DE112007003711T5

DE112007003711T5 - Expandierbares Polystyrolkügelchen und Verfahren um dieses herzustellen

Info

Publication number: DE112007003711T5
Application number: DE112007003711T
Authority: DE
Inventors: Youn-Chul Kim; Won-kyong Choe; Jong-hwan Lee; Chul-ha Ju
Original assignee: Hyundai Engineering Plastics Co Ltd
Current assignee: HDC Hyundai Engineering Plastics Co Ltd
Priority date: 2007-11-19
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2012-01-05
Also published as: WO2009066827A1; KR20090051670A; KR101096797B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein neues expandierbares Polystyrolkügelchen bereit, das ein neues Flammschutzmittel, welches noch nicht in herkömmlichen expandierbaren Polystyrolkügelchen verwendet worden ist und ein Verfahren, um dieses herzustellen. Das expandierbare Polystyrolkügelchen der vorliegenden Erfindung umfasst ein styrolbasiertes Polymergranulat; einen Schaumbildner, welcher in dem styrolbasierten Polymergranulat enthalten ist; und ein expandiertes Vermiculitpulver, welches in dem styrolbasierten Polymergranulat dispergiert ist.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung bezieht sich auf ein expandierbares Polystyrolkügelchen und ein Verfahren, um dieses herzustellen. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf ein expandierbares Polystyrolkügelchen mit verbesserter Flammhemmung und ein Verfahren, um dieses herzustellen.
Hintergrund
Formteile, die aus expandiertem Polystyrol gemacht sind, werden wegen ihrer hervorragenden Wärmeisolationseigenschaften häufig als ein Baumaterial, etc. verwendet. Formteile, die aus expandiertem Polystyrol gemacht sind, können durch Expandieren und Formen von einer Vielfalt an expandierbaren Polystyrolkügelchen erhalten werden. Herkömmliche „Formteile, die aus expandiertem Polystyrol gemacht sind” haben, obwohl sie die hervorragenden Wärmeisolationseigenschaften und die Einfachheit des Aufbaus aufweisen eine schlechte Flammhemmung. Somit Sind herkömmliche „Formteile, die aus expandiertem Polystyrol gemacht sind” häufig viel schwieriger als ein Baumaterial zu verwenden.
Somit sind verschiedene Versuche gemacht worden, um die Flammhemmung von „Formteilen, die aus expandiertem Polystyrol gemacht sind” zu verbessern. Solche Versuche beinhalten Bereitstellen von expandierbaren Polystyrolkügelchen, die Flammschutzmittel enthalten. In diesem Fall ist es nicht leicht, effektive Flammschutzmittel zu finden, welche es expandierten Polystyrolkügelchen ermöglichen können, hervorragende Flammhemmung ohne Verschlechterung anderer geforderter physikalischer Eigenschaften von expandierten Polystyrolkügelchen aufzuweisen. In dem Fall herkömmlicher expandierbarer Polystyrolkügelchen, die Flammschutzmittel enthalten, wurde die Verwendung von Flammschutzmitteln, wie beispielsweise halogenbasierten Flammschutzmitteln, phosphorbasierten Flammschutzmitteln und expandierten Graphitpulvern vorgeschlagen.
Zum Beispiel offenbart USP 6,444,714 ein Verfahren zur Herstellung bestimmter expandierbarer kügelchenförmiger Styrolpolymerpartikeln durch Polymerisation von Styrol, gegebenenfalls zusammen mit mindestens einem Comonomer in wässriger Suspension, welches Ausführen der Polymerisation in Gegenwart von 5 bis 50 Gewichtsprozent, basierend auf den Monomeren von expandiertem Graphit, umfasst und mindestens ein aliphatischer Kohlenwasserstoff-Schaumbildner mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen wird vor, während oder nach der Polymerisation zugegeben, wodurch expandierbare kügelchenförmige Styrolpartikel mit einem mittleren Durchmesser von 0,2 bis 2,0 mm bereitgestellt werden. USP 6,444,714 offenbart auch einen bestimmten, expandierbaren kügelchenförmigen Styrolpolymerpartikel, welcher ein Styrolpolymer umfasst, das ein Styrolpolymer und gegebenenfalls mindestens ein Comonomer mit 5 bis 50 Gewichtsprozent, basierend auf dem Styrolpolymer, von expandiertem Graphit als gleichmäßig verteiltes Flammschutzmittel und mindestens einen aliphatischen Kohlenwasserstoff Schaumbildner mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen umfasst, wobei der expandierte Graphit eine mittlere Partikelgröße von 20 bis 100 μm aufweist und die kügelchenförmigen Styrolpolymerpartikel einen mittleren Durchmesser von 0,2 bis 2,0 mm aufweisen.
Offenbarung der Erfindung
Technisches Problem
Die vorliegende Erfindung stellt ein expandierbares Polystyrolkügelchen bereit, welches verwendet werden kann, um „Formteile, die aus expandiertem Polystyrol gemacht sind” zu erhalten, die verbesserte Flammhemmung und hervorragende Wärmeisolationseigenschaften aufweisen und ein Verfahren, um dieses herzustellen. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein neues expandierbares Polystyrolkügelchen bereit, das ein neues Flammschutzmittel enthält, welches noch nicht in herkömmlichen, expandierbaren Polystyrolkügelchen verwendet worden ist und ein Verfahren, um dieses herzustellen.
Technische Lösung
Die vorliegende Erfindung stellt ein expandierbares Polystyrolkügelchen bereit, das
ein styrolbasiertes Polymergranulat,
einen Schaumbildner, welcher in dem styrolbasierten Polymergranulat enthalten ist; und
ein expandiertes Vermiculitpulver, welches in dem styrolbasierten Polymergranulat dispergiert ist, umfasst.
Die vorliegende Erfindung stellt ein erstes Verfahren zur Herstellung expandierbarer Polystyrolkügelchen bereit, welches
Ausführen einer Suspensionspolymerisation von Styrolmonomer oder einer Suspensionspolymerisation von Styrolmonomer und mindestens einem Comonomer in einem wässrigen Reaktionsmedium, das ein expandiertes Vermiculitpulver, welches dann dispergiert ist, enthält, gegebenenfalls in der weiteren Gegenwart eines Hilfsflammschutzmittels und/oder eines anorganischen Füllmittels; und
Zugeben eines Schaumbildners vor, während oder nach der Suspensionspolymerisation umfasst.
Die vorliegende Erfindung stellt ein zweites Verfahren zur Herstellung expandierbarer Polystyrolkügelchen bereit, welches
Kompoundieren von styrolbasiertem Polymer mit expandiertem Vermiculitpulver, gegebenenfalls in der weiteren Gegenwart eines Hilfsflammschutzmittels und/oder eines anorganischen Füllmittels, dann Extrudieren und Schneiden der kompoundierten Mischung von styrolbasiertem Polymer und expandiertem Vermiculitpulver, wodurch ein styrolbasiertes Polymerkügelchen erzeugt wird, das das expandierte Vermiculitpulver, welches darin dispergiert ist, enthält; und
Zugeben eines Schaumbildners in das styrolbasierte Polymerkügelchen, das das expandierte Vermiculitpulver, welches dann dispergiert ist, enthält.
Im Folgenden wird das expandierbare Polystyrolkügelchen der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben werden.
Das expandierbare Polystyrolkügelchen der vorliegenden Erfindung umfasst
ein styrolbasiertes Polymergranulat;
einen Schaumbildner, welcher in dem styrolbasierten Polymergranulat enthalten ist und
ein expandiertes Vermiculitpulver, welches in dem styrolbasierten Polymergranulat dispergiert ist.
Das styrolbasierte Polymergranulat kann Polystyrol sein. Oder das styrolbasierte Polymergranulat kann ein Copolymer eines Styrolmonomers und mindestens einem Comonomer sein. Als das Comonomer kann zum Beispiel mindestens eine chemische Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus ethylenisch ungesättigten Monomeren, Alkylstyrolen, Divinylbenzolen, Acrylonitrilen, α-Methylstyrol, Methylmethacrylat und Vinylacrylaten verwendet werden.
Es ist bevorzugt, dass das styrolbasierte Polymergranulat eine Qualität aufweist, dass, nach der Expansion, seine Gesamtschaumdichte etwa 5 g/l bis etwa 20 g/l sein kann. In diesem Fall kann das expandierte styrolbasierte Polymergranulat hervorragendere Wärmeisolationseigenschaften aufweisen. Als das styrolbasierte Polymer, welches eine Qualität hat, dass, nach der Expansion, seine Gesamtschaumdichte etwa 5 g/l bis etwa 20 g/l sein kann, kann zum Beispiel Polystyrol mit einem gewichtsmittleren Molekulargewicht von etwa 100.000 bis etwa 400.000 verwendet werden.
Es gibt keine Beschränkungen für die Form und Größe des styrolbasierten Polymergranulats. Zum Beispiel kann das styrolbasierte Polymergranulat eine mittlere Partikelgröße von etwa 0,3 bis etwa 3,0 mm aufweisen. Das styrolbasierte Polymergranulat kann zum Beispiel eine Form wie beispielsweise kugelförmig oder oval aufweisen.
Der Schaumbildner, der in dem styrolbasierten Polymergranulat enthalten ist, dient zum Auslösen der Expansion des styrolbasierten Polymergranulats in Expansionsverfahren. Als der Schaumbildner können zum Beispiel aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen verwendet werden. Der Gehalt des Schaumbildners kann zum Beispiel etwa 3 bis etwa 8 Gewichtsteile sein, basierend auf 100 Gewichtsteilen des styrolbasierten Polymergranulats. Vorzugsweise wird der Gehalt des Schaumbildners so bestimmt, dass das styrolbasierte Polymergranulat nach der Expansion eine Gesamtschaumdichte von etwa 5 g/l bis etwa 20 g/l aufweist.
Das expandierte Vermiculitpulver wird in dem styrolbasierten Polymergranulat dispergiert. Wenn die Partikelgröße des expandierten Vermiculitpulvers zu klein ist, können seine wasserabsorbierenden und Ionenaustausch-Eigenschaften übermäßig gering sein. Dadurch kann es schwierig sein, ein zufriedenstellendes Level an Isolation, Flammhemmung und Selbstlöschen zu erreichen. Weiter kann bei Expansions-/Formverfahren der expandierbaren Polystyrolkügelchen eine Kontraktion der Formprodukte auftreten, wodurch die mechanische Festigkeit und die Dimensionsbeständigkeit der Formprodukte veringert wird.
Wenn die Partikelgröße des expandierten Vermiculitpulvers zu groß ist, kann in dem Herstellungsverfahren der expandierbaren Polystyrolkügelchen, das auf der Suspensionspolymerisation basiert, die Stabilität der reagierenden Suspension verringert werden. Weiter können die hergestellten expandierbaren Polystyrolkügelchen einen zu hohen Wassergehalt aufweisen. Dadurch können die Expansions-/Formverfahren der expandierbaren Polystyrolkügelchen nicht reibungslos ablaufen. Weiter kann der Vermiculitpartikel nicht gut in das Innere des Polystyrolkügelchens eingebracht werden, wodurch Löcher in das Polystyrolkügelchen gemacht werden. Somit kann das Polystyrolkügelchen nicht die richtige Menge des Schaumbildners enthalten. Außerdem kann die Form des Polystyrolkügelchens unrund werden. In diesem Fall kann das expandierbare Polystyrolkügelchen nicht gut expandiert werden. Selbst wenn es expandiert wird, unterliegt seine Verarbeitbarkeit, mechanische Festigkeit und Dimensionsbeständigkeit Verringerung.
Die Partikelgröße des expandierten Vermiculitpulvers ist bevorzugt etwa 30 bis etwa 150 μm, stärker bevorzugt etwa 40 bis etwa 50 μm.
Wenn der Gehalt des expandierten Vermiculitpulvers zu gering ist, kann der Effekt der Flammhemmungsverbesserung gering sein. Außerdem sind nach dem Formen die mechanische Festigkeit und Dimensionsbeständigkeit der Kernmaterialien der Formprodukte verringert. Weiter können Formprodukte nicht automatisch die Funktion des Feuerlöschens ausführen. Dadurch kann ein zufriedenstellender Level an Flammhemmung und Selbstlöschen für Formprodukte nicht erreicht werden.
Wenn der Gehalt des expandierten Vermiculitpulvers zu hoch ist, kann in dem Herstellungsverfahren der expandierbaren Polystyrolkügelchen, das auf der Suspensionspolymerisation in Gegenwart des expandierten Vermiculitpulvers basiert, die Partikelgröße des hergestellten styrolbasierten Polymergranulats zu klein werden. Oder das hergestellte styrolbasierte Polymergranulat kann eine nadelähnliche Form mit hohem Aspektverhältnis aufweisen. Im schlimmsten Fall kann die Suspensionspolymerisation selbst scheitern. Weiter kann während der Expansions- und Formverfahren die Schmelzhaftung zwischen den expandierten styrolbasierten Polymerkügelchen übermäßig verringert werden. In diesem Fall können die Polystyrolschaum-Formprodukte Kontraktion wegen der schlechten Schmelzhaftung unterzogen werden, wodurch ihre bestimmten normalen Formen nicht beibehalten werden; weiter kann die Aggregation der expandierten Vermiculitpartikel ausgelöst werden, wodurch die Polystyrolschaum-Formprodukte übermäßig schlechte Qualitäten aufweisen können.
Der Gehalt des expandierten Vermiculitpulvers ist bevorzugt etwa 0,1 bis etwa 50 Gewichtsteile, basierend auf 100 Gewichtsteilen des styrolbasierten Polymergranulats, stärker bevorzugt etwa 1 bis etwa 12 Gewichtsteile, basierend auf 100 Gewichtsteilen des styrolbasierten Polymergranulats.
Eine weitere Ausführungsform des expandierbaren Polystyrolkügelchens der vorliegenden Erfindung kann weiter ein Hilfsflammschutzmittel umfassen. Das Hilfsflammschutzmittel kann verwendet werden, um den Flammhemmungseffekt des expandierten Vermiculitpulvers stärker zu verbessern.
Als das Hilfsflammschutzmittel können zum Beispiel phosphorbasierte Flammschutzmittel, brombasierte Flammschutzmittel, expandierter Graphit oder Kombinationen davon verwendet werden. Die phosphorbasierten Flammschutzmittel beinhalten zum Beispiel anorganische oder organische Phosphate, Phosphite und Phosphonate; roten Phosphor; und Kombinationen davon. Insbesondere beinhalten die phosphorbasierten Flammschutzmittel zum Beispiel Diphenylphosphat, Triphenylphosphat, Diphenylcresylphosphat, Ammoniumpolyphosphat, Resorcinoldiphenylphosphat, Melaminphosphat, Dimethylphenylphosphonat, Dimethylmethylphosphonat und Kombinationen davon. Die brombasierten Flammschutzmittel beinhalten zum Beispiel HBCD (Hexabromcyclododecan), DBDPO (Decabromdiphenyloxid) und Kombinationen davon.
Wenn der Gehalt des Hilfsflammschutzmittels zu gering ist, kann der Verbesserungseffekt auf die Flammhemmung gering sein. Wenn der Gehalt des Hilfsflammschutzmittels zu hoch ist, kann in dem Herstellungsverfahren der expandierbaren Polystyrolkügelchen, das auf der Suspensionspolymerisation in Gegenwart des expandierten Vermiculitpulvers basiert, die Stabilität der reagierenden Suspension verringert sein. Weiter kann während der Expansions- und Formverfahren die Schmelzhaftung zwischen den expandierten styrolbasierten Polymerkügelchen verringert sein. Der Gehalt des Hilfsflammschutzmittels ist bevorzugt etwa 0,1 bis etwa 30 Gewichtsteile, basierend auf 100 Gewichtsteilen des styrolbasierten Polymergranulats, starker bevorzugt etwa 1 bis etwa 10 Gewichtsteile, basierend auf 100 Gewichtsteilen des styrolbasierten Polymergranulats.
Eine weitere Ausführungsform des expandierbaren Polystyrolkügelchens der vorliegenden Erfindung kann weiter ein anorganisches Füllmittel umfassen. Das anorganische Füllmittel kann verwendet werden, um die mechanische Festigkeit und Dimensionsbeständigkeit der Polystyrolschaum-Formprodukte stärker zu verbessern.
Als das anorganische Füllmittel kann zum Beispiel Talg, Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Calciumcarbonat, Graphit, Metallpulver (z. B. kugelförmiges oder flaches Aluminiumpulver), metallische Oxidpulver (z. B. Siliciumoxide) oder Kombinationen davon verwendet werden.
Wenn der Gehalt des anorganischen Füllmittels zu gering ist, kann sein Zugabeeffekt gering sein. Wenn der Gehalt des anorganischen Füllmittels zu hoch ist, kann in dem Herstellungsverfahren der expandierbaren Polystyrolkügelchen, das auf der Suspensionspolymerisation in Gegenwart des expandierten Vermiculitpulvers basiert, die Stabilität der reagierenden Suspension verringert sein. Weiter kann während der Expansions- und Formverfahren die Schmelzhaftung zwischen den expandierten Polystyrolkügelchen verringert sein. Der Gehalt des anorganischen Füllmittels ist bevorzugt etwa 0,1 bis etwa 30 Gewichtsteile, basierend auf 100 Gewichtsteilen des styrolbasierten Polymergranulats, stärker bevorzugt etwa 1 bis etwa 10 Gewichtsteile, basierend auf 100 Gewichtsteilen des styrolbasierten Polymergranulats.
Das expandierbare Polystyrolkügelchen der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel durch ein Suspensionspolymerisationsverfahren oder ein Verfahren zur Kompoundierung hergestellt werden.
Im Folgenden wird das erste Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung expandierbarer Polystyrolkügelchen detaillierter beschrieben werden.
Das erste Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung expandierbarer Polystyrolkügelchen umfasst:
Ausführen einer Suspensionspolymerisation von Styrolmonomer oder einer Suspensionspolymerisation von Styrolmonomer und mindestens einem Comonomer in einem wässrigen Reaktionsmedium, das expandiertes Vermiculitpulver, welches darin dispergiert ist, enthält, gegebenenfalls in der weiteren Gegenwart eines Hilfsflammschutzmittels und/oder eines anorganischen Füllmittels; und
Zugeben eines Schaumbildners vor, während oder nach der Suspensionspolymerisation.
In dem ersten Verfahren der vorliegenden Erfindung wird, während des Wachsens der styrolbasierten Polymergranulate durch die Suspensionspolymerisation, das expandierte Vermiculitpulver, welches in dem wässrigen Reaktionsmedium dispergiert ist, in die styrolbasierten Polymergranulate imprägniert.
In dem Suspensionspolymerisationsverfahren kann durch Verwenden von nur Styrolmonomer Polymerisation von nur Styrolmonomer ausgeführt werden. Oder durch Verwenden von Styrolmonomer und mindestens einem Comonomer kann Copolymerisation des Styrolmonomers und des Comonomers ausgeführt werden. In diesem Fall sind die hergestellten styrolbasierten Polymergranulate eine Art styrolbasiertes Copolymer, wobei das expandierte Vermiculitpulver imprägniert ist.
In dem Suspensionspolymerisationsverfahren können gewöhnliche Additive, wie beispielsweise Peroxidinitiatoren, Suspensionsstabilisatoren, Kettenübertragungsmittel, Keimbildner, Weichmacher oder Kombinationen davon verwendet werden. Die Peroxidinitiatoren beinhalten zum Beispiel BPC (Benzoylperoxid), TBP (t-Butylperoxid), N3M((1,1-Di(tert-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan)) und A 1 17 (tert-Butylperoxy-2-ethylhexylcarbonat). Die Suspensionsstabilisatoren beinhalten zum Beispiel Magnesiumpyrophosphat und Calciumphosphat. Die Kettenübertragungsmittel beinhalten zum Beispiel Toluol, Ethylbenzol und α-Methylstyroldimer. Die Keimbildner beinhalten zum Beispiel Polyethylenwachs, Fisher Tropsch-Wachs und Ethylen-bis-stearinamid. Die Weichmacher beinhalten zum Beispiel Ethylbenzol, Toluol, Mineralöl und Paraffinöl.
In dem Suspensionspolymerisationsverfahren kann das expandierte Vermiculitpulver auch nach Oberflächenbehandlung mit zum Beispiel Silankopplungsmitteln, phosphorbasierten Oberflächenbehandlungsmitteln oder thermoplastischen Polymerlösungen (z. B. styrolbasierte Polymere, (meth)acrylatbasierte Polymere, vinylacetatbasierte Polymere oder Polyvinylchlorid) verwendet werden. Während des Suspensionspolymerisationsverfahrens kann solch ein oberflächenvorbehandeltes Vermiculitpulver kaum in eine Wasserphase abgetrennt werden und kann sicherer in das wachsende styrolbasierte Polymergranulat imprägniert werden.
Wenn das Suspensionspolymerisationsverfahren in der weiteren Gegenwart eines Hilfsflammschutzmittels oder eines anorganischen Füllmittels ausgeführt wird, können die hergestellten expandierbaren Polystyrolkügelchen das Hilfsflammschutzmittel und/oder das anorganische Füllmittel, sowie das Vermiculitpulver umfassen. Das Hilfsflammschutzmittel und/oder das anorganische Füllmittel können auch nach Oberflächenbehandlung mit zum Beispiel Silankopplungsmitteln, phosphorbasierten Oberflächenbehandlungsmitteln oder thermoplastischen Polymerlösungen (z. B. styrolbasierte Polymere, (meth)acrylatbasierte Polymere, vinylacetatbasierte Polymere oder Polyvinylchlorid) verwendet wenden.
Im Folgenden wird das zweite Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung expandierbarer Polystyrolkügelchen detaillierter beschrieben werden.
Das zweite Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Herstellung expandierbarer Polystyrolkügelchen umfasst
Kompoundieren von styrolbasiertem Polymer mit expandiertem Vermiculitpulver, gegebenenfalls in der weiteren Gegenwart eines Hilfsflammschutzmittels und/oder eines anorganischen Füllmittels, dann Extrudieren und Schneiden der kompoundierten Mischung von styrolbasiertem Polymer und expandiertem Vermiculitpulver, wodurch ein styrolbasiertes Polymerkügelchen erzeugt wird, das das expandierte Vermiculitpulver, welches darin dispergiert ist, enthält und
Zugeben eines Schaumbildners in das styrolbasierte Polymerkügelchen, das das expandierte Vermiculitpulver, welches darin dispergiert ist, enthält.
Da das zweite Verfahren der vorliegenden Erfindung auf gewöhnlichen Verfahren zum Kompoundieren von Plastikmaterialien basiert, ist es hier nicht detaillierter beschrieben. Das zweite Verfahren der vorliegenden Erfindung kann leicht den Gehaltsbereich des expandierten Vermiculitpulvers erreichen, welcher Schwierig mit dem ersten Verfahren der vorliegenden Erfindung, basierend auf Suspensionspolymerisation, leicht erhalten werden kann.
Eine weitere Ausführungsform des zweiten Verfahrens der vorliegenden Erfindung kann Kompoundieren von styrolbasiertem Polymer mit expandiertem Vermiculitpulver und einem Schaumbildner umfassen, gegebenenfalls in der weiteren Gegenwart eines Hilfsflammschutzmittels und/oder eines anorganischen Füllmittels, dann Extrudieren und Schneiden der kompoundierten Mischung von styrolbasiertem Polymer, expandiertem Vermiculitpulver und einem Schaumbildner. In diesem Fall kann Erzeugen eines styrolbasierten Polymerkügelchens und Zugeben eines Schaumbildners in einem einstufigen Verfahren erreicht werden.
In den ersten und zweiten Verfahren der vorliegenden Erfindung sind die spezifischen Beispiele und die Eingangsgrößen von expandiertem Vermiculitpulver, eines Hilfsflammschutzmittels, eines anorganischen Füllmittels, eines Schaumbildners, etc., die gleichen wie oben beschrieben.
Vorteilhafte Effekte
Expandiertes Vermiculit, welches als ein Hauptflammschutzmittel in dem expandierbaren Polystyrolkügelchen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist eine Art interkaliertes, geschichtetes Tonmaterial. Expandiertes Vermiculit bedeutet typischerweise ein von Phlogopit- oder Biotit-modifizierter Hydroglimmer. Die chemische Formel von Vermiculit ist M_x(Mg, Fe)₆(Si_1-xAl_x)O₂O(OH)_yH₂O, wobei x 1 bis 1,4 ist, y etwa 8 ist und M ein austauschbares Kation wie beispielsweise Mg⁺⁺, Ca⁺⁺, etc. ist. Unter Mineralien enthält nur Vermiculit 3 Arten von Wasser: absorbiertes Wasser, Zwischenschichtwasser und Kristallwasser. Es ist bekannt, dass: Vermiculit bei Raumtemperatur vollständig hydriert werden kann; zwischen seinen Schichten zwei Wasserschichten und eine Spur austauschbarer Ionen vorliegen; sein Zwischenschichtabstand 14,2 Å ist. Wenn es erhitzt wird, expandiert Vermiculit wie ein Egel durch Aufblätterungs- und Erweiterungsphänomene und wegen des Wasserdampfdruckes, der in seiner Kristallstruktur erzeugt wird.
Vermiculit kann etwa 6-fach bis etwa 20-fach expandieren, entsprechend den Heizbedingungen und seiner Qualität. Expandiertes Vermiculit, welches eine geringe spezifische Dichte und hervorragende Wärme- und Schallisolationseigenschaften aufweist, wird als ein Wärmeisolationsmateriel, ein Aggregat für Leichtbeton und ein schallabsorbierendes Material verwendet. Außerdem wird es als ein Füllmittel für Papier, Plastik und Farbe, ein Mineralverdünnungsmittel und ein Verpackungsmaterial verwendet.
Expandiertes Vermiculit ist jedoch jemals weder als ein Flammschutzmittel noch als ein anorganisches Füllmittel zur Herstellung expandierbarer Polystyrolkügelchen verwendet worden. Trotzdem wurde in der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass Formteile, die aus expandierbaren Polystyrolkügelchen, welche expandiertes Vermiculitpulver enthalten, hergestellt wurden, hervorragende Flammhemmung aufweisen. Außerdem wurde festgestellt, dass expandiertes Vermiculitpulver nicht die Expansionseigenschaften der expandierbaren Polystyrolkügelchen noch andere physikalische Eigenschaften der expandierten Polystyrolkügelchen verschlechtert. Weiter, da expandiertes Vermiculit viel günstiger als herkömmliche Flammschutzmittel ist, wie beispielsweise expandiertes Graphit, kann die vorliegende Erfindung eine sehr ökonomische Herstellung von expandierbaren Polystyrolkügelchen mit hoher Flammhemmung realisieren.
Beste Ausführungsform der Erfindung
Im Folgenden werden die expandierbaren Polystyrolkügelchen der vorliegenden Erfindung und die Verfahren der vorliegenden Erfindung, um diese herzustellen detaillierter durch Beispiele beschrieben werden. Die folgenden Beispiele werden jedoch nur zur Veranschaulichung bereitgestellt und die vorliegende Erfindung wird somit nicht auf oder durch sie beschränkt.
<Beispiele>
Beispiel 1
In Beispiel 1 wurden expandierbare Polystyrolkügelchen durch die Suspensionspolymerisation in Gegenwart von expandiertem Vermiculitpulver hergestellt. Expandiertes Vermiculitpulver mit einer Dichte von 64–160 kg/m³, einer Partikelgröße von 40–50 μm, einer Azidität von 6–9, einem Schmelzpunkt von 1200–1320°C und einer Ionenaustauschkapazität von 50–150 g/meq wurde verwendet.
Zuerst wunden 45 kg deionisiertes Wasser und 150 g PVA (Polyvinylalkohol) in einen 100 Liter-CSTR gegeben und gerührt. Dann wurden 200 g BPO, 45 g N3M((1,1-Di(tert-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcydohexan)) und 30 g A 1 17 (tert-Butylperoxy-2-ethylhexylcarbonat) als Initiatoren und 1,8 kg expandiertes Vermiculitpulver in eine Polystyrollösung, die aus 3 kg Polystyrolkügelchen (Dongbu HiTek F551), gelöst in 27 kg Styrolmonomer, erhalten wurde, gegeben und gerührt, bis eine homogene Mischung erhalten wurde. Anschließend wurde die homogene Mischung weiter in den CSTR gegeben. Dann wurde unter 200 rpm Rühren die Suspensionspolymerisation bei 90°C für 5 Stunden durchgeführt.
Dann wurde die Reaktionstemperatur auf 100°C erhöht. Dann wurden 2,5 kg normales Pentan als ein Schaumbildner langsam für 1 Stunde zugegeben. Dann wurde die Reaktionstemperatur auf 120°C erhöht und die Suspensionspolymerisation wurde weiter für 2 Stunden durchgeführt. Als Nächstes wunde die Reaktionsmischung auf 30°C gekühlt und das restliche Wasser wurde entfernt. Somit wurden expandierbare Polystyrolkügelchen mit einem Partikelgrößenbereich von 0,3 mm bis 3,0 mm erhalten.
Beispiel 2
In Beispiel 2 wurden expandierbare Polystyrolkügelchen durch die Suspensionspolymerisation in Gegenwart von expandiertem Vermiculitpulver und Hilfsflammschutzmitteln hergestellt. Expandiertes Vermiculitpulver mit einer Dichte von 64–160 kg/m³, einer Partikelgröße von 40–50 μm, einer Azidität von 6–9, einem Schmelzpunkt von 1200–1320°C und einer Ionenaustauschkapazität von 50–150 g/meq wurde verwendet. Als die Hilfsflammschutzmittel wurden roter Phosphor (Partikelgröße: 7–20 μm), RDP (Resorcinol-bis(diphenylphosphat)), HBCD, expandierter Graphit (Dichte: 2,2 g/cm³, Partikelgröße: 180–200 μm, Expansionsverhältnis: 50–80 fach) verwendet.
Zuerst wunden 45 kg deionisiertes Wasser und 150 g PVA (Polyvinylalkohol) in einen 100 Liter-CSTR gegeben und gerührt. Dann wurden 200 g BPO, 45 g N3M((1,1-Di(tert-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcydohexan)) und 30 g A 1 17 (tert-Butylperoxy-2-ethylhexylcarbonat) als Initiatoren, 1,8 kg expandiertes Vermiculitpulver, 240 g roter Phosphor, 120 g RDP, 360 g HBCD und 120 g expandierter Graphit in eine Polystyrollösung, die aus 3 kg Polystyrolkügelchen (Dongbu HiTek F551), gelöst in 27 kg Styrolmonomer, erhalten wunde, gegeben und gerührt, bis eine homogene Mischung erhalten wurde. Anschließend wurde die homogene Mischung weiter in den CSTR gegeben. Dann wunde unter 200 rpm Rühren die Suspensionspolymerisation bei 90°C für 5 Stunden durchgeführt.
Dann wurde die Reaktionstemperatur auf 100°C erhöht. Dann wurden 2,5 kg normales Pentan als ein Schaumbildner langsam für 1 Stunde zugegeben. Dann wurde die Reaktionstemperatur auf 120°C erhöht und die Suspensionspolymerisation wunde weiter für 2 Stunden durchgeführt. Als Nächstes wunde die Reaktionsmischung auf 30°C gekühlt und das restliche Wasser wurde entfernt. Dadurch wunden expandierbare Polystyrolkügelchen mit einem Partikelgrößenbereich von 0,3 mm bis 3,0 mm erhalten.
Beispiel 3
In Beispiel 3 wurden expandierbare Polystyrolkügelchen durch die Suspensionspolymerisation in Gegenwart von expandiertem Vermiculitpulver, Hilfsflammschutzmitteln und anorganischen Füllmitteln hergestellt. Expandiertes Vermiculitpulver mit einer Dichte von 64–160 kg/m³, einer Partikelgröße von 40–50 μm, einer Azidität von 6–9, einem Schmelzpunkt von 1200–1320°C und einer Ionenaustauschkapazität von 50–150 g/meq wurde verwendet. Als die Hilfsflammschutzmittel wunden roter Phosphor (Partikelgröße: 7–20 μm), RDP (Resorcinol-bis(diphenylphosphat)), HBCD, expandierter Graphit (Dichte: 2,2 g/cm³, Partikelgröße: 180–200 μm, Expansionsverhältnis: 50–80 fach) verwendet. Als die anorganischen Füllmittel wurden Talk (Partikelgröße: 1–3 μm) und Aluminiumhydroxid (Partikelgröße 1–3 μm), das mit Silan oberflächenbehandelt war, verwendet.
Zuerst wurden 45 kg deionisiertes Wasser und 150 g PVA (Polyvinylalkohol) in einen 100 Liter-CSTR gegeben und gerührt. Dann wunden 200 g BPO, 45 g N3M((1,1-Di(tert-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan) und 30 g A 1 17 (tert-Butylperoxy-2-ethylhexylcarbonat) als Initiatoren, 1,8 kg expandiertes Vermiculitpulver, 240 g roter Phosphor, 120 g RDP, 360 g HBCD, 120 g expandierter Graphit, 120 g Talk und 60 g Aluminiumhydroxid in eine Polystyrollösung, die aus 3 kg Polystyrolkügelchen (Dongbu HiTek F551), gelöst in 27 kg Styrolmonomer, erhalten wurde, gegeben und gerührt, bis eine homogene Mischung erhalten wurde. Anschließend wurde die homogene Mischung weiter in den CSTR gegeben. Dann wunde unter 200 rpm Rühren die Suspensionspolymerisation bei 90°C für 5 Stunden durchgeführt.
Dann wurde die Reaktionstemperatur auf 100°C erhöht. Dann wurden 2,5 kg normales Pentan als ein Schaumbildner langsam für 1 Stunde zugegeben. Dann wurde die Reaktionstemperatur auf 120°C erhöht und die Suspensionspolymerisation wunde weiter für 2 Stunden durchgeführt. Als Nächstes wunde die Reaktionsmischung auf 30°C gekühlt und das restliche Wasser wurde entfernt. Dadurch wurden expandierbare Polystyrolkügelchen mit einem Partikelgrößenbereich von 0,3 mm bis 3,0 mm erhalten.
Vergleichsbeispiel 1
In Vergleichsbeispiel 1 wurden expandierbare Polystyrolkügelchen, die nur einen Schaumbildner enthalten, durch die Suspensionspolymerisation hergestellt.
Zuerst wunden 45 kg deionisiertes Wasser und 150 g PVA (Polyvinylalkohol) in einen 100 Liter-CSTR gegeben und gerührt. Dann wurden 200 g BPO, 45 g N3M((1,1-Di(tert-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcydohexan)) und 30 g A 1 17 (tert-Butylperoxy-2-ethylhexylcarbonat) als Initiatoren in eine Polystyrollösung, die aus 3 kg Polystyrolkügelchen (DongBu HiTek F551), gelöst in 27 kg Styrolmonomer, erhalten wurde, gegeben und gerührt, bis eine homogene Mischung erhalten wurde. Anschließend wunde die homogene Mischung weiter in den CSTR gegeben. Dann wurde unter 200 rpm Rühren die Suspensionspolymerisation bei 90°C für 5 Stunden durchgeführt.
Dann wurde die Reaktionstemperatur auf 100°C erhöht. Dann wurden 25 kg normales Pentan als ein Schaumbildner langsam für 1 Stunde zugegeben. Dann wurde die Reaktionstemperatur auf 120°C erhöht und die Suspensionspolymerisation wurde weiter für 2 Stunden durchgeführt. Als Nächstes wurde die Reaktionsmischung auf 30°C gekühlt und das restliche Wasser wurde entfernt. Dadurch wurden expandierbare Polystyrolkügelchen mit einem Partikelgrößenbereich von 0,3 mm bis 3,0 mm erhalten.
Vergleichsbeispiel 2
In Vergleichsbeispiel 2 wunden expandierbare Polystyrolkügelchen, die nur einen Schaumbildner und Hilfsflammschutzmittel enthalten, durch die Suspensionspolymerisation hergestellt. Als die Hilfsflammschutzmittel wurden roter Phosphor (Partikelgröße: 7–20 μm), RDP (Resorcinol-bis(diphenylphosphat)), HBCD, expandierter Graphit (Dichte: 2,2 g/cm3, Partikelgröße: 180–200 μm, Expansionsverhältnis: 50–80 fach) verwendet.
Zuerst wurden 45 kg deionisiertes Wasser und 150 g PVA (Polyvinylalkohol) in einen 100 Liter-CSTR gegeben und gerührt. Dann wurden 200 g BPO, 45 g N3M((1,1-Di(tert-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan)) und 30 g A 1 17 (tert-Butylperoxy-2-ethylhexylcarbonat) als Initiatoren, 240 g roter Phosphor, 120 g RDP, 360 g HBCD und 120 g expandierter Graphit in eine Polystyrollösung, die aus 3 kg Polystyrolkügelchen (DongBu HiTek F551), gelöst in 27 kg Styrolmonomer, erhalten wurde, gegeben und gerührt, bis eine homogene Mischung erhalten wurde. Anschließend wunde die homogene Mischung weiter in den CSTR gegeben. Dann wurde unter 200 rpm Rühren die Suspensionspolymerisation bei 90°C für 5 Stunden durchgeführt.
Dann wunde die Reaktionstemperatur auf 100°C erhöht. Dann wunden 2,5 kg normales Pentan als ein Schaumbildner langsam für 1 Stunde zugegeben. Dann wunde die Reaktionstemperatur auf 120°C erhöht und die Suspensionspolymerisation wurde weiter für 2 Stunden durchgeführt. Als Nächstes wurde die Reaktionsmischung auf 30°C gekühlt und das restliche Wasser wunde entfernt. Dadurch wurden expandierbare Polystyrolkügelchen mit einem Partikelgrößenbereich von 0,3 mm bis 3,0 mm erhalten.
Vergleichsbeispiel 3
In Vergleichsbeispiel 3 wurden expandierbare Polystyrolkügelchen, die nur einen Schaumbildner, Hilfsflammschutzmittel und anorganische Füllmittel enthalten, durch die Suspensionspolymerisation hergestellt. Als die Hilfsflammschutzmittel wunden roter Phosphor (Partikelgröße: 7–20 μm), RDP (Resorcinol-bis(diphenylphosphat)), HBCD, expandierter Graphit (Dichte: 2,2 g/cm3, Partikelgröße: 180–200 μm, Expansionsverhältnis: 50–80 fach) verwendet. Als die anorganischen Füllmittel wunden Talk (Partikelgröße: 1–3 μm) und Aluminiumhydroxid (Partikelgröße: 1–3 μm), das mit Silan oberflächenbehandelt war, verwendet.
Zuerst wunden 45 kg deionisiertes Wasser und 150 g PVA (Polyvinylalkohol) in einen 100 Liter-CSTR gegeben und gerührt. Dann wurden 200 g BPO, 45 g N3M((1,1-Di(tert-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan)) und 30 g A 1 17 (tert-Butylperoxy-2-ethylhexylcarbonat) als Initiatoren, 240 g roter Phosphor, 120 g RDP, 360 g HBCD, 120 g expandierter Graphit, 120 g Talk und 60 g Aluminiumhydroxid in eine Polystyrollösung, die aus 3 kg Polystyrolkügelchen (DongBu HiTek F551), gelöst in 27 kg Styrolmonomer, erhalten wurde, gegeben und gerührt, bis eine homogene Mischung erhalten wurde. Anschließend wurde die homogene Mischung weiter in den CSTR gegeben. Dann wunde unter 200 rpm Rühren die Suspensionspolymerisation bei 90°C für 5 Stunden durchgeführt.
Dann wurde die Reaktionstemperatur auf 100°C erhöht. Dann wunden 2,5 kg normales Pentan als ein Schaumbildner langsam für 1 Stunde zugegeben. Dann wurde die Reaktionstemperatur auf 120°C erhöht und die Suspensionspolymerisation wurde weiter für 2 Stunden durchgeführt. Als Nächstes wunde die Reaktionsmischung auf 30°C gekühlt und das restliche Wasser wurde entfernt. Dadurch wurden expandierbare Polystyrolkügelchen mit einem Partikelgrößenbereich von 0,3 mm bis 3,0 mm erhalten.
<Evaluations-Ergebnisse>
Die Flammhemmungseigenschaften von expandierten Polystyrol-Formblöcken, die durch Expandieren (auf 25 g/l) und Formen (auf 27 g/l) der expandierbaren Polystyrolkügelchen aus Beispielen 1–3 und Vergleichsbeispielen 1–3 erhalten wunden, wurden evaluiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst. ONI und PA III wurden als Evaluierungsgegenstände ausgewählt.

Im ONI-Test wurden 5 Testproben (jede misst 125 mm × 12,7 mm × 12,7 mm) in einer genau kontrollierten Atmosphäre, in der das Stickstoff/Sauerstoff-Verhältnis variiert war (z. B. bei Raumtemperatur 21%) gebrannt. Wenn mehr als ein Drittel einer Probe ausgebrannt war, wurde die entsprechende Probe als gescheitert bestimmt. Wenn mindestens zwei Drittel einer Probe ungebrannt verblieb, wunde die entsprechende Probe als bestanden bestimmt. Der ONI-Index jedes Blocks wunde durch den geringsten Sauerstoffgehalt, bei dem seine Probe als bestanden bestimmt wurde, angezeigt. Je höher der ONI-Index ist, desto höher ist die Flammhemmung. Im PA III Test wurden 5 Testproben (jede misst 200 mm × 10 mm × 25 mm) auf einem Stück Papier gebrannt, während überwacht wurde, wie wert sich die Flammenfront ausbreitete und ob sich das Stück Papier entzündete. Und die Länge der Ausbreitung der Flammenfront wunde gemessen. Solange sich das Stück Papier nicht entzündet, je kürzer die Länge der Ausbreitung der Flammenfront ist, desto höher ist die Flammhemmung. Tabelle 1

Beispiele	Evaluationsgegenstände		Vergleichsbeispiele	Evaluationsgegenstände
Beispiele	ONI	PA III (mm)	Vergleichsbeispiele	ONI	PA III (mm)
Beispiel 1	23	150	Vergleichsbeispiel 1	21	200
Beispiel 2	24	130	Vergleichsbeispiel 2	22	170
Beispiel 3	26	108	Vergleichsbeispiel 3	24	150

Wie in Tabelle 1 gezeigt, weist Beispiel 1 (Polystyrol + Schaumbildner + expandiertes Vermiculitpulver) einen höheren ONI-Index und einen kürzeren PA III-Index, verglichen mit Vergleichsbeispiel 1 (Polystyrol + Schaumbildner), auf. Weiter weisen Beispiel 2 und 3, die expandiertes Vermiculitpulver verwenden, einen höheren ONI-Index und einen kürzeren PA III-Index, verglichen mit Vergleichsbeispiel 2 und 3, die kein expandiertes Vermiculitpulver verwenden, auf. Diese Ergebnisse zeigen, dass expandiertes Vermiculitpulver die Flammhemmung von expandierten Polystyrol-Schaumprodukten stark verbessern kann.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die expandierbaren Polystyrolkügelchen der vorliegenden Erfindung und die Verfahren der vorliegenden Erfindung, um diese herzustellen, können nützlich verwendet werden, um expandierte Polystyrol-Formprodukte zu erhalten, die verbesserte Flammhemmung und hervorragende Wärmeisolationseigenschaften aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6444714 [0004, 0004]

Claims

Expandierbares Polystyrolkügelchen umfassend: ein styrolbasiertes Polymergranulat; einen Schaumbildner, welcher in dem styrolbasierten Polymergranulat enthalten ist; und ein expandiertes Vermiculitpulver, welches in dem styrolbasierten Polymergranulat dispergiert ist.
Expandierbares Polystyrolkügelchen nach Anspruch 1, wobei die Partikelgröße des expandierten Vermiculitpulvers etwa 30 bis etwa 150 μm ist.
Expandierbares Polystyrolkügelchen nach Anspruch 1, wobei der Gehalt des expandierten Vermiculitpulvers etwa 0,1 bis etwa 50 Gewichtsteile, basierend auf 100 Gewichtsteilen des styrolbasierten Polymergranulats ist.
Expandierbares Polystyrolkügelchen nach Anspruch 1, wobei das expandierbare Polystyrolkügelchen weiter ein Hilfsflammschutzmittel umfasst
Expandierbares Polystyrolkügelchen nach Anspruch 1, wobei das expandierbare Polystyrolkügelchen weiter ein anorganisches Füllmittel umfasst.
Verfahren zur Herstellung expandierbarer Polystyrolkügelchen, welches Ausführen einer Suspensionspolymerisation von Styrolmonomer oder einer Suspensionspolymerisation von Styrolmonomer und mindestens einem Comonomer in einem wässrigen Reaktionsmedium, das ein expandiertes Vermiculitpulver, welches darin dispergiert ist, enthält, gegebenenfalls in der weiteren Gegenwart eines Hilfsflammschutzmittels und/oder eines anorganischen Füllmittels; und Zugeben eines Schaumbildners vor, während oder nach der Suspensionspolymerisation umfasst.
Verfahren zur Herstellung expandierbarer Polystyrolkügelchen, welches Kompoundieren von styrolbasiertem Polymer mit expandiertem Vermiculitpulver, gegebenenfalls in der weiteren Gegenwart eines Hilfsflammschutzmittels und/oder eines anorganischen Füllmittels, dann Extrudieren und Schneiden der kompoundierten Mischung von styrolbasiertem Polymer und expandiertem Vermiculitpulver, wodurch ein styrolbasiertes Polymerkügelchen erzeugt wird, das das expandierte Vermiculitpulver, welches darin dispergiert ist, enthält; und Zugeben eines Schaumbildners in das styrolbasierte Polymerkügelchen, das das expandierte Vermiculitpulver, welches darin dispergiert ist, enthält, umfasst.