INTRODUZIONE AI FILM POLIMERICI

INTRODUZIONE AI FILM POLIMERICI

Dr.Stefano Galderisi

SOMMARIO

1) Quali sono e come si producono
2) Altre operazioni
3) Differenze tra i film
4) Proprietà dei film
5) Applicazioni
6) Conclusioni

Dai derivati del petrolio si ottiene la maggior parte dei film che conosciamo (le fonti naturali e rinnovabili come la cellulosa e l’amido rappresentano un’altra concreta via per ottenere polimeri).
Nel campo della plastificazione, cartotecnica e packaging, i principali film utilizzati sono: il polipropilene (PP), il polietilentereftalato (o più semplicemente poliestere, sigla PET) e il polietilene (PE).
La produzione dei principali film parte da granuli i quali, addizionati di ulteriori ingredienti quali scivolanti, antiossidanti, stabilizzanti e additivi vari, vengono introdotti nell’estrusore, un cilindro cavo riscaldato che ospita all’interno una vite senza fine.
L’estrusore ha il compito di omogeneizzare e fondere tutti i componenti. Il composto ottenuto viene spinto attraverso una trafila la quale fornisce una “lastra” o un ”tubo” continuo di polimero semi fuso. Per dare al film l’aspetto consueto si lamina la lastra al fine di assottigliare lo spessore oppure si spinge dell’aria compressa all’interno dell’estruso per ricavare una bolla di polimero dello spessore voluto. Oltre alla riduzione allo spessore voluto, il film necessita solitamente di successive lavorazioni. Le più frequenti sono: l’orientazione, per conferire le giuste proprietà meccaniche e ottiche al film e il trattamento, per rendere il film stampabile e idoneo a ricevere adesivi, inchiostri, vernici o lacche. Vediamo quindi in dettaglio queste due operazioni:

Orientazione
E’ un’operazione meccanica eseguita sul film che consente di stendere e ordinare le lunghe molecole polimeriche di cui è composto il film. Nel caso dell’estrusione con trafila a testa piana, si cola la “lastra” su un cilindro rotante raffreddato per poi, dopo una successiva fase di laminazione, stendere il film in senso trasversale (tramite l’utilizzo di apposite pinze che afferrano il film di lato) e in senso longitudinale (regolando la velocità di avvolgimento del film a valle).

Nel caso dell’estrusione a “tubo”, un soffiatore provvede ad immettere aria in pressione per ottenere una bolla che si estende verso l’alto anche per molti metri. Cilindri d’acciaio provvedono a chiudere la bolla nella parte superiore in modo da trattener l’aria al suo interno mantenendo così i valori di pressione interna costanti. Il valore della pressione all’interno della bolla influenza le caratteristiche finali del film.

Trattamento
E’ l’operazione per mezzo della quale s’intende alzare il livello di bagnabilità dello strato più superficiale del film. Questo permetterà una migliore interazione con i liquidi che si andranno a depositare sopra di esso (per esempio si conferisce stampabilità al polipropilene). Il Trattamento può essere eseguito a fiamma (con un bruciatore), per mezzo di una forte differenza di potenziale (trattamento corona), tramite spalmatura di uno strato acrilico polare (tipico per il PET) oppure coestrudendo un apposito polimero sul film stesso.


ALTRE OPERAZIONI

Alle operazioni precedentemente menzionate se ne possono aggiungere altre al fine di integrare nuove caratteristiche al film. Tra queste ricordiamo:

Spalmatura dell’adesivo sul film di base (preadesivizzazione)
Per ottenere un film dry, si applica uno strato di adesivo sul film che all’atto della plastificazione andrà fatto rivenire tramite calandra riscaldata.
Rispetto ai film non preadesivizzati (film wet), i film dry presentano diversi vantaggi sotto diversi punti di vista: laminatrici meno costose, avviamenti più rapidi, assenza gruppo colla, accoppiati pronti per le lavorazioni successive in minor tempo rispetto al wet, meno problemi con l’antiscartino, minore impatto ambientale.

Metallizzazione
La metallizzazione è un processo tale per cui si depone uno strato sottilissimo di alluminio. Questo per scopi estetici o funzionali (proprietà barriera all’ossigeno, luce, aromi). L’operazione viene eseguita in una camera a tenuta in cui viene praticato il vuoto spinto. L’alluminio usato per metallizzare viene fuso all’interno di una serie di crogioli. Da questo stadio si crea un “vapore” d’alluminio che va a depositarsi sulla superficie del film che scorre dalla bobina di svolgimento alla bobina di avvolgimento. E’ possibile regolare la quantità d’alluminio depositata sul film regolando la velocità del film.

Colorazione
Processo utilizzato per trasformare un film da trasparente a colorato. Tale colorazione può avvenire aggiungendo pigmenti in massa al film oppure tramite la stampa della superficie.

Goffratura
In questo caso si tratta di imprimere sulla superficie del film un disegno (tipicamente una trama che si ripete) tramite una cilindro maschio e uno femmina. Il risultato è un rilievo che conferisce al film un particolare effetto tattile.

Spazzolatura
L’operazione prevede che un cilindro dotato di centinaia di piccole punte “riga” la superficie del film metallizzato creando il così detto effetto “spazzolato” o “brushed” in inglese. Dona al supporto un aspetto particolarmente elegante.

Speciali
Esistono infine operazioni utilizzate per conferire al film di base particolari funzioni o caratteristiche. Per esempio, con l’aggiunta/spalmatura di specifici additivi o copolimeri, si può conferire al film doti di maggiore o minore scivolosità, termoresistenza (applicazioni come il chicken bag), termosaldabilità (applicazioni blister), resistenza ai graffi o alle impronte digitali (applicazioni quali la realizzazione di libri o cataloghi di maggior pregio), batteriostaticità (per rivestire superfici in cui è richiesta una bassa proliferazione batterica). I film possono inoltre essere incisi e successivamente metallizzati per creare ologrammi.


DIFFERENZE TRA I FILM

BOPP
Il polipropilene è il film maggiormente usato nella plastificazione. Ottime caratteristiche ottiche, resistente, buona trasparenza. Permeabile all’ossigeno.

PET
Il poliestere è un film più resistente del BOPP, è più trasparente e presenta una bassa permeabilità all’ossigeno. E’ ideale per il food packaging perché, per esempio, può sopportare trattamenti termici di sterilizzazione o stoccaggi a temperatura di surgelazione.

PE
Il polietilene è un film più morbido e flessibile rispetto sia al polipropilene che al poliestere. E’ meno trasparente del BOPP, permeabile all’ossigeno ed è particolarmente adatto per il contatto con gli alimenti.

AC
L’acetato di cellulosa è realizzato partendo da monomeri di cellulosa (polisaccaride) ricavato principalmente dalla polpa di legno. Molto trasparente e quindi particolarmente apprezzato dal punto di vista ottico per applicazioni ad alto valore come la cosmesi e la profumeria. E’ 100% biodegradabile e compostabile, quindi ecologico. Rispetto ai film descritti precedentemente, l’acetato di cellulosa richiede maggior accortezza nel suo utilizzo adottando specifici accorgimenti. Richiede inoltre di essere conservato ben protetto da alti valori di umidità relativa.


PROPRIETA’ DEI FILM

L’industria chimica ha selezionato un’ampia gamma di monomeri poiché ciascuno di essi conferisce, al film, caratteristiche differenti. Le proprietà dei film sono però determinate anche dal processo produttivo, dagli additivi e copolimeri che vengono aggiunti e dal loro spessore.

Guardando una tipica scheda tecnica Mag data troviamo le seguenti proprietà:

Fisiche
– Spessore: misurata in micron, influisce sulla trasparenza, consistenza ed effetto barriera del film.
– Peso specifico: misurato in g/cm3 è il rapporto tra peso e volume.
– COF: coefficiente d’attrito, attitudine del film a scivolare. Fornisce un’indicazione circa il comportamento del film in macchina. Spesso un film particolarmente trasparente e anche meno scivoloso.
– Bagnabilità: “è la capacità di un liquido di stendersi completamente su una superficie piana e orizzontale di un solido”. Viene misurata in dyne/cm. Nella pratica si utilizzano appositi liquidi i quali, una volta spennellati sul film, in base alla loro velocità di ritrazione/formazione di goccioline, mostrano il livello del trattamento. Più è alto il valore di dyne (esempio 40 piuttosto che 38) più il film è in grado di trattenere adesivi, inchiostri, ecc. L’operazione di plastificazione tende a diminuire tale valore, così come le successive lavorazioni. Quest’ultima considerazione va tenuta presente pensando all’intera fase di realizzazione del prodotto finito (un libro).

Meccaniche
– il film subisce diversi stress meccanici, è utile quindi poter confrontare i film per capire quale sopporta meglio tali sollecitazioni. Le prove di Carico a rottura e Allungamento a rottura servono per quantificare la risposta del film alle sollecitazioni.

Termiche
– Stabilità dimensionale (Restringimento al calore): durante la plastificazione il film assorbe calore e può “restringersi”.
– Saldabilità: per film termosaldabili indica la tenacia con cui si può realizzare la saldatura. Per esempio per realizzare confezioni tipo blister.

Ottiche
– Opacità (HAZE): capacità del film di far passare la luce al suo interno. Più è basso tale valore più il film è trasparente. Possiamo trovare un valore pari a 2,0 per un BOPP fino a 0,5 per un PET particolarmente trasparente o 0,7 per un Acetato di cellulosa lucido.
– Lucentezza: capacità del film di riflettere la luce incidente. Il valore sarà basso per film trasparenti e alto per film metallizzati.
– Densità ottica: nei film metallizzati quantifica la quantità di metallo depositato sulla superficie.

Barriera
– Al vapor acqueo, ossigeno o agli aromi. Si misura in quantità di aeriforme che passa in m2 al giorno attraverso il film ad una data temperatura. Più il valore è basso e più il film fa barriera al loro passaggio.


APPLICAZIONI

Nel settore della cartotecnica e imballaggio, le applicazioni possibili sono numerose, le principali possono essere:

• Per nobilitare uno stampato e quindi rendere i colori più vivi. Inoltre la plastificazione conferisce un aspetto più suntuoso ed elegante al supporto sia dal punto di vista visivo che tattile.
• Per proteggere carta e inchiostro dall’usura e da agenti esterni.
• Per barrierare la carta (food packaging).
• Per mostrare il prodotto all’interno di una scatola (finestratura).
• Per rendere un supporto cartaceo termosaldabile.
• Per conferire a contenitore l’idoneità al contatto con gli alimenti.


CONCLUSIONI

Abbiamo visto che sono diversi i film a disposizione per la plastificazione e la cartotecnica. Ciascuno di essi fornisce caratteristiche e prestazioni differenti. L’esperienza del plastificatore e le esigenze del cliente finale determinano la scelta del film più adatto allo scopo specifico.

Un buon risultato finale non dipende unicamente dal film, che è solo uno degli “ingredienti della torta”, ma anche dalla scelta della carta, degli inchiostri e dalla loro corretta asciugatura. Dalle impostazioni della macchina (temperatura d’accoppiamento, pressione esercitata sul film, velocità di laminazione) e dal rispetto dei tempi tecnici (l’accoppiato richiede di stabilizzarsi prima di procedere con le successive lavorazioni come la goffratura e/o cordonatura).
I film plastici infatti, per quanto possano sembrare un materiale inerte, reagiscono dando performance anche significativamente diverse in base alle condizioni in cui si trovano a lavorare.


Giulio Natta è stato un chimico e accademico italiano. È stato insignito del premio Nobel per la chimica nel 1963 per aver scoperto e messo a punto i catalizzatori che ancora oggi vengono usati per produrre in scala industriale il Polipropilene. Lo si può considerare a tutti gli effetti il padre del Polipropilene così come lo conosciamo oggi.