Proprietà del film

Le proprietà principalmente considerate per valutare i film prodotti per estrusione in bolla sono:

• proprietà meccaniche; • proprietà ottiche;

• proprietà connesse al materiale base.

Proprietà meccaniche

I parametri che maggiormente influenzano le proprietà meccaniche dei film sono: • stiro longitudinale (DR);

• rapporto di soffiaggio (BUR); • temperatura del fuso;

• portata del fuso;

• velocità di raffreddamento.

Con l’aumento di questi parametri, crescono il modulo elastico e la tensione a rottura ma diminuisce l’allungamento a rottura. Le proprietà meccaniche sono influenzate dagli stress alla linea di gelo, in quanto questi sono in stretta correlazione con l’aspetto morfologico del film e quindi con la cristallizzazione. Secondo quanto indicato in letteratura, le varie proprietà meccaniche (modulo elastico longitudinale e trasversale, la resistenza a trazione, il comportamento a snervamento e a rottura) sono in stretto collegamento con il draw ratio (DR) e con gli stress all’altezza della frost line, indipendentemente dal tipo di LDPE, dalla geometria dello stampo, dallo spessore del film e dalle condizioni di processo applicate. I film di LDPE ottenuti per estrusione in bolla comunemente presentano i valori dei moduli in direzione trasversale che eccedono quelli in direzione longitudinale. Dal momento che la morfologia dipende dagli stress applicati sul film in corrispondenza della linea di gelo e che il modulo è una proprietà elastica lineare, ci si aspetterebbe che per uguali stress applicati alla linea di gelo si

29 avessero moduli uguali. Da prove meccaniche, riportate in letteratura, condotte sui film di LDPE emerge che aumentando il DR, aumenta lo stress tensile e diminuisce l’allungamento a rottura. Inoltre emerge che indipendentemente dal tipo di LDPE impiegato, dalla geometria della filiera e dalle condizioni di processo, applicando stress uguali alla linea di gelo si riscontra:

• in direzione di macchina (MD): incremento degli sforzi tensili e diminuzione degli allungamenti a rottura;

• in direzione trasversale (CD): diminuzione degli sforzi tensili e dell’allungamento a rottura [24].

Tutti i parametri elencati causano delle variazioni della linea di gelo e della forma della bolla. A parità di rapporto di stiro DR, la forma della bolla ha una notevole importanza soprattutto sull’orientazione trasversale. In particolare, una bolla di tipo (A) presenterà una maggiore orientazione trasversale rispetto alla bolla di tipo (B) (Figura 13).

Figura 13: Possibili forme della bolla.

Per una bolla di tipo (A) l’orientazione in senso longitudinale avviene nella zona vicino all’uscita dalla filiera che è ad alta temperatura, bassa viscosità e bassi tempi di rilassamento ovvero si manifesta un parziale rilassamento dell’orientazione. L’orientazione in senso trasversale avviene invece più in alto, a temperature minori, e quindi è congelata più facilmente. Bolle di questo tipo si ottengono quando la linea di gelo e le velocità di raffreddamento sono alte. Per una bolla di tipo (B) le due orientazioni avvengono quasi nella stessa zona e sono congelate nello stesso tempo, quindi sono bilanciate in entrambe le direzioni.

In corrispondenza di alte linee di gelo (bolle di tipo (A)) aumentano le proprietà meccaniche in direzione trasversale. In particolare lo sforzo tensile è funzione

30 anche della materia prima, dei diversi gradi dei polimeri, degli additivi impiegati ed è sensibile al processo di estrusione. Un eccessivo apporto di calore comporta degradazione del polimero riducendone le proprietà meccaniche. Il tempo di residenza e la manutenzione della filiera minimizzano la degradazione del polimero.

Proprietà ottiche

Per comprendere come le proprietà ottiche di film estrusi in bolla sono influenzate dal materiale di partenza e dalle condizioni di processo è necessario considerare alcune teorie secondo le quali le proprietà ottiche dipendono dalla qualità superficiale del film e non dalle caratteristiche del bulk. La qualità superficiale del film è legata in gran parte ai difetti di estrusione originati dal flusso interno all’estrusore ed all’uscita della filiera.

La produzione di film estrusi in bolla a partire da fusi polimerici che presentano comportamento altamente elastico, dovuto ad un’ampia distribuzione dei pesi molecolari e a catene polimeriche con lunghe ramificazioni, consente di ottenere film dalle moderate proprietà ottiche.

Da evidenze sperimentali emerge che le proprietà ottiche dei film ottenuti per estrusione in bolla tendono a migliorare con l’aumento del BUR e dipendono fortemente dal flusso all’interno della filiera piuttosto che dalla regione di formazione della bolla [24]. Il design della filiera può influenzare le proprietà ottiche del film. Le pareti parallele che costituiscono la filiera condizionano le tolleranze dimensionali così come la qualità del film; difetti sulla superficie del canale di flusso hanno un effetto particolarmente negativo sulle proprietà del prodotto risultante [26]. Nello specifico le proprietà ottiche di un film polimerico si quantificano mediante misure di brillantezza del film (gloss) ovvero quanta luce è riflessa dalla superficie del film; questa grandezza è funzione della levigatezza della superficie del film. Altri test invece forniscono misure relative alla trasparenza o chiarezza del film, ovvero quanta luce passa senza essere difratta, ed alla quantità di luce difratta (haze).

Le scarse proprietà ottiche di un film possono derivare da molte cause che però si possono dividere in due gruppi ovvero materiale e processo, come precedentemente affermato.

31 Relativamente al materiale si possono verificare contaminazione e separazione di fase di materiali incompatibili. La contaminazione si verifica in presenza di sporco, acqua e particelle di materiale degradato nell’estruso.

I problemi derivanti dal processo che causano basse proprietà ottiche sono linee di filiera, bassa velocità di raffreddamento, melt fracture ed instabilità interfacciale.

Proprietà connesse al materiale di base

Una proprietà connessa la materiale base è la densità del film, proprietà che dipende dal materiale ed è correlata al grado di cristallinità.

La viscosità del polimero, come descritto nei paragrafi precedenti, e, più in generale, la reologia di un polimero fuso risultano fondamentali per lo studio del comportamento del polimero fuso in fase di estrusione.

Il comportamento del flusso dipende da molte condizioni come la temperatura e lo shear rate. La viscosità può essere quantificata mediante misurazioni con reometro capillare [20].

Il melt index, invece, misura quanti grammi di fuso si possono estrudere in 10minuti. Questo test, condotto secondo la ASTM D1238, è frequente impiegato a livello industriale dal momento che fornisce un’indicazione qualitativa del peso molecolare del polimero, secondo una relazione di inversa proporzionalità.

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