KR20220002922A - 다층 미세발포 퇴비화가능한 바이오플라스틱 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 개선된 물리적 및 열적 특성을 갖는 밀도-감소된 열가소성 물질의 제조에 사용될 수 있는 생체중합체, 예를 들어, 폴리락트산의 연속적 고체-상태 팽창 공정을 제공한다. 열 유속을 조절하기 위한 수단으로서 가열의 다중 스테이지를 공정 내로 혼입함으로써, 미세구조 및 결정화도의 전례없는 제어가 달성될 수 있다. 본원에 개시된 공정에 의해 부여된 뚜렷한 발포 특징을 갖는 열가소성 시트는 종래의 공정에 의해 제조된 물질보다 더 두껍고 더 강한 것으로 나타났다. 이러한 특징을 갖는 열성형 시트는, 왜곡에 저항하고, 그에 따라 다양한 산업적 응용을 위해 적합한, 경량의 열적으로 안정적인 퇴비화가능한 생성물의 생성을 가능하게 하였다.
Description
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2019년 3월 27일 출원된 미국 가특허 출원 일련 번호 62/824,964 (발명의 명칭: "Multilayer Microcellular Compostable Bioplastics and Their Method of Manufacture")의 우선권 및 이익을 청구하며, 이 가출원의 개시내용은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
본 출원은 또한 2019년 10월 23일 출원된 미국 가특허 출원 일련 번호 62/925,095 (발명의 명칭: "Multilayer Microcellular Compostable Bioplastics and Their Method of Manufacture")의 우선권 및 이익을 청구하며, 이 가출원의 개시내용은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
배경
바이오-기반 플라스틱으로부터의 최종 생성물은 석유로부터 유래된 것들에 대한 환경 친화적 대안을 제공한다. 그러나, 이들은 종종 제조에 고비용이 들고/거나 요망되는 물리적 성능에 미치지 못한다. 폴리락트산 (PLA)은, 예를 들어, 그의 낮은 내열성 및 고비용으로 인해 부분적으로 아직 폭넓게 채택되지 않고 있다. 또한, PLA는 종종 취성이고 통상적으로 사용되는 화학 가소제가 갖는 문제의 해결은 또한 건강 문제로 이어질 수 있다. 따라서 생체중합체의 비용을 감소시키고 그의 성능을 개선시키는 해결책이 필요하다.
요약
본원에 기재된 실시양태는 일반적으로 팽창 열가소성 플라스틱, 그로부터 유래된 제조 물품, 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 일부 실시양태에서는, 열가소성 플라스틱을 가소화 기체가 함침된 적어도 부분적으로 포화된 고체 열가소성 플라스틱을 제공하기에 충분한 제1 기간 동안 제1 온도 및 제1 압력에서 가소화 기체와 접촉시키는 것을 포함하는, 열가소성 플라스틱의 연속적 고체-상태 팽창 방법이 제공된다. 이어서 함침된 열가소성 플라스틱을 임의로 제2 기간 동안 제2 온도 및 제2 압력에서 냉각시키고, 여기서 제2 압력은 제1 압력보다 더 낮다. 이어서 함침된 열가소성 플라스틱을 20초 이하의 제3 기간 동안 제3 온도에 노출시키고, 여기서 제3 온도는 제2 온도보다 더 높고, 열가소성 플라스틱으로부터의 가소화 기체의 탈착을 실질적으로 막거나 제한하는 범위 내에 있다. 함침된 열가소성 플라스틱을 30초 이하의 제4 기간 동안 제3 온도보다 더 높은 제4 온도로 가열하여 함침된 열가소성 플라스틱으로부터 가소화 기체의 단지 일부를 제거하고, 이어서 함침된 열가소성 플라스틱을 제5 온도로 가열함으로써 팽창시키고, 여기서 제5 온도는 제4 온도보다 더 높고 가소화 기체의 빠른 탈착을 촉진시키기에 충분하고, 이로써 저-밀도 팽창 열가소성 플라스틱이 형성된다.
일부 실시양태에서는, 열가소성 플라스틱을 가소화 기체가 함침된 적어도 부분적으로 포화된 고체 열가소성 플라스틱을 제공하기에 충분한 제1 기간 동안 제1 온도 및 제1 압력에서 가소화 기체와 접촉시키는 것을 포함하는, 열가소성 플라스틱의 연속적 고체-상태 팽창 방법이 제공된다. 이어서 함침된 열가소성 플라스틱을 제2 기간 동안 제2 온도에 노출시키고, 여기서 제2 온도는 열가소성 플라스틱으로부터의 가소화 기체의 탈착을 실질적으로 막거나 제한하는 범위 내에 있다. 함침된 열가소성 플라스틱을 제3 기간 동안 제2 온도보다 더 높은 제3 온도로 가열하여 함침된 열가소성 플라스틱으로부터 가소화 기체의 단지 일부를 제거한다. 이어서 함침된 열가소성 플라스틱을 제4 온도에서 가열함으로써 함침된 열가소성 플라스틱을 팽창시키고, 여기서 제4 온도는 제3 온도보다 더 높고 가소화 기체의 빠른 탈착을 촉진시키기에 충분하고, 이로써 저-밀도 팽창 열가소성 플라스틱이 형성된다. 일부 실시양태에서, 방법은 함침된 열가소성 플라스틱을 제1 기간 후 및 제2 기간 전의 냉각 기간 동안 냉각 온도 및 냉각 압력에서 냉각시키는 것을 포함할 수 있고, 여기서 냉각 압력은 제1 압력보다 더 낮다. 일부 실시양태에서, 냉각 온도는 제1 온도보다 더 낮을 수 있다. 일부 실시양태에서, 냉각 온도는 제2 온도보다 더 낮을 수 있다. 일부 실시양태에서, 냉각 온도는 제1 온도 및 제2 온도보다 더 낮을 수 있다. 일부 실시양태에서, 냉각 온도는 제3 온도 (즉, 함침된 열가소성 플라스틱을 가열함으로써 가소화 기체의 단지 일부를 함침된 열가소성 플라스틱으로부터 제거하는 온도)보다 더 낮을 수 있다.
추가의 실시양태는 제1 외부 영역, 제2 외부 영역, 및 제1 외부 영역과 제2 외부 영역 사이에 배치된 내부 영역을 포함하는 팽창 폴리락트산 시트를 제공한다. 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 약 150 μm 내지 약 200 μm의 두께를 갖고, 여기서 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 약 75 μm 이하의 치수를 갖는 셀을 포함한다. 내부 영역은 약 1,000 μm 내지 약 2,000 μm의 두께를 갖고, 적어도 50 μm의 치수를 갖는 셀을 포함한다. 일부 실시양태에서, 외부 영역 및/또는 내부 영역의 셀은 폐쇄 셀이다.
본원에 개시된 열가소성 플라스틱은, 적어도 50 중량%의 폴리락트산 중합체 물질을 포함하는 비-라미네이팅된 중합체 시트를 포함하는 저-밀도 열성형 생성물 제조에 있어 유용하다. 일부 실시양태에서, 비-라미네이팅된 중합체 시트는 제1 외부 영역, 제2 외부 영역, 및 제1 외부 영역과 제2 외부 영역 사이에 배치된 내부 영역을 갖는다. 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 약 75 μm 이하의 치수를 갖는 셀을 포함한다. 내부 영역은 약 4:1의 길이 대 폭 종횡비를 갖는 셀을 포함하고, 셀은 적어도 50 μm의 치수를 갖는다. 저-밀도 열성형 생성물은 ASTM D2126 시험에 따라 시험시 실질적인 변형이 일어나지 않고, 저-밀도 열성형 생성물은 약 100℃ 이하에서 물과 접촉시 가시적 변형을 나타내지 않는다.
도 1은, 하나의 실시양태에 따른, 열가소성 물질의 연속적 고체-상태 팽창 공정의 일반적 개요를 제공하는 흐름도이다.
도 2는, 하나의 실시양태에 따른, 연속적 고체-상태 팽창 공정을 실행하기 위해 사용되는 대표적 장치에 대한 개략도이다.
도 3은, 본원에 기재된 방법에 따라 저-D PLA 물질로부터 제조된 팽창 열가소성 시트의 연속적, 비-라미네이팅된, 다층형, 발포 미세구조의 단면 (면내) 이미지의 주사 전자 현미경사진 (SEM) 이미지 (약 55배 배율)를 제공한다.
도 4a 및 4b는, 각각, 4X 배율 및 10X 배율의, 본원에 개시된 방법에 따라 제조된 팽창 열가소성 시트의 표면 미세기공의 광학 현미경검사 이미지를 제공한다.
도 5a-c는, 각각 얕은(Shallow) 뷰, 깊은(Deep) 뷰, 및 깊은 플러스 열고정(Deep + Heatset) 뷰의, 본원에 개시된 방법에 따라 제조된 열성형 생성물의 표면 미세기공의 광학 현미경검사 이미지를 제공한다.
도 6a 및 6b는, 각각, 압축-전 및 압축-후의, 본원에 개시된 방법에 따라 제조된 생성물, 예컨대 클램쉘(clamshell)의 힌지 요소의 도면을 나타낸다.
도 7은 본원에 개시된 방법에 따라 제조된 클램쉘의 힌지 요소의 사진을 나타낸다.
도 8은 본원에 개시된 방법에 따라 제조될 수 있는 페어 트레이(pear tray)의 도이다.
도 9a-9c는 본원에 개시된 방법에 따라 제조된 컵의 음파 용접 시임(seam) 및 컵의 저부의 일례를 나타낸다.
도 10a-d는, 폴딩되어 봉투 (2-차원), 또는 박스, 또는 트레이, 또는 상자(carton) 등과 같은 2-차원 또는 3-차원 용기를 형성할 수 있는 단일형(unitary) 시트의 물품을 개략도, 치수를 갖는 개략도, 보조도, 및 평면도로 나타낸다.
도 11a-e는, 각각, 상단 부분, 저부 부분, 얕은 생성물, 깊은 생성물, 및 깊은 생성물 (열고정)의 뷰로, 저-D PLA로부터 본원에 기재된 방법에 따라 제조된 팽창 시트의, 면내 이미징을 위해 절단된 광학 현미경 단면 이미지, 및 본원에 기재된 열성형 또는 열고정 방법을 사용하여 얻어진 샘플 열성형 생성물의 측벽의 단면 이미지를 나타낸다.
도 12a-d는, 각각, 평면도, 저면도, 얕은 생성물 뷰, 및 깊은 생성물 뷰로, 전형적 열성형 등급 PLA로부터 본원에 기재된 방법에 따라 제조된 두꺼운 팽창 시트의, 면내 이미징을 위해 절단된 광학 현미경 단면 이미지, 및 본원에 기재된 열성형 방법을 사용하여 얻어진 샘플 열성형 생성물의 측벽의 단면 이미지를 나타낸다.
도 13a-d는, 각각, 평면도, 저면도, 얕은 생성물 뷰, 및 깊은 생성물 뷰로, 일반 PLA로부터 본원에 기재된 방법에 따라 제조된 얇은 팽창 시트의, 면내 이미징을 위해 절단된 광학 현미경 단면 이미지, 및 본원에 기재된 열성형 방법을 사용하여 얻어진 샘플 열성형 생성물의 측벽의 단면 이미지를 나타낸다.
도 14a-f는, 각각, 외부 평면도, 외부 보조도, 내부 보조도, 외부 측면도, 또 다른 내부 보조도, 및 폐쇄시 외부 보조도로, 본원에 개시된 방법에 따라 제조된, 클램쉘 및 상이한 관점으로부터의 클램쉘의 도면을 나타낸다.
도 15a 및 15b는, 각각, 본원에 개시된 방법에 따라 제조된 플레이트 및 기존의 상업적으로 입수가능한 종이 플레이트 생성물로의, 플레이트에 대한 캔틸레버 시험 시나리오를 나타낸다.
도 2는, 하나의 실시양태에 따른, 연속적 고체-상태 팽창 공정을 실행하기 위해 사용되는 대표적 장치에 대한 개략도이다.
도 3은, 본원에 기재된 방법에 따라 저-D PLA 물질로부터 제조된 팽창 열가소성 시트의 연속적, 비-라미네이팅된, 다층형, 발포 미세구조의 단면 (면내) 이미지의 주사 전자 현미경사진 (SEM) 이미지 (약 55배 배율)를 제공한다.
도 4a 및 4b는, 각각, 4X 배율 및 10X 배율의, 본원에 개시된 방법에 따라 제조된 팽창 열가소성 시트의 표면 미세기공의 광학 현미경검사 이미지를 제공한다.
도 5a-c는, 각각 얕은(Shallow) 뷰, 깊은(Deep) 뷰, 및 깊은 플러스 열고정(Deep + Heatset) 뷰의, 본원에 개시된 방법에 따라 제조된 열성형 생성물의 표면 미세기공의 광학 현미경검사 이미지를 제공한다.
도 6a 및 6b는, 각각, 압축-전 및 압축-후의, 본원에 개시된 방법에 따라 제조된 생성물, 예컨대 클램쉘(clamshell)의 힌지 요소의 도면을 나타낸다.
도 7은 본원에 개시된 방법에 따라 제조된 클램쉘의 힌지 요소의 사진을 나타낸다.
도 8은 본원에 개시된 방법에 따라 제조될 수 있는 페어 트레이(pear tray)의 도이다.
도 9a-9c는 본원에 개시된 방법에 따라 제조된 컵의 음파 용접 시임(seam) 및 컵의 저부의 일례를 나타낸다.
도 10a-d는, 폴딩되어 봉투 (2-차원), 또는 박스, 또는 트레이, 또는 상자(carton) 등과 같은 2-차원 또는 3-차원 용기를 형성할 수 있는 단일형(unitary) 시트의 물품을 개략도, 치수를 갖는 개략도, 보조도, 및 평면도로 나타낸다.
도 11a-e는, 각각, 상단 부분, 저부 부분, 얕은 생성물, 깊은 생성물, 및 깊은 생성물 (열고정)의 뷰로, 저-D PLA로부터 본원에 기재된 방법에 따라 제조된 팽창 시트의, 면내 이미징을 위해 절단된 광학 현미경 단면 이미지, 및 본원에 기재된 열성형 또는 열고정 방법을 사용하여 얻어진 샘플 열성형 생성물의 측벽의 단면 이미지를 나타낸다.
도 12a-d는, 각각, 평면도, 저면도, 얕은 생성물 뷰, 및 깊은 생성물 뷰로, 전형적 열성형 등급 PLA로부터 본원에 기재된 방법에 따라 제조된 두꺼운 팽창 시트의, 면내 이미징을 위해 절단된 광학 현미경 단면 이미지, 및 본원에 기재된 열성형 방법을 사용하여 얻어진 샘플 열성형 생성물의 측벽의 단면 이미지를 나타낸다.
도 13a-d는, 각각, 평면도, 저면도, 얕은 생성물 뷰, 및 깊은 생성물 뷰로, 일반 PLA로부터 본원에 기재된 방법에 따라 제조된 얇은 팽창 시트의, 면내 이미징을 위해 절단된 광학 현미경 단면 이미지, 및 본원에 기재된 열성형 방법을 사용하여 얻어진 샘플 열성형 생성물의 측벽의 단면 이미지를 나타낸다.
도 14a-f는, 각각, 외부 평면도, 외부 보조도, 내부 보조도, 외부 측면도, 또 다른 내부 보조도, 및 폐쇄시 외부 보조도로, 본원에 개시된 방법에 따라 제조된, 클램쉘 및 상이한 관점으로부터의 클램쉘의 도면을 나타낸다.
도 15a 및 15b는, 각각, 본원에 개시된 방법에 따라 제조된 플레이트 및 기존의 상업적으로 입수가능한 종이 플레이트 생성물로의, 플레이트에 대한 캔틸레버 시험 시나리오를 나타낸다.
상세한 설명
팽창 폴리스티렌 (EPS) 포움 등의 석유 생성물로부터 유래된 팽창 플라스틱 물질은 그의 저렴한 비용, 경량, 및 절연 특성으로 인해 음식 서비스 및 패키징 산업에서 오랫동안 사용되어 왔다. 그러나, 이들 생성물과 관련된 환경 및 건강 문제는 큰 우려를 제기한다. 하나에 대하여, 석유계 생성물은 재생불가능한 화석 연료 및 합성 화학물질로부터 유래되고, 따라서 이들의 산업적 제조는 온실 가스 및 다른 오염원의 생성을 초래한다. 추가로, 이들 생성물은 인간에게 잠재적으로 유해한 화학적 첨가제, 예컨대 비스페놀 A (BPA)를 함유할 수 있다.
폐기물 처리 또한 주요 문제이다. EPS 및 관련 물질은 비-생분해성이기 때문에, 처리는 매립 폐기물 축적에 현저히 기여한다. 설상가상으로, 일부 530만 내지 1400만 톤의 플라스틱, 또는 매년 생산되는 약 3억 3000만 톤의 플라스틱 중 최대 4 퍼센트가 2010년에 쓰레기로 바다로 도입된 것으로 추정된다. EPS 포움은 재순환될 수 있지만, 공정이 고가이고, 종종 새로운 포움 제조보다 더 고비용이 든다. 이들 우려는 일부 도시가 일회용 음식 용기 및 생성물 패키징을 위한 EPS 포움의 사용을 금지하게 하였다. 그 결과, 이들 종래의 플라스틱에 대한 보다 환경 친화적 대안이 매우 바람직하다.
지난 몇년에 걸쳐, 플라스틱에 대한 바이오-기반 및 환경 친화적 대안이 등장하였지만, 이들 생성물은 종종 제조에 고비용이 들고/거나 요망되는 물리적 성능에 미치지 못하고, 이는 산업적 응용에서의 이들의 유용성을 제한한다. 가장 인식가능하고 두드러지게 생성된 바이오플라스틱, 폴리락트산 (PLA)이 이러한 일례이다. PLA는 옥수수 전분 또는 사탕 수수 등의 재생가능한 자원으로부터 얻어질 수 있는 생분해성, 열가소성, 고 모듈러스 중합체이다. 보다 최근에, PLA는 상업적 양으로도 이용가능하다. 그러나, 환경적 이점에도 불구하고, PLA 물질은 두가지 주요 문제 (낮은 내열성 및 고비용)로 널리 채택되지 않고 있다. PLA는 종종 취성이고 BPA 등의 가소제가 갖는 문제의 해결은 실행가능한 옵션이 아니다. 따라서 이들 생체중합체의 비용을 감소시키고 그의 성능을 개선시키는 해결책이 필요하다.
성능의 일부 측면은 가공 동안 중합체 물질의 결정화도를 증가시킴으로써 개선될 수 있다. 그러나, 미세구조 및 분자 배열에 대한 생성된 변화는 강한 분자간 힘을 갖는 구조를 제공함으로써 플라스틱의 사용 온도를 증가시킬 수 있지만, 높은 결정화도는 가요성을 감소시켜, 물질이 열성형 등의 작업시 신축되는 능력을 제한하는 경향이 있다 (Ehrenstein, G.W., Polymeric Materials 2001, pp. i-xiv).
상기에 언급된 바와 같이, 포움형성(foaming)은 증가된 가요성 및 강인성을 갖는 비용-감소된, 경량의 팽창 폴리스티렌 생성물을 제공하기 위한 실행가능 방법일 수 있지만, 종래의 포움형성 기술은 전형적으로 바이오플라스틱에 적합하지 않다. 또한, 전형적으로 요구되는 긴 가공 시간으로 인해, 중량-감소된 생성물을 제공하기 위한 배치-기반 팽창 방법의 사용은 규모에 맞게 효과적이며 경쟁력 있게 실행하기에 지나치게 고비용이 들었다.
PLA를 용융된 형태로 포움형성 (팽창)시키기 위해 노력을 기울였지만, 아마도 PLA의 레올로지 특성으로 인해, 이 접근에 의해서는 고품질, 저-밀도 물질을 제조하는 것이 어려웠다. 이들 문제를 극복하기 위한 시도는 통상적으로 좁은 범위의 작업가능 조건 (예를 들어, 가공 시간, 열 유속 등)을 갖는 공정 또는 단지 미미하게 개선된 특성을 갖는 생성물로 이어진다. 바람직한 물질 특성은 포화 시간 및 스팀에 대한 PLA의 노출 또는 제어된 열원과 관련될 수 있다. 열 유속 유도된 결정화 또는 결정 핵형성은 PLA에서의 기체 농도 프로파일과 관련된다. 팽창을 위한 배쓰 내로의 PLA의 배치 전의 기체-미세발포체(microcell) 핵형성은 바람직한 셀(cell) 크기 및 결정화도를 제공할 수 있다. 일부 경우에, 고압에서 기체를 압출된 용융 물질 내로 주입함으로써 용융 조건 하에 보다 고품질의 PLA가 얻어질 수 있다. 그러나, 공정이 특정 조성 및 분자량의 PLA로 제한되는 것으로 보이고, 그럼에도 불구하고, 이들 방법으로부터 얻어진 생성물은 전형적으로 단지 중간 정도의 중량 감소 (~10%)를 나타낸다 (실질적으로 산업적 유용성을 제한하는 특징).
표준의 비-팽창 PLA는 이를 효과적으로 분해하기 위한 특정 퇴비화 조건 및 설비를 필요로 함에 따라, 비-팽창 PLA는 비-바이오플라스틱을 사용하는 일부 환경 서비스 기관에 의해 그룹화될 수 있다.
따라서, 다양한 응용을 위해 바람직한 물리적 특성 및 성능 파라미터를 손상시키지 않으면서 환경 친화적이고 비용-효율적인 방식으로 팽창된 (포움형성된) 열가소성 물질 (예를 들어, PLA)을 제조하는 신규한 방법에 대한 필요성이 남아 있다.
일부 실시양태에서, 본원에 개시된 방법은, 하기를 포함하나, 이에 제한되지는 않는, 열가소성 플라스틱의 고체-상태 팽창을 위한 이전 기술의 유용성을 제한하는 하기 문제들을 해결한다:
· 팽창 동안 시트 왜곡 또는 굴곡화;
· 외부 표면을 적절히 절연시키기에 지나치게 얇은 생성물 (이는 고온 음식서비스를 위한 사용을 막음);
· 매우 높은 트럭 트레일러 내부 온도 (예를 들어, 약 50-70℃) 높은 대기 온도 (예를 들어, 약 30-45℃)로부터 유래되는 수송에서 나타나는 변형으로 인해 패키징업자로의 운송 뿐만 아니라 고온 (예를 들어, 약 100℃)에 대하여 이들을 적합하지 않게 만들 수 있는 불량한 내열성을 갖는 생성물;
· 육류-패키징 장비를 견디기에 지나치게 약한 생성물;
· 불량한 표면 품질을 갖는 생성물; 및
· 얇은 물질보다 더 고가인, 가공이 어려운 (예를 들어, 팽창 동안 팝핑(popping) 또는 왜곡), 또는 경제적으로 실행불가능한 조건을 필요로 하는 두꺼운 물질의 사용.
이를 위해, 열 유속 제어의 예상외의 이점을 고려하고, 향상된 강도-대-중량 및 내열성을 위해 바람직한 결정화도, 미세구조 및 물리적 팽창 특징부를 갖는 팽창 열가소성 물질의 생성을 가능하게 하는 작업 조건의 윈도우를 제공하는 연속적 팽창 공정이 본원에 기재된다. 이들 유리한 특성의 결과로, 개시된 방법에 따라 제조된 팽창 열가소성 플라스틱은 다양한 산업적으로 유용한 물품으로 열성형될 수 있다. 일부 실시양태에서, 열 유속 제어를 활용하는 개시된 공정은 비-팽창 PLA로부터의 표준 포움 및 퇴비화가능한 생성물에 비해 더 강하고 더 내파열성이고 온도 안정적인 음식 서비스 품목 (예를 들어, 플레이트, 유텐실, 트레이, 클램 쉘 등)을 생성하기 위해 사용될 수 있다.
본원에 기재된 바와 같이 열 유속을 엄격하게 제어하고/거나 엄격하게 제어된 다중-스테이지 열 유속을 사용함으로써, 유리한 미세구조 및 바람직한 결정화도를 동시에 가능하게 하고, 예상외로 보다 우수한 성능 특징을 갖는 생성물 (예를 들어, 바람직한 결정화도와 조합된 유리한 미세구조의 달성, 및 경량 및 높은 팽창비를 가지면서 충분히 강성이 되도록 특정 두께를 갖는 생성물)을 가능하게 하는 것에 추가로, 본 발명자들은 또한, 선행 기술에 기재된 바와 같은 단일 열 유속보다는, 본원에 기재된 바와 같이 열 유속을 엄격하게 제어하고/거나 엄격하게 제어된 다중-스테이지 열 유속을 사용하는 것이, 그렇지 않은 경우 이러한 제어 없이 팽창 물질에서 나타난, 평탄도 및 균일성에서와 같은, 다량의 바람직하지 않은 랜덤 공정 변동 (예를 들어, 굴곡, 왜곡, 및 일부 결함)의 감소 또는 제거에 있어 중요한 역할을 하였다는 놀라운 결론에 도달하였다 (수많은 시행착오를 바탕으로). 본 발명자들은, 본원에 기재된 바와 같이 열 유속을 정밀하게 제어하지 않으면서 단일 열 유속으로는, 물질이 산업적으로 유용한 생성물을 가능하게 한 형상으로 반드시 팽창되지는 않았음을 확인하였다. 예를 들어, 단일 열 유속 및 본원에 기재된 바와 같이 제어되지 않는 열 유속으로는, 생성물이 충분한 강성을 위해 요구되는 특정 두께를 반드시 달성하지는 않았다. 또한, 본원에 기재된 바와 같이, 열 유속을 엄격하게 제어하고/거나 엄격하게 제어된 다중-스테이지 열 유속을 사용하는 것의 이들 예상외의 이점은 상이한 등급의 PLA에 대해 달성되었다.
본 개시내용의 일부 실시양태에서는, 열가소성 플라스틱의 연속적 고체-상태 팽창 방법이 제공된다. 방법은 열가소성 플라스틱을 가소화 기체가 함침된 적어도 부분적으로 포화된 고체 열가소성 플라스틱을 제공하기에 충분한 제1 기간 동안 제1 온도 및 제1 압력에서 가소화 기체와 접촉시키는 것을 포함한다. 일부 실시양태에서, 방법은 임의로, 함침된 열가소성 플라스틱을 제2 기간 동안 제2 온도 및 제2 압력에서 냉각시키는 것을 포함할 수 있고, 여기서 제2 압력은 제1 압력보다 더 낮다. 방법은 추가로, 함침된 열가소성 플라스틱을 제3 기간 동안 제3 온도에 노출시키는 것을 포함하고; 여기서 제3 온도는 제2 온도보다 더 높고, 열가소성 플라스틱으로부터의 가소화 기체의 탈착을 실질적으로 막거나 제한하는 범위 내에 있다. 일부 실시양태에서, 제3 기간은 약 10초 이하, 약 15초 이하, 약 20초 이하, 약 25초 이하, 또는 약 30초 이하 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)일 수 있다. 방법은 추가로, 함침된 열가소성 플라스틱을 제4 기간 동안 제3 온도보다 더 높은 제4 온도로 가열하여 함침된 열가소성 플라스틱으로부터 가소화 기체의 단지 일부를 제거하는 것을 포함한다. 일부 실시양태에서, 제4 기간은 약 10초 이하, 약 15초 이하, 약 20초 이하, 약 25초 이하, 약 30초 이하, 약 35초 이하, 약 40초 이하, 또는 약 45초 이하 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)일 수 있다. 방법은 추가로, 함침된 열가소성 플라스틱을 제5 온도에서 가열함으로써 함침된 열가소성 플라스틱을 팽창시키는 것으로 포함하고, 여기서 제5 온도는 제4 온도보다 더 높고 가소화 기체의 빠른 탈착을 촉진시키기에 충분하고, 이로써 저-밀도 팽창 열가소성 플라스틱이 형성된다.
도 1은, 본원에 개시된 방법에 따른 열가소성 물질의 연속적 고체-상태 팽창 공정의 다양한 스테이지에 대한 흐름도를 제공한다. 압출, 포화, 열 유속 가공, 팽창, 및 열성형의 단계는 하기에 보다 상세히 기재된다. 비-제한적 실시양태에서, 개시된 공정의 단계는 도 2에 예시된 것과 같은 장치를 사용하여 수행될 수 있다.
압출
일부 실시양태에서, 본 발명의 방법에서의 사용을 위한 열가소성 플라스틱은 열가소성 시트의 형태이다. 열가소성 시트는 관련 기술분야에 공지된 임의의 방법에 의해 제조될 수 있다. 일부 실시양태에서, 열가소성 시트는 압출에 의해, 일부 경우에는 압출에 적합한 장치를 통해 펠릿을 통과시킴으로써 제조된다. 적합한 압출기의 비-제한적 예는 단일 스크류 압출기 및 트윈-스크류 압출기를 포함하며, 이들 각각은 실험실 규모 내지 생산 규모의 범위일 수 있다. 일부 실시양태에서는, 펠릿을 편평 다이를 통해 캐스팅 롤 상으로 압출시킨다. 일부 실시양태에서는, 펠릿을 환형 다이를 통해 사이징 맨드렐 상으로 압출시킨다. 이 공정에 따라, 압출된 파이프-유사 단면이 하나 이상의 장소에서 슬릿팅(slitting)되고, 이어서 시트로서 편평화되고 취급될 것이다. 일부 실시양태에서, 열가소성 시트는 캘린더링에 의해 제조된다. 캘린더링을 위해, 수지 및 첨가제를 대형 롤 사이에서 플라스틱화하고, 이어서 일련의 추가의 롤을 통해 편평 시트로 사이징한다.
일부 실시양태에서, 열가소성 시트는 단일 층 편평 시트 압출에 의해 제조된다. 일부 실시양태에서, 단일 층 편평 시트 압출은 (a) 수지를 압출기 내에 공급하고; (b) 수지를 용융물에서 플라스틱화하고; (c) 용융된 수지를 편평 시트 다이 내로 펌핑하여 적절한 두께 및 폭에 따라 시트를 사이징하고; (d) 반-점성 시트를 다이로부터 일련의 롤을 통해 전진시켜 냉각시키고; (e) 임의로 시트를 연속 롤 상으로 권취하거나 별개의 길이로 예비-전단하는 것을 포함한다. 일부 실시양태에서는, 수분 및/또는 산소의 통과에 대한 저항과 같은 패키징 특징을 포함시키기 위해 다층 필름을 사용한다.
열가소성 시트는 본원에 개시된 팽창 공정에 적합한 임의의 두께로 압출될 수 있다. 일부 실시양태에서, 압출된 열가소성 시트는 팽창 전에 약 0.050 인치 미만, 약 0.045 인치 미만, 약 0.040 인치 미만, 약 0.035 인치 미만, 약 0.030 인치 미만, 약 0.025 인치 미만, 약 0.020 인치 미만, 약 0.015 인치 미만, 약 0.010 인치 미만, 또는 약 0.05 인치 미만 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 열가소성 시트는 팽창 전에 약 0.005 인치 내지 약 0.050 인치 범위, 예를 들어, 약 0.005 인치, 약 0.010 인치, 약 0.015 인치, 약 0.020 인치, 약 0.025 인치, 약 0.030 인치, 약 0.035 인치, 약 0.040 인치, 약 0.045 인치, 또는 약 0.050 인치 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 열가소성 시트는 팽창 전에 약 0.005 인치 내지 약 0.025 인치 범위의 두께를 갖는다. 또한 일부 실시양태에서, 열가소성 시트는 팽창 전에 약 0.005 인치 내지 약 0.015 인치 범위의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 열가소성 시트는 팽창 전에 약 0.015 인치 내지 약 0.020 인치 범위의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 열가소성 시트는 팽창 전에 약 0.020 인치 내지 약 0.030 인치 범위의 두께를 갖는다.
일부 실시양태에서, 백의 생성에 적합한 압출된 열가소성 시트는 약 0.009 인치, 약 0.008 인치, 약 0.007 인치, 약 0.006 인치, 약 0.005 인치, 약 0.004 인치, 약 0.003 인치, 약 0.002 인치, 약 0.001 인치 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 압출된 열가소성 시트의 두께는 약 0.002 인치 내지 약 0.009 인치, 예를 들어, 약 0.002 인치, 약 0.003 인치, 약 0.004 인치, 약 0.005 인치, 약 0.006 인치, 약 0.007 인치, 약 0.008 인치, 또는 약 0.009 인치 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다. 일부 실시양태에서, 두께는 약 0.009 인치이다.
일부 실시양태에서, 음식 서비스 또는 음식 용기 생성물, 예컨대 플레이트, 트레이, 또는 클램쉘 용기의 생성에 적합한 압출된 열가소성 시트는 약 0.030 인치, 약 0.029 인치, 약 0.028 인치, 약 0.027 인치, 약 0.026 인치, 약 0.025 인치, 약 0.024 인치, 약 0.023 인치, 약 0.022 인치, 약 0.021 인치, 약 0.020 인치, 약 0.019 인치, 약 0.018 인치, 약 17 인치, 약 0.016 인치, 약 0.015 인치, 약 0.014 인치, 약 0.013 인치, 약 0.012 인치, 약 0.011 인치, 또는 약 0.010 인치 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 압출된 열가소성 시트의 두께는 약 0.015 인치 내지 약 0.020 인치 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다. 일부 실시양태에서, 두께는 약 0.018 인치이다.
일부 실시양태에서, 커트레이의 생성에 적합한 압출된 열가소성 시트는 약 0.030 인치, 약 0.029 인치, 약 0.028 인치, 약 0.027 인치, 약 0.026 인치, 약 0.025 인치, 약 0.024 인치, 약 0.023 인치, 약 0.022 인치, 약 0.021 인치, 약 0.019 인치, 약 0.018 인치, 약 0.017 인치, 약 0.016 인치, 또는 약 0.015 인치 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 압출된 열가소성 시트의 두께는 약 0.020 인치 내지 약 0.025 인치 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다. 일부 실시양태에서, 두께는 약 0.024 인치이다.
일부 실시양태에서, 컵의 생성에 적합한 압출된 열가소성 시트는 약 0.030 인치, 약 0.029 인치, 약 0.028 인치, 약 0.027 인치, 약 0.026 인치, 약 0.025 인치, 약 0.024 인치, 약 0.023 인치, 약 0.022 인치, 약 0.021 인치, 약 0.020 인치, 약 0.019 인치, 약 0.018 인치, 약 0.017 인치, 약 0.016 인치, 약 0.015 인치, 약 0.014 인치, 약 0.013 인치, 약 0.012 인치, 약 0.011 인치, 또는 약 0.010 인치 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 압출된 열가소성 시트의 두께는 약 0.016 인치 내지 약 0.020 인치 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다. 일부 실시양태에서, 두께는 약 0.016 인치 미만, 예를 들어, 약 0.015 인치, 약 0.014 인치, 약 0.012 인치, 약 0.011 인치, 또는 약 0.010 인치 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다.
본 개시내용의 하나의 목적은 환경 친화적인 (예를 들어, 퇴비화가능한 및/또는 생분해성인) 물질로 구성된 팽창 플라스틱 생성물의 형성 공정을 제공하는 것이다. 따라서, 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 공정에서 사용되는 열가소성 플라스틱은 바이오플라스틱이다. 사용에 적합한 바이오플라스틱의 예는 폴리락트산 (PLA) 및 폴리히드록시알카노에이트 (PHA)로서 공지된 중합체의 부류를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. PHA 중합체는 폴리히드록시부티레이트 (PHB), 폴리부틸렌 숙시네이트 (PBS) 폴리히드록시발레레이트 (PHV), 및 폴리히드록시부티레이트-히드록시발레레이트 공중합체 (PHBV), 폴리카프로락톤 (PCL) (즉 TONE), 폴리에스테르아미드 (즉 BAK), 개질된 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET) (즉 BIOMAX), 및 "지방족-방향족" 공중합체 (즉 ECOFLEX 및 EASTAR BIO), 이들 물질의 혼합물 등을 포함한다. 일부 실시양태에서, 바이오플라스틱은 폴리락트산 (PLA)이다. 일부 실시양태에서, PLA는 순수 (>99.5) L-락트산을 포함한다. 일부 실시양태에서, PLA는 적지 않은 양의 D-락트산을 함유한다. 일부 실시양태에서, PLA 중의 D-락트산 (D-락티드)은 약 5% 미만, 약 4% 미만, 약 3% 미만, 약 2% 미만, 또는 약 1% 미만이다. 일부 실시양태에서, PLA 중의 D-락트산 (D-락티드)의 양은 약 1.3% 내지 약 1.5%이다. 일부 실시양태에서, PLA 중의 D-락트산 (D-락티드)의 양은 약 1% 내지 약 6%, 예를 들어, 약 1% 약 1.3%, 약 1.5%, 약 2%, 약 2.5%, 약 3%, 약 3.5%, 약 4%, 약 4.5%, 약 5%, 약 5.5% (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다.
본 개시내용의 목적상, 약 2% 미만의 D-락트산을 갖는 PLA는 "저-D PLA"라 불린다. 일부 실시양태에서, 저-D PLA는 1.2% min 내지 1.6% max의 D-이성질체 사양을 갖는 상업적으로 입수가능한 PLA이다. 저-D PLA의 예는 네이처웍스(NatureWorks)로부터의 IngeoTM 생체중합체 4032D (그의 기술 데이터 시트 (NW4032DGEN_051815V1)는 그 전체가 본원에 참조로 포함됨) 및 토탈-코르비온(Total-Corbion)으로부터의 Luminy® LX575 (그의 제품 데이터 시트 (버전 2/0976 - EN)는 그 전체가 본원에 참조로 포함됨)이다. 일부 실시양태에서, 저-DPLA는 약 130,000 Da 내지 약 250,000 Da 범위 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 평균 분자량을 갖는다. 일부 실시양태에서, 저-DPLL은 약 200,000 Da의 평균 분자량을 갖는다.
본 개시내용의 목적상, 약 2% 초과의 D-락트산을 갖는 PLA는 "일반 PLA"라 불린다. 일부 실시양태에서, 일반 PLA는 4-6% D-이성질체를 함유하고, 예컨대 네이처웍스로부터의 상업적으로 입수가능한 IngeoTM 생체중합체 2003D (그의 기술 데이터 시트 (NW2003D_051915V1)는 그 전체가 본원에 참조로 포함됨) 및 토탈-코르비온으로부터의 Luminy® LX175 (그의 제품 데이터 시트 (버전 2/0976 - EN)는 그 전체가 본원에 참조로 포함됨)이다. 일부 실시양태에서, PLA는 약 300,000 Da의 평균 분자량을 갖고, 약 4% 내지 약 6%의 범위 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 D-락트산을 갖는다. 일부 실시양태에서, PLA는 통상적으로 압출 PLA 사출 성형 PLA, 열성형 PLA 또는 임의의 다른 적합한 명칭으로서 언급될 수 있다. PLA의 다양한 등급의 평균 분자량은 대략 50,000만큼 낮거나 950,000만큼 높을 수 있다.
일부 실시양태에서, 본원에 기재된 폴리락트산은 약 20% 이하의 충전제를 포함한다. 본 개시내용에서의 사용에 적합한 충전제의 비-제한적 목록은 활석, 조류, 목재 펄프, 전분, 카본 블랙, 흑연 또는 또 다른 고체 충전제, 예컨대 안료, 버개스(bagasse), 또는 생분해성이거나 분해를 방해하지 않는 천연 섬유를 포함한다. 일부 실시양태에서, 충전제는 고체 PLA보다 더 쉽게 분해되고 퇴비화 환경에서 30일 미만의 기간 내에 분해가 가능하다. 일부 실시양태에서, 충전제는 사슬 연장제를 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 열가소성 플라스틱은 PET, PP, PC, TPU, 또는 PE 플라스틱이다. 일부 실시양태에서, 바이오플라스틱은 비-석유 생성된 PET, PP, PC, TPU, 또는 PE 플라스틱, 예를 들어, 바이오매스로부터 생성된 것이다. 일부 실시양태에서, 열가소성 플라스틱은 바이오-폴리프로필렌이다. 일부 실시양태에서, 열가소성 플라스틱은 비-바이오플라스틱, 즉, 석유계 플라스틱이다.
포화
다양한 실시양태에서, 압출된 열가소성 플라스틱 (예를 들어, 시트, 롤 등)은 제1 기간 동안 제1 온도 및 제1 압력에서 압력 용기, 챔버, 또는 다른 적합한 장치에서 가소화 기체에 의해 접촉되어 가소화 기체가 함침된 적어도 부분적으로 포화된 고체-상태 열가소성 플라스틱을 제공한다. 열가소성 플라스틱의 포화에 적합한 장치의 비-제한적 예는 그 전체가 본원에 참조로 포함되는 미국 특허 번호 10,322,561에 개시되어 있다. 일부 실시양태에서, 열가소성 시트의 포화는 방법의 효율 및 비용-효율성을 개선시키는 연속적 공정이다. 다양한 실시양태에서, 열가소성 플라스틱 (예를 들어, 열가소성 시트)은 바람직한 수준의 기체 흡수를 갖는 함침된 열가소성 플라스틱을 생성하기에 적합한 체류 시간을 확립하기 위한 속도 및 길이로 챔버를 통해 전진된다. 특정 프로파일을 가지면서 다양한 깊이 (예를 들어, 표면 바로 아래)까지의 가소화 기체의 침투를 제공하기 위해 온도, 압력, 및 시트 특성 등의 요소가 제어될 수 있다.
일부 실시양태에서, 열가소성 플라스틱의 접촉은 1,500 psi 이하의 제1 압력에서 일어난다. 일부 실시양태에서, 접촉은 약 700 psi 내지 약 1,500 psi 범위, 예를 들어, 약 700 psi, 약 725 psi, 약 750 psi, 약 775 psi, 약 800 psi, 약 825 psi, 약 850 psi, 약 875 psi, 약 900 psi, 약 925 psi, 약 950 psi, 약 975 psi, 약 1,000 psi, 약 1,025 psi, 약 1,050 psi, 약 1,075 psi, 약 1,100 psi, 약 1,125 psi, 약 1,150 psi, 약 1,175 psi, 약 1,200 psi, 약 1,225 psi, 약 1,250 psi, 약 1,275 psi, 약 1,300 psi, 약 1,325 psi, 약 1,350 psi, 약 1,375 psi, 약 1,400 psi, 약 1,425 psi, 약 1,450 psi, 약 1,475 psi, 또는 약 1,500 psi (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 제1 압력에서 일어난다. 일부 실시양태에서, 접촉은 약 700 psi 내지 약 1,100 psi 범위의 제1 압력에서 일어난다. 일부 실시양태에서, 접촉은 약 800 psi 내지 약 1,000 psi 범위의 제1 압력에서 일어난다. 일부 실시양태에서, 접촉은 약 900 psi 내지 약 1,000 psi의 제1 압력에서 일어난다. 일부 실시양태에서, 제1 압력은 약 950 psi이다. 일부 실시양태에서, 제1 압력은 약 900 psi이다.
제1 온도는 주어진 제1 압력에서 고체 상태의 열가소성 플라스틱을 유지하는 임의의 온도일 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1 온도는 약 8℃ 내지 약 48℃의 범위, 예를 들어, 약 8℃, 약 10℃, 약 12℃, 약 14℃, 약 16℃, 약 18℃, 약 20℃, 약 22℃, 약 24℃, 약 26℃, 약 28℃, 약 30℃, 약 32℃, 약 34℃, 약 36℃, 약 38℃, 약 40℃, 약 42℃, 약 44℃, 약 46℃, 약 48℃, 또는 약 50℃ (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다. 일부 실시양태에서, 제1 온도는 약 20℃ 내지 약 32℃이다. 일부 실시양태에서, 제1 온도는 약 22℃ 내지 약 30℃이다. 일부 실시양태에서, 제1 온도는 약 24℃ 내지 약 30℃이다. 일부 실시양태에서, 제1 온도는 약 26℃ 내지 약 30℃이다. 일부 실시양태에서, 제1 온도는 약 26℃ 내지 약 28℃이다. 일부 실시양태에서, 제1 온도는 약 28℃이다.
일부 실시양태에서, 접촉은 약 800 psi 내지 약 1,000 psi 범위의 제1 압력 및 약 20℃ 내지 약 32℃ 범위의 제1 온도에서 일어난다. 일부 실시양태에서, 제1 온도는 약 24℃ 내지 약 30℃의 범위이고, 제1 압력은 약 800 psi 내지 약 1,000 psi의 범위이다. 일부 실시양태에서, 제1 온도는 약 28℃ 내지 약 30℃의 범위이고, 제1 압력은 약 800 psi 내지 약 1,000 psi의 범위이다. 일부 실시양태에서, 제1 온도는 약 실온이고, 제1 압력은 약 900 psi이다.
열가소성 플라스틱과 가소제 기체의 접촉은 가소화 기체가 함침된 적어도 부분적으로 포화된 고체 열가소성 플라스틱을 제공하기에 충분한 제1 기간 동안 수행된다. 공급된 가소화 기체의 압력에 추가로, 이 시간의 양은 팽창 전의 시트 두께, 열가소성 시트의 온도, 및 열가소성 시트의 결정화도, 뿐만 아니라 특정 응용을 위해 요망되는 기체 흡수의 양 등의 요인에 따라 달라질 것이다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 특성을 갖는 열가소성 플라스틱과 가소화 기체의 접촉은 약 20분 이하의 제1 기간 동안 일어난다. 일부 실시양태에서, 제1 기간은 약 20분, 약 19분, 약 18분, 약 17분, 약 16분, 약 15분, 약 14분, 약 13분, 약 12분, 약 11분, 약 10분, 약 9분, 약 8분, 약 7분, 약 6분, 약 5분, 약 4분, 약 3분, 약 2분, 또는 약 1분 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 특성을 갖는 열가소성 플라스틱과 가소화 기체의 접촉은 약 10초 내지 약 20분 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 제1 기간 동안 일어난다. 일부 실시양태에서, 제1 기간은 약 0.5분 (30초) 내지 약 5분, 예를 들어, 약 0.5분, 약 0.75분, 약 1분, 약 1.25분, 약 1.55분, 약 1.75분, 약 2분, 약 2.25분, 약 2.5분, 약 2.75분, 약 3분, 약 3.25분, 약 3.5분, 약 3.75분, 약 4분, 약 4.25분, 약 4.5분, 약 4.75분, 또는 약 5분 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다. 일부 실시양태에서, 시간은 약 1분, 약 2분, 약 3분, 약 4분, 또는 약 5분 동안이다. 일부 실시양태에서, 가소화 기체와의 접촉은 약 2분의 시간 동안 수행된다. 일부 실시양태에서, 접촉 시간은 약 0.5분 동안이다. 일부 실시양태에서, 접촉 시간은 약 15초 내지 약 45초이다.
일부 실시양태에서, 열가소성 플라스틱과 가소화 기체의 접촉은 가소화 기체가 함침된 과포화된 열가소성 플라스틱을 제공한다. 일부 실시양태에서, 열가소성 플라스틱과 가소화 기체의 접촉은 완전 포화된 열가소성 플라스틱을 제공한다. 일부 실시양태에서, 열가소성 플라스틱과 가소화 기체의 접촉은 평형에서 부분적으로 포화된 열가소성 플라스틱을 제공한다. 일부 실시양태에서, 포화는 단지 열가소성 플라스틱의 외측 표면, 예를 들어, 열가소성 시트의 외측 표면에서 일어난다. 임의의 특정 이론에 의해 국한되지 않지만, 소량의 확산은 열가소성 플라스틱 내부에 보다 적은, 보다 큰 셀이 형성될 수 있게 하며, 고도로 포화된 표면은 보다 밀집된 보다 작은 다중발포 영역으로서 팽창한다고 믿어진다. 일부 실시양태에서, 접촉은 가소화 기체의 적어도 일부가 함침된 열가소성 플라스틱의 외부 영역에 있게 한다. 일부 실시양태에서, 접촉은 가소화 기체의 적어도 일부가 함침된 열가소성 플라스틱의 내부 영역에 있게 한다. 관련 실시양태에서, 접촉은 함침된 열가소성 플라스틱의 내부 영역에 비해 함침된 열가소성 플라스틱의 외부 영역에 실질적으로 더 많은 양의 가소화 기체가 있게 한다.
일부 실시양태에서, 가소화 기체는 공정 조건 하에 불활성인 기체 또는 하나 이상의 기체이다. 일부 실시양태에서, 가소화 기체는 이산화탄소 (CO2) 및 질소 (N2)이다. 일부 실시양태에서, 가소화 기체는 이산화탄소 (CO2) 또는 질소 (N2)이다. 일부 실시양태에서, 가소화 기체는 이산화탄소 (CO2)이다.
열 유속 제어
본 개시내용은, 본원에 기재된 바와 같은 열 유속의 제어가 개선된 물리적 및 기계적 성능의 원인이 되는 뚜렷한 미세구조, 결정화도, 및 팽창 특징을 갖는 팽창 열가소성 플라스틱의 형성을 제공한다는 놀랍고 예상외의 결과를 기재한다. 개선된 특성을 제공하는 이들 뚜렷한 특징은 폭넓은 범위의 분자량에 대하여 달성될 수 있다.
일부 실시양태에서, 개시된 방법에 따른 열 유속의 제어는 함침된 열가소성 플라스틱을 가열하는 하나 이상의 스테이지 (즉, 1, 2, 3개 등)를 포함한다. 일부 실시양태에서, 개시된 방법에 따른 열 유속의 제어는 함침된 열가소성 플라스틱을 가열하는 다중 스테이지 (즉, 2개 이상)를 포함한다. 일부 실시양태에서, 열 유속의 제어는 추가로, 함침된 열가소성 플라스틱을 냉각시키는 하나 이상의 스테이지를 포함한다. 가열 및 냉각의 스테이지는, 숙련된 작업자에 의해 이해되는 바와 같이, 열가소성 플라스틱의 성능 특징을 개선시키는 데 있어 유용한 임의의 순서로 수행될 수 있다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱의 형성은 열가소성 플라스틱을 제1 기간 동안 제1 열 유속 및 제2 기간 동안 제2 열 유속에 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1 열 유속에 대한 노출은 열가소성 플라스틱을 스팀 또는 수증기에 노출시키는 것을 수반할 수 있고, 제2 열 유속에 대한 노출은 열가소성 플라스틱을 수조에서 전진시키는 것을 수반할 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1 열 유속은 약 105,000 W/m2 내지 약 360,000 W/m2일 수 있고, 제2 열 유속은 약 1,900 W/m2 내지 약 22,800 W/m2일 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1 열 유속에 대한 노출은 열가소성 플라스틱을 고온 공기에 노출시키는 것을 수반할 수 있고, 제2 열 유속에 대한 노출은 열가소성 플라스틱을 수조에서 전진시키는 것을 수반할 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1 열 유속은 약 1,250 W/m2 내지 약 450,000 W/m2일 수 있고, 제2 열 유속은 약 3,300 W/m2 내지 약 39,600 W/m2일 수 있다. 일부 실시양태에서, 제2 열 유속은, 물의 교동으로부터 유래할 수 있는 (또한 여기서 교동은 열가소성 플라스틱의 표면에서 배출되는 CO2로 인해 추가로 증가될 수 있음) 보다 큰 열 전달 속도로 인해 상기 언급된 값보다 심지어 약 10배 내지 약 100배 더 클 수 있다. 또한 다른 실시양태에서, 제1 열 유속 또는 제2 열 유속은 약 1,000 W/m2 내지 약 500,000 W/m2의 범위일 수 있다.
일부 실시양태에서, 열 유속 제어는 임의로, 함침된 열가소성 플라스틱을 제2 기간 동안 제2 온도 및 제2 압력에서 냉각시키는 것을 포함할 수 있고, 여기서 제2 압력은 제1 압력보다 더 낮다.
일부 실시양태에서, 제2 온도는 약 0℃ 내지 약 10℃, 예를 들어, 약 0℃, 약 1℃, 약 2℃, 약 3℃, 약 4℃, 약 5℃, 약 6℃, 약 7℃, 약 8℃, 약 9℃, 또는 약 10℃ (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다. 일부 실시양태에서, 제2 온도에서의 냉각은 함침된 열가소성 플라스틱의 온도를 약 10℃ 미만으로 감소시킨다. 일부 실시양태에서, 제2 온도에서의 냉각은 함침된 열가소성 플라스틱의 온도를 약 0℃ 내지 약 10℃, 예를 들어, 약 0℃, 약 1℃, 약 2℃, 약 3℃, 약 4℃, 약 5℃, 약 6℃, 약 7℃, 약 8℃, 약 9℃, 또는 약 10℃ (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 온도로 감소시킨다. 일부 실시양태에서, 냉각은 열가소성 플라스틱을 냉수에 노출시킴으로써 (예를 들어, 열가소성 플라스틱을 냉수조에 배치함으로써) 제공된다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 방법은 냉각 단계 없이 수행될 수 있다. 일부 실시양태에서, 제2 온도는 실온 또는 그 근처일 수 있다. 일부 실시양태에서, 제2 기간은 본질적으로 0초이다. 일부 실시양태에서, 이는 제1 온도 및 제2 온도가 본질적으로 동등할 때 일어난다. 이 경우, 열가소성 플라스틱은 제1 온도에 대한 노출 후 제3 온도에서의 가열에 즉시 적용될 수 있다.
일부 실시양태에서, 제2 압력은 대기압 (즉, 주변 압력)이다. 관련 실시양태에서, 대기압은 약 10 psi 내지 약 30 psi, 예를 들어, 약 10 psi, 약 11 psi, 약 12 psi, 약 13 psi, 약 14 psi, 약 15 psi, 약 16 psi, 약 17 psi, 약 18 psi, 약 19 psi, 20 psi 내지 약 21 psi, 22 psi, 약 23 psi, 약 24 psi, 약 25 psi, 약 26 psi, 약 27 psi, 약 28 psi, 약 29 psi, 또는 약 30 psi (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다.
제2 기간은 함침된 열가소성 플라스틱이 제2 온도에 적용되는 시간의 양을 지칭한다. 일부 실시양태에서, 제2 기간은 약 5초 내지 약 20분, 예를 들어, 약 5초, 약 30초, 약 1분, 약 2분, 약 3분, 약 4분, 약 5분, 약 6분, 약 7분, 약 8분, 약 9분, 약 10분, 약 11분, 약 12분, 약 13분, 약 14분, 약 15분, 약 16분, 약 17분, 약 18분, 약 19분, 또는 약 20분 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다. 일부 실시양태에서, 냉각은 약 10분의 제2 기간 동안 수행된다. 일부 실시양태에서, 냉각은 약 5분의 제2 기간 동안 수행된다. 일부 실시양태에서, 냉각은 약 10분 미만의 제2 기간 동안 수행된다. 일부 실시양태에서, 냉각은 약 5분 미만의 제2 기간 동안 수행된다.
일부 실시양태에서, 제2 기간 동안 제2 온도에서의 냉각은 함침된 열가소성 플라스틱으로부터의 가소화 기체 탈착의 제어를 가능하게 한다. 일부 실시양태에서, 제2 기간 동안 제2 온도로의 열가소성 플라스틱의 냉각은 함침된 열가소성 플라스틱으로부터의 가소화 기체의 탈착을 막는다. 일부 실시양태에서, 제2 기간 동안 제2 온도로의 열가소성 플라스틱의 냉각은 함침된 열가소성 플라스틱으로부터의 가소화 기체의 최소 (예를 들어, <5% 또는 <10%) 탈착을 제공한다. 일부 실시양태에서, 제2 기간 동안 제2 온도로의 열가소성 플라스틱의 냉각은 함침된 열가소성 플라스틱으로부터의 가소화 기체의 약 10% 미만, 약 9% 미만, 약 8% 미만, 약 7% 미만, 약 6% 미만, 약 5% 미만, 약 4% 미만, 약 3% 미만, 약 2% 미만, 또는 약 1% 미만 탈착을 제공할 수 있다. 일부 실시양태에서, 제2 기간 동안 제2 온도에서의 냉각은 포화와 팽창 사이에 일어나는 결정화도의 양을 동시에 제어한다. 억제된 유리 전이 온도 (Tg)를 수용하기 위한 냉각은 팽창 동안 악영향을 줄 수 있는 과도한 결정화를 막을 수 있다.
일부 실시양태에서, 제2 기간 동안 제2 온도에서의 냉각은 표면에 포획된 가소화 기체가 열가소성 시트 내로 보다 깊이 이동하는 것을 허용한다. 따라서, 일부 실시양태에서, 제2 기간 동안 제2 온도에서의 냉각은 열가소성 시트의 내부 영역의 가소화 기체의 양을 증가시킨다.
임의의 특정 이론에 의해 국한되지 않지만, 추가의 침투 깊이에 도달하는 소량의 가소화 기체 (예를 들어, CO2)가 가공 동안 이후에 보다 큰 공극/셀 형성의 원인이 될 수 있음 (보다 적은 결정 및 팽창 힘은 셀 팽창을 제한하고 있기 때문에, 보다 큰 세장형 셀 형성이 가능함)이 본원에서 제안된다. 이들 유형의 셀은 보다 낮은 밀도를 갖는 팽창 열가소성 플라스틱을 제공할 수 있고, 또한 이는 적절한 강도 및 절연의 생성물을 생성하기 위해 필요한 물질의 양을 감소시키고, 따라서 비용 절감을 유도한다. 추가로, 이들 유형의 셀은, 물질이 파열되면 이들이 보다 많은 표면적을 퇴비화 요인에 노출시킴에 따라 잠재적으로 더 빠른 퇴비화가능성을 제공한다. 또한, 팽창 열가소성 플라스틱의 보다 낮은 밀도, 및 그에 따른 감소된 양의 물질 함량은 퇴비화 시간의 가속화에 기여한다. 예를 들어, 본원에 기재된 방법에 따라 제조된 물질은 비-팽창된, PLA에 비해 약 2.5배 더 빠르게 퇴비화되는 것으로 나타난다.
상기에 기재된 바와 같이, 개시된 방법은 추가로, 함침된 열가소성 플라스틱을 20초 이하의 제3 기간 동안 제3 온도에 노출시키는 것을 포함하고; 여기서 제3 온도는 제2 온도보다 더 높고, 열가소성 플라스틱으로부터의 가소화 기체의 탈착을 실질적으로 막거나 제한하는 범위 내에 있다.
일부 실시양태에서, 제3 기간은 약 5초 내지 약 5분, 예를 들어, 약 5초, 약 30초, 약 1분, 약 1.5분, 약 2분, 약 2.5분, 약 3분, 약 3.5분, 약 4분, 약 4.5분, 또는 약 5분 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다. 일부 실시양태에서, 냉각은 약 5분 미만의 제3 기간 동안 수행된다. 일부 실시양태에서, 냉각은 약 1분 미만의 제3 기간 동안 수행된다. 일부 실시양태에서, 냉각은 약 60초, 약 50초, 약 40초, 약 30초, 약 20초, 또는 약 10초의 제3 기간 동안 수행된다. 일부 실시양태에서, 냉각은 약 10초 동안인 제3 기간 동안 수행된다.
일부 실시양태에서, 제3 기간은 본질적으로 0초이다. 일부 실시양태에서, 이는 제2 온도 및 제3 온도가 동등할 때 일어난다. 이 경우, 냉각된 열가소성 플라스틱은 제4 온도에서의 가열에 즉시 적용될 수 있다.
일부 실시양태에서, 제3 온도는 약 5℃ 내지 약 40℃, 예를 들어, 약 5℃, 약 10℃, 약 15℃, 약 20℃, 약 25℃, 약 30℃, 약 35℃, 또는 약 40℃ (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다. 일부 실시양태에서, 제3 온도는 약 20℃ 내지 약 30℃이다. 일부 실시양태에서, 제3 온도는 약 25℃이다.
일부 실시양태에서, 제3 기간 동안 제3 온도에 대한 함침된 열가소성 플라스틱의 노출은 함침된 열가소성 플라스틱의 온도를 약 1℃만큼, 약 2℃만큼, 약 3℃만큼, 약 4℃만큼, 약 5℃만큼, 약 6℃만큼, 약 7℃만큼, 약 8℃만큼, 약 9℃만큼, 약 10℃만큼, 약 11℃만큼, 약 12℃만큼, 약 13℃만큼, 약 14℃만큼, 약 15℃만큼, 약 16℃만큼, 약 17℃만큼, 약 18℃만큼, 약 19℃만큼, 또는 약 20℃만큼 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함) 증가시킨다. 일부 실시양태에서, 제3 온도에 대한 함침된 열가소성 플라스틱의 노출은 함침된 열가소성 플라스틱의 온도를 약 1℃ 내지 약 10℃만큼 증가시킨다. 또한 일부 실시양태에서, 함침된 열가소성 플라스틱의 온도는 약 1℃ 내지 약 5℃만큼 증가한다. 일부 실시양태에서, 제3 온도에 대한 함침된 열가소성 플라스틱의 노출은 함침된 열가소성 플라스틱의 온도를 5℃ 미만만큼 증가시킨다.
일부 실시양태에서, 제3 기간 동안 제3 온도에 대한 열가소성 플라스틱의 노출은 함침된 열가소성 플라스틱으로부터의 가소화 기체의 약 30% 이하의 탈착을 제공한다. 일부 실시양태에서, 제3 기간 동안 제3 온도에 대한 열가소성 플라스틱의 노출은 함침된 열가소성 플라스틱으로부터의 가소화 기체의 약 20% 이하의 탈착을 제공한다. 또한 일부 실시양태에서, 제3 기간 동안 제3 온도에 대한 열가소성 플라스틱의 노출은 함침된 열가소성 플라스틱으로부터의 가소화 기체의 약 10% 이하의 탈착을 제공한다. 일부 실시양태에서, 제3 기간 동안 제3 온도에 대한 열가소성 플라스틱의 노출은 함침된 열가소성 플라스틱으로부터의 가소화 기체의 약 5% 이하의 탈착을 제공한다.
본 개시내용의 방법은 추가로, 함침된 열가소성 플라스틱을 30초 이하의 제4 기간 동안 제3 온도보다 더 높은 제4 온도로 가열하여 함침된 열가소성 플라스틱으로부터 가소화 기체의 단지 일부를 제거하는 것을 포함한다. 열 유속 제어 공정의 이 스테이지는 완전 팽창 전의 함침된 열가소성 플라스틱의 예열을 구성한다.
일부 실시양태에서, 제4 온도는 약 85℃ 미만, 약 75℃ 미만, 약 65℃ 미만, 약 55℃ 미만, 약 45℃, 또는 약 35℃ 미만 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다.
일부 실시양태에서, 제4 기간 동안 제4 온도에서의 가열은 함침된 열가소성 플라스틱을 약 90℃ 내지 약 98℃에서 유지되는 수조로부터의 스팀 또는 수증기에 적용하는 것을 포함한다. 일부 실시양태에서, 제4 온도에서의 가열은 자유 대류 또는 강제 대류를 수반한다. 일부 실시양태에서, 제4 온도에서의 가열은 적외선 가열을 수반한다.
일부 실시양태에서, 제4 기간은 약 0.1초 내지 60초, 예를 들어, 약 0.1 내지 1초, 약 1 내지 5초, 약 5초, 약 10초, 약 15초, 약 20초, 약 25초, 약 30초, 약 35초, 약 40초, 약 45초, 약 50초, 약 55초, 또는 약 60초 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다. 일부 실시양태에서, 가열은 약 5초 내지 약 30초 이하, 예를 들어, 약 5초 이하, 약 7.5초 이하, 약 10초 이하, 약 12.5초 이하, 약 15초 이하, 약 17.5초 이하, 약 20초 이하, 약 22.5초 이하, 약 25초 이하, 약 27.5초 이하, 또는 약 30초 이하 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 제4 기간 동안 수행된다. 일부 실시양태에서, 가열은 약 15초 미만의 제4 기간 동안 수행된다. 일부 실시양태에서, 가열은 약 5초 내지 약 15초 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 제4 기간 동안 수행된다. 일부 실시양태에서, 가열은 약 10초 동안인 제4 기간 동안 수행된다.
일부 실시양태에서, 제4 시간 동안 제4 온도에 대한 함침된 열가소성 플라스틱의 노출은 함침된 열가소성 플라스틱의 온도를 약 1℃만큼, 약 2℃만큼, 약 3℃만큼, 약 4℃만큼, 약 5℃만큼, 약 6℃만큼, 약 7℃만큼, 약 8℃만큼, 약 9℃만큼, 약 10℃만큼, 약 11℃만큼, 약 12℃만큼, 약 13℃만큼, 약 14℃만큼, 약 15℃만큼, 약 16℃만큼, 약 17℃만큼, 약 18℃만큼, 약 19℃만큼, 약 20℃만큼, 약 22℃만큼, 약 22℃만큼, 약 23℃만큼, 약 24℃만큼, 약 25℃만큼, 약 26℃만큼, 약 27℃만큼, 약 28℃만큼, 약 29℃만큼, 약 30℃만큼, 약 31℃만큼, 약 32℃만큼, 약 33℃만큼, 약 34℃만큼, 약 35℃만큼, 약 36℃만큼, 약 37℃만큼, 약 38℃만큼, 약 39℃만큼, 또는 약 40℃만큼 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함) 증가시킨다. 일부 실시양태에서, 제4 온도에 대한 함침된 열가소성 플라스틱의 노출은 함침된 열가소성 플라스틱의 온도를 약 1℃ 내지 약 10℃만큼 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함) 증가시킨다. 또한 일부 실시양태에서, 함침된 열가소성 플라스틱의 온도는 약 1℃ 내지 약 5℃만큼 증가한다. 일부 실시양태에서, 제4 온도에 대한 함침된 열가소성 플라스틱의 노출은 함침된 열가소성 플라스틱의 온도를 5℃ 미만만큼 증가시킨다.
열가소성 플라스틱의 온도가 증가하기 시작함에 따라, 시트로부터의 가소화 기체의 일부의 탈착이 일어날 수 있다. 일부 실시양태에서, 가소화 기체의 적어도 일부의 탈착은 중량 기준으로 가소화 기체의 약 2%, 약 4%, 약 6%, 약 8%, 약 10%, 약 12%, 약 14%, 약 16%, 약 20%, 약 22%, 약 24%, 약 26%, 약 28%, 또는 약 30% (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 탈착을 포함한다.
일부 실시양태에서, 제4 기간 동안 제4 온도에서의 가열은 함침된 열가소성 플라스틱의 결정화도를 증가시킨다. 일부 실시양태에서, 결정화도는 약 1% 내지 약 25%, 예를 들어, 약 1%, 약 2%, 약 3%, 약 4%, 약 5%, 약 6%, 약 7%, 약 8%, 약 9%, 약 10%, 약 11%, 약 12%, 약 13%, 약 14%, 약 15%, 약 16%, 약 17%, 약 18%, 약 19%, 약 20%, 약 21%, 약 22%, 약 23%, 약 24%, 또는 약 25%만큼 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함) 증가한다.
일부 실시양태에서, 제4 기간 동안 제4 온도에서 가열된 함침된 열가소성 플라스틱의 결정화도는 약 10% 내지 약 30%, 예를 들어, 약 10%, 약 12%, 약 14%, 약 16%, 약 18%, 약 20%, 약 22%, 약 24%, 약 26%, 약 28%, 또는 약 30% (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다. 일부 실시양태에서, 결정화도는 약 20% 내지 약 30% (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다.
일부 실시양태에서, 제4 기간 동안 제4 온도에서의 가열은 함침된 열가소성 플라스틱의 팽창을 제공한다. 일부 실시양태에서, 열가소성 플라스틱은 약 1%, 약 2%, 약 3%, 약 4%, 약 5%, 약 6%, 약 7%, 약 8%, 약 9%, 약 10%, 약 11%, 약 12%, 약 13%, 약 14%, 약 15%, 약 16%, 약 17%, 약 18%, 약 19%, 또는 약 20%만큼 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함) 두께 팽창한다. 일부 실시양태에서, 열가소성 플라스틱은 적어도 약 1%, 적어도 약 2%, 적어도 약 3%, 적어도 약 4%, 적어도 약 5%, 적어도 약 6%, 적어도 약 7%, 적어도 약 8%, 적어도 약 9%, 적어도 약 10%, 적어도 약 11%, 적어도 약 12%, 적어도 약 13%, 적어도 약 14%, 적어도 약 15%, 적어도 약 16%, 적어도 약 17%, 적어도 약 18%, 적어도 약 19%, 또는 적어도 약 20%만큼 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함) 두께 팽창한다.
일부 실시양태에서, 제3 및 제4 가열 스테이지는 단일 가열 스테이지로 조합될 수 있다.
팽창
바람직한 성능 특징을 갖는 팽창 열가소성 플라스틱을 얻기 위해, 본 발명의 방법은 함침된 열가소성 플라스틱을 제5 온도에서 가열함으로써 함침된 열가소성 플라스틱을 팽창시키는 단계를 포함하고, 여기서 제5 온도는 제4 온도보다 더 높고 가소화 기체의 빠른 탈착을 촉진시키기에 충분하고, 이로써 저-밀도 팽창 열가소성 플라스틱이 형성된다.
일부 실시양태에서, 제5 온도는 약 85℃ 내지 약 98℃, 예를 들어, 약 85℃, 약 86℃, 약 87℃, 약 88℃, 약 89℃, 약 90℃, 약 91℃, 약 92℃, 약 93℃, 약 94℃, 약 95℃, 약 96℃, 약 97℃, 또는 약 98℃ (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다. 일부 실시양태에서, 제5 온도는 약 95℃이다. 일부 실시양태에서, 제5 온도는 약 98℃이다. 일부 실시양태에서, 제5 온도는 물의 비점 바로 아래이다. 일부 실시양태에서, 제5 온도는 물의 비점 또는 그의 바로 위이다. 일부 실시양태에서, 제5 온도에서 함침된 열가소성 플라스틱을 가열하는 것에 의한 함침된 열가소성 플라스틱의 팽창은 이를 수조에서 전진시키는 것을 수반할 수 있다.
일부 실시양태에서, 제5 온도에서의 함침된 열가소성 플라스틱의 가열은 팽창 열가소성 플라스틱의 결정화도를 추가로 증가시킨다. 일부 실시양태에서, 결정화도는 약 1% 내지 약 45%, 예를 들어, 약 1%, 약 3%, 약 6%, 약 9%, 약 12%, 약 15%, 약 18%, 약 21%, 약 24%, 약 27%, 약 30%, 약 33%, 약 36%, 약 39%, 약 42%, 또는 약 45%만큼 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함) 증가한다. 일부 실시양태에서, 결정화도는 약 1% 내지 약 25%만큼 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함) 증가한다.
일부 실시양태에서, 제5 온도에서의 함침된 열가소성 플라스틱의 가열은 약 25% 내지 약 75%, 예를 들어, 약 25%, 약 27.5%, 약 30%, 약 32.5%, 약 35 %, 약 37.5%, 약 40%, 약 42.5%, 약 45%, 약 47.5%, 약 50%, 약 52.5%, 약 55%, 약 57.5%, 약 60%, 약 62.5%, 약 65%, 약 67.5%, 약 70%, 약 72.5%, 또는 약 75% (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 결정화도를 갖는 팽창 열가소성 플라스틱을 제공한다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱의 결정화도는 약 30% 내지 약 65%이다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱의 결정화도는 약 30% 내지 약 45%이다. 일부 실시양태에서, 결정화도는 약 30%이다. 일부 실시양태에서, 결정화도는 약 35%이다. 일부 실시양태에서, 결정화도는 약 40%이다. 일부 실시양태에서, 결정화도는 약 45%이다. 일부 실시양태에서, 결정화도는 약 50%이다. 일부 실시양태에서, 결정화도는 약 55%이다. 일부 실시양태에서, 결정화도는 약 60%이다. 일부 실시양태에서, 결정화도는 약 65%이다.
일부 실시양태에서, 제5 온도에서의 가열은 함침된 열가소성 플라스틱의 팽창을 제공한다. 일부 실시양태에서, 열가소성 플라스틱은 약 10%, 약 20%, 약 30%, 약 40%, 약 50%, 약 60%, 약 70%, 약 80%, 약 90%, 약 100%, 약 110%, 약 120%, 약 130%, 약 140%, 약 150%, 약 160%, 약 170%, 약 180%, 약 190%, 약 200%, 약 210%, 약 220%, 약 230%, 약 240%, 약 250%, 약 260%, 약 270%, 약 280%, 약 290%, 약 300%, 약 310%, 약 320%, 약 330%, 약 340%, 약 350%, 약 360%, 약 370%, 약 380%, 약 390%, 또는 약 400%만큼 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함) 두께 팽창한다. 일부 실시양태에서, 열가소성 플라스틱은 적어도 약 5%, 적어도 약 25%, 적어도 약 50%, 적어도 약 75%, 적어도 약 100%, 적어도 약 125%, 적어도 약 150%, 적어도 약 175%, 또는 적어도 약 200%만큼 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함) 두께 팽창한다.
일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 팽창 전의 압출된 열가소성 시트의 두께의 약 0.5배만큼, 약 1배만큼, 약 1.5배만큼, 약 2배만큼, 약 2.5배만큼, 약 3배만큼, 약 3.5배만큼, 약 4배만큼, 약 4.5배만큼, 약 5배만큼, 약 5.5배만큼, 약 6배만큼, 약 6.5배만큼, 약 7배만큼, 약 7.5배만큼, 약 8배만큼, 약 8.5배만큼, 약 9배만큼, 약 9.5배만큼, 또는 약 10배만큼 두께 팽창한다.
일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 시트는, 팽창 전의 압출된 열가소성 시트에 대하여, 적어도 약 5%만큼, 적어도 약 10%만큼, 적어도 약 15%만큼, 적어도 약 20%만큼, 적어도 약 25%만큼, 적어도 약 30%만큼, 적어도 약 35%만큼, 적어도 약 40%만큼, 적어도 약 45%만큼, 적어도 약 50%만큼, 적어도 약 55%만큼, 적어도 약 60%만큼, 적어도 약 65%만큼, 적어도 약 70%만큼, 적어도 약 75%만큼, 적어도 약 80%만큼, 적어도 약 85%만큼, 적어도 약 90%만큼, 적어도 약 95%만큼, 또는 적어도 약 100%만큼 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함) 팽창한다.
일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 시트는, 팽창 전의 압출된 열가소성 시트에 대하여, 적어도 약 25%만큼, 적어도 약 50%만큼, 적어도 약 75%만큼, 적어도 약 100%만큼, 적어도 약 125%만큼, 적어도 약 150%만큼, 적어도 약 175%만큼, 적어도 약 200%만큼, 적어도 약 225%만큼, 적어도 약 250%만큼, 적어도 약 275%만큼, 적어도 약 300%만큼, 적어도 약 325%만큼, 적어도 약 350%만큼, 적어도 약 375%만큼, 적어도 약 400%만큼, 적어도 약 425%만큼, 적어도 약 450%만큼, 적어도 약 475%만큼, 또는 적어도 약 500%만큼 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함) 팽창한다.
일부 실시양태에서, 팽창은 다중 영역을 갖는 열가소성 시트의 형성을 제공한다. 일부 실시양태에서, 다중 영역은 2개 이상의 영역이다. 일부 실시양태에서, 다중 영역은 3개 이상의 영역이다. 일부 실시양태에서, 다중 영역은 4개 이상의 영역이다. 일부 실시양태에서, 다중 영역은 5개 이상의 영역이다.
일부 실시양태에서, 열가소성 시트의 다중 영역은 제1 외부 영역, 제2 외부 영역, 및 제1 외부 영역과 제2 외부 영역 사이에 배치된 내부 영역을 포함한다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱의 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 약 125 μm 내지 약 225 μm (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱의 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 약 150 μm 내지 약 200 μm (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱의 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 약 150 μm, 약 155 μm, 160 μm, 약 165 μm, 170 μm, 약 175 μm, 180 μm, 약 185 μm, 190 μm, 약 200 μm, 약 205 μm, 약 210 μm, 약 215 μm, 약 220 μm, 또는 약 225 μm (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 두께를 갖는다.
일부 실시양태에서, 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 약 100 μm 이하, 약 95 μm 이하, 90 μm 이하, 약 85 μm 이하, 80 μm 이하, 약 75 μm 이하, 70 μm 이하, 약 65 μm 이하, 약 60 μm 이하, 약 55 μm 이하, 또는 약 50 μm 이하 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 치수를 갖는 셀을 포함한다. 일부 실시양태에서, 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 약 75 μm 이하의 치수를 갖는 셀을 포함한다. 일부 실시양태에서, 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 약 20 μm 내지 약 80 μm, 예를 들어, 약 20 μm, 약 25 μm, 약 30 μm, 약 35 μm, 약 40 μm, 약 45 μm, 약 50 μm, 약 55 μm, 약 60 μm, 약 65 μm, 약 70 μm, 약 75 μm, 또는 약 80 μm (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 치수를 갖는 셀을 포함한다. 일부 실시양태에서, 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 약 25 μm 내지 약 75 μm의 치수를 갖는 셀을 포함한다.
일부 실시양태에서, 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 약 1:2, 약 1:1.5, 약 1:1, 약 1.5:1, 또는 약 2:1 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 길이 대 폭 종횡비를 갖는 셀을 포함한다.
일부 실시양태에서, 내부 영역은 약 1,000 μm 내지 약 2,000 μm의 두께를 갖고, 여기서 내부 영역은 적어도 50 μm의 치수를 갖는 셀을 포함한다. 일부 실시양태에서, 내부 영역은 약 1,000 μm, 약 1,050 μm, 약 1,100 μm, 약 1,150 μm, 약 1,200 μm, 약 1,250 μm, 약 1,300 μm, 약 1,350 μm, 약 1,400 μm, 약 1,450 μm, 약 1,500 μm, 약 1,550 μm, 약 1,600 μm, 약 1,650 μm, 약 1,700 μm, 약 1,750 μm, 약 1,800 μm, 약 1,850 μm, 약 1,900 μm, 약 1,950 μm, 또는 약 2,000 μm (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 내부 영역은 약 1,500 μm의 두께를 갖는다.
일부 실시양태에서, 내부 영역의 셀은 세장형 셀이다. 일부 실시양태에서, 내부 영역은 적어도 2:1, 적어도 3:1, 적어도 4:1, 또는 적어도 5:1의 길이 대 폭 종횡비를 갖는 셀을 포함한다. 일부 실시양태에서, 길이 대 폭 종횡비는 약 3:1이다. 일부 실시양태에서, 길이 대 폭 종횡비는 약 4:1이다.
일부 실시양태에서, 내부 영역은 적어도 약 100 μm, 적어도 약 95 μm, 적어도 약 90 μm, 적어도 약 85 μm, 적어도 약 80 μm, 적어도 약 75 μm, 적어도 약 70 μm, 적어도 약 65 μm, 적어도 약 60 μm, 적어도 약 55 μm, 또는 적어도 약 50 μm (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 치수를 갖는 셀을 포함한다.
일부 실시양태에서, 내부 영역은 약 200 μm 내지 약 800 μm, 예를 들어, 약 200 μm, 약 225 μm, 약 250 μm, 약 275 μm, 약 300 μm, 약 325 μm, 약 350 μm, 약 375 μm, 약 400 μm, 약 425 μm, 약 450 μm, 약 475 μm, 약 400 μm, 약 425 μm, 약 450 μm, 약 475 μm, 약 500 μm, 약 525 μm, 약 550 μm, 약 575 μm, 약 600 μm, 약 625 μm, 약 650 μm, 약 675 μm, 약 700 μm, 약 725 μm, 약 750 μm, 약 775 μm, 또는 약 800 μm (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 길이를 갖는 셀을 포함한다.
일부 실시양태에서, 내부 영역은 약 50 μm 내지 약 200 μm, 예를 들어, 약 50 μm, 약 55 μm, 약 60 μm, 약 65 μm, 약 70 μm, 약 75 μm, 약 80 μm, 약 85 μm, 약 90 μm, 약 95 μm, 약 100 μm, 약 105 μm, 약 110 μm, 약 115 μm, 약 120 μm, 약 125 μm, 약 130 μm, 약 135 μm, 약 140 μm, 약 145 μm, 약 150 μm, 약 155 μm, 약 160 μm, 약 165 μm, 약 170 μm, 약 175 μm, 약 180 μm, 약 185 μm, 약 190 μm, 약 195 μm, 또는 약 200 μm (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 폭을 갖는 셀을 포함한다.
일부 실시양태에서, 내부 영역의 셀은 약 200 μm 내지 약 800 μm × 약 50 μm 내지 약 200 μm의 길이 대 폭 치수를 갖는다. 일부 실시양태에서, 내부 셀은 약 200 μm × 약 50 μm의 길이 대 폭 치수를 갖는다. 일부 실시양태에서, 내부 셀은 약 300 μm × 약 75 μm의 길이 대 폭 치수를 갖는다. 일부 실시양태에서, 내부 셀은 약 400 μm × 약 100 μm의 길이 대 폭 치수를 갖는다. 일부 실시양태에서, 내부 셀은 약 500 μm × 약 125 μm의 길이 대 폭 치수를 갖는다. 일부 실시양태에서, 내부 셀은 약 600 μm × 약 150 μm의 길이 대 폭 치수를 갖는다. 일부 실시양태에서, 내부 셀은 약 700 μm × 약 175 μm의 길이 대 폭 치수를 갖는다. 일부 실시양태에서, 내부 셀은 약 800 μm × 약 200 μm의 길이 대 폭 치수를 갖는다.
임의의 특정 이론에 의해 국한되지 않지만, 가열 팽창 동안 열 유속에 대한 제어는 강도-대-중량 및 내열성을 위해 바람직한 요망되는 미세구조, 결정화도, 및 물리적 팽창 특징부를 부여하는 작업 조건의 윈도우를 제공한다.
상기 특성을 갖는 셀을 생성하는 열가소성 플라스틱으로부터의 가소화 기체의 탈착은 감소된 밀도를 갖는 팽창 물질을 제공한다. 일부 실시양태에서, 제5 온도에서의 가열에 의해 일어나는 팽창은 팽창 열가소성 플라스틱의 밀도를 적어도 약 10%만큼, 적어도 약 25%만큼, 적어도 약 30%만큼, 적어도 약 35%만큼, 적어도 약 40%만큼, 적어도 약 45%만큼, 또는 적어도 약 50%만큼 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함) 감소시킨다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱의 밀도는 적어도 약 10%만큼 감소된다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱의 밀도는 적어도 약 20%만큼 감소된다.
일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱의 밀도는 약 0.05 g/cc 내지 약 0.25 g/cc, 예를 들어, 약 0.05 g/cc, 약 0.10 g/cc, 약 0.15 g/cc, 약 0.20 g/cc, 또는 약 0.25 g/cc (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱의 밀도는 약 0.10 g/cc 내지 약 0.2 g/cc이다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱의 밀도는 약 0.2 g/cc 미만이다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱의 밀도는 약 0.1 g/cc 미만이다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱의 밀도는 약 0.12 g/cc이다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱의 밀도는 약 0.2 g/cc이다.
일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 0.020 인치 내지 약 0.220 인치, 예를 들어, 약 0.020 인치, 약 0.030 인치, 약 0.040 인치, 약 0.050 인치, 약 0.060 인치, 약 0.070 인치, 약 0.080 인치, 약 0.090 인치, 약 0.100 인치, 약 0.110 인치, 약 0.120 인치, 약 0.130 인치, 약 0.140 인치, 약 0.150 인치, 약 0.160 인치, 약 0.170 인치, 약 0.180 인치, 약 0.190 인치, 약 0.200 인치, 약 0.210 인치, 약 0.220 인치 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 두께를 갖는다.
팽창 열가소성 플라스틱
요망되는 성능 특징을 부여하기 위해 유용한 독특한 미세구조 및 다른 물리적 특성을 갖는 열가소성 시트가 또한 본원에 기재된다.
도 3은, 본원에 기재된 방법에 따라 저-D PLA 물질로부터 제조된 팽창 열가소성 시트의 연속적, 비-라미네이팅된, 다층형, 발포 미세구조의 단면 (면내) 이미지의 SEM 이미지 (약 55배 배율)를 나타내며, 여기에는 내부 영역 및 외부 영역, 및 각각의 영역 내의 미세발포체 및 이들의 특징이 나타나 있다.
일부 실시양태에서, 본 개시내용은 제1 외부 영역, 제2 외부 영역, 및 제1 외부 영역과 제2 외부 영역 사이에 배치된 내부 영역을 포함하는 팽창 열가소성 시트를 제공한다. 일부 실시양태에서, 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 약 150 μm 내지 약 200 μm의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 약 75 μm 이하의 치수를 갖는 셀을 포함한다. 일부 실시양태에서, 내부 영역은 약 1,000 μm 내지 약 2,000 μm의 두께를 갖고, 여기서 내부 영역은 적어도 약 50 μm의 치수를 갖는 셀을 포함한다.
일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱의 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 약 125 μm 내지 약 225 μm (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱의 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 약 150 μm 내지 약 200 μm (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱의 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 약 150 μm, 약 155 μm, 160 μm, 약 165 μm, 170 μm, 약 175 μm, 180 μm, 약 185 μm, 190 μm, 약 200 μm, 약 205 μm, 약 210 μm, 약 215 μm, 약 220 μm, 또는 약 225 μm (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 두께를 갖는다.
일부 실시양태에서, 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 약 100 μm 이하, 약 95 μm 이하, 90 μm 이하, 약 85 μm 이하, 80 μm 이하, 약 75 μm 이하, 70 μm 이하, 약 65 μm 이하, 약 60 μm 이하, 약 55 μm 이하, 또는 약 50 μm 이하 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 치수를 갖는 셀을 포함한다. 일부 실시양태에서, 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 약 75 μm 이하의 치수를 갖는 셀을 포함한다. 일부 실시양태에서, 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 약 20 μm 내지 약 80 μm, 예를 들어, 약 20 μm, 약 25 μm, 약 30 μm,. 약 35 μm, 약 40 μm, 약 45 μm, 약 50 μm, 약 55 μm, 약 60 μm, 약 65 μm, 약 70 μm, 약 75 μm, 또는 약 80 μm (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 치수를 갖는 셀을 포함한다. 일부 실시양태에서, 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 약 25 μm 내지 약 75 μm의 치수를 갖는 셀을 포함한다.
일부 실시양태에서, 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 약 1:2, 약 1:1.5, 약 1:1, 약 1.5:1, 또는 약 2:1 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 길이 대 폭 종횡비를 갖는 셀을 포함한다.
일부 실시양태에서, 내부 영역은 약 1,000 μm 내지 약 2,000 μm의 두께를 갖고, 여기서 내부 영역은 적어도 50 μm의 치수를 갖는 셀을 포함한다. 일부 실시양태에서, 내부 영역은 약 1,000 μm, 약 1,050 μm, 약 1,100 μm, 약 1,150 μm, 약 1,200 μm, 약 1,250 μm, 약 1,300 μm, 약 1,350 μm, 약 1,400 μm, 약 1,450 μm, 약 1,500 μm, 약 1,550 μm, 약 1,600 μm, 약 1,650 μm, 약 1,700 μm, 약 1,750 μm, 약 1,800 μm, 약 1,850 μm, 약 1,900 μm, 약 1,950 μm, 또는 약 2,000 μm (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 내부 영역은 약 1,500 μm의 두께를 갖는다.
일부 실시양태에서, 내부 영역의 셀은 세장형 셀이다. 일부 실시양태에서, 내부 영역은 적어도 2:1, 적어도 3:1, 적어도 4:1, 또는 적어도 5:1의 길이 대 폭 종횡비를 갖는 셀을 포함한다. 일부 실시양태에서, 길이 대 폭 종횡비는 약 3:1이다. 일부 실시양태에서, 길이 대 폭 종횡비는 약 4:1이다.
일부 실시양태에서, 내부 영역은 적어도 약 100 μm, 적어도 약 95 μm, 적어도 약 90 μm, 적어도 약 85 μm, 적어도 약 80 μm, 적어도 약 75 μm, 적어도 약 70 μm, 적어도 약 65 μm, 적어도 약 60 μm, 적어도 약 55 μm, 또는 적어도 약 50 μm (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 치수를 갖는 셀을 포함한다.
일부 실시양태에서, 내부 영역은 약 200 μm 내지 약 800 μm, 예를 들어, 약 200 μm, 약 225 μm, 약 250 μm, 약 275 μm, 약 300 μm, 약 325 μm, 약 350 μm, 약 375 μm, 약 400 μm, 약 425 μm, 약 450 μm, 약 475 μm, 약 400 μm, 약 425 μm, 약 450 μm, 약 475 μm, 약 500 μm, 약 525 μm, 약 550 μm, 약 575 μm, 약 600 μm, 약 625 μm, 약 650 μm, 약 675 μm, 약 700 μm, 약 725 μm, 약 750 μm, 약 775 μm, 또는 약 800 μm (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 길이를 갖는 셀을 포함한다.
일부 실시양태에서, 내부 영역은 약 50 μm 내지 약 200 μm, 예를 들어, 약 50 μm, 약 55 μm, 약 60 μm, 약 65 μm, 약 70 μm, 약 75 μm, 약 80 μm, 약 85 μm, 약 90 μm, 약 95 μm, 약 100 μm, 약 105 μm, 약 110 μm, 약 115 μm, 약 120 μm, 약 125 μm, 약 130 μm, 약 135 μm, 약 140 μm, 약 145 μm, 약 150 μm, 약 155 μm, 약 160 μm, 약 165 μm, 약 170 μm, 약 175 μm, 약 180 μm, 약 185 μm, 약 190 μm, 약 195 μm, 또는 약 200 μm (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 폭을 갖는 셀을 포함한다.
일부 실시양태에서, 내부 영역의 셀은 약 200 μm 내지 약 800 μm × 약 50 μm 내지 약 200 μm의 길이 대 폭 치수를 갖는다. 일부 실시양태에서, 내부 셀은 약 200 μm × 약 50 μm의 길이 대 폭 치수를 갖는다. 일부 실시양태에서, 내부 셀은 약 300 μm × 약 75 μm의 길이 대 폭 치수를 갖는다. 일부 실시양태에서, 내부 셀은 약 400 μm × 약 100 μm의 길이 대 폭 치수를 갖는다. 일부 실시양태에서, 내부 셀은 약 500 μm × 약 125 μm의 길이 대 폭 치수를 갖는다. 일부 실시양태에서, 내부 셀은 약 600 μm × 약 150 μm의 길이 대 폭 치수를 갖는다. 일부 실시양태에서, 내부 셀은 약 700 μm × 약 175 μm의 길이 대 폭 치수를 갖는다. 일부 실시양태에서, 내부 셀은 약 800 μm × 약 200 μm의 길이 대 폭 치수를 갖는다.
일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 시트는 외부 영역과 내부 영역 사이의 전이 영역 (또는 층)을 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 전이 영역의 형성은 다중 열 유속 및 팽창 시간/속도에 기인한다. 일부 실시양태에서, 전이 영역 또는 층은 적어도 약 0.1 mm, 적어도 약 0.11 mm, 적어도 약 0.12 mm, 적어도 약 0.13 mm, 적어도 약 0.14 mm, 적어도 약 0.15 mm, 적어도 약 0.16 mm, 적어도 약 0.17 mm, 적어도 약 0.18 mm, 적어도 약 0.19 mm, 적어도 약 0.2 mm, 적어도 약 0.21 mm, 적어도 약 0.22 mm, 적어도 약 0.23 mm, 또는 적어도 약 0.24 mm (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 전이 영역 또는 층은 약 0.25 mm 이하, 약 0.24 mm 이하, 약 0.23 mm 이하, 약 0.22 mm 이하, 약 0.21 mm 이하, 약 0.2 mm 이하, 약 0.19 mm 이하, 약 0.18 mm 이하, 약 0.17 mm 이하, 약 0.16 mm 이하, 약 0.15 mm 이하, 약 0.14 mm 이하, 약 0.13 mm 이하, 약 0.12 mm 이하, 약 0.11 mm 이하 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 두께를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 전이 영역 또는 층은 약 0.15 mm 내지 약 0.18 mm의 두께를 가질 수 있다.
일부 실시양태에서, 전이 영역 또는 층은 적어도 약 20 마이크로미터, 적어도 약 30 마이크로미터, 적어도 약 40 마이크로미터, 적어도 약 50 마이크로미터, 적어도 약 60 마이크로미터, 적어도 약 70 마이크로미터, 적어도 약 80 마이크로미터, 적어도 약 90 마이크로미터, 적어도 약 100 마이크로미터, 적어도 약 110 마이크로미터, 적어도 약 120 마이크로미터, 적어도 약 130 마이크로미터, 또는 적어도 약 140 마이크로미터 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 셀 직경을 갖는 셀을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 전이 영역 또는 층은 약 150 마이크로미터 이하, 약 140 마이크로미터 이하, 약 130 마이크로미터 이하, 약 120 마이크로미터 이하, 약 110 마이크로미터 이하, 약 100 마이크로미터 이하, 약 90 마이크로미터 이하, 약 80 마이크로미터 이하, 약 70 마이크로미터 이하, 약 60 마이크로미터 이하, 약 50 마이크로미터 이하, 약 40 마이크로미터 이하, 또는 약 30 마이크로미터 이하 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 셀 직경을 갖는 셀을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 전이 영역 또는 층은 약 40 내지 약 110 마이크로미터의 셀 직경을 갖는 셀을 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 본원에 개시된 방법에 따라 제조된 팽창 열가소성 시트는 그 바로 아래에 있는 외부 영역의 치밀 미세발포 구조와 인접한 표면 미세기공을 갖는다. 도 4a 및 4b는, 저-D PLA를 사용하여, 본원에 기재된 하나의 실시양태에 따라 제조된 팽창 열가소성 시트의 표면 미세기공의 광학 현미경검사 이미지 (4x 및 10x 배율)를 나타내고, 여기서 미세기공의 개구는 다인 펜으로부터의 잉크가 그들 안으로 침투하고 농축될 수 있게 하였다. 일부 실시양태에서는, 평방 인치 당 약 30,000 내지 약 60,000개의 표면 기공이 존재한다. 일부 실시양태에서는, 도 4a 및 4b에 나타낸 바와 같이, 평방 인치 당 약 44,000개의 표면 기공이 존재한다. 짧은 기간 동안 고압을 사용하는 가공 방법이, 가공 동안 유도된 주어진 다공도에서, 부분의 표면 근처의 셀의 미세-발포된 구조 생성에 있어 중요한 요인일 수 있다. 전체 구조 및 표면 기공을 통해 큰 셀을 갖는 샘플은 외부 벽을 통한 패키지 내용물의 누출을 가능하게 할 것이다. 초기의 가공 실험은 많은 "누출성" 용기를 생성하였다. 일부 실시양태에서, 표면 기공의 직경은 약 50 마이크로미터 미만일 수 있다. 일부 실시양태에서, 표면 기공은 부분의 깊이 내로 약 100 마이크로미터 초과로 침투하지 않는다.
일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 적어도 약 10%만큼, 적어도 약 25%만큼, 적어도 약 30%만큼, 적어도 약 35%만큼, 적어도 약 40%만큼, 적어도 약 45%만큼, 또는 적어도 약 50%만큼 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함) 감소된 밀도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 적어도 약 10%만큼 감소된 밀도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 적어도 약 20%만큼 감소된 밀도를 갖는다.
일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 약 0.05 g/cc 내지 약 0.25 g/cc, 예를 들어, 약 0.05 g/cc, 약 0.10 g/cc, 약 0.15 g/cc, 약 0.20 g/cc, 또는 약 0.25 g/cc (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 밀도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 약 0.10 g/cc 내지 약 0.2 g/cc의 밀도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 약 0.2 g/cc 미만의 밀도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 약 0.1 g/cc 미만의 밀도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 약 0.12 g/cc의 밀도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 약 0.2 g/cc의 밀도를 갖는다.
일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 적어도 약 25%, 적어도 약 27.5%, 적어도 약 30%, 적어도 약 32.5%, 적어도 약 35 %, 적어도 약 37.5%, 적어도 약 40%, 적어도 약 42.5%, 적어도 약 45%, 적어도 약 50%, 적어도 약 52.5%, 적어도 약 55%, 적어도 약 57.5%, 적어도 약 60%, 적어도 약 62.5%, 적어도 약 65%, 적어도 약 67.5%, 적어도 약 70%, 적어도 약 72.5%, 또는 적어도 약 75%의 결정화도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 약 25% 내지 약 75%, 예를 들어, 약 25%, 약 27.5%, 약 30%, 약 32.5%, 약 35 %, 약 37.5%, 약 40%, 약 42.5%, 약 45%, 약 50%, 약 52.5%, 약 55%, 약 57.5%, 약 60%, 약 62.5%, 약 65%, 약 67.5%, 약 70%, 약 72.5%, 또는 약 75% (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 결정화도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 약 30% 내지 약 65%의 결정화도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 약 30% 내지 약 45%의 결정화도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 약 30%의 결정화도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 약 35%의 결정화도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 약 40%의 결정화도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 약 45%의 결정화도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 약 50%의 결정화도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 약 55%의 결정화도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 약 60%의 결정화도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 약 65%의 결정화도를 갖는다.
일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 0.020 인치 내지 약 0.220 인치, 예를 들어, 약 0.020 인치, 약 0.030 인치, 약 0.040 인치, 약 0.050 인치, 약 0.060 인치, 약 0.070 인치, 약 0.080 인치, 약 0.090 인치, 약 0.100 인치, 약 0.110 인치, 약 0.120 인치, 약 0.130 인치, 약 0.140 인치, 약 0.150 인치, 약 0.160 인치, 약 0.170 인치, 약 0.180 인치, 약 0.190 인치, 약 0.200 인치, 약 0.210 인치, 약 0.220 인치 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 두께를 갖는다.
본원에 기재된 팽창 열가소성 플라스틱은, 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 다양한 시험에 따라 측정될 수 있는, 개선된 물리적 및 기계적 특성을 갖는다.
일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은, ASTM C78 시험에 의해 측정시, 약 0.2 MPa 내지 약 100 MPa, 예를 들어, 약 0.2 MPa, 약 1.0 MPa, 약 5.0 MPa, 약 10.0 MPa, 약 15.0 MPa, 약 20.0 MPa, 약 25.0 MPa, 약 30.0 MPa, 약 35.0 MPa, 약 40.0 MPa, 약 45.0 MPa, 약 50.0 MPa, 약 55.0 MPa, 약 60.0 MPa, 약 65.0 MPa, 약 70.0 MPa, 약 75.0 MPa, 약 80.0 MPa, 약 85.0 MPa, 약 90.0 MPa, 약 95.0 MPa, 또는 약 100.0 MPa (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 굴곡 강도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 약 0.2 MPa 내지 약 10 MPa, 약 0.2 MPa 내지 약 20 MPa, 약 0.2 MPa 내지 약 30 MPa, 약 0.2 MPa 내지 약 40 MPa, 약 0.2 MPa 내지 약 50 MPa, 약 0.2 MPa 내지 약 60 MPa, 약 0.2 MPa 내지 약 70 MPa, 약 0.2 MPa 내지 약 80 MPa, 약 0.2 MPa 내지 약 90 MPa, 또는 약 0.2 MPa 내지 약 100 MPa (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 굴곡 강도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 굴곡 강도는 대안적으로 ASTM D638 시험에 따라 측정된다.
일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은, ASTM C78 시험에 의해 측정시, 약 0.2 MPa 내지 약 50 MPa, 예를 들어, 약 0.2 MPa, 약 2.0 MPa, 약 4.0 MPa, 약 6.0 MPa, 약 8.0 MPa, 약 10.0 MPa, 약 12.0 MPa, 약 14.0 MPa, 약 16.0 MPa, 약 18.0 MPa, 약 20.0 MPa, 약 22.0 MPa, 약 24.0 MPa, 약 26.0 MPa, 약 28.0 MPa, 약 30.0 MPa, 약 32.0 MPa, 약 34.0 MPa, 약 36.0 MPa, 약 38.0 MPa, 약 40.0 MPa, 약 42.0 MPa, 약 44.0 MPa, 약 46.0 MPa, 약 48.0 MPa, 또는 약 50.0 MPa (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 인장 강도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은 약 0.2 MPa 내지 약 10MPa, 약 0.2 MPa 내지 약 20 MPa, 약 0.2 MPa 내지 약 30 MPa, 약 0.2 MPa 내지 약 40 MPa, 약 0.2 MPa 내지 약 50 MPa, 약 0.2 MPa 내지 약 60 MPa, 약 0.2 MPa 내지 약 70 MPa, 약 0.2 MPa 내지 약 80 MPa, 약 0.2 MPa 내지 약 90 MPa, 또는 약 0.2 MPa 내지 약 100 MPa (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 인장 강도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 인장 강도는 대안적으로 ASTM D638 시험에 따라 측정된다.
일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 플라스틱은, ASTM C78 시험에 의해 측정시, 약 0.2 MPa 내지 약 50 MPa, 예를 들어, 약 0.2 MPa, 약 2.0 MPa, 약 4.0 MPa, 약 6.0 MPa, 약 8.0 MPa, 약 10.0 MPa, 약 12.0 MPa, 약 14.0 MPa, 약 16.0 MPa, 약 18.0 MPa, 약 20.0 MPa, 약 22.0 MPa, 약 24.0 MPa, 약 26.0 MPa, 약 28.0 MPa, 약 30.0 MPa, 약 32.0 MPa, 약 34.0 MPa, 약 36.0 MPa, 약 38.0 MPa, 약 40.0 MPa, 약 42.0 MPa, 약 44.0 MPa, 약 46.0 MPa, 약 48.0 MPa, 또는 약 50.0 MPa (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 전단 강도를 갖는다. 일부 실시양태에서, 전단 강도는 대안적으로 ASTM D638 시험에 따라 측정된다.
일부 실시양태에서, 열가소성 플라스틱은 열가소성 시트이다. 일부 실시양태에서, 열가소성 플라스틱은 바이오플라스틱이다. 일부 실시양태에서, 바이오플라스틱은 폴리락트산이다. 일부 실시양태에서, 열가소성 플라스틱은 PET 플라스틱이다. 일부 실시양태에서, 바이오플라스틱은 비-석유 PET 플라스틱 (예를 들어, 바이오매쓰로부터 생성됨)이다. 일부 실시양태에서, 열가소성 플라스틱은 비-바이오플라스틱 (예를 들어, 열가소성 폴리우레탄)이다.
본원에 기재된 팽창 열가소성 플라스틱은, 예를 들어, 음식, 의료, 및 보건, 운동 상품, 가열 및 냉각, 항공기/항공우주, 건설, 및 자동차 산업을 포함하나 이에 제한되지는 않는 산업에서 사용될 수 있고, 여기서 본원에 기재된 팽창 열가소성 플라스틱의 특정 특징이 상응하는 산업적 요건을 충족시키는 데 있어 활용될 수 있다.
열성형
본원에 기재된 팽창 열가소성 플라스틱은, 예를 들어, 음식, 의료 및 보건, 및 항공기 및 자동차 산업을 포함한 산업에서 다양한 산업적으로 유용한 생성물을 생성하기 위해, 본원에 개시된 것들을 포함한 임의의 적합한 방법에 의해 열성형될 수 있고, 여기서 생성물은 단일-사용 또는 내구성 생성물일 수 있다. 자동차 응용에서는, 예를 들어, 한쪽 측면에서는 고온 엔진 근처에 있고 다른 측면에서는 비교적 보다 저온의 금속 근처에 있기에 적합한 물질이 바람직할 수 있고, 이는 음식 산업 응용에서 단일-사용 고온 음식 용기를 위한 것과 유사하다.
열성형은, 물질을 그의 형성 온도로 가열하고, 고온 물질에 힘을 적용하여 이를 공동 내로 또는 금형 상으로 밀어내어 물질이 금형의 형상에 정합되도록 하는 공정이다. 적용되는 힘은 기계적 수단 (플러그), 진공, 또는 공기 압력을 통해 생성될 수 있다. 대부분의 금형에서, 플러그는 물질을 금형 공동 내로 강제 이동시키고, 진공은 플라스틱을 금형 상으로, 또한 공동 내로 드로잉(drawing)하고, 공기 압력은 물질을 맞춤형 금형 공동 내로 이동시키기 위해 적용된다. 포화 동안 결정화에 의해 유도된 시트의 비교적 높은 결정화도 및 또한 팽창 동안 변형-유도된 결정화는 전형적인 포움 방법에 의해 가능해지는 것들보다 더 높은 시트 형성 온도를 가능하게 할 수 있다. 이들 비교적 높은 압력은 부분의 단일 측면 상의 공기 압력으로 단일면 툴링(tooling)의 사용을 가능하게 한다. 높은 시트 온도는 셀 내부의 기체 압력을 일시적으로 증가시켜, 형성을 도울 수 있다.
일부 실시양태에서, 열성형에서 몰딩 공정은, 요구되는 서비스 온도에 따라 성형품의 내열성 및 열 안정성을 개선시키기 위해, 금형을 능동 가열함으로써 변형된다. 이는 때로는 "열고정"으로서 언급된다. 일부 실시양태에서, 내열성은, 예를 들어, 저-D PLA의 경우, 금형을 적어도 약 120℃로 가열함으로써 팽창 시트의 결정화도 백분율을 추가로 증가시킴으로써 개선된다. 일부 실시양태에서, 팽창 PLA 시트는 요망되는 서비스 온도를 견디기 위해 결정화도 백분율을 충분히 증가시키도록 적어도 약 6초 동안 가열된 금형에 노출된다.
본원에 기재된 방법에 따라 제조된 팽창 시트의 놀랍게 높은 결정화도 백분율은, 열성형 및 열고정, 특히 놀랍게 높은 온도에서의 열성형 및 열고정을 통해 팽창 시트의, 본원에 기재된, 중요한 계층적 층상 미세구조를 보존하고, 그에 따라 놀랍게 높은 서비스 온도 (예를 들어, 약 105℃, 예를 들어, 본원에 기재된 방법에 의해 생성된 하기에 기재되는 일부 생성물에서는, 비등수)를 견디고 동시에 놀랍게 얇은 형태 요인 및 낮은 밀도에서 충분한 강도와 같은 계층적 층상 미세구조의 물리적 및 성능 이점을 충족시킬 수 있는 최종 생성물의 제조를 가능하게 하는 것의 원인이 되는 주요 요인 중 하나이다.
추가로, 높은 결정화도로 인해, 또한 보존된 미세구조로 인해, 형성된 및 열고정된 생성물이 즉시 및 약 실온에서 트리밍 스테이션으로 전달되기에 충분히 강성이기 때문에 트리밍 전에 포움을 "동결"시키기 위해 고온 금형 스테이지 후에 저온 금형 스테이지를 부가할 필요가 없고, 그에 따라 보다 짧은 생성 시간 (예를 들어, 생성물에 따라, 약 6초 내지 약 9초)에 기여하고 선행 기술에 비해 보다 적은 수의 생성 단계를 필요로 한다. 트리밍 스테이션에서는, 생성물이 스틸 룰 다이 또는 매칭된 금속 트림 프레스에 의해 추출된다. 남아 있은 트림 물질이 수집되고 공정으로 다시 재순환되어 더 많은 부분을 만들 수 있다.
팽창 시트의 높은 결정화도는, 놀랍게 높은 온도에서의 형성 및 열고정 동안에도 강성을 유지하고 중요한 계층적 미세구조를 보존하는 것의 원인이 된다. 이 높은 초기 결정화도는 계층적 미세구조를 온전하게 유지할 수 있다. 고온에서의 몰딩 및 열고정 동안, 중합체 사슬은 에너지 및 이동성을 얻고 기존의 결정을 연합하고/거나 추가의 결정을 형성함으로써 전체적 결정화도를 추가로 증가시킨다. 열고정 온도가 Tg를 넘어 증가하고 용융 온도 Tm (여기서 사슬은 결정화되기보다는 용융되기 시작함)을 향해 이동함에 따라, 사슬은 보다 높은 이동성으로 보다 빠르게 이동하여 재배열되고/거나 결정화된다.
본원에 기재된 방법에 따라 제조된 팽창 시트의 충분히 높은 결정화도 백분율의 또 다른 놀라운 이점은, 열고정 없이 열성형 동안 다양한 이유로 발생할 수 있는 결정화도 백분율의 일부 잠재적 손실에 대한 여유이고, 그에 따라 최종 생성물에서 계층적 미세구조 및 그의 이점이 여전히 보존되며, 이는 예시 생성물의 일부에서, 예를 들어, 얕은 육류 트레이, 플레이트에서, 또한 일부 비-열고정 깊은 생성물에서, 예컨대 하기 실시예 4에서의 클램쉘에서 볼 수 있다.
일부 실시양태에서는, 적어도 50 중량%의 열가소성 물질을 포함하고, 제1 외부 영역, 제2 외부 영역, 및 제1 외부 영역과 제2 외부 영역 사이에 배치된 내부 영역을 갖는 비-라미네이팅된 중합체 시트를 포함하는 저-밀도 형성 생성물이 제공된다.
여기서 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 약 75 μm 이하의 치수를 갖는 셀을 포함하고; 내부 영역은 약 4:1의 길이 대 폭 종횡비를 갖는 셀을 포함하고, 내부 층은 적어도 50 μm의 치수를 갖는다. 일부 실시양태에서, 저-밀도 열성형 생성물은 ASTM D2126 시험에 따라 시험시 실질적인 변형이 일어나지 않고; 여기서 저-밀도 열성형 생성물은 약 100℃ 이하에서 물과 접촉시 가시적 변형을 나타내지 않는다.
일부 실시양태에서, 비-라미네이팅된 중합체 시트는 적어도 약 50 중량%의 폴리락트산 중합체 물질, 적어도 약 60 중량%의 폴리락트산 중합체 물질, 적어도 약 70 중량%의 폴리락트산 중합체 물질, 적어도 약 80 중량%의 폴리락트산 중합체 물질, 또는 적어도 약 90 중량%의 폴리락트산 중합체 물질 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)을 포함한다.
일부 실시양태에서, 본원에 개시된 저-밀도 열성형 생성물은, ASTM D790 3-점 굽힘 시험에 따라 시험시, 약 0.2 MPa 내지 약 4 GPa (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함) 굽힘 모듈러스 (또는 굴곡 모듈러스)를 갖는다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 저-밀도 열성형 생성물은, ASTM D790 3-점 굽힘 시험에 따라 시험시, 약 0.2 MPa 내지 약 10 MPA, 예를 들어, 약 5 MPa, 약 10 MPa, 약 15 MPa, 약 20 MPa, 약 25 MPa, 약 30 MPa, 약 35 MPa, 약 40 MPa, 약 45 MPa, 약 50 MPa, 약 55 MPa, 약 60 MPa, 약 65 MPa, 또는 약 70 MPa (이들 사이의 모든 범위 또는 값 포함)의 굽힘 모듈러스를 갖는다. 일부 실시양태에서, 굽힘 모듈러스는 최대 약 14 GPa이다.
일부 실시양태에서, 본원에 개시된 저-밀도 열성형 생성물은, ASTM D790 3-점 굽힘 시험에 따라 시험시, 0.2 MPa 내지 약 80 MPa, 예를 들어, 약 0.2 MPa, 약 1.0 MPa, 약 5.0 MPa, 약 10.0 MPa, 약 15.0 MPa, 약 20.0 MPa, 약 25.0 MPa, 약 30.0 MPa, 약 35.0 MPa, 약 40.0 MPa, 약 45.0 MPa, 약 50.0 MPa, 약 55.0 MPa, 약 60.0 MPa, 약 65.0 MPa, 약 70.0 MPa, 약 75.0 MPa, 또는 약 80.0 MPa (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 굽힘 강도 (또는 굴곡 강도)를 갖는다. 일부 실시양태에서, 굽힘 강도는 최대 약 145 MPa이다.
일부 실시양태에서, 본원에 개시된 저-밀도 열성형 생성물은 약 40℃ 초과, 약 45℃ 초과, 약 50℃ 초과, 약 55℃ 초과, 약 60℃ 초과, 또는 약 65℃ 초과의 온도에서 변형에 저항한다. 일부 실시양태에서, 이들 온도
일부 실시양태에서, 본원에 개시된 저-밀도 열성형 생성물은, ASTM D2126 시험 (열 및 습도 노화에 대한 강성 발포 플라스틱의 반응에 대한 표준 시험)에 노출시, 변형 (예를 들어, 왜곡, 수축 등)에 저항한다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 저-밀도 열성형 생성물은, 저-밀도 열가소성 플라스틱의 하나 이상의 표면이 물과 접촉할 때, 변형에 저항한다. 일부 실시양태에서, 고온수는 약 60℃ 초과, 약 70℃ 초과, 약 80℃ 초과, 약 90℃ 초과, 또는 약 100℃ 초과 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 온도에서의 물이다. 일부 실시양태에서, 고온수는 비등수이다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 저-밀도 열성형 생성물은, 식품이 저-밀도 열성형 생성물의 내부 표면과 접촉하며 마이크로파 조건 하에 가열에 적용시 변형에 저항한다. 일부 실시양태에서, 식품은 고체 또는 액체 식품이다.
일부 실시양태에서, 변형에 대한 저항은 약 1% 이하, 약 2% 이하, 약 3% 이하, 약 4% 이하, 약 5% 이하, 약 6% 이하, 약 7% 이하, 약 8% 이하, 약 9% 이하, 또는 약 10% 이하 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 왜곡을 포함한다. 일부 실시양태에서, ASTM D1226에 대한 열가소성 플라스틱의 노출 후 변형의 양은 약 1% 내지 약 10%, 예를 들어, 약 1%, 약 2%, 약 3%, 약 4%, 약 5%, 약 6%, 약 7%, 약 8%, 약 9%, 또는 약 10%이다. 일부 실시양태에서, ASTM D1226에 대한 열가소성 플라스틱의 노출 후 변형의 양은 약 1% 내지 약 5%이다.
일부 실시양태에서, 백의 생성에 적합한 팽창 열가소성 시트는 약 0.005 인치, 약 0.010 인치, 약 0.015 인치, 약 0.020 인치, 약 0.025 인치, 약 0.030 인치, 약 0.035 인치, 약 0.040 인치, 약 0.045 인치, 약 0.050 인치, 약 0.055 인치, 약 0.060 인치, 약 0.065 인치, 또는 약 0.070 인치 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 시트의 두께는 약 0.005 인치 내지 약 0.060 인치, 예를 들어, 약 0.005 인치, 약 0.010 인치, 약 0.015 인치, 약 0.020 인치, 약 0.025 인치, 약 0.030 인치, 약 0.035 인치, 약 0.040 인치, 약 0.045 인치, 약 0.050 인치, 약 0.055 인치, 또는 약 0.060 인치 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다. 따라서, 본 발명의 방법의 일부 실시양태에서, 백의 생성에 적합한 압출된 열가소성 시트는 약 0.010 인치로부터 약 0.020 인치 내지 약 0.060 인치로 팽창한다.
일부 실시양태에서, 플레이트의 생성에 적합한 팽창 열가소성 시트는 약 0.045 인치, 약 0.050 인치, 약 0.055 인치, 약 0.060 인치, 약 0.065 인치, 약 0.070 인치, 약 0.075 인치, 약 0.080 인치, 약 0.085 인치, 약 0.090 인치, 약 0.095 인치, 약 0.100 인치, 약 0.105 인치, 약 0.110 인치, 약 0.115 인치, 또는 약 0.120 인치 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 시트의 두께는 약 0.070 인치 내지 약 0.110 인치 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다. 따라서, 본 발명의 방법의 일부 실시양태에서, 플레이트의 생성에 적합한 압출된 열가소성 시트는 약 0.018 인치로부터 약 0.070 인치 내지 약 0.110 인치로 팽창한다.
일부 실시양태에서, 커트레이의 생성에 적합한 팽창 열가소성 시트는 약 0.090 인치, 약 0.100 인치, 약 0.110 인치, 약 0.120 인치, 약 0.0130 인치, 약 0.140 인치, 약 0.150 인치, 약 0.160 인치, 약 0.170 인치, 약 0.180 인치, 약 0.190 인치, 약 0.200 인치, 또는 약 0.210 인치 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 열가소성 플라스틱의 두께는 약 0.090 인치 내지 약 0.100 인치이다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 시트의 두께는 약 0.150 인치 내지 약 0.200 인치 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다. 따라서, 본 발명의 방법의 일부 실시양태에서, 커트레이의 생성에 적합한 압출된 열가소성 시트는 약 0.24 인치로부터 약 0.150 인치 내지 약 0.200 인치로 팽창한다.
일부 실시양태에서, 컵의 생성에 적합한 팽창 열가소성 시트는 약 0.060 인치, 약 0.070 인치, 약 0.080 인치, 약 0.090 인치, 약 0.100 인치, 약 0.110 인치, 약 0.120 인치, 약 0.130 인치, 약 0.140 인치, 약 0.150 인치, 약 0.160 인치, 약 0.170 인치, 약 0.180 인치, 또는 약 0.190 인치 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 팽창 열가소성 시트의 두께는 약 0.070 인치 내지 약 0.180 인치 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)이다. 따라서, 본 발명의 방법의 일부 실시양태에서, 컵의 생성에 적합한 압출된 열가소성 시트는 약 0.016 인치로부터 약 0.070 인치 내지 약 0.180 인치로 팽창한다.
일부 실시양태에서, 개시된 방법에 의해 제조된 열성형 생성물은 약 0.05 g/in2 내지 약 0.2 g/in2 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 단위 면적 당 중량을 갖는다. 일부 실시양태에서, 개시된 방법에 의해 제조된 팽창 열가소성 플라스틱은 약 0.13 g/in2 내지 약 0.19 g/in2의 단위 면적 당 중량을 갖는다.
일부 실시양태에서, 본원에 개시된 방법에 따라 제조된 열성형 생성물은 열성형 생성물 상의 표면 미세기공과 이들 표면 미세기공 아래에, 또한 외부 영역에 치밀 발포 구조를 갖고, 여기서 치밀 미세발포 구조는 생성물 파괴 및/또는 누출을 막는다. 예를 들어, 표면 기공은 한쪽 측면에서 보다 클 수 있고, 생성물, 예컨대 음식 트레이, 육류 트레이, 과일 트레이, 또는 채소 트레이는, 유체를 포획하기 위한 "블러드 파우치"에 대한 필요성이 제거될 수 있도록 천공을 혼입할 수 있다. 추가로, 표면 기공은 생성물의 표면 상의 쓰기 또는 생성물의 표면 상의 라벨 배치를 지지할 수 있다. 도 5a-c는, 모두, 저-D PLA를 사용하여, 본원에 기재된 하나의 실시양태에 따라 제조된 3개의 상이한 열성형 생성물의 표면 미세기공의 광학 현미경검사 이미지 (10x 배율)를 나타내며, 여기서 미세기공의 개구는 다인 펜으로부터의 잉크가 그들 안으로 침투하고 농축될 수 있게 하였다. 일부 실시양태에서는, 열성형 생성물에 평방 인치 당 약 30,000 내지 약 60,000개의 표면 기공이 존재한다. 일부 실시양태에서는, 도 5a-c에 나타낸 바와 같이, 도 5a에서는 평방 인치 당 약 56,000개의 표면 기공; 도 5b에서는 약 36,000 내지 약 41,000개의 표면 기공; 또한 도 5c에서는 약 39,000 내지 약 46,000개의 표면 기공이 존재한다.
또한, 편평 균일 표면 및 치밀 강성 발포 구조를 갖는 것은 양면 열성형 툴에 비해 더 유리하고 경제적인 단면 열성형 툴의 사용을 허용한다. 표면 미세기공이 개방 셀 (천공 구조)이 아니라 물리적 웹 상에 존재한다는 사실은, 금형 및 충전 시스템이 필요하지 않고 생성물이 방출될 수 있기 전에 금형을 충전시키고 셋팅하기 위해 양면으로부터 진공을 드로잉할 필요가 없고, 이로써 연속적 공정을 제공할 수 있음을 시사한다.
생성물
본원에 기재된 방법에 따라 얻어진 미세구조는 독특한 특징부를 가능하게 하고, 기존의 생성물에 비해 열성형 생성물에서 차별화된 비용, 스타일, 및 기능적 이점을 제공한다.
본원에 기재된 방법에 따른 열성형 생성물은, 물질의 평면을 통해, 배향된 셀을 갖는 배향된 카드보드/벌집형 구조를 갖는, 경량 코어, 및 높은 인장 강도의 외부 층 (높은 결정화도, 및 외부 영역의 보다 많은 물질 - 원형 셀에 기인함)으로 인해 보다 강하고, 가볍고, 얇다. 이 외부 층은 외부 반경이 인장 상태이고 내부 반경이 압축 상태임에 따라 굽힘시 강도를 제공한다. 그러나, 외부 층의 적절한 두께, 및 강도는 코어를 버클링으로부터 유지하고, 이는 또한, 높은 안정성 및 낮은 중량을 갖는 라미네이팅된 표면을 갖는 파형(corrugated) 물질과 유사하다. 보다 얇고 강한 것의 하나의 결과적 이점은, 박스 내에 보다 많은 생성물, 예를 들어, 육류 트레이를 고정시킬 수 있어 운송 비용을 감소시키는 능력이다. 추가로, 본원에 기재된 방법에 따라 제조된 생성물, 예컨대 육류 트레이의 보다 높은 내열성으로 인해, 비어 있는 생성물, 예를 들어, 비어 있는 육류 트레이의 냉장 운송이 요구되지 않고 그에 따라 운송 비용이 추가로 감소될 수 있다. 일부 실시양태에서, 본원에 기재된 방법에 따라 제조된 육류 트레이는 55-60℃까지 열 안정적이고, 즉, 이들 온도에서 생성물 치수의 왜곡이 10% 미만일 수 있다 (본원에 기재된 방법을 사용하여 제조된 예시 육류 트레이의 상세 사양에 대해서는 실시예 4 참조).
본원에 기재된 방법에 따라 제조된 물질의 미세구조의 내부 영역의, 세장형 셀을 갖는 층상 구조는 보다 강인한 생성물을 제공한다. 예를 들어, 육류 트레이가 과부하 (예를 들어, 3pt 굽힘)로 인해 파괴되는 경우, 이는 EPS 포움과 같이 균열 및 파열되지 않는다. 이는, 생성물에서의 파괴의 경우, 파괴된 생성물이 패키징 공정을 오염시키기 않기 때문에, 육류 트레이 및 머쉬룸 틸(mushroom till)과 같은 플라스틱-필름 ("사란(saran)") 랩핑 생성물에서의 이점이다.
스틸 룰 다이 트리밍 동안 연부-분쇄는 심미적으로 쾌적하고 기능적으로 유리한 트림 마감을 제공한다 (이는 수분이 생성물 내로 침윤되는 것을 가능하게 할 수 있는 개방 기공 및 고르지 못한 연부를 갖는 표준 포움 트레이 컷에서의 표준 연부와 상이함).
연부 분쇄는 연부에서 셀을 붕괴시키고 이들을 컬링하여 원형 마감을 제공한다. 이는 셀의 저온-작업 및 파형 코어의 폐쇄로 인한 것일 수 있고, 이는 공기 공간을 활용하고 완전히 사용하지만 외부 층 강도는 유지한다. 내부 세장형 셀의 붕괴는 파형 구조의 비-회복가능 컴플라이언스와 유사하다. 이는, 예를 들어, 클램쉘 등의 용기에서, 힌지 등의 생성물 요소 형성에 있어 중요한 요인이다. 힌지와 같은 생성물 요소가, 선행 기술에 기재된 바와 같은 유사한 정도의 두께의 고체 시트에서 필요한 것과 같이 (예를 들어, 미국 특허 번호 5,413,239 참조) 생성물을 얇게 하기 위한 가외의 드로우 특징부의 부가 없이 형성될 수 있다는 것은 독특하고 놀라운 것이다. 본원에 기재된 방법에 따라 얻어진 생성물의 독특한 미세구조 및 결정화도는, EPS 및 다른 포움으로부터 제조된 생성물과 달리, 임의의 부가된 열을 요구하지 않으면서, 지속되는 국소화된, 붕괴-셀 압축된 특징부의 생성을 가능하게 한다. 압축된 섹션 또는 특징부, 예컨대 압축된 또는 압입된 라인 특징부 (또는 채널 또는 주름(crease))은 그의 주변 영역에서 최소의 변형으로 또는 변형 없이 회전점을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 압축된 특징부를 포함하는 힌지 요소와 함께 연결된 용기의 2개 섹션은 회전점에 대하여 자유롭게 회전한다.
힌지 요소는, 각각, 용기 또는 물품의 상단 및 저부와 연결된 상부 및 하부 표면을 갖는 베이스 구조를 갖는다. 베이스 구조는 또한, 힌지형성에 대한 지향된 주름형성점을 생성하는, 열성형, 또는 열성형 및 트리밍 동안 형성된 압축된 중간섹션을 포함한다. 베이스 구조가 폴딩되어 힌지를 형성하는 경우, 상부 및 하부 표면은 서로를 향해 폴딩되어 일체형 용기 또는 물품의 힌지를 형성한다. 용기의 열성형 및 트리밍시, 힌지 요소는 자연적 바이어스를 갖지 않을 수 있다. 용기 폐쇄시, 폐쇄를 향한 자연적 바이어스가 지속될 수 있다. 일부 실시양태에서, 압축된 중간섹션은 도 6a 및 6b를 참조로 하여 하기에 기재되는 바와 같이 하나 이상의 추가 압축된 또는 압입된 라인 특징부를 포함한다.
도 6a는, 금속 금형이 시트와 접촉되기 전에 압축 이전의, 예를 들어, 용기 생성물, 예컨대 클램쉘, 및 금속 금형 부품 및 그의 특징부의 형성에 사용되는 팽창 시트의 도면을 나타낸다. 도 6b는 압축 후의 시트, 및 힌지 요소의 베이스 구조를 나타내고, 여기에는 시트 상에, 또한 힌지의 베이스 구조 상에 형성된 2개의 압입된 라인 특징부가 또한 도시된다. 일부 실시양태에서, 도 6b에서 D-d0으로서 도시된, 용기의 힌지 요소의 베이스 구조의 두께는 약 0.025" 내지 약 0.040"의 범위일 수 있고, 여기서 용기 형성에 사용되는 팽창 시트의 두께는 약 0.040" 내지 약 0.100" 또는 약 0.065" 내지 약 0.080"의 범위일 수 있다. 힌지 요소는, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 각각, w1, w2, 및 d1, d2로 나타낸 폭 및 깊이를 갖는, 베이스 구조 내에 하나 이상의 압입된 라인 또는 채널을 포함할 수 있다. 하나의 실시양태에서, w1은 약 0.040"이고, 베이스 구조의 표면으로부터의 깊이에 상응하는 d1은 약 0.006" 내지 약 0.0010"의 범위이고, w2=w1 및 d2=d1이다. 도 6b에서 w3으로서 도시된, 압입된 라인 특징부들 사이의 갭의 치수는 대략 압입된 라인 특징부의 폭의 치수 정도일 수 있고, 이는, 예를 들어, 물질 번칭을 막도록 결정된다. 이웃하는 압입된 라인 특징부는 물질 결합, 또는 충돌 없이 힌지 회전점 주위의 보다 많은 유효 이동 범위를 가능하게 하고, 그에 따라 개구를 향한 자연적 바이어스를 막거나, 둘레 주위의 원치않는 용기 갭을 막는다. 다수의 압입된 라인 특징부의 치수는 대칭적 또는 비대칭적일 수 있다. 대칭성을 갖는 실시양태에서는, w1=w2 및 d1=d2이다. 비대칭성을 갖는 실시양태에서는, w1이 w2와 같지 않고/거나 d1이 d2와 같지 않다. 도 6a 및 6b는 비대칭적 특징부를 갖는 예시 실시양태의 도면을 나타낸다.
바람직한 비-제한적 실시양태에서는, 2개의 압입된 라인 또는 채널이 베이스 구조의 상단 (내측) 상에 형성되고, 여기서 D는 약 0.065"이고, D-d0은 약 0.035"이고, 2개의 인접한 채널은 약 0.040" 폭 및 약 0.008" 깊이를 갖고, 서로 약 0.020" 떨어져 있어, 물질의 충분한 클리어런스(clearance), 및 물품이 폐쇄 위치에 있을 때 적당한 심미적 프로파일 및/또는 시일링을 가능하게 한다. 이는 제한적 실시양태가 아니고, 다양한 베이스 구조 두께, 및 독립적으로 다양한 베이스 구조 두께 상단/저부에 대하여 무채널 또는 그 이상의 채널, 보다 큰 주름/채널 치수, 분리, 또는 보다 더 비대칭적 채널 디자인의 반복으로 존재할 수 있다.
추가의 압축 및 천공이 생성물, 예컨대 클램쉘의 트림 스테이지 동안 수행될 수 있다. 실시양태는, 힌지 주름이 용기의 내부에 대해 생성된 베이스 구조 프로파일의 반대쪽 면 ("외측")을 따라 스틸 룰 다이를 사용함으로써 형성된 "외측" 톱니형(serrated) 천공을 갖는 상기에 기재된 힌지 요소를 포함할 수 있다. 이 힌지점을 따르는 천공은 이상적인 또는 완전한 폐쇄를 막는 외부 용기 표면 장력에 의해 잠재적으로 야기되는 제한을 감소시킨다. 이러한 천공은, 예를 들어, 이중 다이 라인을 갖는 스틸 룰 트림에 의해 생성될 수 있고, 이는 힌지 주름의 뒷면 (외측)을 따라 정렬되고, 첨예화 및 비-첨예화된 세그먼트 둘 다, 0.040" 금속/스틸 다이의 교호하는 0.25" 컷, 0.25" 비-컷/비-천공 지대의 동일한 간격으로 50% 천공을 갖는다. 이는 폐쇄 동안 힌지의 뒷면 (외측)으로부터 완화되기에 충분한 장력을 가능하게 하고, 모두 단일 "시트로부터 생성된, 상단, 힌지, 및 저부로 구성된 단일형 일체형 물품을 유지하기 위해 필요한 물리적 물질을 보유하면서, 개방 바이어스를 향한 경향을 제거한다. 컷팅되지 않은 천공 연부는 통과하지 않고 홀을 만든다. 대신에, 이러한 비-컷팅 연부는 물질을 추가로 압축시켜 깊이의 값, 예를 들어, 도 6b에 도시된 파라미터 d1 및/또는 d2의 값을 추가로 증가시킨다. 도 7은 클램쉘 생성물 및 그의 힌지 요소 뿐만 아니라 클램쉘 생성물 형성에 사용되는 금속 금형 및 트리머의 예의 사진을 나타낸다.
본원에 기재된 바와 같은 힌지 요소의 형성 방법의 놀라운 특징은, 채널 특징부가, 층상 미세구조 시트의 독특한 면-통과 "분쇄" 특징 (힌지 베이스-구조 물질)에 의해, 또한 층상 미세구조 시트에서의 비-회복가능 컴플라이언스에 의해 가능해진다는 것이다. 본질적으로, 이러한 방법은 유사한 두께의 고체 플라스틱이 힌지를 형성하는 방식, 또한 포움형성된 플라스틱 힌지가 디자인/형성되어야 하는 방식과 상이하다. 본원에 기재된 방법은 힌지 특징부가 천공 없이 금형 내에 형성되고 열성형 툴의 트림 스테이션에서 트림 및 비-가열되는 것을 가능하게 하여, 단일형 클램쉘 생성물의 중요한 구성요소를 빠르고 단순하게 만든다.
본 발명에 기재된 방법을 사용하여 얻어진 결정화도 및 미세구조 조합은 힌지 강인성 및 강도를 제공하여, 몇회 사용 후 치명적인 파괴 없이 반복가능한 개폐를 가능하게 한다. 비교에 의하면, 이 미세구조를 갖지 않는 치밀 PLA (또는 다른 시트 플라스틱) 용기는 이러한 방식으로 힌지를 형성할 수 없고, 여기서는 저온-작업시 물질이 붕괴되는 공극이 없으며, 물질이 유동하지 않을 것이다. 이 미세구조를 갖지 않는 고도 결정성 PLA 물품은 매우 취약한 특성을 갖고 균열 또는 파괴의 경향 없이 개방 및 폐쇄될 수 없다. 이 미세구조 및/또는 결정화도를 갖지 않는 PLA 물품 (예를 들어, 기존의 균일 PLA 포움)은 특징부를 갖는 것이 가능할 수 있지만, 효과적으로 특징부를 보유하기 위한 비-회복가능 컴플라이언스를 갖지 않을 수 있거나, 힌지 및 물품의 강성을 유지하기 위한 층상 미세구조에 기인하는 강도/강인성을 갖지 않을 수 있고, 따라서 구겨지거나 변형될 가능성이 있고, 이로써 심미적 또는 기능적 손실을 야기한다. 추가로, 상기에 기재된 방법에 따라 생성된 힌지는, 힌지 특징부가 힌지 성능 향상을 위해 동시에 천공되는 경우 강하고 심미적으로 우수한 특성을 가능하게 한다.
생성물, 예컨대 클램쉘에서의 폐쇄 메커니즘, 즉, 걸쇠(clasp)는 탭 및 탭이 안으로 삽입되는 수용 슬롯을 포함할 수 있다. 기존의 EPS 포움 클램쉘 및 다른 PLA 클램쉘에서는 통상적으로, 슬롯이 쉽게 인열되지 않고 뚜껑을 닫고 유지하도록, 또한 충분히 강하고 내인열성이 되도록 충분히 두꺼운 포움/탭을 수용할 수 있도록 생성물의 열성형 동안 탭이 안으로 핏팅되기 위한 과도하게 상승된 수용 슬롯이 열성형된다. 본원에 기재된 방법을 사용하여 제조된, 팽창 시트 및 열성형 생성물, 예를 들어, 클램쉘의 미세구조 및 결정화도 특징에 의해 가능해진 생성물의 강성 및 얇음은, 탭에 대한 과도하게 상승된 수용부의 열성형보다는, 탭을 수용하는 클램쉘 립/플랜지로, 예를 들어, 트리밍 동안, 슬롯이 직접 컷팅되는 신규하고 보다 간단한 걸쇠 메커니즘을 가능하게 한다. 슬롯 및 탭은 강하고 내인열성이다. 클램쉘은 파단 없이 사람이 다시 탭을 구부려 슬롯으로 핏팅하는 것을 견디기 위한 강인성을 갖는다. 슬롯은 파단 없이 아래로 당겨지고 (또한 캔틸레버 개방) 탭을 핏팅하기에 충분히 강하다. 기존의 EPS 또는 다른 PLA 포움은 물질 두께 및 낮은 강인성/강도로 인해 이러한 방식으로 걸쇠 (탭/슬롯)가 기능하게 만드는 것이 거의 불가능할 수 있다. 종래의 포움 툴링에서는, 탭 홀이 종종 스프링-하중 다이로 금형 내에서 트리밍함으로써 컷팅된다. 이 방법은 트림 특징부 근처에 작은 발포된 고밀도 스킨 층의 일부를 남기는 것으로 나타났다. 나이프-스타일 다이를 사용한 트리밍 및 탭의 굽힘은 깔끔한 컷을 생성한 것으로 나타났다.
본원에 기재된 바와 같이 형성된 걸쇠의 맞물림은, 본원에 기재된 방법에 따라 제조된 물질의 다층 미세구조, 강성, 및 결정화도에 대해 특이적인 것으로 보이는 뚜렷한 "스냅" 노이즈를 생성하고, 이는 특정 공명을 야기하고, 그에 따라 사용자에게 생성물의 적당한 폐쇄를 인지가능하게 확인시켜준다.
높은 결정화도 및 그에 따른 열 안정성을 가지면서, 본 발명에 기재된 팽창 물질의 비교적 높은 강인성은, 폭넓은 범위의 응용으로 이어질 수 있다. 적어도 20%의 결정화도, 및 적어도 25 mm의 깊이를 갖는 용기가 열성형 및/또는 컷팅 및 폴딩에 의해 형성될 수 있다. 이 용기는 균열 없이 아이스로 충전되고 1 미터 높이에서 낙하될 수 있다.
본원에 기재된 방법에 따라 제조 생성물의 외부 표면은 평활하고 현재의 EPS 비드 포움 및 기존의 PLA 포움에서의 기존의 개방-셀 구조와 매우 구별된다. 이들 기존의 생성물에서 잔류 발포제를 제거하기 위해 전형적으로 사용되는 양면 및 진공 금형은 그다지 평활한 표면을 남기지 않는다. 이러한 조악성(roughness)은 불량한 인쇄 품질, 불량한 광택, 쓰기 어려움을 초래하고, 예를 들어, 펜이 의도치 않게 생성물 내로 파고들 수 있다. 또한, 비드 포움은 또한 셋팅 후에도 비드 사이에 가시적인 오목부 (틈새 공간)를 갖는다. 본원에 기재된 공정은, 표면이 유동하고 균일하게 팽창하는 것을 가능하게 하면서 팽창시키고 가열함으로써, 보다 미세한 표면 특징부 해상도를 갖는 하나의 일관된 편평 표면을 제공하고, 여기서 미세발포체 층으로부터의 모든 "버블"은 아래의 셀 벽-스캐폴드 위에 평활한 상단 표면/루프를 생성한다.
도 8은 본원에 개시된 방법에 따라 제조될 수 있는 페어 트레이의 개략도이다. 약 15.5 인치 × 약 10.5 인치의 치수를 갖는 이러한 전형적인 페어 트레이는, 약 16.5 그램의 중량을 가지며 약 0.037 인치 내지 약 0.060 인치 범위의 웰의 벽 두께를 갖는 약 4 인치 × 약 3 인치 및 약 2 인치 깊이를 갖는 페어 웰을 갖는다. 얇은 벽 및 큰 드로우 비율(draw ratio)을 갖지만, 예상외의 강도를 갖는 또 다른 열성형 생성물은 머쉬룸 틸이다. 약 6 인치 × 약 5.25 인치의 치수를 갖는 본원에서의 방법을 사용하여 제조된 전형적인 머쉬룸 틸은 약 3.9 그램의 중량을 가지며 약 0.040 인치 내지 0.065 인치 범위의 벽 두께를 갖는 약 2 인치 깊이의 머쉬룸 웰을 갖는다. 본원에 기재된 방법에 의해 제조된 물질의 폐쇄 미세발포체 구조의 특정 특징은 보다 얇고 보다 깊은 (또한 그에 따라 보다 낮은 비용의) 생성물을 가능하게 할 수 있다. 완벽한 물질 분포의 가정 하에, 보다 얇고 보다 깊은 생성물 (즉, 큰 드로우 비율을 가짐)은 보다 큰 출발 두께를 필요로 한다. 본원에 기재된 방법에 의해 얻어진 팽창 물질 및 그의 미세구조에서는, 대부분의 부피가 단층 또는 이층일 수 있는 내부 코어에 있다. 큰 드로우 비율의 경우, 내부 층은 대부분의 변형을 유지하는 것으로 보이고, 이는 드로우 비율, 출발 두께, 및 최종-생성물 벽 두께 사이의 관계로부터의 이탈을 초래할 수 있으며, 이는 물질이 균일한 물질이 아니기 때문이다. 내부 층의 벽은 보다 얇고 변형에 대해 보다 민감한 것으로 보인다. 외부 영역은 내부 영역보다 더 큰 결정화도를 갖는다. 이는, 완벽한 물질 분포에 대해 유효한 관계에 의해 예상되는 값을 넘어 드로우 비율이 증가될 수 있고 벽 두께가 감소될 수 있음을 시사한다. 깊고 얇은 생성물을 위해 보다 큰 출발 두께가 요구되는 경우에도, 본원에 기재된 방법에 따라 제조된 물질은 미세발포 구조 및 큰 팽창비로 인해 가장 가볍고 가장 경제적이다. 예를 들어, 전형적인 포움 트레이 또는 다른 기존의 PLA 포움 트레이는, 보다 작은 드로우 비율을 갖는 경향이 있다.
본원에 기재된 방법의 실시양태에 따라 제조된 생성물의 또 다른 놀라운 이점은, 드로우 비율 증가에 따라 생성물이 보다 열 안정적이 될 수 있다는 사실이다. 드로우 비율 증가는 통상적으로 두께 감소로 이어진다. 따라서, 깊은 생성물, 예컨대 육류 트레이 및 머쉬룸 틸은 열 안정성의 이점 (예를 들어, 비어 있는 생성물을 비-냉장 차량에서 수송할 수 있음) 및 얇고 가볍고 저밀도라는 이점 (예를 들어, 보다 많은 비어 있는 생성물을 동일한 크기에서 또는 보다 가벼운 패키지 내에 핏팅하고, 보다 적은 물질을 사용하여 보다 저렴함)을 동시에 충족시킬 수 있다. 하기 표는 본원에 기재된 방법의 예시 실시양태에 대한 이러한 열 안정성 경향을 입증한다. 하기 표는 또한 동일한 형성 깊이에서 열성형 동안 물질의 온도 증가에 따른 열 안정성 증가를 나타낸다. 열 안정성은 약 55℃ 및 약 60℃의 서비스 온도에서 생성물의 치수 중 하나, 예를 들어, 깊이의 백분율 변화 ("왜곡") (절대값)로 표현된다. 생성물의 특정된 "형성 깊이"는 드로우 비율과 직접 상관된다. (표 1의 수치는 약간의 변동이 있을 수 있으며 하기 정의 섹션에서 정의되는 바와 같은 "약"이 선행되는 것으로 해석되어야 함.)
[표 1] 열 안정성 대 형성 깊이 및 형성 온도.
본원에 기재된 방법을 사용하여 제조된 팽창 시트는, 균열 없이 측벽으로서 롤링될 수 있어, 예를 들어, 컵 제조에서, EPS 비드 포움 (진공 형성됨) 및, 또는 딥-드로우(deep-draw) 폴리프로필렌 컵에 비해 보다 빠르고 덜 에너지 집약적이고 보다 간단한, 종이 컵, 라미네이팅된 종이 컵, 또는 카드-스톡-스타일 컵 제조와 유사한 종이와 같은 시트의 처리를 가능하게 한다.
본원에서의 방법을 사용하여 제조된 팽창 시트로부터 형성된 컵 (또는 용기)은 팽창 시트의 미세구조에 포획된 비교적 방대한 양의 공기 (예를 들어, 약 60 부피% 이상)로 인해 종이 대응물에 비해 훨씬 더 절연성이다. 이러한 컵 또는 용기는 또한 측벽 파열 없이 손으로 스퀴징될 수 있다. 추가로, 독특한 미세구조 및 결정화도로 인한, 균열 또는 파열 없이 굽혀지는 물질의 회복성은, 종이 PMC 스타일 컵 제조에서와 같이, 상단 연부 상에서의 점진적 컬링, 및 립 또는 립 컬의 형성, 즉 립 롤링을 가능하게 한다. 이는 아마도 압축력을 수용하고 보상하기 위해 내부 영역 셀 층에서 해당 공역(airspace)을 사용함으로써 물질을 유연하게 유지하는 독특한 능력에 의해 가능해진다. 일부 실시양태에서, 립 롤 후 또는 그 동안 물질의 가열은 화학적 셋팅을 사용하지 않고 립을 제자리에 셋팅한다. 일부 실시양태에서는, 접착제의 사용 없이, 음파 용접을 사용하여 본원에 기재된 방법에 따라 제조된 팽창 시트의 랩핑된 콘(cone)을 융합시킬 수 있다. 본원에 기재된 방법을 사용하여 제조된 팽창 시트는 음파 용접에 적용가능하다. 셀이 붕괴하고 시트들 (또는 그 자체와 겹쳐진 단일 시트) 사이에 긴밀한 접촉이 이루어짐에 따라, 음파 에너지는 중합체가 빠르게 함께 니팅(knitting)하는 것을 가능하게 하여, 열 적용 없이 강한 무접착제 결합을 형성한다. 유사하게, 일부 실시양태에서는, 원형 형상의 팽창 시트에 의해, 컵 (또는 용기)의 저부가 널링(knurling)되고 열 시일링될 수 있다. 대부분의 기존의 포움형성 및 플라스틱 컵과 달리, 종이 컵 형성의 단순성과 현저한 유사성을 갖고 (열성형 없이) 컵이 형성될 수 있음이 놀랍다.
일부 실시양태에서, 본원에 기재된 방법에 따라 형성된 절연 컵 또는 용기는 슬리브 형상의 측벽을 갖는 본체, 및 음식, 액체 또는 임의의 적합한 생성물의 저장을 위한 컵 또는 용기의 내부 영역을 형성하도록 측벽과 협동하기 위해 본체에 커플링된 바닥을 포함할 수 있다. 컵 본체는 측벽의 상부 말단에 커플링된 롤링된 브림, 및 측벽의 하부 말단 및 바닥에 커플링된 바닥 마운트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 측벽 "본체" 블랭크는 컷팅되거나 스탬핑되어, 상기에 기재된 바와 같이 분쇄를 통해 심미적으로 트리밍된 연부 (붕괴된 발포 미세구조)를 제공할 수 있다. (예를 들어, 일부 실시양태에서, 한쪽 말단에서 대략 약 3.5" 인치이고 반대쪽 말단에서 약 2.5"인) 맨드렐 또는 콘 주위의 컷 블랭크를 랩핑하고, 이어서 예를 들어 국소화된 열의 적용 또는 음파 적용을 사용하여 시임을 형성하여 컵의 연속적 내부를 형성함으로써 컵 "슬리브" 또는 "측벽" 베이스 요소가 형성될 수 있다. 팽창 시트의 미세구조 및 결정화도는 물질의 구김형성, 번칭, 또는 주름형성을 최소화하기에 충분한 강성 및 강인성을 제공하며, 이는 그렇지 않은 경우에는 기계적 또는 열적 결함/불안정성으로 이어질 수 있다. 평활한 시트 외부 (미세발포 외부 영역)는 물질의 긴밀한 접촉을 제공하고, 낮은 뒤틀림으로 효과적인 음파 용접 형성을 가능하게 한다. 내부 미세구조에서 압축이 가능하여 (충분한 경도 제공) 음파 프로브로부터의 에너지 전달 동안 접촉을 유지하고 중합체가 인접 시트 표면과 충분히 상호작용할 수 있게 하고, 충분히 기계적으로 및 열적으로 안정적인 단일화된 슬리브 요소를 제공한다. 도 9a 및 9b는 본원에 기재된 방법을 사용하여 얻어진 음파 용접 시임의 예를 나타낸다.
다이 컷 원형 형상의 팽창 시트, 또는 종이, 또는 PLA로 코팅된 종이가 슬리브 내로 삽입되어 저부 요소를 형성할 수 있다. 조합된 측벽 및 저부 요소는 회전 맨드렐로 전달될 수 있고, 여기서 기계적 폴딩이 겹쳐진 립을 형성할 수 있고, 여기서 측벽 시트가 저부 요소의 연부를 케이싱한다. 저부 시임이 기계적 널, 크림프, 및/또는 가열 메커니즘을 통해 형성되어 저부 요소의 연부를 케이싱하도록 측벽 시트를 촉진시킨다 (도 9c에 나타낸 바와 같음). 이러한 기계적 힘 및/또는 가열, 또는 음파 용접은 컵 또는 용기의 연속적 누출 방지 내부를 형성한다. 독특한 팽창 시트 미세구조가, 압력 또는 열의 존재 하에 과도한 물리적 수축 없이, 압력에 반응하고 반응에 따라 균일하게 국소적으로 붕괴 (즉, 연부 분쇄)되는 능력은, 그에 따라, 컵 저부가 PLA 코팅된 종이 컵과 유사하게 PLA 포움의 경우 빠르게 심미적으로 형성될 수 있게 한다.
이어서 이러한 구조적으로 단일화된 컵 또는 용기 요소는 가공되어 브림 또는 립 특징부를 형성할 수 있다. 단일화된 요소는 맨드렐 상에서 회전하여 측벽의 상단 연부에서 립/브림 특징부를 점차 롤링할 수 있다. 컵을 회전시키고 측벽 요소의 상단에 내부 압력을 적용하여 브림을 외부를 향하여 "롤링"시키는 것을 개시하는 동안 초기 컬이 형성될 수 있다. 이 초기 기계적 신축 및 커브 형성은 물질 강인성 (독특한 미세구조 및 결정화도에 기인함) 및 물질의 유리한 소성-변형 및 컴플라이언스 특성으로 인해 팽창 시트에서 가능해진다. 후속 회전 스테이지에서 롤이 완성되어, 예를 들어, 측벽의 상단에서 대략 약 1/8"의 평활 브림을 형성할 수 있고, 기능적 강성, 심미성, 및 사용 동안 소비자와의 부드럽고 편안한 접촉을 부여한다. 일부 실시양태에서는, 가공 동안, 열 또는 윤활이 단일화된 요소에 적용되어 최적량의 컬 또는 반경을 용이하게 할 수 있다. 일부 실시양태에서는, 후속 수축 및 기계적 고정을 적용하여 운송 동안 열적으로 안정적이거나, 고온 또는 저온 물질의 저장에 적용가능하거나, 뚜껑 요소와 기계적 짝짓기에 적용가능가능한 영구적 브림 특징부를 유지할 수 있다. 하나의 실시양태에서, 팽창 PLA 시트 (측벽 요소 또는 조합된 측벽 및 저부 요소)는 약 0.025 g/cc 내지 약 0.5 g/cc 범위의 밀도를 가질 수 있다.
본원에 기재된 방법에 따라, 또한 열성형 없이 제조된, 팽창 시트로부터 직접 형성될 수 있는 또한 또 다른 유형의 생성물은, 폴딩되어 예를 들어 봉투 (2-차원), 박스, 트레이, 또는 상자 등의 2-차원 또는 3-차원 용기를 형성할 수 있는 주름 및 천공을 갖는 단일형 시트의 물품이다. 약 0.045" 내지 약 0.100" 범위의 두께를 갖는 팽창 PLA 시트가 스틸 룰 다이의 상부 또는 하부에 배치된다. 압력이 일정 기간 (전형적으로 2초 미만) 동안 다이에 적용되고, 제거되어 주름/폴드점을 생성하는 전략적으로 압축된 (연부 분쇄를 통해) 섹션 및 연부, 힌지 및/또는 플랩, 및 다른 용기 특징부를 위한 컷 섹션을 갖는 시트를 제공한다. 주름/폴드 요소는 상기에 기재된 바와 같은 힌지와 유사하고, 힌지형성을 위한 지향된 주름형성점을 생성하는 천공과 함께 또는 천공 없이 형성 및/또는 트리밍 동안 압축된 중간섹션으로 구성될 수 있다. 구조가 폴딩되어 힌지 또는 플랩을 형성하면, 상부 및 하부 표면이 서로를 향해 폴딩되어 단일형 구조로부터 용기/물품의 힌지를 형성한다. 바람직한 비-제한적 실시양태는, 도 10a 및 10b에 나타낸 바와 같은, 주름 특징부 (점선) 및 트림 컷 (실선)의 패턴을 생성하도록 약 0.080" 내지 약 0.085" 게이지 팽창 PLA 시트 상으로 압축된 스틸 룰 다이이고, 이는 그 플랩의 폴딩 요소가 겹쳐지거나 만나도록 지시하는 힌지 또는 플랩의 2-차원 레이아웃을 생성하고, 그에 따라 도 10c 및 10d에 나타낸 바와 같이 폴딩될 때 코너를 형성하고 3-차원 물품 또는 용기를 생성한다. 일부 실시양태에서, 이는 음파 용접, 또는 열, 또는 접착제, 또는 탭/삽입물로, 또는 다른 적합한 메커니즘으로 체결될 수 있다.
국소화된 분쇄 특징에 의해 가능해진 주름 및 독특한 힌지/플랩 메커니즘은 추가의 라미네이션 없이 바람직한 액체 격납을 제공한다. 일부 실시양태에서는, 액체 또는 기체 (예를 들어 물/증기, O2, CO2 등)에 대한 투과성/불투과성 특징의 개질/개선을 위해 요망되는 경우, 라미네이션이 포함될 수 있다.
2-차원 용기, 예컨대 운송 봉투의 실시양태는, 주름 라인 상의 보다 과장된 폴드, 예를 들어 약 90도 이상 초과, 예컨대 약 180도 폴드를 활용할 수 있다. 미세구조의 절연 및 내충격성 성질, 및 내열성은 그 자체를 단일화된 운송 용기로서 적합하게 하여, 가능하게는 동시에 쿠션 및 용기로서 작용하는 단일 물질을 갖는 종이 또는 플라스틱 봉투 내의 포움 또는 캡슐화된 공기 (예를 들어, BubbleWrap®) 쿠션을 대체하고, 또한 탁월한 인쇄 품질, 및/또는 라벨 부착을 위한 표면 접착 특징을 제공한다. 주름이 연부에 형성될 수 있고, 음파 또는 열 용접은 최종 사용자에 의해 운송을 위해 물품을 둘러싸거나 시일링하기 위해 플랩/탭을 갖는 시일링되지 않은 말단에 상단 주름/힌지가 있는 단일화된 시일링된 인클로저를 제공할 수 있다. 사실상, 카드스톡 또는 종이 상의 플라스틱 라이닝 또는 코팅의 필요성이 제거됨으로써 환경 친화적 운송 용기를 제공할 수 있다.
백 및 파우치 등의 생성물은 봉투 및 박스 및 상자와 유사한 방식으로, 그러나 바람직하게는 비교적 더 얇고 더 가요성인 팽창 시트를 사용하여 폴딩되고 시일링될 수 있다. 백 및 파우치는 유사하게, 절연 특징에 추가로, 독특한 미세구조 및 결정화도에 의해 제공되는, 폴딩 및 굴곡의 내구성을 보유한다. 일부 실시양태에서, 본원에 기재된 생성물 또는 물품은 아이스로 충전되고 1 미터 높이에서 낙하될 때 파열되지 않는다.
본원에 기재된 방법에 따라 제조된 용기 생성물, 예컨대 육류 트레이 및 폴딩된 용기는, 예를 들어, 필름 또는 멤브레인, 예컨대 중합체 멤브레인으로 용기의 개구에 형성된 시일에 의해, 또한 안에 케이싱된 생성물의 열화를 늦추거나 그에 영향을 줄 수 있는 용기 내의 대기 조건을 유지하기 위해 열 또는 음파 또는 접착제 수단을 사용함으로써, 그들 자체를 개질된 대기 패키징 또는 케이싱에 적합하게 할 수 있다.
정의
본원에서 정의되고 사용되는 모든 정의는, 정의된 용어의 사전적 정의, 참조로 포함된 문헌에서의 정의, 및/또는 통상적 의미를 제어하는 것으로 이해되어야 한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "정제"는 외래 또는 오염 물질로부터의 관심 화학 물질의 물리적 분리를 지칭한다. 용어 "정제", "개질", 및 "조정"은 본원에서 상호교환가능하게 사용될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "접촉"은 터칭, 접촉 형성, 또는 바로 근접함의 행위를 지칭한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "주변"은 열가소성 플라스틱이 제조되고 있는, 예를 들어 제조 현장의 조건을 지칭한다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 주변은 18℃ 내지 32℃의 온도를 지칭한다. 일부 실시양태에서, 주변은 약 24℃ 내지 약 28℃의 온도 및 약 25% 내지 약 75%의 상대 습도 (RH)를 지칭한다. 추가로, 본원에서 특정된 모든 온도는 달리 특정되지 않는 한 해수면 온도에 상응한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "함침"은 물질의 또 다른 물질, 예를 들어 기체로의 주입 또는 포화 (부분적으로 또는 완전히) 행위를 지칭한다. 일부 실시양태에서 물질의 주입 또는 포화는 물질 내의 기공 또는 공간 (예를 들어, 셀)을 충전시킨다. 일부 실시양태에서, 함침은 가역적이다. 일부 실시양태에서, 함침은 하나의 조건 또는 조건의 세트 하에 가역적이고, 또 다른 조건 또는 조건의 세트 하에 비가역적이다. 일부 실시양태에서, 함침 물질은 이산화탄소 (CO2) 및/또는 질소 (N2)를 포함하나 이에 제한되지는 않는 기체이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "열가소성 플라스틱"은 특정 승온에서 유연성 또는 성형성이 되고 냉각에 따라 고화되는 플라스틱 중합체 물질을 지칭한다. 이러한 물질은 가열시 용융되고 냉각에 따라 경화된다. 이들 특징에 따라 물질이 반복적으로 재가열되고, 재성형되고, 동결될 수 있다. 그 결과, 열가소성 플라스틱은 기계적으로 재순환가능하다. 열가소성 플라스틱의 예는 폴리락트산, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리카르보네이트를 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "바이오플라스틱"은 석유보다는 유기 바이오매쓰 (예를 들어, 재생가능 자원, 예컨대 옥수수전분 및 사탕수수)로부터 전체적으로 또는 부분적으로 유래된 플라스틱을 지칭한다. 일부 실시양태에서, 본원에 개시된 바이오플라스틱 물질은 생분해성이고 퇴비화가능하다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "퇴비화가능한 플라스틱" 또는 "퇴비화가능한 중합체"는, 플라스틱이 가시적으로 식별가능하지 않고, 공지된 퇴비화가능한 물질 (예를 들어 셀룰로스)와 일치하는 속도로, 이산화탄소, 물, 무기 화합물, 및 바이오매쓰로 분해되고, 독성 잔류물을 남기지 않도록, 이용가능한 프로그램의 부분으로서 퇴비화 장소에서 생물학적 분해에 놓일 수 있는 물질을 지칭한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "생분해성 중합체"는 특정 조건 하에 분해될 중합체를 지칭한다. 예시 조건은, 1년 동안 토양에 심어진 후, 또는 특정 용매 및/또는 효소의 존재 하에, ASTM D6400에 의해 규정된 것들을 포함한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "열성형"은 편평 중합체 시트로부터 3차원 형상을 형성하기 위한 공정을 지칭한다. 일부 실시양태에서, 공정 열은 편평 중합체 시트를 연화시키고 이어서 진공 또는 압력은 요구되는 형상을 갖는 다이 상으로 시트를 형성한다. 옵션의 비-제한적 목록에서, 열성형은 일반적 패키징 뿐만 아니라 포움 클램쉘 및 고체 플라스틱 컵을 생성한다. 관련 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이, 일반적으로 열성형은 열가소성의 성형품의 생성을 위한 관련 공정의 세트를 지칭한다. 진공 형성, 압력 보조 열성형, 고정밀 열성형, 드레이프 형성, 프레스 형성 및 라인 벤딩의 공정이 열성형에 포함된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "딥 드로우"는 편평 플라스틱 또는 팽창 플라스틱 시트로부터 1 ("1") 초과의 드로우 비율을 갖는 깊은 생성물을 형성하기 위한 열성형의 사용을 지칭한다. 생성물의 드로우 비율은, 완벽한 물질 분포를 가정하여, 생성물의 표면적을 생성물의 풋프린트로 나눈 것으로 정의된다. 깊은 생성물의 비-제한적 예는 커피 컵, 일부 육류 트레이, 및 농업용 패키징, 예컨대 과일 트레이 (예를 들어, 애플 트레이, 페어 트레이 등), 머쉬룸 틸 등을 포함한다. 드로우 비율이 증가됨에 따라, 또는 생성물의 임의의 특징부가 심부보다 더 좁게 됨에 따라, 시트는 보다 얇아진다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "열안정적" 또는 "열안정성"은 승온에서 그의 화학적 또는 물리적 구조의 비가역적 변화에 저항하는 물질의 품질을 지칭한다. 본 출원 전반에 걸쳐, 용어 "열안정적" 및 "열 안정적"은 개시내용의 의미에 영향을 주지 않으면서 상호교환가능하게 사용될 수 있다. 다양한 실시양태에서, "열 안정적" 생성물은 모의 용기/트럭 운송 시험 (50-60℃)에 노출시 가시적인 왜곡을 나타내지 않는 (즉, 몇 % 이하인) 생성물로서 정의된다. 열 안정성은 또한 ASTM D2126 (Standard Test Method for Response of Rigid Cellular Plastics to Thermal and Humid Aging)에 의해 평가될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "미세발포 플라스틱"은, 또한 셀 또는 미세기공으로서 언급되는, 수십억개의 작은 버블을 함유하도록 가공된 포움을 지칭한다. 일부 실시양태에서, 미세발포 플라스틱은 직경이 10 마이크로미터 정도인 평균 셀 크기를 갖는 것으로서 정의된다. 관련 실시양태에서, 미세발포 플라스틱 내의 셀의 직경에 대한 전형적인 범위는 약 0.1 마이크로미터 내지 약 100 마이크로미터이다.
본원에서 사용되는 바와 같이 "변형"은 열가소성 플라스틱의 형상 및/또는 크기의 비가역적 변경(들)을 지칭한다. 변형의 예는 열가소성 물질의 왜곡, 수축, 굽어짐 및/또는 신축을 포함할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.
명세서 및 청구범위에서 본원에서 사용되는 바와 같이 부정 관사 "a" 및 "an"은, 달리 명백히 지시하지 않는 한, "적어도 하나"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 본원에서 언급된 임의의 범위는 포함적이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "다중"은 둘 이상, 예를 들어, 2, 3, 4, 또는 5개 이상을 지칭한다.
본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어 "실질적으로" 및 "약"은 작은 변동을 기재하고 고려하기 위해 사용된다. 예를 들어, 이들은 +5% 이하, 예컨대 +2% 이하, 예컨대 +1% 이하, 예컨대 +0.5% 이하, 예컨대 +0.2% 이하, 예컨대 +0.1% 이하, 예컨대 +0.05% 이하를 지칭할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "또는"은 상기에 정의된 바와 같은 "및/또는"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 목록에서 항목 분리시, "또는" 또는 "및/또는"은 포함적인 것, 즉, 많은 요소 또는 요소의 목록, 및 임의로, 추가의 열거되지 않은 항목 중 적어도 하나의 포함, 뿐만 아니라 하나 초과의 포함인 것으로 해석될 것이다. "~중 단지 하나" 또는 "~중 정확히 하나"와 같이, 단지 용어가 명백히 달리 지시하는 경우, 또는 청구범위에서 사용되는 경우, "~로 이루어진"은, 많은 요소 또는 요소의 목록 중 정확히 하나의 요소의 포함을 지칭할 것이다. 일반적으로, 본원에서 사용되는 바와 같이 용어 "또는"은 단지, 배타적 용어, 예컨대 "어느 한쪽", "~중 하나", 또는 "~중 단지 하나" 또는 "~중 정확히 하나"가 이어지는 경우, 배타적 선택사항 (즉 "하나 또는 다른 하나, 그러나 둘 다는 아님")을 나타내는 것으로 해석될 것이다. "본질적으로 ~로 이루어진"은, 청구범위에서 사용되는 경우, 특허법 분야에서 사용되는 바와 같은 그의 통상적 의미를 가질 것이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 하나 이상의 요소의 목록을 참조하여, 어구 "적어도 하나"는, 요소의 목록 내의 요소 중 임의의 하나 이상으로부터 선택된, 그러나 요소의 목록 내에 구체적으로 열거된 각각의 모든 요소 중 적어도 하나를 반드시 포함하지는 않고 요소의 목록 내의 요소의 임의의 조합을 배제하지 않는 적어도 하나의 요소를 의미하는 것으로 이해된다. 이 정의는 또한, 구체적으로 확인된 요소와 관련되든 관련되지 않든, 어구 "적어도 하나"가 지칭하는 요소의 목록 내의 구체적으로 확인된 요소 이외의 요소가 임의로 존재할 수 있음을 가능하게 한다. 따라서, 비-제한적 예로서, "A 및 B 중 적어도 하나" (또는, 동등하게, "A 또는 B 중 적어도 하나", 또는, 동등하게 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는, 하나의 실시양태에서는, 하나 초과의 A를 임의로 포함하고 B가 존재하지 않는 (또한 B 이외의 요소를 임의로 포함하는) 적어도 하나를 지칭할 수 있고; 또 다른 실시양태에서는, 하나 초과의 B를 임의로 포함하고 A가 존재하지 않는 (또한 A 이외의 요소를 임의로 포함하는) 적어도 하나를 지칭할 수 있고; 또한 또 다른 실시양태에서는, 하나 초과의 A를 임의로 포함하는 적어도 하나, 및 하나 초과의 B를 임의로 포함하는 (또한 다른 요소를 임의로 포함하는) 적어도 하나를 지칭할 수 있고; 기타 등등이다.
청구범위에서, 뿐만 아니라 상기 명세서에서, 모든 전환 어구, 예컨대 "포함하는", "포함한", "가지는", "갖는", "함유하는", "수반하는", "보유하는", "~로 구성된" 등은 개방적인 것으로, 즉, 포함하나 그에 제한되지 않음을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 단지 전환 어구 "~로 이루어진" 및 "본질적으로 ~로 이루어진"은, 미국 특허청 특허 심사 절차 매뉴얼, 섹션 2111.03에 기재된 바와 같이, 각각 폐쇄적 또는 반-폐쇄적 전환 어구이다.
청구범위는 그러한 취지로 언급되지 않는 한 기재된 순서 또는 요소로 제한되는 것으로 해석되어선 안된다. 첨부된 청구범위의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않으면서 관련 기술분야의 통상의 기술자에 의해 형태 및 상세사항의 다양한 변화가 이루어질 수 있음이 이해되어야 한다. 하기 청구범위 및 그의 등가물의 사상 및 범주 내에 포함되는 모든 실시양태가 청구된다.
실시예
실시예 1
폴리락트산 (PLA) 시트의 연속적 고체-상태 팽창 공정:
PLA 펠릿을 트윈 스트류 압출기를 사용하여 PLA 시트 (0.005 인치 내지 0.100 인치)로 압출시킨다 (주: 이 스테이지에서, 형성된 PLA 롤은 임의로 이후 사용을 위해 저장될 수 있음). PLA 시트를 언롤링하고 동적 시일/슬릿/개구 내로 공급한다. 동적 시일 후, 시트를 28℃에서 약 2 min 동안 900 psi에서 CO2로 포화시킨다. 요망되는 기체 흡수를 위해, CO2가 함침된 PLA 시트를 생성하도록 약 30s의 체류 시간에 도달하기 위한 속도 및 길이로 샘플을 챔버를 통해 끌어낸다. 다음으로, 샘플을 28℃의 온도로 제어된 제2 동적 시일 물을 통해 끌어내어 고압 CO2로부터 시트를 제거한다. 시트의 온도가 약 5℃ 내지 약 10℃가 될 때까지 시트를 즉시 냉각시킨다. 이어서 시트를 대기 조건 (약 20-40℃)에 약 10초 내지 약 30초 동안 노출시킨 후 냉각된 PLA를 약 40℃ 내지 75℃의 스팀 또는 열 (가열 요소 또는 약 91-98℃ 수조의 스팀으로부터 유래됨)에 추가의 10-20초 동안 적용한다. 이어서 PLA 시트를 약 91℃ 내지 약 98℃에서 수조에서 전진시키고, 이는 CO2를 방출시키고 물질의 팽창을 초래한다.
실시예 2
소형 그린(green) 센코르프(Sencorp) 열성형 기계에서의 팽창 PLA 시트의 플레이트로의 열성형을 위한 공정:
0.065-0.085 인치 범위의 두께를 갖는 팽창 PLA 시트를 체인-레일 상으로 공급하고 세라믹 히터 하에 6-8초 동안 350-450℉로 가열한다. 이어서 시트를 대역 2로 전진시키고, 여기서 이를 세라믹 히터 하에 200-300℉로 가열하고 6-8초 동안 유지한다. 다음 스테이지에서, 시트를 단일 또는 다중-공동 플레이트 또는 음식 서비스 품목을 위한 비-가열 또는 냉각된 암수 금형으로 전진시킨다. 금형을 요망되는 갭 (예를 들어, 플레이트에 대하여 0.035 인치 갭)으로 폐쇄한다. 시트를 클램핑 힘 하에 6-8초 동안 유지한다. 가압 공기를 대략 2-4초 동안 금형의 한쪽 측면에 적용한다. 임의로, 생성물의 반대쪽 측면 상의 반대 공기 압력 하에 진공을 동시에 또는 중복 지속기간에 금형의 반대쪽 측면에 적용할 수 있다. 공기 압력 (또한 적용되는 경우 임의적 진공)을 중단하고 금형을 개방한다. 최종 가공을 위해, 생성물 + web을 스틸 룰 다이를 사용하여 트리밍 스테이션으로 전진시킨다.
실시예 3
대형 그린 센코르프 열성형 기계에서의 팽창 PLA 시트의 플레이트로의 열성형을 위한 공정:
0.065-0.085 인치 범위의 두께를 갖는 팽창 PLA 시트를 체인-레일 상으로 공급하고 세라믹 히터 하에 6-10초 동안 90-120℉로 가열한다. 이어서 시트를 대역 2로 전진시키고, 여기서 이를 세라믹 히터 하에 495-550℉로 가열하고 6-10초 동안 유지한다. 다음 스테이지에서, 시트를 단일 또는 다중-공동 플레이트 또는 음식 서비스 품목에 대한 비-가열 또는 냉각된 암수 금형으로 전진시킨다. 금형을 요망되는 갭 (예를 들어, 플레이트에 대하여 0.035 인치 갭)으로 폐쇄한다. 시트를 클램핑 힘 하에 6-10초 동안 유지한다. 가압 공기를 대략 2-6초 동안 금형의 한쪽 측면에 적용한다. 임의로, 생성물의 반대쪽 측면 상의 반대 공기 압력 하에 진공을 동시에 또는 중복 지속기간에 금형의 반대쪽 측면에 적용할 수 있다. 공기 압력 (또한 적용되는 경우 임의적 진공)을 중단하고 금형을 개방한다. 최종 가공을 위해, 생성물 + web을 스틸 룰 다이를 사용하여 트리밍 스테이션으로 전진시킨다.
실시예 4
놀라운 물리적 특성 및 성능 특징, 및 중요한 미세발포 구조를 갖는 개시된 방법에 의해 제조된 열성형 생성물의 예: 상이한 PLA 등급 및 상이한 팽창 시트 두께 (또는 팽창 게이지) (예를 들어, 하기에서 나타낸 바와 같이 "두꺼운" 및 "얇은")를 사용하여 개시된 방법을 사용하여 제조되고 팽창된 PLA 시트를 본원에 기재된 예시 생성물의 열성형에서 사용한다. 상이한 PLA 등급에 대한 팽창 시트의 사양이 하기 표 2에 포함되어 있다. (표 2 및 이 섹션의 모든 표의 수치는 약간의 변동이 있을 수 있으며 하기 정의 섹션에서 정의되는 바와 같은 "약"이 선행되는 것으로 해석되어야 함.) 본 발명자들은 많은 수의 실험 및 시도를 통해, 특정 치수의 이들 예시 생성물의 바람직한 물리적 특성 및 성능 특징이 폭넓은 범위의 다른 상이한 생성물 치수로 달성될 수 있음을 확인하였다.
[표 2] 예시 팽창 PLA 시트: 특징
도 11a, 11b, 12a, 12b, 13a 및 13b는, 표 2에 특정된 바와 같은, 각각, 팽창된 저-D PLA, 일반 PLA 두꺼운 및 일반 PLA 얇은 시트의, 면내 이미징을 위해 절단된 광학 현미경 단면 이미지 (약 4배 배율)를 나타낸다.
육류 트레이:
상이한 PLA 등급을 사용한 육류 트레이의 예시 세트의 특징 및 사양이 하기 표 3에 포함되어 있다. 이들 육류 트레이는 놀랍게 열 안정적이고, 유사한 EPS 생성물에 비해 최대 약 50% 더 가벼우며, 놀랍게 경량이다. 추가로, 전형적인 EPS 육류 트레이는, 유사한 및 요구되는 강성을 제공하기 위해, 약 300 thou의 두께, 예를 들어, 표 3에 특정된 가장 두꺼운 생성물보다 적어도 약 3배 이상 더 두꺼운 것을 필요로 할 것이다. 이러한 전형적인 EPS 트레이는 평방 인치 당 약 0.19 그램이고, 하기 표 3에 특정된 생성물의 경우의 최대 약 2배 초과이다.
[표 3] 예시 육류 트레이
표 3에서의 이들 예시 육류 트레이와 달리, 현재 상업적으로 입수가능한 기존의 14.75 x 8.0" x 0.83" (길이 x 폭 x 깊이) 노비팩스(Novipax) PLA 육류 트레이는 하기 두께, 내열성, 및 내구성 사양을 갖는다:
· 두께: 0.200" (본원에 기재된 방법에 따라 제조된 육류 트레이의 적어도 약 2배 두께);
· 내열성: 원래의 깊이에서 약 32% 왜곡 (본원에 기재된 방법에 따라 제조된 육류 트레이보다 적어도 약 3배 더 왜곡), 즉, 약 55℃에서 원래의 깊이의 약 68%까지 수축, 및 원래의 깊이의 약 59% 왜곡 (본원에 기재된 방법에 따라 제조된 육류 트레이보다 적어도 약 6배 더 왜곡), 즉, 원래의 깊이의 약 41%까지 수축. 표 3으로부터, 본원에 기재된 방법에 따라 생성된 육류 트레이는 약 55℃ 내지 약 65℃의 온도 범위에서 그의 원래의 치수의 약 90% 초과를 유지한다.
· 듀로미터: 40-50 쇼어 A 등급, 표 3에 나타낸 바와 같은 본원에 기재된 방법에 따라 제조된 육류 트레이보다 더 낮음.
추가로, 노비팩스 트레이는 하기 미세구조 특징을 갖는다:
· 셀 종횡비: 약 1:1;
· 셀 직경: 약 0.39 mm (약 15 thou);
· 결정화도 (%): 약 13% (표 3의 실시예의 경우보다 훨씬 더 낮음).
기름-저항성이고 경량이고 강한 물질로부터 이득을 얻을 수 있는 열성형을 필요로 하지 않는 육류 판매를 위한 많은 형성 요인이 존재한다. 이것의 하나의 예는 육류 패키징을 위한 시스템의 구성요소로서 제공되는 편평한 또는 주름진/폴딩된 보드이다. 이것의 하나의 예는 편평하게 또는 주름을 갖고 사용될 수 있는 0.12 그램/in2 미만의 비중량을 갖는 저-밀도 열가소성 시트이다. 배리어 층이 산화규소 코팅, 금속화, 또는 열가소성 필름을 통해 이것에 부가될 수 있다. 이어서 육류가 이 보드 상에 배치되고, 배리어 특성을 또한 포함할 수 있는 추가의 층이 여기에 라미네이팅될 수 있다. 대안적으로, 육류 및 보드는 2개의 시트 또는 백으로부터 제조된 구조 내부에 배치될 수 있다.
도 11c, 도 12c, 및 도 13c는, 각각, 저-D PLA, 일반 PLA 두꺼운, 및 일반 PLA 얇은 시트에 대한 표 3에 특정된 육류 트레이와 같은 열성형된 얕은 생성물의 측벽의 광학 현미경 단면 이미지 (약 4배 배율)를 나타낸다.
도 11c, 도 12c, 및 도 13c에 나타낸 열성형-후 미세구조에는, 열성형 동안 팽창 PLA 시트로부터 성형된 표면을 형성하기 위해 적용되는 열 및 힘의 결과로, 세장형 셀 벽 구조에 인식가능한 버클링 및 두 표면 근처의 미세구조의 미묘한 붕괴가 존재할 수 있다. 이들 생성물의 드로우 비율은 비교적 작고, 따라서 세장형 셀의 일반적 형상은 표 3에 반영된 바와 같이 변경된 폭, 길이, 및 층 두께에도 불구하고, 인식가능하게 남아 있다.
클램쉘 및 음식서비스 생성물:
상이한 PLA 물질에 대하여 고온-음식 서비스 생성물, 즉, 클램쉘의 세트의 특징 및 사양이 하기 표 4 및 5에 포함되어 있다. 이들 클램쉘은 놀랍게 열 안정적이고, 저-D PLA 등급 열고정 클램쉘은 약 130℃에서 열 고정된다. 요구되는 경우, 이들은 본원에 개시된 방법으로 인해, 통상적으로 요구되는 것보다 적은 물질을 사용하여 약간 더 두껍게 제조될 수 있다.
[표 4] 예시 클램쉘-크기 1
본원에 기재된 방법을 사용하여 제조된, 상이한 치수 (크기 2)를 갖는 클램쉘의 또 다른 예의 특징 및 사양이 하기 표 5에 포함되어 있다.
[표 5] 예시 클램쉘-크기 2
표 4 및 5에 기재된 것들과 유사한 예시 클램쉘의 형상 및 물리적 특징이, 도 14에서, 다수의 상이한 관점으로부터 보이는 바와 같이 나타나 있다. 도 14에 나타낸 클램쉘은 "생성물"이라는 제목의 이전 서브섹션의 각각의 기재에 따라 제조된 힌지 요소 및 걸쇠 메커니즘을 포함한다.
도 11d, 도 12d, 및 도 13d는, 각각, 저-D PLA, 일반 PLA 두꺼운, 및 일반 PLA 얇은 시트에 대해 표 4에 특정된 클램쉘 등의 열성형된 깊은 생성물의 측벽의 광학 현미경 단면 이미지 (약 4배 배율)를 나타낸다. 도 11e는 저-D PLA 시트에 대해 표 4에 특정된 클램쉘 등의 열성형된 (상기에 기재된 바와 같은 열고정으로) 깊은 생성물: "저-D PLA (열고정)"의 측벽의 광학 현미경 단면 이미지 (약 4배 배율)를 나타낸다.
도 11d, 도 12d, 및 도 13d에서, 생성물의 상응하는 깊이는 약 1.5"이고 전체적 게이지 (표면 대 표면 거리 또는 두께)는 출발 팽창 시트에 비해, 또는 얕은 생성물에 비해 두드러지게 감소된다. 열성형 동안 형성 힘 (및/또는 전단 메커니즘)은, 또한 표 2 및 4의 각각의 사양으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 내부 영역의 세장형 셀을 뒤틀리게 할 수 있다. 추가로, 내부 영역의 세장형 셀은 가능하게는 이웃하는 셀 사이의 개구를 형성하는 충분히 얇은 벽을 가질 수 있지만, 이는 몇몇 셀 내로, 또한 내부 영역 내로 제한되고, 생성물을 가로지르는 치명적 파열을 야기하지 않으며, 그에 따라 팽창 공정 동안 도입된 미세구조 및 결정화도에 의해 부여된 고유의 물질 특성 이점을 유지한다. 도 13e는 미세구조의 열고정 버전을 나타낸다.
플레이트 또는 얕은 트레이:
예시 플레이트 (또는 얕은 트레이)의 특징 및 사양이 하기 표 6에 포함되어 있다. 이 플레이트는 약 12 그램으로 놀랍게 경량이고, 이것은 얇지만 커트레이에 대한 저항 (약 80 내지 약 85의 듀로미터 쇼어 A 값) 등의 상업적 요건, 및 내열성 요건을 여전히 충족시킨다.
[표 6] 플레이트/트레이
종이-폴딩 작업을 위해 통상적으로 사용되는 장비에서 물질을 컷팅하고 폴딩하는 것이 또한 가능할 수 있다. 상기 물질 중량이 대략적 출발 수치로서 사용될 수 있다.
플레이트 생성물의 강도를 평가하기 위해 캔틸레버 시험을 구성할 수 있다. 캔틸레버 시험은 사용자가 플레이트를 잡고 있는 동안 정적 하중 하에 플레이트의 강도, 예를 들어, 플레이트를 한 손으로 잡고 있는 동안 음식의 양을 평가하기 위해 디자인된다. 예시 캔틸레버 시험 시나리오가 도 15a 및 15b의 사진에 나타나 있고, 여기서 도 15a는 본원에 기재된 방법을 사용하여 제조된 플레이트, 예를 들어, 표 6에 특정된 것으로의 시나리오를 나타내고, 도 15b는 정확히 동일한 정적 하중 하에 기존의 상업적으로 입수가능한 종이 플레이트 생성물로의 시나리오를 나타내고, 여기서는 각도 편향의 평가를 용이하게 하기 위해 각진 라인의 그리드가 그려진 투명 템플레이트에 대하여 편향 각도가 또한 나타나 있다. 예를 들어, 도 15a 및 15b에 나타낸 본원에 기재된 방법에 따라 제조된 플레이트 대 기존의 상업적 종이 플레이트 생성물의 경우에는 0.96 lbs. 대 1.0 lbs. 하중에 의해 동일한 특정량의 편향에 도달되고, 여기서 하중은 그립점으로부터 대략 동일한 거리에서 적용되었다. 두 플레이트는 동일하지 않고 그의 립 및 그의 폭에 있어 차이를 가질 수 있음을 인지하여야 한다.
컵:
표 7 및 8은, 예를 들어, 립 형성을 위해 립 롤링 방법을 사용하고, 컵의 시임 및 저부 요소를 형성하여, 또한 상기 표 2에 특정된 특징을 갖는 팽창 저-D PLA로부터, 본원에, 특히 상기 서브섹션 "생성물"에 기재된 방법에 따라, 열성형 단계없이 제조된 예시 컵의 물리적 특성 및 성능 특징의 일부를 포함한다. 이들 컵은 대부분의 기존의 포움형성 및 플라스틱 컵과 달리 종이 컵 형성의 단순성과 놀라운 유사성을 가지며 (열성형 없이) 형성될 수 있음이 주목할 만하다.
[표 7] 컵-1
[표 8] 컵-2
보드:
본원에 기재된 방법에 의해 제조된 팽창 시트를 사용하여 생성될 수 있는 또 다른 유형의 생성물은, 한쪽 측면 상에 라미네이팅된 종이를 갖는 광고, 포스터, 또는 알림 보드로서, 또는 사무실 칸막이, 페그보드, 카울링 및 장식용 타일로서, 또는 다른 조립 생성물 및 복합체를 위한 경량 코어 및 구성요소로서 사용될 수 있는 편평 층상-마이크로-구조화된 보드이다.
일부 실시양태에서, 보드는 0.12 인치 두께일 수 있고, 이는 팽창 시트를 권취 없이 보드로 컷팅함으로써 제조될 수 있다.
폴딩된 2-차원 또는 3-차원 용기:
본원에 기재된 방법에 따라, 또한 열성형 없이 제조된, 팽창 시트로부터 직접 형성될 수 있는 또한 또 다른 유형의 생성물은, 예를 들어, 상기 서브섹션 "생성물"에 기재된 바와 같은, 폴딩되어 봉투 (2-차원), 박스, 트레이, 또는 상자 등의 2-차원 또는 3-차원 용기를 형성할 수 있는 주름 및 천공을 갖는 단일형 시트의 물품이다. 도 10(c)에 나타낸 특정 예시 생성물에서 사용되는 팽창 시트는 약 0.080" 내지 약 0.085"의 팽창 게이지를 갖는 것을 제외하고는 표 2에 나타낸 바와 같은 "일반 PLA 두꺼운"과 동일한 사양을 공유한다.
주름점 및 세그먼트의 수 및 구성, 치수, 플랩 및 폴드 디자인은 특정 생성물 디자인, 예를 들어, 우유 상자 등의 보다 많은 액체 보유 특징을 제공하는 디자인에 따라, 및/또는 베이스 PLA 물질의 다양한 두께에 따라 달라질 수 있다.
열성형 생성물에 대하여 이 레이아웃의 핵심 요소는, 시트 편평성이 형성시 "드로우" 메커니즘 없이 원래의 미세구조를 유지함에 따라 이것이 향상된 열 안정성을 제공한다는 사실이다. 따라서, 사용 동안 열이 적용될 때 과도한 잔류 응력이 존재하지 않거나 거의 존재하지 않는다. 이 특성은 보다 낮은 밀도, 보다 낮은 등급 PLA (2003)의 사용을 가능하게 함으로써 보다 저렴한 PLA 공급원료 물질을 사용하여 개선된 내열성을 달성한다. 일부 실시양태에서, 생성물은 약 70℃ 온도에서 약 2% 이하의 왜곡을 가지며 극도로 열 안정적이다.
추가로, 다이 컷팅 이전의 시트의 자연적 편평 상태는 표면 상의 마커 및 패턴의 직접적 고-충실도 인쇄를 가능하게 한다. 크라프트 종이, 페이퍼보드, 또는 카드스톡으로 제조된 용기에서 통상적으로 나타날 수 있는 잠금 뚜껑, 핸들, 및 다른 요소 등의 특징부가 이러한 폴딩된 용기 생성물에 포함될 수 있다.
필름을 통한 산소 및/또는 수증기의 전송을 감소시키는 많은 퇴비화가능한 필름의 한계 중 하나는, 폴딩되거나 주름형성시 이들의 성능이 열화된다는 것이다. 본 발명에서 생성된 물질의 비교적 높은 강성은 이들의 비교적 취약한 물질을 지지하는 보강 또는 스캐폴드의 역할을 할 수 있다. 이들 특성을 이용하는 용기의 구체적 실시양태는 저장-안정적 음식서비스 생성물 (육류 포함)을 위한 박스 또는 상자이다. 셀로판을 포함한 다층 필름이 육류 트레이를 위한 커버 필름에서 유용한 것으로 나타났고, 따라서 셀로판 필름과 조합된 형성된 또는 폴딩된 상자의 트레이는 육류를 위한 퇴비화가능한, 저장 안정적 패키지를 가능하게 할 수 있다.
Claims (187)
- 열가소성 플라스틱의 연속적 고체-상태 팽창 방법이며:
열가소성 플라스틱을 가소화 기체가 함침된 적어도 부분적으로 포화된 고체 열가소성 플라스틱을 제공하기에 충분한 제1 기간 동안 제1 온도 및 제1 압력에서 가소화 기체와 접촉시키고;
함침된 열가소성 플라스틱을 제2 기간 동안 제2 온도 및 제2 압력에서 냉각시키고;
함침된 열가소성 플라스틱을 제3 기간 동안 제3 온도에 노출시키고;
함침된 열가소성 플라스틱을 제4 기간 동안 제3 온도보다 더 높은 제4 온도로 가열하여 함침된 열가소성 플라스틱으로부터 가소화 기체의 단지 일부를 제거하고;
함침된 열가소성 플라스틱을 제5 온도에서 가열함으로써 함침된 열가소성 플라스틱을 팽창시키고;
이로써 저-밀도 팽창 열가소성 플라스틱을 형성하는 것을 포함하며,
제2 압력은 제1 압력보다 더 낮고,
제3 온도는 제2 온도보다 더 높고, 열가소성 플라스틱으로부터의 가소화 기체의 탈착을 실질적으로 막는 범위 내에 있고,
제5 온도는 제4 온도와는 상이하고 가소화 기체의 빠른 탈착을 촉진시키기에 충분한 방법. - 제1항에 있어서, 제3 기간이 약 20초 이하인 방법.
- 제1항에 있어서, 제3 기간이 약 30초 이하인 방법.
- 제1항에 있어서, 제3 기간이 약 40초 이하인 방법.
- 제1항에 있어서, 열가소성 플라스틱이 열가소성 시트의 형태인 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 열가소성 플라스틱이 바이오플라스틱인 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 열가소성 플라스틱이 폴리락트산인 방법.
- 제7항에 있어서, 폴리락트산이 약 2% 미만의 D-락트산을 갖는 방법.
- 제7항에 있어서, 폴리락트산이 저-D PLA인 방법.
- 제7항에 있어서, 폴리락트산이 약 150,000 내지 약 250,000 Da 범위의 분자량을 갖는 방법.
- 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리락트산이 약 4% 내지 약 6% 범위 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 D-락트산을 함유하는 방법.
- 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리락트산이 약 20% 이하의 충전제를 포함하는 방법.
- 제12항에 있어서, 충전제가 활석, 조류, 목재 펄프, 전분, 카본 블랙, 흑연, 안료, 버개스, 또는 분해를 방해하지 않는 생분해성 천연 섬유 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
- 제13항에 있어서, 열가소성 시트가 팽창 전에 약 0.010 인치 내지 약 0.025 인치 범위의 두께를 갖는 방법.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 열가소성 플라스틱과 가소화 기체의 접촉을 위한 제1 기간이 약 30초 내지 약 5분인 방법.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 접촉이, 가소화 기체의 적어도 일부가 열가소성 플라스틱의 외부 영역에 있게 하는 방법.
- 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 열가소성 플라스틱과 가소화 기체의 접촉이 과포화된 열가소성 플라스틱을 제공하는 방법.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 가소화 기체가 이산화탄소 (CO2) 기체인 방법.
- 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 온도가 약 8℃ 내지 약 48℃인 방법.
- 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 온도가 약 28℃인 방법.
- 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 압력이 약 700 psi 내지 약 1500 psi인 방법.
- 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 압력이 약 800 psi 내지 약 1000 psi인 방법.
- 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 온도가 약 0℃ 내지 약 10℃인 방법.
- 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 압력이 대기압인 방법.
- 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 기간이 약 5초 내지 약 20분인 방법.
- 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 기간 동안 제2 온도로의 열가소성 플라스틱의 냉각이 함침된 열가소성 플라스틱으로부터의 가소화 기체의 최소 탈착을 제공하는 방법.
- 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 기간 동안 함침된 열가소성 플라스틱으로부터의 가소화 기체의 최소 탈착이 약 10% 이하인 방법.
- 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 기간 동안 함침된 열가소성 플라스틱으로부터의 가소화 기체의 최소 탈착이 약 5% 이하인 방법.
- 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 기간 동안 함침된 열가소성 플라스틱으로부터의 가소화 기체의 최소 탈착이 약 1% 이하인 방법.
- 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 함침된 열가소성 플라스틱의 냉각이 열가소성 플라스틱의 내부 영역의 가소화 기체의 양을 증가시키는 방법.
- 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각이 함침된 열가소성 플라스틱의 온도를 약 15℃ 미만으로 감소시키는 방법.
- 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 온도에 대한 함침된 열가소성 플라스틱의 노출이 약 10초의 제3 기간 동안 수행되는 방법.
- 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 온도가 약 20℃ 내지 약 30℃인 방법.
- 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 노출이 약 24℃ 내지 약 28℃의 온도 및 약 25% 내지 약 75%의 상대 습도에서 일어나는 방법.
- 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 제4 온도가 약 80℃ 미만인 방법.
- 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 제4 온도가 약 50℃ 미만인 방법.
- 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 제4 기간 동안 제4 온도에서의 가열이, 함침된 열가소성 플라스틱을 약 90℃ 내지 약 98℃에서 유지되는 수조로부터의 스팀 노출로부터 유래되는 것과 대략 동일한 열 유속에 적용하는 것을 포함하는 방법.
- 제1항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 제4 기간이 30초 이하인 방법.
- 제1항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 제4 기간 동안 제4 온도에서의 가열이 함침된 열가소성 플라스틱의 결정화도를 증가시키는 방법.
- 제39항에 있어서, 함침된 열가소성 플라스틱의 결정화도가 약 10% 내지 약 30%인 방법.
- 제1항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 제4 기간 동안 제4 온도에서의 가열이 함침된 열가소성 플라스틱의 팽창을 제공하는 방법.
- 제41항에 있어서, 함침된 열가소성 플라스틱이 적어도 약 5%만큼 두께 팽창하는 방법.
- 제1항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서, 제4 기간 동안 제4 온도에서의 가열이 함침된 열가소성 플라스틱의 밀도를 적어도 약 5%만큼 감소시키는 방법.
- 제1항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 제5 온도가 약 90℃ 내지 약 98℃인 방법.
- 제1항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서, 제5 온도에서의 가열 후 약 15 중량% 이하의 가소화 기체가 팽창 열가소성 플라스틱 중에 남아 있는 방법.
- 제1항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 제5 온도에서의 함침된 열가소성 플라스틱의 가열이 팽창 열가소성 플라스틱의 결정화도를 추가로 증가시키는 방법.
- 제46항에 있어서, 팽창 열가소성 플라스틱의 결정화도가 약 30% 내지 약 65%인 방법.
- 제1항 내지 제47항 중 어느 한 항에 있어서, 팽창이 다중 영역을 갖는 열가소성 시트의 형성을 제공하는 방법.
- 제48항에 있어서, 열가소성 시트의 다중 영역이 제1 외부 영역, 제2 외부 영역, 및 제1 외부 영역과 제2 외부 영역 사이에 배치된 내부 영역을 포함하는 방법.
- 제49항에 있어서, 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역의 결정화도가 약 30% 내지 약 70%인 방법.
- 제49항 또는 제50항에 있어서, 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역이 내부 영역의 결정화도보다 더 큰 결정화도를 갖는 방법.
- 제1항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서, 제5 온도에서의 가열이 팽창 열가소성 플라스틱의 밀도를 적어도 약 10%만큼 감소시키는 방법.
- 제52항에 있어서, 팽창 열가소성 플라스틱의 밀도가 적어도 약 20%만큼 감소되는 것인 방법.
- 제52항 또는 제53항에 있어서, 팽창 열가소성 플라스틱의 밀도가 약 0.05 g/cc 내지 약 0.25 g/cc인 방법.
- 제52항 또는 제53항에 있어서, 팽창 열가소성 플라스틱의 밀도가 약 0.1 g/cc 내지 약 0.2 g/cc인 방법.
- 제1항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서, 팽창 열가소성 플라스틱이 약 0.0220 인치 내지 약 0.220 인치의 두께를 갖는 방법.
- 제56항에 있어서, 팽창 열가소성 플라스틱의 두께가 팽창 전의 열가소성 플라스틱의 두께에 비해 적어도 약 50%만큼 증가하는 방법.
- 제1항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서, 팽창 열가소성 플라스틱이 약 0.5 g/in3 미만의 비중량을 갖는 방법.
- 제1항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서, 팽창 열가소성 플라스틱을 제조 물품으로 열성형하는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제59항에 있어서, 제조 물품이 약 55℃ 미만의 온도에서 변형에 실질적으로 저항하는 방법.
- 제59항에 있어서, 제조 물품이 약 60℃ 미만의 온도에서 변형에 실질적으로 저항하는 방법.
- 제59항에 있어서, 제조 물품이 약 65℃ 미만의 온도에서 변형에 실질적으로 저항하는 방법.
- 제59항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서, 제조 물품이 음식 패키징인 방법.
- 제59항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서, 제조 물품이 아이스로 충전되고 1 미터 높이에서 낙하될 때 파열되지 않는 방법.
- 제59항 내지 제64항 중 어느 한 항에 있어서, 제조 물품이 용기, 컵, 플레이트, 보울, 클램쉘, 육류 트레이, 과일 또는 채소 트레이, 뚜껑, 백, 또는 유텐실인 방법.
- 제59항 내지 제65항 중 어느 한 항에 있어서, 제조 물품이 깊은 생성물인 방법.
- 제66항에 있어서, 깊은 생성물이 보울, 클램쉘, 컵, 음식 트레이, 또는 과일 트레이인 방법.
- 제67항에 있어서, 깊은 생성물이 음식 트레이인 방법.
- 팽창 열가소성 시트이며:
제1 외부 영역, 제2 외부 영역, 및 제1 외부 영역과 제2 외부 영역 사이에 배치된 내부 영역을 포함하며,
제1 외부 영역은 제1 두께를 갖고, 제2 외부 영역은 제2 두께를 갖고, 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 제1 평균 치수를 갖는 셀을 포함하고;
내부 영역은 제1 두께 및 제2 두께보다 더 큰 제3 두께를 갖고, 내부 영역은 제2 평균 치수를 갖는 셀을 포함하는 팽창 열가소성 시트. - 제69항에 있어서, 팽창 열가소성 시트가 폴리락트산 (PLA)으로 구성된 것인 팽창 열가소성 시트.
- 제69항에 있어서, 제1 두께가 약 150 μm 내지 약 200 μm인 팽창 열가소성 시트.
- 제70항에 있어서, 제2 두께가 약 150 μm 내지 약 200 μm인 팽창 열가소성 시트.
- 제69항에 있어서, 제3 두께가 약 1000 μm 내지 약 2000 μm인 팽창 열가소성 시트.
- 제69항에 있어서, 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역이 약 30% 내지 약 65%의 퍼센트 결정화도를 갖는 것인 팽창 열가소성 시트.
- 제69항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역이 내부 영역의 퍼센트 결정화도보다 더 큰 퍼센트 결정화도를 갖는 것인 팽창 열가소성 시트.
- 제69항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서, 약 0.5 g/in3 미만의 비중량을 갖는 팽창 열가소성 시트.
- 제69항 내지 제76항 중 어느 한 항에 있어서, 약 0.05 g/cc 내지 약 0.25 g/cc의 밀도를 갖는 팽창 열가소성 시트.
- 제69항 내지 제76항 중 어느 한 항에 있어서, 약 0.1 g/cc 내지 약 0.2 g/cc의 밀도를 갖는 팽창 열가소성 시트.
- 제69항 내지 제78항 중 어느 한 항에 있어서, ASTM C78 시험에 따른 약 0.2 MPa 내지 약 80 MPa의 굴곡 강도를 갖는 팽창 열가소성 시트.
- 제69항 내지 제79항 중 어느 한 항에 있어서, ASTM C78 시험에 따른 약 0.2 MPa 내지 약 50 MPa의 인장 강도를 갖는 팽창 열가소성 시트.
- 제69항 내지 제80항 중 어느 한 항에 있어서, ASTM C78 시험에 따른 약 0.2 MPa 내지 약 40 MPa의 전단 강도를 갖는 팽창 열가소성 시트.
- 제69항 내지 제81항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역의 셀이 약 1:1의 종횡비를 갖는 것인 팽창 열가소성 시트.
- 제69항 내지 제82항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역의 셀이 약 25 μm 내지 약 75 μm의 치수를 갖는 것인 팽창 열가소성 시트.
- 제69항 내지 제83항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 영역의 셀이 약 1:1 초과의 길이 대 폭 종횡비를 갖는 것인 팽창 열가소성 시트.
- 제84항에 있어서, 내부 영역의 셀이 세장형인 팽창 열가소성 시트.
- 제84항에 있어서, 내부 영역의 셀이 적어도 약 4:1의 길이 대 폭 종횡비를 갖는 것인 팽창 열가소성 시트.
- 제69항 내지 제86항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 영역의 셀이 약 200 μm 내지 약 800 μm × 약 50 μm 내지 약 200 μm의 길이 대 폭 치수를 갖는 것인 팽창 열가소성 시트.
- 제69항 내지 제87항 중 어느 한 항에 있어서, 외측 표면을 추가로 포함하는 팽창 열가소성 시트.
- 제88항에 있어서, 열가소성 시트의 외측 표면 상의 셀만이 포화된 것인 팽창 열가소성 시트.
- 제69항 내지 제89항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 외부 영역과 내부 영역 사이의 전이 영역을 추가로 포함하는 팽창 열가소성 시트.
- 저-밀도 형성 생성물이며:
적어도 50 중량%의 열가소성 물질을 포함하고, 제1 외부 영역, 제2 외부 영역, 및 제1 외부 영역과 제2 외부 영역 사이에 배치된 내부 영역을 갖는 비-라미네이팅된 중합체 시트를 포함하며,
제1 외부 영역 및 제2 외부 영역은 약 75 μm 이하의 치수를 갖는 셀을 포함하고;
내부 영역은 약 4:1의 길이 대 폭 종횡비를 갖는 셀을 포함하고, 내부 층은 적어도 50 μm의 치수를 갖는 저-밀도 형성 생성물. - 제91항에 있어서, 열가소성 물질이 폴리락트산인 저-밀도 형성 생성물.
- 제91항에 있어서, 저-밀도 열성형 생성물이 ASTM D2126 시험에 따라 시험시 실질적인 변형이 일어나지 않고; 저-밀도 열성형 생성물은 약 100℃ 이하에서 물과 접촉시 20% 미만의 높이 감소를 나타내는 것인 저-밀도 형성 생성물.
- 제91항에 있어서, 저-밀도 열성형 생성물이 음식 생성물의 재가열을 위해 마이크로파 조건에 적용시 실질적인 변형이 일어나지 않는 것인 저-밀도 형성 생성물.
- 제91항에 있어서, ASTM D790 3-점 굽힘 시험에 따라 시험시 0.2 MPa 내지 약 4 GPa의 굽힘 모듈러스 (굴곡 모듈러스)를 갖는 저-밀도 형성 생성물.
- 제91항 내지 제95항 중 어느 한 항에 있어서, ASTM D790 3-점 굽힘 시험에 따라 시험시 0.2 MPa 내지 약 80 MPa의 굽힘 강도 (굴곡 강도)를 갖는 저-밀도 형성 생성물.
- 제91항 내지 제96항 중 어느 한 항에 있어서, 약 0.05 g/cc 내지 약 0.25 g/cc의 밀도를 갖는 저-밀도 형성 생성물.
- 제91항 내지 제96항 중 어느 한 항에 있어서, 약 0.1 g/cc 내지 약 0.2 g/cc의 밀도를 갖는 저-밀도 형성 생성물.
- 제91항 내지 제98항 중 어느 한 항에 있어서, 음식 패키징으로서의 사용을 위한 저-밀도 형성 생성물.
- 제91항 내지 제99항 중 어느 한 항에 있어서, 깊은 생성물로서의 사용을 위한 저-밀도 형성 생성물.
- 제100항에 있어서, 깊은 생성물이 음식 트레이인 저-밀도 형성 생성물.
- 제91항 내지 제98항 중 어느 한 항에 있어서, 용기, 컵, 플레이트, 보울, 클램쉘, 육류 트레이, 과일 또는 채소 트레이, 뚜껑, 백, 또는 유텐실로서의 사용을 위한 저-밀도 형성 생성물.
- 제91항에 있어서, 용기가 열성형에 의해 형성된 것인 저-밀도 형성 생성물.
- 제91항에 있어서, 용기가 폴딩 작업을 사용하여 형성된 것인 저-밀도 형성 생성물.
- 제91항에 있어서, 생성물은 적어도 30%의 결정화도를 갖는 PLA로부터 형성되고, 아이스로 충전되고 1 미터 높이에서 낙하될 때 균열되지 않는 저-밀도 형성 생성물.
- 제91항에 있어서, 표면으로 연장되는 기공이 존재하는 것인 저-밀도 형성 생성물.
- 제104항에 있어서, 용기가 종래 형성된 종이 컵과 유사한 작업을 사용하여 컵으로 형성된 것인 저-밀도 형성 생성물.
- 제107항에 있어서, 용기가 립 및/또는 저부 형성을 돕도록 분쇄된 부분을 갖는 것인 저-밀도 형성 생성물.
- 제104항에 있어서, 용기가 백 또는 상자로 형성된 것인 저-밀도 형성 생성물.
- 제104항에 있어서, 용기가 종이를 포함하나 이에 제한되지는 않는 보다 열적으로 안정적인 층에 라미네이팅된 것인 저-밀도 형성 생성물.
- 제104항에 있어서, 용기가 배리어 필름에 부착되어 용기를 생성한 것인 저-밀도 형성 생성물.
- 제111항에 있어서, 배리어 필름이 셀룰로스를 포함하는 것인 저-밀도 형성 생성물.
- 열가소성 플라스틱의 연속적 고체-상태 팽창 방법이며:
열가소성 플라스틱을 가소화 기체가 함침된 적어도 부분적으로 포화된 고체 열가소성 플라스틱을 제공하기에 충분한 제1 기간 동안 제1 온도 및 제1 압력에서 가소화 기체와 접촉시키고;
함침된 열가소성 플라스틱을 제2 기간 동안 제1 열 유속에 노출시키고;
함침된 열가소성 플라스틱을 제3 기간 동안 제2 열 유속에 노출시켜 팽창 열가소성 플라스틱을 형성하는 것을 포함하는 방법. - 제113항에 있어서, 열가소성 플라스틱이 폴리락트산인 방법.
- 제113항에 있어서, 제3 기간이 20초 이하인 방법.
- 제113항에 있어서, 제4 기간이 30초 이하인 방법.
- 제113항에 있어서, 함침된 열가소성 플라스틱을 제2 기간 동안 제2 온도 및 제2 압력에서 냉각시키는 것을 추가로 포함하며, 제2 압력은 제1 압력보다 더 낮은 방법.
- 제113항에 있어서, 열가소성 플라스틱이 열가소성 시트의 형태인 방법.
- 제113항에 있어서, 열가소성 플라스틱이 바이오플라스틱인 방법.
- 열가소성 플라스틱의 연속적 고체-상태 팽창 방법이며:
열가소성 시트를 24시간 미만의 제1 기간 동안 제1 온도 및 제1 압력에서 가소화 기체와 접촉시키고;
함침된 열가소성 플라스틱을, 열가소성 시트가 1 내지 10의 비율로 두께 팽창하도록 열 유속에 노출시키는 것을 포함하는 방법. - 제120항에 있어서, 열가소성 플라스틱이 1.4 내지 2.2의 비율로 두께 팽창하는 방법.
- 열가소성 플라스틱의 연속적 고체-상태 팽창 방법이며:
열가소성 플라스틱을 가소화 기체가 함침된 적어도 부분적으로 포화된 고체 열가소성 플라스틱을 제공하기에 충분한 제1 기간 동안 제1 온도 및 제1 압력에서 가소화 기체와 접촉시키고;
함침된 열가소성 플라스틱을 제2 기간 동안 제2 온도에 노출시키고;
함침된 열가소성 플라스틱을 제3 기간 동안 제2 온도보다 더 높은 제3 온도로 가열하여 함침된 열가소성 플라스틱으로부터 가소화 기체의 단지 일부를 제거하고;
함침된 열가소성 플라스틱을 제4 온도에서 가열함으로써 함침된 열가소성 플라스틱을 팽창시키고;
이로써 저-밀도 팽창 열가소성 플라스틱을 형성하는 것을 포함하며,
제2 온도는 열가소성 플라스틱으로부터의 가소화 기체의 탈착을 제한하는 범위 내에 있고,
제4 온도는 제3 온도와는 상이하고 가소화 기체의 빠른 탈착을 촉진시키기에 충분한 방법. - 제122항에 있어서, 제2 기간이 약 30초 이하인 방법.
- 제123항에 있어서, 제2 기간이 약 20초 이하인 방법.
- 제122항에 있어서, 함침된 열가소성 플라스틱을 제1 기간 후 및 제2 기간 전의 냉각 기간 동안 냉각 온도 및 냉각 압력에서 냉각시키는 것을 추가로 포함하며, 냉각 압력은 제1 압력보다 더 낮은 방법.
- 제122항에 있어서, 열가소성 플라스틱이 열가소성 시트의 형태인 방법.
- 제122항 내지 제126항 중 어느 한 항에 있어서, 열가소성 플라스틱이 바이오플라스틱인 방법.
- 제122항 내지 제127항 중 어느 한 항에 있어서, 열가소성 플라스틱이 폴리락트산인 방법.
- 제128항에 있어서, 폴리락트산이 약 2% 미만의 D-락트산을 갖는 방법.
- 제128항에 있어서, 폴리락트산이 저-D PLA인 방법.
- 제128항에 있어서, 폴리락트산이 약 150,000 내지 약 250,000 Da 범위의 분자량을 갖는 방법.
- 제128항 내지 제131항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리락트산이 약 4% 내지 약 6% 범위 (이들 사이의 모든 범위 및 값 포함)의 D-락트산을 함유하는 방법.
- 제128항 내지 제132항 중 어느 한 항에 있어서, 폴리락트산이 약 20% 이하의 충전제를 포함하는 방법.
- 제133항에 있어서, 충전제가 활석, 조류, 목재 펄프, 전분, 카본 블랙, 흑연, 안료, 버개스, 또는 분해를 방해하지 않는 생분해성 천연 섬유 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
- 제134항에 있어서, 열가소성 시트가 팽창 전에 약 0.010 인치 내지 약 0.025 인치 범위의 두께를 갖는 방법.
- 제122항 내지 제135항 중 어느 한 항에 있어서, 열가소성 플라스틱과 가소화 기체의 접촉을 위한 제1 기간이 약 30초 내지 약 5분인 방법.
- 제122항 내지 제136항 중 어느 한 항에 있어서, 접촉이, 가소화 기체의 적어도 일부가 열가소성 플라스틱의 외부 영역에 있게 하는 방법.
- 제122항 내지 제137항 중 어느 한 항에 있어서, 열가소성 플라스틱과 가소화 기체의 접촉이 과포화된 열가소성 플라스틱을 제공하는 방법.
- 제122항 내지 제138항 중 어느 한 항에 있어서, 가소화 기체가 이산화탄소 (CO2) 기체인 방법.
- 제122항 내지 제139항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 온도가 약 8℃ 내지 약 48℃인 방법.
- 제122항 내지 제140항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 온도가 약 28℃인 방법.
- 제122항 내지 제141항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 압력이 약 700 psi 내지 약 1500 psi인 방법.
- 제122항 내지 제142항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 압력이 약 800 psi 내지 약 1000 psi인 방법.
- 제125항 내지 제143항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 온도가 약 0℃ 내지 약 10℃인 방법.
- 제125항 내지 제144항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 압력이 대기압인 방법.
- 제125항 내지 제146항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 기간이 약 5초 내지 약 20분인 방법.
- 제125항 내지 제146항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 기간 동안 냉각 온도로의 열가소성 플라스틱의 냉각이 함침된 열가소성 플라스틱으로부터의 가소화 기체의 최소 탈착을 제공하는 방법.
- 제125항 내지 제147항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 기간 동안 함침된 열가소성 플라스틱으로부터의 가소화 기체의 최소 탈착이 약 10% 이하인 방법.
- 제125항 내지 제147항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 기간 동안 함침된 열가소성 플라스틱으로부터의 가소화 기체의 최소 탈착이 약 5% 이하인 방법.
- 제125항 내지 제147항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 기간 동안 함침된 열가소성 플라스틱으로부터의 가소화 기체의 최소 탈착이 약 1% 이하인 방법.
- 제125항 내지 제150항 중 어느 한 항에 있어서, 함침된 열가소성 플라스틱의 냉각이 열가소성 플라스틱의 내부 영역의 가소화 기체의 양을 증가시키는 방법.
- 제125항 내지 제151항 중 어느 한 항에 있어서, 함침된 열가소성 플라스틱의 냉각이 함침된 열가소성 플라스틱의 온도를 약 15℃ 미만으로 감소시키는 방법.
- 제122항 내지 제152항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 기간이 약 10초인 방법.
- 제122항 내지 제153항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 온도가 약 20℃ 내지 약 30℃인 방법.
- 제122항 내지 제154항 중 어느 한 항에 있어서, 노출이 약 24℃ 내지 약 28℃의 온도 및 약 25% 내지 약 75%의 상대 습도에서 일어나는 방법.
- 제122항 내지 제155항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 온도가 약 80℃ 미만인 방법.
- 제122항 내지 제156항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 온도가 약 50℃ 미만인 방법.
- 제122항 내지 제157항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 기간 동안 제3 온도에서의 가열이, 함침된 열가소성 플라스틱을 약 90℃ 내지 약 98℃에서 유지되는 수조로부터의 스팀 노출로부터 유래되는 것과 대략 동일한 열 유속에 적용하는 것을 포함하는 방법.
- 제122항 내지 제158항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 기간이 15초 이하인 방법.
- 제122항 내지 제159항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 기간 동안 제3 온도에서의 가열이 함침된 열가소성 플라스틱의 결정화도를 증가시키는 방법.
- 제160항에 있어서, 함침된 열가소성 플라스틱의 결정화도가 약 10% 내지 약 30%인 방법.
- 제122항 내지 제161항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 기간 동안 제3 온도에서의 가열이 함침된 열가소성 플라스틱의 팽창을 제공하는 방법.
- 제162항에 있어서, 함침된 열가소성 플라스틱이 적어도 약 5%만큼 두께 팽창하는 방법.
- 제122항 내지 제163항 중 어느 한 항에 있어서, 제4 기간 동안 제4 온도에서의 가열이 함침된 열가소성 플라스틱의 밀도를 적어도 약 5%만큼 감소시키는 방법.
- 제122항 내지 제164항 중 어느 한 항에 있어서, 제4 온도가 약 90℃ 내지 약 98℃인 방법.
- 제122항 내지 제165항 중 어느 한 항에 있어서, 제4 온도에서의 가열 후 약 15 중량% 이하의 가소화 기체가 팽창 열가소성 플라스틱 중에 남아 있는 방법.
- 제122항 내지 제166항 중 어느 한 항에 있어서, 제4 온도에서의 함침된 열가소성 플라스틱의 가열이 팽창 열가소성 플라스틱의 결정화도를 추가로 증가시키는 방법.
- 제167항에 있어서, 팽창 열가소성 플라스틱의 결정화도가 약 30% 내지 약 65%인 방법.
- 제122항 내지 제168항 중 어느 한 항에 있어서, 팽창이 다중 영역을 갖는 열가소성 시트의 형성을 제공하는 방법.
- 제169항에 있어서, 열가소성 시트의 다중 영역이 제1 외부 영역, 제2 외부 영역, 및 제1 외부 영역과 제2 외부 영역 사이에 배치된 내부 영역을 포함하는 방법.
- 제170항에 있어서, 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역의 결정화도가 약 30% 내지 약 70%인 방법.
- 제170항 또는 제171항에 있어서, 제1 외부 영역 및 제2 외부 영역이 내부 영역의 결정화도보다 더 큰 결정화도를 갖는 방법.
- 제122항 내지 제172항 중 어느 한 항에 있어서, 제4 온도에서의 가열이 팽창 열가소성 플라스틱의 밀도를 적어도 약 10%만큼 감소시키는 방법.
- 제173항에 있어서, 팽창 열가소성 플라스틱의 밀도가 적어도 약 20%만큼 감소되는 방법.
- 제173항 또는 제174항에 있어서, 팽창 열가소성 플라스틱의 밀도가 약 0.05 g/cc 내지 약 0.25 g/cc인 방법.
- 제173항 또는 제174항에 있어서, 팽창 열가소성 플라스틱의 밀도가 약 0.1 g/cc 내지 약 0.2 g/cc인 방법.
- 제122항 내지 제176항 중 어느 한 항에 있어서, 팽창 열가소성 플라스틱이 약 0.0220 인치 내지 약 0.220 인치의 두께를 갖는 방법.
- 제177항에 있어서, 팽창 열가소성 플라스틱의 두께가 팽창 전의 열가소성 플라스틱의 두께에 비해 적어도 약 50%만큼 증가하는 방법.
- 제122항 내지 제178항 중 어느 한 항에 있어서, 팽창 열가소성 플라스틱이 약 0.5 g/in3 미만의 비중량을 갖는 방법.
- 제122항 내지 제179항 중 어느 한 항에 있어서, 팽창 열가소성 플라스틱을 제조 물품으로 열성형하는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제180항에 있어서, 제조 물품이 약 55℃ 미만의 온도에서 변형에 실질적으로 저항하는 방법.
- 제180항에 있어서, 제조 물품이 약 60℃ 미만의 온도에서 변형에 실질적으로 저항하는 방법.
- 제180항에 있어서, 제조 물품이 약 65℃ 미만의 온도에서 변형에 실질적으로 저항하는 방법.
- 제180항 내지 제183항 중 어느 한 항에 있어서, 제조 물품이 음식 패키징인 방법.
- 제180항 내지 제183항 중 어느 한 항에 있어서, 제조 물품이 깊은 생성물인 방법.
- 제185항에 있어서, 깊은 생성물이 음식 트레이인 방법.
- 제180항 내지 제185항 중 어느 한 항에 있어서, 제조 물품이 용기, 컵, 플레이트, 보울, 클램쉘, 육류 트레이, 과일 또는 채소 트레이, 뚜껑, 백, 또는 유텐실인 방법.
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