Resinas HDPE para el uso en tubería de presión y aplicaciones relacionadas.

Una composición que comprende:

a) un componente de alto peso molecular que comprende un copolímero de etileno caracterizado por un Mw/Mn menor que o igual a 3,

5, un perfil de ramificación de cadena corta (SCB) sustancialmente constante en la distribución de peso molecular, y un número de ramificaciones de cadena corta (SCB) por 1000 átomos de carbono de la estructura principal de 4,5 a 8 y el copolímero de etileno del componente de alto peso molecular además se caracteriza por un intervalo de peso molecular Mw de 300 a 1.000 kg/mol; y

b) un componente de bajo peso molecular que comprende un copolímero u homopolímero de etileno caracterizado por un Mw de 15 a 75 kg/mol.

Resinas HDPE para el uso en tubería de presión y aplicaciones relacionadas.

Campo técnico de la invención La presente invención se refiere al campo de composiciones poliolefínicas, métodos para producir composiciones poliolefínicas, artículos de fabricación mediante la utilización de composiciones poliolefínicas, y procedimientos para producir artículos de fabricación mediante la utilización de composiciones poliolefínicas.

Antecedentes de la invención El polietileno (PE) es consumido en los EEUU en una proporción de arriba de diez millones de toneladas métricas por año. La naturaleza semicristalina del polietileno lo convierte en un material de elección para muchas aplicaciones de especialidad y commodity. La cristalinidad ofrece muchas características deseables del PE tales como rigidez, resistencia, barrera al transporte de gas, resistencia química, y estabilidad dimensional. La fase no cristalina puede impartir atributos tales como dureza y resistencia al crecimiento lento de grietas.

En la actualidad, puede utilizarse una variedad de resinas de PE para producir tubería de alta rigidez utilizada en aplicaciones de transporte de agua, gas y otros fluidos. La tubería de polietileno clasificada como clasificación celular típica PE-100, MRS 10, o ASTM D3350 345566C es especialmente deseable para el uso en condiciones que requieren clasificaciones de presión más altas. Para obtener una clasificación PE-100, se requiere que la tubería PE-100 cumpla con ciertas normas que especifican rigidez, resistencia a crecimiento lento de grietas, resistencia al ataque químico, y dureza a baja temperatura (expresada como propagación rápida de grietas) . Además, dicha tubería debe cumplir con una norma de deformación que está determinada bajo presión a temperaturas elevadas. La resina que puede emplearse para producir tubería PE-100 de diámetro pequeño (1 pulgada a 12 pulgadas en diámetro) y de diámetro grande (mayor que 12 pulgadas en diámetro) se describe en la Patente Estadounidense 6.867.278, publicada e 23 de octubre de 2003.

También es deseable que la tubería PE-100 exhiba dureza. Esta característica puede ser importante en muchas aplicaciones de tubería de polietileno, tales como, donde la tubería es enterrada bajo el suelo o donde la tubería es utilizada para transportar suspensiones abrasivas o gruesas. Por consiguiente, existe una necesidad de una resina y una tubería PE-100 hecha a partir de la misma que posea propiedades físicas mejoradas y propiedades de resistencia al impacto.

Descripción de la invención La presente invención se refiere a composiciones poliolefínicas, métodos para producir composiciones poliolefínicas, artículos de fabricación mediante la utilización de composiciones poliolefínicas, y procedimientos para producir tubería y otros artículos de fabricación mediante la utilización de composiciones poliolefínicas. Más específicamente, la presente invención se refiere a la producción de tubería de polietileno de clasificación PE-100 y la resina utilizada para fabricar dicha tubería que posea dureza mejorada.

En el transcurso del examen de mezclas poliméricas, se desarrolló una composición polimérica de alto desempeño que proporciona una combinación útil de propiedades tales como polidispersidad, distribución de ramificación de cadena corta, ramificación de cadena larga, propiedades reológicas, y similares, según lo indicado por mediciones tales como dureza de impacto de Charpy y valores de resistencia al crecimiento lento de grietas por PENT de alta tensión. Por ejemplo, las resinas de la presente invención exhiben características y propiedades de procesamiento que son apropiadas para, entre otros usos, aplicaciones de tubería de presión.

En un aspecto, la presente invención proporciona una mezcla de dos polietilenos diferentes de manera tal que la mezcla satisface algunos criterios para calificar como Resinas HDPE PE100. Los polietilenos componentes de la presente invención pueden producirse típicamente mediante la utilización de catalizadores de tipo Ziegler-Natta o tipo metaloceno mediante la utilización de un abordaje de reactor paralelo o en serie. La composición polimérica que comprende una mezcla polimérica puede prepararse en cualquier método conocido en la técnica, que incluye, pero sin limitarse a, mezclar dos polímeros de etileno diferentes, o fabricar los polímeros catalíticamente mediante la utilización de un abordaje de reactor paralelo o en serie. Típicamente, el abordaje comercial actual para producir resinas PE100 incluye mezclar dos polietilenos de distribución de peso molecular amplio (MWD) caracterizados por pesos moleculares que difieren y contenido de ramificación de cadena corta (SCB) .

La invención proporciona una composición según lo expuesto en la reivindicación 1. Otras realizaciones de la composición se exponen en las reivindicaciones 2 a 11.

En un aspecto, el homopolímero o copolímero de etileno de los componentes de bajo y alto peso molecular se caracterizan por bajos niveles de ramificaciones largas reológicamente significativas. Típicamente, la composición puede comprender de 45 a 75 partes en peso de componente de alto peso molecular y de 55 a 25 partes en peso de componente de bajo peso molecular. Además, el copolímero de etileno del componente de alto peso molecular además puede caracterizarse por un intervalo de peso molecular Mw de 250 a 1.000 kg/mol. En otro aspecto, el número de ramificaciones de cadena corta (SCB) por 1000 átomos de carbono de la estructura principal puede ser de 5 a 7.

Aún otro aspecto de la presente invención es una composición polimérica donde la Energía de Charpy con entalla a temperatura ambiente y PENT de alta tensión (PENT estándar mediante la utilización de una carga inicial de 3, 8 MPa) para las composiciones de mezcla polimérica indican desempeño excepcional. En este aspecto, por ejemplo, la composición puede caracterizarse por una dureza de impacto de Charpy a temperatura ambiente mayor que 1, 5 J, y una densidad mayor que o igual a 0, 94 g/cc. En otro aspecto, la composición puede caracterizarse por una dureza de impacto de Charpy a temperatura ambiente mayor que 2 J, y una densidad mayor que o igual a 0, 94 g/cc. La composición de mezcla polimérica de la presente invención también puede caracterizarse por un valor de resistencia de crecimiento lento de grietas por PENT de alta tensión en una carga inicial de 3, 8 MPa mayor que o igual a 1000 horas, mayor que o igual a 3000 horas, mayor que o igual a 5000 horas, o mayor que o igual a 6000 horas.

Aún en otro aspecto, la presente invención proporciona un artículo que comprende una composición en conformidad con la invención reivindicada.

En este aspecto, el artículo puede ser una tubería, un recipiente, un utensilio, una película, un producto de película, un tambor, un tanque de gasolina, una geomembrana, un revestimiento, o similares. Además, el artículo puede comprender una tubería PE-100.

La presente invención además proporciona un método para fabricar una tubería PE-100 que comprende extruir la composición polimérica divulgada en la presente memoria en un estado fundido a través de una matriz para formar la tubería PE-100 y enfriar la tubería.

Además, la presente invención proporciona un método para fabricar una composición según lo expuesto en la reivindicación 15.

Además, la presente invención proporciona un procedimiento para fabricar una película polimérica que comprende extruir una composición polimérica fluida, donde la composición es según lo divulgado en la presente memoria.

Estas y otras características, aspectos, realizaciones, y ventajas de la presente invención serán evidentes después de una revisión de la siguientes descripción detallada de las características divulgadas.

Breve descripción de las figuras

Lo siguiente es una descripción breve de las Figuras.

La FIGURA 1 es un gráfico que ilustra la distribución de ramificación de cadena corta sustancialmente constante en la distribución de peso molecular de la resina componente de alto peso molecular CP-1. Esta resina se utiliza como el componente de alto peso molecular de las resinas inventivas de la serie 2.

La FIGURA 2 es un gráfico comparativo que ilustra la ubicación pico (tpeak) de las exotermas de cristalización isotérmica con respecto a temperatura de cristalización para ambas mezclas poliméricas comparativa e inventiva.

La FIGURA 3 es una representación del punto de fusión pico (Tm) representado en función de la temperatura de cristalización para ambas mezclas poliméricas comparativa e inventiva.

La FIGURA 4 proporciona un gráfico comparativo... [Seguir leyendo]

1.Una composición que comprende:

a) un componente de alto peso molecular que comprende un copolímero de etileno caracterizado por un Mw/Mn menor que o igual a 3, 5, un perfil de ramificación de cadena corta (SCB) sustancialmente constante en la distribución de peso molecular, y un número de ramificaciones de cadena corta (SCB) por 1000 átomos de carbono de la estructura principal de 4, 5 a 8 y el copolímero de etileno del componente de alto peso molecular además se caracteriza por un intervalo de peso molecular Mw de 300 a 1.000 kg/mol; y

b) un componente de bajo peso molecular que comprende un copolímero u homopolímero de etileno caracterizado por un Mw de 15 a 75 kg/mol.

2.La composición de la Reivindicación 1, donde el copolímero de etileno del componente de alto peso molecular además se caracteriza por un intervalo de peso molecular Mw de 300 a 800 kg/mol, o de 300 a 600 kg/mol.

3.La composición de la Reivindicación 1, donde el número de ramificaciones de cadena corta (SCB) por 1000 átomos de carbono de la estructura principal es de 5 a 7 o 6.

4.La composición de la Reivindicación 1, donde la composición comprende de 45 a 75 partes en peso del componente de alto peso molecular y de 55 a 25 partes en peso del componente de bajo peso molecular, o la composición comprende de 50 a 60 partes en peso del componente de alto peso molecular y de 50 a 40 partes en peso del componente de bajo peso molecular.

5.La composición de la Reivindicación 1, donde el componente de alto peso molecular comprende un copolímero de etileno y un comonómero mono-1-olefínico que posee de 3 a 12 átomos de carbono, o donde el copolímero de etileno del componente de alto peso molecular además se caracteriza por un Mz/Mw menor que o igual a 2, 5

6.La composición de la Reivindicación 1, donde el copolímero de etileno del componente de alto peso molecular se caracteriza por un número de ramificaciones de cadena corta (SCB) por 1000 átomos de carbono de la estructura principal de 5 a 7, en un intervalo de peso molecular Mw de 300 a 600 kg/mol.

7.La composición de la Reivindicación 1, donde el copolímero u homopolímero de etileno del componente de bajo peso molecular se caracteriza por un Mw de 25 a 60 kg/mol, o se caracteriza por un Mw de 30 a 50 kg/mol, o donde la composición además se caracteriza por bajos niveles de ramificaciones largas reológicamente significativas.

8.La composición de la Reivindicación 1, donde la composición se caracteriza por un Mw/Mn menor que o igual a 30, y un Mz/Mw menor que o igual a 10, o un Mw/Mn menor que o igual a 18, un Mz/Mw menor que o igual a 5.

9. La composición de la Reivindicación 1, además caracterizada por una dureza de impacto de Charpy a temperatura ambiente mayor que 1, 5 J, y una densidad mayor que o igual a 0, 94 g/cc, o una dureza de impacto de Charpy a temperatura ambiente mayor que 2 J, y una densidad mayor que o igual a 0, 94 g/cc.

10.La composición de la Reivindicación 1, además caracterizada por un valor por PENT de alta tensión en una carga inicial de 3, 8 MPa mayor que o igual a 1000 horas, o un valor por PENT de alta tensión en una carga inicial de 3, 8 MPa mayor que o igual a 3000 horas, o un valor por PENT de alta tensión en una carga inicial de 3, 8 MPa mayor que o igual a 5000 horas, o un valor por PENT de alta tensión en una carga inicial de 3, 8 MPa mayor que o igual a 6000 horas, o un valor por PENT de alta tensión en una carga inicial de 3, 8 MPa mayor que o igual a 6000 horas y una densidad mayor que o igual a 0, 94 g/cc.

11.La composición de la Reivindicación 1, además caracterizada por una dureza de impacto de Charpy mayor que 2 J, y un valor por PENT de alta tensión en una carga inicial de 3, 8 MPa mayor que o igual a 6000 horas, o además caracterizada por un η0 menor que o igual a 1, 5 x 105 Pa-seg o un η0 menor que o igual a 1 x 105 PA-seg.

12.Un artículo que comprende la composición de una cualquiera de las Reivindicaciones 1-11, donde preferiblemente el artículo es una tubería, un recipiente, un utensilio, una película, un producto de película, un tambor, un tanque de gasolina, una geomembrana, o un recubrimiento.

13.Una tubería PE-100 que comprende la composición en conformidad con una cualquiera de las Reivindicaciones 1-11.

14.Un método para fabricar una tubería PE-100 que comprende extruir la composición en conformidad con la Reivindicación 1 en un estado fundido a través de una matriz para formar la tubería PE-100 y enfriar la tubería.

15.Un método para fabricar una composición que comprende combinar:

a) de 45 a 75 partes en peso del componente de alto peso molecular que comprende un copolímero de etileno caracterizado por un Mz/Mw menor que o igual a 3, 5, un perfil de ramificación de cadena corta (SCB) sustancialmente constante en la distribución de peso molecular, donde el número de ramificaciones de cadena corta (SCB) por 1000 átomos de carbono de la estructura principal es de 4, 5 a 8 y el copolímero de etileno del componente de alto peso molecular además se caracteriza por un intervalo de peso molecular Mw de 300 a 1.000 kg/mol; y

b) de 55 a 25 partes en peso del componente de bajo peso molecular que comprende un copolímero u homopolímero de etileno caracterizado por un Mw de 15 a 75 kg/mol.

16. Un procedimiento para fabricar una película polimérica que comprende extruir una composición fluida de etileno, donde la composición comprende:

a) un componente de alto peso molecular que comprende un copolímero de etileno caracterizado por un Mw/Mn menor que o igual a 3, 5, un perfil de ramificación de cadena corta (SCB) sustancialmente constante en la distribución de peso molecular, donde el número de ramificaciones de cadena corta (SCB) por 1000 átomos de carbono de la estructura principal es de 4, 5 a 8 y el copolímero de etileno del componente de alto peso molecular además se caracteriza por un intervalo de peso molecular Mw de 300 a 1.000 kg/mol; y

b) un componente de bajo peso molecular que comprende un copolímero u homopolímero de etileno caracterizado por un Mw de 15 a 75 kg/mol.

17. Un método para fabricar la composición de la Reivindicación 1 que comprende polimerizar catalíticamente el componente de alto peso molecular y el componente de bajo peso molecular en un único reactor de polimerización con un catalizador dual.

18. Un método para fabricar la composición de la Reivindicación 1 que comprende polimerizar catalíticamente el componente de alto peso molecular y el componente de bajo peso molecular en reactores duales.

19. El método de la Reivindicación 18 donde los reactores duales se operan en serie o se operan en paralelo.