KR20190119032A - 탄수화물 기반 중합체 물질 - Google Patents
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- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2403/00—Characterised by the use of starch, amylose or amylopectin or of their derivatives or degradation products
- C08J2403/02—Starch; Degradation products thereof, e.g. dextrin
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2423/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers
- C08J2423/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
- C08J2423/04—Homopolymers or copolymers of ethene
- C08J2423/08—Copolymers of ethene
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K2201/00—Specific properties of additives
- C08K2201/007—Fragrance additive
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2201/00—Properties
- C08L2201/06—Biodegradable
Abstract
탄수화물 기반 중합체 물질을 포함한 물품, 및 이러한 물품을 형성하는 방법이 본원에 기재된다. 이러한 물품은 개선된 지속 가능성, 생분해성, 증가된 강도, 및/또는 다른 다양한 유익한 특징을 나타낼 수 있다. 탄수화물 기반 중합체 물질은 하나 이상의 전분, 가소제(예: 글리세린), 및 물로부터 형성될 수 있다. 탄수화물 기반 중합체 물질은 실질적으로 무정형이도록 매우 낮은 결정화도 특징을 나타낼 수 있다(예: 20% 이하, 10% 이하, 10% 미만 등의 결정화도를 가짐). 탄수화물 기반 중합체 물질은 생분해 가능하지 않은 플라스틱과 블렌딩되어 이러한 플라스틱 물질을 이제 생분해 가능하게 만들 수 있으며, 이는 필름 또는 다른 물품에 증가된 강도를 부여할 수 있고, 증가된 지속 가능성(예: 90% 이상)을 위해 지속 가능한 중합체 물질(예: 바이오 PE 등)과 블렌딩될 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2017년 4월 7일자 출원된 미국 출원 제15/481,806호(21132.1); 2017년 4월 7일자 출원된 미국 출원 제15/481,823호(21132.2); 2017년 8월 30일자 출원된 미국 출원 제15/691,588호(21132.7); 2017년 12월 8일자 출원된 미국 출원 제15/836,555호(21132.4.1); 2017년 12월 27일자 출원된 미국 출원 제62/610,615호(21132.9); 2017년 12월 27일자 출원된 미국 출원 제62/610,618호(21132.12); 2016년 12월 29일자 출원된 미국 출원 제62/440,399호(21132.10), 및 2017년 1월 4일자 출원된 미국 출원 제62/442,432호(21132.11), 및 2017년 4월 7일자 출원된 미국 출원 제62/483,219호(21132.4)에 대한 우선권을 주장한다. 상기 출원 각각의 전문은 본원에 참조로 포함된다.
2015년 9월 14일자 출원된 미국 출원 제14/853,725호(21132.6); 2015년 9월 14일자 출원된 미국 출원 제14/853,780호(21132.8); 및 2015년 6월 30일자 출원된 미국 가출원 제62/187,231호의 각각의 전문이 또한 본원에 참조로 포함된다.
종래의 석유화학 기반 플라스틱은 강하고 경량이며 내구성이 있는 것으로 제제화된다. 그러나, 이들 플라스틱은 전형적으로 생분해 가능하지 않으며, 결과적으로, 수억 톤의 플라스틱이 쓰레기 매립지에 방치되거나 바다에 떠 있다. 플라스틱 폐기물의 양을 줄이기 위한 시도로, 석유화학 기반 플라스틱을 사용하여 전형적으로 생산된 일부 물품은 생분해 가능한 물질을 사용하여 생산된다.
석유화학 기반 플라스틱 물질, 예컨대 다량의 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌, 뿐만 아니라 많은 다른 플라스틱(폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리스티렌, ABS, 폴리비닐 클로라이드, 폴리카르보네이트, 나일론 등)은 전형적으로 용이하게 생분해 가능하지 않다. 이는 석유화학 공급원료보다는, 재생 가능한 또는 지속 가능한 공급원으로부터 공급될 수 있는 이러한 물질의 소위 "친환경" 플라스틱의 경우에도 마찬가지이다.
UV 및/또는 OXO 첨가제(예: 예컨대 Willow Ridge Plastics의 PDQ-M, PDQ-H, BDA, 및 OxoTerraTM, LifeLine의 OX1014, 또는 유기 첨가제(예: 예컨대 Enso의 Restore®, Bio-Tec Environmental의 EcoPure®, ECM Biofilms의 ECM Masterbatch Pellets 1M, 또는 BioSphere®))를 첨가하여 분해 가능한 이러한 플라스틱 물질을 제공하려는 노력이 더 최근에 늘었지만, 생분해도 및 생분해율은 종종 너무 느리고, OXO 첨가제는 일반적으로 이러한 플라스틱을 이산화탄소(CO2), 물(H2O), 및 메탄(CH4)과 같은 천연 물질로 되돌리는 바람직한 실제 전환보다는, 이러한 플라스틱 물질을 근본적인 기본 플라스틱 물질의 작은 조각으로 물리적 열화하는 것을 촉진시키는 구조적 단편화 또는 분해만을 단순히 개시하므로, 이러한 첨가제의 사용은 일반적으로 플라스틱 산업 협회(예: SPC, APR, FPA, 및/또는 BPI)에 의해 못마땅하게 여겨졌다.
예를 들어, 이러한 물질은 단순히 (태양 노출로부터) UV 광에 대한 노출 및/또는 산소에 대한 노출로 인해 플라스틱 물품 그 자체의 매크로 구조의 파괴를 촉진시키는 역할을 한다. 이러한 특수 플라스틱은 주어진 기간(예: 5년, 3년, 또는 1년) 이내에 임의의 상당한 정도로 실제로 생분해될 수 없지만, 단순히 강도를 잃고, 금이 가고, 작은 조각으로 부서진다. 그 결과 폴리에틸렌 또는 다른 기본 플라스틱 물질의 한 더미 또는 작은 조각들이 생기고 병, 필름, 또는 다른 물품이 UV 및/또는 OXO 첨가제의 첨가로 인해 시간 경과에 따라 물리적으로 분해되지만, 폴리에틸렌 또는 다른 기본 플라스틱 물질의 중량 분율은 실질적으로 동일하게 유지되며, 실질적인 생분해는 실제로 발생하지 않는다. 분해는 단지 물리적이므로, 물품은 부서지게 되고, 금이 가고, 작은 조각으로 부서져, 폴리에틸렌 또는 다른 기본 플라스틱 물질의 많은 작은 분율을 남긴다. 중합체 물질 그 자체의 완전 생분해는 실제로 발생하지 않을 수 있으므로(예: 플라스틱의 실질적인 분율이 CO2, CH4, H2O 등으로 분해될 수 있는 경우), 이러한 플라스틱 물질에 대해 "생분해 가능한"이란 용어의 적용은 부적절하다.
게다가, 오늘날 사용된 대부분의 플라스틱은 재생 가능한 또는 지속 가능한 자원(예: 약 100년 이내에 재생될 수 있는 출발 물질)으로부터 형성되지 않는다. 재생 가능한 및 지속 가능한이란 용어는 본원에서 상호교환 가능하게 사용된다. 오히려, 병, 백 및 다른 포장에서 다량으로 이용된 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 다른 전형적인 플라스틱은 재생 가능하지 않거나 지속 가능하지 않은 석유 제품 출발 물질로부터 만들어진다.
지속 가능성을 증가시키기 위한 노력으로, 사탕수수, 옥수수, 또는 지속 가능한 식물성 물질로 만들어진 다른 식물성 제품 등 재생 가능한 원료를 활용하여 이러한 플라스틱 물질을 만들기 위한 공정을 개발하려는 일부 노력이 최근에 있었다. 예를 들어, 이러한 재생 가능한 물질은 에탄올, 에틸렌 글리콜, 또는 중합될 수 있는 단량체를 생산하도록 추가로 반응될 수 있는 다른 화학 빌딩 블록 물질을 생산하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 노력은 이러한 "친환경" 플라스틱 수지가 (예를 들어, 물질의 분율(예: 30%)이 지속 가능한 병 또는 다른 포장을 생산하기 위해) 종래의 석유화학 기반 수지와 블렌딩될 수 있는 프리미엄 가격의 제품에서 일부 가능성을 보이기 시작했다. 실제로, 일부 제품은 이제 100% "친환경" 플라스틱 수지로 만들어질 수 있다.
이러한 "친환경" 물질 및 종래의 석유화학 플라스틱의 블렌딩이 이용 가능하게 되기 시작했지만, 가공, 비용, 및 다른 고려사항에 대한 문제 측면에서, 남아있는 종래의 석유화학 플라스틱 물질을 모든 지속 가능한 물질로 대체하는 것은 여전히 현실적인 어려움이 있다.
게다가, 일부 물질을 지속 가능한 플라스틱 물질로 대체하여 종래의 지속 가능하지 않은 플라스틱 물질의 사용을 감소시킬지라도, 생성된 플라스틱 포장은 여전히 생분해 가능하지 않다. 예를 들어, 100% "친환경" 플라스틱으로 만들거나 "친환경" PE 또는 친환경 "PET"의 분율을 포함하는 플라스틱 포장조차도 생분해 가능하지 않다. 이러한 생분해성의 결여는 막대한 문제를 지속적으로 나타낸다. 생분해 가능한 물품이 제공될 수 있다면 관련 기술분야의 상당한 진전일 수 있다. 증가된 강도 또한 바람직할 것이다. 이러한 물품이 지속 가능한 물질로부터 전적으로(또는 거의 전적으로) 형성된다면 추가의 진전일 수 있다.
더욱이, 최근에는 이러한 재생 가능하지 않은 석유화학 기반 플라스틱 물질의 사용을 줄이기 위한 노력이 이루어지고 있다. 일부 이러한 노력은 사탕수수 또는 다른 식물성 제품과 같은 재생 가능한 공급원으로부터 플라스틱 물질을 생산하기 위한 수지를 공급하려 시도해왔다. 어느 정도까지는 이용 가능하지만, 이러한 재생 가능한 공급된 플라스틱은 석유화학 기반 재생 가능하지 않은 대응물보다 생산하는데 훨씬 더 많은 비용이 들어갔다.
게다가, 플라스틱 물질은 플라스틱 필름 또는 다른 물질을 형성하는데 이용된 특정한 물질(들) 및 필름 또는 다른 물품 그 자체의 물리적 특징에 따라, 그와 연관된 특정한 강도 특징을 갖는다. 예를 들어, 플라스틱 필름을 형성할 때, 재생 가능하지 않은 석유화학 기반 플라스틱 수지 물질의 사용은 더 얇은 필름을 형성함으로써 감소될 수 있지만, 물질 사용에서 이러한 감소는 더 약한 필름을 초래한다.
예를 들어, Leufgens의 WO 2014/0190395는 폴리에틸렌 및 열가소성 전분의 블렌드(특히 Cardia BL-F)로부터 필름의 형성을 기재하지만, 이러한 필름은 폴리에틸렌 단독으로부터 형성된 비교 가능한 필름보다 더 약하고, 종래의 열가소성 전분을 포함한 블렌드를 가공하는 어려움 때문에, 그 안에서 생산된 필름은 반드시 매우 두꺼워야 한다(예: 3 mils). 이러한 매우 두꺼운 필름은 석유화학 기반 플라스틱 수지 물질의 사용의 실제 감소를 초래하지 않을 수 있는데, 이는 얇은 필름 형성이 현실적으로 불가능하고/하거나 이러한 열가소성 전분이 포함되면 전체 필름을 약화시키기 때문에, 바람직한 수준의 강도를 유지하기 위해서는 두꺼운 필름이 필요하다.
재생 가능한 공급된 플라스틱 물질을 사용할 때, 예를 들어, 제조 과정에서 이용된 제조 파라미터를 조정함으로써, 임의의 주어진 필름 두께에 대한 강도를 증가시킬 수 있는 연관된 제조 방법 및 필름을 제공하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 방법을 활용하면 필름을 주어진 두께에서 더 높은 강도로 생산, 또는 필름의 두께는 더 얇지만 강도는 동일하도록 생산하는 것이 가능해질 수 있다. 이러한 방법은 동시에 이용되는 석유화학 플라스틱 물질의 양을 실질적으로 감소시킬 수 있는데, 그 일부는 재생 가능한 공급된 플라스틱 물질로 대체되며, 전체 두께는 증가될 필요가 없다.
더욱이, 석유화학 물질의 일부를 전분 또는 전분 기반 물질로 대체하는 것이 지속 가능성 증가에 관하여 일부 가능성을 제시할지라도, 이러한 전분 또는 전분 기반 물질의 첨가로 인한 하나의 문제는 상기 플라스틱 조성물 중 전분 또는 전분 기반 물질의 상당한 분율의 포함이 이러한 블렌드로부터 형성되는 물품에서 이러한 포함과 연관된 분명한 냄새를 야기할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 상기 물질은 약간 탄 전분 냄새, 팝콘과 같은 냄새, 또는 캐러멜콘과 같은 냄새를 낼 수 있다. 어떤 사람들은 냄새가 좋거나, 심지어 바람직하다고 생각할 수 있지만, 다른 사람들은 전분 또는 전분 기반 물질 없이 형성된(예: 폴리에틸렌 또는 또 다른 중합체 수지, 단독으로 형성된) 플라스틱과 같이 이러한 냄새가 존재하지 않는 것을 선호할 수 있다.
상기에 비추어, 관련 기술분야에서 해결해야 할 많은 문제가 남아있다.
본 개시내용은 물품 제조 및/또는 제조 방법에서 구현될 수 있는 다양한 개념에 관한 것이다. 한 실시양태에서, 본 개시내용은 증가된 강도 및/또는 생분해성을 나타내는 물품에 관한 것이다. 일부 경우에, 물품은 하나 이상의 중합체 물질(예: 예를 들어, 석유화학 기반 또는 기타 합성), 및 낮은 결정화도(즉, 그들은 실질적으로 무정형임), 유리 전이 온도, 열 변형 온도, 비캣 연화 온도 등의 특정한 특징을 갖는 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질의 혼합물로부터 생산될 수 있다. 특정한 예에서, 상기 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질은 하나 이상의 전분 기반 중합체 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질은 20% 이하의 결정화도를 갖는 실질적으로 무정형일 수 있고, 이는 적어도 1.0 GPa의 영률을 가질 수 있고/있거나, 이는 70℃ 내지 100℃의 유리 전이 온도 또는 열 변형 온도 또는 비캣 연화 온도를 가질 수 있다. 상기 탄수화물 기반 물질의 다른 특징은 본원에 추가로 기재될 것이다.
물품을 생산하는 방법은 하나 이상의 중합체 물질 및 하나 이상의 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 중합체 물질 및 상기 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질은 혼합되고 가열될 수 있다. 생성된 혼합물은 사출 성형기, 블로잉 성형기, 열성형기 등 플라스틱 가공 장비를 사용하여 다수의 플라스틱 제품으로 압출될 수 있다. 압출된 혼합물에 가스를 주입하여 필름을 형성할 수 있다. 이러한 필름은 백 또는 또 다른 유형의 물품으로 가공될 수 있다. 다른 물품은 압출된 플라스틱 제품, 사출 성형 플라스틱 제품, 블로잉 성형된 플라스틱 제품, 압출되거나 주조된 시트 또는 필름, 열성형된 플라스틱 제품 등일 수 있다.
물품은 증가된 강도 및/또는 생분해성을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 한 실시양태에서, 상기 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질을 상기 다른 중합체 물질과 블렌딩하는 것은, 다른 중합체 물질이 그 자체로 단독으로 달리 생분해 가능하지 않은 경우에도 다른 중합체 물질에 생분해성을 부여한다. 예를 들어, 폴리에틸렌은 자체적으로 생분해 가능하지 않은 것으로 잘 알려져 있다. 출원인은 달리 생분해 가능하지 않은 폴리에틸렌과 같은 플라스틱 물질에 생분해성을 부여하는 능력을 입증하였다. 이러한 물질의 다른 예는 폴리프로필렌, 다른 폴리올레핀, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리스티렌, ABS, 폴리비닐 클로라이드, 나일론, 및 폴리카르보네이트를 포함할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, 모의 처분 조건(예: 모의 쓰레기 매립 조건) 하에 5년 또는 또 다른 주어진 기간 이내에 생분해되는 상기 물품의 양은 물품에 포함된 탄수화물 기반 중합체 물질의 양보다 더 클 수 있다. 이러한 모의 처분 조건은 모의 쓰레기 매립 조건(예: 비제한적으로 D-5511 및/또는 D-5526과 같은 임의의 전형적인 ASTM 표준 하), 모의 산업용 퇴비 조건(예: ASTM D-5338), 또는 모의 해양 조건(예: ASTM D-6691)을 포함할 수 있다. 다시 말해서, 달리 생분해 가능하지 않은 중합체 물질의 일부는 현재 어떻게든 생분해되고 있을 뿐만 아니라 상기 탄수화물 기반 물질을 생분해한다. 예를 들어, 상기 물품이 상기 탄수화물 기반 중합체 물질의 25%를 포함하는 블렌드로부터 형성되면, 이러한 조건 하에 생분해되는 상기 물품의 양은 25% 초과이다(즉, 다른 중합체 물질의 일부가 또한 분해되고 있지만, 이러한 다른 중합체 물질은 자체적으로 유사한 조건 하에 분해되지 않을 수 있음).
출원인에 의해 수득되는 제3자 시험 결과는 이러한 분해가 비교적 신속하게, 예를 들어, 5년 이내가 아니라, 때때로 약 180일(6개월) 이내에, 약 1년 이내에, 약 2년 이내에, 또는 약 3년 이내에 발생할 수 있다는 것을 제시한다.
생분해성에 더하여 또는 대안적으로, 상기 물품 및 방법은, 탄수화물 기반 중합체 물질 없이, 다른 중합체 물질로만 만든 경우에 물품이 가질 수 있는 강도와 비교하여 증가된 강도(예: 적어도 5%의 다트 강도(dart strength) 또는 다른 강도 특징의 증가)를 제공할 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 측면은 재생 가능한 또는 지속 가능한 "친환경" 플라스틱 물질 및 상기 탄수화물 기반(예: 전분 기반) 중합체 물질로 형성된 물품에 관한 것이다. 예를 들어, 한 실시양태에서 다른 중합체 물질은 또한 지속 가능한 공급원(예: 사탕수수, 옥수수 등과 같은 식물)으로부터 공급된, 지속 가능한 "친환경" 중합체 물질일 수 있다. 한 실시양태에서, 지속 가능한 중합체 물질은 달리 석유화학 기반 중합체와 유사하지만 동일하지 않은 특징을 나타내는 중합체로 가공될 수 있다(예: 이는 "친환경" 폴리에틸렌, "친환경" 폴리프로필렌, "친환경" 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등일 수 있음). 이러한 "친환경" 중합체는 석유화학 공급원료로부터 형성된 동일한 중합체(예: 폴리에틸렌)와 비교하여 유사하지만 동일하지 않은 화학적 및 물리적 특성을 가질 수 있다. 상기 탄수화물 기반 중합체 물질은 블렌딩되거나 달리 형성된 지속 가능한 중합체 물질에 생분해성 특징을 실제로 부여할 수 있으며, 이러한 지속 가능한 중합체 물질은 이러한 생분해성 특징을 달리 나타내지 않을 수 있다(또는 이러한 특징은, 지속 가능한 중합체 물질이 이미 일부 생분해성을 나타냈다면, 향상될 수 있음).
생분해성에 더하여 또는 대안적으로, 이러한 물품은 달리 유사한 물품과 비교하여 증가된 강도를 나타낼 수 있지만, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하여 형성된다. 예를 들어, 한 실시양태는 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질(예: 예컨대 상기 기재된 것들)과 지속 가능한 식물 공급원으로부터 공급된 하나 이상의 지속 가능한 중합체 물질을 포함하는 물품이며, 상기 물품의 강도가 상기 탄수화물 기반 중합체 물질 없이 만들어진 경우에 물품이 가질 수 있는 것보다 적어도 5% 초과인, 물품에 관한 것이다. 예를 들어, 출원인은 물품에서 (예: 2개의 중합체 물질의 블렌드로서) 이러한 탄수화물 기반 중합체 물질의 포함이, 지속 가능한 중합체 물질 단독으로 제공할 수 있는 것과 비교하여 증가된 강도를 제공할 수 있다는 것을 발견하였다.
본 개시내용의 또 다른 측면은 탄수화물 기반 중합체 물질 및 또 다른 중합체 물질의 이러한 블렌드로부터 생산되는 필름의 강도를 증가시키기 위해 필름 제조 과정에서 사용된 블로우업(blow up)비 및/또는 다이 갭을 조작하는 방법에 관한 것이다. 특히, 출원인은 다양한 수지 물질(예: 예컨대 폴리에틸렌 및/또는 폴리프로필렌)로부터 블로잉된 대부분의 플라스틱 필름의 강도가 블로우업비의 변화에 의해 영향 받지 않지만, 본원에 기재된 바와 같은 특정한 무정형 특징, 특정한 유리 전이 온도 특징, 비캣 연화 온도 특징, 또는 열 변형 온도 특징, 및/또는 특정한 탄성률 특징을 갖는 상기 재생 가능한 탄수화물 기반(예: 전분 기반) 중합체 물질이 필름이 블로잉된 수지 블렌드에 포함될 때, 강도는 블로우업비 및/또는 다이 갭에 따라 달라지게 되고, 극도로 좁은 게이지의 필름을 블로잉할 수 있다는 것을 발견하였다. 출원인은 0.1 mil 정도로 얇고, 상당한 강도를 갖는 실제로 블로잉된 필름을 가졌으며, 상기 얇은 필름 블로잉은 임의의 공지된 수지 또는 생산 방법으로는 이전에 가능하지 않았다고 여겨진다.
블로우업비는 블로잉된 필름의 최대 직경을 필름 블로잉 장치의 다이의 직경으로 나눈 값을 지칭한다. 전형적으로, 용융된 수지 물질이 다이로부터 배출되고, 수지 물질이 더 이상 용융되지 않지만 고형화되는, 블로잉된 필름 버블의 부분을 향한 "서리선"을 통해, 위쪽으로 이동하기 시작하므로 직경에서 일부 증가가 있다. 고형화 및 결정화는 전형적으로 불투명도 또는 "서리 외관"이 상기 블로잉된 버블 필름에서 보이기 시작하는 위치인 서리선에서 발생한다. 출원인은 본원에 기재된 바와 같은 특정한 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질을 사용할 때, 달리 유사한 플라스틱 필름(그러나 탄수화물 기반 중합체 물질 없음)을 블로잉할 때 달성된 강도를 넘어 강도의 증가가 수득될 수 있다는 것을 관찰하였다. 이러한 증가는 높은 블로우업비 및/또는 좁은 다이 갭을 선택함으로써 달성된다. 이는 필름이 형성된 수지 블렌드 전체에 균일하게 분포된 탄수화물 기반 중합체 물질의 분자 구조의 정렬, 배향, 및/또는 연신을 초래하는 것으로 여겨진다. 필름 내에서 무정형인 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질의 이러한 정렬 및 배향은 강도의 관찰된 증가에 대해 적어도 부분적으로 원인이 되는 것으로 여겨진다.
다시 말해서, 본원에 기재된 바와 같이, 상기 특정한 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질은 특정한 기재된 가공 조건으로 사용되어 주어진 필름의 강도를 향상시킬 수 있으며, 필름의 다른 중합체 함량의 일부를 상기 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질로 대체하는 것과 연관된 지속 가능한 이익은 말할 것도 없다.
특히, 전형적인 기존 필름은 약 1.5의 블로우업비로 블로잉된다. 출원인은 블로우업비를 적어도 2.0, 예를 들어, 2.2 내지 2.8(예: 약 2.5)까지 증가시켜, 출원인으로부터 이용 가능한, NuPlastiQ 또는 Eco Starch Resin "ESR"과 같은 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질이 필름이 형성된 수지 블렌드 내에 포함될 때, 더 높은 블로우업비에서 필름 강도의 상당한 증가가 있다는 것을 발견하였다. 예를 들어, NuPlastiQ 또는 ESR 및 전형적인 중합체 수지(예: 폴리에틸렌 및/또는 폴리프로필렌)의 블렌드는 달리 동일하지만, NuPlastiQ 또는 ESR을 포함하지 않는 필름의 강도와 실질적으로 동일한 1.5의 블로우업비에서 강도 특징을 나타낼 수 있다.
이러한 필름(NuPlastiQ 또는 ESR 없음)은 블로우업비가 증가될 때 강도의 상당한 증가를 나타내지 않았고, 따라서 이러한 필름을 블로잉할 때 이 값을 조작할 이유가 없다. 출원인은 상기 수지 블렌드 내에 NuPlastiQ 또는 ESR을 포함할 때, 상기 언급된 바와 같이, 강도가 높은 블로우업비(예: 적어도 2.0)를 사용할 때 상당히 증가된다는 것을 발견하였다.
더욱이, NuPlastiQ 또는 ESR은 비교적 얇은 필름(예: 2 mils 이하, 전형적으로 1.5 mils 이하, 예컨대 0.1 mil 내지 1.5 mils)의 형성에 사용될 수 있는 능력을 억제하는, 대안적인 열가소성 전분 물질의 많은 문제를 가지고 있지 않다. 상기 발견의 조합은 출원인이 동일한 물질로 형성되지만, NuPlastiQ 또는 ESR(또는 상용화제 - 즉, 폴리에틸렌과 같은 다른 중합체 물질, 단독으로 형성된 것)이 없는 필름과 비교하여 증가된 강도를 나타내는, 주어진 두께의 필름을 형성하는 것을 허용하였다. 이러한 발견은 또한 블렌드에서 NuPlastiQ 또는 ESR을 사용할 때, 동일한 강도이지만 감소된 두께를 갖는 필름의 생산을 허용한다. 이러한 결과는 놀랍고 유리하며, 재생 가능한 수지의 상당한 분율을 포함하지만, 동시에 강도를 증가시키는 필름의 생산을 허용한다. 이는 블로우업비 및/또는 다이 갭을 조작함으로써 달성된다. 출원인은 또한 증가된 강도가 또한 필름 블로잉 장치에서 이용된 다이 갭이 비교적 좁다는 것을 보장함으로써 가능하다는 것을 발견하였다. 또한, 좁은 다이 갭은, Leufgens에 의해 입증된 바와 같이(사용된 다이 갭은 1.6 내지 1.8 mm임), 많은 종래의 열가소성 전분 블렌드가 가진 현실적인 문제로서 가능하지 않다. 본 발명은 1000 미크론 이하, 보다 전형적으로 500 미크론 이하의 다이 갭을 이용할 수 있다. 따라서 블로우업비 및/또는 다이 갭은 본 발명에 따라 사용되어 증가된 필름 강도를 제공할 수 있다.
예를 들어, 한 실시양태는 제1 중합체 물질(예: 폴리에틸렌, 또 다른 폴리올레핀, 또는 다른 종래의 중합체 물질)과 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는 블렌드로부터 블로잉된 필름인, 플라스틱 필름을 필름 블로잉 장치를 사용하여 블로잉하는 단계를 포함하는, 블로잉된 플라스틱 필름에 증가된 강도를 제공하는 방법에 관한 것일 수 있다. 상기 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질은 20% 이하의 결정화도를 갖는 실질적으로 무정형일 수 있고/있거나, 이는 적어도 1.0 GPa의 영률을 가질 수 있고/있거나, 이는 70℃ 내지 100℃의 유리 전이 온도, 비캣 연화 온도 또는 열 변형 온도를 가질 수 있다. 상기 필름 블로잉 장치는 높은 블로우업비 및/또는 좁은 다이 갭, 예를 들어, 플라스틱 필름을 블로잉할 때 적어도 2.0의 블로우업비에서 작동할 수 있거나, 다이 갭은 500 미크론 이하일 수 있다. 높은 블로우업비 및/또는 좁은 다이 갭은 증가된 강도를 갖는 블로잉된 플라스틱 필름을 제공할 수 있다(예: 그 밖의 모든 것이 동일하지만 더 낮은 블로우업비 및/또는 더 큰 다이 갭에서 비교함).
또 다른 실시양태는 제1 중합체 물질과 재생가능한 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는 제2 중합체 물질을 포함하는 블렌드로부터 블로잉된 필름인, 플라스틱 필름을 필름 블로잉 장치를 사용하여 블로잉하는 단계를 포함하는, 블로우업비를 조작하여 블로잉된 플라스틱 필름의 강도를 증가시키는 방법에 관한 것일 수 있다. 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질은 20% 이하의 결정화도를 갖는 실질적으로 무정형일 수 있고, 적어도 1 GPa의 영률을 갖고, 70℃ 내지 100℃의 유리 전이 온도, 비캣 연화 온도 또는 열 변형 온도를 가질 수 있다. 상기 방법은 필름의 강도를 증가시키기 위해(예: 그 밖의 모든 것이 동일하지만 더 낮은 블로우업비에서 비교하여), 적어도 2.0의 높은 블로우업비를 선택하기 위해 필름 블로잉 장치의 블로우업비를 조작하는 단계(즉, 특이적으로 선택하는 단계)를 추가로 포함할 수 있다. 블로우업비를 조작하는 단계에 더하여 또는 대안적으로, 상기 방법은 상기 필름 플로잉 장치의 다이 갭이 500 미크론 이하의 좁은 다이 갭을 선택하기 위해 조작되어(즉, 특이적으로 선택되어), 상기 좁은 다이 갭 및/또는 높은 블로우업비가 필름의 강도를 증가시키는 단계(예: 그 밖의 모든 것이 동일하지만 더 높은 다이 갭 및/또는 더 낮은 블로우업비에서 비교함)를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 측면은 전분 기반 중합체 물질, 또는 다른 탄수화물 기반 중합체 물질의 포함에 기인할 수 있는 특유의 냄새를 감소시키는 방법, 뿐만 아니라 이러한 감소된 냄새를 포함하는 물품에 관한 것이다. 본원에 기재된 탄수화물 기반 중합체 물질, 뿐만 아니라 다른 유사한 탄수화물 기반 중합체 물질은 특유의 약간 탄 전분, 팝콘, 또는 캐러멜콘과 같은 냄새를 나타낸다. 전형적으로 아주 강하지는 않지만, 이 냄새는 상기 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는 물질의 블렌드로부터 형성되는 일부 물품, 특히 완성품의 기하학적 형상이 상대적으로 "폐쇄적일"(예: 예컨대 컵 내에서) 수 있는 경우에, 또는 2, 3 또는 그 이상의 면에서 플라스틱 물질에 의해 체적이 한정되는 다른 밀폐 구조에서 전형적으로 두드러진다. 이러한 특유의 냄새는 소비자 또는 다른 용도로 두드러지게 되도록(예: 사용자가 이러한 컵에 코를 넣고 훌쩍이는 경우), 이러한 밀폐 체적 내에 축적되는 경향이 있을 수 있다.
출원인은 이러한 특유의 냄새를 제거하거나 최소화하기를 바라며, 이러한 냄새는 물품이 표준(예: 석유화학 기반) 중합체 물질로 대신 형성되는 경우에 존재할 수 있는 냄새(전형적으로 무취)와 유사하거나 동일할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 물품은, 이전에 및 본원에서 다른 곳에 기재된 바와 같은, 이러한 표준 "다른 중합체 물질" 및 탄수화물 기반 중합체 물질의 블렌드로부터 형성될 수 있다. 출원인은 특유의 냄새가 냄새 감소제, 특히 유기 냄새 감소제의 매우 작은 분율을 첨가함으로써 실질적으로 제거되거나 최소화될 수 있다는 것을 발견하였다.
일부 시도가 예를 들어, WO2009058426에 기재된 바와 같이, 옥수수주정박 (DDG) 물질로부터 생성된 냄새를 감소시키기 위해 다른 것들에 의해 이전에 행해진 바 있지만, 이러한 처리는 활성탄 또는 증기 활성 무연탄 물질의 상대적으로 높은 분율의 첨가를 요구하였다. 아마 어느 정도까지는 효과적이지만, 요구된 이러한 물질의 농도는 높고, 이러한 물질의 비용은 엄두도 못 낼 정도로 비싸서, 이러한 실시양태의 상업적 적용은 특히 실현 가능하지 않다. 게다가, 암색 활성탄 또는 활성 무연탄 물질의 높은 분율의 첨가는, 특정 조건 하에 안료로서 작용하여 플라스틱 물질을 착색하는 경향을 고려하면, 바람직하지 않을 수 있다. 이는 고선명도 필름, 밝은 색 물품, 또는 다른 유사한 물품이 바람직한 경우에 특히 문제가 될 수 있다.
따라서 본 발명의 한 실시양태는, 상기 기재된 바와 같은, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질, 또 다른 중합체 물질을 포함하지만, 또한 냄새 감소제를 포함하는 지속 가능한 플라스틱 물질에 관한 것이다. 냄새 감소제를 사용하지 않으면, 탄수화물 기반 중합체 물질은 상기 지속 가능한 플라스틱 물질에 특유의 탄 탄수화물 냄새를 부여할 수 있다. 한 실시양태에서, 냄새 감소제는 유기물일 수 있고, 방향족 화합물(예: 벤젠 고리 포함), 예컨대 벤즈알데히드 화합물, 벤질 케톤 화합물, 또는 다른 벤젠 유도체를 포함한다. 한 실시양태에서, 상기 유기 냄새 감소제는 바닐린과 같은 과일 또는 채소의 동결 건조 또는 다른 추출물을 포함할 수 있다. 상기 유기 냄새 감소제는 실제로 이러한 과일, 채소, 또는 다른 식물로부터 추출될 수 있거나, 이러한 추출물에서 전형적으로 발견되지만, 합성적으로 생산된 방향족 화합물(예: 합성 바닐린 또는 또 다른 합성 방향족 화합물이 적합할 수 있음)을 포함할 수 있다. 바닐린은 4-히드록시-3-메톡시벤즈알데히드라고도 알려진 방향족 벤즈알데히드 화합물이다.
출원인은 놀랍게도 이러한 방향족 냄새 감소제의 매우 작은 분율이 상기 지속 가능한 플라스틱 물질을 구성하는 블렌드에 포함된 상기 탄수화물 기반 중합체 물질에 달리 기인할 수 있는 임의의 특유의 냄새를 실질적으로 제거하기에 충분하다는 것을 발견하였다. 예를 들어, 상기 냄새를 실질적으로 제거하는 냄새 감소제 대 탄수화물 기반 중합체 물질의 중량비는 냄새 감소제의 대략 1:1000 이하이다. 예를 들어, 100 ppm, 50 ppm, 또는 심지어 20 ppm 이하 정도가 특유의 냄새의 모든 현실적인 조짐을 제거하기에 충분하다.
냄새 감소제가 냄새를 제거하는데에 아주 적은 양만 필요하다는 점을 고려하면, 이는 특히 놀라운 일이다. 거의 요구되지 않고, 상기 냄새가 전형적으로 상기 냄새 감소제에 의해 제공되는 임의의 냄새에 의해 대체되거나 차폐되는 것처럼 보이지 않기 때문에, 작용 메커니즘은 상기 특유의 탄수화물 냄새를 단순히 차폐하는 것이 아닐 수 있는 것으로 여겨진다. 임의의 상기 메커니즘이 아마 완전히 이해되지는 않았지만, 이러한 방향족 또는 다른 유기 냄새 감소제와 열가소성 블렌드를 용융시키고 바람직한 물품으로 형성하는 동안 탄수화물 기반 중합체 물질을 가열할 때 생성되는 특유의 냄새가 나는 화합물 사이의 화학적 상호작용이 있을 수 있다.
상기 냄새 감소제는, 예를 들어, 그의 마스터배치에서 탄수화물 기반 중합체 물질과 함께 포함될 수 있다. 따라서, 한 실시양태는 상기 탄수화물 기반 중합체 물질과 사전 블렌딩된 상기 유기 냄새 감소제를 포함하는 감소된 냄새를 나타내는 이러한 지속 가능한 열가소성 탄수화물 기반 중합체 물질에 관한 것일 수 있다. 상기 유기 냄새 감소제 대 상기 탄수화물 기반 중합체 물질의 중량비는 1:1000 이하(즉, 냄새 감소제의 양과 비교하여 탄수화물 기반 중합체 물질의 양이 최소 1000배 이상)일 수 있다. 한 실시양태에서, 냄새 감소제 대 탄수화물 기반 중합체 물질의 비는 예를 들어 1:50,000과 같이 훨씬 더 희석될 수 있다.
본 개시내용이 또한 관련된 방법, 예를 들어, 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는 물질 블렌드의 특유의 냄새를, 예를 들어, 유기 냄새 감소제의 작은 분율을 상기 블렌드 내에 포함함으로써 제거하는 방법을 포괄하는 것이 명백할 것이다. 상기 탄수화물 기반 중합체 물질이 마스터배치로서 제공되는 경우에, 상기 냄새 감소제는 상기 탄수화물 기반 중합체 물질과 이미 블렌딩된 마스터배치 내에 제공될 수 있다. 이와 같이, 상기 마스터배치가 그 후에 중합체 수지 물질(예: PE, PP, 다른 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리스티렌, PBAT, 폴리카르보네이트, 또는 기타의 많은 다양한 플라스틱 수지)과 블렌딩될 때, 블렌딩된 물질이 또한 그 안에 블렌딩된 상기 냄새 감소제를 포함한다.
청구될 예시적인 개념의 요약
1. 20% 미만, 10% 미만의 결정화도, 특정한 유리 전이 온도, 열 변형 온도, 비캣 연화 온도, 특정한 영률 및/또는 NuPlastiQ 또는 ESR의 다른 물리적 특징을 갖는 하나 이상의 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질(예: 전분 기반 중합체 물질); 및 하나 이상의 폴리올레핀 기반 중합체 물질을 포함하는 물품으로서, 상기 물품이 두께 1 mil 당 적어도 약 140 g의 다트 낙하 충격 시험 값을 갖는, 물품.
2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 전분 기반 중합체 물질이 하나 이상의 전분 및 하나 이상의 가소제로부터 형성되는, 물품.
3. 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 전분이 감자 전분, 옥수수 전분, 타피오카 전분 중 하나 이상을 포함하고, 상기 가소제가 글리세린을 포함하는, 물품.
4. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 폴리올레핀 기반 중합체 물질이 폴리에틸렌을 포함하는, 물품.
5. 제1항에 있어서, 상기 물품이 약 0.01 mm 내지 약 0.1 mm의 두께를 갖는 백이고, 상기 백이 약 1 L 내지 약 100 L의 부피를 갖는 공동을 포함하는, 물품.
6. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 전분 기반 중합체 물질이 상기 물품의 약 20 중량% 내지 약 40 중량%를 차지하고; 상기 하나 이상의 폴리올레핀 기반 중합체 물질이 상기 물품의 약 60 중량% 내지 80 중량%를 차지하고; 약 0.02 mm 내지 약 0.05 mm의 두께를 갖고; 두께 1mil 당 약 265 g 내지 약 330 g의 다트 낙하 충격 시험 값을 갖는, 물품.
7. 제1항에 있어서, 상기 물품 중 8 중량% 이하의 양으로 존재하는 상용화제를 추가로 포함하는 물품.
8. 제1 양의 제1 전분과 제2 양의 제2 전분을 포함하는 전분의 혼합물로부터 형성되는, 20% 미만, 10% 미만의 결정화도, 특정한 유리 전이 온도, 비캣 연화 온도 또는 열 변형 온도, 특정한 영률 및/또는 NuPlastiQ 또는 ESR의 다른 물리적 특징을 갖는 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질(예: 전분 기반 중합체 물질); 및 폴리올레핀 기반 중합체 물질을 포함하는 물품으로서, 상기 물품이 (i) 상기 폴리올레핀 기반 중합체 물질 및 상기 제1 전분으로 이루어진 단일 전분으로부터 형성된 제1 전분 기반 중합체 물질을 포함하는 제1 물품의 제1 다트 낙하 충격 시험 값, 및 (ii) 상기 폴리올레핀 기반 중합체 물질 및 상기 제2 전분으로 이루어진 단일 전분으로부터 형성된 제2 전분 기반 중합체 물질을 포함하는 제2 물품의 제2 다트 낙하 충격 시험 값보다 더 큰 다트 낙하 충격 시험 값을 갖는, 물품.
9. 제8항에 있어서, 상기 전분 기반 중합체 물질이 하나 이상의 가소제로부터 형성되는, 물품.
10. 제8항에 있어서, 상기 제1 전분이 감자 전분, 옥수수 전분, 또는 타피오카 전분 중 하나를 포함하거나 상기로부터 유래되고; 상기 제2 전분이 감자 전분, 옥수수 전분, 또는 타피오카 전분 중 다른 하나를 포함하거나 상기로부터 유래되는, 물품.
11. 제8항에 있어서, 상기 전분 기반 중합체 물질이 상기 물품 중 약 20 중량% 내지 약 30 중량%의 양으로 존재하고, 상기 폴리올레핀 기반 중합체 물질이 상기 물품 중 약 65 중량% 내지 약 75 중량%의 양으로 존재하는, 물품.
12. 제11항에 있어서, 상기 제1 전분이, 상기 전분 기반 중합체 물질이 형성되는 전분의 혼합물의 약 10 중량% 내지 약 50 중량%를 포함하고, 상기 제2 전분이, 상기 전분 기반 중합체 물질이 형성되는 전분의 혼합물의 약 50% 내지 90%를 포함하는, 물품.
13. 제12항에 있어서, 상기 전분 기반 중합체 물질이 형성되는 전분의 혼합물이 제3 전분을 포함하고; 상기 제3 전분이, 상기 전분 기반 중합체 물질이 형성되는 전분의 혼합물의 약 10 중량% 내지 약 35 중량%를 포함하고; 상기 물품의 다트 낙하 충격 시험 값이, 상기 폴리올레핀 기반 중합체 물질 및 상기 제3 전분으로 이루어진 단일 전분으로부터 형성된 제3 전분 기반 중합체 물질을 포함하는 제3 물품의 제3 다트 낙하 충격 시험 값보다 더 큰, 물품.
14. 제8항에 있어서, 전분 기반 중합체 물질이 없는 상기 폴리올레핀 기반 중합체 물질로부터 형성되는 추가의 물품의 기계 방향에서의 파단시 인장 신율 값보다 더 큰 상기 기계 방향에서의 파단시 인장 신율 값을 갖는, 물품.
15. 제9항에 있어서, 물품 중 8 중량% 이하의 양으로 존재하는 상용화제를 추가로 포함하는 물품.
16. 하나 이상의 석유화학 기반 중합체 물질을 제공하는 단계; 20% 미만, 10% 미만의 결정화도, 특정한 유리 전이 온도, 비캣 연화 온도 또는 열 변형 온도, 특정한 영률 및/또는 NuPlastiQ 또는 ESR의 다른 물리적 특징을 갖는 하나 이상의 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질(예: 전분 기반 중합체 물질)을 제공하는 단계; 상기 하나 이상의 석유화학 기반 중합체 물질 및 상기 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질을 혼합하여 물질의 혼합물을 생산하는 단계; 상기 물질의 혼합물을 약 120℃ 내지 약 180℃ 범위의 온도로 가열하는 단계; 및 상기 물질의 혼합물을 사용하여, 두께 1 mil 당 약 250 g 내지 약 350 g의 다트 낙하 충격 시험 값을 갖는 필름을 생산하는 단계를 포함하는, 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 물질의 혼합물을 사용하여 필름을 생산하는 단계가, 물질의 혼합물을 압출시켜 압출된 물체를 생산하는 단계; 및 가스를 압출된 물체에 주입하는 단계를 포함하는, 방법.
18. 제16항에 있어서, 상기 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질이 제1 전분 및 제2 전분으로부터 형성되고; 상기 필름이 (i) 상기 하나 이상의 석유화학 기반 중합체 물질 및 상기 제1 전분으로 이루어진 단일 전분으로부터 형성된 제1 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는 제1 물품의 제1 다트 낙하 충격 시험 값, 및 (ii) 상기 하나 이상의 석유화학 기반 중합체 물질 및 상기 제2 전분으로 이루어진 단일 전분으로부터 형성된 제2 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는 제2 물품의 제2 다트 낙하 충격 시험 값보다 더 큰 다트 낙하 충격 시험 값을 갖는, 방법.
19. 제16항에 있어서, 상기 물질의 혼합물이 하나 이상의 상용화제를 추가로 포함하고; 상기 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질 약 10 중량% 내지 약 40 중량%, 상기 하나 이상의 석유화학 기반 중합체 물질 약 60 중량% 내지 약 89 중량%; 및 상기 하나 이상의 상용화제 약 1 중량% 내지 8 중량% 이하를 포함하는, 방법.
20. 제16항에 있어서, 약 0.02 mm 내지 약 0.05 mm의 두께를 갖는 필름을 포함하는, 방법.
1. 적어도 제1 전분으로부터 형성되는, 20% 미만, 10% 미만의 결정화도, 특정한 유리 전이 온도, 비캣 연화 온도 또는 열 변형 온도, 특정한 영률 및/또는 NuPlastiQ 또는 ESR의 다른 물리적 특징을 갖는 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질(예: 전분 기반 중합체 물질); 및
또 다른 중합체 물질을 포함하는 중합체 함량을 포함하는 물품으로서,
91일 후에 생분해되는 중합체 함량의 양이, 물 약 55 중량%와 유기 고형물 약 45 중량%를 함유하는 접종물을 사용하여 약 52℃의 온도에서 수행된 바이오메탄 잠재성 시험의 결과에 기초하여 상기 전분 기반 중합체 물질의 양보다 더 많은 것인, 물품.
2. 제1항에 있어서, 실질적으로 모든 전분 기반 중합체 물질이, 물 약 55 중량%와 유기 고형물 약 45 중량%를 함유하는 접종물을 사용하여 약 52℃의 온도에서 수행된 바이오메탄 잠재성 시험에 따라 측정 시 91일 후에 생분해되는, 물품.
3. 제1항에 있어서, 약 0.5 중량% 내지 약 2.5 중량%의 양으로 존재하는 생분해 개선 첨가제를 추가로 포함하는 물품.
4. 제1항에 있어서, 생분해 개선 첨가제가 실질적으로 없는 물품.
5. 제4항에 있어서, 물 약 55 중량%와 유기 고형물 약 45 중량%를 함유하는 접종물을 사용하여 약 52℃의 온도에서 수행된 바이오메탄 잠재성 시험의 결과에 기초하여 전분 기반 중합체 물질의 양보다 약 5% 내지 약 60% 초과인 91일 후의 물품의 생분해 양을 갖는 물품.
6. 제1항에 있어서, 상기 전분 기반 중합체 물질이 하나 이상의 가소제를 포함하는 물질로부터 형성되는, 물품.
7. 제1항에 있어서, 전분 기반 중합체 물질이 제1 전분 및 제2 전분으로부터 형성되고, 상기 제1 전분이 감자 전분, 옥수수 전분, 또는 타피오카 전분 중 하나를 포함하거나 상기로부터 유래되고; 상기 제2 전분이 감자 전분, 옥수수 전분, 또는 타피오카 전분 중 다른 하나를 포함하거나 상기로부터 유래되는, 물품.
8. 제7항에 있어서, 상기 제1 전분의 제1 양이, 상기 전분 기반 중합체 물질이 형성되는 전분의 혼합물의 약 10 중량% 내지 약 50 중량%를 포함하고, 상기 제2 전분의 제2 양이, 상기 전분 기반 중합체 물질이 형성되는 전분의 혼합물의 약 50 중량% 내지 약 90 중량%를 포함하는, 물품.
9. 제1항에 있어서, 물품 중 8 중량% 이하의 양으로 존재하는 상용화제를 추가로 포함하는 물품.
10. 하나 이상의 탄수화물로부터 형성되는, 20% 미만, 10% 미만의 결정화도, 특정한 유리 전이 온도, 비캣 연화 온도 또는 열 변형 온도, 특정한 영률 및/또는 NuPlastiQ 또는 ESR의 다른 물리적 특징을 갖는 하나 이상의 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질(예: 전분 기반 중합체 물질); 및
하나 이상의 석유화학 기반 중합체 물질을 포함하는 중합체 함량을 포함하는 물품으로서,
91일 후에 생분해되는 중합체 함량의 양이, 물 약 50 중량% 내지 약 60 중량%와 유기 고형물 약 40 중량% 내지 약 50 중량%를 함유하는 접종물을 사용하여 약 40℃ 내지 약 50℃의 온도에서 수행된 바이오메탄 잠재성 시험의 결과에 기초하여 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질의 양보다 더 많은 것인, 물품.
11. 제10항에 있어서, 상기 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질 약 20 중량% 내지 약 40 중량% 및 상기 하나 이상의 석유화학 기반 중합체 물질 약 65 중량% 내지 약 85 중량%를 포함하는 물품.
12. 제11항에 있어서, 91일 후에 생분해되는 상기 중합체 함량의 양이, 물 약 55 중량%와 유기 고형물 약 45 중량%를 함유하는 접종물을 사용하여 약 52℃의 온도에서 수행된 바이오메탄 잠재성 시험의 결과에 기초하여 약 30% 내지 약 50%인, 물품.
13. 제10항에 있어서, 62일 후에 생분해되는 중합체 함량의 양이, 물 약 55 중량%와 유기 고형물 약 45 중량%를 함유하는 접종물을 사용하여 약 52℃의 온도에서 수행된 바이오메탄 잠재성 시험의 결과에 기초하여 약 25% 내지 약 35%인, 물품.
14. 제10항에 있어서, 상기 하나 이상의 석유화학 기반 중합체 물질이, 제1 석유화학 기반 중합체 물질, 및 ASTM D-6400 표준에 따른 퇴비화 가능한 제2 석유화학 기반 중합체 물질을 포함하는, 물품.
15. 하나 이상의 석유화학 기반 중합체 물질을 제공하는 단계;
하나 이상의 탄수화물로부터 형성된, 20% 미만, 10% 미만의 결정화도, 특정한 유리 전이 온도, 비캣 연화 온도 또는 열 변형 온도, 특정한 영률 및/또는 NuPlastiQ 또는 ESR의 다른 물리적 특징을 갖는 하나 이상의 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질(예: 전분 기반 중합체 물질)을 제공하는 단계;
하나 이상의 석유화학 기반 중합체 물질 및 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질을 혼합하여 물질의 혼합물을 생산하는 단계;
상기 물질의 혼합물을 약 120℃ 내지 약 180℃ 범위로 포함된 온도에서 가열하는 단계;
상기 물질의 혼합물을 사용하여 필름을 형성하는 단계이며,
상기 필름은 하나 이상의 석유화학 기반 중합체 물질 및 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질로 구성된 중합체 함량을 포함하는 것; 및
91일 후에 생분해되는 중합체 함량의 양이, 물 약 55 중량%와 유기 고형물 약 45 중량%를 함유하는 접종물을 사용하여 약 52℃의 온도에서 수행된 바이오메탄 잠재성 시험의 결과에 기초하여 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질의 양보다 더 많은 것인, 단계를 포함하는 방법.
16. 제15항에 있어서,
상기 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질이 제1 전분 및 제2 전분으로부터 형성되고;
실질적으로 모든 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질이, 물 약 55 중량%와 유기 고형물 약 45 중량%를 함유하는 접종물을 사용하여 약 52℃의 온도에서 수행된 바이오메탄 잠재성 시험의 결과에 기초하여 91일 후에 생분해되는 것인, 방법.
17. 제15항에 있어서, 상기 물질의 혼합물이
하나 이상의 상용화제 8중량% 이하;
하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질 약 10 중량% 내지 약 40 중량%; 및
하나 이상의 석유화학 기반 중합체 물질 약 60 중량% 내지 약 90 중량%를 포함하는, 방법.
18. 제15항에 있어서, 필름으로부터 백을 생산하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
19. 제15항에 있어서, 백이 약 0.02 mm 내지 약 0.05 mm의 두께를 갖고, 약 5 L 내지 약 20 L의 부피를 갖는 공동을 포함하는, 방법.
20. 제15항에 있어서,
상기 물질의 혼합물이 압출기의 다수의 챔버에서 가열되고;
상기 압출기의 제1 챔버가 제1 온도로 설정되고;
상기 압출기의 제2 챔버가 제1 온도와는 상이한 제2 온도로 설정되는 것인, 방법.
21. 적어도 제1 전분으로부터 형성되는, 20% 미만, 10% 미만의 결정화도, 특정한 유리 전이 온도, 비캣 연화 온도 또는 열 변형 온도, 특정한 영률 및/또는 NuPlastiQ 또는 ESR의 다른 물리적 특징을 갖는 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질(예: 전분 기반 중합체 물질); 및
합성 중합체 물질을 포함하는 중합체 함량을 포함하는, 물품으로서,
모의 쓰레기 매립 조건, 모의 퇴비 조건, 또는 모의 해양 조건 하에 약 1년 후에 생분해되는 중합체 함량의 양은, 전분 기반 중합체 물질의 양보다 더 많은 것인, 물품.
22. 제21항에 있어서, 상기 합성 중합체 물질의 적어도 25%가 약 3년 이내에 생분해되는 것인, 물품.
23. 제21항에 있어서, 상기 전분 기반 중합체 물질이 제1 전분 및 제2 전분으로부터 형성되고, 상기 제1 전분이 감자 전분, 옥수수 전분, 또는 타피오카 전분 중 하나를 포함하거나 상기로부터 유래되고; 상기 제2 전분이 감자 전분, 옥수수 전분, 또는 타피오카 전분 중 다른 하나로부터 유래되는, 물품.
24. 제23항에 있어서, 상기 제1 전분의 제1 양이, 상기 전분 기반 중합체 물질이 형성되는 전분의 혼합물의 약 10 중량% 내지 약 50 중량%를 포함하고, 제2 전분의 제2 양이, 상기 전분 기반 중합체 물질이 형성되는 전분의 혼합물의 약 50 중량% 내지 약 90 중량%를 포함하는, 물품.
25. 제21항에 있어서, 상용화제를 추가로 포함하는 물품.
1. 생분해성을 갖는 물품의 다른 물질을 제공하도록 구성되는, 20% 미만, 10% 미만의 결정화도, 특정한 유리 전이 온도, 비캣 연화 온도 또는 열 변형 온도, 특정한 영률 및/또는 NuPlastiQ 또는 ESR의 다른 물리적 특징을 갖는 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질(예: 전분 기반 중합체 물질); 및
지속 가능한 식물 공급원으로부터 공급된 지속 가능한 중합체 물질을 포함하는 물품으로서,
모의 쓰레기 매립 조건 하에 5년 이내에 생분해되는 물품의 양이 탄수화물 기반 중합체 물질의 양보다 더 많은 것인, 물품.
2. 제1항에 있어서, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질이 전분 기반 중합체 물질을 포함하는, 물품.
3. 제1항에 있어서, 상기 지속 가능한 중합체 물질이 지속 가능한 식물 공급원으로부터 형성되는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중 하나 이상을 포함하는, 물품.
4. 제3항에 있어서, 상기 지속 가능한 중합체 물질이 사탕수수 또는 옥수수 중 하나 이상으로부터 형성되는, 물품.
5. 제2항에 있어서, 상기 전분 기반 중합체 물질이 감자 전분, 옥수수 전분 또는 타피오카 전분 중 하나 이상을 포함하는 하나 이상의 전분으로부터 형성되는, 물품.
6. 제5항에 있어서, 상기 전분 기반 중합체 물질이 2종 이상의 전분, 감자 전분, 옥수수 전분 또는 타피오카 전분 중 하나 이상을 포함하는 제1 전분, 및 감자 전분, 옥수수 전분 또는 타피오카 전분 중 또 다른 하나 이상을 포함하는 제2 전분으로부터 형성되는, 물품.
7. 제6항에 있어서,
상기 제1 전분의 양이 상기 제1 전분과 상기 제2 전분의 조합된 중량에 대해 약 50 중량% 내지 약 90 중량%를 포함하고, 상기 제2 전분의 양이 상기 제1 전분과 상기 제2 전분의 조합된 중량에 대해 약 10 중량% 내지 약 50 중량%를 포함하고;
상기 탄수화물 기반 중합체 물질의 양이 상기 탄수화물 기반 중합체 물질과 상기 지속 가능한 중합체 물질의 조합된 중량의 약 10 중량% 내지 약 40 중량%를 포함하고, 상기 지속 가능한 중합체 물질의 양이 상기 탄수화물 기반 중합체 물질과 상기 지속 가능한 중합체 물질의 조합된 중량의 약 60 중량% 내지 약 90 중량%를 포함하는, 물품.
8. 제7항에 있어서, 물품의 강도가, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질 없이, 상기 지속 가능한 중합체 물질로만 만든 경우에 물품이 가질 수 있는 것보다 적어도 약 5% 초과인, 물품.
9. 제1항에 있어서, 물품 중 중합체 함량의 적어도 90%가 지속 가능한 공급원으로부터 공급되는, 물품.
10. 제1항에 있어서, 필름을 포함하는 물품.
11. 제1항에 있어서, 병 또는 시트 중 적어도 하나를 포함하는 물품.
12. 생분해성을 갖는 물품의 다른 물질을 제공하도록 구성되는, 20% 미만, 10% 미만의 결정화도, 특정한 유리 전이 온도, 비캣 연화 온도 또는 열 변형 온도, 특정한 영률 및/또는 NuPlastiQ 또는 ESR의 다른 물리적 특징을 갖는 하나 이상의 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질(예: 전분 기반 중합체 물질); 및
지속 가능한 식물 공급원으로부터 공급된 하나 이상의 지속 가능한 중합체 물질을 포함하는 물품으로서,
상기 물품의 강도는, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질 없이, 상기 지속 가능한 중합체 물질로만 만든 경우에 물품이 가질 수 있는 것보다 적어도 약 5% 초과인, 물품.
13. 제12항에 있어서, 필름을 포함하고 적어도 약 100 g/mil 두께의 다트 낙하 충격 강도를 갖는 물품.
14. 제12항에 있어서, 상기 지속 가능한 중합체 물질이 지속 가능한 식물 공급원으로부터 형성되는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중 하나 이상을 포함하는, 물품.
15. 제14항에 있어서, 상기 지속 가능한 중합체 물질이 사탕수수 또는 옥수수 중 하나 이상으로부터 형성되는, 물품.
16. 제12항에 있어서, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질이 전분 기반 중합체 물질을 포함하는, 물품.
17. 제16항에 있어서, 상기 전분 기반 중합체 물질이 감자 전분, 옥수수 전분 또는 타피오카 전분 중 하나 이상을 포함하는 하나 이상의 전분으로부터 형성되는, 물품.
18. 제17항에 있어서, 상기 전분 기반 중합체 물질이 2종 이상의 전분, 감자 전분, 옥수수 전분 또는 타피오카 전분 중 하나 이상을 포함하는 제1 전분, 및 감자 전분, 옥수수 전분 또는 타피오카 전분 중 또 다른 하나 이상을 포함하는 제2 전분으로부터 형성되는, 물품.
19. 제18항에 있어서,
상기 제1 전분의 양이 상기 제1 전분과 상기 제2 전분의 조합된 중량에 대해 약 50 중량% 내지 약 90 중량%를 포함하고, 상기 제2 전분의 양이 상기 제1 전분과 상기 제2 전분의 조합된 중량에 대해 약 10 중량% 내지 약 50 중량%를 포함하고;
상기 탄수화물 기반 중합체 물질의 양이 상기 탄수화물 기반 중합체 물질과 상기 지속 가능한 중합체 물질의 조합된 중량의 약 10 중량% 내지 약 40 중량%를 포함하고, 상기 지속 가능한 중합체 물질의 양이 상기 탄수화물 기반 중합체 물질과 상기 지속 가능한 중합체 물질의 조합된 중량의 약 60 중량% 내지 약 90 중량%를 포함하는, 물품.
20. 제12항에 있어서, 물품의 강도가, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질 없이, 상기 지속 가능한 중합체 물질로만 만든 경우에 물품이 가질 수 있는 것보다 적어도 10% 초과인, 물품.
21. 제12항에 있어서, 물품 중 중합체 함량의 적어도 90%가 지속 가능한 공급원으로부터 공급되는, 물품.
22. 제12항에 있어서, 필름을 포함하는 물품.
23. 제12항에 있어서, 병 또는 시트 중 적어도 하나를 포함하는 물품.
1. 그 자체가 자체적으로 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질을 제공하는 단계;
20% 미만, 10% 미만의 결정화도, 특정한 유리 전이 온도, 비캣 연화 온도 또는 열 변형 온도, 특정한 영률 및/또는 NuPlastiQ 또는 ESR의 다른 물리적 특징을 갖는 하나 이상의 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질(예: 전분 기반 중합체 물질)을 제공하며, 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질이 그 자체가 자체적으로 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질에 생분해성을 부여하는 그의 능력에 대해 선택되는 단계; 및
상기 탄수화물 기반 중합체 물질을 상기 플라스틱 물질과 블렌딩하는 단계를 포함하는,
그 자체가 달리 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질에 생분해성을 부여하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질이 하나 이상의 전분 기반 중합체 물질을 포함하는, 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 전분 기반 중합체 물질이 하나 이상의 전분 및 하나 이상의 가소제로부터 형성되는, 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 하나 이상의 전분이 감자 전분, 옥수수 전분, 또는 타피오카 전분 중 하나 이상을 포함하고, 상기 가소제가 글리세린을 포함하는, 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 전분 기반 중합체 물질이 적어도 2종의 상이한 전분의 블렌드로부터 형성되는, 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 전분 기반 중합체 물질이 형성되는 상기 2종의 상이한 전분이 (i) 감자 전분, 옥수수 전분, 또는 타피오카 전분 중 하나, 및 (ii) 감자 전분, 옥수수 전분, 또는 타피오카 전분 중 또 다른 하나를 포함하며, 상기 (ii)가 상기 (i)과 상이하게 되도록 선택되는, 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 전분 기반 중합체 물질이 형성되는 상기 2종의 상이한 전분이 하기 표의 열 중 하나로부터 선택되는, 방법:
8. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 물질이 폴리올레핀을 포함하는, 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 물질이 폴리에틸렌을 포함하는, 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 플라스틱 물질이, 탄수화물 기반 중합체 물질과 폴리에틸렌의 블렌드로부터 형성되는 필름인, 폴리에틸렌 필름을 포함하는, 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 물질이 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리스티렌, ABS, 나일론, 폴리비닐 클로라이드, 또는 폴리카르보네이트 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
12. 제1항에 있어서, 탄수화물 기반 중합체 물질의 5 중량% 이상을 플라스틱 물질과 블렌딩하는 단계가 플라스틱 물질을 생분해 가능하게 만들기에 충분한 것인, 방법.
13. 제1항에 있어서, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질과 플라스틱 물질의 블렌드가 적어도 5 중량%의 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는, 방법.
14. 제1항에 있어서, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질과 플라스틱 물질의 블렌드가 5 중량% 내지 50 중량%의 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는, 방법.
15. 제1항에 있어서, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질과 플라스틱 물질의 블렌드가 10 중량% 내지 50 중량%의 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는, 방법.
16. 제1항에 있어서, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질과 플라스틱 물질의 블렌드가 20 중량% 내지 40 중량%의 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는, 방법.
17. 제1항에 있어서, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질과 플라스틱 물질의 블렌드가 상용화제를 추가로 포함하는, 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 상용화제가 10 중량% 이하의 블렌드를 포함하는, 방법.
19. 그 자체가 자체적으로 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질을 제공하는 단계;
20% 미만, 10% 미만의 결정화도, 특정한 유리 전이 온도, 비캣 연화 온도 또는 열 변형 온도, 특정한 영률 및/또는 NuPlastiQ 또는 ESR의 다른 물리적 특징을 갖는 하나 이상의 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질(예: 전분 기반 중합체 물질)을 제공하며, 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질이 그 자체가 자체적으로 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질에 생분해성을 부여하는 그의 능력에 대해 선택되는 단계; 및
상기 탄수화물 기반 중합체 물질과 상기 플라스틱 물질을 블렌딩하는 단계로서, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질이 플라스틱 물질을 생분해 가능하게 만들어주는 것인 단계를 포함하는,
그 자체가 달리 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질에 생분해성을 부여하는 방법.
1. 제1 중합체 물질과 재생가능한 전분 기반 중합체 물질을 포함하는 블렌드로부터 블로잉된 필름인, 플라스틱 필름을 필름 블로잉 장치로 블로잉하는 단계로서, 상기 재생가능한 전분 기반 중합체 물질이 (i) 20% 이하의 결정화도를 갖는 실질적으로 무정형이고/이거나, (ii) 적어도 1.0 GPa의 영률을 갖고/갖거나, (iii) 70℃ 내지 100℃의 유리 전이 온도, 비캣 연화 온도 또는 열 변형 온도를 갖는 단계를 포함하며,
(A)상기 필름 블로잉 장치는 플라스틱 필름을 블로잉할 때 적어도 2.0의 높은 블로우업비에서 작동하고, 상기 높은 블로우업비가 증가된 강도를 갖는 블로잉된 플라스틱 필름을 제공하고/하거나;
(B)상기 필름 블로잉 장치의 다이 갭은 500 미크론 이하의 좁은 다이 갭이 되도록 선택되고, 상기 좁은 다이 갭은 증가된 강도를 갖는 블로잉된 플라스틱 필름을 제공하는, 블로잉된 플라스틱 필름에 증가된 강도를 제공하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 중합체 물질이 폴리올레핀을 포함하는, 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 중합체 물질이 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리스티렌, ABS, 나일론, 폴리비닐 클로라이드, 또는 폴리카르보네이트 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 중합체 물질이 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 블로잉된 플라스틱 필름이 0.1 mil 내지 10 mils의 두께를 갖는, 방법.
6. 제1항에 있어서, 블로우업비가 2.2 내지 2.8인, 방법.
7. 제1항에 있어서, 블로우업비가 약 2.5인, 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 재생 가능한 전분 기반 중합체 물질이 적어도 2종의 상이한 전분의 블렌드로부터 형성되는, 방법.
9. 제1 중합체 물질 및 재생 가능한 전분 기반 중합체 물질을 포함하는 제2 중합체 물질을 포함하는 블렌드로부터 블로잉된 필름인, 플라스틱 필름을 필름 블로잉 장치로 블로잉하는 단계로서, 상기 재생 가능한 전분 기반 중합체 물질이 (i) 20% 이하의 결정화도를 갖는, 실질적으로 무정형이고, (ii) 적어도 1.0 GPa의 영률을 갖고, (iii) 70℃ 내지 100℃의 유리 전이 온도, 비캣 연화 온도 또는 열 변형 온도를 갖는 것인 단계;
블로잉된 플라스틱 필름의 강도가 증가되도록, 적어도 2.0의 높은 블로우업비를 선택하기 위해 필름 블로잉 장치의 블로우업비를 조작하는 단계를 포함하는,
블로우업비를 조작하여 블로잉된 플라스틱 필름의 강도를 증가시키는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 강도가 높은 블로우업비를 선택함으로써 적어도 1% 정도 증가되는, 방법.
11. 제9항에 있어서, 상기 강도가 높은 블로우업비를 선택함으로써 적어도 10% 정도 증가되는, 방법.
12. 제9항에 있어서, 블로우업비가 2.2 내지 2.8인, 방법.
13. 제9항에 있어서, 블로우업비가 약 2.5인, 방법.
14. 제9항에 있어서, 상기 블로잉된 플라스틱 필름이 0.1 mil 내지 10 mil의 두께를 갖는, 방법.
15. 제1 중합체 물질 및 재생 가능한 전분 기반 중합체 물질을 포함하는 제2 중합체 물질을 포함하는 블렌드로부터 블로잉된 필름인, 플라스틱 필름을 필름 블로잉 장치로 블로잉하며, 상기 재생 가능한 전분 기반 중합체 물질이 (i) 20% 이하의 결정화도를 갖는, 실질적으로 무정형이고/이거나, (ii) 적어도 1.0 GPa의 영률을 갖고/갖거나, (iii) 70℃ 내지 100℃의 유리 전이 온도, 비캣 연화 온도 또는 열 변형 온도를 갖는 것인 단계;
500 미크론 이하의 좁은 다이 갭을 선택하기 위해 필름 블로잉 장치의 다이 갭을 조작하는 단계;
플라스틱 필름을 블로잉할 때 적어도 2.0의 값이 되도록 블로우업비를 조작하는 단계로서, 상기 높은 블로우업비 및/또는 좁은 다이 갭이 증가된 강도를 갖는 상기 블로잉된 필라스틱 필름을 제공하는 것인 단계를 포함하는,
블로우업비 및 다이 갭을 조작하여, 블로잉된 플라스틱 필름의 강도를 증가시키는 방법.
16. 제15항에 있어서, 블로우업비가 적어도 2.0인, 방법.
17. 제15항에 있어서, 블로우업비가 2.2 내지 2.8인, 방법.
18. 제15항에 있어서, 블로우업비가 약 2.5인, 방법.
19. 제15항에 있어서, 다이 갭이 250 미크론 내지 500 미크론인, 방법.
20. 제15항에 있어서, 상기 블로잉된 플라스틱 필름이 0.1 mil 내지 10 mil의 두께를 갖는, 방법.
1. 중합체 수지;
유기 냄새 감소제; 및
상기 유기 냄새 감소제의 부재 시에는, 특유의 탄 탄수화물 냄새를 지속 가능한 플라스틱 물질에 부여할 수 있는 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는, 감소된 냄새를 나타내는 지속 가능한 플라스틱 물질.
2. 제1항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 동결 건조된 분말인, 물질.
3. 제1항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 바닐라 추출물을 포함하는, 물질.
4. 제1항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 바닐린을 포함하는, 물질.
5. 제1항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 하기 화학 구조를 갖는, 물질:
6. 제1항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 본질적으로 4-히드록시-3-메톡시벤즈알데히드로 이루어진, 물질.
7. 제1항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 1% 이하의 플라스틱 물질을 포함하는, 물질.
8. 제1항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 0.1% 이하의 플라스틱 물질을 포함하는, 물질.
9. 제1항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 0.01% 이하의 플라스틱 물질을 포함하는, 물질.
10. 제1항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 1000 ppm 이하의 플라스틱 물질을 포함하는, 물질.
11. 제1항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 100 ppm 이하의 플라스틱 물질을 포함하는, 물질.
12. 제1항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 50 ppm 이하의 플라스틱 물질을 포함하는, 물질.
13. 제1항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 20 ppm 이하의 플라스틱 물질을 포함하는, 물질.
14. 제1항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 탄수화물 기반 중합체 물질에 대해 1:1000 내지 1:100,000의 비로 존재하는, 물질.
15. 제1항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 탄수화물 기반 중합체 물질에 대해 1:25,000 내지 1:75,000의 비로 존재하는, 물질.
16. 제1항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 과일 추출물을 포함하는, 물질.
17. 제16항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 바닐라, 딸기, 블루베리, 바나나, 사과, 복숭아, 배, 키위, 망고, 패션후르츠, 라즈베리 또는 그의 조합의 추출물로부터 선택된 동결 건조된 유기 과일 추출물을 포함하는, 물질.
18. 제16항에 있어서, 상기 동결 건조된 유기 과일 추출물이 상기 탄수화물 기반 중합체 물질에 대해 1:1000 이하의 비로 플라스틱 물질에 존재하는, 물질.
19. 제1항에 있어서, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질이 전분 기반 중합체 물질인, 물질.
20. 유기 냄새 감소제; 및
탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는, 감소된 냄새를 나타내는 지속 가능한 열가소성 탄수화물 기반 중합체 물질로서:
상기 유기 냄새 감소제 대 상기 탄수화물 기반 중합체 물질의 중량비가, 유기 냄새 감소제보다 탄수화물 기반 중합체 물질이 적어도 1000배 이상이도록 1:1000 이하인, 물질.
21. 제20항에 있어서, 상기 지속 가능한 열가소성 탄수화물 기반 중합체 물질과 블렌딩된 열가소성 중합체 수지를 추가로 포함하는 물질로서, 상기 지속 가능한 열가소성 탄수화물 기반 중합체 물질을 열가소성 중합체 수지와 고온 블렌딩할 때, 상기 유기 냄새 감소제의 존재가 아니었다면, 탄 탄수화물 냄새가 존재할 수 있는 것인, 물질.
22. 제21항에 있어서, 상기 열가소성 중합체 수지가 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리스티렌, ABS, 나일론, 폴리비닐 클로라이드, 또는 폴리카르보네이트 중 하나 이상을 포함하는, 물질.
23. 제22항에 있어서, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질과 열가소성 중합체 수지의 블렌드가 5 중량% 내지 50 중량%의 상기 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는, 물질.
1. 하나 이상의 다른 중합체 물질(예: 석유화학 기반 중합체 물질)을 제공하는 단계;
하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질을 제공하는 단계;
상기 하나 이상의 다른 중합체 물질 및 상기 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질을 혼합하여 혼합물을 생산하는 단계;
상기 혼합물을 약 120℃ 내지 180℃ 범위의 온도로 가열하는 단계; 및
상기 혼합물을 사용하여 두께 약 1 내지 약 6 미크론 및 다트 낙하 충격 시험 값 약 40 g 내지 약 100 g을 갖는 필름을 생산하는 단계를 포함하는, 방법.
1. 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질을 제공하는 단계;
하나 이상의 다른 중합체 물질(예: PBAT 또는 바이오 PE 포함)을 제공하는 단계;
상기 하나 이상의 다른 중합체 물질 및 상기 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질을 혼합하여 혼합물을 생산하는 단계;
상기 혼합물을 약 120℃ 내지 180℃ 범위의 온도로 가열하는 단계; 및
상기 혼합물을 사용하여 두께 약 10 내지 약 100 미크론 및 다트 낙하 충격 시험 값 약 200 g 내지 약 600 g을 갖는 필름을 생산하는 단계를 포함하는, 방법.
본 발명의 이러한 이점과 다른 이점 및 특색은 하기 상세한 설명 및 청구된 청구범위로부터 보다 완전히 명백해지거나, 이하에 제시된 바와 같은 본 발명의 실시에 의해 학습될 수 있다.
본 발명의 상기 인용된 이점 및 다른 이점 및 대상이 수득되는 방법을 위해서, 상기 간단히 기재된 본 발명의 보다 특정한 설명은 첨부된 도면에 예시된 본 발명의 구체적인 실시양태를 참조하여 제시될 것이다. 이러한 도면이 단지 본 발명의 전형적인 실시양태만을 도시하며 따라서 그의 범주를 제한하는 것으로 고려되어서는 안 된다는 이해 하에, 본 발명은 첨부 도면의 사용을 통해 추가의 특이성 및 상세한 설명을 기재하고 설명할 것이다:
도 1은 본 개시내용에 따른 물품을 형성하는 예시적인 방법의 흐름도를 예시한다.
도 1a는 블로우업비를 조작하여 블로잉된 플라스틱 필름의 강도를 증가시키는 예시적인 방법의 흐름도를 예시한다.
도 1b는 상기 탄수화물 기반 중합체 물질과 또 다른 중합체 물질을 포함하는 물질의 블렌드 중에 냄새 감소제를 포함하는 예시적인 방법의 흐름도를 예시한다.
도 1c는 상기 탄수화물 기반 중합체 물질의 특유의 냄새를 상쇄시키는 냄새 감소제를 포함하는 탄수화물 기반 중합체 물질을 형성하고, 그 후에 냄새 감소제를 포함하는 상기 탄수화물 기반 중합체 물질을 사용하여 물품을 생산하는 예시적인 방법의 흐름도를 예시한다.
도 2a는 본 개시내용에 따른 물품을 생산하기 위한 예시적인 제조 시스템의 구성성분을 예시한다.
도 2b는 다이, 다이 갭, 높은 블로우업비를 갖는 블로잉된 필름 버블, 및 상기 버블의 서리선을 제시하는, 도 2a의 필름 블로잉 장치의 근접 개략도를 예시한다.
도 2c는 좁은 다이 갭을 제시하는, 도 2b의 다이의 일부를 통한 근접 개략 단면도를 예시한다.
도 3은 전형적으로 생분해 가능하지도 퇴비화 가능하지도 않은 다양한 석유화학 플라스틱(표지된 표준 플라스틱) 뿐만 아니라 하나 이상의 측면에서 보다 "환경 친화적"인 다양한 플라스틱에 대한 탄성률 및 파단 신율 데이터를 제시한다.
도 4는 NuPlastiQ 또는 ESR을 형성하기 위해 사용된 천연 옥수수 전분 및 천연 감자 전분의 블렌드의 X선 회절 패턴과 비교하여 BiologiQ로부터 상업적으로 입수 가능한 예시적인 NuPlastiQ 또는 "ESR" 탄수화물 기반 중합체 물질에 대한 X선 회절 패턴을 제시한다.
도 5는 필름 중 탄수화물 기반 중합체 물질의 백분율에 기초하여 상이한 두께 필름에 대한 다트 강도를 제시한다.
도 6은 100% PE 필름과 비교하여, 25% 탄수화물 기반 중합체 물질, 약 5% 상용화제, 및 약 70% PE의 블렌드로부터 형성된 상이한 두께 필름(약 0.1 mil 내지 최대 2 mil)에 대한 다트 강도를 제시하고, 또한 기존 장바구니용 백, 운반용 백, 및 감자 백에 대한 비교를 제시한다.
도 7은 NuPlastiQ 또는 ESR을 포함한 다양한 블렌딩된 필름, 뿐만 아니라 버진 물질(virgin material) 또는 재활용 물질로부터 형성된 비교 필름에 대하여 상이한 두께 필름에 대한 다트 강도를 제시한다.
도 8a-8b는 본 개시내용에 따라 형성된 3개 샘플에 대하여 ASTM D-5511 하에 수행된 시험에 따른 349일에 걸쳐 측정된 생분해율을 제시한다.
도 9는 모의 쓰레기 매립 조건 하에 25% NuPlastiQ 또는 ESR, 70% PE, 및 5% 상용화제로 만들어진 감자 백에 대하여 ASTM D-5526 하에 수행된 시험에 따른 843일에 걸쳐 측정된 생분해율을 제시한다.
도 10a-10b는 본 개시내용에 따라 만들어진 다양한 샘플, 뿐만 아니라 비교 대조군에 대하여 ASTM D-5338 하에 수행된 시험에 따른 370에 걸쳐 측정된 생분해율을 제시한다.
도 11은 본 개시내용에 따라 만들어진 다양한 샘플, 뿐만 아니라 비교 대조군에 대하여, 해양 조건을 모의하는 것을 의미하는, ASTM D-6691에 따라 205일에 걸쳐 측정된 생분해율을 제시한다.
도 12a는 NuPlastiQ 또는 ESR 탄수화물 기반 중합체 물질 및 바이오폴리에틸렌 또는 "친환경" PE의 블렌드로 만들어진 필름에 대한 다트 강도를 제시한다. 다트 강도는 다양한 두께의 필름에 대하여, NuPlastiQ 또는 ESR 백분율의 함수로서 제시된다.
도 12b는 다양한 백분율의 NuPlastiQ 또는 ESR을 포함한 블렌드에 대하여, 도 12a와 유사한 데이터를 나타내지만, 필름 두께의 함수로서 다트 강도를 제시한다.
도 13은 25% NuPlastiQ 또는 ESR 물질을 포함하며 나머지가, 블로우업비에 대한 강도 의존성을 나타내지 않는, 폴리에틸렌으로부터 전적으로 형성된 폴리에틸렌 필름에 대한 다트 강도와 비교하여, 2.5의 블로우업비에서 상용화제 및 폴리에틸렌을 포함하는, 블렌드로부터 형성된 필름에 대한 다트 강도를 제시한다.
도 1은 본 개시내용에 따른 물품을 형성하는 예시적인 방법의 흐름도를 예시한다.
도 1a는 블로우업비를 조작하여 블로잉된 플라스틱 필름의 강도를 증가시키는 예시적인 방법의 흐름도를 예시한다.
도 1b는 상기 탄수화물 기반 중합체 물질과 또 다른 중합체 물질을 포함하는 물질의 블렌드 중에 냄새 감소제를 포함하는 예시적인 방법의 흐름도를 예시한다.
도 1c는 상기 탄수화물 기반 중합체 물질의 특유의 냄새를 상쇄시키는 냄새 감소제를 포함하는 탄수화물 기반 중합체 물질을 형성하고, 그 후에 냄새 감소제를 포함하는 상기 탄수화물 기반 중합체 물질을 사용하여 물품을 생산하는 예시적인 방법의 흐름도를 예시한다.
도 2a는 본 개시내용에 따른 물품을 생산하기 위한 예시적인 제조 시스템의 구성성분을 예시한다.
도 2b는 다이, 다이 갭, 높은 블로우업비를 갖는 블로잉된 필름 버블, 및 상기 버블의 서리선을 제시하는, 도 2a의 필름 블로잉 장치의 근접 개략도를 예시한다.
도 2c는 좁은 다이 갭을 제시하는, 도 2b의 다이의 일부를 통한 근접 개략 단면도를 예시한다.
도 3은 전형적으로 생분해 가능하지도 퇴비화 가능하지도 않은 다양한 석유화학 플라스틱(표지된 표준 플라스틱) 뿐만 아니라 하나 이상의 측면에서 보다 "환경 친화적"인 다양한 플라스틱에 대한 탄성률 및 파단 신율 데이터를 제시한다.
도 4는 NuPlastiQ 또는 ESR을 형성하기 위해 사용된 천연 옥수수 전분 및 천연 감자 전분의 블렌드의 X선 회절 패턴과 비교하여 BiologiQ로부터 상업적으로 입수 가능한 예시적인 NuPlastiQ 또는 "ESR" 탄수화물 기반 중합체 물질에 대한 X선 회절 패턴을 제시한다.
도 5는 필름 중 탄수화물 기반 중합체 물질의 백분율에 기초하여 상이한 두께 필름에 대한 다트 강도를 제시한다.
도 6은 100% PE 필름과 비교하여, 25% 탄수화물 기반 중합체 물질, 약 5% 상용화제, 및 약 70% PE의 블렌드로부터 형성된 상이한 두께 필름(약 0.1 mil 내지 최대 2 mil)에 대한 다트 강도를 제시하고, 또한 기존 장바구니용 백, 운반용 백, 및 감자 백에 대한 비교를 제시한다.
도 7은 NuPlastiQ 또는 ESR을 포함한 다양한 블렌딩된 필름, 뿐만 아니라 버진 물질(virgin material) 또는 재활용 물질로부터 형성된 비교 필름에 대하여 상이한 두께 필름에 대한 다트 강도를 제시한다.
도 8a-8b는 본 개시내용에 따라 형성된 3개 샘플에 대하여 ASTM D-5511 하에 수행된 시험에 따른 349일에 걸쳐 측정된 생분해율을 제시한다.
도 9는 모의 쓰레기 매립 조건 하에 25% NuPlastiQ 또는 ESR, 70% PE, 및 5% 상용화제로 만들어진 감자 백에 대하여 ASTM D-5526 하에 수행된 시험에 따른 843일에 걸쳐 측정된 생분해율을 제시한다.
도 10a-10b는 본 개시내용에 따라 만들어진 다양한 샘플, 뿐만 아니라 비교 대조군에 대하여 ASTM D-5338 하에 수행된 시험에 따른 370에 걸쳐 측정된 생분해율을 제시한다.
도 11은 본 개시내용에 따라 만들어진 다양한 샘플, 뿐만 아니라 비교 대조군에 대하여, 해양 조건을 모의하는 것을 의미하는, ASTM D-6691에 따라 205일에 걸쳐 측정된 생분해율을 제시한다.
도 12a는 NuPlastiQ 또는 ESR 탄수화물 기반 중합체 물질 및 바이오폴리에틸렌 또는 "친환경" PE의 블렌드로 만들어진 필름에 대한 다트 강도를 제시한다. 다트 강도는 다양한 두께의 필름에 대하여, NuPlastiQ 또는 ESR 백분율의 함수로서 제시된다.
도 12b는 다양한 백분율의 NuPlastiQ 또는 ESR을 포함한 블렌드에 대하여, 도 12a와 유사한 데이터를 나타내지만, 필름 두께의 함수로서 다트 강도를 제시한다.
도 13은 25% NuPlastiQ 또는 ESR 물질을 포함하며 나머지가, 블로우업비에 대한 강도 의존성을 나타내지 않는, 폴리에틸렌으로부터 전적으로 형성된 폴리에틸렌 필름에 대한 다트 강도와 비교하여, 2.5의 블로우업비에서 상용화제 및 폴리에틸렌을 포함하는, 블렌드로부터 형성된 필름에 대한 다트 강도를 제시한다.
I. 정의
본원에 인용된 모든 공개, 특허 및 특허 출원은, 상기에서든 하기에서든, 각각의 개별 공개, 특허 또는 특허 출원이 구체적으로 및 개별적으로 참조로 포함되는 것을 나타내는 경우와 동일한 수준으로 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
"포함한", "함유한", 또는 "~로 특징되는"과 동의어인 "포함하는"이란 용어는 포괄적이거나 개방형이고 추가의 인용되지 않은 요소 또는 방법 단계를 배제하지 않는다.
"~로 본질적으로 이루어진"이란 용어는 청구된 발명의 명시된 물질 또는 단계 "그리고 기본적인 및 신규 특징(들)에 실질적으로 영향을 미치지 않는 것들"에 대한 청구 범위를 제한한다.
본원에 사용된 "~로 이루어진"이란 용어는 청구범위에 명시되지 않은 임의의 요소, 단계, 또는 성분을 배제한다.
본 발명의 특색을 기재하는 것과 관련하여(특히 하기 청구범위와 관련하여) 사용된 단수 용어 및 유사한 지시대상은, 본원에 달리 나타내지 않거나 문맥에 의해 명백하게 모순되지 않는 한, 단수형 및 복수형 둘 다를 포괄하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 예를 들어, "전분"에 대한 언급은 1, 2개 또는 그 이상의 전분을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 "필름"은, 면적 또는 부피를 분리하고, 항목을 보유하고, 장벽으로서 및/또는 인쇄 가능한 표면으로서 작용하기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 중합체 물질을 포함하는 얇은 연속 물품을 지칭한다.
본원에 사용된 "백"은, 상품을 담고/담거나 운반하기 위해 사용될 수 있는 비교적 얇고 유연한 필름으로 만들어진 용기를 지칭한다.
본원에 사용된 "병"은, 전형적으로 필름보다 더 두꺼운 두께의, 본원에 개시된 플라스틱으로 만들어질 수 있는 용기를 지칭하고, 전형적으로 입구 가까이에 비교적 좁은 목을 포함한다. 이러한 병은 매우 다양한 제품(예: 음료, 퍼스널 케어 제품, 예컨대 샴푸, 컨디셔너, 로션, 비누, 클렌저 등)을 보유하기 위해 사용될 수 있다.
달리 언급되지 않는 한, 본원에 사용되고 기재된 모든 백분율, 비, 부, 및 양은 중량 기준이다.
본원에 언급된 숫자, 백분율, 비, 또는 다른 값은, 관련 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 해당 값, 및 또한 언급된 값의 약 또는 대략인 다른 값을 포함할 수 있다. 따라서 언급된 값은 바람직한 기능을 수행하거나 바람직한 결과를 달성하도록 명시된 값에 적어도 충분히 근접한 값, 및/또는 언급된 값으로 반올림한 값을 포괄하도록 충분히 넓게 해석되어야 한다. 언급된 값은 적어도 전형적인 제조 공정에서 예상되는 변동을 포함하고, 언급된 값의 25%, 15%, 10% 이내, 5% 이내, 1% 이내 등인 값을 포함할 수 있다. 더욱이, 본원에 사용된 "실질적으로", "유사하게", "약" 또는 "대략"이란 용어는 여전히 바람직한 기능을 수행하거나 바람직한 결과를 달성하는 언급된 양 또는 상태에 근접한 양 또는 상태를 나타낸다. 예를 들어, "실질적으로", "약" 또는 "대략"이란 용어는 언급된 양 또는 값의 25% 이내, 15% 이내, 10% 이내, 5% 이내, 또는 1% 이내인 양을 지칭할 수 있다.
일부 범위는 본원에 개시된다. 추가 범위는 특정한 파라미터의 예시로서 본원에 개시된 임의의 값 사이에 정의될 수 있다. 모든 이러한 범위는 본 개시내용의 범주 내에서 고려된다. 또한, 본원에서 값의 범위의 언급은 상기 범위 내에 속하는 각 개별 값을 개별적으로 언급하는 약식 방법으로서 역할을 하도록 의도된다. 본원에 달리 나타내지 않는 한, 각 개별 값은 본원에 개별적으로 언급된 것처럼 명세서에 포함된다.
명세서 및 청구범위에 사용된 성분, 구성성분, 조건 등의 양을 나타내는 모든 숫자는 모든 경우에 "약"이란 용어로 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 넓은 범위를 제시하는 수치 범위 및 파라미터가 근사치임에도, 특정 실시예에 제시된 수치 값은 가능한 한 정확하게 보고된다. 그러나, 임의의 수치 값은 본래 그 각각의 시험 측정에서 발견된 표준 편차로 인해 반드시 발생하는 특정 오차를 함유한다.
본원에 사용된 '~이 없는'이란 어구 또는 유사한 어구는 조성물이 언급된 구성성분의 0%를 함유한다는 것, 즉, 구성성분이 조성물에 의도적으로 첨가되지 않았다는 것을 의미한다. 그러나, 이러한 구성성분이 적절한 환경 하에 부수적으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 부수적인 오염물 등과 같은 또 다른 포함된 구성성분 내에 부수적으로 존재할 수 있다는 것으로 이해될 것이다.
본원에 사용된 '실질적으로 없는'이란 어구 또는 유사한 어구는 조성물이 바람직하게는 언급된 구성성분의 0%를 포함한다는 것을 의미하지만, 예를 들어, 부수적인 형성, 부수적인 오염을 통해, 또는 심지어 의도적인 첨가에 의해 매우 작은 농도가 존재할 수 있다는 것으로 이해될 것이다. 이러한 구성성분은, 만약 있다면, 1% 미만, 0.5% 미만, 0.25% 미만, 0.1% 미만, 0.05% 미만, 0.01% 미만, 0.005% 미만, 0.001% 미만, 또는 0.0001% 미만의 양으로 존재할 수 있다.
II. 도입
본 개시내용은, 무엇보다도, 재생 가능한 또는 지속 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질을, 또 다른 중합체 물질과 조합하여 포함하는 블렌드로부터 형성된 물품에 관한 것이다. 증가된 지속 가능성에 더하여, 이러한 물품은 생분해성, 및/또는 증가된 강도를 나타낼 수 있다. 물품은 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질 및 하나 이상의 다른 중합체 물질(예: 석유화학 기반 또는 "친환경" 지속 가능한 중합체 버전의 이러한 플라스틱 수지)을 혼합하고, 상기 혼합물을 가열하고, 그것으로부터, 예를 들어, 압출, 사출 성형, 블로잉 성형, 블로잉 형성 등에 의해 물품을 형성함으로써 형성될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 탄수화물 기반 중합체 물질은 실질적으로 무정형이고/이거나, 본원에 기재된 바와 같이, 유리 전이 온도, 열 변형 온도, 비캣 연화 온도, 영률, 낮은 결정화도 등과 관련한 다른 특이적 특징을 나타내는 전분 기반 중합체 물질을 포함할 수 있다.
본원에 기재된 물품은 병, 상자, 다른 용기, 컵, 플레이트, 기구, 시트, 필름, 백 등을 포함하며 이에 제한되지 않는 임의의 생각해낼 수 있는 구조의 형태로 생산될 수 있다. 백 및 필름 랩을 위한(예: 제품 주위나 위를 랩핑하기 위한) 얇은 필름은 블로잉된 필름 장비를 사용하여 용이하게 만들어질 수 있다. 물품 형성을위해 사용될 수 있는 다른 공정은 사출 성형, 블로잉 성형, 열성형, 및 다른 플라스틱 제조 공정을 포함할 수 있으며 이에 제한되지 않는다.
이러한 물품을 형성하는데 사용하기 위한 적합한 탄수화물 기반 또는 전분 기반 중합체 물질의 예는 상표명 NuPlastiQ 또는 ESR("Eco Starch Resin") 하에 BiologiQ로부터 입수 가능하다. 구체적 예는 GS-270, GS-300, 및 GS-330을 포함하며 이에 제한되지 않는다. 이러한 NuPlastiQ 또는 ESR 물질의 구체적 특징은 본원에 보다 상세하게 기재될 것이다. 유사한 특성을 나타내는 다른 탄수화물 기반 또는 전분 기반 중합체 물질은 또한 사용하기에 적합할 수 있어, BiologiQ로부터 입수 가능한 NuPlastiQ 또는 ESR이 단지 적합한 탄수화물 기반 또는 전분 기반 중합체 물질의 비제한적인 예시가 된다.
한 실시양태에서, 블렌드에 포함된 "다른" 중합체 물질(탄수화물 기반 중합체 물질 제외)은 예를 들어, 식물 또는 다른 재생 가능한 공급원(예: 박테리아 생성물)으로부터 형성된, 지속 가능한 중합체 물질일 수 있다. 이와 같이, 물품의 모든 또는 실질적으로 모든(예: 90% 이상, 95% 이상, 97% 이상, 98% 이상, 99% 이상) 중합체 함량은 식물 또는 다른 재생 가능한 공급원으로부터 공급된 중합체로부터 형성될 수 있다. 이러한 특징은 지속 가능성 관점에서 특히 유리하다. 본원에 기재된 바와 같이, 상용화제의 작은 분율은 상기 "다른" 중합체 수지 물질 및 상기 탄수화물 기반 중합체 물질 사이의 상용성을 증가시키기 위해, 상기 중합체 함량에 더하여 존재할 수 있다. 일부 실시양태에서, 이러한 상용화제는 지속 가능한 공급원으로부터 공급되거나 유래되지 않은 유일한 구성성분일 수 있다. 다른 실시양태에서, 이러한 상용화제는, 지속 가능할 수 있어서, 100%의 물품이 잠재적으로 지속 가능하게 공급될 수 있다.
바람직한 지속 가능성 특징에 더하여, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질은 생분해성을 갖도록 블렌딩된 물질("친환경" PE(또는 바이오폴리에틸렌), "친환경" PP, 또는 바이오 PET와 같은 "친환경" 지속 가능한 중합체 물질)을 제공하도록 구성될 수 있다. 다시 말해서, "친환경" 지속 가능한 중합체 물질 그 자체가 단독으로 생분해 가능하지 않은 경우에도, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질도 포함하는 물품에 포함되면 실제로 생분해 가능하게 될 수 있다. 이 결과는 또한 큰 이점이다.
게다가, 많은 물품(예: 특히 얇은 필름)은, 주어진 두께에서 증가된 강도가 바람직할 수 있도록, 종래의 플라스틱 물질(예: 석유화학 기반 중합체 물질)로부터 형성될 때 특히 우수한 강도를 갖지 않는다. "친환경" 플라스틱 물질은 그의 상응하는 종래의 석유화학 기반 계통과 유사한 물리적 특징을 나타내기 때문에, 이러한 "친환경" 플라스틱 물질은 또한 특히 우수한 강도를 갖지 않고, 물품 두께를 증가시키지 않으면서 강도를 증가시키는 방법이 바람직할 수 있다. 본원에 기재된 바와 같은 탄수화물 기반 중합체 물질과 블렌딩될 때, 이러한 증가된 강도 결과가 달성 가능하다. 예를 들어, 폴리에틸렌 필름(예: 바이오폴리에틸렌("친환경" PE) 또는 메탈로센 석유화학 기반 PE)은 1 mil 두께 필름에 대해 약 150 g의 다트 충격 강도를 가질 수 있지만, 필름 두께를 증가시키지 않으면서 강도가 증가될 수 있다면 유리할 수 있다. 본 실시양태는 이러한 증가된 강도를 제공할 수 있다. 예를 들어, 본원에 기재된 바와 같은 탄수화물 기반 중합체 물질과 블렌딩될 때, 강도는 적어도 5%만큼 증가할 수 있다. 일부 실시양태의 전형적인 결과는 20% 또는 그 초과의 강도 증가를 초래할 수 있다.
상기 물품은 상기 탄수화물 기반 중합체 물질 및 상기 지속 가능한 중합체 물질을 혼합하고, 상기 혼합물을 가열하고, 상기 혼합물을 성형하고(예: 사출 성형), 상기 혼합물을 압출하고, 상기 혼합물을 블로잉 성형하고, 상기 혼합물을 블로잉 형성하고, 상기 혼합물을 열성형함으로써 생산될 수 있다. 다양한 기타 플라스틱 제조 공정은 본 개시내용에 비추어 볼 때 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
생분해성에 관하여, 상기 방법 및 물품은 이러한 플라스틱 물질을, 본원에 기재된 바와 같이, 낮은 결정화도를 포함하는 구체적 특징을 갖는 탄수화물 기반(예: 전분 기반) 중합체 물질과 블렌딩함으로써 자체적으로 달리 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질에 생분해성을 부여할 수 있다. 이러한 실시양태는 버려지는 수많은 플라스틱 제품이, 중합체에 안정한 상태로 무기한으로 계속하여 존재하는 것보다, 쓰레기 매립지 또는 유사한 환경에서 용이하게 생분해될 수 있게 한다는 점에서 특히 유익하다.
더욱이, 출원인은 상기 물품이 전형적인 저장 및 사용 환경에서 저장되는 경우에(예: 가정, 사무실, 창고 등에서 저장되는 경우에) 이러한 물품의 생분해가 용이하게 발생하지 않지만, 물품이 쓰레기 매립지 또는 퇴비 또는 다른 전형적인 폐기 조건이 모의되거나 그와 같은 환경에 배치되는 경우에 생분해가 일반적으로 발생하기 시작하기만 한다는 것을 관찰하였다. 예를 들어, 이러한 조건은 종종 (i) 정상 주변 "사용" 또는 "저장" 온도를 초과하여 약간 상승된 온도, (ii) 상승된 수분 수준에 대한 노출, 및 (iii) 쓰레기 매립지 또는 퇴비 및 유사한 폐기 환경에 취약한 특정 부류의 미생물에 대한 노출을 포함한다. 상승된 온도 및 수분은 필요한 미생물이 또한 존재하지 않는 한 이러한 물품의 분해를 야기하지 않을 것이다. 상기 조건의 조합은 이러한 물질의 블렌드로부터 형성된 물품이 생분해되기 시작하도록 야기한다. 본원에 기재된 바와 같은 제3자 시험은 상기 탄수화물 기반 중합체 물질이 생분해될 뿐만 아니라, 달리 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질 또한 실제로 생분해되는 것을 확인한다.
이러한 생분해가 상기 탄수화물 기반 중합체 물질과 블렌딩될 때 가능하게 되는 메커니즘은 완전히 이해되지 않을 수 있지만, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질의 특정한 특징과 커플링된 2종의 플라스틱 물질을 함께 블렌딩하는 것은 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질과 연관된 흡습 장벽을 어떻게든 파괴하여, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질을 생분해할 수 있는 미생물이 탄수화물 기반 중합체 물질을 생분해할 뿐만 아니라, 인접한 플라스틱 분자 또한 생분해하는 것으로 여겨진다. 탄소 결합은 파괴되고, 생분해는 배출된 이산화탄소 및 메탄을 포착하여 측정하는 제3자 시험을 기반으로 하여 확인된다. 이러한 결과는 놀랍고 예상치 못한 것이며 특히 유리하다.
본 개시내용의 또 다른 측면은 적어도 일부 실시양태에서 블로우업비 및 또는 다이 갭을 조작함으로써 블로잉된 플라스틱 필름에 증가된 강도를 제공하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 플라스틱 필름을 필름 블로잉 장치로 블로잉하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 필름은 중합체 물질(예: 폴리에틸렌 등) 및 본원에 기재된 재생 가능한 탄수화물 기반(예: 전분 기반) 중합체 물질을 포함한 블렌드로부터 블로잉되고, 상기 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질은 예를 들어, 20% 이하의 결정화도를 갖는, 실질적으로 무정형이고/이거나, 다른 특정한 특징을 포함한다. 예를 들어, 상기 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질은 적어도 1.0 GPa의 영률을 가질 수 있고/있거나, 70℃ 내지 100℃의 유리 전이 온도, 비캣 연화 온도 또는 열 변형 온도를 가질 수 있다. 상기 필름 블로잉 장치는 구체적으로 플라스틱 필름을 블로잉할 때 적어도 2.0의 높은 블로우업비에서, 및/또는 좁은 다이 갭(예: 500 미크론 이하)으로 작동된다. 이러한 특징은 놀랍게도, 출원인에 의해 발견된 상기 탄수화물 기반 중합체 물질을 사용할 때, 더 낮은, 보다 전형적인 블로우업비(예: 1.5) 또는 더 넓은 다이 갭에서 제공될 수 있는 강도와 비교하여, 플라스틱 필름에 증가된 강도를 제공한다. 단지 블로우업비 또는 다이 갭을 변경하는 동안 증가된 강도를 제시하는 이러한 비교는 동일한 물질로 수행될 수 있다. 이러한 증가된 강도는 또한 NuPlastiQ 또는 ESR, 또는 본원에서 확인된 바와 같은 특정한 특징을 갖는 다른 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질 없이, 상기 "다른" 중합체 물질(예: 폴리에틸렌)을 단독으로 사용하여 필름을 블로잉할 때 제공될 수 있는 상기 강도와 비교하여 나타낼 수 있다. PE를 단독으로 블로잉할 때, 블로우업비 및 다이 갭은 강도에 유의한 영향을 미치지 않는다.
이러한 방법은 블로우업비를 고려 가능하게 조작할 수 있는(예: 아마 생성된 필름의 펼친 평평한 너비를 조작하는) 임의의 다른 목적과는 대조적으로, 생성된 블로잉된 필름에 증가된 강도를 제공하기 위해 높은 블로우업비 및/또는 좁은 다이 갭을 구체적으로 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 출원인은 "다른" 중합체 물질, 예컨대 폴리에틸렌 단독으로부터 필름을 블로잉할 때, 블로우업비가 조작됨에 따라 강도에 유의한 효과가 없다는 것을 발견하였다. 더욱이, 출원인은 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질 예컨대 NuPlastiQ 또는 ESR을 필름이 블로잉된 블렌드에 첨가할 때, 100% 폴리에틸렌 또는 다른 중합체 물질 필름과 비교하여, 블로잉 필름에서 전형적으로 사용되는 동일한 전형적인 1.5 블로우업비에서 블로잉될 때, 이러한 블렌딩된 필름에 대한 강도의 유의한 감소가 없다는 것을 발견하였다. 출원인은 NuPlastiQ 또는 ESR와 같이 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함한 블렌딩된 필름을 예를 들어, 적어도 2.0, 바람직하게는 2.2 내지 2.8(예: 2.5)로 블로우업비를 증가시켜 블로잉할 때 강도 증가가 실제로 달성될 수 있다는 것을 추가로 발견하였다.
"다른" 중합체 물질 단독으로부터 형성된 필름에 강도 이외의 이러한 영향이 발생하지 않는 더 높은 블로우업비에서 강도가 증가하는 이유는 완전히 이해되지 않지만, 블로우업비가 증가할 때 블렌드의 분자의 무정형 또는 다른 구조의 정렬 배향, 연신, 또는 규칙적인 배열의 일부 유형이 있을 수 있으며, 이에 강도가 증가되는 것으로 여겨진다. 여하튼, 아마도 완전히 이해되지는 않지만, 출원인은 본원에 기재된 조건 및 방법 하에 증가된 강도를 관찰하고 측정하였다.
물품은 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질을 다른 중합체 물질(예: 폴리올레핀 예컨대 폴리에틸렌, 또는 다른 플라스틱)과 혼합하고, 상기 혼합물을 가열하고, 상기 용융된 혼합물을 높은 블로우업비 및/또는 좁은 다이 갭에서 특이적으로 작동되는 필름 블로잉 장치에 공급함으로써 생산될 수 있으며, 그 선택(들)은 생성된 필름에 증가된 강도를 제공하는 목적에 따라 구체적으로 결정된다. 블로잉된 필름은 플라스틱 백, 필름 랩 등을 포함하며 이에 제한되지 않는 매우 다양한 고려 가능한 구조로 추가로 가공될 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 측면은 상기 플라스틱 물질의 전형적인 가열 및 성형 또는 다른 형성 동안 생성된 탄 탄수화물 특유의 냄새가 냄새 감소제, 바람직하게는 유기 냄새 감소제의 매우 작은 분율을 포함함으로써 상쇄되는 실시양태에 관한 것이다. 한 실시양태에서, 냄새 감소제는 상기 탄수화물 기반 중합체 물질(예: 상기 탄수화물 기반 중합체 물질의 마스터배치의 부분으로서)과 함께 포함될 수 있다.
한 실시양태에서, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질은 상기 냄새 감소제보다 훨씬 더 큰 분율로 존재할 수 있다. 예를 들어, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질은 상기 냄새 감소제보다 적어도 1000배, 10,000배, 또는 50,000배 이상 함량이 많을 수 있다. 심지어 매우 작은 농도에서도(예: 냄새 감소제 1 대 탄수화물 기반 중합체 물질 50,000), 팝콘, 캐러멜콘, 또는 약간 탄 전분 냄새의 효과적인 제어(즉, 실질적으로 완전 제거)가 달성될 수 있다. 냄새 감소제의 이러한 작은 분율이 상기 결과를 달성하는데 충분하다는 것은 놀라운 일이다.
상기 냄새 제어제 및 상기 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함한 마스터배치는 실제적으로 임의의 고려 가능한 중합체 수지 물질과 블렌딩되고, 바람직한 플라스틱 물품을 생산하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 물품은 탄수화물 기반 중합체 물질(냄새 감소제 포함)을 중합체 수지와 혼합하고, 상기 혼합물을 가열하고, 상기 혼합물을 성형하고(예: 사출 성형), 상기 혼합물을 압출하고, 상기 혼합물을 블로잉 성형하고, 상기 혼합물을 블로잉 형성하고(예: 블로잉 필름을 형성하고), 상기 혼합물을 열성형함으로써 생산될 수 있다. 플라스틱 제조 공정의 상기 나열은 물론 완전하지 않으며, 다양한 기타 플라스틱 제조 공정은 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
냄새 감소제의 작은 분율은 상기 탄수화물 기반 중합체 물질 내에 포함되거나, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질이 블렌딩되는 중합체 수지와 함께 도입되거나, 달리 블렌드 내로 도입될 수 있다. 한 실시양태에서, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질의 마스터배치는 그 안에 이미 포함된 냄새 감소제와 함께 제공될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 냄새 감소제는 탄수화물 기반 중합체 물질과 별개로, 및/또는 물품이 형성되는 블렌드에 포함되는 중합체 수지와 별개로 첨가될 수 있다. BiologiQ로부터 입수 가능한 NuPlastiQ 또는 ESR 이외에도, 다른 탄수화물 기반 또는 전분 기반 중합체 물질이 또한 본원에 기재된 바와 같은 냄새 감소제의 작은 분율의 첨가로 이익을 얻을 수 있다는 것이 명백할 것이다.
III. 예시적인 물품 및 방법
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 "기본적" 방법(100)을 예시한다. 상기 "다른" 중합체 물질이 지속 가능한 수지 그 자체(예: "친환경" PE, 바이오 PET 등), 또는 블로우업비 및/또는 다이 갭에 관하여, 필름을 블로잉할 때 특정 선택을 포함한다면, 냄새 감소제의 포함과 같은 다양한 세부사항이 추가될 수 있다는 것이 본 개시내용으로부터 명백할 것이다. (102)에서, 방법(100)은 하나 이상의 "다른" 중합체 물질, 예를 들어, 반드시는 아니지만 전형적으로, 생분해 가능하지 않은 물질(예: 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 기타 폴리올레핀, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리스티렌, ABS, 폴리비닐 클로라이드, 나일론, 또는 폴리카르보네이트 포함하나 이에 제한되지 않음)을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. (104)에서, 방법(100)은 20% 이하의 결정화도(예: 더욱 전형적으로는 10% 미만)를 나타내는 실질적으로 무정형인 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질을 제공하는 단계를 포함한다. 다른 특징이 대안적으로 또는 추가적으로 존재할 수 있다(예: 1.0 GPa 이상의 영률, 적어도 70℃, 적어도 80℃, 또는 80℃ 내지 100℃의 유리 전이 온도, 비캣 연화 온도 또는 열 변형 온도). 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질은 전분 기반 중합체 물질을 포함할 수 있다. 상기 탄수화물 기반 중합체 물질 및 상기 다른 중합체 물질은 바람직한 형태, 예컨대 펠릿, 분말, 너들(nurdle), 슬러리, 및/또는 액체로 제공될 수 있다. 구체적 실시양태에서, 물질은 펠릿의 형태일 수 있다. 상기 방법은 다른 중합체 물질을 탄수화물 기반 중합체 물질과 블렌딩하는 것을 추가로 포함한다.
이러한 블렌드는 임의의 고려 가능한 방법을 통해 바람직한 물품으로 제조하여 형성될 수 있다. 이러한 방법의 예는 압출 방법일 수 있다. 예를 들어, 상기 다른 중합체 물질 및 상기 탄수화물 기반 중합체 물질은 압출기 내로(예: 압출기의 하나 이상의 호퍼 내로) 공급될 수 있다. 상이한 물질은 압출기의 동일한 챔버 내로, 상이한 챔버 내로, 대략 동시에(예: 동일한 호퍼를 통해), 또는 상이한 시점에(예: 상이한 호퍼를 통해, 하나가 다른 하나보다 축을 따라 더 일찍 압출기 내로 도입됨) 등으로 공급될 수 있다. 매우 많은 가능성이 가능하다는 것이 명백할 것이다.
일부 경우에, 상기 다른 중합체 물질은 폴리올레핀을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 플라스틱 또는 중합체 물질은 폴리에틸렌 폴리프로필렌 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 기타 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리스티렌, ABS, 폴리비닐 클로라이드, 나일론, 폴리카르보네이트 등을 포함할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 이러한 플라스틱 물질은 석유화학 공급원으로부터, 또는 소위 "친환경" 또는 지속 가능한 공급원(예: "친환경" PE, 바이오 PET 등)으로부터 공급될 수 있다.
일부 경우에, 상기 "다른" 중합체 물질은 그 자체가 지속 가능한, 예를 들어, 지속 가능한 폴리올레핀일 수 있다. 예를 들어, 이러한 지속 가능한 중합체 물질은 "친환경" 폴리에틸렌(바이오 PE), "친환경" 폴리프로필렌(바이오 PP), 바이오 PET, 또는 지속 가능한 식물 공급원으로부터 형성될 수 있는 다른 플라스틱 물질을 포함할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 비제한적 예로써, "친환경" PE는 사탕수수, 기타 당료 작물(예: 사탕무) 또는 곡물(예: 옥수수, 밀 등)로부터 형성될 수 있는 에탄올로부터 유래될 수 있다. "친환경" PE(또한 때때로 "바이오 PE"로도 지칭됨)는 석유화학 공급원료로부터 형성된 PE와 유사한 화학적 구조를 갖지만, 에탄올, 또는 중합에 사용된 에틸렌 단량체는 석유화학 공급원료보다는, 지속 가능한 공급원으로부터 유래된다. "친환경" PP는 사탕수수, 다른 당료 작물, 또는 곡물(예: 옥수수)로부터 유래된 프로판올(또는 아마도 이소프로판올)으로부터 유래될 수 있는 프로필렌으로부터 유사하게 형성될 수 있다. "친환경" 지속 가능한 중합체 물질의 또 다른 예는 바이오 PET이며, 예를 들어, 바이오 PET에서 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(예: 전형적으로 에틸렌 글리콜 및 테레프탈산)를 형성하는데 사용된 단량체는 식물 공급원 예컨대 사탕수수, 기타 당료 작물, 또는 곡물로부터 유사하게 유래될 수 있다. PET는 폴리에스테르 패밀리의 가장 흔한 열가소성 수지이다. 지속 가능한 식물 공급원으로부터 유사하게 형성될 수 있는 또 다른 폴리에스테르는 폴리부티레이트 아디페이트 테레프탈레이트(바이오 PBAT)이다. PBAT는 아디프산, 1,4 부탄디올 및 디메틸 테레프탈레이트의 코폴리에스테르로서 형성될 수 있다. 이러한 출발 물질 중 하나 이상은 지속 가능한 식물 공급원으로부터 유래될 수 있다. 사용될 수 있는 또 다른 가능한 "친환경" 중합체 수지 물질은 폴리(락트산)이다. PLA는, 관련 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이, 전형적으로 락트산 및/또는 락티드 에스테르의 단량체로부터 생산된다. PLA 생산을 위한 하나 이상의 출발 물질은 지속 가능한 식물 공급원으로부터 유래될 수 있다. 사용될 수 있는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 친숙할 다른 가능한 "친환경" 중합체는 PBS(폴리부틸렌 숙시네이트) 또는 PCL(폴리카프로락톤)을 포함한다.
관련 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 중합체를 합성하는 방법과 친숙할 것이다. 이러한 중합체의 제조를 위해 사용된 구성성분 중 하나 이상은 적합한 재생 가능한 식물성 또는 다른 재생 가능한 생물학적 공급원(예: 박테리아 생성)으로부터 유래될 수 있다. "친환경" PE는 Braskem으로부터 입수 가능하고, 바이오 PET는 Coca ColaTM의 Plant BottleTM에서 입수 가능하며 다른 플라스틱 제조사에서도 사용 가능하다. PE, PP, PET 및 PBAT가 지속 가능한 식물 공급원으로부터 유래된 물질로부터 형성될 수 있는 "친환경" 바이오플라스틱의 예지만, 수많은 다른 "친환경" 플라스틱이 또한 지속 가능한 물질(예: 식물 공급원)로부터 적어도 부분적으로 형성될 수 있는 한, 사용하기에 적합할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 게다가, 사탕수수, 기타 당료 작물, 옥수수, 밀 및 기타 곡물은, 이러한 "친환경" 중합체 물질이 유래될 수 있는 식물 물질의 예시적인 비제한적 예지만, 수많은 다른 식물 및 물질이 또한 적합하게 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
상기 탄수화물 기반 중합체 물질은 하나 이상의 전분을 포함한 복수의 물질(예: 혼합물)로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 전분은 하나 이상의 식물, 예컨대 옥수수 전분, 타피오카 전분, 카사바 전분, 밀 전분, 감자 전분, 쌀 전분, 수수 전분 등으로부터 생산될 수 있다. 일부 실시양태에서, 상이한 유형의 전분의 혼합물이 사용될 수 있으며, 출원인은 강도의 상승작용적 증가의 결과를 발견하였다. 가소제가 또한 상기 탄수화물 기반 중합체 물질이 형성된 구성성분의 혼합물 내에 존재한다. 물이 또한 상기 탄수화물 기반 중합체 물질을 형성하는데 사용될 수 있지만, 단지 소량 내지 무시할 만한 양의 물이 완성된 탄수화물 기반 중합체 물질에 존재한다.
일부 실시양태에서 그 후에, 물품의 전체 중합체 함량(또는 실질적으로 전체 중합체 함량)이 식물 물질로부터 유래될 수 있다는 것이 이해될 것이다. "친환경" 중합체 물질이 전형적으로 바람직한 식물 물질로부터 형성된 에탄올(등)으로부터 유래될 수 있는 중합 가능한 단량체 또는 다른 소분자 중합 가능한 구성성분을 이용하지만, 탄수화물 기반(또는 전분 기반) 중합체 물질은, 이러한 전분 또는 다른 식물 물질을 가공하여 더 작은 중합 가능한 단량체를 형성하기보다는, 전분(및 글리세린 또는 다른 가소제)으로부터 형성될 수 있다. 따라서, 전분 기반 중합체 물질을 만드는데 사용된 전분(들)의 분자량은 전형적으로 "친환경" 지속 가능한 중합체 물질을 만드는데 사용하기 위해 생산된 상대적으로 소분자 단량체의 분자량보다 훨씬 더 클 수 있다. 예를 들어, "친환경" 지속 가능한 중합체 물질을 만드는데 사용된 식물 원료에서 유래된 단량체 또는 다른 중합 가능한 구성성분은 전형적으로 약 500 달톤 미만, 400 달톤 미만, 300 달톤 미만, 200 달톤 미만, 또는 100 달톤 미만일 수 있지만, 전분 기반 중합체 물질을 만드는데 사용된 전분(들)의 분자량은 전형적으로 종종 500 달톤 초과로 상당히 더 높을 수 있으며, 종종 수천, 수만, 또는 심지어 그 이상으로 측정될 수 있다(예: 500 달톤 초과, 적어도 1000 달톤, 적어도 10,000 달톤, 적어도 25,000 달톤, 적어도 40,000 달톤 등). 다시 말해서, 전분 기반 물질을 형성하는데 사용된 상기 전분 물질(예: 천연 전분)은 전형적으로 "친환경" 지속 가능한 중합체 물질을 만드는데 사용된 단량체 또는 다른 중합 가능한 구성성분보다 더 복잡한 분자이다. 예를 들어, 옥수수 전분은 약 693 달톤의 분자량을 가질 수 있다. 감자 전분은 광범위하게 달라질 수 있는 분자량, 예를 들어, 약 20,000 달톤 내지 약 400,000,000 달톤의 분자량을 가질 수 있다(예: 아밀로스는 약 20,000 달톤 내지 약 2,000,000 달톤 범위일 수 있지만, 아밀로펙틴은 약 65,000 달톤 내지 약 400,000,000 달톤 범위일 수 있음). 타피오카 전분은 약 40,000 달톤 내지 약 340,000 달톤 범위의 분자량을 가질 수 있다. 전분 기반 중합체 물질을 형성하는데 이용된 글리세린이 또한 지속 가능한 공급원으로부터 유래될 수 있다. 글리세린은 물론 92 달톤의 분자량을 갖는다.
탄수화물 기반 중합체 물질의 특징을 다시 참조하면, 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질은 대부분 전분으로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 탄수화물 기반 중합체 물질의 적어도 65 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 75 중량%, 또는 적어도 80 중량%가 하나 이상의 전분에 기인할 수 있다. 한 실시양태에서, 완성된 탄수화물 기반 중합체 물질의 65 중량% 내지 90 중량%가 하나 이상의 전분에 기인될 수 있다. 무시할만한 물 함량을 제외하고, 완성된 탄수화물 기반 중합체 물질의 나머지는 가소제(예: 글리세린)에 기인될 수 있다. 상기 백분율은 탄수화물 기반 중합체 물질이 형성된 출발 물질에 대해 전분 백분율을 나타낼 수 있거나, 또는 가소제로부터 유래되거나 그에 기인할 수 있는 완성된 탄수화물 기반 중합체 물질의 해당 분율을 나타낼 수 있다(예: 탄수화물 기반 중합체 물질의 적어도 65%가 출발 물질로서 전분(들)에 기인될 수 있음(그로부터 형성될 수 있음)). 일부 물이 탄수화물 기반 중합체 물질을 형성하는데 사용될 수 있을지라도, 실질적으로 탄수화물 기반 중합체 물질의 나머지는 글리세린, 또는 또 다른 가소제에 기인될 수 있다. 매우 적은 잔류 물(예: 2% 미만, 전형적으로 약 1% 이하)이 완성된 탄수화물 기반 중합체 물질에 존재할 수 있다.
예를 들어, 상기 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질이 형성된 물질은 가소제의 적어도 12 중량%, 적어도 15 중량%, 적어도 18 중량%, 적어도 20 중량%, 적어도 22 중량%, 35 중량% 이하, 32 중량% 이하, 30 중량% 이하, 28 중량% 이하, 또는 25 중량% 이하를 포함할 수 있다. 이러한 백분율은 가소제로부터 유래되거나 그에 기인할 수 있는 완성된 탄수화물 기반 중합체 물질의 해당 분율을 나타낼 수 있다(예: 탄수화물 기반 중합체 물질의 적어도 12%가 출발 물질로서 가소제에 기인될 수 있음(그로부터 형성될 수 있음)).
예시적인 가소제는 글리세린, 폴리에틸렌 글리콜, 소르비톨, 다가 알콜 가소제, 히드록실기를 갖지 않는 수소 결합 형성 유기 화합물, 당 알콜의 무수물, 동물성 단백질, 식물성 단백질, 지방족산, 프탈레이트 에스테르, 디메틸 및 디에틸숙시네이트 및 관련 에스테르, 글리세롤 트리아세테이트, 글리세롤 모노 및 디아세테이트, 글리세롤 모노, 디, 및 트리프로피오네이트, 부타노에이트, 테아레이트, 락트산 에스테르, 시트르산 에스테르, 아디프산 에스테르, 스테아르산 에스테르, 올레산 에스테르, 기타 산 에스테르, 또는 그의 조합을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 글리세린이 바람직할 수 있다.
완성된 탄수화물 기반 중합체 물질은 물의 5 중량% 이하, 4 중량% 이하, 3 중량% 이하, 2 중량% 이하, 1.5 중량% 이하, 1.4 중량% 이하, 1.3 중량% 이하, 1.2 중량% 이하, 1.1 중량% 이하, 또는 1 중량% 이하를 포함할 수 있다. BiologiQ로부터 입수 가능한 NuPlastiQ 또는 ESR 물질은 이러한 완성된 탄수화물 기반 중합체 물질의 예지만, 다른 곳(예: 미래의 어느 시기에) 입수 가능한 다른 물질이 또한 사용하기에 적합할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
일부 실시양태에서, 상이한 전분의 혼합물은 탄수화물 기반 중합체 물질을 형성하는데 사용될 수 있다. 이러한 상이한 전분의 혼합물(예: 상이한 작물로부터 기인함)의 사용은 놀랍게도 이러한 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함한 물품에서 강도의 상승작용적 증가와 연관된 것으로 밝혀진 바 있다. 이러한 전분의 혼합물에서, 전분은 복수의 전분의 조합된 중량에 대해 적어도 1 중량%, 적어도 2 중량%, 적어도 3 중량%, 적어도 4 중량%, 적어도 5 중량%, 적어도 10 중량%, 적어도 15 중량%, 적어도 20 중량%, 적어도 25 중량%, 적어도 30 중량%, 적어도 35 중량%, 적어도 40 중량%, 95 중량% 이하, 90 중량% 이하, 85 중량% 이하, 80 중량% 이하, 75 중량% 이하, 70 중량% 이하, 65 중량% 이하, 60 중량% 이하, 55 중량% 이하, 50 중량% 이하, 또는 10 중량% 내지 50 중량%의 양으로 혼합물에 존재할 수 있다. 일부 비제한적 예시적인 혼합물은 90%의 제1 전분, 및 10%의 제2 전분, 또는 30%의 제1 전분 및 70%의 제2 전분, 또는 50%의 제1 전분 및 50%의 제2 전분을 포함할 수 있다. 2종 초과의 전분(예: 3 또는 4종의 상이한 전분을 사용한) 혼합물이 또한 사용될 수 있다.
필름 및 다른 물품을 형성하는데 사용하기 위한 적합한 탄수화물 기반(예: 전분 기반) 중합체 물질의 예는 상표명 NuPlastiQ 또는 ESR("Eco Starch Resin") 하에 미국 아이다호주 아이다호 폴즈 소재의 BiologiQ로부터 입수 가능하다. 구체적 예는 GS-270, GS-300, 및 GS-330을 포함하며 이에 제한되지 않는다. NuPlastiQ 또는 ESR은 펠릿 형태로 제공될 수 있다. GS-270 및 GS-300에 대한 물리적 특징은 하기 표 1에 제시된다.
GS-270 및 GS-300에 대해 제시된 상기 특징은 BiologiQ로부터 입수 가능한 다른 NuPlastiQ 또는 ESR 제품의 예시이지만, 값은 다소 달라질 수 있다. 예를 들어, BiologiQ로부터의 NuPlastiQ 또는 ESR 제품은 일반적으로 적어도 70℃, 적어도 75℃, 적어도 80℃, 최대 200℃, 최대 150℃, 최대 125℃, 최대 110℃, 또는 약 70℃ 내지 약 100℃, 또는 80℃ 내지 100℃ 범위인 유리 전이 온도, 비캣 연화 온도 또는 열 변형 온도를 가질 수 있다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는 유리 전이 온도, 비캣 연화 온도 및 열 변형 온도가 결정화도의 정도의 표시일 수 있다는 것을 이해할 것이다. 용융 온도 범위, 밀도, 영률, 및 물 함량에 대한 값은 표 1에서 상기 제시된 값과 동일하거나 유사할 수 있다. 일부 특징은 GS-270 및 GS-300에 대해 제시된 값에서 다소(예: ±25%, 또는 ±10%) 유사하게 달라질 수 있다. NuPlastiQ 또는 ESR은 무정형 구조(예: 전형적인 생전분보다 더 무정형)를 갖는다. 예를 들어, 전형적인 생전분 분말은 대부분 결정질 구조(예: 50% 초과)를 갖지만, NuPlastiQ 또는 ESR은 대부분 무정형 구조(예: 10% 미만 결정질)를 갖는다. 임의의 적합한 표준은 유리 전이 온도, 열 변형 온도, 비캣 연화 온도 또는 임의의 다른 물리적 특징을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 유리 전이 온도는 ASTM D-3418에 따라, 열 변형 온도는 ASTM D-648에 따라, 비캣 연화 온도는 ASTM D-1525에 따라 결정될 수 있다.
NuPlastiQ 또는 ESR은 기재된 바와 같이 낮은 물 함량을 갖는다. NuPlastiQ 또는 ESR은 수분을 흡수하므로, 이는 소성 거동을 나타내고 유연하게 된다. 습한 환경으로부터 제거될 경우, 물질은 건조해지고 다시 뻣뻣해진다 (예: 다시 약 1% 미만 물 함량을 나타냄). NuPlastiQ 또는 ESR(예: 펠릿 형태)에 존재하는 수분은 도 1에 제시된 것처럼 가공 동안 증기의 형태로 방출될 수 있다. 결과적으로, 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질과 블렌딩된 전분 기반 중합체 물질 예컨대 NuPlastiQ 또는 ESR로부터 생산된 필름 또는 다른 물품은 훨씬 더 낮은 물 함량을 나타낼 수 있는데, 이는 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질은 전형적으로 물을 포함하지 않거나 무시할만한 물을 포함할 것이며, NuPlastiQ 또는 ESR에서의 물은 전형적으로 바람직한 물품의 제조 동안 방출될 수 있기 때문이다.
상기 탄수화물 기반 중합체 물질에서의 낮은 물 함량은 중요할 수 있는데, 이는 유의한 물 함량은, 특히 물품이 얇은 필름의 형성을 필요로 하는 경우에, 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질과 비상용성을 초래할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 물은 증발하기 때문에, 이는 필름 또는 다른 물품 내에서의 공동, 뿐만 아니라 다른 문제를 초래할 수 있다. 얇은 필름을 블로잉할 때, 사용된 탄수화물 기반 중합체 물질은 바람직하게는 약 1% 이하 물을 포함할 수 있다.
NuPlastiQ 또는 ESR 물질에서 낮은 물 함량은, 상대적으로 낮은 물 함량을 포함할 수 있는 일부 종래의 TPS 물질에서 통상적인 에스테르화를 통해 달성되지 않는다. 이러한 에스테르화는 값비싸고 수행하기에 복잡할 수 있다. 에테르화도 마찬가지일 수 있다. 더욱이, NuPlastiQ 또는 ESR 또는 다른 탄수화물 기반 중합체 물질의 출발 물질은 화학적으로 반응되고/되거나 변경된 바 있으므로, 본원에서 이용 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질의 예시인 NuPlastiQ 또는 ESR 물질은 또한 전형적으로 그 자체가 그런 임의의 확인 가능한 전분, 또는 확인 가능한 글리세린을 실제로 포함하지 않는다. 하기 기재된(예: 그리고 도 4에 제시된) 바와 같은 예시적인 탄수화물 기반 중합체 물질의 X선 회절 패턴은 이러한 화학적 변경의 증거이며, 완성된 중합체 물질이 이러한 확인 가능한, 천연 형태의 전분이 실질적으로 없을 수 있다는 것을 제시한다. 다시 말해서, 탄수화물 기반 중합체 물질은 전분 및 글리세린을 포함한 혼합물로서 단순히 인식되지 않는다. 탄수화물 기반 중합체 물질에서 달성가능한 낮은 물 함량은 전분 및 가소제 물질의 천연 전분, 또는 종래의 열가소성 전분과 같은 물을 보유하지 않은 열가소성 중합체로의 화학적 변경에 적어도 부분적으로 기인하는 것으로 여겨진다.
도 1을 다시 참조하면, 상대적으로 높은 온도에서의 가공은 휘발된 글리세린의 일부 방출(예: 연기로 볼 수 있음)을 초래할 수 있다. 필요하다면(예: 저장된 펠릿이 추가의 물을 흡수했을 수 있는 경우), 펠릿의 건조는 임의의 흡수된 물을 제거하기에 충분한 따뜻한 건조 공기를, 예를 들어, 60℃에서 1 내지 4시간 동안 단순히 도입함으로써 수행될 수 있다. 펠릿은, 특히 필름을 형성하는 경우에, 가공 전에 약 1% 미만의 수분 함량으로 건조되어야 한다. NuPlastiQ 또는 ESR 펠릿은 물 흡수를 최소화하고, 바람직하지 않은 분해를 방지하기 위해 열로부터 멀리 떨어진 건조 장소에서 건조제를 함유하는 밀봉된 용기에 단순히 저장될 수 있다.
NuPlastiQ 또는 ESR이 열가소성인 것에 더하여, NuPlastiQ 또는 ESR은 또한 요변성일 수 있으며, 이는 물질이 주위 온도에서 고체지만, 열, 압력 및/또는 마찰 운동이 적용될 때 액체로서 흐른다는 것을 의미한다. 유리하게는, NuPlastiQ 또는 ESR의 펠릿은 표준 플라스틱 생산 방법에서 석유화학 기반 펠릿(임의의 전형적인 생분해 가능하지 않은 플라스틱 수지 펠릿)과 동일하게 사용될 수 있다. NuPlastiQ 또는 ESR 물질 및 그로부터 만들어진 제품은 가스 장벽 특징을 나타낼 수 있다. 이러한 NuPlastiQ 또는 ESR 펠릿을 사용하여 만들어진 제품(예: 필름)은 산소 가스 장벽 특징을 나타낸다(예: 이미 참조로 포함된, 출원인의 이전 출원의 실시예 참조). NuPlastiQ 또는 ESR 물질은, 모든 식용 가능한 원료를 사용하여 만들어진 무독성이고 식용가능할 수 있다. NuPlastiQ 또는 ESR 및 그로부터 만들어진 제품은 내수성이지만, 수용성일 수 있다. 예를 들어, NuPlastiQ 또는 ESR은 습열 조건 하에 그의 펠릿(예: 3-4 mm의 크기)이 5분 이내에 비등수에 완전히 용해되지 않을 정도로 팽창에 저항할 수 있지만, 펠릿은 약 10분 이내에 입에서 용해될 것이다. NuPlastiQ 또는 ESR은 상대적으로 높은 습도 조건에서 방치되는 경우에도, 임의의 유의한 노화(retrogradation)를 나타낼 수 없다는 점에서 안정할 수 있으며, 이는 많은 다른 열가소성 전분 물질과 상이한 특징이다. 물론, NuPlastiQ 또는 ESR로 만들어진 제품 또한 이러한 특징을 나타낼 수 있다. NuPlastiQ 또는 ESR이 습한 조건에서 저장되는 경우에, 과잉 흡수된 물은 단순히 증발될 수 있고, 일단 물 함량이 약 1% 이하이면, 필름 또는 다른 물품을 형성하는데 사용될 수 있다.
NuPlastiQ 또는 ESR 물질은 또한 전형적인 저장 조건, 심지어 상대적으로 습한 조건 하에서 생분해를 겪지 않는데, 이는 전형적으로, 쓰레기 매립지, 퇴비 또는 특정 요구된 미생물을 함유하는 유사한 폐기 환경의 전형적인 다른 조건이 존재하지 않기 때문이다 물론, 이러한 조건이 존재하는 경우, NuPlastiQ 또는 ESR은 생분해될 뿐만 아니라, 그와 블렌딩된 달리 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질 또한 놀랍게도 생분해된다. 이러한 놀라운 결과의 증거는 본원에 포함된 실시예 섹션에 포함된다.
NuPlastiQ 또는 ESR은 전통적인 폴리에틸렌 플라스틱 수지와 경쟁적인 비용으로 제조되어, 비용 경쟁력이 있을 수 있다. NuPlastiQ 또는 ESR은, 비제한적으로 PE, PP, PET, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리비닐 클로라이드, 나일론 등을 포함한 다른 중합체와 혼합될 수 있다. 상기 생분해 가능하지 않은 중합체는 NuPlastiQ 또는 ESR과 블렌딩함으로써 생분해 가능하게 만들 수 있지만, NuPlastiQ 또는 ESR이 또한 이미 생분해 가능한 및/또는 퇴비화 가능한 중합체, 예컨대 폴리락트산(PLA), 폴리(부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트)(PBAT), 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리히드록시알카노에이트(PHA), 다른 소위 열가소성 전분, 뿐만 아니라 다양한 것들과 블렌딩될 수 있다는 것이 이해될 것이다. PBS, PCL, 및 PHA는 폴리에스테르이다. EcoFlexTM는 NuPlastiQ 또는 ESR 탄수화물 기반 중합체 물질과 블렌딩될 수 있는 플라스틱 물질의 또 다른 예이다. 예를 들어, 본 방법은 탄수화물 기반 중합체 물질(예: NuPlastiQ 또는 ESR)을 단지 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질과 블렌딩하는 것으로 제한되지 않으며, 생분해 가능한 플라스틱(NuPlastiQ 또는 ESR 이외)이 또한, 원한다면, 블렌드로 혼입될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
추가의 설명으로써, PLA는 퇴비화 가능하며, 이는 상승된 온도 조건(즉, 퇴비화 조건) 하에 분해될 수 있지만, 기술적으로 "생분해 가능"하지 않다는 것을 의미한다. PBS, PCL, 및 PHA와 같이 상기 열거된 물질 중 일부는 생분해 가능할 수 있고 퇴비화 가능할 수 있다. EcoFLEXTM는 퇴비화 가능한 것으로 인증받았다. FTC 친환경 지침은 "통상의 폐기 후" "합리적으로 짧은 기간"(가장 최근에 5년 이내로 정의됨) 이내에 분해되지 않는 한, 플라스틱이 "분해 가능"하다는 무분별한 주장을 할 수 없다고 규정한다.
일부 실시양태에서, NuPlastiQ 또는 ESR은 상기 기재된 바와 같은 탄수화물 기반 중합체 물질, 및 하나 이상의 상용화제의 양을 포함할 수 있는 마스터배치 제형으로 제공될 수 있다. 마스터배치는 또한 하나 이상의 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질을 포함할 수 있다. 이러한 마스터배치 제형 펠릿은 가공 시기에 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질의 펠릿과 혼합될 수 있다. 임의의 고려가능한 비가, 완성품에서 NuPlastiQ 또는 ESR 및/또는 상용화제 및/또는 종래의 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질의 바람직한 백분율에 따라, 이러한 상이한 펠릿을 혼합하는데 사용될 수 있다.
NuPlastiQ 또는 ESR은 매우 낮은 물 함량을 포함한다. 예를 들어, 생전분(예: ESR을 형성하는데 사용됨)이 전형적으로 약 13 중량%의 물을 포함할 수 있을지라도, BiologiQ로부터 입수 가능한 완성된 NuPlastiQ 또는 ESR 펠릿은 약 1% 미만의 물을 포함한다. NuPlastiQ 또는 ESR 물질은 생분해 가능하며, 본원에 기재된 바와 같이, 전분 기반 NuPlastiQ 또는 ESR 물질은 생분해 가능할 뿐만 아니라, 다른 중합체, 예컨대 생분해 가능하지 않은 PE, PP, PET, 폴리에스테르, 폴리스티렌, ABS, 폴리비닐 클로라이드, 나일론, 및 다른 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질과 블렌딩될 때, 블렌딩된 물질 또한 실질적으로 전적으로 생분해 가능하게 된다. 이러한 결과는 상당히 놀랍고, 특히 유리하다. 본원의 실시예는 이러한 놀라운 결과의 증거를 제공한다. 전형적인 열가소성 전분 물질은 다른 플라스틱 물질과 블렌딩될 때 이러한 특징을 주장하거나 나타내지 않는다.
NuPlastiQ 또는 ESR 물질은 약간의 탄성을 나타낼 수 있지만, 그의 탄성은 많은 다른 중합체(예: 특히 그의 석유화학 기반 중합체 계통을 모방하는 "친환경" 지속 가능한 중합체)보다 적을 수 있다. 필름 및 다른 물품은 NuPlastiQ 또는 ESR과 임의의 바람직한 다른 중합체(들)의 블렌드로부터 형성될 수 있으며, 이는 다른 중합체 단독과 비교하여 주어진 물품 두께에서 증가된 강도를 나타내는 탄성 결과를 제공한다. 강도가 종종 가장 중요시되는 본원의 실시예에서 필름이 기재되고 종종 사용되지만, 증가된 강도가 또한 필름 이외의 물품(예: 병, 시트, 상자, 컵, 플레이트 기구, 또는 다른 형태)에 제공될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 하기 표 2는 다양한 표준 플라스틱("SP") 물질, 다양한 "환경 친화적" 플라스틱 물질, 및 NuPlastiQ 또는 ESR에 대한 파단시 신장 및 탄성률 값을 비교를 위해 제시한다. "환경 친화적"이란, 물질이 적어도 부분적으로 지속 가능한 물질로부터 유래되고/되거나, 퇴비화 가능하고/하거나, 생분해 가능한 것과 같은 하나 이상의 환경적으로 바람직한 특징을 가질 수 있다는 것이다. 표 2에서의 NuPlastiQ 또는 ESR은 40 MPa의 인장 강도를 갖는다.
도 3은 표 2와 유사한 데이트를 차트 형태로 제시한다. 물론, 표준 플라스틱으로서 표에 열거되고 도 3에 제시된 제품 중 일부는 지속 가능한 공급원으로부터 유래될 수 있는 "친환경" 계통, 예컨대, 비제한적으로, 바이오 PET, "친환경" PP, "친환경" PE, 및 바이오 PBAT를 갖는다. PLA는 퇴비화 가능하며, 이는 상승된 온도 조건(즉, 퇴비화 조건) 하에 분해될 수 있지만, 기술적으로 "생분해 가능"하지 않다는 것을 의미한다. EcoFlex, PBS, PCL, PHA와 같은 상기 열거된 다른 예시적인 물질은 생분해 가능할 수 있고 퇴비화 가능할 수 있다. FTC 친환경 지침은 "통상의 폐기 후" "합리적으로 짧은 기간"(가장 최근에 5년 이내로 정의됨) 이내에 분해되지 않는 한, 플라스틱이 "분해 가능"하다는 무분별한 주장을 할 수 없다고 규정한다.
탄수화물 기반(예: 전분 기반) 중합체 물질로서 사용하기에 적합한 것으로서 본원에 기재된 NuPlastiQ 또는 ESR 물질은 실질적으로 무정형이다. 예를 들어, 생전분 분말(예: 예컨대 NuPlastiQ 또는 ESR 및 다양한 다른 열가소성 전분 물질을 만드는데 사용됨)은 대략 50% 결정질 구조를 갖는다. BiologiQ로부터 입수 가능한 NuPlastiQ 또는 ESR 물질은 무정형 특징에 비해 결정화도에서 많은 다른 상업적으로 입수 가능한 열가소성 전분(TPS) 물질과 상이하다. 예를 들어, 크리스 프로스트(Kris Frost)의 박사 논문(2010년 9월) "Thermoplastic Starch Composites and Blends"의 62-63쪽은 "TPS에서의 특정한 관심 중에는 가공 동안 젤라틴화의 완전성, 및 V형 아밀로스 결정을 형성하기 위한 노화를 향한 임의의 후속 경향이 있다"고 언급한다. 프로스트는 추가로 언급한다 "젤라틴화는 물로 가열하고 종종 다른 가소제를 포함하거나 중합체를 변형시킴으로써 입상 및 결정질 구조의 손실을 수반한다. 노화는 아밀로스 나선형 코일의 재코일화에 기인한다. 젤라틴화 동안 분쇄된 전분 분자는 서서히 그의 천연 나선형 배열 또는 V형으로 알려진 새로운 단일 나선형 형태로 재코일화되어, TPS 필름이 급속하게 깨지게 되고 광한 선명도를 손실하게 한다." 따라서, 종래의 TPS는 생전분으로부터 TPS를 생산하는데 사용된 젤라틴화 방법 후 결정질 구조를 재형성하는 경향이 있다. 그와 반대로, BiologiQ로부터 입수 가능한 NuPlastiQ 또는 ESR 물질은 대부분이 결정질인 구조로 되돌아가지 않는다. 게다가, 이는 안정하고, 비교적 높은 광학 선명도를 유지할 수 있어서, 비교적 광학적으로 선명한 필름을 형성하는데 유용할 수 있다(예: 특히 폴리에틸렌 또는 다른 폴리올레핀 층 사이에 NuPlastiQ 또는 ESR 함유 층을 샌드위칭함으로써).
전형적인 TPS 물질과는 대조적으로, 본원에 기재된 물품을 형성하는데 사용하기 위한 전분 기반 중합체 물질의 적합한 예인 NuPlastiQ 또는 ESR 물질은 무정형 미세구조, 및 표 1에 제시된 바와 같은 물리적 특징을 갖는다. 종래의 TPS와 NuPlastiQ 또는 ESR 물질 사이의 분자 구조의 차이는 도 4에 제시된 X선 회절에 의해 제시된 바와 같이 종래의 열가소성 전분 기반 물질보다 본원에 기재된 바와 같은 NuPlastiQ 또는 ESR 물질이 훨씬 덜 결정질이라는 것에 의해 입증되며, 도 4는 도 4의 NuPlastiQ 또는 ESR가 형성되는 천연 미가공 옥수수 전분 및 천연 미가공 감자 전분의 블렌드와 비교하여 BiologiQ로부터 입수 가능한 NuPlastiQ 또는 ESR 물질(샘플 1)에 대한 회절 패턴 결과를 비교한다. 도 4에서 보여진 바와 같은 NuPlastiQ 또는 ESR의 회절 패턴은 천연 전분 블렌드(약 50%의 결정화도)의 회절 패턴보다 훨씬 덜 결정질이다(예: 약 10% 미만의 결정화도). 회절 패턴의 차이는 천연 전분에서 NuPlastiQ 또는 ESR로의 가공으로 인해, 실질적인 화학적 변화가 물질에서 발생했다는 것을 입증한다. 예를 들어, 천연 전분은 20-25° 사이에 현저한 회절 피크가 있지만, NuPlastiQ 또는 ESR에서는 이러한 피크가 나타나지 않는다. 천연 전분은 약 45°(0.5 내지 0.6의 강도)에서 강한 피크를 추가로 나타내며, 피크는 NuPlastiQ 또는 ESR(단지 약 0.25 내지 0.3)에서 크게 감소된다. 약 18° 내지 약 22°를 제외한 거의 모든 스펙트럼에 걸쳐, 회절 강도는 나타낸 바와 같이 NuPlastiQ 또는 ESR에 대해서보다 천연 전분에서 더 높다. 넓은 스펙트럼에 걸쳐 나타난 상승된 회절 강도는 NuPlastiQ 또는 ESR과 비교하여 천연 전분의 더 큰 결정화도를 나타낸다. 나타낸 바와 같이, 수많은 다른 차이도 존재한다.
예를 들어, 본 개시내용에 따른 필름을 만드는데 사용된 탄수화물 기반(예: 전분 기반) 중합체 물질은 약 40% 미만, 약 35% 미만, 약 30% 미만, 약 25% 미만, 약 20% 미만, 약 15% 미만, 약 10% 미만, 약 8% 미만, 약 6% 미만, 약 5%, 또는 약 3% 미만의 결정화도를 가질 수 있다. 예를 들어, 비제한적으로 FTIR 분석, X선 회절 방법, 및 대칭 반사 및 투과 기술을 포함하여, 결정화도를 결정하기 위한 임의의 적합한 시험 메커니즘이 사용될 수 있다. 다양한 적합한 시험 방법이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
출발 물질과 완성된 NuPlastiQ 또는 ESR의 미세구조의 차이에 더하여, 필름, 병, 시트, 일회용 기구, 플레이트, 컵, 또는 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는 블렌드로부터 생산된 다른 물품은 종래의 TPS 및 전분 분말, 또는 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질 단독을 사용하여 형성되었지만 달리 유사한 물품과 상이하다. 예를 들어, 본원에 기재된 바와 같은 탄수화물 기반 중합체 물질 예컨대 NuPlastiQ 또는 ESR을 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질과 블렌딩함으로써 형성된 물품은 종래의 TPS 물질을 중합체 물질 예컨대 폴리에틸렌과 블렌딩할 때 흔한 "해도(sea-island)" 특성을 갖지 않는다. 상이한 필름의 특성은 이미 참조로 포함된, 출원인의 미국 특허 출원 제15/481,806호의 실시예 5의 표 11에 제시된 바와 같이 필름의 물리적 특성을 비교함으로써 볼 수 있다. 특히, 이 표는 PE와 블렌딩된 종래의 TPS(Cardia BL-F)에 대해 본원에서 고려된 바와 같은 탄수화물 기반 중합체 물질을 생분해 가능하지 않은 폴리에틸렌과 블렌딩함으로써 만들어진 필름의 물리적 특성을 비교한다. 출원인의 미국 특허 출원 15/481,806의 실시예 5의 표 11에 제시된 특성의 차이에 더하여, PE와 블렌딩된, 종래의 TPS 물질 예컨대 Cardia BL-F를 기반으로 한 필름은 생분해 가능하지 않고 퇴비화 가능하지 않다.
본원에 기재된 바와 같이, 본원에 기재된 바와 같은 탄수화물 기반 중합체 물질을 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질과 블렌딩하는 것은 탄수화물 기반 물질이 생분해 가능한 것뿐만 아니라, 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질이 실제로 생분해 가능하게 되도록 한다(생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질 단독이 생분해 가능하지 않은 경우에도). 이러한 결과는 전형적인 TPS 물질과 블렌딩될 때 발생하지 않는다. 생분해성의 이러한 차이는, 전체 합성물 구조(즉, 필름 또는 다른 구조)가, 하기 다양한 실시예에 의해 제시된 바와 같이, 이제 생분해될 수 있음으로 인해 생성된 필름 및 다른 물품에서 유의한 구조적 및/또는 화학적 차이가 있음을 분명하게 예시한다.
임의의 특정한 이론에 구애됨이 없이, 탄수화물 기반 중합체 수지가 블렌딩된 제품의 결정화도를 감소시켜, 이는 물 또는 박테리아가 탄수화물 기반 중합체 수지 물질과 함께 블렌드의 달리 생분해 가능하지 않은 플라스틱 분자의 배열 및 연결을 분해하도록 하는 방향으로 폴리에틸렌 또는 다른 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질의 결정화도 및/또는 흡습 장벽 특징을 방해하는 것으로 여겨진다. 다시 말해서, 폴리에틸렌 또는 다른 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질의 긴 중합체 쇄는, 본원에 고려된 바와 같은 탄수화물 기반 중합체 물질과 블렌딩될 때, 박테리아와 미생물이 풍부한 환경에 존재하는 화학적 및 기계적 힘에 의해 보다 용이하게 파괴된다. 후속적으로, 폐기 환경(예: 쓰레기 매립지)에 천연적으로 존재하는 미생물은 그들이 천연 구성성분(예컨대 CO2, CH4, 및 H2O)으로 다시 전환되도록 남아있는 더 작은 분자를 소비할 수 있다.
예를 들어, 실제 생분해 가능한 플라스틱은 미생물 동화(예: 플라스틱 분자에서 미생물의 효소 작용)를 통해 이산화탄소, 메탄, 물, 무기 화합물, 또는 바이오매스와 같은 천연 원소 또는 화합물로 분해된다. 플라스틱의 생분해는 먼저 화학적 또는 기계적 작용을 통해 중합체 쇄를 파괴함으로써 가능할 수 있지만 오직 미생물 동화에 의한 분자의 분해를 통해 완전히 완수될 수 있다.
석유화학 공급원료으로부터 만들어지거나 식물 공급원으로부터 유래된 플라스틱은 단량체(예: 다른 소분자와 화학적으로 반응할 수 있는 단일 소분자)로서 수명이 시작된다. 단량체가 함께 접합될 때, 그들은 플라스틱으로 알려진 중합체("많은 부분")가 된다. 함께 접합되기 전에, 많은 단량체는 이미 생분해 가능하지만, 중합을 통해 함께 연결된 후에, 분자는 너무 커지고 미생물에 의한 미생물 동화가 임의의 합리적인 기간 내에 실현 가능하지 않은 이러한 배열 및 연결로 접합된다.
중합체는 결정질(규칙적으로 패킹됨) 구조 및 무정형(무작위 배열됨) 구조 둘 다로 형성된다. 많은 중합체는 중합체 구조 전체에 무작위 배열되고 얽혀있는 일부 무정형 영역과 함께 높은 결정화도를 함유한다.
BiologiQ로부터 입수 가능한 NuPlastiQ 또는 ESR 물질은 고도로 결정질인 출발 전분 물질로부터 형성되지만, 완성된 NuPlastiQ 또는 ESR 플라스틱 수지 물질은 낮은 결정화도(실질적으로 무정형)를 나타낸다. 이러한 전분 기반 중합체 물질은 본원에 기재된 바와 같은 물품의 생산에서 출발 물질로서 사용된다. 따라서, NuPlastiQ 또는 ESR은 전분으로부터 만들어진 플라스틱이다. 그의 천연, 전분 기반 기원 및 주의 깊게 제어된 연결 유형 때문에, NuPlastiQ 또는 ESR 로 만들어진 플라스틱의 분자(크기 및 연결)는, 본원에 포함된 실험적인 시험 결과에 의해 입증된 바와 같이, 습도(물) 및 박테리아 또는 다른 미생물의 도입으로부터 야기된 효소 반응에 의한 생분해에 고도로 민감하다.
폴리에틸렌 및 폴리프로필렌의 경직 형태와 같은 폴리올레핀은 높은 결정화도를 갖고, 단량체 분자(석유 유래되든, 에탄올 또는 식물 공급원으로부터 유래된 다른 작은 빌딩 블록 분자로부터 유래되든)를 장쇄 중합체로 전환함으로써 만들어진다. 단량체를 연결할 때 생성되어 긴 중합체 쇄를 형성하는 결합은 강하고 파괴하기 어렵다. 이러한 중합체 물질로부터 형성된 필름 및 다른 물품은 생분해 가능하지 않다. 주어진 물품이 종래의 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질 및 종래의 TPS의 블렌드로부터 형성되더라도, 이는 보통 생분해성 특징(때때로 생분해될 수 있는 블렌드의 전분 부분 제외)을 갑자기 얻을 수 없다.
출원인은 이러한 플라스틱 물질을 낮은 결정화도를 갖는 탄수화물 기반 중합체 물질(예: NuPlastiQ 또는 ESR)과 블렌딩함으로써 달리 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질에 생분해성을 부여하는 방법을 개발하였다. 전형적으로, 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질은(예: 특히 PE 또는 PP의 경우에) 더 높은 결정화도를 갖는다.
생분해성에 더하여, 생성된 블렌드는 추가적으로 또는 대안적으로 폴리에틸렌 또는 다른 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질보다 더 높은 탄성률(강성도, 또는 강도)을 가질 수 있고, 플라스틱 필름 또는 순수한 폴리에틸렌 또는 다른 순수한 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질로 만들어진 동일한 물품보다 더 강한 다른 물품을 만드는데 사용될 수 있다. 이러한 증가된 강도 특징은 이미 본원에 참조로 포함된 미국 특허 출원 제15/481,806호에 기재되어 있다.
도 1을 다시 참조하면, (106)에서, 방법(100)은 상기 하나 이상의 다른 중합체 물질 및 상기 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질을 혼합하여 물질의 혼합물을 생산하는 단계를 포함한다. 일부 경우에, 상기 하나 이상의 다른 중합체 물질 및 상기 하나 이상의 탄수화물 기반 물질의 혼합은 하나 이상의 혼합 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 특정한 구현에서, 기계적 혼합 장치가 상기 하나 이상의 다른 중합체 물질 및 상기 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질을 혼합하기 위해 사용될 수 있다. 한 구현에서, 물질의 혼합물의 구성성분 중 적어도 일부는 압출기, 사출 성형 기기 등과 같은 기구에서 조합될 수 있다. 다른 구현에서, 물질의 혼합물의 구성성분 중 적어도 일부는 기구로 공급되기 전에 조합될 수 있다.
상기 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질은 바람직한 특징에 따라 매우 다양한 범위에 걸쳐 물질의 혼합물에 존재할 수 있다. 한 실시양태에서, 이러한 포함은 블렌드에 포함된 달리 생분해 가능하지 않은 "다른" 중합체 물질에 생분해성을 부여하기에, 강도를 바람직한 정도로 증가시키기에, "지속 가능한" 함량을 주어진 수준으로 제공하기 위해, 또는 또 다른 목적을 위해 충분할 수 있다. 예를 들어, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질은 물질의 혼합물 중 적어도 0.5 중량%, 적어도 1 중량%, 적어도 2 중량%, 적어도 3 중량%, 적어도 4 중량%, 적어도 5 중량%, 적어도 10 중량%, 적어도 15 중량%, 적어도 20 중량%, 적어도 25 중량%, 적어도 30 중량%, 적어도 35 중량%, 적어도 40 중량%, 적어도 45 중량%, 99 중량% 이하, 95 중량% 이하, 90 중량% 이하, 80 중량% 이하, 70 중량% 이하, 60 중량% 이하, 50 중량% 이하, 2 중량% 내지 98 중량%, 20 중량% 내지 40 중량%, 10 중량% 내지 40 중량%, 20 중량% 내지 30 중량%, 50 중량% 내지 80 중량%, 또는 40 중량% 내지 60 중량%의 양으로 포함될 수 있다. 하나 초과의 탄수화물 기반 중합체 물질, 및/또는 하나 초과의 다른 플라스틱 물질이, 필요하다면, 블렌드에 포함될 수 있다.
상기 다른 중합체 물질은 물질의 혼합물 중 적어도 0.5 중량%, 적어도 1 중량%, 적어도 2 중량%, 적어도 3 중량%, 적어도 4 중량%, 적어도 5 중량%, 적어도 10 중량%, 적어도 15 중량%, 적어도 20 중량%, 적어도 25 중량%, 적어도 30 중량%, 적어도 35 중량%, 적어도 40 중량%, 적어도 45 중량%, 적어도 50 중량%, 99 중량% 이하, 95 중량% 이하, 90 중량% 이하, 85 중량% 이하, 80 중량% 이하, 75 중량% 이하, 70 중량% 이하, 65 중량% 이하, 또는 60 중량% 이하, 2 중량% 내지 98 중량%, 50 중량% 내지 90 중량%, 65 중량% 내지 75 중량%, 20 중량% 내지 50 중량%, 또는 40 중량% 내지 60 중량%의 양으로 물질의 혼합물에 존재할 수 있다.
상용화제가 상기 물질의 혼합물에 존재할 수 있다. 상용화제는 상기 다른 중합체 물질, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질과 혼합되거나, 둘 다와 혼합되거나, 별개로 제공될 수 있다. 종종 상기 상용화제는 예를 들어, 마스터배치 제제에 포함되는 중합체 물질 중 적어도 하나와 제공될 수 있다. 상기 상용화제는 변형된 폴리올레핀 또는 다른 변형된 플라스틱, 예컨대 말레산 무수물 그라프트된 폴리프로필렌, 말레산 무수물 그라프트된 폴리에틸렌, 말레산 무수물 그라프트된 폴리부텐, 또는 그의 조합일 수 있다. 상기 상용화제는 또한 아크릴레이트 기반 공중합체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 상용화제는 에틸렌 메틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌 부틸-아크릴레이트 공중합체, 또는 에틸렌 에틸 아크릴레이트 공중합체를 포함할 수 있다. 추가적으로, 상기 상용화제는 폴리(비닐아세테이트) 기반 상용화제를 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 상기 상용화제는 다른 중합체 물질의 그라프트된 버전(예: 다른 중합체 물질이 폴리에틸렌인 말레산 무수물 그라프트된 폴리에틸렌) 또는 블록 중 하나가 다른 중합체 물질과 동일한 단량체인 공중합체(예: 블록 공중합체)일 수 있다(예: 다른 중합체 물질이 폴리스티렌 또는 ABS인 스티렌 공중합체).
물질의 혼합물은 상용화제를 적어도 0.5 중량%, 적어도 1 중량%, 적어도 2 중량%, 적어도 3 중량%, 적어도 4 중량%, 적어도 5 중량%, 50 중량% 이하, 45 중량% 이하, 40 중량% 이하, 35 중량% 이하, 30 중량% 이하, 25 중량% 이하, 20 중량% 이하, 15 중량% 이하, 10 중량% 이하, 9 중량% 이하, 8 중량% 이하, 7 중량% 이하, 6 중량% 이하, 0.5 중량% 내지 12 중량%, 2 중량% 내지 7 중량%, 또는 4 중량% 내지 6 중량%으로 포함할 수 있다.
확실이 요구되지 않고, 적어도 일부 실시양태에서 이러한 포함을 피하는 것이 최선일 수 있지만, 본 발명의 범주 내에서 임의의 다양한 UV 및 OXO 분해 가능한 첨가제, 예컨대 Willow Ridge Plastics의 PDQ-M, PDQ-H, BDA, 및 OxoTerraTM, LifeLine의 OX1014, 또는 유기 첨가제 예컨대 Enso의 Restore®, Bio-Tec Environmental의 EcoPure®, ECM Biofilms의 ECM Masterbatch Pellets 1M, 또는 Biodegradable 201 및/또는 Biodegradable 302 BioSphere®가 포함된다. 예를 들어, 증가된 강도를 위해(예: Dupont의 Biomax® Strong), 또는 달리 다른 첨가제가 포함될 수 있다.
하나 이상의 첨가제는 혼합물 중 적어도 0.5%, 적어도 1%, 적어도 1.5%, 적어도 2%, 적어도 2.5%, 적어도 3%, 적어도 4%, of 10% 이하, 9% 이하, 8% 이하, 7% 이하, 6% 이하, 5% 이하, 0.2% 내지 12%, 1% 내지 10%, 0.5% 내지 4%, 또는 2 중량% 내지 6 중량%의 양으로 물질의 혼합물에 포함될 수 있다.
일부 실시양태에서 함께 용융되어 바람직한 블렌드를 형성할 수 있는 열가소성 물질의 혼합물의 관점에서 주로 기재되었지만, 탄수화물 기반 중합체 물질을 열가소성이 아닌(예: 실리콘과 같이 열경화성인) 또 다른 중합체 물질과 블렌딩하는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어, 이러한 비-열가소성 "다른" 중합체 물질의 전구체인 수지 구성성분은 탄수화물 기반 중합체 물질과 블렌딩될 수 있으며, 여기서 비-열가소성 "다른" 중합체 물질의 중합 또는 다른 형성이 탄수화물 기반 중합체 물질의 존재 하에 발생하여, 탄수화물 기반 중합체 물질 및 열경화성 또는 다른 비-열가소성 플라스틱 물질의 블렌드인 완성품을 초래할 수 있다. 상기 탄수화물 기반 중합체 물질은, 2개가 함께 블렌딩될 때, 본원에 기재된 바와 같은 비-열가소성 물질에 임의의 동일한 이익(예: 증가된 지속 가능성, 생분해성, 증가된 강도 등)을 부여할 수 있다.
도 1을 참조하면, (108)에서, 특히 물질이 열가소성인 경우에, 방법(100)은 물질의 혼합물을 가열하는 것을 포함할 수 있다. 한 구현에서, 물질의 혼합물은 적어도 100℃, 적어도 110℃, 적어도 115℃, 적어도 120℃, 적어도 125 ℃, 적어도 130℃, 적어도 135℃, 적어도 140℃, 200℃ 이하, 190℃ 이하, 180℃ 이하, 175℃ 이하, 170℃ 이하, 165℃ 이하, 160℃ 이하, 155℃ 이하, 150℃ 이하, 95℃ 내지 205℃, 120℃ 내지 180℃, 또는 125℃ 내지 165℃의 온도로 가열될 수 있다.
다른 중합체 물질 및 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는 물질의 혼합물은 압출기의 하나 이상의 챔버에서 가열될 수 있다. 일부 경우에, 압출기의 하나 이상의 챔버는 상이한 온도에서 가열될 수 있다. 압출기의 하나 이상의 나사의 속도는 임의의 바람직한 속도일 수 있다.
(110)에서, 물품은 물질의 혼합물을 사용하여 생산된다. 일부 경우에, 상기 물품은 필름을 포함할 수 있다. 다른 경우에, 상기 물품은 필름으로부터 형성될 수 있다. 다른 실시양태에서, 상기 물품은 몰드와 같은(예: 사출 성형) 디자인을 기반으로 한 형상을 가질 수 있다. 플라스틱으로 형성되는 임의의 고려가능한 물품은 예를 들어, 비제한적으로 필름, 백, 병, 캡, 리드, 시트, 상자, 플레이트, 컵, 기구 등을 포함하는 혼합물로부터 형성될 수 있다. 상기 물품이 필름인 경우에, 필름은 다이를 사용하여 가스를 가열된 물질의 혼합물에 주입하여 필름을 형성함으로써(즉, 필름을 블로잉하여) 형성될 수 있다. 필름은 밀봉되고/되거나 달리 변형되어 백 또는 다른 물품의 형태가 될 수 있다.
상기 물품이 필름인 경우에, 필름은 단일 층 또는 다중 층으로 구성될 수 있다. 필름 또는 임의의 개별 층은 적어도 0.001 mm, 적어도 0.002 mm, 적어도 0.004 mm, 적어도 0.01 mm, 적어도 0.02 mm, 적어도 0.03 mm, 적어도 0.05 mm, 적어도 0.07 mm, 적어도 0.10 mm, 2 mm 이하, 1 mm 이하, 0.5 mm 이하, 0.1 mm 이하, 약 0.05 mm 내지 약 0.5 mm, 또는 0.02 mm 내지 0.05 mm의 두께를 가질 수 있다. 일부 구체적 예는 0.005 mm 미만, 예컨대 0.002 mm 내지 0.004 mm, 또는 0.0025 mm(0.1 mil) 내지 0.25 mm(10 mil)의 필름을 포함할 수 있다. 필름 및 시트 물품에 대한 두께 값에서 일부 중첩이 있을 수 있지만, 임의의 바람직한 플라스틱 제조 공정에 의해 생산된, 이러한 필름 값보다 더 큰 두께의 시트 물질이 물론 제공될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
0.0025 mm(0.1 mil)의 매우 얇은 필름을 블로잉하는 능력은 본원에 기재된 바와 같은 블렌드를 사용하여 출원인에 의해 입증된 바 있으며, 매우 얇은 필름은 유의한 강도(예: 0.1 mil 필름의 경우, 적어도 다트 낙하 충격 시험에서 적어도 40 g, 즉, 이러한 매우 얇은 필름의 경우, 예컨대 40 g 내지 110 g, 또는 40 g 내지 100 g 다트 강도)를 나타낸다. 이러한 매우 얇은 필름을 심지어 블로잉하는 능력은 본원에 기재된 바와 같은 블렌드 및 다른 파라미터(예: 블로우업비, 다이 갭 등)를 사용하여 출원인에게 고유한 것으로 여겨진다.
필름 또는 다른 물품은 다트 낙하 충격 시험(ASTM D-1709), 파단 시 인장 강도 시험(ASTM D-882), 파단 시 인장 신율 시험(ASTM D-882), 시컨트 계수 시험(ASTM D-882), 및/또는 엘멘도르프 인열 시험(ASTM D-1922)과 같은 시험을 통해 특징화된 강도 특징을 가질 수 있다. 필름은 적어도 150 g, 적어도 175 g, 적어도 200 g, 적어도 225 g, 적어도 250 g, 적어도 275 g, 적어도 300 g, 400 g 이하, 375 g 이하, 350 g 이하, 또는 325 g 이하, 140 g 내지 425 g, 200 g 내지 400 g, 250 g 내지 350 g, 265 g 내지 330 g의 다트 낙하 충격 시험 값을 가질 수 있다. 한 구현에서, 이러한 값은 필름의 두께가 무엇이든지 얻을 수 있다. 또 다른 구현에서, 이러한 값은 물질의 혼합물로부터 형성된 1 mil 두께 필름에 대한 것일 수 있다.
물품은 적어도 3.5 kpsi, 적어도 3.7 kpsi, 적어도 3.9 kpsi, 적어도 4.1 kpsi, 적어도 4.3 kpsi, 또는 적어도 4.5 kpsi, 5.5 kpsi 이하, 5.3 kpsi 이하, 5.1 kpsi 이하, 4.9 kpsi 이하, 또는 4.7 kpsi 이하, 3.5 kpsi 내지 5.5 kpsi, 또는 4.1 kpsi 내지 4.9 kpsi의 기계 방향에서의 파단 시 인장 강도 시험 값을 가질 수 있다.
물품은 적어도 3.2 kpsi, 적어도 3.4 kpsi, 적어도 3.6 kpsi, 적어도 3.8 kpsi, 적어도 4.0 kpsi, 적어도 4.2 kpsi, 5.7 kpsi 이하, 5.5 kpsi 이하, 5.3 kpsi 이하, 5.1 kpsi 이하, 4.9 kpsi 이하, 4.7 kpsi 이하, 4.5 kpsi 이하, 3.2 kpsi 내지 5.7 kpsi, 또는 3.6 kpsi 내지 5.0 kpsi의 횡방향에서의 파단 시 인장 강도 시험 값을 가질 수 있다.
물품은 적어도 550%, 적어도 560%, 적어도 570%, 적어도 580%, 적어도 590%, 적어도 600%, 적어도 610%, 적어도 620%, 725% 이하, 710% 이하, 700% 이하, 680% 이하, 665% 이하, 650% 이하, 635% 이하, 550% 내지 750%, 또는 600% 내지 660%의 기계 방향에서의 파단 시 인장 신율 시험 값을 가질 수 있다.
물품은 적어도 575%, 적어도 590%, 적어도 600%, 적어도 615%, 적어도 630%, 또는 적어도 645%, 770% 이하, 755% 이하, 740% 이하, 725% 이하, 710% 이하, 695% 이하, 680% 이하, 575% 내지 775%, 또는 625% 내지 700%의 횡방향에서의 파단 시 인장 신율 시험 값을 가질 수 있다.
적용가능한 경우, 물품은 적어도 280 g/mil, 적어도 300 g/mil, 적어도 320 g/mil, 적어도 340 g/mil, 또는 적어도 360 g/mil, 450 g/mil 이하, 430 g/mil 이하, 410 g/mil 이하, 390 g/mil 이하, 또는 370 g/mil 이하, 275 g/mil 내지 475 g/mil, 또는 325 g/mil 내지 410 g/mil의 기계 방향에서의 엘멘도르프 인열 강도 시험 값을 가질 수 있다.
적용가능한 경우, 물품은 적어도 475 g/mil, 적어도 490 g/mil, 적어도 500 g/mil, 적어도 525 g/mil, 적어도 540 g/mil, 또는 적어도 550 g/mil, 700 g/mil 이하, 680 g/mil 이하, 650 g/mil 이하, 625 g/mil 이하, 600 g/mil 이하, 580 g/mil 이하, 또는 570 g/mil 이하, 475 g/mil 내지 725 g/mil, 또는 490 g/mil 내지 640 g/mil의 횡방향에서의 엘멘도르프 인열 강도 시험 값을 가질 수 있다.
적용가능한 경우, 물품은 적어도 20 kpsi, 적어도 22 kpsi, 적어도 24 kpsi, 적어도 26 kpsi, 적어도 28 kpsi, 또는 적어도 30 kpsi, 40 kpsi 이하, 38 kpsi 이하, 36 kpsi 이하, 34 kpsi 이하, 또는 32 kpsi 이하, 20 kpsi 내지 40 kpsi, 또는 25 kpsi 내지 35 kpsi의 기계 방향에서의 탄성 시험 값의 시컨트 계수를 가질 수 있다.
적용가능한 경우, 물품은 적어도 20 kpsi, 적어도 22 kpsi, 적어도 24 kpsi, 적어도 26 kpsi, 적어도 28 kpsi, 또는 적어도 30 kpsi, 40 kpsi 이하, 38 kpsi 이하, 36 kpsi 이하, 34 kpsi 이하, 또는 32 kpsi 이하, 20 kpsi 내지 40 kpsi, 또는 25 kpsi 내지 35 kpsi의 횡방향에서의 탄성 시험 값의 시컨트 계수를 가질 수 있다.
일부 경우에, 2종 이상의 전분의 혼합물로부터 형성된 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는 물품은, 단일 전분으로부터 형성된 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는 물품보다 더 큰 강도 특성의 값을 갖는다. 예를 들어, 2종 이상의 전분의 혼합물로부터 형성된 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는 물품은, 탄수화물 기반 중합체 물질이 단일 전분으로부터 형성된 물품보다 적어도 약 5% 초과, 또는 10% 초과, 같은 물품이지만 단일 전분으로부터 형성된 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는 물품보다 적어도 약 25% 초과, 적어도 약 50% 초과, 적어도 약 75% 초과, 10% 초과 내지 150% 초과 또는 60% 초과 내지 120% 초과인 다트 낙하 충격 시험 값(단위: 그램 또는 g/mil 두께)을 가질 수 있다. 이러한 증가된 강도의 상세한 설명은 본원의 실시예 내에서, 및 이미 참조로 포함된 미국 특허 출원 제14/853,725호 및 제15/481,806호에서 밝혀졌다.
도 1a, 1b, 및 1c는 본 개시내용에 따른 방법의 특정한 예를 추가로 예시한다. 따라서, 이들 도면은 일반적으로 도 1의 보다 일반적인 단계를 포함하고, 일반적으로 적용되는 설명과 함께 제공된다. 예를 들어, 도 1a는 유사한 단계(102, 104, 106, 108)를 제시하지만, (110')에서 생산된 물품은 특히 블로잉된 필름이고, 필름 블로잉 장치는 블로우업비가 적어도 2.0이고/이거나, 다이 갭이 500 미크론 이하가 되도록 작동된다. 다시 말해서, 도 1a는 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질이 플라스틱 필름이 블로잉된 블렌드에 포함되는 것을 보장함으로써, 및 높은 블로우업비 및/또는 좁은 다이 갭을 구체적으로 선택함으로써, 블로잉된 플라스틱 필름의 강도를 증가시키는데 사용될 수 있는 예시적인 방법(100')을 예시한다. (102)에서, 방법(100)은 예를 들어, 필름으로 블로잉될 수 있는 임의의 플라스틱 수지를 포함하는 하나 이상의 "다른" 중합체 물질, 예컨대 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 다른 폴리올레핀, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 나일론, 폴리스티렌, ABS, 폴리비닐 클로라이드 등을 제공하는 것을 포함할 수 있다. "다른" 중합체 물질은 석유화학 기반 중합체 물질일 수 있다. 이는 또한 그러한 석유화학 기반 중합체 물질의 "친환경" 버전(예: 예컨대, Braskeem으로부터 입수 가능한 "친환경" 폴리에틸렌 등)일 수 있다. 매우 다양한 중합체가 "다른" 중합체 물질로서 사용하기에 적합할 수 있다는 것이 분명할 것이다.
(104)에서, 방법(100)은 예를 들어, 높은 블로우업비 및/또는 좁은 다이 갭에서 블로잉될 때 강도를 증가시키는 그의 인식된 능력을 위해 블렌드에 포함되도록 구체적으로 선택될 수 있는 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질은 20% 이하의 결정화도를 갖는, 실질적으로 무정형일 수 있다. 탄성률(즉, 영률), 유리 전이 온도, 열 변형 온도, 비캣 연화 온도 또는 다른 특징에 관한 다양한 다른 특징은 추가적으로 또는 대안적으로, 본원에 기재된 바와 같은 예시적인 BiologiQ로부터 입수 가능한 NuPlastiQ 또는 ESR 물질에 관하여 기재된 바와 같이 존재할 수 있다. (106)에서, 물질은 (106)에서 함께 혼합되어, 물질의 블렌드를 형성할 수 있다. (108)에서, 그들은 그로부터 필름을 블로잉하기 위해 제조 시 가열될 수 있다(예: 열가소성 물질의 경우에 용융됨). (110')에서, 플라스틱 필름은 물질의 혼합물을 사용하는 필름 블로잉 장치를 사용하여 블로잉된다. 그러한 필름 블로잉 동안, 이용된 블로우업비는 적어도 2.0일 수 있다. 본원에 기재된 바와 같이, 출원인은 블렌드에서 탄수화물 기반 중합체 물질을 사용하고 2.0 이상의 블로우업비를 사용하는 것이, 특히 좁은 다이 갭에 의해 수반되는 경우에, 필름에 대한 강도를 유의하게 증가하도록 한다는 것을 발견하였다.
Cardia BL-F와 PE의 블렌드로부터 형성되는 다층 필름이 Leufgens의 WO 2014/0190395에 기재되어 있으며, 상기 다층 필름은 사용되는 상이한 TPS 물질, 뿐만 아니라 특정한 블로우업비의 선택 및/또는 선택된 다이 갭 특징 때문에 현재 기재된 필름보다 상당히 더 약하다. 예를 들어, Leufgens의 블로잉된 필름은 80 미크론 두께(즉, 3 mil 초과)이고, 100% PE 필름의 강도보다 실제로 적은 강도를 나타낸다. 대조적으로, 본원에 기재된 특정한 선택은 100% "다른 중합체 물질"(예: PE) 대조군과 비교하여 임의의 주어진 두께에서의 강도가 실제로 증가하도록 허용한다. 더욱이, 본 방법은 훨씬 더 낮은 두께에서 바람직한 수준의 강도를 갖는 필름의 생산을 허용한다. 유의하게 낮은 두께에서 바람직한 수준의 강도를 달성하는 그러한 능력은 또한 필름 층에서 사용되는 물질의 양을 감소시키며, 추가의 비용 절감으로 이어지고, 더 큰 지속 가능성을 얻는다.
본원에 기재된 바와 같이, 본원에 기재된 바와 같은 특정한 탄수화물 기반 중합체 물질을 또 다른 중합체 물질과 블렌딩한 다음 적어도 2.0의 블로우업비 및/또는 좁은 다이 갭(예: 500 미크론 이하)으로, 물질의 혼합물을 사용하여 플라스틱 필름을 필름 블로잉 장치로 블로잉하는 것은 단지 제1 중합체 물질(예: PE)로 블로잉된 달리 유사한 필름보다 실제로 더 큰 강도를 나타내는 얇은 필름(예: 2 mils 미만, 예를 들어, 0.1 내지 1.5 mils)을 제공한다는 것이 출원인에 의해 밝혀진 바 있다.
임의의 특정한 이론에 구애됨이 없이, 실질적으로 무정형인 특정한 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 수지는, 그러한 높은 블로우업비 및/또는 좁은 다이 갭에서 블로잉될 때, 생성된 블렌딩된 플라스틱 필름의 강도를 증가시키는 방향으로 블렌드의 상이한 중합체 분자의 바람직한 정렬, 배향, 및/또는 연신을 용이하게 하는 것으로 여겨진다.
예를 들어, 중합체는 결정질(규칙적으로 패킹됨) 구조 및 무정형(무작위 배열됨) 구조 둘 다로 형성된다. 많은 중합체(예컨대 폴리에틸렌)는, 비록 중합체 구조 전체에 무작위 배열되고 얽혀있는 일부 무정형 영역을 포함하지만, 높은 결정화도를 가진다. 이용된 특정한 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질은 고도로 결정질이 아니며, 실질적으로 무정형이다. 임의의 특정한 이론에 구속되는 것은 아니지만, 결정질인 제1 중합체 물질 및 무정형인 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질의 조합은, 블렌드의 구성성분이 함께 균질하게 블렌딩되지만, 증가된 강도를 초래하는 방향으로 방향적으로 정렬되고 연신되는 것을 허용하는 방향으로, 구성성분의 배향, 정렬, 및 연신되는 것으로 여겨진다. 그러한 증가는 기계 방향(MD) 및 횡방향(TD) 둘 다에서 관찰될 수 있어, 관찰된 현상은 강도를 한 방향의 강도와 다른 방향의 강도를 단순히 상쇄하지 않는다. 이는 양쪽 방향에서 강도를 설명하는 다트 낙하 충격 데이터에서 분명하다.
특정한 무정형 탄수화물 기반 물질의 선택, 및 예를 들어, 높은 블로우업비의 선택, 및/또는 좁은 다이 갭의 사용을 통한 그러한 증가된 강도는 유리하게는 종종 다른 TPS 함유 블렌드, 예컨대 Cardia BL-F로 달성 가능한 것보다 더 얇은 필름 내에서 증가된 강도를 제공한다. 일부 경우에, 필름은, 본원에 기재된 바와 같이, 제1 중합체 물질을 단독으로 블로잉할 때 가능한 정도로 얇거나, 심지어 더 얇게 블로잉될 수 있다. 예를 들어, 출원인은 폴리에틸렌 또는 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질의 블렌드로부터, 폴리에틸렌 단독으로 블로잉될 수 있는 가장 얇은 필름 정도로 얇거나, 심지어 더 얇은 필름을 블로잉하는 능력(예: 0.1 mil 필름을 블로잉하는 능력)을 관찰하였다.
본원에 기재된 바와 같이, 낮은 결정화도 및/또는 본원에 기재된 바와 같은 다른 특징을 갖는 탄수화물 기반 중합체 물질, 및 기재된 높은 블로우업비 및/또는 좁은 다이 갭에서 형성된 또 다른 중합체 물질을 포함하는 물품은, "다른" 중합체 물질 단독으로부터 형성된 물품보다 더 큰 강도 특성 값을 가질 수 있다. 그러한 강도의 증가는, 예를 들어, 관련 기술분야의 것과 비교하여 유리하고 놀라운 일이다. 예를 들어, Leufgens는 전분 기반 중합체 물질(Cardia BL-F)과 폴리에틸렌의 블렌드로부터 블로잉된 필름을 기재하지만, 생성된 필름은 폴리에틸렌 단독으로 형성된 달리 유사한 필름과 비교하여 더 낮은 인장 강도(Leufgens의 도 2), 및 더 낮은 다트 낙하 충격 강도(Leufgens의 도 5)를 나타낸다. 이는 Cardia BL-F와 폴리에틸렌의 블렌드가 3:1의 블로우업비에서 블로잉될 때조차 그러하다. 적어도 Leufgens에서 사용된 특정한 조건에서(이는 또한 1.6 내지 1.8 mm의 상대적으로 넓은 다이 갭을 포함), 단지 임의의 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질로 강도의 증가가 발생할 수 없다는 것이 명백하다. 실시예에 보인 바와 같이, 증가된 강도는 낮은 결정화도 및/또는 NuPlastiQ 또는 ESR과 연관된 다른 특이적 특징을 갖는 본 발명의 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질을 사용할 때 발생한다.
강도의 증가(예: 인장 강도, 다트 낙하 충격 강도, 또는 다른 측정된 강도)는, 달리 동일한 물품이지만 "다른" 중합체 물질 단독으로부터 형성되는 물품(즉, 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질 또는 상용화제 없음)과 비교하여 적어도 약 1%, 적어도 약 2%, 적어도 약 3%, 적어도 약 5%, 적어도 약 10%, 적어도 약 15%, 적어도 약 20%, 1% 내지 50%, 1% 내지 40%, 또는 10% 내지 40%일 수 있다.
도 1b 및 1c 블렌드에 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함시킴으로써 제공된 특유의 냄새를 상쇄시키는 특정한 방법을 예시한다. 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백한 바와 같이, 본원에 기재된 임의의 방법은 함께 사용될 수 있다(예: 높은 블로우업비 및/또는 좁은 다이 갭에서 필름을 블로잉하면서 냄새 감소제도 포함함). 도 1b는 탄수화물 기반 중합체 물질, 유기 냄새 감소제, 및 중합체 수지를 포함하는 물품을 생산하기 위한 본 발명에 따른 예시적인 방법(100'')을 예시한다. (102)에서, 방법(100)은 하나 이상의 "다른" 중합체 수지를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 그러한 수지는 본원에 기재된 바와 같이, 플라스틱 제조에 전통적으로 사용된 방대한 수의 것일 수 있다. (103) 및 (104) 각각에서, 방법(100)은 유기 냄새 감소제 및 탄수화물 기반 중합체 물질을 제공하는 단계를 포함한다.
한 실시양태에서, 냄새 감소제는 탄수화물 기반 중합체 물질과 함께 포함될 수 있다(예: 그의 마스터배치에 포함됨). 다른 실시양태에서, 냄새 감소제는 예를 들어, 중합체 수지와 함께, 중합체 수지 및 탄수화물 기반 중합체 둘 다와 별개로 등, 또 다른 경로를 통해 첨가될 수 있다. 그러한 첨가를 위한 다양한 경로가 고려되고 가능하다는 것이 명백할 것이다. 냄새 감소제는 탄수화물 기반 중합체 물질에 의해 최종 제품에 달리 부여되는 냄새를 상쇄시키는 능력을 위해 블렌드에 포함시키도록 구체적으로 선택된다. 예를 들어, 탄수화물 기반 중합체 물질은 블렌드의 열 가공 동안(예: 사출 성형, 블로잉 성형, 필름 블로잉 등 동안) 발생하는 약간 탄 탄수화물 냄새(예: 약간 탄 전분 냄새, 팝콘 또는 캐러멜콘 같은 냄새)를 달리 부여할 수 있으며, 이때 (102, 103, 및 104)에서 구성성분의 혼합물은 함께 용융되고, 가열된 상태에서 형성된다.
(103)에서의 냄새 감소제는 임의의 그러한 바람직한 형태(예: 펠릿, 분말, 너들, 슬러리 및/또는 액체)일 수 있다. 한 실시양태에서, 냄새 감소제는 처음에 탄수화물 기반 중합체 물질의 제조 동안, 또는 제조 후에 탄수화물 기반 중합체 물질의 마스터배치 내로 혼합될 수 있는 동결 건조된 분말을 포함할 수 있다. 예를 들어, 탄수화물 기반 중합체 물질이 전분 분말(들), 글리세린, 및 물의 혼합물로부터 형성되는 경우에, 냄새 감소제(예: 동결 건조된 분말로서)는 단순히 전분 분말(들)과의 혼합물에, 또는 물, 또는 가소제(예: 글리세린)에 첨가되고, 그와 혼합될 수 있다. 그 다음에 탄수화물 기반 중합체 물질은 정상적으로 생산되는 동일한 방법에 의해 제조될 수 있으며, 냄새 감소제가 그 안에 분산된(예: 그 안에 균질하게 분산된) 구성성분으로서 탄수화물 기반 중합체 물질 내로 혼입되게 한다.
또 다른 실시양태에서, 분말화 또는 다른 냄새 감소제는 단순히 탄수화물 기반 중합체와 혼합될 수 있으므로, 마스터배치에 포함되는 다른 구성성분(예: 상용화제)과의 조합을 위해 용융되고 제조된다. 탄수화물 기반 중합체 물질과 또 다른 중합체 수지의 블렌드로부터 플라스틱 물품을 형성하는 임의의 구성성분에 냄새 감소제를 첨가하기 위한 수많은 가능성이 존재한다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 유기 냄새 감소제의 혼입을 위한 다양한 그러한 대안적인 경로가 또한 사용하기에 적합할 수 있다.
블렌드 내에 냄새 감소제를 도입하기 위해 선택되는 경로와 관계없이, (102, 103, 및 104)에서 구성성분의 블렌드는 임의의 고려 가능한 방법, 예컨대 상기 기재되고 본원의 다른 곳에 기재된 것과 같은 임의의 고려 가능한 방법을 통해 형성될 수 있다.
냄새 감소제는 유기물일 수 있다. 화학 분야의 통상의 기술자는 유기 화합물이 탄소 기반이지만, 단순 탄소 화합물 예컨대 탄소의 탄화물, 탄산염, 산화물(예: CO 및 CO2), 및 시안화물을 배제한다는 것을 이해할 것이다. 한 실시양태에서, 유기 냄새 감소제는 방향족 화합물을 함유하는 벤질기를 포함할 수 있다. 벤젠의 다양한 방향족 유도체, 예컨대 벤즈알데히드 및/또는 벤질 케톤이 사용하기에 적합할 수 있다. 한 실시양태에서, 유기 냄새 감소제는 단지 탄소, 산소, 및 수소 원자를 포함하는 화합물(예: 헤테로원자 없음)일 수 있다. 다른 실시양태에서, 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 화합물이 사용하기에 적합한 것으로 입증될 수 있다. 특히 효과적인 것으로 입증된 한 실시양태에서, 냄새 감소제는 벤즈알데히드 화합물, 예컨대 4-히드록시-3-메톡시벤즈알데히드를 포함한다. 그러한 방향족 화합물은 또한 하기 제시된 화학 구조를 갖는 바닐린으로서 알려져 있다.
유기 냄새 감소제의 매우 작은 분율은 탄수화물 기반 중합체 물질과 연관된 냄새를 상쇄시키기에 충분한 것으로 밝혀진 바 있다. 냄새 감소제가 거의 요구되지 않는다는 사실에 더하여, 유기 구성성분(탄수화물 기반 중합체 물질)의 첨가와 연관된 문제가 심지어 더 많은 유기 구성성분(들)의 첨가에 의해 해결될 수 있다는 것은 또한 놀라운 일이다. 예를 들어, 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 추가의 유기 구성성분, 특히 방향족 화학 구조를 갖는 유기 구성성분이, 그러한 냄새를 감소시키거나 실질적으로 제거하는 것보다, 열 가공 시 블렌드에 의해 방출되는 냄새에 더할 것으로 예상할 수 있다.
한 실시양태에서, 무기 또는 다른 냄새 감소제는 조성물 내에 포함되지 않는다. 예를 들어, 한 실시양태에서, 활성탄, 제올라이트, 또는 냄새가 나는 휘발성 분자가 결합할 수 있는 활성 부위를 포함하는 것으로 알려진 다른 구성성분은 조성물 내에 포함되지 않는다. 예를 들어, 활성 부위에서의 결합을 필요로 하는 메커니즘에서 작동하는 그러한 냄새 감소제의 포함은 의도된 기능을 수행하도록 벤즈알데히드 또는 다른 유기 냄새 감소제의 능력을 어떻게든 억제할 수 있다(예: 그러한 활성 부위는 단지 벤즈알데히드 또는 다른 유기 냄새 감소제를 결합하는 역할을 할 수 있음).
냄새 감소제는, 블렌딩된 플라스틱 물질, 또는 그에 제공된 냄새 감소제를 포함하는 탄수화물 기반 중합체 물질(예를 들어 또 다른 중합체 수지와 블렌딩하는 경우, 마스터배치로서) 중 어느 하나를 1% 이하, 0.5% 이하, 0.25% 이하, 0.1% 이하, 0.05% 이하, 0.01% 이하, 1000 ppm 이하, 500 ppm 이하, 250 ppm 이하, 100 ppm 이하, 50 ppm 이하, 또는 20 ppm 이하로 포함할 수 있다. 그러한 탄수화물 기반 중합체 물질을 또 다른 중합체 수지와 블렌딩할 때, 냄새 감소제의 농도는 물론 추가로 희석될 수 있다. 예를 들어, 플라스틱 블렌딩된 물품에서 그러한 냄새 감소제의 농도는 15 ppm 이하, 10 ppm 이하, 5 ppm 이하, 또는 심지어 1 ppm일 수 있다. 그러한 작은 분율은 놀랍게도 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는 플라스틱의 특유의 냄새를 상쇄시키고 실질적으로 제거하기에 효과적인 것으로 출원인에 의해 밝혀진 바 있다.
바닐린 이외에도, 다양한 과일 및/또는 채소로부터의 다른 추출물이 또한 유기 냄새 감소제로서 사용하기에 적합할 수 있다. 비제한적 가능한 예는 바닐라, 딸기, 블루베리, 바나나, 사과, 복숭아, 배, 키위, 망고, 패션후르츠, 또는 라즈베리로부터의 동결 건조된 추출물을 포함한다. 조합물이 또한 사용하기에 적합할 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 한 실시양태에서, 냄새 감소제는 탄수화물 기반 중합체 물질을 형성하기 위해 사용된 물 및/또는 글리세린에 첨가될 수 있으며(예: 그에 용해되거나 분산됨), 이는 완성된 탄수화물 기반 중합체 물질 전반에 걸쳐 매우 작은 분율의 냄새 감소제의 균질한 혼합을 보장하는데 특히 유리하다. 예를 들어, 분말화 냄새 감소제는 탄수화물 기반 중합체 물질을 만드는 다른 분말화 물질(예: 전분(들))에 첨가될 수 있지만, 냄새 감소제의 첨가량이 너무 작기 때문에(예: 마스터배치에서 20 ppm), 고체 분말(들)과 혼합하기보다는 액체 구성성분(들)과 혼합함으로써 냄새 감소제의 균질한 분산을 보장하는 것이 보다 용이할 수 있다.
탄수화물 기반 중합체 물질에 냄새 감소제의 첨가는 달리 특유의 캐러멜콘 또는 팝콘 같은 냄새를 나타내는 것으로부터 탄수화물 기반 중합체 물질 및 또 다른 열가소성 중합체 수지의 블렌드의 임의의 경향을 실질적으로 제거함으로써 냄새 특징을 변경시키지만, 그러함 함유물은 본원에 기재된 바와 같이, NuPlastiQ 또는 ESR 물질의 임의의 물리적 또는 다른 특성을 실질적으로 변경시키지 않는다. 언급된 바와 같이, 냄새 감소제는 탄수화물 기반 중합체 NuPlastiQ 또는 "ESR" 물질에서 1000 ppm 이하, 500 ppm, 250 pp, 200 ppm, 100 ppm, 50 ppm, 40 ppm, 30 ppm, 25 ppm, 20 ppm, 5 ppm 내지 50 ppm, 10 ppm 내지 50 ppm, 또는 15 ppm 내지 25 ppm의 범위로 존재할 수 있다. 출원인은 NuPlastiQ 또는 ESR 물질에서 20 ppm의 수준이 특히 효과적이라는 것을 발견하였다. 중합체 수지 물질(들)로 희석할 때, 그러한 블렌드로부터 형성된 물품에서 냄새 감소제의 농도가 심지어 더 낮다는 것이 명백할 것이다(예: NuPlastiQ 또는 ESR 마스터배치에서 20 ppm 수준은 완성품에서 단지 10 ppm, 단지 5 ppm, 또는 단지 1 ppm으로 떨어질 수 있음).
일부 실시양태에서, NuPlastiQ 또는 ESR은 상기 기재된 바와 같은 탄수화물 기반 중합체 물질, 냄새 감소제, 및 상당한 양의 하나 이상의 상용화제의 포함할 수 있는 마스터배치 제제에 제공될 수 있다. 마스터배치는 또한 그 안에 이미 포함된 하나 이상의 "다른" 중합체 수지(예: 탄수화물 기반 중합체 수지와 블렌딩되어 표적 물품을 형성하는 것과 동일한 중합체 수지)를 포함할 수 있다. 그러한 마스터배치 제제 펠릿은 가공 시점에서 "다른" 중합체 수지 물질의 펠릿과 혼합될 수 있다. 임의의 고려 가능한 비는, 완성품에서 NuPlastiQ 또는 ESR 및/또는 상용화제 및/또는 종래의 중합체 수지의 바람직한 백분율에 따라, 그러한 상이한 펠릿을 혼합하는데 사용될 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 냄새 감소제는 전형적으로 매우 적은 수준, 예컨대 1% 이하, 0.1% 이하, 0.01% 이하, 1000 ppm 이하, 100 ppm 이하, 50 ppm 이하, 또는 20 ppm 이하로 탄수화물 기반 중합체 물질에 존재할 수 있다. 냄새 감소제를 포함하는 탄수화물 기반 중합체 물질을 중합체 수지와 혼합하면, 탄수화물 기반 중합체 물질 대 중합체 수지 물질의 혼합비에 따라, 생성된 블렌딩된 플라스틱 물품에서 냄새 감소제의 수준은 감소된다. 본원에 언급된 바와 같이, 매우 다양한 혼합비가 적합하다. 예로써, 1:1 혼합비에서, 탄수화물 기반 중합체 물질 마스터배치에서 냄새 감소제의 초기 수준이 20 ppm이면, 블렌드로부터 형성되는 완성된 플라스틱 물품에서 이제 단지 10 ppm으로 떨어진다. 25%의 탄수화물 기반 중합체 물질과 75%의 중합체 수지 물질의 혼합비에서, 냄새 감소제에 대한 초기 20 ppm 수준은 이제 5 ppm으로 떨어진다.
냄새 감소제의 농도가 감소될지라도, 냄새 감소제 대 탄수화물 기반 중합체 물질의 비가 그러한 블렌딩으로 인해 변하지 않는다는 것이 명백할 것이다. 예를 들어, 냄새 감소제 대 탄수화물 기반 중합체의 중량비는 1:1000, 또는 심지어 더 희석될 수 있다. 예를 들어 상기 비는 1:1000, 1:2000, 1:5000, 1:10,000, 1:15,000, 1:20,000, 1:25,000, 1:30,000, 1:35,000, 1:40,000, 1:45,000, 1:50,000, 1:60,000, 1:70,000, 1:80,000, 1:90,000, 또는 1:100,000일 수 있다. 상기 비는 임의의 상기 2개 값 사이의 범위(예: 1:1000 내지 1:100,000, 또는 1:10,000 내지 1:80,000, 또는 약 1:50,000) 이내일 수 있다. 탄수화물 기반 중합체 물질 중 냄새 감소제에 대한 20 ppm의 수준은 약 1:50,000의 비와 상응할 수 있다. 중합체 수지 물질과 혼합하는 경우에도, 이러한 비는, 중합체 수지 물질의 첨가가 블렌드에서 냄새 감소제 또는 탄수화물 기반 중합체 물질의 양을 변경시키지 않으므로 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다.
냄새 감소제는 유기물일 수 있지만, 이러한 구성성분이 휘발성이 아니어서 (탄수화물 기반 중합체 물질에서 잔류 물 함량으로) 물품의 고온 가공 동안 단순히 배출되지 않도록 하는 것이 중요할 수 있다는 것이 또한 명백할 것이다. 예를 들어, 냄새 감소제는 주위 온도(예: 25℃) 및 압력(예: 1 atm)에서 액체보다는 고체일 수 있다. 액체라면, 냄새 감소제는(예: 주어진 온도 및 압력에서(예: 상기 언급된 바와 같은 STP) 증기압에 대해 측정 시) 물의 휘발성보다 더 적은 휘발성을 나타낼 수 있다. 한 실시양태에서, 냄새 감소제는 (108 및 110'')에서 가공과 연관된 임의의 온도보다 더 큰 비점을 가질 수 있다. 냄새 감소제는 (108 및/또는 110'')에서 가공과 연관된 온도보다 더 작은 융점을 가질 수 있다. 예를 들어, 냄새 감소제는 주위 온도(예: 25℃)에서 고체일 수 있지만, 가공이 발생하는 상승된 온도(예: 125℃ 내지 165℃)에서 액체일 수 있다. 4-히드록시-3-메톡시벤즈알데히드가 그러한 냄새 감소제의 예이다.
예를 들어, 냄새 감소제는 적어도 30℃, 적어도 50℃, 200℃ 미만, 190℃ 미만, 180℃ 미만, 175℃ 미만, 170℃ 미만, 165℃ 미만, 160℃ 미만, 150℃ 미만, 145℃ 미만, 140℃ 미만, 135℃, 130℃ 미만, 125℃ 미만, 120℃ 미만, 115℃ 미만, 120℃ 미만, 115℃ 미만, 110℃ 미만, 100℃, 50℃ 내지 180℃, 50℃ 내지 150℃, 또는 60℃ 내지 100℃인 융점을 가질 수 있다. 냄새 감소제는 150℃ 초과, 160℃ 초과, 170℃ 초과, 180℃ 초과, 200℃ 초과, 225℃ 초과, 250℃ 초과, 150℃ 내지 500℃, 200℃ 내지 400℃, 또는 250℃ 내지 300℃의 비점을 가질 수 있다. 예로써, 바닐린은 81℃ 내지 83℃에서 용융되고, 285℃에서 비등된다.
도 1b는 물품이 중합체 수지(102에서), 냄새 감소제(103에서), 및 탄수화물 기반 중합체 물질(104에서)로부터 어떻게 생산될 수 있는지를 예시하고, 도 1c는 냄새 감소제가 탄수화물 기반 중합체 물질 내에 혼입될 수 있는 방법(100''')을 예시한다. 예를 들어, 냄새 감소제는 (103)에서 제공될 수 있고, 탄수화물 기반 중합체 물질은 (104)에서 제공될 수 있으며, 그들은 (106'')에서 함께 혼합된다. 예로써, 이는 마스터배치를 제제화할 때 유기 냄새 감소제가 탄수화물 기반 중합체 물질 내로 혼합되는 경우(예를 들어, 상용화제 또는 마스터배치에 포함될 다른 구성성분을 또한 첨가할 때 냄새 감소제가 탄수화물 기반 중합체 물질에 첨가되는 경우)에 발생할 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 냄새 감소제는 탄수화물 기반 중합체 물질 이 형성되는 출발 물질(들)과 혼합될 수 있다(예: 탄수화물 기반 중합체 물질이 형성되는, 물, 글리세린, 또는 전분 구성성분 중 하나 이상으로 냄새 감소제를 혼합함으로써). 여하튼, 선택된 방법은 그 안에 분산된 냄새 감소제를 포함하는 탄수화물 기반 중합체 물질을 초래한다. 그 농도는, 본원에 기재된 바와 같이, 매우 낮을 수 있다(예: 20 ppm). (110''')에서, 그러한 탄수화물 기반 중합체 물질(냄새 감소제 포함)은, 중합체 수지와 블렌딩함으로써(예: 전형적으로 열가소성 물질과 함께 용융 및 블렌딩하기 위해, 열의 적용을 수반함), 물품을 생산하는데 사용될 수 있다.
본원에 기재된 임의의 실시양태에 적용할 수 있는 표준 특징을 다시 참조하면, 생분해 시험(예: 바이오메탄 잠재성 시험, 또는 임의 적용 가능한 ASTM 표준, 예컨대 ASTM D-5511, ASTM D-5526, ASTM D-5338, 또는 ASTM D-6691)에 대한 대상 여부가 특징화될 수 있다. 그러한 시험 하에, 그리고 주어진 기간(예: 30일, 60일, 90일, 180일, 365일(1년), 2년, 3년, 4년, 또는 5년) 내에, 물품은 총 중합체 함유물, 및/또는 임의의 생분해 가능하지 않은 "다른" 중합체 함유물(탄수화물 기반 중합체 함유물 제외)의 실질적인 생분해를 제시할 수 있다. 바이오메탄 잠재성 시험은 전형적으로 30 또는 60일에 걸쳐 수행되지만, 때때로 최대 90일에 걸쳐 수행된다. 더 긴 기간 시험은 보다 전형적으로 임의의 상기 언급된 ASTM 표준 하에 수행된다. 예를 들어, 생분해 개선 첨가제가 없을 수 있거나 실질적으로 없는 물품은 그의 탄수화물 기반 중합체 물질 함량보다 더 큰 생분해를 제시할 수 있으며, 이는 다른 플라스틱 물질(들)이 또한 생분해된다는 것을 나타낸다(또는 바이오메탄 잠재성 시험 하에 생분해되는 가능성을 나타냄).
특히 물품으로 180일, 200일, 365일(1년), 2년, 3년, 또는 5년 동안 쓰레기 매립지 또는 다른 폐기 및/또는 분해 조건(예: 퇴비화 조건, 또는 해양 조건) 하에 생분해를 모의하는 시험을 수행할 때, 생분해는 물품 내의 탄수화물 기반 중합체 물질의 중량%보다 더 클 수 있다. 다시 말해서, 기재된 탄수화물 기반 중합체 물질의 포함은 달리 생분해 가능하지 않은 "다른" 중합체 물질의 적어도 일부 생분해를 초래할 수 있다.
예를 들어, 탄수화물 기반 중합체 물질과 PE의 블렌드로부터 형성된 물품은 그러한 기간 후에 필름 중 탄수화물 기반 중합체 물질의 중량 분율보다 더 큰 생분해를 나타낼 수 있으며, 이는 PE(이전까지는 생분해 가능하지 않은 것으로 고려됨)가 탄수화물 기반 중합체 물질과 함께 실제로 생분해된다는 것을 나타낸다. 그러한 결과는 놀랍고, 특히 유리하다.
바이오메탄 잠재성 시험은 메탄 생성을 기반으로 한 혐기성 생분해에 대한 잠재성을 총 메탄생성 잠재율(%)로서 결정한다. 바이오메탄 잠재성 시험은 ASTM D-5511 표준에 따라 시험된 샘플의 생분해성을 예측하는데 사용될 수 있고, 바이오메탄 잠재성 시험은 ASTM D-5511 표준으로부터의 하나 이상의 조건을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 바이오메탄 잠재성 시험은 약 52℃의 온도에서 수행될 수 있다. 추가적으로, 바이오메탄 잠재성 시험은, 예를 들어, 전형적인 30, 60일, 또는 때때로 최대 90일 이내에 완료될 그러한 시험을 가속화하기 위해, ASTM D-5511의 것과 상이한 일부 조건을 가질 수 있다. 바이오메탄 잠재성 시험은 50 중량% 내지 60 중량%의 물 및 40 중량% 내지 50 중량%의 유기 고형물을 갖는 접종물을 이용할 수 있다. 예를 들어, 바이오메탄 잠재성 시험에 사용된 접종물은 55 중량%의 물 및 45 중량%의 유기 고형물을 가질 수 있다. 바이오메탄 잠재성 시험은 또한 상이한 온도, 예컨대 35℃ 내지 55℃ 또는 40℃ 내지 50℃에서 수행될 수 있다.
생분해 시험을 수행하는 경우, 약 2 중량% 이하의 생분해 개선 첨가제(또는 바람직하게는 그가 없는 것)를 갖고 본원에 기재된 바와 같은 탄수화물 기반 중합체 물질 및 "다른" 중합체 물질을 상당한 양으로 갖는 물품은, 물품 내에 탄수화물 기반 중합체 물질의 도입의 결과로서, 향상된 분해를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 비-탄수화물 기반 중합체 물질(예: "다른" 중합체 물질)의 적어도 5%, 적어도 10%, 적어도 15%, 적어도 20%, 적어도 25%, 적어도 30%, 적어도 35%, 적어도 40%, 적어도 45%, 적어도 50%, 적어도 55%, 적어도 60%, 적어도 65%, 적어도 70%, 적어도 75%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 또는 심지어 적어도 95%가 쓰레기 매립지, 퇴비화, 및/또는 해양 조건(또는 상기를 모의하는 조건) 적용 시 적어도 약 1년, 적어도 약 2년, 적어도 약 3년, 또는 적어도 약 5년의 기간에 걸쳐 생분해될 수 있다. 그러한 생분해는 특히 주목할만하고 유리하다. 따라서 탄수화물 기반 중합체 물질은 생분해될 뿐만 아니라, 심지어 "다른" 중합체 물질 또한 자체적으로 달리 생분해 가능하지 않은 경우에도 생분해된다.
실시예는 증가된 시간에 따라, 적어도 일부 구현에서, 실질적으로 전체 물품이 생분해되도록(예: 180일, 또는 200일, 또는 365일(1년) 이내에, 2년 이내에, 3년 이내에, 5년 이내에, 또는 다른 기간 이내에 적어도 약 85%, 적어도 약 90%, 또는 적어도 약 95%의 생분해), 생분해의 양이 매우 높을 수 있다는 것을 제시한다.
도 2a는 본 개시내용에 따른 물품을 생산하기 위한 예시적인 제조 시스템(200)의 구성성분을 예시한다. 일부 경우에, 제조 시스템(200)은 도 1의 방법(100), 또는 도 1a-1c 중 임의의 것에 사용될 수 있다. 예시적인 예에서, 제조 시스템(200)은 압출기, 예컨대 단축 압출기 또는 이축 압출기이다.
한 구현에서, 하나 이상의 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질 및 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질은 제1 호퍼(202) 및 제2 호퍼(204)를 통해 제공된다. 상용화제는(예: 그의 마스터배치에) 하나의 물질 또는 양쪽 물질과 함께 포함될 수 있다.
하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질 및 하나 이상의 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질은 제1 챔버(206)에서 혼합되어 물질의 혼합물을 생산할 수 있다. 일부 경우에, 물질의 혼합물은 5 중량% 내지 40 중량%의 하나 이상의 탄수화물 기반 중합체 물질, 60 중량% 내지 94 중량%의 하나 이상의 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질, 및 1 중량% 내지 9 중량%의 하나 이상의 상용화제를 포함할 수 있다. 본원에 기재된 바와 같이, 소량의 냄새 감소제가 또한 존재할 수 있다. 범위는 물론, 바람직한 특징에 따라, 상기 범위를 초과하여 달라질 수 있다.
도 2a에 제시된 실시예 구현에서, 물질의 혼합물은 다수의 챔버, 예컨대 제1 챔버(206), 제2 챔버(208), 제3 챔버(210), 제4 챔버(212), 제5 챔버(214), 및 선택적인 제6 챔버(216)를 통해 통과될 수 있다. 물질의 혼합물은 챔버(206, 208, 210, 212, 214, 216)에서 가열될 수 있다. 일부 경우에, 챔버 중 하나의 온도는 챔버 중 또 다른 하나의 온도와 상이할 수 있다. 예시적인 예에서, 제1 챔버(206)는 120℃ 내지 140℃의 온도로 가열되고; 제2 챔버(208)는 130℃ 내지 160℃의 온도로 가열되고; 제3 챔버(210)는 135℃ 내지 165℃의 온도로 가열되고; 제4 챔버(212)는 140℃ 내지 170℃의 온도로 가열되고; 제5 챔버(214)는 145℃ 내지 180℃의 온도로 가열되고; 선택적인 제6 챔버(216)는 145℃ 내지 180℃의 온도로 가열된다.
그 후에 가열된 혼합물은 다이(218)를 사용하여 압출되어 압출된 물체, 예컨대 필름, 시트, 등이 형성될 수 있다. 사출 성형, 열성형, 또는 다른 플라스틱 생산 방법이 사용되어 기구, 플레이트, 컵, 병, 캡 또는 리드 등과 같은 다양한 물품이 제조될 수 있다. 필름 블로잉에서, 가스는 압출된 물체 내로 주입되어 상기 물체가 105 bar 내지 140 bar의 압력으로 팽창될 수 있다. 생성된 튜브(220)는 롤러(222)를 통해 당겨져서 전형적으로 0.02 mm(약 0.8 mil) 내지 0.05 mm(약 2 mil)의 두께를 갖는 필름(224)이 생성될 수 있다. 예를 들어, 0.1 mil(0.0025 mm)정도로 얇은 두께를 갖는, 심지어 더 얇은 필름이 본원에 기재된 바와 같은 블렌드를 사용하여 만들어질 수 있다. 물론, 2 mil보다 더 큰 두께 또한 달성될 수 있다. 일부 경우에, 필름(224)은 단일 층으로 구성될 수 있다. 다른 경우에, 필름(224)은 다중 층으로 구성될 수 있다. 다중 층이 존재하는 경우에, 상기 층 중 적어도 하나는 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 탄수화물 기반 중합체 물질은 하나 이상의 외부층에 존재할 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 탄수화물 기반 중합체 물질은 내부 층에 존재할 수 있다. 탄수화물 기반 중합체 물질이 외부층(들)에 포함되지 않는 경우에, 외부층(들)의 생분해는 발생하지 않을 수 있다.
도 2b 및 2c는 다이(218), 및 버블(220)의 형성을 개략적으로 예시하며, 이는 도 2의 블로잉된 필름 장치에 대해 추가의 상세한 설명을 제시하고, 특히 블로우업비 및 다이 갭의 특징이 어떻게 특히 증가된 강도에 대해 선택될 수 있는지 제시한다. 도 2b 및 2c에 제시된 바와 같이, 다이(218)는 외부 부재(218a) 및 내부 부재(218b), 및 그 사이에 정의된 다이 갭(226)을 포함할 수 있다. 본원에 기재된 바와 같이, 다이(218)는 특히 좁은 다이 갭, 예를 들어, 1000 미크론 미만, 900 미크론 미만, 800 미크론 미만, 700 미크론 미만, 600 미크론 미만, 또는 500 미크론 미만(예: 200 내지 500 미크론)을 제공하도록 구성될 수 있다. 이 좁은 다이 갭은 다른 열가소성 전분 구성성분을 포함하는 필름을 블로잉할 때 관련 기술분야의 상태에서 사용된 (및 아마도 필요한) 넓은 다이 갭에 대해 뚜렷하게 대조된다. 예를 들어, Leufgens는 1.6 내지 1.8 mm(즉, 1600 내지 1800 미크론)의 다이 갭을 기재한다. 높은 블로우업비에서도, 그러한 큰 다이 갭의 사용은 본원에 기재된 강도의 증가를 달성하는 것을 불 가능하게 만들 수 있다.
도 2b는 버블의 최대 직경(DB)을 다이 갭(DD)에서의 직경으로 나눈 비로서 정의되는 비교적 높은 블로우업비를 추가로 예시한다. 다른 말로 하면, 필름의 펼친 평평한 너비와 관련하여, 블로우업비는 0.637*(펼친 평평한 너비)/DD이다. 서리선(228)이 또한 도 2b에 제시되는데, 이는 이전에 용융된 버블의 물질이 결정화하기 시작하여, 서리선(228)에서 그러한 결정화 영역에 비해 보다 반투명한 외관을 갖도록 하는 점이다. 본원에 기재된 바와 같이, 블로우업비는 적어도 2.0, 예를 들어, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0, 2.2 내지 2.8, 또는 약 2.5이다. 출원인은 1.5와 같은 전형적인 블로잉 형성 블로우업비에서 적어도 2, 예컨대 2.5까지 블로우업비를 단순히 증가시킴으로써 필름에 대한 강도가 증가되었음을 관찰하였다. 강도는 최대 약 3의 값까지 증가하는 것으로 관찰된 바 있으며, 2-3, 2.2 내지 2.8, 또는 약 2.5의 값이 특히 적절하도록, 이 후 강도의 유의한 추가의 증가는 관찰되지 않았다. 본원에 기재된 바와 같이, 다이 갭은 특히 기재된 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는 블렌드를 블로잉할 때, 좁은 값으로 유지되어 기재된 강도의 증가에 또한 기여할 수 있다.
예로써, 500 미크론 미만의 다이 갭 및 적어도 2(예: 2.2 내지 2.8, 또는 약 2.5)의 블로우업비가 특히 최대 1.5 mil(예: 0.1 mil 내지 1.5 mil)의 두께를 갖는 그러한 블렌드로부터 필름을 블로잉하는데 매우 적합하다. 더 두꺼운 필름을 블로잉하기 위해(더 두꺼운 필름이 필요했던 경우에), 다이 갭은 그를 통해 용융된 물질의 흐름을 수용하기 위해 증가될 필요가 있을 수 있다. 예를 들어, 10 mil, 또는 심지어 5 mil의 매우 두꺼운 필름을 블로잉하기 위해, 다이 갭은 약간 증가될 필요가 있을 수 있다(그러나 값은 여전히 1000 미크론 미만, 또는 심지어 500 미크론 미만일 수 있음).
본원에 기재된 개념은 하기 실시예에 추가로 설명될 것이다.
실시예
실시예 1
11개의 전분 기반 중합체를, 물을 제외하고, 27% 탈로우 글리세린(99% 순수 글리세린) 및 73% 전분으로부터 형성하였다. 각각의 완성된 전분 기반 중합체는 < 약 1% 물을 나타내었고, 각각 25 중량%, 70 중량%, 및 5 중량%의 비율로 LLDPE 및 무수물-변형된 LLDPE와 혼합되었다. 그 후에 생성된 혼합물을 압출하고 필름 내로 블로잉하였다. 각 필름의 70%는 LLDPE였고, 25%는 전분 기반 중합체였고, 각 필름의 5%는 무수물-변형된 LLDPE였다. 그 후에 필름을 ASTM D-1709에 따른 낙하 다트 충격 시험을 사용하여 시험하였다. 시험된 전분 및 강도 시험 결과의 조합(단위: 그램)은 표 3에 제시된다. 표 3의 결과는 전분의 혼합물로부터 형성된 샘플이 단일 전분으로부터 형성된 샘플의 다트 낙하 충격 시험 값보다 더 큰 다트 낙하 충격 시험 값을 갖는다는 것을 제시한다.
도 5는 필름에서 전분 기반 NuPlastiQ 또는 "ESR"의 백분율을 기반으로 한 상이한 두께 필름(0.5 mil, 1 mil, 1.5 mil, 2.0 mils)에 대한 다트 충격 시험 강도를 기록한다. 도 5에 제시된 형성된 필름에서 사용된 NuPlastiQ 또는 ESR은 90% 옥수수 전분 및 10% 감자 전분을 포함한 전분의 블렌드로부터 형성하였다. 도 5는 필름의 강도가 NuPlastiQ 또는 ESR 백분율의 증가에 따라, 약 20% 내지 약 25% NuPlastiQ 또는 ESR에서의 최대 강도까지 어떻게 증가하는지 제시한다. 블렌드의 나머지는, 본원에 기재된 바와 같이, 폴리에틸렌 및 적절한 상용화제를 포함한다.
도 6a는 25% 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하며, 나머지가 본원에 기재된 바와 같은 상용화제의 작은 분율(예: 약 5%) 및 PE(약 70%)인 필름에 대한 상이한 두께 필름(약 0.1 mil 내지 최대 2 mil)에 대한 다트 충격 시험 강도를 기록한다. 도 6은 또한 모든 점에서 본 개시내용에 따른 블렌드보다 더 작은, 100% PE 필름에 대한 비교 강도를 제시한다. 도 6은 장바구니용 백(예: 상품을 담기 위해 슈퍼마켓 농산물 코너에서 소비자에게 제공되는 백), 다양한 "운반용" 백(예: 들고 가기 위해 제공되는 식료품용 및 다른 플라스틱 백), 및 감자 백(슈퍼마켓의 농산물 코너에서 전형적으로 5, 10, 또는 20 파운드의 감자를 담기 위해 사용되는 플라스틱 백)에 대한 다양한 다른 시험된 참조 점을 추가로 제시한다. 실시예 8은 유사하지만, "다른" 중합체 물질이 석유 공급원으로부터 유래된 합성 LLDPE가 아닌 바이오폴리에틸렌인 블렌드에 대한 결과를 제시한다.
도 7은 본 개시내용에 따른 다양한 블렌딩된 필름, 뿐만 아니라 비교 필름(예: 100% LLDPE, 100% 재활용 LLDPE(rLLDPE))에 대한 상이한 두께 필름(0.5 mil 미만 내지 최대 약 2 mil)에 대한 다트 충격 시험 강도를 기록한다. 버진 물질(virgin material)로부터 형성된 필름에 대한 강도 특징을 제시하는 것에 더하여(25% NuPlastiQ 또는 ESR, 70% LLDPE, 5% 상용화제(25% NuPlastiQ 또는 ESR/75% LLDPE로 표지됨), 도 7은 또한 그러한 재활용 물질(rLDESR)이 그 후에 버진 물질과 블렌딩되었을 때(25% NuPlastiQ 또는 ESR/25% rLDESR/50% LLDPE로 표지됨), 또는 재활용 LLDPE(rLLDPE)가 블렌드에서 사용된 경우에(25% NuPlastiQ 또는 ESR/25% rLLDPE/50% LLDPE로 표지됨) 생성된 강도를 제시한다. 강도 결과는 이전에 기재된 증가된 재생 가능성 및 생분해성 특징에 더하여, 제시된 바와 같이, PE 중합체 물질의 사용과 비교하여 개선된다.
실시예 2
ASTM D-5511에 따라 생분해성 특징을 결정하기 위해 3개 샘플을 349일 동안 시험하였다. 시험은 실물 크기 혐기성 소화조(쓰레기 매립지)의 조건을 복제하기 위해 의도되었다. 3개 샘플(1342, 1343, 및 1344로 지칭됨)의 결과는 도 8a-8b 및 표 4에 제시된다. 도 8a는 대조군과 비교하여, 샘플 1343, 1343, 및 1344 모두에 대한 결과를 제시한다. 도 8b는 대조군과 비교하여, 샘플 1344 단독에 대한 결과를 제시한다. 샘플 1342는 30% NuPlastiQ 또는 ESR(10% 미만 결정화도를 갖는 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질), 67% PBAT, 및 3% 상용화제로부터 형성되었고, 1.1 mil의 두께를 가졌다. 샘플 1343은 27.5% NuPlastiQ 또는 ESR, 70% PBAT, 및 2.5% 상용화제로부터 형성되었고, 1.0 mil의 두께를 가졌다. 샘플 1344는 40% NuPlastiQ 또는 ESR, 56% LLDPE, 및 4% 상용화제로부터 형성되었고, 1.0 mil의 두께를 가졌다.
도 8a-8b는 204일 후에 음성 대조군이 2.5% 분해되었고, 양성 대조군이 86.5% 분해되었고, 샘플 1342가 43.3% 분해되었고, 샘플 1343이 53.9% 분해되었고, 샘플 1344가 77.2% 분해되었다는 것을 제시한다. 349일에, 분해 값은 표 4에 제시된 바와 같다.
생분해는 349일 후에 특히 훌륭하다. 예를 들어, PBAT를 포함하는 샘플(1342 및 1343)은 필름에 포함된 탄수화물 기반 중합체 물질의 분율보다 훨씬 더 큰 생분해율로 매우 우수한 생분해를 제시하지만, 샘플 1344(도 8b 참조)는 훨씬 더 놀랍게도, 거의 96% 생분해를 제시하며(양성 대조군보다도 더 높음), 이때 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질은, 정상 환경 하에 물론 생분해 가능하지 않은 폴리에틸렌이다(예: 표 4에서 100% 폴리에틸렌이었던 음성 대조군 참조). 그러한 생분해 결과는 주목할만하고, 특히 유리하다.
실시예 3
60일, 107일, 202일, 317일, 439일, 573일, 및 834일 후에 ASTM D-5526에 따라 혐기성 생분해에 대해 25% NuPlastiQ 또는 ESR, 70% LLDPE 및 5% 상용화제의 블렌드로 만들어진 감자 포장용 백을 시험하였다. 시험은 실물 크기 혐기성 소화조(쓰레기 매립지)의 조건을 복제하기 위해 의도되었다. 시험을 다양한 조건 하에, 약 35%, 45%, 및 60% 유기 고형물을 갖고 나머지가 물인 접종물로 수행하였다. 35% 유기 고형물(및 65% 물)을 포함한 접종물에 대한 결과는 도 9 및 표 5A에 제시된다. 표 5B는 다른 접종물 값, 및 다른 샘플에 대한 결과를 제시한다. 감자 백은 1.35 mil의 두께를 가졌다. 이들 백은 샘플 1072로 지칭된다.
[표 5a]
25% NuPlastiQ 또는 ESR, 및 70% LLDPE로 만들어진 감자 백은 모의 쓰레기 매립 조건 하에 834일에 걸쳐 주목할만한 81% 생분해를 제시하였다. NuPlastiQ 또는 ESR은 폴리에틸렌으로 균질하게 블렌딩되고, 유리하게는 폴리에틸렌의 긴 탄소 쇄가 파괴되고, 탄수화물 기반 중합체 NuPlastiQ 또는 ESR 물질을 소비하는 동일한 미생물에 의해 소화된다. 그러한 결과는 폴리에틸렌을 포함한 전체 백이 이산화탄소, 메탄, 및 물로 생분해되는 것을 제시한다. 상기 결과는 놀랍고 특히 유리하다.
45% 유기 고형물 및 60% 유기 고형물로 수행된 시험은 또한 생분해율이 감자 백에 포함된 NuPlastiQ 또는 ESR율을 초과하는 결과를 제시하였다. 시험을 또한 1%의 생분해 개선 첨가제를 포함한 유사한 감자 백(샘플 1073), 및 EcoFLEXTM 퇴비화 가능한 수지, 및 메탈로센 LLDPE를 포함한 다른 유사한 감자 백(샘플 1075)으로 수행하였다.
[표 5b]
실시예 4
ASTM D-5338에 따라 201일 및 370일 후의 혐기성 생분해에 대해 NuPlastiQ 또는 ESR 및 LLDPE의 블렌드로 만들어진 필름을 시험하였다. 조건은 호기성 소화 및/또는 산업용 퇴비 조건을 모의하였다. 시험된 필름은 370일 후 결과를 제시하는 표 6 및 도 10a-10b에 1345 및 1346으로 표지된다. 201일에, 샘플 1345 및 1346은 각각 74.2% 및 72.4%의 조정된 생분해율 값을 제시한 반면, 음성 대조군은 -3.3%를 제시하고 양성 대조군은 100%를 제시하였다. 도 10a-10b는 실제 생분해율을 플롯팅한다. 샘플 1345는 25% NuPlastiQ 또는 ESR, 72.5% LLDPE, 및 2.5% 상용화제를 포함하였다. 샘플 1346은 40% NuPlastiQ 또는 ESR, 56% LLDPE, 및 4% 상용화제를 포함하였다. 양 필름은 1.0 mil의 두께를 가졌다.
생분해는 370일 후, 특히 샘플 1345에서 특히 훌륭하다. 이 샘플(도 10b 참조)은 97% 이상의 생분해를 제시하며 이때 생분해 가능하지 않은 플라스틱 물질은 정상 환경 하에서 물론 생분해 가능하지 않은 폴리에틸렌이다(예: 표 6에서 100% 폴리에틸렌이었던 음성 대조군 참조). 그러한 생분해 결과는 주목할만하고, 특히 유리하다.
실시예 5
해양 조건을 모의하도록 의도된, ASTM D-6691에 따라 205일 후의 혐기성 생분해에 대해 NuPlastiQ 또는 ESR 및 PBAT의 블렌드로 만들어진 필름을 시험하였다. 시험된 필름은 표 7 및 도 11에서 1439 및 1440로 표지된다. 205일에, 샘플 1439 및 1440은 각각 49.6% 및 53.6%의 조정된 생분해율 값을 제시하였다. 샘플 1439는 30% NuPlastiQ 또는 ESR, 67% PBAT, 및 3% 상용화제를 포함하였다. 샘플 1440은 27% NuPlastiQ 또는 ESR, 70% PBAT, 및 2.5% 상용화제를 포함하였다. 샘플 필름 1439는 1.1 mil의 두께를 가졌고, 샘플 필름 1440은 1.0 mil의 두께를 가졌다.
실시예 6
추가의 제조된 필름을 생분해성에 대해 시험하였다. 하기 표 8은 그러한 시험의 결과를 요약하며, 이 중 일부는 상기에 상세하게 기재되어 있다. 그러한 시험은 다양한 모의 조건(예: 쓰레기 매립지, 퇴비화, 해양 환경) 하에, 탄수화물 기반 중합체 물질, 및 상이한 중합체 물질의 넓은 범위의 분율에 걸쳐 훌륭한 생분해성 결과를 제시한다.
실시예 7
본 발명에 따라, 탄수화물 기반 중합체 물질의 상이한 로딩 수준에 대한 생분해성을 평가하기 위해 추가의 시험을 수행하였다. 시험은 ASTM D5511에 따랐다. 시험된 샘플에서 탄수화물 기반 중합체 물질의 수준은 블렌드의 0 중량%(대조군), 1 중량%, 5 중량%, 10 중량%, 및 20 중량%였다. 하기 표 9는 그러한 시험의 결과를 요약한다. 1% 로딩의 경우에도, 65일 후 생분해율(2.7%)은 로딩 양(단지 1%)보다 더 크며, 이는 블렌드에 포함된 폴리에틸렌이 또한 분해되고 있다는 것을 의미한다. 이러한 경향은 95일에 나타난 데이터에서도 계속되고 있는데, 여기서 생분해율은 계속 증가하고 있다(예: 95일에 5%). 5%, 10%, 및 20%의 탄수화물 기반 중합체 물질의 더 높은 로딩에서 보다 가속화된 결과가 보인다. 생분해성을 부여하는 탄수화물 기반 중합체 물질이 로딩된 모든 샘플에서, 전체 생분해 가능하지 않은 플라스틱 함량은 예를 들어, 그러한 폐기 조건 하에 합리적인 기간 이내에(예: 1년, 2년, 3년, 4년, 또는 5년 이내에) 분해될 것으로 예상된다.
실시예 8
바이오-폴리에틸렌(Braskem으로부터 공급됨), NuPlastiQ 또는 ESR, 및 Bynel® 상용화제의 블렌드로부터 필름을 제조하였다. 일단 형성되면, 생성된 필름을 다트 강도에 대해 시험하였다(예: ASTM D-1709에 따름). 필름을 0.5 mil 내지 최대 2 mil의 다양한 두께, 및 NuPlastiQ 또는 ESR 0 중량% 내지 35 중량% 범위의 전분 기반 중합체 물질(NuPlastiQ 또는 ESR)의 다양한 백분율로 블로잉하였다. 결과는 도 12a 및 12b에 제시된다.
도 12a로부터 명백한 바와 같이, 바이오폴리에틸렌 단독(NuPlastiQ 또는 ESR 없음)은 0.5 mil의 두께에 대해 약 120 g의 다트 강도, 1 mil의 두께에 대해 약 155 g의 다트 강도, 1.5 mil의 두께에 대해 약 200 g의 다트 강도, 및 2 mil의 두께에 대해 약 270 g의 다트 강도를 제공한다. 근사치 다트 강도는 표 10A에 제시된다. 표 10B는 순수 바이오폴리에틸렌 필름과 비교하여 강도 증가율을 제시한다. 필름에서 NuPlastiQ 또는 ESR의 모든 두께, 및 모든 시험된 백분율에 대하여 증가한다는 것이 확실하게 명백하다. 강도의 증가는 필름이 더 두꺼워질수록 특히 높다(즉, 증가율은 더 얇은 필름과 비교하여 더 두꺼운 필름에 대하여 더 극적임).
[표 10a]
[표 10b]
그러한 필름을 형성하고 시험하는데 있어서, 출원인은 증가된 강도의 결과가 합성 석유화학 폴리에틸렌을 사용하여 나타난 결과와 일반적으로 잘 맞는다는 것을 관찰하였다. 상기 언급된 바와 같이, 블렌드에서 바이오폴리에틸렌 물질을 사용할 때, 강도의 개선이 두께가 증가하면서 보다 급속하게 증가된다는 것을 관찰하였다(즉, 백분율 증가는 더 얇은 필름과 비교하여 더 두꺼움 필름에 대하여 가장 극적임).
또한 전분 기반 NuPlastiQ 또는 ESR과 바이오폴리에틸렌에 대한 스윗스팟이 석유화학 공급된 폴리에틸렌으로 관찰된 약 25%가 아닌 약 15%에서 있을 수 있다는 것이 관찰되었다. 그럼에도, 강도의 증가는 NuPlastiQ 또는 ESR과 염기 수지를 블렌딩할 때 유사하게 관찰되었다.
최종적으로, 실시예 8에 따라 형성된 필름은 40%를 훨씬 초과하는 생함량을 포함하며, 이는 특히 유리한데, 염기 수지(예: 본원에 기재된 것과 같은 임의의 "친환경" 지속 가능한 중합체 물질) 및 탄수화물 기반 또는 전분 기반 NuPlastiQ 또는 ESR 물질 둘 다가 지속 가능한 물질로부터 유래되었기 때문이다. 생함량에 포함되지 않은 필름의 유일한 구성성분은 상용화제이다(이용 가능한 경우에, 지속 가능한 상용화제가 사용될 수 있음). 따라서 생함량은 필름 또는 다른 생성물의 적어도 40 중량%, 적어도 45 중량%, 적어도 50 중량%, 적어도 55 중량%, 적어도 60 중량%, 적어도 65 중량%, 적어도 70 중량%, 적어도 75 중량%, 적어도 80 중량%, 적어도 85 중량%, 적어도 90 중량%, 또는 심지어 적어도 95 중량%일 수 있다. 실시예 8의 필름은, Bynel® 상용화제 이외에, 생함량으로 이루어지는데, 90 중량% 초과의 생함량을 포함하도록 한다.
최종적으로, 실시예 8의 필름은, 상기 기재된 실시예에서 시험된 다양한 다른 시험된 폴리에틸렌에 대해 기재된 바와 유사한 방식으로, 실질적으로 완전히 생분해 가능하다. 따라서 본 발명은 지속 가능할 뿐만 아니라 생분해 가능한 매우 높은 생함량 중합체 필름 및 다른 제품을 제공한다.
실시예 9
본 실시예는 블로우업비 및/또는 다이 갭의 영향을 예시한다. 다트 충격 시험 강도는 폴리에틸렌 단독으로부터 형성된 필름, 및 NuPlastiQ 또는 ESR, 폴리에틸렌, 및 상용화제의 블렌드로부터 형성된 필름을 포함한, 다양한 필름에 대해 측정된다. 블렌드로부터 형성된 필름은 25% 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질, 5% 상용화제, 및 70% 폴리에틸렌을 포함한다. 모든 필름은 약 2.5의 블로우업비에서 블로잉된다. 출원인은 강도의 증가가 필름을 증가된 블로우업비에서 블렌드로 블로잉할 때 관찰되지만, 블로우업비는 폴리에틸렌 단독으로부터 필름을 블로잉할 때 강도에 대한 임의의 유의한 영향을 미치지 않는다는 것을 관찰하였다. 다시 말해서, 폴리에틸렌 단독을 사용하면, 강도는 블로우업비가 1.5, 3, 또는 그 사이의 어디든지 실질적으로 동일하다. 하기 표 11은 대조군과 비교하여 본 발명의 다양한 두께의 필름에 대한 근사치 다트 충격 값(단위: 그램), 뿐만 아니라 대조군과 비교하여 다양한 블렌드에 대한 강도 증가율을 제시한다.
도 13은 예를 들어, 약 2.5의 블로우업비에서, 폴리에틸렌과 25% NuPlastiQ 또는 ESR 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질의 블렌드로부터 형성된 필름과 비교하여, 다양한 필름 두께에서 100% 폴리에틸렌 필름에 대한 추가의 비교 다트 충격 강도 데이터를 제시한다. 도 13은 0.1 mil만큼 작은 두께를 갖는 필름을 생산하는 능력을 제시한다. 본원에 기재된 바와 같이, 폴리에틸렌 물질 단독으로부터 그러한 얇은 필름을 형성하는데 상당한 어려움이 있을 수 있다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 100% 폴리에틸렌 필름의 강도는 실질적으로 블로우업비와는 관계없다(즉, 강도는 1.5의 블로우업비에서, 또는 2.0, 또는 2.5, 또는 3.0의 블로우업비에서 실질적으로 동일함). 모든 점에서, 25% NuPlastiQ 또는 ESR 재생 가능한 탄수화물 기반 중합체 물질 블렌드로부터 형성된 필름의 강도는 폴리에틸렌 단독으로부터 형성된 필름의 강도보다 더 크다.
실시예 10
실시예 10 내지 14는 냄새 감소제의 첨가를 예시한다. 실시예 10은 비교예이다. 샘플을 탄수화물 기반 중합체 물질과 또 다른 중합체 수지(폴리에틸렌으로서 선택됨), 뿐만 아니라 말레산 무수물 변형된 PE 상용화제의 블렌드로부터 제조한다. 상용화제는 5 중량%의 양으로 포함된다. 탄수화물 기반 중합체 물질의 양은 5 중량% 내지 최대 50 중량%로 달라지며, 나머지는 폴리에틸렌 중합체 수지이다. 이들 샘플은 임의의 냄새 감소제를 포함하지 않고, 팝콘과 같은 냄새, 캐러멜콘 같은 냄새, 또는 약간 탄 전분 냄새로 설명될 수 있는 탄수화물 기반 중합체 물질의 약간 특유의 냄새를 나타낸다. 냄새는 물품의 기하학적 형상이 상대적으로 개방될 때(예: 물질의 평면 시트 또는 필름) 거의 관찰이 불 가능하지만, 냄새는 기하학적 형상이 상대적으로 폐쇄될 때(예: 컵의 형태, 또는 필름이 롤에 감겨 있을 경우) 더욱 두드러진다.
실시예 11
샘플은 실시예 10의 것과 동일하지만, 그 안에 냄새 감소제로서 4-히드록시-3-메톡시벤즈알데히드(바닐린)의 작은 분율을 포함하도록 제조된다. 냄새 감소제는 분말로서, 예를 들어, 동결 건조된 분말로서 제공된다. 분말을 탄수화물 기반 중합체 물질을 만드는데 사용된 액체 구성성분(예: 물 및/또는 글리세린)과 혼합하여 그 안에 냄새 감소제의 균질한 분산을 수득한다. 탄수화물 기반 중합체 물질은 그 후에 실시예 10(및 실시예 1)과 동일한 방법으로 물, 글리세린, 및 전분으로부터 형성되어, 완성된 탄수화물 기반 중합체 물질은 20 ppm(0.002 중량%)의 수준으로 그 안에 분산된 냄새 감소제를 포함한다. 각 샘플에서, 탄수화물 기반 중합체 물질 대 냄새 감소제(NuPlastiQ 또는 ESR 대 ORA 비)의 비는 50,000:1이다.
샘플에 대한 특징은 표 12에 제시된 바와 같다.
실시예 10의 달리 동일한 샘플과는 대조적으로, 이들 샘플은 실시예 10에 기재된 약간 특유의 냄새를 더이상 나타내지 않는다. 냄새의 차이는 블렌드가 컵의 형태로 성형되는 경우와 같이, 상대적으로 폐쇄된 기하학적 형상에서 특히 명백하다. 비교로써, 표 12에 제시된 그러한 블렌드로부터 형성된 컵은 100% 폴리에틸렌으로부터 형성된 컵과 유사하게 식별 가능한 냄새를 나타내지 않는다. 적은 양의 냄새 감소제가 탄수화물 기반 중합체 함량과 전형적으로 연관된 특유의 냄새를 상쇄시키기에 충분하다는 것은 놀라운 일이다.
실시예 12
샘플은 실시예 10의 것과 동일하지만, 그 안에 냄새 감소제로서 동결 건조된 딸기 분말의 작은 분율을 포함하도록 제조된다. 분말화 냄새 감소제는 20 ppm (0.002 중량%)의 수준으로 탄수화물 기반 중합체 물질에 분산된다.
물품은 실시예 10과 동일한 방법으로 형성되지만, 그 안에 분산된 냄새 감소제의 작은 분율을 포함한다.
실시예 10의 달리 동일한 샘플과는 대조적으로, 이들 샘플은 실시예 10에 기재된 약간 특유의 냄새를 더이상 나타내지 않는다. 냄새의 차이는 블렌드가 컵의 형태로 성형되는 경우와 같이, 상대적으로 폐쇄된 기하학적 형상에서 특히 명백하다. 비교로써, 표 13에 제시된 바와 같은 그러한 블렌드로부터 형성된 컵은 100% 폴리에틸렌으로부터 형성된 컵과 유사하게 식별 가능한 냄새를 나타내지 않는다. 적은 양의 냄새 감소제가 탄수화물 기반 중합체 함량과 전형적으로 연관된 특유의 냄새를 상쇄시키기에 충분하다는 것은 놀라운 일이다.
실시예 13
샘플은 실시예 10의 것과 동일하지만, 그 안에 냄새 감소제로서 동결 건조된 블루베리 분말의 작은 분율을 포함하도록 제조된다. 분말화 냄새 감소제는 20 ppm(0.002 중량%)의 수준으로 탄수화물 기반 중합체 물질에 분산된다.
물품은 실시예 10과 동일한 방법으로 형성되지만, 그 안에 분산된 냄새 감소제의 작은 분율을 포함한다.
실시예 10의 달리 동일한 샘플과는 대조적으로, 이들 샘플은 실시예 10에 기재된 약간 특유의 냄새를 더이상 나타내지 않는다. 냄새의 차이는 블렌드가 컵의 형태로 성형되는 경우와 같이, 상대적으로 폐쇄된 기하학적 형상에서 특히 명백하다. 비교로써, 표 14에 제시된 바와 같은 그러한 블렌드로부터 형성된 컵은 100% 폴리에틸렌으로부터 형성된 컵과 유사하게 식별 가능한 냄새를 나타내지 않는다. 적은 양의 냄새 감소제가 탄수화물 기반 중합체 함량과 전형적으로 연관된 특유의 냄새를 상쇄시키기에 충분하다는 것은 놀라운 일이다.
실시예 14
샘플은 실시예 10과 유사한 방법이지만, 그 안에 냄새 감소제로서 동결 건조된 바닐린 분말의 다양한 작은 분율을 포함하도록 제조된다. 분말화 냄새 감소제는 5 ppm(0.0005 중량%) 내지 100 ppm(0.01 중량%)의 수준으로 탄수화물 기반 중합체 물질에 분산된다.
물품은 실시예 10과 동일한 방법으로 형성되지만, 그 안에 분산된 냄새 감소제의 작은 분율을 포함한다.
실시예 10의 달리 동일한 샘플과는 대조적으로, 이들 샘플은 실시예 10에 기재된 약간 특유의 냄새를 더이상 나타내지 않는다. 냄새의 차이는 블렌드가 컵의 형태로 성형되는 경우와 같이, 상대적으로 폐쇄된 기하학적 형상에서 특히 명백하다. 비교로써, 표 15에 제시된 바와 같은 그러한 블렌드로부터 형성된 컵은 100% 폴리에틸렌으로부터 형성된 컵과 유사하게 식별 가능한 냄새를 나타내지 않는다. 적은 양의 냄새 감소제가 탄수화물 기반 중합체 함량과 전형적으로 연관된 특유의 냄새를 상쇄시키기에 충분하다는 것은 놀라운 일이다. 상대적으로 더 높은 수준의 바닐린(예: 100 ppm 이상)은 특유의 좋은 바닐라 냄새를 포함하기 시작할 수 있다.
IV. 결론
결론적으로, 다양한 구현이 구조적 특색 및/또는 방법론적 행위에 대해 특이적인 언어로 기재된 바 있지만, 첨부된 제시에 정의된 주제가 반드시 기재된 특이적 특색 또는 행위로 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 오히려, 특이적 특색 및 행위는 청구된 주제를 구현하는 예시의 형태로 개시된다.
결론적으로, 본원에 개시된 본 발명의 실시양태는 본 발명의 원리를 예시한다는 것이 이해되어야 한다. 이용될 수 있는 다른 변형은 본 발명의 범주 내에 있다. 따라서, 예로써, 비제한적으로, 본 발명의 대안적인 구성은 본원의 교시에 따라 활용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 제시되고 기재된 바와 같이 정확하게 제한되지는 않는다.
본 개시내용의 범주가 임의의 청구항을 임의의 다른 청구항에 종속되도록 재작성하고/하거나, 다른 청구항의 임의의 조합으로부터 다중 종속항을 포함하고/하거나, 다중 청구항과 함께 조합하도록 확장된다는 것이 이해될 것이다. 이는 또한 발명의 요약 섹션에 기재된 바와 같이 "청구될 예시적인 개념의 요약"으로 확장된다. 본 개시내용의 범주는 또한 임의의 청구항으로부터 임의의 조합 특징을 삽입 및/또는 제거하기 위해, 또 다른 청구항에 삽입하기 위해, 또는 임의의 다른 청구항(들)로부터 그러한 특색의 임의의 조합을 포함한 새로운 청구항을 드래프팅하기 위해 확장된다.
Claims (51)
- 20% 이하의 결정화도를 갖는 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질; 및
상기 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질과 블렌딩된 또 다른 중합체 물질을 포함하는 물품으로서,
상기 물품의 강도가, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질 없이, 상기 다른 중합체 물질로만 만들어진 경우에 물품이 가질 수 있는 것보다 적어도 5% 초과인 것; 또는
모의 쓰레기 매립 조건 하에 5년 이내에 생분해되는 물품의 양이 상기 탄수화물 기반 중합체 물질의 양보다 더 많은 것 중 적어도 하나인, 물품. - 제1항에 있어서, 상기 다른 중합체 물질이 폴리올레핀을 포함하는, 물품.
- 제1항에 있어서, 상기 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질이 20% 미만, 바람직하게는 15% 미만, 보다 바람직하게는 10% 미만의 결정화도를 갖는, 물품.
- 제1항에 있어서, 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질이 70℃ 초과, 75℃ 초과, 80℃ 초과, 70℃ 내지 100℃, 또는 80℃ 내지 100℃의 유리 전이 온도, 열 변형 온도, 또는 비캣 연화 온도를 갖는, 물품.
- 제1항에 있어서, 상기 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질이 적어도 1.0 GPa의 영률을 갖는, 물품.
- 제1항에 있어서, 상기 다른 중합체 물질이 폴리에틸렌을 포함하는, 물품.
- 제6항에 있어서, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질과 폴리에틸렌의 블렌드로부터 형성되는 필름을 포함하는, 물품.
- 제1항에 있어서, 상기 다른 중합체 물질이 자체적으로 생분해 가능하지 않은 석유화학 기반 중합체 물질을 포함하는, 물품.
- 제1항에 있어서, 상기 다른 중합체 물질이 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스테르, 폴리스티렌, ABS, 나일론, 폴리비닐 클로라이드, PBAT, 또는 폴리카르보네이트 중 하나 이상을 포함하는, 물품.
- 제1항에 있어서, 5 중량%의 상기 탄수화물 기반 중합체 물질은, 모의 쓰레기 매립 조건 하에 5년 이내에 생분해되는 물품의 양이 상기 탄수화물 기반 중합체 물질의 양보다 더 많을 정도로, 상기 다른 중합체 물질을 생분해 가능하게 만들기에 충분한, 물품.
- 제1항에 있어서, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질과 상기 다른 중합체 물질의 블렌드가 적어도 5 중량%의 상기 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는, 물품.
- 제1항에 있어서, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질과 상기 다른 중합체 물질의 블렌드가, 5 중량% 내지 50 중량%의 상기 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는, 물품.
- 제1항에 있어서, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질과 상기 다른 중합체 물질의 블렌드가, 10 중량% 내지 50 중량%의 상기 탄수화물 기반 중합체 물질을 포함하는, 물품.
- 제1항에 있어서, 상기 물품은 0.005 mm 미만, 바람직하게는 0.002 mm 내지 0.004 mm인 두께를 갖는 필름을 포함하는, 물품.
- 제1항에 있어서, 상기 물품은 0.0025 mm(0.1 mil) 내지 0.25 mm(10 mil)인 두께를 갖는 필름을 포함하는, 물품.
- 제1항에 있어서, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질이 전분 기반 중합체 물질을 포함하는, 물품.
- 제16항에 있어서, 상기 전분 기반 중합체 물질이 전분 및 가소제로부터 형성되는, 물품.
- 제17항에 있어서, 상기 전분이 감자 전분, 옥수수 전분, 또는 타피오카 전분 중 하나 이상을 포함하고, 가소제가 글리세린을 포함하는, 물품.
- 제16항에 있어서, 상기 전분 기반 중합체 물질이 적어도 2종의 상이한 전분의 블렌드로부터 형성되는, 물품.
- 제1항에 있어서, 상기 물품이 두께 1 mil(0.0254 mm) 당 적어도 100 g, 바람직하게는 두께 1 mil(0.0254 mm) 당 적어도 140 g의 다트 강도(dart strength)를 갖는 필름을 포함하는, 물품.
- 제1항에 있어서, 상기 물품의 강도가, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질 없이, 상기 다른 중합체 물질로만 만들어진 경우에 물품이 가질 수 있는 것보다 적어도 10% 초과인, 물품.
- 제1항에 있어서, 상기 다른 중합체 물질이 지속 가능한 중합체 물질을 포함하는, 물품.
- 제22항에 있어서, 상기 다른 중합체 물질이 사탕수수 또는 옥수수 중 하나 이상으로부터 형성된 지속 가능한 중합체 물질을 포함하는, 물품.
- 제22항에 있어서, 상기 물품 중 중합체 함량의 적어도 90%가 지속 가능한 공급원으로부터 공급되는, 물품.
- 제22항에 있어서, 상기 물품은 필름, 시트, 병, 또는 다른 용기 중 적어도 하나를 포함하는, 물품.
- 제22항에 있어서, 상기 지속 가능한 중합체 물질이 지속 가능한 공급원으로부터 형성된 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 중 하나 이상을 포함하는, 물품.
- 제1항에 있어서, 상기 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질과 상기 다른 중합체 물질의 블렌드가 냄새 감소제를 추가로 포함하고, 상기 냄새 감소제는 바람직하게는 유기 냄새 감소제이며, 상기 냄새 감소제의 부재 시에는, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질이 특유의 탄 탄수화물 냄새를 물품에 부여할 수 있는, 물품.
- 제27항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 동결 건조된 분말을 포함하는, 물품.
- 제27항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 바닐라 추출물을 포함하는, 물품.
- 제27항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 바닐린을 포함하는, 물품.
- 제27항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 하기 화학 구조를 갖는, 물품:
- 제27항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 본질적으로 4-히드록시-3-메톡시벤즈알데히드로 이루어진, 물품.
- 제27항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 상기 블렌드의 1% 이하, 바람직하게는 0.1% 이하, 보다 바람직하게는 0.01% 이하, 보다 바람직하게는 1000 ppm 이하, 보다 바람직하게는 100 ppm 이하, 보다 바람직하게는 50 ppm 이하, 가장 바람직하게는 20 ppm 이하를 포함하는, 물품.
- 제27항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 상기 탄수화물 기반 중합체 물질에 대해 1:1000 내지 1:100,000, 바람직하게는 1:25,000 내지 1:75,000의 비로 존재하는, 물품.
- 제27항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 과일 추출물을 포함하는, 물품.
- 제35항에 있어서, 상기 유기 냄새 감소제가 바닐라, 딸기, 블루베리, 바나나, 사과, 복숭아, 배, 키위, 망고, 패션후르츠, 라즈베리 또는 그의 조합의 추출물로부터 선택된 동결 건조된 유기 과일 추출물을 포함하는, 물품.
- 제36항에 있어서, 상기 동결 건조된 유기 과일 추출물이 상기 탄수화물 기반 중합체 물질에 대해 1:1000 이하의 비로 플라스틱 물질에 존재하는, 물품.
- 제27항에 있어서, 유기 냄새 감소제가 상기 탄수화물 기반 중합체 물질 내에 포함되는, 물품.
- 플라스틱 물품에 증가된 지속 가능성을 제공하면서, 상기 플라스틱 물품에 증가된 강도 또는 생분해성 중 적어도 하나를 또한 제공하는 방법으로서,
중합체 물질을 제공하는 단계;
20% 이하의 결정화도를 갖는 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질을 상기 중합체 물질과 혼합하는 단계;
상기 혼합물을 120℃ 내지 180℃ 범위의 온도로 가열하여, 상기 중합체 물질을 상기 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질과 용융 블렌딩하는 단계; 및
상기 중합체 물질과 상기 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질의 블렌드로부터 플라스틱 물품을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 물품의 강도가, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질 없이, 상기 중합체 물질로만 만들어진 경우에 물품이 가질 수 있는 것보다 적어도 5% 초과인 것; 또는
모의 쓰레기 매립 조건 하에 5년 이내에 생분해되는 물품의 양이 상기 탄수화물 기반 중합체 물질의 양보다 더 많은 것 중 적어도 하나인, 방법. - 제39항에 있어서, 상기 중합체 물질이 그 자체가 자체적으로 생분해 가능하지 않지만, 상기 중합체 물질과 상기 탄수화물 기반 중합체 물질을 블렌딩하는 것이 상기 중합체 물질에 생분해성을 부여하여, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질에서 기인하는 양과 비교하여 모의 쓰레기 매립 조건 하에 5년 이내에 생분해되는 물품의 양의 차이가, 상기 그 자체가 자체적으로 생분해 가능하지 않은 중합체 물질의 생분해에서 기인하도록 하는, 방법.
- 제40항에 있어서, 상기 그 자체가 자체적으로 생분해 가능하지 않은 중합체 물질의 적어도 25%가 3년 이내에 생분해되는 것인, 방법.
- 제39항에 있어서, 상기 물품이 두께 1 mil(0.0254 mm) 당 적어도 100 g, 바람직하게는 두께 1 mil(0.0254 mm) 당 적어도 140 g의 다트 강도를 갖는 필름을 포함하는, 방법.
- 제39항에 있어서, 상기 물품의 강도가, 상기 탄수화물 기반 중합체 물질 없이, 상기 다른 중합체 물질로만 만들어진 경우에 물품이 가질 수 있는 것보다 적어도 10% 초과인, 방법.
- 제39항에 있어서, 플라스틱 물품을 형성하는 단계가, 플라스틱 필름을 필름 블로잉 장치로 블로잉하는 단계를 포함하며, 상기 필름은 상기 중합체 물질과 상기 실질적으로 무정형인 탄수화물 기반 중합체 물질의 블렌드로부터 블로잉되며,
(A) 상기 필름 블로잉 장치는 플라스틱 필름을 블로잉할 때 적어도 2.0의 높은 블로우업(blow-up)비에서 작동하고, 상기 높은 블로우업비는 증가된 강도를 갖는 블로잉된 플라스틱 필름을 제공하고/하거나
(B) 상기 필름 블로잉 장치의 다이 갭은 500 미크론 이하의 좁은 다이 갭이 되도록 선택되고, 상기 좁은 다이 갭은 증가된 강도를 갖는 블로잉된 플라스틱 필름을 제공하는, 방법 - 제44항에 있어서, 상기 필름이 0.0025 mm(0.1 mil) 내지 0.25 mm(10 mil)인 두께를 갖는, 방법.
- 제45항에 있어서, 상기 필름이 0.005 mm 미만, 바람직하게는 0.002 mm 내지 0.004 mm인 두께를 갖는, 방법.
- 제44항에 있어서, 상기 블로우업비가 2.2 내지 2.8인, 방법.
- 제44항에 있어서, 상기 블로우업비가 2.5인, 방법.
- 제44항에 있어서, 상기 플라스틱 필름의 강도가 높은 블로우업비를 선택함으로써 증가되는, 방법.
- 제44항에 있어서, 상기 블로우업비가 적어도 2.0의 값이 되도록 선택되고, 다이 갭이 500 미크론 이하가 되도록 선택되는, 방법.
- 제44항에 있어서, 상기 다이 갭이 250 미크론 내지 500 미크론이 되도록 선택되는, 방법.
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