JP6309007B2 - Particulate foamable polymer, production method thereof, and application thereof - Google Patents

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Description

本発明は、断熱性を向上させるために断熱性を向上させる炭素系材料を含む、微細多孔質構造及び低密度を有する難燃性発泡材に加工可能な粒子状発泡性ポリマーに関する。本発明は、さらに、粒子状発泡性ポリマーの生産方法と、その方法で得られる発泡材に関する。   The present invention relates to a particulate foamable polymer that can be processed into a flame retardant foam having a microporous structure and low density, including a carbon-based material that improves heat insulation in order to improve heat insulation. The present invention further relates to a method for producing a particulate foamable polymer and a foam material obtained by the method.

乾燥重量を基準とした百分率で、それぞれ80〜99%、3.0〜12%、0.05〜5.0%の範囲の濃度の発泡性ポリマー材料、唯一の望ましい発泡剤としての1,1,2,2−テトラフルオロエタン、及びナノグラファイトを含む熱可塑性ポリマー発泡体を生成するための組成物が、国際公開第2008/119059号により知られている。用いられるナノグラファイトは、少なくとも一つの次元が100nm未満の厚さを有し、好ましくはキャリア、すなわちポリエチレン−アクリル酸メチル共重合体に含まれる多層ナノグラファイトとされる。ナノグラファイトの添加は、最終的な発泡生成物の熱的特性、機械的特性、及び難燃性を改善すると主張されている。   Expandable polymer materials at concentrations ranging from 80 to 99%, 3.0 to 12%, and 0.05 to 5.0%, respectively, as a percentage based on dry weight, 1,1 as the only desirable blowing agent A composition for producing thermoplastic polymer foams comprising 1,2,2-tetrafluoroethane and nanographite is known from WO 2008/119059. The nanographite used has a thickness of at least one dimension of less than 100 nm and is preferably a multilayer nanographite contained in a carrier, ie a polyethylene-methyl acrylate copolymer. The addition of nanographite is claimed to improve the thermal properties, mechanical properties, and flame retardancy of the final foam product.

国際公開第2007/058736号は、熱的に安定な臭素化共重合体に関する。ここで重合される共重合体は、ブタジエン部分と芳香族ビニル部分を含む。このような共重合体は、燃焼を抑制する量でポリスチレンに添加され、最終的に、混合物の重量で0.1〜25%の範囲の臭素含有量を有する混合物が得られる。   WO 2007/058736 relates to a thermally stable brominated copolymer. The copolymer to be polymerized here includes a butadiene portion and an aromatic vinyl portion. Such a copolymer is added to the polystyrene in an amount that inhibits combustion, and finally a mixture having a bromine content in the range of 0.1 to 25% by weight of the mixture is obtained.

米国特許出願公開第2002/0117769号明細書は、熱伝導性を低下させるために、カーボンブラック、酸化チタン、アルミニウム、及びグラファイトなどの添加剤を添加可能な発泡多孔質ポリマー粒子に関する。   US 2002/0117769 relates to expanded porous polymer particles to which additives such as carbon black, titanium oxide, aluminum and graphite can be added to reduce thermal conductivity.

米国特許出願公開第2012/0123007号明細書は、臭素化難燃剤が添加されたスチレンポリマー組成物に関する。   US Patent Application Publication No. 2012/0123007 relates to a styrene polymer composition to which a brominated flame retardant has been added.

ポリスチレン粒子内に断熱性を向上させる材質として活性炭を含む発泡性ポリスチレン(EPS)が、本出願人による欧州特許第1486530号明細書(NL第1023638号に対応)により知られている。適切な活性炭は、12μm以下の粒度を有する。このような断熱性を向上させる材質の使用により得られる発泡体は、B2試験、すなわちDIN 4102 part2に準じた耐火性要件に適合する。   Expandable polystyrene (EPS) containing activated carbon as a material for improving heat insulation in polystyrene particles is known from European Patent No. 1486530 (corresponding to NL No. 1023638) by the present applicant. Suitable activated carbon has a particle size of 12 μm or less. The foam obtained by using such a material that improves heat insulation meets the fire resistance requirement according to the B2 test, that is, DIN 4102 part2.

断熱性を向上させる手段として、特定の粒度分布を示す活性炭を使用した発泡性ポリスチレン(EPS)が、本出願人による国際公開第2010/041936号により知られている。   As means for improving heat insulation, expandable polystyrene (EPS) using activated carbon having a specific particle size distribution is known from WO 2010/041936 by the present applicant.

スチレンポリマーに対して0.05〜25重量%のグラファイトが添加されたグラファイト含有EPSの生産方法が、米国特許第6130265号明細書により知られている。   A method for producing graphite-containing EPS in which 0.05 to 25% by weight of graphite is added to the styrene polymer is known from US Pat. No. 6,130,265.

スチレンポリマーが平均粒径1〜50μmの均質に分散されたグラファイト粒子を0.05〜8重量%含む発泡性ポリスチレンが、米国特許第6340713号明細書により知られている。   Expandable polystyrene is known from US Pat. No. 6,340,713 which contains 0.05-8% by weight of homogeneously dispersed graphite particles with a styrene polymer having an average particle size of 1-50 μm.

EPSの断熱性能を向上させる方法自体も、国際公開第00/43442号により知られている。この方法では、スチレンポリマーが押出機内で融解され、少なくとも発泡剤、及び、主にプレートの形態をした6重量%以下のアルミニウム粒子と混合されて共に押し出され、押出物が冷却されて粒子に縮小される。このようなポリマーは、断熱特性を向上させるために、均一に分散され赤外線を反射する材料として組み込まれた粒子の形態のアルミニウムを少なくとも含む。アルミニウム粒子は、大きさが1〜15μmのプレート状の形状を有する。   A method for improving the heat insulating performance of EPS is also known from WO 00/43442. In this method, the styrene polymer is melted in an extruder, mixed with at least a blowing agent and up to 6% by weight aluminum particles, mainly in the form of plates, extruded together, and the extrudate is cooled and reduced to particles. Is done. Such polymers include at least aluminum in the form of particles incorporated as a uniformly dispersed material that reflects infrared radiation to improve thermal insulation properties. The aluminum particles have a plate shape with a size of 1 to 15 μm.

発泡性ポリスチレン(EPS)の製造に使用される出発原料は、前述の国際特許出願により知られている押出プロセスだけでなく、懸濁重合によっても得られる。こうして得られたEPS顆粒は、包装業及び建設業において出発原料として広く使用される。更なる加工のための方法は、膨張容器内で、ある量の蒸気をEPS顆粒層に通すことにより、EPS顆粒に含まれる通常はペンタンである発泡剤を蒸発させて、顆粒を発泡させる予備発泡処理を含む。硬化とも呼ばれる約4〜48時間の保管期間の後、このように予備発泡された顆粒が金型に導入され、蒸気の影響下で更に膨張される。使用される金型は、顆粒が所望の形状に融解する間、まだ存在している発泡剤を膨張の間に逃がすことができるようにする小さな開口を有する。この形状の大きさには原理的には制限がなく、建設業のためのブロックや、食品及び非食品産業のための包装材を得ることが可能である。上述した方法は、国際公開第2008/119059号により知られている、連続的な押出機における単一のステップの処理において連続的に発泡された発泡体に関する方法とは本質的に異なる。   The starting materials used for the production of expandable polystyrene (EPS) can be obtained not only by the extrusion process known from the aforementioned international patent application, but also by suspension polymerization. The EPS granules thus obtained are widely used as starting materials in the packaging and construction industries. A method for further processing is to pre-foam the foam by evaporating the foaming agent, usually pentane, contained in the EPS granule by evaporating a certain amount of steam through the EPS granule layer in an expansion vessel. Includes processing. After a storage period of about 4 to 48 hours, also called curing, the granules so prefoamed are introduced into the mold and further expanded under the influence of steam. The mold used has a small opening that allows the blowing agent still present to escape during expansion while the granules melt into the desired shape. The size of this shape is not limited in principle, and it is possible to obtain blocks for the construction industry and packaging materials for the food and non-food industries. The method described above is essentially different from the method known from WO 2008/119059 for a foam that is continuously foamed in a single step process in a continuous extruder.

多くの場合、発泡体の製品には難燃剤が添加される。このような発泡材は、更に製品及び物体に加工されるが、それらの難燃性能は国家当局により規定された要件を満たす必要がある。このような難燃剤は、人間及び環境に対する容認できない化学的影響を有すると推測される。したがって、特定の難燃剤は廃止されている。   In many cases, flame retardants are added to foam products. Such foams are further processed into products and objects, but their flame retardant performance needs to meet the requirements stipulated by national authorities. Such flame retardants are presumed to have unacceptable chemical effects on humans and the environment. Therefore, certain flame retardants are abolished.

本発明の一つの目的は、更なる加工後に、所期の断熱特性のための使用に適した、実用的に望まれる十分に低い熱伝導率を有する発泡体が得られるような、粒子状発泡性ポリマー顆粒を提供することである。   One object of the present invention is to provide a particulate foam which, after further processing, results in a foam having a sufficiently low thermal conductivity, which is practically desired, suitable for use for the desired thermal insulation properties. Is to provide a functional polymer granule.

本発明の別の態様は、スチレンポリマーを、1以上の更なる成分の存在下で、発泡及び成形後に高い断熱性能を有する材料に変換することが可能な発泡性ポリマー顆粒の製造方法を提供することである。   Another aspect of the present invention provides a process for producing expandable polymer granules capable of converting a styrene polymer into a material having high thermal insulation performance after foaming and molding in the presence of one or more additional components. That is.

本発明の別の態様は、人間及び動物に対して安全で、建設業における現行の安全基準を満たす、低い生体毒性を示す難燃剤が使用される発泡性ポリマー顆粒の製造方法を提供することである。   Another aspect of the present invention is to provide a process for producing expandable polymer granules using flame retardants that are safe for humans and animals and meet current safety standards in the construction industry and exhibit low biotoxicity. is there.

プリアンブルにおいて言及される本発明は、ポリマー粒子が、粒径が1μm未満の炭素を、断熱性能を向上させる材料として含み、難燃剤として臭素化SBS(スチレン−ブタジエン−スチレン)を含むことを特徴とする。   The present invention referred to in the preamble is characterized in that the polymer particles include carbon having a particle size of less than 1 μm as a material for improving thermal insulation performance, and brominated SBS (styrene-butadiene-styrene) as a flame retardant. To do.

断熱性能を向上させる材料として、このような種類の炭素を使用することにより、本発明の1以上の態様が満たされる。上述の難燃剤は、建設業における現行の安全基準を満たすための手段とされる上、人間及び環境に対してほとんど影響を与えない。   One or more aspects of the present invention are satisfied by using such types of carbon as a material to improve thermal insulation performance. The above-mentioned flame retardants are considered as a means to meet current safety standards in the construction industry and have little impact on humans and the environment.

粒径の下限値として好適な値は0.1μmである。本発明は、とくに、炭素源としてのカーボンブラックの使用を除外する。   A preferred value for the lower limit of the particle size is 0.1 μm. The present invention specifically excludes the use of carbon black as a carbon source.

D50粒径は、1μm以下、より具体的には0.8μm以下であることが特に望ましい。   It is particularly desirable that the D50 particle size is 1 μm or less, more specifically 0.8 μm or less.

D90値及びD50値は、それぞれ、全体のそれぞれ90%及び50%の粒度がこの値より小さいような、90番目及び50番目の百分位数であると理解される。D10(全体の10%がこの粒径よりも小さい)、D50(全体の半分がこの粒径よりも小さい)、及びD90(全体の90%がこの粒径よりも小さい)は、マルバーン社(Malvern Instruments)の製品であるマスターサイザー(登録商標)(Mastersizer)及びLazersizerの使用によって得られる累積分布曲線から容易に推測でき、これらの3つの値(D10、D50、及びD90)は、粉末の粒径分布を特徴付けるために使用されうる。とくに、(D90−D10)/D50(これも粒径分布と呼ばれる)は、粉末に含まれる粒径の広がりについて良好な指標を提供する。   The D90 and D50 values are understood to be the 90th and 50th percentiles, respectively, such that the overall 90% and 50% granularity, respectively, is less than this value. D10 (10% of the total is smaller than this particle size), D50 (half of the total is smaller than this particle size), and D90 (90% of the total is smaller than this particle size) are manufactured by Malvern. Instruments can be easily inferred from the cumulative distribution curve obtained by using the products Mastersizer and Lazersizer, these three values (D10, D50 and D90) are the particle size of the powder Can be used to characterize the distribution. In particular, (D90-D10) / D50 (also referred to as particle size distribution) provides a good indicator for the spread of particle size contained in the powder.

言い換えれば、10パーセント点は、10%の粒子の粒径がこの値以下であり、したがって、90%の粒径がこの値より大きいような粒径である。   In other words, the 10 percent point is the particle size at which 10% of the particles have a particle size below this value, and thus 90% of the particles have a particle size greater than this value.

言い換えれば、50パーセント点は、50%の粒子の粒径がこの値以下であり、したがって、50%の粒径がこの値より大きいような粒径である。D50は、好ましくは1.0μm以下であり、とくに好ましくは0.8μm以下である。   In other words, the 50 percent point is the particle size at which the particle size of 50% is less than or equal to this value, and thus the particle size of 50% is greater than this value. D50 is preferably 1.0 μm or less, and particularly preferably 0.8 μm or less.

言い換えれば、90パーセント点は、90%の粒子の粒径がこの値以下であり、したがって、10%の粒径がこの値より大きいような粒径である。   In other words, the 90 percent point is the particle size at which 90% of the particles have a particle size below this value, and thus 10% of the particle size is greater than this value.

ポリスチレン及び臭素化ポリブタジエンのブロック共重合体が、本発明の粒子状発泡性ポリマーにおいて臭素化SBS(スチレン−ブタジエン−スチレン)として用いられることが好ましい。   A block copolymer of polystyrene and brominated polybutadiene is preferably used as brominated SBS (styrene-butadiene-styrene) in the particulate foamable polymer of the present invention.

臭素の重量パーセントは、臭素化SBS(スチレン−ブタジエン−スチレン)を基準として、60〜70重量%の範囲であることが好ましい。臭素化SBS(スチレン−ブタジエン−スチレン)を基準とした30〜50重量%の好ましい範囲が、スチレンの重量パーセントとして規定される。   The weight percentage of bromine is preferably in the range of 60-70% by weight, based on brominated SBS (styrene-butadiene-styrene). A preferred range of 30-50% by weight based on brominated SBS (styrene-butadiene-styrene) is defined as the weight percent of styrene.

特別の実施の形態において、臭素化SBS(スチレン−ブタジエン−スチレン)の分子量は、60000〜150000の範囲であることが好ましい。   In a special embodiment, the molecular weight of brominated SBS (styrene-butadiene-styrene) is preferably in the range of 60000-150,000.

臭素化SBS(スチレン−ブタジエン−スチレン)の量は、粒子状発泡性ポリマーの総重量を基準として、0.7〜2.2重量%の範囲であることが好ましい。   The amount of brominated SBS (styrene-butadiene-styrene) is preferably in the range of 0.7 to 2.2% by weight, based on the total weight of the particulate foamable polymer.

特別の実施の形態において、ヘキサブロモシクロドデカン(HBCD)の量は、粒子状発泡性ポリマーの総重量を基準に計算して1.0重量%未満であり、とくに0.6重量%未満であり、より具体的には0.2重量%未満であり、好ましくは0.05重量%未満である。   In a special embodiment, the amount of hexabromocyclododecane (HBCD) is less than 1.0% by weight, in particular less than 0.6% by weight, calculated on the total weight of the particulate foamable polymer. More specifically, it is less than 0.2% by weight, preferably less than 0.05% by weight.

上述した値は、ポリマーの互換性、要求される難燃特性、生体毒性、熱安定性、及び持続可能性の観点から、とくに好適であると判明した。   The above values have been found to be particularly suitable in terms of polymer compatibility, required flame retardant properties, biotoxicity, thermal stability, and sustainability.

本発明において使用されるポリマーは、ポリスチレン、発泡ポリプロピレン(EPP)、発泡多孔性ポリエチレン(EPE)、ポリフェニレンオキシド(PPO)、ポリプロピレンオキシド、及びポリ乳酸、又はこれらの組合せを含む群から選択される。   The polymer used in the present invention is selected from the group comprising polystyrene, expanded polypropylene (EPP), expanded porous polyethylene (EPE), polyphenylene oxide (PPO), polypropylene oxide, and polylactic acid, or combinations thereof.

ポリ乳酸(PLA)は、乳酸モノマー系ポリマーの集合名であり、その構造は、その組成に依存して、完全なアモルファスから半結晶性又は結晶性まで変化する。ポリ乳酸は、例えば、乳製品、デンプン、小麦粉、及びトウモロコシから製造可能である。乳酸は、ポリ乳酸を構成するモノマーであり、このモノマーには、L−乳酸およびD−乳酸の2つの立体異性体が存在する。そのために、ポリ乳酸には、ある比率のL−乳酸モノマーと、ある比率のD−乳酸モノマーとが含まれる。ポリ乳酸中のL−乳酸モノマーとD−乳酸モノマーの比率によって、ポリ乳酸の特性が決定される。この文脈では、「D値」及び「D含量」(D−乳酸モノマーの百分率)という語も使用される。現在市販で入手可能なポリ乳酸のL:D比は100:0〜75:25であり、言い換えれば、D含量は0〜25%又は0〜0.25である。   Polylactic acid (PLA) is a collective name for lactic acid monomer-based polymers, and its structure varies from completely amorphous to semi-crystalline or crystalline depending on its composition. Polylactic acid can be produced, for example, from dairy products, starch, flour, and corn. Lactic acid is a monomer constituting polylactic acid, and there are two stereoisomers of L-lactic acid and D-lactic acid in this monomer. Therefore, polylactic acid includes a certain ratio of L-lactic acid monomer and a certain ratio of D-lactic acid monomer. The characteristics of polylactic acid are determined by the ratio of L-lactic acid monomer and D-lactic acid monomer in polylactic acid. In this context, the terms “D value” and “D content” (percentage of D-lactic acid monomer) are also used. The L: D ratio of currently commercially available polylactic acid is 100: 0 to 75:25, in other words, the D content is 0 to 25% or 0 to 0.25.

PLA顆粒の更なる加工の例は以下の通りである。PLA顆粒を、例えば6〜8%の二酸化炭素で含浸後、例えば20barの圧力で発泡させる。その後、PLAを発泡体として再度、例えば6%の二酸化炭素で含浸し、金型内で0.2〜0.5barの圧力の蒸気中で成形する。EPS顆粒に関連して上述した方法と同様に、この方法で成形品が得られる。   Examples of further processing of PLA granules are as follows. PLA granules are impregnated with, for example, 6-8% carbon dioxide and then foamed, for example with a pressure of 20 bar. Thereafter, PLA is foamed again, for example, impregnated with 6% carbon dioxide, and molded in steam at a pressure of 0.2 to 0.5 bar in a mold. Similar to the method described above in connection with EPS granules, a molded product is obtained in this way.

PLA顆粒は、押出機のダイプレートを使用して製造される。この目的のために、固体のPLAが押出機に導入され、融解される。つづいて、融解されたPLAは、例えば、いわゆる水中造粒機などの金型でプレスされ、PLA顆粒がダイプレートによりカットされる。インライン重合プロセスで、液体のPLAを押出機に直接供給することも可能であり、この場合には、最初に融解させる必要はない。押出機として二軸押出機を用いることが好ましい。押出機中で、ポリ乳酸、又は、ポリ乳酸と、1以上の鎖延長剤、成核剤、及び潤滑剤を選択的に有する選択的な1以上の他の生分解性ポリマーとの混合物を顆粒に加工することができる。こうした粒子状ポリ乳酸も、本発明者らによる国際出願PCT/NL2008/000109号明細書に記載されている。   PLA granules are manufactured using an extruder die plate. For this purpose, solid PLA is introduced into the extruder and melted. Subsequently, the molten PLA is pressed by a mold such as a so-called underwater granulator, and the PLA granules are cut by a die plate. It is also possible to feed the liquid PLA directly to the extruder in an in-line polymerization process, in which case it does not need to be melted first. A twin screw extruder is preferably used as the extruder. In an extruder, granulate polylactic acid or a mixture of polylactic acid and one or more other biodegradable polymers selectively having one or more chain extenders, nucleating agents, and lubricants. Can be processed. Such particulate polylactic acid is also described in the international application PCT / NL2008 / 000109 by the present inventors.

ポリ乳酸の押出後、PLA顆粒を含浸させて発泡剤を添加し、発泡性PLA(EPLA)を得る。使用可能な発泡剤の例として、二酸化炭素、MTBE、窒素、空気、(イソ)ペンタン、プロパン、ブタンなど、又はこれらの1以上の組合せがある。第1の方法は、例えば押出によってポリ乳酸を粒子に成形し、次に、その粒子を発泡剤に含浸させて発泡性とするものである。第2の方法は、ポリ乳酸を発泡剤と混合し、次に、例えば押出によって直接発泡性粒子に成形するものである。   After extrusion of polylactic acid, PLA granules are impregnated and a foaming agent is added to obtain foamable PLA (EPLA). Examples of blowing agents that can be used include carbon dioxide, MTBE, nitrogen, air, (iso) pentane, propane, butane, etc., or a combination of one or more thereof. The first method is to form polylactic acid into particles by, for example, extrusion, and then impregnate the particles with a foaming agent to make them foamable. In the second method, polylactic acid is mixed with a foaming agent and then molded directly into expandable particles, for example by extrusion.

本発明者らは、とくに、特定の断熱性能を得るために、ハニカム状の平坦な結晶格子状に配列されたsp2結合炭素原子の一原子厚の平坦な層と考えられるグラフェン又は膨張黒鉛を、通常の最新技術の断熱性能向上材、特にグラファイトや活性炭などの他の炭素源より少ない量で使用することができると考える。追試験によって、本明細書において「グラフェン」と呼ぶ材料は、粒径が0.1〜0.8μmの膨張黒鉛とみなしてもよいことが示された。したがって、本明細書において、「グラフェン」は、粒径が0.1〜0.8μmの膨張黒鉛と理解されるものである。このような断熱性能向上材の添加量の低減によって、元々白色であるEPSの最終的な色に好ましい効果がもたらされる。前述の添加物によって、元々白色のEPSは、多少グレーに「変色」する。   In particular, in order to obtain a specific heat insulation performance, the present inventors used graphene or expanded graphite, which is considered to be a single atomic thickness flat layer of sp2 bonded carbon atoms arranged in a honeycomb-like flat crystal lattice, We believe that it can be used in smaller quantities than other carbon sources such as conventional state-of-the-art heat insulation performance improvers, especially graphite and activated carbon. Additional tests have shown that the material referred to herein as “graphene” may be considered expanded graphite having a particle size of 0.1-0.8 μm. Therefore, in the present specification, “graphene” is understood as expanded graphite having a particle size of 0.1 to 0.8 μm. Such a reduction in the amount of heat insulation performance improver has a positive effect on the final color of the EPS, which is originally white. With the aforementioned additives, the originally white EPS “discolors” somewhat to gray.

したがって、本発明は、とくに、断熱要件及び耐火要件の双方を満たすために、特別な難燃剤と組み合わせられた特別な炭素源、とくに膨張黒鉛の使用に着目する。膨張黒鉛は、少ない量で目立った効果を発揮することができる。この驚くべき結果は、膨張黒鉛の特別な幾何学的デザインのためであると考えられる。特別な炭素源と特定の難燃剤との上述の組み合わせが本発明の本質であると考えられるべきである。   Thus, the present invention focuses on the use of a special carbon source, in particular expanded graphite, combined with a special flame retardant, in order to meet both thermal insulation requirements and fire resistance requirements. Expanded graphite can exhibit a noticeable effect in a small amount. This surprising result is believed to be due to the special geometric design of expanded graphite. The above combinations of special carbon sources and specific flame retardants should be considered the essence of the present invention.

本明細書において使用される「膨張黒鉛」という語は、次元及び次元構造に関する限り、国際公開第2008/119059号により知られている「ナノグラファイト」という語と混同しないようにされるべきである。   As used herein, the term “expanded graphite” should not be confused with the term “nanographite” known from WO 2008/119059 as far as dimensions and dimensional structures are concerned. .

特別の実施形態において、アスペクト比が10:1以上、とくに100:1以上の膨張黒鉛を使用することがとくに望ましい。このような層状構造は、断熱性能の向上にとくに良好な影響を与える。   In a particular embodiment, it is particularly desirable to use expanded graphite with an aspect ratio of 10: 1 or higher, in particular 100: 1 or higher. Such a layered structure has a particularly good influence on the improvement of the heat insulation performance.

ポリマーを基準として、炭素量が1〜15重量%であることがとくに望ましく、好ましくはポリマーを基準として2〜8重量%である。   It is particularly desirable for the carbon content to be 1-15% by weight, based on the polymer, preferably 2-8% by weight, based on the polymer.

ある実施形態において、グラファイト、カーボンブラック、粉末アルミニウム、Al(OH)、Mg(OH)、及び、Al、鉄、亜鉛、銅、及びこれらの合金を含む群から選択された1以上の断熱性能向上材が粒子状発泡性ポリマー中に更に存在することが望ましいことは明らかであろう。 In certain embodiments, 1 selected from the group comprising graphite, carbon black, powdered aluminum, Al (OH) 3 , Mg (OH) 2 , and Al 2 O 3 , iron, zinc, copper, and alloys thereof. It will be apparent that the above heat insulation performance improver is desirably further present in the particulate foamable polymer.

かつては、良好な難燃効果を得るために、ヘキサブロモシクロドデカン(HBCD)が難燃剤として用いられた。本発明は、とくに火災の要件に関して、HBCDを含むポリマー生成物に匹敵する最終生成物をもたらす、HBCDの代替物の使用にとくに着目する。とくに、本発明の目的は、HBCDの量を最小限にすることであり、より具体的には、HBCDの量をゼロに減らすことである。   In the past, hexabromocyclododecane (HBCD) was used as a flame retardant to obtain a good flame retardant effect. The present invention pays particular attention to the use of alternatives to HBCD, resulting in a final product that is comparable to polymer products containing HBCD, particularly with respect to fire requirements. In particular, an object of the present invention is to minimize the amount of HBCD, and more specifically to reduce the amount of HBCD to zero.

得られた生成物が厳格な防火要件を満たす必要がある場合、ジクミルパーオキシド、臭素化ポリマー化合物、とくにポリスチレン化合物、及び2,3−ジメチル−2,3−ジフェニルブタンを含む群から選択された1以上の難燃剤を、ポリマー量を基準として、1.0〜8重量%の範囲で更に補充することが望ましい。また、ポリホスホネート、ジフェニルホスホネート、ビスフェノールA−ビス(ジフェニルホスフェート)、レゾルシノール芳香族ポリホスフェート化合物、及びこれらの組合せを含む群から選択されたリン化合物を助剤として添加することも可能である。   If the resulting product needs to meet strict fire protection requirements, it is selected from the group comprising dicumyl peroxide, brominated polymer compounds, especially polystyrene compounds, and 2,3-dimethyl-2,3-diphenylbutane. It is desirable to further replenish one or more flame retardants in the range of 1.0 to 8% by weight, based on the amount of polymer. It is also possible to add as an auxiliary a phosphorus compound selected from the group comprising polyphosphonates, diphenylphosphonates, bisphenol A-bis (diphenyl phosphate), resorcinol aromatic polyphosphate compounds, and combinations thereof.

本出願で言及される膨張黒鉛は、炭素源に機械的せん断力をかけることによって、とくに、グラファイトにそのような処理を行うことによって得られる。このような処理の一例として押出法があり、この方法によって、グラファイトは、押出機内で大きなせん断力を受け、平坦な炭素プレート、とくに膨張黒鉛に変換される。本発明者らは、上述の平坦な炭素プレートについて、このようなプレートがミラー効果により熱輻射を反射する原因となっていると考える。このため、所期のミラー効果を実現するために、使用される炭素は、やや平坦な次元又は幾何学的形状を有することが望まれる。ある実施形態では、炭素源はマスターバッチとして添加されてもよいし、特許請求の範囲で特定されているような所望の粒径を得るために前処理された粉末材として直接添加されてもよい。   The expanded graphite referred to in this application is obtained by applying a mechanical shear force to the carbon source, in particular by subjecting such graphite to such treatment. An example of such a process is an extrusion method, in which graphite is subjected to a large shearing force in the extruder and converted into a flat carbon plate, particularly expanded graphite. The present inventors consider that the above-described flat carbon plate causes such a plate to reflect heat radiation by the mirror effect. For this reason, in order to realize the desired mirror effect, it is desirable that the carbon used has a somewhat flat dimension or geometric shape. In some embodiments, the carbon source may be added as a masterbatch or directly as a pretreated powder material to obtain the desired particle size as specified in the claims. .

本発明は、ポリマーが押出機に供給され、少なくとも発泡剤、臭素化SBS(スチレン−ブタジエン−スチレン)、炭素源、及びサブクレームにおいて言及される1以上の他の助剤と混合された後、押出され、冷却され、更に粒子に縮小される、粒子状発泡性ポリマーの製造方法にも関する。   The present invention provides that after the polymer is fed to the extruder and mixed with at least a blowing agent, brominated SBS (styrene-butadiene-styrene), a carbon source, and one or more other auxiliaries mentioned in the subclaims, It also relates to a process for producing a particulate foamable polymer which is extruded, cooled and further reduced to particles.

特別な実施の形態において、本発明は、モノマー、臭素化SBS(スチレン−ブタジエン−スチレン)、発泡剤、断熱性能向上剤、及びサブクレームにおいて言及される1以上の他の助剤が反応器内で重合される、粒子状発泡性ポリマーの製造方法にも関する。とくに、好適なポリマーとしてのEPSの密度は、850〜1050kg/mであることが望ましい。好適な発泡剤は、(イソ)ペンタンである。発泡剤としては、フッ素を含む炭化水素化合物を除外することが望ましい。したがって、フッ素を含む炭化水素化合物の量が最小化され、好ましくは、粒子状発泡性ポリマーの量を基準として2.0重量%未満、とくに1.0重量%未満、より具体的には0.5重量%未満である粒子状発泡性ポリマーを製造することが好ましい。粒子状発泡性ポリマー内の上述のフッ素含有炭化水素化合物を最小限にすることにより、最終的に得られる発泡体製品が基本的にはフッ素含有炭化水素化合物を含まないようにされる。 In a special embodiment, the present invention provides that the monomer, brominated SBS (styrene-butadiene-styrene), blowing agent, thermal insulation improver, and one or more other auxiliaries mentioned in the subclaims are contained in the reactor. It also relates to a method for producing a particulate foamable polymer that is polymerized in step (b). In particular, the density of EPS as a suitable polymer is desirably 850 to 1050 kg / m 3 . A suitable blowing agent is (iso) pentane. As the blowing agent, it is desirable to exclude hydrocarbon compounds containing fluorine. Accordingly, the amount of hydrocarbon compound containing fluorine is minimized, preferably less than 2.0% by weight, in particular less than 1.0% by weight, more specifically less than 0.1% by weight, based on the amount of particulate foamable polymer. It is preferred to produce a particulate foamable polymer that is less than 5% by weight. By minimizing the above-mentioned fluorine-containing hydrocarbon compounds in the particulate foamable polymer, the final foam product is essentially free of fluorine-containing hydrocarbon compounds.

本発明は、さらに、例えば建設業界において、さらには食品及び非食品業界での包装材としても、断熱目的で好適に使用される、上述したような粒子状発泡性ポリマーをベースとしたポリマー発泡材に関する。   The invention further relates to a polymer foam based on a particulate foamable polymer as described above, which is preferably used for insulation purposes, for example in the construction industry and also as a packaging material in the food and non-food industries. About.

以下、いくつかの実施例を参照して本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されないことに留意されなければならない。
図1は、様々な炭素源の測定結果を示す。 図2は、様々なEPS材料の密度とλ値の関係を示すグラフである。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to some examples, but it should be noted that the present invention is not limited to these examples.
FIG. 1 shows the measurement results of various carbon sources. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the density and λ value of various EPS materials.

様々な製品の粒径分布を測定した。結果を以下の表に示す。

Figure 0006309007
The particle size distribution of various products was measured. The results are shown in the table below.
Figure 0006309007

D50値が1μm以下、より具体的には0.8μm以下であることがとくに望ましい。   It is particularly desirable that the D50 value is 1 μm or less, more specifically 0.8 μm or less.

多数の市販品について多数の機械的特性を測定し、燃焼試験を行った。測定結果から、グラフェン又は膨張黒鉛を添加することによって、最終的なEPS系発泡成形品の熱伝導率に好ましい影響がもたらされることが明らかに推測できる。     A number of mechanical properties of a number of commercially available products were measured and subjected to a combustion test. From the measurement results, it can be clearly inferred that the addition of graphene or expanded graphite has a positive effect on the thermal conductivity of the final EPS foam molded article.

以下に含まれる表中の数字は、以下の意味を有する。
1=難燃剤としてHBCD
2=難燃剤なし
3=難燃剤としてレゾルシノール
4=難燃剤としてエメラルド3000(ケムチュラ社により市販)
5=難燃剤としてFR122P(ICI社により市販)
6=難燃剤としてXP−7720 FR122P(アルベマール社により市販)
The numbers in the table included below have the following meanings.
1 = HBCD as flame retardant
2 = no flame retardant 3 = resorcinol as flame retardant 4 = emerald 3000 as flame retardant (commercially available from Chemtura)
5 = FR122P as a flame retardant (commercially available from ICI)
6 = XP-7720 FR122P (commercially available from Albemarle) as a flame retardant

表の列は、順に、原材料の種類、難燃剤の重量%、ジクミルパーオキシドの重量%、密度(g/l)、λ(W/mK)、密度(g/l)、圧縮強度(kPa)、密度(g/l)、破断時の引張強さ(kPa)、及び、燃焼試験DIN 4102−1 B2を示す。表中、「nt」は未測定を示し、「Pass」は合格したことを示す。

Figure 0006309007
The columns in the table are, in order, raw material type, flame retardant weight%, dicumyl peroxide weight%, density (g / l), λ (W / mK), density (g / l), and compressive strength (kPa). ), Density (g / l), tensile strength at break (kPa), and combustion test DIN 4102-1 B2. In the table, “nt” indicates unmeasured and “Pass” indicates that it has passed.
Figure 0006309007

5.5%のペンタンを含む、粒径が0.7〜1.0mmの、シンブラ・テクノロジー社の材料EPS 710Fを、0.1%のP1000ポリエチレン(ベーカー・ヒューズ社)と、グラフェンマスターバッチ及びグラフェン濃縮物と共に、処理能力が125kg/時の二軸押出機で溶融した。このグラフェンマスターバッチ及びグラフェン濃縮物により、4%のグラフェンがポリスチレン中に効果的に導入される。押出機の温度は150℃〜230℃が好ましく、この実施形態では、発泡剤として、更なるペンタンを0.8%追加した。この混合物を温度が60℃〜150℃の冷却押出機に通して、グレーのXPSプレートを製造した。   Simbra Technology's material EPS 710F, containing 5.5% pentane and having a particle size of 0.7-1.0 mm, 0.1% P1000 polyethylene (Baker Hughes), graphene masterbatch and Along with the graphene concentrate, it was melted in a twin screw extruder with a throughput of 125 kg / hr. This graphene masterbatch and graphene concentrate effectively introduce 4% graphene into the polystyrene. The temperature of the extruder is preferably 150 ° C. to 230 ° C. In this embodiment, 0.8% of additional pentane was added as a blowing agent. This mixture was passed through a cooling extruder having a temperature of 60 ° C. to 150 ° C. to produce a gray XPS plate.

得られた発泡体は、35kg/mの密度を有していた。発泡体の断熱値はマスターバッチでは31.1mW/mK、濃縮物では30.9mW/mKであり、両生成物とも、燃焼試験DIN 4102 B2に合格した。 The resulting foam had a density of 35 kg / m 3 . The insulation value of the foam was 31.1 mW / mK for the masterbatch and 30.9 mW / mK for the concentrate, and both products passed the combustion test DIN 4102 B2.

図2は、多数の測定値を示すグラフであり、横軸は密度を、縦軸はλ値(W/mK)を示す。このグラフから、ある重量%の膨張黒鉛(粒径0.1〜0.8μm)を添加したEPSよりも、4重量%のグラファイト(粒径は主に1μm超、とくに1〜50μm)を含み、同じ密度の市販のネオポールの方が高いλ値が得られることが明らかに推測できる。   FIG. 2 is a graph showing a large number of measured values, in which the horizontal axis represents density and the vertical axis represents λ value (W / mK). From this graph, 4% by weight of graphite (particle size is mainly more than 1 μm, especially 1 to 50 μm) than EPS to which a certain weight% of expanded graphite (particle size 0.1 to 0.8 μm) is added, It can be clearly inferred that a commercially available neopole of the same density gives a higher λ value.

膨張黒鉛の粒径測定
グレーの発泡EPS10gをトルエン28mlに溶解し、そのスラリーを分析した。残渣は更にトルエンを追加して超音波で分散させ、ALV測定装置で分析した。マルバーン(Malvern)社のゼータサイザー(Zetasizer)を使用して粒径を測定した。必要な場合は、更にトルエンで希釈した。ゼータサイザーGMAは、以下の仕様を有する、いわゆる動的光散乱装置である。相関器:ALV5000/60X0、外部ゴニオメータ相関器:ALV−125、検知器:静的/動的エンハンサーALVレーザーファイバーオプティクス(Cobolt Samba 300 DPSS Laser)を備えたALV/SO SIPD単光子検知器、波長:532nm、300mW出力温度調節:静的熱浴:Haake F8−C35。特別の基準は使用しなかった。この装置は粒子のブラウン運動を測定するものであり、溶媒は水、粒子は概ね球形であるとの仮定のもとで、アインシュタイン−ストークスの式を用いて測定値を粒径に変換した。半径を測定した。

Figure 0006309007
Particle size measurement of expanded graphite 10 g of gray foamed EPS was dissolved in 28 ml of toluene, and the slurry was analyzed. The residue was further dispersed with ultrasonic waves by adding toluene, and analyzed with an ALV measuring device. The particle size was measured using a Malvern Zetasizer. If necessary, it was further diluted with toluene. The Zetasizer GMA is a so-called dynamic light scattering device having the following specifications. Correlator: ALV5000 / 60X0, external goniometer correlator: ALV-125, detector: ALV / SO SIPD single photon detector with static / dynamic enhancer ALV laser fiber optics (Cobalt Samba 300 DPSS Laser), wavelength: 532 nm, 300 mW output temperature control: static heat bath: Haake F8-C35. No special criteria were used. This apparatus measures the Brownian motion of particles, and the measured values were converted into particle sizes using the Einstein-Stokes equation under the assumption that the solvent was water and the particles were approximately spherical. The radius was measured.
Figure 0006309007

グラファイトの参照物質は、粒径が大きく、凝集していることが明らかであり、これは視覚的にも観察できた。EPSに含まれる膨張黒鉛は、はるかに微粒子であり、グラファイトの粒径より平均で3〜5倍小さい。いくつかの小さな粒子の凝集が存在していたが、凝集はグラファイトの場合ほど顕著ではなかった。その結果を図1のグラフに示す。   It was clear that the graphite reference material had a large particle size and was agglomerated, which could also be observed visually. The expanded graphite contained in EPS is much finer and is on average 3-5 times smaller than the particle size of graphite. There were some small particle agglomerations, but the agglomeration was not as pronounced as with graphite. The result is shown in the graph of FIG.

Claims (23)

断熱性能を向上させるために炭素系断熱性能向上材を含む、微細多孔質構造及び低密度を有する難燃性発泡体に加工可能な粒子状発泡性ポリマーであって、
前記粒子状発泡性ポリマーは、前記断熱性能向上材として粒径が1μm未満の炭素系断熱性能向上材を含み、難燃剤として臭素化SBS(スチレン−ブタジエン−スチレン)を含むポリ乳酸である
ことを特徴とする粒子状発泡性ポリマー。
A particulate foamable polymer that can be processed into a flame retardant foam having a microporous structure and low density, including a carbon-based heat insulation performance improver to improve heat insulation performance,
The particulate foamable polymer is a polylactic acid containing a carbon- based heat insulating performance improving material having a particle size of less than 1 μm as the heat insulating performance improving material and brominated SBS (styrene-butadiene-styrene) as a flame retardant. Particulate foamable polymer characterized.
炭素系断熱性能向上材のD50粒径が1μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の粒子状発泡性ポリマー。 The particulate foamable polymer according to claim 1, wherein the carbon-based heat insulating performance improving material has a D50 particle size of 1 μm or less. 炭素系断熱性能向上材のD50粒径が0.8μm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の粒子状発泡性ポリマー。 The particulate foamable polymer according to claim 1 or 2, wherein the carbon-based heat insulating performance improving material has a D50 particle size of 0.8 µm or less. 粒径が0.1〜0.8μmで、アスペクト比が10:1以上で、平板状の炭素の構造を有する膨張黒鉛が炭素系断熱性能向上材として使用されることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の粒子状発泡性ポリマー。 2. An expanded graphite having a particle size of 0.1 to 0.8 μm, an aspect ratio of 10: 1 or more, and a flat carbon structure is used as a carbon- based heat insulation performance improving material. To 3. The particulate foamable polymer according to any one of items 1 to 3. 膨張黒鉛のアスペクト比が100:1以上であることを特徴とする請求項4に記載の粒子状発泡性ポリマー。   The particulate foamable polymer according to claim 4, wherein the expanded graphite has an aspect ratio of 100: 1 or more. 炭素系断熱性能向上材の量が、粒子状発泡性ポリマーの量を基準として、1〜15重量%であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の粒子状発泡性ポリマー。 6. The particulate foamable polymer according to any one of claims 1 to 5, wherein the amount of the carbon- based heat insulation performance improver is 1 to 15% by weight based on the amount of the particulate foamable polymer. 炭素系断熱性能向上材の量が2〜8重量%であることを特徴とする請求項6に記載の粒子状発泡性ポリマー。 The particulate foamable polymer according to claim 6, wherein the amount of the carbon- based heat insulation performance improving material is 2 to 8% by weight. 粒径が0.1〜0.8μmの膨張黒鉛は、炭素源の機械的せん断により得られることを特徴とする請求項4又は5に記載の粒子状発泡性ポリマー。 6. The particulate expandable polymer according to claim 4 or 5 , wherein the expanded graphite having a particle size of 0.1 to 0.8 μm is obtained by mechanical shearing of a carbon source. 炭素系断熱性能向上材の粒径の下限値は0.1μmより大きいことを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の粒子状発泡性ポリマー。 The particulate foamable polymer according to any one of claims 1 to 8, wherein the lower limit of the particle size of the carbon- based heat insulating performance improving material is larger than 0.1 µm. 前記臭素化SBS(スチレン−ブタジエン−スチレン)は、ポリスチレン及び臭素化ポリブタジエンのブロック共重合体であることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の粒子状発泡性ポリマー。   The particulate foamable polymer according to any one of claims 1 to 9, wherein the brominated SBS (styrene-butadiene-styrene) is a block copolymer of polystyrene and brominated polybutadiene. 臭素の重量百分率が、臭素化SBS(スチレン−ブタジエン−スチレン)を基準として、60〜70重量%であることを特徴とする請求項10に記載の粒子状発泡性ポリマー。   11. The particulate foamable polymer according to claim 10, wherein the weight percentage of bromine is 60 to 70 wt% based on brominated SBS (styrene-butadiene-styrene). スチレンの重量百分率が、臭素化SBS(スチレン−ブタジエン−スチレン)を基準として、30〜50重量%であることを特徴とする請求項10又は11に記載の粒子状発泡性ポリマー。   The particulate foamable polymer according to claim 10 or 11, wherein the weight percentage of styrene is 30 to 50% by weight based on brominated SBS (styrene-butadiene-styrene). 前記臭素化SBS(スチレン−ブタジエン−スチレン)の分子量が、60000〜150000であることを特徴とする請求項10から12のいずれかに記載の粒子状発泡性ポリマー。   13. The particulate foamable polymer according to claim 10, wherein the molecular weight of the brominated SBS (styrene-butadiene-styrene) is 60000 to 150,000. 臭素化SBS(スチレン−ブタジエン−スチレン)の量が、前記粒子状発泡性ポリマーの総重量を基準として、0.7〜2.2重量%であることを特徴とする請求項1から13のいずれかに記載の粒子状発泡性ポリマー。   14. The amount of brominated SBS (styrene-butadiene-styrene) is 0.7 to 2.2% by weight, based on the total weight of the particulate foamable polymer. A particulate foamable polymer according to any of the above. ヘキサブロモシクロドデカン(HBCD)の量が、前記粒子状発泡性ポリマーの総重量を基準として、1.0重量%未満であることを特徴とする請求項1から14のいずれかに記載の粒子状発泡性ポリマー。   15. The particulate form according to any one of claims 1 to 14, wherein the amount of hexabromocyclododecane (HBCD) is less than 1.0% by weight, based on the total weight of the particulate foamable polymer. Expandable polymer. ポリマーが押出機に供給され、少なくとも発泡剤、臭素化SBS(スチレン−ブタジエン−スチレン)、粒径が1μm未満の炭素、及び1以上の他の所望の助剤と混合された後、押出され、冷却され、更に粒子に縮小されることを特徴とする請求項1から15のいずれかに記載の粒子状発泡性ポリマーの生産方法。   The polymer is fed into an extruder and mixed with at least a blowing agent, brominated SBS (styrene-butadiene-styrene), carbon having a particle size of less than 1 μm, and one or more other desired auxiliaries and then extruded, The method for producing a particulate foamable polymer according to any one of claims 1 to 15, wherein the particulate foamable polymer is cooled and further reduced to particles. モノマー、発泡剤、臭素化SBS(スチレン−ブタジエン−スチレン)、及び粒径が1μm未満の炭素、及び1以上の他の所望の助剤が反応器内で重合され、後続のステップにおいてオプションで冷却され、更に粒子に縮小されることを特徴とする請求項1から15のいずれかに記載の粒子状発泡性ポリマーの生産方法。   Monomers, blowing agents, brominated SBS (styrene-butadiene-styrene), and carbon having a particle size of less than 1 μm, and one or more other desired auxiliaries are polymerized in the reactor and optionally cooled in subsequent steps. The method for producing a particulate foamable polymer according to claim 1, wherein the particulate foamable polymer is further reduced to particles. グラファイト、カーボンブラック、粉末アルミニウム、Al(OH)、Mg(OH)、Al、鉄、亜鉛、銅、及びこれらの合金を含む群から選択された1以上の断熱性能向上材が前記助剤として更に添加されることを特徴とする請求項16又は17に記載の粒子状発泡性ポリマーの生産方法。 One or more insulation performance improvers selected from the group comprising graphite, carbon black, powdered aluminum, Al (OH) 3 , Mg (OH) 2 , Al 2 O 3 , iron, zinc, copper, and alloys thereof 18. The method for producing a particulate foamable polymer according to claim 16 or 17, further added as the auxiliary. ポリホスホネート、ジフェニルホスホネート、ビスフェノールA−ビス(ジフェニルホスフェート)、及びレゾルシノール芳香族ポリホスフェート化合物、又はこれらの組合せを含む群から選択されたリン化合物が前記助剤として添加されることを特徴とする請求項16から18のいずれかに記載の粒子状発泡性ポリマーの生産方法。   A phosphorus compound selected from the group comprising polyphosphonates, diphenylphosphonates, bisphenol A-bis (diphenyl phosphates), and resorcinol aromatic polyphosphate compounds, or combinations thereof is added as said auxiliary agent. Item 19. A method for producing a particulate foamable polymer according to any one of Items 16 to 18. 請求項1から15のいずれかに記載の粒子状発泡性ポリマー系のポリマー発泡材。   The particulate foamable polymer-based polymer foam material according to any one of claims 1 to 15. 難燃剤として臭素化BS(スチレン−ブタジエン−スチレン)を含む、ポリ乳酸の粒子状発泡性ポリマー系の難燃性発泡材の断熱性能向上のために、その中への、粒径が1μm未満の炭素系断熱性能向上材の利用。 Brominated S BS as a flame retardant containing (- - butadiene styrene styrene), for heat insulation performance improvement of flame retardancy foam particulate expandable polymer system of the polylactic acid, for therein is less than 1μm particle size Of carbon- based heat insulation performance improving material . 建設業における請求項21に記載の利用。   Use according to claim 21 in the construction industry. 包装業における請求項21に記載の利用。   Use according to claim 21 in the packaging industry.
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