BR112017000860B1

BR112017000860B1 - Composição de nanocompósito de polietileno, método para melhorar sua resistência mínima requerida (mrs), e tubo

Info

Publication number: BR112017000860B1
Application number: BR112017000860-2A
Authority: BR
Inventors: Philip ADETUNJI; Minoo NAEBE; Brian Egan; Predrag MICIC; Bronwyn Louise Fox
Original assignee: Qenos Pty Ltd
Priority date: 2014-07-17
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2021-09-14
Also published as: CN106687512B; CN106687512A; US10626243B2; EP3169727A1; AU2015291768A1; KR102214801B1; AU2015291768B2; KR20170041727A; WO2016007990A1; BR112017000860A2; EP3169727A4; EP3169727B1; US20170204246A1; PL3169727T3; SA517380729B1

Abstract

composição de resina de polímero e artigos formados com a composição. a invenção refere-se a uma composição de nanocompósito de polietileno compreendendo: (i) resina à base de polietileno de resina de polietileno de média densidade ou de polietileno de alta densidade com um índice de fluxo de fusão na faixa de 0,10 a 1,4 g/10 min a 190ºc e 5 kg, conforme medido de acordo com iso 1133, alto índice de fluxo de fusão de carga 4 a 20 g/10 min a 190ºc e 21,6 kg, conforme medido de acordo com iso 1133 e uma densidade na faixa de cerca de 0,930 a cerca de 0,970 g/cm3 a 23ºc conforme medido de acordo com astm d792; e (ii) nanopartículas planares de carbono, tendo uma área de superfície de bet (teoria de brunauer-emmett-teller (bet)), de pelo menos 50 m2/g, em uma quantidade de 0,1% e 20% em peso com base no peso da composição de nanocompósito de polietileno.

Description

Campo Técnico

[0001] A presente invenção se refere a uma composição de resina de polímero. Em particular, a presente invenção se refere a um nano- compósito de polietileno para a fabricação de um tubo tendo alta resistência à pressão interna compreendendo nanopartículas planares de carbono e uma resina à base de polietileno. A presente invenção também se refere a artigos, de um modo preferido, tubos formados com o nanocompósito.

Antecedentes da Invenção

[0002] Resina de polietileno (PE) foi utilizada para a fabricação de tubos para o transporte de fluidos, tais como gases e líquidos desde a década de 1970. O uso generalizado de polietileno em aplicações de tubos é devido às propriedades, força, flexibilidade e estabilidade química leve do material de polietileno.

[0003] Resinas de polietileno de alto desempenho, tais como a resina PE 80 e PE 100 foram desenvolvidas para a produção de tubos com uma melhor resistência ao desenvolvimento lento de fissuras e propagação rápida de fissuras. Deste modo, tais resinas de polietileno podem ser utilizadas na formação de tubos onde é exigida uma elevada resistência, tais como em tubos que são submetidos à pressão durante o uso normal. No entanto, enquanto as resinas PE 80 e PE 100 possuem uma série de propriedades mecânicas e físicas favoráveis, continua a haver uma necessidade de desenvolver novos materiais poliméricos que são capazes de formar tubos tendo uma ou mais pro-priedades melhoradas.

[0004] É atualmente possível fazer tubos de pressão com uma for- ça mínima exigida de 10,0 MPa usando materiais PE100. Um material de PE mais forte, adequado para tubos de pressão com uma força mínima necessária de 11,2 MPa (PE112) ou 12,5 Mpa (PE125), seria muito desejável. De um modo geral verificou-se que as tentativas para preparar os materiais de PE para tubos de pressão de maior resistência à pressão interna levaram a outras propriedades, particularmente à resistência, processabilidade e o desenvolvimento lento de fissuras, sendo significativamente reduzidos. Por exemplo, a composição de PE comercialmente disponível para a tubulação foi preparada para otimizar a de força requerida (MRS) de 11,2 MPa e 12,5 MPa, mas o aumento na resistência à pressão interna tem levado a falhas frágeis, particularmente a temperaturas de 60°C e 80°C.

[0005] Em outros casos, a adição de matéria em partículas, tais como preenchedores minerais a polietileno para melhorar o desempenho de força e de carga têm tipicamente culminado na degradação da tenacidade e ductilidade do compósito.

[0006] Uma referência a um documento de patente ou outra maté ria que é dada como técnica anterior não deve ser tomada como uma admissão de que o documento ou assunto foi conhecido ou que a informação nele contida seja parte do conhecimento geral comum como na data de prioridade de qualquer uma das reivindicações.

Sumário da Invenção

[0007] Verificou-se que a incorporação de nanopartículas planares de carbono em uma resina de polietileno adequada para a fabricação de tubos permite um aumento significativo na resistência à pressão interna que deve ser realizada sem comprometer indevidamente os requisitos mínimos para propriedades tais como dureza, capacidade de processamento e de desenvolvimento lento de fissuras. As composições de resina de polietileno de acordo com a invenção contêm uma resina à base de polietileno e nanopartículas planares de carbono dis- persas na resina à base de polietileno. A composição de resina de po- lietileno da invenção também é aqui referida como um nanocompósito.

[0008] De acordo com um aspecto, a invenção proporciona uma composição de nanocompósito de polietileno compreendendo: (i) resina à base de polietileno de polietileno de média densidade ou resina de polietileno de alta densidade tendo um índice de fluidez na faixa de 0,10 a 1,4 g/10 min a 190°C e 5 kg, como medido de acordo com ISO 1133, de alto índice de fluidez de carga de 4 a 20 g/10 min a 190°C e 21,6 kg como medido de acordo com ISO 1133 e uma densidade na faixa de cerca de 0,930 a cerca de 0,970 g/cm3, a 23 °C, como medido de acordo com ASTM D792; e (ii) nanopartículas planares de carbono, tendo uma área de superfície BET (da teoria de Brunauer-Emmett-Teller (BET)), de pelo menos, 50 m2/g, em uma quantidade de entre 0,1% e 20% em peso com base no peso do composição de nanocompósito de polieti- leno.

[0009] Em um conjunto de modalidades preferidas, é proporciona da uma composição de nanocompósito de polietileno compreendendo: (i) resina à base de polietileno de polietileno de média densidade ou polietileno de alta densidade tendo uma distribuição de peso molecular multimodal, um índice de fluidez na faixa de 0,10 a 1,4 g/10 min (de preferência 0,10 a 0,90 g/10 min) a 190°C e 5 kg, medido de acordo com ISO 1133, alto índice de fluidez de carga de 4 a 20 g/10 min a 190°C e 21,6 kg, medido de acordo com ISO 1133 e uma densidade na faixa de cerca de 0,930 a cerca de 0,970 g/cm3, a 23 °C, tal como medido de acordo com ASTM D792; e (ii) nanopartículas planares de carbono, de preferência grafite esfoliada, contendo uma área de superfície BET (da teoria de Brunauer-Emmett-Teller (BET)) de, pelo menos, 50 m2/g, (de preferência uma área de superfície BET superior a 100 m2/g, mais preferivel- mente na faixa de 100 m2/g a 1000 m2/g, ainda mais preferivelmente de cerca de 200 m2/g a 800 m2/g) em uma quantidade de 0,1% a 20% em peso com base no peso da composição de nanocompósito de poli- etileno.

[00010] A resina à base de polietileno geralmente compreende cromonômero alfa olefínico regularmente incorporado na fração de peso molecular elevado para alcançar entre 2% - 6% de concentração em peso de preferência de 2% a 4%, em peso, do peso da fração de peso molecular elevado.

[00011] De acordo com um aspecto da presente invenção proporciona-se uma composição de nanocompósito de polietileno para uso na fabricação de tubos com uma resistência mínima requerida (MRS) de pelo menos 10,0 MPa que compreende uma resina à base de polieti- leno e de nanopartículas planares de carbono, de preferência em uma quantidade de 0,1% a 20% em peso do nanocompósito, dispersas na resina à base de polietileno. A resina à base de polietileno é normalmente de composição para a fabricação de tubos com uma força mínima requerida (MRS) de pelo menos 8,0 MPa, quando avaliado de acordo com procedimentos estatísticos de ISO 9080.

[00012] Em um outro conjunto de modalidades, é proporcionado um método para melhorar a força mínima necessária de uma composição de polietileno para a fabricação de tubos que compreende o fornecimento de uma resina à base de polietileno de polietileno de média ou alta densidade tendo uma distribuição de peso molecular multimodal, um índice de fluidez de 0,10 a 1,4 g/10 min. a 190 °C e 5 kg, medido de acordo com ISO 1133, alto índice de fluidez de carga de 4 a 20 g/10 min. a 190°C e 21 0,6 kg, medido de acordo com ISO 1133 e uma densidade de cerca de 0,930 a 0,970 g/cm3 e a mistura com a composição com nanopartículas planares de carbono de área de superfície BET de 200 m2/g a 800 m2/g, para formar uma composição extrusada.

[00013] A resina à base de polietileno empregada no nanocompósi- to da invenção pode ser selecionada a partir de qualquer resina de po- lietileno que é capaz de produzir um tubo com uma resistência mínima requerida (MRS) de pelo menos 8,0 MPa. Em algumas modalidades, a resina à base de polietileno pode ser capaz de produzir um tubo com uma resistência mínima requerida (MRS) de pelo menos 8,0 MPa, de pelo menos 10,0 MPa, ou, pelo menos, 11,2 MPa. A resina à base de polietileno empregada no nanocompósito da invenção pode ser selecionada a partir de uma classe de resina de polietileno selecionada a partir do grupo consistindo em resinas PE 80, PE 100 e PE 112.

[00014] De um modo geral a maior parte do trabalho feito na preparação de nanocompósito de polietileno com uma faixa de tipos de na- nopartículas tem utilizado uma resina à base de polietileno de índice de fluidez elevado. O índice de fluidez elevado tem sido encontrado em muitos casos sendo necessário para proporcionar uma dispersão eficaz de nanopartículas em polietileno. Verificou-se que um baixo índice de fluidez é particularmente vantajoso na preparação de composições de compósitos de resina de alta MRS da invenção. Consequentemente, em um conjunto de modalidades, o nanocompósito da invenção compreende uma resina à base de polietileno tendo um índice de fluidez na faixa de 0,10 a 1,4 g/10 min (de preferência 0,10 a 0,90 g/10 min) a 190°C e 5 kg como medido de acordo com a ISO 1133.

[00015] Em um conjunto de modalidades, o nanocompósito da invenção compreende uma resina à base de polietileno tendo um alto índice de fluidez de carga na faixa de 4 a 20 g/10 min a 190°C e 21,6 kg, medido de acordo com ISO 1133.

[00016] Em um conjunto de modalidades, o nanocompósito da invenção compreende um polímero à base de polietileno tendo uma densidade na faixa de cerca de 0,930 a cerca de 0,970 g/cm3 em 23°C tal como medido de acordo com ASTM D792.

[00017] A resina à base de polietileno empregada no nanocompósi- to pode, adequadamente, ser uma resina de polietileno de média densidade (MDPE) ou de polietileno de alta densidade (HDPE).

[00018] A resina à base de polietileno pode ter uma distribuição de peso molecular unimodal ou multimodal, tal como, por exemplo, uma distribuição de peso molecular bimodal ou trimodal. Em uma modalidade exemplar, a resina à base de polietileno possui uma distribuição de peso molecular bimodal.

[00019] A resina à base de polietileno particularmente adequada para a fabricação de tubos compreende geralmente um copolímero de etileno e pelo menos um comonômero alfa-olefínico. O comonômero alfa-olefínico pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em 1-buteno, 1-penteno, 1-hexeno, 1-hepteno, 1-octeno, e suas misturas.

[00020] O nanocompósito da presente invenção também compreende nanopartículas planares de carbono. As nanopartículas planares de carbono são dispersas na resina à base de polietileno. Em um conjunto de modalidades, o nanocompósito da invenção compreende de cerca de 0,1 a 20%, de preferência de cerca de 1 a 15%, mais preferivelmente de cerca de 3 a 10% em peso de nanopartículas planares de carbono, com base no peso total do nanocompósito.

[00021] Nanopartículas planares de carbono empregadas no nano- compósito da invenção são de preferência selecionadas a partir do grupo que consiste em grafeno, grafite, grafite expandida ou esfoliada, e suas misturas. Grafite esfoliada é geralmente eficaz e é comercialmente disponível a um custo econômico.

[00022] As nanopartículas planares de carbono podem ter um tamanho médio de partícula na faixa de cerca de 1 nm a 50 μm, de preferência na faixa de cerca de 10 nm a 10 μm, mais preferivelmente na faixa de cerca de 50 nm a 5 μm.

[00023] As nanopartículas planares de carbono existem em estreita associação em grafite e de uma forma mais separada em grafite esfo- liada. Nanopartículas planares de carbono individuais e separadas são conhecidas como grafeno. De um modo geral verificou-se que as na- nopartículas adequadas para utilização na presente invenção terão uma área de superfície relativamente elevada em comparação com grafite. Em um conjunto de modalidades as nanopartículas planares de carbono têm uma área de superfície BET (teoria de Brunauer-Emmett de-Teller (BET)) de, pelo menos, 50 m2/g, de preferência uma área de superfície BET superior a 100 m2/g. Verificou-se que o material de na- nopartículas planares de carbono possuindo uma área de superfície (BET) de, pelo menos, 50 m2/g, de preferência uma área de superfície BET superior a 100 m2/g (mais preferivelmente de 100 m2/g a 1000 m2/g, tal como 200 m2/g a 800 m2/g pode ser disperso na base de poli- etileno necessária tendo um baixo índice de fluidez usando mistura intensiva, tal como um misturador de parafuso duplo, apesar da elevada viscosidade e proporcionar uma elevada resistência à pressão interna, sem comprometer indevidamente outras propriedades desejáveis, tais como a dureza e o desenvolvimento lento de fissuras.

[00024] A composição composta de polietileno pode compreender outros componentes em uma quantidade tal como de 0 a 10% em p/p, de preferência de 0 a 5% em p/p. Exemplos de outros aditivos incluem estabilizantes, antioxidantes, lubrificantes, pigmentos e preenchedo- res. O nanocompósito da invenção, desejavelmente, exibe uma melhoria de uma ou mais propriedades mecânicas sobre a resina à base de polietileno por si só, que não contém nanopartículas planares de carbono.

[00025] Em um conjunto de modalidades, o nanocompósito da presente invenção tem uma tensão de tração à elástica de pelo menos 23 MPa, quando medido a 23°C e uma taxa de deformação de 25 mm/min de acordo com ASTM D638. Em uma modalidade, o nanocompósito tem uma tensão de tração à elasticidade na faixa de cerca de 24 a 35 MPa, quando medido a 23°C e uma taxa de deformação de 25 mm/min, de acordo com ASTM D638.

[00026] Em um outro aspecto, a presente invenção também proporciona um artigo que compreende ou é formado a partir do nanocompó- sito de qualquer uma das modalidades aqui descritas. Artigos preferidos podem ser recipientes ou frascos e tubulações.

[00027] Em um conjunto de modalidades, o artigo é um tubo, de preferência, um tubo de pressão. O tubo pode ser fabricado por extru- são do nanocompósito.

[00028] Em um outro aspecto, a presente invenção proporciona um vaso de pressão que compreende ou é formado a partir do nanocom- pósito de qualquer uma das modalidades aqui descritas.

[00029] Em um outro aspecto, a presente invenção proporciona um tubo que compreende ou é formado a partir do nanocompósito de qualquer uma das modalidades aqui descritas.

[00030] Em um conjunto de modalidades, um tubo que compreende ou é formado a partir de um nanocompósito de qualquer uma das modalidades aqui descritas tem uma resistência mínima requerida de pelo menos 11,2 MPa, quando avaliado de acordo com procedimentos estatísticos de ISO 9080.

[00031] Em um conjunto de modalidades o tubo tem uma resistência requerida mínima de pelo menos 11,2 MPa, de preferência pelo menos 12,5 MPa, quando avaliado de acordo com procedimentos estatísticos de ISO 9080. Tubos compreendendo ou formados com um nanocompósito da invenção exibem melhorias em uma ou mais propriedades, quando comparados com um tubo comparativo preparado com a mesma resina à base de polietileno tal como utilizado no nano- compósito, mas sem as nanopartículas planares de carbono.

[00032] Em um conjunto de modalidades, um tubo que compreende ou é formado com um nanocompósito de qualquer uma das modalidades aqui descritas tem uma resistência mínima requerida que é, pelo menos, 5% maior do que a força necessária mínima de um tubo comparativo formado com a mesma resina à base de polietileno tal como utilizado no nanocompósito sem as nanopartículas planares de carbono.

[00033] Em um conjunto de modalidades, um tubo que compreende ou é formado com um nanocompósito de qualquer uma das modalidades aqui descritas tem uma resistência hidrostática de longo prazo que é, pelo menos, 5% maior do que a resistência hidrostática de longo prazo de um tubo comparativo formado com a mesma resina à base de polietileno tal como utilizado no nanocompósito sem as nanopartí- culas planares de carbono.

[00034] Em um conjunto de modalidades, um tubo que compreende um nanocompósito de qualquer uma das modalidades descritas aqui exibe uma perda em resistência para desenvolvimento lento de fissuras de não mais do que 50%, quando comparado com um tubo comparativo formado com a mesma resina à base de polietileno tal como utilizado no nanocompósito sem as nanopartículas planares de carbono.

[00035] Em um conjunto de modalidades, uma composição compreendendo um nanocompósito de qualquer uma das modalidades aqui descritas tem resistência ao desenvolvimento lento de fissuras de pelo menos 1000 horas, ou pelo menos 2000 horas, quando testada de acordo com o procedimento descrito na norma ASTM F1473-97 (teste Pennsylvania Notched) a 80°C no ar e 2,4 MPa de tensão de tração com uma profundidade de entalhe de 5 mm.

[00036] Em um conjunto de modalidades, um tubo que compreende um nanocompósito de qualquer uma das modalidades aqui descritas tem uma propriedade de desenvolvimento lento de fissuras de pelo menos 500 horas, quando testado em 80°C e 0,92 MPa (9,2 bar) de pressão de acordo com ISO 13479. O tubo é normalmente avaliado como um tubo OD SDR11 de 110 mm.

[00037] Em um conjunto de modalidades, um tubo que compreende um nanocompósito de qualquer uma das modalidades descritas aqui exibe uma perda em resistência para propagação rápida de fissuras de não mais do que 50%, quando comparado com um tubo comparativo formado com a mesma resina à base de polietileno tal como utilizado no nanocompósito sem as nanopartículas planares de carbono.

[00038] Em um conjunto de modalidades, uma composição compreendendo um nanocompósito de qualquer uma das modalidades aqui descritas tem uma resistência ao impacto de Charpy a 0 °C de pelo menos 10 kJ/m2 determinada de acordo com ISO 179.

[00039] Sempre que os termos "compreende", "compreendem" e "compreendendo" forem usados na especificação (incluindo as reivindicações) devem ser interpretados como especificando as recursos, números inteiros, etapas ou componentes indicados, mas não excluem a presença de um ou mais outros recursos, números inteiros, etapas ou componentes, ou grupos dos mesmos.

[00040] Outros aspectos da invenção aparecem abaixo na descrição detalhada da invenção.

Breve Descrição dos Desenhos

[00041] As modalidades da invenção serão aqui ilustradas a título de exemplo apenas com referência aos desenhos anexos, nos quais:

[00042] A figura 1 é um gráfico que ilustra a percentagem de variação da tensão de tração ao longo de um controle de resina de PE100, nanocompósitos comparativos compreendendo várias nanopartículas comparativas, e um nanocompósito de uma modalidade da invenção compreendendo nanopartículas de grafite esfoliada.

[00043] A figura 2 é um gráfico que ilustra a percentagem de variação da tensão de tração à elasticidade obtida em nanocompósitos de modalidades da invenção contendo nanopartículas de grafite esfoliada e nanocompósitos comparativos contendo nanotubos de carbono, em relação a uma amostra de controle de resina PE 100.

[00044] A Figura 3 é um gráfico que ilustra a percentagem de alteração em alongamento máximo observado com nanocompósitos de modalidades da invenção contendo nanopartículas de grafite esfoliada e nanocompósitos comparativos contendo nanotubos de carbono, em relação a uma amostra de controle de resina PE 100.

[00045] A figura 4 é um gráfico mostrando o índice de fluidez de menos de 5 kg de peso de uma amostra de controle de resina PE 100, nanocompósitos comparativos compreendendo várias nanopartículas comparativas, e um nanocompósito de modalidades da invenção, que compreende várias quantidades de nanopartículas de grafite esfoliada.

[00046] A figura 5 é um gráfico de barras que compara o tempo típico de insucesso a 20°C de tubo PE100 sob uma tensão circular de 12,4 MPa (o limite de tensão de PE100 típico) com o desempenho teórico de PE125, e um tubo moldado a partir de PE 100 mais 10% em p/p de xGnP1, de acordo com a invenção, sob uma tensão circular de 13,7 MPa.

[00047] A figura 6 é uma representação esquemática da configuração do parafuso do misturador de parafuso duplo usado para misturar à quente os componentes da composição.

[00048] A figura 7 é um diagrama esquemático das dimensões da amostra de tubo que foi pressionado e avaliado para tensão circular e resistência à pressão interna.

Descrição detalhada

[00049] A presente invenção se refere a uma composição de resina de polietileno compreendendo nanopartículas planares de carbono. A composição de resina de polietileno da invenção também é aqui referida como um nanocompósito. Tal como aqui utilizado, o termo "nano- compósito" indica uma composição que compreende uma mistura de nanopartículas planares de carbono e uma resina à base de polietile- no. A resina à base de polietileno empregada no nanocompósito é, adequadamente, uma resina de polietileno de alta densidade (HDPE) ou polietileno de média densidade (MDPE).

[00050] De acordo com um aspecto da presente invenção proporciona-se um nanocompósito compreendendo uma base de polietileno de resina e de nanopartículas planares de carbono dispersas na resina à base de polietileno, em que a resina à base de polietileno é apropriada para a fabricação de tubos com uma força mínima necessária (MRS) de pelo menos 8,0 MPa, quando avaliada de acordo com procedimentos estatísticos de ISO 9080.

[00051] Em um conjunto de modalidades, as nanopartículas planares de carbono empregadas no nanocompósito são selecionadas a partir do grupo que consiste em grafeno, grafite, grafite esfoliada, e suas misturas. Uma discussão mais aprofundada sobre as nanopartí- culas planares de carbono é fornecida abaixo.

[00052] A presente invenção se refere a esforços para melhorar uma ou mais propriedades de uma resina à base de polietileno que é adequada para a fabricação de tubos que, pelo menos, satisfaz os requisitos para o tubo PE 80 e, de preferência, pelo menos, as exigências para tubo de PE100, e mais preferivelmente, atende ou excede os requisitos para um tubo PE 112. Os inventores descobriram que a incorporação de nanopartículas planares de carbono em uma resina à base de polietileno permite que uma ou mais propriedades da resina à base de polietileno sejam melhoradas ou aumentadas.

[00053] Tal como aqui utilizado, o termo "resina à base de polietile- no" se refere a uma resina de polímero de polietileno, que não contém nanopartículas planares de carbono.

[00054] A resina à base de polietileno empregada no nanocompósi- to da invenção pode ser selecionada a partir de qualquer resina de po- lietileno que é capaz de produzir um tubo com uma resistência mínima requerida (MRS) de pelo menos 8,0 MPa, quando avaliado de acordo com ISO 9080. A MRS representa uma tensão nominal e se refere à tensão circunferencial que um tubo pode resistir a uma temperatura de 20°C durante 50 anos sem falhas, a uma temperatura especificada.

[00055] Em um conjunto de modalidades, a resina à base de polieti- leno pode ser capaz de produzir um tubo com uma resistência mínima requerida (MRS) de pelo menos 8,0 MPa, de pelo menos 10,0 MPa, ou menos, 11,2 MPa, quando avaliado de acordo com a ISO 9080.

[00056] Tubos com uma MRS de 8,0 MPa, 10,0 MPa ou 11,2 MPa são capazes de suportar pressões internas de, pelo menos, 8,0 MPa; 10,0 MPa, e pelo menos 11,2 MPa, respectivamente, durante 50 anos a 20°C .

[00057] A resina à base de polietileno empregada no nanocompósi- to da invenção pode pertencer a uma classe de resina de polietileno selecionada a partir do grupo consistindo em resinas PE 80, PE 100 e PE 112. Os termos "PE 80", e "PE 100" são classificações de resina de polietileno descrita em ISO 1167.

[00058] Resinas de polietileno que caem dentro de uma classe par ticular de resina podem ter diferentes características de composição, embora comum a cada membro da classe é a capacidade de atender ou exceder a classificação MRS definida para essa classe.

[00059] As resinas de polietileno que pertencem à classe de resinas PE 80, PE 100 ou PE 112 podem ter, pelo menos, uma das seguintes propriedades, e podem ter uma combinação de duas ou mais destas propriedades: • um índice de fluidez (MFI) na faixa de 0,10 a 1.4g/10 min (de preferência 0,1 a 0,90 g/10 min) a 190 °C e 5 kg como medido de acordo com a ISO 1133; • um índice de fluidez de alta carga ((HLFI) na faixa de 4 a 20 g/10 min a 190°C e 21,6 kg medido de acordo com ISO 1133; e • uma densidade na faixa de cerca de 0,930 a cerca de 0,970 g/cm3 a 23°C tal como medido de acordo com ASTM D792.

[00060] É preferido que a resina de base tenha todas estas proprie-dades.

[00061] O índice de fluidez (MFI) e alto índice de fluidez de carga (HLFI) proporcionam uma indicação da fluidez e capacidade de processamento da resina à base de polietileno e estão relacionados com a viscosidade da resina de base no seu estado fundido. MFI e HLFI também podem estar relacionados com o peso molecular médio das cadeias de polímero da resina de polietileno. Um índice de fusão inferior a uma temperatura e carga definidas é indicativo de uma viscosidade mais elevada e um peso molecular médio mais elevado para a resina à base de polietileno. A densidade da resina à base de polietile- no pode proporcionar uma indicação do limite de elasticidade e a resistência à tração da resina à base de polímero.

[00062] Em algumas modalidades do nanocompósito da invenção, a resina à base de polietileno tem um índice de fluidez (MFI) na faixa de 0,10 a 1,4 g/10 min (de preferência 0,10 a 0,90 g/10 min), mais de preferência um índice de fluidez (MFI) na faixa de 0,10 a 0,40 g/10 min, a 190 °C e 5 kg, medido de acordo com ISO 1133.

[00063] Em algumas modalidades do nanocompósito da invenção, a resina à base de polietileno tem um índice de fluidez de alta carga (HLFI) na faixa de 4 a 20 g/10 min a 190°C e 21,6 kg, medida de acordo com a ISO 1133.

[00064] Em algumas modalidades do nanocompósito da invenção, a resina à base de polietileno tem uma densidade de pelo menos 0,930 g/cm3, de preferência uma densidade na faixa de cerca de 0,940 a cerca de 0,970 g/cm3, mais preferivelmente uma densidade na faixa de cerca de 0,945 a cerca de 0,96 g/cm3, a 23 °C tal como medido de acordo com ASTM D792.

[00065] Em um conjunto de modalidades, pode ser desejável que a resina à base de polietileno tenha uma densidade elevada (superior a cerca de 0,940 a 23°C) e um índice de fluidez a baixa temperatura (inferior a cerca de 0,90 g/10 min a 190°C e 5 kg).

[00066] A resina à base de polietileno compreende pelo menos um polímero de polietileno, e pode compreender uma mistura de dois ou mais polímeros de polietileno, tal como uma mistura de um copolímero de polietileno e um homopolímero de polietileno ou uma mistura de dois ou mais copolímeros de polietileno de peso molecular e/ou composição diferentes.

[00067] A resina à base de polietileno empregada no nanocompósi- to pode ter uma distribuição de peso molecular unimodal ou multimodal. Uma distribuição de peso molecular multimodal pode ser, por exemplo, uma distribuição de peso molecular bimodal ou trimodal. Em um conjunto de modalidades, a resina à base de polietileno tem uma distribuição de peso molecular bimodal. De um modo geral, uma resina multimodal, é mais preferida, pois esta permite que uma maior resistência seja obtida especialmente quando há incorporação regular na fração de peso molecular mais elevado de uma alfa olefina.

[00068] Um versado na técnica pertinente compreenderia que uma resina de polietileno que tem uma distribuição de peso molecular multimodal iria conter duas ou mais frações de polímero de peso molecular médio diferente. Uma distribuição de massa molecular multimodal pode ser determinada usando técnicas convencionais, tais como cro- matografia de permeação em gel (GPC). Pesos moleculares médios diferentes frações de polímero diferentes em uma resina de polietileno multimodal podem ser observados como diferentes máximas distintas em uma curva de distribuição de peso molecular para a resina de po- límero. Em alguns casos, a presença de frações de polímero diferentes pode também ser observada como um alargamento da curva de distribuição de peso molecular ou um desvio em relação à forma da curva de distribuição a partir de uma curva de Gauss normal. Um po- lietileno bimodal iria conter duas frações de polímero de peso molecular médio diferente, que seria observado como duas máximas distintas.

[00069] O nanocompósito da presente invenção pode compreender uma resina à base de polietileno adequada, que pode ser selecionada a partir de qualquer uma das resinas de polietileno conhecidas na técnica que é capaz de produzir um tubo com uma força mínima necessária (MRS) de pelo menos 8.0 MPa, de preferência pelo menos 10,0 MPa. As resinas de polietileno de 8,0 MPa, são geralmente menos preferidas assim como resinas de 10,0 MPa podem ser facilmente preparadas utilizando a tecnologia de processo que provê a incorporação de comonômero regular alfa-olefínico na fração de peso molecular elevado de um polietileno multimodal. No entanto, a incorporação de nanopartículas planares permite também MRS de 10,0 MPa ou superior para ser preparada a partir de resina para as quais tal MRS alta não estava previamente acessível.

[00070] Alguns exemplos de resinas à base de polietileno que podem ser utilizados no nanocompósito da invenção são descritos em US 6.441.096, WO 01/79345, EP 1460105, US 6.878.784, US 6.787.608 e WO 2013/110452, aqui incorporados para referência.

[00071] Em um conjunto de modalidades, uma resina à base de po- lietileno adequada para utilização no nanocompósito pode ser uma resina de polietileno bimodal. A resina de polietileno bimodal tem uma distribuição de peso molecular bimodal, compreendendo uma fração de polímero de baixo peso molecular e uma fração de polímero de elevado peso molecular. A fração de polímero de baixo peso molecular pode constituir de cerca de 10 a 90% em peso da resina de polietileno. A fração de polímero de peso molecular elevado na resina de polietile- no pode constituir uma fração em peso (% em peso) de tal modo que a soma da fração do polímero de baixo peso molecular e a fração de polímero de elevado peso molecular é de 100% em peso, com % em peso com relação ao peso total da resina de polietileno.

[00072] Em algumas modalidades, a resina à base de polietileno é uma resina de polietileno bimodal compreendendo uma fração de polímero de baixo peso molecular que é de 20 a 80% em peso, de prefe-rência de 25 a 70% em peso, mais preferivelmente de 30 a 60% em peso, do peso total da resina de polietileno, e uma fração de polímero de elevado peso molecular que é 80 a 20%, preferivelmente 75 a 30%, mais preferivelmente de 70 a 40%, em peso, do peso total da resina de polietileno.

[00073] Em um conjunto de modalidades, a fração de polímero de elevado peso molecular compreende um copolímero de polietileno. Em algumas modalidades, a fração de polímero de elevado peso molecular compreende cadeias poliméricas que têm um peso molecular médio em peso superior a 50.000. Em algumas modalidades, as cadeias de polímero da fração de peso molecular elevado têm um limite de peso molecular inferior de 3500.

[00074] A fração de polímero de baixo peso molecular pode compreender um homopolímero de polietileno ou um copolímero de polieti- leno. As cadeias de polímero presentes na fração do polímero de baixo peso molecular são geralmente de peso molecular médio inferior às cadeias de polímero da fração de polímero de elevado de peso molecular. Medições de viscosidade da solução podem ser usadas para determinar o peso molecular médio de uma fração de polímero.

[00075] Em um conjunto de modalidades, a fração de polímero de baixo peso molecular compreende cadeias poliméricas que têm um peso molecular médio em peso de 50.000 ou menos. Em uma prefe- rência, a fração de polímero de baixo peso molecular compreende cadeias de homopolímero de polietileno ou copolímero.

[00076] Tal como aqui utilizado, o termo "homopolímero de polieti- leno" se refere a um polímero de etileno que consiste substancialmente (isto é, pelo menos, 90% em peso, de preferência pelo menos 95% em peso, mais preferivelmente pelo menos 97% em peso) de etileno e assim um homopolímero de polietileno compreende preferivelmente predominantemente monômero de etileno.

[00077] Tal como aqui utilizado, o termo "copolímero de polietileno" se refere a um polímero que é formado a partir da copolimerização de etileno e pelo menos um comonômero. De um modo preferido, o co- monômero é, pelo menos, uma alfa-olefina. O comonômero de alfa- olefina pode compreender de 3 a 12 átomos de carbono, de preferência de 4 a 8 átomos de carbono. Em algumas modalidades, o como- nômero de alfa-olefina é selecionado a partir do grupo que consiste em 1-buteno, 1-penteno, 1-hexeno, 1-hepteno, 1-octeno e suas misturas. Em uma preferência, o comonômero de alfa-olefina é selecionado a partir do grupo que consiste em C4, C5 e C6 alcenos, e suas misturas, e, de preferência, pode ser selecionado a partir do grupo que consiste em 1-buteno, 1-penteno, 1-hexeno e suas misturas.

[00078] Copolímero de polietileno presente na fração do polímero de elevado peso molecular de uma resina de polietileno bimodal pode compreender alfa-olefina em uma quantidade de cerca de 0,5% a 8%, em peso, de preferência entre cerca de 2% a 6% em peso (ou de 2 % a 4% em peso), com base no peso da fração do polímero de elevado peso molecular. Pse refere que a alfa-olefina seja regularmente distribuída ao longo da estrutura principal do polímero de fração de peso molecular elevado.

[00079] Em um conjunto de modalidades, a resina à base de polieti- leno multimodal é uma resina de PE 100, de preferência, uma resina bimodal PE 100.

[00080] Em algumas modalidades, o nanocompósito da invenção compreende uma resina PE 100 bimodal, como uma resina à base de polietileno. A resina PE 100 bimodal pode compreender uma fração de polímero de peso molecular elevado tendo uma viscosidade de solução de pelo menos 500 cm3/g. De preferência, a viscosidade da solução da fração do polímero de elevado peso molecular é superior a 500 cm3/g.

[00081] Uma resina PE 100 bimodal utilizada como uma resina à base de polietileno pode compreender copolímero de polietileno que tem uma quantidade de monômero de alfa-olefina suficiente para atingir um grau de ramificação de cadeia curta na resina de polietileno dentre 5 a 25 por mil átomos de carbono na fração de peso molecular elevado do polímero, e um grau de ramificação de cadeia curta dentre 2 a 15 por mil átomos de carbono nas frações de polímero de elevado peso molecular e baixo combinadas.

[00082] A resina à base de polietileno empregada no nanocompósi- to da invenção pode ser preparada utilizando processos convencionais conhecidos na técnica, incluindo processos contínuos e de batelada, empregando monômeros conhecidos na técnica. Os processos convencionais para a preparação de resinas à base de polietileno apropriadas podem envolver a polimerização de monômeros apropriados na presença de catalisadores, tais como Ziegler-Natta, metal de transição ou catalisadores de metaloceno.

[00083] O nanocompósito da presente invenção também compreende nanopartículas planares de carbono dispersas na resina à base de polietileno. Em uma forma de o nanocompósito da invenção, as na- nopartículas planares de carbono são selecionadas a partir do grupo que consiste em grafeno, grafite, as nanopartículas de grafite esfolia- da, e suas misturas.

[00084] Grafite consiste em uma pluralidade de planos em camada de matrizes hexagonais ou redes de átomos de carbono. Os planos em camadas de átomos de carbono dispostos em forma hexagonal são substancialmente planos e estão orientados substancialmente paralelos um ao outro. Os átomos de carbono em um plano de única camada estão covalentemente ligados entre si, e planos em camadas estão ligados por forças de van der Waals substancialmente mais fracas. A grafite é também uma estrutura anisotrópica e exibe muitas propriedades que são altamente direcionais. Grafite também possui um elevado grau de orientação. Grafite inclui grafite natural, grafite Kish e grafite sintética. Grafite natural é encontrada na natureza. Grafite Kish é o excesso de carbono, que cristaliza no decurso do ferro de fundição. Grafite sintética é tipicamente produzida por pirólise ou decomposição térmica de um gás carbonoso a temperaturas elevadas acima de 2.500 °C.

[00085] Nanopartículas planares de carbono empregadas no nano- compósito da invenção são geralmente na forma de partículas e tem pelo menos uma dimensão (por exemplo, diâmetro) na faixa dos na- nômetros. Em algumas modalidades, as nanopartículas planares de carbono podem estar na forma de nanofolhas, nanoplatelets, nanoflo- cos, e semelhantes. Pse refere que as nanopartículas de carbono em-pregadas no nanocompósito tenham uma estrutura plana, uma vez que foi descoberto que as partículas não planas (por exemplo, nanotu- bos de carbono e partículas de negro de fumo de tamanho nano ou pó) não fornecem a desejada melhoria nas propriedades mecânicas.

[00086] Em algumas modalidades, o nanocompósito da invenção compreende grafeno. Grafeno é um material de carbono em monoca- mada que consiste em uma matriz planar de espessura de um átomo de átomos de carbono dispostos em um padrão hexagonal bidimensional. Grafeno é um componente de grafite, que é uma estrutura plana em camadas constituída por pilhas de grafeno. Grafeno pode ser obtido a partir de grafite que sofreu uma expansão e/ou procedimento de esfoliação que permite que as folhas individuais de grafeno sejam se-paradas uma da outra.

[00087] Em algumas modalidades, o nanocompósito da invenção compreende nanopartículas de grafite esfoliadas (xGnP). Nanopartícu- las de grafite esfoliada são também obtidas a partir de grafite e consistem em pequenas pilhas de folhas de grafeno. Geralmente, em nano- partículas de grafite esfoliada, as folhas de grafeno não estão completamente separadas uma da outra. Em algumas modalidades as nano- partículas de grafite esfoliada têm menos de 50 camadas de uma folha, de um modo preferido menos do que 20 camadas de folha de gra- feno. Nanopartículas de grafite esfoliada podem também ser conhecidas na técnica como grafite expandida.

[00088] Grafeno e nanopartículas de grafite esfoliada podem ser obtidos por tratamento de grafite, utilizando métodos conhecidos na técnica, tais como fluoração, tratamento com ácido, o tratamento térmico a alta temperatura, pulverização mecânica, moagem e outros semelhantes. Tal tratamento pode resultar em expansão e/ou esfolia- ção da grafite para produzir grafeno ou nanopartículas de grafite esfo- liada, ou ambos os tipos de nanopartículas em combinação.

[00089] Para expandir ou esfoliar o espaçamento interplanar entre os planos em camadas, a grafite intercalada é exposta a calor muito elevado em um período de tempo relativamente curto. Sem estar ligado por qualquer teoria em particular, o mecanismo esfoliado é a decomposição do agente de intercalação aprisionado, tais como ácidos sulfúrico e nítrico (H2 SO4 + HNO3), entre os planos em camadas altamente orientados quando expostos ao calor.

[00090] Os processos esfoliados adequados incluem aquecimento da grafite intercalada por alguns segundos, a temperaturas, pelo me- nos, maiores do que 500°C, mais preferivelmente maior do que 700°C, e mais tipicamente de 1000 °C ou mais. A grafite tratada tipicamente expande na direção "c" 100 a mais de 300 vezes a espessura do pré- tratamento. Em um processo de exfoliação preferida, a grafite intercalada é exposta a temperatura de 1050°C durante 15 segundos para conseguir a espessura na direção "c" de 300 vezes a da grafite pré- esfoliada. Para grafite natural com espessura original de 0,4 μm a 60 μm, a espessura de grafite esfoliada pode estar na faixa de 2 μm a 20.000 μm.

[00091] Em um conjunto de modalidades, as nanopartículas planares de carbono podem ter um tamanho médio de partícula na faixa de cerca de 1 nm a 50 μm, de preferência na faixa de cerca de 10 nm a 10 μm, mais preferivelmente na faixa de cerca de 50 nm a 5 μm. A dimensão de espessura média (menor) pode ser inferior ou igual a 5,0 nm.

[00092] Em um conjunto de modalidades, as nanopartículas planares de carbono podem ter uma proporção maior do que ou igual a cerca de 50:1.

[00093] Em um conjunto de modalidades as nanopartículas planares de carbono têm uma área de superfície BET de pelo menos 50 m2/g, de preferência uma área de superfície BET na faixa de 200 m2/g e 800 m2/g.

[00094] Verificou-se que a faixa de BET de 100 m2/g a 1000 m2/g, mais preferivelmente cerca de 200 m2/g a 800 m2/g, é particularmente útil para melhorar a resistência à pressão interna, sem comprometer indevidamente outras propriedades. Geralmente abaixo desta faixa a melhoria na resistência à pressão interna a uma dada concentração é reduzida. Além disso, acima da faixa do processo de mistura por fusão resulta geralmente em grupos ou aglomerados das nanopartículas planares de compósitos o que pode comprometer significativamente a resistência desejada, tenacidade e processamento do nanocompósito.

[00095] O nanocompósito da invenção compreende uma quantidade adequada de nanopartículas planares de carbono. Em um conjunto de modalidades, o nanocompósito compreende de cerca de 0,1 a 20%, a partir de cerca de 1 a 15%, ou de cerca de 3 a 10% em peso de nanopartículas planares de carbono, com base no peso total do na- nocompósito. Os presentes inventores descobriram que, vantajosamente, uma melhoria significativa nas propriedades pode ser conseguida através da utilização de apenas uma quantidade relativamente pequena de nanopartículas planares de carbono do nanocompósito.

[00096] Em uma forma, o nanocompósito da invenção pode ser preparado por adição de uma quantidade desejada de nanopartículas planares de carbono a uma quantidade desejada de resina à base de polietileno, tal como aqui descrito e mistura por fusão das nanopartícu- las planares de carbono com a resina à base de polietileno.

[00097] Em um conjunto de modalidades, a mistura de nanopartícu- las planares de carbono e uma resina à base de polietileno na forma de pó pode ser alimentada para uma extrusora de massa fundida de polímero, misturador de fusão ou de preferência um misturador de parafuso duplo e fundida para formar o nanocompósito. Mistura por fusão dos componentes é realizada de modo a obter a dispersão eficaz e a distribuição das nanopartículas planares de carbono na resina de base. A extrusora de massa fundida de polímero ou misturador precisa ser operada sob condições adequadas para formar um nanocompósito homogêneo. Em uma modalidade exemplar, o misturador de parafuso duplo é operado a uma temperatura de pelo menos 180°C com uma entrada de entrada de energia específica superior a 0,10 kWhr/kg. Em um conjunto de modalidades preferidas das composições de parafuso duplo de uso no processo compreende uma configuração de parafuso que consiste em transporte direto e elementos de parafuso manipula- dos à esquerda, além de amassar blocos de elementos. Resultados semelhantes foram obtidos em um rheomixer Brabender. Outros tipos de composições podem ser usados para obter nanocompósitos homo-gêneos tendo em conta as objeções e processos aqui descritos.

[00098] Em algumas modalidades a presente invenção proporciona um processo para a preparação de um nanocompósito de qualquer uma das modalidades aqui descritas, em que o processo compreende a etapa de mistura por fusão de nanopartículas planares de carbono com uma resina à base de polietileno, em que a resina à base de poli- etileno é selecionada a partir de qualquer uma das resinas de polietile- no aqui descritas. De preferência, a resina à base de polietileno é apropriada para a fabricação de um tubo tendo uma MRS de pelo menos 8,0 MPa, quando avaliada de acordo com procedimentos estatísticos de ISO 9080. Em um conjunto de modalidades, as nanopartículas planares de carbono podem ser fundidas com a resina à base de polie- tileno.

[00099] Em outras modalidades, o nanocompósito da invenção pode ser preparado por formação de uma composição de batelada que compreende nanopartículas planares de carbono e uma quantidade de uma resina à base de polietileno, em seguida, a mistura de uma quantidade da composição de batelada com uma quantidade adicional de uma resina à base de polietileno. A utilização de uma mistura de base pode vantajosamente ajudar uma dispersão mais uniforme das nano- partículas planares de carbono dentro da resina à base de polietileno em misturadores de massa fundida ou extrusoras com menos amas- samento intenso e capacidade de dispersão.

[000100] Assim, em outro aspecto, a presente invenção proporciona um processo para a preparação de um nanocompósito de qualquer uma das modalidades aqui descritas, o processo compreendendo as etapas de mistura de nanopartículas planares de carbono com uma quantidade de uma resina à base de polietileno para formar uma composição de batelada; e mistura por fusão da composição de batelada com uma quantidade adicional de resina à base de polietileno para proporcionar o nanocompósito. A resina à base de polietileno utilizada na formação de ambos composição de batelada e o nanocompósito pode ser selecionada a partir de qualquer uma das resinas de polieti- leno aqui descritas como sendo adequadas como uma de resina base. De preferência, a resina à base de polietileno é apropriada para a fabricação de tubos com uma MRS de pelo menos 8,0 MPa, quando avaliada de acordo com procedimentos estatísticos de ISO 9080.

[000101] A resina à base de polietileno empregada na composição de batelada e no nanocompósito pode ser igual ou diferente.

[000102] Em modalidades preferidas, a mesma resina à base de po- lietileno é empregada em ambos a composição de batelada e no na- nocompósito. A utilização da mesma resina à base de polietileno irá evitar quaisquer problemas de incompatibilidade ou risco de diluição ou de deterioração das propriedades do polímero de base decorrentes da utilização de diferentes tipos ou graus de resina de polietileno.

[000103] Em um conjunto de modalidades, a composição de batelada pode ser formada misturando uma quantidade desejada de nano- partículas planares de carbono com uma quantidade de pó de polieti- leno de base em um misturador de tambor, em seguida, alimentando a mistura resultante em uma extrusora de fundido de polímero ou de preferência, uma produtora de duplo parafuso e fundindo a quente a mistura. A extrusora pode ser operada a uma temperatura de menos de 180 °C com entrada de energia específica superior a 0,10 kWhr/kg.

[000104] Em modalidades em que uma composição de batelada é utilizada, a composição de batelada pode compreender de 5 a 50% em peso de nanopartículas planares de carbono, com base no peso da composição de batelada. Em uma modalidade exemplar, a composi- ção de batelada pode compreender nanopartículas de carbono planares em uma quantidade de cerca de 20% em peso, com base no peso da composição de batelada.

[000105] A composição de batelada pode estar na forma de um pó ou péletes, de preferência péletes.

[000106] Uma quantidade adequada da composição de batelada pode ser combinada com uma quantidade de resina à base de polietileno para proporcionar um nanocompósito. Em um conjunto de modalidades de uma quantidade de composição de batelada na faixa de cerca de 5 a 50% (p/p) é combinado com uma quantidade desejada de resina à base de polietileno. O nanocompósito resultante conterá então uma quantidade desejada de nanopartículas planares de carbono. Como mencionado acima, o nanocompósito compreende, de preferência cerca de 0,1 a 20%, a partir de cerca de 1 a 15%, ou de cerca de 3 a 10% em peso de nanopartículas planares de carbono. Um versado seria capaz de determinar as quantidades de composição de batelada e resina à base de polietileno que está sendo misturada em conjunto para formar o nanocompósito, tendo em conta a concentração de na- nopartículas na composição de batelada.

[000107] Em um conjunto de modalidades uma quantidade desejada da composição de batelada pode ser fundida com uma quantidade da resina à base de polietileno para formar o nanocompósito. A composição de batelada pode ser fundida com uma quantidade de resina à base de polietileno em uma extrusora, tal como um misturador de parafuso duplo. A extrusora pode ser operada sob as mesmas condições que as utilizadas para formar a composição de batelada. Em algumas modalidades, o misturador de parafuso duplo pode ser operado a uma temperatura de menos 180°C com a entrada de energia específica superior a 0,10 kWh / kg.

[000108] O nanocompósito da invenção pode estar na forma de péle- tes, de pó ou de pré-mistura.

[000109] Tal como aqui utilizado, o termo "pré-mistura" se refere a uma mistura de resina à base de polietileno com nanopartículas planares de carbono, ou batelada de nanopartículas planares de carbono ou composto, que é formado por tombo ou mistura rotativa dos componentes em um misturador para alcançar homogeneização.

[000110] O nanocompósito da invenção, desejavelmente, exibe uma melhoria de uma ou mais propriedades mecânicas sobre a resina à base de polietileno por si só, que não contém as nanopartículas planares de carbono.

[000111] Em um conjunto de modalidades, o nanocompósito da presente invenção tem uma tensão de tração à elasticidade de pelo menos 23 MPa, quando medido a 23°C e uma taxa de deformação de 25 mm/min de acordo com ASTM D638. Em uma modalidade, o nano- compósito tem uma tensão de tração à elasticidade na faixa de cerca de 24 a 35 MPa, quando medido a 23 °C e uma taxa de deformação de 25 mm/min, de acordo com ASTM D638.

[000112] Sem pretender ficar limitado pela teoria, acredita-se que as nanopartículas planares de carbono pode atuam para reforçar a resina à base de polietileno e, assim, melhoram uma ou mais propriedades mecânicas da resina de base. As propriedades que podem ser melhoradas por meio da incorporação de nanopartículas planares de carbono na resina à base de polietileno podem ser selecionadas a partir de, pelo menos, um dos seguintes: o módulo de elasticidade, o limite de elasticidade à tração, classificação de tensão de salto, módulo de flexão, resistência UV, e a taxa de redução de transporte de gás. Por conseguinte, a presente invenção permite uma melhoria mensurável em eficácia a ser alcançada, sem uma perda significativa de outras características desejáveis, como a resistência à tração, alongamento de ruptura, índice de fusão, estabilidade térmica, resistência ao impac- to, resistência ao desenvolvimento lento de fissuras e resistência à propagação rápida de fissuras.

[000113] Em um conjunto de modalidades, o nanocompósito da presente invenção proporciona uma melhoria na tensão de tração à elasticidade de pelo menos 3%, de preferência pelo menos 4%, mais pre-ferivelmente pelo menos 5%, mais preferivelmente pelo menos 6%, mais a resina à base de polietileno sozinha, sem uma perda prejudicial da tenacidade. Qualquer perda de dureza pode ser refletida nos resul-tados obtidos para resistência à ruptura e alongamento final.

[000114] Em algumas modalidades, o nanocompósito da invenção exibe uma perda da resistência à tração na ruptura de não mais do que cerca de 50%, de preferência não mais do que cerca de 40% mais preferivelmente não mais do que cerca de 30%, em relação à resina à base de polietileno sozinha.

[000115] Em um conjunto de modalidades, o nanocompósito da presente invenção exibe uma perda no alongamento final de não mais do que cerca de 50%, de preferência não mais do que cerca de 40% mais preferivelmente não mais do que cerca de 30%, em relação à resina à base de polietileno sozinha.

[000116] Uma pessoa versada na técnica relevante apreciaria que a ductilidade de um compósito de polímero, tal como refletida pela resistência à tração e alongamento de ruptura, pode proporcionar um indi-cador do desempenho provável no teste de entalhe da Pensilvânia (PENT), de acordo com ASTM F1473 e a resistência ao impacto de Charpy de acordo com ISO179. Tipicamente, uma diminuição significativa na resistência à tração e alongamento final irá apontar para uma redução da tenacidade do material e resistência ao desenvolvimento lento de fissuras.

[000117] Em algumas modalidades, o nanocompósito da invenção exibe uma perda em resistência ao impacto de Charpy de não mais do que 50% quando comparada com a resina à base de polietileno por si só, tal como avaliado de acordo com ISO 179.

[000118] Em algumas modalidades, o nanocompósito da invenção exibe uma perda em resistência ao desenvolvimento lento de fissuras de não mais do que 50% quando comparado com a resina à base de polietileno sozinha, tal como indicado pelo teste de entalhe da Pensil- vânia (PENT) e avaliado de acordo com ASTM F1473.

[000119] Em um outro aspecto, a presente invenção também proporciona um artigo que compreende, ou é formado a partir de um nano- compósito de qualquer uma das modalidades aqui descritas. Em um conjunto de modalidades, a presente invenção proporciona um artigo formado com um nanocompósito aqui descrito. Artigos preferidos podem ser recipientes ou frascos e tubos. Em um conjunto de modalidades, o artigo é um recipiente sob pressão ou um tubo.

[000120] Em um conjunto de modalidades, o artigo é um tubo. O tubo pode ser fabricado por meio de técnicas convencionais, tais como por extrusão. Em uma modalidade, o nanocompósito é extrusado para formar um tubo de pressão. O termo "tubo de pressão", tal como aqui utilizado significa um tubo que, quando utilizado, é submetido a uma pressão positiva, isto é, a pressão no interior do tubo é superior à pressão fora do tubo.

[000121] Em outro aspecto, a presente invenção proporciona um tubo, de preferência, um tubo de pressão, que compreende, ou é formado de um nanocompósito de qualquer uma das modalidades aqui descritas.

[000122] Em outro aspecto, a presente invenção proporciona a utilização de um nanocompósito de qualquer uma das modalidades aqui descritas na fabricação de um artigo. Em um conjunto de modalidades, o artigo pode ser um recipiente ou um tubo de pressão, de preferência, um tubo de pressão.

[000123] O nanocompósito da invenção pode compreender opcionalmente outros compostos ou componentes que são convencionalmente utilizados na fabricação de artigos como tubos, mais particular-mente, tubos de pressão. Em um conjunto de modalidades, o nano- compósito pode compreender opcionalmente um ou mais aditivos. Os aditivos opcionais podem ser selecionados a partir do grupo que consiste em estabilizadores (por exemplo, estabilizantes de calor), antioxi- dantes, lubrificantes, pigmentos (por exemplo, carbono de fumo), pre- enchedores, aditivos UV, aditivos de neutralização (por exemplo, este- arato de cálcio e estearato de zinco) e suas combinações. Os aditivos podem constituir de cerca de 0% a cerca de 10%, de preferência cerca de 0% a cerca de 5%, em peso, de uma composição formadora de tubo, compreendendo o nanocompósito e os aditivos.

[000124] Em outro aspecto, a presente invenção proporciona um tubo compreendendo ou formado a partir do nanocompósito de qualquer uma das modalidades aqui descritas, em que o tubo tem uma resistência requerida mínima de pelo menos 10,0 MPa, quando avaliado de acordo com procedimentos estatísticos de ISO 9080. Em um conjunto de modalidades, o tubo tem uma resistência requerida mínima que é equivalente ou superior a 10,0 MPa quando avaliado de acordo com procedimentos estatísticos de ISO 9080. Em um conjunto de modalidades, o tubo tem uma força mínima necessária que é equivalente ou superior a 11,2 MPa quando avaliado de acordo com procedimentos estatísticos de ISO 9080.

[000125] Tubos compreendendo ou formados com um nanocompósi- to das melhorias na invenção exibem uma ou mais propriedades, quando comparados com um tubo comparativo preparado com a mesma resina à base de polietileno tal como utilizado no nanocompó- sito sem as nanopartículas planares de carbono.

[000126] Em um conjunto de modalidades, um tubo que compreende ou é formado a partir de um nanocompósito de qualquer uma das modalidades aqui descritas tem uma resistência mínima requerida que é, pelo menos, 5% maior do que a força necessária mínima de um tubo comparativo formado com a mesma resina à base de polietileno sozinho.

[000127] Em um conjunto de modalidades, um tubo que compreende ou é formado a partir de um nanocompósito de qualquer uma das modalidades aqui descritas tem uma resistência hidrostática de longo prazo que é, pelo menos, 5% maior do que a resistência hidrostática de longo prazo de um tubo comparativo formado com a mesma resina à base de polietileno sozinha. Resistência hidrostática de longo prazo é medida em mega Pascais, com as dimensões de tensão, e que representa a força média prevista a uma temperatura e tempo.

[000128] O grau (%) de melhoria na força necessária mínima ou de resistência hidrostática de longo prazo ao longo de um tubo comparativo pode ser determinado através da avaliação dos diferentes tubos de acordo com procedimentos estatísticos de ISO 9080 e avaliando a alteração no resultado fornecido pelo tubo preparado com o nanocom- pósito em comparação com o resultado fornecido pelo tubo comparativo.

[000129] Em um conjunto de modalidades, um tubo que compreende um nanocompósito de qualquer uma das modalidades descritas aqui exibe um tempo de falha de pelo menos 1000 horas, quando testados de acordo com ISO 1167 e submetidos a uma tensão circular de pelo menos 13,8 MPa a 20 °C. Em algumas modalidades, o tubo exibe um tempo de falha de pelo menos 2000 horas, quando submetido a uma tensão circular de pelo menos 13,7 MPa a 20°C.

[000130] Em um conjunto de modalidades, um tubo compreendendo nanocompósito de qualquer uma das modalidades descritas aqui exibe um tempo de falha de pelo menos 200 horas, quando submetido a uma tensão circular de pelo menos 14,0 MPa a 20°C.

[000131] Em um conjunto de modalidades, um tubo que compreende um nanocompósito de qualquer uma das modalidades descritas aqui exibe um tempo de falha de pelo menos 500 horas, quando avaliado de acordo com o Teste de Pressão de Tubo de Entalhe (ISO 13479) a 920 kPa e 80°C.

[000132] Em um conjunto de modalidades, um tubo que compreende, ou é formado a partir de um nanocompósito de qualquer uma das modalidades descritas aqui exibe uma perda em resistência de desenvolvimento lento de fissuras de não mais do que 50%, quando comparado com um tubo comparativo formado com a mesma resina à base de polietileno, sem as nanopartículas planares de carbono. A resistên-cia ao desenvolvimento lento de fissuras pode ser avaliada usando técnicas convencionais, tais como o teste de entalhe da Pensilvânia (PENT) e o tese de tubo entalhado (ISO 13479). O grau (%) de perda em resistência de desenvolvimento lento de fissuras pode ser determinado avaliando os resultados no desenvolvimento lento de fissuras fornecido por um tubo preparado com um nanocompósito da invenção sobre o desempenho exibido por um tubo comparativo preparado com a resina à base de polietileno sozinha.

[000133] Em uma forma, os espécimes moldados a partir de um na- nocompósito da invenção tem uma propriedade de desenvolvimento lento de fissuras de pelo menos 1000 horas, ou pelo menos 2000 horas, quando testado de acordo com o procedimento descrito na norma ASTM F-1473-97 (teste de PENT) em 80°C no ar e 2,4 MPa de tensão de tração com profundidade do entalhe de 5 mm.

[000134] Tubos preparados com um nanocompósito de modalidades da invenção, vantajosamente, não sofrem de uma perda significativa na resistência ao desenvolvimento lento de fissuras, quando comparado com um tubo comparativo formado com a mesma resina de polieti- leno sem as nanopartículas planares de carbono.

[000135] Em um conjunto de modalidades, um tubo compreendendo ou formado a partir de um nanocompósito de qualquer uma das modalidades aqui descritas tem uma propriedade de desenvolvimento lento de fissuras de pelo menos 500 horas, quando testado em 80°C e 920 kPa de pressão de acordo com ISO 13479. Resistência de desenvolvimento lento de fissura dá uma indicação do momento em que um tubo entalhado pode suportar uma certa pressão a uma certa temperatura antes de falhar.

[000136] Em um conjunto de modalidades, um tubo que compreende um nanocompósito de qualquer uma das modalidades descritas aqui exibe uma perda em resistência à propagação rápida de fissuras de não mais do que 50%, quando comparado com um tubo comparativo formado com uma resina à base de polietileno sem as nanopartículas de grafite esfoliada. A resistência à propagação rápida de fissuras pode ser avaliada em conformidade com ISO 13477 ou usando técnicas como testes charpy de acordo com ISO 179.

[000137] É uma vantagem da invenção que os artigos tais como tubos e, mais particularmente, tubos de pressão, preparados com um nanocompósito da invenção, pelo menos, se atendam, e em alguns casos excedam a um ou mais requisitos de desempenho mínimo prescritos por várias normas internacionais para tubos PE 100. Por exemplo, tubos preparados com um nanocompósito da invenção podem ser capazes de resistir a tensões circulares mais elevadas do que o tubo PE 100 convencional à temperatura ambiente. Por conseguinte, a invenção pode ser vantajosa para a preparação de tubos de maior desempenho e vasos de pressão.

[000138] Em alguns casos, os tubos preparados com um nanocom- pósito da invenção podem atender ou exceder um ou mais requisitos mínimos de desempenho prescritos para tubos PE 100.

[000139] Em outros casos, os tubos preparados com um nanocom- pósito da invenção podem atender ou exceder os requisitos de desempenho de pressão prescritos para tubos PE 112.

[000140] Em outros casos, os tubos preparados com um nanocom- pósito da invenção podem atender ou exceder os requisitos de desempenho de pressão prescritos para tubos PE 125.

[000141] Em um conjunto de modalidades, os tubos preparados com um nanocompósito da invenção como descrito aqui exibem uma melhoria mensurável em força hidrostática de longo prazo (conforme avaliado por procedimentos estatísticos de ISO 9080) mantendo ao mesmo tempo um desempenho aceitável em termos de resistência a desenvolvimento lento da fissura e/ou resistência à propagação rápida de fissura. A melhoria da resistência hidrostática de longo prazo é avaliada em comparação com um tubo comparativo preparado com a mesma resina à base de polietileno tal como utilizado no nanocompósito, mas sem as nanopartículas planares de carbono. A melhoria da resistência hidrostática de longo prazo pode ser indicativa de um melhoramento no desempenho do suporte de carga para o tubo, o qual é conferido através do uso do nanocompósito na fabricação do tubo.

[000142] Nanocompósitos da invenção também retém qualidades de processamento aceitáveis, enquanto também exibem melhorias na resistência e outras propriedades mecânicas.

[000143] O nanocompósito da presente invenção vantajosamente permite que tubos de pressão de alto desempenho com uma ou mais propriedades mecânicas melhoradas sejam alcançadas sem a neces-sidade de modificar a composição química da resina à base de polieti- leno. As melhorias nas propriedades mecânicas são atribuídas à presença das nanopartículas planares de carbono, as quais são dispersas na resina à base de polímero, e proporcionam um reforço para a resina à base de polímero. A presente invenção permite que, por conse- guinte, resinas convencionais à base de polietileno sejam utilizadas na fabricação de tubos, no entanto, permite que uma ou mais propriedades desejáveis para tubos sejam melhoradas sem perda significativa de outras propriedades, devido à presença das nanopartículas. Por exemplo, foi descoberto que um tubo formado com um nanocompósito compreendendo uma resina PE 100 e nanopartículas planares de car-bono exibiram um desempenho de suporte de carga, como mostrado pela resistência à pressão interna, que excedeu aquela obtida para um tubo comparativo preparado com a mesma resina PE 100 sozinha.

[000144] Embora as melhorias acima tenham sido descritas para referência a produtos de tubo, um versado na técnica relevante apreciaria que as melhorias proporcionadas pelo nanocompósito da invenção podem também ser aplicáveis a uma variedade de outros produtos e artigos fabricados.

EXEMPLOS

[000145] A presente invenção é descrita com referência aos exemplos seguintes. Deve ser entendido que os exemplos são ilustrativos e não limitativos para a invenção aqui descrita.

Preparação de Nanocompósito:

[000146] Várias nanopartículas de grafite esfoliadas (xGnP) foram adquiridas de fornecedores comerciais e utilizadas como a nanopartí- cula de carbono planar. Resina de PE 100 foi utilizada como uma resina à base de polietileno. A resina à base de polietileno em pó e nano- partículas foram agravadas em um misturador de parafuso duplo ZSK25 esquematicamente representado na Figura 6. Na Figura 6 as letras A-Q representam elementos de parafuso específicos descritos na Tabela 1. Tabela 1

[000147] Todos os elementos do misturador de parafuso duplo foram elementos manipulados à direita, a menos que especificado de outro modo. Para elementos de parafuso referidos na Tabela 1, o primeiro número é o passo, dado em distância (mm) percorrido em uma revolução. O segundo número é o comprimento do elemento (mm).

[000148] "KB" indica um bloco de amassamento. O primeiro número é o ângulo formado pelas pás sobre o bloco de amassamento, quando comparado com a linha através do eixo do parafuso, em graus. O segundo número é o número de pás que estão em um elemento. O terceiro número é o comprimento do elemento (mm).

[000149] "LH" indica um elemento manipulado à esquerda.

[000150] A resina à base de polietileno em pó e as nanopartículas foram alimentadas para o misturador através de um alimentador gra- vimétrico. A resina de polímero e nanopartículas foram misturadas secas, e em seguida, colocadas na tremonha principal. A temperatura de processamento de menos 200°C foi utilizada com uma fonte de ener- gia específica superior a 0,10 kWh/kg. Os resultados são mostrados na Tabela 2. Tabela 2. Os nanocompósitos formados com resina PE 100 e nano- partículas de grafite esfoliada (xGnP).

[000151] xGnPI - Grafite sintética esfoliad a. Tamanho de partícula média de 1,8 mícrons. Área de superfície BET de 350 m2/g. Relação de aspecto - 800 - 1000

[000152] xGnP2 - Grafite natural esfoliada. Tamanho de partícula média de 2,2 mícrons. Área de superfície BET de 400 m2/g. Relação de aspecto > 1000.

[000153] Resina PE100: Consulte Tabela 3. Tabela 3. Composição e propriedades de PE100

Nanocompósitos comparativos:

[000154] Nanocompósitos comparativos foram também preparados formando bateladas comparativas contendo resina PE 100 e 5% em peso de uma nanopartícula comparativa. Uma quantidade selecionada de cada um dos concentrados comparativos foi então fundida com a resina PE 100 de modo a formar nanocompósitos comparativos. As nanopartículas comparativas utilizadas na formação dos nanocompósi- tos comparativos foram: nanotubos de carbono (CNT), silsesquioxano oligomérico poliédrico (POSS), nanoargila de montmorilonita (MMT), nanotubos de haloisita (HNT) e dióxido de titânio (TiO2). Se necessá-rio, um compatibilizador (tais como SEBS-g-MMA ou PE-g-MMA) foi adicionado tanto à composição de batelada ou ao nanocompósito para melhorar a compatibilidade das nanopartículas com a resina de polí-mero. Os resultados são mostrados na Tabela 4. Tabela 4. Nanocompósitos comparativos formados com resina PE 100 e várias nanopartículas

Propriedades Mecânicas:

[000155] As propriedades mecânicas dos nanocompósitos da Tabela 2 e dos nanocompósitos comparativos da Tabela 4 foram avaliadas utilizando o teste de tração a uma taxa de deformação de 25 ou 50 mm/min, a fim de determinar as propriedades tais como de limite de tração de elasticidade, resistência à tração e alongamento final. Uma amostra de controle de resina PE100 sozinha (sem nanopartículas ou compatibilizantes) também foi testada.

[000156] A Figura 1 é um gráfico que mostra a alteração na tensão de tração exibida pelo Exemplo 1 e Exemplos Comparativos CE1 (CE1 (5% TiO2), CE4 (5% POSS), CE8 (4% MMT), CE14 (4% MMT (Cloisi- te® 15A)/ 2%SEBS-g-MA), CE17 (4% MMT (Cloisite® 15A)/ 4% PE-g- MA), CE18 (4% MMT (Cloisite® 15A)/8% PE-g-MA), CE20 (4% MMT (Cloisite® 25A)/ 8% PE-g-MA) and CE24 (10% PE-g-MA), sobre aquela de uma amostra de controle PE100. A alteração na tensão de tração à elasticidade (% de aumento do controle) fornece uma indicação do potencial de melhoria da resistência hidrostática de longo prazo que pode ser conseguida em um tubo de pressão formado com o nano- compósito. A partir dos resultados mostrados na Figura 1, pode ser visto que um nanocompósito compreendendo resina PE100 e 5% (p/p) de xGnP proporciona uma melhoria na tensão de tração à elasticidade de pelo menos 4%, ao passo que os exemplos comparativos não proveem nenhuma melhora no limite de tração de elasticidade sobre a amostra de controle de PE 100.

[000157] As figuras 2 e 3 mostram os resultados do teste de tração para os Exemplos 1 a 3 e Exemplos Comparativos CE5 e CE6, que contêm os nanotubos de carbono. Os resultados da figura 2 demonstram que a tensão de tração à elasticidade de resina de polímero PE100 pode ser significativamente melhorada pela adição de xGnP à matriz do polímero. No entanto, a presença de xGnP também resultou em uma diminuição do alongamento de ruptura, conforme mostrado na figura 3. Além disso, a perda no alongamento final foi inferior a 30%, e muito menos do que o observado com a perda de nanocompósitos comparativos contendo nanotubos de carbono. Além disso, como mostrado na Figura 3, os nanocompósitos contendo xGnP não exibem uma perda inaceitável de tenacidade como indicado pelo alongamento de ruptura do material nanocompósito em comparação com nanocom- pósitos comparativos contendo nanotubos de carbono. Índice de fluidez:

[000158] Teste de índice de fluidez (MFI) com menos de 5 kg de peso foi conduzido a fim de avaliar a capacidade de processamento de nanocompósitos da invenção, quando comparado com um controle de resina PE 100 e vários nanocompósitos comparativos contendo diferentes tipos de nanopartículas.

[000159] Teste de índice de fluxo fusão de um controle de resina PE 100, Exemplos 1, 2 e 4 e vários Exemplos Comparativos foram realizados em conformidade com ISO 1133. Os resultados estão apresentados na Figura 4.

[000160] Como pode ser visto na Figura 4, nanocompósitos da invenção contendo uma resina PE 100 de base e 5%, 8% ou 13% xGnP exibem propriedades de processabilidade e de fluxo de fusão aceitáveis. Testes PENT e Charpy:

[000161] Resistência ao desenvolvimento lento de fissura e resistência à propagação rápida de fissura podem ser avaliadas utilizando o teste de entalhe da Pensilvânia (PENT) e testes de impacto Charpy de baixa temperatura. A mudança nestas propriedades é consistente com a resistência à tração e alongamento máximo de dados. Um nano- compósito contendo 5% de tensão de tração à elasticidade melhorada de xGnP enquanto exibem um desempenho aceitável, quando avaliada usando teste PENT e teste de Charpy de baixa temperatura, como mostrado na Tabela 5. Tabela 5.

Desempenho de Pressão de Tubo

[000162] Tubos foram moldados em uma extrusora da de tubo Bat- tenfeld de acordo com protocolos padrão da indústria para as dimensões descritas na Figura 7. Consulte a Tabela 6 para as configurações de extrusão de tubos. Tabela 6

[000163] Depois de condicionamento durante 24 horas, as amostras de teste foram submetidas a uma pressão hidrostática interna constante especificada durante um período de tempo especificado ou até à falha de acordo com o método descrito em ISO 1167.

[000164] Com referência à figura 7, é mostrado um desenho esquemático de um equipamento de teste 1 utilizado para avaliar a tensão de envolvimento. O anel de teste (1) compreende uma tampa de metal com rosca 2 da dimensão A de 43,5 mm de ID retendo uma amostra de tubo 3 em uma das extremidades 3a da amostra de tubo entre: (a) uma montagem na tampa roscada de metal 2 do anel de metal com rosca externa 4 com anel em O de borracha interna (oliva) 5 de diâmetro externo B de 40 mm e diâmetro interno C 30,8 mm de encosto do lado de fora 6 da amostra de tubo 3; e (b) uma vedação de plástico interna (dedal) 7 que encosta no interior 8 da amostra de tubo 2 tendo um diâmetro interno D de 28,9 mm.

[000165] A vedação de plástico 7 tem um diâmetro interno E de 20,5 mm. A espessura da parede do tubo de amostra F é de 1,9 a 2,2 mm.

[000166] O teste de tensão circular é realizado submetendo o lúmen 9 da amostra de tubo 3 à pressão hidrostática.

[000167] A resistência hidrostática a longo prazo mínima e resistência requerida foram então determinadas a partir dos dados de acordo com ISO 9080.

[000168] Os resultados representados graficamente na figura 5 comparam o tempo médio para a falha do tubo PE100 sob uma tensão circular de 12,4 MPa (o limite de tensão de PE100 típico) com aquele do tubo da composição do Exemplo 3 e PE teórica 125 (como avaliado pelos procedimentos estatísticos de ISO 9080). O tempo até a falha dos tubos é de aproximadamente 200 horas para PE 100, maior do que 2800 horas para a composição da invenção do Exemplo 3 e cerca de 2500 horas para PE125 teórico.

[000169] A composição da invenção divulga uma melhoria significativa na resistência ao estresse circular sobre PE 100 em níveis mais elevados de estresse e desempenho semelhante ao que se pode esperar-se de uma composição PE 125.

[000170] A Tabela 5 acima também mostra a manutenção da resistência ao desenvolvimento lento de fissuras medida pelo PENT, em comparação com PE 100 e resistência ao impacto aceitável ao conseguir uma melhoria muito significativa no esforço de tensão de produção 24,6 a 26,3 MPa.

[000171] A melhoria no limite de elasticidade também é apresentada na Figura 1, que mostra que, enquanto outras nanopartículas não conseguem uma melhoria na tensão de tração, a composição da invenção que compreende nanopartículas planares, especificamente grafite es- foliada, aumenta significativamente o limite de elasticidade.

[000172] A figura 3 demonstra, ainda, que enquanto nanotubos de carbono aumentaram significativamente a tensão de tração de polieti- leno foi em detrimento de ductilidade e tenacidade da composição. Por outro lado, a composição correspondente compreendendo de grafite esfoliada conseguiu uma melhoria semelhante no limite de elasticidade, sem comprometer excessivamente a dureza do compósito.

[000173] Os resultados acima indicados correlacionam-se com uma melhoria significativa na resistência à pressão interna resultante da presença de nanopartículas planares de carbono, particularmente grafite esfoliada, em uma resina à base de polietileno para a preparação de PE 100. Em particular, o melhoramento no esforço de tensão de produção e tempo para a falha de tubos testados em tensões de envolvimento superior a 20°C correlacionam-se com um aumento signifi-cativo na MRS de PE 100.

Claims

1. Composição de nanocompósito de polietileno, caracterizada pelo fato de que compreende: (i) resina de polietileno de base selecionada do grupo consistindo nas resinas PE 80, PE100 e PE 112, de acordo com a norma ISO 1167, sendo que a resina de polietileno de base apresenta um índice de fluidez na faixa de 0,10 a 1,4 g/10 min a 190°C e 5 kg, medidos de acordo com a norma ISO 1133; e (ii) nanopartículas planares de carbono com uma superfície teórica Brunauer-Emmett-Teller (BET), na faixa de 200 m2/g a 800 m2/g, em uma quantidade de 0,1 % a 20 % em peso, com base no peso da composição de nanocompósitos de polietileno, sendo que a composição do nanocomposto de polietileno apresenta uma resistência mínima exigida (MRS) pelo menos 5% superior à da resina de polietileno de base, na ausência das nanopartícu- las planas de carbono avaliadas, de acordo com a norma ISO 9080.

2. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a resina de polietileno de base apresenta uma distribuição multimodal do peso molecular.

3. Composição, de acordo com a reivindicação 21, caracterizada pelo fato de que a resina de polietileno de base apresenta uma distribuição de peso molecular multimodal, que inclui pelo menos um comonômero alfa-olefínico incorporado regularmente em uma fração de peso molecular elevado do polímero de base para atingir uma concentração entre 0,5% e 8% de peso na fração de peso molecular elevado.

4. Composição, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o comonômero alfa-olefínico está presente em uma quantidade de 2% a 4% em peso da fração de elevado peso molecular.

5. Composição, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o comonômero alfa-olefínico é selecionado a partir do grupo consistindo em 1-buteno, 1-penteno, 1-hexeno, 1- hepteno, 1-octeno, e misturas dos mesmos.

6. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um ou mais componentes adicionais em uma quantidade total até 10% p/p da composição do nanocompósito de polietileno.

7. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as nanopartículas planares de carbono são selecionadas a partir do grupo consistindo em grafeno, grafite, grafite es- foliada, e misturas dos mesmos.

8. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as nanopartículas planares de carbono são na- nopartículas esfoliadas de grafite.

9. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as nanopartículas planares de carbono estão presentes em quantidade de 1% a 15% em peso, com base no peso da composição em nanocompósitos.

10. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a resina de polietileno de base apresenta uma distribuição de peso molecular bimodal.

11. Composição, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a distribuição de peso molecular bimodal compreende uma fração de baixo peso molecular em uma faixa de 30% a 60% do peso da resina de polietileno de base e uma fração de alto peso molecular em uma faixa de 70% a 40% do peso da resina de polietileno de base.

12. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que apresenta uma tensão de escoamento de tra- ção de pelo menos 23 MPa, quando medida a 23°C e uma taxa de deformação de 25 mm/min, de acordo com a norma ASTM D638.

13. Composição, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que a tensão de escoamento de tração está compreendida entre 24 e 35 MPa, quando medida a 23°C, e uma taxa de deformação de 25 mm/min, de acordo com a norma ASTM D638.

14. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que apresenta uma resistência ao desenvolvimento lento de fissuras de pelo menos 1000 horas, quando medida de acordo com a norma ASTM F1473-97 a 80°C no ar.

15. Método para melhorar a resistência mínima requerida (MRS) de uma composição em polietileno para fabricação de tubos, caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer uma resina de polietileno de base selecionada do grupo constituído por resinas PE 80, PE100 e PE 112, de acordo com a norma ISO 1167, sendo que a resina de polietileno de base apresenta um índice de fluidez na faixa de 0,10 a 1,4 g/10 min a 190°C e 5 kg, medido de acordo com a norma ISO 1133; e misturar a resina com nanopartículas planas de carbono BET de 200 m2/g a 800 m2/g, para formar uma composição de nano- compósitos de polietileno como composição extrusáel; sendo que a composição de nanocompósitos de polietileno apresenta um MRS pelo menos 5% maior em relação à resina de poli- etileno de base sem as nanopartículas planares de carbono avaliadas de acordo com a norma ISO 9080.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a resina de polietileno de base é bimodal, compreende uma fração de baixo peso molecular de 30% a 60% em peso e uma fração de elevado peso molecular em uma quantidade de 70% a 40% por peso da resina de polietileno de base, e sendo que a fração de elevado peso molecular incorpora de 0,5% a 8% em peso de pelo menos um comonômero alfa-olefínico, que se distribui regularmente na fração de elevado peso molecular.

17. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a formação de um tubo por ex- trusão da composição extrusável.

18. Tubo, caracterizado pelo fato de que compreende o na- nocomposto de polietileno, como definido na reivindicação 1.