DE4014261A1 - Expandierbare styrolpolymerisate - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft expandierbare Styrolpolymerisate, die geringe
Mengen eines Wasser absorbierenden organischen Polymeren enthalten.
Expandierbare Styrolpolymerisate werden großtechnisch durch Suspensions
polymerisation hergestellt. Dabei werden Polymerisatperlen erhalten, die
einen Innenwassergehalt von bis zu etwa 2 Gew.-% enthalten. Beim Lagern
tritt das Wasser allmählich aus den Perlen aus und führt zu einer unbe
friedigenden Rieselfähigkeit des Produkts. Es ist daher erforderlich,
durch eine sorgfältige Langzeittrocknung den Wassergehalt drastisch zu
reduzieren, um ein lagerstabiles Produkt zu erhalten. Dabei geht aber
gleichzeitig ein Teil des leicht flüchtigen Treibmittels verloren. Nun ist
aber das im expandierbaren Styrolpolymerisat enthaltene Wasser prinzipiell
als Treibmittel wirksam, so daß es wünschenswert wäre, den Wassergehalt zu
erhöhen, um entweder die Menge der als Treibmittel verwendeten niedrig
siedenden Kohlenwasserstoffe zu erniedrigen oder bei gleicher Treibmittel
menge die Expandierbarkeit zu erhöhen.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Rieselfähigkeit
von expandierbarem Polystyrol zu erhöhen. Eine weitere Aufgabe bestand
darin, ein expandierbares Polystyrol zu entwickeln, bei dessen Herstellung
eine Langzeittrocknung nicht erforderlich ist. Schließlich war die Aufgabe
zu lösen, den Gehalt an organischen Treibmitteln in expandierbarem Poly
strol zu reduzieren und damit die Umweltbelastung bei der Schaumstoff
herstellung zu reduzieren.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß diese Aufgaben gelöst
werden durch die Mitverwendung von geringen Mengen eines Wasser
absorbierenden organischen Polymeren.
Gegenstand der Erfindung sind somit expandierbare Styrolpolymerisate,
enthaltend
- a) ein Styrolpolymerisat,
- b) 0,05 bis 3 Gew.-%, bezogen auf a) , Wasser,
- c) 0,001 bis 1 Gew.-%, bezogen auf a), eines feinteiligen organischen Polymeren mit einem Wasseraufnahmevermögen von mindestens 10 g/g,
- d) 0,5 bis 8 Gew.-%, bezogen auf a), eines C3- bis C6-Kohlenwasserstoffs und gegebenenfalls
- e) übliche Zusatzstoffe in wirksamen Mengen.
Gegenstand der Erfindung sind weiterhin Styrolpolymerisat-Schaumstoffe der
Dichte 0,01 bis 0,1 g/cm3, enthaltend 0,001 bis 1 Gew.-% eines feinteili
gen organischen Polymeren mit einem Wasseraufnahmevermögen von mindestens
10 g/g.
Als Hauptkomponente a) enthalten die neuen Produkte Polystyrol und/oder
ein Styrolcopolymerisat mit mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise mindestens
80 Gew.-% einpolymerisiertem Polystyrol. Als Comonomere kommen z. B. in
Frage α-Methylstyrol, kernhalogenierte Styrole, kernalkylierte Styrole,
Acrylnitril, Ester der Acryl- oder Methacrylsäure von Alkoholen mit 1 bis
8 C-Atomen, N-Vinylcarbazol und Maleinsäure(anhydrid). Vorteilhaft kann
das Polystyrol eine geringe Menge eines Kettenverzweigers einpolymerisiert
enthalten, d. h. einer Verbindung mit mehr als einer, vorzugsweise zwei
Doppelbindungen, wie Divinylbenzol, Butadien oder Butandioldiacrylat. Der
Verzweiger wird im allgemeinen in Mengen von 0,005 bis 0,05 Mol.-%,
bezogen auf Styrol, verwendet.
Vorteilhaft verwendet man Styrolpolymerisate mit Molekulargewichten und
Molgewichtsverteilung, wie sie in der EP-B 1 06 129 und der DE-A 39 21 148
beschrieben sind.
Auch Mischungen verschiedener Styrolpolymerisate können verwendet werden,
wie sie beispielsweise in der DE-A 39 01 329, 39 08 238, 39 36 596,
39 31 862 und 39 16 602 beschrieben sind.
Als Komponente b) enthalten die neuen expandierbaren Styrolpolymerisate
0,05 bis 3, vorzugsweise 0,2 bis 2,5 und insbesondere 0,3 bis 1,5 Gew.-%
Wasser, welches im allgemeinen in feinverteilter Form im Polymeren vor
liegt.
Als erfindungswesentliche Komponente c) enthalten die neuen expandierbaren
Styrolpolymerisate 0,001 bis 1, vorzugsweise 0,002 bis 0,5, insbesondere
0,05 bis 0,2 Gew.-% eines feinteiligen organischen Polymeren mit einem
Wasseraufnahmevermögen von mindestens 10 g/g, im allgemeinen zwischen 10
und 100 g/g, vorzugsweise zwischen 20 und 80 g/g. Die Bestimmung der
Wasseraufnahme erfolgt durch Behandeln mit physiologischer Kochsalzlösung,
die 0,9% Natriumchlorid enthält.
Das organische Polymere wird im allgemeinen mit einer mittleren Teilchen
größe zwischen 1 und 100 µm verwendet.
Geeignete wasserabsorbierende organische Polymere, auch als Superabsorber
bezeichnet, sind beispielsweise vernetzte oder teilvernetzte (d.h. zu etwa
10 bis 90 vernetzte) organische Polymere mit 40 bis 62 Gew.-%, vorzugs
weise 50 bis 62 Gew.-% Carboxylgruppen, die gegebenenfalls ganz oder
teilweise neutralisiert sind, wie Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure und
Copolymere auf Basis von Acrylsäure und/oder Methacrylsäure, die
gegebenenfalls untergeordnete Mengen an anderen copolymerisierbaren
Monomeren, wie (Meth) acrylsäureester, (Meth)acrylsäureamide, Vinylester,
Styrol und dergl. enthalten. Zur Erzielung einer Verzweigung des Polymeren
werden im allgemeinen bei der Polymerisation geringe Mengen, beispiels
weise 0,001 bis 1 Mol.-% eines mindestens zwei ethylenisch ungesättigte
Doppelbindungen enthaltenden Monomeren mitverwendet.
Vorteilhaft liegen die Carboxylgruppen enthaltenden Polymeren zu 10 bis
100%, insbesondere zu 50 bis 100% neutralisierter Form vor, vorzugsweise
als Alkalimetallsalz. Derartige Polymere und Verfahren zu ihrer Her
stellung sind u. a. beschrieben in US-PS 42 86 082, US-PS 47 69 427,
GB-A-21 46 342 und DE-A-38 43 780.
Als Komponente d) enthalten die expandierbaren Styrolpolymerisate als
übliches Treibmittel 0,5 bis 8, vorzugsweise 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf
a), eines C3- bis C6-Kohlenwasserstoffs, wie Propan, n-Butan, Isobutan,
n-Pentan, Isopentan, Neopentan und/oder Hexan. Vorzugsweise wird ein
handelsübliches Pentan-Isomerengemisch verwendet.
Als Komponente c) können die expandierbaren Styrolpolymerisate übliche
Hilfsstoffe, wie Farbstoffe, Pigmente, Füllstoffe, Stabilisatoren, Flamm
schutzmittel, Synergisten, Keimbildner, Gleitmittel, und dergleichen in
üblichen wirksamen Mengen enthalten.
Als Zusatzstoffe sind auch Poly-(2,6-dimethyl)-1,4-phenylenether und
Poly-1,4-phenylensulfid geeignet (vgl. DE-A-39 04 370 und DE-A-39 24 868).
Diese Zusätze bewirken eine Erhöhung der Wärmeformbeständigkeit des
Schaumstoffs. Geeignete Zusatzstoffe sind auch styrollösliche Elastomere
(vgl. DE-A-39 15 602), die die Elastizität des Schaumstoffs erhöhen.
Die erfindungswesentliche Komponente c) kann entweder in der Komponente a)
gleichmäßig verteilt vorliegen. In dieser Form bindet sie die in der
Styrolpolymerisatphase eingeschlossenen geringen Wassermengen und ver
hindert ein Ausschwitzen des Wassers an die Teilchenoberfläche. Das Wasser
kann somit beim Aufschäumen auch als Treibmittel wirksam werden. Die Kom
ponente c) kann aber auch als Oberflächenbeschichtung vorliegen. In dieser
Form bindet sie das beim Lagern aus den Styrolpolymerisatteilchen aus
schwitzende Wasser und verhindert ein Verkleben der Partikel und erhöht
die Rieselfähigkeit. Die Komponente c) kann aber auch nur teilweise in der
Komponente a) gleichmäßig verteilt und teilweise als Oberflächenbeschich
tung vorliegen.
Die expandierbaren Styrolpolymerisate liegen im allgemeinen in Partikel
form, insbesondere in Perlform vor, vorteilhaft mit einem mittleren
Durchmesser von 0,05 bis 6 mm, insbesondere 0,4 bis 3 mm. Die Herstellung
erfolgt in an sich bekannter Weise durch Suspensionspolymerisation. Dazu
wird Styrol, gegebenenfalls unter Zusatz weiterer Comonomerer in wäßriger
Suspension in Gegenwart eines üblichen Suspensionsstabilisators mittels
radikalbildender Katalysatoren polymerisiert. Vorteilhaft setzt man bei
der Polymerisation einen Regler und/oder einen Kettenverzweiger zu,
beispielsweise in einer Menge von 0,005 bis 0,05 Mol.-%. Das Treibmittel
und gegebenenfalls die Zusatzstoffe können dabei bei der Polymerisation
mit vorgelegt werden oder im Laufe der Polymerisation oder nach beendeter
Polymerisation dem Ansatz zugefügt werden. Die Zugabe der erfindungs
gemäßen Komponente c) erfolgt zweckmäßig zur Styrolphase vor Polymeri
sationsbeginn und/oder nach beendeter Polymerisation durch Beschichtung
der Polymerisatpartikel.
Die erhaltenen perlförmigen expandierbaren Styrolpolymerisate werden nach
beendeter Polymerisation von der wäßrigen Phase abgetrennt, gewaschen und
getrocknet und gegebenenfalls beschichtet.
Für die Herstellung von Schaumstoffen werden die expandierbaren Styrol
polymerisate in bekannter Weise durch Erhitzen auf Temperaturen oberhalb
ihres Erweichungspunkts, beispielsweise mit Heißluft oder vorzugsweise mit
Dampf expandiert. Die erhaltenen Schaumstoffpartikel können nach dem
Abkühlen und gegebenenfalls einer Zwischenlagerung durch erneutes Erhitzen
weiter aufgeschäumt werden. Sie können anschließend in bekannter Weise in
nicht gasdicht schließende Formen zu Formteilen verschweißt werden.
Die erhaltenen Schaumstoffe weisen im allgemeinen eine Dichte von etwa
0,01 bis 0,1 g/cm3 auf. Sie finden Verwendung u. a. als Wärme- und Schall
dämmstoffe, als Polstermaterial und für stoßdämpfende Verpackungen. Die
Schaumstoffe zeichnen sich durch eine stark verminderte Neigung zur
elektrostatischen Aufladung aus.
Die in den Beispielen genannten Teile sind Gewichtsteile.
In einem druckfesten Rührgefäß wurde eine Mischung aus 150 Teilen Wasser,
0,1 Teilen Natriumpyrophosphat, 100 Teilen Styrol, in dem die in der
Tabelle angegebenen Mengen an Polyacrylsäure suspendiert sind, die zu 80%
als Natriumsalz vorliegt, mit einem Vernetzungsgrad von ca. 88%, einem
Wasseraufnahmevermögen, gemessen in physiologischer Kochsalzlösung, von
ca. 45 g/g und einer Teilchengröße kleiner als 80 µm (Luquasorb HC 9797
der BASF Aktiengesellschaft in feinpulverisierter Form), 0,45 Teile
Benzoylperoxid, 0,15 Teile tert.-Butylperbenzoat und die in der Tabelle
angegebenen Mengen an n-Pentan unter Rühren auf 90°C erhitzt. Nach
2 Stunden bei 90°C wurden 4 Teile einer 10%igen wäßrigen Lösung von
Polyvinylpyrrolidon als Suspensionsstabilisator zugefügt. Dann wurde 2
weitere Stunden bei 90°C, anschließend 2 Stunden bei 100°C und schließlich
2 Stunden bei 120°C gerührt.
Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurde das erhaltene Perlpolymerisat
(mittlerer Teilchendurchmesser 1,5 mm) abgetrennt, gewaschen und dann
Blitztrocknung von anhaftendem Oberflächenwasser befreit.
Das perlförmige expandierbare Polymerisat wurde anschließend durch
3 Minuten dauerndes Auftrommeln in einem Schaufelmischer (Typ Lödige)
mit den in der Tabelle angeführten Mengen an Luquasorb LC 9797 beschich
tet.
Zur Bestimmung des Rieselverhaltens wurden jeweils 1 kg der Perlpolymeri
sate zunächst 48 h in einem geschlossenen Glasgefäß gelagert. Anschließend
wurde die Auslaufzeit der Produkte durch einen Trichter aus geglättetem
V2A-Stahl gemessen. Der Durchmesser des Trichters beträgt bei einem
Neigungswinkel von 45° 250 mm an der Einfüllstelle und 20 mm am Auslauf.
Zur Messung der Rieselfähigkeit wird der Auslauf des Trichters verschlos
sen und 1 kg der Polymerisate mit einer Perlgröße von 1,0-2,0 mm einge
füllt. Anschließend wird der Auslauf geöffnet und die Zeit ermittelt, in
der der Trichter leergelaufen ist. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der
Tabelle zusammengestellt.
Zur Untersuchung der Verklebung beim Vorschäumen diente ein mit einem
Metallrahmen eingefaßtes Sieb (Maschenweite: 0,1-0,2 mm) mit den
Abmessungen 1000×800×250 mm, welches sich in einem abgeschlossenen Metall
gehäuse mit Dampfzuleitung und Dampfabzugsvorrichtung befand. Der
Wasserdampf von ...°C strömte von unten in die Vorschäumapparatur ein,
passierte das Drahtgewebe mit den zu prüfenden Produkten und konnte durch
die Dampfabzugsvorrichtung wieder entweichen. Vor Beginn der Prüfungen
wurde die Apparatur zunächst ca. 5 min vorgeheizt. Anschließend wurden
500 g der expandierbaren Perlpolymerisate mit einem Teilchendurchmesser
zwischen 1,0 und 2,0 mm auf dem Drahtgewebe gleichmäßig verteilt, die
Apparatur geschlossen und das Dampfventil geöffnet. Nach der in der
Tabelle angegebenen Zeit wurde das Dampfventil wieder geschlossen und das
Metallgehäuse geöffnet. Von dem vorgeschäumten Material wurde anschließend
die Schüttdichte bestimmt und die Verklebung beurteilt.
Die Stärke der Verklebung wurde durch folgende Gruppen gekennzeichnet:
0: nicht verklebt: | |
keinerlei Agglomerate | |
1: leicht verklebt: | Perlen schwach verklebt, die Agglomerate sind jedoch durch leichte Schläge mit der flachen Hand aufzulösen, |
2: mäßig verklebt: | durchweg aus Agglomeraten bestehend, die noch ohne Schwierigkeit mit der Hand zerbröckelt werden können, |
3: stark verklebt: | die Agglomerate sind so stabil, daß sie mit der Hand nur schwierig und unter starker Deformation der Perlen zerkleinert werden können, |
4: sehr stark verklebt: | die aufgeschäumten Partikel sind völlig miteinander verschweißt. |
Die Bestimmung des Wassergehaltes erfolgte mit einem Karl-Fisch-Titrier
automaten E 452 der Firma Metrohm AG, Herisau (Schweiz).
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle zusammengefaßt.
Claims (10)
1. Expandierbare Styrolpolymerisate, enthaltend
- a) ein Styrolpolymerisat,
- b) 0,05 bis 3 Gew.-%, bezogen auf a), Wasser,
- c) 0,001 bis 1 Gew.-%, bezogen auf a), eines feinteiligen organi schen Polymeren mit einem Wasseraufnahmevermögen von mindestens 10 g/g
- d) 0,5 bis 8 Gew.-%, bezogen auf a), eines C3- bis C6-Kohlenwasser stoffs und gegebenenfalls
- e) übliche Zusatzstoffe in wirksamen Mengen.
2. Expandierbare Styrolpolymerisate nach Anspruch 1, enthaltend als
Komponente c) ein vernetztes oder teilvernetztes organisches Polymeres
mit 40 bis 62 Gew.-% Carboxylgruppen, die gegebenenfalls durch Salz
bildung ganz oder teilweise neutralisiert sind.
3. Expandierbare Styrolpolymerisate nach Anspruch 2, enthaltend als Kom
ponente c) vernetzte oder teilvernetzte Polyacrylsäure, deren
Carboxylgruppen zu mindestens 50% als Alkalimetallsalz vorliegen.
4. Expandierbare Styrolpolymerisate nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei
denen die Komponente c) eine mittlere Teilchengröße von 1 bis 50 µm
aufweist.
5. Expandierbare Styrolpolymerisate nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei
denen die Komponente c) zumindest teilweise in der Komponente a)
gleichmäßig verteilt vorliegt.
6. Expandierbare Styrolpolymerisate nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei
denen die Komponente c) zumindest teilweise als Oberflächenbeschich
tung vorliegt.
7. Verfahren zur Herstellung expandierbarer Styrolpolymerisate gemäß
einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine
Mischung aus Styrol und gegebenenfalls weiteren Comonomeren und der
Komponente c) in wäßriger Suspension polymerisiert und vor, während
oder nach der Polymerisation die Komponente d) und gegebenenfalls e)
zufügt.
8. Verfahren zur Herstellung expandierbarer Styrolpolymerisate gemäß
Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man durch Suspensionspolymeri
sation hergestellte perlförmige expandierbare Styrolpolymerisate, ent
haltend die Komponenten a), b), d) und gegebenenfalls c) und/oder e)
mit der Komponente c) an ihrer Oberfläche beschichtet.
9. Styrolpolymerisat-Schaumstoffe der Dichte 0,01 bis 0,1 g/cm3, ent
haltend 0,001 bis 1 Gew.-% eines feinteiligen organischen Polymeren
mit einem Wasseraufnahmevermögen von mindestens 10 g/g.
10. Verfahren zur Herstellung von Styrolpolymerisat-Schaumstoffen gemäß
Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man expandierbare Styrol
polymerisate gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 in an sich bekannter
Weise durch Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungs
punktes expandiert und die erhaltenen Schaumstoffpartikel in nicht
gasdicht schließenden Formen durch Erhitzen miteinander verschweißt.
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