Notevoli sforzi e ricerche sono stati realizzati nel tentativo di migliorare le proprietà barriera del PET come materiale per il packaging attraverso, per esempio, la coestrusione di sistemi multistrato, la deposizione di strati barriera su contenitori per il
packaging e lo sviluppo di nuovi poliesteri ad elevata barriera. Sebbene questi metodi
possano migliorare le proprietà barriera del PET, esse non hanno trovato ampie applicazioni a causa di un significativo incremento del costo di investimento sulle apparecchiature, i complicati processi di produzione, un sostanziale incremento nel costo dei materiali e una diminuzione nella trasparenza o nelle proprietà meccaniche del prodotto finale. Un metodo alternativo è quello di ricorrere al blending mediante
l’impiego di materiali ad alta barriera. Tra questi, molto impiegato è il polietilen-naftalato, poliestere termoplastico sintetizzato per policondensazione del’acido 2,6-naftalendicarbossilico o del dimetil-2,6-naftalendicarbossilato con glicole etilenico. Il PEN è un polimero con prestazioni superiori al PET, soprattutto in termini barriera, ma con elevati costi. Wu et al. (2006) sono ricorsi ad un metodo one-step per la realizzazione di miscele PET/PEN e successiva produzione di film bi-orientati per cercare di migliorare le proprietà barriera all’aria del PET. Essi hanno osservato come il PEN possieda una permeabilità all’aria 4-5 inferiore a quella del PET e che le proprietà del blend sono superiori a quelle del PET puro, con un progressivo miglioramento all’incrementare del contenuto di PEN. Il medesimo studio ha mostrato come l’effetto dell’orientazione bi-assiale possa promuovere la formazione di microstrutture di PEN molto allungate e separate tra loro, che determinano un ulteriore miglioramento delle proprietà barriera grazie al maggiore percorso che le particelle di gas devono compiere all’interno del materiale. Una seconda tipologia di blend a base PET largamente studiata è quella contenente piccole percentuali di una poliammide aromatica, la poli(xylilene) adipammide (MXD6), ottenuta mediante la policondensazione della m-xylilene diammina con acido adipico. Le poliammidi aromatiche hanno un punto di fusione simile a quello del PET, forniscono una migliore barriera rispetto alle poliammidi alifatiche e, differentemente da quest’ultime, mantengono tali buone proprietà anche in condizioni di elevata umidità. Tuttavia, l’ottenimento di una struttura con buona barriera mediante blend PET/PA è compromesso dall’incompatibilità tra i polimeri costituenti. Per tale motivo sono state pensate opportune strade di compatibilizzazione tra le due fasi. Una delle più utilizzate consiste nell’aggiunta di piccoli quantitativi di un ionomero che incorpora gruppi costituenti altamente polari che possono interagire con il costituente polare del blend (poliammide), mentre la parte di catena non ionica può essere più compatibile con il costituente meno polare. Prattipati et
al. (2005) hanno studiato il miglioramento delle proprietà barriera all’ossigeno di un blend PET/MXD6 in rapporto di composizione ponderale pari a 90/10 , confrontandolo
con blend PET/MXD6 di corrispondente composizione, ma ottenuti mediante l’incorporazione di piccole quantità di sodio 5-sulfoisoftalato all’interno della matrice di PET (all’incirca il 0.38% e 0.76% su base molare). Le prove sono state condotte a 23°C e al 43% di umidità relativa e sono state distinte in relazione al fatto che i film testati fossero o meno orientati bi-assialmente. Nel caso dei film non orientati lo studio ha evidenziato come l’aggiunta di un 10% di MXD6 sia in grado di diminuire la permeabilità del 16% rispetto al valore caratteristico del PET, mentre si è contestualmente notato come la compatibilizzazione non abbia alcun effetto su tale proprietà. Nel caso dei film orientati (rapporto di stiro 2.7 2.7) dei blend è stata notata una deformazione della fase secondaria che ha portato alla formazione di particelle
lamellari con elevato rapporto di forma. L’orientazione del film di PET ha promosso una diminuzione della sua permeabilità, ma ha determinato un aumento di quella della poliammide. Apparentemente questo è stato attribuito alla presenza delle interazioni a ponte idrogeno che inibiscono le modifiche conformazionali che portano ad una riduzione della permeabilità come accade nel PET. Parallelamente, la parziale rottura di queste interazioni determina una fenomeno di dedensificazione, incrementando la permeabilità ai gas. Nel caso dei blend la deformazione della fase secondaria è risultata più significativa per i campioni compatibilizzati, che hanno mostrato una maggiore diminuzione della permeabilità a causa della maggiore tortuosità imposta al percorso del gas. Tale studio ha perciò evidenziato come, nel caso di film orientati, la permeabilità dei blend non dipenda esclusivamente dalla composizione ma anche dalla morfologia del sistema. Hu et al. (2005) hanno studiato il miglioramento delle proprietà barriera all’ossigeno e all’anidride carbonica di blend a base PET sia con una seconda fase costituita da MXD6 che da una copoliammide a base MXD6 in cui il 12% molare di adipammide è stato sostituito da isoftalammide (MXD6-12I), ricorrendo, inoltre, al medesimo meccanismo di compatibilizzazione visto nel caso precedente e alla variazione delle condizioni di umidità relativa per le misure. Anche per questo studio sono state condotte misure differenziando i casi i cui i film non erano orientati da quelli in cui si è ricorso all’orientamento bi-assiale (rapporto di stiro 2.7 2.7). In base alle misure di permeabilità all’ossigeno condotte per i film non orientati la presenza di una fase secondaria meno permeabile del PET ha mostrato un ridotto effetto in termini di miglioramento delle proprietà barriera (massimo -20%, con il 10% di fase secondaria). L’effetto dell’orientamento ha mostrato miglioramenti più sensibili grazie alla deformazione delle particelle di fase secondaria (-70% per il blend PET/MXD6 90/10 e -70% per il blend PET/MXD6-12I 90/10). Parallelamente è stata notata un certa dipendenza della permeabilità dall’umidità relativa. I risultati migliori sono stati ottenuti al 43% mentre sia allo 0% che all’85% si è registrato un significativo peggioramento. Ciò è stato associato al fatto che i domini di poliammide non fossero completamente impermeabili in condizioni di bassa e alta umidità. Le misure di permeabilità all’anidride carbonica mostrano un andamento simile con una più netta riduzione della permeabilità per i film orientati, attribuita all’interazione della molecola polare di CO2
con i gruppi polari della poliammide. Maio et al. (1996) hanno studiato le proprietà di permeabilità al gas di blend, a diverse composizioni, contenenti PET e un LCP termotropico costituito al 40% mol di PET e al 60% di acido p-idrossibenzoico. Essi hanno notato come anche l’introduzione di una piccola quantità di LCP all’interno della matrice di PET (2%) sia in grado di produrre una sostanziale diminuzione nella permeabilità (-30%) rispetto al PET puro. Tale effetto incrementa all’aumentare della percentuale di LCP all’interno del blend ma quantitativi superiori al 30% determinano
difficoltà di processo dovute al fatto che i film si indeboliscono. Anche in questo caso il miglioramento delle proprietà barriera è attribuibile al fatto che la fase secondaria sia in grado di rendere più tortuoso il percorso che il gas deve effettuare, abbassando il coefficiente di diffusione. In particolare, mediante analisi al SEM, gli autori hanno riscontrato che per basse percentuali di LCP la morfologia è costituita da domini sferoidali e da fibre di piccole dimensioni. All’aumentare di questa percentuale, invece, si assiste ad una migliore dispersione della fase secondaria che tende a formare preferenzialmente fibrille ad elevato rapporto di forma, giustificando la riduzione della permeabilità riscontrata nelle misure.