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WO1997045477A1 - Russpartikel enthaltende expandierbare styrolpolymerisate - Google Patents

Russpartikel enthaltende expandierbare styrolpolymerisate Download PDF

Info

Publication number
WO1997045477A1
WO1997045477A1 PCT/EP1997/002684 EP9702684W WO9745477A1 WO 1997045477 A1 WO1997045477 A1 WO 1997045477A1 EP 9702684 W EP9702684 W EP 9702684W WO 9745477 A1 WO9745477 A1 WO 9745477A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
weight
expandable styrene
styrene polymers
polystyrene
foams
Prior art date
Application number
PCT/EP1997/002684
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Hahn
Josef Lamprecht
Karl-Heinz Wassmer
Dietrich Scherzer
Frank Braun
Dieter Naegele
Gerd Ehrmann
Franz-Josef Dietzen
Rolf Henn
Frieder Hohwiller
Jürgen Fischer
Original Assignee
Basf Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Basf Aktiengesellschaft filed Critical Basf Aktiengesellschaft
Priority to AU29608/97A priority Critical patent/AU2960897A/en
Priority to EP97924003A priority patent/EP0902804A1/de
Publication of WO1997045477A1 publication Critical patent/WO1997045477A1/de

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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/16—Making expandable particles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08J2325/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring; Derivatives of such polymers
    • C08J2325/02—Homopolymers or copolymers of hydrocarbons
    • C08J2325/04—Homopolymers or copolymers of styrene

Definitions

  • the invention relates to particulate, soot particles-containing expandable styrene polymers in particle form, their manufacture and foams produced therefrom.
  • Polystyrene particle foams have been known for a long time and have proven themselves in many areas. Such foams are produced by foaming polystyrene particles impregnated with blowing agents and the subsequent welding of the foam particles thus produced to shaped bodies. An important area of application is thermal insulation in construction.
  • the foams be self-extinguishing. It is known that this can be done by adding flame retardants, e.g. of bromine compounds can be achieved; However, whether a foam passes a certain fire test depends on various factors, such as the composition and density of the foam, the type and amount of flame retardant, and the type and amount of other additives.
  • flame retardants e.g. of bromine compounds
  • the foam sheets made of polystyrene particle foam used for thermal insulation mostly have densities of at least 30 g / l, since at these densities the thermal conductivity of the polystyrene particle foam has a minimum.
  • foam boards with lower densities especially ⁇ . 15 g / 1, to be used for heat insulation.
  • the production of such foams is technically not a problem.
  • foam sheets with a lower density however, have a drastically deteriorated thermal insulation capacity, so that they do not meet the requirements of thermal conductivity class 035 (DIN 18 164, part 1).
  • EP-A 372 343 describes polystyrene foams which contain 1 to 25% by weight of carbon black.
  • the carbon black has a particle size of 10 to 100 nm and a surface area of 10 to 1500 m 2 / g.
  • the polystyrene foams described there are predominantly produced by the extrusion process and preferably have a density of 32-40 g / 1, as is typical for these foams, on.
  • the addition of flame retardants is mentioned;
  • the polystyrene particle foams described in the examples with a content of 1.7% by weight of hexabromocyclododecane fail the fire test B2 (according to DIN 4102).
  • EP-A 620 246 describes moldings made of polystyrene particle foam which contain a particulate, athermanous material, in particular carbon black.
  • the density of the molded body is less than 20 g / 1.
  • the soot particles are preferably incorporated into the moldings by surface coating of the foamed polystyrene beads. However, this surface coating leads to a severe deterioration in the welding of the pre-foamed
  • the object of the invention was to provide expandable styrene polymers containing soot particles, which can be processed into polystyrene particle foams both with low density and with low thermal conductivity and which have good processing properties, good physical properties and in particular very good fire protection properties.
  • particulate, expandable styrene polymers which contain 0.05 to 25% by weight, based on the polymer, of carbon black particles in a homogeneous distribution and can be processed to give foams with a density of ⁇ 35 g / l, which are self-extinguishing and pass the fire test B2 (according to DIN 4102).
  • the invention furthermore relates to processes for producing the expandable styrene polymers and the self-extinguishing polystyrene particle foams produced from them.
  • Expandable styrene polymers are understood to mean styrene polymers containing blowing agents.
  • the expandable styrene polymers according to the invention contain, as polymer matrix, in particular homopolystyrene or styrene copolymers with up to 20% by weight, based on the weight of the polymers, of ethylenically unsaturated comonomers, in particular alkylstyrenes, divinylbenzene, acrylonitrile or ⁇ -methylstyrene.
  • Blends made of polystyrene and other polymers, in particular with rubbers and polyphenylene ether, are also possible.
  • the styrene polymers can contain the customary and known auxiliaries and additives, for example flame retardants, nucleating agents, UV stabilizers, chain transfer agents, blowing agents, plasticizers, pigments and antioxidants.
  • auxiliaries and additives for example flame retardants, nucleating agents, UV stabilizers, chain transfer agents, blowing agents, plasticizers, pigments and antioxidants.
  • the expandable particles are coated with the customary and known coating agents, for example metal stearates, glycerol esters and finely divided silicates.
  • coating agents for example metal stearates, glycerol esters and finely divided silicates.
  • the particle size is preferably in the range of 0.2-2 mm.
  • Preferred carbon black particles consist of flame black with a particle size of 60-150 nm, preferably 80-120 nm.
  • the BET surface area is preferably in the range of 10-500 mVg.
  • Soot particles are preferably contained in the styrene polymer in amounts of 2 to 8% by weight.
  • soot particles A problem with the use of soot particles is the easy flammability of the polystyrene particle foams containing soot particles. So far it has not been possible to pass the fire tests (Bl and B2 according to DIN 4102) necessary for polystyrene foams containing carbon black for use in construction.
  • the expandable styrene polymers are flame retardants, in particular those based on organic
  • the bromine compound (without synergist) should be added in an amount of more than 3% by weight, based on the weight of the expandable styrene polymers. Bl and B2 are missed with the usual amount of flame retardants.
  • the organic bromine compounds should have a bromine content of ⁇ 70% by weight.
  • the effect of the bromine-containing flame retardants is considerably improved by adding C-C- or 0-O-unstable organic compounds.
  • suitable flame retardant synergists are dicumyl and dicumyl peroxide.
  • a preferred combination consists of 0.6 to 5% by weight of organic bromine compound and 0.1 to 1.0% by weight of the C-C or O-O-unstable organic compound.
  • the expandable styrene polymers according to the invention can be prepared by various processes.
  • the soot particles are added to a melt of the styrene polymer, preferably in an extruder.
  • the blowing agent is metered into the melt.
  • the soot particles can also be incorporated into a melt of styrene polymer containing blowing agent. The polystyrene melt containing the blowing agent and soot particles is pressed out and comminuted into granules containing blowing agent.
  • blowing agent to the styrene polymers containing soot particles in a separate process step.
  • the granules are then preferably impregnated with the blowing agent in aqueous suspension.
  • the finely divided soot particles can be added directly to a polystyrene melt or preferably fed into an extruder together with solid polystyrene granules, the polystyrene granules melted and mixed with the soot particles.
  • a dispersing agent e.g. Mineral oil, a phthalic or stearic acid ester or a polyethylene glycol.
  • the soot particles can also be added to the melt in the form of a concentrate in polystyrene.
  • soot particles around the course of the suspension polymerization. They can be added to the monomeric styrene before the suspension or added to the reaction mixture in the course, preferably towards the end of the polymerization cycle.
  • the blowing agent is added during the course of the polymerization, but it can also be incorporated into the styrene polymer afterwards.
  • the blowing agent is added in the usual amounts of about 5 3 to 10% by weight, based on the weight of the polymer.
  • Aliphatic hydrocarbons having 3 to 10, preferably 4 to 6, carbon atoms are usually used as blowing agents.
  • the expandable, carbon black-containing styrene polymers according to the invention can be processed into polystyrene foams with densities of 5-35 g / 1, preferably 8 to 25 g / 1 and in particular 10-15 g / 1.
  • the expandable particles are pre-foamed. This is usually done by heating the particles with water vapor in so-called previewers.
  • the pre-foamed particles are then welded to form bodies.
  • the pre-foamed particles are brought into non-gas-tight forms and water vapor is applied. After cooling, the molded parts can be removed.
  • the foams produced from the expandable styrene polymers 25 according to the invention are notable for excellent thermal insulation. This effect is particularly evident at low densities.
  • the thermal conductivity could be reduced from 38 mW / mK to 30 30 mW / mK, a value that otherwise only of Poly ⁇ styrene foams with densities above 35 g / 1 is achieved.
  • Another object of the invention are polystyrene particle foams with a density of ⁇ 35 g / 1, containing - each 35 based on the polymer -
  • soot particles 0.05 to 25% by weight of soot particles
  • the expandable styrene polymers according to the invention can be processed into foams of low density without any problems. There is no loss of blowing agent or disruption of the cellular structure of the foams, although the person skilled in the art had to assume that the soot acts as a nucleating agent and would lead to an undesirable fine-cell nature of the foam and poor welding. In addition, despite the addition of soot particles, self-extinguishing foams can be produced which pass fire test B2 and in most cases also B1.
  • the foams according to the invention can be used for the thermal insulation of buildings and parts of buildings, for the thermal insulation of machines and household appliances and as packaging materials.
  • the flame retardant was omitted in comparison test 2V, and soot in comparison test 3V.
  • the expandable beads obtained were washed, sieved to 0.7-1 mm and dried.
  • the beads were pre-foamed by the action of water vapor and after storage for one day by further treatment with steam in a closed mold they were welded into foam blocks with a density of 15 g / l.
  • the thermal conductivity values measured at 10 ° C according to DIN 52 612 are summarized in Table 1.
  • Melted polystyrene with an average molecular weight (M w ) of 220,000 and a content of 2.1% HBCD and 0.42% dicumyl was in a heated twin-screw extruder at a melt temperature of about 210 "C flame black (as 20% igger batch in polystyrene) and 6.0% by weight of a mixture of 80% n-pentane and 20% iso-pentane, the homogenized mixture was pressed through a nozzle plate of 1 mm nozzle diameter at a melt temperature of 180 ° C. and the Polymer strand pulled directly through a 18 "C water bath.
  • the strands were cooled on the surface so quickly that they did not foam.
  • Example 4 foaming to a density of 10 g / 1, in Example 5 to a density of 15 g / 1.
  • the expandable gianulates obtained were processed into foam blocks as described in Example 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft teilchenförmige expandierbare Styrolpolymerisate, die, bezogen auf das Gewicht der Polymeren, 0,05 bis 25 Gew.-% Russpartikel in homogener Verteilung enthalten und zu selbstverlöschenden Schaumstoffen mit einer Dichte von </= 35 g/l verarbeitet werden können.

Description

Rußpartikel enthaltende expandierbare Styrolpolymerisate
Beschreibung
Die Erfindung betrifft teilchenformige, Rußpartikel enthaltende expandierbare Styrolpolymerisate in Partikelform, ihre Herstel¬ lung sowie daraus hergestellte Schaumstoffe.
Polystyrolpartikelschaumstoffe sind seit langer Zeit bekannt und haben sich auf vielen Gebieten bewährt. Die Herstellung derar¬ tiger Schaumstoffe erfolgt durch Aufschäumen von mit Treibmitteln imprägnierten Polystyrolpartikeln und das nachfolgende Verschwei¬ ßen der so hergestellten Schaumpartikel zu Formkorpern. Ein we- sentliches Einsatzgebiet ist die Wärmedämmung im Bauwesen.
Bei vielen Anwendungen von Schaumstoffen, insbesondere im Bauwe¬ sen, wird gefordert, daß die Schaumstoffe selbstverloschend sind. Es ist zwar bekannt, daß dies durch Zusatz von Flammschutz- mittein, z.B. von Bromverbindungen erreicht werden kann; ob ein Schaumstoff einen bestimmten Brandtest besteht, hangt jedoch von verschiedenen Faktoren, wie Zusammensetzung und Dichte des Schaumstoffs, Art und Menge des Flammschutzmittels, sowie Art und Menge weiterer Zusatzstoffe ab.
Die zur Wärmedämmung eingesetzten Schaumstoffplatten aus Poly¬ styrolpartikelschaum haben zumeist Dichten von mindestens 30 g/1, da bei diesen Dichten die Wärmeleitfähigkeit des Polystyrolparti¬ kelschaums ein Minimum aufweist. Aus Gründen der Materialeinspa- rung wäre es wünschenswert, Schaumstoffplatten mit geringeren Dichten, insbesondere <. 15 g/1, zur Warmeisolation einzusetzen. Die Herstellung derartiger Schaumstoffe ist technisch kein Problem. Derartige Schaumstoffplatten mit geringerer Dichte wei¬ sen jedoch eine drastisch verschlechterte Wärmedammfahigkeit auf, so daß sie die Anforderungen der Warmeleitklasse 035 (DIN 18 164, Teil 1) nicht erfüllen.
Nun ist es bekannt, die Wärmeleitfähigkeit von Schaumstoffen durch Einbau von athermanen Materialien, wie Ruß, Metalloxiden, Metallpulver oder Farbstoffpigmenten, zu vermindern.
So werden in EP-A 372 343 Polystyrolschaumstoffe beschrieben, die 1 bis 25 Gew.-% Ruß enthalten. Der Ruß hat eine Partikelgroße von 10 bis 100 nm und eine Oberfläche von 10 bis 1500 m2/g. Die dort beschriebenen Polystyrolschaumstoffe werden vorwiegend nach dem Extrusionsverfahren hergestellt und weisen vorzugsweise eine Dichte von 32 - 40 g/1, wie sie für diese Schaume typisch ist, auf. Der Zusatz von Flammschutzmitteln wird zwar erwähnt; die in den Beispielen beschriebenen Polystyrol-Partikelschaumstoffe mit einem Gehalt von 1,7 Gew.-% Hexabromcyclododecan bestehen jedoch den Brandtest B2 (nach DIN 4102) nicht.
In WO 94/13721 werden ähnliche Schäume beschrieben, wobei die Große der Rußpartikel > 150 nm ist.
In EP-A 620 246 werden Formkorper aus Polystyrol-Partikelschaum beschrieben, die ein partikelformiges athermanes Material, ins¬ besondere Ruß, enthalten. Die Dichte der Formkorper liegt unter 20 g/1. Bevorzugt erfolgt das Einarbeiten der Rußpartikel in die Formkorper durch Oberflachenbeschichtung der verschaumten Poly¬ styrolperlen. Diese Oberflachenbeschichtung fuhrt jedoch zu einer starken Verschlechterung der Verschweißung der vorgeschaumten
Perlen und folglich zu Schaumstoffen geringer Gute, außerdem kann es zu einem Abrieb des Rußes von der Oberflache des Formkόrpers kommen. Der Zusatz von Flammschutzmitteln ist nicht beschrieben.
Ein ahnliches Verfahren beschreibt die GB 2 177 024, wonach elek¬ trisch leitfahige Polystyrol-Schaumstoffe durch Beschichten von ungeschäumten oder vorgeschaumten Partikeln mit einer Ruß-Suspen¬ sion hergestellt werden.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Rußpartikel enthaltende expandierbare Styrolpolymerisate bereitzustellen, die zu Poly¬ styrolpartikelschaumen sowohl mit niedriger Dichte als auch mit niedriger Wärmeleitfähigkeit verarbeitet werden können, welche gute Verarbeitungseigenschaften, gute physikalische Eigenschaften und insbesondere sehr gute Brandschutzeigenschaften aufweisen.
Die Aufgabe wurde gelost durch teilchenformige, expandierbare Styrolpolymerisate, die 0,05 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Polymere, Rußpartikel in homogener Verteilung enthalten und zu Schaumstoffen mit einer Dichte von < 35 g/1 verarbeitet werden können, welche selbεtverloschend sind und den Brandtest B2 (nach DIN 4102) bestehen.
Gegenstand der Erfindung sind weiterhin Verfahren zur Herstellung der expandierbaren Styrolpolymerisate sowie die aus ihnen herge¬ stellten selbtverloschenden Polystyrol-Partikelschaume.
Unter expandierbaren Styrolpolymerisaten werden Treibmittel ent¬ haltende Styrolpolymerisate verstanden. Die erfindungsgemaßen expandierbaren Styrolpolymerisate enthalten als Polymermatrix insbesondere Homopolystyrol oder Styrol- copolymerisate mit bis zu 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Polymeren, an ethylenisch ungesättigten Comonomeren, insbesondere Alkylstyrole, Divinylbenzol, Acrylnitril oder α-Methylstyrol. Auch Blends aus Polystyrol und anderen Polymeren, insbesondere mit Kautschuken und Polyphenylenether sind möglich.
Die Styrolpolymerisate können die üblichen und bekannten Hilfs- mittel und Zusatzstoffe enthalten, beispielsweise Flammschutz¬ mittel, Keimbildner, UV-Stabilisatoren, Kettenubertrager, Treib¬ mittel, Weichmacher, Pigmente und Antioxidantien.
Die expandierbaren Partikel werden mit den üblichen und bekannten Beschichtungsmitteln beschichtet, beispielsweise Metallstearaten, Glycerinestern und feinteiligen Silikaten.
Die Partikelgroße liegt bevorzugt im Bereich von 0,2 - 2 mm.
Bevorzugte Rußpartikel bestehen aus Flammruß mit einer Partikel¬ große von 60 - 150 nm, vorzugsweise von 80 bis 120 nm. Die BET- Oberflache liegt vorzugsweise im Bereich von 10 - 500 m-Vg. Ru߬ partikel sind im Styrolpolymerisat vorzugsweise in Mengen von 2 bis 8 Gew.-% enthalten.
Ein Problem bei der Verwendung von Rußpartikeln besteht in der leichten Brennbarkeit der Rußpartikel enthaltenden Polystyrol¬ partikelschaumstoffe. So war es bislang nicht möglich, mit Ruß enthaltenden Polystyrolschaumstoffen die für den Einsatz im Bau- wesen notwendigen Brandtests (Bl und B2 nach DIN 4102) zu beste¬ hen.
Zur Behebung dieses Mangels werden in einer bevorzugten Aus¬ fuhrungsform der Erfindung den expandierbaren Styrolpolymerisaten Flammschutzmittel, insbesondere solche auf Basis organischer
Bromverbindungen, zugesetzt. Der Zusatz der Bromverbindung (ohne Synergist) sollte in einer Menge von mehr als 3 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der expandierbaren Styrolpolymerisate, erfolgen. Mit der üblichen Menge Flammschutzmittel wird Bl und B2 verfehlt. Die organischen Bromverbindungen sollen einen Bromgehalt von ≥ 70 Gew.-% aufweisen.
Überraschenderweise fuhrt diese Menge an Flammschutzmitteln zu keinerlei Beeinträchtigung der mechanischen Kennwerte der Ruß enthaltenden Polystyrolpartikelschaumstoffe. Insbesondere geeignet sind aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Bromverbindungen, wie Hexabromcyclododecan, Penta- brommonochlorcyclohexan, Pentabromphenylallylether.
Die Wirkung der bromhaltigen Flammschutzmittel wird durch Zusatz von C-C- oder 0-O-labilen organischen Verbindungen erheblich ver¬ bessert. Beispiele geeigneter Flammschutzsynergisten sind Dicumyl und Dicumylperoxid. Eine bevorzugte Kombination besteht aus 0,6 bis 5 Gew.-% organischer Bromverbindung und 0,1 bis 1,0 Gew.-% der C-C- oder O-O-labilen organischen Verbindung.
Ferner hat es sich gezeigt, daß bei Zusatz des bevorzugten Flamm¬ rußes Schaumstoffe mit besseren Brandschutzeigenschaften erhalten werden als wenn man übliche Rußsorten, z.B. Furnaceruße nach EP-A 372 343 zusetzt.
Die Herstellung der erfindungsgemaßen expandierbaren Styrol¬ polymerisate kann nach unterschiedlichen Verfahren erfolgen.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform setzt man die Rußpartikel einer Schmelze des Styrolpolymerisates zu, vorzugsweise in einem Extruder. Dabei wird gleichzeitig das Treibmittel in die Schmelze zudosiert. Man kann die Rußpartikel auch in eine Schmelze von treibmittelhaltigem Styrolpolymerisat einarbeiten. Die Treibmit- tel und Rußpartikel enthaltende Polystyrolschmelze wird ausge¬ preßt und zu treibmittelhaltigem Granulat zerkleinert.
Es ist auch möglich, den Rußpartikel enthaltenden Styrol- polymerisaten das Treibmittel in einem gesonderten Verfahren- schritt zuzusetzen. Hierbei werden die Granulate dann vorzugs¬ weise in wäßriger Suspension mit dem Treibmittel imprägniert.
In allen drei Fällen kann man die feinteiligen Rußpartikel direkt einer Polystyrolschmelze zusetzen oder vorzugsweise zusammen mit festem Polystyrolgranulat in einen Extruder eingeben, das Poly¬ styrolgranulat aufschmelzen und mit den Rußpartikeln vermischen. Dabei ist es gunstig, ein Dispergierhilfsmittel, wie z.B. Mine¬ ralöl, einen Phthalsaure- oder Stearinsaureester oder ein Poly- ethylenglykol mitzuverwenden. Man kann die Rußpartikel aber auch in Form eines Konzentrats in Polystyrol der Schmelze zusetzen.
Es ist grundsatzlich auch möglich, die Rußpartikel bereits um Verlauf der Suspensionspolymerisation zu inkorporieren. Sie kön¬ nen hierbei vor der Suspendierung dem monomeren Styrol zugesetzt oder im Verlaufe, bevorzugt gegen Ende des Polymerisationszyklus, dem Reaktionsansatz zugefugt werden. Das Treibmittel wird bevor- zugt im Verlaufe der Polymerisation zugegeben, es kann jedoch auch hinterher dem Styrolpolymerisat einverleibt werden.
Das Treibmittel wird in den üblichen Mengen von etwa 5 3 - 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Polymeren, zugesetzt. Als Treibmittel eingesetzt werden üblicherweise aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 3 bis 10, vorzugsweise 4 bis 6 Kohlen- stoffatomen.
0 Die erfindungsgemaßen expandierbaren, Ruß enthaltenden Styrol¬ polymerisate können zu Polystyrolschaumstoffen mit Dichten von 5 - 35 g/1, bevorzugt von 8 bis 25 g/1 und insbesondere von 10 - 15 g/1, verarbeitet werden.
5 Hierzu werden die expandierbaren Partikel vorgeschaumt. Dies ge¬ schieht zumeist durch Erwarmen der Partikel mit Wasserdampf in sogenannten Vorschaumern.
Die so vorgeschäumten Partikel werden danach zu Formkorpern ver- 0 schweißt. Hierzu werden die vorgeschaumten Partikel in nicht gas¬ dicht schließende Formen gebracht und mit Wasserdampf beauf¬ schlagt. Nach Abkühlen können die Formteile entnommen werden.
Die aus den erfindungsgemäßen expandierbaren Styrolpolymerisaten 25 hergestellten Schaumstoffe zeichnen sich durch eine hervorragende Wärmeisolierung aus. Dieser Effekt zeigt sich besonders deutlich bei niedrigen Dichten. So konnte durch Zusatz von 6 Gew.-% Ruß zu einem expandierbaren Styrolpolymerisat mit einer Dichte des Schaumstoffs von 15 g/1 die Wärmeleitfähigkeit von 38 mW/m-K auf 30 30 mW/m-K gesenkt werden, einen Wert, der sonst nur von Poly¬ styrolschaumstoffen mit Dichten über 35 g/1 erreicht wird.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Polystyrolpartikel¬ schaumstoffe mit einer Dichte von < 35 g/1, enthaltend - jeweils 35 bezogen auf das Polymere -
0,05 bis 25 Gew.-% Rußpartikel,
0,6 bis 5 Gew.-% einer organischen Bromverbindung mit einem
Bromgehalt von > 70 Gew.-%, 40 0,1 bis 1 Gew.-% einer C-C- oder O-O-labilen Verbindung,
die selbstverloschend sind und den Brandtest B2 (nach DIN 4102) erfüllen, und deren Wärmeleitfähigkeit soweit erniedrigt ist, daß sie den Anforderungen der Warmeleitklasse 035 (nach DIN 18 164, 45 Teil 1, Tabelle 4) genügen. Bei einem Gehalt an Ruß-Partikeln < 2 Gew.-% kommt es nur zu einer geringen Absenkung der Wärmeleitfähigkeit. Im Bereich von etwa 8 - 25 Gew.-% ist die Wärmeleitfähigkeit weitgehend un¬ abhängig vom Gehalt an Partikeln. 5
Durch die Möglichkeit, bei gleicher Wärmeleitfähigkeit die Dichte der Styrolpolymerisate deutlich zu verringern, lassen sich Mate¬ rialeinsparungen realisieren. Da im Vergleich mit herkömmlichen expandierbaren Styrolpolymerisaten die gleiche Wärmedämmung mit 0 wesentlich geringeren Schuttdichten erreicht werden kann, können mit dem erfindungsgemäß hergestellten expandierbaren Polystyrol¬ partikeln dünnere Schaumstoffplatten eingesetzt werden, was eine Raumeinsparung ermöglicht.
5 überraschenderweise lassen sich die erfindungsgemäßen expandier¬ baren Styrolpolymerisate völlig problemlos zu Schaumstoffen ge¬ ringer Dichte verarbeiten. Es kommt weder zu Treibmittelverlusten noch zu Störungen der Zellstruktur der Schaumstoffe, obwohl der Fachmann annehmen mußte, daß der Ruß als Keimbildner wirkt und zu 0 einer unerwünschten Feinzeiligkeit des Schaumes und schlechter Verschweißung fuhren wurde. Außerdem lassen sich trotz des Zusat¬ zes von Rußpartikeln selbstverloschende Schaumstoffe herstellen, die den Brandtest B2 und in den meisten Fällen auch Bl bestehen.
5 Aufgrund der Einbindung der Rußpartikel in die Polymermatrix kommt es zu keinem Abrieb des Rußes und somit zu keiner Ver¬ schmutzung beim Arbeiten mit solchen Bauteilen.
Die erfindungsgemäßen Schaumstoffe können zur Wärmedämmung von 0 Gebäuden und Gebäudeteilen, zur thermischen Isolierung von Ma¬ schinen und Haushaltsgeräten sowie als Verpackungsmaterialien verwendet werden.
Die Erfindung soll an nachstehenden Beispielen naher erläutert 5 werden. Die genannten Teile und Prozente beziehen sich auf das Gewicht.
Beispiel 1 bis 3
40 Polystyrol mit einem mittleren Molekulargewicht (Mw) von 220000 (PS 148 H BASF) und einem Gehalt an 2,1 % Hexabromcyclododecan (HBCD) und 0,42 % Dicumyl wurde unter Zusatz der in Tabelle 1 an¬ gegebenen Mengen an Flammruß FL 101 (Fa. Degussa) als 20%iger batch in Polystyrol in- einem beheizten Zweiwellenextruder bei 45 180 'C plastifiziert und durch eine Dusenplatte von 1 mm Durch¬ messer gepreßt. Die Strange wurden in einem Wasserbad zum Erstar- ren gebracht und anschließend mittels rotierender Messer auf eine
Teilchengroße von 2x2x2 mm granuliert.
6000 g dieses Granulats wurden zusammen mit 21300 g vollent- salztem Wasser, 76 g Natriumpyrophosphat , 155 g Magnesiumsulfat- Heptahydrat und 50 g einer 40 %igen Losung eines sekundären Na- triumalkansulfonats (Mersolat K 30, Bayer AG) in einen 50 1 fas¬ senden Ruhrkessel gegeben.
Dieser wurde verschlossen und unter Ruhren bei 250 Upm auf 120°C aufgeheizt. Nach Erreichen dieser Temperatur wurden wahrend einer Dauer von 15 Minuten 500 g eines Gemisches aus 80 % n-Pentan und 20 % iso-Pentan in den Kessel gedruckt und weitere 6 Stunden bei 120 NC gerührt.
Im Vergleichsversuch 2V wurde das Flammschutzmittel weggelassen, im Vergleichsversuch 3V auch der Ruß.
Die erhaltenen expandierbaren Perlen wurden gewaschen, gesiebt auf 0,7 - 1 mm und getrocknet. Durch Einwirkung von Wasserdampf wurden die Perlen vorgeschaumt und nach eintägiger Lagerung durch weitere Behandlung mit Wasserdampf in einer geschlossenen Form zu Schaumstoffblocken einer Dichte von 15 g/1 verschweißt. Die nach DIN 52 612 bei 10°C gemessenen Wärmeleitzahlen sind in Tabelle 1 zusammengestellt.
Beispiele 4 bis 8
Zu aufgeschmolzenem Polystyrol mit einem mittleren Molekularge- wicht (Mw) von 220000 und einem Gehalt von 2,1 % HBCD und 0,42 % Dicumyl wurden m einem beheizten Zweischneckenextruder bei einer Massetemperatur von etwa 210"C Flammruß (als 20%ιger batch in Po¬ lystyrol) sowie 6,0 Gew.-% einer Mischung aus 80 % n-Pentan und 20 % iso-Pentan zudosiert. Die homogenisierte Mischung wurde bei einer Massetemperatur von 180°C durch eine Dusenplatte von 1 mm Dusendurchmesser gepreßt und die Polymerstrange direkt durch ein Wasserbad von 18"C gezogen.
Die Strange wurden dabei an der Oberflache so rasch abgekühlt, daß sie nicht aufschäumten.
Nach einer Verweilzeit von ca. 15 see. wurden die Polymerstrange einem Walzenpaar zugeführt und anschließend durch rotierende Mes¬ ser zu 1, 5 mm dicken Scheiben zerkleinert. In Beispiel 4 wurde auf eine Dichte von 10 g/1, in Beispiel 5 auf eine Dichte von 15 g/1 geschäumt.
In Vergleichsbeispiel 6V wurde das Flammschutzmittel weggelassen, in Vergleichsbeispiel 7V auch der Ruß.
Die erhaltenen expandierbaren Gianulate wurden wie unter Bei¬ spiel 1 beschrieben zu Schaumstoffblocken verarbeitet.
Die gemessenen Wärmeleitzahlen sind in Tabelle 2 zusammenge¬ stellt .
Vergleichsbeispiel 9
In einem Mischaggregat wurden vorgeschaumte EPS-Perlen mit 2 % Flammruß versetzt. Es zeigte sich eine unvollständige Beschich¬ tung und ungleichmäßige Verteilung des Rußes auf der Perlenober¬ flache. Bei der Weiterverarbeitung wurde ein starker Abrieb des Rußes von der Perlenoberfläche beobachtet. Durch den Einsatz von Bindemitteln (Glyzerinstearat, Weißol) konnte keine qualitative Verbesserung der Beschichtungsergebnisse erreicht werden. Die Verschweißung der Formteile war unbefriedigend.
Tabelle 1
Figure imgf000011_0001

Claims

Patentansprüche
1. Teilchenformige expandierbare Styrolpolymerisate, die 0,05 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Polymere, Rußpartikel in homo¬ gener Verteilung enthalten und zu Schaumstoffen mit einer Dichte von < 35 g/1 verarbeitet werden können, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Schaumstoffe selbstverloschend sind und den Brandtest B 2 (nach DIN 4102) bestehen.
2. Teilchenformige expandierbare Styrolpolymerisate nach An¬ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 2 bis 8 Gew.-% Rußpartikel enthalten.
3. Teilchenformige expandierbare Styrolpolymerisate nach An¬ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruß Flammruß mit einer Partikelgrόße von 80 bis 120 nm ist.
4. Teilchenformige expandierbare Styrolpolymerisate nach An- spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine organische
Bromverbindung mit einem Bromgehalt von ≥ 70 Gew.-% als Flammschutzmittel enthalten.
5. Teilchenformige expandierbare Styrolpolymerisate nach An- spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,6 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Polymere, einer organischen Bromverbindung mit einem Bromgehalt von ≥ 70 Gew.-% als Flammschutzmittel und 0,1 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Polymere, einer C-C- oder O-O-labilen organischen Verbindung als Flammschutzsyner- gist enthalten.
6. Teilchenformige expandierbare Styrolpolymerisate nach An¬ spruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Bromverbindung ausgewählt ist aus bromierten aliphatisehen, cycloaliphatischen oder aromatischen Verbindungen, vorzugs¬ weise Hexabromcyclododecan, Pentabrommonochlorcyclohexan oder Pentabromphenylallylether.
7. Teilchenformige expandierbare Styrolpolymerisate nach An- spruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammschutzsyner¬ gist Dicumyl oder Dicumylperoxid ist.
8. Teilchenformige expandierbare Styrolpolymerisate nach An¬ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Treibmittel 3 bis 10 Gew.-% eines Kohlenwasserstoffs mit 3 bis 10 Kohlen¬ stoffatomen enthalten.
9. Verfahren zur Herstellung der expandierbaren Styrol¬ polymerisate nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Extruder Rußpartikel und Treibmittel mit geschmolzenem Polystyrol vermischt werden, und danach die Schmelze ausge-
5 preßt, abgekühlt und granuliert wird.
10. Verfahren zur Herstellung der expandierbaren Styrol¬ polymerisate nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Extruder Rußpartikel mit geschmolzenem treibmittel-
10 haltigem Polystyrol vermischt werden, und danach die Schmelze ausgepreßt, abgekühlt und granulieit wird.
11. Verfahren zur Herstellung der expandierbaren Styrol¬ polymerisate nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß m
15 einem Extruder Rußpartikel mit geschmolzenem Polystyrol ver¬ mischt werden, die Schmelze danach abgekühlt, granuliert und das Granulat in wäßriger Suspension mit Treibmittel nach- lmpragniert wird.
20 12. Verfahren zur Herstellung von Polystyrolschaumstoffen, da¬ durch gekennzeichnet, daß Rußpartikel enthaltende expandier¬ bare Styrolpolymerisate nach Anspruch 1 auf eine Dichte von
< 35 g/1 aufgeschäumt werden.
25 13. Polystyrolpartikelschaumstoffe mit einer Dichte von
< 35 g/1, enthaltend - jeweils bezogen auf das Polymere -
0,05 bis 25 Gew.-% Rußpartikel,
0,6 bis 5 Gew.-% einer organischen Bromverbindung mit 30 einem Bromgehalt von > 70 Gew.-%,
0,1 bis 1,0 Gew. -% einer C-C- oder O-0-labιlen Verbindung,
dadurch gekennzeichnet, daß sie selbstverloschend sind und den Brandtest B 2 (nach DIN 4102) erfüllen, und daß ihre War- 35 meleitfahigkeit so weit erniedrigt ist, daß sie den Anforde¬ rungen der Warmeleitklasse 035 (nach DIN 18 164, Teil 1, Tab. 4) genügen.
14. Verwendung der Polystyrolpartikel-Schaumstoffe nach An-
40 spruch 13 zur Wärmedämmung von Gebäuden und Gebäudeteilen.
15. Verwendung der Polystyrolpartikel-Schaumstoffe nach An¬ spruch 13 zur thermischen Isolierung von Maschinen und Haus¬ haltsgeraten.
45
16. Verwendung der Polystyrolpartikel-Schaumstoffe nach An¬ spruch 13 als Verpackungsmaterialien.
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