KR20120023624A

KR20120023624A - 열가소성 물품을 위한 조류 혼합 조성물

Info

Publication number: KR20120023624A
Application number: KR1020117025561A
Authority: KR
Inventors: 보 시; 제임스 에이치. 왕
Original assignee: 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2010-04-14
Publication date: 2012-03-13
Also published as: AU2010243295A1; US8524811B2; AU2010243295B2; EP2424937A2; CN102414267A; WO2010125490A2; US20100272940A1; EP2424937A4; MX2011011366A; CN102414267B; KR20160081998A; EP2424937B1; WO2010125490A3; BRPI1006699A2

Abstract

생분해가능하고 재생가능한 임의의 구성성분을 포함하는 열가소성 물질 조성물이 기술된다. 열가소성 조성물은 적어도 한 종류의 조류, 또는 적어도 한 종류의 조류와 식물 고분자의 혼합물, 조류 및/또는 식물 기반 고분자의 혼합물을 포함하고, 식물 기반 고분자는 상대적으로 저비용 공급원료로서 단백질 및 녹말과 같은 것이다. 조류 또는 혼합물은 가소성이 부여될 수 있다. 또한, 섬유, 필름 또는 압출된 물품의 대규모 가공에 적합한 방법이 기술된다.

Description

열가소성 물품을 위한 조류 혼합 조성물{ALGAE-BLENDED COMPOSITIONS FOR THERMOPLASTIC ARTICLES}

본 발명은 생분해가능하고 재생가능한 임의의 구성성분을 포함하는 고분자 조성물에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 부분적으로는, 조류 및/또는 식물 기반의 고분자의 혼합물을 포함하는 열가소성 조성물에 관한 것이고, 식물 기반 고분자는 상대적으로 저비용의 공급원료인 단백질 및 녹말과 같은 것이다.

고분자 기반의 필름, 섬유 또는 필라멘트 구조물은 다양한 와이퍼(wiper)로 구성될 수 있는 비직조된 시트, 일회용 흡수 제품, 또는 건강관리 관련 섬유와 같이, 많은 다른 적용에서 광범위한 사용에 적합하였다. 예를 들어, 유아 및 아동 케어 영역에서, 일반적으로 기저귀 및 트레이닝 팬츠는 재사용가능한 천 흡수 물품을 대체하여 왔다. 다른 전형적인 일회용 흡수 제품은 생리대 또는 탐폰과 같은 여성 케어 제품, 성인 실금 제품(adult incontinence product), 및 수술 커튼 또는 상처 붕대와 같은 건강 케어 제품을 포함한다. 전형적인 일회용 흡수 제품은 일반적으로 탑시트(topsheet), 백시트(backsheet), 및 탑시트와 백시트 사이의 흡수 구조물을 가지는 복합 구조물을 포함한다. 이러한 제품은 일반적으로 제품이 착용자에게 맞도록 어떤 종류의 고정 시스템을 포함한다.

일반적으로, 일회용 흡수 제품은 사용하는 동안 물, 소변, 멘스 또는 혈액과 같은 하나 이상의 액체 배설물을 받을 수 있다. 이와 같이, 일회용 흡수 제품의 외부 커버 지지 시트 물질은 일반적으로 충분한 강도 및 처리 능력을 나타내는 폴리에틸렌 필름과 같이, 액체-불용성 및 액체 불투수성 물질로 이루어져서, 일회용 흡수 제품은 착용자가 사용하는 동안 그 완전성을 유지하고, 액체 배설물이 제품에서 새지 않도록 한다.

현재의 일회용 아기 기저귀 및 다른 일회용 흡수 제품이 일반적으로 대중에 의하여 받아들여져 왔지만, 이러한 제품은 여전히 특정한 영역에서 개선의 필요를 가지고 있다. 많은 일회용 흡수 제품은 현존하는 폐기물 처리 시스템과 양립하기 어려울 수 있다. 예를 들어, 많은 일회용 흡수 코어(core) 또는 제품을 변기에 물을 내려 하수 시스템으로 내려가게 하려는 시도는 일반적으로 변기의 막힘 또는 변기와 하수 시스템을 연결하는 파이프의 막힘을 초래한다. 특히, 일회용 흡수 제품에 전형적으로 사용되는 외부 커버 물질은 변기에 물을 내릴 때 일반적으로 분해 또는 분산되지 않아서, 일회용 흡수 제품을 이러한 방법으로 처리할 수 없다. 만일, 일회용 흡수 제품의 전체 벌크(bulk)를 감소시키기 위하여, 외부 커버 물질이 매우 얇게 만들어져서, 변기 또는 하수 파이프의 막힘 가능성을 감소시킨다면, 그 이후, 외부 커버 물질은 착용자의 일상적인 사용에서 응력을 받기 쉽기 때문에, 외부 커버 물질은 일반적으로 찢어짐(tearing) 또는 리핑(ripping)을 방지할 만큼 충분한 강도를 나타내지 않을 것이다.

또한, 고체 폐기물 처리는 세계적으로 증가하는 관심분야가 되고 있다. 매립이 계속적으로 채워짐에 따라, 일회용 제품에서의 물질 소스 감소, 일회용 제품에 있어서 더 재생가능하고/하거나 생분해가능한 구성성분의 결합, 및 매립과 같은 고체 폐기물 처리 시설 이외의 수단으로, 처리될 수 있는 제품의 고안에 대한 요구가 증가되어 왔다. 이와 같이, 일회용 흡수 제품과 결합될 수 있고, 사용하는 동안 일반적으로 완전성 및 강도를 유지하지만, 사용된 후에는 물질이 더 효율적으로 처리될 수 있는 새로운 물질에 대한 필요가 존재한다. 예를 들어, 일회용 흡수 제품은 비료화처리(composting) 또는 액체 하수 시스템에 의해 효율적으로 처리될 수 있고, 이것으로, 일회용 흡수 제품이 쉽게 분해될 수 있다.

수년에 걸쳐서, 다른 종류의 조류는 다양한 산업적 적용에 채택되어 왔다. 예를 들어, 클로렐라(Chlorella) 또는 스피룰리나(Spirulina)와 같은 녹조류를 포함하는 흡수 물질이 담배 및 공기의 독성 및 악취를 제거하기 위해 적용되거나, 갈조류를 사용하는 흡수물질이 500 ㎛ 내지 2 mm의 다양한 흡수 입자 크기를 가지는 폐수로부터 중금속을 제거하기 위해 적용되어 왔다. 그외에 광생물반응기(photobioreactor)를 사용하여 폐수 용출 스트림을 효율적으로 정화하기 위하여, 원핵 미생물의 컨소시엄과 결합하여 녹조류 클로렐라를 사용하여 왔다. 연구자는 지질 생산, 폐수 및 공기 복원, 또는 바이오매스 생산(biomass production)에 효율적인 조류 종(species) 및 조성물을 식별하는 기술을 개발하여 왔다.

산업적인 용도에 조류를 적용시키는 최근 작업은 그것의 바이오연료(biofuel)로서의 개선에 집중해왔고, 이것은 점점 감소된 화석 연료 자원, 및 상대적으로 고비용인 석유의 결과이다. 바이오연료 처리공정에서 조류로부터 남은 폐기 물질인, 바이오밀(biomeal)은 일반적으로 동물 사료로 사용된다(예를 들어, Criggall et al. 에 의한 미국 특허 제 6,338,866호 및 국제특허공보 제 WO 01/60166호를 참조하면, docosahexanoic acid(DHA)와 같은 하나 이상의 필수 지방산이 Crypthecodinium cohnii와 같은 용해된 조류 세포로부터 추출된 이후, 남아있는 세포 사체를 포함하는 폐기 생성물을 사용하여 애완동물 또는 동물의 먹이를 제조하는 방법을 개발했고, Lo et al.에 의한 국제공개공보 제 WO 2008/039911호를 참조하면, 조류 바이오밀을 포함하는 애완동물 먹이 기호성 구성성분(palatable component)을 최적화하는 방법을 제공한다).

Tarrant et al.에 의한 미국 특허 제 5,352,709호, 제 5,779,960호, 및 유럽 특허 제 702,703호는 조류 물질의 플라스틱 적용을 다룬다. 특히, Tarrant et al.은 Clodophora glomerata와 같은 섬유질의 조류를 사용하여, 발포 패킹 물질(foamed packing material)(예를 들어, 패킹 피넛(packing peanut))을 생성하였다. Troadec에 의한 미국 특허 제 5,654,103호는 수용성 용매 및 가소제와 함께 조류에서 유래한 알긴산염(alginate)를 사용하여 필름을 형성하였다. 유사하게, Kunstmann에 의한 국제공개공보 제 WO 00/11069호는 적어도 3%의 알긴산염을 생성하기 위하여 조류와 같은 원료를 자연적으로 증가시키는 단계, 및 칼슘이온과 더 반응시키는 단계, 및 패키징 적용을 위하여 발포된 물품의 제조를 위한 작용제를 발포시키는 단계를 사용하였다. Johnson 및 Shivkumar(2004년)는 이소시아네이트 기반의 발포를 만들기 위하여 캘리포니아의 강 및 개울로부터 Clodophora glomerata 및 Pithophora oedegonia를 수집하였다. Koryszczuk에 의한 국제공개공보 제 2007/079719호는 조류를 조성물에 사용하는 것을 다룬다. You et al.에 의한 미국공개특허 제 2008/0057547호는 조류를 추출 용매로 침지시킨후, 섬유 변환 및 펄핑(pulping)을 위하여 산화제를 포함하는 반응 용매와 반응되는 한천겔(agar gel)을 용해하여, 펄프 및 종이를 제조하는 홍조류, Phodophyta를 사용하는 방법을 개시한다. 구체적으로 말해서, 홍조류는 본 발명이 촛점을 두고 있는 미세조류가 아니다. Lee et al.은 압축 몰딩 기술(compression molding technique)을 사용하여 홍조류 및 폴리(부틸렌 숙신산) 바이오 복합재(biocomposite)를 제조하였다(Lee, M.W., Han, S.O., 및 Seo, Y.B.(2008년), Red Algae Fibre/Poly(butylene succinate) Biocomposite: The Effect of Fibre Content on Their Mechanical and Thermal Properties, COMPOSITE SCIENCE AND TECHNOLOGY, 제 68권, 1266-1272 페이지).

Chiellini et al.은 녹조류, Ulva armoricana를 사용하여, 각각 용액 주조(casting) 및 용융 처리에 의하여 혼성 폴리비닐 알콜 기반의 복합재를 제조하였다. 후자는 플라스토그래프(plastograph)에 연결된 토크 유동계(torque rhometer)를 기반으로 해서, 30%조류를 포함하는 펠릿(pellet)을 제조하였다. 토양 매립 시험(soil burial testing)을 수행하여 복합재 생분해성을 평가했다. 약 2달 동안 복합재의 70% 미네랄화를 얻었다(Chillini, E. , Cinelli, P.LLieva, V.I., 및 Martere, M. (2008년), Biodegradable Thermoplastic Composite Based on Polyvinyl Alcohol and Algae, BIOMACROMOLECULES, 제 9권, 1007-1013 페이지).

Zhang et al.(2000년 a 및 b) 및 Otsuki et al.(2004년)에 의한 여러 논문은 Chlorophyceae에 속하는 미세조류 종류인 클로렐라(Chlorella)를 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 폴리비닐 클로라이드에 각각 결합하여 신규한 산업 물질을 제조하는 기술을 보고했다. 이러한 혼합물은 합성 고분자의 변형에 의하여 제조되었고, 롤러믹서(roller mixer)가 사용되어 가열-가압 및 몰딩으로 복합재 샘플을 얻었다. 이러한 단계는 실험실에서 더디고, 압출(extrusion) 기술을 사용하는 것과 같은 산업적으로 광범위한 제조에는 적합하지 않았다(Zhang, J., Endo, T., Kitagawa, R., Kabeya, H., Kitagawa, R., 및 Hisrotst, T. (2000년 b), An Exploratory Research of PVC-Chlorella Composite Material (PCCM) as Effective Utilization of Chloralla Biologically Fixing CO₂, J. MATER. SCI., 제35권, 2603-2609 페이지; Otsuki, T., Zhang, F., Kabeya, H., 및 Histosu, T. (2004년), Synthesis and Tensile Properties of a Novel Composite of Chorella and Polyethylene, J. APPLIED POLYMER SCI., 제92권, 812-816 페이지).

그러나, 일부 경우에, 바이오밀은 폐기물로 취급되고 매립지에서 처리되었다. 따라서, 바이오밀의 부가 가치의 활용은 매우 관심을 끄는 접근일 것이다. 지구 온난화의 감소 및 폐수 유출의 정화 필요 때문에 조류 제조 및 이용 활동은 앞으로 증가할 것이다. 반면에, 오늘날의 에너지 시장에서 지배적인 석유 기반의 오일 생성물은 지속가능하지 않다. 결과적으로, Vick et al.에 의한 미국특허출원 공개공보 제 2008/0155888호 및 Hazlebeck et al.에 의한 미국특허출원 공개공보 제 2008/0090284호에 개시된 바이오 연료 정제 공정을 위해 수많은 조류가 사용되는 것으로 예상된다. 부산물로 평가된 조류가 오일을 위해 제조된 조류의 1 파운드마다 0.77 lb 이므로, 바이오 연료 정제 공정에서 조류로부터의 바이오밀 또는 남은 물질은 풍부하게 사용될 것이다. 따라서, 플라스틱 제조에서 이러한 폐기물의 효과적인 활용은, 최근 공급원료와 같이 석유에 의존하는 임의의 사업에 중요하게 되었다. 특히, 앞으로 석유가 감소될 때, 재생가능한 물질 소스의 하나이다.

본 발명은 제조자가 플라스틱 제조를 위해, 지속가능하고 재생가능한 물질로서 미세조류를 사용하여, 신규하고 효율적인 열가소성 공정 방법을 개발해서, 이것에 한정되지는 않지만, 개인 케어 제품, 농업 필름, 컨테이너, 건축재료, 전기 기기 및 자동차 부품과 같은 플라스틱 적용을 위해 열가소성 조류를 사용하는 물품을 제조할 수 있게 한다.

본 발명은 부분적으로, 바람직하게는 실질적으로 생분해가능 하지만, 쉽게 준비되고, 필름, 섬유 또는 비직조(nonwoven) 구조물과 같은 원하는 최종 구조물 또는 압출되거나 성형된 더 큰 3차원 형태로 쉽게 제조될 수 있는 열가소성 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 제조자가 생분해가능한 플라스틱 물질의 제조를 위한 고분자 혼합물에, 상당한 퍼센트의 재생가능한 바이오매스를 결합시키는 산업적인 용이성을 나타낸다. 존재하는 바이오매스의 양은 고분자 제형에서 약 30 중량% 내지 35 중량%로 될 수 있다. 이러한 특징은 제조자가 환경적으로 더 지속가능할 수 있도록 해서, 라이프 사이클 평가(Life Cycle Assessment, LCA) 혜택을 풍부하게 하고, 탄소 풋프린트(footprint)를 감소시키고, 화석 기반의 자원을 보존할 수 있을 뿐만 아니라, 전통적으로 100% 석유 기반의 고분자로부터 유래된 플라스틱에 대한 물질 비용 절감을 얻을 수 있다.

일 측면에 따르면, 본 발명은 부분적으로 적어도 한 종류의 조류, 또는 적어도 한 종류의 조류와 식물 고분자의 혼합물을 포함하는 열가소성 고분자 조성물에 관한 것이다. 조류는 약 4 또는 5 중량% 내지 약 30 또는 35 중량%의 양으로 존재하고, 식물 고분자는 약 10 중량% 내지 약 50 중량%의 양으로 존재하는 단백질 또는 녹말과 같은 재생가능한 고분자 물질이고, 적어도 하나의 가소제(plasticizer)가 약 10 중량% 내지 약 40 중량%의 양으로 존재한다. 일반적으로, 조성물은 약 60℃ 내지 약 190℃ 범위의 용융점 온도(T_m) 및 약 -40℃ 내지 약 70℃ 범위의 다중 유리 전이 온도(T_g)를 나타내고, 임의의 서브 범위(sub range) 또는 그 사이의 조합을 포함한다. 조류는 약 100, 110 또는 115 마이크론의 평균 입자 크기를 가지는 미세조류이다. 조류 기반의 구성요소는 상기 조성물의 약 10 중량% 내지 약 80 중량%를 구성한다. 대안적으로, 조류 및 식물 고분자 기반의 구성요소는 약 10 중량% 내지 약 90 중량%의 조합된 양으로 존재한다. 식물 고분자는 식물 기반의 단백질 또는 녹말이고, 각각 조성물의 약 10 중량% 내지 약 60 중량%를 구성할 수 있다. 가소제는 약 1 내지 약 6의 pH를 가진다.

다른 측면에서, 본 발명은 열가소성 조성물로부터 제조된 필름, 섬유 및 필라멘트에 관한 것이고, 비직조 구조물은 이러한 필름, 섬유 및 필라멘트를 결합하고, 또한, 다양한 일회용 흡수 제품은 조성물을 가지고 제조된 비직조 구조물을 결합할 수 있다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 사출 성형체에 관한 것이다. 사출 성형체는 약 5 중량% 내지 약 60 중량%의 재생가능한 수지 및 약 40 중량% 내지 약 95 중량%의 석유 기반의 합성 수지를 포함하는 물질로부터 형성될 수 있고, 재생가능한 수지는 약 25 중량% 내지 약 85 중량% 양의 적어도 하나의 식물 고분자, 약 5 중량% 내지 약 50 중량% 양의 적어도 한 종류의 조류, 및 약 5 중량% 내지 약 50 중량%의 적어도 하나의 가소제를 포함한다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 열가소성 물질로부터 물품을 가공하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 a) 약 5 중량% 내지 약 60 중량%의 재생가능한 수지 및 약 5 중량% 내지 약 40 중량%의 재생가능하지 않은 (예를 들어, 석유(petroleum) 기반의) 합성 수지를 포함하는 단계로서, 재생가능한 수지는 약 25 중량% 내지 약 85 중량% 양의 적어도 하나의 식물 고분자, 약 5 중량% 내지 약 50 중량% 양의 적어도 한 종류의 조류, 및 약 5 중량% 내지 약 50 중량% 양의 적어도 하나의 가소제를 포함하는 열가소성 조성물을 용융하는 단계; b) 용융된 열가소성 조성물을 성형 장치로 규정된 캐비티(cavity)에 주입하는 단계; c) 열가소성 조성물을 상기 캐비티에서 냉각시켜서 물품을 형성하는 단계; 및 d) 물품을 캐비티로부터 제거하는 단계를 포함한다.

본 발명의 추가적인 특징 및 장점은 이하의 상세한 설명에 나타날 것이다. 상술한 요약 및 이하의 상세한 설명과 예 모두는 단지 본 발명을 대표하는 것이고, 본 발명을 청구된 것과 같이 이해하기 위하여 개요를 제공하려는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 2개의 시료 조성 혼합물에 대한 상대적인 온도 곡선을 나타내는 시차주사 열량측정법(differential scanning calorimetry, DSC) 그래프이다.
도 2는 본 발명의 예 20에 따른 조성물의 실시예로 제조된 필름 시료의 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM) 형태를 나타낸다. 이것은 식물 고분자가 존재하지 않는 상태에서 에코플렉스 코폴리에스테르(ECOFLEX copolyester) 및 연질 조류(plasticized algae)의 혼합물이다. 에코플렉스 코폴리에스테르는 SEM 동안에 연속적인 상 및 떨어져서 에칭된 연질 조류로 기능하여, 필름 단면에서 볼 수 있는 밸리(valley)를 생성한다.
도 3은 본 발명의 예 22를 따른 조성물의 실시예로 제조된 필름 시료에 대한 SEM 결과를 도시한다. 이것은 Spirulina가 혼합물에서 분산되는 것을 도시한다.
도 4는 본 발명의 예 23에 따른 조성물의 실시예로 제조된 필름 시료에 대한 SEM 결과를 도시한다. 이것은 Nannochloropsis가 혼합물에서 분산되는 것을 도시한다.
도 5는 본 발명 조성물의 2개의 실시예에 따른 2 종류의 조류, Nannochloropsis 및 Spirulina를 결합하는 물질을 위한 네트 아웃개싱(net out-gassing)과 관련하여 생분해의 상대적인 효율성을 비교하는 그래프이다.
본 명세서 및 도면에서 참조 문자의 반복적인 사용은, 발명의 동일하거나 유사한 특징 또는 요소를 나타내려는 것이다.

제Ⅰ부 - 정의

본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "생분해가능한(biodegradable)"은 일반적으로 박테리아, 균류(fungi) 및 조류와 같은 미생물; 환경적인 가열; 습기; 또는 다른 환경적인 요인을 자연적으로 일으키는 작용으로부터 분해가능한 물질을 언급한다. 바람직하다면, 생분해 가능성의 정도는 ASTM 시험 방법 5338.92에 따라 결정될 수 있다.

본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "재생가능한(renewable)"은 육상, 수중 또는 대양 생태계(예를 들어, 농작물, 식용 및 비식용 풀, 목재, 해조류 또는 조류), 또는 미생물(예를 들어, 박테리아, 균류 또는 이스트)의 식물 작용을 통하여 주기적으로(예를 들어, 매년 또는 다년적으로) 보충되는 천연 자원으로부터 생산될 수 있거나 유도되는 물질을 언급한다.

제Ⅱ부 - 설명

본 발명은 조류 바이오매스 또는 바이오밀, 어느 조류 종의 바이오 연료 처리로부터 남은 폐기물의 개선된 사용을 설명하고, 플라스틱 제조를 위한 재생가능하고 생분해가능한 물질의 사용을 진보시키는 기여를 설명한다. 조류 바이오매스는 증가적으로 사용되어, 폐수 처리 식물로부터 방출된 유출물에서 CO₂의 동화 및 과도한 영양분의 흡수에 의한 공기 오염 및 지구 온난화를 감소시키기 때문에, 앞으로 풍부할 것으로 예측된다. 저렴한 석유 유도 기름이 부족할 때, 조류는 바이오연료 정제를 위해, 지속가능하고 재생가능한 자원의 하나가 될 수 있다. 결과적으로, 바이오밀은 플라스틱 제조를 위해 쉽게 처리될 수 있고, 이것은 현재 플라스틱 제조를 위해 석유에 의존하는 임의의 사업에 중요하다. 본 발명은 조류 물질로 플라스틱을 제조할 수 있게 하고, 개인 케어 제품 적용을 위한 필름, 섬유 및 사출 성형체와 같은 물질 구성요소를 발달시킬 수 있게 할 것이다. 개인 케어 제품 적용에 유용한 열가소성 필름과 같은 물품은 압출 기술을 사용하여, 폴리에스테르와 조류의 혼합물 또는 폴리에스테르, 식물 고분자, 및 조류의 혼합물로부터 성공적으로 제조된다. 바람직하게는, 폴리에스테르는 생분해가능하다. 열가소성 조성물은 다양한 비직조된 구조물에서 결합될 수 있는 필름, 필라멘트 또는 섬유로 압출될 수 있다. 이러한 비직조된 구조물은 예를 들어, 트레이닝 팬츠, 성인 실금 제품 또는 생리대와 같이 체액을 흡수할 수 있는 클리닝 와이프(cleaning wipe), 기저귀 또는 다른 개인 위생 또는 개인 케어 제품과 같은 것을 포함하는 일회용 흡수 제품에서의 사용에 적합할 수 있다. 또한, 열가소성 조성물은 고형체, 배관, 패널 또는 컨테이너와 같은 성형 제품을 형성하는데 사용될 수 있다.

특히, 남조류(blue-green algae), 예를 들어 미세한 분말 형태의 Spirulina 및 Nannochloropsis는, 녹말(starch), 밀 글루텐(wheat gluten) 및 콩 단백질(soy protein)이 존재하거나 존재하지 않는 상태에서, 갑자기 열가소성 물질로 변환될 수 있다. 이러한 변환 단계에서의 성공은 주된 진보이고, 그것은 조류 기반의 플라스틱 제조를 위해 주목을 끄는, 재생가능하고 지속가능한 물질의 효과적인 활용을 가능하게 하기 때문에, 다운스트림(downstream) 제조 사용에 중요하다. 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 "열가소성(thermoplastic)"은 열에 노출되었을 때 연화되고, 상온으로 냉각될 때 실질적으로 그것의 원 상태로 돌아가는 고분자 물질을 언급한다. 본원에서 사용된 바와 같이, "생분해가능한(biodegradable)"은 박테리아 또는 균류와 같은 미생물을 자연적으로 발생시키는 작용으로부터 분해하는 물질을 언급한다. 현재, 조류 바이오매스 또는 바이오밀은 그것이 동물 먹이로 사용될 수 없다면, 매립지에서 처리되는 남은 폐기물이 될 것이다. 본 발명은 조류 바이오매스 또는 바이오밀을 채택하여, 플라스틱 제조를 위해 상업적으로 유리하고 저비용 물질 소스가 되게 한다.

플라스틱 제조를 위한 바이오연료 정제 공정으로부터 조류 또는 바이오밀을 활용하려는 현재의 노력은 잘 발달되지 않았었고 복잡할 수 있다. 조류 기반의 열가소성 물질을 제조하는 능력은, 머지 않아 문제를 복잡하게 하는 단백질, 탄수화물 및 지질과 같은 다양한 구성성분을 포함하기 때문에, 쉽게 가시화되지 않는다. 전통적으로, 이들은 개별적으로 다루어졌다. 본 발명은 종래 대규모의 조류 고분자 물질 및 공정에 대하여 장점을 제공한다. 오늘날 조류를 활용할 수 있는 대부분의 접근은 합성 고분자 또는 그라인드(grind)를 변형하거나 분쇄하고, 발포와 복합재를 만들기 위하여 섬유의 조류 물질을 추출하는 것이다. 펄프 및 종이 제조를 위해 사용되는 홍조류를 제외하고, 이러한 접근의 어느 것도 규모적으로 또는 산업적인 종류의 적용을 위해 가시적이지 않다. 선택된 조류와 화학적으로 양립가능하고 물리적으로 혼합가능한, 녹말, 밀 글루텐 및 콩 단백질과 같은, 식물 고분자의 새로운 사용은 열가소성 변환 공정을 용이하게 해왔다. 본원에서 제시된 전체 공정 설비 및 작동 상태는 필요할 때마다 더 큰 제조로 확장가능하다.

본 발명에 따른 제조 공정 및 플라스틱 가공 방법의 장점은 산업적으로 바람직한 기술을 보완하고, 더 쉽게 상업적인 생산으로 확장될 수 있다는 것이다. 본 조성물의 잠재적인 적용은 (예를 들어, 습식 와이프 튜브(wet wipe tube)를 위한) 플라스틱 콘테이너, (예를 들어, 일회용 기저귀를 위한) 탄성 물질, 또는 (예를 들어, 생리대 및 기저귀를 위한) 필름, 또는 (예를 들어, 플라스틱 백(plastic bag)을 위한) 신축성 패킹 물질을 위해 만들어진 성형된 열가소성 물질을 포함할 수 있다. 이러한 구성요소를 제조하는 방법은 사출 성형 또는 열적 플라스틱 압출에 의할 수 있다.

열가소성 폴리에스테르 필름을 위해 나타낸 예는, 바람직한 역학적 성질을 나타내는 조류 단독 또는 조류와 식물 고분자의 혼합물의 조성물을 포함한다. 연질 조류 및 식물 고분자 물질은 특징적인 용융 온도 및 다중 유리 전이 온도를 나타내고, 이것은 각각 열가소성 물질로 변환된 이후, 녹말, 밀 글루텐 및 콩 단백질과 같은 대부분의 식물 고분자에서는 관찰되지 않는다. 필름으로 제조될 수 있는 임의의 실시예는, 필름을 통해서 분산되는 조류 또는 녹말을 가지는 폴리에스테르에 의해 지배되는 연속적인 상(phase)을 나타내는 형태를 보인다. 예를 들어, 본 발명의 일 측면은 향상된 공정 능력 특징 및 바람직한 용해 특징을 나타내는 폴레에틸렌 옥사이드를 포함하는 열가소성 조성물을 제공할 수 있다. 조성물은 쉽고 효율적으로 비직조 구조물에서 사용하기에 적합한 섬유, 필라멘트 또는 필름의 형태로 될 수 있다. 조류의 존재 때문에, 바이오매스 및 감소된 양의 석유화학 기반의 고분자 및 조성물은 환경에서 쉽게 분해될 수 있다.

조류를 단독으로 가지는 조성물의 처리는 높은 토크(torque) 및 불안정한 압출 작동을 초래한다. 그러나, 녹말 및 단백질과 같은 식물 고분자의 첨가는 조류가 압출가능한 열가소성 물질로 변환되는 것을 용이하게 한다는 것을 알아내었다. 조류와 식물 고분자의 열가소성 혼합물은 플라스틱 제조를 위한 전제 또는 "베이스(base)" 조성물로 고려되어서, 조류를 포함하는 어떠한 필름 및 사출 성형체도 효율적으로 제조될 수 있게 해야 한다.

조성물은 특정한 열적 특징을 가진다. 열가소성 조성물은 약 70℃ 내지 약 180℃ 범위의 용융점 온도(T_m) 및 약 -30℃ 내지 약 70℃ 범위의 다중 유리 전이 온도(T_g)를 나타낼 수 있다. 대안적으로, 열가소성 조성물은 약 125℃ 내지 약 140℃ 범위의 용융점 온도(T_m) 및 약 35℃ 내지 약 60℃ 범위의 다중 유리 전이 온도(T_g)를 나타낼 수 있다.

본 발명에 따른 열가소성 조성물은 적어도 한 종류의 조류, 또는 적어도 한 종류의 조류와 식물 고분자의 혼합물을 포함한다. 조류는 조성물의 약 10 중량% 내지 80 중량%, 또는 임의의 서브 범위(sub-range) 또는 이들 사이의 조합으로 구성될 수 있다. 전형적으로, 일부 실시예에서, 예를 들어 약 10 중량% 또는 12 중량% 내지 약 68 중량% 내지 75 중량%이고, 다른 실시예에서, 약 15 중량% 또는 18 중량% 내지 약 45 중량% 또는 45 중량% 또는 58 중량%의 조류 함량을 가질 수 있다. 대안적으로, 열가소성 물질은 적어도 한 종류의 조류와 식물 고분자의 혼합물을 가질 수 있고, 상기 조류는 약 5 중량% 내지 약 30 중량%의 양으로 존재하고, 상기 식물 고분자는 약 10 중량% 내지 약 50 중량% 양의 재생가능한 고분자 물질, 약 10 중량% 내지 약 40 중량% 양의 적어도 하나의 가소제, 및 약 50 중량% 내지 약 90 중량% 양의 적어도 하나의 합성 고분자 또는 하나의 미생물 고분자이다.

해조류와 같이 필라멘트형 또는 거대 조류를 결합하기 위하여, 그라인딩(grinding) 또는 분쇄 기술에 사용된 혼합 고분자를 생성하는 현존하는 종래의 기술과 달리, 본 조성물은 약 110 ㎛ 내지 115 ㎛의 크기를 가지는 미세조류와 결합한다. 본 발명에 따른 결합을 위해 적합한 일부 다양한 조류의 예는, Nannochloropsis, Spirulina 또는 Chlorella와 같은 임의의 미세조류를 포함할 수 있다. 전형적으로, 미세조류는 약 0.05 ㎛ 또는 0.1 ㎛ 내지 약 90 ㎛ 내지 100 ㎛의 범위이고, 임의의 서브 범위 또는 이들의 조합을 포함한다(예를 들어, 약 0. 35 ㎛ 또는 1 ㎛ 내지 약 80 ㎛ 또는 87 ㎛, 약 5 ㎛ 또는 8 ㎛ 내지 약 68 ㎛ 또는 72 ㎛, 약 7 ㎛ 또는 12 ㎛ 내지 약 82 ㎛ 또는 95 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 60㎛, 15 ㎛ 또는 22 ㎛ 내지 약 55 ㎛ 또는 65 ㎛ , 약 17 ㎛ 또는 20 ㎛ 내지 약 38 ㎛ 또는 40 ㎛). 조류 함량은 약 5 중량% 또는 7 중량% 내지 약 30 중량% 또는 33 중량%의 양으로 존재할 수 있고, 약 8 중량% 또는 10 중량% 내지 약 25 중량% 또는 28 중량%, 또는 약 5 중량% 내지 약 20 중량% 또는 23 중량%와 같이, 임의의 서브 범위 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 일부 실시예에서, 열가소성 고분자 조성물은 연질 조류 바이오매스 및 열가소성 고분자를 포함할 수 있다. 열가소성 고분자는 여러 가지 광범위한 분류의 고분자, 예를 들어, 재생가능한 고분자(예를 들어, 폴리(3-하이드록시부티레이트), 폴리(3-하이드록시부티레이트-코-4-하이드록시부티레이트), 폴리(3-하이드록시부티레이트-코-4-하이드록시부티레이트), 폴리(3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시발러레이트)(PHBV), 폴리(3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시헥사노에이트), 폴리(3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시-옥타노에이트 등과 같은 폴리락트산(PLA), 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)), 생분해가능한 고분자(예를 들어, 지방족-방향족 코폴리에스테르, 폴리(부틸렌 숙시네이트)(PBS), 폴리카프로락톤(PCL) 등), 또는 생분해 가능하지 않은 고분자(예를 들어, 폴리올레핀(예를 들어, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리에스테르, 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리(아크릴로니트릴-코-부타디엔-코-스티렌)(ABS), 폴리우레탄과 같은 열가소성 탄성체, 스티렌 블럭 공중합체(SBC, 텍사스 휴스턴에 위치한 KRATON Polymers LLC로부터 입수) 등)이다. 임의의 다른 실시예에서, 질소 포함하는 아미노산 종류의 가소제와 같은 조류 특이적 가소제를, 단독으로 또는 녹말이나 다른 종류의 가소제와 조합해서 포함할 수 있다. 이러한 물질은 연질 조류를 포함하는 패킹 필름, 사출 성형체 및 흡수 제품 구성요소를 제조하는데 적용될 수 있다.

임의의 다른 실시예에서, 생분해가능한 실시예가 바람직하지만, (연질 또는 비연질의) 조류 종은 섬유, 필름 또는 막, 및 경질 또는 반경질의 패널을 위해 임의의 생분해 가능하지 않은 고분자 또는 수지(예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌-테레프탈레이트(PET) 또는 다른 폴리에스테르)와 결합될 수 있다. 이러한 재생가능하지 않은 합성 고분자 물질은, 임의의 실시예에서 조성물의 약 30 중량% 내지 약 90 중량%로 포함될 수 있다. 전형적으로, 그 물질은 약 30 중량% 또는 35 중량% 내지 약 80 중량% 또는 90 중량%, 대안적으로 약 40 중량% 또는 45 중량% 내지 약 70 중량% 또는 75 중량%의 범위로 존재할 수 있으며, 그 사이 임의의 범위의 조합을 포함한다.

예시적인 석유 기반의 합성 고분자, 예를 들어 포화된 에틸렌 고분자는 단일중합체(homopolymer) 또는 에틸렌과 프로필렌의 공중합체일 수 있고, 필수적으로 선형 구조이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "포화된(saturated)"은 완전히 포화된 고분자를 언급하지만, 약 5%의 불포화를 가지는 고분자도 포함한다. 에틸렌의 단일중합체는 저압, 즉, 선형의 저밀도 또는 고밀도 폴리에틸렌, 또는 고압, 즉, 가지를 가지거나 저밀도의 폴리에틸렌에서 제조된 것을 포함한다.

일반적으로, 고밀도 폴리에틸렌은 약 0.94 g/cc 이상의 밀도에 의하여 특징된다. 일반적으로, 본 발명에서 유용한 고밀도 폴리에틸렌은 약 0.94 g/cc 내지 약 0.97 g/cc 범위의 밀도를 가진다. 폴리에틸렌은, 2.16 kg 및 190 ℃에서 측정되었을 때, 약 0.005 dg/mim 내지 100 dg/min 범위의 용융지수(melt index)를 가질 수 있다. 바람직하게는, 폴리에틸렌은 0.01 dg/mim 내지 약 50 dg/min, 및 더 바람직하게는, 0.05 dg/min 내지 약 25 dg/min의 용융지수를 가진다. 대안적으로, 폴리에틸렌 혼합물은 그래프트 공중합체 조성물(graft copolymer composition)을 제조하는데 기초 수지로서 사용될 수 있고, 이러한 혼합물은 0.005 dg/mim 내지 100 de/min의 용융지수를 가질 수 있다.

저밀도 폴리에틸렌은 0.94 g/cc 이하의 밀도를 가지고, 일반적으로 0.91 g/cc 내지 약 0.93 g/cc의 범위이다. 저밀도 폴리에틸렌 고분자는 약 0.05 dg/mim 내지 약 100 dg/min, 및 더 바람직하게는, 0.05 dg/min 내지 약 20 dg/min 범위의 용융지수를 가진다. 초저밀도 폴리에틸렌은 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 일반적으로, 초저밀도 폴리에틸렌은 0.90 g/cc 이하의 밀도를 가진다.

일반적으로, 폴리프로필렌은 반결정 구조를 가지며, 약 40,000 이상의 분자량, 약 0.90 g/cc의 밀도, 동일배열(isotactic) 폴리프로필렌에 대하여 168℃ 내지 171℃의 용융점, 및 5000 psi의 인장 강도(tensile strength)를 가진다. 또한, 폴리프로필렌은 규칙성 교대배열(syndiotactic) 및 혼성배열(atactic)을 포함하는 다른 입체규칙성(tacticity)을 가질 수 있다.

또한, 폴리올레핀은 공지된 멀티플 사이트(multiple-site)의 Ziegler-Natta 촉매 또는 더 최근의 싱글 사이트(single-site) 메탈로센(metallocene) 촉매를 사용하여 제조될 수 있다. 메탈로센 촉매된 폴리올레핀은 Ziegler-Natta 촉매를 사용하여 제조된 폴리올레핀보다 더 좁은 분자량 분포, 잘 제어된 화학적 조성물 분포, 코-모노머 시퀀스 길이 분포(co-monomer sequence length distribution), 및 입체규칙성(stereoregularity)을 포함하는 잘 제어된 고분자 미세구조물을 가진다. 메탈로센은 폴리프로필렌을 혼성배열(atactic), 동일배열(isotactic), 교대배열(syndiotactic), 동일-혼성배열(isotactic-atactic) 스테레오블럭 공중합체(stereoblock copolymer)로 폴리머화하는데 공지되어 있다.

본 발명에서 유용할 수 있는 에틸렌 공중합체는 하나 이상의 추가적인 중합가능한 불포화 모노머와 에틸렌의 공중합체를 포함할 수 있다. 이러한 공중합체의 예는, 이것에 한정되지는 않지만, 선형의 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 (프로필렌, 부텐, 헥센 또는 옥텐과 같은) 알파 올레핀과 에틸렌의 공중합체, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체와 같은 1 내지 24의 탄소 원자를 가지는 선형 또는 가지를 가진 카르복실산의 비닐 에스테르와 에틸렌의 공중합체, 및 1 내지 28의 탄소 원자를 가지는 선형, 가지를 가진 또는 고리형 알칸올의 아크릴 에스테르 또는 메타크릴 에스테르와 에틸렌의 공중합체를 포함한다. 이러한 마지막 공중합체의 예는 에틸렌-메틸 아크릴레이트 공중합체와 같은 에틸렌-알킬 메타크릴레이트 공중합체(ethylene-alkyl (meth)acrylate copolymer)를 포함한다.

에틸렌 폴리올레핀 종의 상술한 예와 유사하게, 다른 절차의 반복에서, 조류 또는 연질 조류는, 예를 들어 폴리에테르, 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리스티렌, 폴리우레탄 및 나일론 물질로부터 선택되는 고분자와 결합될 수 있다. 그 물질은 상술된 바와 같이 조성물의 생분해 가능하지 않은 구성요소로 유사한 양으로 존재될 수 있다.

조류는 밝은 황색 내지 황백색 범위의 감소된 색으로 표백될 수 있고, 조류의 표백은 전형적인 펄프 표백 공정 또는 효소 기반의 표백 방법에서 사용된 염소 기반의 표백 방법과 같은 많은 방법으로 수행될 수 있다.

식물 고분자는 단백질 또는 녹말과 같은 재생가능한 고분자 물질이다. 식물 고분자는 약 10 중량% 또는 12 중량% 내지 약 45 중량% 또는 50 중량%의 양으로 존재하며, 임의의 서브 범위 또는 이들의 조합, 예를 들어 약 10 중량% 또는 15 중량% 내지 약 35 중량% 또는 40 중량%를 포함한다. 식물 고분자는 적어도 50%의 단백질을 포함할 수 있고/있거나, 식물 고분자 단백질은 조성물의 약 10 중량% 내지 약 60 중량%를 구성할 수 있다. 임의의 실시예는 약 12 또는 15 중량% 내지 약 35 또는 40 중량%, 또는 약 50 또는 55 중량%를 포함할 수 있다. 조류 및 식물 고분자는 결합된 전체 양의 약 10 중량% 내지 약 90 중량%로 존재한다.

식물 고분자는 당해 기술분야에서 공지된 어느 것으로부터 선택된 단백질일 수 있고, 녹말 및 섬유를 가지는 분리물과 같은 더 큰 제형의 일부로서 활용될 수 있다. 예를 들어, 식물 단백질은 옥수수 글루텐, 밀 글루텐, 제인(zein), 카놀라(canola), 해바라기(sunflower), 수수(sorghum), 및 대두(콩 단백질 분리물, 콩 단백질 농축물, 콩 단백질 가루), 및 이들의 조합 중 적어도 하나로부터의 불용성 부분을 포함할 수 있다. 분리물, 농축물 및 가루와 같은 임의의 형태의 단백질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 콩 단백질은 약 75 중량% 내지 약 98 중량%의 단백질을 포함하는 분리물, 약 50 중량% 내지 약 75 중량%의 단백질을 포함하는 농축물, 또는 약 30 중량% 내지 약 50 중량%의 단백질을 포함하는 가루 형태일 수 있다. 임의의 실시예에서, 약 75 중량% 이상, 일부 실시예에서는 약 85 중량% 이상의 단백질 함량을 가지는 것과 같이, 상대적으로 순수한 단백질을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 글루텐 단백질은 어느 결합된 녹말을 세정하여 글리아딘과 글루테닌 단백질의 복합재를 남겨둠으로서 정제될 수 있다. 이러한 단백질의 예는 일리노이주의 디케이터에 위치한 Archer Daniels Midland("ADM")으로부터 입수가능하다. 유사하게, 정제된 콩 단백질 분리물은 당해 기술분야에서 공지되었고 관용적으로 사용되고 있는 기술인, 탈지박(defatted meal) 및 산 침전(acid precipitation)의 알카라인 추출에 의하여 제조될 수 있다. 이렇게 정제된 콩 단백질은 대략 95 중량%의 단백질 함량을 가지는 콩 단백질인, Promine R(Central Soya)로서 상업적으로 활용가능하다. 또한, 다른 정제된 콩 단백질 제품은 켄터키의 루이스빌에 위치한 DuPont으로부터 입수가능하고, PRO-Cote？로 지정되어 있다.

녹말은 아밀로오스 및 아밀로펙틴으로 구성된 천연 고분자이다. 아밀로오스는 필수적으로 선형 고분자이며, 100,000 내지 500,000 범위의 분자량을 가지는 반면에, 아밀로펙틴은 많은 가지를 가진 고분자이고, 수백만의 분자량을 가진다. 녹말이 많은 식물에서 생성되지만, 전형적인 소스는 옥수수(corn), 찰옥수수(waxy corn), 밀(wheat), 수수(sorghum), 쌀(rice) 및 찹쌀(waxy rice)과 같은 곡물의 씨앗; 감자와 같은 줄기; 타피오카(tapioca)(즉, 카사바(cassava) 및 마니옥(manioc)), 고구마, 칡(arrowroot)과 같은 뿌리; 및 사고야자(sago palm)의 속(pith)을 포함한다. 본 발명에 따른 섬유 또는 필름의 형성을 용이하게 하기 위하여 녹말은 당해 기술분야에서 공지된 공정(예를 들어, 에스터화(esterification), 에테르화(etherification), 산화, 산성 가수분해, 효소 가수분해 등)에 의하여 화학적으로 변형될 수 있다. 하이드록시알킬 녹말, 카르복시메틸 녹말 등과 같은 녹말 에테르 및/또는 에스테르가 특히 바람직할 수 있다. 하이드록시알킬 녹말의 하이드록시알킬 그룹은 예를 들어, 2 내지 10개의 탄소원자를 포함하고, 일부 실시예에서는 2 내지 6개의 탄소원자를 포함하고, 일부 실시예에서는 2 내지 4개의 탄소원자를 포함한다. 대표적인 하이드록시알킬 녹말은 하이드록시에틸 녹말, 하이드록시프로필 녹말, 하이드록시부틸 녹말 및 이들의 유도체이다. 예를 들어, 녹말 에스테르는 다양한 (예를 들어, 아세트산, 프로피온산, 부티르산 등의) 무수물, 유기산, 산연화물 또는 다른 에스테르화 반응물을 사용하여 제조될 수 있다. 이러한 녹말 에스테르의 예는 녹말 아세테이트, 녹말 부티레이트, 녹말 알카노에이트 등을 포함한다. 에스테르화 정도는 녹말의 글루코사이드 단위당 1 내지 3개의 에스테르 그룹과 같이 원하는 대로 다양할 수 있다.

녹말은 아밀로오스 및 아밀로펙틴의 다른 중량%, 다른 고분자 분자량 등을 포함할 수 있다. 높은 아밀로오스 녹말은 약 50 중량% 이상의 아밀로오스를 포함하고 낮은 아밀로오스 녹말은 약 50 중량% 이하의 아밀로오스를 포함한다. 필수적인 것은 아니지만, 약 10 중량% 내지 약 40 중량%, 일부 실시예에서는 약 15 중량% 내지 약 35 중량%의 아밀로오스 함량을 가지는 낮은 아밀로오스 녹말은, 본 발명에서의 사용에 특히 적합하다. 이러한 낮은 아밀로오스 녹말의 예는, 양쪽 모두 대략 20 중량%의 아밀로오스 함량을 가지는 옥수수 녹말 및 감자 녹말을 포함한다. 일반적으로, 이러한 낮은 아밀로오스 녹말은 약 50,000 내지 약 1,000,000 g/mol, 일부 실시예에서는 약 75,000 내지 약 800,000 g/mol, 일부 실시예에서는 약 100,000 내지 약 600,000 g/mol 범위의 수 평균 분자량("M_n")을 가지고, 약 5,000,000 내지 약 25,000,000 g/mol, 일부 실시예에서는 약 5,500,000 내지 15,000,000 g/mol, 일부 실시예에서는 약 6,000,000 내지 약 12,000,000 g/mol 범위의 중량 평균 분자량("M_w")을 가진다. 중량 평균 분자량 대 수 평균 분자량의 비율("M_w/M_n"), 즉 "다분산지수(polydispersity index)"도 상대적으로 높다. 예를 들어, 다분산지수는 약 20 내지 약 100의 범위일 수 있다. 중량 평균 분자량 및 수 평균 분자량은 당업자에게 공지된 방법으로 결정될 수 있다. 임의의 실시예에서, 녹말을 결합할 때, 녹말은 옥수수, 밀, 감자로부터 변형되거나, 또는 변형되지 않은 천연적인 녹말일 수 있다.

식물 단백질 및 녹말 이외에, 가소제도 열가소성 조성물에 사용되어서, 용융 가공가능한 녹말 및/또는 식물 단백질의 제공을 도울 수 있다. 예를 들어, 녹말은 일반적으로 과립(granule)의 내부에서 더욱 수용성인 아밀로오스 및 아밀로펙틴 사슬을 캡슐화하는 코팅재 또는 외부막을 가지는 과립의 형태로 존재한다. 가소제는 가열될 때, 가소제는 연화되어 외부막을 통과하고, 내부 녹말 사슬을 발생시켜, 물을 흡수하고 팽창할 수 있다. 이러한 팽창은 어떤 점에서, 외부 쉘(outer shell)의 파열을 일으키고, 녹말 과립의 비가열적인 분해를 초래한다. 일단 분해되면, 과립 내에서 초기에 압축된 아밀로오스 및 아밀로펙틴 고분자를 포함하는 녹말 고분자 사슬은 늘어나서, 일반적으로 무질서하게 섞인 고분자 사슬을 형성한다. 그러나, 재응고될 때, 사슬은 스스로 재배향하여, 녹말 고분자 사슬의 배향에 따라 변하는 강도를 가지는 결정 또는 무정형 고체를 형성한다.

적합한 가소제는, 예를 들어 설탕(예를 들어, 글루코스, 수크로스, 프룩토스(fructose), 라피노스(raffinose), 말토덱스트로스(maltodextrose), 갈락토스(galactose), 자일로스(xylose), 말토오스(maltose), 만노오스(mannose) 및 에리트로스(erythrose)), 설탕 알콜(예를 들어, 에리트리톨(erythritol), 자일리톨(xylitol), 말리톨(malitol), 만니톨(mannitol) 및 소르비톨(sorbitol)), 폴리올(예를 들어, 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 및 헥산 트리올) 등과 같은 다가의(polyhydric) 알콜 가소제를 포함할 수 있다. 또한, 하이드록실 그룹을 가지지 않는 수소 결합 형성 유기화합물이 적합할 수 있으며, 요소(urea) 및 요소 유도체; 소르비탄(sorbitan)과 같은 설탕 알콜의 무수물; 젤라틴과 같은 동물성 단백질; 해바라기 단백질, 대두 단백질, 목화씨(cotton seed) 단백질과 같은 식물성 단백질; 및 이들의 혼합물을 포함한다. 다른 적합한 가소제는 프탈레이트 에스테르, 디메틸 숙신산, 디에틸 숙신산 및 관련된 에스테르, 글리세롤 트리아세테이트, 글리세롤 모노아세테이트 및 글리세롤 디아세테이트, 글리세롤 모노, 디 및 트리프로피오네이트, 부타노에이트, 스테아레이트, 락트산 에스테르, 시트르산 에스테르, 아디프산 에스테르, 스테아르산 에스테르, 올레산 에스테르 및 다른 산 에스테르를 포함할 수 있다. 또한, 락트산, 말레산, 아크릴산, 에틸렌과 아크릴산의 공중합체, 말레산과 그래프트된 폴리에틸렌, 폴리부타디엔-코-아크릴산, 폴리부타디엔-코-말레산, 폴리프로필렌-코-아크릴산, 폴리프로필렌-코-말레산 및 다른 탄화수소 기반의 산과 같은 지방족 카르복실산이 사용될 수 있다. 약 20,000 g/mol 이하, 바람직하게는 약 5,000 g/mol 이하, 더 바람직하게는 약 1,000 g/mol 이하와 같이 저 분자량 가소제가 바람직하다.

적어도 한 종류의 가소제는 약 10 중량% 내지 약 40 중량%, 일반적으로는 약 12 또는 15 중량% 내지 약 24 또는 30 중량%의 양으로 포함된다. 가소제는 글리세린 또는 소르비톨과 같은 임의의 폴리올을 포함할 수 있다. 원한다면, 가소제는 임의의 pH(열가소성 조성물과 결합하기 전의 pH를 언급함)를 가지도록 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 가소제는 약 1 내지 약 6의 pH를 가진다. 예를 들어, 상술된 바와 같이, 비교적 낮은 pH를 가지는 가소제는, 용융 공정 동안 글루텐 단백질이 응집되는 경향을 감소시킬 수 있다. 따라서, 글루텐 단백질이 사용될 때, 약 6 이하의 pH, 일부 실시예에서는 약 1 내지 약 5의 pH, 일부 실시예에서는 약 2 내지 4의 pH를 가지는 가소제가 선택될 수 있다. 이러한 가소제의 예는 락트산, 말레산, 아크릴산 등과 같은 지방족 카르복실산을 포함할 수 잇다. 다른 실시예에서, 식물 단백질이 일반적으로 pH에 민감하지 않을 때, 더 높은 pH를 가지는 가소제를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 콩 단백질은 일반적으로 글루텐 단백질에서 응집을 유도하는 시스테인 잔여물이 부족하다. 따라서 콩 단백질이 사용될 때, 콩 단백질은 비교적 넓은 범위의 pH를 가지는 가소제와 함께 사용될 수 있다. 이러한 가소제의 일 예는 글리세롤이고, 약 pH 6을 가진다.

또한, 열가소성 조성물에 다른 구성성분도 포함될 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 열가소성 필름은 재생가능한 합성 고분자 또는 미생물 고분자를 포함할 수 있다. 합성 고분자는 190℃ 및 2.16 kg 중량에서, 1 내지 5 g/10 min의 용융지수를 나타내는 폴리올레핀이고, 또한 생분해가능하다. 생분해가능한 합성 고분자는 폴리락트산, 폴리부틸렌 숙신산, 폴리부틸렌 아디프산 등을 포함할 수 있다. 합성 고분자는 모노머로부터 폴리머화 방법에 의하여 합성될 수 있다. 모노머는 녹말과 같은 재생가능한 자원으로부터 효소 해중합(enzymatic depolymerization)에 의하여, 글루코스와 같은 단당류로 될 수 있고, 이어지는 발효에 의하여 락트산, 숙신산, 아디프산, 부탄디올 등으로 될 수 있다. 다른 실시예에서, 합성 고분자는 약 -70℃의 유리 전이 온도 및 약 185℃ 내지 약 200℃ 범위의 용융 온도를 가지는 폴리우레탄일 수 있다.

미생물 고분자는 발효 방법에 의하여 토착미생물 또는 유전적으로 변형된 미생물에 의하여 제조될 수 있다. 발효 공정 동안, 설탕, 식물성 기름과 같은 재생가능한 공급원료는 발효 장치로 공급되고, 그 조건이 제어되어서, 미생물은 일종의 지방족 폴리에스테르인, 폴리하이드록시알카노에이트(polyhydroxyalkanoate, PHA)를 축적한다. PHA는 3-하이드록시부티레이트(3-HB)의 단일중합체, 또는 3-하이드록시발러레이트, 4-하이드록시부티레이트, 3-하이드록시헥사노에이트, 3-하이드록시옥타노에이트 등과 같은 다른 하이드록시알카노에이트 모노머와 3-HB의 공중합체를 포함한다(Metabolix 또는 P&G의 특허에서 PHA 설명에 대한 일부 단락을 참조).

사용될 수 있는 다른 구성요소는 섬유 및 필름 형성 공정을 돕는 생분해가능한 폴리에스테르이고, 폴리카프로락톤과 같은 폴리에스테르, 폴리에스테르아마이드, 변형된 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리락트산(PLA) 및 그 공중합체, 폴리락트산, 폴리글리콜산, (폴리에틸렌 카보네이트와 같은) 폴리알킬렌 카보네이트에 기초한 3량체, 폴리-3-하이드록시부티레이트(PHB), 폴리-3-하이드록시발러레이트(PHV), 폴리-3-하이드록시부티레이트-코-4-하이드록시부티레이트, 폴리-3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시발러레이트 공중합체(PHBV), 폴리-3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시헥사노에이트, 폴리-3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시옥타노에이트, 폴리-3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시데카노에이트, 폴리-3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시옥타데카노에이트, 숙신산 기반의 지방족 고분자(예를 들어, 폴리부틸렌 숙신산, 폴리부틸렌 숙신산 아디프산, 폴리에틸렌 숙신산 등); 지방족-방향족 공중합체 등을 포함한다. 이러한 폴리에스테르가 사용될 때, 폴리에스테르의 함량은 일반적으로 최소화되어, 필름의 재생가능성을 향상시킨다. 예를 들어, 이러한 폴리에스테르는 열가소성 조성물의 약 0. 5 중량% 내지 약 50 중량%, 일부 실시예에서는 열가소성 조성물의 약 1 중량% 내지 약 40 중량%, 및 일부 실시예에서는 열가소성 조성물의 약 2 중량% 내지 약 30 중량%를 구성할 수 있다.

지방족-방향족 공중합체는, 예를 들어 지방족 및 방향족 디카르복실산, 에스테르 또는 이들의 무수물과 결합하여 폴리올의 축합 중합과 같이, 임의의 공지된 기술을 사용하여 합성된 조성물에서 사용될 수 있다. 폴리올은 2 내지 약 12의 탄소 원자를 포함하는 폴리올 및 2 내지 8의 탄소 원자를 포함하는 폴리알킬렌 에테르 글리콜로부터 선택되는, 치환 또는 비치환, 선형 또는 가지를 가진 폴리올일 수 있다. 사용될 수 있는 폴리올의 예는, 이것에 한정되지는 않지만, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,2-펜탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 폴리에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 2,2,4-트리메틸-1,6-헥산디올, 티오디에탄올(thiodiethanol), 1,3-사이클로헥산디메탄올, 1,4-사이클로헥산디메탄올, 2,2,4,4-테트라메틸-1,3-사이클로부탄디올, 사이클로펜탄디올, 트리에틸렌 글리콜, 및 테트라에틸렌 글리콜을 포함한다. 바람직한 폴리올은 1,4-부탄디올, 1,3-프로판디올, 에틸렌 글리콜, 1,6-헥산디올, 디에틸렌 글리콜, 및 1,4-사이클로헥산디메탄올을 포함한다.

방향족 다카르복실산은, 예를 들어 테레프탈산, 프탈산, 이소프탈산 등 및 이들의 유도체를 포함하고, 이것은 에스테르(예를 들어, 모노에스테르, 디에스테로 등), 무수물(예를 들어, 테레프탈산 무수물) 등을 포함할 수 있다. 적합한 테레프탈산의 에스테르는 알킬, 사이클로알킬 및 알콕시알킬 테레프탈레이트를 포함할 수 있고, 여기서 알킬, 사이클로알킬 및 알콕시알킬 그룹은 일반적으로 1 내지 30의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 20의 탄소 원자, 특히 바람직하게는 3 내지 18의 탄소원자를 가질 수 있고, 가지가 있거나 또는 선형일 수 있다. 적합한 알킬 테레프탈레이트의 예는, 예를 들어 모노메틸 테레프탈레이트, 디메틸 테레프탈레이트, 디에틸 테레프탈레이트, 디-n-프로필 테레프탈레이트, 디-n-부틸-테레프탈레이트, 디-삼차(tert)-부틸 테레프탈레이트, 디이소부틸 테레프탈레이트, 테레프탈산의 모노글리콜 에스테르, 테레프탈산의 디글리콜 에스테르, 디-n-옥틸 테레프탈레이트, 디이소옥틸 테레프탈레이트, 모노-2-에틸헥실 테레프탈레이트, 디-2-에틸헥실 테레프탈레이트, 디-n-노닐 테레프탈레이트, 디이소노닐 테레프탈레이트, 디-n-데실 테레프탈레이트, 디-n-운데실 테레프탈레이트, 디이소데실 테레프탈레이트, 디이소운데실 테레프탈레이트, 디이소도데실 테레프탈레이트, 디-n-옥타데실 테레프탈레이트, 디이소옥타데실 테레프탈레이트, 디-n-에이코실 테레프탈레이트, 디트리데실 테레프탈레이트, 디이소트리데실 테레프탈레이트, 모노사이클로헥실 테레프탈레이트, 디사이클로헥실 테레프탈레이트 등을 포함한다. 프탈산 및/또는 이소프탈산의 적합한 에스테르는 알킬, 사이클로알킬 및 알콕시알킬 프탈레이트 및/또는 이소프탈레이트를 포함할 수 있고, 알킬, 사이클로알킬 및 알콕시 그룹은 일반적으로 1 내지 30의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 20의 탄소 원자, 특히 바람직하게는 3 내지 18의 탄소 원자를 가지고, 가지가 있거나 선형일 수 있다. 적합한 알킬 프탈레이트의 예는, 예를 들어 모노메틸 프탈레이트, 디메틸 프탈레이트, 디에틸 프탈레이트, 디-n-프로필 프탈레이트, 디-n-부틸-프탈레이트, 디-삼차(tert)-부틸 프탈레이트, 디이소부틸 프탈레이트, 프탈산의 모노글리콜 에스테르, 프탈산의 디글리콜 에스테르, 디-n-옥틸 프탈레이트, 디이소옥틸 프탈레이트, 디-2-에틸헥실 프탈레이트, 디-n-노닐 프탈레이트, 디이소노닐 프탈레이트, 디-n-데실 프탈레이트, 디이소데실 프탈레이트, 디-n-운데실 프탈레이트, 디-이소운데실 프탈레이트, 디이소도데실 프탈레이트, 디-n-옥타데실 프탈레이트, 디이소옥타데실 프탈레이트, 디-n-에이코실 프탈레이트, 모노사이클로헥실 프탈레이트, 디사이클로헥실 프탈레이트 등을 포함한다. 유사하게, 적합한 이소프탈레이트는 모노메틸 이소프탈레이트, 디메틸 이소프탈레이트, 디에틸 이소프탈레이트, 디-n-프로필 이소프탈레이트, 디-n-부틸-이소프탈레이트, 디-삼차(tert)-부틸 이소프탈레이트, 디이소부틸 이소프탈레이트, 이소프탈산의 모노글리콜 에스테르, 이소프탈산의 디글리콜 에스테르, 디-n-옥틸 이소프탈레이트, 디이소옥틸 이소프탈레이트, 디-2-에틸헥실 이소프탈레이트, 디-n-노닐 이소프탈레이트, 디이소노닐 이소프탈레이트, 디-n-데실 이소프탈레이트, 디이소데실 이소프탈레이트, 디-n-운데실 이소프탈레이트, 디-이소운데실 이소프탈레이트, 디이소도데실 이소프탈레이트, 디-n-옥타데실 이소프탈레이트, 디이소옥타데실 이소프탈레이트, 디-n-에이코실 이소프탈레이트, 모노사이클로헥실 이소프탈레이트, 디사이클로헥실 이소프탈레이트 등을 포함한다.

지방족 디카르복실산의 비한정적인 예는 말론산, 말산, 숙신산, 옥살산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산(pimelic acid), 아젤라산(azelaic acid), 세바스산(sebacic acid), 푸말산(fumaric acid), 2,2-디메틸 글루타르산, 수베르산(suberic acid), 1,3-사이클로펜탄디카르복실산, 1,4-사이클로헥산디카르복실산, 1,3-사이클로헥산디카르복실산, 디글리콜산, 이타콘산(itaconic acid), 말레산(maleic acid), 및 2,5-노보네인디카르복실산(2,5-norbornanedicarboxylic acid)를 포함한다. 사용될 수 있는 대표적인 방향족 디카르복실산은 8 이상의 탄소 원자를 포함하는 방향족 디카르복실산 및 그 유도체로부터 선택되는, 치환 및 비치환, 선형 또는 가지가 있는 방향족 디카르복실산일 수 있다. 방향족 디카르복실산의 비한정적인 예는 테레프탈산, 이소프탈산, 프탈산, 나프탈산 이외에, 그 유도체인, 디메틸 프탈레이트, 디메틸 이소프탈레이트, 2,6-나프탈렌 디카르복실산, 디메틸-2,6-나프탈레이트, 2,7-나프탈렌디카르복실산, 디메틸-2,7-나프탈레이트, 3,4'-디페닐 에테르 디카복실산, 디메틸-3,4'-디페닐 에테르 디카르복실레이트, 4,4'-디페닐 에테르 디카복실산, 디메틸-4,4'-디페닐 에테르 디카르복실레이트, 3,4'-디페닐 설파이드 디카르복실산, 디메틸-3,4'-디페닐 설파이드 디카르복실레이트, 4,4'-디페닐 설파이드 디카르복실산, 디메틸-4,4'-디페닐 설파이드 디카르복실레이트, 3,4'-디페닐 설폰 디카르복실산, 디메틸-3,4'-디페닐 설폰 디카르복실레이트, 4,4'-디페닐 설폰 디카르복실산, 디메틸-4,4'-디페닐 설폰 디카르복실레이트, 3,4'-벤조페논디카르복실산, 디메틸-3,4'-벤조페논디카르복실레이트, 4,4'-벤조페논디카르복실산, 디메틸-4,4-벤조페논디카르복실레이트, 1,4-나프탈렌 디카르복실산, 디메틸-1,4-나프탈레이트, 4,4'-메틸렌 비스(벤조산), 메틸-4,4'-메틸렌 비스(벤조에이트) 등 및 그 혼합물과 같은 것을 포함한다.

방향족 디카르복실산 모노머 구성요소는 약 10 몰% 내지 약 45 몰%, 일부 실시예에서는 약 15 몰% 내지 약 35 몰%, 및 일부 실시예에서는 약 15 몰% 내지 약 30 몰%의 양으로 코폴리에스테르에 존재할 수 있다. 유사하게, 지방족 디카르복실산 모노머 구성요소는 약 15 몰% 내지 약 45 몰%, 일부 실시예에서는 약 20 몰% 내지 약 40 몰%, 및 일부 실시예에서는 약 25 몰% 내지 약 35 몰%의 양으로 코폴리에스테르에 존재할 수 있다. 폴리올 모노머 구성요소는 약 30 몰% 내지 약 65 몰%, 일부 실시예에서는 약 40 몰% 내지 약 50 몰%, 및 일부 실시예에서는 약 45 몰% 내지 약 55 몰%의 양으로 제 2 코폴리에스테르에 존재할 수 있다.

원한다면, 디이소시아네이트 사슬 증량제(diisocyanate chain extender)가 코폴리에스테르와 반응하여 그 분자량을 증가시킬 수 있다. 대표적인 디이소시아네이트는 톨루엔 2,4-이이소시아네이트, 톨루엔 2,6-디이소시아네이트, 2,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트, 자일렌 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트("HMDI"), 이소포론(isophorone) 디이소시아네이트 및 메틸렌 비스(2-이소시아네이토사이클로헥산)을 포함할 수 있다. 또한, 적어도 3개의 기능기를 가지는 이소시아뉴레이트(isocyanurate) 및/또는 바이우레아(biurea) 그룹을 포함하는 3 기능성 이소시아네이트 화합물이 사용되어서, 디이소시아네이트 화합물을 부분적으로 트리이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트로 교체할 수 있다. 바람직한 디이소시아네이트는 헥사메틸렌 디이소시아네이트이다. 사용되는 사슬 증량제의 양은, 일반적으로는 고분자의 전체 중량%에 기초하여 약 0.3 내지 약 3.5 중량%, 일부 실시예에서는, 고분자의 전체 중량%에 기초하여 약 0.5 내지 약 2.5 중량%이다.

코폴리에스테르는 선형 고분자 또는 긴사슬 가지가 있는 고분자일 수 있다. 긴사슬 가지가 있는 고분자는 일반적으로, 폴리올, 폴리카르복실산, 하이드록시산 등과 같은 저 분자량 사슬 가지화제(branching agent)를 사용하여 제조될 수 있다. 사슬 가지화제로서 사용될 수 있는 대표적인 저분자량 폴리올은 글리세롤, 트리메틸올프로판, 트리메틸올에탄, 폴리에테르트리올, 1,2,4-부탄트리올, 펜타에리트리톨(pentaerythritol), 1,2,6-헥산트리올, 소르비톨, 1,1,4,4-테트라키스(하이드록시메틸) 사이클로헥산, 트리스(2-하이드록시에틸) 이소시아뉴레이트 및 디펜타에리트리톨을 포함한다. 사슬 가지화제로 사용될 수 있는 대표적인 고분자량 폴리올(400 내지 3000의 분자량)은, 에틸렌 옥사이드 및 프로필렌 옥사이드와 같은 2 내지 3의 탄소를 가지는 알킬렌 옥사이드를 폴리올 개시제로 축합에 의하여 유도된 트리올을 포함한다. 사슬 가지화제로 사용될 수 있는 대표적인 폴리카르복실산은 헤미멜리트산(hemimellitic acid), 헤미멜리트(1,2,4-벤젠트리카복실)산 및 무수물, 트리메직(trimesic)(1,3,5-벤젠트리카복실)산, 피로멜리트산(pyromellite acid) 및 무수물, 벤젠테트라카복실산, 벤조페논 테트라카복실산, 1,1,2,2,-에탄-테트라카복실산, 1,1,2-에탄트리카복실산, 1,3,5-펜탄트리카복실산, 및 1,2,3,4-사이클로펜탄테트라카복실산을 포함한다. 사슬 가지화제로 사용될 수 있는 대표적인 하이드록시산은 말산, 시트르산, 타르타르산, 4-하이드록시 글루타르산, 점액산(mucic acid), 트리하이드록시 글루타르산, 4-카르복시프탈산 무수물, 하이드록시이소프탈산, 및 4-(베타-하이드록시에틸)프탈산을 포함한다. 이러한 하이드록시산은 3개 이상의 하이드록실 그룹 및 카르복실 그룹을 포함한다. 특히 바람직한 사슬 가지와제는 트리멜리트산(trimellite acid), 트리메직산(trimesic acid), 펜타에리트리톨(pentaerythritol), 트리메틸올 프로판 및 1,2,4-부탄트리올을 포함한다.

임의의 바람직한 실시예에서, 열가소성 물질은 폴리락트산, 폴리(3-하이드록시알카노에이트), 폴리(3-하이드록시부티레이트), 폴리(3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시발러레이트), 폴리(3-하이드록시부티레이트-코-4-하이드록시-부티레이트), 폴리(3-하이드록시부티레이트-코-4-하이드록시-헥사노에이트), 및 지방족 폴리에스테르를 더 포함할 수 있다.

합성 고분자는 지방족-방향족 코폴리에스테르, 폴리올레핀 또는 폴리우레탄일 수 있다. 코폴리에스테르는 약 75℃ 내지 약 170℃의 용융점을 나타내고/나타내거나 약 0℃ 이하의 유리 전이 온도(T_g)를 가질 수 있다. 코폴리에스테르는 아래의 일반적인 구조를 가지며,

여기에서, m은 2 내지 10의 정수, 일부 실시예에서는 2 내지 4의 정수, 및 일 실시예에서는 4의 정수이고; n은 0 내지 18의 정수, 일부 실시예에서는 2 내지 4의 정수, 및 일 실시예에서는 4의 정수이고; p는 2 내지 10의 정수, 일부 실시예에서는 2 내지 4의 정수, 및 일 실시예에서는 4의 정수이고; x는 1보다 큰 정수이고; y는 1보다 큰 정수이고; 그리고, R₁ 및 R₂는 수소, 하이드록실 그룹, 직쇄 또는 측쇄의 치환된 또는 비치환된 C₁-C₁₀ 알킬 그룹 및 직쇄 또는 측쇄의 치환된 또는 비치환된 C₁-C₁₀ 하이드록실 그룹으로부터 독립적으로 선택된다.

합성 고분자는 230℃ 및 2.16 Kg에서 약 25 내지 약 45 g/10 min의 용융 유동성 지수(melt flow index)를 가지는 사출 성형 등급 폴리올레핀일 수 있다. 폴리올레핀은 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌일 수 있다.

본 발명의 열가소성 조성물은 일축 압출기, 이축 압출기 또는 다축 압출기 장치에서 수행될 수 있는 용융 혼합 공정에 의하여 제조될 수 있다. 대안적으로 공정은 모든 성분을 완전하게 용융하기에 충분한 온도에서 배치 용융 혼합 장치(batch melt mixing device)에 의하여 수행될 수 있다. 이러한 공정은 구성요소의 열분해 온도 이하의 온도(예를 들어, 80℃ 내지 90℃ 또는 100℃ 또는 120℃ 내지 약 200℃ 또는 220℃)에서 수행되어야 한다. 본원의 조류 혼합된 열가소성 물질이 적용되어서, 패킹 필름과 같은 다양한 종류의 압출 기반의 필름 또는 막, 또는 컨테이너와 같은 사출 성형체를 제조할 수 있다. 본원의 열가소성 물질이 필름으로 압출될 때, 필름은 약 5 마이크로미터 내지 약 200 마이크로미터의 두께를 가질 수 있고, 그 사이 임의의 서브 범위 또는 이들의 조합을 포함한다. 일반적으로, 필름은, 예를 들어 약 5㎛ 또는 8㎛ 내지 약 160㎛ 또는 180㎛, 또는 약 10㎛ 또는 12㎛ 내지 약 120㎛ 또는 130㎛의 두께를 가진다. 일부 실시예에서, 필름 두께는 약 7㎛ 또는 12㎛ 내지 약 60㎛ 또는 80㎛ , 바람직하게는 약 15㎛ 또는 18㎛ 내지 약 35㎛ 또는 55㎛, 대안적으로는 약 9㎛ 또는 11㎛ 내지 약 22㎛ 또는 27㎛ 또는 40㎛ 또는 45㎛일 수 있다.

사출 성형체로 형성될 때, 사출 성형체는 약 5 중량% 내지 약 60 중량%의 재생가능한 수지 및 약 40 중량% 내지 약 95 중량%의 적어도 하나의 재생가능한 합성 수지 또는 미생물 수지를 포함하는 물질로부터 형성되고, 여기에서, 재생가능한 수지는 약 25 중량% 내지 약 85 중량% 양의 적어도 하나의 식물 고분자, 약 5 중량% 내지 약 50 중량% 양의 적어도 한 종류의 조류, 및 약 5 중량% 내지 약 50 중량% 양의 적어도 하나의 가소제를 포함한다. 사출 성형체는 약 500 Newton/mm² 이상의 굴곡탄성율(flexural modulus)을 가진다.

열가소성 물질은 하기의 방법에 따라 물품으로 가공될 수 있는데, 그 방법은 a) 약 5 중량% 내지 약 60 중량%의 재생가능한 수지 및 약 40 중량% 내지 약 95 중량%의 석유(petroleum) 기반의 합성 수지를 포함하는 단계로서, 재생가능한 수지는 약 25 중량% 내지 약 85 중량% 양의 적어도 하나의 식물 고분자, 약 5 중량% 내지 약 50 중량% 양의 적어도 한 종류의 조류, 및 약 5 중량% 내지 약 50 중량% 양의 적어도 하나의 가소제를 포함하는 열가소성 조성물을 용융하는 단계; b) 상기 열가소성 조성물을 성형 장치로 규정된 캐비티(cavity)에 주입하는 단계; c) 상기 열가소성 조성물을 상기 캐비티에서 냉각시켜서 물품을 형성하는 단계; 및 d) 상기 물품을 상기 캐비티로부터 제거하는 단계를 포함한다. 열가소성 물질은 약 80℃-150℃ 내지 약 190℃의 온도, 5 내지 20 bar의 용융 압력 및 40 내지 80%의 토크(torque)로 압출될 수 있다.

제Ⅲ부 - 생분해

조류 혼합된 열가소성 조성물은 생분해될 수 있다. 예를 들어, 도 5는 2개의 조류 시료의 혐기성 슬러지 소화를 비교하는 데이터의 차트를 도시한다. 조류 생분해 가능성은 ASTM D5210 프로토콜을 사용하여 평가된다. 기준 물질인 셀룰로오스와 비교하여, Nannochloropsis는 낮은 정도의 생분해를 나타낸다. 이것은 Nannochloropsis에서 약 37%인 다량의 지질 때문이다. 반면에, 더 많은 양의 단백질을 함유하는 Spirulina는 35℃에서, 동일한 양의 배양 시간 동안, 셀룰로오스와 비교할만한 생분해를 얻을 수 있다.

제Ⅳ부 - 실험

A. 물질

Nannochloropsis 및 Spirulina와 같은 2종류의 남조류는 Seambiotic Ltd.(이스라엘의 텔아비브에 위치) 및 Earthrise(캘리포니아의 칼리파트리아에 위치)로부터 각각 얻었다. 이것들은 플라스틱 제조를 위한 발명 개념을 설명하기 위해 사용되었다. 전자는 해수 사체(body)에서 잘 자라고, 후자는 따듯한 알칼리성 담수 사체에서 자란다. 이들은 진안점조강(Eustigmatophyceae) 분류의 구성원이다. 조류는 그들의 세포 구조에 클로로필(녹색) 및 피코시아닌(청색) 색소를 모두 가진다. 일단 수확되면, 이들은 64 메시(mesh)를 통과하는 입자 크기를 가지는 미세한 분말의 형태로 존재한다. 벌크 밀도는 0.35 내지 0.6 kg/liter이다. Spirulina 및 Nannochloropsis를 위한 단백질 및 녹말 조성물은 표 1에 도시된다. Spirulina에서 전체 녹말 함량은 Nannochloropsis에서의 그것보다 약 4배 더 크고, Spirulina에서 전체 아미노산 함량은 Nannochloropsis에서의 그것과 비교하여 거의 2배이다. 아스파르트산(aspartic acid) 및 글루타민산(glutamic acid)은 Spirulina에서 주요 구성요소인 반면에, Nannochloropsis에서는 아미노산이 거의 균일하게 분포된다. 나머지 물질은 추가적인 탄수화물, 지방(지질), 미네랄(재(ash)), 수분 및 섬유로 구성된다.

선택된 조류 시료에서 아미노산 및 녹말 조성물

화학명		Spirulina	Nannochloropsis
탄수화물	전체 녹말	8.50 %	2.20 %
아미노산	아스파르트산	6.24 %	3.48 %
	트레오닌	3.42 %	2.16 %
	세린	3.47 %	1.82 %
	글루타민산	10.33 %	3.80 %
	프롤린	3.77 %	2.21 %
	글리신	3.08 %	2.28 %
	알라닌	4.61 %	2.75 %
	발린	2.85 %	2.21 %
	메티오닌	1.42 %	0.93 %
	이소류신	2.32 %	1.75 %
	류신	5.05 %	3.52 %
	티로신	2.97 %	1.71 %
	페닐알라닌	2.59 %	2.11 %
	히스티딘	1.00 %	0.75 %
	리신	3.23 %	2.66 %
	아르기닌	3.99 %	2.47 %
	암모니아	0.86 %	0.73 %
	전체 아미노산	61.20 %	37.34 %

본원에서 리스트된 일부 예를 만들기 위하여, Chemstar(미네소타의 미네아폴리스에 위치)로부터 입수한 변형된 녹말인 Glucosol 800 고분자가 사용되었다. 이것은 하이드록시프로필화된 옥수수 녹말이다. 변형된 녹말 입자 크기는 140 메시(mesh)를 통하여 최소 98%가 통과하고, 황백색의 분말로서 공급된다. 자생 옥수수 녹말인 Cargill Gum^TM03460과 같은 다른 녹말 물질은 Cargill, Inc.(미네소타의 미네아폴리스에 위치)로부터 입수할 수 있다.

밀 글루텐 및 콩 단백질 PC4200은 ADM(일리노이주의 디케이터에 위치) 및 Dupont Soy Polymer(켄터키주의 루이스빌에 위치)로부터 각각 입수할 수 있다. 밀 글루텐은 최소 75%의 단백질을 포함하고, 나머지는 8%의 수분을 가지는 약 13%의 탄수화물이다. 이것은 크리미 분말(creamy powder)이다. 콩 단백질을 위해서, 이것은 최소 90%의 단백질을 포함한다.

글리세린, Emery 916과 같은 가공 보조재는 Cognis Corporation(오하이오주 신시내티에 위치)으로부터 입수할 수 있었다. 소르비톨은 Glenn Corporation(미네소타주의 화이트 베어 레이크에 위치)으로부터 입수할 수 있었다. 폴리에틸렌 글리콜(PEG600)은 Sigma-Aldrich(미주리주 세인트 루이스에 위치)로부터 입수할 수 있었다. 수소화 팜 글리세리드(hydrogenated palm glyceride) 또는 모노-디-글리세리드(mono-di-glyceride)(Excel P-40S)는 Kao Corporation(일본 도쿄에 위치)로부터 입수할 수 있었다.

Ecoflex F BX 7011과 같은 폴리에스테르는 BASF(뉴저지주 마운트 올리브에 위치)로부터 입수해서, 열가소성 필름을 제조하기 위한 예에서 사용되었다. Ecoflex F BX 7011은 3개의 주요 모노머인, 부탄디올, 아디프산 및 테레프탈산으로 구성된 지방족-방향족 코폴리에스테르이다. 이것은 지속가능하고 생분해가능한 성분을 전혀 포함하지 않는 석유-유도된 모노머로부터 제조된 생분해가능한 고분자이다. 필름 가공 공정에서, 예를 들어, 필름 및 사출 성형체를 착색하기 위해 Chroma Corporation(일리노이주 맥헨리에 위치)로부터 입수된 트랜스 펄 그린(trans pearl green) 및 트랜스 펄 라벤더(trans pearl lavender); Dow Chemical Co(MI 미들랜드에 위치)로부터 입수된 필름 등급 폴리프로필렌 Dowlex 2245; Bayer Material Science(펜실베니아 피츠버그에 위치)로부터 입수된 열가소성 폴리우레탄, Desmopan DP9370A; 또는 Basel North America(텍사스 베이포트에 위치)로부터 입수된 사출 성형 등급 폴리프로필렌, SV954의 첨가물이 부가될 수 있다. 230℃ 및 2.16 Kg에서 측정된 용융 유동성 지수(melt flow index)는 35 g/10 min이다.

B. 물질 제조공정

예 1.

이론적으로, 조류에서 지질의 존재는 열가소성 제조 공정을 용이하게 해야한다. 이러한 가설에 따르면, 임의의 식물 고분자와 혼합되지 않는 Spirulina는 가소제로서 30%의 글리세린 및 계면활성제로서 2%의 Excel P-40S를 사용하여 압출된다. Thermo Prism^TM USLAB 16 이축 압출기(영국 스톤에 위치한 Thermo Electron Corporation)이 사용되어 공정을 완성한다. 이것은 11개의 구역(zone)을 가지고 있고, 구역 0은 K-Tron feeder(뉴저지주 피트먼에 위치한 K-Tron North America)로부터 입수한 물질을 받아서 구역 1,2 등 내지 구역 9로 운반하는 공급 구역이다. 이러한 구역은 이축의 니딩 부분(kneading section)이고, 구역 10은 압출기의 말단에 위치한 다이(die)이다. 예 1에서 설정된 온도는 구역 1에서 80℃, 구역 2에서 90℃, 구역 3에서 115℃, 구역 4에서 125℃, 구역 5에서 125℃, 구역 6에서 125℃, 구역 7에서 122℃, 구역 8에서 120℃, 구역 9에서 115℃였다. 다이 온도는 110 였다. 축 회전 속도(screw rotational speed)는 150 rpm이였다. 2%의 Excel P-40S와 혼합된 이후, 조류는 1.6 lb/hr로 공급되었다. 글리세린은 기어 펌프(gear pump)(뉴욕 그랜드아일랜드에 위치한 Bodine Electric Company)를 사용하여 구역 1로 펌프된다. 이러한 조건에서, 토크(torque)는 65 내지 70%의 범위이고, 압력은 10 내지 12 bar였다. 스트랜드(strand)가 형성되었을 때, 이것은 수송 벨트(일리노이주 시카고에 위치한 Bondie Electric Company)를 통하여 냉각되었다. 펠리타이저(pelletizer)(뉴욕 그랜드아일랜드에 위치한 Emerson Industrial Controls)가 사용되어, 스트랜드를 절단하고, 수지 펠릿을 제조하고, 수지 펠릿은 이후 플라스틱 백에 수집되어 밀봉되었다.

예 2.

글리세린을 사용하여 열가소성 조류가 성공적으로 제조된 이후, Spirulina/소르비톨(70/30)의 혼합물을 제조하기 위하여 가소제로서 소르비톨이 적용되었다. 또한, 계면활성제 Excel P-40S도 2%로 첨가되었다. 압출기의 다른 조건은, 글리세린 펌핑이 전혀 없는 것을 제외하고는, 예 1과 동일한 것으로 하였다. 그러나, 압출기 토크는 70 내지 75%이였고, 압력은 높아서 25 내지 25 bar로 변동하였다. 스트랜드는 전혀 형성되지 않았다. 결과적으로, 소르비톨이 가소제로 사용되었을 때, 조류는 제조되지 않았다.

예 3.

예 2에서 가소제로서 소르비톨을 사용하는 것 대신에, 예 3에서는 가소제로서 폴리에틸렌 글리콜(PEG 600)이 사용되었다. 온도 분포 및 다른 공정 조건은 예 2에서의 것과 동일하게 하였다. 압출기 토크는 이번에는 40 내지 45%로 낮았고, 압력은 6 bar였다. 그러나, 조류는 열가소성 물질로 변환될 수 없었다.

예 4 내지 7.

예 1에서의 조류 제조공정 동안 토크는 상당히 높았다. 조류 제조 가능성을 더 설명하기 위하여, 자생 옥수수 녹말이 선택되어 조류와 함께 공중합 처리되었다. 표 2는 Thermo Prism^TM USLAB 16 이축 압출기(영국, 스톤에 위치한 Thermo Electron Corporation)를 위한 열가소성 제조 공정 조건을 나열하였다. 하나의 K-Tron feeder(뉴저지주 피트먼에 위치한 K-Tron North America)가 사용되어서, 표 2에 도시된 비율로 조류, 녹말 및 계면활성제의 혼합물을 압출기 구역 0으로 공급하였고, 기어 펌프(뉴욕 그랜드아일랜드에 위치한 Bodine Electric Company)를 사용하여 글리세린은 28%의 혼합물로 구역 1에 펌프되었다. 예 4는 조류의 존재 없이 자생 옥수수 녹말을 단독으로 사용하였다. 글리세린과 계면활성제가 모든 혼합물에서 고정되어 있는 반면에, 녹말과 조류의 비율은 예 5에서 70/30, 예 6에서 60/40, 및 예 7에서 30/70으로 변화된다. 예 1과 비교해서, 녹말이 조류와 함께 공중합 처리될 때, 용융 압력 및 토크 모두 감소되었고, 이것은 예 5, 6 및 7이 예 4와 비교될 때도 마찬가지의 사실이였다. 변환 공정은 우수했다. 다이로부터의 스트랜드는 절단되어서 플라스틱 백에 저장되었다.

Thermo Prism 압출기에서 자생 옥수수 녹말 및 Spirulina를 위한 제조 공정 조건

시 료 번 호	혼합 물 공 급 속 도 (lb/hr)	혼합물 조성			압출 기 속 도 (rpm)	압출기 온도 분포(℃)										P_용융 (bar)	토크(%)
시 료 번 호	혼합 물 공 급 속 도 (lb/hr)	옥 수 수 녹말 %	Excel P-40S %	Spirulina	압출 기 속 도 (rpm)	T₁	T₂	T₃	T₄	T₅	T₆	T₇	T₈	T₉	T_다이	P_용융 (bar)	토크(%)
예4	2.3	98	2	0	150	80	90	115	120	130	130	130	120	115	110	9-10	55-60
예5	1.6	68.6	2	29.4	150	80	90	115	120	125	125	125	122	120	110	7-8	50-54
예6	1.6	58.8	2	39.2	150	80	90	115	120	125	125	125	122	120	110	6-8	45-50
예7	1.6	29.4	2	68.6	150	80	90	115	120	125	125	125	122	120	110	5-6	50-55

예 8 내지 11.

Glucosol 800 또한 제조 가능성을 나타내기 위해 사용되는 변형된 옥수수 녹말이다. 표 3은 Thermo Prism^TM USLAB 16 이축 압출기(영국, 스톤에 위치한 Thermo Electron Corporation)를 위한 열가소성 제조 공정 조건을 나타낸다. 예 8은 조류의 존재 없이 Glucosol 800을 단독으로 사용하였다. 예 9 및 10은 Spirulina를 사용하고, 예 11은 Nannochloropsis를 사용하여서, Glucosol 800과 혼합하였다. 일반적으로, 이러한 혼합물을 제조하기 위하여 필요한 가소제는 약 22%이고, 이것은 자생 옥수수 녹말과 조류 혼합물을 위한 것보다 적다. Glucosol 800과 조류의 비율은 예 9에서 70/30, 및 예 10과 11에서 30/70이다. 비교하여 보면, Glucosol 800 단독일 때보다 더 낮은 토크가 관찰되었고, 형성된 스트랜드도 더 유연하였다.

Thermo Prism 압출기에서 Glucosol 800 및 Spirulina/Nannochloropsis를 위한 제조 공정 조건

시 료 번 호	혼합 물 공 급 속 도 (lb/hr)	혼합물 조성			압 출 기 속 도 (rpm)	압출기 온도 분포(℃)										P_용융 (bar)	토크(%)
시 료 번 호	혼합 물 공 급 속 도 (lb/hr)	Glucosol 800 %	Excel P-40S %	조류 %	T₁	T₂	T₃	T₄	T₅	T₆	T₇	T₈	T₉	T_다이			토크(%)
예8	2.3	98	2	0	150	80	90	115	120	130	130	130	120	115	110	6-7	60-65
예9	1.6	68.6	2	29.4	150	80	90	115	120	125	125	125	122	120	110	7-8	50-55
예10	1.6	29.4	2	68.6	150	80	90	115	120	125	125	125	122	120	110	10-11	55-60
예11	1.6	29.4	2	68.6^*	150	80	90	115	120	125	125	125	122	120	110	8-9	40-45

* 예 11은 혼합물을 위하여 nannochloropsis를 사용하였다.

예 12 내지 16.

예 12 내지 16에서는 밀 글루텐 및 콩 단백질과 같은 식물 단백질 물질이 사용되었다. 이러한 모든 예에서, 글리세린은 30%로 고정되었다. 예 12에서 밀 글루텐이 68.6%로 대부분일 때는 스트랜드는 형성될 수 없었다. 예 13에서 Spirulina가 대부분일 때는 스트랜드가 형성될 수 있었지만 잘 부서졌다. 이러한 경우, 조류에서 지질의 존재가 유리할 수 있다. 예 14는 열가소성 제조 공정을 위한 혼합물에서 Nannochloropsis를 68.6%로 사용하였다. 예 13과 비교하여 스트랜드는 향상되었다. 그러나, 표 4에 도시된 바와 같이 토그는 상당히 감소되지만, 스트랜드에서 스킨(skin)은 약간 거칠었다. 예 15는 조류와 혼합을 위해 콩 단백질을 대부분 사용하였다. 그러나, 스트랜드는 거칠고 잘 부서졌으며, 용융 압력도 높았다. 시료가 전혀 수집되지 않았다. 예 16은 혼합을 위해 조류을 대부분 사용하였다. 스트랜드는 형성되었지만, 운송 벨트 이후의 플로워(floor)에서 큰 원(circle)을 보였다.

Thermo Prism 압출기에서 밀 글루텐/콩 단백질 및 Spirulina 또는 Nannochloropsis를 위한 제조 공정 조건

시 료 번 호	혼합 물 공 급 속 도 (lb/hr)	혼합물 조성			압 출 기 속 도 (rpm)	압출기 온도 분포(℃)										P_용융 (bar)	토크(%)
시 료 번 호	혼합 물 공 급 속 도 (lb/hr)	식물 단백질 %	Excel P-40S %	조류 %	T₁	T₂	T₃	T₄	T₅	T₆	T₇	T₈	T₉	T_다이			토크(%)
예12	1.6	68.6	2	29.4	150	80	90	115	120	125	125	125	120	115	110	11-12	38-40
예13	1.6	29.4	2	68.6	150	80	90	115	120	125	125	125	122	120	110	9- 10	45-50
예14	1.6	29.4	2	68.6^*	150	80	90	115	120	125	125	125	122	120	110	8-9	30-35
예15	1.6	68.6&	2	29.4	150	80	90	115	120	125	125	125	122	120	110	18-19	55-62
예16	1.6	29.4&	2	68.6	150	80	90	115	120	125	125	125	122	120	110	9-8	50-60

* 예 14는 밀 글루텐과 혼합물을 위하여 nannochloropsis를 사용하였다.

& 예 15 및 16은 혼합물을 위하여 콩 단백질을 사용하였다.

C. 열적 특징

식물 고분자 및 조류의 열가소성 제조 공정 동안 얻은 관찰에 따르면, 공정 가능성의 순서는 변형된 녹말, 자생 옥수수 녹말, 밀 글루텐 및 콩 단백질의 순서로 용이함에서 어려움으로 나열될 수 있다.

예 17.

TA Instruments 2050 열무게 분석기(thermogravimetric analyzer)를 사용하여 2개의 조류 시료를 분석하였다. TGA 서모그램(thermogram)은 플래티늄 팬(platinum pan)에서의 시료에 대해, 다이나믹 질소 대기(dynamic nitrogen atmosphere)하에서, 상온 내지 500℃의 온도 범위로 기록되었다. 10℃/min의 가열 속도가 사용되었다. 표 5는 각각 다른 온도에서 2개의 시료에 대한 중량 손실을 제 공한다. Spirulina 조류 시료는 상온 내지 200℃의 온도 범위에서 약 8%의 초기 중량 손실을 나타내고, 그 이상의 온도에서는 분해되기 시작한다. 200℃ 내지 500℃의 온도 범위에서, 물질은 그 중량의 거의 60%를 손실하여, 68%의 전체 중량 손실을 준다. Nannochloropsis 조류는 180℃로 가열될 때 그 중량의 약 6%를 손실하고, 그 이상의 온도에서 분해되기 시작한다. 180℃ 내지 500℃의 온도 범위에서, 물질은 그 중량의 62%를 손실하고, 500℃에서 68%의 최종 중량 손실을 준다.

조류 시료에 대한 TGA 데이터

시료 구분	온도(℃)	% 중량	전체 % 중량 손실
Spirulina	상온	100	0
	50	98.8	1.2
	125	93.1	6.9
	200	91.6	8.4
	250	87.8	12.2
	300	69.6	30.4
	400	41.5	58.5
	500	31.6	68.4
Nannochloropsis	상온	100	0
	50	98.6	1.4
	125	95.5	4.5
	175	94.5	5.5
	320	65.9	34.1
	500	32.0	68.1

예 18.

Spirulina 및 Nannochloropsis 조류의 시료는 자생/변형된 녹말, 밀 글루텐, 및 콩 단백질과 같은 다른 식물 고분자 물질과 혼합되었고, 플라스틱 제조를 위한 그 용이성을 이해하기 위한 노력의 일부로서, 시차 주사 열량법(differential scanning calorimetry, DSC)에 의하여, 콩 단백질이 선택적으로 분석되었다. TA Instruments Q200 시차 주사 열량기(differential scanning calorimeter)가 사용되어서, 혼합물의 유리 전이 온도 및 용융 온도를 측정하였다. 밀봉된 알루미늄 팬에서의 시료에 대하여 DSC 서모그램은 다이나믹 질소 대기하에서, -50℃ 내지 200℃의 온도 범위로 기록되었다. 10℃/min의 가열 속도가 사용되었다. TA Instruments에 의해 제공된 일반적인 분석 NT 소프트웨어가 분석 데이터를 위해 사용되었다.

도 1은 Glucosol 800과 조류의 2개의 혼합물을 위한 DSC 차트를 도시하였다. 차트의 탑(top)에서 DSC 곡선은 Glucosol 800과 Spirulina의 혼합물을 위한 것이고, 차트의 버텀(bottom)에서 DSC 곡선은 Glucosol 800과 Nannochloropsis의 혼합물을 위한 것이다. Glucosol 800/청구항 1에 따른 열가소성 조성물에서, 상기 조류는 연질 조류 또는 연질 혼합물을 포함한다. 30/70 혼합물은 36℃ 및 53℃에서 T_gs를 나타내는 반면에, Glucosol 800/Nannochloropsis 혼합물은 40℃ 및 59℃에서 T_gs를 나타낸다. 다른 혼합물에서 중량비가 변화할 때, 다양한 T_gs도 관찰되었다. 각각의 유리 전이 온도는, 혼합물의 개별적인 고분자 구성요소에서 특징적이다. 양쪽 시료는 125℃보다 높은 온도에서, 아마도 분해도 인해 흡열반응을 나타낸다. 용융 온도는 각각 Glucosol 800/Spirulina(30/70) 혼합물에 대해서 135℃이고, Glucosol 800/Nannochloropsis(30/70) 혼합물에 대해서 128℃였다.

D. 열가소성 필름

예 19-23.

Ecoflex F BX 7011 제어 필름은 4" inch의 필름 다이를 에칭한 이후, Thermo Prism^TM USLAB 16 이축 압출기(영국, 스톤에 위치한 Thermo Electron Corporation)를 사용하는 예 19를 위한 주조(cast)이다. 필름 주조(film casting)를 위한 온도 분포는 다른 제조 공정 조건을 포함하여 표 6에 도시되었다. 제어 필름 두께는 각각 약 1.5 및 2 mil이였다.

예 1에서의 30%의 연질 조류가 예 20을 위한 혼합물로 사용되었을 때, 필름 주조는 우수했다. 역학적인 인장 시험(mechnical tensile testing)을 위해서 다양한 필름 두께를 제조하고 수집하였다. 그러나, 예 1에서의 70%의 연질 조류가 예 21을 위한 혼합물로 사용되었을 때 필름은 제조될 수 없었다. 필름 주조 동안 토크는 거의 2배로 되었다. 예 22는 30%의 일 구성성분으로서 예 10에서의 Glucosol 800과 Spirulina의 혼합물(30/70) 및 70%의 다른 구성성분으로서 Ecoflex F BX 7011을 사용하였다. 하나의 얇은 필름이 성공적으로 만들어졌다.

예 23은 30%의 일 구성성분으로서 예 11에서의 Glucosol 800과 Nannochloropsis의 혼합물(30/70) 및 70%의 다른 구성성분으로서 Ecoflex F BX 7011을 사용하였다. 다른 두께를 가지는 필름이 쉽게 만들어졌다. 예 22 및 23은 동일한 양의 녹말 및 Ecoflex F BX 7011을 포함하지만, 다른 종류의 조류를 포함한다. 그러나 예 23에서 용융 압력 및 토크는 예 22에서의 것보다 낮았다. 예 23에서의 Nannochloropsis는, 그것이 표 1에 나타낸 바와 같이 더 적은 단백질 및 더 많은 지질을 포함하기 때문에, 기여 요소일 수 있다.

관찰된 바와 같이, 조류를 포함하는 모든 필름 시료는 청록색을 나타내었고, 이것은 고분자 물질의 외형을 변화시키기 위하여 고분자 산업에서 일반적으로 첨가되는 것과 같은 임의의 염료 또는 착색제의 결합으로 해결될 수 있었다.

Thermo Prism 압출기에서 열가소성 필름 혼합물 비율 및 제조 공정 조건

시 료 번 호	혼합 물 공 급 속 도 (lb/hr)	혼합물 조성		압출 기 속 도 (rpm)	압출기 온도 분포(℃)										P_용융 (bar)	토크(%)
시 료 번 호	혼합 물 공 급 속 도 (lb/hr)	조류 혼합물 %	Eco flex %	T₁	T₂	T₃	T₄	T₅	T₆	T₇	T₈	T₉	T_다이			토크(%)
예19	2	0	100	150	120	130	140	145	155	155	160	155	155	150	14-15	70-75
예20	2	30% 예1	70	150	120	130	140	145	155	155	160	155	155	150	12-13	45-50
예21	2	70% 예1	30	150	120	130	140	145	155	155	160	155	155	150	23-24	46-50
예22	2	30% 예10	70	150	120	130	140	145	155	155	160	155	155	150	11-12	45-50
예23	2	30% 예11	70	150	120	130	140	145	155	155	160	155	155	150	8-9	35-40

필름의 역학적 성질

세로방향(machine derection, MD)과 가로방향(cross direction, CD)에서 시험된 5개의 시료를 가지고 Sintech l/D를 사용하여, 필름의 역학적 성질을 측정하였다. 필름 시료를 시험전에, 3.0 mm의 중심 폭을 가지는 도그 본(dog-bone) 형태로 절단하였다. 18.0 mm의 게이지 길이로 설정된 Sintech에서의 그립(grip)에 의한 위치에서 도그 본 필름 시료를 유지하였다. 시험하는 동안, 시료는 파괴가 일어날 때까지 0.5 inch/min의 크로스헤드 속도(crosshead speed)로 늘어났다. 시험하는 동안 컴퓨터 프로그램 TestWorks 4가 데이터를 수집하고, 다양한 성질, 예를 들어, 모듈러스(modulus), 피크 응력(peak stress) 및 연신율(elongation)을 측정한 것으로부터, 응력(MPa) 대 변형율(%) 곡선을 생성시켰다.

표 7은 예 19, 20, 22 및 23으로부터 얻은 필름의 역학적 인장 결과(mechanical tensile result)를 모두 나타낸다. 조류, 또는 조류와 녹말의 혼합물을 포함하는 필름에 대한 연신율은 100%의 Ecoflex F BX 7011 필름과 매우 비교할 만하다. 타당한 설명은 플롤린(proline)과 같은 아미노산의 존재 때문이다. 예 20의 혼합물은 2개의 다른 두께를 가지는 필름을 주조하기 위하여 사용되었다. 예 20의 더 얇은 필름은, 예 19에서 도시된 제어 필름과 비교할 때, 더 낮은 필름 연신율을 나타나게 하였다. 상응하게, 필름 피크 응력 및 모듈러스도 더 낮았다.

Ecoflex F BX 7011 및 Glucosol 800 함량은 예 22 및 23에서와 동일하지만, 예 22는 Spirulina를 포함하고, 예 23은 Nannochloropsis를 포함한다. 얻어진 필름은 상당한 차이를 나타낸다. 예 22는 상대적으로 더 두께운 필름을 가지는 반면에, 예 23에서의 필름은 더 얇다. 필름 모듈러스 및 연신율은 유사하지만, 예 22에서의 필름 피크 응력은 예 23에서의 필름 피크 응력보다 더 낮다. 이러한 차이는 조류의 종류 및 이들의 다른 고분자와의 친화력에 의해 기여된다.

열가소성 필름의 역학적 성질

시료번호	시료설명	조성	필름의 역학적 성질
			필름 두께		모듈러스 (MPa)		피크 응력 (MPa)		연신율 (%)
			MD(mil)	CD(mil)	MD	CD	MD	CD	MD	CD
예19	Ecoflex F BX 7011	100	1.64	1.58	70	90	36	32	464	766
예20	Ecoflex/예1	70/30	1.49	1.46	47	45	9	6	150	206
예20	Ecoflex/예1	70/30	1.89	1.87	72	87	20	14	590	626
예22	Ecoflex/예10	70/30	2.32	2.44	60	46	11	17	557	589
예23	Ecoflex/예11	70/30	1.36	1.26	47	59	16	25	610	589

예 24.

플라스마 에칭 방법을 사용하여 SEM에 의한 구조적인 분포를 위한 시료를 준비하였다. 습식 에칭과 유사하게, 이러한 방법은 물질의 다른 에칭 속도를 통해서 타퍼그래프(topography)를 발달시킨다. 시료를 통해서 깨끗한 외날 면도칼(single edge razor)을 가해서, 상온에서 시료를 분할하였다. 일반적인 성질 및 비일반적인 성질을 위해 이러한 준비물을 관찰하였고, 이러한 관찰의 예시적인 현미경 사진을 디지털적으로 캡쳐(capture)하였다. SEM 연구를 위하여, 예 20, 22 및 23의 필름 시료가 선택되었다. 도 2는 식물 기반의 생체 고분자를 전혀 포함하지 않는 예 20에서의 필름 시료에 대한 SEM 결과를 나타낸다. Ecoflex F BX 7011 물질이 혼합물에서 연속적인 상으로 작용되는 반면에, 연질 조류 물질은 SEM 동안에 떨어져서 에칭되어서, 필름 부분으로부터 볼 수 있는 밸리(valley)를 생성하였다.

예 25.

도 3은 예 22에서 필름 시료에 대한 SEM 결과를 도시한다. 공존하는 3개의 구성성분인, Glucosol 800 변형된 녹말, Spirulina 및 Ecoflex F BX 7011 이외에, 가소제로 사용되는 글리세린이 있다. 데이터는 변형된 녹말과 함께 Ecoflex F BX 7011이 연속적인 상으로 작용할 수 있는 반면에, 조류는 혼합물에 분산되어 있음을 나타낸다. 도 3에 도시된 작은 도트(dot)는 녹말의 존재로 인한 것이기 쉬우며, 이것은 Glucosol 800 또는 조류로부터의 녹말일 수 있다.

예 26.

도 4는 예 23의 필름 시료에 대한 SEM 결과를 나타낸다. 필름 시료는 Glucosol 800 변형된 녹말, Nannochloropsis 및 Nannochloropsis 이외에, 가소제로서 사용되는 글리세린을 포함한다. Nannochloropsis 조류는 Glucosol 800 변형된 녹말 및 Ecoflex F BX 7011을 포함하는 매트릭스에서 분산되었다. 또한, 조류 주위의 작은 도트는 Glucosol 800 변형된 녹말 또는 조류로부터의 녹말일 수 있다.

예 27.

Thermo Prism^TM USLAB 16 이축 압출기(영국, 스톤에 위치한 Thermo Electron Corporation)를 사용하여 필름을 주조하기 위해서, Dowlex 2245는 예 7의 수지와 함께 80/20의 비율로 건조 혼합되었다. 혼합물 공급 속도 및 온도와 같은 제조 공정 조건은 표 6에서 도시된 것과 동일하였다. 용융 압력은 20 내지 22 bar이고, 토크는 65% 내지 70%였다. 필름은 2 mil의 평균 두께를 가진다. 필름의 MD 및 CD 연신율은 각각 389% 및 567%이다. 필름의 MD 및 CD 항복 응력(yield stress)는 각각 9 및 7이다. Dowlex 2245 필름(1 mil의 기준 필름의 MD 및 CD 파단시 연신율(elongation at break)은 550% 및 650%임)과 비교해서, 조류를 포함하는 필름은 감소된 연신율을 가진다. Dowlex 2245 1 mil의 기준 필름의 MD 및 CD 항복 강도(yield strength)는 각각 10.7 MPa 및 10.0 MPa이다. 따라서, 조류를 포함하는 필름은 비교할 만한 결과를 보인다.

예 28.

Thermo Prism^TM USLAB 16 이축 압출기(영국, 스톤에 위치한 Thermo Electron Corporation)를 사용하여 필름을 주조하기 위해서, Desmopan DP9370A는 예 7의 수지와 함께 80/20의 비율로 건조 혼합되었다. 물질 공급 속도는 2.5 lb/hour였다. 구역 1 내지 구역 11의 제조 공정 온도는 120, 130, 150, 170, 180, 180, 180, 170, 160, 155, 145℃였다. 축 회전 속도(screw rotational speed)는 150 rpm이고, 토크는 50 내지 55%이고, 용융 압력은 15 내지 16 bar였다. 역학적인 인장 결과는 필름의 MD 및 CD 모듈러스가 각각 17 MPa 및 12 MPa이고, 필름의 MD 및 CD 피크 응력(peak stress)이 각각 43 및 29이고, 필름의 MD 및 CD 연신율이 각각 566% 및 703%임을 나타낸다.

예 29.

예 1 및 4 내지 16에서 얻어진 모든 펠릿은 조류에서 클로로필의 존재로 인하여 어두운 색을 나타내었다. 다른 것들을 대표하여 예 11에서의 펠릿을 도 5에 도시하였다. 그 색은 예 20, 22 및 23에서 제조된 필름에도 계속된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 70/30의 비율의 Ecoflex F BX 7011 및 예 11의 혼합물과 2%의 트랜스 펄 그린(trans pearl green) 수지를 화합하고, 이것은 예 23에서도 동일하다. 이러한 3개 수지의 화합은 Thermo Prism^TM USLAB 16 이축 압출기(영국, 스톤에 위치한 Thermo Electron Corporation)으로 수행되었다. 작동 온도는 구역 1 내지 10에서, 140, 150, 155, 160, 160, 160, 155, 155 및 150 이였다. 축 회전 속도는 150 rpm이고, 용융 압력은 18 bar이고, 토크는 60 내지 65%였다. 스트랜드를 펠레타이징(pelletizing)하고, 수집해서 도 5에 도시하였다. 비교해보면, 펠릿(pellet)의 색은 예 11의 어두운 색에서 펄 그린(pearl green)에 가까운 것으로 변화하였다. 그 다음에 얻어진 필름도 도 5에 도시하였다. 필름 제조 공정 조건은 예 23에 대한 것과 동일하였다.

상술된 방법은 어두운 색을 가릴 수 있는 한 방법이다. 필름 또는 사출 성형체에 착색 수지를 결합하는 임의의 다양한 방법을 당업자는 예측할 수 있다. 예를 들어, 필름 주조 동안에, 착색 수지, 트랜스 펄 그린(trans pearl green)은 직접 첨가될 수 있다.

사출 성형체

사출 성형은 플라스틱 제품을 제조하는데 사용되는 가장 중요한 공정 중의 하나이다. 바람직하게, 사출 성형 공정은 정확한 치수를 요구하는, 대량 생산되는 복잡한 형태의 부품을 제조하는데 적합하다. 임의의 사출 성형기(injection molding machine)에 대한 주요 구성요소는 연질화 유닛(plasticating unit), 클램핑 유닛(clamping unit) 및 몰드(mold)이다. Boy Machine, Inc.(펜실베니아주 엑스톤에 위치)로부터의 다이프로닉(dipronic) 고체 상태 제어를 가지는 Boy 22D 사출기(injection machine)가 사용되어 본원에 기재된 몰드 시료를 제조하였다. 형체력(clamping force)는 24.2 metric ton이고, 연질화 유닛은 24 mm이고, 쇼트(shot) 크리는 1.2 oz(PS)이다. 사용된 몰드는 Master Precision Products, Inc.(미시간주 그린빌에 위치)로부터의 ASTM D638 기준 시험 표본 몰드(standard test specimen mold)였다. 이러한 몰드는 인장 종류 Ⅰ 견본(tensile type Ⅰ specimen), 라운드 디스크(round disk), 인장 종류 Ⅴ 견본(tensile type Ⅴ specimen) 및 아이조드 바(izod bar)를 포함하고, 이것은 단일 사출 작동 동안 즉시 형성될 수 있다.

예 30.

사출 성형체를 제조하기 위하여, 5%의 트랜스 펄 라벤다(trans pearl lavender)와 함께, 예 6에서의 10%의 펠릿 및 90%의 PP SV954의 혼합물을 건조 혼합하였다. 가열 밴드(heating band) 1 내지 3에 대한 제조 공정의 온도 분포는, 각각 145℃, 148℃ 및 150℃였다. 노즐 온도는 153℃이고, 몰드 온드는 80℉로 설정되었다. 몰드가 닫힐 때 사출 성형 순환이 시작되었다. 이 시점에서, 축은 앞으로 이동하고, 노즐을 통해서 스프루(sprue)로 수지의 혼합물을 주사하였다. 몰드(러너(runner), 게이트(gate) 및 캐비티(cavity))를 물질로 채웠다. 패킹 상태 동안, 첨가물이 캐비티에 채워지는 한편, 15초의 시간 동안 95%로 홀딩 압력(holding pressure)이 유지되어서 물질 수축을 보상하였다. 축이 반시계방향으로 뒤로 회전할 때, 물질은 몰드에서 냉각되고 굳어지며, 다음 쇼트를 위해 플라스틱을 용융하였다. 몰드가 열리고, 부품은 40초의 순환 시간을 가지고 방출되었다. 몰드가 다시 닫힐 때, 다음 순환이 시작된다. 모두 4개의 구성요소(인장 종류 Ⅰ 견본, 라운드 디스크, 인장 종류 Ⅴ 견본 및 아이조드 바)가 성공적으로 제조되었다. 아이조드 바가 몰드된 바로 직후, 아이조드 바에서 수축을 1 hour, 24 hour 및 48 hour에 각각 측정하였다. 아이조드 바의 길이 및 폭에서의 수축값은 사출 성형체의 치수 안정성(dimensional stability)을 나타내는 1.3 내지 2% 이내의 범위였다.

예 31.

사출 성형체를 제조하기 위하여, 예 9에서의 20%의 펠릿 및 90%의 PP SV954의 혼합물은 5%의 트랜스 펄 라벤다(trans pearl lavender)와 함께 건조 혼합되었다. 가열 밴드 1 내지 3에 대한 제조 공정의 온도 분포는, 각각 145℃, 148℃ 및 150℃였다. 노즐 온도는 153℃이고, 몰드 온드는 80℉로 설정되었다. 몰드가 닫힐 때 사출 성형 순환이 시작되었다. 이 시점에서, 축은 앞으로 이동하고, 노즐을 통해서 스프루(sprue)로 수지의 혼합물을 주사하였다. 몰드(러너(runner), 게이트(gate) 및 캐비티(cavity))를 물질로 채웠다. 패킹 상태 동안, 첨가물이 캐비티에 채워지는 한편, 15초의 시간 동안 95%로 홀딩 압력(holding pressure)이 유지되어서 물질 수축을 보상하였다. 축이 반시계방향으로 뒤로 회전할 때, 물질은 몰드에서 냉각되고 굳어지며, 다음 쇼트를 위해 플라스틱을 용융하였다. 몰드가 열리고 부품은 40초의 순환 시간을 가지고 방출되었다. 몰드가 다시 닫힐 때, 다음 순환이 시작된다. 모두 4개의 구성요소(인장 종류 Ⅰ 견본, 라운드 디스크, 인장 종류 Ⅴ 견본 및 아이조드 바)가 성공적으로 제조되었다. 아이조드 바가 몰드된 바로 직후, 아이조드 바에서 수축을 1 hour, 24 hour 및 48 hour에 각각 측정하였다. 아이조드 바의 길이 및 폭에서의 수축값은 사출 성형체의 치수 안정성을 나타내는 0.9 내지 1.7% 이내의 범위였다.

본 발명은 예에 의하여 일반적이고 상세하게 기술되었다. 본 발명이 반드시 기술된 특정한 실시예로 제한되지는 않는다는 것을 당업자는 이해할 수 있을 것이다. 이하의 청구항 또는 그 균등물에 의하여 정의되는 바와 같은 본 발명의 사상을 이탈하지 않는 변경 및 변형이 만들어질 수 있고, 그 균등물은 본 발명의 사상 이내에서 사용될 수 있는, 현재 공지된 또는 개발될 수 있는, 균등한 구성요소를 포함한다. 따라서, 본 발명의 범위를 이탈하지 않는 변경이라면, 그 변경은 본원에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

Claims

a) 단독일 때, 열가소성 조성물의 약 10 중량% 내지 약 80 중량%를 이루는 적어도 한 종류의 조류(algae); 또는
b) 적어도 하나의 조류와 식물 고분자의 혼합물(blend); 및
약 10 중량% 내지 약 40 중량%의 양이고, 약 1 내지 약 6의 pH를 가지는 적어도 하나의 가소제(plasticizer)를 포함하고,
상기 조류는 약 5 중량% 내지 30 중량%의 양이며,
상기 식물 고분자는 약 10 중량% 내지 약 50 중량%의 양이고, 단백질 또는 녹말인 재생가능한 고분자 물질인
열가소성 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 열가소성 조성물은 약 60℃ 내지 약 190℃ 범위, 바람직하게는 약 125 내지 140 범위의 용융점 온도(T_m) 및 약 -40℃ 내지 약 70℃ 범위, 바람직하게는 약 35℃ 내지 70℃ 범위의 다중 유리 전이 온도(T_g)를 나타내는
열가소성 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 조류 및 식물 고분자는 약 10 중량% 내지 약 90 중량%의 조합된 양으로 존재하는
열가소성 조성물.
제 1항에 있어서,
상기 식물 고분자 단백질 또는 상기 식물 고분자 녹말은 각각 상기 열가소성 조성물의 약 10 중량% 내지 약 60 중량%를 이루는
열가소성 조성물.
적어도 한 종류의 조류 및 식물 고분자의 혼합물을 포함하는 열가소성 물질;
약 10 중량% 내지 약 40 중량% 양인 적어도 하나의 가소제; 및
약 50 중량% 내지 약 90 중량% 양인 적어도 하나의 합성 고분자 또는 하나의 미생물 고분자를 포함하며,
상기 조류는 약 5 중량% 내지 30 중량%의 양이고,
상기 식물 고분자는 약 10 중량% 내지 약 50 중량%의 양인 재생가능한 고분자 물질인
열가소성 필름.
제 5항에 있어서,
상기 열가소성 물질은 폴리락트산, 폴리하이드록시알카노에이트, 폴리(3-하이드록시부티레이트), 폴리(3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시발러레이트), 폴리(3-하이드록시부티레이트-코-4-하이드록시-부티레이트), 폴리(3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시헥사노에이트), 폴리(3-하이드록시부티레이트-코-3-헥사노에이트), 폴리(3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시헥사노에이트), 폴리(3-하이드록시부티레이트-코-3-헥사노에이트), 폴리(3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시-옥타노에이트)를 포함하는 생분해 가능한 지방족 폴리에스테르를 더 포함하는
열가소성 필름.
제 5항에 있어서,
상기 합성 고분자는 지방족-방향족 공중합체, 폴리올레핀(polyolefin) 또는 폴리우레탄(polyurethane)인
열가소성 필름.
제 5항에 있어서,
상기 합성 고분자는 약 75℃ 내지 약 170℃의 용융점을 가지는 코폴리에스테르(copolyester)인
열가소성 필름.
제 5항에 있어서,
상기 합성 고분자는 약 0℃ 이하의 유리 전이 온도(T_g)를 가지는 코폴리에스테르인
열가소성 필름.
제 9항에 있어서,
상기 코폴리에스테르는 아래의 일반적인 구조를 가지며,

여기에서,
m은 일부 실시예에서 2 내지 10의 정수 및 일 실시예에서 2 내지 4의 정수이고,
n은 일부 실시예에서 0 내지 18의 정수 및 일 실시예에서 4의 정수이고,
p는 일부 실시예에서 2 내지 10의 정수 및 일 실시예에서 2 내지 4의 정수이고,
x는 1보다 큰 정수이고,
y는 1보다 큰 정수이고,
R₁ 및 R₂는 수소, 하이드록실 그룹, 직쇄 또는 측쇄의 치환된 또는 비치환된 C₁-C₁₀ 알킬 그룹 및 직쇄 또는 측쇄의 치환된 또는 비치환된 C₁-C₁₀ 하이드록실 그룹으로부터 독립적으로 선택되는
열가소성 필름.
제 5항에 있어서,
상기 합성 고분자는 190℃ 및 2.16 Kg의 무게에서 1 내지 5 g/10분의 용융 유동성 지수(melt flow index)를 나타내는 저밀도 폴리에틸렌, 선형의 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리올레핀 플라스토머, 열가소성 폴리올레핀, 및 에틸렌과 프로필렌의 블럭공중합체로부터 선택되는 폴리올레핀인
열가소성 필름.
제 5항에 있어서,
상기 합성 고분자는 약 -70℃에서 유리 전이 온도 및 약 185℃ 내지 200℃의 범위에서 용융점 온도를 가지는 폴리우레탄인
열가소성 필름.
제 5항에 있어서,
상기 열가소성 물질은 생분해가능한 폴리에스테르를 더 포함하는
열가소성 필름.
제 3항에 있어서,
상기 열가소성 필름은 약 5 마이크로미터 내지 약 200 마이크로미터의 두께를 가지는
열가소성 필름.
사출 성형체(injection molded article)에 있어서,
상기 사출 성형체는,
약 5 중량% 내지 약 60 중량%의 재생가능한 수지 및 약 5 중량% 내지 약 40 중량%의 적어도 하나의 재생가능하지 않은 합성 고분자, 재생가능한 합성 고분자 또는 재생가능한 미생물 수지를 포함하는 물질로부터 형성되고,
상기 재생가능한 수지는 약 25 중량% 내지 약 85 중량% 양의 적어도 하나의 식물 고분자,
약 5 중량% 내지 약 50 중량% 양의 적어도 한 종류의 조류, 및
약 5 중량% 내지 약 50 중량% 양의 적어도 하나의 가소제를 포함하는
사출 성형체(injection molded article).
제 15항에 있어서, 상기 재생가능하지 않은 합성 고분자는 230℃ 및 2.16 Kg에서 약 25 내지 45 g/10분의 용융 유동성 지수(melt flow index)를 가지는 사출 성형 등급(injection-molding grade)의 폴리올레핀인
사출 성형체.
제 15항에 있어서,
상기 사출 성형체는 약 500 Newton/mm² 이상의 굴곡탄성율(flexural modulus)을 가지는
사출 성형체.
제 1항에 따른 열가소성 조성물 또는 제 5항에 따른 열가소성 필름을 포함하는 흡수 제품에 있어서,
상기 흡수 제품은 기저귀, 트레이닝 팬츠, 성인 실금제품(adult incontinence product) 또는 여성 위생 패드로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 개인 위생 제품인
흡수 제품.
제 1항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조류는 약 115 마이크론의 입자 크기를 나타내고, 연질 조류 또는 일부의 연질 혼합물인
발명.
제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단백질은 제인(zein), 옥수수 글루텐(corn gluten), 밀 글루텐(wheat gluten), 카놀라(canola), 해바라기(sunflower), 수수(sorghum), 콩 단백질 분리물(soy protein isolate), 콩 단백질 농축물(soy pretein concentrate), 콩 단백질 가루(soy protein flour) 및 이들의 조합 중 적어도 하나인
발명.
제 1항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 식물 고분자는 적어도 50%의 단백질을 포함하는
발명.
제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 녹말은 옥수수(corn), 밀(wheat) 또는 감자(potato)로부터 변형되지 않거나 변형되는
발명.
제 1항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서,
변형된 상기 녹말은 하이드록시프로필화된 녹말을 포함하는 하이드록시알킬화된 녹말인
발명.
제 1항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가소제는 폴리올(polyol), 폴리하이드록시아민(polyhadroxyamine), 폴리 기능화된 카복실산의 에스테르(ester of polyfunctional carboxylic acid), 글리세린(glycerin) 또는 다른 화학적 조성물의 2 이상의 가소제의 조합인
발명.
제 1항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조류는 밝은 노랑 내지 황백색 범위의 감소된 색을 가지는 표백된 조류인
발명.
열가소성 조성물로부터 물품을 가공하는 방법에 있어서,
a) 약 5 중량% 내지 약 60 중량%의 재생가능한 수지 및 약 40 중량% 내지 약 95 중량%의 석유(petroleum) 기반의 합성 수지를 포함하는 단계로서, 상기 재생가능한 수지는 약 25 중량% 내지 약 85 중량% 양의 적어도 하나의 식물 고분자, 약 5 중량% 내지 약 50 중량% 양의 적어도 한 종류의 조류, 및 약 5 중량% 내지 약 50 중량% 양의 적어도 하나의 가소제를 포함하는 열가소성 조성물을 용융하는 단계;
b) 용융된 상기 열가소성 조성물을 성형 장치로 규정된 캐비티(cavity)에 주입하는 단계;
c) 상기 열가소성 조성물을 상기 캐비티에서 냉각시켜서 물품을 형성하는 단계; 및
d) 상기 물품을 상기 캐비티로부터 제거하는 단계를 포함하는
가공 방법.
제 17항에 있어서,
상기 열가소성 물질은 약 80℃ 내지 190℃의 온도, 5 내지 20 bar의 용융 압력 및 40 내지 80%의 토크(torque)로 압출되는
가공 방법.