JP2024517660A - 生分解性、工業的コンポスト化可能、及び/又は再利用可能押出し皮革様材料 - Google Patents

生分解性、工業的コンポスト化可能、及び/又は再利用可能押出し皮革様材料 Download PDF

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Abstract

本開示は、再利用可能、又は生分解性及び/若しくは工業的コンポスト化可能である人工皮革材料、並びにその製造方法を提供する。いくつかの実施形態では、本開示の人工皮革は、コア材料と、コア材料の少なくとも1つの面上に配置された外部ポリマー層とを含み、外部ポリマー層は、1又は複数のバイオ由来ポリマーを含む又はそれから成る。さらなる実施形態では、本開示の人工皮革は、コア材料と、コア材料の少なくとも1つの面上に配置された外部ポリマー層とを含み、少なくとも外部ポリマー層は、1又は複数の再利用可能ポリマーを含む又はそれから成る。【選択図】図1B

Description

関連出願の相互参照
本出願は、全内容が参照により本明細書に援用される2021年4月22日に出願された米国特許仮出願第63/178,199号の優先権及び利益を主張するものである。
本開示は、生分解性及び/若しくは工業的コンポスト化可能材料から、又は再利用可能材料から製造される皮革様材料に関する。本開示はまた、再利用可能、生分解性、及び/又は工業的コンポスト化可能であるバイオ由来熱可塑性樹脂から様々な皮革様組成物を形成するための方法にも関する。本開示の皮革様材料は、例えば、限定されるものではないが、履物の構成要素、衣服、室内装飾品、及びハンドバッグ、及び他のアクセサリーに用いられ得る。
人工皮革は、天然動物皮革に匹敵する外観、柔軟性、及び/又はテクスチャを実現することを目標として、一般に、不織布コアと外部ポリマー層との組み合わせから構成される。現在、ほとんどすべての既知の人工皮革は、非再生可能フィードストックに由来しており、すべてではないとしてもほとんどは、生分解性でも工業的コンポスト化可能でもない。さらに、ほとんどの既存の人工皮革は、容易に再利用することもできない。
人工皮革のための不織繊維コアに最も広く用いられている材料は、ポリエステル繊維である。ポリエステル繊維コアは、典型的には、外部材料としてポリウレタン又は熱可塑性ポリウレタンの1又は複数のコーティングと組み合わせられる。その結果、これらの従来の人工皮革は、その非生分解性及び非工業的コンポスト化可能成分に一部起因するが、さらには、異種の化学物質の不織布及び外部層が同じ最終皮革様材料に組み合わされるために、生分解性でも工業的コンポスト化可能でもない。さらに、従来の人工皮革が、生分解性及び/又は再利用可能なある特定の材料を含有する場合であっても、これらの材料を、非生分解性、非再利用可能成分から容易に分離することはできない。
いくつかの実施形態では、本開示は、生分解性及び/又は工業的コンポスト化可能熱可塑性樹脂と生分解性及び/又は工業的コンポスト化可能不織繊維とから皮革様材料組成物を製造するための方法を提供する。様々な実施形態では、生分解性及び/又は工業的コンポスト化可能皮革様材料は、天然動物皮革に類似するが、植物由来材料から構成される特性及び特徴を有するように製造することができる。本開示の実施形態に従う皮革様材料(「人工皮革」又は「合成皮革」とも称され得る)は、例えば履物(例:靴、サンダル、スリッパなど)、衣服(例:ジャケット、パンツ、ベルト、手袋など)、ハンドバッグ、財布、及び室内装飾品(例:家具、車両シートなど)における動物皮革又は他の人工皮革の代わりに用いることができる薄い可撓性シートの形態であり得る。本開示のある特定の実施形態に従う皮革様材料は、天然皮革(例:天然牛革)又は他の人工皮革(例:ビニル人工皮革)に類似する手触り、柔らかさ、ドレープ、及び/又は可縫性などの特性を有し得る。ある特定の実施形態の目的は、引き起こされる環境への害の量を最も少なくするが、従来の非生分解性石油化学人工皮革又は天然皮革と等しい又はそれよりも良好である重要な技術的性能特性も実現する皮革様材料を製造することである。バイオポリマー及び不織繊維を製造するために植物由来フィードストックを選択することによって、本開示のある特定の実施形態は、大気中から温室効果ガスを取り込むことに寄与することができ、非再生可能である石油への依存を大きく低減することができ、埋立処理をすることになる年間の非生分解性廃棄物量を大きく減少させることができる。
いくつかの実施形態では、本開示は、再利用可能、又は生分解性及び/若しくは工業的コンポスト化可能である人工皮革、並びにその製造方法を提供する。いくつかの実施形態では、本開示の人工皮革は、コア材料と、コア材料の少なくとも1つの面上に配置された外部ポリマー層とを含み、少なくとも外部ポリマー層は、1又は複数のバイオ由来ポリマーを含む又はそれから成る。さらなる実施形態では、本開示の人工皮革は、コア材料と、コア材料の少なくとも1つの面上に配置された外部ポリマー層とを含み、少なくとも外部ポリマー層は、1又は複数の再利用可能ポリマーを含む又はそれから成る。いくつかの実施形態では、コア材料も、再利用可能、又は生分解性及び/若しくは工業的コンポスト化可能材料を含む又はそれから成る。コア材料は、いくつかの実施形態によると、不織繊維シートであり得る。いくつかの実施形態では、本開示に従って製造される人工皮革は、完全に生分解性及び/又は工業的コンポスト化可能であり得る。いくつかの実施形態では、本開示に従って製造される人工皮革は、完全に再利用可能であり得る。
いくつかの実施形態では、本開示の生分解性及び/又は工業的コンポスト化可能皮革様材料は、不織布コア層と、不織布コア層の面上に配置されたポリマー層とを含む。いくつかの実施形態では、ポリマー層は、生分解性及び/又は工業的コンポスト化可能ポリマーを含む又はそれから成る。いくつかの実施形態では、ポリマー層は、天然動物皮革のパターン又はテクスチャに似た表面パターン又はテクスチャを有する。いくつかの実施形態では、ポリマー層は、ポリ乳酸(PLA)、ポリ(ブチレンアジペート-co-テレフタレート)(PBAT)、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリヒドロキシアルカノエート(PHA)、ポリブチレンスクシネート(PBS)、ポリブチレンスクシネートアジペート(PBSA)、ポリブチレンアジペート(PBA)、又はこれらの組み合わせのうちの1又は複数から作製される。いくつかの実施形態では、不織布コア層は、生分解性及び/又は工業的コンポスト化可能材料を含む。いくつかの実施形態では、不織布コア層は、セルロース由来繊維(例:リヨセル)、天然植物繊維(例:綿繊維、亜麻繊維、麻繊維など)、並びに/又は1若しくは複数の生分解性及び/若しくは工業的コンポスト化可能ポリマーを含む。いくつかの実施形態では、不織布コア層は、1又は複数の天然繊維(例:天然植物繊維)と1又は複数の生分解性及び/又は工業的コンポスト化可能ポリマー(例:PBAT及び/又はPLA)とのブレンドである、又はそのブレンドを含む。
いくつかの実施形態では、生分解性及び/又は工業的コンポスト化可能皮革様材料の製造方法は、熱可塑性バイオポリマー及びバイオ由来不織繊維シートを提供することであって、熱可塑性バイオポリマー及びバイオ由来不織繊維シートは、生分解性及び/又は工業的コンポスト化可能である、提供すること、熱可塑性バイオポリマーをミキサーに供給して、溶融バイオポリマー材料を製造すること、バイオ由来不織繊維シートの1又は複数の面を溶融バイオポリマー材料でコーティングすることであって、溶融バイオポリマー材料は、バイオ由来不織繊維シートの1又は複数の面に接着した外部ポリマー層を形成する、コーティングすること、並びに外部ポリマー層をパターン化(例:エンボス加工)して、外部ポリマー層上に表面パターン又はテクスチャを作製すること、を含む。いくつかの実施形態では、外部ポリマー層上の表面パターン又はテクスチャは、天然動物皮革のパターン又はテクスチャに似ている。いくつかの実施形態では、熱可塑性バイオポリマーは、ポリ乳酸(PLA)、ポリ(ブチレンアジペート-co-テレフタレート)(PBAT)、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリヒドロキシアルカノエート(PHA)、ポリブチレンスクシネート(PBS)、ポリブチレンスクシネートアジペート(PBSA)、ポリブチレンアジペート(PBA)、又はこれらの組み合わせのうちの1若しくは複数を含む、又はそれから成る。
いくつかの実施形態では、方法はさらに、溶融バイオポリマー材料を第一の混合ローラーに供給すること、及び溶融バイオポリマー材料を第一の混合ローラーから濾過器に供給すること、を含む。いくつかの実施形態では、方法は、溶融バイオポリマー材料を、濾過器から、溶融バイオポリマー材料がバイオ由来不織繊維シートの面上にコーティングされるカレンダー加工機に供給することを含む。いくつかの実施形態では、方法は、バイオ由来不織繊維シートに接着した外部ポリマー層を冷却することを含む。いくつかの実施形態では、バイオ由来不織繊維シートに接着した外部ポリマー層を冷却することは、外部ポリマー層とバイオ由来不織繊維シートとを複数の冷却ローラーの間に通すことを含む。
いくつかの実施形態では、再利用可能皮革様材料は、不織布コア層と、不織布コア層の面上に配置されたポリマー層とを含み、ポリマー層は、再利用可能ポリマーを含む、又はそれから成る。いくつかの実施形態では、ポリマー層は、天然動物皮革のパターン又はテクスチャに似た表面パターン又はテクスチャを有する。いくつかの実施形態では、不織布コア層も、再利用可能ポリマーを含む、又はそれから成る。いくつかの実施形態では、ポリマー層及び/又は不織布コア層は、例えば、ポリエーテルブロックアミド(PEBA)、ポリアミド6、ポリアミド6/6-6、ポリアミド12、又はこれらの1又は複数を含有するブレンドを含み得る。
いくつかの実施形態では、再利用可能皮革様材料の製造方法は、熱可塑性ポリマー及び不織繊維シートを提供することであって、熱可塑性ポリマー及び不織繊維シートは、1又は複数の再利用可能ポリマー材料から成る、提供すること、熱可塑性ポリマーをミキサーに供給して、溶融ポリマー材料を製造すること、不織繊維シートの1又は複数の面を溶融ポリマー材料でコーティングすることであって、溶融ポリマー材料は、不織繊維シートの1又は複数の面に接着した外部ポリマー層を形成する、コーティングすること、並びに外部ポリマー層をパターン化(例:エンボス加工)して、外部ポリマー層上に表面パターン又はテクスチャを作製すること、を含む。いくつかの実施形態では、外部ポリマー層上の表面パターン又はテクスチャは、天然動物皮革のパターン又はテクスチャに似ている。いくつかの実施形態では、熱可塑性ポリマーは、ポリエーテルブロックアミド(PEBA)、ポリアミド6、ポリアミド6/6-6、ポリアミド12、又はこれらの1若しくは複数を含有するブレンドのうちの1若しくは複数を含む、又はそれから成る。
いくつかの実施形態では、再利用可能皮革様材料の製造方法はさらに、溶融ポリマー材料を第一の混合ローラーに供給すること、及び溶融ポリマー材料を第一の混合ローラーから濾過器に供給すること、を含む。いくつかの実施形態では、方法は、溶融ポリマー材料を、濾過器から、溶融ポリマー材料が不織繊維シートの面上にコーティングされるカレンダー加工機に供給することを含む。いくつかの実施形態では、方法はさらに、不織繊維シートに接着した外部ポリマー層を冷却することを含む。いくつかの実施形態では、不織繊維シートに接着した外部ポリマー層を冷却することは、外部ポリマー層と不織繊維シートとを複数の冷却ローラーの間に通すことを含む。
本開示は、さらに、本明細書で述べる実施形態のいずれかに従って製造される再利用可能、又は生分解性及び/若しくは工業的コンポスト化可能皮革様材料から製造される又はそれを含む製品も提供する。これらの製品としては、必ずしも限定されるものではないが、履物(例:靴)構成要素又は他の衣類、ファッションアクセサリー、ベルト、バッグ、財布、車両内装品、シート又は他の家具類などが挙げられ得る。例えば、いくつかの実施形態では、靴構成要素(例:シューアッパー、インソール、ミッドソール、又はアウトソール)は、本明細書で述べる再利用可能、又は生分解性/工業的コンポスト化可能皮革様材料の1又は複数から製造され得る。本開示の実施形態に従う再利用可能、又は生分解性/工業的コンポスト化可能皮革様材料は、本技術分野で公知の他のいずれかの人工又は天然皮革材料の代替品として用いられ得る。
1又は複数の実施形態の詳細は、以下に付随する記述に示される。他の特徴及び利点は、その記述から、及び添付の特許請求の範囲から明らかとなる。
上記の概要、さらには以下の本発明の詳細な記述は、添付の図面と合わせて読むことでより良く理解される。本発明を例証する目的で、現時点で好ましい実施形態が図面中に示される。しかし、本発明は、異なる形態で実施することが可能であり、したがって、本明細書で示される実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではないことは理解されたい。添付の図面は、正確な縮尺で描かれていない可能性がある。
図1Aは、本開示のいくつかの実施形態に従う人工皮革材料を示す断面図である。 図1Bは、本開示のさらなる実施形態に従う人工皮革材料を示す断面図である。 図2は、本開示のいくつかの実施形態に従う人工皮革材料を形成するためのシステムを示す図である。 図3A~図3Cは、本開示の実施形態に従って製造した人工皮革材料の例を示す写真である。図3Aは、エンボス加工前のサンプル材料を示す。 図3A~図3Cは、本開示の実施形態に従って製造した人工皮革材料の例を示す写真である。図3Bは、エンボス加工後のサンプル材料を示す。 図3A~図3Cは、本開示の実施形態に従って製造した人工皮革材料の例を示す写真である。図3Cは、図3Aに示されるサンプルの側面図である。
図1Aは、ある特定の実施形態に従う人工皮革100の一般化した断面図を示す。人工皮革100は、天然及び/又は他の人工皮革の代わりに製品中に用いるためにカット、成形、及びサイズ合わせが可能である可撓性シート材料として形成され得る。例えば、人工皮革100は、履物(例:靴)構成要素又は他の衣類、ファッションアクセサリー、ベルト、バッグ、財布、車両内装品、シート又は他の家具類などのために特に用いられ得る。
いくつかの実施形態では、本開示の人工皮革100は、コア層102と、コア層102の少なくとも一方の側又は面上に配置された外部ポリマー層104とを含む。図1Bに示されるように、いくつかの実施形態では、コア層102の両方の側又は面が外部ポリマー層104によって覆われていてもよく、それによって、例えば、コア層102は外部ポリマー層104の間に挟まれる。コア層102及び外部ポリマー層104の相対的な厚さは、必ずしも正確な縮尺で描かれていない。いくつかの実施形態では、コア層102は、可撓性シート材料であり、外部ポリマー層104は、コア層102の1又は複数の面上へのコーティングとして提供される。いくつかの実施形態では、コア層102は、フィルムの形態である。いくつかの実施形態では、コア層102は、中実連続気泡又は独立気泡発泡体層の形態である。いくつかの実施形態では、コア層102は、布である。いくつかの実施形態では、コア層102は、不織布であり、又は不織布を含み、外部ポリマー層104は、不織布の1又は複数の面上に提供されたコーティングである。いくつかの実施形態では、不織布(本明細書において、「不織繊維コア」と称される場合もある)は、例えば摩擦及び/又は結合及び/又は接着によって統合されていてよいランダムに配向された(例:絡み合った)繊維又はフィラメントを含む。いくつかの実施形態では、コア層102は、単独では、不均一な繊維状の外観を有し得る。いくつかの実施形態では、コア層102は、繊維を一緒にまとめてシート又はウェブの形態とし、続いてそれを、接着剤を用いて機械的に又は熱的に結合させることによって製造される。いくつかの実施形態では、コア層102は、例えば、メルトブローンプロセス、スパンボンドプロセス、又はこれら2つの組み合わせによって製造され得る。いくつかの実施形態に従って本明細書で用いられる場合、不織布は、例えば織り又は編みから形成される材料は含まない。
外部ポリマー層104は、いくつかの実施形態では、コーティングプロセス(例:スプレーコーティング、ナイフコーティング、ロールコーティングなど)を介してコア層102の面に流体状態で適用され得る。他の実施形態では、外部ポリマー層104は、コア層102とは別に形成されてもよく、続いて、2つの層は、一緒に接着又は結合されて、人工皮革100を形成する。いくつかの実施形態では、接着材料の層が、コア層102と外部ポリマー層104との間に配置され得る。いくつかの実施形態では、接着材料又は他の層は、コア層と外部ポリマー層104との間に配置されない。いくつかの実施形態では、外部ポリマー層104は、コア層102の1又は複数の面上に直接適用される。いくつかの実施形態では、人工皮革100は、コア層102及び外部ポリマー層104のみから成る。
外部ポリマー層104は、いくつかの実施形態では天然動物皮革又は皮を模擬するパターン又はテクスチャを有し得る、コア層102とは反対方向に向いた外面106を含む。例えば、外部ポリマー層104は、外面106が哺乳類革(例:牛革、山羊革、羊革、カンガルー革)、鳥類革(例:だ鳥革)、は虫類革(例:アリゲーター革、クロッコダイル革、蛇革)、魚類革(例:エイ革)、又は他の公知の動物革のパターン又はテクスチャ(「きめ」)を模擬するパターン又はテクスチャを含むように、成形、エンボス加工、又はそれ以外のパターン化を受け得る。しかし、好ましい実施形態に従う人工皮革100を形成するために選択される材料が、実際には動物由来のものではないことは理解されたい。人工皮革100が2つの外部ポリマー層104を含む(例:図1Bに示されるように)いくつかの実施形態では、片方のみ又は両方の外部ポリマー層104が、天然動物皮革又は皮を模擬するためにパターン化又はテクスチャ付けされた外面106を有し得る。
人工皮革100は、10mm未満、例えば9mm未満、8mm未満、7mm未満、6mm未満、5mm未満、4mm未満、3mm未満、2mm未満、又は1mm未満の厚さTを有し得る。Tは、コア層102及び外部ポリマー層104の合計厚さを意味し得る。いくつかの実施形態では、厚さTは、1mm~8mm、例えば2mm~6mm又は3mm~5mmの範囲内であり得る。人工皮革100の面が不均一であり得ることから、いくつかの実施形態では、厚さTは、人工皮革100の最大厚さを意味し得る。他の実施形態では、厚さTは、人工皮革100の平均厚さを意味し得る。いくつかの実施形態では、外部ポリマー層104は、コア層102よりも薄くてよい。他の実施形態では、外部ポリマー層104は、コア層102の厚さと実質的に等しい厚さを有してもよい。さらなる実施形態では、人工皮革100布重量は、約100グラム毎平方メートル(g/m又は「GSM」)~約600g/m、好ましくは約300g/m~約500g/mである。
本明細書においてさらに論じられるように、コア層102及び外部ポリマー層104のための材料は、いくつかの実施形態では、生分解性及び/若しくは工業的コンポスト化可能材料を含む又はそれから成る。いくつかの実施形態では、コア層102及び外部ポリマー層104のための材料は、再利用可能材料を含む又はそれから成る。ある特定の好ましい実施形態では、コア層102及び/又は外部ポリマー層104は、ポリウレタンを含まない又はそれから成っていない。いくつかの実施形態では、コア層102及び/又は外部ポリマー層104は、化学架橋剤を含まない又はそれから成っていない。化学架橋は、材料が生分解される、コンポスト化される、及び/又は再利用される能力を阻止又は妨害し得るものであり、したがって、そのような架橋はある特定の実施形態では、避けるべきである。例えば、架橋は、複数のポリマー鎖の部分を一緒に保持する共有結合の形成として表され得る。その結果、材料内における相互接続した鎖のランダムな三次元網目構造となる。この架橋された材料は、容易に非架橋状態とすることはできず、したがって、様々な前駆体成分を、その個別の形に分離して戻すことも、生分解又はコンポスト化することも容易に行うことができない。
本明細書で用いられる場合、「生分解性」とは、一般に、生物学的作用により、特に微生物により分解される能力を意味する。いくつかの実施形態では、本開示において生分解性である及び/又は工業的コンポスト化可能であるとして記載される材料並びに発泡体は、以下の規格:欧州規格EN 13432、ASTM D6400、又は豪州規格AS 4736、のうちの少なくとも1つに示される要件を満たしている、又はそれを超えている。いくつかの実施形態では、本開示において生分解性である及び/又は工業的コンポスト化可能であるとして記載される材料は、少なくとも欧州規格EN 13432に示される要件を満たしている、又はそれを超えている。いくつかの実施形態では、本開示において工業的コンポスト化可能であるとして記載される材料は、商業的コンポスト化ユニット中での180日間以内のコンポスト化において、少なくとも60%の生分解を示すように構成されている(材料の少なくとも60%が生物学的作用によって分解される必要がある)。いくつかの実施形態では、本開示において工業的コンポスト化可能であるとして記載される材料及び発泡体は、商業的コンポスト化ユニット中での180日間以内のコンポスト化において、少なくとも90%の生分解を示すように構成されている。
いくつかの実施形態では、「再利用可能」の用語は、一般に、再使用するために又は別の品物の製造若しくは組み立てに使用するために、材料又は製品を廃棄物流から回収する、分離する、又はそれ以外で取り出すことができることを意味し得る。いくつかの実施形態では、本開示において再利用可能であるとして記載されるポリマー及び発泡体は、例えば機械的再利用、化学的再利用、及び/又は生物学的若しくは有機的再利用によって、構成成分材料を取り出すことができることを意味する。いくつかの実施形態では、本開示において再利用可能であるとして記載されるポリマー及び材料は、例えばISO 15270:2008に示されるように標準的なプラスチック再利用法を用いて、構成成分材料を取り出すことができることを意味する。いくつかの実施形態では、本明細書で述べる再利用された材料、発泡体、及び/又は製品は、Textile Exchange Recycled Claim Standard 2.0(RCS、2017年7月1日)及び/又はTextile Exchange Global Recycle Standard 4.0(GRS、2017年7月1日)に示される要件に従って製造され得る。
生分解性及び/又は工業的コンポスト化材料
いくつかの実施形態では、本開示は、生分解性及び/又は工業的コンポスト化可能である、好ましくは両方である人工皮革(「皮革様」材料とも称され得る)を提供する。本開示のいくつかの実施形態に従う皮革様材料は、家庭でのコンポスト化ではなく、工業的コンポスト化が成されるように構成され得る。工業的コンポスト化は、例えば55℃~60℃の温度で、大スケール設備で行われる。反対に、家庭でのコンポスト化は、家庭の裏庭にあるコンポスト堆積物で見られるような低い温度でのコンポスト化を意味し、したがって、「家庭」と称される。いくつかの実施形態では、家庭でのコンポスト化可能ではなく、工業的コンポスト化可能であることは、皮革様材料が、それが機能化された結果としての製品の有効寿命の間持続し、最終製品内で使用中に分解したり壊れたりしないことを確保する補助となる。例えば、本発明の皮革様材料から製造された一足の靴を購入した人にとって、靴の有効寿命が来る前に通常使用の過程で皮革様材料が劣化する結果になることは不利益である。
いくつかの実施形態では、生分解性及び/又は工業的コンポスト化可能皮革様外部層(例:図1A及び図1Bの外部ポリマー層104)の作製は、適切なポリマー又は適切なポリマーのブレンドを提供することから開始する。適切なポリマーは、ある特定の好ましい実施形態では、バイオ由来ポリマーである(「バイオポリマー」とも称される)。本明細書で用いられる場合、「バイオ由来ポリマー」又は「バイオポリマー」の用語は、生物源(例:植物、藻、真菌、微生物など)から得られるポリマーを、又は生物源から得られる前駆体材料(例:モノマー)から作製されるポリマーを意味するために用いられ得る。本開示の生分解性及び/又は工業的コンポスト化可能人工皮革に用いるのに適するバイオポリマーの1つの限定されない例は、バイオ由来ポリ(ブチレンアジペート-co-テレフタレート)(PBAT)であり又はそれを含み、例えば、Novamont SpA,Novara,Italyが製造するバイオ由来PBATである。このバイオ由来PBATは、生分解性及び工業的コンポスト化可能の両方であり、このポリマーの前駆体、すなわちアゼライン酸及びバイオ由来のバイオブタンジオール(バイオ-BDO)が、このポリマーの主たるバイオ由来の性質を作り出している。上述した熱可塑性バイオポリマー樹脂は、本開示の実施形態に従う最適な皮革様構造を形成するのに有利な技術的特性を示した。これらの技術的特性のいくつかとしては、数ある有益性の中でも、例えば、極めて優れた耐老化性、非常に優れた伸び、及び引張強度が挙げられる。
いくつかの実施形態では、生分解性及び/又は工業的コンポスト化可能皮革様材料の製造に用いられる熱可塑性バイオポリマー又は熱可塑性バイオポリマーブレンドは、数多くの脂肪族及び脂肪族芳香族コポリエステルなどから作製されてもよい。さらに、バイオポリマーブレンドを作製するのに有用である適切なバイオポリマーの限定されない例としては、ポリ乳酸(PLA)、ポリ(ブチレンアジペート-co-テレフタレート)(PBAT)、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリヒドロキシアルカノエート(PHA)、ポリブチレンスクシネート(PBS)、ポリブチレンスクシネートアジペート(PBSA)、及びポリブチレンアジペート(PBA)が挙げられる。
用途に応じて、バイオポリマー製剤中に添加剤も用いられてよい。例えば、分解を促進するために、オリゴマーのポリ(アスパラギン酸-co-ラクチド)(PAL)が、所望に応じてマスターバッチに配合されてもよい。加えて、アラゴナイトからの沈降炭酸カルシウム、デンプンなどの充填剤が、最終人工皮革の再生可能性及び生分解性の完全性は維持しながらコストを低減するために用いられ得る。いくつかの実施形態では、1又は複数の顔料又は染料が、外部ポリマー層に所望される色を提供するために含まれてもよい。
最適なバイオポリマー外部構造単独では、適切なコア層(例:コア層102)なしで皮革様材料を製造することはできない。論じられるように、コア層は、いくつかの実施形態では、不織布である。いくつかの実施形態では、最も最適な生分解性及び工業的コンポスト化可能皮革様材料を実現するために、外部構造の生分解性及び工業的コンポスト化可能の基準に密接に適合するバイオ由来不織繊維コアが選択される。
いくつかの実施形態では、不織繊維コア(例:コア層102)は、外部ポリマー層(例:外部ポリマー層104)のために選択されたものと同じ材料から作製される。他の実施形態では、不織繊維コアは、外部ポリマー層のために選択された材料とは異なる材料から作製される。いくつかの実施形態では、不織繊維コアは、植物繊維を例とするバイオ由来繊維を含む又はそれから成る。いくつかの実施形態では、生分解性及び/又は工業的コンポスト化可能人工皮革のための不織繊維コアは、セルロース由来繊維であるレーヨンの一形態であるリヨセルである又はそれを含む。他の実施形態では、不織コアは、生分解性綿である又はそれを含む。なおさらに、天然繊維(例:綿)とPBAT及び/又はPLAとのブレンドが、不織繊維コアに用いられ得る。例えば、不織コアは、いくつかの実施形態では、2つ以上の異なる種類の植物繊維(例:ソルガム、イネ、トウモロコシ、及びダイズ)を充填繊維として、並びにポリ乳酸(PLA)及び/又はポリ(アジピン酸)/ポリブチレンテレフタレート(PBAT)を不織コアを作製するためのキャリアポリマーとして用いることによって作製され得る。他の植物繊維(例:亜麻、麻など)も、単独で又は組み合わせて、不織コアに用いられてもよい。なおさらに、いくつかの実施形態では、外部ポリマー層及びコア材料ポリマーがその構造中で同一又は類似であるように、したがって、同一又は類似である適切な寿命後ソリューション(例:類似の生分解性プロファイル)を有するように、ポリ乳酸(PLA)及びPBATからの押出し繊維だけのブレンドをコア不織材料としてもよい。
再利用可能材料
さらなる実施形態では、本開示は、再利用可能皮革様材料及びその製造方法を記載する。皮革様材料は、非通気性又は通気性(例:空気が材料を透過できるように穿孔されている)であってもよい。再利用可能皮革様構造の製造は、ポリエーテルブロックアミド(PEBA)由来のものなどの適切な高性能ポリマーから開始する。適切なポリマーの限定されない例は、Nylon Corporation of America,Manchester,NHからNYFLEXの商品名で市販されているポリエーテルブロックアミド(PEBA)である。適切なポリマーの他の限定されない例としては、PAE、TPA、TPE-A、COPAなどの数多くのポリアミドブロックコポリマーが挙げられる。上述した熱可塑性ポリマーは、本発明の最適な皮革様構造を形成するのに有利な技術的特性を示した。向上された技術的特性のいくつかとしては、数ある有益性の中でも極めて優れた耐老化性、非常に優れた伸び、及び引張強度が挙げられる。
さらなる実施形態では、再利用されたフィードストックは、本発明の適切な再利用可能ポリマー又はポリマーブレンドの製造に用いられ得る。例えば、1つの態様では、再利用可能可撓性発泡体熱可塑性ポリマーは、カプロラクタム、再利用ポリエーテルブロックアミドポリマーなど、消費後廃棄物又は産業廃棄物の再利用フィードストック由来の少なくとも1つのモノマー又はポリマーを含む。例示として、カプロラクタムは、そのような再利用フィードストックから、漁網、カーペット繊維、又は産業廃棄物などポリアミドを含有する産業廃棄物又は消費後廃棄物を解重合することによって誘導され得る。解重合された消費後廃棄物又は産業廃棄物再利用カプロラクタムのいくつかの例としては、Aquafil USA Inc.,Cartersville,Georgiaから供給されるフレーク、液体、又は溶融物であってよいECONYL(登録商標)カプロラクタムが挙げられる。熱可塑性ポリマーは、加えて又は別の選択肢として、回収、選別、溶融、及び再処理が成された産業廃棄物又は消費後廃棄物ポリアミドカーペット繊維由来のポリアミドポリマーを含み得る。このことの1つの例は、回収、選別、溶融、及び再処理が成されてアップサイクルされた使用可能なポリアミド材料とされる産業廃棄物ポリアミドカーペット繊維などを用いることである。産業廃棄物カーペット繊維由来の例示的なポリアミドポリマーは、Aquafil USA Inc.,Cartersville,Georgiaが製造するEconylである。加えて、ポリアミド廃棄物は、漁網などの形態で世界中の海洋やその周辺から回収され得るものであり、それは続いて、選別、溶融、及び再処理が成されて、アップサイクルされた使用可能なポリアミド材料とすることができる。回収された産業廃棄物漁網由来の例示的なポリアミドポリマーは、Koninklijke DSM N.V.,Heerlen,the Netherlandsが製造するAkulon Repurposedである。ある特定の実施形態の目的は、再利用されたポリマーフィードストックを可能な限り用いることである。
再利用可能人工皮革の製造に用いられる熱可塑性ポリマーは、ある特定の実施形態によると、所望に応じて、数多くの可撓性ポリアミド又はポリアミドコポリマーなどから作製されてもよい。適切なポリマーの限定されない例としては、ポリエーテルブロックアミド(PEBA)、ポリアミド6、ポリアミド6/6-6、及びポリアミド12が挙げられる。本発明では、適切ないかなる種類のポリマーが用いられてもよいが、但し、低い硬度、中程度のメルトフロー、高い伸び、そしてとりわけ100%の再利用度という非常に厳しい要件を満たすことが条件である。
外部ポリマー層104に適する再利用可能材料単独では、適切な不織繊維コア(例:コア層102)なしで再利用可能皮革様材料を製造することはできない。上述した本発明のために最適な再利用された及び再利用可能皮革様材料を実現するために、皮革様材料製造方法で形成させるための外部構造の再利用される基準及び/又は再利用可能基準に密接に適合する再利用可能不織繊維コアが選択される。いくつかの実施形態では、外部ポリマー層、及び不織繊維コア、再利用可能不織繊維コアの両方が、上記及び本明細書で述べる再利用可能材料のいずれから作製されてもよい。いくつかの実施形態では、外部ポリマー層及び不織繊維コアは、同じ再利用可能材料から作製される(例:ECONYL(登録商標)カプロラクタム)。他の実施形態では、外部ポリマー層は、第一の再利用可能材料から作製され、不織繊維コアは、第一の再利用可能材料とは異なる第二の再利用可能材料から作製される。いくつかの実施形態では、ある特定の実施形態に従う人工皮革は、本技術分野で公知の方法によって、外部ポリマー層が不織繊維コアから分離され得るように構成される。いくつかの実施形態では、外部ポリマー層の不織繊維コアからの分離により、これらの各コンポーネントを別々に再利用することが可能となり得る。
加えて、いくつかの実施形態では、単一のポリマーではなく、2つ以上の再利用可能熱可塑性ポリマーをブレンドすることにより、より低コストで望ましい特性の組み合わせが得られ得る。ポリマーを一緒に良好にブレンドするための数多くの方法が存在する。例えば、1つの方法は、二軸押出しを用いて2つ以上のポリマー樹脂を一緒に溶融させることであり得る。このポリマー樹脂ブレンドは、次に、ストランドに押出され、冷却され、マスターバッチと称される一群のペレット片を製造するために造粒機に供給される。ポリマー樹脂をブレンドする別の方法は、ポリマーブレンド中の異なる化学的性質を一緒に結び付けるための相溶化剤を用いることである。これは、二軸押出しなどを用いて、相溶化剤と、上述した限定されない熱可塑性ポリマータイプ中の2つ以上のポリマーとを一緒に溶融することであり得る。
人工皮革の製造方法
本開示のいくつかの実施形態によると、適切な熱可塑性バイオポリマーが、外部ポリマー層104の作製のために提供され、続いて生分解性及び/又は工業的コンポスト化可能由来の適切な不織繊維コア(例:コア層102)が選択され、望ましい皮革様材料が形成されるように、押出し、混合、及びカレンダー加工が制御される。
いくつかの実施形態では、生分解性及び工業的コンポスト化可能皮革様材料の製造方法は、適切な熱可塑性バイオポリマーを作製する工程、適切なバイオ由来不織繊維コアを作製する工程、混合、濾過、カレンダー加工、エンボス加工、冷却、及び巻き取りの操作を通して皮革様材料を形成する工程、を含む。
いくつかの実施形態では、適切なバイオポリマー又はバイオポリマーブレンド(例:上記で述べた熱可塑性バイオポリマーの1又は複数)が選択され、続いてBanburyミキサーを例とするミキサーに供給される、生分解性及び/又は工業的コンポスト化可能人工皮革を製造するための形成方法が用いられる。初期混合に続いて、この時点で半溶融状態である熱可塑性バイオポリマー物質は、第一の混合ローラーに供給され、その後濾過器に供給される。適切な濾過に続いて、半溶融状態の熱可塑性バイオポリマー物質は、第二の混合ローラーに供給され、その後カレンダー加工機に供給され、そこで、不織繊維コア上に外面層としてコーティングされる。不織繊維コアも、ある特定の実施形態によると、生分解性及び/又は工業的コンポスト化可能材料を含むべきである、又はそれから成るべきである。いくつかの実施形態では、熱可塑性バイオポリマーは、いかなる追加の接着剤又は結合材も必要とすることなく、不織繊維コア上に直接コーティングされる。この時点で接合された状態の熱可塑性バイオポリマーと不織繊維コアとは、様々な冷却ローラー及びエンボス加工機を通して供給され、その後、ここで完全に形成された状態の皮革様材料を完成させるために、巻き取り機に供給される。さらなる実施形態では、形成方法は、キャスティング、フィルムブローイング、コーティングなどのうちの1又は複数を含み得る。
いくつかの実施形態では、本明細書の開示内容に制限を与えることなく、生分解性及び/又は工業的コンポスト化可能皮革様材料を製造するための製造方法は、以下の工程のうちの1又は複数を含み得る。
1.適切な熱可塑性プラスチックが選択され、続いてBanburyミキサーを例とするミキサーに供給される。
2.初期混合に続いて、この時点で半溶融状態である熱可塑性バイオポリマー物質が、第一の混合ローラーに供給され、その後濾過器に供給される。
3.適切な濾過に続いて、半溶融状態の熱可塑性バイオポリマー物質は、第二の混合ローラーに供給され、その後カレンダー加工機に供給され、そこで、不織繊維コアに外面としてコーティングされる。
4.この時点で接合された状態の熱可塑性バイオポリマー-不織物は、様々な冷却ローラー及びエンボス加工機を通して供給され、その後、ここで完全に形成された状態の皮革様材料を完成させるために、巻き取り機に供給される。
いくつかの実施形態では、再利用可能人工皮革材料を形成するための方法は、生分解性及び/又は工業的コンポスト化可能皮革様材料を製造するための上記で述べた方法に類似の工程を含んでよく、但し、再利用可能ポリマー又は再利用可能ポリマーのブレンド(例:上記で述べたように)が、熱可塑性バイオポリマーの代わりに用いられる。さらに、ある特定の実施形態では、再利用可能材料から成る不織繊維コアが、再利用可能人工皮革を形成するために好ましくは用いられる。
いくつかの実施形態では、適切な再利用可能ポリマー又は再利用可能ポリマーブレンド(例:上記で述べた再利用可能ポリマーの1又は複数)が選択され、続いてBanburyミキサーを例とするミキサーに供給される、再利用可能人工皮革を製造するための形成方法が用いられる。初期混合に続いて、この時点で半溶融状態である再利用可能熱可塑性ポリマー物質は、第一の混合ローラーに供給され、その後濾過器に供給される。適切な濾過に続いて、半溶融状態の再利用可能熱可塑性ポリマー物質は、第二の混合ローラーに供給され、その後カレンダー加工機に供給され、そこで、不織繊維コア上に外面層としてコーティングされる。不織繊維コアも、ある特定の実施形態によると、再利用可能材料を含むべきである、又はそれから成るべきである。いくつかの実施形態では、再利用可能熱可塑性バイオポリマーは、いかなる追加の接着剤又は結合材も必要とすることなく、不織繊維コア上に直接コーティングされる。この時点で接合された状態の再利用可能熱可塑性ポリマーと不織繊維コアとは、様々な冷却ローラー及びエンボス加工機を通して供給され、その後、ここで完全に形成された状態の皮革様材料を完成させるために、巻き取り機に供給される。さらなる実施形態では、形成方法は、キャスティング、フィルムブローイング、コーティングなどのうちの1又は複数を含み得る。
図2は、本発明の実施形態に従う人工皮革材料を製造するために用いられ得るシステムの例200を示す。いくつかの実施形態では、未処理の熱可塑性ポリマー材料(例:上記で論じられる生分解性/工業的コンポスト化可能バイオポリマー及び/又は再利用可能ポリマー)が、Banburyミキサーを例とするミキサー202に供給される。未処理の熱可塑性ポリマー材料は、例えばペレットなどの形態でミキサー202に供給されてよい。初期混合に続いて、この時点で半溶融状態である熱可塑性ポリマー物質は、第一の混合ローラー204に供給され、その後濾過器206に供給される。濾過器206による適切な濾過に続いて、半溶融状態の熱可塑性ポリマー物質は、第二の混合ローラー208に供給され、その後カレンダー加工機210に供給され、そこで、不織繊維コア上に外面層としてコーティングされる。この時点で接合された状態の熱可塑性ポリマーと不織繊維コアとは、様々な冷却ローラー212を通して供給され、その後、ここで完全に形成された状態の人工皮革材料を完成させるために、巻き取り機214に供給される。
図3A~図3Cは、本開示の実施形態に従って製造した材料の例を示す。図3Aは、エンボス加工前のサンプル材料を示す。図3Bは、皮革様パターンを有するようにエンボス加工が成された外部ポリマー層を有するサンプルを示す。両サンプル共に、不織コア層上又は不織コア層中に、外部ポリマーが既に飽和及び/又はコーティングされている。図3Cは、図3Aに示されるサンプルの側面図である。サンプルは、約400g/m~約500g/mの布重量を有する。
いくつかの実施形態について上記で詳細に述べてきたが、他の改変も可能である。他の実施形態は、以下の請求項の範囲内であり得る。本明細書において、添付の請求項によって定められる本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変更、置換、及び代替が成され得ることは理解されたい。また、本明細書において、特定の実施形態に属するとして識別される個々の要素が、本発明の他の実施形態に含まれ得ることも当然明らかであろう。さらに、本出願の範囲は、本明細書で述べるプロセス、機械、製造、及び組成物、手段、方法、及び工程の特定の実施形態に限定されることを意図するものではない。当業者であれば、本明細書の開示内容から、現時点で存在する又は後に開発されることになる、本明細書で述べる対応する実施形態と実質的に同じ機能を発揮する又は実質的に同じ結果を実現するプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、又は工程が、本発明に従って用いられ得ることは容易に理解される。

Claims (20)

  1. 生分解性及び/又は工業的コンポスト化可能皮革様材料の製造方法であって、前記方法は、
    熱可塑性バイオポリマー及びバイオ由来不織繊維シートを提供することであって、前記熱可塑性バイオポリマー及び前記バイオ由来不織繊維シートは、生分解性及び/又は工業的コンポスト化可能材料から成る、提供すること、
    前記熱可塑性バイオポリマーをミキサーに供給して、溶融バイオポリマー材料を作製すること、
    前記バイオ由来不織繊維シートの面を、前記溶融バイオポリマー材料でコーティングすることであって、前記溶融バイオポリマー材料は、前記バイオ由来不織繊維シートの前記面に接着された外部ポリマー層を形成する、コーティングすること、
    前記外部ポリマー層をエンボス加工して、前記外部ポリマー層上に表面パターン又はテクスチャを作製すること、
    を含む、方法。
  2. 前記熱可塑性バイオポリマーが、ポリ乳酸(PLA)、ポリ(ブチレンアジペート-co-テレフタレート)(PBAT)、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリヒドロキシアルカノエート(PHA)、ポリブチレンスクシネート(PBS)、ポリブチレンスクシネートアジペート(PBSA)、ポリブチレンアジペート(PBA)、又はこれらの組み合わせのうちの1又は複数を含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記溶融バイオポリマー材料を第一の混合ローラーに供給すること、及び前記溶融バイオポリマー材料を前記第一の混合ローラーから濾過器に供給すること、をさらに含む、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記溶融バイオポリマー材料を、前記濾過器から、前記溶融バイオポリマー材料が前記バイオ由来不織繊維シートの前記面上にコーティングされるカレンダー加工機に供給することをさらに含む、請求項3に記載の方法。
  5. 前記バイオ由来不織繊維シートに接着された前記外部ポリマー層を冷却することをさらに含む、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記バイオ由来不織繊維シートに接着した前記外部ポリマー層を冷却することが、前記外部ポリマー層と前記バイオ由来不織繊維シートとを複数の冷却ローラーの間に通すことを含む、請求項5に記載の方法。
  7. 前記外部ポリマー層上の前記表面パターン又はテクスチャが、天然動物皮革のパターン又はテクスチャに似ている、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 請求項1~7のいずれか一項に記載の方法によって製造される生分解性及び工業的コンポスト化可能皮革様材料。
  9. 請求項8に記載の生分解性及び工業的コンポスト化可能皮革様材料を含む靴構成要素。
  10. 不織布コア層と、
    前記不織布コア層の1又は複数の面上に配置された、ポリ乳酸(PLA)、ポリ(ブチレンアジペート-co-テレフタレート)(PBAT)、ポリカプロラクトン(PCL)、ポリヒドロキシアルカノエート(PHA)、ポリブチレンスクシネート(PBS)、ポリブチレンスクシネートアジペート(PBSA)、ポリブチレンアジペート(PBA)、又はこれらの組み合わせのうちの1又は複数を含むポリマー層と、
    を備えた生分解性及び工業的コンポスト化可能皮革様材料。
  11. 再利用可能皮革様材料の製造方法であって、前記方法は、
    熱可塑性ポリマー及び不織繊維シートを提供することであって、前記熱可塑性ポリマー及び前記不織繊維シートは、1又は複数の再利用可能ポリマー材料から成る、提供すること、
    前記熱可塑性ポリマーをミキサーに供給して、溶融ポリマー材料を作製すること、
    前記不織繊維シートの面を、前記溶融ポリマー材料でコーティングすることであって、前記溶融ポリマー材料は、前記不織繊維シートの前記面に接着された外部ポリマー層を形成する、コーティングすること、
    前記外部ポリマー層をエンボス加工して、前記外部ポリマー層上に表面パターン又はテクスチャを作製すること、
    を含む、方法。
  12. 前記熱可塑性ポリマーが、ポリエーテルブロックアミド(PEBA)、ポリアミド6、ポリアミド6/6-6、ポリアミド12、又はこれらの1又は複数を含有するブレンドのうちの1又は複数を含む、請求項11に記載の方法。
  13. 前記溶融ポリマー材料を第一の混合ローラーに供給すること、及び前記溶融ポリマー材料を前記第一の混合ローラーから濾過器に供給すること、をさらに含む、請求項11又は12に記載の方法。
  14. 前記溶融ポリマー材料を、前記濾過器から、前記溶融ポリマー材料が前記不織繊維シートの前記面上にコーティングされるカレンダー加工機に供給することをさらに含む、請求項13に記載の方法。
  15. 前記不織繊維シートに接着された前記外部ポリマー層を冷却することをさらに含む、請求項11~14のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記不織繊維シートに接着した前記外部ポリマー層を冷却することが、前記外部ポリマー層と前記不織繊維シートとを複数の冷却ローラーの間に通すことを含む、請求項15に記載の方法。
  17. 前記外部ポリマー層上の前記表面パターン又はテクスチャが、天然動物皮革のパターン又はテクスチャに似ている、請求項11~16のいずれか一項に記載の方法。
  18. 請求項11~17のいずれか一項に記載の方法によって製造される再利用可能皮革様材料。
  19. 請求項18に記載の再利用可能皮革様材料を含む靴構成要素。
  20. 不織布コア層と、
    前記不織布コア層の1又は複数の面上に配置された、ポリエーテルブロックアミド(PEBA)、ポリアミド6、ポリアミド6/6-6、ポリアミド12、又はこれらの1又は複数を含有するブレンドを含むポリマー層と、
    を備えた再利用可能皮革様材料。
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