KR100477932B1 - 재조합 옻 도료 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 옻 나무로부터 채취한 옻 원액을 아세토니트릴 등의 유기 용매를 사용하여 그 구성 성분 별로, 즉 우루시올(urushiol), 비수용성 당단백질류, 락카아제(laccase) 및 기타 효소, 수용성 식물성 검류 및 기타 물질로 분리한 후 이를 재조합한 다음, 2-프로판올 등의 유기 용매와 계면활성제를 이용하여 우루시올 용액 내에 락카아제 및 기타 효소를 고루 분산 또는 용해시켜 공기 주입식 반응기 내에서 효소에 의한 특이적 중합 반응을 유지시킴으로써 도막의 기능성이 향상된 재조합 옻 도료 및 그 제조방법을 제공한다. 임의적으로는, 필요하다면 열중합 또는 축합 방식에 의하여 우루시올 중합체의 중합도를 추가적으로 조절하고, 더 필요하다면 당단백질류, 수용성 검류와 효소 또는 미량의 천연 옻액을 추가적으로 사용함으로써 경제성, 도장성, 건조속도 등을 비록한 도막의 기능성이 더욱 향상된 재조합 옻 도료 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

재조합 옻 도료 및 그 제조방법{A Recombinant Urushi Lacquer and a Process for preparing the same}

본 발명은 재조합 옻 도료 및 그 제조방법을 제공하는 것에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 천연 옻을 구성 성분들로 인위적으로 분리하여 옻 도막의 기능적 물성을 저해하는 구성 성분을 제거하고/하거나 천연 옻 내에 과량으로 존재하는 성분들을 조절함으로써 기능성, 작업성 및 경제성이 향상된 재조합 옻 도료 및 그 제조방법을 제공하는 것에 관한 것이다.

천연 옻은 약 5000년 전부터 도료로서 사용되어 왔다. 이렇게 천연 옻이 오래전부터 도료로서 사용되어 오게 된 것은 천연 옻이 도막 강도, 내구성, 방수성 등의 기능성은 물론 그 광택 및 촉감이 매우 우수하기 때문이다. 한편, 천연 옻이 도료로서 무한한 가능성을 갖고 있다는 것은 중국에서 출토된 한 옻 칠기가 약 2000년의 오랜 세월이 흘렀음에도 불구하고 2000년전의 원형을 거의 그대로 유지하고 있었다는 보고로부터도 잘 설명된다.

그러나, 천연 옻액은 기름 성분과 물 성분이 불안정한 현탁 상태를 이루고 있기 때문에, 어떠한 전처리 과정도 거치지 않고 천연 옻액 그 자체로 도장을 하는 경우 상분리 현상이 일어나 도막 형성이 방해될 뿐만 아니라 그 도막도 불균일해지는 문제점이 있다.

따라서, 천연 옻을 도료로서 효과적으로 사용하기 위해서는 반드시 '정제'라는 전처리를 거쳐야만 한다. 여기서 '정제'라 함은 옻 내에 존재하는 기름 성분과 수분 성분을 균일한 현탁상으로 만들고, 효소 반응에 필요한 산소를 공급해 줌으로써 천연 옻액을 실질적으로 옻칠이 될 수 있는 상태로 만드는 과정을 의미한다.

현재까지 한국, 일본 및 중국 등지에서 사용되어 온 전형적인 정제법은 전열 히터 또는 적외선 히터를 사용하여 온도를 30℃ 내지 40℃로 유지하면서 천연 옻을 약 2시간 내지 24시간, 통상적으로는 약 2 내지 15시간 교반하여 천연 옻액 내에 존재하는 수분을 증발시키고, 사용 용도에 따라서는 동식물성 건성유, 안료, 천연 또는 합성 증량제 등을 첨가하는 방식이었다.

그러나, 이러한 종래의 옻 정제법의 경우, 천연 옻에 존재하는 옻 나무 껍질, 잡티 등을 완전히 제거하기 곤란하다는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 정제 과정에 사용되는 건조 조건(예를 들면, 온도, 습도 또는 희석제의 종류 및 첨가량 등)도 전적으로 도장하는 사람의 경험에 의해 결정되어지므로 정제 기술자가 누구냐에 따라 생산 제품의 품질이 크게 좌우된다는 문제점도 있다. 더우기, 동등한 기술 수준의 옻 도장 인력을 계속적으로 양성해낸다는 것이 현실적으로 극히 불가능하기 때문에 이 문제는 더더욱 심각한 문제로 지적되어 왔다. 또한 종래의 옻 정제법은 천연 옻의 원료의 품질에 따라 최종 제품의 품질이 크게 변동될 수 있다는 문제점도 있다.

나아가, 종래의 정제법에 따라 천연 옻을 정제한 후 이 정제된 옻으로 도장작업을 수행하는 경우, 옻 도막 표면에 바람직하지 못한 주름 또는 붓자국이 나타나고, 열에 의한 변색 또는 자외선에 의한 광분해 현상이 나타나는 문제점이 있다. 또한, 이 경우 옻 도막의 투명도가 현저히 낮아지는 문제점도 있다. 이 뿐만 아니라, 옻 도막의 건조가 너무 천천히 진행되는 탓에 도막의 두께를 임의로 조절할 수 없다는 문제점도 있다.

종래의 옻 정제법은 상기한 바와 같은 여러 가지 문제점들로 인하여 천연 옻의 공업적 응용에 한계가 있었다.

천연 옻은 천연 옻나무의 수피가 상처를 입었을 때 이 상처를 신속하게 봉합하기 위하여 천연 옻나무 스스로가 분비해 내는 물질이다. 통상적으로 천연 옻은 우루시올, 락카아제(우루시올의 경화에 관계함) 등을 비롯한 여러 효소들, 단당류, 저당류 및 다당류의 복합체인 수용성 검, 비수용성 당단백질, 수분, 먼지 등을 구성 성분으로 한다. 이들 구성 성분 중에서 수분, 먼지, 수용성 검 및 비수용성 당단백질은 과량으로 존재할 때 옻 도막의 기능성, 즉 강도, 내구성, 방수성 등에 부정적인 영향을 미치는 것으로 보고된 바 있다[고분자(일본), 1999년 8월호, 586-597면 참조].

옻 도막의 기능성에 부정적인 영향을 미치는 요소를 제거하기 위한 방법으로서, 균질화와 감압 탈수를 병행하거나 와이퍼식 감압 박막 증류 장치 또는 3축 롤 밀러를 이용하여 수분 성분을 감소시키고 이와 동시에 수용성 검류의 입경을 감소시키는 방법이 제안된 바 있었다[고분자(일본), 1999년 8월호, 586-597면 참조]. 그러나 이 방법을 사용하는 경우에도 옻액 자체의 성분인 수용성 검 및 비수용성 당단백질이 과량으로 존재하고 있기 때문에 좋은 결과가 얻어지지는 않았다.

따라서, 천연 옻 내에 존재하는 이들 문제의 성분들을 인위적으로 조절하여 향상된 옻 도막 성질을 제공하는 개선된 옻 도료의 개발이 여전히 요구되고 있다.

발명의 목적

본 발명은 천연 옻의 구성 성분들을 인위적으로 분리한 후, 옻 도료의 기능성에 부정적인 영향을 미치는 천연 옻 중의 수분, 먼지 등의 이물질 성분을 제거하고/하거나 천연 옻 중에 과량으로 존재하고 있는 수용성 검 및 비수용성 당단백질의 함량을 인위적으로 조절함에 의하여, 천연 옻의 구성 성분을 인위적으로 재조합함으로써 광택도, 색도, 투명도, 건조도, 작업성 등을 포함한 도료로서의 기능성이 개선된 재조합 옻 도료 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 천연 옻의 우수한 옻 도막 기능성을 유지하기 위하여 천연 옻 내의 우루시올을 인위적으로 효소 중합하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 효소 중합한 우루시올 중합체에 수용성 효소, 수용성 검 또는 비수용성 당단백질 등을 첨가하여 도료로서의 기능성이 향상된 재조합 옻 도료, 그 제조방법 및 그 용도를 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명의 개요

본 발명은 옻 나무로부터 채취한 옻 원액을 아세토니트릴 등의 유기 용매를 사용하여 그 구성 성분 별로, 즉 우루시올(urushiol), 비수용성 당단백질류, 락카아제(laccase) 및 기타 효소, 수용성 식물성 검류 및 기타 물질로 분리한 후 이를 재조합한 다음, 2-프로판을 등의 유기 용매와 계면활성제를 이용하여 우루시올 용액 내에 락카아제 및 기타 효소를 고루 분산 또는 용해시켜 공기 주입식 반응기 내에서 효소에 의한 특이적 중합 반응을 유지시킴으로써 도막의 기능성이 향상된 재조합 옻 도료 및 그 제조방법을 제공한다. 임의적으로는, 필요하다면 열중합 또는 축합 방식에 의하여 우루시올 중합체의 중합도를 추가적으로 조절하고, 더 필요하다면 당단백질류, 수용성 검류와 효소 또는 미량의 천연 옻액을 추가적으로 사용함으로써 경제성, 도장성, 건조속도 등을 비록한 도막의 기능성이 더욱 향상된 재조합 옻 도료 및 그 제조방법을 제공한다.

도 1은 효소반응에 의해 발생하는 우루시올 이합체들의 분자 구조를 나타낸다.

도 2는 열중합 또는 화학중합에 의해 발생하는 우루시올 이합체의 분자 구조를 나타낸다.

도 3은 2-프로판올의 물분율에 따른 우루시올과 물 혼합액의 전기 전도도의 변화를 나타낸다.

도 4는 우루시올을 중합하기 위한 기포탑 반응기에 대한 개략도이다.

도 5의 A는 본 발명의 한 실시태양에 따라 아세토니트릴을 사용함으로써 분리해 낸 효소액과 2-프로판올을 사용하여 우루시올을 중합하였을 때의 중합도의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 5의 B는 본 발명의 한 실시태양에 따라 분리된 하부 효소 수용액층으로부터 추출한 락카아제와 2-프로판올을 사용하여 우루시올을 중합하였을 때의 중합도의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 6은 본 발명의 한 실시태양에 따라 노말헥산을 사용함으로써 분리해 낸 효소액과 2-프로판올을 사용하여 우루시올을 중합하였을 때의 중합도의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 7은 본 발명의 한 실시태양에 따라 분리해 낸 효소액만을 사용하여 우루시올을 중합하였을 때의 중합도의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 8은 본 발명의 한 실시태양에 따라 분리해 낸 효소액과 세틸트리메틸암모늄 브로마이드(CTAB)를 사용하여 우루시올을 중합하였을 때의 중합도의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 9는 본 발명의 한 실시태양에 따라 분리해 낸 효소액과 소듐 1.4-비스(2-에틸헥실)술포숙시네이트(AOT)를 사용하여 우루시올을 중합하였을 때의 중합도의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 10은 본 발명의 한 실시태양에 따라 분리해 낸 효소액과 트리톤-X-100을 사용하여 우루시올을 중합하였을 때의 중합도의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 11은 본 발명의 한 실시태양에 따라 분리해 낸 효소액과 1.4-디옥산(1.4-dioxane)을 사용하여 우루시올을 중합하였을 때의 중합도의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 12는 본 발명의 한 실시태양에 따라 분리해 낸 효소액과 에탄올을 사용하여 우루시올을 중합하였을 때의 중합도의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 13은 본 발명의 한 실시태양에 따라 분리해 낸 효소액과 아세토니트릴을 사용하여 우루시올을 중합하였을 때의 중합도의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 14는 본 발명의 한 실시태양에 따라 분리해 낸 효소액과 테트라하이드로 푸란(THF)을 사용하여 우루시올을 중합하였을 때의 중합도의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 15는 본 발명의 한 실시태양에 따라 제조한 옻 도막과 종래의 옻 도막에 자외선을 450시간 조사하였을 때 발생되는 도막상의 형태 변화를 비교한 것이다.

도 16은 본 발명의 한 실시태양에 따라 제조한 옻 도막과 종래의 옻 도막을 각종의 산, 염기 물질로 처리하였을 때 발생되는 도막상의 형태 변화를 비교한 것이다.

도 17은 본 발명의 한 실시태양에 따라 제조한 옻 도막과 종래의 옻 도막을 각종의 유기 용매로 처리하였을 때 발생되는 도막상의 형태 변화를 비교한 것이다.

도 18의 A는 종래의 정제 방법에 따라 제조한 옻의 현탁 상태를 현미경으로 관측한 사진이다.

도 18의 B는 본 발명에 따라 제조한 재조합 옻의 현탁 상태를 현미경으로 관측한 사진이다.

본 발명 목적 달성을 위한 첫 번째 필수적인 단계는 천연 옻 성분을 분리해내는 것이다. 천연 옻 성분의 분리 방법으로 지금까지 알려져 있는 것은 천연 옻을 아세톤 또는 에탄올로 용해시켜 분리하는 방법이다[주쿠마노타미, Progress in Organic Coatings, 26(1995): 163-195면]. 이 방법으로 천면 옻의 성분을 분리하는 경우에는 우루시올이 함유된 상부층과 그 밖의 성분이 함유된 하부층으로 층 분리가 일어난다. 따라서, 본 발명에서와 같이 천연 옻 성분을 우루시올, 비수용성 당단백질 및 수용성 검류, 및 효소로 분리하기 위해서는 추가적인 공정이 반드시 필요하게 되므로 고비용의 다단계의 공정을 거쳐야 하는 문제점이 있다. 더우기, 이렇게 다단계 공정을 통해 분리를 한다 해도 그 분리도(또는 순도)가 높지 않다는 문제점도 있다.

따라서, 본 발명자들은 보다 효과적인 분리 방법을 개발하기 위하여 연구에 연구를 거듭한 끝에, 특정의 유기 용매를 사용하게 되면 천연 옻액을 1 단계(많아야 2 단계)만으로 우루시올, 효소 및 당단백질, 검류, 수분, 기타 성분들로 분리해 낼 수 있는 방법을 밝혀냈다. 본 발명에 따른 분리 방법은 순도도 높고 비용도 낮다는 장점이 있다.

하기 표 1은 천연 옻액을 효과적으로 분리하기 위해 본 발명에서 사용될 수 있는 유기 용매를 나타낸다. 그러나, 표 1에 열거된 용매만으로 한정되는 것은 아니다.

표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 사용될 수 있는 유기 용매는 크게 극성 유기 용매와 비극성 유기 용매로 나누어진다. 본 발명에 사용될 수 있는 유기 용매로서 바람직한 것으로는 아세토니트릴, 벤젠, 톨루엔, 클로로포름, 헥산, 옥탄 또는 헵탄 등을 들 수 있다.

극성 유기 용매에 의한 천연 옻액의 성분 분리

먼저, 극성 유기 용매, 예를 들어 아세토니트릴을 사용한 천연 옻액의 성분분리는 다음과 같이 수행된다.

즉, 천연 옻 원액과 아세토니트릴을 약 1.0 : 0.5 내지 1.0 : 3.0의 부피비(v/v)로 혼합한 후 3,000 내지 10,000 rpm으로 원심분리한다. 이때 천연 옻의 종류에 따라서는 물을 추가할 수도 있다. 이와 같은 원심분리 결과 천연 옻 원액은 다음과 같이 3층으로 층 분리된다: (1) 우루시올을 함유하는 짙은 흑갈색의 상부 용액 층; (2) 비수용성 당단백질 및 수용성 검을 함유하는 옅은 갈색의 중간 고형물 층; 및 (3) 락카아제, 퍼옥시다아제 등의 수용성 효소와 수용성 검을 함유하는 푸른 빛을 띠는 하부 수용액 층.

즉, 천연 옻액을 아세톤 또는 에탄올을 사용하여 분리하면 2층, 즉 우루시올이 함유된 상부층과 그 밖의 성분이 함유된 하부층으로 층 분리되지만[주쿠마노타미, Progress in Organic Coatings, 26(1995); 163-195면], 상기한 바와 같은 본 발명에 따라 천연 옻액을 분리하는 경우에는 3층으로 분리된다. 이는 에탄올 또는 아세톤의 경우에는 하부의 기타 성분 함유층의 점착도가 커서 원심분리시 중간 고형물층이 하부층으로 포섭되는 반면, 아세토니트릴의 경우에는 중간 고형물층의 점착도가 크지 않아서 원심분리 후에도 밀도차에 의하여 중간 고형물층이 하부 수용액층 위에 별도로 존재할 수 있기 때문인 것으로 여겨진다.

일단 이와 같이 층 분리가 일어나게 되면 당업계에 잘 알려져 있는 통상적인 방법들 중에서 적절한 방법을 사용하여 수용성 효소를 포함하는 하부 수용액 층을 분리해낼 수 있다. 이렇게 분리된 하부 수용액 층 내에는 수용성 효소가 고농도로 포함되어 있으므로(즉, 효소 농축액), 이 하부 수용액 층을 후술하는 바와 같은 효소 중합 반응에서의 효소원으로 사용할 수 있다. 일반적으로 효소 반응 공정의 경우 효소의 정제 비용이 전체 공정 비용의 대부분, 예를 들면 약 60 내지 90%를 차지한다는 사실을 고려할 때, 본 발명의 분리 방법에 따라 얻어진 효소 농축액 형태의 하부 수용액 층을 효소 중합 반응의 효소원으로 직접 사용할 수 있다는 것은 공정 비용면에서 매우 큰 이점을 제공한다.

또한, 필요한 경우에는 효소를 분리하는 데에 통상적으로 사용되는 방법들 중 적절한 방법, 예를 들어 침전법이나 칼럼법을 사용하여 상기 하부 수용액 층을 다시 수용성 검과 순수 효소로 분리할 수도 있다. 이렇게 분리한 순수 효소를 효소 중합 반응의 효소원으로서 사용할 수 있음은 물론이다.

한편, 통상적으로 사용되는 방법들 중 적절한 방법, 예를 들어 여과법을 사용하여 상부층과 중간층도 분리해 낼 수 있다. 즉, 상부층은 우루시올이 함유된 아세토니트릴이지만, 중간층은 고형물이기 때문에, 여과법을 사용하여 이들 층을 간단히 분리해 낼 수 있다.

비극성 유기 용매에 의한 천연 옻액의 성분 분리

다음으로, 비극성 유기 용매, 바람직하게는 벤젠, 톨루엔, 클로로포름, 헥산, 옥탄. 헵탄 등을 사용한 천연 옻액의 성분 분리는 다음과 같이 수행된다.

즉, 미리 물과 비극성 유기 용매를 원하는 비율로 첨가하면 천연 옻 원액은 다음과 같이 3층으로 층 분리된다. (1) 우루시올을 함유하는 짙은 흑갈색의 상부용액층; (2) 비수용성 당단백질류와 수용성 검류 등을 함유하는 옅은 갈색의 중간층; 및 (3) 락카아제, 퍼옥시다아제 등의 수용성 효소와 수용성 검류를 함유하는 푸른 빛을 띠는 하부 수용액 층.

이때, 분리 조건에 따라서는 중간층과 상부층은 경계가 뚜렷하지 않은 혼합층으로 나타날 수도 있다. 그러나 이 혼합층은 약 3,000 내지 10,000 rpm으로 원심분리하여 상부층(우루시올을 함유하는 짙은 흑갈색의 층)과 중간층(비수용성 당단백질류와 수용성 검류 등을 함유하는 옅은 갈색의 층)으로 간단히 층 분리시킬 수 있다. 이렇게 상부층과 중간층으로 층 분리되면 상기 아세토니트릴과 같은 극성 유기 용매를 사용한 분리 방법에서 설명한 바와 같이 당업계에 잘 알려진 통상적인 방법으로 각 층으로 분리해낼 수 있다.

한편, 상기 아세토니트릴과 같은 극성 유기 용매를 사용한 분리 방법에서 설명한 바와 같이, 당업계에 잘 알려져 있는 통상적인 방법들 중에서 적절한 방법을 사용하여 수용성 효소를 포함하는 하부 수용액 층을 분리해낼 수 있다. 이렇게 분리된 하부 수용액 층 내에는 수용성 효소가 고농도로 포함되어 있으므로(즉, 효소 농축액), 이 하부 수용액 층을 후슬하는 바와 같은 효소 중합 반응에서의 효소원으로 사용할 수 있다.

또한, 필요한 경우에는 효소를 분리하는 데에 통상적으로 사용되는 방법들 중 적절한 방법, 예를 들어 침전법이나 칼럼법을 사용하여 상기 하부 수용액 충으로부터 순수 효소를 분리할 수도 있다. 이렇게 분리한 순수 효소를 효소 중합 반응의 효소원으로서 사용할 수 있음은 물론이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 분리 방법은, 단 1회의 분리 조작에 의해 천연 옻액을 우루시올, 효소, 수용성 검류 및 비수용성 물질로 동시에 분리해 낼 수 있다는 장점이 있다. 또한 천연 옻액 중의 수분이 하부층에 모이도록 함으로써 하부층의 제거에 의해 수분이 곧바로 제거될 수 있게 하기 때문에, 도막에 미치는 수분의 부정적인 영향을 최소화할 수 있다는 장점도 있다. 아울러, 아세토니트릴 등과 같은 용매는 휘발성이 높아서 우루시올 용액으로부터 간단히 회수될 수 있기 때문에 용매를 재활용할 수 있어 비용면에서도 경제적이라는 장점이 있다.

제조합 옻의 제조

하기에는 상기한 바와 같은 분리 방법으로 천연 옻의 성분 분리를 한 후, 각층별 성분들을 재조합하여 목적하는 재조합 옻의 제조 과정이 설명된다.

재조합 옻의 제조를 위해서는 우선 상부층의 우루시올을 중합하는 단계를 거쳐야 한다. 효소 중합, 열 중합 또는 화학 중합을 사용할 수 있다.

이 중, 효소 중합에는 통상적으로 페놀 산화효소가 이용된다. 페놀 산화 효소에는 락카아제, 퍼옥시다아제, 카탈라아제 등이 포함된다. 예를 들어, 락카아제는 우루시올의 페놀기를 퀴논화시켜 라디칼이 형성되도록 함으로써 페닐기에 반응성을 부여하는 기능을 한다. 락카아제의 작용 결과 우루시올은 도 1에 나타낸 바와 같이 다양한 형태의 이합체(dimer)를 형성할 수 있다. 효소 반응에 의하여 형성되는 이러한 이합체들은 바깥쪽에 이중결합을 포함한 알킬기를 가지고 있으므로 반응성이 매우 크다.

반면, 열 중합이나 화학 중합의 경우에는 도 2에 나타낸 바와 같이 페닐기 보다는 알킬기에 존재하는 이중 결합의 반응성이 상대적으로 더 크다. 즉, 열 중합 또는 화학 중합에 의하여 생성되는 중합체는 화학 구조 다양성 및 구성비의 측면을 고려할 때 효소 중합에 의하여 생성되는 중합체에 비하여 천연 옻에서 기대되는 물성을 얻기 어렵다.

따라서, 천연 옻에서 기대되는 물성을 얻기 위해서는 중합 반응의 초기에는 효소 반응을 통하여 입체적 저항이 적고, 반응성도 높은 이합체를 만드는 것이 필수적이다. 이러한 초기 효소 중합으로 일정 정도 중합체를 만든 후, 임의적으로는 필요에 따라서 열 중합 또는 화학 중합법을 사용하여 우루시올의 중합도를 더 향상시킬 수도 있다.

우루시올의 효소 중합

본 발명의 분리 방법에 따라 분리된 상부층 내에 존재하는 우루시올에 대한 효소 중합은 다음과 같이 수행된다.

먼저 당업계에 잘 알려져 있는 통상적인 방법들 중 적절한 방법, 예를 들어 감압 농축법으로 상부층의 우루시올 용액을 농축한 다음, 본 발명의 분리 방법에 의해 분리해낸 하부 수용액층을 물로 약1/100 내지 1/10(v/v) 희석한다. 이 희석효소액을 상기 농축 우루시올 용액에 부피비 약 1/10000 내지 1/10로 첨가한다.

그 결과 하부 수용액층에 함유되어 있던 락카아제가 농축 우루시올을 중합하게 된다.

우루시올의 중합에는 상기 회석 용액 대신에 하부 수용액 층으로부터 분리한 순수 효소액을 사용할 수도 있다. 상업적으로 시판되는 락카아제를 사용할 수도 있다. 그러나, 효소의 판매 가격이 너무 비싸기 때문에 본 발명의 분리 방법에 따라 분리한 하부 수용액 또는 이로부터 얻은 순수 효소를 사용하는 것이 바람직할 것이다.

또한, 옻액의 기능성을 더 향상시키기 위해 당단백질 및 검류를 부피비 약 1/100 내지 1/10로 첨가할 수 있다. 상기 분리 방법에 따라 분리해 낸 중간층을 당단백질 및 검류의 공급원으로서 사용할 수 있다. 예를 들어, 중간층을 부피비 약 1/100 내지 1/10로 희석한 용액을 사용할 수 있다.

이상과 같은 첨가 성분 및 첨가비는 재조합 옻액의 사용 용도에 따라 요구되는 도막의 성질 및 도장 조건에 맞추어 적절히 조절할 수 있다.

일반적으로, 효소 반응의 반응 속도는 효소와 기질간의 접촉 면적이 넓을수록 크다. 따라서, 본 발명에서도 락카아제와 락카아제의 기질인 우루시올간의 접촉 면적을 증가시키면 반응 속도를 더욱 증가시킬 수 있다.

구체적으로, 수용성 효소인 락카아제는 우루시올 용액 중의 물방울 내에 존재하기 때문에, 락카아제의 반응 속도는 우루시올 용액 중의 물방울의 분산도 및 물방울의 직경에 의해 결정된다. 즉, 물방울의 분산도가 높고 물방울의 크기가 작을수록 락카아제와 우루시올간의 접촉 면적이 넓어지게 되므로 락카아제의 반응 속도는 커진다.

본 발명에는 효소와 기질간의 접촉 면적을 넓히는 방법으로 알려진 어떠한 방법도 사용될 수 있다. 바람직하기로는 계면활성제 첨가, 유기 용매 첨가, 강한 교반 등의 방법이 사용될 수 있다.

접촉 면적을 넓히기 위해서 사용되는 계면활성제에는 양이온성 계면활성제(예: 세틸트리메틸암모늄 브로마이드). 음이온성 계면활성제(예: 소듐 1,4-비스(2-에틸헥실)술포숙시네이트), 중성 계면활성제(예: 트리톤-X-100), 양쪽성 계면활성제(예: n-도데실-N-베타인)가 포함된다. 그러나, 접촉 면적을 넓히는 기능을 제공하는 것이라면 어떠한 계면활성제라도 무방하다. 표 2는 그 밖에 사용가능한 계면활성제의 예들을 열거하고 있다.

그런데, 통상적으로 계면활성제는 중합 반응 후 분리해 내기 어려운 문제점이 있다. 특히 계면활성제의 첨가량이 많은 경우, 계면활성제가 옻 도막 전체에 산재하게 되어 옻 도막의 기능성을 해치므로 첨가량의 조절은 매우 중요하다. 따라서, 계면활성제의 첨가량은 계면활성제의 종류와 도장할 대상에 따라 적절하게 조절하여야 한다.

유기 용매를 첨가함으로써 효소 중합 반응 속도를 향상시킬 수도 있다. 첨가된 유기 용매가 우루시올을 분산시키거나 용해시키기 때문에 효소 반응 속도가 향상된다. 달리 말하면, 유기 용매의 첨가량에 따라서는 우루시올에 효소 용액이 작은 크기로 분산되거나 물방울 형태의 효소와 우루시올이 단일상으로 될 수 있기 때문에 락카아제와 우루시올과의 반응성이 증가하게 된다. 다만, 유기 용매 효소반응을 수행하는 경우, 유기 용매의 성질에 따라서는 효소 안정성이 저하되어 반응성이 오히려 낮아질 수 있고, 또한 반응 중에 기포가 발생하여 반응 공정을 조절하기 어려운 난점이 있을 수 있다. 따라서, 사용 목적이나 도장할 대상에 따라 유기용매를 적절하게 선택하여야 한다. 사용 가능한 유기 용매의 대표적인 예는 표 1에 열거되어 있다.

접촉 면적을 넓히기 위해, 현탁 또는 에멀젼 상태 즉, 락카아제를 함유하는 물방울이 우루시올 중에 분산되어 있는 상태를 이루게 할 수도 있다.

또한 분산 입자의 지름이 약 10 내지 200nm인 매우 작고 안정한 마이크로 에멀젼 상태를 이루게 할 수도 있다.

마이크로 에멀젼에서는 계면활성제가 열역학적으로 안정한 미세한 셀(cell)을 형성한다. 따라서, 비록 분산된 상태이기는 하지만 전체적으로는 상 분리가 일어나지 않는다. 이때의 미세한 셀은 이론적으로는 1ml 내에 약 100㎡라는 놀랄만큼 넓은 표면적을 갖는다.

본 발명에서는 이러한 특성의 마이크로 에멀젼 시스템을 이용하여 효소의 반응성을 보다 더 향상시켰다.

2-프로판올은 계면활성제의 역할을 수행하여 마이크로 에멀젼을 형성할 수 있는 것으로 알려져 있다[와이. 엘. 크멜니츠스키, 에이. 브이 레바쇼프. 엔. 엘. 클리아취코, 케이. 마르티넥, Enzyme Microb. Tech., 10, 710(1988): 지. 룬드, 에스. 엘. 홀트, JACOS, 8월, 264(1980)]. 본 발명자들은 이러한 2-프로판올을 사용한다면 계면활성제를 사용하지 않아도 우루시올과 락카아제간에 마이크로 에멀젼을 형성시킬 수 있다는 것에 착안하여, 마이크로 에멀젼 시스템을 사용하여 옻액을 재조합하는 데에 성공하게 되었다.

계면활성제를 사용하지 않고도 마이크로 에멀젼이 구현된다는 점에서 이러한 시스템을 특히 디엠에스(DMS; Detergentless Microemulsion System)라고 한다. 2-프로판올은 휘발성이 높고 끓는점이 낮아 약간의 가열만으로도 전량을 제거할 수 있기 때문에, 휘발성이 낮은 계면활성제를 첨가할 때 야기되는 문제점들이 전혀 발생되지 않게 된다. 또한 마이크로 에멀젼 시스템은 안정한 단일상의 매질을 이루므로 보통 2상 또는 3상의 상 분리시에 발생할 수 있는 기질 전달 장애의 문제도 피할 수 있다.

문헌[와이. 엘. 크멜니츠스키, 에이. 브이. 레바쇼프, 엔. 엘. 클리아취코, 케이. 마르티넥, Enzyme Microb. Tech., 10, 710(1988); 지. 룬드, 에스. 엘. 홀트, JAOCS, 8월, 264(1980)]에 보고된 바에 의하면, 마이크로 에멀젼이 발생되는 때에는 상 변화가 일어나게 되고, 상 변화 지점 부근에서 전기 전도도도 급격히 변화된다.

도 3은 부피비 1 : 9로 물과 우루시올을 혼합한 액에 2-프로판올을 조금씩 첨가하면서 전기 전도도를 측정한 결과를 나타낸다. 도 3을 보면, 전기 전도도가 프로판올의 몰분율 약 0.4 내지 0.45 사이에서 크게 변하고 있다. 이는 물방울의 분산도가 급속히 증가함에 따라 나타나는 현상으로서 이 몰분율 범위에서 마이크로 에멀젼이 발생된다는 것을 의미한다. 그러나 2-프로판올의 첨가량이 일정 몰분율을 지나면(도 3의 경우 몰분율 0.45) 마이크로 에멀젼이 깨지면서 용해된 형태 또는 응집된 형태로 변하게 된다(도 3에서 2-프로판올의 몰분율 0.45 내지 0.7 범위참조). 도 3을 보면, 2-프로판올의 몰분율 약 0.7을 초과하면 다시 전도도가 떨어지는 것을 알 수 있다. 이렇게 전도도가 떨어지는 것은 2-프로판올의 양이 많아지면서 상대적으로 낮은 자체 전도도를 따라가기 때문이다. 만일, 물과 우루시올의 부피비가 다르면, 마이크로 에멀젼이 발생되는 2-프로판올의 몰분율도 그에 따라 달라질 것이다.

한편, 락카아제는 그 반응 특성상 산소를 필요로 하기 때문에, 락카아제를 이용한 효소 중합 반응의 성공을 위해서는 그 반응 시스템에 산소가 효과적으로 공급되어야 한다. 또한 반응 시스템은 교반도 용이해야 하며, 공업적 응용을 위해 대용량 공정이 가능해야 한다.

이러한 요건을 구비한 반응 시스템으로는 공기 주입식 반응기를 예로 들 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 공기를 주입하는 반응기라면 어떠한 형태의 반응기라도 무방하다. 당업자라면 반응기의 종류나 모양 및 조업방식을 적절히 선택, 변경할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 상기 효소 반응 공정은 오염 물질 또는 부산물이 전혀 없고 상온 상압 조건에서 수행할 수 있으며, 사용된 용매를 거의 전부 회수하여 재사용할 수 있는 등 환경친화적이라는 장점이 있다.

이렇게 본 발명에 따른 분리 방법 및 효소 중합법으로 제조한 재조합 옻액은 기본적으로 종래의 정제 방법으로 얻은 옻액에 비하여 중합도가 횔씬 높다. 따라서 이를 공예용 또는 공업용 도료로서 성공적으로 사용할 수 있다.

그런데, 실제 도장시 도장할 표면이나 도장 환경에 따라 특정의 중합도와 경화 속도가 요구되기도 한다. 이 경우에는, 당단백질류 또는 검류를 부피비 약 1/100 내지 1/10로 첨가하여 재조합 옻액의 중합도 및 도막 경화 속도를 증가시킬 수 있다. 본 발명의 분리 방법에 따라 분리해낸 당단백질 및 검류 함유 중간층을 당단백질류 또는 검류의 공급원으로 사용할 수 있다.

또한, 가열에 의하여 열중합함으로써 재조합 옻액의 중합도를 추가적으로 증가시킬 수도 있다.

나아가, 옻 도막의 기능성 더욱 향상시키기 위해 순수 옻을 부피비 약 1/20 내지 1/4로 첨가할 수도 있다.

또한 필요에 따라서는 상업적으로 시판되는 락카아제를 부피비 1/100 내지 1/10로 첨가할 수도 있다. 바람직하게는 상업적으로 시판되는 락카아제 대신에 본 발명의 분리 방법에 따라 분리해낸 하부층의 효소액 자체, 이 효소액을 물로 희석한 용액(부피비 1/10000 내지 1/10로 희석) 또는 이 효소액으로부터 분리한 순수효소를 사용할 수 있다.

이상의 첨가 성분 빛 첨가비는 재조합 옻액의 사용 용도에 따라 요구되는 도막의 성질 및 도장 조건에 맞추어 적절하게 조절할 수 있다.

본 발명은 하기의 실시예를 통하여 구체적으로 설명될 것이다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것에 불과할 뿐, 하기의 실시예에 기재된 바에 의해 본 발명의 범위가 한정되거나 제한되는 것은 아님을 알아야 할 것이다.

실시예 1 : 아세토니트릴을 이용한 천연 옻 구성 성분의 분리 정제분

50 밀리리터의 천연 옻 원액과 50 밀리리터의 아세트니트릴을 혼합 교반한 후 30분간 방치하였다. 이를 두 개의 50 밀리리터 용량의 원뿔형 튜브에 각각 채운 후 탁상형 유동식 버킷 원심분리기(bench-top swing bucket centrifuge)를 사용하여 4,000 rpm으로 10분간 원심분리하였다.

원심분리의 결과, 우루시올을 함유한 상부층(이후 '분리 우루시올'이라 함), 비수용상 당단백류와 수용성 검을 함유한 중간층 및 수용성 효소를 함유한 하부층으로 된 3개의 층으로 분리되었고, 통상적인 방법에 의하여 각 층을 각각 분리회수하였다. 이와 같은 공정을 대량으로 수행할 경우에는 대용량 원심분리기를 사용하거나 연속유출 원심분리기를 사용하여야 할 것이다.

상기 공정을 수행하기 이전에 천연 옻 원액과 아세토니트릴의 혼합액을 1차적으로 여과하거나, 24시간 이상 방치하여 중력에 의한 상 분리를 유도한 후 고형물의 함량이 낮은 상등액을 분리시키면 원심분리 공정에서 고형 침전물 분리작업에 따르는 작업효율을 크게 향상시킬 수 있다.

실시예 2 : 노말헥산을 이용한 천연 옻 구성 성분의 분리 정제법

50 밀리리터의 천연 옻 원액과 50 밀리리터의 노말헥산과 25 밀리리터의 물을 혼합 교반한 후 30분간 방치하였다. 이때 용액은 우루시올과 비수용성 당단백류 및 검류를 함유한 상부층과 수용성 효소를 함유한 하부층으로 분리되었고 이중 하부층을 통상적인 방법으로 분리한 뒤 상부층을 탁상형 유동식 버킷 원심분리기를 사용하여 4,000 rpm으로 10분간 원심분리하였다.

원심분리의 결과, 상부층은 다시 우루시올을 함유한 상부층과 비수용성 당단백류, 검류를 함유한 하부층으로 2층 분리되었고, 통상적인 방법에 의하여 각 층을 각각 분리 회수하였다.

실시예 3 : 아세토니트릴로 분리한 효소 용액층을 이용한 분리 우루시올의 중합

200 그램의 천연 옻 원액을 실시예 1에 따른 아세토니트릴 분리 정제법으로 분리하였다. 이로써 얻어진 약 20 밀리리터의 하부 수용액 층을 물로 20배 희석하여 효소 용액(이하 '분리 효소액'이라 함)으로 사용하였다. 90 밀리리터의 분리 우루시올에 10 밀리리터의 분리 효소액 및 45 밀리리터의 2-프로판올을 첨가하고, 공기 분산장치, 반응 컬럼 및 에어 펌프가 장착된 200 밀리리터 용량의 기포탑 반응기(도 4)내에서 중합반응시켰다.

반응기 내로의 공기 주입속도는 분당 1.5 리터, 온도는 30℃로 유지시키면서 중합반응시켰다. 약 3 내지 6시간 간격으로 샘플을 취하여 점도를 측정하였다. 이때, 점도는 'Rotational Rheometry(┃)' 고분자 과학과 기술 제5권 3호, 1994. 275-283면에 기재된 방법에 따라 측정하였다. 점도 측정의 결과는 도 5의 A에 나타내었다. 도 5의 A의 세로축은 점도를 나타내는데, 점도는 중합도를 직접적으로 나타내는 지표이다(알. 제이. 영, 피. 에이. 로벨. Introduction to Polymers, 제2판, Chapman ＆ Hall, 런던, 1991). 도 5의 A에 나타낸 바와 같이 분리 효소액을 이용하여 분리 우루시올을 성공적으로 중합할 수 있었다. 2리터 반응기에서도 동일한 결과를 얻었다.

이와 같은 공정을 대량으로 수행할 경우에는 우루시올이나 용매에 부식되지 않는 스테인레스 스틸, 유리, 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌과 같은 재질의 대용량 반응컬럼 및 공기압축기를 사용할 수 있으며, 0.05 밀리미터 이상의 두께를 가진 고밀도 폴리에틸렌 튜브를 간이형 반응 컬럼으로 사용할 수 있다. 바람직하게는 반응컬럼의 길이가 직경의 15배를 넘지 않고, 반응용액은 컬럼용량의 70% 미만으로 한다.

실시예 4 : 노말헥산으로 분리한 효소 용액층을 이용한 분리 우루시올의 중합

200 그램의 천연 옻 원액을 실시예 2에 따른 노말헥산 분리 정제법으로 분리하였다. 이로써 얻어지는 100 밀리리터 내외의 하부 수용액 층을 물로 20배 희석하여 본 실시예에서의 효소액으로 사용하였다. 노말헥산을 이용하여 분리한 90 밀리리터의 우루시올에 10 밀리리터의 효소액 및 45 밀리리터의 2-프로판올을 첨가하고, 공기 분산장치, 반응컬럼 및 에어펌프를 포함하고 있는 200 밀리리터 용량의 기포탑 반응기(도 4)내에서 중합반응시켰다.

반응기 내로의 공기 주입속도는 분당 1.5 리터, 온도는 30℃로 유지시키면서 중합반응시켰다. 약 3 내지 6시간 간격으로 샘플을 취하여 점도를 측정하였다.

도 6에 나타낸 바와 같이 노말헥산으로 분리한 효소 용액층을 이용하여 분리 우루시올을 성공적으로 중합할 수 있었다.

실시예 5 : 순수 락카아제를 이용한 분리 우루시올 중합

실시예 3에 기재한 바에 따라 분리 효소액을 얻었다. 이 분리 효소액으로부터 크로마토그래피법으로 락카아제를 분리하였다. 먼저 세파덱스(Sephadex) C-50를 8×25cm 크기의 충진탑에 충진한 후 양이온 크로마토그래피로 1차 정제하였다. 여기서 효소는 구리를 갖고 있기 때문에 선명한 파란색을 띄고 있어 쉽게 식별 가능하였다. 이어서, 다이에틸아미노에틸(DEAE) A-50을 1.5 ×10cm 크기의 충진탑에 충진한 후 음이온 크로마토그래피로 2차 정제하였다. 다시 양이온 크로마토그래피인 세파덱스 C-50을 5 ×5cm 크기의 충진탑에 충진한 후 3차 정제하고 농축하여 락카아제를 정제한 후 pH 6.0, 400 밀리리터의 물로 희석하였다. 90 밀리리터의 분리 우루시올에 10 밀리리터의 순수 락카아제 희석액 및 45 밀리리터의 2-프로판올을 첨가하고, 공기 분산장치, 반응컬럼 및 에어 펌프를 포함하고 있는 200 밀리리터 용량의 기포탑 반응기 내에서 중합반응시켰다.

반응기 내로의 산소 주입속도는 분당 1.5 리터, 온도는 30℃로 유지시키면서 중합반응시켰다. 약 3 내지 6시간 간격으로 샘플을 취하여 점도를 측정하였다. 점도 측정의 결과는 도 5의 B에 나타내었다. 실시예 3에서와 마찬가지로 순수 락카아제를 이용하여도 분리 우루시올을 성공적으로 중합할 수 있었다.

실시예 6 : 분리 효소액만을 이용한 분리 우루시올의 중합(비교예)

90 밀리리터의 분리 우루시올에 10 밀리리터의 분리 효소액을 사용한 것 외에는 실시예 3에 기재된 방법과 동일한 방법으로 중합반응시켰다. 점도 측정의 결과는 도 7에 나타내었다. 2-프로판올을 추가하지 않고 중합반응시킨 경우에도 분리 우루시올을 성공적으로 중합할 수 있었다.

실시예 7 : 세틸트리메틸암모늄 브로마이드를 이용한 분리 우루시올의 중합

88 밀리리터의 분리 우루시올에 10 밀리리터의 분리 효소액 및 2 밀리리터의 세틸트리메틸암모늄 브로마이드를 첨가한 것 외에는 실시예 3에 기재된 방법과 동일한 방법으로 중합반응시켰다. 점도 측정의 결과는 도 8에 나타내었다. 분리 우루시올을 성공적으로 중합할 수 있었다.

실시예 8 : 소듐 1,4-비스(2-에틸헥실)술포숙시네이트를 이용한 분리 우루시올의 중합

88 밀리리터의 분리 분리 우루시올에 10 밀리리터의 분리 효소액 및 2 밀리리터의 소듐 1,4-비스(2-에틸헥실)술포숙시네이트를 첨가한 것 외에는 실시예 3에 기재된 방법과 동일한 방법으로 중합반응시켰다. 점도 측정의 결과는 도 9에 나타내었다. 분리 우루시올을 성공적으로 중합할 수 있었다.

실시예 9 : 트리톤-X-100을 이용한 분리 우루시올의 중합

88 밀리리터의 분리 우루시올에 10 밀리리터의 분리 효소액 및 2 밀리리터의 트리톤-X-100을 첨가한 것 외에는 실시예 3에 기재된 방법과 동일한 방법으로 중합반응시켰다. 점도 측정의 결과는 도 10에 나타내었다. 분리 우루시올을 성공적으로 중합할 수 있었다.

실시예 10 : 1,4-디옥산을 이용한 분리 우루시올의 중합

90 밀리리터의 분리 우루시올에 10 밀리리터의 분리 효소액 및 20 밀리리터의 1,4-디옥산을 첨가한 것 외에는 실시예 3에 기재된 방법과 동일한 방법으로 중합반응시켰다. 점도 측정의 결과는 도 11에 나타내었다. 분리 우루시올을 성공적으로 중합할 수 있었다.

실시예 11 : 에탄올을 이용한 분리 우루시올의 중합

90 밀리리터의 분리 우루시올에 10 밀리리터의 분리 효소액 및 20 밀리리터의 에탄올을 첨가한 것 외에는 실시예 3에 기재된 방법과 동일한 방법으로 중합반응시켰다. 점도 측정의 결과는 도 12에 나타내었다. 분리 우루시올을 성공적으로 중합할 수 있었다.

실시예 12 : 아세토니트릴을 이용한 분리 우루시올의 중합

90 밀리리터의 분리 우루시올에 10 밀리리터의 분리 효소액 및 20 밀리리터의 아세토니트릴을 첨가한 것 외에는 실시예 3에 기재된 방법과 동일한 방법으로 중합반응시켰다. 점도 측정의 결과는 도 13에 나타내었다. 분리 우루시올을 성공적으로 중합할 수 있었다.

실시예 13 : 테트라하이드로푸란을 이용한 분리 우루시올의 중합

90 밀리리터의 분리 우루시올에 10 밀리리터의 분리 효소액 및 20 밀리리터의 테트로하이드로푸란을 첨가한 것 외에는 실시예 3에 기재된 방법과 동일한 방법으로 중합반응시켰다. 점도 측정의 결과는 도 14에 나타내었다. 분리 우루시올을 성공적으로 중합할 수 있었다.

실시예 14 : 열중합 실시예

효소를 더 추가하여도 더 이상의 중합반응이 진행되지 않을 정도로 충분히 효소 중합 반응을 시킨 후 , 150℃에서 2시간 동안 오일 온탕조 내에서 교반 반응시켰다. 그 결과 점도는 더욱 향상되었음을 관측할 수 있었다. 열중합 반응에서는 중합도가 과다하게 높아지면 공기를 함유한 일종의 스폰지 형태의 겔이 형성되어서 도장을 할 수 없는 형태로 변하지만, 이런 경우 감압과 열중합을 동시에 수행하면 필요한 중합도까지 조절할 수 있었다. 이 때, 사용 목적에 따라 중합 촉진제로서 소듐 하이드록사이드, 옥살산, 염산, 암모니아 등과, 포름알데히드, 페놀, 퍼퓨랄, 요소, 헥사민, 아마인유, 아주까리 기름(castor oil) 등을 첨가할 수 있다.

실시예 15 : 재조합비에 따른 재조합 옻 도료 도막의 특성

실시예 3 내지 14에 따른 우루시올 중합체를 대상으로 다양한 재조합 비율을 시험하였다. 표 3은 우루시올 중합체, 비수용성 당단백질, 수용성 검 및 분리 효소액의 여러 조합비 및 그에 따른 도막의 특성을 나타낸다.

일반적으로 옻 도료는 산지, 수확 계절, 수확 방법, 보관 기간 등에 따라 그 성분이 크게 차이나기 때문에 성분비를 일률적으로 특정하여 말할 수는 없으나, 대략적으로는, 정제 과정을 거치기 전에 국내산 고급 천연 옻은 우루시올 60∼70%, 물 20∼35%, 수용성 검류 5∼10%, 당 단백질 1∼5% 및 소량의 락카아제로 구성되어 있고, 중국산 저급 천연 옻은 우루시올 50%, 물 38%, 수용성 검류 10%, 당 단백질과 락카아제 2%로 구성되어 있다고 알려져 있다.

표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이 , 효소를 넣지 않고 당단백질 및 검류의 양을 천연 옻에서와 비슷한 양으로 재조합한 경우 천연 옻에 비하여 효소량이 적음에도 불구하고 전체적으로 도막의 성질이 대등하였으며, 검류의 양이 천연 옻에 함유된 양인 약 10 내지 15%를 초과하는 경우에는 도막의 성질이 나빠지는 것을 관측할 수 있었다.

본 발명에 따라 효소 중합한 우루시올 중합체는 이미 고도로 중합 처리되어 있는 상태이므로 순수 옻액을 소량 첨가하거나 천연 옻액의 층분리 산물 중 중간층의 당단백질 및 검류 성분을 일정량 첨가함으로써 옻 도막의 경화를 촉진할 수 있었다.

열 중합을 거친 경우에는 층분리 산물의 분리 효소액을 추가로 첨가할 수 있다. 이 때 옻도막의 건조속도는 비수용성 당단백질 및 검류의 첨가량을 높일수록 빨라진다. 사용목적에 따라 그 조합 비율을 임의로 조절할 수 있다. 바람직하게는, 비수용성 당단백질 및 검류의 첨가 비율을 부피비로 약 1 내지 10% 이내에서 조절함으로써 사용자가 원하는 도막 특성을 얻을 수 있다. 효소액을 과량 첨가하여도 되나 효소 함유 수용액이 많아질 경우 도막의 성질에 부정적인 영향을 주기 때문에 과량 첨가는 그리 바람직스럽지는 않았다.

실시예 16 : UV에 대한 내성

본 발명에 따른 재조합 옻 도막에 대하여 한국 산업 기준(KSF)2274-95에 따른 자외선 노출 시험을 하였다. 그 결과, 종래 기술에 따른 옻 도막은 450시간 자외선에 노출시킨 경우 광택도가 50% 이하로 감소하였으나 재조합 옻 도막의 강도는 노출전의 강도를 그대로 유지하여 외장용 도료로서 사용 가능함을 확인할 수 있었다. 450시간의 노출은 자연상태에서 약 5 내지 8년의 자연광 및 그에 해당하는 습도에 노출한 것에 해당한다.

자외선에 의한 옻도막의 노화는 옻액에 들어있는 비수용성 당단백질 및 검성분에 의해 일어나는 것으로 알려져 있다[고분자(일본), 1999년 8월호, 586면]. 본 발명에서는 정제 옻 도료의 비수용성 당단백질류 및 검 성분을 천연 옻의 함유량인 10%보다 적은 양으로 조정하였기 때문에 종래 기술에 따른 옻 도막 시험편에 비하여 매우 우수한 자외선 내구성을 나타냈다. 또한, 약 450시간의 UV 노출에서도 거의 80%이상의 반사율을 유지하였으며 도막의 균열 형성과 박리현상도 나타나지 않았다.

한편, 자외선 노출에 따른 옻도막의 노화 정도를 조사하기 위하셔 연필 경도계를 사용하여 도막 강도를 측정하였다. 도 15에 나타내어진 바와 같이 종래 기술에 의한 옻도막 표면의 검 성분은 자외선에 의해 탄화되어 모든 시험편에서 광반사율이 떨어지고 B 이하의 도막강도를 보였으나 본 발명을 통하여 구현된 옻 도막에서는 노출 전의 강도인 2H를 그대로 유지하였다.

실시예 17 : 화학적 내구성 및 기능성

본 발명에 따른 재조합 옻 도막을 다양한 용도의 산업용 도료로 활용하기 위하여 화학적 내구성 및 기능성을 검정하였다. 시험 항목은 일반적으로 도료에 적용되는 모든 시험 항복을 망라하였으며 시험방법은 한국표준시험방법(KSM)과 미국표준시험방법(ASTM)을 병용하였다. 표 4는 시험결과를 요약한 것이다. 시험결과 본 발명의 재조합 우루시올 도료가 다양한 산업용 도료로 활용될 수 있음이 확인되었다.

실시예 18 : 재조합 옻도막의 내산성 및 내염기성

본 발명에 따른 재조합 옻 도막의 내산성, 내염기성을 측정하였다. 통상적으로 도료에 적용되는 시험기준인 5%의 황산, 소듐 하이드록사이드에 대해 시험하여 보았고(표 4 참조) 나아가 이보다 더 혹독한 조건인 30%의 염산, 황산, 초산, 질산, 암모늄 하이드록사이드 및 소듐 하이드록사이드에 대해서도 시험하여 보았다. 도 16에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 재조합 옻 도막은 30%의 고농도 염산, 황산, 초산, 질산, 암모늄 하이드록사이드 처리에서 전혀 도막의 열화나 변성을 보이지 않았으며 소듐 하이드록사이드 처리에서는 표면 광택의 저하가 다소 나타났으나 도막경도, 투명도 등의 물성은 변화하지 않았다.

실시예 19 : 재조합 옻도막의 유기 용매에 대한 내성

본 발명에 따른 재조합 옻 도막의 유기 용매에 대한 내성을 검정하였다. 일반적으로 도료에 적용되는 시험 기준인 95% 이상의 유기 용매에 대해 시험하여 보았고 나아가 이보다 더 혹독한 조건인 99%에 대해서도 시험하여 보았다. 도 17에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 재조합 옻 도막은 99% 이상의 에탄올, 벤젠, 아세톤, 크실렌, 톨루엔, 테트라하이드로푸란에서 전혀 도막의 열화나 변성을 보이지 않았다.

실시예 20 : 재조합 정제 옻과 기존 정제 옻의 현탁 상태 비교

도 18에 나타낸 바와 같이, 기존의 정제 옻의 경우 과량의 당단백질과 검류 등으로 인하여 커다란 덩어리들이 존재하는 등 현탁 상태가 매우 불균일했음에 반하여, 본 발명에 따른 재조합 정제 옻의 경우는 상대적으로 덩어리가 작고 분포도도 고르며 매우 현탁 상태가 균일하였다.

상술한 기재로부터 당업자라면 본 발명의 필수적인 특징을 쉽게 확인할 수 있고, 본 발명의 범위 내에서 본 발명의 여러 변형물 및 변경물을 만들어 여러 용도 및 조건에 적용할 수 있다.

본 발명은 천연 옻의 성분들을 효과적으로 분리하는 획기적인 방법을 제공한다. 또한, 이러한 분리 기술을 바탕으로 종래기술에 따른 천연 옻 도료보다 옻 도막의 성질이 현저히 우수한 저가의 재조합 옻 도료를 제공한다.

본 발명에 따른 재조합 옻액은 수분이 적은 고고형분(高固形分)이어서 건조성을 비롯한 도막의 기능적 특성이 우수하다. 본 발명에 따른 재조합 옻액 도막은 불순물이 적고 도막 광택이 우수하며 내산성, 내염기성, 내화학성, 내후성, 내생분해성 등 옻의 고유한 성질 뿐만 아니라 당단백질과 검류를 최소화함으로 인하여 UV 안정성과 같은 추가적인 도막 특성을 제공한다.

본 발명에 의한 우루시올 도료는 통상의 도료 가공방법을 통하여 선저방오도료, 방청 도료, 전기절연 도료, 자동차 도료, 항공기 도료, 내화학 도료, 중방식 도료, 목재용 도료, 공예용 도료, 악기용 도료 등 다양한 용도로 가공할 수 있다. 또한 붓 도장, 롤러브러시 도장, 분무 도장, 에어리스(airless) 스프레이 도장과 같은 기존의 도장 방법을 용이하게 적용할 수 있다.

이와 아울러 본 발명에 의한 우루시올 중합체 도료는 그 중합도가 매우 높으므로 기존 옻 도료에서 발생되는 알러지 및 피부염의 발생이 현저히 낮아 도장 작업자 및 최종 사용자의 선호도를 극대화하였다.

Claims (24)

1. 천연 옻액에 극성 유기 용매 또는 비극성 유기 용매를 가하고 이를 원심분리시켜 (a) 우루시올을 함유하는 층; (b) 비수용성 당단백질과 수용성 검을 함유하는 층; 및 (C) 수용성 효소와 수용성 검을 함유하는 층으로 층 분리시키는 것을 특징으로 하는, 천연 옻액의 구성 성분을 분리하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 천연 옻액 대 유기 용매간의 부피비가 1 : 0.5 내지 1 : 3의 범위인 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 유기 용매가 아세토니트릴, 벤젠, 톨루엔, 클로로포름, 헥산, 옥탄, 헵탄 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
4. 상기 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 얻어진 수용성 효소를 함유하는 하부 용액층 또는 이로부터 분리해 낸 순수 효소를 효소원으로 사용하여 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 분리해 낸 우루시올을 함유하는 용액층의 우루시올을 효소 중합하는 것을 포함하는, 재조합 옻액의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 효소원으로 페놀 산화 효소를 사용하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 페놀 산화 효소가 락카아제, 퍼옥시다아제 및 카탈라아제로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 효소원과 우루시올 용액층간의 부피비가 1/10000 내지 1/10인 것인 방법.
8. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 효소 중합 반응에 비수용성 당단백질 또는 수용성 검류를 첨가하는 단계가 더 포함되는 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 당단백질 또는 수용성 검류의 공급원으로서 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 얻어진 비수용성 당단백질 및 수용성 검을 함유하는 층을 사용하는 것인 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 비수용성 당단백질 및 수용성 검을 함유하는 층과 우루시올 용액층간의 부피비가 1/100 내지 1/10의 범위인 방법.
11. 제4항에 있어서, 상기 효소 중합 반응에 계면활성제를 첨가하는 단계가 더 포함된 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 계면활성제가 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 중성 계면활성제 또는 양쪽성 계면활성제인 것인 방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 계면활성제가 세틸트리메틸암모늄 브로마이드, 소듐 1,4-비스(2-에틸헥실)술포숙시네이트, 트리톤-X-100, n-도데실-N-베타인 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
14. 제4항에 있어서, 우루시올과 물을 단일상, 현탁상 또는 마이크로 에멀젼으로 만드는 유기 용매를 첨가하는 단계가 더 포함된 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 유기 용매가 디옥산, 2-프로판올, 테트라하이드로푸란 및 이들의 조합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
16. 제4항에 있어서, 상기 효소 중합 반응을 공기 주입식 반응기 내에서 수행되는 것인 방법.
17. 제4항에 있어서, 상기 효소 중합에 이어 열중합 반응 단계가 더 포함된 방법.
18. 제4항 내지 제17항 중 어느 한 방법에 따라 재조된 재조합 옻액.
19. 제18항의 상기 재조합 옻액을 공예용 또는 공업용 도료로 사용하는 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 재조합 옻액 도료에 천연 옻을 부피비 1/20 내지 1/4로 첨가하여 사용하는 방법.
21. 제19항에 있어서, 상기 재조합 옻액에 비수용성 당단백질 또는 수용성 검류를 첨가하여 사용하는 방법.
22. 제21항에 있어서, 상기 당단백질 또는 수용성 검류의 공급원으로서 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 얻어진 당단백질과 수용성 검을 함유하는 중간층을 사용하는 것인 방법.
23. 제21항에 있어서, 상기 당단백질과 수용성 검을 함유하는 층과 우루시올 용액 층간의 부피비가 1/100 내지 1/10의 범위인 방법.
24. 제19항에 있어서, 상기 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 얻어진 수용성 효소를 함유하는 하부 용액층 또는 이로부터 분리된 순수 효소를 첨가하여 사용하는 방법.