3.2.3 Biaxialt orienterede film

I emballagesektoren er biaxialt orienteret polypropylen (BOPP) film det mest anvendte materiale; faktisk udgør BOPP to tredjedele af alle biaxialt orienterede film. I en laminering giver de trykkemuligheder, gennemsigtigt eller mat udseende eller glideegenskaber. Filmen giver en overflade, der er egnet til at modtage organiske eller uorganiske belægninger med henblik på gas- og fugtbarriereegenskaber. Filmene giver også et varmeforsegleligt lag til formning og forsegling af poser eller et lag, der er egnet til at modtage et klæbemiddel enten ved belægning eller laminering. BOPP er imidlertid et ikke nedbrydeligt materiale, og som det er tilfældet med andre emballagematerialer, der stammer fra fossile brændstofressourcer, er der en tendens til at erstatte dem med emballagematerialer, der stammer fra vedvarende ressourcer, på grund af bekymringer med hensyn til bortskaffelse af disse voluminøse materialer, dannelse af drivhusgasser og udtømning af fossile brændstofressourcer.

PLA er et af de bionedbrydelige polymerer, som er velegnet til fremstilling af biaxialt orienterede film. BOPLA-film anvendes i vid udstrækning til fleksible emballageapplikationer som et alternativ til BOPP. BOPLA-folier er typisk gennemsigtige med en høj klarhed og høj glans. I visse emballageapplikationer er dette ønskeligt for at kunne trykke grafik med høj visuel tiltrækningskraft og for at opnå en høj opløsning af de ønskede billeder. Da PLA er en polær polymer, har den naturligt en høj overfladeenergi, der bidrager til en god vådbarhed for de typer trykfarver og farver, der anvendes i emballagen. Desuden kan BOPLA-folier i flere lag dannes ved coekstrusion af flere smeltestrømme af PLA-baserede polymerer. Et eksempel kunne være en to-lags coextruderet filmstruktur, hvor et basis- eller kernelag med et krystallinsk PLA og et tyndere “hudlag” med amorf PLA coextruderes på den ene side af kernelaget og derefter biaxialt orienteres til en film. Det amorfe PLA-lag anvendes ofte til at give folien varmeforseglingsevne, da det er mindre krystallinsk og generelt har en lavere Tm end kernelaget med højere krystallinitet (2010, WO201010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

For at en sådan biobaseret polymer kan være egnet til brug i mange applikationer til emballering af snackfood, er det ønskeligt, at den biobaserede polymerfilm matcher så mange af de egenskaber som muligt, som BOPP er kendt for, f.eks. varmeforseglingsevne, printbarhed, kontrolleret friktionskoefficient (COF), metalliseringsevne, gasbarriere osv. Da BOPLA-film har en tendens til at have dårligere termiske dimensionelle krympningsegenskaber i maskin- og tværgående retning end BOPP-film, vil en BOPLA-laminering muligvis ikke fungere lige så godt på en pakkemaskine, der er optimeret til BOPP-lamineringer. Det er blevet bemærket, at fremstilling af poser på en emballeringsmaskine, der er beregnet til BOPP-lamineringer, har visse forventninger til varmeforseglingssætpunkter og hastigheder for fremstilling af poser. Det er også blevet konstateret, at udskiftning af en ren BOPP-laminering med en ren BOPLA-laminering i nogle tilfælde kan resultere i forvrængning af posen omkring de varmeforseglede områder, nemlig posens endeforsegling og posens bagsideforsegling. Selv om den typiske amorfe PLA, der anvendes som varmeforseglingslag i BOPLA-folier, generelt har en lavere Tm og lavere forseglingsinitieringstemperatur end konventionelle propylenbaserede varmeforseglingsharpikser (f.eks. copolymerer af propylen, ethylen og/eller butylen), er de opvarmede forseglingsstænger i en typisk pakkemaskine, der er beregnet til BOPP-lamineringer, generelt for varme til BOPLA-lamineringer, hvilket medfører forvridning i de forseglede områder. Dette er æstetisk uacceptabelt for mange fødevareemballeringsvirksomheder. Løsningerne til at omgå problemet med forvrængning af BOPLA-lamineringer omfatter en reduktion af temperaturindstillingen for svejsebøjlen eller en nedsættelse af pakkemaskinens hastighed for fremstilling af poser. Det har imidlertid vist sig, at temperaturkontrollen og konsistensen af varmeforseglingsstængerne er meget variabel og utilstrækkelig til pålideligt at kontrollere forvridningsproblemerne, især på tværs af et stort antal pakkemaskiner, der kan omfatte forskellige modeller og konstruktioner, og at det generelt er uacceptabelt at sænke sækkefremstillingshastigheden på grund af problemerne med enhedsprisen for det sækkede produkt. En løsning kunne være at forbedre BOPLA-foliernes termiske stabilitet; en anden løsning kunne være at forbedre BOPLA-foliernes svejseområde ved at sænke svejseinitieringstemperaturen for det amorfe PLA-seglelag, således at høje sækkefremstillingshastigheder kan opretholdes med lavere setpunktstemperaturer på svejsejernene (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

JPH0623836 A (1994, SHIMADZU CORP.) afslører fremstilling af orienterede film fremstillet af PLA. Processen tager udgangspunkt i en PLA-smeltning, som ekstruderes og afkøles hurtigt. Denne forfilm kan efterfølgende udsættes for en uniaxial strækning eller udsættes for sekventiel eller samtidig biaxial strækning; eventuelt efterfølges strækningen af varmehærdning. Strækningstemperaturen ligger mellem PLA’s Tg og krystalliseringstemperatur. Strækningen resulterer i øget styrke og et højere Young-modul i den endelige film.

WO0130889 A1 (2001, MITSUBISHI PLASTICS INC.) afslører en BOPLA-folie i et enkelt lag, der kan varmeforsegles ved hjælp af en PLA med et bestemt lagringselastisk modul ved 120 °C på 100-230 MPa. Anvendelsen af en enkeltlags varmeforseglelig folie kan dog give anledning til andre problemer med hensyn til håndtering og forarbejdning af folien og klæbning til udstyrsdele (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

WO02087851 A1 (2002, TRESPAPHAN GMBH) afslører en bionedbrydelig termoformet emballage fremstillet af en BOPLA-folie. Folien er sammensat af et basislag af PLA med en minoritetsbestanddel af en termoplastisk polymer, såsom polypropylen, polyethylen, PET eller poly(butylenterephthalat) (PBT), typisk i intervallet 0,2-1 vægtprocent af basislaget. En sådan formulering er særlig velegnet til termoformning ved hjælp af pneumatisk trækning eller anden mekanisk formning. Der fremstilles en blisterpakning af BOPLA-folien. Opfindelsen er imidlertid ikke egnet til høje tværgående orienteringshastigheder (TDX) på over seks TDX. Sådanne polyolefiner har typisk en højere Tm end amorf PLA og er desuden baseret på fossile brændstoffer og ikke-bionedbrydelige (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

WO0234818 A1 (2002, MITSUBISHI PLASTICS IND) afslører en BOPLA-film, der omfatter uorganiske partikler med en gennemsnitlig partikelstørrelse på 0,1-5 μm, der har en gennemsnitlig overfladeruhed (Ra) på 0,01 < Ra ≤ 0,08. BOPLA-folien hævdes at have tilfredsstillende glideegenskaber, der er bedre end for almindelige BOPLA-folier, at være hæmmet mod slingre- eller krøllethed, at bevare stivhed, styrke og lav varmekrympningsevne og eventuelt at have gennemsigtighed.

WO2005007403 A1 (2005, MITSUBISHI PLASTICS INC.) afslører en flerlags BOPLA-folie bestående af to lag af varierende blandinger af krystallinsk og amorf PLA, hvor det ene lag har den amorfe PLA som en majoritetskomponent og det andet lag har den amorfe PLA som en minoritetskomponent. Det lag, der kan forsegles ved varmeforsegling, vil formentlig være det lag, der indeholder størstedelen af amorf PLA. Det kan forventes, at varmeforseglingstemperaturen for et blandet lag af amorf PLA og krystallinsk PLA vil være dårligere end for et helt amorf PLA-lag.

CA2472420 A1 (2005, BIAX INTERNATIONAL INC.) afslører en flerlags coextruderet BOPLA-folie, som anvender en amorf PLA, der kan varmeforsegles. BOPLA-folien omfatter et kernelag af PLA-copolymer og mindst et ekstra hudlag med samme eller lavere Tm end kernen. Til mindst et af de yderste hudlag tilsættes en kugleformet partikel fremstillet af tværbunden polymer, fortrinsvis udvalgt blandt polymethylsilsesquioxan og akrylharpiks, mest fortrinsvis polymethylsilsesquioxan med en partikelstørrelse på 2-6 μm, i en mængde på 0,05-0,6 vægtprocent af hudlaget. BOPLA-filmen hævdes at have forbedret håndtering og banebearbejdning, samtidig med at der tilføjes den yderligere fordel af reduceret COF, reduceret blokering, tilføjelse af varmeforseglingsevne, forbedret trykning, forbedret vedhæftning af metalliserede lag, en overraskende reduktion af den statiske dannelse og reduktion af støvoptagelse af filmene.

US2012333047 A (2009, TORAY PLASTICS AMERICA INC.) afslører en BOPLA-laminatfolie, der omfatter et første amorft PLA-varmeseglelag og et andet kernelag, der omfatter en blanding af krystallinsk PLA og 2-10 vægtprocent af kernelaget af en ethylen-acrylatcopolymer. Laminatfilmen har den egenskab, at den kan være tværorienteret i mere end 6 gange sin oprindelige bredde, typisk 8-10 gange sin oprindelige bredde, med fremragende funktionsevne og relativt lavt slør. Laminatfilmen kan desuden have yderligere lag som f.eks. et tredje PLA-baseret lag, der er anbragt på den side af kernelaget, der er modsat det varmeforseglelige lag, et metallag eller kombinationer heraf.

WO2010148105 A1 (2010, TORAY PLASTICS AMERICA INC.) afslører en BOPLA-film, der omfatter et kernelag, der omfatter PLA, og et varmeforsegleligt lag, der omfatter amorf PLA og et modificeringsmiddel, der omfatter PCL eller PBAT. Brugen af polymertilsætningsstoffer som en minoritetskomponent i filmformuleringen gør det muligt for BOPLA-filmen at blive varmeseglelbar ved lavere svejsetemperaturer til emballageapplikationer, giver lavt slør og god optisk klarhed og bevarer den biologiske nedbrydelighed.