KR100362894B1 - 향상된생분해성을가지는pH-변경된중합체조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생분해성이 향상된 중합체 조성물을 개시한다. 상기 조성물은 (1) 가수분해성 결합을 함유하는 중합체; 및 (2) 상기 중합체중의 가수분해성 결합의 가수분해를 촉진시킬 수 있는 실질적으로 수-불용성인 pH-변경 화합물의 블렌드를 포함한다. 본 발명은 또한 상기와 같은 조성물을 포함하는 중합체 필름 및 상기와 같은 중합체 조성물 또는 필름을 함유하는 흡수 제품에 관한 것이다. 상기 조성물은 기저귀와 같은 일회용 흡수 제품용으로 특히 적합하다.

Description

향상된 생분해성을 가지는 pH-변경된 중합체 조성물
본 발명은 생분해성(biodegradable) 중합체 조성물, 보다 구체적으로 중합체 자체에 비해 생분해성이 향상된 중합체 조성물에 관한 것이다. 상기와 같은 조성물로부터 제조된 필름은 각종 체액들을 흡수하도록 고안된 일회용 흡수제품, 예를들어 기저귀, 배변 연습용 팬티, 생리대, 팬티 라이너 등의 배면시이트로 사용하기에 특히 적합하다.
발명의 배경
뇨 및 생리혈과 같은 체액들을 흡수하도록 고안된 다양한 일회용 흡수 구조물들이 공지되어 있다. 이러한 제품은 일반적으로 몇가지 종류의 유체-투과성 상면시이트 물질, 흡수 코어 및 유체-불투과성 배면시이트 물질을 포함한다. 상기 제품의 대부분은 종종 흡수 코어 성분이며, 주로 목재 펄프 섬유로 이루어진 흡수 코어를 갖는 전형적인 일회용 기저귀는 약 80 %의 생분해성 물질로 이루어진다. 그러나, 나머지 성분들은 일반적으로 생분해성이 아니거나 또는 약간 생분해성인 것으로 간주되는 물질을 포함한다. 예를들어 상면시이트 및 배면시이트 물질은 종종 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌으로부터 제조된다.
일회용 흡수제품의 생분해성이 최근들어 강조되어 왔다. 전형적으로 이들 일회용 제품들의 대부분이 궁극적으로 생분해될 것으로 예상되는 물질들을 포함하고이러한 제품들이 매년 소비자들에 의해 발생되는 전체 고형 폐기물의 단지 매우 적은 퍼센트를 차지하지만, 그럼에도 불구하고 현재 이러한 제품들을 비교적 신속히 생분해되는 물질로 제작하여 그의 부피를 감소시켜야 한다는 필요성이 인식되고 있다. 특히 폴리에틸렌 배면시이트는, 전형적으로 흡수제품의 가장 큰 비-생분해성 성분이므로, 액체 불투과성의 생분해성 필름으로 상기 배면시이트를 대체할 것이 요구된다. 토양중에 인간이 만든 물질들이 쌓이는 것을 피하기 위해서, 상기와 같은 물질들을 완전히 생분해성으로 만드는 것. 즉 이산화탄소, 물, 생물자원, 무기물 및 임의로 메탄으로 완전히 생분해시키는 것이 바람직하다. 토양중에 인간이 만든 물질들이 축적되는 것을 방지하기 위해서, 가능한한 신속히 생분해되는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 생분해성 물질들을 퇴비화시킬 수 있는 것이 또한 바람직하다.
"천연" 중합체, 예를들어 전분, 셀룰로즈 및 리그닌의 미생물 분해는 전형적으로 세포외 효소에 의한 상기 중합체의 초기 가수분해(효소적 가수분해)를 포함한다. 생성된 단량체 또는 저분자량 올리고머들은 다양한 세포내 효소들에 의해 내화되고(internalized) 이어서 대사될 수 있다.
일회용 흡수제품에 사용하기 위한 다양한 생분해성 합성 중합체들이 개시되어 있다. 예를들어 국제 공개 제 WO 92/09654 호에는 디카복실산 또는 그의 유도체 및 지방족 디올로부터 유도된 지방족 방향족 코폴리에스테르, 및 셀룰로즈 에스테르와 지방족-방향족 코폴리에스테르의 2상 블렌드가 개시되어 있다. 분해된 전분 성분과, 하이드록시산 중합체와 에틸렌-비닐 알콜 또는 폴리비닐 알콜의 블렌드로이루어진 중합체 성분을 포함하는 중합체 조성물이 국제 공개 제 WO 90/10671 호에 개시되어 있다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 비-방향족 이산(예를들어 아디프산 및 글루타르산)과, 설포이소프탈산 유도체의 공중합을 기본으로 하는 폴리에스테르의 제법이 미합중국 특허 제 5,171,308 호 및 이와 관련된 특허원들에 개시되어 있다.
상기 중합체 물질들이 퇴비화에 요구되는 몇몇 필요요건들(예를들어, 거시적인 구조적 일체성이 극단적으로 손실되면서 용이하게 물리적으로 단편화됨)을 만족시킬 수도 있지만, 일반적으로 생분해성이고 퇴비화가능한 것으로 인식되는 물질들, 예를들어 야적 폐기물에 필적할 만큼 이산화탄소, 물, 생물 자원, 무기물 및 임의로 메탄으로 완전히 생분해될 수 있는 능력은 아직 입증되지 않았다. 특히, 대사가능한 저분자량 올리고머 및/또는 단량체들을 생성시키는 필수적인 세포의 효소들을 보유한 미생물은 아직 진화되지 않았기 때문에, 방향족-지방족 코폴리에스테르와 같은 합성 중합체들은 쉽게 생분해되지 않는다. 따라서, 상기와 같은 중합체 물질들의 생분해도(즉, 정도) 및 생분해 속도 모두를 향상시킬 필요성이 계속 요구되고 있다.
수용성 산 또는 염기를 변기 물에 가할때 변기 물중에서 분해되는 결합제 수지를 함유하는 수세용 위생 제품들이 개시되어 있다. 예를들어, 1969년 11월 25일자로 코스탄자(Costanza) 등에게 허여된 미합중국 특허 제 3,480,016 호 및 1972년 12월 26일자로 코스탄자 등에게 허여된 미합중국 특허 제 3,707,430 호를 참조하시오. 그러나, 이들 특허는 상기 산 또는 염기를 중합체 필름에 혼입시킴을 개시하고있지 않다. 사실상, 상기와 같은 수용성 산 및 염기의 혼입은 중합체 필름, 특히 인체 접촉을 포함한 용도의 흡수제품들, 예를들어 기저귀용 중합체 필름에 부적합한 것으로 여겨진다. 이는 상기와 같은 수용성 산 및 염기들이 강산 및 강염기이기 때문이다. 이러한 물질들을 필름 제품에 혼입시키면 제조 장치의 부식, 안전성의 문제 및 수분 민감성과 같은 제작시 문제점들이 나타날 것으로 여겨진다. 또한, 이러한 물질들을 중합체에 혼입시키면 고유 산도 또는 염기도와 결합된 상기 물질들의 흡습 특성으로 인해 상기 중합체 조성물의 조기 가수분해를 야기시킬 수도 있을 것으로 여겨진다. 따라서, 상기와 같은 조성물은 그의 목적하는 용도에 충분히 안정하지 않을 수도 있다. 이는 상기 조성물을 장기간 동안 수분에 노출시키는 용도에 있어서 특히 문제가 될 수 있다. 예를 들어 기저귀의 밤샘 착용에 있어서 상기 문제가 일어날 수 있다. 이러한 제품들은 소비자 요구를 만족시킬 만큼 충분한 일체성을 유지하지 않을 수도 있다. 또한, 인간의 피부와 접촉할 수도 있는 흡수제품 성분중의 강산 및 강염기의 존재는 독성 문제를 발생시킬 수 있다.
따라서, 일회용 흡수제품에 사용하기에 적합하고 생분해성이 향상된 필름-가공성 중합체가 여전히 필요하다. 그러므로, 본 발명의 목적은 생분해성 속도가 증가된 생분해성 중합체를 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 이산화탄소, 물, 생물 자원 및 무기물로 완전히 생분해될 수 있는 중합체를 제공하는 것이다. 추가의 목적은 인간에게 무독성이고 사용중에 충분히 안정한 물질을 제공하는 것이다. 또다른 목적은 퇴비화가능한 중합체 물질을 제공하는 것이다. 추가의 목적은 생분해성이 향상된 일회용 흡수제품을 제공하는 것을 포함한다.
발명의 개요
본 발명은 생분해성이 향상된 중합체 조성물에 관한 것이다. 상기 중합체 조성물은, 가수분해성 결합을 함유하는 중합체 및 실질적인 수-불용성 인산 또는 염기와 같은 pH 변경 화합물을 포함한다. 바람직한 실시태양으로, 상기 중합체 조성물은 염기-가수분해성 결합 및 실질적으로 수-불용성인 염기성 pH-변경 화합물을 포함한다. 본 발명은 또한 이들 중합체 조성물을 포함하는 중합체 필름, 및 상기 중합체 조성물 또는 필름을 함유하는 흡수제품에 관한 것이다. 상기 필름은 기저귀, 배변 연습용 팬티, 생리대 및 성인 실금자용 제품과 같은 일회용 흡수제품의 배면시이트로서 사용하기에 특히 적합하다.
가수분해성 결합을 함유하는 고분자량의 합성 중합체 및 천연 중합체로부터 유도된 중합체 조성물의 생분해 속도는 실질적으로 수-불용성인 pH-변경 화합물을 상기 중합체에 혼입시킴으로써 향상시킬 수 있다. 이론에 얽매이거나 본 발명을 제한하려는 것은 아니지만, 본 발명에 따른 그러한 고분자량 중합체의 생분해는 초기 가수분해적 분해 단계를 포함하는 것으로 여겨진다. 이 단계는 중합체의 가수분해성 결합의 화학적(비-효소적) 가수분해를 포함하며 이는 전체 생분해 과정에서 속도-제한 단계인 것으로 여겨진다. 가수분해 조건(수분 및 임의로 열)에 노출시, pH-변경 화합물은 초기 화학적 가수분해를 촉진하여, 100배에 육박하도록 분자량을 감소시킨다. 약 100 내지 약 10,000g/몰, 바람직하게 약 100 내지 약 1,000g/를 범위의 분자량을 갖는 단량체 및/또는 올리고머가 전형적으로 이 단계에서 형성된다. 제 2 미생물 분해 단계에서, 미생물들은 이들 저분자량 잔류물들을 동화시켜 효소적으로 대사한다. 이들 저분자량 잔류물들은 원래의 중합체보다 미생물들에 의해 보다 쉽게 대사되는 것으로 여겨진다. 따라서, 이러한 중합체 및 이를 함유하는 생성물의 생분해 속도 및 정도가 향상된다.
본 발명의 중합체 조성물은 하나 이상의 가수분해성 결합을 함유하는 작용기를 함유하는 중합체를 포함한다. "중합체"는 단독- 및 공중합체, 및 이들의 블렌드를 포함한다. (공중합체 또는 블렌드는 가수분해성 결합을 함유하거나 함유하지 않을 수도 있는 하나 이상의 다른 중합체를 포함한다). "가수분해성", "가수분해" 등은 물이 물질과 화학적으로 반응하여 2개 이상의 새로운 물질을 생성시키는 능력을 의미한다. 이는 물 분자의 이온화 뿐아니라 가수분해되는 화합물의 분할을 포함하며, 예를들어 폴리에스테르의 에스테르 그룹은 상응하는 카복실산 및 알콜로 가수분해된다. "산-가수분해성 결합" 및 "염기-가수분해성 결합"이란 용어는 상기 결합의 가수분해가 산성 또는 염기성 물질 각각에 의해 개시되거나 촉진됨을 의미한다. 결합은 산 및 염기 가수분해성일 수 있다. 또한, 상기 두가지 유형의 결합이 상기 중합체에 존재할 수도 있다. 가수분해성 결합을 함유하는 작용기는 중합체 쇄의 선형 부분(즉 내부 그룹)에 존재하거나 또는 중합체 쇄에 대해 펜던트(pendent)일 수도 있다.
산-가수분해성 결합을 함유하는 전형적인 작용기에는 오르토-에스테르 및 아미드 그룹이 포함된다. 염기-가수분해성 결합을 함유하는 전형적인 작용기에는 α -에스테르 및 무수물 그룹이 포함된다. 산- 및 염기- 가수분해성 결합을 모두 함유하는 작용기로는 카보네이트, 에스테르 및 이미노카보네이트 그룹이 있다. 따라서, 본 발명의 중합체 조성물에 사용하기에 전형적인 중합체에는 폴리에스테르, 셀룰로즈 에스테르, 폴리에스테르 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리카보네이트 및 폴리아미노-산이 포함된다. 경제적 및 작용상 이유로, 폴리에스테르가 바람직한 중합체이다.
본 발명에서 기본 중합체로서 사용하기 위한 폴리에스테르는 지방족, 방향족, 또는 혼합된 지방족 및 방향족 화합물일 수 있다. 전형적으로 상기 폴리에스테르는 지방족 또는 혼합된 지방족 및 방향족 화합물일 것이다.
전형적인 지방족 폴리에스테르에는 폴리카프로락톤, 지방족 디카복실산과 디올의 반응으로부터 유도된 폴리에스테르, 폴리하이드록시알카노에이트 및 산화된 에틸렌 일산화탄소 중합체가 있다.
폴리카프로락톤은, 예를들어 엡실론-카프로락톤의 개환(ring open) 중합을 통해 제조할 수 있다. 이러한 중합체들을 상표명 TONE으로 유니온 카바이드 코포레이션(Union Carbide Corporation)으로부터 다양한 분자량(이후부터는 MW) 등급으로 구입할 수 있다. 예를들어 TONE 중합체 P-300, P-700, P-767 및 P-787은 각각 몰당 약 10,000; 약 40,000; 약 43,000, 및 약 80,000g의 평균 분자량을 갖는다. 이들 중합체들은 본원에 참고로 인용된 유니온 카바이드 브로셔 F-60456에 "TONE 중합체"란 표제하에 개시되어 있다. 약 40,000g/몰 이상의 분자량을 갖는 폴리카프로락톤 중합체를 질긴 방수성 필름으로 용융 가공할 수 있으며 따라서 일회용 필름 용도로 사용하는 것이 일반적으로 바람직하다. 약 80,000g/몰 이상의 평균 분자량을갖는 폴리카프로락톤 중합체가 특히 바람직하다.
폴리카프로락톤과 폴리디엔, 예를들어 폴리이소프렌 및 폴리부타디엔의 블록 공중합체가 또한 본 발명에 사용하기에 적합하다. 이러한 폴리에스테르들은 뮬러(Mueller) 등에게 허여된 미합중국 특허 제 3.585,257 호(상기는 본원에 참고로 인용되어 있다)에 개시되어 있다. 상기 블록 공중합체는 다양한 구조를 가질 수 있다. 예를들어 A-B 디블록 공중합체, A-B-A 트리블록 공중합체 및 -(A-B)n- 멀티블록 공중합체(여기에서 n 은 2, 3 등이다)일 수 있다.
본 발명에 사용하기에 적합한 또다른 유형의 지방족 폴리에스테르는 예를들어 문헌[Klemchuk, "An Overview of Plastics Degradability", Modern Plastics(1989, 8월)](상기는 본원에 참고로 인용되어 있다)에 개시된 바와 같이 지방족 디카복실산과 디올의 반응으로 부터 유도된 폴리에스테르이다. 이러한 유형의 지방족 폴리에스테르의 예로는 폴리에틸렌 아디페이트, 폴리(1,3-프로판디올 아디페이트), 폴리(1.4-부타디엔디올 아디페이트) 폴리(1, 4-부탄디올 세바케이트), 폴리(1,3-프로판디올 숙시네이트) 및 폴리(1,4-부탄디올 글루타레이트)가 있다. 이러한 공중합체들은 예를들어 쇼와 하이폴리머 캄파니, 리미티드(Showa Highpolymer Co. Ltd.)에서 상표명 BIONOLLE로 시판되고 있다.
적합한 지방족 폴리에스테르들로는 또한 하이드록시알카노산으로부터 유도된 것들과 같은 폴리하이드록시알카노에이트가 있다. 폴리하이드록시알카노에이트에는 락트산으로부터 유도된 폴리락티드와 같은 합성 중합체, 및 폴리하이드록시부티레이트(PHB) 중합체 및 폴리하이드록시부티레이트/발레레이트(PHBV) 공중합체와 같은 박테리아-유도된 중합체가 있다. 바람직한 폴리락티드의 예들이 미합중국 특허 제 5,142,023 및 4,797,468 호 및 국제 공개 제 WO 90/01521 호(이들은 각각 본원에 참고로 인용되어 있다)에 개시되어 있다. 바람직한 PHB 단독중합체 및 PHBV 공중합체의 예들이 1983년 7월 12일자로 홀름스(Holmes) 등에게 허여된 미합중국 특허 제 4,393,167 호 및 1989년 11월 14일자로 마르티니(Martini) 등에게 허여된 미합중국 특허 제 4,880,592 호(이들은 모두 본원에 참고로 인용되어 있다)에 개시되어 있다. 이러한 공중합체들은 임페리얼 케미칼 인더스트리즈(Imperial Chemical Industries)에서 상표명 BIOPOL로 시판되고 있다. 이들 중합체는 문헌[Business 2000+, 1990년 겨울)](상기는 본원에 참고로 인용되어 있다)에 논의된 바와 같이 알칼리제네스 유트로푸스(Alcaligenes eutrophus) 박테리아에 의해 당 발효로부터 생산된다.
본 발명에 사용하기에 적합한 다른 유형의 지방족 폴리에스테르는 미합중국 특허 제 4,929,711 및 4,957,997 호(이들은 각각 본원에 참고로 인용되어 있다)에 개시된 바와 같은 산화된 에틸렌/일산화탄소 중합체, 및 폴리에틸렌 세바케이트, 폴리에틸렌 숙시네이트 및 폴리헥사메틸렌 세바케이트와 같은 중합체이다. 적합한 지방족 폴리에스테르의 추가의 예들이 문헌[J. Brandrup 및 E. H. Immergut, "Polymer Handbook, 3rd Ed., John Wiley & Sons, Section VI. pp. 56-67](본원에 참고로 인용되어 있다)에 나타나 있다.
혼합된 지방족 및 방향족 폴리에스테르의 예로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(즉, PET) 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트(즉, PBT)와 지방족 성분들의 랜덤 공중합에 의해 생성된 것들이 있다. 예를들어 1991년 10월 1일자로 티에츠(Tietz)에게 허여된 미합중국 특허 제 5,053,482 호에는 디에틸렌 글리콜 및 5-설포이소프탈산과 공중합된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)계 폴리에스테르가 개시되어 있다. 1991년 2월 21일자로 공개된 국제 특허원 제 WO 91/02015 호에는, 폴리글리콜산, 폴리락트산, 폴리카프로락톤, 폴리하이드록시부티레이트, 폴리하이드록시부티레이트/발레레이트, 폴리부틸렌 옥살레이트, 폴리에틸렌 아디페이트, 폴리에틸렌 카보네이트, 폴리부틸렌 카보네이트와 같은 지방족 생분해성 결합 중합체로 랜덤하게 중단된 PET 또는 PBT와 같은 방향족 폴리에스테르, 및 실릴 에테르, 아세탈 또는 케탈을 함유하는 다른 폴리에스테르로 이루어진 생분해성 랜덤 공중합체가 개시되어 있다. 이들 문헌들은 각각 본원에 참고로 인용되어 있다.
다른 혼합된 지방족 및 방향족 폴리에스테르들에는 옥살레이트, 말로네이트, 숙시네이트 글루타레이트 아디페이트 피멜레이트, 수베레이트, 아젤레이트, 세바케이트, 노난디오에이트, 글리콜레이트 및 이들의 혼합물과 같은 방향족 단량체 및 지방족 단량체들로부터 유도된 공중합체들이 포함된다. 이러한 공중합체들은 PET 또는 PBT를 함유할 수도 있다.
본 발명에 사용하기에 적합한 또다른 유형의 중합체로는 셀룰로즈 에스테르가 있다. 이러한 에스테르들이 문헌[Modern Plastics Encyclopedia, pp 23-24, McGraw Hill, 1990](본원에 참고로 인용되어 있다)에 개시되어 있다. 본 발명에 유용한 셀룰로즈 에스테르들은 당해분야에 공지된 기법을 사용하여 제조하거나, 또는예를들어 이스트만 케미칼 캄파니, 인코포레이티드(Eastman Chemical Company, Inc. )(Kingsport, TN, U.S.A.)에서 시판된다. 본 발명에 특히 유용한 셀룰로즈 에스테르는 약 1.6 내지 약 3.0 범위의 치환도(DS)를 갖는다. 바람직한 셀룰로즈 에스테르로는 셀룰로즈 아세테이트(CA), 셀룰로즈 프로피오네이트(CP), 셀룰로즈 부티레이트(CB), 셀룰로즈 아세테이트 프로피오네이트(CAP), 셀룰로즈 아세테이트 부티레이트(CAB), 셀룰로즈 프로피오네이트 부티레이트(CPB) 등이 있다. 보다 바람직하게, 상기 셀룰로즈 에스테르는 CAP 또는 CAB이고, 가장 바람직하게는 CAP이다. 이들 셀룰로즈 에스테르들이 미합중국 특허 제 1,698,049; 1,683,347; 1,880,808; 1,880,560; 1,984,147; 2,129,052; 및 3,617,201 호(이들은 각각 본원에 참고로 인용되어 있다)에 개시되어 있다.
본 발명에 사용하기에 적합한 폴리에스테르 폴리우레탄의 예를들면 엡실론-카프로락톤 또는 디올-디카복실산 축합 반응 생성물로부터 유도된 저분자량 지방족 폴리에스테르로부터 제조된 생분해성 폴리우레탄이 있다. 예를들어 폴리에틸렌글리콜 아디페이트, 폴리(1,3-프로판디올 아디페이트) 및 폴리(1,4-부탄디올 아디페이트)로부터 유도된 생분해성 폴리에스테르 우레탄들이 문헌[F. Rodriguez "The Prospects for Biodegradable Plastics", Chem Tech, 1971년 7월](상기는 본원에 참고로 인용되어 있다)에 개시되어 있다. 전형적인 지방족 폴리에스테르 우레탄을 모톤 인터내쇼날, 인코포레이티드(Morton International, Inc.)로부터 MORTHANE이란 상표명으로 구입할 수 있다.
본 발명에 사용하기에 적합한 폴리아미드로는 α -아미노산 및 ε -아미노알카노산, 예를들어 글리신 및 ε -아미노카프로산을 포함하는 공중합체들이 있다. 다른 적합한 폴리아미드에는 아미노 알콜로부터 유도된 폴리아미드-에스테르 및 폴리아미드-우레탄이 포함된다. 이러한 중합체 및 그의 제조 방법들이 당해분야에 공지되어 있다.
본 발명에 사용되는 폴리카보네이트의 예로는 비스페놀-A 또는 하이드로퀴논 및 선택된 카복실산을 포함하는 폴리에스테르가 있다. 물질의 예로는 문헌[Korshak 및 Vinogradova,Polysters, Pergamon Press Oxford(1965), pp 418-517](본원에 참고로 인용되어 있다)에 개시되어 있다.
본 발명에 사용하기 위한 폴리아미노 산의 예로는 박테리아-유도된 폴리(-글루탐산) 및 폴리아스파트산이 있다. 폴리아스파트산이 흡수제 또는 분산제로서 폴리아크릴산의 대체물로 특히 유용할 수 있다. 폴리아스파트산은 문헌[L. Koshan, Industrial Bioprocessing, 1992년 5월: 1-2](본원에 참고로 인용되어 있다)에 개시되어 있다.
중합체 조성물은 실질적으로 수-불용성인 pH-변경 화합물을 또한 포함한다. "pH-변경"이란 화합물을 수성 환경에 놓이거나 그러한 환경에서 용해될 때 그 환경의 pH를 변화시키는 화합물의 능력을 의미한다. pH-변경 화합물은 중합체 조성물이 수분 및 임의로 열에 노출될때 중합체중의 가수분해성 결합의 가수분해를 가속화시킬 수 있다. "실질적으로 수-불용성"이란 화합물이 본원에 개시된 바와 같은 용해도 곱 또는 실온 용해도를 가짐을 의미한다. 적합한 실질적으로 수-불용성인 pH-변경 화합물에는 실질적으로 수-불용성인 산 및 염기가 포함된다. 무기 및 유기 산또는 염기가 사용될 수도 있다.
적합한 염기성 화합물은 약 1x106내지 1x1013의 25℃ 수중 용해도 곱 상수(25℃ solubility product constant in wate)를 갖는다. 용해도 곱 상수는 문헌[CRC Handbook of Chemistry and Pysics, 73rd Ed., CRC Press. p 8-43](상기는 본원에 참고로 인용되어 있다)에, 다양한 화합물들에 대한 상수와 함께 정의되어 있다.
적합한 무기 염기의 예로는 알칼리 토금속 염, 알칼리 토금속 산화물, 유기산의 알칼리 금속염, 및 염기성 모노-, 디 - 및 트리-포스페이트가 있다. 적합한 유기 염기의 예에는 본원에 개시된 산성 유기 pH-변경 화합물과 같은 유기산의 공액 염기들이 포함된다. 염기의 예로는 산화 칼슘, 수산화 칼슘, 산화 마그네슘, 수산화 마그네슘, 염기성 모노-, 디- 및 트리-포스페이트, 스테아르산 칼륨 및 나트륨, 및 주석산 칼슘이 있다. 염기성 화합물은 바람직하게 산화 칼슘, 수산화 칼슘, 산화 마그네슘, 수산화 마그네슘 또는 임의의 이들의 혼합물이다.
적합한 산성 화합물은 10g/ℓ 미만의 실온(즉 25℃) 수중 용해도를 갖는다. 적합한 산성 화합물에는 예를들어 지방족, 방향족 및 혼합된 지방족/방향족 산(예: 지방족, 방향족 및 혼합된 지방족/방향족 카복실산)과 같은 유기산 및 산 포스페이트와 같은 무기산이 포함된다. 전형적인 유기산은 발레르산, 이소발레르산, 카프로산, 헵탄산, 라우르산, 팔미트산, 아디프산, 시트르산(모노하이드레이트), 벤조산, 2-아세톡시벤조산 및 프탈산이다. 무기산은 예를들어 모노-, 디- 및 트리- 산 포스페이트이다. 산성 화합물은 바람직하게 시트르산, 아디프산, 프탈산, 산 포스페이트 또는 임의의 그의 혼합물이다.
상기 중합체 조성물에 사용되는 pH-변경 화합물의 함량은 임의의 잠재적인 피부 민감성을 최소화 또는 배제시키거나, 또는 가수분해 활성을 최대화시키도록 방해분야의 숙련가들에 의해 변화된다. 전형적으로, pH-변경제를 가수분해성 결합을 함유하는 중합체의 중량을 기준으로 약 1 내지 약 15%의 수준으로 사용할 것이다. 가수분해 활성은 상기 pH-변경 화합물의 수준의 증가에 따라 증가하는 경향이 있다.
산-가수분해성 결합을 갖는 중합체와 산성 화합물 또는 염기 가수분해성 결합을 갖는 중합체를 갖는 염기성 화합물의 임의의 조합을 사용할 수도 있다. 그러나, 상기 조합은 보관 및 목적하는 용도에 있어서 상기 중합체의 충분한 안정성, 및 쓰레기 매립지 또는 퇴비화기(composter)와 같은 폐기 조건 하에서 개선된 생분해 속도 모두를 제공해야 한다. 따라서, 특정한 블렌드를, 상기 중합체 조성물이 그의 목적하는 용도로 사용중인 동안, 예를들어 체액과 접촉시 미리 분해되지 않도록 선택하는 것이 바람직하다. 그러한 특정한 선택은 또한 미개질된 중합체에 비해 증가된 생분해 속도를 제공해야 한다. 일반적으로, 조성물의 통상적인 보관 및 사용 조건하에서 가수분해가 상당한 정도로 일어나지 않도록 성분들을 선택해야 한다. 이들 조건은 예를들어 극단적인 고온 건조, 고온 다습, 연장된 기간(예: 16시간 이상) 동안의 뇨에 대한 노출, 및 극단적인 저온건조 또는 저온다습 사이의 범위일 수 있다. 일반적으로, 통상적인 보관 및 사용 조건하에서의 상기 중합체 조성물의 가수분해는 약 1일 미만, 바람직하게 약 1주 미만 내에 발생해서는 안된다. 보다 극단적인 가수분해 조건, 예를들어 지역 토양 폐기물 퇴비화 과정에서 접하게 될 수도 있는 조건(전형적으로 비교적 습도가 높은 임의의 온도)에 보다 늦게 노출시, 가수분해는 생성된 중합체 단편의 미생물 분해가 일어나기에 충분할 정도로 발생해야 한다.
전형적으로, 염기성 pH-변경 화합물을 사용하여 폴리에스테르 폴리우레탄, 폴리카보네이트 또는 폴리아미노산의 가수분해를 가속화시킨다. 산성 pH-변경 화합물은 폴리(오르토-에스테르)의 가수분해를 가속화시키는데 사용하는 것이 바람직하다. 폴리에스테르, 셀룰로즈 에스테르 또는 폴리아미드의 가수분해를 가속화시키기 위해서, 염기성이나 또는 산성 pH-변경 화합물을 사용할 수 있다. 그러나, 문헌[The Biocycle Guide to the Art and Science of Composting, JG Press, 1991, pp. 14-27](상기는 본원에 참고로 인용되어 있다)에 개시된 바와 같이, 산은 퇴비화 과정의 초기 일시적인 산성 단계 동안 퇴비화기에서 발생되는 미생물에 의해 대사될 수도 있다. 이는 산의 유효 농도를 감소시키며 따라서 가수분해 정도를 감소시킬 수도 있다. 따라서, 퇴비화기에서의 생분해성을 향상시키기 위해서, 조성물에 주로 폴리에스테르, 셀룰로즈 에스테르 및/또는 폴리아미드를 기본으로 하는 염기성 pH-변경 화합물을 사용하는 것이 일반적으로 바람직하다.
가수분해 단계의 속도 및 정도(및 따라서 전체 생분해 속도 및 정도)는 전형적으로 중합체 가수분해와 용이성, pH-변경 화합물의 세기, 상기 중합체중의 가수분해성 결합의 수 및 가수분해 조건(수분 및 임의로 열)에 따라 변한다. 가수분해용이성은 종종 중합체들에 따라 다르다. 일반적으로 상기 중합체의 유리 전이 온도(즉 Tg), 결정도 또는 소수성이 낮을수록, 상기 중합체는 보다 쉽게 가수분해될 것이다. 따라서, 주어진 농도의 pH-변경 화합물 및 일련의 가수분해 조건들에 대해서 비교적 낮은 Tg, 낮은 결정도 및/또는 낮은 소수성을 갖는 중합체들은 전형적으로 비교적 높은 Tg, 결정도 및/또는 소수성을 갖는 중합체들보다 큰 가수분해 속도 및 정도를 가질 것이다. 일반적으로 주어진 중합체, 일련의 가수분해 조건 및 pH-변경 화합물의 농도에 대해 pH-변경 화합물의 강도가 클수록, 가수분해 속도 및 정도가 크다. 유사하게, 주어진 일련의 가수분해 조건 및 pH-변경 화합물의 농도에 대해서, 상기 중합체중의 가수분해성 결합의 수가 많을수록 가수분해 속도 및 정도가 크다.
가수분해 조건에는 수분 및 임의로 열이 포함된다. 예를들면, 시판되는 퇴비화기는 전형적으로 약 35중량% 이상(전형적으로 약 50중량%)의 수분 함량 및 약 25 내지 약 70℃(전형적으로 약 40℃ 이상) 범위의 온도를 갖는다. 이론에 얽매이려는 것은 아니지만, 주어진 pH-변경 화합물의 농도 및 중합체에 대해서, 가수분해 속도 및 정도는 상기 중합체 환경의 수분 증가에 따라 증가할 것으로 여겨진다. 또한 주어진 중합체 조성물 및 환경적인 수분 수준에 대해서, 가수분해 속도 및 정도는 온도의 증가에 따라, 보다 일반적으로는 가수분해성 결합을 함유하는 중합체의 유리 전이 온도 이상으로 온도가 증가함에 따라 증가하는 경향이 있는 것으로 여겨진다.
전형적으로, 현저한 미생물 분해는 단지 중합체 또는 그의 단편이 내부의 효소적인 미생물 분해를 허용할 정도로 충분히 낮은 분자량을 가질때 일어날 것이다.따라서, 상기 미생물 분해 단계의 속도 및 정도는 일반적으로 가수분해성 결합들간의 평균 분자량 및 가수분해 단계에서 발생하는 가수분해 속도 및 정도에 따라 변한다. 가수분해로부터 생성되는 중합체 단편들의 분자량이 낮을수록 상기 단편들은 미생물 공격에 쉽게 민감해지며 따라서 생분해된다. 전형적으로, 본 발명에 따른 향상된 생분해성을 성취하기 위해서, 가수분해성 결합들간의 중합체 쇄의 평균 분자량은 약 1000g/몰 미만, 바람직하게 약 500g/몰 미만이다. 이론에 얽매이려는 것은 아니지만, 이들 중합체에 대한 미생물 분해 속도 및 정도는 가수분해의 속도 및 정도에 따라 증가할 것으로 여겨진다. 또한, 이론에 얽매이려는 것은 아니지만, 이들 중합체의 주어진 가수분해 정도에 대해 미생물 분해 속도 및 정도는 가수분해성 결합들간의 평균 분자량이 감소함에 따라 증가한다.
미립자 물질을 중합체 물질에 혼입시키는 임의의 공지된 방법에 의해 pH-변경 화합물을 상기 중합체내에 혼입시킬 수도 있다. 이러한 방법들은 방해분야의 숙련가들에게 잘 공지되어 있으며 여기에는 용액-슬러리, 예비-배합 및 공-압출이 포함된다. 생성된 조성물을 전형적으로 임의의 조기 가수분해를 방지하거나 최소화시키기 위해서 배합후에 바로 건조시킨다. 또한, 상기 조성물을 바람직하게 현저한 수분 오염이 일어날 수도 있는 임의의 후속 단계 후에 건조시킨다. 건조 조건들은 중합체 유형에 따라 다르며 염기 수지 제작자로부터 쉽게 알 수 있다. 전형적으로, 건조는 상기 중합체 또는 중합체 조성물을 진공 또는 저습 공기(이슬점 약 0°F(18℃) 이하)하에서 약 4 내지 12시간 동안 승온(예: 약 40 내지 60℃)시킴으로써 수행한다. 건조 온도는 수지 입자의 연화 및 후속적인 응집을 피하도록 선택하는 것이 바람직하다.
상기 중합체 조성물은 임의로 플라스틱 배합에 통상적으로 사용되는 다른 성분들, 예를들어 안료 및 가소제를 함유할 수도 있다. 중합체 필름에서, 당해분야에 공지된 바와 같이 블록형성 방지제, 대전방지제, 활주제, 산화방지제 및 과열 안정제와 같은 통상적인 필름 가공 보조제를 사용하는 것이 특히 바람직할 수도 있다. 이러한 가공 보조제의 용도가 1993년 1월 1일자로 공개된 톰스와 누크(Toms & Wnuk)의 국제 공보 제 WO 93/00399 호("생분해성 액체 불투과성 필름")(상기는 본원에 참고로 인용되어 있다)에 개시되어 있다.
상기 조성물은 가수분해성 결합을 함유하는 중합체 이외의 중합체, 예를들어 폴리올레핀을 함유할 수도 있다. 그러나, 이러한 중합체들은 일반적으로 상기 중합체 조성물의 생분해성을 감소시켜, 상기 조성물을 일회용 제품에 사용하는 것이 바람직하지 않게 될 것이다. 이론에 얽매이려는 것은 아니지만 열 안정제 및 1차 및/또는 2차 산화방지제들은, 특히 이들을 비교적 높은 수준으로 가하는 경우 중합체 조성물의 생분해성을 방해할 수도 있는 것으로 여겨진다. 이론에 얽매이려는 것은 아니지만, 생분해성에 대한 이러한 중합체, 안정제 및 또는 산화 방지제의 임의의 부정적인 효과는 상기 pH-변경 화합물에 의해 적어도 부분적으로 상쇄될 수도 있을 것으로 여겨진다. 결과적으로, 본 발명은 여전히 향상된 생분해성을 갖는 조성물을 제공하면서, 기존의 변형되지 않은 중합체에서 성취하였던 것보다 광범위한 필름 가공 범위(예: 보다 높은 공정 온도)를 제공할 수 있다.
용도:
생성된 중합체 조성물을 당해분야에 공지된 방법들에 의해 다양한 형태, 예를들어 코팅제, 비-고정 필름 또는 시이트, 또는 다른 성형 제품으로 가공할 수 있다. 일회용 제품에서 사용하기 위해서, 상기 중합체 조성물을 종종 비-고정 필름으로 성형시킬 것이다. 필름은 임의의 통상적인 필름 제조 장비를 사용하는 임의의 통상적인 중합체 필름 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. 상기 중합체 조성물을 전형적으로 주조 또는 취입 필름 압출 방법(이들 방법들은 모두 문헌[Allan, A. Griff, "Plastics Extrusion Technology-2nd, Ed.", Van Nostrand Reinhold- 1976](상기는 본원에 참고로 인용되어 있다): 및 상기 참고로 인용된 국제 공보 제 WO 93/00399호 에 개시되어 있다)을 사용하여 필름으로 용융 가공한다.
본 발명의 중합체 조성물은 생분해성이 전형적으로 바람직한 용도에 특히 유용하다. 예를들어, 중합체 조성물의 필름은 일회용 흡수제품, 농업용 제초 필름, 포장용 필름, 쓰레기용 봉투 등의 구성성분으로서 유용하다. 바람직한 실시태양으로 상기 필름들을 예를들어 배면시이트 또는 패스너 탭의 형태로 일회용 흡수제품의 구성성분으로서 사용한다.
본 발명에 사용된 바와 같이, "흡수제품"이란 용어는 체액(예: 뇨, 생리혈, 변)을 흡수하고 수용하는 기구, 보다 구체적으로, 신체로부터 방출된 각종 체액을 흡수하고 수용하기 위해서 착용자의 몸에 대향되거나 근접하게 배치되는 기구를 지칭한다. 본 발명에 사용된 "일회용"이란 용어는 세탁하거나, 또는 흡수제품으로서 달리 재사용하거나 복원시키기 않는 흡수제품을 기술한다(즉, 상기 제품은 1회 사용후에 폐기되며, 바람직하게는 환경적으로 적합한 방식으로 재생되거나, 퇴비화되거나 또는 달리 폐기된다). "일체형" 흡수제품이란 함께 통합된 별개의 부품으로 형성되어 별도의 홀더 및 라이너와 같은 별도의 조작 부품이 필요 없도록 통합시킨 존재를 형성하는 흡수제품을 지칭한다. 본 발명에 사용된 "기저귀"란 용어는 착용자의 몸통보다 아랫부분에서 착용되는, 유아 및 실금 성인에 의해 일반적으로 착용되는 흡수제품을 지칭한다. 그러나, 본 발명을 또한 실금자용 브리프, 실금자용 속옷, 기저귀 홀더 및 라이너, 여성용 위생 가멘트, 생리대, 팬티라이너 등과 같은 다른 흡수제품에도 적용할수 있음은 물론이다.
일회용 기저귀는 전형적으로 액체 투과성 상면시이트; 상기 상면시이트와 결합된 액체 불투과성 배면시이트; 상기 상면시이트와 배면시이트 사이에 배치된 흡수 코어; 및 고정 시스템을 포함한다. 또한, 이들 기저귀는 다양한 탄성 구성성분들, 예를들어 탄성 측면 패널, 탄성 다리 커프스 또는 탄성 허리 특징물을 포함할 수도 있다. 본 발명의 기저귀를 잘 알려진 다양한 형태로 조립할 수도 있다. 바람직한 기저귀 형태가 1975년 1월 14일자로 뷰엘에게 허여된 미합중국 특허 제 3,860,003 호; 및 1992년 9월 29일자로 뷰엘 등에게 허여된 미합중국 특허 제 5,152,092 호에 일반적으로 개시되어 있다(이들은 각각 본원에 참고로 인용되어 있다). 본 발명의 일회용 기저귀에 대한 또다른 바람직한 형태가 또한 1989년 2월 28일자로 아지즈(Aziz) 등에게 허여된 미합중국 특허 제 4,808,178 호; 1987년 9월 22일자로 로손(Lawson)에게 허여된 미합중국 특허 제 4,695,278 호; 및 1989년 3월 28일자로 포어맨(Foreman)에게 허여된 미합중국 특허 제 4,816,025 호에 개시되어 있다. 이들 특허들은 본 발명에 참고로 인용되어 있다.
미합중국 특허 제 5,152,092 호에는 본 발명의 기저귀에 존재할 수도 있는 다양한 구성성분들이 상세히 개시되어 있다. 기저귀의 생분해성을 개선시키기 위해서, 상기 기저귀는 본 발명의 중합체 조성물을 함유하는 구성성분을 하나 이상 갖는다. 상기 조성물을 필름, 미립자(섬유 포함), 또는 직조 웹 또는 부직 웹의 형태를 비롯한 임의의 형태로 혼입시킬 수 있다. 상기 기저귀 구성성분들은 또한 지금까지 상기와 같은 제품에 사용되었던 물질을 포함할 수도 있다. 바람직한 실시태양으로, 상기 기저귀는 단지 생분해성 물질들만을 포함한다.
기저귀의 임의의 구성성분은 본 발명의 중합체 조성물을 함유할 수 있다. 바람직하게, 배면시이트는 중합체 조성물의 필름을 포함한다. 상기 중합체 조성물은 또한 상면시이트에, 예를들어 상기 조성물을 포함하는 천공된 필름 또는 섬유의 직조웹 또는 부직웹의 형태로 혼입될 수 있다. 또한, 고정 시스템, 예를들어 테이프 탭이 상기 중합체 조성물을 포함할 수도 있다. 흡수 코어도 또한 상기 중합체 조성물을 함유할 수 있다. 기본 중합체로서 폴리아스파트산을 갖는 조성물이 상기 흡수 코어에 사용하기에 특히 적합할 수 있다. 신장가능한 구성성분들, 예를들어 탄성 다리 커프스, 탄성 허리밴드 및 탄성 측면 플랩들이 상기 중합체 조성물을 함유할 수 있다. 신장 용도를 위해서, 상기 중합체 조성물은 바람직하게 탄성의 지방족 폴리에스테르계 폴리우레탄을 포함한다.
본 발명의 중합체 조성물은 미개질된(즉, "기본") 중합체에 비해 향상된 생분해성, 및 일반적으로 향상된 퇴비화 성향을 갖는다. 따라서, 상기 중합체 조성물이 혼입된 제품 및 상기와 같은 조성물 및/또는 제품을 포함하는 흡수제품도 또한향상된 생분해성, 및 일반적으로 향상된 퇴비화 성향을 갖는다. 그러므로, 하기 설명이 중합체 조성물에 관한 것이지만, 이를 상기와 같은 제품 및 흡수제품에 유사한 방식으로 적용됨은 자명할 것이다.
본원에 사용된 "생분해가능한", "생분해성" 등은 물질이 살아있는 미생물들, 주로 진균 및 박테리아의 대사 과정에 의해 분해되는 자연적인 과정을 겪는 능력을 의미한다. 산소의 존재하에서(통기적 생분해), 이들 대사 과정들은 이산화탄소, 물, 생물자원 및 무기물을 생산한다. 혐기적 조건하에서는(혐기적 생분해) 메탄이 추가로 생산될 수도 있다.
"향상된 생분해성"이란 생분해 속도가 미개질 중합체에 비해 증가됨을 의미한다. 향상에는 또한 증가된 생분해 정도가 포함되며, 차례로 이는 중합체 또는 생성물이 살아있는 미생물에 의해 분해되는 정도를 지칭한다. 생분해의 정도는 물질이 이산화탄소, 물, 생물자원 및 무기물(통기 조건하에서), 및 임의로 또한 메탄(혐기 조건하에서)으로 전환되는 정도이다. "완전히 생분해성인" 물질은 이산화탄소, 물, 생물자원 및 무기물(통기 조건하에서) 및 임의로 또한 메탄(혐기 조건하에서)으로 완전히 전환된다.
생분해 및 이에 따른 임의의 생분해성의 향상은 변형된 스텀(Sturm) 시험 또는 오가닉 웨이스트 시스템(Organic Waste System, 즉 OWS) 방법에 의해 정립될 수 있다. 상기 변형된 스텀 시험은 희석된 수성의 통기된 시험이다. OWS 방법은 조절된 퇴비화 생분해 시험이다. 상기 두 시험들은 모두 유기 물질의 통기적 생분해도중 발생되는 주 탄소-함유 분해 산물이 이산화탄소라는 점을 기본으로 한다. 축적성 이산화탄소의 생산은, 시험 반응기로부터 배기 스트림중에 포함된 이산화탄소를 감시하고 통합하여 측정할 수 있다. 이어서 생분해율(%)를, 이산화탄소로 전환되는 시험 물질중의 탄소의 함량(%)로서 계산할 수 있다(표준 물리-화학적 방법에 의해). 스텀 시험은 폐수 처리 설비로부터 정치된 활성화된 슬러지의 상등액으로부터 유래된 접종물을 사용한다. 상기 OWS 시험에서의 접종물은 지역의 숙성되고 안정된 고형 폐기물의 분획물로 이루어진다. 이들 기법에 대한 상세한 설명이 문헌 ["Ready Biodegradation: Modified Sturm Test", OECD 방법 #301B; 및 "Standard Test Method for Determining Aerobic Biodegradation of Plastic Materials under Controlled Composting Conditions", ASTM 방법 #D5338-92](이들은 각각 본원에 참고로 인용되어 있다)에 개시되어 있다.
물질은 퇴비화되지 않고서도 생분해될 수 있다. "퇴비화", "퇴비화 성향" 등은 물질이 쓸모없는 최종의 퇴비로 분해되거나 또는 달리 그의 일부로 되도록 지역의 고형 폐기물(이후부터는 "MSW") 퇴비화 설비에서 물리적 화학적 열적 및/또는 생물학적 분해를 수행하는 능력을 의미한다. 퇴비화 성향으로 간주되기 위해서는, 물질은 또한 종이 및 야적 폐기물과 유사한 방식으로 환경에서 궁극적으로 완전히 생분해되어야 한다.
지역의 고형 폐기물(MSW) 퇴비화 과정은 일반적으로 3가지 연속적인 단계, 즉 폐기물 준비, 활성 퇴비화 및 보존의 단계를 포함한다. 폐기물 준비 단계 동안, 원 MSW를 먼저 재생되는 것과 공지된 비-퇴비화 물질로 분류한다. 이어서 분류된 물질을 일반적으로 퇴비화 분야에 알려진 분쇄기 또는 회전 드럼을 통해 물리적인크기를 감소시킨다. 이 목적은 일정한 물리적 크기, 전형적으로 직경 약 2"의 입자를 얻기 위함이며, 이는 후속적인 활성 퇴비화 단계도중 미생물의 공격에 대해 표면적을 최대화하고 효과적인 공기 조종을 허용할 것이다. 크기 감소에 이어서, 물질들을 대개 1.5 내지 2" 스크린을 통해 선별한다. 상기 방법에 의해 퇴비화되기 위해서, 물질은 스크린을 통과하도록 크기를 감소시킬 수 있어야 한다. 반려된 (＞ 1.5 내지 2") 분획은 전형적으로 매립된다.
분쇄기를 통한 크기 감소는 주로 물질의 상대적인 화학적 또는 생물학적 분해와 무관하지만, 회전 드럼 기법은 크기 감소를 증진시키는 물질 특성의 강화 기회를 제공한다. 회전 드럼 방법은 수일, 전형적으로 3일의 지속기간 동안 미생물학적으로 활성적이다. 과정 도중 유리 수분(약 35% w/w 이상, 전형적으로 50% w/w)을 이용할 수 있으며, 산성 환경(pH 4.5 내지 5.5)이 나타나고, 온도가 증가한다(전형적으로 약 40℃에서 약 50℃으로). 가수분해적으로 불안정한 물질은 종종 그의 물리적 일체성이 절충되고 1.5 내지 2" 장벽을 통과하도록 상기 환경하에서 분해된다.
활성 퇴비화 단계에서, 폐기물 준비 단계로부터 크기-감소된 물질을 자가-차단 형태, 예를들어 파일 또는 트렌치로 배열한다. 덩어리를 축축하게(수분 약 35% w/w 이상, 전형적으로 약 50% w/w) 유지시키고, 주기적으로 혼합시켜 양분들을 분배하고, 미생물 공격을 위한 새로운 표면을 노출시키고, 강제 통기시켜 산소를 공급하고 온도를 조절한다. 폐기물은 물리적 지지체로서 뿐아니라 자생 미생물에 대한 유기 및 무기 양분의 공급원으로서 작용한다. 주된 대사 형태는 통기적 호흡이다. 대산 부산물중 하나인 열은 상기 매트릭스내에서 유지되어 자가-가열을 야기시키는 경향이 있다. 온도는 통상적으로 70℃ 이상에 도달한다. 활성 퇴비화의 초기에, pH는 전형적으로 산성이나, 상기 과정의 상기 부분의 완료시에는 8.5 정도까지 높이 증가될 수 있다. 추가의 화학적 및 생물학적 분해가 단계 동안 일어나며 전형적으로 추가의 크기 감소가 일어난다. 수 주일(전형적으로 5 내지 7주)의 활성 퇴비화 단계후에, 상기 덩어리를 최종 크기 장벽인 3/8" 내지 1/2" 스크린을 통해 스크리닝한다. 상기 과정에 의해 퇴비로 되기 위해서, 물질은 상기 스크린을 통과할 수 있어야 한다. 분리 단계에서 반려된 (＞3/8" 내지 1/2") 것들은 전형적으로 매립된다.
최종 단계인 보존 단계는 최소한의 조정을 필요로 한다. 생분해성 합성 중합체를 비롯하여 다수의 복잡한 유기 물질들은 보존 단계후에도 계속해서 분해되지만, 본 단계는 사용전에 다루어지는 퇴비화 과정의 최종 단계를 나타낸다. 이 단계에서, 활성적으로 퇴비화된 물질의 정적인 파일들은 수 주일 내지 수 개월간 분산되지 않은채 그대로 있는다. 이 단계 동안, 저온 미생물 뿐아니라 미소동물상은 퇴비를 만든다. 유기 기질 이용성이 감소함에 따라 미생물 활성이 감소하고 자가-가열도 가라앉는다. 이 과정에 의해 퇴비로 되기 위해서, 물질은 쓸모있는 최종 퇴비의 통합된 부분을 형성하거나 궁극적으로 종이 및 야적 폐기물과 같은 물질과 일치하는 방식 또는 속도로 상기 환경하에서 완전히 생분해되어야 한다.
"향상된 퇴비화 성향"이란 이전의 비-퇴비화 성향인 물질을 본원에 정의한 바와 같이 퇴비화 성향으로 만들거나, 또는 이미 퇴비화 성향인 물질을 퇴비화시키는데 필요한 시간을 감소시킴을 의미한다. 본 발명 중합체 조성물의 퇴비화 성향의 향상은 상이한 물질들에 대한 퇴비화 과정의 직접적인 비교에 의해 측정할 수 있다.
하기 실시예는 본 발명의 실시를 예시하나 이들을 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예
(a) 미합중국 특허 제 5,171,308호 또는 국제 공보 제 WO 92/09654 호에 개시된 바와 같은 폴리에스테르 중합체 및 (b) pH-변경 화합물로서 수산화 칼슘 95중량%/5중량%의 블렌드인 중합체 조성물을 하기와 같이 제조할 수 있다:
승온된 압출기에서의 가수분해로 인한 폴리에스테르의 분자량 손실을 최소화시키기 위해서 폴리에스테르 중합체를 진공 오븐에서 건조시킨다. 충분한 건조는 당해분야의 숙련가에 의해 이해되는 바와 같이, 포함된 특정 폴리에스테르에 따라 다르다. 전형적인 충분한 건조는 140°F(60℃)에서 4시간 후에 이루어진다. 200g의 배치에서, 건조된 폴리에스테르 190g 및 Ca(OH)210g를 원추형 배럴(2개가 직경 0.125in(0.3175cm)의 노즐을 갖는 수평 봉 다이와 역회전 스크류 사이에 부분적으로 맞물려 있다)이 장착된 레오믹스(Rheomix) TW - 100 2축 스크류 압출기(Haake로부터 구입할 수 있음)에서 용융 배합시킨다. 압출기의 온도를 첫번째 가열 대역에서 284°F(140℃)로 부터, 제 2 대역에서 302°F(150℃) 및 다이 부근의 방출 단부에서 320°F(160℃)로 변화시킨다. 다이를 266°F(130℃)에서 유지시킨다. 스크류의 속도를 30 rpm에서 일정하게 유지시킨다. 이어서 생성된 압출된 용융 스트랜드를 냉각시키고 수욕중에서 고형화시킨 후에 Berlyn Model PEL-2 펠렛화기(Berlyn Co.에서 구입할 수 있음)에 공급하며, 여기에서 상기 스트랜드는 대략 0.125in(0.3175cm) 길이의 펠렛으로 쵸핑된다. 일련의 200g 배치들을 총 약 1600g의 펠렛이 수득될 때까지 용융 배합시킨다. 중합체 조성물의 조기 가수분해를 최소화하기 위해서 상술한 바와 같이 냉각된 펠렛을 건조시킨다.
중합체 조성물의 필름을 하기와 같이 제조한다. 0.04in(0.1016cm)의 다이 간격을 사용하는 6in(15.24cm) 폭의 수평 시이트 다이가 장착된 직경 0.75in(1.905cm)의 레오믹스 모델 202 단일축 스크류 압출기(Haake로부터 구입할 수 있음)를 사용하여 펠렛으로부터 주조 필름을 제조한다. 전형적으로 20:1의 길이 대 직경 비, 및 3:1의 압축 비를 갖는 일정한 테이퍼 스크류를 사용한다. 제 1 및 제 2 가열 대역의 온도를 370°F(188℃)에서 유지시키고, 다이는 340°F(171℃)에서 유지시킨다. 스크류의 속도를 30rpm에서 일정하게 유지시킨다. 생성된 용융 필름을 다이로부터 실온으로 냉각된 Postex 시이트 제거 시스템으로 통과시키고 이어서 판지 코어상에서 수거한다. 상기 제거 속도를 조절하여 너비 약 4in(10.16cm) 및 두께 0.002in(50.8μ)의 필름을 제공한다.
생성된 중합체 필름은 향상된 생분해성을 가질 것이다.
본 발명의 특정 실시태양을 예시하고 개시하였지만, 다양한 다른 변화 및 변경들을 본 발명의 진의 및 범위로부터 이탈됨없이 수행할 수 있음은 당해분야의 숙련가들에게 자명할 것이다. 따라서, 첨부된 특허청구범위내에 본 발명의 범위 내에있는 이러한 모든 변화 및 변경들을 포함하고자 한다.

Claims (3)

  1. (i) 염기-가수분해성 결합을 함유하며, 비스페놀-A 및 카복실산을 포함하는 폴리에스테르 또는 하이드로퀴논 및 카복실산을 포함하는 폴리에스테르인 폴리카보네이트 중합체; 및
    (ii) 약 1x106내지 약 1x1013의 25℃ 수중 용해도 곱 상수(25℃ solubility product constant in water)를 갖는 실질적으로 수-불용성인 염기성 pH-변경 화합물 약 1% 이상(염기 - 가수분해성 결합을 함유하는 중합체의 중량 기준)의 블렌드를 포함하는, 생분해성이 향상된 중합체 조성물.
  2. (i) 염기-가수분해성 결합을 함유하고, 폴리 (r-글루탐산) 또는 폴리아스파르 산인 폴리아미노산 중합체; 및 (ii) 약 1x106내지 약 1x1013의 25℃ 수중 용해도 곱 상수를 갖는 실질적으로 수-불용성인 염기성 pH-변경 화합물 약 1% 이상(염기-가수분해성 결합을 함유하는 중합체의 중량 기준)의 블렌드를 포함하는, 생분해성이 향상된 중합체 조성물.
  3. (a) 액체 투과성 상면시이트; (b) 상기 상면시이트와 결합된 액체 불투과성 배면시이트; 및 (c) 상기 상면시이트와 배면시이트 사이에 배치된 흡수 코어를 포함하되, 상기 배면시이트가 제 1 항 또는 제 2 항의 중합체 조성물을 포함하는 흡수제품.
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