DE2133253B2

DE2133253B2 - Schäumfähige Teilchen aus Styrolpolymerisaten

Info

Publication number: DE2133253B2
Application number: DE2133253A
Authority: DE
Inventors: Elmar Dipl.-Chem.Dr. 6070 Langen Heiskel; Hartmut Dipl.-Chem. Dr. 6239 Fischbach Last
Original assignee: Farbwerke Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1971-07-05
Filing date: 1971-07-05
Publication date: 1974-05-02
Also published as: IT962381B; AU460475B2; DD97429A5; FR2144800A1; DK129852B; US3789028A; ES404365A1; DE2133253A1; GB1392467A; AT315508B; PL85219B1; AU4414472A; NL7208559A; RO62307A; BE785883A

Description

Treibmittelhaltige Polystyrolteilchen müssen vor ihrer Verarbeitung, die üblicherweise in Vorschäumen, Zwischenlagern und Ausschäumen (endgültigem Verschäumen) in Formwerkzeugen besteht, mit Verarbeitungshilfsmitteln behandelt werden, um Verklumpen und elektrostatische Aufladung beim Vorschäumen zu verhindern und eine ausreichende Rieselfähigkeit zu gewährleisten. Außerdem ist es üblich, die vorgeschäumten Teilchen noch mit weiteren Zusätzen, z. R. Paraffinölen oder Wachsen zu behandeln, um die KühLeit in den Formen zu verkürzen und die Rohdichte im gesarrten Schaumkörper zu . 'reinheitlichen.

Aus der britischen Patentschrift 1 093 899 ist es bekannt, daß man durch Vermischen von treibmittelhaltigen Polystyrolteilchen mit geringen Mengen eines lipophilen oberflächenaktiven MiUeIs ein beim Vorschäumen nicht verklumpendes Material erhält, dessen Kühlzeit bei der endgültigen Verschäumung in Formen auf etwa 50 bis 80% reduziert werden kann. Nach dieser Patentschrift werden vorzugsweise Sorbitester verwendet, vor allem Sorbit-monoester der Laurin-, Stearin-, Palmitin- oder ölsäure.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 298 274 ist es bekannt, das Verklumpen der Polystyrolperlen beim Vorschäumen durch Beschichten der treibmittelhaltigen Perlen mit feinpulvrigen thermoplastischen Kunststoffen zu verhindern. Ein solches Beschichten mit feinpulvrigen Kunststoffen verringert jedoch nicht die elektrostatische Aufladung der Ferien, Entsprechend ausgerüstete Perlen, die nicht noch zusätzlich antistatisch ausgerüstet sind, laden sich beim Vorschäumen so stark auf, daß sie nicht ohne Schwierigkeiten gefördert und in Formen gefüllt werden können. Außerdem kann durch die elektrostatische Aufladung eine Funkenbildung auftreten, die zur Entzündung des leicht brennbaren Treibmittels führt.

Aiis der schweizerischen Patentschrift 469 756 ist es bekannt, bei der Herstellung von Schaumblöcken _{zur Verringerung} der Kühlzeit die vorgeschäumten Polystyrolperlen mit einer organischen Verbindung, die mit dem Polystyrol homogen mischbar ist und einen Siedepunkt über 95° C hat, zu beschichten. Durch dieses Verfahren wird zwar eine kurze Kuhlzeit erreicht, es treten aber die gleichen Nachteile wie nach der deutschen Auslegeschrift 1 298 274 auf, die Perlen laden sich beim Vorschäumen so stark antistatisch auf, daß sie nur sehr schwierig und nicht ohne Entzündungsgefahr verarbeitet werden können.

Es wurden nun schäumfähige Teilchen aus Styrol-

polymerisaten und einem flüchtigen Triebmittel sowie

einem lipophilen oberflächenaktiven Beschichtungs-

mittel gefunden, die dadurch gekennzeichnet sind,

daß sie als Beschichtungsmittel 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das treibmittelhaltige Styrol-

polymerisat, Mischungen von Mono-, Di- und Tri-

estern des Glycerins mit gesättigten Fettsäuren mit

12 bis 22 C-Atomen oder deren Gemischen enthalten.

Es handelt sich bei den erfindungsgemäß als

Beschichtungsmittel einzusetzenden Estergemischen

um sogenannte Glycerin-Fettsäure-Partialester-Ge-

mische. Vorzugsweise enthalten die Estergemische

30 bis 60 Gewichtsprozent Monoester, 30 bis 60 Gewichtsprozent Diester und 5 bis 20 Gewichtsprozent

Triester. Insbesondere werden Glycerinester-Gemische derjenigen Fettsäuregemische eingesetzt, wie man sie

durch Hydrieren und Verseifen natürlicher Fette er-

hält; diese Fettsäuregemische bestehen überwiegend aus Stearin- und Palmitinsäure. Die verwendeten Glycerin-Fettsäure-Partialester-Gemische werden vor-

zugsweise direkt durch Glycerinolyse von hydrierten

natürlichen Fetten hergestellt. Man erhält aber auch sehr gute Ergebnisse mit Gemischen aus Mono-. Di- und Triestern des Glycerins mit reinen Säuren, 7. B.

der Stearin- oder Palmitinsäure.

Die erfindungsgemäßen schäumfähigen StyrolpoK-merisat-Teilchen enthalten die vorstehend beschriebenen Estergemische in Mengen von 0,05 bis 0,5 Gcwichtspro^ent, vorzugsweise 0,1 bis 0,3 Gewichisprozent, bezogen auf das treibmittelhaltige Styrolpolymerisat.

Als Styrolpolymerisate für die erfindungsgemäßen schäumfähigen Teilchen eignen sich vor .il'em PoIystyrol und Mischpolymerisate des Styrols mit bis zu 3u Gewichtsprozent, vorzugsweise bis zu 20 Gewicht sprozent, an Comonomeren, 7. B. Methylstyrol und/ oder Acrylnitril.

An flüchtigen Treibmitteln enthalten die schäumfähigen Teilchen im allgemeinen 5 bis 12 Gewichtsprozent. Die Treibmittel sind beispielsweise niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe, wie n-Pentan, i-Pentan oder Butan, bzw. Chlorkohlenwasserstoffe, wie Dichlormethan und Fluorchlorkohlenwasserstoffe wie Difluordichlormethan. Auch Gemische dieser Treibmittel können eingesetzt werden. Die Kohlenwasserstoffe werden vorzugsweise in Mengen von 5 bis 8 Gewichtsprozent, die halogenierten Kohlenwasserstoffe vorzugsweise in Mengen von 6 bis 12 Gewichtsprozent zugesetzt.

Das Aufbringen der erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel erfolgt beispielsweise durch Behandeln der treibmittelhaltigen Styrolpolymerisat-Teilchen mit Lösungen der- Berchichtungsmiüels in einem Lösungsmittel oder durch Aufirommein des pulverförmigen Beschichtungsmittsls auf die treibmirdbaltigen Styrolpolymerisat-Teilchen.

Die erfindungsgemäßen schäumfähigen Teilchen aus Styrolpolymerisaten ermöglichen gegenüber dem Stand der Technik eine wesentliche Verkürzung der Kühlzeiten beim Verschäumen, eine bessere Verschweißung der geschäumten Teilchen und eint sehr gleichmäßige Rohdichteverteilung im fertigen Schaumblock.

Außerdem hat die erfindungsgemäße Ausrüstung den Vorteil, daß die Polystyrolperlen von Anfang an antistatisch ausgerüstet sind. Es treten keine Schwierigkeiten durch elektrostatische Aufladung beim Fördern und Verarbeiten der ungeschäumten oder geschäumten Perlen auf. Auch wird die Gefahr einer Entzündung des leicht brennbaren treibmittelhaltigen Polystyrols durch Funkenbildung vermieden.

Es war nicht vorauszusehen, daß die Glycerin-Partialester alle diese Verbesserungen gleichzeitig bewirken würden, so daß ein einziger Zusatz ausreicht, um ein Produkt zu erhalten, das allen Anforderungen ausgezeichnet genügt.

Beispiel 1

30 kg perlförmiges Polystyrol (Perlgröße zwischen 0,4 und 2,5 mm, 85 % zwischen 0,8 und 2 mm; reduzierte spezifische Viskosität (RSV-Wert) bei 25⁰C, gemessen im Ubbelohde-Viskosimeter an einer l,25%igen Lösung in Benzol: 0,9 dl/g; Pentangehalt: 7,2 Gewichtsprozent.) wurden in einem handelsüblichen Mischer (»Roland-Kneter«) mit 60 g (0,2 %> eines ipulverförmigen Glycerin-Fettsäure-Partialester-Gemi-•ches, hergestellt durch Glycerinolyse von hydriertem Rindertalg, der Zusammensetzung 45 Gewichtsprozent Monoester, 45 Gewichtsprozent Diester und 10 Gewichtsprozent Triester, während 15 Minuten gemischt. Diese Mischung wurde in einem Druck-Vorschäumer bei einem Dampfdruck von 0,05 atü r.uf eine Schüttdichte zwischen 13 und 14 g/l vorgeschäurnt. Es trat keine Verklumpung ein. Das vorgeschäumte, sehr gut rieselfähige Material wurde pneumatisch in ein Zwischenlagersilo gefördert und nach 24stündiger Zwischenlagerung in eine Blockform mit den Innenmaßen 2,50 m χ 1,25 m χ 0,50 m eingefüllt.

Nach allseitigem Bedampfen der Form bis zu einem Dampfdruck im Blockinnern von 0,5 atü entstand ein gut verschweißter Scbaumblook, der nach 11 Minuten Kühlzeit ohne anschließende Deformation entformt werden konnte. Die Kühlzeit wurde durch Messung der Deformation der Formwand ermittelt. Sobald die Deformation der Formwand auf Null zurückgegagangen ist, kann ohne nachträgliche Deformation des Blockes entformt werden.

Aus der Blockmitte wurde ein 20 cm dickes Stück (Maße 1,25 m χ 0,50 m κ 0,20 m) herausgeschnhten

ίο und die Rohdichteverteilung über die Blockbreite in folgender Weise bestimmt: Das entnommene M'ctteistück wurde senkrecht zur 50 cm Breitenkante in 10 je 5 cm dicke Streifen geschnitten, deren Rohdichte RG (Gewicht/Volumen) bestimmt wurde. Die so ermittelte Rohdichteverteilung ist in F i g. 1 graphisch dargestellt. Die Variationsbreite betrug bei einem Minimalwert von 12.8 und einem Maximalwert von 14,5 g/l nur 1,7 g/l.

_ao Vergleichsbeispiel zu Beispiel 1

Ein handelsübliches, ausgerüstetes, treibmittdhaltiges Polystyrol in Perlform, das 6,9 Gewichtsprozent Pentan enthielt, wurde wie in Beispiel 1 beschrieben vorgeschäumt, 24 Stunden zwischengelagert un>i zu einem Block der gleichen Größe ausgeschäumu Es war eine Kühlzeit von 30 Minuten erforderlich, bevor der Block ohne Nachtreiben entformt werden konnte. Die Variationsbreite der wie in Beispiel 1 bestimmten Rohdichteverteilung betrug 3,9 g/l bei einem Minimalwert von 12,1 und einem Maximalwert von 16,0 g/l. Die Rohdichteverteilung ist in F i g. 2 graphisch dargestellt.

Beispiel 2

Um zu zeigen, daß die Glycerin-Fettsäure-Partialester-Gemische den in der britischen Patentschrift 1093 899 verwendeten Sorbitestern überlegen sind, wurden die dort in Beispiel 1 verwendeten Substanzen im Vergleich zu einem Glycerinester-Gemisch getestet.

Hierzu wurde das gleiche Polystyrol wie in Beispiel 1 mit jeweils 0,15% der verschiedenen Ester vermischt und wie in Beispiel 1 beschrieben vorgeschäumt, gelagert und zu Blöcken ausgeschäumt. Das Ergebnis zeigt Tabelle 1:

Tabelle 1

Ausrüstiingsmittel
0,15%

Vorschäumen

Verhalten

Schüttdichte

Blockeigen schäften

K-ühlzcit

Minuten

Rohdichte

Variations
breite

g/l

Biegefestigkeit

Durchbiegung

bei
Bruch

DIN 53423

kp/cm²

Glycerin-Fettsäure-Partialester-

Gemisch¹)

Sorbit-monolaurat²)

Sorbit-monopalmitat
Sorbit-monostearat .,

gut

gut, leichte Dosierschwierigkeit gut
gut

13,2
12,5

13,2
13,0

16

45

38 30

13,3
13,6

13,8
13,2

1,2
0,9

1,8
1,1

1,61
1,49

1,51
1,49

') Hergestellt durch Glycerinolyse von hydriertem Cocosfett, 39% Mono-, 41% Di- und 20% Triester.

^a) Das Sorbit-mono-laurat wurde, wie in Beispiel 1 der britischen Patentschrift 1 093 899 beschrieben, mit dei gleichen Menge n-Pentan vermischt den Polystyrolperlen zugegeben.

Aus der Tabelle 1 ist ersichtlich, daß man bei Verwendung von Glycerin-Fettsäure-Partialester-Gemischen nicht nur die kürzere Kühlzeit, sondern auch die besseren mechanischen Eigenschaften des fertigen Blocks erhält.

Beispiel 3

Das gleiche Polystyrol wie in Beispiel 1, das aber nur 6,9 Gewichtsprozent Pentan enthielt, wurde mit unterschiedlichen Mengen des gleichen Glycerin-

Fettsäure-Partialcster-Geinisches wie in Beispiel 1 vermischt und wie dort beschrieben vorgeschäumt, zwischengelagert und zum Block ausgeschäumt. Das Ergebnis zeigt Tabelle 2:

Tabelle

Fettsäure-Glycei in-	Klumpungstendenz	Kühlzeit	Minimalwert	Rohdichteverteilung	Variationsbreite
liiiergemiscb	beim Vorschäumen		g/l	Maximalwert	g/i
/o		Minuten	10,5	g/l	5,2
*	stark	88	12,4	15,7	2,6
0,02**	gering	34	12,8	15,0	1,8
0,05	sehr gering	30	12.2	14,6	1,8
0,10	keine	21	13,6	14,0	1,7
0,20	keine	8	15,3

* Kontrolle.
** Vergleich, unzureichende Konzentration.

Beispiel 4

Perlförmiges Polystyrol (Perlgröße 0,6 bis 1,0 mm; reduzierte spezifische Viskosität (RSV-Wert) bei 25° C, gemessen an einer l,25%igen Lösung in Benzol: 0,9 dl/g; Pentangehalt 6,2 Gewichtsprozent) wurde in einem handelsüblichen Mischer (»Roland-Kneter«) mit jeweils 0,3 Gewichtsprozent der in der Tabelle 3 angegebenen Zusätze während 15 Minuten vermischt, Polyvinylchlorid (PVC) bzw. Polyäthylen (PE) wurden als feine Pulver eingesetzt. Das verwendete Glycerin-Fettsäure-Esicr gemisch enthielt 45 Gewichtsprozent Monoester, 45 Gewichtsprozent Diester und 10 Gewichtsprozent Triester. Die Mischungen wurden in einem Druck-Vorschäumer bei einem Dampfdruck von 0,2 atü auf eine Schüttdichte zwischen 19 und 20 g/l vorgeschäumt. Die Verklumpung wurde durch Sieben (Maschenweite 6mm) festgestellt. Sie war bei allen Proben gering. Das Material wurde pneumatisch in einen Zwischenlagersilo gefördert und nach 24stündiger Zwischenlagerung in eine Blockform mil den Innenmaßen 51 cm χ 51 cm χ 10 cm eingefülli und durch allseitiges Bedampfen bis zu einem Dampfdruck im Blockinneren von 0,5 atü ausgeschäumt. Nach einer Abkühlzeit von 5 Minuten konnten die Blöcke aus allen drei Proben entfernt werden. Die mit PVC- und Polyäthylen-Pulver ausgerüsteten Proben waren nach dem Vorschäumen zwar noch rieselfähig, aber naß und sehr stark statisch aufgeladen. Die Förderung und Formfüllung war schwierig. Für eine großtechnische Verarbeitung waren die Perlen ungeeignet. Die erfindungsgemäß ausgerüsteten Perlen waren nach dem Vorschäumen trocken und antistatisch. Sie ließen sich ausgezeichnet fördern und weiterverarbeiten.

	Tabelle	Klumpen X	3	Blockeigenschaften	Rohdichte	Biege festigkeit	Durch biegung bei Bruch
		0,5		g/I	DIN kp/cm²	53423 mm
Ausrüstung 0,3 Gewichtsprozent	Eigenschaften nach dem	1,1	Vorschäumen	17,2	1,90	10,7
	Schüttdichte g/l	0,3	Verhalten	17,8	3,12	15,8
PVC-Pulver (nach deutscher Aus legeschrift 1 298 274)	19,0	naß, statisch aufgeladen naß, statisch aufgeladen trocken, antistatisch	18,0	2,80	14,7
PE-Pulver (nach deutscher Aus legeschrift 1 298 274)	19,5
Glycerinester-Gemisch (erfindunesgemkß)	19,5

Beispiel 5

Perlförmiges Polystyrol (Perlgröße 0,8 bis 1,6 mm, RSV-Wert bei 25° C, gemessen an einer 1,25 %igen Lösung in Benzol: 0,9 dl/g, Pentangehalt 6,5 Gewichtsprozent) wurde ohne Ausrüstung in einem Vorschäumer bei einem Dampfdruck von 0,05 atü auf eine Schüttdichte von 15 bis 16 g/I vorgeschäumt und nach 6stündiger Zwischenlagerung mit jeweils 0,15 Gewichtsprozent Paraffinöl bzw. Ölsäure beschichtet bzw. vor der Vorschäumung mit dem gleichen Glycerin-Fettsäure-Estergemisch (0,15 Gewichtsprozent) wie im Beispiel 4 beschichtet. Das Glycerinester-Gemisch wurde aus einsr etwa 12%igen Lösung in Methanol/ n-Pentan 1:1 aufgetragen. Die Materialien wurden pneumatisch in einen Silo gefördert und nach 24stündiger Zwischenlagerung in eine Blockform mit den Innenmaßen 2,5 ra χ 1,25 m χ 0,5 m eingefüllt und durch allseitiges Bedampfen bis zu einem Dampfdruck

im Blockinnern von 0,5 atü ausgeschäumt. Die Ergebnisse sind aus Tabelle 4 ersichtlich. Die Rieselfähigkeit des Ausgangsmaterials war gut. Die nicht ausgerüsteten Perlen luden sich jedoch beim Vorschäumen sehr stark auf, so daß sie schlecht zu handhaben waren. Diese elektrostatische Aufladung wurde durch die Ausrüstung mit Parafiinöl bzw. Ölsäure nicht verringert. Die vorgeschäuraten Perlen waren sehr schlecht zu fördern, und die Blockform ließ sich nur schwierig füllen. Nur die mit Glycerin-Partialester beschichteten Perlen waren gleich nach dem Ausrüsten antistatisch. Das Lösungsmittel verdunstete während der Zwischenlagerung.

Für eine technische Verarbeitung müßte auf alle Fälle zusätzlich zu dem Paraffinöl bzw. der Ölsäure ein Antistatikum eingesetzt werden. Auch ein Ausrüsten während des Aufschäumens ändert an dieser elektrostatischen Aufladung nichts.

Tabelle 4

	Eigenschaften	Verhalten	Kühlzeit	Blockeigenschaften	B ic EC-	Durch
	nach dem Vorschäumen		Minuten		festigkeit	biegung hei Bruch
Ausrüstung 0,15 Gewichtsprozent	Schüttdichte g/l	sehr stark		Blockdichte	DIN kp/cm^a	53423 mm
		elektrostatisch	9	g/l
Paraffinöl (nach schweizeri	15,6	aufgeladen			1,54	9,7
scher Patentschrift 469 756)				15,2
		sehr stark
		elektrostatisch	11
Ölsäure (nach schweizerischer	15,6	aufgeladen			1,50	7,2
Patentschrift 469 756)				16,2
		antistatisch
			13
Glycerinester-Gemisch	15,6			1,63	9,6
(erfindungsgemäß)	16,0

409518/41:

Claims

Patentansprüche:

1. Schäumfähige Teilchen aus StyrolFolymerisäten und einem flüchtigen Treibmittel sowie einem lipophilen oberflächenaktiven Beschichtungsmittel, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Beschichtungsmittel 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das treibmittelhaltige Styrolpolymerisat, Mischungen von Mono-, Di- und Triestern des Glycerins mit gesättigten Fettsäuren mit 12 bis 22 C-Atomen oder deren Gemischen enthalten.

2. Schäumfähige Teilchen aus Styrolpolymerisaten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie das Beschichtungsmittel in einer Menge von 0,1 bis 0,3 Gewichtsprozent, bezogen auf das treibmittelhaltige Styrolpolymerisat, enthalten.

3. Schäumfähige Teilchen aus Styrolpolymerisaten nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmittel aus einer Mischung von 30 bis 60 Gewichtsprozent Monoester, 30 bis 60 Gewichtsprozent Diester und 5 bis 20 Gewichtsprozent Triester besteht.

4. Schäumfähige Teilchen aus Styrolpolymerisaten nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Beschichtungsmittel durch Glycerinolyse von hydrierten natürlichen Fetten erhaltene Glycerin-Fettsäure-Estergemische enthalten.