ES2344211T3 - Espumas en particulas de polimero de estireno con termoconductividad reducida. - Google Patents

Espumas en particulas de polimero de estireno con termoconductividad reducida. Download PDF

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Abstract

Espuma en partículas de polímero de estireno con una densidad en el intervalo de 7 a 20 g/l y una termoconductividad λ, determinada a 10ºC según DIN 52612, en el intervalo de 27 a 31 mW/m*K, caracterizada porque contiene un 0,5 a un 5% en peso de grafito.

Description

Espumas en partículas de polímero de estireno con termoconductividad reducida.
La presente invención se refiere a espumas en partículas de polímero de estireno con una densidad de 7 a 20 g/l, que presentan una termoconductividad \lambda, determinada a 10ºC según DIN 52612, en el intervalo de 27 a 31 mW/m*K, y contienen un 0,5 a un 5% en peso de grafito, así como a procedimientos para su obtención.
Espumas en partículas de poliestireno son conocidas desde hace mucho tiempo, y han dado buen resultado en muchos campos. La obtención de tales espumas se efectúa mediante espumado de partículas de estireno impregnadas con agentes propulsores y la subsiguiente soldadura de partículas de espuma obtenidas de este modo para dar cuerpos moldeados. Un campo de empleo esencial es el aislamiento térmico en construcción.
Las placas de espuma empleadas para el aislamiento térmico, constituidas por espuma en partículas de poliestireno, tienen casi siempre densidades de aproximadamente 30 g/l, ya que con estas densidades la termoconductividad de la espuma en partículas de poliestireno presenta un mínimo. Por motivos de ahorro de materiales sería deseable emplear placas de espuma con densidades más reducidas, en especial < 15 g/l, para el aislamiento térmico. No obstante, tales placas de espuma con densidad más reducida presentan una capacidad de aislamiento térmico drásticamente reducida, de modo que no cumplen los requisitos de la clase de termoconductividad 035 (DIN 18 164, parte 1).
Para la reducción de la termoconductividad de espumas de poliestireno, se añadió a las mismas materiales atérmicos de diversas maneras, como hollín (EP-A 372 343, EP-A 620 246), grafito (EP-A 981 574 y EP-A 981 575) o hojillas de aluminio (WO 00/043442). En este caso, según tipo y elaboración se requieren cantidades elevadas de materiales atérmicos, que pueden conducir a problemas en la incorporación homogénea debido a la acción nucleante. Por lo demás, se puede influir negativamente sobre las propiedades mecánicas de las espumas obtenidas de este modo y su comportamiento ignífugo.
Mediante el tipo y cantidad de gas celular se influye sobre la conductividad térmica de espumas de poliestireno. Por motivos medioambientales se substituyeron agentes propulsores halogenados por agentes propulsores constituidos por hidrocarburos. Ya que estos últimos se difunden de la espuma generalmente en un intervalo de tiempo breve tras el espumado de poliestirenos expandibles (EPS), la termoconductividad medida directamente tras el espumado aumenta de nuevo con el almacenaje.
Por lo tanto, era tarea de la presente invención poner remedio a los citados inconvenientes y poner a disposición espumas en partículas de polímero de estireno con termoconductividad mejorada, que presentaran buenas propiedades mecánicas, y en especial buenas propiedades ignífugas. Por lo demás se encontrará un procedimiento para la obtención de polímeros de estireno que contienen agentes propulsores, expandibles (EPS), que se pueden espumar y sinterizar para dar las espumas en partículas de polímero de estireno con termoconductividad mejorada.
Por consiguiente se encontraron las espumas en partículas de polímero de estireno citadas anteriormente.
Las espumas en partículas de polímero de estireno, también con densidades en el intervalo de 7 a 20 g/l, preferentemente en el intervalo de 10 a 16 g/l, presentan una termoconductividad \lambda, determinada a 10ºC según DIN 52612, en el intervalo de 27 a 31, de modo especialmente preferente en el intervalo de 28 a 30 mW/m*K.
Las espumas en partículas de polímero de estireno presentan preferentemente 2 a 15 células/mm.
Por regla general, también se alcanzan las bajas termoconductividades si el agente propulsor está difundido esencialmente a partir de las células, es decir, las células están cargadas con un gas que está constituido al menos en un 90% en volumen, preferentemente en un 95 a un 99% en volumen, por un gas inorgánico, en especial aire.
Las espumas en partículas de polímero de estireno contienen preferentemente un compuesto de bromo orgánico con un contenido en bromo de al menos un 70% en peso. De este modo son obtenibles espumas en partículas de polímero de estireno autoextinguibles, que cumplen el ensayo de extinción B2 según DIN 4102.
Las espumas en partículas de polímero de estireno según la invención son obtenibles mediante espumado previo y sinterizado de los correspondientes polímeros de estireno expandibles (EPS).
Se entiende por polímeros de estireno expandibles (EPS) polímeros de estireno que contienen agentes propulsores.
Los polímeros de estireno expandibles según la invención contienen como matriz de polímero en especial homopoliestireno o copolímeros de estireno con hasta un 20% en peso, referido al peso de los polímeros, de comonómeros con insaturación etilénica, en especial alquilestirenos, divinilbenceno, acrilonitrilo o \alpha-metilestireno. También son posibles mezclas de poliestireno y otros polímeros, en especial con caucho y polifenilenéter.
Los polímeros de estireno pueden contener los agentes auxiliares y aditivos habituales y conocidos, por ejemplo agentes ignífugos, agentes de germinación, estabilizadores UV, transmisores de cadenas, agentes propulsores, plastificantes, pigmentos y antioxidantes.
Las partículas expandibles se revisten con los agentes de revestimiento habituales y conocidos, a modo de ejemplo estearatos metálicos, ésteres de glicerina y silicatos finamente divididos.
El tamaño de partícula de EPS se sitúa preferentemente en el intervalo de 0,2 - 2 mm.
La cantidad de partículas atérmicas empleadas se ajusta a su tipo y acción. Las espumas en partículas de polímero de estireno contienen un 0,5 a un 5% en peso, de modo especialmente preferente de un 1 a un 4% en peso de grafito como partículas atérmicas. Como partículas atérmicas se emplea preferentemente grafito con un tamaño medio de partícula en el intervalo de 1 a 50 \mum.
El grafito empleado tiene preferentemente un tamaño medio de partícula de 1 a 50 \mum, en especial de 2,5 a 12 \mum, un peso aparente de 100 a 500 g/l y una superficie específica de 5 a 20 m^{2}/g. Se puede emplear grafito natural o grafito sintético molturado. Las partículas de grafito están contenidas en el polímero de estireno en cantidades de un 0,1 a un 5% en peso.
Un problema en el caso de empleo de partículas de grafito consiste en la fácil combustibilidad de espumas en partículas de poliestireno que contienen partículas de grafito. Para pasar los ensayos de extinción (B1 y B2 según DIN 4102) necesarios para el empleo en construcción, en una forma preferente de ejecución de la invención se añaden a los polímeros de estireno expandibles agentes ignífugos, en especial aquellos a base de compuestos de bromo orgánicos con un contenido en bromo de al menos un 70% en peso. La adición de compuesto de bromo (sin sinergista) se efectuará en una cantidad de más de un 3% en peso, referido al peso de polímeros de estireno expan-
dibles.
Sorprendentemente, esta cantidad de agentes ignífugos no conduce a ningún tipo de reducción de los valores característicos mecánicos de los polímeros de estireno expandibles.
En especial son apropiados compuestos de bromo alifáticos, cicloalifáticos y aromáticos, como hexabromociclododecano, pentabromomonoclorociclohexano, pentabromofenilaliléter.
La acción de agentes ignífugos bromados se mejora considerablemente mediante adición de compuestos orgánicos C-C- u O-O-lábiles. Son ejemplos de sinergistas ignífugos apropiados dicumilo y peróxido de dicumilo. Una combinación preferente está constituida por un 0,6 a un 5% en peso de compuesto de bromo orgánico y un 0,1 a un 1,0% en peso de compuesto orgánico C-C- u O-O-lábil.
La obtención de polímeros de estireno expandibles según la invención (EPS) se puede efectuar según diversos procedimientos.
En una forma de ejecución se mezclan las partículas de grafito y un agente tensioactivo no iónico con una fusión de polímero de estireno, preferentemente en una extrusora. En este caso se añade con dosificación simultáneamente el agente propulsor a la fusión. Se puede incorporar las partículas de grafito también en una fusión de polímero de estireno que contiene agentes propulsores, empleándose convenientemente fracciones marginales tamizadas de un espectro de perla de perlas de poliestireno que contienen agente propulsor producidas en una polimerización en suspensión. La fusión de poliestireno que contiene agentes propulsores y partículas de grafito se exprime y se desmenuza para dar granulado que contiene agentes propulsores. Ya que las partículas de grafito pueden ejercer un fuerte efecto de nucleación, tras el secado bajo presión se enfriará rápidamente para evitar un espumado. Por lo tanto se lleva a cabo convenientemente un granulado sumergido bajo presión en un sistema cerrado.
También es posible añadir el agente propulsor a los polímeros de estireno que contienen las partículas de grafito en un paso de procedimiento aislado. En este caso se impregnan los granulados con el agente propulsor, preferentemente en suspensión acuosa.
En los tres casos se puede añadir directamente las partículas de grafito finamente divididas y el agente tensioactivo no iónico a una fusión de poliestireno. No obstante, también se puede añadir las partículas atérmicas a la fusión en forma de un concentrado en poliestireno. No obstante, preferentemente se introduce granulado de poliestireno y partículas de grafito conjuntamente en una extrusora, se funde el poliestireno y se mezcla con las partículas
atérmicas.
En principio, también es posible incorporar las partículas de grafito y un agente tensioactivo no iónico en la polimerización en suspensión, en tanto sean suficientemente inertes frente al agua empleada por regla general como medio de suspensión. En este caso se pueden añadir al estireno monómero antes de la suspensión, o añadir a la carga de reacción en el transcurso, preferentemente durante la primera mitad del ciclo de polimerización. El agente propulsor se añade preferentemente en el transcurso de la polimerización, pero también se puede incorporar después al polímero de estireno. En este caso se ha mostrado que para la estabilidad de la suspensión es conveniente si al comienzo de la polimerización en suspensión se dispone una disolución de poliestireno (o bien un correspondiente copolímero de estireno) en estireno (o bien la mezcla de estireno con comonómeros). En este caso se parte preferentemente de una disolución del 0,5 al 30, en especial del 5 al 20% en peso de poliestireno en estireno. En este caso se puede disolver poliestireno fresco en monómeros, pero convenientemente se emplean las denominadas fracciones marginales, que se separan por tamizado como perlas demasiado grandes o demasiado reducidas en la separación del espectro de perlas producido en la obtención de poliestireno expandible. En la práctica, tales fracciones marginales no utilizables tienen diámetros mayores que 2,0 mm, o bien menores que 0,2 mm. También se pueden emplear reciclado de poliestireno y reciclado de poliestireno espumado. Otra posibilidad consiste en polimerizar previamente estireno en substancia hasta una conversión de un 0,5 a un 70%, y suspender y polimerizar el polímero previo junto con las partículas atérmicas en la fase acuosa.
El agente propulsor se añade en las cantidades habituales de aproximadamente un 3 - 10% en peso, referido al peso de polímeros. Como agentes propulsores se emplean habitualmente hidrocarburos alifáticos con 3 a 10, preferentemente 4 a 6 átomos de carbono.
De modo especialmente preferente, los polímeros de estireno expandibles (EPS) se obtienen mediante polimerización de estireno, y en caso dado monómeros copolimerizables en suspensión acuosa e impregnado con un agente propulsor, llevándose a cabo la polimerización en presencia de un 0,1 a un 5% en peso de partículas de grafito, referido al polímero de estireno, y un agente tensioactivo no iónico.
Como agente tensioactivo no iónico son apropiados copolímeros, a modo de ejemplo, copolímeros de anhídrido de ácido maleico (MSA), por ejemplo constituidos por anhídrido de ácido maleico y 1-olefina con 20 a 24 átomos de carbono, anhídridos de ácido poliisobutilen-succínico (PIBSA) o sus productos de reacción con hidroxi-polietilenglicol-éster, dietilaminoetanol o aminas, como tridecilamina, octilamina o polieteramina, tetraetilenpentaamina, o mezclas de las mismas. Los pesos moleculares del agente tensioactivo no iónico se sitúan preferentemente en el intervalo de 500 a 3000 g/mol. Generalmente se emplean en cantidades en el intervalo de un 0,01 a un 2% en peso, preferentemente un 0,01 a un 1% en peso, referido a polímero de estireno.
Los polímeros de estireno expandibles que contienen partículas de grafito pueden conducir a espumas de poliestireno con densidades de 7 - 20 g/l, preferentemente de 10 - 15 g/l.
A tal efecto se espuman previamente las partículas expandibles. Esto se efectúa casi siempre mediante calentamiento de partículas con vapor de agua en los denominados espumadores previos.
Las partículas espumadas previamente de este modo se sueldan a continuación para dar cuerpos moldeados. A tal efecto se introducen las partículas espumadas previamente en moldes no herméticos a gases, y se cargan con vapor de agua. Tras enfriamiento se pueden extraer las piezas moldeadas.
Las espumas obtenidas a partir de los polímeros de estireno expandibles según la invención se distinguen por un extraordinario aislamiento térmico. Este efecto se evidencia especialmente en el caso de densidades reducidas.
Mediante la posibilidad de reducir claramente la densidad de espumas en partículas de polímero de estireno, con conductividad térmica constante, se pueden realizar ahorros de materiales. Ya que en comparación con polímeros de estireno expandibles convencionales se puede conseguir el mismo aislamiento térmico con densidades aparentes esencialmente más reducidas, con las partículas de poliestireno expandibles obtenidas según la invención se pueden emplear placas de espuma más delgadas, lo que posibilita un ahorro de espacio.
Sorprendentemente, los polímeros de estireno expandibles según la invención se pueden elaborar sin ningún problema para dar espumas de densidad reducida.
Las espumas según la invención se pueden emplear para el aislamiento térmico de edificios y partes de edificios, para el aislamiento térmico de máquinas y aparatos domésticos, así como a modo de materiales de envasado.
La invención se explicará más detalladamente en los siguientes ejemplos. Las citadas partes y los porcentajes se refieren al peso.
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Ejemplos Substancias de empleo
grafito pulverulento con un tamaño medio de partícula de 4 - 5 \mum (Grafitwerk Kropfmühl AG, UF 298),
agente tensioactivo no iónico: producto de reacción equimolar de copolímero de anhídrido de ácido maleico-1-olefina con 20 a 24 átomos de carbono (MSA) con tridecilamina (TDA),
agente tensioactivo aniónico: emulsionante K30 (alcanosulfonato sódico, disolución al 1% en agua, Bayer AG),
dicetilperoxodicarbonato (Perkadox® 24 de Akzo-Nobel).
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Ejemplos 1 y 2
En 14,20 kg de estireno se disolvieron 156,2 g de hexabromociclododecano (HBCD), 2,13 kg de fracción marginal de EPS (poliestireno), y se suspendieron de manera homogénea 568 g de grafito pulverulento (4% en peso, referido a la cantidad de estireno), bajo mezclado de 80,9 g de peróxido de dicumilo, 14,2 g de peroxi-2-etilhexanoato de terc-butilo, 14,2 g de dicetilperoxodicarbonato y 14,2 g de agente tensioactivo no iónico (MSA + TDA). La fase orgánica se introdujo en una caldera de agitación de 50 l resistente a presión en 24,68 l de agua completamente desalinizada y 2,945 kg de precipitación de sulfato de magnesio/pirofosfato sódico. La mezcla de reacción se calentó a 95ºC bajo agitación en el intervalo de 1,5 horas. A continuación se calentó a 130ºC en el intervalo de 4,0 horas, añadiéndose 322,1 g de emulsionante K30 (al 1%) 115 min después de alcanzar 80ºC, 1,06 kg de pentano 190 min después de alcanzar 80ºC durante un tiempo de 30 min, y 156,2 de Armostat al 2% 225 min después de alcanzar 80ºC. Finalmente se polimerizó 2 horas a 130ºC.
Las perlas obtenidas se separaron de la fase acuosa, se secaron mediante aire caliente, y se tamizaron a 1,0-2,0 mm. Por medio de vapor de agua se espumaron previamente las perlas, y a continuación se soldaron para dar piezas moldeadas con densidades entre 10 y 20 g/l, y se almacenaron hasta constancia de peso. Los índices de conductividad térmica (WLF) determinados según DIN 52612 (método de Poensgen) a 10ºC se reúnen en la tabla 1.
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Ensayos comparativos V1 y V2
Los ejemplos 1 y 2 se repitieron sin adición de agente tensioactivo no iónico.
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TABLA 1
1

Claims (10)

1. Espuma en partículas de polímero de estireno con una densidad en el intervalo de 7 a 20 g/l y una termoconductividad \lambda, determinada a 10ºC según DIN 52612, en el intervalo de 27 a 31 mW/m*K, caracterizada porque contiene un 0,5 a un 5% en peso de grafito.
2. Espuma en partículas de polímero de estireno según la reivindicación 1, caracterizado porque la espuma en partículas de polímero de estireno presenta 2 a 15 células/mm.
3. Espuma en partículas de polímero de estireno según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque las células están cargadas con un gas que está constituido al menos en un 90% en volumen por un gas inorgánico.
4. Espuma en partículas de polímero de estireno según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque contiene un 1 a un 4% de grafito con un tamaño medio de partícula en el intervalo de 1 a 50 \mum.
5. Espuma en partículas de polímero de estireno según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque contiene un compuesto de bromo orgánico con un contenido en bromo de al menos un 70% en peso, y cumple el ensayo de extinción B2 según DIN 4102.
6. Procedimiento para la obtención de polímeros de estireno expandibles (EPS) mediante polimerización de estireno, y en caso dado monómeros copolimerizables en suspensión acuosa, e impregnado con un agente propulsor, caracterizado porque la polimerización se lleva a cabo en presencia de un 0,1 a un 5% en peso de partículas de grafito, referido al polímero de estireno, y un agente tensioactivo no iónico.
7. Procedimiento para la obtención de polímeros de estireno expandibles (EPS) mediante extrusión y granulado sumergido de una fusión de polímero de estireno que contiene agente propulsor, caracterizado porque en la fusión de polímero de estireno se introduce con mezclado un 0,1 a un 5% en peso, referido al polímero de estireno, de partículas de grafito y un agente tensioactivo no iónico.
8. Procedimiento según la reivindicación 6 o 7, caracterizado porque como agente tensioactivo no iónico se emplea un copolímero de anhídrido de ácido maleico (MSA), anhídrido de ácido de poliisobutileno (PIBSA), o sus productos de reacción con hidroxi-polietilenglicolésteres o aminas en cantidades en el intervalo de un 0,01 a un 2% en peso, referido al polímero de estireno.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque el peso molecular del agente tensioactivo no iónico se sitúa en el intervalo de 500 a 3000 g/mol.
10. Polímero de estireno expandible (EPS), obtenible conforme al procedimiento según las reivindicaciones 6 a 9.
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