BR112020005047A2 - composição de catalisador para promover a cura de um polímero etilênico funcionalizado com silano, batelada mestre, e, processo para curar um polímero etilênico funcionalizado com silano. - Google Patents

composição de catalisador para promover a cura de um polímero etilênico funcionalizado com silano, batelada mestre, e, processo para curar um polímero etilênico funcionalizado com silano. Download PDF

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Abstract

O processo de curar um polímero etilênico funcionalizado com silano usando um catalisador à base de estanho, por exemplo, dibutilestanho dilaurato, é acelerado pela adição de um óxido de titânio (IV).

Description

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COMPOSIÇÃO DE CATALISADOR PARA PROMOVER A CURA DE UM POLÍMERO ETILÊNICO FUNCIONALIZADO COM SILANO, BATELADA MESTRE, E, PROCESSO PARA CURAR UM POLÍMERO ETILÊNICO FUNCIONALIZADO COM SILANO CAMPO DA INVENÇÃO
[001] Esta invenção se refere a polímeros etilênicos funcionalizados com silano. Em um aspecto, a invenção se refere à cura de umidade de tais polímeros usando um catalisador à base de estanho, enquanto em outro aspecto, a invenção se refere ao uso de um óxido de titânio (IV) - para promover essa cura dos polímeros.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] Polímeros etilênicos funcionalizados com silano (em combinação com catalisadores apropriados) são amplamente empregados para fazer as camadas de isolamento/jaqueta de construções de cabos de baixa voltagem ou média voltagem (por processos de extrusão). Estes polímeros podem ser feitos por copolimerização de etileno com alcoxissilanos adequados em um reator (para fazer “copolímeros de etileno silano de reator”, tal como, Polietileno SI-LINK™ DFDA-5451 NT) ou por enxerto pós-reator de alcoxissilanos em polímeros etilênicos. Esses polímeros etilênicos funcionalizados com silano feitos pela última abordagem são chamados de “polímeros etilênicos enxertados com silano” ou “polímeros etilênicos Si-g” e podem ser classificados como um dos dois tipos a seguir: Processo SIOPLASTM (feito em uma etapa separada antes do uso no processo de extrusão de cabo); ou Processo MONOSILTM (feito in situ durante o processo de fabricação de cabo - por mistura de fusão de uma etapa, reação e extrusão de composições de polímeros etilênicos contendo peróxido, silano e catalisador).
[003] Os polímeros etilênicos funcionalizados com silano são curados de umidade, isto é, o polímero é contatado com água em condições de
2 / 31 cura. A cura é promovida com um catalisador, tipicamente um catalisador à base de estanho. Tais catalisadores, por exemplo, dibutilestanho dilaurato (DBTDL), embora eficazes, são geralmente ineficientes, por exemplo, lentos na promoção de reações de cura de umidade. Uma cura de catalisador à base de estanho de um revestimento de cabo compreendendo um polietileno funcionalizado com silano tipicamente requer condições de cura de uma temperatura elevada em combinação com alta umidade, por exemplo, uma sauna. Se a cura sob condições ambientais for desejada, então, um longo período de tempo, por exemplo, um mês ou mais, é frequentemente necessário. Nenhuma opção de cura é particularmente atraente de um ponto de vista comercial.
[004] Ácidos sulfônicos promovem cura de polímeros etilênicos funcionalizados com silano muito mais rapidamente que catalisadores à base de estanho e a cura pode ser realizada comercialmente por um período de tempo mais curto, por exemplo, 2 semanas, em condições ambientais. A desvantagem de ácidos sulfônicos e, possivelmente, de ácidos de Brönsted forte em geral é que eles tendem a degradar outros aditivos, tal como antioxidantes.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[005] FIG. 1 é um gráfico mostrando a concentração de antioxidante (BHT) em função do tempo em Exemplos de Modelos na presença de sistemas de catalisador comparativos e sistemas de catalisador inventivos. ME 1 = DBSA, ME 2 = DBTDL, ME 3 = DBTDL/TiO2, ME 4 = DBTDL/tetraisopropil titanato.
SUMARIO DA INVENÇÃO
[006] Em uma modalidade, a invenção é uma composição de catalisador para promover a cura de um polímero etilênico funcionalizado com silano, a composição de catalisador compreendendo (i) um catalisador à base de estanho e (ii) um óxido de titânio (IV).
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[007] Em uma modalidade, a invenção é uma batelada mestre compreendendo (A) uma resina transportadora e (B) uma composição de catalisador compreendendo (i) um catalisador à base de estanho e (ii) um óxido de titânio (IV).
[008] Em uma modalidade, a invenção é um processo para curar um polímero etilênico funcionalizado com silano, o processo compreendendo as etapas de (1) formar uma composição de polímero misturando o polímero etilênico funcionalizado com silano e uma composição de catalisador compreendendo (i) um catalisador à base de estanho e (ii) um óxido de titânio (IV) e (2) submeter a composição de polímero a condições de cura.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA MODALIDADE PREFERIDA Definições
[009] Para fins de prática de patentes nos Estados Unidos, o conteúdo de qualquer patente, pedido de patente ou publicação referenciada é incorporado a título de referência em sua totalidade (ou sua versão US equivalente é assim incorporada a título de referência), especialmente com relação à divulgação de definições (na medida em que não sejam inconsistentes com quaisquer definições especificamente fornecidas nesta divulgação) e aos conhecimentos gerais na técnica.
[0010] Os intervalos numéricos aqui revelados incluem todos os valores de, e incluindo, o valor inferior e superior. Para uma faixa contendo valores explícitos (por exemplo, 1, ou 2, ou 3 a 5, ou 6, ou 7) qualquer subfaixa entre quaisquer dois valores explícitos está incluída (por exemplo, 1 a 2; 2 a 6; 5 a 7; 3 a 7; 5 a 6; etc.).
[0011] Os termos “compreendendo”, “incluindo", “tendo” e seus derivados não se destinam a excluir a presença de qualquer componente, etapa ou procedimento adicional, se ou não o mesmo é especificamente divulgado. A fim de evitar qualquer dúvida, todas as composições reivindicadas através do uso do termo “compreendendo” podem incluir qualquer aditivo, adjuvante
4 / 31 ou composto adicional, sejam poliméricos ou outros, a menos que declarado em contrário. Em contrapartida, o termo “consistindo essencialmente em” exclui do escopo de qualquer recitação subsequente qualquer outro componente, etapa ou procedimento, excetuando aqueles que não são essenciais para operabilidade. O termo “consistindo em” exclui qualquer componente, etapa ou procedimento não delineado ou listado especificamente. O termo “ou”, salvo indicação em contrário, se refere aos membros listados individualmente, bem como em qualquer combinação. O uso do singular inclui o uso do plural e vice-versa.
[0012] Qualquer referência à Tabela Periódica de Elementos é aquela publicada pela CRC Press, Inc., 1990–1991. A referência a um grupo de elementos nesta tabela é feita pela nova notação para grupos de numeração.
[0013] A menos que seja declarado o contrário, implícito no contexto ou habitual na técnica, todas as partes e porcentagens são baseadas no peso e todos os métodos de teste são atuais na data do depósito desta revelação.
[0014] “Polímero” significa um composto preparado polimerizando monômeros, sejam do mesmo tipo ou de um tipo diferente, que em forma polimerizada fornece as “unidades” múltiplas e/ou repetidas, ou “unidades mer”, que compõem um polímero. O termo genérico polímero abrange assim o termo homopolímero, usualmente empregado para se referir a polímeros preparados a partir de apenas um tipo de monômero, e o termo interpolímero, usualmente empregado para se referir a polímeros preparados a partir de pelo menos dois tipos de monômeros. “Unidades derivadas de” e termos semelhantes se referem às unidades mer do polímero, isto é, o remanescente polimerizado do monômero ou dos monômeros dos quais o polímero é feito, e não ao próprio monômero não polimerizado. “Polímero” também abrange todas as formas de copolímero, por exemplo, aleatório, bloco etc.
[0015] “Interpolímero” e “copolímero” significam um polímero preparado pela polimerização de pelo menos dois tipos diferentes de
5 / 31 monômeros. Estes termos genéricos incluem tanto copolímeros clássicos, isto é, polímeros preparados a partir de dois tipos diferentes de monômeros, quanto polímeros preparados a partir de mais de dois tipos diferentes de monômeros, por exemplo, terpolímeros, tetrapolímeros etc.
[0016] “Polímero etilênico”, “polímero de etileno”, “polietileno” e termos semelhantes significam um polímero contendo unidades derivadas de etileno. Polímeros etilênicos compreendem tipicamente pelo menos 50 por cento em peso (% em peso) de unidades derivadas de etileno.
[0017] “Polímero etilêncio funcionalizado com silano”, “polímero de etileno-vinilsilano” e termos semelhantes significam um polímero etilênico compreendendo funcionalidade silano. Um silano é qualquer de vários compostos de hidrogênio e silício que têm a fórmula geral SinH2n+2 e são análogos a alcanos. Funcionalidade silano significa um grupo de átomos derivados de um silano e os quais são parte de uma molécula maior. Funcionalidade silano em ou fixada a um polímero pode ser o resultado ou de polimerizar etileno com um comonômero de silano, por exemplo, um comonômero de vinil trialcóxi silano, ou de enxertar um comonômero de silano em uma espinha dorsal de polímero de etileno, como descrito, por exemplo, na USP 3.646.155 ou USP 6.048.935.
[0018] “Mistura” e termos semelhantes significam uma combinação, isto é, uma mistura de dois ou mais materiais. “Mistura de polímero” e termos semelhantes significam uma combinação, isto é, mistura de dois ou mais polímeros. Tais combinações podem ou não podem ser miscíveis. Tais combinações podem ou não podem ser separadas em fases. Tais combinações podem ou não podem conter uma ou mais configurações de domínio, conforme determinado de espectroscopia eletrônica de transmissão, espalhamento de luz, espalhamento de raios X e qualquer outro método conhecido na técnica. Misturas de polímeros podem ou não podem conter um ou mais componentes não poliméricos, por exemplo, um emchimento mineral.
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[0019] “Composição” e termos semelhantes significam uma mistura de dois ou mais componentes. Por exemplo, no contexto de preparar um polímero de etileno enxertado com silano, uma composição incluiria pelo menos um polímero de etileno, pelo menos um vinil silano e pelo menos um iniciador de radical livre. No contexto da preparar um forro de cabo ou outro artigo de fabricação, uma composição incluiria um copolímero de etileno- vinilsilano, um sistema de cura de catalisador e quaisquer aditivos desejados, tal como lubrificante, enchimentos, antioxidantes e similares.
[0020] “Composição de catalisador” e termos semelhantes significa uma combinação compreendendo pelo menos um catalisador à base de estanho e óxido de titânio (IV), e que promoverá a cura de umidade de um polímero etilênico funcionalizado com silano a uma temperatura ambiente e/ou elevada, por exemplo, 90ºC, em banho de água.
[0021] “Composição de polímero” e termos semelhantes significa uma combinação de (1) polímero etilênico funcionalizado com silano, (2) composição de catalisador e, se presente, (3) todos e quaisquer aditivos, enchimentos, subprodutos e similares. A composição de polímero pode ser curada ou não curada.
[0022] “Quantidade catalítica” significa uma quantidade de catalisador à base de estanho necessária para promover a reticulação de um polímero etilênico funcionalizado com silano até um nível detectável, preferencialmente a um nível comercialmente aceitável.
[0023] “Reticulado”, “curado” e termos similares significam que o polímero, antes ou depois de ele ser moldado em um artigo, foi submetido ou exposto a um tratamento o qual induziu reticulação e tem extraíveis de xileno ou decaleno menores ou iguais a 90% em peso (isto é, maior ou igual a 10 por cento em peso de teor de gel).
[0024] “Reticulável”, “curável”, “não curado” e termos semelhantes significam que o polímero, antes ou depois de moldado em um artigo, não é
7 / 31 curado ou reticulado e não foi submetido ou exposto a tratamento que tenha induzido reticulação substancial, embora o polímero compreenda aditivo(s) ou funcionalidade que provocará ou promoverá reticulação substancial mediante sujeição ou exposição a esse tratamento (por exemplo, exposição à água).
[0025] “Condições ambientais” e termos semelhantes significam 23°C e pressão atmosférica, e uma umidade relativa de 50%.
[0026] “Condições de cura” e termos semelhantes significam a temperatura, pressão e umidade, necessárias para reticular um polímero etilênico funcionalizado com silano. A temperatura tipicamente varia da ambiente até 100°C, pressão atmosférica e umidade relativa da ambiente até 100%. Polímero Etilênico
[0027] Os polímeros etilênicos na prática desta invenção podem ser ramificados, lineares ou substancialmente lineares, e podem ser feitos por polimerização ou copolimerização em um reator (de baixa pressão ou alta pressão) ou por modificação pós reator (tal como extrusão reativa para fazer um copolímero de enxerto). Como usado aqui, o termo “reator de alta pressão” ou “processo de alta pressão” é qualquer reator ou processo operado a uma pressão de pelo menos 5000 libras por polegada quadrada (psi) (34,47 megaPascal ou mPa). Tal como é do conhecimento dos versados na técnica, os polímeros etilênicos “ramificados” são frequentemente (mas não somente) preparados em um reator ou processo de alta pressão e tendem a ter estruturas poliméricas altamente ramificadas, com ramificações encontradas nas estruturas principais de polímero e nas próprias ramificações. Em contrapartida, “substancialmente linear” denota um polímero que tem uma estrutura principal que é substituída por 0,01 a 3 ramificações de cadeia longa por 1.000 átomos de carbono. Em algumas modalidades, o polímero etilênico pode ter uma estrutura principal que é substituída por 0,01 a 1 ramificação de
8 / 31 cadeia longa por 1.000 átomos de carbono, ou de 0,05 a 1 ramificação de cadeia longa por 1.000 átomos de carbono.
[0028] Os polímeros etilênicos usados na prática desta invenção incluem tanto homopolímeros quanto interpolímeros, copolímeros aleatórios e em bloco, e funcionalizados (por exemplo, vinil acetato de etileno, etil acrilato de etileno, etc.) e polímeros não funcionalizados. Os interpolímeros etilênicos incluem elastômeros, flexômeros e plastômeros. O polímero de etileno compreende pelo menos 50, de preferência, pelo menos 60 e, com mais preferência, pelo menos 80% em peso de unidades derivadas de etileno. As outras unidades do interpolímero etilênico são tipicamente derivadas de um ou mais monômeros polimerizáveis incluindo (mas sem limitação) α- olefinas e ésteres insaturados.
[0029] Os polímeros etilênicos usados na prática desta invenção, por exemplo, polietilenos que contêm funcionalidade silano copolimerizado são tipicamente (embora nem sempre) feitos usando um processo de polimerização de alta pressão, enquanto aqueles que são subsequentemente enxertados com um silano podem ser produzidos usando tecnologia de polimerização de polietileno convencional, por exemplo, catálise de alta pressão, Ziegler-Natta, de metaloceno ou de geometria restrita. Em uma modalidade, o polietileno é feito usando um processo de alta pressão. Em outra modalidade, o polietileno é feito usando um catalisador de metal de transição (de preferência Grupo 4) mono ou bis-ciclopentadienil, indenil ou fluorenil ou catalisador de geometria restrita (CGC) em combinação com um ativador, em um processo de polimerização de solução, pasta ou fase de gás. USP 5.064.802, WO93/19104 e WO95/00526 divulgam complexos de metal de geometria restrita e métodos para sua preparação. De maneira variada, complexos de metal contendo indenil substituído são ensinados em WO95/14024 e WO98/49212.
[0030] Em geral, a polimerização pode ser realizada em condições
9 / 31 bem conhecidas na técnica para reações de polimerização tipo Ziegler-Natta ou Kaminsky-Sinn, isto é, a temperaturas de 0 a 250°C, ou 30 a 200°C e pressões da atmosférica de até 10.000 atmosferas (1.013 megaPascal (MPa)). Polimerização de suspensão, solução, pasta, fase de gás, de pó de estado sólido ou outras condições de processo podem ser empregadas, se desejado. O catalisador pode ser suportado ou não suportado e a composição do suporte pode variar amplamente. Sílica, alumina ou um polímero (especialmente poli(tetrafluoroetileno) ou uma poliolefina) são suportes representativos e desejavelmente um suporte é empregado quando o catalisador é usado em um processo de polimerização de fase de gás. O suporte é preferencialmente empregado em uma quantidade suficiente para fornecer uma razão em peso de catalisador (com base em metal) para suporte dentro de uma faixa de 1:100.000 a 1:10, mais preferencialmente de 1:50.000 a 1:20, e mais preferencialmente de 1:10.000 a 1:30. Na maioria das reações de polimerização, a razão molar de catalisador para compostos polimerizáveis empregada é de 10-12:1 a 10-1:1, mais preferivelmente de 10-9:1 a 10-5:1.
[0031] Líquidos inertes servem como solventes adequados para polimerização. Exemplos incluem hidrocarbonetos de cadeia linear e ramificada, tal como isobutano, butano, pentano, hexano, heptano, octano e misturas dos mesmos; hidrocarbonetos cíclicos e alicíclicos, tal como ciclo- hexano, ciclo-heptano, metilciclo-hexano, metilciclo-heptano e misturas dos mesmos; hidrocarbonetos perfluorados, tal como C4-10 alcanos perfluorados; e compostos aromáticos e aromáticos alquil substituídos, tal como benzeno, tolueno, xileno e etilbenzeno.
[0032] Os polímeros de etileno úteis na prática desta invenção incluem interpolímeros de etileno/α-olefina tendo um teor de α-olefina entre cerca de 15, preferencialmente pelo menos cerca de 20 e ainda mais preferencialmente pelo menos cerca de 25, % em peso com base no peso do interpolímero. Estes interpolímeros têm tipicamente um teor de α-olefina
10 / 31 inferior a cerca de 50, preferencialmente inferior a cerca de 45, mais preferencialmente inferior a cerca de 40 e ainda mais preferencialmente inferior a cerca de 35, % em peso com base no peso do interpolímero. O teor 13 de α-olefina é medido por ressonância magnética nuclear (NMR) C utilizando o procedimento descrito em Randall (Rev. Macromol. Chem. Phys., C29 (2&3)). Geralmente, quanto maior o teor de α-olefina do interpolímero, mais baixa a densidade e mais amorfo o interpolímero, e isto se traduz em propriedades físicas e químicas desejáveis para a camada de isolamento de proteção.
[0033] A α-olefina é, de preferência, uma α-olefina C3-20 linear, ramificada ou cíclica. Exemplos de α-olefinas C3-20 incluem propeno, 1- buteno, 4-metil-1-penteno, 1-hexeno, 1-octeno, 1-deceno, 1-dodeceno, 1- tetradeceno, 1-hexadeceno e 1-octadeceno. As α-olefinas também podem conter uma estrutura cíclica, tal como ciclo-hexano ou ciclopentano, resultando em uma α-olefina tal como 3-ciclo-hexil-1-propeno (alil ciclo- hexano) e vinil ciclo-hexano. Embora não α-olefinas no sentido clássico do termo, para fins desta invenção, certas olefinas cíclicas, tal como norborneno e olefinas relacionadas, particularmente 5-etilideno-2-norborneno, são α- olefinas e podem ser usadas no lugar de algumas ou todas as α-olefinas descritas acima. De modo similar, estireno e suas olefinas relacionadas (por exemplo, α-metilestireno, etc.) são α-olefinas para propósitos desta invenção. Polímeros de etileno ilustrativos incluem etileno/propileno, etileno/buteno, etileno/1-hexeno, etileno/1-octeno, etileno/estireno e semelhantes. Terpolímeros ilustrativos incluem etileno/propileno/1-octeno, etileno/propileno/buteno, etileno/buteno/1-octeno, monômero de etileno/propileno/dieno (EPDM) e etileno/buteno/estireno. Adicionalmente, os copolímeros podem ser aleatórios ou em bloco.
[0034] Os polímeros de etileno usados na prática desta invenção podem ser usados sozinhos ou em combinação com um ou mais outros
11 / 31 polímeros de etileno, por exemplo, uma mistura de dois ou mais polímeros de etileno que diferem entre si pela composição e pelo teor de monômero, método catalítico de preparação, etc. Se o polímero de etileno for uma mistura de dois ou mais polímeros de etileno, então, o polímero de etileno pode ser misturado por qualquer processo em reator ou pós-reator. Os processos de mistura em reator são preferidos aos processos de mistura pós-reator e os processos usando múltiplos reatores conectados em série são os processos preferidos de mistura em reator. Estes reatores podem ser carregados com o mesmo catalisador, mas operados em diferentes condições, por exemplo, diferentes concentrações de reagentes, temperaturas, pressões, etc., ou operados nas mesmas condições, mas carregados com diferentes catalisadores.
[0035] Exemplos de polímeros de etileno feitos com processos de alta pressão incluem (mas não estão limitados a) polietileno de baixa densidade (LDPE), copolímero de reator de etileno silano (tal como SiLINKTM feito por The Dow Chemical Company), copolímero de etileno acetato de vinila (EVA), copolímero de etileno acrilato de etila (EEA) e terpolímeros de etileno silano acrilato. Para uso na presente invenção, todos os polímeros mencionados neste parágrafo exigiriam que enxerto de silano fosse utilizado nesta invenção, com a exceção do copolímero de reator de etileno silano, que está pronto para uso na presente invenção.
[0036] Exemplos de polímeros etilênicos úteis na prática desta invenção incluem polietileno de alta densidade (HDPE); polietileno de média densidade (MDPE); polietileno de baixa densidade linear (LLDPE); polietileno de baixa densidade (LDPE); polietileno de densidade muito baixa (VLDPE); copolímeros de etileno/α-olefina lineares ramificados de modo homogêneo (por exemplo, TAFMERTM por Mitsui Petrochemicals Company Limited e EXACTTM por DEX-Plastomers); polímeros de etileno/α-olefina substancialmente lineares ramificados de modo homogêneo (por exemplo,
12 / 31 plastômeros de poliolefina AFFINITYTM e elastômeros de poliolefina ENGAGETM disponíveis de The Dow Chemical Company); e copolímeros em bloco de etileno (INFUSETM também disponível de The Dow Chemical Company). Os copolímeros de etileno substancialmente lineares são descritos de forma mais completa em USP 5.272.236, 5.278.272 e 5.986.028 e os copolímeros em bloco de etileno são descritos de forma mais completa em USP 7.579.408, 7.355.089, 7.524.911, 7.514.517, 7.582.716 e 7.504.347.
[0037] Interpolímeros etilênicos de interesse particular para uso na prática desta invenção são LDPE, polietileno de baixa densidade linear (LLDPE) e HDPE. Esses copolímeros etilênicos estão comercialmente disponíveis de uma série de diferentes fontes, incluindo The Dow Chemical Company sob as marcas registradas como DOWLEXTM, ATTANETM e FLEXOMERTM. Um polímero preferencial é o polietileno de baixa densidade linear (LLDPE).
[0038] Os polímeros etilênicos têm um índice de fusão (I2) na faixa de 0,1 a 50 decigramas por minuto (dg/min.), ou 0,3 a 30 dg/min., ou 0,5 a 20 dg/min. I2 é determinado sob ASTM D-1238, Condição E e medido a 190°C e 2,16 kg. Funcionalidade de Silano
[0039] Qualquer silano que copolimerizará de modo eficaz com etileno, ou enxertará e reticulará em um polímero de etileno pode ser usado na prática desta invenção e aqueles descritos pela fórmula a seguir como um exemplo particular, mas não restritos a apenas esta fórmula: em que R1 é um átomo de hidrogênio ou grupo metila; x e y são 0 ou 1 com a condição de que quando x for 1, y seja 1; n seja um número inteiro de 1 a 12 inclusive, de preferência, 1 a 4, e cada R’’,
13 / 31 independentemente, é um grupo orgânico hidrolisável, tal como um grupo alcóxi que tem de 1 a 12 átomos de carbono (por exemplo, metóxi, etóxi, butóxi), grupo arilóxi (por exemplo, fenóxi), grupo aralóxi (por exemplo, benzilóxi), grupo acilóxi alifático que tem de 1 a 12 átomos de carbono (por exemplo, formilóxi, acetilóxi, propanoilóxi), grupos amino ou amino substituído (alquilamino, arilamino), ou um grupo alquila inferior que tem de 1 a 6 átomos de carbono inclusive, com a ressalva de que um dos três grupos R é uma alquila. Tais silanos podem ser copolimerizados com etileno em um reator, tal como um processo de alta pressão. Tais silanos também podem ser enxertados em um polímero de etileno adequado pelo uso de uma quantidade adequada de peróxido orgânico, seja antes ou durante uma operação de formação ou moldagem. Ingredientes adicionais, tal como estabilizadores de calor e luz, pigmentos, etc., também podem ser incluídos na formulação. Em qualquer caso, a reação de reticulação ocorre tipicamente em seguida à etapa de formação ou moldagem por reação induzida por umidade entre os grupos silano enxertados ou copolimerizados, a água permeando para o polímero em bruto da atmosfera ou de um banho de água ou “sauna”. A fase do processo durante a qual as reticulações são criadas é comumente chamada de “fase de cura” e o próprio processo é comumente chamado de “cura”.
[0040] Silanos adequados incluem silanos insaturados que compreendem um grupo hidrocarbila etilenicamente insaturado, tal como um grupo vinila, alila, isopropenila, butenila, ciclo-hexenila ou gama- (met)acrilóxi alila, e um grupo hidrolisável, tal como, por exemplo, um grupo hidrocarbilóxi, hidrocarbonilóxi ou hidrocarbilamino. Exemplos de grupos hidrolisáveis incluem grupos metóxi, etóxi, formilóxi, acetóxi, propionilóxi e alquila ou arilamino. Silanos preferenciais são os alcóxi silanos insaturados que podem ser enxertados no polímero ou copolimerizados em reator com outros monômeros (tais como etileno e acrilatos). Estes silanos e seu método de preparação são mais completamente descritos na USP 5.266.627, para
14 / 31 Meverden, et al. Vinil trimetóxi silano (VTMS), vinil trietóxi silano, vinil triacetóxi silano, gama-(met)acrilóxi propil trimetóxi silano e misturas desses silanos são os reticuladores de silano preferenciais para uso nesta invenção. Se estiver presente enchimento, então, de preferência o reticulador inclui vinil trialcóxi silano.
[0041] A quantidade de reticulador de silano usado na prática desta invenção pode variar amplamente, dependendo da natureza do polímero, do silano, das condições de processamento ou do reator, da eficiência de enxerto ou copolimerização, da aplicação final e de fatores semelhantes, mas tipicamente pelo menos 0,5, de preferência pelo menos 0,7, por cento em peso é usado. Considerações de conveniência e economia são duas das principais limitações na quantidade máxima de reticulador de silano usada na prática desta invenção e, tipicamente, a quantidade máxima de reticulador de silano não utrapassa 5, de preferência, ela não ultrapassa 3, por cento em peso.
[0042] O reticulador de silano é enxertado no polímero por qualquer método convencional, tipicamente na presença de um iniciador de radical livre, por exemplo, compostos azo e peróxidos, ou por meio de radiação por ionização, etc. Os iniciadores orgânicos são preferenciais, tal como qualquer um dos iniciadores de peróxido, por exemplo, peróxido de dicumila, peróxido de di-terc-butila, perbenzoato de t-butila, peróxido de benzoíla, hidroperóxido de cumeno, peroctoato de t-butila, peróxido de metil etil cetona, 2,5-dimetil- 2,5-di(t-butil peróxi)hexano, peróxido de laurila e peracetato de terc-butila. Um composto azo adequado é 2,2-azobisisobutironitrila, embora estes sejam tipicamente menos eficazes que peróxidos. A quantidade de iniciador pode variar, mas ele está tipicamente presente em uma quantidade de pelo menos 0,04, de preferência, pelo menos 0,06 parte por centena de resina (phr). Tipicamente, o iniciador não ultrapassa 0,15, de preferência, ele não ultrapassa cerca de 0,10, phr. A razão em peso de reticulador de silano para iniciador também pode variar amplamente, mas a razão em peso
15 / 31 reticulador:iniciador típica está entre 10:1 a 500:1, de preferência, entre 18:1 e 250:1. Como usado em partes por cem de resina ou phr, “resina” significa o polímero olefínico.
[0043] Embora qualquer método convencional possa ser usado para enxertar o reticulador de silano no polímero de poliolefina, um método preferido é misturar os dois com o iniciador no primeiro estágio de uma extrusora de reator, tal como uma amassadeira Buss. As condições de enxerto podem variar, mas as temperaturas de fusão estão tipicamente entre 160 e 260°C, de preferência, entre 190 e 230°C, dependendo do tempo de permanência e a meia-vida do iniciador.
[0044] A copolimerização de reticuladores de vinil trialcóxissilano om monômeros de etileno e outros monômeros pode ser feita em um reator de alta pressão que é usado na fabricação de homopolímeros de etileno e copolímeros de etileno com acrilatos e acetato de vinila. Composição de Catalisador
[0045] As composições de catalisador usadas na prática desta invenção compreendem um catalisador à base de estanho e um óxido de titânio (IV). Os catalisadores à base de estanho são ácidos de Lewis e incluem, mas não estão limitados a, vários derivados orgânicos de estanho(I), estanho(II), estanho (III) e estanho (IV). Exemplares destes compostos, também conhecidos como compostos de organoestanho ou estananos, são os haletos, hidretos, óxidos e hidróxidos de organotestanho; os estananos hipercoordenados; e os cátions de triorganoestanho. Catalisadores específicos incluem, mas não estão limitados a, dibutil estanho dilaurato (DBTDL), dimetil hidróxi estanho oleato, dioctil estanho maleato, di-n-butil estanho maleato, dibutil estanho diacetato, dibutil estanho dioctoato, acetato estanoso e octoato estanoso e diestanoxanos, tal como aqueles divulgados na US 2008/0277137. Muitos estão disponíveis comercialmente e DBTDL é um catalisador preferido à base de estanho.
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[0046] O óxido de titânio (IV) é uma composição tendo de duas a quatro ligações titânio oxigênio (Ti-O). O óxido de titânio (IV) inclui ligações titânio oxigênio que são (i) uma ligação simples (Ti-OR, em que R é um grupo C1-C3 hidrocarbonila), (ii) uma ligação dupla (Ti=O), e (iii) uma combinação de (i) e (ii).
[0047] Em uma modalidade, o óxido de titânio (IV) é dióxido de titânio, ou de TiO2. Dióxido de titânio é um sólido branco, não reativo que ocorre naturalmente como o mineral rutilo e é amplamente utilizado como um pigmento branco. As propriedades físicas do dióxido de titânio podem variar amplamente, mas tipicamente e preferencialmente ele é um pó branco fino com um tamanho de partícula mediano de 0,10 a 0,50 mícron. O TiO2 disponível comercialmente que pode ser usado na prática desta invenção, por exemplo, dióxido de titânio Ti-PureTM, tipicamente compreende 90 por cento em peso (% em peso) ou mais de TiO2 com o restante compreendendo uma variedade de outros materiais, por exemplo, alumina, sílica, carbono, etc.
[0048] Em uma modalidade, o óxido de titânio (IV) é tetratisopropil titanato. Tetraisopropil titanato é osopropóxido de titânio (IV) e tem quatro ligações Ti-OR, em que R é um grupo hidrocarbonila C3. Isopropóxido de titânio (IV) tem a Estrutura (1) abaixo: Estrutura (1)
[0049] Em uma modalidade, a composição de catalisador inclui o catalisador à base de estanho e o tetraisopropil titanato a uma razão percentual em peso de 0,5:1,0 ou 1:1 a 1,0:0,5, com base no peso total da composição de catalisador. Em uma modalidade adicional, o catalisador à base de estanho e o
17 / 31 tetraisopropil titanato estão presentes na composição de catalisador a uma razão percentual em peso de 1:1, com base no peso total da composição de catalisador.
[0050] Em uma modalidade, o tetraisopropil titanato é isopropóxido de titânio (IV), número CAS 546-68-9 e 97% de pureza disponível de Sigma- Aldrich, Inc.
[0051] Em uma modalidade, a composição de catalisador usada na prática desta invenção compreende um catalisador à base de estanho emparelhado com TiO2. Para 100 gramas (g) da composição, a razão molar de catalisador à base de estanho para TiO2 é tipicamente de 0,00004:0,003 a 0,0012:1,00, mais tipicamente de 0,0002:0,03 a 0,0008:0,500 e, mais tipicamente de 0,0004:0,06 a 0,0006:0,025 (o peso molecular do catalisador de estanho usado = 631,56 g/mol e o peso molecular de TiO2 usado = 79,866 g/mol).
[0052] A quantidade mínima de composição de catalisador usada na prática desta invenção é uma quantidade catalítica. Tipicamente, esta quantidade é de pelo menos 0,02, preferencialmente pelo menos 0,13 e mais preferencialmente pelo menos 0,26, por cento em peso (% em peso) com base no peso da composição de polímero. O único limite sobre a quantidade máxima de composição de catalisador na composição de polímero é aquele imposto pela economia e praticidade (por exemplo, retornos decrescentes), mas tipicamente um máximo geral compreende menos de 30, preferencialmente menos de 15 e mais preferencialmente menos de 1, % em peso com base no peso da composição de polímero. Composição de catalisador suficiente é usada na prática desta invenção, de modo que a quantidade total de TiO2 na composição de polímero seja de pelo menos 0,25 a 2,5, ou 2,5, ou 3,0, ou 3,5, ou 4,0, ou 4,5, ou 5,0, ou 5,0 a 10,0 ou 10,0 a 20,0 ou 20 a 40% em peso com base no peso do polímero curado.
[0053] A composição de catalisador é tipicamente preparada na forma
18 / 31 de uma batelada mestre. Um ou o outro do catalisador à base de estanho e do óxido de titânio (IV) é adicionado primeiro e misturado com uma resina transportadora e, uma vez bem misturado, o outro é adicionado à mistura. Alternativamente, o catalisador à base de estanho e o óxido de titânio (IV) podem ser adicionados simultaneamente à resina transportadora ou cada um do catalisador à base de estanho e do óxido de titânio (IV) pode ser adicionado e misturado com porções separadas da resina transportadora e, então, as duas misturas podem ser misturadas juntas. A batelada mestre pode ou não pode conter aditivos, enchimentos e similares. Em uma modalidade, a batelada mestre compreende de 0,002 a 0,05, ou de 0,05 a 0,1, ou de 0,1 a 0,3, ou de 0,3 a 1,0, ou de 1 a 5,0, ou de 5,0 a 10,0, ou de 10,0 a 20,0, ou de 20,0 a 30,0, ou de 30,0 a 50,0, ou de 50,0 a 80% em peso de composição de catalisador com base no peso da batelada mestre. As bateladas mestres são convenientemente formadas por métodos de formação de composto de fusão. Aditivos
[0054] Ambas as composições catalíticas e poliméricas desta invenção podem conter aditivos, enchimentos e similares e estes incluem, mas não se limitam a, antioxidantes (por exemplo, IRGANOX™ 1010 (um fenol impedido) e IRGAFOS™ 168 (um fosfito), ambos disponíveis de Ciba Specialty Chemicals); estabilizadores de UV; aditivos aderentes; estabilizadores de luz (por exemplo, aminas impedidas); plastificantes (tal como dioctilftalato ou óleo de soja epoxidado); estabilizadores térmicos; agentes de liberação de molde; agentes de pegajosidade (por exemplo, agentes de pegajosidade de hidrocarboneto); ceras (por exemplo, ceras de polietileno); auxiliares de processamento (por exemplo, óleos, ácidos orgânicos, tal como ácido esteárico, sais de metal de ácidos orgânicos); corantes e pigmentos; e enchimento (por exemplo, negro de fumo, talco, etc.). Estes aditivos, etc. são usados em quantidades conhecidas e de maneiras conhecidas na medida em que eles não interfiram nas propriedades físicas ou mecânicas desejadas das
19 / 31 composições catalíticas ou poliméricas, sejadurante o processamento ou como um produto final. Composição/Fabricação
[0055] A composição do polímero de etileno funcionalizado com silano, da composição de catalisador e dos aditivos, etc. pode ser realizada por meios padrão conhecidos pelos versados na técnica. Exemplos de equipamento de composição são misturadores de batelada internos, tal como um misturador interno BANBURYTM ou BOLLINGTM. Alternativamente, podem ser usados misturadores contínuos de rosca simples ou dupla, tal como um misturador contínuo FARREL™, um misturador de rosca dupla WERNER AND PFLEIDERER™, ou uma extrusora contínua de amassamento BUSS™. O tipo de misturador utilizado e as condições de operação do misturador afetarão propriedades da composição depolímero, como viscosidade, resistividade de volume e suavidade da superfície extrusada.
[0056] O polímero etilênico funcionalizado com silano, a composição de catalisador e os aditivos, se algum, são tipicamente misturados a uma temperatura e por um período de tempo suficientes para homogeneizar completamente a mistura, mas insuficientes para criar quaisquer quantidades significativas de gel. A composição de catalisador é tipicamente adicionada ao polímero etilênico funcionalizado com silano, mas ela pode ser adicionada antes, com ou após os aditivos, etc., se algum. Tipicamente, todos os componentes da composição de polímero são misturados juntos em um dispositivo de mistura de fusão. A mistura é, então, formada no artigo final. A temperatura de composição e de fabricação de artigo está tipicamente acima do ponto de fusão do polímero etilênico, mas abaixo de 250°C. Em algumas modalidades, pode ser desejável embeber um ou mais dos aditivos, incluindo catalisador (por exemplo, composto de estanho), nno polímero sólido a uma temperatura abaixo do ponto de fusão do polímero.
20 / 31 Artigos de Fabricação
[0057] Em uma modalidade, a composição de polímero desta invenção pode ser aplicada a um cabo como um forro ou uma camada de isolamento, em quantidades conhecidas e por métodos conhecidos (por exemplo, com o equipamento e os métodos descritos nas USP 5.246.783 e
4.144.202). Tipicamente, a composição de polímero é preparada em um reator-extrusor equipado com uma matriz de revestimento de cabo e, após os componentes da composição de polímero serem formulados, a composição de polímero é extrusada sobre o cabo à medida que o cabo é estirado através da matriz. A cura pode começar no reator-extrusor.
[0058] O artigo formado é, então, tipicamente submetido a um período de cura que ocorre a temperaturas da ambiente até, mas abaixo, do ponto de fusão do polímero até que o artigo tenha alcançado o grau desejado de reticulação. Em uma modalidade preferida, a cura é aumentada pela água fornecida externamente permeando para o polímero bruto da atmosfera oude um banho de água ou uma “sauna”. Geralmente, essa cura pode ocorrer em temperatura ambiente ou elevada, mas a temperatura da cura deve estar acima de 0°C.
[0059] Outros artigos de fabricação que podem ser preparados das composições de polímero desta invenção, particularmente, sob condições de alta pressão e/ou umidade elevada, incluem fibras, fitas, folhas, fitas, tubos, canos, calafetagem, vedações, juntas, espumas, calçados e foles. Esses artigos podem ser fabricados usando equipamentos e técnicas conhecidos.
[0060] A combinação de óxido de titânio (IV) com um catalisador de cura de umidade à base de estanho (por exemplo, DBTDL) aumenta a taxa de cura de um polímero etilênico funcionalizado com silano o suficiente para permitir que o polímero cure em condições ambientais com resultados semelhantes àqueles da utilização de um catalisador de ácido sulfônico. Para amostras de 120 mil de espessura e curadas por 30 dias em condições
21 / 31 ambientais (23°C e 50% de RH), a fluência a quente foi menor que 175% quando medida a 200°C e 20 N. Para amostra de 30 mil de espessura curada por pelo menos 1 dia em condições ambientais (23°C e 50% RH), a fluência a quente foi inferior a 175%, medida a 200°C e 20 N.
[0061] De modo interessante, a adição de óxido de titânio (IV) a uma batelada mestre contendo um catalisador de ácido sulfônico não tem um impacto similar de melhorar o desempenho de cura do polímero etilênico funcionalizado com silano, como faz a adição a uma batelada mestre contendo um catalisador à base de estanho; de fato, o TiO2 pode inibir até um certo grau o desempenho do catalisador de ácido sulfônico. Por exemplo, uma comparação de CE1 e CE2 com CE 3 e CE4 (todos relatados abaixo) mostra que, quando o TiO2 está presente com um catalisador de ácido sulfônico, a cura é mais lenta do que com o catalisador de ácido sulfônico sozinho. Os resultados sugerem um efeito sinérgico entre o óxido de titânio (IV) e o catalisador à base de estanho.
[0062] Ácidos sulfônicos promovem cura de polímeros etilênicos funcionalizados com silano mais rapidamente do que os catalisadores à base de estanho, e a cura pode ser realizada comercialmente por um período de tempo mais curto, por exemplo, 2 semanas, em condições ambientais. A desvantagem de ácidos sulfônicos é que eles degradam outros aditivos, tal como antioxidantes - e antioxidantes com ligações t-butil em particular. O requerente descobriu que a cura do polímero etilênico funcionalizado com silano com a composição de catalisador composta por (1) catalisador à base de estanho e (2) óxido de titânio (IV) cura vantajosamente a uma taxa igual ou menor que a taxa de cura para ácidos sulfônicos e não degrada antioxidantes e/ou não degrada antioxidantes com ligações t-butil.
[0063] A invenção é descrita mais detalhadamente através dos seguintes exemplos. Todas as partes e porcentagens encontram-se em peso, a menos que indicado de outra forma.
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EXEMPLOS Métodos de Teste Fluência a Quente
[0064] Alongamento de fluência a quente é feito de acordo com UL 2556 Seção 7.9. Três amostras são preparadas da amostra de placa prensada cortando um osso de cão com uma prensa de matriz. O peso total é determinado usando a seguinte equação: Wt = CA x 29,0 lbf/in2 em que CA = a área de seção transversal da amostra.
[0065] Duas marcas de 25 ± 2,5 milímetros (mm) de afastamento são colocadas em uma amostra sem tensão. As marcas serão em ângulos retos em relação à direção de tração durante o teste. Uma extremidade da amostra é fixada à garra superior do conjunto de teste, enquanto o peso calculado é fixado à outra extremidade e a distância entre as marcas é registrada. Todo o conjunto é colocado em um forno de circulação de ar pré-aquecido até 200°C ± 2°C por 15 minutos (min.). Após 15 minutos, e com o peso ainda fixado, a distância entre as marcas é medida com uma régua até o 1 mm mais próximo. O alongamento de fluência a quente é calculado usando a seguinte equação: onde C = alongamento de fluência a quente, % De = distância entre as referências obtidas, e G = distância original entre as referências Resistência à Tração
[0066] A resistência à tração e o alongamento na ruptura são feitos de acordo com UL 2556 Seção 3.5 usando um dispositivo que indica a carga máxima real na qual a amostra rompe. O dispositivo opera uma garra acionada por energia a velocidades de 12 a 305 mm/min. e uma precisão de 20% da velocidade ajustada. Três amostras são preparadas da placa acabada
23 / 31 cortando um osso de cão usando uma prensa de matriz. A amostra reta é marcada em dois pontos de 250 ± 2 mm (10 ± 0,08 polegada) de afastamento. A amostra é agarrada nas garras da máquina com as marcas de calibre entre as garras, e as garras são forçadas a separem à taxa de 10 in/min. Rupturas válidas ocorrem entre as marcas de calibre e não estão mais próximas que 25 mm (1 in) de qualquer marcas de calibre. A carga máxima antes da ruptura é registrada. A distância entre as marcas de calibre no momento da ruptura é registrada até os 2 mm mais próximos (0,08 polegada). Materiais
[0067] CHEMOURSTM R105 dióxido de titânio (TiO2) é um pó fino seco compreendendo pelo menos 92% em peso de TiO2, não mais que 3,2% em peso de alumina, não mais que 3,5% em peso de sílica e 0,2% em peso de carbono.
[0068] Tetraisopropil Titanato é o Isopropóxido de Titânio (IV), 97% de pureza, de Sigma-Aldrich, Inc.
[0069] Antioxidante IRGANOXTM 1010 é pentaeritritol tetraquis(3,5- di-terc-butil-4-hidroxi-hidrocinamato).
[0070] Carbono C é Negro de Fumo, CSX-362.
[0071] Copolímero A Silink - DOW SI-LINK™ DFDA-5451 NT Polietileno - copolímero de etileno silano de reator, índice de fusão, I2 (dg/min.) = 1,5, densidade (g/cm3) = 0,922, teor de VTMS (% em peso) = 1,5, PDI (Mw/Mn) = 5,5.
[0072] DOW DNDA-8320 NT 7 Resina de Polietileno de Baica Densidade Linear com densidade, Teste ASTM D4703, A1 Proc C, dentro de 1 h, g/cm3 = 0,9220 – 0,926 e Índice de Fusão, @190°C/2,16kg, dg/min. = 16-24.
[0073] DFH–2065 - índice de fusão, I2 (dg/min.) = 0,7 (ASTM D792), densidade (g/cm3) = 0,921 (ASTM D1238), teor de VTMS (% em peso) = 0,0, PDI (Mw/Mn) = 12,7.
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[0074] DXM-316 ou Dow AMPLIFY™ EA 100 Polímero Funcional (Copolímero de Etileno-Acrilato de Etila) - índice de fusão, I2 (dg/min.) = 1,3, densidade (g/cm3) = 0.,930, teor de VTMS (% em peso) = 0,0, PDI (Mw/Mn) = 4,7.
[0075] DFH-2076 LLDPE - índice de fusão, I2 (dg/min.) = 0,7 (ASTM D792), densidade (g/cm3) = 0,921 (ASTM D1238), teor de VTMS (% em peso) = 0,0, PDI (Mw/Mn) = 12,7.
[0076] DXM 446 polietileno de baixa densidade - densidade, Teste ASTM D4703, A1 Proc C, dentro de 1 h, g/cm3 = 0,9175 --0,9230 (ASTM D792), índice de fusão, @190°C/2,16kg, dg/min. = 2,35.
[0077] 1,2-Bis(3,5-di-terc-butil-4-hidroxi- hidrocinamoil)hidrazina, Grau Técnico - SONGNOXTM 1024 FG
[0078] Tetraquis(metileno(3,5-di-terc-butil-4-hidroxidrocinamato)) metano-IRGANOXTM 1010
[0079] Dibultilestanho Dilaurato - BNT Cat 425.
[0080] 2,2’-(2-Metilpropilideno)bis(4,6-dimetilfenol), 99% - LOWINOXTM 22IB46
[0081] Catalisador de Ácido Sulfônico Hidrofóbico, 100% - NACURETM B201
[0082] Ácido etanodioico, Bis(fenilmetileno) Hidrazida, 100% -
OABH
[0083] Bis-(2,2-difenilpropil)amina - NAUGARDTM 445
[0084] Sulfato Estanoso, 95+% - SULFATO DE ESTANHO(II), 95+%
[0085] 4,4-Tiobis(6-terc-butil-m-cresol) - - LOWINOXTM TBM-6
NDB
[0086] Octiltrietetoxissilano - PROSILTM 9202
[0087] Dodecano, 99% de pureza dE Acros Organics
[0088] BHT - Hidroxitolueno Butilado, 99% de pureza de TCI
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[0089] DBSA - Ácido 4-Dodecilbenzenossulfônico, 95% de pureza de Sigma-Aldrich, Inc. Preparação de Amostra
[0090] As composições relatadas nas Tabelas 1 e 2 são preparadas usando um recipiente de mistura BRABENDERTM de 420 mililitros (mL) com rotores de came. A massa da batelada é calculada para fornecer 70% de enchimento do recipiente de mistura com cada uma das formulações descritas nesta invenção. O recipiente de mistura é preaquecido até uma temperatura ajustada de 150⁰C e a velocidade do rotor ajustada para 25 revoluções por minuto (rpm). Metade do polímero é adicionada ao pote e fluxada até um polímero fundido ser formado. Em seguida, todos os enchimentos que incluem óxido de titânio (IV) e negro de fumo são adicionados lentamente e incorporados à fusão de polímero. As quantidades remanescentes de polímeros e antioxidantes são, então, adicionadas e a velocidade do rotor é aumentada para 40 rpm. A batelada é deixada fluxar por um adicional de 5 minutos. Mediante remoção do recipiente de mistura, a formulação é colocada em uma prensa a frio por 5 minutos. A placa resultante é cortada em pedaços menores. As lascas são, então, alimentadas a um misturador de batelada elétrico de laboratório de Cabeçote Misturador/de Medição modelo Prep BRABENDERTM equipado com extrusora 24:1. Uma rosca de cabeçote de mistura Maddox 24:1 é empregada para transportar e fundir o polímero através de uma matriz trançada (a 40 rpm de velocidade de rosca usando um pacote de tela de 20/40/60/20 de malha e um perfil de temperatura de ajuste plano de 150°C através da zona 1, zona 2, zona 3 e matriz). O extrusado filamentado é novamente moído por Wiley para produzir péletes.
[0091] Estes são, então, colocados em um molde de 8 polegadas x 8 polegadas de várias espessuras e moldados por compressão nas seguintes condições: 150°C por 5 min. a 500 libras por polegada quadrada (psi), seguido por 2.500 psi por 5 min. 180°C e, posteriormente, resfriando
26 / 31 lentamente a esta pressão até a temperatura do molde atingir 40°C.
A placa moldada por compressão é, então, usada para medir a fluência a quente ou o desempenho de tração e alongamento.
Tabela 1: Copolímeros de Etileno Silano em Construções de Cabos Reticuladas Feitas dos Exemplos Comparativos 1 a 5 e Exemplos Inventivos 1a3 Amostra # CE 1 CE 2 CE 3 CE 4 CE 5 IE 1 IE 2 IE 3 Copolímero de Silink A 94,53 89,55 89,55 84,58 89,55 89,55 87,06 84,58 DOW DNDA-8320 NT 7 Resina de Polietileno de 2,33 2,33 2,33 2,33 2,33 Baixa Densidade Linear DFH -2076 LLDPE 8,57 4,29 6,43 8,57 DFH -2065 2,29 4,58 2,29 4,58 DXM – 316 2,29 4,58 2,29 4,58 DXM-446 0,67 0,33 0,50 0,67 Chemours R105 - TiO2 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 Carbono C 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 4,4-Tiobis (6-terc-butil-m- 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003 0,0003 cresol) 2,2’-(2-Metilpropilideno)bis 0,22 0,44 0,22 0,44 (4,6-dimetilfenol), 99% Ácido Etanodioico, Bis(fenilmetileno) Hidrazida, 0,04 0,08 0,04 0,08 100% Bis-(2,2-difenilpropil)amina 0,03 0,05 0,03 0,05 1,2-Bis(3,5-di-terc-butil-4- hidroxi- 0,17 0,08 0,13 0,17 hidrocinamoil)hidrazina, Grau Técnico Tetraquis(metileno(3,5-di- terc-butil-4- 0,10 0,10 0,33 0,27 0,35 0,43 hidroxidrocinamato))metano Dibutilestanho Dilaurato 0,26 0,13 0,20 0,26 Catalisador de Ácido 0,14 0,28 0,14 0,28 Sulfônico Hidrofóbico, 100% Sulfato Estanoso, 95+% 0,0000015 0,000003 0,0000015 0,000003 Octiltrietoxissilano 0,48 0,45 0,45 0,43 0,45 0,45 0,44 0,43 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00
Tabela 2: Desempenho de Fluência a Quente de Copolímeros de Etileno Silano em Construções Reticuladas Feitas dos Exemplos Comparativos 1 a 5 e Exemplos Inventivos 1 a 3 Placa de 120 Mil, AC (23C/50% RH) CE 1 CE 2 CE 3 CE 4 CE 5 IE 1 IE 2 IE 3 7 falhou falhou falhou falhou Falhou falhou falhou Falhou 14 falhou 84 falhou falhou Falhou falhou 167 106 21 85 55 falhou falhou Falhou falhou 41 51 30 52 43 falhou falhou 78 66 47 49 Catalisador de Ácido Sulfônico Hidrofóbico, 100% 0,140 0,280 0,140 0,280 Dibutilestanho Dilaurato 0,260 0,130 0,195 0,260 Carregamento de TiO2 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 Placa de 160 Mil, AC (23C/50% RH) CE 5 IE 2 7 falhou Falhou 14 falhou Falhou 21 falhou Falhou
27 / 31 30 falhou 102 Catalisador de Ácido Hidrofóbico, 100% Dibutilestanho Dilaurato 0,260 0,195 Carregamento de TiO2 2,5 Tabela 3: Copolímeros de Etileno Silano em Construções Reticuladas Feitas de Exemplo Comparativo 6 e Exemplos Inventivos 4 a 7 Amostra # CE 6 IE 4 IE 5 IE 6 IE 7 Copolímero de Silink A 80,60 83,58 82,59 81,59 80,60 DOW DNDA-8320 NT 7 Resina de Polietileno de Baixa Densidade 4,66 4,66 4,66 4,66 4,66 Linear DFH -2065 4,12 DXM – 316 4,12 DFH -2076 LLDPE 5,14 6,00 6,86 7,72 DXM-446 0,40 0,47 0,53 0,60 CHEMOURSTM R105 - TiO2 5,00 5,00 5,00 5,00 5,00 Carbono C 0,14 0,14 0,14 0,14 0,14 4,4-Tiobis (6-terc-butil-m-cresol) 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 2,2’-(2-Metilpropilideno)bis (4,6-dimetilfenol), 99% 0,40 Bis-(2,2-difenilpropil)amina 0,05 1,2-Bis(3,5-di-terc-butil-4-hidroxi-hidrocinamoil)hidrazina, Grau Técnico 0,10 0,12 0,13 0,15 Tetraquis(metileno(3,5-di-terc-butil-4-hidroxidrocinamato))metano 0,20 0,40 0,43 0,47 0,50 Dibutilestanho Dilaurato 0,16 0,18 0,21 0,23 Catalisador de Ácido Sulfônico Hidrofóbico, 100% 0,25 Ácido Etanodioico, Bis(fenilmetileno) Hidrazida, 100% 0,07 Sulfato Estanoso, 95+% 2,70E-06 Octiltrietoxissilano 0,41 0,42 0,42 0,41 0,41 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 Tabela 4: Desempenho de Fluência a Quente de Copolímeros de Etileno Silano em Construções Reticuladas Feitas do Exemplo Comparativo 6 e Exemplos Inventivos 4 a 7 Carregamento de Tempo, Fluência a Tipo de cura (cura AC = 23 C a Espessura, Descrição Tipo de cat cat, % em peso dias Quente, % 50% de umidade relativa mils CE 6 A-5488 0,252 10 Falhou Cura AC 60 CE 6 A-5488 0,252 18 falhou Cura AC 60 CE 6 A-5488 0,252 25 falhou Cura AC 60 IE 4 A-5481 0,156 10 70,43 Cura AC 60 IE 4 A-5481 0,156 18 52,47 Cura AC 60 IE 4 A-5481 0,156 25 48,92 Cura AC 60 IE 5 A-5481 0,182 10 59,84 Cura AC 60 IE 5 A-5481 0,182 18 49,55 Cura AC 60 IE 5 A-5481 0,182 25 43,62 Cura AC 60 IE 6 A-5481 0,208 10 51,93 Cura AC 60 IE 6 A-5481 0,208 18 44,79 Cura AC 60 IE 6 A-5481 0,208 25 40,66 Cura AC 60 IE 7 A-5481 0,234 7 50,43 Cura AC 60 IE 7 A-5481 0,234 11 43,74 Cura AC 60 IE 7 A-5481 0,234 19 37,83 Cura AC 60 Tabela 4 (continuação) Carregamento de Tempo de Fluência a Espessura, Descrição Tipo de cat Tipo de cura cat, % em peso cura, horas Quente, % mils Catalisador IE 7 0,234 16 16,85 Banho de água 90C 60 de Estanho Catalisador CE 6 0,252 24 160 Banho de água 90C 60 Ácido
[0092] Os dados mostram que quando TiO2 está presente com um
28 / 31 catalisador de estanho, as taxas de cura são significativamente mais rápidas, mesmo em comparação com um catalisador à base de ácido sulfônico com TiO2. Isto mostra que valores mais baixos de fluência a quente são obtidos em tempos de cura mais curtos com TiO2 e sistema de estanho, em comparação com valores mais altos de fluência a quente em tempos de cura mais longos obtidos com um ácido sulfônico e sistema de TiO2. Tabela 5: Desempenho de Fluência a Quente de Copolímeros de Etileno Silano em Construções Reticuladas Feitas dos Exemplos Comparativos 7 a 11 e Exemplos Inventivos 8 a 9 Amostra # CE 7 CE 8 CE 9 CE 10 CE 11 IE 8 IE 9 Copolímero de Silink A 94,53 89,55 94,53 94,53 89,55 89,55 79,60 DOW DNDA-8320 NT 7 Resina de Polietileno de Baixa 2,33 4,66 2,33 4,66 Densidade Linear DFH -2076 LLDPE 4,29 8,57 4,29 8,57 DXM-446 0,33 0,67 0,33 0,67 DFH -2065 2,29 DXM – 316 2,29 Chemours R105 - TiO2 2,50 5,00 2,50 5,00 Carbono C 0,07 0,14 0,07 0,14 4,4-Tiobis (6-terc-butil-m- 0,0003 0,0006 0,0003 0,0006 cresol) 1,2-Bis(3,5-di-terc-butil-4- hidroxi-hidrocinamoil)hidrazina, 0,08 0,17 0,08 0,17 Grau Técnico 2,2’-(2-Metilpropilideno)bis 0,22 (4,6-dimetilfenol), 99% Ácido Etanodioico, Bis(fenilmetileno) Hidrazida, 0,04 100% Bis-(2,2-difenilpropil)amina 0,03 Tetraquis(metileno(3,5-di-terc- butil-4- 0,17 0,33 0,10 0,20 0,27 0,53 hidroxidrocinamato))metano Dibutilestanho Dilaurato 0,13 0,26 0,13 0,26 Catalisador de Ácido Sulfônico 0,14 Hidrofóbico, 100% Sulfato Estanoso, 95+% 0,0000015 Octiltrietoxissilano 0,48 0,45 0,48 0,48 0,45 0,45 0,40 Total 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 TiO2 0,00 0,00 0,00 2,50 5,00 2,50 5,00 Dibutilestanho Dilaurato 0,13 0,26 0,00 0,00 0,00 0,13 0,26 Amostras de 120 mil de espessura envelhecidas a 90C em banho de água Alongamento de Fluência a Quebrou Quebrou Quebrou Fundiu Fundiu 63,52 46,59 Quente Médio após 1 h
[0093] A Tabela 5 mostra claramente a sinergia entre TiO2 e o catalisador de estanho quando presentes juntos: (1) A taxa de cura de TiO2+ estanho é mais rápida que a cura de estanho ou TiO2 quando presentes
29 / 31 individualmente. Isto estabelece a sinergia entre catalisador de TiO2 - estanho e seu impacto na taxa de cura. (2) Amostras com TiO2 e sem catalisador não esticaram ou se mantiveram sob carga. Elas derreteram rapidamente no forno indicando que elas não estavam reticuladas. (3) Em alguns casos, as taxas foram ainda mais rápidas do que as taxas com um catalisador de ácido sulfônico. Ver CE 9 vs. IE 8. Tabela 6: Desempenho de Fluência a Quente de Copolímeros de Etileno Silano em Construções Reticuladas feitas do Exemplo Comparativo 12 e Exemplos Inventivos 10-11 Amostra # CE 12 IE 10 IE 11 Copolímero de Silink A 94,53 89,55 94,53 DOW DNDA-8320 NT 7 Resina de Polietileno de Baixa 2,33 3,37 Densidade Linear DFH -2076 LLDPE 4,29 4,29 DXM-446 0,33 0,33 Chemours R105 - TiO2 2,50 1,25 Carbono C 0,07 0,07 4,4-Tiobis (6-terc-butil-m-cresol) 0,0003 0,0003 1,2-Bis(3,5-di-terc-butil-4-hidroxi-hidrocinamoil)hidrazina, 0,08 0,08 0,08 Grau Técnico Tetraquis(metileno(3,5-di-terc-butil-4- 0,17 0,27 0,10 hidroxidrocinamato))metano Dibutilestanho Dilaurato 0,13 0,13 0,13 Octiltrietoxissilano 0,48 0,45 0,48 Total 100,00 100,00 100,00 TiO2 0,00 2,50 1,25 Dibutilestanho Dilaurato 0,13 0,13 0,13 Amostra de 30 mil de espessura, 23C, 50% RH Quebrado (testado 3 vezes, 1 dia 41 41 todo quebrado) 2 dias 37 33 41 6 dias 37 33 34 7 dias 30 34 31
[0094] Os dados de fluência a quente para amostras de 30 mil de espessura mostram claramente a sinergia do TiO2 com estanho. As taxas de cura são muito mais rápidas quando TiO2 está presente com estanho, em comparação com taxas quando estanho é usado sozinho.
[0095] Tabela 7: Desempenho de Fluência a Quente de Copolímeros de Etileno Silano em Construções Reticuladas feitas (i) de Exemplos Comparativos 13-14 e Exemplo Inventivo 12, e (ii) Exemplos Comparativos 15-16 e Exemplo Inventivo 13, indicando desempenho de cura sinérgico.
30 / 31 Tabela 7 Amostra # CE 13 CE 14 IE 12 CE15 CE16 IE13 Copolímero de Silink A 95,00 95,00 95,00 92,50 92,50 92,50 DFH -2076 LLDPE 2,43 2,43 2,43 3,65 3,65 3,645 Polímero Funcional AMPLIFY™ EA 100 2,43 2,43 2,43 3,65 3,65 3,645 Dibutilestanho Dilaurato 0,14 0 0,07 0,21 0,00 0,105 Tetraisopropil Titanato 0,00 0,14 0,07 0,00 0,21 0,105 Total 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 Valores de fluência a quente médios, % 30 mil de espessura de amostra; Testado a 200C/20N; envelhecido a 23°C, 50% RH 1 dia quebrado quebrado quebrado quebrado quebrado quebrado 2 dias quebrado quebrado 104 quebrado quebrado 88 3 dias quebrado quebrado 71 quebrado quebrado 90 6 dias 237 quebrado 56 178 quebrado 51
[0096] Os dados de fluência a quente para uma amostra com 30 mil de espessura na Tabela 7 mostram claramente a sinergia de tetraisopropil titanato com estanho. As taxas de cura são muito mais rápidas quando tetraisopropil titanato está presente com estanho, em comparação com taxas quando estanho é usado sozinho. Método de Teste - Estabilidade de Antioxidante
[0097] As composições relatadas na Tabela 8 (abaixo) são preparadas em um frasco de vidro de borossilicato transparente de 25 mL (5 dram) com uma barra de agitação. Hidroxitolueno butilado (BHT) é carregado no frasco para atingir a concentração de alvo, seguido pela adição de 10 mL de dodecano. O frasco é, então, fechado usando um septo e o oxigênio no frasco é deslocado usando nitrogênio. O frasco permanece sob uma manta de nitrogênio pelo restante do procedimento. O frasco contendo BHT em dodecano é colocado em um elemento de aquecimento sobre uma placa quente. A temperatura da placa quente é ajustada em 110°C e a velocidade de agitação é ajustada em 500 rpm. Quando a temperatura alvo de 110°C é atingida, a quantidade de alvo de DBSA, dibutilestanho dilaurato, TiO2 e/ou tetraisopropil titanato são adicionados à mistura de reação. Alíquotas em torno de 100 mg foram retiradas da mistura de reação por duas horas e diluídas com acetonitrila para atingir um fator de diluição em torno de 100. Todos os pesos exatos foram registrados até +/- 0,0001 g para quantificação usando Cromatografia de Líquido de Ultra-alto Desempenho (UHPLC).
31 / 31
[0098] Tabela 8 - Constante de Taxa de Degradação de Antioxidante (BHT) em Sistemas Modelo feitos dos Exemplos Modelos (ME) 1-4, com base em Amostras Comparativas (CS) e Exemplos Inventivos (IE). Tabela 8 ME 1 ME 2 ME 3 ME 4 Amostra # (CS) (CS) (IE) (IE) Dodecano 93,83 93,62 93,54 93,22 BHT 3,66 3,65 3,63 3,63 DBSA 2,51 Dibutilestanho Dilaurato (DBTDL) 2,73 1,43 1,47 TiO2 1,40 Tetraisopropil Titanato (Titanato) 1,68 Total 100,00 100,00 100,00 100,00 Constante da Taxa de Degradação de Nenhuma Nenhuma Nenhuma 0,52 BHT (s-1), 110°C durante 2 h degradação degradação degradação
[0099] A Tabela 8 e a FIG, 1 demonstram outra vantagem de sistemas baseados em catalisador à base de estanho com óxido de titânio (IV). Os dados mostram perda de antioxidante BHT na presença de um catalisador à base de ácido sulfônico, ao passo que catalisadores à base de estanho não levam à degradação do antioxidante BHT nas mesmas condições. Isto permite que os sistemas de catalisadores à base de estanho sejam usados com uma faixa mais ampla de antioxidantes em comparação com catalisadores à base de ácido sulfônico. No caso de dibutilestanho dilaurato em combinação com óxido de titânio (IV) (TiO2 ou tetraisopropil titanato), é possível atingir taxas de cura mais rápidas, embora evitando degradação de antioxidante, uma combinação de atributos que não é possível com ácido sulfônico juntamente com dibutilestanho dilaurato sozinho.

Claims (12)

REIVINDICAÇÕES
1. Composição de catalisador para promover a cura de um polímero etilênico funcionalizado com silano, a composição de catalisador caracterizada pelo fato de que compreende (1) um catalisado à base de estanho e (2) um óxido de titânio (IV).
2. Composição de catalisador de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o catalisador à base de estanho é pelo menos um de dibutil estanho dilaurato (DBTDL), dimetil hidróxi estanho oleato, dioctil estanho maleato, di-n-butil estanho maleato, dibutil estanho diacetato, dibutil estanho dioctoato, acetato estanoso e octoato estanoso.
3. Composição de catalisador de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o óxido de titânio (IV) é dióxido de titânio (TiO2)
4. Composição de catalisador de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o óxido de titânio (IV) é tetraisopropil titanato.
5. Batelada mestre, caracterizada pelo fato de que compreende (A) a composição de catalisador de qualquer das reivindicações 1-4 e (B) uma resina transportadora.
6. Batelada mestre de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que a resina transportadora é o polímero etilênico do polímero etilênico funcionalizado com silano antes de sua funcionalização com o silano.
7. Processo para curar um polímero etilênico funcionalizado com silano, o processo caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de (1) formar uma composição de polímero misturando o polímero etilênico funcionalizado com silano e a composição de catalisador da qualquer das reivindicações 1-4 e (2) submeter a composição de polímero às condições de cura.
8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a composição de catalisador está na forma de uma batelada mestre.
9. Processo de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que as condições de cura são temperatura ambiente e umidade relativa.
10. Processo de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que as condições de cura são uma temperatura elevada e umidade elevada.
11. Processo de acordo com qualquer das reivindicações 7 a 10, caracterizado pelo fato de que o polímero etilênico do polímero etilênico funcionalizado com silano é um polietileno de baixa densidade linear ou um polietileno de baixa densidade.
12. Processo de acordo com qualquer das reivindicações 7 a 11, caracterizado pelo fato de que a funcionalidade silano do polímero etilênico funcionalizado com silano é um derivado de um vinil trialcóxi silano.
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