KR100535950B1 - Biocatalytic synthesis of polyphenolics and its application - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생촉매를 이용한 페놀계 중합체의 제조방법 및 그의 용도에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 식물에서 유래한 페놀계 단량체를 생촉매인 산화환원 효소의 작용으로 유기용매 내에서 중합시킴으로써 효과적으로 페놀계 중합체를 제조하며, 이를 경화시킨 후 방오도료에 적용할 경우 상기 방오도료를 코팅하여 형성된 페놀계 고분자 코팅 도막의 표면 에너지가 작아서 물리적인 해양생물의 부착을 저해하고, 또한, 방오작용기의 소모가 발생되지 않아 지속적으로 내구성을 발현하는 화학적 방오작용이 우수한 특성을 나타내는 생촉매를 이용한 페놀계 중합체의 제조방법 및 그의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a phenolic polymer using a biocatalyst and its use. More particularly, the phenolic monomer derived from a plant is effectively polymerized in an organic solvent by the action of a redox enzyme, which is a biocatalyst. When the polymer is prepared and applied to the antifouling paint after curing, the surface energy of the phenolic polymer coating film formed by coating the antifouling paint is small to inhibit adhesion of physical marine organisms, and also consumes antifouling functional groups. The present invention relates to a method for producing a phenolic polymer using a biocatalyst which exhibits excellent characteristics of chemical antifouling action that continuously expresses durability, and a use thereof.

Description

생촉매를 이용한 페놀계 중합체의 제조방법 및 그의 용도{Biocatalytic synthesis of polyphenolics and its application } Method for producing phenolic polymer using biocatalyst and use thereof {Biocatalytic synthesis of polyphenolics and its application}

본 발명은 생촉매를 이용한 페놀계 중합체의 제조방법 및 그의 용도에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 식물에서 유래한 페놀계 단량체를 생촉매인 산화환원 효소의 작용으로 유기용매 내에서 중합시킴으로써 효과적으로 페놀계 중합체를 제조하며, 이를 경화시킨 후 방오도료에 적용할 경우 상기 방오도료를 코팅하여 형성된 페놀계 고분자 코팅 도막의 표면 에너지가 작아서 물리적인 해양생물의 부착을 저해하고, 또한, 방오작용기의 소모가 발생되지 않아 지속적으로 내구성을 발현하는 화학적 방오작용이 우수한 특성을 나타내는 생촉매를 이용한 페놀계 중합체의 제조방법 및 그의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a phenolic polymer using a biocatalyst and its use. More particularly, the phenolic monomer derived from a plant is effectively polymerized in an organic solvent by the action of a redox enzyme, which is a biocatalyst. When the polymer is prepared and applied to the antifouling paint after curing, the surface energy of the phenolic polymer coating film formed by coating the antifouling paint is small to inhibit adhesion of physical marine organisms, and also consumes antifouling functional groups. The present invention relates to a method for producing a phenolic polymer using a biocatalyst which exhibits excellent characteristics of chemical antifouling action that continuously expresses durability, and a use thereof.

본 발명의 명세서에 기재된 "방오작용"은 선박 하저에 코팅재료로 적용되었을 경우 해양생물 중에서, 특히 따개비, 홍합류, 조류, 미생물 등의 부착을 억제하여 선박의 형체를 유지하고 선박의 내구성을 증가시키는 작용을 의미한다. "Anti-fouling action" described in the specification of the present invention, when applied as a coating material on the bottom of the ship to maintain the shape of the ship and increase the durability of the ship by inhibiting the adhesion of marine organisms, especially barnacles, mussels, algae, microorganisms, etc. It means to act.

종래의 방오작용을 가지는 선박용 도료는 석유화학계 수지에 방오작용을 가지도록 트리뷰틸틴과 같은 주석계물질 함유 단량체의 중합체, 아산화동과 같은 구리계 화합물 등을 배합하여 제조되고 있다. 이러한 중금속계 방오화합물은 방오능력은 양호한 것으로 알려져 있느나, 최근 중금속계 방오화합물의 독성작용이 알려지면서 현재 사용에 상당한 제약이 있는 상태이다. 특히 주석계 화합물의 경우는 2003년부터 국내에서도 사용이 금지되고 있으며, 모든 선진국에서는 5년전부터 이의 사용을 법으로 금지하고 있는 실정이다[Trentin, I., etc. Progress In Organic Coatings, 42, 15, 2001]. Conventional antifouling paints are manufactured by blending a polymer of a tin-containing material monomer such as tributyltin, a copper-based compound such as copper nitrous oxide, and the like to have antifouling action on a petrochemical resin. Although such heavy metal antifouling compounds are known to have good antifouling ability, the toxic effects of heavy metal antifouling compounds have been known in recent years. In particular, tin-based compounds have been banned in Korea since 2003, and all developed countries have banned the use of them five years ago [Trentin, I., etc.]. Progress In Organic Coatings, 42, 15, 2001].

중금속계 방오물질을 사용하지 않는 다른 종류의 방오 코팅물질로는 실리콘계 고분자의 배합물이 개발되어 있는 실정이다. 이러한 실리콘계 고분자는 표면의 자유에너지를 크게 저하시켜 해양생물의 부착을 물리적으로 억제하는 것으로 독성은 없는 것이 특징이다. 그러나, 상기한 실리콘계 고분자는 화학적인 방오작용능이 없기 때문에 선박의 운행속도가 일정범위 이하일 경우에는 해양생물의 부착이 관찰되는 단점이 있다. 그리고, 실리콘계 고분자는 수지 자체의 가격이 높아 현재 가격적으로 부담이 되고 동시에 선박에 실리콘계 고분자를 도장하는데 있어서 코팅접착력이 작아 도장작업이 어려운 단점이 있다. 또한, 중금속 함유 방오도료에 비하여 물리적 강도가 작아서 선박의 운행시 발생할 수 있는 충격에 의하여 쉽게 손상될 가능성이 있다[Wynne, K.J., etc., Biofouling, 11, 277, 2000]. As another type of antifouling coating material that does not use heavy metal antifouling materials, a compound of a silicone polymer has been developed. Such silicone-based polymers significantly reduce the free energy of the surface and physically inhibit the adhesion of marine organisms. However, since the silicone-based polymer does not have a chemical antifouling ability, adhesion of marine organisms is observed when the ship's traveling speed is below a certain range. In addition, the silicone-based polymer has a high cost of the resin itself, and at the same time has a disadvantage in that the coating work is difficult due to the small coating adhesion in painting the silicone-based polymer on the ship. In addition, the physical strength is lower than that of heavy metal-containing antifouling paints, which may be easily damaged by impacts that may occur when the ship is in operation (Wynne, K.J., etc., Biofouling, 11, 277, 2000).

예로부터 동양에서는 옻이라 불리는 도료를 사용하여 왔다. 이러한 옻의 주성분은 식물체에서 유래하는 카테콜릭리피드로서 함께 존재하는 라카아제에의하여 중합되어 코팅재료를 형성하는 특징이 있다. 이러한 옻코팅재료는 방청, 방식, 방습 및 내구성이 매우 우수한 것으로 알려져 있으나, 그 주원료의 생산량이 한정되어 공업용으로 이용하기에 한계가 있다. 또한 옻의 중합에는 라카아제라는 효소가 촉매로서 관여하는데, 이때 라카아제는 중합 외에 가교과정까지 반응이 발생하도록 하기 때문에 도료로서의 사용시 상당히 숙달된 코팅기술을 필요로 한다. 특히 라카아제 효소는 반응시 공기중의 산소를 필요로 하기 때문에 이를 코팅할 경우 도막의 두께가 일정수준을 넘을 경우 산소공급에 어려움이 있다. 이러한 산소공급의 어려움은 결과적으로 도막에 큰 장애가 되어 균일한 코팅도막을 형성하기가 매우 어려운 문제가 있다(Tsujimot, T. etc., Macromol. Chem. Phys. 202, 3420-3425, 2001). Since ancient times, paints called lacquer have been used. The main component of the lacquer is characterized in that it is polymerized by racase present together as catechol lipids derived from plants to form a coating material. Such a lacquer coating material is known to be very excellent in rust prevention, anticorrosion, moisture proof and durability, but the production of the main raw material is limited, there is a limit to use for industrial use. In addition, the polymerization of lacquer is an enzyme called laccase, which acts as a catalyst. In this case, since the reaction occurs until the crosslinking process in addition to the polymerization, a highly skilled coating technique is required for use as a paint. In particular, because the laccase enzyme requires oxygen in the air during the reaction, it is difficult to supply oxygen when the coating film thickness exceeds a predetermined level. This difficulty in oxygen supply is a major obstacle to the coating film as a result, it is very difficult to form a uniform coating coating film (Tsujimot, T. etc., Macromol. Chem. Phys. 202, 3420-3425, 2001).

효소반응을 이용하지 않고 페놀계 화합물을 중합시킬 경우에는 포름알데하이드와 암모니아의 축합반응물인 헥사메틸렌테트라아민을 이용하거나 포르말린을 이용할 수 있다. 이러한 경우 페놀계 단량체의 중합으로 인하여 유기용매 용해성 폴리페놀릭스를 합성할 수 있으나, 이때 사용하는 포르말린과 같은 인체유해성 물질의 사용이 문제가 되고 있다. 또한 포르말린과 같은 화학물질을 이용하여 페놀계 중합체를 합성할 경우는 페놀계 단량체의 곁사슬로 붙어있는 리피드기의 이중결합을 소모하는 단점이 있어 이렇게 형성된 페놀계 고분자를 라디칼 반응에 의한 경화에 어려움이 있다. When polymerizing a phenolic compound without using an enzymatic reaction, hexamethylenetetraamine, which is a condensation reaction between formaldehyde and ammonia, or formalin may be used. In this case, due to the polymerization of the phenolic monomer, it is possible to synthesize an organic solvent soluble polyphenolics, but the use of a toxic substance such as formalin used there is a problem. In addition, when synthesizing a phenolic polymer using a chemical such as formalin, there is a disadvantage in that a double bond of a lipid group attached to the side chain of a phenolic monomer is consumed, which makes it difficult to cure the phenolic polymer thus formed by radical reaction. have.

이에 본 발명의 발명자들은 상기한 중금속 함유 방오도료가 가지는 독성에 의한 문제점과 실리콘 고분자 함유 방오도료가 가지는 화학적 방오작용 미비의 문제점을 해결하기 위하여 연구노력한 결과, 식물에서 유래하는 특정 페놀계 단량체를 생촉매로서 천연물에서 유래한 산화환원효소를 사용하여 유기용매 내에서 중합시킴으로써 페놀계 중합체를 기존의 중합방법 보다 온화한 조건에서 용이하게 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 제조된 페놀계 중합체를 경화시켜 방오도료 등에 적용시킬 경우 형성된 코팅 도막의 표면 에너지가 저하되어 물리적 방오작용이 우수하며 동시에 코팅 도막의 내구력과 단백질 분해능이 향상되어 화학적 방오능력이 탁월해짐을 발견하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the inventors of the present invention have made efforts to solve the problems caused by the toxicity of the heavy metal-containing antifouling paints and the problems of chemical antifouling action of the silicone polymer-containing antifouling paints. By using a redox enzyme derived from natural products as a catalyst, the phenolic polymer can be easily prepared under milder conditions than the conventional polymerization method by polymerizing in an organic solvent. When applied, the surface energy of the formed coating film is lowered, so that the physical antifouling action is excellent, and at the same time, the durability and protein resolution of the coating film are improved, thereby discovering that the chemical antifouling ability is excellent.

따라서 본 발명은 물리적인 방오작용과 화학적 방오작용을 동시에 나타내는 페놀계 중합체를 효율적으로 제조하는 방법과 이의 용도를 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for efficiently preparing a phenolic polymer which simultaneously exhibits physical antifouling action and chemical antifouling action and its use thereof.

본 발명은 산화제가 첨가된 알코올계 유기용매 내에서 산화환원효소를 사용하여 식물성 페놀계 단량체를 중합반응시키는 페놀계 중합체의 제조방법과 그의 용도에 특징이 있다.The present invention is characterized by a method for producing a phenolic polymer and its use for polymerizing a vegetable phenolic monomer using an oxidoreductase in an alcoholic organic solvent to which an oxidizing agent is added.

또한 본 발명은 상기한 중합된 페놀계 중합체를 전이금속과 유기리간드 착체를 경화촉매로 사용하여 경화시키는 방법과 경화된 페놀계 중합체의 용도를 포함한다.The present invention also includes a method of curing the polymerized phenolic polymer described above using a transition metal and an organic ligand complex as a curing catalyst and the use of the cured phenolic polymer.

이와 같은 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in detail as follows.

본 발명은 식물에서 유래한 페놀계 단량체를 생촉매인 산화환원효소의 작용으로 유기용매 내에서 중합시킴으로써 기존의 페놀계 중합체를 제조하는 방법과 비교할 때 보다 온화한 조건에서도 효과적으로 페놀계 중합체를 중합시킬 수 있다. 또한, 상기 중합된 페놀계 중합체는 자체로서 우수한 방오작용을 나타내며, 특히 특정 경화촉매를 사용하여 경화시킨 후 방오도료 등에 적용할 경우에는 상기 방오도료를 코팅하여 형성된 도막의 표면 에너지가 작아서 물리적인 해양생물의 부착을 효율적으로 저해하고, 또한, 방오작용기의 소모가 발생되지 않아 지속적으로 내구성을 발현하기 때문에 부착물질이 분비하는 단백질의 분해능이 오래 지속되어 화학적 방오작용이 우수한 특성을 동시에 나타내는 효과가 있다.The present invention can effectively polymerize phenolic polymers under milder conditions compared to the conventional method for preparing phenolic polymers by polymerizing phenolic monomers derived from plants in organic solvents under the action of oxidoreductase, a biocatalyst. have. In addition, the polymerized phenolic polymer exhibits excellent antifouling action on its own, and in particular, when it is cured using a specific curing catalyst and applied to antifouling paints, the surface energy of the coating film formed by coating the antifouling paint is small so that the physical marine Since it effectively inhibits the adhesion of organisms and also maintains durability because antifouling agents are not consumed, the resolution of proteins secreted by adherents lasts for a long time, resulting in excellent chemical antifouling effects. .

이하, 식물성 페놀계 단량체를 출발물질로 사용하여 유기용매 내에서 페놀 중합체를 형성하며, 이때 산화환원 효소를 생촉매로서 사용한 본 발명의 제조방법을 성분과 제조단계에 따라 자세하게 설명한다.Hereinafter, a phenolic polymer is formed in an organic solvent using a vegetable phenolic monomer as a starting material, and the preparation method of the present invention using a redox enzyme as a biocatalyst will be described in detail according to the components and the preparation steps.

본 발명에서 사용하는 식물성 페놀계 단량체를 구체적으로 예를 들면, 카다놀, 카돌, 아나카딕엑시드, 징크고익 엑시드, 메틸카돌, 우루시올, 띠트시올, 랭고올 및 락콜 등 중에서 선택된 것이 있다. 현재 상기한 식물성 페놀계 단량체는 일년에 약 100만 톤 이상이 식품의 부산물로 생산되며, 그의 상당량이 단순 연료로 사용되고 있는 실정으로 그 공급에 있어서 문제가 없다. Specific examples of the vegetable phenol-based monomers used in the present invention include those selected from cardanol, cardol, anacardic acid, zinc high-ic acid, methylcardol, urushiol, thitsiol, langool and lacol. Currently, about 1 million tons or more of the above-mentioned vegetable phenolic monomers are produced as a by-product of food, and a considerable amount thereof is used as a simple fuel, and there is no problem in the supply thereof.

본 발명의 상기와 같은 식물성 페놀계 단량체를 중합시키는 과정에서 생촉매로서 산화환원효소를 사용하는데, 상기 산화환원효소로는 폴리페놀옥시다아제, 퍼옥시다아제 및 라카아제 등을 사용한다. 특히, 상기한 산화환원효소 중에서도 퍼옥시다아제를 사용할 경우 바람직하며, 퍼옥시다아제로는 식물유래, 박테리아유래, 곰팡이유래 등의 자연 유래 퍼옥시다아제를 사용할 수 있다. 상기한 퍼옥시다아제 중에서 효소활성의 안정도 및 수율 측면에서 곰팡이유래 퍼옥시다아제, 특히 아스퍼질러스퍼옥시다아제를 사용할 경우 가장 바람직한 결과를 얻을 수 있다. 반응에 적용되는 온도와 pH 등의 조건은 사용되는 효소의 생리적 특성에 맞추어서 조절한다.An oxidoreductase is used as a biocatalyst in the process of polymerizing the above-mentioned vegetable phenolic monomer of the present invention. As the oxidoreductase, polyphenol oxidase, peroxidase and laccase are used. In particular, peroxidase is preferable among the above-described oxidoreductases, and as the peroxidase, natural peroxidases such as plant-derived, bacterial-derived, and fungal-derived can be used. Among the peroxidases described above, the most preferable result can be obtained when a fungal-derived peroxidase, in particular Aspergillus peroxidase, is used in terms of stability and yield of enzymatic activity. Conditions such as temperature and pH applied to the reaction is adjusted according to the physiological characteristics of the enzyme used.

상기와 같은 산화환원효소의 사용량은 식물성 페놀계 단량체 사용량에 대하여 0.1 ∼ 1.0 중량%인데, 이때 사용량이 0.1 중량% 미만이면 반응속도가 너무 작아 반응에 소요되는 시간이 길어지는 문제가 있으며, 1.0 중량%를 초과하는 경우에는 경제적인 문제와 더불어 중합된 생성물이 스스로 가교되는 현상으로 인하여 안정된 페놀계 중합체를 얻을 수 없는 문제점이 있다. The amount of the oxidoreductase as described above is 0.1 to 1.0% by weight relative to the amount of the phenolic monomers used. If the amount is less than 0.1% by weight, the reaction rate is too small, so that the time required for the reaction is long, and 1.0 weight is used. In case of exceeding%, there is a problem in that a stable phenolic polymer cannot be obtained due to the economical problem and the phenomenon in which the polymerized product crosslinks itself.

산화환원효소를 사용하여 식물성 페놀계 단량체를 중합하기 위해서는 산화제가 필요하다. 산화제로는 과산화수소와, t-부틸하이드로퍼록사이드, t-에틸하이드로퍼록사이드 등과 같은 유기계과산화수소 등을 사용할 수 있으며, 식물성 페놀계 단량체에 대하여 0.1 ∼ 1.0 몰비로 사용한다. 이때, 산화제의 사용량이 0.1 몰비 미만이면 중합수율이 감소하는 문제가 있으며 1.0 몰비를 초과할 경우 산화환원효소의 활성이 급격하게 감소하는 문제가 있다. In order to polymerize vegetable phenolic monomers using redox enzymes, an oxidizing agent is required. Examples of the oxidizing agent include hydrogen peroxide, organic hydrogen peroxide such as t-butyl hydroperoxide and t-ethyl hydroperoxide, and the like, and are used in a molar ratio of 0.1 to 1.0 with respect to the vegetable phenol monomer. At this time, if the amount of the oxidizing agent is less than 0.1 molar ratio, there is a problem that the polymerization yield is reduced, and when the amount exceeds 1.0 molar ratio, there is a problem that the activity of the oxidoreductase is rapidly reduced.

상기와 같은 식물성 페놀계 단량체는 상기한 생촉매를 사용하여 유기용매 내에서 중합시키는데, 유기용매는 중합하고자 하는 식물성 페놀계 단량체의 종류와 사용되는 산화환원효소의 종류에 따라서 그 효소의 활성도가 안정하게 지속될 수 있는 것을 선택해야 한다.The above-mentioned vegetable phenolic monomer is polymerized in an organic solvent using the biocatalyst described above, and the organic solvent has a stable activity according to the type of vegetable phenolic monomer to be polymerized and the type of redox enzyme used. You must choose something that can last.

본 발명에서는 여러 가지 유기용매 중에서 극성용매인 알코올계 유기용매를 사용하는데, 구체적으로 예를 들면 이소프로판올, 메탄올, 에탄올, t-부탄올 등을 사용하는 것이 좋다. 상기한 알코올계 유기용매 외에 다른 용매들은 생촉매로 사용되는 산화환원효소의 활성 및 안정도를 크게 저하시켜서 결과적으로 중합물의 수율이 크게 감소되는 경향이 있다. In the present invention, an alcohol-based organic solvent, which is a polar solvent, is used among various organic solvents. Specifically, for example, isopropanol, methanol, ethanol, t-butanol, or the like may be used. In addition to the alcohol-based organic solvent, other solvents tend to significantly reduce the activity and stability of the oxidoreductase used as a biocatalyst, and as a result, the yield of the polymer tends to be greatly reduced.

상기한 알코올계 유기용매는 완충액 30 ∼ 70 부피%와 혼합하여 사용하며, 상기와 같은 알코올계 유기용매 사용량은 전체 반응물의 부피의 30 ∼ 70 부피% 이다. 이때, 유기용매 사용량이 30 부피% 미만이면 식물성 페놀계 단량체의 용해도가 감소하여 발생되는 층분리 현상으로 인하여 고농도의 단량체를 반응시킬 수가 없는 문제점이 있다. 또한 유기용매 사용량이 70 부피%를 초과할 경우에는 생촉매로 사용되는 산화환원효소의 활성도가 급격히 감소되는 경향이 있어서 반응을 지속시킬 수가 없는 문제점이 있다. The alcohol-based organic solvent is used by mixing with 30 to 70% by volume of the buffer, the alcohol-based organic solvent used is 30 to 70% by volume of the total reactant. At this time, when the amount of the organic solvent is less than 30% by volume, there is a problem in that the monomer of a high concentration cannot be reacted due to the layer separation phenomenon caused by the decrease in the solubility of the vegetable phenolic monomer. In addition, when the amount of the organic solvent used exceeds 70% by volume, the activity of the oxidoreductase used as a biocatalyst tends to decrease rapidly, so that there is a problem in that the reaction cannot be continued.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 식물성 페놀계 단량체를 중합시켜서 페놀계 중합체를 제조하는 과정에서 산화환원효소를 이용함으로써, 기존의 페놀계 중합체를 제조시에 고온 및 고압 등의 가혹한 환경이 아닌 온화한 조건에서 수행할 수 있도록 하며, 포르말린 등의 유독한 화합물을 사용하지 않는 등의 제조상의 개선을 이루면서도 기존의 제조방법보다 고분자량의 페놀계 중합체를 수득할 수 있다.As described above, in the present invention, by using a oxidoreductase in the process of preparing a phenolic polymer by polymerizing a vegetable phenolic monomer, mild conditions, such as a high temperature and a high pressure at the time of manufacturing a conventional phenolic polymer, are not mild. It can be carried out in, and can be obtained a higher molecular weight phenolic polymer than the conventional manufacturing method while making improvements in production, such as not using toxic compounds such as formalin.

또한 본 발명에서는 화학적인 방오작용의 특성을 증가시키기 위하여 페놀계 화합물 중에 특히 방오작용이 있는 것으로 알려진 켑사이신, 노니바마이드, 하이드록시퀴논, 페룰기엑시드, 갈릭엑시드 등과 같은 화합물을 페놀계 단량체의 중합 과정 중에 투입하여 완전한 중합체를 형성할 수 있으며, 그 사용량은 전체 반응물 중량에 대하여 5 ∼ 20 중량% 사용할 수 있는데, 20 중량%를 초과할 경우에는 페놀계 중합체의 공중합이 원활하지 못한 단점이 있다. 상기와 같이 방오작용기를 가진 것으로 알려진 화합물을 사용할 경우에는, 형성된 페놀계 중합체의 방오작용기가 더욱 소모되지 않고 지속적으로 내구성있게 존재하여 결과적으로 방오효과를 보다 장기간 유지할 수 있다. In addition, in the present invention, in order to increase the characteristics of chemical antifouling action, compounds such as oxsaicin, nonibamide, hydroxyquinone, ferulic acid, and gallic acid, which are known to have antifouling action, are especially phenolic monomers. It can be added during the polymerization process to form a complete polymer, the amount of the used may be used 5 to 20% by weight based on the total weight of the reactants, when the amount exceeds 20% by weight is a disadvantage that the copolymerization of the phenolic polymer is not smooth have. In the case of using a compound known to have an antifouling functional group as described above, the antifouling functional group of the formed phenolic polymer is not consumed further and remains durable and consequently can maintain the antifouling effect for a longer period of time.

상기와 같은 방법으로 제조된 페놀계 중합체는 그 자체로서 우수한 항산화특성을 나타내기 때문에 항산화능을 요구하는 다양한 분야에 적용할 수 있으며, 구체적으로 예를 들면 식품보관용 용기 및 장치의 내부코팅재료, 방오작용을 요구하는 해양용 도료 조성물의 재료로서 사용될 수 있다. 또한, 일반적으로 페놀계 고분자들이 사용되어온 산업분야에 적용될 수 있다.The phenolic polymer prepared by the method as described above can be applied to various fields that require antioxidant capacity because it shows excellent antioxidant properties by itself, and specifically, for example, internal coating materials of food storage containers and devices, It can be used as a material for marine coating compositions requiring antifouling action. In addition, it is generally applicable to the industrial field in which phenolic polymers have been used.

상기와 같이 산화환원효소에 의하여 중합된 페놀계 중합체를 코팅용 재료에 적용하기 위해서는 상기 페놀계 중합체의 곁가지로 붙어있는 알케닐기의 라디칼 가교반응을 활용한 경화과정을 거쳐야 한다. 경화를 위해서 사용될 수 있는 경화촉매로는 전이금속과 유기리간드의 착체를 사용하는데, 구체적으로 예를 들면, 코발트나프테네이트, 망간나프테네이트 등이 사용될 수 있다. 경화촉매의 사용량은 페놀계 중합체 사용량에 대하여 0.05 ∼ 0.3 중량%인데, 이때 경화촉매의 사용량이 0.05 중량% 미만일 경우에는 경화하는데 시간이 많이 소요되며 또한 경화된 페놀계 중합체를 코팅한 도막의 강도가 감소하는 문제가 있으며, 경화촉매의 사용량이 0.3 중량%를 초과할 경우에는 경화과정이 너무 빨리 진행되어 가사시간이 급격히 짧아져 코팅하는데 어려움이 있고, 코팅시 주름형성과 같은 문제점이 발생한다. In order to apply the phenolic polymer polymerized by the oxidoreductase to the coating material as described above, it is required to undergo a curing process utilizing the radical crosslinking reaction of the alkenyl group attached to the side of the phenolic polymer. As a curing catalyst that can be used for curing, a complex of a transition metal and an organic ligand is used. Specifically, for example, cobalt naphthenate, manganese naphthenate, or the like can be used. The amount of the curing catalyst used is 0.05 to 0.3% by weight relative to the amount of the phenolic polymer. When the amount of the curing catalyst is less than 0.05% by weight, it takes a long time to cure and the strength of the coating film coated with the cured phenolic polymer is increased. When the amount of the curing catalyst used exceeds 0.3% by weight, the curing process proceeds too fast and the pot life is rapidly shortened, which makes it difficult to coat and causes problems such as wrinkles during coating.

상기한 바와 같이 식물성 페놀계 단량체를 출발물질로 하고 생촉매로서 산화환원효소를 사용하여 유기용매 내에서 페놀계 중합체를 제조하며, 이후 코팅도막을 형성하는 경화과정에서 전이금속과 래디컬발생물질인 유기리간드의 착체을 이용하여 경화작용을 제어함으로써 코팅물질을 실제 적용함에 있어서 야기되던 문제점을 해결하였다. As described above, a phenolic polymer is prepared in an organic solvent using a vegetable phenolic monomer as a starting material and an oxidoreductase as a biocatalyst, and then a transition metal and an organic radical generating material in the curing process of forming a coating film. By controlling the curing action using the complex of the ligand solves the problem caused in the practical application of the coating material.

이와 같은 방법으로 얻어진 페놀계 중합체를 코팅한 도막은 표면에너지가 상당히 작아서 실리콘계 방오도료와 유사하게 해양생물의 부착을 물리적으로 억제하는 효과가 있다. The coating film coated with the phenolic polymer obtained by the above method has a very small surface energy, so that the adhesion of marine organisms is physically suppressed similarly to the silicone antifouling paint.

이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 구체적으로 설명하겠는바, 다음 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited by the following Example.

실시예 1Example 1

일반적으로 카슈넛 추출액 중에서 분리된 카다놀(팔머인터네셔널, 미국)에는 90 ∼ 95 %의 순도를 가지는 것으로 여기에는 약 3 ∼ 6 중량%정도의 카돌이 포함되어있다.In general, cardanol (Palmer International, USA) isolated from cashew nut extracts has a purity of 90-95%, which contains about 3-6% by weight of cadol.

0.6 g의 카다놀(2 mmol)을 12.5 ㎖의 이소프로판올과 12.5 ㎖의 포스페이트완충액(0.1 M, pH 7.0) 혼합용액에 용해시킨 후 여기에 20 mg의 퍼옥시다아제(소이빈퍼옥시다아제, 시그마사, 미국)을 첨가하고, 30 % 농도의 과산화수소 용액 300 ??l를 6시간에 걸쳐 지속적으로 균등하게 첨가하였다. 반응온도는 상온에서 행하며 혼합정도는 전체 용액이 균일하게 혼합될 수 있도록 수행하며, 반응 후 반응용액을 감압하에서 농축한 후 여기에 에틸아세테이트 20 ㎖를 첨가하였다. 에틸아세테이트 용매에 용해되는 부분을 회수한 후 감압하에 용매를 제거하여 농축하였다. 0.6 g of cardanol (2 mmol) was dissolved in a mixed solution of 12.5 ml of isopropanol and 12.5 ml of phosphate buffer (0.1 M, pH 7.0) followed by 20 mg of peroxidase (soybean peroxidase, Sigma, USA). Was added, and 300 ?? of 30% hydrogen peroxide solution were added continuously and evenly over 6 hours. The reaction temperature is carried out at room temperature and the mixing degree is carried out so that the entire solution can be uniformly mixed. After the reaction, the reaction solution is concentrated under reduced pressure, and 20 ml of ethyl acetate is added thereto. The portion dissolved in the ethyl acetate solvent was recovered and concentrated by removing the solvent under reduced pressure.

첨부도면 도 1a에 반응전 카다놀, 도 1b에는 반응후 폴리카다놀의 핵자기공명스펙트럼을 나타내었다. 도 1a와 1b를 살펴보면 6 ∼ 7.2 ppm 사이에서 반응후 전체적인 수소피크들이 넓어지는 형태를 볼 수 있는데, 특히 벤젠링에 위치하는 수소피크들이 주로 사라지는 것으로 볼 때 퍼옥시다아제에 의하여 벤젠고리와 벤젠고리가 직접적으로 연결되는 반응이 이루어지는 것을 확인할 수 있었다. Figure 1a shows the cardanol before the reaction, and Figure 1b shows the nuclear magnetic resonance spectrum of the polycardanol after the reaction. Looking at Figures 1a and 1b it can be seen that the overall hydrogen peak is widened after the reaction between 6 ~ 7.2 ppm, especially the hydrogen peak located in the benzene ring is mainly disappeared by the peroxidase benzene ring and benzene ring It was confirmed that the reaction is connected directly.

실시예 2 ∼ 3 및 비교예 1 ∼ 3Examples 2-3 and Comparative Examples 1-3

상기 실시예 1과 같은 조건으로 반응시키면서 용매로서 이소프로판올 대신에 다른 유기용매를 사용함에 따른 카다놀의 중합특성을 살펴보았으며, 유기용매의 종류에 따른 카다놀의 중합특성은 다음 표 1에 나타내었다.While reacting under the same conditions as in Example 1, the polymerization characteristics of cardanol by using another organic solvent instead of isopropanol as a solvent were examined, and the polymerization characteristics of cardanol according to the type of organic solvent are shown in Table 1 below. .

비고Remarks 카다놀(mmol)Cardanol (mmol) 유기용매Organic solvent 생촉매Biocatalyst 수율(%)yield(%) MwMw MnMn 실시예1Example 1 2.02.0 이소프로판올Isopropanol SBPSBP 72.572.5 8,2218,221 3,4003,400 실시예2Example 2 2.02.0 메탄올Methanol SBPSBP 42.542.5 12,80812,808 3,5403,540 실시예3Example 3 2.02.0 에탄올ethanol SBPSBP 50.450.4 10,97410,974 4,0964,096 비교예1Comparative Example 1 2.02.0 t-부탄올t-butanol SBPSBP 00 -- -- 비교예2Comparative Example 2 2.02.0 1,4-디옥산1,4-dioxane SBPSBP 00 -- -- 비교예3Comparative Example 3 2.02.0 이소프로판올Isopropanol HRPHRP 00 -- -- SBP : 소이빈퍼옥시다아제HRP : 호오스래디시퍼옥시다아제SBP: Soybean peroxidase HRP: Horse radish peroxidase

상기 표 1에서 볼 수 있듯이 소이빈퍼록시아제를 생촉매로 사용할 때, 알코올을 유기용매로 사용한 경우에는 폴리카다놀이 합성되나, 다른 유기용매를 사용할 경우에는 폴리카다놀이 거의 얻어지지 않았다(비교예 1 ∼ 2). 또한 소이빈퍼옥시다아제 외에 호스래디시퍼옥시다아제를 이용할 경우에는 이소프로판올 용매조건하에서도 전혀 폴리카다놀이 합성되지 않았다(비교예 3). As can be seen in Table 1, when the soybean peroxylase is used as a biocatalyst, polycardanol is synthesized when alcohol is used as an organic solvent, but polycardanol is hardly obtained when other organic solvents are used (Comparative Example 1 2). In addition, when horseradishperoxidase is used in addition to soybean peroxidase, polycardanol was not synthesized at all under isopropanol solvent conditions (Comparative Example 3).

반응중의 퍼옥시다아제 활성도는 ABTS(아지노비스에틸벤조띠아졸린술포네이트)를 이용한 발색법을 이용하여 측정하고, 생성물의 분자량은 굴절률 감지기가 장착되어 있는 GPC(Gel permeation chromatography)를 이용하여 측정하였다. 측정결과 평균분자량은 8,000 ∼ 12,000으로 나타났으며, 평균수율은 70 %이상으로 측정되었다. The peroxidase activity during the reaction was measured using a colorimetric method using ABTS (azinobisethylbenzothiazolinesulfonate), and the molecular weight of the product was measured using GPC (Gel permeation chromatography) equipped with a refractive index sensor. As a result, average molecular weights ranged from 8,000 to 12,000, with average yields of over 70%.

반응 중에 잔존하는 퍼옥시다아제 활성도는 첨부도면 도 2에 나타내었다. 도 2에서 볼 수 있듯이 이소프로판올 용매조건하에서는 반응개시 후 2 시간까지 비교적 안정한 활성도가 유지되는 것을 볼 수 있다. 또한 에탄올, 메탄올 조건하에서도 유사한 경향을 볼 수가 있으나, 카다놀의 고분자합성이 이루어지지 않은 용매하에서는 퍼옥시다아제의 활성도가 급격히 감소하는 것을 볼 수 있다(비교예 1 ∼ 2). Peroxidase activity remaining during the reaction is shown in FIG. 2. As can be seen in Figure 2 it can be seen that under the isopropanol solvent conditions relatively stable activity is maintained up to 2 hours after the start of the reaction. Similar trends can be seen under ethanol and methanol conditions, but the activity of peroxidase can be rapidly reduced in solvents without polymer synthesis of cardanol (Comparative Examples 1 and 2).

상기와 같은 결과에 비추어 사용하고자 하는 퍼옥시다아제의 종류에 따라 적절한 유기용매를 선택하여야 퍼옥시다아제의 활성도를 안정하게 유지할 수 있음을 알 수 있다. In view of the above results, it can be seen that an appropriate organic solvent should be selected according to the type of peroxidase to be used to keep the activity of the peroxidase stable.

실시예 4Example 4

6 g의 카다놀을 17.5 ㎖의 이소프로판올과 7.5 ㎖의 포스페이트완충액(0.1 M, pH 7.0) 혼합용액에 용해시킨 후 여기에 4.0 mg 단백질/㎖ 농도의 퍼옥시다아제 (아스퍼질러스퍼옥시다아제, 노보자임사, 덴마크)을 5 ㎖ 첨가하고, 15 % 농도의 과산화수소 용액 3000 ㎕를 5 시간에 걸쳐 지속적으로 균등하게 첨가하였다. 반응온도는 상온에서 행하며 혼합정도는 전체 용액이 균일하게 혼합될 수 있도록 행하였다. 반응후 반응용액은 감압하에서 농축한 후 여기에 에틸아세테이트 20 ㎖를 첨가하고, 에틸아세테이트 용매에 용해되는 부분을 회수한 후 감압하에 용매를 제거하여 농축하였다. 생성물의 평균분자량은 8,000 ∼ 12,000 이며, 평균수율은 90 %이상으로 측정되었다.6 g cardanol was dissolved in a mixed solution of 17.5 ml isopropanol and 7.5 ml phosphate buffer (0.1 M, pH 7.0), followed by a peroxidase (aspergillus peroxidase, Novozyme, Denmark) was added, and 3000 [mu] l of 15% hydrogen peroxide solution was continuously added evenly over 5 hours. The reaction temperature was carried out at room temperature and the degree of mixing was performed so that the entire solution could be uniformly mixed. After the reaction, the reaction solution was concentrated under reduced pressure, and then 20 ml of ethyl acetate was added thereto, and the portion dissolved in the ethyl acetate solvent was recovered, and then the solvent was removed by concentration under reduced pressure. The average molecular weight of the product was 8,000 to 12,000, and the average yield was determined to be 90% or more.

용매의 종류에 따른 아스퍼질러스퍼옥시다아제의 환성도 변화를 첨부도면 도 3에 나타내었으며, 이소프로판올 용매조건보다 1,4-다이옥산, t-부탄올을 사용할 경우 퍼옥시다아제의 활성은 일정기간 유지되는 것을 볼 수 있으나, 이러한 용매조건하에서는 층갈림 현상이 발생되는 것이 관찰되었다. 따라서 아스퍼질러스퍼옥시다아제를 사용하여 폴리카다놀을 합성할 경우 이소프로판올을 사용하는 것이 유리함을 알 수 있다. 또한 아스퍼질러스퍼옥시다아제를 이용할 경우 카다놀의 농도가 약 24 %(w/v)인 환경하에서도 90 %이상의 수율로 반응이 진행되었다. The change in the degree of ringing of aspergillus peroxidase according to the type of solvent is shown in FIG. 3, and when the 1,4-dioxane and t-butanol are used, the peroxidase activity is maintained for a certain period of time. However, it was observed that delamination occurred under these solvent conditions. Therefore, it can be seen that it is advantageous to use isopropanol when synthesizing polycardanol using aspergillus peroxidase. In addition, when aspergillus peroxidase was used, the reaction proceeded in a yield of more than 90% even in an environment where the concentration of cardanol was about 24% (w / v).

이는 일반적인 고분자 합성시 단량체의 농도가 높을수록 공정상 생산성에 있어서 경제성이 있다고 생각되며 본 발명에서의 단량체 농도 24 %(w/v)는 충분히 경제성이 있다고 판단된다. 따라서 아스러질러스퍼옥시다아제 이용 고분자 합성공정이 매우 상업적으로 가능성 있음을 의미한다. It is thought that the higher the concentration of the monomer in the synthesis of general polymers, the more economical the productivity in the process and the monomer concentration of 24% (w / v) in the present invention is sufficiently economical. Therefore, it is possible that the process of synthesizing the polymer using Asrugillsperperoxidase is very commercially feasible.

실시예 5Example 5

카돌은 다음과 같은 방법으로 카슈넛추출물(AF6155, 팔머인터네셔널, 미국)로부터 분리하였다. 50 g의 카슈넛추출물을 메탄올 467 ㎖에 용해시킨 다음, 암모니아 수용액(25 %) 200 ㎖을 첨가하여 교반하였다. 여기에 n-헥산을 4차례 첨가하여 불순물을 추출한 후 이 n-헥산용매층은 분리하여 폐기하였다. 암모니아를 포함하는 수용액 메탄올 층을 17.5 % 염산으로 중화한 후 여기에 에틸아세테이트/헥산(8:1) 용매 200 ㎖ 를 첨가하여 추출하였다. 추출된 용매에 2.5 % 염산 15 ㎖를 첨가하여 불순물을 제거한 후 마지막으로 잔류하는 수분을 무수황산나트륨을 이용하여 제거하였다. 최종적으로 감압 농축하여 순수한 카돌을 획득하였으며 이를 고성능액체크로마토그래피와 수소핵자기공명분광기를 이용하여 확인하였다. Cadol was isolated from cashew nut extracts (AF6155, Palmer International, USA) in the following manner. 50 g of cashew nut extract was dissolved in 467 ml of methanol, and 200 ml of aqueous ammonia solution (25%) was added and stirred. After adding n-hexane four times to extract impurities, this n-hexane solvent layer was separated and discarded. The aqueous methanol layer containing ammonia was neutralized with 17.5% hydrochloric acid, and then extracted by adding 200 ml of ethyl acetate / hexane (8: 1) solvent. 15 ml of 2.5% hydrochloric acid was added to the extracted solvent to remove impurities. Finally, the remaining water was removed using anhydrous sodium sulfate. Finally, pure kadol was obtained by concentration under reduced pressure, which was confirmed using high performance liquid chromatography and hydrogen magnetic resonance spectroscopy.

폴리카돌을 합성하기 위하여 카돌 0.6 g과 아스퍼질러스퍼옥시다아제 2 mg을 t-부탄올 12.5 ㎖와 포스페이트완충액(0.1 M, pH 7.0) 12.5 ㎖가 혼합된 용액에 첨가하였다. 그리고 10 % 과산화수소 0.34 ㎖를 시린지펌프를 이용하여 5시간동안 일정한 속도로 주입하면서 상온(25 ℃)에서 반응을 진행시켰다. 24시간후 반응혼합물을 감압하에서 농축한 후 여기에 에틸아세테이트 30 ㎖와 증류수 10 ㎖를 첨가하여 에틸아세테이트 용매에 용해되는 부분을 분리하였다. 에틸아세테이트층을 감압하에 농축하였고 잔류된 부분에 저온의 메탄올을 첨가하여 메탄올에 용해되는 부분을 제거하였다. 이때 분자량은 약 15,000, 수율은 80 % 이상이었다. To synthesize polycardol, 0.6 g of cardol and 2 mg of aspergillus peroxidase were added to a mixed solution of 12.5 ml of t-butanol and 12.5 ml of phosphate buffer (0.1 M, pH 7.0). The reaction was proceeded at room temperature (25 ° C.) while injecting 0.34 ml of 10% hydrogen peroxide at a constant rate for 5 hours using a syringe pump. After 24 hours, the reaction mixture was concentrated under reduced pressure, and 30 ml of ethyl acetate and 10 ml of distilled water were added thereto to separate a portion dissolved in an ethyl acetate solvent. The ethyl acetate layer was concentrated under reduced pressure and low temperature methanol was added to the remaining portion to remove the portion dissolved in methanol. At this time, the molecular weight was about 15,000, the yield was 80% or more.

비교예 2Comparative Example 2

아스퍼질러스퍼옥시다아제를 이용할 경우 반응유기용매 종류 및 완충액용량에 따른 퍼옥시다아제의 상대적인 활성도를 측정하여 다음 표 2에 나타내었다. 다른 용매와는 달리 t-부탄올과 완충액용액의 비가 5 : 5 가 되었을 경우 퍼옥시다아제 활성도가 다른 유기용매 또는 완충액용액의 용량비에 비하여 매우 높은 것을 볼 수 있다. 벤젠고리에 수산화기가 두 개 포함된 카돌을 중합하는데 있어서 기질의 소수성을 고려할 때 이를 용이하게 용해하면서 동시에 퍼옥시다아제의 활성을 유지할 수 있는 용매선택은 매우 중요하다. 아스퍼질러스퍼옥시다아제를 이용한 카돌의 중합에 있어서 완충액용량이 분자량과 수율에 미치는 영향을 첨부도면 도 4에 나타내었다. 완충액용액과 유기용매의 비가 5 : 5가 되었을 경우 반응시간이 진행함에 따라 불용성의 침전물이 형성되는 것이 관찰되었다. 이때 수율은 도 4에서 볼 수 있듯이 약 80 % 정도로서 완충액용량이 이보다 작은 경우에는 효소활성도가 감소하여 수율이 낮게 얻어지고, 반면 높은 경우에는 효소활성은 증가하나 생성 폴리카돌의 용해도가 감소하여 역시 수율이 감소하는 문제가 발생하였다. 반면 분자량의 경우에는 11,000 ∼ 17,000 범위로 완충액용량에 따라 크게 변화하지는 않았다. 반응 생성물인 폴리카돌의 경우 측쇄의 불포화기는 반응하지 않는 것으로 수소핵자기공명분광기에 의하여 확인되었으며 이는 폴리카다놀과 유사한 결과이다. In the case of using Aspergillus peroxidase, the relative activity of the peroxidase according to the reaction organic solvent type and the buffer capacity was measured and shown in Table 2 below. Unlike other solvents, when the ratio of t-butanol and the buffer solution is 5: 5, the peroxidase activity is very high compared to the volume ratio of the other organic solvent or the buffer solution. Considering the hydrophobicity of the substrate in the polymerization of the kadol containing two hydroxyl groups in the benzene ring, it is very important to select a solvent that can easily dissolve it and maintain the peroxidase activity. 4 shows the effect of buffer capacity on molecular weight and yield in the polymerization of kadol using aspergillus peroxidase. When the ratio of the buffer solution and the organic solvent became 5: 5, it was observed that insoluble precipitate was formed as the reaction time proceeded. At this time, the yield is about 80% as shown in Figure 4, when the buffer capacity is smaller than this, the enzyme activity is reduced and the yield is obtained low, while in the case of high enzyme activity is increased but the solubility of the resulting polycardol is also reduced, also yield This decreasing problem occurred. On the other hand, in the case of molecular weight, it did not change greatly depending on the buffer capacity in the range of 11,000 to 17,000. In the case of polycardol, which is a reaction product, it was confirmed by hydrogen nuclear magnetic resonance spectroscopy that the unsaturated group in the side chain did not react, which is similar to polycardanol.

완충액용량/유기용매비Buffer capacity / organic solvent ratio 0 %0 % 10 %10% 20 %20% 30 %30% 40 %40% 50 %50% 이소프로판올Isopropanol 0.30.3 1.01.0 00 00 00 00 메탄올Methanol 0.50.5 0.30.3 00 00 00 00 에탄올ethanol 0.30.3 0.30.3 00 00 00 00 t-부탄올t-butanol 0.50.5 12.812.8 37.537.5 23.723.7 0.530.53 75.075.0 1,4-디옥산1,4-dioxane 0.30.3 0.30.3 00 00 00 00 DMFDMF 0.50.5 00 00 00 00 00 아세톤Acetone 0.30.3 0.50.5 00 00 00 00

실시예 6Example 6

실시예 5와 같은 반응조건에서 온도의 변화에 따른 폴리카돌의 중합특성을 실험하였다. 일반적으로 효소를 촉매로 이용하여 고분자를 합성하는 이유중의 하나는 일반적인 무기촉매와는 달리 온화한 반응조건하에서도 반응을 진행시킬 수 있다는 것이다. 온도에 따른 아스퍼질러스퍼옥시다아제의 잔존활성을 첨부도면 도 5에 나타내었다. 도 5에서 볼 수 있듯이 반응온도가 25 ∼ 27 ℃인 경우 효소의 활성이 양호한 것으로 측정되었으나, 30 ℃ 이상인 경우 효소의 활성이 급격히 감소하는 것을 알 수 있다. Under the same reaction conditions as in Example 5, the polymerization characteristics of the polycardol with the change of temperature were tested. In general, one of the reasons for synthesizing polymers using enzymes as catalysts is that unlike general inorganic catalysts, the reaction can proceed under mild reaction conditions. The remaining activity of Aspergillus peroxidase according to temperature is shown in FIG. 5. As shown in FIG. 5, the enzyme activity was measured to be good when the reaction temperature was 25 to 27 ° C., but when the reaction temperature was 30 ° C. or higher, the activity of the enzyme was rapidly decreased.

반응온도에 따른 폴리카돌의 수율과 분자량의 변화를 첨부도면 도 6에 나타내었다. 효소중합체의 수율은 27 ℃에서 정점을 보이며 다른 조건에서는 크게 감소하는 것으로 나타났다. 특히 30 ℃가 넘는 고온에서는 효소의 활성도가 도 5에서 볼 수 있듯이 급격하게 감소하기 때문에 이러한 결과 얻어지는 것으로 판단된다. 분자량의 경우는 온도가 증가할 경우 일정하게 감소하는 것을 볼 수 있다. Changes in the yield and molecular weight of the polykadol according to the reaction temperature are shown in FIG. 6. The yield of enzyme polymer peaked at 27 ° C. and decreased significantly under other conditions. In particular, at a high temperature of more than 30 ℃ it is believed that this result is obtained because the activity of the enzyme is rapidly reduced as shown in FIG. In the case of molecular weight, it can be seen that the temperature decreases constantly.

실시예 7Example 7

상기 실시예 4와 같은 실험조건에서 카돌을 단량체로 사용하여 폴리카돌로 중합하는데 있어서 과산화수소 농도의 변화에 따른 아스퍼질러스퍼옥시다아제의 활성 및 이에 따른 폴리카돌의 수율과 분자량 변화를 살펴보았다. In the same experimental conditions as in Example 4, we examined the activity of aspergillus peroxidase and the yield and molecular weight change of polycardol according to the change of hydrogen peroxide concentration in the polymerization using polycardol as a monomer.

과산화수소 사용 농도에 따른 퍼옥시다아제 활성도의 변화를 첨부도면 도 7에 나타내었는데, 사용되는 과산화수소의 농도가 낮을수록 퍼옥시다아제의 활성이 안정화됨을 보인다. 그러나 폴리카돌을 합성하기 위해서는 반드시 산화제인 과산화수소가 필요하므로 이를 조절하는 것이 매우 중요하다. 아스퍼질러스퍼옥시다아제를 이용시 중합된 폴리카돌의 분자량과 수율은 첨부도면 도 8에 나타내었다. 수율은 기질 즉 카돌에 대해서 1/2 이 되는 1.0 mmole이 주입되었을 때 가장 높은 값을 나타내어 80 % 이상의 수율을 보여주고 있다. 반면 과산화수소농도의 증가에 따라 분자량은 감소하는 것으로 나타났다. 이는 과산화수소농도가 높을 때 효소의 활성감소가 크게 증가되어 폴리카돌의 중합이 지속적으로 이루어지지 않기 때문으로 판단된다. 이는 도 9에서도 확인할 수 있는 데 과산화수소농도가 증가할수록 좁은 분자량 범위의 폴리카돌(체류시간이 길수록 낮은 분자량을 의미한다.)이 주로 합성되는 것을 볼 수 있다. 반면 과산화수소농도가 작을수록 넓은 분자량분포를 가지는 폴리카돌이 합성되는 것으로 확인할 수 있다. 이는 과산화수소농도가 효소의 활성에 중요한 요인으로 작용하기 때문에 직접적으로 분자량 분포에 관여하는 것으로 판단된다. The change in peroxidase activity according to the concentration of hydrogen peroxide used is shown in FIG. 7, where the lower the concentration of hydrogen peroxide used, the more stable the peroxidase activity is. However, in order to synthesize polycardol, hydrogen peroxide, which is an oxidizing agent, is required. The molecular weight and yield of the polycardol polymerized using Aspergillus peroxidase are shown in FIG. 8. Yield is the highest value when the injection of 1.0 mmole, which is 1/2 to the substrate ie the kadol, yields more than 80%. On the other hand, the molecular weight decreased with increasing hydrogen peroxide concentration. This is because the decrease in the activity of the enzyme is greatly increased when the hydrogen peroxide concentration is high, it is determined that the polymerization of the polycardol is not made continuously. This can be seen in FIG. 9, but as the hydrogen peroxide concentration is increased, polycardol in a narrow molecular weight range (the longer the residence time means the lower molecular weight) can be seen to be mainly synthesized. On the other hand, the smaller the hydrogen peroxide concentration, it can be seen that the polycardol having a broad molecular weight distribution is synthesized. This is believed to be directly involved in the molecular weight distribution because hydrogen peroxide concentration acts as an important factor in the activity of the enzyme.

실시예 8Example 8

상기 실시예 1, 4, 5에서 합성된 폴리카다놀과 폴리카돌은 용제에 녹을 수 있는 선형고분자형태이다. Polycardanol and polycardol synthesized in Examples 1, 4, and 5 are linear polymers soluble in a solvent.

폴리카다놀 중량당 0.5 %의 코발트나프테네이트와 0.5 %의 메틸에틸케톤퍼록사이드를 가하여 폴리카다놀이 가교되도록 하였다. 이는 폴리카다놀에 존재하는 불포화지방산그룹들이 서로 가교가 되도록 함으로써, 표면에 코팅할 경우 표면에 강고한 도막을 형성하도록 하기 위함이다. 코발트나프테네이트와 메틸에틸케톤퍼록사이드를 첨가하여 생성된 도막의 경도 측정 결과를 다음 표 3에 나타내었다. 경도측정은 표준연필경도법에 의하였다. 0.5% cobalt naphthenate and 0.5% methylethylketoneperoxide per polycardanol were added to allow crosslinking of polycardanol. This is to allow the unsaturated fatty acid groups present in the polycardanol to crosslink with each other, thereby forming a strong coating on the surface when coated on the surface. The hardness measurement results of the coating film formed by adding cobalt naphthenate and methyl ethyl ketone peroxide are shown in Table 3 below. Hardness was measured by standard pencil hardness method.

비고Remarks 기간term 경화제(중량%)Curing agent (% by weight) 1시간1 hours 1일1 day 3일3 days 5일5 days 9일9th 투여안함Do not administer -- -- -- -- -- 코발트나프테네이트(0.5)Cobalt Naphthenate (0.5) -- 5B5B 2H2H 3H3H 3H3H 코발트나프테네이트(1.0)Cobalt Naphthenate (1.0) -- 6B6B 3H3H 3H3H 4H4H 코발트나프테네이트(0.5)/MEKP(0.5)Cobalt naphthenate (0.5) / MEKP (0.5) 접촉가능Contact possible 2H2H 4H4H 5H5H 5H5H 상업용 선박도료Commercial Marine Paints 접촉가능Contact possible 2H2H 2H2H 3H3H 4H4H 비고 : 선박용방오도료 (인터네셔널페인트, 네덜란드)비고 : MEKP : 메틸에틸케톤퍼록사이드Remarks: Antifouling paint for ships (International Paint, Netherlands) Remark: MEKP: Methyl ethyl ketone peroxide

상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 경화용 촉매인 코발트나프테네이트가 첨가되지 않은 경우에는 시간의 경과에 따라 전혀 경도가 증가되지 않는다. 코발트나프테네이트의 함량을 증가시킬 경우 빠른 시간내에 경도가 증가함을 알 수 있다. 여기에 메틸에틸케톤퍼록사이드를 동시에 첨가하였을 경우에는 경화과정이 매우 빠르게 진행되어 상업적으로 시판되는 방오도료와 거의 유사하거나 더 높은 경도를 보이는 것을 알 수 있다. As shown in Table 3 above, when cobalt naphthenate, which is a curing catalyst, is not added, the hardness does not increase at all over time. Increasing the content of cobalt naphthenate can be seen that the hardness increases within a short time. When methyl ethyl ketone peroxide was added to the same at the same time, the curing process proceeds very quickly, and it can be seen that the hardness is almost similar to or higher than that of commercial antifouling paints.

실시예 9Example 9

상기 실시예 8과 동일한 조건에서 폴리카돌에 대한 경화실험을 진행하였으며 이를 폴리카다놀의 경화와 비교하였다. 카돌, 폴리카돌, 폴리카다놀에 코발트나프테네이트를 첨가한 후 연필경도계를 이용한 경도 측정 결과를 다음 표 4에 나타내었다. In the same conditions as in Example 8, the polycardol was tested for curing and compared with that of polycardanol. After adding cobalt naphthenate to the cadol, polycardol, and polycardanol, the hardness measurement results using a pencil hardness meter are shown in Table 4 below.

시료sample 경화제(코발트나프테네이트)Curing agent (cobalt naphthenate) 시간time 2시간2 hours 1일1 day 3일3 days 5일5 days 9일9th 14일14 days 20일20 days 카돌 lCadol l 0.06 %0.06% -- -- -- -- -- -- -- 0.12 %0.12% -- -- -- -- -- -- -- 0.18 %0.18% -- -- -- -- -- -- -- 폴리카돌Polycardoll 0.06 %0.06% setset 4B4B 1H1H 3H3H 4H4H 4H4H 5H5H 0.12 %0.12% setset 4B4B 3H3H 4H4H 5H5H 6H6H 7H7H 0.18 %0.18% setset 1H1H 2H2H 4H4H 5H5H 5H5H 7H7H 폴라카다놀Polarcardanol 0.06 %0.06% setset 1H1H 2H2H 4H4H 4H4H 4H4H 4H4H 0.12 %0.12% setset 1H1H 2H2H 4H4H 4H4H 4H4H 5H5H 0.18 %0.18% setset 1H1H 2H2H 4H4H 4H4H 4H4H 5H5H 인터네셔널 페인트사KRF 952International Paint CompanyKRF 952 setset 3H3H 3H3H 3H3H 3H3H 3H3H 3H3H setset 3H3H 3H3H 3H3H 3H3H 3H3H 3H3H lacquer -- -- HBHB HH 2H2H 3H3H 3H3H

상기 표 4에서 볼 수 있듯이 카돌은 코발트나프테네이트를 첨가하여도 경화가 진행되지 않음을 알 수 있으나, 폴리카돌과 폴리카다놀은 경화가 되는 데 폴리카다놀에 비하여 폴리카돌의 경화강도가 큰 것을 볼 수 있다. 이는 폴리카돌은 하이드록시기가 2개 존재하여 1개 존재하는 폴리카다놀에 비하여 우수한 경화특성을 보임을 나타낸 결과이다. 반면 자연산 옻칠의 경우 경화속도가 상당히 느린 것을 볼 수 있다. As can be seen in Table 4, the cadol can be seen that the hardening does not proceed even if cobalt naphthenate is added, but the polycardol and the polycardanol are hardened compared to the polycardanol, and the hardening strength of the polycardol is greater. You can see that. This result shows that the polycardol shows excellent curing properties compared to the polycardanol having two hydroxyl groups. On the other hand, natural lacquer can be seen that the curing speed is quite slow.

실시예 10Example 10

실시예 8 ∼ 9 에서 경화된 도막의 항산화능력을 측정하였다. 먼저 100 ㎖의 증류수에 500 μM 디피피에치 1 ㎖를 첨가한 후 여기에 1 g 경화된 폴리카다놀, 폴리카돌의 도막을 침적하였다. 시간에 따라 디피피에치의 흡광도를 517 nm에서 측정하여 디피피에치 흡광도의 감소를 이용하여 항산화능력을 측정하였으며, 다음 표 5에 그 결과를 나타내었다. The antioxidant capacity of the cured coating film in Examples 8-9 was measured. First, 1 ml of 500 μM dippiech was added to 100 ml of distilled water, and then a coating film of 1 g-cured polycardanol and polycardol was deposited. The absorbance of DPI was measured at 517 nm with time, and the antioxidant capacity was measured using a decrease in DPI. The results are shown in Table 5 below.

폴리카다놀, 폴리카돌, 옻칠의 경화도막을 해수에 침적하였을 경우에 따개비와 같은 해양부착생물에 의하여 오염되는 정도를 다음 표 6에 나타내었다.The degree of contamination by marine adherents such as barnacles when the cured coating film of polycardanol, polycardol, or lacquer is deposited in seawater is shown in Table 6 below.

30분30 minutes 90분90 minutes 300분300 minutes 폴리카다놀Polycardanol 20 %20% 30 %30% 60 %60% 폴리카돌Polycardoll 35 %35% 40 %40% 70 %70% 옻칠도막Lacquer coating 20 %20% 30 %30% 40 %40%

상기 표 5에 나타낸 바와 같이 폴리카돌의 항산화력이 폴리카다놀과 옻칠도막에 비하여 상당히 큰 것을 확인할 수 있다. 이러한 항산화력은 따개비와 같은 해양부착생물이 분비하는 접착단백질의 경화를 억제할 수 있는 것으로 알려져 있다. 결과적으로 따개비, 홍합과 같은 해양부착생물에 의한 오염을 방지할 수 있는 성질을 항산화력을 가지는 도막은 보유할 수 있다. As shown in Table 5, it can be confirmed that the antioxidant power of the polycardol is considerably greater than that of the polycardanol and the lacquer coating film. This antioxidant power is known to be able to suppress the hardening of adhesive proteins secreted by marine attachment organisms such as barnacles. As a result, a coating film having an antioxidant power can retain the property of preventing contamination by marine adherents such as barnacles and mussels.

초기Early 1개월1 month 3개월3 months 6개월6 months 12개월12 months 폴리카다놀Polycardanol 0 개0 pcs 0 개0 pcs 1 개One 3 개Three 6 개6 pcs 폴리카돌Polycardoll 0 개0 pcs 0 개0 pcs 0 개0 pcs 0 개0 pcs 1 개One 옻칠도막Lacquer coating 0 개0 pcs 2 개2 6 개6 pcs 13 개All 13 25 개All 25 비고) 시편 크기 : 가로 15 센티, 세로 30 센티 시편 위치 : 수면 1 미터 30 센티 이하 해수 침적Remarks) Specimen size: 15 centimeters wide, 30 centimeters long.

상기 표 6에 나타낸 바와 같이, 폴리카돌 경화도막에 딱개비의 부착능력이 크게 저해되는 것을 볼 수 있다. 이는 상기 표 5의 경향과 일치하는 것으로 항산화력이 딱개비의 접착단백질의 경화를 방해하여 결과적으로 적은 수의 따개비만이 부착할 수 있었던 것으로 판단된다. As shown in Table 6, it can be seen that the adhesion ability of the crackle to the polycardol cured coating film is greatly inhibited. This coincides with the trend of Table 5 above, and it is determined that the antioxidant power prevented the hardening of the adhesion protein of the bark, and as a result, only a small number of barnacles could be attached.

상술한 바와 같이 본 발명에 따라 생촉매로서 산화환원효소를 사용하여 중합된 경화가능한 폴리카다놀과 폴리카돌은 전통적으로 사용되어져온 옻과 유사한 특성이 있어서 옻칠 코팅물의 대용품으로 사용되어질 수 있으며, 높은 항산화능을 보유하고 있어서 식품보관용 용기 및 장치의 내부코팅재료 그리고 가장 중요하게는 해양부착생물의 오염을 방지할 수 있는 방오용 코팅재료로 사용될 수 있다. 그외에 페놀고분자의 일반적으로 사용되어져온 산업적 응용사례를 참고할 경우 브레이크라이닝 재료, 브레이크패드 재료, 잉크원료, 접착원료, 에폭시레진 원료 등으로 응용될 수 있을 것으로 예상된다. 특히, 주석, 구리와 같은 중금속이 포함된 기존의 해양선박용 방오도료를 대체할 수 있는 등의 사회적 수요를 충족할 수 있는 기능성 재료의 합성법을 제시함으로써 그 의의가 크다고 할 수 있다. As described above, the curable polycardanol and polycardol polymerized using a oxidoreductase as a biocatalyst according to the present invention have properties similar to those of conventional lacquers, which can be used as a substitute for lacquer coatings. It can be used as an internal coating material for food storage containers and devices, and most importantly as an antifouling coating material to prevent contamination of marine adherents. In addition, the industrial applications of phenolic polymers, which have been commonly used, are expected to be applied to brake lining materials, brake pad materials, ink materials, adhesive materials, and epoxy resin materials. In particular, it can be said to have great significance by presenting a method of synthesizing functional materials capable of meeting social demands such as replacing existing marine antifouling paints containing heavy metals such as tin and copper.

또한 본 발명에서 사용되어진 생촉매를 이용한 페놀계 중합체의 제조방법은 기존의 페놀계 중합체 합성시 사용되어지는 가혹조건(고온, 고압) 및 유독한 화학물(포르말린 계열)을 전혀 사용하지 않고도, 기존의 페놀계 중합체에 비하여 훨씬 큰 분자량의 페놀계 고분자를 획득한다는 점에서 그 기술적 효과와 더불어 미래 지향적인 친환경적인 공정을 제시하는 효과가 있다. In addition, the method for producing a phenolic polymer using the biocatalyst used in the present invention is possible without using harsh conditions (high temperature, high pressure) and toxic chemicals (formalin series) that are used in synthesizing a conventional phenolic polymer. Compared to the phenolic polymer of the phenolic polymer having a much larger molecular weight in terms of obtaining the technical effect and the future-oriented environmentally friendly process has the effect.

도 1a는 카다놀의 핵자기공명 스펙트럼이고, 도 1b는 폴리카다놀 핵자기공명 스펙트럼이다.FIG. 1A is a nuclear magnetic resonance spectrum of cardanol, and FIG. 1B is a polycardanol nuclear magnetic resonance spectrum.

도 2는 용매의 종류에 따른 퍼옥시다아제 활성도의 변화를 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing the change in peroxidase activity according to the type of solvent.

도 3은 용매 종류에 따른 아스퍼질러스퍼옥시다아제의 활성도의 변화를 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the change in activity of Aspergillus peroxidase according to the type of solvent.

도 4는 완충액 용량에 따른 폴리카돌의 수율 및 분자량 변화를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the yield and molecular weight change of polykadol according to the buffer capacity.

도 5는 반응온도에 따른 아스퍼질러스퍼옥시다아제 활성도의 변화를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the change of Aspergillus peroxidase activity according to the reaction temperature.

도 6은 반응온도에 따른 폴리카돌의 수율과 분자량의 변화를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing the change in yield and molecular weight of polycardol according to the reaction temperature.

도 7은 과산화수소 첨가 농도에 따른 퍼옥시다아제활성도 변화를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the change in peroxidase activity according to the concentration of hydrogen peroxide added.

도 8은 과산화수소 첨가 농도에 따른 폴리카돌의 수율 및 분자량의 변화를 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing changes in yield and molecular weight of polycardol according to the concentration of hydrogen peroxide added.

도 9는 과산화수소 첨가 농도에 따른 폴리카돌의 분자량 분포를 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing the molecular weight distribution of polycardol according to the concentration of hydrogen peroxide added.

Claims (13)

삭제delete 카돌, 카다놀, 아나카딕 엑시드, 징크고익 엑시드, 메틸카돌, 우루시올, 띠트시올, 랭고올 및 락콜 중에서 선택된 1 종의 식물성 페놀계 단량체를, 상기 식물성 페놀계 단량체에 대하여 0.1 ∼ 1.0 중량%의 산화환원효소를 사용하며, 산화제가 첨가된 알코올계 유기용매 내에서 중합반응시키는 것을 특징으로 하는 페놀계 중합체의 제조방법.0.1 wt% to 1.0 wt% of a vegetable phenolic monomer selected from cadol, cardanol, anacardic acid, zinc high-ic acid, methylcardol, urushiol, thitsiol, langool and laccol with respect to the vegetable phenolic monomer. A method for producing a phenolic polymer, characterized in that the polymerization is carried out in an alcoholic organic solvent to which an oxidoreductase is added. 제 2 항에 있어서, 상기 산화환원효소는 폴리페놀옥시다아제, 퍼옥시다아제, 및 라카아제 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 페놀계 중합체의 제조방법.The method of claim 2, wherein the oxidoreductase is selected from polyphenol oxidase, peroxidase, and laccase. 삭제delete 제 2 항에 있어서, 상기 산화제는 과산화수소 또는 유기과산화수소를 식물성 페놀계 단량체 1 몰당 0.1 ∼ 1.0 몰의 비율로 첨가하는 것을 특징으로 하는 페놀계 중합체의 제조방법.The method according to claim 2, wherein the oxidizing agent is added with hydrogen peroxide or organic hydrogen peroxide at a ratio of 0.1 to 1.0 mole per mole of vegetable phenol monomer. 제 2 항에 있어서, 상기 알코올계 유기용매에는 완충액이 30 ∼ 70 부피% 포함되는 것을 특징으로 하는 페놀계 중합체의 제조방법.The method of claim 2, wherein the alcohol-based organic solvent comprises a buffer solution 30 to 70% by volume. 제 2 항에 있어서, 상기 알코올계 유기용매는 전체 반응물 부피에 대하여 30 ∼ 70 부피% 사용하는 것을 특징으로 하는 페놀계 중합체의 제조방법.The method of claim 2, wherein the alcohol-based organic solvent is 30 to 70% by volume based on the total reactant volume. 제 2 항에 있어서, 상기 중합반응에 캡사이신, 노니바마이드. 하이드로퀴논 중에서 선택된 1종 이상의 화합물을 추가적으로 첨가하는 것을 특징으로 하는 페놀계 중합체의 제조방법.The capsaicin and noniamide according to claim 2, wherein the polymerization reaction is capsaicin. A method for producing a phenolic polymer, characterized in that additional addition of at least one compound selected from hydroquinone. 청구항 2 에 의하여 제조된 페놀계 중합체가 함유된 것임을 특징으로 하는 항산화용 재료.Antioxidant material, characterized in that it contains a phenolic polymer prepared according to claim 2. 청구항 2의 방법에 따라 제조된 페놀계 중합체가 함유된 것임을 특징으로 하는 도료.A paint characterized in that it contains a phenolic polymer prepared according to the method of claim 2. 청구항 2의 방법에 따라 제조된 페놀계 중합체를 전이금속과 유기리간드의 착제를 경화촉매로서 상기 페놀계 중합체 사용량에 대하여 0.05 ∼ 0.3 중량% 사용하여 경화시켜 제조하는 것임을 특징으로 하는 페놀계 중합체.A phenolic polymer prepared by curing the phenolic polymer prepared according to the method of claim 2 using 0.05 to 0.3% by weight based on the amount of the phenolic polymer used as a curing catalyst. 청구항 11의 경화된 페놀계 중합체가 함유된 것임을 특징으로 하는 항산화용 재료.Antioxidant material, characterized in that the cured phenolic polymer of claim 11. 청구항 11의 경화된 페놀계 중합체가 함유된 것임을 특징으로 하는 도료.A paint characterized by containing the cured phenolic polymer of claim 11.
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