MX2007012266A

MX2007012266A - Metodo para producir particulas de espuma de poliestireno con una densidad alta.

Info

Publication number: MX2007012266A
Application number: MX2007012266A
Authority: MX
Inventors: Klaus Hahn; Joachim Ruch; Markus Allmendinger
Original assignee: Basf Ag
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2006-04-05
Publication date: 2007-10-12
Also published as: KR20080005255A; EP1869112A1; DE102005015891A1; US20090065960A1; US8168096B2; WO2006106120A1; BRPI0610528A2; MY148843A

Abstract

La invencion se refiere a un metodo para producir particulas de espuma de poliestireno con una densidad de volumen que varia entre 40 y 400 g/l por la extrusion de una fusion de poliestireno conteniendo dioxido de carbono y/o agua como el agente de expansion, a traves de una boquilla y por granulacion bajo el agua. De acuerdo con la invencion, la granulacion bajo el agua se lleva a cabo a una presion que varia entre 1y 30 bar.

Description

MÉTODO PARA PRODUCIR PARTÍCULAS DE ESPUMA DE POLIESTIRENO CON UNA DENSIDAI ,LTA DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIOI La invención se refiere a un proceso para producir partículas de espuma de poliestireno teniendo una densidad de volumen en la escala de 40 a 400 g/l mediante extrusión de una fusión de poliestireno comprendiendo dióxido de carbono y/o agua como agente de soplado a través de una boquilla y formación de pildora bajo el agua, en donde la formación de pildora bajo el agua se lleva a cabo a una presión en la escala de 1-30 bar. Las espumas de poliestireno usualmente se producen con la ayuda de agentes de soplado orgánicos, por ejemplo, usando hidrocarburos volátiles, en particular, pentano. Por razones de protección ambiental, se tiene que recuperar el pentano emitido durante la producción y procesamiento de EPS. Esto es complicado y costoso. Por lo tanto, es sensible a reemplazar estas sustancias orgánicas por agentes de soplado aceptables a largo plazo. Una manera de lograr eso es el uso de agua como agente de soplado. WO 99/48955 y WO 99/48958 describen procesos para producir partículas de espuma de poliestireno a partir de gotas de poliestireno que comprenden agua como agente de soplado. Sin embargo, los procesos descritos son relativamente complicados, ya que las pildoras ligeramente espumadas tienen que producirse en un primer paso de procesamiento y éstas después se pueden procesar, después de secado de energía intensiva, a las densidades reales mucho menores. DE-A 198 190 58 describe partículas de EPS ligeramente formadas que comprenden agentes de soplado orgánicos y tienen una estructura celular áspera y se pueden producir mediante extrusión de una fusión de poliestireno que comprende un agente de soplado y formación de pildora bajo el agua en un baño de agua teniendo una temperatura de 50 a 90°C y una presión de 2 a 20 bar. WO 2004/022636 describe un proceso en donde la extrusión de una fusión de polímero que comprende agua como agente de soplado y un solubilizante conduce directamente a partículas de espuma teniendo una densidad baja. Este proceso es ventajoso cuando las partículas de espuma obtenidas se van a procesar directamente más para producir espumas, ya que de lo contrario se incurre en altos costos de transporte debido al volumen grande. Un objeto de la presente invención fue encontrar un proceso simple para producir partículas de espuma de poliestireno teniendo una densidad de volumen en la escala de 40 a 400 g/l lo que se hace sin agentes de soplado orgánicos y da una estructura de espuma homogénea. Por consiguiente, se ha descubierto el proceso descrito al inicio. Agua, CO2, o una mezcla de los mismos se usa como agente de soplado, preferiblemente en una cantidad de 1-5% en peso, con base en la fusión de poliestireno. En general, ningún agente de soplado adicional, solubilizantes tales como alcoholes, cetonas, éteres o esteres o emulsificantes tales como compuestos orgánicos anfifílicos se agregan a la fusión de poliestireno. Para producir las partículas de espuma de poliestireno de conformidad con la invención, el agente de soplado se mezcla en la fusión de polímero. El proceso comprende los pasos a) producción de la fusión, b) mezclado, c) enfriamiento, d) transportación y e) formación de pildora. Cada uno de estos pasos se lleva a cabo en los aparatos o combinaciones de aparatos conocidos en el procesamiento de plásticos. Los aparatos adecuados para mezclar son mezcladores estáticos o dinámicos, por ejemplo, extrusoras. La fusión de polímero se puede tomar directamente a partir de un reactor de polimerización o se puede producir directamente en la extrusora mezcladora o una extrusora de fusión separada al fundir pildoras de polímero. El enfriamiento de la fusión puede ocurrir en los aparatos mezcladores o en enfriadores separados. La formación de pildora se realiza por medio de formación de pildora bajo el agua a presión. Las disposiciones de aparatos adecuados para llevara a cabo el proceso son, por ejemplo: a) reactor de polimerización - mezclador estático/enfriador formador de pildora b) reactor de polimerización - extrusora - formador de pildora c) extrusora - mezclador estático - formador de pildora d) extrusora - formador de pildora Además, la disposición puede tener extrusoras laterales para introducir aditivos, por ejemplo, sólidos o aditivos sensibles al calor. La fusión de polímero de estireno que comprende agente de soplado se extrude por lo general a través del plato de dado a una temperatura en la escala de 140 a 300°C, preferiblemente en la escala de 160 a 240°C. El enfriamiento a la región de la temperatura de transición vitrea no es necesario. De acuerdo con la invención, la formación de pildora se realiza por medio de formación de pildora bajo el agua a una presión en la escala de 1-30 bar, preferiblemente en la escala de 2-12 bar. La densidad y así la densidad de volumen de las partículas de espuma de poliestireno se puede establecer en una manera buscada vía la contrapresión variable. Mientras no están espumadas, las partículas de poliestireno expansibles tienen una densidad de volumen de aproximadamente 600-700 g/l, la presión en el proceso de la invención se selecciona de modo que se obtienen partículas de espuma de poliestireno ligeramente espumadas teniendo una densidad de volumen en la escala de 40 a 400 g/l, preferiblemente de 50 a 300 g/l. Además, aditivos, agentes de nucleación, rellenos, plastificantes, retardadores de flama, colorantes y pigmentos inorgánicos y/u orgánicos solubles e insolubles, por ejemplo, absorbentes de IR tales como negro de carbón, grafito y polvo de aluminio, se pueden agregar a la fusión de polímero de estireno ya sea juntos o físicamente por separado, por ejemplo, vía mezcladores o extrusoras laterales. En general, los colorantes y pigmentos se agregan en cantidades en la escala de 0.01 a 30% en peso, preferiblemente en la escala de 1 a 5% en peso. Para dispersar los pigmentos homogéneamente en el polímero de estireno en una escala microscópica, puede ser ventajoso, particularmente en el caso de pigmentos polares, usar un dispersante, por ejemplo, organosilanos, polímeros comprendiendo grupos epoxi o polímeros de estireno injertados con anhídrido maleico. Los plastificantes preferidos son aceites minerales, polímeros de estireno de peso molecular bajo, ftalatos, que se pueden usar en cantidades de 0.05 a 10% en peso, con base en el polímero de estireno. De manera sorprendente, los moldes de espuma de conformidad con la invención exhiben, incluso en presencia de rellenos, una proporción alta de células cerradas, con generalmente más de 60%, preferiblemente más de 70%, en particular preferiblemente más de 80%, de las células de las partículas de espuma individuales siendo cerradas. Los rellenos posibles son polvos orgánicos e inorgánicos o materiales fibrosos, y también mezclas de los mismos. Los rellenos orgánicos que se pueden usar son, por ejemplo, harina de madera, almidón, lino, cáñamo, ramio, yute, sisal, algodón, celulosa o fibras de aramida. Los rellenos inorgánicos que se pueden usar son, por ejemplo, silicatos, barita, esferas de vidrio, zeolitas u óxidos metálicos. Se da preferencia a sólidos inorgánicos pulverulentos tales como talco, gis, caolina (AI2(Si2O5)(OH ), hidróxido de aluminio, hidróxido de magnesio, nitrito de aluminio, silicato de aluminio, sulfato de bario, carbonato de calcio, sulfato de calcio, sílice, harina de cuarzo, aerosil, alúmina o wollastonita o materiales esféricos o fibrosos, inorgánicos tales como esferas de vidrio, fibras de vidrio o fibras de carbono. El diámetro de partícula promedio o, en el caso de rellenos fibrosos, la longitud debe estar en la región del tamaño celular o menor. Se da preferencia a un diámetro de partícula promedio en la escala de 1 a 100 µm, preferiblemente en la escala de 2 a 50 µm. Las propiedades de los polímeros termoplásticos expansibles y los moldes de espuma obtenibles de los mismos pueden ser influenciados vía el tipo y cantidad de los rellenos. La proporción del relleno está por lo general en la escala de 1 a 50% en peso, preferiblemente de 5 a 30% en peso, con base en el polímero termoplástico. En el caso de contenidos de relleno en la escala de 5 a 15% en peso, no se observa empeoramiento significativo de las propiedades mecánicas de las espumas expandidas, por ejemplo, resistencia flexural o resistencia compresiva. El uso de agentes de acoplamiento tales como copolímeros de estireno modificados con anhídrido maleico, polímeros que comprenden grupos epóxido, organosilanos o polímeros de estireno teniendo grupos isocianato o ácidos pueden mejorar significativamente la unión del relleno a la matriz de polímero y así las propiedades mecánicas de los moldes de espuma. En general, los rellenos inorgánicos reducen la habilidad de combustión. En particular, el comportamiento de quemar puede mejorar significativamente por la adición de polvos inorgánicos tal como hidróxido de aluminio. Los rellenos teniendo tamaños de partícula en la escala de 0.1 a 100 µm en la escala de 0.5 a 10 µm, cuando están presentes en la espuma de poliestireno a contenidos de 10% en peso resultan en una reducción en la conductividad térmica por 1-3 mW. Por esta razón, incluso cantidades pequeñas de absorbentes de IR tales como negro de carbón y grafito permiten conductividades térmicas comparativamente bajas a lograrse. Para reducir la conductividad térmica, se da preferencia a usar un absorbente de IR tal como negro de carbón o grafito en una cantidad de 0.1 a 10% en peso, preferiblemente en una cantidad de 2 a 8% en peso. Cuando se usan pequeñas cantidades de rellenos, por ejemplo, menos de 5% en peso, también es posible usar negro de carbón en cantidades de 1 a 25% en peso, preferiblemente de 10 a 20% en peso. A estos contenidos altos de negro de carbón, el negro de carbón agregado se mezcla preferiblemente en la fusión de polímero de estireno en parte vía al extrusora de chorro principal y en parte vía una extrusora de chorro lateral. La adición vía extrusoras hace posible lograr cominución de los aglomerados de negro de carbón a un tamaño de aglomerado promedio en la escala de 0.3 a 5 µm, y coloración homogénea de las pildoras de polímero de estireno expansibles que se pueden formar para dar partículas de espuma de célula cerrada. Las espumas expandidas comprendiendo de 10 a 20% en peso de negro de carbón que se pueden obtener después de la espumación y sinterización logran una conductividad térmica A determinada a 10°C de conformidad con DIN 52612 en la escala de 30 a 33 mW/mK. Como negro de carbón, se da preferencia a usar flama negra teniendo un tamaño de partícula promedio en la escala de 60 a 150 nm, en particular en la escala de 80 a 120 nm. El área superficial de BET está preferiblemente en la escala de 10 a 120 m2/g. Como grafito, se da preferencia a usar grafito teniendo un tamaño de partícula promedio en la escala de 1 a 50 µm. Como retardador de flama, es posible usar hexabromociclodecano (HBCD), y como retardador de flama sinergista, es posible usar peróxido de bicumilo o dicumilo. La relación en peso de retardador de flama sinergista a compuesto de bromo orgánico está por lo general en la escala de 1 a 20, preferiblemente en la escala de 2 a 5. Para lograr mejor control de espumación parcial, se pueden incorporar agentes de nucleación en la fusión de polímero. También ayudan en esto rellenos inorgánicos u orgánicos en cantidades de hasta 50% en peso, preferiblemente hasta 30% en peso. Para mejorar la expansibilidad y la compatibilidad de los rellenos con la matriz de polímero, es posible agregar aditivos plastificantes o mejoradores de flujo, por ejemplo, aceite blanco, pentano o Joncryl ADF 1300 (de Jonson Polymers, MW = 3000 g/mol) a las pildoras de poliestireno en cantidades de 0.01 a 20% en peso, en particular de 0.1 a 5% en peso. En el proceso de la invención, no se comprenden compuestos orgánicos volátiles y la densidad y estructura de espuma se pueden ajustar en una manera buscada como un resultado del uso de CO2 o agua como agente de soplado. Las partículas de espuma de poliestireno de conformidad con la invención se pueden usar para producir moldes de espuma. Se espuman preferiblemente en vapor o una mezcla de gas comprendiendo al menos 50% en volumen de agua a temperaturas de preferiblemente de 100 a 130°C a incluso densidades de volumen menores y posteriormente fusionados para formar moldes de espuma. Para lograr densidades de volumen particularmente bajas, por ejemplo, menos de 25 g/l, en particular de 8 a 16 g/l, se puede llevar espumación en esta manera un número de veces, con las pildoras siendo temporalmente almacenadas y si es apropiado secadas entre los pasos de espumación.

Ejemplos: Materiales de partida: Fusión de poliestireno compuesta de Polystrol PS 148G de BASF Aktiengesellschaft teniendo un número de viscosidad VN de 83 ml/g, un peso molecular de peso promedio Mw = 220 000 g/mol y una polidispersidad Mw/Mn = 2.8.

Ejemplos 1 -4: Se mezcló CO2 o agua como agente de soplado en una fusión de poliestireno. Después de enfriar la fusión comprendiendo agente de soplado de una temperatura original de 260°C a 190°C, un relleno junto con poliestireno, de ser apropiado, fue introducido en el chorro principal vía una extrusora de chorro lateral y la fusión obtenida fue extrudida a una velocidad de 60 kg/h a través de un plato de dado teniendo 32 agujeros (diámetro de cada boquilla: 0.75 mm). Las pildoras parcialmente espumadas teniendo una distribución de tamaño estrecha fueron producidas por medio de formación de pildora bajo el agua a presión (8 bar). Las cantidades de agenfes de soplado y rellenos indicados en la tabla 1 se basan en la corriente ascendente de fusión del plato de dado. Las partículas secas parcialmente espumadas se espumaron más por medio de vapor a 120°C durante 2 minutos a una densidad de volumen de 30 g/l en un pre-espumador. Una reducción adicional en la densidad de volumen a 10 g/l se logró al secar a 70°C y tratamiento posterior con vapor a 120°C. Se obtuvieron moldes de espuma al introducir las partículas de espuma seca pre-espumadas en un molde de bloque bajo presión y tratándolos con vapor a 120°C.

Las estructuras de espuma de los moldes de espuma fueron uniformes con conteos celulares en la escala de 2 a 12 células/mm con una desviación estándar de menos de 5.

Tabla 1

Claims

REIVINDICACIONES

1.- Un proceso para producir partículas de espuma de poliestireno mediante extrusión de una fusión de poliestireno comprendiendo dióxido de carbono y/o agua como agente de soplado a través de una boquilla y formación de pildora bajo el agua, en donde la formación de pildora bajo el agua se lleva a cabo a una presión en la escala de 1-3 bar para ajustar la densidad de volumen de las partículas de espuma de poliestireno en la escala de 40 a 400 g/l. 2 - El proceso de conformidad con la reivindicación 1, en donde 1-5% en peso, con base en la fusión de poliestireno, de dióxido de carbono o agua se usa como agente de soplado. 3.- El proceso de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, en donde la formación de pildora bajo el agua se lleva a cabo a una presión en la escala 2-30 bar. 4.- El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde las partículas de espuma de poliestireno tienen una densidad de volumen en la escala de 50 a 300 g/l. 5.- El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde de 1 a 50% en peso, con base en la fusión, de un relleno se agregan a la fusión de poliestireno. 6.- El proceso de conformidad con la reivindicación 5, en donde materiales inorgánicos pulverulentos tales como talco, gis, caolina, hidróxido de aluminio, hidróxido de magnesio, nitrito de aluminio, silicato de aluminio, sulfato de bario, carbonato de calcio, sulfato de calcio, sílice, harina de cuarzo, Aerosil, alúmina o wollastonita se usan como relleno. 7 '.- El proceso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde ningún agente de soplado adicional, solubilizante o emulsificante se agrega a la fusión de poliestireno.