JP2001522383A - グラファイト粒子含有発泡性スチレン重合体の製造 - Google Patents

グラファイト粒子含有発泡性スチレン重合体の製造

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Abstract

(57)【要約】 グラファイト粒子を含有する発泡性スチレン重合体の製造方法において、グラファイト粒子の存在下、水性懸濁液中で重合させる。

Description

【発明の詳細な説明】 グラファイト粒子含有発泡性スチレン重合体の製造 本発明は、グラファイト粒子含有発泡性スチレン重合体粒子の製造方法に関す る。 発泡性ポリスチレンフォームは、以前から知られており、多くの分野で立証さ れている。このようなフォームは、発泡剤がしみ込んだポリスチレン粒子を発泡 させ、次いで得られたフォーム粒子を融着させて成形体を形成することにより得 られる。重要な用途分野はビルや建造物の断熱材である。 断熱材に使用される発泡ポリスチレンフォームボードは、その発泡ポリスチレ ンフォームの熱伝導率がその密度の中で最小値を有するので、約30g/L(リ ットル)の密度を有する。材料と空間を節約するために、より低い密度を有する フォームボードを使用することが望ましく、断熱材には特に15g/L未満が望 ましい。このようなフォームの製造は、技術的には問題はない。しかしながら、 このような低密度のフォームボードは、大きく断熱容量が低下し、これにより熱 伝導率クラス035(DIN−18−164、パート1)の要求を満たさない。 フォームの熱伝導率は、熱非消失材料(athermaous material)、例えばカーボ ンブラック、金属酸化物、金属粉又は顔料を導入することにより低下させること ができることが知られている。 従って、EP−A372343には、1〜25重量%のカーボンブラックを含 むポリスチレンフォームが記載されている。このカーボンブラックの粒子径は1 0〜100nmである。ここに記載されているポリスチレンフォームは、押出法 により有利に製造され、好ましくは32〜40g/Lの密度を有する。更に、ポ リスチレン中のカーボンブラック濃縮物を発泡剤と共に、ポリスチレン溶融物に 混合し、押出し、混合物を顆粒化することによる、発泡剤含有ポリスチレン粒子 の製造法が記載されている。これは、むしろ複雑な方法である。 WO94/13721には、カーボンブラックのサイズが150nm未満であ る類似のフォームが記載されている。 EP−A620246には、熱非消失材料粒子(特にカーボンブラック、グラ ファイト)を含む発泡ポリスチレンフォーム成形体が記載されている。成形体の 密度は、20g/L以下である。これらの粒子の成形体への導入は、好ましくは 、予備発泡ポリスチレンビーズの表面に塗布することにより、或いは未発泡のポ リスチレン顆粒に埋め込むことにより行われる。しかしながら、ポリスチレン粒 子の表面におけるこの粒子の分布は、ポリスチレン粒子の融着を阻害し、結果的 に低品質のフォームしか得られない。更に、この粒子は、擦られて成形体の表面 から落とされる。両方の場合において、粒子は、ポリスチレン粒子の内部で、均 一に分布しているものではない。 本発明の目的は、低密度で、特に低熱伝導率の発泡ポリスチレンフォームを形 成するために加工することができ、そして良好な加工性及び物理特性を有する、 グラファイト粒子含有発泡性スチレン重合体を、製造するための簡単な方法を提 供することにある。 本発明者等は、上記目的はグラファイトの存在下に、スチレンを懸濁重合させ ることにより達成することができる。 本発明は、スチレンを、必要によりこのスチレンの20重量%のコモノマーと 共に、グラファイト粒子の存在下に、懸濁水性液中で重合させ、そして発泡剤を 、上記重合前、重合中若しくは重合後に添加することを特徴とする発泡性スチレ ン重合体の製造方法を提供する。 本発明は、更にグラファイトを含有する発泡性スチレン重合体粒子であって、 0.05〜25重量%のグラファイト粒子がスチレン重合体中に均一に分布し、 且つスチレン重合体が0.2〜2mmの平均直径を有する丸いビーズ状である発 泡性スチレン重合体粒子を提供する。 WO95/10558において、カーボンブラックとポリスチレンとの相溶性 を、カーボンブラックを可塑剤で被覆することにより改善することが勧められて いる。このようなフォームを製造するための多くの方法が示されており、そこに は被覆サーマルブラックの存在下にスチレンを重合、発泡剤を添加、及び得られ た発泡性粒子を冷却する方法が含まれている。しかしながら、スチレンのこのよ うなバルク重合を行っても、100%の転化率を達成することができず、発泡性 粒子が依然残留モノマーを含んでいる。驚くべきことに、グラファイトの存在下 にスチレンの懸濁重合することにより、対照的に問題なく、最後まで反応を進め ることができる。 本発明の目的のために、発泡性スチレン重合体は、発泡剤を含有するスチレン 重合体である。 本発明の発泡性スチレン重合体は、重合体マトリックスとして、特にスチレン 単独重合体又は重合体に対して20重量%までのエチレン性不飽和コモノマー( 特に、アルキルスチレン、ジビニルスチレン、アクリロニトリル又はα−メチル スチレン)を含むスチレン共重合体を含むものである。 本発明の懸濁重合では、慣用助剤、例えば過酸化物開始剤、懸濁安定剤、発泡 剤、連鎖移動剤、発泡助剤、核形成剤及び可塑剤を添加することができる。難燃 剤、得られるスチレン重合体に対して、好ましくは0.6〜6重量%の量の難燃 剤、及び難燃剤共働薬、好ましくは0.1〜1重量%の量の難燃剤共働薬を添加 することが、特に好ましい。好ましい難燃剤としては、脂肪族、脂環式及び芳香 族の臭素化合物(例、ヘキサブロモシクロドデカン、ペンタブロモモノクロロシ クロヘキサン及びペンタブロモフェニルアリルエーテル)を挙げることができる 。好適な共働薬としては、C−C−又はO−O−化学変化し易い有機化合物(例 、ビクミル過酸化物及びジクミル過酸化物)を挙げることができる。発泡剤は、 スチレン重合体に対して3〜10重量%の量で添加される。これらは重合前、重 合中或いは重合後に懸濁液に添加することができる。適当な発泡剤は、炭素原子 数4〜6の脂肪族炭化水素である。無機のピカリング(Pickering)分散剤、例え ばピロ燐酸マグネシウム又はリン酸カルシウムを、懸濁安定剤として使用するこ とが有利である。 ポリスチレン(又は相当するスチレン共重合体)のスチレン(又はスチレンと コモノマーの混合物)溶液が、懸濁重合の開始時に存在する場合が、懸濁液の安 定性に好ましいことが分かった。ポリスチレンのスチレン溶液は、0.5〜30 重量%濃度、特に3〜20重量%濃度で開始することが好ましい。これは得られ たばかりのポリスチレンをモノマーに溶解することにより製造することができる が、発泡性ポリスチレンの製造で得られたビーズから選別除外された過大サイズ 及び/又は過小サイズ部分を用いて製造することも有利である。このような使用 できない過大サイズ及び過小サイズ部分は、実際上は、それぞれ2.0mmを超 える直径、及び0.2mm未満の直径を有するものである。再生ポリスチレン及 び再生ポリスチレンフォームも利用することができる。更に、スチレンを0.5 〜70%の転化率まで塊状重合させ、その後このプレポリマーをグラファイト粒 子と共に水層で懸濁させ、重合を完了させることが可能である。 使用されるグラファイトは、1〜50μm、特に2.5〜12μmの平均粒径 、100〜500g/Lの嵩密度、そして5〜20m2/gの比表面積を有する ことが好ましい。天然のグラファイト、又は粉砕した合成グラファイトを使用す ることができる。 本発明の懸濁重合においては、グラファイト粒子は、得られるスチレン重合体 に対して0.05〜25重量%、特に2〜8重量%の量にて、添加することが好 ましい。これは粉末状、或いはポリスチレン中の顆粒濃縮物として使用される。 概して、グラファイト粒子を懸濁重合中、好ましくは重合サイクルの最初の半分 の期間に行うことも可能である。この場合、ポリスチレンの添加は不必要である 。懸濁重合により、ビーズ状、特にグラファイト粒子が均一に分布した平均直径 が0.2〜2mmの範囲の丸い粒子が得られる。これらは慣用の被覆剤、例えば 金属ステアレート、グリセリルエステル及び珪酸塩微粒子で被覆することができ る。 グラファイト粒子含有発泡性スチレン重合体は、5〜35g/L、好ましくは 8〜25g/L、特に10〜15g/Lの密度を有するポリスチレンフォームを 形成するように加工することができる。 この目的のために、発泡性粒子は予備発泡される。これは通常、予備発泡にお いて粒子をスチーム加熱することにより達成される。 このようにして予備発泡した粒子は、その後融着され、成形体に形成される。 この目的のために、予備発泡した粒子は、気密状態になるように密閉された型に 導入され、スチームで処理される。冷却後、成形体を取り出すことができる。 本発明の発泡性スチレン重合体から製造されるフォームは、優れた断熱性を示 す。この効果は、特に低密度であることから明らかである。従って、発泡性スチ ン重合体に2重量%のグラファイトを添加することにより、密度10g/Lのフ ォームの熱伝導率を44mW/m・Kから35mW/m・K以下に低下させるこ と可能となった。 同じ熱伝導率で、スチレン重合体の密度を顕著に低下させることにより、材料 の節約の達成が可能となる。従来の発泡性スチレン重合体に比較して、同程度の 断熱性が、顕著に低い嵩密度で達成することができるので、本発明の発泡性ポリ スチレン粒子を用いた場合、より薄いフォームボードを使用することができ、空 間の節約が可能となる。 驚くべきことに、本発明の発泡性スチレン重合体は、問題なく、低密度フォー ムを製造することができる。当業者は、グラファイトが核剤として作用して、望 まない微細細胞フォームを形成すると考えるであろうけれども、発泡剤の損失も 、フォームの細胞構造の攪乱も起こらない。さらに、燃焼試験B2に合格する自 己消火性フォームであり、そして難燃剤の添加により、多くの場合、B1さえ合 格するフォームを製造することができる。 本発明を以下の実施例により説明する。記載された部、%は重量換算による。 [実施例] 2.55kgのポリスチレン(PS 158 K、BASF社製)を、17.03kgのス チレンに溶解し、そして196gのグラファイト粉末(UF2 96-97、Graphitwerk Kropfmuhle KG社製)、即ちスチレン及びポリスチレンの合計量に対して1%の グラファイトを、59.6gのジクミルパーオキシド及び20.4gのジベンゾ イルパーオキシドが添加された上記溶液に、均一に懸濁させた。この有機層を、 50Lの攪拌容器中の19.5Lの脱イオン水中に導入した。水層は、69.8 gのピロ燐酸ナトリウム及び129.5gの硫酸マグネシウムを含んでいる。1 95.8gのペンタンを上記懸濁液に計量導入し、その後80℃に加熱した。1 40分後、3.51gの乳化剤K30/40(Bayer AG 社製)を添加した。更に30分 経過後、別の1175.1gのペンタンを計量導入し、重合を134℃で完了さ せた。水層を分離除去して、平均直径が0.82mmの均一に薄黒いビーズを得 た。このビーズを、スチームで発泡させ、3分後11.8g/Lの嵩密度とする ことができた。熱伝導率は、DIN−52−612に従って 10℃で測定され、35mW/m・Kであった。 [実施例2] 2%のグラファイトを用いて実施例1の手順を繰り返した。嵩密度が10g/ Lのフォームビーズの熱伝導率は、34mW/m・Kであった。 [実施例3] 4%のグラファイトを用いて実施例1の手順を繰り返した。嵩密度12g/L で、熱伝導率は34mW/m・Kであった。 [実施例4](比較) グラファイトを用いずに実施例1の手順を繰り返した。嵩密度が10g/Lの フォームビーズの熱伝導率は、44mW/m・Kであった。 [実施例5] 難燃剤組成物として、127gのヘキサブロモシクロドデカン及び85gのビ クミルを添加し、実施例1の手順を繰り返した。重合は125℃にて行った。熱 伝導率は34mW/m・Kで、防火性(fire protection)クラスがB2であった 。 [実施例6] 攪拌加圧容器中において、150部の脱イオン水、0.1部のピロ燐酸ナトリ ウム、100部のスチレン、0.45部のベンゾイルパーオキシド、0.15部 のtert−ブチルパーベンゾネート及び更に5部のkropfmuhlの粉末グラファ イトUFT、2部のヘキサブロモシクロドデカン(HBCD)及び0.4部のジク ミルパーオキシドを、攪拌しながら90℃に加熱した。 90℃にて2時間後、4部の10%ポリビニルピロリドン水溶液を加えた。 更に90℃で、2時間攪拌を続け、80%のn−ペンタンと20%のiso− ペンタンの混合物を添加した。次いで、混合物を110℃で2時間、最後に14 0℃で2時間、攪拌した。 得られた発泡性ポリスチレンビーズを、脱イオン水で洗浄し、0.7〜1.0 mmに選別し、次いで温風で乾燥した。 ビーズは、スチーム流で予備発泡され、1日保存後、密閉型で別のスチームに より融着させ、15g/Lの密度のフォームブロックを得た。 熱伝導率は、DIN−52−612に従って10℃で測定され、35mW/m ・Kであった。 [実施例7] 0.498kgの過大サイズ/過小サイズのEPSを16.6kgのスチレン に溶解し、そして16.6gのグラファイト粉末(UF2 96/97、Graphitwerk Kro pfmuhle KG社製)、即ちスチレン及びEPSの合計量に対して0.1%のグラフ ァイトを、83.0gのジクミルパーオキシド及び4.15gのジベンゾイルパ ーオキシド並びに112.033gのヘキサブロモシクロドデカン(HBCD) が添加された上記溶液に、均一に懸濁させた。この有機層を、50Lの攪拌容器 中の19.3Lの脱イオン水中に導入した。水層は、46.127gのピロ燐酸 ナトリウム及び86.348gの硫酸マグネシウム(Epsom塩)を含んでいる。 上記懸濁液を40分間に亘って80℃に加熱した。その後、2.32gの乳化剤 K30/40(Bayer AG社製)を添加した。更に40分経過後、1330gのペンタンを 計量導入し、重合を126℃で完了させた。 水層を分離除去して、平均直径が1.18mmの均一に薄黒いビーズを得た。 このビーズを、スチームで2回予備発泡させ、ビーズは10.0g/Lの嵩密度 を有していた。内部含水量は、1.5%未満で、残留スチレン含有量は1000 ppm未満であった。10g/Lの嵩密度での熱伝導率は、グラファイトが導入 されていないものに比べて2mW/m・K低い値であった。 [比較実施例8] グラファイトによる表面被覆 ミキサー中で、予備発泡EPSを2.0%のグラファイトと混合した。被覆は 完了せず、グラファイトはビーズ表面に不均一に分布した。更なる加工の間に、 大量のグラファイトがビーズ表面から擦り落とされた。バインダ(グリセリルス テアレート、ホワイトオイル)を使用しても、被覆物の品質は改良することがで きなかった。成形の融着は満足できるものではなかった。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成10年5月14日(1998.5.14) 【補正内容】 2.上記重合を、スチレン重合体に対して0.05〜25重量%のグラファイト の存在下に行う請求項1に記載の方法。 3.懸濁重合を、難燃剤として有機臭素化合物の存在下に行う請求項1に記載の 方法。 4.懸濁重合において、ポリスチレンのスチレン溶液を用いる請求項1に記載の 方法。 5.ポリスチレンのスチレン溶液を、0.5〜30重量%、好ましくは5〜20 重量%の濃度で用いる請求項4に記載の方法。 6.ポリスチレンとして、発泡性ポリスチレンの過大サイズ及び/又は過小サイ ズ部分を用いる請求項4に記載の方法。 7.スチレンを、0.5〜70%の転化率まで予備重合させ、そして得られたプ レポリマーをグラファイト粒子と共に水層に移動させる請求項1に記載の方法。 8.グラファイト粒子がスチレン重合体中に均一に分布し、且つスチレン重合体 が0.2〜2mmの平均直径を有する丸いビーズ状である、0.05〜25重量 %のグラファイトを含有する発泡性スチレン重合体粒子。 9.密度が5〜35g/Lのフォームを製造するための、請求項8に記載の発泡 性スチレン重合体粒子の使用。 【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成10年6月22日(1998.6.22) 【補正内容】 請求の範囲 1.スチレンを、必要によりこのスチレンの20重量%のコモノマーと共に、平 均粒径が1〜50μmのグラファイト粒子の存在下に、過酸化物開始剤を添加し て、懸濁水性液中で重合させ、そして発泡剤を、上記重合前、重合中若しくは重 合後に添加することを特徴とする発泡性スチレン重合体の製造方法。 【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成10年7月7日(1998.7.7) 【補正内容】 EP−A620246には、非熱消失材料粒子(特にカーボンブラック、グラ ファイト)を含む発泡ポリスチレンフォーム成形体が記載されている。成形体の 密度は、20g/L以下である。これらの粒子の成形体への導入は、好ましくは 、予備発泡ポリスチレンビーズの表面に塗布することにより、或いは未発泡のポ リスチレン顆粒に埋め込むことにより行われる。しかしながら、ポリスチレン粒 子の表面におけるこの粒子の分布は、ポリスチレン粒子の融着を阻害し、結果的 に低品質のフォームしか得られない。更に、この粒子は、擦られて成形体の表面 から落とされる。両方の場合において、粒子は、ポリスチレン粒子の内部で、均 一に分布しているものではない。 本発明の目的は、低密度で、特に低熱伝導率の発泡ポリスチレンフォームを形 成するために加工することができ、そして良好な加工性及び物理特性を有する、 グラファイト粒子含有発泡性スチレン重合体を、製造するための簡単な方法を提 供することにある。 本発明者等は、上記目的はグラファイトの存在下に、スチレンを懸濁重合させ ることにより達成することができる。 本発明は、スチレンを、必要によりこのスチレンの20重量%のコモノマーと 共に、1〜50μmのグラファイト粒子グラファイト粒子の存在下に、懸濁水性 液中で重合させ、そして発泡剤を、上記重合前、重合中若しくは重合後に添加す ることを特徴とする発泡性スチレン重合体の製造方法を提供する。 本発明は、更にグラファイトを含有する発泡性スチレン重合体粒子であって、 0.05〜25重量%のグラファイト粒子がスチレン重合体中に均一に分布し、 且つスチレン重合体が0.2〜2mmの平均直径を有する丸いビーズ状である発 泡性スチレン重合体粒子を提供する。 WO95/10558において、カーボンブラックとポリスチレンとの相溶性 を、カーボンブラックを可塑剤で被覆することにより改善することが勧められて いる。このようなフォームを製造するための多くの方法が示されており、そこに は被覆サーマルブラックの存在下にスチレンを重合、発泡剤を添加、及び得られ た発泡性粒子を冷却する方法が含まれている。しかしながら、スチレンのこのよ うなバルク重合を行っても、100%の転化率を達成することができず、発泡性 粒子が依然残留モノマーを含んでいる。驚くべきことに、グラファイトの存在下 にスチレンの懸濁重合することにより、対照的に問題なく、最後まで反応を進め ることができる。 更に、スチレンを0.5〜70%の転化率まで塊状重合させ、その後このプレポ リマーをグラファイト粒子と共に水層で懸濁させ、重合を完了させることが可能 である。 使用されるグラファイトは、1〜50μmの平均粒径を有し、特に2.5〜1 2μmの平均粒径、100〜500g/Lの嵩密度、そして5〜20m2/gの 比表面積を有することが好ましい。天然のグラファイト、又は粉砕した合成グラ ファイトを使用することができる。 本発明の懸濁重合においては、グラファイト粒子は、得られるスチレン重合体 に対して0.05〜25重量%、特に2〜8重量%の量にて、添加することが好 ましい。これは粉末状、或いはポリスチレン中の顆粒濃縮物として使用される。 概して、グラファイト粒子を懸濁重合中、好ましくは重合サイクルの最初の半分 の期間に行うことも可能である。この場合、ポリスチレンの添加は不必要である 。懸濁重合により、ビーズ状、特にグラファイト粒子が均一に分布した平均直径 が0.2〜2mmの範囲の丸い粒子が得られる。これらは慣用の被覆剤、例えば 金属ステアレート、グリセリルエステル及び珪酸塩微粒子で被覆することができ る。 グラファイト粒子含有発泡性スチレン重合体は、5〜35g/L、好ましくは 8〜25g/L、特に10〜15g/Lの密度を有するポリスチレンフォームを 形成するように加工することができる。 この目的のために、発泡性粒子は予備発泡される。これは通常、予備発泡にお いて粒子をスチーム加熱することにより達成される。 このようにして予備発泡した粒子は、その後融着され、成形体に形成される。 この目的のために、予備発泡した粒子は、気密状態になるように密閉された型に 導入され、スチームで処理される。冷却後、成形体を取り出すことができる。 本発明の発泡性スチレン重合体から製造されるフォームは、優れた断熱性を示 す。この効果は、特に低密度であることから明らかである。従って、発泡性スチ レン重合体に2重量%のグラファイトを添加することにより、密度10g/Lの フォームの熱伝導率を44mW/m・Kから35mW/m・K以下に低下させる こと可能となった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バートシャイダー,カール−ハインツ ドイツ国、D―67112、ムターシュタット、 ルートヴィッヒスハーフェナー、シュトラ ーセ、29 (72)発明者 ネゲレ,ディーター ドイツ国、D―67550、ヴォルムス、スケ ルシュトラーセ、6 (72)発明者 ケムプファー,クヌート ドイツ国、D―67065、ルートヴィッヒス ハーフェン、ペータースシュトラーセ、1 (72)発明者 フーゼマン,ヴォルフラム ドイツ国、D―67435、ノイシュタット、 ヨーゼフ―フォン―アイヒェンドルフ―シ ュトラーセ、4 (72)発明者 ホーヴィラー,フリーダー ドイツ国、D―67098、バート、デュルク ハイム、イム、ハーゼネック、2

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.スチレンを、必要によりこのスチレンの20重量%のコモノマーと共に、グ ラファイト粒子の存在下に懸濁水性液中で重合させ、そして発泡剤を、上記重合 前、重合中若しくは重合後に添加することを特徴とする発泡性スチレン重合体の 製造方法。 2.上記重合を、スチレン重合体に対して0.05〜25重量%のグラファイト の存在下に行う請求項1に記載の方法。 3.懸濁重合を、難燃剤として有機臭素化合物の存在下に行う請求項1に記載の 方法。 4.懸濁重合において、ポリスチレンのスチレン溶液を用いる請求項1に記載の 方法。 5.ポリスチレンのスチレン溶液を、0.5〜30重量%、好ましくは5〜20 重量%の濃度で用いる請求項4に記載の方法。 6.ポリスチレンとして、発泡性ポリスチレンの過大サイズ及び/又は過小サイ ズ部分を用いる請求項4に記載の方法。 7.スチレンを、0.5〜70%の転化率まで予備重合させ、そして得られたプ レポリマーをグラファイト粒子と共に水層に移動させる請求項1に記載の方法。 8.グラファイト粒子がスチレン重合体中に均一に分布し、且つスチレン重合体 が0.2〜2mmの平均直径を有する丸いビーズ状である、0.05〜25重量 %のグラファイトを含有する発泡性スチレン重合体粒子。 9.密度が5〜35g/Lのフォームを製造するための、請求項8に記載の発泡 性スチレン重合体粒子の使用。
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