3.2.3 Biaxiálně orientované fólie

V obalovém průmyslu je nejpoužívanějším materiálem biaxiálně orientovaná polypropylenová fólie (BOPP); ve skutečnosti tvoří BOPP dvě třetiny všech biaxiálně orientovaných fólií. V laminaci zajišťují potisknutelnost, transparentní nebo matný vzhled nebo kluzné vlastnosti. Fólie poskytuje povrch vhodný pro nanesení organických nebo anorganických povlaků, které zajišťují bariérové vlastnosti vůči plynu a vlhkosti. Fólie také poskytují tepelně uzavíratelnou vrstvu pro tvarování a uzavírání sáčků nebo vrstvu vhodnou pro přijetí lepidla buď potažením, nebo laminováním. BOPP je však nerozložitelný materiál a stejně jako v případě jiných obalových materiálů pocházejících z fosilních zdrojů existuje tendence nahradit je obalovými materiály pocházejícími z obnovitelných zdrojů kvůli obavám z likvidace těchto objemných materiálů, vzniku skleníkových plynů a vyčerpání zdrojů fosilních paliv.

PLA je jedním z biologicky rozložitelných polymerů, které jsou vhodné pro výrobu biaxiálně orientovaných fólií. BOPLA fólie se široce používají na flexibilní obaly jako alternativa k BOPP. BOPLA fólie jsou obvykle transparentní s vysokou průhledností a vysokým leskem. V některých obalových aplikacích je to žádoucí pro tisk grafiky s vysokou vizuální přitažlivostí a pro zajištění vysokého rozlišení požadovaných obrázků. PLA, jakožto polární polymer, má přirozeně vysokou povrchovou energii, která pomáhá umožnit dobrou smáčivost typů tiskových barev a barev používaných v obalech. Kromě toho lze vícevrstvé fólie BOPLA vytvářet koextruzí několika proudů taveniny polymerů na bázi PLA. Jedním z příkladů může být dvouvrstvá koextrudovaná struktura filmu, ve které je základní nebo jádrová vrstva obsahující krystalický PLA a tenčí “skin” vrstva obsahující amorfní PLA koextrudována na jedné straně jádrové vrstvy a poté biaxiálně orientována do filmu. Amorfní vrstva PLA se často používá k zajištění tepelné těsnosti filmu, protože je méně krystalická a má obecně nižší Tm než jádrová vrstva s vyšší krystalinitou (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

Pro to, aby byl takový polymer na biologické bázi vhodný k použití pro mnoho aplikací balení svačinek, je žádoucí, aby fólie z polymeru na biologické bázi odpovídala co nejvíce vlastnostem, kterými je BOPP dobře znám, jako je tepelná těsnost, potisknutelnost, řízený koeficient tření (COF), metalizovatelnost, plynová bariéra atd. Vzhledem k tomu, že fólie BOPLA má tendenci mít horší vlastnosti tepelného rozměrového smršťování ve strojní a příčné orientaci než fólie BOPP, nemusí se laminace BOPLA na balicím stroji optimalizovaném pro laminace BOPP chovat tak dobře. Bylo zjištěno, že výroba sáčků na balicím stroji určeném pro BOPP laminace má určitá očekávání pro nastavené hodnoty tepelného zatavení a rychlosti výroby sáčků. Bylo také zjištěno, že nahrazení laminace plně BOPP laminací plně BOPLA může v některých případech vést k deformaci sáčku v oblasti tepelně utěsněných míst, konkrétně koncových uzávěrů sáčku a zadního uzávěru sáčku. Přestože typický amorfní PLA používaný jako tepelně zatavená vrstva ve fóliích BOPLA má obecně nižší Tm a nižší teplotu iniciace zatavení než běžné tepelně zatavené pryskyřice na bázi propylenu (např. kopolymery propylenu, ethylenu a/nebo butylenu), v typickém balicím stroji určeném pro laminování BOPP jsou vyhřívané zatavovací tyče pro laminování BOPLA obecně příliš horké, což způsobuje deformaci v zatavených oblastech. To je pro mnoho společností zabývajících se balením potravin esteticky nepřijatelné. Řešení, jak obejít problém deformace u laminací BOPLA, spočívá ve snížení nastavené teploty tepelné zatavovací lišty nebo ve snížení rychlosti výroby sáčků v balicím stroji. Bylo však zjištěno, že regulace teploty a konzistence tepelných zatavovacích tyčí jsou velmi proměnlivé a nedostačující pro spolehlivou kontrolu problémů s deformací, zejména u velkého počtu balicích strojů, které mohou zahrnovat různé modely a konstrukce; a snížení rychlosti výroby sáčků je obecně nepřijatelné kvůli problémům s jednotkovými náklady na balený výrobek. Jedním z řešení by mohlo být zlepšení tepelné stability fólií BOPLA; dalším řešením by mohlo být zlepšení rozsahu těsnění fólií BOPLA snížením teploty iniciace těsnění amorfní PLA těsnicí vrstvy tak, aby bylo možné zachovat vysokou rychlost výroby sáčků při nižších teplotách nastavených na těsnicí tyče (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

JPH0623836 A (1994, SHIMADZU CORP.) uvádí výrobu orientovaných fólií z PLA. Proces začíná z taveniny PLA, která je vytlačována a rychle ochlazována. Tento předfilm může být následně podroben jednoosému protahování nebo může být podroben postupnému nebo současnému dvouosému protahování; volitelně po protahování následuje tepelné vytvrzování. Teplota protahování se pohybuje mezi teplotou Tg a teplotou krystalizace PLA. Výsledkem protahování je zvýšená pevnost a vyšší Youngův modul ve výsledné fólii.

WO0130889 A1 (2001, MITSUBISHI PLASTICS INC.) zveřejňuje jednovrstvou BOPLA fólii, která se dá tepelně zatavit za použití PLA s určitým modulem skladovací pružnosti při 120 °C 100-230 MPa. Použití jednovrstvé tepelně zatavitelné fólie však může vést k dalším problémům, pokud jde o manipulaci s fólií, zpracování a lepení na části zařízení (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

WO02087851 A1 (2002, TRESPAPHAN GMBH) zveřejňuje biologicky odbouratelný tepelně tvarovaný obal z fólie BOPLA. Fólie se skládá ze základní vrstvy PLA s minoritní složkou termoplastického polymeru, jako je polypropylen, polyethylen, PET nebo poly(butylentereftalát) (PBT), obvykle v rozsahu 0,2-1 % hmot. základní vrstvy. Takové složení je vhodné zejména pro tepelné tvarování pomocí pneumatického tažení nebo jiného mechanického tvarování. Z fólie BOPLA se vyrábí blistrové balení. Vynález však není vhodný pro vysoké míry příčné orientace (TDX) přesahující šest TDX. Takové polyolefiny mají obvykle vyšší Tm než amorfní PLA a navíc jsou na bázi fosilních paliv a nejsou biologicky rozložitelné (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

WO0234818 A1 (2002, MITSUBISHI PLASTICS IND) zveřejňuje film BOPLA obsahující anorganické částice s průměrnou velikostí částic 0,1-5 μm s průměrnou drsností povrchu (Ra) 0,01 < Ra ≤ 0,08. Tento film obsahuje anorganické částice s průměrnou velikostí částic 0,1-5 μm. Tvrdí se, že BOPLA fólie má uspokojivé kluzné vlastnosti, které jsou lepší než u obyčejných BOPLA fólií, brání meandrování nebo rýhování, zachovává si tuhost, pevnost a nízkou smrštitelnost za tepla a volitelně má průhlednost.

WO2005007403 A1 (2005, MITSUBISHI PLASTICS INC.) zveřejňuje vícevrstvou BOPLA fólii složenou ze dvou vrstev různých směsí krystalického a amorfního PLA, přičemž jedna vrstva má amorfní PLA jako majoritní složku a druhá vrstva má amorfní PLA jako minoritní složku. Tepelně utěsnitelná vrstva by pravděpodobně byla vrstva obsahující většinu amorfního PLA. Dalo by se očekávat, že teplota iniciace tepelného tmelení smíšené vrstvy amorfního PLA a krystalického PLA bude horší než u vrstvy zcela amorfního PLA.

CA2472420 A1 (2005, BIAX INTERNATIONAL INC.) zveřejňuje vícevrstvou koextrudovanou BOPLA fólii, která používá amorfní PLA, který je tepelně tmelitelný. BOPLA fólie se skládá z jádrové vrstvy kopolymeru PLA a nejméně jedné přídavné slupkové vrstvy se stejným nebo nižším Tm, než je Tm jádra. Do alespoň jedné z krajních kožních vrstev se přidá sférická částice vyrobená ze zesíťovaného polymeru, nejlépe vybraného z polymethylsilsesquioxanu a akrylové pryskyřice, nejlépe polymethylsilsesquioxanu o velikosti částic 2-6 μm, v množství 0,05-0,6 % hm. kožní vrstvy. Tvrdí se, že BOPLA fólie má lepší manipulaci a zpracování pásu, přičemž přidává další výhody, jako je snížení COF, snížení blokování, přidání tepelné zatavitelnosti, lepší potisk, lepší přilnavost metalizovaných vrstev, překvapivé snížení tvorby statické elektřiny a snížení zachytávání prachu fóliemi.

US2012333047 A (2009, TORAY PLASTICS AMERICA INC.) zveřejňuje laminátovou fólii BOPLA obsahující první amorfní vrstvu PLA, kterou lze tepelně zatavit, a druhou jádrovou vrstvu obsahující směs krystalického PLA a 2-10 % hmot. jádrové vrstvy ethylen-akrylátového kopolymeru. Laminátová fólie vykazuje vlastnost příčné orientace na více než šestinásobek své původní šířky, typicky na 8-10násobek své původní šířky, s vynikající operativností a relativně nízkým zamlžením. Laminátový film může mít dále další vrstvy, jako je třetí vrstva na bázi PLA umístěná na straně jádrové vrstvy naproti tepelně uzavíratelné vrstvě, kovová vrstva nebo jejich kombinace.

WO2010148105 A1 (2010, TORAY PLASTICS AMERICA INC.) zveřejňuje BOPLA film obsahující jádrovou vrstvu obsahující PLA a tepelně uzavíratelnou vrstvu obsahující amorfní PLA a modifikátor obsahující PCL nebo PBAT. Použití polymerních přísad jako minoritní složky ve složení fólie umožňuje, aby se BOPLA fólie stala tepelně zatavitelnou při nižších zatavovacích teplotách pro obalové aplikace, poskytuje nízký zákal a dobrou optickou průhlednost a zachovává biologickou rozložitelnost.

.