Evaluating mechanical and thermal properties of MDO PE and BOPP films for enhanced food packaging performance

The thesis conducted at Goglio S.p.A. and the Politecnico di Milano focused on the mechanical properties, particularly Young's modulus, of Machine Direction Oriented Polyethylene (MDO PE) and Biaxially Oriented Polypropylene (BOPP) films, which are essential in the packaging industry, especially in multilayer packaging solutions. The research primarily aimed to understand the materials' behaviour under different temperatures and stresses during the production process, with a special focus on the machine direction, which is crucial for maintaining product quality and integrity. The study involved conducting tensile tests on various films, including five types of MDO PE from different suppliers and a BOPP film already in use. These tests were critical in evaluating how these materials behave when subjected to the stresses of production. Adhering to the ASTM D882 – 10 standard for tensile testing of thin plastic films, the tests were performed at different temperatures (24, 30, 60, 80°C) considering factors like the target temperature in various parts of the drying tunnel and the fusion point of each material as indicated by Differential Scanning Calorimetry (DSC) results. A key finding was the variation in mechanical properties among different MDO PE films. This variability emphasizes the importance of comprehensive testing and supplier selection for specific packaging needs. The exponential model for Young's modulus in the thesis demonstrates a strong correlation (R-squared > 0.98) between the modulus and temperature, indicating that elasticity changes significantly with temperature (for MDO PE and BOPP in machine direction). Furthermore, laboratory analysis has identified a linear correspondence (R-squared > 0.98) between specific heat capacity and temperature in the operative range of 20-100°C. This has led to the development of linear models to predict the change in specific heat at the operating temperatures of the drying tunnel.

La tesi condotta presso Goglio S.p.A. e il Politecnico di Milano si è concentrata sulle proprietà meccaniche, in particolare sul modulo di Young, dei film di polietilene orientato in direzione di macchina (MDO PE) e di polipropilene orientato biassialmente (BOPP), essenziali nell'industria del packaging, soprattutto nelle soluzioni di imballaggio multistrato. La ricerca mirava principalmente a comprendere il comportamento dei materiali a diverse temperature e sforzi durante il processo di produzione, con particolare attenzione alla direzione MD, che è cruciale per mantenere la qualità e l'integrità del prodotto. Lo studio ha comportato l'esecuzione di prove di trazione su vari film, tra cui cinque tipi di MDO PE di diversi fornitori e un film BOPP già in uso. Questi test sono stati fondamentali per valutare il comportamento di questi materiali quando sottoposti a sforzi durante la produzione. In conformità allo standard ASTM D882-10 per le prove di trazione di film plastici sottili, i test sono stati eseguiti a diverse temperature (24, 30, 60, 80°C), tenendo conto di fattori quali la temperatura target in varie parti del tunnel di evaporazione solvente e il punto di fusione di ciascun materiale, come indicato dai risultati della calorimetria a scansione differenziale (DSC). Un dato fondamentale è stata la variazione delle proprietà meccaniche tra i diversi film di MDO PE. Questa variabilità sottolinea l'importanza di test completi e della selezione dei fornitori per le specifiche esigenze di imballaggio. Il modello esponenziale per il modulo di Young nella tesi dimostra una forte correlazione (R-quadrato > 0,98) tra il modulo e la temperatura, indicando che l'elasticità cambia significativamente con la temperatura (per MDO PE e BOPP in direzione MD). Inoltre, l'analisi di laboratorio ha individuato una corrispondenza lineare (R-quadro > 0,98) tra la capacità termica specifica e la temperatura nell'intervallo operativo di 20-100°C. Ciò ha portato allo sviluppo di modelli lineari per prevedere la variazione del calore specifico alle temperature operative del tunnel di evaporazione solvente.