ITMI982713A1 - Procedimento per la produzione di articoli polimerici espansi - Google Patents

Description

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la produzione di articoli polimerici espansi.

Più in particolare la presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la produzione di articoli espansi in polimeri stirenici. aventi densità fino a 10 g/litro ed ottenuti con tempi di lavorazione delle perle espandibili reiativamente brevi.

Con il termine "polimeri stirenici". come impiegato nella presente descrizione e nelle rivendicazioni, si intendono sia l'omopolimro dello stirene sia i copolimeri dello stirene con altri monomeri vinilici contenenti almeno il 503⁄4 in peso di stirene chimicamente combinato. Esempi di tali monomeri vinilici sono a- metilstirene; viniltoluene; p-metilstirene: petilstirene; stireni alogenati nel nucleo, come 2,4-diclorostirene: acrilonitrile: metacrilonitrile; esteri di acidi carbossilici α,β-insaturi con alcoli contenenti da 1 a 8 atomi di carbonio, come esteri dell'acido acrilico e/o metacrilico: N-vinil composti, come vinilcarbazolo; anidridi come anidride maleica, ftalica:ecc.

Nel termine copolimeri dello stirene rientrano anche i copolimeri contenenti, oltre allo stirene ed eventualmente i comonomeri vinilici sopramenzionati, anche piccole quantità di monomeri contenenti due doppi legami di tipo vinilico come, ad esempio,divinilbenzene.

La produzione di articoli espansi in polimeri stirenici, ad esempio poiistirene, è ben nota nell’arte. Essa consiste essenzialmente dei seguenti stadi operativi:

• preparazione delle perle espandibili inglobanti un agente espandente che bolle ad una temperatura inferiore al punto di rammollimento del polimero:

• pre-espansione con vapore a 100-105'C:

• maturazione delle particelle pre-espanse a temperatura ambiente:

• almeno un ulteriore pre-espansione con vapore e successiva maturazione. Questa seconda fase di espansione/maturazione viene realizzata per raggiungere livelli di densità bassi, tipicamente tra 10 e 15 g/1itro;

• stampaggio finale con vapore. Per la produzione di blocchi e manufatti espansi a bassa densità. le particelle pre-espanse vengono disposte nella cavità di uno stampo che definisce la forma dell'articolo finito desiderato e. successivamente, riscaldate con vapore ad una temperatura superiore al punto di ebollizione dell'agente espandente e al punto di rammollimento del materiale polimerico. Durante questo riscaldamento, le particelle espandono e sinterizzano, a causa del limitato spazio disponibile, per formare un corpo avente la forma e le dimensioni della cavità dello stampo usato:

• raffreddamento dello stampo e dell'articolo stampato:

• estrazione dell'articolo dallo stampo e sua valutazione in termini di aspetto,grado di sinterizzazione, ecc.

Nei brevetti USA 5.110.524 e 5.114.640 si descrivono dei procedimenti per la produzione di articoli espansi in poìistirene che richiamano sostanzialmente gli stadi operativi sopramenzionati. In particolare, nei procediménti dell'arte nota si suggerisce di far maturare le perle tra una preespansione e l'altra per tempi compresi fra 1 e 80 ore, ad esempio 2-4 ore. mentre è noto che nella pratica industriale i tempi di maturazione sono compresi fra le 3 e le 24 ore.

Questi lunghi tempi di attesa sono stati considerati finora necessari ed indispensabili per la successiva fase di trasformazione. per consentire alle perle pre-espanse di assorbire aria in modo da renderle di nuovo idonee alle ulteriori fasi di pre-espansione o alla fase finale di espansione. Tuttavia, tempi di maturazione eccessivamente lunghi costituiscono un aggravio nella gestione del processo di produzione dell’articolo finito.

La Richiedente ha trovato ora. inaspettatamente, che si possono ottenere articoli in polimeri espansi a bassa densità.

analoghi a quelli che si possono ottenere con la tecnica nota, senza dover ricorrere a due distinte fasi di espansione ma utilizzando un singolo ciclo costituito da tre stadi descritti in seguito come stadi (b). (c) e (d).

Costituisce,pertanto, oggetto della presente invenzione un procedimento per la produzione di articoli polimerici espansi che comprende:

a) produrre particelle espandibili di polimeri stirenici contenenti incorporato dal 2 al 20% in peso di un agente espandente:

b) pre-espandere con vapore le particelle a 100-105'C per tempi compresi fra 30 e 300 secondi:

c) arrestare l'espansione alimentando un flusso d'aria a temperatura ambiente per tempi compresi fra 30 e 300 secondi:

d) alimentare nuovamente vapore a 100-105'C per tempi compresi tra 20 e 150 secondi;

el raffreddare rapidamente le particelle pre-espanse a temperatura ambiente e maturare le stesse, sempre a temperatura ambiente, per tempi compresi fra 1 e 48 ore: f) caricare le particelle pre-espanse e maturate in uno stampo e stampare l'articolo avente una densità compresa fra 10 e 20 g/litro.

Qualsiasi tecnica per produrre particelle espandibili di polimeri stirenici può essere usata nel procedimento oggetto della presente invenzione. Ad esempio, le particelle possono essere prodotte effettuando la polimerizzazione, preferibilmente in sospensione acquosa, del monomero stirenico. da solo o in miscela con uno o più monomeri etilenicamente insaturi con esso copolimerizzabili, in presenza di un agente espandente scelto fra gli idrocarburi alifatici aventi una temperatura di ebollizione inferiore a 95 C come, ad esempio, n-pentano, i-pentano, ciclopentano, esano, cicloesano, ecc. La polimerizzazione può essere condotta in presenza di almeno un iniziatore perossidico o per via termica secondo processi noti e convenzionali, ad esempio, quelli descritti nei brevetti inglesi 695.826, 715.100, 886.811, 908.089, 1.048.243 o nel brevetto USA 2.983.692.

Al termine della polimerizzazione le perle sono filtrate, lavate, centrifugate ed essicate con una corrente d'aria a temperatura ambiente ed hanno un contenuto di agente espandente compreso fra 2 e 20% o, preferibilmente, fra 3 e 10% in peso rispetto al polimero. Quindi, dopo vagliatura e separazione in frazioni omogenee, le perle subiscono un post-trattamento per migliorarne la processabilità in fase di stampaggio.

In particolare, le perle sono miscelate con un agente antistatico, ad esempio un copolimero a blocchi ossido di etilene/ossido di propilene con un contenuto di ossido di etilene compreso fra 10 e 5Q% in peso e peso molecolare medio compreso fra 1000 e 5000 e. successivamente, con un "coating" costituito da esteri o sali di acidi grassi quali, ad esempio. glicerii monostearato e stearato di zinco.

Concluso il processo di preparazione, le particelle polimeriche espandibili sono pronte per le successive fasi di trasformazione. Più in particolare, le particelle possone essere caricate in un pre-espansore e trattate con vapore ad alta temperatura per breve tempo, ad esempio per tempi compresi fra 30 e 300 secondi, preferibilmente fra 120 e 240 secondi.

Terminata la prima fase della pre-espansione. il procedimento oggetto della presente invenzione prevede di arrestare l'alimentazione di vapore ed un rapido raffreddamento delle perle parzialmente pre-espanse effettuato con aria a temperatura ambiente. Questa fase di raffreddamento, che continua per tempi compresi tra i 30 e 300 secondi, avviene sotto agitazione all’interno del pre-espansore stesso. Il materiale cosi raffreddato viene nuovamente esposto ad un flusso di vapore per tempi compresi fra 20 e 150 secondi.

Le particelle vengono quindi scaricate dall'apparecchiatura, opzionalmente asciugate in un normale letto fluido e convogliate in un silo dove sono lasciate maturare in condizioni statiche a temperatura ambiente.

Al termine della maturazione le particelle sono pronte per essere usate nella preparazione di articoli espansi con densità compresa fra 10 e 20 g/litro. La trasformazione delle particelle polimeriche espandibili in articoli finiti espansi a bassa densità è realizzata con tecniche ben note agli esperti del ramo ed ampiamente descritte in letteratura come, ad esempio, in "Rigid PIastic Foams” di T. N. Ferrigno. Reinhold Publishing Corp. New York,USA (1963).

Allo scopo di meglio comprendere la presente invenzione e per mettere in pratica la stessa di seguito vengono riportati alcuni esempi applicativi e non limitativi.

ESEMPIO 1

Perle di polistirolo espandibile di diametro medio compreso fra 0,7 e 0,9 mm e contenenti il 43⁄4 in peso di pentano come agente di espansione, disponibili sul mercato con il nome commerciale EXTIR E3000AE. sono state caricate in un preespansore discontinuo dalla capacità di 2 litri e messe in contatto con vapore a 100’C sotto agitazione per 3 minuti. Il flusso di vapore è stato, quindi, interotto. e nel preespansore è stata immessa aria per 3 minuti. Quindi è stato immesso nuovamente vapore per un altro minuto.

Il materiale è stato scaricato dall'apparecchiatura e lasciato asciugare per 24 ore, al termine delle quali mostrava una densità apparente di 17 g/litro. Sono stati quindi stampati piccoli manufatti della densità di 17 g/litro a circa 25 ore dall’inizio della lavorazione.

Su un secondo campione di EXTIR E3G00AE è stata fatta una prova di confronto con tecnologia tradizionale. Le perle sono stae caricate nel pre-espansore e messe in contatto con vapore a 100<’>C per 3 minuti. Dopodiché, le perle sono state scaricate e fatte maturare per 24 ore.

Per eseguire la seconda espansione, il materiale è stato reintrodotto nel pre-espansore e messo a contatto con vapore per un minuto. Nuovamente scaricato dal pre-espansore, il materiale è stato asciugato e maturato per 24 ore. Al termine presentava una densità di 16 g/litro.

ESEMPIO 2

Perle di polistirolo espandibile di diametro medio compreso fra 0,9 e 1,4 mm e contenenti 4% in peso di pentano come agente di espansione, disponibili sul mercato con il nome commerciale di EXTIR E5000AE sono state trattate secondo le modalità della procedimento oggetto della presente invenzione.

I tempi utilizzati sono stati:

3 minuti di vapore a 100<‘>C;

5 minuti d’aria a temperatura ambiente:

1 minuto di vapore a 100<‘>C

La densità misurata dopo la consueta maturazione di 24 ore è risultata essere di 14 g/litro. Nel giro di 25 ore sono stati preparati manufatti stampati di 14 g/litro di densità.

Le perle di EXTIR E5000AE trattate come nel confronto descritto nell’esempio 1 hanno dato una densità di 12 g/litro. fSEMPU?3

Perle di polistirolo espandibile di diametro medio compreso fra 1.5 e 2,4 mm e contenenti. 4Z in peso di pentano come agente di espansione, disponibili sul mercato con il nome commerciale EXTIR E7000AE. sono state pre-espanse con vapore secondo le modalità sopra descritte.

I tempi utilizzati sono stati:

3 minuti di vapore a 100<'>C;

5 minuti d'aria a temperatura ambiente;

1 minuto di vapore a 100’C

La densità misurata dopo la consueta maturazione di 24 ore è stata di 14 g/litro.

Perle di polistirolo espandibi1edi diametro compreso fra 0,4 e 0,7 mm e contenenti 4% in peso di pentano come agente di espansione, disponibili sul mercato con il nome commerciale di EXTIR EH 2000 sono state pre-espanse secondo le modalità della procedimento oggetto della presente invenzione. I tempi uti1izzati sono stati:

3 minuti di vapore a 100’C;

1 minuti d’aria a temperatura ambiente:

1 minuto di vapore a 100<’>C

La densità misurata dopo la consueta maturazione di 24 ore è risultata essere di 18,7 g/litro

Un secondo campione dello stesso materiale, a titolo di confronto, è stato espanso tradizionalmente, senza fase intermedia di raffreddamente ed impiegando lo stesso quantitativo di vapore (4 minuti di vapore), la densità ottenuta, dopo maturazione di 24 ore, è risultata di 23 g/litro.

Il procedimento oggetto della presente invenzione si rivela quindi vantaggioso rispetto ad entrambe le tecniche di espansione note: per migliorare la densità rispetto alla prima espansione e per ridurre il tempo di lavorazione, ed eliminare la maturazione intermedia, rispetto ai procedimenti con doppia espansione.

Claims (2)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la produzione di articoli polimerici espansi che comprende: a) produrre particelle espandibili di polimeri stirenici contenenti incorporato dal 2 al 203⁄4 in peso di un agente espandente: b) pre-espandere con vapore le particelle a 100-105<*>C per tempi compresi fra 30 e 300 secondi: c) arrestare l’espansione alimentando un flusso d’aria a temperatura ambiente per tempi compresi fra 30 e 300 secondi: d) alimentare nuovamente vapore a 100-105<’>C per tempi compresi tra 20 e 150 secondi: e) raffreddare rapidamente le particelle pre-espanse a temperatura ambiente e maturare le stesse, sempre a temperatura ambiente,per tempi compresi fra 1 e 48 ore; f) caricare le particelle pre-espanse e maturate in uno stampo e stampare l'articolo avente una densità compresa fra 10 e 20 g/ l itro.
2. 2) Procedimento secondo la rivendicazione 1. in cui gli stadi operativi (b), (c) e Cd) avvengono all’interno del preespansore.