1. Panoramica dei materiali EVOH: dai materiali chimici di base ai materiali barriera ad alte prestazioni
Il polimero vinilico-etilene-alcol vinilico è un materiale polimerico funzionale con eccellenti proprietà barriera. È ampiamente utilizzato negli imballaggi alimentari, negli imballaggi farmaceutici, nei serbatoi di carburante delle automobili e nei tubi del riscaldamento a pavimento. La sua caratteristica più importante è la permeabilità all'ossigeno estremamente bassa, motivo per cui è stato soprannominato il "materiale barriera ad alte-prestazioni" nel campo degli imballaggi in plastica.
A differenza delle plastiche comuni come il polietilene (PE) e il polipropilene (PP), EVOH non viene polimerizzato direttamente da un singolo materiale ma viene prodotto attraverso una reazione chimica in più-fasi. Le sue principali materie prime provengono dalla catena dell'industria petrolchimica, con materiali principali tra cui etilene e acetato di vinile (VA).
In termini di catena industriale, EVOH appartiene ai settori della chimica fine e dei polimeri ad alte prestazioni. A monte dipende dalla fornitura di materie prime petrolchimiche e il flusso intermedio produce la resina EVOH attraverso polimerizzazione, alcolizzazione e altri processi. Lavorazione a valle in film, fogli, tubi e materiali da imballaggio compositi.
2. Materie prime principali di EVOH: etilene e acetato di vinile
La principale materia prima di EVOH è il copolimero di etilene vinil acetato (EVA). Il percorso di produzione è il seguente:
Etilene → Copolimero acetato di etilene (EVA) → Copolimero etilene alcol vinilico (EVOH)
(1) Etilene
L’etilene è una delle materie prime chimiche di base più importanti al mondo e il materiale monomerico più importante nell’industria delle materie plastiche.
L’etilene proviene principalmente da:
Cracking della nafta
cracking dell'etano;
Tecnologia delle olefine di carbone.
Dopo le reazioni chimiche, l'etilene può essere utilizzato nella produzione di vari materiali polimerici, come:
polietilene (PE);
Materiali legati al PVC;
EVA;
EVOH et al.
Durante la produzione di EVOH, l'etilene fornisce la struttura dell'etilene nella catena polimerica, conferendo al materiale flessibilità, lavorabilità e resistenza all'umidità.
Il contenuto di etilene è anche un indicatore importante delle prestazioni dell'EVOH. Generalmente:
Basso contenuto di etilene → elevate prestazioni di barriera all'ossigeno, ma scarsa resistenza all'umidità;
Elevato contenuto di etilene → migliora la flessibilità, migliora le prestazioni di lavorazione, ma riduce le prestazioni di barriera.
Pertanto, diversi campi di applicazione sceglieranno diversi rapporti di etilene per gradi EVOH.
(2) Acetato di vinile
L'acetato di etilene è un'altra materia prima chiave per la produzione di alcol vinilico.
L'acetato di vinile è costituito principalmente da:
Etilene;
acido acetico;
Ossigeno
preparato mediante reazione catalitica.
L'acetato di etilene copolimerizza prima con l'etilene per formare:
Acetato di etilene vinilico
L'EVA viene quindi alcolizzato per convertire i gruppi dell'acido acetico in strutture idrossiliche, risultando in:
Copolimero di alcol etilene vinilico
Tra questi, la struttura dell'alcool etilenico è la chiave delle elevate proprietà barriera di EVOH.
3. Processo produttivo EVOH: dall'EVA alle resine barriera ad alte prestazioni
L'alcol vinilico e l'alcol vinilico non possono essere polimerizzati direttamente perché l'alcol vinilico stesso è troppo instabile per la polimerizzazione industriale diretta. La produzione industriale segue quindi una via indiretta.
L’intero processo produttivo si compone di tre fasi principali:
Fase 1: Copolimerizzazione dell'etilene con copolimerizzazione dell'acetato di vinile
Innanzitutto, l'etilene e l'acetato di vinile copolimerizzano per formare la resina EVA.
Questa fase determina:
Struttura molecolare;
Rapporto etilene;
Prestazioni successive del prodotto.
Seconda fase: reazione di alcolisi
le unità di acetato di vinile in EVA vengono convertite in unità di alcol vinilico mediante alcololisi.
Comprensione semplice:
Acetato di vinile → → Struttura dell'alcol vinilico
Maggiore è la solubilità dell'alcool, maggiore è la proporzione di gruppi idrossilici nell'EVOH e migliori sono le prestazioni di barriera all'ossigeno del materiale.
Fase III: lavorazione della granulazione
Dopo la scomposizione dell'alcol, EVOH attraversa:
Pulizia;
Asciutto;
Estrusione di fusione
Taglio delle particelle;
Infine, si formano particelle di resina EVOH.
Queste particelle di resina vengono rivendute alle aziende cinematografiche e trasformate in prodotti finali tramite soffiaggio, fusione e coestrusione multi-strato.
In che modo la struttura della materia prima influisce sulle prestazioni di EVOH?
Le prestazioni di EVOH sono strettamente correlate alla proporzione delle materie prime e l'indicatore più importante è il contenuto di etilene.
Il contenuto di etilene è tipicamente compreso tra il 20% e il 50%, con rapporti diversi che portano a proprietà diverse.
EVOH a basso contenuto di etilene
Caratteristiche:
Prestazioni di barriera all'ossigeno ultra-forte;
Elevata trasparenza;
Adatto per imballaggi molto richiesti.
Applicazione:
Film ad alta barriera alimentare;
Confezionamento di farmaci;
Materiali di imballaggio di precisione.
Punti deboli:
Forte igroscopicità;
L'elaborazione è relativamente difficile.
EVOH ad alto contenuto di etilene
Caratteristiche:
Migliore flessibilità;
Finestra di elaborazione più ampia;
Migliora la resistenza all'umidità.
Applicazione:
Sistemi di alimentazione per automobili;
Imballaggi industriali;
Strato barriera all'ossigeno della pipeline.
Punti deboli:
le prestazioni della barriera all'ossigeno sono diminuite.
Pertanto, le imprese di produzione di EVOH devono adeguare il rapporto di etilene in base alla domanda del mercato e sviluppare diversi gradi di prodotti.
