Модифицированные вспениваемые и вспененные материалы и способ получения таких материалов


 


Владельцы патента RU 2439097:

ТЕРМО ОРГАНИКА СП З.О.О. (PL)

Настоящее изобретение относится к модифицированным вспененным материалам. Описан модифицированный вспененный материал, содержащий полистирол, производные стильбенов, диамид угольной кислоты, кварц и/или силикаты, бикарбонат натрия и/или гидрокарбонат аммония, а также натрий-карбоксиметилцеллюлозу в количестве 0,1-23 массовых частей по отношению к 100 массовым частям вспененного полистирола в качестве стабилизатора дисперсных систем, водный раствор катионного поверхностно-активного вещества в количестве 0,1-21 массовых частей в качестве диспергирующего вещества, динитрозопентаметилентетрамин в количестве 0,05-22 массовых частей в качестве ингибитора эндогенного и экзогенного горения, который предварительно гомогенизируется с диамидом угольной кислоты в количестве 0,1-18 массовых частей в отношении к 100 массовым частям ингибитора по весу в присутствии производного 4,4'-бис(с-триазинил-)диамино-2,2'-дисульфостильбена в качестве производных стильбенов в количестве, превышающем 0,05-14 массовых частей, и с водным раствором соли кремниевой кислоты в количестве 0,2-50 массовых частей, при этом массовые части указаны по отношению к 100 массовым частям материала. Также описан способ получения указанного выше модифицированного вспененного материала. Технический результат - получение вспененного материала с улучшенными механическими свойствами, сниженной степенью анизотропии, увеличенной межгранулярной адгезией в процессе производства. 2 н.п. ф-лы.

 

Настоящее изобретение относится к модифицированным вспениваемым и вспененным материалам, в частности в виде полистирола, и к методу получения таких материалов.

Материалы такого типа применяются, кроме прочего, для термической изоляции, в качестве изоляционных и задерживающих барьеров, шумопоглощающих барьеров в строительстве, в наземном, морском и воздушном транспорте, где требуется достижение термической сопротивляемости и повышенной механической силы без увеличения массы пластика.

Полистирол относится к наиболее легковоспламеняющимся материалам. Кислородный индекс этого материала составляет около 18%, и теплота сгорания - около 4×108 Дж/кг. Среди огнеупорных средств, используемых в полистирольных материалах, наиболее важными являются составляющие, содержащие бром, фосфат и сурьмяные комплексы.

Известен польский патент на изобретение PL 163320, где метод производства концентратов огнеупорных средств полистирола и акрилонитрил-бутадиен-стирольного триполимера характеризуется, как набор компонентов огнеупорных средств в форме синергетической смеси декабромдифенил эфира и трехокиси сурьмы, составляющий от 20 до 70% массы концентрата, и гомогенизирующего вещества в виде бромированных компонентов ароматического ряда или циклоалифатических компонентов с температурой плавления ниже 200°C, перемешиваемых в миксере с базовым материалом, которым является полистирол или акрилонитрил-бутадиен-стирольный триполимер, в результате чего после нагревания получается гомогенизированная смесь, которая далее экструдируется и гранулируется.

Известен польский патент на изобретение 185039, который раскрывает содержание универсального концентрата огнеупорных средств, предназначенных для разных вида термопластических материалов, который содержит сополимер этилена и винилацетата или его смесь с другим полимером в количестве 19-39% от общей массы, тогда как содержание огнеупорных средств в общей массе составляет от 60 до 80%, а содержание модификаторов составляет от 1 до 10% от массы. Термопластический материал, измененный таким образом, производится путем включения в материалы так называемых внешних огнеупорных средств, которые являются дополнительными антипиренами, не связанными с полимером с химической связью.

Известна польская патентная заявка Р. 378142, которая дает представление о методе подготовки материалов, обеспечивающем их защиту от воздействия ультрафиолетового излучения и озона, здесь составляется раствор производных стильбена и производные переносятся при температуре до 55°C на воде, содержащей диамид угольной кислоты в количестве от 0,5 до 55 частей массы пропорционально массе указанных производных, и им обрабатываются непосредственно пластмассы, цемент, бетон и т.д. с модификаторами, приготовленными таким образом, и/или активные радикалы указанных модификаторов встраиваются в поверхность таких материалов, и/или вводятся через мономеры или реагирующие компоненты в ходе химической закалки, пенообразования, полимеризации или конденсации и т.д.

В польской патентной заявке Р. 357842 раскрывается метод получения слабогорючего вспениваемого полистирола. Этот метод применяется в полимеризации гранул в водном растворе мономера стирола или преполимера, смешанного с инициирующим веществом и вспененным веществом и состоит в производстве смеси преполимера стирола с вязкостью 8-30 Па·с при температуре 25°C или смеси раствора с вязкостью 8-30 Па·с при температуре 25°C полистирола в стироле с добавлением вспененного графита в количестве 7-35 частей массы на 100 частей массы преполимера стирола или раствора полистирола в стироле, и затем изготавливается водная эмульсия этой смеси, стирол полимеризуется, а гранулы полимера отделяются от воды и высушиваются.

Патентное описание 186332 раскрывает метод получения полимера вспениваемого стирола, содержащего частицы графита, через эмульсионную полимеризацию стирола в присутствии частиц графита с предварительно представленным порофором во время или после полимеризации.

В другой польской патентной заявке Р. 354969 показаны частично вспененные олефиновые полимеры, которые содержат порофор с температурой кипения от -5°C до 150°C, отобранные из алканов, алканолов, кетонов, эфиров, или сложных эфиров, или их смесей. Эти частицы невспененные, их основная плотность выше 400 г/л, после выдерживания в течение 1 ч при комнатной температуре воздуха они вспениваются в результате нагрева до температура выше 100°C и доведения до плотности ниже 200 г/л. Они производятся путем насыщения полиолефинового гранулята порофором в суспензии под давлением, охлаждения всего материала до температуры ниже 100°C, неполного расширения и разделения частиц.

Традиционные хорошо известные методы производства вспениваемых материалов могут привести к воздействию химических веществ, формирующихся в ходе их пенообразования. Было установлено, что основным компонентом газов, выбрасываемых в процессе вспенивания, является агент пенообразования - порофор. Количество применяемого порофора зависит, среди прочего, от необходимой плотности (удельного веса).

Пентан, широко используемый в качестве агента для вспенивания полимеров стирола, показывает низкий уровень среднего риска в связи с удержанием газообразной фазы, в то время как с реологической точки зрения изоляционные свойства ухудшаются во время использования материала, и пожарная опасность, особенно эндогенных пожаров, увеличивается.

Основное неудобство и риск в производстве известных вспененных материалов состоит в использовании органических порофоров, которые имеют низкую температуру кипения, а образующийся газ является легковоспламеняющимся и/или токсичным веществом, а поэтому вызывает риск возникновения эндогенных возгораний. Поэтому необходимо обеспечить обменную диффузию газообразной фазы после предварительного вспенивания в атмосферный воздух или инертный газ.

Также известно использование порофоров в качестве дополнения к мономерам, например стиролу, которые в случае вспенивания вспениваемого полистирола переходят в газообразное состояние. Обычно применяются следующие порофоры, в дополнение к воде: пентан, эфиры, например петролейный эфир или диэтиловый эфир, фреон, этилацетат, ацетон и т.п., а также производные галогенизированного углеводорода.

Учитывая реальный риск потери целых структур вспененного полистирола, есть необходимость представить структуру вспененных и вспениваемых материалов и безопасного метода получения материалов такого рода.

Целью изобретения было представление нового поколения вспениваемых и вспененных материалов, в частности в отношении снижения степени анизотропии, увеличения межгранулярной адгезии в процессе производства, улучшения механических и эксплуатационных свойств таких материалов посредством получения дополнительной структуры и конструкции и регулирования, при необходимости, дефлоккуляции и теплостойкости.

Основной целью изобретения было также создание способа получения вспениваемых и вспененных материалов, который бы позволил существенно снизить риск воздействия химических веществ, образующихся в процессе пиролиза этих материалов.

Эта цель была достигнута путем модификации вспениваемых и вспененных материалов, достигнутой путем модификации элементов, таких как, например, мономер с пенополистиролом, а окончательный эффект определяется в конечном материале, который также может быть модифицирован в ходе процессов формирования интегральной структуры пенополистирола.

Сущностью изобретения, таким образом, являются модифицированные вспениваемые и вспененные материалы, содержащие полистирол, или полимеры, или сополимеры, а также производные стильбенов, диамид угольной кислоты, кварц и/или силикаты, бикарбонат натрия и/или гидрокарбонат аммония, которые согласно изобретению содержат также стабилизатор дисперсных систем 0.3-23 частей массы, диспергирующее вещество 0.1-21 частей массы, ингибитор эндогенных и экзогенных возгораний 0.05-20 частей массы, который предварительно гомогенизируется с диамидом угольной кислоты в количестве 0.1-12 частей массы в отношении к 100 частям ингибитора по весу в присутствии производных стильбенов в количестве, превышающем 0,05 частей массы, и диамид угольной кислоты 0.1-15 частей массы, и с водным раствором соли кремниевой кислоты 0,2-45 частей массы.

Также может быть стабилизатором дисперсных систем натрий-карбоксиметилцеллюлоза.

Также может быть диспергирующим веществом водный раствор катионного поверхностно-активного вещества и/или его дисперсия.

Также может быть, чтобы концентрация диспергирующего вещества составляла 10% от количества воды.

В соответствии с изобретением предпочтительным ингибитором эндогенных и экзогенных возгораний должен быть динитрозопентаметилентетрамин с формулой C5H10N4O2.

В соответствии с изобретением предпочтительным производным стильбена должно быть производное 4,4'-бис(с-триазинил-)диамино-2,2'-дисульфостильбена.

Также может быть в соответствии с изобретением, чтобы концентрация водного раствора соли кремниевой кислоты составляла выше 1.8%.

В соответствии с изобретением ингибиторами эндогенных и экзогенных возгораний являются вещества, которые под воздействием тепла (температуры) переходят из состояния агрегации, жидкого или твердого, в газообразную фазу, с содержанием инертных газов, таких как диоксид углерода и/или азота, которые неожиданно оказались ингибиторами возгорания в ходе эмиссии других газов in statu nascendi при образовании в процессе пиролиза пенополистирола.

Присутствие в материалах в соответствии с изобретением ингибиторов эндогенных и экзогенных возгораний обеспечивает низкую возгораемость или самозатухание с термическим разложением после перехода в газообразное состояние, вызывая одновременно ликвидацию возгорания, произошедшего после возгорания материала в результате выделения азота и углекислого газа in statu nascendi и воздействия карбоксиметилцеллюлозы.

В соответствии с изобретением диамид угольной кислоты, используемый для предварительной модификации ингибиторов эндогенных и экзогенных возгораний, формирует разделительную преграду и преграду, требующую избыточных фрикционных расходов электроэнергии, тогда как наличие производных стильбенов делает возможным переводить ультрафиолетовое излучение в видимый спектр, нейтрализуя избыточное энергетическое поле.

Сущность изобретения заключается также в создании способа получения модифицированных вспениваемых и вспененных материалов, в частности полистирола, включающего следующие этапы: а) смешивание компонентов с использованием предварительно вспененного полистирола, обрабатывающие дополнения и пенообразующее вещество в виде пентана; б) предварительное вспенивание полимера стирола; в) высушивание и гомогенизация вспененного полистирола в удерживающих резервуарах; г) формирование расширенных блоков полистирола, заключающееся в помещении предварительно вспененного полистирола в формовочную машину, где они обрабатываются паром и превращаются в затвердевшие блоки, после предполагаемой гомогенизации они режутся, рассекаются, перепиливаются на нужные элементы, и производится термоизоляционный материал, обычно в форме дощечек, а после этапа предварительного вспенивания полистирола добавляются следующие необходимые компоненты: ингибитор эндогенных и экзогенных возгораний 0.2-22 частей массы, который предварительно гомогенизируется с диамидом угольной кислоты 0.1-18 частей массы в присутствии производных стильбенов 0.05-14 частей массы и диамидом угольной кислоты 0.08-2.50 частей массы; стабилизатор дисперсных систем 0.1-8 частей массы; диспергирующее вещество 0.5-3.5 частей массы и водный раствор соли кремниевой кислоты 1.2-50 частей массы; и затем весь материал гомогенизируется и высушивается с помощью сжатого воздуха при температуре выше 12°C в течение более 8 минут.

Произведенная таким образом смесь вводится в гомогенизационные резервуары, из которых, после технологически заданного времени, она помещается в формы и механически укрепляется с использованием пара, а затем полученный блок ставится на стенде выдерживания, с которого по истечении заданного времени он подвергается заключительной операции с использованием известного метода.

Ингибитором эндогенных и экзогенных возгораний, применяемым в этом методе в соответствии с изобретением, является динитрозопентаметилентетрамин с формулой C5H10N4O2.

В соответствии с изобретением предпочитаемым стабилизатором дисперсных систем должен быть натрий-карбоксиметилцеллюлоза.

В соответствии с изобретением диспергирующим веществом должен быть водный раствор катионного поверхностно-активного вещества с концентрацией 10% в отношении к количеству воды.

Концентрация водного раствора соли кремниевой кислоты, применяемого в данном методе, в соответствии с изобретением составляет выше 1.8%.

Продукты, получаемые в соответствии с изобретением, обычно являются составляющими в перегородках, характеризующимися лучшим тепловым сопротивлением по сравнению со стандартным материалом, их анизотропия снижается приблизительно на 50%, и поверхностная адгезия (межгранулярная) повышается примерно на 40%.

Ясно, что высокий уровень гомогенизации и нейтрализации энергетических центров вызван ликвидацией излишних энергетических посредников. Однако неожиданно было обнаружено, что добавление динитрозопентаметилентетрамина во время вторичной термической декомпозиции исключает склонность промежуточного полимера, предназначенного для вспенивания, к экзотермическим реакциям и образованию точек возгорания и помогает удалить и/или отложить формирование огневых центров.

Данный способ в соответствии с изобретением допускает введение дополнительной модификации сразу после предварительного вспенивания полистирола. В ходе этого процесса ограничивается тенденция вырабатываемого порофора (например, пентана) к экзотермическим реакциям, тем самым уменьшается риск взрыва при параллельном обеспечении проникновения модификаторов в предварительно вспененные гранулы полистирола.

Модификация материалов в соответствии с изобретением обеспечивает гомогенность смесей и формоустойчивость.

Материалы, модифицированные в соответствии с изобретением, в частности материалы полистирола, демонстрируют очень хорошие свойства термической изоляции, формоустойчивость, улучшенные механические свойства, электростатическую нейтральность по сравнению со стандартными материалами полистирола, высокую склонность к самозатуханию и пониженную воспламеняемость, а также повышенную поверхностную адгезию, когда элементы соединяются при помощи клеев.

Тема изобретения более подробно без ограничений представлена в производственных образцах.

Пример 1

В резервуар, оснащенный смесителем, водная взвесь, содержащая 20 кг воды, 1.2 кг натрий-карбоксиметилцеллюлозы, 1 кг 10% водного раствора катионного поверхностно-активного вещества, 1.2 кг динитрозопентаметилентетрамина, предварительно гомогенизированного с 0,1 кг диамида угольной кислоты, 0,8 кг водного раствора соединений стильбена в концентрации 30% добавляются путем опрыскивания 100 кг предварительно вспененного полистирола.

После смешивания и гомогенизации с предварительно вспененным полистиролом и высушивания всего материала смесь помещается в технологический резервуар и затем, по истечении отведенного времени на гомогенизацию, весь материал помещается в форму, где после отверждения паром получается блок вспененного полистирола, модифицированный в соответствии с изобретением.

Смесь, раскрытая в Примере 1

Составляющие кг Части весовые
Вода 20 20
Натрий-карбоксиметилцеллюлоза 1,2 1,2
Катионное поверхностно-активное вещество (10% водный раствор) 1 1
Динитрозопентаметилентетрамин 1,2 1,2
Соединения стильбена (30% водный раствор) 0,8 0,8
Диамид угольной кислоты 0,1 0,1
Вспененный полистирол 100 100
ВСЕГО 124,3 124,3

Пример 2

В резервуар, оснащенный смесителем, водная взвесь, содержащая 20 кг воды, 1.2 кг натрий-карбоксиметилцеллюлозы, 1 кг 10% водного раствора катионного поверхностно-активного вещества, 1.2 кг динитрозопентаметилентетрамина, предварительно гомогенизированного с 0,1 кг диамида угольной кислоты, 0,8 кг водного раствора соединений стильбена в концентрации 30% и 10 кг 35% водного коллоидного раствора кремниевой кислоты с торговым названием Sizol (выпускается компанией ZAKLADY Chemiczne "Rudniki" SA) добавляются путем опрыскивания 100 кг предварительно вспененного полистирола.

После смешивания и гомогенизации с предварительно вспененным полистиролом и высушивания всего материала смесь помещается в технологический резервуар и затем, по истечении отведенного времени на гомогенизацию, весь материал помещается в форму, где после отверждения паром, получается блок вспененного полистирола, модифицированный в соответствии с изобретением.

Смесь, раскрытая в Примере 2

Составляющие кг Части весовые
Вода 20 20
Натрий-карбоксиметилцеллюлоза 1,2 1,2
Катионное поверхностно-активное вещество (10% водный раствор) 1 1
Динитрозопентаметилентетрамин 1,2 1,2
Соединения стильбена (30% водный раствор) 0,8 0,8
Диамид угольной кислоты 0,1 0,1
Водный раствор соли кремниевой кислоты 10 10
Вспененный полистирол 100 100
ВСЕГО 134,3 134,3

1. Модифицированный вспененный материал, содержащий полистирол, производные стильбенов, диамид угольной кислоты, кварц и/или силикаты, бикарбонат натрия и/или гидрокарбонат аммония, а также натрий-карбоксиметилцеллюлозу в количестве 0,1-23 мас.ч. к 100 мас.ч. вспененного полистирола в качестве стабилизатора дисперсных систем, водный раствор катионного поверхностно-активного вещества в количестве 0,1-21 мас.ч. в качестве диспергирующего вещества, динитрозопентаметилентетрамин в количестве 0,05-22 мас.ч. в качестве ингибитора эндогенного и экзогенного горения, который предварительно гомогенизируется с диамидом угольной кислоты в количестве 0,1-18 мас.ч. к 100 мас.ч. ингибитора по весу в присутствии производного 4,4'-бис(с-триазинил-)диамино-2,2'-дисульфостильбена в качестве производных стильбенов в количестве, превышающем 0,05-14 мас.ч., и с водным раствором соли кремниевой кислоты в количестве 0,2-50 мас.ч., при этом массовые части указаны по отношению к 100 мас.ч. материала.

2. Способ получения модифицированного вспененного материала, содержащего полистирол по п.1, характеризующийся тем, что включает в себя вспенивание полимера стирола и добавление в вспененный материал динитрозопентаметилентетрамина в качестве ингибитора эндогенного и экзогенного горения вспененного полистирола, который предварительно гомогенизируют с диамидом угольной кислоты в присутствии производного 4,4'-бис(с-триазинил-)диамино-2,2'-дисульфостильбена в качестве производных стильбенов, натрий-карбосиметилцеллюлозы в качестве стабилизатора дисперсных систем, водного раствора катионного поверхностно-активного вещества в качестве диспергирующего вещества и водного раствора соли кремниевой кислоты, затем материал гомогенизируют и высушивают с помощью сжатого воздуха при температуре выше 12°С в течение более 8 мин, после чего произведенную смесь вводят в гомогенизационный резервуар с последующим через заданное время перемещением в формы для механического укрепления с использованием пара.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологической добавке для экструзии полиолефинов или термопластических смол. .
Изобретение относится к полимерным клеевым композициям на основе полистирола для склеивания бетонных, керамических, деревянных и полимерных материалов. .

Изобретение относится к стирольному сополимеру и способу его получения. .

Изобретение относится к полимерным композиционным материалам, а именно к составам полистирольных композиций, обладающих бактерицидными свойствами. .

Изобретение относится к полимерной композиции, имеющей эластомерные свойства в широких температурных интервалах. .

Изобретение относится к химии полимеров, а именно к вспениваемым винилароматическим полимерам. .
Изобретение относится к получению композиционного материала для защиты от электромагнитного излучения экранированием и может быть использовано в электронике, радиотехнике, а также в ряде изделий специального назначения.

Изобретение относится к получению композиционного материала для защиты от электромагнитного излучения поглощением и может быть использован в электронике, радиотехнике, а также в ряде изделий специального назначения.

Изобретение относится к химии полимеров и, в частности, к получению вспенивающихся гранул винилароматического полимера. .

Изобретение относится к переработке отходов пенополиэтилена в пористые или ячеистые изделия или материалы и может быть использовано для изготовления теплоизоляционных стен, полов, потолков в строительной индустрии.

Изобретение относится к получению мелкозернистого полиариленэфиркетона, используемого для нанесения на металлические и керамические предметы и получения композитов.

Изобретение относится к способу улучшения изолирующей способности вспененных винилароматических полимеров. .

Изобретение относится к полимерным вспененным материалам, поглощающим энергию при столкновении с препятствием транспортных средств, таких как автомобилей. .
Наверх