KR20220004958A - 생분해성 조성물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 조성물의 총 중량의, 50-90 중량%의 양의 해조류 추출물, 10-40 중량%의 양의 수용성 셀룰로오스 유도체, 및 1-20 중량%의 양의 물을 포함하는 조성물을 제공한다. 본 발명은 또한 상기 조성물로부터 형성되는 포장재료를 포함하는 제품, 상기 조성물 또는 상기 제품을 용해시키고, 퇴비화하고 생분해하는 방법, 상기 조성물 및 제품을 제조하는 방법, 그리고 상기 조성물을 재-가공하는 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 생분해성 조성물에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 1회용 또는 일회용품과 같은 제품에서와 같이 석유계 플라스틱, 및 바이오플라스틱에 대한 대체로서의 사용을 위한 생분해성 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 조성물로부터 형성되는 포장재료를 포함하는 제품, 상기 조성물 또는 상기 제품을 용해시키고, 퇴비화하고 생분해하는 방법, 상기 조성물 및 제품을 제조하는 방법, 그리고 상기 조성물을 재-가공하는 방법에 관한 것이다.
기존의 플라스틱 제품은 석유계 플라스틱 또는 식물성 바이오플라스틱으로 제조된다. 이러한 재료들은 경량이고 내구성이 있으며 높은 차단 특성을 가지며, 높은 인장 강도를 가지며 투명하거나 반투명한 시각적 특성을 가질 수 있다. 또한, 이러한 재료들은 대량 생산에 적합한 열 밀봉성 및 성형성 특성을 가질 수 있다. 이것은 예를 들어 포장재료로 사용하기에 매우 바람직하다.
석유에서 유래한 플라스틱으로부터 벗어나고자 하는 일반적인 열망이 있었다. 이것은 주로 생산 중에 그리고 사용 후 폐기 스트림 양자 모두에서 이러한 제품들의 환경적 영향이 크기 때문이다. 또한, 산업 퇴비화 또는 기타 특정 폐기물 처리 공정을 거치지 않는 비-생분해성 바이오플라스틱은 자연적으로 분해되어 환경에 남아 수백 년 동안 해로운 영향을 미칠 수 있는 미립자 플라스틱 물질(마이크로- 또는 나노- 플라스틱)이 되는 경향이 있다.
그대로 두면, 플라스틱 오염은 2050년까지 4배 증가할 것으로 예상되며, 그 때까지 바다에는 어류 보다 중량 기준으로 더 많은 플라스틱이 존재할 것으로 예상된다. 이 증가하는 문제의 주요 원인 중 하나는 포장 및 일회용 컵 또는 과일 퍼니트에 사용되는 것과 같은 구조적 스톡 키핑 유닛[stock keeping unit, SKU](이것들은 강성(rigid)이고 하중을 지지(load-bearing)하는 용기로 형성될 수 있음)으로서 사용되는 일회용 플라스틱이다.
이러한 문제들을 고려하여 최근 생분해성 플라스틱을 사용하는 경향이 있다. 그러나, 전통적인 생분해성 플라스틱은 천천히 분해되는 경향이 있으며, 종종 제품의 유효 수명(useful lifespan)보다 훨씬 긴 기간에 걸쳐 분해된다. 결과적으로, 환경 친화적(environmentally friendly)이라고 불리는 이러한 생분해성 플라스틱 조차도 복잡한 폐기물 관리 시스템을 필요로 하거나, 또는 부적절하게 폐기될 경우, 상당한 시간 동안 환경에 남아 잠재적으로 수십 년, 심지어 수백 년 동안 심각한 생태학적 피해를 초래할 수 있다.
따라서, 제품의 플라스틱 및 바이오플라스틱을 환경이나 생태계에 해를 끼치지 않거나 최소한으로만 환경 또는 폐기물 스트림에서 신속하고 완전히 생분해되는 환경 친화적인 재료로 대체할 필요가 남아 있다. 적절하게는, 생분해를 위한 시간은 상기에서 언급한 기존 플라스틱의 바람직한 재료 특성 중 적어도 하나를 여전히 제공하면서 사용 시간 척도(특히, 1회용)에 더 잘 맞는다.
발명의 요약
제1 측면에 있어서, 본 발명은 조성물의 총 중량의, 50-90 중량%의 양의 해조류 추출물(seaweed extract), 10-40 중량%의 양의 수용성 셀룰로오스 유도체(water-soluble cellulose derivative), 및 1-20 중량%의 양의 물을 포함하는, 조성물을 제공한다. 바람직하게는, 60-85 중량%의 양의 해조류 추출물, 10-35 중량%의 양의 수용성 셀룰로오스 유도체, 및 2-15 중량%의 양의 물이 존재한다.
본 발명의 일부를 형성하지 않지만 많은 유익한 특성을 공유하는 대안적인 조성물은 2-5 중량%의 양의 해조류 추출물, 80-95 중량%의 양의 수용성 셀룰로오스 유도체 및 4-15 중량%의 양의 물을 포함한다. 하기의 실시 형태 각각은 또한 이 조성물에 적용될 수 있다.
실시 형태에서, 조성물은 해조류 추출물, 수용성 셀룰로오스 유도체 및 물로 본질적으로(essentially) 구성된다. 대안적인 실시 형태에서, 조성물은 해조류 추출물, 수용성 셀룰로오스 유도체 및 물로 구성된다. 실시 형태에서, 해조류 추출물, 수용성 셀룰로오스 유도체 및 물의 중량 백분율이 조성물의 총 중량의 100 중량%가 된다.
실시 형태에서, 해조류 추출물은 카라기난(carrageenan); 한천(agar); 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택된다. 바람직하게는, 해조류 추출물은 카라기난이다. 더욱 바람직하게는, 카라기난은 카라기난 카파(carrageenan kappa)이다.
실시 형태에서, 조성물은 전분(starch); 카라기난 이오타(carrageenan iota); 한천; 알지네이트(alginate); 및 키토산(chitosan)으로 구성되는 군 중 하나 이상이 없다(lacks).
실시 형태에서, 수용성 셀룰로오스 유도체는 메틸 셀룰로오스 (MC); 히드록시프로필 메틸셀룰로오스 (HPMC); 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택된다. 바람직하게는, 수용성 셀룰로오스 유도체는 메틸 셀룰로오스 (MC)이다.
실시 형태에서, 조성물이 하나 이상의 첨가제를 더 포함한다. 바람직하게는, 하나 이상의 첨가제가, 조성물의 총 중량의 10 중량% 이하로 존재한다. 바람직하게는, 하나 이상의 첨가제가 무기 염; 톱밥(sawdust), 종이, 대마 섬유(hemp fibre); 탄산칼슘; 글리세린; 사과 퓌레(apple puree); 전분; 몬모릴로나이트 (montmorillonite: MMT); 시나몬 바크 오일(cinnamon bark oil); 소이빈 오일; 글리세롤; 글루코오스; 은 나노입자; 자몽 종자 추출물; 자타리아 멀티플로로 에센셜 오일(zataria multifloro essential oil); 나노클레이 또는 점토 광물(nonoclay or clay mineral); 폴리에틸렌 글리콜 (PEG); 키틴; 아라비노자일란; 바나나 분말; 젤라틴; 산화티탄 나노입자; 착색료(colourings); 및 향미료(flavourings)로 구성되는 군으로부터 선택된다.
실시 형태에서 첨가제가 무기 염인 경우, 상기 무기 염은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 염이다. 바람직하게는, 상기 무기 염은 리튬 염; 나트륨 염; 칼슘 염; 및 칼륨 염으로 구성되는 군으로부터 선택된다. 더욱 바람직하게는, 상기 무기 염은 염화 칼륨이다.
실시 형태에서, 본 발명의 첫번째 측면의 조성물은, 0.5mm의 표준 두께(standard thickness)에서 입사광의 적어도 30%가 흡수 또는 산란 없이 통과한다. 바람직하게는, 0.5mm의 표준 두께에서 입사광의 적어도 50%가 흡수 또는 산란 없이 통과한다.
실시 형태에서, 조성물은 완전히 생분해성(fully biodegradable)이다. 바람직하게는, 조성물이 외부의(external), 비-산업 환경(non-industrial environment)에서 6개월 이하에서 완전히 생분해된다. 바람직하게는, 조성물이 혐기성 대기(anaerobic atmosphere)에서 완전히 생분해된다.
실시 형태에서, 조성물이 완전히 퇴비화 가능(compostable)하다. 바람직하게는, 조성물이 가정용 퇴비 더미(domestic compost heap)에서 6개월 이하에서 퇴비화 가능하다.
실시 형태에서, 조성물이 식용(edible)이다.
실시 형태에서, 조성물이 성형 가능(mouldable)하다. 바람직하게는, 조성물이 프레스 성형(press moulding), 사출 성형(injection moulding) 또는 주조(casting)에 의해 성형 가능하다. 실시 형태에서, 조성물이 성형 후에 재-가공된다(re-worked).
제2 측면에 있어서, 본 발명은 본 발명의 제1 측면의 조성물로부터 형성된 제품(product)을 제공한다.
실시 형태에서, 상기 제품이 플레이트(plate); 평면 시트(planar sheet); 정구체(regular sphere) 또는 불규칙한 구체(irregular sphere); 정회전 타원체(regular spheroid) 또는 불규칙한 회전 타원체(irregular spheroid); 정입방체(regular cube) 또는 불규칙한 입방체(irregular cube); 정육면체(regular cuboid) 또는 불규칙한 직육면체(irregular cuboid); 정타원체(regular ellipsoid) 또는 불규칙한 타원체(irregular ellipsoid); 정원기둥(regular cylinder) 또는 불규칙한 원기둥(irregular cylinder); 정원뿔(regular cone) 또는 불규칙한 원뿔(irregular cone); 정각기둥(regular prism) 또는 불규칙한 각기둥(irregular prism); 정각뿔(regular pyramid) 또는 불규칙한 각뿔(irregular pyramid); 및 이들의 임의의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 형상을 갖는다.
실시 형태에서, 제품이 구조적 스톡 키핑 유닛(SKU); 포장재료(packaging material); 필름; 시트; 음용 빨대(drinking straw); 튜빙(tubing); 탐폰 및 어플리케이터(tampon and applicator); 커트러리; 접시; 트레이(tray); 및 젓개(stirrer)로 구성되는 군으로부터 선택되고, 바람직하게는, 상기 제품은 용기 및 이의 일부로 구성되는 군으로부터 선택되는 포장재료이다. 더욱 바람직하게는, 용기 또는 이의 일부가 컵; 트레이; 퍼니트(punnet); 클램셸(clamshell); 박스; 병; 튜브; 및 리드(lid)로 구성되는 군으로부터 선택된다. 실시 형태에서, 상기 제품이 3-차원(three-dimensional)이고, 강성(rigid)이고 하중을 지지(load bearing)한다.
실시 형태에서, 제품에서 조성물의 최대 두께가 0.01mm 내지 5mm 범위이다. 실시 형태에서, 제품은 반투명이다.
제3 측면에 있어서, 본 발명은 본 발명의 제1 측면의 조성물을 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 하기 단계:
(a) 해조류 추출물을 물과 접촉시켜 해조류 추출물 하이드로겔을 형성하는 단계,
(b) 수용성 셀룰로오스 유도체를 물과 별도로(separately) 접촉시켜 수용성 셀룰로오스 유도체 용액을 형성하는 단계,
(c) 상기 해조류 추출물 하이드로겔과 수용성 셀룰로오스 유도체 용액을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계, 및
(d) 상기 혼합물을 건조시켜 조성물을 형성하는 단계,
를 포함한다.
실시 형태에서, 단계 (a)는 (i) 대략 5℃ 내지 대략 40℃ 범위의 온도에서 해조류 추출물을 물과 접촉시키는 단계; 그리고 그 다음 (ii) 수 중에서 대략 70℃ 내지 대략 100℃ 까지의 범위의 온도로 해조류 추출물의 혼합물을 가열하여 해조류 추출물 하이드로겔을 형성하는 단계를 포함한다.
실시 형태에서, 단계 (b)에서 대략 70℃ 내지 대략 100℃까지의 온도에서 수용성 셀룰로오스 유도체가 물과 접촉된다.
실시 형태에서, 단계 (c)는 대략 70℃ 내지 대략 100℃까지의 온도에서 해조류 추출물 용액 및 셀룰로오스 유도체 용액을 혼합하는 것을 포함한다.
실시 형태에서, 상기 방법은 본 발명의 제3 측면의 조성물을 제조하는 방법의 단계 (a) 내지 단계 (d), 그리고 단계 (c)와 단계 (d) 사이에 혼합물을 제품의 형상 또는 3-차원 형태로 형성하는 추가의 단계를 포함한다. 바람직하게는 상기 제품은 본 발명의 제2 측면의 제품이다.
실시 형태에서, 형성하는 단계가 성형(moulding)을 포함한다. 바람직하게는, 상기 성형이 프레스 성형, 사출 성형 또는 주조를 포함한다.
실시 형태에서, 단계 (d) 동안, 고체 조성물이 성형에서 사용되는 몰드(mould)의 적어도 일부에 지지된다(supported).
제4 측면에서, 본 발명은 본 발명의 제3 측면의 방법에 의해 제품을 제조하는 것을 포함하는 생분해성 조성물을 재-가공하는 방법으로서,
상기 방법은 하기 단계:
f) 제품을 물 또는 증기(steam)와 접촉시킴으로써 제품을 연화(softening) 또는 용융(melting)시켜 연화된 제품을 제공하는 단계;
g) 상기 연화된 제품을 추가로 조작하여(manipulating) 재-가공된 제품을 제공하는 단계로서, 여기서 재-가공된 제품은 상기 제품과 상이한 형상을 갖는, 단계;
h) 재-가공된 제품을 건조될 수 있게 하여 건조된 재-가공된 제품을 제공하는 단계,
를 더 포함한다.
실시 형태에서, 단계 (f)에서의 물은 80℃ 초과의 온도에 있거나, 또는 증기이다.
실시 형태에서, 단계 (g)에서의 조작은 연화된 제품을 포머(former) 또는 몰드의 형태로 재-가공하는 것을 포함한다.
실시 형태에서 단계 (h)에서의 건조 후, 건조된 성형 제품을 포머 또는 몰드로부터 제거한다.
실시 형태에서, 단계 (g)에서의 조작은 연화된 제품의 적어도 에지(edge) 또는 에지의 일부를 밀봉한다.
제5 측면에서, 본 발명은 본 발명의 제1 측면의 조성물 또는 본 발명의 제2 측면의 제품을 용해시키는(dissolving) 방법을 제공하는 것으로서, 상기 방법은 조성물 또는 제품을 액체 수(liquid water)와 접촉시키는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 액체 수는 적어도 1시간 동안 적어도 50℃의 온도에 있다. 바람직하게는, 액체 수는 적어도 70℃의 온도에 있다.
제6 측면에서, 본 발명은 본 발명의 제1 측면의 조성물 또는 본 발명의 제2 측면의 제품의 산업적 생분해 방법을 제공하는 것으로서, 상기 방법은 상기 조성물 또는 제품을 생분해율이 증가되는 조건들에 노출시키는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 조건들은 가열; 물에 대한 노출; 미생물에 대한 노출; 효소; 및 기계적 분해(mechanical breakdown)로 구성되는 군으로부터 선택된다.
제7 측면에서, 본 발명은 본 발명의 제1 측면의 조성물 또는 본 발명의 제2 측면의 제품을 퇴비화하는 방법을 제공하는 것으로서, 상기 방법은 조성물 또는 제품을 퇴비 또는 비료로서 토양에 대한 첨가제로서 사용하기에 적합한 퇴비 또는 재료를 형성하도록 분해되는 조건들에 조성물 또는 제품을 노출시키는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 조건들이 이전에 퇴비화되거나 또는 퇴비화 재료(composting material)에 조성물 또는 제품을 첨가하는 것이다.
제8 측면에서, 본 발명은 부패성 물품(perishable goods)의 보관 수명(shelf-life) 연장 방법을 제공하는 것으로서, 상기 방법은 부패성 물품을 본 발명의 제1 측면의 조성물로 형성된 구조적 스톡 키핑 유닛 또는 용기에 배치하는 것을 포함한다. 바람직하게는, 부패성 물품은 과일; 채소; 유제품; 치즈; 빵; 케이크; 비스킷; 및 과자류(confectionary)로 구성되는 군으로부터 선택된다.
실시 형태에서, 부패성 물품의 보관 수명이 25% 이상 연장된다.
제9 측면에서, 본 발명은 본 발명의 제1 측면의 조성물 또는 본 발명의 제2 측면의 제품을 포장재료로서의 또는 음료 용기, 탐폰 또는 탐폰 어플리케이터와 같은 일회용 제품으로서의 용도를 제공한다.
이제 본 발명의 하나 이상의 실시 형태가 첨부되는 도면들을 참조하여 단지 예시로서 설명될 것이며, 여기서:
도 1a는 24시간 동안 물과 접촉시키기(침지: submerged) 이전(A) 그리고 이후(B)의 본 발명의 조성물(높은 해조류 함량의 실시 형태)의 스트립의 측면도를 나타낸다. 조성물에 의한 물의 흡수는 0.3 mm에서 7 mm의 두께로 팽창함에 의해 입증되었다.
도 1b는 실온에서 물을 머금고 있는 본 발명의 조성물(높은 해조류 함량의 실시 형태)로 형성된 컵의 실시 형태를 나타낸다. (A)는 컵에 물을 부은 직후의 컵을 나타내고(T=0); (B)는 컵에 물을 부은 후 1.5 시간 후의 컵을 나타내고(T=1.5); (C)는 컵에 물을 부은 후 8.0 시간 후의 컵을 나타내는데(T=8.0); 조성물이 실온에서 물을 흡수하고 변형되기 시작하지만 그것은 구조적 완전성을 유지하고 수밀성(watertight)을 유지함을 알 수 있다. 그 조성물은 물을 흡수하면 실리콘과 유사한 텍스쳐(texture)와 컨시스턴시(consistency)를 얻는다.
도 2는 본 발명의 높은 함량의(high) 해조류 조성물(본원에 정의됨)로 형성된 컵의 실시 형태를 나타낸다. (A)는 이형(release) 전에 프레스 몰드의 수형 부분(male part)에서 건조된 컵인 반면, (B)는 건조 전에 몰드로부터 이형된 동일한 방식으로 제조된 컵이다. (B)에서 나타낸 컵은 건조 시에 상당히 수축/변형되었다. 건조하는 동안 지지되지 않는 경우, 재료가 변형되는 경향은 제조 과정이 말기에서의 높은 수분 함량(>90 wt% 물) 때문이다.
도 3은 포머 위에서 접히고 이형 전에 건조되도록 하여 본 발명에 따라 재-가공되는 본 발명의 높은 함량의 해조류 조성물(본원에 정의됨)의 시트 재료를 포함하는 포머 또는 몰드(좌측) 및 포장재료(우측)를 나타낸다. 실시예에서 나타내는, 시트 재료는 시트를 온수(90 ℃)에 5초 동안 담근 다음, 포머 주위에서 그것을 성형함으로써 형성되기 위하여 수화되었다. 그 다음, 포머 상의 시트를 대기 조건에서 5시간 동안 건조시켰다. 시트 재료를 온수에 담그면 시트 재료의 표면이 연화되고/거나 용융된다. 시트 표면 상의 이러한 연화 및/또는 용융 재료는 끈적거리고(tacky) 접착제로 작용할 수 있다. 예를 들면, 시트 재료의 표면이 서로 겹쳐져 접힐 때 표면 상의 용융된 재료로 인해 접촉하는 표면이 서로 달라붙을 수 있다. 이러한 점착성은 재료를 재-가공하는데 도움이 될 수 있다.
도 4는 0개월 (A); 1개월 (B); 그리고 2개월 (C) 후의 가정용 퇴비에서 본 발명의 높은 함량의 해조류 조성물(본원에 정의됨)로 형성된 컵의 재료 분해를 나타낸다. 컵은 컵의 분해된 재료를 유지하기 위해 플라스틱 비-생분해성 네팅(netting)으로 둘러싸여 있다. 명확한 생분해는 1개월 후에 분명하였는데, 이것은 2개월에 거의 완료에 가깝도록 계속되는 것으로 나타났다.
도 5는 본 발명의 조성물로 형성된 컵을 바다의 해수에 0 주 (A); 1 주 (B); 2 주 (C); 그리고 4 주 (D) 동안 침지한 후의 재료 분해를 나타낸다. 컵은 컵의 분해된 재료를 유지하기 위해 플라스틱 비-생분해성 네팅으로 둘러싸여 있다. 명확한 생분해는 2주 후에 분명하게 나타나며, 4주 후에는 단지 네팅만 남았다.
도 6은 본 발명의 조성물로 형성된 컵을 야외(도로변 또는 도시 환경 시뮬레이션)에서의 0 주 (A); 1 주 (B); 및 4 주 (C) 후의 재료 분해를 나타낸다. 명확한 생분해는 1주 후에 분명하게 나타나며, 상당한 생분해가 보이는 최대 4주까지 계속되었다.
도 7은 4주 후의 도 6의 컵을 종래 기술의 PLA 라이닝형 종이컵(흰색) 및 PET 플라스틱 컵(투명)과 비교한 것으로, 양자 모두 분해의 징후를 나타내지 않는다.
도 8은 본 발명의 조성물로 형성된 물이 담긴 컵이 실온에서 10 초 (A); 3 시간 (B); 3 일 (D); 9 일 (E); 14 일 (F) 및 21 일 (G) 후 공기 중에서 생분해되는 것을 나타낸다. 이 기간 동안의, 컵의 변형은 분명하지만 구조적 강성은 유지되었고 컵은 선채로 있고 수밀성을 유지하였다. 생분해 과정이 14일과 21일 동안 계속되기 때문에 9일 이후부터 박테리아 성장이 분명하였다.
도 9는 생체 소화 테스트 결과를 나타낸다. 왼쪽으로부터 오른쪽으로, 본 발명의 조성물의 파쇄된 스트립은 담즙염 (A); 프로테아제 HCl (B); 아밀라아제 (C); 타액 (D) 및 탈이온수 (E)를 나타낸다. 상기 파쇄된 스트립은 완전히 분해되거나 또는 주어진 용액에 실온에서 3시간에 걸쳐 용해되었다.
도 10은 1-2 일 (컬럼 A), 3 일 (컬럼 B) 및 4 일 (컬럼 C) 후의, 석유-유래 PET로 형성된 포장재료(상단 라인)와 비교하여 본 발명의 조성물로 형성된 포장재료(하단 라인)에서 냉장되지 않은 주변 환경(ambient conditions)에서 부드러운 과일(딸기)의 저장 비교예를 나타낸다. 3일 후 PET 포장의 내벽에 응결 현상(condensation)이 발생하여 4일까지 증가하는 것이 분명하다. 본 발명으로 형성된 포장에 대해서는 응결 현상이 뚜렷하지 않았다. 응결 현상은 박테리아 및 곰팡이의 성장을 조장하는 높은 습도를 의미하기 때문에, 본 발명의 포장은 그 안에 함유된 식품에 대한 박테리아 또는 곰팡이의 성장 속도를 낮출 수 있음을 시사한다.
도 11은 1 일(행 A), 2 일(행 B); 3 일(행 C); 4 일(행 D); 5 일(행 E); 및 6 일(행 F) 후의, 석유 유래 PET로 형성된 포장재료(왼쪽 컬럼)와 비교하여 본 발명으로 형성된 포장재료(오른쪽 컬럼)에서 냉장되지 않은 주변 환경에서 부드러운 과일(라즈베리)의 저장 비교예를 나타낸다. PET 컵 중의 라즈베리는 3일째에 곰팡이가 생기기 시작하는 반면, 본 발명의 조성물로 형성된 컵 중의 라즈베리는 6일째까지 곰팡이가 없어 보관 수명이 100% 증가하는 것이 분명하다.
도 12는 본 발명의 조성물로 제조된 파우치에 열 밀봉된 체다 치즈 슬라이스를 나타낸다. 상부 도는 밀봉 직후의 치즈이고, 하부 도는 1.5년 동안 보관 후 동일한 치즈를 나타낸다. 이 기간의 경과 후에 치즈가 변패(deterioration)되었다는 눈에 띄는 징후는 없었다.
도 13은 혐기성 조건에서 본 발명의 조성물로 형성된 컵의 재료 분해를 나타낸다.
도 14는 실시예 6에서 정의된 바와 같은 상이한 또는 상이한 비율의 해조류 추출물을 갖는 본 발명에 따른 조성물의 착색 변화를 나타낸다.
도 15는 (A) 본 발명에 따른 카라기난 카파 및 메틸 셀룰로오스를 포함하는 조성물; (B) 본 발명에 따른 카라기난 이오타 및 메틸 셀룰로오스를 포함하는 조성물; 및 (C) 본 발명에 따른 한천 및 메틸 셀룰로오스를 포함하는 조성물로부터 형성된 컵을 나타낸다. 주어진 해조류 추출물, 메틸 셀룰로오스 및 물의 비율은 각각의 컵에서 일정하였다. 모든 조성물이 강성이고 하중을 지지하는 구조를 형성하도록 성형될 수 있음을 분명히 볼 수 있다. 카라기난 카파(A)로 형성된 컵은 성형 결함이 없는 반면, 한천(B)으로 형성된 컵은 건조 시 갈라짐이 발생함을 나타내고, 카라기난 이오타(C)는 응고 시 불안정하여 상단 에지에 주름이 생기게 한다. 또한, 한천(B)으로 형성된 컵은 높은 착색을 가지고 있음이 분명하다.
도 1a는 24시간 동안 물과 접촉시키기(침지: submerged) 이전(A) 그리고 이후(B)의 본 발명의 조성물(높은 해조류 함량의 실시 형태)의 스트립의 측면도를 나타낸다. 조성물에 의한 물의 흡수는 0.3 mm에서 7 mm의 두께로 팽창함에 의해 입증되었다.
도 1b는 실온에서 물을 머금고 있는 본 발명의 조성물(높은 해조류 함량의 실시 형태)로 형성된 컵의 실시 형태를 나타낸다. (A)는 컵에 물을 부은 직후의 컵을 나타내고(T=0); (B)는 컵에 물을 부은 후 1.5 시간 후의 컵을 나타내고(T=1.5); (C)는 컵에 물을 부은 후 8.0 시간 후의 컵을 나타내는데(T=8.0); 조성물이 실온에서 물을 흡수하고 변형되기 시작하지만 그것은 구조적 완전성을 유지하고 수밀성(watertight)을 유지함을 알 수 있다. 그 조성물은 물을 흡수하면 실리콘과 유사한 텍스쳐(texture)와 컨시스턴시(consistency)를 얻는다.
도 2는 본 발명의 높은 함량의(high) 해조류 조성물(본원에 정의됨)로 형성된 컵의 실시 형태를 나타낸다. (A)는 이형(release) 전에 프레스 몰드의 수형 부분(male part)에서 건조된 컵인 반면, (B)는 건조 전에 몰드로부터 이형된 동일한 방식으로 제조된 컵이다. (B)에서 나타낸 컵은 건조 시에 상당히 수축/변형되었다. 건조하는 동안 지지되지 않는 경우, 재료가 변형되는 경향은 제조 과정이 말기에서의 높은 수분 함량(>90 wt% 물) 때문이다.
도 3은 포머 위에서 접히고 이형 전에 건조되도록 하여 본 발명에 따라 재-가공되는 본 발명의 높은 함량의 해조류 조성물(본원에 정의됨)의 시트 재료를 포함하는 포머 또는 몰드(좌측) 및 포장재료(우측)를 나타낸다. 실시예에서 나타내는, 시트 재료는 시트를 온수(90 ℃)에 5초 동안 담근 다음, 포머 주위에서 그것을 성형함으로써 형성되기 위하여 수화되었다. 그 다음, 포머 상의 시트를 대기 조건에서 5시간 동안 건조시켰다. 시트 재료를 온수에 담그면 시트 재료의 표면이 연화되고/거나 용융된다. 시트 표면 상의 이러한 연화 및/또는 용융 재료는 끈적거리고(tacky) 접착제로 작용할 수 있다. 예를 들면, 시트 재료의 표면이 서로 겹쳐져 접힐 때 표면 상의 용융된 재료로 인해 접촉하는 표면이 서로 달라붙을 수 있다. 이러한 점착성은 재료를 재-가공하는데 도움이 될 수 있다.
도 4는 0개월 (A); 1개월 (B); 그리고 2개월 (C) 후의 가정용 퇴비에서 본 발명의 높은 함량의 해조류 조성물(본원에 정의됨)로 형성된 컵의 재료 분해를 나타낸다. 컵은 컵의 분해된 재료를 유지하기 위해 플라스틱 비-생분해성 네팅(netting)으로 둘러싸여 있다. 명확한 생분해는 1개월 후에 분명하였는데, 이것은 2개월에 거의 완료에 가깝도록 계속되는 것으로 나타났다.
도 5는 본 발명의 조성물로 형성된 컵을 바다의 해수에 0 주 (A); 1 주 (B); 2 주 (C); 그리고 4 주 (D) 동안 침지한 후의 재료 분해를 나타낸다. 컵은 컵의 분해된 재료를 유지하기 위해 플라스틱 비-생분해성 네팅으로 둘러싸여 있다. 명확한 생분해는 2주 후에 분명하게 나타나며, 4주 후에는 단지 네팅만 남았다.
도 6은 본 발명의 조성물로 형성된 컵을 야외(도로변 또는 도시 환경 시뮬레이션)에서의 0 주 (A); 1 주 (B); 및 4 주 (C) 후의 재료 분해를 나타낸다. 명확한 생분해는 1주 후에 분명하게 나타나며, 상당한 생분해가 보이는 최대 4주까지 계속되었다.
도 7은 4주 후의 도 6의 컵을 종래 기술의 PLA 라이닝형 종이컵(흰색) 및 PET 플라스틱 컵(투명)과 비교한 것으로, 양자 모두 분해의 징후를 나타내지 않는다.
도 8은 본 발명의 조성물로 형성된 물이 담긴 컵이 실온에서 10 초 (A); 3 시간 (B); 3 일 (D); 9 일 (E); 14 일 (F) 및 21 일 (G) 후 공기 중에서 생분해되는 것을 나타낸다. 이 기간 동안의, 컵의 변형은 분명하지만 구조적 강성은 유지되었고 컵은 선채로 있고 수밀성을 유지하였다. 생분해 과정이 14일과 21일 동안 계속되기 때문에 9일 이후부터 박테리아 성장이 분명하였다.
도 9는 생체 소화 테스트 결과를 나타낸다. 왼쪽으로부터 오른쪽으로, 본 발명의 조성물의 파쇄된 스트립은 담즙염 (A); 프로테아제 HCl (B); 아밀라아제 (C); 타액 (D) 및 탈이온수 (E)를 나타낸다. 상기 파쇄된 스트립은 완전히 분해되거나 또는 주어진 용액에 실온에서 3시간에 걸쳐 용해되었다.
도 10은 1-2 일 (컬럼 A), 3 일 (컬럼 B) 및 4 일 (컬럼 C) 후의, 석유-유래 PET로 형성된 포장재료(상단 라인)와 비교하여 본 발명의 조성물로 형성된 포장재료(하단 라인)에서 냉장되지 않은 주변 환경(ambient conditions)에서 부드러운 과일(딸기)의 저장 비교예를 나타낸다. 3일 후 PET 포장의 내벽에 응결 현상(condensation)이 발생하여 4일까지 증가하는 것이 분명하다. 본 발명으로 형성된 포장에 대해서는 응결 현상이 뚜렷하지 않았다. 응결 현상은 박테리아 및 곰팡이의 성장을 조장하는 높은 습도를 의미하기 때문에, 본 발명의 포장은 그 안에 함유된 식품에 대한 박테리아 또는 곰팡이의 성장 속도를 낮출 수 있음을 시사한다.
도 11은 1 일(행 A), 2 일(행 B); 3 일(행 C); 4 일(행 D); 5 일(행 E); 및 6 일(행 F) 후의, 석유 유래 PET로 형성된 포장재료(왼쪽 컬럼)와 비교하여 본 발명으로 형성된 포장재료(오른쪽 컬럼)에서 냉장되지 않은 주변 환경에서 부드러운 과일(라즈베리)의 저장 비교예를 나타낸다. PET 컵 중의 라즈베리는 3일째에 곰팡이가 생기기 시작하는 반면, 본 발명의 조성물로 형성된 컵 중의 라즈베리는 6일째까지 곰팡이가 없어 보관 수명이 100% 증가하는 것이 분명하다.
도 12는 본 발명의 조성물로 제조된 파우치에 열 밀봉된 체다 치즈 슬라이스를 나타낸다. 상부 도는 밀봉 직후의 치즈이고, 하부 도는 1.5년 동안 보관 후 동일한 치즈를 나타낸다. 이 기간의 경과 후에 치즈가 변패(deterioration)되었다는 눈에 띄는 징후는 없었다.
도 13은 혐기성 조건에서 본 발명의 조성물로 형성된 컵의 재료 분해를 나타낸다.
도 14는 실시예 6에서 정의된 바와 같은 상이한 또는 상이한 비율의 해조류 추출물을 갖는 본 발명에 따른 조성물의 착색 변화를 나타낸다.
도 15는 (A) 본 발명에 따른 카라기난 카파 및 메틸 셀룰로오스를 포함하는 조성물; (B) 본 발명에 따른 카라기난 이오타 및 메틸 셀룰로오스를 포함하는 조성물; 및 (C) 본 발명에 따른 한천 및 메틸 셀룰로오스를 포함하는 조성물로부터 형성된 컵을 나타낸다. 주어진 해조류 추출물, 메틸 셀룰로오스 및 물의 비율은 각각의 컵에서 일정하였다. 모든 조성물이 강성이고 하중을 지지하는 구조를 형성하도록 성형될 수 있음을 분명히 볼 수 있다. 카라기난 카파(A)로 형성된 컵은 성형 결함이 없는 반면, 한천(B)으로 형성된 컵은 건조 시 갈라짐이 발생함을 나타내고, 카라기난 이오타(C)는 응고 시 불안정하여 상단 에지에 주름이 생기게 한다. 또한, 한천(B)으로 형성된 컵은 높은 착색을 가지고 있음이 분명하다.
상세한 설명
본 발명은 일반적으로 생분해성 조성물에 관한 것이다. 실시 형태에서, 조성물은 3-차원 구조 제품과 같은 성형 제품을 형성하기 위한 성형 가능한 재료로서 사용하기에 적합하다. 이러한 제품은 예를 들면 포장재료; 접시, 트레이, 퍼니트, 클램셸 또는 컵과 같은 식기류; 음용 빨대, 커트러리 또는 젓개와 같은 기타 급이(other feeding) 또는 음용 기구; 또는 기타 필름, 시트 또는 성형 구조 제품일 수 있다. 실시 형태에서, 조성물은 석유-유래 플라스틱, 바이오플라스틱 및 선행 기술의 생분해성 플라스틱에 대한 대안 또는 대체물로서 사용될 수 있다.
편의상, 본 개시 내용을 더 설명하기 전에, 명세서에서 사용되는 특정 용어 및 실시예에 대해 설명한다. 이들 정의는 본 개시 내용의 나머지 부분을 고려하여 읽어야 하고 당업자에 의해 이해되어야 한다. 본원에서 사용된 용어는 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식되고 알려진 의미를 가지지만, 편의와 완전성을 위해 특정 용어 및 그 의미를 이하에서 제시한다.
관사 'a', 'an' 및 'the'는 관사의 문법적 대상 중 하나 또는 하나 이상(즉, 적어도 하나)을 나타내는데 사용된다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 '포함하는(comprising)'은 언급된 요소들 중 임의의 것이 반드시 포함되고 다른 요소들도 임의로 포함될 수 있음을 의미한다. '본질적으로 구성되는(consisting essentially of)'은 언급된 모든 요소가 반드시 포함되고, 나열된 요소의 기본적이고 신규한 특성에 실질적으로 영향을 미치는 요소는 제외되며, 다른 요소는 임의로 포함될 수 있음을 의미한다. '구성되는(consisting of)'은 나열된 항목 이외의 모든 요소가 제외됨을 의미한다. 이들 용어 각각에 의해 정의된 실시 형태는 본 발명의 범위 내에 있다. 조성물의 특정 요소들과 관련하여 사용될 때 용어 '포함하는'은 동일한 요소로 '본질적으로 구성되는' 및 '구성되는'이라는 용어에 대한 명백한 문자적 근거를 제공하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에 사용되는, 용어 '생분해성(biodegradable)'은 자연에서 및/또는 생물의 작용에 의해 화학적 그리고/또는 물리적으로 분해될 수 있는 것을 의미한다. 이 용어는 일반적으로 박테리아 또는 곰팡이와 같은 미생물의 작용을 통해 수 중에서 또는 수성에서(aqueous) 또는 습윤한 환경에서 무해한 성분으로 자연적으로 분해되는 조성물 또는 조성물 내의 성분을 지칭하기 위해 사용된다. 이 조성물은 유럽 표준 EN 13432 또는 보다 일반적으로 재료의 90%가 12주 후에 크기가 2mm 이하의 크기를 갖는 입자 단편으로 분해되고 6개월 후에는 90% 이상 생분해되는 것을 준수할 수 있다(실험실 테스트 방법 EN 14046). 본원에서 정의된, 용어 '초-생분해성(hyper biodegradable)'은 특히 빠른 생분해 속도, 예를 들어 6개월 이하, 바람직하게는 3개월 이하와 같이 자연 상태, 비-적응된 환경, 또는 폐기물 스트림에서 완전히 생분해되는 재료를 지칭하는데 사용될 수 있다. 이 맥락에서 '자연' 또는 '자연의'이라는 용어는 비산업 환경 및/또는 야외 또는 가정용 퇴비 더미와 같이 생분해를 촉진시키기에 적합하지 않은 환경을 나타낸다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 '퇴비화 가능한(compostable)'은 퇴비로 사용하기 위해 자연 및/또는 생물의 작용에 의해 분해될 수 있는 것을 의미한다. 바람직하게는, '퇴비화 가능한'이라는 용어는 퇴비화된 장소에 허용 가능하게 첨가될 수 있는 조성물 또는 제품을 지칭하는데 사용될 수 있다. '가정에서 퇴비화 가능한(home compostable)'이라는 용어는 예를 들어 가정 정원에 설치된 퇴비 더미에 첨가되는 것과 같이 가정 환경에서 허용 가능한 퇴비화될 수 있는 조성물 또는 제품을 지칭하는데 사용될 수 있다. 이 용어는 오스트레일리아 표준 AS 5810 "생분해성 플라스틱 - 가정용 퇴비화에 적합한 생분해성 플라스틱"; 주위 온도에서 12개월 동안 적어도 90% 분해를 요구하는 벨기에 인증 TUV OK 퇴비 주택 인증 제도; 및/또는 프랑스 표준 NF T 51-800 "플라스틱 - 가정용 퇴비화에 적합한 플라스틱 사양"을 준수하는 플라스틱을 의미할 수 있다. '산업적으로 퇴비화 가능한'이라는 용어는 산업 퇴비화 폐기물 스트림에 허용 가능하게 첨가될 수 있는 조성물 또는 제품을 지칭하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 산업 퇴비화 폐기물 스트림은 활성 퇴비화 단계에 이어서 경화되는 단계를 포함할 수 있다. 활성 퇴비화 단계는 일반적으로 최소 21일 동안 지속되며 이 기간 동안 퇴비 더미의 온도를 대략 50℃ 내지 60℃로 유지한다. 위생 목적을 위해, 병원성 미생물을 제거하기 위해 온도를 적어도 1주일 동안 60℃ 이상으로 유지할 수 있다. 경화되는 단계 동안 부식질 물질의 합성으로 분해 속도가 느려지고 온도가 < 40℃로 낮아진다.
본 명세서에서 사용되는, '비-유해성(non-hazardous)'라는 용어는 독성이 없거나 사람과 동물 또는 환경에 위험을 나타내지 않음을 의미한다. 화학 화합물과 관련하여, 비-유해성이라는 것은 EC 규정 번호 1907/2006, EC 규정 번호 1272/2008, REACH 지침(Directive) 1999/45/EC, 번호 76/769/EEC, 유럽 이사회 지침(European Council Directive) 793/93 및 91/155/EEC, 93/67/EEC 또는 67/548/EEC 중 어느 하나 이상을 준수하거나; 또는 미국 연방 규정집(United States Code of Federal Regulations)(156.62)의 40장(Title 40) 또는 이에 상응하는 항목에 따라 독성 카테고리 IV(실제로 무-독성이며 비-자극성임)를 달성하는 것을 의미할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, '식용(edible)'이라는 용어는 인간 또는 동물이 섭취할 수 있는 유해한 영향이나 건강에 대한 위해가 없는 비-유해성 물질을 의미한다.
본 명세서에서 '바이오플라스틱(bioplastics)'이라는 용어는 식물성 지방 및 오일, 옥수수 전분, 짚(straw), 우드칩(woodchips), 톱밥, 재활용된 음식물 쓰레기 등과 같은 재생 가능한 바이오매스 소스에서 생산된 플라스틱 재료를 의미하는데 사용된다. 바이오플라스틱은 농업 부산물로 만들 수 있다. 바이오플라스틱은 플라스틱이 생물학적으로 만들어지는 재료의 소스를 나타낸다. 일부 바이오플라스틱도 또한 생분해될 수 있지만, 바이오플라스틱은 재료가 생분해성이라고 추측하지 않는다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 '해조류(seaweed)'는 일반적으로 바다 또는 담수체에서 또는 그 근처에서 발견되는 다세포성 조류의 몇몇 군들에 대해 일반적으로 사용되는 용어를 의미한다. 해조류의 종류는 홍조류( Rhodophyta) (적색), 갈조류 (Phaeophyta) (갈색) 및 녹조류( Chlorophyta) (녹색) 대형 조류를 포함한다. 다수의 갈조류를 간단히 켈프(kelp)라고 지칭한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 '해조류 추출물'은 해조류의 구성요소 또는 구성성분 일부를 분리하거나 단리하는(isolated) 것을 의미한다. 바람직하게는 분리 또는 단리 방법은 화학적 또는 물리적 추출(즉, 겔 프레스 또는 알코올 및 알칼리 가수분해에서의 침전)을 통한 것이다. 예를 들어, 해조류 추출물은 해조류 식물 또는 이의 일부를 분쇄한 후, 이어서 여과하여 고체 해조류 잔류 물질을 제거하고; 또는 대안적으로, 적절한 용매, 예를 들어 알칼리성 수용액으로 해조류를 세척하고, 잔류하는 불용성 물질 또는 일부로서 원하는 추출물을 수집하는 단계를 포함한다. 상기 추출물은 추가의 정제/분리 단계를 거칠 수 있다. 본 명세서의 의미에 따른 해조류 추출물의 예로는 카라기난, 한천 및 알지네이트이고, 바람직하게는 카라기난이다.
본 명세서에 사용된 용어 '카라기난'은 붉은 해조류로부터 추출한 선형 황산화 다당류 계열을 의미한다. 카라기난에는 황산화 정도가 상이한 3가지 주요 품종이 있다. 카라기난 카파(carrageenan kappa)에는 이당류 당 1개의 황산염기를 가지고, 카라기난 이오타(carrageenan iota)에는 2개, 카라기난 람다(carrageenan lambda)에는 3개를 갖는다.
본원에 사용된 용어 '다당류(polysaccharides)'는 장쇄 탄수화물 분자, 특히 글리코시드 결합에 의해 함께 결합된 단당류 단위로 구성된 중합체성 탄수화물을 지칭한다. 예로서는 전분 및 글리코겐과 같은 '저장 다당류'와 셀룰로오스 및 키틴과 같은 '구조 다당류'를 포함한다. 전분은 글루코피라노오스(glucopyranose) 단위가 알파 결합에 의해 결합된 글루코오스 중합체이고; 셀룰로오스는 베타 결합으로 결합된 반복된 글루코오스 단위로 만들어진 중합체이다. 셀룰로오스는 화학적으로 변형되어, 예를 들어 셀룰로오스에서의 유리 히드록실기를 메틸과 같은 다양한 알킬기로 알킬화하여 메틸-셀룰로오스를 생성할 수 있거나; 또는 히드록시프로필을 사용하여 히드록시프로필 셀룰로오스 (CAS No: 9004-64-2) 또는 히드록시프로필 메틸 셀룰로오스 (HPMC) (CAS No: 9004-65-3)를 만든다.
본 명세서에 사용된 용어 '수용성 셀룰로오스 유도체'는 실온 또는 상온에서 물에 쉽게 용해되는 셀룰로오스로부터 유래된 물질 또는 화합물을 의미한다. 바람직하게는, 상기 용어는 셀룰로오스로부터 유래된 물질 또는 화합물을 지칭한다. 예를 들어, 메틸 셀룰로오스는 40℃ 내지 50℃ 미만의 물에 쉽게 용해된다. 히드록시-프로필 셀룰로오스는 45℃ 미만의 물에 쉽게 용해된다. 메틸 셀룰로오스와 히드록시프로필 셀룰로오스 양자 모두는 고온에서 덜 용해되는 비정형적 거동을 나타내었다.
석유계 플라스틱은 구조적 강성, 반투명성, 액체 보유 능력 및 성형된 제품의 장점으로 인해 산업계에서 널리 사용된다. 이로 인해, 많은 산업 분야에서 석유- 유래 플라스틱의 사용의 확산을 유도하였다. 예를 들어 식품용 포장, 및 컵, 접시 및 커트러리와 같은 기타 식품 또는 음료 관련 품목에 사용된다. 이러한 제품은 성형(예를 들어, 사출 성형, 블로우 성형, 프레스 성형, 압출 등) 또는 주조에 의해 성형되거나, 시트로 성형되어 성형 및/또는 3-차원 제품을 형성하기 위해 재-가공될 수 있다.
현재 잘 문서화되어 있는 것처럼, 석유계 플라스틱과 일부 바이오플라스틱은 많은 바람직한 물질적 특성을 가지고 있지만, 사용 문제는 환경 또는 폐기물 스트림에서의 그것의 수명과 관련되어 있으며 10년에서 1,000년 사이로 제안되었다. 이러한 분해시간 척도는 플라스틱의 일반적인 사용 수명에 완전히 비례하지 않는데, 예를 들어, 식품 포장의 경우 몇시간 또는 며칠이 소요될 수 있다. 1회용 제품을 생산하는데 사용되는 플라스틱이 폐기된 후에도 최대 1,000년 동안 지속된다는 사실은 분명히 환경적 또는 생태학적 관점에서 매우 큰 문제이다.
폴리락트산(PLA) 또는 폴리히드록시알카노에이트(PHA)와 같이 생분해성이라고 하는 플라스틱도 완전히 생분해되는데 수개월 또는 수년이 걸릴 수 있다. 이것은 플라스틱이 이 기간 동안 환경에 손상되지 않은 상태로 남아 있을 것이며, 이것은 석유계 플라스틱과 마찬가지로 생태계와 야생 동물에 거의 동일한 부정적인 영향을 미친다는 것을 의미한다.
석유계이든, 또는 식물성이든 식물-유래 바이오플라스틱이든 생분해성이든 플라스틱의 사용 증가와 제품 사용 사례에 비해 이러한 재료의 분해 속도가 느리거나 또는 상대적으로 느려짐에 따라 바다와 대양의 미립자 물질을 포함하여 매립지와 더 넓은 환경에서 플라스틱 폐기물이 점점 더 많아지고 있다. 이것은 육지, 공기중 및 바다에서의 환경과 생태계에 전례 없는 피해를 일으켰으며, 계속해서 이를 일으키고 있다. 환경에서의 플라스틱 및 바이오플라스틱의 지속은 적절한 폐기물 스트림에 의해 처리되지 않을 경우, 거리에 보기 흉한 쓰레기로 남을 수 있으며, 수로 및 하수관을 막아 이러한 재료들을 회수하기 위해 값비싼 조치와 청소 작업을 초래할 수 있음을 의미한다. 또한, 환경에서 플라스틱 및 바이오플라스틱의 느리지만 최종적인 분해는 생태계에 더 큰 피해를 야기하는 소위 '마이크로-플라스틱' 또는 '나노-플라스틱'(마이크로미터 또는 나노미터 범위의 크기를 갖는 플라스틱 입자)의 방출로 이어지는 것으로 알려져 있다. 가장 최근에는 '나노-플라스틱'이 공기를 오염시키고 결과적으로 인간과 다른 생물체에 의해 흡입되는 것으로 기록되었다. 이러한 방식의 플라스틱 오염의 완전한 영향은 아직 알려지지 않았지만, 다량의 플라스틱이 노화되고 분해되면서 유해한 화학 물질을 침출시키는 것으로 알려져 있고, 이것은 폐 및 기타 신체 기관을 자극하여 불편함과 질병을 유발할 수 있다. 동물이 소화할 수 없는 플라스틱이나 바이오플라스틱을 섭취하면 소화계가 막힐 수 있으며, 일부 경우에는 기아로 이어져 동물이 사망에 이를 수도 있다.
플라스틱 및 바이오플라스틱의 추가의 생태학적 문제는 퇴비화 시설에서 천천히 분해되고 종종 생분해되지 않거나 또는 최소한 완전히 생분해되지 않는다는 사실에서 확인할 수 있다. 이것은 플라스틱 오염 물질이 퇴비의 일부로 토양에 적용되어 이에 따라 결과적으로 토양의 품질을 저하시킬 수 있다. 세계의 인구는 현재 76억명에서 향후 30년 동안 약 100억명으로 증가할 것으로 예상된다. 이것은 농업 산업과 사람과 가축을 위한 식량을 재배하기 위한 토지 이용에 더 많은 압력을 가할 것임을 의미한다. 오늘날 또는 금세기에 걸쳐 토양 비옥도의 감소는 이 기본 자원에 의존하는 증가하는 세계 인구의 요구에 직접적으로 반대된다.
본 발명은 환경, 특히 다양한 종류의 수성 또는 기타 비건조 환경, 또는 폐기물 스트림에서 완전하고 빠르게 분해되지만(초-생분해성), 그 사용 수명 동안에 석유계 플라스틱 또는 식물성 바이오플라스틱의 장점 중 하나 이상 또는 전체를 유지하는 생분해성 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 조성물은 일반적으로 해조류 추출물 및 수용성 셀룰로오스 유도체를 포함한다. 상기 조성물은 물을 추가로 포함할 수 있다. 바람직하게는 조성물은 해조류 추출물, 수용성 셀룰로오스 유도체 및 물을 포함한다. 바람직하게는 조성물은 해조류 추출물, 수용성 셀룰로오스 유도체 및 물로 본질적으로 구성된다. 바람직하게는 조성물은 해조류 추출물, 수용성 셀룰로오스 유도체 및 물로 구성된다.
실시 형태에서, 해조류 추출물은 카라기난, 한천 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 카라기난 화합물과 한천 계열은 식품, 제약 및 퍼스널 케어 제품 분야에서 잘 알려져 있지만; 그것들은 화학적으로 구별된다. 카라기난은 β-D-갈락토오스-cc-D-갈락토오스의 반복 단위로 구성되는 반면, 한천은 반복되는 β-D-갈락토오스-α-L-갈락토오스로 구성된다. 바람직하게는, 본 발명의 조성물에 사용되는 해조류 추출물은 카라기난이다. 보다 적절하게는, 카라기난은 카라기난 카파일 수 있다.
임의의 해조류 추출물이 본 발명에 유용할 수 있는 것으로 고려된다. 그러나 예상대로 카라기난, 한천 및 기타 해조류 추출물은 공통 소스(해조류) 및 관련 화학 구조물을 갖지만, 각 물질은 이들로부터 초생분해성 플라스틱 대체 물질을 형성하는 경우, 상당히 상이한 특성을 갖는다. 예를 들어, 카라기난, 특히 카라기난 카파는 수용성 셀룰로오스 유도체, 예를 들어 메틸 셀룰로오스와 혼합될 때 본 발명에서와 같이 한천 및 기타 해조류 추출물과 비교하여 놀랍게도 유리한 기계적 그리고 시각적인 재료 특성을 나타낸다.
실시 형태에서, 수용성 셀룰로오스 유도체는 셀룰로오스로부터 유래된 임의의 적합한 재료 또는 화합물일 수 있다. 바람직하게는, 수용성 셀룰로오스 유도체는 메틸 셀룰로오스 (MC), 히드록시프로필 메틸셀룰로오스 (HPMC), 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 바람직하게는, 수용성 셀룰로오스 유도체는 메틸 셀룰로오스(MC)일 수 있다.
실시 형태에서, 상기 조성물은 카라기난과 같은 해조류 추출물, 및 메틸 셀룰로오스와 같은 수용성 셀룰로오스 유도체만을 포함하고, 조성물의 나머지는 물이다. 즉, 본 명세서에 정의된 바와 같이, 조성물은 해조류 추출물 및 수용성 셀룰로오스 유도체, 또는 해조류 추출물 및 수용성 셀룰로오스 유도체 및 물로 구성될 수 있다. 다시 말해서, 이들 성분의 중량 백분율은 조성물의 총 중량을 기준으로 100 중량%까지 추가될 수 있다.
실시 형태에서, 조성물의 전체 특성에 해로운 영향을 미치지 않으면서 하나 이상의 이점을 제공할 수 있는 기타 미량의 첨가제가 포함될 수 있음이 고려된다. 즉, 본 명세서에 정의된 바와 같이, 조성물은 본질적으로 해조류 추출물 및 수용성 셀룰로오스 유도체, 또는 해조류 추출물 및 수용성 셀룰로오스 유도체 및 물로 구성될 수 있다. '미량 첨가제' 또는 '첨가제'라는 용어는 해조류 추출물 및 수용성 셀룰로오스 유도체 이외의 첨가제에 관한 것으로, 조성물에 20wt% 이하의 양으로 존재할 수 있다. 바람직하게는, 15wt%, 10wt%, 5wt%, 2wt%, 1wt% 이하이다. 모든 중량 백분율은 조성물의 총 중량을 기준으로 한다. 다시 말해서, 해조류 추출물, 수용성 셀룰로오스 유도체, 물 및 미량 첨가제(들)의 중량 백분율은 조성물의 총 중량을 기준으로 100 중량%까지 추가될 수 있다.
첨가제 또는 미량 첨가제는 염화칼륨 또는 염화칼슘과 같은 무기염; 톱밥, 종이, 대마 섬유; 탄산칼슘; 글리세린; 사과 퓌레; 전분; 몬모릴로나이트 (MMT); 시나몬 바크 오일; 소이빈 오일; 글리세롤; 은 나노입자; 자몽 종자 추출물; 자타리아 멀티플로로 에센셜 오일; 나노클레이 또는 점토 광물; 폴리에틸렌 글리콜 (PEG); 키틴; 아라비노자일란; 바나나 분말; 젤라틴; 산화티탄 나노입자이다. 대안적으로, 실시 형태에서, 본 발명의 조성물, 및 그로부터 형성된 제품은 상기 열거된 것들 중 하나 이상을 포함하나 이에 제한되지 않는 임의의 미량 첨가제가 없을 수 있다.
실시 형태에서, 조성물은 염, 더욱 바람직하게는 알칼리 금속 염 또는 알칼리 토금속의 염, 훨씬 더 바람직하게는 리튬, 나트륨, 칼슘 또는 칼륨 염을 포함할 수 있다. 가장 바람직하게는, 조성물은 칼륨 염을 포함할 수 있다. 실시 형태에서, 칼륨 염은 염화 칼륨이다. 바람직하게는, 조성물은 0.1-5 중량%의 범위, 더욱 바람직하게는 0.5-3 중량%의 범위, 훨씬 더 바람직하게는 0.5-1.5 중량% 범위의 양으로 염을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 염은 조성물에서 적어도 0.1 중량%, 0.2중량% 0.3 중량%, 0.4중량%, 0.5중량%, 0.6중량%, 0.7중량%, 0.8중량%, 0.9 중량%, 1.0중량%, 2.0중량%, 3.0중량%, 4.0중량% 이상으로 존재할 수 있다. 바람직하게는 염은 최대 5.0중량%, 4.0중량%, 3.0중량%, 2.0 중량%, 1.9 중량%, 1.8 중량%, 1.7 중량%, 1.6 중량%, 1.5 중량% 이하의 양으로 조성물에 존재할 수 있으며; 모든 중량 백분율은 조성물의 총 중량을 기준으로 한다. 이론에 얽매이지 않고, 이러한 염을 포함하면 얻어진 조성물 및 그로부터 형성된 제품의 강성이 증가할 수 있다고 믿어진다.
실시 형태에서, 조성물은 글리세롤을 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 조성물은 0.1-5 중량%의 범위, 훨씬 더 바람직하게는 1-3 중량%의 범위, 더욱 특히 1.5-2.5 중량%의 범위의 양으로 글리세롤을 포함할 수 있으며, 모든 중량 백분율은 조성물의 총 중량을 기준으로 한다. 이론에 얽매이지 않고, 글리세롤의 포함은 얻어진 제품의 유연성을 증가시킬 수 있다고 믿어진다.
본 명세서에서 참고 목적으로만 '낮은 함량의(low) 해조류 추출물 조성물'이라고 칭할 수 있는 실시 형태에서, 조성물은 1-10 중량%, 바람직하게는 2-5 중량%의 양으로 해조류 추출물을 포함할 수 있다. 바람직하게는 조성물은 해조류 추출물을 적어도 1 중량%, 2 중량%, 3 중량%, 4 중량%, 5 중량%, 6 중량%, 7 중량%, 8 중량%, 또는 9 중량%의 양으로 포함할 수 있다. 바람직하게는, 조성물은 최대 10 중량%, 9 중량%, 8 중량%, 7 중량%, 6 중량%, 5 중량%, 4 중량%, 3 중량%, 또는 2 중량%의 양으로 해조류 추출물을 포함할 수 있다. 모든 중량 백분율은 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
실시 형태에서, 낮은 함량의 해조류 추출물 조성물은 70-95 중량%, 보다 구체적으로 80-95 중량%의 양으로 수용성 셀룰로오스 유도체를 포함할 수 있다. 바람직하게는 조성물은 수용성 셀룰로오스 유도체를 적어도 70 중량%, 75 중량%, 80 중량%, 85 중량%, 또는 90 중량%의 양으로 포함할 수 있다. 바람직하게는, 조성물은 수용성 셀룰로오스 유도체를 최대 95 중량%, 90 중량%, 85 중량%, 80 중량%, 또는 75 중량%의 양으로 포함할 수 있다. 모든 중량 백분율은 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
실시 형태에서, 낮은 함량의 해조류 추출물은 2-20 중량%의 물, 더욱 특히 4-15 중량%의 물을 포함할 수 있으며, 모든 중량 백분율은 조성물의 총 중량을 기준으로 한다. 바람직하게는 조성물은 적어도 2 중량%, 3 중량%, 4 중량%, 5 중량%, 6 중량%, 7 중량%, 8 중량%, 9 중량%, 10 중량%, 11 중량%, 12 중량%, 13 중량%, 또는 14 중량%의 양으로 물을 포함할 수 있다. 바람직하게는 조성물은 최대 15 중량%, 14 중량%, 13 중량%, 12 중량%, 11 중량%, 10 중량%, 9 중량%, 8 중량%, 7 중량%, 6 중량%, 5 중량%, 4 중량%, 또는 3 중량%의 양으로 물을 포함할 수 있다. 모든 중량 백분율은 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
본 발명에 따른 낮은 함량의 해조류 추출물 조성물의 구체적인 실시 형태에서, 상기 조성물은 카라기난 카파 2-5 중량%, 메틸 셀룰로오스 80-95 중량%, 물 4-15 중량%의 양을 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 조성물은 1-5 중량% 염화 칼륨을 더 포함할 수 있다. 모든 중량 백분율은 조성물의 총 중량을 기준으로 한다. 실시 형태에서, 카라기난 카파, 메틸 셀룰로오스, 물 및 임의로 염화 칼륨의 중량 백분율은 조성물의 총 중량을 기준으로 100 중량%까지 첨가될 수 있다.
본 명세서에서 참고 목적으로만 '높은 함량의 해조류 추출물 조성물'이라고 칭할 수 있는 실시 형태에서, 조성물은 40-95 중량%, 바람직하게는 50-95 중량%, 더욱 바람직하게는 60-90 중량%의 양으로 해조류 추출물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 조성물은 해조류 추출물을 적어도 40 중량%, 45 중량%, 50 중량%, 55 중량%, 60 중량%, 65 중량%, 70 중량%, 75 중량%, 80 중량%, 85 중량%, 또는 90 중량%의 양으로 포함할 수 있다. 바람직하게는 조성물은 해조류 추출물을 최대 95 중량%, 90 중량%, 85 중량%, 80 중량%, 75 중량%, 70 중량%, 65 중량%, 60 중량%, 55 중량%, 50 중량%, 또는 45 중량%의 양으로 포함할 수 있다. 모든 중량 백분율은 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
실시 형태에서, 높은 함량의 해조류 추출물 조성물은 5-50 중량%, 더욱 바람직하게는 10-40 중량%의 양의 수용성 셀룰로오스 유도체를 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 조성물은 적어도 5 중량%, 10 중량%, 15 중량%, 20 중량%, 25 중량%, 30 중량%, 35 중량%, 40 중량%, 또는 45 중량%의 양의 수용성 셀룰로오스 유도체를 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 조성물은 최대 50 중량%, 45 중량%, 40 중량%, 35 중량%, 30 중량%, 25 중량%, 20 중량%, 15 중량%, 또는 10 중량%의 양으로 수용성 셀룰로오스 유도체를 포함할 수 있다. 모든 중량 백분율은 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
실시 형태에서, 높은 함량의 해조류 추출물 조성물은 1-20 중량%의 물, 더욱 특히 2-15 중량%를 포함할 수 있는데, 모든 중량 백분율은 조성물의 총 중량을 기준으로 한다. 바람직하게는 상기 조성물은 적어도 2 중량%, 3 중량%, 4 중량%, 5 중량%, 6 중량%, 7 중량%, 8 중량%, 9 중량%, 10 중량%, 11 중량%, 12 중량%, 13 중량%, 또는 14 중량%의 양의 물을 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 조성물은 최대 15 중량%, 14 중량%, 13 중량%, 12 중량%, 11 중량%, 10 중량%, 9 중량%, 8 중량%, 7 중량%, 6 중량%, 5 중량%, 4 중량%, 또는 3 중량%의 양으로 물을 포함할 수 있다. 모든 중량 백분율은 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.
본 발명에 따른 높은 함량의 해조류 추출물 조성물의 특정 실시 형태에서, 상기 조성물은 50-90 중량% 또는 바람직하게는 66-85 중량%의 양의 카라기난 카파, 25-35 중량% 또는 바람직하게는 11-33 중량%의 양의 메틸 셀룰로오스, 4-25 중량% 또는 바람직하게는 2-11 중량%의 양의 물을 포함할 수 있다. 실시 형태에서, 조성물은 1-5 중량%의 염화 칼륨을 추가로 포함할 수 있다. 모든 중량 백분율은 조성물의 총 중량을 기준으로 한다. 실시 형태에서, 카라기난 카파, 메틸 셀룰로오스, 물, 및 선택적으로 염화칼륨의 중량 백분율은 조성물의 총 중량을 기준으로 100 중량%까지 첨가될 수 있다.
본 발명의 조성물은 흡습성(hygroscopic)이며, 즉 물을 흡수한다. 높은 함량의 해조류 추출물 조성물은 낮은 함량의 해조류 추출물 조성물보다 더 흡습성이지만, 양자 모두 적어도 어느 정도 물을 흡수한다. 이론에 얽매이지 않고, 본 발명의 조성물의 탁월한 생분해성 또는 초-생분해성은 적어도 부분적으로 천연 식품 공급원인 조성물의 주요 성분과 함께 물을 흡수하는 그의 능력으로 인한 것으로 여겨지는데, 이것은 그의 생분해를 유발하는 조성물 상의 박테리아 또는 곰팡이와 같은 미생물의 성장을 촉진하고 돕는다.
본 발명의 높은 함량의 해조류 추출물 조성물은 물 또는 수성 액체용 용기로서 사용될 때 무결성(integrity)을 잃거나 누출 또는 쪼개짐 없이 상당한 양의 물을 흡수할 수 있다. 본 발명의 높은 함량의 해조류 추출물 조성물은 약 60℃ 이하의 온도에서 물을 흡수할 수 있고; 이 온도 이상에서 높은 함량의 해조류 조성물이 용해되기 시작한다. 예를 들면, 재료는 재료 1g 당 대략 10-13g의 물을 흡수할 수 있고, 물에 노출될 때 재료의 중량이 대략 1,000%에서 1,300%까지 변화할 수 있다. 수분을 흡수한 조성물은 촉각으로 실리콘과 유사한 느낌을 준다. 도 1a는 1일 동안 물에 담그기 전후에 높은 함량의 해조류 추출물 조성물로 형성된 재료 스트립의 시각적 팽창을 나타내었고, 도 1b는 높은 함량의 해조류 추출물 조성물로 형성된 컵이 8시간의 기간에 걸쳐 물에 노출되었을 때 시각적 팽창을 나타내었다. 관찰할 수 있는 바와 같이, 컵은 접촉으로부터 물을 흡수하면서 컵의 일반적인 형태와 물을 보유하기에 충분한 구조적 완전성을 유지한다.
접촉 시 수분을 흡수하는 조성물의 성향은 미생물 성장을 촉진하여, 공기 중의 물[예를 들어, 습도 또는 강수량](도시 가로변 유형 환경), 퇴비, 폐수 또는 하수구, 바다 또는 강과 접촉하는 경우, 신속하고(높은 함량의 해조류 추출물 조성물의 경우, <2개월) 상당한 생분해를 촉진한다. 또한, 이론에 얽매이지 않고 이러한 방식으로 물을 흡수한 다음 증발에 의해 다시 방출하는 재료의 능력이 습윤 및 건조 주기를 통해 재료에 생성된 응력은 재료 구조의 붕괴 및 파쇄로 이어지는 것을 유발한다.
본 발명의 조성물은 또한 소화관액에서 분해되고/거나 용해된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 조성물은 실온에서 담즙염, 산성 프로테아제 용액, 아밀라아제, 타액과 같은 전형적인 포유동물 소화액에서 분해되고/거나 용해된다. 따라서, 무해하고 식품에 안전한 성분의 관점에서, 조성물은 인간 및/또는 동물 소비에 대해 무해한 것으로 예상된다. 즉, 재료는 원칙적으로 적어도 식용 가능하다. 예를 들어 해조류 추출물, 특히 카라기난 및 한천은 많은 식품에 일반적인 첨가제이므로, 조성물이 식품에 안전하다는 것이 본 발명의 조성물의 특징이다. 상기 조성물로 형성된 제품은 최종 사용자가 섭취할 수 있는 것으로 고려된다. 소화액에서 조성물의 분해에 있어 놀라울 정도로 유익한 특성의 관점에서, 이것은 특수한 폐기물 스트림 없이 재료를 처리하는 수단을 제공한다.
낮은 함량의 해조류 추출물의 실시 형태에서, 조성물은 40℃ 이하, 보다 구체적으로 30℃ 이하, 훨씬 더 특히 25℃ 이하의 온도에서 액체 수에 용해될 수 있다. 용해에 필요한 시간은 재료의 형태, 형상, 및 두께에 따라 다르다. 예를 들어, 두께가 대략 1mm인 시트 재료는 연속적인 혼합으로 실온에서 3시간 이내에 완전한 용해가 예상될 것이다.
높은 함량의 해조류 추출물의 실시 형태에서, 조성물은 50℃ 이상, 보다 구체적으로 75℃ 이상, 훨씬 더 특히 85℃ 이상의 온도에서 물에 용해될 수 있다. 용해에 필요한 시간은 재료의 형태, 형상, 및 두께에 따라 다르다. 예를 들어, 두께가 대략 1mm인 시트 재료는 연속적인 혼합으로 85℃에서 1시간 이내에 완전한 용해가 예상될 것이다.
본 발명의 조성물 또는 그로부터 형성된 제품은 환경 또는 수 중에서 생분해성의 측면에서 놀랍게도 유익한 특성을 나타내지만, 70% 이하의 상대 습도 조건에서 저장될 때 조성물 또는 그로부터 형성된 제품은 최대 3년, 보다 특히 2-3년의 사용 전 보관-수명을 나타낼 수 있다.
추가의 측면에서, 본 발명은 상기 기재된 생분해성 조성물을 포함하거나 그로부터 형성된 제품에 관한 것이다. 실시 형태에서, 상기 제품은 시트 또는 필름과 같은 성형품일 수 있거나, 상기 제품은 3-차원적으로 성형된 제품일 수 있다. 바람직하게는 3차원 형상 물품은 일반적으로 플레이트 또는 평면 시트, 또는 정(regular) 또는 불규칙한 구 또는 회전 타원체, 입방체 또는 직육면체, 타원체, 원기둥, 원뿔, 각기둥, 각뿔, 또는 이들의 조합으로 형상화될 수 있다. 바람직하게는, 제품은 포장 재료일 수 있다. 바람직하게는, 포장 재료는 용기 또는 이의 일부 일 수 있다. 바람직하게는, 용기 또는 이의 일부가 컵, 트레이, 퍼니트, 클램셸, 박스, 병, 튜브, 또는 리드일 수 있다. 바람직하게는 용기 또는 그 일부는 포장 재료, 특히 식품과 같은 부패성 물품용 포장 재료일 수 있다. 포장 이외에, 본 발명은 또한 음용 빨대, 컵, 탐폰 및 탐폰 어플리케이터 튜빙, 예를 들어 면봉 막대, 접시 또는 상기 기재된 조성물로부터 형성된 식품 트레이와 같은 기타 1회용 소비재에 관한 것이다. 조성물의 놀라운 구조적 강성 및 기타 재료 특성으로 인해 포장 재료 및 컵과 같은 얇은 벽을 가진 구조적 3차원 제품에 사용하기에 특히 적합하다.
실시 형태에서, 제품의 두께는 용도에 적합할 수 있으며, 예를 들어 탐폰의 두께는 1cm 이상일 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 제품은, 예를 들어 제품이 생분해성 포장 재료 또는 컵인 경우 5mm 이하의 두께(제품의 두 표면 사이의 최소 거리)를 가질 수 있다. 바람직하게는, 제품은 최대 4.5mm, 4.0mm, 3.5mm, 3.0mm, 2.5mm, 2.0mm, 1.5mm, 1.0mm, 0.5mm, 0.4mm, 0.3mm. 0.2mm 또는 0.1mm 이하의 두께를 가질 수 있다. 바람직하게는, 제품은 적어도 0.05mm, 0.1mm, 0.2mm, 0.3mm, 0.4mm, 0.5mm, 0.6mm, 0.7mm, 0.8mm, 0.9mm 또는 1.0 mm 이상의 두께를 가질 수 있다. 이러한 각각의 두께는 구조 및 하중을 지지하는 3차원 제품에 사용할 수 있다.
실시 형태에서, 그리고 상기의 두께에서, 포장 재료는 습윤 또는 증기 및/또는 압력과 같은 산업 표준 기술을 사용하여 열 밀봉에 적합할 수 있다. 높은 함량의 해조류 추출물 조성물은 증기가 재료의 표면을 용융시키고 재료가 서로 달라붙도록 하는 접착 표면을 생성할 것이기 때문에 증기와 압력 양자 모두가 필요할 수 있다. 다른 한편으로, 낮은 함량의 해조류 추출물은 표면이 서로 달라붙고 연속적으로 성형될 수 있도록 재료에 접착 표면을 생성하기 위해 재료가 냉수에서 연화될것이기 때문에 단지 냉수와 압력만 필요하다.
구조적 강성이 제한되고 일반적으로 필름 또는 시트, 예를 들면 약제학적 정제용 코팅제로 사용되는 일부 선행 기술의 생분해성 플라스틱 또는 바이오플라스틱과는 대조적으로, 본 발명의 조성물은 성형 및 후속 건조 시에 단단하고, 강성이며, PET 또는 폴리스티렌과 같은 석유계 플라스틱과 유사한 하중을 지지하고/거나 음료 특성을 유지할 수 있는 자체 지지 구조를 형성한다. 본 발명의 조성물의 강성 및 높은 인장 강도 특성은 '구조적 포장', 즉, 구조의 외부 지지 없이 3차원의 하중 지지 구조, 뿐만 아니라 다른 구조나 제품에 의해 감싸지고 지지되는 필름 또는 시트를 형성하는 포장 또는 제품을 형성하기 위한 재료의 사용을 허용한다. 이론에 얽매이는 것은 아니지만, 해조류 추출물, 바람직하게는 카라기난, 특히 카라기난 카파는 조성물에 대한 구조 및 하중 지지의 측면에서 놀라울 정도로 유익한 특성을 제공하는 것으로 여겨진다.
본 발명의 조성물, 또는 그로부터 형성된 제품은 인쇄 매체, 예를 들어 수성 또는 유성 잉크를 수용할 수 있다. 본 발명의 조성물, 및 이로부터 형성된 제품은 몰드 상에 존재하는 엠보싱된 세부 사항을 나타내도록 바람직하게는 성형될 수 있다. 석유계 플라스틱과 유사한 제품의 구조적 강성은 본 발명의 조성물의 제품 형태가 수정 없이 현재의 인쇄 기계에서 사용될 수 있을 것으로 예상된다는 것을 의미한다.
또한, 실시 형태에서, 본 발명의 조성물로부터 형성되거나 이를 포함하는 제품의 특정 이점은 이들이 투명할 수 있거나(빛이 산란 또는 흡수가 없거나 최소로 통과하도록 허용함) 또는 적어도 반투명할 수 있다는 것(빛이 약간의 산란 또는 흡수와 함께 통과하도록 허용함)이다. 바람직하게는, 입사광의 30% 이상이 산란 또는 손실 없이 0.5mm의 표준 두께(두 표면 사이의 최소 거리)에서 조성물을 통해 투과될 수 있다. 바람직하게는, 입사광의 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 또는 95%, 또는 100% 이상이 0.5mm의 표준 두께(두 표면 사이의 최소 거리)에서 산란 또는 손실 없이 재료를 통과할 수 있다. 광투과율 측정은 ASTM D1746에 따라 측정할 수 있다.
투명 또는 반투명은 투명한 PET 플라스틱 또는 PLA 바이오플라스틱과 본질적으로 유사한 매력적인 외관을 제공한다. 이론에 얽매이지 않고, 수용성 셀룰로오스 유도체, 예를 들어 메틸 셀룰로오스의 첨가는 해조류 추출물 용액, 바람직하게는 카라기난 카파 용액의 점도를 낮추는 작용을 하여, 제조 시에 보다 효과적인 소포작용(갇힌 기포를 제거함)을 하게 한다. 이것은 최종 건조된 성형품을 통한 광투과율을 향상시킨다. 수용성 셀룰로오스 유도체, 예를 들어 메틸 셀룰로오스의 첨가는 또한 해조류 추출물 용액, 바람직하게는 카라기난 카파 용액의 자연 착색을 희석시켜 건조된 성형 제품이 실질적으로 무색이거나, 또는 재료에 의해 흡수되거나 산란되는 빛이 전혀 없거나 또는 최소로 되는 약한 착색을 갖는다.
카라기난 카파와 같은 해조류 추출물은 황색/갈색 착색이 있다. 해조류 추출물 함량을 증가시키면 최종 재료의 황색/갈색 착색이 강화될 것이다.
본 발명의 조성물, 또는 이로부터 형성된 제품의 반투명도는 적어도 부분적으로 형성된 재료의 두께(두 표면 사이의 최소 거리)에 의존한다. 실시 형태에서, 투명하거나 또는 반투명할 것으로 예상되는 본 발명의 제품은 5mm 이하의 두께(제품의 두 표면 사이의 최소 거리)를 가질 수 있다. 바람직하게는, 제품은 최대 4.5mm, 4.0mm, 3.5mm, 3.0mm, 2.5mm, 2.0mm, 1.5mm, 1.0mm, 또는 0.5mm 이하의 두께를 가질 수 있다. 바람직하게는, 제품은 적어도 0.1mm, 0.2mm, 0.3mm, 0.4mm, 0.5mm, 0.6mm, 0.7mm, 0.8mm, 0.9mm 또는 1.0mm 이상의 두께를 가질 수 있다.
실시 형태에서, 조성물, 또는 그로부터 형성된 제품이 5mm 초과, 또는 바람직하게는, 6mm, 7mm, 8mm, 9mm, 또는 10mm 초과의 두께를 갖는 실시 형태에서, 제품은 실질적으로 불투명할 수 있다(즉, 실질적으로 빛이 통과할 수 없다). 이러한 방식으로, 생성된 제품은 불투명한 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리락트산(PLA)처럼 보이고 느낄 수 있다. 실시 형태에서, 조성물의 불투명도를 증가시키기 위해 톱밥 또는 종이 섬유 등과 같은 골재를 첨가함으로써 복합재 접근법(composite approach)이 사용될 수 있다.
본 발명의 제품, 예를 들어 포장 재료는 유용한 산소 차단 특성을 나타낼 수 있다. 이것은 포장 재료가 포함된 품목을 더 오래 신선하게 유지하고 보관 수명을 연장한다는 것을 의미할 수 있다.
본 발명의 또 다른 놀라운 이점에서, 본 발명의 조성물로 제조되거나 이를 포함하는 식품 포장이 전통적인 석유계 플라스틱 예컨대, 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 바이오플라스틱 예컨대 PLA와 비교하여, 식품, 바람직하게는 그 안에 포함된 신선 식품, 채소 또는 치즈와 같은 유제품에 대한 보관 수명을 연장할 수 있음을 발견하였다. 조성물의 흡습성은 포장 내부의 모든 주변 수분이 흡수되고 보유됨을 의미하며, 이것은 식품이 저장되는 환경이 일반적으로 곰팡이 성장 및 부패를 담당하는 미생물 성장에 덜 적합하게 됨을 의미한다. 이것은 조성물의 산소 차단 특성과 함께 포장 내 식품의 분해를 지연시키고 결과적으로 식품의 보관 수명을 연장한다.
실시 형태에서, 제품 또는 구조적 스톡 키핑 유닛(SKU) 내에 포함된 농산물 또는 부패성 물품의 보관 수명(항목이 소비 또는 판매 가능한 상태로 유지되는 기간으로 정의됨)은 주어진 온도에서 적어도 10% 연장될 수 있다. 바람직하게는, 보관 수명은 적어도 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 %, 100 %, 200 %, 300 %, 400 %, 500 % 이상으로 연장될 수 있다.
도 10 내지 도 12에 가장 잘 도시된 바와 같이, 본 발명의 조성물로부터 제조된 포장재에 보관된 부드러운 과일, 특히 딸기 및 라즈베리, 및 유제품, 예를 들어 체다 치즈는 PET로 제조된 이전의 외부 포장과 비교할 때 포장재 벽에 감소된 응결을 나타낸다. 포장에 보관된 과일의 분해 속도도 또한 느려지는 것으로 나타났다.
조성물이 증점제 또는 겔화제로서 식품에서 이미 일반적으로 발견되는 천연 재료로 형성되기 때문에, 본 발명의 제품은 식용이며, 즉, 접촉 또는 섭취에 의해 인간 및/또는 동물에게 무독성이다. 조성물은 재료의 기호성(palatability)을 향상시키기 위해 향미료 또는 기타 미량 성분을 포함할 수 있다. 이것은, 본 발명의 조성물이 소화관액에서 용해되거나 붕해된다는 증거와 함께, 조성물의 추가의 환경 친화적인 폐기 수단을 나타낸다.
추가의 측면에서, 본 발명은 상기 정의된 바와 같은 조성물을 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 하기 단계:
(a) 해조류 추출물을 물, 또는 기타 적합한 극성 용매와 접촉시켜 해조류 추출물 하이드로겔을 형성하는 단계,
(b) 수용성 셀룰로오스 유도체를 물, 또는 기타 적합한 극성 용매와 별도로(separately) 접촉시켜 셀룰로오스 유도체의 용액 또는 겔 또는 슬러리를 형성하는 단계,
(c) 상기 해조류 추출물 하이드로겔과 셀룰로오스 유도체 용액을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계, 및
(d) 상기 혼합물을 건조시켜 조성물을 형성하는 단계,
를 포함한다.
단계 (a)의 해조류 추출물 및/또는 단계 (b)의 셀룰로오스 유도체는 본 명세서의 다른 곳에서 정의된 바와 같을 수 있다.
물을 제외하고, 단계 (a) 또는 단계 (b)에서 적합한 극성 용매는 해조류 추출물과 적합한 하이드로겔을 형성할 수 있는 임의의 극성 용매, 또는 수용성 셀룰로오스 유도체와 적합한 용액, 슬러리 또는 하이드로겔일 수 있다. 바람직하게는, 극성 용매는 성형 후 제형의 건조를 허용하는 비등점을 갖는다. 바람직하게는, 용매는 비-유해성이고 환경에 손상을 주지 않는다. 이와 관련하여 극성 용매는 에탄올, 메탄올, 프로판올, 부탄올, 아세톤, 에틸 아세테이트 및 디메틸술폭시드를 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다.
실시 형태에서, 단계 (a)에서 바람직하게는 분말 형태의 해조류 추출물을 냉수와 혼합하거나 달리 조합하여 페이스트를 형성한다. 그런 다음 이 페이스트를 바람직하게는 혼합하면서 승온으로 가열한다. 가열하면 해조류 추출물 하이드로겔이 형성된다. 바람직하게는, 상승된 온도는 80℃ 이상, 더욱 바람직하게는 80-100℃, 훨씬 더 바람직하게는 90-100℃일 수 있다. 실시 형태에서, 페이스트는 대략 20 분 내지 대략 4 시간 동안 상승된 온도에서 유지될 수 있다. 바람직하게는, 접촉은 대략 1시간 내지 대략 3시간 동안이다. 가장 바람직하게는, 접촉은 대략 2 시간 동안이다.
실시 형태에서, 단계 (a)에서 해조류 추출물 하이드로겔 중 해조류 추출물의 농도는 해조류 추출물 하이드로겔 중 4-8% w/v, 훨씬 더 바람직하게는 6-7 % w/v, 더욱 바람직하게는 6.7 %일 수 있다. 실시 형태에서, 단계 (a) 후에, 추가의 물, 또는 적절하게는 기타 적절한 극성 용매가 원하는 점도를 달성하기 위해 하이드로겔에 첨가된다. 바람직하게는 단계 (c)에서 사용된 해조류 추출물 하이드로겔의 농도는 액체 겔이다. 물의 양은 단계 (a)에서 첨가된 물의 원래 부피의 100% 내지 300%일 수 있다.
실시 형태에서, 단계 (b)에서 수용성 셀룰로오스 유도체 용액 중 수용성 셀룰로오스 유도체의 농도는 2-30 중량%, 더욱 바람직하게는 5-20 중량%, 훨씬 더 바람직하게는 13-18 중량%, 또는 가장 바람직하게는 13.6 중량%이다. 바람직하게는 단계 (c)에서 첨가된 수용성 셀룰로오스 유도체 용액의 농도는 묽은(runny) 액체 겔이다.
실시 형태에서, 단계 (b)는 승온에서 수행될 수 있다. 바람직하게는, 접촉은 80℃ 초과, 더욱 바람직하게는 80℃ 내지 100℃, 훨씬 더 바람직하게는 90℃ 내지 100℃ 범위의 온도일 수 있다.
보다 구체적으로, 해조류 추출물 하이드로겔이 단계 (a)의 종료 시 냉각되도록 허용되는 실시 형태에서, 단계 (c)는 혼합 전에 해조류 추출물 용액을 50℃ 초과, 더욱 특히 70-100℃, 훨씬 더 특히 80-90℃의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 이 가열 단계는 교반하면서 수행될 수 있으며, 가열하는 동안 교반 또는 기타 교반이 바람직하게는 필요하지 않다.
실시 형태에서, 단계 (c)는 해조류 추출물 용액 및 수용성 셀룰로오스 유도체 용액을 50℃ 초과, 더욱 바람직하게는 70℃ 내지 100℃, 훨씬 더 바람직하게는 80℃ 내지 90℃ 이상의 온도에서 첨가 및/또는 가열하는 것을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 단계 (c)에서의 가열은 혼합을 수반한다. 바람직하게는, 혼합은 가열 시작 시에만 수행된다. 이 혼합은 교반에 의한 것일 수 있다. 바람직하게는, 혼합은 대략 15분 내지 대략 30분 동안일 수 있다. 바람직하게는, 혼합물의 가열은 혼합 기간보다 길 수 있다. 실시 형태에서, 가열은 대략 3시간 내지 대략 8시간 동안일 수 있다. 가장 바람직하게는, 가열은 대략 5시간 동안일 수 있다. 교반이 완료된 후, 혼합물을 혼합하지 않고 4 내지 6시간 동안 가열할 수 있다.
해조류 추출물 하이드로겔과 수용성 셀룰로오스 유도체 용액을 혼합한 직후, 혼합물 내 기포 형성으로 인해 기포가 발생할 수 있다. 기포 형성은 단계 (c)의 가열 내내 계속될 수 있다. 기포는 단계 (c) 동안 또는 그 이후에 언제든지 제거될 수 있고, 형성된 기포의 제거는 반복될 수 있다. 바람직하게는, 기포는 단계 (c)에서 혼합이 완료된 후 대략 5시간 후에 제거된다. 기포의 제거는 혼합물의 탈기에 의해 사전에 방지되거나 동시에 수행될 수 있다. 이러한 탈기는 혼합물로부터 기포의 방출을 촉진하기 위해 가열하는 동안 혼합물을 교반하는 것을 포함할 수 있다. 대기압 또는 감압(진공) 하에 초음파 처리 및 진동과 같은 다른 형태의 탈기가 대신 또는 추가로 사용될 수 있고 또한 고려된다. 바람직하게는, 혼합물은 대략 2시간 내지 대략 8시간 동안 탈기될 것이다. 바람직하게는 대략 2 시간 내지 대략 6 시간이다. 가장 바람직하게는, 탈기는 대략 3 내지 대략 4시간 동안 수행된다. 바람직하게는 탈기는 단계 (c)에서 가열과 함께 일어난다.
단계 (c)에서 혼합물의 탈기는 혼합물에 남아 있을 경우 최종 조성물 또는 이로부터 형성된 제품의 투명도/반투명도를 감소시킬 기포의 제거를 허용한다.
탈기 후 그리고 건조 전 혼합물의 농도는 직접 건조에 적합하거나 이 단계에서 물 또는 기타 적합한 극성 용매를 첨가하여 조정할 수 있다. 단계 (c)의 종료 시 성분의 최종 농도는 4 내지 8wt%, 바람직하게는 6wt% 해조류 추출물, 0.5 내지 3wt% 범위, 바람직하게는 2wt% 수용성 셀룰로오스 유도체 및 80wt% 내지 95wt% 물 또는 기타 적합한 극성 용매의 범위일 수 있다. 모든 중량 백분율은 단계 (c) 종료 시 혼합물의 총 중량을 기준으로 한다.
더 높은 점도를 가진 혼합물(몰드에 붓기 전)은 (건조 시) 더 두껍고, 더 구조적인 제품, 예를 들어 구조적 포장 재료를 만들고, 이것은 이 유형의 대부분의 응용 분야에 바람직하다. 제조된 혼합물의 점도가 낮으면(몰드에 붓기 전) 생성된 (건조된) 제품, 예를 들어 포장재 필름은 일반적으로 더 얇다.
실시 형태에서, 방법은 단계 (a), 단계 (b) 및/또는 단계 (c)에서 본원의 다른 부분에서 정의된 바와 같은 하나 이상의 첨가제를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 첨가제는 염료 또는 안료일 수 있다. 이것들은 조성물에 색상을 부여할 수 있다. 기타 첨가제는 전술한 바와 같은 염 또는 글리세롤일 수 있다. 바람직하게는, 염 또는 글리세롤이 단계 (c)에서 생성된 혼합물에 첨가될 수 있다.
추가의 측면에서, 본 발명은 상기 정의된 바와 같은 제품을 생산하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 조성물을 형성하기 위해 상기 정의된 바와 같은 단계 (a)-단계 (d), 및 단계 (c)와 단계 (d) 사이에 혼합물을 제품의 형태로 형성하는 단계를 포함한다.
성형 단계는 성형 또는 진공 성형을 포함할 수 있지만, 진공 성형은 일반적으로 낮은 함량의 해조류 추출물 조성물에만 적합하다. 바람직하게는, 성형은 주조, 압출 성형, 압축 성형, 프레스 성형, 사출 성형, 회전 성형(rotational moulding) 또는 슬립 성형(slip forming)을 포함할 수 있다. 가장 바람직하게는 성형은 프레스 성형이다.
성형 기술은 사출 성형, 프레스 성형 또는 주조와 같은 대량 제조에 적합하도록 선택될 수 있다. 본 발명의 특정한 특징은 제조 후 조성물이 비교적 유동적이며 주어진 제품에 대해 바람직한 구조적 강성을 갖는 재료를 형성하기 위해 냉각 및/또는 건조를 필요로 한다는 점이다. 임의의 전술한 성형 기술이 이를 수용하도록 조정될 수 있지만, 프레스 성형 및 사출 성형은 유체 조성물이 몰드(또는 맨드릴)의 수형 부분을 삽입하기 전에 암형 몰드 내에 침착될 수 있기 때문에 특히 유익한 것으로 밝혀졌다. 따라서, 주어진 제품에 대해 원하는 두께의 재료로 제어되고 잘 분포된 벽을 보장한다.
재료는 일반적으로 혼합물의 유동성을 유지하기 위해 주위 온도보다 높은 온도에서 몰드에 추가된다. 바람직하게는 재료는 대략 80℃ 내지 100℃, 또는 더욱 바람직하게는 85℃ 내지 95℃에서 몰드에 추가된다. 실시 형태에서, 재료는 대략 대략 70℃, 75℃, 80℃, 85℃, 90℃, 95℃ 또는 100℃에서 몰드에 추가된다. 바람직하게는 재료가 대략 90℃에서 몰드에 추가된다. 70℃ 미만에서는 재료가 응고되어 적절한 성형을 어렵게 하거나 방해할 수 있다.
액체 하이드로겔이 냉각되고 고형화되면(적절한 시간 후), 몰드를 분리할 수 있으며, 재료는 몰드의 수형 또는 암형 부분 중 적어도 하나, 바람직하게는 몰드(또는 맨드릴)의 수형 부분에 남으며 고형화된 조성물을 건조 환경에 노출시키고, 이에 의해 고형화된 겔로부터 용매, 적절하게는 물의 증발을 통해 조성물의 건조를 촉진시킨다. 이러한 건조 과정은 전형적으로 조성물이 탈형되어(demould) 최종 제품을 생성할 수 있도록 조성물이 바람직하게는 강성이고 자체-지지(건조 과정을 통해)될 때까지 계속될 것이다. 일부 실시 형태에서, 최종 제품은 PET 플라스틱 및 PLA 바이오플라스틱에 필적하는 외관 및 특성을 갖는다. 또한, 건조하는 동안 수형 몰드 또는 맨드릴에 고형화된 겔을 보유하여 수축을 제어하고 최종 제품의 변형을 방지한다(도 2).
재료가 몰드에서 적어도 부분적으로 냉각되는 실시 형태에서, 조성물은 몰드에서 주위 온도로 냉각된다. 바람직하게는 조성물은 대략 40℃ 미만 그리고 대략 0℃ 초과의 온도로 냉각될 수 있다. 바람직하게는, 조성물은 대략 또는 정확히 30℃, 25℃, 20℃, 15℃, 10℃, 5℃의 온도로 냉각될 수 있다
실시 형태에서, 본 발명의 조성물은 실온 및 압력에서 건조될 수 있다. 실시 형태에서, 조성물은 제어된 대기 환경, 예를 들어, 저습도 환경 또는 습도가 주변 대기보다 낮은 환경, 또는 감소된 대기압 하에, 또는 자외선(UV) 광 하에 건조될 수 있다. 바람직하게는, 조성물을 건조시키는 수단은 물의 끓는점이 감소된 진공 오븐에서 수행될 수 있다. 이 방법은 본 발명의 조성물과 같은 열에 민감한 재료에 자주 사용된다.
건조를 더욱 촉진시키기 위한 열의 사용은 조성물을 용융시키지 않도록 주의해야 하지만, 상기 기재된 방법을 포함하는 다른 건조 방법에 추가로 또는 대신하여 적용될 수 있다. 실시 형태에서, 조성물은 60℃ 미만의 온도에서 건조될 수 있다. 바람직하게는, 조성물은 30℃ 내지 60℃, 또는 30℃ 내지 50℃, 가장 바람직하게는 40℃의 온도에서 건조될 수 있다. 바람직하게는, 조성물은 적어도 30℃, 40℃, 또는 50℃의 온도에서 건조될 수 있다. 바람직하게는, 조성물은 최대 60℃, 50℃, 40℃, 또는 30℃의 온도에서 건조될 수 있다. 진공 오븐과 같은 감압 건조 환경에서 원하는 가열 온도는 주변 대기 조건에서의 건조에 비해 낮아질 수 있다.
다른 실시 형태에서, 또는 상기 기재된 실시 형태에 추가하여, 건조 단계 동안 조성물을 함유하는 몰드 상의 대기는 낮은 상대 습도를 가질 수 있다. 바람직하게는 조성물에 대한 대기의 상대 습도는 대략 70% 이하일 수 있다. 바람직하게는, 몰드 위의 대기의 상대 습도는 50% 내지 70%일 수 있다. 바람직하게는, 몰드 위의 대기의 상대 습도는 대략 60%, 55%, 50%, 45%, 40% 또는 그 이하일 수 있다.
다른 실시 형태에서, 또는 상기 기재된 실시 형태에 추가하여, 건조 단계 동안 조성물을 함유하는 몰드 상의 대기는 주위 대기압 미만의 압력일 수 있다. 바람직하게는, 건조 단계 동안 몰드 위의 대기 압력은 7 내지 14psi일 수 있다. 바람직하게는 압력은 최대 14 psi, 13 psi, 12 psi, 11 psi, 10psi, 9 psi, 8 psi, 7 psi 이하이다. 바람직하게는 압력은 적어도 1 psi, 2 psi, 3 psi, 4 psi, 5 psi, 6 psi, 7 psi이상이다.
건조는 예를 들어 실온, 제습기(최대 60℃) 및/또는 진공 오븐(최대 60℃)에서 수행할 수 있다.
도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 실시 형태에서, 제품은 적절한 두께의 조성물 시트로부터 재-가공될 수 있다. 재-가공은 먼저 본 발명의 조성물의 시트를 형성하는 것을 포함할 수 있으며, 예를 들어 상기의 단계 (c)로부터 유래된 혼합물을 평평한 표면에 붓거나 또는 침착시킨 다음, 냉각 및 그 후에 프레스 성형과 관련하여 상기에서 설명한 방식과 유사하게 조성물을 건조시키는 것을 포함할 수 있다. 실시 형태에서, 상기 시트는 건조 동안 수축 또는 변형을 방지하기 위해 적절한 중량, 예를 들어 플레이트에 의해 바람직하게는 평평한 표면에 고정된다. 그런 다음 조성물로 형성된 시트는 예를 들어 5초와 같은 적절한 시간 동안 온수(80℃ 이상)에 넣어 물의 존재 하에 찌고(steamed)/거나 가열한 다음 원하는 모양으로 재-가공할 수 있다. 바람직하게는, 재-가공은 시트를 적절한 포머의 윤곽으로 감싸고 유지하는 과정에 의해 이루어질 수 있다. 조성물이 생성물을 형성하기에 충분히 냉각되고/거나 건조되면, 포머는 제거될 수 있다. 재-가공은 시트가 적절한 포머 위로 단단히 당겨지도록 진공을 적용하여 진공 성형을 사용하여 수행할 수 있다. 재-가공을 위해, 시트는 0.01 mm 내지 5 mm, 더욱 특히 0.01 mm 내지 1 mm, 더욱 특히 0.05 mm 내지 0.5 mm의 재-가공 전의 적합한 두께(즉, 그의 최단 치수)를 가질 수 있다.
추가의 측면에서, 본 발명은 또한 상기 기재된 본 발명의 이전 측면의 조성물 또는 제품을 용해, 분해, 생분해 또는 그렇지 않으면 안전하게 부패시키는(decomposing) 방법에 관한 것이다. 자연 발생 및 산업 퇴비화 설비와 같은 인공의 양자 모두의 다양한 환경에서 빠르게(4-6 개월 미만) 완전히 생분해되는 재료의 능력과 함께 물에 조성물을 용해시키는 옵션은 폐기물 스트림 관리와 관련하여 중요할 수 있다. 이것은 높은 함량의 해조류 조성물보다 더 높은 수용해도를 갖는 낮은 함량의 해조류 조성물에 특히 관련이 있다.
구체적으로, 물에 쉽게 용해되는 조성물의 능력은 소비자가 재활용 쓰레기통에 잘못 버린 경우, 재활용 가능한 플라스틱을 액체에 담그고 처리하기 전에 세척하는 지점에서 그의 분리를 용이하게 함으로써, 제품-조성물이 플라스틱 재활용 폐기물 스트림을 오염시키는 것을 방지하는데 도움이 될 수 있다(조성물은 폐기물 스트림을 퇴비화하기 위한 것으로 의도됨).
조성물 또는 이로부터 유도된 제품의 낮은 함량의 해조류 추출물 실시 형태에서, 조성물 또는 제품을 용해시키는 방법은 조성물 또는 제품을 40℃ 이하, 보다 구체적으로 30℃ 이하, 더욱 특히 25℃ 이하의 온도에서 액체 수와 접촉시키는 단계를 포함한다. 이 방법의 실시 형태에서, 조성물은 해조류 추출물을 1-10 중량%의 양, 보다 구체적으로 2-5 중량%의 양으로 포함할 수 있다. 특히, 조성물은 70-95 중량%, 보다 구체적으로 80-95 중량%의 양으로 수용성 셀룰로오스 유도체를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 조성물은 2-20 중량%의 물, 더욱 특히 4-15 중량%의 물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 조성물을 30℃의 온도에서 액체 수와 15분 내지 30분 동안 연속 교반하면서 접촉시켜 용해를 수행하였다.
조성물 또는 이로부터 유도된 제품의 높은 함량의 해조류 추출물 실시 형태에서, 조성물 또는 제품을 용해시키는 방법은 조성물 또는 제품을 50℃ 이상, 보다 구체적으로 70℃ 이상, 더욱 특히 85℃ 이상의 온도에서 액체 수와 접촉시키는 단계를 포함한다. 이 방법에서, 조성물은 해조류 추출물을 40-90 중량%의 양, 보다 구체적으로 60-90 중량%의 양으로 포함할 수 있다. 특히, 조성물은 5-50 중량%, 보다 구체적으로 10-40 중량%의 양으로 수용성 셀룰로오스 유도체를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 조성물은 1-20 중량%의 물, 더욱 특히 2-15 중량%의 물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 조성물을 90℃의 온도에서 액체 수와 30분 내지 1시간 동안 연속 교반하면서 접촉시켜 용해를 수행하였다.
본 발명의 조성물 또는 이로부터 유도된 제품을 무해하고 식품에 안전한 수용성 성분으로 용해시키는 능력은, 단순하고 신뢰할 수 있는 폐기물 처리 스트림을 제공하는 이점이 있다. 필요한 경우 조성물 및/또는 제품이 환경에서 완전하고 신속하게 생분해된다. 상기의 방법은 적절하게 관리되는 폐기물 스트림을 통해 폐기될 때, 조성물 또는 제품을 용이하게 폐기할 수 있는 수단을 제공한다. 온도에 따라 물에 용해되는 조성물의 능력은 환경, 의도된 시간 척도 및 해당 용도의 예상되는 폐기물 스트림에 따라 주어진 용도를 위해 특정 조성물의 선택을 허용한다.
실시예
실시예 1 - 본 발명에 따른 조성물의 구체적인 제조 방법
분말 형태의 카라기난 카파(32.5g)를 510g의 물(20℃)에 첨가한 후 5분 동안 혼합하였다. 생성된 페이스트를 뜨거운 수조(80℃)에 넣어 80℃로 가온하였다. 혼합물의 온도가 증가하고 80℃에 도달하면 액체 겔(하이드로겔)이 된다. 혼합물을 80℃에서 1시간 동안 유지하였다.
별도의 용기에서 메틸 셀룰로오스(MC, 6.5g)를 40g의 온수(80℃)에 첨가한 후 단시간(대략 10초) 동안 혼합하여 액체 겔을 형성하였다.
그런 다음 뜨거운 MC 겔을 뜨거운 카라기난 카파 겔에 첨가하였다. 이어서 염화칼륨(1.3g)을 조합된 혼합물에 첨가한 후 20분 동안 교반하였다. 제조된 혼합물을 7시간 동안 뜨거운 수조(80℃)에 두었다. 7시간 후, 혼합물은 액체 겔의 외관을 가졌고, 혼합물의 표면에 거품이 모였다. 거품을 수집하였고 하이드로겔 혼합물로부터 제거하였다.
제조된 용액을 80℃의 암형 몰드에 부어 포장 용기를 제조하였다. 그런 다음 수형 몰드를 암형 몰드로 압축시키고(즉, 프레스 성형), 용액을 25℃로 냉각하게 한 후 하이드로겔이 고형화되었다. 그런 다음 몰드를 분리하였고, 몰드의 수형 부분에 부착된 고형화된 겔을 완전히 건조될 때까지(대략 8시간) 주변 압력 및 습도에서 60℃에서 건조되도록 두었다. 최종 조성물은 건조하고 반투명한 마감(finish)을 가졌다.
생성된 포장은 71.3% 카라기난 카파, 10% 물, 14.3% 메틸 셀룰로오스 및 3% 염화 칼륨(조성물의 총 중량을 기준으로 한 중량 기준 함량)으로 구성되었다.
성형 전의 고형화된 겔의 중량과 제품의 최종 중량을 비교하여 측정된 수분 함량을 기준으로 상대 중량 백분율을 계산하였다. 제조를 통하여 MC, CK 및 염화칼륨의 물질 질량 손실이 없었거나 건조 전의 제조하는 동안 수분 손실이 없었다고 가정한다.
생성된 포장은 완전히 생분해성이고, 식용가능 하며 80℃ 이상의 온수에 용해되었다.
실시예 2 - 본 발명에 따른 조성물의 구체적인 제조 방법
분말 형태의 카라기난 카파(21.6 g)를 15초 동안 혼합하기 전에 340 g의 물(10℃)에 첨가하였다. 생성된 페이스트를 1시간 동안 뜨거운 수조(90℃)에 넣어 90℃로 가온하였다. 용액의 점도가 증가하여 액체 겔이 되었다.
별도의 용기에서 메틸 셀룰로오스(MC, 4 g)를 22 g의 온수(90℃)에 첨가한 후 단시간(대략 5초) 동안 혼합하여 액체 겔을 형성하였다.
그런 다음 뜨거운 MC 겔을 뜨거운 카라기난 카파 겔에 첨가하였다. 혼합물을 15분 동안 교반한 다음, 뜨거운 수조(90℃)에 4시간 동안 두었다. 4시간 후 혼합물은 액체 겔의 외관을 가졌고 혼합물의 표면에 거품이 모였다. 거품을 수집하였고 하이드로겔 혼합물로부터 제거하였다.
제조된 용액을 90℃의 암형 몰드에 부어 포장 용기를 제조하였다. 그런 다음 수형 몰드를 암형 몰드로 압축시키고(즉, 프레스 성형), 용액을 30℃로 냉각하게 함에 따라 재료가 고형화되었다. 그런 다음 몰드를 분리하였고, 몰드의 수형 부분에 여전히 부착된 고형화된 겔을 주변 압력 및 습도에서 10시간 동안 50℃에서 건조되도록 두었다. 건조된 재료는 건조하고 반투명한 마감을 가졌다.
생성된 포장은 80 % 카라기난 카파, 5 % 물, 15 % 메틸 셀룰로오스(조성물의 총 중량을 기준으로 한 중량 기준 함량)으로 구성되었다.
성형 전의 고형화된 겔의 중량과 제품의 최종 중량을 비교하여 측정된 수분 함량을 기준으로 상대 중량 백분율을 계산하였다. 제조를 통하여 MC 및 CK의 물질 질량 손실이 없었거나 건조 전의 제조하는 동안 수분 손실이 없었다고 가정한다.
생성된 포장은 완전히 생분해성이고, 식용가능하며 100℃ 이상의 온수에서 1시간 동안 용해되었다.
실시예 3 - 본 발명에 따른 조성물의 구체적인 제조 방법
분말 형태의 메틸 셀룰로오스(MC, 30g)를 100ml의 온수(80℃)에 첨가한 후 단시간(대략 15초) 동안 혼합하여 액체 겔을 형성하였다. 생성된 용액을 뜨거운 수조(80℃)에 넣었다.
별도의 용기에서 분말 형태의 카라기난 카파(2g)를 15초 동안 혼합하기 전에 25g의 냉수(20℃)에 첨가하였다. 그런 다음 생성된 페이스트를 수조에서 80℃로 가열한 다음 MC 겔에 첨가하였다. 생성된 혼합물을 15분 동안 잘 혼합하였고 80℃에서의 뜨거운 수조에 4시간 동안 방치한 후, 액체 겔(하이드로겔)을 형성하였다. 가열 과정 동안 발생하는 기포 및 거품을 혼합물 표면에서 제거하였다.
제조된 용액을 80℃의 암형 몰드에 부어 포장 용기를 제작하였다. 그런 다음 수형 몰드를 암형 몰드로 압축시키고(즉, 프레스 성형), 용액을 10℃로 냉각하여 고형화되도록 했다. 암형 몰드를 분리하였고 수형 몰드에 부착된 고형화된 겔 용액을 50℃에서 10시간 동안 건조하도록 두었다. 건조된 재료는 반투명 PLA와 유사하게 건조하고 투명한 마감을 가졌다.
생성된 포장은 84 % 메틸 셀룰로오스, 10% 물, 5.6 % 카라기난 카파(조성물의 총 중량을 기준으로 한 중량 기준 함량)으로 구성되었다.
성형 전의 고형화된 겔의 중량과 제품의 최종 중량을 비교하여 측정된 수분 함량을 기준으로 상대 중량 백분율을 계산하였다. 제조를 통하여 MC 및 CK의 물질 질량 손실이 없었거나 건조 전의 제조하는 동안 수분 손실이 없었다고 가정한다.
생성된 포장은 완전히 생분해되고 식용 가능하며 연속 혼합으로 1시간 동안 30℃의 냉수에 용해되었다.
실시예 4 - 본 발명에 따른 조성물의 구체적인 제조 방법
분말 형태의 메틸 셀룰로오스(MC, 35g)를 100ml의 온수(90℃)에 첨가하고 단시간(대략 5초) 동안 혼합하였다. 생성된 젤을 뜨거운 수조(90℃)에 넣었다.
별도의 용기에서 분말 형태의 카라기난 카파(1 g)를 25ml의 냉수(10℃)에 첨가하고 단시간(대략 10초) 동안 혼합하였다. 생성된 페이스트를 수조에서 90℃로 가열한 다음 MC 용액에 첨가하였다. 이어서 염화 칼륨(1g)을 용액에 첨가하였다. 생성된 혼합물을 10분 동안 잘 혼합하였고 90℃의 뜨거운 수조에서 4시간 동안 방치한 후, 액체 겔(하이드로겔)을 형성하였다.
제조된 하이드로겔을 90℃에서 암형 몰드에 부어 포장 용기를 제조하였다. 그런 다음 수형 몰드를 암형 몰드로 압축하였고(즉, 프레스 성형) 용액을 10℃로 냉각하여 고형화되도록 하였다. 몰드를 분리하였고, 수형 몰드에 부착된 고형화된 겔 용액을 실온에서 2일 동안 건조시켰다. 건조된 재료는 반투명 PET과 유사하게 건조하고 투명한 마감을 가졌다.
생성된 조성물은 완전히 생분해되고 식용 가능하며 연속 혼합으로 30분 동안 30℃의 냉수에 용해되었다.
생성된 포장은 85% 메틸 셀룰로오스, 10% 물, 2.5% 카라기난 카파 및 2.5% 염화 칼륨 (조성물의 총 중량을 기준으로 한 중량 기준 함량)으로 구성되었다.
성형 전의 고형화된 겔의 중량과 제품의 최종 중량을 비교하여 측정된 수분 함량을 기준으로 상대 중량 백분율을 계산하였다. 제조를 통하여 MC 및 CK 및 염화 칼륨의 물질 질량 손실이 없었거나 건조 전의 제조하는 동안 수분 손실이 없었다고 가정한다.
실시예 5 - 본 발명에 따른 조성물의 일반적인 제조 방법
분말 형태의 카라기난 카파(32.4g)를 물(25℃) 510g에 첨가하였다. 생성된 겔을 더블 보일러(double boiler)에 로딩하였고 90℃에서 100℃ 사이에서 2시간 동안 가열하였다.
별도의 용기에 메틸 셀룰로오스(MC, 4g)를 22.2ml의 온수(95℃)에 첨가하고 단시간(대략 10초) 동안 교반하였다. 생성된 겔을 더블 보일러의 CK 하이드로겔에 첨가하고 15분 동안 혼합하였다. 가열은 6시간 동안 계속되었고, 이 시간 동안 혼합물은 가열 작용에 의해 점차적으로 탈기되었다. 형성된 기포를 제거한 후, 혼합물을 성형할 준비가 되었다.
조성물의 최종 대략적인 제형은 5.7wt% 카라기난 카파, 0.6wt% 메틸 셀룰로오스 및 93.7wt% 물(조성물의 총 중량을 기준으로 한 중량 함량)이었다.
금형을 완전히 조립하기 전에 프레스(암형) 금형에 뜨거운 재료를 도징하여 포장 용기를 생산하였다. 이어서, 몰드 내의 혼합물을 15-20 분에 걸쳐 주위 온도로 냉각시켰다. 몰드의 암형 부분을 제거하기 전에 몰드의 수형 부분에 재료를 노출시켜 건조시켰다. 도 2와 같이 제품의 과도한 수축을 방지하고 건조 시 형태를 유지하기 위해서는 제품의 몰드에 재료를 두어야만 한다.
제품의 건조는 2 단계에 걸쳐 수행되었다. 단계 1은 주변 대기에서 60℃에서 8 내지 12시간 동안 건조하는 것이다. 단계 1에 이어서 단계 2는 50℃에서 최대 6시간 동안 제품을 건조시켰다. 제품은 건조하는 동안 몰드의 수형 부분에 남아 있다.
그 다음 제품을 다듬고 에탄올로 세척하여 완성된 컵을 제공하기 전에 몰드의 수형 부분에서 분리하였다.
생성된 포장은 80 % 카라기난 카파, 10 % 메틸 셀룰로오스 및 10 % 물(조성물의 총 중량을 기준으로 한 중량 기준 함량)으로 구성되었다.
성형 전의 고형화된 겔의 중량과 제품의 최종 중량을 비교하여 측정된 수분 함량을 기준으로 상대 중량 백분율을 계산하였다. 제조를 통하여 MC 및 CK 및 염화 칼륨의 물질 질량 손실이 없었거나 건조 전의 제조하는 동안 수분 손실이 없었다고 가정한다.
실시예 6 - 예시된 조성물의 제조
본 발명에 따른 조성물 2 내지 10 및 12 내지 13은 실시예 5의 일반적인 방법에 따라 적절하게 성분의 비율을 대체 및/또는 적용하여 제조하였다.
본 발명에 따르지 않는 비교 조성물 1 및 11은 또한 실시예 5의 일반적인 방법에 따라 성분의 비율을 적절하게 대체 및/또는 적용하여 제조하였다.
조성물 1 내지 13의 요약은 표 1에 제공되었다:
실시예 7 - 조성물의 시각적 외관
실시예 6의 예시된 조성물의 시각적 외관을 하기 방법을 사용하여 테스트하였다.
라이트박스(Heorryn 40/40/40cm) 안에 라이트미터(Urceri MT-912)를 놓았다. 광 판독값이 측정되고 각 샘플에 대해 lux 단위로 기록되기 전에, 라이트 미터의 센서는 0.3mm의 표준 두께에서 각 조성물의 재료 샘플로 완전히 덮여 있었다.
결과는 표 2 및 도 14에 나타내었다:
조성물 1 내지 조성물 13 각각은 어느 정도의 광 투과를 허용하였는데, 즉 반투명하였다. 해조류 추출물 카라기난 카파를 포함하는 조성물 1 내지 조성물 11은 높은 수준의 광 투과율을 가졌다.
카라기난 카파 및 메틸 셀룰로오스를 포함하는 조성물 2 내지 10은 착색 수준이 낮았다. 카라기난 카파만을 포함하는 조성물 1, 및 동일한 양의 메틸 셀룰로오스 및 해조류 추출물 한천 또는 카라기난 이오타를 포함하는 조성물 11(MC의 양이 증가됨) 12 내지 13은 중간 또는 높은 착색 수준을 가졌다.
조성물 1 내지 10은 매끄럽고 균일한 균질성을 갖는 반면, 동일한 양의 메틸 셀룰로오스 및 카라기난 카파를 포함하는 조성물 11 및 소량의 MC를 갖는 해조류 추출물 한천 또는 카라기난 이오타를 포함하는 조성물 12 및 13은 거칠거나 플레이키(flaky)하며 다양한 균질성을 갖는다.
상기로부터, 조성물의 시각적 외관은 본 발명에 따른 상대적 비율로 카라기난 카파 및 메틸 셀룰로오스를 포함하는 조성물에 대해 가장 우수함을 알 수 있었다.
도 14는 조성물 4(B)의 착색이 순서대로 조성물 11(C), 조성물 1(A) 및 조성물 12(D)보다 현저히 낮다는 것을 분명하게 보여준다.
실시예 8 - 두께에 따른 시각적 외관 변화
조성물의 두께에 따른 시각적 외관의 변화는 하기 방법에 따라 조성물 4(실시예 6)에 대해 측정하였다:
라이트박스(Heorryn 40/40/40cm) 안에 라이트미터(Urceri MT-912)를 놓았다. 광 판독값이 측정되고 각 샘플에 대해 lux 단위로 기록되기 전에, 라이트 미터의 센서는 각각의 두께에서 재료 샘플로 완전히 덮여 있었다.
결과는 표 3에 나타내었다:
예상대로 광 투과율은 두께가 증가함에 따라 균일하게 감소하였다. 또한, 착색과 투명도는 두께가 증가함에 따라 감소한다. 그럼에도 불구하고, 조성물 4의 재료는 0.5mm의 가장 높은 두께에서도 PET와 같은 석유계 투명 플라스틱 또는 PLA와 같은 바이오플라스틱과 유사한 탁월한 시각적 외관을 제공하였다.
실시예 9 - 수분 흡수
실시예 6의 예시된 조성물의 수분 흡수 특성을 하기 방법을 사용하여 테스트하였다.
각 조성물의 재료 샘플을 5mm / 90mm / 0.3mm의 균일한 치수로 준비하여 각각 대략 0.3g의 중량의 스트립을 형성하였다. 각각의 스트립은 실온에서 24시간 동안 수돗물 250ml의 비커에 완전히 잠기기 전에 칭량하였다(Pocket Scale, 모델: PS - 200B). 그 다음 각 스트립을 비커에서 제거하고 각 스트립의 잔류 표면수를 제거하였다. 그 다음 각 스트립의 중량을 기록하였고 중량의 백분율 변화를 계산하였다.
결과는 표 4에 나타내었다:
조성물 1 내지 11 각각은 높은 수준의 물 흡수를 나타낸다. 결과는 해조류 추출물이 카라기난 카파일 때 해조류 함량이 증가함에 따라 더 나은 수분 흡수를 위한 일반적인 경향을 나타낸다. 해조류 추출물 한천 및 카라기난 이오타를 포함하는 조성물 12 및 13은 각각 카라기난 카파를 포함하는 조성물보다 낮은 정도의 수분 흡수를 나타내었다.
수분 흡수는 개선된 생분해성 및 증가된 보관 수명과 연결되기 때문에, 생분해성 및 증가된 보관 수명 성능은 조성물 1에서 조성물 13으로 감소할 것으로 예상될 것이다.
실시예 10 - 성형성
실시예 6의 예시된 조성물을 성형하는 능력을 하기 방법을 사용하여 테스트하였다.
수형 및 암형 부품을 포함하는 프레스 몰드에서 조성물을 형성하였다. 몰드의 한 부분을 제거할 때, 건조 전의 겔 상태의 각 조성물의 접착 특성을 관찰할 수 있었다. 서로 상이한 조성물이 어떻게 보다 적은 또는 보다 많은 정도로 몰드에 부착되는지 기록하였다.
결과는 표 5 및 도 15에 나타내었다:
+++ = 높은 성형성, 몰드로의 용이한 흐름; 고형화에 안정함
++ = 성형 가능함, 몰드에 증착하거나 고형화할 때 약간 어려움을 겪는다.
+ = 성형 가능함, 몰드에 증착하거나 고형화할 때 더욱 심각한 어려움을 겪는다.
몰드에 부착되는 조성물은 몰드를 균일하게 채우기 어렵게 한다. 또한, 몰드의 일부가 제거되어 재료에 부착되어 성형품이 손상을 입게 되는 경향이 있다.
카라기난 카파를 포함하는 조성물 1 내지 11은 모두 허용 가능한 성형성을 나타내었지만, 더 높은 MC 조성물, 특히 조성물 11에서 몰드에 대한 접착이 주목되었다.
한천 및 카라기난 이오타를 포함하는 조성물 12 및 13은 각각 동일한 양의 메틸 셀룰로오스 혼합물을 갖는 카라기난 카파 조성물보다 점도가 낮았고, 그 결과 건조를 위해 몰드를 제거하기 전에 고체 겔을 형성하는데 더 오랜 시간이 필요했다. 조성물 13(카라기난 이오타)은 고체 겔을 형성하지 못하였고 표면은 매우 끈적끈적하여 몰드에 대한 높은 접착력을 가졌다. 조성물 12(한천)는 고체 겔을 형성했지만 건조 동안 표면이 갈라졌다.
도 15는 (A) 조성물 4(카라기난 카파); (B) 조성물 12(카라기난 이오타); 및 (C) 조성물 13(한천)으로부터 형성된 컵을 나타내었다. 모든 조성물이 강성이고 하중 지지 구조를 형성하도록 성형될 수 있음을 분명히 볼 수 있다. 카라기난 카파(A)로 형성되는 컵은 한천(B)으로 형성된 컵(건조 시 갈라짐을 나타냄)이나 카라기난 이오타 (C)(고형화시 불안정하여 상부 에지에 주름이 생김) 보다 성형 결합이 훨씬 적다.
실시예 11 - 조성물의 파괴 강도
실시예 6의 예시된 조성물의 파괴 강도를 하기 방법을 사용하여 테스트하였다.
각 조성물의 재료 샘플을 5mm / 90mm / 0.3mm의 균일한 치수로 준비하여 스트립을 형성하였다. 짧은 면에서 고정된 스트립, 각 단부를 덮음: 앵커링된(anchored) 고정된 클램프 1개; 다른 하나는 가변 중량부에 부착되어, 이에 따라 스트립을 장력 하에 두었다. 이러한 셋업(set-up)을 사용하여, 차례로 각 스트립의 인장 응력을 점진적으로 증가시켜 각 스트립이 파손되기 전에 견디는 하중을 기록하였다.
결과는 표 6에 나타내었다:
결과는 모든 조성물(1 내지 13)이 우수한 파괴 강도를 나타냄을 보여준다. 카라기난 카파를 포함하는 조성물 1 내지 11은 한천(조성물 12) 또는 카라기난 이오타(조성물 13)를 포함하는 조성물보다 더 나은 파괴 강도를 나타내는 것으로 나타났다.
파괴 강도는 재료의 인장 강도에 대한 대리 척도이며, 따라서 조성물이 강성이고 우수한 하중 지지 특성을 갖는 얇은-벽 제품으로 형성되는 능력의 척도를 제공한다.
실시예 12 - 조성물의 재-가공
본 발명의 조성물의 시트는 실시예 6의 제조된 액체 조성물을 적절하게 얕은 평평한 트레이에 붓고 실시예 6의 제품과 유사한 방식으로 건조함으로써 형성될 수 있다. 시트 제품의 경우, 냉각된 조성물은 변형 및/또는 수축을 방지하기 위해 예를 들어 그 위의 가중된 플레이트에 의해 그것이 놓이는 표면에 고정될 필요가 있다.
도 3에 가장 잘 나타난 바와 같이, 시트 형태의 조성물은 제품을 형성하기 위해 건조 후에 재-가공될 수 있다. 특히, 건조된 조성물은 열, 습기 및/또는 압력에 노출될 때 가단성(malleable)이 되며 성형되고/거나 그 자체 또는 적합한 포머 또는 지그에 부착될 수 있다. 열, 습기 및/또는 압력이 제거되면 형성된 제품을 포머 또는 지그로부터 제거할 수 있다.
실시예 13 - 조성물의 생분해 예
도 4 내지 도 6 및 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 조성물은 다양한 환경 조건에서 빠르게 생분해된다. 생분해 과정은 가정용 퇴비에서 2개월 후(도 4), 4주 동안 해수에 잠긴 후(도 5), 야외에서 4주 후(도 6)에 잘 진행되었다. 도 13에 나타난 바와 같이, 혐기성 조건에서의 분해는 재료에 작용하는 일부 미생물의 감소된 능력으로 인해 훨씬 적지만, 명확한 생물학적 활성이 가시적이고 조성물을 분해하는 것으로 보인다.
실시예 14 - 보관 수명의 연장
도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 조성물로 만들어진 포장 재료 또는 구조적 스톡 키핑 유닛(SKU)에 저장된 부패성 식품은 상당한 보관 수명의 연장을 나타낸다.
도 10은 1-2 일 (컬럼 A), 3 일 (컬럼 B) 및 4 일 (컬럼 C) 후의, 석유-유래 PET로 형성된 포장 재료(상단 라인)과 비교하여 본 발명의 조성물로 형성된 포장재(하단 라인)에서 냉장되지 않은 주변 환경에서 부드러운 과일(딸기)의 저장 비교예를 나타낸다. 3일 후 PET 포장의 내벽에 응결 현상이 발생하여 4일 증가하는 것이 분명하다. 본 발명으로 형성된 포장재료에 대해서는 응결 현상이 뚜렷하지 않았다. 응결 현상은 박테리아 또는 곰팡이의 성장을 조장하는 높은 습도를 의미하기 때문에, 본 발명의 조성물의 높은 흡수율로 인해 그 안에 함유된 식품에 대한 박테리아 또는 곰팡이의 성장 속도를 낮출 수 있음을 시사한다.
도 11은 1 일(행 A), 2 일(행 B); 3 일(행 C); 4 일(행 D); 5 일(행 E); 및 6 일(행 F) 후의, 석유 유래 PET로 형성된 포장재료(왼쪽 컬럼)와 비교하여 본 발명으로 형성된 포장재료(오른쪽 컬럼)에서 냉장되지 않은 주변 환경에서 부드러운 과일(라즈베리)의 저장 비교예를 나타낸다. PET 컵 중의 라즈베리는 3일째에 곰팡이가 생기기 시작하는 반면, 본 발명의 조성물로 형성된 컵 중의 라즈베리는 6일째까지 곰팡이가 없어, 보관 수명이 100% 증가하는 것이 분명하다.
도 12는 본 발명의 조성물로 제조된 파우치에 열 밀봉된 체다 치즈 슬라이스를 나타낸다. 상부 도는 밀봉 직후의 치즈이고 하부 도는 비-냉장의 주변 환경 및 실온(대략 20-25 ℃)에서 1.5년 동안 보관 후 동일한 치즈를 나타낸다. 이 기간이 후에 치즈가 변패되었다는 눈에 띄는 징후는 없었다.
본 발명의 특정 실시 형태가 본 명세서에 상세하게 개시되어 있지만, 이것은 단지 예시의 목적으로 행해진 것이다. 전술한 실시 형태는 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다. 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 발명에 다양한 대체, 변경 및 수정이 이루어질 수 있음이 본 발명자에 의해 고려된다.
Claims (60)
- 조성물의 총 중량의, 50-90 중량%의 양의 해조류 추출물(seaweed extract), 10-40 중량%의 양의 수용성 셀룰로오스 유도체(water-soluble cellulose derivative), 및 1-20 중량%의 양의 물을 포함하는, 조성물.
- 청구항 1에 있어서,
60-85 중량%의 양의 해조류 추출물, 10-35 중량%의 양의 수용성 셀룰로오스 유도체, 및 2-15 중량%의 양의 물이 존재하는, 조성물. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
조성물이 해조류 추출물, 수용성 셀룰로오스 유도체 및 물로 본질적으로(essentially) 구성되는, 조성물. - 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
조성물이 해조류 추출물, 수용성 셀룰로오스 유도체 및 물로 구성되는, 조성물. - 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
해조류 추출물, 수용성 셀룰로오스 유도체 및 물의 중량 백분율이 조성물의 총 중량의 100 중량%가 되는, 조성물. - 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
해조류 추출물은 카라기난(carrageenan); 한천(agar); 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는, 조성물. - 청구항 6에 있어서,
해조류 추출물은 카라기난인, 조성물. - 청구항 7에 있어서,
카라기난은 카라기난 카파(carrageenan kappa)인, 조성물. - 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
조성물은 전분(starch); 카라기난 이오타(carrageenan iota); 한천; 알지네이트(alginate); 및 키토산(chitosan)으로 구성되는 군 중 하나 이상이 없는(lacks), 조성물. - 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
수용성 셀룰로오스 유도체는 메틸 셀룰로오스 (MC); 히드록시프로필 메틸셀룰로오스 (HPMC); 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는, 조성물. - 청구항 10에 있어서,
수용성 셀룰로오스 유도체는 메틸 셀룰로오스 (MC)인, 조성물. - 청구항 1 내지 청구항 3 및 청구항 6 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
조성물이 하나 이상의 첨가제를 더 포함하는, 조성물. - 청구항 12에 있어서,
하나 이상의 첨가제가 조성물의 총 중량의 10 중량% 이하로 존재하는, 조성물. - 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
하나 이상의 첨가제가 무기 염; 톱밥(sawdust), 종이, 대마 섬유(hemp fibre); 탄산칼슘; 글리세린; 사과 퓌레(apple puree); 전분; 몬모릴로나이트 (montmorillonite: MMT); 시나몬 바크 오일(cinnamon bark oil); 소이빈 오일; 글리세롤; 글루코오스; 은 나노입자; 자몽 종자 추출물; 자타리아 멀티플로로 에센셜 오일(zataria multifloro essential oil); 나노클레이 또는 점토 광물(nonoclay or clay mineral); 폴리에틸렌 글리콜 (PEG); 키틴; 아라비노자일란; 바나나 분말; 젤라틴; 산화티탄 나노입자; 착색료(colourings); 및 향미료(flavourings)로 구성되는 군으로부터 선택되는, 조성물. - 청구항 12 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 첨가제가 무기 염을 포함하고, 상기 무기 염은 알칼리 금속의 염 또는 알칼리 토금속의 염인, 조성물. - 청구항 15에 있어서,
무기 염이 리튬 염; 나트륨 염; 칼슘 염; 및 칼륨 염으로 구성되는 군으로부터 선택되는, 조성물. - 청구항 16에 있어서,
무기 염이 염화 칼륨인, 조성물. - 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
0.5mm의 표준 두께(standard thickness)에서 입사광의 적어도 30%가 흡수 또는 산란 없이 통과하는, 조성물. - 청구항 18에 있어서,
0.5mm의 표준 두께에서 입사광의 적어도 50%가 흡수 또는 산란 없이 통과하는, 제품. - 청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,
조성물이 완전히 생분해성(fully biodegradable)인, 조성물. - 청구항 20에 있어서,
조성물이 외부의(external), 비-산업 환경(non-industrial environment)에서 6개월 이하에서 완전히 생분해되는, 조성물. - 청구항 20에 있어서,
조성물이 혐기성 대기(anaerobic atmosphere)에서 완전히 생분해되는, 조성물. - 청구항 1 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
조성물이 완전히 퇴비화 가능한(compostable), 조성물. - 청구항 23에 있어서,
조성물이 가정용 퇴비 더미(domestic compost heap)에서 6개월 이하에서 퇴비화 가능한, 조성물. - 청구항 1 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서,
조성물이 식용(edible)인, 조성물. - 청구항 1 내지 청구항 25 중 어느 한 항에 있어서,
조성물이 성형 가능한(mouldable), 조성물. - 청구항 26에 있어서,
조성물이 프레스 성형(press moulding), 사출 성형(injection moulding) 또는 주조(casting)에 의해 성형 가능한, 조성물. - 청구항 1 내지 청구항 27 중 어느 한 항에 있어서,
조성물이 성형 후에 재-가공되는(re-worked), 조성물. - 청구항 1 내지 청구항 28 중 어느 한 항의 조성물로부터 형성된 제품(product).
- 청구항 29에 있어서,
제품이 플레이트(plate); 평면 시트(planar sheet); 정구체(regular sphere); 불규칙한 구체(irregular sphere); 정회전 타원체(regular spheroid); 불규칙한 회전 타원체(irregular spheroid); 정입방체(regular cube); 불규칙한 입방체(irregular cube); 정육면체(regular cuboid); 불규칙한 직육면체(irregular cuboid); 정타원체(regular ellipsoid); 불규칙한 타원체(irregular ellipsoid); 정원기둥(regular cylinder); 불규칙한 원기둥(irregular cylinder); 정원뿔(regular cone); 불규칙한 원뿔(irregular cone); 정각기둥(regular prism); 불규칙한 각기둥(irregular prism); 정각뿔(regular pyramid); 불규칙한 각뿔(irregular pyramid); 및 이들의 임의의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 형상을 갖는, 제품. - 청구항 29 또는 청구항 30에 있어서,
제품이 구조적 스톡 키핑 유닛(stock keeping unit, SKU); 포장재료(packaging material); 필름; 시트; 음용 빨대(drinking straw); 튜빙(tubing); 탐폰 및 어플리케이터(tampon and applicator); 커트러리; 접시; 트레이(tray); 및 젓개(stirrer)로 구성되는 군으로부터 선택되는, 제품. - 청구항 31에 있어서,
제품이 용기 및 이의 일부로 구성되는 군으로부터 선택되는 포장재료인, 제품. - 청구항 32에 있어서,
용기 또는 이의 일부가 컵; 트레이; 퍼니트(punnet); 클램셸(clamshell); 박스; 병; 튜브; 및 리드(lid)로 구성되는 군으로부터 선택되는, 제품. - 청구항 29 내지 청구항 33 중 어느 한 항에 있어서,
제품이 3-차원(three-dimensional)이고, 강성(rigid)이고 하중을 지지(load bearing)하는, 제품. - 청구항 29 내지 청구항 34 중 어느 한 항에 있어서,
제품에서 조성물의 최대 두께가 0.01mm 내지 5mm 범위인, 제품. - 청구항 29 내지 청구항 35 중 어느 한 항에 있어서,
제품 또는 이의 일부가 반투명인 제품. - 청구항 1 내지 청구항 28 중 어느 한 항의 조성물을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은 하기 단계:
(a) 해조류 추출물을 물과 접촉시켜 해조류 추출물 하이드로겔을 형성하는 단계,
(b) 수용성 셀룰로오스 유도체를 물과 별도로(separately) 접촉시켜 수용성 셀룰로오스 유도체 용액을 형성하는 단계,
(c) 상기 해조류 추출물 하이드로겔과 수용성 셀룰로오스 유도체 용액을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계, 및
(d) 상기 혼합물을 건조시켜 조성물을 형성하는 단계,
를 포함하는, 방법. - 청구항 37에 있어서,
단계 (a)는 (i) 대략 5℃ 내지 대략 40℃ 범위의 온도에서 해조류 추출물을 물과 접촉시키는 단계; 그리고 그 다음 (ii) 수 중에서 대략 70℃ 내지 대략 100℃ 까지의 범위의 온도로 해조류 추출물의 혼합물을 가열하여 해조류 추출물 하이드로겔을 형성하는 단계,
를 포함하는, 방법. - 청구항 37 또는 청구항 38에 있어서,
단계 (b)에서 대략 70℃ 내지 대략 100℃의 온도에서 수용성 셀룰로오스 유도체가 물과 접촉되는, 방법. - 청구항 37 내지 청구항 39 중 어느 한 항에 있어서,
단계 (c)는 대략 70℃ 내지 대략 100℃의 온도에서 해조류 추출물 용액 및 셀룰로오스 유도체 용액을 혼합하는 것을 포함하는, 방법. - 청구항 29 내지 청구항 36 중 어느 한 항의 제품을 제조하는 방법으로서,
상기 방법은 청구항 37 내지 청구항 40 중 어느 한 항에 따른 조성물을 제조하는 방법의 단계 (a) 내지 단계 (d), 그리고 단계 (c)와 단계 (d) 사이에 혼합물을 제품의 형상 또는 3-차원 형태로 형성하는 추가의 단계를 포함하는, 방법. - 청구항 41에 있어서,
형성하는 단계가 성형(moulding)을 포함하는, 방법. - 청구항 42에 있어서,
성형이 프레스 성형, 사출 성형 또는 주조를 포함하는, 방법. - 청구항 42 또는 청구항 43에 있어서,
단계 (d) 동안, 고체 조성물이 성형에서 사용되는 몰드(mould)의 적어도 일부에 지지되는(supported), 방법. - 청구항 41 내지 청구항 44 중 어느 한 항의 방법에 의해 제품을 제조하는 것을 포함하는 생분해성 조성물을 재-가공하는 방법으로서,
상기 방법은 하기 단계:
f) 제품을 물 또는 증기(steam)와 접촉시킴으로써 제품을 연화(softening) 또는 용융(melting)시켜 연화된 제품을 제공하는 단계;
g) 상기 연화된 제품을 추가로 조작하여(manipulating) 재-가공된 제품을 제공하는 단계로서, 여기서 재-가공된 제품은 상기 제품과 상이한 형상을 갖는, 단계;
h) 재-가공된 제품을 건조될 수 있게 하여 건조된 재-가공된 제품을 제공하는 단계,
를 더 포함하는, 방법. - 청구항 45에 있어서,
단계 (f)에서의 물은 80℃ 초과의 온도에 있거나, 또는 증기인, 방법. - 청구항 45 또는 청구항 46에 있어서,
단계 (g)에서의 조작은 연화된 제품을 포머(former) 또는 몰드의 형태로 재-가공하는 것을 포함하는, 방법. - 청구항 47에 있어서,
단계 (h)에서의 건조 후, 건조된 성형 제품을 포머 또는 몰드로부터 제거하는, 방법. - 청구항 44 내지 청구항 47 중 어느 한 항에 있어서,
단계 (g)에서의 조작은 연화된 제품의 적어도 에지(edge) 또는 에지의 일부를 밀봉하는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 28 중 어느 한 항의 조성물 또는 청구항 29 내지 청구항 36 중 어느 한 항의 제품을 용해시키는(dissolving) 방법으로서,
상기 방법은 조성물 또는 제품을 액체 수(liquid water)와 접촉시키는 단계를 포함하는 방법. - 청구항 50에 있어서,
액체 수는 적어도 1시간 동안 적어도 50℃의 온도에 있는, 방법. - 청구항 51에 있어서,
액체 수는 적어도 70℃의 온도에 있는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 28 중 어느 한 항의 조성물 또는 청구항 29 내지 청구항 36 중 어느 한 항의 제품의 산업적 생분해 방법으로서,
상기 방법은 상기 조성물 또는 제품을 생분해율이 증가되는 조건들에 노출시키는 단계를 포함하는, 방법. - 청구항 53에 있어서,
상기 조건들은 가열; 물에 대한 노출; 미생물에 대한 노출; 효소; 및 기계적 분해(mechanical breakdown)로 구성되는 군으로부터 선택되는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 28 중 어느 한 항의 조성물 또는 청구항 29 내지 청구항 36 중 어느 한 항의 제품을 퇴비화하는 방법으로서,
상기 방법은 조성물 또는 제품을 퇴비 또는 비료로서 토양에 대한 첨가제로서 사용하기에 적합한 퇴비 또는 재료를 형성하도록 분해되는 조건들에 조성물 또는 제품을 노출시키는 단계를 포함하는, 방법. - 청구항 55에 있어서,
조건들이 이전에 퇴비화되거나(previously composted) 또는 퇴비화된(composting) 재료에 조성물 또는 제품을 첨가하는 것인, 방법. - 부패성 물품(perishable goods)의 보관 수명(shelf-life) 연장 방법으로서, 상기 방법은 부패성 물품을 청구항 1 내지 청구항 28 중 어느 한 항의 조성물로 형성된 구조적 스톡 키핑 유닛에 배치하는 것을 포함하는, 방법.
- 청구항 57에 있어서,
부패성 물품은 과일; 채소; 유제품; 치즈; 빵; 케이크; 비스킷; 및 과자류(confectionary)로 구성되는 군으로부터 선택되는, 방법. - 청구항 57 또는 청구항 58에 있어서,
부패성 물품의 보관 수명이 25% 이상 연장되는, 방법. - 청구항 1 내지 청구항 28 중 어느 한 항의 조성물 또는 청구항 29 내지 청구항 36 중 어느 한 항의 제품을 포장재료로서 또는 음료 용기, 탐폰 또는 탐폰 어플리케이터와 같은 일회용 제품으로서의 용도.
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