DE202010013850U1 - Polymer foam body or particulate expandable polymer particles - Google Patents
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Abstract
Polymerschaumkörper oder expandierbare Polymerisate zur Weiterverarbeitung zu einem Polymerschaumkörper, insbesondere teilchenförmige expandierbare Polymerisatpartikel, enthaltend kohlenstoffhältige athermane Partikel, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff der athermanen Partikel sowohl teilweise grafitisch geordnet als auch turbostratisch vorliegt.Polymer foam body or expandable polymers for further processing into a polymer foam body, in particular particulate expandable polymer particles containing carbon-containing athermane particles, characterized in that the carbon of the athermanous particles is present both partially graphitic ordered and turbostratic.
Description
Die Erfindung betrifft Polymerschaumkörper oder expandierbare Polymerisatel gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The The invention relates to polymer foam bodies or expandable Polymerizatel according to the preamble of the claim 1.
Geschäumte Dämmstoffe hergestellt aus expandierbaren Polymerisaten, beispielsweise aus expandierbaren Styrolpolymerisatteilchen (EPS), oder Polymerisat-Extrusionsschaumstoffen, beispielsweise Styrolpolymerisat-Extrusionsschaumstoffe (XPS), sind aus dem Stand der Technik bekannt.foamed Insulating materials produced from expandable polymers, for example, from expandable styrene polymer particles (EPS), or polymer extruded foams, for example styrene polymer extruded foams (XPS) are known in the art.
Bei den expandierbaren Polymerisaten handelt es sich meist um treibmittelhaltige Polymerpartikel, z. B. aus Polystyrol oder Cellulosacetatbutyrat, die sich durch Erwärmen mit Wasserdampf in einem Vorschäumprozess unter Vervielfachung ihres Volumens expandieren lassen und anschließend durch Verschweißung zu beliebig geformten Formteilen, insbesondere zu Platten oder Blöcken, verarbeitet werden können.at The expandable polymers are usually propellant-containing Polymer particles, e.g. As polystyrene or Cellulosacetatbutyrat, by heating with steam in a Vorschäumprozess expand under multiplication of their volume and then by welding to arbitrarily shaped moldings, in particular to plates or blocks, can be processed.
Zur
Herstellung von expandierbaren Polymerisaten sind mehrere Verfahren
bekannt. Durch Suspensionspolymerisation kann z. B. expandierbares
Polystyrol durch Polymerisation von Styrol und Begasung mit einem
Treibmittel hergestellt werden. Weiters können expandierbare
oder expandierte Polymerisate mechanisch durch Extrusion von Polymerschmelzen
und Einmischung eines Treibmittels in die Polymerschmelze und anschließende
Förderung durch eine Düsenplatte zu extrudiertem
Granulat, z. B. EPS Granulat, verarbeitet, oder durch Anschäumen
direkt nach einer Düse zu geschäumten Platten
(XPS-Platten) verarbeitet werden. Weiters sind Verfahren bekannt,
in denen expandierbare Styrolpolymerisate mittels statischer Mischelemente erzeugt
werden, beispielsweise gemäß
Bevorzugte Anwendungsgebiete solcher Polymerschäume sind, meist plattenförmige, Wärmedämmstoffe wie EPS, z. B. für Gebäudefassaden, Kühlhäuser oder Verpackungsmaterialien, wobei die Wärmedämmwirkung des Schaumstoffes von entscheidender Bedeutung für seine Qualität ist.preferred Areas of application of such polymer foams are, mostly plate-shaped, Thermal insulation materials such as EPS, z. B. for building facades, Cold stores or packaging materials, where the thermal insulation effect of the foam of decisive Importance for its quality.
Aus Gründen der Materialeinsparung wird generell angestrebt, Werkstoffe, insbesondere Wärmedämmplatten, mit einer möglichst geringen Dichte von etwa 15 kg/m3 herzustellen. Gleichzeitig sollen diese Platten jedoch auch eine möglichst niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzen. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass beispielsweise EPS-Wärmedämmplatten bei einer Dichte von ca. 30 kg/m3 eine minimale Wärmeleitfähigkeit erreichen und eine weitere Verringerung der Dichte des Werkstoffes zu einer Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit führt. Andere Polymerschaumstoffe zeigen ein vergleichbares Verhalten.For reasons of saving material, it is generally desired to produce materials, in particular thermal insulation boards, with the lowest possible density of about 15 kg / m 3 . At the same time, however, these plates should also have the lowest possible thermal conductivity. However, it should be noted that, for example, EPS thermal insulation panels achieve a minimum thermal conductivity at a density of about 30 kg / m 3 and a further reduction in the density of the material leads to an increase in the thermal conductivity. Other polymer foams show a comparable behavior.
In
diesem Zusammenhang sind aus dem Stand der Technik die „klassischen” weißen
Partikelschaumstoffe ohne Infrarot-Trübungsmittel bekannt,
z. B. Styropor®. Diese sind zwar
in ihrer Herstellung relativ kostengünstig, erreichen allerdings
nicht die niedrigsten Wärmeleitgruppen. EPS erreicht beispielsweise
bei einer Dichte von 15 kg/m3 bestenfalls
nur die Wärmeleitgruppe WLG 040 gemäß
Um
diesen Nachteil zu mindern, wurde versucht, die Wärmeleitfähigkeit
durch Zugabe von Infrarot-Trübungsmitteln zu erniedrigen.
Hierbei sind aus dem Stand der Technik graue bzw. schwarze Partikelschaumstoffe
bekannt, die Infrarot-Trübungsmittel wie Grafit enthalten,
beispielsweise Lambdapor® oder
Neopor®. Diese zeigen eine deutlich
verbesserte Wärmeisolierung und erreichen bei gleicher
Dichte von 15 kg/m3 die niedrigste Wärmeleitgruppe
WLG 032 gemäß
Ebenfalls
aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der
Zur Reduktion der Wärmeleitfähigkeit könnte man auch die Dichte der Dämmplatten erhöhen. Dies wäre jedoch mit Nachteilen, insbesondere mit erhöhten Materialkosten, etc. verbunden und soll daher ebenfalls vermieden werden.to Reduction of thermal conductivity could you also increase the density of the insulation boards. This would be but with disadvantages, in particular with increased material costs, etc. connected and should therefore also be avoided.
Auch kann der Gehalt an Infrarot-Trübungsmitteln nicht beliebig erhöht werden, um dadurch die Dämmwirkung zu erhöhen, da dies einerseits das Endprodukt verteuert und andererseits negative Auswirkungen auf die Stabilität des Schaums bzw. auf das Herstellungsverfahren hätte.Also The content of infrared opacifiers can not be arbitrary be increased, thereby increasing the insulating effect, on the one hand, this makes the final product more expensive and, on the other hand, negative Effects on the stability of the foam or on the Manufacturing process would have.
In
der
Gemäß der
In
der
Nach
der Lehre der
In
der
Grafit, das am häufigsten als Infrarot-Trübungsmittel eingesetzt wird, ist eine allotrope Form des Elements Kohlenstoff und besteht aus Schichten hexagonal angeordneter Kohlenstoffatome in einem planar kondensierten Ringsystem (Graphen). Die Schichten sind parallel zueinander in kristallographisch dreidimensionaler Fernordnung gestapelt (Graphenlagen bzw. Graphenschichten). Die chemischen Bindungen innerhalb der Schichten sind kovalent mit sp2-Hybridisierung und mit einem C-C-Abstand von 141,7 pm. Die schwachen Bindungen zwischen den Schichten sind metallisch und von einer Stärke, vergleichbar nur mit der van-der-Waals-Bindung. Der Abstand zwischen zwei Graphenlagen beträgt bei Grafit 335,4 pm (in etwa der doppelte Van-der-Waals-Radius). Diese Bindungen sind mehr als doppelt so lang wie die Bindungen innerhalb einer Schicht. Dadurch sind sie sehr schwach, und viele Eigenschaften von Grafit, z. B. die elektrische und die thermische Leitfähigkeit, die mechanischen Eigenschaften etc., zeigen eine tensorielle Abhängigkeit.Graphite, most commonly used as an infrared opacifier, is an allotropic form of the element carbon and consists of layers of hexagonally arranged carbon atoms in a planar condensed ring system (graphene). The layers are stacked parallel to each other in crystallographic three-dimensional long-range order (graphene layers or graphene layers). The chemical bonds within the layers are covalent with sp 2 hybridization and with a CC distance of 141.7 pm. The weak bonds between the layers are metallic and of a strength comparable only to the van der Waals bond. For graphite, the distance between two graphene layers is 335.4 pm (about twice the van der Waals radius). These bonds are more than twice as long as the bonds within a layer. This makes them very weak, and many properties of graphite, eg. As the electrical and thermal conductivity, the mechanical properties, etc., show a tensorielle dependency.
Ein Vorteil der Verwendung von Grafit ist, dass Grafit entlang dieser schwach gebundenen Schichten gut delaminiert bzw. gespalten werden kann und so leicht und kostengünstig plättchenförmige kristalline Partikel mit einem hohen Aspektverhältnis erhalten werden, die ein hohes Reflexionsvermögen für Infrarotstrahlen aufweisen. Dies ist von Vorteil, da ein hohes Aspektverhältnis, verbunden mit einer kleinen absoluten Partikelgröße, ohne das Vorhandensein von Schichten, entlang welcher eine Delaminierung stattfinden kann, schwer herstellbar sind.An advantage of using graphite is that graphite can be well delaminated along these weakly bonded layers, thus easily and inexpensively obtaining high aspect ratio platelet-shaped crystalline particles having high reflectivity to infrared rays. This is advantageous because of a high aspect ratio, coupled with a small absolute particle size, without the existence of layers along which a delamination can take place, are difficult to produce.
Man unterscheidet zwei Modifikationen bzw. zwei allotrope Formen mit verschiedener Stapelanordnung: Die hexagonale (α-Grafit) und die rhomboedrische (β-Grafit). β-Grafit findet sich häufig in natürlichen Grafiten und kann durch Hitzeeinwirkung (oberhalb von 1025°C) in die thermodynamisch stabilere hexagonale Form umgewandelt werden. Die umgekehrte Transformation gelingt durch Vermahlen.you distinguishes two modifications or two allotropic forms different stack arrangement: The hexagonal (α-graphite) and the rhombohedral (β-graphite). β-graphite finds often in natural graphites and can through Heat action (above 1025 ° C) in the thermodynamic more stable hexagonal shape to be converted. The reverse transformation succeeds by grinding.
In folgenden wird unter den Begriffen „grafitisch” bzw. „grafitische Struktur”, „grafitische Anteile” bzw. „grafitische Bereiche” verstanden, dass zumindest Teilbereiche eines athermanen Partikels eine schichtweise geordnete grafitische Schichtstruktur aus Graphenlagen mit kristalliner dreidimensionaler Nah- und Fernordnung aufweisen. Dies ist beispielsweise bei hexagonalem oder rhombischem Grafit, Semi-Grafit, Meta-Anthrazit, Anthrazit und hochtemperaturbehandeltem Koks der Fall.In The following is used under the terms "graphitic" and "graphitic Structure "," Graphite Shares "or" Graphite Shares " Areas "understood that at least parts of a Athermanen particle a layered ordered layered graphite structure from graphene layers with crystalline three-dimensional near and distant order exhibit. This is for example hexagonal or rhombic Graphite, semi-graphite, meta-anthracite, anthracite and high-temperature treated Coke the case.
Neben den beiden Idealformen der grafitischen Struktur existieren in der Realität eine Reihe von Kohlenstoff Festkörpern, die zwar innerhalb der einzelnen Graphenlagen eine perfekte Anordnung der Kohlenstoffatome aufweisen, aber durch Packungsfehler einen erhöhten Schichtabstand von größer 344 pm zeigen (turbostratische Kristallstruktur).Next The two ideal forms of the graphitic structure exist in the Reality a bunch of carbon solids, although within the individual Graphenlagen a perfect arrangement have the carbon atoms but one due to packing errors increased layer spacing of greater than 344 pm show (turbostratic crystal structure).
In
Unter dem Begriff ”turbostratisch” werden im Folgenden Bereiche von athermanen Partikeln mit bereichsweiser Nahordnung und Abweichungen der interatomaren Abstände und/oder Bindungswinkel in Bezug auf das Grafitgitter, aber ohne kristalline Fernordnung verstanden. Diese Bereiche bestehen aus turbostratischen Gruppen, wobei jede Gruppe aus einer Anzahl von gestapelten Grafitschichten besteht, die parallel und äquidistant zueinander sind, aber jede Schicht eine vollständig zufällige Lageorientierung zu der normalen Schicht hat. Die turbostratische Struktur ist z. B. in Carbon blacks, Kohle, Koks oder Petrolkoks zu finden und weist keinerlei kristalline Ordnung zwischen den Schichten auf. In turbostartischen Struktur liegen viele Defekte vor, die zu größeren Abständen und einer Abweichung von der idealen hexagonalen Struktur führen.Under The term "turbostratic" is used below Areas of Athermanous Particles with Spatial Suborder and deviations of the interatomic distances and / or angles of attachment in terms of the graphite lattice, but without crystalline long-range order Understood. These areas consist of turbostratic groups, each group consisting of a number of stacked graphite layers exists that are parallel and equidistant to each other, but each layer is a completely random orientation to the normal layer has. The turbostratic structure is z. B. in carbon blacks, coal, coke or petroleum coke and has no crystalline order between the layers. In turbostatic Structure there are many defects that lead to larger ones Distances and a deviation from the ideal hexagonal Lead structure.
Unter den Begriffen „nicht-grafitisch” bzw. „nicht-grafitische Struktur” bzw. „nicht-grafitische Bereiche” werden im Folgenden Bereiche von athermanen Partikeln ohne kristalline Fernordnung verstanden.Under the terms "non-graphitic" or "non-graphitic" Structure "or" non-graphic areas " in the following, areas of athermanous particles without crystalline Remote order understood.
Für den Einsatz von athermanen Partikeln in Kunststoffschäumen bedeutet dies zusammenfassend, dass Grafit, Ruß und Petrolkoks zwar gewisse Vorteile aufweisen, jedoch auch gravierende Nachteile.For the use of athermanous particles in plastic foams this means in summary that graphite, soot and petroleum coke Although certain advantages, but also serious disadvantages.
Grafitpartikel sind zu nahezu vollständig kristallin und weisen eine schichtweise geordnete Struktur auf. Wegen der guten Spaltbarkeit und Vermahlbarkeit von Grafit sind plättchenförmige Grafitpartikel zwar entsprechend einfach und kostengünstig herzustellen und weisen zudem auch gute Reflexionseigenschaften auf, nachteilig ist jedoch die erwähnte nicht unterschreitbare Grenze für die Wärmeleitfähigkeit bei Grafit durch dessen hohe intrinsische Leitfähigkeit und die nur endliche Verfügbarkeit von natürlichen Grafitvorkommen.graphite particles are almost completely crystalline and show stratified ordered structure. Because of the good cleavability and grindability of graphite are platelet-shaped graphite particles Although correspondingly simple and inexpensive to manufacture and also have good reflective properties, disadvantageous is, however, the mentioned non-limitable limit for the thermal conductivity of graphite by its high intrinsic conductivity and only finite availability of natural graphite deposits.
Industrieruß (engl. carbon black) ist ein Agglomerat von sphärischen Primärpartikeln. Diese Primärpartikel agglomerieren zu Ketten oder Trauben. Diese Agglomerate wiederum können Flocken bilden. Die Primärpartikel können Durchmesser von 5–500 nm haben und bestehen aus einem ungeordneten Kern, um den konzentrisch Graphitlagen (sp2-hybridisierte Kohlenstoffatome) angeordnet sind. Die Ordnung der Lagen nimmt nach außen hin zu, wo turbostratische Schichtanordnungen vorliegen. Rußpartikel besitzen keine schichtweise kristallin geordnete Struktur. Dementsprechend ist auch die Herstellung von Partikeln mit brauchbaren Reflexionseigenschaften schwierig. Rußpartikel haben zwar eine geringere intrinsische Leitfähigkeit als Grafit, die Partikel besitzen jedoch überwiegend IR-absorbierende, jedoch kaum reflektierenden Eigenschaften und dies führt zu den nachteiligen Erwärmungen der Platten bei Sonneneinstrahlung.Carbon black is an agglomerate of spherical primary particles. These primary particles agglomerate into chains or grapes. These agglomerates in turn can form flocs. The primary particles may have diameters of 5-500 nm and consist of a disordered core around which concentric graphite layers (sp 2 -hybridized carbon atoms) are arranged. The order of the layers increases towards the outside where turbostratic layer arrangements are present. Soot particles do not have a layered crystalline ordered structure. Accordingly, the production of particles having useful reflection properties is difficult. Although soot particles have a lower intrinsic conductivity than graphite, the particles have predominantly IR-absorbing, but hardly reflective properties and this leads to the adverse heating of the plates in sunlight.
Partikel aus Petrolkoks, die keinem Grafitierungsprozess unterzogen wurden, sind ebenfalls turbostratisch und besitzen keine Schichten, die leicht gegeneinander verschiebbar sind, welche vorteilhaft für die leichte Spaltbarkeit zu plättchenförmigen Partikeln von grafitischen Strukturen sind.particle petroleum coke not subjected to a graphitizing process, are also turbostratic and have no layers that are slightly displaced against each other, which are advantageous for the easy cleavage to platy Particles of graphitic structures are.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, einen Polymerschaumkörper oder expandierbare Polymerisate, enthaltend kohlenstoffhaltige bzw. überwiegend aus Kohlenstoff-Atomen bestehende athermane Partikel, zu schaffen, in dem die Vorteile von grafitischen Strukturen bei Vermeidung von dessen wesentlichen Nachteilen vereint sind. Insbesondere sollen die Partikel einfach herzustellen sein, ein gutes Reflexionsvermögen im infraroten Strahlungsbereich aufweisen und gleichzeitig sollte keine Einschränkung durch eine zu gute intrinsische Wärmeleitfähigkeit auftreten.The object of the invention is thus to provide a polymer foam body or expandable polymers containing carbonaceous or predominantly carbon atoms consisting of athermane particles, in which the advantages of graphitic structures are combined while avoiding its essential disadvantages. In particular, the particles should be easy to manufacture, a good Reflexionvermö have in the infrared radiation range and at the same time should not be limited by a too good intrinsic thermal conductivity.
Diese Aufgabe konnte nun erfindungsgemäß dadurch gelöst werden, dass ganz besondere athermane Partikel eingesetzt werden. Diese athermanen Partikel zeichnen sich dadurch aus, dass der Kohlenstoff in den athermanen Partikeln sowohl zumindest teilweise grafitisch geordnet als auch turbostratisch vorliegt.These Task could now solved according to the invention be used that very special athermane particles. These athermanous particles are characterized by the fact that the carbon in the athermanous particles both at least partially graphitic ordered and turbostratic present.
Diese Festkörper können mit geringerem Energie- und Zeitaufwand zu Partikeln mit einem vorteilhaften Aspektverhältnis verarbeitet werden und bewirken eine deutliche Verringerung der Wärmeleitfähigkeit in Wärmedämmplatten.These Solids can with lower energy and Time expenditure to particles with a favorable aspect ratio be processed and cause a significant reduction in the Thermal conductivity in thermal insulation panels.
Festkörper, bestehend überwiegend aus Kohlenstoff-Atomen, werden anhand der Schichtabstände ihrer Graphenlagen charakterisiert.Solid, consisting mainly of carbon atoms, are based on characterized the layer spacings of their Graphenlagen.
Die ideale grafitische Anordnung nahe dem idealen Schichtabstand von 335,4 pm zeigen die natürlich vorkommenden und synthetischen Grafite. In den ideal grafitisch geordneten Bereichen sind die Schichten parallel zueinander in kristallografisch dreidimensionaler Fernordnung gestapelt, sind leicht gegeneinander verschiebbar und der Grund für die bessere Spaltbarkeit in Partikel mit hohem Aspektverhältnis, das heißt mit einer großen Länge gegenüber ihrer Höhe (”plättchenörmige” Ausgestaltung).The ideal graphitic arrangement near the ideal slice distance of 335.4 pm show the naturally occurring and synthetic Grafite. In the ideal graphically ordered areas are the layers parallel to each other in crystallographic three-dimensional long-range order Stacked, are easily against each other and the reason for better cleavability in high aspect ratio particles, that is with a great length opposite their height ("plate-shaped" design).
Natürlich vorkommende Kohlenstoffkörper werden mit steigendem Schichtabstand als Semi-Grafite, Meta-Anthrazite und Anthrazite bezeichnet und stellen Übergangszustände des natürlichen Grafitierungsprozesses dar. Sie besitzen sowohl Bereiche, in denen die Schichten parallel zueinander in kristallografisch dreidimensionaler Fernordnung mit mittleren Schichtabständen zwischen 340 pm und dem idealen grafitischen Schichtabstand gestapelt sind, als auch turbostratische Bereiche in variablem Verhältnis. Mit Hilfe lang dauernder Hochtemperaturbehandlung, bei Temperaturen bis 3000 K und unter Ausschluss von Sauerstoff, kann auch künstlich eine zunehmende kristalline Ordnung erreicht werden. Dieser Temperprozess wird als Grafitisierung bezeichnet.Naturally occurring carbon bodies become with increasing layer distance referred to as semi-graphites, meta-anthracites and anthracites and make transitional states of the natural Graphitization process. They possess both areas in which the layers parallel to each other in crystallographic three-dimensional Long distance order with average slice distances between 340 pm and the ideal graphite layer spacing when stacked also turbostratische areas in variable ratio. With the help of long-lasting high-temperature treatment, at temperatures up to 3000 K and in the absence of oxygen, can also be artificial an increasing crystalline order can be achieved. This tempering process is called graphitization.
Allgemein werden Schichtabstände größer 340 pm als turbostratisch bezeichnet. Hierzu zählen z. B. Braun- und Steinkohle.Generally Layer spacings greater than 340 pm referred to as turbostratic. These include z. B. Brown and hard coal.
Diese Einteilung kann auch für synthetisch hergestellte Festkörper, bestehend überwiegend aus Kohlenstoff-Atomen, übernommen werden.These Classification can also be used for synthetically produced solids, consisting predominantly of carbon atoms, taken over become.
Koks kann als nicht-grafitischer Festkörper, mit einem hohen Anteil des Elements Kohlenstoff, strukturell im Zustand eines Kohlenstoffs vor Beginn der Grafitisierung, der durch Pyrolyse von organischem Material hergestellt wurde, das teilweise einem flüssigen oder flüssig-kristallinen Zustand während des Verkokungsprozesses durchlaufen hat, mit einem Schichtabstand der Graphenlagen größer 340 pm, festgelegt werden. Durch Grafitisierung können aus Koks synthetischer Grafit, sowie die Übergangszustände zur vollständig grafitischen Ordnung hergestellt werden.coke can be considered non-graphitic solid, with a high Proportion of the element carbon, structurally in the state of a carbon before the beginning of graphitization, by pyrolysis of organic Material that was partly a liquid or liquid-crystalline state during the Coking process has undergone, with a layer spacing of the Graphene layers greater than 340 pm. By Graphitization can be made from coke synthetic graphite, as well the transitional states to complete graphitized order.
Die Schichtabstände können mittels Kleinwinkel-Röntgenstreuung SAXS bestimmt werden (Small-angle X-ray Scattering, Wellenlänge λ = 0,1542 nm, CuKα mit einer Drehanode (Nanostar, Bruker AXS), ausgestattet mit 2D-Detektoren (Vantec 2000 und Image Plate), um einen Größenbereich von 0,1 bis 100 nm zu überdecken (Röntgenkleinwinkelstreuung sowie auch Diffraktion)). Man erhält durch Anwendung der Bragg-Gleichung die Streuintensität in Abhängigkeit vom Streuvektor q des d002-Reflexes, wobei der Zusammenhang zum Streuwinkel 2Θ durch q = 4 π/λ sin(Θ) gegeben ist. Die Größe der Struktur im Realraum ist direkt aus d = 2 π/q zu erhalten (d = Abstand der Ebenen, λ = Wellenlänge der Strahlung, Θ = Eintrittswinkel).The slice distances can be determined by small-angle X-ray scattering SAXS (small-angle X-ray scattering, wavelength λ = 0.1542 nm, CuKα with a rotating anode (Nanostar, Bruker AXS), equipped with 2D detectors (Vantec 2000 and Image Plate) to cover a size range of 0.1 to 100 nm (small angle X-ray scattering as well as diffraction)). By applying the Bragg equation, the scattering intensity is obtained as a function of the scattering vector q of the d 002 reflection, the relation to the scattering angle 2Θ being given by q = 4π / λ sin (Θ). The size of the structure in real space can be obtained directly from d = 2 π / q (d = distance of the planes, λ = wavelength of the radiation, Θ = entrance angle).
Die Streuintensität vom Streuvektor q des d002-Reflexes zeigt bei Proben mit homogenen Schichtabständen einen Kurvenverlauf der näherungsweise einer Gaußschen Normalverteilung mit einem Peakmaximum entsprechend dem mittleren Schichtabstand im Realraum. Aus der Varianz der Normalverteilung kann auf die Verteilung der Schichtabstände rückgeschlossen werden. Proben, die aus Bereichen mit unterschiedlichen Schichtabständen zusammengesetzt sind, können durch Überlagerung von Gaußschen Funktionen mit Peakmaxima entsprechend den mittleren Schichtabständen der verschiedenen Bereiche angenähert werden. Mit zunehmender Inhomogenität der Proben und der Schichtabstände nimmt dabei die Genauigkeit der Näherung rasch ab.The scattering intensity of the scattering vector q of the d 002 reflection shows a curve of the approximately Gaussian normal distribution with a peak maximum corresponding to the mean layer spacing in real space for samples with homogeneous layer spacings. From the variance of the normal distribution can be deduced the distribution of the layer distances. Samples composed of regions having different layer spacings can be approximated by superimposing Gaussian functions with peak maxima corresponding to the average layer distances of the different regions. With increasing inhomogeneity of the samples and the layer spacings, the accuracy of the approximation decreases rapidly.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Diagrammen beispielsweise näher erläutert.in the The following is the invention with reference to diagrams, for example explained in more detail.
Es zeigen Diagramm 1 ein Beispiel für grafitische Struktur, Diagramm 2 ein Beispiel für turbostratische Struktur, Diagramm 3 ein Beispiel für natürlich vorkommende erfindungsgemäße Struktur mit turbostratischen und grafitischen Bereichen, Diagramm 4 ein Beispiel für synthetische erfindungsgemäße Struktur mit turbostratischen und grafitischen Bereichen, die Diagramme 5a und 5b Beispiele für natürlich vorkommende erfindungsgemäße Struktur mit turbostratischen und grafitischen Bereichen mit überlagernden Peakmaxima und Diagramm 6 die Anwendung einer Gaußschen Normalfunktion.It Diagram 1 shows an example of a graphitic structure Diagram 2 an example of turbostratic structure, diagram 3 is an example of naturally occurring invention Structure with turbostratic and graphitic areas, diagram 4 shows an example of synthetic invention Structure with turbostratic and graphitic areas, the diagrams 5a and 5b Examples of naturally occurring Inventive structure with turbostratic and graphitic areas with overlapping peak maxima and diagram 6 shows the application of a Gaussian normal function.
So zeigt die die Streuintensität vom Streuvektor bei hochreinem Naturgrafit einen sehr engen Peak bei 18,7 nm–1 (entsprechend 335,4 pm), siehe Diagramm 1.Thus, the scattering intensity of the scattering vector in high-purity natural graphite shows a very narrow peak at 18.7 nm -1 (corresponding to 335.4 pm), see diagram 1.
Bei nicht graftitisiertem Petrolkoks zeigt die die Streuintensität vom Streuvektor eine sehr breite Verteilung mit einem Maximum bei 18,1 nm–1 (entsprechend 347 pm), siehe Diagramm 2.In non-grafted petroleum coke, the scattering intensity of the scattering vector shows a very broad distribution with a maximum at 18.1 nm -1 (corresponding to 347 pm), see diagram 2.
Anthrazit ist ein natürlich vorkommendes Beispiel für eine erfindungsgemäße Struktur mit grafitisch geordneten und turbostratischen Bereichen, siehe Diagramm 3. Er besitzt einen sehr engen Peak bei 18,7 nm–1 (entsprechend 335,4 pm) und einen breiten Bereich mit turbostratischen Schichtanordnungen, teilweise überlagert durch Signale von mineralischen Verunreinigungen.Anthracite is a naturally occurring example of a structure according to the invention having graphitized and turbostratic regions, see Chart 3. It has a very narrow peak at 18.7 nm -1 (corresponding to 335.4 pm) and a broad range with turbostratic layer arrangements, in part superimposed by signals of mineral contaminants.
Kohlenstoffkörper mit grafitischen und turbostratischen Bereichen können auch synthetisch hergestellt werden: Durch Hochtemperaturbehandlung von Koksen, Petrolkoksen, Pechkoksen und Steinkohlen, bei Temperaturen über 1600 K und unter Ausschluss von Sauerstoff, kann auch künstlich eine zunehmende kristalline, grafitische Ordnung erreicht werden, siehe Diagramm 4.Carbon body with graphitic and turbostratic areas also be prepared synthetically: By high-temperature treatment of cokes, petroleum cokes, pitch cokes and coal, at temperatures above 1600 K and excluding oxygen, can also be artificial an increasing crystalline, graphite order can be achieved see diagram 4.
Meta-Anthrazit ist ein natürlich vorkommendes Beispiel für eine erfindungsgemäße Struktur mit ideal grafitischen Bereichen, grafitischen Bereichen mit noch nicht vollständig idealer Schichtanordnung und turbostratischer Bereiche mit breiter Verteilung, siehe die Diagramme 5a und 5b.Meta-anthracite is a natural example of one inventive structure with ideal graphitic Areas, graphitic areas with not yet complete ideal layer arrangement and turbostratischer areas with wider Distribution, see diagrams 5a and 5b.
Der Grafitisierungsgrad der Proben wurde durch Integration der ermittelten q-Kurven festgelegt: Der Anteil der grafitischen und turbostratischen Bereiche wurde als Anteil der integrierten Fläche unter der q-Kurve im Bereich von 15,0 bis 21,0 nm–1 definiert. Dabei wurden jeweils die Peaks, die durch die grafitischen Bereiche erzeugt wurden, durch eine Gaußsche Normalfunktion gefittet. Diese Gauß-Kurve wurde von der originären q-Kurve abgezogen um so die Fläche der turbostratischen Bereiche zu integrieren.The degree of graphitization of the samples was determined by integration of the determined q-curves: The proportion of the graphitic and turbostratic regions was defined as the proportion of the integrated area under the q-curve in the range of 15.0 to 21.0 nm -1 . In each case, the peaks generated by the graphitic regions were fit by a Gaussian normal function. This Gaussian curve was subtracted from the original q-curve so as to integrate the area of the turbostratic regions.
Das
Diagramm 6 zeigt ein Beispiel für diese Vorgehensweise.
Die Auswertung der Flächen unter den Kurven ergab:
Die Prozentsätze der grafitischen Bereiche in den angeführten Anwendungs- und Vergleichsbeispielen wurden in äquivalenter Weise ermittelt.The Percentages of graphite areas in the cited Application and comparative examples were in equivalent Determined way.
Die Streuintensität in den Diagrammen 1 bis 6 wurde die Röntgenstreuintensität in Abhängigkeit vom Streuvektor beim maximalen d002-Peak auf 100 normiert (a. u. = arbitrary unit values).The scatter intensity in the diagrams 1 to 6, the x-ray scattering intensity as a function of the scattering vector at the maximum d 002 peak was normalized to 100 (au = arbitrary unit values).
Nicht unter die Erfindung zu subsumieren sind demnach beispielsweise Partikel aus reinem Grafit mit einem Anteil an geordneten Schichtbereichen von 100 Gew.-%. Ebenfalls nicht unter die Erfindung zu subsumieren sind Partikel aus Ruß oder aus Petrolkoksen, ohne grafitische Bereiche. Bereits geringe Mengen, etwa ab 0,5%, ermittelt nach der oben beschriebenen Methode, an geordneten Schichtbereichen erleichtern die Herstellung von athermanen Partikeln mit einem hohen Aspektverhältnis jedoch beträchtlich.Not Accordingly, particles are to be subsumed under the invention of pure graphite with a proportion of ordered layer areas of 100% by weight. Also not to subsume under the invention are particles of soot or petroleum cokes, without graphitic Areas. Even small amounts, about 0.5%, determined by the described above, to facilitate ordered layer areas the production of athermanous particles with a high aspect ratio but considerably.
Es hat sich somit überraschend gezeigt, dass der Einsatz der erfindungsgemäßen Partikel in Formkörpern aus Polymerschäumen, deren Wärmedämmvermögen überraschend verbessert, im Vergleich mit Formkörpern aus Polymerschäumen gleicher Dichte, die Additive in gleicher Konzentration in Form von reinem Grafit oder Ruß enthalten. So kann durch die verringerte intrinsische Wärmeleitfähigkeit der erfindungsgemäßen Partikel, die beim Einsatz von Grafitpartikeln vorgegebene Grenze der Wärmeleitfähigkeit unterschritten werden.It Thus, it has surprisingly been found that the use of the particles according to the invention in moldings from polymer foams, their thermal insulation surprising improved, compared with moldings made of polymer foams same density, the additives in the same concentration in the form of pure graphite or carbon black. So can by the decreased intrinsic thermal conductivity of the Particles according to the invention, the use of Graphite particles given limit of thermal conductivity be fallen below.
Wie Grafit besitzen die plättchenförmigen Partikel sehr gute reflexive Eigenschaften, sodass keine große IR-Absorption und damit keine übermäßige Erwärmung der geschäumten Dammplatten, wie bei dem Einsatz von Ruß erfolgt.Like graphite, the platelet-shaped particles have very good reflective properties, so no big e IR absorption and thus no excessive heating of the foamed dam plates, as is the case with the use of soot.
Außerdem ist aufgrund der vorhandenen grafitischen Strukturen und der damit einhergehenden guten Spaltbarkeit und Vermahlbarkeit die Herstellung der plättchenförmigen Partikel energie- und zeitsparend möglich.Furthermore is due to the existing graphitic structures and the so good cleavability and millability associated with the production the platelet-shaped particles energy and time-saving possible.
Für den Einsatz von Festkörpern mit als Dämpfungsmittel für den Wärmeübergang im Infrarot-Bereich eignen sich besonders isotrope Festkörper bestehend überwiegend aus Kohlenstoff-Atomen mit grafitischen und turbostratischen Bereichen, wie z. B. Semi-Grafit, Meta-Anthrazit, Anthrazit und teilgrafitierte Kokse und Kohlen. Plättchenförmige Partikel mit einem hohen Aspektverhältnis sind besonders bevorzugt. Diese können bevorzugt in delaminierenden Mühlen hergestellt werden (z. B. Kugelmühlen oder Luftstrahlmühlen).For the use of solids as a damping agent suitable for heat transfer in the infrared range especially isotropic solid consisting predominantly carbon atoms with graphitic and turbostratic regions, such as Semi-graphite, meta-anthracite, anthracite and partially graphitized Cokes and coals. Platelet-shaped particles with a high aspect ratio are particularly preferred. These may be preferred in delaminating mills (eg ball mills or air jet mills).
Die athermanen Partikel liegen vorzugsweise in Form von Feststoffen vor, die zu mehr als 70 Gew.-% aus Kohlenstoffatomen bestehenden.The Athermanous particles are preferably in the form of solids before, consisting of more than 70 wt .-% of carbon atoms.
Dabei besitzt jeder einzelne dieser athermanen Partikel die erfindungsgemäße Struktur mit grafitischen und turbostratischen Bereichen. Es liegt somit nicht eine trockene Mischung aus einem ersten Feststoff bzw. aus ersten athermanen Partikeln mit ausschließlich grafitischen Bereichen mit einem zweiten unterschiedlichen Feststoff bzw. zweiten unterschiedlichen athermanen Partikeln mit ausschließlich turbostratischen Bereichen vor.there each of these athermanous particles has the invention Structure with graphitic and turbostratic areas. It lies thus not a dry mixture of a first solid or from first atherman particles with exclusively graphitic particles Areas with a second different solid or second different athermanous particles with exclusively turbostatic areas.
Die bevorzugte Korngröße d50 liegt im Bereich zwischen 1 und 50 μm, vorzugsweise zwischen 1 und 30 μm, insbesondere 1 bis 10 μm.The preferred particle size d 50 is in the range between 1 and 50 μm, preferably between 1 and 30 μm, in particular 1 to 10 μm.
Die bevorzugten Einsatzmengen liegen zwischen 0,1 und 20 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0,5 und 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Polymergewicht.The preferred amounts are between 0.1 and 20 wt .-%, preferably between 0.5 and 10 wt .-%, each based on the polymer weight.
Die athermanen Partikel sind vorteilhafterweise im Polymerisat homogen und gleichförmig verteilt.The Athermanous particles are advantageously homogeneous in the polymer and uniformly distributed.
Zu den erfindungsgemäßen expandierbaren Polymerisaten zählen alle thermoplastischen, expandierbaren Thermoplaste, wie z. B. Polystyrol, Celluloseacetobutyrat, Polyethylen, Polypropylen, Polyethylenterphthalat, Polymilchsäure, sowie Mischungen verschiedener Thermoplaste.To the expandable polymers according to the invention include all thermoplastic, expandable thermoplastics, such as Polystyrene, cellulose acetobutyrate, polyethylene, polypropylene, Polyethylene terephthalate, polylactic acid, and mixtures various thermoplastics.
Die erfindungsgemäßen expandierbaren Polymerisate sind vorzugsweise expandierbare Styrolpolymerisate (EPS) bzw. expandierbare Styrolpolymer-Granulate (EPS), welche insbesondere aus Homo- und Copolymeren von Styrol, vorzugsweise glasklares Polystyrol (GPPS), Schlagzähpolystyrol (HIPS), anionisch polymerisiertes Polystyrol oder Schlagzähpolystyrol (A-IPS), Styrol-alpha-Methylstyrolcopolymere, Acrylnitril-Butadien-Styrolpolymerisate (ABS), Styrol-Acrylnitril (SAN) Acrylnitril-Styrol-Acrylester (ASA), Methyacrylat-Butadien-Styrol (MBS), Methylmethacrylat-Acrylnitril-Butadien-Styrol(MABS)-polymerisate oder Mischungen davon oder mit Polyphenylenether (PPE) bestehen. Gerade für Polystyrol ist der Bedarf an qualitativen hochwertigen Produkten besonders hoch.The expandable polymers according to the invention are preferably expandable styrene polymers (EPS) or expandable Styrene polymer granules (EPS), which in particular of homo- and Copolymers of styrene, preferably glass clear polystyrene (GPPS), Impact Polystyrene (HIPS), anionically polymerized polystyrene or impact polystyrene (A-IPS), styrene-alpha-methylstyrene copolymers, Acrylonitrile-butadiene-styrene polymers (ABS), styrene-acrylonitrile (SAN) acrylonitrile-styrene-acrylic ester (ASA), methyl acrylate-butadiene-styrene (MBS), methyl methacrylate-acrylonitrile-butadiene-styrene (MABS) polymers or mixtures thereof or with polyphenylene ether (PPE). Especially for polystyrene is the need for high quality Products particularly high.
Die genannten Styrolpolymere können zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften oder der Temperaturbeständigkeit gegebenenfalls unter Verwendung von Verträglichkeitsvermittlern mit thermoplastischen Polymeren, wie Polyamiden (PA), Polyolefinen, wie Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE), Polyacrylaten, wie Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyestern, wie Polyethylenterephthalat (PET) oder Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethersulfonen (PES), Polyetherketonen oder Polyethersulfiden (PES) oder Mischungen davon in der Regel in Anteilen von insgesamt bis maximal 30 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 1 bis 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Polymerschmelze, abgemischt werden.The Styrene polymers mentioned can be used to improve the mechanical Properties or temperature resistance, if necessary using compatibilizers with thermoplastic Polymers such as polyamides (PA), polyolefins such as polypropylene (PP) or polyethylene (PE), polyacrylates, such as polymethylmethacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polyesters, such as polyethylene terephthalate (PET) or polybutylene terephthalate (PBT), polyether sulfones (PES), polyether ketones or polyether sulfides (PES) or mixtures thereof, as a rule in proportions of a total of up to a maximum of 30% by weight, preferably in the range from 1 to 10 wt .-%, each based on the polymer melt, blended become.
Des weiteren sind Mischungen in den genannten Mengenbereichen auch mit z. B. hydrophob modifizierten oder funktionalisierten Polymeren oder Oligomeren, Kautschuken, wie Polyacrylaten oder Polydienen, z. B. Styrol-Butadien-Blockcopolymeren oder biologisch abbaubaren aliphatischen oder aliphatisch/aromatischen Copolyestem möglich.Of further mixtures are also in the mentioned volume ranges z. B. hydrophobically modified or functionalized polymers or oligomers, rubbers such as polyacrylates or polydienes, e.g. As styrene-butadiene block copolymers or biodegradable aliphatic or aliphatic / aromatic copolyesters possible.
Als Verträglichkeitsvermittler eignen sich z. B. Maleinsäureanhydrid-modifizierte Styrolcopolymere, Epoxidgruppenhaltige Polymere oder Organosilane.When Compatibilizers are suitable for. B. maleic anhydride-modified Styrene copolymers, polymers containing epoxy groups or organosilanes.
Als Treibmittel kommen unter Normalbedingungen gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe in Frage, die einen Siedepunkt unterhalb des Erweichungspunktes des Polymerisates haben. Typische Vertreter dieser Verbindungen sind Propan, Butan, Pentan, Hexan und die Isomere dieser Verbindungen. Auch Wasser, Stickstoff, halogenierte Treibmittel oder CO2 sind als Treibmittel verwendbar. Weiters können chemische Treibmittel und Treibmittel, die – thermisch oder strahlungsinduziert – flüchtige Bestandteile abspalten, verwendet werden.As propellant come under normal conditions gaseous or liquid hydrocarbons in Question, which have a boiling point below the softening point of the polymer. Typical representatives of these compounds are propane, butane, pentane, hexane and the isomers of these compounds. Also, water, nitrogen, halogenated blowing agents or CO 2 are useful as blowing agents. Furthermore, chemical blowing agents and blowing agents which - thermally or radiation-induced - release volatile components can be used.
Als Flammschutzmittel kommen insbesondere halogenierte organische Verbindungen mit einem Bromgehalt größer 50 Gew.-% zum Einsatz. Bekannte Beispiele dafür sind Hexabromcyclododecan, bromierte Styrol-Copolymere (beispielsweise Styrol-Butadien-Copolymere) oder Pentabrommonochlorcyclohexan. Weiters können sämtliche anderen halogenierten, aber auch halogenfreie Flammschutzmittel eingesetzt werden. Mögliche Vertreter dieser Substanzen sind beispielsweise roter Phosphor, organische Phosphorverbindungen, z. B. DOPO (9,10-Dihydro-9-Oxa-10-Phospha-phenanthren-10-oxid); DOPS-SH (9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthren-10-thion bzw. -10-sulfid), organische und anorganische N-Verbindungen (z. B. Ammoniumpolyphosphat) anorganische Verbindungen, z. B. Magnesiumhydroxid; Aluminiumhydroxid; Wasserglas oder Blähgraphit.When Flame retardants are especially halogenated organic compounds with a bromine content greater than 50 wt .-% for use. Known examples of these are hexabromocyclododecane, brominated styrene copolymers (For example, styrene-butadiene copolymers) or Pentabrommonochlorcyclohexan. Furthermore, all other halogenated, but also halogen-free flame retardants can be used. Possible Representatives of these substances are, for example, red phosphorus, organic phosphorus compounds, e.g. B. DOPO (9,10-dihydro-9-oxa-10-phospha-phenanthrene-10-oxide); DOPS-SH (9,10-Dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-thione or 10-sulfide), organic and inorganic N compounds (eg ammonium polyphosphate) inorganic compounds, e.g. For example, magnesium hydroxide; aluminum hydroxide; water glass or expanded graphite.
Weiters können in den Polymerschmelzen alle üblichen Hilfsstoffe, wie UV-Stabilisatoren, Weichmacher, Pigmente, Farbstoffe, organische und anorganische Füllstoffe, Wachse, Hydrophobierungsmittel, Antistatika, Antioxidantien und/oder Säurefänger in beliebigen Mengen eingesetzt werden.Furthermore, can in the polymer melts all the usual auxiliaries, such as UV stabilizers, plasticizers, pigments, dyes, organic and inorganic fillers, waxes, water repellents, Antistatic agents, antioxidants and / or acid scavengers used in any quantities.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die expandierbaren Polymerisatpartikel, in denen athermane Partikel, wie sie oben im Einzelnen und in ihrem Einsatz beschrieben sind, enthalten sind, zu Dammkörpern versintert werden.According to the invention be provided that the expandable polymer particles, in those athermanous particles, as they are in detail above and in theirs Use described are included, to dam bodies be sintered.
Von Vorteil ist es, wenn in die Polymerisatschmelze als Treibmittel ein gasförmiger oder flüssiger Kohlenwasserstoff eingebracht wird, und/oder ein Polymerisat oder eine Polymerisatschmelze eingesetzt wird, in welches bzw. welche ein derartiges Treibmittel schon eingebracht ist.From It is advantageous if in the polymer melt as blowing agent a gaseous or liquid hydrocarbon is introduced, and / or a polymer or a polymer melt is used, in which or which such a propellant already introduced.
Zweckmäßig kann vorgesehen werden, dass die Polymerisatschmelze aus einem oder mehreren expandierbaren Polymeren besteht und zumindest ein thermoplastisches Polymer in einer Konzentration von mehr als 50 Gew.-% enthält oder dass alternativ in der Polymerisatschmelze als Flammschutzmittel eine organische Halogenverbindung, vorzugsweise mit einem Halogengehalt von mindestens 50 Gew.-%, eingesetzt wird.expedient can be provided that the polymer melt from one or consists of several expandable polymers and at least one thermoplastic Contains polymer in a concentration of more than 50 wt .-% or alternatively in the polymer melt as a flame retardant an organic halogen compound, preferably with a halogen content of at least 50% by weight.
Des weiteren ist es günstig, wenn in der Polymerisatschmelze als Flammschutzmittel ein halogenfreies Flammschutzmittel eingesetzt wird.Of Further, it is advantageous if in the polymer melt used as a flame retardant halogen-free flame retardant becomes.
Schließlich hat sich ein Verfahren als günstig erwiesen, bei welchem in der Polymerisatschmelze zumindest ein thermischer Radikalbildner als Flammschutzsynergist eingesetzt wird.After all A method has proven to be favorable in which at least one thermal radical generator in the polymer melt is used as Flammschutzsynergist.
Die
Erfindung wird nun, ohne den allgemeinen Erfindungsgedanke einzuschränken,
anhand folgender vorteilhafter Beispiele erläutert:
In
einer ersten Versuchsreihe (Beispiele 1.1 bis 1.6) wurde der Zeitbedarf
für die Zerkleinerung ausgewählter Rohstoffe ermittelt.
In
einer zweiten Versuchsreihe (Beispiele 2.1 bis 2.6) wurde die Wirksamkeit
der athermanen Partikel auf die Verringerung der Wärmeleitfähigkeit
untersucht.The invention will now be explained, without limiting the general idea of the invention, by means of the following advantageous examples:
In a first series of experiments (Examples 1.1 to 1.6), the time required for the comminution of selected raw materials was determined.
In a second series of experiments (Examples 2.1 to 2.6), the effectiveness of the athermanous particles on the reduction of thermal conductivity was investigated.
Versuchsreihe 1:Test series 1:
Im
Folgenden sind, siehe Tabelle 1, der Zeitbedarf für die
Verarbeitung einiger Rohstoffe (vorzerkleinert und klassiert auf
2,5 bis 5 mm) zu plättchenförmigen Partikeln in
einer Luftstrahlmühle zu einem mittleren Partikeldurchmesser
d50 kleiner 7 μm und einem Aspektverhältnis
größer 25 und die ermittelten Prozentwerte der
grafitischen Bereiche aufgelistet. Der Zeitbedarf für die
Verarbeitung von Naturgrafit (Vergleichsbeispiel 1.1) wurde hier
als Referenz mit 100% festgesetzt. Tabelle 1:
Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass sich der Anteil grafitischer Bereiche positiv auf den Zeitbedarf und somit direkt auf den Energiebedarf für die Verarbeitung zu plättchenförmigen Partikeln auswirkt.Out Table 1 shows that the proportion of graphite areas positive on the time required and thus directly on the energy needs for processing to platelet-shaped Particles affects.
Versuchsreihe 2:Test series 2:
Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel): (4 Gew.-% Naturgrafit, Anteil geordneter Schichten > 99%)Example 1 (comparative example): (4% by weight Natural graphite, fraction of ordered layers> 99%)
Einem Styrolpolymer (SUNPOR EPS-STD: 6 Gew.-% Pentan, Kettenlänge Mw = 200.000 g/mol, Uneinheitlichkeit Mw/Mn = 2,5) wurde im Einzugsbereich eines Doppelschneckenextruders 4 Gew.-% Naturgrafit, vermahlen zu einem mittleren Teilchendurchmesser d50 von 7 μm und einem Aspektverhältnis zwischen 30 und 40, sowie 1,8 Gew.-% HBCD, beides bezogen auf das erhaltene EPS-Granulat, beigemischt und im Extruder bei 190°C aufgeschmolzen. Die so erhaltene Polymerschmelze wurde mit einem Durchsatz von 20 kg/h durch eine Düsenplatte gefördert und mit einem druckbeaufschlagten Unterwassergranulierer zu kompaktem EPS-Granulat granuliert.A styrene polymer (SUNPOR EPS-STD: 6 wt .-% pentane, chain length Mw = 200,000 g / mol, nonuniformity Mw / Mn = 2.5) was 4 wt .-% natural graphite, milled to an average particle diameter d in the feed area of a twin-screw extruder 50 of 7 microns and an aspect ratio between 30 and 40, and 1.8 wt .-% HBCD, both based on the resulting EPS granules, mixed and melted in the extruder at 190 ° C. The polymer melt thus obtained was conveyed through a die plate at a rate of 20 kg / h and granulated with a pressurized underwater granulator to form compact EPS granules.
Das entstanden Granulat wurde mit für diesen Zweck üblichen Coatingmaterialien (Glycerin- oder Zinkstearate) beschichtet, um ein Verkleben während des Aufschäumvorganges zu verhindern und anschließend in einem diskontinuierlichen Vorschäumer auf eine Dichte von 16 kg/m3 vorgeschäumt. Die Zellstruktur der so erhaltenen Schaumstoffperlen war homogen. Nach einer Zwischenlagerung von 24 Stunden wurden Blöcke mit den Maßen 600 × 600 × 190 mm hergestellt und mittels Heißdraht zu Platten mit einer Dicke von 50 mm geschnitten. Die beiden mittleren Platten wurden nach einer Lagerung bis zur Gewichtskonstanz für die Messung der Wärmeleitfähigkeit herangezogen.The resulting granules were coated with customary for this purpose coating materials (glycerol or zinc stearates) to prevent sticking during the foaming process and then prefoamed in a batch prefoamer to a density of 16 kg / m 3 . The cell structure of the foam beads thus obtained was homogeneous. After an intermediate storage of 24 hours, blocks of dimensions 600 × 600 × 190 mm were prepared and cut by means of hot wire into plates with a thickness of 50 mm. The two middle plates were used after storage to constant weight for the measurement of thermal conductivity.
Die
so hergestellten Platten hatten eine Dichte von 16 kg/m3 und
eine Wärmeleitfähigkeit von 30,5 [mW/(m·K)].
Die Klasse B1 nach
Beispiel 2: (4 Gew.-% Hochtemperaturbehandelter Petrolkoks, Anteil geordneter Schichten 4,4%)Example 2: (4% by weight high temperature treated Petroleum coke, fraction of ordered layers 4.4%)
Die Herstellung des Granulats und die Verarbeitung zu Platten erfolgte analog Beispiel 1 mit dem Unterschied, dass 4 Gew.-% hochtemperaturbehandelter Petrolkoks, der bei 1900 K teilweise grafitiert wurde, vermahlen zu einem mittleren Teilchendurchmesser d50 von 7 μm und einem Aspektverhältnis zwischen 30 und 40 und einem Anteil von 4,4% geordneter Schichten eingesetzt wurden.The preparation of the granules and the processing into plates was carried out analogously to Example 1 with the difference that 4 wt .-% high temperature treated petroleum coke, which was partially graphitized at 1900 K, ground to a mean particle diameter d 50 of 7 microns and an aspect ratio between 30 and 40 and a share of 4.4% ordered layers were used.
Die
so hergestellten Platten hatten eine Dichte von 16 kg/m3 und
eine Wärmeleitfähigkeit von 30,2 [mW/(m·K)].
Die Klasse B1 nach
Beispiel 3: (4 Gew.-% Meta-Antrazit, Anteil geordneter Schichten 70%)Example 3: (4% by weight of meta-anthracite, proportion ordered layers 70%)
Die Herstellung des Granulats und die Verarbeitung zu Platten erfolgte analog Beispiel 1 mit dem Unterschied, dass 4 Gew.-% Meta-Antrazit, vermahlen zu einem mittleren Teilchendurchmesser d50 von 7 μm und einem Anteil von 70% geordneter Schichten eingesetzt wurden.The preparation of the granules and the processing into plates was carried out analogously to Example 1 with the difference that 4 wt .-% meta-anthracite, ground to an average particle diameter d 50 of 7 microns and a proportion of 70% ordered layers were used.
Die
so hergestellten Platten hatten eine Dichte von 16 kg/m3 und
eine Wärmeleitfähigkeit von 30,3 [mW/(m·K)].
Die Klasse B1 nach
Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel): (8 Gew.-% Naturgrafit, Anteil geordneter Schichten > 99%)Example 4 (comparative example): (8% by weight Natural graphite, fraction of ordered layers> 99%)
Die Herstellung des Granulats und die Verarbeitung zu Platten erfolgte analog Beispiel 1 mit dem Unterschied, dass 8 Gew.-% Naturgrafit eingesetzt wurden.The Production of the granules and processing into plates took place analogous to Example 1 with the difference that 8 wt .-% natural graphite were used.
Die
so hergestellten Platten hatten eine Dichte von 16 kg/m3 und
eine Wärmeleitfähigkeit von 29,6 [mW/(m·K)].
Die Klasse B1 nach
Beispiel 5: (8 Gew.-% Hochtemperaturbehandelter Petrolkoks, Anteil geordneter Schichten 4,4%)Example 5: (8 wt% high temperature treated Petroleum coke, fraction of ordered layers 4.4%)
Die Herstellung des Granulats und die Verarbeitung zu Platten erfolgte analog Beispiel 2 mit dem Unterschied, dass 8 Gew.-% Hochtemperaturbehandelter Petrolkoks eingesetzt wurden.The Production of the granules and processing into plates took place similar to Example 2 with the difference that 8 wt .-% high temperature treated Petroleum coke were used.
Die
so hergestellten Platten hatten eine Dichte von 15,3 kg/m3 und eine Wärmeleitfähigkeit
von 29,2 [mW/(m·K)]. Die Klasse B1 nach
Beispiel 6: (8 Gew.-% Meta-Anthrazit, Anteil geordneter Schichten 70%)Example 6: (8 wt.% Meta-anthracite, Proportion of ordered layers 70%)
Die Herstellung des Granulats und die Verarbeitung zu Platten erfolgte analog Beispiel 1 mit dem Unterschied, dass 8 Gew.-% Meta-Anthrazit eingesetzt wurden.The Production of the granules and processing into plates took place analogous to Example 1 with the difference that 8 wt .-% meta-anthracite were used.
Die
so hergestellten Platten hatten eine Dichte von 16 kg/m3 und
eine Wärmeleitfähigkeit von 29,4 [mW/(m·K)].
Die Klasse B1 nach
Damit
ergibt sich zusammenfassend das aus Tabelle 2 und 3 ersichtliche
Ergebnis: Tabelle 2:
- *) ... Anteil grafitischer Bereiche
- *) ... proportion of graphite areas
Aus Tabelle 2 ist gut ersichtlich, dass das Wärmedämmvermögen von Dämmplatten mit Naturgrafit schlechter ist, als von Dammplatten, die Meta-Anthrazit oder hochtemperaturbehandelten Petrolkoks in gleichen Konzentrationen enthalten.Out Table 2 clearly shows that the thermal insulation capacity of insulating boards with natural graphite is worse than of Dam plates, the meta-anthracite or high-temperature petroleum coke contained in equal concentrations.
Auch aus Tabelle 3 geht hervor, dass die Vergleichsdämmplatte 4 hinsichtlich ihrer Wärmedämmung schlechter abschneidet, als die beiden erfindungsgemäßen Platten.Also Table 3 shows that the comparative insulating panel 4 performs worse in terms of thermal insulation, as the two plates according to the invention.
Es ist somit die Verwendung der erfindungsgemäßen Partikel vorteilhafter als solche mit einer Zugabe von reinem Grafit.It is thus the use of the particles according to the invention more advantageous than those with an addition of pure graphite.
Die erfindungsgemäßen Körper sind somit sowohl hinsichtlich ihrer Wärmedämmung vorteilhafter als Vergleichsplatten gleicher Dichte als gleichzeitig auch sehr einfach und mit geringem Zeitaufwand herzustellen.The bodies according to the invention are thus both in terms of their thermal insulation advantageous as comparison plates of the same density as at the same time very much easy to produce and with little time.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polymerschaumkörper nach mindestens einem der nachfolgend dargestellten Schutzansprüche 1–17 lässt sich mit großem Vorteil gemäß den nachfolgend beschriebenen Verfahren vorgehen:
- 1. Verfahren zur Herstellung eines Polymerschaumkörpers nach einem der Ansprüche 1–16, wobei die expandierbaren Polymerisatpartikel, in denen athermane Partikel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 enthalten sind, zu Dammkörpern versintert werden.
- 2. Es ist bevorzugt, wenn bei diesem Verfahren in die Polymerisatschmelze als Treibmittel ein gasförmiger oder flüssiger Kohlenwasserstoff eingebracht und/oder ein Polymerisat oder eine Polymerisatschmelze eingesetzt wird, in welches bzw. welche ein derartiges Treibmittel schon eingebracht ist.
- 3. Die Verfahrenslehre nach vorstehenden Punkten 1 oder 2 lässt sich vorteilhaft dadurch weiterbilden, dass die Polymerisatschmelze aus einem oder mehreren expandierbaren Polymeren besteht und zumindest ein thermoplastisches Polymer in einer Konzentration von mehr als 50 Gew.-% enthält.
- 4. Die oben dargestellten Verfahrenslehren können zweckmäßigerweise dadurch mit Vorteil weitergebildet werden, dass in der Polymerisatschmelze als Flammschutzmittel eine organische Halogenverbindung, vorzugsweise mit einem Halogengehalt von mindestens 50 Gew.-%, eingesetzt wird.
- 5. Es hat sich gezeigt, dass es von Vorteil für die oben beschriebenen Verfahrenslehren ist, wenn in der Polymerisatschmelze als Flammschutzmittel ein halogenfreies Flammschutzmittel eingesetzt wird.
- 6. Weitergehende Vorteile ergeben sich bei zweckmäßigen Ausgestaltungen der oben beschriebenen Verfahrenslehren, wenn in der Polymerisatschmelze zumindest ein thermischer Radikalbildner als Flammschutzsynergist eingesetzt wird.
- 1. A process for producing a polymer foam body according to any one of claims 1-16, wherein the expandable polymer particles, in which athermane particles are contained according to one of claims 1 to 16, are sintered into dam bodies.
- 2. It is preferred if, in this process, a gaseous or liquid hydrocarbon is introduced into the polymer melt as blowing agent and / or a polymer or a polymer melt is used into which or which such blowing agent has already been introduced.
- 3. The methodology according to points 1 or 2 above can advantageously be further developed in that the polymer melt consists of one or more expandable polymers and contains at least one thermoplastic polymer in a concentration of more than 50 wt .-%.
- 4. The process teachings described above can advantageously be further developed by using an organic halogen compound, preferably having a halogen content of at least 50% by weight, as the flame retardant in the polymer melt.
- 5. It has been found that it is advantageous for the process teachings described above, if a halogen-free flame retardant is used as a flame retardant in the polymer melt.
- 6. Further advantages result in expedient embodiments of the method teachings described above, if at least one thermal radical generator is used as flame retardant synergist in the polymer melt.
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