Una tubería de polímero sin presión, una composición para la misma, y un proceso para su preparación.

Una composición de polímero de propileno para una tubería de polímero sin presión,

c a r a c t e r i z a d apor que la composición de polímero de propileno comprende un polímero de polipropileno base, y el polímero depropileno base

es un copolímero de propileno heterofásico que tiene una matriz de un homopolímero bimodal de propileno y unafase dispersa de un copolímero elastómero de propileno y al menos un comonómero olefínico seleccionado delgrupo constituido por etileno y α-olefinas C4-C10;

tiene un contenido de comonómero de 2-7% en peso, basado en el peso del copolímero de propileno heterofásico;tiene una tasa de fluidez en fusión MFR (2/230), determinada según ISO 1133 C4, de 0,1-2,0 g/10 min;tiene una distribución amplia de pesos moleculares como se define por su índice reológico de fluidificación porcizalladura, SHI0/50, medida a 200ºC de 9-30;

tiene un módulo de tracción, determinado según ISO 597-2/1B a 1 mm/min y 23ºC de al menos 1800 MPa;

tiene una resistencia al impacto, determinada según ISO 179/1eA de al menos 6 kJ/m2 a 0ºC y al menos 2 kJ/m2 a -20ºC;

la composición de polímero de propileno comprende un agente nucleante; y

el copolímero de propileno heterofásico tiene un contenido de material soluble en xileno (XS) de 4-10% en peso;

en donde la bimodalidad del homopolímero de propileno se refiere a la distribución de pesos moleculares que es lagráfica de la fracción de polímero en función de su peso molecular.

Una tubería de polímero sin presión, una composición para la misma, y un proceso para su preparación Campo de la invención La presente invención se refiere a una tubería de polímero sin presión, a una composición de polímero para la misma, y a un proceso de preparación de una composición de polímero para dicha tubería.

Antecedentes técnicos Se utilizan con frecuencia tuberías de material polímero para diversos propósitos, tales como transporte de fluidos, es decir transporte de gases o líquidos. El fluido puede estar presurizado por ejemplo cuando se transporta gas natural o agua corriente, o no presurizado, por ejemplo cuando se transportan aguas de alcantarillado (aguas residuales) , drenajes (drenajes de tierras y de carreteras) , para aplicaciones de aguas de tormenta o para suciedad y residuos de interiores. Además, el fluido transportado puede tener temperatura variable, usualmente dentro del intervalo de temperatura que va desde aproximadamente 0ºC a aproximadamente 50ºC. Pueden utilizarse también tuberías sin presión (no presurizadas) para protección de cables y tuberías.

A las tuberías sin presión de este tipo se hace referencia también intercambiablemente en esta memoria como tuberías de alcantarillado y tuberías de alcantarillado sin presión.

Debe entenderse que el término "tubería", como se utiliza en esta memoria, comprende tuberías en un sentido amplio, así como partes suplementarias como accesorios, válvulas, cámaras y todas aquellas partes que son comúnmente necesarias para v.g. un sistema de tuberías de alcantarillado.

Las tuberías según la presente invención comprenden tuberías monocapa o multicapa, donde por ejemplo una o más de las capas es una capa metálica y que puede incluir una capa adhesiva. Las tuberías de pared estructural, tales como tuberías onduladas, tuberías de pared doble con o sin secciones huecas, están comprendidas también por la presente invención.

Se imponen requerimientos diferentes a las tuberías para el transporte de fluidos presurizados (denominadas tuberías de presión) y tuberías para el transporte de fluidos no presurizados tales como aguas de alcantarillado (denominadas tuberías sin presión) . Mientras que las tuberías de presión tienen que ser capaces de resistir una 35 presión interna positiva, es decir una presión en el interior de la tubería que es mayor que la presión fuera de la tubería, las tuberías sin presión no tienen que soportar presión interna positiva alguna, pero en su lugar se requiere que soporten una presión positiva externa, es decir que la presión fuera de la tubería es mayor que la presión dentro de la tubería. Esta presión exterior más alta puede ser debida a la carga del terreno sobre la tubería cuando está enterrada en el suelo, la presión de las aguas subterráneas, la carga de tráfico, o las fuerzas de sujeción en aplicaciones de interior. Por tanto, existe una distinción clara entre las tuberías con presión por una parte y las tuberías sin presión por otra parte. Como se ha mencionado arriba, la presente invención se refiere a tuberías sin presión.

Con relación a la técnica anterior concerniente a polímeros de propileno y tuberías de polipropileno, pueden 45 mencionarse las referencias siguientes.

EP 1.028.985 se refiere a homo-y copolímeros de propileno nucleados, v.g. para tuberías, tuberías y accesorios. El polímero de propileno se prepara por polimerización en presencia de un sistema catalítico transesterificado fundamentalmente con un par éster de ácido ftálico -alcohol inferior y que comprende un donante y un compuesto 50 vinílico polimerizado tal como vinil-ciclohexano (VCH) como agente nucleante.

WO 97/13790 se refiere a un proceso de fabricación de polímeros o copolímeros de propileno en propileno como medio en condiciones supercríticas de temperatura y presión.

EP 0 808 870 se refiere a una mezcla de reactor de peso molecular alto de polipropileno y un copolímero etilenopropileno con un contenido de etileno de 0, 1-2% en peso. La mezcla tiene una MFR (5/230) de como máximo 5 dg/min y una distribución amplia de pesos moleculares (Mw/Mn) de 6-20.

EP 0 791 609 se refiere a un polipropileno de peso molecular alto con distribución amplia de pesos moleculares. El

polipropileno es un copolímero de peso molecular alto de etileno y propileno con 1-10% de etileno y una MFR (5/230) menor que 5 dg/min y una ratio Mw/Mn de 6-20.

WO 99/35430 (= US 6.433.087) se refiere a un copolímero de propileno heterofásico con una matriz de homopolímero de propileno y un copolímero etileno-propileno como un componente elastómero dispersado. El copolímero de propileno heterofásico tiene un módulo de tracción de 1300-2300 N/mm2 y una resistencia al impacto a 23ºC de 60-110 kJ/m2.

EP 0 877 039 se refiere a una mezcla de reactor de un homopolímero de propileno y un copolímero etileno-propileno que puede utilizarse como composición de moldeo para piezas de automóviles tales como parachoques, paneles de instrumentos y análogos. La mezcla de reactor tiene un contenido de etileno de 0, 5-25% en peso, una MFR (5/30) de al menos 5 dg/min, y el copolímero comprende 13-40% en peso de unidades etileno repetitivas.

Las tuberías sin presión tales como tuberías de aguas de alcantarillado se fabrican en una diversidad de dimensiones que van desde aproximadamente 0, 1 a aproximadamente 3 m de diámetro y de una diversidad de materiales tales como materiales cerámicos (principalmente arcilla vitrificada) , hormigón, poli (cloruro de vinilo) (PVC) , polietileno (PE) y polipropileno (PP) . Si bien los materiales cerámicos y el hormigón son materiales de bajo coste, los mismos son lamentablemente pesados y frágiles. Por esta razón se ha registrado durante los últimos años una tendencia a reemplazar las tuberías de aguas de alcantarillado de materiales cerámicos u hormigón con tuberías de materiales polímeros tales como PVC, PE o PP. Si bien PVC cuesta menos que PP por unidad de peso, PP tiene las ventajas sobre PVC en otros aspectos por tener una menor densidad y por consiguiente un peso menor por metro de tubería, teniendo propiedades excelentes a temperaturas altas y bajas, y siendo susceptible de soldadura.

Las tuberías de aguas de alcantarillado de PP tienen que exhibir rigidez suficiente para soportar la carga del terreno sin ayuda alguna de presión interna. La rigidez de la tubería se deriva fundamentalmente del material de la tubería y como medida de la rigidez puede adoptarse el módulo de elasticidad (o módulo de acortamiento) del material de la tubería. Cuanto mayor sea el módulo del material de la tubería, tanto más rígida será la tubería. La rigidez de la tubería puede mejorarse adicionalmente por el diseño de la pared de la tubería, v.g., por ondulación de la tubería.

Adicionalmente, las tuberías sin presión se ven expuestas a menudo a temperaturas tanto altas como bajas. Las mismas tienen que ser por consiguiente duraderas dentro de un amplio intervalo de temperaturas, lo que significa que las mismas deben exhibir una resistencia elevada al impacto, particularmente a temperaturas bajas.

La tubería no debe ser frágil, dado que si es demasiado frágil, la tubería fallará debido a agrietamiento frágil. Una medida de la fragilidad de la tubería es su resistencia al crecimiento lento de grietas. Cuanto mayor sea la resistencia al crecimiento lento de grietas, mejor.

Cuando se utiliza un material con un módulo mayor, puede utilizarse una pared de la tubería más delgada, obteniéndose la misma o mayor rigidez (anular) que con una tubería de módulo inferior con una pared de tubería más gruesa.

Las paredes de tubería más delgadas son más sensibles a las grietas dado que cualquier deterioro o muesca en la superficie de la tubería se propagará más fácilmente a través de la pared de la tubería. Las tuberías de pared estructurada (tuberías onduladas, estriadas, de paredes dobles, etc.) son más sensibles a las grietas y las propiedades de crecimiento lento de grietas en el material, dado que el diseño estructurado de la tubería está constituido a menudo por secciones delgadas.

Las tuberías de pared estructurada incluyen por ejemplo tuberías onduladas monocapa, tuberías estriadas, tuberías de paredes dobles con secciones huecas, tuberías multicapa con o sin secciones huecas o capas alveolares, y tuberías enrolladas en espiral con o sin secciones huecas con diseño de tubería liso u ondulado.

Básicamente, las tuberías con secciones delgadas, sean tuberías lisas de paredes compactas con diámetros menores o tuberías de paredes estructuradas con secciones delgadas son más sensibles a las grietas. Debido... [Seguir leyendo]

1. Una composición de polímero de propileno para una tubería de polímero sin presión, c a r acterizada por que la composición de polímero de propileno comprende un polímero de polipropileno base, y el polímero de propileno base es un copolímero de propileno heterofásico que tiene una matriz de un homopolímero bimodal de propileno y una fase dispersa de un copolímero elastómero de propileno y al menos un comonómero olefínico seleccionado del grupo constituido por etileno y α-olefinas C4-C10; tiene un contenido de comonómero de 2-7% en peso, basado en el peso del copolímero de propileno heterofásico;

tiene una tasa de fluidez en fusión MFR (2/230) , determinada según ISO 1133 C4, de 0, 1-2, 0 g/10 min; tiene una distribución amplia de pesos moleculares como se define por su índice reológico de fluidificación por cizalladura, SHI0/50, medida a 200ºC de 9-30; tiene un módulo de tracción, determinado según IS.

59. 2/1B a 1 mm/min y 23ºC de al menos 1800 MPa; tiene una resistencia al impacto, determinada según ISO 179/1eA de al menos 6 kJ/m2 a 0ºC y al menos 2 kJ/m2 a 20ºC; la composición de polímero de propileno comprende un agente nucleante; y el copolímero de propileno heterofásico tiene un contenido de material soluble en xileno (XS) de 4-10% en peso; en donde la bimodalidad del homopolímero de propileno se refiere a la distribución de pesos moleculares que es la gráfica de la fracción de polímero en función de su peso molecular.

2. Una composición según la reivindicación 1, en donde el comonómero olefínico es etileno.

3. Una composición según la reivindicación 1 ó 2, en donde la composición incluye adyuvantes seleccionados

de aditivos, cargas y agentes reforzantes. 25

4. Una composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde el copolímero de propileno heterofásico tiene una tasa de fluidez en fusión MFR (2/230) de 0, 2-0, 5 g/10 min.

5. Una tubería de polímero sin presión, caracterizada por que la tubería de polímero se prepara por

una composición de polímero de propileno donde la composición de polímero de propileno comprende un polímero de propileno base, y el polímero de propileno base es un copolímero de propileno heterofásico que tiene una matriz de un homopolímero bimodal de propileno y una fase dispersa de un copolímero elastómero de propileno y al menos un comonómero olefínico seleccionado del grupo constituido por etileno y α-olefinas C4-C10;

tiene un contenido de comonómero de 2-7% en peso, basado en el peso del copolímero de propileno heterofásico; tiene una tasa de fluidez en fusión MFR (2/230) determinada según ISO 1133 C4, de 0, 1-2, 0 g/10 min; tiene una distribución amplia de pesos moleculares como se define por su índice reológico de fluidificación por cizalladura, SHI0/50, medida a 200ºC de 9-30; tiene un módulo de tracción, determinado según IS.

52. 2/1B a 1 mm/min y 23ºC de al menos 1800 MPa;

tiene una resistencia al impacto, determinada según ISO 179/1eA de al menos 6 kJ/m2 a 0ºC y al menos 2 kJ/m2 a 20ºC; la composición de polímero de propileno comprende un agente nucleante; la composición de propileno heterofásico tiene un contenido de material soluble en xileno (XS) de 4-10% en peso; y la tubería tiene un módulo E, calculado a partir de la rigidez anular, determinada según EN ISO 9969 para una 45 tubería que tiene un diámetro de 110 mm y un espesor de pared de 4 mm a 23ºC, de al menos 1800 MPa, realizándose dicho cálculo según la fórmula (I) :

donde E es el módulo de elasticidad en MPa,

D es el diámetro exterior de la tubería en mm, y

t es el espesor de pared de la tubería en mm,

en donde la bimodalidad del homopolímero de propileno se refiere a la distribución de pesos moleculares 55 que es la gráfica de la fracción de polímero en función de su peso molecular.

6. Una tubería según la reivindicación 5, en donde el comonómero es etileno.

7. Una tubería según la reivindicación 5 ó 6, en donde la composición del polímero de propileno comprende 60 adyuvantes seleccionados de aditivos, cargas y agentes reforzantes.

8. Una tubería según la reivindicación 7, en donde la composición comprende talco en una cantidad de hasta 30% en peso.

9. Una tubería según una cualquiera de las reivindicaciones 5-8, en donde el polímero base de propileno tiene 5 un módulo de tracción de hasta 2500 MPa.

10. Una tubería según una cualquiera de las reivindicaciones 5-9, en donde el copolímero de propileno heterofásico tiene una tasa de fluidez en fusión MFR (2/230) de 0, 2-0, 5 g/10 min.

11. Una tubería según una cualquiera de las reivindicaciones 5-10, en donde la tubería tiene una resistencia de la tubería a la presión, determinada según EN 921 en condiciones con agua en una tubería con diámetro exterior/espesor de pared 32 mm/3, 0 mm o 110 mm/4, 0 mm, mayor que 200 horas a 4, 2 MPa/80ºC y mayor que 1500 horas a 2, 5 MPa/95ºC.

12. Un proceso de preparación de una composición de polímero para una tubería de polímero sin presión, caracterizado por que la polimerización se lleva a cabo en presencia de un catalizador Ziegler-Natta estereoespecífico que incluye un donante de electrones:

(i) una matriz de homopolímero bimodal de propileno, en dos pasos secuenciales, utilizando un reactor de bucle a una temperatura de al menos 80ºC y una presión de 4600-10000 kPa y un reactor de fase gaseosa,

en donde la ratio de producción en peso entre el reactor de bucle y el reactor de fase gaseosa es 20:80 a 80:20; y

(ii) un copolímero elastómero de propileno y al menos un comonómero olefínico seleccionado del grupo constituido por etileno y α-olefinas C4-C10 en al menos un reactor de fase gaseosa a una temperatura inferior a la de la etapa (i) ;

para obtener un polímero base de copolímero de propileno heterofásico que comprende una matriz de dicho homopolímero bimodal de propileno y una fase dispersa de dicho copolímero elastómero de propileno; teniendo dicho copolímero de propileno heterofásico un contenido de comonómero de 2-7% en peso, basado en el peso del copolímero de propileno heterofásico; una tasa de fluidez en fusión MFR (2/230) determinada según ISO 1133 C4, de 0, 1-2, 0 g/10 min;

una distribución amplia de pesos moleculares como se define por su índice reológico de fluidificación por cizalladura, SHI0/50, medida a 200ºC de 9-30; un módulo de tracción, determinado según IS.

52. 2/1B a 1 mm/min y 23ºC de al menos 1800 MPa; una resistencia al impacto, determinada según ISO 179/1eA de al menos 6 kJ/mm2 a 0ºC y al menos 2 kJ/m2 a 20ºC; y

un contenido de material soluble en xileno (XS) de 4-10% en peso; y la composición de polímero de propileno comprende un agente nucleante, en donde la bimodalidad del homopolímero de propileno se refiere a la distribución de pesos moleculares que es la gráfica de la fracción de polímero en función de su peso molecular.

13. Un proceso según la reivindicación 12, en donde el comonómero olefínico es etileno.

14. Un proceso según la reivindicación 12 ó 13, en donde la polimerización en el reactor de bucle se lleva a cabo en condiciones supercríticas.

15. Un proceso según la reivindicación 14, en donde la polimerización en el reactor de bucle se lleva a cabo a una temperatura d.

9. 100ºC y una presión de 4600-10000 kPa.

16. Un proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 12-15, en donde la polimerización en la etapa (ii) se lleva a cabo a una temperatura d.

4. 90ºC y una presión d.

50. 3000 kPa. 50

17. Un proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 12-16, en donde la polimerización en el reactor de fase gaseosa de la etapa (i) se lleva a cabo a una temperatura d.

5. 115ºC y una presión d.

50. 5000 kPa.