ITGE20070044A1 - Pellicola biodegradabile estensibile con caratteristiche migliorate. - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE del brevetto per invenzione industriale avente per titolo: “ Pellicola biodegradabile estensibile con caratteristiche migliorate.”
TESTO DELLA DESCRIZIONE
La presente invenzione riguarda ima pellicola biodegradabile estensibile particolarmente adatta per il confezionamento di prodotti alimentari.
La letteratura brevettuale riporta numerosi esempi di pellicole per uso alimentare caratterizzate da biodegradabilità. Tale proprietà è infatti sempre più ricercata in prodotti destinati al confezionamento alimentare per gli ovvi benefici ambientali ad essa connessi. Se da un lato sono disponibili numerose descrizioni di pellicole rigide o semirigide biodegradabili solo alcuni brevetti descrivono pellicole caratterizzate da una intrinseca estensibilità (JP 2006224551, JP 2004351634 Kira Shiko Ine. ; US 2006149200, US 2006149199 Kimberly-Clark Worldwide Ine.). Tale caratteristica (estensibilità) è di fondamentale importanza specialmente per l’imballaggio di prodotti alimentari freschi. L’utilizzo di macchine automatiche per l’imballaggio richiede inoltre l’impiego di pellicole con caratteristiche particolari. Al momento nessuno dei materiali proposti in letteratura o reperibili sul mercato mostra caratteristiche adeguate allo scopo.
Costituisce pertanto lo scopo del presente brevetto una pellicola biodegradabile estensibile con proprietà migliorate particolarmente adatta all’utilizzo su macchine automatiche per imballaggio. Per una descrizione dettagliata delle macchine generalmente utilizzate per il confezionamento di alimenti con pellicola estensibile si rimanda al documento US 5528881.
I problemi normalmente riscontrati con l'uso su tali macchine sono la rottura della pellicola all’ interno della macchina per confezionamento, la difficile saldabilità sotto il vassoio di supporto del prodotto da imballare, ed una scarsa elasticità della pellicola.
Le precedenti caratteristiche sono state fino ad oggi uno dei principali ostacoli alla diffusione di pellicole a base di materiali alternativi al PVC o alle resine poliolefìniche. Nel presente documento viene riportata la preparazione di una pellicola dotata di caratteristiche adeguate ai fini sopra menzionati.
Esempi di famiglie polimeriche o di polimeri utilizzabili per la preparazione di pellicole biodegradabili sono i poliesteri alifatici e i poliesteri alifatico aromatici.
Alla prima categoria appartengono i poliesteri derivati da idrossiacidi come l’acido polilattico (PLA), i polimeri ottenuti da diacidi alifatici e dioli alifatici; alla seconda appartengono copolimeri ottenuti dalla policondensazione di miscele di diacidi alifatici, diacidi aromatici e dioli alifatici.
Numerosi brevetti descrivono in dettaglio la preparazione dei polimeri sopra menzionati per ovviare alle problematiche intrinseche di tali materiali quali le scadenti proprietà termiche o per meglio modulare proprietà meccaniche e velocità di degradazione.
Un interessante modifica di poliesteri per migliorarne la lavorabilità può essere ad esempio trovata in WO 2001079326 (Eastman Chemical Company), in questo caso, l’introduzione di gruppi ionici nella struttura del polimero permette di ottenere una sorta di reticolazione reversibile con un drammatico aumento della viscosità nel fuso e della cosiddetta melt-strenght, caratteristiche fondamentali per la filmatura in bolla.
Un recente brevetto di Novamont (WO 2006097356) presenta inoltre un polimero con un significativo contenuto di monomeri ottenuti da fonte rinnovabile (acido brassilico), è infatti noto che numerosi diacidi alifatici possono essere ottenuti da oli vegetali o altri composti naturali.
Oltre al già citato acido brassilico, possiamo citare l’acido sebacico, l’acido dodecandioico o l’acido octadecandioico.
È inutile in tale sede sottolineare l’importanza e le potenzialità di materiali plastici che riducano il consumo di risorse fossili non rinnovabili (Petrolio, Gas, Carbone).
È interessante notare che polimeri da policondensazione quali i poliesteri e poliammidi si prestano largamente alla modulazione delle loro proprietà attraverso una opportuna scelta della struttura molecolare, si possono ad esempio ottenere materiali con proprietà che variano da quelle delle resine strutturali (engineering resins) a quelle degli elastomeri. Molto interessanti in tal senso sono le modificazioni del PLA (acido polilattico); in “ Polymer Journal (2002), 34(3), 203-208 ” e<ii>Biomacromolecules (2003), 4(2), 216-223” viene ad esempio descritta la preparazione di elastomeri termoplastici (copolimeri a blocchi PLA/poli-trimetilene carbonato e PLA/poli-isoprene) utilizzabili ai fini della presente invenzione.
Estremamente promettente è inoltre la possibilità di modulare le proprietà dei sopraccitati materiali per mezzo di plastificanti specie se ottenuti da fonti naturali, ciò è quanto riportato ad esempio in US 2006/0276575A1 di Kao Corporation.
Per un elenco più completo dei poliesteri biodegradabili utilizzabili per la preparazione di pellicole per imballaggio si rimanda ai seguenti lavori apparsi recentemente in letteratura:
“Degradable Aliphatic Polyesters” in “Advances in Polymer Science 157”, 2001 Springer, A. C. Albertsson Editore;
"Aliphatic-Aromatic Polyesters” di Rolf-Joachim Muller (autore) cap. 10 dì “Handbook of Biodegradable Polymers ", 2005 Rapra, C. Bastioli Editore.
La preparazione di pellicole estensibili viene effettuata per mezzo di estrusione in bolla (blow extrusion) o estrusione attraverso testa piana (cast extrusion). Le pellicole generalmente utilizzate per l’imballaggio di alimenti disposti su vassoi (per esempio in polistirene o cartone) sono preparate preferibilmente mediante estrusione in bolla, tale tecnologia permette infatti di ottenere pellicole con maggiore uniformità di stiro nelle direzioni longitudinale e trasversale. Le resine più comunemente impiegate sono PVC plastificato, poliolefine come ÈVA, LLDPE, LDPE, polimeri stirenici e vari blend polimerici sempre a base poliolefinica. Le ultime due classi di polimeri sono più comunemente utilizzate in pellicole multistrato coestruse (si veda ad esempio US4713282 di Mitsubishi) per ottenere adeguate prestazioni ed un’opportuna “macchinabilità”. Con macchinabilità si intende normalmente un insieme di caratteristiche tecniche che danno un’indicazione delle prestazioni della pellicola sulle macchine da imballaggio.
È stato osservato che le pellicole a base biodegradabile hanno una sensibile tendenza alla rottura durante di processo di estensione. La presente invenzione mira ad ovviare a tale inconveniente delle note pellicole a base biodegradabile. Secondo la presente invenzione, si è infatti scoperto, in maniera del tutto sorprendente, che una pellicola costituita da due strati semplicemente sovrapposti ma fisicamente distinti mostra delle prestazioni di gran lunga superiori a quelle di una pellicola monostrato a parità di spessore totale. In altri termini una pellicola di 16 micron ottenuta per sovrapposizione di due pellicole da 8 micron è molto più idonea alle operazioni di confezionamento rispetto ad una pellicola monostrato di 16 micron.
Nel dettaglio del presente brevetto la pellicola a doppio strato è stata prodotta per estrusione in bolla senza che la bolla fosse aperta, in altre parole il tubolare è stato schiacciato e avvolto tal quale formando in tal modo la ricercata struttura doppia.
È oggetto del presente brevetto anche l’utilizzo di miscele polimeriche particolarmente adeguate ai fini sopra riportate. È stato in particolare osservato che l’aggiunta di un poliuretano termoplastico con proprietà elastomeriche (quale ad esempio quello prodotto e commercializzato con il nome Estane 58213 dalla Noveon) alla formulazione del polimero di base (costituito ad esempio dal polimero prodotto e commercializzato dalla BASF col nome di Ecoflex F XB 7011) ha aumentato sensibilmente l’elasticità e la memoria di forma della pellicola senza pregiudicare minimamente la biodegradabilità della medesima. La memoria di forma è una caratteristica particolarmente ricercata nelle pellicole per l’imballaggio perché rende la pellicola particolarmente resistente alla manipolazione a cui può essere soggetto il prodotto. Ciò si traduce in un migliore aspetto estetico della confezione durante la sua permanenza nei banchi di vendita.
Esempi di pellicole prodotte secondo la presente invenzione
Varie pellicole sono stati preparate per estrusione in bolla di polimeri e loro miscele; le performance delle pellicole sono state poi valutate su di una macchina per confezionamento Elixa Mega prodotta da AUTOMAC. Come termine di paragone tra le varie pellicole prodotte si è valutato l’aspetto estetico, il numero di confezioni difettose in termini di saldatura (sotto il vassoio) e i casi di rottura della pellicola a seguito dell’estensione. La tabella 1 riporta le formulazioni delle pellicole preparate; la tabella 2 riporta invece le caratteristiche e le valutazioni della pellicola monostrato e della pellicola bistrato (innovativa). È evidente dai dati riportati la superiorità della pellicole contenente poliuretano termoplastico e della struttura innovativa bistrato.
Tabella 1: formulazioni di pellicole
Quali componenti della pellicola biodegradabile estensibile secondo l'invenzione si citano, oltre ai componenti sopra menzionati, anche i poliesteri alifatici, poliesteri abiatico aromatici, poliuretani, poliesterammidi, loro miscele e miscele con altri polimeri parzialmente o totalmente biodegradabili e loro modificazioni. In particolare, tali pellicole sono vantaggiosamente composte essenzialmente da un copoliestere che può essere di tipo alifatico aromatico ottenuto per policondensazione in proporzioni variabili di
monomeri e comonomeri di diacidi aromatici o miscele di diacidi aromatici e loro esteri scelti nella serie costituita da acido terefìtalico, acido isoftalico, acido ortoftalico, dimetil tereftalato, dimetil isoftalato, oppure di tipo alifatico aromatico ottenuto per policondensazione in proporzioni variabili di monomeri e comonomeri di diacidi alifatici o miscele di diacidi alifatici e loro esteri scelti nella serie costituita da diacidi alifatici lineari o miscele di diacidi alifatici lineari con 2 o più atomi di carbonio; diacidi cicloalifatici come acido cicloesandicarbossilico; diacidi ottenuti per dimerizzazione di acidi grassi naturali e loro corrispondenti idrogenati, o ancora di tipo alifatico aromatico ottenuto per policondensazione in proporzioni variabili di monomeri e comonomeri di un diolo o più dioli scelti nella serie costituita da glicole etilenico; 1,2-propandiolo; 1,3-propandiolo; 1,4-butandiolo; 1,5-pentandiolo; 1,6-esandiolo. Detti copoliestere possono contenere in aggiunta dei componenti per regolare le caratteristiche reologiche e termiche del materiale come acidi polifunzionali, alcoli polifunzionali, monomeri contenenti gruppi ionici quali dei sali dell’acido isoftalico sulfonato o dell’acido benzoico sulfonato. Secondo una ulteriore caratteristica dell'invenzione, tale copoliestere è un copolimero a blocchi o “random” dell’acido lattico con proprietà elastomeriche.
Al fine di migliorare le proprietà meccaniche della pellicola biodegradabile estensibile secondo l'invenzione, questa viene estrusa in presenza di estensori di catena (chain extenders) per ottenere migliori proprietà meccaniche.
Ciascuno dei 2 ο più strati della pellicola secondo l'invenzione è a sua volta una pellicola tristrato coestrusa con struttura ABC, dove gli strati ABC possono differire nel contenuto di additivi e nelle proporzioni relative dei polimeri base. Inoltre la pellicola biodegradabile estensibile secondo la presente invenzione può essere costituita da miscele binarie di poliesteri e poliuretani termoplastici (TPU), oppure da miscele binarie di poliesteri abiatico aromatici e copolimeri a base poliammidica. Tali pellicole possono contenere dei plastificanti ottenuti preferibilmente da fonti rinnovabili, o anche degli additivi antiblocco e additivi lubrificanti.
Claims (3)
- Rivendicazioni 1) Pellicola biodegradabile estensibile caratterizzata dal fatto di essere costituita da 2 o più strati accoppiati meccanicamente ma fisicamente distinti.
- 2) Pellicola biodegradabile estensibile secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che viene ottenuta per estrusione in bolla.
- 3) Pellicola biodegradabile estensibile secondo una qualsivoglia delle rivendicazioni 1 e/o 2 caratterizzata dal fatto che è costituita da poliesteri alifatici, poliesteri abiatico aromatici, poliuretani, poliesterammidi, loro miscele e miscele con altri polimeri parzialmente o totalmente biodegradabili e loro modificazioni 4) Pellicola biodegradabile estensibile secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che è composta essenzialmente da un copoliestere. 5) Pellicola biodegradabile estensibile secondo la rivendicazione 4 in cui il copoliestere è di tipo alifatico aromatico ottenuto per policondensazione in proporzioni variabili di monomeri e comonomeri di diacidi aromatici o miscele di diacidi aromatici e loro esteri scelti nella serie costituita da acido terefìalico, acido isoftalico, acido ortoftalico, dimetil terefìtalato, dimetil isoftalato. 6) Pellicola biodegradabile estensibile secondo la rivendicazione 4 in cui il copoliestere è di tipo alifatico aromatico ottenuto per policondensazione in proporzioni variabili di monomeri e comonomeri di diacidi alifatici o miscele di diacidi alifatici e loro esteri scelti nella serie costituita da diacidì alifatici lineari o miscele di diacidi alifatici lineari con 2 o più atomi di carbonio; diacidi cicloalifatici come acido cicloesandicarbossilico; diacidi ottenuti per dimerizzazione di acidi grassi naturali e loro corrispondenti idrogenati. 7) Pellicola biodegradabile estensibile secondo la rivendicazione 4 in cui il copoliestere è di tipo abiatico aromatico ottenuto per policondensazione in proporzioni variabili di monomeri e comonomeri di un diolo o più dioli scelti nella serie costituita da glicole etilenico; 1,2-propandiolo; 1,3-propandiolo; 1,4-butandiolo; 1,5-pentandiolo; 1 ,6-esandiolo. 8) Pellicola biodegradabile estensibile secondo una qualsivoglia delle rivendicazioni 4 a 7, caratterizzata dal fatto che detti copoliestere contengono in aggiunta dei componenti per regolare le caratteristiche reologiche e termiche del materiale come acidi polifunzionali, alcoli polifunzionali, monomeri contenenti gruppi ionici quali dei sali dell’acido isoftalico sulfonato o dell’acido benzoico sulfonato. 9) Pellicola biodegradabile estensibile secondo una qualsivoglia delle rivendicazioni 4 a 8, caratterizzata dal fatto che il copoliestere è un copolimero a blocchi o “random” dell’acido lattico con proprietà elastomeriche. 10) Pellicola biodegradabile estensibile secondo ima qualsivoglia delle rivendicazioni precedenti caratterizzata dal fatto che viene estrusa in presenza di estensori di catena (chain extenders) per ottenere migliori proprietà meccaniche. 11) Pellicola biodegradabile estensibile costituita da 2 o più strati accoppiati meccanicamente ma fisicamente distinti, secondo una qualsivoglia delle rivendicazioni precedenti, caratterizzata dal fatto che ciascuno dei detti 2 o più strati è a sua volta una pellicola tristrato coestrusa con struttura ABC, dove gli strati ABC possono differire nel contenuto di additivi e nelle proporzioni relative dei polimeri base. 12) Pellicola biodegradabile estensibile secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che è costituita da miscele binarie di poliesteri e poliuretani termoplastici (TPU). 13) Pellicola biodegradabile estensibile secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che è costituita da miscele binarie di poliesteri alifatico aromatici e copolimeri a base poliammidica. 14) Pellicola biodegradabile estensibile secondo una qualsivoglia delle rivendicazioni 1 aJi 3 precedenti, caratterizzata dal fatto che contiene dei plastificanti. 15) Pellicola biodegradabile estensibile secondo la rivendicazione 14, caratterizzata dal fatto che detti plastificanti sono ottenuti da fonti rinnovabili. 16) Pellicola biodegradabile estensibile secondo una qualsivoglia delle rivendicazioni 1 a 15 precedenti, caratterizzata dal fatto che contiene degli additivi antiblocco e additivi lubrificanti.
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