3.2.3 Biaxiálisan orientált fóliák

A csomagolási ágazatban a biaxiálisan orientált polipropilén (BOPP) fólia a leggyakrabban használt anyag; a BOPP teszi ki az összes biaxiálisan orientált fólia kétharmadát. A laminálásban nyomtathatóságot, átlátszó vagy matt megjelenést, illetve csúszási tulajdonságokat biztosítanak. A fólia olyan felületet biztosít, amely alkalmas szerves vagy szervetlen bevonatok befogadására a gáz- és nedvességzáró tulajdonságok érdekében. A fóliák hőre zárható réteget is biztosítanak a zacskók kialakításához és lezárásához, vagy olyan réteget, amely alkalmas ragasztóanyag fogadására akár bevonással, akár laminálással. A BOPP azonban nem lebomló anyag, és ahogy más, fosszilis tüzelőanyag-forrásokból származó csomagolóanyagok esetében is, az ilyen terjedelmes anyagok ártalmatlanításával, az üvegházhatású gázok keletkezésével és a fosszilis tüzelőanyag-források kimerülésével kapcsolatos aggodalmak miatt tendencia, hogy ezeket megújuló erőforrásokból származó csomagolóanyagokkal helyettesítik.

A PLA egyike a biológiailag lebomló polimereknek, amelyek alkalmasak biaxiálisan orientált fóliák készítésére. A BOPLA fóliákat széles körben használják rugalmas csomagolási alkalmazásokban, a BOPP alternatívájaként. A BOPLA-fóliák jellemzően átlátszóak, nagy tisztaságúak és fényesek. Egyes csomagolási alkalmazásokban ez kívánatos a nagy vizuális vonzerővel rendelkező grafikák nyomtatásához és a kívánt képek nagy felbontásának biztosításához. A PLA, mivel poláris polimer, természetesen magas felületi energiával rendelkezik, ami elősegíti a csomagolásban használt nyomdafestéktípusok és színek jó nedvesíthetőségét. Ezenkívül a többrétegű BOPLA-fóliák több PLA-alapú polimer olvadékáramának koextrudálásával alakíthatók ki. Az egyik példa lehet egy kétrétegű koextrudált filmszerkezet, amelyben egy kristályos PLA-t tartalmazó alap- vagy magréteget és egy vékonyabb, amorf PLA-t tartalmazó “bőr” réteget koextrudálnak a magréteg egyik oldalára, majd biaxiálisan orientálják a filmet. Az amorf PLA réteget gyakran használják a fólia hőzárhatóságának biztosítására, mivel kevésbé kristályos és általában alacsonyabb a Tm-je, mint a magasabb kristályosságú magrétegé (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

Ahhoz, hogy egy ilyen bioalapú polimer alkalmas legyen számos snack élelmiszercsomagolási alkalmazáshoz, kívánatos, hogy a bioalapú polimerfólia minél több olyan tulajdonságnak megfeleljen, amelyekről a BOPP jól ismert, mint például a hőzárhatóság, a nyomtathatóság, a szabályozott súrlódási együttható (COF), a fémezhetőség, a gázbarrier stb. Mivel a BOPLA fólia a gépi és a keresztirányú orientációban a BOPP fóliához képest általában rosszabb hővisszahúzódási tulajdonságokkal rendelkezik, a BOPLA laminálás nem biztos, hogy olyan jól teljesít a BOPP laminálásra optimalizált csomagológépen. Megjegyezték, hogy a BOPP-laminálásra tervezett csomagológépen történő zacskókészítés bizonyos elvárásokat támaszt a hőzárási beállítási pontokkal és a zacskókészítési sebességgel szemben. Azt is megállapították, hogy a kizárólag BOPP laminálás BOPLA laminálással való helyettesítése bizonyos esetekben a zsák torzulását eredményezheti a hőpecsételt területek, nevezetesen a zsák végpecsétjei és a zsák hátsó pecsétje körül. Bár a BOPLA-fóliákban hőpecsételő rétegként használt tipikus amorf PLA általában alacsonyabb Tm-rel és alacsonyabb pecsétkezdeményezési hőmérséklettel rendelkezik, mint a hagyományos propilénalapú hőpecsételő gyanták (pl. propilén, etilén és/vagy butilén kopolimerjei), egy tipikus, BOPP-laminálásra tervezett csomagológépben a fűtött pecsételő rudak általában túl forróak a BOPLA-lamináláshoz, ami torzulást okoz a pecsételt területeken. Ez esztétikailag elfogadhatatlan sok élelmiszer-csomagoló vállalat számára. A BOPLA-laminálások torzulásának kiküszöbölésére szolgáló megoldások közé tartozik a hőzáró rúd hőmérsékletének csökkentése vagy a csomagológép zsákkészítési sebességének csökkentése. Megállapították azonban, hogy a hőzáró rudak hőmérséklet-szabályozása és konzisztenciája nagyon változó és elégtelen a torzulási problémák megbízható ellenőrzésére, különösen nagyszámú csomagológép esetében, amelyek különböző modelleket és kialakításokat tartalmazhatnak; a zacskókészítés sebességének csökkentése pedig általában elfogadhatatlan a zacskózott termék egységköltségével kapcsolatos problémák miatt. Az egyik megoldás lehet a BOPLA-fóliák hőstabilitásának javítása; egy másik megoldás lehet a BOPLA-fóliák tömítési tartományának javítása az amorf PLA tömítőanyag-réteg tömítéskezdeményezési hőmérsékletének csökkentésével, hogy a magas zacskókészítési sebességet a tömítőrudak alacsonyabb beállítási hőmérséklete mellett is fenn lehessen tartani (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

JPH0623836 A (1994, SHIMADZU CORP.) PLA-ból készült orientált fóliák előállítását ismerteti. Az eljárás PLA olvadékból indul ki, amelyet extrudálnak és gyorsan lehűtnek. Ezt az előfóliát ezt követően egytengelyű nyújtásnak vagy egymást követő vagy egyidejű biaxiális nyújtásnak lehet alávetni; opcionálisan a nyújtást hőre keményedés követi. A nyújtási hőmérséklet a PLA Tg és kristályosodási hőmérséklete között van. A nyújtás nagyobb szilárdságot és magasabb Young-modult eredményez a végső fóliában.

WO0130889 A1 (2001, MITSUBISHI PLASTICS INC.) egy egyrétegű BOPLA-fóliát tesz közzé, amely egy bizonyos tárolási rugalmassági modulusú PLA felhasználásával 120 °C-on 100-230 MPa hőre zárható. Az egyrétegű hőre zárható fólia használata azonban más problémákat vethet fel a fólia kezelése, feldolgozása és a berendezés alkatrészeire való tapadása tekintetében (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

WO02087851 A1 (2002, TRESPAPHAN GMBH) egy BOPLA-fóliából készült, biológiailag lebomló, hőre formázható csomagolást tesz közzé. A fólia egy PLA alaprétegből áll, amelynek kisebbségi összetevője egy hőre lágyuló polimer, például polipropilén, polietilén, PET vagy poli(butilén tereftalát) (PBT), jellemzően az alapréteg 0,2-1 tömegszázalékos tartományában. Az ilyen összetétel különösen alkalmas hőformázásra pneumatikus húzással vagy más mechanikai alakítással. A BOPLA-fóliából buborékcsomagolás készül. A találmány azonban nem alkalmas nagy, hat TDX-et meghaladó keresztirányú orientációs sebesség (TDX) esetén. Az ilyen poliolefineknek jellemzően magasabb a Tm-jük, mint az amorf PLA-nak, ráadásul fosszilis tüzelőanyag-alapúak és nem biológiailag lebomlóak (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

WO0234818 A1 (2002, MITSUBISHI PLASTICS IND) olyan BOPLA-fóliát tesz közzé, amely 0,1-5 μm átlagos részecskemérettel rendelkező szervetlen részecskéket tartalmaz, amelyek átlagos felületi érdessége (Ra) 0,01 < Ra ≤ 0,08 volt. A BOPLA-fólia állítólag kielégítő csúszási tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek jobbak, mint a sima BOPLA-fóliáké, megakadályozza a kanyargást vagy gyűrődést, megtartja merevségét, szilárdságát és alacsony hőzsugorodási képességét, és opcionálisan átlátszó.

WO2005007403 A1 (2005, MITSUBISHI PLASTICS INC.) olyan többrétegű BOPLA-fóliát mutat be, amely kristályos és amorf PLA különböző keverékeiből álló két rétegből áll, ahol az egyik rétegben az amorf PLA a többségi komponens, a második rétegben pedig az amorf PLA a kisebbségi komponens. A hőre zárható réteg feltehetően az amorf PLA-t többségben tartalmazó réteg lenne. Várható lenne, hogy az amorf PLA és kristályos PLA keverékréteg hőpecsételési indítási hőmérséklete rosszabb lenne, mint a teljesen amorf PLA rétegé.

CA2472420 A1 (2005, BIAX INTERNATIONAL INC.) egy többrétegű koextrudált BOPLA fóliát tesz közzé, amely hőpecsételhető amorf PLA-t használ. A BOPLA-fólia tartalmaz egy PLA-kopolimer magréteget és legalább egy további bőrréteget, amelynek Tm-je azonos vagy alacsonyabb, mint a magé. Legalább az egyik legkülső bőrréteghez a bőrréteg 0,05-0,6 tömegszázalékának megfelelő mennyiségben hozzáadnak egy gömb alakú, térhálósított polimerből előállított részecskét, amely előnyösen a polimetilszilszeszkvioxán és az akrilgyanta, leginkább előnyösen a 2-6 μm szemcseméretű polimetilszilszkvioxán közül kerül kiválasztásra. A BOPLA-fólia állítólag jobb kezelhetőséggel és a szövedék feldolgozásával rendelkezik, miközben további előnye a csökkentett COF, a csökkentett blokkolás, a hőpecsételhetőség hozzáadása, a jobb nyomtatás, a fémezett rétegek jobb tapadása, a statikus képződés meglepő mértékű csökkenése és a fóliák porfelvételének csökkenése.

US2012333047 A (2009, TORAY PLASTICS AMERICA INC.) egy BOPLA laminált fóliát tesz közzé, amely egy első amorf PLA hőre zárható réteget és egy második magréteget tartalmaz, amely kristályos PLA és a magréteg 2-10 tömegszázalékban etilén-akrilát kopolimer keverékét tartalmazza. A laminált fólia azt a tulajdonságot mutatja, hogy az eredeti szélességének több mint 6-szorosát, jellemzően 8-10-szeresét meghaladóan keresztirányban orientálható, kiváló kezelhetőséggel és viszonylag alacsony homályossággal. A laminált fólia további további rétegeket tartalmazhat, mint például egy harmadik PLA-alapú réteget, amely a magrétegnek a hőzárható réteggel ellentétes oldalán helyezkedik el, egy fémréteget vagy ezek kombinációit.

WO2010148105 A1 (2010, TORAY PLASTICS AMERICA INC.) egy BOPLA-fóliát mutat be, amely egy PLA-t tartalmazó magréteget és egy amorf PLA-t és egy PCL-t vagy PBAT-ot tartalmazó módosítót tartalmazó hőzárható réteget tartalmaz. A polimer adalékanyagok kisebbségi komponensként való használata a fóliaformulációban lehetővé teszi, hogy a BOPLA-fólia alacsonyabb lezárási hőmérsékleten hőzárhatóvá váljon a csomagolási alkalmazásokhoz, alacsony homályosságot és jó optikai tisztaságot biztosít, és fenntartja a biológiai lebonthatóságot.