BE1013493A6 - Procede de preparation de polymeres de styrene expansibles contenant de la poudre d'aluminium. - Google Patents

Abstract

L'invention se rapporte à un procédé de préparation de polymères de styrène expansibles, où le styrène est polymèrisé en suspension aqueuse en présence de poudre d'aluminium et d'agents porogénes.

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   "PROCEDE DE PREPARATION DE POLYMERES DE STYRENE
EXPANSIBLES CONTENANT DE LA POUDRE D'ALUMINIUM" 
La présente invention se rapporte à un procédé de préparation de polymères de styrène expansibles et sous forme de particules, contenant de la poudre d'aluminium. 



   Des mousses articulaires de polystyrène sont connues depuis longtemps et ont fait leurs preuves dans de nombreux domaines. 



  La préparation de ces mousses se fait par expansion de particules de polystyrène imprégnées d'agents porogènes et soudage subséquent des particules de mousse ainsi préparées, pour obtenir des corps façonnés. 



  Un important domaine d'application est l'isolation thermique en construction. 



   Les plaques de mousses articulaires de polystyrène utilisées pour l'isolation thermique présentent la plupart du temps des masses volumiques d'environ 30   g/l,   car c'est à ces masses volumiques que la conductibilité thermique des mousses articulaires de polystyrène présente un minimum. Pour des raisons d'économie de matière et d'espace, il serait souhaitable d'utiliser pour l'isolation thermique des plaques de mousse de masse volumique plus faible, en particulier    15 9/1.   La production de telles mousses ne pose techniquement aucun problème. Les plaques de mousse possédant une masse volumique aussi faible présentent toutefois une capacité d'isolation thermique nettement moindre, de sorte qu'elles ne répondent par aux exigences de la classe de conductibilité thermique 035 (DIN 18 164, section 1). 



   On peut désormais abaisser la conductibilité thermique des mousses par incorporation de matériaux athermanes tels que du noir de fumée, des oxydes métalliques, des poudres métalliques ou des 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 pigments colorés. 



   EP-A 620 246 décrit des corps façonnés en mousse articulaire de polystyrène, contenant un matériau articulaire athermane, en particulier du noir de fumée, mais aussi toutefois de la poudre d'aluminium. La masse volumique des corps façonnés est inférieure à 20   g/l.   De préférence, l'incorporation des particules dans le corps façonné est entreprise par enrobage en surface des perles de polystyrène pré-expansées ou par noyage dans les granulés de polystyrène non encore expansés. Cette distribution des particules à la surface des grains de polystyrène provoque toutefois une nette dégradation du soudage des perles pré-expansées et, par là même, conduit à des mousses de moindre qualité, tout en risquant en outre de provoquer une abrasion à la surface du corps façonné.

   L'incorporation des particules athermanes dans les granulés de polystyrène non encore expansés est également qualifiée d'envisageable. Dans les deux cas, les particules ne sont jamais réparties de manière homogène au sein des grains de polystyrène. 



   AT-A 9900099 décrit, outre l'incorporation au polystyrène, par extrusion, de particules d'aluminium en même temps qu'un agent porogène, la polymérisation en masse de styrène avec un agent porogène en présence de particules d'aluminium, sous la forme d'un mélange-maître de polystyrène. Une polymérisation en suspension n'est pas qualifiée de réalisable, car la poudre d'aluminium ne peut être absorbée par les gouttelettes de styrène. 



   L'invention avait pour but de procurer un procédé plus simple pour la préparation de polymères expansibles contenant de la poudre d'aluminium, qui pourraient être retraités pour fournir des mousses de polystyrène articulaires à faible masse volumique et à très faible conductibilité thermique, et présenteraient de bonnes propriétés d'ouvrabilité et de bonnes propriétés physiques. 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 



   Cet objectif a été réalisé par polymérisation en suspension de styrène en présence de poudre d'aluminium. 



   L'invention se rapporte à un procédé de préparation de polymères de styrène expansibles contenant de la poudre d'aluminium à distribution homogène, dans lequel on polymérise du styrène, éventuellement avec 20% de son poids de comonomères, en suspension aqueuse et en présence de poudre d'aluminium, et l'on ajoute un agent porogène avant, pendant ou après la polymérisation. 



   WO 98-51734 décrit un procédé de préparation de polymères de styrène expansibles contenant de la poudre de graphite, où le styrène est polymérisé en suspension aqueuse et en présence de particules de graphite et d'agents porogènes. A première vue, il ne semblait pas possible d'extrapoler ce procédé à la poudre d'aluminium, car il était à craindre qu'aux températures élevées à appliquer, il se produise une réaction de l'aluminium avec l'eau de processus et une contamination de la phase aqueuse par l'aluminium et/ou ses produits de décomposition. De manière surprenante, cette crainte s'est tout aussi peu confirmée que l'hypothèse de   AT-A   9900099. 



   On entend par polymères de styrène expansibles des polymères de styrène contenant un agent porogène. 



   Les polymères de styrène expansibles préparés selon l'invention contiennent, en tant que matrice polymère, en particulier de   l'homo polystyrène   ou des copolymères de styrène avec jusqu'à 20% en poids, par rapport au poids du polymère, de comonomères éthyléniquement insaturés, en particulier des alkylstyrènes, du divinylbenzène, de l'acrylonitril ou de   l'e-méthylstyrène.   



   Lors de la polymérisation en suspension selon l'invention, on peut ajouter les adjuvants usuels, comme par exemple des peroxydes initiateurs, des stabilisateurs de suspension, des agents porogènes, des agents de transfert de chaîne, des adjuvants d'expansion, des agents de formation de germes cristallins et des plastifiants. On préférera en 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 particulier l'addition d'agents ignifuges, de préférence en quantités de 0,6 à 6% en poids, et d'agents ignifuges synergiques en quantités de 0,1 à2% en poids, à chaque fois par rapport au polymère de styrène résultant. Des agents ignifuges préférentiels sont des composés aliphatiques, cycloaliphatiques et aromatiques de brome, comme l'hexabromocyclododécane, le pentabromomonochlorocyclohexane et l'éther pentabromophénylallylique.

   Des synergiques appropriés sont des composés organiques à liaison   C-C- ou 0-0- labile, comme le dicumyle   et le peroxyde de dicumyle. Les adjuvants sont généralement ajoutés en quantités de 3 à 10% en poids, par rapport au polymère de styrène. On peut les ajouter avant, pendant ou après la polymérisation. Des agents porogènes appropriés sont des hydrocarbures aliphatiques comportant de 4 à 6 atomes de carbone. Il est avantageux d'utiliser comme stabilisateurs de suspension des dispersants de Pickering, par exemple du pyrophosphate de magnésium ou du phosphate de calcium. 



   La polymérisation en suspension est avantageusement entreprise à deux étapes de température. La suspension est d'abord chauffée pendant un maximum de 2 heures à une température de 90 à 100 C, et la polymérisation est alors initialisée. On fait alors s'élever la température de la réaction jusqu'à 120 à   140 C,   et l'on maintient cette température jusqu'à ce que la teneur en monomères résiduels soit tombée au-dessous de 0,1%. Il est avantageux d'assurer une dissipation rapide de la chaleur de réaction, par exemple au moyen d'échangeurs de chaleur usuels, qui peuvent être installés à l'extérieur ou à l'intérieur du réacteur. 



   Le procédé selon l'invention peut être réalisé sous différentes formes :
Dans une première réalisation, on s'accommode de la formation d'hydrogène par réaction de la poudre d'aluminium avec l'eau. Il y toutefois alors lieu de veiller à ce que l'hydrogène soit régulièrement évacué, par exemple via une soupape de surpression à régulation. 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 



   Dans une deuxième réalisation, particulièrement préférentielle, les particules d'aluminium sont mises en oeuvre sous forme inertisée, ce qui empêche la formation d'hydrogène, ou tout au moins la réduit. De la poudre d'aluminium inertisée est disponible dans le commerce. L'inertisation est généralement réalisée par passivation au moyen de composés de phosphore, par exemple de l'acide phosphorique, ses sels ou ses dérivés. On peut également procéder à un enrobage par des polymères organiques, par exemple des résines acryliques, ou à une silylation et une hydrophobisation au moyen de composés de silicium. 



   Dans une troisième réalisation, également préférentielle, les monomères sont d'abord pré-polymérisés, en présence de la poudre d'aluminium, jusqu'à un taux de conversion de 1 à 60%, de préférence de 10 à 50%, dans la masse, après quoi la solution visqueuse est transférée dans un système aqueux et la polymérisation est achevée en suspension. La polymérisation en masse de la première étape est de préférence entreprise à des températures de 80 à   120 C,   en présence d'initiateurs solubles dans le styrène, et qui se décomposent à ces températures, par exemple du peroxyde de dibenzoyl ou du   peroxy-2-éthylhexanoate   de tert.-butyle.

   Lors de la polymérisation en suspension de la deuxième étape, la température doit se situer entre 110 et   140 C.   La suspension contient les stabilisateurs mentionnés ainsi que des initiateurs qui se décomposent aux températures indiquées, par exemple du peroxyde de dicumyle ou du diperoxyde de tert.-amyle. 



  L'agent porogène est avantageusement ajouté dans cette étape. 



   Dans une quatrième réalisation, on augmente la viscosité de la phase organique de la suspension en mélangeant à l'eau du milieu de suspension, au lieu de styrène, une solution de 1 à 30% en poids de polystyrène dans du monomère de styrène. Ici également, la poudre d'aluminium est alors contenue dans la phase organique. On peut également, au lieu de polystyrène, utiliser d'autres polymères solubles 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 dans le styrène, par exemple du poly (éther de phénylène). 



   Il va de soi que l'on peut également combiner les réalisations exposées. 



   La poudre d'aluminium mise en oeuvre se présente de préférence sous la forme de fines paillettes présentant un diamètre moyen de 1 à 30 um, de préférence de 3 à 10 um, et une épaisseur de 1 à 2 um. Des grains d'aluminium d'un diamètre moyen de 1 à 20 um conviennent également. 



   La poudre d'aluminium est de préférence ajoutée, dans la polymérisation en suspension selon l'invention, en quantités de 0,1 à 10, en particulier de 0,2 à 5% en poids, par rapport aux monomères. Elle est mise en oeuvre dans le polystyrène sous forme de concentrés pulvérulents ou granulés. La polymérisation en suspension fournit des particules en forme de perles, essentiellement sphériques et d'un diamètre moyen de l'ordre de 0,2 à 2 mm, dans lesquelles l'aluminium est distribué de manière homogène. Elles peuvent être enrobées des agents de revêtements usuels, par exemple des stéarates métalliques, des esters de glycérol et des silicates finement divisés. 



   Les polymères de styrène expansibles contenant des particules d'aluminium peuvent être travaillés en mousses alvéolaires présentant des masses volumiques de 5 à 35   gll,   de préférence de 8 à 25   g/)   et avantageusement de 10 à 15   gll.   



   A cet effet, les particules expansibles sont pré-expansées. 



  Ceci est généralement réalisé par chauffage des particules avec de la vapeur d'eau, dans des appareillages dits de prémoussage. 



   Les particules ainsi prémoussées sont ensuite soudées en corps façonnés. A cet effet, les particules prémoussées sont introduites dans des moules à fermeture non étanche aux gaz et alimentés en vapeur d'eau. Les corps façonnés peuvent être démoulés après refroidissement. 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 



   Les mousses synthétiques préparées à partir des polymères de styrène expansibles selon l'invention se distinguent par une remarquable isolation thermique. Cet effet se manifeste de manière particulièrement nette aux faibles masses volumiques. Une addition de 2% en poids d'aluminium à un polymère de styrène expansible a ainsi pu, pour une masse volumique de la mousse de 10   g/),   abaisser la conductibilité thermique de 44 Mw/m. K à moins de 35 Mw/m. K. 



   Il s'est avéré, de manière surprenante, qu'une quantité d'aluminium égale à celle de graphite pouvait abaisser plus fortement la conductibilité thermique de mousses alvéolaires de polystyrène. 



   La possibilité de diminuer nettement les masses volumiques des polymères de styrène pour une conductibilité thermique égale permet de réaliser d'importantes économies de matière. Etant donné qu'il est possible d'atteindre, vis-à-vis des polymères de styrène conventionnels, la même isolation thermique avec des densités apparentes nettement moindres, les particules de polystyrène expansibles préparées selon l'invention permettent d'utiliser des plaques de mousse plus minces, d'où un gain de place. 



   De manière surprenante, les polymères de styrène expansibles selon l'invention peuvent sans problème être façonnés en mousses synthétiques de faible masse volumique. Il ne se produit ni pertes d'agent porogène ni altération de la structure alvéolaire, bien que le spécialiste doive admettre que la poudre d'aluminium fasse office d'agent de germination et pourrait conduire à une indésirable structure micro-alvéolaire de la mousse. L'addition d'agents ignifuges permet en outre de préparer des mousses synthétiques à auto-extinction, qui 
 EMI7.1 
 satisfont à l'essai de feu B2 et, dans la plupart des cas, pratiquement à 81.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation de polymères de styrène expansibles contenant de la poudre d'aluminium à distribution homogène, dans lequel on polymérise du styrène, éventuellement avec jusqu'à 20% de son poids de comonomères, en présence de poudre d'aluminium, et où l'on ajoute avant, pendant ou après la polymérisation un agent porogène, caractérisé en ce que l'on entreprend la polymérisation en suspension aqueuse.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hydrogène formé durant la polymérisation est régulièrement évacué.
3. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules d'aluminium sont présentes sous forme inertisée pendant la polymérisation, de sorte qu'il ne se produit pratiquement pas de développement d'hydrogène.
4. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on pré-polymérise d'abord les monomères en présence de la poudre d'aluminium jusqu'à un taux de conversion de 1 à 60%, dans la masse, et que l'on achève ensuite la polymérisation en suspension aqueuse.
5. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre une solution de 1 à 30% en poids de polystyrène dans du styrène.
6. . 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on entreprend la polymérisation en présence de 0,1 à 10% en poids de poudre d'aluminium, par rapport aux monomères.
7. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la polymérisation en suspension est entreprise en présence d'un composé organique de brome en tant qu'agent ignifuge.
8. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poudre d'aluminium est mise en oeuvre sous forme de paillettes d'un diamètre moyen de 1 à 30 um. <Desc/Clms Page number 9>
9. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poudre d'aluminium est mise en oeuvre en même temps que d'autres substances absorbant les rayons infrarouges, en particulier du noir de fumée ou du graphite.
10. 10. Utilisation des polymères de styrène expansibles préparés selon la revendication 1 pour la production de mousses synthétiques d'une masse volumique de 5 à 35 g/).