Un artículo de fabricación que comprende

un polietileno de peso molecular ultra-elevado (UHMWPE) mezclado con un aceite de procesado y un lubricante que se escoge entre el grupo que consiste en ésteres de ácido graso,

ésteres de ácido graso etoxilados, ésteres de glicol, ésteres de PEG, ésteres de glicerol, ésteres etoxilados, ésteres de sorbitol, ésteres de sorbitol etoxilados, etoxilatos aromáticos, etoxilatos de alcohol, etoxilatos de mercaptano, etoxilatos modificados, tensioactivos de amida, ésteres de fosfato, ésteres de fosfonato, ésteres de fosfito, sulfatos de alquilo, éteres de ácido graso, sulfatos de éter de alquilo, sulfatos de éter de alquilarilo, sulfonatos de naftaleno, sulfosuccinatos, ésteres sulfonados, amidas sulfonadas, carboxilatos de éter de alquilo, carboxilatos de éter de alquilarilo, aminas cuaternarias de amino, aminas etoxiladas, derivados de imidazolina, betaínas, sultaínas, aminopropionato, derivados de catecol, ácidos grasos saturados, ácidos grasos insaturados y sus combinaciones.

Artículos de polietileno de peso molecular ultra-elevado y método de fabricación Campo de la invención La invención va destinada a artículos de polietileno de peso molecular ultra-elevado (UHMWPE) y a su fabricación.

Antecedentes de la invención

UHMWPE es difícil de procesar ya que la resina no fluye cuando se encuentra en masa fundida. Berins, M.L., ed., Plastics Engineering Handbook of the Society of the Plastic Industr y , Chapman & Hall, New York City, NY (1991) , p.

52. Por consiguiente, UHMWPE se procesa mediante sinterización, moldeo por compresión, extrusión mediante pistón o procesado de gel. La sinterización es un proceso en el que las resinas se someten a aglomeración por medio de difusión en estado sólido. Normalmente, el calor y la presión resultan esenciales. El moldeo por compresión es un proceso en el que las resinas se conforman entre las caras de un molde por medio de calor y presión. La extrusión mediante pistón es un proceso en el que las resinas se conforman forzándolas a través de un troquel. La fuerza es proporcionada por un pistón. Las patentes de EE.UU. Nos. 5.234.652 y 5.399.308 describen un proceso de extrusión en seco para una mezcla que consta de resinas y un lubricante. El procesado de gel es un proceso en el que las resinas se forman para dar lugar a geles para el procesado posterior. El gel es una disolución diluida o suspensión de resina en un disolvente, por ejemplo, un disolvente apto para extracción (o un aceite o un plastificante) .

UHMWPE es un gel hilado en fibras. En el hilado de gel, el mecanismo principal de solidificación es la formación de gel de la disolución de polímero mediante enfriamiento para formar un filamento de gel que consiste en polímero precipitado y disolvente. La retirada de disolvente se consigue tras la solidificación mediante lavado en un baño líquido. Este proceso también se usa para formar película microporosas. Véase patentes de EE.UU. Nos. 4.588.633 y 5.248.461. En la patente de EE.UU. Nº . 4.588.633, la disolución de gel consiste en 2-4 % en peso de UHMWPE. Véase Ejemplos 1-12. En la patente de EE.UU. Nº . 5.248.461, la disolución de gel consiste en hasta 20 % en peso de UHMWPE. Véase Ejemplos 1-20. Estas membranas son útiles, entre otros, como separadores para células electroquímicas. Véase las patentes de EE.UU. Nos. 4.588.633, columna 4, renglones 30-36 y 5.248.461, columna 4, renglones 57-60.

Otra variante del procesado de gel es el procesado de gel con una sustancia de relleno. Por ejemplo, véase las patentes de EE.UU. Nos. 3.351.495, 4.833.172 y 5.948.557. De manera general, UHMWPE, un aceite de procesado (o plastificante) y una sustancia de relleno se mezclan en un dispositivo de extrusión y posteriormente se fabrican láminas microporosas. En la patente de EE.UU. Nº . 3.351.495, la disolución consisten en hasta 20 % en volumen de UHMWPE. Véase los Ejemplos 6, 8, 18, 19, 20 y 21. Se usaron las membranas microporosas formadas como separadores para las baterías. Véase columna 1, renglones 24-33. En las patentes de EE.UU. Nos. 4.833.172 y 5.948.557, se añade un lubricante de estearato de calcio/cinc, PETRAC® CZ-81, a la disolución. Véase Tablas 1 y 2, respectivamente. Se usaron las membranas microporosas formadas como marcadores, membranas de difusión y separadores. Véase la patente de EE.UU. Nº . 5.948.557, columna 1, renglones 27-41.

La patente de EE.UU. Nº . 5.326.391 describe un material microporoso que comprende UHMWPE y un lubricante.

Existe una necesidad para mejorar la aptitud de procesado de UHMWPE.

Sumario de la invención

Un artículo de fabricación comprende un polietileno de peso molecular ultra-elevado (UHMWPE) mezclado con un aceite de procesado y un lubricante que se escoge entre el grupo formado por ésteres de ácido graso, ésteres de ácido graso etoxilados, ésteres de glicol, ésteres PEG, ésteres de glicerol, ésteres etoxilados, ésteres de sorbitol, ésteres de sorbitol etoxilados, etoxilatos aromáticos, etoxilatos de alcohol, etoxilatos de mercaptano, etoxilatos modificados, tensioactivos de amida, ésteres de fosfato, ésteres de fosfonato, ésteres de fosfito, sulfatos de alquilo, éteres de ácido graso, sulfatos éter de alquilo, sulfatos éter de alquilarilo, sulfonatos de naftaleno, sulfosuccinatos, ésteres sulfonados, amidas sulfonadas, carboxilatos de éter de alquilo, carboxilatos de éter de alquilarilo, aminas cuaternarias, aminas etoxiladas, derivados de imidazolina, betaínas, sultaínas, aminopropionatos, derivados de catecol, ácidos grasos saturados, ácidos grasos insaturados y sus combinaciones. También se describe el método para preparar estos artículos.

Descripción de la invención El artículo de fabricación es cualquier artículo conformado. Por ejemplo, los artículos de fabricación pueden incluir, pero no se limitan a, películas, fibras, láminas, placas, losas, barras, vástagos, pletinas y bloques. Preferentemente, estos artículos se preparan mediante un proceso de extrusión. Estos artículos también pueden ser microporosos, por ejemplo, láminas microporosas y películas.

El polietileno de peso molecular ultraelevado (UHMWPE) es un polímero de polietileno que tiene un peso molecular

medio expresado en peso mayor que 5x105. El polímero es bien un homopolímero de etileno o un copolímero de etileno, con como máximo 10 % en moles de una o más alfa-olefinas. El polímero puede ser una mezcla con UHMWPE que comprende al menos 50 % en peso de la mezcla y el equilibrio siendo otros polímeros, tales como, por ejemplo, poliolefinas y sintéticos y cauchos naturales. El peso molecular medio expresado en peso preferido es mayor que 2 x 106. El UHMWPE más preferido tiene un peso molecular expresado en peso mayor que 5 x 106. Las resinas de UHMWPE se encuentran disponibles comercialmente como GUR a partir de Ticona LLC de Summit, NJ, STAMYLAN de DSM de Geleen, Holanda, UTEC de Polyailden de Camacari, Brasil y HI-ZEX Million, LUBMER y MIPELON, cada una de Mitsui Chemical of Tokyo, Japón. Se prefieren GUR 4130 (peso molecular de aproximadamente 4-5 millones) y GUR 4170 (peso molecular de aproximadamente 8-9 millones) .

El aceite de procesado (o plastificante de procesado) presenta un efecto de solvatación sobre UHMWPE a temperaturas bajas (por ejemplo, 60 oC) , pero presenta un efecto de solvatación importante a temperaturas elevadas (por ejemplo, 200 oC) . Dichos aceites incluyen aceites parafínicos, aceites naftalénicos y aceites aromáticos, así como también otros materiales que incluyen los plastificantes de éster de ftalato tal como ftalato de dibutilo, ftalato de bis (2-etileno) , ftalato de diisodecilo, ftalato de diciclohexilo, ftalato de bencilo y butilo y ftalato de ditridecilo. Aceites adicionales, plastificantes y/o disolventes se mencionan en las patentes de EE.UU. Nos. 3.351.495; 4.588.633; 4.833.172; 5.248.461; y 5.948.557.

La sustancia de relleno incluye cualquier sustancia de relleno en forma de partículas como se conoce bien en la técnica. Por ejemplo, véase las patentes de EE.UU. Nos. 3.351.495; 4.833.172 y 5.948.557. Preferentemente, la sustancia de relleno es sílice. Dichas sustancias de relleno se encuentran comercialmente disponibles con el nombre comercial de HiSil® de PPG Industries, Inc. de Pittsburgh, PA, SIPERANT de Degussa AG de Wesseling, Alemania, ZEOSIL de Rhodia, Inc. de Cranberr y , NJ o KETJENSIL de Azko Chemie of Compiegne, Francia.

Se pueden añadir cantidades menores de componentes auxiliares. Dichos componentes auxiliares incluyen: negro de carbono, estabilizadores y anti-oxidantes. Los compuestos son convencionales y se conocen en la técnica.

Los lubricantes son compuestos que, cuando se añaden a una mezcla de UHMWPE, mejoran la aptitud de procesado de la mezcla de UHMWPE. Una aptitud de procesado mejorada se refiere a una reducción del tiempo de fusión (el tiempo que tarda el sistema polimérico en fundir (o disolverse) para dar lugar a una disolución apta para fluir) . La aptitud de procesado mejorada también se observa como una reducción del consumo de energía por parte del motor y como una reducción de la temperatura de mezcla cuando se comparan sistemas con y sin los lubricantes. Los resultados que surgen de este fenómeno incluyen, pero no se limitan a, disminuir el consumo de energía, una menor degradación térmica y mecánica del polímero, mayor resistencia del polímero, menor desgaste de máquina y mayores rendimientos de polímero.

Dichos lubricantes se escogen entre las clases de material que consisten en: ésteres de ácido... [Seguir leyendo]

1. Un artículo de fabricación que comprende un polietileno de peso molecular ultra-elevado (UHMWPE) mezclado con un aceite de procesado y un lubricante que se escoge entre el grupo que consiste en ésteres de ácido graso, ésteres de ácido graso etoxilados, ésteres de glicol, ésteres de PEG, ésteres de glicerol, ésteres etoxilados, ésteres de sorbitol, ésteres de sorbitol etoxilados, etoxilatos aromáticos, etoxilatos de alcohol, etoxilatos de mercaptano, etoxilatos modificados, tensioactivos de amida, ésteres de fosfato, ésteres de fosfonato, ésteres de fosfito, sulfatos de alquilo, éteres de ácido graso, sulfatos de éter de alquilo, sulfatos de éter de alquilarilo, sulfonatos de naftaleno, sulfosuccinatos, ésteres sulfonados, amidas sulfonadas, carboxilatos de éter de alquilo, carboxilatos de éter de alquilarilo, aminas cuaternarias de amino, aminas etoxiladas, derivados de imidazolina, betaínas, sultaínas, aminopropionato, derivados de catecol, ácidos grasos saturados, ácidos grasos insaturados y sus combinaciones.

2. El artículo de la reivindicación 1, en el que dicho lubricante se escoge entre el grupo que consiste en ésteres de ácido graso, ésteres de ácido graso etoxilados, ésteres de PEG, ésteres etoxilados, ésteres de sorbitol, ésteres de sorbitol etoxilados, etoxilatos aromáticos, etoxilatos de alcohol, ésteres de fosfato, ésteres de fosfonato, ésteres de fosfito y sus combinaciones.

3. El artículo de la reivindicación 1, en el que UHMWPE presenta un peso molecular mayor que 2x106.

4. El artículo de la reivindicación 1, en el que UHMWPE presenta un peso molecular mayor que 5x106.

5. El artículo de la reivindicación 1, en el que el artículo es una membrana microporosa que presenta una porosidad mayor que 30 %.

6. Un separador de batería que comprende una membrana microporosa que comprende el artículo de la reivindicación 1.

7. El separador de la reivindicación 6 para una batería de litio.

8. El artículo de la reivindicación 1, en el que el polietileno de peso molecular ultra-elevado (UHMWPE) se mezcla con una sustancia de relleno, el aceite de procesado y el lubricante.

9. El artículo de fabricación de la reivindicación 8, en el que dichos lubricantes se escogen entre el grupo que consiste en ésteres de ácido graso, ésteres de ácido graso etoxilados, ésteres de PEG, ésteres etoxilados, ésteres de sorbitol, ésteres de sorbitol etoxilados, etoxilatos aromáticos, etoxilatos de alcohol, ésteres de fosfato, ésteres de fosfonato, ésteres de fosfito y sus combinaciones.

10. El artículo de fabricación de la reivindicación 8 en el que la proporción en peso de dicho polietileno de peso molecular ultra-elevado con respecto a dicha sustancia de relleno varía de 1:1 a 1:5.

11. El artículo de fabricación de la reivindicación 8, en el que dicho lubricante comprende hasta 15 % en peso.

12. El artículo de fabricación de la reivindicación 8, en el que dicho polietileno de peso molecular ultra-elevado presenta un peso molecular mayo que 2x106.

13. Un separador de batería que comprende una membrana microporosa que comprende el artículo de la reivindicación 8.

14. El separador de la reivindicación 13 para una batería de ácido de plomo.

15. Un método para fabricar un artículo de polietileno de peso molecular ultra-elevado (UHMWPE) que comprende la etapa de:

mezclar polietileno de peso molecular ultra-elevado, aceite de procesado y un lubricante que se escoge entre el grupo que consiste en ésteres de ácido graso, ésteres de ácido graso etoxilados, ésteres de glicol, ésteres PEG, ésteres de glicerol, ésteres etoxilados, ésteres de sorbitol, ésteres de sorbitol etoxilados, etoxilatos aromáticos, etoxilatos de alcohol, etoxilatos de mercaptano, etoxilatos modificados, tensioactivos de amida, ésteres de fosfato, ésteres de fosfonato, ésteres de fosfito, sulfatos de alquilo, éteres de ácido graso, sulfatos de éter de alquilo, sulfatos de éter de alquilarilo, sulfonatos de naftaleno, sulfosuccinatos, ésteres sulfonados, amidas sulfonadas, carboxilatos de éter de alquilo, carboxilatos de éter de alquilarilo, aminas cuaternarias de amino, aminas etoxiladas, derivados de imidazolina, betaínas, sultaínas, aminopropionato, derivados de catecol, ácidos grasos saturados, ácidos grasos insaturados y sus combinaciones, y someter dicha mezcla a extrusión.

16. El método de la reivindicación 15, que además comprende la etapa de someter a extracción el aceite de procesado a partir de dicha mezcla sometida a extrusión.

17. El método de la reivindicación 15, en la que la extrusión comprende además extrusión con husillo, extrusión Brabender y extrusión con película soplada.

18. El método de la reivindicación 15, en el que la proporción en peso de aceite con respecto a lubricante varía de 3:1 a 1:3.

19. El método de la reivindicación 15, en el que UHMWPE comprende hasta 80 % en peso de la mezcla.

20. El método de la reivindicación 15, en el que el lubricante se escoge entre el grupo que consiste en ésteres de ácido graso, ésteres de acido graso etoxilados, ésteres de PEG, ésteres etoxilados, ésteres de sorbitol, ésteres de sorbitol etoxilados, etoxilatos aromáticos, etoxilatos de alcohol, ésteres de fosfato, ésteres de fosfonato, ésteres de fosfito y sus combinaciones.

21. El método para fabricar un polietileno de peso molecular ultra-elevado (UHMWPE) de la reivindicación 15 en el que la etapa de mezcla incluye mezclar el polietileno de peso molecular ultra-elevado, una sustancia de relleno, el aceite de procesado y el lubricante.

22. El método de la reivindicación 21, que además comprende la etapa de extraer el aceite de procesado de dicha mezcla sometida a extrusión.

23. El método de la reivindicación 21, en el que la extrusión comprende además extrusión con husillo, extrusión Brabender y extrusión con película soplada.

24. El método de la reivindicación 21, en el que la proporción en peso de UHMWPE con respecto a la sustancia de relleno varía de 1:1 a 1:5.

25. El método de la reivindicación 21, en el que la proporción en peso de UHMWPE y sustancia de relleno con respecto al aceite varía de 1:1 a 1:2.

26. El método de la reivindicación 21, en el que el lubricante se escoge entre el grupo que consiste en ésteres de ácido graso, ésteres de ácido graso etoxilado, ésteres de PEG, ésteres etoxilados, ésteres de sorbitol, ésteres de sorbitol etoxilados, etoxilatos aromáticos, etoxilatos de alcohol, ésteres de fosfato, ésteres de fosfonato, ésteres de fosfito y sus combinaciones.

27. El método de la reivindicación 21, en el que el lubricante comprende hasta 15 % en peso de la mezcla.