ITMI952560A1 - Film multistrato polietilenico - Google Patents

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Abstract

Procedimento per la preparazione di un film polietilenico multistrato a partire da polietilene lineare bassa densità (LLDPE) mediante tecnica cast-extrusion in cui il materiale multistrato uscente da una testa di spalmatura viene raccolto su un primo rullo raffreddato con acqua mantenuta tra 10° e 25°C ed il film uscente dal primo rullo viene inviato ad un secondo rullo raffreddato con acqua mantenuta ad una temperatura inferiore a quella del primo rullo ed il secondo rullo ha una velocità di scorrimento dal 10 al 40% superiore a quella del primo rullo.Film multistrato avente carico di snervamento ed allungamento a rottura compresi entro determinati valori.

Description

La presente invenzione riguarda un film multistrato polietilenico particolarmente adatto per l'imballaggio di unità palettizzate ed il metodo di preparazione relativo.
In una precedente domanda italiana di brevetto sono stati descritti film multistrato dotati di elevata tenacità e di buona estensibilità ottenuti da polietilene lineare bassa densità (LLDPE) in mescola con polietilene bassa densità (LDPE).
II metodo di preparazione descritto nella domanda comprende i seguenti stadi:
- estrusione da una batteria di estrusori di polietilene LLDPE in mescola con LDPE e di almeno un materiale polimerico compatibile con LLDPE avente proprietà collanti;
- stratificazione del materiale in uscita dagli estrusori in funzione dell'estrusione di provenienza;
- uscita in atmosfera del materiale stratificato attraverso il labbro di una testa di spalmatura depositandolo su un primo rullo di raffreddamento ruotante ad elevata velocità, raffreddato con acqua mantenuta tra i 10° e 30°C;
- invio del film in uscita dal primo rullo ad un secondo rullo raffreddato con acqua ad una temperatura inferiore a quella del primo rullo e mantenuta tra 10° e 20 °C, e dotato di velocità di scorrimento superiore dal 10 al 40% rispetto a quella del primo rullo.
La fenditura della testa di spalmatura (traferro), la distanza tra il labbro della testa ed il primo rullo e tra il labbro ed il punto di contatto sul primo rullo sono compresi entro ben determinati intervalli.
Il film così ottenuto presenta valori del carico di snervamento compresi tra 15 e 35 N/mm2 ed allungamenti a rottura tra 200 e 500%.
Si è ora inaspettatamente trovato che è possibile ottenere film multistrato aventi caratteristiche di rigidezza ed estensibilità comprese tra quelle del film descritto nella domanda italiana e film dotati anche di nuove caratteristiche rispetto a quelle dei film della domanda italiana (film più rigidi ma pur sempre estensibili) a partire da polietilene LLDPE senza aggiunta di polietilene LDPE.
Si è inoltre trovato che regolando opportunamente le condizioni di raffreddamento e di stiro è possibile ottenere film dotati di elevata rigidezza ma ancora estensibili a partire anche da LLDPE in miscela con proporzioni minori di LDPE (in quantità tra 8 e 40% in peso).
Il procedimento di preparazione dei film è analogo a quello descritto nella domanda italiana con alcune differenze però per quanto riguarda la preparazione dei film molto rigidi.
La preparazione viene effettuata mediante cast-extrusion (con una tecnica cioè che è ben nota nel ramo).
Questa tecnica prevede una batteria di estrusori (da due a più, generalmente monovite con vite con passo variabile al fine di consentire una buona omogeneizzazione del materiale) che alimenta un dispositivo (feed block) che, tramite un'opportuna azione meccanica stratificata il materiale in uscita dagli estrusori in funzione dell'estrusore di provenienza.
Il lingotto che esce dal dispositivo feed block è composto da più strati di cui quello centrale proviene dall'estrusore di maggiore diametro e quelli laterali dai restanti estrusori.
Il lingotto viene quindi inviato ad una testa di spalmatura, da cui, per effetto di azione meccanica, viene costretto ad uscire in atmosfera attraverso una fenditura di piccolo spessore (traferro) dando vita ad un film plastico in cui la larghezza prevale sullo spessore.
Il film plastico viene depositato su un primo rullo raffreddato, in rotazione ad elevata velocità, in cui il materiale viene orientato. Il film in uscita da questo rullo alimenta un secondo rullo pure raffreddato con acqua.
A parità di portata degli estrusori e di altre condizioni, Io spessore del film è in funzione della velocità del primo rullo: in pratica, maggiore è la velocità di questo rullo minore è lo spessore del film.
Il film in uscita dal gruppo di rulli di raffreddamento viene raccolto su bobine di lunghezza e larghezza opportune.
Il movimento del film sulla bobina di raccolta è reso uniforme mediante un tensionamento costante del film realizzato da una serie di rulli motorizzati dotati ciascuno di scorrimento relativo positivo,
Secondo il procedimento dell'invenzione il polietilene LLDPE ed almeno un materiale polimerico compatibile con LLDPE ed impartente al film proprietà collanti ed eventualmente altri materiali compatibili con LLDPE, vengono estrusi da una serie di estrusori. Il materiale all’uscita dagli estrusori viene stratificato in funzione dell'estrusore di provenienza ed il lingotto stratificato viene fatto uscire attraverso il labbro di una testa di spalmatura a formare un film plastico che viene depositato su un primo rullo rotante a velocità elevata (da 300 a 450 giri/min.) raffreddato con acqua mantenuta a temperatura tra 10° e 25 °C e poi su un secondo rullo, pure raffreddato con acqua mantenuta a temperatura inferiore a quella del primo rullo e compresa tra 10° e 20°C. II secondo rullo è dotato di velocità di scorrimento maggiore dal 10 al 40% rispetto a quella del primo rullo.
La temperatura del materiale in uscita dalla testa di spalmatura è in genere compresa tra 230° e 260°C.
Il traferro è compreso tra 0.3 e 0.5 mm; la distanza tra il labbro della testa di spalmatura ed il primo rullo è compresa tra 2 e 5 mm, preferibilmente 3-5 mm, e quella tra il labbro ed il punto di contatto sul primo rullo tra 10 e 15 cm.
Il traferro viene regolato in funzione dello spessore finale del film e dello stiro cui lo stesso può essere sottoposto.
La distanza tra il labbro della testa di spalmatura ed il punto di contatto del materiale sul primo rullo viene regolata mediante sia avvicinamento (allontanamento) del rullo al labbro all'uscita della testa di spalmatura, che mediante una depressione realizzata con un sistema di aspirazione dell'aria in prossimità del punto di contatto del film sul rullo di raffreddamento. La depressione realizzata permette una buona aderenza del film sul rullo.
Variando l'aspirazione, si modifica il profilo con cui il materiale percorre il tratto dal labbro della testa al rullo di raffreddamento e, contemporaneamente, il punto di contatto.
Maggiore è la distanza tra il labbro ed il punto di contatto, maggiore è la prestazione elastica del materiale.
Si opera in modo da non avere scivolamento del film tra il primo ed il secondo rullo. Ciò si ottiene, ad esempio, sottoponendo il film a contropressione.
Per la preparazione del film dotato di elevato carico di snervamento (compreso tra 40 e 80 N/mm2 ) e di allungamento a rottura ancora sufficientemente elevato (compreso tra il 50 e 100%) si opera con una temperatura dell'acqua di raffreddamento del primo rullo mantenuta tra 15° e 20°C mentre la temperatura dell'acqua di raffreddamento del secondo rullo è mantenuta tra 10° e 15 °C. La velocità di scorrimento del secondo rullo è del 25-30% maggiore rispetto a quella del primo rullo.
Le condizioni sopra indicate si applicano anche alla preparazione del film multistrato dotato di elevato carico di snervamento (compreso tra 35 e 70N/mm2) ed allungamento compreso tra 60 e 200% ottenuto da polietilene LLDPE in miscela con LDPE in quantità da 8 a 40% in peso.
Rispetto al film ottenuto da solo LLDPE, quello preparato da LLDPE in mescola con LDPE richiede, a parità di altre condizioni e di carico di snervamento, una maggiore differenza tra le velocità di scorrimento dei rulli di raffreddamento.
Lo spessore del film multistrato dell'invenzione è compreso tra 8 e 100 micron; spessori preferiti sono compresi tra 8 e 20 micron.
Il polietilene LLDPE utilizzato per la preparazione del film multistrato è un polimero ben noto. Può essere preparato sia impiegando catalizzatori Ziegler-Natta che catalizzatori metallocenici.
Il polietilene LLDPE può anche essere addizionato di materiali polimerici aggiunti al fine di migliorare la processabilità. Tali materiali possono essere ad esempio costituiti da copolimeri parzialmente cristallini del propilene con proporzioni minori di butene e/o etilene.
La densità del polimero è preferibilmente compresa tra 0.915 e 0.920 g/cm3 (metodo ASTM D 1505). Il melt index è preferibilmente compreso tra 2 e 3 g/10 (ASTM D 238 - 65T, condizione E).
Il polietilene LDPE è pure un polimero ben noto.
Al fine di rendere il film adesivo avente cioè proprietà autocollanti ad imballo effettuato, il polietilene LLDPE viene coestruso con uno strato di materiale polimerico compatibile con LLDPE scelto di preferenza tra LLDPE con densità compresa tra 0.895 e 0.910 g/cm3.
In talune applicazioni il film deve avere caratteristiche di scivolosità tali da evitare l'adesione tra i bancali quando gli stessi vengono posti a contatto. La scivolosità che può essere conferita allo strato interno o a quello esterno del film viene ottenuta di preferenza impiegando polietilene LLDPE con densità intorno a 0.930 g/cm3 .
Il film dell'invenzione comprende quindi uno strato principale, generalmente centrale, uno strato di materiale collante ed eventualmente uno strato di polietilene LLDPE con densità superiore a quella di LLDPE usato per lo strato principale.
I polimeri utilizzati per la preparazione del film possono essere addizionati con i noti additivi per polimeri quali pigmenti, antiossidanti, agenti nucleanti. Possono essere impiegati anche polimeri compatibili con LLDPE in quantità tale però da migliorare le proprietà di quest'ultimo.
II film dell'invenzione è caratterizzato da elevata rigidezza e contemporaneamente da buona estensibilità.
Rispetto al film convenzionale di LLDPE ottenuto nelle condizioni normali di cast-extrusion, il film dell'invenzione presenta carichi di snervamento che possono arrivare a valori da 3 a più volte superiori. L’allungamento a rottura è compreso in un intervallo di interesse pratico.
Sono noti film multistrato a base di polietilene LLDPE rigidi ed estensibili. Questi film sono ottenuti sottoponendo a stiro un film preparato mediante cast-extrusion.
II processo per la preparazione di questi film è piuttosto complicato in quanto prevede la sbobinatura del film proveniente dai processo di castextrusion, lo stiro del film sbobinato e la successiva ribobinatura. Al fine di ottenere valori elevati del carico di snervamento sono necessari rapporti di stiro molto elevati.
I film così ottenuti presentano valori del carico di snervamento intorno a 50 N/mm2 ed allungamenti intorno al 60-70%.
I seguenti esempi vengono forniti a titolo illustrativo e non limitativo dell'invenzione.
Esempio 1.
Una batteria di estrusori monovite A-C con viti a passo variabile viene alimentata nell'ordine con polietilene LLDPE Dow 2100 (densità 0,918 g/cm3) (estrusore A), con polietilene Dow 4104 (densità 0,904 g/cm3) (estrusore B) e con polietilene LLDPE Dow 22376 (densità 0,928 g/cm3) (estrusore C).
La portata massiva ail'uscita dei vari estrusori è dell'ordine rispettivamente del 70%, 7% e 15%.
I giri della vite degli estrusori A-C sono di 57,63 e 85 giri/minuto rispettivamente e le temperature del fuso in uscita dagli estrusori sono di 265°, 180° e 265°C rispettivamente.
II materiale in uscita dagli estrusori viene inviato ad un dispositivo (feed block) che prepara il materiale per la testa di spalmatura stratificandolo in funzione dell'estrusore di provenienza.
La testa di spalmatura ha un traferro di 0,5 mm e la distanza tra il labbro della testa ed il punto di contatto con un primo cilindro di raccolta raffreddato è regolato a 15 mm. La temperatura del materiale all'uscita dal traferro è di 235°C.
La temperatura dell'acqua del primo rullo di raccolta è mantenuto a 18°C; la velocità del rullo è di 340 m/min.
La temperatura del materiale in uscita dal primo rullo è al di sotto di 90°C. Il materiale passa poi su un secondo rullo raffreddato con acqua mantenuta a 12°C.
La velocità del secondo rullo è 430 m/min.
Il materiale in uscita dai rulli di raffreddamento viene raccolto sotto costante tensionamento, su bobine di larghezza e lunghezza prestabilite.
Il film ha uno spessore di 12 micron e presenta le seguenti caratteristiche meccaniche.
Esempio 2
L'esempio 1 viene ripetuto con la differenza che l'estrusore A viene alimentato oltre che con polietilene LLDPE Dow 2100(densità 0,918 g/cm3) anche con polietilene LDPE LD 150 della Dow con portata alla tromaggia dell' 8% in peso.
Il film ottenuto presenta un carico di snervamento di 60 N/mm2 ed un allungamento a rottura di 90% (direzione macchina).
ESEMPIO DI CONFRONTO 1
L'esempio 1 viene ripetuto con la differenza che l'estrusore A non viene alimentato con il polietilene LD150 della Dow.
La temperatura dell'acqua di raffreddamento del primo rullo di raccolta era mantenuta tra 30° e 35°C; quella del secondo rullo tra 28°-30°C e la differenza di velocità tra il primo ed il secondo rullo era del 5%.
Le caratteristiche meccaniche del film sono le seguenti.

Claims (19)

  1. Rivendicazioni 1. Procedimento per la preparazione mediante cast-extrusion di un film polietilenico multistrato in cui lo strato principale è formato da polietilene lineare bassa densità (LLDPE)comprendente gli stadi a) di estrusione del polietilene LLDPE avente densità compresa tra 0,915 e 0,935 g/cm3 e di almeno un materiale polimerico avente proprietà collanti da una batteria di estrusori, b)di stratificazione del materiale estruso in funzione dell'estrusore di provenienza, c) di uscita in atmosfera del materiale stratificato fatto passare attraverso il labbro di una testa di spalmatura, d) di raccolta del materiale in uscita dalla testa di spalmatura su un rullo di raffreddamento raffreddato con acqua mantenuta tra 10 e 25 °C, e) di invio del film in uscita dal primo rullo di raffreddamento ad un secondo rullo raffreddato con acqua mantenuta ad una temperatura inferiore a quella del primo rullo e compresa tra 10 e 20°C, la velocità di scorrimento del secondo rullo essendo dal 10 al 40% superiore a quella del primo rullo.
  2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1 in cui la temperatura dell'acqua di raffreddamento del primo rullo è mantenuta tra 15° e 18°C e quella del secondo rullo tra 12° e 15 °C e la velocità del secondo rullo è dal 20 al 30% superiore a quella del primo rullo.
  3. 3. Procedimento secondo le rivendicazioni 1 e 2 in cui la velocità dei rulli è compresa tra 300 e 450 m/min.
  4. 4. Procedimento secondo le rivendicazioni 1,2 o 3, in cui la distanza tra il labbro della testa di spalmatura ed il primo rullo è compresa tra 2 e 5 mm e la distanza tra il labbro ed il punto di contatto sul primo rullo è compresa da 10 a 15 mm.
  5. 5. Procedimento secondo le rivendicazioni 1,2,3 o 4 precedenti in cui la fenditura della testa di spalmatura b compresa da 0.3 a 0.5 mm.
  6. 6. Procedimento secondo le rivendicazioni precedenti in cui il materiale polimerico collante compatibile con il polietilene è un polietilene LLDPE con densità tra 0.895 e 0.910 g/mm2.
  7. 7. Procedimento seconda la rivendicazione 6 in cui il materiale collante rappresenta dal 5 al 15% in peso rispetto a LLDPE dello strato principale.
  8. 8. Procedimento per la preparazione di un film polietilenico multistrato in cui lo strato principale è formato da polietilene LLDPE in mescola con polietilene bassa densità (LDPE) caratterizzato da valori del carico di snervamento compresi tra 35 e 70 N/mm2 e di allungamento a rottura tra 50 e 200% realizzato con la tecnica cast-extrusion secondo la rivendicazione 1 in cui la temperatura dell’acqua di raffreddamento del primo rullo è mantenuta tra 15° e 18°C e quella del secondo rullo, inferiore a quello del primo rullo, è mantenuta tra 12° e 15°C e la velocità di scorrimento del secondo rullo è dal 20 al 30% superiore a quella del primo rullo.
  9. 9. Procedimento secondo la rivendicazione 8 in cui la velocità dei rulli è compresa tra 300 e 450 m/min, la distanza tra il labbro della testa di spalmatura ed il primo rullo è compresa tra 2 e 5 mm, o la distanza tra il labbro ed il punto di contatto sul primo rullo è compresa tra 10 e 15 mm e la fenditura della testa di spalmatura è compresa tra 0.3 e 0.5 mm.
  10. 10. Procedimento secondo le rivendicazioni 8 o 9 in cui il materiale collante polimerico è un polietilene LLDPE con densità compresa tra 0.895 e 0.910 g/cm3.
  11. 11. Film multistrato particolarmente adatto per l'imballaggio di unità palettizzate, comprendente uno strato principale formato da polietilene lineare a bassa densità LLDPE con densità compresa da 0.915 a 0.935 g/cm3 detto film costituente il prodotto diretto di un procedimento di preparazione con tecnica cast-extrusion, avente carico di snervamento compreso nell'intervallo da 15 a 80 N/mm2 ed allungamento a rottura da 50 a 500%.
  12. 12. Film secondo la rivendicazione 11 avente carico di snervamento compreso tra 40 e 80 N/mm2 ed allungamento a rottura tra 50 e 100% .
  13. 13. Film secondo la rivendicazione 11 in cui il polietilene LLDPE è in miscela con polietilene a bassa densità LDPE in quantità da 8 a 40% in peso, avente carico di snervamento compreso tra 35 e 70 N/mm2 ed allungamento a rottura tra 60 e 200% .
  14. 14. Film secondo le rivendicazioni 11, 12 o 13 comprendente uno strato di materiale polimerico collante compatibile con il polietilene LLDPE.
  15. 15. Film secondo la rivendicazione 14 in cui lo strato del materiale collante è costituito da polietilene LLDPE con densità compresa tra 0.895 e 0.910 g/cm3.
  16. 16. Film secondo le rivendicazioni 14 o 15 in cui lo strato del materiale collante costituisce dal 5 al 15% in peso rispetto al polietilene LLDPE dello strato principale.
  17. 17. Film secondo le rivendicazioni da 11 a 16 avente spessore da 8 a 15 micron.
  18. 18. Impiego del film secondo le rivendicazioni da 11 a 17 per l'imballaggio di unità palettizzate.
  19. 19. Impiego del film secondo le rivendicazioni da 11 a 17 per l'imballo di unità da palettizzate in cui gli elementi dell'unità palettizzante sono contenitori di acqua minerale, rotoli di carta, laterizi, parti meccaniche, materiale ceramico, prodotti alimentari o farmaceutici, laminati o profilati.
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