ES2615341T3

ES2615341T3 - Métodos de moldeo de películas encogibles de ácido poliláctico

Info

Publication number: ES2615341T3
Application number: ES08158586.1T
Authority: ES
Inventors: Edward Carl Tweed; Joseph Bradley Mcdaniel
Original assignee: Plastic Suppliers Inc
Current assignee: Plastic Suppliers Inc
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2006-11-20
Publication date: 2017-06-06
Anticipated expiration: 2026-11-20
Also published as: DK1954571T3; US20100213202A1; EP1954571A2; CA2630563C; US7998545B2; ES2726751T3; EP1992468A3; US20070116909A1; EP1954571A4; EP1992468A2; WO2007061944A2; US8551586B2; US20120316275A1; US8263197B2; US7713601B2; CA2630563A1; EP1992468B1; DK1992468T3; WO2007061944A3; US20110260355A1

Abstract

Método de colada de una película encogible orientada en dirección transversal PLA que, tras la exposición a aproximadamente 60 °C de calor durante aproximadamente 10 segundos, muestra una contracción en la dirección transversal en el rango de aproximadamente 10 % a aproximadamente 80 % y una contracción en la dirección de máquina en el rango de aproximadamente 0 % a aproximadamente 5 %, que comprende (a) la provisión de gránulos secos de polímero PLA, (b) la colada de los gránulos para formar una masa fundida, (c) la extrusión de la masa fundida resultante, (d) la colada de la extrusión entre tres o más rodillos de colada para formar una película, (e) acondicionamiento de temperatura de la película y (f) la extensión de la película en la dirección transversal.

Description

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Metodos de moldeo de pelfculas encogibles de acido polilactico Campo de la invencion

[0001] La presente invencion se refiere generalmente a pelfculas termoencogibles.

Mas particularmente, la presente invencion se refiere a pelfculas termoencogibles de acido polilactico que muestran una contraccion que depende de la temperatura por un lado, es decir, "direccion transversal" con poca o ninguna contraccion, por otro lado, es decir, "direccion de la maquina".

Antecedentes de la invencion

[0002] Las pelfculas termoencogibles se han usado mucho en varias aplicaciones industriales, tales como, por ejemplo, con pelfculas de envoltura por contraccion, etiquetas encogibles y juntas de cobertura, haciendo uso de su propiedad de contraccion dependiendo del calor.

Las pelfculas se han aplicado a una variedad de superficies, incluyendo plastico y superficies de vidrio.

Se han fabricado pelfculas encogibles de cloruro de vinilo, resinas de poliestireno o resinas de poliester; sin embargo, en muchos casos, la contraccion de pelfcula es concomitante con una "retraccion" indeseable de los bordes externos de la pelfcula (tambien conocido como "sonrisa" o "fruncimiento" ).

La retraccion indeseable de los bordes externos ha limitado la aplicacion de pelfculas encogibles.

Por lo tanto, hay una necesidad de pelfculas encogibles que tengan poca o ninguna retraccion.

[0003] Tambien ha aumentado inmensamente el interes en polfmeros convertibles en abono, es decir, biopolfmeros y muchas companfas han dirigido sus esfuerzos a negociar, por ejemplo, materiales de embalaje, productos higienicos, bolsas y pelfculas con polfmeros convertibles en abono.

El acido polilactico (PLA), es decir, polilactido o polfmeros de condensacion que se basan en acido lactico por muchos motivos son un grupo muy atractivo de biopolfmeros.

Su producto de degradacion principal, acido lactico, es un producto comun en la naturaleza, no es toxico y se usa mucho en las industrias alimenticias y farmaceuticas.

[0004] Las pelfculas PLA se pueden fabricar por tecnicas de moldeo por soplado o por colada (por ejemplo, colada e inyectada).

Mientras cada metodo tiene ventajas e inconvenientes, la pelfcula colada es generalmente mas adecuada para ciertas aplicaciones de usuario final, tales como aquellas que requieren "manguitos" de pelfcula antes que pelfcula "envolvente".

Ademas, la pelfcula colada generalmente tiene una optica mucho mayor que una pelfcula soplada y se puede producir a velocidades de lfnea mas altas.

Sin embargo, las pelfculas PLA que se fabrican por metodos corrientes de moldeo por colada muestran una contraccion excesiva en la direccion de maquina, que contribuye sustancialmente al enrollamiento y limita su rango de aplicacion.

Asf, hay una necesidad de pelfculas encogibles PLA fabricadas por metodos de moldeo por colada que muestren poca o ninguna contraccion en la direccion de maquina.

[0005] EP1491585 divulga un metodo para la produccion de una pelfcula encogible de una mezcla de PLA que muestra una contraccion del 40-70 % en direccion transversal y una contraccion del 3-8 % en la direccion de maquina al exponerse al agua caliente a 80 °C durante 10 segundos, que comprende: extrusion de la resina a traves de una boquilla-T; enfriamiento de la pelfcula extrudida en un rollo de enfriamiento; recalentamiento de la pelfcula; extension de la pelfcula en direccion transversal y, en menor medida, en la direccion de maquina.

Resumen de la invencion

[0006] La presente invencion se define por las reivindicaciones anexas.

Las necesidades anteriormente mencionadas se reunen, en cierto modo, por la presente invencion, donde en una forma de realizacion se proporciona la pelfcula encogible compuesta por una pelfcula de mezcla de polfmero PLA orientada en direccion transversal que, tras la exposicion al calor, muestra una contraccion en direccion transversal y una contraccion menor de aproximadamente el 10 % en la direccion de maquina.

En una forma de realizacion preferida, la contraccion en la direccion de maquina no excede aproximadamente el 5 %.

La pelfcula encogible puede mostrar una contraccion en direccion transversal en el rango de aproximadamente 10 % a aproximadamente 80 % y mostrar una contraccion de la direccion de maquina en el rango de aproximadamente 0 % a aproximadamente 5 % cuando se somete a aproximadamente 60 °C de calor durante aproximadamente 10 segundos.

En algunas formas de realizacion, la pelfcula encogible puede mostrar una contraccion en direccion transversal de aproximadamente 30 % a aproximadamente 80 % y mostrar una contraccion en la maquina de aproximadamente 0 % a aproximadamente 3 % cuando se somete aproximadamente a 60 °C de calor durante aproximadamente 10

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segundos.

En otras formas de realizacion, la pelfcula encogible puede mostrar una contraccion en direccion transversal de aproximadamente 25 % y mostrar una contraccion en la direccion de maquina de aproximadamente 0 % o menos (un valor negativo indica crecimiento) cuando se somete aproximadamente a 60 °C de calor durante aproximadamente 10 segundos.

[0007] Las pelfculas encogibles PLA pueden comprender ademas uno o mas aditivos, tales como un aditivo antibloqueo, un aditivo de lubrificacion, un intensificador de viscosidad o una combinacion de los mismos.

El aditivo antibloqueo puede ser sflice natural, sflice sintetico, talco, magnesio lleno de talco, carbonato calcico y N,N'-Etileno Bis(estearamida) (EBS).

En algunas formas de realizacion, el aditivo antibloqueo preferido es magnesio lleno de talco.

El aditivo de lubrificacion puede ser de oleamida, erucamida, estearamida, behenamida, oleil palmitamida, erucamida de estearilo, bis-oleamida de etileno, EBS o una combinacion de las mismas y, preferiblemente, EBS en algunas formas de realizacion.

Los potenciadores de viscosidad pueden incluir, por ejemplo, estabilizadores o agentes de acoplamiento.

Un agente de acoplamiento preferido es CESA®-extend.

[0008] Las pelfculas encogibles de mezclas de polfmero PLA descritas aquf pueden incluir dos o mas "grados" de polfmero pLa.

Por ejemplo, el polfmero PLA puede comprender aproximadamente de 1 a aproximadamente 2 por ciento en peso de d-lactida; aproximadamente de 3 a aproximadamente 5 por ciento en peso de d-lactida; o aproximadamente de 11 a aproximadamente 13 por ciento en peso de d-lactida.

En algunas formas de realizacion, las pelfculas encogibles pueden comprender aproximadamente de un 50 por ciento en peso a aproximadamente un 90 por ciento en peso de polfmero PLA con aproximadamente 11 a aproximadamente 13 por ciento en peso de d-lactida; y aproximadamente de un 10 por ciento en peso a aproximadamente un 50 por ciento en peso de un polfmero PLA con aproximadamente de 1 a aproximadamente 2 por ciento en peso de d-lactida.

En otras formas de realizacion, las pelfculas encogibles pueden comprender aproximadamente de un 60 por ciento

en peso a aproximadamente 80 por ciento en peso de polfmero PLA con aproximadamente de un 11 a

aproximadamente un 13 por ciento en peso de d-lactida; y aproximadamente de un 20 por ciento en peso a

aproximadamente un 40 por ciento en peso de un polfmero PLA con aproximadamente de 1 a aproximadamente 2

por ciento en peso de d-lactida.

Todavfa en otras formas de realizacion, las pelfculas encogibles pueden comprender aproximadamente de un 65 por ciento en peso a aproximadamente un 75 por ciento en peso de polfmero PLA con aproximadamente de un 11 a

aproximadamente un 13 por ciento en peso de d-lactida; y aproximadamente de un 25 por ciento en peso a

aproximadamente un 35 por ciento en peso de un polfmero PLA con aproximadamente de un 1 a aproximadamente un 2 por ciento en peso de d-lactida.

[0009] Ademas, la presente invencion proporciona pelfculas que comprenden aproximadamente un 50 por ciento en

peso a aproximadamente un 90 por ciento en peso de polfmero PLA con aproximadamente de un 11 a

aproximadamente un 13 por ciento en peso de d-lactida; aproximadamente de un 10 por ciento en peso a aproximadamente un 50 por ciento en peso de un polfmero PLA con aproximadamente de un 1 a aproximadamente un 2 por ciento en peso de d-lactida; menos de aproximadamente el 3 por ciento en peso de un aditivo antibloqueo; menos de aproximadamente el 1 por ciento de un aditivo de lubrificacion y menos de aproximadamente el 0,5 por ciento de un intensificador de viscosidad.

Las pelfculas tambien pueden comprender aproximadamente de un 50 por ciento en peso a aproximadamente un 90 por ciento en peso de polfmero PLA con aproximadamente de 11 a aproximadamente 13 por ciento en peso de d- lactida; aproximadamente de un 10 por ciento en peso a aproximadamente un 50 por ciento en peso de un polfmero PLA con aproximadamente de un 1 a aproximadamente un 2 por ciento en peso de d-lactida; menos de aproximadamente el 2 por ciento en peso de un aditivo de antibloque; menos de aproximadamente el 0,5 por ciento de un aditivo de lubrificacion; y menos de aproximadamente el 0,25 por ciento de un intensificador de viscosidad. Preferiblemente, en algunas formas de realizacion, las pelfculas encogibles inventivas comprenden aproximadamente de un 50 por ciento en peso a aproximadamente un 90 por ciento en peso de polfmero PLA con aproximadamente de un 11 a aproximadamente un 13 por ciento en peso de d-lactida; aproximadamente de un 10 por ciento en peso a aproximadamente un 50 por ciento en peso de un polfmero PLA con aproximadamente de un 1 a aproximadamente un 2 por ciento en peso de d-lactida; menos de aproximadamente el 1 por ciento en peso de un aditivo antibloqueo; menos de aproximadamente el 0,25 por ciento de un aditivo de lubrificacion y menos de aproximadamente el 0,1 por ciento de un intensificador de viscosidad.

[0010] Conforme a otra forma de realizacion de la presente descripcion, se proporciona un artfculo empaquetado que comprende un artfculo consumible y un manguito tratado con calor sobre al menos una porcion del artfculo consumible, cuyo manguito tratado con calor se obtiene exponiendo al calor una pelfcula encogible PLA compuesta por una mezcla de polfmero PLA que muestra una contraccion en direccion transversal y menos de aproximadamente el 10 %, preferiblemente, menos de aproximadamente el 5 % de contraccion en la direccion de maquina al exponerse al calor.

El artfculo empaquetado puede ser un artfculo consumible, incluyendo baterfas, latas, botellas, encendedores

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desechables, bolfgrafos y artfculos decorativos.

El manguito puede formar una banda de cuello perforado o no perforado alrededor del artfculo consumible y puede ser claro, mate, translucido u opaco.

El artfculo empaquetado con el manguito tratado con calor puede incluir una etiqueta de embalaje y el marcador puede estar impreso sobre la pelfcula.

[0011] En otra forma de realizacion de la presente descripcion, se proporciona un metodo para hacer una pelfcula encogible que comprende: (a) provision de granulos secos PLA, (b) fusion de los granulos para formar una masa fundida, (c) extrusion de la masa fundida resultante, (d) fundicion de la extrusion entre al menos tres rodillos de fundicion para formar una pelfcula, (e) ajuste de la temperatura de la pelfcula y (f) extension de la pelfcula en direccion transversal.

El metodo puede incluir opcionalmente el secado de los granulos, por ejemplo, en una tolva de deshumidificacion, antes de la fusion de los granulos para formar una masa fundida.

[0012] La etapa de fusion se puede realizar a una temperatura que puede variar de aproximadamente 165 °C a aproximadamente 230 °C, preferiblemente, de aproximadamente 170 °C a aproximadamente 200 °C y, mas preferiblemente, a alrededor de 175 °C.

La extrusion se puede producir por una boquilla estilo T y la preparacion de temperatura de la pelfcula puede ocurrir en una maquina de orientacion en direccion de maquina ("MDO"), que puede ademas estar equipada con uno o mas rodillos moviles.

La extension se puede realizar en una maquina de inyeccion, preferiblemente, a una temperatura que varfa aproximadamente de 70 °C a aproximadamente 90 °C, mas preferiblemente, en alrededor de 80 °C.

En algunas formas de realizacion de la invencion descrita, el metodo puede incluir ademas el recocimiento de la pelfcula.

El recocimiento se puede realizar a una temperatura que varfa de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 90 °C, preferiblemente, a alrededor de 70 °C con una contraccion en general de 1 % - 5 %

[0013] En otra forma de realizacion de la presente descripcion, se proporciona una lingotera con tres o mas rodillos. Los tres o mas rodillos se pueden motorizar y/o controlar de temperatura.

[0014] Asf se han descrito, mas bien en terminos generales, determinadas formas de realizacion de la invencion para que la descripcion detallada de las mismas se pueda entender mejor y para que la presente aportacion a la tecnica se pueda apreciar mejor.

Por supuesto, hay formas de realizacion adicionales de la invencion que se describiran abajo y que formaran el objeto de las reivindicaciones aquf anexas.

[0015] En este aspecto, antes de explicar al menos una forma de realizacion de la invencion en detalle, debe entenderse que la invencion no esta limitada en su aplicacion a los detalles de construccion y a las disposiciones de los componentes expuestos en la siguiente descripcion o ilustrados en los dibujos.

La invencion es capaz de formas de realizacion ademas de aquellas descritas y practicadas, y realizadas de varias maneras.

Tambien, debe entenderse que la fraseologfa y terminologfa empleada aquf, al igual que el resumen, son para fines descriptivos y no deberfan ser considerados una limitacion.

[0016] Como tal, los expertos en la tecnica apreciaran que la concepcion sobre la que se basa esta divulgacion puede utilizarse facilmente como una base para el diseno de otras estructuras, metodos y sistemas para la realizacion del diferentes fines de la presente invencion.

Por lo tanto, es importante que las reivindicaciones se consideren como que incluyen tales construcciones equivalentes en la medida en que estas no se alejan del alcance de la presente invencion.

Breve descripcion de los dibujos

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FIG. 1 es un diagrama esquematico del movimiento de pelfcula de polfmero a partir de una fundicion por boquilla y maquinas MDO y luego a una maquina de inyeccion conforme a una forma de realizacion de la presente invencion.

La via a traves de la lingotera y maquina de inyeccion se ilustra con flechas.

Se proporciona un perfil general de las maquinas respectivas por lfneas discontinuas.

Los cfrculos representan rodillos.

FIG. 2 es un grafico que describe el porcentaje de contraccion de una pelfcula colada PLA ("TDO") de la presente invencion a una temperatura dada durante diez segundos en comparacion con la pelfcula soplada PLA ("MDO").

Se proporciona tanto la contraccion en direccion de maquina (MD) como en en direccion transversal (TD).

FIG. 3 es un grafico que describe el porcentaje de contraccion TD de las pelfculas inventivas PLA TDO en relacion con pelfculas no PLA TDO.

PLA: acido polilactico; TMOPS: poliestireno mono-orienteado transversal; PETG: tereftalato de polietileno

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modificado de glicol; PVC: cloruro de polivinilio.

FIG. 4 es un grafico que describe el porcentaje de contraccion MD de las pelfculas inventivas PLA TDO en relacion con pelfculas no PLA TDO.

Descripcion detallada

[0018] En una forma de realizacion de la presente invencion, se describen las pelfculas plasticas y un metodo de su produccion.

Las pelfculas polimericas estan generadas de manera que cuando el calor se trata, se contrae en la direccion transversal y muestra poca o ninguna contraccion en la direccion de maquina.

En una forma de realizacion preferida, las pelfculas encogibles de la invencion muestran una contraccion, tras calentarse, en la direccion transversal de no menos de aproximadamente el 40 %, preferiblemente no menos de aproximadamente el 50 % y de la forma mas preferible no menos de aproximadamente el 60 %.

De forma similar, en una forma de realizacion preferida, las pelfculas encogibles de la invencion muestran una contraccion, tras calentarse, en la direccion de maquina no mayor de aproximadamente el 10 %, preferiblemente no mayor de aproximadamente el 5 %, aun mas preferiblemente no mayor de aproximadamente el 3 % y de la forma mas preferible aproximadamente 0 % o menos (un valor negativo indica crecimiento).

La contraccion en cada direccion ocurre preferiblemente sustancialmente de forma simultanea.

[0019] La direccion de maquina sera definida aquf como la direccion "longitudinal" o de "longitud".

La "direccion transversal, tambien denominada "direccion cruzada" o "direccion web cruzada" se definira aquf como la direccion perpendicular a la direccion de la maquina.

Las formas de realizacion de pelfculas descritas aquf muestran caracterfsticas reducidas de enrollamiento de borde y se pueden producir en colores claros, mates, translucidos y opacos.

Las pelfculas de la presente invencion se pueden adecuar al lado posterior y/o a la impresion de lado frontal.

[0020] Las pelfculas de la presente invencion pueden comprender varios polfmeros y grados polimericos de acido polilactico ("PLA") conocidos en la tecnica. Preferiblemente, en algunas formas de realizacion, los polfmeros se seleccionan de manera que, cuando se usan solos o en una mezcla, permiten que la "memoria" se almacene a partir de un proceso de orientacion aquf descrito.

Muchos de los determinantes para seleccion polimerica se conocen por un experto en la tecnica y/o seran aparentes de las instrucciones de aquf.

Por ejemplo, cuando se desea el tratamiento de alta temperatura, los polfmeros con puntos de reblandecimiento mas altos pueden ser seleccionados, tales como, por ejemplo, polfmeros de peso molecular relativamente alto.

[0021] Las pelfculas encogibles de la presente invencion comprenden PLA y pueden incluir opcionalmente aditivos conocidos en la tecnica, por ejemplo, aditivos antibloqueo, aditivos de deslizamiento, plastificantes e "intensificadores de viscosidad". Estos aditivos se emplean generalmente para mejorar el tratamiento, rendimiento y aspecto del producto final como se comentara despues.

Se entiende que en cada una de las clases anteriormente mencionadas, se incluyen varios grados de los polfmeros respectivos.

Cada una de estas clases de polfmeros y aditivos ahora se expondran, sucesivamente, como pertinentes para la presente invencion.

PLA

[0022] Ya que tanto acido lactico como lactida pueden conseguir la misma unidad de repeticion, el termino general acido polilactico, como se utiliza en este caso, se refiere a polfmeros con la unidad de repeticion de formula I sin ninguna limitacion en cuanto a la realizacion del polfmero (por ejemplo, de lactidas, acido lactico u oligomeros) y sin referencia al grado de polimerizacion.

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[0023] El polilactido usado en la invencion puede estar hecho de L-, D- o D,l-lactida o mezcla de los mismos, por cualquier proceso de polimerizacion.

Un polfmero de alto peso molecular se puede producir por polimerizacion por abertura de anillo de dfmero de acido lactico, lactida.

El acido lactico es activo opticamente y asf su dfmero aparece en cuatro formas diferentes: L,l-lactida; D,d-lactida; L,d-lactida ("mesolactida"); y una mezcla racemica de L,L- y D,d-lactidas.

Por la polimerizacion de estos dfmeros bien como compuestos puros o a proporciones de mezcla diferentes, se obtienen polfmeros que tienen diferentes estructuras estereoqufmicas que afectan a su resiliencia y cristalinidad y, consecuentemente, tambien a sus propiedades mecanicas y termicas.

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Los polfmeros obtenidos son normalmente duros y claros opticamente.

[0024] Los copolfmeros o mezclas polimericas tambien se pueden usar en pelfculas PLA de la presente invencion.

El peso molecular medio en peso (Pm) de polfmeros adecuado para la invencion es aproximadamente 10,000400,000, preferiblemente 40,000-250,000.

[0025] El polilactido esta en equilibrio con su monomero, lactida.

Esta propiedad qufmica puede llevar a una hidrolisis rapida y a causar problemas de adhesion en el procesamiento del polfmero.

Ademas, la presencia del monomero baja la termoestabilidad durante el tratamiento por fusion.

Por lo tanto, la lactida residual tfpicamente y preferiblemente se retira del polfmero.

El contenido de monomero preferible esta preferiblemente por debajo aproximadamente del 2 % y, mas preferiblemente, por debajo aproximadamente del 1 %.

[0026] El calor, durante los pasos de tratamiento de pelfcula, tambien puede contribuir a la degradacion polimerica. Ademas de la eliminacion del monomero de lactida, otra via para retardar la hidrolisis prematura del polfmero es reducir el contenido en agua del polfmero por debajo de 500 ppm y, mas preferiblemente, por debajo de 200 ppm. Aquf abajo se describen metodos para reducir adicionalmente y/o mantener el contenido de estiaje.

[0027] PLA esta disponible de proveedores multiples y las mezclas de polfmeros y/o polimericas de la presente invencion no se limitan a cualquier grado o proveedor del mismo.

Sin embargo, polfmeros de NatureWorks®, como se han suministrado por Cargill, Inc. se prefieren en algunas formas de realizacion de la presente invencion (por ejemplo, grados 4060D, 4042D, 4032D).

Mientras cada uno de los grados 4060D, 4042D y 4032D tiene un promedio de peso molecular 200,000 a aproximadamente 400,000, estos se preparan con porcentajes que difieren de d-lactida.

El grado 4042D se prepara con aproximadamente 3 a aproximadamente 5 por ciento en peso de d-lactida.

El grado grado 4060D comprende aproximadamente 11 a aproximadamente 13 por ciento de d-lactida; el grado 4032D polimerico comprende aproximadamente 1 a aproximadamente 2 por ciento de d-lactida.

Estos polfmeros se suministran con una concentracion de lactida de menos de aproximadamente 1 por ciento, un nivel de mesolactida de aproximadamente 10 por ciento a aproximadamente 20 por ciento y un nivel de humedad inferior a aproximadamente 500 ppm.

[0028] Mientras la presente invencion se puede adecuar con cualquier polfmero PLA de cualquier grado y composicion, la concentracion de d-lactida, en particular, puede afectar a las propiedades ffsicas del polfmero PLA resultante.

Por medio de ejemplo, el aumento del porcentaje de d-lactida en un polfmero o una mezcla polimerica reduce la capacidad del polfmero resultante para cristalizar, lo que, sucesivamente, aumenta una degradacion indeseable del polfmero a temperaturas mas altas.

Dicho de otro modo, la reduccion del porcentaje en peso de d-lactida en una composicion polimerica aumenta la resistencia de temperatura del polfmero y, por lo tanto, tambien la viscosidad de la fusion resultante a una temperatura dada.

[0029] Los polfmeros y/o mezclas polimericas con niveles mas altos de d-lactida pueden producir pelfculas que comienzan a contraerse a bajas temperaturas cuando se exponen al calor; estas pelfculas tambien tienden a mostrar curvas de contraccion mas "suaves" , es decir, menos contraccion por elevacion de temperatura.

Por el contrario, los polfmeros que comprenden pelfculas con concentracion relativamente baja de d-lactida generalmente requieren una exposicion a mayores temperaturas para contraerse.

Tambien debe observarse que, tfpicamente, los polfmeros PLA con concentraciones inferiores de d-lactida son mas costosos que de otros polfmeros equivalentes con mayor d-lactida.

Por lo tanto, puede haber un incentivo economico para maximizar el uso de PLA con niveles mas altos de d-lactida; sin embargo, este incentivo se deberfa y se podrfa equilibrar con las propiedades ffsicas deseadas de las pelfculas.

Aditivos antibloqueo

[0030] Los aditivos antibloqueo (llamados tambien "antiadhesivos") sirven para mejorar el tratamiento y la aplicacion de pelfculas polimericas.

Especfficamente, esta clase de aditivos se utiliza para reducir la adhesion entre pelfculas.

Los agentes antibloqueo, minerales solidos tfpicamente finamente divididos, pero tambien ceras, actuan produciendo una rugosidad ligera de la superficie.

Los agentes antibloqueo se usan principalmente en la extrusion de pelfcula e incluyen sflice natural, sflice sintetica, talco, carbonato calcico y N,N'-Etileno Bis(estearamida) (EBS).

[0031] Los aditivos antibloqueo estan tfpicamente "cargados" con un compuesto portador.

Aunque no es en absoluto un requisito, es preferible que el polfmero portador sea similar o equivalente a uno o todos los polfmeros en la mezcla maestra PLA.

En la presente invencion, por ejemplo, se prefiere que el polfmero portador sea un polfmero PLA.

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Como "sustancia activa" en un antibloqueo comprende solo una fraccion pequena de la composicion final, la adicion de un compuesto portador proporciona facilidad y consistencia a las mediciones.

Un tecnico en la materia reconocerfa tener en cuenta la concentracion de relleno cuando se calcula la concentracion final de antibloqueo en el producto final.

Por ejemplo, si una composicion que comprende el 10 por ciento de antibloqueo consiste en 10 por ciento "sustancia activa" la concentracion final de la "sustancia activa" es 1,0 por ciento del total.

Los valores de a continuacion, incluyendo aquellos de las tablas 1 y 2 se proporcionan como un porcentaje de la "sustancia activa" en la formulacion final.

[0032] En la presente invencion, la concentracion final de antibloqueo es inferior a aproximadamente 3 por ciento en peso, preferiblemente, menos de aproximadamente el 2 por ciento en peso y, mas preferiblemente, menos de aproximadamente el 1 por ciento en peso.

En una forma de realizacion de la presente invencion, se prefiere el antibloqueo 2100D de Cargill. 2100D Comprende un 10 % de silicato de magnesio lleno de talco en el portador PLA de grado 4032D y tiene un tamano medio de partfcula inferior a aproximadamente 1 micra.

[0033] En la seleccion de un agente de antibloqueo apropiado, el tamano de partfcula del mismo es un factor para considerar.

De hecho, el tamano de partfcula de un agente antibloqueo puede contribuir directamente a la suavidad en general de la pelfcula resultante.

Siendo los otros factores iguales, un tamano de partfcula antibloqueo menor dara lugar a una pelfcula mas suave. Otro factor para considerar es la concentracion del antibloqueo.

La concentracion de antibloqueo preferiblemente se minimiza particularmente, como en algunos casos, porque los aditivos de antibloqueo pueden introducir neblina en la pelfcula.

Por lo tanto, particularmente en aplicaciones donde la neblina es indeseable (por ejemplo, ventanas de revestimiento, etc.), la concentracion de antibloqueo se puede minimizar.

Aditivos de lubrificacion/ayudas de procesamiento

[0034] Las ayudas de procesamiento se refieren a una clase de agentes que generalmente ayudan en la fabricacion aguas abajo (es decir, operaciones de post-extrusion) de los varios productos de pelfcula.

Los aditivos de lubrificacion, por ejemplo, son modificadores que actuan como un lubricante interno para reducir el coeficiente de rozamiento (COF) entre dos pelfculas de superposicion, por ejemplo, en pelfculas laminadas despues de la produccion.

De hecho, COFs inferiores son deseables especialmente para aplicaciones de pelfcula.

Estos aditivos migran a la superficie del plastico durante e inmediatamente despues del tratamiento.

Esto es, unos "velos" de recubrimiento no visibles en la superficie para proporcionar una "capa" microscopica de aire entre dos hojas de pelfcula adyacentes.

De esta manera, se proporciona una lubricidad mejorada y caracterfsticas de deslizamiento.

[0035] Por consiguiente, los aditivos de lubrificacion se pueden considerar similares a los aditivos antibloqueo en la medida en que ambos sirven para bajar el COF entre dos pelfculas de superposicion.

La pelfcula de la presente invencion puede comprender una, ambas o ninguna clase de aditivos.

Los agentes de deslizamiento tfpicos son, por ejemplo, oleamida, erucamida, estearamida, behenamida, oleil palmitamida, estearilo erucamida, bis-oleamida de etileno, EBS, incluyendo mas grados de su refinamiento respectivo.

En algunas formas de realizacion, EBS es un agente de deslizamiento preferido y EBS con portador 4032D es mas preferido.

Estos y otros aditivos de lubrificacion y ayudas de procesamiento estan disponibles comercialmente bajo los siguientes nombres de marcas: Adogen 42, Armid 18, Crodamida VRX, E, ER y BR, Danimer 9205, Freeflow Z100 y Z200, Incromold, Incroslip, Kemamides, Kemamide P-181, MoldWiz Int - 33CRS, Paraloid EXL, Uniwax 1750 y Viton. EBS se vende bajo los nombres comerciales Advawax, Lubrol EA y Micotomic 280.

[0036] Como con agentes antibloqueo, la "sustancia activa" de aditivos de lubrificacion se suministra generalmente con un portador.

Las pelfculas de la presente invencion comprenden menos de aproximadamente el 1 por ciento en peso de un aditivo de lubrificacion (en referencia solo a la "sustancia activa") y, mas preferiblemente, menos de aproximadamente el 0,5 por ciento en peso.

Debe observarse que cantidades excesivas de aditivo de lubrificacion pueden producir pelfculas que son excesivamente lisas, que pueden comprometer la capacidad de sustancias (por ejemplo, tinta, adhesivos, etc.) para adherir a la superficie.

Asf, para mejorar, por ejemplo, las propiedades de impresion de pelfculas encogibles de la presente invencion, la cantidad de aditivo de lubrificacion puede requerir el ajuste respectivo.

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Plastificantes

[0037] Mientras la practica de la presente invencion no requiere el uso de modificadores de impacto (tambien conocidos como "plastificantes"), su uso puede ser beneficioso en el tratamiento.

Por ejemplo, algunos plastificantes pueden reducir la fragilidad.

Muchos plastificantes se conocen en la tecnica y la presente invencion no esta limitada en su uso aquf.

Los ejemplos no limitativos incluyen: plastificantes comunmente disponibles comercialmente, por ejemplo, esteres acidos mono- y policarboxflicos, poliesteres polimericos, eteres de polialquilo, glicerol y esteres de glicol (por ejemplo, triacetato de glicerol y tripropionato de glicerol), alifaticos de bajo peso molecular y poliesteres aromaticos, y mezcla de los mismos.

Tambien son adecuados varios plastificantes polimericos tales como esteres de citrato, esteres de adipato, aceites de soja epoxidada, aceite de coco acetilado, aceite de linaza y sus mezclas derivadas.

Tambien, se aprecia comunmente que la adicion de acido lactico, lactidas (incluyendo, D- y l-lactida, D,L-lactida meso y racemica), oligomeros de acido lactico, oligomeros de lactida y sus mezclas derivadas, en una mezcla PLA puede actuar como plastificantes del polfmero.

Potenciadores de viscosidad

[0038] Aunque se conocen y estan disponibles metodos numerosos para aumentar la viscosidad de polfmeros durante el procesamiento de pelfculas coladas o sopladas, el termino "potenciador de viscosidad" se define aquf para abarcar cualquier agente qufmico que aumente o mantenga la viscosidad de un polfmero a una temperatura dada.

Los potenciadores de viscosidad se pueden introducir en la mezcla polimerica en cualquier momento hasta que el polfmero entra en la boquilla (expuesta abajo), sin embargo, los potenciadores de viscosidad se introducen preferiblemente antes de la extrusion y, mas preferiblemente, durante la mezcla de los granulos polimericos.

[0039] Los potenciadores de viscosidad pueden mejorar las propiedades finales de pelfculas evitando y/o invirtiendo la degradacion encontrada durante el procesamiento de pelfculas polimericas.

Algunos potenciadores de viscosidad son "estabilizantes". Es decir, que estos se usan en plastico virgen para bien (1) proteger contra la degradacion en el tratamiento y/o (2) invertir la degradacion provocada por el reciclaje, y devolver el plastico para casi sus propiedades de rendimiento originales.

Otra clase de potenciadores de viscosidad, "agentes de acoplamiento" por ejemplo, mejora la procesabilidad de polfmero extrudido por hilos de polfmero individual de "acoplamiento", aumentando asf la fuerza de fusion del plastico.

[0040] Los potenciadores de viscosidad se conocen y estan disponibles generalmente para un experto en la materia y tienen su aplicacion mas amplia con poliesteres, poliamidas (nilon) y policarbonatos.

Aunque la identidad qufmica de potenciadores de viscosidad generalmente es propietaria, los productos estan disponibles de vendedores tales como polfmero de Johnson LLC (EE.UU) y Clariant Internacional Ltd. (Suiza).

Los potenciadores de viscosidad adecuados en la presente invencion no se limitan a los ejemplificados y/o aquellos con mecanismos similares.

De hecho, puede bastar cualquier agente qufmico que aumente o mantenga la viscosidad de un polfmero a una temperatura dada.

[0041] En una forma de realizacion preferida de la invencion, se generan pelfculas encogibles que comprenden un agente de acoplamiento para el aumento de viscosidad.

Tal agente de acoplamiento, CESA®-extend, esta disponible de Clariant.

Estos potenciadores de viscosidad contienen un copolfmero propietario de estireno, metacrilato metflico y metacrilato de glicidil.

Sin estar limitado o ligado a la teorfa, se piensa que los potenciadores de viscosidad CESA®-extend reparan el dano (por ejemplo, descomposicion polimerica) que pueden causar el calor y la humedad a las resinas PLA por el acoplamiento individual de polfmeros PLA.

De esta manera, el intensificador de viscosidad puede "extender" cadenas polimericas en presencia de alguna degradacion y asf atenuar la perdida en general de peso molecular y viscosidad del polfmero fundido.

[0042] La reactividad optima de CESA®-extend se puede conseguir con un nivel de uso preferible inferior a aproximadamente 0,15 por ciento en peso y, preferiblemente, menos de aproximadamente el 0,75 por ciento en peso de la sustancia activa.

Nuevamente, la "sustancia activa" de potenciadores de viscosidad se suministra generalmente con un portador.

Los potenciadores de viscosidad CESA®-extend pueden sufrir un periodo de permanencia de proceso de aproximadamente 2 a aproximadamente 20 minutos, dependiendo de la humedad de inicio y/o viscosidad de inicio inherente del polfmero.

Tambien, los periodos de permanencia del proceso se minimizan preferiblemente para atenuar la degradacion polimerica del calor requerido en el proceso.

Abajo se proporciona una exposicion detallada de las condiciones de tratamiento.

De cualquier manera, un tecnico en la materia apreciarfa que puede ser necesario ajustar la concentracion de

cualquier intensificador polimerico basado, al menos, en alguno de los factores enumerados arriba.

[0043] En algunas formas de realizacion, los polfmeros para pelfculas se pueden seleccionar de unos o mas de cinco grupos (es decir, PLA, aditivos antibloqueo y de lubrificacion, plastificantes, potenciadores de viscosidad) y 5 combinar para crear pelfculas polimericas mezcladas.

Las tablas 1 y 2 de abajo proporcionan ejemplos no limitativos de formulaciones que se pueden adecuar a la preparacion de pelfculas de la presente invencion.

Para claridad en la descripcion, un experto en la materia deberfa apreciar desde las instrucciones de aquf que el porcentaje de aditivos calculado es solo la "sustancia activa". En otras palabras, mientras se deberfa apreciar que 10 los aditivos se suministran generalmente como una combinacion de "sustancia activa" y portador, el porcentaje de portador, si hay, no se ha enumerado.

Tabla 1. Formulaciones de polfmero

No.: Composicion (porcentaje en peso)

4060D: 4042D 4032D Antibloqueo Lubrificacion Intensificador de visc.

1: 69, 58 % 0 % 30 % 0,15 % 0,18 % 0,09 %

2: 97, 50 % 0 % 0 % 1,50 % 0,50 % 0,50 %

3: 0 % 0 % 99, 58 % 0,15 % 0,18 % 0,09 %

4: 0 % 0 % 97, 50 % 1,50 % 0,50 % 0,50 %

5: 0 % 98, 58 % 0 % 0,15 % 0,18 % 0,09 %

6: 0 % 98 % 0 % 1,50 % 0,50 % 0,50 %

7: 98, 58 % 0 % 0 % 0,15 % 0,18 % 0,09 %

8: 59, 58 % 10 % 30 % 0,15 % 0,18 % 0,09 %

9: 49, 58 % 20 % 30 % 0,15 % 0,18 % 0,09 %

10: 39, 58 % 30 % 30 % 0,15 % 0,18 % 0,09 %

11: 48, 61 % 30 % 20 % 1,12 % 0,18 % 0,09 %

12: 48 % 30 % 20 % 1,00 % 0,50 % 0,50 %

13: 30 % 20 % 48 % 1,00 % 0,50 % 0,50 %

14: 30 % 30 % 39, 58 % 0,15 % 0,18 % 0,09 %

15: 30 % 0 % 68, 85 % 0,15 % 0,50 % 0,50 %

16: 68, 85 % 0 % 30 % 0,15 % 0,50 % 0,50 %

17: 0 % 68, 85 % 30 % 0,15 % 0,50 % 0,50 %

18: 30 % 68, 85 % 0 % 0,15 % 0,50 % 0,50 %

19: 29, 58 % 30 % 40 % 0,15 % 0,18 % 0,09 %

20: 70 % 0 % 29 % 0,50 % 0,25 % 0,25 %

21: 29 % 0 % 70 % 0,50 % 0,25 % 0,25 %

22: 99 % 0 % 0 % 0,50 % 0,25 % 0,25 %

23: 0 % 99 % 0 % 0,50 % 0,25 % 0,25 %

24: 0 % 0 % 99 % 0,50 % 0,25 % 0,25 %

25: 100 % 0 % 0 % 0 % 0 % 0 %

26: 0 % 100 % 0 % 0 % 0 % 0 %

27: 0 % 0 % 100 % 0 % 0 % 0 %

28: 0 % 0 % 0 % 100 % 0 % 0 %

29: 99, 63 % 0 % 0 % 0,10 % 0,18 % 0,09 %

30: 0 % 99, 63 % 0 % 0,10 % 0,18 % 0,09 %

31: 0 % 0 % 99,63 % 0,10 % 0,18 % 0,09 %

32: 99,68 % 0 % 0 % 0,05 % 0,18 % 0,09 %

33: 0 % 99,68 % 0 % 0,05 % 0,18 % 0,09 %

34: 0 % 0 % 99,68 % 0,05 % 0,18 % 0,09 %

35: 30 % 30 % 39, 68 % 0,05 % 0,18 % 0,09 %

36: 39, 68 % 30 % 30 % 0,05 % 0,18 % 0,09 %

37: 0 % 39, 68 % 30 % 0,05 % 0,18 % 0,09 %

38: 70 % 0 % 29, 3 % 0,1 % 0,6 % 0 %

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Tabla 2. Formulaciones de polfmero

No.: Composicion (porcentaje en peso)

4060D: 4042D 4032D Antibloqueo Lubrificacion Plastificante

39: 70 % 0 % 24, 3 % 0,10 % 0,60 % 5 %

40: 70 % 1 % 24, 3 % 0,10 % 0,60 % 4 %

41: 65 % 5 % 26, 3 % 0,10 % 0,60 % 3 %

42: 68 % 2 % 28, 3 % 0,10 % 0,60 % 1 %

43: 70 % 5 % 24, 3 % 0,10 % 0,60 % 0 %

44: 70 % 0 % 29, 3 % 0,10 % 0,60 % 0 %

45: 70 % 0 % 24, 5 % 0,10 % 0,40 % 5 %

46: 70 % 0 % 24, 7 % 0,10 % 0,20 % 5 %

47: 70 % 0 % 24, 3 % 0,05 % 0,65 % 5 %

48: 70 % 0 % 24, 3 % 0,15 % 0,55 % 5 %

49: 70 % 0 % 24, 3 % 0,25 % 0,45 % 5 %

[0044] Las mezclas en las tablas de arriba se pueden elegir o preparar para crear el "tacto" o flexibilidad de la pelfcula para vincular a una aplicacion de uso final.

Mientras todos los otros parametros de tratamiento son iguales, la proporcion de polfmeros PLA se puede ajustar conforme a las instrucciones de la presente invencion para proporcionar pelfculas encogibles con propiedades ffsicas deseables.

Por ejemplo, reduciendo la concentracion de d-lactida (es decir, aumento de porcentaje en peso 4032D) produce polfmeros con un punto de reblandecimiento mas alto y pelfculas que requieren una temperatura superior para contraerse, que mueve la curva de contraccion a la derecha.

[0045] Mientras las formulaciones enumeradas en las tablas de arriba han sido categorizadas basandose en la presencia de un intensificador de viscosidad (tabla 1) o un plastificante (tabla 2), las formulaciones de la presente invencion pueden incluir un intensificador de viscosidad y un plastificante.

Ademas, todas las formulaciones (es decir, mezclas de polfmero PLA) pueden incluir uno o mas colorantes de "correccion de color".

Tales colorantes, conocidos y disponibles para los expertos en la tecnica, se anaden tfpicamente a pelfculas de tintura (por ejemplo, de un fndice amarillo a uno azul) asf para hacerlas mas adecuadas para la impresion sobre las mismas.

La concentracion de colorantes de correccion de color generalmente varfa de aproximadamente 0,002 % - ,009 %, preferiblemente, aproximadamente 0,006 % en peso.

[0046] En una forma de realizacion preferida, las selfculas se producen con una mezcla de aproximadamente el 94 por ciento en peso de polfmero PLA y menos de aproximadamente el 6 por ciento en peso de aditivos y en el cual el componente de polfmero PLA es aproximadamente un 70 por ciento de 4060D PLA y 24 por ciento de 4032D en peso.

En otra forma de realizacion preferida, se producen pelfculas con una mezcla polimerica segun la formula n.° 39. Tratamiento

[0047] Despues de seleccionar la composicion polimerica de la pelfcula, el polfmero es luego procesado para generar una pelfcula con propiedades de contraccion deseables.

Generalmente, los polfmeros se procuran en granulos o granos.

En casos donde los polfmeros multiples se deben incluir, los granulos de polfmeros se mezclan primero en seco.

Esto es, los granulos se mezclan unidos.

En una forma de realizacion preferida de la invencion, los granulos son luego procesados en la pelfcula mediante la tecnologfa de colada e inyeccion.

[0048] Los tratamientos de moldeo por colada e inyeccion implican la extrusion de polfmeros derretidos a traves de una ranura o boquilla plana para formar hoja o pelfcula fina fundida.

Esta pelfcula primero se "pule" por la superficie de un rodillo de enfriamiento (tfpicamente regulado de temperatura y cromado).

Luego la pelfcula se lamina a traves de una maquina de orientacion de direccion de la maquina ("MDO") para el acondicionamiento de temperatura y se estira a traves de un bastidor de inyeccion.

Finalmente, los bordes de pelfcula se separan antes de la envoltura.

[0049] Asf, el metodo de colada e inyeccion se puede caracterizar por cuatro pasos esenciales: extrusion, fundicion, acondicionamiento de temperatura y extension.

Se prefiere un paso preliminar del secado de los granulos polimericos, pero no se requiere.

Tambien, se puede preferir un paso terminal de recocimiento, pero no se requiere segun las instrucciones actuales. Un ensamblaje para cada paso de tratamiento generalmente se representa en la FIG. 1 y se describira ahora en

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detalle.

Secado

[0050] Los polfmeros PLA se suministran generalmente en bolsas selladas del fabricante y en una condicion relativamente seca.

Tfpicamente, el contenido de humedad de estos polfmeros PLA como se suministran es inferior a aproximadamente 500 ppm y, preferiblemente, menos de aproximadamente 200 ppm.

Puesto que el nivel de humedad se considera deseable, no puede ser necesario o requerido otro secado.

Sin embargo, PLA absorbe facilmente la humedad de la atmosfera y, por lo tanto, los granulos de polfmero mezclados opcionalmente y preferiblemente primero secados calentandolos en un secador para eliminar la humedad de la superficie.

Sin estar ligado o limitado a la teorfa, se cree que la eliminacion del contenido de humedad puede ayudar a controlar la perdida de viscosidad relativa debido a la hidrolisis.

Como se ha mencionado anteriormente, las temperaturas mas altas y la presencia de incluso una pequena cantidad de humedad puede hidrolizar PLA en la fase de fusion resultante.

[0051] PLA se produce generalmente por una reaccion de condensacion reversible, que produce agua; cuando el PLA no-secado se calienta, se puede producir la hidrolisis y se pueden comprometer las propiedades mecanicas claves del PLA.

Por ejemplo, la viscosidad del polfmero, cuando se derrite es proporcional inversamente al porcentaje de monomero libre de esta.

Por lo tanto, en un intento de minimizar la variacion entre lotes en viscosidad, preferiblemente, la humedad significativa se quita de los granulos polimericos.

En algunas formas de realizacion, un contenido en humedad inferior a aproximadamente 200 ppm es preferible y mas preferible, menos de aproximadamente 50 ppm (medido por el metodo Karl Fisher).

[0052] Se puede usar una tolva de deshumidificacion con aire caliente a un punto de condensacion relativamente bajo; Sin embargo, una variedad de secadores de aire se conocen en la tecnica y muchos de estos se pueden adecuar al secado.

La presente invencion no necesita estar limitada solo a secadores, pero puede incluir otros tipos de secadores, incluyendo hornos de coccion.

Una tolva de deshumidificacion puede ser deseable en algunas formas de realizacion en las que aire deshumidificado pasa a traves de un lecho de PLA para extraer la humedad de la resina.

Un material de desecante, tal como sflice, absorbe humedad del aire circulante.

Los sistemas de lecho de desecante dobles son comunes, de modo que un lecho esta en funcionamiento mientras un lecho en modo de espera se regenera.

Bien un ciclo de tiempo o una reduccion predeterminada en el punto de condensacion de aire se utiliza para desviar corriente de aire de un lecho al otro.

Se piensa que tal metodologfa es eficaz en la eliminacion de alguna humedad que puede residir por debajo de la superficie de los granulos polimericos ademas de la humedad de superficie.

[0053] Los secadores preferibles de la presente invencion para el PLA de secado pueden tener una o varias de las siguientes caracterfsticas:

1. Lechos de desecante capaces de la realizacion de un punto de condensacion de aproximadamente -40 °C en el aire de suministro

2. Un medio, por ejemplo, una unidad de enfriamiento posterior, para eliminar o reducir la probabilidad de un aumento de temperatura en el aire de suministro

3. Regulacion de la temperatura superior en el rango de secado de PLA

[0054] La temperatura y duracion del secado puede depender de la cantidad total y la condicion del polfmero(s) (es decir, la cantidad de la humedad de superficie de inicio), y puede necesitar ajustarse sobre la base de lote por bote. Preferiblemente, los polfmeros experimentan poca o ninguna fusion en este paso.

Por medio de ejemplo, las condiciones de secado tfpicas requieren que las temperaturas varfen de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 110°C y, preferiblemente, de aproximadamente 55 °C a aproximadamente 90 °C para periodos de tiempo variables.

Por medio del ejemplo especffico, el periodo de permanencia para el secaod de polfmero con aire (punto de condensacion, -40 °C) a un caudal mayor que aproximadamente 0.5 ft3/min. requiere aproximadamente 4 horas a alrededor de 40 °C y, aproximadamente, 2 horas en alrededor de 90 °C.

Temperaturas de secado mas altas pueden llevar al reblandecimiento y bloqueo del polfmero, mientras las temperaturas de secado inferiores pueden resultar en tiempos de secado extensos y/o secados incompletos.

[0055] El punto de condensacion es una medida absoluta de humedad de aire y es independiente de la temperatura del aire.

El punto de condensacion se puede utilizar para controlar el rendimiento de secado.

La corriente de aire es otro componente para el secado, ya que este calienta la resina y absorbe su humedad.

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Una corriente de aire suficiente puede mantener la resina a una temperature apropiada durante su periodo entero de permanencia.

En formas de realizacion, donde se usaron colorantes adicionales, aditivos o ingredientes de otro modo, puede ser preferible minimizar la degradacion relativa a la humedad, secando ademas la misma.

Extrusion

[0056] La extrusion es, por lo cual, que los granulos se derriten en una masa fundida de viscosidad baja, combinando asf las perlas de polfmero individuales de aquf o granos en una masa fundida.

La viscosidad de la fusion dependera de la temperatura.

Las temperaturas pueden variar de la temperatura aproximada a la que los polfmeros permaneceran derretidos a la temperatura aproximada donde se empieza a producir la degradacion de los polfmeros.

Por medio de ejemplo, las temperaturas de fusion por extrusion se pueden mantener entre aproximadamente 165 °C a aproximadamente 230 °C para ciertas mezclas de polfmero PLA, pero en ultima instancia puede depender de los polfmeros diferentes que se han mezclado y sus puntos de fusion respectivos.

En algunas formas de realizacion, se prefiere aproximadamente 175 °C.

[0057] El plastico fundido luego se extrude por una boquilla estilo T con una abertura de ranura plana.

La abertura deberfa ser ajustada para alojar el grosor de la pelfcula final.

En otras palabras, una abertura superior se deberfa usar donde se desean pelfculas mas espesas y viceversa. Generalmente, la abertura variara entre aproximadamente 0,01 pulgadas a aproximadamente 0,10 pulgadas y, preferiblemente, entre aproximadamente 0,05 pulgadas a aproximadamente 0,07 pulgadas.

La distancia de retraccion (es decir, la distancia de la boquilla a los rodillos de colada) tambien puede afectar al grosor de la pelfcula resultante.

Generalmente, cuanto mas larga sea la distancia, mas fina sera la pelfcula y viceversa.

Sin estar limitado o sin imponer ninguna teorfa, se cree que las distancias de retraccion mayores introducen una orientacion de la direccion de maquina indeseable en la pelfcula resultante.

Asf, mientras las distancias de retraccion pueden variar de 0,75 pulgadas a aproximadamente 1,5 pulgadas, se prefieren distancias mas cortas.

Una distancia de retraccion de aproximadamente 0,750 pulgadas generalmente es apropiada.

Fundicion

[0058] El plastico relativamente caliente (por ejemplo, aproximadamente 175 a aproximadamente 190 °C) del extrusor luego se moldea por "colada" entre al menos dos rodillos.

Sin estar limitado o ligado a la teorfa, la temperatura de los rodillos de colada deberfa ajustarse para conseguir un enfriamiento rapido sobre el exterior del extrudido para formar un "revestimiento" que provoque que el extrudido se adhiera a los rodillos

Al mismo tiempo, la temperatura de los rodillos se deberfa mantener suficientemente alta de modo que el "nucleo" del extrudido permanezca plegable, para permitir el curvado alrededor de los rodillos sin rotura o agrietamiento.

[0059] Las maquinas de fundicion tfpicas en la tecnica se equipan con uno o dos rodillos, donde el plastico se mueve desde la boquilla, entre un rodillo grande unico o dos rodillos y luego en la maquina de orientacion de direccion de maquina.

Sin embargo, los presentes inventores han descubierto que mientras las lingoteras tfpicas se adecuan para preparar las pelfculas inventivas descritas aquf, el uso nuevo de un tercer rodillo en la lingotera es preferible en la produccion de las pelfculas, particularmente, donde se desea una calidad de superficie mejorada de las pelfculas.

De hecho, se cree que no se ha llevado a cabo el uso de tres o mas rodillos en la produccion de pelfcula PLA, mas particularmente, indicador de pelfcula fino PLA (por ejemplo, menos de aproximadamente 0,002 pulgadas de pelfcula).

[0060] Se cree que el uso de un tercer o mas rodillo(s) es una razon para una velocidad de produccion significativamente mejorada, mientras que la pelfcula tfpicamente se moldea por colada a alrededor de 130 pies/minuto, el proceso descrito aquf proporciona una velocidad de transmision de aproximadamente 250 pies/minuto.

Sin estar limitado o sin imponer ninguna teorfa, se cree que el rodillo(s) adicional ayuda al equilibrado de la temperatura de nucleo mas caliente con la temperatura de revestimiento mas frfa.

Por consiguiente, este tercer rodillo(s) se mantiene preferiblemente a una temperatura mas alta que los dos primeros rodillos.

[0061] Por medio de ejemplo, todos los rodillos de fundicion se pueden establecer a unas temperaturas

relativamente frfas (por ejemplo, aproximadamente 20 a aproximadamente 45 °C, preferiblemente,

aproximadamente 30 °C a aproximadamente 40 °C, para los dos primeros rodillos y aproximadamente 40 a aproximadamente 65 °C, preferiblemente, aproximadamente 55 a aproximadamente 60 °C, para el tercer rodillo).

La temperatura de los rodillos se puede mantener con lfquidos, tales como agua, aceite.

El agua es un refrigerante preferible para los rodillos de colada debido a su capacidad termica superior a lfquidos

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mas convencionales.

Tfpicamente, el agua puede eliminar tres veces mas calor (BTU) que los aceites para este proposito.

[0062] Un tecnico en la materia deberfa apreciar de las instrucciones aquf presentadas, que la temperatura absoluta de los rodillos dependera de diferentes factores, incluyendo la temperatura inicial y grosor del plastico extrudido.

Asf, las temperaturas de rodillo proporcionadas aquf no deberfan ser interpretadas como una limitacion para todas las formas de realizacion de la presente invencion, sino mas bien ejemplares de una gama de ciertas formas de realizacion.

Mas bien, la temperatura de los rodillos se puede y se deberfa ajustar basandose en el grosor de la abertura de boquilla, proporcion de extension y similar.

En una forma de realizacion, por ejemplo, el primer rodillo se fija a alrededor de 40 °C, el segundo a alrededor de 32 °C y el tercero a alrededor de 57 °C.

[0063] De hecho, mas significativa que la temperatura absoluta de cualquier rodillo de colada es la temperatura de la pelfcula extrudida ya que esta sale de la lingotera.

La temperatura de la pelfcula como esta sale la lingoteadora es preferiblemente entre aproximadamente 55 °C y aproximadamente 75 °C y, mas preferiblemente, aproximadamente 60 °C.

[0064] Ademas del ajuste de la temperatura del plastico como este llega desde la boquilla, los rodillos de colada tambien se pueden usar para ajustar el grosor del plastico.

Este ajuste se hace preajustando el espacio entre el rodillo al grosor deseado.

Por ejemplo, el espacio entre los dos primeros rodillos es, preferiblemente, 2 - 10 veces, mas preferiblemente, 5 - 7 veces, el grosor deseado final de la pelfcula.

De forma similar, el espacio entre los segundos y terceros rodillos es, preferiblemente, 3-9 veces, mas preferiblemente, 4 - 6 veces, el grosor deseado final de la pelfcula.

Preparacion de temperatura

[0065] El siguiente paso en la preparacion de pelfculas de la presente invencion es un paso de acondicionamiento de temperatura. "Acondicionamiento de temperatura" se refiere al proceso del equilibro de la temperatura de la pelfcula de material plastico de manera que la diferencia de temperatura entre el nucleo y piel, si hay alguna, se minimiza.

Mientras una maquina MDO se puede utilizar en este proceso, la orientacion (es decir; extension) en la direccion de maquina ("MD") se minimiza preferiblemente porque la extension MD lleva a una contraccion MD indeseable.

[0066] Se puede tomar una variedad de medidas para limitar o evitar la extension MD cuando se usa una maquina MDO.

Por ejemplo, la velocidad de los rodillos MDO se puede ajustar para minimizar "la traccion" de la pelfcula de un rodillo al siguiente.

Por ejemplo, los rodillos se pueden mantener a velocidades similares. (Una pelfcula esta en riesgo de expulsion cuando un rodillo posterior gira mas rapido que el anterior.) Alternativamente, la distancia entre y ubicacion de los rodillos MDO puede contribuir a la extension Md.

Por ejemplo, el movimiento lateral de la pelfcula tfpicamente expulsa menos que el movimiento horizontal.

[0067] Los presentes inventores han encontrado el uso nuevo de rodillos "libres" para evitar algunos rodillos MDO como beneficio para reducir la extension MD.

Los rodillos libres no se conducen de forma motorizada y, por lo tanto, son "libres" a menos que la pelfcula se pase sobre estos.

Rodillos libres pueden, pero no necesitan tener la temperatura controlada.

El numero y ubicacion de rodillos libres no son limitados y se pueden ajustar para adaptar parametros de tratamiento especfficos.

En una forma de realizacion de la presente invencion, dos rodillos libres se instalan para evitar dos rodillos centrales en una maquina MDO (figura 1, A y B).

[0068] Como con los rodillos de colada, mas significativa que la temperatura absoluta de cualquier rodillo MDO es la temperatura de la pelfcula ya que esta sale de la maquina MDO.

De hecho, la temperatura de rodillo puede tenerse que ajustar conforme al grosor de pelfcula, extension deseada, etc. Preferiblemente, la temperatura de la pelfcula se equilibra entre aproximadamente 60 °C a aproximadamente 90 °C y, mas preferiblemente, aproximadamente 70 °C.

En una forma de realizacion de la invencion, una maquina MDO con 6 motorizado y dos rodillos libres se usa como se muestra en la figura 1: el rodillo 4 esta a aproximadamente 72 °C, el rodillo 5 esta a aproximadamente 85 °C, los rodillos libres 6 y 7 no tienen la temperatura controlada, el rodillo 8 esta a aproximadamente 85 °C y el rodillo 9 esta a aproximadamente 60 °C.

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Inyeccion

[0069] Una vez se haya acondicionado la temperatura del extrudido, este entra en la maquina de inyeccion.

Esta maquina esta equipada con un clip de inyeccion que sujeta sobre el borde de las pelfculas de material plastico, que generalmente tiene una amplitud de aproximadamente 20 pulgadas.

La maquina de inyeccion esta equipada con una "estructura A" que extiende la pelfcula de material plastico aproximadamente 4 veces su ancho de acceso (por ejemplo, de 20 pulgadas a 80 pulgadas).

[0070] La maquina de inyeccion consiste ademas en tres zonas controladas de temperatura a lo largo de la estructura en A.

La zona de precalentamiento se proporciona para aumentar uniformemente la temperatura del polfmero y asegurar que la temperatura de nucleo de pelfcula se haya equilibrado con la temperatura de revestimiento.

La zona de extension mantiene la temperatura de extension apropiada.

Se debe apreciar desde las instrucciones aquf que la temperatura de extension necesitara ser ajustada basandose en la mezcla de PLA particular, practicas y experiencia disponible para un experto habitual en la materia. Sin embargo, en una forma de realizacion, esta temperatura se comparte con la zona de precalentamiento, que esta entre aproximadamente 70 °C y aproximadamente 90 °C, mas preferiblemente, aproximadamente 80 °C.

La zona final es la zona de recocimiento.

Recocimiento

[0071] Recocimiento, tambien llamado cristalizacion o reposo es tfpicamente el paso final en la preparacion de pelfculas de la presente invencion.

Segun las instrucciones aquf, el paso de recocimiento es opcional.

Cuando se desea, el recocimiento concluye generalmente post-extension y se realiza a temperaturas entre aproximadamente 49 °C a aproximadamente 90 °C, preferiblemente, aproximadamente 70 °C.

Durante el recocimiento, la pelfcula " reposa" en una extension pequena.

Los indices de reposo de aproximadamente 0,5 % a aproximadamente 5 % son tfpicos y, aproximadamente, se prefiere un 3 % o menos.

Finalmente, los bordes de la pelfcula extendida se recortan y enrollan sobre rodillos por medios convencionales.

[0072] Las propiedades de pelfcula que utilizan el protocolo anteriormente mencionado se pueden manipular como se desee con tanteo y error nominal por un experto habitual en la tecnica. Tales variaciones estan previstas y se incorporan en el ambito de la invencion.

Las pelfculas de la presente invencion pueden tener generalmente caracterfsticas que se incuyen en los tipos siguientes:

Contraccion de pelfcula en alrededor de 60 °C durante aproximadamente 10 segundos:

En direccion transversal: aproximadamente 10 % a aproximadamente 70 %, con un promedio de aproximadamente 25 %.

Direccion de maquina: acerca de -2 % a aproximadamente 1 %, con un promedio de aproximadamente 0 %.

[0073] En una forma de realizacion de la presente invencion, se estudio el porcentaje de contraccion en funcion de la temperatura con, por ejemplo, pelfcula de calibre 200; calibre 200 (0,002 pulgadas) sometida a 10 segundos de exposicion al calor (figura 2).

Las pelfculas evaluadas aquf se prepararon a partir de una mezcla de aproximadamente 70 % de calidad 4060D PLA, aproximadamente 26 % de calidad 4032D PLA, aproximadamente, 1 % de calidad 2100D antibloqueo de la cual el 10 % es "sustancia activa," y aproximadamente el 3 % deslizamiento EBS, del cual el 20 % es sustancia activa. (El termino "aproximadamente" se ha usado aquf y a traves de esta especificacion para responder de las variaciones habituales en mediciones de masa, temperatura y porcentaje de contraccion comun y previsto por un experto ordinario en la practica de la materia.)

[0074] Utilizando el proceso anteriormente descrito, la mezcla polimerica, sin secado adicional, fue extrudida en alrededor de 190 °C, y fue extrudida posteriormente a traves de una boquilla estilo T con una abertura de aproximadamente 0,070 pulgadas.

La pelfcula fue luego colada entre tres rodillos a alrededor de 40 °C, 32 °C y 57 °C en la secuencia que produce una temperatura de pelfcula de aproximadamente 65 °C.

Luego se acondiciono la temperatura de la pelfcula en una maquina MDO equipada con seis rodillos motorizados y dos rodillos libres como se muestra en la figura 1.

Este paso produjo una temperatura de pelfcula de aproximadamente 70 °C.

Finalmente, la pelfcula fue 4x estirada en una maquina de inyeccion, templada a alrededor de 70 °C, recortada y enrollada.

[0075] La pelfcula se coloco en un bano de agua caliente a la temperatura mostrada durante los tiempos indicados y se fijo la contraccion en la direccion de maquina (MD) y en la direccion transversal (TD) como un porcentaje de las dimensiones originales.

Mientras las pelfculas encogibles estudiadas en este ejemplo se sometieron a agua caliente, la exposicion al calor

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en cualquier forma (por ejemplo, aire calentado de un secador de aire caliente) puede inducir a la contraccion de las pelfculas inventivas.

Como es evidente de los resultados, las pelfculas descritas muestran una contraccion en la TD y poca o ninguna contraccion en la MD.

A alrededor de 60 °C, por ejemplo, la pelfcula inventiva se contrae mas del 25 % en la TD y menos del 1 % en la MD.

[0076] Las propiedades de contraccion de las pelfculas inventivas fueron tambien comparadas con pelfcula soplada PLA (figura 2) y las pelfculas coladas/inyectadas que comprenden polfmeros diferentes de PLA (figuras 3 y 4).

La Figura 2 muestra que las pelfculas instantaneas ("TDO") exponen una contraccion superior que las pelfculas sopladas "MDO" en el Td a una temperatura dada.

La Figura 3 demuestra que la curva de contraccion TD de las pelfculas instantaneas PLA, mientras se compara en magnitud, se produce a una temperatura inferior que las pelfculas no PLA TDO.

Por ejemplo, TDO PLA puede contraerse sobre un 60 % en la TD en alrededor de 70 °C mientras que TDO PETG se debe calentar a aproximadamente 80 °C para contraerse la misma cantidad.

La contraccion eficaz a temperaturas inferiores es particularmente deseable en aplicaciones donde el calor puede ser perjudicial para el producto empaquetado, tal como, por ejemplo, con productos lacteos.

Asf, las pelfculas inventivas PLA TDO superan a PETG TDO donde las botellas pre-etiquetadas (por ejemplo, leche y/o productos lacteos empaquetados) se mantienen preferiblemente a la temperatura operativa mas fresca. Finalmente, la Figura 4 muestra que (1) las pelfculas instantaneas tienen una contraccion en la concomitante MD con contraccion en la MD y (2) esta contraccion se puede producir a temperaturas relativamente bajas.

PETG TDO, por ejemplo, se contrae en la MD antes de contraerse en la TD, que resulta en una retraccion indeseable en los bordes.

[0077] Este crecimiento en la direccion de cruce puede prevenir el tiquetado del enrollamiento en los bordes durante el proceso de contraccion.

Por consiguiente, en una forma de realizacion, las pelfculas de la presente invencion pueden tener aplicacion en el etiquetado de manguito (es decir; tubo) de varios cilindros conformados y conos tales como, por ejemplo, baterfas, latas, botellas, encendedores desechables, bolfgrafos, envolturas florales y otros artfculos decorativos.

Sin embargo, el alcance de aplicaciones no deberfa limitarse a los productos de consumo anteriormente mencionados o usos.

[0078] Las pelfculas de la presente invencion tienen otras innumerables aplicaciones.

Por ejemplo, estas pelfculas tambien pueden usarse en la aplicacion impresas/no impresas para retener los embalajes dobles unidos, conexiones, bandas de cuello y bandas de cuello perforadas para la decoracion o uso sensible a la manipulacion, por nombrar algunas opciones.

[0079] Las muchas caracterfsticas y ventajas de la invencion son aparentes desde la especificacion detallada y asf se intenta cubrir todas tales caracterfsticas y ventajas de la invencion, que se incluyen dentro del campo de la invencion, mediante las reivindicaciones anexas.

Ademas, ya que se produciran facilmente modificaciones y variaciones numerosas para los expertos en la tecnica, no se desea limitar la invencion a la construccion exacta y operacion ilustrada y descrita, y por consiguiente, todas las modificaciones adecuadas y equivalentes que se pueden reclasificar se incluyen dentro del campo de la invencion.

Claims

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1. Metodo de colada de una pelfcula encogible orientada en direccion transversal PLA que, tras la exposicion a aproximadamente 60 °C de calor durante aproximadamente 10 segundos, muestra una contraccion en la direccion transversal en el rango de aproximadamente 10 % a aproximadamente 80 % y una contraccion en la direccion de maquina en el rango de aproximadamente 0 % a aproximadamente 5 %, que comprende (a) la provision de granulos secos de polfmero PLA, (b) la colada de los granulos para formar una masa fundida, (c) la extrusion de la masa fundida resultante, (d) la colada de la extrusion entre tres o mas rodillos de colada para formar una pelfcula, (e) acondicionamiento de temperatura de la pelfcula y (f) la extension de la pelfcula en la direccion transversal.
2. Metodo, segun la reivindicacion 1, donde la pelfcula encogible muestra una contraccion en la direccion transversal en el rango de aproximadamente 30 % a aproximadamente 80 % y muestra una contraccion en la direccion de maquina en el rango de aproximadamente 0 % a aproximadamente 3 % cuando se somete a aproximadamente 60 °C de calor durante aproximadamente 10 segundos.
3. Metodo, segun la reivindicacion 1 o reivindicacion 2, donde la pelfcula encogible muestra una contraccion en la direccion transversal en el rango de aproximadamente 50 % a aproximadamente 70 % y muestra una contraccion en la direccion de maquina en el rango de aproximadamente 1 % o menos cuando se somete a aproximadamente 60 °C de calor durante aproximadamente 10 segundos.
4. Metodo, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 - 3, donde el polfmero PLA es una mezcla de polfmero PLA que incluye dos o mas grados de polfmero PLA.
5. Metodo, segun la reivindicacion 4, donde la mezcla polimerica comprende aproximadamente de un 65 por ciento en peso a aproximadamente un 75 por ciento en peso de polfmero PLA con aproximadamente de un 11 a aproximadamente un 13 por ciento en peso de d-lactida; y aproximadamente de un 25 por ciento en peso a aproximadamente un 35 por ciento en peso de un polfmero PLA con aproximadamente de un 1 a aproximadamente un 2 por ciento en peso de d-lactida.
6. Metodo, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 - 5, donde la pelfcula comprende ademas uno o mas aditivos seleccionados del grupo que consiste en aditivo antibloqueo, aditivo de lubrificacion, plastificante e intensificador de viscosidad.
7. Metodo, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 - 6, donde la pelfcula comprende aproximadamente de un 50 por ciento en peso a aproximadamente un 90 por ciento en peso de polfmero PLA con aproximadamente de un 11 a aproximadamente un 13 por ciento en peso de d-lactida; aproximadamente de un 10 por ciento en peso a aproximadamente un 50 por ciento en peso de un polfmero PLA con aproximadamente de un 1 a aproximadamente un 2 por ciento en peso de d-lactida; menos de aproximadamente el 3 por ciento en peso de un aditivo antibloqueo; menos de aproximadamente el 1 por ciento de un aditivo de lubrificacion y menos de aproximadamente el 0,5 por ciento de un intensificador de viscosidad.
8. Metodo, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 - 7, donde la etapa de fusion se realiza a una temperatura que varfa de aproximadamente 165 °C a aproximadamente 230 °C.
9. Metodo, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 - 8, donde la etapa de fusion se realiza a una temperatura que varfa de aproximadamente 170 °C a aproximadamente 200 °C.
10. Metodo, segun la reivindicacion 9, donde la etapa de fusion se realiza a una temperatura de aproximadamente 175 °C.
11. Metodo, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 - 10, donde la extrusion tiene lugar a traves de una boquilla estilo T.
12. Metodo, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 - 11, donde el acondicionamiento de temperatura de la pelfcula tiene lugar en una maquina de orientacion en la direccion de maquina.
13. Metodo, segun la reivindicacion 12, donde la maquina esta equipada con uno o mas rodillos libres.
14. Metodo, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 - 13, donde la extension se realiza en una maquina de inyeccion.
15. Metodo, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 - 14, donde la extension se realiza a una temperatura que varfa de aproximadamente 70 °C a aproximadamente 90 °C.
16. Metodo, segun la reivindicacion 15, donde la extension se realiza a una temperatura de alrededor de 80 °C.
17. Metodo, segun cualquiera de las reivindicaciones 1 - 16, que comprende ademas el recocimiento de la pelfcula.
18. Metodo, segun la reivindicacion 17, donde el recocimiento se realiza a una temperature que varfa de aproximadamente 49 °C a aproximadamente 90 °C.

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19. Metodo, segun la reivindicacion 17 o 18, donde el recocimiento se realiza a una temperature de aproximadamente 70 °C.