3.2.3 Filme orientate biaxial

În sectorul ambalajelor, folia de polipropilenă orientată biaxial (BOPP) este cel mai utilizat material; de fapt, BOPP constituie două treimi din toate filmele orientate biaxial. Într-o laminare, acestea asigură imprimabilitate, aspect transparent sau mat, sau proprietăți de alunecare. Folia oferă o suprafață potrivită pentru a primi acoperiri organice sau anorganice pentru proprietăți de barieră la gaze și umiditate. Peliculele oferă, de asemenea, un strat termosudabil pentru formarea și sigilarea pungilor sau un strat adecvat pentru a primi un adeziv, fie prin acoperire, fie prin laminare. Cu toate acestea, BOPP este un material nedegradabil și, ca și în cazul altor materiale de ambalaj derivate din resurse de combustibili fosili, există o tendință de înlocuire a acestora cu materiale de ambalaj derivate din resurse regenerabile, din cauza preocupărilor legate de eliminarea acestor materiale voluminoase, generarea de gaze cu efect de seră și epuizarea resurselor de combustibili fosili.

PLA este unul dintre polimerii biodegradabili, care sunt adecvați pentru fabricarea foliilor orientate biaxial. Filmele BOPLA sunt utilizate pe scară largă în aplicațiile de ambalare flexibilă, ca alternativă la BOPP. În mod obișnuit, filmele BOPLA sunt transparente, cu o claritate și un luciu ridicat. În unele aplicații de ambalare, acest lucru este de dorit pentru imprimarea graficii cu un aspect vizual ridicat și pentru a oferi o rezoluție ridicată a imaginilor dorite. PLA, fiind un polimer polar, are în mod natural o energie de suprafață ridicată care ajută la o bună umectabilitate a tipurilor de cerneluri și culori de imprimare utilizate în ambalaje. În plus, filmele BOPLA multistrat pot fi formate prin coextruzia mai multor fluxuri topite de polimeri pe bază de PLA. Un exemplu ar putea fi o structură de film coextrudat în două straturi, în care un strat de bază sau de miez, care include un PLA cristalin și un strat mai subțire de “piele”, care include PLA amorf, este coextrudat pe o parte a stratului de miez și apoi orientat biaxial pentru a forma un film. Stratul de PLA amorf este adesea utilizat pentru a asigura sigilabilitatea termică a filmului, deoarece este mai puțin cristalin și, în general, are o Tm mai mică decât stratul de bază cu cristalinitate mai mare (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

Pentru ca un astfel de polimer pe bază de biopolimer să fie potrivit pentru utilizarea în multe aplicații de ambalare a gustărilor, este de dorit ca folia de polimer pe bază de biopolimer să corespundă cât mai multor atribute posibile pentru care BOPP este bine cunoscut, cum ar fi termosigilabilitatea, imprimabilitatea, coeficientul de frecare (COF) controlat, metalizabilitatea, bariera la gaze etc. Deoarece pelicula BOPLA tinde să aibă proprietăți de contracție dimensională termică mai slabe în orientarea în direcția mașinii și în direcția transversală decât pelicula BOPP, este posibil ca o laminare BOPLA să nu funcționeze la fel de bine pe o mașină de ambalare optimizată pentru laminări BOPP. S-a observat că fabricarea pungilor pe o mașină de ambalat proiectată pentru laminări BOPP are anumite așteptări în ceea ce privește punctele de reglare a termosudării și vitezele de fabricare a pungilor. S-a constatat, de asemenea, că înlocuirea unei laminări numai din BOPP cu o laminare numai din BOPLA poate duce, în unele cazuri, la distorsionarea pungii în jurul zonelor termosudate, și anume a sigiliilor de capăt ale pungii și a sigiliului posterior al acesteia. Deși PLA amorf tipic utilizat ca strat de termosigilare în foliile BOPLA are, în general, o Tm mai mică și o temperatură de inițiere a sigilării mai mică decât rășinile convenționale de termosigilare pe bază de propilenă (de exemplu, copolimerii de propilenă, etilenă și/sau butilenă), într-o mașină de ambalare tipică proiectată pentru laminări BOPP, barele de sigilare încălzite sunt, în general, prea fierbinți pentru laminările BOPLA, provocând distorsiuni în zonele sigilate. Acest lucru este inacceptabil din punct de vedere estetic pentru multe companii de ambalare a produselor alimentare. Soluțiile pentru a ocoli problema distorsiunilor în cazul laminărilor BOPLA implică reducerea punctului de setare a temperaturii barelor de sigilare la cald sau reducerea vitezei de fabricare a pungilor de către mașina de ambalare. Cu toate acestea, s-a constatat că controlul temperaturii și consistența barelor de termosigilare sunt foarte variabile și insuficiente pentru a controla în mod fiabil problemele de distorsiune, în special în cazul unui număr mare de mașini de ambalare care pot include modele și modele diferite; iar reducerea vitezei de fabricare a pungilor este, în general, inacceptabilă din cauza problemelor legate de costul unitar al produsului ambalat. O soluție ar putea fi îmbunătățirea stabilității termice a foliilor BOPLA; o altă soluție ar putea fi îmbunătățirea gamei de sigilare a foliilor BOPLA prin scăderea temperaturii de inițiere a sigilării stratului de sigilare din PLA amorf, astfel încât vitezele mari de fabricare a pungilor să poată fi menținute cu temperaturi de referință mai mici pe barele de sigilare (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

JPH0623836 A (1994, SHIMADZU CORP.) prezintă producția de filme orientate din PLA. Procesul pornește de la o masă topită de PLA, care este extrudată și răcită rapid. Această pre-filmare poate fi supusă ulterior unei întinderi uniaxiale sau poate fi supusă unei întinderi biaxiale secvențiale sau simultane; opțional, întinderea este urmată de o termofixare. Temperatura de întindere se situează între Tg și temperatura de cristalizare a PLA. Întinderea are ca rezultat o rezistență crescută și un modul Young mai mare în filmul final.

WO0130889 A1 (2001, MITSUBISHI PLASTICS INC.) dezvăluie un film BOPLA cu un singur strat care poate fi sigilat termic folosind un PLA cu un anumit modul de elasticitate la depozitare la 120 °C de 100-230 MPa. Cu toate acestea, utilizarea unei pelicule termosigilabile cu un singur strat poate da naștere la alte probleme în ceea ce privește manipularea și prelucrarea peliculei și lipirea acesteia de piesele echipamentului (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

WO02087851 A1 (2002, TRESPAPHAN GMBH) dezvăluie un ambalaj biodegradabil termoformat realizat dintr-o peliculă BOPLA. Pelicula este compusă dintr-un strat de bază din PLA cu o componentă minoritară dintr-un polimer termoplastic, cum ar fi polipropilena, polietilena, PET sau poli(butilen tereftalat) (PBT), de obicei în intervalul 0,2-1% în greutate din stratul de bază. O astfel de formulare este deosebit de potrivită pentru termoformare prin tragere pneumatică sau altă formare mecanică. Din folia BOPLA se produce un blister. Cu toate acestea, invenția nu este potrivită pentru rate de orientare transversală (TDX) ridicate, care depășesc șase TDX. Astfel de poliolefine au, de obicei, o Tm mai mare decât PLA amorf și, în plus, sunt bazate pe combustibili fosili și nu sunt biodegradabile (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

WO0234818 A1 (2002, MITSUBISHI PLASTICS IND) dezvăluie o peliculă BOPLA care cuprinde particule anorganice cu o dimensiune medie a particulelor de 0,1-5 μm având o rugozitate medie a suprafeței (Ra) de 0,01 < Ra ≤ 0,08. Se pretinde că pelicula BOPLA are proprietăți de alunecare satisfăcătoare, mai bune decât cele ale peliculelor BOPLA simple, că este inhibată de meandre sau de încrețire, că își păstrează rigiditatea, rezistența și o contractabilitate termică redusă și, opțional, că are transparență.

WO2005007403 A1 (2005, MITSUBISHI PLASTICS INC.) divulgă o peliculă BOPLA multistrat compusă din două straturi de amestecuri variabile de PLA cristalin și amorf, în care un strat are PLA amorf ca și componentă majoritară, iar al doilea strat are PLA amorf ca și componentă minoritară. Stratul termosigilabil ar fi, probabil, stratul care conține o majoritate de PLA amorf. Ar fi de așteptat ca temperatura de inițiere a termosudării unui strat amestecat de PLA amorf și PLA cristalin să fie mai rea decât cea a unui strat de PLA complet amorf.

CA2472420 A1 (2005, BIAX INTERNATIONAL INC.) prezintă un film BOPLA coextrudat multistrat, care utilizează un PLA amorf care poate fi termosudat. Pelicula BOPLA cuprinde un strat de bază din copolimer PLA și cel puțin un strat de piele suplimentar cu Tm egală sau mai mică decât cea a miezului. La cel puțin unul dintre straturile de piele cele mai exterioare se adaugă, în cantitate de 0,05-0,6% în greutate din stratul de piele, o particulă sferică produsă din polimer reticulat, de preferință selectată dintre polimetil-silsesquioxan și rășină acrilică, cel mai preferabil polimetil-silsesquioxan cu o dimensiune a particulelor de 2-6 μm. Se afirmă că pelicula BOPLA are o manipulare și o prelucrare îmbunătățită a benzii, adăugând în același timp avantajul suplimentar al reducerii COF, al reducerii blocajului, al adăugării de sigilabilitate termică, al îmbunătățirii imprimării, al îmbunătățirii aderenței straturilor metalizate, al unei reduceri surprinzătoare a formării statice și al reducerii captării prafului de către pelicule.

US2012333047 A (2009, TORAY PLASTICS AMERICA INC.) dezvăluie o peliculă laminată BOPLA care include un prim strat de PLA amorf termosudabil și un al doilea strat de miez care include un amestec de PLA cristalin și 2-10% în greutate din stratul de miez dintr-un copolimer etilenă-acrilat. Pelicula laminată prezintă proprietatea de a fi orientată transversal de peste 6 ori mai mult decât lățimea sa inițială, de obicei de 8-10 ori mai mult decât lățimea sa inițială, cu o manevrabilitate excelentă și un grad relativ scăzut de ceață. Pelicula laminată poate avea, de asemenea, straturi suplimentare, cum ar fi un al treilea strat pe bază de PLA dispus pe partea stratului de bază opusă stratului termosudabil, un strat metalic sau combinații ale acestora.

WO2010148105 A1 (2010, TORAY PLASTICS AMERICA INC.) dezvăluie o peliculă BOPLA care cuprinde un strat de bază care include PLA și un strat termosudabil care include PLA amorf și un modificator care cuprinde PCL sau PBAT. Utilizarea aditivilor polimerici ca o componentă minoritară în formularea filmului permite filmului BOPLA să devină termosigilabil la temperaturi de sigilare mai scăzute pentru aplicații de ambalare, asigură o ceață redusă și o bună claritate optică și menține biodegradabilitatea.