ES2278263T3 - Compuesto de polietileno multimodal con homogeneidad mejorada. - Google Patents
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Abstract
Composición de polietileno, que comprende una resina de base que comprende tres fracciones (A), (B) y (C) de homopolímero o copolímero de etileno con pesos moleculares promedio en peso MW diferentes, en la que a) la fracción (A) tiene una MFR21 igual o menor de 20 g/10 min, b) la fracción (B) tiene un peso molecular promedio en peso menor que la fracción (C), c) la fracción (C) tiene un peso molecular promedio en peso menor que la fracción (A), d) la composición tiene una viscosidad a un esfuerzo de cizalladura de 747 Pa (eta747) de 350 kPaus o mayor, y e) la composición tiene una MFR5 de 0, 15 g/10 min o mayor y una superficie de puntos blancos del 1% o menor.
Description
Compuesto de polietileno multimodal con
homogeneidad mejorada.
La presente invención se refiere a una
composición de polietileno multimodal, que comprende una fracción de
peso molecular bajo, una fracción de peso molecular alto y un
fracción de peso molecular muy alto, con una homogeneidad mejorada.
Además, la presente invención se refiere a un procedimiento para la
producción de dicha composición, así como a la utilización de dicha
composición para la producción de un tubo, para aplicaciones de
moldeo y para aplicaciones de hilo y cable.
Frecuentemente, las composiciones de polietileno
multimodal se utilizan, por ejemplo, para la producción de tubos,
debido a sus propiedades físicas y químicas favorables, tal como
resistencia mecánica, resistencia a la corrosión y estabilidad a
largo plazo. Si se tiene en cuenta que los fluidos transportados en
tubos, tal como agua o gas natural, están frecuentemente
presurizados y presentan temperaturas variables, habitualmente
dentro de un intervalo entre 0ºC y 50ºC, resulta evidente que la
composición de polietileno utilizada en los tubos debe cumplir
exigentes requisitos.
Para los polímeros multimodales que comprenden
más de una fracción de polímero con pesos moleculares diferentes,
se conoce el hecho de que la homogeneidad es una propiedad crítica,
dado que grados bajos de homogeneidad afectan negativamente, por
ejemplo, a las propiedades de superficie y otras propiedades de la
composición de polímero. A efectos de alcanzar un grado de
homogeneidad suficiente, la mezcla de las diferentes fracciones de
las que se compone la composición debe llegar a escala
microscópica.
Además, se conoce el hecho de que, en la
producción de polímeros multimodales, particularmente cuando se
producen en un procedimiento multietapa, se utiliza ventajosamente
un catalizador de polimerización que se ha sometido a una etapa de
prepolimerización. En una prepolimerización de este tipo se produce
habitualmente una cantidad pequeña de polímero. Sin embargo,
mediante la prepolimerización, se introduce una fracción de polímero
adicional en la composición de polímero, lo que hace aún más
difícil alcanzar la homogeneidad.
Al preparar por mezcla, composiciones de
polímeros multimodales, por ejemplo, para la producción de tubos,
aparecen los llamados "puntos blancos" en el material
preparado. Habitualmente, estos puntos blancos tienen un tamaño
comprendido entre menos de 10 y aproximadamente 50 micrómetros, y
consisten en partículas de polímero de peso molecular alto que no
se han mezclado adecuadamente en la composición. Además, al preparar
por mezclado composiciones de polímero, por ejemplo, para la
producción de láminas, frecuentemente aparecen partículas de gel
con un tamaño comprendido aproximadamente entre 0,01 y 1 mm. Estas
partículas de gel también consisten en partículas de polímero de
peso molecular alto que no se han preparado adecuadamente, y
aparecen como irregularidades que desfiguran la lámina acabada.
Además, las irregularidades de las composiciones de polímeros
multimodales también pueden provocar ondulaciones en la superficie
de los artículos producidos a partir de las mismas.
Como medida para la homogeneidad en resinas
multimodales puede aplicarse el ensayo ISO 18553. Originalmente, el
ensayo ISO 18553 es un método de evaluación de puntos pigmentados,
es decir, sirve para determinar lo bien dispersados que están los
pigmentos en un polímero. Dado que la dispersión del pigmento
depende de la homogeneidad total del polímero, ya que las
irregularidades del polímero no están coloreadas por el pigmento, el
ISO 18553 también puede utilizarse como medida para la homogeneidad
de un polímero, contando los puntos blancos no coloreados y
clasificándolos según el esquema del ensayo ISO 18553.
Como medida adicional para la homogeneidad de un
polímero, se ha desarrollado el ensayo de superficie de puntos
blancos que, en gran medida, está basado en el ensayo de evaluación
de puntos blancos ISO 18553 modificado, tal como se describe en el
párrafo anterior. Este ensayo se describe detalladamente a
continuación.
Se conoce el hecho de que la homogeneidad de una
composición de polímero multimodal puede mejorarse aplicando
múltiples etapas de preparación y/o condiciones particulares de
preparación a la resina procedente del reactor. Sin embargo, estas
medidas presentan la desventaja de que están asociadas a un
incremento significativo de los costes de producción para la
composición.
Por ello, es un objeto de la presente invención
dar a conocer una composición de polietileno multimodal que
comprende, entre otros, una fracción de peso molecular muy alto, con
una homogeneidad mejorada y, en consecuencia, unas propiedades
mejoradas, particularmente propiedades de superficie.
Particularmente, es un objeto de la presente invención dar a
conocer una composición de polietileno multimodal de este tipo con
una homogeneidad mejorada inmediatamente después de su producción.
Al mismo tiempo, la composición debe presentar buenas propiedades de
procesamiento y buenas propiedades mecánicas.
En una primera realización, la presente
invención da a conocer una composición de polietileno que comprende
una resina de base que comprende tres fracciones (A), (B) y (C) de
homopolímero o copolímero de etileno con pesos moleculares promedio
en peso M_{W} diferentes, en la que
a) la fracción (A) tiene una MFR_{21} igual o
menor de 20 g/10 min,
b) la fracción (B) tiene un peso molecular
promedio en peso menor que la fracción (C),
c) la fracción (C) tiene un peso molecular
promedio en peso menor que la fracción (A),
d) la composición tiene una viscosidad a un
esfuerzo de cizalladura de 747 Pa (eta_{747}) de 350 kPa\cdots o
mayor, y
e) la composición tiene una MFR_{5} de 0,15
g/10 min o mayor y una superficie de puntos blancos del 1% o
menor.
Además, en una segunda realización la presente
invención da a conocer una composición de polietileno que comprende
una resina de base que comprende tres fracciones (A), (B) y (C) de
homopolímero o copolímero de etileno con pesos moleculares promedio
en peso M_{W} diferentes, en la que
a) la fracción (A) tiene una MFR_{21} igual o
menor de 20 g/10 min,
b) la fracción (B) tiene un peso molecular
promedio en peso menor que la fracción (C),
c) la fracción (C) tiene un peso molecular
promedio en peso menor que la fracción (A),
d) la composición tiene una viscosidad a un
esfuerzo de cizalladura de 747 Pa (eta_{747}) de 350 kPa\cdots o
mayor, y
e) la composición tiene una MFR_{5} de 0,15
g/10 min o mayor y un valor en el ensayo de evaluación de puntos
blancos ISO 18553 menor de 4,5.
Las composiciones de polietileno según la
invención presentan un mezclado microscópico mejorado inmediatamente
después de su producción, lo que se demuestra por el hecho de que,
después de una única etapa de preparación convencional, se obtiene
una resina con una homogeneidad excelente. De este modo, la
composición combina buenas propiedades mecánicas con buenas
propiedades de superficie y, en consecuencia, por ejemplo, una
resistencia al impacto mejorada con un aspecto mejorado del
producto final.
El término "resina de base" se refiere a la
totalidad de componentes poliméricos en la composición de
polietileno según la invención, que habitualmente alcanzan, como
mínimo, el 90% en peso de la composición total. Preferentemente, la
resina de base en su totalidad se compone de las fracciones (A), (B)
y (C).
Además de la resina de base, en la composición
de polietileno pueden estar presentes aditivos usualmente utilizados
en poliolefinas, tal como pigmentos (por ejemplo, negro de carbón),
estabilizantes (agentes antioxidantes), antiácidos y/o agentes
antirradiación UV, agentes antiestáticos y agentes de utilización
(tal como agentes adyuvantes del procesamiento). Preferentemente,
la cantidad de estos aditivos es del 10% en peso o menor, más
preferentemente del 8% en peso o menor, de la composición total.
Preferentemente, la composición comprende negro
de carbón en una cantidad del 8% en peso o menor, más
preferentemente de 1 a 4% en peso, de la composición total.
Además, preferentemente, la cantidad de aditivos
diferentes de negro de carbón es del 1% en peso o menor, más
preferentemente del 0,5% en peso o menor.
Habitualmente, una composición de polietileno
que comprende, como mínimo, dos fracciones de polietileno que se
han producido en condiciones de polimerización diferentes, dando
lugar a pesos moleculares (promedio en peso) diferentes para las
fracciones, se designa "multimodal". El prefijo "multi" se
refiere al número de fracciones de polímero diferentes de las que
se compone la composición. De este modo, por ejemplo, si la
composición según la presente invención consiste en las tres
fracciones (A), (B) y (C), generalmente se designa
"trimodal".
La forma de la curva de distribución de pesos
moleculares de un polietileno multimodal de este tipo, es decir, el
aspecto del gráfico de la fracción de peso del polímero en función
de su peso molecular, presentará dos o más máximos o, como mínimo,
se ensanchará de forma significativa en comparación con las curvas
de las fracciones individuales.
Por ejemplo, si un polímero se produce en un
procedimiento multietapa secuencial, utilizando reactores acoplados
en serie y utilizando condiciones diferentes en cada reactor, cada
una de las fracciones de polímero producidas en los diferentes
reactores presentará su propia distribución de pesos moleculares y
su propio peso molecular promedio en peso. Cuando se registra la
curva de distribución de pesos moleculares de un polímero de este
tipo, las curvas individuales de estas fracciones se superponen,
dando lugar a la curva de distribución de pesos moleculares para el
producto polimérico total resultante, obteniéndose generalmente una
curva con dos o más máximos distintos.
En la primera realización de la composición
según la invención, la composición tiene preferentemente un valor
en el ensayo de evaluación de puntos blancos ISO 18553 menor de
4,5.
Las siguientes realizaciones preferentes
pertenecen tanto a la primera realización como a la segunda
realización de la composición según la invención.
Preferentemente, la resina de base tiene una
MFR_{5} de 0,1 g/10 min o mayor, más preferentemente de 0,15 g/10
min o mayor.
Además, preferentemente, la resina de base tiene
una MFR_{5} de 10 g/10 min o menor, más preferentemente de 5 g/10
min o menor, y aún más preferentemente de 2 g/10 min o menor.
Aún más preferentemente, la resina de base tiene
una MFR_{21} comprendida entre 1 y 50 g/10 min.
Preferentemente, la FRR_{21/5} de la resina de
base está comprendida entre 10 y 100, y más preferentemente entre 15
y 70.
Preferentemente, la densidad de la resina de
base es 915 kg/m^{3} o mayor, más preferentemente 930 kg/m^{3}
o mayor. Además, preferentemente la densidad de la resina de base es
970 kg/m^{3} o menor.
Preferentemente, el peso molecular promedio en
peso de la resina de base está comprendido entre 100.000 y
1.000.000 g/mol, y más preferentemente entre 200.000 y 800.000
g/mol.
Habitualmente, la composición según la
invención, medida después de una única etapa de preparación tal como
se define a continuación, tiene una superficie de puntos blancos
comprendida entre 0,01 y 1%. Más preferentemente, la composición de
polietileno, después de dicha única etapa de preparación, tiene una
superficie de puntos blancos de 0,7% o menor, habitualmente
comprendida entre 0,01 y 0,7%.
Además, la composición de polietileno, medida
después de una única etapa de preparación tal como se define más
adelante, tiene preferentemente un valor en el ensayo de evaluación
de puntos blancos ISO 18553 menor de 4, más preferentemente menor
de 3. En consecuencia, habitualmente la composición, después de
dicha única etapa de preparación, tiene un valor en el ensayo de
evaluación de puntos blancos ISO 18553 preferentemente comprendido
entre 0,01 y menos de 4, más preferentemente entre 0,01 y menos de
3.
Preferentemente, la fracción (A) está presente
en la resina de base en una cantidad comprendida entre 0,5 y 15% en
peso, más preferentemente en una cantidad comprendida entre 0,5 y
10% en peso, y aún más preferentemente en una cantidad comprendida
entre 0,5 y 5% en peso.
Preferentemente, la fracción (A) tiene una
densidad de 900 kg/m^{3} o mayor, más preferentemente de 915
kg/m^{3} o mayor. Además, preferentemente, la fracción (A) tiene
una densidad de 980 kg/m^{3} o menor, más preferentemente de 965
kg/m^{3} o menor.
Preferentemente, la fracción (B) está presente
en la resina de base en una cantidad comprendida entre 20 y 60% en
peso de la resina de base.
Además, la fracción (B) es preferentemente un
homopolímero de etileno.
Preferentemente, la fracción (B) tiene una
densidad de 915 kg/m^{3} o mayor, más preferentemente de 940
kg/m^{3} o mayor. Además, preferentemente, la fracción (B) tiene
una densidad de 980 kg/m^{3} o menor.
Preferentemente, la fracción (C) está presente
en la resina de base en una cantidad comprendida entre 20 y 60% en
peso de la resina de base.
Además, la fracción (C) de la composición de
polietileno es preferentemente un copolímero de etileno con uno o
más comonómeros alfa-olefínicos.
Preferentemente, el comonómero
alfa-olefínico de la fracción (C) tiene de 4 a 8
átomos de carbono, y más preferentemente se selecciona entre
1-buteno, 1-hexeno,
4-metil-1-penteno y
1-octeno.
Preferentemente, la composición de polietileno
según la invención tiene una MFR_{5} de 0,15 g/10 min o mayor,
más preferentemente de 0,20 g/10 min o mayor.
Además, la composición de polietileno según la
invención tiene preferentemente un índice de fluidificación por
cizalladura SHI_{(2,7/210)} de 5 a 300, más preferentemente de 10
a 280, aún más preferentemente de 15 a 260, y de la forma más
preferente de 17 a 150.
El SHI es la relación entre las viscosidades de
la composición de polietileno para diferentes esfuerzos de
cizalladura. En la presente invención, se utilizan los esfuerzos de
cizalladura de 2,7 kPa y 210 kPa a efectos de calcular el
SHI_{2,7/210}, que puede servir como medida de la amplitud de la
distribución de pesos moleculares.
Además, la composición de polietileno tiene
preferentemente una viscosidad a un esfuerzo de cizalladura de 2,7
kPa (eta_{(2,7)}) de 10 a 500 kPa\cdots, más preferentemente de
20 a 450 kPa\cdots, y de la forma más preferente de 40 a 400
kPa\cdots.
Preferentemente, la composición de polietileno
según la invención tiene un valor de eta_{747} de 550 kPa\cdots
o mayor, más preferentemente de 600 kPa\cdots o mayor.
\newpage
Cuando en el presente documento se indican
características preferentes para las fracciones (A), (B) y (C) de
la composición según la presente invención, dichos valores son
generalmente válidos para los casos en los que los mismos pueden
medirse directamente en la fracción respectiva, por ejemplo, cuando
la fracción se produce separadamente o se produce en la primera
etapa de un procedimiento multietapa.
Sin embargo, la resina de base también puede
producirse, y se produce preferentemente, en un procedimiento
multietapa en el que, por ejemplo, se producen las fracciones (A),
(B) y (C) en etapas sucesivas. En este caso, las propiedades de las
fracciones producidas en la segunda y la tercera etapa (o en etapas
posteriores) del procedimiento multietapa pueden inferirse a partir
de los polímeros, que se producen separadamente en una única etapa
aplicando unas condiciones de polimerización idénticas (por ejemplo,
temperatura, presiones parciales de los reactivos/disolventes,
medio de suspensión y tiempo de reacción idénticos) con respecto a
la etapa del procedimiento multietapa en la que se produce la
fracción, y utilizando un catalizador en el que no está presente
ningún polímero producido previamente. Alternativamente, las
propiedades de las fracciones producidas en una etapa más avanzada
del procedimiento multietapa también pueden calcularse, por ejemplo,
de acuerdo con B. Hagström, Conference on Polymer Processing
["Conferencia sobre procesamiento de polímeros" (The Polymer
Processing Society)], resúmenes ampliados y programa final,
Gotenburg, 19 a 21 de agosto, 1997, 4:13.
De este modo, aunque no pueden medirse
directamente en los productos del procedimiento multietapa, las
propiedades de las fracciones producidas en etapas más avanzadas de
un procedimiento multietapa de este tipo pueden determinarse
aplicando cada uno de los métodos anteriores, o ambos. La persona
experta será capaz de seleccionar el método apropiado.
Preferentemente, la fracción (A) tiene un peso
molecular promedio en peso comprendido entre 600.000 g/mol y
5.000.000 g/mol, más preferentemente entre 600.000 y 2.000.000
g/mol.
Preferentemente, la fracción (A) tiene una
MFR_{21} de 10 g/10 min o menor, más preferentemente de 5 o
menor.
Preferentemente, la fracción (B) tiene un peso
molecular promedio en peso comprendido entre 2.000 g/mol y 50.000
g/mol, más preferentemente entre 5.000 y 30.000 g/mol.
Preferentemente, la fracción (B) de la
composición de polietileno tiene una MFR_{21} de 10 g/10 min o
mayor, más preferentemente de 80 g/10 min o mayor.
Preferentemente, el peso molecular promedio en
peso de la fracción (C) está comprendido entre 30.000 y 600.000
g/mol, más preferentemente entre 50.000 y 500.000 g/mol.
En la producción de la resina de base se
utilizan preferentemente catalizadores Ziegler-Natta
(ZN) o metalocenos, utilizándose más preferentemente catalizadores
Ziegler-Natta.
El catalizador puede estar soportado, por
ejemplo, con soportes convencionales, incluyendo sílice, soportes
con contenido en Al y soportes basados en dicloruro de magnesio.
Preferentemente, el catalizador es un catalizador ZN, aún más
preferentemente el catalizador es un catalizador ZN no soportado en
sílice, y del modo más preferente es un catalizador ZN basado en
MgCl_{2}.
Más preferentemente, el catalizador
Ziegler-Natta comprende un compuesto de metal del
grupo 4 (numeración de grupos según el nuevo sistema IUPAC),
preferentemente titanio, dicloruro de magnesio y aluminio.
El catalizador puede estar comercialmente
disponible, o producirse de acuerdo a la bibliografía o análogamente
a la misma. Para la preparación del catalizador preferible
utilizable en la invención, se hace referencia a los documentos
WO2004055068 y WO2004055069 de Borealis, y EP 0 810 235. El
contenido de estos documentos se incorpora como referencia en su
totalidad en el presente documento, particularmente con respecto a
las realizaciones generales y todas las realizaciones preferentes
de los catalizadores descritos en el presente documento, así como
los procedimientos para la producción de los catalizadores. En el
documento EP 0 810 235 se describen catalizadores
Ziegler-Natta particularmente preferentes.
Preferentemente, la resina de base de la
composición de polietileno según la invención se produce de tal modo
que, como mínimo, una de las fracciones (B) y (C), preferentemente
la fracción (C), se produce en una reacción en fase gaseosa.
Con respecto al procedimiento de producción de
la composición de polietileno según la invención, resulta preferente
que una de las fracciones (B) y (C) de la resina de base,
preferentemente la fracción (B), se produzca en una reacción en
emulsión, preferentemente en un reactor de circuito cerrado.
Además, la resina de base de polietileno se
produce preferentemente en un procedimiento multietapa. Las
composiciones de polímero producidas en un procedimiento de este
tipo también se designan mezclas "in situ".
Un procedimiento multietapa se define como un
procedimiento de polimerización en el que un polímero que comprende
dos o más fracciones se produce obteniéndose cada fracción o, como
mínimo, dos fracciones poliméricas, en una etapa de reacción
separada, habitualmente en condiciones de reacción diferentes en
cada etapa, en presencia del producto de reacción de la etapa
previa, que comprende un catalizador de polimerización.
De acuerdo con ello, es preferente que las
fracciones (A), (B) y (C) de la composición de polietileno se
produzcan en etapas diferentes de un procedimiento multietapa.
Preferentemente, el procedimiento multietapa
comprende, como mínimo, una etapa en fase gaseosa en la que,
preferentemente, se produce la fracción (C).
Más preferentemente, la fracción (C) se produce
en una etapa posterior en presencia de la fracción (B), que se ha
producido en una etapa previa.
Se conoce con anterioridad la fabricación de
polímeros olefínicos multimodales, tal como polietileno multimodal,
en un procedimiento multietapa que comprende dos o más reactores
conectados en serie. Como ejemplo de esta técnica anterior, debe
mencionarse el documento EP 517 868, que se incorpora en el presente
documento como referencia en su totalidad, incluyendo todas sus
realizaciones preferentes tal como se describen en el mismo, tal
como un procedimiento multietapa preferente para la producción de la
resina de base de composición de polietileno según la
invención.
Preferentemente, las etapas principales de
polimerización del procedimiento multietapa son tales como se
describen en el documento EP 517 868, es decir, la producción de
las fracciones (B) y (C) se lleva a cabo como una combinación de
polimerización en emulsión para la fracción (B)/polimerización en
fase gaseosa para la fracción (C). La polimerización en emulsión se
lleva a cabo preferentemente en un así llamado reactor de circuito
cerrado. Más preferentemente, la etapa de polimerización en
emulsión precede a la etapa en fase gaseosa.
Preferentemente, las etapas principales de
polimerización, es decir, la producción de las fracciones (B) y
(C), están precedidas por la producción de la fracción (A) en una
primera etapa. Preferentemente, la fracción (A) es un homopolímero
de etileno. En esta primera etapa de polimerización, que puede
designarse prepolimerización, preferentemente todo el catalizador
se carga en un reactor de circuito cerrado y la polimerización se
lleva a cabo preferentemente como polimerización en emulsión.
El producto final resultante consiste en una
mezcla íntima de los polímeros procedentes de las diferentes etapas
de polimerización. Las curvas de distribución de pesos moleculares
de estos polímeros, conjuntamente, forman una curva de distribución
de pesos moleculares con un máximo ancho o con diversos máximos, es
decir, el producto final es una mezcla polimérica multimodal.
Es preferente que la resina de base multimodal
de la composición de polietileno según la invención sea una mezcla
de polietileno trimodal que consiste en las fracciones (B) y (C), y
en la fracción (A). También es preferente que esta mezcla
polimérica trimodal haya sido producida por polimerización, tal como
se ha descrito anteriormente, en condiciones de polimerización
diferentes en dos o más reactores de polimerización conectados en
serie. Debido a la flexibilidad con respecto a las condiciones de
reacción obtenidas de este modo, es muy preferente que la
polimerización se lleve a cabo en una combinación de reactor de
circuito cerrado/reactor de fase gaseosa.
Preferentemente, las condiciones de
polimerización en el procedimiento multietapa preferente se
seleccionan de tal modo que, en una etapa, preferentemente en la
primera etapa posterior a la prepolimerización de la fracción (A),
se produce el polímero comparativamente con menor peso molecular
(B), que no presenta contenido en comonómero, debido a un contenido
alto en agente de transferencia de cadena (hidrógeno gaseoso),
mientras que el polímero de mayor peso molecular (C),
preferentemente con contenido en comonómero, se produce en otra
etapa, preferentemente la segunda etapa. Sin embargo, el orden de
estas etapas puede invertirse.
En la realización preferente de la
polimerización, la temperatura en el reactor de circuito cerrado, en
el que preferentemente se produce la fracción (B), está comprendida
preferentemente entre 85 y 115ºC, más preferentemente entre 90 y
105ºC, y del modo más preferente entre 92 y 98ºC.
Preferentemente, la temperatura en el reactor de
fase gaseosa, en el que se produce preferentemente la fracción (C),
está comprendida preferentemente entre 70 y 105ºC, más
preferentemente entre 75 y 100ºC, y del modo más preferente entre
82 y 97ºC.
Se añade un agente de transferencia de cadena,
preferentemente hidrógeno, según sea necesario, a los reactores,
añadiéndose preferentemente entre 100 y 800 moles de H_{2}/kmoles
de etileno al reactor cuando se está produciendo la fracción de LMW
("peso molecular promedio más bajo") en dicho reactor, y se
añaden entre 0 y 50 moles de H_{2}/kmoles de etileno al reactor
de fase gaseosa cuando dicho reactor está produciendo la fracción de
HMW ("peso molecular promedio más alto").
Preferentemente, la resina de base de la
composición de polietileno se produce a una velocidad, como mínimo,
de 5 toneladas/h, más preferentemente, como mínimo, de 10
toneladas/h, y del modo más preferente, como mínimo, de 15
toneladas/h.
\newpage
Preferentemente, la composición según la
invención se produce en un procedimiento que comprende una etapa de
preparación, en la que la composición de la resina de base, es decir
la mezcla, que típicamente se obtiene como polvos de resina base en
el reactor, es extruida en una extrusora y, a continuación, se
granula hasta obtener gránulos de polímero del modo conocido en la
técnica.
Opcionalmente, pueden añadirse aditivos u otros
componentes de polímero a la composición durante la etapa de
preparación en una cantidad tal como se ha descrito anteriormente.
Preferentemente, la composición según la invención obtenida en el
reactor se mezcla en la extrusora junto con los aditivos, del modo
conocido en la técnica.
La extrusionadora, por ejemplo, puede ser
cualquier extrusionadora de uso convencional. Como ejemplo de
extrusionadora para la presente etapa de preparación, se mencionan
las suministradas por Japan steel works, Kobe steel o
Farrel-Pomini, por ejemplo, la JSW 460P.
En una realización, la etapa de extrusión se
lleva a cabo utilizando velocidades de producción de como mínimo
400, como mínimo 500, como mínimo 1.000 kg/h en dicha etapa de
preparación.
En otra realización, la etapa de preparación
puede llevarse a cabo con una velocidad de producción, como mínimo,
de 5 toneladas/h, preferentemente, como mínimo, de 15 toneladas/h,
más preferentemente, como mínimo, de 20 ó 25 toneladas/h, o
incluso, como mínimo, 30 toneladas/h o mayor, tal como como mínimo
50, tal como 1-50, preferentemente
5-40, 10-50, y en algunas
realizaciones 10-25 toneladas/h.
Alternativamente, durante la etapa de
preparación pueden ser deseables velocidades de producción, como
mínimo, de 20 toneladas/h, preferentemente, como mínimo, 25
toneladas/h, incluso como mínimo 30 toneladas/h, por ejemplo,
25-40 toneladas/h.
La presente composición de polietileno
multimodal según la invención permite estas velocidades de
producción dentro del marco de propiedades de la invención, es
decir, con diversas combinaciones de propiedades de las MFR de las
fracciones y de variaciones de la resina de base final con una
homogeneidad excelente, por citar sólo algunas.
Preferentemente, en dicha etapa de extrusión, el
SEI (aporte de energía específica) total de la extrusionadora puede
ser, como mínimo, 150, 150-400,
200-350, 200-300 kWh/tonelada.
Se conoce el hecho de que la temperatura de la
masa fundida de polímero puede variar en la extrusionadora, siendo
típicamente la temperatura más elevada (max) de la masa fundida de
la composición en la extrusionadora, durante la etapa de extrusión,
mayor de 150ºC, adecuadamente entre 200 y 350ºC, preferentemente
entre 250 y 310ºC, y más preferentemente entre 250 y 300ºC.
La ventaja de la invención consiste en el hecho
de que ya puede obtenerse una homogeneidad excelente sin un
mezclado extensivo, llevando a cabo una vez la etapa de preparación,
por ejemplo, la extrusión preferente con velocidades de producción
tales como se definen anteriormente, y adicionalmente, junto con el
alto grado de homogeneidad, pueden alcanzarse/mantenerse
propiedades de polímero deseadas.
Además, la presente invención se refiere a un
artículo, tal como un tubo, un artículo moldeado por inyección, un
hilo o cable, o una lámina de alta densidad, que comprende una
composición de polietileno tal como se describe anteriormente, así
como a la utilización de una composición de polietileno de este tipo
para la producción de un artículo de este tipo.
\vskip1.000000\baselineskip
El peso molecular promedio en peso M_{w} y la
distribución de pesos moleculares (MWD = M_{w}/M_{n}, en la que
M_{n} es el peso molecular promedio en número y M_{w} es el peso
molecular promedio en peso) se miden mediante un procedimiento
basado en la norma ISO 16014-4:2003. Se utilizó un
instrumento Waters 150CV plus con unas columnas 3 x HT&E
styragel, de Waters (divinilbenceno) y triclorobenceno (TCB) como
disolvente a 140ºC. El conjunto de columnas se calibró utilizando
calibración universal con estándares MWD PS estrechos (constante
Mark Howings K: 9,54\cdot10^{-5} y a: 0,725 para PS, y K:
3,92\cdot10^{-4} y a: 0,725 para PE). La relación entre M_{w}
y M_{n} es una medida de la anchura de la distribución, dado que
cada uno de ellos se ve influenciado por el extremo opuesto de la
"población".
\vskip1.000000\baselineskip
La densidad se mide según ISO 1872, anexo A.
El caudal de la masa fundida (MFR) se determina
según la norma ISO 1133 y se expresa en g/10 min. El MFR es un
índice de la fluidez y, en consecuencia, de la procesabilidad del
polímero. Cuanto mayor es el caudal de la masa fundida, menor es la
viscosidad del polímero. El MFR se determina a 190ºC y puede
determinarse a diferentes cargas, tal como 2,16 kg (ISO 1133,
condición D - "MFR_{2}"), 5 kg (ISO 1133, condición T -
"MFR_{5}") o 21,6 kg (ISO 1133, condición G -
"MFR_{21}").
La cantidad FRR (proporción de caudales) es un
índice de la distribución de pesos moleculares y se refiere a la
relación entre los caudales para diferentes cargas. De este modo,
FRR_{21/5} se refiere al valor MFR_{21}/MFR_{5}.
\vskip1.000000\baselineskip
Los parámetros reológicos, tales como el índice
de fluidificación por cizalladura SHI y la viscosidad, se
determinan utilizando un reómetro, preferentemente un reómetro
Rheometrics Phisica MCR 300. La definición y las condiciones de
medición se describen en detalle en la página 8, línea 29 a página
11, línea 25, del documento WO 00/22040.
\vskip1.000000\baselineskip
La composición de polímero según la presente
invención tiene una homogeneidad mejorada inmediatamente después de
su producción en el reactor de polimerización. Sin embargo, dado
que, en primer lugar, la homogeneidad se mide habitualmente sólo en
una composición preparada y, en segundo lugar, el modo en el que se
lleva a cabo la preparación tiene una influencia decisiva en la
homogeneidad de la composición preparada, es importante que las
condiciones de mezcla a las que se somete la composición y los
equipos de preparación utilizados se defina claramente antes de
determinar la homogeneidad de la composición, por ejemplo, en
términos del ensayo de superficie de puntos blancos o del ensayo de
evaluación de puntos blancos ISO 18553 modificado, tal como se
describe a continuación.
De acuerdo con ello, la homogeneidad de las
composiciones descritas en el presente documento se determina
después de una única etapa de preparación, que debe llevarse a cabo
del siguiente modo:
El polvo de resina de base procedente del
reactor se transfiere, por ejemplo, a través de tanques de
almacenamiento intermedio (50-250 toneladas), a la
unidad de preparación, sin manipulación adicional, tal como
trituración o refrigeración o procedimientos similares.
A continuación, el polvo se vierte en la entrada
del mezclador junto con las cantidades apropiadas de aditivos.
Típicamente, los aditivos pueden ser estearatos, antioxidantes,
estabilizadores de UV o pigmentos/negros de carbón. Los aditivos
pueden añadirse como componentes puros o como lote principal con un
portador de PE.
A continuación, la resina de base más los
aditivos se hacen pasar a través de la unidad de preparación sólo
una vez.
No se permite que el material que ha atravesado
una vez que el mezclador sea devuelto a la entrada del mezclador
para su tratamiento adicional, y tampoco se permite que el material
preparado pase a una segunda unidad de procesamiento.
La idea de la etapa única de preparación es que
se permite que el polvo de reacción pase una única vez a
través de la unidad de preparación.
El equipo que debe utilizarse para la etapa
única de preparación es una extrusionadora de doble husillo paralelo
como equipo rotativo de conteo, tal como los suministrados por
Japan steel works, por ejemplo, el CIM JSW 460P o un equipo
equivalente.
Las condiciones típicas de preparación en la
etapa única de preparación, utilizadas en el CIM JSW 460P con un
diámetro de husillo de 460 mm son:
Producción: | 25 a 30 toneladas/h | |
Entrada de energía específica (SEI) del mezclador: | 260 kWh/tonelada | |
SEI de la bomba de engranajes: | 19 kWh/tonelada | |
Temp. antes de la bomba de engranajes: | 290ºC | |
Temp. después de la bomba de engranajes: | 300ºC | |
Presión de succión de la bomba de engranajes: | 1,6 bar | |
Velocidad del mezclador: | 400 rpm |
La superficie de puntos blancos de la
composición preparada una vez se determina, como mínimo
parcialmente, según ISO 18553, del siguiente modo:
Se analiza una muestra de una composición
(incluyendo un pigmento a efectos de hacer visibles las
irregularidades, por ejemplo, negro de carbón en una cantidad de
aproximadamente 2,5% en peso), obtenida después de una etapa única
de preparación, tal como se describe anteriormente, obteniendo, en
primer lugar, 6 cortes microtómicos de 6 partes diferentes de la
muestra (grosor < 60 micrómetros, diámetro 3 a 5 mm).
Los cortes se evalúan con una ampliación de 100,
y se determina el tamaño, es decir, la parte de la superficie de
las imperfecciones no coloreadas ("puntos blancos",
aglomerados, partículas) en una superficie total de cada corte de
0,7 mm^{2}. Se cuentan todos los puntos blancos con un diámetro
> 5 micrones. A continuación, la "superficie de puntos
blancos" se expresa como la fracción promediada de los puntos
blancos en la superficie total del corte de muestra.
Además de utilizar el ensayo de superficie de
puntos blancos, la homogeneidad se determina adicionalmente según
el ensayo de evaluación de puntos blancos ISO 18553 modificado. En
este ensayo, las irregularidades de la composición presentes
después de una etapa única de preparación, tal como se describe
anteriormente, que aparecen como puntos blancos, se determinan y se
evalúan de acuerdo con el esquema de evaluación indicado en la
norma ISO 18553. Cuanto menor es el valor obtenido para la
composición en este ensayo, mejor es la homogeneidad de dicha
composición.
Se llevó a cabo la producción de resinas de base
de composiciones de polietileno en una reacción multietapa que
comprendía una primera etapa de polimerización en una emulsión en un
reactor de circuito cerrado de 50 dm^{3} (fracción (A)), seguido
de la transferencia de la emulsión a un reactor de circuito cerrado
de 500 dm^{3}, en el que se continuó la polimerización en
emulsión a efectos de producir el componente de peso molecular bajo
(fracción (B)), y una segunda polimerización en un reactor de fase
gaseosa en presencia del producto procedente del segundo reactor de
circuito cerrado a efectos de producir el comonómero que contiene
el componente de peso molecular alto (fracción (C)). Como comonómero
se ha utilizado 1-buteno.
Para el ejemplo 1, se ha utilizado como
catalizador Lynx 200, disponible por la empresa Engelhard
Corporation, Pasadena, EE.UU.
En el ejemplo comparativo 1, se ha utilizado un
catalizador preparado de acuerdo con el ejemplo 1 del documento EP 0
688 794.
Las condiciones de polimerización aplicadas y
las propiedades de los polímeros obtenidos se indican en la tabla
1.
Después de la producción de la fracción (C) (y
en consecuencia de la resina de base completa), el polvo de
polímero obtenido se transfirió a una extrusionadora, en la que se
preparó junto con un 2,5% en peso de negro de carbón, de acuerdo
con el procedimiento descrito en el anterior punto e).
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Claims (19)
1. Composición de polietileno, que comprende una
resina de base que comprende tres fracciones (A), (B) y (C) de
homopolímero o copolímero de etileno con pesos moleculares promedio
en peso M_{W} diferentes, en la que
a) la fracción (A) tiene una MFR_{21} igual o
menor de 20 g/10 min,
b) la fracción (B) tiene un peso molecular
promedio en peso menor que la fracción (C),
c) la fracción (C) tiene un peso molecular
promedio en peso menor que la fracción (A),
d) la composición tiene una viscosidad a un
esfuerzo de cizalladura de 747 Pa (eta_{747}) de 350 kPa\cdots o
mayor, y
e) la composición tiene una MFR_{5} de 0,15
g/10 min o mayor y una superficie de puntos blancos del 1% o
menor.
2. Composición de polietileno, que comprende una
resina de base que comprende tres fracciones (A), (B) y (C) de
homopolímero o copolímero de etileno con pesos moleculares promedio
en peso M_{W} diferentes, en la que
a) la fracción (A) tiene una MFR_{21} igual o
menor de 20 g/10 min,
b) la fracción (B) tiene un peso molecular
promedio en peso menor que la fracción (C),
c) la fracción (C) tiene un peso molecular
promedio en peso menor que la fracción (A),
d) la composición tiene una eta_{747} de 350
kPa\cdots o mayor, y
e) la composición tiene una MFR_{5} de 0,15
g/10 min o mayor, y un valor en el ensayo de evaluación de puntos
blancos ISO 18553 menor de 4,5.
3. Composición de polietileno, según la
reivindicación 1, en la que la composición tiene un valor en el
ensayo de evaluación de puntos blancos ISO 18553 menor de 4,5.
4. Composición de polietileno, según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en la que la fracción (B) está
presente en la resina de base en una cantidad comprendida entre 20 y
60% en peso de resina de base.
5. Composición de polietileno, según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en la que la fracción (C) está
presente en la resina de base en una cantidad comprendida entre 20 y
60% en peso de resina de base.
6. Composición de polietileno, según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en la que la fracción (B) es un
homopolímero de etileno.
7. Composición de polietileno, según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en la que la fracción (C) es un
copolímero de etileno con uno o más comonómeros
alfa-olefínicos.
8. Composición de polietileno, según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en la que la fracción (A) tiene
una densidad comprendida entre 900 y 980 kg/m^{3}, preferentemente
entre 915 y 965 kg/m^{3}.
9. Composición de polietileno, según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en la que la fracción (B) tiene
una densidad comprendida entre 915 y 980 kg/m^{3}, preferentemente
entre 940 y 980 kg/m^{3}.
10. Composición de polietileno, según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en la que la resina de base
tiene una densidad comprendida entre 915 y 970 kg/m^{3},
preferentemente entre 930 y 970 kg/m^{3}.
11. Composición de polietileno, según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en la que la resina de base
tiene una MFR_{5} comprendida entre 0,1 y 10 g/10 min.
12. Composición de polietileno, según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en la que la resina de base se
ha producido a una velocidad, como mínimo, de 5 toneladas/h.
13. Composición de polietileno, según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en la que las fracciones (A),
(B) y (C) se han producido en etapas diferentes de un procedimiento
multietapa.
14. Procedimiento para la producción de una
composición de polietileno, según cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, comprendiendo dicho procedimiento la producción de las
fracciones (A), (B) y (C) en presencia de un catalizador
Ziegler-Natta.
\newpage
15. Procedimiento, según la reivindicación 14,
en el que las fracciones (A), (B) y (C) se producen en etapas
diferentes de un procedimiento multietapa.
16. Artículo que comprende una composición de
polietileno, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13.
17. Artículo, según la reivindicación 16, en el
que dicho artículo es un tubo.
18. Utilización de una composición de
polietileno, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, para
la producción de un artículo.
19. Utilización, según la reivindicación 18, en
la que el artículo es un tubo.
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