ES2339963T3 - Tubo que tiene una resistencia a alta temperatura mejorada. - Google Patents
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Abstract
Tubo hecho de una composición de polietileno, que comprende una resina de base de polietileno, que comprende c. un copolímero de etileno como fracción (A) que tiene una densidad por debajo de 945 kg/cm3 y d. un homopolímero o copolímero de etileno como fracción (B), con la fracción (A) que tiene un peso molecular más bajo que la fracción (B), en la que la resina de base de polietileno puede obtenerse en un proceso de polimerización en el que se utiliza un catalizador de sitio único (SSC) en la polimerización de, como mínimo, una de las fracciones (A) y (B), teniendo la resina de base (i) una densidad por debajo de 940 kg/m3, y (ii) un MFR5 a 190ºC/5,00 kg de, como mínimo, 0,20 g/10 minutos (ISO 1333), y (iii) un SHI (2,7/210) por debajo de 20; teniendo la composición de polietileno un tiempo hasta el fallo de, como mínimo, 250 horas medido según la ISO 1167 a 95ºC y 4,3 MPa.
Description
Tubo que tiene una resistencia a alta
temperatura mejorada.
La presente invención se refiere a un tubo con
resistencia a alta temperatura mejorada, hecho de una composición
de polietileno que comprende una resina de polietileno producida
mediante un proceso de polimerización en presencia de un
catalizador de sitio único (SSC), y a un proceso para la producción
de dicho tubo.
Los tubos, en particular los tubos de presión,
se utilizan en diversas aplicaciones como el transporte de agua
potable, aguas residuales, diferentes aplicaciones industriales, gas
y más.
En base a la resistencia del polímero, los tubos
de polietileno para sistemas presurizados pueden clasificarse en
diferentes categorías, tales como PE63, PE80 o PE100. Cuanto más
alto sea el número, más larga será la vida útil a alta presión.
Sin embargo, el polietileno tiene una
resistencia a la presión limitada a temperatura elevada.
Especialmente, es difícil combinar una buena resistencia a la
presión a altas temperaturas con una alta flexibilidad de los
materiales que constituyen las tuberías.
La herramienta clásica para mejorar la
resistencia a la presión de un tubo a temperatura elevada es
reticular el material. Sin embargo, la inferior pureza de las
resinas reticuladas puede ser un obstáculo para su utilización en
tubos que están en contacto con agua potable y/o alimentos. Además,
el reciclado de material reticulado es difícil. Por lo tanto,
serían preferentes las soluciones termoplásticas si el rendimiento
técnico, tal como la resistencia a la presión a temperaturas
elevadas, se puede mejorar de forma suficiente. Se han realizado
muchos intentos de diseñar dichos materiales.
Actualmente, los mejores tubos de presión de
polietileno se preparan en un proceso de múltiples fases con
catalizadores de Ziegler-Natta. Las densidades de
dichas resinas de polietileno son altas para alcanzar una alta
resistencia a la presión. Sin embargo, la alta densidad da una alta
rigidez, que es una desventaja, por ejemplo a la hora de instalar
los tubos.
También se ha realizado una exhaustiva
investigación sobre resinas de poliolefina producidas con
catalizadores de metaloceno o de "sitio único", pero la
introducción de dicha resina en el mercado sigue siendo baja. Las
principales áreas en las que se han introducido resinas de sitio
único son recubrimiento en forma de película o por extrusión, tal
como se da a conocer, por ejemplo, en el documento WO 03/066699. Las
películas que se dan a conocer en este documento tienen excelentes
propiedades mecánicas y una capacidad de sellado extraordinaria.
Sin embargo, es conocido que la actividad
catalítica de los catalizadores de sitio único es moderada y la
actividad más alta se alcanza en las regiones de media a baja
densidad.
Además, las resinas para un tubo de presión
preparadas mediante catalizadores de sitio único del estado de la
técnica, tal como se describen, por ejemplo, en el documento WO
02/34829, tienen tradicionalmente una densidad mayor de 940
kg/m^{3}. La consecuencia es que la flexibilidad de los tubos es
bastante baja.
Aún más, para la producción de tubos de presión
es necesario que las composiciones de polietileno utilizadas tengan
un índice de fluidez y una distribución de pesos moleculares
adecuados, para asegurar una buena capacidad de procesado de la
composición durante el proceso de extrusión.
Por lo tanto, el objeto de la presente invención
es dar a conocer un tubo que tiene una resistencia a la presión
mejorada a temperatura elevada, mejorando simultáneamente la
flexibilidad del tubo.
Actualmente se ha descubierto de forma
sorprendente que dicho tubo puede producirse utilizando una
composición de polietileno que comprende una resina de base que se
ha producido utilizando un catalizador de sitio único, que tiene una
densidad por debajo de 940 kg/m^{3} y un MFR_{5} de, como
mínimo, 0,2 g/10 minutos.
Por lo tanto, la presente invención da a conocer
un tubo hecho de una composición de polietileno que comprende una
resina de base de polietileno, que comprende
a. un copolímero de etileno como fracción (A)
que tiene una densidad por debajo de 945 kg/cm^{3}, y
b. un homopolímero o copolímero de etileno como
fracción (B), con la fracción (A) que tiene un peso molecular más
bajo que la fracción (B), en la que la resina de base de polietileno
puede obtenerse en un proceso de polimerización en el que se utiliza
un catalizador de sitio único (SSC) en la polimerización de, como
mínimo, una de las fracciones (A) y (B), teniendo la resina de
base
- (i)
- una densidad por debajo de 940 kg/m^{3}, y
- (ii)
- un MFR_{5} a 190ºC/5,00 kg de, como mínimo, 0,20 g/10 minutos, y
- (iii)
- un SHI (2,7/210) por debajo de 20,
teniendo la composición de polietileno un tiempo
hasta el fallo de, como mínimo, 250 horas medido según la ISO 1167 a
95ºC y 4,3 MPa.
Como se demuestra más adelante, la presente
invención permite la preparación de tubos más flexibles que siguen
cumpliendo los requisitos para alta resistencia a la presión a
temperaturas elevadas.
De ahí, por ejemplo, la flexibilidad mejorada de
los tubos de la presente invención permite un doblado más fácil de
los mismos y, por lo tanto, un enrollado más fácil en un rodillo.
Esto ofrece la ventaja de que la instalación de los tubos se
simplifica mucho.
La expresión "resina de base" indica la
totalidad de componentes poliméricos en la composición de
polietileno del tubo según la presente invención, suponiendo
habitualmente, como mínimo, el 90% en peso de la composición total.
Preferentemente, la resina de base comprende las fracciones (A) y
(B), comprendiendo además opcionalmente una fracción de prepolímero
en una cantidad de hasta el 20% en peso, preferentemente hasta el
10% en peso, más preferentemente hasta el 5% en peso de la resina de
base total.
La densidad de la resina de base está en el
intervalo medio, es decir por debajo de 940 kg/m^{3},
preferentemente por debajo de 939 kg/m^{3}, más preferentemente en
el intervalo de 910 a por debajo de 940 kg/m^{3}, aún más
preferentemente en el intervalo de 915 a por debajo de 940
kg/m^{3} y de la forma más preferente en el intervalo de 920 a por
debajo de 939 kg/m^{3}, medida según la ISO 1183.
A pesar de una densidad de 5 a 10 unidades de
kg/m^{3} más baja de la resina de base en comparación con resinas
convencionales, los tubos de la presente invención cumplen los
requisitos de alta temperatura.
El índice de fluidez (MFR) y el coeficiente del
índice de fluidez (FRR) son propiedades importantes de la resina de
base de polietileno, puesto que el MFR y el FRR son indicaciones de
la fluidez y, por lo tanto, la capacidad de procesado del polímero.
Cuanto más alto sea el índice de fluidez, más baja será la
viscosidad del polímero.
En la presente invención la resina de base de
polietileno debe tener un MFR_{5} de, como mínimo, 0,20 g/10
minutos, preferentemente de, como mínimo, 0,5 g/10 minutos y de la
forma más preferente de, como mínimo, 1,3 g/10 minutos. El MFR_{5}
de la resina de base de polietileno está habitualmente por debajo de
7,0 g/10 minutos, más preferentemente es 3,5 g/10 minutos o inferior
y de la forma más preferente es 1,5 g/10 minutos o inferior.
Además, es preferente que la resina de base de
polietileno tenga un MFR_{2} de 0,06 a 10 g/10 minutos, más
preferente de 0,1 a 5,0 g/10 minutos, aún más preferente de 0,1 a
1,0 g/10 minutos y de la forma más preferente de 0,1 a 0,5 g/10
minutos.
Además, para aplicaciones de tubos, una buena
capacidad de procesado de la composición de polietileno es
importante. Es necesario un alto peso molecular para cumplir los
requisitos de buena resistencia a la presión a temperaturas elevadas
y baja deformación bajo carga constante, sin embargo, el
procesamiento de dichas resinas de alto peso molecular es más
difícil. La capacidad de procesado mejorada se consigue mediante el
diseño multimodal de la resina de base. Esto significa que, como
mínimo, una fracción de bajo peso molecular (A) que da una capacidad
de procesado más fácil y una fracción con un peso molecular más alto
(B) que aporta resistencia mecánica, están presentes en la
composición utilizada para tubos de la presente invención.
Habitualmente, una composición de polietileno
que comprende, como mínimo, dos fracciones de polietileno, que han
sido producidas en diferentes condiciones de polimerización, dando
como resultado diferentes pesos moleculares (promedio en peso) para
las fracciones, se denomina como una "multimodal". El prefijo
"multi" se refiere al número de diferentes fracciones
poliméricas que comprende la composición. Por lo tanto, por ejemplo,
una composición que comprende solamente dos fracciones se denomina
"bimodal".
La forma de la curva de distribución de pesos
moleculares, es decir, el aspecto del gráfico de la fracción de peso
del polímero en función de su peso molecular, de dicho polietileno
multimodal mostrará dos o más máximos o, como mínimo, se ensanchará
de forma distinta en comparación con las curvas para las fracciones
individuales.
Por ejemplo, si se produce un polímero en un
proceso secuencial de múltiples fases, utilizando reactores
acoplados en serie y utilizando diferentes condiciones en cada
reactor, las fracciones poliméricas producidas en diferentes
reactores tendrán cada una su propia distribución de pesos
moleculares y peso molecular promedio en peso. Cuando la curva de
distribución de pesos moleculares de dicho polímero se registra, las
curvas individuales de estas fracciones se superponen en la curva de
distribución de pesos moleculares para dar como resultado el
producto polimérico total, produciendo habitualmente una curva con
dos o más máximos distintos.
La resina de base de polietileno de la presente
invención es una resina de base de polietileno multimodal, o más
preferente bimodal, que comprende fracciones (A) y (B) como se han
definido anteriormente, en la que la fracción (A) tiene un peso
molecular más bajo que la fracción (B).
En la realización preferente en la que la resina
de base comprende las fracciones (A) y (B), opcionalmente puede
estar presente una fracción de prepolímero en una cantidad como se
ha definido anteriormente.
La expresión peso molecular, cuando se utiliza
en el presente documento, indica el peso molecular promedio en peso
M_{w}.
La resina de base de polietileno de la presente
invención preferentemente tiene una distribución de pesos
moleculares (MWD) de 5 a 25, más preferentemente de 5 a 20 y de la
forma más preferente de 5 a 15.
Es preferente que el copolímero de etileno (A)
tenga una densidad por debajo de 945 kg/m^{3}, más preferentemente
por debajo de 940 kg/m^{3}. El intervalo de densidad preferente
para el copolímero de etileno (A) es de 920 a por debajo de 945
kg/m^{3}, más preferente de 925 a por debajo de 940
kg/m^{3}.
Además, en la presente invención la fracción (A)
es un copolímero de etileno y la fracción (B) puede ser un
homopolímero o copolímero de etileno. Sin embargo, es preferente que
la fracción (B) sea un copolímero de etileno.
Los comonómeros utilizados en ambas fracciones
pueden ser iguales o diferentes.
Como comonómeros, pueden utilizarse diversas
alfa-olefinas con de C_{4} a C_{20} átomos de
carbono, pero los comonómeros son preferentemente un alqueno
C_{4}-C_{20} seleccionado entre el grupo de
1-buteno, 1-penteno,
4-metil-1-penteno,
1-hexeno, 1-hepteno,
1-octeno, 1-deceno y
1-eicoseno. En la realización preferente particular,
el comonómero es 1-buteno y/o
1-hexeno.
La resina de base de polietileno de la presente
invención también puede comprender un terpolímero, lo que significa
que, como mínimo, una de las fracciones (A) y (B) comprende etileno
y dos unidades de comonómero diferentes.
Preferentemente, la fracción (B) es un
copolímero de etileno y el comonómero utilizado es una
alfa-olefina con 4, más preferentemente 6 o más
átomos de carbono, más preferentemente es 1-hexeno o
1-octeno.
La cantidad del comonómero utilizado en la
fracción (A) preferentemente está entre el 0,1 y el 3,0% molar, más
preferentemente el 0,2 y el 2,0% molar, aún más preferentemente el
0,5 y el 1,5% molar.
La cantidad del comonómero utilizado en la
fracción (B) preferentemente está entre el 0,1 y el 2,0% molar, más
preferentemente el 0,1 y el 1,5% molar, aún más preferentemente el
0,2 y el 1,0% molar.
Además, el índice de fluidez MFR_{2}
(190ºC/2,16 kg) de la fracción (A) preferentemente está entre 10 y
300 g/10 minutos, más preferentemente entre 10 y 200 g/10 minutos y
de la forma más preferente entre 50 y 140 g/10 minutos.
Se ha conocido anteriormente que, para producir
polímeros de olefina multimodales, en particular bimodales, tales
como la resina de base de polietileno de la presente invención,
pueden utilizarse dos o más reactores o zonas conectadas en serie
tal como se describe en el documento EP 517 868, que se incorpora
por la presente como referencia en su totalidad.
Según la presente invención, las principales
fases de polimerización se realizan preferentemente como una
combinación de polimerización en suspensión/polimerización en fase
gaseosa. La polimerización en suspensión se realiza preferentemente
en un denominado reactor de bucle.
Opcional y ventajosamente, las principales fases
de polimerización pueden estar precedidas por una
pre-polimerización, en cuyo caso se produce un
prepolímero en la cantidad que se ha descrito anteriormente, de la
forma más preferente en una cantidad del 1 al 5% en peso de la
cantidad total de polímeros. El pre-polímero puede
ser un homopolímero o copolímero de etileno.
Si tiene lugar una
pre-polimerización, en este caso todo el catalizador
se carga preferentemente en el primer reactor de
pre-polimerización y la
pre-polimerización se realiza como polimerización en
suspensión. Dicha polimerización conduce a partículas menos finas
que se producen en los siguientes reactores y a un producto más
homogéneo que se obtiene al final. Generalmente, esta técnica da
como resultado una mezcla polimérica multimodal mediante
polimerización con ayuda de un catalizador, en la presente invención
con ayuda de un catalizador de sitio único.
El catalizador de sitio único utilizado en los
ejemplos de la presente invención se ha dado a conocer en el
documento EP 1 462 464, ejemplo 5, catalizador 3.
En el proceso de la presente invención para
producir la resina de base de la composición polimérica de la
presente invención, como mínimo la fracción (A) o la fracción (B) se
producen en una reacción de polimerización en presencia de un
catalizador de sitio único. Por ejemplo, la fracción (A) o, como
alternativa, la (B), puede producirse en presencia de un catalizador
de sitio único y la fracción (B) o, como alternativa, la (A), puede
producirse en presencia de un catalizador de
Ziegler-Natta.
\newpage
Sin embargo, es preferente que ambas fracciones
(A) y (B) se preparen en presencia de un catalizador de sitio
único.
Además, es preferente que la fracción (A) y la
fracción (B) se polimericen en presencia del mismo catalizador de
sitio único.
En la producción de una resina de base de
polietileno de la presente invención, es preferente que la fracción
(A) se produzca en un reactor de bucle en ciertas condiciones con
respecto a concentración de hidrógeno, monómero y comonómero,
temperatura, presión y demás.
Además, es preferente que la fracción (B) se
produzca en un reactor de fase gaseosa.
Aún más preferentemente, después de la
polimerización, la fracción (A) que incluye el catalizador se
transfiere al reactor, preferentemente un reactor de fase gaseosa,
en el que la fracción (B) se produce en diferentes
condicio-
nes.
nes.
El producto final resultante comprende una
mezcla íntima de los polímeros de los dos principales reactores,
formando las diferentes curvas de distribución de pesos moleculares
de estos polímeros juntas una curva de distribución de pesos
moleculares que tiene un máximo ancho o dos máximos, es decir, el
producto final es una mezcla polimérica bimodal.
Debido a la flexibilidad con respecto a las
condiciones de reacción obtenidas de este modo, es lo más preferente
que la polimerización se realice en un reactor de
pre-polimerización/un reactor de bucle/un reactor de
fase gaseosa. Preferentemente, las condiciones de polimerización en
el método de tres etapas preferente se seleccionan de modo que la
fracción (A) se produzca en una etapa, preferentemente el segundo
reactor, mientras que la fracción (B) se produzca en otra etapa,
preferentemente el tercer reactor. Sin embargo, el orden de estas
etapas puede invertirse.
En la presente invención es preferente que la
pre-polimerización se realice a una temperatura
entre 40 y 70ºC, más preferente entre 50 y 65ºC y preferentemente a
una presión de 50 a 70 bares, más preferentemente de 55 a 65
bares.
bares.
En el segundo reactor la temperatura de
polimerización está preferentemente entre 60 y 100ºC, más
preferentemente entre 70 y 90ºC, y preferentemente a una presión de
40 a 70 bares, más preferentemente de 50 a 60
bares.
bares.
En el tercer reactor la temperatura está
preferentemente entre 60 y 105ºC, más preferentemente entre 70 y
90ºC y preferentemente a una presión de 10 a 40 bares, más
preferentemente de 15 a 20 bares.
La proporción en peso entre ambas fracciones (A)
y (B) producidas en el segundo y tercer reactor es preferentemente
de 60:40 a 40:60, más preferentemente de 55:45 a 45:55.
La composición de polietileno de la que está
hecho el tubo de la presente invención, puede comprender además
aditivos como ayudas para el proceso, antioxidantes, pigmentos,
estabilizantes UV. Habitualmente, la cantidad de esos aditivos es el
10% en peso o inferior, en base a la composición total.
El tubo de la presente invención puede
prepararse de cualquier manera convencional, preferentemente
mediante extrusión de la composición de poliolefina en una
extrusora. Ésta es una técnica bien conocida por el experto en la
materia.
El tubo de la presente invención muestra una
buena resistencia a la tensión así como una alta flexibilidad.
El índice de adelgazamiento por cizalla (SHI) es
la proporción de la viscosidad de la resina de base de polietileno a
diferentes tensiones de cizalla y puede servir como medida de la
anchura de la distribución de pesos moleculares. En la presente
invención, se utilizan las tensiones de cizalla a 2,7 kPa y 210 kPa
así como 5 kPa y 300 kPa para la determinación del SHI de la resina
de base de polietileno. La definición y las condiciones de medición
se describen con detalle en la página 8, línea 29 a página 11, línea
25 del documento WO 00/22040.
La resina de base de polietileno tiene
preferentemente un SHI_{(2,7/210)} por debajo de 20, más
preferentemente por debajo de 15 y de la forma más preferente por
debajo de 10. Es preferente que el intervalo de SHI_{(2,7/210)}
sea de 1 a por debajo de 20.
También es preferente que el SHI_{(5/300)}
esté por debajo de 35, más preferente por debajo de 30 y de la forma
más preferente por debajo de 25. El intervalo preferente del
SHI_{(5/300)} está entre 5 y por debajo de 35.
Adicionalmente, la viscosidad a la tensión de
cizalla de 0,05 kPa (eta_{0,05}) de la resina de base de
polietileno es preferentemente de, como mínimo, 15.000 Pa\cdots,
más preferentemente, como mínimo, 18.000 Pa\cdots y de la forma
más preferente, como mínimo, 20.000 Pa\cdots.
Además, la viscosidad a la tensión de cizalla de
0,05 kPa (eta_{0,05}) de la resina de base de polietileno es
preferentemente menor de 80.000 Pa\cdots.
El ensayo de impacto de Charpy a bajas
temperaturas evalúa la resistencia al impacto y, por lo tanto, da a
conocer una manera de evaluar la resistencia a la propagación rápida
de grietas (RCP).
En la realización preferente de la presente
invención, la composición de polietileno del tubo tiene una
resistencia al impacto de Charpy a 0ºC de, como mínimo, 8
kJ/m^{2}, de la forma más preferente de, como mínimo, 10
kJ/m^{2}, medida según la ISO 179.
La resistencia a la propagación rápida de
grietas de la composición de polietileno según la presente invención
se determina mediante un método llamado S4 (Small Scale Steady
State) [Estado Estable a Pequeña Escala], que se ha desarrollado en
el Imperial College, Londres y se describe en el documento ISO
13477:1977 (E). Los tubos de la presente invención preferentemente
alcanzan una temperatura crítica, es decir, un valor
RCP-S4, de +2ºC o inferior, más preferentemente de
+1ºC o inferior.
La resistencia a la propagación lenta de grietas
se determina según el documento ISO 13479:1997 en términos del
número de horas que el tubo con muesca resiste cierta presión a
cierta temperatura antes del fallo.
Adicionalmente, el tiempo antes del fallo de la
composición de polietileno a 95ºC y 4,3 MPa según la ISO 1167
preferentemente es de, como mínimo, 250 horas, más preferentemente,
como mínimo, 300 horas, de la forma más preferente, como mínimo, 350
horas.
El módulo de flexión de la composición de
polietileno está preferentemente por debajo de 700 MPa, más
preferentemente por debajo de 650 MPa y de la forma más preferente
por debajo de 600 MPa, medidos según la ISO 178. Es preferente que
el módulo de flexión de la composición de polietileno sea de 300 MPa
o superior, más preferentemente sea de 400 MPa o superior.
El módulo de elasticidad del tubo de la presente
invención se determinó según la ISO 527. La composición polimérica
según la presente invención tiene preferentemente un módulo de
elasticidad de 400 a 900 MPa, más preferentemente de 425 a 850 MPa y
de la forma más preferente de 450 a 800 MPa.
\vskip1.000000\baselineskip
El MFR se determina según la ISO 1133 y se
indica en g/10 minutos. Para las resinas de polietileno, se aplica
una temperatura de 190ºC. El MFR se determina a diferentes cargas
tales como 2,16 kg (MFR_{2}; ISO 1133), 5 kg (MFR_{5}; ISO 1133)
o 21,6 kg MFR_{21} (ISO 1133). El coeficiente del índice de
fluidez, FRR es la proporción entre MFR_{peso1} y MFR_{peso2},
es decir, FRR_{21/5} significa la proporción entre MFR_{21} y
MFR_{5}.
\vskip1.000000\baselineskip
El peso molecular promedio en peso M_{w} y la
distribución de pesos moleculares (MWD = M_{w}/M_{n}, en la que
M_{n} es el peso molecular promedio en número y M_{w} es el peso
molecular promedio en peso) se miden en base a la ISO
1014-4:2003. Se utilizó un instrumento 150CV plus de
Waters con columna 3 x HT&E styragel de Waters (divinilbenceno)
y triclorobenceno (TCB) como disolvente a 140ºC. El ajuste de la
columna se calibró utilizando calibrado universal con estándares de
MWD PS estrechos (la constante de Mark Howings K: 9,54 x 10^{-5} y
a: 0,725 para PS, y K: 3,92 x 10^{-4} y a: 0,725 para PE). La
proporción de M_{w} y M_{n} es una medida de la anchura de la
distribución, dado que cada uno está influido por un extremo opuesto
de la "población".
\vskip1.000000\baselineskip
La resistencia a la propagación rápida de
grietas (RCP) de un tubo se determina según la ISO 13477 (E). Según
el método RCP-S4, se ensaya un tubo que tiene una
longitud axial no inferior a 7 diámetros del tubo. El diámetro
externo del tubo es de aproximadamente 110 mm o superior y el grosor
de su pared de aproximadamente 10 mm o superior. Cuando se
determinan las propiedades de RCP de un tubo relacionado con la
presente invención, el diámetro externo y el grosor de la pared se
han seleccionado para que sean de 110 mm y 10 mm respectivamente.
Mientras que el exterior del tubo está a presión ambiente (presión
atmosférica), el tubo está presurizado internamente y la presión
interna en el tubo se mantiene constante a una presión de 0,5 MPa de
presión positiva. El tubo y el equipo que lo rodea se termostatizan
a una temperatura predeterminada. Se han montado varios discos sobre
un árbol en el interior del tubo para evitar la descompresión
durante el ensayo. Se dispara un proyectil cortante, con formas bien
definidas, hacia el tubo cerca de su extremo en la denominada zona
de iniciación, para iniciar una grieta axial que se propaga
rápidamente. La zona de iniciación está provista de un resalte para
evitar la innecesaria deformación del tubo. El equipo de ensayo se
ajusta de tal manera que la iniciación de la grieta tiene lugar en
el material implicado y se realizan varios ensayos a temperaturas
variables. La longitud de la grieta axial en la zona de medición,
que tiene una longitud total de 4,5 diámetros, se mide para cada
ensayo y se representa confrontada con la temperatura de ensayo
establecida. Si la longitud de la grieta supera los 4 diámetros, se
considera que la grieta se propaga. Si la tubería supera el ensayo a
una temperatura dada, la temperatura se rebaja sucesivamente hasta
que se alcanza una temperatura (T_{crítica}), a la que el tubo ya
no supera el ensayo.
\vskip1.000000\baselineskip
El ensayo de presión en tubos de 32 mm sin
muesca se realiza según la ISO 1167 3 a 4,3 MPa y 95ºC. El tiempo
antes del fallo se determina en horas.
\vskip1.000000\baselineskip
El ensayo de presión en tubos de 110 mm con
muesca se realiza según la ISO 13479.
\vskip1.000000\baselineskip
La resistencia al impacto se determina como la
Resistencia al Impacto de Charpy según la ISO 179-1,
no instrumentada, o la ISO179-2, instrumentada.
\vskip1.000000\baselineskip
El módulo de flexión se determina según la ISO
178 a una velocidad constante de 2 mm/minuto.
\vskip1.000000\baselineskip
El módulo de elasticidad se determina según la
ISO 527-2 (muestra de ensayo 1B), a una velocidad
constante de 1 mm/minuto.
\vskip1.000000\baselineskip
Los parámetros reológicos tales como el Índice
de Adelgazamiento por Cizalla SHI y la viscosidad se determinan
utilizando un reómetro, preferentemente un reómetro Physica MCR 300
de Anton Paar. La definición y las condiciones de medición se
describen con detalle en la página 8, línea 29 a página 11, línea 25
del documento WO 00/22040.
\vskip1.000000\baselineskip
A un reactor de bucle de 50 dm^{3}, se
añadieron 32 kg/h de propano y 8,3 g/h de hidrógeno. La temperatura
de funcionamiento era de 60ºC y la presión de funcionamiento de 61
bares.
La suspensión se extrajo del reactor y se
transfirió a un reactor de bucle de 500 dm^{3}. El reactor se hizo
funcionar a 85ºC y 58 bares de presión. El catalizador de sitio
único preparado como se da a conocer en el documento EP 1 462 464,
Ejemplo 5, catalizador 3 se introdujo de forma continua a una
velocidad de 29 g/minuto en el reactor de bucle. Un diluyente
adicional de etileno, 1-buteno, propano e hidrógeno
se introdujeron de forma continua en el reactor de modo que la
velocidad de producción de polímero era de 35 kg/h y el MFR_{2}
del polímero era de 110 g/10 minutos y la densidad del polímero era
de 939 kg/m^{3}.
La suspensión se extrajo de forma continua del
reactor a una fase ultrarrápida en la que los hidrocarburos se
eliminaron del polímero. El polímero se transfirió a continuación a
un reactor de fase gaseosa, donde se continuó la polimerización. El
reactor se hizo funcionar a 80ºC de temperatura y 20 bares de
presión. Se introdujeron etileno, hidrógeno y
1-hexeno en el reactor para obtener condiciones
tales que la velocidad de producción de polímero era de 34 kg/h, el
MFR_{5} del polímero era de 1,4 g/10 minutos, el MFR_{2} del
polímero era de 0,45 g/10 minutos y la densidad de 936 kg/m^{3}.
La productividad del catalizador era de 2,4 kg/g de catalizador.
La proporción entre las cantidades de polímero
producidas en los reactores de suspensión (reactor 2) y de fase
gaseosa (reactor 3) era de 51:49.
\newpage
El polímero se mezcló a continuación con 1500
ppm de estearato cálcico y 3000 ppm de B225. Las propiedades de la
resina mezclada se dan en la Tabla 1, en la que también se muestran
las condiciones de reacción para la producción de la resina de
base.
El material mezclado se extrudió en tubos que
tenían un diámetro externo de aproximadamente 110 mm y un grosor de
aproximadamente 10 mm y 32 mm y un grosor de 3 mm respectivamente.
El resultado del ensayo de presión del tubo se da en la Tabla 1.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo comparativo
I
Se produjo una resina para tubos por medio de un
proceso en tres etapas en un reactor de bucle de
pre-polimerización seguido de, en primer lugar, un
reactor de bucle y a continuación un reactor de fase gaseosa, tal
como se describe en el Ejemplo 1. La partición era de 2:38:60. No se
utilizó comonómero en el reactor de
pre-polimerización, mientras que se utilizó
1-buteno como comonómero en la producción de la
fracción de bajo y alto peso molecular producida en el reactor de
bucle y de fase gaseosa, respectivamente, en las cantidades que se
indican en la Tabla 1, de modo que el contenido de comonómero de
1-buteno del polímero resultante total era del 2,9%
en peso. Se utilizó un catalizador de tipo
Ziegler-Natta como se da a conocer en el documento
EP 688 794. Las propiedades de la resina se enumeran en la Tabla
1.
La resina de base producida se mezcló de las
mismas maneras que en el Ejemplo 1 y el material mezclado se
extrudió a continuación en tubos que tenían un diámetro externo de
aproximadamente 110 mm y un grosor de aproximadamente 10 mm y un
diámetro de 32 mm y un grosor de 3 mm respectivamente. El resultado
del ensayo de presión también se da en la Tabla 1.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Claims (14)
1. Tubo hecho de una composición de polietileno,
que comprende una resina de base de polietileno, que comprende
c. un copolímero de etileno como fracción (A)
que tiene una densidad por debajo de 945 kg/cm^{3} y
d. un homopolímero o copolímero de etileno como
fracción (B), con la fracción (A) que tiene un peso molecular más
bajo que la fracción (B), en la que la resina de base de polietileno
puede obtenerse en un proceso de polimerización en el que se utiliza
un catalizador de sitio único (SSC) en la polimerización de, como
mínimo, una de las fracciones (A) y (B), teniendo la resina de
base
- (i)
- una densidad por debajo de 940 kg/m^{3}, y
- (ii)
- un MFR_{5} a 190ºC/5,00 kg de, como mínimo, 0,20 g/10 minutos (ISO 1333), y
- (iii)
- un SHI (2,7/210) por debajo de 20;
- \quad
- teniendo la composición de polietileno un tiempo hasta el fallo de, como mínimo, 250 horas medido según la ISO 1167 a 95ºC y 4,3 MPa.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Tubo, según la reivindicación 1, en el que la
fracción (A) es un copolímero de comonómeros de etileno y
alfa-olefina C_{4} a C_{20}.
3. Tubo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la fracción (A) tiene un
índice de fluidez MFR_{2} de 10 a 300 g/10 minutos.
4. Tubo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que, en la resina de base de
polietileno, la proporción en peso entre la fracción (A) y la
fracción (B) está entre 60:40 y 40:60.
5. Tubo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el copolímero de etileno (A)
y el homopolímero o copolímero de etileno (B) se polimerizan en
presencia del mismo catalizador de sitio único.
6. Tubo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la distribución de pesos
moleculares (MWD) de la resina de base de polietileno es de 5 a
25.
7. Tubo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el SHI_{(5/300)} está por
debajo de 35.
8. Tubo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la viscosidad de la resina de
base de polietileno a una velocidad de cizalla de 0,05 kPa
(eta_{0,05}) es, como mínimo, de 15.000 kPa.
9. Tubo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la composición de polietileno
tiene una resistencia al impacto de Charpy a 0ºC de, como mínimo, 8
kJ/m^{2}, medida según la ISO 179.
10. Tubo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la composición de polietileno
tiene un valor RCP-S4 de +2ºC o inferior, medido
según la ISO 13477.
11. Tubo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la composición de polietileno
tiene un módulo de elasticidad de 400 a 900 MPa según la ISO
527.
12. Proceso para la fabricación de un tubo, en
el que una composición de polietileno que comprende una resina de
base de polietileno, que comprende
a. un copolímero de etileno como fracción (A)
que tiene una densidad por debajo de 945 kg/cm^{3}, y
b. un homopolímero o copolímero de etileno como
fracción (B), con la fracción (A) que tiene un peso molecular más
bajo que la fracción (B), en la que la resina de base de polietileno
puede obtenerse en un proceso de polimerización en el que se utiliza
un catalizador de sitio único (SSC) en la polimerización de, como
mínimo, una de las fracciones (A) y (B), teniendo la resina de
base
- (i)
- una densidad por debajo de 940 kg/m^{3}, y
- (ii)
- un MFR_{5} a 190ºC/5,00 kg de, como mínimo, 0,20 g/10 minutos, y
- (iii)
- un SHI (2,7/210) por debajo de 20,
- \quad
- la composición de polietileno que tiene un tiempo hasta el fallo de, como mínimo, 250 horas, medido según la ISO 1167 a 95ºC y 4,3 MPa, se forma en un tubo.
\vskip1.000000\baselineskip
13. Proceso, según la reivindicación 12, en el
que la fracción (A) y la fracción (B) se polimerizan en presencia
del mismo catalizador de sitio único.
14. Utilización de una composición de
polietileno que comprende una resina de base de polietileno, que
comprende
a. un copolímero de etileno como fracción (A)
que tiene una densidad por debajo de 945 kg/cm^{3}, y
b. un homopolímero o copolímero de etileno como
fracción (B), con la fracción (A) que tiene un peso molecular más
bajo que la fracción (B), en la que la resina de base de polietileno
puede obtenerse en un proceso de polimerización en el que se utiliza
un catalizador de sitio único (SSC) en la polimerización de, como
mínimo, una de las fracciones (A) y (B), teniendo la resina de
base
- (i)
- una densidad por debajo de 940 kg/m^{3}, y
- (ii)
- un MFR_{5} a 190ºC/5,00 kg de, como mínimo, 0,20 g/10 minutos, y
- (iii)
- un SHI (2,7/210) por debajo de 20,
la composición de polietileno que tiene un
tiempo hasta el fallo de, como mínimo, 250 horas medido según la ISO
1167 a 95ºC y 4,3 MPa, para la producción de tubos.
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