3.2.3 Biaxially Oriented Films

W sektorze opakowań najczęściej używanym materiałem jest dwuosiowo zorientowana folia polipropylenowa (BOPP); w rzeczywistości BOPP stanowi dwie trzecie wszystkich dwuosiowo zorientowanych folii. W laminacji zapewniają one możliwość zadruku, przezroczysty lub matowy wygląd oraz właściwości poślizgowe. Folia zapewnia powierzchnię odpowiednią do przyjmowania powłok organicznych lub nieorganicznych w celu uzyskania właściwości barierowych dla gazu i wilgoci. Folie te zapewniają również warstwę zgrzewalną do formowania i uszczelniania toreb lub warstwę, która jest odpowiednia do otrzymania kleju albo przez powlekanie, albo przez laminowanie. Jednakże BOPP jest materiałem nierozkładalnym i podobnie jak w przypadku innych materiałów opakowaniowych pochodzących z zasobów paliw kopalnych, istnieje tendencja do zastępowania ich materiałami opakowaniowymi pochodzącymi z zasobów odnawialnych ze względu na obawy związane z usuwaniem tych nieporęcznych materiałów, wytwarzaniem gazów cieplarnianych i wyczerpywaniem się zasobów paliw kopalnych.

PLA jest jednym z biodegradowalnych polimerów, które są odpowiednie do wytwarzania dwuosiowo zorientowanych folii. Folie BOPLA są szeroko stosowane w elastycznych aplikacjach opakowaniowych, jako alternatywa dla BOPP. Zazwyczaj folie BOPLA są przezroczyste, o wysokiej przejrzystości i wysokim połysku. W niektórych zastosowaniach opakowaniowych jest to pożądane dla drukowania grafiki o wysokiej atrakcyjności wizualnej i dla zapewnienia wysokiej rozdzielczości pożądanych obrazów. PLA, będąc polimerem polarnym, posiada naturalnie wysoką energię powierzchniową, która umożliwia dobrą zwilżalność rodzajów farb drukarskich i kolorów stosowanych w opakowaniach. Ponadto, wielowarstwowe folie BOPLA mogą być formowane poprzez koekstruzję kilku strumieni stopionych polimerów na bazie PLA. Jednym z przykładów może być dwuwarstwowa współwytłaczana struktura folii, w której warstwa bazowa lub rdzeniowa zawierająca krystaliczny PLA i cieńsza warstwa “skóry” zawierająca amorficzny PLA jest współwytłaczana po jednej stronie warstwy rdzeniowej, a następnie dwuosiowo orientowana w folię. Warstwa amorficznego PLA jest często używana do zapewnienia zgrzewalności folii, ponieważ jest mniej krystaliczna i ogólnie ma niższy Tm niż warstwa rdzenia o wyższej krystaliczności (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

Aby taki polimer na bazie biologicznej nadawał się do wielu zastosowań w pakowaniu przekąsek, pożądane jest, aby folia z polimeru na bazie biologicznej odpowiadała jak największej liczbie atrybutów, z których znana jest folia BOPP, takich jak zgrzewalność, drukowalność, kontrolowany współczynnik tarcia (COF), metalizowalność, bariera gazowa itp. Ponieważ folia BOPLA ma tendencję do gorszych właściwości termicznego kurczenia się w kierunku maszynowym i poprzecznym niż folia BOPP, laminacja BOPLA może nie działać tak dobrze na maszynie pakującej zoptymalizowanej dla laminacji BOPP. Zauważono, że produkcja torebek na maszynie pakującej zaprojektowanej dla laminatów BOPP ma określone oczekiwania dotyczące wartości zadanych zgrzewania i prędkości produkcji torebek. Stwierdzono również, że zastąpienie laminatu w całości wykonanego z BOPP laminatem w całości wykonanym z BOPLA może w niektórych przypadkach spowodować zniekształcenie torebki wokół obszarów zgrzewanych termicznie, a mianowicie zgrzewów końcowych torebki i zgrzewu tylnego torebki. Chociaż typowy amorficzny PLA stosowany jako warstwa zgrzewu cieplnego w foliach BOPLA ma generalnie niższą Tm i niższą temperaturę inicjacji zgrzewu niż konwencjonalne żywice zgrzewalne na bazie propylenu (np. kopolimery propylenu, etylenu i/lub butylenu), w typowej maszynie pakującej zaprojektowanej do laminowania BOPP rozgrzane listwy zgrzewające są generalnie zbyt gorące dla laminatów BOPLA, powodując zniekształcenia w zgrzewanych obszarach. Dla wielu firm pakujących żywność jest to estetycznie nie do przyjęcia. Rozwiązaniem problemu zniekształceń w przypadku laminatów BOPLA jest obniżenie nastawy temperatury listwy zgrzewającej lub zmniejszenie prędkości maszyny pakującej. Stwierdzono jednak, że kontrola temperatury i konsystencja listew zgrzewających są bardzo zmienne i niewystarczające do niezawodnej kontroli problemów z odkształceniami, zwłaszcza w przypadku dużej liczby maszyn pakujących, wśród których mogą znajdować się różne modele i konstrukcje, a obniżenie prędkości produkcji worków jest generalnie nie do przyjęcia ze względu na koszty jednostkowe produktu pakowanego w worki. Jednym z rozwiązań może być poprawa stabilności termicznej folii BOPLA; innym rozwiązaniem może być poprawa zakresu zgrzewania folii BOPLA poprzez obniżenie temperatury inicjacji zgrzewu amorficznej warstwy uszczelniającej PLA, tak aby można było utrzymać wysokie prędkości wytwarzania worków przy niższych temperaturach zadanych na listwach zgrzewających (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

JPH0623836 A (1994, SHIMADZU CORP.) ujawnia wytwarzanie zorientowanych folii wykonanych z PLA. Proces rozpoczyna się od roztopionego PLA, który jest wytłaczany i gwałtownie chłodzony. Ta wstępna folia może być następnie poddana jednoosiowemu rozciąganiu lub poddana sekwencyjnemu lub jednoczesnemu dwuosiowemu rozciąganiu; opcjonalnie, po rozciąganiu następuje utwardzanie cieplne. Temperatura rozciągania jest pomiędzy Tg i temperaturą krystalizacji PLA. Rozciąganie skutkuje zwiększoną wytrzymałością i wyższym modułem Younga w folii końcowej.

WO0130889 A1 (2001, MITSUBISHI PLASTICS INC.) ujawnia jednowarstwową folię BOPLA, którą można zgrzewać na gorąco, stosując PLA o określonym module sprężystości przechowywania w 120 °C wynoszącym 100-230 MPa. Jednakże zastosowanie jednowarstwowej folii zgrzewalnej może powodować inne problemy w zakresie obsługi folii, przetwarzania i przylegania do części sprzętu (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

WO02087851 A1 (2002, TRESPAPHAN GMBH) ujawnia biodegradowalne termoformowalne opakowanie wykonane z folii BOPLA. Folia składa się z warstwy bazowej PLA z mniejszościowym składnikiem polimeru termoplastycznego, takiego jak polipropylen, polietylen, PET lub poli(tereftalan butylenu) (PBT), zwykle w zakresie 0,2-1% mas. warstwy bazowej. Taka formuła jest szczególnie odpowiednia do termoformowania za pomocą ciągnienia pneumatycznego lub innego mechanicznego formowania. Z folii BOPLA wytwarza się opakowanie typu blister. Wynalazek nie jest jednak odpowiedni dla wysokich współczynników orientacji poprzecznej (TDX), przekraczających sześć TDX. Takie poliolefiny mają zwykle wyższy Tm niż amorficzny PLA, a ponadto są oparte na paliwach kopalnych i nie ulegają biodegradacji (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

WO0234818 A1 (2002, MITSUBISHI PLASTICS IND) ujawnia folię BOPLA zawierającą cząstki nieorganiczne o średnim rozmiarze cząstek 0,1-5 μm o średniej chropowatości powierzchni (Ra) 0,01 < Ra ≤ 0,08. Twierdzi się, że folia BOPLA ma zadowalające właściwości poślizgowe lepsze niż zwykła folia BOPLA, jest powstrzymywana przed meandrowaniem lub gnieceniem, zachowuje sztywność, wytrzymałość i niską kurczliwość cieplną oraz opcjonalnie ma przezroczystość.

WO2005007403 A1 (2005, MITSUBISHI PLASTICS INC.) ujawnia wielowarstwową folię BOPLA składającą się z dwóch warstw różnych mieszanek krystalicznego i amorficznego PLA, gdzie jedna warstwa ma amorficzny PLA jako składnik większościowy, a druga warstwa ma amorficzny PLA jako składnik mniejszościowy. Warstwa zgrzewalna byłaby prawdopodobnie warstwą zawierającą większość amorficznego PLA. Można by oczekiwać, że temperatura inicjacji zgrzewania cieplnego warstwy mieszanej amorficznego PLA i krystalicznego PLA byłaby gorsza niż w przypadku warstwy całkowicie amorficznego PLA.

CA2472420 A1 (2005, BIAX INTERNATIONAL INC.) ujawnia wielowarstwową współwytłaczaną folię BOPLA, w której zastosowano amorficzny PLA, który można zgrzewać cieplnie. Folia BOPLA składa się z warstwy rdzeniowej z kopolimeru PLA i co najmniej jednej dodatkowej warstwy powłoki o takim samym lub niższym Tm od Tm rdzenia. Do co najmniej jednej z najbardziej zewnętrznych warstw naskórka dodaje się w ilości 0,05-0,6% mas. warstwy naskórka sferyczne cząstki wytworzone z usieciowanego polimeru, korzystnie wybranego spośród polimetylosilseskwioksanu i żywicy akrylowej, najkorzystniej polimetylosilseskwioksanu o wielkości cząstek 2-6 μm. Twierdzi się, że folia BOPLA ma ulepszoną obsługę i przetwarzanie wstęgi, przy jednoczesnym dodaniu dodatkowych korzyści w postaci zmniejszonego COF, zmniejszonego blokowania, dodania możliwości zgrzewania na gorąco, ulepszonego drukowania, ulepszonego przylegania warstw metalizowanych, zaskakującego zmniejszenia tworzenia się ładunków statycznych i zmniejszenia zbierania kurzu przez folie.

US2012333047 A (2009, TORAY PLASTICS AMERICA INC.) ujawnia folię laminatową BOPLA zawierającą pierwszą warstwę zgrzewalną z amorficznego PLA i drugą warstwę rdzeniową zawierającą mieszankę krystalicznego PLA i 2-10% mas. warstwy rdzeniowej kopolimeru etylenowo-akrylanowego. Folia laminatowa wykazuje właściwości orientacji poprzecznej przekraczające 6-krotnie jej pierwotną szerokość, zwykle 8-10-krotnie jej pierwotną szerokość, przy doskonałej operacyjności i stosunkowo niewielkim zamgleniu. Folia laminatowa może ponadto mieć dodatkowe warstwy, takie jak trzecia warstwa na bazie PLA umieszczona po stronie warstwy rdzeniowej przeciwnej do warstwy zgrzewalnej, warstwa metalowa lub ich kombinacje.

WO2010148105 A1 (2010, TORAY PLASTICS AMERICA INC.) ujawnia folię BOPLA składającą się z warstwy rdzeniowej zawierającej PLA oraz warstwy zgrzewalnej zawierającej amorficzny PLA i modyfikator składający się z PCL lub PBAT. Zastosowanie dodatków polimerowych jako składnika mniejszościowego w składzie folii umożliwia folii BOPLA uzyskanie zgrzewalności cieplnej w niższych temperaturach zgrzewania do zastosowań opakowaniowych, zapewnia niskie zamglenie i dobrą przejrzystość optyczną oraz utrzymuje biodegradowalność.