ОКРАШЕННАЯ ВСПЕНИВАЮЩАЯСЯ ПОЛИСТИРОЛЬНАЯ СМОЛА, ИМЕЮЩАЯ ВЫСОКУЮ ПРОЧНОСТЬ, СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ И ВСПЕНИВАЮЩИЙСЯ ФОРМОВАННЫЙ ПРОДУКТ, ПОЛУЧЕННЫЙ С ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕМ Российский патент 2007 года по МПК C08F12/18 C08F2/18 C08J9/04 

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.

Таблица 1НомерТип красителяКоличество добавленного красителя (массовых частей)Количество добавленных наночастиц карбоната кальция (массовых частей)Степень окрашиванияПрочность на сжатие (кгс/см²)Прочность на изгиб (кгс/см²)Пример 1Красный цвет34o2,14,5Пример 2Синий цвет34o2,14,6Пример 3Черный цвет34o2,24,4Пример 4Красный цвет32o1.63,5Пример 5Красный цвет54o2,04,5Сравнительный пример 1Не применялся04x2,14,3Сравнительный пример 2Красный цвет0,14Δ2,14,2Сравнительный пример 3Красный цвет124Неудачная полимеризацияСравнительный пример 4Красный цвет30,2o0,92,2Сравнительный пример 5Красный цвет36Неудачная полимеризацияСравнительный пример 6Не применялся0Не применялсяx0,92,1

[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.

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.

1. Окрашенная вспенивающаяся полистирольная смола, имеющая высокую прочность, содержащая

a) 100 мас.ч. стирольного мономера;

b) от 0,5 до 5 мас.ч. наночастиц карбоната кальция; и

c) от 0,5 до 10 мас.ч. красителя.