SE504632C2 - Förfarande för framställning av högisolerande cellplaster med ett klorfritt halogenerat kolväte som blåsmedel - Google Patents

Description

35 504 632 strålning som samtidigt elimineras. Grovt sett utgörs därför värmeledning- en genom ett effektivt värmeisoleringsmaterial av två komponenter; led- ningen genom gasfasen och ledningen genom det fasta materialet. Den förra komponenten är den klart största.

Vid tillverkning av cellplaster kan man skilja på två huvudtyper. I den ena bildas cellerna i samband med att själva plasten bildas. När plasten är färdig- bildad finns då cellerna redan färdiga. Exempel på detta är polyuretancell- plaster och fenolhartsskum. Blåsmedlet kan i dessa fall vara en gas som bil- das vid polymeriseringen eller en gas som frigörs genom den värmeutveck- ling som polymeriseringen orsakar.

I den andra huvudtypen är plasten en termoplast och där kan man ånyo se två typer. I den ena är blåsmedlet löst i plasten i dess kalla, hårda tillstånd.

När denna plast värms upp och mjuknar övergår blåsmedlet p g a upp- värmningen till gas och blåser upp cellerna. Vanligen användes i denna typ pentan som blåsmedel. I det fallet diffunderar pentanet på relativt kort tid ut ur cellerna och ersätts av luft som diffunderar in utifrån.

En annan viktig metod att åstadkomma cellplaster av termoplaster är att värma en i princip blåsmedelsfri termoplast, som polystyren, till smältning och i den smälta plasten under tryck införa ett blåsmedel. Blåsmedlet löses då i eller blandas med plasten och när man så sänker trycket, t ex genom att extrudera den smälta plasten med sitt blåsmedel, övergår blåsmedlet i gasfas och blåser upp cellerna.

Oavsett hur cellbildningen i termoplasten går till måste naturligtvis plasten stelna genom avkylning för att en användbar produkt skall uppstå.

I alla processer för bildning av cellplast finns det recepturfrågor och process- variabler som är viktiga för att man skall få rätt struktur på cellplasten med avseende på cellstorlek och densitet, värmeledningsförmåga, mekaniska e- genskaper, diffusionstäthet etc. Sålunda kan olika tillsatser, t ex groddbildare (för cellbildningen) förekomma.

Mot bakgrund av de krav som ställts på materialegenskaper, ekonomi etc har under de senaste decennierna en speciell typ av blåsmedel kommit att spela en stor roll, nämligen de fullständigt halogenerade kolvätena där klor och fluor är de enda atomslagen förutom kol. Dessa kolväten, CFC, har i för- lO 15 20 25 30 35 5 0 4 6 3 2 hållande till sin kokpunkt hög molekylvikt. De är också ogiftiga och o- brännbara.

Tyvärr är de också mycket stabila och detta, i förening med klorinnehållet, har gjort att de anses orsaka skador på atrnosfärens viktiga ozonlager. Därför har man sökt efter blåsmedel som, utan att ha egenskaper som hotar ozon- lagret, ändå har mycket av CFC-föreningarnas egenskaper i övrigt. Bland dessa ersättande blåsmedel finns de s k HCFC-föreningarna, d v s ofullstän- digt halogenerade kolväten. De har visserligen väsentligt mindre ozonned- brytande förmåga men deras ozonnedbrytande potential, ODP anses ändå för stor. Dessutom är HCFC till skillnad från CFC i vanligen varierande grad brännbara och ger sämre isoleringsförmåga under i övrigt jämförbara för- hållanden. Ännu en lovande grupp utgör s k HPC d v s helt klorfria föreningar. Dessa ger emellertid p g a sina låga molekylvikter otillfredsställande höga värme- ledningstal åt cellplasten om inte alldeles särskilda åtgärder vidtas.

En sådan åtgärd har inblandning av små mängder vatten visat sig vara. Vat- ten har tidigare ansetts vara en fiende till denna typ av processer och, när det oavsiktligt tillförts, vållat störningar som ibland har varit betydande.

Uppfinningen grundar sig på denna upptäckt samt upptäckten att vatten som lösts i en lämplig alkohol eller annan polär, organisk vätska kan tillfö- ras och blandas jämnt i den smälta plasten utan att några av de tidigare upp- levda problemen uppstår. Den överraskande effekten synes helt bero på att vattnet gör cellerna betydligt mindre. Vattnet ger därför en möjlighet att reglera cellstorleken.

Uppfinningen är särskilt väl tillämplig i processer där en termoplast, före- trädesvis polystyren eller copolymerer med polystyren, smältes under tryck i en extruder och där ett blåsmedel under tryck införs i den smälta plasten va- refter trycket sänks i samband med utmatningen ur extrudern. Därvid över- går blåsmedlet i gasform så att celler bildas i plastmassan. Därefter kyles den så att den stelnar under former så att cellstrukturen i allt väsentligt bibe- hålls.

Uppfinningen är emellertid även tillämplig i andra processer där cellplaster med slutna celler bildas. 10 15 20 25 30 35 504 632 Den minskade cellstorleken har också betydelse för kompressibiliteten och denna effekt kan observeras redan vid obetydliga inblandningar, ner emot 0,1 %.

Blåsmedlets andel av plast/blåsmedelsblandningen kan uppgå till inemot 20 %. Högre andelar leder till dålig dimensionsstabilitet hos den färdiga cell- plasten, vilket gör den oanvändbar i belastade konstruktioner såsom i väg- bankar. Låga andelar leder till hög densitet vilket visserligen ger mycket sta- bila cellplaster men också höga produktkostnader och dålig isoleringsför- måga.

Det är emellertid inte möjligt att nå tillräckligt låga densiteter med enbart vatten och alkohol. En lättflyktig organisk komponent krävs också. Som en sådan, i praktiken trycksänkande, komponent väljes lämpligen en organisk förening eller en blandning av organiska föreningar ur grupperna FC, HFC och HCFC, t ex HFC 152a och HCFC 142b. Även tillsatser av HFC 134a, HFC 143a kan övervägas.

Dessa beteckningar står för följande föreningar: HÉFC 152a CH3CHF2 HFC 134a CH2FCF3 HPC 143a CH3CF3 HCFC 142b CH3CC1F2 Även den använda alkoholen har en trycksänkande effekt. Lämpliga alko- holer för detta ändamål har vissa etanoler och isopropylalkoholer visat sig vara.

Beroende på den färdiga cellplastens tilltänkta användning, där kraven på fr a motstånd mot komprimering varierar mycket starkt, kan blåsmedelsdose- ringen varieras mellan ganska vida gränser. I det fall då bästa möjliga isoler- förmåga är den dimensionerande utgångspunkten är gränserna snävare.

Normalt tillsättes i processer av denna typ cellbildare, t ex talkmjöl. Något överraskande har det visat sig att vattnets cellbildande effekt störs av kon- ventionella, pulverformiga cellbildare. Om de av något annat skäl behövs bör tillsatsen av dem i vart fall begränsas till mindre än eller lika med 0,1 vikts-% av plastsmältan. 10 15 20 25 30 35 504 652 Uppfinningen skall i det följande exemplifieras med ett antal exempel och med en figur 1.

I figuren betecknar 1 en extruder A med sin drivanordning 2, sin inmat- ningsanordning 3 och sitt uppvärmningssystem 4 som i sin tur består av en uppvärmningsanordning 5 som värmer ett medium, vilket med hjälp av pumpen 6 strömmar till och från extrudern A via ledningarna 7 respektive 8.

I extruder A finns ett inlopp 9 för blåsmedel vilket doseras genom ledning- en 10 med pumpen 11, styrd av en ej visad automatik, från ett ej visat lager.

I ledningen 10 mynnar också ledningar 12, 12a och 12b som kommer från pumparna 13 och 14, vilka, styrda av samma eller parallellt arbetande, ej vi- sad automatik, matar in alkohol och vatten via blandningscellen 15.

Exuudern A mynnar i extruder B, 16, där blandningen av plast och blåsme- del ytterligare homogeniseras och stabiliseras vad gäller temperatur. Extru- der B har ett värme/kyl-system bestående av en uppvärmnings- och kyl- ningsanordning 17 som värmer eller kyler ett medium, vilket med hjälp av pumpen 18 strömmar till och från extruder B via ledningarna 19 respektive 20. I startskedet värms extrudern medan den normalt under drift kyler den smälta plasten.

Extrudern B mynnar i ett munstycke 21 varigenom den smälta plasten med sitt blåsmedel strömmar ut under tryckminskning, expansion och avkyl- ning så att en sträng av cellplast 22 bildas.

Exempel I en anordning enligt figuren där munstycket var placerat i en vakuum- kammare med ett transportband som förde bort den bildade cellplasten kon- tinuerligt kördes polystyrencellplast med M1 = 4,5 och MW = 250 000 varef- ter densitet, cellstorlek, tryckstyrka och värmeledningsförmåga uppmättes.

Resultaten visas av följande tabell: 5 0 4 6 3 2 Nr HFC Alkohol Vatten Densitet Cell- Tryck- Värmeledn diam styrka % % % kg/nß m kPa w/mK 1 100 0 0 44,0 0,40 320 0,024 2 90 10 0 44,5 0,35 335 0,023 3 80 20 0 43,8 0,34 340 0,022 4 80 19,5 0,5 42,9 0,1 1 450 0,018 5 70 27 3 42,1 0,13 435 0,019 6 50 45 5 41,7 0,15 390 0,021 7 80 14 6 42,3 0,18 380 0,022 8 35 63 2 43,3 0,18 375 0,021 9 44 54 2 43,1 0,14 410 0,020 10 73 26 1 41,9 0,12 440 0,019 11 51 49 0 40,5 0,27 350 0,022 12 58 41 1 42.9 0,12 445 0,019 13 64 34,5 2,5 42,7 0,14 415 0,020 14 50 25 25 35,0 2,0 290 0,028 Det är uppenbart efter en statistisk bearbetning av dessa försök att redan en mycket liten mängd vatten ger påfallande resultat, en ökning över en viss gräns ger emellertid en klar försämring.

Med utgångspunkt i bl a dessa försök har uppfinningen definierats såsom kraven anger. 10 15 20 25 5 0 4 6 3 2 Beteckningar i figuren 1 Extruder A 2 Drivanordning till extruder A 3 Inmatningsanordning till extruder A 4 Uppvärmningssystem till extruder A 5 Uppvärmningsanordning för extruder A 6 Pump för uppvärmningsmediet för extruder A 7 Ledning för uppvärmningsmediet till extruder A 8 Ledning för uppvärmningsmediet från extruder A 9 Inlopp för blâsmedel 10 Ledning för blåsmedel 11 Pump för blåsmedel 12 Ledningen för tillförsel av vatten/alkoholblandning 12a Ledning för tillförsel av alkohol 12b Ledning för tillförsel av vatten 13 Pump för alkohol 14 Pump för vatten 15 Blandningscell för alkohol och vatten 16 Extruder B 17 Uppvärmnings- och kylningsanordning för extruder B 18 Pump för värme/kylmedium för extruder B 19 Ledning för värme/ kylmedium för extruder B 20 Dzo 21 Munstycke 22 Sträng av cellplast

Claims (8)

t v 8 Ett? 'ää 2

1. Process för framställning av högisolerande cellplaster baserade på poly- styren eller copolymerer med polystyren där processens huvuddrag är: - smältning av polymeren, företrädesvis i en extruder - införande och inblandning av ett blåsmedel under tryck - extrudering av massan genom ett munstycke under tryckavlastning och kylning kännetecknad av att blåsrnedlet består av ett klorfritt halogenerat kolväte, t ex av typen HFC, en lågmolekylär alkohol samt vatten.

2. Process enligt krav 1 kännetecknad av att alkoholen har 1-4 kolatomer och företrädesvis består av etanol eller isopropylalkohol.

3. Process enligt krav 1-2 kännetecknad av att vatten och alkohol blandas och därefter införes i den smälta polymermassan, företrädesvis så att bland- ningen dessförinnan blandats med resten av blåsmedlet.

4. Process enligt krav 1-3 kännetecknad av att det halogenerade blåsmedlet består av CH3CI-IF2 (152a), CH2FCF3 (134a) CH3CF3 (l43a) eller en blandning av dem.

5. Process enligt något av föregående krav kännetecknacl av att blåsmedlet består av 35-90 % HFC, företrädesvis 60-85 %, 10-60 % alkohol, företrädesvis 15- 30 %, samt 0,1-5 % vatten, företrädesvis 0,5-2,5 %.

6. Process enligt krav 5 kännetecknad av att blåsmedlet består av ca 80 % HFC, ca 18 % alkohol och ca 2 % vatten.

7. Process enligt krav 1-6 kännetecknad av att plastmassan tillsättes cell- bildare i en mängd som är mindre än eller lika med 0,1 vikts-% av plastsmältan.

8. Process enligt krav 1-6 kännetecknad av att plastmassan ej tillföres cell- bildare.