ES2214522T3 - Pelicula extruida a partir de una mezcla de copolimeros de etileno. - Google Patents

Pelicula extruida a partir de una mezcla de copolimeros de etileno.

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ES2214522T3 ES96308065T ES96308065T ES2214522T3 ES 2214522 T3 ES2214522 T3 ES 2214522T3 ES 96308065 T ES96308065 T ES 96308065T ES 96308065 T ES96308065 T ES 96308065T ES 2214522 T3 ES2214522 T3 ES 2214522T3
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Abstract

UNA PELICULA QUE COMPRENDE UNA MEZCLA DE (I) UN POLIETILENO LINEAL DE BAJA DENSIDAD Y (II) UNA MEZCLA IN SITU DE COPOLIMEROS DE ETILENO Y UNA O MAS ALFA-OLEFINAS QUE TIENE DE 3 A 8 ATOMOS DE CARBONO EN DONDE (A) EL RANGO DE PESO DEL COMPONENTE (I) PARA EL COMPONENTE (II) ESTA EN EL RANGO DE DESDE 0,01:1 A 6:1, (B) LA MEZCLA HA SIDO EXTRUIDA BAJO CONDICIONES DE EXTRUSION, A UNA VELOCIDAD DE MOLDEO EN EL RANGO DE DESDE 6,75 A 22,5 KG POR HORA POR CENTIMETRO (DE 6 A 20 LIBRAS POR HORA POR PULGADA) DE CIRCUNFERENCIA DE MOLDEO Y EN UN INTERVALO DE MOLDEO EN EL RANGO DE DESDE 0,050 A 0,187 CM (DE 0,020 A 0,075 PULGADAS) Y (C) LA PELICULA NO MUESTRA ESENCIALMENTE FRACTURA POR FUSION.

Description

Película extruida a partir de una mezcla de copolímeros de etileno.
Campo técnico
Esta invención se refiere a una película extruida a partir de una mezcla de (i) polietileno lineal de baja densidad convencional y (ii) una mezcla in situ de co-polímeros de etileno preparados en una serie de reactores de polimerización.
Información de los antecedentes
Ha habido un rápido crecimiento en el mercado para el polietileno lineal de baja densidad (PELBD), particularmente para una resina preparada bajo condiciones de funcionamiento suaves, típicamente a presiones de 0,7 a 2,1 MPa y temperaturas de reacción de menos de 100ºC. Este procedimiento a baja presión proporciona un amplio intervalo de productos de PELBD para películas sopladas y coladas, moldeo por inyección, moldeo rotacional, moldeo por soplado, y aplicaciones para tuberías, tubos, y alambres y cables. El PELBD tiene esencialmente una cadena principal lineal, con sólo ramificaciones de cadena corta, de 2 a 6 átomos de carbono de longitud.
En el PELBD, la longitud y frecuencia de ramificación, y, en consecuencia, la densidad, está controlada por el tipo y cantidad de co-monómero usado en la polimerización. Aunque la mayoría de las resinas de PELBD en el mercado hoy en día tienen una distribución de pesos moleculares estrecha, están disponibles resinas de PELBD con una distribución de pesos moleculares amplia para varias aplicaciones no de película.
Las resinas de PELBD diseñadas para aplicaciones tipo artículos de consumo incorporan típicamente 1-buteno como co-monómero. El uso de un co-monómero de alfa-olefina de peso molecular mas alto produce resinas con ventajas de resistencia significativas respecto a las de los co-polímeros de etileno/1-buteno. Los co-monómeros de alfa-olefina superiores predominantes en el uso comercial son el 1-hexeno, 4-metil-1-penteno, y 1-octeno. La mayoría del PELBD se usa en productos para película, donde las excelentes propiedades físicas y características de utilización de la película de PELBD hacen a esta película muy adecuada para un amplio espectro de aplicaciones. La fabricación de película de PELBD se efectúa de manera general por los procedimientos de película soplada y colado en rendija. La película resultante se caracteriza por una excelente resistencia a la tracción, alto alargamiento último, buena resistencia al impacto, y excelente resistencia a la punción.
El PELBD, sin embargo, debido a una característica inherente a la estructura molecular/reología de fusión, es altamente susceptible a la fractura de fusión, un fenómeno por el cual, al salir de una boquilla extrusora, el extrudado tiene una superficie altamente irregular. El PELBD es particularmente vulnerable a la fractura de fusión a velocidades en boquilla que excedan de 4,5 kg por hora por centímetro de circunferencia de boquilla y a aberturas de boquilla en el intervalo de 0,508 mm a 1,905 mm.
El documento US-A-5 210 142 describe un método para reducir la fractura de fusión en el proceso de fusión de un polietileno lineal. El artículo formado por el método puede ser una película.
En particular la presente invención es como se define en las reivindicaciones 1, 7, 9 y las reivindicaciones dependientes.
Descripción de la invención
Un objeto de esta invención, por consiguiente, es proporcionar una película que contiene una proporción de pesos definida de PELBD, que ha sido extruido a la velocidad en boquilla y abertura de boquilla mencionadas anteriormente, esencialmente sin fractura de fusión.
Otros objetos y ventajas se harán claros de aquí en adelante.
Según la presente invención, se ha descubierto tal película y un procedimiento para preparar la misma, película que comprende una mezcla de (i) un polietileno lineal de baja densidad y (ii) una mezcla in situ de co-polímeros de etileno y una o más alfa-olefinas que tienen de 3 a 8 átomos de carbono, en la que (a) la relación de pesos del componente (i) al componente (ii) está en el intervalo de 0,01:1 a 3:1; (b) la mezcla ha sido extruida, bajo condiciones de extrusión, a una velocidad en boquilla en el intervalo de 6,75 a 22,5 kg por hora por centímetro de circunferencia de boquilla y a una abertura de boquilla en el intervalo de 0,508 a 1,905 mm; y (c) la película no exhibe esencialmente fractura de fusión.
Descripción de la(s) realización(s) preferida(s)
El calibre o grosor de la película puede estar en el intervalo de 0,013 a 0,15 mm, y está preferiblemente en el intervalo de 0,019 a 0,064 mm. El calibre óptimo es de alrededor de 0,038 mm. Como se apuntó, la película puede ser extruida a una velocidad en boquilla en el intervalo de 6,75 a 22,5 kg por hora por centímetro de circunferencia de boquilla y a una abertura de boquilla en el intervalo de 0,508 a 1,905 mm. Preferiblemente, la película se extruye a una velocidad en boquilla en el intervalo de 9 a 16,9 kg por hora por centímetro de circunferencia de boquilla y a una abertura de boquilla en el intervalo de 0,889 a 1,27 mm. La relación de pesos del componente (i), es decir, el PELBD, al componente (ii), es decir, la mezcla in situ, puede estar en el intervalo de 0,01:1 a 3:1, y está preferiblemente en el intervalo de 1:1 a 3:1.
Como se apuntó, la película se forma por extrusión. El extrusor es uno convencional que usa una boquilla, que proporcionará el calibre deseado. Ejemplos de diversos extrusores que se pueden usar para formar la película son los de tipo tornillo único modificado con una boquilla de película soplada y un anillo de aire y un equipo de retirada continua. Un extrusor de tipo tornillo único típico se puede describir como uno que tiene una tolva en su extremo corriente arriba y una boquilla en su extremo corriente abajo. La tolva alimenta a un cilindro, que contiene un tornillo. En el extremo corriente abajo, entre el extremo del tornillo y la boquilla, hay un paquete filtrador y un plato separador. Se considera que la parte del tornillo del extrusor está dividida en tres secciones, la sección de alimentación, la sección de compresión, y la sección de medida, y múltiples zonas de calentamiento, desde la zona de calentamiento trasera a la zona de calentamiento delantera, corriendo las múltiples secciones y zonas de corriente arriba a corriente abajo. Si tiene más de un cilindro, los cilindros están conectados en serie. La relación longitud a diámetro de cada cilindro está en el intervalo de 16:1 a 30:1. La extrusión puede tener lugar a temperaturas en el intervalo de 150 a 280 grados C, y se lleva a cabo preferiblemente a temperaturas en el intervalo de 190 a 250 grados C.
La mezcla que se usa en el extrusor es una mezcla de un polietileno lineal de baja densidad convencional y una mezcla in situ producida en dos reactores por etapas conectados en serie, en los que una mezcla de resina y precursor catalítico se transfiere desde el primer reactor hasta el segundo reactor, en el que se prepara otro co-polímero y se mezcla in situ con el co-polímero del primer reactor.
El polietileno lineal de baja densidad (PELBD) convencional puede ser un co-polímero de etileno y una o más alfa-olefinas que tienen de 3 a 12 átomos de carbono, y preferiblemente de 3 a 8 átomos de carbono. Estos polímeros se pueden producir por procedimientos descritos en las Patentes de Estados Unidos 4.101.445, 4.302.565, y 4.508.842. El PELBD, típicamente, tiene una densidad en el intervalo de 0,900 a 0,940 gramos por centímetro cúbico, y preferiblemente de 0,915 a 0,925 gramos por centímetro cúbico; un índice de fusión en el intervalo de 0,3 a 3 gramos por cada 10 minutos; y una relación Mw/Mn en el intervalo de 3 a 8.
Con respecto a la mezcla in situ:
El componente (ii) se produce in situ poniendo en contacto etileno y al menos un co-monómero de alfa-olefina con un sistema catalítico basado en magnesio/titanio en cada uno de dos reactores conectados en serie, bajo condiciones de polimerización, en los que se forma un polímero de peso molecular relativamente alto en el primer reactor, y tiene un índice de fluidez en el intervalo de 0,01 a 30 gramos por cada 10 minutos y una densidad en el intervalo de 0,860 a 0,940 gramos por centímetro cúbico, y se forma un polímero de peso molecular relativamente bajo en el segundo reactor, y tiene un índice de fusión en el intervalo de 50 a 3.000 gramos por cada 10 minutos y una densidad en el intervalo de 0,900 a 0,970 gramos por centímetro cúbico, estando preferiblemente la relación de pesos del polímero de alto peso molecular al polímero de bajo peso molecular en el intervalo de 0,67:1 a 1,5:1.
Más particularmente, los co-polímeros producidos en cada uno de los reactores son co-polímeros de etileno y uno o más co-monómeros de alfa-olefina que tienen de 3 a 8 átomos de carbono, preferiblemente una o dos alfa-olefinas. El co-polímero de peso molecular relativamente alto se produce en lo que se denomina el reactor de alto peso molecular, y el co-polímero de peso molecular relativamente bajo se produce en lo que se denomina el reactor de bajo peso molecular. Las alfa-olefinas se ejemplifican por propileno, 1-buteno, 1-hexeno, 4-metil-1-penteno, ó 1-octeno. Se puede usar cualquiera de los co-monómeros antes mencionados en ambos reactores.
Las combinaciones de co-monómeros preferidas (primer reactor/segundo reactor) son las combinaciones 1-hexeno/1-buteno; 1-buteno/1-buteno; 1-buteno/1-hexeno; y 1-hexeno/1-hexeno.
Se entenderá que, de manera general, la mezcla in situ se puede caracterizar como una resina multimodal, usualmente bimodal o trimodal. En algunos casos, sin embargo, los dos componentes que componen la mezcla están tan suficientemente cercanos en peso molecular medio que no hay una discontinuidad discernible en la curva de pesos moleculares.
Las propiedades de estas resinas son fuertemente dependientes de la proporción del componente de alto peso molecular, es decir, el componente de bajo índice de fusión. Para un sistema de reactores por etapas, la proporción del componente de alto peso molecular se controla por medio de la velocidad de producción relativa en cada reactor. La velocidad de producción relativa en cada reactor puede, por su parte, ser controlada por una aplicación informática, que monitoriza la velocidad de producción en los reactores (medida por equilibrio de calor) y después manipula la presión parcial del etileno en cada reactor y la velocidad de alimentación del catalizador con el fin de cumplir los requerimientos de velocidad de producción, la distribución de velocidades de producción, y la productividad del catalizador.
El sistema catalítico basado en magnesio/titanio que se puede usar para producir la mezcla in situ se puede ejemplificar por el sistema catalítico descrito en la Patente de Estados Unidos 4.302.565, aunque el precursor está preferiblemente sin soporte. Otro sistema catalítico preferido es uno donde el precursor se forma por secado por pulverización y se usa en forma de suspensión. Tal precursor catalítico, por ejemplo, contiene titanio, magnesio, y un donador de electrones, y, opcionalmente, un haluro de aluminio. El precursor se introduce en un medio hidrocarbonado tal como aceite mineral para proporcionar la forma de suspensión. Véase la Patente de Estados Unidos 5.290.745.
El donador de electrones, si se usa en el precursor catalítico, es una base Lewis orgánica, líquida a temperaturas en el intervalo de 0ºC a 200ºC, en la que los compuestos de magnesio y titanio son solubles. El donador de electrones puede ser un éster alquílico de un ácido carboxílico alifático o aromático, una cetona alifática, una amina alifática, un alcohol alifático, un éter alquílico o cicloalquílico, o mezclas de ellos, teniendo cada donador de electrones de 2 a 20 átomos de carbono. Entre estos donadores de electrones, los preferidos son los éteres alquílicos y cicloalquílicos que tienen de 2 a 20 átomos de carbono; cetonas dialquílicas, diarílicas, y alquilarílicas que tienen de 3 a 20 átomos de carbono; y ésteres alquílicos, alcoxílicos, y alquilalcoxílicos de ácidos carboxílicos alquílicos y arílicos que tienen de 2 a 20 átomos de carbono. El donador de electrones más preferido es el tetrahidrofurano. Otros ejemplos de donadores de electrones adecuados son el formiato de metilo, acetato de etilo, acetato de butilo, éter etílico, dioxano, éter di-n-propílico, éter dibutílico, formiato de etilo, acetato de metilo, anisato de etilo, carbonato de etileno, tetrahidropirano, y propionato de etilo.
Aunque se usa inicialmente un exceso de donador de electrones para proporcionar el producto de reacción del compuesto de titanio y el donador de electrones, el producto de reacción contiene al final de 1 a 20 moles de donador de electrones por mol de compuesto de titanio, y preferiblemente de 1 a 10 moles de donador de electrones por mol de compuesto de titanio.
Un compuesto activador, que se usa de manera general con cualquiera de los precursores catalíticos basados en titanio, puede tener la fórmula AlR_{a}X_{b}H_{c}, en la que cada X es independientemente cloro, bromo, iodo, ó OR'; cada R y R' es independientemente un radical hidrocarbonado alifático saturado que tiene de 1 a 14 átomos de carbono; b es de 0 a 1,5; c es 0 ó 1; y a+b+c = 3. Los activadores preferidos incluyen mono- y dicloruros de alquilaluminio, en los que cada radical alquílico tiene de 1 a 6 átomos de carbono, y los trialquialuminios. Un activador particularmente preferido es una mezcla de cloruro de dietilaluminio y tri-n-hexilaluminio. Se usan de 0,10 a 10 moles, y preferiblemente de 0,15 a 2,5 moles, de activador por mol de donador de electrones. La relación molar de activador a titanio está en el intervalo de 1:1 a 10:1, y está preferiblemente en el intervalo de 2:1 a 5:1.
El co-catalizador de hidrocarbilaluminio se puede representar por la fórmula R_{3}Al ó R_{2}AlX, en la que cada R es independientemente alquilo, cicloalquilo, arilo, ó hidrogeno; al menos un R es hidrocarbilo; y dos o tres radicales R pueden unirse para formar una estructura heterocíclica. Cada R, que es un radical hidrocarbilo, puede tener de 1 a 20 átomos de carbono, y tiene preferiblemente de 1 a 10 átomos de carbono. X es un halógeno, preferiblemente cloro, bromo, ó iodo. Los ejemplos de compuestos de hidrocarbilaluminio son los que siguen: triisobutilaluminio, tri-n-hexilaluminio, hidruro de di-isobutil-aluminio, dihidruro de dihexilaluminio, di-isobutil-hexilaluminio, isobutildihexilaluminio, trimetilaluminio, trietilaluminio, tripropilaluminio, triisopropilaluminio, tri-n-butilaluminio, trioctilaluminio, tridecilaluminio, tridodecil- aluminio, tribencilaluminio, trifenilaluminio, trinaftilaluminio, tritolilaluminio, cloruro de dibutilaluminio, cloruro de dietilaluminio, y sesquicloruro de etilaluminio. Los compuestos co-catalíticos también pueden servir como activadores y modificadores.
Como se apuntó anteriormente, se prefiere no usar un soporte. Sin embargo, en los casos donde se desee soportar el precursor, la sílice es el soporte preferido. Otros soportes adecuados son óxidos inorgánicos tales como fosfato de aluminio, alúmina, mezclas de sílice/alúmina, sílice modificada con un compuesto de organoaluminio tal como el trietilaluminio, y sílice modificada con dietilcinc. Un soporte típico es un material sólido, en partículas, poroso, esencialmente inerte a la polimerización. Se usa como un polvo seco que tiene un tamaño de partículas medio de 10 a 250 \mum, y preferiblemente de 30 a 100 \mum; un área superficial de al menos 200 metros cuadrados por gramo, y preferiblemente al menos 250 metros cuadrados por gramo; y un tamaño de poro de al menos 10 nm, y preferiblemente al menos 20 nm. De manera general, la cantidad de soporte usado es la que proporcionará de 0,1 a 1,0 milimoles de titanio por gramo de soporte, y preferiblemente de 0,4 a 0,9 milimoles de titanio por gramo de soporte. La impregnación del precursor catalítico mencionado anteriormente en un soporte de sílice se puede lograr mezclando el precursor y gel de sílice en el disolvente donador de electrones u otro disolvente, seguido de la retirada del disolvente bajo presión reducida. Cuando no se desee un soporte, el precursor catalítico se puede usar en forma líquida.
Se pueden añadir los activadores al precursor bien antes y/o bien durante la polimerización. En un procedimiento, el precursor está totalmente activado antes de la polimerización. En otro procedimiento, el precursor está parcialmente activado antes de la polimerización, y la activación se completa en el reactor. Donde se usa un modificador en lugar de un activador, los modificadores se disuelven usualmente en un disolvente orgánico tal como isopentano y, donde se usa un soporte, se impregna en el soporte seguido de la impregnación del compuesto o complejo de titanio, después de lo cual el precursor catalítico soportado se seca. De lo contrario, la disolución del modificador se añade por sí misma directamente al reactor. Los modificadores son similares en estructura química y función a los activadores. Para las variaciones, véase, por ejemplo, la Patente de Estados Unidos 5.106.926. Preferiblemente el co-catalizador se añade separadamente, puro o como una disolución en un disolvente inerte, tal como isopentano, al reactor de polimerización, al mismo tiempo que se inicia el flujo de etileno.
La Patente de Estados Unidos 5.106.926 proporciona otro ejemplo de un sistema catalítico basado en magnesio/titanio que comprende:
(a) un precursor catalítico que tiene la fórmula Mg_{d}Ti(OR)_{e}X_{f}(DE)_{g} en la que R es un radical hidrocarbonado alifático o aromático que tiene de 1 a 14 átomos de carbono ó COR' en el que R' es un radical hidrocarbonado alifático o aromático que tiene de 1 a 14 átomos de carbono; cada grupo OR es el mismo o diferente; X es independientemente cloro, bromo o iodo; DE es un donador de electrones; d es de 0,5 a 56; e es 0,1 ó 2; f es de 2 a 116; y g es 1,5d+2;
(b) al menos un modificador que tiene la fórmula BX_{3} ó AlR_{(3-e)}X_{e}, en la que cada R es alquilo o arilo y es el mismo o diferente, y X y e son como se define anteriormente para el componente (a)
en el que los componentes (a) y (b) se impregnan en un soporte inorgánico; y
(c) un co-catalizador de hidrocarbilaluminio.
El precursor se prepara a partir de un compuesto de titanio, un compuesto de magnesio, y un donador de electrones. Los compuestos de titanio que son útiles para preparar estos precursores tienen la fórmula Ti(OR)_{e}X_{h}, en la que R, X, y e son como se define anteriormente para el componente (a); h es un número entero de 1 a 4; y e+h es 3 ó 4. Ejemplos de compuestos de titanio son TiCl_{3}, TiCl_{4}, Ti(OC_{2}H_{5})_{2}Br_{2}, Ti(OC_{6}H_{5})Cl_{3}, Ti(OCOCH_{3})Cl_{3}, y Ti(OCOC_{6}H_{5})Cl_{3}. Los compuestos de magnesio incluyen haluros de magnesio tales como MgCl_{2}, MgBr_{2}, y MgI_{2}. El MgCl_{2} anhidro es un compuesto preferido. Se usan de 0,5 a 56, y preferiblemente de 1 a 10 moles, de los compuestos de magnesio por mol de compuestos de titanio.
El donador de electrones, el soporte, y el co-catalizador son los mismos que los descritos anteriormente. Como se apuntó, el modificador puede ser similar en estructura química a los activadores que contienen aluminio. El modificador tiene la fórmula BX_{3} ó AlR_{(3-e)}X_{e}, en la que cada R es independientemente alquilo que tiene de 1 a 14 átomos de carbono; cada X es independientemente cloro, bromo o iodo; y e es 1 ó 2. Se pueden usar uno o más modificadores. Los modificadores preferidos incluyen mono- y dicloruros de alquilaluminio, en los que cada radical alquilo tiene de 1 a 6 átomos de carbono; tricloruro de boro; y los trialquilaluminios. Se puede usar de 0,1 a 10 moles, y preferiblemente de 0,2 a 2,5 moles, de modificador por mol de donador de electrones. La relación molar de modificador a titanio puede estar en el intervalo de 1:1 a 10:1, y está preferiblemente en el intervalo de 2:1 a 5:1.
El sistema catalítico completo, que incluye el precursor o precursor activado y el co-catalizador, se añade al primer reactor. El catalizador se mezcla con el co-polímero producido en el primer reactor, y la mezcla se transfiere al segundo reactor. En lo que se refiere al catalizador, sólo se añade co-catalizador al segundo reactor desde una fuente exterior.
La polimerización en cada reactor es, preferiblemente, conducida en fase gaseosa, usando un procedimiento fluidizado continuo. Se describe un típico reactor de lecho fluidizado en la Patente de Estados Unidos 4.482.687.
En el primer reactor se prepara preferiblemente un co-polímero de índice de fusión relativamente bajo (o alto peso molecular), y el co-polímero de índice de fusión relativamente alto (o bajo peso molecular) se prepara en el segundo reactor. Esto se puede denominar el modo directo. Alternativamente, el co-polímero de peso molecular relativamente bajo se puede preparar en el primer reactor y el co-polímero de peso molecular relativamente alto se puede preparar en el segundo reactor. Esto se puede denominar el modo inverso.
El primer reactor es, de manera general, de tamaño más pequeño que el segundo reactor porque sólo se prepara una parte del producto final en el primer reactor. La mezcla del polímero y un catalizador activo se transfiere usualmente desde el primer reactor hasta el segundo reactor por medio de un dispositivo de interconexión, usando nitrógeno o gas de reciclado del segundo reactor como medio de transferencia.
En el reactor de alto peso molecular:
A causa de los bajos valores, en lugar del índice de fusión, se determina el índice de fluidez, y se usan esos valores en esta memoria descriptiva. El índice de fluidez puede estar en el intervalo de 0,01 a 30 gramos por cada 10 minutos, y está preferiblemente en el intervalo de 0,2 a 6 gramos por cada 10 minutos. El peso molecular de este polímero está, generalmente, en el intervalo de 400.000 a 480.000. La densidad del co-polímero es al menos 0,860 gramos por centímetro cúbico, y está preferiblemente en el intervalo de 0,900 a 0,940 gramos por centímetro cúbico. La relación fluidez a fusión del polímero puede estar en el intervalo de 20 a 70, y es preferiblemente de 22 a 45.
El índice de fusión se determina bajo la norma ASTM D-1238, Condición E. Se mide a 190ºC y 2,16 kilogramos, y se expresa en gramos por cada 10 minutos. El índice de fluidez se determina bajo la norma ASTM D-1238, Condición F. Se mide a 190ºC y 10 veces el peso usado en la determinación del índice de fusión, y se expresa en gramos por cada 10 minutos. La relación fluidez a fusión es la relación del índice de fluidez al índice de fusión.
En el reactor de bajo peso molecular:
En este reactor se prepara un co-polímero de índice de fusión relativamente alto (o bajo peso molecular). El alto índice fusión puede estar en el intervalo de 50 a 3000 gramos por cada 10 minutos, y está preferiblemente en el intervalo de 100 a 1500 gramos por cada 10 minutos. El peso molecular del co-polímero de alto índice de fusión está, de manera general, en el intervalo de 14.000 a 30.000. La densidad del co-polímero preparado en este reactor puede ser al menos 0,900 gramos por centímetro cúbico, y está preferiblemente en el intervalo de 0,905 a 0,970 gramos por centímetro cúbico. La relación fluidez a fusión de este co-polímero puede estar en el intervalo de 20 a 70, y es preferiblemente de 20 a 45.
La mezcla o producto final, retirada del segundo reactor, puede tener un índice de fluidez en el intervalo de 40 a 150 gramos por cada 10 minutos, y tiene preferiblemente un índice de fluidez en el intervalo de 45 a 145 gramos por cada 10 minutos. La relación fluidez a fusión puede estar en el intervalo de 50 a 150. El peso molecular del producto final está, de manera general, en el intervalo de 90.000 a 250.000. La densidad de la mezcla puede ser al menos 0,908 gramos por centímetro cúbico, y está preferiblemente en el intervalo de 0,910 a 0,930 gramos por centímetro cúbico.
La amplia distribución de pesos moleculares se refleja en una relación Mw/Mn de 8 a 22, preferiblemente de 9 a 20. Mw es el peso molecular medio ponderado; Mn es el peso molecular medio numérico; y la relación Mw/Mn se puede denominar índice de polidispersidad, que es una medida de la amplitud de la distribución de pesos moleculares.
El sistema catalítico basado en magnesio/titanio, el etileno, la alfa-olefina y el hidrógeno se alimentan de manera continua al primer reactor; la mezcla polímero/catalizador se transfiere de manera continua desde el primer reactor al segundo reactor; el etileno, la alfa-olefina y el hidrógeno, así como el co-catalizador, se alimentan de manera continua al segundo reactor. El producto final se retira de manera continua del segundo reactor.
En el reactor de bajo índice de fusión, reflejado como índice de fluidez:
La relación molar de la alfa-olefina al etileno puede estar en el intervalo de 0,05:1 a 0,4:1, y está preferiblemente en el intervalo de 0,09:1 a 0,26:1. La relación molar del hidrógeno (si se usa) al etileno puede estar en el intervalo de 0,0001:1 a 0,3:1, y está preferiblemente en el intervalo de 0,001:1 a 0,18:1. La temperatura de funcionamiento está de manera general en el intervalo de 60ºC a 100ºC. Las temperaturas de funcionamiento preferidas varían dependiendo de la densidad deseada, es decir, temperaturas más bajas para densidades más bajas y temperaturas más altas para densidades más altas.
En el reactor de alto índice de fusión:
La relación molar de la alfa-olefina al etileno puede estar en el intervalo de 0,1:1 a 0,6:1, y está preferiblemente en el intervalo de 0,2:1 a 0,45:1. La relación molar del hidrógeno al etileno puede estar en el intervalo de 1:1 a 3:1, y está preferiblemente en el intervalo de 1,6:1 a 2,2:1. La temperatura de funcionamiento está de manera general en el intervalo de 70ºC a 100ºC. Como se mencionó anteriormente, la temperatura varía preferiblemente con la densidad deseada.
La presión es de manera general la misma tanto en el primer como en el segundo reactor. La presión puede estar en el intervalo de 1,4 a 3,15 MPa, y está preferiblemente en el intervalo de 1,96 a 2,45 MPa manométricos.
Un reactor de lecho fluidizado típico puede describirse como sigue:
El lecho está constituido usualmente de la misma resina granular que se va a producir en el reactor. Así, durante el curso de la polimerización, el lecho comprende partículas de polímero formadas, partículas de polímero formándose, y partículas de catalizador, fluidizadas por los componentes gaseosos modificadores y de la polimerización, introducidos a una tasa o velocidad de flujo suficiente para causar que las partículas se separen y actúen como un fluido. El gas fluidizante está constituido de la alimentación inicial, la alimentación que se forma, y el gas de ciclo (reciclado), es decir, de co-monómeros y, si se desea, modificadores y/o un gas soporte inerte.
Las partes esenciales del sistema de reacción son el depósito, el lecho, la placa de distribución de gases, las tuberías de entrada y salida, un compresor, un refrigerador del gas de reciclado, y un sistema de descarga del producto. En el depósito, por encima del lecho, hay una zona de reducción de la velocidad, y, en el lecho, una zona de reacción. Ambas están por encima de la placa de distribución de gases.
Los aditivos convencionales que se pueden introducir en la mezcla se ejemplifican por antioxidantes, absorbentes del ultravioleta, agentes antiestáticos, pigmentos, tintes, agentes nucleantes, cargas, agentes deslizantes, retardantes del fuego, plastificantes, auxiliares de proceso, lubricantes, estabilizantes, inhibidores del humo, agentes de control de la viscosidad, y agentes reticuladores, catalizadores, y agentes aceleradores, adhesivos, y anti-bloqueo. Aparte de las cargas, los aditivos pueden estar presentes en la mezcla en cantidades de 0,1 a 10 partes en peso de aditivo por cada 100 partes en peso de la mezcla polimérica. Las cargas pueden añadirse en cantidades de hasta 200 partes en peso y más por cada 100 partes en peso de la mezcla.
Un procedimiento típico para la preparación de la mezcla in situ, mezclando la mezcla in situ con PELBD, y extruyendo la mezcla de la mezcla in situ/PELBD, es como sigue:
El sistema catalítico preferido es uno donde el precursor se forma por secado por pulverización y se usa en forma de suspensión. Tal precursor catalítico, por ejemplo, contiene titanio, magnesio, un donador de electrones y un haluro de aluminio. El precursor se introduce entonces en un medio hidrocarbonado tal como aceite mineral para proporcionar la forma de suspensión. Para la composición del catalizador y el método de preparar el mismo, véase la Patente de Estados Unidos 5.290.745.
La mezcla de polietileno in situ se puede producir usando el siguiente procedimiento típico:
El etileno se co-polimeriza con 1-hexeno y 1-buteno. Se añade un co-catalizador de trimetilaluminio (TMA) a cada reactor durante la polimerización. La presión en cada reactor es 2,1 MPa absolutos. Cada polimerización se conduce de manera continua después de que se alcanza el equilibrio.
La polimerización se inicia en el primer reactor alimentando de manera continua el precursor catalítico y el co-catalizador, TMA, anteriores, a un lecho fluidizado de gránulos de polietileno junto con etileno, 1-hexeno, e hidrógeno. El TMA se disuelve primero en isopentano (5 por ciento en peso de TMA). El co-polímero resultante, mezclado con catalizador activo, se retira del primer reactor y se transfiere al segundo reactor, usando nitrógeno como medio de transferencia. El segundo reactor también contiene un lecho fluidizado de gránulos de polietileno. Se introducen etileno, 1-buteno e hidrógeno en el segundo reactor, donde entran en contacto con el co-polímero y el catalizador del primer reactor. También se introduce co-catalizador adicional. La mezcla producto se retira de manera continua.
La mezcla in situ se mezcla en un mezclador convencional con (i) un PELBD de 1-buteno que tiene una densidad de 0,918 gramos por centímetro cúbico y un índice de fusión de 1 gramo por cada 10 minutos, ó (ii) un PELBD de 1-hexeno que tiene una densidad de 0,918 gramos por centímetro cúbico y un índice de fusión de 1 gramo por cada 10 minutos, en relaciones de pesos de 40/60, 30/70, y 20/80 (mezcla in situ/PELBD), y se extruye a velocidades en boquilla de 15,75, 11,25, 6,75, 4,5, y 3,4 kg por hora por centímetro de circunferencia de boquilla, y a una abertura de boquilla de 0,91 mm.
Las mezclas de mezcla in situ/PELBD en las diversas relaciones y la abertura de boquilla mencionadas anteriormente se extruyen en un extrusor de película soplada Gloucester™ de 88,9 mm, que tiene una abertura de boquilla de 0,91 mm; una boquilla de 152,4 mm; y una relación L/D de 24:1. El extrusor funciona a una velocidad en boquilla de 3,4 a 15,75 kg por hora por centímetro de circunferencia de boquilla; a una temperatura de fusión de 213ºC; y a una relación de soplado de 3:1. Se producen películas de 0,0254 mm.
La densidad se mide produciendo una placa según la norma ASTM D-1928, procedimiento C, y después se ensaya tal como está por la norma ASTM D-1505.
La relación fluidez a fusión es la relación del índice de fluidez al índice de fusión.
La distribución de pesos moleculares se determina por Cromatografía de Exclusión de Tamaños usando un Waters™ 150C con triclorobenceno como disolvente a 140ºC con un estándar de amplia distribución de pesos moleculares y un método de calibración de distribuciones amplias de pesos moleculares.
La velocidad en boquilla se define como kg por hora por centímetro de circunferencia de boquilla.
La relación de soplado es la relación del tamaño de la burbuja al diámetro de la boquilla.
La fractura de fusión se determina examinando visualmente la película. A cada película se le da un valor de 1 a 9, siendo el valor 1 el peor caso de fractura de fusión y representando el valor 9 esencialmente la no fractura de fusión, como sigue:
1 = severamente gruesa
2 = gruesa
3 = zapa gruesa
4 = zapa severa
5 = zapa
6 = superficie rugosa
7 = superficie ligeramente rugosa
8 = imperfección menor, pero aceptable
9 = esencialmente sin fractura de fusión
Las películas 40/60 no exhiben esencialmente fractura de fusión (9); las películas 30/70 exhiben imperfecciones menores, pero son aceptables (8); las películas 20/80 exhiben valores en el intervalo de (3) a (7) y son inaceptables. Las películas que consisten esencialmente en PELBD exhiben valores de (1) y (2), que representan una fuerte fractura de fusión incluso a velocidades en boquilla muy bajas, p. ej., de 3,4 a 4,5 kg por hora por centímetro de circunferencia de boquilla.
La ventaja principal de la película de la invención es que la película está esencialmente libre de fractura de fusión. Otra ventaja es la fácil extrubilidad debido a las menores presiones en la cabeza del extrusor.
La invención se ilustra por los siguientes ejemplos:
Ejemplos
El procedimiento para la preparación de la mezcla in situ usado en este ejemplo se lleva a cabo en el modo inverso, es decir, el co-polímero de bajo peso molecular se prepara en el primer reactor; se transfiere junto con el catalizador activo al segundo reactor; y se mezcla in situ con el co-polímero de alto peso molecular, que se prepara en el segundo reactor.
El precursor catalítico se forma por secado por pulverización y se usa en forma de suspensión. Contiene titanio, magnesio y haluros de aluminio, y un donador de electrones, y está unido a la superficie de la sílice. El precursor se introduce después en un medio hidrocarbonado tal como aceite mineral para proporcionar la forma de suspensión. Véase la Patente de Estados Unidos 5.290.745 ('745). El precursor catalítico y el método de preparar el mismo, usado en los ejemplos, es la misma composición y método de preparación que el ejemplo 1 de la '745. Para un funcionamiento a baja densidad, tal como el que se describe en la presente memoria, se usa un precursor catalítico reducido. Típicamente, la relación molar del cloruro de dietilaluminio (CDEA) al tetrahidrofurano (THF) es 0,45, y la relación molar del tri-n-hexilaluminio al tetrahidrofurano es 0,20. La adición de cloruro de dietilaluminio y tri-n-hexilaluminio (TnHAl) se consigue por un sistema de reducción en línea, en el que el cloruro de dietilaluminio y el tri-n-hexilaluminio se alimentan al mismo tiempo que el precursor catalítico con el fin de producir un catalizador reducido.
El etileno se co-polimeriza con un co-monómero en cada uno de dos reactores de lecho fluidizado. Cada polimerización se conduce de manera continua después de que se alcanza el equilibrio.
La polimerización se inicia en el primer reactor alimentando de manera continua el precursor catalítico y el co-catalizador, trimetilaluminio (TMA), anteriores, a un lecho fluidizado de gránulos de polietileno junto con etileno, un co-monómero, e hidrógeno. El co-catalizador se disuelve primero en isopentano (5 por ciento en peso de co-catalizador). También se pueden usar concentraciones más altas de co-catalizador en disolución, así como usar el co-catalizador puro. El co-polímero resultante, mezclado con catalizador activo, se retira del primer reactor y se transfiere al segundo reactor usando o bien nitrógeno o bien gas de reciclado del segundo reactor como medio de transferencia. El segundo reactor también contiene un lecho fluidizado de gránulos de polietileno. De nuevo, se introduce etileno, un co-monómero e hidrógeno en el segundo reactor, donde los gases entran en contacto con el co-polímero y el catalizador del primer reactor. También se introduce co-catalizador adicional. La mezcla producto se retira de manera continua. Esta mezcla in situ se denomina Resina A.
La Resina B y la Resina C se mezclan cada una con la Resina A. La Resina B es un polietileno lineal de baja densidad (PELBD). Es un co-polímero de etileno y 1-buteno preparado por un procedimiento de baja presión convencional. La Resina B tiene un índice de fusión de 1 gramo por cada 10 minutos; un índice de fluidez de 26 gramos por cada 10 minutos; una relación fluidez a fusión de 26; y una densidad de 0,920 gramos por centímetro cúbico. La Resina C es también un PELBD. Es un co-polímero de etileno y 1-hexeno preparado por un procedimiento de baja presión convencional. La Resina C tiene un índice de fusión de 0,9 gramos por cada 10 minutos; un índice de fluidez de 23 gramos por cada 10 minutos; una relación fluidez a fusión de 25,6; y una densidad de 0,920 gramos por centímetro cúbico.
Además de las condiciones de polimerización para la Resina A en la Tabla I, las propiedades de resina de la mezcla de las Resinas A y B y las Resinas A y C, las condiciones de extrusión de la película, y las propiedades de la película se dan en las Tablas II a V.
El equipo para extruir las mezclas en película es un extrusor Gloucester™ de 90 milímetros que tiene un tornillo DSB II; una boquilla de 150 milímetros; y una abertura de boquilla de 0,9 milímetros. Las revoluciones por minuto (rpm) del tornillo son 35 en la Tabla II; 36 en la Tabla IV; y variable en las Tablas III y V.
TABLA I
condiciones de reacción reactor I reactor II
temperatura (ºC) 85 72
presión (MPa absolutos) 2,09 1,76
presión parcial C2 (MPa absolutos) 0,47 0,37
relación molar H2/C2 1,96 0,018
relación molar C4/C2 0,28 0
relación molar C6/C2 0 0,166
alimentación de C2 (kg/h) 6917 4826
alimentación de H2 (kg/h) 8,8 0,029
alimentación de C4 (kg/h) 538 0
alimentación de C6 (kg/h) 0 1344
co-catalizador TMA 10% TMA 10%
velocidad de alimentación del catalizador (kg/h) 4,02
velocidad de producción (kg/h) 7290 5772
velocidad de producción total (kg/h) - - - - 13062
distribución del etileno 0,589 0,411
distribución del titanio 0,591 0,409
densidad de masa fluidizada (kg/m^{3}) 248,93 230,7
peso del lecho (kg) 28218 27318
nivel del lecho (m) 12,0 11,3
volumen del lecho (m^{3}) 113 118
tiempo de residencia (h) 3,871 2,091
RTE (kg/h/m^{3}) 64,23 48,70
TABLA II
1
2
3
4
TABLA III
5
TABLA IV
6
7
8
9
TABLA V
Porcentaje en peso 50/50 15/85 100
Resina A/Resina C A A/C A/C
IF (g/10 min) 0,8 1,0 0,9
IFL (g/10 min) 39 31,0 23,0
RFF 48 32,0 27,0
Densidad (g/m^{3}) 0,920 0,920 0,920
Características de extrusión, estabilidad de la burbuja, y fractura de fusión:
RPM del tornillo 36 45 10
Temperatura de fusión (ºC) 221 231 226
Presión en la cabeza (MPa) 38 41 28
Amps 130 155 95
Velocidad en boquilla (kg/h/cm) 9,9 12,3 3,7
Velocidad de salida específica (kg/h/rpm) 2,09 2,09 2,86
Estabilidad de la burbuja BUENA BUENA BUENA
Fractura de fusión NINGUNA NINGUNA GRUESA
Notas a los ejemplos
1.
IF = índice de fusión
2.
IFL = índice de fluidez
3.
RFF = relación fluidez a fusión
4.
La estabilidad de la burbuja se determina por la velocidad de la línea. Cuanto más rápida es la velocidad (antes del fallo) mejor estabilidad de la burbuja.
5.
La relación de soplado es la relación del diámetro de la boquilla al diámetro de la burbuja. El diámetro de la burbuja se determina como sigue: 2 X aplastamiento/pi. El "aplastamiento" se refiere a la anchura de una burbuja aplastada.
6.
El calibre de la película es el grosor de la película. El valor se da en \mum.
7.
El impacto al lanzamiento (lanzamiento en caída) se determina bajo la norma ASTM D-1709, métodos A y B. Se da en gramos.
8.
El rasgado de Elmendorf se determina bajo la norma ASTM D-1992. Se da en g/\mum.
9.
DM = dirección de la máquina
10.
DT = dirección transversal
11.
La resistencia a la tracción se mide de acuerdo con la norma ASTM D-882.
12.
El alargamiento se mide de acuerdo con la norma ASTM D-882.
13.
El módulo secante se mide de acuerdo con la norma ASTM D-882.
14.
Resistencia a la punción: el ensayo se lleva a cabo con un cilindro de metal, abierto en ambos extremos, que tiene un diámetro de 75 milímetros y una longitud de 100 milímetros. Un extremo abierto se cubre con la película de muestra, que se mantiene tirante por una banda de metal que rodea ese extremo del cilindro (similar a un tambor). El cilindro se coloca en una posición vertical, con el extremo cubierto por la película arriba. Después la película se presiona con la punta afilada de una varilla similar a un clavo (de 5 milímetros de diámetro y 150 milímetros de longitud) y se ejerce una fuerza contra la película. Cuando la película se rompe, se mide la fuerza ejercida en gramos.
15.
RTS es el rendimiento temporal espacial definido como los kg/h de polímero producido por metro cúbico de lecho fluidizado.

Claims (9)

1. Una película que comprende una mezcla de (i) un polietileno lineal de baja densidad y (ii) una mezcla in situ de co-polímeros de etileno y una o más alfa-olefinas que tienen de 3 a 8 átomos de carbono, en la que (a) el intervalo de pesos del componente (i) al componente (ii) está en el intervalo de 0,01:1 a 6:1, (b) la mezcla ha sido extruida bajo condiciones de extrusión, a una velocidad en boquilla en el intervalo de 6,75 a 22,5 kg por hora por centímetro de circunferencia de boquilla, y a una abertura de boquilla en el intervalo de 0,508 a 1,905 mm, y (c) la película no exhibe esencialmente fractura de fusión.
2. Una película de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el componente (ii) se ha producido in situ, poniendo en contacto etileno y al menos un co-monómero de alfa-olefina con un sistema catalítico basado en magnesio/titanio en cada uno de dos reactores conectados en serie, bajo condiciones de polimerización, en los que el polímero formado en un reactor tiene un índice de fluidez en el intervalo de 0,01 a 30 gramos por cada 10 minutos y una densidad en el intervalo de 0,860 a 0,940 gramos por centímetro cúbico, y el polímero formado en el otro reactor tiene un índice de fusión en el intervalo de 50 a 3000 gramos por cada 10 minutos y una densidad en el intervalo de 0,900 a 0,970 gramos por centímetro cúbico, estando la relación de pesos del polímero de peso molecular relativamente alto al polímero de peso molecular relativamente bajo en el intervalo de 0,67:1 a 1,5:1.
3. Una película de acuerdo con la reivindicación 1 ó la reivindicación 2, en la que el polietileno lineal de baja densidad tiene un índice de fusión en el intervalo de 0,3 a 3 gramos por cada 10 minutos y una densidad en el intervalo de 0,900 a 0,940 gramos por centímetro cúbico.
4. Una película de acuerdo con la reivindicación 2, en la que el polímero de alto peso molecular tiene un índice de fluidez en el intervalo de 0,2 a 6 gramos por cada 10 minutos y una densidad en el intervalo de 0,900 a 0,940 gramos por centímetro cúbico, y el polímero de bajo peso molecular tiene un índice de fusión en el intervalo de 100 a 1500 gramos por cada 10 minutos y una densidad en el intervalo de 0,905 a 0,970 gramos por centímetro cúbico.
5. Una película de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el componente (ii) tiene un índice de fluidez en el intervalo de 40 a 150 gramos por cada 10 minutos; una relación fluidez a fusión en el intervalo de 50 a 150; y una densidad en el intervalo de 0,908 a 0,930 gramos por centímetro cúbico.
6. Una película de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el componente (ii) tiene una relación Mw/Mn en el intervalo de 8 a 22.
7. Una película que ha sido extruida a un calibre en el intervalo de 12,5 a 150 micrómetros, que comprende una mezcla de (i) un polietileno lineal de baja densidad que tiene un índice de fusión en el intervalo de 0,3 a 3 gramos por cada 10 minutos y una densidad en el intervalo de 0,900 a 0,940 gramos por centímetro cúbico, y (ii) una resina multimodal que consiste en una mezcla in situ de co-polímeros de etileno y una o más alfa-olefinas que tienen de 3 a 8 átomos de carbono, teniendo dicha resina un índice de fluidez en el intervalo de 40 a 150 gramos por cada 10 minutos; una relación fluidez a fusión en el intervalo de 50 a 150; una relación Mw/Mn de 8 a 22; y una densidad en el intervalo de 0,908 a 0,930 gramos por centímetro cúbico, en la que (a) la relación de pesos del componente (i) al componente (ii) está en el intervalo de 1:1 a 3:1; (b) la mezcla ha sido extruida, bajo condiciones de extrusión, a una velocidad en boquilla en el intervalo de 9 a 16,8 kg por hora por centímetro de circunferencia de boquilla y a una abertura de boquilla en el intervalo de 0,088 a 0,125 cm; y (c) la película no exhibe esencialmente fractura de fusión,
habiéndose producido el componente (ii) in situ poniendo en contacto el etileno y una o más alfa-olefinas con un sistema catalítico basado en magnesio/titanio en cada uno de dos reactores conectados en serie, bajo condiciones de polimerización, en los que el polímero de peso molecular relativamente alto formado en un reactor tiene un índice de fluidez en el intervalo de 0,2 a 6 gramos por cada 10 minutos y una densidad en el intervalo de 0,900 a 0,940 gramos por centímetro cúbico, y el polímero de peso molecular relativamente bajo formado en el otro reactor tiene un índice de fusión en el intervalo de 100 a 1500 gramos por cada 10 minutos y una densidad en el intervalo de 0,905 a 0,970 gramos por centímetro cúbico,
estando la relación de pesos del polímero de peso molecular relativamente alto al polímero de peso molecular relativamente bajo en el intervalo de 0,67:1 a 1,5:1.
8. Una película de acuerdo con la reivindicación 7, en la que el componente (ii) se produce bajo las condiciones siguientes:
(i) en el reactor en el que se prepara el polímero de alto peso molecular: la relación molar de alfa-olefina a etileno está en el intervalo de 0,05:1 a 0,4:1 y la relación molar de hidrógeno, si se usa, a etileno está en el intervalo de 0,0001:1 a 0,3:1; y
(ii) en el reactor en el que se prepara el polímero de bajo peso molecular: la relación molar de alfa-olefina a etileno está en el intervalo de 0,1:1 a 0,6:1 y la relación molar de hidrógeno a etileno está en el intervalo de 1:1 a 2,5:1.
9. Un procedimiento para preparar una película que comprende una mezcla de (i) un polietileno lineal de baja densidad y (ii) una mezcla in situ de co-polímeros de etileno y una o más alfa-olefinas que tienen de 3 a 8 átomos de carbono, como se define en una cualquiera de la reivindicaciones precedentes, en el que la mezcla se extruye bajo condiciones de extrusión, a una velocidad en boquilla en el intervalo de 6,75 a 22,5 kg por hora por centímetro de circunferencia de boquilla y a una abertura de boquilla en el intervalo de 0,508 a 1,905 mm.
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