzw. organischen Halogenverbindungen anorganische Füllstoffe in beliebigem Verhältnis zugemischt.
Beispiel 6
In Abänderung zu Beispielen 1-5 enthält die Plastifikator-Füllstoffmischung z.B. 50% Polyvinylacetat.
Beispiel 7
In Abänderung zu Beispiel 6 ist die Plastifikator Füllstoffmischung in Wasser emulgiert bzw. dispergiert.
Beispiel 8
In Abänderung zu Beispielen 1-7 wird bereits vorexpandiertes, blähfähiges Polystyrol entsprechend präpariert.
Process for coloring and making expandable polystyrene flame retardant while reducing the deformation time
The invention relates to a method for coloring and making expandable polystyrene flame-retardant while at the same time reducing the deformation time.
Expandable polystyrene consists of polystyrene and pentane as a blowing agent and is in the form of round grains 1-2 mm in diameter. At temperatures above 800C these particles expand with cell formation.
These so-called pre-expanded. but still expandable particles are filled into a mold and subjected to a further expansion process at 100 to 1100C. Here, the individual particles weld to form a molded body. The mold must then be cooled down until the propellant no longer exerts any pressure or the molded body does not expand any further when the mold is opened. The foams made of polystyrene are used in large quantities as a plate to insulate against heat or cold and sound or as molded bodies (packaging, planters, refrigerator housings, floating bodies, etc.).
The construction industry in particular demands insulating materials that do not burn. In addition, colored raw materials are often required for the production of moldings, preferably plant vessels.
Flame retardant or colored raw materials can be produced if flame retardants or dyes are polymerized. However, such products have the disadvantage that they are by far not as easy to process and, due to the high degree of purity of specially selected flame retardants and dyes, which are required for polymerisation reasons, are significantly more expensive than pure styrene polymers.
It is also possible to produce flame-retardant or colored foams if the blowing agent-containing polystyrene particles are coated on the surface with certain flame retardants or dyes.
The procedure here is that these products are generally glued to the raw material pellets with a synthetic resin. These raw materials treated in this way have the disadvantage that the deformation, in particular, greatly worsens the welding, because the dye and synthetic resin do not bond firmly enough to the polystyrene particles and lie between the individual raw material particles like a separating agent.
When processing pre-expanded polystyrene, the cooling time, which can account for up to 90% of the total cycle time, is decisive for the length of the processing cycle. Shorter cooling times are only possible if good welding is not used and the foam is filled at lower temperatures than usual. For reasons of quality, however, this measure is rarely used.
The task was to look for a mixture which consists of a basic substance and which is mixed either with dyes or flame retardants and which is suitable for coloring or coloring expandable polystyrene.
To make flame retardant without adversely affecting the welding or the processing of the raw material.
It was found that plasticizers or high-boiling solvents for polystyrene. which, when used alone, dissolve the foam too much during processing and thus make it shrink, solve this problem excellently if they are filled with non-dissolving fillers of an organic or inorganic nature and thus diluted. It has also been found that in particular plasticizers or high-boiling solvents for polystyrene, which only exist above the room or
Normal temperatures, preferably in the range of the processing temperatures, dissolve or plasticize polystyrene on the surface, are particularly suitable for this task, because they firmly bond the individual polystyrene particles together during the processing process through their plasticizing effect, thereby including the foreign substances and remaining in this state after the processing process.
It has also been found that highly filled, high-boiling solvents or plasticizers greatly shorten the cooling times of the polystyrene foams freshly produced in corresponding molds, without the foam quality being adversely affected.
The welding of the individual particles is not adversely affected during the deformation process; it is significantly improved compared to the particles prepared with flame retardants or dyes according to the previous processes.
Particularly with larger additions, it can be advantageous if the plasticizer-filler combination is mixed with a thermoplastic material that gels with the plasticizer at room temperature or in the range of processing temperatures and the cohesion of this mixture, which, on the other hand, bonds firmly to the expandable polystyrene elevated.
For good distribution of the plasticizer-filler mixture in the expandable polystyrene, which is present in particles of a size up to about 3 mm in diameter, it is expedient to suspend this in a suitable solvent mixture. It is just as possible to emulsify the plasticizer-filler mixture in water using suitable emulsifiers, in which case it is advisable to add a plastic dispersion that is well-tolerated by the filler and into which the plasticizer can be mixed undissolved or dissolved in a solvent.
If it is also easier and more economical to add a plasticizer / filler mixture to the raw material, to which it adheres sufficiently well before the first heating and very well after the pre-expansion (heating to approx. 1000C), it is also possible to use the pre-expanded expandable To prepare polystyrene with this mixture, which is particularly useful for very strong colors.
Example I.
40 parts by weight of kaolin were suspended in 10 parts by weight of tricresyl phosphate diluted with 20 parts by weight of ethyl acetate and 10 parts by weight of ethyl alcohol.
2 parts by weight of the above mixture are evenly distributed under 100 parts by weight of expandable polystyrene; this material prepared in this way can be pre-expanded and shaped into molded parts in the same way as an unprepared material. However, the cooling time for the prepared material, in particular for thicker molded parts, is only 20-30% of the cooling time for the unprepared material, without the molded parts produced changing in size or differing in quality from the unprepared material.
Example 2
70 parts by weight of chromium oxide green are suspended in 10 parts by weight of mineral oil, which is diluted with a solvent combination according to Example 1.
If 1 part by weight of this mixture is evenly distributed among 100 parts by weight of expandable polystyrene, a correspondingly colored raw material is obtained that can be processed into molded parts that differ from other colored products through better welding and require a shorter cooling time after deformation.
Example 3
In a modification of Examples 1 and 2, organic halogen compounds are used as fillers which contain catalytically active substances, e.g. Antimony trooxide or peroxide, may contain. If 10 to 20 parts by weight of the above mixture are evenly distributed among 100 parts by weight of expandable polystyrene, depending on the type of halogen compound, a raw material is obtained that can be processed into flame-retardant foams.
Example 4
In a modification of Example 3, organic halogen compounds, e.g.
chlorinated paraffin is used.
Example 5
In a modification of Examples 2 and 3, inorganic fillers are added to the color pigments or organic halogen compounds in any ratio.
Example 6
In a modification of Examples 1-5, the plasticizer-filler mixture contains e.g. 50% polyvinyl acetate.
Example 7
In a modification of Example 6, the plasticizer filler mixture is emulsified or dispersed in water.
Example 8
In a modification of Examples 1-7, pre-expanded, expandable polystyrene is prepared accordingly.