KR20240067987A - 비정질 바이오충전제를 포함하는 용융-가공성 셀룰로오스 아세테이트 조성물을 포함하는 물품 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 2 내지 6의 분지화도를 갖는 전분을 포함하는 셀룰로오스 에스터 조성물을 개시한다. 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은, 더 낮은 분지화도를 갖는 셀룰로오스 에스터 조성물에 비해 개선된 산업적 퇴비화능(compostability) 및 더 높은 열 변형 온도(heat deflection temperature)를 나타낸다.

Description

비정질 바이오충전제를 포함하는 용융-가공성 셀룰로오스 아세테이트 조성물을 포함하는 물품

본 발명은, 비정질 바이오충전제(biofiller)를 포함하는 용융-가공성(melt processable) 셀룰로오스 아세테이트 조성물을 포함하는 물품에 관한 것이다.

폐기물 처리, 특히, 허용가능한 시간적 한계 내에서 생분해성으로 간주되지 않는 큰 부피의 소비재(예컨대, 플라스틱 또는 중합체)와 관련된 널리 공지된 전세계적 문제가 존재한다. 순환 또는 매립되는 폐기물의 양을 재활용하거나, 재사용하거나 또는 달리 줄이는 것을 통해, 이러한 유형의 폐기물을 재생 제품 내에 혼입하고자 하는 대중적 바람이 있다. 이는 일회용 플라스틱 물품/재료의 경우에 특히 그렇다.

일회용 플라스틱(예컨대, 빨대, 테이크아웃 컵, 및 비닐봉지)의 환경적 운명에 대한 소비자 심리가 세계적인 추세가 되면서, 선진국과 개발도상국 둘 다에서 전세계적으로 플라스틱 사용 금지가 고려/제정되고 있다. 예를 들어, 미국에서만 금지 조치가 비닐 쇼핑백에서 빨대, 커트러리(cutlery), 클램쉘(clamshell) 포장으로 확대되었다. 다른 국가에서는 훨씬 더 극단적인 조치를 취하였다(예를 들어, 10개의 일회용품 목록을 금지하거나 또는 사용을 제한하거나 또는 EU 전역에서 생산자 책임을 확대하는 것을 의무화할 예정임). 결과적으로, 업계 리더, 브랜드 소유자 및 소매업체는 향후 몇 년 내에, 재활용가능, 재사용가능 또는 퇴비화가능 포장재를 구현하겠다는 야심찬 약속을 하였다. 재활용가능 물질은 일부 용도에는 바람직하지만, 다른 용도(예를 들어, 물품이 식품으로 오염된 경우 또는 부적절한 폐기물 관리 시스템으로 인해 환경으로의 높은 누출 수준이 존재하는 경우)에는, 퇴비화가능 및/또는 생분해가능 물질이 더 잘 맞는다.

일회용 플라스틱 물품은 음식 서비스에 자주 사용되며, 음식을 보관하거나 제공하기 위해 한 번만 사용되는 것으로 의도되고, 그 후에는 상기 물품이 폐기된다. 이러한 물품이 지속되는 것을 방지하려면, 물품이 분해되고 생분해되는 것이 바람직하며, 더 두꺼운 부품(예컨대, 컵 테두리(rim) 또는 조리도구(utensil))에서도 마찬가지이다. 퇴비에서의 분해는, 이러한 일회용 플라스틱 물품을 매립지로부터 전용하는(re-direct) 수명 말기의 운명이다. 일회용 플라스틱 물품은 5 mil 미만(예컨대, 빨대) 내지 100 mil 이상(예컨대, 조리도구)의 두께 범위일 수 있다. 몇몇 물질의 경우, 퇴비에서의 분해는 물품 두께에 비례한다(즉, 더 두꺼운 제품은 분해하는 데 더 오랜 시간이 걸리거나, 퇴비화 주기의 표준 시간 내에 분해되지 않을 수 있음).

심지어 물품의 두께가 30 mil 이상인 경우에도 퇴비에서 분해되도록 제형화된 바이오-기반 물질로 제조된 물품을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 물품의 외관은 용도에 적합해야 한다(색상이 어둡지 않고 불투명하지 않아야 함).

따라서, 의도된 용도에 적절한 성능 특성을 갖고 퇴비화가능 및/또는 생분해가능한 일회용 소비재에 대한 시장의 요구가 존재한다.

이러한 특성을 갖고 또한 상당한 함량의 재생가능, 재활용된 및/또는 재사용된 물질을 갖는 제품을 제공하는 것이 유익할 것이다.

본 출원인은, 고도로 분지화된 전분을 포함하는 셀룰로오스 에스터 조성물이, 더 낮은 분지화도를 갖는 전분을 갖는 셀룰로오스 에스터 조성물에 비해 개선된 산업적 퇴비화능(compostability)을 나타냄을 발견하였다.

본 발명은, 적어도 하나의 생분해성 셀룰로오스 에스터, 적어도 하나의 가소제, 및 적어도 하나의 분지형의 비정질 바이오충전제를 포함하는 셀룰로오스 에스터 조성물을 개시하며, 상기 바이오충전제는 2 내지 6의 분지화도를 갖고, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은 50% 이상의 분해율(disintegratable rate)을 가진다.

본 발명의 또 다른 실시양태에서, 셀룰로오스 에스터 조성물의 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은, 적어도 하나의 생분해성 셀룰로오스 에스터, 적어도 하나의 가소제 및 적어도 하나의 분지형의 비정질 바이오충전제를 접촉시키는 단계를 포함하고, 상기 바이오충전제는 2 내지 6의 분지화도를 갖고, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은 50% 이상의 분해율을 가진다.

본 발명의 또 다른 실시양태에서, 용융-가공성 셀룰로오스 에스터 조성물을 포함하는 물품이 제공되며, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은 적어도 하나의 생분해성 셀룰로오스 에스터, 적어도 하나의 가소제, 및 적어도 하나의 분지형의 비정질 바이오충전제를 포함하고, 상기 바이오충전제는 2 내지 6의 분지화도를 갖고, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은 50% 이상의 분해율을 가진다.

본 발명에서는, 적어도 하나의 생분해성 셀룰로오스 에스터, 적어도 하나의 가소제, 및 적어도 하나의 분지형의 비정질 바이오충전제를 포함하는 용융-가공성 셀룰로오스 에스터 조성물이 제공되며, 상기 바이오충전제는 2 내지 6의 분지화도를 갖고, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은 50% 이상의 분해율을 가진다. 분해율을 결정하기 위한 시험 방법은 본원에서 후속적으로 제공된다.

셀룰로오스 에스터

본 발명에 사용되는 셀룰로오스 에스터는 당분야에 공지된 임의의 것일 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 셀룰로오스 에스터는 일반적으로 하기 구조의 반복 단위를 포함한다:

상기 식에서, R¹, R², 및 R³은 수소, 아세틸, 프로필 및 부틸로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다. 셀룰로오스 에스터의 치환 수준은 일반적으로, 무수 글루코스 단위(anhydroglucose unit, AGU)당 비-OH 치환기의 평균 개수인 치환도(degree of substitution, DS) 면에서 표현된다. 일반적으로, 통상적인 셀룰로오스는, 각각의 AGU 단위에 치환될 수 있는 3개의 하이드록실 기를 포함하며, 따라서 DS는 0 내지 3의 값을 가질 수 있다. 천연 셀룰로오스는 심지어 펄프화 및 정제 후에도 250 내지 5,000의 중합도를 갖는 거대 다당류이며, 따라서 최대 DS가 3.0이라는 가정은 대략 정확하다. DS는 통계적 평균값이므로, 값이 1이라고 해서 모든 AGU가 단일 치환기를 가짐을 보장하지는 않는다. 몇몇 경우, 비치환된 무수 글루코스 단위가 존재할 수 있으며, 일부는 2개, 일부는 3개의 치환기를 갖고, 전형적으로 상기 값은 정수가 아닐 것이다. "총 DS"는, 무수 글루코스 단위당 모든 치환기의 평균 개수로 정의된다. AGU당 치환도는 또한, 특정 치환기(예컨대, 하이드록실 또는 아세틸)를 지칭할 수 있다. 실시양태들에서, n은 25 내지 250, 25 내지 200, 25 내지 150, 25 내지 100, 또는 25 내지 75 범위의 정수이다.

본 발명의 실시양태에서, 상기 셀룰로오스 에스터는 2개 이상의 무수 글루코스 고리를 가지며, 50개 이상 5,000개 이하의 무수 글루코스 고리, 또는 50개 이상 150개 미만의 무수 글루코스 고리를 가질 수 있다. 분자당 무수 글루코스 단위의 개수는 셀룰로오스 에스터의 중합도(DP)로 정의된다. 실시양태들에서, 상기 셀룰로오스 에스터는, 페놀/테트라클로로에탄의 60/40(중량비) 용액 100 mL 중의 0.25 g 샘플에 대해 25℃의 온도에서 측정시, 약 0.2 내지 약 3.0 dL/g, 또는 약 0.5 내지 약 1.8 dL/g, 또는 약 1 내지 약 1.5 dL/g의 내재 점도(inherent viscosity, IV)를 가질 수 있다. 실시양태들에서, 본원에 유용한 셀룰로오스 에스터는 약 1 내지 약 2.5, 또는 1 내지 2.2 미만, 또는 1 내지 1.5 미만의 DS/AGU를 가질 수 있고, 치환 에스터는 아세틸이다.

셀룰로오스 에스터는 당분야에 공지된 임의의 방법에 의해 제조될 수 있다. 셀룰로오스 에스터를 제조하는 방법의 예는 문헌[Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 5th Edition, Vol. 5, Wiley-Interscience, New York (2004), pp. 394-444]에 교시되어 있다. 셀룰로오스 에스터를 제조하기 위한 출발 물질인 셀룰로오스는 다양한 등급과 공급원(예컨대, 특히, 면 린터, 침엽수 펄프, 활엽수 펄프, 옥수수 섬유 및 기타 농업적 공급원, 및 세균 셀룰로오스)으로부터 수득될 수 있다.

셀룰로오스 에스터를 제조하는 한 가지 방법은, 셀룰로오스를 적절한 유기산, 산 무수물 및 촉매와 혼합함으로써 셀룰로오스를 에스터화하는 것이다. 이어서, 셀룰로오스를 셀룰로오스 트라이에스터로 전환시킨다. 이어서, 셀룰로오스 트라이에스터에 물-산 혼합물을 첨가함으로써 에스터 가수분해를 수행하며, 이어서 이를 여과하여 임의의 겔 입자 또는 섬유를 제거할 수 있다. 이어서, 상기 혼합물에 물을 첨가하여 셀룰로오스 에스터를 침전시킨다. 이어서, 상기 셀룰로오스 에스터를 물로 세척하여 반응 부산물을 제거하고, 이어서 탈수 및 건조시킬 수 있다.

가수분해될 셀룰로오스 트라이에스터는 3개의 아세틸 치환기를 가질 수 있다. 이들 셀룰로오스 에스터는 당업자에게 공지된 다수의 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 상기 셀룰로오스 에스터는 촉매(예컨대, H₂SO₄)의 존재 하에 카복실산과 무수물의 혼합물 중에서 셀룰로오스를 불균일 아실화함으로써 제조될 수 있다. 셀룰로오스 트라이에스터는 또한 적절한 용매(예컨대, LiCl/DMAc 또는 LiCl/NMP)에 용해된 셀룰로오스를 균일하게 아실화함으로써 제조될 수 있다.

당업자는, 셀룰로오스 트라이에스터의 상업적 용어가, 아실 기로 완전히 비치환된 셀룰로오스 에스터도 포함함을 이해할 것이다. 예를 들어, 미국 테네시주 킹스포트 소재의 이스트만 케미칼 컴파니(Eastman Chemical Company)로부터 시판되는 셀룰로오스 트라이아세테이트는 일반적으로 약 2.85 내지 약 2.99의 DS를 가진다.

셀룰로오스를 트라이에스터로 에스터화한 후, 가수분해 또는 알코올분해에 의해 아실 치환기의 일부를 제거하여 2급 셀룰로오스 에스터를 수득할 수 있다. 전술된 바와 같이, 사용된 특정 방법에 따라, 아실 치환기의 분포는 무작위일 수 있거나 무작위가 아닐 수 있다. 2급 셀룰로오스 에스터는 또한, 제한된 양의 아실화 시약을 사용함으로써 가수분해 없이 직접 제조할 수 있다. 이러한 방법은, 셀룰로오스를 용해시키는 용매에서 반응을 수행할 때 특히 유용하다. 이들 방법 모두가 본 발명에 유용한 셀룰로오스 에스터를 제공한다.

하나의 실시양태에서 또는 임의의 언급된 실시양태와의 조합으로, 상기 셀룰로오스 아세테이트는, ASTM D6474에 따라, 용매로서의 NMP 및 폴리스타이렌 등가 수평균 분자량(M_n)을 사용하여 겔 투과 크로마토그래피(GPC)로 측정시, 약 10,000 내지 약 100,000의 폴리스타이렌 등가 수평균 분자량을 갖는 셀룰로오스 다이아세테이트이다. 실시양태들에서, 상기 셀룰로오스 아세테이트 조성물은, ASTM D6474에 따라, NMP를 용매로 사용하여 겔 투과 크로마토그래피(GPC)로 측정시, 10,000 내지 90,000; 또는 10,000 내지 80,000; 또는 10,000 내지 70,000; 또는 10,000 내지 60,000; 또는 10,000 내지 60,000 미만; 또는 10,000 내지상 55,000 미만; 또는 10,000 내지 50,000; 또는 10,000 내지 50,000 미만; 또는 10,000 내지 45,000 미만; 또는 10,000 내지 40,000; 또는 10,000 내지 30,000; 또는 20,000 내지 60,000 미만; 또는 20,000 내지 55,000 미만; 또는 20,000 내지 50,000; 또는 20,000 내지 50,000 미만; 또는 20,000 내지 45,000 미만; 또는 20,000 내지 40,000; 또는 20,000 내지 35,000; 또는 20,000 내지 30,000; 또는 30,000 내지 60,000 미만; 또는 30,000 내지 55,000 미만; 또는 30,000 내지 50,000; 또는 30,000 내지 50,000 미만; 또는 30,000 내지 45,000 미만; 또는 30,000 내지 40,000; 또는 30,000 내지 35,000의 폴리스타이렌 등가 수평균 분자량(M_n)을 갖는 셀룰로오스 다이아세테이트를 포함한다.

가장 통상적인 상업용 2급 셀룰로오스 에스터는, 셀룰로오스의 초기 산-촉진된 불균일 아실화에 의해 셀룰로오스 트라이에스터를 형성함으로써 제조된다. 셀룰로오스 트라이에스터의 대응 카복실산 중의 균질 용액을 수득한 후, 목적하는 치환도가 수득될 때까지 셀룰로오스 트라이에스터를 가수분해한다. 단리 후, 무작위 2급 셀룰로오스 에스터가 수득된다. 즉, 각각의 하이드록실의 상대 치환도(RDS)는 대략 동일한다.

본 발명에 유용한 셀룰로오스 에스터는 당분야에 공지된 기술을 사용하여 제조될 수 있고, 다양한 유형의 셀룰로오스 에스터, 예를 들어 미국 테네시주 킹스포트 소재의 이스트만 케미칼 컴파니로부터 수득할 수 있는 셀룰로오스 에스터, 예를 들어, 이스트만(Eastman)(상표명) 셀룰로오스 아세테이트 CA 398-30 및 이스트만(상표명) 셀룰로오스 아세테이트 CA 398-10, 이스트만(상표명) CAP 485-20 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트; 및 이스트만(상표명) CAB 381-2 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트로부터 선택될 수 있다.

본 발명의 실시양태에서, 상기 셀룰로오스 에스터는, 재활용 물질(예를 들어, 재활용 플라스틱 함량 합성가스(recycled plastic content syngas) 공급원)으로부터 수득된 반응물을 사용하여 셀룰로오스를 셀룰로오스 에스터로 전환시킴으로써 제조될 수 있다. 실시양태들에서, 이러한 반응물은, 예를 들어, 본원에 논의된 바와 같이, 셀룰로오스의 에스터화 또는 아실화 반응에 사용되는 유기산 및/또는 산 무수물을 포함하는 셀룰로오스 반응물일 수 있다.

본 발명의 하나의 실시양태에서 또는 임의의 언급된 실시양태와의 조합으로, 적어도 하나의 재활용 셀룰로오스 에스터를 포함하는 셀룰로오스 에스터 조성물이 제공되며, 여기서 상기 셀룰로오스 에스터는, 재활용 함량 물질(예컨대, 재활용 플라스틱 함량 합성가스)로부터 유도된 무수 글루코스 단위(AU) 상에 하나 이상의 치환기를 가진다.

가소제

실시양태들에서, 상기 용융-가공성 및 생분해성 셀룰로오스 에스터 조성물은 적어도 하나의 가소제를 포함할 수 있다. 가소제는 셀룰로오스 에스터의 용융 온도, T_g 및/또는 용융 점도를 감소시킨다. 셀룰로오스 에스터용 가소제는 글리세롤 트라이아세테이트(트라이아세틴), 글리세롤 다이아세테이트, 다이부틸 테레프탈레이트, 다이메틸 프탈레이트, 다이에틸 프탈레이트, 폴리(에틸렌 글리콜)(MW 200 내지 600), 트라이에틸렌 글리콜 다이프로피오네이트, 1,2-에폭시프로필페닐 에틸렌 글리콜, 1,2-에폭시프로필(m-크레실) 에틸렌 글리콜, 1,2-에폭시프로필(o-크레실) 에틸렌 글리콜, β-옥시에틸 사이클로헥센카복실레이트, 비스(사이클로헥사네이트) 다이에틸렌 글리콜, 트라이에틸 시트레이트, 폴리에틸렌 글리콜, 벤조플렉스(Benzoflex), 프로필렌 글리콜, 폴리소르베이트, 수크로스 옥타아세테이트, 아세틸화된 트라이에틸 시트레이트, 아세틸 트라이부틸 시트레이트, 애드멕스(Admex), 트라이프로피오닌, 스칸디플렉스(Scandiflex), 폴록사머 공중합체, 폴리에틸렌 글리콜 석시네이트, 다이이소부틸 아디페이트, 폴리비닐 피롤리돈 및 글리콜 트라이벤조에이트, 트라이에틸 시트레이트, 아세틸 트라이에틸 시트레이트, 폴리에틸렌 글리콜, 벤조에이트-함유 가소제, 예컨대 벤조플렉스(상표명) 가소제 시리즈, 폴리(알킬 석시네이트), 예컨대 폴리(부틸 석시네이트), 폴리에터설폰, 아디페이트계 가소제, 대두유 에폭사이드, 예컨대 파라플렉스(Paraplex)(상표명) 가소제 시리즈, 수크로스계 가소제, 다이부틸 세바케이트, 트라이부티린, 트라이프로피오닌, 수크로스 아세테이트 이소부티레이트, 레소플렉스(Resoflex)(상표명) 시리즈 가소제, 트라이페닐 포스페이트, 글리콜레이트, 메톡시 폴리에틸렌 글리콜, 2,2,4-트라이메틸펜탄-1,3-다이일 비스(2-메틸프로파노에이트) 및 폴리카프로락톤을 포함할 수 있다.

실시양태들에서, 상기 가소제는 식품-적합성(food-compliant) 가소제이다. "식품-적합성"이란, 적용가능한 식품 첨가제 및/또는 식품 접촉 규정을 준수함을 의미하며, 이러한 가소제는 적어도 하나의 (국가 또는 지역) 식품 안전 규제 기관(또는 조직)에 의해 사용이 허가되거나 안전한 것으로 인정된다(예를 들어, 21 CFR 식품 첨가제 규정에 열거된 것 또는 다르게는 미국 FDA에 의해 일반적으로 안전하다고 인정되는 것(GRAS)). 실시양태들에서, 식품-적합성 가소제는 약 200 내지 약 600의 분자량을 갖는 트라이아세틴 또는 폴리에틸렌 글리콜(PEG)이다. 실시양태들에서, 고려될 수 있는 식품-적합성 가소제의 예는 트라이아세틴, 트라이에틸 시트레이트, 폴리에틸렌 글리콜, 벤조플렉스, 프로필렌 글리콜, 폴리소르베이트, 수크로스 옥타아세테이트, 아세틸화된 트라이에틸 시트레이트, 아세틸 트라이부틸 시트레이트, 애드멕스, 트라이프로피오닌, 스칸디플렉스, 폴록사머 공중합체, 폴리에틸렌 글리콜 석시네이트, 다이이소부틸 아디페이트, 폴리비닐 피롤리돈 및 글리콜 트라이벤조에이트를 포함할 수 있다.

실시양태들에서, 상기 가소제는, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물이 통상적인 용융-가공 장비에서 유용한 물품(예컨대, 일회용 플라스틱 물품)으로 용융-가공(또는 열 성형)되기에 충분한 양으로 존재할 수 있다. 실시양태들에서, 상기 가소제는, 대부분의 열가소성 가공의 경우, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물의 중량을 기준으로 1 내지 40 중량%, 5 내지 25 중량%, 10 내지 25 중량%, 또는 12 내지 20 중량%의 양으로 존재한다. 실시양태들에서, 프로파일 압출(profile extrusion), 시트 압출, 열성형 및 사출 성형은 상기 셀룰로오스 에스터 조성물의 중량을 기준으로 10 내지 30 중량%, 12 내지 25 중량%, 15 내지 20 중량%, 또는 10 내지 25 중량% 범위의 가소제 수준으로 달성될 수 있다.

실시양태들에서, 상기 가소제는 생분해성 가소제이다. 생분해성 가소제의 몇몇 예는 트라이아세틴, 트라이에틸 시트레이트, 아세틸 트라이에틸 시트레이트, 폴리에틸렌 글리콜, 벤조에이트-함유 가소제, 예컨대 벤조플렉스(상표명) 가소제 시리즈, 폴리(알킬 석시네이트), 예컨대 폴리(부틸 석시네이트), 폴리에터설폰, 아디페이트계 가소제, 대두유 에폭사이드, 예컨대 파라플렉스(상표명) 가소제 시리즈, 수크로스계 가소제, 다이부틸 세바케이트, 트라이부티린, 레소플렉스(상표명) 시리즈 가소제, 트라이페닐 포스페이트, 글리콜레이트, 폴리에틸렌 글리콜, 2,2,4-트라이메틸펜탄-1,3-다이일 비스(2-메틸프로파노에이트) 및 폴리카프로락톤을 포함한다.

PEG/MPEG의 특정 구성

본 발명의 하나의 실시양태에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은 PEG 및 MPEG(메톡시 PEG)로 이루어진 군으로부터 선택된 가소제를 함유할 수 있다. 200 달톤 내지 600 달톤의 평균 분자량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜 또는 메톡시 폴리에틸렌 글리콜 조성물은 용융-가공성, 생분해성 및 분해성이다.

하나의 실시양태에서 또는 임의의 다른 실시양태와의 조합으로, 상기 조성물은, 300 내지 500 달톤의 평균 분자량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜 또는 메톡시 PEG를 포함한다.

하나의 실시양태에서 또는 임의의 다른 실시양태와의 조합으로, 상기 조성물은, 300 내지 500 달톤의 평균 분자량을 갖는 폴리에틸렌 글리콜을 포함한다.

실시양태들에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은 (본원에 기재된 바와 같은) 적어도 하나의 가소제를 1 내지 40 중량%, 5 내지 40 중량%, 또는 10 내지 40 중량%, 12 내지 40 중량%, 13 내지 40 중량%, 또는 15 내지 40 중량%, 또는 15 중량% 초과 내지 40 중량%, 또는 17 내지 40 중량%, 또는 20 내지 40 중량%, 또는 25 내지 40 중량%, 또는 5 내지 35 중량%, 또는 10 내지 35 중량%, 또는 13 내지 35 중량%, 또는 15 내지 35 중량%, 또는 15 중량% 초과 내지 35 중량%, 또는 17 내지 35 중량%, 또는 20 내지 35 중량%, 또는 5 내지 30 중량%, 또는 10 내지 30 중량%, 또는 13 내지 30 중량%, 또는 15 내지 30 중량%, 또는 15 중량% 초과 내지 30 중량%, 또는 17 내지 30 중량%, 또는 5 내지 25 중량%, 또는 10 내지 25 중량%, 또는 13 내지 25 중량%, 또는 15 내지 25 중량%, 또는 15 중량% 초과 내지 25 중량%, 또는 17 내지 25 중량%, 또는 5 내지 20 중량%, 또는 10 내지 20 중량%, 또는 13 내지 20 중량%, 또는 15 내지 20 중량%, 또는 15 중량% 초과 내지 20 중량%, 또는 17 내지 20 중량%, 또는 5 내지 17 중량%, 또는 10 내지 17 중량%, 또는 13 내지 17 중량%, 또는 15 내지 17 중량%, 또는 15 중량% 초과 내지 17 중량%, 또는 5 내지 17 중량% 미만, 또는 10 내지 17 중량% 미만, 또는 13 내지 17 중량% 미만, 또는 15 내지 17 중량% 미만의 양으로 포함하며, 이들 모두 셀룰로오스 에스터 조성물의 총 중량을 기준으로 한다.

실시양태들에서, 상기 적어도 하나의 가소제는 식품-적합성 가소제를 포함하거나 식품-적합성 가소제이다. 하나의 실시양태에서, 식품-적합성 가소제는 트라이아세틴 또는 PEG MW 300 내지 500을 포함하거나 이들이다.

실시양태들에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은, 적어도 하나의 생분해성 셀룰로오스 에스터(BCE)를 포함하는 BCE 성분, 및 적어도 하나의 다른 생분해성 중합체(BCE 제외)를 포함하는 생분해성 중합체 성분을 포함한다. 실시양태들에서, 다른 생분해성 중합체는 폴리하이드록시알카노에이트(PHA 및 PHB), 폴리락트산(PLA), 폴리카프로락톤 중합체(PCL), 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 폴리에틸렌 석시네이트(PES), 폴리비닐 아세테이트(PVA), 폴리부틸렌 석시네이트(PBS) 및 공중합체(예컨대, 폴리부틸렌 석시네이트-코-아디페이트(PBSA)), 셀룰로오스 에스터, 셀룰로오스 에터, 전분, 단백질, 이들의 유도체 및 이들의 조합물로부터 선택될 수 있다. 실시양태들에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은 둘 이상의 생분해성 중합체를 포함한다. 실시양태들에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은 생분해성 중합체(BCE 제외)를 셀룰로오스 에스터 조성물을 기준으로 0.1 내지 50 중량% 미만, 또는 1 내지 40 중량%, 또는 1 내지 30 중량%, 또는 1 내지 25 중량%, 또는 1 내지 20 중량%의 양으로 함유한다. 실시양태들에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은 생분해성 중합체(BCE 제외)를 BCE와 생분해성 중합체의 총량을 기준으로 0.1 내지 50 중량% 미만, 1 내지 40 중량%, 1 내지 30 중량%, 1 내지 25 중량%, 또는 1 내지 20 중량%의 양으로 함유한다. 실시양태들에서, 상기 적어도 하나의 생분해성 중합체는, 메틸렌 클로라이드 용매를 사용하고 폴리스타이렌 표준물 및 굴절률 검출기와 함께 겔 투과 크로마토그래피(GPC)를 사용하여 측정시, 10,000 내지 1,000,000, 50,000 내지 1,000,000, 100,000 내지 1,000,000, 또는 250,000 내지 1,000,000, 또는 500,000 내지 1,000,000, 또는 600,000 내지 1,000,000, 또는 600,000 내지 900,000, 또는 700,000 내지 800,000, 또는 10,000 내지 500,000, 또는 10,000 내지 250,000, 또는 10,000 내지 100,000, 또는 10,000 내지 50,000 범위의 중량 평균 분자량(M_w)을 갖는 PHA를 포함한다. 실시양태들에서, 상기 PHA는 폴리하이드록시부티레이트-코-하이드록시헥사노에이트를 포함할 수 있다.

분지형의 비정질 바이오충전제

상기 셀룰로오스 에스터 조성물에 사용되는 분지형의 비정질 바이오충전제는, 본원 실시예에 명시되는 방법에 의해 결정시 2 내지 6의 분지화도를 갖는 당분야에 공지된 임의의 것일 수 있다. 전분의 분지화도(DB)는 주로 식물 공급원에 따라 달라진다. 몇몇 실시양태에서, 본 발명의 바이오충전제는, NMR에 의해 결정시 3 이상, 4 이상, 또는 5 이상의 분지화도를 가질 수 있다. 3 이상의 DB를 갖는 식물성 전분의 몇몇 예는 튤립 전분, 찰옥수수 전분, 찰감자 전분 및 네이티브(native) 옥수수 전분이다. 식물성 전분의 다른 예는 3 미만의 DB를 갖거나, NMR로 측정하기에는 너무 낮은 DB를 가질 수 있다.

(출처: 문헌[Source: Gaenssle et al., 2021, Long chains and crystallinity govern the enzymatic degradability of gelatinized starches from conventional and new sources. Carbohydrate Polymers 260, 11780]; 본원과 모순되지 않는 정도로 본원에 참조로 인용함)

바이오충전제의 양은 50% 이상의 분해율을 수득하기에 충분한 양이다. 본 발명의 실시양태에서, 바이오충전제의 양은 상기 셀룰로오스 에스터 조성물을 기준으로 약 1 내지 약 50 중량% 범위일 수 있다. 다른 범위는, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물의 중량을 기준으로 약 5 내지 약 50 중량%, 약 10 내지 약 50 중량%, 약 15 내지 약 50 중량%, 약 20 내지 약 50 중량%, 약 25 내지 약 50 중량%, 약 30 내지 약 50 중량%, 약 35 내지 약 50 중량%, 약 40 내지 약 50 중량%, 또는 약 45 내지 약 50 중량%이다.

이론에 얽매이고자 하지 않으면서, 상기 분지형의 비정질 바이오충전제는 바이오충전제의 결정성을 감소시켜 분해 동안 수분과 미생물의 흡수를 가능하게 할 수 있다. 셀룰로오스 에스터, 특히 셀룰로오스 아세테이트의 미생물 활성 및 고 분해율에 대한 접근은, 열가소성 수지를 함유하는 셀룰로오스 에스터의 분해율 향상을 가능하게 한다. 가소화된 셀룰로오스 에스터에 바이오충전제를 첨가하면, 제형화된 CDA 물품의 분해율이 상당히 증가한다.

본 발명의 실시양태에서, 상기 바이오충전제는 셀룰로오스 에스터와 상용성이며, 셀룰로오스 에스터 매트릭스에 잘 분산되고, 셀룰로오스 에스터의 물리적 특성에 큰 영향을 미치지 않는다. 본 발명의 다른 실시양태에서, 상기 바이오충전제는 상기 셀룰로오스 에스터 조성물을 취성으로 만들지 않는다.

본 발명의 다른 실시양태에서, 본 발명의 셀룰로오스 에스터 조성물은 천연 물질(예컨대, 목재)을 모방한 비-가소성 텍스쳐를 가진다. 실시예에는 이러한 특성을 예시하는 표가 있다.

외관

상기 용융-가공성 셀룰로오스 에스터 조성물을 포함하는 물품의 외관은 다수의 용도에서의 이의 허용성에 중요하다. 예를 들어, 밝은 색상과 투명도는 다수의 용융-가공된 물품, 예를 들어 포장재, 가방, 필름, 병, 식품 용기, 빨대, 교반기, 컵, 접시, 그릇, 테이크아웃 트레이, 뚜껑, 및 커트러리에 바람직한 특성이다.

CIE L^*a^*b^* 색 공간에서, L^* 값은 밝기의 척도이며, 이때 L^* = 0은 흑색이고, L^* = 100은 백색이다. 따라서, L^* 값이 해당 범위의 상부 절반 내에 있거나 또는 L^*가 50 초과이면, 물품의 색상이 밝은 것으로 간주될 수 있다. 본 발명의 하나의 실시양태에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물의 L^*는 50 내지 100, 50 내지 95, 50 내지 90, 50 내지 85, 50 내지 80, 50 내지 75, 55 내지 100, 55 내지 95, 55 내지 90, 55 내지 85, 55 내지 80, 55 내지 75, 60 내지 100, 60 내지 95, 60 내지 90, 60 내지 85, 60 내지 80, 60 내지 75, 65 내지 100, 65 내지 95, 65 내지 90, 65 내지 85, 65 내지 80, 또는 65 내지 75 범위일 수 있다.

"불투명도"는 필름 또는 물품을 통한 광 투과도의 척도이다. "투명도"는, 필름 또는 시트를 통해 물체를 볼 때 볼 수 있는 광학 선명도(optical distinctness)를 지칭한다. 인지되는 불투명도와 투명도는 샘플의 두께에 따라 달라진다. 상기 적용 예에서, 물품의 두께는 포장재 필름의 경우 약 1 mil로부터, 사출 성형된 커트러리의 경우 60 mil 이상까지의 범위일 수 있다. 예를 들어, 병의 측면이나 용기 뚜껑을 통해 용기의 내용물을 볼 때 투명도가 특히 중요할 수 있다. 용융-가공된 용기, 컵 및 뚜껑의 두께는 약 10 mil 내지 약 30 mil로 다양하며, 병의 두께는 약 20 mil이다.

투명, 반투명, 및 불투명 사이의 경계는 흔히 고도로 주관적이다. 본 연구에서, 불투명도는, 30 mil 두께의 필름을 통한 600 nm에서의 광의 투과율(%)로서 측정하였다. 본 발명의 하나의 실시양태에서, 본 발명의 셀룰로오스 에스터 조성물의 투과율(%)은 약 1% 내지 약 100%, 약 1% 내지 약 90%, 약 1% 내지 약 80%, 약 1% 내지 약 70%, 약 1% 내지 약 60%, 약 1% 내지 약 50%, 약 1% 내지 약 40%, 약 1% 내지 약 30%, 약 1% 내지 약 20%, 또는 약 1% 내지 약 10% 범위일 수 있거나, 또는 약 1%일 수 있다.

투명도는 색 차이(color difference)인 ΔE(CIE76)로 정량화하였다. 전형적인 크기에서, ΔE 값의 범위는 0 내지 100 범위이다. 인간의 눈이 두 색상을 구별하는 능력은 ΔE와 관련이 있으며, ΔE가 1 미만인 색상들은, 다르다고 인식되지 않는다. 반면에, ΔE가 10 초과인 색상들은, 한 눈에 다르게 인식된다. 본 발명자들은, 30 mil 압출 필름을 통해 관찰시 쉽게 인지되는 흑백 간의 구별을 지정하기 위해, 20의 ΔE 컷오프를 사용하였다. ΔE(CIE76)에 대한 공식은 하기와 같다:

.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물의 ΔE는 약 20 내지 약 100 범위일 수 있다.

조성물의 다른 요소

하나의 양태에서, 상기 용융-가공성 셀룰로오스 에스터 조성물은, 비-알칼리성 충전제, 첨가제, 생체고분자, 안정화제 및/또는 냄새-개질제로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 추가로 포함할 수 있다. 첨가제의 예는 왁스, 상용화제, 생분해 촉진제, 염료, 안료, 착색제, 향료, 광택 조절제, 윤활제, 산화방지제, 점도 조절제, 항진균제, 김서림 방지제, 난연제, 열 안정화제, 충격 조절제, 항균제, 연화제, 이형제 및 이들의 조합물을 포함한다. 동일한 유형의 화합물 또는 물질이 상기 셀룰로오스 에스터 조성물의 여러 범주의 성분으로 식별되거나 이에 포함될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜(PEG)은 가소제로서 기능할 수 있거나, 가소제로서 기능하지 않는 첨가제(예컨대, 친수성 중합체 또는 생분해 촉진제)로서 기능할 수 있다(예를 들어, 저분자량 PEG는 가소화 효과를 가지며, 고분자량 PEG는 친수성 중합체로서 기능하지만 가소화 효과는 없음).

특정 실시양태에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은 적어도 하나의 안정화제를 포함한다. 상기 셀룰로오스 에스터 조성물이 구성가능하고/하거나 생분해성인 것이 바람직하지만, 예를 들어 광 노출, 산화 안정성 또는 가수분해 안정성에 대해 선택된 저장 수명 또는 안정성을 제공하기 위해 특정 양의 안정화제가 첨가될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 상기 안정화제는 UV 흡수제, 산화방지제(아스코르브산, BHT, BHA 등), 기타 산 및 라디칼 소거제(scavenger), 에폭시화된 오일(예컨대, 에폭시화된 대두유), 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다.

산화방지제는 1차 산화방지제와 2차 산화방지제를 비롯하여 여러 부류로 분류될 수 있다. 1차 산화방지제는 일반적으로, 본질적으로 자유 라디칼 종결제(소거제)로서 기능하는 것으로 공지되어 있다. 2차 산화방지제는 일반적으로, 하이드로퍼옥사이드(ROOH)를 비반응성 생성물로 분해한 후 이를 알콕시 및 하이드록시 라디칼로 분해하는 것으로 공지되어 있다. 2차 산화방지제(AO)는, 상승적인 억제 효과를 달성하기 위해, 흔히 자유 라디칼 소거제(1차 산화방지제)와 조합으로 사용되며, 2차 AO는 페놀계 유형의 1차 AO의 수명을 연장하는 데 사용된다.

"1차 산화방지제"는, 수소 전달을 통해 퍼옥사이드 라디칼과 반응하여 라디칼을 켄칭하는 작용을 하는 산화방지제이다. 1차 산화방지제는 일반적으로 반응성 하이드록시 또는 아미노 기를 함유하며, 예를 들어 입체 장애 페놀 및 2급 방향족 아민이다. 1차 산화방지제의 예는 BHT, 이르가녹스(Irganox)(상표명) 1010, 1076, 1726, 245, 1098, 259 및 1425; 에타녹스(Ethanox)(상표명) 310, 376, 314 및 330; 에버녹스(Evernox)(상표명) 10, 76, 1335, 1330, 3114, MD 1024, 1098, 1726, 120, 2246 및 565; 아녹스(Anox)(상표명) 20, 29, 330, 70, IC-14 및 1315; 로위녹스(Lowinox)(상표명) 520, 1790, 22IB46, 22M46, 44B25, AH25, GP45, CA22, CPL, HD98, TBM-6 및 WSP; 나우가드(Naugard)(상표명) 431, PS48, SP 및 445; 송녹스(Songnox)(상표명) 1010, 1024, 1035, 1076 CP, 1135 LQ, 1290 PW, 1330FF, 1330PW, 2590 PW 및 3114 FF; 및 ADK 스탭(Stab) AO-20, AO-30, AO-40, AO-50, AO-60, AO-80 및 AO-330을 포함한다.

"2차 산화방지제"는 흔히 하이드로퍼옥사이드 분해제로 불린다. 이는 하이드로퍼옥사이드와 반응하여, 이를 비반응성이고 열적으로 안정한 생성물(이는 라디칼이 아님)로 분해함으로써 작용한다. 이는 흔히 1차 산화방지제와 함께 사용된다. 2차 산화방지제의 예는 유기인(예컨대, 포스파이트, 포스포나이트) 및 유기황 부류의 화합물을 포함한다. 이들 화합물의 인 및 황 원자는 퍼옥사이드와 반응하여, 퍼옥사이드를 알코올로 전환시킨다. 2차 산화방지제의 예는 울트라녹스(Ultranox) 626, 에타녹스(상표명) 368, 326 및 327; 도베르포스(Doverphos)(상표명) LPG11, LPG12, DP S-680, 4, 10, S480, S-9228, S-9228T; 에버녹스(상표명) 168 및 626; 이르가포스(상표명) 126 및 168; 웨스턴(Weston)(상표명) DPDP, DPP, EHDP, PDDP, TDP, TLP 및 TPP; 마크(Mark)(상표명) CH 302, CH 55, TNPP, CH66, CH 300, CH 301, CH 302, CH 304 및 CH 305; ADK 스탭 2112, HP-10, PEP-8, PEP-36, 1178, 135A, 1500, 3010, C 및 TPP; 웨스턴 439, DHOP, DPDP, DPP, DPTDP, EHDP, PDDP, PNPG, PTP, PTP, TDP, TLP, TPP, 398, 399, 430, 705, 705T, TLTTP 및 TNPP; 알카녹스(Alkanox) 240, 626, 626A, 627AV, 618F 및 619F; 및 송녹(상표명) 1680 FF, 1680 PW 및 6280 FF를 포함한다.

실시양태들에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은 적어도 하나의 안정화제를 포함하며, 여기서 상기 안정화제는 하나 이상의 2차 산화방지제를 포함한다. 실시양태들에서, 상기 안정화제는, 하나 이상의 2차 산화방지제로부터 선택된 제1 안정화제 성분, 하나 이상의 1차 산화방지제로부터 선택된 제2 안정화제 성분, 또는 이들의 조합물을 포함한다.

실시양태들에서, 상기 안정화제는, 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 내지 0.8 중량%, 0.01 내지 0.7 중량%, 0.01 내지 0.5 중량%, 0.01 내지 0.4 중량%, 또는 0.01 내지 0.3 중량%, 0.01 내지 0.25 중량%, 또는 0.01 내지 0.2 중량%, 또는 0.05 내지 0.8 중량%, 또는 0.05 내지 0.7 중량%, 또는 0.05 내지 0.5 중량%, 또는 0.05 내지 0.4 중량%, 또는 0.05 내지 0.3 중량%, 또는 0.05 내지 0.25 중량%, 또는 0.05 내지 0.2 중량%, 또는 0.08 내지 0.8 중량%, 또는 0.08 내지 0.7 중량%, 또는 0.08 내지 0.5 중량%, 또는 0.08 내지 0.4 중량%, 또는 0.08 내지 0.3 중량%, 또는 0.08 내지 0.25 중량%, 또는 0.08 내지 0.2 중량% 범위의 2차 산화방지제 총량의 양으로 하나 이상의 2차 산화방지제를 포함한다. 이러한 실시양태의 하나의 부류에서, 상기 안정화제는, 포스파이트 화합물인 2차 산화방지제를 포함한다. 상기 실시양태의 하나의 부류에서, 상기 안정화제는, 포스파이트 화합물인 2차 산화방지제, 및 DLTDP인 또 다른 2차 산화방지제를 포함한다.

상기 부류의 하나의 하위부류에서, 상기 안정화제는, 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 0.05 내지 0.7 중량%, 0.05 내지 0.6 중량%, 0.05 내지 0.5 중량%, 0.05 내지 0.4 중량%, 0.05 내지 0.3 중량%, 0.1 내지 0.6 중량%, 0.1 내지 0.5 중량%, 0.1 내지 0.4 중량%, 또는 0.1 내지 0.3 중량% 범위의 1차 산화방지제 총량의 양으로 하나 이상의 1차 산화방지제를 포함하는 제2 안정화제 성분을 추가로 포함한다. 상기 부류의 또 다른 하위 부류에서, 상기 안정화제는, 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 0.05 내지 0.2 중량%, 0.05 내지 0.15 중량%, 또는 0.05 내지 0.1 중량% 범위의 시트르산 총량의 양으로 시트르산을 포함하는 제2 안정화제 성분을 추가로 포함한다. 상기 부류의 또 다른 하위 부류에서, 상기 안정화제는, 하나 이상의 1차 산화방지제 및 시트르산을 본원에 논의된 양으로 포함하는 제2 안정화제 성분을 추가로 포함한다. 상기 부류의 하나의 하위 부류에서, 상기 안정화제는 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 미만의 1차 산화방지제를 포함하거나, 1차 산화방지제를 포함하지 않는다. 상기 부류의 하나의 하위 부류에서, 상기 안정화제는 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 0.05 중량% 미만의 1차 산화방지제를 포함하거나, 1차 산화방지제를 포함하지 않는다.

실시양태들에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은 적어도 하나의 비-알칼리성 충전제를 포함한다. 실시양태들에서, 다른 충전제는, 탄수화물(당 및 염), 셀룰로오스계 및 유기 충전제(목재 가루, 목재 섬유, 대마, 탄소, 석탄 입자, 흑연 및 전분), 광물 및 무기 충전제(활석, 실리카, 실리케이트, 이산화티타늄, 유리 섬유, 유리구, 질화붕소, 알루미늄 삼수화물, 알루미나 및 점토), 음식물 쓰레기 또는 부산물(계란 껍질, 증류기 곡물 및 커피 찌꺼기), 건조제(예컨대, 황산칼슘, 황산마그네슘), 알칼리성 충전제(예컨대, CaO, Na₂CO₃), 또는 이들 충전제의 조합물(예를 들어, 혼합물)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나이다. 실시양태들에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은, 착색제 첨가제로도 기능하는 적어도 하나의 충전제를 포함할 수 있다. 실시양태들에서, 상기 착색제 첨가제 충전제는 탄소, 흑연, 이산화티타늄, 불투명화제, 염료, 안료, 토너 및 이들의 조합물로부터 선택될 수 있다. 실시양태들에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은, 안정화제 또는 난연제로서도 기능하는 적어도 하나의 충전제를 포함할 수 있다.

실시양태들에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은 (본원에 기재된 바와 같은) 적어도 하나의 비-알칼리성 충전제를, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물의 총 중량을 기준으로, 1 내지 60 중량%, 또는 5 내지 55 중량%, 또는 5 내지 50 중량%, 또는 5 내지 45 중량%, 또는 5 내지 40 중량%, 또는 5 내지 35 중량%, 또는 5 내지 30 중량%, 또는 5 내지 25 중량%, 또는 10 내지 55 중량%, 또는 10 내지 50 중량%, 또는 10 내지 45 중량%, 또는 10 내지 40 중량%, 또는 10 내지 35 중량%, 또는 10 내지 30 중량%, 또는 10 내지 25 중량%, 또는 15 내지 55 중량%, 또는 15 내지 50 중량%, 또는 15 내지 45 중량%, 또는 15 내지 40 중량%, 또는 15 내지 35 중량%, 또는 15 내지 30 중량%, 또는 15 내지 25 중량%, 또는 20 내지 55 중량%, 또는 20 내지 50 중량%, 또는 20 내지 45 중량%, 또는 20 내지 40 중량%, 또는 20 내지 35 중량%, 또는 20 내지 30 중량%의 양으로 포함한다.

실시양태들에서, 용도, 예를 들어 일회용 식품 접촉 용도에 따라, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은 적어도 하나의 냄새-개질 첨가제를 포함할 수 있다. 실시양태들에서, 용도 및 상기 셀룰로오스 에스터 조성물에 사용되는 성분에 따라, 적합한 냄새-개질 첨가제는 바닐린, 페니로얄(Pennyroyal) M-1178, 아몬드, 신나밀, 향신료, 향신료 추출물, 휘발성 유기 화합물 또는 소분자 및 플라스티도르(Plastidor)로부터 선택될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 냄새-개질 첨가제는 바닐린일 수 있다. 실시양태들에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은 냄새-개질 첨가제를 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 내지 1 중량%, 0.1 내지 0.5 중량%, 0.1 내지 0.25 중량%, 또는 0.1 내지 0.2 중량%의 양으로 포함할 수 있다. 냄새-개질 첨가제의 메커니즘은 차폐(masking), 포획, 보완 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

상기 논의된 바와 같이, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은 다른 첨가제를 포함할 수 있다. 실시양태들에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은 적어도 하나의 상용화제를 포함할 수 있다. 실시양태들에서, 상용화제는 비반응성 상용화제 또는 반응성 상용화제일 수 있다. 상용화제는, 셀룰로오스 에스터 또는 또 다른 성분이 목적하는 작은 입자 크기에 도달하는 능력을 향상시켜, 선택된 성분의 조성물에서의 분산을 개선할 수 있다. 상기 실시양태에서, 목적하는 제형에 따라, 상기 생분해성 셀룰로오스 에스터는 분산액의 연속 상 또는 불연속 상일 수 있다. 실시양태들에서, 사용되는 상용화제는, 상기 생분해성 셀룰로오스 에스터와 또 다른 성분(예컨대, 다른 생분해성 중합체) 사이의 계면 상호작용/결합을 개질함으로써 조성물의 기계적 및/또는 물리적 특성을 개선할 수 있다.

실시양태들에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은 상용화제를 상기 셀룰로스 에스터 조성물의 중량을 기준으로 약 1 내지 약 40 중량%, 또는 약 1 내지 약 30 중량%, 또는 약 1 내지 약 20 중량%, 또는 1 내지 약 10 중량%, 또는 약 5 내지 약 20 중량%, 또는 약 5 내지 약 10 중량%, 또는 약 10 내지 약 30 중량%, 또는 약 10 내지 약 20 중량%의 양으로 포함한다.

실시양태들에서, 필요한 경우, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은 생분해제 및/또는 분해제를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 가수분해 보조제 또는 임의의 의도적인 분해 촉진 첨가제가 상기 셀룰로오스 에스터 조성물에 첨가 또는 함유되거나, 상기 생분해성 셀룰로오스 에스터(BCE)의 제조 동안 또는 이의 제조 이후에 첨가되고, BCE와 함께 용융 또는 용매 블렌딩되어, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물을 생성할 수 있다. 실시양태들에서, 첨가제가 산성 또는 염기성 잔류물 방출함으로써 가수분해를 촉진하고/하거나, 광(UV) 또는 산화 분해를 가속화하고/하거나, 선택적 미생물 콜로니의 성장을 촉진하여 퇴비와 토양 매체에서의 분해 및 생분해를 도울 수 있다. 분해를 촉진하는 것에 더하여, 이들 첨가제는 추가 기능(예컨대, 물품의 가공성 개선 또는 목적하는 기계적 특성 개선)을 가질 수 있다.

가능한 분해제의 예의 하나의 세트는 무기 카보네이트, 합성 카보네이트, 하석 섬장암(nepheline syenite), 활석, 수산화알루미늄, 규조토, 천연 또는 합성 실리카, 하소된 점토 등을 포함한다. 실시양태들에서, 이들 첨가제가 셀룰로오스 에스터 조성물 매트릭스에 잘 분산되는 것이 바람직할 수 있다. 첨가제는 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.

가능한 분해제의 또 다른 예는, 산화성 분해제로서 사용되는 방향족 케톤, 예를 들어 벤조페논, 안트라퀴논, 안트론, 아세틸벤조페논, 4-옥틸벤조페논 등이다. 이들 방향족 케톤은 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.

다른 예는 산화성 분해제로서 사용되는 전이 금속 화합물, 예를 들어 코발트 또는 마그네슘의 염, 예를 들어 코발트 또는 마그네슘의 지방족 카복실산(C12 내지 C20) 염, 또는 코발트 스테아레이트, 코발트 올레에이트, 마그네슘 스테아레이트 및 마그네슘 올레에이트를 포함하거나; 또는 아나타제 형태의 이산화티탄, 또는 이산화티탄이 사용될 수 있다. 루틸(rutile) 및 아나타제 결정질 구조 둘 다가 동일 입자에 존재하는 혼합상 이산화티타늄 입자가 사용될 수 있다. 광활성제의 입자는, BET 표면적 방법으로 측정시, 예를 들어 약 10 내지 약 300 m²/g, 또는 20 내지 200 m²/g의 비교적 높은 표면적을 가질 수 있다. 필요한 경우, 광활성제를 가소제에 첨가할 수 있다. 이들 전이금속 화합물은 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.

산화성 분해제로서 사용될 수 있는 희토류 화합물의 예는, 원소 주기율표 3A족에 속하는 희토류 및 이의 옥사이드를 포함한다. 이의 구체적인 예는 세륨(Ce), 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd), 희토류 옥사이드, 하이드록사이드, 희토류 설페이트, 희토류 나이트레이트, 희토류 아세테이트, 희토류 클로라이드, 희토류 카복실레이트 등을 포함한다. 이의 더욱 구체적인 예는 산화세륨, 황산세륨, 황산세륨암모늄, 질산세륨암모늄, 아세트산세륨, 질산란타늄, 염화세륨, 질산세륨, 수산화세륨, 옥틸산세륨, 산화란타늄, 산화이트륨, 산화스칸듐 등을 포함한다. 이들 희토류 화합물은 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.

하나의 실시양태에서, 상기 BCE 조성물은, 생분해성을 향상시키기 위한 분해-증진 기능성(pro-degradant functionality)을 갖고 효소, 세균 배양물, 당, 글리세롤 또는 기타 에너지원을 포함하는 첨가제를 포함한다. 상기 첨가제는 또한 하이드록실아민 에스터 및 티오 화합물을 포함할 수 있다.

특정 실시양태에서, 다른 가능한 생분해제 및/또는 분해제는 팽윤제 및 붕해제를 포함할 수 있다. 팽윤제는, 물을 흡수한 후 부피가 증가하여 주변 매트릭스에 압력을 가하는 친수성 물질일 수 있다. 붕해제는, 수성 환경에서 매트릭스를 더 작은 단편으로 파괴하는 것을 촉진하는 첨가제일 수 있다. 이의 예는 광물 및 중합체, 예를 들어 가교결합된 또는 개질된 중합체 및 팽윤성 하이드로겔을 포함한다. 실시양태들에서, 상기 BCE 조성물은 수-팽윤성 광물 또는 점토 및 이들의 염, 예컨대 라포나이트 및 벤토나이트; 친수성 중합체, 예컨대 폴리(아크릴산) 및 염, 폴리(아크릴아마이드), 폴리(에틸렌 글리콜) 및 폴리(비닐 알코올); 다당류 및 검, 예컨대 전분, 알지네이트, 펙틴, 키토산, 사일륨(psyllium), 잔탄검; 구아검, 로커스트콩 검; 및 개질된 중합체, 예컨대 가교결합된 PVP, 나트륨 전분 글리콜레이트, 카복시메틸 셀룰로오스, 젤라틴화된 전분, 크로스카르멜로스 나트륨; 또는 이들 첨가제의 조합을 포함할 수 있다.

다른 친수성 중합체 또는 생분해 촉진제의 예는 글리콜, 폴리글리콜, 폴리에터 및 폴리알코올 또는 기타 생분해성 중합체, 예를 들어 폴리(글리콜산), 폴리(락트산), 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리다이옥산, 폴리옥살레이트, 폴리(α-에스터), 폴리카보네이트, 폴리무수물, 폴리아세탈, 폴리카프로락톤, 폴리(오르쏘에스터), 폴리아미노산, 폴리(하이드록시알카노에이트), 지방족 폴리에스터, 예컨대 폴리(부틸렌)석시네이트, 폴리(에틸렌)석시네이트, 전분, 재생 셀룰로오스, 또는 지방족-방향족 폴리에스터, 예컨대 PBAT, 및 임의의 이들의 코폴리에스터를 포함할 수 있다.

실시양태들에서, 착색제의 예는 카본 블랙, 산화철, 예컨대 적색 또는 청색 산화철, 이산화티타늄, 이산화규소, 카드뮴 레드, 탄산칼슘, 카올린 점토, 수산화알루미늄, 황산바륨, 산화아연, 산화알루미늄; 및 유기 안료, 예컨대 아조 및 다이아조 및 트라이아조 안료, 축합된 아조, 아조 레이크스(azo lakes), 나프톨 안료, 안트라피리미딘, 벤즈이미다졸론, 카바졸, 다이케토피롤로피롤, 플라반트론, 인디고이드 안료, 이소인돌린온, 이소인돌린, 이소비올란트론, 금속 착체 안료, 옥사진, 페릴렌, 페린온, 피란트론, 피라졸로퀴나졸론, 퀴노프탈론, 트라이아릴카보늄 안료, 트라이펜다이옥사진, 잔텐, 티오인디고, 인단트론, 이소인단트론, 안탄트론, 안트라퀴논, 이소다이벤잔트론, 트라이펜다이옥사진, 퀴나크리돈 및 프탈로시아닌 시리즈, 특히, 구리 프탈로시아닌 및 이의 핵 할로겐화된 유도체, 또한 산성, 염기성 및 매염(mordant) 염료, 및 이소인돌린온 안료뿐만 아니라, 식물 및 식물성 염료, 및 임의의 기타 이용가능한 착색제 또는 염료를 포함할 수 있다.

실시양태들에서, 광택도를 조정하기 위한 광택 조절제 및 충전제는 실리카, 활석, 점토, 황산바륨, 탄산바륨, 황산칼슘, 탄산칼슘, 탄산마그네슘 등을 포함할 수 있다.

적합한 난연제는 실리카, 금속 옥사이드, 포스페이트, 카테콜 포스페이트, 레조르시놀 포스페이트, 보레이트, 무기 수화물 및 방향족 폴리할라이드를 포함할 수 있다.

항진균제 및/또는 항균제는 폴리엔 항진균제(예컨대, 나타마이신, 리모시딘, 필리핀, 니스타틴, 암포테리신 B, 칸디신 및 하마이신), 이미다졸 항진균제, 예를 들어 미코나졸(웰스프링 파마슈티컬 코포레이션(WellSpring Pharmaceutical Corporation)으로부터 미카틴(MICATIN)(등록상표)으로 입수가능), 케토코나졸(맥네일 컨슈머 헬쓰케어(McNeil Consumer Healthcare)로부터 입수가능한 니조랄(NIZORAL)(등록상표)로 시판됨), 클로트라이마졸(머크(Merck)로부터 로트라민(LOTRAMIN)(등록상표)및 로트라민 AF(등록상표)로 시판되고, 바이엘(Bayer)로부터 카네스텐(CANESTEN)(등록상표)으로 시판됨), 에코나졸, 오모코나졸, 비포나졸, 부토코나졸, 펜티코나졸, 이소코나졸, 옥시코나졸, 세르타코나졸(오르쏘데마톨로직스(OrthoDematologics)로부터 에르탁조(ERTACZO)(등록상표)로 시판됨), 설코나졸 및 티오코나졸; 트라이아졸 항진균제, 예컨대 플루코나졸, 이트라코나졸, 이사부코나졸, 라부코나졸, 포사코나졸, 보리코나졸, 테르코나졸 및 알바코나졸; 티아졸 항진균제(예컨대, 아바펀진(abafungin)), 알릴아민 항진균제(예컨대, 테르비나핀(노바티스 컨슈머 헬쓰 인코포레이티드(Novartis Consumer Health, Inc.)로부터 라미실(LAMISIL)(등록상표)로 시판됨), 나프티핀(메르츠 파마슈티컬스(Merz Pharmaceuticals)로부터 나프틴(NAFTIN)(등록상표)으로 시판됨) 및 부테나핀(머크로부터 로트라민 울트라(LOTRAMIN ULTRA)(등록상표)로 시판됨), 에키노칸딘 항진균제(예컨대, 아니둘라펀진, 카스포펀진 및 미카펀진), 폴리고디알, 벤조산, 사이클로피록스, 톨나프테이트(예컨대, 엠디에스 컨슈머 케어 인코포레이티드(MDS Consumer Care, Inc.)로부터 티낙틴(TINACTIN)(등록상표)으로 시판됨), 운데실렌산, 플루시토신, 5-플루오로시토신, 그리세오풀빈, 할로프로긴, 카프릴산 및 이들의 임의의 조합물을 포함한다.

사용될 수 있는 생분해성 셀룰로오스 에스터 조성물의 용융 흐름 지수 또는 점도를 개질하는 목적을 갖는 점도 조절제는 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜 및 글리세린을 포함한다.

실시양태들에서, 상기 BCE 조성물에 포함될 수 있는 다른 성분은 이형제 또는 윤활제(예컨대, 지방산, 에틸렌 글리콜 다이스테아레이트), 블록 방지제 또는 슬립제(예를 들어, 지방산 에스터, 금속 스테아레이트 염(예컨대, 스테아린산 아연) 및 왁스), 김서림 방지제(예컨대, 계면활성제), 열 안정화제(예컨대, 에폭시 안정화제; 에폭시화 대두유(ESBO), 아마인유 및 해바라기유의 유도체), 정전기 방지제, 발포제, 살생물제, 충격 보강제 또는 강화 섬유로서 기능할 수 있다. 상기 BCE 조성물에는 하나 초과의 성분이 존재할 수 있다. 추가 성분이 상기 BCE 조성물에서 하나 초과의 기능을 수행할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 상기 BCE 조성물에 대한 임의의 특정 첨가제(또는 성분)의 다양한(또는 특정) 기능성은 이의 물리적 특성(예를 들어, 분자량, 용해도, 용융 온도, T_g 등) 및/또는 전체 조성물 중의 상기 첨가제/성분의 양에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌 글리콜은 하나의 분자량에서는 가소제로 기능할 수 있고, 다른 분자량에서는 친수성 제제(가소화 효과가 거의 또는 전혀 없음)로 기능할 수 있다.

실시양태들에서, 필요한 경우, 향료(fragrance)가 첨가될 수 있다. 향료의 예는 향신료, 향신료 추출물, 허브 추출물, 에센셜 오일, 스멜링 솔트(smelling salt), 휘발성 유기 화합물, 휘발성 소분자, 메틸 포메이트, 메틸 아세테이트, 메틸 부티레이트, 에틸 아세테이트, 에틸 부티레이트, 이소아밀 아세테이트, 펜틸 부티레이트, 펜틸 펜타노에이트, 옥틸 아세테이트, 미르센, 게라니올, 네롤, 시트랄, 시트로넬랄, 시트로넬롤, 리날룰, 네롤리돌, 리모넨, 캄포어, 테르피네올, 알파-이오논, 투욘(thujone), 벤즈알데하이드, 유게놀, 이소유게놀, 신남알데하이드, 에틸 말톨, 바닐라, 바닐린, 신나밀 알코올, 아니솔, 아네톨, 에스트라골, 티몰, 푸라네올, 메탄올, 로즈마리, 라벤더, 시트러스, 프리지아, 살구꽃, 푸른 채소(greens), 복숭아, 자스민, 로즈우드, 소나무, 백리향, 오크모스(oakmoss), 머스크, 베티버(vetiver), 몰약, 블랙커런트, 베르가못, 자몽, 아카시아, 패시플로라, 샌달우드, 통카콩(tonka bean), 만다린, 네롤리, 제비꽃잎(violet leaves), 치자나무, 붉은 과일, 일랑-일랑(ylang-ylang), 아카시아 파르네시아나, 미모사, 통카콩, 우드, 용연향(ambergris), 나팔수선화(daffodil), 히아신스, 수선화(narcissus), 블랙커런트 꽃봉오리, 아이리스, 라즈베리, 은방울꽃, 샌달우드, 베티버, 시더우드, 네롤리, 딸기, 카네이션, 오레가노, 꿀, 사향액(civet), 헬리오트로프, 카라멜, 쿠마린, 패츌리(patchouli), 듀베리(dewberry), 헬로니얼, 고수풀, 피멘토 베리, 랍다넘(labdanum), 캐시(cassie), 알데하이드, 난초, 앰버, 오리스, 튜베로즈, 팔마로사, 계피, 육두구, 이끼, 때죽나무(styrax), 파인애플, 디기탈리스(foxglove), 튤립, 등나무(wisteria), 클레마티스(clematis), 용연향, 검, 수지, 사향액, 자두, 카스토레움(castoreum), 사향액, 몰약, 제라늄, 로즈 바이올렛, 노랑수선화(jonquil), 스파이시 카네이션, 갈바넘, 페티그레인(petitgrain), 아이리스, 인동덩굴(honeysuckle), 후추, 라즈베리, 벤조인, 망고, 코코넛, 헤스페리데스, 카스토레움, 오스만투스, 무스 드 쉔(mousse de chene), 천도복숭아, 민트, 아니스, 계피, 오리스, 살구, 플루메리아, 메리골드, 로즈 오토, 수선화, 톨루 발삼(tolu balsam), 유향(frankincense), 앰버, 오렌지 블라썸, 버번 베티버(bourbon vetiver), 오포파낙스(opopanax), 화이트 머스크, 파파야, 빙사탕(sugar candy), 잭프루트, 허니듀, 연꽃, 뮤게(muguet), 뽕나무, 압생트(absinthe), 생강, 주니퍼 베리, 스파이스부시, 작약, 제비꽃, 레몬, 라임, 히비스커스, 화이트 럼, 바질, 라벤더, 발사믹, 포-티-티엥(fo-ti-tieng), 오스만투스, 카로 카룬데(karo karunde), 흰 난초, 칼라 릴리(calla lilies), 흰 장미, 루브럼 릴리(rhubrum lily), 메리골드(tagetes), 용연향, 아이비, 잔디(grass), 세링가, 스피어민트, 클라리 세이지(clary sage), 미루나무, 포도, 브림벨(brimbelle), 연꽃, 시클라멘, 난초, 글리신, 티아레 플라워(tiare flower), 진저 릴리, 그린 오스만투스, 시계꽃(passion flower), 푸른 장미, 베이 럼(bay rum), 캐시, 아프리카 메리골드(African tagetes), 아나톨리안 로즈(Anatolian rose), 오베르뉴 수선화(Auvergne narcissus), 브리티시 브룸, 브리티시 브룸 초콜릿, 불가리아 로즈, 차이니즈 패츌리(Chinese patchouli), 차이니즈 가드니아(Chinese gardenia), 칼라브리안 만다린, 코모로스섬 투베로즈(Comoros Island tuberose), 실론 카다몸(Ceylonese cardamom), 캐리비안 패션프루트, 다마스크 로즈(Damascena rose), 조지아 피치(Georgia peach), 화이트 마돈나 릴리, 이집트 자스민, 이집트 메리골드, 에티오피아 사향액, 파르네시아 캐시, 플로렌틴 아이리스, 프렌치 자스민, 프렌치 존퀼, 프렌치 히아신스, 기니 오렌지, 가이아나 와카푸아(Guyana wacapua), 그라스 페티그레인(Grasse petitgrain), 그라스 로즈, 그라스 투베로스, 아이티 베티버(Haitian vetiver), 하와이안 파인애플, 이스라엘 바질, 인디안 샌달우드, 인도양 바닐라, 이탈리아 베르가못, 이탈리아 아이리스, 자메이카 후추, 메이 로즈, 마다가스카르 일랑-일랑, 마다가스카르 바닐라, 모로칸 자스민, 모로코 로즈, 모로코 오크모스(Moroccan oakmoss), 모로코 오렌지 블라썸, 마이소르 샌달우드(Mysore sandalwood), 오리엔탈 로즈, 러시아 가죽, 러시아 고수, 시칠리아 만다린, 남아프리카 메리골드, 남미 통카콩, 싱가폴 패츌리, 스페니쉬 오렌지 블라썸, 시칠리아 라임, 레위니옹 섬 베티버(Reunion Island vetiver), 터키 장미, 태국 벤조인, 튀니지 오렌지 블라썸, 유고슬라비아 오크모스(Yugoslavian oakmoss), 버지니아 삼나무, 유타 야로우(Utah yarrow), 서인도 로즈우드, 및 이들의 임의의 조합물을 포함할 수 있다.

실시양태들에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물 및 상기 조성물로 제조되거나 이를 포함하는 임의의 물품은, 일부 재활용 함량을 포함하는 생분해성 셀룰로오스 에스터(BCE)를 포함한다. 실시양태들에서, 상기 재활용 함량은, BCE 상의 하나 이상의 아세틸 기의 공급원인 재활용 물질로부터 유도된 반응물에 의해 제공된다. 실시양태들에서, 상기 반응물은 재활용 플라스틱으로부터 유도된다. 실시양태들에서, 상기 반응물은, 재활용 플라스틱 함량 합성가스로부터 유도된다. "재활용 플라스틱 함량 합성가스"는, 본원의 하기 다양한 실시양태에서 더욱 자세히 설명되는 바와 같이, 재활용 플라스틱 함량을 적어도 일부 함유하는 공급원료를 이용하는 합성가스 작업으로부터 수득된 합성가스를 의미한다. 실시양태들에서, 상기 재활용 플라스틱 함량 합성가스는, 본원에 기술된 합성가스를 생산하기 위한 임의의 공정에 따라 제조될 수 있거나, 본원에 기술된 임의의 합성가스 조성물 또는 합성가스 조성물 스트림을 포함할 수 있거나 또는 이로 이루어질 수 있거나; 또는 본원에 기술된 임의의 공급원료 조성물로부터 제조될 수 있다.

실시양태들에서, (합성가스 작업을 위한) 공급원료는, 하나 이상의 미립자상(particulated) 화석 연료 공급원과 미립자상 재활용 플라스틱의 조합물 형태일 수 있다. 하나의 실시양태에서 또는 임의의 언급된 실시양태들에서, 고체 화석 연료 공급원은 석탄을 포함할 수 있다. 실시양태들에서, 상기 공급원료는 산화제 기체와 함께 가스화기에 공급되고, 상기 공급원료는 합성가스로 전환된다.

실시양태들에서, 상기 재활용 플라스틱 함량 합성가스는 재활용 BCE를 제조하기 위한 반응 방식에서 적어도 하나의 화학적 중간체를 제조하는 데 이용된다. 실시양태들에서, 상기 재활용 플라스틱 함량 합성가스는, 합성가스, 수소, 일산화탄소 또는 이들의 조합물의 다른 공급원을 포함하는 공급원료의 성분(적어도 하나의 CA 중간체를 제조하는 데 사용됨)일 수 있다. 하나의 실시양태에서 또는 임의의 언급된 실시양태에서, CA 중간체를 제조하는 데 사용되는 유일한 합성가스 공급원이 상기 재활용 플라스틱 함량 합성가스이다.

실시양태들에서, 재활용 함량 합성가스, 예를 들어 재활용 플라스틱 함량 합성가스를 사용하여 제조된 CA 중간체는 메탄올, 아세트산, 메틸 아세테이트, 아세트산 무수물 및 이들의 조합물로부터 선택될 수 있다. 실시양태들에서, 상기 CA 중간체는 다음 반응 중 하나 이상에서 적어도 하나의 반응물 또는 적어도 하나의 생성물일 수 있다: (1) 합성가스를 메탄올로 전환시키는 반응; (2) 합성가스를 아세트산으로 전환시키는 반응; (3) 메탄올을 아세트산으로 전환시키는 반응(예를 들어, 메탄올을 카보닐화하여 아세트산을 생성하는 반응); (4) 메탄올과 아세트산으로부터 메틸아세테이트를 생산하는 반응; 및 (5) 메틸 아세테이트에서 아세트산 무수물로의 전환 반응(예를 들어, 메틸 아세테이트와 메탄올에서 아세트산과 아세트산 무수물로의 카보닐화).

실시양태들에서, 상기 재활용 플라스틱 함량 합성가스는 적어도 하나의 셀룰로오스 반응물을 생성하는 데 사용된다. 실시양태들에서, 상기 재활용 플라스틱 함량 합성가스는 적어도 하나의 재활용 BCE를 생산하는 데 사용된다.

실시양태들에서, 상기 재활용 플라스틱 함량 합성가스는 아세트산 무수물을 제조하는 데 이용된다. 실시양태들에서, 재활용 플라스틱 함량 합성가스를 포함하는 합성가스가 먼저 메탄올로 전환되고, 이어서 이 메탄올은 아세트산 무수물을 제조하기 위한 반응 방식에 사용된다. "RPS 아세트산 무수물"은, 재활용 플라스틱 함량 합성가스로부터 유도된 아세트산 무수물을 의미한다. "~로부터 유도된"이란, (CA 중간체를 만들기 위한 모든 반응 방식에 사용되는) 공급원료 공급원 물질 중 적어도 일부가 일부 함량의 재활용 플라스틱 함량 합성가스를 가짐을 의미한다.

실시양태들에서, RPS 아세트산 무수물은, 상기에서 더욱 자세히 논의된 바와 같이, 재활용 BCE를 제조하기 위한 셀룰로오스의 에스터화를 위한 CA 중간체 반응물로서 사용된다. 실시양태들에서, RPS 아세트산은 셀룰로오스 에스터 또는 셀룰로오스 다이아세테이트를 제조하기 위한 반응물로서 사용된다.

실시양태들에서, 재활용 CA는, 재활용 플라스틱 함량 합성가스로부터 유도된 아세트산 무수물을 포함하는 셀룰로오스 반응물로부터 제조된다.

실시양태들에서, 상기 재활용 플라스틱 함량 합성가스는 가스화 공급원료로부터의 가스화 생성물을 포함한다. 하나의 실시양태에서, 상기 가스화 생성물은, 재활용 플라스틱을 포함하는 가스화 공급원료를 사용하는 가스화 공정에 의해 생산된다. 실시양태들에서, 상기 가스화 공급원료는 석탄을 포함한다.

실시양태들에서, 가스화 공급원료는, 석탄과 재활용 플라스틱을 포함하는 액체 슬러리를 포함한다. 실시양태들에서, 가스화 공정은 산소의 존재 하에 가스화 공급원료를 가스화하는 단계를 포함한다.

하나의 양태에서, 하나 이상의 화학적 중간체(이들 중 적어도 하나는 재활용 플라스틱 함량 합성가스로부터 적어도 부분적으로 수득됨)로부터 유도된 무수 글루코스 단위(AGU) 상에 적어도 하나의 치환기를 갖는 적어도 하나의 생분해성 셀룰로오스 에스터를 포함하는 재활용 BCE 조성물이 제공된다.

실시양태들에서, 상기 재활용 BCE는 생분해성이고, 재생가능 공급원(예를 들어, 목재 또는 면 린터로부터 유도된 셀룰로오스)으로부터 유도된 함량, 및 재활용 물질 공급원(예를 들어, 재활용 플라스틱)으로부터 유도된 함량을 함유한다. 따라서, 실시양태들에서, 생분해성이고 재생가능 및 재활용 함량 둘 다를 포함하는(즉, 재생가능 및 재활용 공급원으로부터 제조된) 용융-가공성 물질이 제공된다.

또 다른 양태에서, (1) 고체 화석 연료 공급원, 및 재활용 플라스틱의 적어도 일부 함량을 포함하는 공급원료를 이용하여 합성가스 작업에서 재활용 플라스틱 함량 합성가스를 제조하는 단계; (2) 합성가스로부터 적어도 하나의 화학적 중간체를 제조하는 단계; (3) 상기 화학적 중간체를 하나의 반응 방식에서 반응시켜 재활용 BCE 제조용 적어도 하나의 셀룰로스 반응물을 제조하고/하거나, 재활용 BCE 제조용 적어도 하나의 셀룰로오스 반응물이 될 화학적 중간체를 선택하는 단계; 및 (4) 상기 적어도 하나의 셀룰로오스 반응물을 반응시켜 재활용 BCE를 제조하는 단계의 공정 단계를 포함하는 통합 공정에 의해 제조된 재활용 BCE를 포함하는 셀룰로스 에스터 조성물이 제공되며, 여기서 상기 재활용 BCE는, 재활용 플라스틱 함량 합성가스로부터 유도된 무수 글루코스 단위(AGU) 상에 적어도 하나의 치환기를 포함한다.

실시양태들에서, 상기 처리 단계 (1) 내지 (4)는, 유체-연통 및/또는 기체-연통하는(즉, 유체-연통과 기체-연통의 조합 가능성 포함) 시스템에서 수행된다. 재활용 플라스틱 함량 합성가스로부터 출발하여 재활용 BCE를 생산하기 위한 하나 이상의 반응 방식에서, 화학적 중간체는 임시로 저장 용기에 저장되었다가, 나중에 통합 공정 시스템에 재도입될 수 있음을 이해해야 한다.

실시양태들에서, 적어도 하나의 화학적 중간체는 메탄올, 메틸 아세테이트, 아세트산 무수물, 아세트산, 또는 이들의 조합물로부터 선택된다. 실시양태들에서, 하나의 화학적 중간체는 메탄올이고, 상기 메탄올은 두 번째 화학적 중간체(이는 아세트산 무수물임)를 제조하기 위한 반응 방식에 사용된다. 실시양태들에서, 상기 셀룰로오스 반응물은 아세트산 무수물이다.

본 발명의 실시양태에 유용한 생분해성 셀룰로오스 에스터는 1.0 내지 2.5 범위의 치환도를 가질 수 있다. 몇몇 경우, 본원에 기술된 셀룰로오스 에스터는 약 1.0, 1.05, 1.1, 1.15, 1.2, 1.25, 1.3, 1.35, 1.4, 1.45 또는 1.5 이상 및/또는 약 2.5, 2.45, 2.4, 2.35, 2.3, 2.25, 2.2, 2.15, 2.1, 2.05, 2.0, 1.95, 1.9, 1.85, 1.8 또는 1.75 이하의 평균 치환도를 가질 수 있다. 하나의 실시양태에서 또는 임의의 다른 실시양태와의 조합으로, 상기 셀룰로오스 에스터는, 0.6 내지 0.9, 또는 0.7 또는 0.9, 또는 0.8 내지 0.9, 또는 0.8 내지 0.9의 하이드록실 치환도를 가진다.

하나의 실시양태에서 또는 임의의 다른 실시양태와의 조합으로, 상기 생분해성 셀룰로오스 에스터는, 용매로서 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)을 사용하고 폴리스타이렌 등가물과 함께 겔 투과 크로마토그래피를 사용하여 측정시, 100,000 이하, 또는 90,000 이하의 수평균 분자량(M_n)을 가질 수 있다. 몇몇 경우, 상기 생분해성 셀룰로오스 에스터는 약 10,000 이상, 또는 약 20,000, 25,000, 30,000, 35,000, 40,000, 또는 45,000 이상 및/또는 약 100,000, 95,000, 90,000, 85,000, 80,000, 75,000, 70,000, 65,000, 60,000, 또는 50,000 이하의 M_n을 가질 수 있다.

생분해 및 분해

실시양태들에서, 상기 BCE-함유 물품은 생분해성일 수 있고, 특정 분해도(degree of disintegration)를 가질 수 있다. "생분해(biodegradation)"는, 물질의 광물화, 또는 미생물 대사작용에 의한 바이오매스, CO₂ 및 물로의 전환을 의미한다. 대조적으로, 분해(disintegration)는, 흔히 물리적, 화학적 및 생물학적 메커니즘의 조합된 작용을 통한 물질의 가시적인 파괴를 의미한다.

본 발명의 하나의 실시양태에서, 상기 용융-가공성 셀룰로오스 에스터 조성물은, 바이오충전제가 없는 제형에 비해 개선된 분해를 나타낸다. 상기 개선은, 동일한 시간 내에 더 두꺼운 부분의 분해로서 측정될 수 있거나, 분해가 빨라지는 것을 의미할 수도 있다. 분해도는, 제시된 기간에 걸쳐 특정 환경 조건에 노출된 샘플의 중량 손실을 특징으로 할 수 있다. 몇몇 경우, 상기 BCE 조성물은 60일 동안 토양에 묻힌 후 적어도 약 5, 10, 15 또는 20%의 중량 손실 및/또는 전형적인 도시 퇴비통(municipal composter)에 노출된 지 15일 후에 적어도 약 15, 20, 25, 30 또는 35%의 중량 손실을 나타낼 수 있다. 그러나, 분해는 물품의 특정 최종 용도뿐만 아니라 물품의 조성 및 특정 시험에 따라 달라질 수 있다. 예시적인 시험 조건은 미국 특허 5,970,988 및 미국 특허 6,571,802에 제공되어 있다.

몇몇 실시양태에서, 상기 BCE 조성물은 생분해성 일회용 (형성된/성형된) 물품의 형태일 수 있다. 본원에 기술된 BCE 조성물은, 다양한 환경 조건 하에 예상보다 우수한 분해를 특징으로 하는 강화된 수준의 환경적 비-지속성을 나타낼 수 있는 것으로 밝혀졌다. 본원에 기술된 BCE-함유 물품은, 산업용 퇴비화능(compostability), 가정용 퇴비화능 및/또는 토양 생분해능(biodegradability)에 대해 국제 시험 방법 및 당국이 설정한 통과 표준을 충족하거나 이를 넘어설 수 있다.

"분해"는, 물질의 물리적 파괴를 의미한다. 물질의 분해는 생물학적, 화학적 및/또는 물리적 과정에 의해 영향을 받을 수 있다. 퇴비화 동안의 분해를 모니터링하는 방법은, 표준화된 실험실 조건 하에 합성 퇴비 내에서 수행되거나, 실제 산업용 또는 가정용 퇴비 시스템 내에서 현장 시험으로서 수행될 수 있다. 산업용 퇴비의 분해를 모니터링하는 표준화된 방법은 ISO-20200 및 ISO-16929에 정의되어 있다. 정성적 스크리닝 시험은 이러한 표준화된 시험을 기반으로 할 수도 있다.

가정용 퇴비화(home composting)는, 실험실 조건 하에, 예를 들어 ISO-16929 또는 ISO-20200을 저온에서 실행하거나 가정용 퇴비 용기 내에서 시험 물질의 분해를 모니터링함으로써 모의시험할 수 있다. 가정용 퇴비화는 또한, 표준화된 방법에 기술된 것과 유사한 조건 하에 수행될 수 있지만, 야외의 가정용 퇴비통에서 더 큰 규모로도 수행될 수 있다.

"퇴비화가능(compostable)"하다고 간주되려면, 물질이 다음 네 가지 기준을 충족해야 한다: (1) 해당 물질은 ISO 14855-1(2012)에 따라 승온(58℃)에서 제어된 퇴비화 조건 하의 시험에서 생분해 요건(이는, 절대 90% 생분해, 또는 대조군 중합체 대비 상대적 90% 생분해에 해당함)을 통과해야 함, (2) ISO16929(2013) 또는 ISO20200에 따라 호기성 퇴비화 조건 하에 시험된 물질은 90% 분해에 도달해야 함, (3) 시험 물질은 ASTM D6400(2012), EN 13432(2000) 및 ISO 17088(2012)에 규정된 휘발성 고체, 중금속 및 불소에 대한 모든 요건을 충족해야 함, 및 (4) 해당 물질은 식물 성장에 부정적인 영향을 주어서는 안 됨. 본원에서 "생분해성(biodegradable)"이라는 용어는 일반적으로 유기 분자의 생물학적 전환 및 소비를 의미한다. 생분해능(biodegradability)은 물질 자체의 고유한 특성이며, 물질은 노출되는 특정 조건에 따라 상이한 생분해능 정도를 나타낼 수 있다. "분해성(disintegrable)"이라는 용어는, 특정 조건에 노출되었을 때 물질이 더 작은 단편으로 물리적으로 분해되는 경향을 의미한다. 분해는 물질 그 자체뿐만 아니라 시험될 물품의 물리적 크기 및 구성에 따라 달라진다. 생태독성(ecotoxicity)은 식물 수명에 대한 물질의 영향을 측정하며, 물질의 중금속 함량은 표준 시험 방법에 제시된 절차에 따라 결정된다.

상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 호기성 퇴비화 조건 하에 주위 온도(28℃±2℃)에서 ISO 14855-1(2012)에 따라 시험시, 50일 이하의 기간 내에 70% 이상의 생분해를 나타낼 수 있다. 몇몇 경우, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 상기 조건("가정용 퇴비화 조건"으로도 불림) 하에 시험시, 49, 48, 47, 46, 45, 44, 43, 42, 41, 40, 39, 38, 또는 37일 이하의 기간 내에 70% 이상의 생분해를 나타낼 수 있다. 상기 조건은 수성 또는 혐기성이 아닐 수 있다. 몇몇 경우, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 가정용 퇴비화 조건 하에 50일의 기간 동안 ISO 14855-1(2012)에 따라 시험시, 약 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, or 88% 이상의 총 생분해를 나타낼 수 있다. 이는, 동일한 시험 조건에 적용된 셀룰로오스에 비해, 약 95, 97, 99, 100, 101, 102 또는 103% 이상의 상대적 생분해를 나타낼 수 있다.

가정용 퇴비화 조건 하에 프랑스 표준(French norm) NF T 51-800 및 호주 표준(Australian standard) AS 5810에 따라 "생분해성"으로 간주되려면, 물질이 (예를 들어 초기 샘플에 비해) 총 90% 이상의 생분해, 또는 기준 및 시험 품목 둘 다가 평탄부(plateau)에 도달한 후 적합한 기준 물질의 최대 분해의 90% 이상의 생분해를 나타내야 한다. 생분해에 대한 최대 시험 기간은 가정용 퇴비화 조건 하에 1년이다. 본원에 기술된 셀룰로오스 에스터 조성물은, 가정용 퇴비화 조건 하에 ISO 14855-1(2012)에 따라 측정시, 1년 이하 내에 90% 이상의 생분해를 나타낼 수 있다. 몇몇 경우, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은 1년 이하 내에 약 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99 또는 99.5% 이상의 생분해를 나타낼 수 있거나, 또는 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 가정용 퇴비화 조건 하에 ISO 14855-1(2012)에 따라 측정시, 1년 이하 내에 100% 생분해를 나타낼 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 본원에 기술된 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 가정용 퇴비화 조건 하에 ISO 14855-1(2012)에 따라 측정시, 약 350, 325, 300, 275, 250, 225, 220, 210, 200, 190, 180, 170, 160, 150, 140, 130, 120, 110, 100, 90, 80, 70, 60, 또는 50일 이하 내에 90% 이상의 생분해를 나타낼 수 있다. 몇몇 경우, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 가정용 퇴비화 조건 하에 ISO 14855-1(2012)에 따라 시험시, 약 70, 65, 60, 또는 50일 이하 내에 약 97, 98, 99 또는 99.5% 이상의 생분해성일 수 있다. 결과적으로, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 가정용 퇴비화 조건 하에 시험시, 예를 들어 프랑스 표준 NF T 51-800 및 호주 표준 AS 5810에 따라 생분해성인 것으로 간주될 수 있다.

상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 호기성 퇴비화 조건 하에 58℃(±2℃)의 온도에서 ISO 14855-1(2012)에 따라 시험시, 45일 이하의 기간 내에 60% 이상의 생분해를 나타낼 수 있다. 몇몇 경우, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 상기 조건("산업용 퇴비화 조건"으로도 불림) 하에 시험시, 44, 43, 42, 41, 40, 39, 38, 37, 36, 35, 34, 33, 32, 31, 30, 29, 28, 또는 27일 이하의 기간 내에 60% 이상의 생분해를 나타낼 수 있다. 이는 수성 또는 혐기성 조건이 아닐 수 있다. 몇몇 경우, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 산업용 퇴비화 조건 하에 45일 동안 ISO 14855-1(2012)에 따라 시험시, 약 65, 70, 75, 80, 85, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94 또는 95% 이상의 총 생분해를 나타낼 수 있다. 이는, 동일한 시험 조건에 적용되는 동일한 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)에 비해, 약 95, 97, 99, 100, 102, 105, 107, 110, 112, 115, 117 또는 119% 이상의 상대적 생분해를 나타낼 수 있다.

산업용 퇴비화 조건 하에 ASTM D6400 및 ISO 17088에 따라 "생분해성"으로 간주되려면, 시험 기간이 끝났을 때, 대조군에 비해 또는 절대값으로, 전체 항목 내의(또는 각각의 구성요소가 건조 질량 기준으로 1% 초과의 양으로 존재하는 경우) 유기 탄소 중 90% 이상이 이산화탄소로 전환되어야 한다. 유럽 표준 ED 13432(2000)에 따르면, 해당 물질은 총 90% 이상의 생분해, 또는 기준 및 시험 품목 둘 다가 평탄부에 도달한 후 적합한 기준 물질의 최대 분해의 90% 이상의 생분해를 나타내야 한다. 생분해능에 대한 최대 시험 기간은 산업용 퇴비화 조건 하에 180일이다. 본원에 기술된 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 산업용 퇴비화 조건 하에 ISO14855-1(2012)에 따라 측정시, 180일 이하 내에 90% 이상의 생분해를 나타낼 수 있다. 몇몇 경우, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은 180일 이하 내에 약 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99 또는 99.5%의 생분해를 나타낼 수 있거나, 또는 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 산업용 퇴비화 조건 하에 ISO 14855-1(2012)에 따라 측정시, 180일 이하 내에 100% 생분해를 나타낼 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 본원에 기술된 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 산업용 퇴비화 조건 하에 ISO 14855-1 (2012)에 따라 측정시, 약 175, 170, 165, 160, 155, 150, 145, 140, 135, 130, 125, 120, 115, 110, 105, 100, 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 또는 45일 이하 내에서 90% 이상의 생분해를 나타낼 수 있다. 몇몇 경우, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 산업용 퇴비화 조건 하에 ISO 14855-1 (2012)에 따라 시험시, 약 65, 60, 55, 50 또는 45일 이하 내에 약 97, 98, 99 또는 99.5% 이상 생분해될 수 있다. 결과적으로, 본원에 기술된 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은 산업용 퇴비화 조건 하에 시험시, ASTM D6400 및 ISO 17088에 따라 생분해성인 것으로 간주될 수 있다.

상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 주위 온도에서 호기성 조건 하에 ISO 17556(2012)에 따라 측정시, 130일 이하 내에 토양에서 60% 이상의 생분해를 나타낼 수 있다. 몇몇 경우, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 상기 조건("토양 퇴비화 조건"으로도 불림) 하에 시험시, 130, 120, 110, 100, 90, 80 또는 75일 이하의 기간 내에 60% 이상의 생분해를 나타낼 수 있다. 이는 수성 또는 혐기성 조건이 아닐 수 있다. 몇몇 경우, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 토양 퇴비화 조건 하에 195일 동안 ISO 17556(2012)에 따라 시험시, 약 65, 70, 72, 75, 77, 80, 82 또는 85% 이상의 총 생분해를 나타낼 수 있다. 이는, 동일한 시험 조건에 적용된 동일한 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)에 비해, 약 70, 75, 80, 85, 90 또는 95% 이상의 상대적 생분해를 나타낼 수 있다.

토양 퇴비화 조건 하에 빈코테(Vincotte)의 OK 생분해성 토양 적합성 마크(OK biodegradable SOIL conformity mark) 및 딘 세르트코(DIN CERTCO)의 토양 인증 체계(soil certification scheme)의 딘 게프뤼프트 생분해성(DIN Gepruft Biodegradable)에 따라 "생분해성"으로 간주되려면, 해당 물질이 (예를 들어, 초기 샘플에 비해) 총 90% 이상의 생분해, 또는 기준 및 시험 품목 둘 다가 평탄부에 도달한 후 적합한 기준 물질의 최대 분해의 90% 이상의 생분해를 나타내야 한다. 생분해성에 대한 최대 시험 기간은 토양 퇴비화 조건 하에 2년이다.

본원에 기술된 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 토양 퇴비화 조건 하에 ISO 17556(2012)에 따라 측정시, 2년, 1.75년, 1년, 9개월 또는 6개월 이하 내에 90% 이상의 생분해를 나타낼 수 있다. 몇몇 경우, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은 2년 이하 내에 약 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99 또는 99.5% 이상의 생분해를 나타낼 수 있거나, 또는 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 토양 퇴비화 조건 하에 ISO 17556(2012)에 따라 측정시, 2년 이하 내에 100% 생분해를 나타낼 수 있다.

추가적으로 또는 대안적으로, 본원에 기술된 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 토양 퇴비화 조건 하에 ISO 17556(2012)에 따라 측정시, 약 700, 650, 600, 550, 500, 450, 400, 350, 300, 275, 250, 240, 230, 220, 210, 200, 또는 195일 이하 내에 90% 이상의 생분해를 나타낼 수 있다. 몇몇 경우, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은 약 225, 220, 215, 210, 205, 200 또는 195일 이하 내에 약 97, 98, 99 또는 99.5% 이상 생분해될 수 있다. 결과적으로, 본원에 기술된 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 빈코테의 OK 생분해성 토양 적합성 마크를 받고 딘 세르트코의 토양 인증 체계의 딘 게프뤼프트 생분해성의 표준을 충족하기 위한 요건을 충족할 수 있다.

몇몇 실시양태에서, 본 발명의 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은 생분해능이 공지되지 않은 성분을 1, 0.75, 0.50 또는 0.25 중량% 미만으로 포함할 수 있다. 몇몇 경우, 본원에 기술된 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은 생분해능이 공지되지 않은 성분을 포함하지 않을 수 있다.

수생 생분해 시험(Aquatic Biodegradation Test) - O₂ 소비(OECD 301F)를 사용하여, 중합체성 물질의 생분해를 모니터링할 수 있다. OECD 301F는, 산소 소비량을 측정하여 물질의 생분해능을 결정하는 수생 호기성 생분해 시험이다. OECD 301F는 불용성 및 휘발성 물질에 가장 흔히 사용된다. ThOD(이론적 산소 요구량)를 계산하는 경우에는, 시험 물질의 주요 성분의 순도 또는 비율이 중요하다. 다른 301 시험 방법과 유사하게, OECD 301F의 표준 시험 기간은 최소 28일이다. 시험 물질의 용액 또는 현탁액을 무기질 배지에 접종하고, 어두운 곳에서 또는 확산 광(diffuse light) 내에서 호기성 조건 하에 배양한다. 절차의 작동을 확인하기 위해, 셀룰로오스를 양성 대조군으로 병렬로 시험한다.

수생 생분해는, 성분들의 블렌드 물질의 생분해능을 측정하는 또 다른 방법이다. 생물학적 산소 요구량(BOD)은 옥시탑(OxiTop)(등록상표) 컨트롤 OC 110 호흡계 시스템을 사용하여 시간에 따라 측정하였다. 이는, 밀폐된 병 시스템 내에서 산소가 소비될 때 발생하는 음압을 측정함으로써 달성된다. O₂가 소비될 때 방출되는 CO₂를 수집하기 위해 NaOH 정제를 상기 시스템에 첨가한다. CO₂와 NaOH가 반응하여 Na₂CO₃를 형성하며, 이는 기상 중의 CO₂를 끌어내어(pull out), 측정가능한 음압을 야기한다. 옥시탑 측정 헤드는 이러한 음압 값을 기록하고, 이 정보를 컨트롤러에 무선으로 전달하며, 이는 생성된 CO₂를 1:1 비로 BOD로 전환시킨다. 측정된 생물학적 산소 요구량을 각각의 시험 물질의 이론적 산소 요구량과 비교하여 생분해%를 결정할 수 있다. 본 발명의 실시양태에서, 수생 생분해는, 바이오충전제가 블렌드 내에 포함되는 경우, 동일하거나 상이할 수 있다.

산업용 및/또는 가정용 퇴비화 조건 하에 생분해성인 것에 더하여, 본원에 기술된 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은 또한 가정용 및/또는 산업용 조건 하에 퇴비화가능할 수 있다. 전술된 바와 같이, 생분해능, 분해능(ability to disintegrate), 중금속 함량 및 환경독성에 대해 EN 13432에 명시된 요건을 충족하거나 이를 넘어서는 경우, 해당 물질은 퇴비화가능한 것으로 간주된다. 본원에 기술된 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 빈코테로부터 OK 퇴비(OK compost) 및 OK 퇴비 가정용 적합성 마크(OK compost HOME conformity mark)를 받기 위한 요건을 충족시키기 위해 가정용 및/또는 산업용 퇴비화 조건 하에 충분한 퇴비화능을 나타낼 수 있다.

몇몇 경우, 본원에 기술된 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, EN 13432(2000)에 제시된 모든 요건을 충족하는 휘발성 고형분 농도, 중금속 및 불소 함량을 가질 수 있다. 추가적으로, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은 퇴비 품질(화학적 매개변수 및 환경독성 시험 포함)에 부정적인 영향을 미치지 않을 수 있다.

몇몇 경우, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 산업용 퇴비화 조건 하에 ISO 16929(2013) 또는 ISO 20200에 따라 측정시, 26주 이하 내에 90% 이상의 분해를 나타낼 수 있다. 몇몇 경우, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 산업용 퇴비화 조건 하에 26주 이하 내에 약 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99 또는 99.5% 이상의 분해를 나타낼 수 있거나, 또는 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 산업용 퇴비화 조건 하에 26주 이하 내에 100% 분해될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은 산업용 퇴비화 조건 하에 ISO 16929(2013) 또는 ISO 20200에 따라 측정시, 약 26, 25, 24, 23, 22, 21, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13, 12, 11, 또는 10주 이하 내에 90% 이상의 분해를 나타낼 수 있다. 몇몇 경우, 본원에 기술된 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 산업용 퇴비화 조건 하에 ISO 16929(2013) 또는 ISO 20200에 따라 측정시, 12, 11, 10, 9 또는 8주 이하 내에 97, 98, 99 또는 99.5% 이상 분해될 수 있다.

몇몇 경우, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은 가정용 퇴비화 조건 하에 ISO 16929(2013) 또는 ISO 20200에 따라 측정시, 26주 이하 내에 90% 이상의 분해를 나타낼 수 있다. 몇몇 경우, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은 가정용 퇴비화 조건 하에 26주 이하 내에 약 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99 또는 99.5% 이상의 분해를 나타낼 수 있거나, 또는 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은 가정용 퇴비화 조건 하에 26주 이하 내에 100% 분해될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 가정용 퇴비화 조건 하에 ISO 16929(2013) 또는 ISO 20200에 따라 측정시, 약 26, 25, 24, 23, 22, 21, 20, 19, 18, 17, 16 또는 15주 이하 내에 90% 이상의 분해를 나타낼 수 있다. 몇몇 경우, 본원에 기술된 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 가정용 퇴비화 조건 하에 ISO 16929(2013) 또는 ISO 20200에 따라 측정시, 20, 19, 18, 17, 16, 15, 14, 13 또는 12주 이하 내에 97, 98, 99 또는 99.5% 이상 분해될 수 있다.

실시양태들에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물이 필름으로 형성되거나 0.02, 0.05, 0.07, 0.10, 0.13, 0.25, 0.38, 0.51, 0.64, 0.76, 0.89, 1.02, 1.14, 1.27, 1.40, 1.52, 1.78, 2.0, 2.3, 2.5, 3.0, 3.3, 또는 3.8 mm의 최대 두께를 갖는 물품으로 사출 성형될 때, 상기 필름 또는 물품은, 본원에 기술된 바와 같은 분해 시험 프로토콜에 따라 또는 대안적으로 ISO 16929(2013) 또는 ISO 20200에 따라, 12주 후에 90% 초과의 분해를 나타낸다. 특정 실시양태에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물이 필름으로 형성되거나 0.02, 0.05, 0.07, 0.10, 0.13, 0.25, 0.38, 0.51, 0.64, 0.76, 0.89, 1.02, 1.14, 1.27, 1.40, 1.52, 1.78, 2.0, 2.3, 2.5, 3.0, 3.3, 또는 3.8 mm의 최대 두께를 갖는 물품으로 사출 성형될 때, 상기 필름 또는 물품은, 본원에 기술된 바와 같은 분해 시험 프로토콜에 따라 또는 대안적으로 ISO 16929(2013) 또는 ISO 20200에 따라, 12주 후에 90% 초과의 분해를 나타낸다. 특정 실시양태에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물이 0.13, 0.25, 0.38, 0.51, 0.64, 0.76, 0.89, 1.02, 1.14, 1.27, 1.40, 또는 1.52 mm의 두께를 갖는 필름으로 형성될 때, 상기 필름 또는 물품은, 본원에 기술된 바와 같은 분해 시험 프로토콜에 따라 또는 대안적으로 ISO 16929(2013) 또는 ISO 20200에 따라, 12주 후에 90, 95, 96, 97, 98 또는 99% 초과의 분해를 나타낸다. 특정 실시양태에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물이 필름으로 형성되거나 0.02, 0.05, 0.07, 0.10, 0.13, 0.25, 0.38, 0.51, 0.64, 0.76, 0.89, 1.02, 1.14, 1.27, 1.40, 1.52, 1.78, 2.0, 2.3, 2.5, 3.0, 3.3, 또는 3.8 mm의 최대 두께를 갖는 물품으로 사출 성형될 때, 상기 필름 또는 물품은, 본원에 기술된 바와 같은 분해 시험 프로토콜에 따라 또는 대안적으로 ISO 16929(2013) 또는 ISO 20200에 따라, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 또는 16주 후에 90, 95, 96, 97, 98 또는 99% 초과의 분해를 나타낸다.

몇몇 실시양태에서, 본원에 기재된 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)에는 광분해제가 실질적으로 없을 수 있다. 예를 들어, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)의 총 중량을 기준으로 1, 0.75, 0.50, 0.25, 0.10, 0.05, 0.025, 0.01, 0.005, 0.0025, 또는 0.001 중량% 이하의 광분해제를 포함할 수 있거나, 또는 상기 셀룰로오스 에스터 조성물(또는 이를 포함하는 물품)은 광분해제를 포함하지 않을 수 있다. 이러한 광분해제의 예는, 비제한적으로, 광산화 촉매로서 작용하고 하나 이상의 금속 염, 산화성 촉진제 및 이들의 조합의 존재에 의해 임의적으로 증강되는(augmented) 안료를 포함한다. 안료는, 코팅된 또는 비-코팅된 아나타제 또는 루틸 이산화티타늄을 포함할 수 있으며, 이는 단독으로 또는 하나 이상의 증강 성분(예를 들어, 다양한 유형의 금속)과의 조합으로 존재할 수 있다. 광분해제의 다른 예는 벤조인, 벤조인 알킬 에터, 벤조페논 및 이의 유도체, 아세토페논 및 이의 유도체, 퀴논, 티오잔톤, 프탈로시아닌 및 기타 감광제, 에틸렌-일산화탄소 공중합체, 방향족 케톤-금속 염 증감제 및 이들의 조합물을 포함한다.

최종 용도

하나의 양태에서, 본원에 기재된 바와 같은 셀룰로오스 에스터 조성물을 포함하는 생분해성, 분해성 및/또는 퇴비화가능 물품이 제공된다. 실시양태들에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은 압출가능하거나, 성형가능하거나, 캐스팅가능하거나, 열성형가능하거나 또는 3D 프린팅될 수 있다.

실시양태들에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물은 용융-가공성이고, 생분해성인 및/또는 퇴비화가능한 유용한 성형 물품, 예를 들어 일회용 식품 접촉 물품으로 형성될 수 있다. 실시양태들에서, 상기 물품은 비-지속성(non-persistent)이다. 환경적으로 "비-지속성"이란, 생분해성 셀룰로오스 에스터가 진보된 분해 수준(advanced level of disintegration)에 도달하는 경우, 천연 미생물 개체군에 의한 총 소비가 가능하게 됨을 의미한다. 생분해성 셀룰로오스 에스터의 분해는 궁극적으로 이산화탄소, 물 및 바이오매스로의 이의 전환을 야기한다. 실시양태들에서, 150 mil, 140 mil, 130 mil, 120 mil, 110 mil, 100 mil, 90 mil, 80 mil, 70 mil, 60 mil, 50 mil, 40 mil, 30 mil, 25 mil, 20 mil, 15 mil, 10 mil, 5 mil, 2 mil 또는 1 mil 이하의 최대 두께를 가지며, 생분해성이고 퇴비화가능하며(즉, 본원에 논의된 바와 같이 대로 산업용 또는 가정용 퇴비화능 시험/기준을 통과함), (본원에 논의된) 셀룰로오스 에스터 조성물을 포함하는 물품이 제공된다. 실시양태들에서, 150 mil, 140 mil, 130 mil, 120 mil, 110 mil, 100 mil, 90 mil, 80 mil, 70 mil, 60 mil, 50 mil, 40 mil, 30 mil, 25 mil, 20 mil, 15 mil, 10 mil, 5 mil, 2 mil 또는 1 mil의 최대 두께를 갖고, 환경적으로 비-지속성이며, (본원에 논의된) 셀룰로오스 에스터 조성물을 포함하는 물품이 제공된다.

본 발명의 실시양태에서, 상기 셀룰로오스 에스터 조성물을 포함하는 물품이 제공되며, 상기 물품은 식품 서비스 및 식료품, 원예, 농업, 레크리에이션, 코팅, 섬유, 부직포 및 가정/사무실 용도에 사용된다. 식품 서비스 및 식료품의 예는, 비제한적으로, 빨대, 컵 뚜껑, 복합체 뚜껑(composite lid), 포션 컵(portion cup), 음료수 컵, 트레이, 그릇, 접시, 식품 용기, 용기 뚜껑, 클램쉘 용기, 커트러리, 조리도구, 교반기, 단지, 단지 뚜껑, 병, 병 뚜껑, 백(bag), 유연 포장재(flexible packaging), 랩(wrap), 농산물 바구니(produce basket), 농산물 스티커 및 노끈(twine)을 포함한다. 원예 및/또는 농업 용도의 예는, 비제한적으로, 화분, 발아 트레이, 이식 화분, 식물 태그, 양동이, 토양 피복용 백(bags for soil & mulch), 트리머 스트링(trimmer string), 농업용 필름, 피복용 필름(mulch film), 온실 필름, 사일리지 필름(silage film), 퇴비 봉투, 필름 스테이크(film stake), 및 건초 묶는 끈(hay baling twine)을 포함한다. 레크리에이션 물품의 예는, 비제한적으로, 장난감, 스포츠 용품, 낚시 도구(fishing tackle), 골프 장비 및 캠핑 용품을 포함한다. 장난감은, 비제한적으로, 해변 장난감, 블록, 바퀴, 프로펠러, 빨대컵(sippy cup), 인형 액세서리 및 애완동물 장난감을 포함한다. 스포츠 용품은, 비제한적으로, 휘슬, 휘플볼(whiffle ball), 패들(paddle), 네트, 폼 볼(foam ball) 및 다트, 및 인조 잔디를 포함한다. 낚시 도구는, 비제한적으로, 찌(float), 미끼(lure), 그물 및 함정을 포함한다. 골프 장비는, 비제한적으로, 티(tee), 연습용 공, 볼 마커, 및 디봇 툴(divot tool)을 포함한다. 캠핑 장비는, 비제한적으로, 텐트 말뚝, 식기, 및 코드/로프를 포함한다. 가정 및 사무실 물품의 예는, 비제한적으로, 상품권, 신용카드, 표지판, 라벨, 보고서 표지, 우편 봉투(mailer), 테이프, 공구 손잡이, 칫솔 손잡이, 필기구, 빗, 필름 보관통(film canister), 전선 절연재, 나사 캡 및 병을 포함한다.

실시양태들에서, 상기 물품은, 본원에 기재된 바와 같은 셀룰로오스 에스터 조성물을 포함하는 성형가능 열가소성 물질로부터 제조된다.

실시양태들에서, 상기 물품은 일회용 식품 접촉 물품이다. 상기 셀룰로오스 에스터 조성물로 제조될 수 있는 물품의 예는 컵, 트레이, 다중 구획 트레이, 클램셸 포장재, 캔디 스틱, 필름, 시트, 트레이 및 뚜껑(예컨대, 열성형된 것), 빨대, 접시, 그릇, 포션 컵, 식품 포장재, 액체 운반 용기, 고체 또는 겔 운반 용기 및 커트러리를 포함한다. 실시양태들에서, 상기 셀룰로오스 에스터는 물품의 코팅 또는 층일 수 있다. 상기 물품은 섬유를 포함할 수 있다. 실시양태들에서, 상기 물품은 원예 물품일 수 있다. 상기 셀룰로오스 에스터 조성물로 제조될 수 있는 물품의 예는 화분, 식물 태그, 피복 필름 및 농업용 땅 커버(ground cover)를 포함한다.

하나의 실시양태에서 또는 임의의 다른 실시양태와의 조합으로, 상기 셀룰로스 에스터는, GPC로 측정시, 10,000 내지 90,000 달톤 범위의 수평균 분자량("M_n")을 가진다. 하나의 실시양태에서 또는 임의의 다른 실시양태와의 조합으로, 상기 셀룰로오스 에스터는, GPC로 측정시, 30,000 내지 90,000 달톤 범위의 수평균 분자량("M_n")을 가진다. 하나의 실시양태에서 또는 임의의 다른 실시양태와의 조합으로, 상기 셀룰로오스 에스터는, GPC로 측정시, 40,000 내지 90,000 달톤 범위의 수평균 분자량("M_n")을 가진다.

하나의 실시양태에서 또는 임의의 다른 실시양태와의 조합으로, 상기 조성물이, 0.38 mm의 두께를 갖는 필름으로 형성되는 경우, 상기 필름은, 본원에 기술된 바와 같은 분해 시험 프로토콜에 따라 또는 대안적으로 ISO 16929(2013) 또는 ISO 20200에 따라, 6주 후에 5% 초과의 분해를 나타내고 12주 후에 90% 초과의 분해를 나타낸다. 하나의 실시양태에서 또는 임의의 다른 실시양태와의 조합으로, 상기 조성물이, 0.38 mm의 두께를 갖는 필름으로 형성되는 경우, 상기 필름은, 본원에 기술된 바와 같은 분해 시험 프로토콜에 따라 또는 대안적으로 ISO 16929(2013) 또는 ISO 20200에 따라, 6주 후에 10% 초과의 분해를 나타내고, 12주 후에 90% 초과의 분해를 나타낸다. 하나의 실시양태에서 또는 임의의 다른 실시양태와의 조합으로, 상기 조성물이, 0.38 mm의 두께를 갖는 필름으로 형성되는 경우, 상기 필름은, 본원에 기술된 바와 같은 분해 시험 프로토콜에 따라 또는 대안적으로 ISO 16929(2013) 또는 ISO 20200에 따라, 6주 후에 20% 초과의 분해 및 12주 후에 90% 초과의 분해를 나타낸다. 하나의 실시양태에서 또는 임의의 다른 실시양태와의 조합으로, 상기 조성물이, 0.38 mm의 두께를 갖는 필름으로 형성되는 경우, 상기 필름은, 본원에 기술된 바와 같은 분해 시험 프로토콜에 따라 또는 대안적으로 ISO 16929(2013) 또는 ISO 20200에 따라, 6주 후에 30% 초과의 분해 및 12주 후에 90% 초과의 분해를 나타낸다. 하나의 실시양태에서 또는 임의의 다른 실시양태와의 조합으로, 상기 조성물이, 0.38 mm의 두께를 갖는 필름으로 형성되는 경우, 상기 필름은, 본원에 기술된 바와 같은 분해 시험 프로토콜에 따라 또는 대안적으로 ISO 16929(2013) 또는 ISO 20200에 따라, 6주 후에 50% 초과의 분해 및 12주 후에 90% 초과의 분해를 나타낸다. 하나의 실시양태에서 또는 임의의 다른 실시양태와의 조합으로, 상기 조성물이, 0.38 mm의 두께를 갖는 필름으로 형성되는 경우, 상기 필름은, 본원에 기술된 바와 같은 분해 시험 프로토콜에 따라 또는 대안적으로 ISO 16929(2013) 또는 ISO 20200에 따라, 6주 후에 70% 초과의 분해 및 12주 후에 90% 초과의 분해를 나타낸다.

하나의 실시양태에서 또는 임의의 다른 실시양태와의 조합으로, 상기 조성물이, 0.76 mm의 두께를 갖는 필름으로 형성되는 경우, 상기 필름은, 본원에 기술된 바와 같은 분해 시험 프로토콜에 따라 또는 대안적으로 ISO 16929(2013) 또는 ISO 20200에 따라, 12주 후에 30% 초과의 분해를 나타낸다. 하나의 실시양태에서 또는 임의의 다른 실시양태와의 조합으로, 상기 조성물이, 0.76 mm의 두께를 갖는 필름으로 형성되는 경우, 상기 필름은, 본원에 기술된 바와 같은 분해 시험 프로토콜에 따라 또는 대안적으로 ISO 16929(2013) 또는 ISO 20200에 따라, 12주 후에 50% 초과의 분해를 나타낸다. 하나의 실시양태에서 또는 임의의 다른 실시양태와의 조합으로, 조성물이 0.76의 두께를 갖는 필름으로 형성되는 경우, 상기 필름은, 본원에 기술된 바와 같은 분해 시험 프로토콜에 따라 또는 대안적으로 ISO 16929(2013) 또는 ISO 20200에 따라, 12주 후에 70% 초과의 분해를 나타낸다. 하나의 실시양태에서 또는 임의의 다른 실시양태와의 조합으로, 상기 조성물이, 0.76 mm의 두께를 갖는 필름으로 형성되는 경우, 상기 필름은, 본원에 기술된 바와 같은 분해 시험 프로토콜에 따라 또는 대안적으로 ISO 16929(2013) 또는 ISO 20200에 따라, 12주 후에 90% 초과의 분해를 나타낸다. 하나의 실시양태에서 또는 임의의 다른 실시양태와의 조합으로, 상기 조성물이, 0.76 mm의 두께를 갖는 필름으로 형성되는 경우, 상기 필름은, 본원에 기술된 바와 같은 분해 시험 프로토콜에 따라 또는 대안적으로 ISO 16929(2013) 또는 ISO 20200에 따라, 12주 후에 95% 초과의 분해를 나타낸다.

또 다른 실시양태에서, 셀룰로오스 아세테이트 조성물을 포함하는 셀룰로스 아세테이트 토우 밴드가 제공되며, 이때 상기 셀룰로오스 아세테이트 조성물은, 적어도 하나의 셀룰로오스 에스터, 적어도 하나의 가소제, 적어도 하나의 알칼리성 첨가제, 및 적어도 하나의 중화제를 포함하고, 상기 셀룰로오스 아세테이트 조성물은, 산업용 퇴비화 조건 하에 시험시, ASTM D6400 에 따라 생분해성이다.

전형적인 담배 필터는 셀룰로오스 아세테이트계 섬유(셀룰로오스 아세테이트 토우 또는 간단히 아세테이트 토우라고 불림)의 연속-필라멘트 토우 밴드로 제조된다. 필터를 제조하기 위한 아세테이트 토우의 용도는 다양한 특허에 기술되어 있으며, 상기 토우는 가소화될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 2,794,239를 참조한다.

연속 섬유 대신, 더 짧고 필터의 궁극적인 성능 저하를 도울 수 있는 스테이플 섬유가 사용될 수 있다. 예를 들어, 연속적인 필라멘트 토우로부터 스테이플 섬유 매연 필터 요소 등의 직접 생산을 개시하는 미국 특허 3,658,626을 참조한다. 상기 스테이플 섬유는 또한 가소화될 수 있다.

담배 섬유용 아세테이트 토우는 전형적으로, 미국 특허 2,953,838에 기술된 바와 같이, 의도적으로 고도로 주름지고 엉킨 Y자 형태의 소-필라멘트-데니어 섬유(small-filament-denier fiber)로 제조된다. 상기 Y자 형태는, 다른 섬유 형태에 비해, 제시된 압력 강하에 대해 최저 중량으로 최적의 담배 필터를 허용한다. 미국 특허 2,829,027을 참조한다. 전형적으로, 1.6 내지 8 dpf(필라멘트당 데니어) 범위의 소-필라멘트-데니어 섬유가 효율적인 필터의 제조에 사용된다. 필터 구성시, 섬유의 주름(crimp)은 필터 견고성을 향상시키고, 제시된 압력 강하에 대한 토우 중량을 감소시킨다.

아세테이트 토우를 담배 필터로 전환하는 것은, 예를 들어 미국 특허 3,017,309에 기술된 바와 같이, 토우 컨디셔닝 시스템 및 플러그메이커를 사용하여 달성될 수 있다. 상기 토우 컨디셔닝 시스템은 더미(bale)로부터 토우를 빼내고, 섬유를 펼치고 디-리지스터(de-register)("블룸화(blooms)")하고, 토우를 플러그메이커에 전달한다. 플러그메이커는 토우를 압축하고, 이를 플러그랩(plugwrap) 종이로 감싸고, 적합한 길이의 막대로 자른다. 필터 견고성(firmness)을 더욱 높이기 위해, 비휘발성 용매를 첨가하여, 섬유들을 함께 용매-결합시킬 수 있다. 이러한 용매-결합제는 업계에서 가소제로 불리며, 역사적으로 트라이아세틴(글리세롤 트라이아세테이트), 다이에틸렌 글리콜 다이아세테이트, 트라이에틸렌 글리콜 다이아세테이트, 트라이프로피오닌, 아세틸 트라이에틸 시트레이트 및 트라이에틸 시트레이트를 포함하였다. 필터 견고성을 높이기 위해 왁스도 사용되었다. 예를 들어, 미국 특허 2,904,050을 참조한다.

통상적인 가소제 섬유-대-섬유 결합제는 결합 및 선택적 여과에 대해 잘 작용한다. 그러나, 가소제는 전형적으로 수-가용성이 아니며, 섬유는 연장된 기간 동안 결합된 상태를 유지할 것이다. 사실, 통상적인 담배 필터는, 필터 섬유의 고도의 얽힘 성질, 섬유들 간의 용매 결합, 및 셀룰로오스 아세테이트 중합체의 고유한 느린 분해능으로 인해, 폐기 시 열화 및 분해되는 데 몇 년이 필요할 수 있다. 따라서, 개선된 분해능을 갖는 담배 필터를 개발하려는 시도가 이루어져 왔다.

실시예

약어

TFA는 트리플루오로아세트산이고; DMSO-d6은 6중수소화된(hexadeuterated) 다이메틸설폭사이드이며; CA-398-30은 이스트만(Eastman) 셀룰로오스 아세테이트 CA-398-30이고; DB는 분지화도이다.

방법:

셀룰로오스 다이아세테이트:

CA-398-30(셀룰로오스 다이아세테이트, CDA)가 모든 실시예 및 측정을 위한 수지였다. 이의 치환도(DS)는 2.5이다. 이의 융점은 230 내지 250℃이고, T_g는 189℃이다. 상기 물질을, 실시예에 언급된 첨가제에 따라 펠릿으로 컴파운딩하였다.

유변학

용융 점도는 평행판 레오미터(티에이 인스트루먼츠(TA instruments) 제조, ARES G2)를 사용하여 측정하였다. 주파수 스윕(frequency sweep)은, 1 mm 간격의 원형 플레이트를 사용하여 220℃ 온도에서 수행하였다.

물리적 특성

NMR을 이용한 전분의 분지화도

샘플 제조: 전분 샘플을 전형적인 셀룰로오스 샘플과 같이 제조하였다. 영점-조정된(tared) 바이알에 약 20 mg의 샘플, 교반 막대 및 1 mL의 DMSO-d₆를 첨가하였다. 이 내용물을 80℃의 핫플레이트에서 교반하였다. 상기 샘플이 완전히 용해되면, 핫플레이트에서 꺼내어 실온으로 냉각시켰다. 80 μL의 TFA-d/TMS 용액을 상기 바이알에 첨가하고, 내용물을 교반하고, 이 용액을 NMR 튜브로 옮겼다. 600 MHz 브루커 어밴스(Bruker Avance) IIIHD 분광계(64 스캔, 15s d1)에서 80℃에서 ¹H NMR 스펙트럼을 획득하였다.

하기 표 2에 제시되는 전분은 인그리디언(Ingredion)으로부터 구입하였다.

산업용 퇴비 - 분해 성능

시험 물질은 받은 그대로 사용하였다. 상기 물질의 사진을 찍고, 태그를 붙이고, 나일론 메쉬 백에 샘플 유형당 하나의 시험 물품을 넣었다. 상기 백을 퇴비로 채우고, 활성 단계가 시작될 때 윈드로우(windrow)에 넣었다. 시험 동안, 전환식 윈드로우 시스템(turned windrow system)을 이용하였다. 이 시험에서, 출발 공급원료의 C:N 비는 평균 약 24였다. 활성 단계에 걸쳐 상기 윈드로우의 평균 온도는 약 160℉였으며, 수분 함량은 50 내지 60%로 다양하였다. 상기 활성 단계는 96일 동안 지속되었으며, 14일, 30일, 60일에 윈드로를 켰다(turned on). 활성 단계가 끝나면, 상기 백을 상기 윈드로우로부터 회수하고, 건조시켰다. 상기 시험 물품을 상기 백에서 꺼내어 사진을 찍었다.

실시예 1: 분해 성능 - 상업용 퇴비

30 mil의 물품을 산업용 퇴비에 넣고, 12주가 끝났을 때 분해를 관찰하였다. 약 20%의 PEG-400 가소제를 갖고 전분은 없는 샘플 A는 12주가 끝났을 때에도 분해되지 않았다. 1.2의 DB를 갖는 전분(베네폼(Beneform) 3750, 인그레디온(Ingredion)으로부터 구매)을 10, 20 및 30% 담지량으로 갖는 샘플 B 내지 D는, 30%의 전분 담지량에서 분해 시작을 나타냈다. 그러나, 4.4의 DB를 갖는 전분을 10, 20 및 30% 담지량으로 갖는 샘플 E 내지 G는, 20% 담지량에서 상당한(90% 초과) 분해를 나타내고, 30% 담지량에서 완전한 분해(100%)를 나타냈다.

실시예 1.2: 분해 성능 - 생분해 데이터

담수 환경에서의 생분해 시험

담수 생분해 시험을, 전분 샘플인 베네폼 3750, 클리어플로, 더글라스 3060 및 아르고의 옥수수 전분을 사용하여 총 41일 동안 옥시탑 OC 110 호흡계(respirometer)를 사용하여 수행하였다. 이 시험의 일반적인 길이는 56일이지만, 배양기 오작동으로 인해 시험이 일찍 종료되었다. 이어서, 데이터를, 써모플로 전분을 포함하는 2021년 3월 25일로부터의 이전 시험의 처음 41일과 비교하였다. 본 시험을 위해, EMN으로부터 폐수를 입수하여, 유일한 폐수 공급원으로 사용하였다. 본 시험에서 폐수 접종원의 미생물 개체수 차이를 설명하기 위해, 일반적인 1% 대신 약 5%의 폐수를 접종원으로서 첨가하였다.

상기 실험 둘 다에서 양성 대조군(셀룰로오스)이 60% 초과의 생분해에 도달했기 때문에, 본 실험으로부터의 결과는 상기 시스템 둘 다에 대한 유효성을 나타냈다. 결과는, 전분 샘플인 아르고의 옥수수 전분, 더글라스 3060 및 클리어플로가 양성 대조군보다 더 잘 분해되는 것으로 판명됨을 입증하였다. 전분 샘플인 베네폼 3750은 전분 첨가제 중에서 가장 적게 분해되었다.

실시예 1.3: 분해 성능

30 mil의 물품을 산업용 퇴비(OWS)에 넣고, 12주가 끝났을 때 분해를 관찰하였다. 하기 표는, 산업용 퇴비에서 12주 후 30 mil 두께의 물품의 대표 결과를 보여준다. 사용되는 특정 전분 첨가제에 따라 분해 성능에 분명한 차이가 있었다. 베네폼 첨가제를 갖는 30 mil 필름은 가장 적게 분해된 반면, 클리어플로 및 써모플로를 갖는 필름은 상당히 분해되었다. 이러한 데이터는, 더 높은 분지화를 갖는 전분 제품(클리어플로 및 써모플로)이 분해 향상 첨가제로서 작용한다는 가설을 뒷받침한다. 베네폼은 주로 선형 전분이므로, 분해 성능을 높이는 데 도움이 되지 않았다(분지에 대한 NMR 데이터 인용). 60 mil 플라크들 중 어느 것도 이의 초기 중량의 50% 초과로는 분해되지 않았다.

실시예 2. 열 변형 온도 증가

놀랍게도, 분지형 전분 첨가제를 20% 담지량으로 첨가하면, 제형의 열 변형 온도(HDT)가 약 5 내지 10℃ 증가하였다. 대조적으로, 선형 전분의 첨가는 제형의 HDT를 증가시키지 않았다.

실시예 3. CDA 제형에 대한 유변학 개질제

중합체 제형의 용융 점도를 100 rad/초의 주파수에서 비교하였다. 상기 주파수는 사출 성형 동안 관찰되는 주파수 범위 이내이다. 상기 셀룰로오스 에스터 제형은 고 전단 속도에서 전단 박막화되는(shear thin) 것으로 공지되어 있다. 점도에서 관찰된 차이는 측정된 전단 속도 범위(0.6 내지 628 rad/초)에 걸쳐 유사하다.

베네폼 3750 및 써모플로 전분을 갖는 제형은, 전분이 없는 대조군 제형보다 훨씬 더 높은 점도를 가졌다. 클리어플로 전분을 첨가하면, 제형의 점도가 크게 변하지 않았다. 또한, 더글라스 3060을 첨가하면, 제형의 점도가 상당히 감소하였다. 더 낮은 점도는, 일반적으로 사출 성형 동안 배압을 낮추기에 좋다. 따라서, 전분 첨가제는 또한 CDA 제형의 유동성 개질제 역할도 할 수 있다.

실시예 4: 전분 제형의 시각적 외관

본 발명자들은, 특정 전분 등급을 첨가하면, 제형화된 부분에서 상당히 어두운/갈색 색상이 나타나는 것을 관찰하였다(하기 표 참조). 전분, 특히 산화된 전분의 산 함량이 높으면, 셀룰로오스 아세테이트와의 반응에 의해 상기 CDA 제형에 색상을 야기할 것으로 예상된다.

상기 60 mil 플라크의 색상을 코니카 미놀타(Konika Minolta) 색도계(CR-400) 및 스펙트라매직(SpectraMagic) NX 소프트웨어를 사용하여 백색 배경에 대한 CIE L^*a^*b^* 색 공간에서 측정하였다. L^* 값은 밝기의 척도이며, 이때 L^* = 0은 흑색이고, L^* = 100은 백색이다.

하기 표 9에 보고되는 값은 3회 측정의 평균이다. 비교를 위해, 레네타 차트(Leneta chart)의 백색 영역과 흑색 영역도 포함시켰다.

전분이 없으면, 투명한 필름이었다. 전분을 첨가하면, 색이 변했다.

실시예 1.4. ISO20200에서의 성형된 플라크의 분해

CA-398-30을 가소제로서의 PEG400(20 중량%) 및 임의적으로 전분 첨가제(제형의 20 중량%)와 컴파운딩하였다. 상기 컴파운딩된 펠릿(60 mil 두께, 4인치의 정사각형)으로부터 플라크를 사출 성형하였다.

ISO20200 방법

표준 실험실 방법(ISO 20200)을 사용하여, 60 mil 사출 성형 플라크의 상대적 분해율을 합성 퇴비에서 비교하였다. 합성 퇴비 혼합물은, 건조 질량(접종원으로서의 숙성된 퇴비 포함)의 다양한 %를 가졌다(표 A). 현지 퇴비화 설비로부터 숙성된 퇴비를 수집하였으며, 이는 4개월 미만의 신선한 샘플이었다. 상기 퇴비 접종원을 5 mil 체를 통해 체질한 후, 상기 합성 제형에 혼합하였다. 건조 성분들을 습윤 성분들과 별도로 혼합하고, 2 내지 3시간 동안 정치하여, 수분을 빨아들였다. 합성 퇴비가 수분 함량을 흡수하면, 이 혼합물을 상자당 약 1000 g으로 상자들에 나누었다. 이 시점에, 압착 시험(squeeze test)을 사용하여, 물질들이 덩어리졌는지 및 형태를 유지하면서도 액체가 새어나오지 않았는지 확인하였으며, 이는 대략 55%의 수분 함량을 가졌다.

상기 시험 물질은, 7.5 g의 총 출발 중량을 갖는 2.5 cm 정사각형으로 절단된 60 mil 사출 성형 플라크였다. 이 샘플 조각들을 퇴비에 혼합하고, 상자, 샘플, 양성 대조군 및 샘플의 총 질량을 기록하였다.

가정용 퇴비화 조건을 모의시험하는 주위 시험의 경우, 상기 상자를 28℃±2℃의 배양기 또는 교정 오븐에 넣었다. 이어서, 상기 샘플을 다양한 간격으로 점검하고, 처음 30일 동안에는 약간의 혼합 및 비-혼합을 통해 초기 중량의 100%로 다시 유지하였다. 30일 후에, 상기 상자를 초기 중량의 80%까지만 복원하고, 이어서 60일 후에는 70%까지 복원하였다. 180일의 배양 기간이 끝났을 때 상기 시험을 종료하였으며, 상기 물질을 5 mil 및 이어서 2 mil 체를 통해 체질하여, 합성 퇴비 물질로부터 남아있는 필름을 분리하였다. 남아있는 조각들의 표면 오염을 제거하고, 최종 건조 중량으로부터 분해율(%)을 계산하였다.

실시예 1.5. 야외의 가정용 퇴비통에서의 성형된 커트러리의 분해

셀룰로오스 다이아세테이트(DS 2.45, 이스트만 CA394-60S)를, 하기 표 12에 따라, 가소제로서의 15% PEG400 및 임의적으로 전분 첨가제(제형의 20 중량%)와 컴파운딩하였다. 상기 컴파운딩된 펠릿으로부터 커트러리를 사출 성형하였다. 성형된 칼은 16.8 cm의 길이, 0.9 내지 1.8 cm의 폭, 및 1.4 내지 3.3 mm의 두께를 가졌다.

각각의 제형에 대해, 18개의 칼을 칭량하고, 유색 덕트 테이프로 표지한 후, 야외 퇴비통에 넣었다. 상기 퇴비통은 140 L 용량의 흑색 플라스틱 가정용 텀블러였으며, 처음에는 이를 약 100 L의 공급원료(현지 공급업체로부터의 숙성된 퇴비 70 L, 소나무 부스러기 24 L, 알팔파 펠릿 5 L, 수분 60%)로 채웠다. 상기 퇴비통을 매주 회전시키고, 압착 시험을 통해 적절한 수분을 확인하였다. 퇴비의 양을 중심 축 이상으로 유지하기 위해, 필요한 경우, 소나무 부스러기를 추가하였다. 상기 퇴비에 8주, 14주, 및 20주에 약 1 L의 알팔파 펠릿을 공급하였다. 26주 후, 각각의 제형의 9개의 칼을 상기 퇴비통에서 꺼내고, 세척하고, 건조시키고, 다시 칭량하여 최종 건조 중량을 수득하였다. 평균 중량의 변화 및 중량 손실(%)은 하기 표 13에서 계산된다.

Claims (12)

1. 분해성(disintegratable) 셀룰로오스 아세테이트 조성물을 포함하는 셀룰로오스 아세테이트 토우 밴드(tow band)로서,
   상기 분해성 셀룰로오스 에스터 조성물은 적어도 하나의 생분해성(biodegradable) 셀룰로오스 에스터 및 적어도 하나의 생분해성 분지형 전분(branched starch)을 포함하고,
   상기 분지형 전분은 2 내지 6의 분지화도를 갖고,
   상기 셀룰로오스 에스터 조성물은 50% 이상의 분해율(disintegratable rate)을 갖는, 셀룰로오스 아세테이트 토우 밴드.
2. 제1항에 있어서,
   상기 셀룰로오스 아세테이트가 약 1 내지 약 2.5의 치환도(DS)/무수 글루코스 단위(AGU)를 갖는, 셀룰로오스 아세테이트 토우 밴드.
3. 제1항에 있어서,
   상기 셀룰로오스 아세테이트가, 10,000 내지 90,000의 폴리스타이렌 등가 수평균 분자량(polystyrene equivalent number average molecular weights)(M_n)을 갖는 셀룰로오스 다이아세테이트인, 셀룰로오스 아세테이트 토우 밴드.
4. 제1항에 있어서,
   상기 셀룰로오스 아세테이트가, 재활용 물질로부터 수득된 반응물을 사용하여 셀룰로오스를 셀룰로오스 아세테이트로 전환시킴으로써 제조된 것인, 셀룰로오스 아세테이트 토우 밴드.
5. 제1항에 있어서,
   상기 가소제가 글리세롤 트라이아세테이트(트라이아세틴), 글리세롤 다이아세테이트, 다이부틸 테레프탈레이트, 다이메틸 프탈레이트, 다이에틸 프탈레이트, 폴리(에틸렌 글리콜)(MW 200 내지 600), 트라이에틸렌 글리콜 다이프로피오네이트, 1,2-에폭시프로필페닐 에틸렌 글리콜, 1,2-에폭시프로필(m-크레실) 에틸렌 글리콜, 1,2-에폭시프로필(o-크레실) 에틸렌 글리콜, β-옥시에틸 사이클로헥센카복실레이트, 비스(사이클로헥사네이트) 다이에틸렌 글리콜, 트라이에틸 시트레이트, 폴리에틸렌 글리콜, 벤조플렉스(Benzoflex), 프로필렌 글리콜, 폴리소르베이트, 수크로스 옥타아세테이트, 아세틸화된 트라이에틸 시트레이트, 아세틸 트라이부틸 시트레이트, 애드멕스(Admex), 트라이프로피오닌, 스칸디플렉스(Scandiflex), 폴록사머(poloxamer) 공중합체, 폴리에틸렌 글리콜 석시네이트, 다이이소부틸 아디페이트, 폴리비닐 피롤리돈 및 글리콜 트라이벤조에이트, 트라이에틸 시트레이트, 아세틸 트라이에틸 시트레이트, 폴리에틸렌 글리콜, 벤조에이트-함유 가소제, 예컨대 벤조플렉스(상표명) 가소제 시리즈, 폴리(알킬 석시네이트), 예컨대 폴리(부틸 석시네이트), 폴리에터설폰, 아디페이트계 가소제, 대두유 에폭사이드, 예컨대 파라플렉스(Paraplex)(상표명) 가소제 시리즈, 수크로스계 가소제, 다이부틸 세바케이트, 트라이부티린, 트라이프로피오닌, 수크로스 아세테이트 이소부티레이트, 레솔플렉스(Resolflex)(상표명) 시리즈 가소제, 트라이페닐 포스페이트, 글리콜레이트, 메톡시 폴리에틸렌 글리콜, 2,2,4-트라이메틸펜탄-1,3-다이일 비스(2-메틸프로파노에이트) 및 폴리카프로락톤로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나인, 셀룰로오스 아세테이트 토우 밴드.
6. 제1항에 있어서,
   상기 가소제가 1 내지 40 중량%의 양으로 존재하는, 셀룰로오스 아세테이트 토우 밴드.
7. 제1항에 있어서,
   상기 가소제가 PEG 및 MPEG(메톡시 PEG)로 이루어진 군으로부터 선택되는, 셀룰로오스 아세테이트 토우 밴드.
8. 제1항에 있어서,
   상기 셀룰로오스 에스터 조성물이 생분해성 셀룰로오스 에스터(BCE) 성분, 및 BCE 이외의 적어도 하나의 다른 생분해성 중합체를 포함하는, 셀룰로오스 아세테이트 토우 밴드.
9. 제1항에 있어서,
   분지형의 비정질 바이오충전제가 3 이상의 분지화도를 갖는, 셀룰로오스 아세테이트 토우 밴드.
10. 제1항에 있어서,
    상기 바이오충전제가, 튤립 전분, 찰옥수수 전분, 찰감자 전분, 네이티브 옥수수(native corn) 전분 및 감자 전분으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나인, 셀룰로오스 에스터 토우 밴드.
11. 제1항에 있어서,
    상기 셀룰로오스 에스터 조성물 내의 상기 바이오충전제가 상기 셀룰로오스 에스터 조성물을 기준으로 약 1 내지 약 50 중량% 범위인, 셀룰로오스 에스터 토우 밴드.
12. 제1항에 있어서,
    상기 셀룰로오스 에스터 조성물 내의 상기 바이오충전제가 상기 셀룰로오스 에스터 조성물을 기준으로 약 5 내지 약 50 중량% 범위인, 셀룰로오스 에스터 토우 밴드.