NO118937B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for fremstilling av skumpolystyren.

Nærværene oppfinnelse vedrører visse nye strengeformede, ekspanderbare poly-styrenkomposis joner. Den vedrører videre en fremgangsmåte for fremstilling av skumpolystyren, som i det vesentlige har ensartede, små hulrom ved pressing på vanlige strengeformmaskiner.

For tiden omfatter den kommersielle

fremstilling av skumpolystyren bruken av maskinen under bruk av systemer i hvilke materialet som skal utpresses er bygget inn med et pressystem. F. eks. et normalt gassformet ekspanderende middel innar-beides under trykk i polystyren og det skummende materiale fremstilles ved utpressing. Det vil forstås at dette system lider av ulempene både hva økonomien angår og sikkerheten hos det nødvendige pressystem. I det forløpne er flere varian-ter av ekspanderende midler blitt foreslått for fremstillingen av skumpolystyren.

F. eks. etylbenzol i forbindelse med damp har vært foreslått. Normalt gassformede midler, som for eksempel, metylklorid har vært brukt som henvist til foran. Kombinasjonen av natriumbikarbonat og fett-syrer har også vært foreslått.

Det er nu funnet, som et trekk ved

nærværende oppfinnelse, at spesielt gode resultater oppnås ved bruk av i et vanlig utpressingsutstyr en kombinasjon av polystyren, et normalt flytende kullvannstoff, et middel som kan avgi kulldioksyd og en organisk syre som i det minste har 3.0 mil-liekvivalenter av surt vannstoff pr. gram, eller borsyre. Denne kombinasjon av polystyren med foran angitte tre komponenter i mengder som hver for seg er utilstrekke-

lig til å gi skumpolystyren, kan brukes i vanlige utpressingsanordninger uten trykk for å gi skumpolystyren som har i det vesentlige ensartede, små hulrom. Den øko-nomiske fordel ved å bruke vanlige utpressingsutstyr i sammenligning med ut-styr som arbeider under trykk er åpen-bar. Dessuten, ved å bruke de i det følgende angitte mengder av kullvannstoffekspan-derende middel i forbindelse med den angitte syre og middel, som frigir kulldioksyd, er det mulig å fremstille polystyren som inneholder et minimum av salter, og således vil mengden av materiale som kan betraktes som forurensninger reduseres.

Nærværende oppfinnelse vedrører fremstillingen av skumpolystyren som har en spesifikk vekt ikke over 0,16 og med små ensartede hulrom, og det karakteristiske er, at skumpolystyrenpartikler, som på i og for seg kjent måte har innarbeidet i seg fra ca. 4,5 ul 9 pst. av et alifatisk kullvannstoff som tilnærmet koker i området 30—90° C, homogent blandes med et middel som under utpresningen frigir kulldioksyd, f. eks. natriumbikarbonat, og borsyre eller en organisk syre med tilgjengelig syrehydrogen, f. eks. citronsyre, oksalsyre, diglykolsyre, vinsyre, eller ravsyre, som har minst ca. 3,0 milli-ekvivalenter syrevannstoff pr. gram i mengder for ved reaksjon å avgi totalt fra ca. 0,1 til 5 pst. vann og kulldioksyd på basis av polystyrenpartikler inneholdende det alifatiske kullvannstoff og etterfølgende utpressing av nevnte blanding i vanlig utpresningsmaskin ved en temperatur i området fra ca. 120 til 200° C.

Mengdene av syre og middel som frigir kulldioksyd baseres på deres respektive ekvivalente vekter. For å oppnå korro-sjonseffekten av fri syre på utpressings-utstyret er det foretrukket å bruke et lite overskudd av middel som frigir kulldioksyd.

Oppfinnelsen anskueliggjør en fremgangsmåte for fremstilling av skumpolystyren som har i det vesentlige små, ensartede hulrom og består i homogen til-blanding av polystyrenpartikler, som har inneholdt i seg fra 4 y2 til 9 pst. av et alifatisk kullvannstoff, som tilnærmet koker i området 30—90° C med et middel som frigir kulldioksyd og en syre utvalgt fra den gruppe som består av en organisk syre som har i det minste ca. 3.0 milli-ekvivalenter syrevannstoff pr. gram og borsyre, og de to sistnevnte stoffer er tilstede i mengder for ved reaksjon å gi et total på ca. 1/10 til 5 pst., basert på polystyrenpartiklene inneholdende alifatisk kullvannstoff, av vann og kulldioksyd, og utpressing av nevnte blanding i en vanlig plastikk-utpressingsmaskin. Det vil forstås at tempe-raturen ved hvilken utpressingsanordnin-gen holdes avhenger av slike variabler som hastighet av utpressing og naturen av den spesielle polymer som skal presses ut. Det er funnet at, vanligvis, er utpressingstem-peraturer i området fra ca. 135—190° C til-fredsstillende under bruk av foran beskrevne komposisjoner for oppfinnelsen. Imidlertid kan temperaturer i området ca. 230° C anvendes forutsatt at hastigheten av utpressing økes tilsvarende.

Ifølge en foretrukket form for komposisjonene etter nærværende oppfinnelse foreskrives bruken av polystyrenpartikler som inneholder ca. 6 til ca. 8 pst. av det alifatisk kullvannstoff, som koker i området ca. 30—70° C, et alkalikarbonat eller bikarbonat og en syre utvalgt fra den gruppe som består av en organisk syre, som har minst 10 milli-ekvivalenter syrevannstoff pr. gram i mengder for å produsere ved reaksjon et total av fra ca. 2/10 til 2 pst., basert på polystyrenpartiklene inneholdende det alifatiske kullvannstoff, av vann og kulldioksyd.

Som angitt foran oppnåes ved en ut-førelsesform for nærværende oppfinnelse forønskede resultater ved komposisjonene og fremgangsmåtene for denne oppfinnelse under bruk av organiske syrer, som har i det minste ca. 3.0 milli-ekvivalenter syre-vannstoff pr. gram. Det skal imidlertid bemerkes at spesielt ønskverdige resultater oppnås når der brukes organiske syrer som har minst 10 milli-ekvivalenter syrevannstoff pr. gram. Fremragende resultater oppnås ved bruk av oksal- eller citronsyre, idet sistnevnte foretrekkes fra et tok-sisitetstandpunkt. Andre egnede syrer er, f. eks., malon-, malein-, fumar-, rav-, ita-kon-, citrakon-, eple-, adipin-, maur-, eddik-, propion-, vin-, ftal-, smør-, melke-, kloreddik- og diglykolsyre, av hvilke alle har minst 10 milli-ekvivalenter syrevannstoff pr. gram. Mange av de forannevnte faste syrer er tilgjengelige i form av deres hydrater, hvilke kan anvendes. Vannet som er tilstede i syrens hydratform skal tas i betraktning ved beregning av mengden vann og kulldioksyd som fremstilles ved reaksjon av syren med et middel som frigir kulldioksyd.

Når borsyre og et middel som frigir kulldioksyd anvendes som angitt med de foran angitte mengder for de organiske syrer, gir de komposisjoner som ved utpressing leverer polystyrener som har i det vesentlige ensartede små hulrom og en spesifikk vekt mindre enn ca. 0.08, hvilken spesifikk vekt er særlig ønskelig i kommersielle produkter.

Ved beregning av mengden borsyre som skal brukes i forbindelse med midlet som frigir kulldioksyd antas det i oppfinnelsens hensikt at borsyre virker som en enbasisk syre, HB02 . H20, i likhet med metaborsyre pluss vann.

For å sikre fraværet av fri borsyre i det utpressede polystyren er det ønsket å bruke et svakt overskudd av midlet som frigir kulldioksyd.

Disse syrer, når brukt i mengder som angitt foran, gir komposisjoner som ved utpressing gir polystyren som har i det vesentlige ensartede små hulrom og en spesifikk vekt mindre enn ca. 0.08, hvilken spesifikke vekt er spesielt ønsket i kommersielle produkter.

Andre organiske syrer som gir ønskverdige resultater er f. eks. stearinsyre, ole-insyre, kaprynsyre, enantinsyre, benzoe-syre, kapronsyre, benzolsulfonsyre, toluol-sulfonsyre og valeriansyre. Disse syrer, når brukt i foran gitte mengder, gir komposisjoner som ved utpressing gir skumpolystyren som har spesifikke vekter i området 0,095—0,32. Det vil forstås at for lett behandling er syrer som er faste ved vanlige temperaturer foretrukne.

Det bør bemerkes at sure salter som har tilgjengelig syrevannstoff kan brukes for reaksjon med midlet som frigir kulldioksyd istedenfor de organiske syrer nevnt ovenfor. Surt kaliumtartrat er representa-tivt for sure salter som kan brukes.

De foretrukne midler som frigir kull-syre og som brukes ved oppfinnelsen er karbonatene og bikarbonatene av alkali-metallene og de alkaliske j ordmetaller, f. eks. slike forbindelser som litium, natri-um, kalium, kalcium, strontium, barium og ammoniumkarbonatene og bikarbonatene. Fremragende resultater oppnås ved bruk av natriumbikarbonat.

Det vil forstås at karbonatene og bikarbonatene av andre metaller enn alkali-metallene og de alkaliske j ordmetaller kan brukes. Kriteriet for anvendeligheten av et brukbart middel som frigir kulldioksyd er evnen til reaksjon for vedkommende middel med forannevnte syrer ved egnede ut-pressingstemperaturer for å gi vann og kulldioksyd.

Når uttrykket «vanlig» utpressingsutstyr brukes i denne beskrivelse, omfatter det de forskjellige plastikkutpressingsan-ordninger vanligvis brukt for å presse ut polymerer av slike monomerer som f. eks. styren, vinyl og vinylidenklorid, etylen, akrylonitril og lignende. I disse vanlige utpressingsanordninger mates materialet til en fylletrakt som ikke står under trykk. Det er et trekk ved nærværende oppfinnelse at forannevnte utpressbare, ekspanderbare komposisjoner kan anbringes i trakten for en vanlig utpressingsanordning og presses ut for å gi ekspandert eller skumpolystyren uten å treffe anordninger for å forhindre det ekspanderende middel fra å unnslippe fra trakten som det er nød-vendig hvis f. eks. normalt gassformede ekspanderende midler anvendes.

Som det er beskrevet foran er det mulig under bruk av komposisjoner og meto-dene for nærværende oppfinnelse å fremstille skumpolystyren med de ønskede i det vesentlige ensartede små hulrom. Uttrykket «små» brukes for å angi differansen mellom hulrommene som finnes i kommer-sielt tilgjengelig utpresset skumpolystyren og hulrommene som finnes i skumpolystyren fremstilt etter ekspansjonsmetoden og komposisjonene etter nærværende oppfinnelse. Størrelsen av hulrommene i sistnevnte polystyren er utpreget mindre, dvs. av størrelsesorden 1/5 eller mindre, enn størrelsen av hulrommene funnet i kom-mersielt tilgjengelig skumpolystyren. Den lille hulromstørrelse er naturligvis ønsket, særlig, f. eks. når polystyren brukes for isolasjonsformål.

Komposisjonene etter nærværende oppfinnelse kan fremstilles ved å gå ut fra styrenpolymerer som har i det vesentlige jevnt innarbeidet i seg et alifatisk kullvannstoff, som f. eks. petroleter, særlig pentan og/eller heksanfraksjoner. For-trinsvis anvendes polystyrenperler fremstilt ved suspensjonspolymerisasjon og i hvilke petroleter er innarbeidet. Disse petroleter-inneholdende polystyrenperler til-blandes i tørr tilstand, f. eks. passende mengder natriumbikarbonat og citronsyre når en organisk syre brukes eller med passende mengde borsyre. Blandingen kan fullføres på vanlig måte ved anvendelsen av et tørrblandingsapparat som f. eks. en «ribbonblender». Denne blanding kan der-på mates til trakten for et vanlig utpres-singsapparat og presses ut ved en temperatur på ca. 255° C. Det oppnås skumpolystyren som har i det vesentlige ensartede små hulrom.

Når betegnelsen «pst.» og deler brukes i nærværende beskrivelse, brukes de for å angi vekts-pst. og vektsdeler med mindre annet er angitt.

Eksempel 1.

Polystyrenperler som er blitt innarbeidet med 6.1 pst. petroleter (pentanfraksjon) blandes på en båndblander med 1.37 pst. oksalsyredihydrat og 1.82 pst. natriumbikarbonat. Denne blanding presses ut i en vanlig plastikpresse ved en temperatur på 155° C. Der oppnås et skumpolystyren som har en spesifikk vekt på 0.055 og har i det vesentlige ensartede, små hulrom. Utpressingen under lignende betingelser av polystyren inneholdende 6.1 vekts-pst. petroleter (pentanfraksjon) uten til-blanding av oksalsyre og natriumbikarbonat ga et produkt som hadde en spesifikk vekt på 0.765.

Samvirkningen av disse tre elementer, dvs. petroleter, syre og midlet som frigjør kulldioksyd fremgår videre av den kjenns-gjerning at utelatelsen av petroleter fra forannevnte komposisjon gir utilfredsstillende resultater. Dvs. polystyren som ikke inneholder noe petroleter og som er tilblandet 1.37 pst. oksalsyre dihydrat og 1.82 pst. natriumbikarbonat presses ved en temperatur på 230° C. Der oppnåes en polystyren som har en spesifikk vekt på 0.82. Videre gir en 7-gange økning av både syren og bikarbonatet i den umiddelbart forannevnte blanding og utpressing ved 230° C et produkt som har en spesifikk vekt på 0.755. Det er å bemerke at ved utpressing ved hvilken ingen petroleter er tilstede i blandingen er det nødvendig å arbeide ved en temperatur på ca. 230° C, som muligvis forklares av at nærværet av petroleter i de foran beskrevne forsøk virker som et smøremiddel for polystyrenet og tillater derfor en lavere utpressingstemperatur på 155° C.

Det er å bemerke ved foregående fremgangsmåte at de respektive prosentandeler for oksalsyre og natriumbikarbonat er beregnet til å gi 1.74 pst. vann og kulldioksyd basert på vekten av polystyren inneholdende petroleter.

Eksempel 2.

En rekke forsøk utførtes ved hvilke citronsyrehydrat og natriumbikarbonat brukes og mengdene variertes for å gi varierende andeler av vann og kulldioksyd. Polystyrenperler, i hvilke det var innarbeidet 6.1 pst. petroleter (pentanf raks jon) ble tilblandet på en båndblander med de nedenfor angitte mengder av citronsyrehydrat og natriumbikarbonat og presset ut ved en temperatur på ca. 155° C. Der oppnåddes en skumpolystyren som hadde i det vesentlige ensartede små hulrom med de angitte spesifikke vekter.

Det er å bemerke at når citronsyre brukes har kombinasjonen av citronsyre og bikarbonat utmerket vedheng til poly-styrenperlene. Tilsynelatende er de spesielle karakteristikker for citronsyre slik at syren og karbonat har tendens til å danne god vedheftende coating på polystyren-perlene, slik at de enkelte perler har syren og det kulldioksydavgivende middel i tett naboskap. Denne vedhefting av karbo-natet og syren er av spesiell fordel ved at komposisjonene kan forsendes uten å støve, hvilket har tendens til å gjøre blandingene mindre homogene.

Eksempel 3.

Eksempel 2 gjentas og citronsyren erstattes med en ekvivalent mengde oksalsyre. I det vesentlige oppnåddes lignende resultater.

Eksempel 4.

Eksempel 2 gjentas og citronsyren erstattes med en ekvivalent mengde diglykolsyre. I det vesentlige oppnåddes lignende resultater.

Eksempel 5.

Eksempel 2 gjentas og citronsyren erstattes med en ekvivalent mengde vinsyre. I det vesentlige oppnåddes lignende resultater.

Eksempel 6.

Eksempel 2 gjentas og citronsyren erstattes med en ekvivalent mengde ravsyre. I det vesentlige oppnåddes lignende re-sulfater.

Eksempel 7: Polystyrenperler med en innarbeidet mengde på 7.6 pst. petroleter (pentanfraksjon) blandes på en båndblander med 9.0 pst. stearinsyre og 1.82 pst. natriumbikarbonat. Blandingen presses ved en temperatur på 133° C. Der oppnåes en skumpolystyren som har en spesifikk vekt på 0.141, og har i det vesentlige ensartede, små hulrom. Det skal bemerkes at skumpolystyren har en vokset overflate muli-gens på grunn av den anvendte mengde stearinsyre.

Utpressingen under lignende betingelser av polystyren inneholdende 7.6 vekts-pst. petroleter (pentanfraksjon) uten til-blanding av stearinsyre og natriumbikarbonat gir et produkt som har en spesifikk vekt i området 0.645—0.805.

Det vil forstås at ekvivalente mengder av organiske syrer som har i det minste 3.0 milli-ekvivalenter syrevannstoff pr. gram og spesielt de som har ca. 3—10 milli-ekvivalenter syre-vannstoff pr. gram kan brukes i foranstående eksempel istedenfor den anvendte stearinsyre og at lignende resultater oppnås. Det vil forstås at jo større syrevannstoff innholdet i en syre er, er en mindre mengde av den nødven-dig og at, som denne mengde synker, synker og forsvinner effekter slik som den forannevnte voks-lignende overflate ved stearinsyre.

Den relative viskositet av en 1 pst to-luoloppløsning av polystyren brukt i foranstående eksempel er tilnærmet 2.4. Det vil forstås at variasjoner av polystyrener kan brukes i blandingene og ved fremgangsmåtene etter denne oppfinnelse. F. eks. polystyrener som har relative viskositeter i området 1.2 til 2.8 (1 pst. toluoloppløsning, Ostwald viskosimeter) gir gode resultater. Videre vil det forstås at kopolymerer av styren eller fysikalske blandinger av polystyren med et elastomert materiale som er kjent som «high impact» polystyrener kan anvendes.

Eksempel S.

Polystyrenperler, en 1 pst. oppløsning som har en relativ viskositet på 1.6, og som har innarbeidet i seg 7.5 pst. petroleter (pentanfraksjon) blandes i en båndblander med 1.54 pst. citronsyrehydrat og 1.82 pst. natriumbikarbonat og presses ved en temperatur på ca. 135° C. Der oppnås en skumpolystyren som har i det vesentlige ensartede små hulrom og en spesifikk vekt i området 0.0645—0.07.

Eksempel 9.

Polystyrenperler med 6.1 pst. petroleter (pentanfraksjon) innarbeidet i seg blandes på en båndblander med 1.34 pst. borsyre og 1.82 pst. natriumbikarbonat. Denne blanding presses på vanlig måte i en plastikpresse ved en temperatur på 155° C. Der oppnås en skumpolystyren som har en spesifikk vekt på 0.0425 og som har i det vesentlige ensartede små hulrom.

Utpressing under lignende betingelser av polystyren inneholdende 7.6 vekts-pst. petroleter (pentanfraksjon) uten tilblan-ding av borsyre og natriumbikarbonat ga et produkt som har en spesifikk vekt i området 0.645—0.805.

Samvirkningen av de tre elementer, petroleter, borsyre og middel som frigir kulldioksyd illustreres ytterligere ved at utelatelsen av petroleter fra forannevnte sammensetning gir utilfredsstillende resultater. Dvs. polystyren inneholdende ingen petroleter som er blandet med 1.34 pst. borsyre og 1,82 pst. natriumbikarbonat presses ved en formtemperatur på 230° C. Der oppnås polystyren som har en spesifikk vekt i området 0.705—0.885. Det vil bemerkes at ved utpressinger hvor ingen petroleter er tilstede er det nødvendig å arbeide ved en temperatur på ca. 230° C som muligvis forklares ved at nærværet av petroleter i de foranbeskrevne eksperimen-ter virker som et smøremiddel for polystyren og derfor tillater en lavere utpressingstemperatur på 155° C.

Det vil bemerkes i de foregående fremgangsmåter at de respektive prosentandeler av borsyre og natriumbikarbonat er beregnet til å gi 1.74 pst. vann og kulldioksyd basert på vekten av polystyren inneholdende petroleter.

Eksempel 10:

En rekke forsøk utføres hvor borsyre og natriumbikarbonat brukes i varierende mengder for å gi varierende mengder vann og kulldioksyd. Polystyrenperler, i hvilke 7.6 pst. petroleter (pentanfraksjon) er blitt innarbeidet blandes på en båndblander med nedenfor angitte mengder av borsyre og natriumbikarbonat og presses ut ved en temperatur på ca. 155° C. Der oppnås skumpolystyren som i det vesentlige har ensartede små hulrom ved de angitte spesifikke vekter.

Eksempel 11:

Eksempel 10 gjentas med en ekvivalent mengde kaliumbikarbonat som erstatning for bikarbonatet. I det vesentlige samme resultater oppnås.

Eksempel 12:

Eksempel 10 gjentas med en ekvivalent mengde natriumkarbonat som erstatning for bikarbonatet. I det vesentlige lignende resultater oppnås.

Eksempel 13.

Eksempel 10 gjentas med en ekvivalent mengde kaliumkarbonat som erstatning for bikarbonatet. I det vesentlige lignende resultater oppnås.

Eksempel 15.

Eksempel 10 gjentas og bikarbonatet erstattes med en ekvivalent mengde kal-ciumkarbonat. I det vesentlige lignende resultater oppnås.

Det vil forstås at vektsekvivalenter av foran angitte syrer kan erstattes i forannevnte fremgangsmåter for oksal-, citron-og stearinsyrene brukt i flere eksempler. På lignende måte kan foran angitte midler som frigir kulldioksyd, spesielt slike forbindelser som natriumkarbonat, kaliumkarbonat og bikarbonat og ammoniumkar-bonat erstattes med ekvivalente mengder natriumkarbonat brukt i de foregående eksempler.

Det vil bemerkes at farvende midler kan blandes inn tørt med de forskjellige foran-beskrevne komponenter av blandingene ifølge oppfinnelsen og at etter utpressing oppnås en farvet skumpolystyren.

Utover dette omfatter nærværende oppfinnelse blandinger inneholdende forannevnte syrer og kulldioksydavgivende midler i forbindelse med polystyrenperler som har innarbeidet i seg fra ca. 4.5 til 9 pst. av et alifatisk kullvannstoff, som koker i området 30^90° C, hvilke perler er blitt tilblandet et høyt halogehert ikke-flyktig kullvannstoff og antimonoksyd. Disse polystyrenblandinger kan presses ut i overensstemmelse med oppfinnelsens fremgangsmåte for å gi flammehemmende skumpolystyren. De høyt halogenerte ikke-flyktige kullstoffer som er anvendelig er generelt stoffer som inneholder mer enn 50 pst. halogen og som koker ved ca. 200° C ved atmosfæretrykk. Disse materialer finnes blant slike i handelen tilgjengelige forbindelser som CHLOROWAX 70 og HALOWAX 105IX. Fint fordelt antimonoksyd som er tilgjengelig i handelen er også nyttig.

De anvendelige blandinger av alifatisk kullvannstoff inneholdende polystyrenperler, høyt halogenert ikke-flyktig kullvannstoff og antiomonoksyd er beskrevet i norsk patentskrift nr. 94 290.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av skumpolystyren som har en spesifikk vekt ikke over 0,16 og små, ensartede hulrom, karakterisert ved at polystyrenpartikler som på i og for seg kjent måte har innarbeidet i seg fra 4,5 til 9 pst. alifatisk kullvannstoff som tilnærmet koker i området 30—90° C, homogent blandes med et middel som under utpressingen frigir kulldioksyd, f. eks. natriumbikarbonat, og borsyre eller en organisk syre som har tilgjengelig syrehydrogen, f. eks. citronsyre, oksalsyre, diglykolsyre, vinsyre, eller ravsyre, og som har minst 3,0 milli-ekvivalenter syrevannstoff pr. gram i mengder for ved reaksjon å avgi totalt fra 0,5 til 5 pst. vann og kulldioksyd på basis av polystyrenpartikler inneholdende det alifatiske kullvannstoff og etterfølgende utpressing av nevnte blanding i vanlig utpressingsmaskin ved en temperatur i området fra 120 til 200° C.