KR20220121242A - 생분해성 및 퇴비성 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, i) 1종 이상의 생분해성 및/또는 부패성(decayable) 방향족 폴리에스테르 15 내지 70 중량%; ii) 연마된 표면(polished surface)을 갖는 돌로마이트(dolomite) 및/또는 탄산칼슘 입자 10 내지 40 중량%; iii) 식물성(vegetable origin) 전분 0 내지 30 중량%; iv) 1종 이상의 식물성 오일 1 내지 5 중량%; v) 탈크 분말(talcum powder)과 같이 수화된 규산마그네슘으로부터 선택된 첨가제 5 내지 30 중량%; vi) 1종 이상의 지방족 폴리에스테르 0 내지 50 중량%;를 포함하는, 생분해성(biodegradable) 및 퇴비성(compostable) 조성물에 관한 것이다.

Description

생분해성 및 퇴비성 조성물
본 발명은 특별한 조성의 상이한 성분들을 가지는 생분해성 및 퇴비성 조성물에 관한 것으로, 상기 조성물은 분해 후 완전 생분해성(biodegradable)이고 완전 퇴비성(compostable)인 조성물을 제공한다. 또한, 본 발명은 생분해성 및 퇴비성 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
화석 기반 플라스틱 재료(fossil based plastic materials)의 사용은 오랜 동안(during late time), 특히 일회용 제품(disposable article) 및 위생 제품(hygiene product)에 사용될 때, 더더욱 문제시 되어 왔다. 통상적으로 사용되는 플라스틱 폴리에텐(PE)용 종래 원료는 석유 또는 천연 가스이다. 이 원료는 재생 가능하지 않으며, 분해 가능하지 않고, 연소 동안 메탄 가스를 방출한다. 이러한 문제점 중 일부를 극복하기 위해서, PE는 그 대신에 사탕수수(sugar cane)으로부터 생산되었다. 그러나, 사탕수수가 재생 가능한 원료인 경우에도, 이는 연소 동안 여전히 메탄 가스를 방출하고, 분해 가능하지도 않다. 또한, 사탕수수는 브라질에서 생산되므로, 재료의 수송기간이 길고, 사탕수수는 생산하는 동안 다량의 물을 필요로 한다.
더욱이, 하나의 제품으로부터 PE를 재활용하여 새로운 제품을 생산할 수 있도록 하기 위해서는 박테리아를 제거하기 위한 오토클레이빙(autoclaving) 공정을 거쳐야 한다. 이 공정은 새로운 PE를 생산하는 것보다 더 비싸고, 더 낮은 재활용 정도를 초래한다.
또한, 재활용 플라스틱 또는 고무는 일부 경우에 인간 또는 자연에 독성인 물질을 구성하여, 인간에 노출되는 장소에서 사용하기에 적합하지 않은 것으로 나타났다.
더욱이, 다수의 제품에서 플라스틱의 사용은 미세 플라스틱(micro plastics)으로 불리우는 작은 플라스틱 성분들을 지상으로 및 물로 배출하는 것으로 이어졌다. 미세 플라스틱은 전세계적으로 발견되고 있으며, 오늘날 대규모 분포가 환경에 어떠한 영향을 미치는지 알려져 있지 않다.
정부 및 공공 모두로부터, 일회용 제품에 사용하기 위한 더 나은 재료에 대한 대규모 수요가 존재한다. 사용되는 재료는 생분해성이고 퇴비성 이어야 한다. 통상적으로 사용되는 재료 중 하나는 전분으로부터 제조된 폴리락트산(PLA) 이다. 단량체는 전형적으로 발효된 식물 전분, 예를 들어 사탕수수 또는 사탕무 펄프로부터 제조된다. 그러나, 이러한 재료는 분해 온도는 70℃이지만 연화 온도는 50℃라는 일부 결점을 갖고 있다. 이것은 공정을 개시하는데 높은 온도가 필요하고 동시에 제품이 50℃에서 연화되어 50℃ 이상의 온도 환경에서 제품의 사용을 제한하는 결점을 가진다.
EP 3 260 495는 60 내지 100부의 생분해성 지방족-방향족 폴리에스테르를 포함하는 생분해성 폴리에스테르 조성물을 개시한다. 상기 조성물은 폴리락트산(PLA), 유기 및/또는 무기 충전제, 및 에폭시 기를 함유하고 스티렌, 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트를 기반으로 하는 공중합체를 더 포함한다.
따라서, 다양한 분야, 예를 들어 일회용 제품 및 위생 제품에서 플라스틱 대체용의 새로운 재료의 개발이 요구된다.
본 발명의 하나의 목적은 생분해성이고, 퇴비성이며, 미세 플라스틱을 남기지 않는 재생 가능한 자원(renewable resource)으로부터 제조된 플라스틱 대체용으로 적합한 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 조성물로부터 과립(granule)을 제공하는 것이다. 상기 과립은 표준 기계 및 공정, 예를 들어 블로우 성형(blow molding), 사출 성형, 열 폴딩(thermo folding) 또는 압출을 이용하여 추가로 수행될 수 있다.
본 발명은 플라스틱용으로 적합한 조성물에 관한 것으로, 상기 조성물은 생분해성이고, 퇴비성이며, 미세 플라스틱을 남기지 않는다. 본 발명에 따르면, 상기 조성물은, (i) 1종 이상의 생분해성 및/또는 부패성(decayable) 방향족 폴리에스테르 15 내지 70 중량%; (ii) 연마된 표면(polished surface)을 갖는 돌로마이트(dolomite) 및/또는 탄산칼슘 입자 10 내지 40 중량%; (iii) 식물성 전분 0 내지 30 중량%; (iv) 1종 이상의 식물성 오일 및/또는 1종 이상의 폴리올 1 내지 5 중량%; (v) 탈크 분말(talcum powder)과 같이 수화된 규산마그네슘으로부터 선택된 첨가제 5 내지 30 중량%; 및 (vi) 1종 이상의 지방족 폴리에스테르 0 내지 50 중량%;를 포함한다.
본 발명은 또한, 화석 기반 플라스틱 대체용 성형 가능한 재료로서, 위에서 기술된 조성물 또는 본원에 기재된 방법에 따라 제조된 조성물의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 본원에 기재된 조성물 또는 본원에 기재된 방법에 따라 제조된 조성물을 포함하는 과립에 관한 것이다.
이에 의해서 플라스틱 대체용으로 적합한 개선된 조성물을 제공하며, 이는 미세 플라스틱을 남기지 않으면서 여러 개의 일회용 제품 또는 위생 제품으로서 사용이 가능하고, 생분해성이며 퇴비성이다.
본 발명의 한 구현예에서, 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자는 대리석(marble), 또는 석회석 입자(limestone particle) 및/또는 이들의 혼합물로 대체될 수 있다. 탄산칼슘, 돌로마이트, 대리석 및 석회석은 땅 속에서 지속적으로 재생된다. 부패되는 동안, 이는 다시 토양으로 복귀하게 되고 토양 개선제로서 작용한다. 본 발명에 따라 사용되는 탄산칼슘, 돌로마이트, 대리석 및/또는 석회석 입자는 바람직하게는 연마된 표면(polished surface)을 가져서, 입자의 표면 상에 실질적으로 샤프 에지(sharp edges)가 잔류하지 않는다. 입자의 실질적으로 모든 샤프 에지를 제거하는 것은 조성물로부터 또는 본 발명에 따른 조성물로부터 제조된 과립으로부터 제조된 필름이 인열하는(tear) 리스크를 감소시키게 된다.
또한, 연마된 표면을 갖는 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘과, 1종 이상의 식물성 오일의 혼합은 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘을 윤활제(lubricant)로 전환시킬 것이다. 윤활제의 기능은 탈크 분말(talcum powder)과 같이 수화된 규산마그네슘으로부터 선택된 첨가제에 의해 추가로 개선되어, 사용된 기계의 인열(tear)을 감소시킨다. 추가로, 식물성 전분의 사용은 조성물을 비-탄성(non-elastic)으로 만들고, 제품을 "목재-유사" 외관을 갖는 특유의 색상을 제공할 것이다. "목재-유사 외관"은 특정 소비자/구매자에게 부정적인 환경 효과와 연결될 수 있는 통상적인 플라스틱 외관과 상이하게 인지되므로, 특정 소비자에게 유익하고 매력적이다. 추가로, 1종 이상의 식물성 오일의 사용은 조성물에서 커플링제로서 작용하여 플라스틱에 비해 낮은 투과성을 초래하게 된다.
한 구현예에서, 상기 조성물은, (i) 생분해성 및/또는 부패성 방향족 폴리에스테르 40 중량%; (ii) 연마된 표면을 갖는 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자 25 중량%; (iii) 식물성 전분 0 중량%; (iv) 1종 이상의 식물성 오일 5 중량%; (v) 탈크 분말과 같이 수화된 규산마그네슘으로부터 선택된 첨가제 10 중량%; (vi) 1종 이상의 지방족 폴리에스테르 20 중량%;를 포함하되, 상기 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘은 1종 이상의 식물성 오일로 예비-처리되었다. 상기 조성물은 필름으로 블로우 성형하여 추가 기계 가공에 적합한 과립으로서 제조된다.
또 다른 구현예에서, 상기 조성물은, (i) 1종 이상의 생분해성 및/또는 부패성 방향족 폴리에스테르 27 중량%; (ii) 연마된 표면을 갖는 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자 10 중량%; (iii) 식물성 전분 15 중량%; (iv) 1종 이상의 식물성 오일 3 중량%; (v) 탈크 분말과 같이 수화된 규산마그네슘으로부터 선택된 첨가제 5 중량%; (vi) 1종 이상의 지방족 폴리에스테르 40 중량%;를 포함하되, 상기 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘은 1종 이상의 식물성 오일로 예비-처리되었다. 상기 조성물은 퇴비성 트로프(compostable trough)으로 열 폴딩하여 추가 기계 가공에 적합한 과립으로서 제조된다.
또 다른 구현예에서, 상기 조성물은, (i) 1종 이상의 생분해성 및/또는 부패성 방향족 폴리에스테르 30 중량%; (ii) 연마된 표면을 갖는 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자 10 중량%; (iii) 식물성 전분 0 중량%; (iv) 1종 이상의 식물성 오일 3 중량%; (v) 탈크 분말과 같이 수화된 규산마그네슘으로부터 선택된 첨가제 10 중량%; (vi) 1종 이상의 지방족 폴리에스테르 47 중량%;를 포함하되, 상기 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘은 1종 이상의 식물성 오일로 예비-처리되었다. 상기 조성물은 스트로(straws)로 압출하여 추가 기계 가공에 적합한 과립으로서 제조된다.
또 다른 구현예에서, 상기 조성물은, (i) 1종 이상의 생분해성 및/또는 부패성 방향족 폴리에스테르 30 중량%; (ii) 연마된 표면을 갖는 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자 10 중량%; (iii) 식물성 전분 10 중량%; (iv) 1종 이상의 식물성 오일 3 중량%; (v) 탈크 분말과 같이 수화된 규산마그네슘으로부터 선택된 첨가제 10 중량%; (vi) 1종 이상의 지방족 폴리에스테르 37 중량%;를 포함하되, 상기 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘은 1종 이상의 식물성 오일로 예비-처리되었다. 상기 조성물은 날붙이류(cutlery)로 사출 성형하여 추가 기계 가공에 적합한 과립으로서 제조된다.
또 다른 구현예에서, 상기 조성물은, (i) 1종 이상의 생분해성 및/또는 부패성 방향족 폴리에스테르 68 중량%; (ii) 연마된 표면을 갖는 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자 15 중량%; (iii) 식물성 전분 0 중량%; (iv) 1종 이상의 식물성 오일 2 중량%; (v) 탈크 분말과 같이 수화된 규산마그네슘으로부터 선택된 첨가제 5 중량%; (vi) 1종 이상의 지방족 폴리에스테르 10 중량%;를 포함하되, 상기 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘은 1종 이상의 식물성 오일로 예비-처리되었다. 상기 조성물은 봉투(bags)로 추가 가공된 필름으로 블로우 성형하여 추가 기계 가공에 적합한 과립으로서 제조된다.
또 다른 구현예에서, 상기 조성물은, (i) 1종 이상의 생분해성 및/또는 부패성 방향족 폴리에스테르 15 중량%; (ii) 연마된 표면을 갖는 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자 20 중량%; (iii) 식물성 전분 0 중량%; (iv) 1종 이상의 식물성 오일 2 중량%; (v) 탈크 분말과 같이 수화된 규산마그네슘으로부터 선택된 첨가제 15 중량%; (vi) 1종 이상의 지방족 폴리에스테르 48 중량%;를 포함하되, 상기 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘은 1종 이상의 식물성 오일로 예비-처리되었다. 상기 조성물은 봉투로서 사용하거나 또는 퇴비성 트로프(compostable trough)으로 열 폴딩하여 추가 기계 가공에 적합한 과립으로서 제조된다.
본 발명의 한 구현예에서, 상기 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자는 약 2 내지 4 ㎛의 입자 크기를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자는 연마된 표면을 가져서, 입자의 표면 상에 샤프 에지가 실질적으로 잔류하지 않는다. 입자의 샤프 에지를 실질적으로 모두 제거하는 것은 인열 강도를 증가시키게 된다. 식물 기원의 1종 이상의 오일로 포화되도록 입자를 예비-처리하는 것은 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자를 그의 가공 동안 장치 마모를 제한할 윤활제로 전환시킬 것이다.
본 발명에 따른 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자는 연마된 표면을 가져서, 입자의 표면 상에 샤프 에지가 실질적으로 잔류하지 않는다. 입자의 샤프 에지를 실질적으로 모두 제거하는 것은 인열 강도를 증가시킬 것이다. 식물 기원의 적어도 하나의 오일로 포화되도록 입자를 예비-처리하는 것은 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자를 그의 가공 동안 장치 마모를 제한할 윤활제로 전환시킬 것이다.
본 발명의 한 구현예에서, 식물성 전분은 4 내지 50 ㎛, 예를 들어 4 내지 15 ㎛ 또는 예를 들어 10 내지 40 ㎛, 예를 들어 20 내지 30 ㎛의 입자 크기를 가질 수 있다. 전분의 사용은 이의 제조된 과립의 추가 가공이 손가락의 인열(tearing) 없이 무거운 하중을 지닌 봉투에 사용하기에 적합한 재료를 제조하는 비-탄성 재료를 제공하도록 조성 특성을 부여할 것이다. 또한, 전분의 사용은 본 발명으로부터 제조된 제품을 다른 유사한 제품과 구별할 수 있게 하는 특징적인 색상을 부여할 것이다.
본 발명의 한 구현예에서, 식물성 전분은 1종 이상의 식물성 오일로 예비-처리될 수 있다. 상기 예비-처리를 사용하는 것은 전분의 모세관을 포화시킬 것이며, 이는 전분이 물로부터 유리하여 조성물의 강도를 증가시키는 것을 보장한다.
본 발명은 추가로, 청구항 1에 따른 생분해성 및 퇴비성 조성물, 예를 들어 과립의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 방법은, (a) 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘의 입자를 연마하여 표면 상의 샤프 에지를 제거하는 단계; (b) 상기 연마된 입자를 1종 이상의 식물성 오일과 혼합하여 비-점착성(non-sticky) 혼합물을 제공하는 단계; (c) (i) 1종 이상의 생분해성 및/또는 부패성 방향족 폴리에스테르; (ii) 선택적으로 식물성 전분; (iii) 탈크 분말과 같이 수화된 규산마그네슘으로부터 선택된 첨가제; 및 (iv) 선택적으로 1종 이상의 지방족 폴리에스테르를 포함하는 조성물을 가열 혼합(heat mixing)하는 단계; 그 후, 연속적으로 혼합하는 동안, (d) 상기 단계 (b)의 비-점착성 혼합물을 상기 가열 혼합된 베이스 조성물에 첨가하는 단계; 및 (e) 상기 단계 (d)의 혼합물을 상기 조성물의 과립으로 압출하는 단계;를 포함한다.
본 발명은 또한 본원에 기재된 조성물을 포함하거나 본원에 기재된 방법에 따라 제조된 과립에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방법의 한 구현예에서, 상기 단계 (d)의 혼합 및 상기 단계 (e)의 압출은 조절된 압력 및 가열 하에서 수행될 수 있다. 압력은 300 bar 미만일 수 있으며 온도는 150 내지 200℃일 수 있다.
상기 조성물에 의해 제조된 과립은 블로우 성형, 열 폴딩, 압출, 및 사출 성형과 같은 가공법을 위한 표준 기계를 사용하여 여러 상이한 형상으로 추가로 가공될 수 있다. 가공된 과립은 위생 제품, 일회용 제품, 또는 판지 상자에서의 코팅으로서 추가로 사용될 수 있다. 이러한 공정 중 하나에서, 일회용 필름이 제조될 수 있다. 제조 후의 일회용 필름은 연신되어 필름 내에 미세 균열을 제공하여 통기성으로 만들 수 있다. 연신 후의 상기 미세 균열은 본질적으로 본 발명에서 제조된 과립으로부터 가공된 제품으로 전달되는 조성물 특성의 결과이다.
또한, 본 발명에 따른 조성물의 과립으로부터 제조된 제품, 예를 들어 필름 또는 일회용 제품에 있어서, 상기 제품의 분해는, 박테리아가 존재하는 퇴비성 조건(compostable conditions) 하에 존재하는 경우, 30 내지 35℃에서 개시될 수 있다. 상기 분해는, 흙만 잔류하는 상태에서 2 개월 이내에 완료될 수 있다. 상기 분해가 개시될 70℃를 필요로 하는 PLA와 비교하여, 이는 상기 분해를 핸들링하는 설비에 대한 요구가 더 높아진다. 상기 분해의 용이한 핸들링이 녹색 순환 경제에서 바람직하므로 유리하다. 상기 순환 경제는 물질을 분해 및 재사용하는 능력을 기반으로 하여, 새로운 원료를 활용할 필요성을 감소시킨다. 또한, 본 발명에 따른 조성물의 과립으로부터 제조된 제품이 식품을 덮기 위한 필름으로서 사용되는 경우, 상기 식품의 품질은 PE보다 5배 더 낮은 투과성 및 판지(cardboard)보다 40배 더 낮은 투과성으로 인해 증가된다. 또한, 본 발명에 따른 조성물의 과립으로부터 제조된 제품이 지상 또는 물에 도달하는 적용에서 사용되는 경우, 상기 제품은 환경으로 미세 플라스틱을 방출하지 않으며, 인간 및 자연에 독성인 물질을 구성하지 않는다. 본 발명의 조성물에 의해, 이산화탄소(CO2) 방출이 최대 80%까지 감소된다. 생활 주기 분석으로부터, 본 발명의 재료로 대체되는 6 톤의 화석 플라스틱(fossil plastics) 각각에 대해 6.6 톤의 이산화탄소 방출이 감축될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이는 지구 온난화를 감소시키는 목표와 일치한다.
본 발명은 또한 화석계 플라스틱(fossil-based plastics) 대체용의 성형 가능한 재료로서 본원에 기재된 성분을 포함하는 조성물 또는 본원에 기재된 방법에 따라 제조된 조성물의 사용에 관한 것이다.
정 의
용어 "돌로마이트(dolomite)"는 광물 CaMg(CO3)2 또는 천연 돌로마이트 퇴적물로부터 얻어지거나 "돌로마이트"로 판매되는 상업적으로 입수 가능한 제품을 의미한다.
탈크(talc)는 화학식 Mg3Si4O10(OH)2를 갖는 수화된 규산마그네슘으로 구성된 점토질 광물(clay mineral)이다.
용어 "생분해성(biodegradable)"은 실질적으로 완전히 분해되고, 소각 과정에서 오염물질을 배출하지 않거나 분해 후에 플라스틱 파편을 남기는 물질을 의미한다.
용어 "입자 크기"는 비-구형 입자의 경우 재료와는 다른 상응하는 구형 입자의 직경이 부피, 중량 또는 면적에 대하여 비-구형 입자와 동일한 것을 의미한다.
청구범위에서의 용어는 임의의 다른 정의가 앞에서 제공되지 않는 한, 기술적 영역 내에서 이들의 일반적인 의미를 가져야 한다. "하나의" 또는 "상기"의 ”[조성물, 층, 용기, 필름]"에 대한 모든 언급은 다른 어떤 것이 명시되지 않는 한, 언급된 조성물, 층, 용기, 필름 등 중의 1종 이상을 뜻하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 플라스틱 대체용으로 적합한 조성물에 관한 것으로, 상기 조성물은 생분해성 및 퇴비성이며, 사용 동안 또는 사용 후에 땅 속에 또는 물 속에 미세 플라스틱을 남기지 않는다. 본 발명에 따른 조성물은 상기 조성물의 성분으로서 폴리락트산(PLA)이 존재하는 경우 요구되는 것보다 더 낮은 온도에서 분해된다. PLA는 분해하기 위해서는 약 70℃의 온도를 필요로 하며, 더 높은 에너지 투입을 요구한다.
따라서, 본 발명에 따르는 플라스틱 대체용으로 적합한 생분해성 및 퇴비성 조성물은,
(i) 1종 이상의 생분해성 및/또는 부패성(decayable) 방향족 폴리에스테르 15 내지 70 중량%;
(ii) 연마된 표면을 갖는 돌로마이트(dolomite) 및/또는 탄산칼슘 입자 10 내지 40 중량%;
(iii) 식물성 전분 0 내지 30 중량%;
(iv) 1종 이상의 식물성 오일 및/또는 1종 이상의 폴리올 1 내지 5 중량%;
(v) 수화된 규산마그네슘 예를 들어 탈크 분말(talcum powder)로부터 선택된 첨가제 5 내지 30 중량%; 및
(vi) 1종 이상의 지방족 폴리에스테르 0 내지 50 중량%;
를 포함한다.
한 구현예에서, 상기 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘은 1종 이상의 식물성 오일로 예비-처리되었다.
한 구현예에서, 상기 조성물은, 생분해성 및/또는 부패성 방향족 폴리에스테르 40 중량%; 연마된 표면을 갖는 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자 25 중량%; 밀(wheat), 귀리(oat), 호밀(rye) 및 보리(barley) 중의 1종 이상으로부터 선택된 식물성 전분 0 중량%; 1종 이상의 식물성 오일 5 중량%; 탈크 분말과 같이 수화된 규산마그네슘으로부터 선택된 첨가제 10 중량%; 및 1종 이상의 지방족 폴리에스테르 20 중량%;를 포함하되, 상기 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘은 1종 이상의 식물성 오일로 예비-처리되었다. 상기 조성물은 필름으로 블로우 성형하여 추가 기계 가공에 적합한 과립으로서 제조된다.
또 다른 구현예에서, 상기 조성물은, 1종 이상의 생분해성 및/또는 부패성 방향족 폴리에스테르 27 중량%; 연마된 표면을 갖는 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자 10 중량%; 밀, 귀리, 호밀 및 보리 중의 1종 이상으로부터 선택된 식물성 전분 15 중량%; 1종 이상의 식물성 오일 3 중량%; 탈크 분말과 같이 수화된 규산마그네슘으로부터 선택된 첨가제 5 중량%; 및 1종 이상의 지방족 폴리에스테르 40 중량%;를 포함하되, 상기 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘은 1종 이상의 식물성 오일로 예비-처리되었다. 상기 조성물은 퇴비성 트로프(compostable trough)으로 열 폴딩하여 추가 기계 가공에 적합한 과립으로서 제조된다.
또 다른 구현예에서, 상기 조성물은, 1종 이상의 생분해성 및/또는 부패성 방향족 폴리에스테르 30 중량%; 연마된 표면을 갖는 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자 10 중량%; 밀, 귀리, 호밀 및 보리 중의 1종 이상으로부터 선택된 식물성 전분 0 중량%; 1종 이상의 식물성 오일 3 중량%; 탈크 분말과 같이 수화된 규산마그네슘으로부터 선택된 첨가제 10 중량%; 및 1종 이상의 지방족 폴리에스테르 47 중량%;를 포함하되, 상기 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘은 1종 이상의 식물성 오일로 예비-처리되었다. 상기 조성물은 스트로(straws)로 압출하여 추가 기계 가공에 적합한 과립으로서 제조된다.
또 다른 구현예에서, 상기 조성물은, 1종 이상의 생분해성 및/또는 부패성 방향족 폴리에스테르 30 중량%; 연마된 표면을 갖는 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자 10 중량%; 밀, 귀리, 호밀 및 보리 중의 1종 이상으로부터 선택된 식물성 전분 10 중량%; 1종 이상의 식물성 오일 3 중량%; 탈크 분말과 같이 수화된 규산마그네슘으로부터 선택된 첨가제 10 중량%; 및 1종 이상의 지방족 폴리에스테르 37 중량%;를 포함하되, 상기 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘은 1종 이상의 식물성 오일로 예비-처리되었다. 상기 조성물은 날붙이류(cutlery)로 사출 성형하여 추가 기계 가공에 적합한 과립으로서 제조된다.
또 다른 구현예에서, 상기 조성물은, (i) 1종 이상의 생분해성 및/또는 부패성 방향족 폴리에스테르 68 중량%; (ii) 연마된 표면을 갖는 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자 15 중량%; (iii) 밀, 귀리, 호밀 및 보리 중의 1종 이상으로부터 선택된 식물성 전분 0 중량%; (iv) 1종 이상의 식물성 오일 2 중량%; (v) 탈크 분말과 같이 수화된 규산마그네슘으로부터 선택된 첨가제 5 중량%; (vi) 1종 이상의 지방족 폴리에스테르 10 중량%;를 포함하되, 상기 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘은 1종 이상의 식물성 오일로 예비-처리되었다. 상기 조성물은 봉투로 추가 가공된 필름으로 블로우 성형하여 추가 기계 가공에 적합한 과립으로서 제조된다.
또 다른 구현예에서, 상기 조성물은, (i) 1종 이상의 생분해성 및/또는 부패성 방향족 폴리에스테르 15 중량%; (ii) 연마된 표면을 갖는 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자 20 중량%; (iii) 밀, 귀리, 호밀 및 보리 중의 1종 이상으로부터 선택된 식물성 전분 0 중량%; (iv) 1종 이상의 식물성 오일 2 중량%; (v) 탈크 분말과 같이 수화된 규산마그네슘으로부터 선택된 첨가제 15 중량%; (vi) 1종 이상의 지방족 폴리에스테르 48 중량%;를 포함하되, 상기 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘은 1종 이상의 식물성 오일로 예비-처리되었다. 상기 조성물은 봉투로서 사용하거나 또는 퇴비성 트로프(compostable trough)으로 열 폴딩하여 추가 기계 가공에 적합한 과립으로서 제조된다.
본 발명의 한 구현예에서, 생분해성 및/또는 부패성 방향족 폴리에스테르는 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 아디프산, 1,4-부탄디올 및 테레프탈산으로부터 제조된 랜덤 공중합체일 수 있다. PBAT와 유사한 특성을 갖는 임의의 다른 방향족 폴리에스테르가 사용될 수 있다. 1종 이상의 생분해성 및/또는 부패성 방향족 폴리에스테르는 15 내지 70 중량%의 양으로 존재한다. 예를 들어, 15 내지 25 중량%, 25 내지 35 중량%, 35 내지 45 중량%, 45 내지 55 중량%, 55 내지 70 중량%이다. 예를 들어, 1종 이상의 생분해성 및/또는 부패성 방향족 폴리에스테르는 실험 부분에 개시된 바와 같이 15, 27, 30, 40 또는 68 중량%의 양으로 존재한다.
본 발명의 한 구현예에서, 상기 조성물은 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자를 포함할 수 있다. 탄산칼슘 입자에 대한 대안은 석회석 입자 또는 대리석 입자일 수 있다. 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘은 광물로부터 기원하는 토양으로부터 얻어진 물질이다. 상기 입자는 연마된 표면을 가질 수 있고, 그의 표면을 연마함으로써 입자는 조성물로부터 제조된 필름에서 인열을 일으키지 않는다. 따라서, 예를 들어 필름에서 인열을 일으킬 수 있는 모든 에지는 입자 상에서 제거되고, 임의의 샤프 에지 없이 평활한 수준의 표면이 생성된다. 상기 입자는 10 내지 40 중량%를 구성한다. 예를 들어 상기 조성물의 10 내지 20 중량%, 20 내지 30 중량%, 30 내지 40 중량%를 구성한다. 한 구현예에서, 상기 입자는 상기 조성물의 25 중량%를 구성하며, 또 다른 구현예에서, 상기 입자는 상기 조성물의 35 중량%를 구성하고, 또 다른 구현예에서, 상기 입자는 상기 조성물의 15 중량%를 구성하며, 또 다른 구현예에서, 상기 입자는 상기 조성물의 10 중량%를 구성한다.
또한, 본 발명의 한 구현예에 따르면, 상기 입자는 약 2 내지 4 ㎛의 크기를 가질 수 있다.
상기 입자는 포화에 도달하기 위해 1종 이상의 식물성 오일로 예비-처리된다. 상기 입자 및 오일의 혼합은 상기 입자를 윤활제로 전환시키며, 이는 사용된 기계의 인열을 감소시킨다.
한 구현예에서, 본 발명에 따른 조성물은 1종 이상의 오일 및/또는 1종 이상의 식물성 폴리올 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 오일은 평지씨 오일(rape seed oil) 또는 글리세롤일 수 있다. 상기 1종 이상의 식물성 오일은 상기 조성물의 1 내지 5 중량%를 구성한다. 예를 들어 3 내지 5 중량%이다. 상기 1종 이상의 식물성 오일은 예를 들어 상기 조성물의 2, 3, 4 또는 5 중량%를 구성할 수 있다.
한 구현예에서, 본 발명에 따른 조성물은 수화된 규산마그네슘으로부터 선택되는 첨가제를 포함할 수 있다. 탈크 분말이 바람직한 선택이다. 수화된 규산마그네슘의 사용은 상기 윤활제 효과를 추가로 증가시키고, 기계의 인열을 추가로 감소시킨다. 상기 수화된 규산마그네슘, 예를 들어 탈크는 상기 조성물의 5 내지 30 중량%를 구성한다. 예를 들어 5 내지 10 중량%, 10 내지 15 중량%, 15 내지 20 중량%, 20 내지 25 중량% 또는 25 내지 30 중량%이다. 한 구현예에서, 수화된 규산마그네슘은 상기 조성물의 15 중량%를 구성하며, 다른 조성물에서 수화된 마그네슘 규산마그네슘은 상기 조성물의 10 중량%를 구성한다. 또 다른 구현예에서, 이는 조성물 총 중량의 5 중량%를 구성한다.
본 발명에 따른 한 구현예에서 상기 조성물은 식물성 전분을 포함할 수 있되, 상기 전분은 4 내지 50 ㎛, 예를 들어 약 4, 10, 20, 30, 40 또는 50 ㎛의 크기를 갖는다. 상기 식물성 전분은 상기 조성물의 0 내지 30 중량%를 구성한다. 예를 들어 0 내지 5 중량%, 5 내지 10 중량%, 10 내지 15 중량%, 15 내지 20 중량%, 20 내지 25 중량% 또는 25 내지 30 중량%이다. 상기 조성물은 예를 들어 0, 5, 10 또는 15 중량%의 전분을 포함한다. 한 구현예에서, 식물성 전분은 밀, 귀리, 리 및 보리 또는 이들의 조합물 중의 1종 이상으로부터 선택된다. 전분 공급원은 겨(bran) 또는 가루(flour) 형태로 존재할 수 있으며, 임의의 전분 공급원, 예를 들어 밀, 귀리, 리 및 보리 또는 임의의 다른 이용가능한 전분 공급원으로부터 얻어질 수 있다. 전분은 그대로 또는 자연적으로 존재하는 형태, 예를 들어 곡물의 임의의 부분, 예를 들어 겨, 배아, 내배 또는 조합 중의 일부일 수 있다. 예를 들어 호밀겨(rye bran)로부터의 전분의 사용은 조성물에 특징적인 "목재-유사" 색상을 제공한다. 이러한 "목재-유사" 색상은 그의 외관이 예를 들어 폴리에틸렌(PE) 생성물로부터 제조된 동일한 범주의 다른 생성물과 상이하므로 최종 생성물에 유익하다. 전분의 첨가는 조성물에 특징을 제공하여, 그의 제조된 과립의 추가 가공이 비-탄성인 재료를 제공하게 되고, 상기 재료는 손가락의 인열 없이 중하중을 운반하는 봉투에 사용하기 적합하다. 본 발명에 따른 또 다른 구현예에서, 전분은 전분으로부터 물을 제거하는 1종 이상의 식물성 오일로 예비-처리되어, 조성물의 견고성을 증가시킨다.
한 구현예에서, 지방족 폴리에스테르는 알콜로 개질된 산이다. 또 다른 구현예에서, 지방족 폴리에스테르는 중합 단위(polymerized units)로 구성되며, 여기서 반복 단위는 15개 이하의 탄소 원자, 예를 들어 10개 이하의 탄소 원자로 구성된다. 또 다른 구현예에서, 지방족 폴리에스테르는 생분해성 폴리에스테르, 예를 들어 폴리부틸렌 석시네이트(PBS)이다. 폴리부틸렌 석시네이트는 1,4-부탄 디올 및 석신산으로부터 합성된 화석-부재 재생가능한 폴리에스테르(fossil-free renewable polyester)이다. PBS는 반복 C8H12O4 단위를 갖는 부틸렌 석시네이트의 중합 단위로 구성된다. 또 다른 구현예에서, 지방족 폴리에스테르는 폴리부틸 아크릴레이트일 수 있다. 폴리부틸 아크릴레이트(PBA)는, 예를 들어 아세틸렌, 1-부틸 알콜, 일산화탄소, 니켈 카보닐, 및 염산으로부터 합성된다. PBA는 반복 (C7H12O2) 단위를 갖는 부틸 아크릴레이트의 중합 단위로 구성된다. 또 다른 구현예에서, 지방족 폴리에스테르는 폴리하이드록시 부티레이트(PHB)일 수 있다. 한 구현예에서, PHB는 폴리-3-하이드록시부티레이트(P3HB)일 수 있다. 또 다른 구현예에서, PHB는 폴리-4-하이드록시부티레이트(P4HB)일 수 있다. 폴리하이드록시 부티레이트는 폴리하이드록시알카노에이트(PHA), 생물-유래(bio-derived) 및 생분해성인 관심있는 폴리에스테르 부류에 속하는 중합체이다. 폴리하이드록시알카노에이트 또는 PHA는 다수의 미생물에 의해 자연에서 생산된 폴리에스테르이다. 박테리아에 의해 생성되는 경우에, 이들은 에너지 공급원 및 탄소 저장물 둘 다로서 기능을 한다. 150개 초과의 상이한 단량체가 이러한 부류 내에서 조합되어 매우 상이한 특성을 갖는 물질을 제공할 수 있다. 이들 재료는 생분해성이고, 바이오플라스틱(bioplastics)의 생산에 사용된다. PHB는 퇴비성이고 생분해성인 폴리에스테르이고, 생리학적 스트레스(physiological stress)에 대한 반응으로서 미생물에 의해 생산되는 재생가능한 공급원으로부터 유래된다. 폴리하이드록시 부티레이트를 사용하는 경우 물 속에서 최종 생성물의 분해를 허용한다. 폴리부틸렌 석시네이트, 폴리부틸 아크릴레이트 또는 폴리하이드록시 부티레이트와 유사한 특성을 갖는 임의의 다른 지방족 폴리에스테르가 사용될 수 있다. 1종 이상의 지방족 폴리에스테르는 조성물의 0 내지 50 중량%를 구성할 수 있다. 예를 들어, 조성물의 0 내지 10 중량%, 10 내지 20 중량%, 20 내지 30 중량%, 30 내지 40 중량%, 40 내지 50 중량%를 구성한다. 상기 조성물은, 예를 들어 실험 부분에 기재된 바와 같이 1종 이상의 지방족 폴리에스테르 48, 47, 40, 37, 20 또는 10 중량%를 포함한다.
퇴비 용기(compost container)에서, 메탄 가스의 형성은 이를 개시하기 위해 30 내지 35℃를 필요로 한다. 메탄 가스는 붕괴 공정을 개시하는 박테리아의 성장을 추가로 증가시킨다. 본 발명에 있어서, 이것은 붕괴 공정을 개시하기에 충분한 반면, 종래 기술에 따른 PLA를 포함하는 바이오플라스틱 조성물은 분해가 개시되기 위해서는 70℃의 온도를 필요로 한다. 본 발명에 따른 조성물로부터 제조된 과립으로부터 생성된 제품, 예를 들어 70 ㎛ 이하, 예를 들어 25 ㎛ 이하, 심지어 1 mm 이하의 두께를 갖는 필름은 상기 조건 동안 180일 내에 완전히 분해될 수 있다. 온도가 55℃로 더 상승하는 경우, 분해 공정은 몇 주의 시간으로 감소될 것이다.
본 발명으로부터 생성된 과립으로부터 제조된 제품의 부패 과정 동안, 제품의 일부가 부패할 것이고 바이오가스를 발생시킬 수 있으며, 소화된 슬러지 내에 잔류하는 것은 현장에서 확산될 것이다. 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘은 부패 과정에 영향을 미치지 않을 것이지만, 토양에 유리한 pH를 중화시킬 것이기 때문에 현장에서 토양 개선제로서 작용할 것이다. 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘은 성장 인자 예를 들어 칼슘 및 마그네슘 및 다른 중요한 광물을 토양에 제공할 것이다.
화석 원료로부터, 또는 자연에서 분해되지 않는 원료로부터 플라스틱 재료의 사용에 따른 문제는 정부뿐만 아니라 대중으로부터 주목받고 있다. 토양 및 물에서 미세 플라스틱을 발생시키는 제품에 플라스틱의 사용은 또한 뒤늦게 관심을 끌고 있다. 본 발명의 조성물은 미세 플라스틱의 공급원이 없는 경우 완전히 생분해성이고 퇴비성이다. 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘은 자연으로부터 회수되는 것과 동일한 형태로 자연으로 되돌아감에 따라 조성물 내에서 중성 성분이다. 본 발명에 따른 전분 및 오일은 재생가능한 원료인 식물성 기원으로부터 유래하는 반면, 오늘날 시장에서 이용가능한 방향족 폴리에스테르는 대부분 재생 불가능한 원료(non-renewable raw material)로부터, 그러나 또한 부분적으로 재생가능하고 완전히 분해성인 공급원 예를 들어 상기 개시된 PBAT로부터 유래한다. 본 발명에 따른 조성물은 단지 6 내지 30%의 재생 불가능한 원료를 포함할 수 있다.
본 발명은 추가로, 상기에 따른 생분해성 및 퇴비성 조성물, 예를 들어 과립의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르는 방법은,
(a) 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘의 입자를 연마하여 표면 상의 샤프 에지를 제거하는 단계;
(b) 상기 연마된 입자를 1종 이상의 식물성 오일과 혼합하여 비-점착성 혼합물을 제공하는 단계;
(c) (i) 1종 이상의 생분해성 및/또는 부패성 방향족 폴리에스테르; (ii) 선택적으로 식물성 전분; (iii) 탈크 분말과 같이 수화된 규산마그네슘으로부터 선택된 첨가제; 및 (iv) 선택적으로 1종 이상의 지방족 폴리에스테르를 포함하는 조성물을 가열 혼합(heat mixing)하는 단계;
그 후, 연속적으로 혼합하는 동안,
(d) 상기 단계 (b)의 비-점착성 혼합물을 상기 가열 혼합된 베이스 조성물에 첨가하는 단계; 및
(e) 상기 단계 (d)의 혼합물을 상기 조성물의 과립으로 압출하는 단계;
를 포함한다.
본 발명의 한 구현예에서, 상기 단계 (d) 및 단계 (e)는 조절된 압력 및 가열 하에서 수행된다.
조절되는 압력은 온도에 따라 300 bar 이하, 예를 들어 100 내지 200 bar일 수 있다. 조절된 온도는 150 내지 200℃일 수 있다.
상기 조성물의 과립은 통상적인 기계 및 가공 기술 예를 들어 블로우 성형, 열 폴딩, 압출, 및 사출 성형을 사용하여 추가로 가공될 수 있다. 1종 이상의 식물성 오일로 포화되는 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘의 사용은 기계를 위한 윤활제로서 작용할 것이다. 다른 물질의 가공과 비교하여, 그의 인열을 감소시킨다.
과립의 가공으로부터, 몇몇 제품이 제조될 수 있다. 그 중에는 위생 제품, 및 일회용 제품이 있다. 한 용도에서, 제조된 필름이 있고, 필름은 통기성으로 만드는 필름에 미세 균열을 생성하도록 신장된다. 제품이 지면 또는 물과 접촉하게 될 때 추가의 용도가 있으며, 여기서 조성물은 주변 환경에 미세 플라스틱을 방출하지 않고, 자연 또는 인간에게 독성이 있는 물질을 포함하지 않으며, 더 높은 공기 온도 동안조차 연화되지 않도록 이러한 용도에 대한 이점을 가지며, 추가의 용도를 위해, 상기 조성물은 매우 유연성(flexible)인 물질에 대한 특징을 제공하여, 상기 조성물의 과립으로부터 제조된 강성(stiff) 제품조차 파괴하는 것이 어려울 수 있다. 이는 제품의 파괴가 유해할 수 있는 샤프 구조(sharp structures)를 발생시킬 수 있기 때문에 유리할 수 있다. 이어서, 유연성 비-파괴성 제품은 제품이 예를 들어 일회용 날붙이류(disposable cutlery)로서 사용되는 경우에 샤프 웨펀(sharp weapon)로서 제품을 사용할 리스크를 제거시킬 수 있다. 추가로, 본 발명의 과립으로부터 제조된 필름은 식품 예를 들어 낙농 제품에 사용되는 판지 상자 또는 판지 패키지의 코팅으로서 사용될 수 있다.
식물성 전분뿐만 아니라 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자를 포화시키기 위한 1종 이상의 식물성 오일의 사용은 인열 강도를 증가시키고 투과성을 감소시키는 조성물의 물을 투과성화하는 것을 방지한다. 이는 본 발명으로부터 제조된 과립이 봉투로서 사용되도록 추가로 가공될 때 편안함과 유용성을 증가시킨다.
돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자를, 포화될 때까지 1종 이상의 식물성 오일 및 수화된 규산마그네슘으로부터 선택된 첨가제 예를 들어 탈크 분말과 혼합하는 것은 혼합물이 윤활제로서 작용하여 사용된 기계의 인열을 감소시킨다.
1종 이상의 식물성 오일, 선택적으로 식물성 예비-처리된 전분, 방향족 폴리에스테르 및 1종 이상의 지방족 폴리에스테르로 예비-처리된 연마된 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자의 조성물은 150 내지 200℃일 수 있는 온도에서 및 연속 혼합 동안 300 bar 미만일 수 있는 압력 하에 혼합된다. 조성물의 혼합은 바람직하게는 압출기, 가장 바람직하게는 이축 압출기에서 수행된다.
조성물은 과립으로 절단되게 된다. 이어서, 과립은 표준 기계 공정 예를 들어 블로우 성형, 열 폴딩, 압출, 또는 사출 성형을 이용하여 추가 가공용으로 사용될 수 있다. 이러한 공정으로부터, 여러 상이한 제품 예를 들어 위생 제품, 일회용 제품이 제조될 수 있다.
본 발명은 또한, 성형 가능한 재료로서, 상기 조성물의 용도 또는 상기 조성물로부터 제조된 과립에 관한 것으로, 여기서 상기 성형 가능한 재료는 공지된 방법으로 쓰레기 봉투(waste-bags), 봉투, 날붙이류(cutleries), 일회용 제품, 예를 들어 일회용 시트, 일회용 에이프런(disposable aprons), 및 일회용 위생 제품으로 가공 및/또는 형성된다.
실시예
하기 실시예는 비제한적인 예로서, 본 발명의 실시예에 따른 다양한 조성물을 확인한다.
실험 1
실험 1에서는, 계산된 최종 조성의 25 중량% 농도의 돌로마이트 입자를 연마하여 평활한 에지(smooth edges)를 얻었다. 다음으로, 입자를 5 중량%의 평지씨 오일과 혼합하여 입자를 포화시켰다. 혼합의 결과는 추가 가공 단계에서 윤활제(lubricant)로서 작용하는 비-점착성(non-sticky) 혼합물이었다.
병행하여, 225 bar의 압력 하에서 150℃로 가열하는 동안 40 중량%의 PBAT를 10 중량%의 탈크 분말 및 20 중량%의 폴리부틸렌 석시네이트와 혼합하였다. 상기 혼합은 압출기에서 이루어졌고, 제 1 단계로부터의 윤활제 혼합물을 압출기에 첨가하였다.
압출기를 사용하여, 조성물을 압출기 밖으로 밀어내고 과립으로 절단하였다. 조성물의 총 중량은 5000 톤이었다. 과립을 블로우 성형에 의해 필름으로 추가 가공하였다. 필름을 냉각시키고 신장시켜서 필름의 균열을 획득하여, 필름을 통한 공기 교환이 허용되게 하였다. 상기 필름을 나중에 예를 들어 병원에서 사용하기 위한 일회용 시트로서 사용하였다.
실험 2
실험 2에서는, 최종 조성물의 10 중량%의 돌로마이트 입자를 연마하여 샤프 에지를 제거하였다. 다음으로, 입자를 3 중량%의 글리세롤과 혼합하여 윤활제로 전환시켰다.
추가로, 200℃의 온도 및 225 bar의 압력에서 PBAT 27 중량%를, 전분 공급원으로서 호밀겨 15 중량%, 탈크 분말 5 중량% 및 폴리부틸렌 석시네이트 40 중량%와 가열 혼합하였다. 상기 혼합은 압출기에서 수행되었고, 상기 혼합물에 탈크 분말 및 평지씨 오일의 윤활제 혼합물을 첨가하였다.
혼합물을 압출기 밖으로 밀어내고 과립으로 절단하였다. 조성물의 총 중량은 5000톤이었다. 상기 과립을 열 폴딩(thermo folding)를 사용하여 퇴비성 트로프로 추가 가공하였다. 상기 혼합물에서 호밀의 사용은 트로프가 "목재-유사" 특징을 제공하여 동일한 카테고리의 다른 제품과의 구별을 용이하게 한다.
실험 3
실험 3에서는, 최종 조성물의 10 중량%의 돌로마이트(dolomite) 입자를 연마하여 샤프 에지를 제거하였다. 평지씨 오일 3 중량%를 추가로 혼합하여 혼합물의 윤활 효과를 얻었다.
추가로, 200℃의 온도 및 225 bar의 압력 하에 30 중량%의 PBAT를 10 중량%의 탈크 분말 및 47 중량%의 폴리부틸렌 석시네이트와 혼합하였다. 상기 혼합은 압출기에서 수행하고, 윤활제 혼합물을 추가로 첨가하였다. 추가로, 상기 혼합물을 과립으로 절단하였다. 상기 조성물의 총 중량은 5000 톤이었다. 상기 과립을 압출하여 추가 가공하고 스트로(straws)로 가공하였다. 스트로는 충분히 생분해성이고 퇴비성이었다.
실험 4
실험 4에서는, 최종 조성물의 10 중량%의 돌로마이트 입자를 연마하여 샤프 에지(sharp edge)를 갖지 않는 입자를 얻었다. 상기 입자를 2 중량%의 평지씨 오일와 혼합하여 상기 입자를 윤활제로 전환시켰다.
추가로, 30 중량%의 PBAT를, 전분 공급원인 10 중량%의 호밀겨, 10 중량%의 탈크 분말 및 37 중량%의 폴리부틸렌 석시네이트와 혼합하였다. 상기 혼합은 150℃ 및 225 bar의 압력 하에 수행하였다. 혼합 전에, 상기 겨를, 포화될 때까지 1 중량%의 평지씨 오일로 예비-처리하였다. 상기 혼합은 압출기에서 수행하고, 윤활제 혼합물을 더 첨가하였다. 상기 조성물을 과립으로 절단하였다. 상기 조성물의 총 중량은 5000 톤이었다. 과립을 사출 성형에 의해 날붙이류로 추가 가공하였다. 상기 날붙이류는 강성(stiff)이지만, 샤프 에지를 갖는 조각으로 파괴될 수 없도록 여전히 유연성이었다. 이는 샤프, 예를 들어 샤프 웨펀으로서 날붙이류를 사용할 리스크를 제거한다.
실험 5
실험 5에서는, 전체 조성물의 15 중량%의 돌로마이트 입자를 연마하여 입자의 평활한 표면을 얻었다. 이들을 2 중량%의 평지씨 오일과 추가 혼합하여 윤활제로 전환시켰다.
또한, 225 bar의 압력 하에 170℃로 가열하면서 68 중량%의 PBAT를 5 중량%의 탈크 분말 및 10 중량%의 폴리부틸렌 숙시네이트와 혼합하였다.
조성물을 과립으로 절단하였다. 조성물의 총 중량은 5000톤이었다. 과립을 블로우 성형(blow molding)에 의해 필름으로 추가 가공하였다. 필름을 예를 들어 식품용 봉투로 추가로 사용하였다.
실험 6
실험 6에서는, 전체 조성물의 10 중량%의 돌로마이트 입자를 평활한 표면으로 연마하고, 2 중량%의 평지씨 오일과 더 블렌딩하여 윤활제로 전환시켰다.
또한, 15 중량%의 PBAT를 15 중량%의 탈크 분말 및 48 중량%의 폴리부틸렌 석시네이트와 혼합하였다. 상기 혼합은 압출기에서 200℃ 및 225 bar의 압력 하에 수행하였다. 윤활제 혼합물을 압출기에서 추가로 첨가하였다. 다음으로, 상기 조성물을 과립으로 절단하고, 과립을 2개의 별개의 방식으로 추가 가공하였다. 한 부분을 취입 성형을 통해 50 ㎛ 두께의 필름으로 가공하고, 나중에 쓰레기 봉투로 사용하였고, 한 부분을 접열기를 통해 트로프(trough)로 가공하였다.
실험 7
실험 7은 분해 실험이었다. 실험 5로부터 본 발명의 과립으로부터 제조된 필름으로부터 제조된 쓰레기 봉투를 70 내지 95 kg의 유기 폐기물과 함께 1주 동안 매일 추가된 퇴비(compost)에 위치시켰다. 상기 퇴비의 온도는 실험을 시작할 때 대략 30℃였다. 이것은 메탄 가스의 형성을 유도하였고, 차례차례 박테리아의 성장을 유도하였다. 분해 공정 동안 온도는 시간이 지남에 따라 자연적으로 대략 50 ℃로 증가하고, 여기서 봉투의 분해가 매우 빠르게 진행하였다. 상기 봉투는 180일 이내에 완전히 분해되었고, 잔류하는 슬러지는 토양 비료로서 사용되었다.
본 발명의 조성물에 의해 제조된 필름(쓰레기 봉투)은 예를 들어 분해를 위해 더 높은 온도를 필요로 하는 PLA를 함유하는 종래 기술의 필름에 비해 더 낮은 온도에서 분해된다. 이는 종래 기술의 플라스틱 봉투에 비해 우수한 지속가능한 개선을 이룬 것이다.
실험 8
실험 8은 분해 실험이었다. 실험 5로부터, 본 발명의 과립으로부터 제조된 필름으로부터 제조된 쓰레기 봉투를 70 내지 95 kg의 유기 폐기물과 함께 퇴비에 위치시키고, 1주 동안 매일 첨가하였다. 상기 퇴비의 온도는 실험을 시작할 때 대략 30℃였다. 온도는 55℃에 도달하도록 공업적 수단으로 상승시켰다. 상기 온도 상승은 실험 7에 비해 분해 공정을 빠르게 하였고, 1주 이내에 상기 봉투가 완전히 분해되었으며, 잔류하는 폐기물은 토양 뿐이었다. 비교를 위해, PLA를 함유하는 쓰레기 봉투를 동일한 실험에 사용하였다. 1주 후에도, PLA를 함유하는 쓰레기 봉투는 퇴비 중에 스트라이프(stripes)에 여전히 잔류하였고, 그 조건으로부터는 토양 개선용으로 사용될 수 없었다.
[표 1]
Figure pct00001
따라서, 본 발명에 따른 조성물로 제조된 쓰레기 봉투는, 예를 들어 보다 높은 분해 온도를 필요로 하는 폴리락트산을 함유하는 종래의 쓰레기 봉투에 비해 우수한 분해 특성을 갖는 것으로 나타났다. 또한, 분해 후 토양에 미량의 플라스틱도 남지 않는다.

Claims (13)

  1. 생분해성 및 퇴비성(compostable) 조성물로서,
    (i) 1종 이상의 생분해성 및/또는 부패성(decayable) 방향족 폴리에스테르 15 내지 70 중량%;
    (ii) 연마된 표면(polished surface)을 갖는 돌로마이트(dolomite) 및/또는 탄산칼슘 입자 10 내지 40 중량%;
    (iii) 식물성(vegetable origin) 전분 0 내지 30 중량%;
    (iv) 1종 이상의 식물성 오일 및/또는 1종 이상의 폴리올 1 내지 5 중량%;
    (v) 탈크 분말(talcum powder)과 같이 수화된 규산마그네슘으로부터 선택된 첨가제 5 내지 30 중량%;
    (vi) 1종 이상의 지방족 폴리에스테르 0 내지 50 중량%;
    를 포함하는, 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자는 상기 1종 이상의 식물성 오일 및/또는 1종 이상의 폴리올로 예비-처리된(pre-treated) 것인, 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 식물성 전분은 밀(wheat), 귀리(oat), 호밀(rye) 및 보리(barley) 중의 1종 이상으로부터 선택되는, 조성물.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘 입자는 2 내지 4 ㎛의 입자 크기를 가지는, 조성물.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 식물성 전분은 4 내지 50 ㎛의 입자 크기를 가지는, 조성물.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 식물성 전분은 1종 이상의 식물성 오일로 예비-처리된 것인, 조성물.
  7. 제 1 항에 따른, 과립과 같은 생분해성 및 퇴비성 조성물을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은,
    (a) 돌로마이트 및/또는 탄산칼슘의 입자를 연마하여 표면 상의 샤프 에지를 제거하는 단계;
    (b) 상기 연마된 입자를 1종 이상의 식물성 오일 또는 1종 이상의 폴리올과 혼합하여 비-점착성(non-sticky) 혼합물을 제공하는 단계;
    (c) (i) 1종 이상의 생분해성 및/또는 부패성 방향족 폴리에스테르; (ii) 선택적으로 식물성 전분; (iii) 탈크 분말과 같이, 수화된 규산마그네슘으로부터 선택된 첨가제; 및 (iv) 선택적으로 1종 이상의 지방족 폴리에스테르를 포함하는 조성물을 가열 혼합(heat mixing)하는 단계;
    그 후, 연속적으로 혼합하는 동안,
    (d) 상기 단계 (b)의 비-점착성 혼합물을 상기 가열 혼합된 베이스 조성물에 첨가하는 단계; 및
    (e) 상기 단계 (d)의 혼합물을 상기 조성물의 과립으로 압출하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 단계 (d)에서의 혼합 및 상기 단계 (e)에서의 압출은 조절된 압력 및 가열하에 수행되는, 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 단계 (d)에서의 혼합 및 상기 단계 (e)에서의 압출은 300 bar 미만의 압력에서 수행되는, 방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 (d)에서의 혼합 및 상기 단계 (e)에서의 압출은 150 내지 200℃의 온도에서 수행되는, 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 따르는 조성물을 포함하거나 또는 제 7 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 기재된 방법에 따라 제조된 조성물을 포함하는 과립(granule).
  12. 화석-기반 플라스틱(fossil-based plastics)을 대체하기 위한 성형 가능한 재료(formable material)로서, 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 따르는 조성물 또는 제 7 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 기재된 방법에 따라 제조된 조성물의 용도.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 성형 가능한 재료는 쓰레기 봉투(waste-bags), 봉투, 날붙이류(cutleries), 일회용 시트, 일회용 에이프런(disposable aprons), 및 일회용 위생 제품(disposable hygiene articles)과 같은 일회용 제품(disposable articles)으로 형성되는, 조성물의 용도.

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