ES2268470T3 - Composicion de polietileno para el moldeo por soplado destinadada a la produccion de grandes recipientes. - Google Patents
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Abstract
Una composición de polietileno con una distribución de masa molecular multimodal, que tiene una densidad del orden de 0, 949 a 0, 955 g/cm3 a 23º C y un MFI190/5 del orden de 0, 1 a 0, 3 dg/min o un MFI190/21, 6 del orden de 4 a 6 dg/min y que comprende de 38 a 45% en peso de un homopolímero de etileno A de baja masa molecular, de 30 a 40% en peso de un copolímero B de alta masa molecular constituido por etileno y otra 1-olefina que tiene de 4 a 8 átomos de carbono, y de 18 a 26% en peso de un copolímero de etileno C de masa molecular ultraelevada, en donde todos los datos en porcentaje están basados en el peso total de la composición de moldeo.
Description
Composición de polietileno para el moldeo por
soplado destinada a la producción de grandes recipientes.
La presente invención se refiere a una
composición de polietileno para el moldeo por soplado con una
distribución de masa molecular multimodal, que resulta
particularmente adecuada para el moldeo por soplado de grandes
artículos con una capacidad del orden de 10 a 150 dm^{3} (l), y a
un procedimiento para preparar esta composición de moldeo por
soplado en presencia de un sistema catalítico constituido por un
catalizador Ziegler y un co-catalizador del tipo de
trietilaluminio, triisobutilaluminio, cloruros de alquilaluminio e
hidruros de alquilaluminio, por medio de un procedimiento de
múltiples etapas que comprende sucesivas polimerizaciones en
suspensión espesa. La invención se refiere además a los grandes
recipientes producidos a partir de la composición de polietileno
mediante moldeo por soplado.
El polietileno se emplea mucho en la producción
de artículos de moldeo por soplado de cualquier tamaño que requieren
un material con una resistencia mecánica particularmente elevada y
con una alta resistencia a la figuración bajo tensión. Otra ventaja
particular del polietileno es que también presenta buena resistencia
química y es intrínsecamente un material de peso ligero.
La EP-A-603.935
ha descrito ya una composición de moldeo por soplado a base de
polietileno y que tiene una distribución de masa molecular bimodal,
y adecuada para la producción de artículos de moldeo con buenas
propiedades mecánicas.
La
US-A-5.338.589 describe un material
con una distribución de masa molecular incluso más amplia, preparado
empleado un catalizador de alto recorrido dado a conocer en WO
91/18934, en donde se emplea un alcoholato de magnesio en forma de
una suspensión de tipo gel. De manera sorprendente, se ha comprobado
que el uso de este material en artículos de moldeo permite una
mejora simultánea de las propiedades que están correlacionadas
usualmente de forma contraria en materiales termoplásticos
semicristalinos, presentando estos rigidez, por un lado, y
resistencia a la fisuración bajo tensión y tenacidad, por otro
lado.
Sin embargo, los productos bimodales conocidos
tienen en particular una resistencia en estado fundido relativamente
baja durante su procesado. Esto significa que el parisón extruido se
rompe frecuentemente en estado fundido, haciendo que el
procedimiento de extrusión sea inaceptablemente sensible al
procesado. Además, especialmente cuando se están produciendo
recipientes de paredes gruesas, se ha comprobado que el espesor de
la pared no es uniforme, debido al flujo de la masa fundida desde
las regiones superiores a las regiones inferiores del molde.
Por tanto, un objeto de la presente invención
consiste en desarrollar una composición de polietileno para el
moldeo por soplado que muestra una mejora adicional respecto a todos
los materiales conocidos en el procesado mediante moldeo por
soplado, para producir grandes artículos de moldeo por soplado. En
particular, la alta resistencia en estado fundido de la composición
permitirá llevar a cabo un procedimiento de extrusión sin rotura del
parisón durante un largo periodo de tiempo, y la relación de
hinchamiento de la composición, ajustada de manera precisa,
permitirá optimizar el control del espesor de la pared.
Se ha comprobado de manera sorprendente que este
objeto se consigue por medio de una composición como la mencionada
al principio, cuyos aspectos caracterizantes son que comprende de 38
a 45% en peso de un homopolímero de etileno A de baja masa
molecular, de 30 a 40% en peso de un copolímero B de alta masa
molecular constituido por etileno y otra 1-olefina
que tiene de 4 a 8 átomos de carbono, y de 18 a 26% en peso de un
copolímero de etileno C de masa molecular ultraelevada, en donde
todos los datos en porcentaje están basados en el peso total de la
composición de moldeo.
La invención también se refiere a un
procedimiento para preparar esta composición en un procedimiento de
polimerización en cascada en suspensión espesa y a un procedimiento
para producir, a partir de esta composición, grandes recipientes con
una capacidad (volumen) del orden de 10 a 150 dm^{3} (l) y con
propiedades de resistencia mecánica muy excelentes.
La composición de polietileno de la invención
tiene una densidad de 0,949 a 0,955 g/cm^{3} a 23ºC, y una
distribución de masa molecular trimodal amplia. El copolímero B de
alta masa molecular contiene solo pequeñas cantidades de otras
1-olefinas que tienen de 4 a 8 átomos de carbono,
especialmente de 0,1 a 0,2% en peso. Ejemplos de estos
co-monómeros son 1-buteno,
1-penteno, 1-hexeno,
1-octeno o
4-metil-1-penteno.
El homo- o copolímero de etileno C de masa molecular ultraelevada
contiene una cantidad de 1-olefinas del orden de 2 a
3% en peso de uno o más de los co-monómeros antes
mencionados.
La composición polimérica de la invención tiene
un índice de flujo en estado fundido (ISO 1133) del orden de 0,1 a
0,3 dg/min, expresado en términos de MFI_{190/5}, y del orden de 4
a 5 dg/min, expresado en términos de MFR_{190/21,6} y un índice de
viscosidad VN_{tot} del orden de 460 a 500 cm^{3}/g, medido
según ISO/R 1191 en decalina a 135ºC.
La trimodalidad es una medida de la posición de
los centros de gravedad de las tres distribuciones de masa molecular
individuales y se puede describir con ayuda del índice de viscosidad
VN según ISO/R 1191 de los polímeros formados en las sucesivas
etapas de polimerización. Los anchos de banda relevantes para los
polímeros formados en cada una de las etapas de la reacción son, por
tanto, como sigue:
El índice de viscosidad VN_{1} medido en el
polímero después de la primera etapa de polimerización es idéntico
al índice de viscosidad VN_{A} del polietileno A de baja masa
molecular y, según la invención, es del orden de 160 a 220
cm^{3}/g.
El índice de viscosidad VN_{2} medido en el
polímero después de la segunda etapa de polimerización no es igual a
VN_{B} del polietileno B de alta masa molecular formado en la
segunda etapa de polimerización, que solo puede determinarse
mediante cálculo, pero que representa bastante el índice de
viscosidad de la mezcla de polímero A y polímero B. De acuerdo con
la invención, VN_{2} es del orden de 250 a 300 cm^{3}/g.
El índice de viscosidad VN_{3} medido en el
polímero después de la tercera etapa de polimerización no es igual a
VN_{C} del copolímero C de masa molecular ultraelevada formado en
la tercera etapa de polimerización, que solo puede determinarse
mediante cálculo, pero representa bastante el índice de viscosidad
de la mezcla de polímero A, polímero B y polímero C. De acuerdo con
la invención, VN_{3} es del orden de 460 a 500 cm^{3}/g.
El polímero se obtiene polimerizando los
monómeros en suspensión espesa a una temperatura de 60 a 90ºC, a una
presión de 0,15 a 1 MPa, y en presencia de un catalizador Ziegler de
alto recorrido constituido por un compuesto de un metal de
transición y por un compuesto de organoaluminio. La polimerización
se efectúa en tres etapas, es decir, en
tres etapas dispuestas en serie, en donde cada masa molecular es regulada con ayuda de una alimentación de hidrógeno.
tres etapas dispuestas en serie, en donde cada masa molecular es regulada con ayuda de una alimentación de hidrógeno.
La composición de polietileno de la invención
puede comprender otros aditivos además del polietileno. Ejemplos de
dichos aditivos son termo-estabilizantes,
antioxidantes, absorbentes UV, foto-estabilizantes,
desactivantes de metales, compuestos que destruyen peróxido y
co-estabilizantes básicos, en cantidades de 0 a 10%
en peso, con preferencia de 0 a 5% en peso, y también cargas,
agentes de refuerzo, plastificantes, lubricantes, emulsionantes,
pigmentos, abrillantadores ópticos, ignífugos, antiestáticos,
agentes expansionantes, o una combinación de los anteriores, en
cantidades totales de 0 a 50% en peso, basado en el peso total de la
mezcla.
La composición de la invención resulta
particularmente adecuada en el procedimiento de moldeo por soplado
para producir grandes recipientes, plastificando primeramente la
composición de polietileno en una extrusionadora a una temperatura
de 200 a 250ºC y extrusionándola entonces a través de una boquilla
al interior de un molde, en donde se enfría y solidifica.
La composición de la invención proporciona un
comportamiento de procesado particularmente bueno en el
procedimiento de moldeo por soplado para producir grandes artículos
de moldeo por soplado, tales como grandes recipientes, debido a que
presenta una relación de hinchamiento del orden de 175 a 205%, con
lo que los grandes artículos de moldeo por soplado así producidos
tienen una resistencia mecánica particularmente alta como
consecuencia de que la composición de moldeo de la invención tiene
una resistencia al impacto con entalladura (ISO) del orden de 30 a
60 kJ/m^{2}. Su resistencia a la fisuración bajo tensión (FNCT) es
del orden de 60 a 110 h.
La resistencia al impacto con entalladura (ISO)
se mide de acuerdo con ISO 179-1/1eA/DIN 53453 a
23ºC. El tamaño de la muestra es de 10 x 4 x 80 mm y se inserta una
entalladura en V empleando un ángulo de 45º, con una profundidad de
2 mm y con un radio en la base de la entalladura de 0,25 mm.
La resistencia a la figuración bajo tensión de
la composición de moldeo de la invención se determina mediante un
método de ensayo interno y se indica en h. Este método de
laboratorio es descrito por M. Flei\betaner en Kunststoffe 77
(1987), pp. 45 et seq., y corresponde a ISO/CD 16770, que desde
entonces ha entrado en vigor. La publicación demuestra que existe
una relación entre la determinación del crecimiento lento de fisuras
en el ensayo de termofluencia en muestras con una entalladura
circunferencial y la sección de fragilidad del ensayo a presión
interna e hidrostática a largo plazo según ISO 1167. En
etilenglicol, como medio para promover la figuración bajo tensión a
80ºC con una resistencia a la tracción de 3,5 MPa, el tiempo hasta
la rotura se acorta debido al acortamiento del tiempo de iniciación
bajo tensión en la entalladura (1,6 mm/hoja de afeitar). Las
muestras se producen serrando tres muestras de dimensiones 10 x 10
mm a partir de una placa prensada de 10 mm de espesor. Estas
muestras se proporcionan con una entalladura central, empleando una
hoja de afeitar en un dispositivo formador de muescas fabricado
específicamente para esta finalidad (véase la figura 5 de la
publicación). La profundidad de la entalladura es de 1,6 mm.
Ejemplo
1
Se polimerizó etileno en un procedimiento
continuo en tres reactores dispuestos en serie. Una cantidad de 1,0
mol/h de un catalizador Ziegler preparado como se indica en WO
91/18934, ejemplo 2, y que tiene un índice operativo de 2,2 en WO,
se alimentó al interior del primer reactor junto con 15 mol/h de
trietilaluminio, así como cantidades suficientes de diluyente
(hexano), etileno e hidrógeno. La cantidad de etileno (= 5,3 t/h) y
la cantidad de hidrógeno (= 2,3 kg/h) se ajustaron de manera que la
proporción en porcentaje de etileno y de hidrógeno, medidas en el
espacio gaseoso del primer reactor, fuese de 33% en volumen y de 56%
en volumen, respectivamente, estando constituido el resto por una
mezcla de nitrógeno y diluyente vaporizado.
La polimerización en el primer reactor se
efectuó a 70ºC.
La suspensión espesa del primer reactor fue
transferida entonces a un segundo reactor, en donde la proporción en
porcentaje de hidrógeno en la fase gaseosa se había reducido a 16%
en volumen, y se añadió una cantidad de 7 kg/h de
1-buteno a este reactor junto con 4,5t/h de etileno.
La cantidad de hidrógeno se redujo a través de una despresurización
intermedia de H_{2}. En la fase gaseosa del segundo reactor se
midieron 67% en volumen de etileno, 16% en volumen de hidrógeno y
0,37% en volumen de 1-buteno, estando constituido el
resto por una mezcla de nitrógeno y diluyente vaporizado.
La polimerización en el segundo reactor se
efectuó a 85ºC.
La suspensión espesa del segundo reactor fue
transferida al tercer reactor empleando otra despresurización
intermedia de H_{2} para ajustar la cantidad de hidrógeno a
<0,5% en volumen en el espacio gaseoso del tercer reactor.
Se añadió una cantidad de 69 kg/h de
1-buteno al tercer reactor junto con una cantidad de
2,8 t/h de etileno. En la fase gaseosa del tercer reactor se midió
una proporción en porcentaje de 87% en volumen de etileno, <0,5%
en volumen de hidrógeno y 1,25% en volumen de
1-buteno, estando constituido el resto por una
mezcla de nitrógeno y diluyente vaporizado.
La polimerización en el tercer reactor se
efectuó a 75ºC.
La actividad catalítica en la polimerización a
largo plazo, requerida para el procedimiento en cascada descrito
anteriormente, fue proporcionada por un catalizador Ziegler de alto
recorrido, como se describe en la WO mencionada al principio. Una
medida de la utilidad de este catalizador es su sensibilidad al
hidrógeno extremadamente elevada y su actividad uniformemente alta
durante un largo periodo de tiempo comprendido entre 1 y 8 horas
aproximadamente.
Se separa el diluyente de la suspensión espesa
polimérica que sale del tercer reactor y el polímero se seca y luego
se pelletiza.
La siguiente tabla 1 muestra los índices de
viscosidad y las proporciones cuantitativas W_{A}, W_{B} y
W_{C} de los polímeros A, B y C para la composición de polietileno
preparada en el ejemplo 1.
Ejemplo No. | 1 |
densidad [cm^{3}/g] | 0,951 |
MFI_{190/5} [dg/min] | 0,20 |
MFR_{190/21,6} [dg/min] | 4,6 |
W_{A} [% en peso] | 42 |
W_{B} [% en peso] | 36 |
W_{C} [% en peso] | 22 |
VN_{1} [cm^{3}/g] | 200 |
VN_{2} [cm^{3}/g] | 270 |
VN_{tot} [cm^{3}/g] | 480 |
SR [%] | 190 |
FNCT [h] | 80 |
NIS_{ISO} [kJ/m^{2}] | 40 |
Las abreviaturas para las propiedades físicas
indicadas en la tabla 1 tienen los siguientes significados:
- SR (= relación de hinchamiento) en [%] medida
en un reómetro de capilaridad a elevada presión a una velocidad de
esfuerzo cortante de 1440 s^{-1}, en una boquilla de sección
redonda 2/2 con entrada cónica (ángulo = 15º) a 190ºC.
- FNCT = resistencia a la fisuración bajo
tensión (ensayo de termofluencia con entalladura completa) ensayada
empleando el método de ensayo interno de M. Flei\betaner, en
[h].
- NIS_{ISO} = resistencia al impacto con
entalladura medida como se describe en ISO
179-1/1eA/DIN 53453 en [kJ/m^{2}] a 23ºC.
Claims (10)
1. Una composición de polietileno con una
distribución de masa molecular multimodal, que tiene una densidad
del orden de 0,949 a 0,955 g/cm^{3} a 23º C y un MFI_{190/5} del
orden de 0,1 a 0,3 dg/min o un MFI_{190/21,6} del orden de 4 a 6
dg/min y que comprende de 38 a 45% en peso de un homopolímero de
etileno A de baja masa molecular, de 30 a 40% en peso de un
copolímero B de alta masa molecular constituido por etileno y otra
1-olefina que tiene de 4 a 8 átomos de carbono, y de
18 a 26% en peso de un copolímero de etileno C de masa molecular
ultraelevada, en donde todos los datos en porcentaje están basados
en el peso total de la composición de moldeo.
2. Una composición de polietileno según la
reivindicación 1, en donde el copolímero B de alta masa molecular
contiene pequeñas proporciones del orden de 0,1 a 0,2% en peso de
co-monómero que tiene de 4 a 8 átomos de carbono,
basado en el peso del copolímero B, y en donde el copolímero de
etileno C de masa molecular ultraelevada contiene una cantidad del
orden de 2 a 3% en peso de co-monómeros, basado en
el peso de copolímero C.
3. Una composición de polietileno según la
reivindicación 1 o 2, que, como co-monómero,
contiene 1-buteno, 1-penteno,
1-hexeno, 1-octeno,
4-metil-1-penteno o
una mezcla de los anteriores.
4. Una composición de polietileno según una o
más de las reivindicaciones 1 a 3, que tiene un índice de viscosidad
VN_{tot} del orden de 460 a 500 cm^{3}/g, medido según ISO/R
1191 en decalina a 135ºC.
5. Una composición de polietileno según una o
más de las reivindicaciones 1 a 4, que tiene una relación de
hinchamiento del orden de 175 a 205% y una resistencia al impacto
con entalladura (ISO) del orden de 30 a 60 kJ/m^{2}, y una
resistencia a la fisuración bajo tensión (FNCT) del orden de 60 a
110 h.
6. Un procedimiento para la producción de una
composición de polietileno como la reivindicada en una o más de las
reivindicaciones 1 a 5, en donde los monómeros se polimerizan en
suspensión espesa en un intervalo de temperatura de 60 a 90ºC a una
presión del orden de 0,15 a 1 MPa, y en presencia de un catalizador
Ziegler de alto recorrido constituido por un compuesto de un metal
de transición y por un compuesto de organoaluminio, que comprende
efectuar la polimerización en tres etapas, en donde la masa
molecular del polietileno preparado en cada una de las etapas se
regula con ayuda de hidrógeno.
7. Un procedimiento según la reivindicación 6,
en donde la concentración de hidrógeno en la primera etapa de
polimerización se ajusta de manera que el índice de viscosidad
VN_{1} del polietileno A de baja masa molecular sea del orden de
160 a 220 cm^{3}/g.
8. Un procedimiento según la reivindicación 6 o
7, en donde la concentración de hidrógeno en la segunda etapa de
polimerización se ajusta de manera que el índice de viscosidad
VN_{2} de la mezcla de polímero A y polímero B sea del orden de
250 a 300 cm^{3}/g.
9. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 8, en donde la concentración de hidrógeno en
la tercera etapa de polimerización se ajusta de manera que el índice
de viscosidad VN_{3} de la mezcla de polímero A, polímero B y
polímero C sea del orden de 460 a 500 cm^{3}/g.
10. Uso de una composición de polietileno como
la reivindicada en una o más de las reivindicaciones 1 a 5 para la
producción de grandes artículos de moldeo por soplado, tal como
recipientes, con una capacidad del orden de 10 a 150 dm^{3} (l),
en donde la composición de moldeo de polietileno se plastifica
primeramente en una extrusionadora en un intervalo de temperatura de
200 a 250º C y luego se extrusiona a través de una boquilla al
interior de un molde de soplado, en donde es soplada y luego
enfriada y con ello solidificada.
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