Procedimiento para obtener disoluciones de poli(alfa-olefina) de peso molecular elevado, y procedimiento para obtener artículos.

Un procedimiento para la preparación continua de disoluciones que comprenden hasta 50% en peso de una UHMW PO que tiene una viscosidad intrínseca de 5 a 45 dl/g medida en decalina a 135º C,

que comprende las etapas de:

a) formar una suspensión de partículas de UHMW PO en un disolvente para la UHMW PO a una primera temperatura que está por debajo de la temperatura a la que dichas partículas de UHMW PO se disolverán en el disolvente;

b) procesar dicha suspensión a través de una extrusora que opera de manera que se forma una mezcla del disolvente y la UHMW PO a una segunda temperatura por encima de la temperatura de fusión de dicha UHMW PO, y el caudal de UHMW PO es al menos la cantidad 2, 5 D2 (2, 5 x D x D) gramos por minuto, en la que D representa el diámetro del tornillo de dicha extrusora en centímetros;

c) opcionalmente, descargar dicha mezcla de la extrusora a través de una bomba de desplazamiento positivo;

d) hacer pasar dicha mezcla a través de una vasija calentada a una temperatura por encima de la temperatura de fusión de dicha UHMW PO en dicho disolvente, teniendo dicha vasija calentada un volumen de manera que el tiempo medio de permanencia de la mezcla en dicha vasija es de 2 a 120 minutos, con lo que se forma una disolución de dicha UHMW PO.

Procedimiento para obtener disoluciones de poli (alfa-olefina) de peso molecular elevado, y procedimiento para obtener artículos ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1. Campo de la invención

La invención se refiere a un procedimiento para la preparación continua de disoluciones de poli (alfa-olefina) de peso molecular elevado, y a un procedimiento para obtener artículos moldeados.

2. Descripción de la técnica relacionada

En la técnica anterior se han descrito varios procedimientos para el hilado en disolución de polímeros de peso molecular elevado. El hilado en disolución de polietileno de peso molecular elevado se describió en las patentes de los Estados Unidos (USPs) 4.413.110, 4.344.908, 4.430.383 y 4.663.101, por ejemplo, todas las cuales se incorporan aquí como referencia en el grado en que no sean incompatibles aquí. El hilado en disolución de polialcohol vinílico de peso molecular elevado y de poliacrilonitrilo de peso molecular elevado se describió en las patentes de los Estados Unidos (USPs) 4.440.711 y 4.883.628, respectivamente.

Los métodos de preparación continua de disoluciones de polímeros de peso molecular elevado conjuntamente con el hilado en disolución se describieron en las USPs 4.413.110, 4.440.711, 4.663.101, 4.668.717, 4.478.820, 4.883.628, 5.032.338, WO 2005/066400, WO 2005/066401, y en la publicación titulada "Suspension Spinning of Ultra-high Molecular Weight Polyethylene" de J. Smook y A.J. Pennings, Polymer Bulletin, 10, 291-297 (1983) .

La USP 4.413.110 describe un procedimiento en el que se formó en una primera vasija una suspensión de polietileno de peso molecular elevado. Con un tiempo de permanencia suficiente, la suspensión se convirtió en una disolución en una mezcladora intensa. La disolución de polímero se alimentó a una extrusora, y después a una hilera por medio de una bomba de engranajes.

La USP 4.668.717 describe un procedimiento en el que una suspensión de polietileno de peso molecular elevado en decalina a temperatura ambiente se alimentó a una extrusora de dos tornillos cogiratorios que tiene secciones de mezclamiento y de transporte alternas. Con suficiente tiempo de permanencia, velocidad de cizallamiento y temperatura, se formó una disolución del polímero en la extrusora y se suministró a una abertura, opcionalmente a través de una bomba de engranajes. Los documentos WO 2005/066400 y WO 2005/066401 describen el uso de una extrusora de doble tornillo para formar una disolución de polímero conjuntamente con condiciones de hilatura y estirado particulares.

La USP 4.784.820 describe un procedimiento en el que se formó una suspensión de polímero de peso molecular elevado que se transfirió a presión por medio de una bomba de desplazamiento positivo a una extrusora de tornillo. Con suficiente tiempo de permanencia y temperatura, se formó una disolución en la extrusora y se alimentó a una hilera por medio de una bomba medidora.

La USP 5.032.338 describe dos procedimientos. En un procedimiento, se formó una suspensión de polietileno de peso molecular elevado en una vasija mezcladora, y después se hizo pasar a través de un tubo en espiral calentado y directamente a una hilera. En un segundo procedimiento, se formó una suspensión de polietileno de peso molecular elevado en una vasija mezcladora. La suspensión se hizo pasar a través de un precalentador durante un tiempo y temperatura suficientes para disolver 5 a 50% del polímero. El procedimiento de disolución se completó en una extrusora de tornillo, y la disolución se hizo pasar a una bomba de engranajes y a una hilera. La distribución de tamaños de partículas de polietileno fue tal que al menos 75% en peso de las partículas estuvieron en el intervalo de 100 a 400 micrómetros de tamaño.

La publicación mencionada anteriormente, de J. Smook y A.J. Pennings, describe la preparación semicontinua de disoluciones de peso molecular elevado. Se formó una suspensión de polvo de polietileno en una disolución de estearato de aluminio en un disolvente mixto que consiste en 80/20 v/v de aceite de parafina/1, 2, 4-triclorobenceno que tiene una densidad pareja con la densidad del polietileno. La disolución de polietileno se formó bombeando esta suspensión a través de un tubo en espiral calentado, con un tiempo de permanencia de alrededor de 30 minutos. Se observó que había que tener un cuidado especial para evitar el tamponamiento del tubo.

Cada una de las patentes y publicaciones citadas anteriormente representaron un progreso en el estado de la técnica. Sin embargo, ninguna describió el procedimiento específico de esta invención, y ninguna satisfizo todas las necesidades satisfechas por esta invención. Estos métodos primitivos tuvieron varias desventajas. Las mezcladoras intensas y las extrusoras de tornillo descritas por varias de las patentes de la técnica anterior tienen un gran consumo tanto de capital como de energía. Son dispositivos excelentes para el mezclamiento distributivo, pero son dispositivos muy costosos para la provisión de tiempo de permanencia. A fin de proporcionar un tiempo de

permanencia suficiente para la terminación del procedimiento de disolución en estos dispositivos, los caudales y las capacidades de producción están infrautilizados. Los recipientes de disolución tubulares descritos por USP

5.032.338 y el artículo mencionado anteriormente de Smook y Pennings fueron sensibles a la distribución de los tamaños de partículas del polímero, y/o fueron objeto de taponamiento.

Existe la necesidad de un procedimiento robusto por cuanto sea capaz de producir materiales fuertes a una capacidad de producción elevada, sea sensible a la distribución de tamaños de partículas del polímero, y sea conservador con respecto a los requisitos de capital y energía.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La invención es un procedimiento de productividad elevada para la preparación continua de disoluciones de poli (alfa

olefinas) de peso molecular ultraelevado, y artículos moldeados obtenidos a partir de ellas. Para los fines de la invención, una poli (alfa-olefina) de peso molecular ultraelevado (en lo sucesivo abreviada opcionalmente aquí como UHMW PO) se define como aquella que tiene una viscosidad intrínseca, medida en decalina a 135º C, de 5 a 45 dl/g. La UHMW PO puede ser un homopolímero, tal como, por ejemplo, polietileno, polipropileno, polibuteno-1, o puede ser un copolímero de alfa-olefinas, o puede consistir en al menos 50% en moles de un monómero de alfa-olefina copolimerizado con un monómero no olefínico.

En una primera realización, la invención es un procedimiento para la preparación continua de disoluciones que comprenden hasta 50% en peso de UHMW PO que tiene una viscosidad intrínseca de 5 a 45 dl/g medida en decalina a 135º C, que comprende las etapas de:

a) formar una suspensión de partículas de UHMW PO en un disolvente para la UHMW PO a una primera 20 temperatura que está por debajo de la temperatura a la que las partículas de UHMW PO se disolverán en el disolvente;

b) procesar la suspensión a través de una extrusora que opera de manera que se forma una mezcla del disolvente y la UHMW PO a una segunda temperatura por encima de la temperatura de fusión de la UHMW PO, y el caudal de UHMW PO en la mezcla es al menos la cantidad 2, 5 D2 (2, 5 x D x D)

gramos por minuto, en la que D representa el diámetro del tornillo de la extrusora en centímetros;

c) opcionalmente, descargar la mezcla de la extrusora a través de una bomba de desplazamiento positivo;

d) hacer pasar la mezcla a través de una vasija calentada a una temperatura por encima de la temperatura de fusión de la UHMW PO, teniendo la vasija un volumen de manera que el tiempo medio 30 de permanencia de la mezcla en la vasija es de 2 a 120 minutos, con lo que se forma una disolución de la UHMW PO.

En otra realización, la invención es un procedimiento para la preparación continua de artículos moldeados a partir de suspensiones de UHMW PO, que comprende las etapas:

a) formar una suspensión de partículas de UHMW PO que tiene una viscosidad intrínseca, medida en 35 decalina a 135º C, de 5 a 45 dl/g en un disolvente para la UHMW PO a una primera temperatura que está por debajo de la temperatura a la cual las partículas de UHMW PO se disolverán en el disolvente;

b) procesar la suspensión a través de una extrusora que opera de manera que se forma una mezcla del disolvente y la UHMW PO a una... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para la preparación continua de disoluciones que comprenden hasta 50% en peso de una UHMW PO que tiene una viscosidad intrínseca de 5 a 45 dl/g medida en decalina a 135º C, que comprende las etapas de:

a) formar una suspensión de partículas de UHMW PO en un disolvente para la UHMW PO a una primera temperatura que está por debajo de la temperatura a la que dichas partículas de UHMW PO se disolverán en el disolvente;

b) procesar dicha suspensión a través de una extrusora que opera de manera que se forma una mezcla del disolvente y la UHMW PO a una segunda temperatura por encima de la temperatura de fusión de 10 dicha UHMW PO, y el caudal de UHMW PO es al menos la cantidad 2, 5 D2 (2, 5 x D x D) gramos por minuto, en la que D representa el diámetro del tornillo de dicha extrusora en centímetros;

c) opcionalmente, descargar dicha mezcla de la extrusora a través de una bomba de desplazamiento positivo;

d) hacer pasar dicha mezcla a través de una vasija calentada a una temperatura por encima de la temperatura de fusión de dicha UHMW PO en dicho disolvente, teniendo dicha vasija calentada un volumen de manera que el tiempo medio de permanencia de la mezcla en dicha vasija es de 2 a 120 minutos, con lo que se forma una disolución de dicha UHMW PO.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha suspensión se mantiene a una temperatura por debajo de la temperatura a la que la UHMW PO se disolverá en el disolvente y durante un tiempo suficiente de manera que las partículas de UHMW PO absorberán al menos 5% en peso del disolvente antes de procesar dicha suspensión a través de una extrusora.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha extrusora es una extrusora de dos tornillos engranados entre sí y que giran en el mismo sentido, y en el que los elementos del tornillo de dicha extrusora son elementos de transporte hacia delante.

4. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que dicha vasija calentada es una tubería que contiene una o más mezcladoras estáticas.

5. Un procedimiento para la preparación continua de artículos moldeados a partir de suspensiones de UHMW PO de peso molecular ultraelevado, que comprende las etapas de:

a) formar una suspensión de partículas de UHMW PO de peso molecular ultraelevado que tiene una viscosidad intrínseca, medida en decalina a 135º C, de 5 a 45 dl/g en un disolvente para la UHMW PO a una primera temperatura que está por debajo de la temperatura a la cual dicha UHMW PO se disolverá en dicho disolvente;

b) procesar dicha suspensión a través de una extrusora que opera de manera que se forma una mezcla de dicho disolvente y dicha UHMW PO a una segunda temperatura por encima de la temperatura de fusión de dicha UHMW PO, y el caudal de UHMW PO en dicha mezcla es al menos la cantidad 2, 5 D2 (2, 5 x D x D) gramos por minuto, en la que D representa el diámetro del tornillo de la extrusora en centímetros;

c) opcionalmente, descargar dicha mezcla de la extrusora a través de una bomba de desplazamiento positivo;

d) hacer pasar dicha mezcla a través de una vasija calentada a una temperatura por encima de la temperatura de fusión de dicha UHMW PO, teniendo dicha vasija un volumen de manera que el tiempo medio de permanencia de la mezcla en dicha vasija es de 2 a 120 minutos, con lo que se forma una disolución de dicha UHMW PO;

e) hacer pasar la disolución así formada hacia fuera de dicha vasija a través de una bomba de 45 desplazamiento positivo y a través de un orificio de moldeo, estando dicha disolución a una temperatura por debajo del punto de ebullición atmosférico de dicho disolvente, para formar un artículo en disolución moldeado;

f) opcionalmente, estirar el artículo en disolución moldeado;

g) enfriar el artículo en disolución moldeado para formar un artículo en gel moldeado;

h) opcionalmente estirar el artículo en gel moldeado;

i) sustancialmente eliminar el disolvente de dicho artículo en gel moldeado para formar un artículo sólido moldeado; y j) opcionalmente estirar el artículo sólido moldeado en una o más etapas a temperaturas de 25º C a 5 165º C.

6. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que dicha suspensión se mantiene a una temperatura por debajo de la temperatura a la que la UHMW PO se disolverá en el disolvente y durante un tiempo suficiente de manera que las partículas de UHMW PO absorberán al menos 5% en peso del disolvente antes de procesar dicha suspensión a través de una extrusora.

7. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que dicha extrusora es una extrusora de dos tornillos engranados entre sí y que giran en el mismo sentido, y en el que los elementos del tornillo de dicha extrusora son elementos de transporte hacia delante.

8. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que dicho artículo sólido moldeado es una fibra, cinta, película, lámina o tubo.