DE2420298A1

DE2420298A1 - Zu schaumstoffen niederer dichte expandierbare styrolpolymerisate

Info

Publication number: DE2420298A1
Application number: DE2420298A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dr Horacek
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1974-04-26
Filing date: 1974-04-26
Publication date: 1975-11-06
Also published as: GB1494927A; JPS5910376B2; BE828400A; SE7504780L; AU8031975A; CH594014A5; FR2268829A1; NL7504759A; JPS50148475A; AR202369A1; BR7502387A; IT1035393B

Description

Unser Zeichen; O. Z. 30 527 Ka/Wn 6700 Ludwigshafen, 24.4.1974

Zu Schaumstoffen niederer Dichte expandierbare Styrolpolymerisate

Die Erfindung betrifft verschäumbare Formmassen auf der Grundlage von Styrolpolymerisaten, aliphatischen Kohlenwasserstoffen und Weichmachern, die zu Schaumstoffen niederer Dichte verarbeitet werden können.

Nach einem in der Technik gebräuchlichen Verfahren stellt man Formkörper aus schaumförmigen Styrolpolymerisaten durch Expandieren feinteiliger treibmittelhaltiger Styrolpolymerisate in Formen her. Bei diesem Verfahren werden die feinteiligen Styrolpolymerisate zunächst mit Wasserdampf oder heißen Gasen auf Temperaturen oberhalb ihres Erweichungspunktes erhitzt, so daß sie zu einem losen Haufwerk aufschäumen. Dies geschieht in kontinuierlich arbeitenden Vorschäumgeräten und wird als "Vorschäumen" bezeichnet. Die vorgeschäumten Teilchen werden dann nach 24stündiger Lagerung in Formen erneut erhitzt, so daß sie "aufschäumen" und zu einem Formkörper versintern.

Als Treibmittel für die expandierbaren Styrolpolymerisate werden im allgemeinen niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe, wie Propan, Butan, Pentan, Hexan, Heptan, Cyclohexan,oder Halogenkohlenwasserstoffe, wie Methylchlorid, Dichlordifluormethan oder Mischungen dieser Treibmittel verwendet. Auch hat es sich mitunter als vorteilhaft erwiesen, den expandierbaren Styrolpolymerisaten geringe Mengen von Lösungsmitteln in homogener Verteilung einzuarbeiten. Hierdurch kann ein besseres Verschweißen der schaumförmigen Teilchen beim Ausschäumen in Formen erreicht werden.

Mit den bisher verwendeten Treibmitteln oder Treibmittel-

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Lösungsmittelgemischen konnte man erreichen, · daß die expandierbaren Styrolpolymerisate innerhalb relativ kurzer Zeit zu Teilchen niederer Dichte vorschäumen, die bei der Verarbeitung zu Pormkörpern nach der Entnahme aus der Form einfallen. Formstabile Schäume erhielt man bislang nur mit langsam vorschäumenden Styrolpolymerisaten. Zusätze von Flammschutzmitteln verstärken die eben geschilderten Effekte, so daß selbstverlöschende Polymerisate oft nur langsam und wegen nachträglichen Besäumens nur unter Materialverlust verarbeitet werden konnten. Außerdem zeigte sich, daß formstabile Formkörper meistens eine sehr geringe Verschweißung aufweisen.

Aufgabe der Erfindung war es daher, verschäumbare Formmassen herzustellen, die innerhalb relativ kurzer Zeit zu Schaumpartikeln von geringer Dichte verschäumt werden können, wobei die vorgeschäumten Teilchen zu Formkörpern verarbeitet werden können, die nach der Entnahme aus der Form nicht oder nur zu geringem Teil schrumpfen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, wenn man Formmassen auf der Grundlage von Styrolpolymerisaten, aliphatischen Kohlenwasserstoffen und Weichmachern verwendet, die 2 bis 8 Gewichtsprozent Isobutan, Isobuten, Isobutin oder technische Gemische, die mehr als 50 Gewichtsprozent an verzweigter C^- Fraktion enthalten, und 0,5 bis 2 Gewichtsprozent Weichmacher enthalten. Nach einer besonders vorteilhaften AusfUhrungsform enthalten die verschäumbaren Massen außer den genannten Treibmitteln und Weichmachern noch 2 bis 4 Gewichtsprozent n-Pentan. Der Vorteil besteht darin, daß bei einer Polymerisationstemperatur von 115 C 6 Gewichtsprozent Isobutan über Polystyrol einen Druck von 19 bar, ein Gemisch aus 3 Gewichtsprozent Isobutan und j5 Gewichtsprozent n-Pentan hingegen nur von 12 bar aufweisen.

Unter Styrolpolymerisaten im Sinn der Erfindung werden Polystyrol und Mischpolymerisate des Styrols verstanden, die mindestens 50 Gewichtsprozent Styrol einpolymerisiert enthalten. Als Mischpolymerisationskomponenten kommen z.B. in Frage:

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α,-Methylstyrol, Acrylnitril, Methacrylnitril, Ester der Acryl- oder Methacrylsäure von Alkoholen mit 1 bis 8 C-Atomen, Fumarsäureester aus Alkoholen mit 1 bis 8 C-Atomen, Vinylpyridin, N-Vinylverbindungen, wie N-Vinylcarbazol, Butadien oder auch geringe Mengen, z.B. 0,001 bis 1,0, vorzugsweise 0,01 bis 0,1 Gewichtsprozent an Divinylbenzol.

Die Formmassen zur Herstellung der Schaumstofformkörper können außerdem sogenannte schlagzähe Styrolpolymerisate enthalten» Zu diesen schlagzähen Styrolpolymerisaten rechnet man ZoBo Mischungen, die durch Polymerisieren von Styrol, eventuell zusammen mit anderen Monomeren, in Gegenwart von feinverteilten kautschukartigen Polymerisaten erhalten werden. Man kann solche Polymerisate auch durch Mischen von Styrolacrylnitrilco- polymerisaten mit Butadien- oder Acrylsäureesterpolymerisaten herstellen«

Das Isobutan soll in den Formmassen in Mengen von 2 bis 8, vorzugsweise von 4,5 bis 6,5 Gewichtsprozent und die Weichmacher in Mengen von 0,2 bis 2, vorzugsweise von 0,5 bis 1,5 Gewichtsprozent, bezogen auf die Styrolpolymerisate, enthalten seine

Unter Weichmachern im Sinn der Erfindung sind Lösungsmittel oder andere organische Flüssigkeiten zu verstehen, die sich im Styrolpolymerisat homogen verteilen. Vorteilhaft verwendet man organische Lösungsmittel mit Molekulargewichten von über 100 bis etwa 300 „ Die Siedepunkte der Weichmacher sollen zweckmäßig über 90⁰C liegen. Weiter sollen sie unter Schäumbedingungen, das sind 100 C, weitgehend im Polystyrol gelöst sein und eine hohe spezifische Weichmacherwirkung, das ist die Glastemperatur pro Gewichtsprozent Weichmacher, besitzen. Außerdem sollen sie physiologisch unbedenklich sein.

So eignen sich beispielsweise aliphatische Kohlenwasserstoffe mit einer Kohlenstoffzahl von 8 bis 16, wie n-Octan, n-Hexadekan, und aromatische Kohlenwasserstoffe, wie monomeres Styrol, Äthylbenzol und dimere oder trimere Styrolpolymerisate. Weiterhin kommen Ester von Carbonsäuren mit langkettigen Alko-

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holen und Carbonsäuren in Frage, wie 2-Äthylhexansäuredecylester, Stearinsäureisodecylester, Di-n-butylphthalat und Di-2-äthyl-n-hexylphthalat.

Besonders vorteilhaft sind verschäumbare Massen, die außer den genannten Mengen Isobutan und Weichmacher 2 bis 4 Gewichtsprozent n-Pentan enthalten.

Es können außerdem Zusatzstoffe, wie Gleitmittel, Stabilisierungsmittel, Farbstoffe, Füllstoffe oder Flammschutzmittel in den Formmassen enthalten sein. Die Formmassen sollen in feinteiliger Form vorliegen, z.B. Perlform oder in Form zylindrischer Granulate oder in Form von Brocken, wie sie beim Mahlen von Substanzpolymerisaten erhalten werden. Die Teilchen haben vorteilhaft einen Durchmesser zwischen 0,1 bis 6, vorzugsweise von 0,4 bis j5 mm.

Man kann die Massen nach den üblichen Verfahren der Perlpolymerisation, z.B. durch Polymerisation von Styrol in Gegenwart von Treibmitteln und Weichmachern in wäßriger Suspension erhalten. Auch ist es möglich, in kontinuierlich arbeitenden Mischvorrichtungen die Styrolpolymerisate mit den Treibmitteln, Weichmachern und gegebenenfalls anderen Zusätzen zu mischen und die homogene Mischung zu einem Granulat zu zerteilen.

Die erfindungsgemäßen verschäumbaren Formmassen haben den Vorteil, daß sie nach kurzer Zeit zu Schaumperlen mit niederer Dichte verschäumt werden können. So werden z.B. bei handelsüblichen kontinuierlich arbeitenden VorSchäumvorrichtungen, wie sie zum Vorschäumen von expandierbaren Styrolpolymerisaten üblicherweise verwendet werden, besonders hohe Durchsätze erreicht. So ,werden im Rauseher-Vorschäumer C 69 bis zu 65 kg/h durchgesetzt. Die Teilchen haben ein Schüttgewicht, das zwischen 5 und 20 g/l liegt. Die Formmassen haben außerdem den Vorteil, daß sie im vorgeschäumten Zustand zu Formkörpern verarbeitet werden können, die nur geringes Einfallen zeigen.

Arbeitsweisen zum Verarbeiten von expandierbaren Styrolpolymerisaten sind beispielsweise in den Arbeiten von F. Stastny

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beschrieben, die in der Zeitschrift "Kunststoffe", 44. Jahrgang (1954), auf den Seiten 173 bis I80 sowie in der Zeitschrift "Der Plastverarbeiter", Jahrgang 1954, auf den Seiten 2βθ bis 271 erschienen sind. Außerdem werden die Arbeitsweisen in dem Buch von CJ. Benning, Plastic Foams, Wiley Interscience (1969)* beschrieben.

Die in den Beispielen angegebenen Teile sind Gewichtsteile, die Prozente Gewichtsprozente.

Beispiel

In einen druckfesten Rührkessel wird eine wäßrige Phase eingebracht, die 20 Teile Trinkwasser, 1 Teil Poly-N-vinylpyrrolidon, 0,0085 Teile Natriumpyrophosphat, 0,0125 Teile Natriumacetat enthält. Es wird eine organische Phase eingebracht, die aus 19 Teilen Styrol, 0,042 Teilen tert.-Butylperbenzoat, 0,026 Teilen Dibenzoylperoxid sowie den in der Tabelle angegebenen Mengen an Isobutan, Weichmacher bzw. n-Pentan besteht, die um die Mengen, die sich im Gasraum befinden, erhöht worden sind. So wurden, um im Endprodukt eine Treibmittelmenge von 3 Gewichtsprozent Isobutan und 3 Gewichtsprozent n-Pentan zu erreichen, 4,5 Gewichtsprozent n-Pentan und 6,5 Gewichtsprozent Isobutan eingesetzt. Die Polymerisation erfolgt 2 Stunden bei 90⁰C und I5,Stunden bei 107°C. Es werden kugelförmige Teilchen erhalten, die einen Durchmesser von 0,5 bis 1 mm haben. Das Styrolpolymerisat hat im Durchschnitt einen K-Wert von 62. Als Flammschutzmittel werden gegebenenfalls 0,12 Teile Hexabromcyclododecan und 0,04 Teile Dicumylperoxid zugegeben.

Die erhaltenen Polymerisate werden in einem diskontinuierlichen Rührvorschäumer mit Dampf von 100°C aufgeschäumt. Es wird das Schüttgewicht nach 5 Minuten Schäumzeit und in Abständen von 2 Minuten ermittelt und so das minimale Schüttgewicht, das sich einstellen kann, festgestellt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle angegeben.

Die vorgeschäumten Teilchen werden in einer Form mit den Ausmaßen 100 χ 200 χ 50 cm mit Dampf von 0,8 atü für die Dauer

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von 20 Sekunden erhitzt, wobei die Teilchen, ausschäumen und zu einem kompakten Schaumstoffblock verschweißen. Anschließend läßt man die Form abkühlen. Nach der Mindestformverweilzeit wird der Formkörper aus der Form entnommen. Es ist dies die Zeit, die mindestens gewartet werden muß, damit der Block nach der Entnahme nicht aufplatzt.

Die Verschweißung der vorgeschäumten Teilchen wird nach folgender Methode ermittelt; Es wird eine Schaumprobe aus der Blockmitte entnommen und gebrochen. An der Bruchfläche wird durch Auszählen der prozentuale Anteil an Perlen bestimmt, die beim Bruch zerrissen worden sind. Bei schlechter Verschweißung trennen sich die Perlen längs ihrer Berührungsflächenο Im allgemeinen werden 10 % Verschweißung für ausreichend gehalten. Der Prozentgehalt der Verschweißung gibt an den Prozentsatz der Teilchen, die beim Durchbrechen des Formkörpers zerreißen. Der Rest der Teilchen trennt sich an der Teilchenoberfläche.

Es wird außerdem die Längenschwindung nach folgender Methode ermittelt: Man mißt die Länge des entformten Blockes und berechnet die Prozente an Schwindung nach

100 (Länge der Blockform - Länge des Blocks) % Schwindung = _{Länge der Blockform}

Die Zahl in Prozent gibt den Verlust an, den man wegen des notwendigen Besäumens erleidet«

Es werden weiterhin die Einfallstellen an den Seitenflächen nach folgender Methode gemessen: Man legt längs den beiden 1 m-Kanten eine Latte, so daß der tiefste Punkt der meistens leicht gekrümmten Blockfläche in Millimeter ermittelt werden kann.

In der nachfolgenden Tabelle wird das Einfallen der Seitenfläche, die Schwindung der Länge sowie das Raumgewicht des entstehenden Schaumstofformkörpers angegeben.

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cn σ CD co	Expandierbare Gew.% Treibmittel Gew	n-Pentan	0	Tabelle	16	16	Formkörper 1 Raum gewicht Einfallen U/l) (mm)	-3/-5	Schwindung (mm)	Ver- schweißung
cn	6	n-Pentan	0,5		14	12	16	-2/-4	0,5	5
O OO to Nr.	6	Isobutan	0,5		16	7	12	-1/-3 .	0,7	20
	6	Isobutan n-Pentan	0,5		10	7	12	-2/-4	0,5	50
2.	3 3	Isobutan n-Pentan	0,5		11	8	13	-3/-*	0,4	30
3	3 3	Isobutan n-Pentan	0,5	Perle (0,5 - 1 mm) Schüttgewicht (g/l) .fo Weichmacher nach 5 min minimales	11	7	12	-2/-5	0,5	40 "^
⁴	3 3			12		0,6	20
5"	n-0ctan
6	n-0ctan
	Stearinsäure- isodecylester
	Di-2-äthyl-n- hexylphthalat
	n-Octan

CD K) CO OO

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Claims

Patentansprüche

1. Ver-schäumbare Formmassen auf der Grundlage von Styrolpolymerisaten, aliphatischen Kohlenwasserstoffen und Weichmachern, dadurch gekennzeichnet, daß sie 2 bis 8 Gewichtsprozent Isobutan, Isobuten, Isobutin oder technische Gemische, die mehr als 50 Gewichtsprozent an verzweigter

Ch-Fraktion aufweisen, und 0,2 bis 2 Gewichtsprozent
Weichmacher, jeweils bezogen'auf das Styrolpolymerisat, enthalten»

2. Verschäumbare Formmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem 2 bis 4 Gewichtsprozent n-Pentan enthalten.

3„ Verschäumbare Formmassen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem Flammschutzmittel enthalten=

4. Verschäumbare Formmassen nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie, jeweils bezogen auf das Styrolpolymerisat, 3 bis ^ Gewichtsprozent Isobutan, 3 bis ^ Gewichtsprozent n-Pentan, 0,3 bis 1 Gewichtsprozent Weichmacher und 0,02 bis 0,1 Gewichtsprozent eines Flammschutzmittels, bestehend aus einem synergistischen Gemisch aus einer Bromverbindung und einem Peroxid, enthalten.

BASF Aktiengesellschaft

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