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KR102618136B1 - 퇴비화 가능한 조성물, 물품, 및 퇴비화 가능한 물품의 제조 방법 - Google Patents

퇴비화 가능한 조성물, 물품, 및 퇴비화 가능한 물품의 제조 방법 Download PDF

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KR102618136B1
KR102618136B1 KR1020227038227A KR20227038227A KR102618136B1 KR 102618136 B1 KR102618136 B1 KR 102618136B1 KR 1020227038227 A KR1020227038227 A KR 1020227038227A KR 20227038227 A KR20227038227 A KR 20227038227A KR 102618136 B1 KR102618136 B1 KR 102618136B1
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South Korea
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biodegradable polymer
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KR20220155607A (ko
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이그나티우스 에이 카도마
시티야 에스 큐
라즈딥 에스 칼구트카르
스티븐 엠 사녹키
야오후아 가오
애너벨 와츠
새틴더 케이 나야르
베를린 더블유 셀하아스
티모시 제이 로웰
제프리 이 젤린스키
킴벌리 씨.엠. 슐츠
로리-앤 에스 프리올로
케네스 피 모리스
Original Assignee
쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Abstract

본 출원은 적어도 하나의 생분해성 중합체 및 소수성 제제를 포함하는 퇴비화 가능한 물품 및 조성물에 관한 것이다. 일부 실시 형태에서, 퇴비화 가능한 물품 및 조성물은 제1 생분해성 중합체와는 상이한 제2 생분해성 중합체를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 제1 생분해성 중합체는 폴리(에틸렌 석시네이트)(PES), 폴리(트라이메틸렌 석시네이트)(PTS), 폴리(부틸렌 석시네이트)(PBS), 폴리(부틸렌 석시네이트 코-부틸렌 아디페이트)(PBS A), 폴리(부틸렌 아디페이트 코-테레프탈레이트)(PBAT), 폴리(테트라메틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트)(PTAT), 및 열가소성 전분으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 실시 형태에서, 본 명세서에 기재된 물품은 패키징을 포함한다.

Description

퇴비화 가능한 조성물, 물품, 및 퇴비화 가능한 물품의 제조 방법
본 발명은 일반적으로 퇴비화 가능한 조성물, 퇴비화 가능한 물품, 및 퇴비화 가능한 물품의 제조 방법에 관한 것이다.
오늘날 제조되는 다수의 제한적인 사용 또는 일회용 제품은 압출 및/또는 성형(예를 들어, 사출 성형, 블로우 성형)에 의해 형성되는 구성요소를 필요로 한다. 제한적인 사용 또는 일회용이란, 제품 및/또는 구성요소가 버려지기 전에 적은 횟수만 사용되거나 가능하게는 한 번만 사용된다는 것을 의미한다. 예시적인 일회용 제품은 다양한 제품을 패키징하는 데 널리 사용되는 플라스틱으로 제조된 가요성 필름을 포함한다. 일부 경우에, 이러한 가요성 필름은 식품 품목의 분해 및 오염을 방지하기 위한 공기 또는 액체 장벽을 형성할 수 있다. 식품 패키징을 위한 요건은 패키지가 장기간 동안 온전한 상태로 유지되도록 보장하는 것을 포함한다. 그 결과, 중합체-기반 가요성 필름은 보통 생분해 불가능하고 재활용 불가능하다. 이러한 생분해 불가능하고 재활용 불가능한(재생 불가능한) 폐기물의 폐기는 긴급한 환경 문제이다.
생분해성 제품을 제공하려는 이전의 시도는, 예를 들어, 원하는 기계적 특성을 달성하도록 중합체들을 블렌딩하는 것에 의존하였다. 미국 특허 제5,910,545호는 폴리(락트산)과 폴리부틸렌 석시네이트(PBS), 및 10 내지 40의 친수성-친유성 균형비(hydrophilic-lipophilic balance ratio)를 나타내는 습윤제를 포함하는 생분해성 열가소성 블렌드를 기술한다. 미국 특허 제10,081,168호는 적어도 70 중량%의 폴리락타이드(PLA) 및 그와 블렌딩된 적어도 5 중량%의 폴리부틸렌 석시네이트(PBS) 또는 이의 유도체를 함유하는 적어도 하나의 중합체 코팅 층을 포함하는 패키징 재료를 기술한다. 미국 특허 출원 공개 제20180229917호, 제20180086538호, 제102353458호, 제9957098호, 제20190328857호, 제20200024061호, 및 제20180194534호는 퇴비화 가능한 용기에 관한 것이다.
퇴비화 가능하지만 내구성이 있는 조성물 및 물품을 제공할 필요가 계속되고 있다. "내구성" 조성물이란, 수송을 견디고 유용한 저장 수명을 갖는 패키징 물품을 비롯한 다양한 물품으로 형성될 수 있는 조성물을 의미한다. 일 태양에서, 본 발명자들은 놀랍게도 높은 발수성을 나타내는 퇴비화 가능한 조성물 및 물품을 개발하였다. 다른 태양에서, 본 출원의 물품은 내후성이며 패키징으로서 사용하기에 적합하다.
본 출원은 제1 생분해성 중합체 및 소수성 제제를 포함하는 내구성이 있지만 퇴비화 가능한 물품에 관한 것이다. 일부 실시 형태에서, 퇴비화 가능한 물품은 제1 생분해성 중합체와는 상이한 제2 생분해성 중합체를 추가로 포함한다. 일부 실시 형태에서, 소수성 제제는 생분해성 소수성 제제이다. 일부 실시 형태에서, 제1 생분해성 중합체는 폴리(부틸렌 석시네이트), 폴리(부틸렌 석시네이트 아디페이트), 폴리(에틸렌 석시네이트), 폴리(테트라메틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트), 및 열가소성 전분으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명의 퇴비화 가능한 조성물은 적어도 40 중량 퍼센트("40 중량%"), 적어도 45 중량%, 적어도 50 중량%, 적어도 55 중량%, 적어도 60 중량%, 또는 적어도 65 중량%의 생분해성 중합체를 포함하는 제형으로부터 제조될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 본 발명의 퇴비화 가능한 조성물은 50 중량% 초과, 60 중량% 초과, 70 중량% 초과, 80 중량% 초과(예를 들어, 90 중량%)의 생분해성 중합체를 포함하는 제형으로부터 제조될 수 있다. 이러한 조성물은, 예를 들어, 생분해성 열가소성 물질, 예를 들어, 제1 생분해성 중합체(예를 들어, 폴리부틸렌 석시네이트, "PBS") 및 제2 생분해성 중합체(예를 들어, 폴리락트산, "PLA")와 소수성 제제(예를 들어, 피마자로부터 유래된 수소화 피마자유) 및 천연 퇴적물(예를 들어, 탄산칼슘, 수화된 규산마그네슘)로부터 얻은 무기 충전제를 조합함으로써 제조될 수 있다.
개시된 퇴비화 가능한 조성물은 다양한 형상으로 성형될 수 있고, 소비자 및/또는 산업 퇴비화 설비에서 퇴비화 가능할 수 있고, 전형적으로 식품 및/또는 식품 제조, 운송 및 개인 위생 품목을 포함하는 이러한 응용을 포함하지만 이로 한정되지 않는 다양한 응용에 사용하기에 적합하다. 일부 실시 형태에서, 퇴비화 가능한 물품은 식품 패키징에 사용되며, 그 안에 수용된 식품 품목의 오염 및 시기적절하지 않은 분해를 방지하기 위해 액체 장벽을 제공한다.
본 발명의 특징 및 이점이 상세한 설명뿐만 아니라 첨부된 청구범위를 고려할 때 추가로 이해될 것이다.
본 명세서 및 도면에서 도면 부호의 반복되는 사용은 본 발명의 동일하거나 유사한 특징부 또는 요소를 나타내도록 의도된다. 본 발명의 원리의 범주 및 사상에 속하는 다수의 다른 변형 및 실시 형태가 당업자에 의해 안출될 수 있음을 이해하여야 한다. 도면은 축척대로 도시되지 않을 수 있다.
본 발명은 본 발명의 다양한 실시 형태의 하기 상세한 설명을 첨부 도면과 관련하여 고려하면 더 완전히 이해될 수 있다:
도 1은 예시적인 퇴비화 가능한 물품의 개략도이다.
도 2는 다른 예시적인 퇴비화 가능한 물품의 개략도이다.
도 3은 또 다른 예시적인 퇴비화 가능한 물품의 개략도이다.
도 4a 및 도 4b는 개방 구성(4a) 및 폐쇄 구성(4b)에서 플랩(flap)을 갖는 예시적인 퇴비화 가능한 물품의 개략도이다.
도 5는 접착부를 갖는 예시적인 퇴비화 가능한 물품의 개략도이다.
도 6은 플립 상에 2개의 접착부를 갖는 예시적인 퇴비화 가능한 물품의 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 예시적인 퇴비화 가능한 물품의 사시 단면도이다.
도 8은 하기 실시예 13A에 기재된 바와 같이 제조되고 패턴을 포함하는 예시적인 퇴비화 가능한 물품의 사진이다.
도 9는 하기 실시예 13B에 기재된 바와 같이 제조된 패턴을 포함하는 예시적인 퇴비화 가능한 물품의 사진이다.
도 10은 하기 실시예 23에 기재된 바와 같이 제조되고 패턴을 포함하는 예시적인 퇴비화 가능한 물품의 사진이다.
도 11은 예시적인 퇴비화 가능한 물품의 단면도이다.
도 12a 내지 도 12c는 미세구조체를 포함하는 예시적인 퇴비화 가능한 물품의 단면도이다.
도 13은 미세구조체를 포함하는 예시적인 퇴비화 가능한 물품의 단면도이다.
도 14는 미세구조체를 포함하는 예시적인 퇴비화 가능한 물품의 단면도이다.
본 개시의 일부 용어가 아래에 정의된다. 다른 용어는 당업자에게 친숙할 것이며, 당업자가 그러한 용어에 부여한 의미로 제공되어야 한다.
높은 빈도를 나타내는 용어, 예컨대(이에 한정되지는 않음) "일반적인", "전형적인", 및 "보통의" 및 "일반적으로", "전형적으로", 및 "보통"은 본 발명에 흔히 이용되는 특징부를 지칭하도록 본 명세서에 사용되고, 종래 기술과 관련하여 특정하게 사용되지 않는 한, 특징부가 종래 기술에 존재한다는 것을 의미하도록 의도되지 않으며, 더구나 그들 특징부가 종래 기술에서 일반적이거나, 통상적이거나, 전형적이라는 것을 의미하도록 의도되지 않는다.
본 명세서 전체에서, 단수 형태 (예컨대, "a," "an" 및 "the")는 종종 편의상 사용되는데; 그러나, 단수 형태가 단독으로 분명하게 규정되지 않거나 내용상 명백하게 지시되지 않는다면 단수 형태는 복수 형태를 포함하는 의미이다. 단수만이 요구될 때, 용어 "하나 및 단지 하나"가 전형적으로 사용된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "또는"이라는 용어는 일반적으로, 명백하게 그 내용이 달리 언급되지 않는 한, "및/또는"을 포함하는 통상적인 의미로 사용된다. 용어 "및/또는"은 열거된 요소들 중 하나 또는 전부, 또는 열거된 요소들 중 임의의 둘 이상의 조합을 의미한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 재료는 태양광, 열, 물, 산소, 오염물질, 미생물, 효소, 곤충 및/또는 동물의 환경 효과에 대한 노출의 결과로서 분해되거나 부패되는 경우에 "생분해성"이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 재료는 ASTM D6400 - 19 또는 ASTM D6868, 또는 둘 모두의 요건을 충족하는 경우에 "퇴비화 가능"하다. 이러한 2가지 표준은 상이한 유형의 재료에 적용 가능하므로, 그 재료, 조성물 또는 물품은 본 명세서에 정의된 바와 같이 "퇴비화 가능"하려면 보통 이들 표준 중 가장 적용 가능한 것 하나만 충족하면 된다는 점에 유의해야 한다. ASTM D6400 또는 ASTM D6868 표준을 충족하는 것에 더하여, 퇴비화 가능한 재료, 조성물 또는 물품은 선택적으로 하기 표준 중 하나 이상을 충족시킬 수 있다: ASTM D5338, EN 12432, AS 4736, ISO 17088, 또는 ISO 14855. 본 명세서에 사용되는 바와 같이 용어 "퇴비화 가능한"은 용어 "생분해성"과 상호교환적이지 않다는 점에 유의해야 한다 "퇴비화 가능한" 것은 상기 표준 또는 표준들에 명시된 시간 내에 상기 표준 또는 표준들에 부합하는 독성, 특히 식물 독성을 갖는 재료로 분해되어야 한다. 용어 "생분해성"은 재료가 분해되어야 하는 시간을 명시하지 않으며, 이것이 분해된 화합물이 환경에 대한 무해성 또는 독성에 대한 임의 표준을 통과함을 명시하지 않는다. 예를 들어, ASTM D6400 표준을 충족시키는 재료(즉, 퇴비화 가능한 재료)는 "높은 수준의 조절된 금속 및 다른 유해 성분의 존재"를 다루는 ISO 17088에 명시된 시험을 통과해야 하지만, "생분해성"인 재료는 임의의 수준의 유해 성분을 가질 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "패키징"은 상품을 수송, 저장, 또는 보호하는 데 사용되는 임의의 품목을 지칭한다. 본 명세서에 따른 패키징의 예에는 제한 없이 포장지(wrapper), 파우치(pouch), 백(bag), 봉투 등이 포함된다. 일부 실시 형태에서, 패키징은 식품 품목을 보호하기 위해 사용된다.
일반적인 가정용 품목(예를 들어, 병, 컵, 용기, 기구(utensil))을 위한 부품은 예를 들어 폴리스티렌, 폴리프로필렌 및 폴리카르보네이트와 같은 석유화학 물질(즉, 석유화학-기반 중합체)로부터 유래된 다양한 등급의 중합체로부터 형성될 수 있다. 환경 영향을 감소시키기 위해, 이러한 부품은 재활용 수지 스트림을 이용하여 제조될 수 있다. 그러나, 생분해성 중합체는 전형적으로 비교적 낮은 CO2 발자국(footprint)을 가지며 바람직하게는 지속가능성의 개념과 연관될 수 있기 때문에, 화석 자원의 지속적인 고갈 및 석유화학 물질의 사용과 관련된 지구 온난화에 대한 우려는 새로운 생분해성 중합체 개발을 계속 촉진하고 있다. 더욱이, 소비자들은, 예를 들어, 가정용 품목, 패키징, 식품 접촉 응용, 및/또는 재활용 스트림으로 재포획하기 어려울 수 있는 부품(예를 들어, 육류 패키징, 의료용 패키징, 치과용 패키징)에 사용될 수 있는 성형품(formed part)에 대한 퇴비화 가능 옵션에 대해 관심과 요구를 보여왔다.
패키징 물품, 특히 우편 봉투(mailer), 봉투, 백 및 파우치와 같이 운송을 위해 설계된 것들은 퇴비화 가능하거나 재활용 가능한 종이로 제조될 수 있다. 그러나, 종이는 내구성이 아니다 (즉, 내수성 또는 내후성이 아니다). 결과적으로, 종이 물품은 다수의 패키징 및 운송 응용, 특히 패키징이 예를 들어 운송 또는 배송 동안 악천후에 노출될 수 있는 환경을 포함하는 응용에는 허용불가능하다. 내후성(즉, 내구성)일 수 있는 플라스틱 또는 플라스틱 함유 패키징 및 운송 물품은 퇴비화 가능하지 않으며, 따라서 대부분 결국 매립지 폐기물이 된다. 심지어 재활용될 수 있는 이러한 플라스틱 패키징 및 운송 물품도 종종 재활용되지 않으며, 재활용되는 경우에도 재활용 공정에 비용이 많이 들고 시간 소모적일 수 있다.
생분해성 식품 패키징 물품이 공지되어 있다. 환경 영향이 더 적은 패키징을 생성하려는 이전의 시도는 천연 중합체(예를 들어, 셀룰로오스-기반, 전분-기반과 같은 다당류)에 의존하였다. 그러나, 일부 경우에, 중합체는 너무 빠르게 분해되어 내구성이 있는 것으로 간주되지도 않고 식품 패키징으로서 효과적으로 사용되지도 않는다. 다른 경우에, 중합체는 친수성이었고, 패키징된 품목에 적절한 공기 및/또는 수분 장벽을 제공하지 않았다. 예를 들어, 국제특허 공개 WO 91/06601호는 하나 이상의 중합체 및 충전제를 함유하는 생분해성 중합체 조성물을 기재한다. 이러한 충전제는 계면활성제와 같은 크래킹제(cracking agent) 및 생분해성 약해경감(safening) 재료를 포함하는 분해-향상 재료를 함유한다. 국제특허 공개 WO 93/00601호는 전분 및 물로 구성된 생분해성 필름을 기재한다. 국제특허 공개 WO 96/03886호는 식품 또는 비-식품 제품을 패키징하기 위한 생분해성 성형품을 기재한다. 성형품은 전분 제품에 기초한 현탁액을 베이킹함으로써 수득된 자가-지지 베이스, 및 왁스 성분으로 제조된 내수성 필름을 포함한다.
일 태양에서, 본 발명은 일부 내후성, 내수성 또는 내습성을 제공할 수 있는, 운송 물품 또는 식품 패키징 물품과 같은 퇴비화 가능한 패키징 물품을 제공하는 문제를 인식한다. 본 발명은 또한 하나의 개방 에지 및 하나 이상의 밀봉된 에지를 갖는 백, 파우치 또는 봉투와 같은 퇴비화 가능한 물품을 제조하기 위해, 특히 잘 알려진 신속한 저가의 열밀봉 공정에 의해, 퇴비화 가능한 시트의 에지를 밀봉하는 것이 어려울 수 있다는 문제를 인식한다.
간략하게는, 이러한 문제들뿐만 아니라 본 발명에서 명시될 수 있거나 명시되지 않을 수 있는 다른 문제들 중 일부 또는 전부에 대한 해결책이 퇴비화 가능한 조성물 및 물품에 있다. 본 발명의 퇴비화 가능한 조성물 및 물품은 적어도 40 중량 퍼센트("40 중량%"), 적어도 45 중량%, 적어도 50 중량%, 적어도 55 중량%, 적어도 60 중량%, 또는 적어도 65 중량%의 제1 생분해성 중합체, 더욱 특히 제1 퇴비화 가능한 중합체 및 소수성 제제, 더욱 특히 제1 퇴비화 가능한 소수성 제제를 포함하는 제형으로부터 제조될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 본 발명의 퇴비화 가능한 조성물 및 물품은 50 중량% 초과, 60 중량% 초과, 70 중량% 초과, 80 중량% 초과(예를 들어, 90 중량%)의 제1 생분해성 중합체, 및 더욱 특히 제1 퇴비화 가능한 중합체를 포함하는 제형으로부터 제조될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 퇴비화 가능한 조성물은 제2 생분해성 중합체를 추가로 포함하며, 이는 더욱 특히 제2 퇴비화 가능한 중합체이다. 예를 들어, 제1 생분해성 중합체(예를 들어, 폴리부틸렌 석시네이트, "PBS") 및 제2 생분해성 중합체(예를 들어, 폴리락트산, "PLA")와 소수성 제제(예를 들어, 피마자로부터 유래된 수소화 피마자유). 일부 실시 형태에서, 천연 퇴적물(예를 들어, 탄산칼슘, 수화된 규산마그네슘)로부터 얻은 무기 충전제가 첨가된다.
개시된 조성물은 다양한 형상으로 성형될 수 있고, 소비자 및/또는 산업 퇴비화 설비에서 퇴비화 가능할 수 있고, 전형적으로 식품 및/또는 식품 제조를 포함하는 이러한 응용을 포함하지만 이로 한정되지 않는 다양한 응용에 사용하기에 적합하다.
일 태양에서, 본 출원에 따른 퇴비화 가능한 물품은 제1 내부 표면 및 제1 내부 표면 반대편의 제1 외부 표면을 갖는 제1 벽뿐만 아니라 제2 내부 표면 및 제2 내부 표면 반대편의 제2 외부 표면을 갖는 제2 벽을 포함하는 패키징 물품이다. 제1 내부 표면 및 제2 내부 표면은 패키징 물품의 내부를 한정하고 제1 외부 표면 및 제2 외부 표면은 패키징 물품의 외부를 한정한다. 패키징 물품은 제1 벽이 제2 벽에 부착되는 하나 이상의 에지를 갖는다. 선택적으로, 물품은 제1 벽이 제2 벽에 부착되지 않은 적어도 하나의 개구를 가질 수 있고; 이는 모든 경우에 필요한 것은 아닌데, 그 이유는 패키징 물품의 내부에 배치될 물체 주위에 패키징 물품을 형성함으로써 개구를 갖는 물품에 대한 필요성을 없애는 것이 가능하기 때문이다. 제1 벽 또는 제2 벽은 제1 생분해성 중합체 및 소수성 제제를 포함하는 퇴비화 가능한 재료로 이루어진다. 일부 실시 형태에서, 제1 벽 및 제2 벽은 퇴비화 가능한 재료로 이루어진다. 일부 실시 형태에서, 패키징 물품은 퇴비화 가능한 코팅을 추가로 포함한다. 일부 실시 형태에서, 퇴비화 가능한 코팅은 퇴비화 가능한 열밀봉성 코팅을 포함한다.
생분해성 중합체:
본 발명의 퇴비화 가능한 조성물 및 물품은 제1 생분해성 중합체, 및 선택적으로, 제1 생분해성 중합체와는 상이한 제2 생분해성 중합체를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 제1 생분해성 중합체는 지방족 폴리에스테르이다. 일부 실시 형태에서, 지방족 폴리에스테르는 석신산 또는 아디프산으로부터 제조된다. 일부 실시 형태에서, 제1 생분해성 중합체는 폴리(에틸렌 석시네이트)(PES), 폴리(트라이메틸렌 석시네이트)(PTS), 폴리(부틸렌 석시네이트)(PBS), 폴리(부틸렌 석시네이트 코-부틸렌 아디페이트)(PBSA), 폴리(부틸렌 아디페이트 코-테레프탈레이트)(PBAT), 폴리(테트라메틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트)(PTAT)로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 실시 형태에서, 제1 생분해성 중합체는 폴리(부틸렌 석시네이트)이다. 다른 실시 형태에서, 제1 생분해성 중합체는 열가소성 전분이다. 임의의 전술한 실시 형태에서, 제1 생분해성 중합체는 특히 퇴비화 가능하며, 즉, 제1 퇴비화 가능한 중합체이다.
일부 실시 형태에서, 제2 생분해성 중합체는 폴리락타이드(PLA), 폴리글리콜라이드(본 명세서에서 폴리글리콜라이드 및 폴리글리콜산 둘 모두를 포함하도록 사용됨), 폴리카프로락톤, 및 폴리락타이드, 폴리글리콜라이드, 및 폴리카프로락톤 중 둘 이상의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 실시 형태에서, 제2 생분해성 중합체는 제인(zein), 셀룰로오스 에스테르, 폴리하이드록시알카노에이트, 폴리하이드록시발레레이트, 폴리하이드록시헥사노에이트, 폴리(에틸렌 석시네이트)(PES), 폴리(트라이메틸렌 석시네이트)(PTS), 폴리(부틸렌 석시네이트)(PBS), 폴리(부틸렌 석시네이트 코-부틸렌 아디페이트)(PBSA), 폴리(부틸렌 아디페이트 코-테레프탈레이트)(PBAT), 폴리(테트라메틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트)(PTAT), 열가소성 전분, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 일부 실시 형태에서, 제1 생분해성 중합체는 폴리부틸렌 석시네이트를 포함하고 제2 생분해성 중합체는 폴리락타이드를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 퇴비화 가능한 조성물은 폴리부틸렌 석시네이트와 소수성 제제로 본질적으로 이루어진다. 일부 실시 형태에서, 소수성 제제는 퇴비화 가능한 소수성 제제이다.
본 발명의 퇴비화 가능한 조성물 및 물품은 전형적으로, 특히 제1 및 제2 퇴비화 가능한 중합체인, 제1 및 제2 생분해성 중합체의 총 중량의 40 중량% 내지 75 중량%, 선택적으로 45 중량% 내지 70 중량%, 또는 선택적으로 50 중량% 내지 60 중량%를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 조성물 중 제1 생분해성 중합체, 특히 제1 퇴비화 가능한 중합체 대 제2 생분해성 중합체, 특히 제2 퇴비화 가능한 중합체의 중량 퍼센트의 비는 0.5:1 내지 1.5:1, 선택적으로 0.75:1 내지 1.25:1, 또는 선택적으로 1:1, 0.1:1, 0.2:1, 2:1, 5:1 및 10:1이다.
용어 "PLA"는 폴리락타이드와 폴리락트산 둘 모두를 포함하는 것을 의미한다.
폴리부틸렌 석시네이트(PBS)는 예를 들어 아마이콜라톱시스(Amycolatopsis) 종 HT-6, 및 페니실리움(Penicillium) 종 균주 14-3과 같은, 미생물의 존재 하에서 자연적으로 물과 이산화탄소로 분해되는 열가소성 지방족 폴리에스테르이다. PBS의 용도는 패키징을 포함하지만, 그의 친수성으로 인해 적절한 수분 장벽으로서 부적합하며 패키징 응용에 사용하기에 충분한 내구성이 없다.
소수성 제제:
본 발명의 퇴비화 가능한 조성물은 바람직하게는 소수성 제제를 포함한다. 특정 이론에 구애되고자 하는 것은 아니지만, 소수성 제제는, 예를 들어, 조성물이 사출 성형 공정에 사용되는 경우의 주형 이형성 향상, 및 소수성과 같은 유용한 특성을 개시된 조성물에 부여할 수 있는 것으로 여겨진다.
적합한 소수성 제제의 예에는 바이오-기반 및 석유-기반 소수성 제제 둘 모두가 포함된다. 예시적인 소수성 제제에는 에틸렌 비스(스테아르아미드)(EBS), 피마자유, 수소화 피마자유(피마자 왁스), 팔미트산, 대두 왁스, 폴리아미트산, 리놀레산, 아라키돈산, 팔미톨레산, 부티르산, 스테르산, 트라이글리세라이드, 파라핀 또는 관련 석유계 수소화 탄화수소, 및 이들의 혼합물이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 특히, 상기에 언급된 소수성 제제 중 임의의 것은 퇴비화 가능할 수 있다.
본 발명의 퇴비화 가능한 조성물은 1 중량% 내지 15 중량%, 선택적으로 2 중량% 내지 8 중량%, 또는 선택적으로 2.5 중량% 내지 6 중량%(예를 들어, 4 중량%)의 적합한 소수성 제제, 특히 상기에 언급된 소수성 제제 중 하나 이상을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 조성물은 적어도 1 중량%, 적어도 2 중량%, 또는 적어도 2.5 중량%의 적합한 소수성 제제를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 조성물은 10 중량% 미만, 8 중량% 미만, 또는 6 중량% 미만의 적합한 소수성 제제를 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 소수성 제제는 생분해성 소수성 제제이고, 더 구체적으로는 퇴비화 가능한 소수성 제제이다.
일 태양에서, 본 명세서에 기재된 퇴비화 가능한 물품의 코팅, 층 또는 구성요소는 생분해성 소수성 제제 또는 퇴비화 가능한 소수성 제제 중 적어도 하나의 0.5 내지 15 중합체 중량의 존재로 인해 소수성으로 되었다. "소수성"이란, 본 출원의 퇴비화 가능한 물품이 적어도 90°의 전진 물 접촉각을 나타내었음을 의미한다.
충전제
본 발명의 퇴비화 가능한 조성물은 적어도 하나의 충전제를 포함할 수 있다. 사용되는 경우, 충전제는 전형적으로 개시된 조성물에 유용한 특징을 부여하도록 선택되며, 예를 들어, 충전제의 첨가는 퇴비화 가능한 조성물의 영률(ksi), % 연신율, 및 파단 응력("psi")의 변경을 허용할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 사용하기에 적합한 충전제는 당업자에게 공지되어 있으며, 예를 들어 탄산칼슘, 활석, 카올린(kaolin), 점토, 알루미나 삼수화물, 황산칼슘, 유리 버블, 분쇄된 운모, 제올라이트, 인산칼슘, 및 이들의 조합과 같은 무기 재료를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 유용한 다른 충전제는 예를 들어 목재 섬유, 목재 펄프, 대나무 섬유 및 이들의 조합과 같은 생분해성 섬유를 포함할 수 있다.
바람직한 실시 형태에서, 퇴비화 가능한 조성물은 10 중량% 내지 60 중량%, 선택적으로 12 중량% 내지 55 중량%, 또는 선택적으로 14 중량% 내지 50 중량%의 충전제를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 퇴비화 가능한 조성물은 적어도 10 중량%, 적어도 12 중량%, 또는 적어도 14 중량%의 충전제를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 퇴비화 가능한 조성물은 최대 60 중량%, 최대 55 중량%, 또는 최대 50 중량%의 충전제를 포함한다. 일부 실시 형태에서 퇴비화 가능한 조성물은 충전제를 사용하지 않고도 적합한 또는 원하는 특성을 가질 수 있기 때문에, 충전제의 사용은 선택적이다.
본 발명의 퇴비화 가능한 조성물의 실시 형태에 유용한 충전제는 다양한 형상(예를 들어, 구형, 직사각형, 삼각형, 원통형, 관형, 섬유질, 소판, 플레이크)으로 존재할 수 있다. 본 발명의 퇴비화 가능한 조성물의 실시 형태에 유용한 충전제는 또한 다양한 크기로 존재할 수 있다. 예를 들어, 유용한 충전제는 중위 입자 크기가 0.1 μm 내지 10 μm, 선택적으로 0.25 μm 내지 8 μm, 선택적으로 0.5 μm 내지 6 μm, 선택적으로 0.75 μm 내지 4 μm, 또는 선택적으로 0.8 μm 내지 2 μm(예를 들어, 1.5 μm)일 수 있다.
다른 선택적인 성분
퇴비화 가능한 조성물은 특정 응용에서 바람직할 수 있는 특성을 부여하기 위해 선택적으로 추가 성분을 포함한다. 선택적인 성분은 다른 중합체(예를 들어, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리메틸 펜텐, 및 이들의 조합) (이러한 중합체는 제3 생분해성 중합체 및/또는 석유화학-기반 중합체를 포함할 수 있음), 주형 이형제, 난연제, 전기 전도성 제제, 정전기 방지제, 안료, 염료, 산화방지제, 충격 개질제, 안정제(예를 들어, UV 흡수제), 습윤제, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는다.
특히, 퇴비화 가능한 안료 및 염료가 사용될 수 있다. 예에는 클래리언트 코포레이션(Clariant Corp., 미국 미네소타주 미니애폴리스 소재)으로부터 OM 또는 OMB 제품 라인으로 입수가능한 PLA 마스터배치 착색제, 또는 테크머 피엠 엘엘씨(Techmer PM LLC, 미국 테네시주 클링턴 소재)로부터 PLAM 또는 PPM 제품 라인으로 입수가능한 것들이 포함된다. 전형적으로, 착색제가 이용되는 경우, 이는 다른 퇴비화 가능한 조성물 성분과 0.5 중량% 내지 5 중량%의 양으로 블렌딩된다.
조성물 제조
본 발명의 퇴비화 가능한 조성물은 당업자에게 잘 알려진 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 제1 생분해성 중합체(예를 들어, PBS)는 이축 압출기(현재 미국 미시간주 그랜드 래피즈 소재의 베이커 퍼킨스, 인크.(Baker Perkins, Inc.)의 일부인, APV로부터 상표명 "MP2030"으로 입수함)를 사용하여 소수성 제제(예를 들어, 수소화 피마자유)와 배합될 수 있다. 제2 생분해성 중합체(예를 들어, PLA) 및 무기 충전제와 같은 다른 성분이 압출기 공급물에 첨가될 수 있다. 선택적인 성분이 또한 배합 공정 동안 첨가될 수 있다. 이축 압출기를 빠져나갈 때, 퇴비화 가능한 조성물을 널링된 닙 롤(knurled nip roll)에 의해서 수조를 통해 당긴 후에, 회전 절단 블레이드를 사용하여 냉각된 조성물을 펠렛화할 수 있다. 펠렛은 형상화된 물품을 제공하기 위해 공지된 방법에 의한 사출 성형, 블로우 성형, 사출 블로우 성형, 또는 프로파일 압출과 같은, 그러나 이로 한정되지 않는 추가 가공을 거칠 수 있다.
퇴비화 가능한 조성물은 또한 다른 방법에 의해, 예를 들어, 성분들의 액체 용액 또는 분산물을 혼합하고 후속하여 (예를 들어, 조성물의 필름을 캐스팅한 후에) 건조시킴으로써 제조될 수 있다. 퇴비화 가능한 조성물을 제조하는 다른 적합한 방법이 또한 가능하다. 선택된 제조 방법은 퇴비화 가능한 조성물의 원하는 용도 또는 특성에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 중합체 또는 재료 과학 분야의 당업자에 의해 용이하게 결정 가능하다.
물품
임의의 수의 물품이 본 발명의 조성물로부터 형성될 수 있다. 이러한 형성된 물품은, 예를 들어, 식품 제조 및/또는 식품 저장에 유용한 트레이 및 용기; 테이프 디스펜서 및 테이프 코어; 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 상표명 커맨드(COMMAND)로 구매가능한 것과 같은 후크; 롤백(ROLLBAG) 3200 배깅 기계(bagging machine)(미국 캘리포니아주 샌 라파엘 소재의 피에이씨 머시너리(PAC Machinery)로부터 입수가능함)와 같은 자동화 시스템에서 사용될 수 있는, 롤로 형성된 편평한 튜브; 고정, 개별, 또는 리빙-힌지 뚜껑을 갖는 그리고 갖지 않는 강성 패키징 용기; 미국 위스콘신주 피워키 소재의 에코 래치 시스템즈, 엘엘씨(Eco Latch Systems, LLC)로부터 상표명 박스 래치(BOX LATCH)로 구매가능한 것들과 같은 패키징 재료(예를 들어, 백, 봉투, 파우치, 또는 임시 주름 박스 및 카톤 클로저(carton closure) 시스템 및 코너 피스(corner piece))와 같은 품목을 포함할 수 있다.
패키징 물품과 같은 소정 형태에서, 이의 예는 봉투, 우편 봉투, 파우치, 튜브 등을 포함하며, 물품은 예를 들어, 그 내부의 물체와 함께 완전히 폐쇄될 수 있거나, 또는 개구를 가질 수 있다. 하나의 특정 실시 형태에서, 본 발명의 퇴비화 가능한 물품은 전형적으로 2개의 벽, 즉 제1 벽과 제2 벽을 가지며, 각각은 물품의 내부를 향하는 내부 표면 및 물품의 외부를 향하는 외부 표면을 갖는다. 따라서, 제1 벽의 내부 표면("제1 내부 표면")은 제2 벽의 내부 표면("제2 내부 표면")을 향한다.
두 벽은 전형적으로, 재료의 단일 층 또는 재료의 다수의 층일 수 있는, 재료의 시트로 제조된다. 각각의 벽은 상이한 시트로 제조될 수 있으며, 이 경우 두 벽은 동일하거나 상이한 재료로 제조될 수 있다. 더 일반적으로, 제1 벽과 제2 벽은 2개의 별개의 벽을 생성하도록 접힌 동일한 재료 시트로 제조된다. 이러한 경우에, 제1 벽과 제2 벽은 동일한 재료로 이루어질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 제1 벽 또는 제2 벽은 본 출원의 퇴비화 가능한 조성물로부터 제조된 시트를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 제1 벽과 제2 벽은 퇴비화 가능한 조성물로부터 제조된다.
제1 벽 및 제2 벽은 패키징 물품의 적어도 하나의 에지를 따라 부착된다. 물품의 구성 및 형상에 따라, 이들은 2개, 3개, 4개, 또는 심지어 더 많은 에지를 따라 부착될 수 있다. 제1 벽 및 제2 벽은 함께 밀봉되는 것과 같이 직접 부착될 수 있거나, 거싯, 웰트(welt) 등과 같은 중간 구조에 의해 간접적으로 부착될 수 있다. 패키징 물품은 또한 제1 벽과 제2 벽이 부착되지 않은 개구를 포함한다.
물품, 특히 패키징 물품은 제1 벽과 제2 벽이 부착되지 않은 개구를 포함할 수 있다. 그러나, 내부에 위치되는 물체 주위에 패키징 물품을 형성함으로써 개구를 갖는 물품을 제조한 후에 개구를 폐쇄할 필요성을 없애는 것이 또한 가능하기 때문에 개구가 필수적이지는 않다.
밀봉 후에 패키징 물품의 용이한 개봉을 촉진하기 위해 메커니즘 또는 특징부가 존재할 수 있다. 예에는 천공, 스코어링(scoring), 집-탑(zip-top), 또는 매립된 풀-스트링 또는 와이어가 포함된다. 개구 또는 플랩이 존재하는 경우, 이들 특징부 중 하나 이상은 개구 또는 플랩 근처에서 패키징 물품을 개방하는 것을 용이하게 하기 위해 개구 또는 플랩 근처에 존재할 수 있거나, 또는 패키징 물품의 상이한 부분 상에 존재할 수 있다. 이들 특징부는 사용되는 경우 가장 일반적으로는 패키징 물품의 적어도 하나의 에지에 평행한 직선이지만, 특정 구성이 필요하지는 않으며; 패키징 물품의 의도된 용도에 따라 다른 형상 또는 레이아웃이 사용될 수 있다.
본 발명의 조성물로부터 형성된 퇴비화 가능한 물품은 ASTM D6400 표준을 충족시킨다. 추가적으로 또는 대안적으로, 시트 물품이 퇴비화 가능한 경우, 이는 ASTM D6868 표준을 충족시킬 수 있다. 상기에 언급된 표준 중 하나 또는 둘 모두를 충족하는 것 외에도, 퇴비화 가능한 형성된 물품은 EN 12432 표준, AS 4736 표준 또는 ISO 17088 표준 중 적어도 하나를 충족시킬 수 있다. 특정한 퇴비화 가능한 형성된 물품은 또한 ISO 14855 표준물을 충족시킨다.
섬유질 층
일부 실시 형태에서, 퇴비화 가능한 물품은 섬유질 층을 포함한다. 섬유질 층은 부직포 및 셀룰로오스 재료, 예컨대 종이 및 판지를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 섬유질 층은 생분해성이다. 예시적인 생분해성 섬유질 층 및 섬유는 폴리락타이드(PLA), 천연 제인, 폴리카프로락톤, 셀룰로오스 에스테르, 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)(예를 들어, 폴리-3-하이드록시부티레이트(PHB), 폴리하이드록시발레레이트(PHV), 폴리하이드록시헥사노에이트(PHH), 폴리(에틸렌 석시네이트)(PES), 폴리(트라이메틸렌 석시네이트)(PTS), 폴리(부틸렌 석시네이트)(PBS), 폴리(부틸렌 석시네이트 코-부틸렌 아디페이트)(PBSA), 폴리(부틸렌 아디페이트 코-테레프탈레이트)(PBAT), 폴리(테트라메틸렌 아디페이트 코-테레프탈레이트)(PTAT), 및 이들의 혼합물로 제조된 것들을 포함한다.
적합한 부직포는 스펀본드 천(fabric), 멜트-블로운 천, 스펀레이스, 에어레이드, 웨트-레이드, 카디드 및 이들의 조합을 포함한다. 스펀본드 섬유는 당업계에 공지되어 있으며 압출된 방사된 필라멘트를 균일한 랜덤 방식으로 수집 벨트 상에 침착시킨 후에 섬유를 접합함으로써 제조되는 천을 지칭한다. 섬유는 적층 공정 동안 에어 제트 또는 정전기 전하에 의해 분리된다. 스펀본드 섬유를 포함하는 층은 당업계에 공지된 기술에 의해(예를 들어, 일반적으로 미국 특허 제8,802,002호(베리건(Berrigan) 등)(이의 개시 내용은 본 명세서에 참고로 포함됨)의 도 1에 도시된 바와 같은 장치를 사용하여) 제공될 수 있으며, 또한 예컨대 미국 미네소타주 미네통카 소재의 네이처 웍스 엘엘씨(NatureWorks LLC)로부터 상표명 "INGEO 바이오폴리머(BIOPOLYMER) 6202D"(폴리락트산 섬유; 스펀본드 스크림, 매끄러운 캘린더)로 구매가능하다. 예를 들어, 표준 멜트-블로운 섬유 형성 공정은 미국 특허 출원 공개 제2006/0096911호(브레이(Brey) 등)(이의 개시 내용은 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함됨)에 개시되어 있다. 블로운 미세섬유(BMF)는 용융된 중합체가 다이로 유입하여 다이를 통해 유동함으로써 생성되고, 상기 유동은 다이 공동 내에서 다이의 폭 방향에 걸쳐서 분포되고 중합체는 필라멘트로서 일련의 오리피스를 통해 다이를 빠져나간다. 예시적인 일 실시 형태에서, 가열된 공기 스트림은 다이 출구(팁)를 형성하는 일련의 중합체 오리피스에 인접한 공기 매니폴드 및 공기 나이프 조립체를 통과한다. 이러한 가열된 공기 스트림은 중합체 필라멘트를 원하는 섬유 직경으로 가늘게 하도록(인발하도록) 온도 및 속도 둘 모두에 대해 조정될 수 있다. BMF 섬유들은 이들이 수집되어 층을 형성하는 회전 표면을 향하여 이러한 난류 공기 스트림 내에서 이송된다.
사용될 수 있는 특정 섬유질 층은 더위, 추위, 비, 또는 눈과 같은 기상 조건 및 패키징 및 운송 과정 동안 직면할 수 있는 다른 조건을 견딜 수 있을 뿐만 아니라 떨어짐(dropping), 떠밀림(jostling), 다른 물체에 부딪힘(banging) 등과 같은 패키징 및 운송 동안 발생할 수 있는 취급을 견딜 수 있기에 충분한 평량을 갖는다. 일부 실시 형태에서, 섬유질 층의 평량은 6 내지 300 g/m2이다. 부직포를 사용할 때, 의도된 용도에 적합한 임의의 평량의 부직포가 사용될 수 있으며, 사용자의 요구에 따라 다양한 평량이 적합할 수 있다. 가장 일반적으로, 평량(g/m2 단위)은 20 이상, 선택적으로 30 이상, 선택적으로 40 이상, 선택적으로 50 이상, 선택적으로 75 이상, 선택적으로 100 이상, 선택적으로 125 이상, 선택적으로 150 이상, 선택적으로 175 이상, 선택적으로 200 이상, 선택적으로 225 이상, 또는 선택적으로 250 이상일 것이다. 평량(다시 g/m2 단위)은 전형적으로 250 이하, 선택적으로 225 이하, 선택적으로 200 이하, 선택적으로 175 이하, 선택적으로 150 이하, 선택적으로 125 이하, 선택적으로 100 이하, 선택적으로 75 이하, 선택적으로 50 이하, 선택적으로 40 이하, 또는 선택적으로 30 이하이다. 예로서, 평량(다시 g/m2 단위)은 20 내지 250일 수 있으며, 더 구체적으로 사용되는 부직포에 대한 평량은 부직포에 대해 20 내지 100일 수 있고, 더 구체적으로 셀룰로오스-기반 벽에 대한 평량은 50 내지 250일 수 있다.
본 명세서에 기재된 것들 중 임의의 것과 같은, 제1 벽 및 제2 벽을 포함하는 예시적인 퇴비화 가능한 물품은 섬유질 층을 포함할 수 있다. 제1 벽, 제2 벽, 또는 둘 모두에 사용될 수 있는 특히 유용한 재료는 셀룰로오스이다. 사용되는 경우, 셀룰로오스는 전형적으로 종이의 구성 성분이다. 퇴비화 가능한 한 임의의 형태의 종이가 제1 벽, 제2 벽, 또는 둘 모두에 이용될 수 있다. 크라프트지가 이러한 목적에 특히 유용하지만, 다른 퇴비화 가능한 종이가 사용될 수 있다.
제1 벽, 제2 벽, 또는 둘 모두는 재료의 단일 층 또는 시트로 또는 다수의 시트로 구성될 수 있다. 단일 층 또는 시트가 사용되는 경우, 이것은 전형적으로 PLA 또는 종이이다. 그러나, 본 명세서에서 제2 생분해성 중합체로서 식별되는 임의의 재료뿐만 아니라 이들의 혼합물 또는 블렌드를 사용하는 것이 또한 가능하다. 혼합물은 개별 섬유가 둘 이상의 유형의 제2 생분해성 중합체를 갖는 구조물을 지칭할 수 있거나, 또는 단일 섬유질 층 또는 시트에 각각 상이한 성분을 갖는 둘 이상의 유형의 섬유의 사용을 지칭할 수 있다.
다수의 층 또는 시트가 제1 벽, 제2 벽 또는 둘 모두에 사용되는 경우, 이들은 동일하거나 상이한 층 또는 시트일 수 있다. 2개, 3개, 4개 또는 심지어 더 많은 층 또는 시트가 사용될 수 있다. 2개의 층 또는 시트가 있는 구성에서, 하나의 시트는 적용가능한 벽의 내부에 배치된 내부 층 또는 시트이고, 다른 층 또는 시트는 적용가능한 벽의 외부에 배치된 외부 층 또는 시트이다. 3개의 층 또는 시트가 있는 구성에서, 내부 층들 또는 시트들 사이에 추가적인 중간 층 또는 시트가 존재한다.
층 또는 시트는 퇴비화 가능한 코팅, 예컨대 본 명세서에 기재된 임의의 퇴비화 가능한 코팅, 더 구체적으로는 제1 생분해성(특히 퇴비화 가능한) 중합체 및 소수성 제제를 포함하는 그러한 퇴비화 가능한 코팅, 더 구체적으로는 PBS 및 소수성 제제를 포함하는 퇴비화 가능한 코팅으로 코팅될 수 있다. 사용될 수 있는 코팅에 관한 더 많은 세부 사항이 하기에 제공된다. 최소한으로, (제1 벽의) 제1 내부 표면 또는 제1 외부 표면 또는 (제2 벽의) 제2 내부 표면 또는 제2 외부 표면 중 적어도 하나는 퇴비화 가능한 코팅으로 구성된 하나 이상의 코팅으로, 더 구체적으로는 퇴비화 가능한 열밀봉성 코팅으로 코팅된다. 그러나, 많은 경우에, 제1 벽 또는 제2 벽을 구성하는 1개, 2개, 3개 또는 더 많은 층 또는 시트의 한쪽 또는 양쪽 면이 퇴비화 가능한 코팅으로 코팅된다.
층 또는 시트는 임의의 적합한 방식으로 함께 접합될 수 있다. 본 명세서에 논의된 바와 같은 퇴비화 가능한 코팅은 열밀봉성 코팅일 수 있으며, 이 경우 층 또는 시트는 유도 용접 또는 임펄스 밀봉과 같은 열밀봉 공정에 의해 함께 접합될 수 있다. 시트 또는 층의 인접한 면 상의 코팅은 시트 또는 층을 라미네이팅하는 데 사용될 수 있는 접착제를 가질 수 있다. 패턴화된 캘린더 롤이 또한 인접한 층들을 접합하는 데 사용될 수 있다.
층 또는 시트 중 하나 이상은 편평한 층 또는 시트일 수 있다. 또한, 층 또는 시트 중 하나 이상은 엠보싱될 수 있다. 엠보싱된 층 또는 시트는 패키징 물품의 내용물에 일부 완충을 제공할 수 있으므로 소정 용도에 유리할 수 있다. 임의의 엠보싱 패턴이 사용될 수 있지만, 가장 흔하게는 규칙적 또는 반복 패턴이 사용된다. 반복 패턴의 예는 다이아몬드형, 정사각형, 원형, 삼각형, 육각형뿐만 아니라 상이한 형상들을 갖는 혼합 패턴이다. 다수의 층 또는 시트가 사용되는 경우, 임의의 또는 모든 층 또는 시트가 엠보싱될 수 있다. 가장 일반적으로, 2개의 층 또는 시트가 사용되는 경우, 내부 층 또는 시트는 엠보싱되고 외부 층 또는 시트는 엠보싱되지 않는다. 3개의 층 또는 시트가 사용되는 경우, 전형적으로 중간 또는 내부 층 또는 시트는 엠보싱되고 다른 층 또는 시트는 엠보싱되지 않는다. 그러나, 다른 구성이 가능하다. 예를 들어, 3층 구조물에서 단지 하나의 엠보싱된 층 또는 시트를 제공하는 것을 넘어서 추가적인 완충을 제공하기 위해 내부 층 또는 시트 및 중간 층 또는 시트 둘 모두를 엠보싱하는 것이 유용할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 섬유질 층은 루프(loop) 재료의 시트를 포함하며, 이는 후속하여 조각으로 절단되어 체결구용 루프 부분을 형성한다. 루프 재료의 시트는, 일반적으로 균일한 모폴로지를 갖는 열가소성 배킹 층을 포함하는 배킹, 및 이격된 접합 위치들에서 열가소성 배킹 층에 접합되거나 융합된 일반적으로 비-변형된 앵커 부분 및 접합 위치들 사이에서 배킹의 전방 표면으로부터 돌출되는 아치형 부분을 갖는 종방향으로 배향된 섬유들의 시트를 전형적으로 포함한다.
일부 실시 형태에서, 섬유는 코어-시스(core-sheath) 구조물을 포함하며, 여기서 코어와 시스는 동일한 재료 또는 상이한 재료로 제조될 수 있다. 하나의 재료의 섬유 또는 상이한 재료 또는 재료 조합의 섬유가 동일한 섬유 시트에 사용될 수 있다.
루프 재료의 시트가 제한된 사용을 위해(즉, 체결구가 통상적으로 10회 이하로 개방 및 폐쇄되는 용도를 위해) 의도된 체결구의 루프 부분을 형성하는 데 사용되는 경우, 바람직하게는 섬유 시트의 아치형 부분은 배킹으로부터의 높이가 약 0.64 센티미터(0.250 인치) 미만, 바람직하게는 약 0.38 센티미터(0.15 인치) 미만이고; 접합 위치의 폭은 약 0.005 내지 0.075 인치이어야 하고; 섬유 시트의 아치형 부분의 폭은 약 0.06 내지 0.35 인치이어야 한다. 적합한 루프 재료를 제조하는 예시적인 방법은 미국 특허 제5,256,231호에 기재되어 있으며, 이의 개시내용은 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된다.
퇴비화 가능한 코팅
본 출원에 따른 퇴비화 가능한 물품은, 특정 실시 형태에서 또한 열밀봉성 코팅일 수 있는 퇴비화 가능한 코팅을 추가로 포함할 수 있다. 제1 벽 및 제2 벽을 포함하는 패키징 물품의 경우, (제1 벽의) 제1 내부 표면, (제2 벽의) 제2 내부 표면, (제1 벽의) 제1 외부 표면, 및 (제2 벽의) 제2 외부 표면은 하나 이상의 퇴비화 가능한 코팅으로 코팅될 수 있다. 퇴비화 가능한 코팅은 퇴비화 가능한 열밀봉성 코팅을 포함한다. 다른 층 또는 시트는 또한 본 명세서에서 논의된 임의의 코팅으로, 또는 제1 벽 및 제2 벽의 퇴비화 가능성을 손상시키지 않는 다른 코팅으로 코팅될 수 있다.
퇴비화 가능한 열밀봉성 코팅은 전형적으로 본 명세서에 기재된 바와 같은 퇴비화 가능한 조성물이다. 따라서, 이는 전형적으로 폴리부틸렌 석시네이트, 폴리(부틸렌 석시네이트 아디페이트), 폴리(에틸렌 석시네이트), 폴리(테트라메틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트), 수소화 피마자유, 또는 열가소성 전분 중 하나 이상을 포함한다. 특히, 퇴비화 가능한 열밀봉성 코팅은 폴리부틸렌 석시네이트, 폴리(부틸렌 석시네이트 아디페이트), 폴리(에틸렌 석시네이트), 수소화 피마자유, 또는 폴리(테트라메틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트) 중 적어도 하나를 포함한다. 더 구체적으로, 코팅은 폴리부틸렌 석시네이트, 피마자유, 예컨대 수소화 피마자유, 또는 둘 모두를 포함한다. 퇴비화 가능한 열밀봉성 코팅은 여러 목적에 부합할 수 있다. 제1 벽이 제2 벽에 부착되는 에지 또는 에지들이 열밀봉될 수 있게 함으로써 패키징 물품을 형성하는 것이 유용할 수 있다. 이는 또한 패키징 물품에 내후성 또는 내수성을 제공하는 역할을 할 수 있다.
다른 성분이 또한 코팅에 포함될 수 있다. 특히, 퇴비화 가능한 안료 및 염료가 사용될 수 있다. 예에는 클래리언트 코포레이션(미국 미네소타주 미니애폴리스 소재)으로부터 OM 또는 OMB 제품 라인으로 입수가능한 PLA 마스터배치 착색제, 또는 테크머 피엠 엘엘씨(미국 테네시주 클링턴 소재)로부터 PLAM 또는 PPM 제품 라인으로 입수가능한 것들이 포함된다. 전형적으로, 착색제가 이용되는 경우, 이는 다른 코팅 성분과 0.5 중량% 내지 5 중량%의 양으로 블렌딩된다.
코팅이 층 또는 시트 상에 배치될 수 있는 적어도 두 가지 방식이 존재한다. 이들 둘 모두가 중요하며, 이들 중 어느 하나는 본 명세서에 기재된 바와 같은 물품의 임의의 실시 형태와 함께 사용될 수 있다.
하부 시트 또는 층이 예를 들어 본 명세서에서 논의된 바와 같은 임의의 섬유질 재료로 형성된 후에 하부 시트 또는 층 재료에 코팅을 적용하는 제1 특정 방식. 이는 임의의 적절한 방법에 의해 달성될 수 있다. 전형적으로, 압출이 사용된다.
코팅을 적용하는 제2 특정 방법은 섬유질 재료, 시트 또는 층의 개별 섬유를 코팅으로 코팅하는 것이다. 이는 시트 또는 층 재료(또는 재료들)로서 코어 및 코팅으로서 시스를 갖는 코어-시스 구성을 생성한다. 코어-시스 섬유를 제조하는 다양한 방식이 당업계에 공지되어 있으며, 원칙적으로 코어 및 시스의 구성 성분에 따라 이들 중 임의의 방식이 사용될 수 있다. 추가의 코팅이 원칙적으로 시스에 적용될 수 있으며, 이는 본 명세서에 기재된 바와 같은 코팅의 범위 내에 있다.
본 명세서에 기재된 물품의 임의의 실시 형태에서 전술한 2가지 접근법의 조합을 사용하는 것이 가능하다. 따라서, 특정 경우에, 개별 섬유는 코어-시스 유형 구성으로 코팅되고, 시스와 동일하거나 상이한 코팅일 수 있는 코팅이 코어-시스 섬유로부터 제조된 재료의 층 또는 시트의 한쪽 또는 양쪽 면 상에 배치된다.
어느 경우든, 코팅은 전체 층 또는 시트에 적용될 필요는 없으며 층 또는 시트의 일부일 수 있다. 그러나, 더 구체적으로, 코팅은 층 또는 시트의 적어도 하나의 면의 전체에 적용된다. 더욱 더 구체적으로, 코팅, 가장 구체적으로 폴리부틸렌 석시네이트를 포함하는 코팅은 층 또는 시트의 양측 면의 전체에 적용된다.
하나 이상의 층 또는 시트에 대해 한 가지 특히 유용한 구조물은 폴리부틸렌 석시네이트로, 더 구체적으로 폴리부틸렌 석시네이트 및 피마자유와, 선택적으로 코팅의 추가 성분으로서의 하나 이상의 안료 또는 염료의 혼합물로 양측 면이 완전히 코팅된 폴리락트산 층 또는 시트이다. 더 구체적으로, 폴리락트산 층 또는 시트가 폴리부틸렌 석시네이트로 양측 면이 완전히 코팅된 층 또는 시트는 엠보싱될 수 있다. 층 또는 시트에 대한 다른 특히 유용한 구조물은 양측 면이 폴리부틸렌 석시네이트로 완전히 코팅된 종이 층 또는 시트이다. 더 구체적으로, 폴리부틸렌 석시네이트로 양측 면이 완전히 코팅된 종이 층 또는 시트는 엠보싱될 수 있다. 양측 면이 완전히 코팅된 임의의 층 또는 시트, 특히 폴리부틸렌 석시네이트로 양측 면이 완전히 코팅된 전술한 폴리락트산 또는 종이 층 또는 시트에서, 코팅은 재료의 층 또는 시트 상에 배치된 층의 형태 또는 층 또는 시트 재료의 섬유 상에 배치된 시스의 형태일 수 있다.
마이크로미터 단위의 코팅 두께는 원하는 특성을 제공하는 데 필요한 임의의 두께일 수 있지만, 전형적으로 10 초과, 15 초과, 20 초과, 25 초과, 30 초과, 35 초과, 40 초과, 45 초과, 또는 심지어 50 초과이다. 마이크로미터 단위의 코팅 두께는 전형적으로 60 미만, 55 미만, 50 미만, 45 미만, 40 미만, 35 미만, 30 미만, 25 미만, 또는 심지어 20 미만이다. 마이크로미터 단위의 코팅 두께에 대한 예시적인 범위는 20 내지 50이다. 코팅이 코어 섬유 위의 시스인 경우, "코팅 두께"는 시스의 두께를 지칭하고; 코팅이 층으로서 적용되는 경우, 이는 층의 두께를 지칭한다.
미세구조체
일부 실시 형태에서, 퇴비화 가능한 물품은 미세구조체를 추가로 포함한다. 미세구조체를 포함하는 퇴비화 가능한 물품은 예상외로 향상된 발수성을 나타낸다. 이론에 구애되고자 하는 것은 아니지만, 이러한 미세구조체는 생분해성 중합체 층의 표면 상에 채널을 형성하여, 물의 진입을 방해하는 것(즉, 표면의 습윤화를 방지하는 것)으로 여겨진다. 결과적으로, 높은 물 접촉각이 관찰되며, 퇴비화 가능한 물품은 증가된 소수성을 나타낸다.
일부 실시 형태에서, 미세구조체는 예를 들어, 레일에서와 같이 중합체 층의 길이 또는 폭 전체에 걸쳐 연속적으로 연장될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 미세구조체는 예를 들어 후크 또는 필라(pillar)에서와 같이 분리된 특징부이다. 미세구조체를 생성하는 예시적인 방법은 미국 특허 제5,053,028호; 제5,868,987호; 제6,000,106호; 제6,132,660호; 제6,417,294호; 및 제7,168,139호에 기재되어 있다. 이들 특허의 개시내용은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
일부 실시 형태에서, 미세구조체는 포스트(post)를 포함한다. 다른 실시 형태에서, 미세구조체는 스템(stem) 및 캡(cap)을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 캡은 직사각형, 타원형, 원형 또는 반원형인 단면을 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 캡은 스템의 폭보다 큰 폭을 갖는다. 일부 실시 형태에서, 스템과 캡은 동일한 재료로 제조된다. 다른 실시 형태에서, 스템과 캡은 상이한 재료로 제조된다. 일부 실시 형태에서, 스템과 캡은 일체형이다. 다른 실시 형태에서, 스템과 캡은 별개의 구성요소이다.
일부 실시 형태에서, 중합체 층과 미세구조체는 동일한 재료로 제조될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 중합체 층의 재료는 미세구조체의 재료와 상이하다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이 용어 "상이한"은 (a) 적어도 하나의 적외선 피크의 적어도 2%의 차이, (b) 적어도 하나의 핵 자기 공명 피크의 적어도 2%의 차이, (c) 수평균 분자량의 적어도 2%의 차이, 또는 (d) 다분산도의 적어도 5%의 차이 중 적어도 하나를 의미한다. 중합체 재료들 사이의 차이를 제공할 수 있는 중합체 재료에서의 차이의 예는 조성, 미세구조, 색상, 및 굴절률을 포함한다. 중합체 재료의 관점에서 용어 "동일한"은 상이하지 않음을 의미한다.
접착제
일부 실시 형태에서, 하나 이상의 접착부가 퇴비화 가능한 물품 상에 제공될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 접착부는 전술한 바와 같이 제1 벽 및 제2 벽을 포함하는 물품 상에 제공된다. 이러한 물품에서, 접착부는 벽의 상부에 제공된다. 접착부는 벽의 일부인 것으로 간주되지 않는다. 전형적으로, 이용되는 경우, 접착부는 패키징 물품의 개구 근처에 있으며, 물품을 폐쇄하는 데 사용될 수 있다. 플랩이 이용되는 경우, 하나 이상의 접착부는 종종 플랩 상에 있거나, 또는 플랩이 폐쇄 위치로 접힐 때 플랩에 의해 도달될 수 있는 외부 표면의 일부분 상에 있어서 플랩이 폐쇄 위치에 접착될 수 있도록 하다. 많은 경우에, 2개의 접착부가 제공된다.
하나 이상의 접착부는 보통 패키징 물품의 개구에 대략 평행하게 연장되는 스트립 또는 스트립들의 형상이지만, 이는 필수적인 것은 아니다.
하나 이상의 접착부는 원하는 용도에 따라 임의의 적합한 접착제일 수 있지만, 가장 일반적으로 퇴비화 가능한 접착제이다. 특정 경우에, 하나 이상의 접착부는 퇴비화 가능한 접착제로 이루어진다. 하나 이상의 접착부는 수활성화 접착제 또는 감압 접착제일 수 있다. 가장 구체적으로, 퇴비화 가능한 감압 접착제가 사용된다. 예시적인 퇴비화 가능한 접착제는 공지되어 있으며, 예에는 2-옥틸아크릴레이트와 아크릴산의 공중합체; 당-개질된 아크릴레이트의 공중합체; 폴리락트산, 폴리카프로락톤, 및 수지의 블렌드; 폴리(하이드록시알카노에이트)와 수지의 블렌드; 단백질 접착제; 천연 고무 접착제; 및 이량체 산 함유 폴리아미드가 포함된다.
하나 이상의 이형 라이너가 하나 이상의 접착부 중 임의의 것 또는 전부 위에 배치될 수 있다. 이형 라이너가 퇴비화 가능하거나 적어도 재활용 가능한 것이 유리하지만 이는 필수적이지는 않은데, 이형 라이너는 사용 후 패키징 물품과 별도로 폐기될 수 있고 퇴비화 환경에서 패키징 물품과 함께 배치될 필요가 없기 때문이다. 따라서, 본 명세서에 기재된 바와 같은 패키징 물품이 하나 이상의 이형 라이너를 갖는 경우, 이형 라이너 중 임의의 것 또는 전부가 퇴비화 가능하지 않더라도 패키징 물품은 "퇴비화 가능"할 수 있다.
상 변화 재료 (Phase Change Material; PCM)
본 출원의 퇴비화 가능한 조성물 및 물품은 상 변화 재료(PCM)를 추가로 포함할 수 있다. PCM은, 용융 또는 응고 시에, 소정 온도(즉, 상 변화를 겪는 온도)에서 다량의 에너지를 저장하고 방출할 수 있는 높은 융해열을 갖는 물질이다. 용융 또는 동결과 같은 상 변화 동안, 분자는 스스로 재배열되고 잠열의 흡수 또는 방출을 초래하는 엔트로피 변화를 야기한다. 상 변화 전반에 걸쳐, 재료 자체의 온도는 일정하게 유지된다. 일부 예시적인 일반적인 PCM은 염, 수화된 염, 지방산, 및 파라핀을 포함한다. 적합하게 패키징된 이러한 PCM은 열적 장치로서 사용될 수 있다. 그러나 드라이아이스 또는 웨트아이스와 달리, 대부분의 PCM은 그 자체로는 운송 및 수송 응용에 쉽게 적응 가능하지 않다. 이것은 적절한 보호 피복과 쌍을 이루어야 한다. PCM와 보호 피복은 함께 원하는 온도에서 수송될 물품을 보호할 수 있는 패키징 구조물을 형성한다.
본 발명의 구조물에 사용하기 위한 PCM은 운송 동안 수송될 물품의 원하는 온도를 유지한다. 이와 같이, 하나 이상의 PCM은 하기 특징 중 하나 이상을 가질 수 있다: 광범위한 물리적 특성에 걸친 미세 조정 가능성; 운송 동안 온도 및 떠밀림에 대한 탄력성; 많은 과냉각 없이 동결; 합동으로 용융하는 능력; 다양한 통상적인 재료와의 상용성; 화학적 안정성; 부식성이 없음; 불연성; 및 무독성. 일부 실시 형태에서, PCM(들)은 퇴비화 가능하고/하거나 생분해성이다. PCM은 액체, 겔, 하이드로콜로이드, 또는 3차원 형상(예를 들어, 직사각형, 정사각형 또는 벽돌형)의 형태를 취할 수 있다.
일부 예시적인 PCM은 다음과 같다. 적합한 PCM은 염, 수화된 염, 지방산, 파라핀, 및/또는 이들의 혼합물을 포함하는 유기 또는 무기 재료일 수 있다. 상을 변화시키기 위한 수단인 상이한 상변화 재료는 다양한 온도에서 상 변화(또는 융해)를 겪기 때문에, 장치에서 사용하기 위해 선택된 특정 재료는, 약 -135℃ 내지 약 40℃의 범위를 포함할 수 있는, 패키징이 유지되기 원하는 온도에 따라 좌우될 수 있다. 이 범위 내의 원하는 범위는 패키징의 의도된 용도에 따라 좌우될 수 있다. 예를 들어, 식품 콜드 체인 패키징(cold chain packaging)은 전형적으로 약 -36℃ 내지 약 25℃이다. 생물학적 또는 약제학적 콜드 체인 패키징은 전형적으로 약 -135℃ 내지 약 40℃이다.
콜드 체인에 사용되는 일부 실시 형태에서, 염화나트륨 및 물을 포함하는 약 20 내지 23 중량%의 염 용액이 상 변화 재료로서 제공될 수 있다. 이러한 특정 상 변화 재료는 약 -19℃ 내지 약 -21℃의 융해 상 변화 온도를 특징으로 한다. 이러한 온도 범위는 약물, 백신 및 다른 활성 생물학적 제제와 같은 다수의 약제학적 제품의 패키징 및 운송과 함께 사용하기에 적합할 수 있다.
본 콜드 체인 패키징, 장치 및 물품에서 사용가능한, 다른 예시적인 상 변화 재료 또는 상을 변화시키기 위한 수단은 전술한 원하는 상 변화 온도 및 다른 특징을 갖는, 미국 특허 제6,574,971호에 기재된 바와 같은 공정에 따라 생성된 조성물을 포함할 수 있다. 미국 특허 제6,574,971호의 재료는 가열 및 촉매 반응, 냉각, 분리 및 재순환에 의해 제조된 지방산 및 지방산 유도체를 포함한다. 반응물 재료에는 대두, 팜, 코코넛, 해바라기, 유채, 면실, 아마인, 피마자, 땅콩, 올리브, 홍화, 달맞이꽃, 보라지(borage), 카르보시드(carboseed), 동물성 탤로우 및 지방, 동물성 그리스, 및 이들의 혼합물로부터 유래된 오일 또는 지방으로 이루어진 군으로부터 선택되는 지방산 글리세라이드를 포함한다. 미국 특허 제6,574,971호의 공정에 따르면, 반응 혼합물은 상이한 융점을 갖는 지방산 글리세라이드들의 혼합물이고 반응은 에스테르교환 반응이거나, 반응 혼합물은 수소를 포함하고 반응은 수소화이거나, 반응 혼합물은 지방산 글리세라이드와 단순 알코올의 혼합물이고 반응은 알코올분해 반응이다.
추가의 예시적인 PCM에는 하기 문헌: 미국 특허 제9,850,415호; 제9,914,865호; 제10,119,057호; 및 제10,745,604호에 열거된 것들이 포함되며, 이들 각각은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
도면에 대한 설명
도 1은 제1 벽(130)과 제2 벽(140)의 2개의 에지(111, 112)가 부착된 하나의 예시적인 퇴비화 가능한 물품 구조물(100)을 도시한다. 도 1에서, 물품(100)은 백으로서 구성된다. 제1 및 제2 에지(111, 112)는 직접 부착되어 제1 벽(130)을 제2 벽(140)에 연결한다. 이 도면에서는 제1 벽(130)의 외부 표면(131)과 제2 벽(140)의 내부 표면(142)만 볼 수 있다. 제1 및 제2 벽(130, 140)이 부착되지 않은 개구(150)가 존재한다. 이 경우에 바닥(120)은 물품(100)을 구성하는 시트 재료 내의 접힘부에 의해 한정된다.
도 2는 제1 벽(230)과 제2 벽(240)의 오직 하나의 에지(211)만 부착된 다른 구조물을 도시한다. 여기서, 예시적인 물품(200)은 또한 백으로서 구성된다. 단일 에지(211)가 제1 및 제2 벽(230, 240)의 대부분을 부착하지만 개구(250)에서는 부착되지 않은 채로 남아 있다.
도 3은 에지(311, 312)가, 제1 및 제2 벽(330, 340)이 부착되지 않은 개구(350)를 남기면서, 제1 및 제2 벽(330, 340)을 부착하는 거싯 형태인 예시적인 패키징 물품(300)의 구조물을 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 도 4a에 도시된 바와 같은 개방 위치와 도 4b에 도시된 바와 같은 폐쇄 위치 사이에서 접힘 가능한, 플랩(460)을 포함하는, 패키징 물품(400)의 다른 예시적인 구조물을 도시한다. 개방 위치에서는 개구(450)가 덮이지 않지만, 폐쇄 위치에서는 개구(450)가 플랩(460)에 의해 덮인다.
접착부(501)를 갖는 예시적인 패키징 물품(500)이 도 5에 도시되어 있다. 이 예에서, 패키징 물품(500)은 백으로서 형성되고, 원하는 경우 개구(550)를 폐쇄하기 위해 접착부(501)가 개구(550)의 상부 근처에 배치된다.
2개의 접착부(601, 602)를 갖는 예시적인 패키징 물품(600)이 도 6에 도시되어 있다. 이 예에서, 패키징 물품(600)은 파우치로서 형성되며 접착부(601, 602)는 개구(650)를 폐쇄하기 위해 플랩(660) 상에 배치된다.
도 7은 제1 표면(700a) 및 제2 표면(700b)을 갖는 본 출원에 따른 예시적인 층상 퇴비화 가능한 물품(700)을 도시한다. 퇴비화 가능한 물품(700)은 제1 퇴비화 가능한 중합체 층(710), 제2 퇴비화 가능한 중합체 층(720), 및 제3 퇴비화 가능한 중합체 층(730)을 포함한다. 도시된 예에서, 제1 퇴비화 가능한 중합체 층(710) 및 제3 퇴비화 가능한 중합체 층(730)은 동일한 조성을 갖는다. 일부 실시 형태에서, 이들 2개의 퇴비화 가능한 중합체 층은 PBS 및 소수성 제제를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 제1 및 제3 퇴비화 가능한 중합체 층은 제2 퇴비화 가능한 중합체 층에 퇴비화 가능한 조성물을 코팅함으로써 제조되었다. 일부 실시 형태에서, 제2 퇴비화 가능한 중합체 층(720)은 제1 및/또는 제3 압축성 중합체 층(710, 730)과는 상이한 조성 및/또는 상이한 외양을 갖는다. 일부 실시 형태에서, 제2 퇴비화 가능한 중합체 층(720)은 PLA를 포함한다. 일부 실시 형태에서, PLA는 스펀본딩된다. 다른 실시 형태에서, 제2 퇴비화 가능한 중합체 층(720)은 PBS를 포함하는 부직 웨브를 포함한다. 접착제 층(740)은 퇴비화 가능한 물품(700)의 제1 표면(700a) 상에 배치된다. 일부 실시 형태에서, 이형 층(750)이 접착제 층(740) 위에 배치된다. 일부 실시 형태에서, 이형 라이너(750)는 실리콘-코팅된 폴리에스테르 필름을 포함한다.
도 11은 본 발명에 따른 예시적인 퇴비화 가능한 물품의 단면도이다. 퇴비화 가능한 물품(1100)은 제1 표면(1120) 및 반대편의 제2 표면(1130)을 갖는 생분해성 중합체 층(1110)을 포함한다. 일 실시 형태에서, 생분해성 중합체 층(1110)은 제1 퇴비화 가능한 중합체 및 소수성 제제를 포함한다. 일부 실시 형태에서, 제1 퇴비화 가능한 중합체는 폴리부틸렌 석시네이트(PBS) 이고 소수성 제제는 퇴비화 가능한 소수성 제제이다. 일부 실시 형태에서, 생분해성 중합체 층(1110)은 제1 생분해성 중합체 및 제2 생분해성 중합체를 포함하며, 여기서 제1 생분해성 중합체는 제2 생분해성 중합체와는 상이하다. 도 1에 도시된 실시 형태에서, 퇴비화 가능한 물품(1100)은 접착제(1140)에 의해 생분해성 중합체 층(1110)에 고정된 섬유질 층(1150)을 포함한다. 다른 실시 형태는 접착제를 포함하지 않는다. 일부 실시 형태에서, 생분해성 중합체 층(1110)은 섬유질 층(1150) 상에 직접 압출된다. 다른 실시 형태에서, 생분해성 중합체 층(1110) 및 섬유질 층(1150)은 열 라미네이팅된다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명에 따른 예시적인 퇴비화 가능한 물품의 단면이다. 도 12a의 퇴비화 가능한 물품(1200)은 제1 표면(1220)을 갖는 생분해성 중합체 층(1210)을 포함한다. 미세구조체(1260)가 퇴비화 가능한 물품(1200)의 제1 표면(1220) 상에 배치된다. 도 12b의 퇴비화 가능한 물품(1201)에서, 미세구조체(1261)는 제1 표면(1221)으로부터 돌출하며 생분해성 중합체 층(1211)과 일체형이다. 퇴비화 가능한 물품(1202)의 미세구조체(1262)는 스템(1263) 및 캡(1264)을 포함한다. 스템(1263)은 캡(1264)과 일체형이다. 다른 실시 형태(도시되지 않음)에서, 스템은 캡과 일체형이 아니다.
도 13에 도시된 퇴비화 가능한 물품(1300)은 중합체 층(1310)의 제1 표면(1320)으로부터 연장되는 미세구조체(1360)를 갖는 생분해성 중합체 층(1310)을 포함한다. 부직포 층(1350)이 접착제(1340)에 의해 생분해성 중합체 층(1310)의 제2 표면에 고정된다.
도 14에 도시된 퇴비화 가능한 물품(1400)에서, 부직포 층(1450)이 생분해성 중합체 층(1410)으로부터 연장되는 미세구조체(1460)에 인접해 있다. 이 실시 형태에서, 부직포 층(1450)과 미세구조체(1460)는 부착 시스템을 형성한다. 도 14에 도시된 부착 시스템의 예시적인 용도에는 개인 위생 품목(예를 들어, 여성 위생 제품, 요실금 제품, 및 기저귀)이 포함된다. 기저귀는 전형적으로 톱 시트, 백 시트 및 흡수 코어를 포함한다. 기저귀는 후방 허리밴드, 전방 허리밴드 섹션, 및 중간 가랑이 섹션을 추가로 포함하며, 체결 구성요소가 후방 허리밴드 섹션에 측방향으로 적용된다. 체결 탭은 사용 중에 기저귀를 착용자 주위에 고정하기 위해 기저귀의 대응하는 반대편 랜딩(landing) 구역으로 연장되고 이에 맞물린다. 예시적인 기저귀 구조물이 미국 특허 제10,413,457호의 도 8에 도시되어 있으며, 이의 개시내용은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 일부 실시 형태에서, 본 발명의 물품은 여성 위생 제품의 패키징으로서 사용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 이러한 패키징은 사용 전에 여성 위생 제품을 봉입하고 보호하는 이형 라이너이다. 다른 실시 형태에서, 본 출원의 부착 시스템은 여성 위생 제품에 이형 라이너를 고정하는 데 사용될 수 있다.
재료가 소수성 및 효과적인 액체 장벽인 것으로 간주되기 위해서는, 전진 물 접촉각 측정에 의해 나타나는 소수성이 적어도 90°인 것이 필요하다. 일 태양에서, 본 명세서에 기재된 퇴비화 가능한 물품 및 조성물은 적어도 95°의 전진 물 접촉각 측정치를 나타낸다. 일부 실시 형태에서, 본 퇴비화 가능한 조성물은 120°, 125°, 및 135°의 물 접촉각 측정치를 나타낸다. 물질의 액체 장벽 특성의 또 다른 척도는 ASTM F1249-13, "변조된 적외선 센서를 사용한 플라스틱 필름 및 시트를 통한 수증기 투과율에 대한 표준 시험 방법"(Standard Test Method for Water Vapor Transmission Rate Through Plastic Film and Sheeting Using a Modulated Infrared Sensor)에 기재된 바와 같이 측정되는 수증기 투과율(WVTR)이다.
실시예
본 발명의 이점 및 실시 형태가 하기 실시예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 실시예에 언급된 특정 재료 및 그의 양뿐만 아니라 다른 조건 및 상세 사항은 본 발명을 부당하게 제한하도록 해석되어서는 안 된다. 본 개시의 예측 가능한 변형 및 변경이 본 발명의 범위 및 사상으로부터 벗어남이 없이 당업자에게 명백할 것이다. 모든 부 및 백분율은 달리 지시되지 않는 한 중량 기준이다.
달리 언급되지 않는 한, 실시예 및 본 명세서의 나머지 부분에서의 모든 부, 백분율, 비 등은 중량 기준이다. 하기 약어들이 사용될 수 있다: m = 미터; cm = 센티미터; mm = 밀리미터; um = 마이크로미터; ft = 피트; in = 인치; RPM = 분당 회전수; g = 그램; mg = 밀리그램; ㎏ = 킬로그램; oz = 온스; lb = 파운드; mL = 밀리리터; L = 리터; Pa = 파스칼; ㎪ = 킬로파스칼; sec = 초; min = 분; hr = 시간; psi = 제곱인치당 파운드; ℃ = 섭씨 온도; °F = 화씨 온도; phr = 수지 100부당 부 (중량 기준). 용어 "중량%", "중량 기준 %" 및 "wt%"는 상호 교환가능하게 사용된다.
재료
[표 1]
시험 방법
퍼센트 연신율, 파단 응력 및 영률: 하기에 기재된 바와 같이 제조된 예시적 및 비교용 퇴비화 가능한 조성물을 엥겔(Engel) 100 TL 톤 프레스(Ton press)를 사용하여 사출 성형하여 "도그본"(dog bone) 시편을 제조하고 시험하였다. 시편의 얇은 부분은 0.125 인치(3.1 mm) 두께, 2.50 인치(12.7 mm) 길이 및 0.50 인치(12.7 mm) 폭이었다. 시험 시편을 2주 동안 120 ℉(49 ℃) 및 65% 상대 습도에서 풍화시키고 시험 전에 12시간 동안 73.1 ℉(22.8 ℃) 및 50% 상대 습도에서 평형화하였다. 전기기계적 범용 시험 시스템(Electromechanical Universal Test System)(미국 미네소타주 에덴 프레리 소재의 엠티에스 시스템즈 코포레이션(MTS Systems Corporation)으로부터 상표명 "MTS 기준 모델(CRITERION MODEL) 43"으로 입수함)을 사용하여 일정한 연신 속도로 시편의 인장 특성을 측정하였다. 로드 프레임에 10 kN 로드 셀을 장착하고 기계적 웨지 그립(미국 미네소타주 에덴 프레리 소재의 엠티에스 시스템즈 코포레이션으로부터 상표명 "MTS 어드밴티지(ADVANTAGE)" 부품 번호 056-079-501로 입수함)을 사용하여 시편을 고정하였다. 그립들 사이의 갭을 2.5 인치(63.5 mm)로 조정하고 시험 속도는 0.2 인치/분으로 수행하였다. 각각의 판독 전에 그립에 시험 시편이 없는 상태로 로드 셀을 영점 조정하였다. 시험 필드에서 시편이 파단되면 로드 셀이 수직 이동을 멈춘다. 두께 게이지를 사용하여, 시험 전에 샘플의 중앙에서 시편의 실제 두께를 기록하였다. 시험이 수행되는 방은 73.1 ± 2℉ 및 50 ± 2% RH로 온도 제어되었다. 각 시험에 대해, 하기가 보고되었다: % 연신율, 파단 응력 ("psi") 및 영률("ksi"). 영률은 응력-변형률 곡선의 초기 선형 영역에서의 변형률에 대한 응력의 비로서 계산되었다.
다른 시험 방법: 예시적인 물품을 특성화하는데 사용된 추가적인 시험 방법이 하기 표 2에 요약되어 있다. 마찰 계수 시험의 경우, 제조 절차에 기재된 바와 같이 파우치의 외부를 형성하는 샘플의 면을 강철 표면에 대해 시험하였다. 인장 특성의 경우, 샘플 폭은 패딩되지 않은 재료에 대해 0.5 in(1.2 cm)이고 패딩된 재료에 대해 1 in(2.5 cm)이었다. 샘플을 온도 및 습도가 제어된 방에서 하룻밤 컨디셔닝하였고, 10 in/min(25 cm/min)의 인장 속도를 사용하였다. 샘플을 기계 방향(MD) 및 웨브 횡단(횡방향)(CD) 둘 모두에서 시험하였다. 표면의 균일한 슬라이딩 동안의 평균 힘 판독치로서 슬립을 결정하였고, 슬립을 슬레드 중량(200 g)으로 나는 것으로서 동적 마찰 계수를 계산하였다.
[표 2]
퇴비화 가능한 필름 및 파우치 실시예
실시예 1 내지 실시예 26의 퇴비화 가능한 필름 및 파우치의 제조가 하기에 기재되어 있다.
PLA 웨브 생성
하기 절차에 따라 INGEO 바이오폴리머(Biopolymer) 6202D로부터 부직 섬유질 층을 제조하였다: 모든 예에서 다층 복합재는 미국 특허 제3,802,817호에 개시된 일반적인 방법에 따라 제조되었으며, 이의 개시내용은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 구체적으로, 스펀본드 웨브를 형성하는 데 사용된 장치는 제1 스테이션 및 제2 스테이션을 포함하며, 제1 스테이션은 제1 부직포 층을 생성하는 데 사용되고 제2 스테이션은 제2 부직포 층을 생성하는 데 사용된다. 각각의 스테이션은 적어도 압출 헤드, 세장화기 및 급랭 스트림을 포함하며, 두 스테이션은 수집기 표면을 공유한다. 제1 스테이션은 제2 스테이션의 상류에 위치되어, 제1 스테이션에서 생성된 필라멘트가 먼저 수집기 표면에 도달하고 수집 표면 상에 제1 섬유 덩어리를 형성한다. 따라서 제2 스테이션으로부터의 필라멘트는 제1 섬유 덩어리의 표면 상에 침착되고 그 위에 제2 섬유 덩어리를 형성한다.
섬유 형성 재료는 압출기에서 용융되고, 규칙적인 패턴, 예를 들어 직선형 열로 배열된 다수의 오리피스를 포함하는 압출 헤드 내로 펌핑된다. 섬유-형성 액체의 필라멘트가 압출 헤드로부터 압출되고, 공기-충전된 공간을 통해 세장화기로 이송될 수 있다. 필라멘트는 의도적으로 코어/시스 구성으로 묘사된다. 이러한 구성은 코어와 시스가 동일한 재료로 만들어지더라도 지속되는데, 그 이유는 재료의 두 층(코어와 시스) 사이에 경계가 존재하기 때문이다. 급랭 공기 스트림을 압출된 필라멘트로 향하게 하며; 공기는 압출된 필라멘트의 온도를 감소시키거나 그를 부분적으로 고화시킬 수 있다.
필라멘트는 세장화기를 통과한 다음, 일반적으로 편평한 수집기 표면 상에 침착되며, 여기서 제1 섬유 덩어리로서 수집된다. 세장화기를 통과하는 필라멘트는 제1 섬유 덩어리 또는 웨브의 표면 상에 침착된다.
수집기는 대체로 다공성이며, 기체-취출 (진공) 장치가 수집기 상으로의 섬유의 침착을 돕기 위해 수집기의 아래에 위치된다(수집기의 다공성, 예를 들어 비교적 소규모의 다공성은 수집기가 위에서 규정된 바와 같이 대체로 평평하다는 사실을 변화시키지 않는다).
전술한 장치와 관련하여, 다음과 같이 섬유질 층을 제조한다. 단계 1에서, PLA/PLA(사용된 모든 PLA는 상표명 INGEO 바이오폴리머 6202D로 입수하였음) 시스/코어 필라멘트를 200℃ 내지 230℃(시스) 및 230℃(코어)의 온도에서 압출한 다음, 구역 1에서 23 ㎥/min 및 구역 2에서 23 ㎥/min의 유량 및 10℃에서 급랭 공기에 의해 연신하여, PLA/PLA 스펀본드 제1 복합재 층을 형성하였다. PLA 1성분 필라멘트를 230℃에서 압출한 다음, 12 ㎥/min의 유량 및 15℃에서 급랭 공기에 의해 연신하여, 제1 복합재 층 상에 놓아서 이중층 웨브를 형성한다. 이어서, 100℃ - 125℃ - 130o C의 뜨거운 공기를 이중 층 웨브 상에 송풍하여 이중 층 웨브를 열접합하는 스루-에어 본딩(through-air bonding) 스테이션에 이중층 웨브를 통과시켰다(즉, 자가 접합되었다). 원하는 평량을 얻기 위해 필요한 대로 웨브 속도를 조정하였다. 더 빠른 웨브 속도로 더 낮은 평량이 얻어지고; 더 높은 웨브 속도로 더 높은 평량이 얻어진다.
전술한 장치 및 절차를 사용하여 하기 평량을 갖는 PLA 웨브를 제조하였다:
제조예 1a: 평량 25 g/m2
제조예 1b: 평량 45 g/m2
제조예 1c: 평량 80 g/m2
제조예 1d: 평량 30 g/m2
웨브 코팅 공정
686 mm 정형기(deckle): 0 내지 1 mm 조정 가능 다이 립, 단일 층 공급-블록 시스템을 갖는 760 mm 드롭 다이(미국 텍사스주 오렌지 소재의 클로어렌(Cloeren)으로부터 입수함)로 이어지는 가열된 호스(260℃)로 260℃ 압출 온도에서 작동되는 58 밀리미터(mm) 이축 압출기(미국 코네티컷주 포카턱 소재의 데이비스-스탠다드(Davis-Standard)로부터 상표명 "DTEX58"로 입수함)를 사용하여 코팅 재료의 용융 압출에 의해 웨브를 코팅하였다. 고체 코팅 재료를 전술한 조건에서 시간당 50 파운드(22.7 ㎏/hr)의 속도로 이축 시스템에 공급하였다. 생성된 용융된 수지는 다이를 빠져나가서 웨브 상에 캐스팅될 때 얇은 시트를 형성하였다. 캐스트 필름 면에 대해 슬리브(미국 위스콘신주 유니온 그로브 소재의 아메리칸 롤러(American Roller))를 사용하고, 스펀본드 면에 대해 실리콘 고무 닙 롤(80 내지 85 듀로미터; 아메리칸 롤러)을 사용하여 표면 거칠기를 75 거칠기 평균으로 설정하였다. 원하는 코팅 두께를 제공하도록 조정된 라인 속도에서 약 70 KPa의 닙 힘으로 2개의 닙 롤 사이에서 층상 복합재를 프레싱하였다.
실시예 2 내지 실시예 25의 제조
실시예 2
제조예 1a로부터의 900 m 길이의 웨브를 하부에서 BIOPBS FD72로 25 μm의 코팅 두께로 코팅하였다. 웨브를 반으로 잘랐고; 하나의 반부(450 m 길이)는 이 실시예의 생성물이고, 나머지 반부를 실시예 5에 사용하였다.
실시예 3
제조예 1b로부터의 900 m 길이의 웨브를 하부에서 BIOPBS FD72로 25 μm의 코팅 두께로 코팅하였다. 웨브를 반으로 잘랐고; 하나의 반부(450 m 길이)는 이 실시예의 생성물이고, 나머지 반부를 실시예 6에 사용하였다.
실시예 4
제조예 1c로부터의 900 m 길이의 웨브를 하부에서 BIOPBS FD72로 코팅하였다. 웨브를 반으로 잘랐고; 하나의 반부(450 m 길이)는 이 실시예의 생성물이고, 나머지 반부를 실시예 7에 사용하였다.
실시예 5
실시예 2로부터의 웨브를 반으로(2개의 450 m 길이로) 잘랐다. 무광 마감용 닙 롤 세트를 사용하여 반부 중 하나의 상부를 99.5% BIOPBS FZ71 및 0.5% PLAM 69962로 코팅하였다. 코팅 두께는 25 μm였다.
실시예 6
실시예 3으로부터의 웨브를 반으로(2개의 450 m 길이로) 잘랐다. 무광 마감용 닙 롤 세트를 사용하여 반부 중 하나의 상부를 BIOPBS FZ71과 0.5% PLAM 69962로 코팅하였다. 코팅 두께는 25 μm였다.
실시예 7
실시예 4로부터의 웨브를 반으로(2개의 450 m 길이로) 잘랐다. 무광 마감용 닙 롤 세트를 사용하여 반부 중 하나의 상부를 BIOPBS FZ71과 0.5% PLAM 69962로 코팅하였다. 코팅 두께는 25 μm였다.
실시예 8
제조예 1b에 따라 제조된 웨브의 상부에 80% BIOPBS FZ71, 0.5% PLAM 69962, 및 95% BIOPBS FZ71과 5% 캐스터왁스의 19.5%의 혼합물의 조성물을 코팅하였다.
실시예 9
실시예 2에 따라 제조된 웨브의 상부에 80% BIOPBS FZ71, 0.5% PLAM 69962, 및 95% BIOPBS FZ71과 5% 캐스터왁스의 19.5%의 혼합물의 조성물을 코팅하였다.
실시예 10
통상적인 압출 코팅 라인을 사용하여, PBS 양면 코팅된 40# 크라프트지(유라인)를 제조하였다. 탑코트는 80% BIOPBS FZ71, 0.5% PLAM 69962, 및 95% BIOPBS FZ71과 5% 캐스터왁스의 19.5%의 혼합물의 조성을 가졌다. 하부 코트는 25 μm의 코팅 두께로 BIOPBS FD72를 갖는다.
실시예 11
고체 코팅 재료를 제공된 조건에서 이축 시스템에 시간당 200 파운드(90.7 ㎏/hr)의 속도로 공급한 점을 제외하고는, 전술한 웨브 코팅 절차를 사용하여 코팅 재료를 용융 압출함으로써 제조예 1d의 웨브의 양면을 코팅하였다.
상부 면 상의 코팅은 75 마이크로미터(μm)의 코팅 두께로 99% BIOPBS FZ71과 1% PLAM 69962의 조성물이었고, 하부 면의 코팅은 75 μm의 코팅 두께로 95% PBS FD72, 4% OM0364246, 및 1% OM9364251의 조성물이었다.
자동 위켓 백 기계(automatic wicket bag machine) 모델 M2106WASP-25(미국 위스콘신주 그린 베이 소재의 허드슨-샤프(Hudson-Sharp))를 사용하여 웨브를 파우치로 제조하였다. 기계는 하부 코팅된 층이 파우치의 내부가 되도록 2개의 하부 코팅된 층이 서로 마주하도록 웨브를 접었다. 약 15.2 cm(6 인치)의 플랩을 남기고 웨브를 중심선으로부터 대략 15.2 cm(6 인치) 접었다.
고온 용융 감압 접착제 HM6422PI의 2개의 스트립(대략 19.05 mm 또는 0.75 인치)을 플랩 상에 압출하고, PP701.2 금속화 이형 라이너를 고온 용융 PSA의 하나의 스트립의 상부에 고정하고, PET 이형 라이너를 고온 용융 PSA의 다른 스트립의 상부에 고정하였다. 이어서, 핫 나이프 슬리팅(hot knife slitting) 작업을 사용하여 측면 에지를 절단 및 밀봉하여 개별 파우치를 형성하였다.
실시예 12
실시예 12는 하기의 차이점을 제외하고는 실시예 11과 동일하였다.
웨브 코팅 공정 동안, 고체 코팅 재료를 시간당 50 파운드(22.7 ㎏/hr)의 속도로 이축 시스템에 공급하였다.
상부 면 및 하부 면 코팅 둘 모두의 두께는 37 μm이었다. 두 코팅의 조성은 실시예 11에 사용된 상응하는 코팅과 동일하였다.
실시예 13A 및 실시예 13B
제1 PLA 웨브를 제조하고 실시예 12에서와 같이 코팅하였다. 제2 PLA 웨브를 다음과 같이 제조하였다. 95% BIOPBS FZ71 및 5% 캐스터왁스의 마스터배치를 복수의 오리피스를 통해 유동하는 용융된 중합체로서 사용하였다. 95% BIOPBS FZ91과 시스로서의 5% 수소화 피마자유, 코어로서의 LUMINY L130, 3 데니어, 31 mm을 사용하여 국제특허 공개 WO1999051799호에 기재된 방법에 따라 스테이플 섬유를 제조하였다. 섬유를 용융된 필라멘트(섬유)의 스트림에 대해 수직 각도로 향하게 하고 부직 섬유질 층으로서 수집하였다.
제1 PLA 웨브를 제2 PLA 웨브의 상부에 적층하였고, 제1 PLA 웨브의 하부 면은 제2 PLA 웨브와 접촉하였다. 이어서, 2개의 웨브를 11.4 cm x 15.2 cm (4.5" x 6") 알루미늄 블록 혼(bl℃k horn)과 1:1.5의 부스터가 장착된 브랜슨(Branson) AED 기계를 사용하여 초음파 용접에 의해 함께 밀봉하였다. 용접 방법은 에너지였다. 용접값은 7.62 cm(3 인치) 원에 대해 552 ㎪(80 psi) 압력에서 700 J이었다. 진폭을 100%로, 트리거를 45.4 ㎏(100 lb)로 설정하였고, 유지 시간은 1초였다.
실시예 13A에서 앤빌(anvil)은 원당 36개의 도트(각각 1.5 mm (0.061 인치)를 갖는 38 mm(1.5 인치) 원형 도트 패턴의 6개의 공동을 함유하였다. 실시예 13B에서 앤빌은 포개진 육각형 패턴이었다. 육각형들은 하나의 코너로부터 반대편 코너까지 20 mm이고, 1 mm 두께의 벽을 갖고, 5 mm 간격으로 이격된, 포개진 육각형 패턴이었다. 수동 임펄스 밀봉제, 모델 H-458(미국 위스콘신주 플래전트 플래리 소재의 유라인)을 사용하여 실시예 13A 및 실시예 13B의 파우치를 형성하였다. 플랩을 남기도록 중심선으로부터 떨어져서 웨브를 접었고, 제2 PLA 웨브는 내부를 향하도록 하였다. 에지를 임펄스 밀봉제에 의해 열밀봉하고 절단하여 최종 파우치를 생성하였다.
도 8은 실시예 13A(원형 도트 패턴)의 사진이다. 도 9는 실시예 13B(육각형 패턴)의 사진이다.
실시예 14A 및 실시예 14B
실시예 14A 및 14B는, 초음파 용접 단계 전에 실시예 13A 및 실시예 13B의 제1 PLA 웨브와 제2 PLA 웨브 사이에 제3 스펀본드 PLA 웨브(제조예 1d)를 배치한 점을 제외하고는, 각각 실시예 13A 및 실시예 13B와 유사하다.
실시예 15
실시예 13A 및 실시예 13B에서 제2 PLA 웨브에 대해 기재된 바와 같이 PLA 웨브를 제조하였다. 2장의 30# 크라프트지를 한쪽 면에서 20 μm 두께 코팅 BIOPBS FD92에 열 라미네이팅하였다. 크라프트지 상의 코팅이 PLA 웨브를 향하도록 2장의 크라프트지 사이에 PLA 웨브를 배치하였다.
실시예 13A의 초음파 용접 및 임펄스 밀봉 방법에 의해 파우치를 제조하였다.
실시예 16
상기에 제공된 웨브 코팅 절차를 사용하여, 스펀 본드 제1 PLA 웨브(제조예 1a)의 상부 표면에 99% BIOPBS FZ71과 1% PLAM 69962의 혼합물을 37 μm 두께로 코팅하고 하부 표면에 BIOPBS FZ71을 37 μm의 두께로 코팅하였다. 이어서, 35.6(14 인치) 폭의 웨브를 다이아몬드형 패턴화 공구에 공급하여 3D 구조를 형성하는 미국 특허 제5256231호에 기재된 방법을 사용하여, 코팅된 PLA 웨브를 엠보싱하였다.
이어서, 엠보싱되지 않은 점을 제외하고는 엠보싱된 제1 PLA 웨브 층과 동일한 매끄러운 제2 PLA 웨브를 엠보싱된 코팅된 웨브에 열 라미네이팅하여 2층 웨브를 형성하였다. 엠보싱된 PLA 웨브의 상부 면이 매끄러운 PLA 웨브의 하부 면에 라미네이팅되도록 웨브들을 라미네이팅하였다.
실시예 13A에 기재된 바와 같은 임펄스 밀봉 방법을 사용하여, 2층 웨브를 우편 봉투의 내부에는 엠보싱된 PLA 웨브가 있고 우편 봉투의 외부에는 매끄러운 PLA 웨브가 있는 파우치로 전환하였다.
실시예 17
실시예 16에 기재된 바와 같이 엠보싱된 PLA를 제조하였다. PLA 웨브의 상부 면이 크라프트지와 접촉하도록, 엠보싱된 PLA 웨브를 30# 크라프트지 스타일 S-3575의 층에 열 라미네이팅하였다. 얻어진 재료를 실시예 13A 및 실시예 13B에 대해 기재된 임펄스 밀봉 방법에 의해 파우치의 내부에 엠보싱된 PLA 웨브가 있고 파우치의 외부에 크라프트지가 있는 파우치로 제조하였다.
실시예 18
30# 크라프트지의 한쪽 면에 BIOPBS FZ71을 25 μm의 두께로 코팅하였다. 코팅된 크라프트지를 실시예 16에 기재된 공정에 따라 엠보싱하였다. 이어서, 코팅된 크라프트지의 코팅된 층이 코팅되지 않은 크라프트지와 접촉하여 2층 재료를 형성하도록, 코팅된 크라프트지를 다른 코팅되지 않은 30# 크라프트지에 열 라미네이팅하였다. 실시예 13A에 기재된 임펄스 밀봉 방법을 사용하여 2층 재료를 파우치로 제조하였다.
실시예 19
상기에 제공된 웨브 코팅 절차를 사용하여, 스펀 본드 PLA 섬유질 층(제조예 1a)의 상부에 98% BIOPBS FZ71, 0.7% OMB8264260, 및 1.3% OM0364246의 조성물을 25 μm의 두께로 코팅하고 하부에 98% BIOPBS FZ71, 1% OM0364246, 및 1% OM9364251을 25 μm의 두께로 코팅하였다. PSA와 이형 라이너를 플랩 상에 배치하는 것을 포함하여, 실시예 11에 기재된 바와 같은 공정을 사용하여 웨브를 파우치로 전환시켰다.
실시예 20
스펀 본드 PLA 섬유질 층(제조예 1b)을 실시예 19에 기재된 방법에 의해 코팅하고 파우치로 전환시켰다.
실시예 21
웨브를 98.5% INGEO 602D와 1.5% PPM56090의 혼합물로 제조한 점을 제외하고는, 실시예 19의 방법에 따라 45 g/m2의 평량을 갖는 스펀 본드 PLA 섬유질 층을 제조하였다. 웨브를 실시예 19에 기재된 방법에 의해 코팅하고 파우치로 전환하였다.
실시예 22
전술한 웨브 코팅 절차를 사용하여 제조예 1a의 제1 PLA 웨브를 코팅하였다: 상부 면은 90% BIOPBS FZ71과 10% PLAM 69962의 혼합물로 37 μm의 두께로 코팅하였고, 하부 면은 90% BIOPBS FZ71 및 5% OM0364246 및 5% OM9364251의 혼합물로 37 μm의 두께로 코팅하였다.
이어서, 35.6(14 인치) 폭의 웨브를 다이아몬드형 패턴화 공구에 공급하여 3D 구조를 형성하는 미국 특허 제5256231호에 기재된 방법을 사용하여, 제1 코팅된 PLA 웨브를 엠보싱하였다.
이어서, 엠보싱되지 않은 점을 제외하고는 엠보싱된 제1 PLA 층과 동일한 제2 PLA 웨브를 엠보싱된 코팅된 웨브에 열 라미네이팅하여 2층 웨브를 형성하였다. 엠보싱된 PLA 웨브의 상부 면이 매끄러운 PLA 웨브의 하부 면에 라미네이팅되도록 웨브들을 라미네이팅하였다.
실시예 13A에 기재된 바와 같은 임펄스 밀봉 방법을 사용하여, 2층 웨브를 우편 봉투의 내부에는 엠보싱된 PLA 웨브가 있고 우편 봉투의 외부에는 매끄러운 PLA 웨브가 있는 파우치로 전환하였다.
실시예 23
엠보싱된 PLA 웨브를 실시예 22에 따라 제조하고, 이어서 PLA 웨브의 상부 면이 크라프트지와 접촉하도록, 웨브를 30# 크라프트지 스타일 S-3575의 층에 열 라미네이팅하였다. 얻어진 재료를 실시예 13A에 기재된 임펄스 밀봉 방법에 의해 파우치의 내부에 엠보싱된 PLA 웨브가 있고 파우치의 외부에 크라프트지가 있는 파우치로 제조하였다.
도 10은 본 실시예의 파우치의 사진이다.
실시예 24
실시예 24A의 경우, 상기 웨브 코팅 절차를 사용하여, 스펀 본드 PLA 섬유질 층(제조예 1a)을 상부에서 98% BIOPBS FZ71, 0.7% OMB8264260, 및 1.3% OM0364246의 조성물로 25 μm의 두께로 코팅하고 하부에서 98% BIOPBS FZ71, 1% OM0364246, 및 1% OM9364251로 25 μm의 두께로 코팅하였다. 2 인치(5.0 cm) 혼, 1:1.5 부스터, 50% 진폭, 3열 스티치 패턴, 50 psi(345 ㎪), 0.75 인치(1.9 cm) 직경 실린더, 및 15 ft/min(4.6 m/min)의 속도를 사용하는 심마스터(SEAMMASTER) LM920 초음파 용접기(미국 펜실베이니아주 웨스트 체스터 소재의 소노본드(SONOBOND))를 사용하여 재료를 접고 에지를 연속적으로 밀봉함으로써 편평한 튜브를 제조하였다. 실시예 24B의 경우, 엠보싱된 PLA 웨브를 실시예 22에 대해 기재된 바와 같이 제조하고, 실시예 24A에 사용된 동일한 연속 초음파 방법을 사용하여 튜브를 제조하였다.
실시예 24A 및 실시예 24B의 롤링된 튜브를 롤백 3200 배킹 기계(미국 캘리포니아주 샌 라파엘 소재의 피에이씨 머시너리)에 공급하여 편평한 패키징 물품(24A) 및 패딩된 패키징 물품(24B)을 제조하였다.
실시예 25
실시예 25A의 경우, 상기 웨브 코팅 절차를 사용하여, 스펀 본드 PLA 섬유질 층(제조예 1b)을 상부에서 98% BIOPBS FZ71, 0.7% OMB8264260, 및 1.3% OM0364246의 조성물로 25 μm의 두께로 코팅하고 하부에서 98% BIOPBS FZ71, 1% OM0364246, 및 1% OM9364251로 25 μm의 두께로 코팅하였다. 실시예 25B의 경우, 실시예 22에 대해 기재된 바와 같이 엠보싱된 PLA 웨브를 제조하였다.
각각의 재료를 접고, 14" x 0.25" (36 cm x 0.64 cm) 티타늄 혼, 1:1.5 부스터, 75% 진폭, 14" x 0.25" (36 cm x 0.64 cm) 널(knurl) 패턴을 갖는 앤빌, 250 lb (113 ㎏) 트리거, 3 인치 (7.6 cm) 직경 실린더에 걸친 60 psi (414 ㎪)의 압력, 및 0.30초의 유지 시간으로 브랜슨 AED 초음파 용접기(미국 미네소타주 세인트 루이스 소재의 이머슨 오토메이션 솔루션즈(Emerson Automation Solutions))를 사용하여 초음파 플런지 용접에 의해 측면 에지를 밀봉함으로써 개별적인 편평한 패키징 파우치(실시예 25A) 및 패딩된 패키징 파우치(실시예 25B)를 제조하였다.
실시예 26
실시예 25A 및 실시예 25B에 대해 기재된 바와 같이 편평한 파우치 및 패딩된 파우치를 제조하였다. 고온 용융 감압 접착제의 하나의 스트립(대략 19.05 mm 또는 0.75 인치). 접착제를 실리콘 코팅된 종이 이형 라이너 상에 압출한 다음, 슬리팅하여 접착제 스트립을 제조하였다. 스트립을 편평한 우편 봉투의 플랩의 상부에 그리고 패딩된 우편 봉투의 립 상에 고정하였다.
실시예 1 내지 실시예 26에 기재된 바와 같이 제조된 패키징 물품을 상기에 열거된 시험 방법을 사용하여 시험하였다. 결과가 하기 표 3에 보고되어 있다.
[표 3]
비교 조성물 및 퇴비화 가능한 조성물 예
하기에 기재된 바와 같이 실시예 I 내지 실시예 XIII의 퇴비화 가능한 조성물 및 비교 조성물 CI 내지 비교 조성물 CIII을 제조하였다.
잔류 수분을 제거하기 위해 가공 전 최소 4시간 최대 12시간 동안 170 ℉ (77 ℃)의 온도에서 이동식 건조제 건조기 시스템(캐나다 애보츠포드 소재의 콘에어 그룹, 인크.(Conair Group, Inc.)로부터 상표명 "모델 MDCW015"로 입수함)에서 폴리부틸렌 석시네이트("PBS") 및 폴리락트산("PLA") 수지를 건조시켰다. 표 4에 나타낸 바와 같은 각각의 실시예에 대한 중량 퍼센트("중량%") 비로 재료를 계량하였다. L/D 비가 30인 30 mm 이축 압출기("TSE")(현재 미국 미시간주 그랜드 래피즈 소재의 베이커 퍼킨스, 인크.의 일부인 APV로부터 상표명 "MP2030"으로 입수함)를 사용하여 다음과 같이 재료들을 배합하였다. PBS 및 PLA를 원하는 비율로 중량측정식 스크류 공급기(독일 슈투트가르트 소재의 코페리온, 게엠베하(Coperion, GmbH)로부터 상표명 "K-TRON T20"으로 입수함)를 사용하여 TSE의 공급구(feed throat) 내로 계량하였다. 사이드 스터퍼 공급기(독일 슈투트가르트 소재의 코페리온, 게엠베하로부터 상표명 "K-TRON T20"으로 입수함)를, 사용 시 소수성 제제(예를 들어, 캐스터왁스, EBS) 및/또는 충전제(즉, 활석, CaCO3)가 도입되는 대략 18 L/D의 TSE의 구역 6에서 사용하였다. 소수성 제제 및 무기 충전제를 사용하는 경우, 이들을 중합체 공급물에 첨가하기 전에 원하는 비로 사전 블렌딩하였다. 중량측정식 스크류 공급기(독일 슈투트가르트 소재의 코페리온, 게엠베하로부터 상표명 "K-TRON T20"으로 입수함)를 사용하여 이들 재료 블렌드를 계량하였다. TSE의 배출 단부에서, 단일 구멍 스트랜드 다이를 사용하여 출력 용융물을 압출하였다. 가공 강 온도는 구역 1에서 주위 온도(예를 들어, 20 내지 25 ℃), 구역 2에서 300 ℉(149 ℃), 구역 3에서 다이까지 350 ℉(177 ℃)였다. 처리량은 250 RPM의 스크류 속도에서 총 15 lb/hr(6.8 ㎏/hr)이었다. 각각의 실시예에 대한 TSE로부터의 압출물을 널링된 닙 롤에 의해서 6 ft(1.8 m) 수조를 통해 당기고, 55 ℉ (13 ℃)로 냉각시키고, 회전 절단 블레이드를 사용하여 펠렛화하였다.
[표 4]
퇴비화 가능한 조성물 실시예 I 내지 XIII 및 비교 조성물 CI 내지 CIII의 기계적 특성을 전술한 바와 같이 시험하였다. 결과가 하기 표 5에 보고되어 있다.
[표 5]
퇴비화 가능한 물품 예
비교예 A (CEA):
686 mm 정형기: 0 내지 1 mm 조정 가능 다이 립, 단일 층 공급-블록 시스템을 갖는 760 mm 드롭 다이(미국 텍사스주 오렌지 소재의 클로어렌으로부터 입수함)로 이어지는 가열된 호스(260℃)로 260℃ 압출 온도에서 작동되는 58 밀리미터(mm) 이축 압출기(미국 코네티컷주 포카턱 소재의 데이비스-스탠다드로부터 상표명 "DTEX58"로 입수함)를 사용하여 비교예 A를 제조하였다. 폴리부틸렌 석시네이트(BioPBS FZ71) 수지를 전술한 조건에서 시간당 50 파운드(시간당 22.7 킬로그램)의 속도로 이축 시스템에 공급하였다. 생성된 용융된 수지는 다이를 빠져나가서, 플라즈마 코팅된 캐스팅 롤(75 거칠기 평균; 미국 위스콘신주 유니온 그로브 소재의 아메리칸 롤러로부터 입수함) 및 규소 고무 닙 롤(80 내지 85 듀로미터; 아메리칸 롤러로부터의 것)로 이루어진 닙 조립체 내에 캐스팅됨에 따라 얇은 시트를 형성하였다. 캐스팅된 필름을 분당 23 미터의 라인 속도로 약 70 킬로파스칼(KPa)의 닙 힘으로 2개의 닙 롤 사이에서 프레싱하였고, 결국 3-인치 판지 코어 상에 권취하였다. 비교예 A의 필름은 두께가 50 내지 75 마이크로미터였다.
비교예 B (CE B):
비교예 A의 필름에 스템 및 캡을 갖는 미세구조체를 부여함으로써 비교예 B를 제조하였다. 용융된 PBS 얇은 시트를 미국 특허 제5,679,302호(이의 개시내용은 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된)의 실시예에 일반적으로 기재된 바와 같이 공동을 갖는 회전 주형 상에 캐스팅하였다. 미세구조체의 밀도는 2200개의 미세구조체/제곱인치(341개의 미세구조체/㎠)였다. 각각의 미세구조체의 높이는 10 밀(0.25 mm)이었고 웨브 배킹 두께는 3.2 밀(80 마이크로미터)이었다. 캡은 일반적으로 둥글며 직경이 약 0.27 mm이었다. 미세구조화된 필름을 고화시키고 공동 치수에 따른 직립 미세구조체의 어레이를 갖는 웨브로서 주형으로부터 벗겨내었다.
비교예 C (CE C):
상표명 "ZIPL℃"(집록)으로 입수한 식품 세이버 백을 3 인치 x 3 인치 정사각형 재료로 절단하고 필름의 외향 면을 시험에 사용하였다. 이러한 재료는 이하에서 비교예 C로 지칭된다.
비교예 D (CE D):
백색 테플론 테이프를 미국 일리노이주 레이크 포레스트 소재의 그레잉어(Grainger)로부터 "1/2"W PTFE 스레드(THREAD) 샘플 테이프, 백색, 260" 길이"라는 설명과 함께 상표명 "아이템(ITEM) #21TF19"로 입수하였다. 이러한 재료는 이하에서 비교예 D로 지칭된다.
실시예 E (EX1):
압출 전에 1 중량%의 캐스터왁스를 BioPBS FZ71 수지와 혼합한 점을 제외하고는, 비교예 A에 기재된 바와 같이 실시예 E를 제조하였다.
실시예 F (EX2):
비교예 B에 기재된 방법에 따라 필름에 미세구조가 추가로 부여된 점을 제외하고는 실시예 E에 기재된 바와 같이 실시예 F를 제조하였다.
전술한 시험 방법에 따라 전진 물 접촉각 측정 및 수증기 투과율 값을 얻었다. 결과는 하기 표 6에 보고되어 있다.
[표 6]
본 발명에 따른 실시예는, 효과적인 액체 장벽 또는 내습성 및 내후성을 갖게 하는, 놀랍게도 높은 전진 물 접촉각을 나타내었다. 이와 같이, 본 발명에 따른 퇴비화 가능한 조성물은 예를 들어 패키징 및 개인 위생 용품과 같은 응용에 유용하다.
사용된 용어 및 표현은 제한이 아닌 설명의 방식으로 사용되며, 이러한 용어 및 표현의 사용에 있어서 제시되고 설명된 특징들 또는 이의 일부의 임의의 등가물을 배제하려는 의도는 없고, 다양한 변형이 본 발명의 실시 형태의 범주 내에서 가능하다는 것이 인식된다. 따라서, 본 발명이 구체적인 실시 형태 및 선택적인 특징들에 의해 구체적으로 개시되었지만, 본 명세서에 개시된 개념의 변형 및 변화가 당업자에 의해 이루어질 수 있으며 이러한 변형 및 변화는 본 발명의 실시 형태의 범주 내에 속하는 것으로 간주된다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (35)

  1. 퇴비화 가능한(compostable) 조성물을 포함하는 생분해성 중합체 층, 및
    섬유질 층(fibrous layer)
    을 포함하는, 퇴비화 가능한 물품으로서,
    상기 퇴비화 가능한 조성물이
    폴리(에틸렌 석시네이트), 폴리(트라이메틸렌 석시네이트), 폴리(부틸렌 석시네이트), 폴리(부틸렌 석시네이트 코-부틸렌 아디페이트), 폴리(부틸렌 아디페이트 코-테레프탈레이트), 폴리(테트라메틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트), 및 열가소성 전분으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제1 생분해성(biodegradable) 중합체; 및
    소수성 제제
    를 포함하고,
    상기 생분해성 중합체 층은 미세구조체(microstructures)를 포함하고,
    상기 섬유질 층은 상기 미세구조체와 맞물려서 부착 시스템(attachment system)을 형성하는,
    퇴비화 가능한 물품.
  2. 제1항에 있어서, 상기 퇴비화 가능한 조성물이, 상기 제1 생분해성 중합체와는 상이한 제2 생분해성 중합체를 추가로 포함하는, 퇴비화 가능한 물품.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 생분해성 중합체는 폴리락타이드, 폴리글리콜라이드, 폴리카프로락톤, 폴리락타이드와 폴리글리콜라이드와 폴리카프로락톤 중 둘 이상의 공중합체, 제인(zein), 셀룰로오스 에스테르, 폴리하이드록시알카노에이트, 폴리하이드록시발레레이트, 폴리하이드록시헥사노에이트, 폴리(에틸렌 석시네이트), 폴리(트라이메틸렌 석시네이트), 폴리(부틸렌 석시네이트), 폴리(부틸렌 석시네이트 코-부틸렌 아디페이트), 폴리(부틸렌 아디페이트 코-테레프탈레이트), 폴리(테트라메틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트), 열가소성 전분, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 퇴비화 가능한 물품.
  4. 제2항에 있어서, 상기 퇴비화 가능한 조성물 중 상기 제1 생분해성 중합체 대 상기 제2 생분해성 중합체의 중량 퍼센트의 비는 0.5:1 내지 1.5:1, 선택적으로 0.75:1 내지 1.25:1, 또는 선택적으로 1:1 인, 퇴비화 가능한 물품.
  5. 제1항에 있어서, 상기 소수성 제제는 에틸렌 비스(스테아르아미드), 수소화 피마자유, 피마자유, 팔미트산, 리놀레산, 아라키드산, 팔미톨레산, 부티르산, 스테아르산, 트라이글리세라이드, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 퇴비화 가능한 물품.
  6. 패키징 물품으로서,
    제1 내부 표면 및 상기 제1 내부 표면 반대편의 제1 외부 표면을 갖는 제1 벽;
    제2 내부 표면 및 상기 제2 내부 표면 반대편의 제2 외부 표면을 갖는 제2 벽으로서, 이때 상기 제1 내부 표면 및 상기 제2 내부 표면은 상기 패키징 물품의 내부를 한정하고 상기 제1 외부 표면 및 상기 제2 외부 표면은 상기 패키징 물품의 외부를 한정하는, 제2 벽; 및
    상기 제1 벽이 상기 제2 벽에 부착되는 하나 이상의 에지
    를 포함하고, 이때 상기 제1 벽 또는 상기 제2 벽은
    폴리(에틸렌 석시네이트), 폴리(트라이메틸렌 석시네이트), 폴리(부틸렌 석시네이트), 폴리(부틸렌 석시네이트 코-부틸렌 아디페이트), 폴리(부틸렌 아디페이트 코-테레프탈레이트), 폴리(테트라메틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트), 및 열가소성 전분으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제1 생분해성 중합체,
    소수성 제제, 및
    선택적으로, 폴리락타이드, 폴리글리콜라이드, 폴리카프로락톤, 폴리락타이드와 폴리글리콜라이드와 폴리카프로락톤 중 둘 이상의 공중합체, 제인, 셀룰로오스 에스테르, 폴리하이드록시알카노에이트, 폴리하이드록시발레레이트, 폴리하이드록시헥사노에이트, 폴리(에틸렌 석시네이트), 폴리(트라이메틸렌 석시네이트), 폴리(부틸렌 석시네이트), 폴리(부틸렌 석시네이트 코-부틸렌 아디페이트), 폴리(부틸렌 아디페이트 코-테레프탈레이트), 폴리(테트라메틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트), 열가소성 전분, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 제2 생분해성 중합체
    를 포함하는 퇴비화 가능한 조성물을 포함하고,
    적어도 접착부가 상기 제2 외부 표면 상에 그리고 상기 제2 외부 표면 상의 임의의 코팅 위에 배치되고,
    상기 접착부 또는 접착부들은 퇴비화 가능한 접착제로 이루어지는,
    패키징 물품.
  7. 제6항에 있어서, 상기 퇴비화 가능한 조성물은 퇴비화 가능한 열밀봉성(heat-sealable) 코팅인, 패키징 물품.
  8. 제7항에 있어서, 상기 퇴비화 가능한 열밀봉성 코팅은 폴리부틸렌 석시네이트, 폴리(부틸렌 석시네이트 아디페이트), 폴리(에틸렌 석시네이트), 폴리(테트라메틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트), 또는 열가소성 전분 중 하나 이상을 포함하는, 패키징 물품.
  9. 제6항의 패키징 물품을 제조하는 방법으로서,
    퇴비화 가능한 열밀봉성 코팅을 갖는 제1 퇴비화 가능한 시트를 접어서 접힌 시트를 형성하는 단계로서, 접힘부의 한쪽 면 상의 상기 접힌 시트의 일부분은 접힘부에 의해 한정되는 하나의 에지를 갖는 제1 벽을 구성하는, 단계;
    적어도 하나의 추가 에지를 밀봉하여 상기 패키징 물품을 형성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 밀봉은 초음파 용접(ultrasonic welding)을 포함하는, 방법.
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