ES2325248T3 - Elemento laminar de poliester orientado biaxialmente. - Google Patents

Elemento laminar de poliester orientado biaxialmente. Download PDF

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ES2325248T3 ES02791073T ES02791073T ES2325248T3 ES 2325248 T3 ES2325248 T3 ES 2325248T3 ES 02791073 T ES02791073 T ES 02791073T ES 02791073 T ES02791073 T ES 02791073T ES 2325248 T3 ES2325248 T3 ES 2325248T3
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Abstract

Elemento laminar de polímero orientado biaxialmente preparado por estirado biaxial de una hoja de poliéster que tiene una temperatura de transición a estado vítreo (Tg) de 60ºC o superior en las direcciones longitudinal y transversal, siendo llevado a cabo el estirado en dirección longitudinal a una temperatura dentro del intervalo de Tg de la hoja de poliéster Tg + 30ºC y el estirado en dirección transversal es llevado a cabo a una temperatura dentro del intervalo de Tg de la hoja de poliéster + 10ºC y Tg + 40ºC, en el que el elemento laminar orientado biaxialmente tiene un peso específico de 1,38 o menos y un grado de cristalización de menos de 40% y una capacidad de retención de pliegue mínima de 60% definida del modo siguiente: Capacidad de retención de pliegue (%) = (180-zeta) x 100/180 en la que zeta es el ángulo formado cuando se pliega la hoja del elemento laminar de poliéster bajo una presión de 30 psi durante 3 segundos a temperatura ambiente y la hoja plegada se mantiene en posición vertical durante 1 hora, mientras que la hoja de poliéster es preparada a base de una o varias resinas obtenidas por policondensación de un componente de ácido dicarboxílico y un componente de alquilen glicol.

Description

Elemento laminar de poliéster orientado biaxialmente.
Sector de la invención
La presente invención está dirigida a un elemento laminar de poliéster orientado biaxialmente, para envoltura con torsión.
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Antecedentes de la invención
La envoltura con torsión ha sido utilizada de manera extensa para envolver caramelos por torsión de uno o ambos extremos del elemento laminar. Estos elementos laminares para envoltura con torsión están constituidos mediante un elemento laminar de celofán y un elemento de polietileno orientado uníaxialmente o un elemento laminar de cloruro de polivinilo.
No obstante, los elemento laminares de celofán no son preferentes porque el coste de producción es elevado debido a la necesidad de tratamiento de los contaminantes tóxicos generados durante su fabricación. Los elementos laminares de polietileno orientado uníaxialmente o de cloruro de polivinilo, por otra parte, presentan el problema de insuficientes propiedades de fijación por torsión.
Por lo tanto, han habido intentos de preparar elementos laminares de poliéster con buenas características de envoltura con torsión y características mecánicas y químicas, sin problemas ambientales o higiénicos para los alimentos.
Por ejemplo, en la Publicación de Patente Japonesa a Inspección Publica Nº Hei 2-127022 se da a conocer la preparación de un elemento laminar de poliéster para envoltura con torsión por extrusión en fusión de una resina de poliéster con una viscosidad intrínseca de 0,5 \sim 1 y una viscosidad en fusión superior a 2.300 poise a 265ºC con un estirado a una proporción de 2 - 150 y enfriamiento entre un primer rodillo de enfriamiento a una temperatura de 40ºC, aproximadamente la temperatura de transición a estado vítreo (Tg) y un segundo rodillo de enfriamiento con una temperatura de Tg \sim Tg + 15ºC.
Además, la Solicitud de Patente Japonesa a Inspección Pública Nº Sho 61-277422 da a conocer un procedimiento para la preparación de un elemento laminar de poliéster que tiene una turbidez superior a 6% por extrusión en fusión de un copolímero de poliéster fabricado a partir de ácido tereftálico y una mezcla de 1,4-butanodiol y polietilen glicol de peso molecular 106\sim550 y enfriando por contacto del elemento laminar con un tambor de enfriamiento a una temperatura de 50\sim80ºC durante un tiempo superior a 8 segundos.
No obstante, los procedimientos antes indicados adolecen de poca capacidad de proceso y la capacidad de impresión del elemento laminar resultante no es satisfactorio. Además, la Solicitud de Patente Japonesa a Inspección Pública Nº Sho 57-102317 da a conocer un elemento laminar de poliéster tubular para envoltura con torsión preparado por extrusión de una resina de poliéster que tiene una viscosidad intrínseca superior a 0,8 para conseguir una hoja y someter a estirado biaxial la hoja con una proporción de 3\sim4. La Solicitud de Patente Japonesa a Inspección Pública Nº Sho 57-66933 da a conocer un procedimiento para la preparación de un elemento laminar de poliéster tubular que tiene un grosor de 60 micras o menos por extrusión de una resina de poliéster que tiene una viscosidad intrínseca superior a 0,72 y una viscosidad en fusión superior a 6000 pose a 265ºC haciéndolo pasar por una matriz anular, soplando a una proporción superior a 1 y sometiendo a estirado en frío.
No obstante, estos elementos laminares tubulares tienen también los problemas de poca capacidad de proceso y capacidad de impresión poco satisfactoria.
La Solicitud de Patente Japonesa a Inspección Pública Nº Sho 51-19049 da a conocer un elemento laminar de poliéster orientado biaxialmente que comprende 95\sim30% en peso de un poliéster con un punto de fusión superior a 180ºC y 5\sim70% en peso de un poliéster de bajo peso molecular con una viscosidad intrínseca de 0,35 o menos. No obstante, este elemento laminar se rompe fácilmente durante el proceso de fabricación del mismo.
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Resumen de la invención
De acuerdo con ello, es un objetivo principal de la presente invención dar a conocer un elemento laminar de poliéster que tiene características mejoradas de envoltura con torsión, capacidad de impresión y capacidad de proceso, además de características mecánicas y químicas mejoradas, siendo aceptable desde el punto de vista ambiental y de seguridad sanitaria de los alimentos.
El objetivo indicado de la presente invención se puede conseguir mediante un elemento laminar de poliéster orientado biaxialmente preparado al someter a estirado biaxial una hoja de poliéster que tiene una temperatura de transición a estado vítreo (Tg) de 60ºC o superior, en direcciones longitudinal y transversal, siendo llevado a cabo el estirado en dirección longitudinal a una temperatura comprendida en un intervalo entre el Tg de la hoja de poliéster y Tg + 30ºC y el estirado en dirección transversal se lleva a cabo a una temperatura en un intervalo entre el Tg de la hoja de poliéster más 10ºC y Tg + 40ºC, en el que el elemento laminar orientado biaxialmente tiene un peso especifico de 1,38 o menos y un grado de cristalización menor de 40% y una capacidad de retención de pliegue ("dead-fold") mínima de 60% definida del modo siguiente:
Capacidad de retención de pliegue (%) = (180-\theta) x 100/180
en la que \theta es el ángulo formado cuando una hoja de un elemento laminar de poliéster es plegada bajo una presión de 30 psi durante 3 segundos a temperatura ambiente y la hoja plegada es mantenida en posición vertical durante 1 hora, en el que la hoja de poliéster es preparada a partir de una o varias resinas obtenidas por policondensación de un componente de ácido dicarboxílico y un componente de alquilen glicol.
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Breve descripción de los dibujos
Los anteriores y otros objetivos y características de la presente invención quedarán evidentes de la descripción siguiente de la invención, conjuntamente con los dibujos adjuntos en los que se muestran respectivamente:
Figuras 1 a 3: diagramas esquemáticos para la medición de la capacidad de retención de pliegues del elemento laminar de poliéster de acuerdo con una realización de la presente invención;
Figura 4: diagrama esquemático para la medición de la fijación de la torsión en dirección transversal del elemento laminar de poliéster de acuerdo con una realización de la presente invención.
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Descripción detallada de la invención
El elemento laminar de poliéster orientado biaxialmente de acuerdo con la presente invención tiene una capacidad de retención de pliegue no inferior a 60%, definida por la siguiente ecuación:
Capacidad de retención de pliegue (%) = (180-\theta) x 100/180
en la que \theta es el ángulo de plegado formado cuando una hoja de un elemento laminar de poliéster es plegada bajo una presión de 30 psi durante 3 segundos a temperatura ambiente y la hoja doblada es mantenida en posición vertical durante 1 hora, (ver figura 3).
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El elemento laminar de poliéster orientado biaxialmente según la presente invención puede ser preparado por estirado de una hoja de poliéster de manera que el producto de las proporciones de estirado longitudinal y transversal se encuentra dentro de un intervalo de 4 a 20.
De acuerdo con el ejemplo preferente de la presente invención, el estirado en dirección longitudinal es llevado a cabo a una temperatura entre Tg de la hoja de poliéster y Tg + 30ºC y el estirado en dirección transversal a Tg + 10ºC\simTg + 40ºC.
El elemento laminar de poliéster orientado biaxialmente según la presente invención puede tener un índice de refracción superior a 1,6, en dirección longitudinal o transversal.
El elemento laminar de poliéster orientado biaxialmente según la presente invención puede ser preparado por estirado biaxial de una hoja de poliéster en direcciones longitudinal y transversal, siendo fabricada la hoja de poliéster a partir de una o varia resinas obtenidas por policondensación de un componente ácido que comprende un ácido dicarboxílico aromático con un componente de glicol.
En una realización preferente, el ácido dicarboxílico aromático es dimetil tereftalato o ácido tereftálico. También es preferible que el componente ácido comprenda además otros ácidos dicarboxílicos aromáticos tales como ácido isoftálico, ácido naftalen dicarboxílico, dimetil isoftalato, dimetil-2,6-naftalen dicarboxiláto, etc.
Es preferible que el alquilen glicol sea etilen glicol. También es preferible que el alquilen glicol comprenda además otro componente de alquilen glicol tal como dimetilen glicol, trimetilen glicol, tetrametilen glicol, 1,4-ciclohexan dimetanol o 2,2-dimetil(-1.3-propano)diol.
En una realización preferente, el Tg de la resina de poliéster utilizada en la presente invención es de 60ºC o superior. Si la temperatura Tg de la resina de poliéster es menor de 60ºC las características mecánicas y térmicas del poliéster resultan poco satisfactorias.
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La hoja de poliéster utilizada en la presente invención puede ser preparada a partir de una mezcla de resinas de poliéster obtenida por polimerización del ácido dicarboxílico aromático antes mencionado y un componente de glicol.
El elemento laminar de poliéster orientado biaxialmente de acuerdo con la presente invención puede comprender además otros componentes tales como un catalizador de policondensación, dispersantes, generadores electroestáticos, agentes antiestáticos, agentes antibloqueantes y lubricantes inorgánicos.
El elemento laminar de poliéster orientado biaxialmente según la presente invención es preparado por estirado biaxial de una hoja de poliéster que tiene una temperatura de transición a estado vítreo de 60ºC o superior de manera que el elemento laminar tenga un peso específico de 1,38 o menos.
El peso específico del elemento laminar de poliéster es una medida de la cristalinidad del elemento laminar y la relación entre el peso específico y la cristalinidad se pueden expresar de la manera siguiente:
Xc = {dc x (d - da)} x 100/{d x (dc -da)}
en la que, Xc es el grado de cristalización (%), d es el peso específico, dc es el peso específico para una cristalización de 100% (1,455 en caso de polietilen tereftalato) y da es el peso específico al 100% amorfo (1,335 en el caso de polietilen tereftalato).
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De acuerdo con la ecuación anterior, cuando el peso específico de un elemento laminar es de 1,38, el grado de cristalización del mismo es aproximadamente 40%.
El grado de cristalización de un elemento laminar de poliéster es un importante factor que influye en la capacidad de retención de pliegues y características de envoltura con torsión del elemento laminar. De este modo, si el grado de cristalización es superior a 40%, la capacidad de retención de pliegue y características de envoltura con torsión resultan poco satisfactorias.
El grado de cristalización de un elemento laminar de poliéster depende en general de las condiciones del proceso tales como proporción de estirado o temperatura del estirado. El elemento laminar de poliéster según la invención es estirado en dirección longitudinal a una temperatura de Tg\simTg + 30ºC. El estirado en dirección transversal es llevado a cabo a una temperatura de Tg + 10ºC\simTg + 40ºC.
Si el estirado longitudinal es llevado a cabo a una temperatura inferior Tg, o si el estirado transversal es llevado a cabo a una temperatura inferior Tg+10ºC, la superficie del elemento laminar adquiere turbidez debido al estirado en frío. Por otra parte, si el estirado longitudinal se lleva a cabo a una temperatura superior a Tg + 30ºC o si el estirado transversal es llevado a cabo a una temperatura superior a Tg + 40ºC, las características de envoltura con torsión resultan poco satisfactorias debido a que el grado de cristalización es excesivo.
Además, es preferible que la proporción de torsión en dirección transversal no es inferior a 2 y el producto de las proporciones de estirado en direcciones longitudinal y transversal se encuentra dentro del intervalo de 4 a 20. El grado de cristalización de un elemento laminar de poliéster orientado biaxialmente preparado tal como se ha descrito en lo anterior resultan menor de 40% (corresponde a un peso específico de 1,38 en el caso de polietilen tereftalato) y este elemento laminar muestra características mejoradas de envoltura con torsión. Si la proporción de estirado transversal es menor de 2, el grosor del elemento laminar no resulta uniforme. Por lo tanto, es preferible que la proporción de estirado en dirección transversal se mantenga con un valor de 2 o más.
Además, si el producto de las proporciones de estirado en direcciones longitudinal y transversal es menor de 4, la orientación del elemento laminar en dirección longitudinal no es suficiente y, por lo tanto, el elemento laminar se rompe fácilmente en dirección transversal durante el proceso de fabricación del mismo. Por otra parte, si el producto de las relaciones de estirado es superior a 20, la orientación del elemento laminar resulta excesiva y las características de envoltura con torsión del elemento laminar se deterioran.
Es preferible que el elemento laminar de poliéster orientado biaxialmente tenga un índice de refracción superior a 1,6, en dirección longitudinal o transversal.
La capacidad de retención de pliegue en direcciones longitudinal y transversal del elemento laminar de la invención es como mínimo 60%, preferentemente como mínimo 70%. Si la capacidad de retención de pliegue es menor de 60% las características de envoltura con torsión resultan poco satisfactorias.
Además, la característica de torsión en dirección transversal del elemento laminar depende de la capacidad de retención de pliegue en dirección longitudinal de propio elemento laminar. Por otra parte, la característica de torsión en dirección longitudinal del elemento laminar depende de la capacidad de retención de pliegue en dirección transversal del elemento laminar. Por lo tanto, dependiendo de la utilización del elemento laminar, la capacidad de retención de pliegue en cualquier dirección se mantiene preferentemente en 60% o más. Preferentemente, el elemento laminar de la invención tiene una capacidad de retención de pliegue de, como mínimo, 60% en ambas direcciones.
La presente invención se describe además y se ilustra en los ejemplos que, no obstante, no están destinados a limitar el alcance de la presente invención.
Los elementos laminares de poliéster fabricados en los ejemplos fueron examinados en cuanto a las siguientes características.
(1) Peso específico: método del tubo de gradiente de densidad (ASTM D1505, JIS K7112).
(2) Índice de refracción: índices de refracción en las direcciones longitudinal y transversal del elemento laminar medidas con un refractor Abbe.
(3) Capacidad de retención de pliegue permanente ("dead-fold")(%).
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a. Dirección transversal
Tal como se ha mostrado en la figura 1, una muestra de elemento laminar (10) de 10 cm (dirección transversal) x 1 cm (dirección longitudinal) es plegada en el punto que corresponde a 9 cm en dirección transversal. Utilizando un medio (20) de aplicación de presión (Sentinel Brand Machine, Model Nº 12-AS, Hot-Press, Packaging Industries Group, Inc., Hyannis, MA 02601, USA), se aplica uniformemente una presión de 30 psi sobre la parte plegada de la muestra del elemento laminar a una temperatura ambiente (de 23\sim25ºC) durante 3 segundos tal como se muestra en la figura 2. A continuación, la muestra del elemento laminar es mantenida en posición vertical durante 1 hora y se mide el ángulo (\theta) formado en una parte plegada de la muestra de elemento laminar. La capacidad de retención de pliegue (%) se determina por la siguiente ecuación.
Capacidad de retención de pliegue(%) = (180-\theta) x 100/180
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b. Dirección mecánica
Se repitió el procedimiento anterior utilizando una muestra de elemento laminar (10) de 10 cm (dirección transversal) x 1 cm (dirección longitudinal).
(4) Fijación de la torsión en dirección transversal.
Tal como se muestra en la figura 4, una muestra de elemento laminar de 10 cm (dirección transversal) x 7 cm (dirección longitudinal) es preparada y se envuelve con ella un caramelo duro por giro de 540º (1,5 vueltas) en dirección transversal. El caramelo envuelto se dejo reposar durante 24 horas y se midió el ángulo de torsión conservado. La fijación de la torsión se determina del modo siguiente:
Fijación de la torsión (%) ángulo de torsión conservado/ángulo de torsión inicial (540º).
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(5) Temperatura de transición a estado vítreo.
Calorímetro de escaneado diferencial (Perkin-Elmer DSC-7)
Elevación de temperatura 20ºC/minuto
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(6) Resistencia del elemento laminar (ASTM D882).
La resistencia en la rotura fue medida utilizando una muestra de 100 mm x 15 mm con una velocidad de
200 mm/minuto y una temperatura ambiente de (23\pm2ºC).
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(7) Diferencia de grosor del elemento laminar.
El grosor del elemento laminar fue medido en 50 puntos que fueron dispuestos a intervalos de 5 cm en ambas direcciones longitudinal y transversal.
Diferencia de grosor (%) = (Tmax - Tmin) x 100/Tave
en la que Tmax es el grosor máximo del elemento laminar; Tmin es el grosor mínimo del elemento laminar; y Tave es el grosor promedio del elemento laminar.
Ejemplo 1
100 partes por mol de dimetil tereftalato y 180 partes por mol de etilen glicol fueron colocados en un autoclave dotado de una columna de destilación, calentado a 150ºC y se añadió a la misma acetato de manganeso (catalizador de interesterificación) en una proporción de 0,05% en peso basada en el peso de dimetil tereftalato. Con la retirada del metanol formado, se elevó la temperatura a 220ºC durante un periodo de 120 minutos. Después de terminar la interesterificación, se añadió trimetilfosfato (estabilizante) en una proporción de 0,045% en peso basado en el peso de dimetil tereftalato y se añadió dióxido de silicio con un diámetro promedio de partículas de 2 micras (agente antibloqueante) en una cantidad de 0,1% en peso basado en la cantidad de dimetil tereftalato. Después de 10 minutos, se añadió trióxido de antimonio (catalizador de polimerización) en una cantidad de 0,03% en peso basado en el peso del dimetil tereftalato y el producto resultante fue transferido a un segundo reactor dotado de una unidad de vacío con reacción a 280ºC durante unos 140 minutos obteniendo un polietilen tereftalato (Tg 78ºC) con una viscosidad intrínseca de 0,66 dl/g.
El poliéster obtenido de este modo fue fundido a 280ºC, extrusionado a través de una matriz en forma de T con una anchura de 820 mm y enfriado por un rodillo de moldeo mantenido a 30ºC obteniendo una hoja amorfa con una anchura de 780 mm y un grosor de 225 micras.
La hoja amorfa fue sometida a estirado con una proporción de 3 en dirección longitudinal a 94ºC y, a continuación, fue sometida a estirado 3 veces en dirección transversal a 100ºC, obteniendo un elemento laminar de poliéster estirado biaxialmente con una anchura de 2.250 mm y un grosor de 25 micras.
Las condiciones de estirado para el elemento laminar de poliéster obtenido en lo anterior se muestran en la tabla 1 y las características del elemento laminar, es decir resistencia, peso específico, cristalización, índice de refracción, capacidad de retención de pliegue y fijación con torsión fueron medidas y se muestran en la tabla 2.
Ejemplos 2 a 10 y ejemplos comparativos 1 a 5
El procedimiento del ejemplo 1 fue repetido excepto que se utilizaron las diferentes características de estirados mostradas en la tabla 1. Las características y resultado de los elementos laminares de poliéster orientados biaxialmente se muestran en la tabla 2.
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(Tabla pasa a página siguiente)
TABLA 1
1
TABLA 2
2
\quad
a) no se formo un elemento laminar satisfactorio debido a poca capacidad de proceso.
\newpage
Utilizando cada uno de los elementos laminares de poliéster orientados biaxialmente obtenidos en los ejemplos 1 a 10 y en los ejemplos comparativos 1 a 5, se envolvieron con torsión caramelos de tipo duro a una velocidad de 60 piezas/minuto. Si el elemento laminar se rompía durante el proceso de envoltura o si se liberaba más del 5% de los caramelos envasados después de 24 horas el elemento laminar era considerado "poco satisfactorio". Tal como se ha mostrado en la tabla 2, el elemento laminar de los ejemplo 1 a 10 muestra características mejoradas para envoltura con torsión mientras que los elementos laminares de los ejemplos comparativos 1 a 5 se evaluaron como poco satisfactorios.
Por lo tanto, los elementos laminares de poliéster orientados biaxialmente según la invención tienen una buena capacidad de retención de pliegue lo que es útil para la envoltura con torsión de caramelos además de las características intrínsecas del elemento laminar de poliéster tales como elevada estabilidad térmica, resistencia a la intemperie, característica física y resistencia química.
Si bien la invención se describe con respecto a las realizaciones específicas anteriores, se debe observar que se pueden realizar diferentes modificaciones y cambios en la invención por los técnicos en la materia que quedarán incluidas asimismo en el ámbito de la invención tal como se define en las siguientes reivindicaciones.

Claims (8)

1. Elemento laminar de polímero orientado biaxialmente preparado por estirado biaxial de una hoja de poliéster que tiene una temperatura de transición a estado vítreo (Tg) de 60ºC o superior en las direcciones longitudinal y transversal, siendo llevado a cabo el estirado en dirección longitudinal a una temperatura dentro del intervalo de Tg de la hoja de poliéster Tg + 30ºC y el estirado en dirección transversal es llevado a cabo a una temperatura dentro del intervalo de Tg de la hoja de poliéster + 10ºC y Tg + 40ºC, en el que el elemento laminar orientado biaxialmente tiene un peso específico de 1,38 o menos y un grado de cristalización de menos de 40% y una capacidad de retención de pliegue mínima de 60% definida del modo siguiente:
Capacidad de retención de pliegue (%) = (180-\theta) x 100/180
en la que \theta es el ángulo formado cuando se pliega la hoja del elemento laminar de poliéster bajo una presión de 30 psi durante 3 segundos a temperatura ambiente y la hoja plegada se mantiene en posición vertical durante 1 hora, mientras que la hoja de poliéster es preparada a base de una o varias resinas obtenidas por policondensación de un componente de ácido dicarboxílico y un componente de alquilen glicol.
2. Elemento laminar orientado biaxialmente según la reivindicación 1, en el que el componente de ácido dicarboxílico comprende dimetil tereftalato o ácido tereftálico.
3. Elemento laminar orientado biaxialmente según la reivindicación 2, en el que el componente de ácido dicarboxílico comprende además, como mínimo, un ácido dicarboxílico aromático seleccionado entre el grupo que comprende ácido isoftálico, ácido naftalen dicarboxílico, dimetil isoftalato y dimetil-2,6-naftalen dicarboxilato.
4. Elemento laminar orientado biaxialmente según la reivindicación 1, en el que el componente de alquilen glicol comprende etilen glicol.
5. Elemento laminar orientado biaxialmente según la reivindicación 4, en el que el componente de alquilen glicol comprende además, como mínimo, un alquilen glicol seleccionado del grupo que comprende dietilen glicol, trimetilen glicol, tetrametilen glicol, 1,4-ciclohexano dimetanol y 2,2-dimetil(-1,3-propano)diol.
6. Elemento laminar orientado biaxialmente según la reivindicación 1, en el que el producto de las proporciones de estirado en direcciones longitudinal y transversal se encentran en el intervalo de 4 a 20.
7. Elemento laminar orientado biaxialmente según la reivindicación 1, en el que los índices de refracción del elemento laminar tanto en dirección longitudinal como transversal son de 1,6 o superiores.
8. Elemento laminar orientado biaxialmente según la reivindicación 1, en el que el elemento laminar es utilizado para envoltura con torsión.
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