BRPI0511840B1 - pó de moldagem, processo para formação de um artigo poroso e artigo poroso - Google Patents

Abstract

pó de moldagem de polietileno e artigos porosos produzidos a partir do mesmo. a presente invenção relaciona-se a um novo pó de moldagem compreendendo partículas de polímero polietileno. o peso molecular do polímero polietileno está na faixa de cerca de 600.000 g/mol a cerca de 2.700.000 g/mol conforme determinado por astm 4020. o tamanho médio de partícula das partículas do polímero polietileno está na faixa de cerca de 5 micra a cerca de 1.000 micra e o polietileno possui uma densidade aparente de pó na faixa de cerca de 0,10 a cerca de 0,30 g/cm3. também é divulgado um processo para moldar uma forma a partir de um pó de moldagem compreendendo as partículas de polímero polietileno da invenção, assim como artigos porosos produzidos de acordo com o processo. os artigos possuem excelente porosidade e boa resistência para aplicações porosas e de filtração porosa.

Description

PÓ DE MOLDAGEM, PROCESSO PARA FORMAÇÃO DE UM ARTIGO POROSO E ARTIGO POROSO Reivindicação de Prioridade [001] Este Pedido é baseado no Pedido Provisório dos Estados Unidos de número de Série 60/578.005, intitulado "Polyethylene Resin and Porous Articles Made Therefrom", depositado em 7 de junho de 2 0 04, cuja prioridade é aqui reivindicada.

Campo da Invenção [002] A invenção está relacionada ao campo dos materiais poliméricos sintéticos para moldagem de artigos porosos. Em particular, a invenção está direcionada a uma nova resina de moldagem de polietileno que pode ser moldada e sinterizada para formar artigos possuindo alta porosidade.

Fundamentos [003] Polietileno de peso molecular ultra-alto (UHMW- PE) , polietileno de alta densidade padrão (HDPE) e polietileno de baixa densidade (LDPE) foram utilizados como materiais poliméricos para produção de diferentes tipos de artigos porosos moldados. Tais artigos incluem funis de filtração, filtros de imersão, cadinhos de filtração, folhas porosas, pontas de caneta, pontas de marcador, aeradores, difusores e peças moldadas de peso leve. Entretanto, as formulações de polietileno utilizadas nestas aplicações estão todas associadas a diversas desvantagens.

[004] O LDPE e o HDPE padrão, os quais incluem polietileno de peso molecular até 250.000 g/mol, produzem boa resistência de peça mas seu comportamento de fusão resulta em uma janela de processamento reduzida, tanto em relação a tempo quanto à temperatura. Como resultado, há uma forte tendência na direção da redução da porosidade e uma inconsistência na qualidade aumentada no produto moldado. Além disso, com LDPE ou HDPE padrão como o pó de moldagem, a não uniformidade do aquecimento no interior dos moldes possuindo dutos de geometria complexa tenda a resultar em não uniformidade da porosidade da peça produto.

[005] Em contraste com o LDPE e HDPE padrão, as formulações de UHMW-PE com um peso molecular médio acima de 2.500.000 g/mol exibem excelente tolerância de processamento. Especialmente, é sabido na técnica que os pós de moldagem de UHMW-PE são caracterizados por uma ampla janela de processamento de tempo e temperatura. Entretanto, estas formulações de UHMW-PE são conhecidas por resultarem em produtos moldados um tanto fracos. Mais ainda, pontos fracos localizados tendem a ser formados quando o UHMW-PE ê utilizado com moldes possuindo dutos geométricos complexos. Para manter ou melhorar a resistência do artigo poroso produzido a partir de UHMW-PE, a Patente U.S. de número 4.925.880 para Stein divulga a adição de uma cera de polietileno âs partículas de UHMW-PE. Stein ensina a adicionar a cera em uma quantidade entre 5% e 6 0% para melhorar a resistência e a porosidade. Entretanto, a utilização de cera de polietileno desta forma restringe a janela de processamento em tempo de temperatura e está assim associada às mesmas desvantagens que a utilização de LDPE e HDPE padrão.

[006] Os polietilenos de alto peso molecular são valiosos por propriedades como resistência química, resistência â abrasão, resistência, absorção de água, absorção de energia, deflexão de calor e capacidades de amortecimento sonoro. Os processos para preparação de polietilenos de alto peso molecular são conhecidos na técnica. A Patente dos Estados Unidos de número 4.962.167 para Shiraishi e outros divulga um processo para produção de pó de polietileno por polimerização de etileno utilizando-se um componente catalisador sólido e um composto organometálico. De acordo com a Patente 4.962.167, é relatado que o pó de polietileno possui densidades aparentes de 0,30 g/cm3 a 0,34 g/cm3 com diâmetros de partícula variando de 195 a 245 micra.

[007] Outro processo para produção de polietileno de alto peso molecular é divulgado pela Patente dos Estados Unidos de número 4.972.035 para Suga e outros, onde a polimerização ê realizada na presença de um catalisador Ziegler e o polietileno é submetido a um tratamento de cisalhamento de alta velocidade. As morfologias das partículas em Suga e outros são declaradas como sendo substancialmente esféricas, com formas elípticas ou similares a casulos.

[008] A Patente dos Estados Unidos de número 5.587.440 para Ehlers e outros divulga um método para produção de pó de polietileno de alto peso molecular com densidades aparentes variando de 350 a 460 g/litro utilizando-se catalisadores do tipo Ziegler.

[009] Os métodos para produção de artigos porosos a partir de pós de polietileno de alto peso molecular são igualmente conhecidos. A Patente dos Estados Unidos de número 3.024.208 para Goethel e outros divulga um processo para formar corpos porosos colocando-se o pó de polietileno em recipientes e aquecendo-se os mesmos sob pressão moderada. Os artigos porosos produzidos pelo processo em Goethel e outros são relatados como possuindo densidades variando de 0,33 g/cm3 a 0,66 g/cm3 e porosidades entre 32% e 67%.

[010] Ainda outros processos para produção de artigos de polietileno são observados abaixo.

[011] A Publicação de Pedido PCT de número WO 85/04365 divulga um processo de sinterização onde pó de polietileno de alto peso molecular é pré-compactado sob pressão e calor para aumentar sua densidade aparente. Os pós compactados são relatados como possuindo densidades aparentes que são superiores a 0,4 g/cm3. A densidade aparente é aumentada alterando-se as morfologias das partículas (removendo a "estrutura fina"), passando-se o pó através de uma prensa de pelotas ou de cilindros. A morfologia da partícula de polietileno de alto peso molecular pode afetar o comportamento de compactação e sinterização do pó. Ver, Sangeeta Hambir e J. P. Jog, Sintering of Ultra High Molecular Weight Polyethylene, Bull. Mater. Sei., v. 23, n° 3 (junho de 2000).

[012] A Patente dos Estados Unidos de número 5.977.229 para Barth e outros e a Patente dos Estados Unidos de número 3.954.927, divulgam artigos porosos, particularmente filtros, os quais são sinterizados a partir de polietileno de alto peso molecular.

[013] O Pedido de Patente U.S. Co-pendente de número de Série 10/640.830 divulga um processo para formação de um artigo poroso utilizando um pó de moldagem compreendendo um polímero polietileno possuindo um peso molecular na faixa de cerca de 800.000 a 3.500.000 conforme determinado por ASTM-D 4020, e uma distribuição de tamanho de partícula na faixa de cerca de 10 micra a cerca de 1.000 micra. As partículas são esféricas em forma. Exemplos comerciais de resinas que podem ser utilizadas de forma bem sucedida neste processo são GUR® 4012 e 4022, produzidas por Ticona LLC (Florence, KY) . Estes materiais possuem uma densidade aparente de pó na faixa de 0,38 a 0,55 g/cm3. Embora GUR® 4012 e 4022 possam ser moldados e sinterizados para produzir artigos possuindo boa porosidade, há ainda uma necessidade por resinas de polietileno para preparação de artigos possuindo porosidade bem controlada e boa resistência mecânica.

Sumário da Invenção [014] De acordo com um aspecto da presente invenção, um pó de moldagem compreendendo partículas de polímero polietileno é fornecido. O polímero polietileno possui um peso molecular dentro da faixa de cerca de 600.000 g/mol a cerca de 2.700.000 g/mol conforme determinado por ASTM 4020. O polímero polietileno possui um tamanho médio de partícula que está dentro da faixa de cerca de 5 micra a cerca de 1.000 micra e o polietileno possui uma densidade aparente de pó na faixa de cerca de 0,10 a cerca de 0,3 0 g/cm3.

[015] O polímero polietileno tipicamente possui um peso molecular variando de cerca de 750.000 g/mol a cerca de 2.400.000 g/mol e é, preferivelmente, entre cerca de 800.000 e cerca de 1.800.000 g/mol. Uma faixa particularmente preferida varia de cerca de 900.000 a cerca de 1.500.000 g/mol. Geralmente, o polietileno possui uma densidade aparente de pó de cerca de 0,12 a 0,26 grama por centímetro cúbico.

[016] Os pós de moldagem da presente invenção possuem características de resistência especialmente boas. O pó exibe uma resistência à flexão característica (aqui definida) de pelo menos cerca de 0,7 MPa (megapascal) . Preferivelmente, o pó de moldagem da invenção exibe uma resistência à flexão característica de pelo menos cerca de 0,9 MPa, ou pelo menos cerca de 1,1 MPa.

[017] Em algumas modalidades da presente invenção o pó de moldagem compreende um polietileno com um peso molecular de cerca de 1.000.000 g/mol a cerca de 2.600.000; um tamanho de partícula de cerca de 5 a cerca 800 micra; e uma densidade aparente de pó variando de cerca de 0,12 a 0,2 9 g/cm3. Alternativamente, o polímero pode possuir um peso molecular que varia entre cerca de 1.000.000 g/mol a cerca de 1.800.000 g/mol e possui um tamanho médio de partícula que está entre cerca de 10 a 200 micra.

[018] Em outro aspecto da presente invenção, é fornecido um processo para preparação de um artigo poroso a partir do pó de resina da invenção. O pó de moldagem compreende polietileno com um peso molecular entre cerca de 600.000 e 2.700.000 g/mol; um tamanho de partícula médio variando de cerca de 5 a cerca de 1.000 micra; e uma densidade aparente de pó entre cerca de 0,10 e 0,30 g/cm3. O pó é moldado na forma desejada e aquecido a uma temperatura entre 140°C e 300°C por um período suficiente para permitir que o polímero se expanda e amoleça. O pó é preferivelmente aquecido a temperaturas entre cerca de 150°C e cerca de 280°C, e ainda mais preferivelmente de cerca de 170°C a cerca de 260°C. O artigo poroso é subsequentemente resfriado.

[019] Ainda em outro aspecto da presente invenção, é fornecido um artigo poroso que é preparado a partir de pó de polietileno, o qual possui um peso molecular entre cerca de 600.000 g/mol a cerca de 2.700.000 g/mol; um tamanho de partícula médio na faixa de cerca de 5 micra a cerca de 1.000 micra, e uma densidade aparente de pó na faixa de cerca de 0,1 a cerca de 0,3 g/cm3. Geralmente, o artigo poroso possui um tamanho de poro médio entre cerca de 5 pm e 100 pm e, ainda mais tipicamente, entre cerca de 50 pm e 80 pm. Também, o artigo poroso geralmente possui uma porosidade entre cerca de 3 0 e 85 por cento; preferivelmente entre cerca de 60 e 75 por cento.

[020] Características adicionais e vantagens da presente invenção tornar-se-ão aparentes a partir da discussão que segue.

Breve Descrição dos Desenhos [021] A invenção é descrita em detalhes abaixo com referência a diversas figuras onde números similares determinam partes similares e onde: [022] A Figura 1 ilustra um elemento de filtro de acordo com a presente invenção;

[023] A Figura 2 mostra uma secção através do elemento de filtro na posição marcada II-II na Figura 1; e [024] A Figura 3 mostra uma secção através do elemento de filtro na posição marcada III-III na Figura 1.

Descrição Detalhada [025] A presente invenção é descrita em detalhes abaixo com referência aos diversos exemplos e Figuras anexadas. Modificações a exemplos particulares dentro do espirito e escopo da presente invenção, exposta nas reivindicações em anexo serão prontamente aparentes àqueles habilitados na técnica.

[026] A menos que de outra forma indicado, os termos devem ser compreendidos de acordo com seu significado comum. A seguir estão algumas definições exemplares de termos utilizados nesta especificação e nas reivindicações em anexo.

[027] A presente invenção fornece um novo e melhorado pó de moldagem compreendendo partículas de polímero polietileno. Especificamente, o polímero polietileno possui um peso molecular dentro da faixa de cerca de 600.000 g/mol a cerca de 2.700.000 g/mol. A distribuição do tamanho de partícula das partículas de polímero polietileno está dentro da faixa de cerca de 5 micra a cerca de 1.000 micra, e as partículas de polímero possuem uma densidade aparente de pó na faixa de cerca de 0,10 a cerca de 0,30 g/cm3.

[028] De acordo com mais modalidades particulares da invenção, o peso molecular do polímero polietileno pode se enquadrar em qualquer das seguintes faixas de peso molecular, conforme determinado por ASTM 4020: de cerca de 750.000 g/mol a cerca de 2.400.000 g/mol; e de cerca de 800.000 g/mol a cerca de 1.750.000 g/mol. Em modalidades adicionais da invenção, a densidade aparente do pó pode ainda estar na faixa de cerca de 0,12 a 0,2 6 g/cm3 ou, preferivelmente, de cerca de 0,18 a cerca de 0,26 g/cm3.

[029] A produção de polietileno de alto peso molecular é tipicamente atingida pela polimerização catalítica de monômero de etileno com um catalisador heterogêneo e alquil alumínio como co-catalisador. O etileno é geralmente polimerizado em fase gasosa ou fase semifluida a temperaturas e pressões relativamente baixas. A reação de polimerização pode ser realizada a uma temperatura entre cerca de 50°C e 100°C e pressões na faixa de 0,02 e 2 MPa.

[030] O peso molecular do polietileno pode ser ajustado adicionando-se hidrogênio. Alterar a temperatura ou o alquil alumínio (tipo e concentração) pode também ser utilizado para efetuar ajustes finos no peso molecular. Adicionalmente, a reação pode ocorrer na presença de agentes antiestáticos para evitar incrustações na parede e contaminação do produto.

[031] Catalisadores preferidos incluem catalisadores do tipo Ziegler-Natta. Os catalisadores do tipo Ziegler são tipicamente haletos de metais de transição dos Grupos IV a VIII que reagem com derivados de alquil de metais e hidretos dos Grupos I a III. Catalisadores Ziegler exemplares incluem aqueles baseados nos produtos de reação de alquis de alumínio e magnésio e tetrahaletos de titânio. Cloreto de magnésio e materiais granulados finos, como sílica, podem ser também utilizados como apoio. Especificamente, o produto da reação de tetracloreto de titânio e isoprenilaluminio é preferido.

[032] O componente catalisador sólido resulta como o produto da reação de um Ti (IV)-cloreto diluído e isoprenilaluminio diluído. A relação molar (Ti:Al) está entre 1:0,01 e 1:4 a uma temperatura de reação entre -40°C e 100°C. A alimentação de tetracloreto de titânio ocorre entre 0,5 minuto e 60 minutos. Um solvente alifático é utilizado, o qual é purificado através da destilação e tratamento de peneira molar.

[033] Condições de reação preferidas são uma temperatura na faixa de -20°C a 50°C, mais preferida na faixa de 0°C a 30°C. A concentração de tetracloreto de titânio está na faixa de 0,1 a 9,1 moles/L, preferida de 0,2 e 5 moles/L. A concentração de alquil aluminio está na faixa de 0,02 a 0,2 mol/L. O componente de titânio é adicionado ao componente de alumínio. O tempo de dosagem está na faixa de 0,1 minuto a 60 minutos, preferivelmente de 1 minuto a 30 minutos. A mistura de reação é resfriada ou aquecida à temperatura ambiente. A quantidade de Ti (III) é de pelo menos 95% após 10 h. O isorenil é fornecido por Crompton; o tetracloreto de titânio por Akzo. A morfologia de partícula ê controlada através da concentração de reagentes, temperatura de reação e velocidade de agitação.

[034] A polimerização é executada em suspensão a baixa pressão e temperatura em uma ou múltiplas etapas, contínuas ou em lote. A temperatura de polimerização está na faixa de 30°C e 130°C, preferivelmente na faixa de 50°C e 90°C. A pressão parcial de etileno está na faixa de menos que cerca de 10 MPa, preferivelmente na faixa de 0,05 e 5 MPa. O isoprenil alumínio é utilizado como co-catalisador. A relação Al:Ti está na faixa de 1 e 30:1, mais preferivelmente na faixa de 2:1 e 20:1. O solvente é um solvente orgânico inerte conforme tipicamente utilizado para polimerizações do tipo Ziegler. Exemplos são butano, pentano, hexano, ciclohexano, nonano, decano, homólogos superiores puros ou como misturas destes. A massa molecular do polímero é controlada através da alimentação de hidrogênio. A razão entre a pressão parcial de etileno e a pressão parcial de hidrogênio está na faixa de 5 a 100, preferivelmente na faixa de 10 a 50. 0 polímero é isolado e seco em um secador de leito fluidizado sob nitrogênio. O solvente pode ser removido através de destilação a vapor em caso de uso de solventes de alto ponto de ebulição. Os sais de ácidos graxos de cadeia longa podem ser adicionados como estabilizantes. Exemplos típicos são estearato de cálcio, de magnésio ou de zinco.

[035] Opcionalmente, outros catalisadores como catalisadores Phillips, metalocenos e pós-metalocenos podem ser empregados, catalisadores metaloceno e pós-metaloceno são igualmente bem conhecidos. Geralmente um co-catalisador como alumoxano é também empregado. O Pedido de Patente dos Estados Unidos de número 2002/0040113 para Fritzsche e outros, a totalidade do qual está aqui incorporada por referência, discute diversos sistemas catalisadores para produção de polietileno de peso molecular ultra-alto. A seleção de catalisadores particularmente ativos pode possibilitar que o processo de leito fluidizado se torne contínuo.

[036] Conforme declarado, os pós da presente invenção preferivelmente possuem pesos moleculares entre 600.000 g/mol e 2.700.000 g/mol e uma densidade aparente relativamente baixa. Os pós possuem uma densidade aparente baixa, em parte, devido à sua morfologia de partícula porosa única. As partículas de polietileno da presente invenção tipicamente possuem uma aparência microglobular característica. As partículas possuem geometrias irregulares com características de superfície desigual. As partículas também possuem características de superfície porosa. A morfologia de partícula porosa do pó de polietileno é um fator significante para contribuir para a alta porosidade dos artigos moldados produzidos de acordo com a presente invenção. Em contraste, muitos polietilenos de alto peso molecular convencionais possuem uma morfologia de partícula relativamente esférica. As partículas esféricas possuem uma forma elíptica com características de superfície relativamente lisa.

[037] A morfologia do polímero se desenvolve à medida que as partículas crescem. A quebra do catalisador pode determinar a morfologia final da partícula. O tamanho das partículas de catalisador pode também determinar o tamanho da partícula do polímero. A partícula final do polímero é tipicamente de 10 a 50 vezes o tamanho da partícula do catalisador original. Fatores como tamanho de partícula, morfologia de partícula, distribuição de tamanho de partícula e densidade aparente são propriedades significativas do pó porque as mesmas afetam as características de porosidade dos artigos que são moldados do pó.

[038] A Patente dos Estados Unidos de número 5.300.470 para Cuffiani e outros divulga catalisadores utilizados na produção de polietileno de alto peso molecular. Cuffiani observa que a morfologia da partícula do polímero imita de forma substancial aquela da partícula do catalisador, isto é, uma réplica morfológica. A morfologia do catalisador pode ser controlada, por exemplo, precipitando-se os componentes do catalisador de uma fase líquida sob condições particulares. (Cuffiani em col. 1, linhas 45 a 60). ΞΡ 1124860 para Ehlers e outros, observada acima, divulga catalisadores do tipo Ziegler utilizados na produção de polietileno de peso molecular ultra-alto. O componente catalisador sólido é o produto da reação de tetracloreto de titânio e um alquil alumínio. A morfologia do catalisador é controlada através da taxa de dosagem, temperatura de reação, concentração e da razão de extratos.

[039] Materiais adicionais podem ser adicionados ao pó de moldagem, dependendo das propriedades desejadas do artigo moldado. Por exemplo, pode ser desejável combinar o pó de polietileno com carbono ativado para aplicações de filtragem. O pó pode também conter aditivos como lubrificantes, corantes, pigmentos, antioxidantes, cargas, auxiliares de processamento, estabilizantes leves, neutralizadores, agentes antibloqueio ou similares. Preferivelmente, o pó de moldagem consiste essencialmente de polímero polietileno, de forma que materiais adicionais não alterem as características básicas e novas do pó, isto é, flexibilidade de processamento e ser adequado para a formação de artigos com porosidade superior e resistência mecânica.

[040] De acordo com outro aspecto da presente invenção, um processo para formação de um artigo poroso é fornecido. O processo envolve moldar uma forma a partir de um pó de moldagem compreendendo partículas de polímero polietileno. O polímero polietileno tipicamente possui uma única distribuição de peso molecular modal. Aqui, novamente, o peso molecular do polímero polietileno está na faixa de cerca de 600.000 g/mol a cerca de 2.700.000 g/mol conforme determinado por ASTM. A distribuição de tamanho de partícula das partículas do polímero polietileno está na faixa de cerca de 5 micra a cerca de 1.000 micra. As partículas de polímero possuem uma densidade aparente de pó na faixa de cerca de 0,10 a cerca de 0,3 0 g/cm3. De forma vantajosa, o processo fornece uma janela de processamento desejável para a produção de artigos com excelente porosidade e resistência.

[041] Artigos moldados podem ser formados de acordo com a invenção por um processo de sinterização livre que envolve introduzir o pó de moldagem compreendendo as partículas de polímero polietileno em um espaço parcial ou totalmente confinado, por exemplo, um molde, e sujeitar o pó de moldagem a aquecimento suficiente para fazer com que as partículas de polietileno amoleçam, se expandam e entrem em contato umas com as outras. Processos adequados incluem moldagem por compressão e fundição. O molde pode ser feito de aço, alumínio ou outros metais.

[042] Os processos de sinterização são bem conhecidos na técnica. O molde é aquecido até a temperatura de sinterização, a qual irá variar dependendo das circunstâncias individuais. Em uma modalidade, esta temperatura está na faixa de cerca de 100°C e 300°C. A temperatura de sinterização pode também estar nas seguintes faixas: 14 0 ° C a 300°C e 140°C a 240°C.O molde é tipicamente aquecido em um forno de convecção, prensa hidráulica ou aquecedores infravermelhos. O tempo de aquecimento irá variar e depende da massa do molde e da geometria do artigo moldado. O tempo de aquecimento típico se encontra na faixa de cerca de 5 a cerca de 300 minutos. Em modalidades mais particulares, o tempo de aquecimento pode estar na faixa de cerca de 25 minutos a cerca de 100 minutos. O molde pode também vibrar para assegurar uma distribuição uniforme do pó. Conforme observado em Goethel e outros, altas temperaturas geralmente produzem artigos moldados que possuem densidades maiores e tornam os mesmos mais duros. Também a resistência do artigo desejado está correlacionada à duração do tempo de aquecimento. As temperaturas e tempos de aquecimento ideais dependem do peso molecular do polímero.

[043] Uma pressão de moldagem pode ser aplicada, se desejado. Em casos em que um ajuste de porosidade é exigido, uma baixa pressão proporcional pode ser aplicada ao pó. Submeter as partículas â pressão faz com que as mesmas se rearrumem e deformem em pontos de contato até que o material esteja comprimido. Os pós de moldagem da presente invenção, entretanto, são preferivelmente não compactados, seja antes ou durante o processo de sinterização. Geralmente, um pó que é compactado produzirá artigos com baixas porosidades.

[044] Durante a sinterização, as superfícies de partículas de polímero individuais se fundem em seus pontos de contato formando uma estrutura porosa. As partículas de polímero se aglutinam em seus pontos de contato devido à difusão de cadeias de polímero através da interface das partículas. A interface eventualmente desaparece e se desenvolve resistência mecânica na interface. Subsequentemente, o molde é resfriado e o artigo poroso é removido. A etapa de resfriamento pode ser executada por meios convencionais, por exemplo, pode ser realizada por sopragem de ar através do artigo ou molde, ou colocando um fluido frio em contato com o molde. Ao resfriar, o polietileno tipicamente experimenta uma redução em volume aparente. Isto é comumente conhecido como "encolhimento". Um alto grau de encolhimento é geralmente indesejável uma vez que pode provocar distorção da forma no produto final.

[045] De forma vantajosa, partes produzidas de acordo com o processo da invenção e com o pó de polietileno da faixa de peso molecular descrita possuem uma resistência e porosidade melhoradas em relação a outros graus de HMW-PE e UHMW-PE. O pó de moldagem de polietileno da invenção fornece excelente flexibilidade de processamento e baixa queda de pressão, alta porosidade através de redução de porosidade muito inferior à do HDPE e LDPE padrão. Os artigos obtidos de acordo com a invenção reivindicada possuem porosidade excepcionalmente alta, excelente uniformidade de porosidade e boa resistência para aplicações porosas e de filtração porosa. Outras aplicações incluem amortecimento sonoro, drenagem absorvente, folhas ou membranas fluidizantes, equipamento analítico, ventilação e aeração. O pó de moldagem da presente invenção é particularmente adequado para formar filtros de ar e líquidos sinterizados.

[046] Um elemento poroso para um filtro de fluido produzido de acordo com a presente invenção pode ser visto nas Figuras 1 a 3. A Figura 1 ilustra um elemento de filtro (10) como visto na direção da vista de uma primeira parede lateral porosa (12) . A segunda parede lateral porosa (14) se une lateralmente à primeira parede lateral (12) de modo a formar uma estrutura em forma de caixa. As paredes laterais porosas do elemento de filtro (10) são sinterizadas a partir do pó de moldagem da presente invenção. Uma repartição (16) separa um lado de gás não filtrado (18) de um lado de gás filtrado (20) . Quando o filtro está em operação, o meio a ser filtrado é sugado através de uma abertura, não mostrada, e flui do lado de gás não filtrado (18) através das paredes laterais porosas (12) , (14) para dentro do interior oco do elemento de filtro (10) . As partículas sólidas a serem separadas do meio são retidas na superfície do elemento de filtro (10) e podem ser limpas periodicamente. Com referência à Figura 2, o meio é ainda sugado através de uma passagem de fluxo (22) na cabeça (24) para o lado de gás limpo (20) . De lá, o mesmo é descarregado através de uma abertura, não mostrada, para o lado exterior ao aparelho. O espaço (26) entre as paredes laterais (12), continua na passagem de fluxo (22) e se estende através da cabeça (24) até o lado de gás limpo (20) . A Figura 3 ilustra duas primeiras paredes laterais (12) e uma segunda parede lateral estreita (14) . Pode ser visto que o elemento de filtro (10) compreende duas metades (28) e (3 0) acopladas ao longo de seu eixo longitudinal (32) . As metades são também conectadas ao longo de suas porções de parede (34) e (36) , desta forma criando células individuais e aumentando a resistência de todo o elemento de filtro (10) . Discussões adicionais sobre elementos de filtro sinterizados aparecem na Patente dos Estados Unidos de número 6.331.197 para Herding e outros,a totalidade da qual está aqui incorporada por referência.

[047] Filtros sinterizados adicionais podem ser vistos na Patente dos Estados Unidos de número 6.770.736 e Pedido de Patente dos Estados Unidos Co-pendente de número de série 10/855.749, a qual divulga filtros de carvão ativado utilizando polietileno de alto peso molecular como um ligante. A unidade de filtro é produzida misturando-se carbono ativado finamente dividido com o polietileno e moldando-se o pó por sinterização termoplástica.

Procedimentos [048] Nos seguintes exemplos, o pó de moldagem de polietileno foi preparado utilizando-se um catalisador Ziegler-Natta.

Preparação do Catalisador [049] O catalisador é preparado em um reator de 600 L utilizando-se 13 mol de isoprenilaluminio em 252 L de Exxsol D30 (classe de solvente Exxon). Alimentou-se tetracloreto de titânio (3.000 mol/L) em 180 segundos a uma temperatura inicial de 10°C a 15°C. A proporção final de Ti:Al era de 0,78. A agitação foi interrompida após 2h após a reação a 25°C. A camada de solvente superior foi removida após 15 h. O componente sólido de catalisador foi utilizado para polimerização após diluição com 200 L de Exxsol D30.

Polimerização [050] A polimerização foi executada em um processo contínuo de etapa única. Utilizou-se Exxsol D30 como solvente. O volume do reator era de 40 L, a temperatura de reação 85°C a pressão parcial de etileno na faixa de 0,11 MPa a 0,2 MPa.

Preparação do Pó de Polímero [051] O pó de polímero foi separado do solvente o qual foi eliminado através de destilação por vapor. O pó resultante foi seco em um leito fluidizado sob nitrogênio. Adicionaram-se 500 ppm de estearato de cálcio como um removedor de ácido e misturado em um misturador Hentschel a fim de destruir os aglomerados.

[052] As amostras sinterizadas foram produzidas de acordo com o seguinte procedimento: [053] As amostras de teste porosas foram preparadas formando-se placas porosas com um diâmetro de 140 mm e uma espessura de 6,0 a 6,5 mm em um molde adequado. O molde é preenchido com o pó de polímero e os lados são presos para sedimentar o pó em prol da uniformidade e para melhorar a compactação. O topo do molde é nivelado, o molde é coberto e colocado no forno de convecção. A temperatura e o tempo de sinterização são relatados nas tabelas para cada exemplo e espécime. O molde foi então removido da prensa e resfriado rapidamente. A amostra foi removida do molde e deixada para resfriar ao ar por 40 minutos.

[054] A característica de resistência â flexão de um pó é determinada preparando-se um disco de 14 0 mm de diâmetro possuindo uma espessura de cerca de 6,25 mm por meio do procedimento acima, sinterizando-se a peça por cerca de 25 minutos a 220°C, e medindo-se a resistência à flexão do disco de acordo com a DIN ISO 178.

[055] O encolhimento (em %) é definido como o diâmetro da placa porosa em referência ao diâmetro do molde.

[056] O pó de polímero e as placas porosas foram analisados quanto a diversas propriedades de acordo com os seguintes procedimentos: Propriedade Método Peso Molecular ASTM D-4G20 Tamanho de Partícula Médio Difusão de Laser Densidade Aparente DIN 53 466 Tamanho de Poro Médio DIN ISO 4003 Porosidade DIN 6 613 32 Resistência ã Flexão DIN ISO 178?

Queda de Pressão Interno'5 [057j As propriedades dos pós testados são resumidas na Tabela 1. As condições de sinterização e propriedades de peças porosas são resumidas nas Tabelas 2 a 5.

■ Helos, Sympatec com Rodos SR *’ Porosímetro de Mercúrio, AutoPore IV Série 9500, Micrometrics 3 Máquina de Teste Universal UTS Tipo 10T (UTS Testsystems, GmbH) 4 Placa porosa com diâmetro: 140 mm, espessura: 6,2 a 6,5 mm; fluxo de ar; 7,5 mVh Tabela 1 Exemplos 1 a 5 [058] Placas porosas foram produzidas pelo processo de sinterização livre discutido acima a partir de pós de polietileno do Polímero 1. O pó de polietileno foi introduzido em um molde e o molde foi aquecido de acordo com a temperatura relacionada na Tabela 2, abaixo. O molde foi mantido à temperatura pelo tempo indicado. O encolhimento do pó é indicado na tabela abaixo, assim como resultados sobre a porosidade do filtro, a resistência do filtro e a queda de pressão.

Tabela 2 - Propriedades das Peças Moldadas Exemplos Comparativos [059] As peças sinterizadas foram também produzidas a partir de pós de polietileno A, B e C. Estas amostras representam diferentes morfologias de pó e pesos moleculares. Estes artigos foram preparados e testados de acordo com os mesmos procedimentos que os Exemplos 1 a 5.

Tabela 3 Tabela 4 Tabela 5 [060] Como pode ser visto a partir da comparação das Tabelas 2 a 5, o pó de moldagem de polietileno da presente invenção demonstra excelente características de porosidade enquanto ainda mantém boa resistência mecânica. Artigos porosos produzidos a partir dos polímeros comparativos demonstraram resistência â flexão mais baixa, maiores quedas de pressão e assim por diante, conforme pode ser avaliado a partir dos dados.

Modalidades Alternativas [061] De forma geral, a presente invenção fornece um novo e melhorado pó de moldagem compreendendo partículas de polímero polietileno. Especificamente, o polímero polietileno possui uma única distribuição de peso molecular modal e um peso molecular, de forma ampla, na faixa de cerca de 600.000 g/mol a cerca de 3.000.000 g/mol conforme determinado pro ASTM. A distribuição do tamanho de partícula das partículas de polímero polietileno está dentro da faixa de cerca de 5 micra a cerca de 1.000 micra, e as partículas de polímero possuem uma densidade aparente de pó na faixa de cerca de 0,10 a cerca de 0,35 g/cm3. Em casos onde o peso molecular excede cerca de 2.500.000, o pó demonstra uma resistência à flexão característica de pelo menos cerca de 0,7.

[062] De acordo com outro aspecto da presente invenção, um processo para formação de um artigo poroso é fornecido. O processo envolve moldar uma forma a partir de um pó de moldagem compreendendo partículas de polímero polietileno. O polímero polietileno possui uma única distribuição de peso molecular modal. O peso molecular do polímero polietileno está, de forma ampla, na faixa de cerca de 600.000 g/mol a cerca de 3.000.000 g/mol conforme determinado por ASTM. A distribuição de tamanho de partícula das partículas do polímero polietileno está na faixa de cerca de 5 micra a cerca de 1.000 micra. As partículas de polímero possuem uma densidade aparente de pó na faixa de cerca de 0,10 a cerca de 0,3 5 g/cm3. De forma vantajosa, o processo fornece uma janela de processamento desejável para a produção de artigos com excelente porosidade e resistência. Em casos onde o peso molecular excede cerca de 2.500.000, o pó demonstra uma resistência â flexão característica de pelo menos cerca de 0,7.

[063] De acordo com mais modalidades particulares da invenção, o peso molecular do polímero polietileno pode se enquadrar em qualquer das seguintes faixas de peso molecular, conforme determinado por ASTM: de cerca de 1.000. 000 g/mol a cerca de 2.600.000 g/mol; e de cerca de 1.000. 000 g/mol a cerca de 1.500.000 g/mol. Em modalidades adicionais da invenção, a densidade aparente do pó pode ainda estar na faixa de cerca de 0,15 a 0,30 g/cm3 ou, na faixa de cerca de 0,20 a cerca de 0,28 g/cm3.

[064] É compreendido que as modalidades da invenção descritas acima são apenas ilustrativas e que modificações completas podem ocorrer àquele habilitado na técnica. Desta forma, esta invenção não é considerada como limitada às modalidades aqui divulgadas. Em vista da discussão anterior, conhecimento relevante na técnica e referências discutidas acima em conexão com os Fundamentos e a Descrição Detalhada, as divulgações das quais estão aqui incorporadas por referência, descrição adicional é considerada desnecessária.

Claims (12)

1. Pó de moldagem caracterizado pelo fato de que compreende um polímero polietileno, onde o polímero polietileno possui um peso molecular na faixa de 600.000 g/mol a 2.700.000 g/mol, conforme determinado por ASTM 4020, um tamanho médio de partícula na faixa de 5 micra a 1.000 micra e uma densidade aparente de pó na faixa de 0,10 a 0,3 0 g/cm3, e em que o pó demonstra uma resistência à flexão característica de pelo menos 0,7 MPa como determinado na forma de um disco de 14 0 mm de diâmetro possuindo uma espessura de 6,25 mm por meio do procedimento acima, sinterizando-se a parte por 25 minutos a 220°C, e medindo-se a resistência à flexão do disco de acordo com a DIN ISO 178.

2. Pó de moldagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o polímero polietileno possui um peso molecular na faixa de 750.000 g/mol a 2.400.000 g/mol.

3. Pó de moldagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o polímero polietileno possui uma densidade aparente de pó na faixa de 0,12 a 0,26 g/cm3.

4. Pó de moldagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pó demonstra uma resistência à flexão característica de pelo menos 0,9 MPa.

5. Pó de moldagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o polímero polietileno possui um peso molecular na faixa de 1.000.000 g/mol a 2.600.000 g/mol, conforme determinado por ASTM 4020; um tamanho médio de partícula na faixa de 5 micra a 800 micra e uma densidade aparente de pó na faixa de 0,12 a 0,2 9 g/cm3.

6. Pó de moldagem, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o polímero polietileno possui um peso molecular na faixa de 1.000.000 g/mol a 1.800.000 g/mol, conforme determinado por ASTM 4020.

7. Pó de moldagem, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tamanho médio de partícula está na faixa de 10 micra a 200 micra.

8. Processo para formação de um artigo poroso, caracterizado pelo fato de compreender: (a) fornecer o pó de moldagem como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7; (b) formar o pó de moldagem na forma desejada; (c) aquecer a forma a uma temperatura de 140°C a 300°C por um período de tempo suficiente para permitir que o polímero polietileno se expanda e amoleça, opcionalmente mantendo a forma sob pressão; e (d) em seguida resfriar o artigo poroso.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a temperatura está na faixa de 150 °C a 280°C.

10. Artigo poroso caracterizado pelo fato de ser preparado a partir do pó de moldagem como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7.

11. Artigo poroso, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o artigo possui um tamanho de poro médio de 5 pm a 100 pm.

12. Artigo poroso, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o artigo possui uma porosidade de 30 por cento a 85 por cento.