DE19642658A1 - Verfahren zur Herstellung von expandierbaren Styrolpolymerisaten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung perl­ förmiger, expandierbarer Styrolpolymerisate (EPS) mit verminder­ tem Innenwassergehalt durch Polymerisation von Styrol in wäßriger Suspension in Gegenwart von Treibmitteln.

Schaumstoffe auf Basis von Styrolpolymerisaten haben als Wärme­ dämm- und Verpackungsmaterial eine große technische Bedeutung er­ langt. Sie werden großtechnisch dadurch hergestellt, daß man zu­ nächst durch Suspensionspolymerisation von Styrol in Gegenwart eines Treibmittels perlförmige expandierbare Styrolpolymerisate herstellt, diese durch Erhitzen zu Schaumstoffpartikeln auf­ schäumt und anschließend in Formen zu Formteilen verschweißt.

Die Herstellung der Treibmittel enthaltenden, expandierbaren Polystyrolpartikel erfolgt durch Suspensionspolymerisation. Dabei werden die Monomeren, insbesondere Styrol, das gegebenenfalls auch andere olefinisch ungesättigte Comonomere oder auch in Styrol lösliche Polymere enthalten kann, in einer wäßrigen Lösung suspendiert und polymerisiert. Das Treibmittel wird meist im Ver­ lauf der Polymerisation zugegeben, es ist jedoch auch möglich, das Treibmittel in einem nachfolgenden Verfahrensschritt den Polystyrolpartikeln zuzusetzen.

Naturgemäß enthalten so hergestellte Polystyrolpartikel mehr oder weniger viel Wasser, welches im Polymerisat sowohl gelöst als auch in Form feinster Tröpfchen vorliegen kann. Insbesondere bei expandierbaren Styrolpolymerisaten, die durch Auflösung von Poly­ styrolrecyclat in monomerem Styrol und Polymerisation dieser Lösung hergestellt wurden, liegt der Innenwassergehalt sehr hoch, oft bis zu 5 Gew.-%. Ein zu hoher Innenwassergehalt hat aber zur Folge, daß bei längerer Lagerung der EPS-Perlen das Wasser an die Oberfläche diffundiert, so daß diese feucht werden und ihre Rieselfähigkeit verlieren. Andererseits ist ein gewisser Mindest­ gehalt notwendig, damit beim Verschäumen der EPS-Perlen eine gleichmäßige Schaumstruktur erhalten wird.

Bisher wurde der Innenwassergehalt durch Behandeln der EPS-Perlen mit heißer Luft reduziert. Diese Methode ist aber energie­ aufwendig; außerdem wird dabei auch Treibmittel aus den Perlen entfernt, welches aus Umweltschutzgründen aus den großen Luft­ mengen wieder abgetrennt werden muß.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und energetisch günstiges Verfahren zur gezielten Reduzierung des Innenwassergehalts von EPS-Perlen zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Extraktion des Wassers aus den EPS-Perlen mit Hilfe einer organischen Flüssigkeit ge­ löst.

Gegenwart der Erfindung ist demzufolge ein Verfahren zur Herstel­ lung von perlförmigen expandierbaren Styrolpolymerisaten mit ver­ mindertem Innenwassergehalt durch Polymerisation von Styrol in wäßriger Suspension in Gegenwart von Treibmitteln und Abtrennung der wäßrigen Phase von den treibmittelhaltigen Polystyrol-Perlen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Polystyrolperlen, die einen Innenwassergehalt von bis zu 5 Gew.-% aufweisen, mit einer orga­ nischen Flüssigkeit, welche einen Siedepunkt zwischen 20 und 90°C aufweist und Polystyrol nicht löst, bei Temperaturen zwischen 10 und 60°C und einer Verweilzeit zwischen 1 und 8 h extrahiert.

Styrolpolymerisate im Sinne der Erfindung sind Polystyrol und Mischpolymerisate des Styrols mit anderen α,β-olefinisch ungesättigten Verbindungen, die mindestens 50 Gewichtsteile Styrol einpolymerisiert enthalten. Im erfindungsgemäßen Verfahren kommen daher als Comonomere z. B. in Frage α-Methylstyrol, kern­ halogenierte Styrole, kernalkylierte Styrole, Acrylnitril, Ester der Acryl- oder Methacrylsäure von Alkoholen mit 1 bis 8 C-Atomen, N-Vinylverbindungen, wie Vinylcarbazol, oder auch geringe Mengen an Verbindungen, die zwei polymerisierbare Doppelbindungen enthalten, wie Butadien, Divinylbenzol oder Butandioldiacrylat.

Im erfindungsgemäßen Verfahren werden als Treibmittel, bezogen auf das Styrolpolymerisat, im allgemeinen 1 bis 10 Gew.-%, vor­ zugsweise 2 bis 8 Gew.-%, eines C₃- bis C₇-Kohlenwasserstoffs (wie Propan, Butan, Isobutan, n-Pentan, i-Pentan, Neopentan, Cyclopentan, Hexan, Heptan) oder Kohlendioxid oder deren Mi­ schungen eingesetzt.

Die Styrolpolymerisate können auch übliche Zusätze an anderen Stoffen enthalten, die den expandierbaren Produkten bestimmte Eigenschaften verleihen. Genannt seien beispielsweise Flamm­ schutzmittel auf Basis von organischen Brom- oder Chlorverbin­ dung, wie Trisdibrompropylphosphat, Hexabromcyclododecan, Chlor­ paraffin, sowie Synergisten für Flammschutzmittel, wie Dicumyl und hochzersetzliche organische Peroxide; ferner Antistatika, Stabilisatoren, Farbstoffe, Schmiermittel, Füllstoffe und beim Vorschäumen antiverklebend wirkende Stoffe, wie Zinkstearat, Melaminformaldehydkondensate oder Kieselsäure.

Die Zusatzstoffe können je nach der beabsichtigten Wirkung in den Teilchen homogen verteilt oder als Oberflächenbeschichtung vor­ liegen.

Entsprechend werden die Zusatzstoffe im erfindungsgemäßen Ver­ fahren zugegeben oder anschließend auf die erfindungsgemäß herge­ stellten expandierbaren Styrolpolymerisate aufgebracht.

Im erfindungsgemäßen Verfahren werden perlförmige expandierbare Styrolpolymerisate hergestellt durch Polymerisation von Styrol, ggf. zusammen mit bis zu 50 Gew.-% der obengenannten Comonomeren, in wäßriger Suspension, wobei vor, während oder nach der Polyme­ risation die oben beschriebenen Treibmittel und gegebenenfalls übliche Zusatzstoffe in wirksamen Mengen zugesetzt werden.

Die Polymerisation wird in Gegenwart von vorzugsweise 0,1 bis 1 Gew.-% eines styrollöslichen Polymerisationskatalysa­ tors durchgeführt. Geeignete Katalysatoren sind organische Peroxyverbindungen, wie z. B. Dibenzoylperoxid, tert.-Butylper­ benzoat, Dicumylperoxid, tert.-Butylperoxy-ethylhexanoat und deren Mischungen.

Man kann die Polymerisation auch in Gegenwart eines üblichen Kettenüberträgers ausführen, der das Molekulargewicht regelt. Vorzugsweise wird tert.-Dodecylmercaptan oder DMS (dimeres α-Methylstyrol) verwendet. Der Regler wird im allgemeinen in einer Menge von 0,001 bis 0,3 Gew.-%, bezogen auf Styrol, verwendet.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in Gegenwart eines Suspensionsstabilisators durchgeführt, z. B. Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylalkohol und Hydroxyethylcellulose, sowie Pickering-Sta­ bilisatoren, wie z. B. Magnesiumpyrophosphat oder Tricalcium­ phosphat.

Die erhaltenen perlförmigen, expandierbaren Styrolpolymerisate werden nach beendeter Polymerisation auf bekannte Weise von der wäßrigen Phase abgetrennt, vom Oberflächenwasser befreit, gegebe­ nenfalls mit einer organischen Flüssigkeit gewaschen und getrock­ net.

Diese EPS-Perlen werden nun erfindungsgemäß mit einer organischen Flüssigkeit behandelt. Diese soll einen Siedepunkt zwischen 20 und 90°C, vorzugsweise zwischen 30 und 60°C aufweisen. Bevor­ zugt ist Pentan, welches auch das bevorzugte Treibmittel ist. Es sind jedoch auch Alkohole, wie Methanol, Ethanol und Isopropanol, sowie Diethylether und Mischungen daraus geeignet.

Die Extraktion wird zweckmäßigerweise in einem länglichen, sen­ krecht stehenden Gefäß, z. B. in einem üblichen Trockenturm vorge­ nommen. Sie wird bei Temperaturen zwischen 25 und 50°C durchge­ führt. Bei höheren Temperaturen und bei Anwendung hochsiedender Flüssigkeiten muß unter erhöhtem Druck, z. B. 1,1 bis 4 bar ab­ solut gearbeitet werden, damit die EPS-Perlen nicht aufschäumen. Andererseits geht die Extraktion umso rascher je höher die Temperatur ist.

Die Verweilzeit beträgt 1 bis 8 h, vorzugsweise 2 bis 4 h. Durch die Dauer der Extraktion kann das Ausmaß der Trocknung und somit der Innenwassergehalt gezielt eingestellt werden. Ein Innen­ wassergehalt zwischen 0,3 und 0,6 Gew.-%, bevorzugt zwischen 0,4 und 0,5 Gew.-% wird angestrebt.

Das extrahierte Wasser kann in einem Phasentrenngefäß von der or­ ganischen Flüssigkeit abgetrennt und wieder als Suspensionsmedium bei einer Polymerisation eingesetzt werden.

Die EPS-Perlen werden erst mechanisch und dann thermisch von an­ haftender organischer Flüssigkeit befreit, das dann wieder für eine Extraktion eingesetzt werden kann.

Alle Einsatzstoffe können also im Kreislauf geführt werden, das Verfahren kann drucklos (oder bei niedrigem Druck) und bei nie­ driger Temperatur, also energiegünstig durchgeführt werden.

Die erfindungsgemäß hergestellten treibmittelhaltigen Styrolpoly­ merisat-Teilchen haben im allgemeinen einen Durchmesser zwischen 0,2 und 4 mm. Sie können nach üblichen Methoden, z. B. mit Wasser­ dampf, zu Schaumstoffteilchen mit einem Durchmesser zwischen 0,1 und 2 cm und einer Schüttdichte zwischen 0,005 und 0,1 g/cm³ ausgeschäumt werden.

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung von perlförmigen expandierbaren Styrolpolymerisaten mit vermindertem Innenwassergehalt durch Polymerisation von Styrol in wäßriger Suspension in Gegenwart von Treibmitteln und Abtrennung der wäßrigen Phase von den treibmittelhaltigen Polystyrol-Perlen, dadurch gekennzeich­ net, daß man die Polystyrolperlen, die einen Innenwasser­ gehalt von bis zu 5 Gew.-% aufweisen, mit einer organischen Flüssigkeit, welche einen Siedepunkt zwischen 20 und 90°C aufweist und Polystyrol nicht löst, bei Temperaturen zwischen 10 und 60°C und einer Verweilzeit zwischen 1 und 8 h extra­ hiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Flüssigkeit ein Alkan, ein Alkohol, ein Ether, bevorzugt Pentan, verwendet wird.