WO2012071633A1

WO2012071633A1 - Processo de produção de um filme e filme

Info

Publication number: WO2012071633A1
Application number: PCT/BR2010/000407
Authority: WO
Inventors: Paulo Haipek Filho
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2012-06-07
Anticipated expiration: 2013-06-03

Abstract

A presente invenção se refere a uma formulação e a um processo para a produção de filmes e/ou sacos utilizados na embalagem de produtos. A formulação compreende PEBD, PELBD metalocênico e aditivos.

Description

PROCESSO DE PRODUÇÃO DE UM FILME E FILME

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere ao setor técnico de produção de filmes e sacos plásticos.

ESTADO DA TÉCNICA

É notória a necessidade atual da sociedade de reduzir a utilização de materiais de embalagem, especialmente dos materiais plásticos para reduzir a carga poluidora do meio ambiente. Tal necessidade decorre da constatação que as embalagens, depois do consumo do produto que elas envolvem, acabam, muitas vezes, poluindo rios e mares e outras vezes acabam sendo enterradas em depósitos de lixo onde podem levar muitas dezenas de anos para degradar. É de conhecimento público, também, que o petróleo, a maior fonte de matéria prima para a produção de materiais plásticos tem estoques limitados e cujos preços, historicamente, mantêm uma tendência de alta continuada.

Atualmente muitos produtos de baixa densidade (leves) são embalados em sacos pré-fabricados ou através da utilização de filmes extrudados com o emprego de máquinas embaladoras automáticas e cujas espessuras (e consequentemente sua resistência mecânica) são determinadas, muitas vezes, não pelas necessidades impostas pelo produto final, mas, sim, pelas características dos equipamentos de conversão e de embalagem existentes no mercado que não são adequados para trabalhar com filmes muito finos. Exemplos característicos desta deficiência podem ser encontrados nos equipamentos de extrusão geralmente disponíveis no mercado (cuja eficiência piora muito, ou, até, chega a inviabilizar a produção de filmes abaixo de uma determinada espessura) , podem ser, também, encontrados em equipamentos de impressão, especialmente em impressoras tipo rotogravura, que não conseguem imprimir filmes abaixo de uma determinada espessura, pois o registro de impressão fica prejudicado pela excessiva elasticidade dos filmes finos. As mesmas observações são aplicáveis para as máquinas de corte e solda utilizadas para a confecção de sacos e nas máquinas embaladoras automáticas que utilizam um filme plástico para envolver o produto final. Dessa forma, devido a essas limitações do processamento, se torna muito difícil a fabricação de filmes plásticos com baixas espessuras e baixos consumos de matéria prima, ou seja, mais ecológicos.

Uma das soluções já proposta, e bem conhecida, na técnica reside no fato da utilização de um processo de orientação dos filmes extrudados, denominado mono- orientação. Nesse processo, realiza-se o estiro do dito filme (Fig. 1) em um sentido preferencial que, em geral é realizado utilizando-se taxas de estiro entre 1:3 e 1:10 (o filme é esticado de 3 a 10 vezes o seu comprimento original) . Em decorrência desse estiro, o filme ganha resistência no sentido da orientação e uma maior rigidez, sendo bastante útil quando se pensa no processamento futuro do filme produzido.

Porém, uma serie de inconvenientes acabam por inevitavelmente ocorrer no filme devido à esse processo como uma perda significativa da resistência ao rasgo no sentido longitudinal, ou seja no sentido da orientação.

Adicionalmente, um outro inconveniente reside no fato de que quando se estira o dito filme (Fig.l) ocorre um encolhimento transversal que resulta em uma região próxima das duas bordas do filme mono-orientado , em espessuras acima daquelas que se obtém na porção central do dito filme mono-orientado. Estas regiões mais espessas devem ser recortadas e se transformam em perdas que podem, em certos casos particulares, serem reutilizadas no processo de extrusão, mas obviamente, geram um custo adicional ao produto. Estas perdas variam de acordo com a taxa de estiro utilizada bem como das características do filme empregado em tal operação. Assim, quanto maior a taxa de estiro utilizada maior é a orientação longitudinal do filme, maior é o encolhimento transversal e maiores são as perdas laterais por variação indesejada da espessura nas bordas. A par de melhorar as propriedades mecânicas no sentido longitudinal, algumas propriedades pioram muito, como, por exemplo, a resistência ao rasgo longitudinal, o que âs vezes, torna o filme mono-orientado não utilizável para certas aplicações.

Diversas soluções já foram propostas para viabilizar a produção de filmes, monoorientados ou não, capazes de reduzirem a quantidade de material utilizado e ao mesmo tempo manter ou até melhorar as propriedades mecânicas e de processamento dos filmes obtidos. Particularmente, três documentos podem ser citados:

WO2008074493 visa a produção de filmes orientados uniaxialmente compreendendo uma camada (A) e uma camada (B) . A camada (A) compreendendo polietileno linear de baixa densidade (PELBD) compreendendo PELBD multimodal produzido por catalisador Ziegler Natta (PELBDzn) , ou PELBD multimodal, ou uma combinação de ambos. A camada (B) compreendendo PELBD multimodal. O filme multicamada sendo um filme esticado que é orientado uniaxialmente em uma proporção de pelo menos 1:3.

WO2008074492 visa a produção de um filme útil para armazenamento de produtos leves (abaixo de 5kg) e pesados (acima de 50Kg) úteis como sacos. Tal filme é um filme orientado uniaxialmente que compreende pelo menos uma camada externa (B) e uma camada interna (C) . A camada (B) compreendendo um PELBD multimodal. A camada (C) compreendendo pelo menos um componente polímero com um ponto de fusão abaixo de 100 °C. O filme multicamada é um filme orientado uniaxialmente em uma proporção 1:3.

WO2006037603 visa a produção de um filme útil para embalagens. 0 dito filme possuindo 3 ou mais camadas, 2 camadas externas e 1 central . A camada externa compreendendo PELBD e a camada central compreendendo polietileno multimodal possuindo componentes de baixos e altos pesos moleculares. O dito filme possui boa processabilidade e propriedades mecânicas.

Porém os filmes da técnica, em maior ou menor proporção, possuem espessuras de filme demasiadamente altas (devido principalmente às necessidades de processamento) para o uso no armazenamento de produtos leves como pães e fraldas. Adicionalmente esses filmes possuem forças de ruptura, no sentido transversal muito baixos. Uma melhor comparação entre os filmes na técnica e os filmes obtidos através do presente pedido de patente poderá ser visualizada nos exemplos anexos.

Logo, a presente invenção visa viabilizar um processo de fabricação de filmes plásticos, que seja economicamente viável, permitindo que haja redução significativa de matéria prima utilizada e, ao mesmo tempo soluciona diversos dos inconvenientes encontrados na técnica .

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

A presente invenção contorna diversos dos inconvenientes da técnica através da combinação de uma formulação adequada das matérias-primas utilizadas na extrusão, ou coextrusão, com o processo de orientação longitudinal dos filmes extrudados . Tal formulação aliada a uma condição específica de orientação longitudinal das cadeias de polímeros no filme plástico, a par de aumentar o módulo de elasticidade do filme orientado no sentido de sua orientação, reduz as perdas características do processo de orientação longitudinal tornando os filmes assim obtidos comercialmente viáveis, especialmente se considerarmos que os filmes mono-orientados podem reduzir muito as espessuras dos filmes atualmente empregados. É importante observar que o processo de orientação longitudinal, em geral, pode reduzir as propriedades mecânicas do filme estirado no sentido transversal da orientação, problema este superado na atual invenção pela combinação da formulação empregada e das condições de estiramento longitudinal.

O dito processo consiste de uma mistura de PEBD, PELBD (preferencialmente PELBD metalocênico, PELBDm) e aditivos extrudada em máquina do tipo balão com uma razão de sopro na faixa entre 1:2 a 1:3.5 e mono-orientada com o filme sendo estirado longitudinalmente em uma razão entre 1:2 a 1:4, resultando em um produto com resistência mecânica adequada, processável em impressoras e máquinas de corte e solda e em embaladoras convencionais e, ao mesmo tempo tem as perdas por recorte lateral das bordas reduzido a níveis que viabilizam a produção de diversos filmes destinados a variados processos de embalagem de produtos de baixa densidade.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A fig. 1 mostra uma vista esquemática da uma máquina de mono-orientação de um filme extrudado;

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A presente invenção se refere a uma formulação em combinação com um processo para a produção de filmes obtidos a partir de poliolefinas e destinados à fabricação de sacos e envelopes utilizados na embalagem de produtos alimentícios ou não.

Durante todo este pedido de patente, quando se lê filme (s) plástico (s) deve-se entender a expressão abrangendo filmes plásticos extrudados monocamada ou filmes plásticos coextrudados com 3 ou mais camadas ou filmes plásticos extrudados monocamada ou coextrudados com 3 ou mais camadas fabricados através do processo balão e a partir de misturas de polietilenos de baixa densidade e polietilenos lineares de baixa densidade metalocênicos que podem conter aditivos ou não.

Adicionalmente, durante todo esse pedido de patente, quando se lê filme, pode-se entender o mesmo como o produto obtido a partir da extrusão, e quando se lê saco ou bolsa pode-se entender o mesmo como o filme já soldado e pronto para ser utilizado.

O processo de monoorientação pode ser entendido em termos gerais como mostrado através da fig. 1 anexa, que demonstra esquematicamente o processo de mono-orientação de filmes plásticos comummente encontrados na técnica:

Um filme plástico pré-aquecido de largura "LI" e espessura "el" é conduzido através de um par de rolos aquecidos A-B que giram a velocidade angular wl;

Depois de passar pelo conjunto de rolos R-S o filme entra em um segundo conjunto aquecido de rolos T-U que gira a uma velocidade angular w2 maior do que wl . À relação w2/wl se dá, na técnica, o nome de taxa de estiro e pode ser calculada, também pela relação V2/V1;

Durante a passagem do filme entre os dois conjuntos de rolos ocorre uma redução da espessura do filme (de "el" para "e2"), de uma forma geral diretamente proporcional à taxa de estiro;

Durante o processo de estiro, concomitantemente com a redução da espessura ocorre um estreitamento do filme (demonstrado na figura pela diferença entre a largura original do filme (LI) e a largura do filme depois de passar pelo segundo conjunto de rolos (L2) ) ;

ao mesmo tempo que ocorre a redução de espessura e o estreitamento do filme forma- se na borda (região hachurada de Fig. 1) uma região mais espessa que a parte central do filme devido a contração transversal do filme. Esta região deve ser removida, através de refiles laterais, para não prejudicar a planicidade do filme bobinado após o estiro. A soma dos refiles laterais corresponde à L3 (L2 menos LI) .

De uma forma surpreendente descobriu- se que uma mistura de PEBD, PELBD (preferencialmente PELBD metalocênico, PELBDm) e aditivos extrudada em máquina do tipo balão com uma razão de sopro na faixa entre 1:2 a 1:3.5 e mono-orientada como filme sendo estirado longitudinalmente em uma razão entre 1:2 a 1:4, resulta em um produto com resistência mecânica adequada, processável em impressoras e máquinas de corte e solda e em embaladoras convencionais e, ao mesmo tempo tem as perdas por recorte lateral das bordas reduzido a níveis que viabilizam a produção de diversos filmes destinados a variados processos de embalagem de produtos de baixa densidade.

Dessa forma, a presente invenção consegue viabilizar a redução da quantidade de matéria prima utilizada no processo de produção de filmes plásticos consideravelmente, e diminuindo drasticamente as perdas características da mono-orientação . Assim, a inovação reside no fato de que ocorre de forma inesperada, e contraria aos ensinamentos encontrados na técnica, que um processo que se utiliza de baixas taxas de estiro em combinação com uma composição que minimiza as perdas das partes laterais do filme estirado, consegue viabilizar a produção de filmes plásticos com redução de matérias primas em faixas próximas à 50%, com os filmes comummente encontrados na técnica, e ainda obter um produto que seja adequado para os processamentos futuros .

A dita extrusão pode ocorrer na forma monocamada ou multicamada, dependendo das preferências no filme final. As seguintes faixas podem ser encontradas na Tabela 1 dos exemplos anexos e demonstram as realizações preferidas e composições utilizadas na presente invenção.

O dito processo utiliza matéria prima (tabela 1) extrudada em extrusoras monocamada do tipo balão ou, em coextrusoras de 3 , 5 ou mais camadas do tipo balão, utilizando-se uma razão de sopro na faixa entre 1:2 a 1:3,5 ou, preferencialmente na faixa de 1:2,5 a 1:3,0 e matrizes com abertura de lábio entre l,6mm a 2 , 8mm ou, preferencialmente com abertura de lábio entre l,8mm a 2,4 mm. Na modalidade de filme coextrudado as formulações de cada uma das camadas poderão ser alteradas utilizando sempre as mesmas matérias primas. Esta alteração na formulação pode ocorrer na proporção entre PEBD e PELBDm de cada uma das camadas e, preferencialmente na aditivação com AB (aditivo antibloqueio) , aditivos deslizantes, agentes nucleantes, concentrados de cor e agentes antiestáticos entre outros .

O processo prossegue para a etapa de mono- orientação, onde o dito filme é estirado longitudinalmente em uma razão entre 1:2 a 1:4 e, preferencialmente são utilizadas razões de estiro inferiores a 1:3 conferindo assim propriedades mecânicas adequadas para o processamento posterior do filme plástico, além de diminuir a espessura do filme.

A espessura final do filme mono-orientado pode variar entre 10 a 50μπ\ dependendo das exigências do uso final e suas características mecânicas são bastante adequadas para os processamentos futuros, bem como para armazenar materiais leves.

Em uma realização, o dito filme extrudado pode conter mais de 5 camadas, e será protegido pela presente invenção, desde que seja obtido pelos ensinamentos do presente relatório.

Em uma realização, podem ser adicionados aditivos adicionais a formulação, visando conferir propriedades específicas ao filme final. Esses aditivos podem ser selecionados do grupo que consiste de pelo menos um dentre: agentes nucleantes, concentrados de cor, nanopartícuias , agentes antiestáticos, agentes ativos (como absorvedores de oxigénio) .

Aditivos deslizantes (deslizantes) são os aditivos preparados a partir de amidas de ácidos graxos insaturados, particularmente as oleamidas, as estearamidas e as erucamidas . Estes materiais deslizantes são pré- dispersos em uma matéria prima base (tipicamente polietileno de baixa densidade) na proporção de 5% a 10% para permitir uma utilização fácil durante o processo de extrusão de filmes. Durante a produção de filmes de polietileno convencionais que necessitem de uma superfície mais lisa são necessárias concentrações de 200 ppm a 2000 ppm dependendo da espessura do filme e do coeficiente de atrito desejado.

Aditivos antibloqueio (antibloqueio ou AB) são os aditivos preparados com a utilização de sílica natural dispersa em um veículo polimérico adequado para a extrusão do produto final. Por exemplo, para produtos finais como filmes de polipropileno, o veículo adequado é o polipropileno, para filmes de polietileno a escolha recairá sobre um polietileno e assim por diante. As concentrações de sílica encontradas nos compostos variam, em geral entre 5% e 20% e a escolha de concentração dependerá de diversos fatores que devem ser avaliados tendo em vista seus processos de fabricação, equipamentos e os resultados finais desejados. Existem sílicas naturais com diversas granulometrias e os aditivos antibloqueio podem ser fabricados com sílica de uma só granulometria ou através da utilização de uma combinação de duas ou mais granulometrias distintas .

No caso dos aditivos, as formulações para filmes multicamada podem indicar uma utilização maior dos mesmos nas camadas externas e menores nas internas visando à redução do custo do filme, visto que no caso de AB, por exemplo, esses agem somente na parte superficial dos filmes, e assim seriam desnecessários nas camadas internas, onde sua utilização geraria somente um aumento do custo do filme final sem nenhum benefício ao filme. Assim, os filmes extrudados com mais de uma camada teriam a vantagem de conseguirem reduzir a quantidade de aditivos que seriam utilizados no filme, uma vez que esses somente seriam empregados nas camadas onde realmente são necessários, não precisando ser aplicados nas camadas onde seu uso é desnecessário tornando o dito processo ainda mais económico .

Os pesos moleculares dos polietilenos citados no presente pedido de patente são citados abaixo:

PEBD - O peso molecular está entre 35.000 e

65.000.

PELBD - 0 peso molecular está entre 200.000 e 500.000 e, tipicamente, preferencialmente 350.000.

PELBDm - 0 peso molecular do polietileno linear de baixa densidade metalocênico varia de 600.000 a 900.000.

A utilização do PELBDm ocorre devido às suas propriedades mecânicas características (especialmente as de resistência ao rasgo e à perfuração) que não são sensivelmente alteradas através do processo de mono- orientação nas condições descritas neste pedido de patente.

Em uma realização, os filmes e sacos plásticos produzidos pelos conhecimentos introduzidos no presente pedido de patente são utilizados para o armazenamento de produtos leves (de baixa densidade aparente) como papéis higiénicos, guardanapos, pães, fraldas, absorventes higiénicos e similares. Tais produtos similares devem ser entendidos como produtos com densidade aparente inferior a 0,6.

EXEMPLOS

À titulo meramente ilustrativo, as tabelas abaixo exibem alguns dos filmes obtidos através dos conhecimentos apresentados pelo presente pedido de patente. Espera-se a partir desses exemplos explicitar algumas das propriedades aprimoradas dos filmes produzidos através dos conhecimentos apresentados no presente pedido de patente.

COMPOSIÇÕES

A tabela 1 apresenta algumas formulações preferidas pela presente invenção.

Tabela 1:

recuperado originário dos refiles laterais do processo de mono-orientação .

FILMES A título meramente ilustrativo são apresentados seis filmes, sendo os filmes 2 e 3 produzidos a partir dos conhecimentos apresentados no presente pedido de patente.

Filme 1 (3 camadas)

Composição

25% PEBD EB 823/72 fabricado pela Braskem (densidade 0,923 e índice de fluidez 2,7) + 75% de LF 720 de LF 720/21 AF da Braskem (correspondendo a um PEBD copolimerizado com buteno e com densidade 0,921 e índice de fluidez de 0,7)

processo

Composição coextrudada em coextrusora balão de 3 camadas marca Carnevalli com composição idêntica nas 3 camadas com coextrusora central de 120mm e duas extrusoras de 60mm para as camadas externa.

Matriz do equipamento utilizada é de 400mm e com abertura de lábio de 2,2mm. Razão de insuflamento de 1:2,3.

Filme 2 (3 camadas)

Camadas externas

28% PEBD EB 823/72 + 68% de PELBDm Flexus 9211 da Braskem (PELBD copolimerizado com hexeno e com densidade de 0,917 e índice de fluidez de 1,0 e 4% de concentrado de deslizante à base de erucamida, ou 4ppm de erucamida)

Camada central

22% PEBD EB 823/72 + 78% PELBDm Flexus 9211

Processo

Composição coextrudada em coextrusora balão de 3 camadas marca Carnevalli com coextrusora central de 120mm e duas extrusoras de 60mm para as camadas externa;

Matriz do equipamento utilizada é de 400mm e com abertura de lábio de 2,2mm. Razão de insuflamento de 1:2,6; Monoorientação de um filme de 53 μπι em máquina de monoorientação Hosokawa Alpine com taxa de estiro de 1 :2, 65.

Filme 3 (3 camadas)

Camadas externas

Camada central

22% PEBD EB 823/72 + 78% PELBDm Flexus 9211

Processo

Matriz do equipamento utilizada é de 400mm e com abertura de lábio de 2,2mm. Razão de insuflamento de 1:2,6;

Monoorientação de um filme de 53 pm em máquina de monoorientação Hosokawa Alpine com taxa de estiro de 1:2,94.

Filme 4 (3 camadas)

Filme produzido através dos conhecimentos apresentados pelo pedido de patente WO2008074493A1 e correspondendo ao filme 1 do dito pedido.

Camadas externas

85% PELBDm + 15% PEBD

Camada central

80% PELBDzn (produzido pelo processo Ziegler Natta, vide referência) +20% PELBDm

Processo

O processo de produção do filme é melhor detalhado no pedido de patente onde se encontra.

Filme 5 (3 camadas) Filme produzido através dos conhecimentos apresentados pelo pedido de patente WO2006037603 e correspondendo ao filme 1 do dito pedido.

Camadas externas

89% de PELBDm unimodal de densidade 927 e 12% de PEBD de densidade 927 e 1% PPA (Dynamar FX-5922X - adicionado como mastercbatch) foram misturados em dois extrusores .

Camada central

81% de PELBD bimodal de densidade 922 e 18% de PELBDm de densidade 927 e 1% PPA (Dynamar FX-5922X) foram misturados um uma extrusora.

Processo

A composição foi coextrudada em 3 camadas e com diâmetro final de 40 i . (processo detalhado vide referência)

Os filmes acima serão melhor comparados de acordo com a tabela 2 abaixo.

Tabela 2

DM - direção da máquina (longitudinal ao filme) ; DT - direção transversal ao filme

Cabe ressaltar ainda que, embora a invenção tenha sido descrita em relação ao que é atualmente considerado como a realização mais prática e preferida, deve ficar compreendido que a invenção não deve ser limitada à realização apresentada, mas ao contrário, se presta a cobrir várias modificações e arranjos equivalentes incluídos dentro do caráter e do âmbito das reivindicações anexas. Por conseguinte, o âmbito das reivindicações anexas deverá estar de acordo com uma interpretação mais ampla, de modo a abranger todas essas modificações e ajustes semelhantes .

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. PROCESSO DE PRODUÇÃO DE UM FILME, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de:

Extrudar uma composição que compreende PEBD, PELBDm e aditivos em uma extrusora do tipo balão utilizando uma razão de sopro entre 1:2 a 1:3,5 e matrizes com abertura de lábio entre 1,6 a 2 , 8mm

esticar longitudinalmente o dito filme em uma razão entre 1:2 a 1:4.

2. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita extrusão gera um filme monocamada.

3. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a dita extrusão ser realizada com uma composição de 15 a 45% de PEBD, 55 a 85% de PELBDm.

4. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o peso molecular do PEBD está entre 35.000 e 65.000 e o peso molecular do PELBDm está entre 600.000 a 900.000.

5. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita extrusão é uma coextrusão e o dito filme é do tipo multicamada.

6. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos aditivos são selecionados entre pelo menos um dentre: AB (aditivo antibloqueio) , aditivos deslizantes, agentes nucleantes, concentrados de cor, agentes anti-estáticos , nanopartículas , agentes antiestáticos , agentes ativos.

7. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito filme é esticado preferencialmente à uma faixa inferior à 1:3.

8. FILME, caracterizado pelo fato de ser obtido pelo processo tal como definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 9.

9. FILME, caracterizado pelo fato de ser usado para o armazenamento de produtos com densidade aparente inferior a 0,6.