KR100654626B1 - 기계적 피막강도를 향상시킨 셀룰로오스 경질캅셀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 셀룰로오스 수용액에 자당지방산에스테르와 염화칼륨을 첨가한 후, 이 혼합액에 카라기난과 한천 배합용액을 혼합 첨가하여 정치시키면서 점도를 조절 성형시킴을 특징으로 하는 셀룰로오스 경질캅셀의 제조방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 셀룰로오스 경질캅셀은 캅셀의 기계적 피막 강도가 향상됨으로서 제조 작업시 발생되는 불량과 충전 작업시 발생되는 충전불량을 감소시키는 효과를 지닌다.

셀룰로오스, 자당지방산에스테르, 염화칼륨, 카라기난, 한천, 경질캅셀

Description

기계적 피막강도를 향상시킨 셀룰로오스 경질캅셀{Cellulose hard capsule enhancing mechanical film strength}

도 1은 본 발명의 셀룰로오스 경질캅셀의 기계적 피막강도를 측정하기 위한 방법 및 장치를 나타낸 도면이다. 측정봉을 하강시켜 캅셀이 접촉되는 순간부터 4mm를 눌러 강도를 측정한다.

본 발명은 셀룰로오스 기재에 고분자 다당류를 첨가시켜 제조된 피막강도가 향상된 셀룰로오스 경질캅셀 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 셀룰로오스 수용액 기재에 자당지방산에스테르와 염화칼륨을 첨가하고 겔화제로서 카라기난과 한천 배합용액을 혼합 첨가하여 성형 건조시켜 제조된 기계적 피막 강도가 향상된 셀룰로오스 경질캅셀 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

셀룰로오스 경질캅셀은 통상 10% 이내로 수분함량을 지녀 젤라틴 경질캅셀에 비하여 캅셀의 수분함량이 낮기 때문에 수분에 민감한 흡습성 제제의 충전에 적합하고, 젤라틴에서 발생되는 단백질의 변성문제나 BSE 문제가 없으며, 식물기원이기 때문에 종교적인 사유로 동물성을 회피하는 채식주의자에게 유용한 점등의 경질캅셀 제형으로서 유용성을 갖고 있다.

한편 셀룰로오스 경질캅셀의 경우 젤라틴 경질캅셀에 비해 수용액 내에서 그 겔화 작용이 충분치 못해 제품의 강도 및 경시변화에 의한 안정성의 결여로 상용화에 어려운 점이 있었다. 이러한 셀룰로오스 경질캅셀의 겔화 작용을 증진시키기 위해 각종 고분자 다당류를 첨가시켜 셀룰로오스 경질캅셀을 제조하는 방법이 일부 알려져 있다.

미국특허 제5,431,917호에서는 의약품을 함유할 수 있는 셀룰로오스 경질캅셀에 관해 개시하고 있으며, 이때 셀룰로오스 수용액 기재에 겔화제로서 카라기난(carageenan)을 겔화 보조제로서 칼륨 이온, 암모늄 이온 또는 칼슘 이온 등을 첨가시켜 수용액을 겔화시킨 후, 몰딩 핀을 통해 성형시켜 셀룰로오스 경질캅셀을 제조하는 방법을 개시하고 있다.

한편 미국특허 제6,517,865 B2호에서는 90∼99.98 중량%의 적어도 하나 이상 의 셀룰로오스에테르에 0.01∼5 중량%의 젤란검(gellan gum)과 0.01∼8 중량%의 에티렌디아민테트라아세트산(EDTA), 구연산나트륨, 구연산 및 이들의 혼합물을 시퀘스터링제(sequestering agent)로 포함하는 셀룰로오스 캅셀용 고분자 필름 조성물이 개시되어 있다.

또한 본 발명자 역시 미국특허 제6,410,050 B1호에서 펙틴과 글리세린의 혼합용액을 셀룰로오스 수용액에 첨가시켜 혼합용액을 제조한 후, 빙초산, 글루콘산칼슘, 자당지방산에스테르 등을 첨가시켜, 점도를 조정하여 셀룰로오스 캅셀을 성형시키는 방법 및 상기 방법으로 제조된 셀룰로오스 캅셀을 개시한 바 있다.

그러나, 상기 방법들로 제조된 셀룰로오스 경질캅셀 등도 젤라틴 경질캅셀에 비해서 캅셀의 기계적 피막의 강도가 낮고 산소투과성이 높은 단점을 지니고 있다. 셀룰로오스 경질캅셀의 기계적 피막의 강도가 낮은 이유는 셀룰로오스 자체의 물성에 기인하는 문제이며, 이로 인하여 제품 제조 작업시와 충전 작업시에 다음과 같은 문제점들이 발생된다.

첫째 캅셀제조기에서 캡부와 바디부로 따로 따로 성형된 피막이 결합부인 조이너 블럭(Joiner Block)에서 서로 결합될 때 기계적 피막강도가 낮아 결합불량(Bad Joint)이 많이 발생된다.

둘째 캅셀 외관검사 기계나 캅셀 인쇄기계, 캅셀 충전기계 등에서 캅셀이 드럼과 드럼 사이로 이송되는 과정에서 기계적 피막 강도가 낮아 드럼에 끼이거나 눌려서 찌그러짐(Mashed) 불량이 많이 발생된다.

셋째 캅셀을 회전시키면서 인쇄하는 스핀인쇄 작업시에 고무 롤에 뭍은 인쇄잉크가 캅셀 표면으로 전사되기 위해서는 적당한 힘으로 고무 롤이 캅셀을 눌러주어야 하나 이때 기계적 피막강도가 낮아 찌그러짐 불량이 많이 발생된다.

넷째 캅셀 충전 작업시에 캅셀을 캡부와 바디부로 분리시키고 바디부에 일정량의 충전물을 충전하고 난 후, 다시 캡부와 바디부가 결합하게 되는데 이때 기계적 피막강도가 낮아 텔레스코프(Telescope) 불량이 많이 발생된다.

따라서 본 발명은 이러한 기계적 피막강도를 향상시킬 수 있는 셀룰로오스 경질캅셀의 조성을 개발하던 중 특정 고분자 다당류를 첨가시킬 때 셀룰로오스 경질캅셀의 피막강도가 향상됨을 발견하고 본 발명을 완성하게 된 것이다.

본 발명이 이루고자하는 기술적인 과제는 셀룰로오스 수용액의 조성의 변화를 통하여 셀룰로오스 경질캅셀의 기계적 피막 강도를 향상시킬 수 있는 피막 조성 물을 개발하여, 결합 불량, 찌그러짐, 텔레스코프 등과 같은 제조시 발생하는 불량 요인을 감소시킨 기계적 피막강도가 향상된 셀룰로오스 경질캅셀 및 그의 제조방법을 개발하고자 하는 것이다.

본 발명의 목적은 셀룰로오스 수용액에 자당지방산에스테르와 염화칼륨을 첨가한 후, 이 혼합액에 카라기난과 한천 배합용액을 혼합 첨가하여 정치시키면서 점도를 조절 성형시킴을 특징으로 하는 셀룰로오스 경질캅셀의 제조방법을 제공하는 것이다.

또한 셀룰로오스 18∼21 중량부를 포함하는 셀룰로오스 수용액 100 중량부에 자당지방산에스테르 0.1∼0.5 중량부와 염화칼륨 0.05∼0.3 중량부를 첨가한 후, 이 혼합액에 카라기난 0.1∼1.0 중량부와 한천 0.02∼0.5 중량부 배합용액을 혼합 첨가하여 정치시키면서 점도를 조절 성형시킴을 특징으로 한다.

한편, 상기 카라기난과 한천 배합용액의 중량 비율은 2.5∼3.5 : 1이고, 상기 셀룰로오스는 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC)임을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기의 방법에 따라 제조된 셀룰로오스 경질캅셀을 제공하 며, 이때 경질캅셀은 셀룰로오스 100 중량부, 자당지방산에스테르 0.5∼2.5 중량부, 염화칼륨 0.2∼1.5 중량부, 카라기난 0.5∼5.0 중량부, 한천 0.1∼2.5 중량부를 함유한다.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

셀룰로오스 캅셀을 제조하기 위해서 성형핀에 셀룰로오스 수용액을 침적시켜 겔화시키는 방법으로는 물리적 제조방법과 화학적 제조방법이 있다.

물리적 제조방법은 성형핀의 온도를 고온(약 67℃)으로 높여서 침적된 수용액을 열로서 겔화시키는 것이며, 화학적 제조방법은 셀룰로오스 수용액에 다당류를 첨가하여 겔화시키는 것이다.

이 두 가지 방법 중 물리적 방법으로 제조된 캅셀의 기계적 피막 강도가 화학적 방법으로 제조된 캅셀의 피막강도 보다도 높은 기계적 피막강도를 나타내지만 젤라틴 캅셀보다는 기계적 피막 강도가 떨어지는 것을 알 수 있다. 표 1은 제조방법에 따른 셀룰로오스 경질캅셀의 기계적 피막강도와 젤라틴 경질캅셀의 기계적 피막강도를 비교한 도표이다.

젤라틴 경질캅셀과 셀룰로오스 경질캅셀의 기계적 피막강도 비교표

구분			피막강도 측정결과 (g)
			최대	평균	최소
젤라틴 경질캅셀			561	468	417
셀룰로오스 경질캅셀	물리적 겔화 방법		448	356	290
	화학적 겔화 방법	펙틴	292	234	200
		젤란검	343	300	276
		카라기난	382	338	280

이때 사용된 측정기기는 Texture Analyser (Model TA 1000)이고, 측정봉 하강속도는 0.5mm/초이었으며, 측정깊이는 4mm이었고, 측정방법은 #0호 캅셀을 Texture Analyser에 가로로 놓고 측정봉을 하강시켜 캅셀이 접촉되는 순간부터 4mm 눌러 강도를 측정한다.

표 1에 나타난 바와 같이, 셀룰로오스 경질캅셀 제조방법에서 화학적 제조방법이 물리적 제조방법보다도 기계적 피막강도가 낮지만, 그럼에도 불구하고 대부분의 캅셀 제조자들이 화학적 제조방법을 이용하는 이유는 물리적 제조방법은 기존의 경질캅셀 제조기계나 침적에 사용되는 성형핀을 개조해야 하는 비용적인 부담을 안게되나 화학적 제조방법은 성형핀이나 제조기계를 개조하지 않아도 되어 비용적인 부담이 없기 때문이다.

그러나 화학적 방법으로 제조된 경질캅셀의 기계적 피막 강도가 젤라틴 경질캅셀에 비해서 많이 떨어지므로 이와 같은 기계적 피막 강도 저하로서 발생되는 문제점을 개선시키기 위해서 표 1에 나타난바와 같이 화학적 제조방법 중에서 기계적 피막강도가 비교적 높은 카라기난과 또 다른 다당류를 선택하여 배합용액을 만들어 캅셀을 제조한 후 기계적 피막강도가 향상되는지 여부를 실험하였다.

사용된 다당류들은 아가검(agar gum), 구아검(guar gum), 로커스트빈검(locust bean gum), 젤란검(gellan gum), 산탄검(xanthan gum), 펙틴, 전분, 푸셀레란(furcelleran), 푸루란(pulluran), 한천과 같은 다당류들이며 하나 혹은 여러 개를 카라기난과 조합하여 배합용액을 만들어 실험해 보았다.

그 결과 이들 다당류 중에서 한천과 카라기난을 조합하여 배합용액을 만들었을 때 목적하는 기계적 피막강도를 향상시킬 수 있었고, 여기에 유화제인 자당지방산에스테르를 첨가했을 때는 피막의 필름 분포가 더욱 균질 해짐을 알 수 있었다.

본 발명의 조성이 향상된 기계적 피막강도의 성질을 가진다는 것이 다음의 실시예와 비교예를 통해 더욱 상세히 설명한다.

(제조실시예 1∼5) 셀룰로오스 경질캅셀의 제조

하기 표 2의 조성으로 셀룰로오스 경질캅셀을 제조하였다. 하기 표 2에 나타난 바와 같이 셀룰로오스 기재에 카리기난과 한천의 함량을 변화시켰으며 자당지방산에스테르와 염화칼륨의 양은 모두 일치시켰다.

구성성분	제조예 1	제조예 2	제조예 3	제조예 4	제조예 5
HPMC	86.666	86.666	86.666	86.666	86.666
자당지방산 에스테르	4.444	4.444	4.444	4.444	4.444
염화칼륨	2.222	2.222	2.222	2.222	2.222
카라기난	4.666	5.000	5.333	6.000	6.333
한천	2.000	1.666	1.333	0.666	0.333

(실시예 1) 셀룰로오스 경질캅셀 피막의 기계적 강도 측정

제조실시예 1∼5에서 제조된 5종의 #0호 캅셀을 사용하여 피막의 기계적 강도를 측정해본 결과는 표 3과 같다.

피막의 기계적 강도 비교표 ( n : 100 )

구분		제조예 1	제조예 2	제조예 3	제조예 4	제조예 5	젤라틴 경질캅셀
피막의 기계적 강도 (g)	최대	468	452	421	415	396	561
	평균	413	405	370	360	340	468
	최소	380	364	345	320	294	417

* 피막 기계적 강도 측정법은 표 1의 측정방법과 동일하다.

상기의 제조실시예에 나타난 바와 같이 카라기난의 조성비는 점차적으로 줄이고 한천의 조성비를 점차적으로 증가시킨 조성으로 화학적 제조방법으로 경질캅셀을 제조한 후 피막의 기계적 강도를 측정해본 결과 표 3에 나타난바와 같이 제조예 1, 2, 3의 경우는 겔화력이 향상되고 피막의 조직이 강화되어 물리적 제조방법에 의해 제조된 경질캅셀의 기계적 피막강도 보다도 높은 강도를 나타내고 있다.

그러나 이들 중 제조예 1의 경우는 캅셀의 기계적 강도는 가장 높은 수치를 나타내나 캅셀피막의 투명도가 종래의 셀룰로오스 경질캅셀의 피막 투명도보다도 떨어지어 지는 결점이 나타났다.

(실시예 2) 셀룰로오스 경질캅셀 피막 투명도 측정

제조실시예 1∼5에서 제조된 셀룰로오스 경질캅셀 피막의 투명도 비교실험 결과는 표 4와 같다.

이때 사용된 측정기기는 UV-가시광선 분광기이었고, 측정방법은 경질캅셀의 바디부를 가로 1cm, 세로 1cm 크기로 절단하여 이 필름으로 UV 측정기의 570nm에서 투명도를 측정한다.

피막의 투명도 비교표

구분	제조예 1	제조예 2	제조예 3	제조예 4	제조예 5	젤라틴캅셀
투명도 (%)	45%	54%	57%	59%	63%	53%

따라서 피막의 투명도에 영향을 미치지 않으면서 피막강도가 젤라틴 경질캅셀의 피막강도에 가장 가까이 근접한 조성비는 제조예 2가 적절하다.

(실시예 3) 본 발명의 셀룰로오스 경질캅셀의 제조

약 80℃의 정제수 79.915L 중에 하이드록시프로필메틸셀룰로오스 19.5Kg (농도 : 19.5%)을 투입하고 분산시키면서 자당지방산에스테르 195g (농도 : 0.195%)와 염화칼륨 97.5g (농도 : 0.097%)을 계량하여 투입한 후 여기에 미리 제조해둔 카라기난 219.375g (농도 : 0.219%)과 한천 73.125g (농도 : 0.073%) 배합용액을 계량하여 넣고 60rpm의 속도로 2시간 동안 천천히 교반하여 수용액을 제조한다. 교반이 완료되면 약 80℃의 수용액 온도를 용해 온도인 약 45℃가 될 때까지 방냉 시키고 다시 수용액의 온도를 침적성형 온도인 약 58℃까지 승온시켜서 이 수용액으로 캅셀 제조기계에서 침적 성형하여 셀룰로오스 경질캅셀을 만들었다.

(실시예 4) 본 발명의 셀룰로오스 경질캅셀의 충전성 비교시험

이 실시예 3에 기재된 방법으로 제조하여 이 방법으로 #0호 투명 경질캅셀을 침적 성형하여 미국특허 제6,410,050 B1호에 개시된 종래의 펙틴을 이용한 셀룰로오스 경질캅셀과 충전성을 비교 실험하였으며 그 결과를 표 5에 나타내었다.

충전성 비교표

충전기 형태		EXC-100F
충전 속도		50,000개 / 시간		100,000개 /시간
진공압		20cmHg		20cmHg
충전수량		500,000만개		500,000만개
충 전 결 과	구 분	대조품	본발명품	대조품	본발명품
	텔레스코프	15	1	20	3
	찌그러짐 불량	8	0	10	1

표 5의 충전성 비교표에 나타난 바와 같이 실시예 3에서 제조된 본 발명의 피막의 강도가 개선됨에 따라서 충전 작업시 텔레스코프, 찌그러짐 불량이 매우 적게 발생되는 우수한 충전결과를 얻었다.

(실시예 5) 본 발명의 셀룰로오스 경질캅셀의 인쇄성 비교시험

이 실시예 3에 기재된 방법으로 제조하여 이 방법으로 #0호 투명 경질캅셀을 침적 성형하여 종래의 펙틴을 이용한 셀룰로오스 경질캅셀과 인쇄성을 비교 실험하였으며 그 결과를 표 6에 나타내었다.

인쇄성 비교표

인쇄기 형태	EXC-100R (스핀 프린터)
인쇄 속도	100,000 / 시간
인쇄수량	500,000 만개
찌그러짐 불량 발생수량	대조품	본 발명품
	10개	1개

표 6의 인쇄성 비교표에 나타난 바와 같이 실시예 3에서 제조된 본 발명의 피막의 강도가 개선됨에 따라서 인쇄 작업시 찌그러짐 불량이 매우 적게 발생되는 우수한 인쇄결과 얻었다.

(실시예 7) 본 발명의 셀룰로오스 경질캅셀의 진원도 비교시험

이 실시예 3에 기재된 방법으로 제조하여 이 방법으로 #0호 투명 경질캅셀을 침적 성형하여 종래의 펙틴을 이용한 셀룰로오스 경질캅셀과 진원도를 비교 실험하였으며 그 결과를 표 7에 나타내었다.

진원도 비교표 ( n : 50 )

구분	대조품		본 발명품
진원도 (%)	캡	바디	캡	바디
	98.3%	98.5%	99.3%	99.5%

이때 사용된 측정기기는 프로파일 프로젝터이었고, 측정방법은 사이즈 0호 경질캅셀을 캡과 바디로 분리하여 프로파일 프로젝터에서 캅셀 절단면의 X축과 Y축의 외경을 측정하여 진원도를 계산하였다.

표 7의 진원도 비교표에 나타난 바와 같이 실시예 3에서 제조된 본 발명의 피막의 강도가 개선됨에 따라서 캅셀의 진원도가 크게 향상되었다.

본 발명의 효과는 셀룰로오스 경질캅셀의 피막의 기계적 강도가 젤라틴 경질캅셀 보다도 매우 낮기 때문에 제조 작업시나 충전 작업시 강도 저하문제로 발생되는 불량과 트러블을 개선하고자 셀룰로오스 경질캅셀의 기계적 피막 강도를 향상시키기 위해서 여러 가지 다당류를 조합하여 첨가 실험을 실시하여 그 중에서 카라기난에 한천을 적정량 첨가하였을 때 목적하는 캅셀의 기계적 피막강도가 높아진다는 사실을 발견하고 상기 조성의 셀룰로오스 경질캅셀을 제조함으로서 제조 작업시나 충전 작업시에 발생되는 불량과 트러블을 해소하여 생산성 향상에 크게 기여하게 되었다.

Claims (6)

1. 셀룰로오스 18∼21 중량부를 포함하는 셀룰로오스 수용액 100 중량부에 자당지방산에스테르 0.1∼0.5 중량부와 염화칼륨 0.05∼0.3 중량부를 첨가한 후, 이 혼합액에 카라기난 0.1∼1.0 중량부와 한천 0.02∼0.5 중량부 배합용액을 혼합 첨가하여 정치시킨 후, 성형시킴을 특징으로 하는 셀룰로오스 경질캅셀의 제조방법
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 카라기난과 한천 배합용액의 중량 비율은 2.5∼3.5 : 1임을 특징으로 하는 셀룰로오스 경질캅셀의 제조방법
4. 제 1항에 있어서, 상기 셀룰로오스는 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC)임을 특징으로 하는 셀룰로오스 경질캅셀의 제조방법
5. 제 1항의 방법에 따라 제조된 셀룰로오스 경질캅셀
6. 제 5항에 있어서, 셀룰로오스 100 중량부, 자당지방산에스테르 0.5∼2.5 중량부, 염화칼륨 0.2∼1.5 중량부, 카리기난 0.5∼5.0 중량부, 한천 0.1∼2.5 중량부를 함유하는 셀룰로오스 경질캅셀

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