ITMI950767A1

ITMI950767A1 - Film termoplastico saldabile ad alta frequenza

Info

Publication number: ITMI950767A1
Application number: IT95MI000767A
Authority: IT
Inventors: Michel Degrand
Original assignee: Atochem Elf Sa
Priority date: 1994-04-20
Filing date: 1995-04-13
Publication date: 1996-10-13
Also published as: IT1273559B; CA2147330C; GB9508013D0; ITMI950767A0; JP2696787B2; CA2147330A1; DE19513890A1; ES2109873A1; SE512741C2; FI951864A0; BE1008677A3; DE19513890B4; SE9501417D0; GB2289281B; JPH07292176A; FR2719051A1; US5661201A; CN1053913C; KR0165147B1; FI951864A

Abstract

LA PRESENTE INVENZIONE SI RIFERISCE AD UN FILM TERMOPLASTICO COMPRENDENTE ALMENO UN COPOLIMERO DI ETILENE SALDABILE CON UNA CORRENTE DI ALTA FREQUENZA, CARATTERIZZATO DAL FATTO CHE IL FILM COMPRENDE UNAQUANTITA' SUFFICIENTE DI ALMENO UNA N, N'-ETILEN-SISAMMIDE PER OTTENERE UN TEMPO DI SALDATURA AD ALTA FREQUENZA NON SUPERIORE AL SECONDO.IL FILM COSI' SALDATO E' UTILIZZABILE SPECIALMENTE NELL'INDUSTRIA DELL'IMBALLAGGIO.

Description

Descrizione dell'invenzione industriale

La presente invenzione si riferisce a un film

stico a base di copolimeri di etilene saldabile a velocità elevata con corrente ad alta frequenza.

Nell'industria dell'imballaggio vi è una richiesta sempre crescente di films termoplastici aventi in particolare proprietà meccaniche eccellenti, un basso coefficiente di attrito, una gradevole sensazione al tatto ed un'eccellente tenuta di saldatura.

Per quanto riguarda la saldatura di films termoplastici, è noto che nel caso di films con spessore superiore a 100 microns, la tenuta delle saldature effettuate con una corrente ad alta frequenza è superiore alla tenuta delle saldature effettuate termicamente. Tuttavia, utilizzando la corrente ad alta frequenza i tempi di saldatura sono in genere elevati (da 2 a 3 secondi, anche di più) e ciò è attualmente inaccettabile per l'industria moderna dell'imballaggio dove i ritmi di imballaggio sono sempre più rapidi.

Nel settore ora considerato, viene definito attualmente breve un tempo di saldatura non superiore al secondo.

La domanda di brevetto internazionale WO 92-00125 descrive un procedimento di saldatura che utilizza corrente ad alta frequenza - che sarà denominata in seguito saldatura A wF - di almeno due films termoplastici che comprendono un copolimero o una miscela copolimero-polimero scelta nel gruppo costituito da un copolimero etilene/acetato di vinile (ÈVA), una miscela di ÈVA e di un polietilene, una miscela di ÈVA e di un polipropilene o una miscela di ÈVA, di polietielene e di polipropilene .

In queste miscele, o anche nel caso in cui venga utilizzato un ÈVA da solo, il contenuto in peso di acetato di vinile è compreso fra il 12% e il 28%.

Il procedimento descritto in questa domanda internazionale prevede:

la pressatura di almeno due strati termoplastici,

l'applicazione di una corrente AF ai suddetti strati pressati al fine di saldarli insieme e

il recupero di detti strati saldati.

Sebbene questo procedimento sia fin qui del tutto soddisfacente per quanto riguarda la qualità della saldatura e le proprietà meccaniche dei films saldati, in questa domanda di brevetto internazionale non vengono fornite indicazioni sulle velocità di saldatura e sui prodotti che si potrebbero ottenere a tali velocità.

La Richiedente ha effettuato numerose ricerche sulle velocità di saldatura AF di almeno due films termoplastici a base di copolimero di etilene.

Per ottenere tempi di saldatura inferiori o al£!m/as■simo uguali a un secondo, la Richiedente ha osservato che era necessario aumentare l'energia per unità di superficie dell'elettrodo che permette la saldatura AF.

Tuttavia, la Richiedente ha trovato che nel caso di energie elevate i tempi di saldatura AF erano effettivamente molto brevi ma che si producevano delle scintille con un risultante deterioramento dei films {strappi, fori, elevate colorazioni) che di conseguenza limitavano le energie usate.

E' stato anche trovato che contenuti elevati di comonomero nei copolimeri di etilene permettevano tempi di saldatura AF molto brevi. Purtroppo i prodotti aventi alti contenuti di comonomero sono difficili da estrudere perchè sono troppo appiccicosi, e questo risulta inaccettabile per le macchine di imballaggio moderne.

Ora è stato trovato un film termoplastico che comprende almeno un copolimero di etilene saldabile con una corrente ad alta frequenza, caratterizzato dal fatto che il film comprende una quantità sufficiente di almeno una N,N'-etilen-bisammide di formula

in cui n è un intero da 17 a 21, per ottenere un tempo di saldatura AF non superiore a un secondo e preferibilmente compreso tra 0,2 e 0,5 secondi.

A titolo di esempio della N,N'-etilen-bisammide utilizzabile secondo la presente invenzione, verranno menzionate Ν,Ν'-etilen-bisstearammide

Ν,Ν'-etilen-bisoleammide,

N,N'-etilen-bisgadoleammide,

N,N'-etilen-biscetolammide ,

N,N'-etilen-biserucammide

e la miscela di almeno due N,N'-etilen-bisammidi citate sopra.

Tra le N,N'-etilen-bisammidi, l'invenzione si riferisce in modo particolare alla N,N'-etilen-bisoleammide denominata qui di seguito EBO.

Tra i copolimeri di etilene che possono entrare nella composizione del film termoplastico secondo l'invenzioe si possono citare in particolare i copolimeri polari dell'etilene aventi un contenuto di comonomeri almeno uguale a circa 0,09 moli per 100 g di copolimero, come:

copolimeri di etilene e di almeno un estere vinilico di acido carbossilico saturo avente da 2 a 6 atomi di carbonio come l'acetato di vinile o il propionato di vinile; copolimeri di etilene e di almeno un acrilato o metacrilato di alchile in cui il gruppo alchile ha da 1 a 10 atomi di carbonio, come i copolimeri etilene/acrilato di metile o i copolimeri etilene/acrilato di butile;

i copolimeri citati sopra anche con anidride maleica o (met)acrilato di glicidile;

le miscele di almeno due dei copolimeri citati sopra.

Il film secondo l'invenzione può anche contener (eTKpolietilene o copolimeri di etilene e di una alfa-olefina.

Tra questi copolimeri di etilene, l'invenzione riguarda in modo particolare i films termoplastici comprendenti almeno un copolimero di etilene-acetato di vinile avente un contenuto in peso di acetato di vinile non superiore al 40% e, preferibilmente compreso fra il 12% e il 28%.

Il tempo di saldatura - inferiore o al massimo uguale a un secondo - del film termpolastico a base di copolimero di etilene può essere raggiunto utilizzando un contenuto in peso di N,N'-etilen-bisammide non superiore allo 0,6% e preferibilmente compreso tra lo 0,3% e lo 0,5% rispetto al film termoplastico .

Secondo una forma alternativa dell'invenzione il film termoplastico comprende inoltre un additivo anti-bloccante scelto nel gruppo costituito dalle ammidi primarie d'acido grasso, silice, talco e una miscela di almeno due dei composti citati sopra.

A titolo di esempio di un'ammide primaria di acido grasso saturo si possono citare 1'erucammide, l'oleammide, la stearammide, la palmitammide e la miscela di almeno due dei composti citati sopra.

Tra queste ammidi primarie di acido grasso, è preferibile usare 1'erucammide.

Questi additivi anti-bloccanti possono essere utilizzati in proporzioni non superiori al 2% in peso circa ris ipetto' al film termoplastico.

Il film termoplastico a base di copolimero di etilene può anche contenere almeno un additivo comunemente usato nei copolimeri di etilene come:

additivo che migliori lo scorrimento, come un sale metallico di acido grasso (stearato di zinco), antiossidante, come un fenolo sfericamente impedito, un mercaptano o un fosfito,

assorbenti di raggi ultravioletti, come i benzofenoni sostituiti, i fenilbenzotriazoli sostituiti e le ammine sfericamente impedite. Estinguenti di fiamma come composti di nichel, pigmento organico o inorganico, come l'ossido di zinco o l'ossido di titanio.

Secondo la presente invenzione le ammidi primarie di un acido grasso saturo e gli additivi citati sopra devono essere utlizzati in quantità tali da non alterare la velocità di saldabilità dei films termoplastici.

Il film termoplastico secondo la presente invenzione può essere ottenuto in particolare per estrusione, estrusione a soffiaggio o con la tecnologia nota come "casting" (colata) di una composizione preparata con qualsiasi metodo che permetta di disperdere la N,N'-etilen-bisamimide e, eventualmente, l'agente anti-bloccante o l'altro o gli altri additivi nel copolimero di etilene.

Per ottenere una buona riproducibilità a livello di saldatura, è necessario che gli additivi siano perfettamente dispersi nel copolimero di etilene. Eterogeneità nella dispersione degli additivi porterebbero a una mediocre qualità delle saldature a velocità elevata.

Lo spessore del film termoplastico secondo la presente invenzione può variare ampiamente. Può essere in genere, non superiore a 500 microns e, preferibilmente, compreso tra 50 e 300 microns.

Secondo la presente invenzione possono essere saldati almeno due films termoplastici a base di copolimero di etilene, preferibilmente, due films ÈVA. La presente invenzione si riferisce anche agli imballaggi comprendenti il film dell'invenzione che è stato saldato su se stesso mediante AF.

Nell'imballaggio dei prodotti alimentari è spesso richiesta una migliorata permeabilità ai gas e/o al vapore acqueo.

Essa viene generalmente ottenuta con la tecnica nota come "coestrusione". Questa tecnica consiste particolarmente nella coestrusione di almeno due strati di polimero che presentino rispettivamente le proprietà richieste.

La presente invenzione si riferisce anche a imballaggi che sono i films multistrato comprendenti almeno uno strato del film dell'invenzione su una delle facce (i) e che sono saldati ad AF dopo aver messo in contatto questa faccia con il film dell'invenzione.

A titolo di esempio di tali compositi si possono citare i trilaminati

EVA/PE/EVA, EVA/PP/EVA,

i multilaminati come:

EVA/legante/EVOH/legante/EVA

EVA/legante/PA/legante ÈVA

in cui ÈVA indica i copolimeri etilene/acetato di vinile, PE e PP indicano rispettivamente il polietielene e il polipropilene e EVOH indica copolimeri etilene/alcool vinilico.

Secondo una variante dell'invenzione questi compositi, che comprendono almeno uno strato a base di copolimero di etilene secondo la presente invenzione, in particolare a base di ÈVA, possono essere saldati tra di loro con una corrente AF a velocità elevate, cioè con tempi di saldatura non superiori al secondo.

La saldatura dei films termoplastici secondo la presente invenzione può essere effettuata con un metodo noto che consiste nel portare almeno due films termoplastici (o compositi a base di copolimero di etilene secondo la presente invenzione) tra le piastre, eventualmente preriscaldate, di una pressa saldatrice AF, nell'applicare una pressione che è in funzione dello spessore dei films da saldare, e in seguito, dopo avere regolato il circuito oscillante per ottenere il massimo di energia, viene applicata agli strati mantenuti sotto pressione una corrente con una frequenza corrispondente a 27,12 iMlH/z. Si mantiene questa corrente per un periodo - noto come tempo di saldatura - non superiore al secondo e poi eventualmente si raffreddano i films saldati prima di recuperarli.

Sui films ottenuti si determina la resistenza alla rottura secondo il metodo NFT 54120.

I films secondo la presente invenzione hanno il vantaggio di avere un'elevata resistenza alla rottura anche con tempi di saldatura molto brevi - circa 0,2 secondi

Questi films sono utilizzati soprattutto per l'imballaggio di prodotti per la pulizia.

I seguenti esempi illustrano l'invenzione.

Preparazione di films ÈVA

I films sono stati ottenuti da composizioni preparate a partire dai seguenti costituenti:

ÈVA: copolimero etilene/acetato di vinile contenente il 24% in peso di acetato di vinile avente un melt index di 3 g/10 min. misurato secondo il metodo ASTM D 1238 a 190°C sotto un carico di 2,16 kg,

N,N'-etilen-bisoleammide (EBO) introdotta sotto forma di master batch contenente il 6% di EBO nell'ÈVA menzionato precedentemente .

Ti02 introdotto sotto forma di master batch nella proporzione del 70% di Ti02 in un polietilene.

Si02 introdotta sotto forma di master batch nella proporzione del 50% di Si02 in un polietilene,

Erucammide (Eru.) introdotta sotto forma di master batch contenente il 5% di erucammide in un polietilene,

Stearammide (Ste.) introdotta sotto forma di master batch contenente il 5% di stearammide in un polietilene.

I granuli di ÈVA e i vari costituenti (sotto forma di master batch) vengono mescolati a secco in un miscelatore tipo Flobin per 15 minuti secondo le percentuali in peso mostrate nella Tabella 1.

Con la miscela così ottenuta si alimenta un impastatore KO BUSS fornito di una singola vite avente 88 mm di diametro e L/D uguale a 21 e di un puntale di miscelazione tipo Cavity Transfer Mixer con 8 file di fori. La velocità della vite è 100 giri/min. e la temperatura di estrusione è compresa fra 170 e 205°C.

II prodotto viene in seguito estruso sotto forma di film con la tecnica nota come "Casting" (colata) secondo le condizioni usate abitualmente per una resina ÈVA.

I films di ÈVA hanno uno spessore di 220 microns.

Saldatura ad alta frequenza

Si utilizza una pressa saldatrice AF tipo THIMONNIER M31-BS 22 fornita di un generatore ad AF di potenza uguale a 2 kW regolabile con un timer elettronico, di un dispositivo manuale per la regolazione dell' AF che comprende 5 posizioni corrispondenti alle rispettive potenze di: 0,4 kW, 0,8 kW, 1,2 kW, 1,6 kW e 2 kW e di una alimentazione di aria compressa che permette di ottenere una pressione di almeno 2 x 10s Pa.

La superficie dell'elettrodo è di 10,25 cm2.

I films da saldare vengono portati tra la piastra e l'elettrodo della pressa, viene applicata una pressione e quindi, dopo avere scelto la posizione del dispositivo manuale per ottenere una data potenza, viene applicata una corrente avente una frequenza di 27,12 MHz e si mantiene per un periodo, detto tempo di saldatura, che varia da 0.2 a 1 secondo.

Si raffreddano i films saldati quindi si determina la resistenza alla rottura secondo il metodo NFT 54120 (velocità di trazione uguale a 100 mm/min.).

Nella tabella 1 vengono riportati i risultati ottenuti dalla saldatura dei due films ÈVA dello spessore di 220 microns.

La tabella 2 si riferisce ai risultati di saldatura di un composito trilaminato EVA/PE/EVA, i cui spessori rispettivi sono 80 μιη, 40 μπι, 80 μιη.

La composizione dello strato ÈVA è identica a quella dell'esempio 3 della tabella 1.

II PE è un polietilene lineare a bassa densità.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Film termoplastico comprendente almeno un copolimero di etilene saldatile con una corrente ad alta frequenza, caratterizzato dal fatto che il film comprende una quantità sufficiente di almeno una N,N'-etilen-bisammide di formula [Cn H2n±1-C(0)-NH-CH2]a in cui n è un intero da 17 a 21, per ottenere un tempo di saldatura ad alta frequenza non superiore ad un secondo.
2. Film secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la N,N'-etilen-bisammide è una N,N'-etilen-bis oleammide (EBO).
3. Film secondo una delle rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre un additivo antibloccante scelto nel gruppo costituito dalle ammidi primarie di acido grasso, silice, talco.
4. Film secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il copolimero di etilene è (i) un copolimero di etilene e di almeno un estere vinilico di acido carbossilico saturo avente da 2 a 6 atomi di carbonio, {ii) un copolimero di etilene e da almeno un acrilato o metacrilato di alchile in cui il gruppo alchile ha da 1 a 10 atomi di carbonio, (iii) i copolimeri precedenti anche con anidride maleica o (met)acrilato di glicidile o (iv) le miscele di almeno due dei copolimeri citati sopra.
5. Film secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il copolimero di etilene è un copolimero di etilene-acetato di vinile.
6. Imballaggi comprendenti il film secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, il film essendo stato saldato su se stesso ad alta frequenza.
7. Imballaggi costituiti da films multistrato comprendenti almeno uno strato di film secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5 su una delle facce (i) e che sono saldati ad AF dopo avere messo in contatto questa faccia (i) su se stessa.
8. Procedimento di saldatura ad alta frequenza di almeno 2 films termoplastici secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5 che consiste: nel portare il film tra la piastra e l'elettrodo di una pressa saldatrice, nell'applicare una pressione, nell'applicare una corrente ad una frequenza uguale a 27,12 MHz per un tempo di saldatura non superiore ad un secondo e quindi nel raffreddare i films saldati.