KR20220062613A - 고체 물품을 함유하는 생분해성 및/또는 가정 퇴비화가능 사셰 - Google Patents

고체 물품을 함유하는 생분해성 및/또는 가정 퇴비화가능 사셰 Download PDF

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스테파노 바르톨루치
에밀리 샬롯 보스웰
수안 리
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더 프록터 앤드 갬블 캄파니
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Abstract

전방 필름 및 후방 필름을 포함하는 생분해성 및/또는 가정 퇴비화가능(home compostable) 사셰(sachet)를 포함하는 사셰 제품. 일부 예에서, 전방 필름 및 후방 필름은 85% 초과의 셀룰로오스를 갖는 종이를 함유할 수 있는 중간층 및 폴리비닐 알코올 또는 폴리하이드록실알코네이트를 포함하지만 이로 한정되지 않는 상이한 재료를 포함할 수 있는 내층을 포함할 수 있다. 사셰는 고체 물품을 저장하도록 구성된 구획을 포함할 수 있으며 고체 물품은 개방 셀 폼이다. 개방 셀 폼은 수용성 중합체 및 계면활성제를 포함할 수 있다.

Description

고체 물품을 함유하는 생분해성 및/또는 가정 퇴비화가능 사셰
본 발명은 고체 물품을 함유하는 사셰(sachet)에 관한 것이며, 더 구체적으로, 개방 셀 폼(open cell foam) 물품을 함유하는 생분해성 및/또는 가정 퇴비화가능(home compostable) 사셰에 관한 것이다.
소량의 소비자 제품, 예컨대 샴푸, 컨디셔너, 바디 워시, 및 다른 소비자 제품 및 세탁 세제의 사셰 패키징은 저렴한 일회용 제품을 원하는 소비자에게 바람직할 수 있다. 여기에는 전형적으로 선진국에서 볼 수 있는 대형 용기를 감당할 수 없고/없거나, 운송할 수 없고/없거나, 저장할 수 없는 사람들이 포함된다.
사셰 패키징은 일반적으로 플라스틱 및 알루미늄의 층을 포함하는 라미네이트 필름으로 제조된다. 생분해성 및/또는 가정 퇴비화가능 사셰를 사용하는 데에 관심이 주목된다. 그러나, 허용가능한 생분해성 및/또는 가정 퇴비화가능 사셰, 특히 습한 기후에서 기후 제어되지 않은 고빈도 상점(high frequency store)에서 판매 및 저장될 수 있는 액체 제품을 저장하는 사셰를 생성하는 데에는 많은 문제가 있다. 다수의 생분해성 및/또는 가정 퇴비화가능 사셰는 수증기 투과율(MVTR)이 높으며, 이는 높은 수분 손실(액체 제품의 경우) 또는 수분 증가(분말 및 다른 고체 제품의 경우)로 인해 소비자 제품의 실용성을 제한한다.
(1) 고체 물품은 유사한 용량의 전통적인 액체 제품과 비교하여 경량일 수 있고; (2) 고체 물품은 일관된 용량을 제공할 수 있고; 3) 병 또는 사셰로부터 액체 제품을 분배하는 것과 비교하여 낭비되는 제품이 상당히 더 적기 때문에, 사셰 패키징으로 고체 물품을 판매하는 것이 유리할 수 있다.
게다가, 사셰는 배송, 저장, 및 판매 시점에 비교적 높은 압축 하중(최대 약 20 psig/137.9 ㎪)을 받을 수 있다. 이러한 압축 하중은 제품 및/또는 패키지를 손상시킬 수 있다.
따라서, 고체 일회용 소비자 제품을 저장하기 위한 사셰가 필요한데, 여기서, 사셰는 생분해성 및/또는 가정 퇴비화가능하고, 허용가능한 수분 장벽을 제공하고, 최대 20 psig(137.9 ㎪)의 압축 하중을 견딜 수 있으며, 소비자 제품은 18개월 이상 동안 저장 안정하고, 종이 재펄프화(repulping) 시스템에서 재활용될 수 있거나 유기적으로 재활용될 수 있다(예컨대 이용가능한 경우 가정 퇴비화 또는 산업적 퇴비화를 통해).
전방 필름 및 후방 필름을 포함하는 생분해성 및/또는 가정 퇴비화가능 사셰를 포함하는 사셰 제품으로서, (a) 셀룰로오스 함량이 85% 초과인 종이를 포함하는 전방 중간층 및 후방 중간층; 및 (b) 전방 중간층에 결합된 전방 내층 및 후방 중간층에 결합된 후방 내층을 포함하며, 전방 내층 및 후방 내층은 폴리비닐 알코올, 폴리부틸렌 석시네이트, 폴리부틸렌 석시네이트 아디페이트, 폴리하이드록실알코네이트, 폴리비닐리덴 클로라이드, 카나우바 왁스, 생분해성 열가소성 전분, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 내층 재료를 포함하고; 전방 내층과 후방 내층은 주연부(perimeter) 주위에서 영구적으로 결합되어 시일(seal)을 형성하고, 시일은 개방 셀 폼을 포함하는 고체 물품을 저장하도록 구성된 구획을 형성하며, 개방 셀 폼은 물품의 총 중량을 기준으로 약 10% 내지 약 40%의 수용성 중합체; 상기 물품의 총 중량을 기준으로 약 5% 내지 약 80%의, 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 쯔비터이온성 계면활성제, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 계면활성제; 약 80% 내지 100%의 퍼센트 개방 셀 함량(Percent Open Cell Content); 약 100 μm 내지 약 2000 μm의 전체 평균 기공 크기(Overall Average Pore Size)를 포함한다.
전방 필름 및 후방 필름을 포함하는 생분해성 및/또는 가정 퇴비화가능 사셰를 포함하는 사셰 제품으로서, (a) 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트, 금속화된 셀룰로오스, 금속화된 셀룰로오스 아세테이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함하는 전방 중간층 및 후방 중간층; 및 (b) 전방 외층에 결합된 전방 내층 및 후방 외층에 결합된 후방 내층을 포함하며, 전방 내층 및 후방 내층은 폴리비닐 알코올, 폴리부틸렌 석시네이트, 폴리부틸렌 석시네이트 아디페이트, 폴리하이드록실알코네이트, 카나우바 왁스, 생분해성 열가소성 전분, 폴리비닐리덴 클로라이드, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함하고; 전방 내층과 후방 내층은 주연부 주위에서 영구적으로 결합되어 시일을 형성하고, 시일은 개방 셀 폼을 포함하는 고체 물품을 저장하도록 구성된 구획을 형성하며, 개방 셀 폼은 물품의 총 중량을 기준으로 약 10% 내지 약 40%의 수용성 중합체; 상기 물품의 총 중량을 기준으로 약 5% 내지 약 80%의, 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 쯔비터이온성 계면활성제, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 계면활성제; 약 80% 내지 100%의 퍼센트 개방 셀 함량; 약 100 μm 내지 약 2000 μm의 전체 평균 기공 크기를 포함한다.
본 명세서는 본 발명의 주제를 구체적으로 지적하고 명확하게 청구하는 청구범위로 결론을 맺지만, 본 발명은 첨부 도면과 관련하여 취해진 다음의 설명으로부터 더 용이하게 이해될 수 있다고 여겨진다:
도 1a는 사셰의 사시도이고;
도 1b는 도 1a의 단면선 1B-1B를 따라 취한 사셰의 단면도이고;
도 1c는 제2 사셰의 단면도이고;
도 2a는 섬유질 물품의 용해에 대한 압축 압력 및 상대 습도의 상대적 영향을 나타내고;
도 2b는 개방 셀 폼 물품의 용해에 대한 압축 압력 및 상대 습도의 상대적 영향을 나타내고;
도 3a는 개방 셀 폼 물품의 일부분의 마이크로-CT 스캔을 나타내고;
도 3b는 섬유질 물품의 일부분의 마이크로-CT 스캔을 나타내고;
도 4는 배치식 공정에서 가요성 다공성 용해성 시트를 제조하기 위한 하부 전도-기반 가열/건조 장치를 나타내고;
도 5는 연속식 공정에서 가요성 다공성 용해성 시트를 제조하기 위한 회전 드럼-기반 가열/건조 장치를 나타낸다.
일부 소비자는 개인 케어 활성제(예를 들어, 샴푸, 컨디셔너, 바디 워시 등) 및/또는 세탁 활성제(예를 들어, 세제, 섬유 유연제 등)를 함유하는 고체 물품을 원할 수 있다. 첫째로, 고체 물품은 일반적으로 80% 이상의 물을 함유하는 유사한 용량의 전통적인 액체 제품과 비교하여 경량일 수 있다. 둘째로, 고체 물품은 소비자가 사용량을 더 정밀하게 제어할 수 있기 때문에 일관된 용량을 제공할 수 있다. 예를 들어, 사셰 또는 병으로부터 액체 제품을 무턱대고 붓는 대신에, 전체 물품 또는 그 일부를 쉽게 사용할 수 있다. 셋째로, 병 또는 사셰로부터 액체 제품을 분배하는 것과 비교하여 낭비되는 제품이 상당히 더 적다. 개발도상국의 소비자들은 샴푸, 컨디셔너 및 세탁 제품과 같은 소비자 제품을 사치품으로 여기기 때문에 제품 낭비를 특히 불만스러워 한다. 게다가, 고체 형태의 소비자 물품은 전통적인 물품과 비교하여 성능상의 이점을 제공할 수 있다.
게다가, 고체 물품은 사셰 패키징에 저장될 수 있다. 사셰 패키징은 샴푸, 컨디셔너, 및 바디워시 및 세탁 제품을 포함하는 소량의 소비자 제품을 저장하는 데 보통 사용된다. 사셰 내의 물품은 소비자에게 저렴한 일회용 제품을 제공한다. 사셰를 정기적으로 사용하는 다수의 소비자는 전형적으로 선진국에서 볼 수 있는 대형 용기를 감당할 수 없고/없거나, 운송할 수 없고/없거나, 저장할 수 없는 사람들이다.
사셰는 전형적으로, 쇼핑객이 하루 또는 일주일 동안 여러 번 방문하기 때문에 종종 "고빈도 상점"으로 지칭되는 지역 잡화점(bodega), 가판대 및 키오스크에서 판매된다. 이러한 상점의 대부분은 초보적이며, 흔히 주인의 가정에서 운영되고, 소규모이며(예를 들어, 라틴 아메리카의 전형적인 고빈도 상점은 단지 250 제곱피트임), 기후 제어되지 않는다. 고빈도 상점은 라틴 아메리카의 일부, 중국, 인도 및 인도네시아의 일부를 포함하는 아시아, 및 아프리카에서 일반적이다. 기후가 고온다습할 수 있으므로, 사셰는 물품을 보호하기 위해 효과적인 수분 장벽을 제공할 필요가 있다. 이는 물품이 수화 시 액체가 되는 고체 물품인 경우에 중요하다. 사셰가 너무 높은 MVTR을 갖는 경우, 습기가 물품에 스며들어 물품을 끈적끈적하게 만들 수 있어서, 사셰에서 물품을 꺼낼 때 잔류물을 남길 수 있다.
또한, 고빈도 상점 주인은 일반적으로 소비자 제품 사셰를 적층된 박스에 저장하고, 몇 개의 사셰만 천장에 걸어 둔다. 이는, 사셰에 저장된 물품이 배송 동안, 취급 동안, 그리고 상점 선반에서 비교적 높은 압축 하중 (최대 약 20 psig/137.9 ㎪)을 받는다는 것을 의미한다. 또한, 소비자는 종종 주머니 또는 쇼핑백에 사셰 제품을 휴대하거나 심지어 상점 선반에서 사셰를 압착시키며, 이는 물품에 추가로 손상을 입힐 수 있다. 따라서, 특히 물품이 섬유질 구조 및 개방 셀 폼 구조를 포함하는 다공성 구조를 갖는 고체인 경우, 사셰는 소비자 물품을 그의 압축 하중으로부터 보호해야 한다. 다공성 구조가 너무 높은 압축 하중을 받는 경우, 압축 압력은 물품을 비가역적으로 치밀화한다. 이는 물품이 높은 상대 습도 조건에 저장될 때 특히 그러하다. 이러한 치밀화는 물품을 용해시키는 것을 어렵게 만들어서, 사용하기 불편하고/하거나 덜 효과적이게 한다.
사셰는 최대 90% 상대 습도의 환경에서 고체 물품을 저장할 수 있고 최대 20 psig(137.9 ㎪)의 압축 하중을 받을 수 있다. 사셰 제품은 2주, 4주, 8주, 12주 및/또는 6개월의 기간 후에 가속 안정성 시험(Accelerated Stability Test) 및/또는 안정성 시험(Stability Test)을 충족시킬 수 있다. 사셰 제품을 가속 안정성 조건 하에서 2주, 4주, 8주, 12주 및/또는 6개월 동안 저장한 후, 물품은 손 용해(Hand Dissolution) 값이 15 스트로크 미만, 대안적으로 12 스트로크 미만, 대안적으로 10 스트로크 미만일 가질 수 있다.
사셰는 38℃/ 90% RH에서 MVTR가 약 0.01 내지 약 50 g/sqm/일, 대안적으로 약 0.05 내지 약 40 g/sqm/일, 대안적으로 약 0.1 내지 약 30 g/sqm/일, 대안적으로 약 0.2 내지 약 15 g/sqm/일일 수 있다. 대안적으로, 사셰는 38℃/ 90% RH에서 MVTR가 약 10 내지 약 1000 g/sqm/일, 대안적으로 약 12 내지 약 800 g/sqm/일일 수 있다. 사셰는 MVTR이 500 g/sqm/일 미만, 대안적으로 400 g/sqm/일 미만, 대안적으로 300 g/sqm/일 미만일 수 있다. MVTR는 후술되는 MVTR 시험 방법에 따라 측정된다. 후술되는 그리스 시험(Grease Test)에 따라 KIT가 6 이상인 경우, MVTR가 더 높을 수 있다. 후술되는 그리스 시험에 따라 KIT가 6 이하인 경우, MVTR가 더 낮을 수 있다.
사셰는 D1922-15, 엘멘도르프(Elmendorf) 방법, MD 인열 방향에 따른 내인열성이 550 nM 미만일 수 있다.
사셰는 시일 강도가 약 70 내지 약 700 N/m, 약 750 내지 약 650 N/m, 대안적으로 약 300 내지 약 600 N/m, 대안적으로 약 300 내지 약 500 N/m인 시일을 가질 수 있다. 사셰는 시일 강도가 75 N/m 이상, 대안적으로 100 N/m 이상, 대안적으로 150 N/m 이상인 시일을 가질 수 있다. 사셰는 시일 강도가 500 N/m 미만, 대안적으로 400 N/m 미만, 대안적으로 250 N/m 미만일 수 있다. 시일 강도는 후속되는 평균 시일 강도 시험 방법(Average Seal Strength Test Method)에 따라 측정된다.
정의
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "폭기하다", "폭기하는" 또는 "폭기"는 기계적 및/또는 화학적 수단에 의해 액체 또는 페이스트형 조성물 내로 가스를 도입하는 공정을 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "제어된 표면 온도"는 비교적 일관된, 즉 +/-20% 미만의 변동, 대안적으로 +/-10% 미만의 변동, 대안적으로 +/-5% 미만의 변동을 갖는 표면 온도를 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "용해성"은, 임의의 교반 없이 8시간 내에 20℃에서 그리고 대기압 하에서 충분한 양의 탈이온수에 완전히 또는 실질적으로 용해되어 5 중량% 미만의 용해되지 않은 잔류물을 남기는 물품의 능력을 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "가요성"은 물품이 그의 종방향에 수직인 중심선을 따라 90°로 구부러질 때 파단 또는 상당한 파손 없이 응력을 견디는 물품의 능력을 지칭한다. 대안적으로, 그러한 물품은 상당한 탄성 변형을 겪을 수 있으며, 5 GPa 이하, 대안적으로 1 GPa 이하, 대안적으로 0.5 GPa 이하, 가장 대안적으로 0.2 GPa 이하의 영률을 특징으로 한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "가열 방향"은 열원이 물품에 열 에너지를 가하는 방향을 지칭하며, 이는 그러한 물품에서 그러한 물품의 일 면으로부터 다른 면으로 감소하는 온도 구배를 초래한다. 예를 들어, 물품의 일 면에 위치된 열원이 상기 물품에 열 에너지를 가하여 상기 일 면으로부터 반대편 면으로 감소하는 온도 구배를 생성하는 경우, 가열 방향은 상기 일 면으로부터 반대편 면으로 연장되는 것으로 간주된다. 그러한 물품의 양측 면, 또는 그러한 물품의 상이한 섹션이 그러한 물품을 가로질러 관찰가능한 온도 구배 없이 동시에 가열되는 경우, 가열은 비-방향성 방식으로 수행되며, 가열 방향이 없다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "가정 퇴비화가능"은
Figure pct00001
AUSTRIA (2012)에 의한 OK 퇴비화가능 HOME OK-02e 인증을 위한 합격 수준을 충족하는 재료를 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "결합된"은 제1 요소가 제2 요소에 직접적으로 고정된 구성을 지칭한다. '결합된'은 제1 요소가 제2 요소에 간접적으로 고정된 구성을 또한 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "구비하다", "구비한다", 및 "구비하는"은 비제한적인 의미이며 각각 "포함하다", "포함한다", 및 "포함하는"을 의미하는 것으로 이해된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "분자량"은 달리 언급되지 않는 한 중량 평균 분자량을 지칭한다. 분자량은 산업 표준 방법인 겔 투과 크로마토그래피("GPC")를 사용하여 측정한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "개방 셀형 폼"(open celled foam) 또는 "개방 셀 기공 구조체"는, 건조 공정 동안 폼 구조체의 붕괴 없이, 따라서 고체의 물리적 강도 및 응집성을 유지하면서, 가스, 전형적으로 가스(예를 들어, 공기)를 함유하는 공간 또는 셀의 네트워크를 한정하는 고체의 상호연결된 중합체-함유 매트릭스를 지칭한다. 구조체의 상호연결성은 이하에서 개시된 시험 3에 의해 측정되는 퍼센트 개방 셀 함량에 의해 기술될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "영구적으로 결합된"은 요소들 중 하나 또는 둘 모두를 적어도 부분적으로 파괴하지 않고서는 요소들이 일반적으로 서로 분리될 수 없도록 제1 요소가 제2 요소에 고정된 구성을 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "생분해성"은 화학물질 시험에 대한 OECD 가이드라인(OECD Guideline for Testing of Chemicals), 방법 301 B: CO2 방출 (변형 스텀 시험(Modified Sturm Test))(1992년 7월 17일자로 채택됨)에 따른 용이하고 궁극적인 생분해성에 대한 합격 수준을 충족시키는 재료를 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "재활용가능한"은, 문헌[the Voluntary Standard for Repulping and Recycling Corrugated Fiberboard Treated to Improve its Performance in the Presence of Water and Water Vapor (Aug. 16, 2013)]에서 정의된 공정을 사용하여 새 종이 또는 판지로 가공될 수 있는, 공장 내 또는 소비자 사용 후 폐 종이 또는 판지를 포함하는, 사용된 종이를 지칭한다. 일부 예에서, 사셰는 재활용가능할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "고체"는, 물품이 구속되지 않을 때 그리고 외부 힘이 물품에 가해지지 않을 때, 물품이 20℃에서 그리고 대기압 하에서 그의 형상을 실질적으로 유지하는(즉, 그의 형상의 어떠한 가시적인 변화도 없는) 능력을 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "시트"는, 3차원 형상, 즉 두께, 길이 및 폭을 갖는 한편, 길이 대 두께 종횡비 및 폭 대 두께 종횡비가 둘 모두 약 5:1 이상이고 길이 대 폭 비가 약 1:1 이상인 비-섬유질 구조체를 지칭한다. 대안적으로, 길이 대 두께 종횡비 및 폭 대 두께 종횡비는 둘 모두 약 10:1 이상, 대안적으로 약 15:1 이상, 가장 대안적으로 약 20:1 이상이고; 길이 대 폭 종횡비는 대안적으로 약 1.2:1 이상, 대안적으로 약 1.5:1 이상, 가장 대안적으로 약 1.618:1 이상이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "시각적 검출"은 인간 관찰자가 1/3 미터 거리에서 표준 100 와트 백색 백열등 전구 조명과 적어도 동일한 조명에서 (근시, 원시 또는 정시를 보상하도록 구성된 표준 교정 렌즈, 또는 다른 교정 시력을 제외하고) 육안으로 예시의 품질을 시각적으로 구별할 수 있음을 의미한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "수용성"은, 약 25 그램 이상, 대안적으로 약 50 그램 이상, 대안적으로 약 100 그램 이상, 가장 대안적으로 약 200 그램 이상의 샘플 재료를 충분히 교반하면서 20℃에서 그리고 대기압 하에서 1 리터(1 L)의 탈이온수에 넣을 때, 그러한 재료가 물에 완전히 용해되거나 분산되어 가시적인 고형물을 전혀 남기지 않거나 가시적으로 분리된 상을 형성하지 않는 능력을 지칭한다.
달리 명시되지 않는 한, 모든 백분율, 부 및 비는 본 발명의 조성물의 총 중량을 기준으로 한다. 열거된 성분과 관련된 모든 그러한 중량은 활성 수준에 기초하며, 따라서 구매가능한 재료 내에 포함될 수 있는 담체 또는 부산물은 포함하지 않는다.
달리 언급되지 않는다면, 모든 성분 또는 조성물 수준은 그 성분 또는 조성물의 활성 부분과 관련되며, 그러한 성분 또는 조성물의 구매가능한 공급원에 존재할 수 있는 불순물, 예를 들어 잔류 용매 또는 부산물은 배제한다.
본 명세서 전반에 걸쳐 주어진 모든 최대 수치 제한은 모든 더 낮은 수치 제한이 본 명세서에 명시적으로 기재된 것처럼 그러한 더 낮은 수치 제한을 포함한다는 것이 이해되어야 한다. 본 명세서 전반에 걸쳐 주어진 모든 최소 수치 제한은 모든 더 높은 수치 제한이 마치 본 명세서에 명시적으로 기재된 것처럼 그러한 더 높은 수치 제한을 포함할 것이다. 본 명세서 전반에 걸쳐 주어진 모든 수치 범위는 그러한 더 넓은 수치 범위 내에 있는 모든 더 좁은 수치 범위가 마치 본 명세서에 모두 명시적으로 기재된 것처럼 그러한 더 좁은 수치 범위를 포함할 것이다.
양의 범위가 주어지는 경우, 이는 조성물 내의 상기 성분의 총량이거나, 또는 하나 초과의 화학종이 성분 정의의 범위 내에 속하는 경우, 조성물 내의 이러한 정의에 맞는 모든 성분들의 총량인 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 조성물이 1% 내지 5%의 지방 알코올을 포함하는 경우, 2% 스테아릴 알코올 및 1% 세틸 알코올을 포함하고 다른 지방 알코올은 포함하지 않는 조성물이 이 범위 내에 속할 것이다.
후술되는 각각의 특정 성분 또는 이들의 혼합물의 양은 개인 케어 조성물 내의 성분(들)의 총량의 100% 이하(또는 100%)를 차지할 수 있다.
생분해성 및/또는 가정 퇴비화가능 사셰
사셰는, 효과적인 수분 장벽, 압축 복원성(compression resilience)을 제공할 수 있으며, 생분해성이고/이거나 가정 퇴비화가능한 고체 물품을 저장하는 데 적합한 임의의 사셰일 수 있다. 사셰는 블록 버텀 백(block bottom bag), 플랫 백(flat bag), 플로우팩(flowpack), 크로스 버텀 백(cross-bottom bag), 사이드 거싯 백(side gusset bag), 3면 사이드 밀봉 백(three-sided side sealed bag), 4면 사이드 밀봉 백, 스탠드 업 파우치(stand-up pouch), 스틱 팩(stick pack), 또는 완전히 윤곽이 잡힌 파우치(fully contoured pouch)일 수 있다. 사셰들은 연결될 수 있으며, 각각의 사셰 사이에 절취선(perforations)을 두고 복수의 사셰가 단부에서 단부로 연결된 롤로, 고빈도 상점을 포함하는 상점에 판매될 수 있으며, 따라서 소비자는 구매하고자 하는 사셰의 수를 선택하고 롤에서 떼어 낼 수 있다. 일부 예에서, 절취선은 지그-재그형일 수 있으며, 지그-재그형은 사용자가 사셰를 개봉하는 것을 더 용이하게 한다. 사셰의 롤은 또한 절취선에 의해 분리된 다수의 사셰(즉, 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 레인을 갖는 다중-레인 사셰)를 가질 수 있다. 사셰는 적어도 하나의 표면 상에 인쇄된 그림 사용 지침을 가질 수 있다.
도 1a는 사셰(1)의 사시도이며 이러한 예에서 사셰(1)는 4-시일 사셰이다. 사셰는 전방 주연부(11)를 갖는 전방 필름(10) 및 후방 주연부(21)를 갖는 후방 필름(20)으로 제조될 수 있다. 전방 주연부(11) 및 후방 주연부(21)는 시일(30)에서 서로 결합된다. 시일은 비가역적이거나(즉, 영구적으로 결합되거나) 또는 가역적일 수 있다. 제시된 예에서, 시일은 비가역적이며 산업용 임펄스 밀봉기를 사용한 열 접촉 접합을 통해 얻어진다. 시일 강도는 밀봉 온도, 시간, 및 압력에 기초하여 선택된 밀봉 재료에 대해 최적화될 수 있다. 열 밀봉이 바람직할 수 있지만, 비용상, 초음파 용접, 고주파 용접, 적외선 용접 등과 같은 다른 시일 용접 방법, 또는 당업계의 전문가에게 알려진 바와 같은 접착 접합이 또한 가능하다. 전방 필름(10) 및 후방 필름(20)은 고체 물품에 효과적인 수분 장벽 및 압축 복원성을 제공하는 임의의 생분해성 및/또는 가정 퇴비화가능 재료로 제조될 수 있다. 일부 예에서, 전방 필름(10) 및 후방 필름(20)은 재활용가능하다.
사셰(1)는 또한 하나 이상의 인열 노치(tear notch)(50)를 포함할 수 있다. 사셰를 개봉하기 위해, 사용자는 인열 노치에서 사셰를 찢어서 개봉한다. 사용자는 사셰의 코너를 찢어서 개봉하거나 또는 전체 사셰를 가로질러 찢어서 개봉할 수 있다. 인열 노치(50)는 가위 또는 치아를 사용하지 않고 사셰(1)를 개봉할 수 있게 하는 임의의 크기 또는 형상일 수 있다. 일 예에서, 인열 노치(50)는 사셰의 주연부로 연장될 수 있다. 다른 예에서, 인열 노치(50)는 전방 필름(10) 및 후방 필름(20)을 통해 연장될 수 있다. 일 예에서, 사셰는 사용자에게 찢을 곳을 지시하는, 화살표 또는 삼각형 화살촉과 같은 인열 표시를 포함할 수 있다. 인열 노치는 히트 시일(heat seal)을 가로질러 약 15% 내지 약 75%, 대안적으로 약 25% 내지 약 65%, 대안적으로 약 40% 내지 약 60%, 대안적으로 약 45% 내지 약 55% 연장될 수 있다.
사셰(1)는 외부 표면 상에 있거나 외부 표면을 통해 볼 수 있는 인쇄된 영역을 포함할 수 있다. 인쇄는 플렉소그래픽, 그라비어, 또는 잉크젯 인쇄와 같은 표준 인쇄 기술을 사용하여 달성될 수 있다. 일부 예에서, 외부 표면은 우발적인 수분에 대한 아트워크 보호 목적으로 및/또는 무광/유광 효과를 위해 표면 코팅을 포함할 수 있다.
도 1b는 단면선 1B-1B를 따른 사셰(1)의 단면도이다. 일 예에서, 전방 필름(10) 및 후방 필름(20)은 다층 구조체로부터 제조된다. 전방 필름(10) 및 후방 필름(20)은 동일한 다층 구조체 또는 상이한 다층 구조체로부터 제조될 수 있다.
도 1b에 나타나 있는 바와 같이, 전방 필름(10)은 전방 외층(12), 전방 중간층(13), 및 전방 내층(14)을 포함할 수 있다. 전방 외층(12)은 전방 중간층(13)의 제1 면에 결합되고 전방 내층(14)은 전방 중간층(13)의 반대편 제2 면에 결합된다. 후방 필름(20)은 후방 외층(22), 후방 중간층(23), 및 후방 내층(24)을 포함할 수 있다. 전방 외층(22)은 전방 중간층(23)의 제1 면에 결합되고 전방 내층(24)은 전방 중간층(23)의 반대편 제2 면에 결합된다. 필름의 층들은 영구적으로 결합될 수 있다. 필름의 층들은 접착제를 사용하거나 사용하지 않고서 결합될 수 있다. 전방 필름(10) 및 후방 필름(20), 및 더 구체적으로 전방 내층(14) 및 후방 내층(24)은 히트 시일(30)에서 영구적으로 결합되어, 고체 물품(45)을 수용하도록 구성된 구획(40)을 형성할 수 있다. 히트 시일의 폭은 약 1 mm 내지 약 10 mm, 대안적으로 약 2 mm 내지 약 7 mm, 대안적으로 약 3 mm 내지 약 5 mm일 수 있다.
사셰는 전방 외층(12)을 포함할 수 있고 후방 외층(22)은 표면 코팅일 수 있다. 코팅은 사셰의 수분 장벽을 개선할 수 있고/있거나, 인쇄된 영역의 보호를 비롯한 하부의 필름 층(들)의 내구성을 증가시킬 수 있고/있거나, 미적 마감(예를 들어, 무광, 유광)을 제공할 수 있다. 일 예에서, 전방 외층(12) 및 후방 외층(22)은 쉽게 생분해가능한 왁스(예를 들어 밀랍, 호호바 왁스, 카나우바 왁스)를 포함할 수 있다. 전방 외층 및 후방 외층은 래커, 바니시, 또는 스플래시-저항성 층일 수 있다. 일부 예에서, 표면 코팅은 니트로셀룰로오스 래커, 아크릴 래커, 수계 래커, 반응성 2-성분 폴리우레탄 래커로 제조된다. 생분해성 옵션이 바람직할 수 있다. 일부 예에서, 노출 온도가 왁스 융점을 초과하지 않는다면, 표면 코팅은 OECD301B 생분해 스크리닝 시험에 합격한 천연 왁스, 예컨대 밀랍, 평지씨 왁스, 피마자 왁스, 칸델릴라 왁스, 대두 왁스, 팜유 왁스 또는 다른 천연 왁스로 제조된다. 일부 경우에, 일부 파라핀 오일계 왁스가 또한 OECD301B를 합격할 수 있다. 외층의 두께는 사셰의 재활용성 및/또는 생분해에 영향을 줄 수 있고, 더 얇은 표면 코팅이 더 쉽게 생분해될 수 있다. 일부 예에서, 각각의 외층은 표면 코팅이며 두께가 0.1 μm 내지 25 μm, 대안적으로 10 μm 미만, 대안적으로 5 μm 미만일 수 있다.
전방 중간층(13) 및 후방 중간층(23)은 종이를 포함할 수 있다. 전방 중간층 및 후방 중간층은 종이 층 또는 생분해성 중합체 층으로도 지칭될 수 있으며 사셰의 내부 표면 및/또는 외부 표면을 형성할 수 있다. 종이는 85% 초과의 셀룰로오스, 대안적으로 90% 초과의 셀룰로오스, 대안적으로 95% 초과의 셀룰로오스를 포함할 수 있다. 대안적으로, 전방 중간층(13) 및 후방 중간층(23)은 현재의 종이 재활용 스트림에서도 재활용될 수 있는 생분해성 종이를 포함할 수 있으며, 여기서, 종이는 중합체 결합제, 광물 사이징제, 증백제, 계면활성제 등을 포함하는 첨가제에 더하여 셀룰로오스를 함유한다. 첨가제는 (a) 종이가 환경에 부적절하게 폐기되는 경우 생분해되며 어떠한 환경 독성 문제도 야기하지 않을 수 있고/있거나 (b) 종이가 종이 재활용기의 재펄프화 유닛에서 붕해되어 재활용 종이를 제조하기 위한 최대한의 셀룰로오스 섬유를 방출될 수 있음을 보장하도록 선택될 수 있다.
전방 중간층 및/또는 후방 중간층은 약 50% 내지 약 100%의 셀룰로오스 섬유 대안적으로 약 65% 내지 약 98%의 셀룰로오스 섬유, 대안적으로 약 75% 내지 약 95의 셀룰로오스 섬유를 포함할 수 있다. 전방 중간층 및 후방 중간층은 전방 필름 및/또는 후방 필름에서 가장 두꺼운 층을 일 수 있으며 따라서 그로 제조된 사셰 패키지에서 이들 중간층은 중량 기준으로 바이오-기반 셀룰로오스 함량이 높다.
일부 예에서, 전방 중간층 및 후방 중간층은 재활용 재료, 버진(virgin) 재료, 또는 이들의 임의의 혼합물을 포함할 수 있다. 일부 예에서 전방 중간층 및/또는 후방 중간층은 층의 80 중량% 초과의 재활용 재료, 대안적으로 층의 85 중량% 초과의 재활용 재료, 대안적으로 층의 90 중량% 초과의 재활용 재료, 대안적으로 95 중량% 초과의 재활용 재료를 함유할 수 있다. 일부 예에서, 사셰는 10 중량% 초과의 재활용 재료, 대안적으로 20 중량% 초과, 대안적으로 30 중량% 초과, 대안적으로 40 중량% 초과의, 재활용 재료, 대안적으로 50 중량% 초과, 대안적으로 60 중량% 초과, 대안적으로 70 중량% 초과, 대안적으로 80 중량% 초과의 재활용 재료를 함유할 수 있다.
재활용 재료의 존재는 패키지의 시각적 검사에 의해 확인될 수 있다. 예를 들어, 제조업체는 전형적으로 그들의 자연 친화적 제품 접근 방식을 입증하기 위한 노력으로 재활용 재료의 사용을 광고한다. 이러한 예를 추가로 확장하기 위해, 일부 제조업체는 패키지 재료에서 재활용 재료의 사용을 나타내는 문구와 함께 로고, 예를 들어 잎사귀 모양을 이용할 수 있다. 종종, 제조업체는 사용되는 재활용 재료의 백분율, 예컨대 50% 초과, 70% 초과 등을 또한 명시할 수 있다. 시각적 검사는 육안을 사용하여 재활용 재료 사용 로고에 대해 패키지를 검사하는 것만큼 간단할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 시각적 검사는 현미경 방법, 예컨대 광학 현미경법, 주사 전자 현미경법 또는 당업계에 공지된 다른 적합한 방법을 포함할 수 있다. 예를 들어, 재활용 종이 섬유를 포함하는 패키지 재료는, 패키지 재료가 100% 비-재활용 종이를 포함하는 경우보다 훨씬 더 광범위한 천연 섬유 유형의 존재 때문에 현미경 아래에서 다르게 보일 수 있다. 다른 예로서, 현미경 아래에서, 잠재적으로 주사 전자 현미경 아래에서, 재활용 섬유는 그의 가공으로 인해 버진 섬유 대응물보다 더 피브릴화된 것으로 보일 수 있다.
일부 예에서, 종이 층(예를 들어 전방 중간층 및 후방 중간층)을 적어도 한쪽 면에서 가능한 한 편평하게 만들기 위해, 해당 면을 후속적으로 수성 중합체 시스템으로 코팅하여 인접한 수계 생분해성 중합체 층을 형성할 수 있다. 종이는, 업계에서 점토, 탄산칼슘, 이산화티타늄, 메틸 셀룰로오스, 이산화규소 등과 같은 다양한 무기 충전제를 함유하는 수성 중합체 현탁액으로 코팅될 수 있음을 의미하는 "사이징"을 통해 편평해질 수 있다. 무기 충전제 및 결합제가 건조되어 종이의 거친 다공성 표면을 채우기 때문에, 현탁액을 건조시키고 종이를 캘린더링하여 사이징 전보다 더 편평한 표면을 제공할 수 있다.
대안적으로, 종이는 때때로 열을 수반하는 기계적 다림질/프레싱 단계를 통해 종이 제조 공정 동안 기계 글레이징될 수 있으며, 이 경우에 종이 표면을 치밀화하고 다공성을 제거하기 위해 종이 섬유가 함께 짓눌리고 편평해진다.
일부 경우에, 후속하여 수계 생분해성 중합체 층(예를 들어, 전방 중간층 및 후방 중간층)으로 코팅되기 전에, 종이 제조 동안 훨씬 더 편평한 더 완벽한 표면을 얻기 위해 사이징과 기계 글레이징을 조합할 수 있다.
다른 경우에, 이미 자연적으로 매우 편평한 모조 피지(vellum) 또는 글라신지 또는 트레이싱지가 사용될 수 있는데, 그러한 종이는 제조 동안 전체 두께에 걸쳐 종이 구조를 치밀화하는 공정에 의해 제조되며 추가의 사이징 또는 글레이징이 필요하지 않다. 생분해성 종이 장벽 라미네이트를 제조하는 생분해성 및 재활용가능 종이 층에 적합한 종이의 예에는 "OK Home Compost" 인증된 기계 글레이징된 종이인, Sappi®로부터의 Leine Nature® 종이(평량 85g/m2); 한 면만 사이징된 종이인, Birgl & Bergmeister로부터의 NiklaSelect V Natural Linen 종이(99 g/m2); 양면이 사이징된 종이인, Birgl & Bergmeister로부터의 PackPro® 7.0 종이(65 g/m2); 다수의 다른 종이보다 더 질기도록 설계되어 유통 체인에서 약간의 이점을 가질 수 있는
Figure pct00002
으로부터의 Axello 종이(Axello Tough White 종이, 80 g/m2 포함); SCG/Prepack로부터의 SCG Glassine® 종이(58 g/m2)가 포함된다. 하기 표 1에 나타나 있는 바와 같이, 이들 종이는 미국의 Western Michigan University및 독일의 PTS Institute 둘 모두에서 종이 재활용 프로토콜에 합격한 종이이다. 이들 종이는 또한 OECD 301B 생분해 시험에 합격한 종이이다.
[표 1]
Figure pct00003
다른 적합한 종이에는 특히 후속 장식 금속화를 위해 제조된 종이, 예컨대 Birgl & Bergmeister로부터의 Nikkalett Spezial TD 종이(60 g/m2)가 포함될 수 있다.
전방 내층(14) 및 후방 내층(24)은 수용성 또는 수불용성 중합체 층을 포함하는 중합체 층을 포함할 수 있다. 전방 내층 및 후방 내층은 생분해성 중합체 층 또는 중합체 층으로도 지칭될 수 있다. 일부 예에서, 전방 내층(14) 및 후방 내층(24)은 PVOH(폴리비닐 알코올), PBS(폴리부틸렌 석시네이트), PBSA(폴리부틸렌 석시네이트 아디페이트), PHA(폴리하이드록실알코네이트), PVDC(폴리비닐리덴 클로라이드), 카나우바 왁스 및/또는 쉽게 생분해가능한 TPS(열가소성 전분, 예컨대 NovamontTM Mater-BI®)를 포함할 수 있다. 중합체 층은 폴리비닐 알코올(PVOH), 폴리비닐 알코올 공중합체, 예컨대 부텐다이올(적합한 부텐다이올 단량체는 3,4-다이올-1-부텐, 3,4-다이아실옥시-1-부텐, 3-아실옥시-4-올-1-부텐, 4-아실옥시-3-올-1-부텐 등임)과 비닐 아세테이트의 공중합 후에 비닐 아세테이트의 가수분해에 의해 생성되는 부텐다이올-비닐 알코올 공중합체(BVOH); 폴리비닐 피롤리돈; 폴리알킬렌 옥사이드, 예컨대 폴리에틸렌 옥사이드 또는 폴리에틸렌 글리콜(PEG); 폴리(메타크릴산), 폴리아크릴산, 폴리아크릴레이트, 아크릴레이트 공중합체, 말레산/아크릴산 공중합체; 폴리아크릴아미드; 폴리(2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판설폰산(폴리AMPS); 폴리아미드, 폴리-N-비닐 아세트아미드(PNVA); 폴리카르복실산 및 염; 셀룰로오스 유도체, 예컨대 셀룰로오스 에테르, 메틸셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스; 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스; 천연 검, 예컨대 잔탄 검 및 카라기난 검; 알긴산나트륨; 말토덱스트린, 저분자량 덱스트린; 당; 다당류; 폴리아미노산 또는 펩티드; 단백질, 예컨대 카제인 및/또는 카제이네이트(예를 들어, Lactips에 의해 상용화된 것들)로부터 선택되는, 수용성 중합체 층으로서 사용하기에 적합한 공중합체 또는 유도체를 포함할 수 있다. 일부 예에서 전방 내층 및 후방 내층은 폴리비닐 알코올, 폴리에틸렌 옥사이드, 메틸셀룰로오스, 알긴산나트륨, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 수용성 생분해성 중합체를 포함할 수 있다.
"플라스틱 무함유" 제품이 요구되는 응용의 경우, 전방 및 후방 중간층의 다수 성분은 수용성 천연 유래 중합체, 예컨대 알긴산나트륨일 수 있다.
내층은 60% 이상, 대안적으로 70% 이상, 대안적으로 80% 이상 생분해성인 수용성 중합체를 포함할 수 있다. 중합체는 평균 분자량이 약 1,000 Da 내지 약 1,000,000 Da, 또는 약 1,000 Da 내지 약 1,000,000 Da의 임의의 정수 값, 또는 임의의 전술한 값들에 의해 형성되는 임의의 범위, 예컨대 약 10,000 Da 내지 약 300,000 Da, about 20,000 Da 내지 약 150,000 Da 등일 수 있다. 더 구체적으로 폴리비닐 알코올은 분자량이 30,000 내지 150,000 Da의 범위일 수 있다. 폴리에틸렌 옥사이드는 분자량이 50,000 Da 내지 400,000 Da의 범위일 수 있다. 메틸셀룰로오스는 분자량이 10,000 Da 내지 100,000 Da의 범위일 수 있다. 단일중합체 폴리비닐 알코올이 사용되는 경우, 가수분해도는 70 내지 100%, 또는 70% 내지 100%의 백분율에 대한 임의의 정수 값, 또는 임의의 이러한 값들에 의해 형성되는 임의의 범위, 예컨대 80 내지 100%, 85 내지 100%, 90 내지 100%, 95 내지 100%, 98 내지 100%, 99 내지 100%, 85 내지 99%, 90 내지 99%, 95 내지 99%, 98 내지 99%, 80 내지 98%, 85 내지 98%, 90 내지 98%, 95 내지 98%, 80 내지 95%, 85 내지 95%, 90 내지 95% 등일 수 있다. 일부 예에서, 생분해성 종이 층과 생분해성 프라이머 층 사이에서 라미네이션 층으로서 사용되는 생분해성 중합체 층은 수계인데, 그 이유는 생분해성 중합체 층이 생분해성 및 재활용가능 종이 층(예컨대 전방 중간층 및 후방 중간층)의 표면 상에 압출 코팅되는 경우보다 더 얇고 더 편평한 생분해성 중합체 층이 형성될 수 있기 때문이다. 일부 실시 형태에서, 생분해성 및 재활용가능 종이 층과 생분해성 프라이머 층 사이의 라미네이션 층으로서 사용될 수 있는 생분해성 중합체 층은 가용성인데, 그 이유는 전형적인 종이 재펄프화 유닛에서 이들 두 층을 분리할 수 있는 속도가 증가하고 따라서 전형적인 종이 재활용 스트림에서 전체 구조체가 재활용될 가능성이 증가하기 때문이다. 일부 실시 형태에서, 생분해성 및 재활용가능 종이 층과 생분해성 프라이머 층 사이의 라미네이션 층으로서 사용될 수 있는 생분해성 중합체 층은 가용성이면서 수계 조성물로부터 레잉 다운되는데, 그 이유는 그러한 생분해성 중합체 층은 매우 편평하며(전체 구조체의 장벽 특성을 최대화하는 데 도움이 됨) 또한 가용성 성질로 인해 전형적인 종이 재펄프화 스트림에서 종이가 해체되는 시간이 최소화될 것이기 때문이다.
수용성인 생분해성 중합체 층은 추가 성분, 예컨대 붕해제, 가소제, 계면활성제, 윤활제/이형제, 충전제, 증량제, 블로킹 방지제, 점착제거제(detackifying agent), 소포제, 또는 다른 기능성 성분을 함유할 수 있다. 수용성인 생분해성 중합체 층은 물에서의 용해 속도를 증가시키기 위해 붕해제를 함유하는 것이 특정 응용에서 필요할 수 있다. 적합한 붕해제는 옥수수/감자 전분, 메틸 셀룰로오스, 광물 점토 분말, 크로스카르멜로스(가교결합된 셀룰로오스), 크로스포비돈(가교결합된 폴리비닐 N-피롤리돈, 또는 PVP), 소듐 전분 글리콜레이트(가교결합된 전분)이지만 이로 한정되지 않는다. 수용성 중합체 층은 0.1 중량% 내지 15 중량%, 대안적으로 약 1 중량% 내지 약 15 중량%의 붕해제를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 수용성인 생분해성 중합체 층은 수용성 가소제를 함유할 수 있다. 수용성 가소제는 폴리올, 당 알코올, 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 적합한 폴리올에는 글리세롤, 다이글리세롤, 에틸렌 글리콜, 다이에틸렌 글리콜, 트라이에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 최대 400 Da 분자량의 폴리에틸렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,3-프로판다이올, 다이프로필렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 2-메틸-1,3-프로판다이올, 메틸렌 글리콜, 트라이메틸올프로판, 헥실렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 및 폴리에테르 폴리올, 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 폴리올이 포함될 수 있다. 적합한 당 알코올에는 아이소말트, 말티톨, 소르비톨, 자일리톨, 에리트리톨, 아도니톨, 둘시톨, 펜타에리트리톨 및 만니톨, 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 당 알코올이 포함된다. 일부 경우에, 가소제는 다음 목록으로부터 선택될 수 있다: 에탄올아민, 알킬 시트레이트, 아이소소르바이드, 펜타에리트리톨, 글루코사민, N-메틸글루카민 또는 소듐 쿠멘 설포네이트. 덜 이동성인 가소제, 예컨대 소르비톨 또는 폴리에틸렌 옥사이드는 글리세롤과 같은 더 이동성인 가소제를 포함하는 수용성 중합체 층보다 더 큰 장벽 특성을 갖는 수용성 중합체 층의 형성을 용이하게 할 수 있다. 가능한 한 많은 자연 유래 재료를 사용하고자 하는 요구가 있는 일부 상황에서, 다음 가소제가 또한 사용될 수 있다: 식물유, 폴리소르비톨, 다이메티콘, 광유, 파라핀, C1-C3 알코올, 다이메틸 설폭사이드, N, N-다이메틸아세트아미드, 수크로스, 옥수수 시럽, 프럭토스, 다이옥틸 소듐-설포석시네이트, 트라이에틸 시트레이트, 트라이부틸 시트레이트, 1,2-프로필렌 글리콜, 글리세린의 모노, 다이- 또는 트라이아세테이트, 천연 검, 시트레이트, 및 이들의 혼합물. 수용성 가소제는 글리세롤, 1,2-프로판다이올, 20 다이프로필렌 글리콜, 2-메틸-1,3-프로판다이올, 트라이메틸올프로판, 트라이에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 소르비톨, 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 일부 예에서, 수용성 가소제는 글리세롤, 소르비톨, 트라이메틸올프로판, 다이프로필렌 글리콜, 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 수용성 중합체 층은 5 중량% 내지 50 중량%, 대안적으로 10 중량% 내지 40 중량%, 대안적으로 약 12 중량% 내지 약 30 중량%의 가소제를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 생분해성 중합체 층은 계면활성제를 포함할 수 있다. 적합한 계면활성제는 비이온성, 양이온성, 음이온성 또는 쯔비터이온성 부류에 속할 수 있다. 적합한 계면활성제는 폴록사머(폴리옥시에틸렌 폴리옥시프로필렌 글리콜), 알코올 에톡실레이트, 알킬페놀 에톡실레이트, 3차 아세틸렌계 글리콜 및 알칸올아미드(비이온성), 폴리옥시에틸렌 아민, 4차 암모늄 염 및 4차화된 폴리옥시에틸렌 아민(양이온성), 및 아민 옥사이드, N-알킬베타인 및 설포베타인(쯔비터이온성)이지만 이로 한정되지 않는다. 다른 적합한 계면활성제는 다이옥틸 소듐 설포석시네이트, 글리세롤과 프로필렌 글리콜의 락틸화 지방산 에스테르, 지방산의 락틸산 에스테르, 소듐 알킬 설페이트, 폴리소르베이트 20, 폴리소르베이트 60, 폴리소르베이트 65, 폴리소르베이트 80, 레시틴, 글리세롤과 프로필렌 글리콜의 아세틸화 지방산 에스테르, 및 5 지방산의 아세틸화 에스테르, 및 이들의 조합이 포함된다. 수용성 중합체 층은 0.1 중량% 내지 2.5 중량%, 대안적으로 약 1 중량% 내지 약 2 중량%의 계면활성제를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 본 발명에 따른 생분해성 중합체 층은 윤활제 / 이형제를 포함할 수 있다. 적합한 윤활제 / 이형제에는 지방산 및 그의 염, 지방 알코올, 지방 에스테르, 지방 아민, 지방 아민 아세테이트, 지방 아미드, 및 이들의 조합이 포함될 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 일부 예에서, 윤활제 / 이형제는 지방산, 지방산 염, 지방 아민 아세테이트, 및 이들의 혼합물일 수 있다. 수용성 중합체 층은 0.02 중량% 내지 1.5 중량%, 대안적으로 약 0.1 중량% 내지 약 1 중량%의 윤활제 / 이형제를 포함할 수 있다. 생분해성 중합체 층은 충전제, 증량제, 블로킹 방지제, 점착제거제를 포함할 수 있다. 적합한 충전제, 증량제, 블로킹 방지제, 점착제거제에는 전분, 변성 전분, 가교결합된 폴리비닐피롤리돈, 가교결합된 셀룰로오스, 미정질 셀룰로오스, 실리카, 금속 산화물, 탄산칼슘, 활석, 운모, 및 이들의 조합이 포함될 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 일부 예에서, 생분해성 중합체 층은 0.1 중량% 내지 25 중량%, 대안적으로 약 1 중량% 내지 약 15 중량%의 충전제, 증량제, 블로킹 방지제, 점착제거제를 포함할 수 있다. 전분의 부재 하에서, 생분해성 중합체 층은 1 중량% 내지 5 중량%의 충전제, 증량제, 블로킹 방지제를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 수용성인 수계 생분해성 중합체 층은 소포제를 포함할 수 있다. 적합한 소포제에는 폴리다이메틸실록산 및 탄화수소 블렌드가 포함될 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 수용성 중합체 층은 0.001 중량% 내지 0.5 중량%, 대안적으로 약 0.01 중량% 내지 약 0.1 중량%의 소포제를 포함할 수 있다. 생분해성 중합체 층 중 적어도 하나가 본 발명에 따른 수용성 중합체로 제조될 수 있는 생분해성 종이 장벽 라미네이트는 칼 피셔(Karl Fischer) 적정에 의해 측정되는 주어진 온도 및 습도 조건에서의 라미네이트 성분의 등온선 및 흡습성에 따라 수용성 층에 잔류 수분을 함유할 수 있다. 예를 들어, 라미네이트 내의 수용성 폴리비닐-알코올 층은 23℃ 및 50% 상대 습도에서 약 4 내지 8%의 잔류 수분을 함유할 수 있다.
일부 실시 형태에서 생분해성 전방 내층(14) 및 후방 내층(24) 중 적어도 하나는 수불용성 중합체로 제조될 수 있다. 이들 재료는 보통 생분해성 중합체뿐만 아니라 "바이오플라스틱"으로 지칭된다. 그러한 생분해성 중합체 층은 생분해성 및 재활용가능 종이 층과 생분해성 프라이머 층 사이의 라미네이션 층을 형성하는 데 적합할 수 있고/있거나, 생분해성 및 재활용가능 종이 장벽 라미네이트의 히트 시일 층을 형성하는 데 사용될 수 있다.
하나의 예에서, 생분해성 지방족 폴리에스테르 및 코폴리에스테르는 대규모 박테리아 발효에 의해 제조될 수 있다. "PHA"로도 공지된, 집합적으로 폴리하이드록시알카노에이트로 지칭되는 이러한 중합체는 발효 플랜트에서 글루코스와 같은 특정 기질을 공급 받은 식물 또는 박테리아로부터 합성될 수 있다. 많은 경우에, PHA의 구조적 또는 기계적 특성은 원하는 최종 제품의 사양에 맞도록 맞춤될 수 있다. PHA 및 그의 공중합체는 호기적으로 및 혐기적으로 분해될 수 있다. 이로 인해 환경에서 신속하고 완전히 분해되거나 퇴비화되는 데 특히 적합하다. 그러한 바이오플라스틱은 종종 플라스틱을 수성 에멀젼에 현탁하고 다양한 기재 상에서 필름으로 건조시킬 수 있는 형태로 판매되지만, 필름 및 코팅으로의 압출을 위한 펠렛 형태로도 판매될 수 있다. PHA는 공중합체 분산 코팅으로서 수득될 수 있다. Danimer Scientific, Inc.는 폴리(베타-하이드록시알카노에이트), 폴리(3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시헥사노에이트)(NODAXTM)를 생산하고 Kaneka는 폴리(3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시헥사노에이트)를 생산한다. PHA 공중합체에는 미국 특허 제5,498,692호에 기재된 것들이 포함된다. 본 명세서에 참고로 포함된 문헌[Volova, "Polyhydroxy Alkanoates Plastic Materials of the 21" Century: Production, Properties, and Application, Nova Science Publishers, Inc., (2004)]에 기재된 바와 같이, 당업자에게 공지된 방법에 의해, 예컨대 미생물, 베타-락톤의 개환 중합, 하이드록시알칸산의 탈수-중축합, 및 하이드록시알칸산의 알킬 에테르의 탈알코올화-중축합으로부터 다른 PHA 공중합체가 합성될 수 있다.
다른 가능한 생분해성 수불용성 중합체에는 지방족 방향족 폴리에스테르(예컨대, BASF로부터의 ECOFLEX®), 열가소성 전분(예컨대, Novamont로부터의 MATER-BI 또는 Plantic/Kuraray로부터의 PLANTIC®), 폴리부틸렌 석시네이트(PBS), 폴리부틸렌 석시네이트 아디페이트(PBSA) 및 이들의 공중합체(예컨대, ShoWa High polymer Co.로부터의 BIONOLLE® 또는 Mitsubishi Chemicals로부터의 PBSA) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 생분해성 열가소성 재료가 포함될 수 있다. 이들 중합체는 현재는 일반적으로 수계 형태로 판매되지 않지만, 그러한 형태가 미래에 개발될 수 있다.
일부 예에서, 생분해성 종이 층과 생분해성 프라이머 층 사이의 라미네이션 층으로서 사용되는 생분해성 중합체 층은 수계인데, 그 이유는 생분해성 종이 층의 표면 상에 생분해성 중합체 층이 압출 코팅되는 경우보다 더 얇고 더 편평한 생분해성 중합체 층이 형성될 수 있기 때문이다. 일부 예에서, 생분해성 및 재활용가능 종이 층과 생분해성 프라이머 층 사이의 라미네이션 층으로서 사용될 수 있는 생분해성 중합체 층은 가용성일 수 있는데, 그 이유는 전형적인 종이 재펄프화 유닛에서 이들 두 층을 분리할 수 있는 속도가 증가하고 따라서 전형적인 종이 재활용 스트림에서 전체 구조체가 재활용될 가능성이 증가하기 때문이다.
일부 예에서, 생분해성 접착제 층은 이미 형성된 생분해성 필름을 라미네이트 구조체의 나머지에 부착할 수 있다. 그러한 접착제는 생분해성 용액계 또는 용매계 접착제 조성물일 수 있다. 생분해성 접착제 층의 비제한적인 예에는 생분해성 폴리비닐 아세테이트, 전분, 말토덱스트린, 천연 왁스, 인공 왁스 및 폴리에스테르-폴리우레탄 블렌드가 포함될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 생분해성 접착제 층은 BASF로부터 구매가능한 등급, 예컨대 생분해성이면서 퇴비화가능한 Epotal 3675 또는 Epotal 3702 또는 Epotal P100ECO일 수 있다. 다른 실시 형태에서, 접착제는 Berkshire Labels의 BioTAK®; 또는 Bostik 43298 Thermogrip 핫 멜트 접착제일 수 있다. 가용성 접착제는 전형적인 종이 재펄프화 시스템에서의 재활용성을 향상시키는 이점을 가질 수 있는데, 그 이유는 장벽 종이 구조체가 분해되는 것을 가속화할 수 있어서, 생분해 과정에 유사한 이점을 가져올 것이기 때문이다.
본 발명에 따른 사셰(1)는 재료 선택에 따라 불투명하거나 반투명할 수 있다. 사셰(1)는 인쇄된 영역을 포함할 수 있다. 인쇄는 플렉소그래픽, 그라비어, 또는 잉크젯 인쇄와 같은 표준 인쇄 기술을 사용하여 달성될 수 있다. 패키지 내의 제품과 관련된 브랜딩 및/또는 다른 패키지 정보가 사셰의 표면들 중 하나 상에 적용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 인쇄된 영역은 중간층의 외부 표면 상에 적용될 수 있다. 브랜딩은 패키지 내의 제품과 관련된 로고, 상호, 상표명, 아이콘 등을 포함할 수 있다. 패키지 내의 제품을 소비자에게 알리기 위해 브랜딩이 이용될 수 있다. 패키지 정보는 제품의 크기, 패키지 내의 제품의 수, 패키지 내에 포함된 제품의 예시적인 이미지, 재활용성 로고, 및 패키지 내의 제품과 연관된 기타 등등을 포함할 수 있다. 본 발명의 모든 태양에서, 증착되는 잉크는 용매계 또는 수계 중 어느 하나일 수 있고, 잉크 내의 안료는 유기 또는 무기, 또는 둘 모두의 조합일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 잉크는 내마모성이 높다. 예를 들어, 고 내마모성 잉크는 자외선(UV) 또는 전자 빔(EB)에 의해 경화된 코팅을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 잉크 내의 임의의 유기 안료는 석유 공급원으로부터 유래된다. 일부 실시 형태에서, 잉크 내의 임의의 유기 안료는 대두, 식물과 같은 재생가능 자원으로부터 유래된다. 일부 실시 형태에서, 안료가 유기이고 생분해되도록 설계된 경우, 잉크 내의 임의의 유기 안료는 또한 생분해성일 것이다. 다른 실시 형태에서, 잉크 내의 임의의 무기 안료는, 그 자체가 생분해성은 아니더라도, 안전하게 분산될 수 있으며 사용 수준에서 환경에 유해하지 않은 무기 금속 산화물로부터 제조될 것이다. 생분해성이 아니지만 생분해를 억제하지 않고 생분해 동안 안전하게 분산될 수 있는 잉크의 비제한적인 예에는 Gans Ink & Supply Co.로부터의 ECO-SUREITM 및 재생가능 자원(예를 들어, 옥수수)으로부터 완전히 유래된 EFI로부터의 용매계 VUTEk® 및 BioVu™ 잉크가 포함된다. 다른 것에는 Sun Chemicals™로부터의 SunVisto® AquaGreen, SunSpectro®(Aquathene); 및 또한 Sakata Inc.로부터의 INXhrcTM 및 GENESISTM GS가 포함된다. 생분해성 잉크는 특별히 제한되지 않으며 예를 들어 재생된 식물유 잉크, 대두유 잉크 등일 수 있다. 대두유 잉크는 통상적인 잉크 내의 석유계 용매 및 건조유의 전부 또는 일부를 대두유로 대체함으로써 얻어지며, 잉크가 종이로부터 쉽게 분리되어 토양에서 분해되도록 하기 때문에 유리하다. 대두유 잉크는 예를 들어 TOYO INK MFG. CO., LTD. 또는 TOPPAN PRINTING CO., LTD.로부터 구매가능할 수 있다. 다른 잠재적인 생분해성 잉크는 Sun Chemicals™로부터의 Blue Iris이다. 잉크는 약 0.5 μm 내지 약 20 μm, 대안적으로 약 1 μm 내지 약 10 μm, 대안적으로 약 2.5 μm 내지 약 3.5 μm의 두께로 존재한다. 본 발명의 생분해성 라미네이트는 본 발명의 패키지에 배경색을 제공하기 위해 잉크 및/또는 염료를 포함할 수 있다. 배경색을 추가로 명확하게 하기 위해, 종이 층이 기본색을 포함한다는 점에 주목할 가치가 있다. 종이 층의 기본색은 잉크 또는 염료가 없는 패키지의 색이다. 예를 들어, 표백된 종이는 색상이 백색이고, 표백되지 않은 종이는 색상이 갈색이고, 풀(grass)-유래 종이는 색상이 녹색이고, 재활용된 내용물을 포함하는 종이에서 색상이 회색이다. 배경색은 기본색이 아닌 임의의 색, 예를 들어 청색, 적색, 녹색, 황색, 자주색, 주황색, 흑색, 또는 이들의 조합이다. 그러나, 잉크 및/또는 염료를 통해 색이 성취되는 경우, 배경색은 백색, 갈색 또는 회색을 또한 포함할 수 있다. 재활용 공정의 이득을 위해 잉크 / 염료의 사용을 감소시키기 위해서, 종이 층의 자연적인 색이 이용될 수 있다. 예를 들어, 잉크 / 염료는 오직 소비자-대면 패널의 배경색을 한정하는 데에만 사용될 수 있는 반면, 종이 층의 자연적인 색은 가요성 패키지의 다른 패널에 대한 배경색으로서 사용될 것이다.
전방 외층(12) 및 후방 외층(22)은 약 5 μm 내지 약 50 μm 두께, 대안적으로 약 10 μm 내지 약 40 μm 두께, 대안적으로 약 20 μm 내지 약 30 μm 두께일 수 있다. 전방 중간층(13) 및 후방 중간층(23)은 약 30 내지 약 120 gsm, 대안적으로 약 40 내지 약 110 gsm, 대안적으로 약 50 내지 약 100 gsm, 대안적으로 약 60 내지 약 90 gsm일 수 있다. 전방 내층(14) 및 후방 내층(24)은 약 1 μm 내지 약 150 μm 두께, 대안적으로 약 2 μm 내지 약 100 μm, 대안적으로 약 3 μm 내지 약 40 μm 두께, 대안적으로 약 5 μm 내지 약 35 μm, 대안적으로 약 10 μm 내지 약 30 μm 두께일 수 있다.
도 1c는 사셰(1')의 단면도이며, 이 도면은 선 1B-1B를 따라 취한 도 1b와 유사하다. 사셰(1')는 도 1a의 사셰(1)의 사시도와 동일한 것으로 보일 것이다. 이러한 예에서, 전방 필름(10') 및 후방 필름(20')은 2개의 층을 포함할 수 있는 다층 구조체로부터 제조된다. 전방 필름(10') 및 후방 필름(20'), 및 더 구체적으로 전방 내층(14') 및 후방 내층(24')은 히트 시일(30')에서 영구적으로 결합되어, 고체 물품(45')을 저장하도록 구성된 구획(40')을 형성할 수 있다.
이 예에서, 전방 필름(10')은 전방 외층(12') 및 전방 내층(14')을 포함할 수 있으며 후방 필름(20')은 후방 외층(22') 및 후방 내층(24')을 포함할 수 있다. 일 예에서, 전방 외층(12') 및 후방 외층(22')은 셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트 또는 금속화된 셀룰로오스, 또는 금속화된 셀룰로오스 아세테이트를 포함할 수 있고 전방 내층(14') 및 후방 내층(24')은 PVOH, PBS, PBSA, PHA, 카나우바 왁스, 생분해성 TPS 및/또는 PVDC (폴리비닐리덴 클로라이드)를 포함할 수 있다. 일 예에서, 전방 외층(12') 및 후방 외층(22')은 셀룰로오스를 포함하고 전방 내층(14') 및 후방 내층(24')은 금속화된 PBSA를 포함한다. 일 실시 형태에서, 전방 외층(12') 및 후방 외층(22')은 금속화된 셀룰로오스를 포함하고 전방 내층(14') 및 후방 내층(24')은 PBSA를 포함한다. 사셰(1')는 사셰(1)에 대해 기재된 것과 유사한, 외층과 내층 사이의 생분해성 접착제 층을 포함할 수 있다.
사셰(1')는 선택되는 셀룰로오스 유형에 따라 불투명하거나 반투명하거나 투명할 수 있다. 예를 들어, 셀룰로오스는 금속성 마감을 갖는 투명, 반투명 무광 또는 백색일 수 있다. 사셰(1)는 인쇄된 영역을 포함할 수 있다. 인쇄는 플렉소그래픽, 그라비어, 또는 잉크젯 인쇄와 같은 표준 인쇄 기술을 사용하여 달성될 수 있다. 패키지 내의 제품과 관련된 브랜딩 및/또는 다른 패키지 정보가 사셰의 표면들 중 하나 상에 적용될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 인쇄물은 내층을 향한 표면 상의 투명 또는 반투명 셀룰로오스 외층에 적용된다. 이러한 배열은 환경으로부터 또는 취급으로 인한 임의의 손상으로부터 인쇄물을 보호하는 데 특히 유리하다. 다른 실시 형태에서, 인쇄물은 외층의 상부에 직접 적용된다. 잉크 응용 및 유형은 사셰(1)에 대해 이미 기재된 것과 유사하다.
전방 외층(12') 및 후방 외층(22')은 약 5 μm 내지 약 50 μm 두께, 대안적으로 약 10 μm 내지 약 30 μm 두께, 대안적으로 약 15 μm 내지 약 25 μm 두께일 수 있다. 전방 내층(14') 및 후방 내층(24')은 약 0.5 μm 내지 약 100 μm 두께, 대안적으로 1 μm 내지 약 30 μm 두께, 대안적으로 약 1 μm 내지 약 5 μm 두께일 수 있다. 대안적으로, 전방 내층(14') 및 후방 내층(24')은 약 1 μm 내지 약 50 μm 두께, 대안적으로 약 3 μm 내지 약 40 μm 두께, 대안적으로 약 5 μm 내지 약 35 μm, 대안적으로 약 10 μm 내지 약 30 μm 두께일 수 있다.
일부 실시 형태에서, 전체 구조체의 수분 투과율을 감소시키기 위해 추가 무기 장벽 층이 있을 수 있다. 무기 장벽 층은 내부 표면, 외부 표면, 종이 층에 인접한 부분, 중합체 층에 인접한 부분 등을 포함하지만 이로 한정되지 않는 전방 필름 및/또는 후방 필름의 임의의 적합한 부분에 배치될 수 있다. 적합한 무기 코팅은 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 주석, 인듐, 규소, 탄소, 금, 은, 크롬, 아연, 구리, 세륨, 하프늄, 탄탈럼 및 다이아몬드-유사 탄소를 포함하지만 이로 한정되지 않는 금속의 증착에 의해 형성될 수 있다. 소정 실시 형태에서, 적합한 무기 코팅은 금속 산화물, 금속 질화물 및 관련 화합물의 증착에 의해 형성될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 금속 산화물에는 산화알루미늄(예컨대 Al2O3), 탄화알루미늄, 질화알루미늄, 산화마그네슘, 산화티타늄(예컨대 이산화티타늄, 산화티타늄(3) 또는 일산화티타늄), 산화아연, 산화주석, 산화이트륨, 또는 산화지르코늄(예컨대 일산화지르코늄), 산화칼슘, 산화붕소 또는 준금속 산화물, 예컨대 산화규소, 산탄화규소, 및 질화규소가 포함된다. 산화규소 또는 질화규소계 코팅은 또한 SiOX(여기서, x는 1 내지 4의 정수임) 또는 SiOXNY(여기서, x 및 y의 각각은 1 내지 3의 정수임)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 장벽 층은 상기 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 단일 성분 증착 층, 또는 SiOx/Al203, SiO/ZnO, SiO/CaO, SiO/B2O3 및 CaO/Ca(OH)2로 이루어진 군으로부터 선택되는 2가지 성분의 적어도 하나의 조합을 포함하는 이중 성분 증착 층일 수 있다. 무기 장벽 코팅 층은 두께가 5 내지 1,000 nm, 대안적으로 20 내지 500 nm, 대안적으로 50 내지 200 nm일 수 있다.
일부 예는 또한 무기 장벽 층과 함께 생분해성 프라이머 층을 사용할 수 있다. 생분해성 프라이머 층의 역할은 무기 장벽 층이 그 위에 침착되기 전에, 프라이머로 코팅될 종이-기반 구조물체 표면을 가능한 한 많이 평탄화하는 것이다. 따라서, 평탄도 값이 작을수록, 장벽 특성이 더 크게 증가된다. 또한, 안정한 장벽 층을 가능하게 하고 하부 구조로부터 무기 장벽 층의 박리를 피하도록 강한 계면을 형성하기 위해, 무기 장벽 층이 가능한 한 잘 부착하는 데 적합할 필요가 있다. 일부 경우에, 그러한 프라이머 층은 기계적 손상 또는 산화를 방지하기 위해 무기 장벽 층 위에만 사용될 수 있고, 이러한 경우에 보호층으로 불릴 수 있다. 프라이머는 또한 증착 동안 종종 경험되는 열 이력 현상에 대한 추가적인 내열성을 제공하는 데 사용될 수 있다. 생분해성 프라이머 층은, 보호층에 더하여, 때때로 생분해성 래커 또는 생분해성 바니시로도 불릴 수 있다. 이러한 층을 설명하는 데 사용되는 단어가 무엇이든, 목적은 동일하다. 일부 실시 형태에서, 프라이머는 무기-유기 하이브리드-중합체, 예컨대 독일 뷔르츠부르크 소재의 The Fraunhofer Institute for Silicate Research에 의해 개발된 bio-ORMOCER® 또는 ORMOCER®일 수 있다. 이러한 재료는 유리와 중합체 사이의 하이브리드이고, 이들 재료의 정확한 화학 특성은 특정 응용에 맞춰질 수 있다. ORMOCER® 재료는 졸-겔 공정을 통해 합성되며 무기 모이어티와 유기 모이어티 사이에 강한 공유 결합을 갖는다. 무기 모이어티와 유기 모이어티의 비는 특정 응용을 위한 특성을 최적화하도록 변경될 수 있다. 유기-알콕시실란 및 금속 알콕사이드의 제어된 가수분해 및 축합 반응은 하이브리드 중합체 ORMOCER®의 무기 네트워크를 생성한다. 유기 네트워크는 유기-알콕시실란을 통해 도입되는 반응성 유기 기의 후속 중합을 통해 형성된다. 전형적으로, 이는 비-생분해성 버전을 위한 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트의 라디칼 중합 또는 에폭사이드 중합을 포함한다. 유기 네트워크 형성 및 따라서 재료의 경화는 열 또는 UV 광에 의해 유도될 수 있다(예컨대 Bio-ORMOCER®). 전형적으로, bio-ORMOCER®을 제조하기 위해, ORMOCER®을 생분해성 버전을 제조하도록 생분해성 중합체 키토산 또는 폴리카프로락톤 중 어느 하나에 의해 개질하여, 무기 ORMOCER® 네트워크에 공유 결합하기 위한 생분해성 작용기를 형성한다. 하이브리드 중합체 네트워크 내의 생분해성 성분의 혼입을 보장하기 위해, 이들 성분 중 일부는 화학적 개질을 거친다. 예를 들어, 폴리카프로락톤 유도체는, 후속하여 가수분해 및 축합 반응을 통한 무기 네트워크에 대한 이들 생분해성 성분의 부착을 가능하게 하기 위해, 트라이에톡시실란 기로 작용화될 수 있다. 폴리카프로락톤 버전의 경우, 하이브리드 재료의 유기 네트워크에 대한 생분해성 전구체의 부착은 에폭시 기로 작용화함으로써 달성되었다. 반응성 에폭시 기는 후속적으로 유기 네트워크의 형성을 위해 중합 반응에 참여하였다. 대조적으로, 키토산은 그 자체의 아미노 기 중 일부를 통해 유기 네트워크와 연결될 수 있기 때문에 개질을 필요로 하지 않는다. 키토산 버전은 더 빠른 속도로 생분해되는 경향이 있다. 폴리카프로락톤 버전은 구체적으로 수분-유발되는 항미생물 효과로 설계되었다. ORMOCER® 및 bio- ORMOCER®의 비제한적인 예에는 독일 특허 DE-OS 3828098호 및 DE4303570호에 더하여, 미국 특허 출원 공개 제2011/0250441 A1호 및 미국 특허 제6709757B2호에 개재된 것들이 포함된다. 무기-유기 하이브리드 재료에 대한 대안적인 실시 형태는 독일 소재의 Huber Group로부터의 PVOH 래커 또는 셸락 래커가 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 이들 대안적인 옵션 둘 모두는 또한 생분해될 것으로 예상될 것이다. 전형적으로, 임의의 프라이머 층은 0.5 내지 20μm, 대안적으로 2 내지 10 μm, 대안적으로 1 내지 5 μm 범위의 최종 경화된 두께를 제공하도록 하는 방식으로 레잉 다운될 것이다. 무기 장벽 층의 장벽 특성을 보호하는 것 사이의 양호한 균형을 유지하기 위해서 - 그러나 또한 종이 재활용 스트림에서의 문제를 방지하기 위해서 -, 이 층을 가능한 한 얇게 유지하는 것이 중요하다. 프라이머 층이 너무 두껍거나 또는 분해하기 너무 어려운 경우, 이는 종이 재펄프화 유닛에서 필터를 막거나 생성된 재활용 종이에서 광학적 결함을 유발할 수 있다.
놀랍게도, 고체 물품은 후술되는 표 3의 예시적인 물품과 같은 개방 셀 폼(OCF) 물품인 경우 생분해성 및/또는 가정 퇴비화가능 사셰에 저장될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 표 2에 기재된 바와 같이 방사 섬유로부터 제조되고 미국 특허 출원 공개 제2019/0282461호에 기재된 방법에 따라 제조된 물품은 생분해성 및/또는 가정 퇴비화가능 사셰에 저장될 수 없다.
[표 2]
Figure pct00004
[표 3]
Figure pct00005
도 2a 및 도 2b는, 각각, 섬유질 물품(표 2) 및 OCF 물품(표 3)에 대해, 후술되는, 손 용해 방법에 의해 결정할 때, 물품 용해에 대한 압축 압력 및 상대 습도의 상대적 영향을 나타낸다. 물품을 어떠한 패키징도 없이 48시간 이상 동안 25℃에서 설정된 상대 습도 (RH)로 컨디셔닝하고, 이어서 15초 동안 설정된 압축 하중을 받게 하고, 이어서 48시간 이상 동안 동일 설정된 RH 실에 회복되게 두고, 이어서 후술되는 손 용해 시험에 따른 손 용해 및 외관에 대해 평가하였다. 물품을 용해하는 데 15 스트로크 미만이 필요한 경우, 물품은 허용가능한 손 용해를 갖는 것으로 간주되었다. OCF 및 섬유질 물품을 하기 상대 습도 조합: 20%, 40%, 60%, 80%, 90%와 압력 조건: 0, 20, 40, 60, 80 psig에서 총 25가지 조건에 대해 시험하였다. 각각의 조건에 대해 3개의 물품을 시험하였다. 도 2a 및 도 2b에서, 점선 1은 유통 및 소비자 취급 동안 사셰에 대해 측정된 전형적인 압축 응력을 나타낸다.
도 2a에 나타나 있는 바와 같이, 방사 섬유는 20 psig(137.9 ㎪) 및 80% 상대 습도를 비롯한 대부분의 상대 습도/압력 조합에 대해 허용불가능한 손 용해(15 스트로크 이상)를 갖는 것으로 밝혀졌다. 섬유질 물품의 경우, 임의의 상대 습도에서 심지어 소량의 압축 하중도 물품에 대한 어느 정도의 수준의 비가역적 변형을 야기하는 것으로 밝혀졌다.
그러나, 도 2b에 나타나 있는 바와 같이, 개방 셀 폼은 20 psig(137.9 ㎪) 및 90% 상대 습도를 비롯하여 대부분의 상대 습도 및 압력 조합에 걸쳐 허용가능한 손 용해(15 스트로크 미만)를 가졌으며, 평균 손 용해는 약 7이다. 게다가, 압축 하중의 적용 시, OCF 물품은 20 내지 80% RH에서 그의 형상을 완전히 회복하는 것으로 밝혀졌다. 90% RH에서 저장된 OCF 물품은 압축 후 그의 초기 형상을 단지 부분적으로만 회복하였고, 따라서 더 느리게 용해되지만 여전히 소비자에게 허용가능한 것으로 밝혀졌다.
이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, OCF 물품은 그의 구조로 인해 생분해성 및/또는 가정 퇴비화가능 사셰에 저장하기 위해 바람직한 고체 물품이 될 수 있는 것으로 여겨진다. 도 3a는 OCF 물품의 일부의 마이크로-CT 스캔을 나타내고, 도 3b는 섬유질 물품의 일부의 마이크로-CT 스캔을 나타낸다. 도 3a에 나타나 있는 바와 같이, OCF 물품은 섬유질 물품과 같은 다른 고체 형태에 비해 비교적 큰 평균 스트럿(strut) 직경(예를 들어, 30 내지 50 μm)을 갖는다. 이는 습기 및 심지어 촉촉한 손가락에 대한 물품 강건성(robustness)을 증가시키지만, 여전히 소비자 허용가능한 용해를 제공한다. 게다가, 개별 섬유들이 서로 무작위로 놓인, 도 3b에 나타나 있는 바와 같은, 방사 섬유를 갖는 물품과 달리, 도 3a는 각각의 스트럿(strut)이 서로 반대 방향으로 계속해서 밀리는 단일 일체형 조각으로 OCF 스트럿이 구성되어 있음을 나타낸다.
고체 물품
고체 물품은 미국 특허 제8,349,786호, 제8,461,091호, 및 제8,349,787호 및 미국 특허 출원 공개 제2012/0270029호에 기재된 바와 같은 개방 셀 폼 물품, 및 미국 특허 출원 공개 제2012/052036호, 제2018/0333339호, 및 제2019/0282461호, 미국 출원 제15/981,096호, 미국 특허 제9,545,364호에 기재된 바와 같은 섬유질 물품을 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는다.
개방 셀 폼 (OCF) 물품
OCF 물품은 가요성 다공성 용해성 고체 시트를 포함하는 물품일 수 있다. OCF 물품은 수용성 중합체를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 고체 시트 OCF 물품은
(i) 이하의 시험 6을 사용하여 측정할 때, 약 0.5 mm 내지 약 4 mm, 대안적으로 약 0.6 mm 내지 약 3.5 mm, 대안적으로 약 0.7 mm 내지 약 3 mm, 대안적으로 약 0.8 mm 내지 약 2 mm, 대안적으로 약 1 mm 내지 약 1.5 mm 범위의 두께; 및
(ii) 이하의 시험 3에 의해 측정할 때, 약 80% 내지 100%, 대안적으로 약 85% 내지 100%, 대안적으로 약 90% 내지 100%의 퍼센트 개방 셀 함량; 및
(iii) 이하의 시험 2에 기재된 마이크로-CT 방법에 의해 측정할 때, 약 100 μm 내지 약 2000 μm, 대안적으로 약 150 μm 내지 약 1000 μm, 대안적으로 약 200 μm 내지 약 600 μm의 전체 평균 기공 크기를 가질 수 있으며;
상기 고체 시트 OCF 물품은 서로 반대편에 있는 상부 표면 및 하부 표면을 갖고, 상기 상부 표면은, 이하의 시험 1에 기재된 SEM 방법에 의해 측정할 때, 약 100 μm 초과, 대안적으로 약 110 μm 초과, 대안적으로 약 120 μm 초과, 대안적으로 약 130 μm 초과, 가장 대안적으로 약 150 μm 초과인 표면 평균 기공 직경을 갖고;
상기 고체 시트 OCF 물품은 상부 표면에 인접한 상부 영역, 하부 표면에 인접한 하부 영역, 및 이들 사이의 중간 영역을 포함하고; 상기 상부 영역, 중간 영역, 및 하부 영역은 동일한 두께를 갖고, 상기 상부 영역, 중간 영역 및 하부 영역의 각각은 평균 기공 크기를 특징으로 하며; 상기 상부 영역에서의 평균 기공 크기에 대한 상기 하부 영역에서의 평균 기공 크기의 비는 약 0.6 내지 약 1.5, 대안적으로 약 0.7 내지 약 1.4, 대안적으로 약 0.8 내지 약 1.3, 가장 대안적으로 약 1 내지 약 1.2이다.
또한, 물품의 상부 영역, 중간 영역 및 하부 영역에서의 평균 기공 크기들 사이의 상대 표준 편차(RSTD)는 20% 이하, 대안적으로 15% 이하, 대안적으로 10% 이하, 가장 대안적으로 5% 이하이다.
물품은 이하의 시험 2에 의해 측정할 때 약 5 μm 내지 약 200 μm, 대안적으로 약 10 μm 내지 약 100 μm, 대안적으로 약 10 μm 내지 약 80 μm의 평균 셀 벽 두께를 가질 수 있다.
물품은 소량의 물을 함유할 수 있다. 이는 하기의 시험 4에 의해 측정할 때, 상기 고체 시트 OCF 물품의 중량을 기준으로 약 0.5% 내지 약 25%, 대안적으로 약 1% 내지 약 20%, 대안적으로 약 3% 내지 약 10%의 최종 수분 함량을 가질 수 있다. 생성된 고체 시트 OCFㅠ 물품 내의 적절한 최종 수분 함량은 소비자에게 부드러운/매끄러운 감각적 느낌을 제공할 뿐만 아니라 시트 물품의 원하는 가요성/변형성(deformability)을 보장할 수 있다. 최종 수분 함량이 너무 낮으면, 시트 물품이 너무 취성이거나 강성일 수 있다. 최종 수분 함량이 너무 높으면, 시트 물품이 너무 끈적끈적할 수 있고, 그의 전반적인 구조적 완전성이 손상될 수 있다.
OCF 물품은, 후술되는 시험 6에 의해 측정할 때 약 50 그램/m2 내지 약 250 그램/m2, 대안적으로 약 80 그램/m2 내지 약 220 그램/m2, 대안적으로 약 100 그램/m2 내지 약 200 그램/m2의 평량을 포함할 수 있다.
OCF 물품은, 이하의 시험 7에 의해 측정할 때 약 0.05 그램/㎤ 내지 약 0.5 그램/㎤, 대안적으로 약 0.06 그램/㎤ 내지 약 0.4 그램/㎤, 대안적으로 약 0.07 그램/㎤ 내지 약 0.2 그램/㎤, 대안적으로 약 0.08 그램/㎤ 내지 약 0.15 그램/㎤의 범위의 밀도를 가질 수 있다. 고체 시트 OCF 물품의 밀도는, 또한 기공 팽창으로 인해, 폭기된 습윤 예비-혼합물의 시트의 밀도보다 낮으며, 이는 결국 전체 부피 팽창으로 이어진다.
게다가, OCF 물품은, 후술되는 시험 8에 의해 측정할 때 약 0.03 m2/g 내지 약 0.25 m2/g, 대안적으로 약 0.04 m2/g 내지 약 0.22 m2/g, 대안적으로 0.05 m2/g 내지 0.2 m2/g, 대안적으로 0.1 m2/g 내지 0.18 m2/g의 비표면적을 특징으로 할 수 있다. 고체 시트 OCF 물품의 비표면적은 그의 다공성을 나타낼 수 있으며 그의 용해 속도에 영향을 줄 수 있는데, 예를 들어, 비표면적이 클수록 시트 물품이 더 다공성이고 그의 용해 속도가 더 빠르다.
제형
수용성 중합체
습윤 예비-혼합물은 예비-혼합물의 중량을 기준으로 약 3% 내지 약 20%의 수용성 중합체, 대안적으로 예비-혼합물의 중량을 기준으로 약 5% 내지 약 15%의 수용성 중합체, 대안적으로 예비-혼합물의 중량을 기준으로 약 7% 내지 약 10%의 수용성 중합체를 포함할 수 있다.
건조 후, OCF 물품 내의 수용성 중합체는 고체 시트 OCF 물품의 총 중량을 기준으로 약 10% 내지 약 40%, 대안적으로 약 15% 내지 약 30%, 대안적으로 약 20% 내지 약 25%일 수 있다. 일 예에서, OCF 물품의 수용성 중합체(들)의 총량은 그러한 물품의 총 중량을 기준으로 25% 이하일 수 있다.
수용성 중합체는 약 50,000 내지 약 400,000 달톤, 대안적으로 약 60,000 내지 약 300,000 달톤, 대안적으로 약 70,000 내지 약 200,000 달톤, 대안적으로 약 80,000 내지 약 150,000 달톤 범위의 중량 평균 분자량을 갖는 것들로부터 선택될 수 있다. 중량 평균 분자량은 각각의 중합체 원료의 평균 분자량을, 다공성 고체 내에 존재하는 중합체들의 총 중량에 대한 중량 기준으로 그들 각각의 상대 중량 백분율과 곱한 것을 합계함으로써 계산된다. 본 발명에 사용되는 수용성 중합체의 중량 평균 분자량은 습윤 예비-혼합물의 점도에 영향을 줄 수 있으며, 이는 결국 폭기 단계 동안의 버블의 수 및 크기뿐만 아니라 건조 단계 동안의 기공 팽창/개방 결과에 영향을 줄 수 있다. 또한, 수용성 중합체의 중량 평균 분자량은 습윤 예비-혼합물의 전반적인 필름 형성 특성 및 소정 계면활성제와의 그의 상용성/불상용성에 영향을 줄 수 있다.
수용성 중합체는 폴리비닐 알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리알킬렌 옥사이드, 폴리아크릴레이트, 카프로락탐, 폴리메타크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 폴리메틸아크릴아미드, 폴리다이메틸아크릴아미드, 폴리에틸렌 글리콜 모노메타크릴레이트, 아크릴산과 메틸 아크릴레이트의 공중합체, 폴리우레탄, 폴리카르복실산, 폴리비닐 아세테이트, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리아민, 폴리에틸렌이민, 말레산/(아크릴레이트 또는 메타크릴레이트) 공중합체, 메틸비닐 에테르와 말레산 무수물의 공중합체, 비닐 아세테이트와 크로톤산의 공중합체, 비닐피롤리돈과 비닐 아세테이트의 공중합체, 비닐피롤리돈과 카프로락탐의 공중합체, 비닐 피롤리돈/비닐 아세테이트 공중합체, 음이온성, 양이온성 및 양쪽성 단량체의 공중합체, 및 이들의 조합을 포함하는 합성 중합체를 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는다.
수용성 중합체는 또한, 예로서 카라야 검, 트래거캔스 검, 아라비아 검, 아세만난, 곤약 만난, 아카시아 검, 가티 검(gum ghatti), 유청 단백질 단리물, 및 대두 단백질 단리물; 구아 검, 로커스트 빈 검, 퀸스(quince) 종자, 및 차전자(psyllium) 종자를 포함하는 종자 추출물; 해조류 추출물, 예를 들어 카라기난, 알기네이트 및 한천; 열매 추출물(펙틴)을 포함하는 식물 기원의 것들; 잔탄 검, 젤란 검, 풀루란, 히알루론산, 콘드로이틴 설페이트, 및 덱스트란을 포함하는 미생물 기원의 것들; 및 카제인, 젤라틴, 케라틴, 케라틴 가수분해물, 설폰산 케라틴, 알부민, 콜라겐, 글루텔린, 글루카곤, 글루텐, 제인, 및 셸락(shellac)을 포함하는 동물 기원의 것들을 포함하는, 자연에서 공급되는 중합체로부터 선택될 수 있다.
개질된 천연 중합체가 또한 수용성 중합체로서 사용될 수 있다. 적합한 개질된 천연 중합체에는 셀룰로오스 유도체, 예를 들어 하이드록시프로필메틸셀룰로오스, 하이드록시메틸셀룰로오스, 하이드록시에틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 하이드록시프로필셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 셀룰로오스 아세테이트 프탈레이트, 니트로셀룰로오스 및 다른 셀룰로오스 에테르/에스테르; 및 구아 유도체, 예를 들어 하이드록시프로필 구아가 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
수용성 중합체는 전분을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "전분"은 천연 전분 또는 변성 전분 둘 모두를 포함한다. 전분을 위한 전형적인 천연 공급원은 곡물, 덩이줄기, 뿌리, 콩류 및 열매를 포함할 수 있다. 더욱 구체적인 천연 공급원은 옥수수, 완두콩, 감자, 바나나, 보리, 밀, 쌀, 사고(sago), 아마란스, 타피오카, 칡, 칸나, 수수, 및 이들의 점질(waxy) 또는 고 아밀라아제 품종을 포함할 수 있다. 천연 전분은 당업계에 공지된 임의의 변성 방법에 의해 변성되어, 물리적으로 변성된 전분, 예를 들어 전단된(sheared) 전분 또는 열-억제된 전분; 화학적으로 변성된 전분, 예를 들어, 가교결합된 전분, 아세틸화된 전분, 및 유기적으로 에스테르화된 전분, 하이드록시에틸화된 전분, 및 하이드록시프로필화된 전분, 포스포릴화된 전분, 및 무기적으로 에스테르화된 전분, 양이온성 전분, 음이온성 전분, 비이온성 전분, 양쪽성 전분 및 쯔비터이온성 전분, 그리고 이들의 석시네이트 및 치환된 석시네이트 유도체; 산화, 효소 전환, 산 가수분해, 열 또는 산 덱스트린화에 의해 제조된 유동성 또는 저점도(thin-boiling) 전분을 포함하는 임의의 전분으로부터 유도된 전환 생성물, 본 발명에 또한 유용할 수 있는 열적 및/또는 전단된 생성물; 및 본 기술 분야에 공지된 전호화 전분을 포함하는 변성 전분을 형성할 수 있다.
일 예에서, 수용성 중합체는 폴리비닐 알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리알킬렌 옥사이드, 전분 및 전분 유도체, 풀루란, 젤라틴, 하이드록시프로필메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 및 카르복시메틸셀룰로오스를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 수용성 중합체는 폴리비닐 알코올, 및 하이드록시프로필메틸셀룰로오스를 포함할 수 있다.
본 발명의 수용성 중합체는 약 40% 내지 약 100%, 대안적으로 약 50% 내지 약 95%, 대안적으로 약 70% 내지 약 92%, 대안적으로 약 80% 내지 약 90% 범위의 가수분해도를 특징으로 하는 폴리비닐 알코올을 포함할 수 있다. 구매가능한 폴리비닐 알코올에는 Celanese Corporation(미국 텍사스주 소재)으로부터의 CELVOL 523, CELVOL 530, CELVOL 540, CELVOL 518, CELVOL 513, CELVOL 508, CELVOL 504를 포함하지만 이로 한정되지 않는 상표명 CELVOL; Kuraray Europe GmbH(독일 프랑크푸르트 소재)로부터의 상표명 Mowiol® 및 POVALTM; 및 Lubon Vinylon Co.(중국 난징 소재)를 포함하는 다양한 공급처로부터 구매가능한 PVA 1788(PVA BP17로도 지칭됨); 및 이들의 조합이 포함된다. 가요성 다공성 용해성 고체 시트 OCF 물품은 그러한 물품의 총 중량을 기준으로 약 10% 내지 약 25%, 대안적으로 약 15% 내지 약 23%의, 중량 평균 분자량이 80,000 내지 약 150,000 달톤의 범위이고 가수분해도가 약 80% 내지 약 90%의 범위인 폴리비닐 알코올을 포함할 수 있다.
본 명세서에 기재된 바와 같은 필요한 구조 및 물리적/화학적 특성을 갖는 고체 시트 OCF 물품을 제공하는 데 도움을 주기만 한다면, 전술한 바와 같은 폴리비닐 알코올에 더하여, 단일 전분 또는 전분들의 조합이 충전제 재료로서, 필요한 수용성 중합체의 전반적인 수준을 감소시키는 양으로 사용될 수 있다. 그러나, 너무 많은 전분은 시트 물품의 용해도 및 구조적 완전성을 손상시킬 수 있다. 따라서, 고체 시트 OCF 물품은 상기 고체 시트 OCF 물품의 중량을 기준으로 20% 이하, 대안적으로 0% 내지 10%, 대안적으로 0% 내지 5%, 대안적으로 0% 내지 1%의 전분을 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
계면활성제
전술된 수용성 중합체에 더하여, 고체 시트 OCF 물품은 하나 이상의 계면활성제를 포함할 수 있다. 계면활성제는 물품의 원하는 OCF 구조를 형성하기에 충분한 양의 안정한 버블을 생성하기 위해 폭기 공정 동안 유화제로서 기능할 수 있다. 또한, 계면활성제는 원하는 세정 효과를 전달하기 위한 활성 성분으로서 기능할 수 있다.
고체 시트 OCF 물품은 음이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 쯔비터이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 중합체성 계면활성제 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 계면활성제를 포함한다. 그러한 고체 시트 OCF 물품의 원하는 응용 및 달성하고자 하는 원하는 소비자 효과에 따라, 상이한 계면활성제가 선택될 수 있다. 한 가지 효과는 고체 시트 OCF 물품의 OCF 구조체가 여전히 빠른 용해를 제공하면서 높은 계면활성제 함량의 혼입을 가능하게 한다는 것일 수 있다. 결과적으로, 매우 농축된 클렌징 조성물을 고체 시트 OCF 물품으로 제형화하여 새로운 그리고 우수한 클렌징 경험을 소비자에게 제공할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 계면활성제는 통상적인 의미의 계면활성제(즉, 소비자가 인지가능한 거품 발생 효과를 제공하는 것) 및 유화제(즉, 어떠한 거품 발생 성능도 제공하지 않지만 주로 안정한 폼 구조체를 만드는 데 있어서 공정 조제로서 의도되는 것) 둘 모두를 포함할 수 있다. 본 발명에서 계면활성제 성분으로 사용하기 위한 유화제의 예에는 모노- 및 다이-글리세라이드, 지방 알코올, 폴리글리세롤 에스테르, 프로필렌 글리콜 에스테르, 소르비탄 에스테르, 및 공기 계면을 안정화시키기 위해 공지된 또는 달리 일반적으로 사용되는 다른 유화제가 포함된다.
고체 시트 OCF 물품에 존재하는 계면활성제의 총량은 상기 고체 시트 OCF 물품의 총 중량을 기준으로 넓게는 약 5% 내지 약 80%, 대안적으로 약 10% 내지 약 70%, 대안적으로 약 30% 내지 약 65%의 범위일 수 있다. 상응하게는, 습윤 예비-혼합물은 습윤 예비-혼합물의 중량을 기준으로 약 1% 내지 약 40%의 계면활성제(들), 일 실시 형태에서 습윤 예비-혼합물의 중량을 기준으로 약 2% 내지 약 35%의 계면활성제(들), 일 실시 형태에서 습윤 예비-혼합물의 중량을 기준으로 약 5% 내지 약 30%의 계면활성제(들)를 포함할 수 있다.
고체 시트 OCF 물품은 상기 고체 시트 OCF 물품의 총 중량을 기준으로 약 30% 내지 약 80%, 대안적으로 약 40% 내지 약 70%, 대안적으로 약 50% 내지 약 65%의 하나 이상의 계면활성제를 함유하는 클렌징 제품일 수 있다. 그러한 경우에, 습윤 예비-혼합물은 습윤 예비-혼합물의 중량을 기준으로 약 10% 내지 약 40%의 계면활성제(들), 일 실시 형태에서 습윤 예비-혼합물의 중량을 기준으로 약 12% 내지 약 35%의 계면활성제(들), 일 실시 형태에서 습윤 예비-혼합물의 중량을 기준으로 약 15% 내지 약 30%의 계면활성제(들)를 포함할 수 있다.
본 발명에서 사용하기에 적합한 음이온성 계면활성제의 비제한적인 예에는 알킬 및 알킬 에테르 설페이트, 설페이트화 모노글리세라이드, 설폰화 올레핀, 알킬 아릴 설포네이트, 1차 또는 2차 알칸 설포네이트, 알킬 설포석시네이트, 아실 타우레이트, 아실 이세티오네이트, 알킬 글리세릴에테르 설포네이트, 설폰화 메틸 에스테르, 설폰화 지방산, 알킬 포스페이트, 아실 글루타메이트, 아실 사르코시네이트, 알킬 설포아세테이트, 아실화 펩티드, 알킬 에테르 카르복실레이트, 아실 락틸레이트, 음이온성 플루오로계면활성제, 소듐 라우로일 글루타메이트, 및 이들의 조합이 포함된다.
음이온성 계면활성제의 한 카테고리는 C6-C20 선형 알킬벤젠 설포네이트(LAS) 계면활성제를 포함할 수 있다. LAS 계면활성제는 당업계에 잘 알려져 있으며, 구매가능한 선형 알킬벤젠을 설폰화함으로써 용이하게 얻어질 수 있다. 사용될 수 있는 예시적인 C10-C20 선형 알킬벤젠 설포네이트에는 C10-C20 선형 알킬벤젠 설폰산의 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 암모늄 염, 대안적으로 C11-C18 또는 C11-C14 선형 알킬벤젠 설폰산의 나트륨, 칼륨, 마그네슘 및/또는 암모늄 염이 포함될 수 있다. 일 예에서,C12 및/또는 C14 선형 알킬벤젠 설폰산의 나트륨 또는 칼륨 염이고, 대안적으로 C12 및/또는 C14 선형 알킬벤젠 설폰산의 나트륨 염, 즉, 소듐 도데실벤젠 설포네이트 또는 소듐 테트라데실벤젠 설포네이트이다.
LAS는 우수한 세정 효과를 제공하며 세탁 세제 응용에 사용하기에 특히 적합하다. 더 높은 중량 평균 분자량(예컨대, 약 50,000 내지 약 400,000 달톤, 대안적으로 약 60,000 내지 약 300,000 달톤, 대안적으로 약 70,000 내지 약 200,000 달톤, 가장 대안적으로 약 80,000 내지 약 150,000 달톤)을 갖는 폴리비닐 알코올이 필름 형성제 및 담체로서 사용되는 경우, LAS는 전체 조성물의 필름 형성 성능 및 안정성에 악영향을 주지 않으면서 고체 시트 OCF 물품에서 주 계면활성제로서 사용될 수 있으며, 즉, 총 계면활성제 함량의 50 중량% 초과인 양으로 존재할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 상응하게는, 일 예에서, LAS는 고체 시트 OCF 물품에서 주 계면활성제로서 사용된다. 존재하는 경우, 고체 시트 OCF 물품 내의 LAS의 양은 고체 시트 OCF 물품의 총 중량을 기준으로 약 10% 내지 약 70%, 대안적으로 약 20% 내지 약 65%, 대안적으로 약 40% 내지 약 60%의 범위일 수 있다.
음이온성 계면활성제의 다른 카테고리는 약 0.5 내지 약 5, 대안적으로 약 0.8 내지 약 4, 대안적으로 약 1 내지 약 3, 가장 대안적으로 약 1.5 내지 약 2.5 범위의 중량 평균 알콕실화도를 갖는 소듐 트라이데세스 설페이트(STS)를 포함할 수 있다. 트라이데세스는, 일 실시 형태에서, 분자당 평균 1개 이상의 메틸 분지를 포함하는 13-탄소 분지형 알콕실화 탄화수소이다. STS는 ST(EOxPOy)S를 포함할 수 있는 한편, EOx는 0 내지 5, 대안적으로 1 내지 4, 대안적으로 1 내지 3의 범위의 반복 수 x를 갖는 반복 에틸렌 옥사이드 단위를 지칭하고, POy는 0 내지 5, 대안적으로 0 내지 4, 대안적으로 0 내지 2의 범위의 반복 수 y를 갖는 반복 프로필렌 옥사이드 단위를 지칭한다. 예를 들어, 중량 평균 에톡실화도가 약 2인 ST2S와 같은 재료는, 에톡실레이트를 갖지 않는 분자, 1 몰의 에톡실레이트를 갖는 분자, 3 몰의 에톡실레이트를 갖는 분자 등을 상당량 포함할 수 있는 한편, 에톡실화의 분포는, 전체 중량 평균 에톡실화도가 여전히 약 2가 되게 하는, 넓은 분포, 좁은 분포 또는 절단형(truncated) 분포일 수 있는 것으로 이해된다. STS는 개인 클렌징 응용에 특히 적합하며, 더 높은 중량 평균 분자량(예컨대, 약 50,000 내지 약 400,000 달톤, 대안적으로 약 60,000 내지 약 300,000 달톤, 대안적으로 약 70,000 내지 약 200,000 달톤, 가장 대안적으로 약 80,000 내지 약 150,000 달톤)을 갖는 폴리비닐 알코올이 필름 형성제 및 담체로서 사용되는 경우, STS는 전체 조성물의 필름 형성 성능 및 안정성에 악영향을 주지 않으면서 고체 시트 OCF 물품에서 주 계면활성제로서 사용될 수 있으며, 즉, 총 계면활성제 함량의 50 중량% 초과인 양으로 존재할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 상응하게는, STS는 고체 시트 OCF 물품에서 주 계면활성제로서 사용된다. 존재하는 경우, 고체 시트 OCF 물품 내의 STS의 양은 고체 시트 OCF 물품의 총 중량을 기준으로 약 10% 내지 약 70%, 대안적으로 약 20% 내지 약 65%, 대안적으로 약 40% 내지 약 60%의 범위일 수 있다.
적합한 음이온성 계면활성제의 다른 카테고리는 알킬 설페이트를 포함할 수 있다. 이러한 재료는 각각의 화학식 ROSO3M을 가지며, 여기서 R은 약 6 내지 약 20개의 탄소 원자의 알킬 또는 알케닐이고, x는 1 내지 10이고, M은 수용성 양이온, 예를 들어 암모늄, 나트륨, 칼륨 및 트라이에탄올아민이다. 대안적으로, R은 약 6 내지 약 18개, 대안적으로 약 8 내지 약 16개, 대안적으로 약 10 내지 약 14개의 탄소 원자를 갖는다. 더 높은 중량 평균 분자량(예컨대, 약 50,000 내지 약 400,000 달톤, 대안적으로 약 60,000 내지 약 300,000 달톤, 대안적으로 약 70,000 내지 약 200,000 달톤, 가장 대안적으로 약 80,000 내지 약 150,000 달톤)을 갖는 폴리비닐 알코올이 필름 형성제 및 담체로서 사용되는 경우, 전체 조성물의 필름 형성 성능 및 안정성에 악영향을 주지 않으면서, LAS 및/또는 STS와 같은 다른 계면활성제가 고체 시트 OCF 물품에서 주 계면활성제로서 사용될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 고체 시트 OCF 물품의 중량을 기준으로 약 20% 이하, 대안적으로 0% 내지 약 10%, 대안적으로 0% 내지 약 5%, 가장 대안적으로 0% 내지 약 1%의 AS를 갖는 고체 시트 OCF 물품을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
적합한 음이온성 계면활성제의 다른 카테고리는 C6-C20 선형 또는 분지형 알킬알콕시 설페이트(AAS)를 포함할 수 있다. 이러한 카테고리 중에서, 각각의 화학식 RO(C2H4O)xSO3M을 갖는 선형 또는 분지형 알킬에톡시 설페이트(AES)가 포함될 수 있으며, 여기서 R은 약 6 내지 약 20개의 탄소 원자의 알킬 또는 알케닐이고, x는 1 내지 10이고, M은 수용성 양이온, 예를 들어 암모늄, 나트륨, 칼륨 및 트라이에탄올아민이다. 대안적으로, R은 약 6 내지 약 18개, 대안적으로 약 8 내지 약 16개, 대안적으로 약 10 내지 약 14개의 탄소 원자를 갖는다. AES 계면활성제는 전형적으로 약 6 내지 약 20개의 탄소 원자를 갖는 1가 알코올과 에틸렌 옥사이드의 축합 생성물로서 제조된다. 유용한 알코올은 지방, 예를 들어 코코넛 오일 또는 탤로우(tallow)로부터 유도될 수 있거나, 또는 합성일 수 있다. 코코넛 오일로부터 유도된 직쇄 알코올 및 라우릴 알코올이 사용될 수 있다. 그러한 알코올은 약 1 내지 약 10, 대안적으로 약 3 내지 약 5, 및 특히 약 3 몰 비율의 에틸렌 옥사이드와 반응되며, 예를 들어 알코올 1 몰당 평균 3 몰의 에틸렌 옥사이드를 갖는 분자종들의 생성되는 혼합물은 설페이트화되고 중화된다. AES는 개개의 화합물들의 혼합물을 포함하는 것인데, 상기 혼합물은 약 10 내지 약 16개의 탄소 원자의 평균 알킬 사슬 길이 및 약 1 내지 약 4 몰의 에틸렌 옥사이드의 평균 에톡실화도를 갖는다. 존재하는 경우, 고체 시트 OCF 물품 내의 AAS의 양은 고체 시트 OCF 물품의 총 중량을 기준으로 약 2% 내지 약 40%, 대안적으로 약 5% 내지 약 30%, 대안적으로 약 8% 내지 약 12%의 범위일 수 있다.
다른 적합한 음이온성 계면활성제는 일반식 [R1-SO3-M]의 유기, 황산 반응 생성물의 수용성 염을 포함하며, 여기서 R1은 약 6 내지 약 20개, 대안적으로 약 10 내지 약 18개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 또는 분지쇄, 포화 지방족 탄화수소 라디칼로 이루어진 군으로부터 선택되며, M은 양이온이다. 일부 예에서, 알칼리 금속 및 암모늄 설폰화 C10-18 n-파라핀이 포함될 수 있다. 다른 적합한 음이온성 계면활성제는 약 12 내지 약 24개의 탄소 원자를 갖는 올레핀 설포네이트를 포함한다. 올레핀 설포네이트가 유도되는 α-올레핀은 약 12 내지 약 24개의 탄소 원자, 대안적으로 약 14 내지 약 16개의 탄소 원자를 갖는 모노-올레핀이다. 대안적으로, 이들은 직쇄 올레핀이다.
천(fabric) 및 가정 케어 조성물에서 사용하기에 적합한 다른 부류의 음이온성 계면활성제는 β-알킬옥시알칸 설포네이트이다. 이들 화합물은 하기 화학식을 갖는다:
Figure pct00006
여기서, R1은 약 6 내지 약 20개의 탄소 원자를 갖는 직쇄 알킬 기이고, R2는 약 1 내지 약 3개의 탄소 원자를 갖는 저급 알킬 기이고, M은 상기에 기재된 바와 같은 수용성 양이온이다.
적합한 음이온성 계면활성제의 추가의 예는 이세티온산으로 에스테르화되고 수산화나트륨으로 중화된 지방산(여기서, 예를 들어 지방산은 코코넛 오일로부터 유도됨)의 반응 생성물; 메틸 타우라이드의 지방산 아미드의 나트륨 또는 칼륨 염(여기서, 지방산은 예를 들어 코코넛 오일로부터 유도됨)이다. 또 다른 적합한 음이온성 계면활성제는 석시나메이트이며, 이의 예에는 다이소듐 N-옥타데실설포석시나메이트; 다이암모늄라우릴 설포석시나메이트; 테트라소듐 N-(1,2-다이카르복시에틸)-N-옥타데실설포석시나메이트; 소듐 설포석신산의 다이아밀 에스테르; 소듐 설포석신산의 다이헥실 에스테르; 및 소듐 설포석신산의 다이옥틸 에스테르가 포함된다.
고체 시트 OCF 물품 내에 포함될 수 있는 비이온성 계면활성제는 알킬 알콕실화 알코올, 알킬 알콕실화 페놀, 알킬 폴리사카라이드(특히 알킬 글루코사이드 및 알킬 폴리글루코사이드), 폴리하이드록시 지방산 아미드, 알콕실화 지방산 에스테르, 수크로스 에스테르, 소르비탄 에스테르 및 소르비탄 에스테르의 알콕실화 유도체, 아민 옥사이드 등을 포함하지만 이로 한정되지 않는 임의의 통상적인 비이온성 계면활성제일 수 있다. 비이온성 계면활성제는 화학식 R1(OC2H4)nOH를 갖는 것들을 포함할 수 있으며, 여기서 R1은 C8-C18 알킬 기 또는 알킬 페닐 기이고, n은 약 1 내지 약 80이다. 일부 예에서, 중량 평균 에톡실화도가 약 1 내지 약 20, 대안적으로 약 5 내지 약 15, 대안적으로 약 7 내지 약 10인 C8-C18 알킬 에톡실화 알코올, 예를 들어 Shell®로부터 구매가능한 NEODOL® 비이온성 계면활성제가 포함된다. 본 발명에 유용한 비이온성 계면활성제의 다른 비제한적인 예에는 C6-C12 알킬 페놀 알콕실레이트(여기서, 알콕실레이트 단위는 에틸렌옥시 단위, 프로필렌옥시 단위, 또는 이들의 혼합물일 수 있음); BASF로부터의 Pluronic®과 같은 에틸렌 옥사이드/프로필렌 옥사이드 블록 중합체를 갖는 C12-C18 알코올 및 C6-C12 알킬 페놀 축합물; C14-C22 중쇄(mid-chain) 분지형 알코올(BA); C14-C22 중쇄 분지형 알킬 알콕실레이트, BAE x (여기서, x는 1 내지 30 임); 알킬 폴리사카라이드, 구체적으로 알킬 폴리글리코사이드; 폴리하이드록시 지방산 아미드; 및 에테르 캡핑된 폴리(옥시알킬화) 알코올 계면활성제가 포함된다. 적합한 비이온성 계면활성제에는 또한 BASF로부터 상표명 Lutensol®로 판매되는 것들이 포함된다.
비이온성 계면활성제는, 모두 Uniqema로부터 입수가능한 소르비탄 모노라우레이트(SPAN® 20), 소르비탄 모노팔미테이트(SPAN® 40), 소르비탄 모노스테아레이트(SPAN® 60), 소르비탄 트라이스테아레이트(SPAN® 65), 소르비탄 모노올레에이트(SPAN® 80), 소르비탄 트라이올레에이트(SPAN® 85), 소르비탄 아이소스테아레이트, 폴리옥시에틸렌 (20) 소르비탄 모노라우레이트(Tween® 20), 폴리옥시에틸렌 (20) 소르비탄 모노팔미테이트(Tween® 40), 폴리옥시에틸렌 (20) 소르비탄 모노스테아레이트(Tween® 60), 폴리옥시에틸렌 (20) 소르비탄 모노올레에이트(Tween® 80), 폴리옥시에틸렌 (4) 소르비탄 모노라우레이트(Tween® 21), 폴리옥시에틸렌 (4) 소르비탄 모노스테아레이트(Tween® 61), 폴리옥시에틸렌 (5) 소르비탄 모노올레에이트(Tween® 81), 및 이들의 조합을 포함하는 소르비탄 에스테르의 알콕실화 유도체 및 소르비탄 에스테르로부터 선택될 수 있다.
계면활성제는 중량 평균 알콕실화도가 5 내지 15의 범위인 C6-C20 선형 또는 분지형 알킬알콕실화 알코올(AA), 대안적으로 중량 평균 알콕실화도가 7 내지 9의 범위인 C12-C14 선형 에톡실화 알코올을 포함할 수 있다. 존재하는 경우, 고체 시트 OCF 물품 내의 AA-유형 비이온성 계면활성제(들)의 양은 고체 시트 OCF 물품의 총 중량을 기준으로 약 2% 내지 약 40%, 대안적으로 약 5% 내지 약 30%, 대안적으로 약 8% 내지 약 12%의 범위일 수 있다.
고체 시트 OCF 물품에 사용하기에 적합한 양쪽성 계면활성제는 지방족 2차 및 3차 아민의 유도체로서 널리 기술되는 것들을 포함할 수 있는데, 여기서 지방족 라디칼은 직쇄 또는 분지쇄일 수 있으며 지방족 치환체 중 하나는 약 8 내지 약 18개의 탄소 원자를 포함하고 하나는 음이온성 수 가용화 기, 예를 들어 카르복시, 설포네이트, 설페이트, 포스페이트, 또는 포스포네이트를 포함한다. 이러한 정의에 속하는 화합물의 예는 소듐 3-도데실-아미노프로피오네이트, 소듐 3-도데실아미노프로판 설포네이트, 소듐 라우릴 사르코시네이트, N-알킬타우린, 예를 들어 도데실아민을 소듐 이세티오네이트와 반응시킴으로써 제조되는 것, 및 N-고급 알킬 아스파르트산이다.
개인 케어 응용(예를 들어, 샴푸, 페이셜 또는 바디 클렌저 등)을 갖는 고체 시트 OCF 물품 내로의 혼입에 특히 적합한 양쪽성 계면활성제의 한 카테고리는 알킬암포아세테이트, 예를 들어 라우로암포아세테이트 및 코코암포아세테이트를 포함한다. 알킬암포아세테이트는 모노아세테이트 및 다이아세테이트로 구성될 수 있다. 일부 유형의 알킬암포아세테이트에서, 다이아세테이트는 불순물 또는 의도치 않은 반응 생성물이다. 존재하는 경우, 고체 시트 OCF 물품 내의 알킬암포아세테이트(들)의 양은 고체 시트 OCF 물품의 총 중량을 기준으로 약 2% 내지 약 40%, 대안적으로 약 5% 내지 약 30%, 대안적으로 약 10% 내지 약 20%의 범위일 수 있다.
적합한 쯔비터이온성 계면활성제는 지방족 4차 암모늄, 포스포늄 및 설포늄 화합물의 유도체로 널리 기술되는 것들을 포함하는데, 여기서 지방족 라디칼은 직쇄 또는 분지쇄일 수 있으며 지방족 치환체 중 하나는 약 8 내지 약 18개의 탄소 원자를 포함하고 하나는 음이온성 기, 예를 들어 카르복시, 설포네이트, 설페이트, 포스페이트 또는 포스포네이트를 포함한다. 그러한 적합한 쯔비터이온성 계면활성제는 하기 화학식으로 나타내어질 수 있다:
Figure pct00007
여기서, R2는 약 8 내지 약 18개의 탄소 원자, 0 내지 약 10개의 에틸렌 옥사이드 모이어티(moiety) 및 0 내지 약 1개의 글리세릴 모이어티의 알킬, 알케닐, 또는 하이드록시 알킬 라디칼을 함유하고; Y는 질소, 인, 및 황 원자로 이루어진 군으로부터 선택되고; R3은 약 1 내지 약 3개의 탄소 원자를 함유하는 알킬 또는 모노하이드록시알킬 기이고; X는, Y가 황 원자일 때 1이고, Y가 질소 또는 인 원자일 때 2이고; R4는 약 1 내지 약 4개의 탄소 원자의 알킬렌 또는 하이드록시알킬렌이고, Z는 카르복실레이트, 설포네이트, 설페이트, 포스포네이트, 및 포스페이트 기로 이루어진 군으로부터 선택되는 라디칼이다.
본 발명에 사용하기에 적합한 다른 쯔비터이온성 계면활성제는 베타인을 포함하는데, 이는 고급 알킬 베타인, 예를 들어 코코 다이메틸 카르복시메틸 베타인, 코코아미도프로필 베타인, 코코베타인, 라우릴 아미도프로필 베타인, 올레일 베타인, 라우릴 다이메틸 카르복시메틸 베타인, 라우릴 다이메틸 알파카르복시에틸 베타인, 세틸 다이메틸 카르복시메틸 베타인, 라우릴 비스-(2-하이드록시에틸) 카르복시메틸 베타인, 스테아릴 비스-(2-하이드록시프로필) 카르복시메틸 베타인, 올레일 다이메틸 감마-카르복시프로필 베타인, 및 라우릴 비스-(2-하이드록시프로필)알파-카르복시에틸 베타인을 포함한다. 설포베타인은 코코 다이메틸 설포프로필 베타인, 스테아릴 다이메틸 설포프로필 베타인, 라우릴 다이메틸 설포에틸 베타인, 라우릴 비스-(2-하이드록시에틸) 설포프로필 베타인 등으로 나타내어질 수 있으며; RCONH(CH2)3 라디칼(여기서, R은 C11-C17 알킬임)이 베타인의 질소 원자에 부착된 아미도베타인 및 아미도설포베타인이 또한 본 발명에 유용하다.
특히 섬유 유연제 및 모발 컨디셔너 제품에서, 양이온성 계면활성제가 또한 OCF 물품에 이용될 수 있다. 양이온성 계면활성제를 주 계면활성제로서 함유하는 제품을 제조하는 데 이용되는 경우, 이러한 양이온성 계면활성제는 고체 시트 OCF 물품의 총 중량을 기준으로 약 2% 내지 약 30%, 대안적으로 약 3% 내지 약 20%, 대안적으로 약 5% 내지 약 15% 범위의 양으로 존재할 수 있다.
양이온성 계면활성제는, 다이아미도 활성제뿐만 아니라 혼합된 아미도 및 에스테르 결합을 갖는 활성제의 종류를 포함하는 DEQA 화합물을 포함할 수 있다. DEQA 화합물은 전형적으로 알칸올아민, 예를 들어, MDEA(메틸다이에탄올아민) 및 TEA(트라이에탄올아민)와, 지방산의 반응에 의해 제조된다. 그러한 반응으로부터 전형적으로 생성되는 일부 재료에는 N,N-다이(아실-옥시에틸)-N,N-다이메틸암모늄 클로라이드 또는 N,N-다이(아실-옥시에틸)-N,N-메틸하이드록시에틸암모늄 메틸설페이트가 포함되며, 여기서 아실 기는 동물 지방, 불포화 지방산 및 다중불포화 지방산으로부터 유도된다.
양이온성 계면활성제로서 사용하기 위한 다른 적합한 활성제는, 예를 들어, 약 2:1의 분자 비의 지방산과 다이알킬렌트라이아민의 반응 생성물을 포함하며, 상기 반응 생성물은 하기 화학식의 화합물을 포함한다:
Figure pct00008
여기서, R1, R2는 상기와 같이 정의되고, 각각의 R3은 C1-6 알킬렌 기, 대안적으로 에틸렌 기이다. 이들 활성제의 예는 약 2:1의 분자 비의 탤로우산, 카놀라산 또는 올레산과 다이에틸렌트라이아민의 반응 생성물이며, 상기 반응 생성물 혼합물은 각각 하기 화학식을 갖는 N,N"-다이탤로우오일다이에틸렌트라이아민, N,N"-다이카놀라-오일다이에틸렌트라이아민, 또는 N,N"-다이올레오일다이에틸렌트라이아민을 포함한다:
R1-C(O)-NH-CH2CH2-NH-CH2CH2-NH-C(O)-R1
여기서, R2 및 R3은 2가 에틸렌기이고, R1은 상기에 정의되며, R1이 식물 또는 동물 공급원으로부터 유도되는 구매가능한 올레산의 올레오일 기인 경우에 이 구조의 허용가능한 예에는 Henkel Corporation으로부터 입수가능한 EMERSOL® 223LL 또는 EMERSOL ® 7021이 포함된다.
양이온성 계면활성제로서 사용하기 위한 다른 활성제는 하기 화학식을 갖는다:
Figure pct00009
여기서, R, R1, R2, R3 및 X-는 상기와 같이 정의된다. 이러한 활성제의 예는, Degussa로부터 각각 상표명 VARISOFT® 222LT, VARISOFT® 222, 및 VARISOFT® 110으로 구매가능한, 하기 화학식을 갖는 다이-지방 아미도아민 기반 유연제이다:
[R1-C(O)-NH-CH2CH2-N(CH3)(CH2CH2OH)-CH2CH2-NH-C(O)-R1]+ CH3SO4 -
여기서, R1-C(O)는 올레오일 기, 연질 탤로우 기 또는 경질화된 탤로우 기이다.
양이온성 계면활성제로서 사용하기 위한 활성제로서 적합한 제2 유형의 DEQA("DEQA (2)") 화합물은 하기 일반 화학식을 갖는다:
[R3N+CH2CH(YR1)(CH2YR1)] X-
여기서, 각각의 Y, R, R1 및 X-는 이전과 동일한 의미를 갖는다. DEQA (2)는 화학식 1,2-다이(아실옥시)-3-트라이메틸암모니오프로판 클로라이드를 갖는 "프로필" 에스테르 4차 암모늄 섬유 유연제 활성제일 수 있다.
개인 케어 조성물에 사용하기에 적합한 중합체성 계면활성제에는 에틸렌 옥사이드와 지방 알킬 잔기의 블록 공중합체, 에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드의 블록 공중합체, 소수성으로 개질된 폴리아크릴레이트, 소수성으로 개질된 셀룰로오스, 실리콘 폴리에테르, 실리콘 코폴리올 에스테르, 다이 4차 폴리다이메틸실록산, 및 동시-개질된 아미노/폴리에테르 실리콘이 포함될 수 있지만 이로 한정되지 않는다.
가소제
OCF 물품은 상기 고체 시트 OCF 물품의 총 중량을 기준으로 약 0.1% 내지 약 25%, 대안적으로 약 0.5% 내지 약 20%, 대안적으로 약 1% 내지 약 15%, 가장 대안적으로 2% 내지 12% 범위의 양의 가소제를 선택적으로 포함할 수 있다. 상응하게는, 그러한 고체 시트 OCF 물품을 형성하는 데 사용되는 습윤 예비-혼합물은 상기 습윤 예비-혼합물의 중량을 기준으로 약 0.02% 내지 약 20%, 일 실시 형태에서 상기 습윤 예비-혼합물의 중량을 기준으로 약 0.1% 내지 약 10%, 일 실시 형태에서 습윤 예비-혼합물의 중량을 기준으로 약 0.5% 내지 약 5%를 포함할 수 있다.
적합한 가소제에는, 예를 들어, 폴리올, 코폴리올, 폴리카르복실산, 폴리에스테르, 다이메티콘 코폴리올 등이 포함된다.
폴리올에는 글리세린, 다이글리세린, 에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜(특히 200 내지 600), 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜, 펜틸렌 글리콜, 글리세롤 유도체(예를 들어, 프로폭실화 글리세롤), 글리시돌, 사이클로헥산 다이메탄올, 헥산다이올, 2,2,4-트라이메틸펜탄-1,3-다이올, 펜타에리트리톨, 우레아, 당 알코올(예를 들어, 소르비톨, 만니톨, 락티톨, 자일리톨, 말티톨, 및 다른 1가 및 다가 알코올), 단당류, 이당류 및 올리고당류(예를 들어, 프룩토스, 글루코스, 수크로스, 말토스, 락토스, 고과당 옥수수 시럽 고형물, 및 덱스트린), 아스코르브산, 소르베이트, 에틸렌 비스포름아미드, 아미노산 등이 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
폴리카르복실산에는 시트르산, 말레산, 석신산, 폴리아크릴산, 및 폴리말레산이 포함될 수 있지만 이로 한정되지 않는다.
폴리에스테르에는 글리세롤 트라이아세테이트, 아세틸화-모노글리세라이드, 다이에틸 프탈레이트, 트라이에틸 시트레이트, 트라이부틸 시트레이트, 아세틸 트라이에틸 시트레이트, 아세틸 트라이부틸 시트레이트가 포함될 수 있지만 이로 한정되지 않는다.
적합한 다이메티콘 코폴리올에는 PEG-12 다이메티콘, PEG/PPG-18/18 다이메티콘, 및 PPG-12 다이메티콘이 포함될 수 있지만 이로 한정되지 않는다.
다른 적합한 가소제에는 알킬 및 알릴 프탈레이트; 나프탈레이트; 락테이트(예를 들어, 나트륨, 암모늄 및 칼륨 염); 소르베스(Sorbeth)-30 우레아; 락트산; 소듐 피롤리돈 카르복실산(PCA); 소듐 히알루로네이트 또는 히알루론산; 가용성 콜라겐; 개질된 단백질; 모노소듐 L-글루타메이트; 알파 및 베타 하이드록실산, 예를 들어 글리콜산, 락트산, 시트르산, 말레산 및 살리실산; 글리세릴 폴리메타크릴레이트; 중합체성 가소제, 예를 들어 폴리쿼터늄; 단백질 및 아미노산, 예를 들어 글루탐산, 아스파르트산 및 라이신; 수소화 전분 가수분해물; 다른 저분자량 에스테르(예를 들어, C2-C10 알코올 및 산의 에스테르); 및 식품 및 플라스틱 산업 분야의 당업자에게 공지된 임의의 다른 수용성 가소제; 및 이들의 혼합물이 포함될 수 있지만 이로 한정되지 않는다.
일 예에서, 가소제에는 글리세린, 에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 및 이들의 혼합물이 포함될 수 있다. 일 예에서, 가소제는 글리세린을 포함할 수 있다.
추가 성분
상기에 기재된 성분들, 예를 들어 수용성 중합체, 계면활성제(들), 및 가소제에 더하여, OCF 물품은 그의 의도된 응용에 따라 하나 이상의 추가 성분을 포함할 수 있다. 그러한 하나 이상의 추가 성분은 천 케어 활성제, 식기 세척 활성제, 경질 표면 세정 활성제, 미용 및/또는 피부 케어 활성제, 개인 클렌징 활성제, 모발 케어 활성제, 구강 케어 활성제, 여성 케어 활성제, 유아 케어 활성제, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
적합한 천 케어 활성제에는 유기 용매(선형 또는 분지형 저급 C1-C8 알코올, 다이올, 글리세롤 또는 글리콜; 저급 아민 용매, 예를 들어 C1-C4 알칸올아민, 및 이들의 혼합물; 더욱 구체적으로 1,2-프로판다이올, 에탄올, 글리세롤, 모노에탄올아민 및 트라이에탄올아민), 담체, 하이드로트로프(hydrotrope), 빌더, 킬레이트제, 분산제, 효소 및 효소 안정제, 촉매 재료, 표백제(광표백제 포함) 및 표백 활성화제, 향료(캡슐화된 향료 또는 향료 마이크로캡슐을 포함함), 착색제(예를 들어, 휴잉 염료(hueing dye)를 포함하는, 안료 및 염료), 증백제, 이염 억제제(dye transfer inhibiting agent), 식토 제거/재침착 방지제(clay soil removal/anti-redeposition agent), 구조화제, 리올로지 조절제, 비누거품 억제제(suds suppressor), 가공 조제, 섬유 유연제, 항미생물제 등이 포함될 수 있지만 이로 한정되지 않는다.
적합한 모발 케어 활성제에는 곱슬거림(frizz) 감소를 위한 클래스 II의 수분 제어 재료(살리실산 및 유도체, 유기 알코올, 및 에스테르), 양이온성 계면활성제(특히 25℃에서 물 중에서의 용해도가 물 100 g당 0.5 g 미만, 대안적으로 물 100 g당 0.3 g 미만인 수불용성 유형), 고융점 지방 화합물(예를 들어, 융점이 25℃ 이상, 대안적으로 40℃ 이상, 대안적으로 45℃ 이상, 대안적으로 50℃ 이상인 지방 알코올, 지방산, 및 이들의 혼합물), 실리콘 화합물, 컨디셔닝제(예를 들어, Hormel로부터 상표명 Peptein 2000으로 입수가능한 가수분해된 콜라겐, Eisai로부터 상표명 Emix-d로 입수가능한 비타민 E, Roche로부터 입수가능한 판테놀, Roche로부터 입수가능한 판테닐 에틸 에테르, 가수분해된 케라틴, 단백질, 식물 추출물, 및 영양제), 방부제(예를 들어, 벤질 알코올, 메틸 파라벤, 프로필 파라벤 및 이미다졸리디닐 우레아), pH 조정제(예를 들어, 시트르산, 시트르산나트륨, 석신산, 인산, 수산화나트륨, 탄산나트륨), 염(예를 들어, 아세트산칼륨 및 염화나트륨), 착색제, 향료 또는 방향제(fragrance), 금속이온봉쇄제(sequestering agent)(예를 들어, 다이소듐 에틸렌다이아민 테트라-아세테이트), 자외선 및 적외선 스크리닝 및 흡수제(예를 들어, 옥틸 살리실레이트), 모발 탈색제, 모발 퍼밍제(hair perming agent), 모발 고정제(hair fixative), 비듬 방지제, 항미생물제, 모발 성장 또는 발모제(hair growth or restorer agent), 공용매 또는 다른 추가적인 용매 등이 포함될 수 있지만 이로 한정되지 않는다.
적합한 미용 및/또는 피부 케어 활성제에는 화장품에서의 사용이 승인되고 참고 서적, 예를 들어, 문헌[the CTFA Cosmetic Ingredient Handbook, Second Edition, The Cosmetic, Toiletries, and Fragrance Association, Inc. 1988, 1992]에 기재된 재료가 포함될 수 있다. 적합한 미용 및/또는 피부 케어 활성제의 추가의 비제한적인 예에는 방부제, 향료 또는 방향제, 착색제 또는 염료, 증점제, 보습제, 연화제, 약학적 활성제, 비타민 또는 영양제, 썬스크린, 탈취제(deodorant), 센세이트(sensate), 식물 추출물, 영양제, 수렴제(astringent), 화장품 입자, 흡수제 입자, 섬유, 항염증제, 피부 미백제, 피부톤 제제(skin tone agent)(이는 전반적인 피부톤을 개선하는 기능을 하며, 비타민 B3 화합물, 당 아민, 헥사미딘 화합물, 살리실산, 1,3-다이하이드록시-4-알킬벤젠, 예를 들어 헥실레소르시놀 및 레티노이드를 포함할 수 있음), 피부 태닝제, 박피제(exfoliating agent), 습윤제, 효소, 산화방지제, 자유 라디칼 제거제, 주름 방지 활성제, 항여드름제, 산, 염기, 미네랄, 현탁제, pH 조절제, 안료 입자, 항미생물제, 방충제, 면도 로션제, 공용매 또는 다른 추가적인 용매 등이 포함된다.
고체 시트 OCF 물품은 조성물에서 사용을 위해 공지되거나 달리 유용한 다른 선택적인 성분을, 그러한 선택적인 재료가 본 명세서에 기재된 선택된 필수 재료와 상용성이거나 또는 제품 성능을 달리 과도하게 손상시키지 않는다면, 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 고체 시트 OCF 물품에 의해 형성될 수 있는 제품 유형 실시 형태의 비제한적인 예에는 세탁 세제 제품, 섬유 유연화 제품, 손 클렌징 제품, 모발 샴푸 제품, 모발 컨디셔닝 제품, 모발 트리트먼트 제품을 포함하는 모발 스타일링 제품, 바디 클렌징 제품, 면도 제제 제품, 식기 세정 제품, 약학적 활성제 또는 다른 피부 케어 활성제를 함유하는 개인 케어 기재, 보습 제품, 썬스크린 제품, 미용 또는 피부 케어 제품, 탈취 제품, 구강 케어 제품, 여성 클렌징 제품, 유아 케어 제품, 방향제 함유 제품 등이 포함될 수 있다.
개방 셀 폼 물품의 제조 방법
참고로 포함된 국제 특허 공개 WO2010077627호 및 WO2012138820호는, 다양한 재료를 함유하는 예비-혼합물을 먼저 제조하고, 이어서, 그에 가스를 도입하여 예비-혼합물을 폭기시킨 후에, 폭기된 예비-혼합물을 시트로 형성하고, 마지막으로 시트를 승온에서 건조시킴으로써 OCF 구조체를 갖는 가요성 다공성 용해성 고체 시트 OCF 물품을 형성하는 공정을 개시한다. OCF 구조체는 건조 단계 동안, 물 증발, 버블 붕괴, (버블들 사이에 개구를 생성하고 개방 셀을 형성하는) 버블들 사이의 플라토 경계(plateau border)로의 박막 버블 페이싱(facing)으로부터의 틈새 액체 배출(interstitial liquid drainage), 및 예비-혼합물의 고화의 동시 메커니즘(simultaneous mechanism) 하에서 형성된다. 다양한 가공 조건, 예를 들어 습윤 예비-혼합물 내의 고체 함량, 습윤 예비-혼합물의 점도, 중력, 및 건조 온도, 및 제어된 배출을 달성하고 원하는 OCF 구조체를 형성하도록 그러한 가공 조건들의 균형을 맞출 필요성이 이들 메커니즘에 영향을 미칠 수 있다.
표 3의 물품을 포함하는, 기재된 OCF 물품은 다음 단계들로 제조될 수 있다: (a) 물 또는 적합한 용매에 용해되거나 분산된 원료(예를 들어, 수용성 중합체, 계면활성제와 같은 활성 성분, 및 선택적으로 가소제)를 함유하며, 약 40℃ 및 1 s-1에서 측정된 점도가 약 1,000 cP 내지 약 25,000 cP인 것을 특징으로 하는 예비-혼합물을 형성하는 단계; (b) (예를 들어, 습윤 슬러리 내로 가스를 도입함으로써) 상기 예비-혼합물을 폭기시켜 폭기된 습윤 예비-혼합물을 형성하는 단계; (c) 상기 폭기된 습윤 예비-혼합물을, 서로 반대편에 있는 제1 면과 제2 면을 갖는 시트로 형성하는 단계; 및 (d) 상기 형성된 시트를, 상기 형성된 시트의 제1 면으로부터 제2 면으로 감소하는 온도 구배를 형성하는 가열 방향을 따라 70℃ 내지 200℃의 온도에서 1분 내지 60분의 건조 시간 동안 건조시키는 단계로서, 가열 방향은 건조 시간의 절반 초과 동안 중력 방향으로부터 실질적으로 오프셋되며, 즉 건조 단계는 대부분 "항중력"(anti-gravity) 가열 방향을 따른 가열 하에서 수행되는, 단계. 그러한 대부분의 "항중력"인 가열 방향은, 각각 도 4 및 도 5에서 상기에 예시된 바와 같은, 하부 전도-기반 가열/건조 장치 및 회전 드럼-기반 가열/건조 장치를 포함하지만 이로 한정되지 않는 다양한 수단에 의해 달성될 수 있다.
OCF 물품을 제조할 때, 습윤 예비-혼합물의 점도 및/또는 고체 함량, 폭기의 양 및 속도(폭기된 예비-혼합물 내의 버블 크기 및 양에 영향을 미칠 수 있고 상응하게는 고화된 시트 물품에서 기공 크기/분포/양/특성에 영향을 줄 수 있는, 공기 공급 펌프 속도, 혼합 헤드 속도, 공기 유량, 폭기된 예비-혼합물의 밀도 등), 건조 온도 및 건조 시간을, 생성되는 시트 물품에서 최적의 OCF 구조체를 달성하도록 주의 깊게 조정하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 원하는 가열 방향(즉, 중력 방향에 대해 실질적으로 오프셋된 관계에 있음)을 갖는 것이 중요할 수 있다.
단계 (A): 습윤 예비-혼합물의 제조
습윤 예비-혼합물은 수용성 중합체, 계면활성제(들) 및/또는 다른 효과제, 선택적인 가소제, 및 다른 선택적인 성분을 포함하는 관심 고체를 사전-혼합 탱크 내에서 충분한 양의 물 또는 다른 용매와 혼합함으로써 제조될 수 있다. 습윤 예비-혼합물은 기계적 혼합기를 사용하여 형성될 수 있다. 본 발명에 유용한 기계적 혼합기에는 피치드 블레이드 터빈(pitched blade turbine) 또는 MAXBLEND 혼합기(Sumitomo Heavy Industries)가 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
40℃ 및 1 s-1에서 측정할 때 습윤 예비-혼합물의 점도는 약 1,000 cP 내지 약 25,000 cP로 조정될 수 있다. 습윤 예비-혼합물의 점도는 후속 건조 단계 동안, 폭기된 예비-혼합물의 기공 팽창 및 기공 개방에 영향을 줄 수 있다. 40℃ 및 1 s-1에서 측정할 때 습윤 예비-혼합물의 점도는 약 3,000 cP 내지 약 24,000 cP, 대안적으로 약 5,000 cP 내지 약 23,000 cP, 대안적으로 약 10,000 cP 내지 약 20,000 cP의 범위일 수 있다. 예비-혼합물 점도 값은, 콘 및 플레이트 기하학적 형상(cone and plate geometry)(CP1/50 SR3468 SS), 0.054 mm의 갭 폭, 40℃의 온도 및 360초의 기간 동안 1.0 s-1의 전단 속도로 Malvern Kinexus Lab+ 유량계를 사용하여 측정된다.
습윤 예비-혼합물은 상기 습윤 예비-혼합물의 총 중량을 기준으로 약 15% 내지 약 70%, 대안적으로 약 20% 내지 약 50%, 및 대안적으로 약 25% 내지 약 45%의 고체를 함유할 수 있다. 퍼센트 고체 함량은 모든 고체 성분, 반고체 성분, 및 저비점 알코올과 같은 임의의 명백하게 휘발성인 재료 및 물을 제외한 액체 성분의 총 가공 혼합물의 중량을 기준으로 한 중량 백분율의 합계이다.
습윤 예비-혼합물 내의 관심 고체 중에는, 고체의 총 중량을 기준으로 약 1% 내지 약 75%의 계면활성제(들), 약 0.1% 내지 약 25%의 수용성 중합체, 및 선택적으로 약 0.1% 내지 약 25%의 가소제를 함유할 수 있다. 다른 활성제 또는 효과제가 또한 예비-혼합물 내에 첨가될 수 있다.
선택적으로, 습윤 예비-혼합물은 폭기 공정 직전에 및/또는 폭기 공정 동안에 주위 온도 초과에서, 그러나 그 안의 성분들의 분해를 야기하는 임의의 온도 미만에서 예열될 수 있다. 습윤 예비-혼합물은 약 40℃ 내지 약 100℃, 대안적으로 약 50℃ 내지 약 95℃, 대안적으로 약 60℃ 내지 약 90℃, 대안적으로 약 75℃ 내지 약 85℃ 범위의 승온으로 유지될 수 있다. 또한, 습윤 예비-혼합물을 그러한 승온으로 시도하고 유지하기 위해 폭기 공정 동안 추가의 열이 가해질 수 있다. 이는 하나 이상의 표면으로부터의 전도 가열, 스팀 주입 또는 다른 가공 수단을 통해 달성될 수 있다.
단계 (B): 습윤 예비-혼합물의 폭기
습윤 예비-혼합물의 폭기는 건조 시에 그 내부의 OCF 물품의 후속 형성을 위해 충분한 양의 공기 버블을 습윤 예비-혼합물 내로 도입할 수 있다. 일단 충분히 폭기되면, 습윤 예비-혼합물은 폭기되지 않은 습윤 예비-혼합물(이는 소수의 의도치 않게 포획된 공기 버블을 함유할 수 있음) 또는 불충분하게 폭기된 습윤 예비-혼합물(이는 약간의 버블을 함유할 수 있지만 부피 백분율이 훨씬 더 낮고 버블 크기가 상당히 더 큼)의 밀도보다 상당히 더 낮은 밀도를 특징으로 한다. 폭기된 습윤 예비-혼합물은 밀도가 약 0.05 g/ml 내지 약 0.5 g/ml, 대안적으로 약 0.08 g/ml 내지 약 0.4 g/ml, 대안적으로 약 0.1 g/ml 내지 약 0.35 g/ml, 대안적으로 약 0.15 g/ml 내지 약 0.3 g/ml, 대안적으로 약 0.2 g/ml 내지 약 0.25 g/ml의 범위일 수 있다.
폭기는 물리적 수단 또는 화학적 수단 중 어느 하나에 의해 달성될 수 있다. 폭기는 기계적 교반을 통해, 예를 들어, 회전자 고정자 혼합기(rotor stator mixer), 유성 혼합기, 가압 혼합기, 비-가압 혼합기, 배치 혼합기, 연속 혼합기, 반연속 혼합기, 고전단 혼합기, 저전단 혼합기, 침지식 스파저(submerged sparger), 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이로 한정되지 않는 임의의 적합한 기계적 가공 수단을 사용하여 습윤 예비-혼합물 내로 가스를 도입함으로써 달성될 수 있다. 대안적으로, 폭기는 화학적 수단을 통해, 예를 들어, 화학적 발포제를 사용하여, 발포 시스템에 의한 이산화탄소(CO2 가스)의 형성을 포함하는, 하나 이상의 성분의 화학 반응을 통한 원위치(in-situ) 가스 형성을 제공함으로써 달성될 수 있다.
폭기된 습윤 예비-혼합물의 버블 크기는 생성된 고체 시트 OCF 물품의 OCF 물품 내의 균일한 층을 달성하는 데 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 폭기된 습윤 예비-혼합물의 버블 크기는 약 5 내지 약 100 마이크로미터, 대안적으로 약 20 마이크로미터 내지 약 80 마이크로미터일 수 있다.
단계 (C): 시트-형성
충분한 폭기 후에, 폭기된 습윤 예비-혼합물은 서로 반대편에 있는 제1 면 및 제2 면을 갖는 하나 이상의 시트를 형성한다. 시트-형성 단계는 임의의 적합한 방식으로, 예를 들어 압출, 캐스팅, 성형, 진공-형성, 가압, 인쇄, 코팅 등에 의해 수행될 수 있다. 더욱 구체적으로, 폭기된 습윤 예비-혼합물은, (i) 폭기된 습윤 예비-혼합물을 얕은 공동 또는 트레이 또는 특별히 설계된 시트 주형 내로 캐스팅하는 단계; (ii) 건조기의 연속 벨트 또는 스크린 상으로 압출하는 단계; (iii) 회전 드럼 건조기의 외부 표면 상에 코팅하는 단계에 의해 시트로 형성될 수 있다. 시트가 형성되는 지지 표면은 부식방지성, 비-상호작용성 및/또는 비-점착성인 재료, 예를 들어 금속(예를 들어, 강, 크롬 등), TEFLON®, 폴리카르보네이트, NEOPRENE®, HDPE, LDPE, 고무, 유리 등에 의해 형성되거나 그로 코팅될 수 있다.
폭기된 습윤 예비-혼합물의 형성된 시트는 두께가 약 0.5 mm 내지 약 4 mm, 대안적으로 약 0.6 mm 내지 약 3.5 mm, 대안적으로 약 0.7 mm 내지 약 3 mm, 대안적으로 약 0.8 mm 내지 약 2 mm, 대안적으로 약 0.9 mm 내지 약 1.5 mm일 수 있다. 폭기된 습윤 예비-혼합물의 그러한 형성된 시트의 두께를 제어하는 것은 생성된 고체 시트 OCF 물품이 원하는 OCF 구조체를 갖는 것을 보장하는 데 중요할 수 있다. 형성된 시트가 너무 얇은 경우(예를 들어, 두께가 0.5 mm 미만인 경우), 폭기된 습윤 예비-혼합물 내에 포획된 다수의 공기 버블이 후속 건조 단계 동안 팽창하여, 생성되는 고체 시트 OCF 물품의 전체 두께를 통해 연장되는 관통 구멍을 형성할 것이다. 그러한 관통 구멍은, 너무 많은 경우, 시트 물품의 전반적인 구조적 완전성 및 미적 외관 둘 모두를 상당히 손상시킬 수 있다. 형성된 시트가 너무 두꺼운 경우, 건조시키기에 더 오래 걸릴 뿐만 아니라, 그의 두께를 따라 상이한 영역들(예를 들어, 상부, 중간, 및 하부 영역들) 사이에서 더 큰 기공 크기 변화를 갖는 고체 시트 OCF 물품을 생성할 것인데, 그 이유는 건조 시간이 길어질수록, 버블 파열/붕괴/합체, 액체 배출, 기공 팽창, 기공 개방, 물 증발 등을 통해 더 많은 힘의 불균형이 발생할 수 있기 때문이다.
단계 D: 항중력 가열 하에서의 건조
시트가 형성된 후에, 건조 단계 동안, 전체 건조 시간 내내 또는 적어도 건조 시간의 절반 초과 내내 항중력 가열 방향이 사용될 수 있다.
특정 실시 형태에서, 항중력 가열 방향은 도 4에 예시된 것과 동일하거나 유사한 전도-기반 가열/건조 장치에 의해 제공된다.
도 4는 가요성 다공성 용해성 OCF 시트를 제조하기 위한 하부 전도-기반 가열/건조 장치를 나타낸다. 구체적으로, 주형(51)을 폭기된 습윤 예비-혼합물로 충전하는데, 이는 제1 면(52A)(즉, 하부 면) 및 반대편의 제2 면(52B)(즉, 상부 면)을 갖는 시트(52)를 형성한다. 그러한 주형(51)을 건조 단계 동안 대략 30분간, 예를 들어, 약 125 내지 130℃의 제어된 표면 온도를 갖는 예열된 펠티어(Peltier) 플레이트 위에, 가열된 표면(도시되지 않음) 상에 놓는다. 열이 주형(51)의 하부의 가열된 표면으로부터 주형을 통해 전도되어 아래로부터, 즉 (빗금친 화살표에 의해 도시된 바와 같은) 상향 가열 방향을 따라 시트(52)를 가열하는데, 이는 상기 시트(52)에서 제1 면(52A)(하부 면)으로부터 반대편의 제2 면(52B)(상부 면)으로 감소하는 온도 구배를 형성한다. 그러한 상향 가열 방향은 (백색 화살표에 의해 도시된 바와 같은) 중력 방향에 반대이고, 전체 건조 시간 내내 그렇게 유지된다(즉, 가열 방향은 건조 시간의 거의 100% 동안 중력 방향에 반대이다). 건조 동안, 중력은 여전히 하부 영역을 향해 하향으로 액체 예비-혼합물을 배출시킨다. 그러나, 상향 가열 방향은 시트를 하부로부터 위로 건조시키며, 하부 영역에서 열에 의해 발생된 수증기는 상향으로 발생하여 고화 중인 매트릭스로부터 빠져나가며, 따라서 하부 영역을 향한 하향 액체 배출은 현저히 제한되고 고화되는 매트릭스 및 상승하는 수증기에 의해 "상쇄"/감소된다. 상응하게는, 생성되는 건조 시트의 하부 영역은 덜 치밀하며 상대적으로 얇은 셀 벽을 갖는 다수의 기공을 포함한다. 또한, 상부 영역이 이러한 공정 동안 건조되는 마지막 영역이기 때문에, 상부 영역 내의 공기 버블은 팽창되기에 충분한 시간을 가져서 생성되는 시트의 상부 표면에 상당히 더 큰 개방 기공을 형성하며, 이는 시트 내로의 물 침입을 용이하게 하는 데 특히 효과적이다. 더욱이, 생성된 시트 물품은 그의 상이한 영역들(예를 들어, 상부, 중간, 하부) 전체에 걸쳐 더 고르게 분포된 전체 기공 크기를 갖는다.
대안적으로, 항중력 가열 방향은, 도 5에 예시된 것과 유사한, 드럼 건조 또는 롤러 건조로도 지칭되는 회전 드럼-기반 가열/건조 장치에 의해 제공된다.
도 5는 가요성 다공성 용해성 OCF 시트를 제조하는 데 또한 사용될 수 있는 회전 드럼-기반 가열/건조 장치를 나타낸다. 구체적으로, 공급 트로프(trough)(60)를 폭기된 습윤 예비-혼합물(61)로 충전한다. 가열된 회전 가능한 실린더(70)(드럼 건조기로도 지칭됨)를 상기 공급 트로프(60) 위에 배치한다. 상기 가열된 드럼 건조기(70)는 약 130℃의 제어된 표면 온도를 특징으로 하는 원통형의 가열된 외부 표면을 가지며, 이는 (화살표를 갖는 가느다란 곡선에 의해 도시된 바와 같이) 시계방향 방향을 따라 회전하여 폭기된 습윤 예비-혼합물(61)을 공급 트로프(60)로부터 픽업한다. 폭기된 습윤 예비-혼합물(61)은 드럼 건조기(70)의 원통형의 가열된 외부 표면 위에 얇은 시트(62)를 형성하며, 이는 폭기된 습윤 예비-혼합물의 그러한 시트(62)를 대략 10 내지 15분 회전시키고 건조시킨다. 그렇게 형성된 시트(62)의 일관된 두께를 보장하기 위해 슬러리 픽업 위치 부근에 레벨링 블레이드(leveling blade)(도시되지 않음)가 배치될 수 있지만, 폭기된 습윤 예비-혼합물(61)의 점도 및 드럼 건조기(70)의 회전 속도 및 표면 온도를 단순히 조절함으로써 시트(62)의 두께를 제어하는 것이 가능하다. 일단 건조되면, 시트(62)를 드럼 회전의 종료 시에 수동으로 또는 스크레이퍼(72)에 의해 픽업할 수 있다.
도 5에 나타나 있는 바와 같이, 폭기된 습윤 예비-혼합물(61)에 의해 형성된 시트(62)는 가열된 드럼 건조기(70)의 가열된 외부 표면과 직접 접촉하는 제1 면(62A)(즉, 하부 면) 및 반대편의 제2 면(62B)(즉, 상부 면)을 포함한다. 상응하게는, 드럼 건조기(70)로부터의 열이 외향 가열 방향을 따라 시트(62)로 전도되어, 시트(62)의 제1 면(62A)(하부 면)을 먼저 가열하고, 이어서 반대편의 제2 면(62B)(상부 면)을 가열한다. 그러한 외향 가열 방향은 시트(62)에서 제1 면(62A)(하부 면)으로부터 반대편의 제2 면(62B)(상부 면)으로 감소하는 온도 구배를 형성한다. 외향 가열 방향은 드럼 건조기(70)가 회전함에 따라 천천히 그리고 지속적으로, 그러나 (도 4에서 다수의 외향으로 연장되는 빗금친 화살표에 의해 도시된 바와 같은) 매우 분명하고 예측 가능한 경로를 따라 변화한다. 외부 가열 방향 및 (백색 화살표에 의해 도시된 바와 같은) 중력 방향의 상대적인 위치가 또한 유사한 분명하고 예측 가능한 방식으로 천천히 그리고 지속적으로 변화한다. 절반 미만의 건조 시간 동안(즉, 가열 방향이 수평 점선 아래에 있을 때), 외향 가열 방향은 중력 방향과 실질적으로 정렬되며, 그들 사이의 오프셋 각도가 90° 미만이다. 대부분의 건조 시간 동안(즉, 가열 방향이 수평 점선과 동일하게 있거나 그 위에 있을 때), 외향 가열 방향은 중력 방향에 반대이거나 실질적으로 반대이며, 그들 사이의 오프셋 각도가 90° 이상이다. 시트(62)의 초기 "시작" 코팅 위치에 따라, 가열 방향은 (코팅이 드럼 건조기(70)의 최하부에서 시작되는 경우) 건조 시간의 55% 초과 동안, 대안적으로 (코팅이 도 5에 도시된 바와 같이 드럼 건조기(70)의 더 높은 위치에서 시작되는 경우) 건조 시간의 60% 초과 동안 중력 방향에 반대이거나 실질적으로 반대일 수 있다. 결과적으로, 건조 단계의 대부분 동안, 회전 드럼-기반 가열/건조 장치에서의 이러한 느린 회전 및 변화하는 가열 방향은 여전히 중력에 의해 야기되는 시트(62) 내의 액체 배출을 제한하고 "상쇄"/감소시키는 기능을 하여, 그렇게 형성된 시트 물품 내에 개선된 OCF 구조체를 생성할 수 있다. 가열된 드럼 건조기(70)에 의해 건조되는 바와 같은 생성된 시트 물품은 또한 다수의 더 고른 크기의 기공을 갖는 덜 치밀한 하부 영역, 및 상대적으로 더 큰 기공 개구를 갖는 상부 표면을 특징으로 한다. 더욱이, 생성된 시트 물품은 그의 상이한 영역들(예를 들어, 상부, 중간, 하부) 전체에 걸쳐 더 고르게 분포된 전체 기공 크기를 갖는다.
다수의 시트를 다층 구조체로 전환
상기에 기재된 바와 같이, 일단 가요성 용해성 다공성 고체 시트가 형성되면, 2개 이상의 그러한 시트를 추가로 조합하고/하거나 처리하여, 구형, 입방형, 직사각형, 장방형, 원통형, 막대형, 시트형, 꽃 형상, 팬(fan) 형상, 별 형상, 디스크 형상 등을 포함하지만 이로 한정되지 않는 임의의 바람직한 3차원 형상의 용해성 고체 OCF 물품을 형성할 수 있다. 시트는 당업계에 공지된 임의의 수단에 의해 조합 및/또는 처리될 수 있으며, 이의 예에는 화학적 수단, 기계적 수단 및 이들의 조합이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 그러한 조합 및/또는 처리 단계는 본 명세서에서 집합적으로 "전환" 공정으로 지칭되는데, 즉 이는 둘 이상의 가요성 용해성 다공성 OCF 시트를 원하는 3차원 형상을 갖는 용해성 고체 물품으로 전환시키는 기능을 한다.
고체 시트 OCF 물품의 다수의 층을 함께 적층하여 형성된 다층 용해성 고체 OCF 물품은 최대 치수(D) 및 (최대 치수에 수직인) 최소 치수(z)를 특징으로 하는 한편, D/z의 비(이하, "종횡비"로도 지칭됨)는 1 내지 약 10, 대안적으로 약 1.4 내지 약 9, 대안적으로 약 1.5 내지 약 8, 대안적으로 약 2 내지 약 7의 범위이다. 종횡비가 1인 경우, 용해성 고체 물품은 구형 형상을 갖는다는 것에 유의한다. 종횡비가 약 1.4인 경우, 용해성 고체 물품은 입방형 형상을 갖는다.
다층 용해성 고체 OCF 물품은 최소 치수(z)가 약 3 mm 초과, 그러나 약 20 cm 미만, 대안적으로 약 4 mm 내지 약 10 cm, 대안적으로 약 5 mm 내지 약 30 mm일 수 있다.
상기에 기재된 다층 용해성 고체 OCF 물품은 2개 초과의 그러한 가요성 용해성 다공성 시트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이는 약 4 내지 약 50개, 대안적으로 약 5 내지 약 40개, 대안적으로 약 6 내지 약 30개의 상기 가요성 용해성 다공성 시트를 포함할 수 있다. 가요성 용해성 다공성 시트 내의 개선된 OCF 구조체는, 스택에 대한 만족스러운 전반적인 용해 속도를 여전히 제공하면서, 다수의 시트(예를 들어, 15 내지 40개)를 함께 적층하는 것을 가능하게 한다.
일 예에서, 다층 용해성 고체 물품은 상기에 기재된 가요성 용해성 다공성 시트의 15 내지 40개의 층을 포함할 수 있으며, 종횡비가 약 2 내지 약 7의 범위이다.
이하에서, 표 4 내지 표 11은 세탁물 케어 및 모발 케어를 위해 의도된 다양한 고체 OCF 물품의 예를 나타낸다.
각각, 세탁물 케어 물품 및 모발 케어 물품을 위해, 하기 표 4 및 표 5에 기재된 바와 같은 하기 계면활성제/중합체 조성을 갖는 습윤 예비-혼합물을 제조한다.
[표 4]
Figure pct00010
표 4에 기재된 바와 같은 습윤 예비-혼합물 조성물의 점도는 약 14309.8 cP이다. 폭기 후에, 그러한 폭기된 습윤 예비-혼합물의 평균 밀도는 약 0.25 g/㎤이다.
[표 5]
Figure pct00011
표 5에 기재된 바와 같은 습윤 예비-혼합물 조성물의 점도는 약 19254.6 cP이다. 폭기 후에, 그러한 폭기된 습윤 예비-혼합물의 평균 밀도는 약 0.225 g/㎤이다.
하기 표 6에 기재된 바와 같은 하기 설정 및 조건을 이용하여, 연속 폭기 장치(Aeros) 및 회전 드럼 건조기를 사용하여 표 4 및 표 5에 기재된 바와 같은 상기의 습윤 예비-혼합물로부터 가요성 다공성 용해성 고체 시트 OCF 물품 A 및 B를 제조한다:
[표 6]
Figure pct00012
하기 표 7에 기재된 바와 같은 하기 설정 및 조건을 이용하여, 연속 폭기 장치(Oakes) 및 (하부 전도-기반 가열을 제공하는) 핫 플레이트 상에 배치된 주형을 사용하여 표 4에 기재된 바와 같은 상기의 습윤 예비-혼합물로부터 가요성 다공성 용해성 고체 시트 OCF 물품 C를 또한 제조한다:
[표 7]
Figure pct00013
또한, 하기 표 8에 기재된 바와 같은 하기 설정 및 조건을 이용하여, 연속 폭기 장치(Oakes) 및 충돌 오븐 상에 배치된 주형을 사용하여 표 4 및 표 5에 기재된 상기의 습윤 예비-혼합물로부터 가요성 다공성 용해성 고체 시트 OCF 물품을 제조한다:
[표 8]
Figure pct00014
하기와 같은 표 9 내지 표 11은 상기에 기재된 습윤 예비-혼합물 및 건조 공정으로부터 제조된 본 발명의 고체 시트 OCF 물품 A 내지 C 및 I 및 II에 대해 측정된 다양한 물리적 파라미터 및 기공 구조체를 요약한다.
[표 9]
Figure pct00015
[표 10]
Figure pct00016
[표 11]
Figure pct00017
이하에서, 표 12 내지 표 17은 개인 케어, 세탁물 케어, 및 천 향상제(Fabric Enhancer)를 위해 의도된 다양한 고체 OCF 물품의 예를 나타낸다.
[표 12]
Figure pct00018
[표 13]
Figure pct00019
[표 14]
Figure pct00020
[표 15]
Figure pct00021
[표 16]
Figure pct00022
하기 표 17에 기재된 바와 같은 하기 설정 및 조건을 이용하여, 연속 폭기 장치(Aeros) 및 회전 드럼 건조기를 사용하여 표 12 내지 표 16에 기재된 바와 같은 상기의 습윤 예비-혼합물 1 내지 습윤 예비-혼합물 5로부터 OCF 구조체를 갖는 가요성 다공성 용해성 고체 시트를 제조한다:
[표 17]
Figure pct00023
시험 방법
시험 1: 손 용해 시험 방법
필요한 재료:
시험할 물품: 3 내지 5개의 샘플을 시험하여 각각의 개별 샘플에 대한 스트로크 수의 평균을 계산하고 평균 손 용해 값으로 기록한다. 이 방법의 경우, 전체 소비자 판매가능 또는 소비자 샘플을 시험한다. 전체 소비자 판매가능 또는 소비자 사용 샘플이 50 ㎠ 초과의 풋프린트를 갖는 패드인 경우, 먼저 물품을 50 ㎠의 풋프린트를 갖도록 절단한다.
니트릴 장갑
10 cc 주사기
플라스틱 칭량 보트(Weigh boat) (약 3 in x 3 in)
100 mL 유리 비커
하기 특성을 갖는 물(미국 신시내티 시의 수돗물(City of Cincinnati Water) 또는 등가물: 총 경도= CaCO2로서 155 mg/L; 칼슘 함량 = 33.2 mg/L; 마그네슘 함량 = 17.5 mg/L; 포스페이트 함량 = 0.0462 mg/L). 사용된 물은 7 그레인/갤런(gpg) 경도이고 40℃ +/- 5℃인 물이다.
프로토콜:
Figure pct00024
80 mL의 물을 유리 비커에 첨가한다.
Figure pct00025
물이 40℃ +/- 5℃의 온도로 될 때까지 비커 내의 물을 가열한다.
Figure pct00026
주사기를 통해 비커로부터 15 mL의 물을 칭량 보트로 옮긴다.
Figure pct00027
물을 칭량 보트로 옮기고 10초 이내에, 장갑 낀 손(샘플을 잡기 위해 비우세 손에서 컵 모양 자세를 한 손)의 손바닥에 샘플을 놓는다.
Figure pct00028
우세 손을 사용하여, 칭량 보트로부터 물을 신속하게 샘플에 첨가하고 5 내지 10초의 기간 동안 즉시 적시게 둔다.
Figure pct00029
반대편의 우세한 손(역시 장갑을 낌)으로 2회의 신속한 원형 스트로크로 문지른다.
Figure pct00030
2 스트로크 후에 손 안의 샘플을 시각적으로 검사한다. 샘플이 완전히 용해된 경우, 스트로크 수 = 2 용해 스트로크로 기록한다. 완전히 용해되지 않은 경우, 잔류 샘플을 추가 스트로크(총 3회) 동안 문지르고 용해 정도를 관찰한다. 추가 스트로크 후에 샘플이 고체 조각을 함유하지 않는 경우, 스트로크 수 = 3 용해 스트로크로 기록한다. 총 3 스트로크 후에, 샘플이 여전히 용해되지 않은 샘플의 고체 조각을 함유하는 경우, 샘플이 완전히 용해될 때까지 또는 총 30 스트로크에 도달할 때까지, 추가적인 원형 스트로크로 계속 문지르고 각각의 추가 스트로크 후에 임의의 잔류 고체 조각이 존재하는지 여부를 확인한다. 총 스트로크 수를 기록한다. 최대 30 스트로크 후에는 샘플 조각이 남아 있더라도 30 용해 스트로크로 기록한다.
Figure pct00031
이러한 과정을 추가 4개의 샘플의 각각에 대해 반복한다.
3 내지 5개의 샘플에 대해 기록된 용해 스트로크 값의 산술 평균을 계산하고 물품에 대한 평균 손 용해 값으로서 기록한다. 평균 손 용해 값은 가장 가까운 단일 용해 스트로크 단위로 기록된다.
시험 2: 안정성 시험 방법
적어도 시일 강도가 75 N/m 이상의 강도(최소 요건: 용이한 박리 시일)이고, 주연부 전체 주위에서 시일 완전성을 나타내고, 후술되는 바와 같은 가속 안정성 시험의 요건을 충족시키는 경우 사셰 제품(물품을 함유하는 밀봉된 사셰 또는 액체를 함유하는 밀봉된 사셰)은 안정성 시험 방법에서 허용가능한 것으로 결정된다.
시험 3: 평균 시일 강도
이 시험 방법은 ASTM F88에 따라 수행된다. 시일의 1 인치 스트립을 절단함으로써 시험을 위한 밀봉된 시험 시편을 제조한다. 에지는 깨끗하게 절단되어야 하며 시일의 방향에 수직이어야 한다. 샘플을 72°F,50% RH에서 36시간 컨디셔닝하였다. 시험 시편의 각각의 레그(leg)를 2.95 bar ±0.1의 압력으로 박리 시험기에 클램핑하였다. 300 mm/min의 그립 분리 속도로 시일을 시험한다. 각 사이클에 대해, 시편이 응력을 받아 파괴될 때의 최대 힘을 기록하고 파괴 유형을 확인한다. 레그당 5개의 시편을 시험하여 평균 시일 강도를 계산한다. 평균 시일 강도는 다음과 같이 정의된다: 75 N/m 미만인 경우 약한 시일/시일 없음; 75 내지 250 N/m인 경우 용이한 박리; 250 내지 500 N/m인 경우 어려운 박리; 500 N/m 초과인 경우 록 시일(lock seal). 박리 시일은 전형적으로 접착 파괴되지만; 록 시일은 응집 파괴된다.
시험 4: 가속 안정성 시험
하기에 기재된 바와 같이 허용가능한 패키지 완전성, 건조 물품 완전성, 및 물품 성능을 갖는 경우 사셰 제품은 가속 안정성 시험을 충족시킨다.
사셰 제품을 가속 안정성 조건(40℃, 75% RH) 하에서 소정 기간(예를 들어, 2주, 4주, 8주, 12주 및/또는 6개월) 동안 시험한다. 그 기간 후에, 5개의 사셰 제품을 패키지 완전성에 대해 시각적으로 검출한다. 하기에 기재되는 바와 같이, 압축 하중을 가한 후에, (1) 시각적 검출에 의해 결정할 때, 사셰의 붕해 또는 탈층의 징후가 없고 사셰 시일이 온전한 경우, 사셰 제품은 허용가능한 패키지 완전성을 갖고, (2) 사셰의 내층을 (시각적 검출에 의해 그리고 10X 현미경 아래에서) 오염 징후에 대해 조사한다.
이어서, 사셰 제품에 18 psig(124.1 ㎪)의 압축 하중을 15초 동안 가하고 물품을 사셰에서 꺼내고 25℃, 60% RH에서 1일 동안 저장한다. 물품을 건조 물품 완전성 및 물품 성능에 대해 검사한다. 시각적 검출에 의해 물품이 일체형 구조체인 경우 물품은 허용가능한 건조 물품 완전성을 갖는다. 예를 들어, 물품은 가속 안정성 시험 동안 파쇄되거나 박리되는 경우 완전한 구조체로 간주되지 않는다. 본 명세서에 기재된 바와 같이, 손 용해 시험에서 15 스트로크 미만을 필요로 하며, 손 용해 시험 동안 시각적 검출 시 (청크 또는 그릿 없이) 용해가 순조롭고 실질적으로 균일한 색상인 경우 물품은 허용가능한 성능을 갖는다.
시험 5: 시트 물품의 표면 평균 기공 직경을 결정하기 위한 주사 전자 현미경(SEM) 방법
Hitachi TM3000 테이블탑 현미경(S/N: 123104-04)을 사용하여 샘플의 SEM 현미경 사진을 얻는다. 고체 시트 OCF 물품의 샘플은 면적이 대략 1 cm × 1 cm이며 더 큰 시트로부터 절단된다. 이미지를 50X 배율로 수집하며, 유닛을 15 ㎸에서 작동시킨다. 각각의 샘플을 가로질러 무작위로 선택된 위치들로부터 최소 5개의 현미경 사진 이미지를 수집하여, 대략 43.0 ㎟의 총 분석 면적을 초래하고, 그를 가로질러 평균 기공 직경을 추정한다.
이어서, SEM 현미경 사진을 첫째로 Matlab에서 이미지 분석 툴박스를 사용하여 가공한다. 필요한 경우, 이미지를 그레이스케일로 전환한다. 주어진 이미지에 대해, 'imhist' Matlab 함수를 사용하여 모든 단일 픽셀의 강도 값의 히스토그램을 생성한다. 전형적으로, 그러한 히스토그램으로부터, 더 밝은 시트 표면의 픽셀 및 기공 내의 더 어두운 영역의 픽셀에 상응하는 2개의 개별적인 분포가 명백하다. 이들 두 분포의 피크 값들 사이의 강도 값에 상응하는 임계값을 선택한다. 이어서, 이 임계값보다 낮은 강도 값을 갖는 모든 픽셀은 0의 강도 값으로 설정하는 한편, 강도 값이 더 높은 픽셀은 1로 설정하여, 이진 흑백 이미지를 생성한다. 이어서, ImageJ(https://imagej.nih.gov, 버전 1.52a)를 사용하여 이진 이미지를 분석하여, 기공 면적 분율과 기공 크기 분포를 모두 검사한다. 각각의 이미지의 스케일 바(scale bar)를 사용하여 픽셀/mm 스케일링 계수(scaling factor)를 제공한다. 분석을 위해, 자동 임계화 함수 및 입자 분석 함수를 사용하여 각각의 기공을 분리한다. 분석 함수로부터의 출력은 전체 이미지에 대한 면적 분율 및 검출된 각각의 개별 기공에 대한 기공 면적 및 기공 둘레를 포함한다.
평균 기공 직경은 DA50으로서 정의되는데, 총 기공 면적의 50%가 DA50 평균 직경과 동일하거나 그보다 작은 수력학적 직경을 갖는 기공으로 구성된다.
수력학적 직경 = '4 * 기공 면적(m2) / 기공 둘레(m)'.
이는 기공들이 모두 원형은 아님을 고려하여 계산된 등가 직경이다.
시험 6: 개방 셀 폼의 전체 또는 영역 평균 기공 크기 및 평균 셀 벽 두께를 결정하기 위한 마이크로-컴퓨터 단층촬영(Micro-Computed Tomographic, μCT) 방법
다공도는 OCF에 의해 점유되는 총 공간에 대한 공극 공간의 비이다. 다공도는, 임계화를 통해 공극 공간을 세그먼트화하고 총 복셀(voxel)에 대한 공극 복셀의 비를 결정함으로써 μCT 스캔으로부터 계산할 수 있다. 유사하게, 중실 부피 분율(SVF)은 총 공간에 대한 중실 공간(solid-space)의 비이며, SVF는 총 복셀에 대한 점유된 복셀의 비로서 계산할 수 있다. 다공도 및 SVF 둘 모두는, 구조 정보, 예를 들어, OCF의 높이 방향으로의 기공 크기 분포, 또는 OCF 스트럿의 평균 셀 벽 두께를 제공하지 않는 평균 스칼라 값이다.
OCF의 3D 구조를 특성화하기 위해, 높은 등방성 공간 해상도로 데이터세트를 획득할 수 있는 μCT X-선 스캐닝 기기를 사용하여 샘플을 이미지화한다. 적합한 기기의 일 예는 하기 설정으로 작동되는 SCANCO 시스템 모델 50 μCT 스캐너(스위스 브뤼티셀렌 소재의 Scanco Medical AG)이다: 133 ㎂에서 45 ㎸p의 에너지 수준; 3000 프로젝션; 15 mm 시야; 750 ms 적분 시간; 5회의 평균화; 및 픽셀당 3 μm의 복셀 크기. 스캐닝 및 후속 데이터 재구성을 완료한 후에, 스캐너 시스템은 ISQ 파일로 지칭되는 16비트 데이터 세트를 생성하며, 여기서 그레이 레벨은 x-선 감쇠의 변화를 반영하고, 이는 결국 재료 밀도와 관련된다. 이어서, 스케일링 계수를 사용하여 ISQ 파일을 8비트로 전환한다.
스캐닝된 OCF 샘플은 보통 직경이 대략 14 mm인 코어를 펀칭함으로써 제조한다. OCF 펀치를 저-감쇠 폼 상에 편평하게 놓고, 이어서 스캐닝을 위해 15 mm 직경의 플라스틱 원통형 튜브 내에 장착한다. 모든 장착된 절단 샘플의 전체 부피가 데이터세트에 포함되도록 샘플의 스캔을 획득한다. 이러한 더 큰 데이터세트로부터, 샘플 데이터세트의 더 작은 하위-부피(sub-volume)를 스캐닝된 OCF의 총 단면으로부터 추출하여, 기공이 에지/경계 효과 없이 정성적으로 평가될 수 있는 데이터의 3D 슬래브(slab)를 생성한다.
높이 방향으로의 기공-크기 분포 및 스트럿-크기를 특성화하기 위해, 국소 두께 맵 알고리즘 또는 LTM이 하위-부피 데이터세트에서 구현된다. LTM 방법은 유클리드 거리 맵핑(Euclidean Distance Mapping, EDM)으로 시작하는데, 이는 각각의 공극 복셀의 그의 가장 가까운 경계로부터의 거리와 동일한 그레이 레벨 값들을 할당한다. EDM 데이터에 기초하여, 기공을 나타내는 3D 공극 공간(또는 스트럿을 나타내는 3D 중실 공간)을 EDM 값과 매칭되도록 크기설정된 구체로 테셀레이팅한다. 구체로 둘러싸인 복셀에 가장 큰 구체의 반경 값을 할당한다. 다시 말하면, 각각의 공극 복셀(또는 스트럿의 경우 중실 복셀)은, 공극 공간 경계(또는 스트럿의 경우 중실 공간 경계) 내에 끼워 맞춰지는 한편 할당된 복셀을 포함하는 최대 구체의 반경 값을 할당받는다.
LTM 데이터 스캔으로부터의 3D 라벨링된 구체 분포 출력은 높이-방향(또는 Z-방향)의 2차원 이미지의 스택으로서 처리될 수 있고, OCF 깊이의 함수로서 슬라이스로부터 슬라이스로의 구체 직경의 변화를 추정하는 데 사용될 수 있다. 스트럿 두께를 3D 데이터세트로서 취급하고, 하위-부피의 전체 또는 일부에 대해 평균 값을 평가할 수 있다. 계산 및 측정은 Thermo Fisher Scientific으로부터의 AVIZO Lite (9.2.0) 및 Mathworks로부터의 MATLAB (R2017a)을 사용하여 행하였다.
시험 7: 시트 물품의 퍼센트 개방 셀 함량
퍼센트 개방 셀 함량은 가스 비중측정을 통해 측정한다. 가스 비중측정은 가스 변위 방법을 사용하여 부피를 정확하게 측정하는 일반적인 분석 기술이다. 헬륨 또는 질소와 같은 불활성 가스를 변위 매질로서 사용한다. 고체 시트 OCF 물품의 샘플을 기지의 부피의 기기 구획 내에 밀봉하고, 적절한 불활성 가스가 도입되게 하고, 이어서 다른 정밀 내부 부피로 팽창시킨다. 팽창 전 및 후의 압력을 측정하고, 샘플 물품 부피를 계산하는 데 사용한다.
ASTM 표준 시험 방법 D2856은 구 모델의 공기 비교 비중병(air comparison pycnometer)을 사용하여 개방 셀의 백분율을 결정하기 위한 절차를 제공한다. 이러한 장치는 더 이상 제조되지 않는다. 그러나, Micromeritics의 AccuPyc 비중병을 사용하는 시험을 수행함으로써 개방 셀의 백분율을 편리하게 그리고 정밀하게 결정할 수 있다. ASTM 절차 D2856은 폼 재료의 개방 셀의 퍼센트를 결정하기 위한 5가지 방법(A, B, C, D, 및 E)을 기재한다. 이들 실험의 경우, ASTM foampyc 소프트웨어와 함께 질소 가스를 사용하는 Accupyc 1340을 사용하여 샘플을 분석할 수 있다. ASTM 절차의 방법 C를 사용하여 퍼센트 개방 셀을 계산한다. 이러한 방법은 하기 식에 따라, 캘리퍼스 및 표준 부피 계산을 사용하여 결정되는 바와 같은 기하학적 부피를 Accupyc에 의해 측정되는 바와 같은 개방 셀 부피와 단순 비교한다:
개방 셀 백분율 = 샘플의 개방 셀 부피 / 샘플의 기하학적 부피 * 100
이들 측정은 Micromeretics Analytical Services, Inc.(미국 30093 조지아주 노크로스 스위트 200 원 마이크로메리틱스 드라이브 소재)에 의해 수행되는 것이 권장된다. 이러한 기술에 대한 더 많은 정보는 Micromeretics Analytical Services 웹 사이트 (www.particletesting.com 또는 www.micromeritics.com)에서 이용가능하거나, 또는 문헌["Analytical Methods in Fine particle Technology" by Clyde Orr and Paul Webb]에 공개되어 있다.
시험 8: 시트 물품의 최종 수분 함량
고체 시트 OCF 물품의 최종 수분 함량은 Mettler Toledo HX204 Moisture Analyzer (S/N B706673091)를 사용하여 얻는다. 최소 1 g의 건조된 시트 물품을 측정 트레이 상에 놓는다. 이어서, 10분의 분석 시간 및 110℃의 온도의 추가 프로그램 설정으로 표준 프로그램을 실행한다.
시험 9: 시트 물품의 두께
가요성 다공성 용해성 고체 시트 OCF 물품의 두께는 마이크로미터 또는 두께 게이지, 예를 들어 Mitutoyo Corporation Digital Disk Stand Micrometer 모델 번호 IDS-1012E(미국 60504 일리노이주 오로라 965 코포레이트 블러바드 소재의 Mitutoyo Corporation)를 사용함으로써 얻는다. 마이크로미터는, 약 0.09 psi(6.32 gm/㎠)의 적용 압력에서 두께를 측정하는, 약 32 그램의 무게의 1 인치 직경 압반(platen)을 갖는다.
압반을 상승시키고, 시트 물품의 섹션을 압반 밑의 스탠드 상에 배치하고, 압반을 주의 깊게 하강시켜 시트 물품과 접촉시키고, 압반을 해제시키고, 디지털 판독으로 밀리미터 단위로 시트 물품의 두께를 측정함으로써 가요성 다공성 용해성 고체 시트 OCF 물품의 두께를 측정한다. 시트 물품은, 편평하지 않은 더 강성인 기재의 경우를 제외하고는, 가능한 최저 표면 압력에서 두께가 측정되는 것을 확실히 하기 위해 압반의 모든 에지까지 완전히 연장되어야 한다.
시험 10: 시트 물품의 평량
가요성 다공성 용해성 고체 시트 OCF 물품의 평량은 시트 물품의 면적당 시트 물품의 중량(그램/m2)로서 계산한다. 면적은 시트 물품의 외부 에지에 수직인 편평한 표면 상으로의 투영 면적으로서 계산한다. 고체 시트 OCF 물품을 10 cm × 10 cm의 샘플 정사각형으로 절단하며, 따라서 면적을 알고 있다. 이어서, 그러한 샘플 정사각형의 각각을 칭량하고, 이어서 얻어진 중량을 100 ㎠의 기지의 면적으로 나누어 상응하는 평량을 결정한다.
따라서, 불규칙한 형상의 물품의 경우, 편평한 물체라면, 면적은 그러한 물체의 외부 둘레에 둘러싸인 면적에 기초하여 계산한다. 따라서, 구형 물체의 경우, 면적은 평균 직경에 기초하여 3.14 x (직경/2)2으로서 계산한다. 따라서, 원통형 물체의 경우, 면적은 평균 직경 및 평균 길이에 기초하여 직경 x 길이로서 계산한다. 불규칙하게 형상화된 3차원 물체의 경우, 면적은 소정 면에 수직으로 배향된 편평한 표면 상에 투영된 가장 큰 외부 치수를 갖는 그러한 면에 기초하여 계산한다. 이는 연필로 그래프 용지 상에 물체의 외부 치수를 주의 깊게 트레이싱한 다음, 정사각형을 대략적으로 계수하고 정사각형의 기지의 면적을 곱하여 면적을 계산함으로써, 또는 스케일을 포함하는 트레이싱된 영역의 사진(대조를 위해 음영 처리함)을 촬영하고 이미지 분석 기술을 사용함으로써 달성될 수 있다.
시험 11: 시트 물품의 밀도
가요성 다공성 용해성 고체 시트 OCF 물품의 밀도는 하기 식에 의해 결정한다: 계산된 밀도 = 다공성 고체의 평량 / (다공성 고체 두께 x 1,000). 용해성 다공성 고체의 평량 및 두께는 상기에 기재된 방법에 따라 결정한다.
시험 12: 시트 물품의 비표면적
가요성 다공성 용해성 고체 시트 OCF 물품의 비표면적은 가스 흡착 기술을 통해 측정한다. 표면적은 분자 규모(molecular scale)에서 고체 샘플의 노출된 표면의 척도이다. BET(브루나우어, 에메트, 및 텔러) 이론은 표면적을 결정하는 데 사용되는 가장 인기있는 모델이며, 가스 흡착 등온선에 기초한다. 가스 흡착은 물리적 흡착 및 모세관 응축을 사용하여 가스 흡착 등온선을 측정한다. 이 기술은 하기 단계로 요약된다; 샘플을 샘플 튜브에 넣고, 진공 또는 유동 가스 하에서 가열하여 샘플의 표면 상의 오염을 제거한다. 샘플 중량은 탈기된 샘플과 샘플 튜브의 합계 중량으로부터 빈 샘플 튜브 중량을 빼서 얻는다. 이어서, 샘플 튜브를 분석 포트 상에 놓고, 분석을 시작한다. 분석 공정의 제1 단계는 샘플 튜브를 진공화한 후에, 액체 질소 온도에서 헬륨 가스를 사용하여 샘플 튜브 내의 자유 공간 부피를 측정하는 것이다. 이어서, 샘플을 재차 진공화하여 헬륨 가스를 제거한다. 이어서, 기기는 요청된 압력 측정이 달성될 때까지 사용자 특정 간격으로 크립톤 가스를 투입함으로써 흡착 등온선을 수집하기 시작한다. 이어서, ASAP 2420을 사용하여 크립톤 가스 흡착에 의해 샘플을 분석할 수 있다. 이들 측정은 Micromeretics Analytical Services, Inc.(미국 30093 조지아주 노크로스 스위트 200 원 마이크로메리틱스 드라이브 소재)에 의해 수행되는 것이 권장된다. 이러한 기술에 대한 더 많은 정보는 Micromeretics Analytical Services 웹 사이트 (www.particletesting.com 또는 www.micromeritics.com)에서 이용가능하거나, 또는 문헌["Analytical Methods in Fine Particle Technology" by Clyde Orr and Paul Webb]에 공개되어 있다.
시험 13: 수증기 투과율 (MVTR)
이 시험 방법은 대부분 ASTM F1249-13에 따라 수행된다. 시험 가스의 온도를 38℃(± 0.56℃)로 설정하고 그의 상대 습도를 90%(± 3%)로 설정한다. 담체 가스는 100% N2(건조)이다. 시험을 실행하는 데 사용된 장비는 서면 절차 QMS 702-004에 따른 Permatran-W 수증기 투과성 기기이다. ASTM F-1249-13의 Scope (§ 1.1)를 벗어난 재료의 경우, 수증기 투과율 시험 방법을 적용하지 않는다.
특정 기재의 장벽 특성이 너무 불량한 경우, 특히 종이 기재 상의 코팅이 매우 얇아서 장비에 대한 양호한 시일이 불가능한 경우, ASTM F1249-13을 통해 MVTR을 측정하는 것이 불가능하다. 이러한 경우에, 다른 시험 방법, 즉 ASTM E96 컵 시험 방법을 사용한다. 그러나, 2가지 상이한 시험 방법으로부터의 결과를 여전히 비교할 수 있다. ASTM E96의 경우, 온도는 38℃였고 상대 습도는 90%였다.
두 시험 방법 모두에서, 수증기 투과율은 g/m2/일로 기록된다. 장벽 두께에 의해 정규화되는 경우, 수증기 투과율은 g.μm/m2/일로 기록된다.
모든 MVTR 시험은 미국 미니애폴리스 소재의 Mocon Labs에서 수행되었다.
시험 14: 산소 투과율 (OTR)
이 시험 방법은 대부분 하기 시험 조건 하에서 ASTM F1927에 따라 수행된다: 시험 가스의 온도는 23℃(± 0.56℃)이고 그 상대 습도는 80% (± 3%)이고, 시험 가스 농도는 100% O2이다. 담체 가스는 98% N2 및 2% H2이고 담체 가스 습도는 0%이다. 시험 가스 압력은 760 mmHg이다. 이 시험을 수행하는 데 사용된 장비는 시험 절차 QMS 702-002에 따른 Oxtran 2/21 산소 투과성 기기이다.
특정 기재의 장벽 특성이 너무 불량한 경우, 특히 종이 기재 상의 코팅이 매우 얇아서 장비에 대한 양호한 시일이 불가능한 경우, ASTM F1927을 통해 MVTR을 측정하는 것이 불가능하였다. 이러한 경우에, 다른 시험 방법, 즉 F3136을 사용하였다. 그러나, 2가지 상이한 시험 방법으로부터의 결과를 여전히 대략적으로 비교할 수 있다. F3136의 경우, 시험 가스의 온도는 23℃(± 0.56℃)이고 그 상대 습도는 39%이고, 시험 가스 농도는 20.9% O2(실내 공기)이다. 이 시험을 수행하는 데 사용된 장비는 시험 절차 QMS 702-002에 따른 Mocon OpTech-O2 모델 P 기기이다.
두 시험 방법 모두에서, 산소 투과율은 cc/m2/일로 기록된다. 장벽 두께에 의해 정규화되는 경우, 수증기 투과율은 cc.μm/m2/일로 기록된다.
모든 OTR 시험은 미국 미니애폴리스 소재의 Mocon Labs에서 수행되었다.
시험 15: 내그리스성 시험 (키트 시험)
종이 및 판지에 대한 TAPPI T 559 cm-12 내그리스성 시험을 사용하여 그리스 시험 저항성을 측정하였다. 그리스 시험은 미국 위스콘신주 애플턴 소재의 SGS Integrated Paper Services에서 수행되었다.
샘플을 TAPPI 표준 조건에서 시험 및 컨디셔닝하였다. 샘플은 사전 컨디셔닝되지 않았다.
실내 조건
Figure pct00032
종이 및 판지 샘플 및 키트 12를 통과한 시편에 대한 TAPPI T 559 cm-12 내그리스성 시험은 12 이상으로 기록된다.
달리 명시되지 않는 한, 기록된 KIT 값은 제품을 향하는 면(내부 면)에서 측정된다.
시험 16: 전체 필름/개별 층에 대한 전체 기재/개별 층 두께
슬라이딩 마이크로톰(예컨대 Leica SM2010 R)을 통해 필름 샘플의 20 μm 두께 단면을 절단하고, 이를 광 투과 모드의 광학 현미경(예컨대 Leica Diaplan) 아래에 배치하고, 이미징 분석 소프트웨어를 적용함으로써 전체 필름/개별 층의 두께를 측정한다. 수분산성 나노소판 층은 수용성 중합체 층과 강한 대조를 이룬다. 인접한 수용성 중합체 층의 경우, 대조는 0.5 중량% 로다민 B 또는 0.5 중량% 이산화티탄 나노입자와 같은 상이한 트레이서를 첨가함으로써 달성될 수 있다.
시험 17: 필름 내인열성.
이 시험 방법은 시험 방법에 명시된 장비 유형 및 하기 시료 준비를 사용하여 ASTM D1922-15(엘멘도르프 방법)에 따라 수행된다. 시편은 실질적으로 직사각형 하부 부분 및 반원형 상부 부분을 갖는다. 하부 부분은 사전-절단되거나 기기에 적용되어 상부 부분(91)을 향해 연장되며, 하부 에지의 연장에 수직인 방향으로 길이가 20 mm이고 대체로 필름 기계 방향으로 정렬된 슬릿을 포함한다. 샘플을 2개의 클램프 사이에 부착시킨다. 이어서 진자를 시작하고 1회 이상 자유롭게 스윙되게 둔다. 샘플의 파손이 있을 때 수동으로 진자를 정지시킨다. 내인열성은 mN 단위로 기록될 것이다.
시험 18: 캘리퍼
단일층 시험 샘플의 캘리퍼 또는 두께는 본 명세서에 언급된 수정을 갖는 공인 방법(compendial method) ISO 534에 따라, 마이크로미터에 의해 정적 하중 하에서 측정된다. 모든 측정은 23℃ ± 2 C° 및 50% ± 2% 상대 습도에서 유지된 실험실에서 수행되며, 시험 샘플을 시험 전 2시간 이상 동안 이러한 환경에서 컨디셔닝한다.
시험 샘플에 70 ㎪ ± 0.05 ㎪의 일정한 압력을 가할 수 있는 압력 풋(pressure foot)이 장착된 마이크로미터로 캘리퍼를 측정한다. 마이크로미터는 0.1 마이크로미터까지 정확한 판독을 갖는 사중량(dead-weight) 유형 기기이다. 적합한 기기는 미국 델라웨어주 뉴캐슬 소재의 Testing Machines Inc.로부터 입수가능한 TMI Digital Micrometer 모델 49-56이다. 압력 풋은 시험 시편보다 직경이 작고 필요한 압력을 가할 수 있는 편평한 바닥의 원형 가동 면이다. 적합한 압력 풋은 직경이 16.0 mm이다. 시험 샘플은 압력 풋의 표면보다 크고 그에 평행한 수평의 편평한 기준 플랫폼에 의해 지지된다. 이 시스템을 제조업체의 지침에 따라 보정하고 작동시킨다.
측정은 원료의 롤 또는 시트로부터 취한 단일층 시험 샘플, 또는 완성된 패키지로부터 얻은 시험 샘플에서 수행된다. 완성된 패키지로부터 시험 시료를 절제할 때, 공정 동안 샘플에 어떠한 오염 또는 뒤틀림도 부여하지 않도록 주의한다. 절제된 샘플은 잔류 접착제가 없어야 하며, 임의의 이음매 또는 접힘부가 없는 패키지의 영역으로부터 취해야 한다. 시험 샘플은 이상적으로 200 ㎟이며 압력 풋보다 커야 한다.
캘리퍼를 측정하기 위해, 먼저 수평의 편평한 기준 플랫폼에 대해 마이크로미터를 영점 조정한다. 시험 위치가 압력 풋 아래에서 중앙에 오도록 시험 샘플을 플랫폼 상에 배치한다. 최대 압력이 시험 샘플에 가해질 때까지 압력 풋을 초당 3.0 mm의 하강 속도로 부드럽게 내린다. 5초간 기다린 다음, 시험 샘플의 캘리퍼를 0.1 마이크로미터의 정밀도로 기록한다. 유사한 방식으로, 총 10개의 복제 시험 샘플에 대해 반복한다. 모든 캘리퍼 측정에 대한 산술 평균을 계산하고, 캘리퍼로서 값을 0.1 마이크로미터의 정밀도로 기록한다.
시험 19: 평량
시험 샘플의 평량은 재료의 단일층의 단위 면적당 질량(그램 단위)이며, 공인 방법 ISO 536에 따라 측정된다. 시험 샘플의 덩어리를 알려진 면적으로 절단하고, 0.0001 그램까지 정확한 분석 저울을 사용하여 샘플의 질량을 결정한다. 모든 측정은 23℃ ± 2 C° 및 50% ± 2% 상대 습도에서 유지된 실험실에서 수행되며, 시험 샘플을 시험 전 2시간 이상 동안 이러한 환경에서 컨디셔닝한다.
측정은 원료의 롤 또는 시트로부터 취한 시험 샘플, 또는 완성된 패키지로부터 얻은 시험 샘플에서 수행된다. 완성된 패키지로부터 시험 시료를 절제할 때, 공정 동안 샘플에 어떠한 오염 또는 뒤틀림도 부여하지 않도록 주의한다. 절제된 샘플은 잔류 접착제가 없어야 하며, 임의의 이음매 또는 접힘부가 없는 패키지의 영역으로부터 취해야 한다. 임의의 고유한 재료 변동성이 고려되도록 시험 샘플은 가능한 한 커야 한다.
NIST 또는 등가물에 대해 추적가능한 보정된 강 금속 자를 사용하여 단일층 시험 샘플의 치수를 측정한다. 시험 샘플의 면적을 계산하고 0.0001 제곱미터의 정밀도로 기록한다. 분석 저울을 사용하여 시험 샘플의 질량을 얻고 0.0001 그램의 정밀도로 기록한다. 질량(그램 단위)을 면적(제곱미터 단위)으로 나눔으로써 평량을 계산하고 0.01 그램/제곱미터(gsm)의 정밀도로 기록한다. 유사한 방식으로, 총 10개의 복제 시험 샘플에 대해 반복한다. 평량에 대한 산술 평균을 계산하고 0.01 그램/제곱미터의 정밀도로 기록한다.
실시예
표 18 내지 표 22는 소비자 제품에 사용될 수 있는 사셰의 예를 포함한다. 사셰는 4-시일 사셰이다. 이들 실시예에서, 밀봉 온도는 110 내지 170℃일 수 있고, 밀봉 시간은 0.5초일 수 있고, 밀봉 압력은 3 bar일 수 있다. 사셰 재료의 개별 층을 시험하고 이들이 본 명세서에 기재된 기준을 충족시키는지 여부를 결정함으로써 사셰가 생분해성, 가정 퇴비화가능, 및/또는 재활용가능 사셰인지 여부를 결정할 수 있다. 가속 안정성 시험에 따라 허용가능한 패키지 완전성, 건조 물품 완전성, 및 물품 성능을 결정하였다.
[표 18]
Figure pct00033
[표 19]
Figure pct00034
실시예 1은 생분해성이지도, 가정 퇴비화가능하지도, 재활용가능하지도 않은 액체 샴푸에 사용되는 구매가능한 사셰를 개시한다.
대부분의 생분해성 또는 가정 퇴비화가능 필름은 액체 생성물과 상용성이 아니다. 실시예 2에서, 사셰는, 생분해성이며 가정 퇴비화가능한 120 gsm PHA를 포함한다. 그러나, PHA 필름은 저장 수명(예를 들어, 6개월 내지 3년)에 걸쳐 너무 높은 물 손실을 경험하여 액체 생성물에 대해 상업적으로 실행가능한 것으로 간주되지 않는 것으로 밝혀졌다.
실시예 3, 4, 5 및 6은 방사 섬유 물품과 조합하여 사용되는 다양한 생분해성 및 가정 퇴비화가능 필름을 개시한다. 이들 실시예에서, 필름의 수분 장벽 특성은 방사 섬유 물품을 보호하기에 불충분한 것으로 밝혀졌으며, 따라서 시간 경과에 따라 불량한 용해 및 허용불가능한 물품 외관 및 완전성을 초래한다.
실시예 7, 8, 9, 10, 11 및 12는 OCF 물품과 조합하여 셀룰로오스 필름을 포함하는 다양한 사셰 구조체를 개시한다. 이러한 모든 필름은 가정 퇴비화가능하며 생분해성이다. 이들 실시예에서, 본 사셰는 현재의 라미네이트 포일 사셰에 비해 상대적으로 내인열성이 낮아서, 소비자가 손을 사용하여(즉, 치아 또는 가위를 사용하지 않고) 사셰를 찢는 것이 가능한 것으로 밝혀졌다. Natureflex® NKA(실시예 7) 및 Natureflex® NE 셀룰로오스(실시예 8) 둘 모두가 개봉하기 가장 용이한 것으로 밝혀졌다. 그러나, 이들 사셰는 박리력이 약하며, 특히 사셰가 핀칭되거나 압축되는 경우, 유통 동안 파손되어 개방될 수 있다. 따라서, PBSA 또는 PHA 또는 PVOH 내층(실시예 9, 10, 11 및 12)을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 인열력이 다소 더 크긴 하지만, 여전히 소비자가 허용가능하기에 충분히 낮으며 현재의 다층 라미네이트 사셰보다 낮다.
[표 20]
Figure pct00035
[표 21]
Figure pct00036
[표 22]
Figure pct00037
표 20 내지 표 22에서 실시예 19 내지 34는 OCF 물품과 조합하여 종이 필름을 포함하는 다양한 사셰 구조체를 개시한다. 이들 사셰 구조체는 생분해성 및/또는 가정 퇴비화가능, 및/또는 재활용가능하다. 실시예 19 및 20은, 생분해성이지만 높은 저장 온도 및 높은 상대 습도에 노출될 때 계면활성제 침출에 취약한 종이 사셰 구조체를 개시한다. 제품 사이에 수분 장벽 층 및/또는 그리스 장벽 층의 존재를 추가하여 계면활성제 침출을 정지시키거나 허용가능한 수준으로 현저히 늦출 수 있는 것으로 밝혀졌다.
실시예 21 내지 34는 만족스러운 안정성 성능을 제공하는 OCF 물품과 조합하여 종이 필름을 포함하는 다양한 생분해성 사셰 구조체를 개시한다. 이들 구조체 모두는 PBSA 또는 PHA 또는 PVOH 내층을 포함한다. 실시예 24, 25, 26, 28 및 34는 재활용가능한 것으로 또한 밝혀진 생분해성 사셰 종이 구조체를 개시한다. 실시예 22는 가정 퇴비화가능한 것으로 입증된 생분해성 사셰 종이 구조체를 개시한다. 이들 사셰는 고빈도 상점에서 개방 환경에서 진열될 수 있기 때문에, 생분해성 왁스, 예컨대 밀랍(실시예 29, 30, 31, 32, 33) 또는 카나우바 왁스(실시예 34)의 첨가는 추가적인 장벽을 제공하는 데 바람직한 약간의 물 스플래시 저항성을 제공하는 데 유리할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 실시예 31에서, Leine Nature® 종이는 특히 빠른 생분해 속도를 갖는 것으로 생각된다.
조합 :
A. 전방 필름 및 후방 필름을 포함하는 생분해성 및/또는 가정 퇴비화가능 사셰를 포함하는 사셰 제품으로서,
a. 85% 초과의 셀룰로오스를 갖는 종이를 포함하는 전방 중간층 및 후방 중간층; 및
b. 전방 중간층에 결합된 전방 내층 및 후방 중간층에 결합된 후방 내층을 포함하며, 전방 내층 및 후방 내층은 폴리비닐 알코올, 폴리부틸렌 석시네이트, 폴리부틸렌 석시네이트 아디페이트, 폴리하이드록실알코네이트, 폴리비닐리덴 클로라이드, 카나우바 왁스, 생분해성 열가소성 전분, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 내층 재료를 포함하고;
전방 내층과 후방 내층은 주연부 주위에서 영구적으로 결합되어 시일을 형성하고, 시일은 개방 셀 폼을 포함하는 고체 물품을 저장하도록 구성된 구획을 형성하며, 개방 셀 폼은
물품의 총 중량을 기준으로 약 10% 내지 약 40%, 바람직하게는 약 15% 내지 약 30%, 더 바람직하게는 약 20% 내지 약 25%의 수용성 중합체;
물품의 총 중량을 기준으로 약 5% 내지 약 80%, 대안적으로 약 10% 내지 약 70%, 대안적으로 약 30% 내지 약 65%의, 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 쯔비터이온성 계면활성제, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 계면활성제;
시험 3에 따라 측정할 때 약 80% 내지 100%, 바람직하게는 약 85% 내지 100%, 더 바람직하게는 약 90% 내지 100%의 퍼센트 개방 셀 함량;
시험 2에 기재된 마이크로-CT 방법에 의해 측정할 때, 약 100 μm 내지 약 2000 μm, 대안적으로 약 150 μm 내지 약 1000 μm, 대안적으로 약 200 μm 내지 약 600 μm의 전체 평균 기공 크기를 포함하는, 사셰 제품.
B. 전방 필름 및 후방 필름은 전방 중간층에 결합된 전방 외층 및 후방 중간층에 결합된 후방 외층을 추가로 포함하며, 전방 외층 및 후방 외층은 생분해성 왁스를 포함하는, 단락 A의 사셰 제품.
C. 생분해성 왁스는 밀랍, 호호바 왁스, 카나우바 왁스, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 단락 B의 사셰 제품.
D. 종이는 식물유 결합제를 추가로 포함하는, 단락 A 내지 단락 C의 사셰 제품.
E. 내층 재료는 폴리비닐 알코올을 포함하는, 단락 A 내지 단락 D의 사셰 제품.
전방 중간층 및 후방 중간층은 약 30 내지 약 120 gsm, 바람직하게는 약 40 내지 약 110 gsm, 더 바람직하게는 약 50 내지 약 100 gsm, 더욱 더 바람직하게는 약 60 내지 약 90 gsm의 평량을 포함하는, 단락 A 내지 단락 E의 사셰 제품.
G. 전방 필름 및 후방 필름을 포함하는 생분해성 및/또는 가정 퇴비화가능 사셰를 포함하는 사셰 제품으로서,
a. 셀룰로오스를 포함하는 전방 외층 및 후방 외층;
b. 전방 외층에 결합된 전방 내층 및 후방 외층에 결합된 후방 외층을 포함하며, 전방 내층 및 후방 외층은 폴리비닐 알코올, 폴리부틸렌 석시네이트, 폴리부틸렌 석시네이트 아디페이트, 폴리하이드록실알코네이트, 카나우바 왁스, 생분해성 열가소성 전분, 폴리비닐리덴 클로라이드, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료를 포함하고;
전방 내층과 후방 내층은 주연부 주위에서 영구적으로 결합되어 시일을 형성하고, 시일은 개방 셀 폼을 포함하는 고체 물품을 저장하도록 구성된 구획을 형성하며, 개방 셀 폼은
물품의 총 중량을 기준으로 약 10% 내지 약 40%, 바람직하게는 약 15% 내지 약 30%, 더 바람직하게는 약 20% 내지 약 25%의 수용성 중합체;
물품의 총 중량을 기준으로 약 5% 내지 약 80%, 대안적으로 약 10% 내지 약 70%, 대안적으로 약 30% 내지 약 65%의, 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 쯔비터이온성 계면활성제, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 계면활성제;
시험 3에 따라 측정할 때 약 80% 내지 100%, 바람직하게는 약 85% 내지 100%, 더 바람직하게는 약 90% 내지 100%의 퍼센트 개방 셀 함량;
시험 2에 기재된 마이크로-CT 방법에 의해 측정할 때, 약 100 μm 내지 약 2000 μm, 대안적으로 약 150 μm 내지 약 1000 μm, 대안적으로 약 200 μm 내지 약 600 μm의 전체 평균 기공 크기를 포함하는, 사셰 제품.
H. 전방 외층 및 후방 외층은 약 5 μm 내지 약 50 μm, 바람직하게는 약 10 μm 내지 약 40 μm, 더 바람직하게는 약 15 μm 내지 약 30 μm의 두께를 포함하는, 단락 A 내지 단락 G의 사셰 제품.
I. 전방 내층 및 후방 내층은 약 1 μm 내지 약 150 μm, 바람직하게는 약 2 μm 내지 약 100 μm, 더 바람직하게는 약 3 μm 내지 약 40 μm, 더욱 더 바람직하게는 약 10 μm 내지 약 30 μm의 두께를 포함하는, 단락 A 내지 단락 H의 사셰 제품.
J. 사셰는 생분해성이며 퇴비화가능한, 단락 A 내지 단락 I의 사셰 제품.
K. 사셰는 재활용가능한, 단락 A 내지 단락 J의 사셰 제품.
L. 사셰는 4-시일 사셰인, 단락 A 내지 단락 K의 사셰 제품.
M. 사셰 제품은 ASTM E96-16에 따라 측정할 때 약 0.01 내지 약 50 g/sqm/일, 바람직하게는 약 0.05 내지 약 40 g/sqm/일, 약 0.1 내지 약 30 g/sqm/일, 더욱 더 바람직하게는 약 0.2 내지 약 15 g/sqm/일의 MVTR을 포함하는, 단락 A 내지 단락 L의 사셰 제품.
N. 사셰는 D1922-15, 엘멘도르프 방법, MD 인열 방향에 따라 550 nM 미만의 내인열성을 포함하는, 단락 A 내지 단락 M의 사셰 제품.
O. 시일은 300 mm/min 및 2.95 bar(295 ㎪)에서 ASTM F88-15에 따라 약 250 내지 약 700 N/m, 대안적으로 약 300 내지 약 600 N/m, 대안적으로 약 300 내지 약 500 N/m의 시일 강도를 포함하는, 단락 A 내지 단락 N의 사셰 제품.
P. 사셰 제품은 시일 시험(Seal Test)을 충족시키는, 단락 A 내지 단락 O의 사셰 제품.
Q. 40℃, 75% RH에서 저장 2주 후에, 물품은 손 용해 시험 방법에 따른 손 용해 값이 15 스트로크 미만, 바람직하게는 12 스트로크 미만, 가장 바람직하게는 10 스트로크 미만일 수 있는, 단락 A 내지 단락 P의 사셰 제품.
R. 2주, 바람직하게는 4주, 더 바람직하게는 8주, 더 바람직하게는 12주, 가장 바람직하게는 6개월의 기간 동안 저장 후에, 사셰 제품은 가속 안정성 시험을 충족시킬 수 있는, 단락 A 내지 단락 Q의 사셰 제품.
S. 2주, 바람직하게는 4주, 더 바람직하게는 8주, 더 바람직하게는 12주, 가장 바람직하게는 6개월의 기간 동안 저장 후에, 사셰 제품은 안정성 시험을 충족시킬 수 있는, 단락 A 내지 단락 R의 사셰 제품.
T. 사셰 제품은 세탁 세제 제품, 섬유 유연화 제품, 손 클렌징 제품, 모발 샴푸 제품, 모발 컨디셔닝 제품, 모발 스타일링 제품, 바디 클렌징 제품, 면도 제제 제품, 식기 세정 제품, 개인 케어 제품, 보습 제품, 썬스크린 제품, 미용 제품, 탈취 제품, 구강 케어 제품, 여성 클렌징 제품, 유아 케어 제품, 방향제 함유 제품, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 소비자 제품인, 단락 A 내지 단락 S의 사셰 제품.
U. 물품은 시험 2에 의해 측정할 때 약 5 μm 내지 약 200 μm, 바람직하게는 약 10 μm 내지 약 100 μm, 더 바람직하게는 약 10 μm 내지 약 80 μm의 평균 셀 벽 두께를 포함하는, 단락 A 내지 단락 T의 사셰 제품.
V. 물품은 이하의 시험 4에 의해 측정할 때 상기 고체 시트 OCF 물품의 중량을 기준으로 약 0.5% 내지 약 25%, 바람직하게는 약 1% 내지 약 20%, 더 바람직하게는 약 3% 내지 약 10%의 최종 수분 함량을 포함하는, 단락 A 내지 단락 U의 사셰 제품.
W. 물품은 이하의 시험 7에 의해 측정할 때 약 0.05 g/㎤ 내지 약 0.5 g/㎤, 바람직하게는 약 0.06 g/㎤ 내지 약 0.4 g/㎤, 더 바람직하게는 약 0.07 그램/㎤ 내지 약 0.2 그램/㎤, 가장 대안적으로 약 0.08 그램/㎤ 내지 약 0.15 그램/㎤ 범위의 밀도를 포함하는, 단락 A 내지 단락 V의 사셰 제품.
X. 물품은 이하에 기재된 시험 8에 의해 측정할 때 약 0.03 m2/g 내지 약 0.25 m2/g, 바람직하게는 약 0.04 m2/g 내지 약 0.22 m2/g, 더 바람직하게는 0.05 m2/g 내지 0.2 m2/g, 가장 바람직하게는 0.1 m2/g 내지 0.18 m2/g의 비표면적을 포함하는, 단락 A 내지 단락 W의 사셰 제품.
Y. 수용성 중합체는 약 50,000 내지 약 400,000 달톤, 바람직하게는 약 60,000 내지 약 300,000 달톤, 더 바람직하게는 약 70,000 내지 약 200,000 달톤, 가장 바람직하게는 약 80,000 내지 약 150,000 달톤의 중량 평균 분자량을 포함하는, 단락 A 내지 단락 X의 사셰 제품.
Z. 수용성 중합체는 폴리비닐 알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리알킬렌 옥사이드, 전분 및 전분 유도체, 풀루란, 젤라틴, 하이드록시프로필메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 및 카르복시메틸셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는, 단락 A 내지 단락 Y의 사셰 제품. 다른 예에서, 수용성 중합체는 폴리비닐 알코올, 하이드록시프로필메틸셀룰로오스, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 치수 및 값은 언급된 정확한 수치 값으로 엄격하게 제한되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 대신에, 달리 명시되지 않는 한, 각각의 그러한 치수는 언급된 값과, 그 값 부근의 기능적으로 등가인 범위 둘 모두를 의미하도록 의도된다. 예를 들어, "40 mm"로 개시된 치수는 "약 40 mm"를 의미하도록 의도된다.
임의의 상호 참조되거나 관련된 특허 또는 출원, 및 이러한 출원이 우선권을 주장하거나 그의 이익을 청구하는 임의의 특허 출원 또는 특허를 포함하는, 본 명세서에 인용된 모든 문헌은 그로써 명확히 배제되거나 달리 제한되지 않는 한 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 임의의 문헌의 인용은 그것이 본 명세서에 개시된 또는 청구된 임의의 발명에 대한 종래 기술인 것으로, 또는 그것이 단독으로 또는 임의의 다른 참고 문헌 또는 참고 문헌들과의 임의의 조합으로 임의의 그러한 발명을 교시하거나 제안하거나 개시하는 것으로 인정하는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에서의 용어의 임의의 의미 또는 정의가 참고로 포함된 문헌에서의 동일한 용어의 임의의 의미 또는 정의와 상충되는 경우, 본 명세서에서 그 용어에 부여된 의미 또는 정의가 우선할 것이다.
본 발명의 특정 실시예가 예시되고 기술되었지만, 다양한 다른 변경 및 수정이 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범주 내에 있는 모든 그러한 변경 및 수정을 첨부된 청구범위에 포함하도록 의도된다.

Claims (15)

  1. 전방 필름 및 후방 필름을 포함하는 생분해성 및/또는 가정 퇴비화가능(home compostable) 사셰(sachet)를 포함하는 사셰 제품으로서,
    a. 셀룰로오스 함량이 85% 초과, 바람직하게는 90% 초과, 더 바람직하게는 95% 초과인 종이를 포함하는 전방 중간층 및 후방 중간층; 및
    b. 상기 전방 중간층에 결합된 전방 내층 및 상기 후방 중간층에 결합된 후방 내층을 포함하며, 상기 전방 내층 및 후방 내층은 폴리비닐 알코올, 폴리부틸렌 석시네이트, 폴리부틸렌 석시네이트 아디페이트, 폴리하이드록실알코네이트, 폴리비닐리덴 클로라이드, 카나우바 왁스, 생분해성 열가소성 전분, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 내층 재료를 포함하고;
    전방 내층과 후방 내층은 주연부(perimeter) 주위에서 영구적으로 결합되어 시일(seal)을 형성하고, 상기 시일은 개방 셀 폼(open cell foam)을 포함하는 고체 물품을 저장하도록 구성된 구획을 형성하며, 상기 개방 셀 폼은
    상기 물품의 총 중량을 기준으로 약 10% 내지 약 40%, 바람직하게는 약 15% 내지 약 30%, 더 바람직하게는 약 20% 내지 약 25%의 수용성 중합체;
    상기 물품의 총 중량을 기준으로 약 5% 내지 약 80%, 바람직하게는 약 10% 내지 약 70%, 더 바람직하게는 약 30% 내지 약 65%의, 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 쯔비터이온성 계면활성제, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 계면활성제;
    시험 3에 기재된 평균 시일 강도에 따라 측정할 때 약 80% 내지 100%, 바람직하게는 약 85% 내지 100%, 더 바람직하게는 약 90% 내지 100%의 퍼센트 개방 셀 함량(Percent Open Cell Content);
    시험 2에 기재된 마이크로-CT 방법에 의해 측정할 때 약 100 μm 내지 약 2000 μm, 바람직하게는 약 150 μm 내지 약 1000 μm, 더 바람직하게는 약 200 μm 내지 약 600 μm의 전체 평균 기공 크기(Overall Average Pore Size)를 포함하는, 사셰 제품.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전방 필름 및 상기 후방 필름은 상기 전방 중간층에 결합된 전방 외층 및 상기 후방 중간층에 결합된 후방 외층을 추가로 포함하며, 전방 외층 및 후방 외층은 생분해성 왁스를 포함하는, 사셰 제품.
  3. 제2항에 있어서, 상기 생분해성 왁스는 밀랍, 호호바 왁스, 카나우바 왁스, 평지씨 왁스, 피마자 왁스, 칸델릴라 왁스, 대두 왁스, 팜유 왁스, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 사셰 제품.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내층 재료는 폴리비닐 알코올 및/또는 폴리하이드록실알코네이트를 포함하는, 사셰 제품.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사셰는 생분해성이며 퇴비화가능한, 사셰 제품.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사셰는 재활용가능한, 사셰 제품.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사셰는 4-시일 사셰인, 사셰 제품.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사셰는 D1922-15, 엘멘도르프(Elmendorf) 방법, MD 인열 방향에 따라 550 nM 미만의 내인열성을 포함하는, 사셰 제품.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시일은 300 mm/min 및 2.95 bar(295 ㎪)에서 ASTM F88-15에 따라 약 250 내지 약 700 N/m, 바람직하게는 약 300 내지 약 600 N/m, 바람직하게는 약 300 내지 약 500 N/m의 시일 강도를 포함하는, 사셰 제품.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 40℃, 75% RH에서 2주 저장 후에 상기 물품은 손 용해 시험 방법(Hand Dissolution Test Method)에 따라 바람직하게는 12 스트로크 미만, 가장 바람직하게는 10 스트로크 미만을 포함하고 상기 사셰 제품은 이하의 시험 4에 의해 측정할 때 상기 고체 시트 OCF 물품의 중량을 기준으로 약 0.5% 내지 약 25%, 바람직하게는 약 1% 내지 약 20%, 더 바람직하게는 약 3% 내지 약 10%의 최종 수분 함량을 포함하는, 사셰 제품.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전방 내층 및 상기 후방 내층은 시험 18에 기재된 캘리퍼 시험 방법(Caliper Test Method)에 따라 약 3 μm 내지 약 120 μm, 바람직하게는 약 5 μm 내지 80 μm, 가장 바람직하게는 약 7 μm 내지 40 μm의 두께를 포함하는, 사셰 제품.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용성 중합체는 폴리비닐 알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리알킬렌 옥사이드, 전분 및 전분 유도체, 풀루란, 젤라틴, 하이드록시프로필메틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 및 카르복시메틸셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는, 사셰 제품. 다른 예에서, 수용성 중합체는 폴리비닐 알코올, 하이드록시프로필메틸셀룰로오스, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전방 내층 및 상기 후방 내층은 시험 15에 기재된 내그리스성 시험 (키트 시험)(Grease Resistance Test (Kit Test))에 따라 6 초과의 내그리스성을 포함하는, 사셰 제품.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전방 중간층과 상기 전방 내층 사이에 결합된 추가층 및 상기 후방 중간층과 상기 후방 내층 사이에 결합된 추가층을 추가로 포함하며 상기 추가층은 시험 13에 기재된 수증기 투과율(Moisture Vapor Transmission Rate)에 따라 38℃ 및 98% RH에서 300 g/m2/일 미만의 MVTR을 포함하는, 사셰 제품.
  15. 제16항에 있어서, 2주의 기간 동안 저장 후에 상기 사셰 제품은 시험 4에 기재된 가속 안정성 시험(Accelerated Stability Test)을 충족시킬 수 있는, 사셰 제품.
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