CZ309087B6 - Bio-rozložitelná polymerní kompozice, zejména pro výrobu obalových fólií se zvýšenými bariérovými vlastnostmi, a způsob výroby fólií - Google Patents
Bio-rozložitelná polymerní kompozice, zejména pro výrobu obalových fólií se zvýšenými bariérovými vlastnostmi, a způsob výroby fólií Download PDFInfo
- Publication number
- CZ309087B6 CZ309087B6 CZ2020606A CZ2020606A CZ309087B6 CZ 309087 B6 CZ309087 B6 CZ 309087B6 CZ 2020606 A CZ2020606 A CZ 2020606A CZ 2020606 A CZ2020606 A CZ 2020606A CZ 309087 B6 CZ309087 B6 CZ 309087B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- films
- film
- barrier properties
- tempering
- composition
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
- B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
- B65D65/00—Wrappers or flexible covers; Packaging materials of special type or form
- B65D65/38—Packaging materials of special type or form
- B65D65/46—Applications of disintegrable, dissolvable or edible materials
- B65D65/466—Bio- or photodegradable packaging materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/18—Manufacture of films or sheets
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/01—Use of inorganic substances as compounding ingredients characterized by their specific function
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L1/00—Compositions of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
- C08L1/02—Cellulose; Modified cellulose
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L67/00—Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/24—Acids; Salts thereof
- C08K3/26—Carbonates; Bicarbonates
- C08K2003/265—Calcium, strontium or barium carbonate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2201/00—Properties
- C08L2201/06—Biodegradable
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2201/00—Properties
- C08L2201/14—Gas barrier composition
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2203/00—Applications
- C08L2203/16—Applications used for films
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2666/00—Composition of polymers characterized by a further compound in the blend, being organic macromolecular compounds, natural resins, waxes or and bituminous materials, non-macromolecular organic substances, inorganic substances or characterized by their function in the composition
- C08L2666/66—Substances characterised by their function in the composition
- C08L2666/68—Plasticizers; Solvents
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02W90/10—Bio-packaging, e.g. packing containers made from renewable resources or bio-plastics
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Biological Depolymerization Polymers (AREA)
- Wrappers (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Biologicky rozložitelná polymerní kompozice, vhodná zejména pro výrobu obalových fólií se zvýšenými bariérovými vlastnostmi pro plyny, jako je vzduch, kyslík, dusík, oxid uhličitý, je vytvořena na bázi polylaktidové matrice, která obsahuje 5 až 20 % hmotn. nukleačního činidla, kterým je zde uhličitan vápenatý nebo nanocelulóza. Kompozice s výhodou dále obsahuje 1 až 4 % hmotn. plastifikátoru, kterým je kopolymer na bázi kyseliny mléčné a polyetylenglykolu nebo styren-akrylový oligomer. Způsob zpracování kompozice podle vynálezu, poskytující jednovrstvé obalové fólie, zahrnuje vyfukování nebo vytlačování fólie o tloušťce 28 až 130 μm, která je následně temperována při 90 až 130 °C. Kompozice obsahuje nukleační činidlo podporující studenou krystalizaci a po provedené temperaci je u fólie dosaženo maximálního obsahu krystalické fáze 30 až 42 %, kdy má fólie výše uvedeníé tloušťky propustnost GTR pro plyny, vzduch, kyslík, dusík a oxid uhličitý, sníženou až k hodnotám řádově 101 (cm3/m2 ·den · 0,1 MPa). Tyto fólie naleznou díky svým bariérovým vlastnostem uplatnění především jako biodegradabilní obaly pro potraviny, podléhající rychlé zkáze.
Description
Bio-rozložitelná polymerní kompozice, zejména pro výrobu obalových fólií se zvýšenými bariérovými vlastnostmi, a způsob výroby fólií
Oblast techniky
Vynález se týká bio-rozložitelné polymerní kompozice určené přednostně pro výrobu obalových fólií se zvýšenými bariérovými vlastnostmi s obsahem přírodních aditiv, za účelem snížení difúze plynů. Řešení je především směřováno na využití svaritelných tenkých fólií pro obalové aplikace, přednostně v potravinářském průmyslu.
Dosavadní stav techniky
V posledních letech je vyvíjen veliký zájem o ekologicky šetrné obaly jednak z obav o vyčerpání neobnovitelných zdrojů surovin, především ropy, ale také z potřeby omezit produkci skleníkových plynů. Biologicky odbouratelné polymery přestavují pro mnoho výrobců v oboru obalovém i potravinářském zajímavé řešení k zajištění snížení množství plastového odpadu a uhlíkové stopy.
Polylaktid (PLA) je termoplastický alifatický biologicky rozložitelný polyester vyráběný z ahydroxykyselin získávaných z obnovitelných zemědělských zdrojů, například kukuřičného škrobu a cukrové třtiny. Jeho biologická rozložitelnost a biologická kompatibilita jej předurčují k širokému využití v mnoha průmyslovém odvětví.
PLA byl jako jedna z mála syntetických polymerů schválen v roce 2013 institucí FDA (z angl. „Food and Drug Administration“, Úřad pro kontrolu potravin a léčiv). Aby byl takový polymer vhodný pro použití pro balení potravin, je žádoucí, aby splňoval vedle zdravotní nezávadnosti mnoho dalších atributů, zahrnujících přijatelné fyzikální, mechanické a bariérové vlastnosti. Dobré bariérové vlastnosti zaručují prodloužení trvanlivosti potravin ajejich nezávadnost, a proto jsou na tento atribut kladeny vysoké nároky.
V současné době je PLA komerčně dostupným materiálem, který se nachází v mnoha modifikacích, které zlepšují vlastnosti konečného výrobku vzhledem kjeho aplikaci nebo zjednodušují jeho zpracovatelnost.
Aktuálně je možno nalézt v patentových dokumentech a odborné literatuře řadu technologických postupů a podmínek zpracování PLA a látek na jeho bázi do tvaru fólií využitelných pro potravinářské aplikace. Dosavadní patenty a publikace se zaměřením na snížení plynopropustnosti fólií PLA se zabývají převážně laminovanými materiály.
V patentové přihlášce US 20100040904 je popsána výroba vícevrstvých (třívrstvých) fólií z kyseliny polymléčné vynikajících vysokou úrovní bariérových vlastností pro plyny i vlhkosti. Toho je docíleno pokovováním kovy, jako jsou měď, titan, palladium, hliník, chrom, železo, nikl, zinek, stříbro, indium, cín ajejich oxidy.
Patentová přihláška US 20110171489 Al popisuje přípravu laminací biaxiálně orientovaného PLA filmu s druhou vrstvou obsahující nezesítěný etylen-vinylalkohol nebo polyvinylalkohol a vrstvy kovové, která je připojena na druhé straně vrstvy PLA.
Patent US 9511569 B2 využívá vrstvení biorozložitelného polymeru, spojovací vrstvy etylenového kopolymeru ze skupiny sestávající z etylenmethyl, etylenbutyl nebo etylenethyl akrylátového kopolymeru ajejich kombinací, anorganického plniva a vrstvy, kterou je lepenka nebo netkaný materiál. V tomto případě je materiálem funkční bariérové vrstvy škrob, polymery etylenvinylalkoholu (EVOH) a polyamidy. Technologie zpracování zahrnuje široké spektrum od laminace až po vyfukování.
- 1 CZ 309087 B6
Vícevrstvé fólie na bázi PLA byly sestaveny ze střídajících se vrstev montmorillonitevého jílu a chitosanu na extrudovaném povrchu PLA. Výsledkem byly transparentní fólie s nízkou propustností pro plyny. Postup a vlastnosti byly popsány kol. autora A. J. Svagan (Biomacromolecules), 2012.
Laminační postupy byly zaznamenány také ve vynálezu JP 2000177072 A, kde jde o laminaci PLA filmu PVA vrstvou, nebo v užitném vzoru CN 206264528 U, který popisuje kompozit PLA a etylen vinyl alkoholu. U obou typů fólií dochází ke zlepšení bariérových vlastností především díky druhé vrstvě jiného polymeru než PLA, které má svou úlohu jako vrstva potisková.
Společnou nevýhodou výše uvedených laminačních technologických postupů je zvyšující se faktická náročnost přípravy, přinášející nárůst technologických a materiálových nákladů. Zároveň v některých případech, kde se používá klasický termoplast, například PP nebo PE, se odbourává i bio-recyklovatelnost a celkově se tím zhoršuje recyklovatelnost takového kombinovaného materiálu.
Pozornost výrobců obalových materiálů sledujících ekologické aspekty je tedy současně zaměřena také na výrobu jednovrstvých biologicky recyklovatelných fólií.
Řešení popsané v patentu EP 1421142 B1 se týká fólie s kontrolovatelnou odolností proti roztržení. Fólie je zkompletována z PLA filmu s anorganickým plnivem, alternativně pak ze směsí PLA s dalšími polymery (např. PP, HDPE). Tavenina se zpracovává jednoosým nebo biaxiálním dloužením. Teplota dloužení je volena mezi teplotou skelného přechodu a teplotou krystalizace PLA. Po protažení je případně provedena termofixace pro zvýšení tepelné stability. Výsledný film má řízené chování při šíření trhlin. Tento technologický postup není však vhodný pro vyfukování, které je velmi často prioritní technologií výroby tenkých obalových fólií. Fólie neřeší úroveň bariérových vlastností.
Patent US 7297394 B2 je zaměřen na biologicky rozložitelné fólie, které jsou vhodné pro obaly a obalové materiály. Kompozice pro tyto vyfukované fólie jsou na bázi dvou biologicky rozložitelných polymerů, a to jak z měkkého, tak z tuhého polymeru, kterým může být i PLA. Dalšími složkami mohou být anorganická i organická plniva a vlákna. Aplikace těchto fólií je směrována na jednorázové obaly, sáčky a další obalové nebo potahové materiály. Fólie však rovněž nejsou hodnoceny z pohledu bariérových vlastností.
Řešení popsané v patentové přihlášce WO 2013088443 Al je zaměřeno na kompozici biologicky rozložitelné fólie obsahující materiál zvyšující bariérové vlastnosti pro plyny. Vynález se týká použití nanočástic (montmorillonit, vermikulit, nanokaolin, bentonit a jejich kombinace) a/nebo póly viny lalkoholu. Tento patent zahrnuje kombinace některých biorozložitelných materiálů (například PBS, PBAT) a anorganických plniv, kterými se snaží docílit zlepšení bariérových vlastností. I zde je nevýhodou náročnost technologického zpracování mnoha různých variant polymemích směsí, které nicméně nepřekračují uniformní rozmezí bariérových vlastností.
Výše uvedené postupy zaměřené na zlepšení vlastností jednovrstvých PLA fólií obsahují například cenově dražší nukleační činidla, která nebývají inertní a tím se zároveň stávají i nevhodnými pro potravinářské účely. Testování plynopropustnosti je často omezeno na dva typy plynů (kyslík a helium).
Závěrem lze konstatovat, že navrhovaná materiálová řešení a technologické postupy velmi často zvyšují náklady na výrobu, nebo jejich významnější aplikaci brání omezení, které limitují využitelnost PLA materiálu pro balení, a především pro balení potravin.
V odborných publikacích jsou uváděny vlastnosti PLA filmů z hlediska propustnosti pro plyny v závislosti na krystalinitě. Jednak jsou vlastnosti tohoto biorozložitelného materiálu studovány
-2 CZ 309087 B6 z hlediska druhu přidávaného plniva, ale také jeho množství přidávaného do polymemí matrice. Dále j sou studovány a popisovány rozdíly zmiňovaných vlastností mezi optickými izomery PLA (PLLA a PDLA). Také lze nalézt srovnání vlastností z hlediska zpracování taveniny - extruze, lisování, vyfukování a odlévání. Vliv nukleačního činidla na krystalizaci a také vliv rekrystalizace na plynovou bariéru a mechanické vlastnosti PLA a jeho optických izomerů fólií vhodných pro balení potravin je předmětem dalších odborných publikací. To vše svědčí o závažnosti této problematiky a snahách o nalezení všestranně uspokojivého a ekonomicky i ekologicky zajímavého řešení.
Úkolem vynálezu tedy je vytvoření takové materiálové kompozice na bázi biologicky rozložitelných polymerů, která má dostatečné bariérové vlastnosti i v podobě tenké jednovrstvé fólie, splňující vedle zdravotní nezávadnosti mnoho dalších atributů, zahrnujících přijatelné fyzikálně mechanické vlastnosti a zároveň dobrou zpracovatelnost, mimo jiné i technologií vyfukování, velmi často preferovanou při výrobě obalových fólií.
Podstata vynálezu
Uvedené nevýhody a nedostatky dosud známých polylaktidových fólií do značné míry odstraňuje bio-rozložitelná polymemí kompozice, zejména pro výrobu obalových fólií se zvýšenými bariérovými vlastnostmi pro plyny, jako je vzduch, kyslík, dusík, oxid uhličitý, vytvořená na bázi polylaktidové matrice, a způsob zpracování této kompozice při výrobě jednovrstvých obalových fólií, podle vynálezu.
Podstata vynálezu spočívá v tom, že polylaktidová matrice obsahuje 5 až 20 % hmotn. nukleačního činidla, kterým je uhličitan vápenatý nebo nanocelulóza. Polylaktidová matrice s výhodou dále obsahuje 1 až 4 % hmotn. plastifikátoru, kterým je kopolymer na bázi kyseliny mléčné a polyetylenglykolu nebo styren-akrylový oligomer.
Podstata způsobu zpracování této kompozice při výrobě jednovrstvých obalových fólií, podle vynálezu, spočívá v tom, že vyfukovaná nebo vytlačovaná fólie o tloušťce 28 až 130 pm vyrobená z této kompozice, je následně temperována při teplotě 90 až 130 °C.
Hlavní předností bio-rozložitelné polymemí kompozice podle vynálezu je skutečnost, že poskytuje biologicky odbouratelné obalové materiály na bázi modifikovaného kompozitu PLA/nukleační činidlo/plastifikátor na přípravu jednovrstvých fólií se zlepšenými bariérovými vlastnostmi pro plyny (kyslík, vzduch, dusík a oxid uhličitý).
Modifikovaný kompozit PLA nabízí výrobu jednovrstvých bariérových fólií bez nutnosti zlepšování bariéry vrstvením s dalšími materiály, které by navyšovaly náklady spojené s výrobou. Taktéž nabízí za využití jednoho složení směsi širokou variabilitu plynopropustnosti podle potřeby balené potraviny, a to jednoduchým technologickým postupem, který upravuje krystalinitu fólií (z amorfní na krystalickou). Další výhodou materiálu podle vynálezu je také široké zpracovatelské okno, variabilita použitých vstupních surovin a snadné nastavení finálních vlastností produktu. Současně je tento materiál i po technologickém zpracování biodegradabilní.
Popsaná složení kompozic a technologické postupy dávají možnost úpravy difúze plynů na mim, podle potřeby balené potraviny. Příprava fólií využívá technologického postupu vyfukování, kdy vznikají částečně biaxiálně orientované fólie, nebo technologie vytlačování, kdy vznikají jednoosé fólie.
Nukleační činidlo, použité v PLA polymemí matrici, ovlivňuje difúzi plynů fólií. Změkčovadla (kopolymer PLA/PEG a komerční plastifíkátor Joncryl - styren-akrylový oligomer), která jsou vhodná pro potravinářské účely a nenarušují biodegradabilitu fólie, především zlepšují její
-3 CZ 309087 B6 mechanické vlastnosti i zpracovatelnost, ale do určité míry pozitivně ovlivňují i bariérové vlastnosti.
Výroba fólie zahrnuje předpřípravu materiálu před jednotlivými technologickými operacemi. Zahrnuje smíchání jednotlivých komponent a jejich sušení při 60 °C po dobu přibližně 12 hodin. Dále se komponenty zamíchají na Išnekovém extrudéru a následně se kontinuálně granulují na požadovanou velikost zrn 2,5 až 3,5 mm. Granule se poté zpracují podle jednotlivých technologických postupů zpracování - vyfukování a vytlačování. U obou uvedených postupů se provádí závěrečná temperace fólií při teplotě 90 až 130 °C. Doba temperace je závislá na zvolené teplotě. K demonstraci účinků vynálezu v příkladech byla s cílem zkrácení doby temperace zvolena maximální teplota temperace 130 °C s prodlouženou dobou setrvání 5 minut. Temperace fólie se provede kontinuálně při průchodu vyhřívaným tunelem (komorou) nebo průchodem přes temperované válce.
Přidání plastifikátoru do matrice za účelem zlepšení mechanických vlastností a průběhu technologického zpracování, ovlivňuje plynopropustnost těchto fólií. Následnou temperací amorfní polylaktidové fólie (v kompozici s nukleacím činidlem) se docílí navýšení podílu krystalické fáze a výrazného zvýšení rychlosti krystalizace PLA. Díky této struktuře v polymeru dochází u fólií k mnohonásobně (až lOOkrát) nižší difúzi plynů a zlepšení bariérových vlastností pro plyny.
Plynopropustnost vzorků fólií byla změřena na zařízení VAC-V1 Gas Permeability Tester (Labthink). Byl sledován objemový průtok GTR (Gas transmission rate) - objem plynu, který projde jednotkovou plochou za jednotku času při daném tlakovém spádu a teplotě. Plynopropustnost GTR je vyjádřena v jednotkách: cm3/m2 · den 0,1 MPa.
Objasnění výkresů
K lepší vizualizaci některých okometrických vlastností (např. transparentnost) vybraných vzorků fólií, byly vloženy výkresy
- obr. 1 - Vzhled fólie připravované podle příkladu 5 - obr. 2 - Vzhled fólie připravované podle příkladu 6.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Byla připravena polymemí kompozice složená z 95 % hmota, polymemí matrice polylaktidu - PLA (2003D) a 5 % hmota, nukleačního činidla - uhličitanu vápenatého (v práškové podobě, vhodný pro potravinářské účely). Pro výrobu fólií z této kompozice byla použita kontinuální technologie vytlačování. Předsušený granulát byl pomocí 1 šnekového extrudéru s plochou vytlačovací hlavou vytlačován na fólie. Teplotní režim extrudéru byl nastaven v rozmezí 140 až 175 °C, rotace šneku 20 ot./min., teplota hlavy 170 °C, teplota chladicích válců 50 až 55 °C. Tímto postupem byla získána fólie o přibližné šíři 230 mm a tloušťce 60 až 130 pm, která je v podstatě amorfní - má nízký obsah krystalické fáze.
Připravená fólie byla podrobena temperací při teplotě 130 °C po dobu 5 minut a následně byly změřeny hodnoty bariérových vlastností v porovnání se shodnou fólií bez temperace. Hodnoty plynopropustnosti fólií - před a po temperací - jsou následující:
-4 CZ 309087 B6
Průchozí plyn | Fólie s amorfní fází (bez temperace) | Fólie s krystalickou fází (po temperaci) |
GTR (cm3/m2 · den · 0,1 MPa) | ||
Vzduch | 72 | 26 |
Kyslík | 176 | 41 |
Dusík | 117 | 25 |
Oxid uhličitý | 144 | 35 |
Příklad 2
Byla připravena polymemí kompozice složená z 90 % hmota, polymemí matrice polylaktidu - PLA a 10 % hmota. nukleačního činidla - uhličitanu vápenatého. Z této kompozice byla připravena fólie technologickým postupem vytlačování popsaným v příkladu 1.
Připravená fólie byla podrobena temperaci za podmínek shodných s příkladem 1 a následně byly změřeny hodnoty bariérových vlastností v porovnání se shodnou fólií bez temperace. Hodnoty plynopropustnosti fólií - před a po temperaci - jsou následující:
Průchozí plyn | Fólie s amorfní fází (bez temperace) | Fólie s krystalickou fází (po temperaci) |
GTR (cm3/m2 · den · 0,1 MPa) | ||
Vzduch | 68 | 27 |
Kyslík | 147 | 49 |
Dusík | 94 | 38 |
Oxid uhličitý | 113 | 39 |
Příklad 3
Byla připravena polymemí kompozice složená z 80 % hmota, polymemí matrice polylaktidu - PLA s obsahem 20 % hmota, nukleačního činidla - uhličitanu vápenatého. Technologický postup přípravy fólie byl proveden stejně, jak je uvedeno v příkladu 1.
Takto připravená fólie byla stejně jako v předchozích příkladech podrobena temperaci a následně byly změřeny hodnoty bariérových vlastností v porovnání se shodnou fólií bez temperace. Hodnoty plynopropustnosti fólií - před a po temperaci - jsou následující:
Průchozí plyn | Fólie s amorfní fází (bez temperace) | Fólie s krystalickou fází (po temperaci) |
GTR (cm3/m2 · den · 0,1 MPa) | ||
Vzduch | 59 | 29 |
Kyslík | 127 | 61 |
Dusík | 60 | 44 |
Oxid uhličitý | 68 | 47 |
Příklad 4
Byla připravena polymemí kompozice složená z 90 % hmota, polymemí matrice PLA a 10 % hmota, organického nukleačního činidla - nanocelulózy. Příprava fólie z této kompozice proběhla opět technologií vytlačování za podmínek uvedených v příkladu 1.
Připravená fólie byla opět podrobena temperaci a následně byly změřeny hodnoty bariérových vlastností v porovnání se shodnou fólií bez temperace. Hodnoty plynopropustnosti fólií - před a po temperaci - jsou následující:
- 5 CZ 309087 B6
Průchozí plyn | Fólie s amorfní fází (bez temperace) | Fólie s krystalickou fází (po temperaci) |
GTR (cm3/m2 · den · 0,1 MPa) | ||
Vzduch | 90 530 | 70 |
Kyslík | 74 320 | 38 |
Dusík | 88 470 | 81 |
Oxid uhličitý | 83 390 | 15 |
Příklad 5
Byla připravena polymemí kompozice složená z 94 % hmota, polylaktidové polymemí matrice PLA, 5 % hmota, nukleačního činidla - uhličitanu vápenatého a 1 % hmota, plastifikátoru - styrenakrylového oligomeru (Joncryl ADR-4368-C) ve formě vloček. Příprava fólie z této kompozice zahrnovala kontinuální technologii vyfukování, při kterém byl předsušený granulát zpracován 1 šnekovým extrudérem a vzniklá tavenina byla protlačována skrz vyfukovací hlavu. Teplotní podmínky byly v jednotlivých zónách extrudéru nastaveny na 170 až 200 °C, rotace šneku 45 ot./min, teplota vyfukovací hlavy 185 °C. Rychlost otáček ventilátoru na vnější ofůkování vytlačeného tubusu fólie byla 600 ot./min, rychlost navíjení byla 5,9 m/min. Tímto postupem byla získána skládaná fólie šířky cca 210 mm a tloušťky 28 až 35 pm, která je v podstatě amorfní - má nízký obsah krystalické fáze.
Připravená fólie byla podrobena temperaci a následně byly změřeny hodnoty bariérových vlastností v porovnání se shodnou fólií bez temperace. Hodnoty plynopropustnosti fólií - před a po temperaci -jsou následující:
Průchozí plyn | Fólie s amorfní fází (bez temperace) | Fólie s krystalickou fází (po temperaci) |
GTR (cm3/m2 · den · 0,1 MPa) | ||
Vzduch | 1 031 | 9 |
Kyslík | 1 421 | 12 |
Dusík | 1 426 | 9 |
Oxid uhličitý | 1 607 | 2 |
Srovnání hodnot obou sloupců tabulky ukazuje, že kompozice uvedeného složení má schopnost mimořádného navýšení hodnot bariérových vlastností během procesu temperace - o 2 až 3 řády (pokles plynopropustnosti ve sloupci 2 oproti sloupci 1).
Pro lepší srovnání se dále uvádí referenční příklad, kdy byla z kompozice obsahující 99 % hmota, polymemí matrice polylaktidu - PLA a 1 % hmota, plastifikátoru - styren-akrylového oligomeru (Joncryl ADR-4368-C) bez obsahu nukleačního činidla připravena fólie, a to zcela shodným technologickým postupem. Takto připravená vyfukovaná fólie (tloušťky 45 pm) byla rovněž podrobena temperaci za stejných podmínek jako ve výše uvedeném příkladu 5. Hodnoty plynopropustnosti fólií - před a po temperaci - byly zde následující:
Průchozí plyn | Fólie s amorfní fází (bez temperace) | Fólie s krystalickou fází (po temperaci) |
GTR (cm3/m2 · den · 0,1 MPa) | ||
Vzduch | 266 | 170 |
Kyslík | 452 | 243 |
Dusík | 171 | 95 |
Oxid uhličitý | 720 | 239 |
-6CZ 309087 B6
Z porovnání hodnot obou sloupců tabulky je zřejmé, že navýšení hodnot bariérových vlastností je u kompozice bez nukleačního činidla (pouze samotnou temperací) podstatně méně výrazné.
Příklad 6
Byla připravena polymemí kompozice složená z 94 % hmotn. polylaktidové polymemí matrice PLA, 5 % hmotn. nukleačního činidla - uhličitanu vápenatého a 1 % hmotn. plastifikátoru styrenakrylového oligomeru (Joncryl ADR-4368-C (ve formě vloček, BASF)). Technologický postup přípravy fólie z této kompozice byl shodný s postupem uvedeným v příkladu 1 (vytlačování).
Takto připravená fólie byla opět podrobena temperaci a následně byly změřeny hodnoty bariérových vlastností v porovnání se shodnou fólií bez temperace. Hodnoty plynopropustnosti fólií - před a po temperací - jsou následující:
Průchozí plyn | Fólie s amorfní fází (bez temnerace) | Fólie s krystalickou fází (po temperací) |
GTR (cm3/m2 · den · 0,1 MPa) | ||
Vzduch | 98 | 20 |
Kyslík | 332 | 17 |
Dusík | 98 | 18 |
Oxid uhličitý | 600 | 20 |
U této kompozice je opět možno pozorovat několikanásobný až řádový pokles hodnot plynopropustnosti po temperaci, a tedy citelné zlepšení bariérových vlastností.
Příklad 7
Byla připravena polymemí kompozice složená z 86 % hmotn. polylaktidové polymemí matrice PLA, 10 % hmotn. nukleačního činidla - uhličitanu vápenatého a 4 % hmotn. plastifikátoru na bázi polylaktidu - kopolymem PLA/PEG (Mw = 5000 - 8000 gmol1). Fólie z této kompozice byla připravena vytlačováním za podmínek uvedených v příkladu 1. Tato fólie je v podstatě amorfní má nízký obsah krystalické fáze.
Takto připravená vytlačovaná fólie byla podrobena temperaci a následně byly změřeny hodnoty bariérových vlastností v porovnání se shodnou fólií bez temperace. Hodnoty plynopropustnosti fólií - před a po temperací - jsou následující:
Průchozí plyn | Fólie s amorfní fází (bez temperace) | Fólie s krystalickou fází (po temperací) |
GTR (cm3/m2 · den · 0,1 MPa) | ||
Vzduch | 116 | 35 |
Kyslík | 162 | 70 |
Dusík | 264 | 28 |
Oxid uhličitý | 39 | 30 |
U této kompozice je opět zjištěno výrazné zlepšení bariérových vlastností.
Průmyslová využitelnost
Bio-rozložitelná polymemí kompozice podle vynálezu je díky svým bariérovým vlastnostem využitelná zejména pro výrobu jednovrstvých obalových fólií se zvýšenými bariérovými vlastnostmi s obsahem přírodních aditiv, za účelem snížení difúze plynů. Řešení je směřováno na přípravu svařitelných tenkých fólií pro obalové aplikace, s přednostním využitím v potravinářském průmyslu.
Claims (3)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Bio-rozložitelná polymemí kompozice, zejména pro výrobu obalových fólií se zvýšenými 5 bariérovými vlastnostmi pro plyny, jako je vzduch, kyslík, dusík, oxid uhličitý, vytvořená na bázi polylaktidové matrice, vyznačující se tím, že polylaktidová matrice obsahuje 5 až 20 % hmota, nukleačního činidla, kterým je uhličitan vápenatý nebo nanocelulóza.
- 2. Bio-rozložitelná polymemí kompozice podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje ίο 1 až 4 % hmota, plastifikátom, kterým je kopolymer na bázi kyseliny mléčné a polyetylenglykolu nebo styren-akrylový oligomer.
- 3. Způsob zpracování bio-rozložitelné polymemí kompozice podle nároku 1 při výrobě jednovrstvých obalových fólií, vyznačující se tím, že se provede vyfukování nebo vytlačování 15 fólie o tloušťce 28 až 130 pm, která je následně temperována při 90 až 130 °C.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2020606A CZ2020606A3 (cs) | 2020-11-09 | 2020-11-09 | Bio-rozložitelná polymerní kompozice, zejména pro výrobu obalových fólií se zvýšenými bariérovými vlastnostmi, a způsob výroby fólií |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2020606A CZ2020606A3 (cs) | 2020-11-09 | 2020-11-09 | Bio-rozložitelná polymerní kompozice, zejména pro výrobu obalových fólií se zvýšenými bariérovými vlastnostmi, a způsob výroby fólií |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ309087B6 true CZ309087B6 (cs) | 2022-01-19 |
CZ2020606A3 CZ2020606A3 (cs) | 2022-01-19 |
Family
ID=79554225
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2020606A CZ2020606A3 (cs) | 2020-11-09 | 2020-11-09 | Bio-rozložitelná polymerní kompozice, zejména pro výrobu obalových fólií se zvýšenými bariérovými vlastnostmi, a způsob výroby fólií |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ2020606A3 (cs) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998009812A1 (en) * | 1996-09-04 | 1998-03-12 | Tetra Laval Holdings & Finance S.A. | A biodegradable packaging laminate, a method of producing the packaging laminate, and packaging containers produced from the packaging laminate |
CN102993656A (zh) * | 2012-11-23 | 2013-03-27 | 金发科技股份有限公司 | 一种生物降解阻隔性薄膜及其制备方法和用途 |
-
2020
- 2020-11-09 CZ CZ2020606A patent/CZ2020606A3/cs unknown
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998009812A1 (en) * | 1996-09-04 | 1998-03-12 | Tetra Laval Holdings & Finance S.A. | A biodegradable packaging laminate, a method of producing the packaging laminate, and packaging containers produced from the packaging laminate |
CN102993656A (zh) * | 2012-11-23 | 2013-03-27 | 金发科技股份有限公司 | 一种生物降解阻隔性薄膜及其制备方法和用途 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JIANG, Yuanping, et al. Super-toughed PLA blown film with enhanced gas barrier property available for packaging and agricultural applications. Materials, 2019, 12.10: 1663; ISSN 1996-1944 * |
KARKHANIS, Sonal S., et al. Water vapor and oxygen barrier properties of extrusion-blown poly (lactic acid)/cellulose nanocrystals nanocomposite films. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2018, 114: 204-211; ISSN: 1359-835X * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CZ2020606A3 (cs) | 2022-01-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10752759B2 (en) | Methods for forming blended films including renewable carbohydrate-based polymeric materials with high blow up ratios and/or narrow die gaps for increased strength | |
JP6066970B2 (ja) | バリヤーフィルム | |
CA2774653C (en) | Biodegradable composite barrier film | |
JP5612815B2 (ja) | ポリグリコール酸系樹脂組成物及びその成形体、並びにポリグリコール酸系樹脂組成物の製造方法 | |
US20070042207A1 (en) | Biodegradable multi-layer film | |
US20110244186A1 (en) | Biaxially oriented polylactic acid film with reduced noise level and improved moisture barrier | |
JP6237644B2 (ja) | ラップフィルム | |
WO2021100733A1 (ja) | 積層体およびその利用 | |
EP2346685B1 (en) | Polymeric multi-layer substrates | |
JP2005053223A (ja) | 脂肪族ポリエステルフィルム及び包装材 | |
US11945197B2 (en) | Multilayer polylactide based structure and articles made therefrom | |
US20140287212A1 (en) | Biopolyester compositions with good transparency and sliding properties | |
CZ309087B6 (cs) | Bio-rozložitelná polymerní kompozice, zejména pro výrobu obalových fólií se zvýšenými bariérovými vlastnostmi, a způsob výroby fólií | |
JP4836194B2 (ja) | ガスバリア性の改善された透明な生分解性樹脂延伸フィルム及び樹脂製品 | |
JP2001219522A (ja) | ポリ乳酸系積層2軸延伸フィルム | |
JP2007030350A (ja) | ピロー包装用ポリ乳酸系積層2軸延伸フィルム | |
CZ34756U1 (cs) | Bio-rozložitelná polymerní kompozice, zejména pro výrobu obalových fólií se zvýšenými bariérovými vlastnostm | |
JP2008105428A (ja) | ポリ乳酸系積層2軸延伸フィルム | |
JP3984492B2 (ja) | 熱成形用ポリ乳酸系多層シートおよびその成形物 | |
JP4669890B2 (ja) | 熱成形体の製造方法 | |
JP4452293B2 (ja) | 熱成形用ポリ乳酸系多層シートおよびその成形物 | |
JP2024011693A (ja) | 積層フィルム及び包装材用フィルム | |
JP2023152802A (ja) | ポリ乳酸系フィルム、食品包装用フィルム、青果物包装用フィルム | |
JP2009292158A (ja) | 脂肪族ポリエステル系フィルム及び防湿性脂肪族ポリエステル系フィルム | |
JP2007160943A (ja) | 脂肪族ポリエステル系フィルム及び防湿性脂肪族ポリエステル系フィルム |