ES2313133T3 - Composicion de polimero heterofasico y proceso para su preparacion. - Google Patents

Composicion de polimero heterofasico y proceso para su preparacion. Download PDF

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Abstract

Composición de copolímero aleatorio heterofásico de alfa-olefina que comprende (a) un componente (A) de copolímero aleatorio de alfa-olefina de, como mínimo, dos fracciones (i) y (ii) de (co) polímero de alfa-olefina, y (b) un componente (B) de tipo caucho, caracterizado porque - como mínimo una de las fracciones (i) y (ii) es un copolímero aleatorio de alfa-olefina, - el contenido de comonómero (% en peso) de la fracción (i) es diferente del contenido de comonómero (% en peso) de la fracción (ii), y - la composición de copolímero aleatorio heterofásico de alfa-olefina tiene una temperatura de fusión (Tm) de, como mínimo, 130ºC y un módulo de flexión no superior a 800 MPa.

Description

Composición de polímero heterofásico y proceso para su preparación.
La presente invención se refiere a una composición de copolímero aleatorio heterofásico de alfa-olefina que tiene una rigidez baja y un comportamiento térmico mejorado. Además, la presente invención se refiere al proceso para la fabricación de la nueva composición polimérica, así como a su uso.
Técnica anterior
Los polímeros se están utilizando cada vez más en diferentes aplicaciones exigentes. A la vez, existe una continua búsqueda de polímeros adaptados que cumplan las necesidades de estas aplicaciones. Las exigencias pueden ser desafiantes, ya que muchas propiedades de los polímeros están directa o indirectamente interrelacionadas. Por ejemplo, ha sido problemático desarrollar polímeros con una combinación de rigidez baja junto con una temperatura de fusión elevada. Por ejemplo, la Patente EP 991 719 del Solicitante da a conocer polímeros de propileno que tienen un módulo de tensión de 420 MPa o inferior. Sin embargo, aún existe la necesidad de controlar o mejorar el comportamiento térmico del polímero junto con una rigidez baja.
Descripción resumida de la invención
Por tanto, el objetivo de la presente invención es dar a conocer composiciones adicionales de copolímeros aleatorios heterofásicos de alfa-olefina que amplían la ventana de productos de polímeros para una amplia variedad de aplicaciones finales.
Otro objetivo de la presente invención es dar a conocer un proceso para obtener alternativas adicionales para las composiciones de polímeros.
Se ha descubierto sorprendentemente que se puede obtener una composición de copolímero aleatorio heterofásico de alfa-olefina que tiene una temperatura de fusión elevada (T_{m}) y, a la vez, un módulo de flexión bajo, es decir, una rigidez baja con una composición de copolímero adaptada según la presente invención.
Por consiguiente, la composición de copolímero aleatorio heterofásico de alfa-olefina de la presente invención comprende:
- un componente (A) de copolímero aleatorio de alfa-olefina de, como mínimo, dos fracciones de (co)polímero de alfa-olefina (I) y (II), y
- un componente de tipo caucho (B), en el que el contenido de comonómero entre las fracciones de polímero de alfa-olefina (i) y (ii) es diferente y en el que, como mínimo, una de las fracciones (i) y (ii) es un copolímero aleatorio. La otra de dichas dos fracciones (i) y (ii) puede ser un homopolímero o un copolímero. La combinación adaptada de los componentes (A) y (B) proporciona una composición de copolímero aleatorio heterofásico de alfa-olefina que tiene una temperatura de fusión (T_{m}) de, como mínimo, 130ºC y un módulo de flexión no superior a 800 MPa.
De forma inesperada, se ha observado que la temperatura de fusión se puede controlar con el contenido diferente de comonómero entre las fracciones (i) y (ii), de manera que se puede conseguir dicha combinación de temperatura de fusión (T_{m}) elevada y, a la vez, un módulo de flexión bajo, es decir, una rigidez baja. De manera inesperada también, el componente de tipo caucho (B) se puede incorporar al componente (A) de copolímero aleatorio de la presente invención y aún se puede mantener el comportamiento térmico mejorado junto con la rigidez baja de la composición final.
La presente invención da a conocer, de este modo, medios viables para controlar y ajustar la combinación de rigidez (módulo) bajo y comportamiento térmico.
Preferentemente, con la presente invención también es posible obtener copolímeros heterofásicos de alfa-olefina, es decir, con una resistencia al impacto buena a temperaturas bajas y, opcionalmente, propiedades ópticas y selladoras ventajosas o ambas, dependiendo de las necesidades de la aplicación de uso final.
A la "composición de copolímero aleatorio heterofásico de alfa-olefina" también se hace referencia a continuación en la presente invención de manera breve como "copolímero aleatorio heterofásico".
Por el término "copolímero aleatorio" se indica en la presente invención que el comonómero en dicho copolímero se distribuye de manera aleatoria, es decir, mediante inserción estadística de las unidades de comonómero en la cadena de copolímero. Dicho término copolímero "aleatorio" es generalmente conocido y se utiliza en el sector.
El "componente (A) de copolímero aleatorio" forma una "matriz (A)" del copolímero aleatorio heterofásico. Ambos términos se utilizan a continuación en la presente invención.
\newpage
El término "componente de tipo caucho" es muy conocido en el sector y significa en la presente invención un componente (B) de copolímero elastomérico de alfa-olefina del copolímero aleatorio heterofásico producido por separado y dispersado en la matriz (A). Preferentemente, dicho componente (B) de tipo caucho se produce por separado en un proceso de múltiples etapas en presencia de la matriz (A) tal como se describe a continuación en la presente invención. Habitualmente, el componente (B) de tipo caucho es, de este modo, un copolímero de, como mínimo, dos alfa-olefinas y está principalmente en forma amorfa (= fracción de solubles en xileno, XS). El componente (B) de tipo caucho es, de manera adecuada, un copolímero elastomérico de propileno con uno o más comonómeros de alfa-olefina, preferiblemente, como mínimo, con etileno y, opcionalmente, con una o más alfa-olefinas superiores.
Tal como se conoce, la matriz (A) también comprende una parte amorfa (= fracción de solubles en xileno, XS). La cantidad de dicha parte amorfa de la matriz (A) puede aumentarse mediante el incremento del contenido de comonómero de la matriz (A). Por consiguiente, la parte amorfa de la matriz (A) y el componente (B) de tipo caucho amorfo se dispersan como una "fase amorfa" en la matriz (A).
Breve descripción de las figuras
La figura 1 es una representación que muestra el contenido de etileno en la matriz (A) frente al punto de fusión para polímeros de los ejemplos 1, 2, 5 y 8 de la presente invención; y
la figura 2 muestra una representación de rigidez frente a fracción de solubles en xileno en la composición de la matriz de los polímeros de los ejemplos 3, 4, 6, 7, 9, 10 y 14 de la presente invención.
Descripción de la invención
Preferentemente, la presente invención da a conocer una composición de copolímero aleatorio heterofásico de alfa-olefina que comprende
(a) un componente (A) de copolímero aleatorio de alfa-olefina que comprende, como mínimo, una fracción (i) que comprende un homopolímero de una alfa-olefina o un copolímero de una alfa-olefina con uno o más comonómeros de alfa-olefina, y, como mínimo, una fracción (ii) que comprende un copolímero de una alfa-olefina con uno o más comonómeros de alfa-olefina, y
(b) un componente (B) de tipo caucho dispersado en el componente (A) de copolímero aleatorio, donde
-
la cantidad (% en peso) de comonómero en la fracción (ii) es superior a la cantidad (% en peso) de comonómero en la fracción (i), y en la que
-
la composición de copolímero aleatorio heterofásico de alfa-olefina tiene una temperatura de fusión (T_{m}) de, como mínimo, 130ºC y un módulo de flexión no superior a 800 MPa.
Por consiguiente, la fracción (i) puede comprender un homopolímero o un copolímero aleatorio tal como se ha definido anteriormente, o una mezcla de un homo y/o (co)polímero o (co)polímeros, con la condición de que, si existe algún comonómero presente en la fracción (i), la cantidad (% en peso) del comonómero en la fracción (i) sea inferior a la cantidad (% en peso) del comonómero en la fracción (ii) y, de este modo, también sea inferior a la cantidad total (% en peso), es decir, el contenido de comonómero total (% en peso) de la matriz (A).
Se ha descubierto sorprendentemente que la temperatura de fusión (T_{m}) del copolímero aleatorio heterofásico está controlada y determinada por la fracción (i) de la matriz (A): se cree que la fracción (i) del homo o copolímero aleatorio con un menor contenido de comonómero determina o contribuye a la temperatura de fusión final de la composición de copolímero aleatorio heterofásico, aunque la fracción del segundo copolímero aleatorio (ii), y como resultado la matriz (A) de las fracciones (i) y (ii), tiene un contenido de comonómero más elevado que la fracción (i). El módulo de flexión bajo, es decir, una menor rigidez, es a su vez debido al contenido total del comonómero de la matriz (A), cuya menor rigidez se puede ajustar posteriormente de manera ventajosa con el componente (B) de tipo caucho.
Además, en el presente concepto, es posible variar una o ambas propiedades de dicha combinación, es decir, disminuir aún más la rigidez o incrementar aún más la T_{m}, o ambos, disminuir aún más la rigidez y aumentar aún más la T_{m} dependiendo de la aplicación final deseada.
En la presente invención se entiende que los valores de T_{m} superiores a 130ºC y el módulo de flexión inferior a 800 MPa del copolímero aleatorio heterofásico de la invención se pueden obtener y controlar, como mínimo, con el contenido en comonómero de las fracciones (i) y (ii), preferentemente en presencia de componente (B) de tipo caucho, tal como se ha definido anteriormente.
Por lo tanto, como aspecto adicional de la presente invención, se da a conocer también el uso de un componente (A) de copolímero aleatorio, que se refiere a la matriz (A) de la invención tal como se ha definido anteriormente, y comprende, como mínimo, dos fracciones (i) y (ii) de (co)polímero de alfa-olefina, en las que, como mínimo, una de las fracciones (i) y (ii) es un copolímero de alfa-olefina y en las que las fracciones (i) y (ii) tienen un contenido (% en peso) de comonómero diferente, para controlar y ajustar, es decir, adaptar, la combinación de comportamiento térmico y rigidez del componente (A) de copolímero aleatorio mediante el contenido de comonómero diferente entre las dos fracciones (i) y (ii). Preferentemente, la fracción (ii) tiene un contenido de comonómero superior a la fracción (i), tal como se ha definido anteriormente. En una realización preferente de dicho uso, se escoge la diferencia en comonómero entre dichas fracciones (i) y (ii) para obtener un módulo de flexión inferior a 800 MPa y una T_{m} de más de 130ºC del componente (A) de copolímero aleatorio. En otra realización de dicho uso, se incorpora un componente (B) de tipo caucho de la invención, tal como se ha definido anteriormente en dicha matriz (A) y, opcionalmente, la rigidez es controlada adicionalmente por dicho componente (B) de tipo caucho. Más preferentemente, el copolímero aleatorio heterofásico de la presente invención, tal como se ha definido anterior o posteriormente, se utiliza para la adaptación de dicha combinación de propiedades.
Si se desea, la T_{m} y la rigidez pueden ser adaptados posteriormente en los límites de la invención mediante otras características, por ejemplo, añadiendo compuestos de polímero adicionales o aditivos de forma conocida en el sector.
Además, la composición del copolímero aleatorio heterofásico de la presente invención puede mostrar también preferentemente una resistencia al impacto buena a bajas temperaturas. Además, si se desea, el componente (B) de tipo caucho proporciona medios muy viables para la adaptación posterior, es decir, un mayor aumento de la resistencia al impacto a bajas temperaturas.
Además de dicha resistencia al impacto a bajas temperaturas, la presente invención permite una amplia flexibilidad en otras propiedades del copolímero aleatorio heterofásico para cumplir con las exigencias en diversas aplicaciones finales. Como ejemplo, en la presente invención se pueden variar, por ejemplo, las propiedades ópticas y las propiedades de sellado o ambas. La adaptación se puede realizar, por ejemplo, ajustando la parte cristalina y la parte amorfa del copolímero aleatorio heterofásico de una manera conocida para optimizar las propiedades ópticas deseadas. Como ejemplo de los medios para adaptar la composición de copolímero se incluyen uno o más de los siguientes: el tipo y el número de comonómeros utilizados en la matriz (A) y en el componente (B) de tipo caucho; la cantidad total del comonómero en la matriz (A); la cantidad del comonómero en cada una de las fracciones (i) y (ii) en los límites de la invención; la cantidad del comonómero en el componente (B) de tipo caucho; la proporción en peso entre la matriz (A) y el componente (B) de tipo caucho; así como la proporción en peso, es decir, la separación entre las fracciones (i) y (ii).
Por consiguiente, la matriz (A) del copolímero aleatorio heterofásico es multimodal con respecto a la distribución de comonómero debido a la diferencia en el contenido de comonómero entre las fracciones (i) y (ii). La "distribución multimodal de comonómero" se define posteriormente en el apartado de "definiciones y métodos de determinación".
Las siguientes definiciones e intervalos específicos representan de manera individual o en cualquier combinación algunos de los subgrupos o realizaciones generales viables o preferentes del polímero aleatorio heterofásico de la presente invención:
\quad
La matriz (A) puede ser unimodal o multimodal con respecto a la distribución de peso molecular (DPM). La "DPM multimodal" se define posteriormente en la parte experimental e incluye la matriz (A) bimodal. Las dos fracciones (i) y (ii) proporcionan también un medio viable para obtener dicha "DPM multimodal, por ejemplo DPM bimodal". Además, la DPM puede ser estrecha o amplia de una manera conocida en la técnica.
En una realización, la fracción (i) de la matriz (A) comprende un componente de homopolímero y preferentemente está comprendida de un componente de copolímero de una alfa-olefina. A esta realización se hace referencia también en la presente invención como matriz (A) H/R. Preferentemente, en la matriz (A) H/R, la fracción (i) es un homopolímero propileno y la fracción (ii) es un copolímero aleatorio de propileno con una o más alfa-olefinas.
En una segunda realización, la fracción (i) de matriz (A) comprende un copolímero o copolímeros aleatorios de una o más alfa-olefinas con, como mínimo, un comonómero de alfa-olefina y, preferentemente, está comprendida de un copolímero de una alfa-olefina con, como mínimo, un comonómero de alfa-olefina. A esta realización se hace referencia también en la presente invención como matriz (A) R/R. Preferentemente, en la matriz (A) R/R, la fracción (i) es un copolímero aleatorio de propileno con una o más alfa-olefinas y la fracción (ii) es un copolímero de propileno con una o más alfa-olefinas.
De manera similar, la fracción (ii) de la matriz (A) comprende un copolímero o copolímeros aleatorios de una alfa-olefina o alfa-olefinas con, como mínimo, un comonómero de alfa-olefina y, preferentemente, está comprendido de un copolímero de una alfa-olefina con, como mínimo, un comonómero de alfa-olefina, tal como un copolímero de propileno con una o más alfa-olefinas.
Preferentemente, la matriz (A) está comprendida de las fracciones (i) y (ii) y, opcionalmente, de una fracción de prepolímero de manera convencional. Alternativamente, tal como se ha indicado anteriormente, las fracciones (i) y (ii) pueden comprender componentes de (co)polímero adicionales o la matriz (A) puede comprender fracciones adicionales dentro de los límites de la presente invención.
La temperatura de fusión (T_{m}) de la composición de polímero heterofásico es de, como mínimo, 130ºC, preferentemente de, como mínimo, 131ºC, más preferentemente de, como mínimo, 133ºC. Por otro lado, la temperatura de fusión es habitualmente no superior a 170ºC. La presente T_{m} describe el comportamiento térmico mejorado.
Preferentemente, la fracción (i) de la matriz (A) también tiene una temperatura de fusión de, como mínimo, 130ºC, preferentemente de, como mínimo, 131ºC, por ejemplo de, como mínimo, 133ºC. Además, la fracción (i) de la matriz (A) tiene de manera adecuada una temperatura de fusión no superior a 170ºC. En la práctica, la temperatura de fusión de la fracción (i) de la matriz (A) está esencialmente en el mismo nivel que la temperatura de fusión que el copolímero aleatorio heterofásico, y si T_{m} de la fracción (i) es superior, entonces es habitualmente no superior a más de 15ºC de la T_{m} del copolímero aleatorio heterofásico, siendo la T_{m} de la fracción (i), por ejemplo, entre 0 y 12ºC, de manera adecuada entre 1 y 8ºC, por encima.
Habitualmente, la fracción (i) de la matriz (A) tiene de este modo una temperatura de fusión superior a la fracción (ii) de la matriz (A) y la fracción (i) contribuye a la T_{m} de la matriz (A) y también a la T_{m} del copolímero aleatorio heterofásico final.
En una realización (i), la temperatura de fusión (T_{m}) del copolímero aleatorio heterofásico es de, como mínimo, 130ºC, preferentemente de, como mínimo, 132ºC. Preferentemente, la temperatura de fusión (T_{m}) de dicho copolímero aleatorio heterofásico puede ser entonces no superior a 165ºC, de manera adecuada no superior a 155ºC. En esta realización, dicha T_{m} puede variar, por ejemplo, entre 130 y 165ºC, preferentemente varía desde 132 a 155ºC. En esta realización (i), la matriz es preferentemente una matriz (A) R/R.
En otra realización (ii), la temperatura de fusión (T_{m}) del copolímero aleatorio heterofásico es de, como mínimo, 130ºC, preferentemente de, como mínimo, 135ºC. Dicha temperatura de fusión (T_{m}) puede no ser superior a 170ºC. Preferentemente, dicha temperatura de fusión (T_{m}) varía de 135ºC a 160ºC. Preferentemente, también en esta realización (ii) la matriz es una matriz (A) R/R.
En otra realización preferente (iii), la temperatura de fusión (T_{m}) del copolímero aleatorio heterofásico puede ser de, como mínimo, 130ºC, preferentemente de, como mínimo, 135ºC, de manera adecuada de, como mínimo, 140ºC y, en algunos casos, se puede desear incluso de, como mínimo, 145ºC. En esta realización, dicha T_{m} es preferentemente no superior a 170ºC, tal como no superior a 165ºC. La temperatura de fusión (T_{m}) del copolímero aleatorio heterofásico puede de este modo variar, por ejemplo, entre 145 y 165ºC. Preferentemente, en esta realización (iii), la matriz es una matriz (A) H/R.
El módulo de flexión describe la rigidez (suavidad) del copolímero aleatorio heterofásico. El módulo de flexión del copolímero aleatorio heterofásico es, de este modo, no superior a 800 MPa.
El límite inferior no es crítico, aunque puede ser preferentemente que el módulo de flexión no sea inferior a 100 MPa. Por consiguiente, el módulo de flexión del copolímero aleatorio heterofásico varía preferentemente de 100 a 800 MPa.
En una realización (iv), se puede desear una rigidez considerablemente baja, mediante lo cual el módulo de flexión del copolímero aleatorio heterofásico no es superior a 600 MPa, preferentemente no es superior a 500 MPa, de manera adecuada no es superior a 450 MPa e incluso puede ser no superior a 400 MPa. En esta realización (iv), la composición de polímero heterofásico puede tener un módulo de flexión, por ejemplo, en el intervalo de 100 a 600 MPa, de manera adecuada de 100 a 500 MPa, preferentemente de 100 a 450 MPa y puede ser incluso de 150 a 400 MPa. Esta realización (iv) se puede combinar preferentemente con la realización (i) anterior, de manera que el módulo de flexión es tal como se indica en este párrafo y la temperatura de fusión del copolímero aleatorio heterofásico es de, como mínimo, 130ºC, de manera adecuada de, como mínimo, 132ºC y, preferentemente, no superior a 165ºC, por ejemplo, no superior a 155ºC. Por ejemplo, la matriz (A) es una matriz (A) R/R y el copolímero aleatorio heterofásico de la misma tiene una T_{m} en un intervalo de 130 a 165ºC, preferentemente en el intervalo de 132 a 155ºC.
En otra realización (v), el módulo de flexión y la temperatura de fusión del copolímero aleatorio heterofásico puede ser: el módulo de flexión no es superior a 600 MPa, preferentemente no superior a 500 MPa, de manera adecuada no superior a 450 MPa e incluso puede ser no superior a 400 MPa. Habitualmente, el módulo de flexión puede variar de 100 a 600 MPa, tal como de 100 a 500 MPa, preferentemente de 100 a 450 MPa, por ejemplo de 150 a 400 MPa. Esta realización (v) se puede combinar preferentemente con la realización (ii) anterior, de manera que el módulo de flexión es tal como se indica en este párrafo, y la temperatura de fusión del copolímero aleatorio heterofásico es de, como mínimo, 130ºC, preferentemente de, como mínimo, 135ºC. De manera adecuada, la temperatura de fusión T_{m} no será superior a 170ºC, preferentemente no superior a 160ºC. La T_{m} puede variar, por ejemplo, entre 135 y 160ºC. Esta realización es particularmente adecuada para una matriz (A) R/R.
En una realización adicional (vi), el módulo de flexión del copolímero aleatorio heterofásico es inferior a 350 MPa y preferentemente la temperatura de fusión (T_{m}) de, como mínimo, 130ºC, de manera adecuada de, como mínimo, 132ºC. La temperatura de fusión (T_{m}) de esta realización no puede ser superior a 165ºC, preferentemente no superior a 155ºC. Por ejemplo, la matriz (A) es habitualmente una matriz (A) R/R y la temperatura de fusión para esta realización varía de 130 a 165ºC, preferentemente de 132 a 155ºC.
En aún otra realización (vii), el módulo de flexión del copolímero aleatorio heterofásico es inferior a 800 MPa, preferentemente entre 400 y 800 MPa. En esta realización (vii), la temperatura de fusión (T_{m}) del copolímero aleatorio heterofásico varía normalmente en el intervalo de 130 a 170ºC, preferentemente en el intervalo de 140 a 170ºC, tal como en el intervalo de 140 a 160ºC. Preferentemente la matriz (A) es una matriz (A) H/R.
En otra realización más aún (viii), el módulo de flexión del copolímero aleatorio heterofásico no es superior a 800 MPa, preferentemente se encuentra en el intervalo de 400 a 800 MPa. En esta realización (viii), la temperatura de fusión del copolímero aleatorio heterofásico es de, como mínimo, 130ºC, preferentemente de, como mínimo, 135ºC, de manera adecuada de, como mínimo, 140ºC, tal como, como mínimo, 145ºC. La temperatura de fusión (T_{m}) en esta realización (viii) habitualmente no es superior a 170ºC, preferentemente no superior a 165ºC, y puede estar, por ejemplo, en el intervalo de 145 a 165ºC. Preferentemente, la matriz (A) es una matriz (A) H/R.
Tal como se ha definido anteriormente, el contenido de comonómero es diferente en las fracciones (i) y (ii) de la matriz (A). Dicha diferencia se define en la presente invención como la diferencia entre la cantidad (% en peso) de comonómero en la fracción (i) y la cantidad total (% en peso) del comonómero en la matriz (A), donde dicho contenido de comonómero (% en peso) de la fracción (i) es inferior al de la matriz (A). La "diferencia en el contenido de comonómero entre la fracción (i) y la matriz (A)" (% en peso) se calcula de este modo mediante la resta del "contenido de comonómero de la fracción (i)" (% en peso) del "contenido de comonómero total de la matriz (A)" (% en peso), es decir: "la diferencia en el contenido de comonómero entre la fracción (i) y la matriz (A)" = "contenido de comonómero total de la matriz (A)" - "contenido de comonómero de la fracción (i)".
Por ejemplo, en el caso de un proceso de polimerización de múltiples etapas del copolímero aleatorio heterofásico tal como se describe a continuación, el contenido de comonómero de las fracciones (i) o (ii), la que se prepare primero, preferentemente la fracción (i), y de la matriz (A) se puede determinar mediante espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier (FTIR) de una manera conocida, y la segunda fracción preparada (i) o (ii), preferentemente la fracción (ii), se puede calcular a partir de los valores medidos de la fracción preparada en primer lugar y la matriz (A) teniendo en cuenta la proporción de pesos, es decir, la separación de las fracciones (i) y (ii). De manera similar, el contenido de comonómero (B) de tipo caucho se puede calcular a partir del contenido de comonómero de la matriz (A) medido (mediante FTIR) y el copolímero aleatorio heterofásico teniendo en cuenta la proporción de pesos de la matriz (A) y el componente (B) de tipo caucho.
Habitualmente, la diferencia en el contenido de comonómero entre la fracción (i) y la matriz (A) es de, como mínimo, 0,5% en peso, preferentemente, como mínimo, 1% en peso. La diferencia en dicho contenido de comonómero es, por ejemplo de hasta 15% en peso, de manera adecuada de hasta 10% en peso, tal como 8% en peso, por ejemplo de hasta 6% en peso.
En una realización (I), preferentemente el caso de la matriz (A) R/R, dicha diferencia en el contenido de comonómero entre la matriz (A) y la fracción (i) del copolímero aleatorio (i) es de 0,5, por ejemplo, como mínimo, un 1% en peso, preferentemente, como mínimo, un 2% en peso o superior, por ejemplo, puede ser de hasta 6% en peso, por ejemplo de hasta 4% en peso.
En otra realización (II), preferentemente en el caso de la matriz H/R, se puede desear una diferencia más elevada, donde la diferencia en dicho contenido de comonómero entre la matriz (A) y la fracción (i) de homopolímero puede variar en un intervalo más amplio, siendo, por ejemplo de, como mínimo, 2% en peso, habitualmente de, como mínimo, 3% en peso, preferentemente de, como mínimo, 4% en peso, incluso de, como mínimo, 5% en peso. El límite superior en dicha diferencia puede ser de hasta 10% en peso, por ejemplo de hasta 8% en peso, en algunas realizaciones, por ejemplo en el intervalo de 3 a 6% en peso.
Además, el contenido de comonómero en la matriz (A), es decir, la cantidad total del comonómero en la matriz (A) es habitualmente de, como mínimo, 1% en peso, y puede ser, por ejemplo de hasta 13% en peso, de manera adecuada entre 2 y 12% en peso, por ejemplo entre 3 y 12% en peso o incluso entre 5 y 12% en peso.
En una realización (ix), dicho contenido total de comonómero en la matriz (A) es de hasta 13% en peso, por ejemplo, en el intervalo de 4 a 12% en peso, preferentemente en el intervalo de 6 a 12% en peso, más preferentemente en un intervalo de 7 a 10% en peso.
En otra realización (x), dicho contenido total de comonómero en la matriz (A) puede ser de hasta 12% en peso, preferentemente variará entre 1 y 12% en peso y de manera adecuada en el intervalo de 2 a 10% en peso.
Además, el homopolímero o el copolímero aleatorio de la fracción (i) pueden tener un contenido de comonómero de hasta 15% en peso, de manera adecuada de hasta 10% en peso, dependiendo, por ejemplo, del tipo de matriz (A) (H/R- o R/R-) y de la T_{m} y los niveles de rigidez deseados. De este modo, en una realización (xi) la cantidad de comonómero en la fracción (i) puede variar, por ejemplo, dentro de cualquiera de los siguientes intervalos: 0 a 1, 0 a 2, 0 a 3, 0 a 4, 0 a 5, 0 a 6, 0 a 7, 0 a 8, 0 a 9, o incluso de hasta 10% en peso, tal como de 0 a 6% en
peso.
Puede ser preferible para algunas aplicaciones finales que el contenido de comonómero de la fracción (i) en la matriz (A) R/R pueda variar entre 1,5 y 6% en peso, tal como de 1,5 a 4% en peso. Alternativamente, para otras aplicaciones finales se puede desear el contenido de comonómero de la fracción (i) de 4 a 6% en peso.
Un intervalo viable de la cantidad de comonómero en la fracción (i) para ajustar la T_{m} a los límites de la presente invención puede variar de 0 a 10% en peso, preferentemente de 0 a 6% en peso, pero no está limitada a ello.
A su vez, preferentemente el copolímero de la fracción (ii) tiene un contenido de comonómero de hasta 20% en peso.
En una realización (xii), la cantidad del comonómero en la fracción (ii) no es inferior a 2% en peso, más preferentemente no es inferior a 3% en peso, por ejemplo, entre 3 y 15% en peso, para algunas aplicaciones finales puede ser deseable incluso por debajo de 10% en peso.
En otra realización (xiii), el copolímero de la fracción (ii) tiene un contenido de comonómero en el intervalo de 2 a 20% en peso, preferentemente en el intervalo de 5 a 20% en peso, por ejemplo en el intervalo de 6 a 17% en peso.
En una realización adicional (xiv), la cantidad del comonómero en la fracción (ii) no es inferior a 10% en peso y, preferentemente, en el intervalo de 10 a 15% en peso.
Además, la cantidad de comonómero en componente (B) de tipo caucho y la cantidad de componente (B) de tipo caucho en el copolímero aleatorio heterofásico puede variar dentro de los límites de la presente invención para ajustar, por ejemplo, una o más entre las propiedades de rigidez, la resistencia al impacto a bajas temperaturas y propiedades ópticas del copolímero aleatorio heterofásico hasta el nivel deseable de la aplicación final en cuestión.
Habitualmente, el contenido de comonómero del componente (B) de tipo caucho se encuentra en el intervalo de 10 a 60% en peso, más preferentemente en el intervalo de 15 a 50% en peso.
En una realización (xv), la cantidad de comonómero en el componente (B) de tipo caucho se encuentra en el intervalo de 15 a 45% en peso.
En otra realización (xvi), el componente (B) de tipo caucho tiene un contenido de comonómero en el intervalo de 20 a 40, preferentemente en el intervalo de 20 a 35% en peso.
Como realización preferente de la presente invención, la matriz (A) comprende un homopolímero de propileno o un copolímero aleatorio de propileno como fracción (i) y/o un copolímero aleatorio de propileno como fracción (ii). Aún más preferentemente, el copolímero aleatorio en la fracción (i) y/o en la fracción (ii) es un copolímero aleatorio de propileno y una o más alfa-olefinas.
El término "alfa-olefinas" incluye en la presente invención etileno y alfa-olefinas superiores y se pueden seleccionar, por ejemplo, del grupo que consiste en etileno, alfa-olefina C_{4}, alfa-olefina C_{5}, alfa-olefina C_{6}, alfa-olefina C_{7}, alfa-olefina C_{8}, alfa-olefina C_{9}, alfa-olefina C_{10}, alfa-olefina C_{11}, alfa-olefina C_{12}. Preferiblemente, los comonómeros se seleccionan del grupo que consiste en etileno, 1-buteno, 1-penteno, 4-metil-1-penteno, 1-hexeno, 1-hepteno o 1-octeno. El comonómero preferente es etileno.
Preferentemente, el componente (B) de tipo caucho es un copolímero de propileno, más preferentemente un copolímero de propileno y otra alfa-olefina tal como se ha definido anteriormente. En particular, el componente (B) de tipo caucho es un copolímero de propileno con etileno y, opcionalmente, con otra alfa-olefina. En una realización, el componente (B) de tipo caucho es un copolímero de propileno y etileno.
Por consiguiente, como realización adicional (1) la presente invención da a conocer un copolímero aleatorio heterofásico de propileno que comprende
(a) un componente (A) de copolímero aleatorio de propileno que comprende, como mínimo, una fracción (i) que comprende un homopolímero de propileno o un copolímero de propileno con uno o más comonómeros de alfa-olefina, y, como mínimo, una fracción (ii) que comprende un copolímero de propileno con uno o más comonómeros de alfa-olefina, y
(b) un componente (B) de tipo caucho dispersado en el componente (A) de copolímero aleatorio, donde
-
la cantidad de comonómero en la fracción (ii) es superior a la cantidad de comonómero en la fracción (i), y en la que
-
el copolímero aleatorio heterofásico tiene una temperatura de fusión (T_{m}) de, como mínimo, 130ºC y un módulo de flexión no superior a 800 MPa.
Las opciones y subgrupos definidos anteriormente para el contenido de comonómero en la fracción (i), fracción (ii) y matriz (A) se aplican en particular de manera adecuada para el componente (1) del copolímero aleatorio de polipropileno.
La separación, es decir, la proporción en peso, entre la fracción (i) y (ii) en la matriz (A) es preferentemente de 30:70 a 70:30, más preferentemente entre 40:60 a 60:40.
Además, la cantidad de matriz (A) en el copolímero aleatorio heterofásico puede ser, como mínimo, 30% en peso, de manera adecuada, como mínimo, 40% en peso y preferentemente, como mínimo, 50% en peso. Habitualmente, la cantidad de matriz (A) en el copolímero aleatorio heterofásico varía de 60 a 90% en peso, más preferentemente varía de 70 a 90% en peso, para algunas aplicaciones finales, sin embargo, se puede desear un intervalo de 60 a 85% en peso.
Por consiguiente, la cantidad de componente (B) de tipo caucho en el copolímero aleatorio heterofásico puede ser de hasta 70% en peso, preferentemente de hasta 60% en peso y más preferentemente de hasta 50% en peso dependiendo de la combinación de propiedades deseada para la aplicación final.
De este modo, en una realización (xvii), el componente (B) de tipo caucho en el copolímero aleatorio heterofásico puede variar entre 5 y 70% en peso, preferentemente entre 5 y 40% en peso, más preferentemente en el intervalo de 5 y 30% en peso e incluso de 10 a 30% en peso.
En otra realización (xviii), la cantidad de componente (B) de tipo caucho en dicho copolímero aleatorio heterofásico se encuentra en el intervalo de 10 a 50% en peso, preferentemente en el intervalo de 15 a 40% en peso.
Preferentemente, la cantidad de matriz (A) en el copolímero aleatorio heterofásico total es de, como mínimo, 30% en peso y la cantidad de componente (B) de tipo caucho no es superior a 70% en peso.
En la presente invención, el copolímero aleatorio heterofásico puede tener una MFR_{2} (medida según ISO 1133) de 0,01 a 500 g/10 min, preferentemente en el intervalo de 0,1 a 100 g/10 min, y más preferentemente en un intervalo de 1 a 50 g/10 min. Preferentemente, la MFR_{2} de la fracción (i) de la matriz (A) es inferior a la MFR_{2} de la fracción (ii), es decir, la fracción (i) tiene el peso molecular superior a la fracción (ii) o, alternativamente, viceversa.
El impacto del peso en la caída (medido según ISO 6603-2), que describe el comportamiento dúctil es preferentemente inferior a (-20)ºC.
Por consiguiente, la fracción de solubles en xileno (XS, % en peso, tal como se define a continuación en las definiciones y métodos de determinación) del copolímero aleatorio heterofásico puede ser de hasta 60% en peso. Además, la fracción de solubles en xileno en la fracción (i) de la matriz (A) puede ser de hasta 15% en peso, preferentemente en el intervalo de 0,5 a 15% en peso. En cambio, la fracción de solubles en xileno en la fracción (ii) de la matriz (A) puede ser de hasta 70% en peso, por ejemplo, en el intervalo de 3 a 70% en peso. La fracción de solubles en xileno de la matriz (A), que está comprendida preferentemente de las fracciones (i) y (ii) juntas, puede ser de hasta 50% en peso, por ejemplo, en un intervalo de 3 a 50% en peso.
La fracción de solubles en xileno en el componente (B) de tipo caucho puede ser de hasta 100% en peso, por ejemplo de 10 a 100% en peso, preferentemente en un intervalo de 50 a 100% en peso.
En una realización (xix), la fracción de solubles en xileno (XS) en la fracción (i) de la matriz (A) se encuentra en un intervalo de 3 a 15% en peso, preferentemente de 4 a 13% en peso, mientras que la fracción de solubles en xileno (XS) en la fracción (ii) de la matriz (A) se encuentra en un intervalo de 10 a 70% en peso, preferentemente en un intervalo de 30 a 70% en peso.
En una realización adicional (xx), la fracción en solubles de xileno (XS) en la matriz (A), que está comprendida preferentemente de las fracciones (i) y (ii), se encuentra en un intervalo de 4 a 50% en peso, preferentemente en un intervalo de 15 a 40% en peso.
Además, en una realización (xxi), la fracción de solubles en xileno (XS) en componente (B) de tipo caucho puede estar en el intervalo de 70 a 100% en peso, preferentemente en el intervalo de 80 a 100% en peso.
En otra realización (xxii), el copolímero aleatorio heterofásico puede tener una fracción de solubles en xileno (XS) en el intervalo de 20 a 70% en peso, preferentemente de 30 a 55% en peso.
En una realización preferente, el copolímero aleatorio heterofásico es cualquier combinación de las realizaciones (xx), (xxi) y (xxii).
La viscosidad intrínseca de la parte amorfa (VI/AM) del copolímero aleatorio heterofásico puede ser de hasta 5 dl/g, preferentemente de 1 a 4 dl/g, preferentemente de 1 a 2 dl/g, tal como 1 a 1,5 dl/g y para algunas aplicaciones finales, se pueden desear realizaciones VI/AM de 1 a 3 dl/g.
La matriz (A) y/o el copolímero aleatorio heterofásico de la presente invención se pueden producir mediante el mezclado de, como mínimo, parte de los componentes in-situ durante el proceso de polimerización de los mismos o, alternativamente, mediante el mezclado mecánico de uno o más de los componentes producidos por separado.
Preferentemente, la matriz (A) y el copolímero aleatorio heterofásico de la presente invención se producen mediante el mezclado in-situ en un proceso de polimerización de múltiples etapas, también denominado proceso in-situ. La matriz (A) se puede producir en primer lugar como un proceso de múltiples etapas, en el que las fracciones de las mismas se producen en dos o más reactores que pueden ser el mismo o diferentes y, opcionalmente, en las mismas o diferentes condiciones de polimerización, o, alternativamente, en un reactor cambiando el catalizador y/o las condiciones de polimerización. Además, las fracciones (i) y (ii) de la matriz (A) se pueden producir en cualquier orden, preferentemente en reactores diferentes.
En una realización preferente, la fracción (i) se produce en primer lugar en un primer reactor y, a continuación, la fracción (ii) se produce en un reactor posterior en presencia de la fracción (i).
Si se desea, el proceso de polimerización puede incluir una etapa de prepolimerización de la manera conocida en el sector.
Sin limitar la invención a ningún proceso, el componente (B) de tipo caucho se puede producir preferentemente como una etapa de proceso adicional después de la formación de la matriz (A) en el mismo sistema de proceso de múltiples etapas como matriz (A). Por consiguiente, después de la formación de la matriz (A), el componente (B) de tipo caucho se produce preferentemente en uno o más reactores posteriores, preferentemente, como mínimo, en un reactor de gas, en presencia de la matriz (A). Dichos procesos para el componente de tipo caucho son conocidos en el sector.
Preferentemente, las fracciones (i) y (ii) de la matriz (A), así como el componente (B) de tipo caucho, se pueden producir utilizando un método de polimerización diferente o igual incluyendo los métodos de polimerización en suspensión, masa, solución y fase gaseosa.
Preferentemente, la fracción (i) de la matriz (A) se forma en un proceso de suspensión, en solución o como una polimerización en masa, preferentemente como una polimerización en masa. Dicho proceso se lleva a cabo preferentemente en un reactor de bucle.
La fracción (ii) de la matriz (A) se realiza preferentemente en un primer reactor de fase gaseosa, mientras que el componente (B) de tipo caucho se forma habitualmente en uno o más reactores posteriores, por ejemplo, en un segundo reactor o posteriores reactores de fase gaseosa.
Por consiguiente, es preferente que el copolímero aleatorio heterofásico se produzca en un proceso in-situ, más preferentemente la fracción (i) de la matriz (A) se produce en un reactor de bucle, mientras que la fracción (ii) de la matriz (A) se produce en un primer reactor posterior de fase gaseosa en presencia de la fracción (i) y, a continuación, se produce el componente (B) de tipo caucho en uno o más reactores posteriores de fase gaseosa, preferentemente en presencia de las fracciones (i) y (ii).
Dicho proceso se realiza preferentemente en un sistema de reactores de múltiples etapas "de bucle" - "primero de fase gaseosa" o "segundo o posterior de fase gaseosa del componente de tipo caucho", preferentemente el desarrollado por Borealis A/S, Dinamarca, y conocido como tecnología BORSTAR®. Dicho proceso es conocido y descrito, por ejemplo, en la Patente WO92/12182.
Alternativamente, parte de los componentes del copolímero aleatorio heterofásico se pueden fabricar en un proceso de proceso de múltiples etapas y, a continuación, se mezcla con el componente o componentes restantes.
De este modo, la presente invención da a conocer además un "proceso para la producción del copolímero aleatorio heterofásico tal como se ha definido anteriormente" que comprende una matriz (A) con, como mínimo, dos fracciones (i) y (ii) tal como se han definido anteriormente, en el que el contenido de comonómero de la fracción (i) es inferior al contenido de comonómero de la fracción (ii), que comprende las etapas de:
- producir la matriz (A) mediante
(a)
la (co)polimerización en un reactor de suspensión, por ejemplo, un reactor de bucle, de una alfa-olefina, preferentemente propileno y, opcionalmente uno o más comonómeros en presencia de un catalizador de polimerización, para producir la fracción (i), transfiriendo el producto de reacción de la etapa (a) a un reactor posterior de fase gaseosa,
(b)
la copolimerización en un reactor de fase gaseosa de una alfa-olefina, preferentemente propileno, con uno o más comonómeros en presencia del producto de reacción de la etapa (a) para producir la fracción (ii) para obtener la matriz (A), y, a continuación,
-producir el componente (B) de tipo caucho mediante
(c)
la copolimerización en un segundo reactor de fase gaseosa o reactores posteriores de fase gaseosa de una alfa-olefina, preferentemente propileno, con uno o más comonómero de alfa-olefina, preferentemente, como mínimo, con etileno, en presencia de la matriz (A) obtenida de la etapa (b),
y recuperar el copolímero aleatorio heterofásico obtenido.
El proceso es preferentemente un proceso continuo. El comonómero es, como mínimo, etileno, más preferentemente etileno.
Según una realización de la presente invención, las condiciones de polimerización para el reactor de suspensión de la primera etapa pueden ser tal como se indica a continuación:
- la temperatura se encuentra en el intervalo de 40ºC a 110ºC, preferentemente entre 60ºC y 90ºC,
- la presión se encuentra en el intervalo de 20 bar a 80 bar, preferentemente entre 30 bar y 60 bar,
- se puede añadir hidrógeno para controlar la masa molar de la manera conocida per se.
La mezcla de reacción del reactor de suspensión (en masa) se transfiere al primer reactor de fase gaseosa (segunda etapa). Las condiciones de polimerización en el primer reactor de fase gaseosa pueden ser tal como se indica a continuación:
- la temperatura se encuentra en el intervalo de 50ºC a 130ºC, preferentemente entre 60ºC y 100ºC,
- la presión se encuentra en el intervalo de 5 bar a 50 bar, preferentemente entre 20 bar y 35 bar,
- se puede añadir hidrógeno para controlar la masa molar de la manera conocida per se.
Las condiciones de polimerización en uno o más reactores de fase gaseosa posteriores para preparar el componente (B) de tipo caucho, por ejemplo, en el segundo reactor de fase gaseosa en la tercera etapa del proceso, pueden ser las mismas que en el primer reactor de fase gaseosa de la segunda etapa. Habitualmente, en el caso de etileno-propileno, la proporción de etileno con respecto a propileno es de 0,1 a 1,5, por ejemplo, de 0,3 a 1,0 mol por mol en el reactor.
El proceso de la presente invención da a conocer medios muy viables apara adaptar la matriz (A) de la presente invención. Las propiedades del polímero final, por ejemplo, PM, DPM y, de este modo, la MFR_{2} y la VI (viscosidad intrínseca) de la matriz (A) y el componente (B) de tipo caucho se pueden controlar, por ejemplo, con uno o más de los siguientes parámetros de proceso: suministro de hidrógeno, suministro de comonómero, suministro de alfa-olefina en el reactor de fase gaseosa, preferentemente suministros de propileno y comonómero, catalizador, el tipo y la cantidad de un dador externo (si se utiliza), la separación entre las fracciones (i) y (ii) y la proporción en peso de la matriz (A) con respecto al componente (B) de tipo caucho.
Además, la cristalinidad del copolímero aleatorio heterofásico se puede modificar posteriormente durante o después de la etapa de polimerización con agentes nucleantes de la manera conocida en el sector, por ejemplo, utilizando sistemas de nucleación descritos, por ejemplo, en WO 9924478 y WO 9924479.
El producto copolímero obtenido también se puede someter a una extrusión y/o etapas de tratamiento adicional de manera conocida para obtener gránulos.
El copolímero aleatorio heterofásico producido de la presente invención, si se desea, se puede someter de este modo a diferentes etapas de tratamiento para la modificación posterior de las propiedades del polímero de una manera conocida, por ejemplo, hasta una viscorreducción, para ajustar, por ejemplo, aumentar, la MFR del producto mediante la utilización de métodos convencionales y peróxidos orgánicos.
El copolímero aleatorio heterofásico se puede producir mediante la utilización de cualquier catalizador de polimerización adecuado.
Preferentemente, se utiliza un catalizador de coordinación, más preferentemente del grupo de los metales de transición, aún más preferentemente de los metales de transición de los Grupos 3 a 10, actínidos y lantánidos de la Tabla Periódica (IUPAC, 1989), tal como un catalizador Ziegler-Natta, un catalizador de tipo metaloceno, un catalizador no de tipo metaloceno, o cualquier mezcla de los mismos. Lo más preferente es utilizar un catalizador de Ziegler-Natta que comprende titanio y cloro.
Los catalizadores preferentes son aquellos descritos, por ejemplo, en US 5234879, WO 92/19653, WO 92/19658, WO 99/33843, WO 03/000754 y WO 03/000757. Los documentos se incluyen en la presente invención por referencia. El catalizador preferido utilizado en el proceso anterior es un sistema de catalizadores de polimerización del tipo Ziegler-Natta estereoselectivos y con actividad elevada que comprende un componente catalizador sólido, un cocatalizador y un dador externo. El catalizador puede estar soportado o no con un soporte externo, por ejemplo, sílice. Alternativamente, se puede utilizar un sistema de soporte con base de Mg.
En una realización preferente para producir un copolímero de polímero heterofásico, tal como se ha definido anteriormente, se utiliza un procatalizador que ha sido preparado mediante la mezcla de MgCl_{2}, un alcohol inferior, un compuesto de titanio y un éster de ácido ftálico, donde se lleva cabo una transesterificación a una temperatura entre 110 y 150ºC entre el alcohol inferior y el éster del ácido ftálico, donde el grupo alcoxi del éster de ácido ftálico comprende, como mínimo, cinco átomos de carbono. Dicho catalizador es conocido y se puede preparar según la literatura o de forma análoga, por ejemplo, tal como se describe en US 5234879, WO 92/19653, WO 92/19658 o WO 99/33843 que se incluyen con la presente invención como referencias.
En otra realización preferente, se utiliza un catalizador tal como se describe en detalle a continuación. Este catalizador es conocido en el sector y se puede preparar según el denominado método de emulsión descrito en, por ejemplo, WO 03/000754 y WO 03/000757 o de manera análoga. Preferentemente, el catalizador tiene un área superficial baja, donde el componente del catalizador comprende un compuesto de un metal de transición de los grupos 3 a 10 de la Tabal Periódica, o un actínido o lantánido. Los catalizadores más preferentes para esta realización y su preparación.
La presente invención también se refiere a un copolímero aleatorio heterofásico obtenible mediante el "proceso para preparar el copolímero aleatorio heterofásico", tal como se ha definido anteriormente.
Según una primera realización, el copolímero aleatorio heterofásico es obtenible mediante el "proceso para preparar el copolímero aleatorio heterofásico", tal como se ha definido anteriormente utilizando un catalizador de polimerización descrito en US 5234879, WO 92/19653, WO 92/19658 o WO 99/33843.
Según una segunda realización, el copolímero aleatorio heterofásico es obtenible mediante el "proceso para preparar el copolímero aleatorio heterofásico", tal como se ha definido anteriormente, utilizando un catalizador de polimerización descrito en WO 03/000754 o WO 03/000757, el cual comprende un compuesto de un metal de transición de los grupos 3 a 10 de la Tabla Periódica (IUPAC), o de un actínido o lantánido, y se prepara según un "método de preparación del catalizador" que comprende
(a) la formación de un sistema de emulsión líquido/líquido que contiene una solución homogénea de, como mínimo, un componente de catalizador, estando dicha solución dispersada en un disolvente miscible con el mismo y la formación de la fase dispersada del sistema de emulsión líquido/líquido.
(b) la solidificación de dichas gotas dispersadas para formar partículas de catalizador sólidas que tienen un rango de tamaño predeterminado,
(c) la extracción del disolvente de la mezcla de reacción a efectos de obtener dichas partículas de catalizador sólido.
Por tanto, según la segunda realización del "proceso para preparar el copolímero aleatorio heterofásico", tal como se ha definido anteriormente, el catalizador de polimerización utilizado es un catalizador de ZN que se prepara mediante el "método de preparación del catalizador", tal como se ha definido anteriormente.
La presente invención también da a conocer un copolímero aleatorio heterofásico, tal como se ha definido anteriormente, que es obtenible mediante el "proceso para preparar el copolímero aleatorio heterofásico", tal como se ha definido anteriormente, en el que se utiliza un catalizador de polimerización que es un catalizador de ZN preparado mediante el "método de preparación del catalizador", tal como se ha definido anteriormente.
El catalizador de ZN que se prepara mediante el "método de preparación del catalizador", tal como se ha definido anteriormente, permite producir un copolímero aleatorio heterofásico con una rigidez muy baja. Dicho catalizador es muy adecuado para producir un copolímero aleatorio heterofásico de una o más de las realizaciones (i), (iv) y (vi).
El módulo de flexión (rigidez, FM, MPa) se puede expresar con la siguiente fórmula (I) para un subgrupo específico (I) de un copolímero aleatorio heterofásico de propileno con etileno como comonómero:
(I),FM = 426 - 22.3 \ x \ C_{2(ii)} + 1 . 71 \ x \ C_{2AM} - 6 . 76 \ x \ R + 85 . 1 \ x \ 1V_{AN}
en la que:
C_{2(ii)} es etileno, contenido en la fracción (ii) de la matriz (A) en % en peso,
C_{2AM} es el etileno contenido en la parte amorfa del copolímero aleatorio heterofásico en % en peso,
R es la cantidad (% en peso) de componente (B) de tipo caucho, preferentemente el material producido en el segundo reactor de fase gaseosa, basado en el consumo de etileno y propileno, indicado en % en peso del copolímero aleatorio heterofásico,
VI_{AM} es la viscosidad intrínseca de la parte amorfa del copolímero aleatorio heterofásico en dl/g;
con la condición de que el módulo de flexión FM calculado sea superior a 100 MPa y el copolímero aleatorio heterofásico de propileno tenga la siguiente combinación:
(a) contenido de etileno en la fracción (i) es de 4 a 5% en peso,
(b) la separación entre las fracciones (i) y (ii) es 55/45 - 65/35 en peso, y
(c) C_{2(ii)} es de 4 a 20% en peso, siendo dicha fórmula (I) particularmente adecuada en el intervalo de 5,5 - 13% en peso.
(d) C_{2AM} es de 15 a 50% en peso, siendo dicha fórmula (I) particularmente adecuada en el intervalo de 15 a 40% en peso,
(e) R, preferentemente obtenido del segundo reactor de fase gaseosa de un proceso con múltiples etapas, es de 10 a 40% en peso, siendo dicha fórmula (I) particularmente adecuada en el intervalo de 18 a 35% en peso, y
(f) VI_{AM} es 1,0 a 3,5 dl/g, siendo dicha fórmula (I) particularmente adecuada en el intervalo de 2 a 3 dl/g.
Además, la MFR_{2} (ISO 1133) es habitualmente de 1 a 2 g/10 min, pero es evidente para un técnico en la materia que composiciones de copolímero con una MFR_{2} superior a 1-2 también darán lugar a valores de FM muy bajos.
Dicho subgrupo (I) de FM de fórmula (I) es preferentemente un subgrupo de copolímero aleatorios heterofásicos obtenibles mediante el "proceso para preparar el copolímero aleatorio heterofásico", tal como se ha definido anteriormente, utilizando el catalizador de polimerización de ZN que es obtenible mediante el "método de preparación del catalizador", tal como se ha definido anteriormente.
Además, el copolímero aleatorio heterofásico del subgrupo (I) tiene preferentemente una temperatura de fusión (T_{m}) de, como mínimo, 130ºC.
En cuanto a la definición detallada del componente de catalizador, el catalizador, por ejemplo, tal como se describe en WO 03/000754, puede incluir también, además de dicho compuesto de un metal de transición, cualquier cocatalizador o cocatalizadores adicionales (por ejemplo, compuestos de un metal de transición adicionales y/o activadores y/o secuestrantes de impurezas y/o cualquier producto o productos de reacción de un compuesto o compuestos de transición y un cocatalizador o cocatalizadores. De este modo, el catalizador se puede activar in situ para formar los componentes del catalizador en dicha solución de una manera conocida en el sector.
En un "método de preparación del catalizador" preferente, se prepara una solución de un complejo de un metal del grupo 2 y un dador de electrones mediante la reacción de un compuesto de dicho metal con dicho dador de electrones o un precursor del mismo en medio de reacción con líquido orgánico; la reacción de dicho complejo, en solución, con un compuesto de un metal de transición para producir una emulsión, la fase dispersada de la cual contiene más de un 50% molar del metal del grupo 2 en dicho complejo; el mantenimiento de las partículas de dicha fase dispersada en un tamaño promedio de 5 a 200 micrómetros mediante la agitación preferentemente en presencia de un estabilizador de emulsiones y la solidificación de dichas partículas.
Para dichas partículas de catalizador, el compuesto de un metal de transición es preferentemente un compuesto de un metal del grupo 4. El metal del grupo 4 es preferentemente titanio y su compuesto a reacciones con el complejo de metal del grupo 2 es preferentemente un haluro. En una realización adicional de la presente invención, también se puede seleccionar un compuesto de un metal de transición de los metales del grupo 5, metales del grupo 6, Cu, Fe, Co, Ni y/o Pd. El complejo del metal del grupo 2 es preferentemente un complejo de magnesio.
En el "método de preparación del catalizador" también se pueden utilizar un agente minimizador de turbulencias (TMA) o mezclas del mismo, que son preferentemente polímeros que tienen cadenas de un esqueleto lineal alifático de carbono, que podrían estar ramificadas con cadenas laterales cortas sólo a efectos de uniformar las condiciones de flujo cuando se agita. En particular, dicho TMA se selecciona preferentemente de polímeros de alfa-olefina que tiene un peso molecular elevado de PM de aproximadamente 1-40x10^{6}, o mezclas de los mismos. Especialmente preferentes son polímeros de monómeros de alfa-olefina con 6 a 20 átomos de carbono y más preferentemente poliocteno, polinoneno, polideceno, poliundeceno o polidodeceno o mezclas de los mismos, con un peso molecular y una estructura general de esqueleto tal como se han definido anteriormente y más preferentemente TMA es polideceno.
Como compuesto dador de electrones a reaccionar con el compuesto de metal del grupo 2 se encuentra preferentemente un mono o diéster de un ácido o diácido carboxílico aromático, siendo el diéster capaz de formar un complejo estructurado de tipo quelato. Dicho éster o diéster de ácido carboxílico aromático se puede formar in situ mediante la reacción de un cloruro de ácido carboxílico aromático o dicloruro de diácido carboxílico aromático con un alcanol y/o diol C_{2}-C_{16} y es preferentemente ftalato de dioctilo. La reacción para la preparación del complejo de metal del grupo 2 se lleva a cabo generalmente a una temperatura de 20 a 80ºC y en el caso de que el metal del grupo 2 sea magnesio, la preparación del complejo de magnesio se lleva a cabo a una temperatura de 50 a 70ºC.
El dador de electrones es preferentemente un éster de ácido carboxílico aromático, siendo un éster particularmente favorecido (2-etil-hexil)ftalato de dioctilo. El dador se puede formar in situ convenientemente mediante la reacción de un precursor de cloruro de ácido carboxílico aromático con un alcanol y/o diol C_{2}-C_{16}. EL medio de reacción líquido comprende preferentemente tolueno.
El estabilizador de emulsiones es habitualmente un tensioactivo, del cual la clase preferente es aquella basada en polímeros acrílicos.
El grupo del compuesto de alcoxi magnesio se selecciona preferentemente del grupo que consiste en dialcóxidos de magnesio, complejos de un dihaluro de magnesio y un alcohol, y complejos de un dihaluro de magnesio y un dialcóxido de magnesio, puede ser un producto de reacción de un alcohol y un compuesto de magnesio seleccionado del grupo que consiste en alcóxidos de dialquil magnesio y alquil magnesio, haluros de alquil magnesio y dihaluros de magnesio. También se puede seleccionar del grupo que consiste en haluros de dialquiloxi magnesio, haluros de diariloxi magnesio, haluros de alquiloxi magnesio, haluros de ariloxi magnesio, alcóxidos de alquil magnesio, alcóxidos de aril magnesio y arilóxidos de alquil magnesio.
El dialcóxido de magnesio puede ser el producto de reacción de un dihaluro de magnesio, tal como dicloruro de magnesio o un dialquil magnesio de fórmula R_{2}Mg, en la que cada una de las dos R es un alquilo C_{1}-C_{20} similar o diferente, preferentemente un alquilo C_{4-10} similar o diferente. Los alquilos de magnesio habituales son etilbutil magnesio, dibutil magnesio, dipropil magnesio, propilbutil magnesio, dipentil magnesio, butil pentil magnesio, butiloctil magnesio y dioctil magnesio. Lo más preferente, una de las R de la fórmula R_{2}Mg es un grupo butilo y la otra R es un grupo octilo, es decir, el compuesto de dialquil magnesio es butiloctil magnesio.
Los compuestos de alquil-alcoxi magnesio habituales RMgOR, cuando se utilizan, son butóxido de etil magnesio, pentóxido de etil magnesio, butóxido de octil magnesio y octóxido de octil magnesio.
Los dialquil magnesio, alcóxido de alquil magnesio o dihaluro de magnesio pueden reaccionar con un alcohol polihídrico R'(OH)_{m} o una mezcla de los mismos con un alcohol monohídrico R'OH.
Los alcoholes polihídricos C_{2} a C_{6} habituales pueden ser de cadena lineal o ramificada e incluyen etilenglicol, propilenglicol, trimetilenglicol, 1,2-butilenglicol, 1,3 butilenglicol, 1,4-butilenglicol, 2,3-butilenglicol, 1,5-pentanodiol, 1,6-hexanodiol, 1,8-octanodiol, pinacol, dietilenglicol, trietilenglicol, y trioles, tales como glicerol, metilol propano y pentaeritritol. El alcohol polihídrico se puede seleccionar en base a la actividad y la morfología que proporciona el componente del catalizador.
El medio de reacción aromático puede contener también un alcohol monohídrico, que puede ser una cadena lineal o ramificada. Los alcoholes monohídricos C_{1}-C_{20} habituales son metanol, etanol, n-propanol, iso-propanol, n-butanol, iso-butanol, sec.butanol, tert.butanol, n-amil alcohol, iso-amil alcohol, sec-amil alcohol, tert.amil alcohol, dietil carbinol, akt.amil alcohol, sec.isoamil alcohol, tert.butil carbinol. Los alcoholes monohídricos C_{6}-C_{10} habituales son hexanol, 2-etil-1-butanol, 4-metil-2-pentanol, 1-heptanol, 2-heptanol, 4-heptanol, 2,4-dimetil-3-pentanol, 1-octanol, 2-octanol, 2-etil-1-hexanol, 1-nonanol, 5-nonanol, diisobutil carbinol, 1-decanol y 2,7-dimetil-2-octanol. Los alcoholes monohídricos de más de C_{10} habituales son n-1-undecanol, n-1-dodecanol, n-1-tridecanol, n-1-tetradecanol, n-1-pentadecanol, 1-hexadecanol, n-1-heptadecanol, y n-1-octadecanol. Los alcoholes monohídricos pueden ser insaturados siempre que no actúen como envenenadores del catalizador.
Los alcoholes monohídricos preferentes son aquéllos de fórmula R'OH, en las que R' es un grupo alquilo C_{2}-C_{16,} más preferentemente un grupo alquilo C_{4}-C_{12}, particularmente 2-etil-1-hexanol.
Preferentemente, esencialmente todos los éster de ácido carboxílico aromático son un producto de reacción de un haluro de ácido carboxílico, preferentemente un dihaluro de ácido dicarboxílico, más preferentemente un haluro de ácido \alpha,\beta-dicarboxílico insaturado, lo más preferente dicloruro de ácido ftálico, con el alcohol monohídrico.
El componente de catalizador finalmente obtenido se encuentra de manera deseable en forma de partículas que tienen un intervalo de tamaño promedio de 5 a 200 \mum, preferentemente de 10 a 100 \mum, más preferentemente de 20 a 50 \mum. Especialmente, las partículas de catalizador obtenibles mediante el "método de preparación del catalizador" son habitualmente no porosas, es decir, su área superficial es muy pequeña en comparación con los catalizadores de Ziegler-Natta de la técnica anterior soportados en un dador externo. El área superficial del catalizador utilizado en la presente invención puede ser menor de 20 m^{2}/g, preferentemente menor de 10 m^{2}/g y más preferentemente menor de 5 m^{2}/g, y puede ser incluso no medible mediante un aparato de medición normal. Esto se aplica también a la porosidad. Los componentes activos de los catalizadores se distribuyen de manera uniforme a través de todas las partículas del catalizador.
El catalizador utilizado en la presente invención comprende un componente de catalizador preparado tal como se ha mencionado, preferentemente en asociación con un cocatalizador de alquil aluminio y dadores, tales como un dador externo.
El copolímero aleatorio heterofásico tal como se define en la presente invención se puede utilizar en una amplia variedad de aplicaciones finales, por ejemplo, para artículos moldeados y extruidos, películas que incluyen películas por soplado y fundido, fibras, sin limitarse a los mismos.
Dependiendo de la aplicación final, se pueden añadir de manera convencional varios aditivos y/u otros componentes poliméricos al copolímero aleatorio heterofásico.
Adicionalmente, la presente invención da a conocer un artículo, tal como una película, que comprende un copolímero aleatorio heterofásico según la presente invención.
Preferentemente, el módulo de la película (para una película por debajo de 200 \mum) es de 80 a 700 MPa, más preferentemente de 80 a 400 MPa y lo más preferente de 80 a 300 MPa.
Definiciones y métodos de determinación
Las siguientes definiciones para los términos utilizados, así como los métodos de determinación para los valores/parámetros de caracterización utilizados en la presente invención para describir el copolímero aleatorio heterofásico de la presente invención y las propiedades del mismo se aplican generalmente para la parte de la descripción anterior y para los ejemplos siguientes, a menos que se afirme lo contrario:
- % en peso se abrevia como % peso.
- La fracción de solubles en xileno (XS) - fracción que contiene cadenas de polímero amorfas. Es preferente que la fracción (i) tenga una fracción XS inferior a la fracción (ii). La rigidez baja y la resistencia al impacto aumenta con el incremento de la fracción de fracción de solubles en xileno en la fracción 8ii) y/o en el componente (B) de tipo caucho.
- La fracción XS (solubles en xileno) y AM (parte amorfa) se analizaron mediante el método conocido:
Se disolvieron 2,0 g de polímero en 250 ml de p-xileno a 135ºC bajo agitación. Después de 30 \pm 2 minutos, la solución se dejó enfriar durante 15 minutos a temperatura ambiente y, a continuación, se dejó reposar durante 30 minutos a 25 \pm 0,5ºC. La solución se filtró con papel de filtro en 2 matraces de 100 ml.
La solución del primer recipiente de 100 ml se evaporó en flujo de nitrógeno y el residuo se secó al vacío a 90ºC hasta alcanzar un peso constante.
XS% = (100 x m_{1} x v_{o})/(m_{o} x v_{1}),
en la que
m_{o} = cantidad inicial de polímero (g)
m_{1} = peso del residuo (g)
v_{o} = volumen inicial (ml)
v_{1} = volumen de muestra analizada (ml).
La solución del segundo matraz de 100 ml se trató con 200 ml de acetona bajo agitación vigorosa. El precipitado se filtró y se secó en horno de vacío a 90ºC.
AM% = (100 x m_{2} x v_{o})/(m_{o} x v_{1}),
en la que
m_{o} = cantidad inicial de polímero (g)
m_{1} = peso del precipitado (g)
v_{o} = volumen inicial (ml)
v_{1} = volumen de muestra analizada (ml).
- El valor de viscosidad intrínseca (VI) aumenta con el peso molecular de un polímero. VI de AM: medido según ISO 1628.
- MFR_{2}: medida según ISO 1133 (230ºC, 2,16 kg de carga)
- El contenido de comonómero (% en peso) se determinó de una manera conocida basada en la determinación por espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier (FTIR) calibrada con ^{13}C-RMN.
- La multimodalidad, incluyendo biomodalidad, con respecto a la distribución de comonómero, se demuestra en la presente invención con el diferente contenido de monómero (% en peso) entre los componentes del copolímero aleatorio heterofásico, por ejemplo, entre las fracciones (i) y (ii) de la matriz (A), cuyo contenido de comonómero se determina utilizando dicho método FTIR descrito anteriormente.
- La multimodalidad opcional, incluyendo biomodalidad, con respecto a la distribución de peso molecular (DPM) significa que el perfil de peso molecular de, por ejemplo, el componente (A) de copolímero aleatorio no comprende un único pico, sino que, en cambio, comprende dos o más máximos diferentes, un máximo y una o más bandas centradas aproximadamente en diferentes pesos moleculares promedio, o en algunos casos, una curva ensanchada de manera diferenciada. La fracción (i) puede comprender un componente de PM superior a la fracción (ii) o viceversa. Por ejemplo, es posible producir la fracción (i) como el componente de peso molecular elevado en el proceso de bucle-fase gaseosa preferente de la presente invención y la fracción (ii) en el posterior reactor de fase gaseosa como componente de peso molecular bajo. La DMP se puede determinar, por ejemplo, utilizando una cromatografía de exclusión por tamaño (SEC) de una manera conocida en el sector.
- Se analizaron las propiedades térmicas del polímero con un calorímetro de barrido diferencial y según el método:
Se midieron la temperatura de fusión T_{m}, la temperatura de cristalización T_{c} y el grado de cristalinidad con un calorímetro de barrido diferencial (CBD) Mettler TA820 en muestras de 3 \pm 0,5 mg. Tanto la curva de cristalización como la de fusión se obtuvieron durante barridos de enfriamiento y calentamiento de 10ºC/min entre 30ºC y 225ºC. Las temperaturas de fusión y cristalización se tomaron como los máximos de las endotermas y exotermas. El grado de cristalinidad se calculó por comparación con el calor de fusión de un polipropileno perfectamente cristalino, es decir 209 J/g.
- Impacto de peso por caída instrumental (IFWI): se midió según ISO 6603-2.
- Módulo de flexión: se midió según ISO 178 (temperatura ambiente, si no se indica lo contrario) utilizando muestras de prueba moldeadas por inyección tal como se describen en EN ISO 1873-2 (80x10x4 mm).
- Impacto Charpy con entalla: se midió según ISO 179 (temperatura ambiente, si no se indica lo contrario) y a -20ºC utilizando muestras de prueba moldeadas por inyección tal como se describen en EN ISO 1873-2 (80x10x4 mm).
- Resistencia a la tracción: (tensión de tracción a la fluencia) se midió según ISO 572-2 (velocidad del cabezal en cruz = 50 mm/min).
- Módulo de tracción: se midió según ISO 572-2 (velocidad del cabezal en cruz = 1 mm/min).
La presente invención se describirá a continuación mediante ejemplos. Los materiales de partida están, por ejemplo, disponibles comercialmente o se pueden producir según los métodos conocidos descritos en la literatura o de manera análoga, a menos que se especifique lo contrario.
Ejemplo 1
Todos los materiales de partida estaban esencialmente libres de agua y aire y todas las adiciones de material al reactor y las diferentes etapas se realizaron bajo condiciones inertes en una atmósfera de nitrógeno. El contenido de agua en el propileno era inferior a 5 ppm.
La polimerización (etapa de polimerización en masa) se realizó en un reactor de 5 litros, el cual se calentó, se puso al vacío y se purgó con nitrógeno antes de su uso. Se mezclaron 407 \muL de TEA (trietil aluminio, de Witco, utilizado tal como se recibió), 69 \muL de dador externo (diciclopentil dimetoxi silano, de Wacker, secado con tamices moleculares) y 30 ml de pentano (secado con tamices moleculares y purgado con nitrógeno) y se dejaron reaccionar durante 5 minutos. La mitad de la mezcla se añadió al reactor y la otra mitad se mezcló con 20,1 mg de catalizador de Ziegler Natta (catalizador de ZN) altamente activo y estereoespecífico. El catalizador de ZN se preparó según la Patente WO03/000754, ejemplo 7, y tenía un contenido de Ti de 2,84%. Después de aproximadamente 10 minutos, la mezcla de catalizador de ZN/TEA/dador externo/pentano se añadió al reactor. La proporción molar de Al/Ti fue de 250 y la proporción molar de Al/Do fue de 10. Se añadieron al reactor 80 mmol de hidrógeno y 1400 g. Se añadió etileno de manera continua durante la polimerización y se añadieron 27 g en total. La temperatura se incrementó desde temperatura ambiente hasta 70ºC durante 18 minutos. La reacción se detuvo, después de 30 minutos a 70ºC mediante la expulsión del monómero que no reaccionó. Finalmente, se sacó el polvo de polímero del reactor y se analizó y ensayó. La MFR del producto (fracción (i) de la matriz (A)) fue 2,9 y el contenido de etileno de 4,3% en peso. El resto de detalles del polímero se muestran en la tabla 1.
Ejemplo 2
Este ejemplo se realizó según el ejemplo 1, pero después de expulsar el propileno que no reaccionó después de la etapa de polimerización en masa, se continuó la polimerización en fase gaseosa. Después de la fase en masa, el reactor se presurizó hasta 5 bar y se purgó tres veces con una mezcla de 0,042 mol de etileno/mol de propileno. Se añadieron 70 mmol de hidrógeno y la temperatura se aumentó hasta 70ºC y se aumentó la presión con la mezcla de etileno/propileno mencionada anteriormente hasta 20 bar durante 13 minutos. El consumo de etileno y propileno se siguió a partir de las escalas. La reacción se dejó continuar hasta una separación 60/40 entre la cantidad de polímero producida en la etapa en masa (fracción (i)) y se alcanzó la cantidad de polímero producida en la fase gaseosa (fracción (ii)). La MFR del producto final fue 2,7 y el contenido total de etileno fue del 5% en peso. El contenido de etileno en el material de fase gaseosa se puede calcular que es de 6,1% en peso. Otros detalles se muestran en la tabla 1.
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Ejemplo 3
Este ejemplo se realizó según el ejemplo 2, pero después de expulsar el monómero que no reaccionó después de la polimerización en fase gaseosa, se continuó la polimerización en la segunda fase gaseosa (etapa del componente de tipo caucho). La cantidad de hidrógeno en la etapa del componente de tipo caucho fue de 120 mmol y la proporción molar de etileno/propileno en la alimentación al reactor fue de 0,65. La temperatura fue de 70ºC. La reacción se dejó continuar hasta obtener un contenido de componente de tipo caucho de 20% en peso en el producto final, en base al consumo de etileno y propileno de las escalas. La MFR del producto final fue de 1,8, el contenido total de etileno fue de 13,9% en peso, XS fue de 28% en peso y la rigidez de flexión fue de 444 MPa. El resto de detalles se muestran en la tabla 1.
Ejemplo 4
Este ejemplo se realizó según el ejemplo 3, con la excepción de que la reacción se dejó continuar hasta que el contenido de componente de tipo caucho en el producto final fue de 34% en peso. La MFR del producto final fue de 1,2, el contenido total de etileno fue de 19,2% en peso, XS fue de 38,6% en peso y el módulo de flexión fue de 326 MPa. El resto de detalles se muestran en la tabla 1.
Ejemplo 5
Este ejemplo se realizó según el ejemplo 2, con la excepción de que la proporción molar de etileno/propileno en la alimentación fue de 0,084 y la cantidad de hidrógeno de 75 mmol. La MFR del producto final fue de 2,5, el contenido total de etileno fue de 6,6% en peso y XS fue de 24,3% en peso. El contenido de etileno en el material de fase gaseosa se puede calcular que es 10,2% en peso. El resto de detalles se muestran en la tabla 1.
Ejemplo 6
Este ejemplo se realizó según el ejemplo 5, pero después de expulsar el monómero que no reaccionó después de la primera etapa de fase gaseosa, se continuó la reacción en la segunda etapa de fase gaseosa. La cantidad de hidrógeno fue de 120 mmol, la proporción molar de etileno/propileno en la alimentación fue de 0,65 y la cantidad de componente de tipo caucho según el consumo de monómero de 20% en peso. La MFR del producto final fue de 1,5, el contenido total de etileno fue de 15,3% en peso, XS fue de 34,1% en peso y el módulo de flexión fue de 327 MPa. El resto de detalles se muestran en la tabla 1.
Ejemplo 7
Este ejemplo se realizó según el ejemplo 6, con la excepción de que la reacción en la etapa del componente de tipo caucho se dejó continuar hasta que el contenido de componente de tipo caucho en el producto final fue de 34% en peso. La MFR del producto final fue de 1,1, el contenido total de etileno fue de 20,6% en peso, XS fue de 43,8% en peso y el módulo de flexión fue de 240 MPa. El resto de detalles se muestran en la tabla 1.
Ejemplo 8
Este ejemplo se realizó según el ejemplo 2, con la excepción de que la proporción molar de etileno/propileno en la alimentación fue de 0,126 y la cantidad de hidrógeno de 80 mmol. La MFR del producto final fue de 2,5, el contenido total de etileno fue de 7,6% en peso y XS fue de 29,5% en peso. El contenido de etileno en el material de fase gaseosa se puede calcular que es 12,8% en peso. El resto de detalles se muestran en la tabla 1.
Ejemplo 9
Este ejemplo se realizó según el ejemplo 8, pero después de expulsar el monómero que no reaccionó después de la primera etapa de fase gaseosa, se continuó la reacción en la segunda etapa de fase gaseosa. La cantidad de hidrógeno fue de 120 mmol, la proporción molar de etileno/propileno fue de 0,65. La reacción se dejó continuar hasta que el contenido de componente de tipo caucho en el producto final fue de 20% en peso. La MFR del producto final fue de 1,5, el contenido total de etileno fue de 16,6% en peso, XS fue de 41,5% en peso y el módulo de flexión fue de 271 MPa. El resto de detalles se muestran en la tabla 1.
Ejemplo 10
Este ejemplo se realizó según el ejemplo 9, con la excepción de que la reacción se dejó continuar hasta que el contenido de componente de tipo caucho en el producto final fue de 34% en peso. La MFR del producto final fue de 1,0, el contenido total de etileno fue de 22,2% en peso, XS fue de 49,6% en peso y el módulo de flexión fue de 197 MPa. El resto de detalles se muestran en la tabla 1.
Ejemplo 11
Este ejemplo se realizó según el ejemplo 10, con la excepción de que la proporción molar de etileno/propileno en la alimentación fue de 0,30 y la cantidad de hidrógeno fue de 110 mmol. La MFR del producto final fue de 1,3, el contenido total de etileno fue de 16,0% en peso, XS fue de 51,1% en peso y el módulo de flexión fue de 159 MPa.
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Ejemplo 12
Este ejemplo se realizó según el ejemplo 1, con la excepción de que el catalizador utilizado en esta prueba se puede describir como un catalizador habitual de Ziegler Natta de 4ª generación para producir productos con una isotacticidad y una rigidez elevadas. El catalizador se preparó según WO92/19653. El catalizador contenía 2,1% en peso de titanio. El producto producido en masa contenía 4,8% en peso de etileno y la MFR fue de 1,8. Otros detalles se muestran en la tabla 2.
Ejemplo 13
Este ejemplo se realizó según el ejemplo 12, pero después de la etapa en masa, la polimerización continuó en fase gaseosa. La temperatura fue de 80ºC, la cantidad de hidrógeno fue de 60 mmol y la proporción molar de etileno/propileno fue de 0,11 en la alimentación. El contenido de etileno en el producto fue de 6,4% en peso, la MFR fue de 2,4 y XS fue de 20,6% en peso. La separación entre la fase en masa y la primera fase gaseosa fue de 50/50. El contenido de etileno en el material de fase gaseosa fue de 7,7% en peso. Otros detalles se muestran en la tabla 2.
Ejemplo 14
Este ejemplo se realizó según el ejemplo 13, pero después de la primera etapa en fase gaseosa, se continuó la reacción en la segunda etapa en fase gaseosa (etapa del componente de tipo caucho). La temperatura fue de 70ºC, la cantidad de hidrógeno fue de 70 mmol y la proporción molar de etileno/propileno fue de 0,57 en la alimentación. La MFR del producto final fue de 0,80, el contenido total de etileno fue de 16,4% en peso, XS fue de 37,5% en peso y el módulo de flexión fue de 350 MPa. Otros detalles se muestran en la tabla 2.
Ejemplo comparativo 1
Este ejemplo se realizó según el ejemplo 13, con la excepción de que la proporción molar de etileno/propileno en la alimentación fue de 0,07. La MFR del producto fue de 2,2, el contenido de etileno fue de 5,1% en peso y XS fue de 9,9% en peso. La separación entre la fase en masa y la primera fase gaseosa fue de 54/46. El contenido de etileno en el material de la primera fase gaseosa se ajustó para que correspondiera al contenido de etileno del producto en masa (dentro de los límites de la precisión de la medida), de manera que no había diferencias en el contenido de comonómero entre el producto en masa (fracción i) y el producto del primer reactor de fase gaseosa (fracción ii) y, de este modo, no había diferencia entre el contenido de etileno del producto en masa y la matriz obtenida ("matriz de una fase"). Otros detalles se muestran en la tabla 2.
Ejemplo comparativo 2
Este ejemplo se realizó según el ejemplo comparativo 1, pero después de la primera etapa en fase gaseosa, se continuó la reacción en la segunda etapa en fase gaseosa (etapa del componente de tipo caucho) tal como se describe en el ejemplo 14. La MFR del producto fue de 0,8, el contenido de etileno fue de 14,9% en peso, XS fue de 31% en peso y el módulo de flexión fue de 480 MPa.
Los experimentos de las siguientes tablas 1 y 2 se realizaron a escala de laboratorio, por tanto debido a la precisión en las mediciones a pequeña escala, pueden aparecer ligeras variaciones en los valores de medición entre los ejemplos individuales y cuando se comparan con los resultados obtenidos a partir de los experimentos de la planta piloto mostrados a continuación en las tablas 3 a 5.
Los ejemplos muestran la combinación mejorada de una T_{m} elevada y un módulo de flexión bajo conseguida con la presente composición que comprende "la matriz de dos fracciones con un diferente contenido de comonómeros". Además, la tabla 2 muestra una comparación entre los productos del ejemplo 14 de la presente invención y el ejemplo comparativo 2 que representa la técnica anterior. El producto del ejemplo comparativo 2 corresponde al del ejemplo 14, a excepción de que, aunque el contenido total de etileno en la matriz del ejemplo comparativo 2 es comparable (dentro de la precisión de la medición) con el del ejemplo 14, sin embargo, no existen diferencias entre el contenido de comonómero del producto en masa (fracción (i)) y el producto de la primera fase gaseosa (fracción (ii)) en la matriz del ejemplo comparativo 2 y, de este modo, no existen diferencias entre el contenido de comonómero del producto en masa (fracción (i)) y el producto final obtenido (matriz (A)) del mismo. Como resultado, el producto del ejemplo 14 tiene la misma temperatura de fusión (aproximadamente 138ºC), pero un módulo de flexión claramente inferior (350 MPa) con respecto al del ejemplo comparativo 2 (480 MPa).
En general, la temperatura de fusión de los copolímeros aleatorios, preferentemente copolímeros aleatorios de etileno-propileno, disminuye con el aumento del contenido de comonómero, preferentemente etileno, en el caso de una matriz de "material de una fase". Esto también se observa mediante la curva continua ("material de una fase, general") en la figura 1 utilizando etileno como comonómero en el copolímero aleatorio. La figura 1 muestra el diferente comportamiento de la "matriz de dos fracciones con diferente contenido de comonómero", en la que la fracción (i) (material en masa, ejemplo 1) con un contenido de etileno inferior controla la temperatura de fusión de la "matriz de dos fracciones" obtenida (material en masa/fase gaseosa, ejemplos 2, 5 y 8). En los ejemplos 2, 5 y 8 se utilizó una configuración de reactor en masa/fase gaseosa.
1
2
TABLA 2
3
\newpage
En el presente caso, el punto de fusión del polímero no está controlado por el contenido total de etileno en el copolímero, sino por el contenido de etileno del material producido en masa. El punto de fusión de los materiales en masa/fase gaseosa en este experimento fue unos grados inferior al del material en masa (las diferencias también pueden ser debidas a la precisión de la medición, véase anteriormente), pero, en general, el punto de fusión no disminuye de manera notable con el aumento del contenido de comonómero. Esto es debido a que en los tres ejemplos, la parte en masa del material en masa/fase gaseosa es la misma (ejemplo 1). Sólo aumenta el contenido de comonómero, por ejemplo etileno, en la parte de fase gaseosa. Por consiguiente, el contenido de comonómero, por ejemplo etileno, de la fracción (ii) se puede aumentar permitiendo el incremento de la cantidad total del comonómero, lo cual aumentará XS y disminuirá la rigidez (tal como se muestra en la figura 2), manteniendo a la vez el punto de fusión en un nivel elevado invariable.
Tal como muestran los ejemplos, se pueden utilizar diferentes catalizadores para producir el copolímero aleatorio de la presente invención. Además, también se observó, tal como se muestra a partir de la figura 2, que con el catalizador preparado según el sistema de emulsión descrito en WO 03/000754 ("método de preparación del catalizador") y utilizado en los ejemplos 1-11, se puede obtener una rigidez incluso menor para los productos de polímero en comparación, por ejemplo, con el catalizador descrito en WO 92/19653 y utilizado en los ejemplos 12 14. La rigidez de los ejemplos 3, 4, 6, 7 y 9-11 con componente de tipo caucho al 20% en peso se encuentra en el mismo nivel que en el ejemplo 14 con componente de tipo caucho al 30% en peso.
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Ejemplo comparativo 15 y ejemplos 16 a 23
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El ejemplo comparativo 15 y los ejemplos 16 a 23 se prepararon en un proceso continuo de múltiples etapas a escala piloto que comprende un reactor de bucle y un reactor de fase gaseosa en lecho fluidizado tal como se indica a continuación:
El catalizador utilizado era un catalizador Ziegler-Natta conocido soportado por MgCl_{2} transesterificado estereoespecífico y altamente activo, preparado según la Patente US 5234879. EL catalizador se puso en contacto con trietilaluminio (TEAL) como cocatalizador y un dador externo (diciclopentil dimetoxisilano). Los catalizadores utilizados en los ejemplos se caracterizan adicionalmente en las tablas 3, 4 y 5. El catalizador se prepolimerizó de una manera conocida en presencia de propileno y el cocatalizador en una etapa de prepolimerización separada. A continuación, se alimentaron propileno, etileno e hidrógeno junto con el catalizador activado en el reactor de bucle que operaba como un reactor en masa en las condiciones indicadas en las tablas 3 a 5 (producción de la fracción (i)). A continuación, la corriente de suspensión de polímero se alimentó desde el reactor de bucle al reactor de fase gaseosa y se alimentaron más propileno, etileno e hidrógeno en el reactor de fase gaseosa (producción de la fracción (ii) en presencia de la fracción (i) para obtener la matriz (A)). Las condiciones de polimerización se indican en las tablas 3 a 5. El componente de tipo caucho se produjo con una proporción C_{2}/C_{3} de 500 mol por kmol y la VI se ajustó con la alimentación de hidrógeno.
Los productos de los ejemplos se sometieron a viscorreducción después de la polimerización del copolímero aleatorio heterofásico para aumentar la MFR desde 1,5 a 8 g/10 min. La viscorreducción se realizó de una manera conocida.
Las tablas 3, 4 y 5 muestran las propiedades obtenidas para los productos poliméricos del ejemplo comparativo 15 y los ejemplos 16 a 23.
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(Tabla pasa a página siguiente)
TABLA 3
4
5
TABLA 4
6
7
TABLA 5
8
9
Tal como se ha mencionado, la presente invención permite el aumento del contenido de comonómero en la fracción (ii) del PP aleatorio producido, por ejemplo, en un primer reactor de fase gaseosa, mediante lo cual se puede conseguir un mayor contenido de etileno y una mayor cantidad de XS en el polímero final y, de este modo, se disminuye la rigidez (módulo de flexión), manteniendo el punto de fusión esencialmente en el mismo nivel determinado por la fracción (i). Además, la rigidez también se puede disminuir, por ejemplo, mediante la cantidad y/o el contenido en el comonómero (y, por tanto, de XS) de la parte del componente (B) de tipo caucho (por ejemplo, el producto del segundo o posteriores reactores de fase gaseosa) en la composición final de copolímero aleatorio heterofásico. Por consiguiente, en el caso del ejemplo comparativo 15, por ejemplo, el aumento en el contenido de etileno en la fracción (ii) (en el producto del primer reactor de fase gaseosa) y/o el aumento de la cantidad y/o el valor de XS del componente (B) de tipo caucho (el producto del segundo reactor de fase gaseosa) disminuiría aún más el módulo de flexión.
Tal como se muestra en la Tabla 5, la viscorreducción provoca un ligero descenso en el módulo de flexión sobre productos no viscorreducidos permitiendo una mayor adaptación del producto.

Claims (31)

  1. \global\parskip0.970000\baselineskip
    1. Composición de copolímero aleatorio heterofásico de alfa-olefina que comprende
    (a) un componente (A) de copolímero aleatorio de alfa-olefina de, como mínimo, dos fracciones (i) y (ii) de (co)polímero de alfa-olefina, y
    (b) un componente (B) de tipo caucho,
    caracterizado porque
    - como mínimo una de las fracciones (i) y (ii) es un copolímero aleatorio de alfa-olefina,
    - el contenido de comonómero (% en peso) de la fracción (i) es diferente del contenido de comonómero (% en peso) de la fracción (ii), y
    - la composición de copolímero aleatorio heterofásico de alfa-olefina tiene una temperatura de fusión (T_{m}) de, como mínimo, 130ºC y un módulo de flexión no superior a 800 MPa.
  2. 2. Composición, según la reivindicación 1, que comprende
    (a) un componente (A) de copolímero aleatorio de alfa-olefina que comprende
    -
    como mínimo una fracción (i) que comprende un homopolímero de una alfa-olefina o un copolímero de una alfa-olefina con uno o más comonómeros de alfa-olefina, y
    -
    como mínimo una fracción (ii) que comprende un copolímero de una alfa-olefina con uno o más comonómeros de alfa-olefina, y
    (b) un componente (B) de tipo caucho dispersado en el componente (A) de copolímero aleatorio, en el que
    -
    la cantidad (% en peso) de comonómero en la fracción (ii) es superior a la cantidad (% en peso) de comonómero en la fracción (i), y en el que
    -
    la composición de copolímero aleatorio heterofásico de alfa-olefina tiene una temperatura de fusión (T_{m}) de, como mínimo, 130ºC y un módulo de flexión no superior a 800 MPa.
  3. 3. Composición, según la reivindicación 1 ó 2, en la que la matriz (A) es una matriz (A) H/R, en la que la fracción (i) es una fracción de homopolímero, tal como se define en la reivindicación 2, preferentemente una fracción de homopolímero de propileno.
  4. 4. Composición, según la reivindicación 1 ó 2, en la que la matriz (A) es una matriz (A) R/R, en la que la fracción (i) es una fracción de copolímero, tal como se define en la reivindicación 2, preferentemente una fracción de copolímero de propileno con uno o más comonómeros de alfa-olefina.
  5. 5. Composición, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene una temperatura de fusión (T_{m}) de, como mínimo, 130ºC, de manera adecuada, como mínimo, 131ºC, preferentemente de, como mínimo, 132ºC.
  6. 6. Composición, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene una temperatura de fusión (T_{m}) de, como mínimo, 135ºC, preferentemente, como mínimo, 140ºC, y no superior a 165ºC.
  7. 7. Composición, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la fracción (i) de la matriz (A) tiene una temperatura de fusión de, como mínimo, 130ºC, preferentemente de, como mínimo, 131ºC, por ejemplo de, como mínimo, 133ºC.
  8. 8. Composición, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene un módulo de flexión entre 100 y 800 MPa, preferentemente entre 400 y 800 MPa.
  9. 9. Composición, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene un módulo de flexión, por ejemplo, en el intervalo de 100 a 600 MPa, de manera adecuada de 100 a 500 MPa, preferentemente de 100 a 450 MPa e incluso puede ser de 150 a 400 MPa.
  10. 10. Composición, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene un módulo de flexión inferior a 350 MPa.
  11. 11. Composición, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la diferencia en el contenido de comonómero entre la fracción (i) y la matriz (A) es de, como mínimo, 0,5% en peso, preferentemente, de, como mínimo, 1% en peso.
    \global\parskip1.000000\baselineskip
  12. 12. Composición, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la diferencia en dicho contenido de comonómero es, por ejemplo, de hasta 15% en peso, de manera adecuada de hasta 10% en peso, tal como 8% en peso, por ejemplo, hasta 6% en peso.
  13. 13. Composición, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1, 2, 4-12, en la que la diferencia en dicho contenido de comonómero entre la matriz (A) y la fracción (i) de copolímero aleatorio es 0,5, por ejemplo, como mínimo, 1% en peso, preferentemente, como mínimo, 2% en peso o superior, por ejemplo, hasta 6% en peso, tal como hasta 4% en peso.
  14. 14. Composición, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1-3, y 5-12, en la que la diferencia en el contenido de comonómero entre la matriz (A) y la fracción (i) de homopolímero es de, como mínimo, 2% en peso, habitualmente de, como mínimo, 3% en peso, preferentemente de, como mínimo, 4% en peso, incluso de, como mínimo, 5% en peso, siendo el límite superior en dicha diferencia de hasta 10% en peso, por ejemplo de hasta 8% en peso, tal como en el intervalo de 3 a 6% en peso.
  15. 15. Composición, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la cantidad total del comonómero en la matriz (A) es habitualmente de, como mínimo, 1% en peso, y puede ser, por ejemplo, de hasta 13% en peso, de manera adecuada entre 2 y 12% en peso, por ejemplo entre 3 y 12% en peso o incluso entre 5 y 12% en peso.
  16. 16. Composición, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la fracción (i) tiene un contenido de comonómero de 0 hasta 15% en peso, de manera adecuada de hasta 10% en peso.
  17. 17. Composición, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la cantidad del comonómero en la fracción (ii) se encuentra entre 2 y 20% en peso.
  18. 18. Composición, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el contenido de comonómero del componente (B) de tipo caucho se encuentra en el intervalo de 10 a 60% en peso, más preferentemente en el intervalo de 15 a 50% en peso.
  19. 19. Composición, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la proporción en peso entre las fracciones (i) y (ii) de la matriz (A) es de 30:70 a 70:30.
  20. 20. Composición, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la cantidad de matriz (A) en el copolímero aleatorio heterofásico es de, como mínimo, 30% en peso y la cantidad de componente (B) de tipo caucho no es superior a 70% en peso.
  21. 21. Composición, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la fracción de solubles en xileno (XS, % en peso) de la matriz (A), que está comprendida preferentemente de las fracciones (i) y (ii), es de hasta 50% en peso, por ejemplo en el intervalo de 3 a 50% en peso.
  22. 22. Composición, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la fracción de solubles en xileno en el componente (B) de tipo caucho puede ser de hasta 100% en peso, por ejemplo de 10 a 100% en peso, preferentemente en el intervalo de 50 a 100% en peso.
  23. 23. Composición, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que es un copolímero aleatorio heterofásico de propileno y que comprende
    (a) un componente (A) de copolímero aleatorio de propileno que comprende, como mínimo, una fracción (i), que comprende un homopolímero de propileno o un copolímero de propileno con uno o más comonómeros de alfa-olefina y, como mínimo, una fracción (ii), que comprende un copolímero de propileno con uno o más comonómeros de alfa-olefina, y
    (b) un componente (B) de tipo caucho de un copolímero de propileno con uno o más comonómeros de alfa-olefina.
  24. 24. Composición, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el comonómero es, como mínimo, etileno, preferentemente etileno.
  25. 25. Uso de un componente (A) de copolímero aleatorio, que comprende, como mínimo, dos fracciones (i) y (ii) de (co)polímero de alfa-olefina, en la que, como mínimo, una de las fracciones (i) y (ii) es un copolímero de alfa-olefina y en la que las fracciones (i) y (ii) tienen diferentes cantidades (% en peso) de comonómero, para controlar la combinación del comportamiento térmico y la rigidez del copolímero (A) aleatorio mediante dicho contenido diferente de comonómero entre las dos fracciones (i) y (ii), preferentemente en presencia del componente (B) de tipo caucho, en la que el componente (A) de copolímero aleatorio es una matriz (A) del copolímero aleatorio heterofásico de alfa-olefina, tal como se define en las reivindicaciones anteriores 1-24, y el componente (B) de tipo caucho opcional es tal como se define en las reivindicaciones anteriores 1-24.
  26. 26. Uso, según la reivindicación 25, para controlar el comportamiento térmico y la rigidez de una composición de copolímero aleatorio heterofásico tal como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1-24.
  27. 27. Proceso para producir el copolímero aleatorio heterofásico, tal como se define en las reivindicaciones 1-24, que comprende:
    - producir la matriz (A) mediante
    (a)
    la (co)polimerización en una reactor de suspensión de una alfa-olefina, preferentemente propileno, y opcionalmente uno o más comonómeros en presencia de un catalizador de polimerización, para producir la fracción (i), transfiriendo el producto de reacción de la etapa (a) a un reactor posterior de fase gaseosa,
    (b)
    la copolimerización en un reactor de fase gaseosa de una alfa-olefina, preferentemente propileno, con uno o más comonómeros en presencia del producto de reacción de la etapa (a) para producir la fracción (ii) para obtener la matriz (A), y, a continuación
    - producir el componente (B) de tipo caucho mediante
    (c)
    la copolimerización en un segundo o más reactores de fase gaseosa posteriores de una alfa-olefina, preferentemente propileno, con uno o más comonómeros de alfa-olefina, preferentemente con, como mínimo, etileno, en presencia de la matriz (A) obtenida de la etapa (b).
    y la recuperación del copolímero aleatorio heterofásico obtenido.
  28. 28. Proceso, según la reivindicación 27, en el que el catalizador de polimerización utilizado en el proceso anterior es un catalizador de polimerización de tipo Ziegler-Natta estereoselectivo y con alta actividad, que comprende un componente de catalizador sólido de un compuesto de metal de transición del grupo 3 al 10 de la Tabla Periódica (IUPAC, 1989) o de un actínido o lantánido, cocatalizador y un dador externo.
  29. 29. Proceso, según la reivindicación 27 ó 28, en el que el catalizador de polimerización comprende un compuesto de un metal de transición del grupo 3 al 10 de la Tabla Periódica (IUPAC, 1989) o de un actínido o lantánido, y es obtenible mediante el método que comprende
    (a) la formación de un sistema de emulsión líquido/líquido, que contiene una solución homogénea de, como mínimo, un componente de catalizador, estando dicha solución dispersada en un disolvente miscible con el mismo y la formación de la fase dispersada del sistema de emulsión líquido/líquido,
    (b) la solidificación de dichas gotas dispersadas para formar partículas de catalizador sólido que tienen un intervalo de tamaño predeterminado,
    (c) la extracción del disolvente de la mezcla de reacción a efectos de obtener dichas partículas de catalizador sólido.
  30. 30. Composición de copolímero aleatorio heterofásico obtenible mediante el proceso según cualquiera de las reivindicaciones 27 a 29.
  31. 31. Artículo que comprende la composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24 ó 30.
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