Lámina de PLA de estiraje simultáneo con características mecánicas mejoradas.

Lámina orientada biaxialmente compuesta por al menos una capa, que contiene un polímero I de al menos un ácido hidrocarboxílico,

caracterizada porque la lámina presenta un espesor< 25 μm y está estirada simultáneamente y presenta una resistencia al desgarro en la dirección MD

(de la máquina) de 140 a 250 N/mm2 y en la dirección TD (transversal) de 140 a 250 N/mm2 o un módulo E en la dirección MD de 3200 a 6000 N/mm2 y en la dirección TD de 3200 a 6000 N/mm2, diferenciándose los valores de resistencia al desgarro o los valores del módulo E en la dirección MD y en la dirección TD en un máximo de un 40% referido al valor en la dirección TD.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2007/008263.

Solicitante: TREOFAN GERMANY GMBH & CO.KG.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: BERGSTRASSE 66539 NEUNKIRCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: BUSCH, DETLEF, SCHMITZ,BERTRAM.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > PRODUCCION; PROCESOS GENERALES PARA FORMAR MEZCLAS;... > Fabricación de artículos o modelado de materiales... > C08J5/18 (Fabricación de películas u hojas)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > PRODUCCION; PROCESOS GENERALES PARA FORMAR MEZCLAS;... > C08J5/00 (Fabricación de artículos o modelado de materiales que contienen sustancias macromoleculares (fabricación de membranas semipermeables B01D 67/00 - B01D 71/00))
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > COMPOSICIONES DE COMPUESTOS MACROMOLECULARES (composiciones... > Composiciones de poliésteres obtenidos por reacciones... > C08L67/04 (Poliésteres derivados de ácidos hidroxicarboxílicos, p. ej. lactonas (C08L 67/06 tiene prioridad))

PDF original: ES-2484092_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

LÃ?MINA DE PLA DE ESTIRAJE SIMULTÃ?NEO CON CARACTERÃ?STICAS MECÃ?NICAS MEJORADAS

La invención se refiere a una lámina de ácido polihidroxicarboxílico orientada biaxialmente, que incluye al menos una capa que contiene un polímero a base de ácidos hidroxicarboxílicos. La invención se refiere además a un procedimiento para fabricar la lámina PHC, así como a su utilización.

Las láminas de plásticos termoplásticos se utilizan cada vez más para el embalaje de alimentos y otras mercancías a embalar. La eliminación de los desechos de estos materiales ha llegado a ser igualmente un problema creciente. Los sistemas de reciclaje evolucionan dificultosamente, tienen una efectividad cuestionable y son a menudo sólo regionales, realizándose por ejemplo en Alemania. El petróleo como el material natural de partida para los plásticos termoplásticos poliolefínicos tiene sus límites. Estas circunstancias han conducido al desarrollo de materiales de embalaje procedentes de materias primas renovables y biodegradables. Ejemplos de ello son los polímeros y copolímeros de ácidos lácticos y otros ácidos hidroxicarboxílicos alifáticos.

Además de las materias primas, se conocen por el estado de la técnica también productos de láminas procedentes de estas materias primas. Debido a los elevados costes de las materias primas, a menudo estos productos no son competitivos frente a las láminas de polímero tradicionales. Por lo tanto, por razones de coste son especialmente deseables láminas delgadas procedentes de materias primas renovables y biodegradables. Pero entonces, evidentemente, no deben resultar afectadas negativamente las principales características de uso, debiendo mantenerse la posibilidad de tratamiento en máquina, rigidez, propiedades de barrera, perfil de espesor, facilidad de mecanización, etc.

No obstante básicamente tienen las láminas más delgadas siempre una rigidez más que proporcionalmente peor en la dirección de la máquina y con ello un comportamiento de desplazamiento en la máquina bastante peor en las veloces máquinas empaquetadoras actuales. La rigidez (S) de una lámina es proporcional al módulo de elasticidad (E) y a la tercera potencia del espesor (d) [S = E.d<3>]. Por ello en láminas más delgadas sólo se tiene la posibilidad de compensar la pérdida de rigidez mediante el módulo de elasticidad de la lámina. Por lo tanto el aumento del módulo de elasticidad (módulo E) en la dirección de la máquina es desde hace mucho tiempo objeto de intensos esfuerzos.

Se conoce por las láminas boPP que el módulo de elasticidad E en la dirección de la máquina puede aumentarse bien mediante la técnica de proceso o bien mediante modificaciones en la materia prima o la combinación de ambas posibilidades, por ejemplo mediante un procedimiento de estiraje de tres o más etapas. No obstante, un tal procedimiento de fabricación tiene el inconveniente de que precisa de un dispositivo adicional para el estiraje longitudinal a posteriori y por ello es muy costoso. Además se producen más a menudo perturbaciones en el curso de la fabricación, por ejemplo se rasgan las láminas. Además presentan tales láminas boPP estiradas longitudinalmente a posteriori una contracción longitudinal claramente mayor que las láminas simplemente estiradas biaxialmente, lo cual por lo general impide que las láminas superen sin indeseados pliegues por contracción un secado térmico tal como el que sigue siendo en parte usual por ejemplo tras aplicar masas adhesivas.

De manera similar ha de mejorarse la resistencia al desgarro en dirección longitudinal para que la lámina pueda utilizarse con carácter universal, ya que la resistencia al desgarro determina igualmente en gran parte las posibilidades de utilización de la lámina en las diversas aplicaciones. Pero no obstante, al igual que sucede con el módulo E, las láminas estiradas secuencialmente tienen precisamente una baja resistencia al desgarro en la dirección longitudinal.

El documento US 5, 443, 780 describe por ejemplo la fabricación de láminas orientadas de PLA. El procedimiento parte de una masa fundida de PLA, que se extrusiona y se enfría rápidamente. A continuación puede someterse esta lámina previa a un proceso de estiraje monoaxial o bien estirarse biaxialmente de forma secuencial o simultánea. La temperatura de estiraje se encuentra entre la temperatura de vitrificación y la temperatura de cristalización del PLA. Mediante el estiraje se logra un aumento de la resistencia y un módulo de Young más alto en la lámina final. No se indica qué espesores de lámina pueden fabricarse según este procedimiento. No se indica qué clase de procedimiento de estiraje simultáneo puede utilizarse. En cualquier caso, las figuras muestran que el aumento de la resistencia mecánica en la dirección longitudinal se logra a costa de la correspondiente resistencia en dirección transversal. Cuando precisamente se desea claramente una mejor resistencia en la dirección MD (dirección de la máquina) , queda la lámina en este caso totalmente inservible debido a valores demasiado bajos en dirección transversal. Los máximos factores de estiraje posibles según estas conclusiones son 3, 5 para un estiraje monoaxial o bien 2, 5*2, 5 para un estiraje en ambas direcciones.

El documento EP 1 153 743 describe una bolsa biodegradable realizada a partir de un laminado. El laminado se fabrica mediante sellado en caliente de dos láminas, estando constituida una de ambas láminas por un poliéster alifático, por ejemplo por PLA. Se describe que estas láminas PLA pueden fabricarse mediante estiraje biaxial, indicándose todos los procedimientos básicamente posibles para

estirar una lámina. No se describe qué espesores de lámina pueden fabricares mediante el procedimiento de estiraje simultáneo. Según la descripción son posibles factores de estiraje entre 1, 5 y 6 para la orientación en la dirección longitudinal o transversal. Según el ejemplo, se estira 3*3 en el estiraje biaxial secuencial.

En general es deseable en la fabricación de una lámina estirada biaxialmente de polímeros termoplásticos aplicar los máximos factores de estiraje posibles. Por un lado, el rendimiento en lámina orientada es tanto más alto cuanto mayores son los factores de estiraje y por otro lado mejora la calidad de la lámina. La resistencia mecánica lograda mediante estiraje es tanto mejor cuanto mayores sean los factores de estiraje. No obstante, los polímeros termoplásticos no pueden estirarse ilimitadamente ni tanto como se quiera. Hay en general un límite natural al estiraje inherente a cada material y no puede influirse sin más sobre el mismo. Al sobrepasar este límite de estiraje se produce una sobreextensión, que origina desgarro y rotura blanca. Dado el caso se tiene la posibilidad en el estiraje biaxial de reducir el factor de estiraje en una dirección, para a costa de esta medida aumentar el estiraje en la otra dirección.

Para láminas PLA se ha comprobado que en un estiraje secuencial no pueden sobrepasarse factores de estiraje de aprox. 2, 5 hasta 3 como máximo en la dirección MD. Caso contrario se produce el problema antes descrito, en particular la rotura blanca debido a sebreextensión. Tras el estiraje longitudinal debe estirarse al menos en 4, 5 en la dirección transversal para lograr un perfil de espesor aceptable. Un aumento del factor de estiraje en la dirección transversal hasta 5, 5 -6 es posible y se realizó para un estiraje secuencial. Así las máximas relaciones de estiraje superficial posibles (factor de estiraje longitudinal*factor de estiraje transversal) para láminas PLA son como máximo de 18.

El documento EP 0 748 273 describe un procedimiento para fabricar láminas muy delgadas de PET. Según estas conclusiones pueden... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Lámina orientada biaxialmente compuesta por al menos una capa, que contiene un polímero I de al menos un ácido hidrocarboxílico, caracterizada porque la lámina presenta un espesor < 25 μm y está estirada simultáneamente y presenta una resistencia al desgarro en la dirección MD (de la máquina) de 140 a 250 N/mm2 y en la dirección TD (transversal) de 140 a 250 N/mm2 o un módulo E en la dirección MD de 3200 a 6000 N/mm2 y en la dirección TD de 3200 a 6000 N/mm2, diferenciándose los valores de resistencia al desgarro o los valores del módulo E en la dirección MD y en la dirección TD en un máximo de un 40% referido al valor en la dirección TD.

2. Lámina según la reivindicación 1, caracterizada porque el polímero I de unidades alifáticas de ácido hidrocarboxílico, preferiblemente de unidades de ácido láctico, tiene un punto de fusión de 110 a 170 º C y un índice de fluidez de 1 a 50 g/10 min.

3. Lámina según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizada porque la capa de PHC constituye la capa de base de la lámina y adicionalmente está/n aplicada/s sobre esta capa de base capa/s de cubierta por uno o por ambos lados, constituida/s por al menos un polímero I de al menos un ácido hidrocarboxílico.

4. Lámina según una o varias de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la lámina presenta una densidad de menos de 1, 25 g/cm3, preferiblemente de 0, 6 a 1g/cm3.

5. Lámina según una o varias de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la lámina está metalizada sobre al menos una superficie.

6. Utilización de una lámina según una de las reivindicaciones 1 a 5 como lámina de embalaje, como lámina de envoltura por torcimiento o como lámina para etiquetas.

7. Procedimiento para fabricar una lámina de PHC según una de las reivindicaciones 1 a 6, preferiblemente lámina PLA, caracterizado porque se extrusiona una masa fundida de PHC, preferiblemente PLA y dado el caso otros aditivos y la masa fundida se enfría para formar una lámina previa y a continuación la lámina previa enfriada se estira simultáneamente en las direcciones longitudinal y transversal, caracterizado porque el factor de estiraje en dirección longitudinal es de al menos 4.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque el factor de estiraje en dirección transversal es de al menos 3 a 7.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque la lámina se realiza con un factor de estiraje de 4 a 6 en la dirección longitudinal y con un factor de estiraje de 4 a 6 en dirección transversal.

10. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque la relación de estiraje superficial es de al menos 21.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque la lámina se estira con un factor de estiraje de 3 a 6 en dirección longitudinal y con un factor de estiraje de 3, 5 a 7 en dirección transversal.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque la masa de fusión se extrusiona desde una tobera plana y el estiraje simultáneo se realiza mediante mordazas, que pueden desplazarse sobre carriles de guía divergentes y durante el estiraje en la dirección de marcha de la lámina se aceleran tal que aumenta la distancia entre las mordazas, con lo que simultáneamente con el estiraje longitudinal se realiza el estiraje de la lámina en la dirección transversal.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque la aceleración de las mordazas se realiza mediante motores lineales controlados.

14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado porque las mordazas están unidas entre sí mediante una articulación de tijera y su distanciamiento se realiza mediante separación al abrir la articulación de tijera.