3.2.3 Biaxiaal georiënteerde folie

In de verpakkingssector is biaxiaal georiënteerde polypropyleenfolie (BOPP) het meest gebruikte materiaal; in feite maakt BOPP tweederde van alle biaxiaal georiënteerde folie uit. In een laminering zorgen zij voor bedrukbaarheid, een transparant of mat uiterlijk, of glijeigenschappen. De film biedt een oppervlak dat geschikt is voor het aanbrengen van organische of anorganische coatings voor gas- en vochtwerende eigenschappen. De folie is ook geschikt als heatsealbare laag voor het vormen en verzegelen van zakken, of als laag die geschikt is voor het aanbrengen van een kleefstof, hetzij door het aanbrengen van een coating, hetzij door lamineren. BOPP is echter een niet-afbreekbaar materiaal, en net als het geval is met andere verpakkingsmaterialen die zijn afgeleid van fossiele brandstoffen, is er een tendens om ze te vervangen door verpakkingsmaterialen die zijn afgeleid van hernieuwbare bronnen, vanwege de bezorgdheid over de verwijdering van deze omvangrijke materialen, de productie van broeikasgassen en de uitputting van fossiele brandstoffen.

PLA is een van de biologisch afbreekbare polymeren, die geschikt zijn voor het maken van biaxiaal georiënteerde films. BOPLA-films worden op grote schaal gebruikt voor flexibele verpakkingstoepassingen, als alternatief voor BOPP. Gewoonlijk zijn BOPLA-folies transparant met een hoge helderheid en een hoge glans. In sommige verpakkingstoepassingen is dit wenselijk om afbeeldingen met een hoge visuele aantrekkingskracht te kunnen drukken en om een hoge resolutie van de gewenste afbeeldingen te verkrijgen. PLA, een polair polymeer, heeft van nature een hoge oppervlakte-energie die een goede bevochtiging mogelijk maakt van de soorten drukinkten en kleuren die in verpakkingen worden gebruikt. Bovendien kunnen meerlaagse BOPLA-films worden gevormd via coextrusie van verschillende smeltstromen van polymeren op basis van PLA. Een voorbeeld hiervan is een tweelaagse gecoëxtrudeerde filmstructuur, waarbij een basis- of kernlaag van kristallijn PLA en een dunnere “huidlaag” van amorf PLA aan één kant van de kernlaag worden gecoëxtrudeerd en vervolgens biaxiaal georiënteerd tot een film. De amorfe PLA-laag wordt vaak gebruikt om de film hittebestendig te maken, aangezien deze minder kristallijn is en in het algemeen een lagere Tm heeft dan de kernlaag met een hogere kristalliniteit (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

Om ervoor te zorgen dat een dergelijk biogebaseerd polymeer geschikt is voor veel toepassingen voor het verpakken van snacks, is het wenselijk dat de biogebaseerde polymeerfilm zoveel mogelijk van de eigenschappen heeft waar BOPP bekend om staat, zoals hittebestendigheid, bedrukbaarheid, gecontroleerde wrijvingscoëfficiënt (COF), metalliseerbaarheid, gasbarrière, enzovoort. Aangezien BOPLA-folie de neiging heeft om in de machine- en dwarsrichting slechtere thermische krimpeigenschappen te hebben dan BOPP-folie, is het mogelijk dat een BOPLA-laminering niet zo goed presteert op een verpakkingsmachine die geoptimaliseerd is voor BOPP-lamineringen. Er is vastgesteld dat het maken van zakken op een verpakkingsmachine die voor BOPP-laminaten is ontworpen, bepaalde verwachtingen heeft wat betreft de instelpunten voor de heatseal en de snelheid waarmee de zakken worden gemaakt. Ook is gebleken dat het vervangen van een volledig BOPP-laminering door een volledig BOPLA-laminering in sommige gevallen kan leiden tot vervorming van de zak rond de heatsealzones, namelijk de sealnaden aan het uiteinde van de zak en de sealnaad aan de achterkant van de zak. Hoewel het typische amorfe PLA dat als heatseallaag in BOPLA-folies wordt gebruikt over het algemeen een lagere Tm en een lagere sealtemperatuur heeft dan conventionele heatsealharsen op basis van propyleen (bijv. copolymeren van propyleen, ethyleen en/of butyleen), zijn de verwarmde sealbalken in een typische verpakkingsmachine die voor BOPP-laminaties is ontworpen, over het algemeen te heet voor BOPLA-laminaties, waardoor vervorming van de gesealde zones ontstaat. Dit is voor veel bedrijven die voedingsmiddelen verpakken esthetisch onaanvaardbaar. Oplossingen om het vervormingsprobleem bij BOPLA-laminaat te omzeilen, zijn een verlaging van de temperatuurinstelling van de sealbalk of een verlaging van de verpakkingssnelheid van de machine. Het is echter gebleken dat de temperatuurregeling en de consistentie van de heatsealbalken sterk variëren en onvoldoende zijn om de vervormingsproblemen op betrouwbare wijze te beheersen, vooral bij een groot aantal verpakkingsmachines met verschillende modellen en ontwerpen; en het verlagen van de verpakkingssnelheid is over het algemeen onaanvaardbaar vanwege de kosten per zak van het verpakte product. Een oplossing zou kunnen zijn om de thermische stabiliteit van BOPLA-folies te verbeteren; een andere oplossing zou kunnen zijn om het sealbereik van BOPLA-folies te verbeteren door de sealinitiëringstemperatuur van de amorfe PLA-afdichtingslaag te verlagen, zodat hoge verpakkingssnelheden kunnen worden gehandhaafd met lagere setpunttemperaturen op de sealbalken (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

JPH0623836 A (1994, SHIMADZU CORP.) beschrijft de productie van georiënteerde folies gemaakt van PLA. Het proces begint met een PLA-smelt, die wordt geëxtrudeerd en snel wordt afgekoeld. Deze voorfilm kan vervolgens worden onderworpen aan een eenassig strekken of aan sequentieel of simultaan tweeassig strekken; naar keuze wordt het strekken gevolgd door thermoharden. De stretchtemperatuur ligt tussen de Tg en de kristallisatietemperatuur van het PLA. Het strekken resulteert in een verhoogde sterkte en een hogere modulus van Young in de uiteindelijke film.

WO0130889 A1 (2001, MITSUBISHI PLASTICS INC.) beschrijft een éénlaagse BOPLA-film die thermisch te sealen is met behulp van een PLA met een bepaalde opslagelasticiteitsmodulus bij 120 °C van 100-230 MPa. Het gebruik van een éénlaagse heatsealbare folie kan echter tot andere problemen leiden wat betreft de behandeling van de folie, de verwerking en het kleven aan onderdelen van de apparatuur (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

WO02087851 A1 (2002, TRESPAPHAN GMBH) onthult een biologisch afbreekbare thermogevormde verpakking gemaakt van een BOPLA-folie. De film is samengesteld uit een basislaag van PLA met een minderheidscomponent van een thermoplastisch polymeer zoals polypropyleen, polyethyleen, PET, of poly(butyleentereftalaat) (PBT), typisch in het bereik van 0,2-1 wt% van de basislaag. Een dergelijke formulering is bijzonder geschikt voor thermovormen door middel van pneumatisch trekken of ander mechanisch vormen. Uit de BOPLA-film wordt een blisterverpakking vervaardigd. De uitvinding is echter niet geschikt voor hoge transversale oriëntatiesnelheden (TDX) van meer dan zes TDX. Dergelijke polyolefinen hebben doorgaans een hogere Tm dan amorf PLA, en zijn bovendien gebaseerd op fossiele brandstoffen en niet biologisch afbreekbaar (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

WO0234818 A1 (2002, MITSUBISHI PLASTICS IND) onthult een BOPLA-film die anorganische deeltjes bevat met een gemiddelde deeltjesgrootte van 0,1-5 μm met een gemiddelde oppervlakteruwheid (Ra) van 0,01 < Ra ≤ 0,08. Van de BOPLA-film wordt beweerd dat hij bevredigende glij-eigenschappen heeft die beter zijn dan die van gewone BOPLA-films, dat hij niet meandert of kreukt, dat hij stijf en sterk blijft, een lage warmtekrimp heeft, en dat hij naar keuze transparant is.

WO2005007403 A1 (2005, MITSUBISHI PLASTICS INC.) beschrijft een meerlaagse BOPLA-film die bestaat uit twee lagen van verschillende mengsels van kristallijn en amorf PLA, waarbij de ene laag het amorfe PLA als meerderheidscomponent heeft en de tweede laag het amorfe PLA als minderheidscomponent heeft. De heatsealbare laag is vermoedelijk de laag die voor het grootste deel uit amorf PLA bestaat. Men zou verwachten dat de initiatietemperatuur van de heatseal van een gemengde laag van amorf PLA en kristallijn PLA slechter zou zijn dan die van een volledig amorfe PLA-laag.

CA2472420 A1 (2005, BIAX INTERNATIONAL INC.) beschrijft een meerlaagse gecoëxtrudeerde BOPLA-film, die een amorf PLA gebruikt dat heatsealbaar is. De BOPLA-film bestaat uit een kernlaag van PLA-copolymeer en ten minste één extra huidlaag met dezelfde of een lagere Tm dan die van de kern. Aan ten minste één van de buitenste huidlagen wordt een bolvormig deeltje van vernet polymeer, bij voorkeur geselecteerd uit polymethylsilsesquioxaan en acrylaathars, toegevoegd, bij voorkeur polymethylsilsesquioxaan met een deeltjesgrootte van 2-6 μm, in een hoeveelheid van 0,05-0,6 wt% van de huidlaag. Van de BOPLA-film wordt beweerd dat hij een betere hanteerbaarheid en webverwerking heeft, terwijl hij het extra voordeel biedt van een verminderde COF, een verminderde blokkering, de toevoeging van heatsealbaarheid, een verbeterde bedrukking, een verbeterde hechting van gemetalliseerde lagen, een verrassende vermindering van de statische vorming, en een vermindering van de stofopname door de films.

US2012333047 A (2009, TORAY PLASTICS AMERICA INC.) onthult een BOPLA-laminaatfilm met een eerste amorfe PLA-laag die kan worden thermisch verzegeld en een tweede kernlaag met een mengsel van kristallijn PLA en 2-10 wt% van de kernlaag van een ethyleen-acrylaatcopolymeer. De laminaatfilm vertoont de eigenschap om meer dan 6 keer zijn oorspronkelijke breedte dwarsgericht te zijn, typisch 8-10 keer zijn oorspronkelijke breedte met uitstekende operabiliteit en relatief lage waas. De laminaatfilm kan verder extra lagen hebben, zoals een derde laag op basis van PLA aan de kant van de kernlaag tegenover de heatsealbare laag, een metaallaag, of combinaties daarvan.

WO2010148105 A1 (2010, TORAY PLASTICS AMERICA INC.) beschrijft een BOPLA-film bestaande uit een kernlaag met PLA, en een heatsealbare laag met amorf PLA en een modificator bestaande uit PCL of PBAT. Het gebruik van polymeeradditieven als minderheidscomponent in de filmformulering maakt de BOPLA-film lasbaar bij lagere sealtemperaturen voor verpakkingstoepassingen, zorgt voor een lage waas en een goede optische helderheid, en behoudt de biologische afbreekbaarheid.