DE878852C

DE878852C - Verfahren zur Herstellung von Polystyrolmassen

Info

Publication number: DE878852C
Application number: DEP28476A
Authority: DE
Inventors: Eric William Musther Fawcett; Norah Mulhern
Original assignee: Anglo Iranian Oil Co Ltd
Current assignee: Anglo Iranian Oil Co Ltd
Priority date: 1943-01-02
Filing date: 1948-12-31
Publication date: 1953-06-08
Also published as: US2455890A; NL71503C; GB611010A; FR929377A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 8. JUNI 1953

p 28476IVcj39b D

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Polystyrolmassen, geeignet zur Fabrikation von Überzugsmassen, Preßgut oder Isolierungsmaterial.

Es ist bekannt, daß Polystyrol ein zerbrechlicher Stoff ist. Selbst ein dünner Film des reinen Materials bricht im allgemeinen, wenn man ihn um i8o° biegt.

Gemäß vorliegender Erfindung umfaßt das Verfahren zur Herstellung von Polystyrolmassen die Mischung von Polystyrol mit einem Extrakt von Kohlenwasserstoffen nichtpolaren Charakters. Dieser wird gewonnen aus Mineralölfraktionen oder -Rückständen durch lösende Extraktion mit einem selektiven, polaren Lösungsmittel oder einer Alischung von selektiven Lösungsmitteln, wovon mindestens eines polaren Charakter haben muß. Die Kohlenwasserstoffextraktion hat einen hohen C-Gehalt. Im Durchschnitt enthalten die Moleküle mindestens o,6 C-Atome auf ein Atom H. Das Molekulargewicht der Kohlenwasserstoffe liegt zwischen 200 und 800, günstig zwischen 250 und 750. Die Anfangs- und Endsiedepunkte bewegen sich zwischen 250 und 850⁰ bei 760 mm Hg. Man erreicht innige Vermischung des Polystyrols mit den Kohlenwasserstoffen, wenn das. Polystyrol z. B. als Pulver vorliegt oder wenn es mit den Kohlenwasserstoffen in einem flüchtigen, wechselseitigen Lösungsmittel gelöst wird. Bestimmte physikalische Eigenschaften, wie Plastizität oder Härtegrad des Produktes können entsprechend Menge und Charakter der eingetragenen Kohlenwasserstoffe \-er-

liehen werden. XJm einen hohen Plastizitätsgrad-zu erhalten, ist es überdies · notwendig, eine relativ hohe Menge der Kohlenwasserstoffe einzutragen, was einen erheblichen wirtschaftlichen Vorteil bedeutet. Entsprechend der in die Masse eingetragenen Menge kann man die Kohlenwasserstoffe deshalb als Füll- und/oder Plastifizierungsmittel ansehen. So kann z. B. eine brauchbare Masse aus gleichen Gewichtsteilen; Polystyrol und Kohlen-Wasserstoffen bestehen.

Die innige Mischung bestimmter Kohlenwiasserstoffmengen mit Polystyrolmassen ergibt verbesserte Fließeigenschaften beim Pressen. Infolge des nichtpokren Charakters der Kohlenwasserstoffe ^X5 sind die elektrischen und wasserabstoßenden Eigenschaften der Produkte ausgezeichnet. Auch die Adhäsion von Polystyrol auf einer Metalloberfläche wird durch Vermischung mit den Kohlenwasserstoffen verbessert.

Die gemäß der Erfindung verwendeten Kohlenwasserstoffe können auf die verschiedenste Weise aus einer Mineralölfraktion oder einem Mineralölrückstand von relativ hohem Molekulargewicht und einem Siedepunkt innerhalb des gekennzeichneten Bereichs gewonnen werden. Beispielsweise erhält man sie als Nebenprodukt bei der Herstellung hochgradiger Gleitöle. So- kann eine hochsiedende Mineralölfraktion bei einer bestimmten Temperatur mit einem selektiven polaren Lösungsmittel extrahiert werden — oder mit einer Mischung" von Lösungsmitteln, wovon mindestens eines polaren Charakter haben muß wie SchwefeldiO'Xyd, Mischungen von Schwefeldioxyd und Benzol, Furfurol und Phenolen. Die Kohlenwasserstoffe liegen dann in Lösung vor, aus der man sie in passender Art gewinnt, gewöhnlich durch Abdestillation des Lösungsmittels.

Gemäß einer Modifikation des Verfahrens wird eine Mineralölfraktion oder ein Mineralölrückstand, die oder der hochmolekulare Kohlenwasserstoffe enthält, bei niedriger Temperatur, am besten um 2Ö°, und bei höherem Druck, am günstigsten bei nicht weniger als 12 Atmosphären, mit einem normalerweise gasförmigen Paraffinkohlenwasserstoff, wie Propan, in bekannter Weise behandelt. Man erhält eine viskose Flüssigkeit oder ein harzartiges Material. Dieses Produkt besitzt die gewünschten vorbeschriebenen Eigenschaften. Es wird gemäß der Erfindung mit dem Polystyrol vermischt.

Nach einer weiteren Modifikation wird eine hochsiedende Mineralölfraktion oder -rückstand mit Schwefelsäure behandelt und der saure Schlamm abgetrennt. Den Schlamm neutralisiert man mit einem alkalischen· Mittel wie Natronlauge. Die gewünschten Kohlenwasserstoff© gewinnt man durch Destillation des neutralisierten Produk tes, am besten im Vakuum.

Unabhängig von ihrer Darstellungsweise" bewegen sich die verwendeten Kohlenwasserstoffe, entsprechend ihrem Molekulargewicht innerhalb des gekennzeichneten Bereiches, zwischen mäßig viskosen Ölen und harzartigen Stoffen: Das günstigste durchschnittliche Molekulargewicht liegt zwischen 250 und 750.

Die verwendeten Kohlenwasserstoffe sind ihrem Wesen nach von aromatischer Natur, obwohl im allgemeinen ein Anteil in Form von ungesättigten kettenförmigen Verbindungen vorliegt. Sie können auch eine geringe Menge Schwefel oder Stickstoff. in gebundener Form enthalten.

Im Gegensatz zu den Mineralölfraktionen, aus denen sie dargestellt werden, sind die verwendeten Kohlenwasserstoffe durch einen hohen Verträglichkeitsgrad mit Polystyrol gekennzeichnet. Man kann sie deshalb hochkonzentriert, entweder allein oder zusammen mit bekannten Plastif izierungs- oder Füllmitteln, als Plastifizierungs- und/oder Füllmittel in Polystyrolmassen verwenden, ohne daß eine starke Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des Produktes oder Klebrigwerden der Oberfläche eintritt.

Die wie vorbeschrieben dargestellten Kohlenwasserstoffe können direkt mit Polystyrol oder mit einer Polystyrolmasse vermischt werden, oider sie werden zunächst geklärt, gereinigt oder fraktioniert, oder man unterwirft sie einer chemischen Änderung oder einer Folge solcher Prozesse. So kann man die rohen Produkte im Vakuum destillieren, um leicht gefärbte Materialien zu erhalten. Andererseits: können die Kohlenwasserstoffe auch irgendeinem anderen Fraktionierungsverfahren unterworfen werden, z.B.'einer weiteren Lösungsextraktion, einer fraktionierten Absorption oder Reinigung mittels Aluminiumoxyd oder absortierenden Erden oder einer Fällung aus der Lösung, um die am besten geeigneten Fraktionen auszuwählen, im allgemeinen jene, die ein hohes spezifisches Gewicht besitzen.

Das Rohmaterial kann durch chemische Behandlung verändert werden, z. B. durch Chlorierung, durch Einblasen von Luft oder Dehydrierung, durch Erhitzen mit Schwefel oder Selen bei erhöhter Temperatur. Der chemischen Behandlung kann einie Klärung oder fraktionierende Behändlung folgen, bevor man die Kohlenwasserstoffe in die Polystyrolmasse einträgt.

Klärt oder modifiziert man die Kohlenwasserstoffe, wie oben angegeben, so ist Sorge zu tragen, daß man das spezifische Gewicht, das durchschnittliehe Molekulargewicht und das Verhältnis zwischen Wasserstoff und Kohlenstoff nur innerhalb der 'durch vorliegende Erfindung gegebenen Grenzen verändert.

Die Mischung der Kohlenwasserstofffraktionen mit Polystyrol oder mit Polystyrol und anderen Materialien der Masse kann auf vielen Wegen durchgeführt werden. So kann man die einzelnen Bestandteile in einer der gebräuchlichen Vorrichtungen -für mechanische Mischung vermischen. Oder aber man mischt vorteilhaft das Polystyrol in Pulverform mit einer bestimmten Kohlenwasserstoffmenge bei Zimmertemperatur und unterwirft die Mischung der Erhitzung bei einer Temperatur von ungefähr ioo°. Man erhält eine plastische Masse, die sich durch Walzen leicht in eine feste

Folie umwandeln läßt, c:!er die unter Druck gepreßt wird.

Eine weitere Behandlung, die sich vor allem zur Herstellung von Überzugsmassen als vorteilhaft erweist, besteht darin, daß man Polystyrol und die Kohlenwasserstoffe in dem einen oder anderen flüchtigen. Lösungsmittel, wie Benzol oder Xylol, löst, worauf man das Lösungsmittel durch Destillation entfernt oder, wie im Fall der Überzugsmassen, nach dem Überziehen direkt verdampft. Man kann die Masse indessen in disperser Form so darstellen, daß man. die Lösung von Polystyrol und Kohlenwasserstoffen in einer wäßrigen Phase, die ein Emulgiermittel wie Ammoniumoleat enthält, in Emulsion bringt.

Der Anteil der in die Masse einzutragenden Kohlenwasserstoffe hängt von der Art der Kohlenwasserstoffraktion und von der im angeschlossenen Produkt erwünschten Weichheit und Plastizität ab. Allgemein ausgedrückt: Mengen bis> zu 200 Gewichtsteilen Kohlenwasserstoffe auf 100 Teile Polystyrol ergeben brauchbare Resultate.

Für Formkörper von hoher Durchschlagsfestigkeit kann die Masse zweckmäßig 50 Gewichtsteile Kohlenwasserstoff auf 100 Teile Polystyrol enthalten. Zusammen mit anderen Füll- und Plastifizierungsmitteln, wenn solche durch die geforderten Eigenschaften des Produkts angezeigt sind Ist ein hoher Anteil an festen Füllmitteln erforderlich, so kann die Menge der Kohlenwasserstoffe mit Vorteil vermehrt werden.

Bei der Herstellung hochplastischer Massen, geeignet für Drahtisolierungen, gibt eine Mischung von etwa 100 Teilen Kohlenwasserstoffen mit 100 Teilen Polystyrol gewöhnlich befriedigende Ergebnisse.

Nachstehend folgen praktische Beispiele darüber, wie man die für das Verfahren verwendeten Kohlenwasserstoffe darstellt.

Beispiel A

100 Volumteile eines Rohpetroleumdestillates, das zwischen 360 und 525⁰¹ bei 760 mm Hg siedet, werden mit 200 Volumteilen einer Mischung von Schwefeldioxyd (85%) und Benzol (15%) bei 53° behandelt. Die Lösung wird durch Destillation vom Schwefeldioxyd und Benzol befreit. Der Rückstand wird bei 0,1 mm Hg-Druck destilliert. Man erhält 30 Volumteile eines leicht gefärbten viskosen Öls, das bei Atmosphärendruck zwischen 400 und 470⁰ siedet und ein Molekulargewicht von 330 hat.

Beispiel B

100 Volumteile eines Rohpetroleumrückstandes, der bei Atmosphärendruck zwischen 400 und 650⁰ siedet, werden mit 220 Teilen Furfurol bei 54⁰ behandelt. Der vom Furfurol befreite Extrakt wird im Vakuum destilliert und ergibt 25 Volumteile eines viskosen Öls, das bei Atmosphärendruck ungefahr zwischen 400 und 550⁰ siedet und ein Molekulargewicht von 420 hat.

Das Verfahren vorliegender Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert:

Beispiel 1

100 Gewichtsteile Polystyrol und 50 Teile der nach Beispiel A dargestellten Kohlenwasserstofffraktion wurden in 400 Teilen Benzol gelöst. Die vom Benzol durch Destillation befreite Lösung hinterließ eine harte Polystyrolmasse vom hoher Schlagfestigkeit und eignete sich für Preß- oder Überzugsmassen.

Beispiel 2

100 Gewichtsteile gepulvertes Polystyrol und Teile der nach Beispiel A dargestellten Kohlen-Wasserstofffraktion wurden gemischt und 2 Stunden auf ioo° erhitzt. Die so erhaltene plastische Masse wurde durch einen Walzenstuhl getrieben und bildete eine Folie. Das Produkt war eine hochplastische Masse, geeignet für Drahtüberzüge nach dem Strangpreßverfahren.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

ι. Verfahren zur Herstellung von Polystyrolmassen, dadurch gekennzeichnet, daß als Weichmacher der mit Hilfe eines oder mehrerer selektiver, polarer Lösungsmittel, gasförmiger Paraffinkohlenwasserstoffe oder Schwefelsäure gewonnene Extrakt einer Mineralölfraktion dient.
2. Verfahren zur Herstellung von Polystyrolmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mineralölfraktion mit einem oder mehreren polaren Lösungsmitteln, z. B. Schwefeldioxyd, Furfurol, Phenol, behandelt und zur Gewinnung des Weichmachers die extrahierte Phase abgetrennt und vom Lösungsmittel befreit wird.
3. Verfahren zur Herstellung von Polystyrolmassen· nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mineralölfraktion, um den Weichmacher als einen zähflüssigen oder harzartigen Körper zu erhalten, mit normalerweise gasförmigem Kohlenwasserstoff bei niedriger Temperatur und erhöhtem Druck von mindestens 12 at behandelt wird.
4. Verfahren zur Herstellung von Polystyrolmassen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Behandlung der Mineralöl- no fraktion, mit Schwefelsäure der hergestellte Säureschlamm abgetrennt, mit einem Alkali neutralisiert und das neutralisierte Produkt vorzugsweise im Vakuum zur Gewinnung des Weichmachers destilliert wird.
5. Verfahren zur Herstellung von Polystyrolmassen nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Weichmacher, bevor er dem Polystyrol zugesetzt wird, einem Modifications- oder Reinigungsprozeß oder einer Reihe solcher Prozesse unterworfen wird.
6. Verfahren zur Herstellung von Polystyrolmassen nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Weichmacher und das Polystyrol zusammen in

einem flüchtigen) wechselseitigen Lösungsmittel gelöst Oider in wäßriger Phase dispergiert werden.
7. Verfahren zur Herstellung von Polystyrolmassen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Polystyrol zur Herstellung einer plastischen Masse, welche gepreßt öder auf einem Kalander als kompakte Folie ausgewalzt werden kann, als Pulver mit einem bestimmten Anteil Weichmacher vermischt, auf etwa ioo° erhitzt wird.
8. Verfahren zur Herstellung von Polystyrolmassen nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 200¹ Gewichtsteile Weichmacher auf 100 Gewichtsteile Polystyrol verwendet werden.

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