KR100306221B1 - 서방성키토산미세캡슐의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서방성 키토산 미세캡슐의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 적절한 방출속도로 장기간 유출시킬 수 있는 미세캡슐을 제조하되, 캡슐재료로서 생분해성 고분자인 키토산을 사용하고, 키토산 고분자와 빠르고 효과적으로 가교반응을 일으킬 수 있는 황산과 글루탈알데히드의 이중 가교제를 사용한 새로운 유화계면반응법에 의해 형성된 미세입자표면에서 고분자와 이중 가교제간에 빠르고 효과적인 가교반응에 의해 방출시간동안 캡슐의 안정성을 유지할 수 있고, 방출 완료후 캡슐재료인 고분자막이 자연분해될 수 있는 불용성의 고분자막을 형성함으로써 수 ㎛ 미만 크기의 미세캡슐의 형성을 용이하게 하며 장시간의 방출시간동안에도 안정성을 유지할 수 있는 서방성 키토산 미세캡슐의 제조방법에 관한 것이다.

Description

서방성 키토산 미세캡슐의 제조방법

본 발명은 서방성 키토산 미세캡슐의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 적절한 방출속도로 장기간 유출시킬 수 있는 미세캡슐을 제조하되, 캡슐재료로서 생분해성 고분자인 키토산을 사용하고, 키토산 고분자와 빠르고 효과적으로 가교반응을 일으킬 수 있는 황산과 글루탈알데히드의 이중 가교제를 사용한 새로운 유화계면반응법에 의해 형성된 미세입자표면에서 고분자와 이중 가교제간에 빠르고 효과적인 가교반응에 의해 방출시간동안 캡슐의 안정성을 유지할 수 있고, 방출 완료후 캡슐재료인 고분자막이 자연분해될 수 있는 불용성의 고분자막을 형성함으로써 수 ㎛ 미만 크기의 미세캡슐의 형성을 용이하게 하며 장시간의 방출시간동안에도 안정성을 유지할 수 있는 서방성 키토산 미세캡슐의 제조방법에 관한 것이다.

1960년대부터 최소량의 농약으로 최대의 약리 효과를 얻기 위하여 적절한 속도로 농약을 방출시켜 방제에 유효한 농약 농도를 유지시키는 새로운 형태의 제한방출시스템들이 연구되기 시작하였다. 이러한 제한방출시스템 연구는 기존의 농약 살포 형태가 용해 흡수 과정과 전달과정의 특이성을 부여하지 못함으로 인해 오는 여러 가지 문제점들, 즉 직접 살포함으로써 인체접촉으로 인한 중독 위험성, 필요 이상의 과량 농약살포로 인한 농약 낭비는 물론이고 환경오염 및 토양의 산성화를 초래하는 등의 문제점들을 해결하는데 초점을 두고 있다.

이러한 제한방출시스템들 중에서도 미세캡슐은 여러 분야에서 다양한 활용도를 갖는 가장 유용한 시스템이다. 특히, 의약, 식품, 농약분야에서는 미세캡슐에 대한 응용이 급속도로 증가하고 있다.

미세캡슐은 내용물을 막으로 감싼 일종의 작은 용기인데 여기서 막은 주로 합성고분자 또는 천연고분자들로 이루어졌으며, 내용물의 방출을 제어하는 역할을 한다. 미세캡슐에서 내용물의 방출속도는 주로 캡슐막의 화학적 구조, 두께, 미세캡슐의 크기에 의해서 결정된다.

미세캡슐 제조공정은 크게 물리적 코팅, 상분리법, 계면중합법으로 나누어진다. 물리적 코팅이나 상분리법은 기존의 고분자를 사용하여 내용물을 캡슐화하는 공정이며, 계면중합법은 내용물을 섞이지 않는 매체상에 분산시키거나 또는 유화시킨 후 분산상 표면에서 단량체들간에 계면중합이 일어나 막을 형성함으로써 미세캡슐을 제조한다. 계면중합법과 유사한 계면반응법[J. Appl. Polym. Sci., 59 (1996) 1795∼1801]에 의해서도 캡슐을 제조할 수 있는 바, 내용물을 포함하고 있는 고분자 용액을 고분자와 반응성이 있는 가교제를 포함하고 있는 매체속에 입자형태로 투입시키면 입자표면에서 고분자와 가교제간의 빠른 가교반응이 일어나 불용성 막이 형성되면서 안정한 캡슐이 제조된다.

일반적으로 수분 존재 하에서 친수성 고분자는 수분흡수로 인한 팽윤거동 때문에 그 구조가 느슨해지므로 이를 캡슐막 재료로 이용하게 되면 내용물의 방출을 용이하게 해주며, 또한 이때의 내용물 방출속도는 캡슐막의 가교밀도에 의해서 조절이 가능하기 때문에 농약에 사용될 수 있는 캡슐막 재료로서는 친수성 고분자가 적합하다. 캡슐재료로서의 적합한 수용성 고분자로는 폴리비닐알콜[J. Appl. Polym. Sci., 60 (1996) 9∼20], 폴리아크릴산[J. Appl. Polym. Sci., 41 (1990) 2133∼2145], 알긴산나트륨[J. Appl. Polym. Sci., 43 (1991) 2123∼2135], 키토산[J. Appl. Polym. Sci., 51 (1994) 1427∼1432] 등이 공지되어 있다.

캡슐로부터 내용물이 다 방출된 후에도 캡슐재료가 분해되지 않고 잔존하고 있으면 이 또한 오염원이 될 수 있다. 상기한 공지의 수용성 고분자 중에서도 키토산은 양이온성 고분자로서 생분해성이 비교적 좋은 재료이다. 최근에 키토산이 땅의 지력을 높여주며 또한 생물성장에 매우 긍정적인 효과를 끼치는 것으로 알려졌다.

키토산을 재료로한 주된 미세캡슐의 제조는 일종의 계면반응법으로서 키토산만 사용하기보다는 음이온성 고분자로서 내용물인 목표물질이 포함된 알긴산나트륨 수용액을 일정크기의 구형태로 키토산 수용액속으로 떨어뜨리면 계면에서 음이온 고분자와 양이온 고분자간의 이온 콤플렉스 반응이 일어나 불용성막이 표면에 형성됨으로써 캡슐이 제조된다. 그러나, 이러한 계면중합법에 의해 제조된 캡슐의 크기는 수십 내지 수백 ㎛으로 비교적 커서 이를 농약분야에 활용하게 되면 식물표면에 대한 부착력이 감소하게 되므로 결국은 캡슐의 손실의 많아지게 된다. 또한, 키토산이 앞에서 서술한 바와 같이 농약을 위한 캡슐재료로써 장점들을 갖고 있음에도 불구하고 키토산으로만 이루어진 미세캡슐의 제조가 용이하지 않아 그 활용도가 낮은 편이다. 그러므로 미세크기의 키토산 캡슐제조의 필요성이 요구된다.

이에 본 발명에서는 키토산을 재료로하여 수 ㎛ 미만의 크기를 갖는 미세캡슐을 제조하기 위해서 연구 노력하였고, 그 결과 키토산과의 가교반응이 빠르고 효과적으로 이루어질 수 있는 황산과 글루탈알데히드의 이중 가교제 시스템을 확립하였고, 또한 기존의 계면중합법과 계면반응법의 특성들을 결합한 소위 새로운 유화 계면반응법을 확립하였으며, 이 방법을 사용하여 캡슐재료로 사용하는 생분해성 고분자인 키토산 용액과 확립된 이중 가교제 용액을 각각 미세입자 형태로 에멀젼화하여 비교적 유동성이 작은 고분자 용액 입자표면에서 계면반응이 빠르고 효과적으로 일어나 안정한 불용성 막이 용이하게 형성됨을 알게됨으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 안정화된 미세한 크기의 생분해성 및 서방성 캡슐의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 생분해성 키토산 막을 갖는 미세캡슐의 제조방법에 있어서,

(a) 키토산 0.3 ∼ 10 중량%와 초산 0.1 ∼ 2 중량%가 함유된 고분자 수용액을 유화액에 투입하여 에멀젼 1을 제조하고;

(b) 황산 0.5 ∼ 10 부피%와 25% 글루탈알데히드 수용액 1 ∼ 50 부피%가 함유된 가교제 수용액을 유화액에 투입하여 에멀젼 2를 제조하고; 그리고

(c) 상기한 에멀젼 1과 에멀젼 2을 동량비로 고속 교반하에서 혼합하여 키토산 고분자와 가교제간의 유화계면반응에 의하여 미세캡슐을 형성시키는 과정으로 구성되는 서방성 키토산 미세캡슐의 제조방법을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 생분해성 고분자인 키토산을 사용하여 수용성의 내용물을을 미세캡슐화를 하는 방법에 관한 것으로서, 기존의 계면중합법과 계면반응법의 특성들을 결합한 새로운 유화계면반응법을 사용하여 캡슐재료로 사용하는 생분해성 고분자인 키토산 용액과 확립된 이중 가교제 용액을 유화제 도움으로 고속 교반하에서 매체속에 미세한 크기의 용액 입자형태로 분산시켜 에멀젼을 각각 형성한 후, 고속교반하에 이들 혼합시 미세 용액입자간에 접촉에 의해 미세 가교제 입자보다는 유동성이 더 작은 미세 고분자 입자의 표면에서 빠르고 효과적인 계면반응이 일어나 안정한 불용성 막이 용이하게 형성됨으로써 이로 인하여 형성된 입자들이 안정화되어 미세한 크기의 생분해성 캡슐을 제조하도록 하고 있다.

즉, 본 발명에서는 내용물과 내용물을 둘러싸게 되는 캡슐의 재료인 키토산 고분자 수용액을 비용매 매체속에서 높은 교반속도하에서 미세입자로 분산시킨 다음, 이를 유화제 도움으로 안정화시킨 후, 입자표면에서 가교제와의 계면반응에 의해 불용성의 고분자막을 형성시킴으로써 내용물이 이 고분자막에 의해 감싸지는 형태의 미세 캡슐 제조를 그 특징으로 한다.

고분자 입자표면에서 가교반응을 시키는 목적은 불용성 막이 형성됨에 따라 고분자막 형태로 상분리가 일어나 캡슐화가 이루어지기 위함이며 또한 내용물이 장기간 방출시간동안 캡슐형태의 안정성 유지를 위함이다. 캡슐화를 위해 요구되는 가교반응의 조건들은 우선 ①가교반응이 빨라야하며, ②수용액 하에서 가교반응이 일어나야 한다는 것이다. 이러한 요건을 충족시키는 키토산 고분자의 가교반응제로서 글루탈알데히드[J. Membr. Sci., 109 (1996) 257∼265; J. Membr. Sci., 88 (1994) 243]와 황산[J. Appl. Polym. Sci., 37 (1989) 3385∼3398]이 각각 공지되어 있다. 그러나, 키토산과 글루탈알데히드간의 반응은 비교적 빠른 편이긴 하지만 캡슐을 형성하기에는 충분히 빠르지 않아 제조된 캡슐형태가 완전한 구형보다는 찌그러진 형태 혹은 캡슐간에 달라붙는 형태로 존재할 수 있으나 반응 결합은 화학적 공유결합으로써 안정적인 캡슐막을 형성할 수 있다. 반면에 키토산과 황산과의 반응은 이온결합에 의해 이루어지므로 매우 빠르나 수용액 상태에서 반응이 이루어지고 또한 이온성 결합이므로 이루어진 막 구조는 매우 느슨하며 또한 pH에 민감하여 안정한 캡슐막을 얻기 힘들다. 따라서, 본 발명에서는 상기한 두 가교제를 함께 사용하여 각각의 단점을 보완하여 빠른 가교반응과 안정한 가교 결합을 얻을 수 있는 이중 가교제 시스템을 확립하였다.

본 발명에 따르면 유화계면반응법은 다음과 같은 공정으로 구성된다: (a)키토산 고분자를 포함하는 에멀젼 1의 제조공정, (b)가교제를 포함하는 에멀젼 2의 제조공정, (c)상기 두 가지 에멀젼을 혼합하여 미세캡슐을 형성하는 공정, 그리고 (d)제조된 미세캡슐을 세척 및 건조하는 공정.

또한, 키토산 고분자에 의해 둘러싸이는 내용물은 의약, 농약 및 식품분야를 막론하고 서방성이 요구되는 수용성 물질이라면 모두 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 제조방법을 설명함에 있어서는 내용물으로 물을 캡슐화하는 캡슐공정을 중심으로 설명하고 있으나 실제 적용시에는 물을 대신하여 수용성 물질로 대체가 가능하다.

본 발명에 따른 서방성 미세캡슐의 제조방법에서는 우선, 캡슐 재료인 키토산을 물과 섞어 수용액 상태로 만든 후, 유기용제속에 유화제 도움으로 입자상태로 분산시켜 에멀젼 1을 제조하며 또한 황산과 글루탈알데히드를 물과 함께 섞어 수용액을 만든 후, 에멀젼 1 제조시 사용한 같은 방법으로 동일한 유기용제와 유화제를 사용하여 에멀젼 2를 제조한다. 이때의 각 에멀젼의 입자크기는 유화제 농도, 각 수용액의 고분자 또는 가교제 농도, 유기용매 종류, 교반속도 등에 따라 결정이 된다. 교반에 의해 각 입자 형성이 정상상태에 도달한 후, 교반하에서 에멀젼 1에 에멀젼 2를 투입하면 유동성이 큰 가교제 수용액 입자보다는 유동성이 작은 고분자 수용액 입자 표면에서 고분자와 가교제가 접촉에 의해 가교반응이 일어남과 동시에 입자 내부에 있는 고분자가 표면으로 이동하여 가교반응이 계속 일어나고 따라서 상분리가 일어나 일정 두께의 가교구조의 불용성 고분자막이 형성되면서 미세캡슐이 형성된다. 특히, 본 발명에서는 가교제를 에멀젼화하여 투입하는 바, 그 이유는 캡슐의 크기를 작게할 수 있을 뿐만 아니라 좁은 크기 분포를 갖는 미세캡슐을 제조하기 위함이다. 형성된 미세캡슐을 유기용매로부터 분리한 후, 세척 및 동결건조를 거쳐서 완전한 구형태의 미세캡슐이 제조된다.

이와 같은 본 발명을 제조과정에 의거하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

키토산과 초산을 물과 섞어 고분자 수용액을 만드는데 고분자의 함량은 수용액에 대하여 0.3 ∼ 10 중량%, 바람직하기로는 0.5 ∼ 5 중량%를 사용하는 것이며, 초산의 함량은 0.1 ∼ 2 중량%를 사용하는 것이다. 만일, 고분자의 함량이 0.3 중량% 미만이면 수용액이 너무 묽어 가교 후 형성된 고분자 막의 두께가 너무 얇아 캡슐이 쉽게 깨지며, 10 중량%를 초과하면 수용액의 점도가 너무 커서 캡슐의 크기가 너무 크거나 캡슐이 형성되지 않는다.

일정량 고분자 수용액을 유화제가 들어 있는 유기용매에 투입한 후, 500 ∼ 15,000 rpm의 속도로 교반시키면 고분자 수용액이 입자 형태로 분산이 되며 또한 형성된 입자들은 유화제에 의해 안정화가 된 에멀젼 1을 제조한다. 여기서 사용된 유화제는 소비탄모노올리에이트이고, 유화제의 함량은 유기용매에 대하여 0.5 ∼ 10 부피%, 바람직하기로는 1 ∼ 5 부피%를 사용하는 것이다. 만일 사용량이 0.5 부피% 미만이면 유화제 부족으로 인하여 형성된 입자들이 안정화되지 않아 결국 캡슐이 형성되지 않으며, 10 부피%를 초과하면 너무 많은 유화제로 인하여 유기용제의 점도가 너무 커져 미세캡슐 형성이 어려워진다. 투입 고분자 수용액 함량은 유기용매에 대하여 20 부피%를 초과하지 않으며 바람직하게는 5 ∼ 10 부피%를 사용하는 것이다. 20 부피%를 초과하면 점도가 너무 커져 캡슐형성이 어려워진다. 사용되는 유기용제로는 노말헥센, 이소옥탄 등이 바람직하다.

황산과 글루탈알데히드를 물과 섞어 가교제 수용액을 만드는데 우선 황산의 함량은 가교제 수용액에 대하여 0.5 ∼ 10 부피%, 바람직하기로는 1 ∼ 5 부피%를 사용하는 것이며, 글루탈알데히드는 25% 함량의 수용액 상태를 사용하는데, 이 글루탈알데히드 수용액의 함량은 가교제 수용액에 대하여 1 ∼ 50 부피%, 바람직하기로는 10 ∼ 50 부피%를 사용하는 것이다.

일정량 가교제 수용액을 유화제가 들어 있는 유기용매에 투입한 후 500 ∼ 15,000rpm의 속도로 교반시키면 가교제 수용액이 입자 형태로 분산되며, 또한 형성된 입자들은 유화제에 의해 안정화가 된 에멀젼 2를 제조한다. 여기서 사용된 유화제와 유기용매는 에멀젼 1에서 사용한 것과 동일하며 또한 유화제 함량 역시 에멀젼 1과 동일하다. 투입 가교제 수용액 함량은 유기용매에 대하여 15 부피%를 초과하지 않으며, 바람직하기로는 1 ∼ 10 부피%를 사용하는 것이다.

에멀젼 1을 교반하면서 에멀젼 2를 투입한다. 투입한 에멀젼 2의 양은 유기용매를 기준으로하여 에멀젼 1과 같은 양이었다. 에멀젼 2를 투입하면 유동성이 큰 가교제 수용액 입자보다는 유동성이 작은 고분자 수용액 입자 표면에서 고분자와 가교제가 접촉에 의해 가교반응이 일어남과 동시에 입자 내부에 있는 고분자가 표면으로 이동하여 가교반응이 계속 일어나고 따라서 상분리가 일어나 일정 두께의 가교구조의 불용성 고분자막이 형성되면서 미세캡슐이 형성된다.

형성된 미세캡슐을 석유에테르로 4 ∼ 8회 정도 세척한 후, 원심분리기를 사용하여 미세캡슐을 분리한 다음, 동결건조법으로 건조시켜 미세캡슐을 얻는다. 이와 같은 캡슐화 공정에서 제조된 미세캡슐들의 크기는 0.5 ∼ 40 ㎛ 범위이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 서방성 미세캡슐의 제조방법은 1)캡슐화가 빨리 일어나며, 2)물을 용매로 사용하는 환경 친화적 공정이고, 3)교반속도, 유화제 투입량, 수용액의 고분자 농도를 조절함으로써 캡슐의 크기 및 분포조절이 가능하고, 4)가교제 투입량에 따라 고분자막의 가교도 조절함으로써 내용물의 방출속도의 조절이 가능하다는 우수성이 있다.

이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ∼ 3

물에 초산 1.5 중량% 와 키토산 고분자가 1, 3, 5 중량%의 농도로 용해되어 있는 수용액을 제조하고, 이중에 10 ㎖를 소비탄모노올리에이트(스팬80™)이 1 부피%로 녹아있는 100 ㎖ 이소옥탄에 투입한 후, 500 rpm으로 10분간 교반시켜 에멀젼 1을 제조하였다.

동시에 25% 함량의 글루탈알데히드 수용액 1 ㎖와 2% 함량의 황산수용액 2 ㎖으로 이루어진 가교제 수용액을 스팬80이 1 부피%로 녹아있는 100 ㎖ 이소옥탄에 투입한 후, 500 rpm으로 10분간 교반시켜 에멀젼 2를 제조하였다.

그런다음 교반하에서 에멀젼 1에 에멀젼 2를 투입한 후, 20분간 더 교반하였다. 형성된 미세캡슐을 분리하여 석유에테르로 4 ∼ 5회 세척한 후, 원심분리기를 사용하여 5,000 rpm에서 미세캡슐을 분리시킨 다음, 동결건조기에 넣어 건조시켜 미세캡슐을 얻었다. 얻어진 미세캡슐의 형태 및 크기를 전자현미경을 사용하여 관찰하였으며, 그 결과는 다음 표 1에 나타내었다.

구 분	키토산고분자 농도 (중량%)	캡슐크기 (㎛)
실시예 1	1	-
실시예 2	3	13
실시예 3	5	39

상기 표 1에 의하면 상기 실시예 1 ∼ 3에서 제조한 미세캡슐들은 고분자 수용액에 고분자 농도에 따라 크기가 증가함을 보이고 있다. 또한, 실시예 1에서 제조한 캡슐들중에서 가끔 깨지거나 찌그러진 캡슐들이 관찰되는데, 이는 형성된 캡슐벽이너무 얇아 캡슐의 기계적 강도가 작아졌기 때문이다.

실시예 4 ∼ 6

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 하되, 고분자 수용액의 키토산의 농도를 3%로 하고, 소비탄모노올리에이트(스팬80™)의 농도를 2, 5, 10%로 변경하여 각각 미세캡슐을 제조하였다. 제조한 미세캡슐의 형태 및 크기를 전자현미경을 사용하여 관찰하였으며, 그 결과는 다음 표 2에 나타내었다.

구 분	유화제 농도 (부피%)	캡슐크기 (㎛)
실시예 4	2	10
실시예 5	5	12
실시예 6	10	18

상기 표 2에 의하면, 제조한 미세캡슐들은 유화제 농도에 따라 그 크기가 약간 감소하다가 증가함을 보이고 있다. 그 이유는 점도가 큰 유화제량이 많아짐에 따라 매체의 점도가 증가되어 형성된 입자들의 크기가 커졌기 때문이다. 전반적으로 제조된 입자의 형태는 완전한 구형태를 지녔다.

실시예 7 ∼ 9

상기 실시예 2와 동일한 방법으로 하되, 가교제 수용액에 투입되는 25% 함량의 글루탈알데히드 수용액의 양을 0.5, 2, 5 ㎖로 달리하여 각각 미세캡슐을 제조하였다. 제조한 미세캡슐의 형태 및 크기를 전자현미경을 사용하여 관찰하였으며, 그 결과는 다음 표 3에 나타내었다.

구 분	글루탈알데히드 수용액량 (㎖)	캡슐크기 (㎛)
실시예 7	0.5	13
실시예 8	2	15
실시예 9	5	14

상기 표 3에 의하면, 가교제 수용액의 조성이 변함에 따라 형성된 캡슐의 크기의 변화는 크지 않음을 보이고 있다. 다만 실시예 7에서 형성된 미세캡슐의 표면에 크랙이 관찰되고 또한 비교적 느슨한 구조를 보이고 있는데, 그 이유는 안정한 공유결합을 야기하는 글루탈알데히드량이 작아서 이온결합으로만 캡슐막이 형성되었기 때문이다.

실시예 10 ∼ 12

상기 실시예 2와 동일한 방법으로 하되, 가교제 수용액에 투입되는 황산수용액의 양을 0.5, 3, 5 ㎖로 달리하여 각각 미세캡슐을 제조하였다. 제조한 미세캡슐의 형태 및 크기를 전자현미경을 사용하여 관찰하였으며, 그 결과는 다음 표 4에 나타내었다.

구 분	황산수용액량 (㎖)	캡슐크기 (㎛)
실시예 10	0.5	16
실시예 11	3	16
실시예 12	5	15

상기 실시예 10에서 형성된 미세캡슐들의 형태는 완전한 구형이 아니고 일부 찌그러진 캡슐들이 관찰된다. 이는 가교제 수용액중에 황산량이 작아 가교 속도가 작아져서 캡슐벽이 형성되기전에 전단력(shearing)의 영향을 받았기 때문이다.

실시예 13 ∼ 15

상기 실시예 2와 동일한 방법으로 하되, 가교제 수용액 중에 황산수용액의 황산 함량을 0.5, 5, 10%로 달리하여 각각 미세캡슐을 제조하였다. 제조한 미세캡슐의 형태 및 크기를 전자현미경을 사용하여 관찰하였으며, 그 결과는 다음 표 5에 나타내었다.

구 분	황산수용액의 황산함량 (%)	캡슐크기 (㎛)
실시예 13	0.5	14
실시예 14	5	16
실시예 15	10	15

상기 표 5에 의하면, 황산 수용액의 황산 함량이 변함에 따라 형성된 캡슐의 크기 변화는 크지 않음을 보이고 있으나, 실시예 13에 의해 형성된 미세캡슐의 형태가 상기 실시예 10에서와 같이 완전한 구형이 아니고 일부 찌그러진 캡슐들이 관찰되는데, 이는 앞에서 서술한 바와 같이 가교제 수용액중에 황산량이 작아 가교속도가 작아져서 캡슐벽이 형성되기전에 전단력(shearing)의 영향을 받았기 때문이다.

실시예 16 ∼ 18

상기 실시예 2와 동일한 방법으로 하되, 교반속도를 1,000, 5,000, 15,000 rpm으로 달리하여 미세캡슐을 제조하였다. 제조한 미세캡슐의 형태 및 크기를 전자현미경을 사용하여 관찰하였으며, 그 결과는 다음 표 6에 나타내었다.

구 분	교반속도 (rpm)	캡슐크기 (㎛)
실시예 16	1,000	9
실시예 17	5,000	3
실시예 18	15,000	0.8

상기 표 6에 의하면, 교반속도에 따른 캡슐크기의 변화는 매우 현저하다. 교반속도가 증가할수록 형성된 캡슐의 크기는 급격하게 작아짐을 보이고 있다. 이는 교반속도가 증가하면 격렬한 난류를 발생시키고 이로 인해 분산된 입자의 크기는 더 작아지기 때문이다.

실시예 19 ∼ 22

상기 실시예 2와 동일한 방법으로 하되, 가교제 수용액의 글루탈알데히드 수용액과 황산수용액의 함량을 표 7에 표시된 바와 같이 달리하고 에멀젼 1에 물대신 수용성 농약인 히멕사졸이 1부피%로 녹아있는 수용액을 사용하여 미세캡슐을 제조하였다. 제조한 미세캡슐의 1 g을 2ℓ 물에 분산시켜 시간에 따른 농약의 방출실험을 하였으며 캡슐 속의 농약의 90%가 방출되는 시간을 측정하여 그 결과를 다음 표 6에 나타내었다.

구 분	가교제 수용액	방출시간(시간)
	글루탈알데히드수용액량 (㎖)		황산수용액량(㎖)
실시예 19	0.5	2	3
실시예 20	1	0.5	7
실시예 21	2	3	38
실시예 22	5	5	42

상기 표 7에 의하면 가교제 수용액에 각 가교제 함량에 따라 제조된 미세캡슐의 방출속도가 달라짐을 알 수 있다. 대체적으로 가교제 함량이 커질수록 방출시간이 커지는데 이는 충분한 가교반응에 의해서 가교밀도가 크고 안정한 미세캡슐막이 형성되어 방출속도가 느려졌기 때문이다. 실시예 19 및 20에 의하면 황산에 의한 이온가교보다는 글루탈알데히드의 화학적 결합이 반응속도가 느릴지라도 더안정한 미세캡슐을 제조할수 있다는 것을 보여주고 있다.

비교예 1

상기 실시예 2와 동일한 방법으로 하되, 가교제 수용액중 글루탈알데히드 수용액량을 2 ㎖, 황산 수용액을 0 ㎖로 달리하여 미세캡슐을 제조하였다. 제조된 미세캡슐은 상기 실시예 10 및 13에서와 같이 완전한 구형이 아닌 찌그러진 형태를 보이고 있다.

비교예 2

상기 실시예 2와 동일한 방법으로 하되, 가교제 수용액중 글루탈알데히드 수용액량을 0 ㎖, 황산 수용액을 3 ㎖로 달리하여 미세캡슐을 제조하였다. 제조된 미세캡슐의 표면은 실시예 7에서와 같이 갈라져 있거나 또는 매우 느슨한 구조를 보이고 있다.

이상의 실시예와 비교예를 비교해 볼 때 두 가지의 가교제 즉, 황산과 글루탈알데히드를 같이 사용하는 것이 빠르고 효과적인 가교반응을 야기시켜 안정한 미세캡슐을 만들 수 있음을 알 수 있다.

본 발명에서 제조한 키토산 미세캡슐은 친수성의 특성을 갖고 있으면서 안정성이 우수하고 그 크기가 작을 뿐만 아니라 또한 제조공정에 대해서는 가교반응이 수용액 하에서 진행시킴으로써 캡슐화 공정의 단순화, 효율화를 꾀할 수 있다. 또한, 제조 캡슐의 크기 및 분포조절이 가능하며 고분자막의 가교도를 조절함으로써 캡슐 내용물의 방출속도를 제어할 수 있을 것으로 사료된다.

본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 키토산 미세캡슐은 친수성을 가질 뿐만 아니라 안정성이 우수하고 또한 캡슐크기 조절이 용이하며 나노(nm) 크기까지의 초미세 캡슐제조도 가능하다. 특히, 본 발명에서 제조한 미세캡슐을 농약분야에 응용할 경우 농약의 캡슐화로 인하여 농약 살포시 인체의 중독 방지 또한 농약의 방출속도를 장시간 제어함으로써 살포 횟수 감소 및 과량 농약사용억제 이로 인하여 환경 및 토양오염을 방지할 수 있음과 동시에 방출 완료 후에 생분해성 고분자인 키토산은 자연분해되어 지력을 향상시키는 역할을 한다.

Claims (6)

1. 키토산 고분자를 글루탈알데히드를 포함하는 가교제를 사용하여 생분해성 키토산 막을 갖는 미세캡슐을 제조하는 방법에 있어서,

   (a) 키토산 0.3 ∼ 10 중량%와 초산 0.1 ∼ 2 중량%가 함유된 고분자 수용액을 소비탄모노올레이트가 노말헥센 또는 이소옥탄의 용매중에 0.5∼10 부피%로 함유된 유화액에 투입하여 에멀젼 1을 제조하고;

   (b) 황산 0.5 ∼ 10 부피%와 25% 글루탈알데히드 수용액 1 ∼ 50 부피%가 함유된 가교제 수용액을 상기와 동종의 유화액에 투입하여 에멀젼 2를 제조하고; 그리고

   (c) 상기한 에멀젼 1과 에멀젼 2을 동량비로 혼합하여 키토산 고분자와 가교제간의 유화계면반응에 의하여 미세캡슐을 형성시키는 과정

   으로 구성되는 것을 특징으로 하는 서방성 키토산 미세캡슐의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 (a)고분자 수용액은 유화액에 대하여 5 ∼ 10 부피% 투입하는 것을 특징으로 하는 서방성 키토산 미세캡슐의 제조방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 (a)고분자 수용액을 유화액에 투입하고 500 ∼ 15,000 rpm의 교반속도로 교반하여 고분자 수용액 입자를 유화분산시켜 에멀젼 1을 제조하는 것을 특징으로 하는 서방성 키토산 미세캡슐의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 (b)가교제 수용액은 유화액에 대하여 1 ∼ 10 부피% 투입하는 것을 특징으로 하는 서방성 키토산 미세캡슐의 제조방법.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 (a)가교제 수용액을 유화액에 투입하고 500 ∼ 15000 rpm의 교반속도로 교반하여 가교제 수용액 입자를 유화분산시켜 에멀젼 2를 제조하는 것을 특징으로 하는 서방성 키토산 미세캡슐의 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 유화계면반응에 의하여 형성된 미세캡슐을 석유에테르로 세척하고 원심분리기를 사용하여 분리한 후 동결건조시키는 것을 특징으로 하는 서방성 키토산 미세캡슐의 제조방법.