12.1.4.8 Coestrusione e strutture multistrato
Lo sviluppo del COF nei film multistrato contenenti additivi di scorrimento che migrano può essere complesso. Gli additivi possono migrare negli strati adiacenti o essere trasferiti sul lato posteriore dei film mentre sono avvolti nella bobina. Questo lascia meno additivo per la fioritura sulla superficie desiderata a basso COF. La quantità di migrazione negli strati adiacenti è influenzata dalla solubilità dell’additivo negli strati; gli additivi slip amidici degli acidi grassi sono più solubili nei polimeri polari come i tie layer e gli ionomeri rispetto al PE. A complicare ulteriormente le cose c’è l’effetto della temperatura sulla solubilità e la diffusione dell’ammide. La conclusione è che gli additivi di scorrimento collocati in uno strato non hanno la probabilità di rimanere in quello strato. Questo deve essere preso in considerazione quando si decide quanto additivo usare e in quali strati posizionarlo.
Sankhe e Hirt misurano la concentrazione di erucamide attraverso un film bilayer da 50-μm di LLDPE. La struttura è (25-μm LLDPE-25 μm LLDPE); solo uno strato contiene erucamide (all’1% di carico). Il profilo di concentrazione di erucamide attraverso lo spessore del film è misurato usando la microspettroscopia FTIR basata sul sincrotrone per ottenere una risoluzione spaziale sufficiente per i film. Il lavoro precedente che misura i profili di erucamide era stato limitato a film spessi (600 μm) a causa della risoluzione limitata della spettroscopia FTIR convenzionale. Nel lavoro precedente, sono stati trovati gradienti di concentrazione significativi quando la barbottina è stata aggiunta a un solo strato rispetto all’aggiunta di quantità uguali di barbottina a tutti gli strati. Nel lavoro sul film sottile, trovano che la concentrazione è quasi uniforme attraverso l’intero spessore del film bilayer, anche a 1 giorno dopo la fabbricazione. Essi postulano che lo slip migri nello strato adiacente durante la coestrusione; il tempo di diffusione caratteristico aumenta con il quadrato dello spessore del film, quindi non è sorprendente che la concentrazione si uniformi rapidamente nei film sottili. La concentrazione superficiale di erucamide è misurata usando l’ATR. Entrambi i lati del film bilayer vedono un aumento quasi uguale della concentrazione superficiale con il tempo di stoccaggio (fino a 3 giorni) che coincide con una riduzione della concentrazione di massa.
Kitchel testa una serie di film soffiati LDPE a tre strati con 500 ppm di erucamide aggiunta a diversi strati. Lo spessore totale del film è di 50 μm con percentuali di strato di (20/60/20). Il COF viene misurato sul lato anteriore e posteriore del film con l’obiettivo di massimizzare la differenza. Il maggior differenziale di COF si ottiene quando tutto lo slittamento viene aggiunto allo strato esterno della pelle (rispetto alla bolla del film soffiato). In un secondo esperimento, lo spessore complessivo del film viene variato da 25 a 150 μm. Aumentare lo spessore aiuta ad aumentare il differenziale COF.
Glover ricopre per estrusione LDPE contenente un additivo slip amidico di acidi grassi su due diversi substrati, carta kraft e foglio di alluminio. Il COF del rivestimento è più alto per i rivestimenti di carta, cosa che lui attribuisce alla carta porosa che assorbe parte dello slip, lasciandone meno per migrare sulla superficie dell’LDPE.
Bryant misura il COF in funzione del tempo su una serie di film soffiati a tre strati contenenti diverse combinazioni di strati di LLDPE e uno ionomero di sodio. Ogni strato è spesso 25 μm per uno spessore totale del film di 75 μm. L’ammide è posto in uno o più strati per studiare l’effetto della migrazione tra gli strati adiacenti polari (ionomero) e non polari (LLDPE). Sono necessari livelli più elevati di additivo slip per ottenere un basso COF quando almeno uno degli strati è uno ionomero, il che riflette la maggiore solubilità dell’ammide nello ionomero. È interessante notare che si ottiene un COF più basso quando lo slip viene aggiunto allo strato di ionomero rispetto a quando viene aggiunto solo allo strato di LLDPE. La presenza di uno strato polare influenza anche la risposta del COF con l’aumento della temperatura di stoccaggio (da 23 a 38°C). I cambiamenti di COF con la temperatura sono più pronunciati con il film LLDPE non polare che con quelli contenenti ionomero. Bryant attribuisce questo fatto alle differenze di solubilità.
Soutar fornisce una serie di aneddoti riguardanti la migrazione dello slip nei film multistrato. Le resine leganti in particolare hanno dimostrato di avere un effetto sul COF, presumibilmente a causa della loro natura polare. Egli ipotizza che la funzionalità chimica della resina legante attragga le molecole di ammide. In un esempio, gli strati vengono staccati e non si trova alcun accumulo di ammide all’interfaccia tra gli strati di cravatta e di polietilene. Questo suggerisce che lo slittamento risiede nella massa dello strato di cravatta.
Soutar discute anche i problemi di trasferimento posteriore di ammidi o altri additivi dalla superficie anteriore della pellicola alla superficie posteriore adiacente della pellicola avvolta in una bobina. Questo ha portato a problemi di contaminazione che coinvolgono la stampa o la sigillatura a caldo.
Poisson esamina i film soffiati barriera a tre strati con la struttura (Poliammide 6,66
tiePE). La cravatta è un polietilene modificato con anidride maleica. A questa struttura di base, diverse variazioni sono considerate aggiungendo il 50% in peso di EVA (VA = 9 wt%) allo strato di cravatta, al sigillante o a entrambi. Gli spessori degli strati sono (30/10/50 μm). Erucamide o oleamide viene aggiunto allo strato sigillante a concentrazioni che vanno da 0 a 2500 ppm. AFM e FTIR sono usati per misurare il profilo di concentrazione dello slittamento attraverso lo spessore del film e la concentrazione superficiale. L’IR non può essere usato per misurare il livello di slittamento nello strato di poliammide (PA) poiché i picchi IR della PA e dell’ammide si sovrappongono. La quantità di scivolamento nello strato di PA è stimata sottraendo le quantità misurate sulla superficie, nel sigillante e nello strato di legame dalla quantità totale aggiunta.
L’Erucamide dà la migliore prestazione COF dei due additivi di scorrimento testati. L’oleamide mostra alcuni risultati COF sorprendenti, come l’aumento iniziale con il tempo, che può essere dovuto alla polarità dell’EVA. Il COF con l’erucamide raggiunge rapidamente l’obiettivo di 0,2, anche a 500 ppm di concentrazione. La performance della sigillatura a caldo non è influenzata fino all’aggiunta di alti livelli di erucamide; a 2500 ppm la temperatura di inizio della sigillatura a caldo aumenta di 30°C.
Negli esperimenti di Poisson con erucamide la maggior parte dello slip finisce vicino alla superficie dopo che i campioni invecchiano per 1000 h. Il COF è correlato alla frazione dello slip totale sulla superficie. La presenza di EVA aumenta il COF a tutti i livelli di slittamento, ma la differenza non è sostanziale e viene superata aggiungendo una piccola quantità di erucamide. Con l’oleamide non c’è tanto slittamento vicino alla superficie, e la concentrazione superficiale non è correlata al COF.
Poisson presenta dati su quanto slittamento finisce in ogni strato. Quando l’EVA viene aggiunto alla cravatta o allo strato di PE, questo influenza sostanzialmente la concentrazione di scorrimento in ciascuno degli strati e in superficie. Una quantità significativa di slittamento si trova nello strato di legame polare e negli strati di PA, anche se la quantità riportata per lo strato di PA sembra irrealistica. È probabile che ciò sia dovuto alla tecnica di misurazione. L’FTIR potrebbe non avere la risoluzione necessaria per misurare accuratamente la concentrazione negli strati sottili di PE e di legante. Questo errore a sua volta è aggravato dal metodo di sottrazione usato per arrivare alla concentrazione dello strato PA. Ciononostante, le misurazioni dello strato di cravatta confermano ciò che altri hanno ipotizzato sullo strato di cravatta che assorbe lo slittamento.
Con l’aumentare della complessità delle strutture dei film coestrusi, sarà necessaria una migliore comprensione della migrazione dello slittamento tra gli strati e verso la superficie.