KR101297366B1 - Preparation method of silk composition for electrospinning with improved production rate - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생명공학소재 등으로 적용 가능한 전기방사용 실크 조성물을 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 실크의 정련 공정을 최적화된 조건으로 수행하는 것을 특징으로 하는 전기방사용 실크 조성물의 제조 방법 및 이로부터 제조된 실크 조성물, 실크 나노 섬유 등에 관한 것이다.
실크 방사원액에 세리신을 포함시키도록 제조하여 전기방사를 하면 기존과 유사한 실크 섬유집합체를 만들면서도 전기방사속도를 현저히 향상시킬 수 있으며 제조한 실크 섬유집합체의 절단강도를 증가시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.
The present invention relates to a method for producing an electrospun silk composition applicable to biotechnology materials and the like, and in particular, a method for producing an electrospun silk composition, characterized in that to perform the refining process of the silk under optimized conditions and It relates to a silk composition, silk nanofibers and the like produced.
If electrospinning is made to include sericin in the silk spinning stock solution, it is possible to remarkably improve the electrospinning speed while making a silk fiber assembly similar to the existing one, and has an excellent effect of increasing the cutting strength of the manufactured silk fiber assembly. .

Description

전기방사속도를 향상시키기 위한 전기방사용 실크 조성물의 제조 방법 {PREPARATION METHOD OF SILK COMPOSITION FOR ELECTROSPINNING WITH IMPROVED PRODUCTION RATE}Preparation method of electrospun silk composition for improving the electrospinning speed {PREPARATION METHOD OF SILK COMPOSITION FOR ELECTROSPINNING WITH IMPROVED PRODUCTION RATE}

본 발명은 실크의 전기방사속도를 크게 향상시키기 위하여 실크 조성물의 제조 방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 정련 공정을 최적화된 범위로 수행하는 단계를 포함하는 전기방사용 실크 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a silk composition to significantly improve the electrospinning speed of silk, and more particularly to a method for producing an electrospun silk composition comprising the step of performing a refining process in an optimized range. .

실크는 우수한 강도와 광택을 바탕으로 수천년간 인류역사상 최고의 의류용 소재로 널리 이용되어 왔다. 그러나, 선진국에서 널리 번성했던 실크 의류산업은 양잠 및 제사에 있어 노동집약적 특성을 가지고 있어, 비싼 인건비로 인한 경쟁력 하락으로 실크를 이용한 의류산업은 현재 대부분 후발 개발도상국가로 이전된 것이 현실이다. 일본과 우리나라를 포함한 실크 선발국가들은 자국의 양잠산업을 유지 발전하기 위해서, 실크를 의류소재로 응용하기보다, 고부가가치의 기능성식품 및 생명공학용 소재로 응용하려는 노력들이 이루어져 왔다. 실크는 생체적합성, 혈액적합성, 세포의 부착 및 증식이 우수한 특성을 바탕으로 하여, 조직공학용 지지체, 인공피부, 장부착방지제, 인공고막 등의 의료용 소재로 응용연구가 전세계적으로 활발하게 진행되고 있다. Silk has been widely used as the best garment material in human history for thousands of years due to its excellent strength and luster. However, the silk apparel industry, which has flourished widely in developed countries, has labor-intensive characteristics for sleep and rituals. As a result, the apparel industry using silk has been transferred to developing countries in the late stage due to the deterioration of competitiveness due to high labor costs. Silk countries including Japan and Korea have been making efforts to apply silk as a high value-added functional food and biotechnology material, rather than applying it as a garment material, to maintain and develop their domestic sleep industry. Based on the excellent biocompatibility, blood compatibility, cell adhesion and proliferation, silk has been actively researched worldwide for medical materials such as support for tissue engineering, artificial skin, anti-intestinal adhesion, and tympanic membrane. .

한편, 실크를 상기의 생명공학소재로 응용하기 위해서 나노섬유 집합체 형태로 제조할 필요성이 있는데, 이를 위해 많이 이용되고 있는 제조방법이 전기방사법이다. 전기방사는 압력을 이용하여 섬유를 제조하는 기존의 용융방사나 용액방사와는 달리 전기적인 힘을 이용하여 섬유의 형성이 가능하다. 즉, 전기방사에서는 방사원액에 고전압을 연결하고 방사원액과 거리를 둔 시점에 0 V 또는 반대전하의 전압을 걸어줌으로써, 전압의 차이에 의해 방사원액이 이동하고, 이동 중에 공기 중에서 용매가 휘발하거나, 용융액이 냉각되어 수집판에 도달했을 때는 섬유가 형성되는 원리를 가지고 있다. On the other hand, there is a need to manufacture the nanofiber aggregate in order to apply the silk to the biotechnology materials, the production method that is widely used for this is the electrospinning method. Electrospinning, unlike conventional melt spinning or solution spinning, which manufactures fibers using pressure, it is possible to form the fibers using electrical force. That is, in electrospinning, by connecting a high voltage to the radiation source solution and applying a voltage of 0 V or the opposite charge at a time when the radiation source solution is separated, the radiation source solution moves due to the difference in voltage, and the solvent evaporates in the air during the movement. When the molten liquid cools and reaches the collecting plate, the fiber is formed.

이러한 전기방사법에 의해 제조되는 섬유는 수 나노미터로부터 수 마이크로 미터의 직경을 갖는 섬유가 얽혀있는 다공성의 웹의 형상을 띄게 된다. 이러한 다공성 형성의 특징을 활용하여 세포가 부착되어 증식이 용이하므로 전기방사법을 이용하여 제조한 나노웹을 조직공학용 지지체, 인공피부, 창상피복제, 장부착 방지제, 인공고막 등의 의료용 소재로 응용이 가능하다. Fibers produced by this electrospinning method have a porous web in which fibers having a diameter of several nanometers to several micrometers are entangled. It is easy to proliferate by attaching cells by using the characteristics of the porous formation, so the nanoweb manufactured by electrospinning method is applied to medical materials such as support for tissue engineering, artificial skin, wound dressing, intestinal attachment agent, and tympanic membrane. It is possible.

천연실크를 용해하여 섬유, 필름, 분말, 용액 등의 새로운 형태의 실크로 제조한 것을 재생실크라 하는데, 전기방사법을 이용하여 실크 나노웹을 제조하고 이를 생명공학소재로 응용하고자 하는 다양한 시도가 있어왔다. 그러나, 대부분의 종래기술에서는 실크로부터 세리신을 제거하여 실크 피브로인을 대상으로 하여 전기방사법으로 실크 피브로인 나노웹을 제조하는 것이다. 이 경우, 전기방사속도가 매우 낮아 나노웹 생산성이 매우 저조하여 실크 나노웹을 이용한 산업화시 대량생산이 어렵거나, 제조원가가 매우 높은 단점을 가지고 있는 것이 현실이다. Regenerated silk, which is made of new types of silk such as fibers, films, powders, and solutions by dissolving natural silk, is called regenerated silk. Various attempts have been made to produce silk nanowebs using electrospinning and to apply them as biotechnology materials. come. However, in the prior art, sericin is removed from silk to produce silk fibroin nanoweb by electrospinning targeting silk fibroin. In this case, the electrospinning rate is very low, the nanoweb productivity is very low, the mass production is difficult or the manufacturing cost is very high when industrializing the silk nanoweb.

따라서, 전기방사법을 적용시에도 산업화 대량 생산이 가능할 정도로 향상된 전기방사속도를 구현할 수 있으며, 최종 실크 나노웹 제조시 우수한 기계적 물성 등을 달성할 수 있는 재생 실크 조성물의 제조 공정 개발에 대한 연구가 필요했던 것이 현실이다.Therefore, even when the electrospinning method is applied, it is possible to realize an improved electrospinning speed so that industrialized mass production is possible, and research on the development of a manufacturing process of a regenerated silk composition that can achieve excellent mechanical properties, etc., in the final silk nanoweb manufacturing is necessary. It is a reality.

본 발명은 실크 나노섬유의 생산성을 크게 증진될 수 있도록 실크의 전기방사 속도를 향상시킬 수 있는 실크의 조성물의 제조 방법 및 이로부터 제조된 실크 조성물을 제공하고자 한다.The present invention is to provide a method for preparing a composition of silk and a silk composition prepared therefrom that can improve the electrospinning speed of silk so that the productivity of silk nanofibers can be greatly enhanced.

본 발명은 또한, 상기 조성물을 사용하는 실크 나노 섬유의 제조 방법 및 이로부터 제조된 실크 나노 섬유를 제공하고자 한다.The present invention also provides a method for producing silk nanofibers using the composition and silk nanofibers prepared therefrom.

본 발명은 하기 계산식 1로 표시되는 연감률 계수(DI, Degumming Index)가 0.375 내지 0.988가 되도록 실크의 정련 공정을 수행하는 단계를 포함하는 전기방사용 실크 조성물의 제조 방법을 제공한다. The present invention provides a method for producing an electrospun silk composition comprising the step of refining the silk so that the degumming index (DI, Degumming Index) represented by the following formula 1 is 0.375 to 0.988.

[계산식 1][Equation 1]

Figure 112011070030905-pat00001
Figure 112011070030905-pat00001

식 중,Wherein,

연감률 계수(DI)는 정련전 실크에 포함된 세리신 함량 1%당 연감률 단위값을 나타내는 계수이고, The annual deterioration rate coefficient (DI) is a coefficient representing a deterioration rate unit value per 1% of sericin content in silk before refining,

W1은 정련전 실크의 건조무게(g)이고,W 1 is the dry weight of silk (g) before refining,

W2는 정련후 실크의 건조무게(g)이고, W 2 is the dry weight of silk (g) after scouring,

S1은 정련전 실크의 세리신 함량(%)이다. S 1 is the sericin content (%) of silk before refining.

본 발명은 또한, 상기 방법을 통해 제조된 전기방사용 실크 조성물을 제공한다. The present invention also provides an electrospun silk composition prepared through the above method.

본 발명은 또한, 상기 조성물을 전기방사 용매에 용해시킨 후에 전기방사하는 단계를 포함하는 실크 나노 섬유의 제조 방법을 제공하고자 한다.The present invention also provides a method for producing silk nanofibers comprising the step of electrospinning after dissolving the composition in an electrospinning solvent.

본 발명은 또한, 상기 조성물로부터 제조된 실크 나노 섬유를 제공하고자 한다.The present invention also provides silk nanofibers prepared from the composition.

이하, 발명의 구체적인 구현예에 따른 전기방사용 실크 조성물, 이로부터 제조되는 실크 나노 섬유, 및 이들의 제조 방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 하나의 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 발명의 권리범위 내에서 구현예에 대한 다양한 변형이 가능함은 당업자에게 자명하다. Hereinafter, the electrospun silk composition, the silk nanofibers prepared therefrom, and a method of manufacturing the same according to specific embodiments of the present invention will be described in detail. It will be apparent to those skilled in the art, however, that this is not intended to limit the scope of the invention, which is set forth as an example of the invention, and that various modifications may be made to the embodiments within the scope of the invention.

추가적으로, 본 명세서 전체에서 특별한 언급이 없는 한 "포함" 또는 "함유"라 함은 어떤 구성 요소(또는 구성 성분)를 별다른 제한 없이 포함함을 지칭하며, 다른 구성 요소(또는 구성 성분)의 부가를 제외하는 것으로 해석될 수 없다.In addition, throughout this specification, "comprising" or "containing ", unless specifically stated, refers to including any and all components (or components) Can not be interpreted as excluding.

본 발명자들은 실크 조성물 및 이를 이용한 나노 섬유 제조 등에 대한 연구를 거듭하는 과정에서, 실크의 재생 공정에서 정련 단계를 최적화된 범위로 수행하여 재생 실크 조성물을 제조할 경우 현저히 향상된 전기방사 속도로 실크 나노 섬유 제조 공정을 생산성을 현저히 향상시킬 수 있으며, 제조된 실크 나노 섬유에 우수한 기계적 물성을 부여할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention, in the process of producing a silk composition and nanofibers using the same, when the regenerated silk composition is produced by performing the refining step in an optimized range in the regeneration process of silk silk nanofibers with a significantly improved electrospinning rate The manufacturing process can significantly improve the productivity, it was confirmed that the excellent mechanical properties can be given to the silk nanofibers produced to complete the present invention.

이에 발명의 일 구현예에 따르면, 세리신을 함유하는 것을 특징으로 하는 전기방사용 실크 조성물이 제공된다. 본 발명의 전기방사용 실크 조성물은 전체 조성물 100 중량부에 대하여,According to one embodiment of the invention, there is provided an electrospun silk composition, characterized in that it contains sericin. The electrospinning silk composition of the present invention is based on 100 parts by weight of the total composition,

한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 실크 조성물을 제조하는 방법이 제공된다. 상기 전기방사용 실크 조성물의 제조 방법은 하기 계산식 1로 표시되는 연감률 계수(DI)가 0.375 내지 0.988, 바람직하게는 0.475 내지 0.985가 되도록 실크의 정련 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. On the other hand, according to another embodiment of the invention, a method for producing the silk composition is provided. The method of preparing the electrospun silk composition may include performing a refining process of the silk so that the deterioration rate coefficient (DI) represented by the following Formula 1 is 0.375 to 0.988, preferably 0.475 to 0.985.

[계산식 1][Equation 1]

Figure 112011070030905-pat00002
Figure 112011070030905-pat00002

식 중, 연감률 계수(DI)는 정련전 실크에 포함된 세리신 함량 1%당 연감률 단위값을 나타내는 계수이고, W1은 정련전 실크의 건조무게(g)이고, W2는 정련후 실크의 건조무게(g)이고, S1은 정련전 실크의 세리신 함량(%)이다. 상기 계산식 1에서 정련전 실크의 세리신 함량 S1은 전술한 바와 같이 20% 내지 35%가 될 수 있다. In the formula, the annual decay rate coefficient (DI) is a coefficient representing the decay rate unit value per 1% of the sericin content contained in the silk before refining, W 1 is the dry weight of the silk before refining (g), and W 2 is the silk after refining Is the dry weight of (g) and S 1 is the sericin content (%) of silk before refining. In the formula 1, the sericin content S 1 of the silk before refining may be 20% to 35% as described above.

본 발명에 따른 전기방사용 실크 조성물의 제조 방법에서, 상기 연감률 계수가 0.375 미만이 되면 재생 실크에 남아있는 세리신 함량이 높아져 실크 분자쇄들의 많은 엉킴 때문에 엉킴이 풀어지면서 섬유화가 되는 것이 저하되고, 결과적으로 전기방사속도가 저하된다. 또한, 상기 연감률 계수가 0.988을 초과하게 되면, 재생 실크에 남은 세리신 함량이 너무 낮아져 실크 분자쇄간 엉킴이 너무 적어 방사속도를 높이게 되면 방사원액이 섬유화되지 못하고, 방사원액 방울이 뚝뚝 떨어져 방사속도가 저하되는 문제를 초래한다. In the method for producing an electrospun silk composition according to the present invention, when the deterioration rate coefficient is less than 0.375, the content of sericin remaining in the regenerated silk is increased, so that the entanglement is loosened due to many entanglements of the silk molecular chains, thereby reducing the fiberization. As a result, the rate of electrospinning decreases. In addition, if the annual ratio exceeds 0.988, the content of sericin remaining in the regenerated silk is too low, so that the entanglement between the silk molecular chain is too small to increase the spinning speed, the spinning stock solution is not fibrous, the spinning stock drops and the spinning speed is lowered Causes problems.

일반적으로, 실크는 누에로부터 얻어지는 대표적인 천연섬유물질로 누에고치, 누에고치를 제사하여 얻은 견사(실크사) 등이 대표적인 일례가 된다. 이러한 천연 실크는 두 가닥의 피브로인층을 세리신이 둘러싸고 있는 두 가지 다른 고분자가 복합되어 있는 물질로 되어 있다. 천연 실크, 즉, 정련전의 실크는 실크의 전체 중량 중 약 65 중량% 내지 80 중량%를 피브로인이 차지하고 있으며, 세리신은 20 중량% 내지 35 중량%를 차지하고 있다. In general, silk is a representative natural fiber material obtained from silkworms, and silkworm cocoons, silk yarns obtained by making silkworm cocoons, and the like are representative examples. These natural silks are made up of a mixture of two different polymers that surround two silk fibroin layers. Natural silk, i.e. silk before refining, comprises about 65% to 80% by weight of fibroin, and sericin accounts for 20% to 35% by weight of the total weight of the silk.

이 중, 세리신은 검(gum)질의 물질로서 기존의 실크 가공에 있어서는 불순물로 여겨져 왔고, 통상적으로 정련(degumming)의 과정을 통해 세리신을 제거하고 피브로인만을 주로 하여 실크 조성물로 사용해왔다. 실제로, 세리신을 제거하면, 실크가 가지고 있는 장점인 광택이 크게 증가하므로 실크를 의류 용도로 적용시 큰 장점을 나타내기도 하였다. 또한, 최근에 세리신이 생체내에서 염증반응을 일으키지 않고 상처치유효과가 있다는 사실이 보고되기 전(Journal of Bioscience and Bioengineering, vol 107, 556~561, 2009)까지는, 세리신을 사용하면 생체내에서 염증반응을 일으킬 수 있다는 우려가 있어 왔다. 이에 따라, 기존에는 생명공학소재로서 실크의 응용연구는 주로 피브로인에 한정되어 이루어져 온 것이 사실이다. Among these, sericin is a gum-like substance, which has been regarded as an impurity in conventional silk processing, and has generally been used as a silk composition mainly by removing sericin through degumming and fibroin only. In fact, the removal of sericin greatly increases the gloss, which is an advantage of silk, and thus has shown a great advantage when applying silk to clothing. In addition, until recently, it has been reported that sericin does not cause an inflammatory response in vivo and has a wound healing effect (Journal of Bioscience and Bioengineering, vol 107, 556-561, 2009). There has been concern that it may cause a reaction. Accordingly, it is true that the application of silk as a biotechnology material has been mainly limited to fibroin.

이와 같은 이유로, 실크를 생명공학소재로 응용연구를 수행하는 경우에 있어서도, 실크에서 세리신을 제거하고 실크 피브로인만을 이용하였으며, 전기방사를 통한 실크섬유집합체 제조시에도 세리신을 제거한 실크 피브로인을 이용한 기술개발이 이루어져왔다.For this reason, even in the case of application research on silk as a biotechnology material, sericin was removed from silk and only silk fibroin was used, and technology development using silk fibroin from which sericin was removed even when manufacturing silk fiber aggregates by electrospinning was performed. This has been done.

그러나, 광택과는 관계없는 실크 나노 섬유 집합체를 제조하는 데 있어서, 원료가격이 비교적 비싼 물질인 실크에서 25% 내외의 중량에 해당되는 세리신을 제거하는 것은 최종 제품의 원가 상승에 대한 한 가지 요인이 되기도 하며, 무엇보다도 세리신을 완전히 제거하지 않고 소정의 최적화된 범위로 포함시킬 때 실크방사원액의 전기방사속도가 크게 증가한다는 사실을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다. However, in the production of silk nanofiber aggregates irrespective of gloss, the removal of sericin, which is about 25% by weight from silk, which is a relatively expensive raw material, is one factor for the cost increase of the final product. Above all, the present invention has been completed by discovering that the electrospinning speed of the silk spinning solution is greatly increased when the sericin is included in a predetermined optimized range without completely removing sericin.

상술한 바와 같이, 본 발명에서 천연 실크의 정련 공정을 상기 계산식 1로 표시되는 연감률 계수가 0.375 내지 0.988이 되도록 수행하는 것을 특징으로 한다. As described above, in the present invention, the refining process of the natural silk is characterized in that the deterioration rate coefficient represented by the formula (1) is 0.375 to 0.988.

또한, 이러한 정련 공정에서 하기 계산식 2로 표시되는 실크의 연감률(D)는 2.4% 내지 25.7%, 바람직하게는 13.5% 내지 25.6%가 되도록 수행할 수 있다. In addition, in such a refining process, the aging rate (D) of the silk represented by the following Formula 2 may be performed to be 2.4% to 25.7%, preferably 13.5% to 25.6%.

[계산식 2][Equation 2]

Figure 112011070030905-pat00003
Figure 112011070030905-pat00003

식 중, W1은 정련전 실크의 건조무게(g)이고, W2는 정련후 실크의 건조무게(g)이다. 이때, 상기 실크의 연감률 범위는 일반적인 천연 실크의 세리신 함량 범위를 기준으로 한 것이며, 예컨대, 세리신이 26% 포함된 천연 실크를 기준으로 한 것이다. In the formula, W 1 is the dry weight of silk (g) before refining, and W 2 is the dry weight (g) of silk after refining. In this case, the annual range of the silk is based on the sericin content range of general natural silk, for example, based on natural silk containing 26% sericin.

본 발명의 연감률 계수 관련하여 전술한 바와 같이, 상기 정련 공정에서 실크의 연감률은 전기방사 공정에 적용시 우수한 방사성 및 방사속도 향상을 위하여 상술한 바와 같은 최적 범위에서 수행될 수 있다. As described above with respect to the annual aging rate coefficient of the present invention, the aging rate of the silk in the refining process may be performed in the optimum range as described above for the excellent radioactivity and spinning speed when applied to the electrospinning process.

특히, 본 발명의 실크 조성물에서 세리신 함량은 재생 실크 가공시 다양한 정련 공정을 통해 최적 범위로 조절할 수 있다. 이와 같이, 실크에서 세리신을 제거하는 것을 정련(degumming)이라 하며, 실크의 정련은 다양한 방법으로 가능하다. 예컨대, 별도의 정련 약제를 첨가하지 않고 100 ℃ 이상의 끓는 물에 처리하여 세리신을 제거 정도를 조절하거나, 다양한 종류의 비누 수용액을 이용하여 고온에서 처리하여 세리신 제거 정도를 조절할 수 있다. In particular, the sericin content in the silk composition of the present invention can be adjusted to the optimum range through various refining processes during regenerated silk processing. As such, the removal of sericin from the silk is called degumming, and the refining of the silk is possible in various ways. For example, it is possible to adjust the degree of removal of sericin by treating with boiling water of 100 ℃ or more without adding a separate refining agent, or by treating at high temperature using various types of aqueous soap solution to control the degree of sericin removal.

본 발명에 따른 전기방사용 실크 조성물의 제조 방법에서 상기 정련 공정은 비누 수용액, 알칼리 수용액, 산성 수용액, 효소 수용액, 및 아민 수용액으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 정련 약제를 사용하여 수행할 수 있다. 여기에서의 비누는 탈로우(Tallow) 올리버 오일(Oliver oil), 코코넛 오일(Coconut oil), 카스터 오일(Caster oil), 아라키스 오일(Arachis oil), 코튼 씨드 오일(Cotton seed oil), 크라이살리스 오일(Chrysalis oil), 소듐 라우레이트(Sodium Laurate), 소듐 미리스테이트(Sodium Myristate), 소듐 스테아레이트(Sodium Stearate), 소듐 아라키데이트(Sodium Arachidate), 소듐 올레이트(Sodium Oleate), 소듐 리시놀레이트(Sodium Ricinoleate) 등 다양하다. 또한, 알칼리 수용액이나 산성 수용액에서 정련하는 것도 가능하며 효소를 이용한 정련법도 적용할 수 있다. 상기 알카리 수용액은 수산화나트륨, 탄산나트륨, 탄산칼슘, 규산나트륨, 인산나트륨, 중탄산나트륨, 붕사, 암모니아 등을 사용할 수 있으며, 상기 산성 수용액은 젖산, 타타르산, 구연산, 옥살산, 말론산, 석신산, 초산, 클로로아세트산, 디클로로아세트산 트리클로로아세트산 등을 사용할 수 있으며, 상기 효소는 트립신(Trypsin), 파파인(Papain) 등을 사용할 수 있다. 그외에도 아민류 약제(메틸 아민, 에틸 아민 등)를 이용한 정련도 적용 가능하다.In the method for preparing an electrospun silk composition according to the present invention, the refining process may be performed using a refining agent including at least one selected from the group consisting of an aqueous soap solution, an aqueous alkali solution, an acidic aqueous solution, an aqueous enzyme solution, and an aqueous amine solution. Can be. The soap here is Tallow Oliver oil, Coconut oil, Caster oil, Arachis oil, Cotton seed oil, Cry Chrysalis oil, Sodium Laurate, Sodium Myristate, Sodium Stearate, Sodium Arachidate, Sodium Oleate, Sodium Rishi Nooleate (Sodium Ricinoleate), and a variety. Furthermore, it is also possible to refine | purify in alkaline aqueous solution or acidic aqueous solution, and the refining method using an enzyme can also be applied. The alkaline aqueous solution may be used sodium hydroxide, sodium carbonate, calcium carbonate, sodium silicate, sodium phosphate, sodium bicarbonate, borax, ammonia, etc. The acidic aqueous solution is lactic acid, tartaric acid, citric acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, acetic acid , Chloroacetic acid, dichloroacetic acid, trichloroacetic acid, and the like, and the enzyme may be used trypsin, papain, and the like. In addition, refining using amine chemicals (methyl amine, ethyl amine, etc.) is also applicable.

상기 정련 약제를 포함하는 정련욕(Degumming Bath)에 대한 실크의 욕비(Bath ratio)가 1:5 w/v(g/ml) 이상 또는 1:5 내지 1:100 w/v(g/ml, 실크 중량/정련욕 부피), 바람직하게는 1:10 w/v(g/ml) 이상이 될 수 있다. 상기 실크의 욕비는 1:5 w/v(g/ml) 미만이 되면, 정련액이 실크에 충분히 침지되지 않아 세리신 제거가 효과적으로 이뤄지지 않을 수 있다. 다만, 정련약제 대비 효과적인 정련 공정 수행 및 공정 비용 절감 측면에서 정련욕(Degumming Bath)에 대한 실크의 욕비(Bath ratio)는 1:100 w/v(g/ml) 이하, 바람직하게는 1:50 w/v(g/ml) 이하로 수행할 수 있다. The bath ratio of the silk to the degumming bath including the refining agent is greater than 1: 5 w / v (g / ml) or 1: 5 to 1: 100 w / v (g / ml, Silk weight / refining bath volume), preferably 1:10 w / v (g / ml) or more. When the bath ratio of the silk is less than 1: 5 w / v (g / ml), the scouring solution is not sufficiently immersed in the silk may not be effectively removed sericin. However, in terms of effective refining process and process cost reduction compared to refining drugs, the bath ratio of the silk to the degumming bath is 1: 100 w / v (g / ml) or less, preferably 1:50. w / v (g / ml) or less.

또한, 상기 정련 공정은 70 내지 120 ℃, 바람직하게는 100 내지 110 ℃의 조건 하에서 수행할 수 있다 이때, 정련 시간은 0.1 내지 3 시간, 바람직하게는 0.5 내지 2 시간 정도로 수행할 수 있다. 상기 정련 공정의 온도가 70 ℃ 미만이 되면, 정련이 충분히 일어나지 않거나 정련 시간을 크게 증가해서 공정 비용이 증가될 수 있다. 또한, 상기 정련 공정의 온도가 120 ℃를 초과하게 되면 정련 과정에서 실크의 분자쇄의 절단이 일어나거나, 실크가 상해를 입을 수 있다. In addition, the refining process may be carried out under conditions of 70 to 120 ℃, preferably 100 to 110 ℃ In this case, the refining time may be carried out in about 0.1 to 3 hours, preferably 0.5 to 2 hours. When the temperature of the refining process is less than 70 ℃, refining does not occur sufficiently or the process time can be increased by greatly increasing the refining time. In addition, when the temperature of the refining process exceeds 120 ℃, the molecular chain of the silk may occur in the refining process, or the silk may be injured.

본 발명에 따른 전기방사용 실크 조성물의 제조 방법은 상기 정련 공정을 수행한 후에 정련된 실크를 용해시키고, 이를 투석하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 특히, 상기 정련 공정을 수행한 후에 정련된 실크를 금속염 수용액에 용해시킨 후에, 이렇게 얻어진 실크 수용액을 물로 투석할 수 있다. 이때, 상기 금속염 수용액은 알코올 성분을 추가로 포함하는 알코올 혼합 수용액이 될 수 있다. 또한, 상기 금속염은 알칼리금속이나 알칼리토금속, 전이금속 등을 포함하는 염 화합물로서 물에 용해시 산성이나 알칼리성을 띠지 않는 중성염 화합물이면 모두 사용할 수 있다. 특히, 상기 금속염으로는 염화칼슘, 질산칼슘, 리튬브로마이드(LiBr), 리튬티오시아네이트(LiSCN), 질산마그네슘, 질산아연, 염화아연, 및 그의 혼합물 중 1종 이상을 사용할 수 있다.The method for producing the electrospun silk composition according to the present invention may further include dissolving the refined silk after performing the refining process and dialysis it. In particular, after the refining process is performed, the refined silk is dissolved in the aqueous metal salt solution, and the thus obtained silk aqueous solution may be dialyzed with water. In this case, the metal salt aqueous solution may be an alcohol mixed aqueous solution further comprising an alcohol component. The metal salt may be any salt compound containing an alkali metal, an alkaline earth metal, a transition metal, or the like, as long as it is a neutral salt compound which does not have acidity or alkalinity when dissolved in water. In particular, the metal salt may be one or more of calcium chloride, calcium nitrate, lithium bromide (LiBr), lithium thiocyanate (LiSCN), magnesium nitrate, zinc nitrate, zinc chloride, and mixtures thereof.

상기 용해 공정은 금속염 수용액에서 금속염 : 용매의 몰비를 1 내지 2 : 10 내지 20로 사용할 수 있으며, 추가로 알코올을 사용하는 경우에는 금속염 : 물 : 알코올의 몰비를 1 내지 2 : 8 내지 16 : 2 내지 4로 사용할 수 있다. 또한, 상기 금속염 수용액 70 내지 100 ℃ 온도로, 3분 내지 60분 동안 실크를 용해할 수 있으며, 바람직하게는 80 내지 90 ℃ 온도로, 20분 내지 40분 동안 용해할 수 있다. 상기 공정에서 용해 온도가 70 ℃ 미만이면 실크가 용해되기 어려울 수 있으며, 85 ℃를 초과하면 실크 분자쇄가 절단이 커져 물성 저하가 초래될 수 있다. 또한, 용해 시간이 3분 미만인 경우에는 실크의 용해가 완전히 일어나지 않거나 불균일해질 수 있으며, 상기 용해 시간이 60분을 초과할 경우에는 실크 분자쇄 절단으로 물성 저하가 초래될 수도 있다.The dissolution process may use a molar ratio of metal salt to solvent in an aqueous metal salt solution of 1 to 2: 10 to 20, and in addition, when using an alcohol, a molar ratio of metal salt to water to alcohol of 1 to 2: 8 to 16: 2 To 4 may be used. In addition, the metal salt aqueous solution may dissolve the silk for 3 to 60 minutes at 70 to 100 ℃ temperature, preferably at 80 to 90 ℃ temperature, may be dissolved for 20 to 40 minutes. In the above process, if the dissolution temperature is less than 70 ℃ may be difficult to dissolve the silk, if it exceeds 85 ℃ may be broken the silk molecular chain is large, resulting in a decrease in physical properties. In addition, when the dissolution time is less than 3 minutes, dissolution of silk may not occur completely or may be uneven. When the dissolution time exceeds 60 minutes, the physical properties may be reduced by cutting the silk molecular chain.

또한, 상기 투석 단계는 용해에 사용했던 염화칼슘과 에탄올을 제거하기 위한 공정이다. 전술한 바와 같이, 상기 정련된 실크를 금속염 수용액 수용액에 용해시킨 후, 이러한 용해액을 셀룰로오스 투석막 (분자량 컷오프 12,000 ~ 14,000)에 넣고, 흐르는 증류수에 3일 이상 투석하면 염화칼슘과 에탄올이 제거된 실크 수용액을 얻을 수 있다.In addition, the dialysis step is a process for removing calcium chloride and ethanol used for dissolution. As described above, after dissolving the refined silk in an aqueous metal salt solution, the solution is placed in a cellulose dialysis membrane (molecular weight cutoff 12,000 to 14,000), and dialyzed in flowing distilled water for three days or longer to remove calcium chloride and ethanol. Can be obtained.

한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 상술한 바와 같은 공정을 통해 제조된 전기방사용 실크 조성물이 제공된다. 특히, 본 발명의 전기방사용 실크 조성물은 상기 정련 공정을 통해 최적 범위로 세리신을 함유하는 것을 특징으로 한다. On the other hand, according to another embodiment of the invention, there is provided an electrospinning silk composition prepared through the process as described above. In particular, the electrospun silk composition of the present invention is characterized in that it contains sericin in the optimum range through the refining process.

본 발명의 전기방사용 실크 조성물은 전체 조성물 100 중량부에 대하여, 세리신을 0.3 내지 18.0 중량부, 바람직하게는 0.35 내지 16.5 중량부로 포함할 수 있다. 상기 세리신 함량이 전체 조성물 총량 기준으로 0.3 중량부 미만이면 점도가 낮아지게 되어 실크 분자쇄간 엉킴이 충분하지 못하여 섬유형성이 어렵고, 방사속도 증가를 위해 방사원액 공급량을 늘리면 방사원액이 방울로 뚝뚝 떨어지는 문제가 발생하여, 결과적으로 전기방사속도가 낮아질 수 있다. 또한, 세리신 함량이 18.0 중량부를 초과하면, 점도가 너무 높아 실크 분자쇄간 엉킴이 과도하게 되어, 전기적인 힘에 의해 엉킴이 풀리면서 섬유화되는 것이 방해받게 되고, 전기방사 속도를 올리기 위해 방사원액의 공급량을 늘리면 섬유화가 되지 않아 결과적으로 방사속도가 낮아질 수 있다. The electrospun silk composition of the present invention may contain 0.3 to 18.0 parts by weight of sericin, preferably 0.35 to 16.5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total composition. If the sericin content is less than 0.3 parts by weight based on the total amount of the composition, the viscosity becomes low, so that the entanglement between the silk molecules is not sufficient, making the fiber difficult, and increasing the spinning feed solution to increase the spinning speed, the spinning feed solution dripping into drops May occur, and as a result, the electrospinning speed may be lowered. In addition, when the sericin content exceeds 18.0 parts by weight, the viscosity is too high, the silk molecular chain entanglement is excessive, the entanglement is released by the electrical force is prevented from being fiberized, the supply amount of the spinning solution to increase the electrospinning rate Increasing may result in no fiberization and consequently lower spinning speed.

본 발명의 실크 조성물은 25 ℃에서 18%(w/w)의 농도로 포름산에 용해시켜 측정시, 점도가 550 내지 1,500 cps, 바람직하게는 600 내지 1,400 cps가 될 수 있다. 상기 조성물의 점도가 550 cps 미만인 경우에는, 방사원액의 점도가 너무 낮아서 전기방사속도를 높이기 위해 방사원액의 공급량을 늘린다고 하여도, 실크 분자쇄간 엉킴이 충분하지 못하여 방사되지 못한 채 방사원액이 방울로 뚝뚝 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 이에 따라, 상기 조성물의 점도가 550 cps 미만인 경우에는 낮은 전기방사속도를 향상시키기 어려울 수 있다. 또한, 상기 실크 조성물의 점도가 1,500 cps를 초과하는 경우는 실크 분자쇄간 엉킴이 과도하여 전기적인 힘에 의해 엉킴이 풀리면서 섬유화되기 어려워, 결과적으로 전기방사속도를 개선하기 어려울 수 있다.The silk composition of the present invention may have a viscosity of 550 to 1,500 cps, preferably 600 to 1,400 cps, as measured by dissolving in formic acid at a concentration of 18% (w / w) at 25 ° C. When the viscosity of the composition is less than 550 cps, even if the viscosity of the spinning stock solution is too low to increase the supply amount of the spinning stock solution to increase the electrospinning speed, the spinning stock solution is not spun up due to insufficient entanglement between the silk molecular chains. This can cause problems. Accordingly, when the viscosity of the composition is less than 550 cps, it may be difficult to improve the low electrospinning rate. In addition, when the viscosity of the silk composition exceeds 1,500 cps, the entanglement between the silk molecular chains is excessive and it is difficult to entangle the fibers due to entanglement by electrical force, and as a result, it may be difficult to improve the electrospinning rate.

또한, 상기 실크 조성물은 25 ℃에서 17.5%(w/w)의 농도로 포름산에 용해시켜 측정시 전기전도도가 1.70 mS/cm 이상 또는 1.70 내지 6.55 mS/cm, 바람직하게는 1.75 mS/cm 이상이 될 수 있다. 상기 실크 조성물의 전기전도도는 전기방사 공정에서 방사원액으로서 전기적 힘에 의해 좀더 효과적으로 섬유화되는 속도가 증가시키는 측면에서 1.75 mS/cm 이상이 될 수 있다. In addition, the silk composition is dissolved in formic acid at a concentration of 17.5% (w / w) at 25 ℃ measured electrical conductivity is 1.70 mS / cm or more or 1.70 to 6.55 mS / cm, preferably 1.75 mS / cm or more Can be. The electrical conductivity of the silk composition may be 1.75 mS / cm or more in terms of increasing the rate of fiberization more effectively by electrical force as the spinning stock solution in the electrospinning process.

본 발명의 실크 조성물을 전기방사에 적용시에는, 방사원액에서 전하의 양이 증감함에 따라 전기적 힘에 의해 방사원액이 섬유화되는 속도를 증가시키는 효과도 있으나, 방사원액의 점도 범위를 최적화함으로써 좀더 효과적으로 전기방사속도를 향상시킬 수 있다. When the silk composition of the present invention is applied to the electrospinning, as the amount of charge in the spinning stock solution increases and decreases, the speed of the spinning stock solution is increased by electric force, but by optimizing the viscosity range of the spinning stock solution more effectively. It can improve the electrospinning speed.

전기방사속도는 방사원액을 전기방사구로 공급되는 양에 의해 결정되는데, 전기방사구에서 섬유화되어 소진되는 양보다 방사원액 공급량이 적다면, 방사구의 방사원액이 마르게 되어 섬유화가 이루어지지 않고, 방사원액의 공급량이 많다면, 방사되지 않고, 방사원액이 뚝뚝 떨어지는 현상으로 원하는 섬유집합체를 제조하기 어려워진다. 전기방사구에서 섬유화되어 소진되는 방사원액의 양은 방사원액의 점도와 밀접한 관계가 있다. The rate of electrospinning is determined by the amount supplied to the spinneret. If the amount of spinneret feed is less than the amount of fiberization and exhaustion in the spinneret, the spinneret of the spinneret dries up and no fiber is produced. If the amount of supplied is large, it is difficult to produce a desired fiber assembly due to the phenomenon that the spinning stock solution dripping without spinning. The amount of spinning stock solution that is fibrinated and exhausted in the electrospinning sphere is closely related to the viscosity of the spinning stock solution.

실크 피브로인은 실크 세리신보다 분자량이 큼에도 불구하고, 방사원액 제조시 분자간의 엉킴 (entanglement) 정도가 적어 점도가 낮은 것이 특징이다. 이 결과 낮은 점도에 기인하여 전기방사할 때 전기방사속도를 결정하는 방사원액을 전기방사구로 전달할 수 있는 양이 0.2~0.3 ml/hour로 매우 적은 편이다. 반면에, 정련 조건을 달리하여 실크 세리신을 모두 제거하지 않고, 일부분 실크에 잔존시키는 경우, 방사원액의 점도를 크게 증가시켜 방사원액의 공급액을 증가시켜도 원할하게 전기방사가 이루어져 결과적으로 전기방사속도를 현저히 향상시키는 효과가 있다. Although silk fibroin has a higher molecular weight than silk sericin, it is characterized by low viscosity due to the low degree of entanglement between molecules in the preparation of the spinning solution. As a result, due to the low viscosity, the amount of the radioactive raw material that determines the electrospinning rate during electrospinning is 0.2 ~ 0.3 ml / hour, which is very small. On the other hand, when the silk sericin is not removed and the silk sericin is partially removed under different refining conditions, the viscosity of the spinning stock solution is greatly increased to increase the viscosity of the spinning stock solution, resulting in smooth electrospinning. There is a significant improvement.

실크 세리신 방사원액은 피브로인 방사원액보다 점도가 크므로, 실크 방사원액에서 세리신의 함량이 증가할수록 점도가 증가하며, 실크 방사원액의 전기방사속도도 세리신 함량과 관계가 있다. 따라서, 높은 전기방사속도를 위해서, 실크 전체 중량에 대해 세리신의 함량은 상술한 바와 같이 0.3 내지 18.0 중량부로 포함될 수 있다. Since the silk sericin spinning stock solution has a higher viscosity than the fibroin spinning stock solution, the viscosity increases as the sericin content increases in the silk spinning stock solution, and the electrospinning speed of the silk spinning stock solution is related to the sericin content. Therefore, for high electrospinning speed, the content of sericin relative to the total weight of the silk may be included as 0.3 to 18.0 parts by weight as described above.

한편, 발명의 또다른 구현예에 따르면, 상기 조성물을 사용하는 실크 나노 섬유의 제조 방법이 제공된다. 상기 실크 나노 섬유의 제조 방법은 상술한 바와 같이 세리신을 최적 범위로 함유하는 실크 조성물을 전기방사 용매에 용해시킨 후에 전기방사하는 단계를 포함할 수 있다. On the other hand, according to another embodiment of the invention, there is provided a method for producing silk nanofibers using the composition. The method for producing the silk nanofibers may include the step of electrospinning after dissolving the silk composition containing sericin in the optimum range as described above in an electrospinning solvent.

일반적으로 재생 실크를 가공함에 있어서, 습식방사법은 고농도의 고분자용액(방사원액)을 비용매인 응고욕에 방사함으로써 섬유화가 일어나는 과정으로 방사속도 및 제조된 섬유의 물성은 응고욕에서의 방사원액의 응고력, 응고속도, 용매 및 응고욕간 물질전달속도 등의 인자들과 방사원액의 점도, 방사기의 권취 속도(take-up speed) 등의 다양한 인자에 의해 결정된다. 반면에, 전기방사는 고분자용액을 전기적인 힘으로 방사하여 공기중에서 용매는 휘발되어 고분자가 섬유화되는 원리로, 방사원액의 점도, 전도도, 방사원액의 조성이 주로 방사속도를 결정하는 원리로 습식방사법과 전기방사법에 있어 방사속도 및 제조된 섬유의 물성을 결정하는 인자가 다른 원리를 가지고 있다.In general, in the processing of regenerated silk, the wet spinning method is a process in which fiberization occurs by spinning a high concentration of a polymer solution (spinning solution) into a nonsolvent coagulation bath, and the spinning speed and the properties of the produced fiber solidify the spinning solution in the coagulation bath. Factors such as force, solidification rate, mass transfer rate between solvent and coagulation bath, viscosity of spinning stock solution, and take-up speed of spinning machine. On the other hand, electrospinning is the principle of spinning the polymer solution with an electric force, and the solvent is volatilized in the air to make the polymer fibrous. The wet spinning method is mainly based on the viscosity, conductivity, and composition of the spinning solution. In the electrospinning method, the factors that determine the spinning speed and the properties of the fabrics have different principles.

이에 따라, 기존의 습식방사법에 의해 제조되는 재생실크는 주로 필라멘트 형태로 이루어져 웹상태로 사용하기 위해서는 다시 이를 절단하고 부직포 제조공정을 거쳐 웹형태의 실크를 제조하며 공정 효율이 저하되는 단점이 있다. 그러나, 본 발명에서와 같은 전기방사법의 경우에는 방사하면서 바로 웹 형태의 실크를 제조할 수 있어, 통상의 습식방사법보다 간편하고 우수한 효율의 실크 웹의 제조 방법이라고 할 수 있다. 또한, 습식방사법이 우수한 용매/응고욕 쌍이 있어야 섬유제조가 가능한 반면, 전기방사법은 우수한 전기방사 용매만 있으면 되므로, 전기방사법을 이용한 웹 제조가 보다 편리한 장점이 있다.Accordingly, the regenerated silk produced by the conventional wet spinning method is mainly made of a filament form, and in order to use it in a web state, it is cut again, a nonwoven fabric manufacturing process is performed, and a web form silk is produced, and process efficiency is deteriorated. However, in the case of the electrospinning method as in the present invention, it is possible to produce silk in the form of a web immediately while spinning, which can be said to be a method of producing silk webs having a simpler and more efficient efficiency than a conventional wet spinning method. In addition, while the wet spinning method has a good solvent / coagulation bath pair is possible to manufacture the fiber, the electrospinning method requires only a good electrospinning solvent, there is an advantage that the web manufacturing using the electrospinning method is more convenient.

상기 전기방사 공정은 최대 방사 속도는 0.85 ml/hour 이상 또는 0.85 내지 5.0 ml/hour으로 수행할 수 있으며, 바람직하게는 0.9 ml/hour 이상, 좀더 바람직하게는 0.95 ml/hour 이상으로 수행할 수 있다. The electrospinning process may be performed at a maximum spinning speed of 0.85 ml / hour or more or 0.85 to 5.0 ml / hour, preferably 0.9 ml / hour or more, more preferably 0.95 ml / hour or more. .

상기 전기방사 공정의 최대 방사 속도는 재생 실크 가공시 산업화 대량 생산을 가능하도록 하는 측면에서 0.85 ml/hour 이상으로 수행할 수 있다. The maximum spinning speed of the electrospinning process may be performed at 0.85 ml / hour or more in terms of enabling industrialized mass production during regenerated silk processing.

본 발명에서 "전기방사 용매"라 함은 세리신을 함유하는 실크 조성물을 용해시킬 수 있어야 한다는 전제하에 전기 방사에 적용할 수 있는 용매를 말한다. 본 발명의 구체적인 일례에 따르면, 포름산 또는 포름산 수용액이 상기한 요구조건을 모두 만족함을 확인할 수 있다. 또한, 이외에도 물이나 헥사플루오로이소프로판올(hexafluroisopropanol) 등의 알코올 용매를 1종 이상 사용 가능하다. In the present invention, the term "electrospinning solvent" refers to a solvent that can be applied to electrospinning on the premise that the silk composition containing sericin must be dissolved. According to a specific example of the present invention, it can be confirmed that formic acid or formic acid aqueous solution satisfies all of the above requirements. In addition, one or more alcohol solvents such as water and hexafluroisopropanol may be used.

본 발명의 전기방사 공정에 통상 사용될 수 있는 전기방사장치는 특별히 제한되지 아니한다. 다만, 나노섬유의 직경, 나노섬유의 굵기 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있으며, 일반적으로 사용되는 고전압(예컨대, 5 ∼ 50 kV)을 걸어줄 수 있는 전기방사장치가 널리 사용될 수 있다. 이러한 전기방사장치의 일례로는 도 1에 나타낸 바와 같이, 고전압 발생기(101, high voltage generator), 섬유집합체 수집판(102, collector), 전기방사구(103, spinneret), 주사기(105, syringe), 및 주사기 펌프(104, syringe pump)를 포함하는 장치를 들 수 있다. The electrospinning device which can be usually used in the electrospinning process of the present invention is not particularly limited. However, in consideration of the diameter of the nanofibers, the thickness of the nanofibers may be appropriately selected, an electrospinning apparatus capable of applying a high voltage (for example, 5 to 50 kV) generally used may be widely used. As an example of the electrospinning apparatus, as shown in FIG. 1, a high voltage generator 101, a fiber collector collecting plate 102, an electrospinning hole 103, a spinneret, and a syringe 105 are shown in FIG. 1. And an apparatus including a syringe pump (104).

본 발명의 제조 방법에 따르면, 실크 조성물 용액의 농도, 사용한 전기방사장치의 종류 및 전기방사시의 조건을 적절히 조절함으로써, 실크 나노 섬유의 직경을 조절하여 생성시킬 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 실크 나노 섬유의 평균 직경은 200 내지 2,500 nm, 바람직하게는 500 nm 이상, 좀더 바람직하게는 800 nm 이상의 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다. According to the production method of the present invention, by adjusting the concentration of the silk composition solution, the type of electrospinning apparatus used and the conditions during the electrospinning, it can be produced by adjusting the diameter of the silk nanofibers. At this time, the average diameter of the silk nanofibers according to the present invention can be appropriately adjusted within the range of 200 to 2,500 nm, preferably 500 nm or more, more preferably 800 nm or more.

본 발명의 구체예에 따르면, 실크 조성물의 농도는 실크 조성물을 포함한 전기방사원액에 대하여, 5% (w/w) 내지 25% (w/w)를 사용하는 것이 바람직하고, 15% (w/w) 내지 19%가 보다 바람직하다. 농도가 5% 이하가 되면, 점도가 너무 낮아 전기방사가 어렵고, 농도가 25%를 넘게 되면, 점도가 너무 높게 되거나 재생실크가 용해되지 않아 방사원액 제조가 어렵다. 또한, 주어진 전압은 5 내지 35 kV의 범위에서 수행되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 15 내지 25 kV가 될 수 있다. 전압이 5 kV보다 낮으면 전기방사가 이뤄지지 않는 문제가 생기고 35 kV보다 높으면 전기방사에 의한 섬유형성이 저하될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the concentration of the silk composition is preferably 5% (w / w) to 25% (w / w), and 15% (w / w) relative to the electrospinning solution containing the silk composition. w) to 19% are more preferable. When the concentration is 5% or less, the viscosity is too low, electrospinning is difficult, when the concentration is more than 25%, the viscosity is too high or the regeneration silk is not dissolved, it is difficult to manufacture the spinning stock solution. Further, the given voltage is preferably carried out in the range of 5 to 35 kV, more preferably 15 to 25 kV. If the voltage is lower than 5 kV, there is a problem that no electrospinning occurs, and if the voltage is higher than 35 kV, fiber formation may be reduced by the electrospinning.

도 1에 나타낸 바와 같은 전기방사장치에서 전기방사구(103)와 수집판(102) 사이의 최단 거리를 5 내지 30 cm로 배치하거나, 바람직하게는 5 내지 15 cm이으로 배치하여 적용할 수 있다. 상기 전기방사구(103)와 수집판(102) 사이의 최단 거리가 5 cm보다 작으면 용매가 충분히 휘발될 수 있는 시간이 부족하여 섬유가 형성되지 않을 수 있으며, 30 cm를 초과하는 경우에는 방사를 위한 전기적인 힘이 감소하여 전기방사가 효율적으로 진행되지 못하는 문제가 발생할 수도 있다. 다만, 상기한 실크 조성물 용액의 농도, 전압 및 방사구와 수집판 사이의 거리는 전기방사장치의 종류, 요구되는 물성, 최종 섬유복합체의 형상 등을 전체적으로 고려하여 정해질 수 있다. In the electrospinning apparatus as shown in FIG. 1, the shortest distance between the electrospinning hole 103 and the collecting plate 102 may be arranged at 5 to 30 cm, or preferably at 5 to 15 cm. . If the shortest distance between the electrospinning hole 103 and the collecting plate 102 is less than 5 cm, the fiber may not be formed due to the lack of sufficient time for the solvent to volatilize. The electrical force for the reduction may cause a problem that the electrospinning does not proceed efficiently. However, the concentration of the silk composition solution, the voltage and the distance between the spinneret and the collecting plate may be determined in consideration of the type of electrospinning apparatus, the required physical properties, the shape of the final fiber composite.

한편, 발명의 또다른 구현예에 따르면, 상기 조성물로부터 제조되는 실크 나노 섬유가 제공된다. On the other hand, according to another embodiment of the invention, there is provided silk nanofibers prepared from the composition.

상기 실크 나노 섬유의 평균 직경은 200 내지 2,500 nm, 바람직하게는 1,000 nm 이상, 좀더 바람직하게는 2,100 nm 이상이 될 수 있다. 또한, 상기 실크 나노 섬유의 절단 강도는 8,000 KPa 이상 또는 8,000 내지 20,000 KPa, 바람직하게는 9,000 KPa 이상, 좀더 바람직하게는 9,500 KPa 이상이 될 수 있다. 상기 실크 나노 섬유의 절단 신도는 3.0% 이상 또는 3.0% 내지 15%, 바람직하게는 3.2% 이상, 좀더 바람직하게는 3.5% 이상이 될 수 있다. The average diameter of the silk nanofibers may be 200 to 2,500 nm, preferably 1,000 nm or more, more preferably 2,100 nm or more. In addition, the breaking strength of the silk nanofibers may be 8,000 KPa or more or 8,000 to 20,000 KPa, preferably 9,000 KPa or more, and more preferably 9,500 KPa or more. The elongation at break of the silk nanofibers may be at least 3.0% or at least 3.0% to 15%, preferably at least 3.2%, more preferably at least 3.5%.

또한, 상기 실크 나노 섬유는 부직포 형태로 서로 얽혀 있는 구조를 갖는 섬유집합체를 형성하는 것이 될 수 있다. In addition, the silk nanofibers may be to form a fiber assembly having a structure intertwined with each other in the form of a nonwoven fabric.

본 발명의 실크 나노섬유는 조직공학용 지지체, 인공피부, 장부착 방지제, 인공고막, 창상피복제, 바이오센서 등의 용도로 사용할 수 있다. Silk nanofibers of the present invention can be used for tissue engineering scaffolds, artificial skin, enteroprotective agents, artificial tympanic membranes, wound dressings, biosensors and the like.

본 발명에 있어서 상기 기재된 내용 이외의 사항은 필요에 따라 가감이 가능한 것이므로, 본 발명에서는 특별히 한정하지 아니한다.In the present invention, matters other than those described above can be added or subtracted as required, and therefore, the present invention is not particularly limited thereto.

본 발명에 따르면, 실크의 정련 공정을 최적화한 재생 공정으로 실크 조성물을 제조하면, 실크 방사원액의 전기방사속도를 크게 증가시킬 수 있고, 제조되는 나노 섬유 집합체의 제조 원가를 절감하는 효과가 있고, 제조된 실크 섬유집합체의 절단강도가 증가되는 우수한 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention, when the silk composition is prepared by a regeneration process in which the silk refining process is optimized, the electrospinning speed of the silk spinning stock solution can be greatly increased, and the manufacturing cost of the manufactured nanofiber aggregates can be reduced. An excellent effect of increasing the cutting strength of the produced silk fiber assembly can be obtained.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 전기방사에 사용되는 전기방사장치에 대한 사진이다.
도 2는 본 발명의 비교예 1에 따라 누에고치를 정련한 직후의 실크 섬유에 대한 전자현미경 사진이다(연감률 26%, 1,000 배 확대 배율).
도 3는 본 발명의 비교예 2에 따라 누에고치를 정련한 직후의 실크 섬유에 대한 전자현미경 사진이다(연감률 28%, 1,000 배 확대 배율).
도 4는 본 발명의 실시예 5에 따라 정련한 직후의 실크 섬유에 대한 전자현미경 사진이다(연감률 12%, 1,000 배 확대 배율).
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 실크 조성물을 전기방사하여 얻은 재생실크 섬유집합체의 사진이다(1,000 배 확대 배율).
1 is a photograph of an electrospinning apparatus used for electrospinning according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an electron micrograph of the silk fibers immediately after refining the cocoon according to Comparative Example 1 of the present invention (annual rate 26%, 1,000 times magnification).
3 is an electron micrograph of silk fibers immediately after refining silkworm cocoons according to Comparative Example 2 of the present invention (annual ratio 28%, 1,000 times magnification).
4 is an electron micrograph of silk fibers immediately after refining according to Example 5 of the present invention (12% annual rate, 1,000 times magnification).
5 is a photograph of a regenerated silk fiber assembly obtained by electrospinning the silk composition according to Example 2 of the present invention (1,000 times magnification).

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the scope of the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example 1 내지  1 to 실시예Example 5 5

실험 재료로서 실크 성분으로 세리신 함량 26%의 누에고치를 사용하여 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조건으로 정련 공정을 수행하여, 세리신 함량이 최적화된 재생 실크 조성물을 제조하였다. Using a silkworm cocoon having a sericin content of 26% as a silk material as a test material, a refining process was performed under the conditions as shown in Table 1 below to prepare a regenerated silk composition having optimized sericin content.

먼저, 올레산 나트륨(sodium oleate)과 탄산나트륨을 정련 약제로서 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 함량으로 물에 용해시켜 정련욕을 제조한 후 승온하여 끓는 온도에서, 상기 세리신 함량 26%의 누에고치를 넣고 0.5~1 시간 동안 정련 공정을 수행하였다. First, sodium oleate (sodium oleate) and sodium carbonate as a refining agent to dissolve in water to the content as shown in Table 1 to prepare a refining bath, and then heated to boiling temperature, put the cocoon of the sericin content of 26% 0.5 The refining process was carried out for ˜1 hour.

상기 정련 공정을 통해 실크의 세리신을 부분적으로 제거하고 물로 수세한 후 건조하였다. 이후에 정련후의 실크는 염화칼슘:물:에탄올 혼합용매(몰비 1:8:2)를 이용하여 욕비 1:20으로 85 ℃에서 30 분간 처리하여 실크를 용해하였고 용해후 투석막(MWCO = 12,000~14,000)을 이용하여 5일 동안 흐르는 증류수에 투석하여 염화칼슘과 에탄올을 제거하고 재생 실크 수용액을 얻었다. 이를 건조한 후 분쇄하여 최종적으로 세리신 함량이 최적화된 전기방사용 실크 조성물로서 재생 실크 분말들을 얻었다. The sericin of the silk was partially removed through the refining process, washed with water and dried. Subsequently, the silk after refining was treated with a calcium chloride: water: ethanol mixed solvent (molar ratio 1: 8: 2) at a bath ratio of 1:20 at 85 ° C. for 30 minutes to dissolve the silk. After dissolution, the dialysis membrane (MWCO = 12,000 ~ 14,000) Dialysis was carried out in distilled water for 5 days using to remove calcium chloride and ethanol to obtain a regenerated silk aqueous solution. This was dried and ground to obtain regenerated silk powders as an electrospun silk composition in which the sericin content was finally optimized.

이 때, 상기 정련 공정은 하기 계산식 1로 표시되는 연감률 계수(DI) 및 하기 계산식 2로 표시되는 연감률(%)를 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 되도록 정련 조건을 조절하여 수행하였다. At this time, the refining process was carried out by adjusting the refining conditions so that the deduction rate coefficient (DI) represented by the following formula 1 and the deduction rate (%) represented by the following formula 2 as shown in Table 1 below.

[계산식 1][Equation 1]

Figure 112011070030905-pat00004
Figure 112011070030905-pat00004

[계산식 2][Equation 2]

Figure 112011070030905-pat00005
Figure 112011070030905-pat00005

식 중, 연감률 계수(DI)는 정련전 실크에 포함된 세리신 함량 1%당 연감률 단위값을 나타내는 계수이고, W1은 정련전 실크의 건조무게(g)이고, W2는 정련후 실크의 건조무게(g)이고, S1은 정련전 실크의 세리신 함량(%)이다. 이때, 정련 전후의 건조 무게는 수분측정기(XM60, Precisa, 스위스)를 이용하여 측정하였다.In the formula, the annual decay rate coefficient (DI) is a coefficient representing the decay rate unit value per 1% of the sericin content contained in the silk before refining, W 1 is the dry weight of the silk before refining (g), and W 2 is the silk after refining Is the dry weight of (g) and S 1 is the sericin content (%) of silk before refining. At this time, the dry weight before and after refining was measured using a moisture meter (XM60, Precisa, Switzerland).

한편, 정련전 실크의 세리신 함량, 즉, 실크 누에 고치에 포함된 세리신 함량에 대한 좀더 정확한 측정을 위하여 사전에 정련 공정을 통한 전자현미경 분석을 통해 사용한 누에 고치에 포함된 세리신 함량(%)을 측정할 수 있다. 예컨대, 전자현미경 분석을 통해 과도한 정련을 통해 피브로인까지 상해를 입지 않는 정도에서 깨끗하게 세리신만을 제거하였을 때, 연감률(D, %) 산측을 통해 정확한 실크 누에고치의 세리신 함량을 확인할 수 있었다. Meanwhile, in order to measure the sericin content of silk before scouring, ie, the sericin content in silk cocoon, the sericin content (%) contained in silkworm cocoon previously used by electron microscopic analysis through the scouring process was measured. can do. For example, when only sericin was removed to the extent that fibroin was not injured through excessive refining through electron microscopic analysis, the sericin content of silk silk cocoon was confirmed through the annual altitude (D,%).

비교예Comparative example 1 내지  1 to 비교예Comparative example 4 4

하기 표 1에 나타낸 바와 같이 정련 공정 조건 등을 달리한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 전기방사용 실크 조성물을 제조하였다.
Except for changing the refining process conditions and the like as shown in Table 1, an electrospun silk composition was prepared in the same manner as in Example 1.

실시예 1~5 및 비교예 1~4에 따라 전기방사용 실크 조성물을 제조하는 주요 공정 조건은 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.
The main process conditions for preparing the electrospun silk composition according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 are as shown in Table 1 below.

구분division 올레산
나트륨
(%)
Oleic acid
salt
(%)
탄산
나트륨
(%)
Carbonic acid
salt
(%)
정련
시간
(h)
Refining
time
(h)
정련
온도
(℃)
Refining
Temperature
(℃)
정련전 실크의
세리신 함량(S1,wt%)
Silk before refining
Sericin Content (S 1 , wt%)
정련전 실크의
건조
무게
(W1,g)
Refining silk
dry
weight
(W 1 , g)
정련후 실크의
건조
무게
(W2,g)
After refining silk
dry
weight
(W 2 , g)
연감률 계수
(DI)
Annual deduction factor
(DI)
연감률
(D,%)
Annual rate
(D,%)
실시예1Example 1 0.20.2 0.140.14 1One 100100 2626 4040 29.72 29.72 0.988 0.988 25.725.7 실시예2Example 2 0.10.1 0.070.07 1One 100100 2626 4040 29.76 29.76 0.985 0.985 25.625.6 실시예3Example 3 0.0240.024 0.020.02 1One 100100 2626 4040 32.20 32.20 0.750 0.750 19.519.5 실시예4Example 4 0.0120.012 0.010.01 1One 100100 2626 4040 34.00 34.00 0.577 0.577 1515 실시예5Example 5 00 00 1One 100100 2626 4040 35.20 35.20 0.462 0.462 1212 비교예1Comparative Example 1 0.40.4 0.270.27 1One 100100 2626 4040 29.60 29.60 1.000 1,000 2626 비교예2Comparative Example 2 0.60.6 0.40.4 22 100100 2626 4040 28.80 28.80 1.077 1.077 2828 비교예3Comparative Example 3 0.30.3 0.20.2 1One 100100 2626 4040 29.68 29.68 0.992 0.992 25.825.8 비교예4Comparative Example 4 00 00 0.50.5 100100 2626 4040 36.32 36.32 0.354 0.354 9.29.2

정련제인 올레산 나트륨과 탄산나트륨의 함량, 정련시간이 증가함에 따라 연감률 및 연감률 결과가 증가하는 결과를 보이고 있다. 도 2에서 보는 바와 같이, 실시예 1~5 및 비교예 1~4에 사용한 누에고치는 연감률 26%인 경우 모든 세리신이 제거됨을 확인하였고, 이로부터 본 실시예에서 사용한 누에고치의 세리신 함량이 26%임을 동시에 확인하였다. 한편, 여기에서 연감률이 28%로 과도하게 정련된 비교예 2의 경우에는, 도 3에서 보는 바와 같이 세리신이 모두 제거된 상태에서 피브로인까지 갈라지면서 상해를 입게 되는 것을 확인하였다. 반면에, 연감률이 26%보다 적은 경우, 예컨대, 도 4에서 보는 바와 같이 연감률 12.0%인 실시예 5의 경우에는, 피브로인의 손상이 없으며 세리신이 잔존하고 있음을 확인하였다. 이로부터 정련제 양과 정련시간 조절로 세리신 함량 및 연감률을 조절할 수 있음을 확인하였고, 누에고치에서 원래 존재하는 세리신 함량도 전자현미경 관찰을 통해 결정할 수 있음을 확인하였다.
As the content of refining sodium oleate and sodium carbonate, and refining time increases, the annual decrement rate and the annual decay rate result is increased. As shown in Figure 2, the silkworm cocoon used in Examples 1-5 and Comparative Examples 1-4 was confirmed that all the sericin is removed when the annualization rate is 26%, from which the sericin content of the cocoon used in this example is 26 % Was confirmed at the same time. On the other hand, in the case of Comparative Example 2 in which the annual reduction rate was excessively refined to 28%, as shown in FIG. On the other hand, when the annual reduction rate is less than 26%, for example, as shown in FIG. 4, in Example 5 having an annual reduction rate of 12.0%, fibroin was not damaged and sericin was confirmed to remain. From this, it was confirmed that the sericin content and the decay rate can be adjusted by adjusting the amount of the refiner and the refining time, and it was confirmed that the sericin content originally present in the cocoon can be determined by electron microscopy.

상기 실시예 1~5 및 비교예 1~4에 따라 제조된 전기방사용 실크 조성물에 대하여 다음과 같은 방법으로 물성 평가를 수행하였으며, 측정된 물성값은 하기 표 2에 나타낸 바와 같다.
Evaluation of physical properties of the electrospun silk compositions prepared according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 was carried out in the following manner, and the measured physical properties are shown in Table 2 below.

a) a) 실크silk 조성물의 세리신 함량 Sericin Content in the Composition

상술한 바와 같은 정련 공정에 대한 연감률(D, %) 및 최초 원료인 실크 누에고치의 세리신 함량(S1, %)에 기초하여, 하기 계산식 3에 따라 정련 공정을 통해 얻어진 전기방사용 실크 조성물의 세리신 함량(S2, %)을 측정하였다. Based on the aging rate (D,%) for the refining process as described above and the sericin content (S 1 ,%) of the silk cocoon as the first raw material, the electrospun silk composition obtained through the refining process according to the following formula (3) Sericin content of (S 2 ,%) was measured.

[계산식 3][Equation 3]

Figure 112011070030905-pat00006
Figure 112011070030905-pat00006

식 중, D는 상기 계산식 2에 따른 연감률(%)이고, S1은 정련전 실크의 세리신 함량(%)이다.In the formula, D is the annual reduction rate (%) according to the formula 2, S1 is the sericin content (%) of the silk before refining.

b) b) 실크silk 조성물의 점도 Viscosity of the composition

전기방사용 실크 조성물의 포름산 용액상에서의 점도는 브룩필드 점도계(RVDV-I Prime, Brook field, 미국)를 이용하여 측정하였다. 25 ℃에서 20 rpm 조건으로 4번 스핀들(spindle)을 이용하였으며 18% (w/w) 재생실크 포름산 용액에 대해 측정하여 점도값을 측정하였다. Viscosity on the formic acid solution of the electrospun silk composition was measured using a Brookfield viscometer (RVDV-I Prime, Brook field, USA). Four spindles were used at 20 rpm at 25 ° C., and the viscosity value was measured by measuring 18% (w / w) regenerated silk formic acid solution.

c) c) 실크silk 조성물의 전기전도도 Electrical conductivity of the composition

전기방사용 실크 조성물의 포름산 용액상에서의 전기전도도는 17.5% (w/w) 재생실크 포름산 용액을 제조하고 전기전도계 (HI8633N, HANNA, 루마니아)를 이용하여 전기전도도를 측정하였다.
The electrical conductivity of the electrospun silk composition on the formic acid solution was prepared using a 17.5% (w / w) regenerated silk formic acid solution and measured using an electroconductor (HI8633N, HANNA, Romania).

구분division 세리신 함량(S2,wt%)Sericin Content (S 2 , wt%) 점도(cps)Viscosity (cps) 전기전도도(mS/cm)Electrical Conductivity (mS / cm) 실시예1Example 1 0.40.4 605605 1.761.76 실시예2Example 2 0.50.5 695695 1.871.87 실시예3Example 3 8.18.1 940940 2.082.08 실시예4Example 4 12.912.9 1,1601,160 3.963.96 실시예5Example 5 15.915.9 1,3801,380 5.575.57 비교예1Comparative Example 1 00 420420 1.581.58 비교예2Comparative Example 2 00 180180 1.571.57 비교예3Comparative Example 3 0.250.25 515515 1.681.68 비교예4Comparative Example 4 18.518.5 1,5501,550 7.047.04

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 정련 공정을 최적화하여 수행한 실시예 1~5의 실크 조성물은 세리신 함량이 증가함에 따라 실크 방사원액의 점도와 전기전도도가 동시에 증가하는 양상을 보였다. 그러나, 세리신 함량이 0%인 비교예 1 및 비교예 2의 경우에는 각각 420 cps 및 180 cps로 현저히 떨어지는 것을 알 수 있다. 특히, 과도한 정련으로 연감률 계수(DI)가 1.077이며 연감률(D)이 28%인 비교예 2의 경우에는 비교예 1에 대비해서도 2배 이상 낮은 점도를 나타내는 것을 알 수 있다. 이는 과도한 정련으로 피브로인 분자쇄 절단 등의 상해를 입은 데 기인된 결과라고 할 수 있다. 반면에, 연감률 계수(DI)가 0.354이며 연감률(D)이 9.2%인 비교예 4의 경우에는 세리신 함량이 18.5%까지 증가하며, 실크 조성물의 점도가 1,550 cps로 과도하게 증가하는 것을 알 수 있다.
As shown in Table 2, the silk composition of Examples 1 to 5 performed by optimizing the refining process according to the present invention showed that the viscosity and the electrical conductivity of the silk spinning stock solution increased simultaneously with increasing sericin content. However, in the case of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 having a sericin content of 0%, it can be seen that the drops significantly to 420 cps and 180 cps, respectively. In particular, it can be seen that the comparative example 2 having the annual reduction coefficient (DI) of 1.077 and the annual reduction ratio (D) of 28% due to excessive refining shows a viscosity that is at least two times lower than that of the comparative example 1. This can be said to be the result of injury caused by fibroin molecular chain cleavage due to excessive refining. On the other hand, in Comparative Example 4, in which the annual reduction coefficient (DI) is 0.354 and the annual reduction ratio (D) is 9.2%, the sericin content is increased to 18.5%, and the viscosity of the silk composition is excessively increased to 1,550 cps. Can be.

제조예Manufacturing example 1~5 및  1 to 5 and 비교제조예Comparative Manufacturing Example 1~4 1-4

상기 실시예 1~5 및 비교예 1~4에 따라 제조된 전기방사용 실크 조성물을 사용하여 다음과 같은 방법으로 전기방사를 수행하여, 제조예 1~5 및 비교제조예 1~4의 실크 나노 섬유를 제조하였다. By using the electrospun silk composition prepared according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 and electrospinning in the following manner, the silk nano of Preparation Examples 1 to 5 and Comparative Preparation Examples 1 to 4 Fibers were prepared.

먼저, 상기 실크 조성물을 98% 포름산에 용해하여 얻은 19%(w/w) 재생실크 포름산 용액을 재생실크 방사원액으로 사용하여, 22 게이지를 갖는 주사기 바늘을 전기방사구로 이용하여 전기방사하였다. 이 때, 전기방사 장치는 도 1에 나타낸 바와 같은 장치로서 고전압 발생기(101), 섬유집합체 수집판(102), 전기방사구(103), 주사기(105), 및 주사기 펌프(104)로 구성되어 있는 장치를 사용하였고 전압은 20 kV, 전기방사구와 수집판과의 거리는 19 cm로 고정하여 전기방사를 수행하여, 부직포 형태의 재생실크 나노 섬유의 섬유 집합체를 제조하였다. 또한, 전기방사속도 조절은 주사기 펌프를 이용하여 주사기내의 방사원액을 전기방사구로 전달하는 유량(ml/hr)을 조절함으로써 이루어졌다.
First, a 19% (w / w) regenerated silk formic acid solution obtained by dissolving the silk composition in 98% formic acid was used as a regenerated silk spinning stock solution, and electrospinning was performed using a syringe needle having a 22 gauge as an electrospinning tool. At this time, the electrospinning apparatus is composed of a high voltage generator 101, a fiber assembly collecting plate 102, an electrospinning hole 103, a syringe 105, and a syringe pump 104, as shown in FIG. A device was used, and the voltage was 20 kV, and the distance between the electrospinning sphere and the collecting plate was fixed at 19 cm to perform electrospinning, thereby preparing a fiber assembly of nonwoven fabric of regenerated silk nanofibers. In addition, the electrospinning rate control was performed by adjusting the flow rate (ml / hr) for delivering the spinning stock solution in the syringe to the electrospinning mouth using a syringe pump.

상기 제조예 1~5 및 비교제조예 1~4의 실크 나노 섬유의 물성 평가 및 제조 공정 효율 평가를 다음과 같은 방법으로 수행하였으며, 측정된 물성값은 하기 표 3에 나타낸 바와 같다.
Evaluation of physical properties and manufacturing process efficiency of the silk nanofibers of Preparation Examples 1 to 5 and Comparative Preparation Examples 1 to 4 was performed by the following method, and measured physical properties are shown in Table 3 below.

i) 최대 방사속도i) maximum spinning speed

최대 전기방사 가능속도는 육안관찰과 현미경관찰을 통해 결정되었다. 먼저 실크방사원액을 전기방사하면서 주사기 펌프에서 주사기에서 전기방사구로 방사원액을 전달하는 유량을 조절하면서 전기방사양상을 관찰하였다. 유량이 너무 적게 되면, 방사구에서 섬유형성에 필요한 테일러 콘(taylor cone)이 형성되지 않아 섬유제조가 되지 않으며, 유량이 너무 높게 되면 방사가 되지 않고 방사원액이 튀거나 바닥으로 흘러내리는 문제가 발생하므로 안정된 전기방사양상을 이루는 유량 범위가 존재한다. 최대 전기방사 가능속도는 이러한 유량 범위에서 가장 큰 유량을 통해 육안으로 먼저 결정되었고, 최대 전기방사 가능속도에서 제조된 실크 섬유들이 제대로 형성되었는지 파악하기 위하여 전자현미경 분석을 이용하였다. 육안 관찰뿐만 아니라 전자현미경 분석에서도 나노섬유 웹이 잘 제조된 전기방사 속도값을 최대 전기방사 가능속도로 결정하였다. The maximum possible rate of electrospinning was determined by visual observation and microscopic observation. First, the electrospinning pattern was observed while controlling the flow rate of delivering the spinning solution from the syringe pump to the electrospinning hole while electrospinning the silk spinning solution. If the flow rate is too low, the taylor cones required for fiber formation are not formed at the spinneret, and thus, the fiber is not manufactured. If the flow rate is too high, the spinning solution is not spun and the spinning stock solution splashes or flows to the bottom. Therefore, there exists a flow range that makes a stable electrospinning pattern. The maximum possible electrospinning speed was first determined visually through the largest flow rate in this flow range, and electron microscopic analysis was used to determine whether silk fibers produced at the maximum electrospinning speed were properly formed. In addition to visual observation, in electron microscopic analysis, the value of the electrospinning speed for which the nanofiber web was well prepared was determined as the maximum possible electrospinning speed.

iiii ) 섬유 평균 A) fiber average 직경diameter

전자현미경 분석은 먼저 재생실크 나노웹을 금박 코팅한 후 전자주사현미경 (S-570, Hitachi, 일본)을 이용하여 분석하였다. 전기방사된 섬유의 평균직경은 전자주사현미경으로 촬영한 사진을 이용하여 50개의 섬유의 직경을 평균하여 얻었다. Electron microscopy analysis was first performed by coating the regenerated silk nanoweb with gold foil and then using an electron scanning microscope (S-570, Hitachi, Japan). The average diameter of the electrospun fibers was obtained by averaging the diameters of 50 fibers using a photograph taken with an electron scanning microscope.

iiiiii ) 제조된 Manufactured 실크silk 웹의  Of the web 절단강도Cutting strength  And 절단신도Elongation

전기방사를 통해 제조한 재생 실크 나노웹의 절단 강신도는 인장시험기(Minimat, Rheometric scientific, 미국)을 이용하여 온도 20 ℃, 상대습도 65% 조건에서 10 개의 샘플을 측정하여 평균값으로 산측하였으며, 인장 속도는 10 mm/분의 속도로 측정하였다.
The cutting elongation of regenerated silk nanowebs prepared by electrospinning was measured by means of a tensile tester (Minimat, Rheometric scientific, USA) at a temperature of 20 ° C and 65% relative humidity, and measured as 10 average values. Was measured at a rate of 10 mm / min.

구분division 세리신 함량
(S2,wt%)
Sericin Content
(S 2 , wt%)
최대방사속도
(ml/hour)
Max Radiation Speed
(ml / hour)
평균섬유직경
(nm)
Average fiber diameter
(nm)
실크 웹의
절단강도
(KPa)
Silk web
Cutting strength
(KPa)
실크 웹의
절단신도
(%)
Silk web
Truncation
(%)
제조예1Preparation Example 1 0.40.4 1One 831831 9,5579,557 4.034.03 제조예2Production Example 2 0.50.5 1.21.2 1,1081,108 10,38510,385 5.015.01 제조예3Production Example 3 8.18.1 1.51.5 2,1612,161 10,02110,021 4.154.15 제조예4Production Example 4 12.912.9 1.21.2 1,6401,640 10,01310,013 3.923.92 제조예5Production Example 5 15.915.9 1One 1,2401,240 8,7188,718 3.613.61 비교제조예1Comparative Preparation Example 1 00 0.30.3 524524 8,1748,174 4.024.02 비교제조예2Comparative Production Example 2 00 0.20.2 258258 3,2583,258 3.403.40 비교제조예3Comparative Production Example 3 0.250.25 0.60.6 743743 9,0379,037 3.823.82 비교제조예4Comparative Production Example 4 18.518.5 0.40.4 1,0321,032 7,5677,567 3.683.68

또한, 제조예 2의 실크 조성물을 사용하여 전기방사법으로 제조된 실크 웹에 대한 전자현미경 사진을 도 5에 나타내었다. 상기 도 5에서 육안으로 확인할 수 있는 바와 같이, 균일한 굵기를 갖는 나노섬유가 부직포 형태로 서로 얽혀 있는 구조를 갖고 있었다. In addition, an electron micrograph of the silk web prepared by the electrospinning method using the silk composition of Preparation Example 2 is shown in FIG. As can be seen with the naked eye in Figure 5, the nanofibers having a uniform thickness had a structure in which they are entangled with each other in the form of a nonwoven fabric.

상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 정련 공정을 최적화하여 제조된 실시예 1 내지 5의 실크 조성물을 사용한 제조예 1 내지 5의 경우에, 현저히 향상된 최대 방사 속도 및 실크 웹의 우수한 강신도 특성을 구현할 수 있는 것으로 확인되었다. 반면에, 기존의 방식대로 세리신을 제거하거나 과량으로 잔존하는 비교예 1 내지 4의 실크 조성물을 사용한 비교제조예 1 내지 4의 경우에 최대 방사 속도가 및 실크웹의 기계적 물성 등이 현저히 떨어지는 것이 확인되었다. 특히, 정련이 과도하게 진행된 비교제조예 2의 경우(연감률 28%), 전기방사속도가 낮을 뿐만 아니라, 전기방사하여 실크 웹을 제조했을 때 웹의 강도 및 신도가 매우 저조한 것으로 나타났다. As shown in Table 3, in the case of Preparation Examples 1 to 5 using the silk composition of Examples 1 to 5 prepared by optimizing the refining process according to the present invention, the markedly improved maximum spinning speed and excellent elongation properties of the silk web It has been found that can be implemented. On the other hand, in the case of Comparative Preparation Examples 1 to 4 using the silk composition of Comparative Examples 1 to 4 to remove sericin or remain in excess in the conventional manner, it was confirmed that the maximum spinning speed and mechanical properties of the silk web were significantly decreased. It became. In particular, in Comparative Preparation Example 2 in which refining proceeded excessively (annual decay rate of 28%), the electrospinning speed was low, and the strength and elongation of the web was very low when the silk web was produced by electrospinning.

한편, 본 발명에 따라 정련 공정을 최적화하여 제조된 실시예 1 내지 5의 실크 조성물을 사용한 제조예 1 내지 5의 경우, 전기방사시 섬유가 양호하게 형성되나, 연감률 계수(DI)가 0.354이며 세리신 함량이 18.5%까지 증가하게 된 비교제조예 4의 경우에 전기방사시 섬유들끼리 들어붙는 현상이 발생하는 등 전기방사성이 현저히 저하되는 것으로 나타났다. 또한, 기존의 방식으로 정련 공정을 수행한 비교예 1의 실크 피브로인을 방사원액으로 적용한 경우, 최대 방사가능한 속도는 0.3 ml/hour로 통상의 합성 섬유 고분자들의 전기방사 속도인 0.5 ~ 5.0 ml/hour에 비해 낮은 수치를 보이고 있다. 그러나, 본 발명에 따라 정련공정을 최적화하여 세리신 0.4%를 포함하는 실시예 1의 실크 조성물을 전기방사시 방사원액으로 적용한 경우에 최대 방사가능속도가 1.0 ml/hour가 되며, 이후에 세리신 함량이 증가함에 따라 실크 방사원액 최대 방사가능 속도는 증가함을 알 수 있다. On the other hand, in the production examples 1 to 5 using the silk composition of Examples 1 to 5 prepared by optimizing the refining process according to the present invention, the fiber is formed well during the electrospinning, the annual reduction coefficient (DI) is 0.354 In Comparative Preparation Example 4, in which the sericin content was increased to 18.5%, the electrospinning properties were significantly decreased, such as the fibers sticking together during the electrospinning. In addition, when the silk fibroin of Comparative Example 1, which was subjected to the refining process according to the conventional method, was applied as a spinning stock solution, the maximum spinnable speed was 0.3 ml / hour, which is 0.5 to 5.0 ml / hour which is the electrospinning rate of conventional synthetic fiber polymers. It is lower than that. However, when the silk composition of Example 1 containing 0.4% of sericin was applied to the spinning stock solution during electrospinning to optimize the refining process according to the present invention, the maximum spinning speed is 1.0 ml / hour, after which the sericin content is It can be seen that the maximum spinning rate of silk spinning stock increases with increasing.

더욱이, 실시예 3에 따라 제조된 세리신 함량이 8.1%인 실시예 3의 실크 조성물은 최대방사속도가 1.5 ml/hour로 기존 방식으로 제조된 비교예 1의 실크 조성물 대비 5배 증가되는 결과를 보였다. 그러나, 그 이후에는 세리신 함량을 증가한다고 하여도 방사가능한 속도가 서서히 감소하는 양상을 보여 세리신 함량이 15.9%까지 증가하는 실시예 5의 경우에, 최대 방사가능속도가 1.0 ml/hour를 나타내었다. 따라서, 본 발명에 따라 정련 공정을 최적화하여 제조된 실시예 1 내지 5의 실크 조성물을 사용함으로써, 전기방사법 적용시에도 개선된 최대방사가능속도로 우수한 방사성의 재생 실크 섬유 웹을 원할하게 제조할 수 있다. Moreover, the silk composition of Example 3 having a sericin content of 8.1% prepared according to Example 3 showed a 5 times increase as compared to the silk composition of Comparative Example 1 prepared by the conventional method with a maximum spinning speed of 1.5 ml / hour. . However, after that, even if the sericin content was increased, the spinnable rate gradually decreased, and in Example 5, where the sericin content was increased to 15.9%, the maximum spinnable rate was 1.0 ml / hour. Therefore, by using the silk compositions of Examples 1 to 5 prepared by optimizing the refining process according to the present invention, it is possible to smoothly produce excellent radioactive regenerated silk fiber webs with improved maximum spinnable speed even when electrospinning is applied. have.

또한, 기존 방식으로 정련 공정을 수행한 비교예 1의 실크 조성물을 방사원액으로 이용하여 제조된 섬유집합체를 이루고 있는 평균섬유직경은 524 nm에 불과하였으나, 본 발명에 따라 정련공정을 최적화하여 제조된 실시예 3의 실크 조성물을 사용한 경우에 있는 평균섬유직경은 2,161 nm까지 증가함을 알 수 있다. 이와 더불어, 세리신을 제거한 재생실크 피브로인의 경우(비교예 1)에 비하여, 본 발명에 따라 세리신 함량이 0.4% 내지 15.9%인 재생실크의 경우(실시예 1~5), 전기방사하여 얻은 실크 웹(섬유집합체)의 절단강도가 20% 내지 25%로 현저히 향상되었음을 알 수 있다.In addition, the average fiber diameter constituting the fiber assembly prepared using the silk composition of Comparative Example 1, which was subjected to the refining process according to the conventional method as the spinning stock solution, was 524 nm, but was prepared by optimizing the refining process according to the present invention. It can be seen that the average fiber diameter in the case of using the silk composition of Example 3 increases to 2,161 nm. In addition, compared to the case of regenerated silk fibroin from which sericin was removed (Comparative Example 1), in the case of regenerated silk having a sericin content of 0.4% to 15.9% according to the present invention (Examples 1 to 5), silk web obtained by electrospinning It can be seen that the breaking strength of the (fiber aggregate) was significantly improved from 20% to 25%.

Claims (26)

하기 계산식 1로 표시되는 연감률 계수(DI)가 0.375 내지 0.988가 되도록 실크의 정련 공정을 수행하는 단계를 포함하는 전기방사용 실크 조성물의 제조 방법:
[계산식 1]
Figure 112011070030905-pat00007

식 중,
연감률 계수(DI)는 정련전 실크에 포함된 세리신 함량 1%당 연감률 단위값을 나타내는 계수이고,
W1은 정련전 실크의 건조무게(g)이고,
W2는 정련후 실크의 건조무게(g)이고,
S1은 정련전 실크의 세리신 함량(%)임.
Method for producing an electrospun silk composition comprising the step of refining the silk so that the annual reduction coefficient (DI) represented by the following formula 1 is 0.375 to 0.988:
[Equation 1]
Figure 112011070030905-pat00007

Wherein,
The annual deterioration rate coefficient (DI) is a coefficient representing a deterioration rate unit value per 1% of sericin content in silk before refining,
W 1 is the dry weight of silk (g) before refining,
W 2 is the dry weight of silk (g) after scouring,
S 1 is the sericin content of silk before refining (%).
제1항에 있어서,
상기 계산식 1에서 정련전 실크의 세리신 함량(S1)은 20 중량% 내지 35 중량%인 전기방사용 실크 조성물의 제조 방법.
The method of claim 1,
The sericin content (S 1 ) of the silk before refining in the formula 1 is 20 to 35% by weight of the method for producing an electrospun silk composition.
제1항에 있어서,
상기 정련 공정은 실크의 연감률이 2.4% 내지 25.7%이 되도록 수행하는 전기방사용 실크 조성물의 제조 방법.
The method of claim 1,
The refining process is a method for producing an electrospun silk composition to be carried out so that the annual rate of silk is 2.4% to 25.7%.
제1항에 있어서,
상기 정련 공정은 비누 수용액, 알칼리 수용액, 산성 수용액, 효소 수용액, 및 아민 수용액으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 정련 약제를 사용하여 수행하는 전기방사용 실크 조성물의 제조 방법.
The method of claim 1,
The refining process is a method for producing an electrospun silk composition using a refining agent comprising at least one selected from the group consisting of aqueous soap solution, aqueous alkali solution, acidic aqueous solution, aqueous enzyme solution, and aqueous amine solution.
제4항에 있어서,
상기 정련 약제를 포함하는 정련욕(Degumming Bath)에 대한 실크의 욕비(Bath ratio)가 1:5 w/v(g/ml) 이상인 전기방사용 실크 조성물의 제조 방법.
5. The method of claim 4,
A method for producing an electrospun silk composition in which the bath ratio of the silk to the degumming bath including the refining agent is 1: 5 w / v (g / ml) or more.
제1항에 있어서,
상기 정련 공정은 70 내지 120 ℃에서 정련 시간 0.1 내지 3 시간으로 수행하는 전기방사용 실크 조성물의 제조 방법.
The method of claim 1,
The refining process is a method for producing an electrospun silk composition carried out at 70 to 120 ℃ with a refining time of 0.1 to 3 hours.
제1항에 있어서,
상기 정련 공정을 수행한 후에 정련된 실크를 금속염 수용액에 용해시킨 후에, 상기 실크 수용액을 물로 투석하는 단계를 추가로 포함하는 전기방사용 실크 조성물의 제조 방법.
The method of claim 1,
After dissolving the refined silk in the aqueous metal salt solution after performing the refining process, the method of producing an electrospun silk composition further comprising dialysis of the aqueous silk solution with water.
제7항에 있어서,
상기 용해 공정은 70 내지 100 ℃ 온도에서 3 내지 60 분 동안 수행하는 전기방사용 실크 조성물의 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
The dissolution process is a method for producing an electrospun silk composition is carried out for 3 to 60 minutes at a temperature of 70 to 100 ℃.
제7항에 있어서,
상기 용해 공정에서 금속염은 염화칼슘, 질산칼슘, 리튬브로마이드(LiBr), 리튬티오시아네이트(LiSCN), 질산마그네슘, 질산아연, 및 염화아연으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 전기방사용 실크 조성물의 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
The metal salt in the dissolution step is a method for producing an electrospun silk composition of at least one selected from the group consisting of calcium chloride, calcium nitrate, lithium bromide (LiBr), lithium thiocyanate (LiSCN), magnesium nitrate, zinc nitrate, and zinc chloride. .
제7항에 있어서,
상기 투석 공정은 분자량 컷오프 12,000 내지 14,000의 셀룰로오스 투석막을 사용하여 수행하는 전기방사용 실크 조성물의 제조 방법.
The method of claim 7, wherein
The dialysis process is a method for producing an electrospun silk composition is carried out using a cellulose dialysis membrane of molecular weight cutoff 12,000 to 14,000.
제1항에 따른 방법으로 제조된 전기방사용 실크 조성물. Electrospun silk composition prepared by the method according to claim 1. 제11항에 있어서,
전체 조성물 100 중량부에 대하여 세리신을 0.3 내지 18.0 중량부로 포함하는 전기방사용 실크 조성물.
12. The method of claim 11,
Electrospinning silk composition comprising sericin 0.3 to 18.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the total composition.
제11항에 있어서,
전기전도도가 1.85 내지 7.04 mS/cm인 전기방사용 실크 조성물.
12. The method of claim 11,
The electrospinning silk composition having an electrical conductivity of 1.85 to 7.04 mS / cm.
제11항에 있어서,
점도가 420 내지 1,550 cps인 전기방사용 실크 조성물.
12. The method of claim 11,
Electrospinning silk composition having a viscosity of 420 to 1,550 cps.
제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 실크 조성물을 전기방사 용매에 용해시킨 후에 전기방사하는 단계를 포함하는 실크 나노 섬유의 제조 방법. A method for producing silk nanofibers comprising the step of electrospinning after dissolving the silk composition according to claim 11 in an electrospinning solvent. 제15항에 있어서,
상기 전기방사 공정은 최대 방사 속도는 0.85 ml/hour 이상으로 수행하는 실크 나노 섬유의 제조 방법.
16. The method of claim 15,
The electrospinning process is a method for producing silk nanofibers, the maximum spinning speed is performed at 0.85 ml / hour or more.
제15항에 있어서,
상기 전기방사 용매는 포름산 또는 포름산 수용액인 실크 나노 섬유의 제조 방법.
16. The method of claim 15,
The electrospinning solvent is a method for producing silk nanofibers is formic acid or formic acid aqueous solution.
제15항에 있어서,
상기 실크 조성물을 전기방사 용매의 중량에 대하여 5% 내지 25%의 농도로 용해시키는 실크 나노 섬유의 제조 방법.
16. The method of claim 15,
Method of producing a silk nanofiber dissolving the silk composition at a concentration of 5% to 25% by weight of the electrospinning solvent.
제15항에 있어서,
상기 전기방사 공정은 고전압 발생기(101), 섬유집합체 수집판(102), 전기방사구(103), 주사기(105), 및 주사기 펌프(104)를 포함하는 전기방사 장치를 사용하여 수행하는 실크 나노 섬유의 제조 방법.
16. The method of claim 15,
The electrospinning process is performed using an electrospinning apparatus including a high voltage generator 101, a fiber aggregate collecting plate 102, an electrospinning hole 103, a syringe 105, and a syringe pump 104. Method of making fibers.
제15항에 있어서,
상기 전기방사 공정은 전압 5 내지 35 kV의 조건 하에서 수행하는 실크 나노 섬유의 제조 방법.
16. The method of claim 15,
The electrospinning process is a method for producing silk nanofibers performed under the condition of voltage 5 to 35 kV.
제15항에 있어서,
상기 전기방사 공정은 전기방사구와 수집판 사이의 최단 거리가 5 내지 30 cm인 조건 하에서 수행하는 실크 나노 섬유의 제조 방법.
16. The method of claim 15,
The electrospinning process is a method for producing silk nanofibers under the condition that the shortest distance between the electrospinning sphere and the collecting plate is 5 to 30 cm.
제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 조성물로부터 제조되는 실크 나노 섬유. Silk nanofibers made from the composition according to claim 11. 제22항에 있어서,
상기 섬유의 평균 직경은 200 내지 2,500 nm인 실크 나노 섬유.
The method of claim 22,
Silk nanofibers having an average diameter of the fiber 200 to 2,500 nm.
제22항에 있어서,
상기 섬유의 절단 강도가 8,000 KPa 이상인 실크 나노 섬유.
The method of claim 22,
Silk nanofibers having a breaking strength of at least 8,000 KPa.
제22항에 있어서,
상기 섬유의 절단 신도가 3.0% 이상인 실크 나노 섬유.
The method of claim 22,
Silk nanofibers, wherein the fiber has an elongation at break of 3.0% or more.
제22항에 있어서,
서로 얽혀 있는 구조의 섬유집합체 형태를 갖는 실크 나노 섬유.
The method of claim 22,
Silk nanofibers having a form of intertwined fiber aggregates.
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