ITMI20000417A1 - Film soffiati da resina poliestere espansa - Google Patents
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Description
La presente invenzione riguarda film espansi soffiati in resina poliestere ed il metodo per la loro produzione. I film in resina poliestere, in particolare quelli bistirati, trovano ampia applicazione in vari settori tecnologici grazie alle loro elevate proprietà meccaniche, elettriche e di resistenza agli agenti chimici .
I film bistirati sono superiori ad altri film sia per proprietà tensili, in particolare per l'elevato modulo elastico che per stabilità dimensionale.
I film presentano però alcuni svantaggi dovuti principalmente al loro elevato peso specifico ed alla mancanza di opacità che per alcune applicazioni come ad esempio nel campo dell'informatica e fotografico richiede che i film siano resi opachi impiegando quantitativi elevati di pigmenti banchi.
I film espansi mono o biorientati in resina poliestere permettono di risolvere i problemi dei film non espansi e nel contempo di presentare proprietà del tutto nuove rispetto ai film non espansi quali ad esempio la elevata resistenza all'urto e la notevole retraibilità al riscaldamento .
Film espansi mono e bistirati in resina poliestere sono descritti in una precedente domanda di brevetto della Richiedente (domanda Europea 991220468).
La preparazione dei film viene effettuata estrudendo in condizioni di espansione (extrusion-foaming) una resina poliestere avente caratteristiche reologiche adatte per formare prodotti cellulari espansi e di sottoporre poi le foglie o film espansi a stiro mono o biassiale impiegando rapporti di stiro che possono arrivare a 5:1. Si è ora inaspettatamente trovato che è possibile ottenere da resine poliestere aventi determinate caratteristiche reologiche adatte per la formazione di materiali espansi film espansi soffiati (non orientati o orientati biassialmente) sottoponendo a soffiaggio con il metodo della singola o doppia bolla ad ottenere rispettivamente film stirati sostanzialmente non orientati e film stirati biorientati una foglia tubolare espansa in resina poliestere all'uscita dall'estrusore di espansione.
La resina poliestere adatta per il processo dell'invenzione ha melt viscosity superiore a 2000 PAS a 280 °C con velocità di taglio tendente a zero e melt strength pure a 280°C maggiore di 10 cN.
Valori preferiti di melt viscosity sono compresi tra 5000 e 20000 PAS; la melt viscosity è preferibilmente maggiore di 50 cN e può arrivare a 150 e più cN.
La viscosità intrinseca è in genere compresa tra 0.8 e 1.5 dl/g.
Le resine poliestere aventi le proprietà reologiche sopra indicate sono preferibilmente ottenibili, mediante policondensazione allo stato solido (SSP) di una resina poliestere avente viscosità intrinseca in genere inferiore a 0.7-0.8 dl/g, addizionata con una dianidride di un acido aromatico tetracarbossilico, rappresentativamente dianidride piromellitica, in quantità da 0.05 a 2% in peso, operando in condizioni di temperatura (in genere comprese tra 80 e 220°C) e di durata tali da portare la melt-strangth e la meltviscosity ai valori desiderati.
ha policondensazione allo stato solido viene condotta secondo metodi noti quale ad esempio il metodo descritto in USP 5.243.000 la cui descrizione viene qui inglobata mediante citazione.
Altri metodo adatti sono descritti in USP 5.288.764 e 5.229.432 la cui descrizione è pure inglobata mediante citazione .
Le resine poliestere di partenza utilizzabili per ottenere le proprietà reologiche prescritte vengono preparate per policondensazione, secondo metodi noti, di acidi aromatici bicarbossilici con dioli con 2-12 atomi di carbonio o per transesterificazione di esteri alchilici inferiori degli acidi bicarbossilici con dioli con 2-12 atomi di carbonio e successiva policondensazione degli esteri dei dioli.
Acidi aromatici preferiti sono l'acido tereftalico, isoftalico e gli acidi naftalen-dicabossilici.
Resine preferite sono il polietilentereftalato ed i suoi copolimeri in cui da 1 fino a 20-25 preferibilmente 2-15 unità derivanti dall'acido tereftalico sono sostituite da unità derivanti da acido isoftalico e/o naftalendicarbossilici .
Le resine poliestere possono essere impiegate in miscela con altre resine, in particolare poliammidi, impiegate in quantità da 2 a 50% in peso sulla resina poliestere. Una poliammide particolarmente adatta soprattutto al fine di conferire migliorate proprietà barriera ai gas (ossigeno e C02) è la poli-m.xililidenadipamide.
Questa poliammide viene miscelata allo stato fuso con la resina poliestere premiscelata, sempre allo stato fuso, con una dianidride di un acido aromatico tetracarbossilico, preferibilmente dianidride piromellitica, in quantità di 0.05-2%in peso sulla resina poliestere.
L·’aggiunta della resina poliammidica (può essere alifatica o aromatica, ad alto o basso peso molecolare) permette, tra latro, di abbassare notevolmente il contenuto di dianidride non reagita nel film espanso. Altre resine che possono essere aggiunte alla resina poliestere aromatica sono le resine poliestere alifatiche ottenibili da acidi bicarbossilici alifatici con 4-22 atomi di carbonio quali acido adipico e da dioli alifatici con 2-22 atomi di carbonio, o da idrossidi-acidi alifatici o dai lattoni o lattidi corrispondenti .
Il poli-epsilon-caprolattone è una delle resine preferite.
Le resine poliestere alifatiche (sono dotate di elevata biodegradabilità) vengono aggiunte al fine di conferire alla resina poliestere aromatica caratteristiche di biodegradabilità o biocompostabilità.
La foglia tubolare espansa adatta per la preparazione dei film soffiati viene estrusa da teste anulari con luce in genere compresa tra 0.1 e 0.5 mm.
La quantità di agente espandente (azoto, anidride carbonica o idrocarburi liquidi o altri agenti) è tale da permettere di ottenere valori della densità apparente della foglia espansa non soffiata compresi tra ca. 50 e 700kg/m<3>.
Il processo di extrusion-foaming a produrre la foglia espansa viene condotto secondo metodi noti.
Analogamente il soffiaggio della foglia tubolare viene condotto secondo metodi noti impiegando la tecnica della singola bolla oppure della doppia bolla a seconda che si vogliano produrre film soffiati non orientati oppure biorientati.
Le proprietà tensili dei film soffiati biorientati sono di molto superiori a quelle dei film non orientati.
Caratteristica comune ai due tipi di film è la loro elevata retraibilità a caldo che li rende particolarmente adatti per applicazioni quali etichettatura e l'imballagio di unità pellettizzate.
Altra caratteristica particolarmente evidente nei film biorientati è la loro notevole birifrangenza che li rende particolarmente adatti per la stampa oleografica esimili applicazioni.
La facile inchiostrabilità dei film soffiati li rende particolarmente adatti in applicazioni in sostituzione della carta.
La biocompostabilità dei film quando gli stessi sono preparati da composizioni comprendenti un poliestere alifatico biodegradabile a cui può essere aggiunto eventualmente amido li rende adatti per la fabbricazione di sacchi compostabili per la raccolta di rifiuti.
Nella preparazione dei film, il rapporto tra la velocità di estrusione della foglia tubolare e quella di avvolgimento del film soffiato è maggiore di 1 ed in genere compreso tra 2 e 8; il rapporto tra il diametro della testa di estrusione e quello della bolla è maggiore di 2 ed in genere compreso tra 4 e 6 .
La densità dei film soffiati è in genere compresa tra 0.05 e 0.5 g/cm<3 >.
80 kg/h di materiale polietiletereftalato copolimero contenente 2% in peso di acido isoftalico, avente melt stength di 150 cN a 280°C, melt viscosity di 1800 PAS misurata a 300°C con velocità di taglio 10 rad/sec e viscosità intrinseca di 1.25 dl/g ottenuto per rigrado del polimero allo stato solido ad una temperatura di 210°C in presenza di 0,4% di anidride piromellitica sono stati alimentati in continuo, previo essiccamento a 140°C per 10 ore, in un estrusore bivite corotante avente un diametro delle viti di 90 mm.
A valle delle viti è posizionato un mescolatore statico per migliorare l'omogeneizzazione dei vari componenti della miscela.
Le temperature impostate sull'estrusore erano di 280°C nella zona di fusione, 280°C nella zona di mescolamento, 270°C nella zona di raffreddamento e 265°c sulla testa di estrusione.
Le viti giravano a 30 rpm.
Il in peso di azoto (agente espandente) è stato aggiunto al PET nella zona dell'estrusore successiva alla fusione del polimero e intimamente mescolato alla matrice polimerica.
La composizione PET/ azoto una volta mescolata viene estrusa attraverso una testa anulare avente una circonferenza di 70 mm e una luce di 0.3 mm.
La miscela di polimero fuso contenente l'agente espandente viene forzata attraverso la testa di estrusione ad una pressione di circa 70 bar.
Il prodotto tubolare in uscita dalla testa di estrusione viene soffiato nella parte interna della bolla con aria a 23°C.
Il film in bolla così prodotto viene processato in posizione verticale e, dopo raffreddamente, viene richiuso su un telaio di collassamento per mezzo di 2 rulli di compressione e successivamente avvolto in bobine.
Le condizioni operative del test e i risultati sono i seguenti:
temperatura estrusore: 280 sulle viti e zona mescolamento; 270°C nella zona di raffredamento; 260°C sulla testa di estrusine;
giri vite estrusore: 30 rpm;
portata polimero: 80 kg/h;
tipo di agente espandente: azoto;
quantità agente espandente: 1% in peso sul polimero; pressione di estrusione misurata sulla testa: 71 bar;
RO/RL rapporto di espansione: 5;
VL/VO rapporto stiro: 6;
(dove: VL = velocità di estrusione; VO = velocità di avvolgimento; RL = diametro testa di estrusione; RO=diametro della bolla).
spessore finale: 110 micron;
dimensione celle: > 200 micron;
Il film soffiato aveva le seguenti proprietà di resistenza all'urto:
forza di rottura riferita all'inizio della frattura: 10 N
energia totale di rottura riferita alla fine della propagazione della frattura: 0.01 J/mm.
ESEMPIO 2
L'esempio 1 viene ripetuto con la sola differenza che la testa anulare di estrusione della miscela polimero/azoto aveva un diametro di 50 mm ed una luce di 0.21 mm e la pressione con cui la miscela fusa veniva forzata attraverso la testa anulare era di 68 bar.
Le condizioni operative della prova erano le seguenti: temperatura estrusore: 280°C sulle viti e zona di mescolamento; 270°C nella zona di raffredamento e mescolamento; 260°C sulla testa di estrusine; giri vite estrusore: 60 rpm;
portata polimero: 60 kg/h;
tipo di agente espandente: azoto;
quantità agente espandente: 1% in peso sul polimero; pressione di estrusione misurato sulla testa: 69 bar;
RO/RL rapporto di espansione: 5;
VO/VL rapporto stiro: 6;
spessore finale: 90 micron;
dimensione celle: > 200 micron;
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI 1- Film soffiati espansi in resina poliestere ottenibili per soffiaggio di una foglia tubolare espansa all'uscita da un estrusore di espansione. 2- Film soffiati secondo la rivendicazione 1, in cui la melt viscosity e la melt strength della resina poliestere sono maggiori rispettivamente di 2000 PAS a 280°C con forza di taglio tendente a zero e 10 cN pure a 280°C. 3- Film secondo la rivendicazione 1, in cui la melt viscosity a 280°C e con forza di taglio tendente a zero è compresa tra 5000 e 20000 PAS e la melt strength è maggiore di 50 cN. 4- Film soffiati secondo le rivendicazioni 1-3 precedenti, in cui lo spessore dei film è compreso da 10 a 100 micron e la densità è tra 0.05 e 0.5 g/cm<3>. 5- Film soffiati secondo le rivendicazioni 1-4 precedenti ottenibili per soffiaggio con la tecnica della singola bolla. 6- Film soffiati secondo le rivendicazioni 1-4 precedenti ottenibili per soffiaggio con la tecnca della doppia bolla. 7- Film soffiati secondo le rivendicazioni 1-6 precedenti, in cui la resina poliestere è scelta tra polietilentereftalato e copolimeri tereftalici in cui da 1 a 20% di unità monomeriche derivanti dall'acido tereftalico sono sostituite da unità derivanti da acido isoftalìco e/o acidi naftalenbicarbossilici. 8- Impiego dei film secondo le rivendicazini 1-7 precedenti nell'imballaggio ed in applicazioni in cui è richiesta la retraibilità a caldo dei film.
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