ES2587740T3 - Una composición mezcla de polietileno adecuada para películas sopladas y películas obtenidas a partir de la misma - Google Patents

Abstract

Una composición mezcla de polietileno adecuada para película soplada que comprende el producto de mezcla en estado fundido de: desde 0,5 hasta 4 por ciento en peso de un polietileno de baja densidad que tiene una densidad en el intervalo de desde 0,915 hasta 0,935 g/cm3, y un índice de fluidez (I2) en el intervalo de más de 0,8 hasta menos de o igual a 5 g/10 minutos, y una distribución de peso molecular (Mw/Mn) en el intervalo de desde 6 hasta 10; 90 por ciento en peso o más de una composición de polietileno lineal de baja densidad que comprende: menos de o igual a 100 por ciento en peso de las unidades derivadas de etileno; menos de 35 por ciento en peso de unidades derivadas de uno o más comonómeros de α-olefina; donde dicha composición de polietileno lineal de baja densidad tiene una densidad en el intervalo de 0,900 a 0,935 g/cm3, una distribución de peso molecular (Mw/Mn) en el intervalo de 1,5 a 4,5, un índice de fluidez (I2) en el intervalo de 0,1 a 5 g/10 minutos, una distribución de peso molecular (Mz/Mw) en el intervalo de menos de 3, insaturación de vinilo de menos de 0,1 vinilos por un millar de átomos de carbono presentes en la estructura principal de dicha composición, y una razón de viscosidad de cizalla cero (ZSVR) en el intervalo de 1 a menos de 2; opcionalmente un agente neutralizador a base de hidrotalcita; opcionalmente uno o más agentes de nucleación; y opcionalmente uno o más antioxidantes.

Description

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En general, la razón de altura a diámetro de la zona de reacción puede variar en el intervalo de aproximadamente

2:1 a aproximadamente 5:1. El intervalo, naturalmente, puede variar a mayores o menores razones y depende de la capacidad de producción deseada. El área de la sección transversal de la zona de reducción de velocidad está típicamente en el intervalo de aproximadamente 2 a aproximadamente 3 multiplicada por el área de la sección transversal de la zona de reacción.

La zona de reducción de velocidad tiene un mayor diámetro interno que la zona de reacción, y puede tener forma cónicamente ahusada. Como el nombre sugiere, la zona de reducción de velocidad ralentiza la velocidad del gas debido al mayor área de la sección transversal. Esta reducción en la velocidad del gas deja caer las partículas atrapadas en el lecho reduciendo la cantidad de partículas atrapadas que fluyen desde el reactor. El gas que sale por la parte de cabeza del reactor es la corriente de gas de reciclado.

La corriente de reciclado se comprime en un compresor y luego se hace pasar a través de una zona de intercambio de calor en la que se extrae calor antes de que la corriente sea devuelta al lecho. La zona de intercambio de calor es típicamente un intercambiador de calor, que puede ser del tipo horizontal o vertical. Si se desea, pueden emplearse varios intercambiadores de calor para reducir la temperatura de la corriente de gas de circulación en etapas. También es posible situar el compresor corriente abajo del intercambiador de calor o en un punto intermedio entre varios intercambiadores de calor. Después de enfriar, la corriente de reciclado se devuelve al reactor a través de una línea de entrada de reciclado. La corriente de reciclado enfriada absorbe el calor de reacción generado por la reacción de polimerización.

Preferiblemente, la corriente de reciclado se devuelve al reactor y al lecho fluidizado a través de una placa de distribución de gas. Preferiblemente hay instalado un deflector de gas en la entrada al reactor para evitar que las partículas de polímero contenidas sedimenten y se aglomeren en una masa sólida y evitar la acumulación de líquido en la parte inferior del reactor así como facilitar las transiciones entre procesos que contienen líquido en la corriente de gas de circulación y las que no y vice versa. Tales deflectores se describen en las patentes de Estados Unidos N.º 4.933.149 y N.º 6.627.713.

El sistema de catalizador a base de hafnio usado en el lecho fluidizado se almacena preferiblemente para el servicio en un depósito de almacenamiento bajo una capa de gas, que es inerte al material almacenado, tal como nitrógeno

o argón. El sistema de catalizador a base de hafnio puede añadirse al sistema de reacción, o reactor, en cualquier punto y por cualquier medio adecuado, y preferiblemente se añade al sistema de reacción bien directamente en el lecho fluidizado o corriente abajo del último intercambiador de calor, es decir, el intercambiador más alejado corriente abajo con respecto al flujo, en la línea de reciclado, en cuyo caso el activador se alimenta al lecho o línea de reciclado desde un dispensador. El sistema de catalizador a base de hafnio se inyecta en el lecho en un punto por encima de la placa de distribución. Preferiblemente el sistema de catalizador a base de hafnio se inyecta en el lecho donde se produce una buena mezcla con partículas de polímero. La inyección del sistema de catalizador a base de hafnio en un punto por encima de la placa de distribución facilita la operación de un reactor de polimerización de lecho fluidizado.

Los monómeros pueden introducirse en la zona de polimerización de diversos modos que incluyen, aunque sin quedar limitados a los mismos, inyección directa a través de una boquilla en el lecho o línea de gas de circulación. Los monómeros también pueden pulverizarse sobre la parte superior del lecho a través de una boquilla situada por encima del lecho, que puede ayudar a eliminar parte de la carga de finos de la corriente de gas de circulación.

El fluido de aporte puede alimentarse al lecho a través de una línea separada al reactor. La composición de la corriente de aporte se determina por un analizador de gases. El analizador de gases determina la composición de la corriente de reciclado y la composición de la corriente de aporte se ajusta en consecuencia para mantener un estado esencialmente estacionario en la zona de reacción. El analizador de gases puede ser un analizador de gases convencional que determine la composición de la corriente de reciclado para mantener las proporciones de los componentes de la corriente de alimentación. Tal equipo está disponible comercialmente de una amplia diversidad de suministradores. El analizador de gases está dispuesto típicamente para recibir gas de un punto de muestreo situado entre la zona de reducción de velocidad y el intercambiador de calor.

La velocidad de producción de la composición de polietileno lineal de baja densidad puede controlarse convenientemente ajustando la velocidad de inyección de composición de catalizador, inyección de activador o ambas. Puesto que cualquier cambio en la velocidad de inyección de composición de catalizador cambiará la velocidad de reacción y así la velocidad a la cual se genera calor en el lecho, la temperatura de la corriente de reciclado que entra al reactor se ajusta para acomodarla a cualquier cambio en la velocidad de generación de calor. Esto garantiza el mantenimiento de una temperatura esencialmente constante en el lecho. Por supuesto, la instrumentación completa tanto del lecho fluidizado como del sistema de enfriamiento de la corriente de reciclado es útil para detectar cualquier cambio de temperatura en el lecho para que sea posible al operador o a un sistema de control automático convencional realizar los ajustes adecuados en la temperatura de la corriente de reciclado.

Bajo un conjunto dado de condiciones de operación, el lecho fluidizado se mantiene a altura esencialmente constante mediante la extracción de una porción de lecho como producto a la velocidad de formación del producto polimérico en forma de partículas. Puesto que la velocidad de generación de calor está directamente relacionada

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con la formación de producto, una medida del aumento de temperatura del fluido a través del reactor, es decir, la diferencia entre la temperatura del fluido en la entrada y la temperatura del fluido en la salida, es indicativa de la velocidad de la formación de la composición de polietileno lineal de baja densidad a una velocidad de fluido constante si no hay presente o es despreciable líquido vaporizable en el fluido de entrada.

En la descarga del producto polimérico en forma de partículas desde el reactor, es deseable y preferible separar fluido del producto y devolver el fluido a la línea de reciclado. Existen numerosos modos conocidos en la técnica para llevar a cabo esta separación. Se describen y reivindican sistemas de descarga de producto que pueden emplearse de forma alternativa en la patente de Estados Unidos N.º 4.621.952. Tal sistema emplea típicamente al menos una pareja (en paralelo) de depósitos que comprenden un depósito de decantación y un depósito de transferencia dispuestos en serie y que tienen la fase gaseosa separada retornada desde la parte superior del depósito de decantación a un punto en el reactor cercano a la parte superior del lecho fluidizado.

En la realización de reactor de fase gaseosa de lecho fluidizado, la temperatura del reactor del proceso de lecho fluidizado varía aquí de 70 °C, o 75 °C, o 80 °C a 90 °C, o 95 °C, o 100 °C, o 110 °C, o 115 °C, donde un intervalo de temperatura deseable comprende cualquier límite superior de temperatura combinado con cualquier límite inferior de temperatura descrito en la presente memoria. En general, la temperatura del reactor se opera a la temperatura más alta que sea posible, teniendo en cuenta la temperatura de sinterización de la composición de polietileno de la invención en el reactor y las incrustaciones que puedan producirse en el reactor o líneas de reciclado.

El proceso anterior es adecuado para la producción de homopolímeros que comprenden unidades derivadas de etileno o copolímeros que comprenden unidades derivadas de etileno y al menos una o más unidades derivadas de α-olefina(s).

Con el fin de mantener una productividad de catalizador adecuada en la presente invención, se prefiere que el etileno esté presente en el reactor a una presión parcial de o mayor de 1100 kPa (160 psia) o 1300 kPa (190 psia) o 1380 kPa (200 psia) o 1450 kPa (210 psia) o 1515 kPa (220 psia).

El comonómero, por ejemplo, uno o más comonómeros de α-olefina, si está presente en el reactor de polimerización, está presente a un nivel que conseguirá la incorporación del porcentaje en peso deseado del comonómero en el polietileno final. Esto se expresa como razón molar de comonómero a etileno como se describe en el presente documento, que es la razón de la concentración en gas de moles de comonómero en el gas de circulación a la concentración en gas de moles de etileno en el gas de circulación. En una realización de la producción de la composición de polietileno de la invención, el comonómero está presente con etileno en el gas de circulación en un intervalo de razón molar de desde 0 hasta 0,1 (comonómero: etileno); y desde 0 hasta 0,05 en otra realización; y desde 0 hasta 0,04 en otra realización; y desde 0 hasta 0,03 en otra realización; y desde 0 hasta 0,02 en otra realización;

También puede añadirse hidrógeno gas al reactor(es) de polimerización para controlar las propiedades finales (por ejemplo, I21 y/o I2) de la composición de polietileno de la invención. En una realización, la razón de hidrógeno a monómero de etileno total (ppm H2 / mol % C2) en la corriente de gas en circulación está en el intervalo de desde 0 hasta 60:1 en una realización; desde 0,10:1 (0,10) hasta 50:1 (50) en otra realización; desde 0 hasta 35:1 (35) en otra realización; desde 0 hasta 25:1 (25) en otra realización; desde 7:1 (7) hasta 22:1 (22).

En una realización, el proceso para producir una composición de polietileno lineal de baja densidad comprende las etapas de: (1) (co)polimerizar etileno y uno o más comonómeros de α-olefina en presencia de un catalizador metalocénico a base de hafnio mediante un proceso de (co)polimerización en fase gaseosa en un reactor de una etapa; y (2) producir a continuación la composición de polietileno lineal de baja densidad.

El sistema de catalizador a base de hafnio, tal como se usa en el presente documento, se refiere a un catalizador que puede catalizar la polimerización de monómeros de etileno y opcionalmente uno o más comonómeros de αolefina para producir polietileno. Además, el sistema de catalizador a base de hafnio comprende un componente hafnoceno. El componente hafnoceno puede comprender complejos del tipo mono-, bis-o tris-ciclopentadienil hafnio. En una realización, el ligando de tipo ciclopentadienilo comprende ciclopentadienilo o ligandos isolobales a ciclopentadienilo y versiones sustituidas de los mismos. Ejemplos representativos de ligandos isolobales a ciclopentadienilo incluyen, aunque sin quedar limitados a los mismos, ciclopentafenantreneilo, indenilo, benzindenilo, fluorenilo, octahidrofluorenilo, ciclooctatetraenilo, ciclopentaciclododeceno, fenantrindenilo, 3,4-benzofluorenilo, 9fenilfluorenilo, 8-H-ciclopent[a]acenaftilenilo, 7H-dibenzofluorenilo, indeno[1,2-9]antrenilo, tiofenoindenilo, tiofenofluorenilo, versiones hidrogenadas de los mismos (por ejemplo, 4,5,6,7-tetrahidroindenilo o "H4Ind") y versiones sustituidas de los mismos. En una realización, el componente hafnoceno es un bis-ciclopentadienil hafnoceno sin puente y versiones sustituidas del mismo. En otra realización, el componente hafnoceno excluye bisciclopentadienil hafnocenos no sustituidos con puente y sin puente, y bis-indenil hafnocenos no sustituidos con puente y sin puente. El término "no sustituido," tal como se usa en el presente documento, significa que solo hay grupos hidruro ligados a los anillos y no otros grupos. Preferiblemente, el hafnoceno útil en la presente invención puede estar representado por la fórmula (donde "Hf" es hafnio):

CpnHfXp (1) 5

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en la que n es 1 o 2, p es 1, 2 o 3, cada Cp es independientemente un ligando ciclopentadienilo o un ligando isolobal a ciclopentadienilo o una versión sustituida de los mismos unida al hafnio; y X está seleccionado del grupo que consiste en hidruro, haluros, alquilos C1 a C10 y alquenilos C2 a C12; y en la que cuando n es 2, cada Cp puede estar ligado a otro a través de un grupo de puente A seleccionado del grupo que consiste en alquilenos C1 a C5, oxígeno, alquilamina, silil-hidrocarbonados y siloxil-hidrocarbonados. Un ejemplo de alquilenos C1 a C5 incluye grupos de puente etileno (--CH2CH2--); un ejemplo de un grupo de puente alquilamina incluye metilamida (--(CH3)N--); un ejemplo de un grupo de puente silil-hidrocarbonado incluye dimetilsililo (--(CH3)2Si--); y un ejemplo de un grupo de puente siloxilhidrocarbonado incluye (--O--(CH3)2Si--O--). En una realización particular, el componente nafnoceno está representado por la fórmula (1), en la que n es 2 y p es 1 o 2.

tal como se usa en el presente documento, el término "sustituido" significa que el grupo de referencia posee al menos un resto en lugar de uno o más hidrógenos en cualquier posición, los restos seleccionados de grupos tales como radicales halógeno tales como F, Cl, Br, grupos hidroxilo, grupos carbonilo, grupos carboxilo, grupos amina, grupos fosfina, grupos alcoxi, grupos fenilo, grupos naftilo, grupo alquilo C1 a C10, grupos alquenilo C2 a C10, y combinaciones de los mismos. Ejemplos de alquilos y arilos sustituidos incluyen, aunque sin quedar limitados a los mismos, radicales acilo, radicales alquilamino, radicales alcoxi, radicales ariloxi, radicales alquiltio, radicales dialquilamino, radicales alcoxicarbonilo, radicales ariloxicarbonilo, radicales carbamoilo, radicales alquil-y dialquilcarbamoilo, radicales aciloxi, radicales acilamino, radicales arilamino, y combinaciones de los mismos. Más preferiblemente, el componente hafnoceno útil en la presente invención puede representarse por la fórmula:

(CpR5)2HfX2 (2)

en la que cada Cp es un ligando ciclopentadienilo y cada uno está ligado al hafnio; cada R está seleccionado independientemente de hidruros y alquilos C1 a C10, lo más preferiblemente hidruros y alquilos C1 a C5; y X está seleccionado del grupo que consiste en hidruro, haluro, alquilos C1 a C10 y alquenilos C2 a C12, y más preferiblemente X está seleccionado del grupo que consiste en haluros, alquilenos C2 a C6 y alquilos C1 a C6, y lo más preferiblemente X está seleccionado del grupo que consiste en cloruro, fluoruro, alquilos C1 a C5 y alquilenos C2 a C6. En una realización más preferida, el hafnoceno está representado por la fórmula (2) anterior, en la que al menos un grupo R es un alquilo como se define antes, preferiblemente un alquilo C1 a C5, y el resto son hidruros. En una realización más preferida, cada Cp está sustituido independientemente con de uno a tres grupos seleccionados del grupo que consiste en metilo, etilo, propilo, butilo, e isómeros de los mismos.

En una realización, el sistema catalizador a base de hafnoceno es heterogéneo, es decir, el catalizador a base de hafnoceno puede comprender un material soporte. El material soporte puede ser cualquier material conocido en la técnica que soporte composiciones de catalizador; por ejemplo un óxido orgánico; o de forma alternativa, sílice, alúmina, sílice-alúmina, cloruro de magnesio, grafito, óxido de magnesio, óxido de titanio, óxido de circonio y montmorillonita, cualquiera de los cuales puede estar química/físicamente modificado tal como por procesos de fluoración, calcinación y otros procesos conocidos en la técnica. En una realización, el material soporte es un material de sílice que tiene un tamaño medio de partículas determinado por análisis de Malvern de desde 1 hasta 60 mm; o de forma alternativa, 10 hasta 40 mm.

El sistema catalizador a base de hafnoceno puede comprender además un activador. Puede ser adecuado cualquier activador conocido para activar componentes de catalizador hacia la polimerización de olefinas. En una realización, el activador es un alumoxano; de forma alternativa, metalumoxano tal como el descrito por J. B. P. Soares and A. E. Hamielec en 3(2) POLYMER REACTION ENGINEERING 131 200 (1995). El alumoxano puede estar preferiblemente cosoportado en el material soporte en una razón molar de aluminio a hafnio (Al:Hf) que varíe de 80:1 a 200:1, lo más preferiblemente 90:1 a 140:1.

Tales sistemas de catalizador a base de hafnio se describen con más detalle en las patentes de Estados Unidos N.º

6.242.545 y N.º 7.078.467.

Aditivos

La composición mezcla de polietileno puede comprender uno o más aditivos adicionales. Tales aditivos incluyen, aunque sin quedar limitados a los mismos, uno o más agentes neutralizadores a base de hidrotalcita, uno o más agentes de nucleación, uno o más agentes antiestáticos, uno o más potenciadores del color, uno o más colorantes, uno o más lubricantes, una o más cargas, uno o más pigmentos, uno o más antioxidantes primarios, uno o más antioxidantes secundarios, uno o más auxiliares de procesado, uno o más estabilizadores UV y/o combinaciones de los mismos. La composición mezcla de polietileno puede comprender cualquier cantidad de tales aditivos. La composición mezcla de polietileno puede comprender de aproximadamente 0 a aproximadamente 10 por ciento en peso combinado de tales aditivos, basado en el peso total de la composición mezcla de polietileno.

Producción

La composición mezcla de polietileno se prepara por cualquier proceso de mezcla en estado fundido convencional tal como extrusión mediante una extrusora, por ejemplo, una extrusora de husillos sencillo o doble. El LDPE, LLDPE,

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Tabla 1

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Unidades Componente LDPE Componente LLDPE 1

Densidad

g/cm3 0,919 0,917

I2

g/10 min 1,85 0,98

I10/I2

imagen9 14,3 7,9

Viscosidad (0,1 rad/s)

Pa.s 8,863 7,976

Viscosidad (1,0 rad/s)

Pa.s 4,639 6,936

Viscosidad (10 rad/s)

Pa.s 1,658 4,252

Viscosidad (100 rad/s)

Pa.s 464 1,630

Tan Delta (0,1 rad/s)

imagen10 3,1 19,6

Resistencia del fundido

cN 9,2 2,8

Mn

g/mol 11,628 33,138

Mw

g/mol 94,485 111,409

Mz

g/mol 321,061 294,112

Mw/Mn

imagen11 8,13 3,36

Tm1 (DSC)

°C 109,2 120,8

Tc1 (DSC)

°C 95,6 107,1

Tc2 (DSC)

°C imagen12 63,3

Calor de fusión

J/g 136,8 134,1

Insaturación de vinilo

Por 1000 Carbonos -- 0,055

ZSVR

-- -- 1,16

Tabla 2

Propiedad del polímero

Unidades Composición de la invención 1 Composición comparativa A

Densidad

g/cm3 0,921 0,917

I2

g/10 min 0,921 0,98

I10/I2

imagen13 8,0 7,9

Viscosidad (0,1 rad/s)

Pa.s 8,516 7,976

Viscosidad (1,0 rad/s)

Pa.s 6,983 6,936

Viscosidad (10 rad/s)

Pa.s 4,060 4,252

Viscosidad (100 rad/s)

Pa.s 1,512 1,630

Tan Delta (0,1 rad/s)

imagen14 12,4 19,6

Resistencia del fundido

cN 5,5 2,8

Mn

g/mol 30,790 33,138

Mw

g/mol 109,407 111,409

Mz

g/mol 277,059 294,112

Mw/Mn

imagen15 3,55 3,36

Tm1 (DSC)

°C 121,6 120,8

Tc1 (DSC)

°C 109,5 107,1

Tc2 (DSC)

°C 67,55 63,3

Calor de fusión

J/g 141,3 134,1

Tabla 3

Fabricación de película

Unidades Película de la invención 1 Película comparativa A

Máx Tasa de producción

kg/h 266 157,4

Máx Tasa de producción

kg/h/cm 2,66 2,48

Mejora en la velocidad sobre CE-A

% 6,6 imagen16

Velocidad del husillo (RPM)

RPM 48,3 44,4

Altura de la línea de escarchado (FLH-(cm))

cm 152,4 127

Aire externo (%)

% 48 45

Aire de salida IBC (%)

% 96 97

Aire de aporte IBC (%)

% 36 36,5

% Corriente de carga completa

% 4760 4790

Potencia (kilovatios)

kW 4161 4235,57

P1 cilindro (kPa)

kPa 35990 35852

P2 cilindro (kPa)

kPa 32957 32819

P3 cilindro (kPa)

kPa 17375 17236

Presión en el tamiz (kPa)

kPa 2551 2392

P adaptador (kPa)

kPa 102 95,7

Tabla 3 continuación

Fabricación de película

Unidades Película de la invención 1 Película comparativa A

Temp. fundido

°C 228,33 227,77

Perfil de temp. (°F)

imagen17 imagen18 imagen19

T1 cilindro

°C 176,66 176,66

T2 cilindro

°C 218,33 218,33

T3 cilindro

°C 193,33 193,33

T4 cilindro

°C 162,77 162,77

T5 cilindro

°C 173,88 173,88

T tamiz

°C 221,11 221,11

T adaptador

°C 229,44 229,44

T bloque

°C 221,11 221,11

T boquilla inferior

°C 226,66 226,66

T boquilla interna

°C 226,66 226,66

T boquilla superior

°C 226,66 226,66

Tabla 4

Propiedades de la película

Unidades Película de la invención 1 Película comparativa A

Grosor de película

mm 0,0508 0,0508

Resistencia al impacto de dardo (Método A)

g 588 1200

Desgarro: Elmendorf-MD

g/mm 11693 12086

Desgarro: Elmendorf-CD

g/mm 19094 15433

Perforación

J/cm3 22,927 20,693

Turbidez total

% 13,9 54

Brillo

% 51,2 12,2

Módulo secante-CD(1%)

kPa 301735 285250

Módulo secante-CD(2%)

kPa 272853 257126

Módulo secante-MD(1%)

kPa 258126 272853

Módulo secante-MD(2%)

kPa 221673 235345

Procedimientos de prueba

Los procedimientos de prueba incluyen los siguientes:

5 Índice de fluidez

Los índices de fluidez (I2 y I10) se midieron de acuerdo con la norma ASTM D-1238 a 190 °C y a 2,16 kg y 10 kg de carga, respectivamente. Sus valores se expresan en g/10 min.

Densidad

Las muestras para medida de la densidad se prepararon de acuerdo con la norma ASTM D4703. Las medidas se 10 realizaron en un período de una hora desde el prensado de la muestra usando la norma ASTM D792, Método B.

Reología de cizalla dinámica

Las muestras se moldearon por compresión en placas circulares de 3 mm de grosor x 25 mm de diámetro a 177 °C durante 5 minutos bajo una presión en aire de 10 MPa. La muestra se retiró a continuación de la prensa y se colocó sobre la encimera para enfriarse.

15 Se realizaron mediciones de barridos de frecuencia constante en un reómetro de deformación controlada ARES (TA Instruments) equipado con placas paralelas de 25 mm, bajo una purga de nitrógeno. Para cada medición, el reómetro se equilibró térmicamente durante al menos 30 minutos antes de poner la diferencia a cero. La muestra se colocó en la placa y se dejó fundir durante cinco minutos a 190 °C. Se cerraron entonces las placas hasta 2 mm, se recortó la muestra y luego se inició la prueba. El procedimiento tiene un retardo adicional incorporado de 5 minutos,

20 para permitir el equilibrado de la temperatura. Los experimentos se llevaron a cabo a 190 °C en un intervalo de frecuencias de 0,1-100 rad/s en cinco puntos por intervalo de década. La amplitud de deformación se mantuvo constante a 10%. La respuesta al esfuerzo se analizó en términos de amplitud y fase, a partir de las cuales se calcularon el módulo de almacenamiento (G'), el módulo de pérdidas (G"), el módulo complejo (G*), la viscosidad dinámica (η*), y la tan (δ) o tan delta.

25 Resistencia del fundido

Las mediciones de resistencia del fundido se llevan a cabo en un Gottfert Rheotens 71.97 (Goettfert Inc.; Rock Hill, SC) unido a un reómetro capilar Gottfert Rheotester 2000. Se extrude una masa fundida de polímero a través de una

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boquilla capilar con un ángulo de entrada plano (180 grados) con un diámetro capilar de 2,0 mm y una relación de aspecto (longitud del capilar/ diámetro del capilar) de 15.

Después de equilibrar las muestras a 190 °C durante 10 minutos, se prueba el pistón a una velocidad de pistón constante de 0,265 mm/segundo. La temperatura de prueba normalizada es de 190 °C. La muestra se estira uniaxialmente hasta un conjunto de presión de aceleración situado 100 mm por debajo de la boquilla con una aceleración de 2,4 mm/segundo2. La fuerza de tracción se registra como una función de la velocidad de recogida de los rodillos de presión. La resistencia del fundido se expresa como la fuerza de meseta (cN) antes de la rotura de la hebra. Se usan las siguientes condiciones en las mediciones de la resistencia del fundido: Velocidad del émbolo = 0,265 mm/segundo; aceleración de la rueda = 2,4 mm/s2; diámetro del capilar = 2,0 mm; longitud del capilar = 30 mm; y diámetro del cilindro = 12 mm.

Determinación de la cristalinidad por DSC

Se puede usar Calorimetría de Barrido Diferencial (DSC) para medir la cristalinidad de una muestra a una temperatura determinada para un amplio intervalo de temperaturas. Para los Ejemplos, para llevar a cabo las pruebas se usa un equipo DSC TA modelo Q1000 (TA Instruments; New Castle, DE) equipado con un accesorio de enfriamiento de Sistema de Enfriamiento Refrigerado (RCS -Refrigerated Cooling System) y un módulo de automuestreo. Durante las pruebas, se usa un flujo de gas de purga de nitrógeno de 50 ml/minuto. Cada muestra se prensa en una película delgada y se funde en la prensa a aproximadamente 175 °C; la muestra fundida se enfría con aire hasta temperatura ambiente (∼25 °C). Se corta una muestra de 3-10 mg del material enfriado en un disco de 6 mm de diámetro, se pesa y se coloca en una cubeta de aluminio ligera (aprox. 50 mg), y se sella por compresión. La muestra se prueba a continuación para determinar su comportamiento térmico.

El comportamiento térmico de la muestra se determina cambiando la temperatura de la muestra hacia arriba y hacia abajo para crear un perfil de respuesta frente a temperatura. La muestra se calienta primero rápidamente hasta 180 °C y se mantiene en un estado isotérmico durante 3 minutos con el fin de eliminar cualquier historia térmica previa. A continuación, se enfría la muestra hasta -40 °C a una velocidad de enfriamiento de 10 °C/minuto y se mantiene a -40 °C durante 3 minutos. Se calienta a continuación la muestra hasta 150 °C a una velocidad de calentamiento de 10 °C/minuto. Se registran las curvas de calentamiento primera y segunda. Los valores determinados son la temperatura máxima de fusión (Tm), la temperatura máxima de cristalización (Tc), el calor de fusión (Hf), y el % de cristalinidad para muestras de polietileno calculado usando la siguiente ecuación:

% Cristalinidad = [(Hf(J/g))/(292 J/g)] x 100

El calor de fusión (Hf) y la temperatura máxima de fusión se expresan a partir de la segunda curva de calentamiento. La temperatura máxima de cristalización se determina a partir de la curva de enfriamiento.

Cromatografía de Exclusión a Alta Temperatura

El sistema de Cromatografía de Exclusión (GPC) consiste en un cromatógrafo Waters (Milford, Mass) 150C de alta temperatura (otros instrumentos de GPC de alta temperatura adecuados incluyen Polymer Laboratories (Shropshire, Reino Unido) Modelo 210 y Modelo 220) equipado con un refractómetro diferencial en el equipo (RI) (otros detectores de concentración adecuados pueden incluir un detector infrarrojos IR4 de Polymer ChAR (Valencia, España)). La obtención de datos se lleva a cabo usando el programa Viscotek TriSEC, Version 3, y un Viscotek Data Manager DM400 de cuatro canales. El sistema también está equipado con un dispositivo de desgasificación de disolvente en línea de Polymer Laboratories (Shropshire, Reino Unido).

Pueden usarse columnas de GPC de alta temperatura adecuadas tales como cuatro columnas de 30 cm de longitud Shodex HT803 de 13 micrómetros o cuatro columnas de 30 cm de Polymer Labs de relleno con tamaño de poro mixto de 20 micrómetros (MixA LS, Polymer Labs). El compartimento del carrusel de muestras se opera a 140 °C y el compartimento de la columna se opera a 150 °C. Las muestras se preparan a una concentración de 0,1 gramos de polímero en 50 ml de disolvente. El disolvente de cromatografía y el disolvente de preparación de muestras contiene 200 ppm de triclorobenceno (TCB). Ambos disolventes se pulverizan con nitrógeno. Las muestras de polietileno se agitan suavemente a 160 °C durante cuatro horas. El volumen de inyección es de 200 microlitros. El caudal a través del GPC se fija en 1 ml/minuto.

El ajuste de la columna de GPC se calibra experimentando con 21 patrones de poliestireno de estrecha distribución de peso molecular. El peso molecular (MW) de los patrones varía desde 580 hasta 8.400.000, y los patrones están contenidos en 6 mezclas "cóctel". Cada mezcla patrón tiene al menos una década de separación entre pesos moleculares. Las mezclas patrón se adquirieron de Polymer Laboratories. Los patrones de poliestireno se preparan a 0,025 g en 50 ml de disolvente para pesos molecular iguales a o mayores de 1.000.000 y 0,05 g en 50 ml de disolvente para pesos moleculares menores de 1.000.000. Los patrones de poliestireno se disolvieron a 80 °C con agitación suave durante 30 minutos. Las mezclas de patrones estrechos se experimentan primero en orden de componente de peso molecular mayor decreciente para minimizar la degradación. Los pesos moleculares máximos del patrón de poliestireno se convierten en peso molecular de polietileno usando la siguiente Ecuación (como se describe en Williams and Ward, J. Polym. Sci., Polym. Letters, 6, 621 (1968)):

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Mpolietileno = A x (Mpoliestireno)B,

donde M es el peso molecular de polietileno o poliestireno (según se indique), y B es igual a 1,0. Se sabe por los expertos en la técnica que A puede estar en un intervalo de aproximadamente 0,38 a aproximadamente 0,44 y se determina en el momento de calibración usando un patrón de polietileno. El uso de este procedimiento de calibración de polietileno para obtener valores de peso molecular, tales como la distribución de peso molecular (MWD o Mw/Mn), y estadísticas relacionadas (en general se refiere a resultados de GPC o cc-GPC convencionales), se define aquí como el procedimiento modificado de Williams and Ward.

RMN de 13C

Las muestras se prepararon añadiendo aproximadamente 2,7 g de una mezcla 50/50 de tetracloroetanod2/ortodiclorobenceno que contiene 0,025 M de Cr(AcAc)3 a 0,4 g de muestra en un tubo de RMN de 10 mm Norell 1001-7, y luego purgando en N2 durante 2 horas. Las muestras se disolvieron y homogeneizaron calentando el tubo y su contenido hasta 150°C usando un bloque de calentamiento y una pistola térmica. Cada muestra se inspeccionó visualmente para garantizar la homogeneidad. Los datos se recogieron usando un espectrómetro Bruker 400 MHz equipado con una sonda de alta temperatura Bruker Dual DUL CryoProbe. Los datos se adquirieron a 57-80 horas por fichero de datos, un retardo de repetición de impulso de 7,3 segundos (6 segundos de retardo + 1,3 segundos de tiempo de adquisición), ángulos de giro de 90 grados, y desacoplamiento con compuerta inversa con una temperatura de muestra de 120°C. Todas las mediciones se realizaron en muestras no giratorias en modo bloqueado. Las muestras se homogeneizaron inmediatamente antes de la inserción en el cargador de muestras de RMN calentado (125°C) y se dejaron equilibrar térmicamente en la sonda durante 7 minutos antes de la adquisición de datos. El número de ramificación se calculó a partir de la integral de la región de pico a 32,7 ppm y su razón relativa del pico de LDPE puro.

Procedimiento de Fraccionamiento por Elución y Cristalización (CEF)

El análisis de distribución de comonómero se lleva a cabo con Fraccionamiento por Elución y Cristalización (CEF) (PolymerChar en España) (B Monrabal et al, Macromol. Symp. 257, 71-79 (2007)). Como disolvente se usa ortodiclorobenceno (ODCB) con 600 ppm de antioxidante hidroxitolueno butilado (BHT). La preparación de muestras se realiza con un automuestreador a 160 °C durante 2 horas agitando a 4 mg/ml (a no ser que se especifique otro). El volumen de inyección es 300 µl. El perfil de temperatura de CEF es: cristalización a 3 °C/min desde 110 °C hasta 30° C, el equilibrio térmico a 30 °C durante 5 minutos, elución a 3 °C/min desde 30 °C hasta 140° C. El caudal durante la cristalización está en 0,052 ml/min. El caudal durante la elución está en 0,50 ml/min. Los datos se recogen en un punto de datos/segundo.

La columna de CEF se rellena por Dow Chemical Company con perlas de vidrio a 125 µm± 6% (MO-SCI Specialty Products) con tubo flexible inoxidable de 3,175 mm (1/8 pulgada). Las perlas de vidrio se lavan al ácido por MO-SCI Specialty con el requisito de Dow Chemical Company. El volumen de columna es 2,06 ml. La calibración de la temperatura de columna se lleva a cabo usando una mezcla de polietileno lineal material de referencia patrón NIST 1475a (1,0 mg/ml) y Eicosane (2 mg/ml) en ODCB. La temperatura se calibra ajustando la velocidad de calentamiento de elución de modo que el polietileno lineal NIST 1475a tiene una temperatura máxima a 101,0 °C, y Eicosane tiene una temperatura máxima de 30,0 °C. La resolución de la columna CEF se calcula con una mezcla de polietileno lineal NIST 1475a (1,0 mg/ml) y hexacontano (Fluka, puro, ≥97,0%, 1 mg/ml). Se obtiene una separación basal de hexacontano y polietileno NIST 1475a. El área de hexacontano (desde 35,0 hasta 67,0 °C) al área de NIST 1475a desde 67,0 hasta 110,0°C es 50 a 50, la cantidad de fracción soluble por debajo de 35,0 °C es <1,8 % en peso. La resolución de la columna CEF se define en la siguiente ecuación:

Temperatura máxima NIST 1475a -Temperatura máxima hexacontano Resolución =

Ancho a media altura de NIST 1475a + Ancho a media altura hexacontano

donde la resolución de la columna es 6,0.

Procedimiento de medición de la viscosidad de cizalla cero por fluencia

Las viscosidades de cizalla cero se obtienen por pruebas de fluencia que se llevaron a cabo en un reómetro de esfuerzo controlado AR-G2 (TA Instruments; New Castle, Del) usando placas paralelas de 25 mm de diámetro a 190 °C. El horno del reómetro se ajusta a la temperatura de prueba durante al menos 30 minutos antes de poner a cero las fijaciones. A la temperatura de prueba se inserta un disco de muestra moldeado por compresión entre las placas y se deja llegar al equilibrio durante 5 minutos. La placa superior se hace bajar entonces hasta 50 µm por encima de la separación de prueba deseada (1,5 mm). Se recorta todo el material superfluo y la placa superior se hace bajar hasta la separación deseada. Se realizan mediciones bajo purga de nitrógeno a un caudal de 5 ml/min. Se ajusta el tiempo de fluencia por defecto durante 2 horas.

Se aplica una deformación en cizalla baja constante de 20 Pa para todas las muestras para garantizar que la velocidad de deformación en cizalla en estado estacionario es suficientemente baja para estar en la región Newtoniana. Las velocidades de deformación en cizalla en estado estacionario resultantes están en el intervalo de

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