PL210951B1 - Pięciowarstwowa dwuosiowo orientowana folia polietylenowa BOPE i sposób jej wytwarzania - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 210951 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 388990 (51) Int.Cl.

C08J 5/18 (2006.01) B32B 27/32 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 09.09.2009

Pięciowarstwowa dwuosiowo orientowana folia polietylenowa BOPE i sposób jej wytwarzania

	(73) Uprawniony z patentu:
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	FLEXPOL SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Płock, PL
14.03.2011 BUP 06/11	(72) Twórca(y) wynalazku:
	GRZEGORZ SZPACZKO, Płock, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:	DARIUSZ SZKOLMOWSKI, Płock, PL
30.03.2012 WUP 03/12	(74) Pełnomocnik:
	rzecz. pat. Igor Sawicki

PL 210 951 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest dwuosiowo orientowana folia polietylenowa BOPE i sposób jej wytwarzania.

Stosowane w opisie wynalazku akronimy oznaczają:

BOPE (biaxially oriented polyethylene) - dwuosiowo orientowana folia polietylenowa.

BOPP (biaxially oriented propylene) - dwuosiowo orientowana folia polipropylenowa.

PE (polyethylene) - polietylen.

LLDPE (linear Iow density polyethylene) - liniowy niskiej gęstości polietylen.

TDO (Transwerse Direction Orienting) - kierunek poprzecznego rozciągania.

MDO (Machine Direction Orienting) - kierunek wzdłużnego rozciągania.

Znana jest, między innymi z produkcji firmy FLEXPOL, dwuosiowo orientowana folia polipropylenowa BOPP, która w procesie wytwarzania poddawana jest procesowi orientacji dwuosiowej w systemie tzw. „tenter frame. Proces ten polega na rozciąganiu wytłoczonej taśmy najpierw w kierunku wzdłużnym, w stosunku do kierunku wytłaczania, a następnie w poprzecznym. Orientacja przebiega w temperaturze niż szej od temperatury mię knienia polimeru. W tych warunkach folia pozostaje w stanie elastycznym, a przenoszone przez nią siły rozciągania są większe niż miałoby to miejsce w stanie plastycznym, co umożliwia równoległe ułożenie makrocząsteczek polimeru. Takie właśnie ułożenie makrocząsteczek wpływa na wzrost ich wzajemnego oddziaływania i decyduje o korzystnej zmianie właściwości folii. Po procesie orientacji następuje stabilizacja termiczna, co ma na celu wyeliminowanie skurczu folii w termicznych procesach przetwórczych, np. przy zgrzewaniu.

Do najistotniejszych zmian właściwości folii w procesie dwuosiowej orientacji, należy wzrost sztywności wynikający ze zwiększenia modułu sprężystości. Wzrost sztywności w stosunku do poliolefinowych folii nieorientowanych zmienia charakterystykę folii polipropylenowej, w takim stopniu, że folia BOPP zbliża się pod tym względem do folii z regenerowanej celulozy, co zdecydowało o przydatności folii BOPP w procesach przetwórstwa w maszynach stosowanych w technice opakowaniowej.

Przy licznych swych zaletach, folia BOPP nie wykazuje pewnych właściwości, charakterystycznych dla jeszcze bardziej rozpowszechnionego w technice opakowaniowej polimeru niż polipropylen, to jest polietylenu. W odniesieniu do folii dotyczy to przede wszystkim podatności polietylenu do zgrzewania, szerokiego zakresu temperatur zgrzewania, zachowania się spoin zgrzewanych pod wpływem rzeczywistych narażeń występujących w procesach użytkowania opakowań, łatwości nadawania folii polietylenowych PE właściwości termokurczliwych, a także odporności polietylenu w przeciwieństwie do polipropylenu na niskie temperatury. Stąd też folia polietylenowa PE wykorzystywana jest powszechnie do produkcji toreb i worków oraz w postaci folii termokurczliwych, bardzo często stanowi też warstwę zgrzewalną w laminatach opakowaniowych.

W chwili obecnej dwukierunkowo orientowana folia polietylenowa BOPE jest wytwarzana metodą rozdmuchu gorącego polietylenu, polegającą na tym, iż z głowicy pierścieniowej wytłaczany jest rękaw tworzywa, którego rozciągnięcie w kierunku wzdłużnym i poprzecznym odbywa się za pomocą regulowanej ilości powietrza dostarczanego do wnętrza rękawa i szybkości odbioru rękawa przez walce odbiorowe. Jest to technologia niskiej wydajności, według której trudno jest osiągnąć wysokiej jakości produkt.

Celem wynalazku było uzyskanie pięciowarstwowych folii składowych laminatów opakowaniowych o wymaganej podwyższonej wytrzymałości połączeń zgrzewanych, podwyższonej wytrzymałości mechanicznej, podwyższonej sztywności, lepszych własnościach optycznych, wyższej wytrzymałości w niskich temperaturach, wyż szej odporno ś ci na punktowe przebicia folii polietylenowych PE do bezpośredniego pakowania, a także folii termokurczliwych, we wszystkich przypadkach o obniżonych grubościach w stosunku do obecnie stosowanych.

Pięciowarstwowa dwuosiowo orientowana folia polietylenowa BOPE według wynalazku charakteryzuje się tym, iż składa się z pięciu warstw: A, B, C, D, E, których podstawowym surowcem jest metalocenowy liniowy niskiej gęstości polietylen LLDPE, przy czym zewnętrzna warstwa A jest warstwą aktywowaną o grubości 2,0 μm, pośrednie warstwy B, D są grubości od 2,5 do 3,5 μm, środkowa warstwa C jest warstwą o grubości nie mniejszej niż 4,8 μm i nie większej niż 10,8 μm, zaś zewnętrzna warstwa E jest warstwą nieaktywowaną o grubości 2,0 μm.

Korzystnie jest, gdy metalocenowy liniowy niskiej gęstości polietylen LLDPE produkowany jest z zastosowaniem metalocenowych katalizatorów i Bi-modalnej technologii procesu firmy MITSUI o korzystnie modyfikowanych własnościach antyblokingowych warstw A i E poprzez zastosowanie

PL 210 951 B1

SiO2 w ilości od 0,2 do 1,0% wagowego) i optymalnie dobranej wielkości uziarnienia oraz korzystnie modyfikowanych własnościach poślizgowych warstw B, C, D, poprzez zastosowanie modyfikatorów o optymalnym składzie ilościowym w zakresie krótko i długo migrują cych środków poślizgowo-antystatycznych w ilości od 0,5 do 1,5% wagowego, zapewniającej doskonałe zachowanie folii podczas produkcji folii (optymalne zachowanie na walcach sekcji orientacji, walcach odciągowych i nawijarce) oraz uzyskanie doskonałego zachowania się folii podczas dalszego przetwórstwa (druk, laminacja, pakowanie i magazynowanie produktów.

Korzystnie jest również, gdy w każdej warstwie A, B, C, D, E, wprowadzony jest modyfikator zabezpieczający utrzymanie własności surowca bazowego podczas procesu technologicznego, pozwalający na kilkukrotne poddanie tworzywa obróbce termicznej w temperaturach od 115 do 250°C. Ilość wprowadzanego modyfikatora nie mniej niż 0,7 nie więcej niż 1,3% wagowego.

Sposób wytwarzania pięciowarstwowej dwuosiowo orientowanej folii polietylenowej BOPE według wynalazku charakteryzuje się tym, iż metalocenowy liniowy niskiej gęstości polietylen LLDPE poddaje się procesowi topienia w ekstruderze w temperaturze około 250°C, a następnie wtłacza się go do głowicy płaskiej, gdzie formowana jest wstęga polimeru składająca się z pięciu warstw A, B, C, D, E, która to wstęga wylewana jest przez ustnik głowicy na walec chłodzący o temperaturze nie mniej niż 20°C i nie więcej niż 40°C, a następnie tak otrzymaną wstęgę poddaje się procesowi orientacji sekwencyjnej, gdzie w pierwszym kroku procesu orientacji sekwencyjnej pięciowarstwową wstęgę polimeru rozciąga się wzdłużnie w sekcji gorących walców (MDO) w temperaturze nie mniej niż 50°C i nie wię cej niż 130°C, obracają cych się z róż nymi prę dkoś ciami, gdzie róż nica prę dkoś ci mię dzy walcami orientacji (współczynnik orientacji) wynosi nie mniej niż 5,0 - nie więcej niż 6,0, a w drugim kroku procesu orientacji sekwencyjnej rozciągniętą wzdłużnie wstęgę poddaje się orientacji poprzecznej (TDO), przy czym różnica odległości między łańcuchami strefy podgrzewania i łańcuchami stref stabilizacji pieca (współczynnik orientacji) wynosi nie mniej niż 8 - nie więcej niż 10, zaś temperatura procesu orientacji poprzecznej wynosi nie mniej niż 100°C i nie więcej niż 150°C.

Korzystnie jest, gdy orientacja poprzeczna następuje w piecu, w którym pracują dwa łańcuchy trzymające brzegi rozciąganej wstęgi, a co najmniej ośmiokrotna orientacja poprzeczna następuje w wyniku rozchodzenia się ł a ń cuchów.

W celu zmagazynowania i dalszej sprzedaż y gotowej folii niezbę dna jest krajarka, konfekcjonująca folie na wymiary handlowe, przy czym wcześniej, w sekcji odciągu wstęgi, folia jest korzystnie aktywowana poprzez poddanie powierzchni folii procesowi wyładowań prądami wysokiej częstotliwości (wyładowań koronowych), przez co uzyskuje się odpowiednie napięcie powierzchniowe, zapewniające przydatność folii do zadruku, laminacji, powlekania i metalizacji próżniowej.

Korzystnie jest również, gdy co najmniej stumetrową linię produkcyjną wieńczy nawijarka, na której uzyskuje się jumbo role o szerokości od 6,2 m do 8,2 m.

Inną korzyścią jest to, gdy proces zasilany jest granulatem polimerowym, podawanym pneumatycznie z silosów do systemu dozowania grawitacyjnego, przy czym proces ten osiąga wydajność do 4 t folii/h oraz prędkość do 500 m/minutę.

Pięciowarstwowa dwuosiowo orientowana folia polietylenowa BOPE uzyskana według wynalazku charakteryzuje się przełomowo korzystniejszymi własnościami jakościowymi: wyższe właściwości mechaniczne (sztywność, wytrzymałość na zerwanie, wytrzymałość na punktowe przebicie, wytrzymałość w niskich temperaturach), wyższe właściwości optyczne (transparentność, połysk).

Zastosowanie folii BOPE w opakowaniach wielowarstwowych pozwala na uzyskanie doskonałych własności opakowania (spełniających oczekiwania w stosunku do produktu i procesu przetwórczego) - przy jednoczesnym obniżeniu grubości opakowania wielowarstwowego nawet do 50%.

Dla dotychczas stosowanych opakowań wielowarstwowych (z udziałem folii BOPP i PE) standardowa grubość laminatu 110-120 μm, przy zastosowaniu folii BOPE grubość laminatu można obniżyć nawet do 60 μm zachowując wszystkie własności opakowania wielowarstwowego.

Obniżanie grubości folii, do funkcjonalnie uzasadnionego minimum, stanowiące tzw. redukcję „u źródła, rzutuje w konsekwencji na zmniejszenie masy opakowań wprowadzanych na rynek, a tym samym na zmniejszenie ilości odpadów. Zapobieganie powstawaniu odpadów, w myśl ustaleń dyrektyw UE w powyższym zakresie, jak również odpowiadających im przepisom krajowym traktowane jest priorytetowo.

Pięciowarstwowa dwuosiowo orientowana folia polietylenowa BOPE dzięki doskonałym własnościom mechanicznym i doskonałej sztywności może być stosowana w opakowaniach wielowarstwowych w grubości do 50% niższej od standardowo stosowanych folii PE i BOPP. Moduł sprężystości

PL 210 951 B1 folii BOPE (dla danej grubości folii) jest ok. 100% wyższy od modułu sprężystości folii BOPP - dzięki temu znacznie cieńsza folia BOPE (np. 20 μm) wykazuje cechy sztywności odpowiadające folii BOPP (o 40 μm). Jednocześnie folia według wynalazku charakteryzuje się podobnym poziomem własności (np. moduł sprężystości) w obydwu kierunkach MD i TD.

Ponadto, w sposobie wytwarzania folii według wynalazku uzyskuje się nieporównywalnie większą wydajność w stosunku do innych systemów produkcji folii PE, przy mniejszym zużyciu energii, na jednostkę masy wytworzonej folii.

Przewagę ekonomiczną nowej foli BOPE zapewnia jej dwukrotnie większa wydajność opakowaniowa, wynikająca z redukcji grubości z 20-stu do 10-ciu mikronów.

Folia BOPE ma szerokie zastosowanie, jako surowiec do produkcji opakowań z zadrukowanych laminatów, służących do pakowania żywności, np. kawy i herbaty, zup instant, przypraw i sosów, mrożonek. Szczególnie atrakcyjnym zastosowaniem folii BOPE są opakowania termokurczliwe, opanowane dzisiaj przez nieekologiczne folie PCV.

Termokurczliwa folia BOPE jest wykorzystywana do pakowania m.in.:

• żywności (pizza), • pudełek kartonowych (herbata, gry planszowe), • produkcji etykiet przyjmujących kształt opakowania (jogurty, napoje), • opakowań zbiorczych (kosmetyki, butelki z napojami).

Cienkie termokurczliwe folie BOPE umożliwią zastępowanie termokurczliwych folii z PVC, które ze względów ekologicznych są coraz niechętniej stosowane, a w niektórych krajach istnieje nawet zakaz stosowania opakowań z PVC.

Niżej podano przykład objaśniający bliżej wynalazek:

P r z y k ł a d:

Otrzymano pięciowarstwową dwuosiowo orientowaną folię polietylenową BOPE na osnowie metalocenowego liniowego niskiej gęstości polietylenu LLDPE, składającą się z następujących warstw:

• zewnętrzna warstwa A aktywowana o grubości 2,0 μm, • pośrednie warstwy B, D o grubości nie mniejszej niż 2,5 i nie większej niż 3,5 μm • środkowa warstwa C - o grubości nie mniejszej niż 4,8 i nie większej niż 10,8 • zewnętrzna warstwa E nieaktywowana o grubości 2,0 μm.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Pięciowarstwowa dwuosiowo orientowana folia polietylenowa BOPE, znamienna tym, że składa się z pięciu warstw: A, B, C, D, E, których podstawowym surowcem jest metalocenowy liniowy niskiej gęstości polietylen LLDPE, przy czym zewnętrzna warstwa A jest warstwą aktywowaną o grubości 2,0 μm, pośrednie warstwy B, D są grubości od 2,5 do 3,5 um, środkowa warstwa C jest warstwą o grubości nie mniejszej niż 4,8 um i nie większej niż 10,8 um, zaś zewnętrzna warstwa E jest warstwą nieaktywowaną o grubości 2,0 um.
2. 2. Folia według zastrz. 1, znamienna tym, że w każdej warstwie A, B, C, D, E, wprowadzony jest modyfikator w postaci antyutleniacza, w ilości nie mniej niż 0,7% nie więcej niż 1,3% wagowego, zabezpieczający utrzymanie własności surowca bazowego podczas procesu technologicznego i pozwalający na kilkukrotne poddanie tworzywa obróbce termicznej w temperaturach od 115°C do 250°C.
3. 3. Folia według zastrz. 1, znamienna tym, że metalocenowy liniowy niskiej gęstości polietylen LLDPE, stosowany w warstwie A i E, jest modyfikowany antyblokingowo poprzez zastosowanie SiO2 w ilości od 0,2 do 1,0% wagowego i optymalnie dobranej wielkości uziarnienia.
4. 4. Folia według zastrz. 1, znamienna tym, że metalocenowy liniowy niskiej gęstości polietylen LLDPE, stosowany w warstwie B, C, D, jest modyfikowany poślizgowe poprzez zastosowanie modyfikatorów o optymalnym składzie ilościowym w zakresie krótko i długo migrujących środków poślizgowo-antystatycznych w ilości od 0,5 do 1,5% wagowego.
5. 5. Sposób wytwarzania pięciowarstwowej dwuosiowo orientowanej folii polietylenowej BOPE, znamienny tym, że metalocenowy liniowy niskiej gęstości polietylen LLDPE poddaje się procesowi topienia w ekstruderze w temperaturze około 250°C, a następnie wtłacza się go do głowicy płaskiej, gdzie formowana jest wstęga polimeru składająca się z pięciu warstw A, B, C, D, E, która to wstęga

   PL 210 951 B1 wylewana jest przez ustnik głowicy na walec chłodzący o temperaturze nie mniej niż 20°C i nie więcej niż 40°C, a następnie tak otrzymaną wstęgę poddaje się procesowi orientacji sekwencyjnej, gdzie w pierwszym kroku procesu orientacji sekwencyjnej pię ciowarstwową wstęgę polimeru rozciąga się wzdłużnie w sekcji gorących walców (MDO) w temperaturze nie mniej niż 50°C i nie więcej niż 130°C, obracających się z różnymi prędkościami, gdzie różnica prędkości między walcami orientacji (współczynnik orientacji) wynosi nie mniej niż 5,0 - nie więcej niż 6,0, a w drugim kroku procesu orientacji sekwencyjnej rozciągniętą wzdłużnie wstęgę poddaje się orientacji poprzecznej (TDO), przy czym różnica odległości między łańcuchami strefy podgrzewania i łańcuchami strefy stabilizacji pieca (współczynnik orientacji) wynosi nie mniej niż 8 - nie więcej niż 10, zaś temperatura procesu orientacji poprzecznej wynosi nie mniej niż 100°C i nie więcej niż 150°C.
6. 6. Sposób wytwarzania orientowanej folii według zastrz. 5, znamienny tym, że orientacja poprzeczna następuje w piecu, w którym pracują dwa łańcuchy trzymające brzegi rozciąganej wstęgi, a co najmniej oś miokrotna orientacja poprzeczna nastę puje w wyniku rozchodzenia się ł a ń cuchów.
7. 7. Sposób wytwarzania orientowanej folii według zastrz. 5, znamienny tym, że w sekcji odciągu wstęgi, folia jest aktywowana poprzez poddanie powierzchni folii procesowi wyładowań prądami wysokiej częstotliwości (wyładowań koronowych).
8. 8. Sposób wytwarzania orientowanej folii według zastrz. 5, znamienny tym, że co najmniej stumetrową linię produkcyjną wieńczy nawijarka, na której uzyskuje się jumbo role o szerokości od 6,2 m do 8,2 m.
9. 9. Sposób wytwarzania orientowanej folii według zastrz. 5, znamienny tym, że proces zasilany jest granulatem polimerowym, podawanym pneumatycznie z silosów do systemu dozowania grawitacyjnego, przy czym proces ten osiąga wydajność do 4 t folii/h oraz prędkość do 500 m/minutę.