СРЕДСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ВСПЕНИВАЮЩИЕСЯ ЧАСТИЦЫ СТИРОЛЬНОГО ПОЛИМЕРИЗАТА
AGENT FOR COATING SPUMESCENT PARTICLES OF STYRENE POLYMERISATE

Изобретение относится к составу средства для нанесения покрытий на вспенивающиеся частицы стирольного полимеризата.
Для того чтобы обеспечивать бесперебойное перемещение вспенивающегося полистирола и понижать возникающий на предварительно вспененных частицах пенополистирола электростатический заряд, используют, как правило, покрытия с антистатиком, которые наносят на частицы пенополистирола. Истирание или смывание средства для нанесения покрытия с поверхности частиц часто приводит к неудовлетворительным антистатическим показателям. Кроме того, нанесение покрытия из антистатика может приводить к склеиванию частиц и к ухудшению сыпучести.
В заявке на европейский патент №А 470455 описываются гранулированные антистатические вспенивающиеся стирольные полимеризаты с покрытием из четвертичной аммонийной соли и тонкодисперсной кремневой кислоты, которые характеризуются хорошей сыпучестью.
В заявке на патент ФРГ №19541725 C1 описываются вспенивающиеся стирольные полимеризаты с пониженной абсорбционной способностью по отношению к воде, которые снабжены покрытием, содержащим наряду с тристеаратом глицерина, стеаратом цинка и моностеаратом глицерина от 5 до 50 мас.% из расчета на массу покрытия гидрофобного силиката.
В заявке на патент ФРГ №19530548 A1 описываются вспенивающиеся стирольные полимеризаты с пониженной абсорбционной способностью по отношению к воде, снабженные покрытием, которое наряду с кокосовым маслом или с парафиновым маслом в количестве от 10 до 90 мас.% из расчета на массу покрытия в предпочтительном случае содержит еще препятствующее склеиванию средство на основе гидрофобного силиката.
В патенте Великобритании №1581237 описывается также применение касторового воска (гидрированного касторового масла) в качестве средства для нанесения покрытия на вспенивающийся полистирол, предназначенного для облегчения извлечения из формы и для повышения качества формованных изделий из пенопласта после спекания предварительно вспененных пенополистирольных частиц.
С описанными составами средств для нанесения покрытий хорошие механические свойства, в частности прочность на изгиб и на сжатие, достигаются, как правило, только в тех случаях, когда при получении блоков или пенопласта допускаются значительно увеличенные сроки на извлечение из форм, в частности, это относится к увеличенному времени на снижение давления.
В соответствии с изложенным задача настоящего изобретения состояла в преодолении названных недостатков и в разработке такого состава средства для нанесения покрытия на вспенивающиеся частицы стирольного полимеризата, который после предварительного вспенивания обеспечивает пониженную склонность к склеиванию частиц и позволяет проводить быструю переработку предварительно вспененных частиц при небольшой статической электризации с получением формованных изделий из пенопласта с хорошими механическими свойствами.
В соответствии с этим был получен состав средства для нанесения покрытия на вспенивающиеся частицы стирольного полимеризата, который содержит
(А) от 10 до 90 мас.% тристеарилового эфира с температурой плавления в пределах от 60 до 65°C,
(Б) от 10 до 90 мас.% триглицерида гидроксизамещенной жирной кислоты с числом атомов углерода от шестнадцати до восемнадцати с температурой плавления в пределах от 70 до 95°C.
Покрытие может содержать другие антистатики и/или вспомогательные вещества для образования покрытия или же оно может наноситься на другие покрытия с другими средствами для нанесения покрытий.
В предпочтительном случае состав средства для нанесения покрытия на вспенивающиеся частицы стирольного полимеризата включает в основном
(A) от 20 до 80 мас.% тристеарилового эфира с температурой плавления в пределах от 60 до 65°C,
(Б) от 15 до 60 мас.%, в частности от 20 до 45 мас.%, триглицерида гидроксизамещенной жирной кислоты с числом атомов углерода от шестнадцати до восемнадцати с температурой плавления в пределах от 70 до 95°C,
(B) от 5 до 30 мас.% гидрофильного, или гидрофобного силиката, или стеарата цинка,
(Г) от 0 до 40 мас.%, в частности от 10 до 50 мас.%, моноэфира глицерина и жирной кислоты с числом атомов углерода от шестнадцати до восемнадцати,
(Д) от 0 до 10 мас.% соли четвертичного аммония, сульфониевой соли или этилен-бис-стеарилдиамида,
при этом сумма компонент от (А) до (Д) составляет 100 мас.%.
Компоненты (А) и (Б) представляют собой натуральные продукты, которые обычно содержат небольшие количества загрязнений и которые, в частности, могут содержать еще моно-, ди- и триглицериды других кислот.
В предпочтительном случае в состав средства для нанесения покрытия входит в качестве тристеарилового эфира А) тристеарат глицерина или тристеариловый эфир лимонной кислоты.
В качестве триглицерида гидроксизамещенной жирной кислоты с числом атомов углерода от шестнадцати до восемнадцати (Б) в предпочтительном случае используют триглицериды моногидроксиалкановых кислот с числом атомов углерода от шестнадцати до восемнадцати, в частности гидрированное касторовое масло (касторовый воск).
В качестве глицеринового моноэфира жирной кислоты с числом атомов углерода от шестнадцати до восемнадцати (Г) в предпочтительном случае используют моностеарат глицерина.
Кроме того, изобретение относится к вспенивающимся частицам стирольного полимеризата, которые имеют по крайней мере одно покрытие из представленных выше составов средств для нанесения покрытий.
Предпочтительно, когда вспенивающиеся частицы стирольного полимеризата имеют
(I) первое покрытие, составляющее от 0,1 до 2 мас.% из расчета на вспенивающийся стирольный полимеризат, из не менее чем одного соединения из группы, включающей моностеарат глицерина, дистеарат глицерина, стеарат цинка, соли четвертичного аммония, сольфониевые соли и этилен-бис-диамиды, и
(II) второе покрытие, составляющее от 0,1 до 2 мас.% из расчета на вспенивающийся стирольный полимеризат, из не менее чем одного из описанных выше соответствующих изобретению составов средств для нанесения покрытий.
Покрытия могут быть также нанесены на исходный материал в одностадийной операции по нанесению покрытия.
Частицы вспенивающегося стирольного полимеризата в предпочтительном случае состоят из такого содержащего порообразующее средство стирольного полимера, как полистирол, из таких стирольных сополимеров, как стирол-акрилонитрильные, стирол-бутадиеновые блоксополимеры или их смеси.
Вспенивающиеся частицы стирольного полимеризата представляют собой такие частицы, которые, например, могут вспениваться горячим воздухом или водяным паром с образованием вспененных частиц стирольного полимеризата. Как правило, они содержат химические или физические вспенивающие средства в количествах от 2 до 10 мас.%, в предпочтительном случае от 3 до 7 мас.% из расчета на массу стирольного полимеризата.
Предпочтительными физическими вспенивающими средствами являются такие газы, как азот или диоксид углерода или же алифатические углеводороды с числом атомов углерода от двух до семи, спирты, кетоны, простые эфиры или галогенированные углеводороды. Особое предпочтение отдается использованию изобутана, н-бутана, изопентана, н-пентана, неопентана, гексана или их смесей.
Кроме того, вспенивающиеся частицы стирольного полимеризата могут содержать в эффективных количествах такие обычные вспомогательные вещества, как красители, пигменты, наполнители, такие поглотители ИК-света, как сажа, алюминий или графит, стабилизаторы, такие огнезащитные средства, как гексабромциклододекан, такие огнезащитные синергисты, как дикумил или дикумилпероксид, а также зародышеобразователи и внутренние смазки.
Соответствующие изобретению вспенивающиеся частицы стирольного полимеризата в зависимости от способа их получения могут иметь форму шариков или, соответственно, гранул или же они могут иметь цилиндрическую форму, как правило, они имеют средний диаметр частиц в пределах от 0,05 до 5 мм, в частности от 0,3 до 2,5 мм, при этом в случае необходимости их можно разделить на отдельные фракции просеиванием.
3
Вспененные частицы стирольных полимеризатов в зависимости от степени вспенивания имеют средний диаметр частиц в пределах от 1 до 10 мм, в частности от 2 до 6 мм, и плотность в пределах от 10 до 200 кг/м.
Вспенивающиеся частицы стирольных полимеризатов могут быть получены, например, путем пропитки термопластичных полимерных частиц порообразующими средствами под давлением в автоклаве, путем суспензионной полимеризации в присутствии порообразующих средств или путем пропитки в расплавленном состоянии в экструдере или в статическом смесителе с последующим гранулированием под давлением под слоем воды.
3
3
Вспененные частицы стирольного полимеризата могут быть получены вспениванием вспенивающихся частиц стирольного полимеризата, например, горячим воздухом или водяным паром в установках для предварительного вспенивания под давлением, путем пропитки частиц стирольного полимеризата порообразующими средствами под давлением в автоклаве с последующим сбросом давления или же они могут быть получены путем сопровождающегося вспениванием экструдирования расплава, содержащего порообразующее средство, с последующим гранулированием. Как правило, вспенивающиеся стирольные полимеризаты, обработанные соответствующим изобретению составом средства для нанесения покрытия, могут быть вспенены до более низкой насыпной плотности в сравнимых условиях вспенивания по сравнению с обычными покрытиями. Насыпные плотности при однократном предварительном вспенивании лежат, как правило, в пределах от 10 до 20 кг/м, в предпочтительном случае от 15 до 18 кг/м.
Нанесение покрытий на вспенивающиеся или на вспененные частицы стирольных полимеризатов можно осуществлять как до предварительного вспенивания, так и после него, например, путем нанесения соответствующего изобретению состава средства для нанесения покрытия в барабане лопастного смесителя (фирмы Lödige) или путем обработки поверхности частиц стирольного полимеризата его раствором, например, при окунании или при опрыскивании. При получении экструзионным способом расплава, содержащего порообразующее средство, можно также добавлять средство для нанесения покрытия в виде водного раствора или в виде суспензии к циркулирующей воде в установке для гранулирования под слоем воды.
Соответствующие изобретению вспенивающиеся частицы полистирола приобретают антистатические свойства, у них понижается способность к склеиванию при предварительном вспенивании, однако они хорошо сплавляются вместе при вспенивании с образованием формованных изделий. При этом при сплавлении предварительно вспененных частиц получают пенопластовые формованные изделия с высокой прочностью на сжатие и на изгиб при очень коротком времени, требуемом на сброс давления. В сравнении с обычными покрытиями, благодаря этому достигается желаемая прочность на изгиб для формованных изделий и сокращение времени на извлечение их из формы. В результате хорошего сплавления формованные изделия даже в виде крупных деталей характеризуются гомогенной прочностью на сжатие и на изгиб по их краям и во внешних слоях, а также заметно более гладкой поверхностью.
Примеры
Примеры от 1 до 4
Состав средства для нанесения покрытия
Гидрированное касторовое масло (температура плавления 87°C, (Castor Wax NF, фирмы CasChem)) размалывают в порошок в виде смеси с сухим льдом. Размолотое гидрированное касторовое масло смешивают с силикатом (SIPERNAT FK320), моностеаратом глицерина (GMSR фирмы Danisco) и с тристеаратом глицерина (Tegin B1159V фирмы Goldschmitt) до образования однородного порошка в соответствии с приведенными в таблице 1 соотношениями для смеси.
Покрытия наносят в смесителе фирмы Lödige (2,5 кг) на предварительно обработанные антистатиком (Antistatikum 743, производства BASF SE) (150 частей на миллион, первое покрытие) вспенивающиеся полистирольные гранулы (Styropor F215 производства BASF Aktiengesellschaft). Количество средства для нанесения покрытия (второе покрытие) из расчета на вспенивающиеся полистирольные гранулы с покрытием также приведено в таблице 1.
Вспенивающиеся полистирольные гранулы с нанесенным покрытием подвергают предварительному вспениванию в установке для предварительного вспенивания и сплавляют их в форме с образованием блоков с плотностью от 17 до, соответственно, 24 г/л.
Прочность на сжатие определяют при усадке 10% по нормам EN 826, прочность на изгиб определяют по нормам EN 12039, способ В.
Примеры сравнения C1 и C2
Опыты проводят по аналогии с примерами 1 и 2, но при этом вместо гидрированного касторового масла используют моностеарат глицерина.
Таблица 1
Состав средства для нанесения покрытия
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Пример 4
Примеры сравнения
C1
C2
Тристеарат глицерина [мас.%]
40
40
20
20
40
40
Гидрированное касторовое масло [мас.%]
45
45
45
45
0
0
Силикат [мас.%]
15
15
15
15
10
10
Моностеарат глицерина [мас.%]
0
0
20
20
50
50
Количество средства для нанесения покрытия [мас.%]
0,4
0,4
0,3
0,3
0,45
0,45
Формованное изделие
Давление пара при обработке [бар]
0,6
0,7
0,6
0,7
0,6
0,7
Плотность [г/л]
15,9
15,7
16,4
17,1
15,1
15,8
Прочность на сжатие [кПа]
90,7
90,1
93,7
96,8
88,4
91,6
Прочность на изгиб [кПа]
175
186
158,5
176,6
142,2
171,8
Время на извлечение из формы [с]
43
143,5
33,0
130
45,5
172,5
Примеры от 5 до 8
Состав средства для нанесения покрытий
Гидрированное касторовое масло (температура плавления 87°C, (порошок HCO, фирма Jayant Oil and derivatives Ltd.)) смешивают с силикатом (SIPERNAT FK320), моностеаратом глицерина (GMSR фирмы Danisco) и с тристеаратом глицерина (Tegin B1159V фирмы Goldschmitt), а также со стеаратом цинка до образования однородного порошка в соответствии с приведенными в таблице 2 соотношениями для смеси.
Покрытия наносят в смесителе фирмы Lödige (2,5 кг) на предварительно обработанные антистатиком (Antistatikum 743, производства BASF SE) (150 частей на миллион) вспенивающиеся полистирольные гранулы (Neopor X5300 производства BASF SE). Количество средства для нанесения покрытия из расчета на вспенивающиеся полистирольные гранулы с покрытием также приведено в таблице 2.
Вспенивающиеся полистирольные гранулы с нанесенным покрытием подвергают предварительному вспениванию в установке для предварительного вспенивания и сплавляют их в форме с образованием блоков с плотностью 17 г/л.
Прочность на сжатие определяют при усадке 10% по нормам EN 826, прочность на изгиб определяют по нормам EN 12039, способ В.
Примеры сравнения C3 и C4
В этом случае были использованы обычные покрытия без добавления гидрированного касторового масла.
Таблица 2
Состав средства для нанесения покрытия
Пример 5
Пример 6
Пример 7
Пример 8
Примеры сравнения
C3
C4
Тристеарат глицерина [мас.%]
40
40
45
45
73
73
Гидрированное касторовое масло [мас.%]
40
40
40
40
0
0
Стеарат цинка [мас.%]
10
10
5
5
9
9
Силикат [мас.%]
0
0
0
0
4
4
Моностеарат глицерина [мас.%]
10
10
10
10
14
14
Количество средства для нанесения покрытия [мас.%]
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
Формованное изделие
Давление пара при обработке [бар]
0,6
1,0
0,6
1,0
0,6
1,0
Плотность [г/л]
17,2
17,0
18,7
18,3
17,5
17,0
Прочность на сжатие [кПа]
97,5
84,9
108
95
99
83,6
Прочность на изгиб [кПа]
215
204
237
223
211
196
Время на извлечение из формы [с]
68
145
97
147
27
133
Насыпная плотность после первого вспенивания [г/л]
17,1
17,1
17,5
17,5
17,0
17,0
Примеры от 9 до 11
Состав средства для нанесения покрытий
Гидрированное касторовое масло (температура плавления 87°C, (порошок HCO, фирма Jayant Oil and derivatives Ltd.)) смешивают с силикатом (SIPERNAT FK320), моностеаратом глицерина (GMSR фирмы Danisco) и с тристеаратом глицерина (Tegin B1159V фирмы Goldschmitt), а также со стеаратом цинка до образования однородного порошка в соответствии с приведенными в таблице 3 соотношениями для смеси.
Покрытия наносят в смесителе фирмы Lödige (2,5 кг) на предварительно обработанные антистатиком (Antistatikum 743, производства BASF SE) (150 частей на миллион) вспенивающиеся полистирольные гранулы (Styropor Р426 производства BASF SE). Количество средства для нанесения покрытия из расчета на вспенивающиеся полистирольные гранулы с покрытием также приведено в таблице 3.
Вспенивающиеся полистирольные гранулы с нанесенным покрытием подвергают предварительному вспениванию в установке для предварительного вспенивания и сплавляют их в форме с образованием блоков с плотностью 24 г/л.
Прочность на сжатие определяют при усадке 10% по нормам EN 826, прочность на изгиб определяют по нормам EN 12039, способ В.
Примеры сравнения C5, C6 и C7
В этом случае использовались обычные покрытия без добавления гидрированного касторового масла.
Таблица 3
Состав средства для нанесения покрытия
Пример 9
Пример 10
Пример 11
Примеры сравнения
С5
С6
С7
Глицеринтристеарат [мас.%]
35
35
35
60
60
60
Гидрированное касторовое масло [мас.%]
45
45
45
0
0
0
Силикат [мас.%]
15
15
15
10
10
10
Глицеринмоностеарат [мас.%]
5
5
5
30
30
30
Количество средства для нанесения покрытия [мас.%]
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
0,35
Формованное изделие
Давление пара при обработке [бар]
0,8
1,0
1,2
0,8
1,0
1,2
Плотность [г/л]
23,5
23,5
23,5
22,3
22,5
22,5
Прочность на сжатие [кПа]
162
154
146
154
138
133
Прочность на изгиб [кПа]
793
805
785
715
744
734
Время на извлечение из формы [с]
27
115
146
21
113
130