PL200401B1 - Sposób wytwarzania spieniających się cząstek polistyrenów, sposób wytwarzania spienionych cząstek polistyrenów i sposób wytwarzania wyrobu piankowego - Google Patents

Abstract

Sposób wytwarzania spieniaj acych si e cz astek polistyrenów, zgodnie z wynalazkiem charakte- ryzuje si e tym, ze zwarte cz astki polistyrenów nasyca si e gazem nieorganicznym zawieraj acym N 2 i/lub O 2 , który to gaz ewentualnie zawiera najwy zej 1% obj eto sciowy, w odniesieniu do obj eto sci gazu, zwi azków organicznych, w temperaturze poni zej 95°C i pod nadci snieniem 100 do 2000 kPa. Korzystnie, stosuje si e zwarte cz astki polistyrenowe maj ace g estosc pozorn a powy zej 600 kg/m 3 . Przedmiotem wynalazku jest tak ze sposób wytwarzania spienionych cz astek polistyrenów, charakte- ryzuj acy si e tym, ze spieniaj ace si e cz astki polistyrenów, wytworzone sposobem okre slonym powy zej, spienia si e do pozornej g esto sci ni zszej ni z g esto sc zwartych cz astek polistyrenów. Przedmiotem wynalazku jest równie z sposób wytwarzania wyrobu piankowego, charakteryzuj acy si e tym, ze spie- nione cz astki polistyrenów, wytworzone sposobem okre slonym powy zej, ogrzewa si e w formie a z do ich zmi eknienia i sklejenia si e razem, po czym tak wytworzon a gor ac a wyprask e ozi ebia si e do otrzy- mania wyrobu piankowego. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania spieniających się cząstek polistyrenów, sposób wytwarzania spienionych cząstek polistyrenów i sposób wytwarzania wyrobu piankowego ze spienionych cząstek.

Wiadomo, że cząstkom poliwinyloarenów, takich jak polistyren, można nadać zdolność do tworzenia porów i że tak otrzymane cząstki można stosować do wytwarzania wyrobów piankowych. Przykładowo, z opisu patentowego US 2 681 321 znany jest sposób, w którym cząstki polistyrenu traktuje się ciekłymi węglowodorami w taki sposób, że ciekły węglowodór jest w tych cząstkach zdyspergowany. Tak wytworzone cząstki zwykle zawierają 4 do 8% wagowych ciekłego węglowodoru, takiego jak butan, n-pentan lub mieszaniny pentanów. Cząstki te można spieniać do kuleczek o zmniejszonej gęstości. Pozorne gęstości cząstek przeznaczonych do opakowań zwykle są w zakresie 20 do 60 kg/m³. Cząstki po spienieniu stapia się w formie ogrzewanej parą i otrzymuje się wyroby piankowe o żądanym kształcie.

Jednym z czynników, które wpływają na spienienie cząstek polistyrenowych, jest ilość węglowodorowego środka spieniającego. Encyclopedia of Chemical Technology, Kirk Othmer, 3 wyd., t. 21, str. 838 podaje, że gęstość cząstek zawierających 5,7% wagowych n-pentanu zwykle wynosi 1080 kg/m³; dla porównania: gęstość czystych kuleczek polistyrenowych wynosi 1050 kg/m³, natomiast obliczona gęstość zwykłej mieszaniny, w której n-pentan jest rozpuszczony w polistyrenie, wynosi 1020 kg/m³. Jeżeli cała ilość pentanu znajdowałaby się w pustkach, obliczona gęstość wynosiłaby 1120 kg/m³. Sugeruje to zatem, że część węglowodorowego środka porotwórczego znajduje się w małych pustkach w polistyrenie. Dla specjalisty oczywiste jest, że powyższe gęstości są gęstościami cząstek, które można przeliczyć na gęstości pozorne. Gęstość cząstki 1050 kg/m³ odpowiada pozornej gęstości około 680 kg/m³.

Wadą takiego rozwiązania jest możliwość wyparowania węglowodorów z niespienionych cząstek, zwłaszcza z pustek, pod czas ich transportu i magazynowania. Gdy cząstki transportuje się i/lub przechowuje się w różnych temperaturach i/lub w różnym czasie, ilość zatrzymanego np. pentanu, może znacząco się zmienić. Oprócz nadzwyczajnych środków ostrożności, jakie należy podjąć podczas transportu, jak np. gazoszczelne opakowanie, należy zdawać sobie sprawę, że taka zmiana może mieć wpływ na wytworzoną po spienieniu piankę.

Ponadto, sam proces spieniania może także spowodować emisję do środowiska węglowodorów znajdujących się w niespienionych cząstkach. W celu zmniejszenia tej emisji opracowano skomplikowane urządzenie, w którym zbierają się emitowane węglowodory do dalszej obróbki, np. do spalenia. Urządzenie to instaluje się w aparaturze, którą stosuje końcowy użytkownik cząstek, np. odbiorca, który produkuje wyroby piankowe. Wymaga to dodatkowej ekspertyzy i dodatkowych nakładów ze strony tych odbiorców.

W opisie patentowym US 5 358 675 ujawniono sposób, w którym materiał polimeryczny, np. polistyren, łączy się z innym materiałem tworzącym drugą fazę, np. z kauczukiem, w wytłaczarce w podwyższonej temperaturze. Mieszaninę nasyca się azotem pod ciśnieniem 5500-13800 kPa (80-2000 psi). Obecność kauczuku jest niezbędna, aby uzyskać odpowiednią wielkość komórek powyżej 10 μτη Jeżeli nie doda się kauczuku, wytworzone komórki są zbyt małe. Chociaż w sposobie według tego dokumentu unika się problemów związanych ze środowiskiem naturalnym, wymaga on wysokich ciśnień.

W dokumencie GB 1 289 024 A1 została ujawniona granula, która zawiera polistyren lub kopolimer styrenu obecny jako niespieniona centralna część i spieniona część zewnętrzna. Budowa ta została zrealizowana przez niejednolite nasycanie granuli środkiem porotwórczym - otrzymana granula ma spienioną zewnętrzną powierzchnię, niespieniony rdzeń i wykazuje gęstość średnią 9-200 g/l. Granula została wytworzona przez częściowe nasycanie cylindrycznego pręta powyższego polimeru za pomocą 2-9% środka porotwórczego w odniesieniu do wagi granuli (kolumna 2, wiersze 89-91) w wodnej zawiesinie, w temperaturze 70-125°C, pod ciśnieniem 0,41 MPa-1,01 MPa (4-10 atmosfer) nadciśnienia, w ciągu 1-4 godzin tak, że rdzeń pręta pozostaje nienasycony, spienianie i następne suszenie granuli.

Obecnie stwierdzono, że cząstki poliwinyloarenów można dostatecznie spieniać i uniknąć stosowania wysokich ciśnień.

Sposób wytwarzania spieniających się cząstek polistyrenów, zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że zwarte cząstki polistyrenów nasyca się gazem nieorganicznym zawierającym N2 i/lub O2, który to gaz ewentualnie zawiera najwyżej 1% objętościowy, w odniesieniu do objętości gazu, związków organicznych, w temperaturze poniżej 95°C i pod nadciśnieniem 100 do 2000 kPa.

₃

Korzystnie, stosuje się zwarte cząstki polistyrenowe mające gęstość pozorną powyżej 600 kg/m³.

Korzystnie, cząstki polistyrenowe nasyca się przez ekspozycję ich na gaz nieorganiczny zawierający N2 i/lub O2 w temperaturze w zakresie od 0 do 50°C i pod nadciśnieniem 100 do 1500 kPa.

PL 200 401 B1

Korzystnie, jako gaz stosuje się azot lub powietrze.

Korzystnie, stosuje się gaz nieorganiczny zawierający N2 i/lub O2, zawierający związki organiczne w ilości najwyżej 0,5% objętościowego.

Korzystnie, stosuje się gaz nieorganiczny zawierający N2 i/lub O2, niezawierający związków organicznych.

Sposób wytwarzania spienionych cząstek polistyrenów, zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że spieniające się cząstki polistyrenów, wytworzone sposobem określonym powyżej, spienia się do pozornej gęstości niższej niż gęstość zwartych cząstek polistyrenów.

Korzystnie, nasycone cząstki spienia się do końcowej pozornej gęstości co najmniej 5 razy niższej niż gęstość zwartych polistyrenów.

Korzystnie, otrzymane po spienianiu spienione cząstki polistyrenów ponownie nasyca się gazem nieorganicznym zawierającym N2 i/lub O2 i tak nasycone cząstki znów się spienia.

Korzystnie, nasycone cząstki spienia się przez wystawienie ich na działanie pary o temperaturze 100-168°C pod nadciśnieniem w zakresie 0 do 600 kPa.

Sposób wytwarzania wyrobu piankowego, zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że spienione cząstki polistyrenów, wytworzone sposobem określonym powyżej, ogrzewa się w formie aż do ich zmięknienia i sklejenia się razem, po czym tak wytworzoną gorącą wypraskę oziębia się do otrzymania wyrobu piankowego.

Zwarte cząstki polistyrenów mają odpowiednio gęstość pozorną powyżej 600 kg/m³, bardziej odpowiednio powyżej 620 kg/m³. Na ogół gęstość pozorna tych cząstek nie przekracza 700 kg/m³.

Największa różnica między rozwiązaniem według przedmiotowego wynalazku a rozwiązaniem ujawnionym w GB 1 289 024 A1 polega na tym, że gęstość zwartych cząstek stosowanych w sposobie według wynalazku przekracza 600 kg/m³, podczas gdy spieniające się cząstki wg dokumentu GB 1 289 024 A1 mogą być wstępnie spieniane do gęstości, którą przelicza się na będącą w zakresie 9 kg/m³ - 200 kg/m³, z korzystnym zakresem 15-70 kg/m³. Porównanie gęstości cząstek stosowanych w sposobie wedł ug wynalazku i czą stek ujawnionych w GB 1 289 024 A1 wskazuje, co jest celem przedmiotowego wynalazku. Sposób według wynalazku przewiduje niewielkie rozszerzanie oryginalnych niespienionych cząstek, powodując w cząstkach niewielki wzrost objętości, a zatem niewielki spadek gęstości, lecz gęstości większej niż 600 kg/m³. Wg dokumentu GB 1 289 024 A1 stosuje 2-9% organicznych środków porotwórczych do niejednolicie nasyconych granuli, aby uformować spienione granule mające spienioną zewnętrzną powierzchnię, niespieniony rdzeń i gęstość średnią 9-200 g/l. W przeciwieństwie do tego, sposób według wynalazku odnosi się do cząstek zawierających zarodek krystalizacji i 1% wagowy lub mniej lotnego organicznego środka spieniającego, które to cząstki formuje się przez niewielkie rozszerzanie, tj. niewielki wzrost objętości, a zatem niewielkie obniżenie gęstości (większej niż 600 kg/m³). Cząstki te mogą być dodatkowo nasycane nieorganicznym środkiem spieniającym i przy użyciu konwencjonalnych środków mogą być jednolicie spieniane i/lub kształtowane, w celu wytworzenia formowanych cząstek o „niskiej gęstości i/lub wyrobów piankowych o „niskiej gę stoś ci, opisanych poniż ej.

Zwykle zwarte cząstki polistyrenowe, stosowane w sposobie według wynalazku, nie są cząstkami spieniającymi się przed nasyceniem gazem zawierającym N2 i/lub O2. W praktyce oznacza to, że zawierają one mniej niż 0,5% wagowych lotnych związków organicznych, w stosunku do ilości styrenu, a bardziej korzystnie mniej niż 0,1% wagowego. Najkorzystniej, zwarte cząstki polistyrenowe nie zawierają w ogóle lotnego związku organicznego. Ilość wody w zwartych cząstkach polistyrenowych nie przekracza 1% wagowego w stosunku do ilości styrenu.

Zwarte cząstki polistyrenowe można wytwarzać różnymi sposobami, w tym przez polimeryzację w masie, polimeryzację zawiesinową, polimeryzację w roztworze lub przez kombinację tych sposobów. Korzystnie, polimeryzację prowadzi się w masie lub w zawiesinie. Polimeryzację w masie prowadzi się konwencjonalnym sposobem i otrzymuje się małe cząstki. Polimeryzacja zawiesinowa obejmuje wytwarzanie zawiesiny monomeru winyloarenowego w fazie wodnej i polimeryzowanie zawieszonych kropelek. Obie metody zapewniają obecność wystarczających pustek w cząstkach polimeru, które można nasycić gazem nieorganicznym zawierającym N2 i/lub O2.

Polimeryzację zawiesinową prowadzi się w obecności stabilizatorów zawiesiny. Odpowiednie stabilizatory zawiesiny są dobrze znane w technice i obejmują polialkohol winylowy, żelatynę, agar, poliwinylopirolidon, poliakryloamid, nieorganiczne stabilizatory takie, jak tlenek glinu, bentonit, krzemian magnezu lub fosforany takie, jak fosforan triwapnia i/lub wodorofosforan disodu, ewentualnie

PL 200 401 B1 w kombinacji z dowolnym ze zwią zków stabilizują cych wymienionych wcześ niej. Ilość stabilizatora może być odpowiednio w zakresie od 0,1 do 0,9% wagowego w odniesieniu do ciężaru fazy wodnej.

Polimeryzację zawiesinową prowadzi się w dwóch etapach temperaturowych: w pierwszym w zakresie od 85 do 110°C i w drugim - od 115 do 140°C.

Polimeryzacja jako taka jest dobrze znana w technice. Polimeryzację można zainicjować termicznie, wolnymi rodnikami lub prowadzić ją jako polimeryzację anionową. Chociaż wszystkie metody są równie możliwe, korzystna jest polimeryzacja wolnorodnikowa. Odpowiednie inicjatory wolnorodnikowe, można wybrać spośród konwencjonalnych inicjatorów do polimeryzacji wolnorodnikowej. Takie inicjatory obejmują zwłaszcza organiczne związki nadtlenowe, takie jak nadtlenki, nadtlenowęglany i nadestry. Typowymi przykł adami tych zwią zków nadtlenowych są nadtlenki C6-20 acylowe, takie jak nadtlenek dekanoilu, nadtlenek benzoilu, nadtlenek oktanoilu, nadtlenek stearylu, nadestry, takie jak nadbenzoesan t-butylu, nadoctan t-butylu, nadizomaślan t-butylu, nadtleno-(2-etyloheksylo)węglan t-butylu, wodoronadtlenki i dihydrokarbylonadtlenki, takie jak zawierające reszty C3-10 hydrokarbylowe, w tym wodoronadtlenek diizopropylobenzenu, nadtlenek di-t-butylu, nadtlenek dikumylu lub ich kombinacje.

Można także stosować inicjatory inne niż związki nadtlenowe, ηρ.α,α'-azo-bis-izobutyronitryl.

Winyloaren tworzący polimer stosowany w sposobie według wynalazku składa się głównie ze styrenu. Poliwinyloaren może zawierać do 10% molowych innego monomeru zawierającego grupę winylową, takiego jak akrylonitryl, kwas akrylowy lub metakrylowy lub ich estry, podstawiony styren taki jak chlorostyren lub α-metylostyren lub diwinylobenzen. Jednak korzystnie winyloaren w poliwinyloarenie stanowi styren w ponad 99% molowych. Poliwinyloarenem jest zwłaszcza czysty polistyren.

Korzystna może być polimeryzacja monomerów winyloarenowych w obecności innych polimerów takich, jak politlenek fenylenu lub polimery elastomeryczne. Odpowiednie politlenki fenylenu są opisane w EP-A-350 137, EP-A-403 023 i EP-A-391 499. Politlenek fenylenu korzystnie jest obecny w ilości 1-30% wagowych w odniesieniu do ilości monomerów winyloarenowych i może poprawić sztywność poliwinyloarenów.

Zwarte cząstki poliwinyloarenowe mogą zawierać różne konwencjonalne dodatki. Takie dodatki obejmują środki przenoszące łańcuch, środki sieciujące i zarodkujące. Odpowiednimi przykładami środków przenoszących łańcuch są merkaptany C2-15 alkilowe takie, jak merkaptan n-dodecylu, merkaptan t-dodecylu, merkaptan t-butylu i merkaptan n-butylu. Inne środki stanowią pentafenyloetan i dimer α-metylostyrenu. Przykładem środków sieciujących jest butadien i diwinylobenzen. Środki zarodkujące - to środki, które promują tworzenie się komórek i odpowiednio stosuje się je w ilości 0,01 do 3% wagowych w stosunku do winyloarenu, korzystnie 0,05 do 2% wagowych. Przykłady środków zarodkujących obejmują subtelnie zdyspergowane związki nieorganiczne, związki organiczne i cząstki polimerowe. Przykładem są węglany takie, jak węglan wapnia, siarczany takie, jak siarczan boru i siarczan wapnia, związki krzemianowe takie, jak talk, glinka, krzemian magnezu, cząstki krzemionki bezpostaciowej, zeolity, ziemia okrzemkowa, tlenki takie, jak tlenek magnezu i tlenek tytanu, mieszaniny wodorowęglanu sodu z kwasem cytrynowym, związki organiczne zawierające brom, związki naftalenowe, policykliczne węglowodory aromatyczne, sadza, koks, węgiel odbarwiający, grafit i pył diamentowy, parafina i pochodne kwasów tłuszczowych takie jak stearynian i palmitynian. Przykłady odpowiednich cząstek polimerowych obejmują polichlorek winylu, polipropylen, polietylen, kauczuk akrylonitryl/butadien/styren, kauczuk styrenowo-butadienowy, kopolimer styren/bezwodnik maleinowy i celuloza. Dalsze przykłady obejmują polimery polarne takie, jak opisane np. w WO 98/01501, które obejmują np. skrobię i skrobię modyfikowaną przez estryfikację lub eteryfikację, emulgatory, jak opisane np. w WO 98/01488 i WO 98/01489, które obejmują sulfobursztyniany bis-alkilowe, C8-C20karboksylany sorbitolu i sulfoniany C8-C20-alkiloksylenu. Szczególnie odpowiednie jako środki zarodkujące są woski polietylenowe o wagowo średnim ciężarze cząsteczkowym 500 do 5000, które zwykle są subtelnie rozproszone w matrycy polimerowej w ilości 0,01-1,0% wagowego w stosunku do ilości winyloarenu, korzystnie od 0,1 do 0,5% wagowych.

Zwarte cząstki winyloarenowe mogą również zawierać do datki antystatyczne, środki hamujące palność takie jak heksabromocyklododekan, barwniki, wypełniacze, plastyfikatory takie jak olej biały, stabilizatory i środki smarujące. Cząstki są odpowiednio powleczone kompozycją powłokową zawierającą silikony, krzemiany, karboksylany metali lub gliceryny. Odpowiednie karboksylany obejmują mono-, di- i tristearynian gliceryny, stearynian cynku i ich mieszaniny. Przykłady takich kompozycji ujawnione są w opisie patentowym GB 1 409 285. Zamiast stearynianu można także stosować cytrynian lub palmitynian. Kompozycje powłokowe nanosi się na cząstki przez powlekanie z suszeniem w mieszarce spiralnej lub przez nanoszenie zawiesiny lub roztworu w cieczy łatwo parującej.

PL 200 401 B1

Zwarte cząstki poliwinyloarenów nasyca się nieorganicznym gazem zawierającym N2 i/lub O2 w temperaturze poniż ej 95°C i przy nadciś nieniu 100 do 2000 kPa. Gazy te odpowiednio zawierają ponad 90% objętościowych, w stosunku do objętości gazu, N2 i/lub O2, bardziej odpowiednio ponad 95% objętościowych.

„Nieorganiczny oznacza, że gazy zgodnie z wynalazkiem mogą zawierać najwyżej 1% objętościowy w stosunku do objętości gazu, związków organicznych, a korzystnie najwyżej 0,5% objętościowego. Najkorzystniej gazy te nie zawierają żadnych związków organicznych.

Jedna z zalet przedmiotowego wynalazku polega na tym, że stosowane gazy nieorganiczne zawierające N2 i/lub O2, wykazują mniejszą interakcję z polimerem jako takim, bądź w ogóle nie wykazują. Wiele handlowych środków porotwórczych, takich jak lotne węglowodory (np. etan, propan, etylen, propylen), lotne węglowodory chlorowcowane (np. fluorek metylu) lub dwutlenek węgla, rozpuszcza się w pewnym stopniu w matrycy polimerowej. Oznacza to, że w pewnych zastosowaniach będą musiały być usunięte z trudem z uwagi na potencjalne skutki negatywne, np. w dziedzinie bezpieczeństwa, zdrowia lub toksykologii. Takie niedogodności usuwa przedmiotowy wynalazek. Specjalista rozumie, że każdy gaz w jakimś stopniu rozpuszcza się w matrycy polimerowej, ale gazy stosowane w przedmiotowym wynalazku są dużo mniej rozpuszczalne w matrycy polimerowej niż wymienione powyżej handlowe środki porotwórcze. Gazem nasycającym korzystnie jest azot lub powietrze. Gazy te mają, dodatkową zaletę, ponieważ są skuteczne i tanie i nie mają ujemnego wpływu na środowisko naturalne lub zdrowie.

Korzystny zakres temperatur dla procesu nasycania obejmuje temperatury od 0 do 50°C, bardziej korzystny od 10 do 30°C. Najkorzystniejsza jest temperatura pokojowa. W ten sposób pustki w cząstkach wypeł niają się gazem bez podgrzewania poliwinyloarenu, które je deformuje. Taka deformacja mogłaby mieć szkodliwy wpływ na strukturę i własności pustek i w ten sposób ujemnie działać na zdolność wytworzonych nasyconych cząstek do spieniania się. Ponadto, niska temperatura zapewnia, że cząstki są sypkie i nie sklejają się ze sobą, co mogłoby mieć miejsce, gdyby nasycanie prowadzono w wyższych temperaturach.

Ciśnienie, pod jakim prowadzi się nasycanie, jest w zakresie 100 do 2000 kPa nadciśnienia. Korzystne ciśnienia są w zakresie 100-1500 kPa nadciśnienia, bardziej korzystnie 300-800 kPa nadciśnienia. Zastosowanie niższych ciśnień oznaczałoby, że pustki byłyby wypełnione jedynie gazem np. azotem lub powietrzem, pod ciśnieniem zbliżonym do atmosferycznego. Taka zmiana doprowadziłaby do niedostatecznego spienienia, jeśli w ogóle zaszłoby spienienie. Możliwe są też ciśnienia wyższe niż 2000 kPa nadciśnienia, ale nie są wskazane z ekonomicznego punktu widzenia i z uwagi na bezpieczeństwo (np. zbiorniki ciśnieniowe muszą być lepiej wyposażone). Ponadto, trudniejsze jest pobieranie próbek.

Po nasyceniu nasycone cząstki można wprowadzić do konwencjonalnej jednostki spienienia w celu spienienia do pozornych gę stoś ci niż szych niż gę stość zwartych cząstek poliwinyloarenowych. Nie ma żadnej konieczności podjęcia specjalnych kroków ostrożności przy wprowadzaniu cząstek do jednostki spieniania. Jednak można to zrobić stosując zawór ciśnieniowy.

Jak już wspomniano, wynalazek dotyczy także sposobu wytwarzania spienionych cząstek polistyrenów, w którym spieniające się cząstki polistyrenowe wytwarza się sposobem opisanym powyżej i tak otrzymane nasycone cząstki spienia się do pozornej gęstości niższej niż gęstość zwartych cząstek polistyrenowych.

W procesie spieniania nasycone cząstki spienia się do końcowej gęstości pozornej, która jest, co najmniej 3 razy niższa niż ich początkowa gęstość. Bardziej odpowiednio, nasycone cząstki spienia się do końcowej gęstości pozornej co najmniej 5 razy niższej niż gęstość zwartych cząstek poliwinyloarenowych. Aczkolwiek spienianie można prowadzić do dowolnej żądanej gęstości, praktycznie prowadzi się je do gęstości pozornej, która jest do 20 razy, bardziej korzystnie do 40 razy, niższa niż pozorne gęstości zwartych cząstek poliwinyloarenowych.

Typowo, proces spieniania do żądanej końcowej gęstości pozornej prowadzi się w kilku etapach. Spienione cząstki poliwinyloarenowe otrzymane po spienieniu korzystnie znów nasyca się gazem nieorganicznym zawierającym N2 i/lub O2 i tak ponownie nasycone cząstki znów się spienia. Proces ponownego spieniania można powtórzyć do kilku razy. Specjalista będzie w stanie ustalić równowagę między czasem nasycania, w którym uzyskuje się maksymalną ilość wprowadzonego gazu z jednej strony a niską liczbą powtórzeń sekwencji nasycenie-spienianie, z drugiej strony. Odpowiedni jest sposób, w którym etapy nasycania i spieniania powtarza się 1-4 razy.

Jak już wskazano, spienianie można prowadzić w dowolnej konwencjonalnej jednostce spieniania. Oznacza to, że spienianie można prowadzić stosując gorące powietrze, gorącą wodę, gorącą łaźnię olejową, promieniowanie podczerwone lub promieniowanie mikrofalowe. Korzystnie stosuje się

PL 200 401 B1 najbardziej powszechną metodą, tzn. stosuje się parę. Można stosować parę o temperaturze 100 do 168°C pod nadciśnieniem 0 do 600 kPa, w zależności od obecności dodatków i/lub innych polimerów we wstępnie spienionych cząstkach poliwinyloarenowych. W przypadku polistyrenu korzystnie stosuje się parę nasyconą o temperaturze 100-125°C pod nadciśnieniem 0 do 230 kPa. Można jednakże stosować także inne metody przemysłowe. Odpowiednim sposobem jest także spienianie za pomocą gorącego powietrza o temperaturze 90-200°C, zwłaszcza w pierwszym etapie spieniania. Korzystnie, powietrze ma temperaturę 95-160°C, a najkorzystniej od 100-140°C. Czas ekspozycji wynosi do 3 godzin.

Jak już wskazano w opisie powyżej, spienione cząstki odpowiednio umieszcza się w formie i ogrzewa się, także spienione cząstki stapiają się razem i tworzy się piankowy wyrób ukształtowany. Zatem, wynalazek dostarcza także sposobu wytwarzania wyrobu piankowego, w którym spienione cząstki polistyrenowe, wytworzone sposobem określonym według wynalazku, ogrzewa się w formie aż do ich zmięknięcia i sklejenia się razem, po czym ogrzaną wypraskę tak otrzymaną oziębia się i otrzymuje się wyrób piankowy. Ogrzewanie w formie jest konwencjonalne i typowo prowadzi się je w zakresie od 110 do 125°C.

Wynalazek został zilustrowany następującymi przykładami.

P r z y k ł a d y.

Wszystkie gęstości pozorne mierzono zgodnie z następującą metodą:

Cylindryczny kubek o pojemności 1000 cm³ ± 2 cm³, o średnicy wewnętrznej 66 mm i wysokości 293 mm zważono zaokrąglając wynik do 0,1 g (ciśnienie atmosferyczne, temperatura pokojowa). Następnie kubek wypełniono cząstkami polistyrenowymi. Boki kubka trzy razy ostukano płaskim zgarniakiem metalowym, po czym zebrano nadmiar materiału z góry kubka, bez potrząsania nim. Materiał w kubku zważono zaokrąglając wynik do 0,1 g i obliczono w gramach ciężar 1 cm³ cząstek polistyrenowych i przeliczono na kg/m³.

P r z y k ł a d y 1-2.

Zwarte cząstki polistyrenowe wytworzono sposobem polimeryzacji zawiesinowej. W tym celu mieszano z prędkością 475 obrotów/minutę 4000 g wody demineralizowanej, 3680 g styrenu, konwencjonalne stabilizatory zawiesiny. Polimeryzację rozpoczęto przez podniesienie temperatury do 86°C i przez dodanie inicjatorów nadtlenkowych. Po około 6 godzinach temperaturę podniesiono do około 120°C i utrzymywano na tym poziomie przez 2 godziny. Po zakończeniu polimeryzacji mieszaninę reakcyjną oziębiono.

Cząstki miały gęstość pozorną d₁ 650-630 kg/m³ i wielkość w zakresie 700-900 μm.

Następnie, zwarte cząstki polistyrenowe nasycono powietrzem, przetrzymując je w zbiorniku ciśnieniowym w temperaturze pokojowej i przy nadciśnieniu powietrza 600 kPa. Po 16 godzinach zmniejszono ciśnienie i wyjęto nasycone zwarte spienione cząstki, po czym umieszczono je w ekspanderze parowym serii KURTZ KV450, gdzie cząstki dalej spieniały się. (KURTZ jest znakiem towarowym.) Warunki spieniania są przedstawione w Tabeli I.

Zmierzono gęstość pozorną d2 tak wytworzonych cząstek.

Następnie, cząstki znów poddano procedurze nasycania i spieniania, jak opisano powyżej, z tą różnicą, że ciśnienie zmniejszono po 2 godzinach. Zmierzono gęstość pozorną d3 wytworzonych cząstek.

Procedurę tę powtórzono jeszcze dwa razy, aż otrzymano cząstki o pozornej gęstości d5. Wyniki są przedstawione w Tabeli I.

T a b e l a I

Prz.	d1 (kg/m3)	warunki 1 spieniania	d2 (kg/m3)	warunki 1 spieniania	d3 (kg/m3)	warunki 1 spieniania	d4 (kg/m3)	warunki 1 spieniania	d5 (kg/m3)
1	630	P: 150 kPa g. T: 127°C t: 15 sek.	531	P: 140 kPa g. T: 126°C t: 15 sek.	323	P: 140 kPa g. T: 126°C t: 15 sek.	90	P: 80 kPa g. T: 117°C t: 15 sek.	20,4
2	650	P: 165 kPa g. T: 129°C t: 15 sek.	537	P: 140 kPa g. T: 126°C t: 15 sek.	324	P: 140 kPa g. T: 126°C t: 15 sek.	86	P: 140 kPa g, T: 126°C t: 15 sek.	18,8

P - ciśnienie pary (kPa nadciśnienia) T = temperatura pary (°C) t = czas dział ania parą (sekundy)

Claims (11)

1. Sposób wytwarzania spieniających się cząstek polistyrenów, znamienny tym, że zwarte cząstki polistyrenów nasyca się gazem nieorganicznym zawierającym N2 i/lub O2, który to gaz ewentualnie zawiera najwyżej 1% objętościowy, w odniesieniu do objętości gazu, związków organicznych, w temperaturze poniżej 95°C i pod nadciśnieniem 100 do 2000 kPa.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się zwarte cząstki polistyrenowe mające gęstość pozorną powyżej 600 kg/m³.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że cząstki polistyrenowe nasyca się przez ekspozycję ich na gaz nieorganiczny zawierający N2 i/lub O2 w temperaturze w zakresie od 0 do 50°C i pod nadciśnieniem 100 do 1500 kPa.

4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako gaz stosuje się azot lub powietrze.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się gaz nieorganiczny zawierający N2 i/lub O2, zawierający związki organiczne w ilości najwyżej 0,5% objętościowego.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się gaz nieorganiczny zawierający N2 i/lub O2, niezawierający związków organicznych.

7. Sposób wytwarzania spienionych cząstek polistyrenów, znamienny tym, że spieniające się cząstki polistyrenów, wytworzone sposobem określonym w zastrz. 1, spienia się do pozornej gęstości niższej niż gęstość zwartych cząstek polistyrenów.

8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że nasycone cząstki spienia się do końcowej pozornej gęstości co najmniej 5 razy niższej niż gęstość zwartych polistyrenów.

9. Sposób według zastrz. 7 albo 8, znamienny tym, że otrzymane po spienianiu spienione cząstki polistyrenów ponownie nasyca się gazem nieorganicznym zawierającym N2 i/lub O2 i tak nasycone cząstki znów się spienia.

10. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że nasycone cząstki spienia się przez wystawienie ich na działanie pary o temperaturze 100-168°C pod nadciśnieniem w zakresie 0 do 600 kPa.

11. Sposób wytwarzania wyrobu piankowego, znamienny tym, że spienione cząstki polistyrenów, wytworzone sposobem określonym w zastrz. 7, ogrzewa się w formie aż do ich zmięknienia i sklejenia się razem, po czym tak wytworzoną gorącą wypraskę oziębia się do otrzymania wyrobu piankowego.