3.2.3 Pellicole biassialmente orientate

Nel settore dell’imballaggio, la pellicola di polipropilene biassialmente orientata (BOPP) è il materiale più usato; in realtà il BOPP costituisce due terzi di tutte le pellicole biassialmente orientate. In una laminazione, forniscono stampabilità, aspetto trasparente o opaco, o proprietà di scorrimento. Il film fornisce una superficie adatta a ricevere rivestimenti organici o inorganici per proprietà di barriera ai gas e all’umidità. Il film fornisce anche uno strato termosaldabile per la formazione e la sigillatura di sacchetti, o uno strato adatto a ricevere un adesivo sia per rivestimento che per laminazione. Tuttavia, il BOPP è un materiale non degradabile, e come nel caso di altri materiali da imballaggio derivati da risorse di combustibili fossili, c’è una tendenza a sostituirli con materiali da imballaggio derivati da risorse rinnovabili a causa delle preoccupazioni per lo smaltimento di questi materiali ingombranti, la generazione di gas serra e l’esaurimento delle risorse di combustibili fossili.

PLA è uno dei polimeri biodegradabili, che sono adatti per fare film biorientati. I film BOPLA sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni di imballaggio flessibile, come alternativa al BOPP. Tipicamente, i film BOPLA sono trasparenti con un’elevata chiarezza e un’alta brillantezza. In alcune applicazioni di imballaggio, questo è auspicabile per la stampa di grafiche con un alto appeal visivo e per fornire un’alta risoluzione delle immagini desiderate. Il PLA, essendo un polimero polare, ha naturalmente un’alta energia superficiale che aiuta a consentire una buona bagnabilità dei tipi di inchiostri da stampa e dei colori usati nel packaging. Inoltre, i film BOPLA multistrato possono essere formati tramite coestrusione di diversi flussi di fusione di polimeri a base di PLA. Un esempio potrebbe essere una struttura di film coestruso a due strati in cui uno strato di base o nucleo che include un PLA cristallino e uno strato “pelle” più sottile che include PLA amorfo è coestruso su un lato dello strato centrale e poi orientato biassialmente in un film. Lo strato di PLA amorfo è spesso usato per fornire la termosaldabilità al film in quanto è meno cristallino e generalmente ha una Tm più bassa rispetto allo strato centrale di maggiore cristallinità (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.)

Perché un tale polimero a base biologica sia adatto all’uso per molte applicazioni di confezionamento di snack, è auspicabile che il film di polimero a base biologica corrisponda a molti degli attributi possibili per cui il BOPP è ben noto, come la saldabilità a caldo, la stampabilità, il coefficiente di attrito controllato (COF), la metallizzabilità, la barriera ai gas, ecc. Dato che il film BOPLA tende ad avere proprietà di restringimento termico dimensionale più scarse negli orientamenti della macchina e della direzione trasversale rispetto al film BOPP, una laminazione BOPLA potrebbe non funzionare altrettanto bene su una macchina per imballaggio ottimizzata per le laminazioni BOPP. È stato notato che la produzione di sacchetti su una macchina per l’imballaggio progettata per le laminazioni BOPP ha determinate aspettative per i set-point della saldatura a caldo e le velocità di produzione dei sacchetti. Si è anche riscontrato che la sostituzione di una laminazione interamente in BOPP con una laminazione interamente in BOPLA può, in alcuni casi, provocare la distorsione del sacchetto intorno alle aree termosaldate, cioè le saldature finali del sacchetto e la saldatura posteriore del sacchetto. Sebbene il tipico PLA amorfo usato come strato di saldatura a caldo nei film BOPLA abbia generalmente una Tm più bassa e una temperatura di inizio della saldatura più bassa rispetto alle resine termosaldanti convenzionali a base di propilene (per esempio, copolimeri di propilene, etilene e/o butilene), in una tipica macchina per imballaggio progettata per le laminazioni BOPP, le barre di saldatura riscaldate sono generalmente troppo calde per le laminazioni BOPLA, causando distorsioni nelle aree sigillate. Questo è esteticamente inaccettabile per molte aziende di imballaggio alimentare. Le soluzioni per aggirare il problema della distorsione con le laminazioni BOPLA consistono nel ridurre il set point della temperatura della barra saldante o nell’abbassare la velocità di produzione dei sacchetti della macchina confezionatrice. Tuttavia, è stato riscontrato che il controllo della temperatura e la consistenza delle barre termosaldanti sono altamente variabili e insufficienti per controllare in modo affidabile i problemi di distorsione, specialmente su un gran numero di confezionatrici che possono includere modelli e design diversi; e l’abbassamento della velocità di produzione dei sacchetti è generalmente inaccettabile per questioni di costo unitario del prodotto insaccato. Una soluzione potrebbe essere quella di migliorare la stabilità termica dei film BOPLA; un’altra soluzione potrebbe essere quella di migliorare l’intervallo di saldatura dei film BOPLA abbassando la temperatura di inizio saldatura dello strato sigillante di PLA amorfo in modo da poter mantenere alte velocità di produzione dei sacchetti con temperature di set point inferiori sulle barre saldanti (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

JPH0623836 A (1994, SHIMADZU CORP.) rivela la produzione di film orientati in PLA. Il processo parte da una fusione di PLA, che viene estrusa e raffreddata rapidamente. Questo pre-film può essere successivamente sottoposto a uno stiramento monoassiale o a uno stiramento biassiale sequenziale o simultaneo; opzionalmente, lo stiramento è seguito da una presa di calore. La temperatura di stiramento è compresa tra la Tg e la temperatura di cristallizzazione del PLA. Lo stiramento comporta una maggiore resistenza e un modulo di Young più elevato nel film finale.

WO0130889 A1 (2001, MITSUBISHI PLASTICS INC.) rivela un film BOPLA monostrato che è saldabile a caldo usando un PLA di un certo modulo elastico di stoccaggio a 120 °C di 100-230 MPa. Tuttavia, l’uso di un film monostrato termosaldabile può dare origine ad altri problemi in termini di manipolazione della pellicola, lavorazione e adesione alle parti dell’attrezzatura (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

WO02087851 A1 (2002, TRESPAPHAN GMBH) rivela un imballaggio termoformato biodegradabile fatto di un film BOPLA. Il film è composto da uno strato di base di PLA con una componente minoritaria di un polimero termoplastico come il polipropilene, il polietilene, il PET o il poli(butilene tereftalato) (PBT), tipicamente nell’intervallo 0,2-1 wt% dello strato di base. Tale formulazione è particolarmente adatta alla termoformatura mediante trafilatura pneumatica o altra formatura meccanica. Dal film BOPLA viene prodotta una confezione blister. Tuttavia, l’invenzione non è adatta per alti tassi di orientamento trasversale (TDX) in eccesso di sei TDX. Tali poliolefine hanno tipicamente una Tm più alta del PLA amorfo e, inoltre, sono a base di combustibili fossili e non biodegradabili (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.)

WO0234818 A1 (2002, MITSUBISHI PLASTICS IND) rivela una pellicola BOPLA che comprende particelle inorganiche con una dimensione media delle particelle di 0,1-5 μm con una rugosità superficiale media (Ra) di 0,01 < Ra ≤ 0,08. Il film BOPLA è sostenuto per avere proprietà di scorrimento soddisfacenti migliori di quelle dei film BOPLA semplici, essere inibito da meandri o pieghe, mantenere la rigidità, la resistenza e la bassa termoretraibilità, e opzionalmente avere trasparenza.

WO2005007403 A1 (2005, MITSUBISHI PLASTICS INC.) rivela un film BOPLA multistrato composto da due strati di miscele variabili di PLA cristallino e amorfo, dove uno strato ha il PLA amorfo come componente di maggioranza e il secondo strato ha il PLA amorfo come componente di minoranza. Lo strato termosaldabile sarebbe presumibilmente lo strato che contiene una maggioranza di PLA amorfo. Ci si aspetterebbe che la temperatura di inizio della saldatura a caldo di uno strato misto di PLA amorfo e PLA cristallino sia peggiore di quella di uno strato di PLA completamente amorfo.

CA2472420 A1 (2005, BIAX INTERNATIONAL INC.) rivela un film BOPLA coestruso multistrato, che utilizza un PLA amorfo che è saldabile a caldo. La pellicola BOPLA comprende uno strato centrale di copolimero PLA e almeno un ulteriore strato di pelle della stessa Tm o inferiore a quella del nucleo. Ad almeno uno degli strati di pelle più esterni viene aggiunta una particella sferica prodotta da un polimero reticolato, preferibilmente selezionato da polimetilsesquioxane e resina acrilica, più preferibilmente polimetilsesquioxane con una dimensione delle particelle di 2-6 μm, in una quantità di 0,05-0,6 wt% dello strato di pelle. Si sostiene che il film BOPLA abbia una migliore maneggevolezza e lavorazione del web, aggiungendo al contempo l’ulteriore vantaggio di un COF ridotto, un blocco ridotto, l’aggiunta della saldabilità a caldo, una migliore stampa, una migliore adesione degli strati metallizzati, una sorprendente riduzione della formazione statica e una riduzione della raccolta della polvere da parte dei film.

US2012333047 A (2009, TORAY PLASTICS AMERICA INC.) rivela un film laminato BOPLA che include un primo strato amorfo di PLA termosaldabile e un secondo strato centrale che include una miscela di PLA cristallino e il 2-10 wt% dello strato centrale di un copolimero etilene-acrilato. Il film laminato presenta la proprietà di essere orientato trasversalmente in eccesso di 6 volte la sua larghezza originale, tipicamente 8-10 volte la sua larghezza originale con un’operabilità eccellente e una foschia relativamente bassa. La pellicola laminata può inoltre avere strati supplementari come un terzo strato a base di PLA disposto sul lato dello strato centrale opposto allo strato termosaldabile, uno strato metallico, o combinazioni di esso.

WO2010148105 A1 (2010, TORAY PLASTICS AMERICA INC.) rivela una pellicola BOPLA che comprende uno strato centrale che include PLA, e uno strato termosaldabile che include PLA amorfo e un modificatore che include PCL o PBAT. L’uso di additivi polimerici come componente di minoranza nella formulazione del film permette al film BOPLA di diventare termosaldabile a temperature di saldatura più basse per applicazioni di imballaggio, fornisce bassa foschia e buona chiarezza ottica, e mantiene la biodegradabilità.