ES2341098T3 - Estructuras de peliculas termoplasticas con una capa externa de bajo punto de fusion. - Google Patents
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Abstract
Una estructura de película coextruida, orientada biaxialmente que comprende una capa base que comprende un polímero termoplástico y una primera capa externa que comprende un polímero termoplástico que tiene un punto de fusión no mayor de 230ºF (110ºC) caracterizada por: - el polímero termoplástico de la capa base es un homopolímero de propileno isotáctico que tiene un isotacticidad de 89 a 99%, un punto de fusión de 311ºF (155ºC) a 329ºF (165ºC) y una velocidad de flujo de fusión de 0,5 a 15 g/10 minutos medida según ASTM D1238, y - el polímero termoplástico de la primera capa externa se selecciona del grupo que consiste en plastómeros de etileno, copolímeros de etileno-acetato de vinilo, copolímeros de etileno-ácido acrílico o terpolímeros, y sus mezclas, la estructura de película se prepara coextruyendo materiales fusionados que se corresponden con cada capa individual de la estructura de película a través de un troquel para formar una lámina de película coextruida y simultáneamente orientando de forma biaxial la lámina de película coextruida sobre una línea usando motores lineales que propelen directamente pares opuestos de enganches de bastidor sincrónicamente.
Description
Estructuras de películas termoplásticas con una
capa externa de bajo punto de fusión.
La invención se refiere a estructuras de
películas termoplásticas de multicapas que comprenden al menos una
capa exterior de punto de fusión bajo, y los métodos de producción
de estructuras de películas termoplásticas de multicapas que
comprenden al menos una capa exterior de punto de fusión bajo.
Las estructuras de películas termoplásticas se
usan en una amplia variedad de aplicaciones. De los muchos tipos
diferentes de estructuras de películas termoplásticas, las llamadas
estructuras de películas de polipropileno orientadas (OPP), que
incluyen las estructuras de películas de propileno orientadas
biaxialmente (BOPP), que comprenden al menos una capa que contiene
polipropileno, son una elección muy popular. Las estructuras de
películas OPP poseen excelentes características ópticas y mecánicas,
además de características de barrera excelentes, por ejemplo
características de barrera de humedad. Las estructuras de películas
OPP, sin embargo, no son ideales en todos los
aspectos.
aspectos.
Por ejemplo, las aplicaciones de
empaquetamiento, aplicaciones de laminación y aplicaciones de
adhesión al metal son algunos de los ejemplos de la amplia variedad
de aplicaciones en las que las estructuras de películas
termoplásticas pueden emplearse. Para muchas aplicaciones de
empaquetamiento, la estructura de película debe de mostrar buenas
características de sellado. Para las aplicaciones de laminación, la
estructura de película tiene que lograr uniones de laminación
fuertes con el sustrato al cual está siendo laminada. La capa
metálica de una estructura de película metalizada debe adherirse
fuertemente a la capa metalizada de la estructura de película.
La extensión de las estructuras de películas de
OPP no modificadas en las aplicaciones de empaquetamiento,
laminación, y adhesión a metal ha sido de alguna manera entorpecida
por las dificultades asociadas con proporcionar una estructura de
película OPP que posea: características de sellado por calor
adecuadas en un intervalo de temperaturas amplio para las
aplicaciones de empaquetamiento; fuerzas de unión de la laminación
adecuadas para las aplicaciones de laminación; o adhesión de metal
adecuada para las estructuras de película metalizada.
Una solución ha sido aplicar un recubrimiento
que tenga características excelentes de sellado por calor,
laminación y/o características metalizantes sobre una superficie
externa de una estructura de película OPP. Un ejemplo de tal
recubrimiento es un recubrimiento que comprende un polímero de bajo
punto de fusión.
Según una aproximación, un recubrimiento que
comprende un polímero de bajo punto de fusión se aplica sobre una
superficie externa de una estructura de película que contiene
polipropileno vía un procedimiento de recubrimiento fuera de línea.
Por ejemplo, si el objetivo es proporcionar una estructura de
película orientada biaxialmente que tiene un recubrimiento sobre
una superficie externa de la misma, un procedimiento de
recubrimiento fuera de línea aplicaría el recubrimiento a la
estructura de película después de que la estructura de película haya
sido formada y orientada tanto en la dirección de la máquina como
en la dirección transversal. El recubrimiento fuera de línea, sin
embargo, puede ser extremadamente costoso, requiriendo equipamiento
costoso, tal como hornos de secado, sistemas de recuperación de
disolventes, y similares.
Según una aproximación diferente, un
recubrimiento que comprende un polímero de bajo punto de fusión
puede aplicarse sobre una superficie externa de una estructura de
película que contiene polipropileno vía un procedimiento de
recubrimiento de extrusión en línea. En un procedimiento de
recubrimiento de extrusión en línea, que puede usarse en conjunción
con un orientador de bastidor secuencial, un recubrimiento que
comprende un polímero de bajo punto de fusión se aplica sobre una
superficie externa de una estructura de película que contiene
polipropileno después de que la estructura de película se ha formado
y después orientado en la dirección de la máquina, pero antes de
que la estructura de película haya sido orientada en la dirección
transversal.
Independientemente de si la técnica de
recubrimiento es o no en línea, la adhesión de la unión obtenida
entre la capa que contiene el polipropileno y ciertos polímeros de
bajo punto de fusión que pueden servir como recubrimiento, tales
como un copolímero de acetato de vinil etileno (EVA), puede ser
menos que adecuada.
Un método para mejorar la fuerza de la unión es
un tratamiento de corona del sustrato antes del recubrimiento de
extrusión, por ejemplo, el copolímero EVA, sobre ello, o tratar con
ozono, por ejemplo, el copolímero de EVA, antes de ponerlo en
contacto con el sustrato. La fuerza de la unión, sin embargo, no es
siempre suficiente con alguno de estos métodos, y además, el olor y
la capacidad corrosiva del ozono son problemas.
Un método confiable para alcanzar una adhesión
de unión grande es aplicar una capa de imprimación entre el
sustrato y el recubrimiento de bajo punto de fusión. Ejemplos de
imprimadores adecuados incluyen imprimadores tipo iminas,
imprimadores basados en agua e imprimadores de tipo poliuretano. La
aplicación de un imprimador, sin embargo, hace el procedimiento (i)
más complicado, ya que la solución del imprimador tiene que
prepararse y diluirse, e (ii) más caro, ya que el tiempo de secado
para el imprimador limita la velocidad de recubrimiento.
\newpage
Sería ventajoso poder proporcionar, sin la
necesidad de un imprimador, una estructura de película que exhibiera
adhesión de unión buena entre un polímero de bajo punto de fusión
recubierto por extrusión, tal como un recubrimiento de copolímero
EVA, y el sustrato al cual se aplica el recubrimiento.
Además, debe apreciarse que con el recubrimiento
vía fuera de línea, se proporciona una estructura de película en
donde el recubrimiento de bajo punto de fusión no ha sido en
absoluto orientado. Por medio del recubrimiento de extrusión en
línea, se proporciona una estructura de película, en donde el
recubrimiento de bajo punto de fusión se ha orientado solamente en
una dirección, por ejemplo, la dirección trasversal.
El documento de patente internacional WO
98/37140 describe una película multicapa orientada que comprende al
menos una capa externa que comprende un copolímero de etileno que
tiene una densidad de 0,9 a 0,935 g/cm^{3} en contacto con una
capa central de polipropileno hecho por coextrusión de dichas capas
y la orientación subsecuente hecha usando el método del bastidor
secuencial. Sin embargo los intentos para fabricar una estructura de
película orientada biaxialmente, coextruida que comprenda al menos
una capa de base que contiene un polipropileno y una capa externa
que comprende un polímero de bajo punto de fusión se han dificultado
por la etapa de orientación de la dirección de la máquina en los
métodos convencionales de estructuras de películas orientadas
biaxialmente. Específicamente, la etapa de orientación de la
dirección de la máquina puede requerir temperaturas del rodillo de
orientación de la dirección de la máquina (MDO) por encima de
alrededor de 220ºF (104ºC) para estirar adecuadamente la capa
base. Por tanto, un polímero de bajo punto de fusión no puede ser
coextruido y orientado en la dirección de la máquina orientada por
dicho método ya que un polímero de bajo punto de fusión que contacta
con los rodillos MDO a tales temperaturas tiende desfavorablemente
a pegarse a los rodillos de MDO. Otras complicaciones que se
originan al poner en contacto una capa externa de polímero de bajo
punto de fusión con los rodillos MDO de relativamente alta
temperatura incluyen formación de residuos, defectos ópticos, y el
potencial de formar agujeros en las hojas de película lo que conduce
a roturas y a la interrupción de la producción.
Por tanto sería ventajoso poder coextruir y
orientar biaxialmente una estructura de película que comprende al
menos una capa base que contiene polipropileno y una capa externa
que comprende un polímero de bajo punto de fusión.
Se proporciona una estructura de película
orientada biaxialmente, coextruida que comprende al menos una capa
base que comprende un polímero termoplástico y una primera capa
exterior que comprende un polímero termoplástico de punto de fusión
bajo seleccionado del grupo que consiste en plastómeros de etileno,
copolímeros de etileno-acetato de vinilo (EVA),
copolímeros de etileno-ácido acrílico (EAA) o terpolímeros, y sus
mezclas, la película orientada biaxialmente, coextruida se prepara
coextruyendo mezclas que corresponden a cada capa individual de la
estructura de película a través de un troquel y después
simultáneamente estirando biaxialmente la lámina de película
coextruida en una línea usando motores lineares que propelen
directamente pares de enganches de bastidor sincrónicos.
El polímero termoplástico usado en la capa base
es un homopolímero de propileno isotáctico que tiene una
isotacticidad de 89 a 99% (medida por espectroscopia de ^{13}C
RMN usando pentads del meso), un punto de fusión de 311ºF (155ºC) a
329ºF (165ºC), y una velocidad de flujo de fusión de 0,5 a 15 g/10
minutos (medida según ASTM D1238). El polímero de propileno
isotáctico puede producirse usando catalizadores de
Ziegler-Natta o catalizadores de metaloceno. Los
polipropilenos isotácticos catalizados por metalocenos fabricados
comercialmente o en desarrollo son EOD 96-21 y EOD
97-09, de Fina Oil y Chemical Co.,
EXPP-129, de ExxonMobil Chemical Co., y Novalen M,
de BASF GmbH., entre otros.
En ciertas realizaciones puede añadirse a la
capa base de 0,0002 a 8% en peso, basado en el peso del
polipropileno, más preferiblemente de 0,005 a 2% en peso, por
ejemplo, de 0,01 a 2% en peso, de un nucleador beta. Puede
emplearse cualquier tipo de nucleador beta, incluyendo nucleadores
beta de dos componentes. Alternativamente, una capa base de una
estructura de película según la presente invención puede no
comprender ningún nucleador beta.
Si se desea producir una estructura de película
opaca, pude dispersarse un agente(s) de cavitación en la
matriz polimérica de la capa base. Un agente(s) de
cavitación adecuado incluye cualquier material orgánico o inorgánico
que es incompatible con (el término "incompatible" se usa en
el sentido de que los materiales sean dos fases diferentes), y que
tiene un punto de fusión mayor que el polímero que forma la película
de la capa base, al menos en la temperatura de orientación. Por
ejemplo el agente(s) de cavitación puede ser cualquiera de
aquellos descritos en los documentos de patente de Estados Unidos
números 4.377.616 y 4.632.869. Ejemplos específicos del
agente(s) de cavitación incluyen el tereftalato de
polibutileno (PBT), nilón, una resina acrílica, un copolímero de
etileno-norboreno, esferas de vidrio preformadas
sólidas o huecas, cuentas o esferas de metal, esferas de cerámica,
carbonato cálcico, y sus combinaciones. Cuando se somete la capa
base que comprende un agente(s) de cavitación a una
orientación uniaxial o biaxial, se forma una cavidad, proporcionando
una película que tiene apariencia opaca.
El tamaño de partícula del agente(s) de
cavitación puede ser, por ejemplo, de 0,1 micras a 10 micras, más
preferiblemente de 0,2 micras a 2 micras. El agente(s) de
cavitación puede ser de cualquier forma deseada. Por ejemplo, el
agente(s) de cavitación puede ser sustancialmente esférico.
El agente(s) de cavitación puede estar presente en la capa
base en una cantidad de menos del 30% en peso, por ejemplo de 2% en
peso a 20% en peso, por ejemplo, de 5% en peso a 10% en peso,
basado en el peso total de la capa base.
El agente(s) de cavitación puede estar
disperso en la matriz polimérica de la capa base mezclando el
agente(s) de cavitación y el polímero que forma la película
que proporciona la matriz polimérica a una temperatura superior al
punto de fusión del polímero que forma la película. Esta mezcla
puede realizarse en un aparato de extrusión, tal como un aparato de
extrusión de engranaje de tornillos gemelos que giran el uno con el
otro.
Para preservar la integridad estructural de la
capa base, puede coextruirse una capa fina del polímero que forma
la película de la capa base, sin el agente(s) de cavitación
sobre uno o ambos lados del polímero que forma la película de la
capa base. En este caso, el total de capas que contienen el
agente(s) de cavitación y de capas que no contienen el
agente(s) de cavitación puede considerarse como la capa base
total de la película.
La capa base puede también contener un
agente(s) de opacidad. Ejemplos de agente(s) de
opacidad incluyen el óxido de hierro, polvo de carbono, dióxido de
titanio, talco, y sus combinaciones. El agente(s) de opacidad
puede estar presente en la capa base en una cantidad de 1 a 15% en
peso, por ejemplo de 1% a 8% en peso, por ejemplo, de 2% a 4% en
peso, basado en el peso total de la capa base. El aluminio es otro
ejemplo de un agente de opacidad que puede usarse en la capa base
de la estructura de película presente. El aluminio puede estar
incluido en la capa base como un agente de opacidad en una cantidad
del 0,01% al 1,0% en peso, por ejemplo de 0,25% a 0,85% en peso,
basado en el peso total de la capa base.
La capa base puede además comprender una o más
resinas de hidrocarburos. La resina(s) de hidrocarburo puede
estar presente en la capa base en una cantidad total del 1% al 15%
en peso, por ejemplo de 1% a 12% en peso, por ejemplo, de 2% a 6%
en peso, basado en el peso total de la capa base.
La resina(s) de hidrocarburo puede ser un
hidrocarburo de peso molecular bajo que es compatible con el
polímero que forma la película de la capa base. La resina(s)
de hidrocarburo puede, opcionalmente, estar hidrogenada. La
resina(s) de hidrocarburo puede tener un peso molecular medio
menor de 5.000, por ejemplo menor de 2.000, por ejemplo de 500 a
1,000. La resina(s) puede ser natural o sintética y puede
tener un punto de reblandecimiento en el intervalo de 140ºF a 356ºF
(60ºC a 180ºC). Un ejemplo específico de una resina de hidrocarburo
que puede estar contenida en la presente capa base es cualquiera de
las resinas de hidrocarburo descritas en el documento de patente de
Estados Unidos número 5.667.902 para Brew, et al.. Ejemplos
específicos incluyen, pero no están limitados a, resinas de
petróleo, resinas de terpenos, resinas de estireno, y resinas de
ciclopentadieno. Ejemplos de resinas hidrogenadas comercializadas
incluyen PICCOLYTE, REGALREZ, y REGALITE, todas las cuales pueden
obtenerse de Hercules Corp., ESCOREZ, comercializada por ExxonMobil
Chemical Co., y ARKON, comercializada por Arakawa Chemical Co.
Una resina saturada alicíclica es un ejemplo
adicional de una resina de hidrocarburo que puede incluirse en la
capa base de la presente estructura de película. Las resinas
saturadas alicíclicas tienen un punto de reblandecimiento en el
intervalo de 185ºF a 284ºF (85ºC a 140ºC), por ejemplo de 212ºF a
284ºF (100ºC a 140ºC), medido por la técnica del anillo y la bola.
Un ejemplo de una resina alicíclica saturada comercializada es
ARKON-P, comercializada por Arakawa Forest Chemical
Industries, Ltd. de Japón.
La capa base de la estructura de película es de
espesor suficiente para proporcionar propiedades generales, tales
como propiedades de barrera o de rigidez que son deseadas para la
protección del producto y el buen resultado del equipo de
empaquetamiento. En realizaciones preferidas, el espesor de la capa
base está en el intervalo de 50% a 99% del espesor total de la
estructura de película.
La estructura de película comprende al menos una
primera capa externa. La primera capa externa comprende un polímero
termoplástico de punto de fusión bajo que tiene un punto de fusión
de no más de 230ºF (110ºC), por ejemplo, de 113ºF a 230ºF (45ºC a
110ºC). En el caso de polímeros más amorfos que puedan no tener un
punto de fusión cristalino bien definido, polímeros de punto de
fusión bajo adecuados incluyen aquellos que tienen un punto de
reblandecimiento de Vicat de no más de 85ºC (185ºF).
La primera capa externa comprende un polímero
termoplástico de punto de fusión bajo seleccionado del grupo que
consiste en plastómeros de etileno, copolímeros de
etileno-acetato de vinilo (EVA), copolímeros de
etileno-ácido acrílico (EVA) o terpolímeros, y sus mezclas.
En general, los plastómeros de etileno son
plastómeros que forman películas que se producen por medio de
tecnología bien conocida de catalizador de sitio único (incluyendo
metalocenos), lo que permite un control muy preciso de (i) el
comonómero incorporado dentro de un polímero de etileno e (ii) la
distribución del peso molecular. Los plastómeros de etileno pueden
ser copolímeros de etilenos con \alpha-olefinas
de peso molecular mayor que tienen de 3 a 10 átomos de carbono,
tales como, por ejemplo, 1-buteno,
1-hexeno y 1-octeno. Los plastómeros
de etileno preferidos para uso como el plastómero formador de
película de la primera capa externa tienen una densidad en el
intervalo de 0,865 to 0,889 g/cm^{3} y un intervalo de pico de
punto de fusión de 120ºF a 185ºF (de 49ºC a 85ºC). Los plastómeros
de etileno están comercializados por ExxonMobil Chemical Company,
con la marca EXACT. Los plastómeros de etileno están comercializados
por Dow Plastics, Dow U.S.A., Midland, Mich., con la marca ENGAGE,
por ejemplo, ENGAGE EG8100 (un copolímero de
etileno/1-octeno), o AFFINITY.
Los copolímeros de
etileno-acetato de vinilo son copolímeros que forman
películas que tienen del 1% en peso al 45% en peso de contenido de
comonómero de acetato de vinilo, y el resto de etileno. Un intervalo
particularmente preferido de contenido de comonómero de acetato de
vinilo es del 5% en peso hasta el 30% en peso, por ejemplo, del 6%
en peso hasta el 21% en peso. Preferiblemente, el copolímero de
etileno-acetato de vinilo tiene un índice de fusión
de 0,5 a 28 g/10 minutos (ASTM D1238; 190ºC/2,16 kg) y un intervalo
de pico de punto de fusión de 113ºF a 212ºF (de 45ºC a 100ºC). Los
copolímeros de etileno-acetato de vinilo están
comercializados por, por ejemplo, ExxonMobil Chemical Company con
la marca ESCORENE ULTRA.
Los copolímeros y terpolímeros de etileno-ácido
acrílico (EAA) son copolímeros y terpolímeros que forman películas
que comprenden (i) polietileno, (ii) ácido acrílico, o sus mezclas
con, ácido metacrílico, y/o (iii) acrilato de alquilo, metacrilato
de alquilo, o sus mezclas por ejemplo, un copolímero de
etileno-acrilato de butilo, copolímero de
etileno-acrilato de etilo, etc. Por ejemplo, una
composición de resina terpolímera ácida etilénica puede comprender:
(i) de 0,5% en peso a 12% en peso de ácido acrílico, o sus mezclas
con ácido metacrílico; (ii) hasta el 20% en peso de acrilato de
alquilo, metacrilato de alquilo, o sus mezclas, preferiblemente de
6% en peso a 20% en peso de acrilato de alquilo, metacrilato de
alquilo, o sus mezclas, preferiblemente de 6% en peso a 20% en peso
de acrilato de alquilo, metacrilato de alquilo, o sus mezclas; e
(iii) el resto de polietileno. Copolímeros y terpolímeros EAA
preferidos para uso como los polímeros que forman películas de la
primera capa externa tienen un intervalo de punto de fusión de 140ºF
a 212ºF (de 60ºC a 100ºC). Ejemplos de copolímeros y terpolímeros
EAA incluyen ESCOR 5000 (índice de fusión=8 g/10 minutos (ASTM
D1238); densidad=0,931 g/cm^{3}; 6% en peso de ácido acrílico),
ESCOR 5050 (índice de fusión=8 g/10 minutos (ASTM D1238);
densidad=0,936 g/cm^{3}; 9% en peso de ácido acrílico), ESCOR
5100 (índice de fusión=8 g/10 minutos (ASTM D1238); densidad=0,940
g/cm^{3}; 11% en peso de ácido acrílico), que son copolímeros de
etileno-ácido acrílico que están comercializados, y ESCOR
AT-310 (índice de fusión=6 g/10 minutos (ASTM
D1238); densidad=0,943 g/cm^{3}) y ESCOR AT-320
(índice de fusión=5 g/10 minutos (ASTM D1238); densidad=0,953
g/cm^{3}), que son terpolímeros ácidos que están comercializados.
Las resinas ESCOR están comercializadas por ExxonMobil Chemical
Company.
La estructura de película puede comprender la
primera capa externa aplicada directamente sobre un lado de la capa
base, o la estructura de película puede comprender una o más capas,
intermedias, o de unión, entre la capa base y la primera capa
externa.
La estructura de película puede adicionalmente
comprender una o más capas sobre el lado de la capa base que es
opuesto al lado de la primera capa externa. Por ejemplo, la
estructura de película puede comprender una segunda capa externa
aplicada directamente sobre el lado de la capa base opuesto a la
primera capa externa, o la estructura de película puede comprender
una o más capas, intermedias, o de unión, entre la capa base y la
segunda capa externa.
La segunda capa externa, si está presente,
comprende una matriz polimérica que comprende un polímero que forma
películas.
En una realización de la invención, el polímero
que forma películas de la segunda capa externa es el mismo que el
polímero que forma películas de la primera, o sea, la segunda capa
externa es también un polímero de punto de fusión bajo.
En otras realizaciones de la invención, el
polímero que forma películas usado para formar la matriz polimérica
de la segunda capa externa puede escogerse de una lista de
materiales incluyendo, pero no limitada a, poliolefinas, tales como
polipropileno, polipropileno sindiotáctico, polipropileno de
densidad baja (LDPE), polietileno lineal de baja densidad (LLDPE),
polietileno de densidad media (MDPE), polietileno de densidad alta
(HDPE), copolímeros de etileno, tales como
etileno-acetato de vinilo y copolímeros de
etileno-alcohol vinílico, nilones, polímeros
injertados con grupos funcionales (incluyendo, pero no limitados a,
anhidrido maleico y anhidrido himico), mezclas de estos, etc. MDPE
tiene una densidad en el intervalo de 0,926 g/cm^{3} a 0,940
g/cm^{3}.
En ciertas realizaciones, puede ser deseable que
la segunda capa externa sea una capa sellable por el calor. Por
ejemplo, puede ser deseable que el polímero formador de películas de
la segunda capa externa comprenda copolímeros poliolefínicos,
terpolímeros o sus mezclas.
Copolímeros sellables por el calor adecuados
incluyen copolímeros de bloque o aleatorios de etileno y propileno,
butileno y propileno, y etileno y butileno. Un copolímero preferido
es un copolímero aleatorio de etileno-propileno
(EP) que generalmente contiene de 2 a 8% en peso de etileno,
específicamente de 3 a 7% en peso de etileno, el resto se completa
con propileno. El copolímero puede tener un índice de fusión de
446ºF (230ºC) generalmente en el intervalo de 2 a 15 g/10 minutos
(ASTM D1238), y preferiblemente de 3 a 8 g/10 minutos. El punto de
fusión cristalino es generalmente de 257ºF a 302ºF (de 125ºC a
150ºC) y el intervalo de peso molecular es de 25.000 a 100.000. La
densidad estará generalmente en el intervalo de 0,89 a 0,92
g/cm^{3}. Un ejemplo de un copolímero comercializado que puede
usarse como la segunda capa externa es 7880 PP, comercializado por
CHISSO.
Terpolímeros sellados por calor adecuados
incluyen terpolímeros de
etileno-propileno-buteno-1.
Un terpolímero preferido es un terpolímero de
etileno-propileno-buteno-1
(EPB) obtenido por interpolimerización al azar de 1 a 8 por ciento
en peso de etileno, preferiblemente de 3 a 7 por ciento en peso de
etileno con de 1 a 10 por ciento en peso de
1-buteno, preferiblemente de 2 a 8 por ciento en
peso de 1-buteno con propileno representando el
balance. Los susodichos terpolímeros EPB pueden caracterizarse por
un índice de fusión de 446ºF (230º C) de 2 a 16 g/10 minutos (ASTM
D1238), y ventajosamente de 3 a 7 g/10 minutos, un punto de fusión
cristalino de 212ºF a 284ºF (desde 100ºC a 140ºC), un peso
molecular medio de 25.000 a 100.000 y una densidad dentro del
intervalo de 0,89 a 0,92 g/cm^{3}. Un ejemplo de un copolímero
comercializado que puede usarse como la segunda capa externa es XPM
7510, comercializado por CHISSO.
Si una mezcla de terpolímero EPB y copolímero
EP se usa como segunda capa externa, la mezcla puede contener de 10
a 90 por ciento en peso de terpolímero EPB y preferiblemente de 40 a
60 por ciento en peso de terpolímero EPB, el resto se hace de
copolímero EP.
Según realizaciones adicionales de la invención,
la superficie externa de la segunda capa externa tiene una
apariencia brillante. Esto puede conseguirse de varias formas
conocidas en la técnica.
Por ejemplo, un polímero que posee
características ópticas de alto brillo cuando forma una película
puede específicamente seleccionarse como el polímero que forma la
película de la segunda capa externa. Ejemplos de tales polímeros
son bien conocidos en la técnica, e incluyen poliolefinas, tal como
homopolímeros de propileno o etileno. Pueden emplearse mezclas de
polímeros formadores de películas para la segunda capa externa,
siempre que no se emplee una combinación de polímeros
incompatibles. La presencia de dos o más polímeros incompatibles
puede afectar negativamente las características ópticas de
brillo.
Para asegurar además que el polímero formador de
películas seleccionado para la segunda capa externa proporcionará
una apariencia de brillo, el nivel de aditivos que interfieren con
el brillo, especialmente ciertos aditivos lubricantes, tal como
amidas grasas, aceite de silicona, y ciertos agentes antibloqueo,
añadidos a la segunda capa externa pueden controlarse, o si es
necesario, no añadirlos. Adicionalmente, o alternativamente, para
aumentar más la apariencia brillante del polímero que forma
películas seleccionado para la segunda capa externa, puede
aplicarse un recubrimiento específico tal como un recubrimiento de
poliuretano de alto brillo a la superficie externa de la segunda
capa externa.
Según realizaciones adicionales de la invención,
la superficie externa de la segunda capa externa tiene una
apariencia mate. Esto puede conseguirse de varias formas conocidas
en la técnica. Por ejemplo, una mezcla de dos o más polímeros
incompatibles puede emplearse como los polímeros formadores de
películas de la segunda capa externa, o un recubrimiento que
imparta un empañado puede aplicarse a la superficie externa de la
segunda capa externa. El documento de patente de los Estados Unidos
número 6.087.015 adjudicada a Cretekos, et al. proporciona
algún ejemplo específico de las capas de superficie sin brillo.
La capa(s) intermedia que se proporciona
opcionalmente entre la capa base y la primera capa externa y/o entre
la capa base y la segunda capa externa comprende una matriz
polimérica que comprende un polímero formador de películas.
Polímeros formadores de películas adecuados para formar la matriz
polimérica de la capa(s) intermedia incluyen, pero no están
limitados a, poliolefinas, tales como polipropileno, polipropileno
sindiotáctico, copolímeros de polipropileno, polietileno de baja
densidad (LDPE), polietileno de baja densidad lineal (LLDPE),
polietileno de densidad media (MDPE), polietileno de densidad alta
(HDPE), copolímeros de etileno, nilones, polímeros injertados con
grupos funcionales o mezclas de los mismos.
Aunque el espesor de la estructura de película,
y el espesor de las capas individuales de la estructura de la
película, no es crítico, en ciertas realizaciones, la estructura de
la película tiene un espesor total que varía entre 0,2 mil a 5 mil
(5 \mum a 130 \mum) preferiblemente de 0,4 mil a 2,5 mils (10
\mum a 65 \mum). El espesor de la capa base preferiblemente
varía de 50% a 99%, el espesor de cada capa intermedia, si hay
alguna, preferiblemente varía de 0% a 25%, y el espesor de cada
capa(s) externa varía preferiblemente de 1% a 15%, en donde,
para cada caso, el intervalo del ejemplo está basado en el espesor
total de la estructura de la película. En ciertas realizaciones, el
espesor de la capa de recubrimiento puede ser de 30 a 70%.
Para modificar o aumentar ciertas propiedades de
la estructura de película para usos finales específicos, es posible
que una o más de las capas contengan aditivos apropiados en
cantidades eficaces. Los aditivos preferidos incluyen, pero no
están limitados a agentes antibloqueantes, agentes antiestáticos,
modificadores del coeficiente de fricción (COF), ayudas de
procesado, colorantes, clarificantes, ionómeros y otros aditivos
conocidos para aquellos versados en la técnica.
De esta manera, una estructura de película según
la presente invención comprende al menos una capa base que
comprende un polímero termoplástico y al menos una primera capa
externa que comprende un polímero de bajo punto de fusión.
Al contrario que las estructuras de película
relacionadas de técnica anterior, sin embargo, cada una de las
capas individuales de las estructuras de película preparadas según
las realizaciones preferidas de la presente invención, que incluyen
una capa base y la primera capa externa, son coextruidas y
orientadas biaxialmente, por ejemplo, de 1,5 a 8 veces en la
dirección de la máquina y de 2 a 12 veces en la dirección
transversal, por ejemplo, de 4 a 6 veces en la dirección de la
máquina y de 8 a 10 veces en la dirección trasversal.
Según la invención, fundidos que corresponden a
cada una de las capas individuales de la estructura de película,
incluyendo la primera capa externa, son preparados y coextruidos a
través de un troquel, por ejemplo un molde de película plano o
molde de canal, enfriados, y después la lámina de película que
comprende las capas coextruidas se somete a un procedimiento de
orientación biaxial simultáneo que no emplea rodillos de orientación
de la dirección de la máquina (MDO). El resultado es una estructura
de película orientada biaxialmente, coextruida en donde el polímero
de bajo punto de fusión coextruido como la primera capa externa de
la estructura de película no se pega desventajosamente a ningún
rodillo MDO.
Específicamente, la orientación biaxial
simultánea procede sobre una línea que utiliza motores lineales para
directamente propeler pares opuestos de enganches de bastidor
sincrónicamente. Una lámina de película que comprende cada una de
las capas coextruidas de la estructura de película que se produce
puede orientarse principalmente sincrónicamente acelerando a lo
largo de un camino divergente una multitud de pares directamente
opuestos de enganches de bastidor que sostienen la lámina de
película, obteniéndose así simultáneamente la orientación biaxial y
proporcionando la estructura de película orientada biaxialmente.
Además la orientación en la dirección de la máquina secundaria en
el mismo bastidor puede realizarse a lo largo de un camino paralelo
o sustancialmente paralelo después del camino divergente
acelerando simultáneamente los pares de enganches del bastidor
directamente opuestos a lo largo de alguna parte del camino
paralelo.
El uso de motores lineales para impulsar
directamente los enganches de los bastidores para realizar el
estiramiento biaxial simultáneo se describe adicionalmente en la
patente de los Estados Unidos número 4.853.602 de Hommes et
al.
Como sería rápidamente comprendido por una
persona de habilidad ordinaria en la técnica, el estiramiento
simultáneo funciona igual de bien si la estructura de película que
se va a producir está limitada a una capa base y una primera capa
externa, o si la estructura de película que se va a producir
comprende cualquiera de las capas adicionales descritas aquí, que
incluye una o más capas intermedias y/o una segunda capa
externa.
Una o ambas de las superficies externas de la
estructura de película coextruida, orientada biaxialmente, o sea
una o ambas de la primera y segunda capa externa, o una o ambas de
la primera capa externa y de la capa base cuando la estructura de
película no incluye una segunda capa externa, puede ser tratada en
la superficie. El tratamiento superficial puede ser llevado a cabo
por cualquier método conocido en la técnica, incluyendo, pero no
limitado a, tratamiento de descarga de corona, tratamiento de llama,
o tratamiento de plasma. Aunque se emplean cualquiera de estas
técnicas eficazmente para tratar la superficie de las capa(s)
exterior(es), un método particularmente deseable de
tratamiento es el llamado método de tratamiento de corona, que
comprende exponer la superficie de la película a una descarga de
corona de alto voltaje mientras que la película pasa entre un par
de electrodos espaciados. La superficie de la capa(s)
exterior(es) puede tratarse hasta un nivel de tensión
superficial de al menos 35 dinas/cm (35 mN/m) por ejemplo, de 38 a
55 dinas/cm (38 to 55 mN/m), según el ASTM Standard
D2578-84.
Además, la superficie externa del lado de la
estructura de película coextruida, orientada biaxialmente que está
opuesta a la primera capa externa, o sea, la superficie externa de
la segunda capa externa, o la superficie externa de la capa base
cuando la estructura de película no incluye una segunda capa
externa, puede tener un recubrimiento aplicado por medio de por
ejemplo, un procedimiento de recubrimiento fuera de línea. Un
recubrimiento adecuado incluye, pero no está limitado a, un
recubrimiento acrílico, tales como los descritos en los documentos
de patente de Estados Unidos números 3.753.769 y 4.865.908, un
recubrimiento de acrilonitrilo, un recubrimiento de cloruro de
polivinilideno (PV dC), tales como los descritos en los documentos
de patente de Estados Unidos números 4.214.039, 4.447.494,
4.961.992, 5.019.447, y 5.057.177, un recubrimiento de alcohol de
polivinilo (PVOH), un recubrimiento de uretano, un recubrimiento de
epoxi, y sus mezclas.
Ejemplos de materiales PVOH comercializados
incluyen VINOL 125, 99,3+ % alcohol de polivinilo super hidrolizado
y VINOL 325, 98% alcohol de polivinilo hidrolizado, cada uno de los
cuales está comercializado por Air Products, Inc. Para ejemplos
adicionales de recubrimientos PVOH que puedan usarse para recubrir
la segunda capa externa, véase, por ejemplo, los documentos de
patente de Estados Unidos números 4.927.689, 5.230.963, y
5.547.764.
El recubrimiento puede aplicarse en una cantidad
tal que cuando se seque se depositará una capa lisa, uniformemente
distribuida, generalmente del orden de 0.01 a 1 mil (0,25 a 25
\mum) de espesor. Generalmente, el recubrimiento comprende de 1 a
25% en peso, preferiblemente de 7 a 15% en peso de la estructura de
película recubierta total. El recubrimiento de la estructura de
película se seca después con aire caliente, calor radiante o
cualquier otro medio conveniente.
Antes de la aplicación del recubrimiento, la
superficie externa del lado de la estructura de película coextruida,
orientada biaxialmente que está opuesta a la primera capa externa
puede ser imprimada con un material de imprimación. Un material de
imprimación apropiado incluye, pero no está limitado a, una
poli(etilenoimina) de imprimación y un epoxi de
imprimación.
La superficie externa del lado de la estructura
de película coextruida, orientada biaxialmente que está opuesta a
la primera capa externa, o sea, la superficie externa de la segunda
capa externa, la superficie externa de la capa base cuando la
estructura de película no incluya una segunda capa externa, o la
superficie externa del recubrimiento cuando se ha aplicado un
recubrimiento a ese lado de la estructura de película, puede ser
metalizada. La aplicación de una capa de recubrimiento metálico
puede realizarse por deposición al vacío, o cualquier otra técnica
de metalización, tal como el electroplateado o la deposición
electrónica. El metal de la capa de recubrimiento metálico puede
ser aluminio, o cualquier otro metal capaz de ser depositado al
vacío, electroplateado o depositado electrónicamente, tal como, por
ejemplo, oro, zinc, cobre, o plata. El espesor del recubrimiento
metálico depositado puede ser de 5 a 200 nanómetros (nm), por
ejemplo, de 10 a 100 nm, por ejemplo de 30 a 80 nm.
La provisión de una primera capa externa de un
polímero de punto de fusión bajo, o sea, un plastómero o EVA,
proporciona a la estructura de película una gran funcionalidad. Por
ejemplo, para aplicaciones de empaquetamiento, la primera capa
externa proporciona una estructura de película con características
de sellado excelentes. Para las aplicaciones de laminación, la
primera capa externa permite que la estructura de película consiga
uniones de laminación fuertes con el sustrato al cual está siendo
laminada. Además, la primera capa externa permite que la capa
metálica de una estructura de película metalizada se adhiera
fuertemente a la estructura de película.
Una estructura de película según la invención
puede usarse para sellado a baja temperatura, uso para
empaquetamiento de gran velocidad, sobre-laminación
a temperaturas bajas al papel u otros sustratos plásticos,
laminación de documentos, "plastificación", o para impresión
digital con química superficial seleccionada.
En una aplicación particular, la primera capa
externa de una estructura de película según la invención se lamina
sobre un sustrato. El sustrato puede ser vidrio, plástico,
cerámica, metal, material textil, material electrónico o madera.
Por ejemplo, el sustrato puede ser otra película polimérica o
laminado, una red(es) de celulosa, por ejemplo, numerosas
variedades de papeles, tales como cartón corrugado, papel para
trabajos manuales, celofán y tablero de cartón, gasa no tejida, por
ejemplo, fibra de poliolefina spunbonded o microfibras
melt-blown.
En una realización preferida, una estructura de
película según la invención se lamina vía la primera capa externa
como una capa protectora para tarjetas de identificación o sistemas
de exhibición usados para publicidad, incluyendo señales, pósters o
películas.
Mientras que la laminación de una estructura de
película a un sustrato puede emplear un adhesivo adecuado, por
ejemplo, un adhesivo de fusión caliente, tal como mezclas de HEVA,
ceras y resinas o un adhesivo basado en el agua, tal como un látex
de cloruro de polivinilideno, entre la primera capa externa y el
sustrato, las estructuras de película preparadas según la presente
invención pueden ser ventajosamente laminadas por laminación por el
calor.
La laminación por el calor, que usa el calor y
la presión para aplicar una película de laminación sobre un
sustrato, mejora la durabilidad del sustrato sin la necesidad de una
laminación basada en el agua más cara o una laminación basada en
disolventes que no es buena para el medio ambiente. Los laminadores
por el calor comerciales usados para la laminación de estructuras
de película a los sustratos de papel, tales como tarjetas, pueden
ser máquinas aisladas en las que se introduce una tarjeta impresa en
el laminador donde una película de recubrimiento se aplica a la
tarjeta. En este caso, una estructura de película según la presente
invención puede emplearse ventajosamente como la película de
recubrimiento. Alternativamente, el laminador puede integrarse
dentro de una impresora.
En otras aplicaciones, la primera capa externa
de la estructura de película está metalizada. La aplicación de una
capa de recubrimiento metálico a la primera capa externa puede
realizarse por deposición al vacío, o cualquier otra técnica de
metalización, tal como el electroplateado o la deposición
electrónica. El metal de la capa de recubrimiento metálico puede
ser aluminio, o cualquier otro metal capaz de ser depositado al
vacío, electroplateado o depositado electrónicamente, tal como, por
ejemplo, oro, zinc, cobre, o plata. El espesor del recubrimiento
metálico depositado puede ser de 5 a 200 nanómetros (nm), por
ejemplo, de 10 a 100 nm, por ejemplo de 30 a 80 nm.
Claims (10)
1. Una estructura de película coextruida,
orientada biaxialmente que comprende una capa base que comprende un
polímero termoplástico y una primera capa externa que comprende un
polímero termoplástico que tiene un punto de fusión no mayor de
230ºF (110ºC) caracterizada por:
- \bullet
- el polímero termoplástico de la capa base es un homopolímero de propileno isotáctico que tiene un isotacticidad de 89 a 99%, un punto de fusión de 311ºF (155ºC) a 329ºF (165ºC) y una velocidad de flujo de fusión de 0,5 a 15 g/10 minutos medida según ASTM D1238, y
- \bullet
- el polímero termoplástico de la primera capa externa se selecciona del grupo que consiste en plastómeros de etileno, copolímeros de etileno-acetato de vinilo, copolímeros de etileno-ácido acrílico o terpolímeros, y sus mezclas,
la estructura de película se prepara
coextruyendo materiales fusionados que se corresponden con cada capa
individual de la estructura de película a través de un troquel para
formar una lámina de película coextruida y simultáneamente
orientando de forma biaxial la lámina de película coextruida sobre
una línea usando motores lineales que propelen directamente pares
opuestos de enganches de bastidor sincrónicamente.
2. La estructura de película de la
reivindicación 1, que comprende además una capa intermedia sobre un
lado de la capa base y donde la primera capa externa está sobre un
lado de la capa intermedia opuesta a la capa base.
3. La estructura de película de la
reivindicación 2, en donde la capa intermedia comprende un polímero
de etileno.
4. La estructura de película de la
reivindicación 1, que comprende además una segunda capa externa
dispuesta sobre un lado de la capa base opuesto a la primera capa
externa.
5. La estructura de película según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en donde se ha orientado la
estructura de película de 1,5 a 8 veces en la dirección de la
máquina y de 2 a 12 veces en la dirección transversal.
6. La estructura de película de cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en donde al menos una superficie
externa de la estructura de película se ha tratado en la superficie
con uno de los tratamientos de descarga de corona, de llama y de
plasma.
7. La estructura de película de cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, que comprende además un
recubrimiento aplicado sobre una superficie externa de un lado de
la estructura de película opuesto a la primera capa externa.
8. La estructura de película de cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, que comprende además una capa
metalizada aplicada a una superficie externa de un lado de la
estructura de película opuesto a la primera capa externa.
9. La estructura de película de cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en donde la primera capa externa
se sella por el calor a un sustrato.
10. La estructura de película según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un
sustrato laminado a la primera capa externa de la estructura de
película.
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