IT202100024632A1 - Film multistrato avente proprietà barriera ai gas per contenitori, metodo per la sua produzione e contenitore comprendente tale film - Google Patents

Film multistrato avente proprietà barriera ai gas per contenitori, metodo per la sua produzione e contenitore comprendente tale film Download PDF

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Cosimo Carfagna
Rachele Castaldo
Mariacristina Cocca
Maria Emanuela Errico
Maria Rosaria Galdi
Gennaro Gentile
Valentina Senatore
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Description

DESCRIZIONE
Campo di applicazione
Nel suo aspetto pi? generale, la presente invenzione si riferisce ad un film multistrato avente propriet? barriera ai gas per contenitori adatti al confezionamento di prodotti di vario tipo, preferibilmente ma non esclusivamente prodotti alimentari o farmaceutici.
In particolare, la presente invenzione riguarda un film multistrato avente propriet? di barriera ai gas comprendente un primo strato e un secondo strato in un materiale termoplastico accoppiati tra loro e uno strato avente propriet? barriera ai gas tra detto primo strato e detto secondo strato in cui lo strato avente propriet? barriera ai gas comprende grafene e/o un suo derivato, ad esempio ossido di grafene, e riveste in modo discontinuo una superficie di accoppiamento di almeno uno tra il primo strato e il secondo strato.
La presente invenzione riguarda altres? un metodo per la produzione di un film multistrato avente propriet? di barriera ai gas come definito sopra come pure un contenitore o una confezione comprendente un tale film multistrato.
Tecnica nota
Film multistrato in materiale plastico e aventi propriet? barriera ai gas e all?umidit? sono ben noti nell?arte. Tali film multistrato sono ampiamente utilizzati per la realizzazione di contenitori o confezioni per il confezionamento di prodotti di vario tipo, in particolare prodotti alimentari o farmaceutici, che necessitano di protezione contro l?ossigeno e l?umidit? cos? da poter essere conservati per un periodo di tempo relativamente lungo.
I film multistrato noti comprendono generalmente un primo strato e un secondo strato entrambi in un materiale termoplastico di per s? non avente propriet? di barriera ai gas, ad esempio in polietilene (PE), polipropilene (PP) o polietilenetereftalato (PET), tra i quali viene interposto uno strato di un materiale avente propriet? barriera ai gas. Il primo strato e il secondo strato di materiale termoplastico e lo strato barriera ai gas sono accoppiati tra loro solitamente mediante laminazione previa interposizione di un adesivo.
Lo strato avente propriet? barriera ai gas pu? essere realizzato con diversi materiali a seconda delle caratteristiche desiderate per il film multistrato in termini di barriera ai gas e/o altre propriet? fisiche come, ad esempio, di resistenza meccanica e a seconda dell?applicazione a cui ? destinato il film multistrato.
Ad esempio, in alcune forme di realizzazione dell?arte nota, il materiale formante lo strato barriera ai gas pu? essere costituito da un foglio di alluminio, un materiale polimerico barriera ai gas quale poliammide (PA) o etilene vinil acool (EVOH) oppure un ossido quale ossido di alluminio (AlOx) e ossido di silicio (SiOx) o un metallo (ad esempio alluminio) che riveste la superficie di accoppiamento del primo strato o del secondo strato ed ? applicato su tale superficie a formare uno strato continuo barriera ai gas mediante tecniche convenzionali sottovuoto come deposizione da vapori reattivi o deposizione al plasma.
Film multistrato dell?arte nota come descritti sopra non sono esenti da inconvenienti.
? da notare infatti che film multistrato contenenti un foglio di alluminio come strato barriera ai gas presentano l?inconveniente che lo spessore del foglio di alluminio ? di solito relativamente elevato e ci? pu? rendere il film multistrato che lo contiene troppo spesso oltre ad aumentare considerevolmente i costi di produzione del film multistrato e dei contenitori ottenuti con esso. Inoltre, l?utilizzo di un foglio di alluminio o di un rivestimento metallico come strato barriera ai gas compromette la trasparenza dei contenitori ottenuti da film multistrato barriera ai gas che lo contengono.
Film multistrato contenenti uno strato di materiale polimerico barriera ai gas comportano invece solitamente costi di produzione inferiori ma risultano essere difficilmente riciclabili dopo l?utilizzo cos? come i contenitori ottenuti con essi.
Film multistrato contenenti un rivestimento interno di ossido in qualit? di barriera ai gas sono invece sovente difficili da realizzare a causa della complessit? e laboriosit? delle tecniche di deposizione utilizzate. Inoltre, tale rivestimento risulta essere solitamente poco flessibile e quindi soggetto alla formazione di cricche o fessurazioni durante l?utilizzo del film multistrato il che porta alla creazione di percorsi preferenziali per il passaggio del gas che riducono o compromettono le propriet? barriera ai gas dei contenitori formati con tali film multistrato.
Pi? di recente, sono stati escogitati film multistrato barriera ai gas in cui le propriet? di barriera ai gas sono ottenute mediante l?utilizzo di grafene o di un suo derivato (ad esempio ossido di grafene) come rivestimento sulla superficie di accoppiamento di almeno uno strato di materiale polimerico del film multistrato a formare uno strato continuo barriera ai gas su tale superficie. Film multistrato come sopra sono descritti ad esempio nella domanda di brevetto WO 2015/183039.
Sebbene film multistrato di questo tipo siano perlopi? soddisfacenti in relazione alle propriet? di barriera ai gas e possano essere riciclati dopo l?uso, essi possono talvolta presentare una adesione insufficiente tra gli strati il che pu? condurre ad una loro separazione (delaminazione della struttura).
Sono noti anche film multistrato in cui le propriet? di barriera ai gas sono ottenute mediante l?utilizzo di grafene o di un suo derivato (ad esempio ossido di grafene) introdotto in massa come particelle nel materiale polimerico formante uno o pi? strati del film multistrato. Film multistrato come sopra sono descritti ad esempio nelle domande di brevetto WO 2019/183039 e KR 101450963.
Tuttavia, le propriet? barriera ai gas di film multistrato di questo tipo non sono sempre soddisfacenti per le applicazioni a cui essi sono destinati.
Scopo principale della presente invenzione ?, dunque, quello di mettere a disposizione un film multistrato con stato barriera ai gas comprendente grafene o un suo derivato che abbia, in uso, adeguate/buone caratteristiche di barriera ai gas, in particolare di barriera all?ossigeno, e al contempo garantisca una migliore adesione tra gli strati cos? da prevenirne la separazione nel tempo senza avere con ci? gli inconvenienti precedentemente citati con riferimento all?arte nota.
Un altro scopo della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un film barriera ai gas come sopra che sia riciclabile dopo l?utilizzo.
Uno scopo ulteriore della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione un metodo per la produzione di un film multistrato come sopra e un contenitore o confezione comprendente tale film multistrato che siano semplici e di economica realizzazione.
Sommario dell?invenzione
Questi e altri scopi vengono raggiunti primariamente da un film multistrato avente propriet? di barriera ai gas comprendente un primo strato e un secondo strato in un materiale plastico, preferibilmente termoplastico, accoppiati tra loro e almeno uno strato avente propriet? barriera ai gas tra detto primo strato e detto secondo strato in cui l?almeno uno strato avente propriet? barriera ai gas comprende grafene e/o un suo derivato e riveste in modo discontinuo una superficie di accoppiamento di almeno uno tra il primo strato e il secondo strato.
In una forma di realizzazione, l?almeno uno strato discontinuo avente propriet? barriera ai gas riveste almeno il 70%, in particolare tra 70% e 90% della superficie di accoppiamento di almeno uno tra il primo strato e il secondo strato. In tal modo, si ottiene per il film multistrato secondo l?invenzione un incremento maggiore del 50% della barriera ai gas rispetto ad un analogo film multistrato senza rivestimento barriera ai gas.
In un?altra forma di realizzazione, l?almeno uno strato discontinuo avente propriet? barriera ai gas riveste tra 90% e 99.8% della superficie di accoppiamento di almeno uno tra il primo strato e il secondo strato. In tal modo, si ottiene per il film multistrato secondo l?invenzione un incremento maggiore dell?85% della barriera ai gas rispetto ad un analogo film multistrato senza rivestimento barriera ai gas.
In una forma di realizzazione, il film multistrato secondo l?invenzione comprende un primo strato barriera ai gas comprendente grafene e/o un suo derivato che riveste in modo discontinuo la superficie di accoppiamento di detto primo strato e un adesivo disposto tra il primo strato discontinuo barriera ai gas e il secondo strato di materiale plastico, detto primo strato di materiale plastico recante il primo strato di rivestimento discontinuo barriera ai gas e detto secondo strato di materiale plastico essendo accoppiati tra loro mediante detto adesivo.
In un?altra forma di realizzazione, il film multistrato secondo l?invenzione comprende un primo strato barriera ai gas comprendente grafene e/o un suo derivato che riveste in modo discontinuo la superficie di accoppiamento di detto primo strato di materiale plastico, un secondo strato barriera ai gas comprendente grafene e/o un suo derivato che riveste in modo discontinuo la superficie di accoppiamento di detto secondo strato di materiale plastico e un adesivo disposto tra il primo strato barriera ai gas e il secondo strato barriera ai gas, detto primo strato di materiale plastico recante il primo strato di rivestimento discontinuo barriera ai gas e detto secondo strato di materiale plastico recante il secondo strato di rivestimento discontinuo essendo accoppiati tra loro mediante detto adesivo.
In una forma di realizzazione, lo strato o il primo strato barriera ai gas che riveste in modo discontinuo la superficie di accoppiamento di detto primo strato di materiale plastico e/o il secondo strato barriera dai gas che riveste in modo discontinuo la superficie di accoppiamento del secondo strato di materiale plastico comprende grafene e/o un suo derivato e un?argilla, in particolare almeno un fillosilicato quale montmorillonite o cloisite, e/o una idrotalcite.
Preferibilmente, il derivato di grafene ? costituito da ossido di grafene (GO).
Nelle forme di realizzazione sopra descritte, il primo strato di materiale plastico e il secondo strato di materiale plastico sono accoppiati tra loro per laminazione mediante detto adesivo.
I suddetti scopi sono raggiunti altres? da un metodo per la produzione di un film multistrato come descritto sopra.
In una forma di realizzazione, tale metodo comprende le fasi di:
- formare un primo strato e un secondo strato di materiale plastico,
- formare uno primo strato di rivestimento discontinuo barriera ai gas su una superficie di accoppiamento di detto primo strato di materiale plastico, detto primo strato di rivestimento discontinuo comprendendo grafene e/o un suo derivato e facoltativamente almeno un fillosilicato e/o una idrotalcite;
- facoltativamente formare un secondo strato di rivestimento discontinuo barriera ai gas su una superficie di accoppiamento di detto secondo strato di materiale plastico, detto secondo strato di rivestimento discontinuo comprendendo grafene e/o un suo derivato e facoltativamente almeno un fillosilicato e/o una idrotalcite;
- accoppiare detto primo strato di materiale plastico recante detto primo strato di rivestimento discontinuo con detto secondo strato di materiale plastico eventualmente recante detto secondo strato di rivestimento discontinuo in modo da disporre detto primo strato di rivestimento discontinuo e detto secondo strato di rivestimento discontinuo, se presente, tra detto primo strato e detto secondo strato di materiale plastico.
In una forma di realizzazione, la fase di formazione dello strato o del primo strato di rivestimento barriera ai gas sulla superficie di accoppiamento del primo strato di materiale plastico e/o la fase di formazione del secondo strato di rivestimento barriera ai gas sulla superficie di accoppiamento del secondo strato di materiale termoplastico pu? essere effettuata mediante spruzzatura o deposizione a partire da una adatta composizione comprendente grafene e/o un suo derivato o utilizzando altre tecniche similari o funzionalmente equivalenti note nell?arte.
In una forma di realizzazione, la fase di accoppiamento del primo strato di materiale plastico recante detto primo strato di rivestimento discontinuo con detto secondo strato di materiale plastico eventualmente recante il secondo strato di rivestimento discontinuo comprende:
- applicare un adesivo, ad esempio uno strato di adesivo, su detto primo strato di rivestimento discontinuo e/o sulla superficie di accoppiamento di detto secondo strato di materiale plastico o sul secondo strato di rivestimento discontinuo se presente, e
- laminare detto primo strato di materiale plastico con detto secondo strato di materiale plastico.
I suddetti scopi sono raggiunti altres? da un contenitore o una confezione comprendente un film multistrato barriera ai gas come descritto sopra.
Il contenitore o la confezione secondo l?invenzione presentano preferibilmente propriet? di barriera ai gas, in particolare ossigeno e possono essere di qualsiasi tipologia, forma e/o dimensione adatte per il confezionamento dei prodotti desiderati, in particolare prodotti alimentari o farmaceutici.
Ad esempio, il contenitore secondo l?invenzione pu? essere di tipo flessibile, quale un sacchetto (pouch) e pu? essere ottenuto direttamente da un foglio di film multistrato secondo l?invenzione mediante piegatura dello stesso e saldatura dei bordi laterali e superiori contrapposti e eventuale formazione di una porzione inferiore a soffietto durante la piegatura cos? da rendere il contenitore autoportante (selfstanding).
Alternativamente, il contenitore pu? essere di tipo rigido, ad esempio di tipo comprendente una base e un coperchio o film di chiusura e comprendere un film multistrato secondo l?invenzione nella base e/o nel coperchio per impartire al contenitore le desiderate propriet? di barriera ai gas.
Ulteriori caratteristiche e i vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente dalla descrizione che segue la quale viene fornita a titolo indicativo e non limitativo anche con riferimento ai disegni allegati.
Breve descrizione dei disegni
Nei disegni allegati:
- la Figura 1 mostra una vista schematica in sezione di un film multistrato barriera ai gas secondo una forma di realizzazione dell?invenzione;
- la Figura 2 mostra una vista schematica in sezione di un film multistrato barriera ai gas secondo un?altra forma di realizzazione dell?invenzione;
- le Figure 3 e 4 mostrano ciascuna una immagine di un film multistrato in PE secondo l?invenzione con una rispettiva disposizione di singolo strato barriera ai gas a strisce parallele;
- le Figure 5 e 6 mostrano ciascuna una immagine di un film multistrato in PE secondo l?invenzione con una rispettiva disposizione di due strati barriera ai gas a strisce parallele incrociate.
Descrizione dettagliata
Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni annesse, salvo diversamente indicato, tutti i numeri che esprimono quantit?, percentuali, contenuti e simili devono essere intesi come modificati in tutti i casi dal termine ?circa?. Inoltre, tutti gli intervalli includono qualsiasi combinazione degli estremi minimo e massimo descritti e includono qualsiasi intervallo intermedio in essi che pu? essere o non essere specificamente enumerato in essi.
Nella presente descrizione si deve intendere che le caratteristiche tecniche descritte specificamente in precedenza e qui di seguito possono essere combinate fra di loro in qualsiasi modo, costituendo ulteriori forme di realizzazione della presente invenzione che non sono descritte specificamente per questioni di concisione ma che rientrano nell?ambito della presente invenzione.
Nelle forme di realizzazione descritte di seguito con riferimento ai disegni allegati, agli elementi che sono strutturalmente e/o funzionalmente equivalenti verranno attribuiti gli stessi numeri di riferimento.
Come evidenziato in precedenza, il film multistrato secondo l?invenzione comprende un primo strato e un secondo strato entrambi di materiale plastico, preferibilmente termoplastico, che di per s? non presenta significative propriet? di barriera ai gas.
Il materiale formante il primo strato e il secondo strato pu? essere un qualsiasi materiale plastico, preferibilmente termoplastico, adatto al confezionamento di prodotti in genere, in particolare prodotti alimentari o farmaceutici. Preferibilmente, il materiale plastico formante il primo strato e il secondo strato ? un materiale plastico che pu? essere riciclato con tecniche di riciclo note nell?arte.
Esempi preferiti ma non limitativi di materiali plastici adatti per il primo strato e il secondo strato del film multistrato dell?invenzione comprendono polietilene (PE), polipropilene (PP) e polietilenetereftalato (PET). Tali materiali plastici possono essere utilizzati per formare detto primo strato e/o detto secondo strato allo stato vergine o provenire da un riciclo post-consumo. Sono contemplate altres? miscele di materiali plastici vergini e provenienti da riciclo.
Lo spessore del primo strato e/o del secondo strato di materiale plastico pu? essere compreso nell?intervallo da 5 ?m a 100 ?m, in particolare da 5 ?m a 70 ?m.
Preferibilmente, il primo strato e il secondo strato del film multistrato dell?invenzione sono formati con lo stesso materiale plastico.
In accordo con una forma di realizzazione della presente invenzione, il primo strato di materiale plastico ? rivestito con uno strato barriera ai gas comprendente grafene e/o un suo derivato formato in modo discontinuo sulla superficie di accoppiamento del primo strato con il secondo strato di materiale plastico.
Nella presente descrizione, con il termine ?grafene? s?intende un materiale costituito da uno strato monoatomico di atomi di carbonio legati covalentemente tra loro per formare una molecola aromatica policiclica, dove gli atomi di carbonio legati dal legame covalente formano un anello a 6 membri come unit? ripetitiva di base, ma ? anche possibile includere ulteriormente un anello a 5 membri e/o un anello a 7 membri. Pertanto, il foglio formato dal grafene pu? essere visto come un singolo strato di atomi di carbonio legati tra loro in modo covalente, ma non ? limitato ad esso. Il foglio formato dal grafene pu? avere varie strutture, e tale struttura pu? variare a seconda di un contenuto dell'anello a 5 membri e/o dell'anello a 7 membri che pu? essere incluso nel grafene. Inoltre, nel caso in cui il foglio formato dal grafene sia formato da un unico strato, i singoli strati possono essere impilati l'uno sull'altro per formare una pluralit? di strati, e una porzione terminale di una superficie laterale del foglio di grafene pu? essere saturato con atomi di idrogeno.
Derivati del grafene comprendono ossido di grafene (GO), ossido di grafene ridotto (rGO), nanoparticelle o nanoplacchette (nanoplatelets) di grafene (GNP) e loro combinazioni.
L?ossido di grafene, abbreviato come GO, indica un materiale ottenuto mediante ossidazione della grafite che consente di introdurre nella struttura un gruppo funzionale contenente ossigeno come un gruppo carbossilico, un gruppo idrossilico, o un gruppo epossidico legato sul grafene a strato singolo. La presenza di questi gruppi funzionali rende l?ossido di grafene fortemente idrofilo e quindi facilmente disperdibile in acqua.
L?ossido di grafene ridotto, abbreviato come rGO, indica un ossido di grafene il cui rapporto ossigeno/carbonio ? ridotto attraverso un processo di riduzione.
Le nanoparticelle (nanoplatelets) di grafene, abbreviate come GNP, indica un materiale costituito da molteplici fogli di grafene sovrapposti prodotto con un metodo fisico o chimico da grafite naturale.
In una forma di realizzazione, lo strato barriera ai gas formato in modo discontinuo sul primo strato di materiale plastico comprende o ? costituito da grafene, GO, rGO, GNP o loro combinazioni.
In una forma di realizzazione, lo strato barriera ai gas formato in modo discontinuo sul primo strato di materiale plastico comprende o ? costituito da GO.
Lo strato barriera ai gas applicato sul primo strato di materiale plastico pu? comprendere ulteriormente un?argilla, in particolare almeno un fillosilicato, e/o una idrotalcite.
Esempi non limitativi di fillosilicati adatti per lo strato barriera ai gas comprendono montmorillonite, cloisite, talco, mica e loro combinazioni.
In una forma di realizzazione, lo strato di barriera ai gas comprende oltre a grafene e/o un suo derivato come indicato sopra almeno un fillosilicato scelto tra montmorillonite e cloisite.
Lo spessore dello strato discontinuo barriera ai gas pu? variare entro ampi limiti cos? da avere le propriet? desiderate nel film multistrato e nel contenitore ottenuto con esso, in particolare per quanto riguarda la barriera all?ossigeno.
In una forma di realizzazione, lo spessore dello strato barriera ai gas del primo strato di materiale plastico ? compreso nell?intervallo da 0,01 ?m a 1 ?m, ad esempio da 0,05 ?m a 0,5 ?m.
Uno spessore inferiore a da 0,01 ?m pu? essere insufficiente a conferire al film multistrato caratteristiche barriera ai gas accettabili mentre uno spessore superiore a da 1 ?m pu? non apportare benefici significativi in termini di un aumento delle propriet? barriera ai gas e aumenta i costi di produzione del film multistrato dell?invenzione.
Il primo strato discontinuo barriera ai gas pu? avere qualsiasi forma, geometria e/o dimensione desiderata come pure qualsiasi orientazione con riferimento alla superficie di accoppiamento del primo strato di materiale plastico. A titolo di esempio non limitativo, il primo strato discontinuo barriera ai gas pu? essere in forma di strisce parallele (equi)distanziate tra loro alternate a zone non rivestite della superficie di accoppiamento del primo strato. La distanza tra le strisce dello strato discontinuo barriera ai gas pu? essere scelta in modo opportuno cos? da avere una copertura discontinua della superficie di accoppiamento, preferibilmente di almeno il 70%, adeguata a mantenere buone propriet? di barriera ai gas. Alternativamente, il primo strato discontinuo barriera ai gas pu? essere applicato sulla superficie di accoppiamento del primo strato di materiale plastico a punti di qualsiasi forma, geometria e/o dimensione desiderate.
Il film multistrato secondo l?invenzione comprende inoltre uno strato di adesivo interposto tra lo strato barriera ai gas e la superficie di accoppiamento del secondo strato di materiale plastico con il primo strato di materiale plastico.
L?adesivo pu? essere di qualsiasi materiale noto nell?arte adatto ad unire saldamente film laminati di materiale plastico, ad esempio un adesivo poliuretanico, un adesivo acrilico, un adesivo poliolefinico, un adesivo termoplastico o altri adesivi funzionalmente equivalenti.
In una forma di realizzazione preferita, il suddetto adesivo ? costituito da un adesivo poliuretanico.
L?adesivo pu? essere a base acqua o solvente oppure pu? essere privo di acqua e/o solvente. Adesivi di questo tipo sono ben noti al tecnico del ramo.
Lo spessore dello strato di adesivo pu? variare entro ampi limiti cos? da avere adeguate propriet? di adesione tra il primo strato e il secondo strato di materiale plastico del film multistrato.
In una forma di realizzazione, lo spessore dello strato di adesivo ? compreso nell?intervallo da 0,5 ?m a 10 ?m, ad esempio da 1 ?m a 5 ?m.
Nel film multistrato secondo la presente forma di realizzazione, il primo strato di materiale plastico recante lo strato di rivestimento discontinuo barriera ai gas e il secondo strato di materiale plastico sono uniti tra loro in corrispondenza delle rispettive superfici di accoppiamento tramite detto strato di adesivo, preferibilmente mediante laminazione. In tal modo, lo strato di rivestimento discontinuo barriera ai gas viene ad essere interposto tra il primo strato e il secondo strato di materiale plastico.
In un?altra forma di realizzazione del film multistrato secondo l?invenzione, la superficie di accoppiamento del secondo strato di materiale plastico ? rivestita in modo discontinuo con un secondo strato barriera ai gas come descritto sopra comprendente grafene e/o un suo derivato e facoltativamente un?argilla, ad esempio almeno un fillosilicato quale montmorillonite e/o cloisite, e/o una idrotalcite.
In tal caso, lo strato di adesivo avente le caratteristiche sopra indicate ? interposto tra il primo strato discontinuo barriera ai gas che riveste la superficie di accoppiamento del primo strato di materiale plastico e il secondo strato barriera ai gas che riveste in modo discontinuo la superficie di accoppiamento del secondo strato di materiale plastico, e il primo strato e il secondo strato di materiale plastico sono uniti tra loro in corrispondenza delle rispettive superfici di accoppiamento tramite detto strato di adesivo, preferibilmente mediante laminazione. In tal modo, gli strati di rivestimento barriera ai gas vengono ad essere interposti tra il primo strato e il secondo strato di materiale plastico.
La Richiedente ha trovato che nel film multistrato secondo l?invenzione la forza di adesione tra gli strati di materiale plastico risulta essere notevolmente aumentata grazie alla presenza di almeno uno strato discontinuo barriera ai gas tra tali strati, e ci? vantaggiosamente consente di impedire la delaminazione della struttura. Allo stesso tempo, sorprendentemente, il film multistrato secondo l?invenzione mantiene adeguate propriet? barriera ai gas, come si pu? apprezzare meglio nella parte sperimentale riportata pi? avanti nella presente descrizione, nonostante la presenza sulla superficie di accoppiamento di almeno uno di detti strati di materiale plastico di zone non rivestite con lo strato barriera ai gas.
Il film multistrato secondo l?invenzione pu? comprendere oltre agli strati sopra descritti ulteriori strati funzionali preferibilmente in materiale plastico. A titolo di esempio non limitativo, tali strati ulteriori possono essere, ad esempio, uno strato di rinforzo per aumentare le propriet? meccanica del film multistrato, uno strato di materiale termoplastico con propriet? saldanti a caldo ecc.
Per quanto riguarda il metodo di produzione del film multistrato secondo l?invenzione, in una prima fase vengono formati il primo strato e il secondo strato di materiale plastico. Ci? pu? essere effettuato mediante tecniche di per s? convenzionali, ad esempio mediante tecniche di estrusione o co-estrusione da apposita filiera a testa piana di un foglio di materiale plastico a partire da appropriate mescole polimeriche, come noto nell?arte.
Successivamente, si pu? provvedere alla formazione di un primo strato di rivestimento discontinuo barriera ai gas su una superficie di accoppiamento del primo strato di materiale plastico ed eventualmente alla formazione di un secondo strato di rivestimento discontinuo barriera ai gas sulla superficie di accoppiamento del secondo strato di materiale plastico.
Ci? pu? essere effettuato in vari modi, ad esempio mediante spruzzatura o deposizione in fase liquida partire da una adatta formulazione comprendente grafene e/o un suo derivato o utilizzando altre tecniche similari o funzionalmente equivalenti note nell?arte.
La formulazione o composizione pu? essere ad esempio in forma di una soluzione o dispersione di grafene e/o un suo derivato in un adatto solvente, preferibilmente acqua o un solvente acquoso. Dopo applicazione di tale composizione, ad esempio mediante spruzzatura, deposizione o mezzi similari, il solvente viene fatto evaporare, ad esempio mediante asciugatura in aria calda, ottenendo la formazione di uno strato di rivestimento discontinuo barriera ai gas sul primo strato ed eventualmente sul secondo strato di materiale plastico.
Prima dell?applicazione della composizione a base di grafene e/o un suo derivato, la superficie di accoppiamento del primo strato di materiale plastico e, facoltativamente, la superficie di accoppiamento del secondo strato di materiale plastico possono essere sottoposte facoltativamente ad un trattamento per migliorare le caratteristiche di adesione di tali strati con la composizione applicata successivamente. Tale trattamento superficiale pu? essere effettuato in vari modi noti nell?arte, ad esempio mediante un trattamento ad effetto corona, un trattamento al plasma o un trattamento con laser.
Alternativamente, sulla superficie di accoppiamento del primo strato di materiale plastico e, facoltativamente, sulla superficie di accoppiamento del secondo strato di materiale plastico pu? essere applicato preventivamente un primer, con modalit? di per s? note nell?arte, in grado di migliorare le caratteristiche di adesione di tali stati con la composizione a base di grafene e/o un suo derivato applicata successivamente.
Quindi si provvede ad applicare uno strato di adesivo sul primo strato di rivestimento discontinuo e/o sulla superficie di accoppiamento del secondo strato di materiale plastico o sul secondo strato di rivestimento, se presente, e ad accoppiare il primo strato e il secondo strato di materiale plastico in corrispondenza delle rispettive superfici di accoppiamento cos? da disporre il primo strato di rivestimento discontinuo e il secondo strato di rivestimento discontinuo, se presente, tra detti strati di materiale plastico e mutualmente contrapposti tra loro.
L?applicazione dell?adesivo pu? essere effettuata in vari modi noti al tecnico del ramo, ad esempio mediante spruzzatura, deposizione in fase liquida ecc.
L?accoppiamento tra il primo strato e il secondo strato di materiale plastico pu? essere effettuato in vari modi, in particolare mediante laminazione tra rulli riscaldati.
Le operazioni di formazione dello strato o degli strati di rivestimento barriera ai gas, di applicazione dell?adesivo e di laminazione possono essere effettuate in linea o fuori linea con l?operazione di formazione, ad esempio mediante estrusione, del primo strato e del secondo strato di materiale plastico, secondo esigenze contingenti e specifiche.
Nelle figure sono mostrati alcuni esempi non limitativi di film multistrato secondo l?invenzione.
In particolare, la Figura 1 mostra schematicamente in sezione un film multistrato secondo una prima forma di realizzazione dell?invenzione, il quale ? globalmente indicato con il numero di riferimento 10.
Il film multistrato 10 comprende un primo strato (o strato inferiore) 11 e un secondo strato (o strato superiore) 12 entrambi di materiale plastico, ad esempio PE o PP. Il primo strato 11 e il secondo strato 12 possono essere formati con uno spessore compreso tra 5 ?m e 100 ?m.
Il film multistrato 10 comprende inoltre uno strato di rivestimento 13 discontinuo barriera ai gas applicato su una superficie di accoppiamento 11a superiore del primo strato 11 di materiale plastico ed uno strato 14 di adesivo interposto tra lo strato di rivestimento 12 discontinuo e una superficie di accoppiamento inferiore 12a del secondo strato 12.
Lo strato di rivestimento 13 discontinuo barriera ai gas comprende grafene e/o un suo derivato e facoltativamente un fillosilicato e/o una idrotalcite, e pu? avere ad esempio uno spessore compreso tra 0,01 ?m e 1 ?m. In particolare, lo strato di rivestimento 13 discontinuo barriera ai gas pu? essere costituito da GO e un fillosilicato, ad esempio montmorillonite o cloisite.
Lo strato di adesivo 14 pu? essere preferibilmente a base di un adesivo poliuretanico e pu? avere uno spessore compreso tra 0,5 ?m e 10 ?m.
Il primo strato 11 recante lo strato di rivestimento 13 discontinuo e il secondo strato 12 sono accoppiati tra loro mediante lo strato di adesivo 14, in particolare mediante laminazione.
La Figura 2 mostra schematicamente in sezione un film multistrato secondo una seconda forma di realizzazione dell?invenzione, il quale ? globalmente indicato con il numero di riferimento 20.
Il film multistrato 20 differisce dal film multistrato 10 precedentemente descritto per il fatto di comprendere un secondo strato di rivestimento 16 discontinuo barriera ai gas applicato sulla superficie di accoppiamento 12a inferiore del secondo strato 12 di materiale plastico e per il fatto che lo strato 14 di adesivo ? interposto tra il primo strato di rivestimento 13 discontinuo barriera ai gas e il secondo strato di rivestimento 16 discontinuo barriera ai gas.
Le Figure 3 e 4 mostrano rispettivi esempi di film multistrato 10 secondo l?invenzione in cui il primo strato 13 di rivestimento discontinuo barriera a gas ? applicato sul primo strato 11 di materiale termoplastico a forma di strisce parallele distanziate tra loro con distanza minore (Figura 3) o maggiore (Figura 4).
Le Figure 5 e 6 mostrano rispettivi esempi di film multistrato 20 secondo l?invenzione in cui il primo strato 13 di rivestimento discontinuo barriera a gas e il secondo strato 16 di rivestimento discontinuo sono applicati sul primo strato 11 di materiale termoplastico e sul secondo strato 12 di materiale plastico, rispettivamente, in forma di prime strisce parallele tra loro e seconde strisce parallele tra loro, le prime e le seconde strisce essendo sovrapposte tra loro e avendo una diversa orientazione sfalsata di 90? le une rispetto alle altre. Le prime strisce e le seconde strisce sono distanziate tra loro con distanza minore (Figura 5) o maggiore (Figura 6). Ovviamente, in altre forme di realizzazione, l?angolo di orientamento pu? essere anche un qualsiasi angolo diverso da 90?.
Parte sperimentale
Film in materiale termoplastico (PE o PP) sono stati rivestiti con uno strato barriera a base di ossido di grafene (GO) o di uno strato ibrido di ossido di grafene e montmorillonite (GO/MMT) in maniera discontinua. Nel dettaglio, sono state utilizzate ottenute due tipologie di rivestimento discontinuo cos? caratterizzate:
1) i film in materiale termoplastico sono ricoperti da rivestimento barriera a base di GO (film in PE) o GO/MMT (film in PP) in strisce parallele di spessore 8 mm a distanza di 0.5 mm l?una dall?altra; questa tipologia di rivestimento discontinua ? chiamata D1;
2) i film polimerici sono ricoperti da rivestimento barriera a base di GO (film in PE) o GO/MMT (film in PP) in strisce parallele di spessore 11 mm a distanza di 4 mm l?una dall?altra; questa tipologia di rivestimento discontinua ? chiamata D2.
I film in materiale termoplastico rivestiti sono stati quindi laminati a formare film multistrato secondo l?invenzione.
La laminazione ? stata effettuata utilizzando le seguenti configurazioni:
1) un film in PE o PP con rivestimento D1 ? stato laminato insieme ad un analogo film di PE o PP privo di rivestimento mediante uso di adesivo poliuretanico; i laminati risultanti secondo l?invenzione sono denominati PE-D1 o PP-D1;
2) un film in PE o PP con rivestimento D2 ? stato laminato insieme ad un analogo film di PE o PP privo di rivestimento mediante uso di adesivo poliuretanico; i laminati risultanti sono denominati PE-D2 o PP-D2;
3) un film in PE o PP con rivestimento D1 ? stato laminato insieme ad un film in PE o PP con rivestimento D1 orientato di 90? rispetto al primo; i laminati risultanti secondo l?invenzione sono denominati PE-2D1 o PP-2D1;
4) un film in PE o PP con rivestimento D2 ? stato laminato insieme ad un film in PE o PP con rivestimento D2 orientato di 90? rispetto al primo; i laminati risultanti secondo l?invenzione sono denominati PE-2D2 o PP-2D2.
Test di permeabilit? all?ossigeno (50% RH, 25?C) sono stati effettuati per valutare l?effetto barriera all?ossigeno dei film multistrato (laminati) ottenuti come sopra.
Come riferimento per i laminati in PE sono stati utilizzati un film multistrato costituito da due film di PE non rivestiti laminati mediante adesivo poliuretanico (PE) e un film multistrato in PE costituito da due film di PE di cui uno trattato con rivestimento continuo a base di GO, laminati mediante adesivo poliuretanico (PE GO).
Come riferimento per i laminati in PP sono stati utilizzati un film multistrato costituito da due film di PP non rivestiti laminati mediante adesivo poliuretanico (PP) e un film multistrato in PP costituito da due film di PP di cui uno trattato con rivestimento continuo a base di GO/MMT, laminati mediante adesivo poliuretanico (PP GO/MMT).
I risultati sono riportati nella Tabella 1 seguente per i laminati in PE e nella Tabella 2 seguente per i laminati in PP.
Tabella 1
Dai risultati in Tabella 1 si evince che film multistrato in PE con rivestimento discontinuo a base di GO aventi spaziatura minore tra le strisce (PE-D1, PE-2D1) hanno un effetto barriera (ridotta permeabilit?) che risulta confrontabile o migliore per i laminati con doppio rivestimento (PE-2D1) rispetto al riferimento rappresentato dal film in PE con un solo rivestimento continuo a base di GO (PE GO). I film multistrato in PE con rivestimento discontinuo aventi spaziatura maggiore tra le strisce (PE-D2, PE-2D2) presentano invece permeabilit? maggiore del riferimento (PE GO) ma comunque di molto inferiore al film PE non rivestito. Le propriet? barriera di gas di tali film multistrato PE-D2 e PE-2D2 sono comunque buone e adatte all?utilizzo di tali film multistrato per la produzione di contenitori/confezioni barriera ai gas.
Tabella 2
Dai risultati in Tabella 2 si evince, similmente, che film multistrato in PP con rivestimento discontinuo a base di GO/MMT aventi spaziatura minore tra le strisce (PP-D1, PP-2D1) mostrano un effetto barriera (ridotta permeabilit?) che risulta confrontabile o migliore per i laminati con doppio rivestimento (PP-2D1) rispetto al riferimento rappresentato dal film PP con un solo rivestimento continuo a base di GO/MMT (PP GO/MMT). I film PP con rivestimento discontinuo aventi spaziatura maggiore tra le strisce (PP-D2, PP-2D2) presentano invece permeabilit? maggiore del riferimento (PP GO/MMT) ma comunque di molto inferiore al film PP non rivestito.
Le propriet? barriera di gas di tali film multistrato PP-D2 e PP-2D2 sono comunque buone e adatte all?utilizzo di tali film multistrato per la produzione di contenitori/confezioni barriera ai gas.
Tutti i film multistrato secondo l?invenzione in PE e PP di cui sopra non hanno mostrato alcuna delaminazione della struttura confermando la presenza di una elevata forza di adesione tra gli stati di materiali plastico di detti film.

Claims (16)

RIVENDICAZIONI
1. Film multistrato (10;20) avente propriet? di barriera ai gas comprendente un primo strato (11) e un secondo strato (12) in un materiale plastico accoppiati tra loro e almeno uno strato (13,16) avente propriet? barriera ai gas tra detto primo strato (11) e detto secondo strato (12) in cui l?almeno uno strato (13,16) avente propriet? barriera ai gas comprende grafene e/o un suo derivato e riveste in modo discontinuo una superficie di accoppiamento (11a,12a) di almeno uno tra il primo strato (11) e il secondo strato (12).
2. Film multistrato (10;20) secondo la rivendicazione 1, in cui detto almeno uno strato (13,16) discontinuo avente propriet? barriera ai gas riveste almeno il 70% della superficie di accoppiamento (11a,12a) di almeno uno tra detto primo strato (11) e detto secondo strato (12), preferibilmente tra il 70% e il 99,8%, in particolare tra il 90% e il 99,8% della superficie di accoppiamento (11a,12a) di almeno uno tra detto primo strato (11) e detto secondo strato (12).
3. Film multistrato (10;20) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto derivato del grafene ? scelto tra ossido di grafene (GO), ossido di grafene ridotto (rGO), nanoparticelle (nanoplatelets) di grafene (GNP) e loro combinazioni, ed ? preferibilmente GO.
4. Film multistrato (10;20) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto almeno uno strato (13,16) discontinuo avente propriet? barriera ai gas comprende grafene e/o un suo derivato e almeno un fillosilicato e/o una idrotalcite.
5. Film multistrato (10;20) secondo la rivendicazione 4, in cui detto almeno un fillosilicato ? scelto tra montmorillonite, cloisite, talco, mica e loro combinazioni ed ? preferibilmente montmorillonite o cloisite.
6. Film multistrato (10;20) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto primo strato (11) e detto secondo strato (12) sono in un materiale plastico scelto tra polietilene (PE), polipropilene (PP) e polietilenetereftalato (PET).
7. Film multistrato (10;20) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto primo strato (11) e detto secondo strato (12) in materiale plastico hanno ciascuno uno spessore compreso nell?intervallo da 5 ?m a 100 ?m.
8. Film multistrato (10;20) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto in cui detto almeno uno strato (13,16) discontinuo avente propriet? barriera ai gas ha uno spessore compreso nell?intervallo da 0,01 ?m a 1 ?m.
9. Film multistrato (10;20) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto primo strato (11) e detto secondo strato (12) di materiale plastico sono accoppiati mediante uno strato di adesivo.
10. Film multistrato (10;20) secondo la rivendicazione 9, in detto strato di adesivo ha uno spessore compreso nell?intervallo da 0,5 ?m a 10 ?m e detto adesivo ? scelto tra un adesivo poliuretanico, un adesivo acrilico, un adesivo poliolefinico e un adesivo termoplastico.
11. Film multistrato (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente uno primo strato (13) barriera ai gas comprendente grafene e/o un suo derivato che riveste in modo discontinuo la superficie di accoppiamento (11a) di detto primo strato (11) e un adesivo (14) disposto tra detto primo strato (13) discontinuo barriera ai gas e detto secondo strato (12) di materiale plastico, detto primo strato (11) di materiale plastico recante detto strato (13) di rivestimento discontinuo barriera ai gas e detto secondo strato (12) di materiale plastico essendo accoppiati tra loro mediante detto adesivo (14).
12. Film multistrato (20) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 10, comprendente uno primo strato (13) barriera ai gas comprendente grafene e/o un suo derivato che riveste in modo discontinuo la superficie di accoppiamento (11a) di detto primo strato (11) di materiale plastico, un secondo strato (16) barriera ai gas comprendente grafene e/o un suo derivato che riveste in modo discontinuo la superficie di accoppiamento (12a) di detto secondo strato (12) di materiale plastico e un adesivo (14) disposto tra detto primo strato (13) barriera ai gas e detto secondo strato (16) barriera ai gas, detto primo strato (11) di materiale plastico recante detto primo strato (13) di rivestimento discontinuo barriera ai gas e detto secondo strato (12) di materiale plastico recante detto secondo strato (16) di rivestimento barriera ai gas essendo accoppiati tra loro mediante detto adesivo.
13. Metodo per la produzione di un film multistrato (10;20) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, il metodo comprendendo le fasi di:
- formare un primo strato (11) e un secondo strato (12) di materiale plastico,
- formare uno primo strato (13) di rivestimento discontinuo barriera ai gas su una superficie di accoppiamento (11a) di detto primo strato (11) di materiale plastico, detto primo strato (13) di rivestimento discontinuo comprendendo grafene e/o un suo derivato e facoltativamente almeno un fillosilicato e/o una idrotalcite;
- facoltativamente formare un secondo strato (16) di rivestimento discontinuo barriera ai gas su una superficie di accoppiamento (12a) di detto secondo strato (11) di materiale plastico, detto secondo strato (16) di rivestimento discontinuo comprendendo grafene e/o un suo derivato e facoltativamente almeno un fillosilicato e/o una idrotalcite;
- accoppiare detto primo strato (11) di materiale plastico recante detto primo strato (13) di rivestimento discontinuo con detto secondo strato (12) di materiale plastico eventualmente recante detto secondo strato (16) di rivestimento discontinuo in modo da disporre detto primo strato (13) di rivestimento discontinuo e detto secondo strato (16) di rivestimento discontinuo, se presente, tra detto primo strato (11) e detto secondo strato (12) di materiale plastico.
14. Metodo secondo la rivendicazione 13, in cui detta fase di formazione di detto primo strato (13) di rivestimento discontinuo barriera ai gas sulla superficie di accoppiamento (11a) di detto primo strato (11) di materiale plastico e/o detta fase di formazione di detto secondo strato (16) di rivestimento discontinuo barriera ai gas sulla superficie di accoppiamento (12a) di detto secondo strato (12) di materiale plastico viene effettuata mediante spruzzatura o deposizione a partire da una adatta composizione comprendente grafene e/o un suo derivato e facoltativamente un fillosilicato e/o una idrotalcite.
15. Metodo secondo la rivendicazione 13 o 14, in cui detta fase di accoppiamento di detto primo strato (11) di materiale plastico recante detto primo strato (13) di rivestimento discontinuo con detto secondo strato (12) di materiale plastico eventualmente recante detto secondo strato (16) di rivestimento discontinuo comprende:
- applicare uno strato (14) di adesivo su detto primo strato (13) di rivestimento discontinuo e/o sulla superficie di accoppiamento (12a) di detto secondo strato (12) di materiale plastico o su detto secondo strato (16) di rivestimento discontinuo se presente, e
- laminare detto primo strato (11) di materiale plastico con detto secondo strato (12) di materiale plastico.
16. Contenitore o confezione comprendente un film multistrato secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 12.
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