KR20170133381A - 가소제가 없는 조류 배합된 조성물 - Google Patents

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KR20170133381A
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보 시
미카엘 로렌스 그로스
라이언 웹스터 헌트
마크 애쉬톤 첼러
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

열가소성 조성물은, 조성물의 약 10 중량% 내지 약 55 중량%를 구성하는 적어도 한 종류의 조류, 및 조성물의 약 45 중량% 내지 약 90 중량%를 구성하는 중합체를 포함하고, 여기서 조성물에는, 가소제가 없고 식물 중합체가 없다. 사출 성형 물품은, 조성물의 약 10 중량% 내지 약 55 중량%를 구성하는 적어도 한 종류의 조류 및 조성물의 약 45 중량% 내지 약 90 중량%를 구성하는 중합체를 포함하는 물질로 형성되며, 조성물에는, 가소제가 없고 식물 중합체가 없다.

Description

가소제가 없는 조류 배합된 조성물
본 개시 내용은 소정의 생분해성 성분과 재생가능 성분을 함유하는 중합체 조성물에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시 내용은, 부분적으로, 조류(algae)를 비교적 저 비용의 공급 원료로서 포함하는 열가소성 조성물을 설명한다.
중합체계 필름, 섬유, 또는 필라멘트 구조는, 다양한 와이퍼, 일회용 흡수 제품 또는 보호 및 의료 관련 직물로 제조될 수 있는 부직 시트 등의 서로 다른 응용 분야에서 널리 사용되도록 구성되어 왔다. 예를 들어, 영유아 보육 분야에서, 기저귀 및 트레이닝 팬츠는 일반적으로 재사용가능한 천 흡수성 물품을 대체해 왔다. 다른 통상적인 일회용 흡수성 제품은, 생리대 또는 탐폰과 같은 여성 위생 제품, 성인용 요실금 제품, 및 수술용 드레이프 또는 상처 드레싱 등의 건강 관리 제품을 포함한다. 통상적인 일회용 흡수 제품은, 일반적으로 상면시트, 배면시트, 및 상면시트와 배면시트 사이의 흡수 구조를 갖는 흡수제 구조를 포함한다. 이러한 제품들에는, 일반적으로, 제품을 착용자에게 맞추기 위한 일부 유형의 고정 시스템이 포함된다.
일회용 흡수 제품은, 통상적으로, 사용 중에 물, 소변, 월경, 또는 혈액과 같은 하나 이상의 액체 배출물을 수용한다. 이처럼, 일회용 흡수 제품의 외측 커버 배면시트 물질은, 통상적으로, 일회용 흡수 제품이 착용자가 사용 중에 그 무결성을 유지하고 제품에 배출되는 액체의 누출을 허용하지 않도록 충분한 강도와 취급 능력을 나타내는 액체 불용성 및 액체 불침투성 물질, 예컨대 폴리에틸렌 필름으로 제조된다.
현재의 일회용 아기 기저귀 및 다른 일회용 흡수 제품은 대중에 의해 일반적으로 받아들여져 왔지만, 이들 제품은 폐기 및 석유 요건의 감소를 포함하여 특정 분야에서 여전히 개선될 필요가 있다.
수년에 걸쳐, 서로 다른 종류의 조류가, 뉴트라슈티컬, 지질 생산, 폐수 및 공기 정화, 바이오매스 생산, 바이오 연료, 바이오밀, 플라스틱, 발포 팩킹 물질, 및 펄프와 종이를 포함하는 다양한 산업 응용분야를 위해 구성되어 왔다.
조류 생명공학 산업은, 현재 미국의 석유 수요를 대체하도록 조류를 사용하는 데 중점을 두고 있다. 그 결과, 이용가능한 벤처 기금은 대부분 조류 생산, 오메가 지방산, 및 바이오 연료 추출 공정들의 연구 및 개발에 쓰이고 있다. 그러나, 아직까지 플라스틱 제조를 위한 바이오 연료 정제 공정으로부터 조류 또는 바이오밀을 이용하는 것은 목표가 아니다. 또한, 조류 물질의 열가소성 처리는, 조류 물질이 단백질, 탄수화물, 및 지질 등의 여러 성분을 함유하기 때문에 쉽게 고려되지 않으며, 이는 이러한 물질들이 전통적으로 개별적으로 취급되기 때문에 문제를 복잡하게 만든다.
본 개시 내용은, 기존의 노력과는 달리, 가소제와 식물 중합체의 존재를 제거함으로써 열가소성 조류 처리를 개선한다. 본 개시 내용은, 열가소성 조류 기술을 확장하고, 바이오 기반 경제를 위한 재생가능하고 지속가능한 물질을 사용하여 지속 가능성을 보장한다.
본 개시 내용은, 제조업자가 조류를 플라스틱 제조를 위한 지속 가능하고 재생가능한 물질로서 사용할 수 있게 하고, 퍼스널 케어 제품, 농업용 필름, 용기, 건축 물질, 전기 장치, 및 자동차 부품 등의 플라스틱 응용 분야를 위한 열가소성 조류를 사용하여 물품을 생산하는 새롭고 효율적인 열가소성 처리 방법을 개발할 수 있게 하지만, 이러한 응용 분야의 예들로 한정되지는 않는다.
본 개시 내용은, 부분적으로, 바람직하게는 실질적으로 생분해성이지만 또한 쉽게 제조되고 필름, 섬유, 또는 부직 구조 등의 원하는 최종 구조로 또는 더욱 크게 압출되거나 성형된 3차원 형태로 쉽게 가공될 수 있는 열가소성 조성물에 관한 것이다. 본 개시 내용은, 제조업자가 재생가능한 조류 바이오매스의 상당한 비율을 생분해성 플라스틱 물질의 생산을 위한 중합체 배합물 내에 통합하는 산업적 실현가능성을 입증한다.
일 측면에 따르면, 본 개시 내용은, 조성물의 약 10 중량% 내지 약 55 중량%를 구성하는 적어도 한 종류의 조류 및 조성물의 약 45 중량% 내지 약 90 중량%를 구성하는 중합체를 포함하는 열가소성 조성물에 관한 것으로서, 그 조성물에는, 가소제가 없고 식물 중합체가 없다.
다른 일 측면에서, 본 개시 내용은, 조성물의 약 10 중량% 내지 약 55 중량%를 구성하는 적어도 한 종류의 조류 및 중합체의 약 45 중량% 내지 약 90 중량%를 구성하는 중합체를 포함하는 물질로 형성된 사출 성형 물품에 관한 것으로서, 그 물질에는, 가소제가 없고 식물 중합체가 없다.
또 다른 일 측면에서, 본 개시 내용은, 조성물의 약 10 중량% 내지 약 55 중량%를 구성하는 남조류 및 조성물의 약 45 중량% 내지 약 90 중량%를 구성하는 중합체를 포함하는 열가소성 조성물에 관한 것으로서, 그 조성물에는, 가소제가 없고 식물 중합체가 없다.
본 개시 내용의 추가 특징과 이점은 다음에 따르는 상세한 설명에서 밝혀질 것이다. 전술한 개요 및 이하의 상세한 설명 및 실시예는, 본 개시 내용을 나타낼 뿐이며, 본 청구되는 바와 같이 본 개시 내용을 이해하기 위한 개요를 제공하려는 것이다.
본원에 사용되는 바와 같은 “생분해성”이라는 용어는, 일반적으로, 박테리아, 균류, 및 조류 등의 자연 발생 미생물의 작용, 환경적 열, 수분, 또는 기타 환경적 요인으로부터 분해될 수 있는 물질을 가리킨다. 필요시, 생분해성의 정도는 ASTM 시험법 5338.92에 따라 결정될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같은 “재생가능”이란 용어는, 육상, 수생 또는 해양 생태계의 식물(예를 들어, 농작물, 식용가능 풀, 식용불가 풀, 임산물, 해조류, 또는 조류) 또는 미생물(예를 들어, 박테리아, 균류, 또는 효모)의 활동을 통해 주기적으로(예를 들어, 매년 또는 연중 지속적으로) 보충되는 천연 자원으로부터 생산되거나 유도될 수 있는 물질을 가리킨다.
2계(two-kingdom) 체제에 있어서, 박테리아와 균류 등의 조류는 종종 식물계로 지정되었다. 식물계에 대한 조류의 자격을 얻기 위한 특성은, 광합성, 육지 식물과의 구조적 유사성, 및 더욱 큰 형태가 정주형인 것으로 관찰되었다는 사실에 의해 자신의 고유한 식량을 만드는 그 조류의 능력이었다. 엽록체가 있는 진핵 단세포 생물을 식물이라고도 한다. 진핵 조류의 주요 그룹은 녹조류, 규조류, 홍조류, 갈조류, 및 와편모조류이다. 이들은 원생 생물로서 분류된다. 다른 그룹인 청녹조류는 시아노박테리아이다.
녹조류는 식물과 가장 밀접하게 관련된 조류이다. 이들은, 동일한 안료(엽록소 a와 b 및 카로테노이드)， 세포벽의 동일한 화학 물질(셀룰로오스)， 식물과 동일한 저장 제품(전분)을 갖는다. 녹조류는, 단세포일 수 있고, 또는 필라멘트, 네트, 시트, 구체, 또는 복잡한 이끼형의 구조를 형성할 수 있다. 담수 종과 해양 종이 있다. 녹조류의 일부 종은, 눈에서, 또는 이끼류와 공생 관계로, 또는 스폰지나 기타 수생 동물과 함께 산다. 식용 녹조류는 클로렐라와 바다 양상추를 포함한다. 적어도 17,000개 종의 녹조류가 있다.
조류에 의해 수행되는 광합성은, 이산화탄소의 양을 감소시키고 대기 중의 산소의 양을 증가시키기 때문에 생물권에 있어서 매우 중요하다. 근래에, 수력 발전소에서 배출되는 이산화탄소를 저장하고 폐수 처리 시설에서 배출된 폐수의 영양분을 이용하여 대기 및 수질 오염을 제어하도록 조류를 재배하려는 움직임이 있었다. 이렇게 함으로써, 조류 바이오매스가 생성되고 여러 응용 분야를 위해 수확될 수 있다.
조류는 수생 식품 사슬의 기초이다. 예를 들어, 물고기가 조류를 먹음에 따라, 조류 내의 오메가 지방산이 물고기에 축적되어 인간의 영양 보충제로서 추출된다. 김과 켈프(kelp)와 같은 해양 조류는 수천 년 동안 사람에 의해 소비되어 왔다. 다시마(Saccharina japonica)와 미역(Undaraia pinntifida)와 같은 큰 갈색 해조류는 현재 중국, 일본, 및 한국에서 양식용으로 재배된다. 일부 해조류는, 항산화성, 항응고성, 및 항당뇨성을 갖고 있으며, 심지어 자외선(UV) 차단 능력을 나타낸다. 조류 이용에 있어서 가장 최근의 발전 사항은, 제한된 화석 연료 자원과 고유가로 인해 바이오 연료를 위해 조류를 정제하는 것이다(Bullis, 2008). 바이오밀, 즉, 조류로부터 바이오 연료로의 처리에서 남은 폐기물은 일반적으로 동물 사료에 사용된다. 일부 경우에는, 바이오밀이 폐기물로서 취급되어 위생 매립지에 처분된다. 크립테코디늄 코니(Crypthecodinium cohnii) 등의 용해된 조류 세포로부터 도코사헥사엔산(DHA) 등의 하나 이상의 필수 지방산이 추출된 후에 남아있는 세포 사체를 포함하는 이러한 폐기물을 사용하여 애완동물 또는 동물의 식품을 제조하는 방법이 있다.
조류 바이오매스는, 이산화탄소를 동화시키고 폐수 처리 시설에서 배출되는 배출물에서 과도한 양분을 취함으로써 대기 오염과 기후 변화를 줄이도록 점점 더 많이 사용되기 때문에 미래에 풍부할 것으로 예상된다. 저렴한 오일이 부족해지면, 조류는 바이오 연료 정제에 사용되는 지속가능하고 재생가능한 자원들 중 하나가 될 것이다. 그 결과, 조류 바이오매스와 그 바이오밀(조류 바이오 연료 정제에서 남은 폐기물)는, 플라스틱 제조를 포함하여 다른 용도로 처리하도록 활용성이 증가하고 있다. 이러한 기회는 대체 자원을 사용하는 전략을 가능하게 하는데, 이는 현재 플라스틱 제조를 위해 석유에 의존하고 있는 모든 사업에 중요하다.
본 개시 내용에서, LLDPE, EVA, 및 PLA와 같은 합성 중합체들의 열가소성 배합물들 각각은, 글리세린과 같은 가소제 또는 전분이나 대두 단백질과 같은 식물 중합체를 사용하는 것에 의존하지 않고, 조류 바이오매스와 혼합된다. 이 기술은 가소제를 사용하지 않고 저렴한 비용으로 그러한 바이오 플라스틱 제조용 물질들을 혼합할 수 있다. 최종 배합물은, 가소제의 존재가 혼합 공정을 용이하게 하지만 최종 배합된 복합 재료들의 기계적 특성을 약화시키기 때문에 사출 성형 물품의 기계적 특성에 있어서 우수하다.
조류 사용에 대한 일반적인 방안은, 합성 중합체를 개질/분쇄하고 발포체 및 복합체를 제조하도록 섬유상 조류 물질을 갈고/추출하는 것을 포함한다. 이러한 방안들 중 어느 것도, 펄프 및 종이 제조를 위해 적조류를 사용하는 경우를 제외하고는 스케일-업 또는 산업적 응용 분야에 대하여 실행가능하지 않다. 중합체에 조류를 도입하기 위한 이전 노력으로는, 글리세린과 같은 가소제를 사용할 때 열가소성 전환 공정을 촉진하도록 선택된 조류와 화학적으로 상용가능하고 물리적으로 혼화될 수 있는 전분, 밀 글루텐, 및 대두 단백질과 같은 식물 중합제를 첨가할 필요가 있었다. 본 개시 내용은, 가소제 및 식물 중합체의 존재를 제거함으로써 열가소성 조류 처리를 개선한다. 또한, 본 개시 내용은, 조류 물질의 열가소성 처리, 및 필름, 섬유, 및 퍼스널 케어 제품과 기타 응용 분야를 위한 사출 성형된 물품과 같은 재료 성분의 개발을 가능하게 한다. 본 개시 내용에서 입증된 전체 처리 장비 및 동작 조건은, 수요가 있을 때마다 대규모 생산으로 확장 가능하다.
퍼스널 케어 제품 응용 분야에 유용한 열가소성 필름과 같은 물품은, 압출 기술을 사용하여 중합체와 조류의 배합물로부터 성공적으로 제조된다. 열가소성 조성물은 다양한 부직포 구조에 혼입될 수 있는 필름, 필라멘트 또는 섬유로 압출될 수 있다. 이러한 부직포 구조는, 클리닝 와이프, 기저귀, 또는 신체 유체를 흡수할 수 있는 기타 개인 위생 제품 또는 개인 케어 제품, 예를 들어, 트레이닝 팬츠, 성인용 요실금 제품, 또는 여성용 위생 패드를 포함한 일회용 흡수 제품에 사용하도록 구성될 수 있다. 또한, 열가소성 조성물은 고체 형태, 튜빙, 패널, 또는 용기와 같은 성형된 물품을 형성하는 데 사용될 수 있다.
본 개시 내용에 따른 처리 및 플라스틱 제조 방법의 이점은, 산업적으로 바람직한 기술을 보완하고, 상업적 생산을 위해 더욱 쉽게 스케일-업될 수 있다는 것이다. 본 조성물의 잠재적인 응용 분야는, 플라스틱 용기(예를 들면, 습윤 와이프 욕조용)， 엘라스토머 물질(예를 들어, 일회용 기저귀용)， 또는 필름(예를 들어, 여성용 패드 및 기저귀용), 또는 가요성 팩킹 물질(예를 들어, 비닐 봉투용)을 위해 제조된 성형된 열가소성 물질을 포함할 수 있다. 이러한 구성요소들을 제조하는 방법은 사출 성형 또는 열적 플라스틱 압출에 의한 것일 수 있다.
열가소성 폴리에스테르 필름의 실제 예는, 바람직한 기계적 특성을 나타내는 조류의 조성물을 포함한다. 가소화된 조류 물질은 뚜렷한 용융 온도와 다중 유리 전이 온도를 나타내며, 이는, 전분, 밀 글루텐, 및 대두 단백질과 같은 대부분의 식물 중합체가 열가소성 물질로 전환된 후에는 관찰할 수 없다.
일부 측면에서, 본 개시 내용에 따르면, 열가소성 중합체 조성물은 가소화된 조류 바이오매스 및 열가소성 중합제를 포함할 수 있다. 열가소성 중합체는, 다양한 종류의 중합체, 예를 들어, 재생가능 중합체(예를 들어, 폴리락트산(PLA), 폴리-히드록시알카노에이트(PHA), 예컨대, 폴리(3-히드록시부티레이트)，폴리(3-히드록시부티레이트-코-4-히드록시부티레이트)，폴리(3-히드록시부티레이트-코-3-히드록시발레레이트(PHBV), 폴리(3-히드록시부티레이트코-3-히드록시헥사노에어트), 폴리(3-히드록시부티레이트-코-3-히드록시옥타노에이트 등)， 생분해성 중합체(예를 들어, 지방족-방향족 코-폴리에스테르, 폴리(부틸렌 숙시네이트)(PBS), 폴리카프로락톤(PCL)), 또는 비생분해성 중합체(예를 들어, 폴리올레핀(예컨대, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌)，폴리스티렌, 폴리에스테르, 폴리비닐-클로라이드(PVC), 폴리(아크릴로니트릴-코-부타디엔-코-스티렌(ABS), 열가소성 엘라스토머, 예컨대, 폴리우레탄, 스티렌 블록 공중합체(SBC)(미국 텍사스주 휴스턴에 소재하는 KRATON Polymers LLC에서 제조된 것임) 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 석유계 합성 중합체의 예시로서, 포화 에틸렌 중합제는, 단독 중합체 또는 에틸렌과 폴리프로필렌의 공중합체일 수 있으며, 구조에 있어서 본질적으로 선형이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "포화된"이라는 용어는, 완전히 포화된 중합체를 지칭하지만, 약 5%까지의 불포화를 함유하는 중합체도 포함한다. 에틸렌의 단독중합체는, 저압 하에서 제조된 것, 즉, 선형 저밀도 또는 고밀도 폴리에틸렌, 또는 고압 하에서 제조된 것, 즉, 분지형 또는 저밀도 폴리에틸렌을 포함한다.
고밀도 폴리에틸렌은 일반적으로 0.94g/cm3(g/cc)과 대략 동일하거나 초과하는 밀도를 특징으로 한다. 일반적으로, 본 개시 내용에서 유용한 고밀도 폴리에틸렌은 약 0.94g/cc 내지 약 0.97g/cc 범위의 밀도를 가진다. 폴리에틸렌은, 2.16kg, 190℃에서 측정된 바와 같이, 약 0.005dg/분 내지 100dg/분에 이르는 용융 지수를 가질 수 있다. 바람직하게는, 폴리에틸렌은, 약 0.01dg/분 내지 약 50dg/분, 보다 바람직하게는 0.05dg/분 내지 25dg/분의 용융 지수를 갖는다. 대안으로, 폴리에틸렌의 혼합물이, 그래프트 공중합체 조성물을 생산하는 데 있어서 본 발명의 베이스 수지로서 사용될 수 있으며, 이러한 혼합물은 0.005dg/분 보다 크고 약 100dg/분 보다 적은 용융 지수를 가질 수 있다.
저밀도 폴리에틸렌은, 0.94g/cc 미만의 밀도를 가지며, 보통 0.91g/cc 내지 약 0.93g/cc 범위의 밀도를 갖는다. 저밀도 폴리에틸렌 중합체는, 약 0.05dg/분 내지 약 100dg/분, 보다 바람직하게는 0.05dg/분 내지 약 20dg/분에 이르는 용융 지수를 갖는다. 초 저밀도 폴리에틸렌이 본 개시 내용에 따라 사용될 수 있다. 통상적으로, 초 저밀도 폴리에틸렌은 0.90g/cc 미만의 밀도를 갖는다.
일반적으로, 폴리프로필렌은, 약 40,000 이상의 분자량, 약 0.90g/cc의 밀도, 동일배열 폴리프로필렌의 경우 168℃ 내지 171℃의 융점, 및 5000psi의 인장 강도를 갖는 반결정 구조를 갖는다. 폴리프로필렌은 교대배열 및 혼성배열을 비롯한 다른 배열성을 가질 수도 있다.
상기한 폴리올레핀은, 또한, 공지된 다중-위치 지글러-나타(multiple-site Ziegler-Natta) 촉매 또는 보다 최근의 단일-위치 메탈로센 촉매를 사용하여 제조될 수 있다. 메탈로센 촉매화된 폴리올레핀은, 더 좁은 분자량 분포, 잘 제어되는 화학적 조성 분포, 공단량체 서열 길이 분포, 및 입체 규칙성을 포함하여, 지글러-나타 촉매를 사용하여 제조된 폴리올레핀보다 잘 제어되는 중합체 미세 구조를 갖는다. 메탈로센 촉매는, 프로필렌을 혼성배열, 동일배열, 교대배열, 동일배열-혼성배열 스테레오블록 공중합체로 중합시키는 것으로 알려져 있다.
본 개시 내용에서 유용할 수 있는 에틸렌의 공중합체는, 하나 이상의 부가 중합성 불포화 단량체들과 에틸렌의 공중합체를 포함할 수도 있다. 이러한 공중합체의 예는, 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 에틸렌과 알파올레핀(프로필렌, 부텐, 헥센 또는 옥텐 등)의 공중합체, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체 등의 1 내지 24개의 탄소 원자를 갖는 선형 또는 분지형 카르복실산의 비닐 에스테르와 에틸렌의 공중합체, 및 1 내지 28개의 탄소 원자를 갖는 선형, 분지형, 또는 환형 알카놀의 아크릴 또는 메타크릴 에스테르와 에틸렌의 공중합체를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 이들 후자 공중합체의 예로는 예컨대, 에틸렌-메틸 아크릴레이트 공중합체와 같은 에틸렌-알킬(메타)아크릴레이트 공중합체를 포함한다.
상기한 에틸렌 폴리올레핀 종의 예와 유사하게, 다른 반복 예에서, 조류 또는 가소화된 조류는, 예를 들어, 폴리에테르, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리스티렌, 폴리우레탄, 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체, 및 나일론 물질로부터 선택된 중합체와 결합될 수 있다. 상기 물질은 상기한 바와 같은 조성물의 비생분해성 성분들과 유사한 비율로 존재할 수 있다.
조류는. 옅은 황색 내지 미색에 걸쳐 색이 감소되어 표백될 수 있다. 조류의 표백은, 통상적인 펄프 표백 공정 또는 효소 기반 표백 방법에서 사용되는 염소계 표백 방법과 같은 다수의 방법에 의해 수행될 수 있다.
실시예
물질
선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)인 LL1500은 미국 조지아주 로스웰에 소재하는 Plastic Solutions, Inc.에서 구입하였다. 190℃/2.16kg 조건(D-1238)에서 취득된 그 물질의 용융 흐름 지수는 150g/10분이다. 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 공중합체인 EVATANE 28-150 공중합체는 프랑스의 Arkema에서 구입하였다. 그 물질의 비닐 아세테이트 함량은 27 내지 29%wt이고, 그 물질의 용융 흐름 지수는 190℃/2.16kg 조건에서 취득된 135 내지 l75g/10분이다. 폴리락트산인 NATUREWORKS 3251D 바이오폴리머는 미네소타주 미네톤카에 소재하는 NatureWorks에서 구입하였다. 그 용융 흐름 지수는 190℃/2.16kg 조건에서 취득된 70-85g/10분이다. Arkema(www.arkema.com)에서 구입한 LOTADER 5500 삼원 중합체는 아크릴 에스테르-말레산 무수물 삼원 중합체이다. 이것은, 190℃/2.16kg 조건에서 20g/10분의 용융 지수를 갖는 20%의 에틸 아크릴레이트 함량을 갖는다. 분무 건조된 유기농 식품 등급 남조류는 OS-F-SD-1의 SKU를 사용하여 www.nuts.com에서 구입하였다.
장비
개시된 샘플은, 노스캐롤라이나주 샬럿에 소재하는 Polymer Center of Excellence의 THEYSOHN TSK 21mm 이축 압출기를 사용하여 제조되었다. 이 압출기에는 특정 요구에 맞게 신속하게 재구성될 수 있는 분할 스크류가 장착되어 있으며, 클램쉘 설계에 의해 스크류 변경 및 세척 작업을 쉽고 빠르게 수행할 수 있다. 이것은 중합체를 공급하기 위한 K-Tron 트윈 중량 측정 피더와 조류 바이오매스를 공급하기 위한 사이드 피더로 구성된다.
ENTEK(Lebanon, OR)의 이축 압출기(40mm)를 또한 사용하여 실시예 6 및 실시7에서의 샘플을 제조하였다.
사출 성형된 물품: 사출 성형은 플라스틱 제품 제조에 사용되는 가장 중요한 공정들 중 하나이다. 사출 성형 공정은, 정확한 치수가 요구되는 복잡한 형상의 대량 생산 부품을 제조하는 데 이상적이다. 모든 사출 성형 기계의 주요 구성요소는 가소화 장치, 클램핑 장치, 및 금형이다. Boy Machrnes, Inc.(Exton, PA)로부터의 디프로닉 고체 상태 제어를 이용하는 Boy 22D 사출기를 사용하여 본 발명 개시 내용의 금형 샘플을 제조하였다. 클램핑 힘은 24.2 메트릭톤, 가소화 단위는 24mm, 샷 크기는 1.2oz(PS)이었다. 사용된 금형은 Master Precision Products, Inc.(Greenville, MI)의 ASTM D638 표준 시험편 금형이었다. 이 금형은, 인장형 I 시편, 원형 디스크, 인장형 V 시편, 및 아이조드 바를 포함하며, 이들은 단일 사출 작업 동안 한번에 형성될 수 있다.
실시예 1
THEYSOHN TSK 21mm 이축 압출기(Twin Screw Extruders, Inc., Charlotte, NC)를 위한 온도 프로파일 설정은, 구역 1 내지 구역 5 및 다이에서 320oF이었다. 메인 K-Tron 피더를 통한 LLDPE와 EVA의 배합(30/20)의 공급 속도는 5lbs/hr이었고, 사이드 피더를 통한 조류 공급 속도는 5lbs/hr이었다. 따라서, 최종 배합에서의 중합체 대 조류의 비는 50/50이다. 구역 1부터 다이까지 실제 온도 프로파일은 319, 317, 318, 323, 311 및 290oF이었다. 마지막 포트에서 진공을 실행하여 습기를 방출하였다. 다이로부터의 스트랜드는 사출 성형을 위해 과립화되었다.
실시예 2
실시예 2에서 사용된 처리는 실시예 1에서 사용된 처리와 동일하였다. LLDPE와 EVA의 배합은 35/15이었고, 50%에 대해 하나의 성분으로서 혼합되었고, 조류는 50%에서 실시 예 1에서와 동일하게 유지되었다. 구역 1부터 다이까지 실제 온도 프로파일은 320, 320, 320, 320, 300 및 290oF이었다.
실시예 3
실시예 3에서 사용된 처리는 실시예 1에서 사용된 처리와 동일하였다. LLDPE와 EVA의 배합은 40/10이었고, 50%에 대해 하나의 성분으로서 혼합되었고, 조류는 50%에서 실시 예 1에서와 동일하게 유지되었다. 구역 1부터 다이까지 실제 온도 프로파일은 316, 318, 319, 321, 300, 및 290oF이었다.
실시예 4
실시예 4에서 사용된 처리는 실시예 1에서 사용된 처리와 동일하였다. LLDPE는 50 %에서 사용되었고, 조류는 50 %에서 실시예 1에서와 동일하게 유지되었다. 구역 1부터 다이까지 실제 온도 프로파일은 318, 318, 316, 317, 300, 및 290oF이었다.
실시예 5
실시예 5에서 사용된 처리는 실시예 1에서 사용된 처리와 동일하였다. PLA는 50 %에서 사용되었고, 조류는 50 %에서 실시예 1에서와 동일하게 유지되었다. 구역 1부터 다이까지 실제 온도 프로파일은 320, 350, 350, 350, 350, 및 250oF이었다.
실시예 6
이 실시예 6의 열가소성 배합 조성물은 55%의 조류 바이오매스, 38%의 EVA, 및 7%의 첨가제를 함유하였다. 첨가제는 2.5% OI(냄새 억제제), 2.5% MS(수분 제거제), 및 2% LOTADER 5500 삼중 중합체로 제조되었다. LOTADER 5500 삼원 중합체는 상용화제 또는 커플링제로서 사용되는 반응성 에틸렌-아크릴레이트 삼중 중합체이다. ENTEK (오레곤 주 레바논)의 ENTEK 압출기(40mm)를 사용하여 샘플을 제조하였으며, 압출기는 13개 구역을 포함하였다. 구역 1 내지 구역 13의 온도 프로파일은 88, 399, 399, 350, 338, 320, 309, 298, 298, 299, 298, 297, 및 299oF이었다. 압출기 속도는 140rpm이고, 토크는 31 내지 32%이었다.
실시예 7
이 실시예 7의 열가소성 배합 조성물은 45%의 조류 바이오매스, 48%의 EVA, 및 7%의 첨가제를 함유하였다. 첨가제는 2.5% OI(냄새 억제제), 2.5% MS(수분 제거제), 및 2% LOTADER 5500 삼중 중합체로 제조되었다. LOTADER 5500 삼원 중합체는 상용화제 또는 커플링제로서 사용되는 반응성 에틸렌-아크릴레이트 삼중 중합체이다. ENTEK (오레곤주 레바논)의 ENTEK 압출기(40mm)를 사용하여 샘플을 제조하였으며, 압출기는 13개 구역을 포함하였다. 구역 1 내지 구역 13의 온도 프로파일은 88, 399, 399, 350, 338, 320, 309, 298, 298, 299, 298, 297, 및 299oF이었다. 압출기 속도는 120rpm이고, 토크는 37%이었다.
결과
실시예 1 내지 실시예 7의 펠릿화된 샘플을 상기한 방식으로 사출 성형하였다. 가열 대역 1 내지 3의 처리 온도 프로파일은 각각 145, 148, 및 150℃이었다. 노즐 온도는 153℃, 금형 온도는 80oF로 설정하였다. 사출 성형 사이클은, 금형이 폐쇄되었을 때 시작되었다. 이 때, 나사를 앞으로 이동시키고 노즐을 통해 스프루 내에 수지를 주입하였다. 물질은 금형(러너, 게이트, 및 캐비티)을 채웠다. 팩킹 단계 동안, 물질 수축을 보상하도록 15초 동안 95%에서 유지 압력을 유지하는 동안 추가 물질을 캐비티 내로 팩킹하였다. 스크류가 반시계 방향으로 뒤로 회전하면서 재료가 냉각되고 금형에서 응고되었고, 다음 단계를 위해 플라스틱을 녹였다. 금형을 개방하고 부품을 40초의 사이클 시간으로 배출하였다. 금형이 다시 폐쇄되었을 때 다음 사이클이 시작되었다. 4가지 구성요소 모두(인장형 I 시편, 원형 디스크, 인장형 V 시편, 및 아이조드 바)는 성공적으로 제조되었다.
구체적인 제1 측면에서, 열가소성 조성물은, 조성물의 약 10 중량% 내지 약 55 중량%를 구성하는 적어도 한 종류의 조류, 및 조성물의 약 45 중량% 내지 약 90 중량%를 구성하는 중합체를 포함하고, 조성물에는, 가소제가 없고 식물 중합체가 없다.
구체적인 제2 측면은 구체적인 제1 측면을 포함하며, 조류가 남조류를 포함한다.
구체적인 제3 측면은 제1 측면 및/또는 제2 측면을 포함하고, 중합체가 선형 저밀도 폴리에틸렌이다.
구체적인 제4 측면은 제1 측면 내지 제3 측면 중 하나 이상을 포함하고, 중합체가 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체이다.
구체적인 제5 측면은 제1 측면 내지 제4 측면 중 하나 이상을 포함하고, 중합체가 폴리락트산이다.
구체적인 제6 측면은 제1 측면 내지 제5 측면 중 하나 이상을 포함하고, 첨가제를 더 포함하며, 첨가제는, 냄새 억제제, 수분 제거제, 및 상용화제 중 하나 이상을 포함한다.
구체적인 제7 측면은 제1 측면 내지 제6 측면 중 하나 이상을 포함하고, 조류는, 옅은 황색 내지 미색에 걸쳐 색이 감소된 표백된 조류이다.
구체적인 제8 측면에서, 사출 성형 물품은, 조성물의 약 10 중량% 내지 약 55 중량%를 구성하는 적어도 한 종류의 조류 및 조성물의 약 45 중량% 내지 약 90 중량%를 구성하는 중합체를 포함하는 물질로 형성되며, 조성물에는, 가소제가 없고 식물 중합체가 없다.
구체적인 제9 측면은 구체적인 제8 측면을 포함하고, 조류가 남조류다.
구체적인 제10 측면은 제8 측면 및/또는 제9 측면을 포함하고, 중합체가 선형 저밀도 폴리에틸렌이다.
구체적인 제11 측면은 제8 측면 내지 제10 측면 중 하나 이상을 포함하고, 중합체가 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체이다.
구체적인 제12 측면은 제8 측면 내지 제11 측면 중 하나 이상을 포함하고, 중합체가 폴리락트산이다.
구체적인 제13 측면은 제8 측면 내지 제12 측면 중 하나 이상을 포함하고, 첨가제를 더 포함하고, 첨가제는, 냄새 억제제, 수분 제거제, 및 상용화제 중 하나 이상을 포함한다.
구체적인 제14 측면은 제8 측면 내지 제13 측면 중 하나 이상을 포함하고, 조류는, 옅은 황색 내지 미색에 걸쳐 색이 감소된 표백된 조류이다.
구체적인 제15 측면에서, 열가소성 조성물은, 조성물의 약 10 중량% 내지 약 55 중량%를 구성하는 남조류, 및 조성물의 약 45 중량% 내지 약 90 중량%를 구성하는 중합체를 포함하고, 조성물에는, 가소제가 없고 식물 중합체가 없다.
구체적인 제16 측면은 제15 측면을 포함하고, 중합체는 선형 저밀도 폴리에틸렌이다.
구체적인 제17 측면은 제15 측면 및/또는 제16 측면을 포함하고, 중합체는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체이다.
구체적인 제18 측면은 제15 측면 내지 제17 측면 중 하나 이상을 포함하고, 중합체는 폴리락트산이다.
구체적인 제19 측면은 제15 측면 내지 제18 측면 중 하나 이상을 포함하고, 첨가제를 더 포함하고, 첨가제는, 냄새 억제제, 수분 제거제, 및 상용화제 중 하나 이상을 포함한다.
본 개시 내용은 일반적으로 또한 예로서 상세히 설명되었다. 통상의 기술자라면, 개시 내용이 반드시 개시된 특정 측면으로 한정되지 않음을 이해할 것이다. 본 개시 내용의 범위 내에서 사용될 수 있는 현재 알려진 또는 개발될 균등한 구성요소를 포함하여, 이하의 청구범위 또는 그 균등물에 의해 정의된 바와 같은 개시 내용의 범위를 벗어나지 않고 수정 및 변형이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 범주를 이탈하여 달리 변경되지 않는 한, 그 변경예는 본 명세서에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (19)

  1. 열가소성 조성물로서,
    a) 상기 조성물의 약 10 중량% 내지 약 55 중량%를 구성하는 적어도 한 종류의 조류; 및
    b) 상기 조성물의 약 45 중량% 내지 약 90 중량%를 구성하는 중합체를 포함하고; 상기 조성물에는 가소제가 없고 식물 중합체가 없는, 열가소성 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 조류는 남조류인, 열가소성 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 중합체는 선형 저밀도 폴리에틸렌인, 열가소성 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 중합체는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체인, 열가소성 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 중합체는 폴리락트산인, 열가소성 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 첨가제를 더 포함하고, 여기서 상기 첨가제는 냄새 억제제, 수분 제거제, 및 상용화제 중 하나 이상을 포함하는, 열가소성 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 조류는, 옅은 황색 내지 미색에 걸쳐 색이 감소된 표백된 조류인, 열가소성 조성물.
  8. 사출 성형 물품으로서,
    a) 상기 조성물의 약 10 중량% 내지 약 55 중량%를 구성하는 적어도 한 종류의 조류; 및
    b) 상기 조성물의 약 45 중량% 내지 약 90 중량%를 구성하는 중합체를 포함하는 물질로 형성되고; 상기 물질에는 가소제가 없고 식물 중합체가 없는, 사출 성형 물품.
  9. 제8항에 있어서, 상기 조류는 남조류인, 사출 성형 물품.
  10. 제8항에 있어서, 상기 중합체는 선형 저밀도 폴리에틸렌인, 사출 성형 물품.
  11. 제8항에 있어서, 상기 중합체는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체인, 사출 성형 물품.
  12. 제8항에 있어서, 상기 중합체는 폴리락트산인, 사출 성형 물품.
  13. 제8항에 있어서, 첨가제를 더 포함하고, 여기서 상기 첨가제는 냄새 억제제, 수분 제거제, 및 상용화제 중 하나 이상을 포함하는, 사출 성형 물품.
  14. 제8항에 있어서, 상기 조류는, 옅은 황색 내지 미색에 걸쳐 색이 감소된 표백된 조류인, 사출 성형 물품.
  15. 열가소성 조성물로서,
    a) 상기 조성물의 약 10 중량% 내지 약 55 중량%를 구성하는 남조류; 및
    b) 상기 조성물의 약 45 중량% 내지 약 90 중량%를 구성하는 중합체를 포함하고; 상기 조성물에는 가소제가 없고 식물 중합체가 없는, 열가소성 조성물.
  16. 제15항에 있어서, 상기 중합체는 선형 저밀도 폴리에틸렌인, 열가소성 조성물.
  17. 제15항에 있어서, 상기 중합체는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체인, 열가소성 조성물.
  18. 제15항에 있어서, 상기 중합체는 폴리락트산인, 열가소성 조성물.
  19. 제15항에 있어서, 첨가제를 더 포함하고, 여기서 상기 첨가제는 냄새 억제제, 수분 제거제, 및 상용화제 중 하나 이상을 포함하는, 열가소성 조성물.
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