DE10038348A1

DE10038348A1 - Preparation of uniformly colored expandable styrene polymerizate particles (EPS-particles) by suspension polymerization of styrene has increased stability conferred by the colorant

Info

Publication number: DE10038348A1
Application number: DE2000138348
Authority: DE
Inventors: Guiscard Glueck; Klaus Hahn; Roberto Gualdoni
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2000-08-05
Filing date: 2000-08-05
Publication date: 2002-02-14
Also published as: JP2002088187A

Abstract

Preparation of uniformly colored expandable styrene polymerizate particles (EPS-particles) by polymerization of styrene optionally with 20 wt.% of its weight of comonomers in aqueous suspension in the presence of colored pigment or dye, with addition of a propellant before, during, and after polymerization is new. An Independent claim is included for a styrene soluble expandable styrene polymerizate particles containing 0.1-15 wt.% of colorant, uniformly distributed in the polymerizate.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gleichmäßig eingefärbten expandierbaren Styrolpolymerisaten in Partikelform (EPS-Partikel).The invention relates to a method for producing uniformly colored expandable styrene polymers in particle form (EPS particles).

Polystyrolpartikelschaumstoffe sind seit langer Zeit bekannt und haben sich auf vielen Gebieten bewährt. Die Herstellung derartiger Schaumstoffe erfolgt durch Aufschäumen von mit Treib mitteln imprägnierten Polystyrolpartikeln und nachfolgendes Ver schweißen der so hergestellten Schaumpartikel zu Formkörpern.Polystyrene particle foams have been known for a long time and have proven themselves in many areas. The production such foams are made by foaming with blowing agent medium impregnated polystyrene particles and subsequent Ver welding the foam particles thus produced into shaped bodies.

Für manche Anwendungszwecke, z. B. aus ästhetischen Gründen oder zum Markieren der Formkörper, werden farbige Schaumstoffe benötigt. Diese werden bisher entweder durch oberflächliches Einfärben von EPS- oder Schaumstoff-Partikeln hergestellt oder durch Zumischen von Farbpigmenten zusammen mit dem Treibmittel zu einer Polystyrol-Schmelze auf einem Extruder. Farbstoffe werden bei diesem Verfahren in der Regel nicht eingesetzt, da sich organische Farbstoffe in einer Polystyrol-Schmelze nur ungenügend lösen und die erzielbare Einfärbwirkung somit unbefriedigend ist.For some applications, e.g. B. for aesthetic reasons or to mark the moldings, colored foams needed. So far, these are either superficial Coloring EPS or foam particles made or by adding color pigments together with the blowing agent to a polystyrene melt on an extruder. dyes are usually not used in this process, because organic dyes are in a polystyrene melt only insufficiently solve and thus the achievable coloring effect is unsatisfactory.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, gleichmäßig einge färbte EPS-Partikel nach einem einfachen Verfahren herzustellen.The invention was therefore based on the object evenly to produce colored EPS particles using a simple process.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man Styrol, gegebenenfalls zusammen mit bis zu 20% seines Gewichts an Comonomeren, in wäßriger Suspension in Gegenwart eines Farb pigments oder Farbstoffs polymerisiert und vor, während oder nach der Polymerisation ein Treibmittel zusetzt.This object is achieved in that Styrene, optionally together with up to 20% of its weight of comonomers, in aqueous suspension in the presence of a color pigments or dye polymerized and before, during or after a blowing agent is added to the polymerization.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind teilchenförmige expandierbare Styrolpolymerisate, die 0,1 bis 15, vorzugsweise 0,3 bis 5 Gew.-% eines styrollöslichen organischen Farbstoffs in homogener Verteilung enthalten.Another object of the invention are particulate expandable styrene polymers, the 0.1 to 15, preferably 0.3 to 5 wt .-% of a styrene-soluble organic dye contained in homogeneous distribution.

In der Patentanmeldung WO 97/45477 sind Ruß enthaltende EPS- Partikel beschrieben. Der Ruß wird dabei zur Erniedrigung der Wärmeleitfähigkeit der daraus hergestellten Schaumstoffe zugesetzt. Eine ästhetische Wirkung ist nicht beabsichtigt. Ruß ist kein Farbpigment im Sinne der vorliegenden Erfindung, insbesondere ist Ruß nicht styrollöslich. Bei der Suspensions polymerisation von Styrol in Gegenwart eines in Styrol gelösten Farbstoffs war zu befürchten, daß dieser aufgrund von Grenz flächeneffekten den Polymerisationsablauf negativ beeinflußt.Patent application WO 97/45477 contains soot-containing EPS Particles described. The soot becomes a humiliation the thermal conductivity of the foams made from it added. An aesthetic effect is not intended. Carbon black is not a color pigment in the sense of the present invention, in particular, carbon black is not soluble in styrene. At the suspension polymerization of styrene in the presence of a solution in styrene Dyestuff was to be feared because of limit surface effects negatively affects the polymerization process.

Unter expandierbaren Styrolpolymerisaten werden Treibmittel enthaltende Styrolpolymerisate verstanden.Expandable styrene polymers are blowing agents containing styrene polymers understood.

Die erfindungsgemäßen EPS-Partikel enthalten als Polymermatrix insbesondere Homopolystyrol oder Styrolcopolymerisate mit bis zu 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Polymeren, an ethylenisch ungesättigten Comonomeren, insbesondere Alkylstyrole, Divinyl benzol, Acrylnitril oder α-Methylstyrol.The EPS particles according to the invention contain as a polymer matrix in particular homopolystyrene or styrene copolymers with up to 20% by weight, based on the weight of the polymers, of ethylenic unsaturated comonomers, especially alkylstyrenes, divinyl benzene, acrylonitrile or α-methylstyrene.

Bei der erfindungsgemäßen Suspensionspolymerisation können die üblichen Hilfsmittel, wie z. B. Peroxid-Initiatoren, Suspensions stabilisatoren, Treibmittel, Kettenüberträger, Flammschutzmittel, Expandierhilfsmittel, Keimbildner und Weichmacher zugesetzt werden. Treibmittel werden in Mengen von 3 bis 10 Gew.-%, bezogen auf Styrolpolymerisat zugesetzt. Man kann sie vor, während oder nach der Polymerisation der Suspension zusetzen. Geeignete Treib mittel sind aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 4 bis 6 Kohlen stoffatomen. Bevorzugt ist Pentan. Es ist vorteilhaft, als Suspensionsstabilisatoren anorganische Pickering-Dispergatoren, z. B. Magnesiumpyrophosphat oder Calciumphosphat einzusetzen.In the suspension polymerization according to the invention, the usual tools, such as. B. peroxide initiators, suspensions stabilizers, blowing agents, chain transfer agents, flame retardants, Expanding aids, nucleating agents and plasticizers added become. Blowing agents are obtained in amounts of 3 to 10% by weight added on styrene polymer. You can see them before, during or add to the suspension after polymerization. Suitable propellant middle are aliphatic hydrocarbons with 4 to 6 carbons atoms. Pentane is preferred. It is advantageous as Suspension stabilizers inorganic Pickering dispersants, z. B. use magnesium pyrophosphate or calcium phosphate.

Es hat sich gezeigt, daß es insbesondere bei der Polymerisation in Gegenwart von Farbpigmenten für die Stabilität der Suspension günstig ist, wenn bei Beginn der Suspensionspolymerisation eine Lösung von Polystyrol (bzw. einem entsprechenden Styrol copolymerisat) in Styrol (bzw. der Mischung von Styrol mit Comonomeren) vorliegt. Bevorzugt geht man dabei von einer 0,5 bis 30, insbesondere 3 bis 20 gew.-%igen Lösung von Polystyrol in Styrol aus. Man kann dabei frisches Polystyrol in Monomeren auflösen, zweckmäßigerweise setzt man aber sogenannte Rand fraktionen ein, die bei der Auftrennung des bei der Herstellung von expandierbarem Polystyrol anfallenden Perlspektrums als zu große oder zu kleine Perlen ausgesiebt werden. In der Praxis haben derartige nicht verwertbare Randfraktionen Durchmesser von größer als 2,0 mm bzw. kleiner als 0,2 mm. Auch Polystyrol- Recyclat und Schaumpolystyrol-Recyclat können eingesetzt werden. Die Suspensionspolymerisation wird wie üblich bei Temperaturen von 90 bis 140°C durchgeführt.It has been shown to be particularly useful in the polymerization in the presence of color pigments for the stability of the suspension is favorable if at the beginning of the suspension polymerization a solution of polystyrene (or a corresponding styrene copolymer) in styrene (or the mixture of styrene with Comonomers) is present. It is preferred to use a 0.5 to 30, in particular 3 to 20 wt .-% solution of polystyrene in styrene. One can use fresh polystyrene in monomers resolve, but expediently so-called edge is set fractions involved in the separation of the manufacturing process of expandable polystyrene pearl spectrum as too large or small pearls are sieved out. In practice have such non-usable edge fractions diameter of greater than 2.0 mm or less than 0.2 mm. Also polystyrene Recyclate and foam polystyrene recyclate can be used. The suspension polymerization is carried out as usual at temperatures from 90 to 140 ° C.

Die Farbstoffe bzw. Farbpigmente werden bei der Polymerisation vorzugsweise in Mengen von 0,1 bis 15, insbesondere von 0,3 bis 5 Gew.-% zugesetzt. Sie sollten hydrophob sein, so daß sie im Zweiphasensystem Wasser/Styrol sich überwiegend, vorzugsweise zu mehr als 95% in der organischen Phase befinden. Eine Sonder stellung nehmen Farbstoffe bzw. Farbpigmente ein, die einen amphiphilen Charakter aufweisen. Diese üben einen Einfluß auf die EPS-Teilchenbildung im Verlauf der Polymerisation aus. Dieser grenzflächenaktive Effekt muß bei der Gesamtsteuerung des Prozesses berücksichtigt werden. Bevorzugt wird in diesem Fall der amphiphile Farbstoff bzw. das Farbpigment erst im Lauf der Polymerisation, z. B. bei einem Umsatz von 30 bis 90% zudosiert. Diese Möglichkeit des Dosierens besteht prinzipiell bei allen Farbstoffen bzw. Pigmenten.The dyes or color pigments are used in the polymerization preferably in amounts from 0.1 to 15, in particular from 0.3 to 5 wt .-% added. They should be hydrophobic so that they Two-phase water / styrene system predominantly, preferably more than 95% are in the organic phase. A special position take dyes or color pigments, the one have amphiphilic character. These exert an influence EPS particle formation in the course of the polymerization. This surface-active effect must be in the overall control of the Process are taken into account. In this case preference is given the amphiphilic dye or the pigment only in the course of Polymerization, e.g. B. metered in at a turnover of 30 to 90%. This possibility of dosing exists in principle for everyone Dyes or pigments.

Die styrollöslichen organischen Farbstoffe werden zweckmäßiger weise in Styrol oder im Treibmittel gelöst und in dieser Form dem Polymerisationsansatz zugesetzt. Sie sind vorzugsweise zu mehr als 0,1%, insbesondere zu mehr als 1% in Styrol löslich.The styrene-soluble organic dyes are more appropriate as dissolved in styrene or in the blowing agent and in this form added to the polymerization batch. They are preferably too more than 0.1%, especially more than 1% soluble in styrene.

Geeignete Farbpigmente sind die üblichen anorganischen Ver bindungen oder organische Substanzen.Suitable color pigments are the usual inorganic ver bonds or organic substances.

Als Besonderheit können auch Farbpigmente eingesetzt werden, deren Farbeffekt nicht durch Lichtabsorption hervorgerufen wird, sondern durch Interferenz. Solche Pigmente zeichnen sich durch einen vom Blickwinkel abhängigen Farbeffekt aus.As a specialty, color pigments can also be used, whose color effect is not caused by light absorption, but through interference. Such pigments are characterized a color effect depending on the viewing angle.

Farbpigmente werden zweckmäßigerweise in Styrol oder im Treib mittel fein suspendiert und in dieser Form dem Polymerisations ansatz zugesetzt.Color pigments are conveniently in styrene or in the blowing agent medium fine suspension and in this form the polymerization approach added.

Die bei der Polymerisation erhaltenen EPS-Partikel liegen als runde Perlen mit einem mittleren Durchmesser von 0,2 bis 2 mm vor. Sie können zu Polystyrolschaumstoffen mit Dichten von 5 bis 35 g/l, bevorzugt von 8 bis 25 g/l und insbesondere von 10 bis 15 g/l, verarbeitet werden. Hierzu werden die expandierbaren Partikel vorgeschäumt. Dies geschieht zumeist durch Erwärmen der Partikel mit Wasserdämpf in sogenannten Vorschäumern.The EPS particles obtained in the polymerization lie as round beads with an average diameter of 0.2 to 2 mm in front. You can go to polystyrene foams with densities of 5 to 35 g / l, preferably from 8 to 25 g / l and in particular from 10 to 15 g / l. For this, the pre-expanded expandable particles. This usually happens by heating the particles with water vapor in so-called Prefoamers.

Die so vorgeschäumten Partikel werden danach zu Formkörpern verschweißt. Hierzu werden die vorgeschäumten Partikel in nicht gasdicht schließende Formen gebracht und mit Wasserdampf beauf schlagt. Nach Abkühlen können die Formteile entnommen werden.The pre-expanded particles in this way then become molded articles welded. For this, the pre-expanded particles are not in brought gas-tight forms and steamed beat. After cooling, the molded parts can be removed.

example

In 20 kg Styrol werden 50 g Thermoplast Blau (BASF Aktiengesell schaft), 60 g Dicumylperoxid und 20 g Dibenzoylperoxid eingerührt und dabei gelöst. Diese Mischung wird in einem 50-l-Rührkessel in 20 l vollentsalztem Wasser suspendiert. Die wäßrige Phase enthält 70 g Natriumphyrophosphat und 130 g Magnesiumsulfat. Die Suspension wird unter Rühren binnen 6 Stunden auf 130°C erhitzt. Zwei Stunden nach Erreichen von 80°C werden 3,5 g Emulgator K30 (Bayer AG) zugegeben. Nach weiteren 30 Minuten werden 1,5 kg Pentan nachdosiert. Schließlich wird die Suspension bei 130°C aus polymerisiert. Nach Abkühlung und Abtrennung der wäßrigen Phase erhält man homogen eingefärbte Perlen mit einem mittleren Durch messer von 0,7 mm. Die Perlen lassen sich mit Wasserdampf auf schäumen. Die so erhaltenen Schaumperlen sind homogen blau ein gefärbt. Ebenso daraus erhaltene Schaumstoffformteile.50 g of thermoplastic blue (BASF Aktiengesellschaft shaft), 60 g of dicumyl peroxide and 20 g of dibenzoyl peroxide and solved in the process. This mixture is in a 50 l stirred kettle suspended in 20 l of deionized water. The aqueous phase contains 70 g sodium pyrophosphate and 130 g magnesium sulfate. The Suspension is heated to 130 ° C within 6 hours with stirring. Two hours after reaching 80 ° C, 3.5 g of emulsifier K30 (Bayer AG) added. After another 30 minutes, 1.5 kg Pentane added. Finally the suspension is made at 130 ° C polymerized. After cooling and separation of the aqueous phase you get homogeneously colored beads with a medium diameter knife of 0.7 mm. The pearls can be steamed up foam. The foam beads thus obtained are a homogeneous blue colored. Likewise, foam molded parts obtained therefrom.

Claims

1. A process for the preparation of uniformly colored expandable styrene polymer particles (EPS particles), characterized in that styrene, optionally with up to 20% of its weight of comonomers, is polymerized in an aqueous suspension in the presence of a color pigment or dye and before, during or a blowing agent is added after the polymerization.

2. The method according to claim 1, characterized in that one the polymerization in the presence of 0.1 to 15 wt .-% pigment or dye, based on styrene polymer, is carried out.

3. The method according to claim 1, characterized in that one the suspension polymerization in the presence of a in styrene more than 0.1 wt .-% soluble organic dye leads.

4. The method according to claim 1, characterized in that at suspension polymerization a solution of polystyrene in Styrene is used.

5. The method according to claim 4, characterized in that a 0.5 to 30, preferably 5 to 20 wt .-% solution of poly styrene is used in styrene.

6. The method according to claim 1, characterized in that hydrophobic pigments or dyes are used.

7. Particulate expandable styrene polymers which 0.1 to 15% by weight of dye, characterized in that styrene-soluble organic dyes homogeneous in the styrene polymer are distributed.

8. Use of particulate expandable styrene polymers according to claim 7 for the production of foam substances with a density of 5 to 35 g / l.