JP2023506478A - 低放出セルロースエステル組成物およびこれから作製された物品 - Google Patents
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Abstract
1種または複数の可塑剤および1種または複数の酸捕捉剤と組み合わせて、セルロースアセテートを含有するポリマー組成物。組成物はまた、場合により、1種または複数のバイオベースポリマーを含む。ポリマー組成物は、例えば、1回使い切りの生分解性物品を生成するための石油系ポリマーと同様の特性を有するように配合される。【選択図】図1
Description
関連出願
[0001]本出願は、2019年12月10日の出願日を有する米国仮特許出願第62/946,154号、および2020年10月12日の出願日を有する米国仮特許出願第63/090,354号に基づき、これらへの優先権を主張し、これらの両方は参照により本明細書に組み込まれる。
[0001]本出願は、2019年12月10日の出願日を有する米国仮特許出願第62/946,154号、および2020年10月12日の出願日を有する米国仮特許出願第63/090,354号に基づき、これらへの優先権を主張し、これらの両方は参照により本明細書に組み込まれる。
[0002]毎年、プラスチックの世界的生産は増加し続けている。毎年生産されるプラスチックの量の半分超は、プラスチックボトル、容器、飲用ストローおよび他の1回使い切り品目を生産するために使用される。例えば、年間100百万本を超える使い捨てプラスチックストローが製造され、使用されている。
[0003]プラスチック飲用ボトルおよびストローを含む、廃棄された1回使い切りのプラスチック物品は、典型的には、リサイクルされず、埋め立てごみ処理される。さらに、これらの品目の多くは、適切に処分されず、世界中の川、湖および海洋に捨てられる。実際、プラスチック廃棄物は、流れおよび生成物の浮力に起因して、世界のある特定の海洋領域に集積し、集中する傾向がある。
[0004]プラスチック廃棄物は、生態系、ならびに海の生物および鳥を含む動物に有害であり得る。プラスチック廃棄物は、例えば、非常にゆっくりと、どんどん小さな破片に崩壊し、この破片は水生生物および魚に摂取されることになる。
[0005]上記を考慮して、当業者は、生分解性ポリマーから作製されたプラスチック物品を生成することを試みてきた。しかしながら、多くの生分解性ポリマーは、ポリプロピレンおよび/またはポリエチレンテレフタレートなどの従来のポリマーの物理特性および特徴を有さない。
[0006]過去、セルロースエステルは、一部の石油系ポリマーまたはプラスチックの代替品として提案されてきた。例えば、セルロースエステルは、一般に、リサイクル可能であり、分解性であり、木材パルプなどの再生可能資源に由来するため環境に優しいポリマーであると考えられる。しかしながら、セルロースアセテートポリマーなどのセルロースエステルポリマーを溶融加工する際、問題が生じた。当該ポリマー材料は比較的硬く、伸び特性に比較的乏しい。さらに、セルロースエステルポリマーの溶融温度は、分解温度に非常に近く、当該ポリマーを成功裡に溶融加工する上での障害がさらに生じる。さらに、セルロースエステルポリマーは、加工中およびポリマー物品が形成された後に、酢酸などの酸成分を生じ、放出し得る。これらの酸性成分は、ポリマー加工装置において腐食を引き起こし得るだけでなく、望まれないかつ望ましくない臭気も生じ得る。
[0007]上記を考慮して、石油系ポリマーと同様の特性を有し、種々の3次元物品を形成するために溶融加工され得る生分解性ポリマー組成物への必要性が、現在存在する。また、実質的に生分解性であり、酢酸放出が低減したセルロースアセテートポリマー組成物への必要性も存在する。
[0008]一般に、本開示は、少なくとも1種の可塑剤、場合により、セルロースアセテートに加えて少なくとも1種のバイオベースポリマー、および少なくとも1種の酸捕捉剤と組み合わせてセルロースアセテートポリマーを含有するポリマー組成物を対象とする。ポリマー組成物に含有される各成分は、少なくとも1つの特性を改善するおよび/またはセルロースアセテートの溶融加工特徴を改善するように設計される。例えば、少なくとも1種の酸捕捉剤は、比較的少量でポリマー組成物に添加され得、なお、酢酸などの酸性成分の放出を阻害し得る。酸捕捉剤はまた、加工中および組成物から形成されたポリマー物品からの望ましくない臭気の放出を大幅に阻害し得る。他方、可塑剤およびバイオベースポリマーは、セルロースアセテートの溶融加工特徴を改善し得るだけでなく、硬度を低減する、伸びを増加させる、および/または靱性を増加させることによってなど、種々の物理特性も大幅に強化し得る。ポリマー組成物は、飲料ホルダー、他のプラスチック容器、飲用ストロー、ホット飲料ポッド、自動車部品、民生機器部品などのポリマー物品を生成するのによく適している。
[0009]酸捕捉剤は、例えば、アルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩を含み得る。当該塩は、炭酸塩、酸化物または水酸化物を含み得る。特定の一実施形態では、酸捕捉剤は、酸化亜鉛を含む。一態様では、ポリマー組成物は、別の酸捕捉剤と組み合わせて酸化亜鉛を含む2種以上の酸捕捉剤を含有する。例えば、酸化亜鉛は、炭酸カルシウムなどの炭酸塩と組み合わせて、ポリマー組成物に組み込まれる酸捕捉剤パッケージを形成し得る。
[00010]単独でまたは組み合わせて使用されてもよい他の酸捕捉剤としては、アルミニウムナトリウムカーボネート化合物、ハイドロタルサイト、ケイ酸アルミニウム、酸化マグネシウムもしくは水酸化マグネシウムなどのマグネシウム化合物、アミン、またはその組合せが挙げられる。
[00011]上に示されるように、1種または複数の酸捕捉剤は、組成物の種々の他の特性を妨げないように比較的少量でポリマー組成物に含有され得る。例えば、1種または複数の酸捕捉剤は、約1.5重量%以下の量、例えば約1重量%以下の量、例えば0.75重量%以下の量、例えば約0.5重量%以下の量、例えば約0.25重量%以下の量、かつ一般に、約0.001重量%超の量、例えば0.01重量%超の量でポリマー組成物中に存在し得る。
[00012]上記のように、ポリマー組成物は、場合により、少なくとも1種の可塑剤および少なくとも1種のバイオベースポリマーを含有し得る。例えば、少なくとも1種のバイオベースポリマーは、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシアルカノエート、またはそれらの混合物を含み得る。一態様では、約2,000MPa以下の曲げ弾性率を示すポリマー組成物を生成するように、異なる成分が一緒にブレンドされる。例えば、ポリマー組成物は、約1800MPa以下、例えば約1600MPa以下、かつ一般に、約500MPa超の曲げ弾性率を有し得る。さらに、ポリマー組成物は、約10%以上、例えば約12%以上、例えば約15%以上、例えば約20%以上、かつ一般に、約150%以下の破断伸びを示し得る。ポリマー組成物はまた、80mm×10mm×4mmの寸法を有する標本を使用してISO試験180に従って25℃で試験した場合、約100J/m超、例えば約125J/m超、例えば約150J/m超のアイゾッドノッチ付衝撃強さを示し得る。
[00013]セルロースアセテートは、約15重量%~約85重量%、例えば約55重量%~約80重量%の量で組成物中に存在し得る。セルロースアセテートは、主にセルロースジアセテートで構成され得る。例えば、セルロースアセテートは、約90重量%超の量、例えば約95重量%超の量のセルロースジアセテートを含有し得る。他方、1種または複数の可塑剤は、約8重量%~約40重量%の量、例えば約12重量%~約20重量%の量でポリマー組成物中に存在し得る。一態様では、1種または複数の可塑剤は、約19重量%以下の量、例えば約17重量%以下の量、例えば約15重量%以下の量でポリマー組成物中に存在し得る。
[00014]1種または複数のバイオベースポリマーは、約1重量%~約50重量%の量、例えば約3%以上の量、例えば約5%以上の量、例えば約7%以上の量、例えば約10%以上の量、かつ一般に、約30%以下の量、例えば約25%以下の量、例えば約20%以下の量でポリマー組成物中に存在し得る。
[00015]一実施形態では、ポリマー組成物に組み込まれるバイオベースポリマーは、ポリヒドロキシアルカノエート、特にポリヒドロキシブチレートである。あるいは、バイオベースポリマーは、ポリ(3-ヒドロキシブチレート-co-3-ヒドロキシバレレート))を含んでもよい。一態様では、ポリマー組成物は、セルロースアセテートおよび可塑剤に加えて、少なくとも2種のバイオベースポリマーを含有する。例えば、ポリマー組成物は、ポリヒドロキシアルカノエートと組み合わせてポリ乳酸を含有し得る。
[00016]本開示はまた、上記のようなポリマー組成物から作製された物品を対象とする。本開示に従って作製されてもよいポリマー物品としては、飲用ストロー、飲料ホルダー、自動車部品、ノブ、ドアハンドル、蓋、パッケージング、カトラリー、民生機器部品、容器および任意の他の好適な使い捨て製品が挙げられる。例えば、本開示はまた、第1の端部から第2の反対側の端部への通路を画定する細長い管状部材を備える飲用ストローを対象とする。飲用ストローは、上記のようなポリマー組成物から形成される。
[00017]セルロースエステルポリマー組成物はまた、医療分野における使用のための成形物品を生成するために使用され得る。例えば、組成物は、温感をもたらす医療デバイス用のハウジングを生成するために使用され得る。ハウジングは、セルロースエステルポリマー、可塑剤、酸捕捉剤、および場合によりバイオベースポリマーを含有する組成物から作製され得る。
[00018]本開示の他の特徴および態様は、以下でさらに詳細に議論される。
[00019]本開示の完全かつ授権開示は、添付の図面への参照を含む本明細書の以下の部分でより詳細に示される。
[00019]本開示の完全かつ授権開示は、添付の図面への参照を含む本明細書の以下の部分でより詳細に示される。
[00020]本明細書および図面において参照記号を繰り返し使用することで、本発明の同じまたは類似の特徴または要素を表すことが意図される。
[00021]当業者であれば、本議論が例示の実施形態のみを記載し、本開示のより幅広い態様を限定するとは意図されないことを理解するであろう。
[00021]当業者であれば、本議論が例示の実施形態のみを記載し、本開示のより幅広い態様を限定するとは意図されないことを理解するであろう。
[00022]一般に、本開示は、セルロースアセテートの溶融加工特性および/またはセルロースアセテートの物理特性を改善する他のポリマーおよび成分と組み合わせてセルロースアセテートを含有するポリマー組成物を対象とする。本開示によると、セルロースアセテートは、1種または複数の可塑剤、および場合により1種または複数の他のバイオベースポリマーと組み合わせられる。さらに、ポリマー組成物は、1種または複数の酸捕捉剤を含有する。例えば、酸捕捉剤は、酢酸放出などの酸放出を阻害し得る。一態様では、2種以上の酸捕捉剤が一緒にブレンドされ、これは、酸が組成物によって放出されるのを防止する上で特に効果的である。
[00023]本開示に従って配合されたポリマー組成物はまた、低い酢酸放出特徴に加えて、劇的に改善された硬度および伸び特性を有し得る。さらに、本開示のポリマー組成物は、生分解性であり、したがって環境に優しくなるように配合され得る。ポリマー組成物は、任意の好適な成形技術、例えば、押出、射出成形、回転成形、ゲル処理などを使用して、すべての様々な種類の生成物を形成するために使用され得る。
[00024]一般に、任意の好適なセルロースエステルポリマーが、本開示のポリマー組成物に組み込まれ得る。一態様では、セルロースエステルポリマーは、セルロースアセテートである。
[00025]セルロースアセテートは、セルロースを酢酸で活性化した後、セルロースをエステル化することによって形成され得る。セルロースは、これらに限定されないが、植物由来のバイオマス、トウモロコシの茎葉、サトウキビの茎、バガスおよびサトウキビ残留物、コメおよびコムギ藁、農業用の草、硬材、広葉樹パルプ、軟材、針葉樹パルプ、コットンリンター、スイッチグラス、バガス、ハーブ、リサイクル紙、紙屑、木材チップ、パルプおよび紙廃棄物、廃棄木材、間伐材、ヤナギ材、ポプラ材、多年生牧草(例えば、Miscanthus属の草)、バクテリアセルロース、種殻(例えば、ダイズ)、トウモロコシの茎、もみ殻、ならびに他の形態の木材、竹、ダイズ外皮、靱皮繊維、例えば、ケナフ、麻、ジュートおよび亜麻、農業残留生成物、農業廃棄物、家畜の排泄物、微生物、藻類セルロース、海藻、ならびに植物に近接的にまたは最終的に由来するすべての他の材料を含む多数の種類のセルロース系材料から得られてもよい。そのようなセルロース系原材料は、好ましくは、ペレット、チップ、クリップ、シート、摩耗繊維、粉末形態、またはそれらをさらなる精製に適したものにする他の形態に加工される。
[00026]一部の実施形態では、本開示の組成物の生成における使用に好適なセルロースエステルは、これらに限定されないが、C1~C20脂肪族エステル(例えば、アセテート、プロピオネートまたはブチレート)、官能性C1~C20脂肪族エステル(例えば、スクシネート、グルタレート、マレエート)、芳香族エステル(例えば、ベンゾエートまたはフタレート)、置換芳香族エステルなど、その任意の誘導体、およびその任意の組合せを含むエステル置換基を有してもよい。
[00027]組成物に使用されるセルロースアセテートは、セルロースジアセテートまたはセルローストリアセテートであってもよい。一実施形態では、セルロースアセテートは、主にセルロースジアセテートを含む。例えば、セルロースアセテートは、1重量%未満のセルローストリアセテート、例えば約0.5重量%未満のセルローストリアセテートを含有し得る。セルロースジアセテートは、セルロースアセテートの90重量%超、例えばセルロースアセテートの約95重量%超、例えば約98重量%超、例えば約99重量%超を構成し得る。
[00028]一般に、セルロースアセテートは、約10,000超、例えば約20,000超、例えば約30,000超、例えば約40,000超、例えば約50,000超の分子量を有し得る。セルロースアセテートの分子量は、一般に、約300,000未満、例えば約250,000未満、例えば約200,000未満、例えば約150,000未満、例えば約100,000未満、例えば約90,000未満、例えば約70,000未満、例えば約50,000未満である。上で特定された分子量は、数平均分子量を指す。分子量は、ポリスチレン等価物または標準を使用したゲル浸透クロマトグラフィーを使用して決定され得る。
[00029]セルロースエステルポリマーまたはセルロースアセテートは、一般に、約0.5dL/g超、例えば約0.8dL/g超、例えば約1dL/g超、例えば約1.2dL/g超、例えば約1.4dL/g超、例えば約1.6dL/g超の固有粘度を有し得る。固有粘度は、一般に、約2dL/g未満、例えば約1.8dL/g未満、例えば約1.7dL/g未満、例えば約1.65dL/g未満である。固有粘度は、98/2wt/wtアセトン/水中0.20g/dLセルロースエステルの溶液を形成し、#25 Cannon-Ubbelohde粘度計において30℃で溶液および溶媒の流下時間を測定することによって測定されてもよい。次いで、固有粘度(「IV」)を決定するために修正Baker-Philippoff等式が使用されてもよく、これは、この溶媒系の場合、等式1である。
t1=溶液(セルロースエステルを有する)の平均流下時間、単位秒、t2=溶媒の平均流下時間、単位秒、k=溶媒定数(98/2wt/wtアセトン/水の場合、10)、およびc=濃度(0.200g/dL)。
[00030]セルロースアセテートは、一般に、約15重量%超の量、例えば約25重量%超の量、例えば約35重量%超の量、例えば約45重量%超の量、例えば約55重量%超の量でポリマー組成物中に存在する。セルロースアセテートは、一般に、約85重量%未満の量、例えば約80重量%未満の量、例えば約75重量%未満の量、例えば約70重量%未満の量、例えば約65重量%未満の量でポリマー組成物中に存在する。
[00031]上記のようなセルロースアセテートは、1種または複数の可塑剤と組み合わせられ得る。ポリマー組成物における使用に特によく適した可塑剤としては、トリアセチン、モノアセチン、ジアセチン、およびそれらの混合物が挙げられる。他の好適な可塑剤としては、トリス(クロロイソプロピル(clorisopropyl))ホスフェート、トリス(2-クロロ-1-メチルエチル)ホスフェート、クエン酸トリエチル、クエン酸アセチルトリエチル、グリセリン、またはそれらの混合物が挙げられる。
[00032]可塑剤の他の例としては、これらに限定されないが、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリブチル、リン酸トリフェニル、クエン酸アセチルトリブチル、トリブチル-o-アセチルシトレート、酒石酸ジブチル、エチルo-ベンゾイルベンゾエート、n-エチルトルエンスルホンアミド、o-クレシルp-トルエンスルホネート、芳香族ジオール、置換芳香族ジオール、芳香族エーテル、トリプロピオニン、トリベンゾイン、グリセリン、グリセリンエステル、グリセロールトリベンゾエート、グリセロールアセテートベンゾエート、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコールエステル、ポリエチレングリコールジエステル、ジ-2-エチルヘキシルポリエチレングリコールエステル、グリセロールエステル、ジエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリグリコールジグリシジルエーテル、ジメチルスルホキシド、N-メチルピロリジノン、プロピレンカーボネート、C1~C20ジカルボン酸エステル、アジピン酸ジメチル(および他のジアルキルエステル)、ジ-ブチルマレエート、ジ-オクチルマレエート、一酢酸レゾルシノール、カテコール、カテコールエステル、フェノール、エポキシ化ダイズ油、ヒマシ油、亜麻仁油、エポキシ化亜麻仁油、他の植物油、他の種子油、ポリエチレングリコールをベースとする二官能性グリシジルエーテル、アルキルラクトン(例えば、ガンマ-バレロラクトン)、アルキルホスフェートエステル、アリールホスフェートエステル、リン脂質、芳香剤(本明細書に記載されるいくつかのもの、例えば、オイゲノール、シンナミルアルコール、樟脳、メトキシヒドロキシアセトフェノン(アセトバニロン)、バニリンおよびエチルバニリンを含む)、2-フェノキシエタノール、グリコールエーテル、グリコールエステル、グリコールエステルエーテル、ポリグリコールエーテル、ポリグリコールエステル、エチレングリコールエーテル、プロピレングリコールエーテル、エチレングリコールエステル(例えば、エチレングリコールジアセテート)、プロピレングリコールエステル、ポリプロピレングリコールエステル、アセチルサリチル酸、アセトアミノフェン、ナプロキセン、イミダゾール、トリエタノールアミン、安息香酸、ベンジルベンゾエート、サリチル酸、4-ヒドロキシ安息香酸、プロピル-4-ヒドロキシベンゾエート、メチル-4-ヒドロキシベンゾエート、エチル-4-ヒドロキシベンゾエート、ベンジル-4-ヒドロキシベンゾエート、グリセリルトリベンゾエート、ネオペンチルジベンゾエート、トリエチレングリコールジベンゾエート、トリメチロールエタントリベンゾエート、ブチル化ヒドロキシトルエン、ブチル化ヒドロキシアニソール、ソルビトール、キシリトール、エチレンジアミン、ピペリジン、ピペラジン、ヘキサメチレンジアミン、トリアジン、トリアゾール、ピロールなど、その任意の誘導体、およびその任意の組合せが挙げられる。
[00033]一態様では、炭酸エステルは、可塑剤として役立ち得る。例示の炭酸エステルとしては、これらに限定されないが、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジフェニルカーボネート、フェニルメチルカーボネート、ジクレシルカーボネート、グリセリンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、イソプロピルフェニル2-エチルヘキシルカーボネート、フェニル2-エチルヘキシルカーボネート、イソプロピルフェニルイソデシルカーボネート、イソプロピルフェニルトリデシルカーボネート、フェニルトリデシルカーボネートなど、およびその任意の組合せが挙げられ得る。
[00034]なお別の態様では、可塑剤は、ポリオールベンゾエートであり得る。例示のポリオールベンゾエートとしては、これらに限定されないが、グリセリルトリベンゾエート、プロピレングリコールジベンゾエート、ジエチレングリコールジベンゾエート、ジプロピレングリコールジベンゾエート、トリエチレングリコールジベンゾエート、スクロースベンゾエート、ポリエチレングリコールジベンゾエート、ネオペンチルグリコールジベンゾエート、トリメチロールプロパントリベンゾエート、トリメチロールエタントリベンゾエート、ペンタエリスリトールテトラベンゾエート、スクロースベンゾエート(1~8の置換度を有する)、およびその組合せが挙げられ得る。一部の例では、グリセリルトリベンゾエートのようなトリベンゾエートが好ましい場合がある。一部の例では、ポリオールベンゾエートは、25℃で固体あり得、25℃で0.05g/100mL未満の水溶解度であり得る。
[00035]可塑剤もまた、バイオベースであってもよい。例えば、バイオベースの可塑剤を使用することで、ポリマー組成物を食料品との接触によく適したものすることができる。本開示の組成物における使用に特によく適したバイオベースの可塑剤としては、アルキルケタールエステル、非石油炭化水素エステル、1000以下の数平均分子量を有するバイオベースポリマーもしくはオリゴマー、例えばポリカプロラクトン、またはそれらの混合物が挙げられる。
[00036]一態様では、バイオベースの可塑剤は、以下に示される構造I:
[式中、aは、0~12であり、bは、0または1であり、各R1は、独立して、水素、ヒドロカルビル基または置換ヒドロカルビル基であり、各R2、R3およびR4は、独立して、メチレン、アルキルメチレンまたはジアルキルメチレンであり、xは、少なくとも1であり、yは、0または正の数であり、x+yは、少なくとも2であり、R6は、ヒドロカルビル基または置換ヒドロカルビル基であり、各Zは、独立して、-O-、-NH-または-NR-であり、Rは、ヒドロカルビル基または置換ヒドロカルビル基である]
に対応する化学構造を有するアルキルケタールエステルである。
に対応する化学構造を有するアルキルケタールエステルである。
[00037]上で特定された可塑剤は、ポリオール、アミノアルコールまたはポリアミン、ならびに特定のオキソカルボキシレートエステルの1,2-および/または1,3-アルカンジオールケタールの反応生成物に対応する。オキソカルボキシレートエステルの1,2-および1,3-アルカンジオールケタールは、本明細書において、「アルキルケタールエステル」と呼ばれる。ポリオール、アミノアルコールまたはポリアミンによって提供されるヒドロキシル基またはアミノ基1当量当たり最大1モルのアルキルケタールエステルが反応し得る。ポリオール、アミノアルコールまたはポリアミンは、最も好ましくは二官能性であるが、3つ以上のヒドロキシルおよび/またはアミノ基を有するポリオール、アミノアルコールおよびポリアミンが使用され得る。
[00038]構造I中のxおよびyの値は、ポリオール、アミノアルコールまたはポリアミンのヒドロキシル基またはアミノ基の数、ポリオール、アミノアルコールまたはポリアミン1モル当たりのアルキルケタールエステルのモル数、および完了に向かって反応が起こる程度に依存する。より大量のアルキルケタールエステルには、より小さい値のyおよびより大きい値のxが好ましい。
[00039]構造Iにおいて、yは、具体的には0~2であり、xは、具体的には少なくとも2である。構造Iのすべてのaは、具体的には2~12であり、より具体的には2~10であり、より具体的には2~8であり、より具体的には2~6であり、より具体的には2~4であり、より具体的には2である。すべてのR1は、具体的にはアルキル基、具体的にはメチルである。構造Iの一部の実施形態では、すべてのZは-O-であり、yは0であり、xは2であり、これらの生成物は、2モルのアルキルケタールエステルおよび1モルのジオールの反応に対応する。一部の他の実施形態では、すべてのZは-O-であり、yは1であり、xは1であり、これらの生成物は、1モルのアルキルケタールエステルおよび1モルのジオールの反応に対応する。
[00040]一実施形態では、すべてのbは0である。別の実施形態では、すべてのbは1である。
[00041]構造Iによる一部の具体的な化合物としては、特に、R6が、-(CH2)-m(式中、mは2~18、とりわけ2、3、4または6である)である構造:
[00041]構造Iによる一部の具体的な化合物としては、特に、R6が、-(CH2)-m(式中、mは2~18、とりわけ2、3、4または6である)である構造:
または、構造
または、構造
を有するものが挙げられる。具体的な一実施形態では、R6は、構造(Ia)
を生じる1,4-ブタンジオールのヒドロキシル基の除去後の残基に対応する。
[00042]別の具体的な実施形態では、R6は、構造(Ib)
[00042]別の具体的な実施形態では、R6は、構造(Ib)
を生じるジエチレングリコールのヒドロキシル基の除去後の残基に対応する。
[00043]別の具体的な実施形態では、R6は、構造(Ic)
[00043]別の具体的な実施形態では、R6は、構造(Ic)
を生じる2-メチル.1-3プロパンジオールのヒドロキシル基の除去後の残基に対応する。
[00044]構造Iによる化合物は、対応するポリオール、アミノアルコールまたはポリアミンと対応するアルキルケタールエステルとの間のエステル交換またはエステルアミノリシス反応において調製され得る。あるいは、構造Iによる化合物は、オキソカルボン酸をポリオール、アミノアルコールまたはポリアミンと反応させてエステルまたはアミドを形成し、次いで、エチレングリコールなどの1,2-または1,3-アルカンジオール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、2-メチル、1-3プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,2-ペンタンジオール、1,3-ペンタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、1,3-ヘキサンジオールなどの得られた生成物をケタール化することによって調製され得る。
[00044]構造Iによる化合物は、対応するポリオール、アミノアルコールまたはポリアミンと対応するアルキルケタールエステルとの間のエステル交換またはエステルアミノリシス反応において調製され得る。あるいは、構造Iによる化合物は、オキソカルボン酸をポリオール、アミノアルコールまたはポリアミンと反応させてエステルまたはアミドを形成し、次いで、エチレングリコールなどの1,2-または1,3-アルカンジオール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、2-メチル、1-3プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,2-ペンタンジオール、1,3-ペンタンジオール、1,2-ヘキサンジオール、1,3-ヘキサンジオールなどの得られた生成物をケタール化することによって調製され得る。
[00045]アルキルケタールエステル可塑剤は、1種または複数の他の可塑剤と併せて使用するのに特によく適している。例えば、一態様では、アルキルケタールエステル可塑剤は、ベンゾエートエステルと組み合わせられ得る。2種の可塑剤間の重量比は、約1:10~約10:1、例えば約1:4~約4:1など変動し得る。
[00046]本開示のポリマー組成物に組み込まれてもよい別のバイオベースの可塑剤は、非石油炭化水素エステルである。例えば、非石油炭化水素エステルの一例は、Chicago、IllinoisのHall Star Companyによって商品名HALLGREENで販売されている。例えば、非石油炭化水素エステル可塑剤は、約50重量%超、例えば約70重量%超、例えば約99重量%超のバイオベースの含有量を含有し得る。例えば、エステルは、農業、山林または海洋材料に主に由来し得、したがって、生分解性である。一態様では、非石油炭化水素エステル可塑剤は、25℃において約1.16以上、例えば約1.165以上、例えば約1.17以上、例えば約1.74以上、かつ一般に、約1.19以下、例えば約1.185以下、例えば約1.18以下、例えば約1.78以下の比重を有する。非石油炭化水素エステル可塑剤は、約0.5mgKOH/g~約0.6mgKOH/g、例えば約0.53mgKOH/g~約0.57mgKOH/gの酸価を有し得る。
[00047]別の態様では、ポリマー組成物は、バイオベースのポリエステル、例えば比較的低分子量を有するバイオベースの脂肪族ポリエステルであるバイオベースの可塑剤を含有する。例えば、可塑剤は、約1000未満、例えば約900未満、例えば約800未満、かつ一般に、約500超の数平均分子量を有するバイオベースのポリエステルポリマーを含み得る。一実施形態では、バイオベースの可塑剤は、1000以下の数平均分子量を有するポリカプロラクトンである。あるいは、バイオベースの可塑剤は、1000以下の数平均分子量を有するポリヒドロキシアルカノエートであってもよい。
[00048]一態様では、可塑剤は、フタレートを含まない。実際、ポリマー組成物は、フタレートを含まないように配合され得る。例えば、フタレートは、約0.5%以下の量、例えば約0.1%以下の量でポリマー組成物中に存在し得る。
[00049]一般に、1種または複数の可塑剤は、約8重量%~約40重量%の量、例えば約12重量%~約35重量%の量でポリマー組成物中に存在し得る。しかしながら、過去、溶融加工することが可能なセルロースアセテート組成物を生成するためには、比較的大量の可塑剤が必要であると考えられていた。しかしながら、可塑剤の量は、組成物の溶融加工特徴を損なうことなく大幅かつ劇的に低減され得る。例えば、一態様では、1種または複数の可塑剤は、約19%以下の量、例えば約17%以下の量、例えば約15%以下の量、例えば約13%以下の量、例えば約10%以下の量でポリマー組成物中に存在し得る。1種または複数の可塑剤は、一般に、約5%以上の量、例えば約10%以上の量で存在する。
[00050]セルロースアセテートは、可塑剤に関して、セルロースアセテートと1種または複数の可塑剤との間の重量比が約60:40~約85:15、例えば約70:30~約80:20であるように存在し得る。一実施形態では、セルロースアセテート対可塑剤の重量比は、約75:25である。
[00051]本開示によると、セルロースアセテートおよび1種または複数の可塑剤は、1種または複数の酸捕捉剤と組み合わせられて、酢酸放出などの酸放出を低減する。酸捕捉剤として使用され得る化合物としては、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、またはそれらの混合物が挙げられる。例えば、酸捕捉剤は、炭酸塩、酸化物、水酸化物、アミン、またはそれらの混合物であり得る。
[00052]一態様では、酸捕捉剤は、亜鉛化合物、例えば酸化亜鉛である。亜鉛化合物は、本開示に従って配合されたポリマー組成物において特に効果的であることが見出された。特に効果的な酸捕捉剤パッケージは、別の酸捕捉剤と組み合わせて亜鉛化合物を含む。他の酸捕捉剤は、他の金属塩、例えば、炭酸塩、酸化物または水酸化物を含み得る。例えば、一態様では、亜鉛化合物は、炭酸塩、例えば炭酸カルシウムと組み合わせられ得る。亜鉛化合物と他の酸捕捉剤との間の重量比は、約10:1~約1:10、例えば約5:1~約1:5であり得る。
[00053]別の態様では、酸捕捉剤は、アルミニウムナトリウムカーボネート化合物、ケイ酸アルミニウム、マグネシウム化合物、例えば、酸化マグネシウムまたは水酸化マグネシウム、およびそれらの混合物を含み得る。
[00054]なお別の態様では、酸捕捉剤は、ハイドロタルサイトを含み得る。ハイドロタルサイトは、単独で、または別の酸捕捉剤、例えば亜鉛化合物と併せて使用されてもよい。ハイドロタルサイトは、以下の化学式:
Mg6Al2CO3(OH)16・4(H2O)
を有し得る。
Mg6Al2CO3(OH)16・4(H2O)
を有し得る。
[00055]酸捕捉剤、例えばハイドロタルサイトは、場合によりコーティングされてもよい。コーティングの例としては、脂肪酸(例えば、より高級脂肪酸)、アニオン性界面活性剤、ホスフェート、カップリング剤、ならびに多価アルコールおよび脂肪酸のエステルが挙げられる。一部の実施形態では、具体例として、10個以上の炭素原子を有する脂肪酸、例えば、ステアリン酸、エルカ酸、パルミチン酸、ラウリン酸およびベヘン酸;より高級脂肪酸のアルカリ金属塩、ステアリルアルコールおよびオレイルアルコールなどの高級アルコールの硫酸エステル塩;アニオン性界面活性剤、例えば、ポリエチレングリコールエーテルの硫酸エステル塩、アミド結合硫酸エステル塩、エステル結合硫酸エステル塩、エステル結合スルホン酸塩、アミド結合スルホン酸塩、エーテル結合スルホン酸塩、エーテル結合アルキルアリールスルホン酸塩、エステル結合アルキルアリールスルホン酸塩およびアミド結合アルキルアリールスルホン酸塩;ホスフェート、例えば、オルトリン酸の酸およびアルカリ金属塩およびアミン塩ならびにモノ-またはジ-エステル、例えばオレイルアルコールおよびステアリルアルコール、またはそれらの混合物;シランカップリング剤、例えば、ビニルエトキシシラン、ビニル-トリス(2-メトキシ-エトキシ)シラン、γ-メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシランおよびγ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン;チタネート系カップリング剤、例えば、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリス(ジオクチルピロホスフェート)チタネート、イソプロピルトリ(N-アミノエチル-アミノエチル)チタネートおよびイソプロピルトリデシルベンゼンスルホニルチタネート;アルミニウム系カップリング剤、例えば、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート;ならびに多価アルコールおよび脂肪酸のエステル、例えば、グリセリンモノステアレートおよびグリセリンモノオレエートが挙げられる。
[00056]上記のように、酸捕捉剤は、極度にかつ驚くほど低濃度のポリマー組成物内でさえ酸放出を防止するのに非常に効果的であり得る。例えば、ポリマー組成物内の酸捕捉剤濃度は、約2.5重量%以下、例えば約2重量%以下、例えば約1.5重量%以下、例えば約1重量%以下、例えば約0.5重量%以下であり得る。例えば、1種または複数の酸捕捉剤は、約250ppm未満、例えば約200ppm未満、例えば約150ppm未満、例えば約100ppm未満、例えば約50ppm未満の濃度でポリマー組成物中に存在し得る。酸捕捉剤濃度は、約20ppm超、例えば約50ppm超であり得る。
[00057]上で示されるように、本開示の酸捕捉剤は、酢酸などの酸の形成および/またはポリマー組成物からの放出を防止するために必要な投入量の点で、高度に効率的であることが見出された。より少ない量の酸捕捉剤をポリマー組成物に組み込むことで、ポリマー加工および最終ポリマー特性に対する影響が低くなる。
[00058]上記のような酸捕捉剤に加えて、ポリマー組成物はまた、臭気マスキング剤を含有し得る。臭気マスキング剤は、例えば、臭気を吸収しおよび/またはそれ自体の臭気を生成し得る。組成物に組み込まれてもよいマスキング剤としては、ゼオライト、特に合成ゼオライト、香料などが挙げられる。
[00059]セルロースアセテート、1種または複数の可塑剤および1種または複数の酸捕捉剤はまた、セルロースアセテートおよび1種または複数の可塑剤とは異なる1種または複数のバイオベースポリマーと組み合わせられ得る。本明細書で使用される場合、「バイオベース(の)」ポリマーまたは可塑剤は、少なくとも部分的に再生可能なバイオマス資源から生成された、例えば植物質または食品廃棄物から生成されたポリマー、オリゴマーまたは化合物を指す。例えば、バイオベースポリマーは、30%超の再生可能資源、例えば約40%超の再生可能資源、例えば約50%超の再生可能資源、例えば約60%超の再生可能資源、例えば約70%超の再生可能資源、例えば約80%超の再生可能資源、例えば約90%超の再生可能資源から生成されたポリマーであり得る。バイオベースポリマーは、石油などの化石資源由来のポリマーとは区別される。バイオベースポリマーは、ポリマーが生物資源に由来するか、または生物学的反応を介して、例えば、発酵もしくは他の微生物プロセスにより、生成されるバイオ由来の手段であり得る。セルロースエステルポリマーはバイオベースポリマーと考えることができるが、本明細書においてこの用語は、セルロースエステルポリマーと組み合わせられ得る他のバイオベースの物質を指す。
[00060]一態様では、バイオベースポリマーは、ポリエステルポリマー、例えば脂肪族ポリエステルであり得る。ポリマー組成物に組み込まれてもよい特定のバイオベースポリマーとしては、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、またはそれらの混合物が挙げられる。
[00061]一態様では、セルロースアセテートの物理特性は、少なくとも1種のバイオベースポリマーが、低ガラス転移温度を有するおよび/または非晶質もしくは半結晶性であるセルロースアセテートと組み合わせられる場合に、特に改善され得る。例えば、バイオベースポリマーは、完全にもしくは実質的に非晶質であるか、または低結晶化度を有するセルロースアセテートと組み合わせるように選択され得る。結晶化度は、格子構造を有する規則的な状態で存在するポリマーの分率である。例えば、セルロースアセテートと組み合わせられたバイオベースポリマーは、約30%未満、例えば約25%未満、例えば約20%未満、例えば約15%未満、例えば約10%未満、例えば約5%未満の結晶化度を有し得る。結晶化度は、X線および電子回折、示差走査熱量測定、赤外吸収(FTIR)またはラマン分光法を使用して決定され得る。
[00062]セルロースアセテートと組み合わせられる少なくとも1種のバイオベースポリマーはまた、比較的低いガラス転移温度を有し得る。例えば、バイオベースポリマーのガラス転移温度は、約40℃未満、例えば約20℃未満、例えば約10℃未満、例えば約5℃未満、例えば約0℃未満、例えば約-5℃未満、例えば約-10℃未満、例えば約-20℃未満であり得る。ガラス転移温度(Tg)は、一般に、約-40℃超、例えば約-30℃超である。
[00063]比較すると、セルロースアセテートのガラス転移温度は、一般に、160℃~180℃である。ガラス転移温度の差は、適合性の問題につながり得る。しかしながら、これとは反対に、低ガラス転移温度および/または低結晶化度を有するバイオベースポリマーの使用は、セルロースアセテートと適合性であるだけでなく、破断伸びおよび靱性を含むセルロースアセテートの多くの物理特性を改善することが見出された。上記のようなバイオベースポリマーの添加はまた、曲げ弾性率も低減し得る。
[00064]一態様では、セルロースアセテートと組み合わせられる少なくとも1種のバイオベースポリマーは、ポリヒドロキシアルカノエートである。ポリヒドロキシアルカノエートは、ホモポリマーまたはコポリマーであり得る。「PHA」としても公知のポリヒドロキシアルカノエートは、糖または脂質の細菌発酵によって自然に生成される直鎖状ポリエステルである。100種を超える異なるモノマーが、このファミリー内で組み合わせられて、極度に異なる特性を有する材料を得ることができる。一般に、それらは、40~180℃の範囲の融点を有する熱可塑性またはエラストマー材料のいずれかであり得る。最も一般的な種類のPHAは、PHB(ポリ-ベータ-ヒドロキシブチレート)である。ポリ(3-ヒドロキシブチレート)(PHB)は、現在多数の野生細菌種または遺伝子修飾細菌または酵母などの細胞壁の内側で微生物により生成される天然に存在する熱可塑性ポリマーの一種である。PHBは生分解性であり、処分後の環境問題を提示しない、つまり、PHBから作製された物品は堆肥になり得る。
[00065]PHAを生成するために使用される1種または複数のモノマーは、ポリマーの物理特性に大きな影響を与え得る。例えば、結晶性、半結晶性または完全に非晶質のPHAが生成され得る。例えば、ポリ-4-ヒドロキシブチレートホモポリマーは、完全に非晶質であり、約-30℃未満のガラス転移温度を有し、検知可能な融点を有さない。ポリヒドロキシブチレート-バレレートコポリマーもまた、低硬度特徴を有する半結晶性から非晶質になるように配合され得る。
[00066]PHAに組み込まれ得るモノマー単位の例としては、2-ヒドロキシブチレート、グリコール酸、3-ヒドロキシブチレート(以下、3HBと呼ぶ)、3-ヒドロキシプロピオネート(以下、3HPと呼ぶ)、3-ヒドロキシバレレート(以下、3HVと呼ぶ)、3-ヒドロキシヘキサノエート(以下、3HHと呼ぶ)、3-ヒドロキシヘプタノエート(以下、3HHと呼ぶ)、3-ヒドロキシオクタノエート(以下、3HOと呼ぶ)、3-ヒドロキシノナノエート(以下、3HNと呼ぶ)、3-ヒドロキシデカノエート(以下、3HDと呼ぶ)、3-ヒドロキシドデカノエート(以下、3HDdと呼ぶ)、4-ヒドロキシブチレート(以下、4HBと呼ぶ)、4-ヒドロキシバレレート(以下、4HVと呼ぶ)、5-ヒドロキシバレレート(以下、5HVと呼ぶ)、および6-ヒドロキシヘキサノエート(以下、6HHと呼ぶ)が挙げられる。PHAに組み込まれる3-ヒドロキシ酸モノマーは、キラル中心を有さない3HPを除き、(D)または(R)3-ヒドロキシ酸異性体である。
[00067]一部の実施形態では、本明細書に記載の方法におけるPHAは、ホモポリマーである(すべてのモノマー単位が同じである)。PHAホモポリマーの例としては、ポリ3-ヒドロキシアルカノエート(例えば、ポリ3-ヒドロキシプロピオネート(以下、P3HPと呼ぶ))、ポリ3-ヒドロキシブチレート(以下、P3HBと呼ぶ)、およびポリ3-ヒドロキシバレレート、ポリ4-ヒドロキシアルカノエート(例えば、ポリ4-ヒドロキシブチレート(以下、P4HBと呼ぶ))、ポリ4-ヒドロキシバレレート(以下、P4HVと呼ぶ))、またはポリ5-ヒドロキシアルカノエート(例えば、ポリ5-ヒドロキシバレレート(以下、P5HVと呼ぶ))が挙げられる。
[00068]ある特定の実施形態では、PHAは、異なるモノマーがポリマー鎖中にランダムに分布したコポリマー(2種以上の異なるモノマー単位を含有する)であり得る。PHAコポリマーの例としては、ポリ3-ヒドロキシブチレート-co-3-ヒドロキシプロピオネート(以下、PHB3HPと呼ぶ)、ポリ3-ヒドロキシブチレート-co-4-ヒドロキシブチレート(以下、P3HB4HBと呼ぶ)、ポリ3-ヒドロキシブチレート-co-4-ヒドロキシバレレート(以下、PHB4HVと呼ぶ)、ポリ3-ヒドロキシブチレート-co-3-ヒドロキシバレレート(以下、PHB3HVと呼ぶ)、ポリ3-ヒドロキシブチレート-co-3-ヒドロキシヘキサノエート(以下、PHB3HHと呼ぶ)、およびポリ3-ヒドロキシブチレート-co-5-ヒドロキシバレレート(以下、PHB5HVと呼ぶ)が挙げられる。
[00069]4つの異なるモノマー単位を有するPHAの例は、PHB-co-3HH-co-3HO-co-3HDまたはPHB-co-3-HO-co-3HD-co-3HDdである。典型的には、PHB3HXが3つ以上のモノマー単位を有する場合、3HBモノマーは、全モノマーの少なくとも70重量%、例えば全モノマーの90重量%超である。
[00070]本開示の一実施形態では、セルロースアセテートは、約25%以下の結晶化度を有し、低ガラス転移温度を有するPHAと組み合わせられる。例えば、ガラス転移温度は、約10℃未満、例えば約5℃未満、例えば約0℃未満、例えば約-5℃未満、かつ一般に、約-40℃超、例えば約-20℃超であり得る。そのようなPHAは、セルロースアセテートの硬度特性を劇的に低減し得、それによって、伸び特性が上昇し、曲げ弾性率特性が減少する。本明細書で使用される場合、ガラス転移温度は、ASTM試験E1640-09に従う動的機械分析によって決定され得る。
[00071]存在する場合、1種または複数のPHAが、約2%以上、例えば約3%以上、例えば約5%以上、例えば約7%以上、例えば約10%以上、例えば約12%以上、例えば約15%以上、例えば約18%以上の量でポリマー組成物中に含有され得る。1種または複数のPHAは、一般に、約30%以下の量、例えば約25%以下の量、例えば約20%以下の量、例えば約15%以下の量でポリマー組成物中に存在する。
[00072]1種または複数のPHAに加えて、ポリマー組成物は、種々の他のバイオベースポリマー、例えば、ポリ乳酸またはポリカプロラクトンを含有し得る。「PLA」としても公知のポリ乳酸は、1種または複数のPHAと組み合わせるのによく適している。ポリ乳酸ポリマーは、一般に、PHAよりも硬く、より剛性であるため、全配合物の特性をさらに調整するためにポリマー組成物に添加され得る。
[00073]ポリ乳酸は、一般に、乳酸の任意の異性体のモノマー単位、例えば、左旋性(levorotory)-乳酸(「L-乳酸」)、右旋性-乳酸(「D-乳酸」)、メソ-乳酸またはそれらの混合物から誘導され得る。モノマー単位はまた、L-ラクチド、D-ラクチド、メソ-ラクチド、またはそれらの混合物を含む乳酸の任意の異性体の無水物から形成されてもよい。そのような乳酸および/またはラクチドの環式二量体もまた、用いられてもよい。任意の公知の重合方法、例えば、重縮合または開環重合が、乳酸を重合するために使用されてもよい。少量の鎖伸長剤(例えば、ジイソシアネート化合物、エポキシ化合物または酸無水物)もまた、用いられてもよい。ポリ乳酸は、ホモポリマーであってもよく、またはL-乳酸由来のモノマー単位およびD-乳酸由来のモノマー単位を含有するものなどのコポリマーであってもよい。必要なわけではないが、L-乳酸由来のモノマー単位およびD-乳酸由来のモノマー単位のうちの1種の含有量は、好ましくは約85モル%以上、一部の実施形態では、約90モル%以上、一部の実施形態では約95モル%以上である。各々L-乳酸由来のモノマー単位とD-乳酸由来のモノマー単位との間の異なる比を有する複数のポリ乳酸が、任意のパーセンテージでブレンドされてもよい。
[00074]特定の一実施形態では、ポリ乳酸は、以下の一般構造:
を有する。
[00075]ポリ乳酸は、典型的には、1モル当たり約40,000~約160,000グラム、一部の実施形態では、1モル当たり約50,000~約140,000グラム、一部の実施形態では、1モル当たり約80,000~約120,000グラムの範囲の数平均分子量(「Mn」)を有する。同様に、ポリマーはまた、典型的には、1モル当たり約80,000~約200,000グラム、一部の実施形態では、1モル当たり約100,000~約180,000グラム、一部の実施形態では、1モル当たり約110,000~約160,000グラムの範囲の重量平均分子量(「Mw」)を有する。重量平均分子量対数平均分子量の比(「Mw/Mn」)、すなわち、「多分散指数」もまた、比較的低い。例えば、多分散指数は、典型的には、約1.0~約3.0、一部の実施形態では、約1.1~約2.0、一部の実施形態では、約1.2~約1.8の範囲である。重量および数平均分子量は、当業者に公知の方法によって決定されてもよい。
[00075]ポリ乳酸は、典型的には、1モル当たり約40,000~約160,000グラム、一部の実施形態では、1モル当たり約50,000~約140,000グラム、一部の実施形態では、1モル当たり約80,000~約120,000グラムの範囲の数平均分子量(「Mn」)を有する。同様に、ポリマーはまた、典型的には、1モル当たり約80,000~約200,000グラム、一部の実施形態では、1モル当たり約100,000~約180,000グラム、一部の実施形態では、1モル当たり約110,000~約160,000グラムの範囲の重量平均分子量(「Mw」)を有する。重量平均分子量対数平均分子量の比(「Mw/Mn」)、すなわち、「多分散指数」もまた、比較的低い。例えば、多分散指数は、典型的には、約1.0~約3.0、一部の実施形態では、約1.1~約2.0、一部の実施形態では、約1.2~約1.8の範囲である。重量および数平均分子量は、当業者に公知の方法によって決定されてもよい。
[00076]ポリ乳酸はまた、190℃の温度および1000秒-1のせん断速度で決定して、約50~約600パスカル秒(Pa・秒)、一部の実施形態では、約100~約500Pa・秒、一部の実施形態では、約200~約400Pa・秒の見かけ粘度を有し得る。ポリ乳酸のメルトフローレート(乾燥基準で)はまた、2160グラムの荷重および190℃で決定して、10分当たり約0.1~約40グラム、一部の実施形態では、10分当たり約0.5~約20グラム、一部の実施形態では、10分当たり約5~約15グラムの範囲であり得る。
[00077]ポリ乳酸は、約1%以上の量、例えば約3%以上の量、例えば約5%以上の量、かつ一般に、約20%以下の量、例えば約15%以下の量、例えば約10%以下の量、例えば約8%以下の量でポリマー組成物中に存在し得る。
[00078]上記のように、セルロースアセテートと単独でまたは他のバイオベースポリマーと併せて組み合わせられてもよい別のバイオベースポリマーは、ポリカプロラクトン可塑剤の分子量よりも高い分子量を有するポリカプロラクトンである。PHAと同様にポリカプロラクトンは、比較的低いガラス転移温度を有するように配合され得る。例えば、ガラス転移温度は、約10℃未満、例えば約-5℃未満、例えば約-20℃未満、かつ一般に、約-60℃超であり得る。ポリマーは、非晶質または半結晶性であるように生成され得る。ポリマーの結晶化度は、約50%未満、例えば約25%未満であり得る。
[00079]ポリカプロラクトンは、一般に約5,000超、例えば約8,000超、かつ一般に、約15,000未満、例えば約12,000未満の数平均分子量を有して作製され得る。
[00080]ポリカプロラクトンは、約2%以上、例えば約3%以上、例えば約5%以上、例えば約7%以上、例えば約10%以上、例えば約12%以上、例えば約15%以上、例えば約18%以上の量でポリマー組成物中に含有され得る。ポリカプロラクトンは、一般に、約30%以下の量、例えば約25%以下の量、例えば約20%以下の量、例えば約15%以下の量でポリマー組成物中に存在する。
[00081]ポリマー組成物に組み込まれてもよい他のバイオベースポリマーとしては、ポリブチレンスクシネート、ポリブチレンアジペートテレフタレート、可塑化デンプン、他のデンプンベースのポリマーなどが挙げられる。さらに、バイオベースポリマーは、再生可能資源から作製されたポリオレフィンまたはポリエステルポリマーであり得る。例えば、そのようなポリマーとしては、バイオベースのポリエチレン、バイオベースのポリブチレンテレフタレートなどが挙げられる。
[00082]本開示のポリマー組成物は、場合により、種々の他の添加剤および成分を含有してもよい。例えば、ポリマー組成物は、酸化防止剤、顔料、滑沢剤、軟化剤、抗菌剤、抗真菌剤、保存剤、難燃剤、およびその組合せを含有してもよい。上記の添加剤の各々は、一般に、約5%以下の量、例えば約2%以下の量、かつ一般に、約0.1%以上の量、例えば約0.3%以上の量でポリマー組成物中に存在し得る。
[00083]本明細書に記載のセルロースエステルプラスチックと併せて使用するのに好適な難燃剤としては、一部の実施形態では、これらに限定されないが、シリカ、金属酸化物、リン酸塩、カテコールホスフェート、レゾルシノールホスフェート、ホウ酸塩、無機水酸化物、芳香剤ポリハライドなど、およびその任意の組合せが挙げられ得る。
[00084]本明細書に記載のセルロースエステルプラスチックと併せて使用するのに好適な抗真菌および/または抗菌剤としては、一部の実施形態では、これらに限定されないが、ポリエン抗真菌剤(例えば、ナタマイシン、リモシジン(rimocidin)、フィリピン、ナイスタチン、アムホテリシンB、カンジシン(candicin)およびハマイシン)、イミダゾール抗真菌剤、例えば、ミコナゾール(MICATIN(登録商標)としてWellSpring Pharmaceutical Corporationから入手可能)、ケトコナゾール(NIZORAL(登録商標)としてMcNeil consumer Healthcareから市販)、クロトリマゾール(LOTRAMIN(登録商標)およびLOTRAMIN AF(登録商標)としてMerckから、ならびにCANESTEN(登録商標)としてBayerから市販)、エコナゾール、オモコナゾール、ビホナゾール、ブトコナゾール、フェンチコナゾール、イソコナゾール、オキシコナゾール、セルタコナゾール(ERTACZO(登録商標)としてOrthoDematologicsから市販)、スルコナゾールおよびチオコナゾール;トリアゾール抗真菌剤、例えば、フルコナゾール、イトラコナゾール、イサブコナゾール、ラブコナゾール、ポサコナゾール、ボリコナゾール、テルコナゾールおよびアルバコナゾール)、チアゾール抗真菌剤(例えば、アバファンギン)、アリルアミン抗真菌剤(例えば、テルビナフィン(LAMISIL(登録商標)としてNovartis Consumer Health, Inc.から市販)、ナフチフィン(NAFTIN(登録商標)としてMerz Pharmaceuticalsから市販)、およびブテナフィン(LOTRAMIN ULTRA(登録商標)としてMerckから市販)、エキノカンジン抗真菌剤(例えば、アニデュラファンギン、カスポファンギン、およびミカファンギン)、ポリゴジアル、安息香酸、シクロピロックス、トルナフタート(例えば、TINACTIN(登録商標)としてMDS Consumer Care,Inc.から市販)、ウンデシレン酸、フルシトシン、5-フルオロシトシン、グリセオフルビン、ハロプロジン、カプリル酸、ならびにその任意の組合せが挙げられ得る。
[00085]一部の実施形態では、本明細書に記載のセルロースエステルプラスチックと併せて使用するのに好適な保存剤としては、これらに限定されないが、ベンゾエート、パラベン(例えば、プロピル-4-ヒドロキシベンゾエート系)など、およびその任意の組合せが挙げられる。
[00086]一部の実施形態では、本明細書に記載のセルロースエステルプラスチックと併せて使用するのに好適な顔料および染料としては、これらに限定されないが、草木染料、植物染料、二酸化チタン、二酸化ケイ素、タートラジン、E102、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、キナクリドン、ペリレンテトラカルボン酸ジ-イミド、ジオキサジン、ペリノンジスアゾ顔料、アントラキノン顔料、カーボンブラック、金属粉末、酸化鉄、ウルトラマリン、炭酸カルシウム、カオリン粘土、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、液体および/または顆粒形態のCARTASOL(登録商標)染料(カチオン染料、Clariant Servicesから入手可能)(例えば、CARTASOL(登録商標)Brilliant Yellow K-6G液体、CARTASOL(登録商標)Yellow K-4GL液体、CARTASOL(登録商標)Yellow K-GL液体、CARTASOL(登録商標)Orange K-3GL液体、CARTASOL(登録商標)Scarlet K-2GL液体、CARTASOL(登録商標)Red K-3BN液体、CARTASOL(登録商標)Blue K-5R液体、CARTASOL(登録商標)Blue K-RL液体、CARTASOL(登録商標)Turquoise K-RL液体/顆粒、CARTASOL(登録商標)Brown K-BL液体)、FASTUSOL(登録商標)染料(助色団、BASFから入手可能)(例えば、Yellow 3GL、Fastusol C Blue 74L)など、その任意の誘導体、およびその任意の組合せが挙げられ得る。
[00087]一部の実施形態では、本明細書に記載のセルロースエステルプラスチックと併せて使用するのに好適な顔料および染料は、食品グレードの顔料および染料であってもよい。一部の実施形態では、食品グレードの顔料および染料の例としては、これらに限定されないが、草木染料、植物染料、二酸化チタンなど、およびその任意の組合せが挙げられ得る。
[00088]一部の実施形態では、酸化防止剤は、保存、輸送および/または実施中、本明細書に記載のセルロースエステルプラスチックの酸化および/または化学分解を軽減し得る。一部の実施形態では、本明細書に記載のセルロースエステルプラスチックと併せて使用するのに好適な酸化防止剤としては、これらに限定されないが、アントシアニン、アスコルビン酸、グルタチオン、リポ酸、尿酸、レスベラトロール、フラボノイド、カロチン(例えば、ベータ-カロチン)、カロテノイド、トコフェロール(例えば、アルファ-トコフェロール、ベータ-トコフェロール、ガンマ-トコフェロールおよびデルタ-トコフェロール)、トコトリエノール、トコフェロールエステル(例えば、トコフェロールアセテート)、ユビキノール、没食子酸、メラトニン、第2級芳香剤アミン、ベンゾフラノン、ヒンダードフェノール、ポリフェノール、ヒンダードアミン、有機リン化合物、チオエステル、ベンゾエート、ラクトン、ヒドロキシアミン、ブチル化ヒドロキシトルエン(「BHT」)、ブチル化ヒドロキシアニソール(「BHA」)、ヒドロキノンなど、その任意の組合せが挙げられ得る。
[00089]一部の実施形態では、本明細書に記載のセルロースエステルプラスチックと併せて使用するのに好適な酸化防止剤は、食品グレードの酸化防止剤であってもよい。一部の実施形態では、食品グレードの酸化防止剤の例としては、これらに限定されないが、アスコルビン酸、ビタミンA、トコフェロール、トコフェロールエステル、ベータ-カロチン、フラボノイド、BHT、BHA、ヒドロキノンなど、およびその任意の組合せが挙げられ得る。
[00090]本開示のポリマー組成物は、当技術分野で公知の任意の技術を使用して、任意の好適なポリマー物品に形成され得る。例えば、ポリマー物品は、押出、射出成形、吹込み成形などによりポリマー組成物から形成され得る。
[00091]本開示に従って配合されたポリマー組成物は、過去に配合された多くのセルロースアセテート組成物に関して多くの改善された特性および特徴を示すことができる。
[00092]例えば、本開示のポリマー組成物は、約2000MPa以下、例えば約1900MPa以下、例えば約1800MPa以下、例えば約1700MPa以下、例えば約1600MPa以下の曲げ弾性率を示すように配合され得る。曲げ弾性率は、約500MPa以上、例えば約700MPa以上、例えば約1000MPa以上、例えば約1200MPa以上であり得る。ポリマー組成物の曲げ弾性率は、ISO試験178:2010によって測定されてもよい。
[00092]例えば、本開示のポリマー組成物は、約2000MPa以下、例えば約1900MPa以下、例えば約1800MPa以下、例えば約1700MPa以下、例えば約1600MPa以下の曲げ弾性率を示すように配合され得る。曲げ弾性率は、約500MPa以上、例えば約700MPa以上、例えば約1000MPa以上、例えば約1200MPa以上であり得る。ポリマー組成物の曲げ弾性率は、ISO試験178:2010によって測定されてもよい。
[00093]本開示のポリマー組成物は、約2000MPa以下、例えば約1900MPa以下、例えば約1800MPa以下、例えば約1700MPa以下、例えば約1600MPa以下の引張弾性率を示し得る。引張弾性率は、約800MPa以上、例えば約900MPa以上、例えば約1000MPa以上、例えば約1200MPa以上であり得る。ポリマー組成物の引張弾性率は、ISO試験527-1:2012によって測定され得る。
[00094]本開示のポリマー組成物はまた、改善された伸縮特徴を示し得る。例えば、ポリマー組成物は、約10%以上、例えば約12%以上、例えば約15%以上、例えば約20%以上、例えば約30%以上、例えば約40%以上、例えば約50%以上、例えば約60%以上、約70%以上、例えば約80%以上の破断伸びを示し得る。破断伸びは、約500%未満、例えば約400%未満、例えば約200%未満、例えば約150%未満であり得る。破断伸びは、ISO試験527-1:2012に従って測定され得る。
[00095]一態様では、セルロースアセテートを含有するポリマー組成物は、ポリマー組成物が、ポリプロピレンなどの石油系ポリマーに非常に匹敵する特性を有するように配合され得る。石油系ポリマーの物理特性に一致させることによって、本開示のポリマー組成物は、多くの様々な最終使用用途においてそれらのポリマーを置き換えるのによく適している。
[00096]本開示に従って作製されてもよいポリマー物品としては、飲用ストロー、飲料ホルダー、自動車部品、ノブ、ドアハンドル、民生機器部品などが挙げられる。
[00097]例えば、図1を参照すると、本開示に従って作製され得る飲用ストロー10が示される。過去、飲用ストローは、ポリプロピレンなどの石油系ポリマーから従来作製されていた。しかしながら、本開示のセルロースアセテートポリマー組成物は、ポリプロピレンの物理特性に一致するように配合され得る。したがって、飲用ストロー10は、本開示に従って生成され、完全に生分解性であり得る。
[00097]例えば、図1を参照すると、本開示に従って作製され得る飲用ストロー10が示される。過去、飲用ストローは、ポリプロピレンなどの石油系ポリマーから従来作製されていた。しかしながら、本開示のセルロースアセテートポリマー組成物は、ポリプロピレンの物理特性に一致するように配合され得る。したがって、飲用ストロー10は、本開示に従って生成され、完全に生分解性であり得る。
[00098]図2を参照すると、やはり本開示に従って作製され得るカップまたは飲料ホルダー20が示される。カップ20は、例えば、射出成形を使用して、または任意の好適な熱形成プロセスにより作製され得る。図7に示されるように、カップ20の蓋22もまた本開示のポリマー組成物から作製され得る。蓋は、カップ20から飲料を分注するための注ぎ口24を含み得る。飲料ホルダー用の蓋に加えて、本開示のポリマー組成物は、食品容器、パッケージ容器、保存容器などを含むすべての異なる種類の容器用の蓋を作製するために使用され得る。
[00099]なお別の実施形態では、ポリマー組成物は、図3に示されるような熱飲料ポッド30を生成するために使用され得る。飲料ポッド30に加えて、ポリマー組成物はまた、水ボトルまたは他のスポーツドリンク容器として役立ち得る、図4に示されるようなプラスチックボトル40を生成するために使用され得る。
[000100]図5を参照すると、自動車の内装が例示される。自動車の内装は、本開示に従って作製されてもよい種々の自動車部品を含む。例えば、ポリマー組成物は、内装ドアハンドルの少なくとも一部を含む自動車部品50を生成するために使用され得る。ポリマー組成物はまた、ステアリングコラムの部品、例えば自動車部品60を生成するために使用されてもよい。一般に、ポリマー組成物は、任意の好適な装飾的ガーニッシュまたはベゼル、例えばガーニッシュ70を成形するために使用され得る。さらに、ポリマー組成物は、車両の内装で使用されてもよいノブまたはハンドルを生成するために使用され得る。
[000101]ポリマー組成物はまた、カトラリー、例えば、フォーク、スプーンおよびナイフを生成するのによく適している。例えば、図6を参照すると、使い捨てカトラリー80が示される。カトラリー80は、ナイフ82、フォーク84、およびスプーン86を含む。
[000102]なお別の実施形態では、ポリマー組成物は、図8に示されるような保存容器90を生成するために使用され得る。保存容器90は、基部92の縁と働き合い、嵌合する蓋94を含み得る。基部92は、品目を保持するための内部容積を画定し得る。容器90は、食料品または乾燥品を保持するために使用され得る。
[000103]なお他の実施形態では、ポリマー組成物は、紙皿のライナー、眼鏡のフレーム、スクリュードライバーの持ち手、または任意の他の好適な部品を生成するように配合され得る。
[000104]本開示のセルロースエステル組成物はまた、すべての異なる種類の医療機器を含む医療デバイスの生成における使用に特によく適している。例えば、セルロースエステル組成物は、過去に使用された他のポリマー、例えばポリカーボネートポリマーを置き換えるのによく適している。本開示のセルロースエステル組成物は生分解性であるだけでなく、組成物は、取り扱いの際の独自の「温感」の感触を有する。したがって、組成物は、医療デバイス用のハウジングを構築するのに特によく適している。例えば、把持または把握した際、ポリマー組成物は、熱を保持し、デバイスまたは機器の感触を、過去の他の材料から作製されたデバイスよりも温かくする。感覚は、特に、医療補助の必要のある者を和らげ、楽にし、医療提供者にも利益を提供し得る。一態様では、医療デバイスのハウジングを生成するために使用されるセルロースエステル組成物は、可塑剤(例えば、トリアセチン)および場合により別のバイオベースポリマーと組み合わせたセルロースエステルポリマーを含む。さらに、組成物は、1種または複数の着色剤を含有し得る。
[000105]図9を参照すると、例えば、セルロースエステルポリマー組成物から作製されてもよい吸入器130が示される。吸入器130は、吸口134に取付けたハウジング132を含む。吸入される組成物を含有するキャニスタを受容するためのプランジャー136は、ハウジング132と連動する。組成物は、スプレーまたは粉末を含んでもよい。
[000106]使用中、吸入器130は、計量された用量の薬品、例えば喘息の薬品を患者に投与する。喘息の薬品は、高圧ガスに懸濁もしくは溶解されてもよく、または粉末に含有されてもよい。患者が吸入器を作動させて薬品を吸い込むとき、バルブが開いて、薬品が吸口から出る。本開示によると、ハウジング132、吸口134およびプランジャー136は、すべて、上記のようなポリマー組成物から作製され得る。
[000107]図10を参照すると、本開示に従って作製されてもよい別の医薬製品が示される。図10において、医療注入器140が例示される。医療注入器140は、プランジャー144と連動したハウジング142を含む。ハウジング142は、プランジャー144に対して滑動してもよい。医療注入器140は、バネ仕掛けであってもよい。医療注入器は、薬物を患者に、典型的には大腿または臀部に注射するためのものである。医療注入器は、無針であり得、または針を含有してもよい。針を含有する場合、針先は、典型的には、注射前にハウジング内に遮蔽される。他方、無針注射は、針を使用せずに、皮膚を通して薬品を推進する圧縮ガスのシリンダーを含有し得る。本開示によると、ハウジング142および/またはプランジャー144は、上記のようなポリマー組成物から作製され得る。
[000108]図10に示されるような医療注入器140は、インスリンを注射するために使用され得る。図12を参照すると、やはり本開示のポリマー組成物から作製されたハウジング156を含み得るインスリンポンプデバイス150が、例示される。インスリンポンプデバイス150は、管152と流体連通したポンプおよび患者にインスリンを皮下注射するための針154を含み得る。
[000109]本開示のポリマー組成物はまた、すべての異なる種類の腹腔鏡検査デバイスに使用され得る。腹腔鏡検査手術は、身体の既存の開口部からまたは1つもしくは複数の小切開により実施される手術手順を指す。腹腔鏡デバイスは、様々な種類の腹腔鏡、持針器、トロカール、腸管把持器、鼻咽頭鏡などを含む。
[000110]図11を参照すると、例えば、本開示に従って作製された鼻咽頭鏡160が示される。鼻咽頭鏡160は、気道を見るためのファイバーオプティックスを有する小さな可撓性プラスチックチューブを含む。鼻咽頭鏡は、検査の永久的な記録を提供するためにテレビカメラに取り付けられ得る。鼻咽頭鏡160は、本開示のポリマー組成物から作製されたハウジング162を含む。鼻咽頭鏡160は、鼻および咽喉を検査するためのものである。鼻咽頭鏡により、医師は、鼻の内側の大部分、エウスタキオ管開口部、アデノイド、咽喉および声帯を検査できる。
[000111]本発明へのこれらおよび他の修正および変形は、添付の特許請求の範囲においてより詳細に示される本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、当業者によって実施され得る。さらに、種々の実施形態の態様は、全体または部分的のいずれでも交換可能であり得ることが理解されるべきである。さらに、当業者であれば、前述の記載が例に過ぎず、そのような添付の特許請求の範囲においてさらに記載される本発明を限定するとは意図されないことを認識するであろう。
Claims (26)
- セルロースアセテート、
少なくとも1種のバイオベースポリマー、
可塑剤、および
酢酸放出を低減するための酸捕捉剤
を含むポリマー組成物であって、前記酸捕捉剤が、約2重量%以下の量で前記ポリマー組成物中に存在する、前記ポリマー組成物。 - 前記酸捕捉剤が、アルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩を含み、前記塩が、炭酸塩、酸化物または水酸化物を含む、請求項1に記載のポリマー組成物。
- 前記酸捕捉剤が、酸化亜鉛を含む、請求項1に記載のポリマー組成物。
- 2種以上の酸捕捉剤を含有する、請求項1に記載のポリマー組成物。
- 前記酸捕捉剤が、酸化亜鉛および炭酸カルシウムの混合物を含む、請求項1に記載のポリマー組成物。
- 前記酸捕捉剤が、アルミニウムナトリウムカーボネート化合物を含む、請求項1に記載のポリマー組成物。
- 前記酸捕捉剤が、ハイドロタルサイトを含む、請求項1または2に記載のポリマー組成物。
- 前記酸捕捉剤が、炭酸カルシウムを含む、請求項1または2に記載のポリマー組成物。
- 前記酸捕捉剤が、ケイ酸アルミニウムを含む、請求項1に記載のポリマー組成物。
- 前記酸捕捉剤が、酸化マグネシウムまたは水酸化マグネシウムを含む、請求項1または2に記載のポリマー組成物。
- 前記酸捕捉剤が、アミンを含む、請求項1に記載のポリマー組成物。
- 前記1種または複数の酸捕捉剤が、約0.01重量%~約1.5重量%の量で前記ポリマー組成物中に存在する、請求項1から11のいずれか一項に記載のポリマー組成物。
- ゼオライトをさらに含有する、請求項1から12のいずれか一項に記載のポリマー組成物。
- 香料をさらに含有する、請求項1から13のいずれか一項に記載のポリマー組成物。
- 1種または複数のバイオベースポリマーが、約6%以上の量で前記ポリマー組成物中に存在する、請求項1から14のいずれか一項に記載のポリマー組成物。
- 前記可塑剤が、トリアセチンを含む、請求項1から15のいずれか一項に記載のポリマー組成物。
- 前記セルロースアセテートが、約15重量%~約85重量%、例えば約55重量%~約80重量%の量で前記組成物中に存在し、前記可塑剤が、約8重量%~約40重量%、例えば約12重量%~約35重量%の量で前記組成物中に存在する、請求項1から16のいずれか一項に記載のポリマー組成物。
- 前記セルロースアセテートが、セルロースジアセテートから本質的になる、請求項1から17のいずれか一項に記載のポリマー組成物。
- 前記可塑剤が、トリス(クロロイソプロピル)ホスフェート、トリス(2-クロロ-1-メチルエチル)ホスフェート、グリセリン、モノアセチン、ビアセチン、クエン酸トリエチル、クエン酸アセチルトリエチル、又はそれらの混合物を含む、請求項1から18のいずれか一項に記載のポリマー組成物。
- 前記バイオベースポリマーが、ポリ乳酸、ポリカプロラクトン、またはポリヒドロキシアルカノエートを含む、請求項1から19のいずれか一項に記載のポリマー組成物。
- 少なくとも2種のバイオベースポリマーを含有する、請求項1から20のいずれか一項に記載のポリマー組成物。
- ポリ乳酸およびポリヒドロキシアルカノエートを含有する、請求項21に記載のポリマー組成物。
- 前記バイオベースポリマーが、ポリ(3-ヒドロキシブチレート-co-3-ヒドロキシバレレート))またはポリヒドロキシブチレートを含む、請求項1から19のいずれか一項に記載のポリマー組成物。
- 請求項1から23のいずれか一項に記載のポリマー組成物から作製された物品。
- 飲料ホルダー、飲用ストロー、ホット飲料ポッド、フォーク、ナイフ、スプーン、パッケージング、容器、蓋、または自動車用内装部品である、請求項24に記載の物品。
- ポリマー組成物から作製されたハウジングを備える医療デバイスであって、前記ポリマー組成物が、セルロースアセテート;場合により、ポリ乳酸、ポリカプロラクトンまたはポリヒドロキシアルカノエートを含む少なくとも1種のバイオベースポリマー;酸捕捉剤;および可塑剤を含む、前記医療デバイス。
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