Способ получения содержащего частицы графита расширяющегося полистирола

 

Изобретение относится к способу получения расширяющегося полистирола, содержащего вспученное соединение графита, и пенопласта на его основе. Способ заключается в полимеризации стирола или его смеси с сомономерами в водной суспензии в присутствии вспенивающего агента и вспученного соединения графита. Технической задачей является разработка упрощенного способа получения расширяющегося полистирола, содержащего вспученное соединение графита, а также улучшение теплоизоляционных и антистатических свойств пенопластов, получаемых на основе этого полистирола. 3 с. и 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способу получения содержащего частицы порообразующего графита, расширяющегося полистирола.

Полистирольный пенопласт давно известен и проявил себя во многих областях применения. Получение подобных пенопластов осуществляется путем вспенивания импрегнированных вспенивающим агентом частиц полистирола и последующего сваривания полученных таким образом пенистых частиц в формный элемент. Очень важной областью применения является теплоизоляция в строительной индустрии.

Теплопроводность пенопластов может снижаться за счет таких материалов, как сажа, окиси металлов, металлический порошок или красительные пигменты.

В патентной заявке РСТ/ЕР 97/02457 для снижения теплопроводности полистирольных пенопластов предлагается изготовление расширяющихся полистирольных частиц путем полимеризации стирола в водной суспензии в присутствии 0,05 до 25 мас. % частиц графита. Имеющийся в продаже графит обладает плотностью в пределах от 2,1 до 2,3 г/см³. Согласно заявке РСТ/ЕР 97/02457 полимеризацию проводят предпочтительно раствором полистирола в стироле. Такой метод требует, однако, дополнительной технологической стадии, а именно, растворения полистирола в стироле.

Задачей изобретения поэтому является исключение этой дополнительной стадии и разработка упрощенного способа получения содержащего частицы графита, расширяющегося полистирола.

Эта задача решается тем, что применяют частицы из вспученного, порообразующего графита с плотностью менее 1,5 г/см³.

Таким образом объектом изобретения является способ получения содержащего частицы графита, расширяющегося полистирола путем полимеризации стирола необязательно совместно с сополимерами в количестве 20% его веса в водной среде в присутствии частиц графита и с добавкой вспенивающего агента до, во время или после полимеризации, причем применяют вспученный, порообразующий графит с плотностью менее 1,5 г/см³. Другим объектом изобретения является гранульный, расширяющийся полистирол, содержащий от 0,05 до 25 мас.% гомогенно распределенного, вспученого, порообразующего графита с плотностью от 0,1 до 1,2 г/см³.

Невспученный порообразующий графит с плотностью более 1,5 г/см³ известен в качестве огнезащитного средства для пенопластов, в частности для полиуретановых пенопластов, а также для невспененного полистирола.

Вследствие своей слоистой решетной структуры графит может образовывать специальные формы соединений с включенными молекулами. В случае таких соединений в решетку включены посторонние атомы или молекулы, которые размещены в пространствах между углеродными атомами, частично в стехиометрических соотношениях. Эти графитные соединения, например, с серной кислотой в качестве чужой молекулы, которые также получают в технических масштабах, называются порообразующим графитом. Плотность такого порообразующего графита лежит в пределах от 1,5 до 2,1 г/см³, размер гранул составляет от 100 до 1000 мкм. Нагревом на температуру несколько выше 150^oС, в частности на температуру от 500 до 1000^oС, можно вспучивать порообразующий графит, его плотность может при этом снижаться ниже 0,01 г/см³. Этот вспученный, порообразующий графит больше не содержит внедренных чужих молекул, он может по-любому тонко размельчаться. В рамках настоящего изобретения предпочтительны гранулы с плотностью от 0,1 до 1,2 г/см³, средний диаметр гранул составляет предпочтительно от 1 до 200 мкм, в частности от 2 до 50 мкм.

Под расширяющимися полистиролами понимаются содержащие вспенивающий агент полистиролы.

Раширяющиеся полистиролы по изобретению содержат в качестве полимерной матрицы в частности гомополистирол или сополистирол с максимально 20 мас.%, в пересчете на вес полимеров, ненасыщенных этиленом сополимеров, в частности алкилстиролов, дивинилбензола, акрилнитрила или α-метилстирола.

При предлагаемой суспензионной полимеризации могут добавляться обычные впомогательные агенты, такие как пероксидные инициаторы, стабилизаторы суспензии, впенивающие агенты, переносчики цепи, затравки, вспомогательный агент расширения и мягчители. Особенно предпочтительна добавка огнезащитных средств, предпочтительно в количестве от 0,6 до 6 мас.% и огнезащитных синергистов в количестве от 0,1 до 1 мас.%, в обоих случаях пересчете на результирующийся полистирол. Предпочтительными огнезащитными средствами являются алифатические, циклоалифатические или ароматические соединения брома, такие как гексабромциклододекан, пентаброммонохлорциклогексан и пентабромфенцилаллиловый эфир. Пригодными синергистами являются С-С- или O-O-лабильные органические соединения, такие как дикумил и дикумилпероксид. Вспенивающие агенты подаются в количестве от 3 до 10 мас.%, в пересчете на полистирол. Их можно добавлять во время, до или после полимеризации суспензии. Пригодными вспенивающими агентами могут быть алифатические углеводороды с 4 до 6 углеродными атомами. Преимущество дает применение в качестве стабилизаторов суспензии неорганических пиккеринговых диспергаторов, например пирофосфата магния или фосфата кальция.

Было установлено, что для стабильности суспензии не нужно применять раствор полистирола в начале суспензионной полимеризации.

Предпочтительно суспензионную полимеризацию проводят в две температурные стадии, причем сначала при температуре от 80 до 100^oС применяют распадающийся при низкой температуре пероксид, например дибензоилпероксид, предпочтительно трет-бутилперокси-2-этилгексаноат, и потом нагревают до температуры от 110 до 140^oС и полимеризацию проводят с помощью распадающегося при высокой температуре пероксида, например дикумилпероксида.

Частицы порообразующего графита при суспензионной полимеризации по изобретению применяют предпочтительно в количестве от 0,05 до 25, предпочтительно от 0,5 до 8 мас.%, и особенно от 1 до 4 мас.%, в пересчете на результирующийся полистирол. В принципе частицы добавляются в течение суспензионной полимеризации, предпочтительно в течение первой половины полимеризационного цикла. При суспензионной полимеризации получаются в основном круглые гранулы со средним диаметром от 0,2 до 2 мм, в которых гомогенно распределены частицы порообразующего графита. Они могут покрываться обычными покрытиями, например стеаратами металлов, глицериновым эфиром и силикатами.

Содержащий расширяющийся, вспученный порообразующий графит полистирол может перерабатываться в полистирольный пенопласт с плотностью от 5 до 35 г/см³, предпочтительно от 8 до 25 г/см³ и особенно предпочтительно от 10 до 15 г/см³.

Для этого раширяемый гранулят предварительно вспенивается. Это происходит вследствие нагревания гранулята в водяной ванне в так называемых предварительных пенообразователях.

Предварительно вспененный гранулят свариваются затем в формованные элементы. Для этого предварительно вспененный гранулят подают в закрываемые негерметично для газа формы и обрабатывают водяным паром. После охлаждения формные элементы могут выниматься.

Полученные из расширяющегося полистирола пенопласты отличаются высокой теплоизоляцией. Этот эффект проявляется особенно четко при низкой плотности. Добавкой 2 мас.% вспученного парообразующего графита к полистиролу при плотности пенопласта в 10 г/см³ теплопроводимость в 44 мВт/(м•К) может быть снижена ниже 35 мВт/(м•К).

Благодаря возможности значительно снизить плотность полистирола при одиноковой теплопроводности можно обеспечить экономию материала. Так как по сравнению с обычным расширяющимся полистиролом может быть достигнута одинаковая теплоизоляция со сравнительно низкой насыпной плотностью, с помощью полученного согласно изобретению полистирольного гранулята могут изготавливаться более тонкие пенопластовые плиты, что позволяет экономию места и, в частности, экономию материала.

Далее за счет добавки вспученного порообразующего графита вследствие сильно увеличенного объема с относительно малым количеством, например от 5 до 15 мас. %, можно получать полистирольный пенопласт с антистатическими свойствами и электрической проводимостью.

Изобретение поясняется более подробно следующими примерами.

Примеры Пример 1. Теплопроводность В 20,4 кг стирола гомогенно суспендируют 200 г порошкового вспученного порообразующего графита с плотностью 1,0 г/см³ и средним размером гранул в 10 мм, т.е. 1 мас.% графита в пересчете на количество стирола при подмешивании 85,0 г дикумилпероксида и 13,6 г трет-бутилперокси-2-этилгексаноата. Органическую фазу загружают в 19,5 л полностью обессоленой воды в мешалке объемом 50 л. Водная фаза содержит 46,6 г пирофосфата натрия и 86,3 г сульфата магния (горькая соль). Суспензию нагревают до 80^oС. Через 140 минут добавляют 2,34 г эмульгатора К 30/40 (фирмы Bayer AG). Еще через 30 минут добавляют 1277,1 г пентана и полимеризируют при 134^oС.

Получают бисерообразный гранулят, который вспенивают и формуют в пенопластовые плиты плотностью 15 г/см³, и достигают теплоизоляции в 32 г/см³.

Пример 2. Антистатика В 20,4 кг стирола суспендируют 1000 г порошкового вспученного порообразующего графита с плотностью 0,05 г/см³ и со средним размером гранул в 20 мм, т. е. 1,0 мас.% графита в пересчете на количество стирола суспендируют при подмешивании 85,0 г дикумилпероксида и 13,6 г трет-бутил-перокси-2-этилгексаноата. Органическую фазу загружают в 19,5 л полностью обессоленой воды в мешалке вместимостью 50 л. Водная фаза содержит 46,6 г пирофосфата натрия и 86,3 г сульфата магния (горькой соли). Суспензию нагревают до 80^oС. Через 140 минут добавляют 2,34 г эмульгатора К 30/40 (фирмы Bayer AG). Еще через 30 минут подают 1277,1 г пентана и полимеризируют при 134^oС.

Получают бисерообразный гранулят, который имеет удельное сопротивление проходу в 1,8•10⁵ Ом. (для сравнения без добавки графита это значение составляет >10¹⁴ Ом).

Формула изобретения

1. Способ получения содержащего частицы графита расширяющегося полимера стирола путем полимеризации стирола или его смеси с сомономерами, взятыми в количестве 20% от веса стирола, в водной суспензии в присутствии частиц графита и вспенивающего агента, добавляемого перед, во время и после полимеризации, отличающийся тем, что в качестве частиц графита используют вспученное соединение графита с плотностью менее 1,5 г/см³.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полимеризацию проводят в присутствии вспученного соединения графита в количестве 0,05 - 25 мас.%, предпочтительно 0,5 - 8 мас.% в пересчете на полимер стирола.

3. Способ по п.1. отличающийся тем, что используют вспученное соединение графита с плотностью от 0,1 до 1,2 г/см³.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что используют вспученное соединение графита со средним диаметром частиц от 1 до 200 мкм.

5. Гранулированный, расширяющийся полимер стирола, содержащий от 0,05 до 25 мас.% гомогенно распределенного графита, отличающийся тем, что в качестве графита он содержит вспученное соединение графита с плотностью от 0,1 до 1,2 г/см³.

6. Пенопласт с плотностью от 5 до 35 г/см³, содержащий гранулированный расширяющийся полимер стирола по п.5.