본 발명은 셀룰로오스 수용액에 자당지방산에스테르와 피로인산칼륨 및 빙초산을 첨가한 후, 이 혼합액에 아이오타-카라기난과 한천 배합용액을 혼합 첨가하여 정치시키면서 점도를 조절 성형시킴을 특징으로 하는 셀룰로오스 경질캅셀의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 셀룰로오스 경질캅셀을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 셀룰로오스 18∼21 중량부를 포함하는 셀룰로오스 수용액 100 중량부에 자당지방산에스테르 0.1∼0.5 중량부와 피로인산칼륨 0.05∼0.3 중량부 및 빙초산 0.01∼0.2 중량부를 첨가한 후, 이 혼합액에 아이오타-카라기난 0.1∼1.0 중량부와 한천 0.02∼0.5 중량부 배합용액을 혼합 첨가하여 정치시키면서 점도를 조절 성형시킴을 특징으로 하는 셀룰로오스 경질캅셀의 제조방법을 제공한다.
상기 아이오타-카라기난과 한천 배합용액의 중량 비율은 3.5∼4.5 : 1임을 특징으로 하고, 상기 셀룰로오스는 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC)임을 특징으로 한다.
또한 이때 상기 빙초산은 알칼리성 셀룰로오스 수용액의 pH를 중화시킴을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 셀룰로오스 경질캅셀의 조성은 셀룰로오스 100 중량부, 자당지방산에스테르 0.5∼2.5 중량부, 피로인산칼륨 0.2∼1.5 중량부, 빙초산 0.05∼0.3 중량부, 아이오타-카라기난 1∼5 중량부, 한천 0.1∼2.5 중량부를 함유하는 셀룰로오스 경질캅셀이다.
이하, 본 발명의 더욱 상세히 설명한다.
셀룰로오스 캅셀을 제조하기 위해서 성형핀에 셀룰로오스 수용액을 침적시켜 겔화시키는 방법으로는 물리적 제조방법과 화학적 제조방법이 있다.
물리적 제조방법은 성형핀의 온도를 고온인 약 67℃ 이상으로 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
구 분 |
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 |
396 |
344 |
297 |
이때 사용된 측정기기는 Texture Analyser (Model TA 1000)이고, 측정봉 하강속도는 0.5 mm/초이었으며, 측정봉 눌림깊이는 4 mm이었고, 측정방법은 #0호 캅셀을 Texture Analyser에 가로로 놓고 측정봉을 하강시켜 캅셀이 접촉되는 순간부터 4 mm 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 선호하는 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.
상기 셀룰로오스 수용액에 사용될 수 있는 카라기난의 종류는 카파-카라기난, 아이오타-카라기난, 람다-카라기난의 3종류가 알려져 있으나, 이중에서 카파와 아이오타-카라기난은 구조상 두분자의 부분들이 삼차원망에서 사슬분자로 결합하는 소위 이중나선을 통해 겔을 형성하여 캅셀 제조에 활용이 가능하다.
그러나 람다-카라기난의 구조는 상기 이중나선이 형성되지 않기 때문에 캅셀 제조에 활용할 수 없다. 카파와 아이오타-카라기난 중에서 카파-카라기난이 현재 캅셀제조에 실제 사용되고 있는데 그 이유는 카파-카라기난이 칼륨이온과 결합했을 때 강력한 겔을 형성하기 때문이다.
한편, 아이오타-카라기난은 칼륨이온과 결합했을 때 비교적 양호한 겔을 형성시키며, 카파-카라기난에 비해 우수한 상용성을 지니고 있어 다른 겔화 보조제와 혼합시 더욱 우수한 겔화제로서 사용될 수 있다.
따라서 본 발명에서는 상기 아이오타-카라기난과 우수한 상용성을 지니는 다당류를 혼합하여 여러 종의 아이오타-카라기난, 다당류 혼합물의 겔화 능력을 셀룰로오스 캅셀제조를 통해 실험함으로서 셀룰로오스 캅셀의 기계적 피막 강도가 증대되는지를 시험하였다.
이때 사용된 다당류들은 아가검(agar gum), 구아검(guar gum), 로커스트빈검(locust bean gum), 산탄검(xanthan gum), 펙틴, 전분, 풀루란(pulluran), 한천과 같은 다당류들이며 하나 혹은 여러 개를 카라기난과 조합하여 배합용액을 만들어 실험해 보았다.
그 결과 이들 다당류 중에서 한천과 아이오타-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. 이는 카파-카라기난을 단독으로 사용했을 때보다 훨씬 우수한 피막 강도 및 필름 분포를 얻을 수 있었다.
상기 아이오타-카라기난과 한천의 혼합물에 대한 겔화 보조제로서 다른 여러 가지 칼륨들 예를들면 제일인산칼륨, 제이인산칼륨, 글루콘산 칼륨, 구연산 칼륨, 탄산칼륨, 피로인산칼륨 등의 칼륨들을 이용하여 아이오타-카라기난의 겔형성 능력을 실험해본 결과 그 중에서 피로인산칼륨이 가장 우수한 겔을 형성함을 발견하였다.
그러나 피로인산칼륨을 사용하면 셀룰로오스 수용액의 pH가 약 9 정도의 알카리성을 띄게되고 이 수용액으로 제조된 캅셀은 투명도가 극히 저하되는 문제점이 있다는 것을 알게 되었다. 따라서 투명도 저하를 개선하기 위해서 셀룰로오스 수용액에 일정량의 빙초산을 가하여 수용액의 pH를 약 6 정도로 중화시킴으로서 캅셀의 투명도가 저하되는 문제점을 해결하게 되었다.
따라서 아이오타-카라기난의 겔화 보조제로서 피로인산칼륨을 사용하게 되었고 셀룰로오스 수용액의 pH를 조절하여 중화시키는 목적으로 빙초산을 사용함으로서 우수한 피막 강도를 지니는 셀룰로오스 경질캅셀을 제조하게 되었다.
본 발명의 조성이 향상된 기계적 피막강도의 성질을 가진다는 것이 다음의 실시예와 비교예를 통해 더욱 상세히 설명한다.
(제조실시예 1∼3) 셀룰로오스 경질캅셀의 제조
약 80℃의 정제수에 하이드록시프로필메틸셀룰로오스를 투입하고 분산시키면서 자당지방산에스테르와 피로인산칼륨 및 빙초산을 계량하여 투입한 후 여기에 미리 제조해둔 아이오타-카라기난과 한천 배합용액을 계량하여 넣고 60 rpm의 속도로 2시간 동안 천천히 교반하여 수용액을 제조한다. 교반이 완료되면 약 80℃의 수용액 온도를 용해 온도인 약 45℃가 될 때까지 방냉시키고 다시 수용액의 온도를 침적성형 온도인 약 58℃까지 승온시켜서 이 수용액으로 캅셀 제조기계에서 침적 성형하여 셀룰로오스 경질캅셀을 만들었다.
하기 표 2의 조성으로 셀룰로오스 경질캅셀을 제조하였다. 하기 표 2에 나타난 바와 같이 셀룰로오스 기재에 아이오타-카리기난과 한천의 함량을 변화시켰으며 자당지방산에스테르와 피로인산칼륨 및 빙초산의 양은 모두 일치시켰다.
구성성분 |
제조예 1 |
제조예 2 |
제조예 3 |
HPMC |
94.751 |
94.751 |
94.751 |
자당지방산 에스테르 |
0.9475 |
0.9475 |
0.9475 |
피로인산칼륨 |
0.4737 |
0.4737 |
0.4737 |
빙초산 |
0.1421 |
0.1421 |
0.1421 |
아이오타-카라기난 |
3.1321 |
3.3163 |
3.5006 |
한천 |
0.5528 |
0.3686 |
0.1843 |
(실시예 1) 셀룰로오스 경질캅셀 피막의 기계적 강도 측정
제조실시예 1∼3에서 제조된 3종의 #0호 캅셀을 사용하여 피막의 기계적 강도를 측정해본 결과는 표 3과 같다. 대조군으로는 미국특허 제5,431,917호의 실시예 1에 기재된 방법으로 제조된 셀룰로오스 경질캅셀을 사용하였다.
피막의 기계적 강도 비교표 ( n : 100 )
구분 |
제조예 1 |
제조예 2 |
제조예 3 |
대조군 |
젤라틴 경질캅셀 |
피막의 기계적 강도 (g) |
최대 |
468 |
452 |
406 |
396 |
561 |
평균 |
413 |
405 |
350 |
344 |
468 |
최소 |
380 |
364 |
304 |
297 |
417 |
* 피막 기계적 강도 측정법은 표 1의 측정방법과 동일하다.
상기의 제조실시예에 나타난 바와 같이 아이오타-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, 2의 경우는 겔화력이 향상되고 피막의 조직이 강화되어 물리적 제조방법에 의해 제조된 경질캅셀의 기계적 피막강도 보다도 높은 강도를 나타내고 있다. 또한 제조실시예 1∼3에서 제조된 셀룰로오스 경질캅셀의 피막 강도는 대조군보다는 모두 향상되었다. 이는 아이오타-카라기난과 한천의 혼합물이 카파-카라기난 단독보다는 우수한 겔화제임을 입증한 것이다.
(실시예 2) 셀룰로오스 경질캅셀 피막 투명도 측정
제조실시예 1∼3에서 제조된 셀룰로오스 경질캅셀 피막의 투명도 비교실험 결과는 표 4와 같다. 대조품으로는 미국특허 제6,410,050 B1호에 개시된 종래의 펙틴을 이용한 셀룰로오스 경질캅셀을 사용하였다.
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 |
대조품 |
투명도 (%) |
42% |
50% |
51% |
48% |
표 4에 나타난 바와 같이 제조실시예 2∼3의 방법에 따라 제조된 필름의 투명도는 대조군보다 우수하였다. 그러나 제조실시예 3에 의해 제조된 필름의 피막 강도는 상용화 조건에 부적합하였으며, 제조실시예 2에서 제조된 셀룰로오스 경질캅셀이 피막 강도와 필름 투명성 모두 우수한 것으로 판명되었다.
(실시예 3) 본 발명의 셀룰로오스 경질캅셀의 제조
약 80℃의 정제수 79.915 L 중에 하이드록시프로필메틸셀룰로오스 19.5 Kg (농도 : 19.5%)을 투입하고 분산시키면서 자당지방산에스테르 195 g (농도 : 0.195%)와 피로인산칼륨 97.5 g (농도 : 0.0975%) 및 빙초산 29.25 g (농도 : 0.0292%)을 계량하여 투입한 후 여기에 미리 제조해둔 아이오타-카라기난 682.5 g (농도 : 0.6825%)과 한천 75.855 g (농도 : 0.0758%) 배합용액을 계량하여 넣고 60 rpm의 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 6) 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.