KR101296448B1

KR101296448B1 - 포장 이용분야를 위한 폴리락트산과 열가소성 중합체의 블렌드

Info

Publication number: KR101296448B1
Application number: KR1020117012998A
Authority: KR
Inventors: 유 시
Original assignee: 콜게이트-파아므올리브캄파니
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2009-04-06
Publication date: 2013-08-13
Also published as: HN2011001254A; CA2742590C; ECSP11011091A; PA8848101A1; IL212656A0; MX2011004727A; TW201035233A; UY32229A; TWI468462B; WO2010053592A1; EP2352777A1; RU2011122790A; KR20110093868A; EP2352777B1; NZ592715A; AU2009311593A1; US20110213101A1; CA2742590A1; CN102272193A; AR074308A1

Abstract

본 발명은 중합체 블렌드, 예컨대 폴리락트산과 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함한 블렌드, 및 이로부터 제조된 물품을 포함한다. 특정 양태에서, 본 발명은 포장에 유용하고 물성, 예컨대 가요성, 연신성 및/또는 데드-폴드성이 향상된 중합체 블렌드, 예컨대 폴리락트산과 폴리에틸렌 테레프탈레이트 블렌드를 포함한다. 또한, 본 발명의 중합체 블렌드는 다수의 이용분야, 예컨대 일회용 병, 랩, 백 및 기타 포장재, 또는 코팅재의 제조에 적합할 수 있다.

Description

포장 이용분야를 위한 폴리락트산과 열가소성 중합체의 블렌드{BLENDS OF POLYLACTIC ACID AND THERMOPLASTIC POLYMERS FOR PACKAGING APPLICATIONS}

본 발명은 폴리락트산과 폴리에틸렌 테레프탈레이트 등을 포함하는 중합체의 블렌드 및 이로부터 제조된 물품을 포함한다. 특정 양태에서, 본 발명은 포장에 유용하고 가요성, 연신 및/또는 데드-폴드(dead-fold)와 같은 물성이 향상된 폴리락트산과 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 같은 중합체 블렌드를 포함한다. 또한, 본 발명의 중합체 블렌드는 다양한 이용분야, 예컨대 일회용 병, 랩, 백 및 기타 포장 재료 또는 코팅 재료의 제조에 사용하기에 적합할 수 있다.

특정 포장 재료는 도매점 및 소매점에서 구입한 물품을 포장하는데 사용되는 박스, 카툰, 파우치, 백 및 랩과 같은 일회용만을 목적으로 한다. 한번 사용하고 버리는 포장재의 양은 점점 증가하고 있다. 발생되는 다량의 일회용 포장재로 인해, 일부 국가, 특히 유럽에서는 재활용을 지시하기 시작했다.

본 발명자들은 개선된 중합체 블렌드를 개발했고, 여기에 개시하고 권리를 청구한다.

본 발명은 중합체 블렌드를 포함하는 조성물을 포함한다.

특정 양태에서, 조성물은 폴리락트산과 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 중합체 블렌드를 포함한다.

특정 양태에서, 조성물은 고유 점도가 약 0.5 dl/g 내지 약 0.9 dl/g인 것이다.

특정 양태에서, 조성물은 고유 점도가 약 0.7 dl/g인 것이다.

특정 양태에서, 폴리락트산은 약 1 wt% 내지 약 20 wt%의 양으로 존재한다.

특정 양태에서, 폴리락트산은 약 3 wt% 내지 약 10 wt%의 양으로 존재한다.

특정 양태에서, 폴리락트산은 약 5 wt%의 양으로 존재한다.

특정 양태에서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 약 80 wt% 내지 약 99 wt%의 양으로 존재한다.

특정 양태에서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 약 90 wt% 내지 약 97 wt%의 양으로 존재한다.

특정 양태에서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 약 95 wt%의 양으로 존재한다.

특정 양태에서, 조성물은 축방향의 영 탄성률(Young's modulus)이 적어도 약 210000 psi이다.

특정 양태에서, 조성물은 방사상의 영 탄성률이 적어도 약 410000 psi이다.

또한, 본 발명은 약 1 wt% 내지 약 20 wt%의 폴리락트산과 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 포장 재료를 포함한다.

특정 양태에서, 조성물은 고유 점도가 약 0.7 dl/g 이상이다.

특정 양태에서, 폴리락트산은 약 5 wt%의 양으로 존재한다.

특정 양태에서, 조성물은 축방향의 영 탄성률이 적어도 약 210000 psi이다.

또한, 본 발명은

(i) 약 1 wt% 내지 약 20 wt%의 폴리락트산과 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 배합하여 중합체 블렌드를 제조하는 단계;

(ii) 중합체 블렌드를 혼합하는 단계;

(iii) 중합체 블렌드를 가열하는 단계;

(iv) 중합체 블렌드를 압출하는 단계; 및

(v) 블로우 성형(blow-molding)하여 소비자 포장 제품(consumer packaging product)을 수득하는 단계를 포함하여 소비자 포장 제품을 제조하는 방법을 포함한다.

또한, 본 발명은 중합체 블렌드를 포함하되, 중합체가

(i) 약 1 wt% 내지 약 20 wt%의 폴리락트산; 및

(ii) 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 함유하고, 조성물의 고유 점도가 약 0.7 dl/g 이상인 소비재(consumer product)를 포함한다.

특정 양태에서, 폴리락트산은 약 5 wt%의 양으로 존재한다.

특정 양태에서, 중합체 블렌드는 축의 영 탄성률이 적어도 약 210000 psi이다.

특정 양태에서, 중합체 블렌드는 방사상의 영 탄성률이 적어도 약 410000 psi이다.

도 1은 PET 중에 0.1% PLA 분말, PET 중에 0.2% PLA 분말, PET 중에 5% PLA 펠릿 및 PET 중에 1% PLA 펠릿을 포함하는 본 발명의 중합체 블렌드를 함유하는 예시적 양태를 도시한 것이다.
도 2는 대조군, PET 중에 0.1% PLA 분말, PET 중에 0.2% PLA 분말, PET 중에 5% PLA 펠릿 및 PET 중에 1% PLA 펠릿을 포함하는 본 발명의 중합체 블렌드를 함유하는 예시적 양태를 도시한 것이다.
도 3은 대조군, 3% PLA 50/50 RPET/virgin, 및 5% PLA 50/50 RPET/virgin을 포함하는 본 발명의 중합체 블렌드를 함유하는 예시적 양태의 병을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 중합체 블렌드를 포함하는 예시적 병의 축방향 및 방사상의 영 탄성률을 도시한 막대 그래프이다.

명세서 전반에서, 사용된 범위는 이 범위 내의 모든 값을 각각 나타내기 위한 약기로 사용된다. 범위 내의 모든 값은 이 범위의 끝으로 선택될 수 있다. 또한, 여기에 인용된 모든 참고문헌은 전문이 참고인용된다. 본 발명의 정의와 인용 문헌의 정의 사이에 충돌이 있다면, 본 명세서가 지배한다.

일반적 설명

본 발명은 하나 이상의 중합체, 예컨대 폴리락트산과 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 중합체 블렌드를 포함한다. 본 발명의 중합체 블렌드는 강도, 가요성, 연신성, 온도 안정성, 가공성, 통기성 및 데드-폴드의 증가와 같은 성질이 향상된 것이다.

본 발명의 중합체 블렌드는 다양한 포장재, 예컨대 랩, 백, 파우치 및 적층 코팅재에 사용되는 시트 및 필름으로 압출, 블로운, 주조 또는 다른 방식으로 제조될 수 있고, 또는 병과 같은 성형 물품으로 성형될 수 있다. 특정 양태에서, 열가소성 기술 분야에 공지된 기존 혼합, 압출, 블로잉, 사출성형 및 블로우 성형 장치는 본 명세서에 기술된 중합체 블렌드 조성물로부터 병, 시트 및 필름과 같은 유용한 제조 물품을 제조하는데 적합하다.

특정 양태에서, 천연 급원 유래의 중합체, 예컨대 폴리락트산 및 열가소성 중합체, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 또는 이의 배합물을 함유하는 블렌드는 놀랍게도 단독 사용된 중합체(들)보다 우수한 강도 및 연신성을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 본 발명은 놀라운 상승작용 효과를 보유하거나 증명해보이는 블렌드를 포함한다.

특정 양태에서, 폴리락트산과 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 함유하는 블렌드가 본 발명의 조성물에 사용된다.

다른 양태에서, 본 발명은 유리 전이 온도가 비교적 높고 실온에서 매우 결정성인 것을 특징으로 하는 중합체 블렌드를 포함한다. 본 발명자들은 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폴리락트산의 다양한 블렌드가 중합체 자체보다 더 높은 연신성 뿐만 아니라 중합체 자체에 비해 높은 파단응력을 사실상 나타낸다는 놀랍고 예상치못한 결과를 발견했다.

특정 양태에서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폴리락트산의 혼합물을 배합하면, 많은 경우에 각 중합체 자체의 유리한 특징을 나타내고, 일부 경우에는 훨씬 우수한 성질을 나타내면서 각 중합체 자체의 좋지 않은 성질을 감소시키거나 최소화한다.

다른 양태에서, 본 발명은 예컨대 폴리락트산을 포함하고 축의 영 탄성률이 적어도 약 210000 psi인 중합체 블렌드를 포함한다. 다른 양태에서, 본 발명은 예컨대 폴리락트산을 포함하고 방사상의 영 탄성률이 적어도 약 410000 psi인 중합체 블렌드를 포함한다.

다른 양태는 예컨대 폴리락트산과 하나 이상의 열가소성 중합체, 예컨대 폴리에틸렌, 특히 고밀도 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 폴리프로필렌의 블렌드를 포함하는 소비재를 포함한다.

본 발명의 중합체

본 발명의 범위에 속하는 중합체는 다양한 합성 중합체, 예컨대 폴리에스테르, 폴리에스테르 아미드, 폴리카보네이트 및 이의 유사물을 포함하는 중합체를 포함한다. 천연 유래의 반합성 폴리에스테르(예컨대, 발효 유래)도 사용될 수 있다. 가수분해성 결합을 함유하는 천연 거대분자, 예컨대 단백질, 셀룰로스 및 전분은 일반적으로 미생물의 가수분해 효소에 의한 분해에 민감하다. 또한, 본 발명의 중합체 블렌드는 결정성, 사슬 가요성 및 사슬 길이를 비롯한 분해성에 영향을 미치는 특징을 나타낸다.

본 발명의 범위에 속하는 중합체는 합성 폴리에스테르, 발효로 제조한 반합성 폴리에스테르(예, PHB 및 PHBV), 폴리에스테르 아미드, 폴리카보네이트 및 폴리에스테르 우레탄을 포함하지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 다른 양태에서, 경우에 따라 다양한 천연 중합체 및 이의 유도체, 예컨대 전분, 셀룰로스, 다른 다당류 및 단백질을 포함하거나 이로부터 유래된 중합체를 포함하는 것도 본 발명의 범위에 속한다.

본 발명의 중합체 블렌드의 범위에는 예컨대 폴리락트산, 폴리하이드록시부티레이트, 폴리하이드록시아미드, 폴리타르트레이트 및 이의 혼합물을 기본으로 하는 중합체가 포함된다.

특정 양태에서, 본 발명의 중합체는 폴리락트산("PLA")을 기본으로 하거나 포함하는 중합체를 포함한다. 본 명세서에 사용된, 폴리락트산이란 용어는 폴리락타이드와 동의어이고 옥수수 전분 또는 사탕수수와 같은 재생 자원에서 유래된 분해성, 열가소성, 지방족 폴리에스테르를 포함한다.

본 발명의 PLA는 키랄성이고, 따라서 여러 상이한 형태, 예컨대 L,L-락타이드(L-락타이드라고도 알려져 있음)의 중합으로부터 산출되는 산물인 폴리-L-락타이드(PLLA)로 존재할 수 있다. 본 발명의 특정 양태에서, PLA는 결정성이 25% 이상, 예컨대 약 37%, 유리 전이 온도가 50 내지 80℃ 사이, 융점이 173 내지 178℃ 사이이다.

특정 양태에서, 본 발명의 폴리락트산은 대부분의 열가소성재와 같이 섬유(예컨대 통상적인 용융방적법을 이용하여) 및 필름으로 가공처리될 수 있다. PLLA의 융점은 40 내지 50℃ 증가할 수 있고, 그 열변형 온도는 상기 중합체와 PDLA(폴리-D-락타이드)의 물리적 블렌딩에 의해 약 60℃에서부터 최고 190℃까지 증가할 수 있다. 본 발명의 PDLA 및 PLLA 블렌드는 결정성이 증가된 매우 규칙적인 입체복합체(stereocomplex)를 형성한다. 특정 양태에서, 온도 안정성은 50:50 블렌드가 사용될 때 최대화될 수 있지만, PDLA가 3 내지 10%의 저농도인 경우에도 실질적인 향상은 여전하다. 후자의 경우에 PDLA는 핵형성제로서 작용하여 결정화율을 증가시킨다. PDLA의 분해는 PDLA의 높은 결정성으로 인해 PLA보다 느리다. 따라서, 본 발명은 락트산 및 이의 여러 이성체 형, 예컨대 L-(+)-락트산; D-(-)-락트산 및 이의 혼합물을 포함한다. 다른 양태에서, 본 발명은 라세미 혼합물, DL-락트산을 포함한다.

또한, 일반 토양균에 의해 분해될 수 있는 유용한 산물로 제조될 수 있는 강한 중합체인 락트산의 고 중합체(Mn= 약 50,000 내지 약 110,000)도 포함된다. 특정 양태에서, PLA는 단독중합체일 수 있고, 또는 글리콜라이드, 락톤 또는 다른 단량체와 공중합될 수 있다.

락트산의 고 중합체는 예컨대 2 단계 공정으로 제조될 수 있다. 먼저, 락트산은 물을 제거하여 분자량이 3000 이하인 선형 사슬로 올리고머화한다. 이 올리고머는 그 다음 탈중합하여, 2개의 축합된 락트산 분자로 이루어진 환형 이량체인 락타이드를 수득한다. 이러한 6원 고리를 정제하고, 개환 중합으로 처리하여 분자량이 50,000 내지 110,000인 폴리락트산을 수득한다.

또한, 본 발명은 PLA의 유도체이고 디아니폰 인크.의 시판품인 폴리락타이드 지방족 공중합체("CPLA")를 포함하는 중합체 블렌드를 포함한다. 2종류의 CLPA가 판매되고 "CPLA 하드" 및 "CPLA 소프트"라 불린다. CPLA 하드는 유리전이온도가 60℃이고 반면 CPLA 소프트는 유리전이온도가 51℃이다.

특정 양태에서, 본 발명의 폴리락트산은 중합체 블렌드의 중량%를 기준으로 약 1 wt% 내지 약 20 wt%의 양으로 존재한다. 다른 양태에서, 폴리락트산은 약 3 wt% 내지 약 10 wt%의 양으로 존재한다. 다른 양태에서, 폴리락트산은 약 5 wt%의 양으로 존재한다.

또한, 본 발명의 중합체 블렌드는 하나 이상의 열가소성 중합체, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리(에틸렌 나프탈레이트), 및 이의 혼합물을 포함한다.

특정 양태에서, 열가소성 중합체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)이다. PET 중합체는 듀퐁에서 제조하며, 상표명 BIOMAX로 판매하고 있다. 또한, 본 발명은 듀퐁에서 판매하는 변형 PET 중합체도 포함하고, 이는 전문이 참고인용된 문헌[미국 특허 5,053,482(Tietz), 미국 특허 5,097,004(Gallagher et al.), 미국 특허 5,097,005(Tietz), 미국 특허 5,171,308(Gallagher et al.) 미국 특허 5,219,646(Gallagher et al.) 및 미국 특허 5,295,985(Romesser et al.)]에 더 상세하게 설명되어 있다.

특정 양태에서, PET는 분자량이 60,000 내지 80,000이다.

특정 양태에서, PET 중합체는 변형 PET이다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "변형 PET"는 공단량체, 예컨대 가수분해를 통한 생분해를 비롯한 분해에 민감한 약한 결합을 제공하는 지방족 단량체, 에테르 또는 아미드를 함유하는 PET를 의미한다.

특정 양태에서, PET 중합체는 테레프탈레이트와 지방족 구성성분의 교번성 단위를 포함하고, 상기 지방족 구성성분이 2종 이상의 다른 디올, 예컨대 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌 글리콜, 저급 알칸 디올, 분지형 및 직쇄형, 및 이들의 유도체에서 유래된 2종 이상의 다른 지방족 단위의 통계적 분포를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

다른 양태에서, 지방족 단위의 일부는 또한 지방족 이산, 예컨대 아디프산에서 유래될 수 있다. 또한, 반복하는 테레프탈레이트 단위 내의 페닐렌 기의 일부는 설폰화되고 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 염기에 의해 중화될 수 있다. 변형 PET 중합체의 지방족 부분뿐만 아니라 통계적으로 유의적인 양의 설폰화된 테레프탈레이트 단위는 둘 다 BIOMAX 중합체의 분해성에 기여한다.

다른 양태에서, 변형 폴리에틸렌 테레프탈레이트는 하기 화학식으로 표시되는 반복 구조 단위로 본질적으로 이루어진다:

--[--C(O)--R--C(O)--OGO--]_a--[--C(O)-Q-O--]_b--

여기서, R의 약 40 mol% 이하는 화학결합 및 하나 이상의 이가, 비방향족성 C₁-C₁₀ 하이드로카르빌렌 라디칼로 이루어진 그룹 중에서 선택되고, 나머지 R은 적어도 약 85 mol% p-페닐렌 라디칼이며, G는 --(CH₂)₂--O--(CH₂)₂-- 및 --(CH₂)₂--O--(CH₂)₂--O--(CH₂)₂--로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 폴리에틸렌 에테르 라디칼 0 내지 약 30 mol%를 포함하고, 나머지 G는 분자량이 적어도 약 250(수평균)인 폴리알킬렌 에테르 라디칼, --(CH₂)₂--, --(CH₂)₃-- 및 --(CH₂)₄-- 라디칼로 이루어진 그룹 중에서 선택되며, Q는 식 HO[--C(O)-Q-O--]_xH(여기서, x는 정수이다)의 하이드록시 산에서 유래되고 이러한 하이드록시 산의 융점은 이의 분해 온도보다 적어도 5℃ 이하이며, Q는 화학결합 및 하이드로카르빌렌 라디칼 --(CH₂)_n--(여기서, n은 1 내지 5의 정수이다), --C(R')H--, 및 --C(R')HCH₂--(여기서, R'는 -CH₃ 및 --CH₂CH₃으로 이루어진 그룹 중에서 선택된다)로 이루어진 그룹 중에서 선택되고, "a" 및 "b"는 중합체의 몰 분율이고, 몰 분율 "a"는 0.6 내지 1일 수 있고, 이에 대응하게 몰 분율 "b"는 0 내지 0.4일 수 있으며, 이 중합체의 약 0.1 내지 약 15 mol%, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 2.5 mol%, 특히 약 1.5 내지 약 2 mol%는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속 설포 기를 함유한다.

또한, 본 발명은 글리세린, 소르비톨, 프로필렌 글리콜 등과 같은 가소제를 포함하는 전분을 기본으로 하는 열가소성 중합체를 포함한다. 특정 양태에서, 식품 커버용 랩을 제조할 때에는 열가소성 전분 중합체는 식품에 확산될 가능성이 있는 상기 가소제를 사용함이 없이 제조된다. 식품 랩 제조 시에 사용되는 열가소성 전분 중합체는 입자 구조를 초기에 붕괴하여 천연 전분을 융해하기 위해 천연 전분 입자의 천연 수분 함량을 유익하게 이용할 수 있다. 그 다음, 융해된 전분은 하나 이상의 합성 중합체와 배합될 수 있고, 이 혼합물은 탈기에 의해 건조되어 최종 중합체 블렌드를 생산할 수 있다. 높은 비등점의 액체 가소제로 만들어진 열가소성 전분 중합체를 이용해 식품에 접촉하는 식품 랩 또는 다른 시트 또는 필름을 제조하고자 하는 경우에는 상기 열가소성 전분 중합체의 양을 임의의 고체 충전제를 제외한 중합체 혼합물의 중량을 기준으로 10% 이하로 제한해야 할 것이다.

전술한 중합체 외에, 본 발명의 조성물과 방법에 사용하기 위한 중합체는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS); 아크릴; 셀룰로이드; 셀룰로스 아세테이트; 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA); 에틸렌 비닐 알콜(EVAL); 플루오로플라스틱(PTFE, FEP, PFA, CTFE, ECTFE, ETFE); 이오노머; Kydex(아크릴/PVC 합금의 상표명); 액정 중합체(LCP); 폴리아세탈(POM 또는 Acetal); 폴리아크릴레이트(Acrylic); 폴리아크릴로니트릴(PAN 또는 아크릴로니트릴); 폴리아미드(PA 또는 Nylon); 폴리아미드-이미드(PAI); 폴리아릴에테르케톤(PAEK 또는 Ketone); 폴리부타디엔(PBD); 폴리부틸렌(PB); 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT); 폴리카프로락톤(PCL); 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE); 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET); 폴리사이클로헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트(PCT); 폴리카보네이트(PC); 폴리하이드록시알카노에이트(PHA); 폴리케톤(PK); 폴리에스테르; 폴리에틸렌(PE), 예컨대 고밀도 폴리에틸렌(HDPE); 폴리에테르에테르케톤(PEEK); 폴리에테르이미드(PE); 폴리에테르설폰(PES); 폴리에틸렌클로리네이트(PEC); 폴리이미드(PI); 폴리락트산(PLA); 폴리메틸펜텐(PMP); 폴리페닐렌 옥사이드(PPO); 폴리페닐렌 설파이드(PPS); 폴리프탈아미드(PPA); 폴리프로필렌(PP); 폴리스티렌(PS); 폴리설폰(PSU); 폴리비닐 클로라이드(PVC); 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC); 및 이의 배합물을 포함할 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.

특정 양태에서, 본 발명의 열가소성 중합체는 각 중합체에 특이적인 유리전이온도 Tg(물과 같은 순수 결정성 물질의 예리한 빙점과 대조적인 온도 범위의 중간점) 상에서 탄성 및 가요성이다. 특정 양태에 따르면, 제2의 더 높은 융점, Tm(또한 범위의 중간점) 이하에서 열가소성 중합체는 사슬이 랜덤 코일과 유사한 무정형 영역과 결정성 영역이 번갈아 나타난다. 다른 양태에서, 무정형 영역은 탄성에 기여하고 결정성 영역은 강도와 강직에 기여하는데, 이는 실크와 같은 비-열가소성 섬유 단백질에서의 경우와 같다. 특정 양태에 따르면, Tm 이상에서 결정성 구조는 사라지고 사슬은 랜덤하게 상호분산된다. 온도가 Tm 이상으로 증가하면, 점도는 어떤 독특한 상 변화없이 서서히 감소한다.

특정 양태에서, 본 발명의 열가소성 중합체는 반복적으로 융해/동결 순환이 이루어질 수 있다. 이의 특성은 열가소성 물질이 재활용될 수 있게 한다. 재활용에 필요한 가공처리는 열가소성 물질마다 달라진다. 소다병에 사용되는 플라스틱은 재활용될 수 있고 광범하게 재활용되는 열가소성 물질의 일반적인 예이다. 단백질 α-케라틴은 가열 시에 연화하여 약간 재성형이 가능하고, 이에 천연의 의사-열가소성 물질로 간주될 수 있다.

특정 양태에서, 열가소성 중합체는 결정을 형성하지 않아서 "무정형" 플라스틱이라 불리고 Tg 이하의 온도에서 유용하다. 이 중합체는 투명성이 중요한 이용분야에 흔히 사용된다. 무정형 열가소성 물질의 전형적인 일부 예는 PMMA, PS 및 PC이다. 일반적으로, 무정형 열가소성 물질은 화학적 내성이 적어서 쉽게 응력 균열될 수 있다. 열가소성 물질은 어느 정도로 결정화하여 이러한 이유로 "반결정성"이라 불린다. 일반적인 반결정성 열가소성 물질은 PE, PP, PBT 및 PET이다. 결정화가 일어날 수 있는 속도와 정도는 부분적으로 중합체 사슬의 가요성에 달려있다. 반결정성 열가소성 물질은 용매와 다른 화학물질에 더욱 내성적이다. 미세결정이 빛의 파장보다 크면, 열가소성 물질은 혼탁하거나 불투명하다. 반결정성 열가소성 물질은 Tg 이상에서 취성이 적어진다. 다른 바람직한 성질을 가진 플라스틱이 Tg가 너무 높다면, 종종 제조(플라스틱 압출; 성형) 및 냉각 전에 용융물에 저분자량의 가소제를 첨가하여 저하시킬 수도 있다. 중합 전에 단량체에 미반응성 측쇄를 첨가하면 때로 유사한 결과가 달성될 수 있다. 이 두 방법은 모두 중합체 사슬이 서로 약간 떨어져 있게 한다. 가소제를 도입하기 전에, 플라스틱 자동차 부품은 종종 차가운 겨울철 기후에서 종종 균열된다. Tg를 저하시키는(또는 Tm을 상승시키는) 다른 방법은 오리지널 플라스틱을 폴리스티렌의 그래프트 공중합체처럼 공중합체에 또는 복합재 물질에 혼입시키는 것이다. Tg 저하가 취성을 감소시키는 유일한 방법은 아니다. 중합체 사슬 길이의 연신(및 분자를 연장하거나 또는 배향시키는 유사 방법) 또는 증가도 역시 취성을 감소시킨다.

고비등점의 액체 가소제, 예컨대 글리세린, 프로필렌 글리콜 및 이의 유사물을 포함하는 전분을 기본으로 한 열가소성 중합체를 포함하는 것은 본 발명의 범위에 속한다. 특정 양태에서, 제조 랩이 식품과 접촉할 목적이 있는 경우에는 식품에 확산될 가능성이 있는 상기 가소제를 사용함이 없이 제조한 열가소성 전분 중합체를 이용한다. 특정 양태에서, 식품 랩 제조 시에 사용되는 열가소성 전분 중합체는 천연 전분 입자의 천연 수분 함량을 유익하게 이용하여 입자 구조를 초기에 붕괴하여 천연 전분을 융해할 수 있다. 그 다음, 융해된 전분은 하나 이상의 합성 중합체와 배합될 수 있고, 이 혼합물은 탈기에 의해 건조되어 최종 중합체 블렌드를 생산할 수 있다. 높은 비등점의 액체 가소제로 만들어진 열가소성 전분 중합체를 이용해 식품에 접촉하는 식품 랩 또는 다른 시트 또는 필름을 제조하고자 하는 경우에는 상기 열가소성 전분 중합체의 양을 임의의 고체 충전제를 제외한 중합체 혼합물의 중량을 기준으로 10% 이하로 제한하는 것이 바람직할 수 있다.

다른 양태에서, 중합체 블렌드에는 하나 이상의 비-생물분해성 중합체(즉, 생물중합체가 아닌 열가소성 중합체)를 첨가하는 것도 본 발명의 범위에 포함된다. 이러한 중합체는 미립자 형태로 존재할 수 있고, 또는 가공처리 동안 열가소성이 될 수 있다. 특정 양태에서, 최종 중합체 블렌드는 분해성을 나타내는 경향이 있고, 예컨대 미분해성 중합체는 연속상보다는 분산상으로 포함된다.

특정 양태에서, 열가소성 중합체는 폴리에틸렌 테레프탈레이트이다. 특정 양태에서, 열가소성 중합체는 폴리프로필렌이다. 특정 양태에서, 열가소성 중합체는 폴리에틸렌이다. 특정 양태에서, 폴리에틸렌은 고밀도 폴리에틸렌이다. 특정 양태에서, 열가소성 중합체는 약 80 wt% 내지 약 99 wt%의 양으로 존재한다. 특정 양태에서, 열가소성 중합체는 약 90 wt% 내지 약 97 wt%의 양으로 존재한다. 특정 양태에서, 열가소성 중합체는 약 95 wt%의 양으로 존재한다.

본 발명의 조성물

본 발명은 미배합된 중합체 또는 열가소성 단독중합체 및 공중합체에 비해 성질이 향상된 중합체 블렌드를 포함한다. 이 중합체 블렌드는 예컨대 향상된 강도, 가요성, 연신성, 온도 안정성, 가공성 및 데드-폴드성을 나타낸다. 또한, 이러한 블렌드로 제조된 시트, 필름 및 다른 물품은, 특별한 처리 없이 쉽게 인쇄할 수 없는, 일반적으로 데드-폴드성이 불량한 종래 플라스틱에 비해 많은 면에서 우수하다.

한 양태에서, 본 발명에 따른 중합체 블렌드는 폴리락트산 및 적어도 하나의 열가소성 중합체를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된, "중합체 블렌드(들)" 및 "블렌드(들)"이란 용어는 적어도 하나의 자연 발생의 중합체 및 적어도 하나의 열가소성 중합체의 혼합물을 의미한다. 특정 양태에서, "중합체 블렌드(들)" 및 "블렌드(들)"는 폴리락트산과 PET, PP, PE, HDPE 또는 이의 혼합물의 블렌드를 의미한다.

함께 배합했을 때에는, 필름, 시트 및 다른 물품을 제조하는데 각각 사용했을 때 각 중합체의 좋지 않은 성질을 상쇄하거나 제거하면서 각 중합체의 유익한 성질을 끌어내는 것이 가능하다.

본 발명의 범위에 속하는 중합체 블렌드의 잠재적 이용분야는 일회용 병, 포장(식품 및 음료 곽)용 종이 코팅, 패스트푸드용 발포플라스틱, 마이크로웨이브 용기 및 다른 소비재, 예컨대 일회용 기저귀 또는 마당 폐기물 백을 포함한다.

본 발명의 중합체 블렌드는 다양한 포장재, 예컨대 랩, 백, 파우치, 덮개 및 적층 코팅에 사용되는 시트 및 필름으로 압출, 취입 또는 다르게 제조될 수 있다. 본 발명자들은 폴리락트산과 열가소성 중합체의 배합 시, 일부 경우에는 블렌드의 유익한 성질이 단독 사용된 각 중합체의 바람직한 성질을 사실상 초과한다는 것을 발견했다. 이에, 예상치못한 상승작용적 효과의 놀라운 효과가 확인되었다.

본 발명의 다른 양태에서, 본 발명의 조성물은 중합체 블렌드를 포함하는 시트 또는 필름이며, 랩 및 다른 포장재를 제조하는데 적합하다. "시트" 및 "필름"이란 용어는 열가소성 물질 및 포장 분야에 사용되는 통상의 의미가 있는 것으로 이해되어야 한다. 그럼에도 불구하고, "시트"를 구성하는 것과 "필름"을 구성하는 것 간의 차이가 주로 제조 물품의 두께를 좌우하기 때문에, 그 차이는 다소 임의적이다(즉, 일부 물품은 시트와 필름 모두로 구성될 수 있다). 본 발명에 따른 조성물은 매우 다양한 제조 물품, 예컨대 식품이나 다른 고형 기재를 싸거나, 포장하거나 다르게 포장하는데 유용한 물품, 예컨대 두께(측정값 및 계산값 모두)가 매우 광범한 시트 및 필름을 제조하는데 사용할 수 있기 때문에, 모든 경우마다 "시트"를 거의 틀림없이 구성할 수 있는 것 vs. "필름"을 거의 틀림없이 구성할 수 있는 물품을 서로 정확하게 구분하는 것은 본 발명의 의도가 아니다. 따라서, 본 명세서가 "시트 및 필름"과 "시트 또는 필름"을 언급할 때, 그 의도는 "시트", "필름" 또는 이 둘 모두를 거의 틀림없이 구성할 수 있는 제조 물품의 전체 범위를 나타내려는 것이다.

시트 또는 필름을 "랩", 예컨대 고기, 다른 썩기 쉬운 식품 품목, 특히 패스트푸드 품목(예, 샌드위치, 버거 및 디저트 품목)을 싸는데 사용되는 랩으로 이용하고자 하는 경우에, 원하는 배향으로 일단 접거나 싸거나 또는 다른 방식으로 조작하면, 대다수의 플라스틱 시트 및 필름(예, 폴리에틸렌)의 경우처럼, 그러한 랩이 그 배향을 실질적으로 유지하여 자발적으로 풀리거나 벗겨지지 않는 경향이 있도록 양호한 "데드-폴드"성을 가진 시트 및 필름을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 본 명세서에 사용된, "데드-폴드"는 시트 또는 필름이 구김, 주름 또는 다른 굽힘을 유지하는 능력의 척도이다. 이것은 원하는 배향을 유지하기 위한 접착제의 사용, 자가 점착, 열 밀봉과 무관하게 측정한다.

본 발명에 따라 제조된 제조물품은 임의의 바람직한 두께를 가질 수 있다. 시트 및 필름의 두께는 0.0001" 내지 0.1"(약 2.5 미크론 내지 약 2.5mm) 범위일 수 있다. 식품 품목 또는 다른 고체 기재를 싸거나, 포위하거나 또는 다른 방식으로 덮는데 적합한 시트 및 필름은 일반적으로 측정된 두께가 약 0.0003" 내지 약 0.01"(약 7.5 내지 250 미크론) 사이, 계산된 두께가 약 0.00015" 내지 약 0.005"(약 4 내지 125 미크론) 사이이다. 측정된 두께는 일반적으로 시트와 필름이 이 시트와 필름의 표면으로부터 돌출할 수 있는 미립의 충전제 입자를 비교적 고농도로 보유하는 조성물로 제조될 때, 계산된 두께보다 10 내지 100% 사이 더 클 것이다. 이러한 현상은 특히 입자 크기 직경이 중합체 매트릭스의 두께보다 큰 충전제 입자가 유의적인 양으로 사용된 경우에 현저하다.

이상의 설명으로 볼 때, 랩으로 사용하기에 적합한 시트와 필름은 특정 양태에서 측정된 두께가 약 0.0004" 내지 약 0.005"(약 10 내지 약 125 미크론) 범위이고, 다른 양태에서, 약 0.0005" 내지 약 0.003"(약 12 내지 약 75 미크론) 범위이며, 다른 양태에서 약 0.001" 내지 약 0.002"(약 25 내지 약 50 미크론) 범위이다. 다른 양태에서, 랩으로 사용하기에 적합한 시트와 필름은 계산된 두께가 약 0.0002" 내지 약 0.003"(약 5 내지 약 75 미크론) 범위, 또는 약 0.0003" 내지 약 0.002"(약 7.5 내지 약 50 미크론) 범위, 및 약 0.0005" 내지 약 0.0015"(약 12 내지 약 40 미크론) 범위일 수 있다.

계산된 두께와 측정된 두께 사이의 차이는 충전제 함량의 증가 및 입자 크기의 증가와 함께 증가하는 경향이 있다. 역으로, 계산된 두께와 측정된 두께 사이의 차이는 충전제 함량의 감소 및 입자 크기의 감소와 함께 감소하는 경향이 있다. 충전제를 포함하지 않거나, 또는 입자 크기 직경이 중합체 매트릭스의 두께보다 실질적으로 작은 충전제를 소량으로 포함하는 시트 및 필름은 측정된 두께가 계산된 두께와 유사하거나 동일할 것이다.

한 양태에서, 본 발명의 조성물은 임의의 무기 및 유기 충전제를 포함하지 않는다. 다른 양태에서, 본 발명의 조성물은 경우에 따라 자기 접착을 줄이고, 비용을 낮추며 중합체 블렌드의 탄성률(영 탄성률)을 증가시키기 위해 무기 및 유기 충전제를 포함한다. 무기 충전제의 예로는 탄산칼슘, 이산화티탄, 실리카, 탈크, 운모 등을 포함한다. 유기 충전제의 예로는 목재 가루, 씨드(seed), 중합체 입자, 비젤라틴화된 전분 입자 등을 포함한다. 무기 충전제는 예컨대 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 수산화나트륨, 수산화칼슘, 수산화제일철 및 유리 분말을 포함한다. 또한, 가소제는 바람직한 연화 및 연신성을 부여하기 위해 사용될 수 있다. 미립자형 충전제는 유기 및 무기성 모두, 데드-폴드성을 향상시키고, 벌크 핸드 감촉(bulk hand feel)을 증가시키며, 비용을 줄이고 자기 접착을 감소시키기 위해 첨가할 수 있다. 가소제는 바람직한 연화성과 연신성을 부여하기 위해 첨가할 수 있다. 시트와 필름은 벌크 핸드 감촉 및 데드-폴드를 향상시키기 위해 부각되거나, 주름지거나, 누빔 처리되거나 또는 다르게 조직화될 수 있다. 본 발명에 따른 중합체 블렌드는 잉크가 쉽게 부착할 수 있는 산소-함유 모이어티, 예컨대 에스테르, 아미드 또는 우레탄 기를 일반적으로 포함하고 있기 때문에 종래 플라스틱 또는 왁스지에 비해 더 쉽게 인쇄를 받아들이고 유지한다.

특정 가공처리 기술과 연계된 충전제의 사용은 "캐비테이션(cavitation)"을 만드는데 사용될 수 있다. 캐비테이션은 열가소성 중합체 분획이 일축 또는 이축 방향으로 당겨지고 스트레칭(stretching) 동안 크기가 증가하는 필름 또는 시트에서 충전제 입자가 불연속을 야기할 때 나타난다. 스트레칭 동안 스트레칭된 중합체 일부는 충전제 입자로부터 떼어져서 충전제 입자 부근에 작은 공동이 생긴다. 특정 양태에서, 이것은 시트와 필름의 통기성 및 투습성을 증가시킨다. 또한, 촉감 및 감촉이 종래 플라스틱 시트 및 필름과 달리, 종이의 촉감 및 감촉에 훨씬 더 가까운 촉감과 감촉인 필름 또는 시트가 수득된다. 그 결과, 현재 종이재(즉, 랩, 조직, 인쇄 물질 등)를 이용해서 수행하거나 만족하는 이용분야에 사용될 수 있는 시트, 필름 또는 랩이 수득된다.

중합체 블렌드의 성질

중합체 블렌드는 임의의 바람직한 성질로 조작될 수 있다. 최종 조성물의 성질은 혼합물 설계, 가공처리 조건, 형성후 가공처리, 산물 크기, 특히 두께 등을 비롯한 다수의 요인에 따라 달라질 것이다. 고기, 다른 썩기 쉬운 식품 품목, 특히 패스트푸드 품목(예, 샌드위치, 버거 및 디저트 품목)을 싸는데 사용되는 랩과 같은 "랩"으로 사용하고자 한 시트 또는 필름인 경우에, 이 시트 및 필름은 일단 접히거나, 싸거나 또는 원하는 배향으로 다르게 조작된 후에 이 랩이 자신의 배향을 유지하여, 많은 플라스틱 시트 및 필름(예, 폴리에틸렌)에서 일어나듯이, 자발적으로 풀리거나 벗겨지지 않도록 양호한 "데드-폴드"성을 가진 시트 및 필름을 제공하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명의 중합체 블렌드는 특정 물성, 예컨대 강직성, 가요성, 방수성, 강도, 연신성, 온도 안정성, 투습성, 기체 투과성 및/또는 데드-폴드성을 나타낸다. 이용분야는 특정 중합체 블렌드 또는 이로부터 제조된 조성물이 바람직한 성능 기준을 나타내기에 적당한 성질을 가진 중합체 블렌드를 포함한다. 포장재로 사용하기에 적당한 시트 및 필름인 경우에, 바람직한 성능 기준은 연신성, 데드-폴드성, 강도, 인쇄성, 액체 불침투성, 통기성, 온도 안정성 등을 포함하지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

제조된 시트 또는 필름의 데드-폴드성을 향상시키기 위해, 중합체는 영 탄성률이 비교적 높은, 예컨대 약 100 MPa 이상, 약 150 MPa 이상, 또는 약 200 MPa 이상인 블렌드를 산출하는 것으로 선택할 수 있다. 일반적으로, 강직 중합체의 농도 증가는 영 탄성률을 증가시키는 경향이 있다. 또한, 영 탄성률은 중합체 블렌드를 하나 이상의 충전제, 예컨대 전술한 것처럼 미립자형 또는 섬유성 충전제와 함께 부하하여 증가시킬 수도 있다.

데드-폴드성을 향상시키기 위해 영 탄성률을 증가시키는 것 외에 또는 이를 증가시키는 것 대신, 본 발명의 시트 또는 필름은 경우에 따라 시트 또는 필름의 일반적인 평면성을 파괴하여 이루어지는 시트의 "벌크 핸드 감촉"이 증가하도록 가공처리할 수 있다. 이것은, 예컨대 시트를 단순한 평활한 평면 시트가 아닌 규칙적으로 이격되거나 불규칙한 언덕과 계곡이 있도록 부각하거나, 주름지게 하거나, 누빔처리하거나 또는 다르게 조직화하여 수행할 수 있다. 이것은, 예컨대 시트 또는 필름을 한 쌍의 도톨도톨하거나 다른 부각형의 롤러를 통해 통과시킴으로써 수행될 수 있다. 이러한 조직화는 시트가 접힘, 주름, 구김 또는 다른 굽힘을 취하여 유지하는 능력을 증가시키고, 이에 따라 시트의 데드-폴드성을 향상시킨다.

특정 양태에서, 본 발명에 따른 중합체 블렌드 시트 또는 필름의 표면적은 입자의 적어도 일부가 중합체 필름 또는 시트의 두께와 동일하거나 그 두께를 초과하는 입자 크기 직경을 가진 미립자 충전제를 포함하여 자신의 벌크 핸드 감촉 및/또는 데드-폴드성을 증가시킨다. 이러한 방식으로, 본 발명의 시트 및 필름은 현재 시장에서 판매되는 거의 모든 종래 종이 또는 플라스틱 랩 및 시트의 데드-폴드성을 초과하는, 거의 100% 또는 100%인 데드-폴드성을 가진 것으로 제조될 수 있다. 100% 데드-폴드성을 가진 종래의 시트 또는 랩의 드문 예는 알루미늄 또는 다른 금속 호일이다.

이로부터 생산된 시트 또는 필름의 데드-폴드성을 향상시키기 위해, 중합체-열가소성 중합체 블렌드(경우에 따라, 충전제 포함)는 영 탄성률이 비교적 높은, 예컨대 약 100 MPa 이상, 또는 예컨대 약 150 MPa 이상, 다른 양태에서는 예컨대 약 200 MPa 이상인 필름을 생산하기 위해 조작될 수 있다. 하지만, 영 탄성률은 데드-폴드성과 상관성이 낮아서, 모든 경우에 특정 시트 또는 필름의 데드-폴드성을 정의하거나 예측하는 작용을 하는 것으로 이해되지는 않아야 한다.

본 발명에 따른 중합체 블렌드의 또 다른 성질은 이러한 블렌드가 시트 및 필름으로 블로운, 압출, 주조 또는 다르게 제조될 때, 이러한 시트 및 필름이 추가 가공처리 없이 쉽게 인쇄할 수 있다는 점이다. 따라서, 랩의 제조에 본 발명의 중합체 블렌드를 이용할 때 얻을 수 있는 다른 장점은 이러한 블렌드가 일반적으로 종래 플라스틱 또는 왁스지보다 훨씬 더 쉽게 인쇄를 받아들이고 유지할 수 있다는 점이다. 많은 플라스틱과 왁스는 매우 소수성이며, 잉크가 부착할 수 있는 화학적 수용성 표면을 제공하기 위해 표면 산화되어야 한다.

"데드-폴드"란 용어는 주름, 구김, 접힘 또는 다른 굽힘을 유지하는 시트 또는 필름의 경향을 의미한다. 시트 및 필름의 데드-폴드성은 당업계에 공지된 표준 검사를 이용하여 정확하게 측정할 수 있다. 이 검사는 다양한 시트 및 필름의 데드-폴드성을 비교 및 대조하는 능력을 제공한다. 표준 데드-폴드 검사를 수행하는데 유용한 설비는 다음과 같다: (1) 1" 직경의 반원을 따라 나뉜 반원형 각도기; (2) 0.75 +/- 0.05" x 1.25 +/- 0.05"이고 50g +/- 0.05g을 칭량할 정도의 두께인 평활면을 가진 금속 블록으로 이루어진 추; (3) 검사 표본을 절단하는 1" x 4" 주형; (4) 1초까지 시간 조절할 수 있는 타이머 또는 스톱와치; (5) 과도 또는 다른 절단 기구; 및 (6) 항습실.

제1 단계는 적당한 크기의 샘플 제조이다. 필름이 직교-종방향 대비 종방향으로 성질이 다른 경우에는 양방향으로 데드-폴드성을 측정하고 평균을 내는 것이 유용할 수 있다. 표준 샘플 표본은 1" x 4" 스트립의 시트 또는 필름 검사물이다.

제2 단계는 검사 조건의 균일성을 보장하기 위한 상태조절(conditioning) 단계이다. 이 표본은 23℃, 50% 상대습도에서 최소 24시간 동안 항습실에 두어 상태를 조절한다.

제3 단계는 각각 상태조절된 검사 스트립의 실제 데드-폴드 검사 단계이다. 표본을 항습실에서 꺼내어 중량을 기록했다. 검사 스트립의 한쪽 끝에서 1"에 가벼운 표식을 했다. 그 다음, 검사 스트립을 편평한 표면에 두고 스트립을 주름짐 없이 상기 표식에서 접었다. 다음, 접힌 스트립 위에 정면으로 천천히 추를 놓되, 주름이 형성되도록 추의 2/3(또는 0.5")를 표본과 중첩시키고, 추의 1/3 또는 (0.25")는 주름으로부터 돌출시켰다. 스트립과 평행한 추의 가장자리는 스트립의 각 면을 지나서 균일하게(약 0.125") 돌출되어야 한다. 추는 표본 상에 10초 동안 머무르게 한다. 그 다음, 제거한다. 정확히 30초 후, 주름에 의해 형성된 각을 측정한다.

이전 과정을 스트립의 다른 면과 주어진 시트 또는 필름의 데드-폴드성을 통계적으로 정확하게 측정할 정도의 많은 다른 스트립을 이용하여 반복한다. 그 다음, 평균 각 A를 다음 식에 삽입하여 주어진 샘플의 데드-폴드 백분율 C를 구한다: C = 100 * (180 - A)/180.

각 A가 0°이면(즉, 스프링백(spring back)이 관찰되지 않을 정도로 주름이 유지되는 경우), 샘플은 100% 데드-폴드성(C = 100 * (180-0)/180 = 100%)이다. 다른 극단으로, 각 A가 180°(즉, 샘플이 본질적으로 편평할 정도로 모든 방향에서 스프링백이 일어난 경우, 샘플은 0% 데드-폴드성(C=100*(180-180)/180=0%)이다. 그 중간으로, 직각을 형성하도록 절반만 스프링백하는 샘플은 50% 데드-폴드성이다(C=100*(180-90)/180=50%).

식품을 쌀 때, 또는 양호한 데드-폴드성이 필요한 경우, 본 발명에 따른 시트 및 필름은 적어도 약 50%의 데드-폴드성을 보유하도록 제조할 수 있다. 특정 양태에서, 이러한 시트와 필름은 약 60% 이상, 약 70% 이상 또는 약 80% 이상의 데드-폴드성을 보유한다. 본 발명에 따른 시트와 필름은 100%에 가까운 또는 100%와 동일한 데드-폴드성을 보유하는 것으로 개발되었다. 본 발명에 따른 시트 및 필름은 표준 종이 랩의 데드-폴드성을 충족하거나 초과하고 종래 플라스틱 필름 및 시트보다 수배 이상, 종종 10배 이상 더 큰 데드-폴드성을 보유하도록 제조할 수 있다.

특정 양태에서, 본 발명의 중합체 블렌드는 소비재, 예컨대 공지된 소비재보다 인장 강도가 향상된 병 또는 다른 용기 등의 제조에 사용된다. 특정 양태에서, 축방향의 영 탄성률은 약 210000 psi, 약 230000 psi, 약 250000 psi, 약 270000 psi, 또는 약 290000 psi이다. 다른 양태에서, 방사상의 영 탄성률은 약 390000 psi, 약 410000 psi, 약 430000 psi, 약 450000 psi, 약 470000 psi, 약 490000 psi, 약 510000 psi, 약 530000 psi, 또는 약 550000 psi이다.

특정 양태에서, 중합체 블렌드 중의 PET는 중합체의 부피와 분자량에 비례하는 고유 점도가 약 0.1 dl/g 내지 1.5 dl/g, 다른 양태에서는 0.3 dl/g 내지 약 1 dl/g, 다른 양태에서는 약 0.5 dl/g 내지 약 0.9 dl/g, 다른 양태에서는 고유 점도가 약 0.7 dl/g이다.

중합체 블렌드 , 시트 및 필름을 제조하는 방법

본 발명의 중합체 블렌드를 제조하기 위해 중합체 조성물 제조 분야에 공지된 임의의 혼합 장치를 이용하는 것은 본 발명의 범위에 속한다. 본 발명에 따른 블렌드를 제조하는데 사용될 수 있는 적당한 혼합 장치의 예로는, 버스 컴패니 사 제품인 니딩 블록을 보유한 메싱 스크류가 있는 2축 니더, 브라벤더 믹서, THEYSOHN TSK 045 컴파운더(축이 동일한 방향으로 회전하고 여러 가열 구역과 가공처리 구역을 가진 2축 압출기), 가열성 오거 스크류(auger screw)를 보유한 BUSS KO 니더, BAKER-PERKINS MPC/V-30 이중 및 단일 오거 압출기, 단일 또는 쌍 오거 OMC 압출기, Model EPV 60/36D 압출기, BATTAGGION ME100 직류 저속 혼합기, HAAKE Reomex 압출기, COLLIN Blown Film 압출기, BATTENFELD-GLOUCESTER Blown Film 압출기, 및 BLACK-CLAWSON Cast Film 압출기를 포함한다.

상기 많은 혼합기들은 또한 압출기여서, 본 발명에 따른 본 발명의 블렌드로부터 필름 또는 시트를 압출시키기에 적합하다. 대안적으로, 본 발명의 블렌드는 수지 제조업자가 상기 블렌드의 다양한 미량 성분을 주요 중합체 성분 내로 제조 동안 주입할 수 있는 이송-라인-주입 기술을 이용하여 제조할 수 있다. 당업자라면, 제조하고자 하는 목적 물품에 따라 적당한 제조 장치를 선택하고 최적화할 수 있을 것이다. 앞에서 언급한 임의의 혼합기 또는 열가소성 기술 분야에 공지된 임의의 다른 적당한 혼합 및 용융 장치를 이용하여 열가소성 용융물이 제조되면, 열가소성 성형 또는 가공처리 기술분야에 공지된 거의 모든 몰딩, 압출 또는 성형 장치를 이용하여 최종 제조 물품을 생산할 수 있다.

시트 및 필름을 제조하기 위한 한 양태에서, 시트와 필름은 컴파운딩 이축 압출기를 이용하여 중합체 블렌드를 제조하고, 블로운 필름 또는 주조 필름 라인을 거쳐 필름과 시트를 제조할 수 있다. 본 발명의 블로운 필름 및 시트는 이것이 가공처리되는 방식(즉, 튜브로 압출된 후, 튜브의 영역 내에 공기를 취입시켜 모든 방향으로 팽창시켜, 풍선처럼 팽창시킨다)으로 인해 이축 방향으로 동일하지는 않지만 유사한 강도와 다른 성능을 보유하는 경향이 있다. 다른 한편, 주조 필름 또는 시트는 이축 스트레칭으로 처리되지 않는 한, 종방향으로 실질적으로 강하고(예컨대, 인장 강도가 실질적으로 더 클 것이다), 직교-종방향으로 내인열성이 실질적으로 더 클 것이다. 열가소성 물질을 압출할 때, 중합체 분자는 종방향으로 배향되는 경향이 있다. 종방향 배향은 압출된 시트 또는 필름이 종방향으로 시트 또는 필름의 두께를 감소시키기 위해 닙(nip)을 통해 통과시킨다면 더욱 증가한다.

본 발명에 따른 시트 및 필름은 단층 또는 필요하다면 다층을 포함할 수 있고, 특정 양태에서, 중합체는 내부층이다. 당업계에 공지된 단일압출 및 공압출, 주조 및 필름 블로잉 기술로 제조할 수 있다. 열가소성을 나타내기 때문에, 중합체 시트는 두 말단을 함께 결합시키는 열밀봉으로 후처리하여 쌕(sack), 포켓, 파우치 등을 만들 수 있다. 중합체 시트는 기존 시트 또는 기재 위에 적층될 수도 있다. 중합체 시트는 자체 코팅될 수 있다.

시트 및 필름의 일축 또는 이축 스트레칭은 캐비테이션을 만드는데 사용할 수 있다. 특정 양태에서, 캐비테이션은 본 발명의 중합체 블렌드화된 시트 및 필름의 통기성 및 투습성을 증가시킬 수 있다. 또한, 종래 열가소성 시트 및 필름에 비해 종이의 촉감 및 감촉과 훨씬 더 닮은 촉감 및 감촉의 필름 또는 시트가 산출된다.

실시예

실시예 1

하나의 예시적 양태에서, PLA는 배향된 용기에서 우유빛 외관을 만들기 위해 다양한 부하 수준으로 PET에 배합했다. 이 양태에서, 우유빛 외관을 만들기 위해 통상 사용되는 액체 착색제 대신에, 재생 원료에서 유래된 저가 물질인 PLA 수지를 사용했다. 5% PLA/95% PET 블렌드는 우유빛 외관을 나타내고, 분석 결과, 프리폼 SIV 또는 천연 스트레치 비에 대한 좋지 않은 영향을 전혀 나타내지 않았다.

사출 성형

PET와 PLA는 본 실험용으로 시판되고 있다. PLA는 마쇄한 펠릿 형태로 PET 펠릿에 첨가하여 PET 프리폼 상의 PLA 성질, 예컨대 천연 스트레치 비, 헤이즈 및 외관, 및 IV 상실에 미치는 영향을 평가했다.

PET 수지는 280℉에서 밤새 건조하여 수분 수준을 사출 성형 전에 50 ppm 이하로 만들었다. PLA는 블렌딩하고 사출 성형 전에 원하는 수준으로 PET에 첨가했다.

수지 샘플은 34.5g 28mm 콜게이트 프리폼 압형을 이용해, Arburg 420C 왕복 스크류 사출 성형기에서 사출 성형했다. 사출 성형의 각 변수 조건은 다음 표에 정리했다.

자유블로우( Freeblow )

프리폼은 약 100℃의 대류 오븐에서 가열한 뒤, 자유 블로우 성형 장치의 맨드렐 위에 놓았다. 자유 블로우 성형 공정은 물질이 이의 자연 스트레치 비로 완전히 연신되게 하여 물질 변수 간에 스트레치 연신의 차이를 알 수 있다. 이하에는 프리폼 측벽 부위의 중간에서 각 풍선의 면적당 스트레치비를 정리했다.

상기 데이터는 자유 블로우 부피, 즉 PET 중에 0.1% 내지 5%인 PLA 함량에 대한 프리폼의 스트레칭 행태에 실질적인 차이가 없음을 보여준다.

실시예 2

본 연구의 목적은 50/50 RPET(재활용 PET)/Virgin 수지와 혼합된 3% 및 5% PLA를 이용한 병을 블로우 성형하기 위한 것이다.

사출 성형

이하 표에는 2가지 프리폼 변수를 정리했다.

PET 수지는 280℉에서 밤새 건조하여 수분 수준을 사출 성형 전에 50 ppm 이하로 만들었다. PLA는 212℉에서 밤새 건조하고, 그 다음 적당량의 PLA를 사출 성형 전에 RPET/Virgin에 첨가했다.

수지 샘플은 용융 혼합이 더욱 용이하도록 혼합 스크류가 설치된 Arburg 420M 왕복 스크류 사출 성형기에서 사출 성형했다. 사용된 프리폼은 34.5g 28mm 프리폼이다.

블로우 성형

그 다음, 프리폼을 Sidel SB02/3 블로우 성형기를 이용해 블로우성형했다. 사용된 블로우 성형 오븐 조건은 다음 표에 제시했다.

병 단면 중량

분석 검사

각 변수마다 11개 병의 상단 부하 강도를 Instron 기구를 이용해 측정했다. 비어 있고 탈기된 상태의 병을 분당 1인치의 크로스헤드 속도로 검사했다. 0.25" 편향 시의 부하 및 최대 부하를 기록하고 이하 표에 정리했다.

상단 부하 결과

0.25" 편향 시의 최소 상단 부하 필요량은 40 lb_f였다. 두 병의 변수는 본 발명의 범위에 속한다. 68 및 65.4 lbf의 값은 PLA 함량 없이 PET 병의 범위에 속하는 값이다. 따라서, PET 병에 PLA의 첨가는 PET 병의 기계적 성질에 좋지 않은 영향을 미치지 않는다.

측벽 인장 막대는 두 PLA/PET 블렌드 각각과 소매점에서 구입한 PET 용기로부터 축방향과 방사상 방향으로 절단했다. 결과는 PET 대조군과 비교했을 때 두 PLA 블렌드의 영 탄성률이 향상된 것으로 나타났다.

프리폼 샘플은 60/40 페놀/테트라클로로에탄 용액과 0.50%의 PET 농도를 이용하여 ASTM D4603에 따라 용액 IV로 분석했다. 결과는 이하 표에 제시했다.

고유 점도는 PET 분자량의 척도이다. IV가 높을수록 분자량이 크다. IV의 강하는 PET의 분해를 의미한다. 결과는 PET 내에 PLA의 첨가가 PET를 분해하지 않는다는 것을 보여준다.

앞에서 인용하고 여기에 부속되는 모든 참고문헌, 예컨대 특허, 특허출원, 문헌 공보 등은 전문이 참고인용된 것이다.

Claims

수평균 분자량(Mn)이 50,00 내지 110,000인 폴리락트산 1 wt% 내지 20 wt%과 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 블렌드를 함유하고,
고유 점도가 0.7 dl/g 이상이며,
210000 psi 이상의 축방향의 영 탄성률(Young's modulus), 및 410000 psi 이상의 방사상의 영 탄성률 중 적어도 하나를 나타내는 조성물.
제1항에 있어서, 폴리락트산이 3 wt% 내지 10 wt%의 양으로 존재하는 조성물.
제1항에 있어서, 폴리락트산이 1 wt% 내지 5 wt%의 양으로 존재하는 조성물.
제1항에 있어서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 80 wt% 내지 99 wt%의 양으로 존재하는 조성물.
제1항에 있어서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 90 wt% 내지 97 wt%의 양으로 존재하는 조성물.
제1항에 있어서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 95 wt% 내지 99 wt%의 양으로 존재하는 조성물.
수평균 분자량(Mn)이 50,00 내지 110,000인 폴리락트산 1 wt% 내지 20 wt%과 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 블렌드를 함유하고,
조성물이 고유 점도가 0.5 dl/g 이상 내지 0.9 dl/g이고,
210000 psi 이상의 축방향의 영 탄성률(Young's modulus) 및 410000 psi 이상의 방사상의 영 탄성률 중 적어도 하나를 나타내는 포장재.
제7항에 있어서, 조성물이 고유 점도가 0.7 dl/g 이상인 포장재.
제7항에 있어서, 폴리락트산이 3 wt% 내지 10 wt%의 양으로 존재하는 포장재.
제7항에 있어서, 폴리락트산이 1 wt% 내지 5 wt%의 양으로 존재하는 포장재.
제7항에 있어서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 80 wt% 내지 99 wt%의 양으로 존재하는 포장재.
제7항에 있어서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 90 wt% 내지 97 wt%의 양으로 존재하는 포장재.
제7항에 있어서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 95 wt% 내지 99 wt%의 양으로 존재하는 포장재.
(i) 수평균 분자량(Mn)이 50,00 내지 110,000인 폴리락트산 1 wt% 내지 20 wt%와 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 배합하여 중합체 블렌드를 제조하는 단계;
(ii) 중합체 블렌드를 혼합하는 단계;
(iii) 중합체 블렌드를 가열하는 단계;
(iv) 중합체 블랜드를 압출하는 단계; 및
(v) 블로우 성형하여 소비자 포장 제품을 형성시키는 단계
를 포함하는,
소비자 포장 제품의 제조방법으로서,
상기 제품이 고유 점도가 0.7 dl/g 이상이고, 210000 psi이상의 축방향의 영 탄성률 및 410000 psi이상의 방사상의 영 탄성률 중 적어도 하나를 나타내는,
소비자 포장 제품의 제조방법.
(i) 수평균 분자량(Mn)이 50,00 내지 110,000인 폴리락트산 1 wt% 내지 20 wt%; 및
(ii) 폴리에틸렌 테레프탈레이트
를 함유하는 중합체 블렌드를 포함하는 소비재(consumer product)로서,
상기 소비재가 고유 점도가 0.7 dl/g 이상이고, 210000 psi 이상의 축방향의 영 탄성률 및 410000 psi 이상의 방사상의 영 탄성률 중 적어도 하나를 나타내는 소비재.
제15항에 있어서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 80 wt% 내지 99 wt%의 양으로 존재하는 소비재.
제15항에 있어서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 90 wt% 내지 97 wt%의 양으로 존재하는 소비재.
제15항에 있어서, 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 95 wt% 내지 99 wt%의 양으로 존재하는 소비재.
제15항에 있어서, 폴리락트산이 3 wt% 내지 10 wt%의 양으로 존재하는 소비재.
제15항에 있어서, 폴리락트산이 1 wt% 내지 5 wt%의 양으로 존재하는 소비재.
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