Способ получения изделий из пенопластов

ОПИСАН И ЕИЭОЬЕЕтЕНИяК ПАТЕ НТУ Р 1 470967 Союз Советских Социалистических Республик61) Зависимый от патента -1) М. Кл. С 081 47/08 В 29 с 27,/0022) Заявлено 19,04.67 (2) 1150012/23-5 32) Приоритет 28,04.66 (31) В 86847 33) ФРГОпубликовано 15,05.75. Бюллетень18 Государственный комите Совета Министров СССР по делаы изобретений 53) УД 1 678.742;62-405,,8 (088.8) и открытии та опубликования описания 28,08.7 72) Авторы изобретения Иностранцы Рудольф Гэт, Ханс(ФРГ) Иностранная фирма е Анилин- унд Содафа(ФРГ) Геор ритц Састи ма Заявитель с Ба ик 4) СПОСОБ ПОЛУЧЕН л полимеров ол дпочтительно 5 Изобретение относится к получению изделий из пенопластов на основе термопластичных полимеров.Известен способ получения изделий из ,.енопластов путем нагревания предварительно пспепенных гранул полистирола в форме.Однако получить этим способом изделия с хорошими свойствами из олефиновых поличеров не удается.Для получения формованных изделий с высокой эластичностью незначительной деформацией при сжатии и равномерной пористостью в качестве исходных гранул используют граюлы полимеров олефинов с 2 - 3 атомами углерода, которые предварительно подвергактг облучению дозой 2,5 - 60 .Чрад, с последующим сжатием в форме на 5 - 70% от их первоначального объема до, во время или после нагревания.В качестве полимеров олефинов с 2 - 3 атомами углерода применяют гомополимеры этилена или пропилепа или сополимеры этих мономеров.Также применяют сополимеры этилена с 5 - 30 вес. 7 о эфиров акриловой или метакриловых кислот со спиртами с 2 - б, особенно с 2 - 4 атомами углерода.Диаметр вспененных грану ефинов равен 3 - 40 мм, пре25 мм. ЗДЕЛИЙ ИЗ ПЕНОПЛАСТО Вспененные гра пулы получают обычнымспособом, Например путем смешения полимеров олефпов с вспенивающпм агентом вэкструдере и выдавливания смеси через безштифтовую форсунку, причем получаемыйжгут, содержащий вспениваюгций агент, непосредственно после выхода из форсункп измельчают.Полученные по предлагаемому способу всп 10 ненные гранулы состоят из полимеров олефпнов, часть молекул которых имеет сетча гуюструктуру. Эта часть молекул составля"т 10 -88 вес. %, предпочтптельо 30 - 80 вес. ,5 наполимер,15 Определяют весовое содержание молекулсетчатой структуры по отношению к весу всехмолекул полимера олефина путем растворенияполимера в ао растворителе, в когором растворяется полимер, не содержащий молекул20 сетчатой структуры (для сополпмеров этилена таким растворителем яьляется толуол). Тачасть полимера в вес. %, которая остается нсрастворпчой в растворителе при температуревыше температуры плавления и будет содер 25 жать молекулы сетчатой структуры,Вспененные грапулы пз полимеров олефинов, содержаниях молекулы, пчеющие сетчатую структуру, получают путем обработкивспененных гранул с замкнутыми ячейками30 лучами высокой энергии, например рентгеновскими 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 могут 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 способу 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 первоп 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, если гранулы 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 в 1 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. 5 1 О 15 20 25 33 35 40 45 50 55 60 65 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 вы. водить 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 формы.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 те;лпературы, 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 веМожно 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 по греблеп: для обивки, упаковки, термической и акустической изоляции в строительстве, для изготовления поплавков и игрушекП р и м е р 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 составляет 84%. Эти гранулы помещают в перфорированную металлическую форму, которая закрывается и одна степка которой подвижна, и сжимают приблизительно до 50% первоначального объема. Закры гую форму погружают на 10 мин в воду, нагретую до 95 С. Получают сплошной, однородный, оченьупругий 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, % полиизобутилена с мол. весом 150000, то получают при подобных условиях облучения и переработки особенно упругий пенопласт с мелкими ячейками.П р и м е р 2. Сополимер, состоящий из 80 вес. /о этилена и 20 вес, % вцнилацетата 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/о от первоначального объема и в таком состоянии охлаждают.Получают сплошной, частично воздухопронццаемый пенопласт с очень хорошими механическими и эластичными свойствами, который пригоден, например как смягчающий удары материал для упаковки или как изолиру 1 ощий материал.Если гранулы сжимают только на 5% от первоначального объема, то получают изделие, в котором гранулы спеклись на относительно небольшой плогцади их поверхности.П р и м е р 3. Вспененные предварительно гранулы, полученные из сополимера, состоящего из 75 вес, % этилена и 25 вес. /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. %. Обработанные таким образом гранулы помещают в металлическую форму, имеющую отверстия, через которые в форму поступает пар в течение 2 мин под давлением 0,5 ати. Затем вспененные гранулы сжимают на 50% от первоначального объема и в таком виде охлаждают в течение5 мин при комнатной температуре, Получают сплошное, упругое, однородное изделие из пенопласта с объемным весом 42 г/л.П р и м е р 4. Предварительно вспененные гранулы из смеси, состоящей из 60 вес. о/, полипропилена и 40 вес. % полиизобутилена с молекулярным весом 150000, диаметром 5 - 8 мм, насыпной вес которых составляет 13,9 г/л подвергают облучению электронами дозой 40 Мрад. После этого стенки ячеек гранул со 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 65 стоят из полимера, у которого часть молекул с сетчатой структурой составляет 52 вес. о/о.Гранулы помещают в перфорированную меаллцческую форху, В котору 10 вложена ткань из политетрафторэтилена и оставляют в ней в течение 120 мцн при 150 С, создаваемой горячим воздухом.Затем гранулы спрессовывают таким образом, что объем их уменьшается на 40% 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.П р и м е р 5, Предварительно вспененные гранулы с замкнутыми ячейками цз полиэтилена (удельный вес 0,928, индекс расплава 0,1 - 0,3) размером 5 - 10 мм, имеющие насыпной вес 17,2 г/л ц состоящие из полимера, у которого 50 о 1 оо молекул имеют сетчатую структуру, помещают в металлическую форму с отверстиями, выложенную перфорированными, изготовленными цз политетрафторэтилена плитами, ц выдерживают в течение 10 мин прц 125 С, создаваемой горячим воздухом. Затем гранулы спрессовывают до половины первоначального насыпного объема,Получают пенопласт с объемным весом 34,4 г/л с типичными для эластичного пенопласта свойствами, а именно - высокой сжцмаемостью, хорошей упругостью ц высокоц эластичностью отскока.Этот пенопласт может быть применен для изоляции, уплотнения, например для изготовления поплавков, прокладок, материалов для обивки, как цзоляццонньш материал в холодильной технике и строительстве.П р ц м е р 6. Металлическую форму, состоящую из шести перфорированных ограничительных поверхностей, размером 60 р,60 К Р,30 см, наполняют вспененными гранулами диаметром в среднем 8 - 15 мм и насыпным весом 17 г/л.Гранулы получают цз следующей смеси: 78 вес. % сополцмера, состояшего из 77,2 вес. 5 этилена и 22,8 /о трет. бутцлового эфира акриловой кислоты; 19 вес. % полиизобутцлена с мол. весом 150000 ц 3 вес, /о талька.Молекулы сетчатой структуры составляют 85 оо от всех молекул полимера, образующего гранулы.В форме верхние и гц 1 жние 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 мцн во внутреннее пространство формы через верхнюю плиту вводят воду, нагретую до 92 С. Вода, после того как она смочит гранулы, выходит через бокоИзделие, полученное по примеру 86 Г 1 оказатели 1, 16 0,16 8,8 Разрывное удлинение, о,Изд Ля 1477 Заказ 1979116 Типография, пр. Сапунова, 2 вые стенки в фундаментальную плиту формы.Затем верхшою и фундаментальную плитыдвигают равномерно к центру помещения формы так, что гранулы сжимаются и занимаютобъем 60 К 60(30 см. Через 5 мин форму открывают. Получают изделие пз пенопластас объемным весом 33 кг,м. Зто изделие распиливают с помощью ленточной пилы напластины толщиной 3 см. Получают пластины, отличающиеся хорошей упругостью и высокой эластичностью отскока. Их можно применять в качестве задерживающего удары материала в упаковках, изоляторах, а также дляизготовления спасательных жилетов.П р и м е р 7 (для сравнения). В этом примере сравнивают пенопласт а, полученный попредлагаемому способу, с пенопластом б, полученным па основе вспененных гранул тогоже полимера олефина, но не содеркащего молекул сетчатой структуры.а) Предварительно вспененные гранулы изполиэтилена, имеющего плотность 0,915 г/сми индекс расплава 1,2 облучают электронными лу ами дозой 60 Мрад так, что молекулыс сетчатой структурой составляют 75 вес, %от всех молекул полимера, из которого состоятгранулы,Подвергнутые вспениванию гранулы имеютнасыпной вес 12 г/л и диаметр 20 мм. Зтимигранулами заполняют алюминиевую форму сразмерами внутреннего пространства 20 К 20,"Р,10 см. На массу гранул кладут алюминиевую плиту так, что форма остается газопрониемой. Форму выдерживают два часа в термостате при 125 С. По истечении этого временигранулы сжимают в форме на 50% от первоначального объема. Затем полученное изделие из пенопласта охлаждают. Получают изделие, в котором гранулы хорошо спеклись другс другом и образуют единую поверхность. Пенопласт является гиоким и имеет тсптопроводность 0,033 ккал/м ч С при 0 С и объемный вес приблизительно 24 г/л.б) Подвергнутыми вспениваппю грапулампиз полиэтилена, имеющего плотность 0,917 г/см"и индекс расплава 1,2, заполпя 1 от алюминиевую форму. Внутреннее пространство формыимеет размеры 20 К 20(10 см. Диаметр гранулполиэтилена составляет 20 мм, насыпной вес12 г/л.Стенки ячеек гранул состоят из полимера,не содеркащсго молекулы сетчатой структуры.На форму с гранулами кладут алюминиевую плиту, выдерживают форму в течение2 ч при 125 С в термостате. После нагревагранулы больше нельзя спрессовывать, таккак они сильно сжимаются. Получают изделие толщиной 6 мм. Зто 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 е р 8 (для сравнения) . В данномпримере сравнивают пенопласт а), получен ный по предлагаемому способу, с пенопластомб, полученным на основе вспененных гранул того же полимера, 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 внезакрывающейся герметически форме. По истечении двух часов гранулы сжимают на 50% от первоначального объема, Получаю .- гомогенное формованное изделие из пенопла ста, в котором отдельные гранулы прочно сое.динены 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, чтогранулы после нагревания не сжимают. Получают изделие, в котором отдельные гранулы только в местах соприкосновения соединены друг с другом, Форма гранул почти не изме- ЗО пяется при нагревании. Диаметр гранул после нагревания также составляет 18 мм. Прочность при растяжении и разрывное удлинение полученного изделия приведены в таблице,40Прочность при растяжении,кг смПредмет изобретения Способ получения изделий из пенопластовна основе термопластичных полимеров путем нагревания предварительно вспененных гранул полимера в форме, отличающийся тем, чго, с целью получения 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 - 70% от их пер вопачального обьема до, во время или посленагревания. Гираж 496 Подписное