Способ получения изделий из пенопластов

 

ОПИСАН И Е

ИЗОЬЕЕтЕНИЯ

К ПАТЕ НТУ (п1 470967

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Зависимый от патента— (51) М. Кл. С 08f 47/08

В 29d 27i00 (22) Заявлено 19.04.67 (2! ) 1150012/23-5 (32) Приоритет 28.04.66 (31) В 86847 (33) ФРГ

Государственный комитет

Совета Министров СССР

Опубликовано 15.05.75. Бюллетень ¹ 18 (53) УД1 678.742:62-405. .8 (088.8) по делам изобретений и открытий

Дата опубликования описания 28.08.75 (72) Авторы

:i=-обретения

Иностранцы

Фритц С!.астни, Рудольф Гэт, Ханс-Георг Тришманн (ФРГ) Иностранная фирма

«Бадише Анилин- унд Содафабрик АГ» (ФРГ) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПЕНОПЛАСТОВ

Изобретение относится к получению изделий из пенопластов на основе термопластичных полимеров.

Известен способ получения изделий из,.енопластов путем нагревания предварительно вспененных гранул полистирола в форме.

Однако получить этим способом изделия с хорошими свойствами из олефиновых поличеров не удается.

Для получения формованных изделий с высокой эластичность1о незначительной деформацией при сжатии и равномерной пористостью в качестве исходных гранул используют граылы полимеров олефинов с 2 — 3 атомами углерода, которые предварительно подвергак1г облучению дозой 2,5 — 60 Чрад, с последующим сжатием в форме на 5 — 70% от их первоначального объема до, во время или после нагрева ния.

В качестве полимеров олефинов с 2 — 3 атомами углерода примеия|от гомополимеры этилена или пропилеиа или сополимеры этих мономеров.

Также применяют сополимеры этилена с

5 — 30 вес. % эфиров акриловой или метакриловых кислот со спиртами с 2 — б, особенно с

2 — 4 атомами углерода.

Диаметр вспененных гранул полимеров олефинов равен 3 — 40 мм, предпочтительно 5—

25 мм.

Вспененные гранулы получают обычным способом. Например путем смешения полимеров олефипов с вспеиивающим агентом в экструдере и выдавливания смеси через безштифтовую форсунку, причем получаемый жгут, содержащий вспенивающий агент, непосредственно после выхода из форсунки измельчают.

Полученные по предлагаемому способу всп-!

О ненные гранулы состоят из полимеров олефинов, часть молекул которых имеет сетча гую структуру. Эта часть молекул составля"т !О—

88 вес. %, предпочтительно 30 — 80 вес. % на полимер. !

5 Определяют весовое содержание мо Ic".óë сетчатой структуры по отношению к весу всех молекул полимера олефина путем раствор иия полимера в таком растворителе, в когороч растворяется полимер, не содержащий молекул

20 сетчатой структуры (для сополимеров эти.1ена таким растворителем является тол, ол). Та часть полимера в вес. %, которая остается нсрастворичой в растворителе при тем,icð:iòóðå выше температуры плавления и будет содер25 жать молекулы сетчатой структуры.

Вспененные граиулы из полимеров олефинов, содержапшх молекулы, ичеющие сетчатую структуру, получают путем обработки вспененных гранул с замкнутыми ячейками

30 лучами высокой энергии, например рентге470967 новскими или электронными. Наиболее пригодны электронные лучи, доза которых составляет 2,5 — 60 Мрад, предпочтительно 40—

50 Мрад.

Кроме гранул полимера, в состав композиции для получения изделий нз пенопласта глогут входить огнестойкие добавки, красители, наполнители, смазывающие средства или другие полимеры, наприме; полиизобутилен.

Нагревание предварительно вспененных гранул производят в закрытой форме. При этом формы сконструированы так, что при нагревании из них может выходить газообразное или жидкое вещество, например воздух нли вода.

Наиболее выгодно по предлагаемому cIIocoбу применять формы с перфорированными стенками или такие, в стенках которых встроены форсунки с мелкими отверстиями, через которые нагревающая среда может входить в форму, а воздух выходить из формы.

Можно получать формованное изделие и без применения давления, но при этом получают изделия низкого качества.

По предлагаемому способу формованные изделия из пенопласта получают путем сжатия в форме предварительно вспененных гранул из полимеров олефинов, часть молекул которых имеет сетчатую структуру, на 5 — 70% от их первоначального объема до, во время или после нагревания. При этом по крайней мере одна стенка формы должна быть подвижна.

Наиболее целесообразно вспененные гранулы сначала нагревать, а затем сжимать.

Особенно хорошие изделия получают, есл "I гранулbI сжимают с двух сторон формы к центру полого пространства формы.

Однако, можно сжимать гранулы с нескольких сторон, например сначала с двух сторон и затем со дна или верха формы.

При сжатии гранулы до такой степени деформируют, что образуются многогранники, которые сплавляются на поверхности.

Предварительно вспененные гранулы нагревают в форме до такой температуры, при которой они спекаются. Эта температура зависит от химического строения полимера, степени образования молекул с сетчатой структурой и добавок.

Наиболее выгодно нагревать гранулы до температуры, при которой по меньшей мере

25% компонентов, находящихся прн комнатной температуре (25 С) в кристаллическом состоянии, расплавляются приблизительно при

90 — 140 С.

В качестве нагревающей среды применяют горячие газы, пары или жидкости. Хорошие результаты получают, если формы, заполненные вспененными гранулами, погружают в жидкость, в которой полимер не растворяется, например в воду, глицерин или водные соляные растворы.

Наиболее простой метод — введение горячего пара в форму в качестве нагревающей среды.

1О

3.1

Кроме того, нагревают вспененные гранулы ь формах с помощью инфракрасных лучей или путем вдувания горячего воздуха.

К гранулам иногда добавляют также незначительные количества вещества, имеющего высокие .диэлектрические потери, например воды или водного соляного раствора, и после введения такого вещества в форму, ее нагревают в поле высокой частоты.

Целесообразно нагревающую среду вводить через одну боковую поверхность формы и выводить через противоположную.

Для изготовления формованных изделий сложной конфигурации иногда нагревающую среду вводят в форму с нескольких сторон и выводят с одной стороны, например через дно фор мы.

В случае непрерывного процесса нагревающая среда циркулирует через форму, Нагревание можно осуществлять также с помощью зондов или перфорированных труб, встроенных между вспененными гранулами так, что нагревание проводят также и внутри формы. Такое нагревание применяют в онуча получения формованных изделий больших раз м еров.

Зонды удаляют перед сжиманием гранул.

После спекания изделие охлаждают до теглпературы, ниже температуры плавления кристаллов, предпочтительно ниже 40 С.

Полученные изделия, после вынимания из формы могут быть снова нагреты так, что они еще более вспениваются и в этом случае получают изделие с меньшим объемным весохи

Можно также фор мова нные изделия размельчать и полученные частицы снова нагревать под давлением в форме.

По предлагаемому способу получают упругие изделия из пенопластов на основе полимеров олефинов, объемного веса 15 — 30 кГ/м, что не было возможно при получении их известными способами. Эти изделия имеют особенно большую эластичность и незначительную деформацию при сжатии.

Изготовленные по предлагаемому способу пенопласты могут быть применены в различных областях потребления: для обивки, упаковки, термической и акустической изоляции в строительстве, для изготовления поплавков и игрушек.

Пример 1. Предварительно вспененные гранулы диаметром 20 мм и насыпным весом

16 г/л из сополимера, состоящего из 83 вес. % этилена и 17 вес. % трет. бутнлового эфира акриловой кислоты подвергают облучению дозой 60 Мрад в электронном ускорителе. После этого доля молекул сетчатой структуры coc1авляет 84%. Эти гранулы помещают в перфорированную металлическую форму, которая закрывается и одна степка которой подвижна, и сжимают приблизительно до 50% первоначального объема. Закрытую форму погружают на 10 мин в воду, нагретую до

95 С. Получают сплошной, однородный, очень

470967 упругий и высокоэластичный, способный к растяжению пенопласт с объемным весом

32 г/л. Такое формованное изделие может быть применено как обивочный материал.

Если в качестве сополимера применяют сополимер, состоящий из 90 вес. /о сополимера, описанного в начале примера 1, и 10 вес. /О полиизобутилена с мол. весом 150000, то получают при подобных условиях облучения и переработки особенно упругий пенопласт с мелкими ячейками.

Пример 2. Сополимер, состоящий из

80 вес. о/О этилена и 20 вес. о/О винилацетата смешивают при нагревании под давлением с низкокипящей смесью углеводорода. Горячую смесь выдавливают через бесштифтовую форсунку и размельчают.

После размельчения получают вспененные гранулы с насыпным весом 35 г/л и диаметром

10 мм. Эти гранулы подвергают электронному облучению дозой в 50 Мрад и получают гранулы, у которых полимер имеет 68—

70 вес. о/О молекул сетчатой структуры.

Гранулы помещают в имеющую перфорированные стенки металлическую форму, которую затем закрывают. Форму нагревают в течение 30 мин в паровом автоклаве до 125 С.

Затем гранулы сжимают на 30 /о от первоначального объема и в таком состоянии охлаждают.

Получают сплошной, частично воздухопроницаемый пенопласт с очень хорошими механическими и эластичными свойствами, который пригоден, например как смягчающий удары материал для упаковки или как изолиру|ощий материал.

Если гранулы сжимают только на 5 /О от первоначального объема, то .получают изделие, в котором .гранулы спеклись на относительно небольшой плогцади их поверхности.

Пример 3. Вспененные предварительно гранулы, полученные из сополимера, состоящего из 75 вес. /О этилена и 25 вес. о/о и-бутилового эфира акриловой кислоты с диаметром 10 — 15 мм, и насыпным весом 21 г/л подвергают облучению рентгеновскими лучами до тех пор, пока часть молекул полимера, имеющих сетчатую структуру, достигнет величины, равной 75 вес. /О. Обработанные таким образом гранулы помещают в металлическую форму, имеющую отверстия, через которые в форму поступает пар II течение 2 мин

""..îä давлением О о ати. Затем вспененные гранулы сжимают а 50 /о от первоначального объема и в таком виде охлаждают в течение

l5 мин при комнатной температуре. Получают сплошное, упругое, однородное изделие из пенопласта с объемным весом 42 г/л.

Пример 4. Предварительно вспененные гранулы из смеси, состоящей из 60 вес. о/о полипропилена и 40 вес. /о полиизобутилена с молекулярным весом 150000, диаметром 5—

8 мм, насыпной вес которых составляет 13,9г/л подвергают облучению электронами дозой

40 Мрад. После этого стенки ячеек гранул со5

1О

ЗО

65 стоят из полимера, у которого часть молекул с сетчатой структурой составляет 52 вес. о/о.

Гранулы помещают в перфорированную ile i à l;ø÷åñI óþ форму, в которую вложена ткань из политетрафторэтилена и оставляют в ней в течение 120 мин при 150 С, создаваемой горячим воздухом.

Затем гранулы спрессовывают таким образом, что объем Нх уменьшается на 40 О/О от первоначального насыпного объема. Получают гомогенное формованное изделие, имеющее объемный вес 35 г,л, замкнутые ячейки, и которое можно применять в качестве изоляционного материала, например для изоляции сосудов для жидкости, которые подвергаются нагреванию до 120 С.

Пример 5. Предварительно вспененные гранулы с замкнутыми ячейками из полиэтилена (удельный вес 0,928, индекс расплава

0,1 — 0,3) размером 5 — 10 мм, имеющие насыпной вес 17,2 г/л и состоящие из полимера, у которого 50 молекул имеют сетчатую структуру, помещают в металлическую форму с отверстиями, выложенную перфорированными, изготовленными пз политетрафторэтилена плитами, и выдерживают в течение

10 мин при 125-С, создаваемой горячим воздухом. Затем гранулы спрессовывают до половины первоначального насыпного объема.

Получают пенопласт с объемным весо I

34,4 г/л с типичными для эластичного пенопласта свойствами, а именно — высокой сжпмаемостью, хорошей упругостью и высокои эластичностью отскока.

Этот пенопласт может быть применен для изоляции, уплотнения, например для изготовления поплавков, прокладок, материалов для обивки, как пзоляционньш материал в холодильной технике и строительстве.

Пример 6. Металлическую форму, состоящую из шести перфорированных ограничительных поверхностей, размером 60><60р, ) 30 см, наполняют вспененными гранулами диаметром в среднем 8 — 15 мм и насыпным eñoiI 17 I /л.

Гранулы получают из следующей смеси:

78 вес. /о сополимера, состоящего из

77,2 вес. 00 этилена и 22,8 трет. бутплового эфира акриловой кислоты; 19 вес. /О полиизобутилена с мол. весом 150000 и 3 вес. /О талька.

Молекулы сетчатой структуры составляют

85о от всех молекул полимера, образующего гранулы.

В форме верхние и нижние ограничительные поверхности подвижны (могут передвигаться к середине формы).

Верхняя плита формы соединена с корпусом, через который может быть введена вода, поступающая затем через отверстия в плите во внутреннее полое пространство формы.

В продолжение 5 мпн во внутреннее пространство формы через верхнюю плиту вводят воду, нагретую до 92 С. Вода, после того как она смочит гранулы, выходит через боко470967

Изделие, полученное по примеру 8а

Изделие, полученное по примеру 86

Показатели

1,16

0,16

8,8

Разрывное удлинение, %

Изд ¹ 1477

Заказ 1979jlG

Типография, пр. Сапунова, 2 вые стенки в фундаментальную плиту формы.

Затем верхшою и фундаментальную плиты двигают равномерно к центру помещения формы так, что гранулы сжимаются и занимают объем 60;с 60)(30 см. Через 5 мин форму открывают. Получают изделие пз пенопласта с объемным весом 33 кг, м . Это изделие распиливают с помощью ленточной пилы на пластины толщиной 3 см. Получают пластипы, отличающиеся хорошей упругостью и высокой эластичностью отскока. Их можно применять в качестве задерживающего удары материала в упаковках, изоляторах, а также для изготовления спасательных жилетов.

При м ер 7 (для сравнения). В этом примере сравнивают пенопласт а, полученный по предлагаемому способу, с пенопластом б, полученным па основе вспененных гранул того же полимера олефина, но не содер>кащего молекул сетчатой структуры. а) Предварительно вспененные гранулы из полиэтилена, имеющего плотность 0,915 г/см и индекс расплава 1,2 облучают электронными лучами дозой 60 Мрад так, что молекулы с сетчатой структурой составляют 75 вес.% от всех молекул полимера, из которого состоят гранулы.

Подвергнутые вспениванию гранулы имеют насыпной вес 12 г/л и диаметр 20 мм. Этими гранулами заполняют алюминиевую форму с размерами внутреннего пространства 20;к 20;>,"

Р,10 с». На массу гранул кладут алюминиевую плиту так, что форма остается газопрониемой. Форму выдерживают два часа в термостате при 125 С. По истечении этого времени гранулы сжимают в форме на 50% от первоначального объема. Затем полученное изделие из пенопласта охлаждают. Получают изделие, в котором гранулы хорошо спеклись друг с другом и образуют единую поверхность. Пенопласт является гиоким и имеет тсп inпро водность 0,033 ккал/м.ч- С при 0 С и объемный вес приблизительно 24 г/л.

o) Подвергнутыми вспениваппю гранулам1. изполиэтилена, имеющего плотность 0,917 г/сч и индекс расплава 1,2, заполняют алюминиевую форму. Внутреннее пространство формы имеет размеры 20;к,20;к,10 см. Диаметр гранул полиэтилена составляет 20 мм, насыпной вес

12 г/л.

Стенки ячеек гранул состоят из полимep;.: не содер>кащсго молекулы сетчатой структуры.

На форму с гранулами кладут алюминиевую плиту, выдерживают форму в течение

2 ч при 125 С в термостате. После нагрева гранулы больше нельзя спрессовывать, тai как они сильно сжимаются. Получают изделие толщиной 6 мм. Это изделие имеет объемный вес 500 — 600 г/л. Оно не гибкое и не годится как изоляционный материал.

Теплопроводность этого изделия из пенопласта составляет 0,1 ккал/м.ч. С.

П р и м с р 8 (для сравнения) . В данном примере сравнивают пенопласт а), получен5 ный по предлагаемому способу, с пенопластом б, полученным на основе вспененных гранул того же по,гримера, содержащего молекулы сетчатой структуры, но без сжатия гранул в форме.

10 и) Вспененные гранулы из полиэтилена подвергают облучению электронными лучами так, что содержание молекул сетчатой структуры в полимере составляет 55 вес. % . Гранулы имеют диаметр 18 мм и насыпной вес 12 г/л.

15 Вспененные гранулы нагревают до 125 С в незакрывающейся герметически форме. По истечении двух часов гранулы сжимают на

50% от первоначального объема. Получаю.гомогенное формованное изделие из пенопла20 ста, в котором отдельные гранулы прочно соединены друг с другом. Прочность при растяжении и разрывное удлинение полученного изделия приведены в таблице. б) Опыт проводят по методике, описанной

25 в предыдущем примере, с той разницей, что гранулы после нагревания»e сжимают. Получают изделие, в котором отдельные гранулы только в местах соприкосновения соединены друг с другом. Форма гранул почти не изме80 пяется при нагревании. Диаметр гранул после нагревания также составляет 18 мм. Прочность при растя>кении и разрывное удлинение полученного изделия приведены в таблице.

Прочность при растяжении, кг см Предмет изобретения

Способ получения изделий из пенопластов на основе термопластичных полимеров путем

50 нагревания rrpeдваритсльно вспененных гранул полимера в форме, отл и ч а ющи йся тем, iiо, с цельin получеш1я изделий с высокой эластичностью, незначительной деформацией при сжатии и равномерной пористостью, 55 в качестве исходных гранул используют грапулы полимеров олефинов с 2 — 3 атомами углерода, которые предварительно подвергают облучению дозой 2,5 — 60 Мрад, с последующпч сжатием в форме па 5 — 700 с от их пер60 вопачального обьема до, во время или после нагревания.

Гира>к 496 Подписное