ES2206647T3 - Procedimiento para la obtencion de ceras de poliolefina oxidadas. - Google Patents

Procedimiento para la obtencion de ceras de poliolefina oxidadas.

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ES2206647T3 ES97122648T ES97122648T ES2206647T3 ES 2206647 T3 ES2206647 T3 ES 2206647T3 ES 97122648 T ES97122648 T ES 97122648T ES 97122648 T ES97122648 T ES 97122648T ES 2206647 T3 ES2206647 T3 ES 2206647T3
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Abstract

PROCESO PARA LA FABRICACION DE CERAS POLIOLEFINICAS OXIDADAS POR REACCION DE CERAS POLIOLEFINICAS CON OXIGENO O GASES CONTENIENDO OXIGENO A TEMPERATURAS ENTRE 140 Y 200 C Y PRESIONES ENTRE 5 Y 200 BAR, TRANSCURRIENDO LA REACCION DE OXIDACION DE MODO CONTINUO EN UN REACTOR TUBULAR Y ESTANDO EXCLUIDA LA REACCION DE POLIOLEFINAS FABRICADA MEDIANTE CATALIZADORES DE METALOCENO.

Description

Procedimiento para la obtención de ceras de poliolefina oxidadas.
La presente invención se refiere a un procedimiento para la obtención de ceras de poliolefina oxidadas mediante la reacción de ceras de poliolefina con oxígeno o gases oxigenados a temperaturas entre 140 y 200ºC y a presiones entre 5 y 200 bar.
La invención se refiere además a ceras de poliolefina oxidadas obtenibles según este procedimiento así como al empleo de estas ceras de poliolefina en o como masas de recubrimiento así como en o como agentes de cuidado del suelo.
Se conoce desde hace mucho tiempo la oxidación de ceras de poliolefina con oxígeno o gases oxigenados (véase, por ejemplo, Kunststoff-Handbuch, tomo 4, Carl-Hanser-Verlag, Munich, 1969). Generalmente se funde en este caso la cera de poliolefina a oxidar y se pone entonces en contacto con el gas de oxidación. La oxidación se lleva a cabo a menudo en autoclaves agitadas. Los procedimientos continuos emplean a menudo varias autoclaves en posición de cascadas. El inconveniente de estas cascadas de cubas de agitación tiene que verse sobre todo en el hecho, que las moléculas de cera tienen muy diferentes tiempos de residencia en la respectiva autoclave y los productos de oxidación muestran, por consiguiente, una elevada heterogeneidad con porcentajes de moléculas de cera muy fuertemente o bien muy débilmente oxidadas.
Por la solicitud de patente alemana más antigua 19 617 230.6 se describen ceras oxidadas, obtenibles mediante poliolefinas obtenibles mediante catálisis de metaloceno, así como procedimientos para su obtención. Para la oxidación de estas ceras se refiere también a la posibilidad de llevar a cabo esta reacción en un reactor tubular.
El objeto de la presente invención consistía ahora en encontrar un procedimiento para la obtención de ceras de poliolefina, que puede accionarse de forma continua, que proporciona un buen rendimiento de espacio-tiempo y que conduce a productos con una distribución estrecha del índice de acidez.
Por consiguiente se encontró un procedimiento para la obtención de ceras de poliolefina oxidadas, que se derivan de etileno y/o propileno, 1-buteno, 1-penteno, 1-hexeno, 1-octeno, 1-noneno y/o 1-deceno, mediante reacción de ceras de poliolefina con oxígeno o gases oxigenados a temperaturas entre 140 y 200ºC y a presiones entre 5 y 200 bar, caracterizados porque se lleva a cabo la reacción de oxidación de forma continua en un reactor tubular con una proporción de longitud/diámetro de 2000 hasta 50000, mostrando la camisa de calefacción del reactor tubular al menos 2 zonas de temperatura diferentes, ascendiendo la proporción de las velocidades de corriente de cera y gas oxidante entre 30 y 500 y el tiempo de residencia medio de la cera en el reactor tubular entre 0,5 y 20 horas, excluyéndose la conversión de poliolefinas obtenidas por catálisis de metaloceno.
Se encontraron nuevas ceras de poliolefinas oxidadas obtenibles según estos procedimientos así como el empleo de estas ceras de poliolefinas oxidadas en o como masas de recubrimiento así como en o como agente de cuidado para el suelo.
La oxidación de las poliolefinas, que forman la base de las ceras oxidadas, puede llevarse a cabo con oxígeno o gases oxigenados. Preferentemente se emplea aire para la oxidación de las poliolefinas. Para el apoyo de la oxidación pueden agregarse peróxidos orgánicos, como, por ejemplo, peróxido de di-terc.-butilo; puede pensarse también en la adición de sales de metales pesados, como acetato de manganeso.
La selección de la temperatura de oxidación va en función del grado de oxidación deseado, del tiempo de residencia de la cera en el reactor así como del tipo y la cantidad del gas de oxidación. Las temperaturas inferiores a 140ºC conducen generalmente a rendimientos de espacio-tiempo inaceptables, a temperaturas mayores de 200ºC existe el peligro creciente de una "rotura" por oxidación de las ceras y con esto unido un producto de oxidación impurificado y un ensuciamiento rápido del reactor. Como particularmente adecuados se han mostrado temperaturas entre 150 y 190ºC, particularmente entre 160 y 180ºC.
Se obtienen rendimientos de espacio-tiempo particularmente buenos, si la temperatura interna del reactor tubular muestra sobre toda la longitud en lo posible constante la misma temperatura óptima. Esto puede conseguirse según la invención por el hecho, que la camisa de calefacción del reactor tubular muestra al menos dos zonas diferentes de temperatura, ajustándose la zona de temperatura en la primera parte del reactor tubular a una temperatura más elevada en 5 hasta 20ºC que la zona de temperatura en la parte trasera del reactor. De esta manera puede conseguirse una temperatura interna constante.
La presión de reacción asciende entre 5 y 200 bar, preferentemente se trabaja a una presión de 10 hasta 60, particularmente preferente a 20 hasta 50 bar.
Como reactores pueden emplearse reactores de haz de tubos o de alta presión habituales, como se emplean, por ejemplo, también para la polimerización o copolimerización de olefinas. El reactor tubular tiene que estar dimensionado de tal manera, que la cera tiene un tiempo de residencia suficiente en el reactor y se produce una corriente suficientemente turbulenta, por lo cual se garantiza una mezcla suficiente de la mezcla de reacción de dos fases. Generalmente se emplean reactores tubulares con una proporción de longitud/diámetro de 2000 hasta 50000, preferentemente de 5000 hasta 30000. Buenos resultados pueden conseguirse, por ejemplo, en reactores tubulares con una longitud de 200 hasta 2000 m, preferentemente de 500 hasta 1000 m y con un diámetro de 2 hasta 6 cm, preferentemente de 3 a 5 cm.
Para este balance de un buen rendimiento de espacio tiempo y una "rotura" reducida por oxidación es importante el tiempo de residencia de la cera en el reactor. El tiempo de residencia óptimo depende, por su parte, de la temperatura de oxidación y de la presión parcial de oxígeno. Particularmente buenos resultados se consiguen generalmente con tiempos de residencia medios de 0,5 hasta 20 horas, preferentemente de 1 a 10 horas y particularmente preferente de 1 a 5 horas.
Como productos de partida para el procedimiento de oxidación según la invención entran en consideración todas las ceras habituales de poliolefina, es decir, por ejemplo, ceras de poliolefina obtenidas mediante catálisis de Ziegler o de Phillips o mediante procedimientos de alta presión. Las ceras, que forman la base, pueden sacarse directamente a un procedimiento de polimerización u obtenerse por disociación térmica de polímeros de olefina de elevado peso molecular.
Las ceras bien adecuados se derivan, por ejemplo, de etileno y/o alqu-1-enos con 3 a 10 átomos de carbono, como de propileno, 1-buteno, 1-penteno, 1-hexeno, 1-hepteno, 1-octeno, 1-noneno y 1-deceno. Preferentemente se emplean como ceras de poliolefina homo- o copolímeros del etileno o del propileno, particularmente preferente aquellos del etileno.
Para la obtención de las ceras de poliolefina, que forman la base, pueden homopolimerizarse los monómeros o copolimerizarse en cualquier proporción entre sí. Las poliolefinas preferentes, que forman la base de las ceras oxidadas, son homopolímeros de etileno con una densidad en el intervalo de 0,89 hasta 0,98 g/cm^{3}, preferentemente en el intervalo de 0,90 hasta 0,96 g/cm^{3} y con un M_{w}, determinado con el método de la GPC en 1,2,4-triclorobenceno a 135ºC con un normalizado de polietileno o polipropileno, en el intervalo de 1000 hasta 40000 g/mol, preferentemente en el intervalo de 2000 hasta 20000 g/mol.
Sirven además como poliolefinas de partida copolímeros de etileno/alqu-1-eno con 3 a 10 átomos de carbono con un contenido total de unidades estructurales procedentes de alqu-1-eno o los alqu-1-enos en l copolímero en el intervalo de un 0,1 hasta un 15% en mol, preferentemente en el intervalo de un 1 hasta un 10% en mol, referido al copolímero. Los copolímeros preferentes de etileno/alqu-1-eno son copolímeros de etileno/propileno con un contenido de unidades estructurales procedentes del propileno en el copolímero en el intervalo de un 0,1 hasta un 10% en mol, preferentemente en el intervalo de un 1 hasta un 5% en mol, referido al copolímero. Los copolímeros tienen generalmente un M_{w}, determinado con el método de la GPS como anteriormente descrito, en el intervalo de 1000 hasta 40000 g/mol, preferentemente en el intervalo de 2000 hasta 20000 g/mol.
Otras poliolefinas preferentes, que pueden formar base para las ceras oxidadas, son homopolímeros de propileno isotácticos con un contenido de pentadeno mmmm de pentadeno isotáctico, determinado con el método de la espectroscopía ^{13}C-NMR, en el intervalo de un 90 hasta un 98% y con un M_{w}, determinado con el método de la GPC, como anteriormente descrito, en el intervalo de 1000 hasta 40000 g/mol, preferentemente en el intervalo de 2000 hasta 20000 g/mol.
Sirven además también copolímeros del propileno con etileno y/o alqu-1-enos con 4 a 10 átomos de carbono como poliolefinas básicos. Estos copolímeros de propileno tienen habitualmente un contenido total de unidades estructurales, procedentes del etileno y/o los alqu-1-enos con 4 a 10 átomos de carbono, en el copolímero de un 0,1 hasta un 15 % en mol, preferentemente en el intervalo de un 1 hasta un 10% en mol, referido al copolímero. Los copolímeros de propileno preferentes son copolímeros de propileno/etileno con un contenido de unidades estructurales procedentes del etileno en el copolímero en el intervalo de un 0,1 hasta un 10% en mol, preferentemente en el intervalo de un 1 hasta un 5% en mol, referido al copolímero. Los copolímeros de propileno tienen generalmente un M_{w}, determinado según el método de la GPC como anteriormente descrito, en el intervalo de 1000 hasta 40000 g/mol, preferentemente en el intervalo de 1000 hasta 20000 g/mol.
Otro parámetro influyente del procedimiento según la invención es la proporción de las velocidades de corriente de cera y gas oxidante por el reactor tubular. Esta proporción influye tanto sobre la medida de la turbulencia y por consiguiente la mezcla de la mezcla de reacción como también sobre la cantidad del oxidante, que puede entrar en contacto con la cera. Ventajosamente asciende la proporción de las velocidades de corriente de gas oxidante y cera entre 30 y 500, particularmente preferente entre 50 y 300.
Las ceras de poliolefina oxidadas y obtenibles según el procedimiento según la invención destacan por una distribución del índice de acidez particularmente estrecha. Muestran además tan solo muy pequeñas impurificaciones por productos "de rotura", denominados "manchas negras". Así es, por ejemplo, posible de obtener también ceras con un elevado grado de oxidación sin un porcentaje significante de impurificaciones de este tipo.
Los índices de acidez (determinados según DIN 53 402) son una medida para el grado de oxidación de las ceras oxidadas y van en correlación con la aptitud a la dispersión de las ceras en agua. Generalmente se persiguen, por consiguiente, índices de acidez medianos hasta elevados, pudiendo conducir índices de acidez muy elevados, por otro lado, a productos de una menor dureza.
Según el procedimiento conforme con la invención se obtienen, por ejemplo, ceras de poliolefina oxidadas con índices de acidez entre 1 y 150. Para muchas aplicaciones son de ventaja aquellas ceras de poliolefina oxidadas con índices de acidez entre 10 y 50, particularmente preferente aquellas con índices de acidez entre 15 y 35.
Las ceras según la invención se emplean, por ejemplo, en o como masas de recubrimiento. Por su buena aptitud a la dispersión exenta de grumos pueden obtenerse con estas ceras recubrimientos de cera particularmente uniformes, por ejemplo sobre frutas cítricas o sobre barnices para automóviles.
La buena aptitud a la dispersión permite también el empleo ventajoso de las ceras según la invención en o como agentes de cuidado para el suelo.
Ejemplos
Los ensayos de ejemplos se llevaron a cabo en un reactor tubular de dos partes con un diámetro interno de 4 cm y con una longitud total de 700 m. Ambos tubos parciales de la misma longitud pudieron ajustarse a temperaturas de camisa diferentes T_{1} (1ª parte) y T_{2} (2ª parte). Como producto de partida sirvió una cera de polietileno de alta presión con una densidad de 0,92 g/ml y con una viscosidad de fusión (a 120ºC) de 1000 mm^{2}/s. Las temperaturas y las velocidades de corrientes se seleccionaron de manera tal, que resultó un índice de acidez de aproximadamente 20. Se investigó en cada ensayo la frecuencia de "Manchas negras" en el producto.
La siguiente tabla muestra los resultados.
TABLA
Ejemplo Caudal de cera Caudal de aire Proporción T_{1} T_{2} Índice de acidez Manchas negras
[1/h] [m^{3}/h] ^{v}Aire/^{v}Cera [ºC] [ºC] por 100 g de cera
1 700 130 186 170 160 20,3 \leq 1
2 900 130 143 170 160 20,6 \leq 1
3 700 50 72 170 160 19,9 \leq 1
4 700 130 186 190 180 20,5 \leq 1

Claims (8)

1. Procedimiento para la obtención de ceras de poliolefina oxidadas, que se derivan de etileno y/o propileno, 1-buteno, 1-penteno, 1-hexeno, 1-octeno, 1-noneno y/o 1-deceno, mediante reacción de ceras de poliolefina con oxígeno o gases oxigenados a temperaturas entre los 140 y 200ºC y a presiones entre 5 y 200 bar, caracterizado porque se lleva a cabo la reacción de oxidación de forma continua en un reactor tubular con una proporción de longitud/diámetro de 2000 hasta 50000, mostrando la camisa de calefacción del reactor tubular al menos 2 zonas de temperatura diferentes, ascendiendo la proporción de las velocidades de las corrientes de la cera y el gas oxidante entre 30 y 500 y el tiempo medio de residencia de la cera en el reactor tubular entre 0,5 y 20 horas y excluyéndose conversión de poliolefinas obtenidas por catálisis mediante metalocenos.
2. Procedimiento para la obtención de ceras de poliolefina oxidadas según la reivindicación 1, caracterizado porque se emplean como ceras de poliolefinas homo- o copolímeros del etileno.
3. Procedimiento para la obtención de ceras de poliolefina oxidadas según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque se emplea como gas oxigenado aire.
4. Procedimiento para la obtención de ceras de poliolefina oxidadas según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se ajusta la zona de temperatura en la primera parte del reactor tubular a una temperatura en 5 hasta 20ºC mayor que la zona de temperatura en la parte trasera del reactor.
5. Ceras de poliolefina oxidadas, obtenibles según un procedimiento según las reivindicaciones 1 a 4.
6. Ceras de poliolefina oxidadas según la reivindicación 5 con un índice de acidez entre 10 y 50.
7. Empleo de ceras de poliolefinas oxidadas según la reivindicación 5 en o como masas de recubrimiento.
8. Empleo de ceras de poliolefina oxidadas según la reivindicación 5 en o como agentes de cuidado del suelo.
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