DE2729493C2

DE2729493C2 - Formkörper aus geschäumtem Polystyrol, insbesondere Schaum-Polystyrolfolien

Info

Publication number: DE2729493C2
Application number: DE2729493A
Authority: DE
Inventors: F. Dipl.-Chem. Dr. 6720 Speyer Leschhorn; Josef Dipl.-Chem. Dr. La Garenne Colombes Lintner (Frankreich); Pierre Puteaux Maillard (Frankreich; Ernst Dipl.-Chem. Dr. 6700 Ludwigshafen Urmann
Original assignee: Giulini Chemie GmbH; Manufacture de Machines du Haut Rhin SA MANURHIN
Current assignee: BK Giulini Chemie GmbH; Manufacture de Machines du Haut Rhin SA MANURHIN
Priority date: 1977-06-30
Filing date: 1977-06-30
Publication date: 1979-07-26
Also published as: FR2396041A1; DE2729493B1; FR2396041B1

Description

20

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein geschäumter, Aluminiumhydroxid enthaltender Formkörper aus Polystyrol, insbesondere jedoch eine Aluminiumhydroxid enthaltende, extrudierte Schaum-Polystyrolfolie.

Extrudierte Schaum-Polystyrolfolien sind bekannt Sie zeichnen sich vor allem dadurch aus, daß sie neben einer geringen Dichte eine gute Formstabilität und ausgezeichnete Isoliereigenschaften besitzen. Sie wer- jii den hauptsächlich im Verpackungssektor angewendet, z. B. als Box zum Abpacken von Eiern, Ampullen, Flaschen und sonstigen leicht zerbrechlichen Artikeln. Auch werden sie-in Selbstbedienungsläden und Supermärkten zum Abpacken von Fisch, Fleisch, Gemüse und y> anderen Lebensmitteln in großem Umfang eingesetzt. In der Fertigung von Menüschalen u. a. sogenannten Einweggeschirr werden neuerdings ebenfalls Schaum-Polystyrolfolien eingesetzt

Ein Nachteil der bekannten Schaum-Polystyrolfolien besteht darin, daß sie hinsichtlich ihrer Flammfestigkeit Mängel aufweisen und die mit immer stärkerem Nachdruck geforderten Flammfestigkeits-Werte nicht erreichen. Flammschutzmittel auf Basis von Halogeniden und Antimontrioxid werden verwendet sie sind <e> jedoch für Verpackungsmaterialien auf dem Lebensmittelsektor wenig bzw. überhaupt nicht geeignet Außerdem sind sie nicht umweltfreundlich, was z. B. bei der Beseitigung der Verpackungsmaterialien zu beobachten ist.

Nach dem Verfahren der DE-OS 16 94 877 werden Polystyrol-Schaumstoffe mit besonders niedriger Dichte in der Weise hergestellt, daß ein gasförmiges oder flüssiges Treibmittel unter Druck in das geschmolzene Polymer, das einen porösen anorganischen Stoff in Pulverform enthält eingeleitet wird.

Als anorganischer Stoff kann bei diesem Verfahren auch Tonerde, Kieselsäure, Kohle, Aktivkohle oder ein adsorptionsfähiger Ton eingesetzt werden. Durch die zugesetzten Adsorptionsmittel wird jedoch die Flammfestigkeit nicht verbessert, so daß die für Polystyrol-Schaumstoffe zur Zeit üblichen »Brandfestausrüstungen«, die im Brandfall giftige, korrodierende Produkte abspalten, beigemischt werden müssen.

Flammschutzmittel auf Basis von Halogeniden h^r> und/oder Antimontrioxid müssen auch nach dem Verfahren der AT-PS 2 65 658 den zu expandierenden, Füllstoffe und niedrig siedende, Kohlenwasserstoffe

enthaltenden Polystyrolgranalien zugegeben werden.

Die DE-AS 12 70279 betrifft schließlich noch ein Verfahren zur Herstellung von extrudierten Polystyrolformkörpem, das dadurch gekennzeichnet ist daß als Füllstoff bei dem in zwei Stufen durchgeführten Verschäumungsprozeß 20% oder mehr Kaolin verwendet wird. Wie sich nunmehr herausgestellt hat ist auch dieses Verfahren noch nicht zufriedenstellend. Ein Mangel besteht beispielsweise darin, daß Kaolin hygroskopisch ist und das aufgenommene Wasser im Extruder abgibt, was zur Bildung eines inhomogenen Schaumkörpers führt Auch müssen zur Erzielung der geforderten Brandfestigkeit Antimontrioxid und gegebenenfalls Chlorwasserstoff abspaltende Mittel zugesetzt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, Schaum-Polystyrol-Formkörper, insbesondere Schaum-Polystyrol-Folien, mit reduzierter Entflammbarkeit zu schaffen, deren Tendenz zur Ausbreitung von Flammen oder Feuer wesentlich geringer ist als die der bisher auf dem Markt befindlichen Formkörper aus Schaum-PolystyroL Außerdem war es Ziel der Erfindung, das Endschaumgewicht der Polystyrolkörper noch weiter herabzusetzen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst daß der geschäumte Polystyrolkörper oder die Schaum-Polystyrolfolie zusätzlich Aluminiumhydroxid sowie ein anorganisches Gleitmittel enthält Der geeignete Mengenbereich liegt für Aluminiumhydroxid bei 20 bis 50 Gew.-%, insbesondere 25 bis 35 Gew.-%, bezogen auf das Ausgangsgewicht Aluminiumhydroxide liefern bei gleichem Füllstoffgehalt des Polystyrol-Schaums niedrigere Endgewichte des Schaums (siehe Tabelle I). Der Zusatz eines »Porenbildners« (z. B. Natriumbicarbonat und Zitronensäure, siehe Kunststoff-Berater 6/1973, Seite 446, Kolonne 1) ist nicht nötig.

Die Verwendung von Aluminiumhydroxid in Kombination mit einem anorganischen Gleitmittel als Flammschutzmittel in geschäumtem Polystyrol war aufgrund des Standes der Technik nicht naheliegend. Anorganische Füllstoffe werden als Adsorptionsmittel bei der Verschäumung von Polystyrol zwar schon seit langem verwendet jedoch wurde Aluminiumhydroxid wegen seines Wassergehaltes für diesen Zweck bisher weder vorgeschlagen noch eingesetzt. Bei den im Extruder üblicherweise herrschenden Temperaturen mußte nämlich mit einer Wasserabgabe gerechnet werden und damit einer unkontrollierbaren Verschäumung und ungleichmäßigen Poren. Außerdem wurde die zur Wasserverdampfung erforderliche Energie als wirtschaftlich untragbar angesehen. Daß durch die Anwesenheit des anorganischen Gleitmittels diese Nachteile eliminiert werden können, muß als überraschend angesehen werden.

Unter »Aluminiumhydroxid« werden hier alle Formen von Aluminiumoxidhydraten verstanden, vorzugsweise wird jedoch Aluminiumhydroxid A1(OH)3 eingesetzt, beispielsweise das im Bayer-Prozeß anfallende Hydroxid. Die Korngröße des Aluminiumhydroxids liegt zweckmäßigerweise zwischen 5 und 100 μπι. Als besonders vorteilhaft haben sich Korngrößen zwischen 10 und 55 μιτι erwiesen. Das feinteilige Aluminiumhydroxid sollte weiterhin in dem Schaum-Polystyrolformkörper gleichmäßig verteilt vorliegen. Das anorganische Gleitmittel erleichtert und verbessert die Gleichverteilung des Aluminiumhydroxids im Polystyrol-Schaum und vermindert den Abrieb an den Maschinen.

Das anorganische Gleitmittel kann in Mengen zwischen 3 bis 10 Gew.-%, ebenfalls bezogen auf das Ausgangsgewicht, eingesetzt werden. Als besonders gut hat sich Talkum gezeigt, jedoch können auch andere anorganische Gleitmittel Verwendung finden. Organische Gleitmittel, wie z. B. Triisostearinisopropyltitanat, sind für den vorgegebenen Zweck wenig geeignet Sie verbessern wohl die mechanischen Eigenschaften des Schaumkörpers, hemmen aber nicht seine Entflammbarkeit Das Gegenteil wurde beobachtet Wird auf die Zugabe des anorganischen Gleitmittels verzichtet, erhält man wohl hinsichtlich Flamm- und Feuerschutz zufriedenstellende Eigenschaften, nicht jedoch hinsichtlich mechanischer Festigkeit So wurde beobachtet, daß in Gegenwart von Aluminiumhydroxid allein, also ohne Gleitmittel, während des Schaumvorganges Rissebildung auftritt

An Hand des nachstehenden Beispieles soll nun der Gegenstand der vorliegenden Erfindung noch näher erläutert werden.

Beispiel

12,5 kg Aluminiumhydroxid und 2,5 kg Talk wurden zusammen mit 50 kg treibmittelhaltigen Polystyrol in Granulatform in einem Draisen-Mischer intensiv gemischt und anschließend einem beheizten Doppelschnecken-Extruder kontinuierlich zugegeben. Die Extrusions-Temperatur lag bei 125—130⁰C Das Mundstück des Extruders war so beschaffen, daß ein ca.

Tabelle 1

200 mm breites und ca. 10 mm starkes Band aus extrudiertem Polystyrol erhalten wurde, das in an sich bekannter Weise abgezogen wurde. Für die in der Tabelle wiedergegebenen Versuche wurde das am Extruder vorgeschäumte Material mit dem in der Tabelle angegebenen »Rohgewicht« eingesetzt

In einer analogen Versuchsreihe wurde ein unter Wasserdampf-Atmosphäre nachgeschäumtes Material verwendet Die hierbei erzielten Ergebnisse weichen nur unwesentlich von denen ab, die bei Einsatz von vorgeschäumtem Material erhalten wurden.

Nachstehende Tabelle I zeigt die Abhängigkeit des Roh- und Endschaumgewichtes von Art und Menge des zugesetzten Füllstoffes und Gleitmittels. Die mit A, B, C und D bezeichneten Stoffe bedeuten:

A — Kaolin

B = Talk

C = Aluminiumhydroxid D = Triisostearin-isopropyl-titanat

Aus der Tabelle geht hervor, daß die geschäumten Polystyrolproben, die 25% Aluminiumhydroxid allein oder in Mischung mit Talk enthalten, hinsichtlich ihres Endschaumgewichtes optimal sind. Die Tabelle zeigt weiter, daß bei Substitution des anorganischen Gleitmittels Talk durch das organische Gleitmittel Triisostearinisopropyl-titanat das Endschaumgewicht kaum verändert wird.

Poly	Kaolin	Talk	Alumi	Tiiiso-	Roh	End	Poren
styrol			nium	stearin-	gewicht	schaum	radius
			hydroxid	isopropyl-		gewicht
				titanat
Gew.-%	Gew.-%	Gew.-%	Gew.-%	Gew.-%	kg/ai3	kg/m3	μπι
75	25				97,3	19,5	350
75	_	25	—	—	102,0	24,5	170
75		_	25	—	95,3	18,5	450
70		5	25	—	93,6	18,5	350
70	_	—	30	—	102,0	26,0	450
70		—	29	1	108,0	22,5	300
70	_	3	27	—	—	22,5	—
100					—	24,0

Die prozentualen Angaben in der Tabelle beziehen sich auf Gewichtsprozente.

Die mechanischen Eigenschaften und insbesondere die bei Folien überaus wichtige Elastizität des Polystyrol-Schaums sind bei gleichem spezifischen Schaumgewicht um so besser, je geringer der Porenradius ist

Das Brennverhalten der in der Tabelle angeführten Probekörper wurde ebenfalls untersucht, und zwar nach ASTM D 2863.70 (Tabelle II). Nach diesem Test wird bekanntlich die Sauerstoffkonzentration in einem Sauerstoff-Stickstoffgemisch gemessen, die erforderlich ist, um die Entzündung der zu prüfenden Kunststoffe einzuleiten.

Tabelle II

Polystyrol	Kaolin	Talk	Aluminium	Triisostearin	Sauerstoff-
			hydroxid	isopropyl	Index
				titanat
Gew.-%	Gew.-o/o	Gew.-%	Gew.-%	Gew.-%
100	_	_	_		18,6
75	25	—	_	—	18,8
75	—		25	—	22,1
70	—	5	25	—	22,6
70	—	2,5	27	0,5	21,3
70	—	—	30	—	23,8
70		3	27		23.0

Wie aus den Meßwerten ersichtlich ist, wird durch Zusatz von Aluminiumhydroxid an Stelle von anderen Füllstoffen, beispielsweise Kaolin, der Sauerstoff-Index je nach Menge des eingesetzten Aluminiumhydroxids wesentlich erhöht

Schließlich wird noch darauf hingewiesen, daß das Aluminiumhydroxid auch in Verbindung mit anderen, die Brennbarkeit von Polystyrol herabsetzenden Zusatzstoffen im Extrusionsverfahren eingesetzt werden kann, insbesondere mit solchen auf der Grundlage von organischen Chlor- und/oder Bromverbindungen und Antimon(III)-oxid. Wie sich gezeigt hat, addieren sich in diesem Falle die flammhemmenden Wirkungen der

Zusatzstoffe. Der aus den Halogenverbindungen abgespaltene Halogenwasserstoff wird von Aluminiumhydroxid abgebunden und neutralisiert und die Chlor- und Bromverbindungen werden auf diese Weise stabilisiert Bei Einhaltung der im Beispiel angegebenen Bedingungen kann z. B. eine Mischung, bestehend aus

17,5 Gew.-% Aluminiumhydroxid
2,5 Gew.-% Antimon(IIljhoxid
5,0 Gew.-°/o Hexabromcyclododekan

75,0 Gew.-% Polystyrol

einwandfrei extrudiert werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Geschäumter, im Extrusionsverfahren hergestellter und Aluminiumhydroxid enthaltender Formkörper aus Polystyrol, nit reduzierter Entflammbarkeit und geringerem Endschaumgewicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Polystyrol 20 bis 50 Gew.-% Aluminiumhydroxid und 3 bis 10 Gew.-% eines anorganischen Gleitmittels, bezogen auf das Ausgangsgewicht, enthält

2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Gleitmittel Talk enthält

3. Formkörper nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß er als Flammschutzmittel zusätzlich organische Chlor- und/oder Bromverbindungen und Antimon(III)-oxid enthält