Окрашенная вспенивающаяся полистирольная смола, имеющая высокую прочность, способ ее получения и вспенивающийся формованный продукт, полученный с ее применением - RU2311427C1

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к вспенивающейся полистирольной смоле, имеющей лучшую механическую прочность, чем общепринятые вспенивающиеся полистирольные смолы (в дальнейшем в этом документе именуемые как «EPS»), способу ее получения и вспенивающемуся формованному продукту, полученному с применением смолы.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В целом, EPS получают с применением эмульсионной полимеризации посредством добавления инициатора полимеризации и порофора (например, газообразных углеводородов, таких как пентан или бутан, или порофора на основе галогенизированного углеводорода) в мономер стирола. Вспенивающаяся полистирольная смола, полученная таким образом, представляет собой сферические частицы, имеющие диаметр от 0,2 до 0,3 мм, и образующиеся при этом шарики отмывают и высушивают, просеивают и затем получают вспенивающийся формованный продукт.

Вспенивающийся формованный продукт из частиц EPS может быть получен путем нагревания частиц вспенивающейся полистирольной смолы, в которой порофором импрегнируют стирольную смолу до, по меньшей мере, точки размягчения с применением пара, и т.д., для получения вспенивающихся предчастиц в виде частиц, имеющих внутри отдельные пузырьки, с последующим дополнительным нагреванием полученных вспенивающихся предчастиц в закрытой форме, допускающей внутри нее нагревание паром через маленькие отверстия или щели, и т.д., с применением пара и т.д., до расплавления их в результате объемного расширения вспенивающихся частиц.

Вспенивающийся формованный продукт представляет собой ресурсосберегающий материал, 98% объема которого составляет воздух и оставшиеся 2% составляет смола. Вспенивающийся формованный продукт с применением EPS применялся для упаковочных материалов бытовых электроприборов, коробок для сельскохозяйственных и морских продуктов, плавучих изделий для сельского хозяйства, изоляционных материалов в жилищном строительстве и т.д., в связи с тем, что он обладает превосходными свойствами, такими как амортизирующие свойства, водонепроницаемость, термические свойства и изолирующие свойства.

В опубликованной заявке на патент Японии № 60-31536 краситель угольно-черный добавляют для придания свойств окрашивания в полимеризующуюся вспенивающуюся полистирольную смолу. Однако вспенивающаяся полистирольная смола, полимеризованная таким образом, должна быть рано или поздно улучшена, поскольку ее механическая прочность в значительной степени снижена.

Также в качестве способа улучшения механической прочности и окрашивающих свойств вспенивающейся стирольной смолы с применением суспензионной полимеризации. Патент Кореи № 492199 (зарегистрирован 20 мая 2005 г.) раскрывает способ, в котором плотность и теплопроводность вспенивающейся полистирольной смолы снижены и ее технологические характеристики улучшены в присутствии графита путем проведения суспензионной полимеризации стирола, и опубликованная заявка на патент Кореи № 2004-96434 (опубликована 11 ноября 2004 г.) раскрывает способ, в котором свойство окрашивания, так же, как и механические свойства вспенивающейся стирольной смолы, улучшены путем использования определенного отношения акрилонитрила и мономера стирола и добавления подходящего количества красителя, но она не показала удовлетворительный уровень окрашивания и удовлетворительную механическую прочность.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Авторы настоящего изобретения проводили непрерывные исследования для того, чтобы решить вышеописанные проблемы относительно красящей способности вспенивающейся полистирольной смолы и разработать окрашенную вспенивающуюся смолу, имеющую превосходную механическую прочность. В результате они обнаружили, что окрашенная вспенивающаяся смола, имеющая превосходную красящую способность, так же, как и превосходную устойчивость к химическим воздействиям, и механическую прочность, может быть получена путем добавления наночастиц карбоната кальция при полимеризации, и затем настоящее изобретение было завершено.

Следовательно, целью настоящего изобретения является предоставление окрашенной вспенивающейся полистирольной смолы, имеющей превосходную механическую прочность.

Также другой целью настоящего изобретения является предоставление способа получения частиц смолы и вспенивающегося формованного продукта, получаемого с применением частиц смолы.

В соответствии с одним вариантом осуществления, предложенного для достижения вышеописанного свойства, предлагается окрашенная вспенивающаяся полистирольная смола, имеющая высокую прочность, включающая: a) 100 массовых частей стирольного мономера; b) от 0,5 до 5 массовых частей наночастиц карбоната кальция; и с) от 0,5 до 10 массовых частей красителя.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения обеспечивают способ получения окрашенной вспенивающейся полистирольной смолы, имеющей высокую прочность, с применением суспензионной полимеризации, в которую при полимеризации добавляют от 0,5 до 5 массовых частей наночастиц карбоната кальция и от 0,5 до 10 массовых частей красителя на 100 массовых частей мономера стирола.

В дальнейшем в этом документе настоящее изобретение будет описано в деталях.

Количество применяемых наночастиц карбоната кальция, применяемого здесь, изменяется в соответствии с желательной прочностью EPS, но желательно применять их в количестве от 0,5 до 5 массовых частей, и предпочтительно, от 3 до 4 массовых частей на 100 массовых частей добавляемого мономера стирола.

Если наночастицы карбоната кальция применяют в количестве 0,5 массовых частей или менее, вспенивающаяся полистирольная смола имеет слабый эффект улучшения прочности, в то время как, если количество наночастиц карбоната кальция превышает 5 массовых частей, частицы смолы могут слипаться во время суспензионной полимеризации.

По меньшей мере, один краситель, выбранный из группы, состоящей из красного красителя (красного цвета), синего красителя (синего цвета) и черного красителя (черного цвета), применяют в качестве красителя, применяемого здесь, и количество применяемого красителя изменяется в соответствии с желаемой концентрацией красителя, но желательно, чтобы он применялся в количестве от 0,5 до 10 массовых частей и предпочтительно от 2 до 5 массовых частей на 100 массовых частей всего добавленного мономера.

Если краситель применяют в количестве 0,5 массовых частей или менее, вспенивающаяся полистирольная смола имеет слабый эффект улучшения прочности и значительную разницу в цвете между вспенивающимися частицами, в то время как, если количество красителя превышает 10 массовых частей, частицы смолы могут слипаться во время суспензионной полимеризации.

Красный краситель (красного цвета), синий краситель (синего цвета) и черный краситель (черного цвета), использованные здесь, могут быть применены, если их в целом применяют в данной области техники.

В качестве инициатора полимеризации удобно использовать инициатор, который растворяется в мономерах и период полураспада которого составляет 10 часов при температуре от 50 до 120°С. Пример инициатора полимеризации включает в себя органические пероксиды, такие как гидропероксид кумола, пероксид дикумила, третбутилперокси-2-этилгексаноат, третбутилпероксибензоат, пероксид бензоила, пероксид лаурила и т.д.; или азосоединения, такие как азо-бисизобутилнитрил, и т.д., и они могут применяться по одиночке или в их комбинации. Общее количество использованного инициатора полимеризации предпочтительно лежит в диапазоне от 0,01 до 2 массовых частей на 100 массовых частей всего добавленного мономера.

В качестве стабилизатора суспензии, использованного здесь, гидрофильные полимеры, такие как поливиниловый спирт, метилцеллюлоза, поливинилпирролидон и т.д.; или нерастворимые неорганические соли, такие как трикальцийфосфат, магниевая соль пирофосфорной кислоты и т.д., могут применяться в способе настоящего изобретения, и, при необходимости, быть применены в комбинации с поверхностно-активными веществами. Например, если нерастворимые неорганические соли применяют в качестве стабилизаторов суспензии, тогда они применяются предпочтительно в комбинации с анионогенными поверхностно-активными веществами, такими как алкилсульфонат натрия, додецилбензолсульфонат натрия и т.д. Стабилизатор суспензии предпочтительно применяют в количестве от 0,01 до 5 массовых частей на 100 массовых частей всего добавленного мономера, и, если он применяется в комбинации с нерастворимыми неорганическими солями и анионогенными поверхностно-активными веществами, тогда нерастворимые неорганические соли и анионогенные поверхностно-активные вещества предпочтительно применяют в количестве от 0,05 до 3 массовых частей и от 0,0001 до 0,5 массовых частей соответственно на 100 массовых частей всего добавленного мономера.

В качестве порофора, использованного здесь, порофоры, обычно применяемые для получения вспенивающейся стирольной смолы, в частности, летучие органические соединения, которые представляют собой газ или жидкость при комнатной температуре и нормальном давлении и также не растворяют частицы смолы, могут применяться в способе настоящего изобретения. Пример порофора включает в себя алифатические углеводороды, такие как пропан, изобутан, нормальный бутан, изопентан, нормальный пентан и т.д.; циклические алифатические углеводороды, такие как циклопентан, циклогексан и т.д.; и галогенированные углеводороды и т.д. Общее количество использованного порофора лежит в диапазоне от 3 до 15 массовых частей, и более предпочтительно от 3 до 10 массовых частей на 100 массовых частей всего добавленного мономера. Если количество порофора составляет менее 3 массовых частей, тогда трудно придать способность к вспениванию, в то время как, если его количество превышает 15 массовых частей, тогда его эффект в качестве порофора более не проявляется.

В способе настоящего изобретения возможно использовать добавки, обычно применяемые при полимеризации мономеров для получения вспенивающейся смолы на основе стирола, например, антипирены, такие как гексабромоциклододекан и т.д.; огнезащитные составы, такие как 2, 3-диметил-2,3-дифенилбутан и т.д.; клеточные модификаторы, такие как полиэтиленовый воск, оксид кремния и т.д.; пластификаторы, агенты переноса цепи и т.д.

Окрашенная вспенивающаяся полистирольная смола, полученная путем внедрения порофора, покрывается агентами для защиты поверхности посредством процедур дегидратации и высушивания в настоящем изобретении.

НАИЛУЧШИЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В дальнейшем в этом документе настоящее изобретение будет описано в деталях со ссылкой на примеры и сравнительные примеры. Следующие примеры, несмотря на определение предпочтительных вариантов осуществления изобретения, приведены в качестве только иллюстрации, без ограничения сущности и объема изобретения следующими ниже предпочтительными вариантами осуществления.

Пример 1

10 кг мономера стирола добавляют в предплавильный бак 1, и 600 г наночастиц карбоната кальция марки ВК-4 (4 массовых части на количество всего добавленного мономера), имеющих размер 70-80 нм и выпускаемых фирмой Dongwon Calcium Co, 450 г красного красителя (красного цвета) Maxrolex Red E2G (произведенного компанией Bayer) (3 массовых части на количество всего добавленного мономера) и 15 г полиэтиленового воска добавляют при перемешивании при 200 оборотах в минуту, нагревают до 60°С, выдерживают в течение 60 минут для растворения добавленных соединений и затем сохраняют при комнатной температуре до остывания.

75 г инициатора полимеризации пероксида бензоила (ВРО), 8 г третбутилпероксибензоата, 45 г перекиси дикумила, 3,75 г кросс-линкера (сшивающего агента) дивинилбензола (DVB) и 5 кг мономера стирола добавляют в предплавильный бак 2, перемешивают при комнатной температуре в течение 30 минут для растворения и наливают туда раствор, полученный в предплавильном баке 1, и затем снова перемешивают в течение 30 минут.

Отдельно 15 кг чистой воды добавляют в 40 л напорный бак и добавляют туда 25 г трехосновного фосфата кальция и 5 г анионогенного поверхностно-активного вещества додецилбензолсульфоната натрия для получения суспензионного раствора, и раствор, полученный в предплавильном баке, добавляют туда также и затем перемешивают при 300 оборотах в минуту в течение 30 минут. Затем реактор нагревают до температуры 90°С и продолжают проводить полимеризацию до тех пор, пока степень полимеризации не достигнет 70%.

В дальнейшем напорный бак герметично закрывают и затем добавляют 1200 г пентана со скоростью 40 г/мин до повторного нагревания до 110°С. После того как введены все добавки и температура достигла 110°С, напорный бак выдерживают в течение 2 часов и затем охлаждают до 45°С для получения частиц вспенивающейся полистирольной смолы.

Полученные в результате частицы смолы дегидратируют, и их псевдоожиженный слой высушивают до такой степени, что влажность на поверхности частиц составляет 0,3% или менее, и затем просеивают в соответствии с размерами частиц. Кроме того, полимеризованную смолу, имеющую размер частиц от 0,9 мм до 1,0 мм, добавляют в смеситель и затем добавляют 500 ч./млн. полиэтиленгликоля, 2000 ч./млн. глицидилтристеарата и 1000 ч./млн. стеарата цинка на количество полимеризованной смолы и перемешивают в течение 20 минут.

Пример 2

Пример 2 осуществляют таким же образом, как и в примере 1, за исключением того, что добавляют 450 г синего красителя (синего цвета) Maxrolex Blue 3R (произведен компанией Bayer) (3 массовых части на количество всего добавленного мономера) в качестве красителя в примере 1.

Пример 3

Пример 3 осуществляют таким же образом, как и в примере 1, за исключением того, что добавляют 450 г черного красителя (черного цвета) графитного порошка (3 массовых части на количество всего добавленного мономера) в качестве красителя в примере 1. Полагают, что он может применяться в качестве термоизолирующего вещества, обладающего превосходными термоизолирующими свойствами при применении черного красителя.

Пример 4

Пример 4 осуществляют таким же образом, как и в примере 1, за исключением того, что в примере 1 добавляют 300 г наночастиц карбоната кальция (2 массовых части на количество чистого добавленного полимера).

Пример 5

Пример 5 осуществляют таким же образом, как и в примере 1, за исключением того, что добавляют 750 г красного красителя (красного цвета) Maxrolex Red E2G (произведен компанией Bayer) (5 массовых частей на количество чистого добавленного мономера) в качестве красителя в примере 1.

Сравнительный пример 1

Сравнительный пример 1 осуществляют таким же образом, как и в примере 1, за исключением того, что в примере 1 не используют краситель.

Сравнительный пример 2

Сравнительный пример 2 осуществляют таким же образом, как и в Примере 1, за исключением того, что 15 г красного красителя (красного цвета) Maxrolex Red E2G (произведен компанией Bayer) (0,1 массовых частей на количество чистого добавленного мономера) применяют в качестве красителя в примере 1.

Сравнительный пример 3

Сравнительный пример 3 осуществляют таким же образом, как и в примере 1, за исключением того, что 1800 г красного красителя (красного цвета) Maxrolex Red E2G (произведен компанией Bayer) (12 массовых частей на количество чистого добавленного мономера) применяют в качестве красителя в примере 1.

Сравнительный пример 4

Сравнительный пример 4 осуществляют таким же образом, как и в примере 1, за исключением того, что 30 г наночастиц карбоната кальция, использованного в примере 1 (0,2 массовых частей на количество чистого добавленного полимера), применяют в примере 1.

Сравнительный пример 5

Сравнительный пример 5 осуществляют таким же образом, как и в примере 1, за исключением того, что 900 г наночастиц карбоната кальция, использованного в примере 1 (6 массовых частей на количество чистого добавленного полимера), применяют в примере 1.

Сравнительный пример 6

Сравнительный пример 6 осуществляют таким же образом, как пример 1, за исключением того, что краситель и наночастицы карбоната кальция в примере 1 не применяют.

У вспенивающихся формованных продуктов, полученных в Примерах с 1 по 5 и Сравнительных примерах с 1 по 6, измеряют степень окрашивания, прочность на сжатие и прочность на изгиб и результаты описывают в следующей таблице 1.

[Способ для измерения степени окрашивания, прочности на сжатие и прочности на изгиб]

1) Способ измерения степени окрашивания

Формованный продукт разрезают в поперечном сечении и затем наблюдают уровни окрашивания вспениваемых частиц их внутренних частей.

о: Превосходный, Δ: Незначительный, x: Не имеет свойства окрашивания

2) Способ измерения прочности на сжатие и прочности на изгиб

Прочность на сжатие и прочность на изгиб измеряют в соответствии со способом JIS A9511.

Как показано в таблице, свойство окрашивания стирольной смолы в соответствии с настоящим изобретением имеет хорошую степень окрашивания и значительно улучшенную механическую прочность.

ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Как описано выше, настоящее изобретение предоставляет окрашенную вспенивающуюся смолу высокой прочности, имеющую превосходную степень окрашивания, так же, как и очень превосходную устойчивость к химическим воздействиям и механическую прочность при добавлении дополнительно наночастиц карбоната кальция при полимеризации.

Вспенивающийся формованный продукт в соответствии с настоящим изобретением может использоваться в качестве упаковочного материала для бытовых электрических работ, в ящиках для сельскохозяйственных и морепродуктов, плавучих элементов для сельского хозяйства, изолирующих материалов для бытовых нужд и т.д. В особенности, окрашенный вспенивающийся формованный продукт может быть использован в упаковочных материалах, особенно в тех, для которых важно сохранение внешнего вида, а также в материалах для внешней изоляции. В примерах настоящего изобретения, после разрезания вспененных формованных продуктов, предназначенных для упаковочного или изолирующего материала, измерялись такие свойства, как степень окрашивания, предел прочности на сжатие и прочность на изгиб.

Хотя некоторые из вариантов осуществления настоящего изобретения были показаны и описаны, специалисты в данной области оценят, что изменения в этом варианте осуществления могут быть сделаны без отклонения от принципов и сущности изобретения, объем которых определен в формуле изобретения и их эквивалентах.

Реферат

Изобретение относится к вспенивающейся полистирольной смоле, имеющей лучшую механическую прочность. Описана окрашенная вспенивающаяся полистирольная смола, имеющая высокую прочность, содержащая: а) 100 массовых частей стирольного мономера; b) от 0,5 до 5 массовых частей наночастиц карбоната кальция; и с) от 0,5 до 10 массовых частей красителя. Также описан способ получения окрашенной вспенивающейся полистирольной смолы и вспенивающийся формованный продукт из частиц стирольной смолы, имеющий высокую прочность. Технический результат - получение окрашенной вспенивающейся смолы высокой прочности, имеющей хорошую степень окрашивания, устойчивость к химическим воздействиям и механическую прочность. 3 н. и 1 з.п.ф-лы, 1 табл.

Формула