KR20220042122A

KR20220042122A - 비목질 식물 재료로 이루어진 고체 성형 물품의 제조 방법

Info

Publication number: KR20220042122A
Application number: KR1020227002469A
Authority: KR
Inventors: 말로 아란사수 야녜스-바르누에보; 페레르 호세 루이스 디에스; 델 리오 에밀리아노 베르누에스
Original assignee: 펠트우드 에코마테리알레스, 에스.엘.
Priority date: 2019-08-08
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2022-04-04
Also published as: CO2022001507A2; IL290124A; UY38825A; AU2020325652A1; US20220274283A1; MX2022001272A; CA3148388A1; BR112022001633A2; CL2022000149A1; CN114207216A; AR119608A1; US11981048B2; WO2021023862A1; JP2022543346A; EP4010157A1

Abstract

본 발명은 비목질 식물 재료를 포함하는 고체 성형 물품의 제조 방법을 제공하는데, 상기 제조 방법은 다음 단계들을 포함한다: (a) 20 wt% 내지 99 wt%의 수분 함량을 갖는 하나 이상의 신선한 비목질 식물 재료들을 제공하는 단계; (b) 상기 신선한 비목질 식물 재료를 40 ℃ 내지 250 ℃의 온도, 특히 60 ℃ 내지 140 ℃의 온도, 및 40 KPa 내지 750 KPa의 압력에서, 특히, 적어도 0.5 시간 동안 가열하되, 상기 재료의 수분 함량을 20 wt% 이상으로 유지하는 단계; (c) 단계 (b)에서 얻어진 가열된 재료를 성형하는 단계; 및 (d) 단계 (c)에서 얻어진 성형된 재료를 건조하는 단계. 본 발명은 또한, 본 발명의 제조 방법에 의해 얻을 수 있는 고체 성형 물품을 제공한다.

Description

비목질 식물 재료로 이루어진 고체 성형 물품의 제조 방법

본 출원은 2019년 8월 8일에 출원된 유럽 특허 출원 EP 19382702.9의 이익을 주장한다.

기술분야

본 발명은 식물 기원의 고체 성형 물품의 제조 방법 분야에 속한다. 특히, 본 발명은 비목질 식물 재료들로부터 고체 성형 물품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

육지와 바다의 오염 증가는 환경친화적인 재료들에 대한 광범위한 연구를 촉발해왔다. 천연 섬유는 저렴한 비용, 전 세계적인 가용성, 낮은 밀도, 기계적 특성, 지속 가능성 및 생분해성으로 인해 바이오 기반 물체의 생산에 탁월한 후보를 대표한다.

가장 자주 사용되는 천연 섬유는 목재 섬유다. 그러나, 목재는 사용 가능한 크기로 자라는 데 오랜 시간이 걸리고, 가공에 필요한 에너지가 높으며, 통상적으로 포름알데히드와 같은 오염 물질(polluting agents)을 사용한다. 게다가, 목재 기반 산업은 대부분의 국가에 영향을 미치는 삼림 벌채(deforestation)의 문제에 기여한다.

따라서, 원료 공급이 감소하고 식물 기반 물체에 대한 수요가 증가하는 상황에서, 비목질 리그노셀룰로오스(lignocellulosic) 식물이 좋은 대안으로 보인다. 특히, 재배된 식물의 가식 부분을 분리한 후 발생하는 농업 부산물을 이용하여 물체(objects)를 제작하려는 시도가 있어 왔다. 그러나, 선행 기술에 개시된 방법들은 여러 가지 단점이 있다. 첫째, 그들은 일반적으로 재수화(rehydration)를 위해 물을 추가해야 하는 짚(straw)과 같은 건조 재료를 사용한다. 또한, 재수화된 섬유를 분리하려면, 기계적 분쇄 또는 증기 폭발(vapor explosion), 또는 심지어 위험한 알칼리 용액과 같은 에너지적으로 까다로운 단계가 필요하다. 더 중요한 것은, 얻어진 제품이 통상적으로 산업에서 사용하는 데 필요한 특성들을 나타내지 않는다는 것이다.

실제로, 이러한 유형의 제품의 성질을 개선하기 위해, 통상적으로 천연 섬유를 플라스틱과 결합하여 복합재료를 생산한다. 이들 재료에서, 천연 섬유는 강화제 역할을 하며, 상용화제 또는 결합 작용제와 함께 폴리머성 매트릭스에 내장된다. 그러나, 이들 복합재료의 비천연 성분들은 제조 생산을 어렵게 만들고, 환경에 미치는 영향을 증가시킨다.

요약하면, 지금까지 개발된 방법들의 복잡성과 높은 처리 비용 및 긴 처리 시간은, 산업에서 비목질 식물 재료의 사용을 방해하였다. 따라서, 비목질 식물 재료로부터 고품질의 친환경적인 고체 성형 물품을 제조하기 위한, 저렴하고 간단한 방법이 여전히 요구되고 있다.

본 발명자들은 비목질 식물 재료로부터 고체 성형 물품을 제조하기 위한 효율적이고 간단한 방법을 개발하였다. 놀랍게도, 본 발명자들은 특정 유형의 식물 재료가 특정 가열 조건에 노출될 때, 생성된 재료가 간단한 성형 및 건조에 의해 고품질 물체의 생산에 사용될 수 있음을 발견하였다.

이는, 선행 기술이 보여주는 바와 같이, 식물 재료, 특히 비목질 식물 재료로부터 물체를 형성하는 데 화학적 바인더 또는 접착제의 사용, 또는 대안적으로, 고온에서의 압축 성형과 같은 고에너지 단계를 필요로 하기 때문에, 매우 예상치 못한 일이었다.

따라서, 본 발명의 방법은, 농업 부산물과 같은, 저렴한 원천으로부터 고체 성형 물품을 생산할 수 있게 하고, 분쇄와 같은 값비싼 기계적 단계가 필요하지 않기 때문에 최소량의 에너지를 사용할 수 있다. 또한, 신선한 식물 재료에 자연적으로 존재하는 물을 사용하기 때문에, 추가 적인 물의 사용을 필요로 하지 않는다.

놀랍게도, 본 발명의 방법은 매우 다재다능하다. 이론에 얽매이는 것을 원하는 것은 아니지만, 신선한 식물 재료를 사용하고 열처리 동안 자연 수분 함량의 상당 부분을 유지하면, 세포 벽의 전체 구조에 영향을 미치지 않으면서 세포간 펙틴이 분해될 수 있다. 이는 성형 및 건조 시, 탁월한 강도, 현저하게 낮은 밀도, 또는 높은 절연 특성과 같은, 다양한 물리적 특성을 얻을 수 있는 펄프의 형성을 초래한다.

본 발명자들은 또한, 본 명세서에서 제공된 방법에 의해 제조된 물체가, 본래의 성질을 잃지 않으면서, 재수화, 성형 및 건조의 간단한 공정에 의해 필요한 만큼 여러 번 재사용될 수 있음을 발견하였다. 결과적으로 재료의 재순환/재사용에는 새로운, 사용되지 않는 재료가 전혀 필요하지 않으므로, 사용되지 않는 재료를 더 추가할 필요가 없다.

따라서, 제1 측면들에 있어서, 본 발명은 비목질 식물 재료를 포함하는 고체 성형 물품의 제조 방법을 제공하며, 본 방법은: (a) 식물 재료의 총 중량을 기준으로 하여, 20 wt% 내지 99 wt%의 수분 함량을 갖는 하나 이상의 신선한 비목질 식물 재료를 제공하는 단계; (b) 신선한 비목질 식물 재료를 40 ℃ 내지 250 ℃의 온도, 특히, 60 ℃ 내지 140 ℃의 온도, 및 40 KPa 내지 750 KPa의 압력에서, 특히, 적어도 0.5 시간 동안 가열하되, 신선한 비목질 식물 재료의 수분 함량을 20 wt% 이상으로 유지하는 단계; (c) 단계 (b)에서 얻어진 가열된 재료를 성형하는 단계; 및 (d) 단계 (c)에서 얻어진 성형된 재료를 건조하는 단계;를 포함한다.

특히, 비목질 식물 재료는 비목질 식물의 전체 또는 부분이거나, 또는 목질 식물의 비목질 부분이다.

특히, 신선한 비목질 식물 재료는 수확 후 건조에 의해 보존(preserved)되지 않은 비목질 식물 재료이다.

제2 측면에 있어서, 본 발명은 제1 측면들에 있어서 정의된 바와 같은 방법에 의해 얻을 수 있는 고체 성형 물품을 제공한다.

달리 명시되지 않는 한, 본 출원에서 사용되는 모든 용어는 당해 기술분야에 공지된 통상적인 의미로 이해되어야 할 것이다. 본 출원에서 사용되는 특정 용어에 대한 다른 더 구체적인 정의는 아래에 설명된 바와 같으며, 달리 명시적으로 설명된 정의가 더 넓은 정의를 제공하지 않는 한, 명세서 및 청구범위 전체에 걸쳐 한결같이 적용되는 것으로 의도된다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수 명사는 "적어도 하나" 또는 "하나 이상"과 동의어이다. 달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 "상기" 또한 명사의 복수도 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "수분 함량"은 식물 재료의 총 중량에 대한 식물 재료에 존재하는 자유 수(free water)의 중량의 백분율을 지칭한다. 예를 들어, 50 wt%의 수분 함량은 100 g의 식물 재료에 50 g의 물이 포함되어 있음을 의미한다. 오븐 건조 방법(ISO 638:2008) 또는 전기 접촉 습도계(예를 들어, Velleman Contact 습도계 모델 DVM125)와 같이, 식물 재료들의 수분 함량을 측정하는 데 사용할 수 있는 당해 기술분야에 알려진 여러 기술이 있다.

굽힘 강도 및 극한 인장 강도 시험은 지지점(supporting points) 사이의 간격이 30 mm인 5.2 mm x 4 mm 크기의 샘플을 사용하여 수행되었다. 하중 속도는 1mm/분이었다.

본 명세서에 사용되는 용어 "신선한 식물 재료"는, 수확 후 건조에 의해 보존(preseved)되지 않은 식물 재료, 즉, 생체 내(in vivo) 상태에서 가졌던 것과 동일하거나 실질적으로 동일한 수분 함량을 유지하는 수확된 식물 재료를 의미한다. 본 명세서에 사용된 "실질적으로 동일한"은 적어도 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98% 또는 99%를 의미한다. "신선한 식물 재료"는 또한, 지난 21일 이내에 수확된 식물 재료를 의미할 수 있다. 특정 구현예에서, 식물 재료는 지난 14일 이내, 지난 10일 이내, 지난 7일 이내, 또는 지난 3일 이내 수확되었다.

"비목질 식물 재료"란 비목질 식물의 전체 또는 부분이거나, 또는 열매 및 잎과 같은, 목질 식물의 비목질 부분을 의미한다. "비목질 식물(non-wood plant)"은 다년생 목본 줄기(woody stem)가 없는 식물을 말한다. "목질 식물(wood plant)"은 다년생 목본 줄기를 갖는 식물을 말한다.

본 발명의 방법에 사용될 수 있는 비목질 식물의 부분들은, 제한없이, 전체 식물(예를 들어, 파슬리 식물), 줄기(예를 들어, 근대), 가지(예를 들어, 토마토 식물), 잎(예를 들어, 양배추), 뿌리(예를 들어, 생강), 및 열매(예를 들어, 파인애플)를 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 어느 성분의 "wt%" 또는 "중량 백분율"은, 조성물의 총 중량에 대한, 또는, 특히 언급된 경우, 다른 성분의 총 중량에 대한, 그 단일 성분의 중량을 지칭한다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "채소"는 날것 또는 조리된 형태로 인간에 의해 소비되는 식용 부분을 갖는 비목질(즉, 초본) 식물을 지칭한다. 식용 부분은, 제한 없이, 뿌리, 덩이줄기(tuber) 또는 저장 줄기, 줄기, 새싹, 구근, 잎자루(petiole) 또는 잎꼭지(leafstalk), 잎, 미성숙 꽃, 씨, 미성숙 열매 또는 익은 열매일 수 있다.

"농산물(agricultural product)"이라는 용어는 사람 또는 동물이 소비할 목적으로 재배된 식물의 일부를 말한다. "농업 부산물(agricultural by-product)"이라는 용어는, 식용할 수 없는 부분과 같이, 사람이나 동물의 식용을 목적으로 하지 않거나 또는 식용에 적합하지 않은 재배된 식물의 부분을 말한다.

"대기압"은 정상 기압을 지칭한다(예를 들어, 해수면에서 760 mmHg 또는 101,325 Pa). 이 용어는 또한, 대기압의 약 +15% 내지 -15%, 바람직하게는 대기압의 약 +10% 내지 -10%, 더욱 바람직하게는 대기압의 약 +5% 내지 -5%인 압력을 포함하는 것을 의미한다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 비목질 식물 재료를 포함하는 고체 성형 물품의 제조 방법을 제공하며, 본 방법은: (a) 20 wt% 내지 99 wt%의 수분 함량을 갖는 하나 이상의 신선한 비목질 식물 재료를 제공하는 단계; (b) 신선한 비목질 식물 재료를 40 ℃ 내지 250 ℃의 온도, 특히, 60℃ 내지 140 ℃의 온도, 및 40 KPa 내지 750 KPa의 압력에서, 특히, 적어도 0.5 시간 동안 가열하되, 신선한 비목질 식물 재료의 수분 함량을 20 wt% 이상으로 유지하는 단계; (c) 단계 (b)에서 얻어진 가열된 재료를 성형하는 단계; 및 (d) 단계 (c)에서 얻어진 성형된 재료를 건조하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 방법은 습식 가열(wet heating)에 의한 세포간 펙틴의 분해를 통해 셀룰로오스 섬유의 분리를 허용하는 비목질 식물 재료의 본래 수분 함량을 이용함으로써, 간단한 성형(shaping) 및 건조를 통해 제품으로 추가 가공될 수 있는 성형 가능한 재료를 생성한다.

하기 실시예에 나타낸 바와 같이, 본 발명자들은, 본 명세서에 제공된 간단한 방법에 따라 원하는 특성을 갖는 생성물들을 얻기 위해, 출발 식물 재료가 신선해야 하며, 즉, 출발 식물 재료는 건조 및 재수화된 식물 재료가 될 수 없음을 발견하였다. 또한, 중요하게도, 출발 식물 재료는 초본(즉, 비목질)이어야 하고, 특정 값 이상의 자연 수분 함량(즉, 수확 시 수분 함량)을 포함해야 한다.

본 발명자들은 놀랍게도 산업에 적합한 특성을 갖는 고체 성형 물품을 얻기 위해서는, 최소 자연 수분 함량을 갖는 식물 재료를 사용해야 한다는 것을 발견하였다. 중요하게는, 이러한 특성은, 비목질 식물 재료들을 열처리하기 전에 건조 및 탈수할 때는 달성되지 않았다. 그러나, 일단 비목질 식물 재료들이 본 발명의 열처리를 거치면, 재수화, 성형 및 건조 사이클을 통해 무한정 재사용하거나 재가공할 수 있다. 가열 단계 동안 재료의 수분 함량을 20 wt% 이상으로 유지한다는 것은, 단계 (b) 종료 시에 가열된 재료의 수분 함량이 20 wt% 이상임을 의미한다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 제1 측면의 방법은 비목질 식물 재료를 포함하는 고체 성형 물품의 제조에 대한 것으로, 이 방법은: (a) 20 wt% 내지 99 wt%의 수분 함량을 갖는 하나 이상의 신선한 비목질 식물 재료를 제공하는 단계; (b) 신선한 비목질 식물 재료를 40 ℃ 내지 250 ℃의 온도, 특히, 60 ℃ 내지 140 ℃의 온도 및 40 KPa 내지 750 KPa의 압력에서, 특히 적어도 0.5 시간 동안 가열하되, 20 wt% 이상인 재료의 수분 함량을 유지하는 단계; (c) 단계 (b)에서 얻어진 가열된 재료를 성형하는 단계; 및 (d) 단계 (c)의 성형된 재료를 건조하는 단계;를 포함한다.

선택적으로(optionally) 상기 또는 하기에 제공된 구현예들 중 임의의 것과 조합한 특정 구현예에 있어서, 제1 측면의 방법에서, 비목질 식물 재료로 만들어진 고체 성형 물품은 5% 내지 90% 범위의 수은 침입 기공도 측정법(mercury intrusion porosimetry)에 의해 측정된 기공도를 갖는다.

선택적으로(optionally) 상기 또는 하기에 제공된 구현예들 중 임의의 것과 조합한 특정 구현예에 있어서, 제1 측면의 방법에서, 비목질 식물 재료로 제조된 고체 성형 물품은 25 kg/m³내지 2,000 kg/m³의 범위의, 비중병을 사용하여 측정된 밀도를 갖는다. 더욱 특히, 100 kg/m³내지 2,000 kg/m³의 밀도를 갖는다. 더욱 더 특히, 250 kg/m³ 내지 2000 kg/m³의 밀도를 갖는다.

비중병을 사용한 밀도 측정은 1 mg/cm³의 밀도 분해능(density resolution)을 얻기 위해 37 cc 비중병과 고정밀 저울(1 mg 분해능)을 사용하여 수행될 수 있다. 이 방법은 37 cc의 증류수와, 시료가 담긴 37cc의 증류수 사이의 중량 차이를 기준으로 한다. 다공성과의 관계와 관련하여, 이 방법은 저 다공성 시료들에서 더 잘 작동되는데, 물이 저밀도 시료들에서 선호하는 것보다 더 많은 부피를 차지하기 때문이다. 이것은 이러한 고 다공성(저밀도) 샘플의 밀도가 과대평가될 것임을 의미한다. 따라서, 이 경우, 밀도 값들은 치수와 중량을 사용하여 측정될 수 있다.

선택적으로(optionally) 상기 또는 하기에 제공된 구현예들 중 임의의 것과 조합한 특정 구현예에 있어서, 제1 측면의 방법에서, 비목질 식물 재료로 제조된 고체 성형 물품은 6 MPa 내지 250 MPa 범위의, 나노인덴터(nanoindenter)를 사용하여 측정된 강도를 갖는다.

나노 압입(nanoindentation) 실험은 보정된 팁(calibrated tip)에 의해 생성된 응력 하에서 재료의 반응(response)을 측정함으로써 재료의 기계적 특성을 측정한다. 재료 강도는, ISO 14577에 따라 작동하는 Agilent Nano Indenter G200을 사용하여, 경도 및 영률 측정을 위한 기본 자동 하중 실험을 통해, 측정될 수 있다. 10곳의 다른 위치에서 측정을 수행하여, 전체 값을 얻고 지역 의존도를 줄일 수 있다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 제1 측면의 방법에서, 비목질 식물 재료로 만들어진 고체 성형 물품은 50 MPa 내지 7 GPa 범위의, 나노인덴터를 사용하여 측정된, 탄성(elasticity)을 갖는다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 고체 성형 물품은 0.01 W/mK 내지 0.15 W/mK의 범위의, 열 시험기(예를 들어, TAinstruments의 FOX 600GHP)(ISO8302/ISO22007)에서 측정된, 열 전도율을 갖는다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 고체 성형 물품은 10 MPa 내지 150 MPa 범위의, 3점 굽힘 시험에 의해 측정된, 굽힘 강도(flexural strength)를 갖는다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 고체 성형 물품은 10 내지 500 MPa 범위의, 인장 강도 시험기(예를 들어, Labthink의 Mega1500)를 사용하여 측정한, 극한 인장 강도를 갖는다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 단계 (b)는 물을 첨가하지 않고 수행된다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 단계 (b)는 밀폐 용기 내에서 수행된다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 가열 단계 (b) 후의 비목질 식물 재료는 다음 중 하나 이상을 갖는다:

i) 20% 내지 99% 범위의 수분 함량;

ii) 20 °SR 내지 100 °SR 범위의, 쇼퍼-리글러(Schopper-Riegler) 방법에 의해 측정된, 탈수 값(dewatering value); 및

iii) 0.001 Pa·s 내지 15 Pa·s 범위의, 브룩필드(Brookfield) 방법에 의해 측정된, 점도.

쇼퍼-리글러 방법은 UNE-EN ISO 5267-1:2001에서 정의한 대로 수행될 수 있다. 실험이 끝나면 2 g의 건조 덩어리(dry mass)를 회수한다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 단계 (a)의 신선한 비목질 식물 재료의 수분 함량은 25 wt% 내지 99 wt%, 30 wt% 내지 99 wt%, 35 wt% 내지 99 wt%, 40 wt% 내지 99 wt%, 45 wt% 내지 99 wt%, 50 wt% 내지 99 wt%, 55 wt% 내지 99 wt%, 60 wt% 내지 99 wt%, 65 wt% 내지 99 wt%, 70 wt% 내지 99 wt%, 75 wt% 내지 99 wt%, 또는 80 wt% 내지 99 wt% 범위에 있다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 단계 (a)의 하나 이상의 신선한 비목질 식물 재료는, 20 wt% 이하, 18 wt% 이하, 16 wt% 이하, 14 wt% 이하, 12 wt% 이하, 또는 8 wt% 이하의 리그닌 함량을 갖는다. 더욱 특정한 구현예에서, 단계 (a)의 하나 이상의 신선한 비목질 식물 재료는 20 wt% 이하의 리그닌 함량을 갖는다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 단계 (a)의 신선한 비목질 식물 재료는 농산물 또는 농업 부산물이다. 본 발명의 방법은 통상적으로 폐기되는 농산물의 비가식 부분(non-edible parts)을 사용하여 우선적으로 수행될 수 있다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 단계 (a)의 신선한 비목질 식물 재료는 비목질 식물로부터 유래된 것이다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 단계 (a)의 신선한 비목질 식물 재료는 전체 식물, 줄기, 가지, 잎, 뿌리, 열매, 또는 이들의 조합을 포함한다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 단계 (a)의 신선한 비목질 식물 재료는 채소로부터 유래된 것이다. 채소, 특히 채소의 비가식 부분은, 본 발명의 방법에 따라 고체 성형 물품을 제조하는데 특히 유용하다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 단계 (a)의 신선한 비목질 식물 재료는 선태식물, 속씨식물 및 비목질 겉씨식물로부터 선택된 군에 속하는 식물로부터 유래된 것이다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 신선한 비목질 식물 재료는 아티초크, 알팔파, 마늘, 가지, 브로콜리, 쥬키니호박, 호박, 대마, 양파, 콜리플라워, 딸기, 병아리콩, 완두콩, 콩, 강낭콩, 렌틸, 린넨, 옥수수, 멜론, 순무, 감자, 오이, 고추, 무, 비트, 수박, 토마토, 당근, 근대, 아티초크, 부추, 셀러리, 보리지(borage), 캐논스(canons), 엉겅퀴, 양배추, 엔다이브, 아스파라거스, 시금치, 순무, 상추, 부추, 루꼴라, 대두, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 식물로부터 유래된 것이다. 본 발명의 방법에 사용되는 식물의 부분은 생산될 고체 성형 물체의 원하는 특성에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, 전체 상추는, 뿌리가 없는 가공 상추에 비해, 밀도가 낮은 제품을 조장한다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 단계 (a)의 신선한 비목질 식물 재료는 아티초크 꽃, 양배추 식물, 코코넛 껍질, 셀러리 식물, 상추, 사과, 파인애플, 아몬드, 사과, 살구, 바나나, 블랙베리, 블루베리, 체리, 밤, 코코넛, 대추, 포도, 헤이즐넛, 레몬, 라임, 망고, 멜론, 모렐로 체리(morello cherry), 오렌지, 복숭아, 땅콩, 배, 파인애플, 자두, 라즈베리, 딸기, 귤, 수박, 가지, 아스파라거스, 콩, 비트, 브로콜리, 방울양배추, 양배추, 당근, 콜리플라워, 옥수수, 애호박 , 오이, 가지, 마늘, 릭, 렌틸, 버섯, 양파, 완두콩, 후추, 피클(pickle), 감자, 호박, 무, 쌀, 호밀, 시금치, 호박(squash), 토마토, 순무, 물냉이, 근대, 마늘, 물냉이, 보리지(borage), 쥬키니 호박, 엉겅퀴, 양파, 버섯, 방울양배추(brussels sprout), 꽃상추(escarole), 엔다이브, 아스파라거스, 시금치, 강낭콩, 자색 양배추(lombarda), 팔미토스, 오이, 부추, 래디쉬, 비트, 콩, 브루네(brune), 아보카도, 살구, 블루베리, 체리, 커스터드(custard), 사과, 코코넛, 복숭아, 딸기, 석류나무, 패션 프루트, 커런트, 블랙커런트, 사워삽(soursop), 구아바, 무화과, 키위, 레몬, 릿치, 룰로, 귤, 망고, 패션 프루트, 복숭아, 칸탈로프, 모과, 블랙베리, 오렌지, 천도 복숭아, 비파(medlar), 파파야, 파라과얀(Paraguayan), 피타야 휘슬(pitaya whistle), 타마린드, 포도, 사포딜라, 알팔파, 캐롭, 오트밀, 보리, 완두콩, 옥수수, 기장, 근대, 엉겅퀴, 엔다이브 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 단계 (b)는 40 ℃ 내지 250 ℃, 50 ℃ 내지 225 ℃, 60 ℃ 내지 200 ℃, 60 ℃ 내지 150 ℃, 70 ℃ 내지 140 ℃, 80 ℃ 내지 130 ℃, 90 ℃ 내지 120 ℃, 또는 95 ℃ 내지 110 ℃의 온도에서 수행된다.

더욱 특히, 단계 (b)는 70 ℃ 내지 120 ℃의 온도에서 수행된다. 더욱 더 특히, 단계 (b)는 60 ℃ 내지 140 ℃의 온도에서 수행된다. 그리고 더욱 더 특히, 단계 (b)는 약 100℃의 온도에서 수행된다.

본 명세서에 사용되는 용어 "약(about)" 또는 "대략(around)"은 특정된 값의 ±10% 값의 범위를 지칭한다. 예를 들어, "약 10" 또는 "대략 10"이라는 표현은 10의 ±10%, 즉, 9 내지 11을 포함한다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 신선한 비목질 식물 재료는 대략 70 wt% 내지 80 wt%의 수분 함량을 갖는 아티초크 꽃으로 구성되며, 가열 단계는 80 ℃ 내지 100 ℃의 온도에서 수행된다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 신선한 비목질 식물 재료는 뿌리가 제거된 양배추 식물로 구성되며, 대략 85 wt% 내지 95 wt%의 수분 함량을 가지며, 가열 단계는 60 ℃ 내지 100 ℃의 온도에서 수행된다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 신선한 비목질 식물 재료는 뿌리가 없는 상추 전체 식물로 구성되며, 대략 85 wt% 내지 95 wt%의 수분 함량을 가지며, 가열 단계는 40 ℃ 내지 250 ℃의 온도, 특히, 60 ℃ 내지 140 ℃의 온도에서 그리고 최소 0.5 시간 동안에서 수행된다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 신선한 비목질 식물 재료는 대략 80 wt% 내지 90 wt%의 수분 함량을 갖는 코코넛 껍질로 구성되며, 가열 단계는 100 ℃의 온도에서 수행된다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 신선한 비목질 식물 재료는 대략 85 wt% 내지 95 wt%의 수분 함량을 갖는 파인애플 잎으로 구성되며, 가열 단계는 80 ℃ 내지 100 ℃의 온도에서 수행된다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 신선한 비목질 식물 재료는 대략 90 wt% 내지 99 wt%의 수분 함량을 갖는 셀러리 식물로 구성되며, 가열 단계는 60 ℃ 내지 100 ℃의 온도에서 수행된다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 신선한 비목질 식물 재료는 대략 90 wt% 내지 99 wt%의 수분 함량을 갖는 콜리플라워 꽃으로 구성되며, 가열 단계는 60 ℃ 내지 100 ℃의 온도에서 수행된다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 비목질 식물 재료로 제조된 고체 성형 물품은 50 kg/m³ 내지 1200 kg/m³ 범위의, 비중병을 사용하여 측정된 밀도를 가지며, 본 방법은 다음의 단계들을 포함한다:

(a) 20 wt% 내지 99 wt%의 수분 함량을 갖는 신선한 아티초크 꽃을 제공하는 단계;

(b) 신선한 아티초크 꽃을 70 ℃ 내지 150 ℃의 온도 및 40 KPa 내지 750 KPa의 압력에서 가열하되, 아티초크 꽃의 수분 함량을 20 wt% 이상으로 유지하는 단계;

(c) 단계 (b)에서 얻어진 가열된 재료를 성형하는 단계; 및

(d) 단계 (c)의 성형된 재료를 건조하는 단계.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 비목질 식물 재료로 제조된 고체 성형 물품은, 6 MPa 내지 250 MPa 범위의, 나노인덴터를 사용하여 측정된 강도를 갖고, 본 방법은 다음의 단계들을 포함한다:

(a) 30 wt% 내지 99 wt%의 수분 함량을 갖는, 뿌리가 없는 신선한 양배추 식물을 제공하는 단계;

(b) 신선한 양배추 식물을 70 ℃ 내지 150 ℃의 온도 및 40 KPa 내지 750 KPa의 압력에서 가열하되, 양배추 식물의 수분 함량을 20 wt% 이상으로 유지하는 단계;

(c) 단계 (b)에서 얻어진 가열된 재료를 성형하는 단계; 및

(d) 단계 (c)의 성형된 재료를 건조하는 단계.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 비목질 식물 재료로 만들어진 고체 성형 물품은, 0.01 W/mK 내지 0.15 W/mK 범위의, 열 시험 기반 시설(thermal testing infrastructure)에서 측정된 열전도도를 가지며, 그 방법은 다음의 단계들을 포함한다:

(a) 65 wt% 내지 99 wt%의 수분 함량을 갖는 신선한 코코넛 껍질을 제공하는 단계;

(b) 신선한 코코넛 껍질을 70 ℃ 내지 150 ℃의 온도 및 40 KPa 내지 750 KPa의 압력에서 가열하되, 코코넛 껍질의 수분 함량을 20 wt% 이상으로 유지하는 단계;

(c) 단계 (b)에서 얻어진 가열된 재료를 성형하는 단계; 및

(d) 단계 (c)의 성형된 재료를 건조하는 단계.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 비목질 식물 재료로 만들어진 고체 성형 물품은, 50 kg/m³ 내지 500 kg/m³ 범위의, 비중병을 사용하여 측정된 밀도를 가지며, 본 방법은 다음의 단계들을 포함한다:

(a) 65 wt% 내지 99 wt%의 수분 함량을 갖는 신선한 파인애플 잎을 제공하는 단계;

(b) 신선한 파인애플 잎을 70 ℃ 내지 110 ℃의 온도 및 40 KPa 내지 750 KPa의 압력에서 가열하되, 파인애플 잎의 수분 함량을 30 wt% 이상으로 유지하는 단계;

(c) 단계 (b)에서 얻어진 가열된 재료를 성형하는 단계; 및

(d) 단계 (c)의 성형된 재료를 건조하는 단계.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 비목질 식물 재료로 제조된 고체 성형 물품은 6 내지 250 MPa 범위의 나노인덴터를 사용하여 측정된 강도, 10 내지 150 MPa 범위의 굽힘 강도(3점 시험에 의해 측정됨)를 가지며, 본 방법은 다음의 단계들을 포함한다:

(a) 65 wt% 내지 99 wt%의 수분 함량을 갖는 신선한 셀러리 식물을 제공하는 단계;

(b) 신선한 셀러리 식물을 70 ℃ 내지 150 ℃의 온도 및 40 KPa 내지 750 KPa의 압력에서 가열하되, 셀러리 식물의 수분 함량을 30 wt% 이상으로 유지하는 단계;

(c) 단계 (b)에서 얻어진 가열된 재료를 성형하는 단계; 및

(d) 단계 (c)의 성형된 재료를 건조하는 단계.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 비목질 식물 재료로 제조된 고체 성형 물품은 70 MPa 내지 150 MPa 범위의, 나노인덴터를 사용하여 측정된 강도를 가지며, 본 방법은 다음의 단계들을 포함한다:

(a) 65 wt% 내지 99 wt%의 수분 함량을 갖는 신선한 콜리플라워 꽃을 제공하는 단계;

(b) 신선한 콜리플라워 꽃을 70 ℃ 내지 150 ℃의 온도 및 40 KPa 내지 750 KPa의 압력에서 가열하되, 콜리플라워 꽃의 수분 함량을 20 wt% 이상으로 유지하는 단계;

(c) 단계 (b)에서 얻어진 가열된 재료를 성형하는 단계; 및

(d) 단계 (c)의 성형된 재료를 건조하는 단계.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 비목질 식물 재료로 제조된 고체 성형 물품은 500 MPa 내지 2GPa 범위의, 나노인덴터를 사용하여 측정된 탄성을 가지며, 본 방법은 다음의 단계들을 포함한다:

(a) 65 wt% 내지 99 wt%의 수분 함량을 갖는 신선한 상추 식물을 제공하는 단계;

(b) 신선한 상추 식물을 70 ℃ 내지 150 ℃의 온도 및 40 KPa 내지 150 KPa의 압력에서 가열하되, 상추 식물의 수분 함량을 30 wt% 이상으로 유지하는 단계;

(c) 단계 (b)에서 얻어진 가열된 재료를 성형하는 단계; 및

(d) 단계 (c)의 성형된 재료를 건조하는 단계.

당해 기술분야의 통상의 기술자가 이해할 바와 같이, 수분 함량, 섬유 함량, 펙틴 함량, 등과 같은 신선한 비목질 식물 재료의 특성을 고려하여 단계 (b)의 온도 및 시간이 조정되어야 한다. 열처리가 식물 재료에 원하는 효과를 냈는지 알 수 있는 한 가지 방법은, 펙틴이 분해될 때 발생하는 기계적 점조도(mechanical consistency)의 손실, 또는 엽록소가 분해될 때 발생하는 색상의 변화, 짙은 녹색이 어두운 녹색으로 변하는 것을 관찰하는 것이다. 이것은 육안 검사로 수행할 수 있다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 가열 단계는 신선한 식물 재료의 분자구조가 실질적으로 변경될 때까지 수행된다. 또 다른 특정 구현예에서, 가열 단계는 신선한 식물 재료의 색상이 실질적으로 변경될 때까지 수행된다. 더욱 특정한 구현예에서, 가열 단계는 3 분 내지 7 시간의 기간 동안 수행된다. 훨씬 더 특정한 구현예에서, 0.5 시간 내지 7 시간, 0.5 시간 내지 6 시간, 0.5 시간 내지 5 시간, 0.5 시간 내지 4 시간, 또는 0.5 시간 내지 3 시간의 기간 동안 수행된다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 가열 단계는 적어도 0.5 시간 동안, 적어도 1 시간 동안, 적어도 1.5 시간 동안, 적어도 2 시간 동안, 또는 적어도 2.5 시간 동안 수행된다.

더욱 특정한 구현예에서, 가열 단계는 신선한 식물 재료의 열화(thermalization)가 달성된 후 0.5 시간 내지 7 시간, 0.5 시간 내지 6 시간, 0.5 시간 내지 5 시간, 0.5 시간 내지 4 시간, 또는 1 시간 내지 4 시간의 기간 동안 수행된다. 이것이 의미하는 바와 같이, 재료는, 재료의 모든 질량(mass)이 원하는 온도에 도달한 후, 바람직한 시간 동안 가열되어야 한다. 신선한 식물 재료의 열화는 모든 질량이 원하는 온도에 도달한 시점을 나타낸다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 가열 단계는, 신선한 식물 재료의 열화가 달성되어 변형된 재료 및 원재료의 혼합물을 얻기 전에 종료된다. 더욱 특정한 구현예에서, 가열 단계는 3 분 내지 0.5 시간, 5 분 내지 0.5 시간, 10 분 내지 0.5 시간, 또는 15 분 내지 0.5 시간의 기간 동안 수행되며, 가열 단계가 질량의 열화가 발생하기 전에 종료된다.

본 발명의 방법은 가열 단계 또는 성형 단계에서 높은 압력을 필요로 하지 않는 이점이 있다. 따라서, 특정 구현예에서, 본 방법의 단계 (b), 단계 (c), 및/또는 단계(d)는 대기압에서 수행된다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 가열 단계의 압력은 40 KPa 내지 750 KPa, 50 KPa 내지 600 KPa, 60 KPa 내지 450 KPa, 70 KPa 내지 300 KPa, 80 KPa 내지 200 KPa, 90 KPa 내지 150 KPa, 또는 95 KPa 내지 130 KPa의 범위에 있다.

따라서, 본 방법의 가열 단계는 또한, 고체 성형 물품의 건조를 피하기 위해 밀폐 용기 내에서 수행될 수 있다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 가열 단계는 재료의 수분 함량을 20 wt% 이상, 25 wt% 이상, 30 wt% 이상, 35 wt% 이상, 40 wt% 이상, 45 wt% 이상, 50 wt% 이상, 55 wt% 이상, 60 wt% 이상, 또는 65 wt% 이상으로 유지하면서 수행된다.

본 발명자들이 발견한 바와 같이, 사용되는 가열 방법에 따라, 추가적인 물을 식물 재료에 첨가하여, 건조를 방지하고 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 가열 단계는 식물 재료를 굽거나, 마이크로웨이브를 조사하거나, 또는 끓임(바람직하게는 물의 존재 하에)으로써 수행된다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 성형 단계는 20 wt%, 30 wt%, 40 wt%, 50 wt%, 또는 60 wt% 이상의 수분 함량을 갖는 가열된 재료를 사용하여 수행된다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 건조 단계는 성형된 재료의 수분 함량이 25 wt%, 20 wt%, 15 wt%, 10 wt%, 또는 5 wt% 이하의 값으로 감소될 때까지 수행된다. 압축, 압출, 여과, 흡수, 진공 건조, 블로우 건조(blow-drying), 가열, 복사, 패팅(patting), 송풍기에서의 기화, 및 자연적인 공기 건조를 포함한 기타 건조 방법과 같은 임의의 건조 방법을 사용하여, 성형 재료의 수분 함량을 줄일 수 있다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 본 방법은 가열 단계 전 또는 가열 단계 후 및 성형 단계 전에 절단 단계를 더 포함한다. 본 발명의 방법에서 비목질 신선 재료의 사용은 재료를 절단하는 데에 기계적 분쇄 또는 증기 폭발과 같은 에너지적으로 까다로운 단계들을 요구하지 않는다. 또한, (b)단계 이후에 재료 절단이 수행되면, 재료를 성형하기 전에 간단한 수작업으로 파쇄하면 충분하다. 따라서, 더욱 특정한 구현예에서, 절단은 잘게 썰기(chopping), 절단(breaking), 파쇄(shredding), 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 더욱 더 특정한 구현예에서, 식물 재료의 절단은 0.025 cm 내지 5 cm, 0.05 cm 내지 4 cm, 0.075 cm 내지 3 cm, 또는 0.1 cm 내지 2.5 cm의 평균 크기의 입자들을 생성한다.

재료를 절단함으로써, 섬유의 크기가 줄어든다. 섬유가 짧을수록 더 컴팩트(compact)하고, 단단하며 강한 성형 물품을 생산할 수 있다. 반대로, 섬유가 길수록 더 가볍고 더 유연한 성형 물품을 생산할 수 있다. 또한, 원하는 성질을 갖는 성형 물품을 얻기 위해 다양한 신선한 비목질 식물 재료가 혼합될 수 있다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 본 방법은 단계 (b) 이후 및 단계 (c) 이전에 가열된 비목질 식물 재료를 목질 식물 재료와 혼합하는 단계를 더 포함한다. 아래 실시예에 나타낸 바와 같이, 본 발명자들은 가열된 비목질 식물 재료를 목질 재료와 혼합함으로써, 생산된 고체 성형 물품의 최종 특성을 수정할 수 있음을 발견하였다. 본 방법이 또한 단계 (b) 후에 절단 단계를 포함하는 경우, 혼합 단계는 절단 단계 후에 수행된다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 본 방법은 단계 (b) 후 및 단계 (c) 전에 가열된 비목질 식물 재료를 목질 식물 원천으로부터의 셀룰로오스와 혼합하는 단계를 더 포함한다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 본 방법은 단계 (c) 후 및 단계(d) 전에 예비 건조 단계를 더 포함하며, 여기서 성형된 재료의 수분 함량은 35 wt%, 30 wt%, 25 wt%, 20 wt%, 15 wt%, 또는 10 wt% 이하의 값으로 감소된다. 이 예비 건조 단계는, 원심분리와 같은, 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 공지된 임의의 표준 기술을 사용하여 수행될 수 있다.

본 발명의 방법의 단계 (b)에서 얻어진 재료는 다양한 형상, 형태 및 디자인을 갖는 제품으로 성형될 수 있다. 상기 제품들은 주조, 압축 성형, 사출 성형, 라미네이팅, 매트릭스 성형, 3D 인쇄 또는 압출과 같은 직접적인 성형 방법(shaping methods)에 의해 생산할 수 있다.

따라서, 위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 단계 (c)는 주조, 성형, 압출 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법에 의해 수행된다.

본 발명의 방법에 의해 생산된 고체 성형 물품은, 특정 개질제 및/또는 첨가제를 첨가함으로써 더욱 개선될 수 있다. 예를 들어, 습기나 물, 화학적으로 공격적인 환경, 미생물(예를 들어, 박테리아, 곰팡이)에 의한 분해, 나무를 갉아먹는 곤충, 및/또는 화재에 의한 제품의 내성은, 본 방법 중에 재료에 특정 첨가제를 추가함으로써 개선될 수 있다. 제품의 색상, 냄새, 전도성, 또는 기계적 특성과 같은 제품의 다른 특성들이 특정한 개질제를 추가함으로써 수정될 수 있다. 당해 기술 분야의 통상의 기술자는, 변화될 고체 성형 물품의 성질에 따라, 어떤 첨가제를 첨가해야 하는지, 이를 첨가하는 방법의 단계, 예를 들어, 염료는 열처리 후에 그러나 성형 전에 첨가될 수 있고, 바니시는 건조 단계 후에 도포될 수 있음을 알 것이다. 본 발명의 방법에 사용될 수 있는 첨가제들은 생태학적 접착제, 화학적 화합물(예를 들어, 칼슘 클로라이드, 소듐 실리케이트, 과산화수소, 등) 및 왁스를 포함하나 이에 제한되지는 않는다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 본 방법은 신선한 비목질 식물 재료를 하나 이상의 첨가제와 혼합하는 단계를 더 포함한다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 본 방법은 신선한 비목질 식물 재료를, 응집제, 응고제 또는 킬레이트제와 혼합하는 단계를 더 포함하여, 탈수 공정을 개선한다.

또한, 본 발명의 성형 물품은 열처리와 같은 물리적 또는 화학적 처리에 의해 더 개선될 수 있다. 따라서, 위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 본 방법은 제어된 분위기의 100 ℃ 내지 250 ℃의 온도에서 단계(d) 이후에 제2 가열 단계를 더 포함하여, 내수성을 증가시킨다.

자연적으로 발생하거나, 또는 자연 발생한 재료로부터 직접 유래하거나 및/또는 퇴비화(composting) 또는 다른 생물학적 폐기물 관리 공정에서 생분해성(예를 들어, 이산화탄소, 물, 바이오매스로 분해됨)인 첨가제를 사용하는 것이 바람직하다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 본 방법은 건조 단계 (d) 후에 다음의 단계들을 포함하는 공정에 의해, 재처리된 고체 성형 물품을 얻기 위해 비목질 식물 재료를 포함하는 고체 성형 물품을 1회 이상 재처리(reprocessing)하는 단계를 더 포함한다:

(e) 고체 성형 물품을 재수화(rehydrating)하여 재수화된 재료를 얻는 단계;

(f) 단계 (e)에서 얻어진 재수화된 재료를 성형하는 단계; 및

(g) 단계 (f)의 성형된 재료를 건조하는 단계.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 특정 구현예에서, 재수화 단계 (e)는 재수화된 물체의 중량이 재수화 전 물체의 중량의 3배가 될 때까지 물을 첨가함으로써 수행된다. 달리 표현하면, 재수화 단계는 3:1(물 : 물체의 건조 질량) 이상의 비율로 물을 첨가하는 것을 포함한다.

본 발명의 방법의 주요 이점 중 하나는 재수화-성형-건조의 사이클을 무한히 거칠 수 있는 고체 성형 물품을 생산한다는 점이다. 따라서, 생성된 고체 성형 물체들은 생분해성일 뿐만 아니라 재사용이 가능하다.

상기 언급된 바와 같이, 제2 측면들에 있어서, 본 발명은 제1 측면들에 있어서 정의된 바와 같은 방법에 의해 얻을 수 있는 고체 성형 물품을 제공한다.

위에서 정의된 방법에 "의해 얻을 수 있는" 고체 성형 물품은, 본 명세서에서 그것의 제조 공정에 의해 고체 성형 물품을 정의하는 데 사용되며, 위에서 설명한 단계 a), b), c) 및 d)를 포함하는 제조 방법에 의해 얻을 수 있는 고체 성형 물품에 관한 것이다. 본 발명의 목적을 위해, "얻을 수 있는(obtainable)", "얻어진(obtained)" 및 등가의 표현들은 상호교환가능하게 사용되며, 어떠한 경우에도, "얻을 수 있는"이라는 표현은 "얻어진"이라는 표현을 포함한다.

제1 측면의 방법과 관련하여 상기 언급된 구현예들은 또한, 그것의 제조 공정에 의해 얻을 수 있는 고체 성형 물품에 적용된다.

따라서, 발견된 바와 같이, 놀랍게도, 완전히 다른 특성을 갖는 제품들(예를 들어, 높은 강성을 특징으로 하는 재료 또는 높은 탄성을 갖는 재료)이, 종래의 합성 화학적 가교제 및/또는 종래의 합성 화학적 가소제가 없는 경우에도, 본 발명의 방법을 사용하여 다양한 비목질 식물 재료로부터 생산될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 원료의 혼합물을 변경하고 상이한 처리 단계들을 도입함으로써, 우수한 적용 성능을 나타내는, 상이한 특성을 가진 상이한 제품들이 개발될 수 있다. 따라서, 강도, 탄성 및 강성이 다른 본 발명에 따른 제품들; 모양 및/또는 밀도가 상이한 제품들; 생분해성 또는 결합성(composability)과 관련하여 상이한 제품들; 투과성 재료로부터 우수한 차단성을 갖는 재료에 이르기까지, 산소 및 다른 가스들와 관련하여 차단성을 나타내는 제품들; 내열성이 좋은 재료를 포함하여, 열에 대한 차단 특성이 다른 제품들; 및 유기용매, 오일, 물, 등에 대한 저항성과 관련하여 다양한 제품들;을 제조하는 것이 가능하다.

본 발명의 제품은, 최종 특성에 따라, 다양한 산업 분야에서 응용할 수 있으며, 물론, 다른 재료와 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 다음과 같은 용도를 찾을 수 있다.

- 건축 및 건설 산업뿐만 아니라 가구 및 캐비닛 제작 산업의 건축 자재로서, 예를 들어, 파티클 보드, MDF(medium density fiberboard, 중밀도 섬유판) 또는 HDF(high density fiberboard, 고밀도 섬유판) 형태의 건축 자재로서;

- 예를 들어, 일회용, 시트, 포일, 웹, 적층체 및 필름과 같은 벌크 열가소성 제품으로서;

- 농업 용도(본 명세서에서의 표현에는 원예 용도를 포함됨)로서;

- 카페트 또는 카페트 타일과 같은 바닥 덮개의 지지 재료로서;

- 지붕 재료로서;

- 도로 건설, 등에 사용되는 건축 자재로서;

- 열, 전기 및 소음 절연 목적을 위한 절연 재료로서;

- 예를 들어, 병, 스낵-팩, 상자, 용기, 등과 같은 포장 재료로서;

- 보호 목적의 쿠션 재료로서;

- 장식 품목, 예를 들어, 데스크탑, 명판, 가게 선반(store fixtures), 벽 타일, 등으로서;

- 예를 들어, 가정용 자재, 장난감, 등의 원재료로 사용하기 위해 압출된 과립(extruded granulates)으로서; 용도를 찾을 수 있다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 제2 측면의 특정 구현예에서, 고체 성형 물품은 25 kg/m³ 내지 2,000 kg/m³ 범위의, 비중병을 사용하여 측정한 밀도를 갖는다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 제2 측면의 특정 구현예에서, 고체 성형 물품은 50 MPa 내지 7 GPa의 범위의, 나노인덴터를 사용하여 측정된 탄성을 갖는다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 제2 측면의 특정 구현예에서, 고체 성형 물품은 6 MPa 내지 250 MPa 범위의, 나노인덴터를 사용하여 측정된 강도를 갖는다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 제2 측면의 특정 구현예에서, 고체 성형 물품은 20 °SR 내지 100 °SR의 범위의, 쇼퍼-리글러(Schopper-Riegler) 방법에 의해 측정된 탈수 값을 갖는다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 제2 측면의 특정 구현예에서, 고체 성형 물품은 5% 내지 90% 범위의, 수은 침입 기공도 측정법에 의해 측정된 기공도를 갖는다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 제2 측면의 특정 구현예에서, 고체 성형 물품은 0.01 W/mK 내지 0.15 W/mK의 범위의, 열 시험기(예를 들어, TAinstruments의 FOX 600GHP와 같은)(ISO8302/ISO22007)에서 측정된 열 전도율을 갖는다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 제2 측면의 특정 구현예에서, 고체 성형 물품은 10 MPa 내지 150 MPa의 범위의, 굽힘 강도(3점 시험에 의해 측정됨)를 갖는다.

위에서 또는 아래에서 제공된 구현예들 중 임의의 것과 선택적으로(optionally) 조합된 제2 측면의 특정 구현예에서, 고체 성형 물품은 10 MPa 내지 500 MPa 범위의, 인장 강도 시험기(Labthink의 Mega1500과 같은)에서 측정된 극한 인장 강도(ultimate tensile strength)를 갖는다.

설명 및 청구범위 전반에 걸쳐, "포함하다(comprise)"라는 단어와 단어의 변형은 다른 기술적 특징, 첨가제, 구성요소 또는 단계들을 배제하려는 의도가 아니다. 또한, "포함하다(comprise)"라는 단어는 "~로 이루어진(consisting of)"의 경우를 포함한다. 본 발명의 추가적인 목적, 이점 및 특징은 설명을 검토할 때 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백해질 것이며, 또는 본 발명의 실시에 의해 학습될 수 있다. 아래 실시예 및 도면은 예시로서 제공되며, 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 도면과 관련되고 청구범위에서 괄호 안에 있는 참조 기호는, 청구범위의 명료성을 높이기 위한 것일 뿐, 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 발명은 본 명세서에서 설명된 특정 구현예 및 바람직한 구현예의 모든 가능한 조합을 포함한다.

<실시예>

실시예 1 - 아티초크 꽃(artichoke flowers)으로부터의 성형 물품

수분 함량이 대략 72 wt%인 신선한 아티초크 꽃(식품 제조로부터 폐기된 폐기물)을 1 cm 미만의 크기로 자른 다음, 물에 담그어진 전기 저항 800 W로 100 ℃의 온도에서 90 분 동안 가열하였다. 생성된 덩어리를 300 W 블렌더로 분쇄하고, 1000 rpm에서 원심분리하여, 성형가능한 덩어리(moldable mass)를 얻었다. 이 덩어리를 원하는 최종 형상을 갖는 용기(recipient)에 넣은 다음, 햇빛으로 일주일 동안 건조하였다. 그 결과 생성된 물품은 고체였으며, 17%의 수분 함량(Velleman Contact hygrometer model DVM125) 및 568 kg/m³(비중병)의 밀도를 나타냈다.

실시예 2 - 양배추로부터의 성형체(molded object)

수분 함량이 대략 93 wt%인 신선한 적양배추를 100 ℃의 온도에서 35 분 동안 마이크로웨이브 오븐 전력 900 W로 가열하였다. 그 다음, 이것을 300 W 블렌더로 분쇄하여, 원하는 최종 형상을 갖는 금속 용기에 넣었다. 그 다음, 이것을 대류 오븐에서 100 ℃에서 6 시간 동안 건조하였다. 생성된 물품은 고체였으며, 1359 kg/m³(비중병)의 밀도를 나타냈다.

실시예 3 - 본 발명의 방법에 따라 제조된 저밀도 재료의 단열 특성

수분 함량이 대략 80 wt%인 코코넛 껍질의 식용 부분의 덮개로부터의 섬유를 물에 잠긴 전기 저항 800 W로 90 분 동안 100 ℃의 온도에서 가열하였다. 그 다음, 이것을 300 W 블렌더로 분쇄하고, 다공성 몰드에 넣고 압착하여, 과잉의 물을 제거하였다. 성형된 덩어리를 수분 함량이 최소값(~14%)에 도달할 때까지 햇빛으로 건조하였다. 그 결과 생성된 물품은 고체였으며, 12 wt%의 수분 함량(Velleman Contact hygrometer model DVM125), 114.8kg/m³(중량/치수)의 밀도, 0.472 W/m²K의 열관류율(thermal transmittance), 2.119 m²K의 열저항, 및 0.019 W/mK의 열전도도를 나타냈다.

실시예 4 - 본 발명의 방법에 의해 제조된 고경도(high hardness) 물품에 대한 기계적 시험

수분 함량이 대략 95%인 신선한 셀러리를 100 ℃의 온도에서 90 분 동안 물에 담그어진 전기 저항 800 W로 가열한 다음, 300 W 블렌더로 분쇄하였다. 덩어리를 나중에 원하는 형상을 갖는 다공성 몰드에 넣고 압착하여 과잉의 물을 제거하였다. 성형된 덩어리를, 수분 함량이 대략 11 wt%의 최소값에 도달할 때까지, 햇빛으로 건조하였다. 그 결과 생성된 물품은, 1029 kg/m³의 밀도(비중병), 11.6 HV(114 MPa)의 비커스 경도(Vickers hardness)(Vickers durometer MXT70 Matsuzawa로 측정), 20.4 HB의 브리넬 경도(Brinell hardness)(Rockwell durometer로 측정), 76.21 MPa의 굽힘 강도(3점 시험으로 측정), 및 29 MPa의 극한 인장 강도를 나타냈다.

실시예 5 - 본 발명의 방법에 의해 제조된 젖은 덩어리 및 고경도 물품의 물리적 특성

수분 함량이 대략 95%인 신선한 셀러리(전체 식물)를 100 ℃의 온도에서 90 분 동안, 물에 담그어진 전기 저항 800 W로 가열한 다음, 300W 블렌더로 분쇄하였다. 그 결과 생성된 덩어리를 나중에 1400 rpm에서 원심분리하고, 성형하고, 마이크로웨이브 오븐에서 건조하였다. 최종 성형 물품은 고체였으며, 10.6%의 수분함량(UNE-EN ISO 638:2009에 서술된 대로 측정됨)을 나타냈다. 그 후 젖은 덩어리 부분을 제조하였다(UNE EN-ISO 5263-1에 서술된 대로). 젖은 덩어리는 다음을 나타냈다:

- 88 ± 1.4 °SR의 탈수 값(dewatering value)(UNE-EN ISO 5267-1:2001에 따름)(쇼퍼-리글러(Schopper-Riegler) 탈수 시험으로 측정됨).

- 점도: 135 ± 5 센티포이즈(브룩필드(Brookfield) 시험, 25 ℃에서 100 rpm으로 RV2 스핀들을 사용).

- 루고시티(Rugosity): 6.231 ± 0.984 μm (Sensofar confocal microscope)

- 기공도: (Mercury intrusion porosimeter)

총 침입 부피(Total intrusion volume)	0.5442 mL/g
총 기공 면적	7.488 m²/g
기공 직경 (부피) (중앙값)	3.04451 μm
기공 직경 (면적) (중앙값)	0.00943 μm
중앙 기공 직경 (Median pore diameter)	0.29072 μm
겉보기 밀도	0.8248 g/mL
겉보기 밀도 (스켈레탈(skeletal))	1.4964 g/mL
기공도	44.89 %

실시예 6 - 선태식물(Briophyte)로부터의 성형 물품

수분 함량이 대략 96 wt%인 신선한 이끼를 100 ℃에서 120 분 동안 가열한 다음, 원하는 최종 형상을 갖는 금속 용기에 넣고, 데시케이터에서 50 ℃에서 6시간 동안 건조하였다. 그 결과 생성된 물품은 고체였고, 우수한 점조도(consistency) 및 낮은 경도를 나타냈다.

실시예 7(비교예) - 다양한 온도에서 처리된 상추로부터의 성형 물품

수분 함량이 96 wt%인 신선한 전체 상추를, 표시된 온도[(a) 30 ℃, (b) 40 ℃, (c) 60 ℃, (d) 70 ℃, (e) 80 ℃, (f) 100 ℃]에서, 1 시간 동안, 클라스테인 포트(모델 10031629)를 사용하여, 물에 담근 채로 가열하였다. 그 다음, 이것을, 500 W 사믹 블렌더(Sammic blender)(모델 TR-550BXL)로 분쇄하고, 1400 rpm에서 14 분 동안 원심분리하였다. 그 결과 생성된 덩어리를 수동으로 성형하여 디스크 형상을 만들고, 데시케이터에서 50 ℃에서 24 시간 동안 건조하였다. 그 결과 생성된 디스크는 고체였고, 13%의 수분 함량(Velleman Contact hygrometer model DVM125)을 나타냈다. 표시된 온도에서 얻은 탄성계수, 경도(Agilent Nanoindenter model G200) 및 밀도(비중병)를 아래 표 2에 나타내었다.

온도 (^oC)	탄성계수 (MPa)	경도 (MPa)	밀도 (kg/m³)
(a) 30	-	-	-
(b) 40	158	10	641
(c) 60	102	14	741
(d) 70	1723	159	811
(e) 80	-	-	900
(f) 100	4288	145	1072

30 ℃에서 방법 (a)에 의해 제조된 물품은, 산업용으로 사용하기에 적합한 특성을 나타내지 않았다.

실시예 8 - 다양한 온도에서 처리된 상추

수분 함량이 약 96 wt%인 신선한 상추(전체 식물)를 밀폐 용기(hermetic recipient)에 넣어 (a) 150 ℃, (b) 250 ℃의 온도에서 60분 동안 가열하고, 상업용 대류 오븐에 넣었다. 그 다음, 이것을 500 W Sammic blender model TR-550BXL로 분쇄하고, 1400 rpm에서 원심분리하고, 수동으로 성형하여 디스크 형상을 얻었다. 이 디스크를 데시케이터에서 50 ℃에서 24 시간 동안 건조하였다. 그 결과 생성된 고체 물품은 14%의 수분 함량(Velleman Contact hygrometer model DVM125)을 나타냈다. 그 결과 생성된 물품의 탄성계수 및 경도(Agilent Nanoindenter model G200), 및 밀도(비중병) 값을 아래 표 3에 나타내었다.

온도 (^oC)	탄성계수 (MPa)	경도 (MPa)	밀도 (kg/m³)
(a) 150	1464	110	852
(b) 250	1167	124	700

실시예 9 - 다양한 온도에서 처리된 아티초크(artichoke)로부터의 성형 물품

수분 함량이 대략 72 wt%인 신선한 아티초크(전체 식물)를, 클라스테인 포트(model 10031629)를 사용하여, 물에 잠긴 상태에서, 60분 동안, (a) 60 ℃ 또는 (b) 100 ℃에서, 가열하였다. 그 다음, 이것을 500 W 사믹 블렌더(Sammic blender)(model TR-550BXL)로 분쇄하고, 1400 rpm에서 원심분리하고, 수동으로 성형하여, 디스크 형상을 만들고, 데시케이터에서 50 ℃에서 24 시간 건조하였다. 그 결과 생성된 물품은 고체였고, 10%의 습도(Velleman Contact hygrometer model DVM125), 및 하기 표 4와 같은 비중병으로 측정된 밀도를 나타냈다.

온도 (^oC)	밀도 (kg/m³)
(a) 60	715
(b) 100	708

실시예 10 - 아티초크로부터의 성형 물품

수분 함량이 대략 72 wt%인 신선한 아티초크(전체 식물)를, 클라스테인 포트(model 10031629)를 사용하여, 물에 잠긴 상태에서, 60분 동안, (a) 60 ℃ 또는 (b) 100 ℃에서, 가열하였다. 그 다음, 이것을 500 W 사믹 블렌더(Sammic blender)(model TR-550BXL)로 분쇄하고, 1400 rpm에서 원심분리하고, 체 추출기(sieve extract)를 사용하여 여과하여, (a) 1 mm 미만 크기의 섬유, (b) 1 mm 초과 크기의 섬유, (c) 1 mm 초과 크기의 세척된 섬유를 얻었다. 그 결과 생성된 덩어리를 수동으로 성형하여 디스크 형상을 얻었고, 이것을 데시케이터에서 50 ℃에서 24 시간 동안 건조하였다. 그 결과 생성된 물품은 고체였으며, 12%의 수분 함량(Velleman Contact hygrometer model DVM125), 및 하기 표 5와 같은 밀도(비중병을 사용하여 측정됨; 예 c의 괄호 안의 밀도 값은 중량/치수(weight/dimensions)에 의해 측정됨)를 나타냈다.

섬유 크기	밀도 (kg/m³)
(a) 1 mm 미만	1103
(c) Over 1 mm 초과	694
(c) 세척됨	553 (88)

실시예 11 - 목질(W) 재료 첨가제(셀룰로오스)와 혼합된 비목질(NW) 재료로부터의 성형 물품

수분 함량이 96 wt%인 신선한 전체 상추를 100 ℃에서 60분 동안, 물에 잠긴 상태에서, 클라스테인 포트(Klarstein pot)(model 10031629)를 사용하여, 가열하였다. 그 다음, 이것을 500 W 사믹 블렌더(Sammic blender)(model TR-550BXL)로 분쇄하고, 1400 rpm에서 14분 동안 원심분리하였다. 그 다음, 셀룰로오스 분말(목재로부터 얻음)을 첨가하고, 균질한 덩어리가 얻어질 때까지 혼합하였다. 덩어리를 수동으로 성형하여 디스크 형상을 만들고, 이것을 데시케이터에서 50 ℃에서 24 시간 동안 건조하였다. 비목질(NW)과 목질(W)의 표시된 비율로 제조된 최종 고체 물품은, 14%의 수분 함량(Velleman Contact hygrometer model DVM125), 및 하기 표 6과 같은 밀도(비중병을 사용하여 측정됨) 및 탄성계수 및 경도 값(Agilent Nanoindenter model G200로 측정됨)을 나타냈다.

wt%	탄성계수 (MPa)	경도 (MPa)	밀도 (kg/m³)
(a) 100 % NW	4288	145	1072
(b) 50 % NW/50 %W	1020	81	680
(c) 25 % NW/75 %W	180	6	637

실시예 12 - 여과 단계를 통한 성형 물품 밀도의 변경

수분 함량이 대략 96 wt%인 신선한 상추 줄기를, 클라스테인 포트(model 10031629)를 사용하여, 물에 잠긴 상태에서, 240 분 동안 100 ℃에서 가열하였다. 그 다음, 이것을 500 W 사믹 블렌더(model TR-550BXL)로 분쇄하고, 1400 rpm에서 원심분리하고, 체를 사용하여 여과하여, (a) 크기 1 mm 미만의 재료, (b) 여과되지 않은 재료, (c) 크기 1 mm 초과의 재료, (d) 크기가 1 mm 초과이고 물로 충분히 세척된 재료를 얻었다. 그 다음, 이 재료를 수동으로 성형하여, 디스크 형상을 만들고, 이것을 데시케이터에서 50 ℃에서 24 시간 동안 건조하였다. 그 결과 생성된 고체 물품은 14%의 수분 함량(Velleman Contact hygrometer model DVM125), 및 하기 표 7과 같은 밀도(비중병을 사용하여 측정됨)를 나타냈다.

섬유 크기	밀도 (kg/m³)
(a) 1 mm 미만	1050
(b) 여과되지 않음	767
(c) 1 mm 초과	419
(d) 세척됨	392

실시예 13 - 파인애플 잎으로부터의 성형 물품

수분 함량이 대략 87 wt%인 신선한 파인애플 잎을, 클라스테인 포트(model 10031629)를 사용하여, 물에 잠긴 상태에서, 1 시간 동안 다양한 온도 [(a) 80 ℃, (b) 100 ℃]에서, 가열하였다. 그 다음, 이것을 500 W 사믹 블렌더(model TR-550BXL)로 분쇄하고, 1400 rpm에서 원심분리하고, 수동으로 성형하여, 디스크 형상을 만들고, 이것을 데시케이터에서 50 ℃에서 24 시간 동안 건조하였다. 그 결과 생성된 제품은 고체였으며, 13%의 수분 함량(Velleman Contact hygrometer model DVM125), 및 하기 표 8과 같은 밀도(비중병 측정기를 사용하여 측정됨) 및 탄성계수 및 경도 값(Agilent Nanoindenter model G200으로 측정됨)을 나타냈다.

온도 (^oC)	탄성계수 (MPa)	경도 (MPa)	밀도 (kg/m³)
(a) 80	123	14	804
(b) 100	439	62	772

실시예 14 - 호박과 상추의 혼합물로부터의 성형 물품

수분 함량이 대략 96 wt%인 신선한 호박을, 클라스테인 포트(model 10031629)를 사용하여, 물에 잠긴 상태에서, 60분 동안 100 ℃에서 가열하였다. 그 다음, 이것을 500 W 사믹 블렌더(model TR-550BXL)로 분쇄하고, 1400 rpm에서 원심분리하고, 실시예 12(d)로부터의 상추 섬유와 다음 비율로 혼합했다: (a) 100% 호박, (b) 50% 호박/50% 섬유, (c) 30% 호박/70% 섬유. 그 결과 생성된 덩어리를 수동으로 성형하여 디스크 형상을 만들고, 이것을 데시케이터에서 50 ℃에서 24 시간 동안 건조하였다. 그 결과 생성된 물품은, 수분 함량이 12% 내지 15%(Velleman Contact hygrometer model DVM125)이고 밀도(비중병을 사용하여 측정됨)가 하기 표 9와 같은 고체였다.

샘플	밀도 (kg/m³)
(a)	1235
(b)	753
(c)	643

실시예 15 - 목질 식물로부터의 비목질 재료로부터의 성형 물품

수분 함량이 대략 84%인 신선한 사과를, 클라스테인 포트(model 10031629)를 사용하여, 물에 잠긴 상태에서, 1시간 동안 100 ℃에서 가열하였다. 그 다음, 이것을 500 W 사믹 블렌더(model TR-550BXL)로 분쇄하고, 1400 rpm에서 원심분리하고, 수동으로 성형하여 디스크 형상을 만들었고, 이것을 데시케이터에서 50 ℃에서 24 시간 동안 건조하였다. 그 결과 생성된 물품은 고체였으며, 16%의 수분 함량(Velleman Contact hygrometer model DVM125) 및 1018 kg/m³의 밀도(비중병을 사용하여 측정됨)를 나타냈다.

실시예 16 - 목질 식물로부터의 비목질 재료로부터의 성형 물품

수분 함량이 대략 84 wt%인 신선한 사과를, 클라스테인 포트(model 10031629)를 사용하여, 물에 잠긴 상태에서, 1시간 동안 100 ℃에서 가열하였다. 그 다음, 이것을 500 W 사믹 블렌더(model TR-550BXL)로 분쇄하고, 1400 rpm에서 원심분리하고, 실시예 10(c)의 섬유와 혼합하고, 수동으로 성형하여 디스크 형상을 만들고, 데시케이터에서 50 ℃에서 24 시간 동안 건조하였다. 그 결과 생성된 제품은 고체였으며, 11 wt%의 수분 함량(Velleman Contact hygrometer model DVM125) 및 679 kg/m³의 밀도(비중병 측정기를 사용하여 측정됨)를 나타냈다.

실시예 17 - 다양한 온도에서 처리된 셀러리로 제조된 성형 물품

수분 함량이 대략 95 wt%인 신선한 셀러리를, 클라스테인 포트(model 10031629)를 사용하여, 물에 잠긴 상태에서, 1시간 동안, 다음 온도에서 가열하였다: (a)60 ℃, (b)80 ℃, (c)100 ℃. 그 다음, 이것을 500 W 사믹 블렌더(model TR-550BXL)로 분쇄하고, 1400 rpm에서 원심 분리하고, 수동으로 성형하여 디스크 형상으로 만든 다음, 데시케이터에서 50 ℃에서 24 시간 동안 건조하였다. 그 결과 생성된 제품은 15%의 수분 함량(Velleman Contact hygrometer model DVM125) 및 하기 표 10과 같은 밀도(비중병 측정기를 사용하여 측정됨) 및 탄성계수 및 경도 값(Agilent Nanoindenter model G200으로 측정됨)을 갖는 고체였다.

온도 (^oC)	탄성계수 (MPa)	경도 (MPa)	밀도 (kg/m³)
(a) 60	906	102	950
(b) 80	1051	87	1042
(c) 100	3853	166	1050

실시예 18 - 콜리플라워(cauliflower)로부터의 성형 물품

수분 함량이 대략 92 wt%인 콜리플라워로부터의 신선한 흰색 부분을, 클라스테인 포트(model 10031629)를 사용하여, 물에 잠긴 상태에서, 1시간 동안 100 ℃에서 가열하고, 500 W 사믹 블렌더(model TR-550BXL)로 분쇄하고, 1400 rpm에서 원심분리하고, 수동으로 성형하여 디스크 형상을 만들고, 데시케이터에서 50 ℃에서 24 시간 동안 건조하였다. 그 결과 생성된 물품은 수분 함량이 13%(Velleman Contact hygrometer model DVM125), 탄성계수가 3107 MPa(Agilent Nanoindenter model G200), 경도가 123 MPa(Agilent Nanoindenter model G200), 밀도가 1051 kg/m³(비중병을 사용하여 측정됨)인 고체였다.

실시예 19 - 잔디(grass)로부터의 성형 물품

수분 함량이 대략 84 wt%인 원예 폐기물로부터의 신선한 잔디를, 클라스테인 포트(model 10031629)를 사용하여, 물에 잠긴 상태에서, 1시간 동안 100 ℃에서 가열하였다. 그 다음, 이것을 500 W 사믹 블렌더(model TR-550BXL)로 분쇄하고, 1400 rpm에서 원심분리하고, 실시예 10(c)의 섬유와 혼합하고, 수동으로 성형하여 디스크 형상을 만들고, 데시케이터에서 50 ℃에서 24 시간 동안 건조하였다. 그 결과 생성된 물품은 고체였고, 우수한 점조도(consistency) 및 낮은 밀도를 나타냈다.

실시예 20(비교예) - 짚으로부터의 성형 물품

수분 함량이 대략 12 wt%이고 리그닌 함량이 대략 21 wt%인 말린 짚을, 클라스테인 포트(model 10031629)를 사용하여, 물에 잠긴 상태에서, 100 ℃에서 1시간 동안 가열하였다. 그 다음, 이것을 500 W 사믹 블렌더(model TR-550BXL)로 분쇄하고, 1400 rpm에서 원심분리하고, 수동으로 성형하여 디스크 형상으로 만들고, 데시케이터에서 50 ℃에서 24 시간 동안 건조하였다. 그렇게 제조된 물품은 산업에서 사용하기에 적합할 만큼 고체가 아니었고 또한 그 정도의 점조도를 갖지 않았다.

실시예 21 - 본 발명의 성형 물품의 재처리(reprocessing)

실시예 7의 방법에 따라 신선한 전체 상추로부터, 가열 단계에서 100 ℃의 온도를 사용하여, 만들어진 성형 물품을, 적어도 3:1의 물:건조 덩어리(dried mass) 질량 비율이 되도록 물로 재수화하고, 1400 rpm에서 원심분리하고, 수동으로 성형하여 디스크 형상으로 만들고, 데시케이터에서 50 ℃에서 24 시간 동안 건조하였다. 최종 고체 물품은 13%의 수분 함량(Velleman Contact hygrometer model DVM125), 2437 MPa의 탄성계수(Agilent Nanoindenter model G200) 및 153 MPa의 경도(Agilent Nanoindenter model G200)를 나타냈다.

실시예 22 - 제조된 성형 물품의 특성분석

- 단계 (b) 온도 파라미터로부터 최종 제품 경도, 탄성계수 및 밀도 의존성.

실시예 7 및 8로부터의 값을 취함.

실시예	7(a)	7(b)	7(c)	7(d)	7(e)	7(f)	8(a)	8(b)
온도 (^oC)	30	40	60	70	80	100	150	250
경도 (MPa)	14	10	14	159	X	145	110	124
탄성계수 (MPa)	178	158	102	1723	X	4288	1464	1167
밀도 (kg/m³)	309	641	741	811	900	1072	852	700

- 경도 범위

다양한 실시예로부터의 경도 값은 6 MPa 내지 166 MPa의 연속 범위를 나타낸다.

실시예	11(c)	13(b)	8(a)	17(c)
경도 (MPa)	6	62	110	166

- 밀도 범위

다양한 실시예로부터의 밀도 값은 419 kg/m³ 내지 1359 kg/m³의 연속 범위를 나타낸다.

실시예	12(c)	10(b)	19	2
밀도 (kg/m³)	419	694	1051	1359

- 탄성계수 범위

다양한 실시예로부터의 탄성계수 값은 123 MPa 내지 4288 MPa의 연속 범위를 나타낸다.

실시예	13(a)	17(a)	17(c)	7(f)
탄성계수 (MPa)	123	906	3107	4288

항목들

항목 1. 비목질 식물 재료를 포함하는 고체 성형 물품(solid molded article)의 제조 방법으로서, 다음 단계들을 포함하는 제조 방법:

(a) 20 wt% 내지 99 wt%의 수분 함량을 갖는 하나 이상의 신선한 비목질 식물 재료들을 제공하는 단계;

(b) 상기 신선한 비목질 식물 재료를 40 ℃ 내지 250 ℃의 온도 및 40 KPa 내지 750 KPa의 압력에서 가열하는 단계로서, 상기 신선한 비목질 식물 재료의 수분 함량을 20 wt% 이상으로 유지하는 단계;

(c) 단계 (b)에서 얻어진 가열된 재료를 성형하는 단계; 및

(d) 단계 (c)에서 얻어진 성형된 재료를 건조하는 단계.

항목 2. 항목 1에 있어서, 비목질 식물 재료를 포함하는 상기 고체 성형 물품은 다음 특성들 중 하나 이상을 갖는, 제조 방법:

i) 100 kg/m³ 내지 2000 kg/m³ 범위의, 비중병을 사용하여 측정된 밀도;

ii) 6 MPa 내지 250 MPa 범위의, 나노인덴터(nanoindenter)를 사용하여 측정된 강도; 및

iii) 50 MPa 내지 7 GPa 범위의, 나노인덴터를 사용하여 측정된 탄성.

항목 3. 항목 1 또는 2에 있어서, 단계 (a)의 상기 하나 이상의 신선한 비목질 식물 재료는 20 wt% 이하의 리그닌 함량을 갖는, 제조 방법.

항목 4. 항목 1 내지 3 중 어느 한 항목에 있어서, 단계 (a)의 상기 신선한 비목질 식물 재료의 수분 함량은 40 wt% 내지 99 wt%인, 제조 방법.

항목 5. 항목 1 내지 4 중 어느 한 항목에 있어서, 단계 (a)의 상기 신선한 비목질 식물 재료는 농산물(agricultural product) 또는 농업 부산물(agricultural by-product)인, 제조 방법.

항목 6. 항목 1 내지 5 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 신선한 비목질 식물 재료는 선태식물, 속씨식물 및 비목질 겉씨식물로부터 선택된 군에 속하는 식물로부터 유래된 것인, 제조 방법.

항목 7. 항목 1 내지 6 중 어느 한 항목에 있어서, 단계 (b)는 물의 첨가 없이 수행되는, 제조 방법.

항목 8. 항목 1 내지 7 중 어느 한 항목에 있어서, 단계 (b)는 70 ℃ 내지 120 ℃의 온도에서 수행되는, 제조 방법.

항목 9. 항목 1 내지 8 중 어느 한 항목에 있어서, 단계 (b)는 0.5 시간 내지 4 시간의 시간 기간 동안 수행되는, 제조 방법.

항목 10. 항목 1 내지 9 중 어느 한 항목에 있어서, 가열 단계 (b) 후의 상기 비목질 식물 재료는 다음 특성들 중 하나 이상을 갖는, 제조 방법:

i) 20 wt% 내지 99 wt% 범위의 수분 함량;

ii) 20 °SR 내지 100 °SR 범위의, 쇼퍼-리글러(Schopper-Riegler) 방법에 의해 측정된 탈수 값(dewatering value); 및

iii) 0.001 Pa·s 내지 15 Pa·s 범위의, 브룩필드(Brookfield) 방법에 의해 측정된 점도.

항목 11. 항목 1 내지 10 중 어느 한 항목에 있어서, 단계 (a) 이후 및 단계 (b) 이전, 또는 대안적으로, 단계 (b) 이후 및 단계 (c) 이전에, 절단 단계(cutting step)를 더 포함하는 제조 방법.

항목 12. 항목 1 내지 11 중 어느 한 항목에 있어서, 단계 (b) 이후 및 단계 (c) 이전에, 상기 신선한 비목질 식물 재료를 목질 식물 재료와 혼합하거나, 또는 대안적으로, 하나 이상의 첨가제들과 혼합하는 단계를 더 포함하는 제조 방법.

항목 13. 항목 1 내지 12 중 어느 한 항목에 있어서, 상기 제조 방법은 단계 (c) 이후 및 단계 (d) 이전에 예비 건조 단계를 더 포함하고, 여기서 상기 성형된 재료의 수분 함량은 40 wt% 이하의 값으로 감소되는, 제조 방법.

항목 14. 항목 1 내지 13 중 어느 한 항목에 있어서, 단계 (d) 이후에, 다음 단계들을 포함하는 공정에 의해, 비목질 식물 재료를 포함하는 상기 고체 성형 물품을 1회 이상 재처리(reprocessing)하여 재처리된 고체 성형 물품을 얻는 단계를 더 포함하는 제조 방법:

(e) 상기 고체 성형 물품을 재수화(rehydrating)하여 재수화된 재료를 얻는 단계;

(f) 단계 (e)에서 얻어진 상기 재수화된 재료를 성형하는 단계; 및

(g) 단계 (f)의 성형된 재료를 건조하는 단계.

항목 15. 항목 1 내지 14 중 어느 한 항목에서 정의된 방법에 의해 얻을 수 있는 고체 성형 물품.

Claims

비목질 식물의 전체 또는 부분이거나 또는 목질 식물의 비목질 부분인 비목질 식물 재료(non-wood plant material)를 포함하는 고체 성형 물품(solid molded article)의 제조 방법으로서, 다음 단계들을 포함하는 제조 방법:
(a) 하나 이상의 신선한 비목질 식물 재료들을 제공하는 단계로서, 상기 신선한 비목질 식물 재료들은 상기 신선한 비목질 식물 재료의 총 중량을 기준으로 하여 20 wt% 내지 99 wt%의 수분 함량을 갖고, 상기 신선한 비목질 식물 재료는 수확 후 건조에 의해 보존(preserved)되지 않은 식물 재료인, 단계;
(b) 상기 신선한 비목질 식물 재료를 60 ℃ 내지 140 ℃의 온도 및 40 KPa 내지 750 KPa의 압력에서 적어도 0.5 시간 동안 가열하되, 상기 신선한 비목질 식물 재료의 수분 함량을 20 wt% 이상으로 유지하는 단계;
(c) 단계 (b)에서 얻어진 가열된 재료를 성형하는 단계; 및
(d) 단계 (c)에서 얻어진 성형된 재료를 건조하는 단계.
제 1 항에 있어서, 비목질 식물 재료를 포함하는 상기 고체 성형 물품은 다음 특성들 중 하나 이상을 갖는, 제조 방법:
i) 100 kg/m³ 내지 2000 kg/m³ 범위의, 비중병(pycnometer)을 사용하여 측정된 밀도;
ii) 6 MPa 내지 250 MPa 범위의, 나노인덴터(nanoindenter)를 사용하여 측정된 강도; 및
iii) 50 MPa 내지 7 GPa 범위의, 나노인덴터를 사용하여 측정된 탄성.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 단계 (a)의 상기 하나 이상의 신선한 비목질 식물 재료는 20 wt% 이하의 리그닌 함량을 갖는, 제조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (a)의 상기 신선한 비목질 식물 재료의 수분 함량은 40 wt% 내지 99 wt%인, 제조 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (a)의 상기 신선한 비목질 식물 재료는 농산물(agricultural product) 또는 농업 부산물(agricultural by-product)인, 제조 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 신선한 비목질 식물 재료는 선태식물, 속씨식물 및 비목질 겉씨식물로부터 선택된 군에 속하는 식물로부터 유래된 것인, 제조 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (b)는 물의 첨가 없이 수행되는, 제조 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (b)는 70 ℃ 내지 120 ℃의 온도에서 수행되는, 제조 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (b)는 0.5 시간 내지 4 시간의 시간 기간 동안 수행되는, 제조 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 가열 단계 (b) 후의 상기 신선한 비목질 식물 재료는 다음 특성들 중 하나 이상을 갖는, 제조 방법:
i) 20 wt% 내지 99 wt% 범위의 수분 함량;
ii) 20 °SR 내지 100 °SR 범위의, 쇼퍼-리글러(Schopper-Riegler) 방법에 의해 측정된 탈수 값(dewatering value); 및
iii) 0.001 Pa·s 내지 15 Pa·s 범위의, 브룩필드(Brookfield) 방법에 의해 측정된 점도.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (a) 이후 및 단계 (b) 이전, 또는 대안적으로, 단계 (b) 이후 및 단계 (c) 이전에, 절단 단계(cutting step)를 더 포함하는 제조 방법.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (b) 이후 및 단계 (c) 이전에, 상기 신선한 비목질 식물 재료를 목질 식물 재료와 혼합하거나, 또는 대안적으로, 하나 이상의 첨가제들과 혼합하는 단계를 더 포함하는 제조 방법.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제조 방법은 단계 (c) 이후 및 단계 (d) 이전에 예비 건조 단계를 더 포함하고, 여기서 상기 성형된 재료의 수분 함량은 40 wt% 이하의 값으로 감소되는, 제조 방법.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (d) 이후에, 다음 단계들을 포함하는 공정에 의해, 비목질 식물 재료를 포함하는 상기 고체 성형 물품을 1회 이상 재처리(reprocessing)하여 재처리된 고체 성형 물품을 얻는 단계를 더 포함하는 제조 방법:
(e) 상기 고체 성형 물품을 재수화(rehydrating)하여 재수화된 재료를 얻는 단계;
(f) 단계 (e)에서 얻어진 상기 재수화된 재료를 성형하는 단계; 및
(g) 단계 (f)의 성형된 재료를 건조하는 단계.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 정의된 방법에 의해 얻을 수 있는 고체 성형 물품.