Presentazione delle resine - EVAL
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<strong>Presentazione</strong> <strong>delle</strong> <strong>resine</strong>
2<br />
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Contact our Technical Centre at info@eval.be<br />
Telephone +32 3 250 97 33<br />
Fax +32 3 250 97 45<br />
or on the web site: www.eval.eu
Indice<br />
1. <strong>Presentazione</strong> <strong>delle</strong> <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> 4<br />
2. Tipologia dei copolimeri <strong>EVAL</strong> 6<br />
3. Proprietà di barriera ai gas: informazioni generali 8<br />
4. Proprietà di barriera ai gas: effetti <strong>delle</strong> condizioni ambientali 10<br />
5. Permeabilità al vapore acqueo e assorbimento di umidità <strong>delle</strong> <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> 14<br />
6. Caratteristiche meccaniche 16<br />
7. Caratteristiche termiche 17<br />
8. Il processo <strong>delle</strong> <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> 18<br />
9. Resine adesive 27<br />
10. Utilizzo del imacinato 27<br />
3
4<br />
1. <strong>Presentazione</strong> <strong>delle</strong> <strong>resine</strong><br />
Kuraray ed <strong>EVAL</strong> Europe<br />
Kuraray Co., Ltd. è già da lungo tempo leader nello sviluppo e nella tecnologia dell’alta barriera ai gas. L’azienda è stata il<br />
primo e il più avanzato produttore di EVOH (copolimeri di etil vinil alcol) con la denominazione commerciale <strong>EVAL</strong> e anche<br />
il produttore del KURARISTER.<br />
L’azienda è stata fondata nel 1926 a Kurashiki, Giappone, per la produzione industriale di fibre sintetiche. Da quella data,<br />
Kuraray ha capitalizzato appieno la sua forza tecnologica nel campo della polimerizzazione e dei prodotti sintetici. Oggi il<br />
Gruppo Kuraray è composto di circa 70 aziende, che danno lavoro a circa ad oltre 7.000 persone in tutto il mondo.<br />
Dal 1972 Kuraray produce e commercializza copolimeri di etil vinil alcol (EVOH). Da quella data, <strong>EVAL</strong>, il marchio registrato<br />
per le sue <strong>resine</strong> EVOH, è cresciuto fino a diventare uno dei settori chiave del Gruppo.<br />
<strong>EVAL</strong> Europe nv è stata fondata come filiale interamente controllata ad Anversa el 1997 per fornire <strong>EVAL</strong> ai mercati Europei,<br />
del Medio Oriente e Africani. Il suo team di specialisti segue i clienti europei dal suo Centro Regionale di Ricerca e Sviluppo.<br />
Nell’ottobre 2004 il primo sito produttivo di EVOH in Europa ha raddoppiato la sua capacità produttiva portandola a 24.000<br />
ton/anno.<br />
Forte della sua trentennale esperienza nella produzione di EVOH, la <strong>EVAL</strong> Europe rimane il produttore guida di EVOH<br />
sull’intero territorio.<br />
Tecnologia esclusiva dalla Kuraray<br />
Kuraray Co., Ltd. ha sviluppato tecnologie all’avanguardia per le alte barriere che sono il risultato <strong>delle</strong> ricerche pionieristiche<br />
intraprese da Kuraray in questo campo.<br />
Le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> si contraddistinguono a livelli superiori di proprietà barriera i gas e da un’eccellente processabilità in fase<br />
di coestrusione, oltre a essere riciclabili. L’innovazione tecnologica ha portato a una vasta gamma di differenti tipi di <strong>resine</strong><br />
<strong>EVAL</strong> per imballaggi alimentari e cosmetici, per l’industria <strong>delle</strong> costruzioni e per applicazioni rivolte ai settori automobilistico<br />
e industriale.<br />
Le nuove <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> SP sono orientabili e permettono di migliorare ancor più le applicazioni di termoformatura,<br />
termoretrazione e PET barriera. Pur conservando le tipiche proprietà di alta barriera dell’<strong>EVAL</strong>, esse offrono finestre di<br />
termoformatura più vicine a quelle del PP e persino del PS per strutture profonde o complesse. Esse permettono di migliorare<br />
le proprietà del termoretraibile barriera, orientandosi ancor più in film prodotti su tenter frame o doppia-bolla. Portano inoltre<br />
una barriera superiore a CO e ossigeno nelle bottiglie in PET, con eccellente resistenza alla delaminazione.<br />
2<br />
L’EVOH <strong>EVAL</strong> è disponibile anche sotto forma di film per accoppiamento, ove richiesto da applicazioni estremamente<br />
tecniche e impegnative, come ad esempio palloni non-conduttivi all’elettricità completamente in plastica.<br />
Struttura molecolare <strong>delle</strong> <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong><br />
La resina <strong>EVAL</strong> è un copolimero random di etilene e alcol<br />
vinilico. È un polimero cristallino che possiede una struttura<br />
molecolare rappresentata dalla formula seguente:<br />
N. CAS 26221-27-2
Prestazioni caratteristiche <strong>delle</strong><br />
<strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong><br />
A<br />
a Proprietà di barriera ai gas<br />
Le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> offrono eccezionali proprietà di<br />
barriera ai gas, superiori a quelle d’ogni altro polimero<br />
convenzionale. La qualità degli alimenti in genere si<br />
deteriora a causa della presenza d’ossigeno. L’utilizzo<br />
di copolimeri <strong>EVAL</strong> nell’imballaggio, tuttavia, migliora<br />
notevolmente la conservazione di sapori e qualità poiché<br />
impedisce all’ossigeno di penetrare nell’imballo.<br />
Inoltre, in applicazioni in atmosfera controllata, dove<br />
si usano azoto o anidride carbonica per isolare il<br />
contenuto, le eccellenti proprietà barriera <strong>delle</strong> <strong>resine</strong><br />
<strong>EVAL</strong> risultano molto efficaci nel trattenere questi gas<br />
all’interno dell’imballo.<br />
B<br />
b Resistenza agli oli e solventi organici<br />
La resistenza dei copolimeri <strong>EVAL</strong> a oli e a solventi<br />
organici è ottima. Di conseguenza le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> sono<br />
adatte per imballare alimenti grassi o oleosi, oli alimentari,<br />
oli minerali, pesticidi agricoli e solventi organici.<br />
C<br />
c Protezione di aromi e sapori<br />
Gli imballaggi che fanno uso di <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> sono<br />
efficaci nel trattenere gli odori e nel preservare quindi<br />
l’aroma e il sapore di quanto contenuto nell’imballaggio<br />
per il periodo di tempo desiderato. Allo stesso tempo<br />
essi impediscono a odori indesiderabili di penetrare<br />
all’interno.<br />
D<br />
d Stampabilità<br />
Grazie al gruppo -OH nella sua catena molecolare, la<br />
superficie <strong>delle</strong> <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> può essere facilmente<br />
stampata senza trattamenti particolari.<br />
E<br />
e Resistenza agli agenti atmosferici<br />
Le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> dimostrano eccellente resistenza<br />
agli agenti atmosferici. Perfino se esposto all’esterno,<br />
il polimero mantiene il colore originale, non ingiallisce e<br />
non diventa opaco. I cambiamenti nelle caratteristiche<br />
meccaniche sono minimi, dimostrando una forte<br />
resistenza generale agli effetti degli agenti atmosferici.<br />
F<br />
f Lucentezza e trasparenza<br />
Le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> garantiscono un alto livello di<br />
lucentezza (gloss) e basso valore di torbidità (haze)<br />
presentando eccezionali caratteristiche di trasparenza.<br />
L’utilizzo <strong>delle</strong> <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> nelle superfici esterne<br />
degli imballaggi offre un risultato di rillantezza eccellente<br />
che migliora l’aspetto dell’imballo.<br />
G<br />
g Processabilità <strong>delle</strong> <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong><br />
Le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> sono essenzialmente polimeri<br />
termoplastici e possono quindi essere processate<br />
con tecnologie convenzionali. Le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> sono<br />
adatte per le seguenti tecniche di produzione:<br />
• Estrusione di film in strato singolo (film monostrato)<br />
• Coestrusione film multistrato (in bolla o cast)<br />
• Coestrusione in fogli<br />
• Soffiaggio film rigidi (foglia) (blow moulding)<br />
in coestrusione<br />
• Coestrusione tubi<br />
• Estrusione coating<br />
• Co-estrusione coating<br />
• Coating tubi multistrato<br />
• Stampaggio oiniezione<br />
• Accoppiamento/laminazione<br />
Le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> possono essere coestruse con<br />
numerosi tipi di poliolefine, poliammidi, polistirolo e<br />
poliestere. Lavorazioni successive quali termoformatura,<br />
sotto vuoto, pressione stampaggio e stampabilità<br />
possono essere effettuate normalmente con strutture di<br />
film flessibili o rigidi contenenti <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong>.<br />
H<br />
h Osservanza <strong>delle</strong> normative alimentari da parte<br />
<strong>delle</strong> <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong><br />
Le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> rispettano la Direttiva CE per gli<br />
imballaggi alimentari e relativa trasposizione nella<br />
legislazione nazionale degli Stati Membri.<br />
Le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> sono anche state approvate per<br />
l’utilizzo al contatto diretto alimentare, al contatto<br />
indiretto e multistrato, e per le applicazioni sterilizzabili,<br />
come dettagliato dai regolamenti della Food and Drug<br />
Administration negli USA.<br />
Questa sezione ha brevemente esposto le caratteristiche<br />
più notevoli <strong>delle</strong> <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong>. Nelle prossime sezioni<br />
saranno discusse in maggior dettaglio le proprietà, le<br />
prestazioni e le metodologie di processo utilizzate per<br />
le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong>.<br />
5
6<br />
2. Tipi di copolimeri<br />
La più ampia gamma di prodotti<br />
I copolimeri di etil vinil alcol <strong>EVAL</strong> sono caratterizzati<br />
dalle loro eccellenti proprietà di barriera ai gas e<br />
dall’eccellente processabilità. La chiave per ottenere tali<br />
caratteristiche è la combinazione dei corretti rapporti di<br />
copolimerizzazione tra etilene e vinil alcol. Lo speciale<br />
esclusivo processo di produzione sviluppato da Kuraray<br />
ha dato origine alla gamma più vasta al mondo di tipi<br />
di EVOH.<br />
M<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo M possiede il contenuto di etilene più<br />
basso e fornisce le proprietà barriera più alte per<br />
applicazioni nel settore automobilistico e per articoli<br />
flessibili.<br />
L<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo L ha contenuto di etilene molto basso<br />
ed è adatto come prodotto per altissima barriera in<br />
parecchie applicazioni.<br />
F<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo F offre prestazioni superiori come barriera<br />
ed è largamente usato per applicazioni automotive,<br />
bottiglie e flaconi, film, tubi e condutture.<br />
T<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo T è stato sviluppato specificatamente per<br />
ottenere una distribuzione ottimale tra gli strati in fase di<br />
termoformatura ed è divenuto il riferimento dell’industria<br />
per applicazioni in fogli multistrato.<br />
J<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo J offre risultati anche superiori a quelli del<br />
Tipo T in termoformatura e può essere utilizzato per<br />
formatura eccezionalmente profonda o per applicazioni<br />
critiche basate su foglia.<br />
C<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo C può essere utilizzato per rivestimento<br />
in coestrusione ad alta velocità e applicazioni<br />
cast flessibile.<br />
H<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo H ha un perfetto bilanciamento tra alte<br />
proprietà barriera e prolungata stabilità di processo.<br />
Specialmente adatto per film in bolla, esistono versioni<br />
speciali “U” che permettono migliore processabilità e<br />
tempi di residenza prolungati perfino sul macchinario<br />
meno sofisticato.<br />
E<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo E possiede un contenuto di etilene più alto<br />
che permette maggiore flessibilità e facilità di processo.<br />
Svariate versioni sono state specificamente disegnate<br />
per film cast e in bolla, oltre che per tubi.<br />
G<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo G ha il contenuto di etilene più alto<br />
della gamma, il che lo rende il miglior candidato tra i<br />
tipi standard di <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> per applicazioni in film<br />
estensibili e termoretraibili.<br />
Scala di contenuto di etilene (% molare)<br />
24% mol.<br />
27% mol.<br />
32% mol.<br />
35% mol.<br />
38% mol.<br />
44% mol.<br />
48% mol.
Tipologia <strong>delle</strong> <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> (EVOH)<br />
Quanto segue è una rassegna dei tipi di <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> e <strong>delle</strong> loro caratteristiche e applicazioni tipiche, distinti tra tipi<br />
standard e specialità:<br />
Tabella 1a: Prodotti standard<br />
Tipo Cont.<br />
etilene<br />
(% mol.)<br />
F101B 32 1,19 1,6 183 69 0,4 Bottiglie, film rigidi e flessibili, tubi<br />
F171B 32 1,19 1,8 182 57 0,4 Bottiglie, film rigidi e flessibili, tubi<br />
T101B 32 1,17 1,7 183 69 0,5 Termoformatura, fogli, film rigidi e flessibili<br />
H171B 38 1,17 1,7 172 53 0,7 Film<br />
E105B 44 1,14 5,5 165 55 1,5 Fogli, film rigidi e flessibili<br />
* 1 20 °C<br />
* 2 190 °C, 2160 g<br />
* 3 secco<br />
* 4 Permeabilità all’ossigeno (OTR), 20 °C, 65% UR (ISO 14663-2)<br />
Tabella 1b: Versioni specifiche di prodotti standard<br />
Tipo Cont.<br />
etilene<br />
(% mol.)<br />
F101A 32 1,19 1,6 183 69 0,4 F101 senza lubrificante esterno<br />
F104B 32 1,19 4,5 183 69 0,4 Tipo F alto MFI<br />
E171B 44 1,14 1,7 167 54 1,5 Tipo E basso MFI<br />
FP101B 32 1,19 1,6 183 69 0,4 Tubi, contiene anti-ossidanti<br />
FP104B 32 1,19 4,5 183 69 0,4 Tubi, contiene anti-ossidanti<br />
EP105B 44 1,14 5,5 165 55 1,5 Tubi, contiene anti-ossidanti<br />
* 1 20 °C<br />
* 2 190 °C, 2160 g<br />
* 3 secco<br />
* 4 Permeabilità all’ossigeno (OTR), 20 °C, 65% UR (ISO 14663-2)<br />
Tabella 1c: Tipi speciali<br />
Tipo Cont.<br />
etilene<br />
(% mol.)<br />
Densità *1<br />
(g/cm 3)<br />
Densità *1<br />
(g/cm 3)<br />
Densità *1<br />
(g/cm 3)<br />
MFR *2<br />
(g/10 min)<br />
MFR *2<br />
(g/10 min)<br />
MFR *2<br />
(g/10 min)<br />
T fus.<br />
(°C)<br />
T fus.<br />
(°C)<br />
T fus.<br />
(°C)<br />
M100B 24 1,22 2,2 195 60 0,05 Altissima barriera<br />
L171B 27 1,20 4,0* 5 190 60 0,2 Alta barriera<br />
J102B 32 1,17 2,0 183 69 0,6 Termoformatura profonda, film rigidi, film<br />
C109B 35 1,17 9,3 177 53 0,6 Rivestimento in estrusione<br />
G156B 48 1,12 6,9 159 49 3,2 Film termoretraibile orientato<br />
* 1 20 °C<br />
* 2 190 °C, 2160 g<br />
* 3 secco<br />
* 4 Permeabilità all’ossigeno (OTR), 20 °C, 65% UR (ISO 14663-2)<br />
* 5 210 °C, 2160 g<br />
Tg *3<br />
(°C)<br />
Tg *3<br />
(°C)<br />
Tg *3<br />
(°C)<br />
OTR *4<br />
(cc.20µm/<br />
m 2.giorno.atm)<br />
OTR *4<br />
(cc.20µm/<br />
m 2.giorno.atm)<br />
OTR *4<br />
(cc.20µm/<br />
m 2.giorno.atm)<br />
Applicazioni<br />
Applicazioni<br />
Applicazioni<br />
7
8<br />
Proprietà di barriera ai gas: informazioni generali<br />
Le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> hanno eccellenti proprietà di barriera ai gas che sorpassano quelle di qualsiasi altro materiale plastico usato<br />
oggi come barriera (Tabella 2).<br />
Tabella 2: Permeabilità all’ossigeno (Oxygen Transmission Rate: OTR)<br />
Film Permeabilità all’ossigeno (OTR) a 0% UR<br />
(cm³.20µm/m².giorno.atm) *P<br />
5 °C 20 °C 23 °C 35 °C<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo F 0,06 0,2 0,25 0,6 P=1,42 10 9 e -6647/T<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo E 0,3 0,8 1,2 2,4 P=6,75 10 8 e -5994/T<br />
PVDC estruso alta barriera 0,74 2,6 3,2 8,1 P=3,31 10 10 e -6822,5/T<br />
BOPP laccato con PVDC 2µm 2,2 10 13 32 P=2,36 10 12 e -7693/T<br />
PAN3 3 - 15,5 39 P=1,02 10 12 e -7389/T<br />
PA 6 Orientato 9,7 28 33 64 P=2,77 10 9 e -5408/T<br />
PA 6 Cast 28 - 100 194 P=1,37 10 10 e -5560/T<br />
PET Orientato 13 40 46 400 P=4,65 10 15 e -9410/T<br />
PVC Rigido - 240 260 370 P=1,87 10 6 e -2628/T<br />
OPP - 2.900 3.200 - P=4,82 10 7 e -2848/T<br />
LDPE - 10.000 10.900 - P=4,95 10 7 e -2493,9/T<br />
*P: La permeabilità di ciascun film in cm³/20µm/m²/giorno/atm in funzione della temperatura T in gradi Kelvin (K = 273 + °C)<br />
Lo spessore del film di <strong>EVAL</strong> è inversamente proporzionale alla sua permeabilità all’ossigeno. Poiché le proprietà barriera<br />
del polimero variano secondo il suo spessore, si può disegnare un imballaggio per soddisfare requisiti specifici semplicemente<br />
scegliendo lo spessore appropriato dello strato di <strong>EVAL</strong>.<br />
Fig. 1: <strong>EVAL</strong> Spessore e permeabilità all’ossigeno<br />
0,5<br />
Permeabilità all’ossigeno (cm³/m²/giorno/atm)<br />
0,1 0,2 0,5<br />
Film coestruso PE/<strong>EVAL</strong> F101B/PE<br />
35 °C, 0% Umidità Relativa (UR)<br />
Spessore dello strato di <strong>EVAL</strong> in micron (µm)
Oltre che all’ossigeno, le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> offrono eccellenti proprietà barriera anche rispetto ad altri gas. Di seguito vengono<br />
forniti alcuni dati per la trasmissione di biossido di carbonio, azoto ed elio attraverso vari film <strong>EVAL</strong>.<br />
Tabella 3: Permeabilità ai gas di alcuni polimeri<br />
Film Permeabilità ai Gas a 0% UR (cm³.20µm/m².giorno.atm)<br />
N 2 O 2 CO 2 He Ar Ar Kr Kr<br />
25 °C 25 °C 25 °C 25 °C 35 °C 50 °C 35 °C 50 °C<br />
<strong>EVAL</strong> F101B 0,017 0,27 0,81 160 - 0,5 - 0,47<br />
<strong>EVAL</strong> H171B - - - - - 3,5 - 1,0<br />
<strong>EVAL</strong> E105B 0,13 1,23 7,1 410 1,6 7,0 - 1,8<br />
OPA 6 (orientato) 12 38 205 2.000 - - - -<br />
PA 6 Cast - - - - 60 150 23 68<br />
PET 8 54 110 3.100 - - - -<br />
OPP 730 3.400 9.100 - 8.100 28.000 6.900 23.000<br />
LDPE 3.100 12.000 42.000 28.000 19.000 46.000 25.000 74.000<br />
Le proprietà di barriera all’ossigeno di un copolimero di etil vinil alcol varieranno secondo il contenuto di etilene del polimero<br />
stesso (Fig. 2). I copolimeri <strong>EVAL</strong> sono prodotti a diversi livelli di contenuto di etilene per permettere di sceglierne una qualità<br />
che soddisfi al meglio i requisiti di barriera desiderata, le tecniche di processo e i requisiti complessivi dell’applicazione finale.<br />
In generale va rimarcato che sia la barriera all’ossigeno che ad altri gas, sono influenzate dalla cristallinità derivante dal<br />
processo produttivo.<br />
Fig. 2: Contenuto di etilene e permeabilità all’ossigeno<br />
100% umidità relativa (UR)<br />
85% umidità relativa (UR)<br />
65% umidità relativa (UR)<br />
0,1<br />
Permeabilità all’ossigeno (cm³/20µm/m²/giorno/atm)<br />
0% umidità relativa (UR)<br />
Contenuto di etilene (% molare)<br />
9
0,1<br />
10<br />
4. Proprietà di barriera ai gas:<br />
effetti <strong>delle</strong> condizioni ambientali<br />
Le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong>, come indicato dalla presenza di gruppi ossidrilici nella loro struttura molecolare, sono igroscopiche e<br />
assorbono facilmente umidità. La quantità di umidità che sarà assorbita e la velocità di tale assorbimento dipenderanno<br />
dalle condizioni ambientali incontrate. L’assorbimento di umidità è in funzione della temperatura e dell’umidità relativa<br />
nell’ambiente.<br />
Umidità<br />
Le proprietà di barriera all’ossigeno <strong>delle</strong> <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> sono avversamente influenzate dal quantitativo di umidità assorbita<br />
(Fig. 3). Quindi, per applicazioni che comportino quasi il 100% di umidità relativa, la resina <strong>EVAL</strong> meno influenzata<br />
dall’umidità in quelle condizioni offrirebbe le migliori prestazioni barriera; in tali situazioni, si suggerisce l’utilizzo di resina<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo E (44% mol. di contenuto di etilene).<br />
Fig. 3: Permeabilità all’ossigeno a 20 °C rispetto a umidità relativa per le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong><br />
Permeabilità all’ossigeno (cm³/20µm/m²/giorno/atm)<br />
Tipo G (48% etilene)<br />
Tipo E (44% etilene)<br />
Tipo H (38% etilene)<br />
Tipo F (32% etilene)<br />
Tipo L (27% etilene)<br />
Tipo J (32% etilene)<br />
Tipo T (32% etilene)<br />
Umidità relativa (% UR)
0,1<br />
Tuttavia, anche se le proprietà barriera <strong>delle</strong> <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> diminuiscono con l’aumentare dell’umidità, le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong><br />
mantengono ancora a loro superiorità nelle proprietà barriera nei confronti di altri materiali, perfino ad alti livelli di umidità, come<br />
mostrato in figura 4.<br />
Inoltre, coestrudendo la resina <strong>EVAL</strong> fra due strati di polimeri che abbiano un’alta barriera all’umidità come polietilene o<br />
polipropilene, si diminuisce notevolmente la perdita di proprietà barriera. Nonostante ciò, l’umidità ambientale dovrebbe sempre<br />
essere presa in considerazione durante la progettazione di strutture ad alta barriera.<br />
Fig. 4: Permeabilità all’ossigeno di diversi polimeri in funzione dell’umidità relativa a 20 °C<br />
Permeabilità all’ossigeno (cm³/20µm/m²/giorno/atm) Standard ISO 14663-2 (65% UR)<br />
PVC rigido<br />
PET orientato (OPET)<br />
Nylon 6 orientato (OPA6)<br />
Poliacrilonitrile (PAN)<br />
Cloruro di polivinilidene (PVDC)<br />
Tipo E (44% etilene)<br />
Tipo F (32% etilene)<br />
Umidità relativa (% UR)<br />
FILM <strong>EVAL</strong> (EF-XL)<br />
11
12<br />
Per meglio analizzare le prestazioni di film compositi basati sulle <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong>, sono stati considerati i seguenti quattro casi:<br />
• 100% umidità relativa interna (corrispondente ad alimenti con alto contenuto d’acqua)<br />
• 10% umidità relativa interna (corrispondente ad alimenti secchi)<br />
• 65% umidità relativa esterna (corrispondente a normali condizioni atmosferiche)<br />
• 80% umidità relativa esterna (corrispondente a condizioni atmosferiche con alta umidità)<br />
Per ciascuna di queste combinazioni, si è calcolata la corrispondente percentuale di umidità relativa (UR) dello strato intermedio<br />
di resina <strong>EVAL</strong> e se ne è ottenuto il valore di permeabilità all’ossigeno (OTR) corrispondente a ciascuna percentuale di<br />
UR (Tabella 4).<br />
Tabella 4: UR e OTR dello strato intermedio (<strong>EVAL</strong>) in varie strutture sandwich<br />
Struttura del Film Interno umido (100% UR) Interno secco (10% UR)<br />
Esterno 65%UR Esterno 80% UR Esterno 65%UR Esterno 80% UR<br />
Esterno<br />
20 µm<br />
Intermedio<br />
10 µm<br />
Interno<br />
50 µm<br />
UR strato<br />
intermedio<br />
%<br />
OTR<br />
strato<br />
intermedio<br />
OTR: permeabilità all’ossigeno (cm³.15µm/m².giorno.atm, 20 °C)<br />
UR strato<br />
intermedio<br />
%<br />
OTR<br />
strato<br />
intermedio<br />
UR strato<br />
intermedio<br />
%<br />
OTR<br />
strato<br />
intermedio<br />
UR strato<br />
intermedio<br />
%<br />
OTR<br />
strato<br />
intermedio<br />
PP <strong>EVAL</strong> Tipo F LDPE 79 0,7 88 1,8 43 0,2 52 0,2<br />
PP <strong>EVAL</strong> Tipo F PP 75 0,6 86 1,3 49 0,2 60 0,3<br />
PET <strong>EVAL</strong> Tipo F PP 72 0,5 84 1,1 54 0,2 66 0,4<br />
PA <strong>EVAL</strong> Tipo F LDPE 67 0,4 81 0,8 62 0,3 77 0,6<br />
PS <strong>EVAL</strong> Tipo F LDPE 68 0,4 82 0,9 61 0,2 75 0,6<br />
PP <strong>EVAL</strong> Tipo E LDPE 79 3,6 88 5,6 43 1,5 51 1,7<br />
PA <strong>EVAL</strong> Tipo E LDPE 68 2,5 82 4,2 60 2,1 74 3,1<br />
I risultati indicano chiaramente che nell’imballaggio di alimenti ad alto contenuto acquoso, le proprietà barriera dello strato di<br />
resina <strong>EVAL</strong> saranno ottimizzate se all’esterno della struttura composita si utilizza un film caratterizzato da una alta velocità<br />
di trasmissione dell’umidità, quale ad esempio la poliammide.<br />
Nel caso di imballaggio di prodotti secchi, si dovrebbe utilizzare come strato esterno un film con bassa velocità di trasmissione<br />
del vapore acqueo, come PP o PE, allo scopo di ottimizzare le proprietà barriera dello strato di resina <strong>EVAL</strong>.<br />
La Fig. 5 mostra che perfino nell’imballaggio di alimenti umidi, si possono progettare strutture composite multistrato contenenti<br />
uno strato di resina <strong>EVAL</strong> che diano 10 volte le proprietà barriera del PVDC.
Temperatura<br />
La velocità di trasmissione dell’ossigeno (permeabilità) dei<br />
copolimeri <strong>EVAL</strong> aumenta anche con la temperatura.<br />
L’aumento è di circa 3,3 volte il suo valore originario,<br />
quando la temperatura aumenta da 20 °C a 35 °C<br />
(Tabella 2, Fig. 6 e 7). Più specificamente, essa aumenta<br />
in funzione diretta dell’aumento sia della temperatura sia<br />
dell’umidità relativa (Fig. 7). Ne deriva che nel progettare<br />
una struttura barriera si devono tenere in considerazione<br />
sia la temperatura sia l’umidità dell’ambiente.<br />
0,05<br />
0,02<br />
Fig. 6: Effetto della temperatura sulla<br />
permeabilità all’ossigeno (OTR) di film <strong>EVAL</strong><br />
0,5<br />
0,2<br />
0,1<br />
0,01<br />
3,2<br />
Permeabilità all’ossigeno (cm³/20µm/m²/giorno/atm)<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo F<br />
0% umidità relativa (UR)<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo E<br />
3,3 3,4 3,5 3,6 3,7<br />
Temperatura (°C)<br />
Fig. 5: Variazione della permeabilità all’ossigeno<br />
(OTR) per film a struttura composita<br />
0,5<br />
0,2<br />
Permeabilità all’ossigeno (cm³/20µm/m²/giorno/atm)<br />
Esterno 65% UR<br />
PVDC (2 µm)<br />
OPP laccato (20 µm)<br />
PE (60 µm)<br />
Interno 100% UR<br />
Esterno 65% UR<br />
OPP (20 µm)<br />
<strong>EVAL</strong> F101B (15 µm)<br />
PE (60 µm)<br />
Interno 100% UR<br />
Giorni<br />
Fig. 7: Effetto della temperatura e permeabilità<br />
all’ossigeno (OTR) in varie condizioni di<br />
assorbimento dell’umidità<br />
0,5<br />
0,2<br />
0,1<br />
0,05<br />
0,02<br />
0,01<br />
Permeabilità all’ossigeno (cm³/20µm/m²/giorno/atm)<br />
3,2<br />
Assorbimento umidità<br />
7,3%<br />
Assorbimento umidità<br />
4,5%<br />
Assorbimento umidità<br />
9,6%<br />
3,3 3,4 3,5 3,6<br />
Temperatura (°C)<br />
13
14<br />
5. Trasmissione di vapore d’acqua e assorbimento<br />
di umidità <strong>delle</strong> <strong>resine</strong><br />
Come menzionato nella precedente sezione, le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> sono igroscopiche e assorbono umidità. La quantità di<br />
umidità assorbita e la velocità dell’assorbimento dipenderanno dalle condizioni ambientali incontrate. L’assorbimento di<br />
umidità dipende dalla temperatura e dall’umidità relativa ambientale. A scopo comparativo, la tabella 5 mostra la velocità<br />
di trasmissione del vapore acqueo (WVTR) di film monostrato <strong>EVAL</strong> e film di altri polimeri. La Figura 8 mostra la velocità<br />
d’assorbimento di umidità da parte di film monostrato <strong>EVAL</strong>, mentre normalmente <strong>EVAL</strong> viene coestruso o accoppiato<br />
con altri materiali, il che riduce notevolmente la velocità di assorbimento di umidità da parte dell’<strong>EVAL</strong> stesso.<br />
Tabella 5: Velocità di trasmissione del vapore<br />
d’acqua (WVTR) in film monostrato<br />
Film WVTR, 40 °C, 0/90% UR<br />
(g.30µm/m² .giorno)<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo L (27% etilene) 85<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo F (32% etilene) 50<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo T (32% etilene) 37<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo H (38% etilene) 28<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo E (44% etilene) 19<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo G (48% etilene) 19<br />
<strong>EVAL</strong> F101 (orientato biassiale) 20<br />
PVDC Estrudibile Alta Barriera 3<br />
BOPP (orientato biassiale) 5<br />
HDPE 5<br />
PP 9<br />
LDPE 15<br />
PET (orientato biassiale) 15<br />
PVC Rigido 40<br />
PAN 80<br />
PS 112<br />
PA 6 (orientato biassiale) 134<br />
Fig. 8: Assorbimento di umidità da parte di <strong>EVAL</strong><br />
Assorbimento umidità (%)<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo F 65% UR > 100% UR<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo E 65% UR > 100% UR<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo F 0% UR > 65% UR<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo E 0% UR > 65% UR<br />
Giorni
Fig. 9: Assorbimento di umidità all’equilibrio di<br />
<strong>EVAL</strong> in funzione dell’umidità relativa (UR)<br />
Assorbimento umidità all’equilibrio (%)<br />
Umidità relativa (% UR)<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo F<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo E<br />
Fig. 10: Assorbimento di umidità in film<br />
multistrato <strong>EVAL</strong> in funzione del tempo<br />
Assorbimento di umidità dello strato <strong>EVAL</strong> (%)<br />
Giorni<br />
20 °C, 100% UR<br />
15
16<br />
6. Proprietà meccaniche<br />
Le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> hanno elevata resistenza meccanica, elasticità e durezza superficiale oltre a un’eccellente resistenza<br />
all’abrasione.<br />
Tabella 6: Proprietà meccaniche tipiche di alcuni tipi standard di <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong><br />
Proprietà Unità Condizioni di misura F101 F104 T101 H171 E105<br />
Contenuto di etilene % mol. Metodo Kuraray 32 32 32 38 44<br />
Modulo di elasticità Kg/cm² ASTM D-638 (10%/min) 2,7x10 4 2,7x10 4 2,0x10 4 - 2,1x10 4<br />
Resistenza alla trazione<br />
(snervamento)<br />
Kg/cm² ASTM D-638 (10%/min) 790 750 720 630/640 600<br />
Allungamento allo snervamento % ASTM D-638 (10%/min) 8 7 6 5 7<br />
Resistenza alla trazione (rottura) Kg/cm² ASTM D-638 (10%/min) 730 590 660 910/390 520<br />
Allungamento a rottura % ASTM D-638 (10%/min) 230 270 270 290/160 280<br />
Modulo di flessione Kg/cm² ASTM D-790 3,6x104 3,0x104 3,3x104 - 3,0x104 Resistenza alla flessione Kg/cm² ASTM D-790 1.220 1.100 1.100 - 1.000<br />
Resistenza Izod all’impatto Kg/cm/cm ASTM D-256 (con intaglio) 1,7 1,0 1,6 - 1,0<br />
Durezza superficiale Rockwell M ASTM D-785 100 97 95 - 88<br />
Resistenza all’abrasione Tabour mg ASTM D-1175<br />
1000 cicli mola CS-17:<br />
1kg carico<br />
1,2 2,2 2,0 - 2,2<br />
Tutti i provini sono stati condizionati e sottoposti a prova a 20 °C, 65% UR. La resistenza all’abrasione Tabour e le misure di<br />
rigidità (flessione) sono state eseguite con provini formati sotto pressa a caldo. Altre misure sono state effettuate con provini<br />
prodotti mediante stampaggio a iniezione.
7. Caratterizzazione termica<br />
Tabella 7: Proprietà termiche tipiche di tipi standard di <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong><br />
Proprietà Unità Condizioni di misura F101 F104 T101 H171 E105<br />
Contenuto di etilene % mol. Metodo Kuraray 32 32 32 38 44<br />
Punto di fusione °C DSC massima temp.<br />
endotermica<br />
183 183 183 172 165<br />
Temperatura di<br />
rammollimento Vicat<br />
°C HDT tester 173 173 168 158 155<br />
Temperatura di cristalliz- °C DSC massima temp. 161 161 161 148 142<br />
zazione<br />
esotermica<br />
Temperatura di transizione °C Metodo visco-elasticità 69 69 69 53 55<br />
vetrosa (Tg)<br />
dinamica<br />
Densità del fuso (g/cm³) a 200 °C 1,06 1,06 1,04 - 1,02<br />
Velocità di flusso del fuso g/10 min 190 °C, 2160 g 1,6 4,4 1,7 1,7 5,5<br />
(Melt flow rate) MFR g/10 min 210 °C, 2160 g 3,8 10,0 4,3 3,4 13<br />
g/10 min 230 °C, 2160 g 6,2 18 10 5,9 22<br />
1,8x10 4 2,2x10 4 - 1,4x10 4<br />
Viscosità della massa fusa Poise -1 190 °C, γ =100 s 2,7x104<br />
Poise 210 °C, γ =100 s-1 1,6x104 0,95x10 4 1,4x10 4 - 0,9x10 4<br />
Fig. 11: Contenuto di etilene e punto di fusione, temperatura di cristallizzazione e punto di transizione vetrosa (Tg)<br />
Temperatura (°C)<br />
Temperatura<br />
di cristallizzazione<br />
Temperatura di fuso<br />
Temperatura di transizione vetrosa (Tg)<br />
Contenuto di etilene (% molare)<br />
Poise 230 °C, γ =100 s -1 1,2x104 0,69x10 4 1,0x10 4 - 0,6x10 4<br />
Coefficiente di 1/°C Al di sopra del Tg 11x10-5 11x10-5 12x10-5 - 13x10-5 espansione lineare Al di sotto del Tg 5x10-5 5x10-5 6x10-5 - 8x10-5 17
18<br />
8. Il processo di estrusione <strong>delle</strong> <strong>resine</strong><br />
Cilindri<br />
• Si raccomandano superfici lisce i o con scanalature poco profonde.<br />
• Per quanto riguarda il tipo di acciaio da usare per i cilindri, vengono utilizzati acciai nitrurati o leghe speciali per la loro<br />
maggiore resistenza all’usura e con superfici interne levigate.<br />
• L’esterno del cilindro dovrebbe essere diviso in 4 o 5 zone per un buon controllo della temperatura di estrusione.<br />
• La parte inferiore della tramoggia di alimentazione o la gola di alimentazione dovrebbero essere dotate di camicia di<br />
raffreddamento ad acqua per evitare una fusione prematura della superficie dei granuli che potrebbe causare la formazione<br />
di ponti e/o il blocco della tramoggia.<br />
Viti<br />
• Le caratteristiche dell’estrusore come output, temperatura della resina, uniformità del prodotto estruso, stabilità del quantitativo<br />
prodotto, consumi energetici, ecc. sono principalmente determinate dal disegno della vite.<br />
• Tipo della vite: si consiglia una vite dosatrice monostadio (a filetto pieno).<br />
• Rapporto L/D: sono da preferire viti con i seguenti rapporti lunghezza/diametro:<br />
· Tipo F (32% etilene) è preferibile un rapporto L/D pari ad almeno 26<br />
· Tipo E (44% etilene) si consigliano rapporti L/D di 24 o maggiori<br />
• Rapporto di compressione: si consiglia un rapporto di compressione pari a 3 (calcolato come il rapporto tra il volume del canale<br />
di alimentazione e quello della zona di dosaggio della vite).<br />
• Distribuzione <strong>delle</strong> zone: si consigliano viti a passo costante, con una sezione di alimentazione relativamente lunga e una<br />
profondità di canale nella zona di compressione che diminuisca in maniera graduale fino alla zona di dosaggio; in particolare, la<br />
seguente distribuzione <strong>delle</strong> zone sarà la più adatta per processare <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong>.<br />
Tabella 8: Distribuzione consigliata <strong>delle</strong> zone<br />
L/D Distribuzione <strong>delle</strong> zone<br />
Zona di alimentazione Zona di compressione Zona di dosaggio<br />
28 8D 10D 10D<br />
26 8D 9D 9D<br />
24 8D 8D 8D<br />
Viti a compressione rapida (con zona di compressione pari a 4D o meno), come usate per il processo di PA, dovrebbero<br />
essere evitate.<br />
• Zona di miscelazione: viti dotate di zona di miscelazione o di puntale miscelante possono essere utilizzate per l’estrusione di<br />
<strong>EVAL</strong> anche se in generale ciò non è consigliato. L’utilizzo di un puntale miscelante (ad alto sforzo di taglio) può limitare il flusso<br />
della resina <strong>EVAL</strong>, causando la degradazione del polimero sottoposto a calore e tempo di residenza prolungati.<br />
• Puntale della vite: si consiglia un angolo di 120° - 150° per la punta della vite.<br />
• Filetto: si consiglia un’ampiezza costante del filetto pari a 0,1D.<br />
• Materiale della vite: si consiglia di utilizzare come materiale per la costruzione della vite, acciaio al Cromo Molibdeno, normalizzato<br />
prima della cromatura. Per aiutare a prevenire l’accumulo di polimero sulla vite, si consiglia di effettuare cromatura a spessore<br />
(30 - 50 μm) con finitura lucidata, anche se in qualche caso è possibile eseguire anche un trattamento di nitrazione.<br />
• Gioco fra filettatura e cilindro: più che una raccomandazione, si fornisce il seguente esempio per quanto riguarda il gioco filettocilindro:<br />
diametro interno del cilindro pari a 60,02 – 60,05 mm in combinazione con un diametro vite di 59,87 –59,89 mm.<br />
Quando, a causa dell’usura, il gioco filetto-cilindro diventa troppo grande, si può verificare un controflusso della massa fusa che<br />
può causare degradazione del materiale per via dell’alto sforzo di taglio (shear) cui è sottoposto.
Fig. 12: Tipico disegno della vite per una vite monostadio da 60 mm<br />
Diametro vite<br />
Codolo di accoppiamento<br />
per l’azionamento Filetto Canale Radice Spigolo posteriore Spigolo anteriore Puntale della vite Diametro vite<br />
Profondità<br />
del canale<br />
Passo<br />
Sezione di alimentazione Sezione di compressione<br />
Dimensioni tipiche<br />
Diametro 60 mm<br />
Lunghezza filettata 1.560 mm (26D)<br />
Lunghezza sezione alimentazione 480 mm (8D)<br />
Lunghezza zona di compressione 540 mm (9D)<br />
Lunghezza sezione di dosaggio 540 mm (9D)<br />
Rapporto di compressione 3<br />
Lunghezza filettata<br />
Passo costante (bordo anteriore filetto) 60 mm (1D)<br />
Profondità canale zona alimentazione 8,4 mm<br />
Profondità canale zona dosaggio 2,5 mm<br />
Larghezza canale 54 mm (0,9D)<br />
Ampiezza filetto 6 mm (0,1D)<br />
Angolo filetto 17,65°<br />
Angolo punta vite 120° ~ 150°<br />
Profondità<br />
del canale<br />
Sezione di dosaggio<br />
Nota: disegno della vite non in scala<br />
Raggio raccordo filetto-vite Zona alimentazione Z. compressione Z. dosaggio<br />
• Raggio faccia anteriore 8,4 mm 8,4-2,5 mm 2,5 mm<br />
• Raggio faccia posteriore 5 mm 5-2 mm 2 mm<br />
19
20<br />
Produttività Tipica<br />
Per viti dosatrici a filetto singolo, la produzione tipica può essere calcolata con il seguente metodo semplificato, dove drag flow e<br />
pressure flow, ecc. non vengono considerati.<br />
dove: produzione (kg/ora)<br />
densità del fuso (g/cm³)<br />
giri vite (giri/minuto)<br />
diametro vite (mm)<br />
profondità del canale nella zona di dosaggio (mm)<br />
larghezza del canale (mm)<br />
angolo del filetto (gradi)<br />
Quando il passo del filetto (P) è uguale al diametro vite<br />
e W = 0,9D, l’equazione più sopra diventa:<br />
con cui dimostrano buona corrispondenza (a contropressione tra 0 e 20 MPa) i risultati sperimentali ottenuti con <strong>EVAL</strong><br />
miscelato con lubrificante.<br />
Quando il rapporto produzione effettiva / produzione teorica è all’incirca pari a 0.8 - 1 : estrusione normale<br />
Quando il rapporto produzione effettiva / produzione teorica è > 1 : sovraimpaccamento<br />
Il gradiente di velocità generato (shear rate) può essere calcolato mediante<br />
e dovrebbe essere all’interno dell’intervallo 50 - 100 (1/s)<br />
La Tabella 9 mostra la produzione tipica, ottenuta utilizzando una vite dosatrice con configurazione come consigliata per le<br />
<strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong>.<br />
Tabella 9: Produzione calcolata per viti dosatrici<br />
Diametro vite (mm) 25 40 50 60 90<br />
L/D 26 26 26 26 26<br />
Passo costante (mm) 25 40 50 60 90<br />
Zona alimentazione, profondità 8D, 4,9 mm 8D, 6,1 mm 8D, 6,6 mm 8D, 8,4 mm 8D, 11,6 mm<br />
Zona compressione 9D 9D 9D 9D 9D<br />
Zona dosaggio, profondità 9D, 1,4 mm 9D, 1,8 mm 9D, 2,0 mm 9D, 2,5 mm 9D, 3,5 mm<br />
Rapporto di compressione* 3 3 3 3 3<br />
Pacco filtro (mesh) 50/100/50/50 50/100/50/50 50/100/50/50 50/100/50/50 50/100/50/50<br />
Potenza motore (kW) 2,2~3,7 7,5~11 11~15 15~22 37~55<br />
Rotazione vite (giri/minuto)** 30-70 30-70 30-70 30-70 30-70<br />
Produzione (kg/ora)** 2,1-5,0 7-16 12-29 22-51 69-162<br />
Gradiente di velocità (Shear rate) (1/s)*** 28-65 35-81 39-92 38-88 40-94<br />
* rapporto di compressione volumetrico ** intervallo normale *** valori teorici
Filtro (Screen Pack)– Supporto filtro<br />
È pratica consueta nell’estrusione industriale di polimeri inserire un filtro (Screen Pack) supportato da una piastra forata tra<br />
l’estrusore e la trafila. L’utilizzo di un filtro (Screen Pack) è consigliato anche per l’estrusione <strong>delle</strong> <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong>. La “maglia” del<br />
filtro dovrebbe basarsi sulla conoscenza dei processi di estrusione industriale dei polimeri. Esempi tipici di combinazioni di filtri in<br />
un Screen Pack in acciaio inossidabile sono (espressi in mesh): 50/100/50/50, 50/100/150/100 o 80/150/50/50.<br />
La distanza tipica fra punta della vite e pacco filtro è da 5 a 10 mm, dato che distanze maggiori possono causare un tempo di<br />
residenza più lungo, non necessario. Per la piastra di supporto si consigliano fori di circa 5 mm disposti in maniera tale che i fori<br />
più esterni tocchini la superficie interna del cilindro.<br />
Percorso del fuso (adattatore, conduttura del fuso)<br />
Le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> sono caratterizzate da un’alta adesione alle superfici metalliche. Se il sistema di estrusione dell’EVOH<br />
comprende parti concave o convesse, angoli acuti, ecc. la resina <strong>EVAL</strong> può facilmente iniziare ad accumularsi nei punti morti.<br />
Perfino in una conduttura a diametro fisso, si possono verificare dei residui sulle pareti se il diametro è troppo grande rispetto<br />
alla quantità di flusso e quindi lo “share rate” è troppo basso. La resina residua esposta al calore per un tempo prolungato,<br />
può deteriorarsi formando gel o particelle ossidate. La resina degradata è identificabile come infuso di colore giallo, marrone o<br />
nero.<br />
Nel progettare le apparecchiature per la lavorazione di <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong>, si tenga conto <strong>delle</strong> seguenti raccomandazioni per<br />
quanto riguarda il percorso del fuso di <strong>EVAL</strong>:<br />
• Shear rate sulla parete: maggiore di 6 s-1 • Velocità media di flusso: maggiore di 1 cm/s<br />
• Eliminare qualsiasi superficie concava, convessa o ad angolo acuto nel percorso del fuso<br />
• Minimizzare il diametro di tutti gli adattatori<br />
• Cromare (e lucidare) le superfici esposte all’<strong>EVAL</strong> nel suo percorso<br />
Di seguito sono riportati esempi, consigliati o non-consigliati, per l’adattatore che seguirebbe immediatamente la piastra di<br />
supporto del pacco filtro.<br />
Fig. 13: Disegno dell’adattatore<br />
parte importante<br />
dritto<br />
conicità allungata<br />
raccomandato non raccomandato non raccomandato<br />
21
22<br />
Trafile<br />
Le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> possono essere utilizzate su normali teste di estrusione dotate di blocco di coestrusione. Non sono<br />
necessarie teste speciali, anche se bisogna assicurarsi che i canali di flusso siano profilati per quanto possibile, specialmente<br />
in presenza di teste di estrusione dal disegno complicato (es. linee di produzione di film in bolla) che potrebbero presentare<br />
un numero maggiore di punti morti e tempi di residenza prolungati. Come menzionato per l’adattatore e per il canale del fuso,<br />
si consiglia di effettuare la cromatura <strong>delle</strong> superfici esposte al fuso di <strong>EVAL</strong>.<br />
Resine <strong>EVAL</strong> del tipo lubrificato<br />
Si raccomanda l’utilizzo di Eval lubrificati del tipo “B” per migliorare la stabilità del flusso della resina nella zona di alimentazione<br />
dell’estrusore, facilitando un output più costante e favorendo un minor consumo energetico.<br />
Temperature di estrusione<br />
Nella lavorazione di un qualsiasi materiale polimerico è importante ottenere una massa omogenea, completamente fusa<br />
e ben miscelata a temperatura uniforme. Inoltre la temperatura deve essere ben controllata allo scopo di minimizzare la<br />
decomposizione termica del polimero in trasformazione. Le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> non fanno eccezione a tale regola. I seguenti limiti<br />
minimi e massimi della temperatura di estrusione vanno osservati:<br />
Tabella 10: Limiti minimi e massimi della temperatura di estrusione<br />
Tipo di resina <strong>EVAL</strong> L171 F171 F104 T101 H171 E105<br />
Temperatura massima °C 240 240 240 240 240 250<br />
Temperatura minima °C 210 200 200 200 200 185<br />
Punto di fusione °C 191 183 183 183 175 165<br />
È opportuno ricordare che quando la temperatura dell’estrusore supera il limite massimo consigliato, il polimero può decomporsi<br />
causando gel e/o bolle nell’estruso. D’altro canto, a basse temperature di estrusione, la resina potrebbe essere fusa solo<br />
parzialmente, il fuso potrebbe essere non ben miscelato o non omogeneo, provocando un aspetto non ottimale dell’estruso,<br />
un’irregolarità dello spessore o infusi.<br />
La coestrusione con polimeri come PET, PA, PC o PP può mettere la resina <strong>EVAL</strong> in contatto con masse fuse a temperature<br />
più alte della temperatura massima raccomandata. Tale contatto però ha solitamente durata breve e non si riscontrano effetti<br />
negativi.<br />
La tabella 11 mostra le tipiche condizioni di temperatura di estrusione per i vari tipi di <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong>.
Tabella 11: Parametri della vite e condizioni di estrusione tipiche per <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong><br />
Diametro estrusore 60 mm<br />
L/D 26<br />
Filetto Filettatura totale<br />
Passo della vite 60 mm, costante<br />
Zona di alimentazione, profondità del canale 8D, 8,4 mm<br />
Zona di compressione 9D<br />
Zona di dosaggio, profondità del canale 9D, 2,5 mm<br />
Rapporto di compressione 3,0<br />
Potenza motore 22 kW<br />
Pacco filtro 50/100/50/50 mesh<br />
Tipo resina <strong>EVAL</strong> M100 L171 F101<br />
FP101<br />
F171 F104<br />
FP104<br />
T101<br />
J102<br />
C109 H171 E105<br />
EP105<br />
E171 G156<br />
Temperature cilindro C 1 °C 190 190 180 180 180 180 180 175 170 170 165<br />
C 2 °C 210 205 200 200 200 200 200 195 190 190 185<br />
C 3 °C 215 210 205 205 205 205 205 205 195 195 190<br />
C 4 °C 220 215 215 215 215 215 215 215 205 205 200<br />
C 5 °C 220 220 220 220 220 220 220 220 210 210 205<br />
Adattatore AD 1 °C 220 215 215 215 215 215 215 210 195 195 190<br />
AD 2 °C 220 215 215 215 215 215 215 210 195 195 190<br />
Temperatura trafila °C 215 215 215 215 215 215 215 210 195 195 190<br />
23
24<br />
Avviamento, spurgo e fermata<br />
Avviamento<br />
Si raccomanda la seguente procedura per l’avvio dell’estrusione di <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong>:<br />
1. Riempire l’estrusore con LDPE a basso MFI (0,7 – 1,0)(*) per evitare l’ossidazione di materiale residuo nell’estrusore.<br />
2. Iniziare il processo partendo da macchina ben pulita, alzando la temperatura fino al punto di regolazione e alimentando con<br />
LDPE avente MFI pari a 0,7 – 1,0. Prestare attenzione a non iniziare la rotazione della vite prima che tutto il polietilene sia<br />
stato riscaldato fino alle condizioni di estrusione.<br />
3. Quando l’estrusione si stabilizza, cambiare l’alimentazione direttamente a <strong>EVAL</strong> senza svuotare l’estrusore, per evitare<br />
l’ossidazione dell’<strong>EVAL</strong> da parte dell’ossigeno contenuto nel cilindro caldo.<br />
Spurgo<br />
Si raccomanda la seguente procedura per eseguire spurghi fra campagne di produzione:<br />
1. Rimuovere la resina <strong>EVAL</strong> dalla tramoggia di alimentazione dell’estrusore.<br />
2. Introdurre LDPE a basso MFI (0,7 – 1,0) e spurgare l’<strong>EVAL</strong> dall’estrusore mantenendo costanti le condizioni di temperatura<br />
del processo (o abbassando leggermente le temperature). Correggere le condizioni di processo nel caso in cui l’estrusione<br />
diventi instabile. La pressione nell’estrusore dovrebbe essere alta abbastanza da assicurare una pulizia completa.<br />
3. Continuare a spurgare con LDPE a basso MFI finché l’<strong>EVAL</strong> residuo sarà completamente espulso. Ove questo non<br />
fosse determinabile mediante controllo visivo dell’aspetto del prodotto, organizzare un test specifico di spurgo per stabilire<br />
il tempo o la quantità di materiale di spurgo necessari a ottenere una pulizia completa dell’estrusore e della trafila.<br />
Fermata<br />
1. Introdurre LDPE a basso MFI (0,7 – 1,0) e spurgare l’<strong>EVAL</strong> fuori dell’estrusore mantenendo costanti le condizioni di<br />
temperatura del processo (o abbassando leggermente le temperature). Correggere le condizioni di processo nel caso in<br />
cui l’estrusione diventi instabile. La pressione nell’estrusore dovrebbe essere alta abbastanza da assicurare una pulizia<br />
completa.<br />
2. Continuare a spurgare con LDPE a basso MFI finché l’<strong>EVAL</strong> residuo sarà completamente espulso, controllando l’aspetto<br />
del prodotto.<br />
3. La rotazione della vite può essere fermata quando l’estrusore è completamente pieno di LDPE a basso MFI e solo allora si<br />
potranno abbassare le temperature di estrusione. (In questo modo si eviterà l’ossidazione dell’EVOH residuo nell’estrusore).<br />
Si raccomanda fortemente di non utilizzare PA come materiale di spurgo, perché la PA reagisce e si lega all’<strong>EVAL</strong> residuale<br />
formando numerosi gel.<br />
Si raccomanda inoltre di non usare PP, HDPE o <strong>resine</strong> adesive come materiale di spurgo perché alcuni tipi di PP e HDPE<br />
possono contenere residui di catalizzatore che potrebbero deteriorare molto fortemente l’<strong>EVAL</strong>.<br />
ETC-103 (MFI: 1,0) è una resina per spurgo a base LDPE, sviluppata da Kuraray per lo spurgo di estrusori che utilizzano<br />
<strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> e per migliorare la transizione dall’ estrusione di <strong>EVAL</strong> a quella di PA o poliolefine. Grazie alle sue proprietà<br />
chimiche (oltre alle proprietà di pulizia meccanica), viene utilizzato per rimuovere residui di <strong>EVAL</strong> dall’estrusore e dalla trafila<br />
o semplicemente per migliorare le procedure di spurgo.<br />
Nel caso sia critico ottenere tempi brevi per l’avviamento, si può alimentare l’estrusore con un LDPE avente MFI più alto<br />
(5 – 7) dopo lo spurgo con LDPE a basso MFI (0,7 – 1,0). Il Politene a MFI più alto (5 – 7) rimane nell’estrusore dopo la fermata<br />
e può essere rimosso molto più rapidamente da parte della resina <strong>EVAL</strong> dopo l’avviamento.<br />
Nel caso in cui l’applicazione comprenda uno strato di macinato rilavorato (che quindi include <strong>EVAL</strong>), si raccomanda di<br />
spurgare anche questo estrusore con materiale vergine (LDPE, HDPE, PP).<br />
(*) MFI: Melt Flow Index (o Melt Flow Rate). Le velocità di flusso del fuso menzionate in questa sezione sono dati misurati con un apparato MFI standard a 190 °C, 2,16 kg.
Fermata temporanea dell’estrusore<br />
Ove divenga necessario fermare temporaneamente l’operazione di estrusione, si forniscono come indicazione le<br />
seguenti procedure:<br />
Tempo di fermata Procedura<br />
Fino a 30 minuti Mantenere il punto di regolazione <strong>delle</strong> temperature, la rotazione della vite può essere arrestata<br />
Fino a 3 ore Mantenere o abbassare le temperature di circa 20 °C e mettere la vite in rotazione lenta<br />
Più di 3 ore Spurgare la resina <strong>EVAL</strong> come raccomandato nella procedura di spurgo<br />
Si noti che i tempi massimi di fermata con <strong>EVAL</strong> nell’estrusore dipendono dal progetto del macchinario di processo, dalla<br />
regolazione <strong>delle</strong> temperature e dal tempo di residenza.<br />
Cambio di polimero<br />
La tabella seguente elenca le sequenze di spurgo raccomandate per cambi-polimero che coinvolgono <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong>.<br />
Resina prima del cambio Resina dopo il cambio Sequenza<br />
LLDPE, LDPE <strong>EVAL</strong> Cambio diretto<br />
<strong>EVAL</strong> LLDPE, LDPE Cambio diretto<br />
PA, HDPE, PP, PS <strong>EVAL</strong> PA, HDPE, PP, PS LDPE <strong>EVAL</strong><br />
<strong>EVAL</strong> PA, HDPE, PP, PS <strong>EVAL</strong> LDPE PA, HDPE, PP, PS<br />
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26<br />
Prevenzione dell’assorbimento di umidità, essiccazione<br />
Come menzionato nella sezione 4, le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> sono idrofile e assorbono umidità se esposte all’atmosfera. A seconda<br />
del processo di fabbricazione utilizzato, un aumento del contenuto di umidità <strong>delle</strong> <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> può provocare difficoltà di<br />
processo; schiuma, bolle e gel possono verificarsi ad alti livelli di umidità (di solito al di sopra dello 0,4% in peso).<br />
Dopo la fabbricazione, le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> vengono essiccate e imballate in sacchi da 25 kg o Octabin da 700 kg entrambi<br />
resistenti all’umidità. Mediante tale imballaggio, il contenuto di umidità viene contenuto a meno dello 0,3%. Ciò significa che le<br />
<strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> non necessitano di essiccazione se utilizzate immediatamente dopo l’apertura dell’imballaggio. Si dovrebbero<br />
tuttavia prendere precauzioni dopo l’apertura dell’imballo per evitare l’eccessivo assorbimento di umidità, specialmente in<br />
ambienti caldo-umidi. Tali precauzioni includono:<br />
• Richiudere saldamente l’imballo dopo l’utilizzo.<br />
• Se si usa un sistema di trasporto pneumatico, evitare eccessiva umidità nell’aria di trasporto utilizzando una “water trap”.<br />
• Nell’utilizzo dell’Octabin non è necessario aprire l’intero rivestimento per inserire il tubo di aspirazione; fare semplicemente<br />
un buco attraverso il quale si inserirà il tubo di aspirazione.<br />
In presenza di normali condizioni di umidità, gli imballi possono essere lasciati aperti durante l’utilizzo per parecchi giorni, in<br />
condizioni di maggiore umidità vedere fig. 14.<br />
Fig. 14: Riassorbimento di umidità in funzione del tempo<br />
1,0<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
0<br />
Riassorbimento umidità (base secco %)<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo F<br />
<strong>EVAL</strong> Tipo E<br />
Tempo (ore)<br />
80% umidità relativa (UR)<br />
65% umidità relativa (UR)<br />
Nel caso in cui l’imballo <strong>EVAL</strong> sia stato lasciato aperto per un periodo più lungo e/o in condizioni di umidità più alta, si<br />
raccomanda una fase di ri-essiccazione di circa 3 o 4 ore in una tramoggia di essiccazione oppure di un essiccatore ad aria<br />
calda a 90 - 100 °C. Va notato che la temperatura dell’essiccatore non deve eccedere i 110 °C per evitare variazioni di colore<br />
della resina <strong>EVAL</strong>.
9. Resine adesive<br />
Allo scopo di migliorare le proprietà degli imballaggi plastici, spesso si utilizzano due o più strati di polimeri in una struttura<br />
composita. Tali strutture multistrato possono essere prodotte mediante laccatura, accoppiamento o coestrusione. Quando<br />
si utilizzano strati di polimeri diversi nelle strutture multistrato, spesso si riscontra scarsa adesione fra uno strato e l’altro. Allo<br />
scopo di superare tale ostacolo sono state sviluppate speciali <strong>resine</strong> adesive. Queste <strong>resine</strong> leganti agiscono come un collante<br />
tra strati di polimeri che non aderiscono fra loro.<br />
Rispetto alle <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> si può ottenere una buona adesione tra <strong>EVAL</strong> e PA senza l’interposizione di uno strato adesivo.<br />
In coestrusione con poliolefine, PET, PS, PC, ecc. tuttavia, è necessario uno strato adesivo tra questi polimeri e le <strong>resine</strong><br />
<strong>EVAL</strong>. Diversi adesivi sono disponibili sul mercato a seconda della resina contrapposta.<br />
10. Utilizzazione di rimacinato<br />
Una <strong>delle</strong> principali problematiche di tipo economico el processo di coestrusione è la perdita di film multistrato attraverso le<br />
rifilature o le bave. Nella produzione di film monostrato queste rifilature vengono di solito macinate e riciclate con una minima<br />
perdita economica per il produttore. Tuttavia con film sensibili al calore o con polimeri radicalmente differenti, film o strutture<br />
multistrato non possono essere rielaborati.<br />
Non è il caso <strong>delle</strong> <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong>. Strutture multistrato contenenti <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> possono essere recuperate e riutilizzate. Per<br />
esempio, una rifilatura di coestrusione contenente resina <strong>EVAL</strong> può efficacemente essere riciclata nella produzione di film rigidi,<br />
bottiglie e serbatoi di carburante.<br />
È opportuno ricordare che se il macinato immagazzinato non è stato utilizzato per lungo tempo, si può verificare assorbimento di<br />
umidità nel componente <strong>EVAL</strong>. In tal caso il macinato dovrà essere essiccato prima del processo di estrusione. Se possibile,<br />
si raccomanda di processare e riutilizzare appena possibile il macinato contenente <strong>EVAL</strong> onde evitare difficoltà di lavorazione<br />
a causa di un alto contenuto di umidità.<br />
Per molte applicazioni, speciali masterbatch per macinato sono state sviluppati dalla Kuraray per prevenire problemi di<br />
lavorazione durante l’estrusione di tale macinato, per aumentare il livello massimo di contenuto di EVOH nel macinato stesso e<br />
per migliorare le proprietà del prodotto finale.<br />
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AVVISO<br />
Le informazioni, le specifiche, le procedure, i metodi e<br />
le raccomandazioni in questa brochure sono presentati<br />
in buona fede e sono ritenute accurate e affidabili, ma<br />
potrebbero essere incomplete e/o non applicabili a ogni<br />
e qualsiasi situazione che possa esistere o accadere.<br />
Nessuna dichiarazione o garanzia o impegno contrattuale<br />
è qui fornito riguardo la completezza di tali informazioni,<br />
specifiche, procedure, metodi e raccomandazioni o che<br />
la loro applicazione o l’utilizzo degli stessi in qualsiasi<br />
combinazione eviterà qualsiasi pericolo, incidente, perdita,<br />
danno o lesione, oppure che essi non violino brevetti<br />
appartenenti a terzi o che essi daranno i risultati voluti.<br />
Il lettore devono accertarsi personalmente dell’idoneità<br />
di dette informazioni, specifiche, procedure, metodi e<br />
raccomandazioni allo scopo voluto, prima di utilizzarli.<br />
<strong>EVAL</strong> il leader mondiale nell’EVOH<br />
Europa<br />
KURARAY CO., LTD.<br />
<strong>EVAL</strong> Europe nv (Antwerp, Belgio)<br />
Capacità: 24.000 ton/anno<br />
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KURARAY CO., LTD. (Shanghai)<br />
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Kuraray America Inc. (Pasadena, Texas, USA)<br />
Capacità: 35.000 ton/anno<br />
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Kuraray Co., Ltd. (Okayama, Giaponne)<br />
Capacità: 10.000 ton/anno<br />
Il primo impianto di produzione di EVOH nel mondo<br />
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<strong>EVAL</strong> in Europa<br />
<strong>EVAL</strong> Europe nv<br />
Haven 1053<br />
Nieuwe Weg 1 - Bus 10<br />
B-2070 Zwijndrecht (Antwerp)<br />
Belgio<br />
Telefono +32 3 250 97 33<br />
Fax +32 3 250 97 45<br />
www.eval.eu<br />
Le <strong>resine</strong> <strong>EVAL</strong> sono prodotte in tutto il mondo<br />
seguendo specifiche unificate di produzione e di<br />
qualità Kuraray.<br />
EU-ITA-TEC 2007 © Kuraray Co., Ltd.<br />
Le foto utilizzate in questa brochure sono soltanto rappresentative di potenziali applicazioni di prodotto.