Película de polietileno con propiedades mecánicas y de barrera mejoradas y procedimiento para su producción.

Una película de polietileno que comprende una composición polimérica que tiene:

(a) un valor "a" mayor que aproximadamente 0,45;

(b) un valor "eta cero" menor que aproximadamente 4x105 Pa.s; y

(c) un valor "tau eta" menor que aproximadamente 5 s,

cuando se ajusta a la ecuación de Carreau-Yasuda con un valor n≥0,1818 y en donde la película muestra una tasa de transmisión de vapor de humedad igual a o menor que aproximadamente 0,85 g-mil/100 pulg. cuad./día determinado de acuerdo con ASTM F 1249 y un impacto de caída de dardo de energía total igual a o mayor que aproximadamente 0,61 J (0,45 ft.lbf) determinado de acuerdo con ASTM D4272 cuando se realiza sobre un espécimen de ensayo que tiene un grosor de 20,32 micrómetros (0,8 miles), en donde la composición del polímero tiene una densidad igual a o mayor que 0,940 g/cm3.

Película de polietileno con propiedades mecánicas y de barrera mejoradas y procedimiento para su producción Campo de la invención

La presente descripción se refiere a composiciones poliméricas y películas preparadas a partir de las mismas, más específicamente a composiciones de polietileno para la fabricación de películas de alta densidad, de alto peso molecular.

Antecedentes de la invención

Las poliolefinas son materiales plásticos útiles para preparar una amplia variedad de productos valiosos debido a su combinación de rigidez, ductilidad, propiedades de barrera, resistencia a la temperatura, propiedades ópticas, disponibilidad, y bajo coste. Uno de los productos más valiosos son las películas plásticas. En particular, el polietileno (PE) es uno de los polímeros de volumen más consumido en el mundo. Es un polímero versátil que ofrece alto rendimiento en relación con otros polímeros y materiales alternativos tales como vidrio, metal o papel. Las películas plásticas tales como películas de PE son usadas principalmente en aplicaciones de envasado, pero también encuentran utilidad en los campos agrícola, médico y de la ingeniería.

Las películas de PE se fabrican en diversas calidades que se diferencian usualmente en la densidad del polímero, de tal modo que las películas de PE pueden ser designadas, por ejemplo, como polietileno de baja densidad (LDPE), polietileno de densidad media (MDPE) y polietileno de alta densidad (HDPE), en donde cada intervalo de densidades tiene una combinación única de propiedades que lo hacen adecuado para una aplicación particular. Por ejemplo, se puede usar una película de HDPE en aplicaciones de envasado, que requieren propiedades de impacto superiores. El HDPE es un tipo de PE compuesto principalmente de cadenas hidrocarbonadas lineales, largas, y el polímero resultante es fuertemente empaquetado y cristalino. El HDPE en relación con otras películas de PE es notable por su tenacidad, rigidez, resistencia a la tracción incrementada, resistencia a la abrasión, estabilidad y resistencia química.

A pesar de los muchos atributos positivos del HDPE, el producto de película es permeable a gases tales como oxígeno o dióxido de carbono. Por tanto, sería deseable desarrollar un producto de película de HDPE que exhiba una combinación de buenas propiedades mecánicas tales como una alta resistencia al impacto o la tracción y buenas propiedades de barrera tales como una baja tasa de transmisión de vapor de oxígeno.

El documento US 2003/0148119 describe una película de poliolefina resistente al aceite que usa polipropileno de alto contenido isotáctico.

La patente de EE.UU. 6.340.532 describe películas encogibles fabricadas a partir de una resina de polietileno lineal de baja densidad pseudohomogéneo. El documento europeo EP-A-0686497 describe películas que tienen propiedades sellantes y envases que contienen las mismas. La solicitud de patente internacional WO 99/16799 describe copolímeros con una distribución de pesos moleculares estrecha que contienen ramificaciión de cadena larga, y un procedimiento para formar los mismos.

El documento EP-0562493 describe una película para envasado de alimentos encogible biaxialmente por calor que comprende una mezcla de tres componentes. El documento EP-A-0374783 describe una película de terpolímero de polietileno de muy baja densidad encogible por calor. El documento GB-A-2025839 describe películas laminadas orientadas y tubos de envasado preparados a partir de las mismas.

Compendio de la invención

Según la invención se proporciona una película de polietileno que comprende una composición polimérica que tiene:

(a) un valor a mayor que aproximadamente 0,45;

(b) un valor eta cero menor que aproximadamente 4x105 Pa.s; y

(c) un valor tau eta menor que aproximadamente 5 s,

cuando se ajusta a la ecuación de Carreau-Yasuda con un valor n=0,1818 y en donde la película muestra una tasa de transmisión de vapor de humedad igual a o menor que aproximadamente 0,85 g-mil/100 pulg. cuad./día determinado de acuerdo con ASTM F 1249 y un impacto de caída de dardo de energía total igual a o mayor que aproximadamente 0,61 J (0,45 ft.lbf) determinado de acuerdo con ASTM D4272 cuando se realiza sobre un espécimen de ensayo que tiene un grosor de 20,32 micrómetros (0,8 miles), en donde la composición del polímero tiene una densidad igual a o mayor que 0,940 g/cm3.

Se establecen realizaciones adicionales de la invención en las reivindicaciones 2 a 15.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una representación gráfica de la distribución de pesos moleculares de las cinco resinas experimentales del Ejemplo 1.

La Figura 2 es una representación gráfica de la distribución de pesos moleculares para todas las resinas del Ejemplo 1.

La Figura 3 es una representación gráfica de la viscosidad en función de la frecuencia para las resinas del Ejemplo 1.

La Figura 4 es una representación gráfica del ángulo de fase en función del módulo complejo para las resinas del Ejemplo

1.

Descripción detallada de la invención

Se describen en la presente memoria composiciones de polietileno (PE), películas de PE, y métodos para preparar las mismas. Tales métodos comprenden preparar una composición de PE y formar la composición en una película. La composición de PE puede comprender una resina base de PE y opcionalmente aditivos o modificadores. En un aspecto, la composición de PE comprende una resina de PE multimodal y la película preparada a partir de la misma muestra propiedades mecánicas y de barrera mejoradas, definidas en la reivindicación 1.

La resina base de PE puede ser una resina unimodal, alternativamente una resina multimodal. En la presente memoria, la "modalidad" de una resina polimérica se refiere a la forma de su curva de distribución de pesos moleculares, es decir, la apariencia de un gráfico de la fracción de peso del polímero, frecuencia, o número en función de su peso molecular. La fracción de peso del polímero se refiere a la fracción de peso de moléculas de un tamaño dado. Una resina polimérica puede tener dos o más componentes que pueden ser distinguibles uno del otro, por ejemplo en base a su composición individual y/o distribución de pesos moleculares. Se puede preparar una curva de distribución de pesos moleculares para cada componente individual de la resina polimérica.

Las curvas de distribución de pesos moleculares para los componentes individuales pueden ser superpuestas sobre un diagrama común para formar la curva de distribución de pesos moleculares para la resina polimérica como un todo. Tras tal superposición, la curva resultante para la resina polimérica como un todo puede ser multimodal o mostrar n picos distintos correspondientes a n componentes del polímero de distribuciones de pesos moleculares diferentes. Por ejemplo, un polímero que tiene una curva de distribución de pesos moleculares que muestra un solo pico se puede denominar polímero unimodal, un polímero que tiene una curva que muestra dos picos distintos se puede denominar polímero bimodal, un polímero que tiene una curva que muestra tres picos distintos se puede denominar polímero trimodal, etc. Los polímeros que tienen curvas de distribución de pesos moleculares que muestran más que un pico se pueden denominar colectivamente polímeros o resinas multimodales. Además, los picos distintos pueden corresponder a componentes que exhiben caracteristicas distintas. Por ejemplo, una resina polimérica bimodal puede mostrar dos picos distintos correspondientes a dos componentes individuales de pesos moleculares diferentes. Dicha resina polimérica bimodal puede tener un primer componente que puede estar caracterizado generalmente como un componente polimérico de peso molecular más alto y un segundo componente que puede estar caracterizado generalmente como un componente polimérico de peso molecular más bajo. Alternativamente, la superposición de las curvas de distribución de pesos moleculares de los componentes individuales puede mostrar un solo pico que está ensanchado en comparación con las curvas para los componentes individuales correspondientes a fracciones de polímero que tienen distribuciones de pesos moleculares diferentes pero solapadas. En una realización, la composición de PE multimodal comprende una resina base de PE bimodal. El resto de la discusión se centrará en composiciones de PE bimodales, con el entendimiento de que otras composiciones poliméricas, por ejemplo que tienen modalidad diferente, se pueden emplear en diversos aspectos y realizaciones, como sería evidente para un experto en la técnica.

La composición de PE y/o componentes individuales... [Seguir leyendo]

1. Una película de polietileno que comprende una composición polimérica que tiene:

(a) un valor a mayor que aproximadamente 0,45;

(b) un valor eta cero menor que aproximadamente 4x105 Pa.s; y

(c) un valor tau eta menor que aproximadamente 5 s,

cuando se ajusta a la ecuación de Carreau-Yasuda con un valor n=0,1818 y en donde la película muestra una tasa de transmisión de vapor de humedad igual a o menor que aproximadamente 0,85 g-mil/100 pulg. cuad./día determinado de acuerdo con ASTM F 1249 y un impacto de caída de dardo de energía total igual a o mayor que aproximadamente 0,61 J (0,45 ft.lbf) determinado de acuerdo con ASTM D4272 cuando se realiza sobre un espécimen de ensayo que tiene un grosor de 20,32 micrómetros (0,8 miles), en donde la composición del polímero tiene una densidad igual a o mayor que 0,940 g/cm3.

2. La película de la reivindicación 1, en donde la película tiene un impacto de caída de dardo de energía igual a o mayor que aproximadamente 1,36 J (1,0 ft.lbf).

3. La película de la reivindicación 1, en donde la composición polimérica comprende un copolímero de etileno y un comonómero de alfa-olefina.

4. La película de la reivindicación 3, en donde el comonómero de alfa-olefina comprende 1-buteno, 1-penteno, 1-hexeno, 3- metil-1-buteno, 4-metil-1-penteno, 1-hepteno, 1-octeno, 1-noneno, 1-deceno o combinaciones de los mismos.

5. La película de la reivindicación 1, que comprende además un impacto de Spencer mayor que aproximadamente 0,35 J, determinado de acuerdo con ASTM D3420, o que comprende además una tasa de transmisión de oxígeno igual a o menor que aproximadamente 400 cm3-mil/100 pulg.cuad./día, determinado de acuerdo con ASTM D3985.

6. La película de la reivindicación 1, que comprende además un módulo secante a 1% en dirección transversal mayor que aproximadamente 1.172,11 MPa (170.000 psi), determinado de acuerdo con ASTM D882, o que comprende además un módulo secante a 1% en la dirección de la máquina mayor que aproximadamente 896,32 MPa (130.000 psi), determinado de acuerdo con ASTM D882.

7. La película de la reivindicación 1, en donde la composición polimérica tiene un peso molecular medio ponderal de aproximadamente 180.000 g/mol a aproximadamente 350.000 g/mol, preferiblemente de aproximadamente 200.000 g/mol a aproximadamente 300.000 g/mol.

8. La película de la reivindicación 1, en donde la composición polimérica es multimodal o bimodal.

9. La película de la reivindicación 1, que comprende además una resistencia al desgarro de Elmendorf en la dirección transversal igual a o mayor que aproximadamente 85 g, determinado de acuerdo con ASTM D1922.

10. La película de la reivindicación 1, que comprende además un impacto de caída de dardo mayor que aproximadamente 200 g, determinado de acuerdo con ASTM D1709, Método A.

11. La película de la reivindicación 1, en donde la composición polimérica tiene un valor eta cero menor que 4x105 Pa.s, un valor a mayor que 0,45 y un valor tau eta menor que aproximadamente 5 s cuando los datos de viscosidad compleja dinámica frente a barrido de frecuencias son ajustados a la ecuación de Carreau-Yasuda con un valor n=0,1818.

12. La película de la reivindicación 1, en donde la composición comprende un componente de copolímero de etileno/1- olefina de peso molecular más alto (HMW) y un and componente de copolímero de etileno/1 -olefina de peso molecular más bajo (LMW), y en donde el componente HMW tiene un PDI igual a o menor que aproximadamente 5,5 y el componente LMW tiene un PDI igual a o menor que aproximadamente 10.

13. La película de la reivindicación 1, en donde la composición tiene un grosor de aproximadamente 2,54 micrómetros (0,1 miles) a aproximadamente 127 micrómetros (5 miles), o en donde la composición comprende menos que aproximadamente 1% en peso de aditivos no poliméricos.

14. La película de la reivindicación 12, en donde el componente HMW tiene un PDI igual a o menor que aproximadamente 4,0.

15. La película de la reivindicación 1, en donde la composición tiene un índice de fusión a alta carga (HLMI) de aproximadamente 1 g/10 min a 30 g/10 min.