JP7731866B2 - Polymeric articles comprising blends of PBAT, PLA, and carbohydrate-based polymeric materials - Google Patents
Polymeric articles comprising blends of PBAT, PLA, and carbohydrate-based polymeric materialsInfo
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Description
関連出願の相互参照
本出願は、2019年7月10日および2019年7月18日にそれぞれ出願された米国特許出願第62/872,589号(21132.28)および同第62/875,872号(21132.28.1)の利益を主張する。本出願はまた、2018年5月29日に出願された米国特許出願第62/677,368号(21132.20)の利益を主張する、2019年5月29日に出願された米国特許出願第16/425,397号(21132.20.1)の一部継続出願でもある。米国特許出願第16/425,397号(21132.20.1)はまた、2015年6月30日に出願された米国仮特許出願第62/187,231号の利益を主張する2015年9月14日に出願された米国特許出願第14/853,725号(21132.8)の一部継続出願である2017年8月30日に出願された米国特許出願第15/691,588号(21132.7)の一部継続出願でもある。米国特許出願第15/691,588号(21132.7)はまた、2015年9月14日に出願された米国特許出願第14/853,780号(21132.6)の一部継続出願であり、両方とも2017年4月7日に提出された米国特許出願第15/481,823号(21132.2)および同第15/481,806号(21132.1)の一部継続出願でもある。米国特許出願第15/691,588号(21132.7)はまた、2016年12月29日に出願された米国仮特許出願第62/440,399号(21132.10)、および2017年1月4日に出願された米国仮特許出願第62/442,432号(21132.11)の利益も主張する。前述の各々の全容が、参照により本明細書に組み込まれる。
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application claims the benefit of U.S. Patent Application Nos. 62/872,589 (21132.28) and 62/875,872 (21132.28.1), filed July 10, 2019 and July 18, 2019, respectively. This application is also a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 16/425,397 (21132.20.1), filed May 29, 2019, which claims the benefit of U.S. Patent Application No. 62/677,368 (21132.20), filed May 29, 2018. U.S. Patent Application No. 16/425,397 (21132.20.1) is also a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 15/691,588 (21132.7), filed August 30, 2017, which is a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 14/853,725 (21132.8), filed September 14, 2015, which claims the benefit of U.S. Provisional Patent Application No. 62/187,231, filed June 30, 2015. U.S. Patent Application No. 15/691,588 (21132.7) is also a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 14/853,780 (21132.6), filed September 14, 2015, and a continuation-in-part of U.S. Patent Application Nos. 15/481,823 (21132.2) and 15/481,806 (21132.1), both filed April 7, 2017. U.S. Patent Application No. 15/691,588 (21132.7) also claims the benefit of U.S. Provisional Patent Application No. 62/440,399 (21132.10), filed December 29, 2016, and U.S. Provisional Patent Application No. 62/442,432 (21132.11), filed January 4, 2017. The entire contents of each of the foregoing are incorporated herein by reference.
他の出願も参照により本明細書に組み込まれる。例えば、2017年4月7日に出願された米国特許出願第62/483,219号(21132.4)、2017年12月8日に出願された米国特許出願第15/836,555号(21132.4.1)、2017年4月7日に出願された米国仮特許出願第62/483,109号(21132.5)、2017年12月27日および2019年6月28日にそれぞれ出願された米国特許出願第62/610,615号(21132.9)および同第16/456,303号(21132.9.1)、2017年12月27日および2019年6月28日にそれぞれ出願された米国特許出願第62/610,618号(21132.12)および同第16/456,295号(21132.12.1)、2019年4月23日に出願された米国特許出願第16/391,909号(21132.14.1)、2020年6月2日に出願された米国特許出願第63/033,676号(21132.31)、2017年12月27日に出願されたPCT出願第PCT/US2017/068492号(21132.1A)、ならびに本出願と同じ日に出願された、弁護士整理番号21132.27.1.1、21132.30.1を有する出願人の2つの追加の非仮特許出願が、各々、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。 Other applications are also incorporated by reference herein. For example, U.S. Patent Application No. 62/483,219 (21132.4), filed April 7, 2017; U.S. Patent Application No. 15/836,555 (21132.4.1), filed December 8, 2017; U.S. Provisional Patent Application No. 62/483,109 (21132.5), filed April 7, 2017; U.S. Patent Application No. 62/610,615 (21132.9) and U.S. Patent Application No. 16/456,303 (21132.9.1), filed December 27, 2017 and June 28, 2019, respectively; U.S. Patent Application No. 62/610,618 (21132.9), filed December 27, 2017 and June 28, 2019, respectively. Nos. (21132.12) and 16/456,295 (21132.12.1), U.S. Patent Application No. 16/391,909 (21132.14.1), filed April 23, 2019, U.S. Patent Application No. 63/033,676 (21132.31), filed June 2, 2020, PCT Application No. PCT/US2017/068492 (21132.1A), filed December 27, 2017, and two additional non-provisional patent applications of the applicant bearing attorney docket numbers 21132.27.1.1 and 21132.30.1, filed on the same date as the present application, are each incorporated herein by reference in their entirety.
従来の石油化学系プラスチックは、丈夫で軽量であり、かつ耐久性があるように配合される。しかしながら、これらのプラスチックは通常、生分解性ではなく、その結果、何億トンものプラスチックが埋立地を占領するか、または海に浮かぶことになる。プラスチック廃棄物の量を減らそうとして、石油化学系プラスチックを使用して通常製造される一部の物品は、再生可能資源から作られるまたは生分解性であるプラスチックとして定義されるバイオプラスチック材料を使用して製造されている。 Traditional petrochemical-based plastics are formulated to be strong, lightweight, and durable. However, these plastics are typically not biodegradable, resulting in hundreds of millions of tons of plastic occupying landfills or floating in the oceans. In an effort to reduce the amount of plastic waste, some items typically made using petrochemical-based plastics are being made using bioplastic materials, defined as plastics made from renewable resources or that are biodegradable.
大量のポリエチレンおよびポリプロピレン等の石油化学系プラスチック材料、ならびに多くの他のプラスチック(ポリエチレンテレファレート、ポリスチレン、ABS、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ナイロン等)は、通常、典型的な地上投棄環境では(例えば、埋立地では)容易に生分解されないか、または海洋環境に廃棄される場合はさらにそうである。これは通常、プラスチックの一部が石油化学原料ではなく、再生可能または持続可能な供給源から供給され得る、そのような材料のいわゆる「グリーン」プラスチックの場合であっても同じである。 Large amounts of petrochemical-based plastic materials such as polyethylene and polypropylene, as well as many other plastics (e.g., polyethylene terephthalate, polystyrene, ABS, polyvinyl chloride, polycarbonate, nylon, etc.), typically do not readily biodegrade in typical land-based disposal environments (e.g., landfills), or even more so when disposed of in the marine environment. This is typically true even for so-called "green" plastics, where some of such materials may be sourced from renewable or sustainable sources rather than petrochemical feedstocks.
一部の廃棄条件下である程度の堆肥化可能性および/または生分解性を示すことができる、いくつかの特殊なプラスチック材料が存在する。例えば、ポリ乳酸(「PLA」)およびポリブチレンアジペートテレフタレート(「PBAT」)(ポリ(ブチレンアジペート-Co-テレフタレート))としても知られる)は、産業用の堆肥条件である程度の堆肥化可能性を示すことが示されている。そのような廃棄条件は、堆肥化温度が上昇する一部のそのような条件下(例えば、58℃)でPLAまたはPBATのいくらかの生分解性を可能にすることができるが、PLAは、堆肥化温度が著しくより低い典型的な家庭の堆肥化環境では堆肥化可能性を示さない。言い換えれば、PBATは、そのような家庭における堆肥の廃棄条件下(例えば、EN13432に従って28℃)でいくらかの生分解性を示し得るが、PLAは、そのような環境に廃棄された場合、いずれの有意な生分解性も示さない。さらに、PBAT自体が非常に可撓性のある材料であり、あまりに高い可撓性を示すため、PBATで形成されたバッグに品物を入れると、負荷荷重下で大きく曲がる可能性があるので、バッグまたは他のフィルム材料における単独での使用には特に好適ではない。PLAはより剛性が高いが、望ましい家庭での堆肥化可能特性を示さない。 There are several specialized plastic materials that may exhibit some degree of compostability and/or biodegradability under certain disposal conditions. For example, polylactic acid ("PLA") and polybutylene adipate terephthalate ("PBAT") (also known as poly(butylene adipate-co-terephthalate)) have been shown to exhibit some degree of compostability under industrial composting conditions. While such disposal conditions may allow for some biodegradation of PLA or PBAT under some conditions where composting temperatures are elevated (e.g., 58°C), PLA does not exhibit compostability in typical home composting environments, where composting temperatures are significantly lower. In other words, while PBAT may exhibit some biodegradability under such home composting conditions (e.g., 28°C in accordance with EN 13432), PLA does not exhibit any significant biodegradability when disposed of in such environments. Furthermore, PBAT itself is a very flexible material, so flexible that bags made from PBAT may bend significantly under load when filled with items, making it particularly unsuitable for use alone in bags or other film materials. PLA is more rigid, but does not exhibit the desirable characteristics of home compostability.
上記で特定された問題の少なくともいくつかに対応することができるフィルムを提供することが、当該技術分野における改善となるであろう。 Providing a film that can address at least some of the problems identified above would be an improvement in the art.
本開示は、家庭での堆肥化可能性の要件を満たす(例えば、厚さに応じて)フィルムまたは硬質材料としての使用に好適なポリマーブレンドを対象とする。ブレンドは、PBATおよびPLAとブレンドされた、炭水化物系ポリマー材料(例えば、出願人から入手可能なNuPlastiQ(登録商標)等の修飾多糖)を含む。NuPlastiQ(登録商標)およびPBATは、通常、家庭の堆肥環境で生分解するが、PLAはそうではない。PBATのみとブレンドした場合でも、PLAは、同様に家庭の堆肥条件下では生分解しない。しかしながら、ブレンドにNuPlastiQ(登録商標)を含めると、PLAは家庭の堆肥条件下で(例えば、別様にEN13432によって規定される条件に沿って、28℃で)生分解する。 The present disclosure is directed to polymer blends suitable for use as films or rigid materials that meet home compostability requirements (e.g., depending on thickness). The blends include a carbohydrate-based polymer material (e.g., a modified polysaccharide, such as NuPlastiQ®, available from the applicant) blended with PBAT and PLA. NuPlastiQ® and PBAT typically biodegrade in home compost environments, but PLA does not. PLA, even when blended with PBAT alone, similarly does not biodegrade under home compost conditions. However, when NuPlastiQ® is included in the blend, PLA biodegrades under home compost conditions (e.g., at 28°C, otherwise consistent with conditions specified by EN 13432).
PBATを含むフィルム材料は、持ち帰り用バッグ等の用途に使用するのに望ましいであろうが、その場合、残念ながら、米国および他の先進国においてでさえ、依然としてかなりのポイ捨てが発生する。そのような物品にPBATを使用する理由は、例えば、比較的低温の家庭での堆肥化条件下であっても、PBATが生分解性特性を示すということである。比較すると、そのような持ち帰り用バッグ(および他のフィルム物品)の大部分は、本質的にいずれの標準化された試験条件下または実際の廃棄条件下でも無視できるほどわずかな生分解性を示すポリエチレンから形成される。そのようなフィルムにPBATを使用することの問題は、例えば、PBATから形成されたバッグは、様々な品物がバッグの内側に詰められると、バッグがその形状を概ね維持して品物を保持するのではなく、実際には著しく伸びる場合がある程に、PBATが極度にエラストマー性であるということである。当然ながら、そのような特性は、全体的な可撓性および靭性が低く、持ち帰り用バッグまたは他のフィルム物品、ならびに強度および剛性の向上が所望され得る他の非フィルム物品にとって問題となる。 Film materials containing PBAT would be desirable for use in applications such as take-out bags, where, unfortunately, significant littering still occurs, even in the United States and other developed countries. The rationale for using PBAT in such articles is that PBAT exhibits biodegradable properties, even under relatively low-temperature home composting conditions, for example. By comparison, the vast majority of such take-out bags (and other film articles) are formed from polyethylene, which essentially exhibits negligible biodegradability under any standardized testing or actual disposal conditions. The problem with using PBAT in such films, for example, is that bags formed from PBAT are extremely elastomeric, to the point that when various items are placed inside the bag, rather than generally maintaining their shape and retaining the items, the bag may actually stretch significantly. Naturally, such properties result in poor overall flexibility and toughness, which is problematic for take-out bags or other film articles, as well as other non-film articles where increased strength and stiffness may be desirable.
PBATとPLAをブレンドすることにより、得られる材料の剛性が高まるため、このブレンドを、持ち帰り用バッグとして使用するためのフィルム、または強度、剛直性、可撓性、および靭性の良好なバランスが所望される他の物品を形成するために使用することができる。そのようなPLA添加に関する問題は、そのようなブレンド中のPLAが、低温の「家庭での」堆肥化条件下で(ASTM D-5338と同様であるが、例えば、EN13432によって規定されるように、28℃±2℃で)生分解されず、その結果として、部分的にのみ生分解性の(すなわち、PBATは生分解するが、PLAは生分解しない)フィルムまたは他の物品がもたらされるということである。 Blending PBAT with PLA increases the stiffness of the resulting material, allowing the blend to be used to form films for use as carryout bags or other articles where a good balance of strength, stiffness, flexibility, and toughness is desired. The problem with such PLA addition is that the PLA in such blends does not biodegrade under low-temperature "home" composting conditions (similar to ASTM D-5338, but at 28°C ± 2°C, as specified by EN 13432, for example), resulting in films or other articles that are only partially biodegradable (i.e., the PBAT biodegrades, but the PLA does not).
出願人は、出願人のNuPlastiQ(登録商標)材料を添加することにより、ブレンド中のPBATがそのような低温の家庭での堆肥化条件下で生分解するだけでなく、今度はPLAも、そのような低温条件下で生分解することを発見した。当然のことながら、NuPlastiQ(登録商標)炭水化物系ポリマー材料は生分解もするため、そのようなブレンド中のすべてのポリマー材料は、低温の家庭での堆肥化条件下で堆肥化可能性を示す。そのような結果は特に有利である。 Applicant has discovered that by adding Applicant's NuPlastiQ® material, not only does the PBAT in the blend biodegrade under such low-temperature home composting conditions, but the PLA, in turn, also biodegrades under such low-temperature conditions. Naturally, because the NuPlastiQ® carbohydrate-based polymer material also biodegrades, all of the polymer materials in such a blend exhibit compostability under low-temperature home composting conditions. Such a result is particularly advantageous.
さらに、NuPlastiQ(登録商標)材料は、再生可能に調達される成分(例えば、デンプンおよびグリセリン)から形成され、ブレンドに含まれる他のポリマー材料(例えば、PBATおよびPLA)と比較して比較的安価である。PBAT(例えば、ブタンジオール、アジピン酸、テレフタル酸)またはPLA(例えば、乳酸)を生成するために使用される成分の少なくともいくつかは、再生可能に調達される成分からも形成され得る。 Additionally, NuPlastiQ® materials are formed from renewable sourced components (e.g., starch and glycerin) and are relatively inexpensive compared to other polymeric materials (e.g., PBAT and PLA) included in the blend. At least some of the components used to produce PBAT (e.g., butanediol, adipic acid, terephthalic acid) or PLA (e.g., lactic acid) may also be formed from renewable sourced components.
PBATが、低い剛直性、高い可撓性、および/または高い靭性(および低い強度)を示す場合、剛性を高めるためにPLA等とブレンドすることから利益が得られ、NuPlastiQ(登録商標)のような炭水化物系またはデンプン系のポリマー材料もブレンドに含まれる場合、ブレンド中のすべてのポリマー材料が堆肥化可能であることが保証される。一実施形態において、本発明のブレンドは、第1の剛直性を有する第1のポリエステルプラスチック材料(例えば、PBATを含む)と、第2のポリエステル(例えば、PLAを含む)とを含み、第1のポリエステルプラスチック材料は、第2のポリエステル(例えば、PLA)の剛直性よりも低い剛直性(および/またはそれよりも高い可撓性)を有する。ブレンドは、炭水化物系ポリマー材料も含む。 PBAT, which exhibits low stiffness, high flexibility, and/or high toughness (and low strength), can benefit from blending with materials such as PLA to increase stiffness, and if a carbohydrate- or starch-based polymer material such as NuPlastiQ® is also included in the blend, ensuring that all polymer materials in the blend are compostable. In one embodiment, the blend of the present invention comprises a first polyester plastic material (e.g., comprising PBAT) having a first stiffness and a second polyester (e.g., comprising PLA), where the first polyester plastic material has a stiffness lower than (and/or greater flexibility than) that of the second polyester (e.g., PLA). The blend also includes a carbohydrate-based polymer material.
例示的な実施形態は、ブレンドの少なくとも30重量%の量のPBAT、ブレンドの最大20重量%の量のPLA、およびブレンドの最大60重量%、例えば、5重量%~60重量%、または10重量%~60重量%の量で含まれる炭水化物系ポリマー材料を含み得る。例として、炭水化物系ポリマー材料は、より典型的には、ポリマーブレンドの30重量%~60重量%の量で含まれ得る。PLAは、ポリマーブレンドの最大15重量%または最大12重量%の量で存在し得、PBATは、ポリマー含有量の残り(例えば、30~70重量%)を構成し得る。一実施形態において、PLAは、ブレンドの少なくとも10重量%、または10重量%を超える量で存在し得る。ポリマー成分に加えて、炭酸カルシウム、タルク等の無機充填剤も含まれ得る。そのような充填材料を含めることにより、特定のバッグ、他のフィルム、または他の物品の製造に必要なポリマー成分の量をさらに減少させることができ、また、そのようなフィルムから形成されるバッグが、そのようなバッグの側面が互いに付着する傾向を示すために実際にバッグを開くのがいくらか困難になる「ブロッキング」または凝集を示すあらゆる傾向を低減するのに役立ち得る。一実施形態において、そのような無機充填剤は、例えば、物品の0重量%~30重量%の量で含まれ得る。 An exemplary embodiment may include PBAT in an amount of at least 30% by weight of the blend, PLA in an amount of up to 20% by weight of the blend, and a carbohydrate-based polymer material in an amount of up to 60% by weight of the blend, e.g., 5% to 60% by weight, or 10% to 60% by weight. By way of example, the carbohydrate-based polymer material may more typically be included in an amount of 30% to 60% by weight of the polymer blend. PLA may be present in an amount of up to 15% or up to 12% by weight of the polymer blend, with PBAT comprising the remainder of the polymer content (e.g., 30-70% by weight). In one embodiment, PLA may be present in an amount of at least 10% by weight of the blend, or greater than 10% by weight. In addition to the polymer components, inorganic fillers such as calcium carbonate, talc, etc. may also be included. The inclusion of such filler materials can further reduce the amount of polymeric components required to manufacture a particular bag, other film, or other article, and can also help reduce any tendency of bags formed from such films to exhibit "blocking" or clumping, which can result in the sides of such bags tending to stick to one another, making the bag somewhat difficult to actually open. In one embodiment, such inorganic fillers can be included in an amount of, for example, 0% to 30% by weight of the article.
必要に応じて、例えば、スリップ助剤および/または加工助剤を含むがこれらに限定されない、様々な他の添加剤のいずれかも含まれ得る。
そのような複合プラスチックのブレンドは、押出成形プラスチック製品、射出成形プラスチック製品、ブロー成形プラスチック製品、インフレーションフィルムプラスチック製品、押出またはキャストシートまたはフィルム、熱成形プラスチック製品、発泡プラスチック製品等を形成するための多種多様な既知の製造方法に従って加工することができる。
Any of a variety of other additives may also be included, if desired, including, but not limited to, for example, slip aids and/or processing aids.
Such composite plastic blends can be processed according to a wide variety of known manufacturing methods to form extruded plastic products, injection molded plastic products, blow molded plastic products, blown film plastic products, extruded or cast sheet or film, thermoformed plastic products, foamed plastic products, and the like.
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を考慮すると、当業者に明らかになるであろう。 Further features and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art upon consideration of the following detailed description of the preferred embodiments.
本発明の上述のおよび他の利点が得られるように、上で簡潔に説明した本発明のより具体的な説明が、添付の図面に示されるその特定の実施形態を参照することによって提供される。これらの図面は、本発明の典型的な実施形態を示しているに過ぎず、したがって、その範囲を限定するものとみなされるべきではないことを理解することにより、本発明は、添付の図面の使用を通して、追加の特異性および詳細とともに記載および説明されるであろう。
I.定義
本明細書で引用されるすべての刊行物、特許および特許出願は、上記または下記であろうと、個々の刊行物、特許または特許出願が参照により組み込まれることが具体的かつ個別に示された場合と同程度に、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
I. Definitions All publications, patents, and patent applications cited herein, whether supra or infra, are herein incorporated by reference in their entirety to the same extent as if each individual publication, patent, or patent application was specifically and individually indicated to be incorporated by reference.
「含む(including)」、「含む(containing)」、または「~によって特徴付けられる」と同義である「含む(comprising)」という用語は、包括的または開放型であり、追加の、引用されていない要素または方法のステップを除外しない。 The term "comprising," which is synonymous with "including," "containing," or "characterized by," is inclusive or open-ended and does not exclude additional, unrecited elements or method steps.
「~から本質的になる」という用語は、特許請求の範囲の範囲を、特許請求される発明の特定の材料またはステップ、および「基本的かつ新規の特徴に実質的に影響を与えないもの」に限定する。 The term "consisting essentially of" limits the scope of a claim to the particular materials or steps of the claimed invention and "do not materially affect the basic and novel characteristics."
本明細書で使用される「~からなる」という用語は、特許請求の範囲で特定されていないあらゆる要素、ステップ、または成分を除外する。
本発明の特徴を説明する文脈で(特に以下の特許請求の範囲の文脈で)使用される用語「a」、「an」、「the」および同様の指示対象は、本明細書において別段の定めがないか、または文脈によって明らかに矛盾しない限り、単数形および複数形の両方を包含すると解釈されるべきである。したがって、例えば、「デンプン」への言及は、1つ、2つ以上のデンプンを含み得る。
As used herein, the term "consisting of" excludes any element, step, or ingredient not specified in the claim.
As used in the context of describing features of the present invention (particularly in the context of the claims that follow), the terms "a,""an,""the," and similar referents should be construed to encompass both the singular and the plural, unless otherwise specified herein or clearly contradicted by context. Thus, for example, reference to "starch" may include one, two, or more starches.
本明細書で使用される「フィルム」は、領域または容積を分離し、品物を保持し、バリアとして機能し、かつ/または印刷可能な表面として使用することができる1つ以上のポリマー材料を含む薄い連続的な物品を指す。 As used herein, "film" refers to a thin, continuous article comprising one or more polymeric materials that can be used to separate areas or volumes, hold items, act as a barrier, and/or serve as a printable surface.
本明細書で使用される「バッグ」は、商品を収容および/または輸送するために使用することができる、比較的薄くて柔軟なフィルムで作製された容器を指す。
本明細書で使用される「ボトル」は、典型的にはフィルムよりも厚い厚さであり、典型的には開口部に隣接する比較的細いネック部を含む、現在開示されているプラスチックから作製することができる容器を指す。そのようなボトルは、多種多様な製品(例えば、飲料、シャンプー、コンディショナー、ローション、石鹸、洗浄剤等のパーソナルケア製品)を保持するために使用され得る。
As used herein, "bag" refers to a container made of relatively thin, flexible film that can be used to contain and/or transport goods.
As used herein, "bottle" refers to a container that can be made from the presently disclosed plastic, which is typically thicker than a film and typically includes a relatively narrow neck adjacent to an opening. Such bottles can be used to hold a wide variety of products, such as beverages, personal care products such as shampoos, conditioners, lotions, soaps, detergents, etc.
別段の記載がない限り、本明細書で使用および記載されるすべてのパーセンテージ、比率、部、および量は、重量によるものである。別段の記載がない限り、分子量の値は重量平均分子量に関する。 All percentages, ratios, parts, and amounts used and described herein are by weight unless otherwise specified. Molecular weight values refer to weight average molecular weight unless otherwise specified.
当業者によって理解されるように、本明細書に記載される数、パーセンテージ、比率、または他の値は、その値、および約またはおよそ記載される値である他の値も含み得る。したがって、記載される値は、所望の機能を実行するもしくは所望の結果を達成するために、記載される値に少なくとも十分に近い値、および/または記載される値に四捨五入される値を包含するように、十分広く解釈されるべきである。記載される値は、少なくとも典型的な製造プロセスで予想される変動を含み、記載される値の25%以内、15%以内、10%以内、5%以内、1%以内等の値を含み得る。さらに、本明細書で使用される「実質的に」、「同様に」、「約」または「およそ」という用語は、依然として所望の機能を実行するまたは所望の結果を達成する記載される量または状態に近い量または状態を表す。例えば、「実質的に」「約」または「およそ」という用語は、記載される量の25%以内、15%以内、10%以内、5%以内、または1%以内の量を指し得る。 As will be understood by those skilled in the art, numbers, percentages, ratios, or other values described herein may include that and other values that are about or approximately the stated value. Accordingly, a stated value should be interpreted broadly enough to encompass values at least sufficiently close to the stated value and/or values that round to the stated value to perform the desired function or achieve the desired result. The stated value includes at least expected variation in a typical manufacturing process and may include values within 25%, 15%, 10%, 5%, 1%, etc., of the stated value. Furthermore, as used herein, the terms "substantially," "similarly," "about," or "approximately" refer to an amount or condition that is close to the stated amount or condition that still performs the desired function or achieves the desired result. For example, the terms "substantially," "about," or "approximately" may refer to an amount that is within 25%, 15%, 10%, 5%, or 1% of the stated amount.
いくつかの範囲が本明細書に開示される。追加の範囲は、特定のパラメータの例示として本明細書に開示される任意の値の間に定義され得る。すべてのそのような範囲が企図され、本開示の範囲内である。さらに、本明細書における値の範囲の列挙は、範囲内にある個々の値を個別に言及する簡単な方法として機能することを意図している。本明細書に別段の定めがない限り、各個々の値は、本明細書に個別に記載されているかのように本明細書に組み込まれる。 Several ranges are disclosed herein. Additional ranges may be defined between any of the values disclosed herein as examples of particular parameters. All such ranges are contemplated and are within the scope of the present disclosure. Furthermore, the recitation of ranges of values herein is intended to serve as a shorthand method of individually referring to each individual value falling within the range. Unless otherwise stated herein, each individual value is incorporated herein as if set forth individually herein.
本明細書および特許請求の範囲で使用される成分、構成成分、条件等の量を表すすべての数字は、すべての場合において「約」という用語によって修飾されているものとして理解されるべきである。本発明の広い範囲を示す数値範囲およびパラメータは近似値であるにもかかわらず、特定の例に示される数値は可能な限り正確に報告される。しかしながら、任意の数値は、本質的に、それぞれの試験測定に見られる標準偏差から必然的に生じる特定の誤差を含む。 All numbers expressing quantities of ingredients, components, conditions, and the like used in the specification and claims should be understood as being modified in all instances by the term "about." Notwithstanding that the numerical ranges and parameters setting forth the broad scope of the invention are approximations, the numerical values set forth in the specific examples are reported as precisely as possible. However, any numerical value inherently contains certain errors necessarily resulting from the standard deviation found in their respective testing measurements.
本明細書で使用される「含まない」という句または同様の句は、組成物が記載される成分の0%を含むこと、すなわち、成分が組成物に意図的に添加されていないことを意味する。しかしながら、そのような成分は、適切な状況下で偶発的に形成する場合があり、例えば偶発的な汚染物質等として、別の含まれる成分中に偶発的に存在し得ることが理解されるであろう。 As used herein, the phrase "free of" or similar phrases means that the composition contains 0% of the stated component, i.e., the component has not been intentionally added to the composition. However, it will be understood that such components may form incidentally under appropriate circumstances and may be accidentally present in another included component, for example, as an incidental contaminant.
本明細書で使用される「実質的に含まない」という句または同様の句は、組成物が好ましくは記載される成分の0%を含むことを意味するが、例えば、偶発的な形成、偶発的な汚染、またはさらには意図的な添加によって、非常に低い濃度が存在する可能性があり得ることを理解されたい。そのような成分は、たとえ存在する場合でも、1%未満、0.5%未満、0.25%未満、0.1%未満、0.05%未満、0.01%未満、0.005%未満、または0.001%未満の量で存在し得る。一実施形態において、開示される組成物は、その中に含まれると具体的に開示されていない任意の成分を含まない場合がある。 As used herein, the phrase "substantially free" or similar phrases means that the composition preferably contains 0% of the listed component, although it is understood that very low concentrations may be present, for example, due to accidental formation, accidental contamination, or even intentional addition. Such components, if present at all, may be present in amounts of less than 1%, less than 0.5%, less than 0.25%, less than 0.1%, less than 0.05%, less than 0.01%, less than 0.005%, or less than 0.001%. In one embodiment, the disclosed compositions may be free of any component not specifically disclosed as being contained therein.
材料に関して本明細書で使用される「非生分解性」という用語は、天然材料(生分解性にするために添加される添加物を含まない)が、様々な模擬廃棄条件(例えば、EN13432、ASTM D-5338、ASTM D-5511、および/またはASTM D-6691)に曝露されたときに、妥当な制限期間(例えば、1年、3年、または5年)内に有意な程度まで、例えば二酸化炭素および/またはメタンに分解(特に生分解)しないことを意味する。本明細書に記載されるように、EN13432に基づく家庭での堆肥化可能性の基準は、ASTM D-5338に基づく基準と類似している可能性があるが、より低い温度で実施される。同様の様式で、任意の他のそのような標準が、より厳しい条件下で生分解性(例えば、家庭での堆肥化可能性対産業用の堆肥化可能性)を評価するために修正され得る(例えば、より低い温度で実施される)。日光、酸素、および分解微生物の条件に十分な時間および曝露が与えられると、ほとんどのポリマー材料は(例えば、典型的には「非生分解性」とみなされるものでさえ)、長期間(例えば、数十年または数世紀)にわたって、通常、ある限定された程度までは、最終的に分解するまたは生分解さえもすることをさらに理解されたい。 The term "non-biodegradable," as used herein with respect to a material, means that a natural material (without additives added to render it biodegradable) does not break down (particularly biodegrade) to a significant extent, e.g., into carbon dioxide and/or methane, within a reasonable time limit (e.g., 1 year, 3 years, or 5 years) when exposed to various simulated disposal conditions (e.g., EN 13432, ASTM D-5338, ASTM D-5511, and/or ASTM D-6691). As described herein, home compostability standards based on EN 13432 may be similar to those based on ASTM D-5338, but are performed at lower temperatures. In a similar manner, any other such standards may be modified (e.g., performed at lower temperatures) to assess biodegradability under more stringent conditions (e.g., home compostability vs. industrial compostability). It should be further understood that given sufficient time and exposure to the conditions of sunlight, oxygen, and degrading microorganisms, most polymeric materials (e.g., even those typically considered "non-biodegradable") will eventually degrade or even biodegrade, usually to some limited extent, over an extended period of time (e.g., decades or centuries).
材料に関して本明細書で使用される「生分解性」という用語は、本明細書に記載されるNuPlastiQ(登録商標)を含む材料が、本明細書に記載されるような条件下で二酸化炭素、メタンおよび/または水等の基本的な要素に生分解することを意味する。典型的な家庭での堆肥化可能性の基準は、365日以内に物品のポリマー含有量の少なくとも90%の生分解を必要とする(すなわち、より高温ではなく28℃(±2℃)で、EN13432に従って測定した場合に90%の生分解に達する)。同様の基準は、他の認証機関または規制当局、例えば、ISO 20200に基づく生分解性および/もしくは崩壊基準、または家庭での堆肥化可能性に関する様々な同様の基準(例えば、NF T51-800(2015)、AS 5810(2010)、またはTUV Austria BelgiumのOK Compost Home認証スキーム)の下でも適用可能である。 The term "biodegradable" as used herein with respect to a material means that the material, including NuPlastiQ®, described herein, biodegrades into basic elements such as carbon dioxide, methane, and/or water under conditions as described herein. Typical home compostability standards require at least 90% biodegradation of an item's polymer content within 365 days (i.e., reaching 90% biodegradation when measured according to EN 13432 at 28°C (±2°C) but not at higher temperatures). Similar standards may also be applicable under other certification bodies or regulatory authorities, e.g., biodegradability and/or disintegration standards under ISO 20200, or various similar standards for home compostability (e.g., NF T51-800 (2015), AS 5810 (2010), or TUV Austria Belgium's OK Compost Home certification scheme).
様々な標準化された試験(例えば、ASTMまたは他の試験)に関して、任意のそのような標準への言及は、そのような標準の最新の更新(もしあれば)を指すことが理解されよう。 With respect to various standardized tests (e.g., ASTM or other tests), it will be understood that any reference to such standards refers to the most recent update (if any) of such standards.
例えば「修飾デンプン」である修飾多糖等を説明する際に使用される「修飾」という用語は、出発デンプン材料をより低い分子量を含むものへと変換することを含む、物理的および/または化学的修飾を指す。そのような機械的および/または化学的修飾は、アミロペクチンデンプン成分のより線形のアミロース構造への機械的修飾を含み得る。前述の説明は単なる例示であり、そのようなデンプン成分に対する多くの修飾が可能であることが理解されよう。出願人のNuPlastiQ(登録商標)材料は、修飾デンプンの一例である。 The term "modified," when used to describe modified polysaccharides, e.g., "modified starch," refers to physical and/or chemical modifications, including converting the starting starch material to one containing a lower molecular weight. Such mechanical and/or chemical modifications may include mechanical modification of the amylopectin starch component to a more linear amylose structure. It will be understood that the foregoing description is merely exemplary, and that many modifications to such starch components are possible. Applicant's NuPlastiQ® material is one example of a modified starch.
本明細書に記載されるNuPlastiQ(登録商標)デンプン系ポリマーは、本明細書に記載される利点を提供することができるデンプン系材料の一例であるが、本発明の範囲は、同じまたは同様の化学構造または官能基の存在によって同様の結果を達成する可能性がある、同様の小さな粒径特性を呈し得る(例えば、将来的にいつか開発される)他のデンプンもしくはデンプン系の材料、またはさらにはデンプン以外の出発材料から合成される可能性のある材料にまで広く及ぶことが理解されよう。例えば、NuPlastiQ(登録商標)と同様のまたは同一の化学構造を有する材料が、非デンプン材料から出発して(例えば、反応器内で)合成された場合、それも本発明の範囲内である。 While the NuPlastiQ® starch-based polymer described herein is one example of a starch-based material that can provide the benefits described herein, it will be understood that the scope of the present invention extends broadly to other starches or starch-based materials (e.g., developed sometime in the future) that may exhibit similar small particle size characteristics, or even materials that may be synthesized from starting materials other than starch, that may achieve similar results due to the presence of the same or similar chemical structure or functional groups. For example, a material having a similar or identical chemical structure to NuPlastiQ®, synthesized (e.g., in a reactor) starting from a non-starch material, would also be within the scope of the present invention.
II.序章
本開示は、とりわけ、PBATおよびPLA等の2つのポリエステル材料と、炭水化物系(例えば、デンプン系)ポリマー材料とのブレンドを対象とし、ブレンドは、ブレンド内のPLA材料の生分解性を高める。例えば、PBATは、比較的低温の周囲温度の堆肥化条件(例えば、「産業用の堆肥化条件」ではなく「家庭での堆肥化条件」)下であっても容易に生分解性であると認識されているが、PLAはそのような特性を示さず、そのような比較的低温の家庭での堆肥化条件では堆肥化可能ではない。これは、PBATとブレンドした場合であってもそうである。例えば、そのようなブレンドにおいて、PBATは生分解するが、PLAは大部分が初期形態のままであるため、そのようなブレンドは、家庭での堆肥化基準、例えば、ISO 20200に基づく生分解性および/もしくは崩壊基準、または家庭での堆肥化可能性に関する様々な同様の基準(例えば、NF T51-800(2015)、AS 5810(2010)、またはTUV Austria BelgiumのOK Compost Home認証スキーム)等を満たしていない。出願人は、PLAがそれ自体ではそのような条件下で生分解しないが、PLAを、出願人から入手可能な特定の炭水化物系(例えば、デンプン系)ポリマー材料と均一にブレンドすることによって、(例えば、速度および/または範囲において)PLAの生分解性を高めることができ、今度はブレンド全体が、該当する家庭での堆肥化可能性の基準を実際に満たすようになることを発見した。
II. Introduction The present disclosure is directed to, among other things, blends of two polyester materials, such as PBAT and PLA, with a carbohydrate-based (e.g., starch-based) polymeric material, which enhance the biodegradability of the PLA material within the blend. For example, while PBAT is recognized as readily biodegradable even under relatively low, ambient temperature composting conditions (e.g., "home composting conditions" as opposed to "industrial composting conditions"), PLA does not exhibit such properties and is not compostable under such relatively low, ambient temperature composting conditions, even when blended with PBAT. For example, in such blends, the PBAT biodegrades while the PLA remains largely in its initial form, and therefore, such blends do not meet home composting standards, such as the biodegradability and/or disintegration standards under ISO 20200, or various similar standards for home compostability (e.g., NF T51-800 (2015), AS 5810 (2010), or the OK Compost Home certification scheme of TUV Austria Belgium). Applicant has discovered that while PLA does not biodegrade under such conditions by itself, by homogeneously blending PLA with certain carbohydrate-based (e.g., starch-based) polymeric materials available from Applicant, the biodegradability of PLA can be increased (e.g., in rate and/or extent), such that the overall blend in turn does indeed meet the applicable home compostability standards.
「家庭での堆肥化可能性」の基準を満たすために必要な要件のさらなる説明を次に提供する。該当する基準を満たすために、材料は次の条件を満たしていなければならない:(1)重金属基準に合格している(すなわち、ブレンドの構成材料(例えば、PBAT、PLA、または炭水化物系ポリマー材料)がいずれの禁止されている重金属も含まない;(2)該当する生分解基準を満たし、ブレンドの少なくとも90%が、そのような家庭での堆肥化条件下(例えば、28℃±2℃)で365日以内に生分解する(該当する呼吸測定法試験により決定される);(3)該当する崩壊基準を満たしている(例えば、試験材料の少なくとも90%が、26週間以内に周囲温度(例えば、28℃±2℃)で2mm未満にサイズが縮小される);および(4)該当する生態毒性基準を満たしている(すなわち、ブレンドの各構成材料(例えば、PBAT、PLA、および炭水化物系ポリマー材料)がそのような生態毒性基準を満たしている)。 Further explanation of the requirements necessary to meet the "home compostability" criteria is provided below. To meet the applicable criteria, a material must: (1) pass the heavy metal criteria (i.e., none of the constituent materials of the blend (e.g., PBAT, PLA, or carbohydrate-based polymeric materials) contain any prohibited heavy metals; (2) meet the applicable biodegradation criteria, such that at least 90% of the blend biodegrades (as determined by applicable respirometry testing) under such home composting conditions (e.g., 28°C ± 2°C) within 365 days); (3) meet the applicable disintegration criteria (e.g., at least 90% of the tested material reduces in size to less than 2 mm at ambient temperature (e.g., 28°C ± 2°C) within 26 weeks); and (4) meet the applicable ecotoxicity criteria (i.e., each constituent material of the blend (e.g., PBAT, PLA, and carbohydrate-based polymeric materials) meets such ecotoxicity criteria).
本発明のブレンドは、そのような基準を満たし、任意の有意な程度まで生分解性ではないポリエチレンバッグまたは他のフィルムの実行可能な代替品を提供する一方で、完全にPBATから形成されたバッグまたは他のフィルムの柔らかさ、極端な可撓性、および十分な剛性の欠如、またはPBAT/PLAのブレンドで形成されたバッグの限られた生分解性の問題に対応する。したがって、本発明のブレンドを使用して、上記の家庭での堆肥化可能性の基準が各々満たされることを保証する一方で、良好な性能特性(例えば、強度、剛性、可撓性等の良好なバランス)を提供するバッグを形成することができる。企図される炭水化物系ポリマー材料(例えば、出願人から入手可能なNuPlastiQ(登録商標))は、一般に、ポリエチレンに対してコスト競争力がある(すなわち、PBATおよびPLAよりも安価である)ため、それから形成されるブレンドおよびバッグまたは他のフィルムもまた、バッグがPBATおよび/またはPLAのみから形成される場合よりもコスト競争的に製造することができる。 The blends of the present invention meet such criteria and provide a viable alternative to polyethylene bags or other films that are not biodegradable to any significant degree, while addressing the softness, extreme flexibility, and lack of sufficient rigidity of bags or other films formed entirely from PBAT, or the limited biodegradability of bags formed from PBAT/PLA blends. Thus, the blends of the present invention can be used to form bags that provide good performance characteristics (e.g., a good balance of strength, rigidity, flexibility, etc.) while ensuring that each of the above home compostability criteria is met. Because contemplated carbohydrate-based polymer materials (e.g., NuPlastiQ®, available from the applicant) are generally cost-competitive with polyethylene (i.e., less expensive than PBAT and PLA), blends and bags or other films formed therefrom can also be manufactured more cost-competitively than if the bags were formed solely from PBAT and/or PLA.
そのようなブレンドは、多数のプラスチック製品の製造に実行可能な代替品を提供し、そのような材料がプラスチックの安定状態で無期限に存在するのではなく、妥当な時間枠内に家庭の堆肥条件下で有利に生分解することを可能にするという点で特に有益である。 Such blends are particularly beneficial in that they offer a viable alternative to the manufacture of many plastic products and allow such materials to advantageously biodegrade under home composting conditions within a reasonable time frame, rather than existing indefinitely in the stable state of plastic.
さらに、出願人は、紙のように、物品が典型的な保管および使用環境に保管される(例えば、家庭、オフィス、倉庫等に保管される)場合、そのような物品の生分解は容易に起こらないが、関連するASTMまたは本明細書に記載される他の生分解性試験基準によって提供される条件等の、好気性または嫌気性消化槽を模倣する環境またはその環境に物品が置かれた場合にのみ、一般に生分解が起こり始めることを観察した。例えば、そのような条件は、(i)通常の「使用」または「保管」温度よりも少なくともいくらか高い可能性のある温度、(ii)高湿度レベルへの曝露、および(iii)堆肥化環境または同様の廃棄環境に不足する特定のクラスの微生物への曝露を含む場合が多い。温度および湿度の上昇は分解を引き起こし得るが、必要な微生物も同時に存在しない限り、そのような物品の生分解を引き起こさない。そのような条件の組み合わせにより、そのような材料のブレンドから形成された物品が生分解し始める。本明細書に記載されるような第三者試験により、炭水化物系ポリマー材料およびPBATが家庭の堆肥条件下で生分解するだけでなく、PLAもまた、そのような中程度の条件下で生分解することを確認する(PLAは、さもなければより低い温度(すなわち28℃)の家庭での堆肥化条件下では生分解に耐性を示す)。 Furthermore, Applicant has observed that, like paper, biodegradation of such articles does not readily occur when the articles are stored in typical storage and use environments (e.g., stored in a home, office, warehouse, etc.), but generally begins to occur only when the articles are placed in or exposed to an environment that mimics an aerobic or anaerobic digester, such as the conditions provided by the relevant ASTM or other biodegradability testing standards described herein. For example, such conditions often include (i) temperatures that may be at least somewhat higher than normal "use" or "storage" temperatures, (ii) exposure to high humidity levels, and (iii) exposure to specific classes of microorganisms that are lacking in composting or similar waste environments. While elevated temperature and humidity may cause degradation, they will not cause biodegradation of such articles unless the necessary microorganisms are also simultaneously present. Such a combination of conditions will cause articles formed from such material blends to begin biodegrading. Third-party testing, such as that described herein, confirms that not only do carbohydrate-based polymeric materials and PBAT biodegrade under home composting conditions, but that PLA also biodegrades under such moderate conditions (PLA is otherwise resistant to biodegradation under lower temperature (i.e., 28°C) home composting conditions).
炭水化物系ポリマー材料とブレンドすることでPLAのそのような生分解が可能になる機序は完全には理解されていない可能性があるが、2つのポリエステルプラスチック材料を高度な均質性でブレンドし、おそらくは特定の特性の炭水化物系ポリマー材料とカップリングすることにより、PLAに関連する吸湿性バリアを何らかの形で打ち破り、炭水化物系ポリマー材料を生分解する微生物が、炭水化物系ポリマー材料を生分解するだけでなく、隣接するポリエステル結合PLAモノマー単位も生分解することが可能となる。炭素および他の結合は破壊され、生分解は、脱気された二酸化炭素およびメタンを捕捉して測定する第三者試験(すなわち、呼吸測定法に基づく試験)に基づいて確認される。そのような結果は特に有利である。2019年7月10日および2019年11月22日にそれぞれ出願された米国特許出願第62,872,582号(21132.27)および同第62/939,460号(21132.27.1)(参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)は、そのようなブレンドの均一にブレンドされた小粒子デンプン特性に関連するさらなる記載を含む。 While the mechanism by which blending with carbohydrate-based polymer materials enables such biodegradation of PLA may not be fully understood, it is likely that blending the two polyester plastic materials with a high degree of homogeneity, and perhaps coupling with specific properties of the carbohydrate-based polymer material, somehow overcomes the moisture-wicking barrier associated with PLA, allowing microorganisms that biodegrade the carbohydrate-based polymer material to not only biodegrade the carbohydrate-based polymer material but also the adjacent polyester-linked PLA monomer units. Carbon and other bonds are broken, and biodegradation is confirmed based on third-party testing (i.e., respirometry-based testing) that captures and measures degassed carbon dioxide and methane. Such results are particularly advantageous. U.S. Patent Application Nos. 62,872,582 (21132.27) and 62/939,460 (21132.27.1), filed July 10, 2019 and November 22, 2019, respectively, which are incorporated by reference in their entireties, contain further description related to the uniformly blended small particle starch properties of such blends.
本分野の以前の文献は、PLAが、温度が著しく高い(例えば、58℃対28℃)産業用の堆肥条件(例えば、ASTM D-5338)で生分解を示すが、周囲温度の家庭での堆肥化条件下では特に生分解を受けにくいことを示している。 Previous literature in this field has shown that PLA exhibits biodegradation under industrial composting conditions (e.g., ASTM D-5338) where temperatures are significantly higher (e.g., 58°C vs. 28°C), but is notably resistant to biodegradation under home composting conditions at ambient temperatures.
家庭での堆肥化型の環境で廃棄される場合、妥当な時間枠(例えば、様々な標準化された認証基準に適用される365日)内に、PLA材料の生分解性の速度および/または程度を高める方法を見つけることは明らかに有利である。例えば、本発明のブレンドは、炭水化物系ポリマー材料と組み合わせてPBATおよびPLAのブレンドを含み得、そのようにブレンドすることによって改善された物理的特性を達成する一方で、得られるバッグ、フィルムまたは他の物品の完全な家庭での堆肥化可能性も同時に提供する。 It would clearly be advantageous to find a way to increase the rate and/or extent of biodegradability of PLA materials within a reasonable time frame (e.g., 365 days as applicable under various standardized certification criteria) when disposed of in a home composting environment. For example, the blends of the present invention may include blends of PBAT and PLA in combination with a carbohydrate-based polymeric material, thereby achieving improved physical properties while simultaneously providing full home compostability for the resulting bag, film, or other article.
プラスチック物品は、炭水化物系ポリマー材料を2つのポリエステルプラスチック材料と混合し、混合物を加熱し、混合物を成形(例えば、射出成形)すること、混合物を押し出すこと、混合物をブロー成形すること、混合物を吹込成形すること(例えば、インフレーションフィルムの形成)、混合物を熱成形すること等によって製造することができる。様々な他のプラスチック製造プロセスは、本開示、出願人の他の出願、および当該技術分野の一般的な知識に照らして、当業者には明らかであろう。熱硬化性材料も同様にブレンドされ得る(例えば、そのようなブレンドプロセスでは加熱が必要な場合と不要な場合がある)。 Plastic articles can be produced by blending a carbohydrate-based polymer material with two polyester plastic materials, heating the mixture, molding the mixture (e.g., injection molding), extruding the mixture, blow molding the mixture, blow molding the mixture (e.g., forming a blown film), thermoforming the mixture, etc. Various other plastic manufacturing processes will be apparent to those skilled in the art in light of this disclosure, Applicant's other applications, and general knowledge in the art. Thermosetting materials can also be blended (e.g., such blending processes may or may not require heating).
本明細書に記載される物品は、バッグ、他のフィルム、およびボトル、箱、他の容器、シート等を含むがこれらに限定されない、任意の考えられる構造の形態で製造することができる。(例えば、製品の周りまたは上に巻き付けるための)バッグおよびフィルムラップ用の薄いフィルムは、インフレーションフィルム機器を使用して容易に作製することができる。 The articles described herein can be manufactured in the form of any conceivable structure, including, but not limited to, bags, other films, and bottles, boxes, other containers, sheets, etc. Thin films for bags and film wraps (e.g., for wrapping around or over products) can be readily made using blown film equipment.
限られた生分解性を示すまたは生分解性をまったく示さないポリエステルプラスチック材料を生分解性にするまたは生分解性を高めることが示されている好適な炭水化物系またはデンプン系のポリマー材料の例は、商品名NuPlastiQ(登録商標)でBiologiQから入手可能である。具体的な例として、NuPlastiQ(登録商標)GPおよびNuPlastiQ(登録商標)CGが挙げられるが、これらに限定されない。そのようなNuPlastiQ(登録商標)材料の特定の特性は、本明細書でさらに詳細に説明される。他の炭水化物系またはデンプン系のポリマー材料も、それらがブレンドに含まれるPLA材料の生分解性を高めることが可能であり、その目的で特に選択される限り、使用に好適な可能性がある。この目的でそのような材料を選択するためには、PLAを生分解性にするまたは生分解性を高めるその能力が認識されなければならない。出願人は現在、NuPlastiQ(登録商標)以外に、そのように機能することが認められているそのようないずれの材料も認識していない。 Examples of suitable carbohydrate- or starch-based polymeric materials that have been shown to render or enhance the biodegradability of polyester plastic materials that exhibit limited or no biodegradability are available from BiologiQ under the trade name NuPlastiQ®. Specific examples include, but are not limited to, NuPlastiQ® GP and NuPlastiQ® CG. The specific properties of such NuPlastiQ® materials are described in further detail herein. Other carbohydrate- or starch-based polymeric materials may also be capable of enhancing the biodegradability of PLA materials included in the blend and may be suitable for use, provided they are specifically selected for this purpose. To select such a material for this purpose, its ability to render or enhance the biodegradability of PLA must be recognized. Applicant is not currently aware of any such materials, other than NuPlastiQ®, that have been shown to function in this manner.
出願人はまた、NuPlastiQ(登録商標)および従来のポリマー材料のマスターバッチブレンドを、例えば、BioBlend XP、BioBlend XD、BioBlend MB、BioBlend BC、およびBioBlend CBを含むがこれらに限定されない、商品名BioBlendで提供する。そのようなマスターバッチは、修飾多糖(NuPlastiQ(登録商標))をより高い割合で含んでもよく、それは最終製品を形成する前に他のポリマー材料とダウンブレンドされ得る。 Applicant also offers masterbatch blends of NuPlastiQ® and conventional polymeric materials under the trade name BioBlend, including, but not limited to, BioBlend XP, BioBlend XD, BioBlend MB, BioBlend BC, and BioBlend CB. Such masterbatches may contain higher percentages of modified polysaccharide (NuPlastiQ®), which can be down-blended with other polymeric materials before forming the final product.
III.例示的な物品および方法
図1は、本発明に従って使用され得る例示的なプロセス100を示している。102において、プロセス100は、2つ以上のポリエステルプラスチック(例えば、ポリマー)材料、例えば、特にPBATおよびPLAを提供することを含むことができる。PBATは既に家庭での堆肥化可能特性を示しているが、PLAはそうではなく、本明細書に記載されるような炭水化物系ポリマー材料とブレンドすることにより、(PLA材料の生分解性を高めることにより)ブレンド全体に家庭での生分解性が付与される。ポリエステル材料と密接に分散された本明細書に記載されるような炭水化物系ポリマー材料の存在も、ブレンドに含まれるPBATまたは他のポリエステル材料の生分解性(例えば、速度および/または程度)を増強し得る。104において、プロセス100は、1つ以上の炭水化物系ポリマー材料(例えば、NuPlastiQ(登録商標))を提供することを含むことができる。他の材料も使用に好適な場合があるが、一実施形態において、選択された炭水化物系ポリマー材料は、102で提供されるポリエステルプラスチック材料(例えば、PLA)のうちの少なくとも1つの生分解性を高めるその認識された能力のために、ポリエステルとブレンドするために特に選択され得る。1つ以上の炭水化物系ポリマー材料が、デンプン系ポリマー材料を含むことができるが、典型的な従来利用可能な炭水化物系ポリマー材料は、必ずしも家庭での堆肥化可能性の要件を満たすブレンドをもたらすとは限らない。出願人のNuPlastiQ(登録商標)材料は、本明細書に記載されるように機能する特定の炭水化物系ポリマー材料の一例である。NuPlastiQ(登録商標)は、所望される強度特性(例えば、特にダーツ落下衝撃強度)等の他の所望される物理的特性を維持しながら含めることができるため、特に好適である。炭水化物系ポリマー材料およびポリエステルプラスチック材料は、ペレット、粉末、ナードル、スラリー、および/または液体等の所望の形態で提供することができる。一実施形態において、材料はペレットの形態であり得る。本方法は、ポリエステルプラスチック材料を炭水化物系ポリマー材料とブレンドすることをさらに含む。
III. Exemplary Articles and Methods Figure 1 illustrates an exemplary process 100 that can be used in accordance with the present invention. At 102, process 100 can include providing two or more polyester plastic (e.g., polymer) materials, such as PBAT and PLA, among others. While PBAT already exhibits home compostability, PLA does not. Blending with a carbohydrate-based polymer material as described herein can impart home biodegradability to the overall blend (by enhancing the biodegradability of the PLA material). The presence of a carbohydrate-based polymer material as described herein intimately dispersed with the polyester material can also enhance the biodegradability (e.g., rate and/or extent) of PBAT or other polyester materials included in the blend. At 104, process 100 can include providing one or more carbohydrate-based polymer materials (e.g., NuPlastiQ®). While other materials may be suitable for use, in one embodiment, the selected carbohydrate-based polymer material may be specifically selected for blending with polyester due to its recognized ability to enhance the biodegradability of at least one of the polyester plastic materials (e.g., PLA) provided in 102. One or more carbohydrate-based polymer materials may include a starch-based polymer material, although typical, conventionally available carbohydrate-based polymer materials do not necessarily result in a blend that meets home compostability requirements. Applicant's NuPlastiQ® material is an example of a specific carbohydrate-based polymer material that functions as described herein. NuPlastiQ® is particularly suitable because it can be incorporated while maintaining other desired physical properties, such as desired strength characteristics (e.g., particularly dart drop impact strength). The carbohydrate-based polymer material and polyester plastic material may be provided in a desired form, such as pellets, powder, nurdles, slurries, and/or liquids. In one embodiment, the materials may be in the form of pellets. The method further includes blending the polyester plastic material with the carbohydrate-based polymer material.
驚くべきことに、そのようにブレンドすることによって、たとえPLA自体(単独であるかまたはPBATとブレンドされているかにかかわらず)が通常そのような基準を満たさなくても、家庭で堆肥化可能な全体的なブレンドをもたらすことが出願人によって観察されている。これは、少なくとも部分的には、NuPlastiQ(登録商標)材料がポリエステル成分に均一にブレンドされるためであると考えられる。いずれにせよ、そのような材料のブレンドは、本出願の実施例の項に含まれる第三者試験によって証明されるように、該当する家庭での堆肥化可能性の基準試験を満たしている。 Surprisingly, Applicant has observed that such blending results in an overall blend that is home compostable, even though PLA itself (whether alone or blended with PBAT) would not normally meet such criteria. This is believed to be due, at least in part, to the uniform blending of the NuPlastiQ® material into the polyester component. In any event, such blends of materials meet applicable home compostability criteria tests, as evidenced by third-party testing included in the Examples section of this application.
そのようなブレンドは、考えられる任意のプロセスを通じて、製造時に所望の物品に形成することができる。そのような一例は、押し出しプロセスであろう。例えば、ポリエステルプラスチック材料(例えば、PBATおよびPLA)および炭水化物系ポリマー材料は、押出機(例えば、その1つ以上のホッパーに)に供給され得る。異なる材料が、同じチャンバ内に、異なるチャンバ内に、ほぼ同じ時間に(例えば、同じホッパーを介して)、または異なる時間に(例えば、異なるホッパーを介して、一方がスクリューに沿って他方よりも早く押出機に導入される)、押出機に供給され得る等である。非常に多くの構成が可能であることは明らかであろう。 Such blends can be formed into desired articles during manufacturing through any conceivable process. One such example would be an extrusion process. For example, a polyester plastic material (e.g., PBAT and PLA) and a carbohydrate-based polymer material can be fed into an extruder (e.g., into one or more hoppers thereof). The different materials can be fed into the extruder in the same chamber, in different chambers, at approximately the same time (e.g., via the same hopper), or at different times (e.g., via different hoppers, one introduced into the extruder earlier along the screw than the other), etc. It will be apparent that a great many configurations are possible.
2つのポリエステル材料(例えば、PBATおよびPLA)は、石油化学源、またはいわゆる「グリーンな」もしくは持続可能な供給源(例えば、乳酸を生成するために使用されるトウモロコシ、PLAを形成するために使用されるトウモロコシ等)から供給され得る。当業者は、再生可能または持続可能な原料が、例えば、石油化学原料ではなく、100年未満以内に再生可能な植物源を指すことを認識するであろう。当業者はまた、例えば、化石燃料から調達される材料と比較して、炭素を含む再生可能な材料におけるC14対C12の比率が高いため、プラスチックまたは他の材料の持続可能または再生可能な含有量を確認するための様々な試験があることを理解するであろう。 The two polyester materials (e.g., PBAT and PLA) can be sourced from petrochemical sources or so-called "green" or sustainable sources (e.g., corn used to produce lactic acid, corn used to form PLA, etc.). Those skilled in the art will recognize that renewable or sustainable feedstocks refer to plant sources that are renewable within less than 100 years, for example, rather than petrochemical feedstocks. Those skilled in the art will also understand that there are various tests to confirm the sustainable or renewable content of plastics or other materials, for example, due to the higher C14 to C12 ratio in renewable materials that contain carbon compared to materials sourced from fossil fuels.
炭水化物系ポリマー材料は、1つ以上のデンプンを含む複数の材料(例えば、混合物)から形成することができる。例えば、1つ以上のデンプンは、1つ以上の植物、例えば、トウモロコシデンプン、タピオカデンプン、キャッサバデンプン、コムギデンプン、ジャガイモデンプン、コメデンプン、ソルガムデンプン等から生成することができる。いくつかの実施形態において、異なる種類のデンプンの混合物を使用してもよく、これは、例えば、2019年2月27日に出願された出願人の米国特許第10,214,634号および米国特許出願第16/287,884号(その各々は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)に記載されているように、強度の相乗的な増加をもたらすことができる。可塑剤もまた、炭水化物系ポリマー材料が形成される成分の混合物内に存在する。炭水化物系ポリマー材料(例えば、最初は可塑剤として存在する)を形成する際に水を使用することもできるが、完成した炭水化物系ポリマー材料には少量から無視できるほどわずかな量の水しか存在しない。 The carbohydrate-based polymeric material can be formed from multiple ingredients (e.g., a mixture) including one or more starches. For example, the one or more starches can be derived from one or more plants, such as corn starch, tapioca starch, cassava starch, wheat starch, potato starch, rice starch, sorghum starch, etc. In some embodiments, a mixture of different types of starches can be used, which can provide a synergistic increase in strength, as described, for example, in applicant's U.S. Patent No. 10,214,634 and U.S. Patent Application No. 16/287,884, filed February 27, 2019 (each of which is incorporated herein by reference in its entirety). A plasticizer is also present in the mixture of ingredients from which the carbohydrate-based polymeric material is formed. Water can also be used in forming the carbohydrate-based polymeric material (e.g., initially as a plasticizer), but only small to negligible amounts of water are present in the finished carbohydrate-based polymeric material.
1つ以上の炭水化物系ポリマー材料が、ほとんどデンプンから形成され得る。例えば、炭水化物系ポリマー材料の少なくとも65重量%、少なくとも70重量%、少なくとも75重量%、または少なくとも80重量%が、1つ以上のデンプンに起因し得る。一実施形態において、完成した炭水化物系ポリマー材料の65重量%~90重量%が、1つ以上のデンプンに起因し得る。無視できるほどわずかな含水量以外に、完成した炭水化物系ポリマー材料の残りは、可塑剤(例えば、グリセリン)に起因し得る。NuPlastiQ(登録商標)に例示されるような完成した炭水化物系ポリマー材料は、図3に関連して以下に説明するように、デンプンとグリセリンの単なる混合物ではない。そうは言うものの、NuPlastiQ(登録商標)材料は、これらの材料の混合物に由来する。 One or more carbohydrate-based polymer materials may be formed predominantly from starch. For example, at least 65%, at least 70%, at least 75%, or at least 80% by weight of the carbohydrate-based polymer material may be attributable to one or more starches. In one embodiment, 65% to 90% by weight of the finished carbohydrate-based polymer material may be attributable to one or more starches. Other than negligible water content, the remainder of the finished carbohydrate-based polymer material may be attributable to plasticizers (e.g., glycerin). The finished carbohydrate-based polymer material, such as that exemplified by NuPlastiQ®, is not simply a mixture of starch and glycerin, as described below in connection with Figure 3. Nevertheless, the NuPlastiQ® material is derived from a mixture of these materials.
上記のパーセンテージは、炭水化物系ポリマー材料が形成される出発材料、またはデンプンに由来もしくは起因する完成した炭水化物系ポリマー材料の割合に対するデンプンのパーセンテージを表し得る(例えば、炭水化物系ポリマー材料の少なくとも65%が、出発材料としてのデンプンに起因する(から形成される)可能性がある)。炭水化物系ポリマー材料を形成する際にいくらかの水を使用することができるが、実質的に、炭水化物系ポリマー材料の残りは、グリセリンまたは別の可塑剤に起因し得る。完成した炭水化物系ポリマー材料には、ごくわずかな残留水(例えば、2%未満、典型的には約1%以下(例えば、0.1~1.5%))が存在する可能性がある。 The above percentages may represent the percentage of starch relative to the starting material from which the carbohydrate-based polymer material is formed, or the percentage of the finished carbohydrate-based polymer material that is derived or attributable to starch (e.g., at least 65% of the carbohydrate-based polymer material may be attributable to (formed from) starch as a starting material). While some water may be used in forming the carbohydrate-based polymer material, substantially the remainder of the carbohydrate-based polymer material may be attributable to glycerin or another plasticizer. Very little residual water (e.g., less than 2%, typically about 1% or less (e.g., 0.1-1.5%)) may be present in the finished carbohydrate-based polymer material.
例えば、1つ以上の炭水化物系ポリマー材料が形成される材料は、少なくとも12重量%、少なくとも15重量%、少なくとも18重量%、少なくとも20重量%、少なくとも22重量%、35%重量以下、32重量%以下、30重量%以下、28重量%以下、または25重量%以下の可塑剤を含むことができる。そのようなパーセンテージは、可塑剤に由来または起因する完成した炭水化物系ポリマー材料の割合を表すことができる(例えば、炭水化物系ポリマー材料の少なくとも12%が、出発材料としての可塑剤に起因する(から形成される)可能性がある)。そのようなパーセンテージはまた、最初に存在するあらゆる水を除いて、完成した炭水化物系ポリマー材料が形成される材料の混合物の割合を表し得る。当然のことながら、炭水化物系ポリマー材料が、12%未満(例えば、12%未満、おそらくはさらには0%)の可塑剤を用いて製造され得ることが可能であり得る。 For example, the material from which one or more carbohydrate-based polymer materials are formed can include at least 12% by weight, at least 15% by weight, at least 18% by weight, at least 20% by weight, at least 22% by weight, no more than 35% by weight, no more than 32% by weight, no more than 30% by weight, no more than 28% by weight, or no more than 25% by weight of plasticizer. Such percentages can represent the proportion of the finished carbohydrate-based polymer material that originates or is attributable to the plasticizer (e.g., at least 12% of the carbohydrate-based polymer material can be attributable to (formed from) the plasticizer as a starting material). Such percentages can also represent the proportion of the mixture of materials from which the finished carbohydrate-based polymer material is formed, excluding any water initially present. Of course, it may be possible for carbohydrate-based polymer materials to be produced with less than 12% (e.g., less than 12%, perhaps even 0%) of plasticizer.
例示的な可塑剤として、グリセリン、ポリエチレングリコール、ソルビトール、多価アルコール可塑剤、ヒドロキシル基を有しない水素結合形成有機化合物、糖アルコールの無水物、動物性タンパク質、植物性タンパク質、脂肪酸、フタル酸エステル、コハク酸ジメチルおよびコハク酸ジエチルならびに関連するエステル、グリセロールトリアセテート、グリセロールモノアセテートおよびジアセテート、グリセロールモノ、ジ、およびトリプロピオネート、ブタノエート、テアレート、乳酸エステル、クエン酸エステル、アジピン酸エステル、ステアリン酸エステル、オレイン酸エステル、他の酸エステル、またはそれらの組み合わせが挙げられる。グリセリンが好ましい場合がある。 Exemplary plasticizers include glycerin, polyethylene glycol, sorbitol, polyhydric alcohol plasticizers, non-hydroxyl hydrogen bond-forming organic compounds, anhydrides of sugar alcohols, animal proteins, vegetable proteins, fatty acids, phthalates, dimethyl and diethyl succinates and related esters, glycerol triacetate, glycerol monoacetate and diacetate, glycerol mono-, di-, and tripropionate, butanoates, tearate, lactates, citrates, adipates, stearates, oleates, other acid esters, or combinations thereof. Glycerin may be preferred.
完成した炭水化物系ポリマー材料は、5重量%以下、4重量%以下、3重量%以下、2重量%以下、1.5重量%以下、1.4重量%以下、1.3重量%以下、1.2重量%以下、1.1重量%以下、または1重量%以下の水を含み得る。BiologiQから入手可能なNuPlastiQ(登録商標)材料は、そのような完成した炭水化物系ポリマー材料の例であるが、(例えば、将来的にいつか)他の場所で入手可能な他の材料もまた使用に好適な可能性があることを理解されたい。 The finished carbohydrate-based polymer material may contain 5% or less, 4% or less, 3% or less, 2% or less, 1.5% or less, 1.4% or less, 1.3% or less, 1.2% or less, 1.1% or less, or 1% or less by weight of water. NuPlastiQ® material available from BiologiQ is an example of such a finished carbohydrate-based polymer material, but it should be understood that other materials available elsewhere (e.g., at some point in the future) may also be suitable for use.
いくつかの実施形態において、炭水化物系ポリマー材料を形成する際に異なるデンプンの混合物が使用され得る。そのようなデンプンの混合物において、デンプンは、複数のデンプンの合計重量に対して、少なくとも1重量%、少なくとも2重量%、少なくとも3重量%、少なくとも4重量%、少なくとも5重量%、少なくとも10重量%、少なくとも15重量%、少なくとも20重量%、少なくとも25重量%、少なくとも30重量%、少なくとも35重量%、少なくとも40重量%、95%重量以下、90重量%以下、85重量%以下、80重量%以下、75重量%以下、70重量%以下、65重量%以下、60重量%以下、55重量%以下、50重量%以下、または10重量%~50重量%の量で混合物中に存在し得る。いくつかの非限定的な例示的混合物は、90%の第1のデンプンおよび10%の第2のデンプン、または30%の第1のデンプンおよび70%の第2のデンプン、または50%の第1のデンプンおよび50%の第2のデンプンを含み得る。2つ以上のデンプンの混合物(例えば、3つまたは4つの異なるデンプンを使用する)も使用することができる。 In some embodiments, a mixture of different starches may be used in forming the carbohydrate-based polymer material. In such a mixture of starches, the starch may be present in the mixture in an amount of at least 1%, at least 2%, at least 3%, at least 4%, at least 5%, at least 10%, at least 15%, at least 20%, at least 25%, at least 30%, at least 35%, at least 40%, up to 95%, up to 90%, up to 85%, up to 80%, up to 75%, up to 70%, up to 65%, up to 60%, up to 55%, up to 50%, or between 10% and 50% by weight, based on the total weight of the starches. Some non-limiting exemplary mixtures may include 90% first starch and 10% second starch, or 30% first starch and 70% second starch, or 50% first starch and 50% second starch. Mixtures of more than two starches (e.g., using three or four different starches) can also be used.
フィルムおよび他の物品の形成に使用するのに好適な炭水化物系(例えば、デンプン系)ポリマー材料の例は、Idaho Falls,Idahoに所在するBioLogiQから商品名NuPlastiQ(登録商標)で入手可能である。具体的な例として、NuPlastiQ(登録商標)GPおよびNuPlastiQ(登録商標)CGが挙げられるが、これらに限定されない。NuPlastiQ(登録商標)はペレットの形態で提供されてもよい。以前はGS-270およびGS-300と呼ばれていたNuPlastiQ(登録商標)材料の2つの例の物理的特性を、以下の表1に示す。 Examples of carbohydrate-based (e.g., starch-based) polymeric materials suitable for use in forming films and other articles are available from BioLogiQ, located in Idaho Falls, Idaho, under the trade name NuPlastiQ®. Specific examples include, but are not limited to, NuPlastiQ® GP and NuPlastiQ® CG. NuPlastiQ® may also be provided in pellet form. The physical properties of two examples of NuPlastiQ® materials, formerly known as GS-270 and GS-300, are shown in Table 1 below.
前述のように、GS-270およびGS-300について示される上記の基本的な特性は、BioLogiQから入手可能な新しいNuPlastiQ(登録商標)製品の例であるが、値はいくらか異なり得る。例えば、好適なNuPlastiQ(登録商標)製品は、一般に、約70℃~約100℃の範囲のガラス転移温度を有し得る。当業者は、ガラス転移温度が結晶化度の指標となり得ることを理解するであろう。溶融温度範囲、密度、ヤング率、および含水量の値は、上記の表1に示した値と同様である。一部の特性は、同様に、表1に示される値といくらか(例えば、±25%、または±10%)異なり得る。NuPlastiQ(登録商標)は非晶質構造を有する(例えば、典型的な生デンプンよりも非晶質である)。例えば、後述する図3に関連してさらに詳細に説明するように、典型的な生デンプン粉末はほとんど結晶構造(例えば、50%超)を有する一方で、NuPlastiQ(登録商標)はほとんど非晶質構造(例えば、10%未満の結晶)を有する。 As previously mentioned, the above basic properties shown for GS-270 and GS-300 are exemplary of the new NuPlastiQ® products available from BioLogiQ, although values may vary somewhat. For example, suitable NuPlastiQ® products may generally have glass transition temperatures ranging from about 70°C to about 100°C. Those skilled in the art will appreciate that glass transition temperatures can be an indicator of crystallinity. Values for melting temperature range, density, Young's modulus, and water content are similar to those shown in Table 1 above. Some properties may also vary somewhat (e.g., ±25%, or ±10%) from the values shown in Table 1. NuPlastiQ® has an amorphous structure (e.g., more amorphous than typical raw starch). For example, as described in more detail in connection with Figure 3 below, typical raw starch powders have a mostly crystalline structure (e.g., greater than 50%), while NuPlastiQ® has a mostly amorphous structure (e.g., less than 10% crystals).
一部の特性は他の熱可塑性デンプン材料と同様であり得るが、他の特性は典型的なデンプン系材料とは極めて異なり得る。例えば、そのような反応性押し出しされたNuPlastiQ(登録商標)材料の密度は特に高く、例えば、1g/cm3超、少なくとも1.1g/cm3、少なくとも1.2g/cm3、または少なくとも1.25g/cm3、(例えば、上記の表1に示すように、1.4g/cm3)である。他の様々な特性もまた、表面的に類似しているように見えるデンプン系ポリマー材料とは実質的に異なる場合がある。 While some properties may be similar to other thermoplastic starch materials, other properties may be quite different from typical starch-based materials. For example, the density of such reactively extruded NuPlastiQ® materials is particularly high, e.g., greater than 1 g/cm 3 , at least 1.1 g/cm 3 , at least 1.2 g/cm 3 , or at least 1.25 g/cm 3 (e.g., 1.4 g/cm 3 as shown in Table 1 above). Various other properties may also differ substantially from superficially similar starch-based polymer materials.
記載されるように、NuPlastiQ(登録商標)材料は低い含水量を有する。この材料は水分を吸収するため、塑性挙動を示して柔軟になる。湿気の多い環境から取り出されると、材料は乾燥して再び硬くなる(例えば、再び約1%未満の含水量を示す)。(例えば、ペレット形態の)NuPlastiQ(登録商標)中に存在する水分は、加工(例えば、押出成形、インフレーション成形、射出成形、ブロー成形等)中に蒸気の形態で放出され得る。その結果、別のプラスチック材料とブレンドされたデンプン系ポリマー材料から製造されたフィルムまたは他の物品は、さらに低い含水量を示す可能性があり、用いられるPBAT、PLAまたは他のポリエステル材料は、無視できるほどわずかな含水量を示す可能性があり、NuPlastiQ(登録商標)中の任意の水は、典型的には、所望の物品の製造中に放出され得る。 As described, NuPlastiQ® material has a low moisture content. As the material absorbs moisture, it exhibits plastic behavior and becomes flexible. When removed from the humid environment, the material dries and becomes rigid again (e.g., again exhibiting a moisture content of less than about 1%). Moisture present in NuPlastiQ® (e.g., in pellet form) can be released in the form of vapor during processing (e.g., extrusion, blown film, injection molding, blow molding, etc.). As a result, films or other articles made from starch-based polymer materials blended with another plastic material may exhibit even lower moisture content, and the PBAT, PLA, or other polyester materials used may exhibit negligible moisture content; any water in NuPlastiQ® may typically be released during the manufacture of the desired article.
著しい含水量(または親水性)は、NuPlastiQ(登録商標)材料がブレンドされているポリエステル材料(少なくともPBATおよびPLAの場合、典型的には疎水性とみなされる)との非互換性を生じる可能性があるため、炭水化物系NuPlastiQ(登録商標)ポリマー材料の低含水量、およびNuPlastiQ(登録商標)の親水性ではなく疎水性の特性が重要であり得る。含水量は、物品が薄いフィルムの形成を必要とする場合に特に問題となる。例えば、水が蒸発すると、これによってフィルムまたは他の物品内にボイドが発生するだけでなく、他の問題も生じる可能性がある。薄いフィルムをインフレーション成形する場合、使用される炭水化物系ポリマー材料は、好ましくは約1%以下の水を含み得る。NuPlastiQ(登録商標)材料と、それとブレンドされたポリエステルポリマー材料との間の疎水性を一致させることにより、これはまた、2019年7月10日に出願された出願人の特許出願第62/872,582号(21132.27)(参照によりその全体が本明細書に組み込まれる)に記載されるように、ポリエステル材料内に分散されたNuPlastiQ(登録商標)材料の非常に小さい粒径の均一な分布を達成するのを助けることができる。 The low water content of carbohydrate-based NuPlastiQ® polymer materials, and NuPlastiQ®'s hydrophobic rather than hydrophilic properties, can be important because significant water content (or hydrophilicity) can result in incompatibility with the polyester materials (typically considered hydrophobic, at least in the case of PBAT and PLA) with which the NuPlastiQ® material is blended. Water content is particularly problematic when the article requires the formation of a thin film. For example, evaporation of water can result in voids within the film or other article, as well as other problems. When blown into thin films, the carbohydrate-based polymer materials used may preferably contain no more than about 1% water. By matching the hydrophobicity between the NuPlastiQ® material and the polyester polymer material with which it is blended, this can also help achieve a uniform distribution of very small particle sizes of the NuPlastiQ® material dispersed within the polyester material, as described in Applicant's Patent Application No. 62/872,582 (21132.27), filed July 10, 2019, which is incorporated herein by reference in its entirety.
比較的低い含水量を含み得るいくつかの従来のTPS材料において一般的であるように、NuPlastiQ(登録商標)材料ではエステル化によって低い含水量は達成されない。このようなエステル化は、高価であり得、かつ実行するのが複雑であり得る。さらに、本明細書で採用可能な炭水化物系ポリマー材料の例であるNuPlastiQ(登録商標)材料は、出発デンプンおよびグリセリン材料と比較して、機械的、物理的または化学的に反応および/または変更されている。以下に記載される(例えば、図3に示される)例示的な炭水化物系ポリマー材料のX線回折パターンは、そのような化学的または物理的変化を証明する。さらに、デンプンおよびグリセリンの両方の出発物質は親水性であるが、NuPlastiQ(登録商標)材料は疎水性である。言い換えれば、炭水化物系ポリマー材料は、天然のデンプンおよびグリセリンを含む単純な混合物として認識されていない。炭水化物系ポリマー材料で達成可能な低含水量、および示される疎水性は、少なくとも部分的に、デンプンおよび可塑剤材料の、天然デンプンのように水を保持しない疎水性熱可塑性ポリマー、または従来の熱可塑性デンプンへの物理的または化学的変化に起因する可能性がある。 The low water content in NuPlastiQ® materials is not achieved by esterification, as is common in some conventional TPS materials that may contain relatively low water contents. Such esterification can be expensive and complicated to implement. Furthermore, NuPlastiQ® materials, which are exemplary carbohydrate-based polymer materials employable herein, have been mechanically, physically, or chemically reacted and/or altered compared to the starting starch and glycerin materials. X-ray diffraction patterns of exemplary carbohydrate-based polymer materials described below (e.g., shown in Figure 3) demonstrate such chemical or physical changes. Furthermore, while both the starch and glycerin starting materials are hydrophilic, NuPlastiQ® materials are hydrophobic. In other words, carbohydrate-based polymer materials are not recognized as simple mixtures containing natural starch and glycerin. The low water content achievable in carbohydrate-based polymeric materials, and the hydrophobicity exhibited, may be due, at least in part, to the physical or chemical transformation of the starch and plasticizer materials into hydrophobic thermoplastic polymers that do not retain water like native starches, or conventional thermoplastic starches.
それにもかかわらず、比較的高温で処理すると、揮発したグリセリンがいくらか放出される場合がある(例えば、煙として見える)。必要に応じて(例えば、保管されたペレットがさらなる水を吸収した可能性がある場合)、ペレットの乾燥は、単純に、例えば60℃の温かい乾燥空気を1~4時間導入するだけで行うことができ、これは、あらゆる吸収された水を追い出すのに十分である。ペレットは、特にフィルムを形成する場合は、加工前に水分含有量が約1%未満になるまで乾燥させるべきである。NuPlastiQ(登録商標)ペレットは、吸水を最小限に抑え、望ましくない分解を防ぐために、熱から離れた乾燥した場所で、乾燥剤の入ったまたは入っていない密閉容器内に簡単に保管することができる。 Nevertheless, processing at relatively high temperatures may result in the release of some volatilized glycerin (e.g., visible as smoke). If necessary (e.g., if stored pellets may have absorbed additional water), drying of the pellets can be accomplished by simply introducing warm, dry air, e.g., at 60°C, for 1-4 hours, which is sufficient to drive off any absorbed water. Pellets should be dried to a moisture content of less than about 1% before processing, particularly if they are to be formed into a film. NuPlastiQ® pellets can simply be stored in a sealed container, with or without a desiccant, in a dry place away from heat to minimize water absorption and prevent unwanted decomposition.
NuPlastiQ(登録商標)は、熱可塑性であることに加えて、NuPlastiQ(登録商標)はチキソトロピー性でもあり得、すなわち、この材料は周囲温度では固体であるが、熱、圧力、および/または摩擦運動が加えられると液体として流動するということである。有利なことに、NuPlastiQ(登録商標)のペレットは、標準的なプラスチック製造プロセスで石油化学系ペレット(任意の典型的なプラスチック樹脂ペレット)と同じように使用することができる。NuPlastiQ(登録商標)材料およびそれから作製される製品は、ガスバリア特性を示す場合がある。そのようなペレットを使用して作製される製品(例えば、フィルム)は、酸素ガスバリア特性を示す。NuPlastiQ(登録商標)材料は、無毒かつ食用であり得、すべて食用の原材料を使用して作製され得る。NuPlastiQ(登録商標)およびそれから作製される製品は、耐水性、さらには疎水性であり得るが、水溶性でもあり得る。例えば、NuPlastiQ(登録商標)は、そのペレット(例えば、3~4mmのサイズ)が5分以内に沸騰水中で完全に溶解し得ないが、ペレットが約10分以内に口の中で溶解する程度まで、湿熱条件下で膨潤に耐え得る。そうは言うものの、NuPlastiQ(登録商標)を含むフィルムは、それがブレンドされているPBAT、PLA、または他のポリエステル材料と同様に、TPS材料の従来のブレンドの表面濡れ性よりも低い、比較的低い(例えば、40mN/m(40ダイン/cm)以下)表面濡れ性を依然として有し得る。 In addition to being thermoplastic, NuPlastiQ® can also be thixotropic, meaning that the material is solid at ambient temperature but flows as a liquid when heat, pressure, and/or frictional movement are applied. Advantageously, NuPlastiQ® pellets can be used in standard plastic manufacturing processes in the same way as petrochemical pellets (any typical plastic resin pellets). NuPlastiQ® materials and products made therefrom can exhibit gas barrier properties. Products (e.g., films) made using such pellets exhibit oxygen gas barrier properties. NuPlastiQ® materials can be non-toxic and edible, and can be made using all edible raw materials. NuPlastiQ® and products made therefrom can be water-resistant, even hydrophobic, but also water-soluble. For example, NuPlastiQ® may not completely dissolve in boiling water within 5 minutes, but may resist swelling under moist heat conditions to the extent that pellets (e.g., 3-4 mm in size) dissolve in the mouth within about 10 minutes. That said, films containing NuPlastiQ® may still have a relatively low surface wettability (e.g., 40 mN/m (40 dynes/cm) or less), lower than that of conventional blends of TPS materials, as well as PBAT, PLA, or other polyester materials with which it is blended.
NuPlastiQ(登録商標)材料はまた、埋め立て地、堆肥、または同様の廃棄環境に典型的な他の条件が存在しないため、比較的湿度の高い条件でも、通常、典型的な保管条件下では崩壊または生分解を受けない。当然のことながら、そのような条件が存在する場合、NuPlastiQ(登録商標)が生分解するだけでなく、PLAも、家庭での堆肥化可能性の基準を満たすために、強化された生分解性を示す。 NuPlastiQ® materials also generally do not disintegrate or biodegrade under typical storage conditions, even in relatively humid conditions, due to the absence of other conditions typical of landfills, compost, or similar waste environments. Naturally, when such conditions exist, not only will NuPlastiQ® biodegrade, but PLA will also exhibit enhanced biodegradability to meet standards for home compostability.
NuPlastiQ(登録商標)は、従来のポリエチレンまたは他の安価なプラスチック樹脂と競合するコストで製造されるため、コスト競争力があり得る。PBATおよびPLA等のポリエステル樹脂はポリエチレンよりも著しく高価であるため、これは有利である。本発明のブレンドにはNuPlastiQ(登録商標)が含まれるため、それらを他の場合よりも比較的安価にすることができる。より具体的には、PBATは、典型的には、ポリエチレンの約3倍高価であり得る。NuPlastiQ(登録商標)はポリエチレンに対してコスト面で競争力があるため、本発明のブレンドは、実際には、従来の100%PBATフィルム(またはPBAT/PLAのブレンド)または他の物品よりも安価に提供され得る。潜在的に改善されたコスト構造に加えて、本発明のブレンドは、さもなければ廃棄物とみなされることが多い持続可能な原料(例えば、デンプン)から供給されるブレンド物品のかなりの部分の利点も提供する。 NuPlastiQ® can be cost-competitive because it is manufactured at a cost competitive with conventional polyethylene or other inexpensive plastic resins. This is advantageous because polyester resins such as PBAT and PLA are significantly more expensive than polyethylene. The inclusion of NuPlastiQ® in the blends of the present invention allows them to be relatively less expensive than they would otherwise be. More specifically, PBAT can typically be about three times more expensive than polyethylene. Because NuPlastiQ® is cost-competitive with polyethylene, the blends of the present invention can actually be offered at a lower cost than conventional 100% PBAT film (or PBAT/PLA blends) or other articles. In addition to a potentially improved cost structure, the blends of the present invention also offer the advantage of a significant portion of the blended article being sourced from sustainable feedstocks (e.g., starch) that would otherwise often be considered waste.
さらなる説明として、PLAは産業的に堆肥化可能であり、すなわち、高温条件下(すなわち、産業用の堆肥化条件、すなわち58℃)では分解することができるが、厳密に言えば、あまり好ましくない条件下(例えば、28℃)では「生分解性」ではないということである。PBATは、そのようなあまり好ましくない条件下で、家庭において堆肥化可能であると認定されている。いくつかのポリエステル(例えば、PBAT)は、比較的低い温度条件(例えば、28℃)でも堆肥化可能であり得るが、他のそのような材料はそのような基準を満たしていない。所与のポリエステルプラスチック材料が生分解する、または堆肥化可能である程度は、材料ごとに異なる。例えば、PHAおよびPBATは、より容易に生分解されるポリエステルポリマー材料のうちの2つであり得る。PLAおよびPCL、ならびに他の様々なポリエステルは、所与の条件(例えば、28℃等のあまり好ましくない条件)下では低い生分解性を示す場合がある。(例えば、NuPlastiQ(登録商標)に例示されるような)特定の特性を有する炭水化物系ポリマー材料をそれとともに均一にブレンドすることにより、(特に低温の家庭での堆肥化条件下の)生分解性の程度および/または速度が、それとブレンドされるPLAおよびおそらくは他の同様のポリエステル材料で著しく増加する。現在のFTC Greenガイドラインは、プラスチックが「通常の廃棄後」の「適切な短い期間」(ごく最近5年以内と定義された)以内に分解しない限り、それは「分解可能」であると無条件に主張することはできないと規定している。本発明のブレンドは、該当するガイドラインを満たす能力を提供し、本発明のブレンドについて家庭での堆肥化可能性の「合格」認定(例:NF T51-800(2015)、AS 5810(2010)、またはTUV Austria BelgiumのOK Compost Home認証スキーム)を可能にする。 As a further explanation, PLA is industrially compostable, i.e., capable of decomposing under high-temperature conditions (i.e., industrial composting conditions, i.e., 58°C), but is not strictly speaking "biodegradable" under less favorable conditions (e.g., 28°C). PBAT has been certified as home compostable under such less favorable conditions. Some polyesters (e.g., PBAT) may be compostable under relatively low-temperature conditions (e.g., 28°C), while other such materials do not meet such criteria. The degree to which a given polyester plastic material biodegrades or is compostable varies from material to material. For example, PHA and PBAT may be two of the more readily biodegradable polyester polymer materials. PLA and PCL, as well as various other polyesters, may exhibit poor biodegradability under given conditions (e.g., less favorable conditions, such as 28°C). By homogeneously blending a carbohydrate-based polymeric material with specific properties (e.g., as exemplified by NuPlastiQ®), the degree and/or rate of biodegradability (especially under low-temperature home composting conditions) of PLA and possibly other similar polyester materials blended therewith is significantly increased. Current FTC Green guidelines stipulate that a plastic cannot be categorically claimed to be "degradable" unless it decomposes within a "reasonably short period" (most recently defined as within five years) after "normal disposal." The blends of the present invention provide the ability to meet the applicable guidelines, allowing for "pass" certification of home compostability for the blends of the present invention (e.g., NF T51-800 (2015), AS 5810 (2010), or TUV Austria Belgium's OK Compost Home certification scheme).
いくつかの実施形態において、NuPlastiQ(登録商標)は、炭水化物系ポリマー材料、ポリエステルプラスチック材料のうちの1つ以上、および任意選択的に相溶化剤を含み得るマスターバッチ配合物で提供され得る。そのようなマスターバッチは、例えば、所与の物品が形成されるさらなる加工時にポリエステル材料のペレットと混合するように特別に構成されるように、高濃度の炭水化物系ポリマー材料を含んでもよく、炭水化物系ポリマー材料の濃度を所望の最終値まで効果的に下げる(例えば、マスターバッチは約50~80%のNuPlastiQ(登録商標)であり得、一方、完成品は30~55%のNuPlastiQ(登録商標)を含み得る)。完成品中のNuPlastiQ(登録商標)および/または相溶化剤および/またはポリエステルプラスチック材料の所望のパーセンテージに応じて、そのような異なるペレットを混合する際に、考えられる任意の比率を使用することができる。 In some embodiments, NuPlastiQ® may be provided in a masterbatch formulation, which may include one or more of a carbohydrate-based polymer material, a polyester plastic material, and optionally a compatibilizer. Such a masterbatch may contain a high concentration of carbohydrate-based polymer material, for example, specifically configured to be mixed with pellets of polyester material during further processing to form a given article, effectively reducing the concentration of carbohydrate-based polymer material to a desired final value (e.g., the masterbatch may be approximately 50-80% NuPlastiQ®, while the finished article may contain 30-55% NuPlastiQ®). Any conceivable ratio can be used when mixing such different pellets, depending on the desired percentages of NuPlastiQ® and/or compatibilizer and/or polyester plastic material in the finished article.
炭水化物系(例えば、デンプン系)ポリマー材料として本明細書で使用するのに好適であると記載されるNuPlastiQ(登録商標)材料は、実質的に非晶質である。例えば、生デンプン粉末(例えば、NuPlastiQ(登録商標)および他の様々な熱可塑性デンプン材料の作製に使用されるもの等)は、約50%の結晶構造を有する。BioLogiQから入手可能なNuPlastiQ(登録商標)材料は、結晶化度対非晶質特性の点で、他の多くの市販の熱可塑性デンプン(TPS)材料とは異なる。例えば、Kris Frostによる博士論文「Thermoplastic Starch Composites and Blends」(2010年9月)のp.62~63は、「TPSにおいて特に興味深いのは、加工中のゼラチン化の完全性、およびV型アミロース結晶を形成する老化へと向かう任意のその後の傾向である」と述べている。Frostはさらに、「ゼラチン化は、水と一緒に加熱すること、およびしばしば他の可塑剤または改質ポリマーを含めることにより、顆粒および結晶構造の消失を伴う。老化は、アミロースの螺旋コイルの巻き直しによるものである。ゼラチン化の間に破壊されたデンプン分子は、本来の螺旋配置、またはV型として知られる新たな単一螺旋構造へとゆっくり巻き直され、TPSフィルムが急速に脆くなり、光学的透明度が失われる」と続けている。したがって、従来のTPSは、生デンプンからTPSを生成するために使用されるゼラチン化プロセスの後に結晶構造を再形成する傾向がある。それに対して、BioLogiQから入手可能なNuPlastiQ(登録商標)材料は、実質的に無期限に非晶質のままであるため、ほとんど結晶構造に戻らない。 The NuPlastiQ® materials described herein as suitable for use as carbohydrate-based (e.g., starch-based) polymeric materials are substantially amorphous. For example, raw starch powders (such as those used to make NuPlastiQ® and various other thermoplastic starch materials) have approximately 50% crystalline structure. The NuPlastiQ® materials available from BioLogiQ differ from many other commercially available thermoplastic starch (TPS) materials in terms of their crystallinity versus amorphous character. See, for example, Kris Frost's PhD thesis, "Thermoplastic Starch Composites and Blends" (September 2010), p. 62-63 state, "Of particular interest in TPS is the completeness of gelatinization during processing and any subsequent tendency toward retrogradation to form V-type amylose crystals." Frost continues, "Gelatinization, accompanied by heating with water and often the inclusion of other plasticizers or modifying polymers, involves the loss of granular and crystalline structure. Retrogradation is due to the rewinding of the amylose helical coil. Starch molecules disrupted during gelatinization slowly rewind into their original helical configuration, or a new single helical structure known as V-type, resulting in rapid embrittlement of the TPS film and loss of optical clarity." Thus, conventional TPSs tend to reform their crystalline structure after the gelatinization process used to produce TPS from raw starch. In contrast, NuPlastiQ® materials available from BioLogiQ remain amorphous virtually indefinitely and therefore rarely revert to a crystalline structure.
典型的なTPS材料とは対照的に、本出願に記載される物品を形成する際に使用するためのデンプン系ポリマー材料の好適な例であるNuPlastiQ(登録商標)材料は、非晶質の微細構造および物理的特性を有する。従来のTPSとNuPlastiQ(登録商標)材料との間の分子構造の違いは、NuPlastiQ(登録商標)GPの回折パターンの結果を、図3のNuPlastiQ(登録商標)GPが形成される天然の生トウモロコシデンプンおよび天然の生ジャガイモデンプンと比べて比較すると、図3に示すX線回折によって示されるように、NuPlastiQ(登録商標)材料が、従来の熱可塑性デンプン系材料よりも結晶性がはるかに低いことによって証明される。図3に見られるようなNuPlastiQ(登録商標)の回折パターンは、天然のトウモロコシおよびジャガイモのデンプン(それぞれ、約42%および31%の結晶化度)よりもはるかに結晶性が低い(例えば、約7%の結晶化度)。回折パターンの違いは、天然のデンプンからNuPlastiQ(登録商標)への変換(例えば、反応性押出プロセスによる)により、材料に実質的な化学変化が起こったことを証明している。例えば、天然デンプンでは約15~25°の間にいくつかの顕著な回折ピークがあるが、NuPlastiQ(登録商標)材料では回折がまったく異なり、約20°を中心とするはるかに強度の低い「ベルカーブ状の」ピークを示す。興味深いことに、NuPlastiQ(登録商標)は約10°で小さなピークを示すのに対し、デンプン材料は実際には10°でトラフを示すが、NuPlastiQ(登録商標)の10°での小さなピークは、天然デンプン材料のトラフよりも低い強度である。スペクトル全体にわたって、回折強度は、NuPlastiQ(登録商標)よりも天然デンプンの方が高い。広いスペクトルにわたって見られる高い回折強度は、NuPlastiQ(登録商標)と比較して天然デンプンの結晶化度が高いことを示している。示されるように、多数の違いが存在する。 In contrast to typical TPS materials, NuPlastiQ® material, a suitable example of a starch-based polymer material for use in forming the articles described herein, has an amorphous microstructure and physical properties. The difference in molecular structure between conventional TPS and NuPlastiQ® material is evidenced by the fact that NuPlastiQ® material is much less crystalline than conventional thermoplastic starch-based materials, as shown by the X-ray diffraction shown in Figure 3, when comparing the resulting diffraction pattern of NuPlastiQ® GP with the native raw corn starch and native raw potato starch from which NuPlastiQ® GP is formed. The diffraction pattern of NuPlastiQ®, as seen in Figure 3, is much less crystalline (e.g., about 7% crystallinity) than native corn and potato starches (about 42% and 31% crystallinity, respectively). The differences in the diffraction patterns demonstrate that conversion from native starch to NuPlastiQ® (e.g., by a reactive extrusion process) has resulted in substantial chemical changes to the material. For example, while native starch has several prominent diffraction peaks between approximately 15 and 25°, the diffraction is quite different for the NuPlastiQ® material, exhibiting a much less intense "bell-curve" peak centered at approximately 20°. Interestingly, NuPlastiQ® exhibits a small peak at approximately 10°, whereas the starch material actually exhibits a trough at 10°, although the small peak at 10° for NuPlastiQ® is less intense than the trough for the native starch material. Across the spectrum, the diffraction intensity is higher for native starch than for NuPlastiQ®. The higher diffraction intensity seen across a broad spectrum indicates a higher degree of crystallinity for native starch compared to NuPlastiQ®. As can be seen, there are numerous differences.
例として、本開示に従ってフィルムを作製する際に使用される炭水化物系(例えば、デンプン系)のポリマー材料は、約40%未満、約35%未満、約30%未満、約25%未満、約20%未満、約15%未満、約10%未満、9%未満、約8%未満、7%未満、約6%未満、約5未満%、または約3%未満の結晶化度を有し得る。例えば、FTIR分析、X線回折法、ならびに対称反射および透過技術を含むがこれらに限定されない、結晶化度を決定するための任意の好適な試験機序を使用することができる。当業者には、様々な好適な試験方法が明らかになるであろう。 By way of example, carbohydrate-based (e.g., starch-based) polymeric materials used in making films according to the present disclosure may have a crystallinity of less than about 40%, less than about 35%, less than about 30%, less than about 25%, less than about 20%, less than about 15%, less than about 10%, less than 9%, less than about 8%, less than 7%, less than about 6%, less than about 5%, or less than about 3%. Any suitable testing mechanism for determining crystallinity can be used, including, but not limited to, FTIR analysis, X-ray diffraction, and symmetric reflection and transmission techniques. A variety of suitable testing methods will be apparent to those skilled in the art.
出発材料と比較した場合の完成したNuPlastiQ(登録商標)の化学構造または微細構造の違いに加えて、炭水化物系ポリマーを含むブレンドから製造されたバッグ、他のフィルム、ボトル、シート、使い捨て器具、プレート、カップ、または他の物品は、他の点では類似しているが、従来のTPSもしくはデンプン粉末、またはポリエステルプラスチック材料のみを使用して形成された物品とは異なる。例えば、本明細書に記載されるNuPlastiQ(登録商標)等の炭水化物系ポリマー材料を、ポリエステルプラスチック材料とブレンドすることによって形成される物品は、従来のTPS材料を他のポリマー材料とブレンドするときに多く見られる大きな「海島」粒径特徴を有しない。むしろ、ブレンドに出願人のNuPlastiQ(登録商標)材料を使用する場合、実質的に均一なブレンドを達成することができる。均一なブレンド特性は、観察される加速または強化された家庭での堆肥化可能性に関与し得る。結果として得られた小さなサイズのデンプン粒子の特徴付けを含む均一なブレンド特性のさらなる詳細は、参照によりその全体が既に組み込まれている、2019年7月10日に出願された出願人の特許出願第62/872,582号(21132.27)に見出される。 In addition to differences in the chemical structure or microstructure of the finished NuPlastiQ® compared to the starting material, bags, other films, bottles, sheets, disposables, plates, cups, or other articles made from blends containing carbohydrate-based polymers differ from otherwise similar articles formed using only conventional TPS or starch powder, or polyester plastic materials. For example, articles formed by blending a carbohydrate-based polymer material, such as NuPlastiQ®, described herein with a polyester plastic material do not have the large "islands in the sea" particle size characteristic often seen when blending conventional TPS materials with other polymer materials. Rather, when Applicant's NuPlastiQ® material is used in the blend, a substantially uniform blend can be achieved. The uniform blend characteristics may be responsible for the observed accelerated or enhanced home compostability. Further details of the resulting uniform blend properties, including characterization of the small-sized starch particles, can be found in Applicant's patent application Ser. No. 62/872,582 (21132.27), filed July 10, 2019, which has been previously incorporated by reference in its entirety.
本明細書に記載のように、本明細書に記載される炭水化物系ポリマー材料をPBATおよびPLAのブレンドとブレンドすると、家庭の堆肥条件下で生分解する炭水化物系材料およびPBAT材料がもたらされるだけでなく、PLAもそのような家庭の堆肥条件下で生分解性を示すため、ブレンド全体がそのような該当する基準(例えば、NF T51-800(2015)、AS 5810(2010)、またはTUV Austria BelgiumのOK Compost Home認証スキーム)の下で認証され得る。そのような結果は、典型的なTPS材料とブレンドする場合に必ずしも起こるものではないが、本発明のブレンドにおいては起こる。以下の様々な例によって示されるように、ブレンドの複合構造全体(すなわち、フィルムまたは他の構造)が、今度は家庭の堆肥条件で実質的に完全に生分解することができるため、そのような異なる結果は、従来のTPS材料と比較して、NuPlastiQ(登録商標)材料、およびNuPlastiQ(登録商標)を含むブレンドに有意な構造的および/または化学的違いがあることを明確に示している。 As described herein, blending the carbohydrate-based polymer materials described herein with blends of PBAT and PLA not only results in carbohydrate-based and PBAT materials that biodegrade under home composting conditions, but also results in the PLA being biodegradable under such home composting conditions, such that the entire blend can be certified under such applicable standards (e.g., NF T51-800(2015), AS 5810(2010), or TUV Austria Belgium's OK Compost Home certification scheme). Such a result does not necessarily occur when blending with typical TPS materials, but does occur with the blends of the present invention. As demonstrated by the various examples below, such differing results clearly demonstrate significant structural and/or chemical differences in NuPlastiQ® materials, and blends containing NuPlastiQ®, compared to conventional TPS materials, as the entire composite structure of the blend (i.e., film or other structure) can in turn be substantially completely biodegradable under home composting conditions.
いずれの特定の理論に拘束されることなく、炭水化物系ポリマー樹脂は、混合製品の結晶化度を低下させる場合があり、水および細菌が、炭水化物系ポリマー樹脂材料とともにブレンド中のPLAのさもなければ安定したプラスチック分子の配置および結合を分解することが可能である方式で、PLAポリエステルプラスチック材料の結晶化度および/または吸湿性バリア特性を妨害すると考えられる。言い換えれば、エステル結合PLAモノマーまたはポリマーの他の成分は、本明細書で企図されるような特定の炭水化物系ポリマー材料と均一にブレンドされると、そのような環境に存在する微生物によってより容易に分解され、最終的に消化され得る。家庭の堆肥環境に自然に存在する微生物は、そのような小分子を消費することができるため、それらが自然の成分(CO2、CH4、H2O等)に戻るように変換される。当然のことながら、ブレンド中のPBATは、炭水化物系ポリマー材料を添加することなく、それ自体で既にそのようなことを達成することが可能であるが、炭水化物系ポリマー材料と密接にブレンドした場合、そのような条件で達成される生分解の速度および/または程度が高められ得る(例えば、より速い速度および/またはさらなる程度)。 Without being bound by any particular theory, it is believed that carbohydrate-based polymer resins may reduce the crystallinity of the blended product and interfere with the crystallinity and/or moisture-wicking barrier properties of the PLA polyester plastic material in a manner that allows water and bacteria to degrade the otherwise stable plastic molecular arrangements and bonds of the PLA in the blend with the carbohydrate-based polymer resin material. In other words, when ester-linked PLA monomers or other components of the polymer are uniformly blended with certain carbohydrate-based polymer materials as contemplated herein, they can be more easily decomposed and ultimately digested by microorganisms present in such environments. Microorganisms naturally present in home compost environments can consume such small molecules, converting them back into their natural components (CO 2 , CH 4 , H 2 O, etc.). While the PBAT in the blend is already capable of doing so on its own without the addition of a carbohydrate-based polymer material, the rate and/or extent of biodegradation achieved in such conditions may be enhanced (e.g., faster and/or to a greater extent) when intimately blended with a carbohydrate-based polymer material.
例えば、真に生分解性のプラスチックは、微生物の同化(例えば、プラスチック分子に対する微生物の酵素作用)を介して、二酸化炭素、メタン、水、無機化合物、またはバイオマス等の天然の元素または化合物に分解する。プラスチックの生分解は、最初に化学的または機械的作用のいずれかによってポリマー鎖を分解することにより可能になるが、微生物の同化による残りの分子の分解によってのみ完全に達成され得る。 For example, truly biodegradable plastics decompose through microbial assimilation (e.g., microbial enzymatic action on plastic molecules) into naturally occurring elements or compounds such as carbon dioxide, methane, water, inorganic compounds, or biomass. Biodegradation of plastics is made possible by initially breaking down the polymer chains through either chemical or mechanical action, but can only be achieved completely through the breakdown of the remaining molecules through microbial assimilation.
石油化学原料から作製された、または植物源に由来するプラスチックは、モノマー(例えば、他の小分子と化学的に反応することができる単一の小分子)として誕生する。モノマーが一緒に結合すると、それらはプラスチックとして知られるポリマー(「多くの部分」)になる。一緒に結合する前は、多くのモノマーは容易に生分解されるが、重合によって一緒に結合した後は、分子が非常に大きくなり、微生物による微生物の同化が、企図される条件下での任意の妥当な時間枠内では実用的ではない配置および結合で結合する。 Plastics made from petrochemical feedstocks or derived from plant sources begin life as monomers (i.e., single small molecules that can chemically react with other small molecules). When the monomers combine together, they become polymers ("many parts") known as plastics. Before combining together, many monomers are readily biodegradable, but after combining together through polymerization, the molecules become so large that they combine in arrangements and bonds that microbial assimilation by microorganisms is impractical within any reasonable time frame under the contemplated conditions.
ポリマーは、結晶性(規則的に密集した)構造と非晶質(ランダムに配置された)構造の両方で形成される。多くのポリマーは、高度の結晶化度を含み、一部の非晶質領域がポリマー構造全体にランダムに配置され、絡み合っている。 Polymers can be formed in both crystalline (orderly packed) and amorphous (randomly arranged) structures. Many polymers contain a high degree of crystallinity, with some amorphous regions randomly arranged and intertwined throughout the polymer structure.
BiologiQから入手可能なNuPlastiQ(登録商標)材料は、結晶性は高いが、完成したNuPlastiQ(登録商標)プラスチック樹脂材料が低い結晶化度を示す(すなわち、実質的に非晶質である)出発デンプン材料から形成される。そのようなデンプン系ポリマー材料は、本明細書に記載されるような物品の製造における出発材料として使用される。したがって、NuPlastiQ(登録商標)はデンプンから作製されるプラスチックである。本明細書に含まれる実験的試験の結果から明らかなように、NuPlastiQ(登録商標)で作製されたプラスチックの分子(サイズおよび結合)は、その天然のデンプン系起源と、慎重に制御された結合型のために、水および細菌または他の微生物の導入によって引き起こされる酵素反応による生分解の影響を非常に受けやすい。 NuPlastiQ® materials available from BiologiQ are formed from starting starch materials that are highly crystalline, but the finished NuPlastiQ® plastic resin material exhibits low crystallinity (i.e., is substantially amorphous). Such starch-based polymeric materials are used as starting materials in the manufacture of articles such as those described herein. NuPlastiQ® is therefore a plastic made from starch. As evidenced by the results of experimental testing contained herein, the molecules (size and linkages) of plastics made with NuPlastiQ®, due to their natural starch-based origin and carefully controlled linkage types, are highly susceptible to biodegradation by enzymatic reactions triggered by the introduction of water and bacteria or other microorganisms.
ポリエチレンおよびポリプロピレン等のポリオレフィンと同様に、ポリエステルは、典型的には高い結晶化度を有し、モノマー分子(石油由来であるか、または乳酸もしくは他の植物源由来の小さなビルディングブロック分子に由来するかにかかわらず)を長鎖ポリマーに変換することによって作製される。ポリエステルでは、モノマー間の結合は当然エステル結合である。モノマーを接続して長いポリマー鎖を形成するときに形成される結合は、比較的強く、切断が困難であり得、異なる種類のポリエステル間で難易度が異なる。例えば、PBAT(およびPHA)の結合は、PLAの場合よりも容易に切断される。多くの合成ポリエステル(PBATとPLAの両方を含む)は高温の堆肥条件下(例えば58℃)で有意な生分解性を示し、PBATもまた家庭での堆肥化可能性の基準(例えば28°)を満たすのに十分な生分解性を示すが、PLAは、それ自体では、またはたとえPBATとブレンドした場合であっても、家庭での堆肥化可能性の基準を満たすことはできない。そのような材料を出願人のNuPlastiQ(登録商標)材料とブレンドすると、それが変わる。 Like polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polyesters typically have high crystallinity and are made by converting monomer molecules (whether derived from petroleum or from small building block molecules derived from lactic acid or other plant sources) into long-chain polymers. In polyesters, the bonds between monomers are naturally ester bonds. The bonds formed when connecting monomers to form long polymer chains can be relatively strong and difficult to break, with the degree of difficulty varying between different types of polyesters. For example, the bonds in PBAT (and PHA) are more easily broken than those in PLA. While many synthetic polyesters (including both PBAT and PLA) exhibit significant biodegradability under high-temperature composting conditions (e.g., 58°C), and PBAT also exhibits sufficient biodegradability to meet home compostability standards (e.g., 28°C), PLA cannot meet home compostability standards by itself or even when blended with PBAT. Blending such materials with Applicant's NuPlastiQ® materials changes that.
強化された家庭での堆肥化可能性に加えて、いくつかの実施形態において、本発明の得られたポリエステルブレンドは、ポリエステルプラスチック材料の一方または両方単独よりも高い弾性率(剛直性または強度)を有し得、プラスチックフィルム、または純粋なポリエステルプラスチック材料のうちの所与の1つのみで作られた同じ物品と少なくとも同じかもしくはそれよりも強い他の物品を作製するために使用することができる。例えば、PBAT単独では、比較的低い剛直性を示すが、優れた伸びを示す。PLAは、著しく高い弾性率を有し、NuPlastiQ(登録商標)およびPLAをPBATにブレンドすると、PBATのみの場合と比較して、得られるブレンドの弾性率が増加する。他の実施形態において、一緒にブレンドされるポリエステル材料の特性に応じて、強度特性が低下する可能性があるが、それでも依然として所望の目的には十分である。例として、そのようなブレンドは、約25μm(1ミル)の厚さで、少なくとも130g、少なくとも140g、少なくとも150g、少なくとも160g、少なくとも175g、少なくとも200g、少なくとも225g、少なくとも250g、少なくとも275g、または少なくとも300gのダーツ落下強度を提供し得る。厚さが増加すると、一般的に強度が増加する。ブレンド中の炭水化物系ポリマー材料の割合は、本明細書に記載されるか、または出願人の他の出願に記載されるように、例えば、1%~70%、10%~65%、20%~55%、30~55%等であり得る。図3Aは、他の様々な材料(例えば、100%のPBAT、100%のLLDPE、およびNuPlastiQ(登録商標)とLLDPEの25%ブレンド)と比較して、様々な厚さのフィルムの強度データを示している。図3AでBC27241と表示されたサンプルは、35%のNuPlastiQ(登録商標)、11%のPLA、および54%のPBATを含んでいた。図3AでBC27251と表示されたサンプルは、41%のNuPlastiQ(登録商標)、11%のPLA、および48%のPBATを含んでいた。 In addition to enhanced home compostability, in some embodiments, the resulting polyester blends of the present invention may have a higher modulus (stiffness or strength) than one or both of the polyester plastic materials alone, allowing them to be used to make plastic films or other articles that are at least as strong as, or stronger than, the same article made from a given one of the pure polyester plastic materials alone. For example, PBAT alone exhibits relatively low stiffness but excellent elongation. PLA has a significantly higher modulus, and blending NuPlastiQ® and PLA into PBAT increases the modulus of the resulting blend compared to PBAT alone. In other embodiments, depending on the properties of the polyester materials blended together, strength properties may be reduced but still sufficient for the desired purpose. By way of example, such blends may provide dart drop strengths of at least 130 g, at least 140 g, at least 150 g, at least 160 g, at least 175 g, at least 200 g, at least 225 g, at least 250 g, at least 275 g, or at least 300 g at a thickness of about 25 μm (1 mil). Increasing thickness generally results in increased strength. The percentage of carbohydrate-based polymer material in the blend can be, for example, 1% to 70%, 10% to 65%, 20% to 55%, 30% to 55%, etc., as described herein or in Applicant's other applications. Figure 3A shows strength data for films of various thicknesses compared to various other materials (e.g., 100% PBAT, 100% LLDPE, and a 25% blend of NuPlastiQ® and LLDPE). The sample labeled BC27241 in Figure 3A contained 35% NuPlastiQ®, 11% PLA, and 54% PBAT. The sample labeled BC27251 in Figure 3A contained 41% NuPlastiQ®, 11% PLA, and 48% PBAT.
図4は、例示的なNuPlastiQ(登録商標)(例えば、図3と同じNuPlastiQ(登録商標)GP)材料の分子量データを示している。示されるように、平均分子量(すなわち、重量平均分子量)は、約900,000g/molであり得る。例えば、重量平均分子量は、200,000g/mol超、300,000g/mol超、400,000g/mol超、500,000g/mol超、600,000g/mol超、700,000g/mol超、500,000~5,000,000g/mol、500,000~3,000,000g/mol、500,000~2,000,000g/mol、500,000~1,000,000g/molまたは800,000~1,000,000g/molであり得る。 Figure 4 shows molecular weight data for an exemplary NuPlastiQ® (e.g., the same NuPlastiQ® GP as in Figure 3) material. As shown, the average molecular weight (i.e., weight average molecular weight) can be approximately 900,000 g/mol. For example, the weight average molecular weight can be greater than 200,000 g/mol, greater than 300,000 g/mol, greater than 400,000 g/mol, greater than 500,000 g/mol, greater than 600,000 g/mol, greater than 700,000 g/mol, 500,000 to 5,000,000 g/mol, 500,000 to 3,000,000 g/mol, 500,000 to 2,000,000 g/mol, 500,000 to 1,000,000 g/mol, or 800,000 to 1,000,000 g/mol.
図5は、図3のX線回折チャートにおいて比較した同じ材料の透過率データを示している。NuPlastiQ(登録商標)材料の1653cm-1におけるO-Hはさみ振動のピークが、天然のトウモロコシおよびジャガイモデンプン材料と比較して著しく減少していることは容易に明らかである。このようなOH基の発生率の低下は、図6に示す低い濡れ性と一致している。 Figure 5 shows transmittance data for the same materials compared in the X-ray diffraction charts of Figure 3. It is readily apparent that the O-H scissor peak at 1653 cm is significantly reduced for the NuPlastiQ® material compared to the native corn and potato starch materials. This reduced incidence of OH groups is consistent with the lower wettability shown in Figure 6.
図6は、34mN/m(34ダイン/cm)未満の濡れ性を有する、ポリオレフィンとNuPlastiQ(登録商標)GPとの例示的ブレンド(右)と比較して、46mN/m(46ダイン/cm)超の濡れ性を有する、ポリオレフィンと従来のTPS材料との従来のブレンドの濡れ特性の比較を示す。両方の例において、デンプン系ポリマー含有量は20~25%であると考えられる。この図は(ポリエステルではなく)ポリオレフィンブレンドを使用したものであるが、この比較は、従来のデンプン材料の親水性と比較したNuPlastiQ(登録商標)GP材料の疎水性を示している。本明細書に記載されるブレンドに使用されるPBATおよびPLA材料は、典型的には、ポリオレフィンのものと同様の疎水性特性を示す。例えば、そのような材料は、ダイン試験で使用される場合、40mN/m(40ダイン/cm)未満、38mN/m(38ダイン/cm)未満、36mN/m(36ダイン/cm)未満、34mN/m(34ダイン/cm)未満、または30~40mN/m(30~40ダイン/cm)の濡れ性の値を有することが多い。NuPlastiQ(登録商標)材料は、例えば、40mN/m(40ダイン/cm)未満、38mN/m(38ダイン/cm)未満、36mN/m(36ダイン/cm)未満、または34mN/m(34ダイン/cm)未満の、疎水性ポリエステルと同様に一致する濡れ特性を示す。表面濡れ性ダイン試験は、例えばDIN 53394/ISO8296に準拠し得る。NuPlastiQ(登録商標)材料とそれがブレンドされるポリエステル材料との間のそのような一致した疎水性は、本明細書に記載される生分解性特性を達成する能力に関与し得る。 Figure 6 shows a comparison of the wetting properties of a conventional blend of polyolefin and a conventional TPS material, having a wettability of greater than 46 mN/m (46 dynes/cm), compared to an exemplary blend of polyolefin and NuPlastiQ® GP (right), having a wettability of less than 34 mN/m (34 dynes/cm). In both examples, the starch-based polymer content is believed to be 20-25%. While this figure uses a polyolefin blend (rather than polyester), the comparison demonstrates the hydrophobicity of the NuPlastiQ® GP material compared to the hydrophilicity of conventional starch materials. The PBAT and PLA materials used in the blends described herein typically exhibit hydrophobic properties similar to those of polyolefins. For example, such materials often have wettability values of less than 40 mN/m (40 dynes/cm), less than 38 mN/m (38 dynes/cm), less than 36 mN/m (36 dynes/cm), less than 34 mN/m (34 dynes/cm), or 30-40 mN/m (30-40 dynes/cm) when used in a dyne test. NuPlastiQ® materials exhibit wetting properties similarly consistent with hydrophobic polyesters, e.g., less than 40 mN/m (40 dynes/cm), less than 38 mN/m (38 dynes/cm), less than 36 mN/m (36 dynes/cm), or less than 34 mN/m (34 dynes/cm). The surface wettability dyne test may be in accordance with, for example, DIN 53394/ISO 8296. Such matched hydrophobicity between the NuPlastiQ® material and the polyester material with which it is blended may be responsible for its ability to achieve the biodegradable properties described herein.
図7は、従来のデンプン材料のDSC溶融温度の比較データを例示しており、約170℃のNuPlastiQ(登録商標)の溶融温度よりもはるかに高い、287.7℃の溶融温度を示している。 Figure 7 illustrates comparative DSC melting temperature data for conventional starch materials, showing a melting temperature of 287.7°C, much higher than the melting temperature of NuPlastiQ®, which is approximately 170°C.
図8は、NuPlastiQ(登録商標)GP材料のTGA温度安定性特性を、出発グリセリンおよび天然デンプン材料と比較して示している。
図1に戻ると、106において、プロセス100は、ポリエステルプラスチック材料と炭水化物系ポリマー材料とを混合して、材料の混合物を生成することを含む。場合によっては、ポリエステルプラスチック材料と炭水化物系材料との混合は、1つ以上の混合デバイスを使用して実行することができる。特定の実施において、機械的混合デバイスを使用して、ポリエステルプラスチック材料と炭水化物系ポリマー材料とを混合することができる。実施において、材料の混合物の成分の少なくとも一部は、押出機、射出成形機等の装置で組み合わせることができる。他の実施形態において、材料の混合物の成分の少なくとも一部は、装置に供給される前に組み合わせることができる。
FIG. 8 shows the TGA temperature stability profile of the NuPlastiQ® GP material compared to the starting glycerin and native starch materials.
Returning to FIG. 1 , at 106, the process 100 includes mixing the polyester plastic material and the carbohydrate-based polymer material to produce a material mixture. In some cases, mixing the polyester plastic material and the carbohydrate-based material can be performed using one or more mixing devices. In certain implementations, a mechanical mixing device can be used to mix the polyester plastic material and the carbohydrate-based polymer material. In implementations, at least a portion of the components of the material mixture can be combined in an apparatus such as an extruder, an injection molding machine, or the like. In other embodiments, at least a portion of the components of the material mixture can be combined before being fed into the apparatus.
炭水化物系ポリマー材料は、ブレンドのPLAポリエステルプラスチック材料の生分解性を高めるのに少なくとも十分な量で混合物中に存在することができ、その結果、ブレンドは、様々な該当する家庭での堆肥化可能性の基準のいずれかに合格する。当然のことながら、そのような閾値量よりも多い量が含まれてもよい(例えば、生分解性をさらに高めるため、および/またはブレンドの再生可能な含有量を増加させるため等)。例として、炭水化物系ポリマー材料は、材料の混合物の少なくとも1重量%、少なくとも5重量%、少なくとも10重量%、70重量%以下、60重量%以下、1重量%~70重量%、10重量%~65重量%、20重量%~55重量%、または30重量%~55重量%の量で含まれ得る。必要に応じて、1つより多くの炭水化物系ポリマー材料、および/または2つより多くのポリエステルプラスチック材料をブレンドに含めることができる。 The carbohydrate-based polymer material can be present in the blend in an amount at least sufficient to enhance the biodegradability of the PLA polyester plastic material of the blend, such that the blend passes any of various applicable home compostability standards. Of course, amounts greater than such threshold amounts may be included (e.g., to further enhance biodegradability and/or increase the renewable content of the blend, etc.). By way of example, the carbohydrate-based polymer material can be included in an amount of at least 1% by weight, at least 5% by weight, at least 10% by weight, up to 70% by weight, up to 60% by weight, between 1% and 70% by weight, between 10% and 65% by weight, between 20% and 55% by weight, or between 30% and 55% by weight of the blend of materials. If desired, more than one carbohydrate-based polymer material and/or more than two polyester plastic materials can be included in the blend.
第1のポリエステルプラスチック材料(例えば、PBAT)は、材料の混合物の少なくとも20重量%、少なくとも25重量%、少なくとも30重量%、少なくとも35重量%、20重量%~85重量%、30重量%~70重量%、または30重量%~60重量%の量で材料の混合物中に存在し得る。第2のポリエステルプラスチック材料(例えば、PLA)は、材料の混合物の少なくとも1重量%、少なくとも重量3%、少なくとも5重量%、少なくとも6重量%、少なくとも7重量%、少なくとも8重量%、少なくとも9重量%、または少なくとも10重量%、少なくとも11重量%、50重量%以下、40重量%以下、30重量%以下、20%重量以下、15重量%以下、1重量%~20%、1重量%~15重量%、1重量%~12重量%、3重量%~15重量%、5重量%~15重量%、または約10重量%~15重量%の量で材料の混合物中に存在し得る。 The first polyester plastic material (e.g., PBAT) may be present in the blend of materials in an amount of at least 20%, at least 25%, at least 30%, at least 35%, 20% to 85%, 30% to 70%, or 30% to 60% by weight of the blend of materials. The second polyester plastic material (e.g., PLA) may be present in the blend of materials in an amount of at least 1%, at least 3%, at least 5%, at least 6%, at least 7%, at least 8%, at least 9%, or at least 10%, at least 11%, 50% or less, 40% or less, 30% or less, 20% or less, 15% or less, 1% to 20%, 1% to 15%, 1% to 12%, 3% to 15%, 5% to 15%, or about 10% to 15% by weight of the blend of materials.
該当する家庭での堆肥化可能性の基準は、90%を超える生分解が生じるあらゆる試験結果を受け入れるが、基準はまた、ブレンドの10%以下でブレンドに含まれる任意の成分がそれ自体で合格することも必要とし、微量で含まれる可能性のあるこの材料が、実際に該当する基準に合格していることを確実にする。 Applicable home compostability standards accept any test results that result in greater than 90% biodegradation, but the standards also require that any ingredient included in a blend at 10% or less of the blend pass on its own, ensuring that this material, which may be present in trace amounts, actually passes the applicable standard.
相溶化剤が材料の混合物中に存在してもよいが、それは一般的には必要ではない。一実施形態において、そのような相溶化剤は含まれなくてもよい。存在する場合、相溶化剤は、ポリエステルプラスチック材料と混合するか、炭水化物系ポリマー材料と混合するか、両方と混合するか、または別々に提供することができる。多くの場合、相溶化剤は、例えば、マスターバッチ配合物に含まれる、ポリマー材料のうちの少なくとも1つとともに提供され得る。相溶化剤は、無水マレイン酸グラフト化ポリエステル(例えば、無水マレイン酸グラフト化PBATまたはPLA)等の変性ポリエステルであり得る。相溶化剤はまた、アクリレート系コポリマーも含み得る。さらに、相溶化剤は、ポリ(酢酸ビニル)系相溶化剤を含むことができる。一実施形態において、相溶化剤は、ポリエステルプラスチック材料のグラフト化バージョン(例えば、無水マレイン酸グラフト化ポリエステル)、またはブロックのうちの1つがポリエステルプラスチック材料(例えば、ポリエステルコポリマー)と同じモノマーであるコポリマー(例えば、ブロックコポリマー)であり得る。少なくともいくつかの実施形態において、相溶化剤は必要ない場合があるため、相溶化剤は存在しない。 While a compatibilizer may be present in the blend of materials, it is generally not required. In one embodiment, such a compatibilizer may not be included. If present, the compatibilizer may be blended with the polyester plastic material, blended with the carbohydrate-based polymeric material, blended with both, or provided separately. Often, the compatibilizer is provided with at least one of the polymeric materials, for example, in a masterbatch formulation. The compatibilizer may be a modified polyester such as a maleic anhydride-grafted polyester (e.g., maleic anhydride-grafted PBAT or PLA). The compatibilizer may also include an acrylate-based copolymer. Additionally, the compatibilizer may include a poly(vinyl acetate)-based compatibilizer. In one embodiment, the compatibilizer may be a grafted version of a polyester plastic material (e.g., a maleic anhydride-grafted polyester) or a copolymer (e.g., a block copolymer) in which one of the blocks is the same monomer as the polyester plastic material (e.g., a polyester copolymer). In at least some embodiments, a compatibilizer may not be required and therefore is not present.
含まれる場合、材料の混合物は、少なくとも0.5重量%、少なくとも1重量%、少なくとも2重量%、少なくとも3%、少なくとも4重量%、少なくとも5重量%、50%重量以下、45重量%以下、40重量%以下、35重量%以下、30重量%以下、25重量%以下、20重量%以下、15重量%以下、10重量%以下、9重量%以下、8重量%以下、7重量%以下、6重量%以下、5重量%以下、4重量%以下、3重量%以下、0.5重量%~12重量%、1重量%~7重量%、または1重量%~6重量%の相溶化剤を含み得る。コストの関係で、一般に、最も低い有効量の相溶化剤を使用する(または相溶化剤を使用しない)場合がある。 When included, the blend of materials may contain at least 0.5% by weight, at least 1% by weight, at least 2% by weight, at least 3% by weight, at least 4% by weight, at least 5% by weight, 50% by weight or less, 45% by weight or less, 40% by weight or less, 35% by weight or less, 30% by weight or less, 25% by weight or less, 20% by weight or less, 15% by weight or less, 10% by weight or less, 9% by weight or less, 8% by weight or less, 7% by weight or less, 6% by weight or less, 5% by weight or less, 4% by weight or less, 3% by weight or less, 0.5% to 12% by weight, 1% to 7% by weight, or 1% to 6% by weight of compatibilizer. Due to cost considerations, the lowest effective amount of compatibilizer (or no compatibilizer) may generally be used.
確実に必要ではなく、また少なくともいくつかの実施形態において、それを含めることは避けた方がよいであろうが、様々なUVおよび/またはOXO分解性添加剤のいずれかを含めることは本発明の範囲内である。そのような添加剤のさらなる詳細は、出願人の米国特許出願第16/391,909号(21132.14.1)に記載されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。他の添加剤が、例えば、強度を高めるため(例えば、DupontのBiomax(登録商標)Strong)、または他の目的で含まれる場合がある。 While not necessarily required, and in at least some embodiments, it may be advisable to avoid its inclusion, it is within the scope of the present invention to include any of a variety of UV and/or OXO degrading additives. Further details of such additives are described in Applicant's U.S. Patent Application No. 16/391,909 (21132.14.1), which is incorporated herein by reference in its entirety. Other additives may be included, for example, to enhance strength (e.g., DuPont's Biomax® Strong) or for other purposes.
1つ以上の添加剤は、混合物の少なくとも0.5重量%、少なくとも1重量%、少なくとも1.5重量%、少なくとも2重量%、少なくとも2.5重量%、少なくとも3重量%、少なくとも4重量%、10重量%以下、9重量%以下、8重量%以下、7重量%以下、6重量%以下、5重量%以下、0.2重量%~12重量%、1重量%~10重量、0.5重量%~4重量%、または2重量%~6重量%の量で材料の混合物に含まれ得る。 The one or more additives may be included in the mixture of materials in an amount of at least 0.5% by weight, at least 1% by weight, at least 1.5% by weight, at least 2% by weight, at least 2.5% by weight, at least 3% by weight, at least 4% by weight, 10% by weight or less, 9% by weight or less, 8% by weight or less, 7% by weight or less, 6% by weight or less, 5% by weight or less, 0.2% to 12% by weight, 1% to 10% by weight, 0.5% to 4% by weight, or 2% to 6% by weight of the mixture.
所望のブレンドを形成するために一緒に溶融され得る熱可塑性材料の混合物の文脈で主に説明されているが、いくつかの実施形態において、炭水化物系ポリマー材料を熱可塑性ではないプラスチック材料(例えば、ブレンドに含まれる可能性のある熱硬化性ポリエステルまたは他の熱硬化性プラスチック材料)とブレンドすることが可能であり得る。例えば、そのような非熱可塑性ポリエステルプラスチック材料の前駆体である樹脂成分は、炭水化物系ポリマー材料とブレンドすることができ、ポリエステル材料の重合または他の形成が、炭水化物系ポリマー材料の存在下で起こり、炭水化物系ポリマー材料と熱硬化性材料または他の非熱可塑性プラスチック材料とのブレンドである完成品をもたらし得、炭水化物系ポリマー材料が、ブレンドに含まれる所与のポリマー成分の生分解性を高めることができる。 While primarily described in the context of mixtures of thermoplastic materials that can be melted together to form a desired blend, in some embodiments, it may be possible to blend a carbohydrate-based polymeric material with a plastic material that is not thermoplastic (e.g., a thermosetting polyester or other thermosetting plastic material that may be included in the blend). For example, a resin component that is a precursor to such a non-thermoplastic polyester plastic material may be blended with the carbohydrate-based polymeric material, and polymerization or other formation of the polyester material may occur in the presence of the carbohydrate-based polymeric material, resulting in a finished product that is a blend of the carbohydrate-based polymeric material and the thermosetting material or other non-thermoplastic plastic material, and the carbohydrate-based polymeric material may enhance the biodegradability of a given polymeric component included in the blend.
再び図1を参照すると、108において、特に材料が熱可塑性である場合、プロセス100は、材料の混合物を加熱することを含み得る。実施において、材料の混合物は、少なくとも100℃、少なくとも110℃、少なくとも115℃、少なくとも120℃、少なくとも125℃、少なくとも130℃、少なくとも135℃、少なくとも140℃、200℃以下、190℃以下、180℃以下、175℃以下、170℃以下、165℃以下、160℃以下、155℃以下、150℃以下、95℃~205℃、120℃~180℃、または125℃~165℃の温度まで加熱することができる。当然のことながら、いくつかの実施形態において、混合物は、200℃を超える温度まで加熱され得ることが理解されよう。 Referring again to FIG. 1 , at 108, the process 100 can include heating the mixture of materials, particularly if the materials are thermoplastic. In practice, the mixture of materials can be heated to a temperature of at least 100°C, at least 110°C, at least 115°C, at least 120°C, at least 125°C, at least 130°C, at least 135°C, at least 140°C, 200°C or less, 190°C or less, 180°C or less, 175°C or less, 170°C or less, 165°C or less, 160°C or less, 155°C or less, 150°C or less, 95°C to 205°C, 120°C to 180°C, or 125°C to 165°C. It will of course be understood that in some embodiments, the mixture can be heated to a temperature greater than 200°C.
そのような材料の加熱は、例えば、参照により既に組み込まれている様々な出願人の特許出願に開示されるように、漸進的な段階が前の段階よりも高い温度まで加熱される多段押出機内で行うことができ、各押出機の段階で材料の混合物を所与の温度まで加熱する。一実施形態において、2019年7月10日および2019年11月22日にそれぞれ出願された出願人の米国特許出願第62,872,582号(21132.27)および同第62/939,460号(21132.27.1)に記載されるように、ブレンド用のそのような押出機の第1段階の温度は、それが製造された反応性押出プロセスの最終段階における炭水化物系ポリマー材料(例えば、NuPlastiQ(登録商標))の温度(例えば、120~140℃)と同じ範囲であり得る。それらの出願に記載されているように、出願人は、NuPlastiQ(登録商標)の調製中にデンプンおよび他の成分(可塑剤等)が維持される条件を制御することが、他のポリマーとブレンドされるとデンプン系ポリマー材料の最終ブレンド中に小さな粒径および密な分布を有するデンプン系ポリマー材料の所望の形成に寄与することを発見した。したがって、デンプン系ポリマー材料の反応性押出形成中の材料は、ポリエステル、ポリオレフィン等の他のポリマーと混合する前の押出機の最終段階で110℃~160℃、好ましくは120℃~140℃(例えば、約130℃)の温度に維持される。デンプン系ポリマー材料を形成する際の反応性押出ステップの最終段階におけるこの慎重な温度制御は、そのような既に形成されたデンプン系ポリマー材料を、それがブレンドされている他のポリマーとブレンドするときの押出機内の温度の制御とは異なることは明白であろう。そのような温度は同様であり得るが、そのような段階に存在する成分は完全に異なる(例えば、ここに記載する段階には、ポリエステル等の「他のポリマー」は典型的には存在しない)。 Heating of such materials can be carried out, for example, in a multi-stage extruder in which progressive stages are heated to higher temperatures than the previous stage, with each extruder stage heating the mixture of materials to a given temperature, as disclosed in various applicant's patent applications previously incorporated by reference. In one embodiment, the temperature of the first stage of such an extruder for blending can be in the same range (e.g., 120-140°C) as the temperature of the carbohydrate-based polymer material (e.g., NuPlastiQ®) in the final stage of the reactive extrusion process from which it was produced, as described in applicant's U.S. patent applications Ser. Nos. 62,872,582 (21132.27) and 62/939,460 (21132.27.1), filed July 10, 2019 and November 22, 2019, respectively. As described in those applications, Applicant has discovered that controlling the conditions under which starch and other components (such as plasticizers) are maintained during the preparation of NuPlastiQ® contributes to the desired formation of a starch-based polymer material that, when blended with other polymers, has a small particle size and tight distribution in the final blend of starch-based polymer material. Accordingly, during reactive extrusion of the starch-based polymer material, the material is maintained at a temperature of 110°C to 160°C, preferably 120°C to 140°C (e.g., about 130°C), in the final stage of the extruder before mixing with other polymers, such as polyesters, polyolefins, etc. It will be apparent that this careful temperature control during the final stage of the reactive extrusion step in forming a starch-based polymer material differs from the control of the temperature in the extruder when blending such already-formed starch-based polymer material with other polymers with which it is blended. While such temperatures may be similar, the components present in such stages are entirely different (e.g., "other polymers," such as polyesters, are typically not present in the stages described herein).
ポリエステルプラスチック材料および炭水化物系ポリマー材料を含む材料の混合物は、押出機の1つ以上のチャンバ内で加熱することができる。場合によっては、押出機の1つ以上のチャンバを異なる温度で加熱することができる。押出機の1つ以上のスクリューの速度は、任意の所望の速度に設定することができる。 The mixture of materials including the polyester plastic material and the carbohydrate-based polymer material can be heated in one or more chambers of the extruder. In some cases, one or more chambers of the extruder can be heated at different temperatures. The speed of one or more screws of the extruder can be set at any desired speed.
当然のことながら、最初に1つの材料を加熱し、次いで、後続の(例えば下流の)投入で第2および/または第3の材料を追加することも可能であり、それは前の材料の後に加熱されるため、すべての材料を一緒に溶融ブレンドすることができる。図1は、そのようなすべての条件を網羅することを意図している。 Of course, it is also possible to heat one material first and then add a second and/or third material in a subsequent (e.g., downstream) charge, which is heated after the previous material, so that all materials can be melt-blended together. Figure 1 is intended to cover all such conditions.
110では、材料の混合物を使用して物品が製造される。場合によっては、物品はフィルムを含むことができる。他の場合には、物品はフィルムから形成され得る。他の実施形態において、物品は、金型(例えば、射出成形)等の設計に基づく形状を有することができる。プラスチックで形成される任意の考えられる物品は、混合物から形成され得、例えば、フィルム、バッグ、ボトル、キャップ、蓋、シート、箱、プレート、カップ、器具等を含むがこれらに限定されない、物品がフィルムである場合、フィルムは、加熱された材料の混合物にガスを注入してフィルムを形成する(すなわち、フィルムをインフレーション成形する)ことによって、ダイを使用して形成することができる。キャストフィルムもまた可能である。フィルムは、バッグまたは他の物品の形態になるように密封され得、かつ/または他の方法で変更され得る。 At 110, an article is manufactured using the mixture of materials. In some cases, the article can include a film. In other cases, the article can be formed from a film. In other embodiments, the article can have a shape based on the design of a mold (e.g., injection molding) or the like. Any conceivable article formed from plastic can be formed from the mixture, including, but not limited to, films, bags, bottles, caps, lids, sheets, boxes, plates, cups, utensils, etc. If the article is a film, the film can be formed using a die by injecting gas into a heated mixture of materials to form a film (i.e., blowing the film). Cast film is also possible. The film can be sealed and/or otherwise modified to form a bag or other article.
物品がフィルムである場合、フィルムは、単一の層または複数の層から構成され得る。フィルムまたは任意の個々の層は、少なくとも0.001mm、少なくとも0.002mm、少なくとも0.004mm、少なくとも0.01mm、少なくとも0.02mm、少なくとも0.03mm、少なくとも0.05mm、少なくとも0.07mm、少なくとも0.10mm、2mm以下、1mm以下、0.5mm以下、0.1mm以下、約0.05mm~約0.5mm、または0.02mm~0.05mmの厚さを有することができる。フィルムとシート物品の厚さの値にはいくらかの重複があり得るが、そのようなフィルムの値より厚い厚さのシート材料が当然のことながら提供され得(例えば、2mm以上、例えば2~100mmまたは2~10mm)、任意の所望のプラスチック製造プロセスによって製造されることが理解されよう。 When the article is a film, the film may be comprised of a single layer or multiple layers. The film or any individual layer may have a thickness of at least 0.001 mm, at least 0.002 mm, at least 0.004 mm, at least 0.01 mm, at least 0.02 mm, at least 0.03 mm, at least 0.05 mm, at least 0.07 mm, at least 0.10 mm, 2 mm or less, 1 mm or less, 0.5 mm or less, 0.1 mm or less, about 0.05 mm to about 0.5 mm, or 0.02 mm to 0.05 mm. While there may be some overlap in the thickness values for film and sheet articles, it will be understood that sheet materials of greater thickness than such film values can, of course, be provided (e.g., 2 mm or more, e.g., 2-100 mm or 2-10 mm) and manufactured by any desired plastic manufacturing process.
フィルムまたは他の物品は、ダーツ落下衝撃試験(ASTM D-1709)、破断時の引張強度試験(ASTM D-882)、破断時の引張伸び試験(ASTM D-882)、セカント係数試験(ASTM D-882)、および/またはエルメンドルフ引裂試験(ASTM D-1922)等の試験によって特徴付けられる強度特性を有し得る。そのような特性の例示的な値は、参照により既に本明細書に組み込まれている様々な出願人の他の出願に提供されている。 Films or other articles may have strength properties characterized by tests such as the Dart Drop Impact Test (ASTM D-1709), the Tensile Strength at Break Test (ASTM D-882), the Tensile Elongation at Break Test (ASTM D-882), the Secant Modulus Test (ASTM D-882), and/or the Elmendorf Tear Test (ASTM D-1922). Exemplary values for such properties are provided in other applications of various applicants, which have been previously incorporated by reference herein.
比較的低温の「家庭の堆肥」のような条件下で生分解試験を行った場合(例えば、EN13432、これはASTM規格D-5338での産業用堆肥試験と同様であり得るが、58℃ではなく28℃で実施される)、本発明のブレンドは、365日以内に少なくとも90%(またはそれ超)の生分解を示すが、これは、NF T51-800(2015)、AS 5810(2010)、TUV Austria BelgiumのOK Compost Home認証スキーム等の該当する「家庭での堆肥化可能性」基準の生分解性部分を満たすのに十分である。そのような基準は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。90%以上の生分解は、許可された365日よりも迅速に、例えば、350日以内、325日以内、300日以内、275日以内、250日以内、200日以内、または180日以内等に達成され得る。 When biodegradation tested under relatively low temperature, "home compost"-like conditions (e.g., EN 13432, which may be similar to the industrial compost test in ASTM Standard D-5338, but conducted at 28°C instead of 58°C), the blends of the present invention exhibit at least 90% (or greater) biodegradation within 365 days, which is sufficient to meet the biodegradability portion of applicable "home compostability" standards, such as NF T51-800(2015), AS 5810(2010), and TUV Austria Belgium's OK Compost Home certification scheme. Such standards are incorporated herein by reference in their entirety. Biodegradation of 90% or more may be achieved faster than the permitted 365 days, for example, within 350 days, 325 days, 300 days, 275 days, 250 days, 200 days, or 180 days.
家庭の堆肥化環境条件での生分解が特に企図されているが、例えば、嫌気性消化槽環境(例えば、ASTM D-5511またはD-5526によって模倣される)または海洋条件(例えば、ASTM D-6691によって模倣される)等の他の廃棄環境下でも、増強された生分解が示され得ることが理解されよう。 While biodegradation under home composting conditions is specifically contemplated, it will be understood that enhanced biodegradation may also be demonstrated under other waste environments, such as, for example, anaerobic digester environments (e.g., simulated by ASTM D-5511 or D-5526) or marine conditions (e.g., simulated by ASTM D-6691).
生分解試験に供される場合、生分解促進添加剤の約2重量%以下を有し(または好ましくはそれを含まない)、本明細書に記載される炭水化物系ポリマー材料およびポリエステルプラスチック材料の量を有する物品は、炭水化物系ポリマー材料を物品に導入することの結果として、強化された家庭での堆肥化可能性を示すことができる。例えば、ポリエステルポリマー材料またはブレンド(例えば、またはそれらの炭素原子)の少なくとも90%、またはさらには少なくとも95%が、365日、300日、200日、またはさらには180日の期間にわたって生分解し得る。いずれの場合も、ブレンドのPLA材料、およびブレンド全体の分解の程度は、NuPlastiQ(登録商標)または他の炭水化物系ポリマー材料を添加しない材料によって示される分解の程度よりも大きくなるであろう。そのような増強された生分解は、該当する家庭での堆肥化可能性の基準を依然として満たしながら、ポリエステルブレンドにPLAを含むことができるバッグ(例えば、持ち帰り用バッグ)または他のフィルムの形成を可能にするため、特に有利である。 When subjected to biodegradation testing, articles having about 2% by weight or less (or preferably no biodegradation-promoting additive) and the amounts of carbohydrate-based polymer material and polyester plastic material described herein can exhibit enhanced home compostability as a result of the incorporation of the carbohydrate-based polymer material into the article. For example, at least 90%, or even at least 95%, of the polyester polymer material or blend (e.g., or their carbon atoms) may biodegrade over a period of 365, 300, 200, or even 180 days. In either case, the degree of degradation of the PLA material of the blend, and of the blend as a whole, will be greater than the degree of degradation exhibited by the material without the addition of NuPlastiQ® or other carbohydrate-based polymer material. Such enhanced biodegradation is particularly advantageous because it enables the formation of bags (e.g., takeout bags) or other films that can include PLA in the polyester blend while still meeting applicable home compostability standards.
図2は、本開示による物品を製造するための例示的な製造システム200の構成要素を示している。場合によっては、製造システム200を図1のプロセス100で使用することができる。例示的な例では、製造システム200は、一軸スクリュー押出機または二軸スクリュー押出機等の押出機である。 Figure 2 illustrates components of an exemplary manufacturing system 200 for producing articles according to the present disclosure. In some cases, manufacturing system 200 can be used in process 100 of Figure 1. In an illustrative example, manufacturing system 200 is an extruder, such as a single-screw extruder or a twin-screw extruder.
一実施形態において、2つ以上のポリエステルプラスチック材料(例えば、PBATおよびPLA)および1つ以上の炭水化物系ポリマー材料が、第1のホッパー202および第2のホッパー204を介して提供される。2つより多くのホッパーを備えていてもよい。相溶化剤は、任意選択的にいずれかまたは両方の材料に(例えば、そのマスターバッチ中に)含まれ得る。一実施形態において、相溶化剤は含まれないか、またはその最小量(例えば、5%未満、4%未満、3%未満、2%未満、1%未満、または0.5%未満)が含まれる。炭酸カルシウムまたは他の充填剤材料(例えば、炭酸カルシウムもしくはタルク等の無機充填剤であるか、または好適な有機充填剤であるかにかかわらず)は、別々に添加するか、またはマスターバッチに含めることができる。典型的な実施形態において、炭水化物系ポリマー材料のマスターバッチへの配合(例えば、いずれかの任意選択的な相溶化剤を用いて)は、そのようなマスターバッチのペレットをホッパー204に入れる前に行われ得る。そのようなマスターバッチは、当然のことながら、その中にポリエステルプラスチック材料の一部も含むことができる。 In one embodiment, two or more polyester plastic materials (e.g., PBAT and PLA) and one or more carbohydrate-based polymer materials are provided via first hopper 202 and second hopper 204. More than two hoppers may be provided. A compatibilizer may optionally be included in either or both materials (e.g., in the masterbatch). In one embodiment, no compatibilizer is included, or a minimal amount thereof (e.g., less than 5%, less than 4%, less than 3%, less than 2%, less than 1%, or less than 0.5%). Calcium carbonate or other filler materials (e.g., whether inorganic fillers such as calcium carbonate or talc, or suitable organic fillers) may be added separately or included in the masterbatch. In an exemplary embodiment, the carbohydrate-based polymer materials may be compounded into the masterbatch (e.g., with any optional compatibilizer) prior to placing pellets of such masterbatch into hopper 204. Such masterbatches, of course, may also include a portion of the polyester plastic material therein.
1つ以上の炭水化物系ポリマー材料およびPBAT、PLAまたは他のポリエステルプラスチック材料を第1のチャンバ206内で混合して、材料の混合物を生成することができる。場合によっては、材料の混合物は、5重量%~60重量%の1つ以上の炭水化物系ポリマー材料、および40重量%~95重量%のPBAT、PLAまたは他のポリエステルプラスチック材料を含むことができる。無機または他の充填材料(例えば、炭酸カルシウムおよび/またはタルク)が含まれる場合、それは0重量%~30重量%、または最大20重量%で存在し得る。ポリマー材料のパーセンテージは、ブレンド全体(例えば、任意の充填剤および/または相溶化剤を含む)に対してであり得るか、またはポリマー材料のみに対してであり得る。当然のことながら、範囲は、所望の特性に応じて、上記または本明細書の他の範囲の以外で異なってもよい。 One or more carbohydrate-based polymeric materials and PBAT, PLA, or other polyester plastic materials can be mixed in the first chamber 206 to produce a mixture of materials. In some cases, the mixture of materials can include 5% to 60% by weight of one or more carbohydrate-based polymeric materials and 40% to 95% by weight of PBAT, PLA, or other polyester plastic materials. When inorganic or other filler materials (e.g., calcium carbonate and/or talc) are included, they can be present at 0% to 30% by weight, or up to 20% by weight. The percentage of polymeric material can be relative to the entire blend (e.g., including any fillers and/or compatibilizers) or can be relative to the polymeric material only. Of course, ranges can vary outside of the above or other ranges described herein depending on the desired properties.
1つの例示的な組成物は、30%~55%の炭水化物系ポリマー材料、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、90%以下、85%以上、80%以下、10%~80%、20%~70%、または30%~60%のPBAT、最大60%、最大50%、最大40%、最大30%、最大20%、または最大15%のPLA(例えば、1%~15%、または1%~12%のPLA)、および0%~30%(例えば、0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%)の炭酸カルシウムまたは他のフィラーを含み得る。相溶化剤は、存在する場合と存在しない場合がある。他のすべてが等しい場合、PLAの割合が高いほど生分解がより遅くなり得るが、365日以内に基準の90%の閾値を満たすことができる。例えば、最大20%または最大15%のPLA負荷量を含めることにより、200日、またはさらには180日以内に、基準の90%閾値を満たすことができるブレンドが得られる可能性がある。 One exemplary composition may include 30% to 55% carbohydrate-based polymer material, at least 10%, at least 15%, at least 20%, at least 25%, up to 90%, up to 85%, up to 80%, 10% to 80%, 20% to 70%, or 30% to 60% PBAT, up to 60%, up to 50%, up to 40%, up to 30%, up to 20%, or up to 15% PLA (e.g., 1% to 15%, or 1% to 12% PLA), and 0% to 30% (e.g., 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%) calcium carbonate or other filler. A compatibilizer may or may not be present. All else being equal, a higher percentage of PLA may biodegrade more slowly but still meet the 90% threshold of the criteria within 365 days. For example, including a PLA loading of up to 20% or up to 15% may result in a blend that can meet the standard's 90% threshold within 200 days, or even 180 days.
図2に示されるように、材料の混合物は、第1のチャンバ206、第2のチャンバ208、第3のチャンバ210、第4のチャンバ212、第5のチャンバ214、および任意選択的な第6のチャンバ216等のいくつかのチャンバを通過することができる。材料の混合物は、チャンバ206、208、210、212、214、216内で加熱することができる。場合によっては、チャンバのうちの1つの温度が別のチャンバの温度と異なり得る。例示的な例では、第1のチャンバ206は、120℃~140℃の温度まで加熱され、第2のチャンバ208は、130℃~160℃の温度まで加熱され、第3のチャンバ210は、135℃~165℃の温度まで加熱され、第4のチャンバ212は、140℃~170℃の温度まで加熱され、第5のチャンバ214は、145℃~180℃の温度まで加熱され、任意選択的な第6のチャンバ216は、145℃~180℃の温度まで加熱される。 2, the mixture of materials may pass through several chambers, such as a first chamber 206, a second chamber 208, a third chamber 210, a fourth chamber 212, a fifth chamber 214, and an optional sixth chamber 216. The mixture of materials may be heated in chambers 206, 208, 210, 212, 214, and 216. In some cases, the temperature of one of the chambers may be different from the temperature of another chamber. In an illustrative example, the first chamber 206 is heated to a temperature of 120°C to 140°C, the second chamber 208 is heated to a temperature of 130°C to 160°C, the third chamber 210 is heated to a temperature of 135°C to 165°C, the fourth chamber 212 is heated to a temperature of 140°C to 170°C, the fifth chamber 214 is heated to a temperature of 145°C to 180°C, and the optional sixth chamber 216 is heated to a temperature of 145°C to 180°C.
次いで、加熱された混合物は、ダイ218を用いて押し出され、フィルム、シート等の押出物を形成することができる。射出成形、熱成形、または他のプラスチック製造プロセスを使用して、バッグ(例、持ち帰り用バッグ)、農業用マルチ(雑草バリア)、他のフィルム、器具、プレート、カップボトル、キャップ、または蓋等の様々な物品を製造することができる。インフレーション成形では、ガスを押出物に注入して、105バール~140バールの圧力で押出物を膨張させることができる。得られたチューブ220は、ローラー222によって延伸され、典型的には0.02mm(約0.8ミル)~0.05mm(約2ミル)の厚さのフィルム224を作製することができる。本明細書に記載されるブレンドを使用して、例えば、わずか0.1ミル(0.004mm)の厚さを有する、さらに薄いフィルムを作製することができる。当然、2ミルを超える厚さも実現することができる。場合によっては、フィルム224は、単一の層から構成され得る。他の場合には、フィルム224は、複数の層から構成され得る。複数の層が存在する場合、層のうちの少なくとも1つは、炭水化物系ポリマー材料を含み得る。いくつかの実施形態において、炭水化物系ポリマー材料は、1つ以上の外層、内層、またはすべての層に存在し得る。 The heated mixture can then be extruded using a die 218 to form an extrudate, such as a film or sheet. Injection molding, thermoforming, or other plastic manufacturing processes can be used to produce a variety of articles, such as bags (e.g., take-out bags), agricultural mulch (weed barriers), other films, utensils, plates, cups, bottles, caps, or lids. In blown-film extrusion, gas can be injected into the extrudate to expand it at pressures of 105 bar to 140 bar. The resulting tube 220 can be stretched by rollers 222 to produce a film 224, typically 0.02 mm (approximately 0.8 mil) to 0.05 mm (approximately 2 mil) thick. Even thinner films, e.g., having thicknesses of only 0.1 mil (0.004 mm), can be produced using the blends described herein. Of course, thicknesses greater than 2 mils can also be achieved. In some cases, the film 224 can be composed of a single layer. In other cases, the film 224 can be composed of multiple layers. When multiple layers are present, at least one of the layers may comprise a carbohydrate-based polymer material. In some embodiments, the carbohydrate-based polymer material may be present in one or more outer layers, an inner layer, or all layers.
本明細書に記載される概念は、以下の実施例でさらに説明される。以下のいくつかの例は、365日以内に複合ブレンドの90%以上の生分解、および/またはそのポリエステル成分(PBATおよび/またはPLA)の90%以上の生分解を示す。 The concepts described herein are further illustrated in the following examples. Some of the following examples demonstrate greater than 90% biodegradation of the composite blend and/or greater than 90% biodegradation of its polyester components (PBAT and/or PLA) within 365 days.
生分解は、炭素の物質収支に従って、呼吸測定法に基づく試験で慣習的に行われているように決定することができ、それによって、ブレンドの材料(例えば、炭水化物系ポリマー材料および/またはポリエステル)中で発生する炭素原子が、生分解の結果としてのCH4および/またはCO2としてオフガス生成物中に計上される。例えば、ポリエステルまたはブレンド全体のいずれかの炭素原子の少なくとも90%が、そのような模倣された家庭での堆肥化条件において365日(または300日、または200日、または180日等)以内にCO2またはCH4のうちの少なくとも一方になり得る。NF T51-800(2015)、AS 5810(2010)、またはTUV Austria BelgiumのOK Compost Home認証スキームに合格するためには、(1)例えば、ASTM D6400等に準拠する、ブレンドに含まれるすべての成分(例えば、PBAT、PLA、およびブレンドに含まれる炭水化物系ポリマー材料)について、認証された固体重金属の「合格」評価、(2)EN13432に準拠して、365日目にサンプル中の炭素の少なくとも90%がCO2またはCH4に変換すること、(3)ISO20200等に基づく崩壊の「合格」、(4)例えば、OECDガイドライン208、ASTM D6400等に準拠する、ブレンドに含まれるすべての成分の外毒性の「合格」評価が必要である。以下の実施例に示されているサンプルは、このような要件を満たしている。 Biodegradation can be determined according to a carbon mass balance, as is customarily done in respirometry-based tests, whereby carbon atoms evolved in the materials of the blend (e.g., the carbohydrate-based polymeric material and/or the polyester) are accounted for in the off-gas products as CH4 and/or CO2 as a result of biodegradation. For example, at least 90% of the carbon atoms in either the polyester or the entire blend can become at least one of CO2 or CH4 within 365 days (or 300 days, or 200 days, or 180 days, etc.) in such simulated home composting conditions. To pass the NF T51-800 (2015), AS 5810 (2010), or TUV Austria Belgium's OK Compost Home certification scheme, a blend must meet the following requirements: (1) a certified solid heavy metals "pass" rating for all components (e.g., PBAT, PLA, and carbohydrate-based polymeric materials in the blend) in accordance with, for example, ASTM D6400; (2) conversion of at least 90% of the carbon in the sample to CO or CH at 365 days in accordance with EN 13432; (3) a "pass" rating for decay in accordance with, for example, ISO 20200; and (4) a "pass" rating for exotoxicity for all components in the blend in accordance with, for example, OECD Guideline 208, ASTM D6400, etc. The samples shown in the following examples meet these requirements.
実施例1
NuPlastiQ(登録商標)、PBAT、およびPLAのブレンドでできたフィルムを、ASTM D5338および/またはEN13432に準拠した195日間にわたる標準的な制御された堆肥化生分解試験に従って、家庭の堆肥条件を模倣することを意図した28±2℃の温度で試験した。試験したフィルムは、表2および図9でBC27130およびBC27241と表示されている。表2および図9は、195日間の試験から179日後の結果を示している。179日後、サンプルBC27130およびBC27241はそれぞれ、(セルロース対照と比較して)調整された生分解率の値である75.3%および81.8%をそれぞれ示した。具体的には、サンプルBC27130は、30%のNuPlastiQ(登録商標)および70%のPBATを含んでいた。サンプルBC27241は、35%のNuPlastiQ(登録商標)、11%のPLA、および54%のPBATを含んでいた。どちらのサンプルにも相溶化剤は存在しなかった。両方のフィルムの厚さは38~51μm(1.5~2ミル)であった。
Example 1
Films made from blends of NuPlastiQ®, PBAT, and PLA were tested according to standard controlled composting biodegradation tests over 195 days in accordance with ASTM D5338 and/or EN 13432 at a temperature of 28±2°C, intended to mimic home composting conditions. The tested films are designated BC27130 and BC27241 in Table 2 and Figure 9. Table 2 and Figure 9 show the results after 179 days of the 195-day test. After 179 days, samples BC27130 and BC27241 exhibited adjusted biodegradation values of 75.3% and 81.8%, respectively (compared to the cellulose control). Specifically, sample BC27130 contained 30% NuPlastiQ® and 70% PBAT. Sample BC27241 contained 35% NuPlastiQ®, 11% PLA, and 54% PBAT. No compatibilizer was present in either sample. Both films had thicknesses of 38-51 μm (1.5-2 mils).
100%を超えるセルロース対照の生分解率は、プライミングと呼ばれる相乗効果によって説明することができる。いずれの場合も、試験サンプルBC27130およびBC27241の絶対的な生分解は、それぞれ79.2%および86%で測定された。図9の表記は、試験の46日目に、20%の新鮮な野菜、園芸、および果物廃棄物(VGF)を再接種したことを示している。表2および図9の結果は、サンプルが365日以内に家庭の堆肥条件下で90%以上の生分解に到達する軌道上にあり、したがって家庭での堆肥化可能性の基準を満たしていることを示す。 The biodegradation rates of the cellulose controls exceeding 100% can be explained by a synergistic effect known as priming. In both cases, the absolute biodegradation of test samples BC27130 and BC27241 was measured at 79.2% and 86%, respectively. The notation in Figure 9 indicates that the samples were reinoculated with 20% fresh vegetable, horticultural, and fruit waste (VGF) on day 46 of the test. The results in Table 2 and Figure 9 indicate that the samples are on track to reach greater than 90% biodegradation under home composting conditions within 365 days, thus meeting the criteria for home compostability.
実施例2
家庭での堆肥化可能性の基準であるNF T51-800(2015)、AS 5810(2010)、またはTUV Austria BelgiumのOK Compost Home認証スキームを満たすためには、26週間以内にそのような家庭での堆肥条件下でサンプルフィルムの崩壊を示すことも必要である。図10Aは、26週間(182日)の試験にわたるサンプルBC27240/1(上記の実施例1のサンプルBC27241と同様)の崩壊の進行を示している。試験サンプルBC27240/1(62ミクロンの厚さ)をスライドフレームに入れ、堆肥接種材料と混合した。得られた混合物を、暗所にて囲温度(28±2℃)で培養した。試験は2つの複製物で行った。図10Aは、周囲温度での26週間の堆肥化中、試験材料BC27240/1の崩壊の進行を視覚的に表した写真を示している。20週間後、試験材料の小さな縁部のみがスライドフレームの大部分に残った。さらに、ほぐれたフィルムの断片を堆肥化反応器から容易に回収することができることに気づいた。微生物集団を再生させて新鮮な栄養素を供給するために、18週間の培養期間の後に、5%の新鮮なVGF廃棄物を用いてすべての反応器の再接種を行った。26週間後、依然としてスライドフレーム内にある試験材料の任意の表面に基づくと、少なくとも90%の平均崩壊率に達していた。26週間後、堆肥接種材料に試験材料のほぐれた断片は見られなかった。
Example 2
To meet the home compostability standards NF T51-800 (2015), AS 5810 (2010), or TUV Austria Belgium's OK Compost Home certification scheme, a sample film must also demonstrate disintegration under such home composting conditions within 26 weeks. Figure 10A shows the disintegration progression of sample BC27240/1 (similar to sample BC27241 in Example 1 above) over the 26-week (182-day) test. Test sample BC27240/1 (62 microns thick) was placed in a slide frame and mixed with compost inoculum. The resulting mixture was incubated in the dark at ambient temperature (28 ± 2°C). Tests were performed in two replicates. Figure 10A shows photographs visualizing the progression of disintegration of test material BC27240/1 during 26 weeks of composting at ambient temperature. After 20 weeks, only a small edge of the test material remained on most of the slide frames. Furthermore, it was noted that loose fragments of film could be easily retrieved from the composting reactors. To regenerate the microbial population and provide fresh nutrients, all reactors were reinoculated with 5% fresh VGF waste after the 18-week incubation period. After 26 weeks, an average disintegration rate of at least 90% had been reached, based on any surface of the test material still within the slide frames. After 26 weeks, no loose fragments of test material were observed in the compost inoculum.
フランスの標準規格NFT51-800プラスチック-家庭での堆肥化に好適なプラスチックの規格(2015)およびTUV AUSTRIA BelgiumのOK Compost Home認証スキームでは、材料がISO 16929(プラスチック-パイロット規模試験における規定の堆肥化条件下でのプラスチック材料の崩壊度の測定(2013)に準拠する定量試験において90%崩壊要件に合格した場合、周囲温度(20℃~30℃、例えば、28℃±2℃)でのISO 20200に基づく定性試験において、(1)26週間後、スライド内の試験材料表面の少なくとも81%が消失し、(2)試験後の堆肥中に識別可能な試験材料が残っていない場合に、材料は家庭での堆肥化に十分な崩壊を示していると規定している。 The French standard NFT 51-800 Plastics - Specification for Plastics Suitable for Home Composting (2015) and the TUV AUSTRIA Belgium OK Compost Home certification scheme state that a material has demonstrated sufficient disintegration for home composting if it passes the 90% disintegration requirement in a quantitative test conforming to ISO 16929 (Plastics - Determination of the Degree of Disintegration of Plastic Materials under Specified Composting Conditions in Pilot-Scale Tests (2013)) and, in a qualitative test conforming to ISO 20200 at ambient temperature (20°C to 30°C, e.g., 28°C ± 2°C), (1) after 26 weeks, at least 81% of the surface of the test material in the slide has disappeared, and (2) no discernible test material remains in the compost after the test.
オーストラリアの標準規格AS5810生分解性プラスチック-家庭での堆肥化に好適な生分解性プラスチック(2010)によると、スライドフレーム試験における崩壊の評価基準は、試験材料の90%がスライドフレームから崩壊し、任意の残りの残留物が、肉眼で観察した場合に500mmの堆肥中の他の材料と識別不可能であることである。 According to Australian Standard AS5810 Biodegradable Plastics - Biodegradable Plastics Suitable for Home Composting (2010), the criteria for disintegration in the slide frame test is that 90% of the test material disintegrates from the slide frame and any remaining residue is indistinguishable from other materials in the 500mm compost when observed with the naked eye.
これらの結果に基づいて、またEN 13432 堆肥化および生分解による回収可能な包装の要件-包装の最終承認のためのテストスキームと評価基準(2000)の90%崩壊要件が満たされる(100%の崩壊が達成される)と、試験した厚さのBC27240/1は、フランスの標準規格NF T51-800(2015)、OK Compost HOME適合マーク、およびオーストラリアの標準規格AS 5810(2010)に準拠する崩壊の要件を満たす。 Based on these results, and assuming the 90% disintegration requirement of EN 13432 Requirements for compostable and biodegradable recoverable packaging - Test schemes and evaluation criteria for final approval of packaging (2000) is met (100% disintegration achieved), BC27240/1 of the tested thickness meets the disintegration requirements according to French standard NF T51-800 (2015), the OK Compost HOME conformity mark, and Australian standard AS 5810 (2010).
実施例3
概要および結論
図10Bは、崩壊試験を開始する前のサンプルBC27130およびBC27251(それぞれ左および右)の写真を示している。サンプルBC27251は、41%のNuPlastiQ(登録商標)、11%のPLA、および48%のPBATを含んでいた。相溶化剤は存在しなかった。家庭での堆肥化プロセスを模倣する実験室規模の堆肥化試験において、厚さ49μmの試験品BC27130および厚さ34μmの試験品BC27251の崩壊を周囲温度(28℃)で評価した。本明細書の他の例と同様に、試験手順はISO 20200(2015)に基づいていた。試験材料BC27130およびBC27251を、0.5%の濃度で、10mm未満の成熟した堆肥と、粉砕した新鮮な野菜、園芸、および果物廃棄物(VGF)との80/20混合物に2.5cm×2.5cmの断片として加えた。試験を3回行い、17週間継続した。堆肥化試験の終了時に、堆肥をふるいにかけ、崩壊を評価した。
Example 3
Summary and Conclusions: Figure 10B shows photographs of samples BC27130 and BC27251 (left and right, respectively) before disintegration testing began. Sample BC27251 contained 41% NuPlastiQ®, 11% PLA, and 48% PBAT. No compatibilizer was present. In a laboratory-scale composting test mimicking a home composting process, the disintegration of 49 μm-thick specimens BC27130 and 34 μm-thick specimens BC27251 was evaluated at ambient temperature (28°C). As with other examples herein, the test procedure was based on ISO 20200 (2015). Test materials BC27130 and BC27251 were added at a concentration of 0.5% as 2.5 cm x 2.5 cm pieces to an 80/20 mixture of less than 10 mm mature compost and ground fresh vegetable, horticultural, and fruit waste (VGF). The test was conducted in triplicate and lasted 17 weeks. At the end of the composting test, the compost was sieved and assessed for disintegration.
BC27130(49μm)およびBC27251(34μm)の2.5cm×2.5cm断片の崩壊は非常に良好に進行した。BC27130の崩壊はBC27251よりいくらか速く進んだ。14週間の堆肥化の後、BC27130のすべての試験材料が完全に分解したように見え、2週間後、BC27251についても同じ結果が得られた。周囲温度での堆肥化試験の最後(17週間後)に、試験反応器の全内容物を、ふるい分け、選別、さらなる分離および分析に使用した。崩壊は、2mm未満へのサイズ縮小として定義される。両方の試験品について、2mmを超える画分では試験品断片は1つも回収されなかった。厚さ49μmのBC27130および厚さ34μmのBC27251について、100.0%の崩壊率が得られた。 Disintegration of 2.5 cm x 2.5 cm pieces of BC27130 (49 μm) and BC27251 (34 μm) proceeded very well. Disintegration of BC27130 proceeded somewhat faster than that of BC27251. After 14 weeks of composting, all test material for BC27130 appeared to be completely decomposed, and the same result was obtained for BC27251 after 2 weeks. At the end of the ambient temperature composting test (after 17 weeks), the entire contents of the test reactor were used for sieving, screening, further separation, and analysis. Disintegration is defined as size reduction to less than 2 mm. For both test articles, no test article fragments were recovered in the fraction greater than 2 mm. A disintegration rate of 100.0% was obtained for BC27130 at 49 μm thickness and BC27251 at 34 μm thickness.
フランスの標準規格NFT51-800プラスチック-プラスチック-家庭での堆肥化に適したプラスチックの規格(2015)、オーストラリアの標準規格AS 5810生分解性プラスチック-家庭での堆肥化に好適な生分解性プラスチック(2010)およびTUV AUSTRIA BelgiumのOK Compost HOME認証スキームISO 20200(2015)は、周囲温度(20℃~30℃)でのISO 20200(2015)に準拠する定量試験において、26週間の堆肥化後に試験材料の少なくとも90%が2mm未満のサイズまで縮小した場合に、材料は家庭での堆肥化に十分な分解を示していると規定している。 The French standard NFT 51-800 Plastics - Plastics - Specification for plastics suitable for home composting (2015), the Australian standard AS 5810 Biodegradable plastics - Biodegradable plastics suitable for home composting (2010), and TUV AUSTRIA Belgium's OK Compost HOME certification scheme ISO 20200 (2015) state that in a quantitative test according to ISO 20200 (2015) at ambient temperature (20°C-30°C), a material has demonstrated sufficient decomposition for home composting if, after 26 weeks of composting, at least 90% of the test material has shrunk to a size of less than 2 mm.
序章-目的および試験方法
厚さ49μmの試験材料BC27130および厚さ34μmの試験材料BC27251については、周囲温度で17週間の培養期間後に既に完全な崩壊が得られたため、NF T51-800(2015)、AS 5810(2010)、およびTUV AUSTRIA BelgiumのOK Compost HOME認証スキームの90%崩壊基準に容易に到達したと結論付けることができる。より厚い厚さであっても、両方の材料がこの要件に達する可能性を有する。
Introduction - Objectives and Test Methods For the 49 μm thick test material BC27130 and the 34 μm thick test material BC27251, complete disintegration was already obtained after an incubation period of 17 weeks at ambient temperature, so it can be concluded that the 90% disintegration criteria of NF T51-800 (2015), AS 5810 (2010) and the OK Compost HOME certification scheme of TUV AUSTRIA Belgium were easily reached. Even at greater thicknesses, both materials have the potential to reach this requirement.
この試験の目的は、10mm未満の成熟した堆肥と、粉砕した新鮮な野菜、園芸、および果物廃棄物(VGF)との80/20混合物において、周囲温度での材料の崩壊を評価することであった。家庭での堆肥化の間、産業用の堆肥化プロセスで得られる高温(>50℃)には通常は達しない。したがって、家庭での堆肥化を可能にする前に、材料は周囲温度で十分な崩壊を示さなければならない。 The purpose of this test was to evaluate the disintegration of materials at ambient temperatures in an 80/20 mixture of less than 10 mm mature compost and ground fresh vegetable, horticultural, and fruit waste (VGF). During home composting, the high temperatures (>50°C) achieved in industrial composting processes are not typically reached. Therefore, materials must demonstrate sufficient disintegration at ambient temperatures before home composting is possible.
各試験品を、10mm未満の成熟した堆肥と、粉砕した新鮮な野菜、園芸、および果物廃棄物(VGF)との80/20混合物と混合し、暗所にて28℃で培養した。水分含有量を定期的に確認し、必要に応じて調整する。反応器の内容物を定期的に手動で撹拌し、試験品を視覚的に監視した。崩壊が実証されるべき最大試験期間は26週間であった。 Each test article was mixed with an 80/20 mixture of less than 10 mm mature compost and ground fresh vegetable, horticultural, and fruit waste (VGF) and incubated in the dark at 28°C. Moisture content was checked periodically and adjusted as needed. The reactor contents were manually stirred periodically and the test articles were visually monitored. The maximum test period for which disintegration was to be demonstrated was 26 weeks.
試験終了時に、2mmを超える画分中の分解されていない試験材料の残留物を回収するために、2mmを超える振動ふるいによって各反応器からの堆肥をふるいにかけた。崩壊を手動選択によって非常に正確に評価した。可能であれば、物質収支を計算する。堆肥化プロセスの最後に得られた堆肥は、化学的および物理的分析等のさらなる測定に使用することができる。 At the end of the test, the compost from each reactor was sieved through a vibrating sieve larger than 2 mm to recover any undegraded test material residues in the larger than 2 mm fraction. Disintegration was assessed very accurately by manual selection. Where possible, a mass balance was calculated. The compost obtained at the end of the composting process could be used for further measurements, such as chemical and physical analyses.
試験手順は、ISO 20200プラスチック-実験室規模の模擬堆肥化条件下でのプラスチック材料の崩壊度の測定に基づいており、ISO20200(2015)と比較して以下の逸脱を伴う。 The test procedure is based on ISO 20200 Plastics - Determination of the degree of disintegration of plastic materials under laboratory-scale simulated composting conditions, with the following deviations compared to ISO 20200 (2015):
・家庭での堆肥化条件を模倣するための、28℃±2℃での培養。
・反応器当たり1kgの合成固形廃棄物の代わりに、反応器当たり10mm未満の成熟堆肥とVGFの2kgの混合物を使用する。
- Incubation at 28°C ± 2°C to mimic home composting conditions.
• Instead of 1 kg of synthetic solid waste per reactor, use 2 kg of a mixture of less than 10 mm mature compost and VGF per reactor.
・ISO 20200(2015)で規定されている監視プロセスの代わりに、週1回、崩壊を視覚的に監視し、水分状態を評価し、必要に応じて調整する。
この試験は、以下の場合に有効とみなされる(好熱性および中温性の培養期間で実施した場合)。
Instead of the monitoring process specified in ISO 20200 (2015), visually monitor disintegration once a week, assess moisture status and adjust as necessary.
The test is considered valid (when performed with thermophilic and mesophilic incubation periods) if:
・3つの複製物の崩壊度に10%を超える差がない。
試験品
試験品1
・名称:BC27130
・説明:プラスチックフィルム(図10B)
・色:オフホワイト
・厚さ:49μm±2μm
・総固形分(TS):94.4%
・揮発性固形分(VS):TSに対して99.1%
・サンプルの調製:2.5cm×2.5cm断片に切断
試験品2
・名称:BC27251
・説明:プラスチックフィルム(図10B)
・色:オフホワイト
・厚さ:34μm±2μm
・総固形分(TS):90.9%
・揮発性固形分(VS):TSに対して99.0%
・サンプルの調製:2.5cm×2.5cm断片に切断
分析方法
乾燥物質または全固形分
乾燥物質は、‘M_009に記載されるように、105℃で少なくとも14時間乾燥し、計量することによって測定される。水分含有量の測定。乾燥物質は湿重量のパーセントで示される。
The degree of decay of the three replicates does not differ by more than 10%.
Test item Test item 1
・Name: BC27130
Explanation: Plastic film (Fig. 10B)
- Color: Off-white - Thickness: 49 μm ± 2 μm
Total solids (TS): 94.4%
Volatile solids (VS): 99.1% based on TS
Sample preparation: Cut into 2.5cm x 2.5cm pieces Test piece 2
・Name: BC27251
Explanation: Plastic film (Fig. 10B)
- Color: Off-white - Thickness: 34 μm ± 2 μm
Total solids (TS): 90.9%
Volatile solids (VS): 99.0% based on TS
Sample preparation: cut into 2.5cm x 2.5cm pieces Analytical methods Dry matter or total solids Dry matter is determined by drying at 105°C for at least 14 hours and weighing as described in 'M_009. Moisture content determination Dry matter is expressed as a percentage of wet weight.
pH
‘M_006に記載されるように、標準緩衝液(pH=4.00、pH=7.00、およびpH=10.00)で較正した後、pHメーターでpHを測定する。pHおよび導電性の測定。‘M_012に記載されるように、電極を挿入する前に、サンプルを蒸留水で5対1の比率で希釈し(脱塩水5部対サンプル1部)、十分に混合する。抽出物および溶液の調製。
pH
Measure the pH with a pH meter after calibration with standard buffers (pH=4.00, pH=7.00, and pH=10.00) as described in 'M_006. pH and conductivity measurements. Dilute the sample with distilled water in a 5 to 1 ratio (5 parts demineralized water to 1 part sample) and mix thoroughly before inserting the electrode as described in 'M_012. Preparation of extracts and solutions.
厚さ(プラスチック)
23℃で24時間の順化期間の後、試験品上の10ヶ所を測定する。測定は、ISO 4593プラスチック-フィルムおよびシート-機械的走査による厚さの測定に従って、ユニバーサルなベンチマイクロメーター(精度0.1μm)で実行する。
Thickness (plastic)
After an acclimatization period of 24 hours at 23° C., 10 points on the specimen are measured. The measurements are carried out with a universal bench micrometer (accuracy 0.1 μm) in accordance with ISO 4593 Plastics - Films and sheets - Measurement of thickness by mechanical scanning.
全窒素(N)
この分析は、‘M_039で説明されているように行われる。全有機炭素および全窒素の測定-全炭素、全窒素、無機炭素の燃焼による方法。サンプルを950℃~1200℃で燃焼させ、制御された余分な量の酸素を短時間加えることにより、窒素成分が酸化して窒素酸化物(NOx)になる。CuO触媒および銅還元剤の存在下で、窒素酸化物をN2に変換する。形成されたN2を、熱伝導度型検出器(TCD)によって測定する。結果は、総固形分1kg当たりのgで示される。
Total nitrogen (N)
The analysis is performed as described in 'M_039. Total Organic Carbon and Total Nitrogen Determination - Total Carbon, Total Nitrogen, Inorganic Carbon Combustion Method. The sample is combusted at 950-1200°C and nitrogen components are oxidized to nitrogen oxides (NOx) by briefly adding a controlled amount of extra oxygen. In the presence of a CuO catalyst and copper reductant, the nitrogen oxides are converted to N2 . The N2 formed is measured by a thermal conductivity detector (TCD). Results are given in g/kg of total solids.
揮発性固形分-灰分
‘M_010に記載されるように、乾燥したサンプルを550℃で少なくとも4時間加熱し、計量することによって、揮発性固形分および灰分の含有量を測定する。有機物および炭素含有量の測定。結果は乾燥物質のパーセントで示される。
Volatile Solids - Ash Determine the volatile solids and ash content by heating a dried sample at 550°C for at least 4 hours and weighing as described in 'M_010. Determination of organic matter and carbon content. Results are given as percent of dry matter.
重量測定
試験中、2種類の天秤が使用される。乾燥物質および揮発性物質の測定のための内部較正(最大200g;d=0.1mg)を備えたザルトリウスAC 210S。ザルトリウスCPA12001 S(最大12100g、d=0.1g)は、試験品および接種材料の異なる成分の計量に使用される。
Weight measurements Two types of balances are used during the test: a Sartorius AC 210S with internal calibration (max. 200 g; d = 0.1 mg) for the measurement of dry matter and volatile substances, and a Sartorius CPA 12001 S (max. 12100 g, d = 0.1 g) used to weigh the different components of the test article and inoculum.
結果
試験品の厚さ
BC27130およびBC27251の厚さ測定の結果を表3に示す。
Results Thickness of Test Pieces The results of the thickness measurements of BC27130 and BC27251 are shown in Table 3.
各試験品について、崩壊の定量的評価のために、30cm×20cm×13cm(長さ、幅、高さ)の寸法の3つの反応器を始動させた。反応器には、16週経過した10mm未満の成熟堆肥と、粉砕した新鮮な野菜、園芸、および果物廃棄物(VGF)との80/20混合物、ならびにBC27130またはBC27251の0.5%の2.5cm×2.5cm断片が含まれていた。試験品の崩壊の決定および定量的評価には、0.5%の試験品濃度を使用いた。定量試験の試験設定の詳細を表4に示す。 For each test article, three reactors measuring 30 cm x 20 cm x 13 cm (length, width, height) were set up for quantitative assessment of disintegration. The reactors contained an 80/20 mixture of 16-week-old, <10 mm mature compost and ground fresh vegetable, horticultural, and fruit waste (VGF), as well as 0.5% 2.5 cm x 2.5 cm pieces of BC27130 or BC27251. A 0.5% test article concentration was used for the determination and quantitative assessment of test article disintegration. Details of the test setup for the quantitative tests are shown in Table 4.
バイオ廃棄物の分析
接種材料の特性を表5に示す。接種材料は、堆肥化に最適な水分含有量(56.7%)を特徴とし、C/N比9が十分な窒素レベルを保証する。通常のpHである7.0が測定された。
Biowaste analysis The characteristics of the inoculum are shown in Table 5. The inoculum is characterized by an optimal moisture content for composting (56.7%), with a C/N ratio of 9 ensuring sufficient nitrogen levels. A normal pH of 7.0 was measured.
視覚
堆肥化プロセス中、反応器の内容物を毎週混合し、必要に応じて、最適な水分条件を確保するために水を追加した。試験中、試験材料の崩壊を慎重に調べた。
Visual During the composting process, the reactor contents were mixed weekly and water was added as needed to ensure optimal moisture conditions. During the test, the test material was carefully inspected for disintegration.
厚さ49μmのBC27130と厚さ34μmのBC27251の2.5cm×2.5cm破片の崩壊は、両方とも良好に進行した。図10Cおよび図10Dは、周囲温度での堆肥化の開始時と4週間の培養期間後の、それぞれ、BC27130およびBC27251の2.5cm×2.5cm断片の視覚的比較を示す。4週間後、両方の試験材料に小さな穴が観察された。BC27251(試験材料の約25%)と比較した場合、BC27130(試験材料の約80%)の小さな穴の量が著しくより多かった。4週間後(すなわち、8週目に)、BC27130が崩れ始め、結果として得られた断片の平均サイズは約1.5cm×1.5cmであり(図10E)、図10Fは、8週目のBC27251で得られた断片を示す。また、両方の試験材料の色が褐色になっていることにも気づいた。崩壊が進行し、12週間の堆肥化後、BC27130のわずか数個の断片を堆肥化反応器から回収することができ(図10G)、BC27251も崩れて小さな断片になった(図10H)。次の数週間中に、残りの断片の量およびサイズがさらに減少した。14週間の堆肥化後、堆肥化反応器内にBC27130の断片は1つも見つけることができず(図10I)、2週間後(16週間目に)、BC27251も完全に分解した(図10J)。 Disintegration of 2.5 cm x 2.5 cm fragments of both 49 μm-thick BC27130 and 34 μm-thick BC27251 proceeded well. Figures 10C and 10D show a visual comparison of 2.5 cm x 2.5 cm fragments of BC27130 and BC27251, respectively, at the beginning of composting at ambient temperature and after a 4-week incubation period. After 4 weeks, small holes were observed in both test materials. The amount of small holes was significantly greater in BC27130 (approximately 80% of the test material) compared to BC27251 (approximately 25% of the test material). After 4 weeks (i.e., at week 8), BC27130 began to disintegrate, with the average size of the resulting fragments being approximately 1.5 cm x 1.5 cm (Figure 10E). Figure 10F shows the fragments obtained with BC27251 at week 8. We also noticed that both test materials had turned brown in color. As degradation progressed, after 12 weeks of composting, only a few fragments of BC27130 could be recovered from the composting reactor (Figure 10G), and BC27251 had also broken down into smaller fragments (Figure 10H). Over the next few weeks, the amount and size of the remaining fragments further decreased. After 14 weeks of composting, no fragments of BC27130 could be found in the composting reactor (Figure 10I), and after two weeks (16 weeks), BC27251 had also completely degraded (Figure 10J).
ふるい分け-崩壊
試験終了時(17週間後)に、反応器の内容物を乾燥させた。乾燥プロセス中に、堆肥の塊を穏やかに破壊した。一定の質量に達したときに乾燥プロセスを終了した。各反応器からの堆肥は、2mmを超える画分中の分解されていない試験材料の残留物を回収するために、2mmを超える振動ふるいによって各反応器からの堆肥をふるいにかけた。表6から、両方の試験品について、すべての複製物において2mmを超える画分中に試験材料が残っていないことが分かる。ISO 20200(2015)の有効性要件が満たされた。
Sieving - Disintegration At the end of the test (after 17 weeks), the reactor contents were dried. During the drying process, compost clumps were gently broken down. The drying process was terminated when a constant mass was reached. The compost from each reactor was sieved through a vibrating sieve larger than 2 mm to recover any residual undecomposed test material in the fraction larger than 2 mm. Table 6 shows that for both test articles, no test material remained in the fraction larger than 2 mm in all replicates. The validity requirements of ISO 20200 (2015) were met.
フランスの標準規格NFT51-800プラスチック-家庭での堆肥化に好適なプラスチックの規格(2015)、オーストラリアの標準規格AS 5810生分解性プラスチック-家庭での堆肥化に適した生分解性プラスチック(2010)およびTUV AUSTRIA BelgiumのOK Compost HOME認証スキームISO 20200(2015)は、周囲温度(20℃~30℃)でのISO 20200(2015)に準拠する定量試験において、26週間の堆肥化後に試験材料の少なくとも90%が2mm未満のサイズに縮小した場合に、材料は家庭での堆肥化に十分な分解を示していると規定している。 The French standard NFT 51-800 Plastics - Specification for Plastics Suitable for Home Composting (2015), the Australian standard AS 5810 Biodegradable Plastics - Biodegradable Plastics Suitable for Home Composting (2010), and TUV AUSTRIA Belgium's OK Compost HOME certification scheme ISO 20200 (2015) state that in a quantitative test according to ISO 20200 (2015) at ambient temperature (20°C-30°C), a material has demonstrated sufficient decomposition for home composting if, after 26 weeks of composting, at least 90% of the test material has reduced in size to less than 2 mm.
試験材料BC27130およびBC27251については、26週の前に完全な崩壊が得られたため、NF T51-800(2015)、AS 5810(2010)、およびTUV AUSTRIA BelgiumのOK Compost HOME認証スキームの90%崩壊基準に容易に到達したと結論付けることができる。 For test materials BC27130 and BC27251, complete disintegration was achieved before 26 weeks, and therefore it can be concluded that the 90% disintegration criteria of NF T51-800 (2015), AS 5810 (2010), and the OK Compost HOME certification scheme of TUV AUSTRIA Belgium were easily reached.
試験材料BC27130、BC27251は、崩壊の要件に関してOK Compost HOME認証の対象となる。
化学分析
表7は、試験終了時の化学分析の結果を示す。同等の揮発性固形分を異なる複製物について測定したところ、通常のpH値が得られた。異なる複製物のC/N比は8であった。
The test materials BC27130, BC27251 are subject to OK Compost HOME certification regarding disintegration requirements.
Chemical Analysis Table 7 shows the results of the chemical analysis at the end of the test. Equivalent volatile solids were measured for the different replicates, giving normal pH values. The C/N ratio of the different replicates was 8.
ブレンドの主成分または重要な成分として主にPBATの文脈で記載されているが、例えば、PBATの代わりに、代替的または追加的に使用され得る他のポリエステル系ポリマー材料があり得ることが理解されよう。例えば、比較的低い剛直性(弾性率)を有する他のポリエステル系ポリマー材料には、PCLおよびPBSが含まれるが、これらに限定されない。そのような材料が同様に低い剛直性、高い可撓性、および/または高い靭性(および低い強度)を有し得る場合、それらは、剛性を高めるためにPLAまたは同様に剛性のあるポリエステルとブレンドすることから同様に利益を得ることができ、NuPlastiQ(登録商標)のような炭水化物系ポリマー材料もブレンドに含まれる場合、ブレンド全体が家庭での堆肥化可能性の要件を満たしていることが保証される。一実施形態において、本発明のブレンドは、第1の弾性率を有する第1のポリエステルプラスチック材料(例えば、PBAT)と、第2のポリエステル(例えば、PLAを含む)とを含み、第1のポリエステルプラスチック材料は、第2のポリエステル(PLA等)より低い(および/またはより高い可撓性)を有する。ブレンドには、炭水化物系ポリマー材料も含まれる。 While described primarily in the context of PBAT as the primary or key component of the blend, it is understood that other polyester-based polymer materials may be used, for example, instead of or in addition to PBAT. For example, other polyester-based polymer materials with relatively low stiffness (modulus) include, but are not limited to, PCL and PBS. Where such materials may have similarly low stiffness, high flexibility, and/or high toughness (and low strength), they may similarly benefit from blending with PLA or a similarly stiff polyester to increase stiffness, and, if a carbohydrate-based polymer material such as NuPlastiQ® is also included in the blend, ensure that the overall blend meets home compostability requirements. In one embodiment, the blend of the present invention includes a first polyester plastic material (e.g., PBAT) having a first modulus of elasticity and a second polyester (e.g., including PLA), where the first polyester plastic material has a lower modulus (and/or higher flexibility) than the second polyester (e.g., PLA). The blend also includes a carbohydrate-based polymer material.
同様に、剛性を高めるためにブレンドに添加される成分として主にPLAの文脈で説明されているが、例えば、PLAの代わりに、代替的または追加的に使用され得る他のポリエステル系ポリマー材料があり得ることが理解されよう。例えば、PHAはPLAと同様に高い剛性を有してもよく、PBAT、PBS、またはPCL(これらはすべて、通常、低い剛性を含む)の剛性を高めるために使用することができる。例として、PLAは、典型的には、約3.5~4.0GPaの弾性率を有し得る。PHAは、典型的には、約3~3.5Gpaの弾性率を有し得る。これらの材料は両方とも、比較的低い破断時の伸び値を示し得る(例えば、それぞれについて約200%以下、PHAは典型的には100%以下)。PBAT、PBS、およびPCLは、典型的には、はるかに高い破断時の伸び値(例えば、約500~約800%)を示すが、弾性率は比較的低い(例えば、1GPa未満、多くの場合0.5GPa未満)。したがって、本発明は、炭水化物系ポリマー材料と組み合わせて、高い破断時の伸びを示す低剛直性(すなわち、低弾性率)材料(例えば、PBAT、PCL、PBS等)のうちの1つと、高剛直性(高弾性率)および低い破断時の伸びを示すポリエステル材料のうちの1つとをブレンドすることを企図し、そうすることでブレンド全体が家庭での堆肥化可能性条件を満たすことができる。 Similarly, while primarily described in the context of PLA as a component added to a blend to enhance stiffness, it will be understood that other polyester-based polymer materials may alternatively or additionally be used in place of, for example, PLA. For example, PHA may have a high stiffness similar to PLA and may be used to enhance the stiffness of PBAT, PBS, or PCL (all of which typically include low stiffness). By way of example, PLA may typically have a modulus of elasticity of about 3.5-4.0 GPa. PHA may typically have a modulus of elasticity of about 3-3.5 GPa. Both of these materials may exhibit relatively low elongation-to-break values (e.g., about 200% or less for each, with PHA typically 100% or less). PBAT, PBS, and PCL typically exhibit much higher elongation-to-break values (e.g., about 500-800%), but have relatively low moduli (e.g., less than 1 GPa, often less than 0.5 GPa). Therefore, the present invention contemplates blending one of a low stiffness (i.e., low modulus) material exhibiting high elongation at break (e.g., PBAT, PCL, PBS, etc.) with one of a polyester material exhibiting high stiffness (high modulus) and low elongation at break in combination with a carbohydrate-based polymer material, such that the overall blend meets home compostability requirements.
本明細書に開示される本発明の特徴の実施形態は、本発明の特徴の原理の例示であることが理解されるべきである。用いられ得る他の変形例は、本発明の特徴の範囲内である。したがって、限定ではないが例として、本発明の特徴の代替構成は、本明細書の教示に従って、例えば、少なくとも上記の段落に記載されているように利用することができる。 It should be understood that the embodiments of the inventive features disclosed herein are illustrative of the principles of the inventive features. Other variations that may be employed are within the scope of the inventive features. Thus, by way of example, but not limitation, alternative configurations of the inventive features may be utilized in accordance with the teachings herein, for example, at least as described in the preceding paragraphs.
Claims (22)
ポリブチレンアジペートテレフタレート(PBAT)を含む第1の弾性率を有する第1のポリエステルプラスチック材料と、
ポリ乳酸(PLA)を含む第2のポリエステルプラスチック材料と、
デンプンおよび可塑剤を化学的、機械的、または物理的に変更させることによって形成された炭水化物系ポリマー材料と
のブレンドを含み、
前記可塑剤は、グリセリンおよびソルビトールのうちから選択され、
前記第1のポリエステルプラスチック材料が、前記PLAの弾性率よりも低い弾性率を有し、
前記PLAが前記ブレンドに前記第1のポリエステルプラスチック材料単独よりも高い弾性率を達成させるものであり、
前記炭水化物系ポリマー材料は、(1)20%未満の結晶化度を有し、かつ再結晶化に抵抗性であり、(2)2重量%以下の水分含有量を有し、かつ(3)前記第1のポリエステルプラスチック材料および前記第2のポリエステルプラスチック材料と混合されても、その混合物において海島構造を示さないものであり、
前記ポリエステル含有プラスチック材料の少なくとも90重量%が、28℃で365日以内に家庭で堆肥化可能である、ポリエステル含有プラスチック材料。 A polyester-containing plastic material, the polyester-containing plastic material comprising:
a first polyester plastic material having a first modulus comprising polybutylene adipate terephthalate (PBAT) ;
a second polyester plastic material comprising polylactic acid (PLA);
a blend of a carbohydrate-based polymeric material formed by chemically , mechanically, or physically modifying starch and a plasticizer ;
the plasticizer is selected from glycerin and sorbitol;
the first polyester plastic material has a modulus of elasticity lower than the modulus of elasticity of the PLA;
the PLA allows the blend to achieve a higher modulus than the first polyester plastic material alone;
The carbohydrate-based polymer material (1 ) has a crystallinity of less than 20% and is resistant to recrystallization; ( 2 ) has a moisture content of 2% by weight or less; and ( 3 ) does not exhibit an islands-in-a-sea structure when blended with the first polyester plastic material and the second polyester plastic material ;
A polyester-containing plastic material, wherein at least 90% by weight of said polyester-containing plastic material is home compostable at 28°C within 365 days.
前記可塑剤は、グリセリンおよびソルビトールのうちから選択され、
前記PBATは前記ブレンドの少なくとも30重量%の量であり、
前記PLAは前記ブレンドの最大20重量%の量であり、
前記炭水化物系ポリマー材料は前記ブレンドの10重量%~60重量%を占め、
前記炭水化物系ポリマー材料は、(1)20%未満の結晶化度を有し、かつ再結晶化に抵抗性であり、(2)2重量%以下の水分含有量を有し、かつ(3)前記PBATおよび前記PLAと混合されても、その混合物において海島構造を示さないものであり、
前記ポリエステル含有プラスチック材料の少なくとも90重量%が、EN13432の下で、28℃±2℃で365日以内に家庭で堆肥化可能である、ポリエステル含有プラスチック材料。 A polyester-containing plastic material comprising a blend of polybutylene adipate terephthalate (PBAT), polylactic acid (PLA), and a carbohydrate-based polymeric material formed by chemically , mechanically, or physically modifying starch and a plasticizer;
the plasticizer is selected from glycerin and sorbitol;
the PBAT is present in an amount of at least 30% by weight of the blend;
the PLA is in an amount of up to 20% by weight of the blend;
the carbohydrate-based polymeric material comprises 10% to 60% by weight of the blend;
The carbohydrate-based polymer material (1 ) has a crystallinity of less than 20% and is resistant to recrystallization; ( 2 ) has a moisture content of 2% by weight or less; and ( 3 ) does not exhibit an islands-in-a-sea structure when blended with the PBAT and the PLA ;
1. A polyester-containing plastic material, wherein at least 90% by weight of said polyester-containing plastic material is home compostable under EN 13432 at 28°C ± 2°C within 365 days.
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