3.2.3 Films à orientation biaxiale

Dans le secteur de l’emballage, le film de polypropylène à orientation biaxiale (BOPP) est le matériau le plus utilisé ; en fait, le BOPP constitue les deux tiers de tous les films à orientation biaxiale. Dans un laminage, ils offrent une imprimabilité, un aspect transparent ou mat, ou des propriétés de glissement. Le film offre une surface apte à recevoir des revêtements organiques ou inorganiques pour des propriétés de barrière aux gaz et à l’humidité. Les films fournissent également une couche thermosoudable pour la formation et le scellement de sacs, ou une couche qui convient pour recevoir un adhésif, soit par enduction, soit par laminage. Cependant, le BOPP est un matériau non dégradable, et comme c’est le cas pour d’autres matériaux d’emballage dérivés de ressources de combustibles fossiles, il y a une tendance à les remplacer par des matériaux d’emballage dérivés de ressources renouvelables en raison des préoccupations liées à l’élimination de ces matériaux volumineux, à la génération de gaz à effet de serre et à l’épuisement des ressources de combustibles fossiles.

Le BOPLA est l’un des polymères biodégradables, qui conviennent à la fabrication de films à orientation biaxiale. Les films BOPLA sont largement utilisés sur les applications d’emballage flexible, comme alternative au BOPP. En général, les films BOPLA sont transparents, avec une grande clarté et une grande brillance. Dans certaines applications d’emballage, cela est souhaitable pour l’impression de graphiques à fort attrait visuel et pour fournir une haute résolution des images souhaitées. Le PLA, étant un polymère polaire, possède naturellement une énergie de surface élevée qui permet une bonne mouillabilité des types d’encres d’impression et de couleurs utilisées dans les emballages. En outre, les films BOPLA multicouches peuvent être formés par coextrusion de plusieurs flux de polymères à base de PLA. Un exemple pourrait être une structure de film coextrudé à deux couches dans laquelle une couche de base ou centrale comprenant un PLA cristallin et une couche de “peau” plus fine comprenant un PLA amorphe sont coextrudées sur un côté de la couche centrale et ensuite orientées biaxialement en un film. La couche de PLA amorphe est souvent utilisée pour assurer la thermoscellabilité du film, car elle est moins cristalline et présente généralement une Tm inférieure à celle de la couche centrale de cristallinité plus élevée (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

Pour qu’un tel polymère biosourcé soit apte à être utilisé pour de nombreuses applications d’emballage de snacks alimentaires, il est souhaitable que le film polymère biosourcé corresponde à autant d’attributs possibles pour lesquels le BOPP est bien connu, tels que la thermoscellabilité, l’imprimabilité, le coefficient de friction (COF) contrôlé, la métallisabilité, la barrière aux gaz, etc. Étant donné que le film BOPLA a tendance à avoir de moins bonnes propriétés de retrait dimensionnel thermique dans la machine et dans les orientations transversales que le film BOPP, une stratification BOPLA peut ne pas être aussi performante sur une machine d’emballage optimisée pour les stratifications BOPP. Il a été noté que la fabrication de sacs sur une machine d’emballage conçue pour les laminations BOPP a certaines attentes en matière de points de consigne de thermosoudage et de vitesses de fabrication de sacs. Il a également été constaté que le remplacement d’un laminage entièrement BOPP par un laminage entièrement BOPLA peut, dans certains cas, entraîner une déformation du sac autour des zones thermoscellées, à savoir les soudures d’extrémité du sac et la soudure arrière du sac. Bien que le PLA amorphe typique utilisé comme couche de thermoscellage dans les films BOPLA ait généralement une Tm plus basse et une température d’initiation du scellage plus basse que les résines de thermoscellage conventionnelles à base de propylène (par exemple, les copolymères de propylène, d’éthylène et/ou de butylène), dans une machine d’emballage typique conçue pour les laminations BOPP, les barres de scellage chauffées sont généralement trop chaudes pour les laminations BOPLA, ce qui entraîne une distorsion des zones scellées. Ce phénomène est esthétiquement inacceptable pour de nombreuses entreprises d’emballage alimentaire. Les solutions pour contourner le problème de distorsion des laminés BOPLA consistent à réduire le point de consigne de la température de la barre de soudure ou à diminuer la vitesse de fabrication des sacs de la machine d’emballage. Cependant, il a été constaté que le contrôle de la température et l’uniformité des barres de thermoscellage sont très variables et insuffisants pour contrôler de manière fiable les problèmes de distorsion, en particulier sur un grand nombre de machines d’emballage qui peuvent inclure différents modèles et conceptions ; et la réduction de la vitesse de fabrication des sacs est généralement inacceptable en raison des problèmes de coût unitaire du produit ensaché. Une solution pourrait être d’améliorer la stabilité thermique des films BOPLA ; une autre solution pourrait être d’améliorer la plage de scellage des films BOPLA en abaissant la température d’initiation du scellage de la couche de scellant PLA amorphe de sorte que des vitesses élevées de fabrication de sacs puissent être maintenues avec des températures de consigne plus basses sur les barres de scellage (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

JPH0623836 A (1994, SHIMADZU CORP.) divulgue la production de films orientés en PLA. Le procédé part d’une masse fondue de PLA, qui est extrudée et rapidement refroidie. Ce pré-film peut ensuite être soumis à un étirage uniaxial ou à un étirage biaxial séquentiel ou simultané ; éventuellement, l’étirage est suivi d’un thermofixage. La température d’étirement se situe entre la Tg et la température de cristallisation du PLA. L’étirement entraîne une résistance accrue et un module de Young plus élevé dans le film final.

WO0130889 A1 (2001, MITSUBISHI PLASTICS INC.) divulgue un film BOPLA monocouche qui est thermosoudable en utilisant un PLA d’un certain module élastique de stockage à 120 °C de 100-230 MPa. Cependant, l’utilisation d’un film thermosoudable monocouche peut donner lieu à d’autres problèmes en termes de manipulation, de traitement et de collage du film sur les pièces d’équipement (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

WO02087851 A1 (2002, TRESPAPHAN GMBH) divulgue un emballage thermoformé biodégradable constitué d’un film BOPLA. Le film est composé d’une couche de base de PLA avec un composant minoritaire d’un polymère thermoplastique tel que le polypropylène, le polyéthylène, le PET ou le poly(téréphtalate de butylène) (PBT), typiquement dans la gamme de 0,2-1% en poids de la couche de base. Une telle formulation est particulièrement adaptée au thermoformage au moyen d’un étirage pneumatique ou d’un autre formage mécanique. Un emballage blister est produit à partir du film BOPLA. Toutefois, l’invention ne convient pas aux taux d’orientation transversale (TDX) élevés, supérieurs à six TDX. De telles polyoléfines ont typiquement un Tm plus élevé que le PLA amorphe, et en outre, sont à base de combustibles fossiles et non biodégradables (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

WO0234818 A1 (2002, MITSUBISHI PLASTICS IND) divulgue un film BOPLA comprenant des particules inorganiques ayant une taille de particule moyenne de 0,1-5 μm ayant une rugosité de surface moyenne (Ra) de 0,01 < Ra ≤ 0,08. Il est affirmé que le film BOPLA présente des propriétés de glissement satisfaisantes, meilleures que celles des films BOPLA ordinaires, qu’il est empêché de former des méandres ou des plis, qu’il conserve sa rigidité, sa résistance et sa faible rétractabilité à la chaleur, et qu’il présente éventuellement une transparence.

WO2005007403 A1 (2005, MITSUBISHI PLASTICS INC.) divulgue un film BOPLA multicouche composé de deux couches de mélanges variables de PLA cristallin et amorphe, dans lequel une couche a le PLA amorphe comme composant majoritaire et la seconde couche a le PLA amorphe comme composant minoritaire. La couche thermosoudable serait vraisemblablement la couche contenant une majorité de PLA amorphe. On s’attendrait à ce que la température d’initiation du thermosoudage d’une couche mélangée de PLA amorphe et de PLA cristallin soit moins bonne que celle d’une couche de PLA entièrement amorphe.

CA2472420 A1 (2005, BIAX INTERNATIONAL INC.) divulgue un film BOPLA multicouche coextrudé, qui utilise un PLA amorphe thermosoudable. Le film BOPLA comprend une couche centrale de copolymère PLA et au moins une couche de peau supplémentaire ayant un Tm identique ou inférieur à celui de la couche centrale. À au moins l’une des couches de peau les plus externes, une particule sphérique produite à partir d’un polymère réticulé, de préférence choisi parmi le polyméthylsilsesquioxane et la résine acrylique, plus préférablement le polyméthylsilsesquioxane avec une taille de particule de 2-6 μm, est ajoutée en une quantité de 0,05-0,6 % en poids de la couche de peau. Le film BOPLA est revendiqué comme ayant une manipulation et un traitement de la bande améliorés, tout en ajoutant l’avantage supplémentaire d’un COF réduit, d’un blocage réduit, l’ajout d’une thermoscellabilité, une impression améliorée, une adhérence améliorée des couches métallisées, une réduction surprenante de la formation statique, et une réduction de la prise de poussière par les films.

US2012333047 A (2009, TORAY PLASTICS AMERICA INC.) divulgue un film stratifié BOPLA comprenant une première couche thermosoudable en PLA amorphe et une seconde couche centrale comprenant un mélange de PLA cristallin et de 2 à 10% en poids de la couche centrale d’un copolymère éthylène-acrylate. Le film stratifié présente la propriété d’être orienté transversalement à plus de 6 fois sa largeur d’origine, typiquement 8-10 fois sa largeur d’origine avec une excellente opérabilité et un voile relativement faible. Le film stratifié peut en outre comporter des couches supplémentaires telles qu’une troisième couche à base de PLA disposée sur le côté de la couche centrale opposé à la couche thermoscellable, une couche métallique, ou des combinaisons de celles-ci.

WO2010148105 A1 (2010, TORAY PLASTICS AMERICA INC.) divulgue un film BOPLA comprenant une couche centrale comprenant du PLA, et une couche thermoscellable comprenant du PLA amorphe et un modificateur comprenant du PCL ou du PBAT. L’utilisation d’additifs polymères en tant que composant minoritaire dans la formulation du film permet au film BOPLA de devenir thermoscellable à des températures de scellement plus basses pour des applications d’emballage, fournit un faible trouble et une bonne clarté optique, et maintient la biodégradabilité.

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