DE19816460C1 - Verfahren zur Beschichtung von expandierbaren Styrolpolymerisaten - Google Patents

Abstract

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, eine Vorbeschichtung von EPS-Perlen vorzunehmen, welche auch bei einer sehr engen Korngrößenverteilungskurve mit einem Kornanteil der Hauptfraktion bis zu 50-70% und/oder mit einem vergleichsweise hohen Feinkornanteil eine Klassierung ohne elektrostatische Aufladung und wesentlicher mechanischer Defektstellenbildung auf der Oberfläche ermöglicht. Gleichzeitig soll gewährleistet sein, daß auch beim Vorschäumprozeß eine Verhinderung der Klumpenbildung erfolgt und die vorgeschäumten Perlen im fertigen Schaumstoff eine gute Verschweißung untereinander aufweisen. Das wird dadurch erreicht, daß dem expandierbaren Styrolpolymerisat während der Fest-Flüssig-Trennung ein Beschichtungsmittel als wäßrige Aufschlämmung aus mindestens zwei in Wasser unlöslichen anorganischen Komponenten und einem wasserlöslichen Tensid zugesetzt wird, wobei der mittlere Partikeldurchmesser der einen Komponente sich um mindestens eine Zehnerpotenz von dem der anderen Komponente unterscheidet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbeschichtung von expandierbaren Styrol­ polymerisaten (EPS), welche durch Suspensionspolymerisation hergestellt werden. Die großtechnische Herstellung expandierbarer Styrolpolymerisate erfolgt üblicher­ weise durch radikalisch initiierte Polymerisation von Styrol in wäßriger Suspension in Gegenwart makromolekularer Suspensionsstabilisatoren und/oder anorganischer "Pickeringsysteme" ggf. in Kombination mit Extendern bei gleichzeitigem oder an­ schließendem Zusatz geeigneter Treibmittel. Die Abtrennung des Perlpolymerisates von der wäßrigen Phase aus der Suspension erfolgt bevorzugt durch Zentrifugieren, ggf. mit anschließendem Waschen. Zur Entfernung äußerer und ggf. innerer Rest­ feuchtigkeit wird allgemein eine Trocknung im konditionierten Gasstrom angewen­ det.

Nach Oberflächenbeschichtung und Siebung werden die klassierten, treibmittelhalti­ gen Perlen anwendungsspezifisch in einem mehrstufigen Vor- und Ausschäumpro­ zeß durch Behandeln mit Wasserdampf oberhalb ihres Erweichungspunktes zu Schaumstoffen in Form von Blöcken, Platten oder Formteilen verarbeitet. Partikel­ schaumstoffe aus Polystyrol haben als Wärme- und Schalldämmstoffe und als Ver­ packungsmaterial große technische Bedeutung erreicht.

Bei der großtechnischen Herstellung von expandierbaren Styrolpolymerisaten durch Suspensionspolymerisation fällt stets eine Mischung aus Perlen mit unterschiedli­ chen Perldurchmessern an, deren Größe und Größenverteilung sich in gewissen Grenzen gezielt durch geeignete Wahl der Rezeptur- und Rührbedingungen ein­ stellen läßt. Es ist üblich, das gesamte Haufwerk in bestimmte mehr oder weniger enge Kornfraktionen mit definierten unteren und oberen Korngrenzen zu zerlegen, die den jeweiligen Anwendungsgebieten am besten gerecht werden.

Als übliche Fraktionsschnitte für die Formteilherstellung haben sich z. B. Sieb­ schnitte im Teilchengrößenbereich 0,4-0,7 mm und 0,7-0,9 mm herausgebildet. Für die Blockverarbeitung ist es gängige Praxis, vor allem Teilchenfraktionen zwi­ schen 0,7-1,0 mm, 1,0-1,4 mm und/oder 1,0-1,6 mm einzusetzen.

Die Gewinnung der einzelnen Teilfraktionen erfolgt gewöhnlich durch Trockensie­ bung in Schwing- oder Vibrationssieben.

Völlig sortenreine Siebfraktionen von expandierbaren Polystyrolpartikeln mit opti­ malen Vorschäum- und Verschäumungseigenschaften durch Siebung zu erreichen, ist nicht unproblematisch. Zum einen gibt es einen unmittelbaren Zusammenhang zwischen der Zusammensetzung der Partikelausgangszusammensetzung und dem zu erwartenden Sieberfolg. EPS-Ausgangsmischungen, die einen hohen Anteil an Feinstperlen ≦ 0,4 mm, insbesondere aber ≦ 0,2 mm, enthalten, sind schwieriger völlig sortenrein zu trennen. Aufgrund ihrer extrem großen Oberfläche und der Po­ tentialunterschiede zu dem gewichtsmäßigem Hauptanteil des Haufwerkes neigen sie stark zu Anhaftungen an größeren Perlen und gelangen auf diese Weise in Siebfraktionen mit wesentlich größeren Korndurchmessern. Beim Vorschäumprozeß können die feinsten, aufgrund ihrer geringen Triebkraft wenig aufgeschäumten Par­ tikel zur Staubentwicklung führen, was z. B. bei der nachfolgenden Formteilherstel­ lung ein häufiges Verstopfen der Dampfeintrittsdüsen zur Folge haben kann. Obwohl allgemein angestrebt und auch möglich, den Feinstanteil in den Nutzfraktio­ nen auszuschließen oder auf ein Minimum zu reduzieren, gibt es doch Fälle in de­ nen dieser Anteil unverhältnismäßig hoch sein kann. So zum Beispiel, wenn der Markt einen hohen Anteil an größenmäßig benachbarten feinen Kornfraktionen für die Formteilverarbeitung verlangt oder, wenn verursacht z. B. durch Verunreinigun­ gen im Prozeßwasser, zu starke Kovaleszenz der Monomertröpfchen während der Suspensionspolymerisation erfolgt, die nur durch nachträgliche Zugabe von Sus­ pensionsstabilisator in der Phase des stärksten Perlenwachstums abgefangen wird. Ein anderer Zusammenhang der Ausgangspartikelverteilung zur Siebfähigkeit des Gutes besteht darin, daß es aus Gründen der Wirtschaftlichkeit erstrebenswert ist, den Anteil der jeweils besonders auf dem Markt gefragten Kornfraktionen möglichst hoch zu halten, d. h. sehr enge Korverteilungskurven einzustellen. Mit der Zunahme des Masseanteils einer einzigen Siebfraktion auf über 50-60 Ma.-% der Gesamtmi­ schung wird die Trennung von den angrenzenden Fraktionen sehr erschwert. Es ist zwar möglich, den Siebeffekt durch Erhöhung der entsprechenden effektiven Siebfläche zu erzielen, doch dadurch werden die Partikel um das Mehrfache beim Siebprozeß mechanisch belastet. Es kommt zu verstärkter elektrostatischer Aufla­ dung, die ihrerseits die Agglomeratbildung auf den Sieben verstärkt. Gleichzeitig wächst die mechanische Belastung der Oberfläche der Partikel, die dadurch und aufgrund der längeren Verweilzeit auf den Siebböden zu Triebkraftverlusten führen kann. Außerdem sind solche Defektstellen bevorzugte Ausgangspunkte für das Zu­ sammenkleben und Verklumpen der Schaumperlen während des Vorschäumprozes­ ses.

Aus diesem Grund können dem ungesiebten EPS-Perlpolymerisat entweder bereits vor dem Trockenprozeß oder im getrocknetem Zustand Beschichtungsmittel, zuwei­ len auch als "Precoatingmittel" bezeichnet, zugesetzt werden, die die Rieselfähigkeit des zu trennenden Korngemisches erhöhen, die elektrostatische Aufladung abbauen sollen und die mechanische Schädigung der EPS-Partikel im Aufarbeitungsprozeß reduzieren.

Als Komponenten für den Schutz gegen mechanische Schädigungen wurden früher häufig Zinkstearate zugesetzt. Aus ökologischen Gründen ist die Verwendung von Schwermetallstearaten jedoch problematisch. Außerdem können solche Verbindun­ gen vor dem Siebprozeß zugesetzt, aufgrund ihrer wachsartigen Konsistenz nach relativ kurzer Zeit die Siebmaschen zusetzen und das Siebergebnis negativ beein­ flussen.

In der DE 46 28 068 werden mit dem Ziel, die elektrostatische Aufladung des Pul­ vers und der vorgeschäumten Partikel zu vermeiden, 0,1-0,4 Ma.-% eines Di-alkyl- bis-alkoxiliertem quarternärem Ammoniumsalz als wäßrige Lösung auf die EPS-Par­ tikel aufgesprüht oder zusammen mit anderen Additiven im festen Zustand aufge­ bracht. Auch nach der US 4 603 149 und US 4 628 068 erfolgt die Beschichtung mit verdünnten Lösungen quarternärer Ammoniumsalze und anschließender Verdamp­ fung des Lösungsmittels. Das Verfahren ist auf diese Weise sehr aufwendig und liefert zudem unbefriedigende Resultate in der Rieselfähigkeit. Die direkte Auftra­ gung des Ammoniumsalzes führt zu keiner gleichmäßigen Beschichtung, das Mate­ rial ist daher noch schlechter rieselfähig Das wirkt sich besonders bei sehr enger Kornverteilung oder hohem Feinstanteil im gesamten Kornhaufwerk sehr negativ aus. Außerdem werden kaum Auswirkungen auf die Senkung der Verklumpungsnei­ gung beim Vorschäumprozeß festgestellt. Eine in der DE 25 10 937 praktizierte Be­ schichtung bereits im Polymerisationsreaktor ist sehr uneffektiv und führt außerdem zu einer sehr hohen Belastung des Abwassers mit Schadstoffen.

In der EP 0 449 065 B1 werden bis zu 0,5 Ma.-% anorganischer Pulver auf die Oberfläche sehr feinteiliger EPS-Körner mit einem Durchmesser von 0,025-0,3 mm aufgebracht. Die Zugabe erfolgt jedoch erst nach dem Siebprozeß in Trommelmi­ schern, so daß auf diese Weise keine Einflußnahme auf die Rieselfähigkeit und die mechanische Belastung der Perlen beim Siebprozeß ausgeübt werden kann. Ziel ist es vielmehr, vor allem eine Agglomerisation der besonders stark zur Verklumpung neigenden feinteiligen Materialien beim Vorschäumprozeß zu vermeiden. Durch diese Art der Behandlung ist jedoch keine Verschweißung der vorgeschäumten Perlen mehr möglich, so daß die Weiterverarbeitung ausschließlich oder überwie­ gend zu Zuschlagstoffen für Leichtputze erfolgt.

Mit dem Ziel, freifließende EPS-Pulver zu erhalten, die sowohl vor als auch während der Vorschäumung nicht zur Agglomeratbildung neigen aber auch bei der anschlie­ ßenden Ausschäumung eine ausreichende interpartikuläre Verschweißung bei ge­ ringem Dampfdruck gewährleisten und damit eine hohe Bruchfestigkeit des Schaumstoffs garantieren, werden in der EP 502171 feinste Pulver aus niedermole­ kularem Polymeren des α-Methylstyrols und oder Styrols zugegeben. Diese feinteili­ gen Polymeren würden jedoch die Neigung zur elektrostatischen Aufladung beim Siebprozeß noch vergrößern, weshalb auch die bevorzugte Applikationsform als Drycoating nach dem Siebprozeß erfolgt. Ein weiterer Nachteil dieser Verfahrens­ weise besteht darin, daß die größere Verschweißungsneigung der EPS-Perlen nicht auf den Ausschäumprozeß beschränkt bleibt, sondern bereits während des Vor­ schäumprozesses zu erhöhter Klumpenbildung führt. Die gleichen negativen Aus­ wirkungen auf die elektrostatische Aufladbarkeit der EPS-Pulver hat auch das Auf­ coaten von PE- und PVC-Pulvern (DE 12 98 274) und anderen organischen Verbin­ dungen zur Folge. Aufgrund der geringen Haftfestigkeit dieser Pulver kommt es au­ ßerdem während des Vorschäumprozesses, insbesondere bei Mehrfachverschäu­ mungen und langen Förderwegen zwischen Vorschäumern und Zwischenlagerbe­ hältern bzw. Zwischenlagerbehältern und Blockform- oder Formteilautomaten, häufig zu gesundheitsschädlichen Staubbelästigungen.

In der DE 17 69 475 werden EPS-Pulver mit 0,0005-0,5 Gew.-% eines Polytrifluor­ chlorethylens beschichtet, das mit einem Pudermittel einer Verbindung der allgemei­ nen Formel R'-NH-(CH₂)_n-NH-R'', in der R' und R'' Fettsäurereste mit 12-18 C-Atomen bedeuten, kombiniert wird.

In der JP 61/157538 wird eine Beschichtung mit einer Mischung aus Ethylenbisste­ arylamid und 12-Hydroxystearyltriglycerid vorgenommen.

Insgesamt soll durch die Maßnahmen vor allem die Rieselfähigkeit und die Verar­ beitbarkeit von feinteiligen Styrolpolymerisaten im ungeschäumten Zustand verbes­ sert und die Klumpenbildung beim Vorschäumen verhindert werden, ohne die Ver­ schweißung der Schaumperlen beim Aufschäumen der Formkörper zu stark zu be­ einträchtigen. Nachteilig ist eine häufige Unverträglichkeit dieser Zusatzstoffe mit den bei der Polymerisation verwendeten Suspensionsstabilisatoren. Außerdem wer­ den die Substanzen teilweise beim Einbringen von Wasserdampf freigesetzt, so daß es zu stärkeren Ablagerungen in den Vorschäumern und Fließbetten kommt. Die Wirkung auf die Siebfähigkeit des EPS-Rohmaterials ist außerdem nicht so gut, daß auch EPS-Ausgangspulvergemische mit sehr enger Kornverteilung oder/und einem höheren Anteil der Partikel mit einem Durchmesser von ≦ 0,4 mm mit ausreichender Siebschnittgüte aufgetrennt werden können.

In der DE 41 23 255 wird als ein erstes Beschichtungsmittel zum Schutz gegen me­ chanische Oberflächenschädigungen und zur Verbesserung der Haftung der nach der Siebung auf die einzelnen Siebfraktionen aufzubringenden Coatingmittel eine Mischung aus einem Bisamid eines C₂-C₈ Alkylendiamins und einer aliphatischen C₆-C₈-Carbonsäure zusammen mit üblichen Antistatika vorgeschlagen. In allen die­ sen Fällen bleibt die Wirkung nicht bis zum Vorschäumprozeß erhalten, so daß noch sehr hohe Konzentrationen an Sekundärcoating auf die Polymerpulver aufgebracht werden müssen und vor allen Dingen die Coatingzusammensetzung jeweils der Korngröße der Siebfraktion, und damit deren Neigung zur Verklumpung beim Vor­ schäumprozeß, angepaßt werden muß. Die dadurch erforderliche Verwendung meh­ rerer unterschiedlich zusammengesetzter Coatingmischungen führt zu einer Kompli­ zierung und Kostenerhöhung in den nachfolgenden Stufen des Aufarbeitungspro­ zesses.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vorbeschichtung von EPS-Perlen zu entwickeln, das es gestattet, EPS-Primärpartikelgemische auch bei sehr engen Korngrößenverteilungskurven mit einem Kornanteil der Hauptfraktion bis zu 50-70% oder auch mit einem vergleichsweise hohen Feinstkornanteil, wor­ unter Partikel mit einem Durchmesser von ≦ 0,2-0,4 mm verstanden werden sollen, sortenrein mittels üblicher Siebtechnologie zu trennen, ohne daß es zur elektrostati­ schen Aufladung der EPS-Partikel und zu merklicher mechanischer Defektstellenbil­ dung auf der Oberfläche kommt und welches gleichzeitig gewährleistet, daß noch beim Vorschäumprozeß eine hohe Wirksamkeit auf die Verhinderung der Klumpen­ bildung ausgeübt wird, so daß bei dem sich anschließenden üblichen Sekundärcoa­ tingprozeß über einen weiten Korngrößenbereich weitgehend unabhängig von der Größe der Partikel Coatingmittelgemische weitgehend konstanter Zusammenset­ zung verwendet werden können.

Die Erfindung hat außerdem die Aufgabe, daß die ausgeschäumten Form- oder Blockteile eine gute Verschweißung bei niedrigen Schäumdrücken zulassen und damit hohe Biegefestigkeiten aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen dargestellte Erfindung ge­ löst.

Styrolpolymerisate im Sinne dieser Erfindung bestehen aus Polystyrol und/oder ei­ nem Copolymeren mit mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 80 Gew.-% einpolymerisiertem Styrol. Comonomere können beispielsweise α-Methylstyrol, kernhalogenierte Styrole, kernalkylierte Styrole, Ester der Acryl- oder Methacryl­ säure von C₁- bis C₈-Alkoholen, Acrylnitril, N-Vinylcarbazol sowie Ester oder Anhy­ dride ungesättigter Dicarbonsäuren sein, die zusammen mit Styrol in genannter Weise in Suspension polymerisiert werden.

Die Styrolpolymerisate besitzen im allgemeinen Molekulargewichte M_W (Gewichtsmittel) gemessen nach der GPC-Methode entspr. DIN 55 672 im Bereich von 150 000 bis 250 000. Zur Einstellung gewünschter Polymer- und Verarbei­ tungseigenschaften können geringe Mengen eines Vernetzers, wie z. B. Divinylben­ zol, dimeres α-Methylstyrol oder Butandioldiacrylat in Mengen von ca. 0,005 bis 0,05 Mol-%, bezogen auf Styrol bzw. Monomere oder eines geeigneten Reglers mit Übertragungskonstanten k_ü im Bereich von 0,1-50, in Mengen von ca. 0,01 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf Monomere, mit zur Polymerisation eingesetzt werden. Als Treibmittel werden vorzugsweise 3-8 Gew.-%, bezogen auf das Styrolpolymerisat, eines C₃-C₈-Kohlenwasserstoffes wie z. B. n-Butan, iso-Butan, n-Pentan, iso-Pen­ tan, neo-Pentan und/oder Hexan oder deren Gemische vor, während oder nach der Polymerisation, vorzugsweise im Umsatzbereich von 60-95 Ma.-%, zugesetzt. Als Initiatoren finden im Temperaturbereich von 70-130°C in Radikale zerfallende öllösliche Verbindungen, vorzugsweise Di-Benzoylperoxid, tert. Butylperbenzoat, t. Butyl-peroxy-2-ethyl-hexylcarbonat, Amylperoxy-2-ethyl-hexylcarbonat, 1,1-Di(tert.- butylperoxy)-cyclo-hexan, Dicumylperoxid, 2,3-Dimethyl-2,3-diphenyl-butan und an­ dere Anwendung.

Die treibmittelhaltigen, expandierbaren Styrolpolymerisate können außerdem zur Erzielung bestimmter Verarbeitungs- und Anwendungseigenschaften, Hilfs- und Zu­ satzstoffe wie Flammschutzmittel und Synergisten, Gleitmittel, Verarbeitungssteuer­ stoffe, Füllstoffe, Stabilisatoren, Farbstoffe und beim Vorschäumen antiverklumpend wirkende Stoffe wie Metallstearate, Silikate bzw. Kieselsäuren, ggf. teilweise mit hy­ drophobierten Oberflächen, sowie die Entformzeit senkende Stoffe wie Fettsäuregly­ ceridester, anorganische Ammoniumverbindungen u. a. in bekannten wirksamen Mengen im Inneren oder an der Oberfläche der Polymerisatperlen enthalten. Als Flammschutzmittel werden solche auf Basis organischer Chlor- und Bromverbindun­ gen wie z. B. bromierte Butadien- und Isopren-Polymere, vorzugsweise 1,2-Dibrom­ cycloocten, 1,2,5,6-Tetrabrom-cyclooctan, 1,2,5,6,9,10-Hexabrom-cyclododecan, Trisdibrompropylphosphat sowie Poly-dibromstyrol, Tetrabrombisphenol A und da­ von abgeleitete Bis-ether, Tribrom-phenylallylether, Tetrabromphtalatdiol und andere geeignete bromhaltige organische Verbindungen sowie Synergisten wie z. B. Dicumylperoxid, 2,3 Dimethyl-2,3-diphenylbutan und andere bei höheren Tempera­ turen zerfallende organische Peroxide verwendet.

Zur Einstellung einer homogenen Zellstruktur und der gewünschten Schaumlamel­ lengröße bei der Verarbeitung zu Schaumstoffen werden übliche Nukleierungsmittel, wie z. B. niedermolekulare Polyethylene definierter Struktur oder andere geeignete niedermolekulare polymere Substanzen zugesetzt.

Die Herstellung der treibmittelhaltigen Styrolpolymerisate erfolgt in üblicher Weise durch ralikalische Polymerisation der Monomeren in wäßriger Suspension unter Rühren, im ersten Abschnitt der Polymerisation bis zum Stadium des Perlensinkens in Gegenwart von anorganischen Pickeringstabilisatoren, ggf. in Kombination mit Extendern, danach ggf. unter Zusatz makromolekularen Suspensionsstabilisatoren. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Beschichtung der EPS-Partikel. Es zeichnet sich dadurch aus, während der mechanischen Entwässerung der Suspen­ sion in entsprechend dafür geeigneten Zentrifugen und/oder Dekantern auf den sich aufbauenden EPS-Kuchen eine wäßrige Aufschlämmung aus mindestens zwei in Wasser unlöslichen anorganischen Komponenten, deren mittlerer Teilchendurch­ messer sich um mindestens eine Zehnerpotenz voneinander unterscheidet, in Kom­ bination mit üblichen wasserlöslichen Antistatika aufgebracht wird, wobei die anor­ ganischen Komponenten und Tenside, die bei der Beschichtung zur Anwendung gelangen, zugleich Bestandteil der Polymerisationsrezeptur sind.

Die wäßrige Beschichtungsmittelkombination weist einen Feststoffgehalt von 5-30 Gew.-%, vorzugsweise von 12-15 Gew.-% auf, das Volumenstromverhältnis zwi­ schen Beschichtungsmittel und EPS-Suspension, beträgt von 0,001 bis 0,01 und die Differenzdrehzahl zwischen Schnecke und Trommel einer Siebschneckenzentrifuge wird so eingestellt, daß sich eine Kuchenhöhe von 2-40 mm, vorzugsweise 5-10 mm, ergibt. Der Feststoffgehalt der EPS-Suspension vor der Fest-Flüssig-Trennung beträgt in üblicher Weise 30-55 Gew.-%.

Als bevorzugte wasserunlösliche anorganische Komponenten werden Tricalciump­ hosphat und CaCO₃ eingesetzt, wobei die mittlere Teilchengröße von Tricalcium­ phosphat 3-4 µm und die mittlere Teilchengröße des CaCO₃ 0,3-0,4 µm beträgt, das Verhältnis beider Komponenten zueinander in der Polymerisationsrezeptur 3 : 1 bis 20 : 1 und in der Beschichtungsmittelrezeptur 1 : 3 bis 1 : 20 beträgt und sowohl in der Suspensionsstabilisatorrezeptur für den Polymerisationsprozeß als auch in der Beschichtungsmittelrezeptur als Tenside Alkyl- und/oder Alkylarylsulfonate und/oder -sulfate verwendet werden, deren gewichtsmäßiger Anteil in der Polymerisationsre­ zeptur 0,05 bis 0,4 Gew.-% bezogen auf die anorganische Komponente und in der Beschichtungsmittelrezeptur 0,5-20 Gew.-%, bevorzugt 5-15 Gew.-%, beträgt. Bei Verwendung der chemisch gleichen anorganischen Komponenten in der Poly­ merisations- und Beschichtungsrezeptur, die sich im mittleren Partikeldurchmesser um mindestens eine Zehnerpotenz unterscheiden, hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß eine gute Verträglichkeit der Komponenten auf der Oberfläche der EPS-Partikel gewährleistet ist, die zu einer ausreichenden Haftung und guten Verteilung der normalerweise nur locker gebundenen anorganischen Beschich­ tungsmittel führt. Dadurch ist einerseits eine gute Trennfähigkeit auch bei sehr enger EPS-Kornverteilungsspektren und/oder verhältnismäßig hohem Feinstanteil des EPS-Kornausgangsgemisches gewährleistet, anderseits ist nach Auftragung übli­ cher Coatingmittel auch in der Stufe der Vorschäumung noch eine hohe Wirksamkeit bezüglich Verhinderung der Klumpenbildung gegeben. Beim anschließenden Ver­ blockung- bzw. Formteilherstellungsprozeß werden dennoch Schaumkörper mit aus­ gezeichneter Verschweißung und daraus resultierend hoher Biegefestigkeit erzeugt. Erfindungswesentlich hierfür ist, daß die wasserunlösliche anorganische Kompo­ nente mit der größeren Partikelgröße in der Beschichtungsmittelrezeptur stets im Unterschuß zuzugeben ist.

Eine spezielle, besonders vorteilhafte Durchführungsform besteht darin, daß das pulverförmige EPS-Partikelgemisch nach Zugabe des Beschichtungsmittels während oder nach dem eigentlichen Trocknungsprozeß einem Wirbelbett ausgesetzt wird, in welchem eine intra- und interpartikuläre Umverteilung und Vergleichmäßigung der Beschichtungsmittelkomponenten auf der Kornoberfläche erfolgt, wobei zu locker gebundene Anteile abfallen und, bevor Sekundärcoatingmittel aufgetragen werden, beispielsweise in einem Zyklon abgetrennt werden können.

Nach der Auftrennung des gesamten Korngemisches werden den einzelnen Sieb­ fraktionen übliche Oberflächenbeschichtungsmittel zugesetzt, die der weiteren Ver­ besserungen des Verarbeitungsverhaltens dienen, wie zur weiteren Reduzierung der Neigung zur elektrostatischen Aufladung und zur zusätzlichen Verhinderung der Klumpenbildung der Schaumperlen, sowie zur Reduzierung der Kühlzeit bei der Block- und/oder Formteilherstellung.

Als bevorzugte Produktgruppe zur Regulierung des Verarbeitungsverhaltens hat sich die Zugabe von Gemischen aus Mono-, Di- und Tri-Glyceriden von Fettsäure­ gemischen mit einer Kettenlänge von C₈ bis C₂₂, ggf. in Kombination mit Metallstea­ raten erwiesen. Auch der weitere Zusatz geringer Mengen der in der Erfindung be­ anspruchten Substanzgruppe ist möglich.

Die Beschichtung mit Sekundärcoatingmitteln erfolgt bevorzugt als Drycoating in dafür geeigneten Mischern, z. B. Schaufelmischern, ggf. unter Zudosierung geringer Mengen fester oder/und flüssiger Haft-, Schmier- und Verteilungsmittel.

Die Erfindung wird anhand nachstehender Beispiele näher erläutert:

Beispiel 1

Die Herstellung der expandierbaren Polystyrolpartikel erfolgt in einem Rührreaktor, ausgerüstet mit Impeller-Rührer, Stromstörern, Druck-, Temperatur und Rührerlei­ stungseintrag-Meßeinrichtungen sowie automatischer Prozeßablaufsteuerung. Als Suspensionsstabilisator wird ein Pickeringstabilisatorsystem bestehend aus 0,139 Gewichtsanteilen eines Gemisches aus Tricalciumphosphat und CaCO₃ in Kombina­ tion mit 0,00024 Gewichtsanteilen eines Alkylbenzolsulfonats bezogen auf 100 Teile Styrol eingesetzt. Das CaCO₃: TCP-Verhältnis beträgt 1 : 5,93

Die Rührer-, Stromstörer- und Reaktorabmaße sind so dimensioniert, daß sehr enge Korngrößenverteilungen erzeugt werden. Der Start und weitere Ablauf der Polymeri­ sation sowie die Imprägnierung erfolgen nach Standardbedingungen.

Nach Abkühlen des Reaktorinhalts auf 40°C wird die Kornverteilung der EPS-Sus­ pension analysiert. Die Siebanalyse ergibt ein Pulvergemisch mit einem mittleren Korndurchmesser (Median) von 1,116 mm und einer sehr engen Korngrößenvertei­ lung, was zahlenmäßig in der Standardabweichung von 0,215 zum Ausdruck kommt. Der Kornanteil der Hauptfraktion im Korngrößenbereich von 1 bis 1,4 mm beträgt 62,3% (Tab. 1).

Die treibmittelhaltige Suspension wird anschließend kontinuierlich aus einem Zwi­ schenbehälter einer Siebschneckenzentrifuge zugeführt. In das zweite Drittel der Siebschneckenzentrifuge wird zeitgleich die Beschichtungsmittelsuspension einge­ düst. Das Verhältnis des Volumenstroms der Beschichtungsmittelsuspension zu der der EPS-Suspension wird auf 0,007 eingestellt.

Die Beschichtungsmittelsuspension weist folgende Zusammensetzung auf: Ge­ samtfeststoffgehalt 12 Gew.-%, CaCO₃/TCP-Verhältnis 5 : 1, Na-Alkylbenzolsul­ fonat/CaCO₃ 1 : 10.

Die Differenzdrehzahl zwischen Schnecke und Trommel der zur Fest-Flüssig-Tren­ nung eingesetzten Siebschneckenzentrifuge wird so eingestellt, daß sich eine EPS- Kuchenhöhe von 5 mm ergibt.

Das abgetrennte EPS-Pulver weist nach Verlassen der Siebschneckenzentrifuge einen Feuchtigkeitsgehalt von 2,6 Gew.-% auf.

Das zentrifugenfeuchte Gut wird zunächst in einem Stromtrockner auf eine Oberflä­ chenfeuchte von 0,4%, anschließend in einem nachgeschaltetem Wirbelbett auf eine Endfeuchte von 0,12% gebracht. Das getrocknete EPS-Pulver wird nach einer 10 stündigen Konditionierung kontinuierlich einer Siebvorrichtung zugeführt und unter Standardbedingungen in vorgegebene Siebfraktionen aufgetrennt. Die Korn­ größenbereiche von 0,71-1,0 mm und 1,0-1,4 mm werden nach einer weiteren Qualitätskontolle chargenweise in einem Mischer mit einem Sekundärcoating kon­ stanter Zusammensetzung bestehend aus einer Mischung von Mono-, Di- und Triglyceriden und einem Ca-Stearat, deren Gewichtsverhältnis von 2,5 zu 2,9 zu 2,9 zu 1,5 beträgt, oberflächenbeschichtet.

Die Ergebnisse der anschließenden Vorschäumung der EPS-Perlen auf eine Dichte von 14,8 g/l in einem Druckvorschäumer und der nachfolgenden Verblockung sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.

Trotz enger Verteilung des Kornausgangsgemisches werden sehr scharfe Fraktions­ schnitte ohne Feinstanteile erhalten. Die ausgewählten Kornfraktionen liefern vorge­ schäumte Perlen mit geringer Neigung zur elektrostatischen Aufladung und Ver­ klumpung, unabhängig von der Größe der Partikel. Die anschließende Verblockung ergibt unter Standardbedingungen sehr gut miteinander verschweißte Primär­ schaumperlen. Die auf eine Dicke von 50 mm zugeschnittenen Platten weisen ge­ messen an der relativ niedrigen Schaumdichte von 15 g/l hohe Biegefestigkeitswerte (Tab. 1) auf.

Beispiel 2

Die Herstellung des treibmittelhaltigen Styrolpolymerisats erfolgt wie in Beispiel 1 beschrieben. Abweichend von Beispiel 1 werden in der Suspensionsstabilisatorre­ zeptur für den Polymerisationsprozeß 0,147 Teile TCP und Calciumcarbonat einge­ setzt. Das CaCO₃ : TCP-Verhältnis beträgt 1 : 6,3.

Es wird ein feineres EPS-Korngemisch erhalten. Der mittlere Korndurchmesser be­ trägt 0,86 mm. Daraus resultiert, daß der Kornanteil zwischen 0,71-1,0 mm auf 53,9 % ansteigt.

Darüber hinaus werden auch 19,8 Gew.-% im Korngrößenbereich von 0,4-0,71 mm und 0,4% mit einem Korndurchmesser von 0,2-0,4 mm im Ausgangsgemisch durch Prüfsiebung gefunden.

Die Fest-Flüssig-Trennung, Primärcoatingeinbringung, Trocknung, Siebung und Se­ kundärcoatingbeschichtung erfolgt entsprechend Beispiel 1. Die Ergebnisse der an­ wendungstechnischen Prüfung sind in Tab. 1 zusammengefaßt.

Trotz wesentlich höherer Feinstanteile bei extrem enger Verteilung der EPS-Aus­ gangsmischung werden nach dem technischen Siebprozeß sehr scharfe Fraktionen ohne Feinstkornanteile gefunden, die sich zu Schaumperlen ohne nennenswerte Neigung zur elektrostatischen Aufladung und Klumpenbildung verarbeiten lassen und bei der anschließenden Verblockung zu einer guten Verschweißung unterein­ ander im Schaumstoff führen.

Die Biegefestigkeit daraus hergestellter Standardprüfkörper ist ausgezeichnet (Tab. 1).

Beispiel 3

Herstellung und Beschichtung des EPS erfolgen nach dem gleichen technologischen Schema wie in Beispiel 1.

Im Unterschied zu Beispiel 1 wird als Pickeringstabilisator bei der Polymerisation ein Gemisch aus TCP und CaCO₃ im Verhältnis von 6,6 : 1 eingesetzt.

Das Partikelwachstum wird nach 185 min Polymerisationszeit durch nachträglichen Zusatz von 0,12 Teilen einer 15%igen wäßrigen Aufschlämmung von TCP, das die gleichen charakteristischen Daten wie in Beispiel 1 angegeben aufweist, gestoppt. Obwohl unter diesen Bedingungen eine vergleichsweise enge Korngrößenvertei­ lungskurve erhalten wird, läßt es sich nicht verhindern, daß der Kornanteil mit einem Durchmesser von ≦ 0,4 mm aufgrund von Partikelneudispergierung zu stark ansteigt (Tab. 1). Bei Verwendung einer 12%igen Vorbeschichtungsmittelsuspension mit einem CaCO₃/TCP-Verhältnis entsprechend Beispiel 1 und einem Beschichtungs­ mittel- zu EPS-Suspension-Volumenstromverhältnis von 0,006 ist es dennoch mög­ lich, ein in allen Punkten gutes Eigenschaftsprofil zu erreichen (Tab. 1).

Vergleichsbeispiel A

Die EPS-Herstellung und Beschichtung erfolgt entsprechend Beispiel 1. Im Unterschied zu Beispiel 1 wird eine wäßrige Beschichtungsmittelsuspension be­ stehend aus 10 Gew.-% CaCO₃ mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,32 µm und Na-Alkylbenzolsulfonat in den gleichen Konzentrationen wie in Beispiel 1 eingesetzt. Das Volumenstromverhältnis Beschichtungsmittel zu EPS-Suspension beträgt 0,007. Die Relativschneckendrehzahl in der Siebschneckenzentrifuge wird so eingestellt, daß sich eine Kuchenhöhe von 2 mm ergibt.

Die Analyse der Polymerisate nach der Trocknung, Klassierung und Beschichtung mit der Standardcoatingmittelrezeptur weist einen zu hohen Feinstanteil in den un­ tersuchten Hauptfraktionen auf. Gleichzeitig werden beim Vorschäumprozeß eine zu starke Klumpenbildungstendenz, besonders bei der feineren Fraktion mit einem Par­ tikeldurchmesser von 0,7-0,9 mm, und eine merkliche Staubbildung festgestellt.

Vergleichsbeispiel B

Die EPS-Herstellung und -Beschichtung erfolgt nach dem gleichen technologischen Regime wie in Beispiel 2. Als Precoatingmittel wird eine Mischung aus 0,05 Teilen Polyamidwachs und 0,005 Teilen Na-Alkylbenzolsulfonat statt der erfindungsgemä­ ßen Beschichtungsmittelkombination in Beispiel 2 eingesetzt.

Es werden bereits während des Siebvorgangs Erscheinungen von elektrostatischer Aufladung festgestellt. In beiden abgetrennten Hauptfraktionen werden Spuren von Feinstanteilen, die beim Vorschäumprozeß Staubbildung verursachen, festgestellt. Die Wirkung der Beschichtungsmittelrezeptur gegen die Bildung von Agglomeraten beim Vorschäumprozeß ist völlig unzureichend. Es kommt zu Beeinträchtigungen im technologischen Ablauf der Vorschäumung. Die Verschweißung der Schaumperlen im Schaumstoff nach der Verblockung wird demgegenüber als gut eingeschätzt.

Vergleichsbeispiel C

Die Herstellung und Beschichtung des EPS erfolgen entsprechend Beispiel 3. Im Unterschied zu Beispiel 3 wird eine Beschichtungsmittelrezeptur mit einem Ver­ hältnis CaCO₃/TCP von 3 : 6 eingesetzt. Das Volumenstromverhältnis Beschich­ tungsmittel zu EPS-Suspension beträgt 0,014.

Der Siebvorgang des Korngemisches läuft befriedigend ab. Nach dem Sekundär­ coatingprozeß wird jedoch bereits eine Zunahme der Neigung zur Staubbildung festgestellt, die offensichtlich vom Precoating herrührt.

Eine Klumpenbildungsneigung wird bei keiner der beiden untersuchten Siebfraktio­ nen beobachtet. Der im Ergebnis der Verschäumung erhaltene Schaum weist jedoch eine völlig unzureichende interpartikuläre Verschweißung auf. Die Biegefestigkeits­ werte der Standardprüfkörper erreichen nicht die Werte, die bei Anwendung der er­ findungsgemäßen Lösung erzielt werden.

Vergleichsbeispiel D

Die Herstellung und Beschichtung der EPS-Partikel erfolgt entsprechend Beispiel 1. Abweichend von Beispiel 1 werden als Suspensionsstabilisator 0,06 Teile bezogen auf 100 Teile Styrol eines Polyvinylpyrrolidons mit einem K-Wert von 30 eingesetzt, welche der Suspension nach 2 h Polymerisationszeit zugesetzt werden. Die daraus resultierenden charakteristischen Daten des Korngemisches sind in Tab. 1 zusam­ mengefaßt. Der anschließende Siebung führt im Vergleich zur erfindungsgemäßen Verfahrensweise zu wesentlich ungünstigeren Ergebnissen. Die Staubwerte nach dem Sekundärcoatingprozeß liegen zu hoch. Die Verklumpungsneigung beim Vor­ schäumprozeß ist zu hoch und die Verschweißung der Schaumpartikel im Fertig­ schaum ist nur als durchschnittlich zu bewerten.

Claims (3)

1. Verfahren zur Beschichtung von expandierbaren Styrolpolymerisaten, welche durch radikalisch initiierte Polymerisation von Styrol und gegebenenfalls weiteren Comonomeren in wäßriger Suspension in Gegenwart von Pickering-Suspensions­ stabilisatoren, üblichen styrollöslichen Polymerisationsinitiatoren und unter Zu­ gabe von Treibmitteln während des Polymerisationsprozesses, von Nukleie­ rungsmitteln, gegebenenfalls von molgewichtsregulierenden Substanzen und von eventuell erforderlichen weiteren üblichen Polymerisationshilfsstoffen in notwen­ digen Konzentrationen hergestellt werden, von der wäßrigen Suspension abge­ trennt und einer Trocknung unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. der wäßrigen Suspension während der Fest-Flüssig-Trennung ein Beschich­ tungsmittel als wäßrige Aufschlämmung aus mindestens zwei in Wasser unlösli­ chen anorganischen Komponenten (a) und (b) und ein wasserlösliches Tensid zugesetzt wird, wobei der mittlere Teilchendurchmesser der Komponente (a) des Beschichtungsmittels um mindestens eine Zehnerpotenz von der Komponente (b) verschieden ist und das Beschichtungsmittel einen Feststoffgehalt von 5-30 Gew.-%, vorzugsweise 12-15 Gew.% aufweist,
• 2. das Masseverhältnis der anorganischen Komponente (a) mit dem größeren mittleren Teilchendurchmesser zu dem der Komponente (b) mit dem geringeren mittleren Teilchendurchmesser 1 : 3 bis 1 : 20 beträgt und bei einem Feststoffge­ halt der wäßrigen Suspension von 30-55 Gew.-% das Volumenstromverhältnis von Beschichtungsmittel zu wäßriger Suspension 0,001-0,01 beträgt
• 3. sowie eine Kuchenhöhe bei der Fest-Flüssig-Trennung von 2-40 mm, vor­ zugsweise 5-10 mm eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganische Komponente (a) des Beschichtungsmittels mit dem größeren mittleren Teilchen­ durchmesser von 3-4 mm Tricalciumphosphat und die anorganische Komponente (b) des Beschichtungsmittels mit dem geringeren mittleren Teilchen­ durchmesser von 0,3-0,4 mm Calciumcarbonat ist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Wasser unlöslichen Komponenten (a) und (b) des Beschichtungsmittels gleich­ falls Bestandteil des Suspensionsstabilisators ist.