3.2.3 Biaxially Oriented Films

I förpackningssektorn är biaxially oriented polypropylene (BOPP) film det mest använda materialet; BOPP utgör faktiskt två tredjedelar av all biaxially oriented film. I en laminering ger de tryckbarhet, transparent eller matt utseende eller glidegenskaper. Filmen ger en yta som lämpar sig för organiska eller oorganiska beläggningar för gas- och fuktspärrande egenskaper. Filmerna ger också ett värmeförseglingsbart skikt för att bilda och försegla påsar, eller ett skikt som är lämpligt för att ta emot ett klister antingen genom beläggning eller laminering. BOPP är dock ett icke nedbrytbart material, och liksom för andra förpackningsmaterial som härrör från fossila bränsleresurser finns det en tendens att ersätta dem med förpackningsmaterial som härrör från förnybara resurser på grund av oro för bortskaffande av dessa skrymmande material, generering av växthusgaser och utarmning av fossila bränsleresurser.

PLA är en av de biologiskt nedbrytbara polymerer som lämpar sig för att tillverka biaxiellt orienterade filmer. BOPLA-filmer används i stor utsträckning för flexibla förpackningar som ett alternativ till BOPP. BOPLA-filmer är vanligtvis transparenta med hög klarhet och hög glans. I vissa förpackningstillämpningar är detta önskvärt för att trycka grafik med hög visuell attraktionskraft och för att ge hög upplösning av de önskade bilderna. PLA, som är en polär polymer, har naturligt en hög ytenergi som bidrar till god vätbarhet för de typer av tryckfärger och färger som används i förpackningar. Dessutom kan BOPLA-filmer i flera lager bildas genom coextrusion av flera smältströmmar av PLA-baserade polymerer. Ett exempel kan vara en tvåskikts coextruderad filmstruktur där ett bas- eller kärnskikt med kristallin PLA och ett tunnare “hudskikt” med amorf PLA coextruderas på ena sidan av kärnskiktet och sedan biaxiellt orienteras till en film. Det amorfa PLA-skiktet används ofta för att ge filmen värmeförseglingsförmåga, eftersom det är mindre kristallint och i allmänhet har en lägre Tm än det mer kristallina kärnskiktet (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

För att en sådan biobaserad polymer ska kunna användas för många förpackningstillämpningar för snacks är det önskvärt att den biobaserade polymerfilmen motsvarar så många som möjligt av de egenskaper som BOPP är välkänt för, t.ex. värmeförseglingsförmåga, tryckbarhet, kontrollerad friktionskoefficient (COF), metalliseringsförmåga, gasbarriär osv. Eftersom BOPLA-film tenderar att ha sämre termiska dimensionella krympningsegenskaper i maskin- och tvärriktningen än vad BOPP-film har, kan det hända att en BOPLA-laminering inte fungerar lika bra på en förpackningsmaskin som är optimerad för BOPP-lamineringar. Det har noterats att man vid tillverkning av påsar på en förpackningsmaskin som är konstruerad för BOPP-lamineringar har vissa förväntningar på inställningsvärden för värmeförsegling och hastigheter vid tillverkning av påsar. Det har också konstaterats att om man ersätter en helt BOPP-laminering med en helt BOPLA-laminering kan det i vissa fall leda till att påsen blir snedvriden runt de värmeförseglade områdena, det vill säga påsens ändförsegling och påsens bakre försegling. Även om den typiska amorfa PLA som används som värmeförseglingsskikt i BOPLA-filmer i allmänhet har en lägre Tm och lägre förseglingstemperatur än konventionella propylenbaserade värmeförseglingshartser (t.ex. sampolymerer av propylen, eten och/eller butylen), är de uppvärmda förseglingsstängerna i en typisk förpackningsmaskin som är konstruerad för BOPP-lamineringar i allmänhet för heta för BOPLA-lamineringar, vilket leder till att de förseglade områdena förvrängs. Detta är estetiskt oacceptabelt för många livsmedelsförpackningsföretag. Lösningar för att kringgå problemet med distorsion vid BOPLA-laminering innebär att man sänker temperaturinställningen för värmeförseglingsbalkens temperatur eller sänker förpackningsmaskinens hastighet för tillverkning av påsar. Det har dock visat sig att temperaturkontrollen och konsistensen hos värmeförseglingsstängerna är mycket varierande och otillräckliga för att på ett tillförlitligt sätt kontrollera distorsionsproblemen, särskilt i ett stort antal förpackningsmaskiner som kan ha olika modeller och konstruktioner, och att det i allmänhet är oacceptabelt att sänka hastigheten för påstillverkning av påsar på grund av problem med enhetskostnaden för den påsade produkten. En lösning skulle kunna vara att förbättra den termiska stabiliteten hos BOPLA-filmer, en annan lösning skulle kunna vara att förbättra förslutningsområdet för BOPLA-filmer genom att sänka förslutningsinitieringstemperaturen för det amorfa PLA-förseglingsskiktet så att höga hastigheter vid tillverkning av påsar kan bibehållas med lägre inställningstemperaturer på förseglingsstängerna (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

JPH0623836 A (1994, SHIMADZU CORP.) avslöjar tillverkning av orienterade filmer av PLA. Processen utgår från en PLA-smältan som extruderas och kyls snabbt. Denna förfilm kan därefter utsättas för en uniaxial sträckning eller utsättas för sekventiell eller samtidig biaxial sträckning; eventuellt följs sträckningen av värmehärdning. Sträckningstemperaturen ligger mellan PLA:s Tg och kristallisationstemperatur. Sträckningen resulterar i ökad hållfasthet och en högre Young-modul i den slutliga filmen.

WO0130889 A1 (2001, MITSUBISHI PLASTICS INC.) avslöjar en BOPLA-film i ett enda lager som är värmeförseglingsbar med hjälp av en PLA med en viss lagringselastisk modul vid 120 °C på 100-230 MPa. Användningen av en värmeseglingsbar film i ett enda lager kan dock ge upphov till andra problem när det gäller filmens hantering, bearbetning och att den fastnar på utrustningsdelar (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

WO02087851 A1 (2002, TRESPAPHAN GMBH) avslöjar en biologiskt nedbrytbar, termoformad förpackning som är tillverkad av en BOPLA-film. Filmen består av ett grundskikt av PLA med en minoritetskomponent av en termoplastisk polymer såsom polypropen, polyeten, PET eller poly(butylentereftalat) (PBT), vanligtvis i intervallet 0,2-1 viktprocent av grundskiktet. En sådan formulering är särskilt lämplig för varmformning med hjälp av pneumatisk dragning eller annan mekanisk formning. En blisterförpackning tillverkas av BOPLA-filmen. Uppfinningen är dock inte lämplig för höga tvärorienteringshastigheter (TDX) som överstiger sex TDX. Sådana polyolefiner har vanligtvis en högre Tm än amorf PLA och är dessutom fossilbränslebaserade och icke-biologiskt nedbrytbara (2010, WO2010148105 A1, TORAY PLASTICS AMERICA INC.).

WO0234818 A1 (2002, MITSUBISHI PLASTICS IND) avslöjar en BOPLA-film som omfattar oorganiska partiklar med en genomsnittlig partikelstorlek på 0,1-5 μm som har en genomsnittlig ytjämnhet (Ra) på 0,01 < Ra ≤ 0,08. BOPLA-filmen påstås ha tillfredsställande glidegenskaper som är bättre än för vanliga BOPLA-filmer, hindras från att slingra sig eller skrynkla, bibehåller styvhet, hållfasthet och låg värmekrympningsförmåga och har eventuellt transparens.

WO2005007403 A1 (2005, MITSUBISHI PLASTICS INC.) avslöjar en flerskikts BOPLA-film som består av två skikt av varierande blandningar av kristallin och amorf PLA, där det ena skiktet har den amorfa PLA som majoritetskomponent och det andra skiktet har den amorfa PLA som minoritetskomponent. Det värmeförseglingsbara skiktet skulle förmodligen vara det skikt som innehåller en majoritet av amorf PLA. Man kan förvänta sig att temperaturen för initiering av värmeförsegling av ett blandat skikt av amorf PLA och kristallin PLA skulle vara sämre än för ett helt amorft PLA-skikt.

CA2472420 A1 (2005, BIAX INTERNATIONAL INC.) avslöjar en flerskikts koextruderad BOPLA-film, där man använder en amorf PLA som är värmeförseglingsbar. BOPLA-filmen består av ett kärnskikt av PLA-sampolymer och minst ett ytterligare hudskikt med samma eller lägre Tm än kärnans. Till minst ett av de yttersta hudskikten tillsätts en sfärisk partikel tillverkad av tvärbunden polymer, företrädesvis vald från polymetylsilsesquioxan och akrylharts, helst polymetylsilsesquioxan med en partikelstorlek på 2-6 μm, i en mängd på 0,05-0,6 viktprocent av hudskiktet. BOPLA-filmen påstås ha förbättrad hantering och banhantering, samtidigt som den har ytterligare fördelar som minskad COF, minskad blockering, förbättrad värmeförsegling, förbättrad tryckning, förbättrad vidhäftning av metalliserade skikt, en överraskande minskning av statisk bildning och minskad upptagning av damm från filmerna.

US2012333047 A (2009, TORAY PLASTICS AMERICA INC.) avslöjar en BOPLA-laminatfilm som innefattar ett första amorft PLA-skikt som kan värmeförseglas och ett andra kärnskikt som innefattar en blandning av kristallin PLA och 2-10 viktprocent av kärnskiktet av en etylen-akrylatsampolymer. Laminatfilmen har egenskapen att vara tvärorienterad i mer än 6 gånger sin ursprungliga bredd, typiskt 8-10 gånger sin ursprungliga bredd med utmärkt användbarhet och relativt låg grumlighet. Laminatfilmen kan dessutom ha ytterligare skikt, t.ex. ett tredje PLA-baserat skikt som är placerat på den sida av kärnskiktet som är motsatt det värmeförseglingsbara skiktet, ett metallskikt eller kombinationer därav.

WO2010148105 A1 (2010, TORAY PLASTICS AMERICA INC.) avslöjar en BOPLA-film som består av ett kärnskikt som innehåller PLA och ett värmeförseglingsbart skikt som innehåller amorf PLA och ett modifieringsmedel som innehåller PCL eller PBAT. Användningen av polymertillsatser som en minoritetskomponent i filmformuleringen gör det möjligt för BOPLA-filmen att bli värmeförseglingsbar vid lägre förseglingstemperaturer för förpackningstillämpningar, ger låg grumlighet och god optisk klarhet samt bibehåller den biologiska nedbrytbarheten.