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Verfahren zur Herstellung von farbigem, schäumbarem Polystyrol
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von farbigem,
schäumbarem Polystyrol.
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Es ist bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, welches die Nachteile
vermeidet, die damit verbunden sind, wenn eine Färbung bei niedrigen Temperaturen
mit spiritus-löslichem Farbstoff durchgeführt wird, und die beim Färben von schon
geschäumten Perlen auftreten. Dieses vorgeschlagene Verfahren hat jedoch selbst
gewisse Probleme, die darin bestehen, daß die Proportionen der Bestandteile, die
dem Druckgefäß zugeführt werden, in welchem die Perlen erhitzt werden, kritisch
sein kann. Es bestand nämlich eine auf den Zusatz von Pentan zurückzuführende Tendenz,
daß der Inhalt des Druckgefäßes trotz Rühren und Verwirbeln geliert, und diese oberflächenaktive
Schicht ist schädlich für die Übertragung des Farbstoffes auf die Perlen.
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Es wurde nun überraschend gefunden, daß einige der Bestandteile, die
für den Erfolg des vorgeschlagenen Verfahrens kritisch waren, überhaupt nicht notwendig
sind, und daß das Verfahren beträchtlich vereinfacht werden kann, und zwar mit erheblich
vergrößerter Erfolgsgewissheit.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von gefärbtem, schäumbarem
Polystyrol ist dadurch gekennzeichnet, daß schäumbare, nicht gefärbte Polymerperlen
einem Gefäß zugeführt werden mit Wasser in ausreichender Menge, um aus den Perlen
einen Brei zu machen und mit einem spiritus-löslichen Farbstoff, daß der Inhalt
des Gefäßes auf mindestens 50"C erhitzt und darauf abgekühlt wird und daß schließlich
die Polymerperlen, gefärbt und fertig zum Schäumen, von dem restlichen Inhalt des
Gefäßes getrennt werden.
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In diesem Verfahren wird kein Treibmittel, wie Pentan, oder oberflächenaktiver
Stoff zugegeben, sondern die Perlen werden einfach mit dem Farbstoff "gekocht".
Der einzige Zusatz neben Wasser, der normalerweise verwendet wird, ist eine geringe
Menge eines Benetzungsmittels, wie beispielsweise RENEX 20, ein bekanntes Farbstoff-Dispersionsmittel,
das aus einer Mischung aus Polyoxyäthylenestern von gemischten Fett-und Harzsäuren
besteht, oder ein einfaches Spülmittel. Dies unterstützt die Dispersion und die
gleichförmige Durchdringung der Perlen mit Farbstoff.
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Es gibt zwei Hauptvariationen dieses Verfahrens. Bei der einen Variation
werden die Perlen zusammen mit dem Wasser und dem Farbstoff einem Druckgefäß zugeführt,
welches während der anfänglichen Erhitzung auf eine Temperatur, die unter derjenigen
liegt, bei welcher die Perlen aufschäumen, nicht unter Druck gesetzt wird. Das Gefäß
wird dann geschlossen zwecks Erhitzung auf höhere Temperaturen bis zu 900C. Eine
brauchbare Schließtemperatur ist 500C, sie könnte jedoch irgendwo zwischen 400C
und 700C liegen. Die Höchsttemperatur und die Verweilzeit auf dieser Temperatur
hängt ab von dem Farbstoff und der benötigten Farbintensität. Die Verweilzeit kann
vernachlässigbar sein oder mehrere Stunden betragen. Die erreichten Drücke hängen
von der Verschlußzeit und den Temperaturen ab. Sie können im Bereich von 2,1 bis
3,1 atü, vorzugsweise 2,45 bis 2,8 atü liegen.
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Bei der zweiten Variation, die insbesondere für helle oder Pastellfarben
geeignet ist, wird der Brei nicht unter Druck gesetzt und auf maximal 70"C erhitzt.
Zumindest für dieses Maximum wird er dann unmittelbar abgekühlt. Für Temperaturen
zwischen 500C und 70"C kann eine kurze Verweilzeit vorqesehen sein. Je niedriger
die Temperatur ist, umso länger kann die Verweilzeit sein, unter der Voraussetzung,
daß die Perlen nicht aufschäumen sollen, was sie zu tun bestrebt sind bei atmosphärischem
Druck und Temperaturen über SO"C.
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Aus Sicherheitsgründen kann der Brei in einer Schutzgasatmosphäre
aus einem inerten Gas wie Stickstoff, gehalten werden, und zwar insbesondere während
der drucklosen Aufheizperiode, und nach Schließen des Gefäßes kann der Druck um
0,7 bis 1 atü erhöht werden. Dies hat einen stabilisierenden Einfluß auf den Vortex.
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Gegen Ende des Verfahrens und vor dem Ablassen der Flüssigkeit von
den Perlen ist es zweckmäßig, dem Brei ein alkylquarternäres Ammoniumäthylsulfat,
wie beispielsweise Catafor CA 100 oder ein Äquivalent desselben, in Lösung zuzuführen,
das sich über den Perlen verbreitet. Ein alternatives Additiv in diesem Stadium
ist LANBRITOL WAX N21, eine Mischung aus höheren Fettalkoholen zusammen mit einem
höheren Fettalkoholäther eines Polyäthylenglykols von optimaler Kettenlänge. Diese
Additive verbessern die Farbeindringung und die Schlüpfrigkeit oder Schmierfähigkeit
der Perlen während des Schäumens und auch die Preß- und Sintereigenschaften der
Perlen, wünschenswerte Eigenschaften, die normalerweise einander entgegengesetzt
sind.
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Der Brei wird normalerweise während des ganzen Prozesses gerührt oder
verwirbelt.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung werden einige Beispiele des
Verfahrens im einzelnen beschrieben.
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Beispiel 1 Die folgenden Bestandteile wurden in ein Druckgefäß von
nominell ca. 1000 Liter (250 gallon) (total ca. 1400 Liter - 350 gallon) zugeführt,
das in der Lage ist, einem Sicherheitsarbeitsdruck von bis zu 6.3 atü bei Arbeitstemperaturen
bis 1300C standzuhalten:
1. 636 1 unbehandeltes Leitungswasser,
2. 625 kg Polymerperlen, die ein Treibmittel enthalten, welches schließlich ihr
Aufschäumen verursacht, 3. ein Brei aus 600 g KAOLINE YELLOW T" Farbstoff und 600
g "CERES ORANGE G" Farbstoff in etwa 4,5 1 unbehandeltem Wasser, welches etwa 200
ml normales Spülmittel als Benetzungsmittel enthielt.
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Der Inhalt wurde unter Rühren auf 50°C in dem Druckgefäß erhitzt,
welches zur Atmosphäre entlüftet war, während eine Schutzgasatmosphäre aus inertem
Gas (superreiner Stickstoff unter einem Druck von etwa 0,2 bis 0,3 atü über diesem
Inhalt durch einen stetigen Fluß von einem Standardgaszylinder aufrechterhalten
wurde. Das Entlüftungsventil wurde bei 50"C geschlossen und die Erhitzung fortgesetzt,
bis der Inhalt des Gefäßes eine Temperatur von 800C erreicht hatte. Der Inhalt des
Gefäßes wurde über einen Zeitraum von 2 1/2 Stunden auf dieser Temperatur gehalten
und dann mittels eines umgebenden Wassermantels auf etwa 40"C abgekühlt. Die Gesamtzeit
für das Aufheizen und für das Abkühlen betrug etwa 1 1/2 Stunden, so daß der gesamte
Prozeß etwa 4 Stunden dauerte.
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Unmittelbar vor dem Abfüllen des Inhaltes des Gefäßes wurde eine Lösung
aus 200 g "CATAFOR CA100"in 400 ml industriellem vergälltem Spiritus in Wasser im
Volumenverhältnis 50:50 dem Gefäß über ein Druckausgleichsgefäß zugeführt. Es wurde
sodann einige Minuten gerührt, um die CATAFOR CA100-Lösung ZU verteilen und dann
wurde der Inhalt des Gefäßes abgelassen und die Flüssigkeit von den Perlen oder
Kugeln entfernt.
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Nach dem Trocknen und Aufschäumen waren die Perlen gleichförmig gelb/orange
mittelgetönt und der aus diesen hergestellte Artikel desgleichen.
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Der Zusatz der CATAFOR-Lösung könnte auch durchgeführt werden, nachdem
das Gefäß geöffnet ist, oder die Lösung könnte den C trockneten Perlen später in
einem Trommelbeschichtungssystem zugeführt werden.
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Beispiel 2 Beispiel 1 wurde mit den folgenden Unterschieden wiederh)lt:
3. Ein Brei aus 875 g "CERES ORANGE G" Farbstoff und 500 Cl "WAXOLINE BLUE AP" Farbstoff
in etwa 4,5 1 in behandeltem Wasser enthaltend etwa 200 ml normales Spülmittel als
Benetzungsmittel.
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Nachdem das Entlüftungsventil bei 50"C geschlossen wurde, wurde die
Erhitzung fortgesetzt, bis der Inhalt des Gefäßes eine Temperatur von 900C erreicht
hatte. Der Inhalt des Gefäßes wurde über einen Zeitraum von 3 Stunden auf dieser
Temperatur gehalten und dann unter Zuhilfenahme eines umgebenden Wassermantels auf
etwa 400C abgekühlt. Die Gesamtzeit für das Aufheizen und das Abkühlen betrug etwa
2 Stunden, so daß das aesamte Verfahren etwa 5 Stunden dauerte.
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Nach dem Trocknen und Schäumen waren die Perlen gleichförmig mittelolivgrün
gefärbt und der aus diesen hergestellte Artikel gleichermaßen.
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Beispiel 3 Beispiel 1 wurde mit folgenden Unterschieden wiederholt:
3. Ein Brei aus 100 g "WAXOLINE YELLOW T" Farbstoff und 30 q "WAXOLINE BLUME AT"
Farbstoff in etwa 4,5 1 unbehandelten Wassers, das etwa 100 ml normales Spülmittel
als Benetzungsmittel enthielt.
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Das Entlüftungsventil wurde nicht bei 50"C geschossen, sondern die
Erwärmung wurde fortgesetzt, bis eine Temperatur von etwa 60"C erreicht war. Die
Erhitzung wurde dann beendet und der Inhalt des Gefäßes wurde mittels des umgebenden
Wassermantels auf eine Temperatur von etwa 400C abgekühlt.
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Die Gesamtzeit dieses Verfahrens, das ausschließlich als cinc
Aufheiz-
und einer Abkühlperiode besteht, betrug etwa 3/4 Stunden. Das CATAFOR 100 wurde
zugegeben, jedoch war ein Ausgleichsbehälter nicht erforderlich.
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Nach dem Trocknen und Schäumen waren die Perlen gleichförmig blaßgrün
und ebenso der aus diesen gepreßte Gegenstand.
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Beispiel 4 Beispiel 3 wurde mit der folgenden Abwandlung wiederholt:
3. Ein Brei aus 330 g "WAXOLINE RED MP" Farbstoff in etwa 4,5 1 unbehandelten Wassers,
enthaltend etwa 100 ml normales Spülmittel als Benetzungsmittel.
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Nach dem Trocknen und Aufschäumen waren die Perlen glei(hfirmig rosa
und ebenso der aus diesen gepreßte Gegenstand.
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Beispiel 5 Beispiel 3 wurde mit den folgenden Unterschieden wiederholt:
3. 100 ml RENEX 20 wurde anstelle des Spülmittels verwen('t-t.
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Gegen Ende des Prozesses wurde eine Lösung aus 150 g LANBRITOL WAX
N21 in 350 ml industriellem vergälltem S.)iritus anstelle der CATAFOR-Lösung zugegeben.
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Nach dem Trocknen und Schäumen waren die Perlen gleichförmig hellgrün
und ebenso der aus diesen geformte Artikel.