KR101298976B1 - 천연 접착제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 천연 접착제에 관한 것으로, 그 구성은, 단백질과 유리당을 포함하고, 알리나제(Allinage)와 알리신(Alicine)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 렉틴(lectine)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

천연 접착제{A Natural Adhesive}

본 발명은 천연 접착제에 관한 것으로, 보다 구체적으로 단백질과 당의 혼합에 유기화합화학물을 배제하고 항균 및 향곰팡의 특성을 보이는 천연 접착제에 관한 것이다.

일반적으로 접착제란 동종 또는 이종 물체의 결합에 사용되는 물질로서 초기의 액상으로부터 시간의 경과에 의해 고화되어 피착물에 긴밀하게 접착되는 고분자를 지칭한다.

여기서 접착은 습윤을 동반한다는 점에서 접합과 차이를 보이는데, 습윤이란 접착제와 피탁물 사이의 상호 유사성에 의해 유발되는 현상인바, 접착제가 피착물과 접촉하면 습윤을 통해 고르게 침투한 후 투묘, 지퍼, 모세관 현상 등의 접착강도 발생인자에 의한 역학적, 화학적 접착력을 발휘하여 접착물에 결합 및 고화되고, 한번 고화되면 온도, 습도, 압력 등의 외력도 좀처럼 파괴되지 않고 그 접착상태를 긴밀하게 유지한다.

따라서, 우수한 접착제는 접촉, 습윤, 결합, 유지의 모든 특성이 뛰어나야 한다. 현재 주로 사용되는 접착제는 무기접착제와 유기접착제로 나누어 볼 수 있다.

한편, 최근 들어 환경오염이 심해지면서 안락한 주거환경에 대한 관심이 점차 고조되는 가운데 새집증후군을 비롯해서 포름알데히드 등 유해화학물질로 인한 두통, 아토피피부염, 천식 등의 각종 피해를 줄이려는 노력이 계속되고 있다. 여기서 새집증후군이란 포름알데히드 이외에도 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, 아세트알데히드, 디클로로벤젠, 스티렌 등의 휘발성 유기화합화학물에 원인을 두며, 해당 화학물질이 함유된 접착제, 건축자재 등이 주발생원이 된다.

따라서, 요사이에는 휘발성 유기화합화학물의 첨가 및 사용을 가급적 배제한 이른바 천연접착제에 대한 수요가 늘고 있지만, 제조 및 생산의 전과정 휘발성 유기화합화학물 사용을 일절 배제할 경우 보존성이 저하되어 쉽게 변질되는 단점을 나타낸다. 때문에 시중에 나와 있는 대부분의 천연접착제에는 비록 소량이라도 포름알데히드 등의 방부제 성분을 함유하며, 더 나아가 천연접착제의 구성성분인 수지, 용매, 촉매, 경화제, 첨가제 등의 제조 및 보관 중에는 아무런 제약 없이 휘발성 유기화합화학물이 사용되고 있다.

그 결과 천연접착제의 건조 및 경화과정 중에 휘발성 유기화합화학물이 증발되어 여전히 발암물질의 생성은 물론 두통, 아토피피부염, 천식 등 새집증후군과 같은 질환을 유발하고 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 유기화합화학물을 일절 배제하면서 접착성은 물론 보관성이 뛰어난 천연접착제 조성물을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 천연 접착제는, 단백질과 유리당을 포함하는 천연 접착제에 있어서, 알리나제(Allinage)와 알린(Aline)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 의한 천연 접착제에서는 다음과 같은 효과가 있다.

일체의 유기화합화학물을 배제하면서 접착성이 뛰어난 장점을 나타낸다. 특히, 본 발명에 따른 천연접착제 조성물은 세균을 비롯한 공팡이균에 대한 향균성이 뛰어나 보존성이 높고, 점도와 불휘발성분이 적절하여 작업성이 높아지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 천연접착제 조성물의 항세균특성을 나타낸 사진.
도 2는 본 발명에 따른 천연접착제 조성물의 항공팡이특성을 나타낸 사진.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의　실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

본 발명에 의한 천연 접착제에는 단백질과, 당이 포함될 수 있다.

먼저, 상기 단백질은, 히드록시프로린(hydroxy proline), 글루타믹 액시드(glutamic acid), 프로린(proline), 글리신(glycine) 및 알라닌(alanine)중 어느 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.

상술한 단백질은, 단백질이 졸상태에서 겔상태인 콜라겐으로 환원되면서 굳게 되어 접착력을 발생하는 역할을 한다.

상기 단백질은, 상술한 단백질들 외에, 트레오닌(threonine), 세린(serine), 글리신(glycine), 알라닌(alanine), 시스테인(cystine), 메티오닌(methionine), 아이소류신(soleucine), 류신(leucine), 티로신(tyrosine), 페닐알라닌(phenylalanine), 에탄올아미드(ethanolamine), 암모니아(ammonia), 오르니틴(ornithine), 히스티딘(hystidine), 아스파라긴(asparagine), 바닐린(valine), 라이신(lysine), 아르기닌(arginine) 중 하나 이상을 포함하도록 구성될 수 있다.

그리고, 천연 접착제는 당이 포함될 수 있다. 상기 당은, 여러가지가 적용될 수 있는데, 과당(fructose), 포도당(glucose), 자당(sucrose), 엿당(maltose) 중 어느 하나 이상을 포함하도록 구성될 수 있다. 상술한 당들은 당들이 서로 결합되면서 접착력을 발생시키는 역할을 한다.

또한, 본 발명인 천연 접착제에는 지방산이 더 포함될 수 있다. 상기 지방산은 여러가지 적용될 수 있으며, 라우릭 액시드(Lauric acid), 미리스틱 액시드(Myristic Acid), 팔미틱 액시드(Palmitic acid), 스테아릭 액시드(Stearic acid), 올레익 액시드(Oleic acid), 리노레익 액시드(Linoleic acid), 리노레닉 액시드(Linolenic acid), 아라치딕 액시드(Arachidic acid), 베레닉 액시드(Behenic acid) 중 어느 한 이상을 포함하도록 구성될 수 있다.

그리고, 본 발명인 천연 접착제에는 알리나제(Allinage)와, 알린(Aline) 또는 알리신(Allicin)이 더 포함될 수 있다. 상기 알리신은 항균성이 높으면서 휘발성이 높다. 상기 알리신은 알린이 알리나제에 의해 변환된 것으로, 당과 단백질이 부패되거나 변질되지 않도록 한다.

또한, 본 발명인 천연 접착제에는 렉틴(Lectine)이 더 포함될 수 있다. 상기 렉틴은 다른 당들과 결합하여 접착력을 높이고, 상술한 알리나제(allinase)와 결합하여 접착력을 높이는 역할을 한다.

한편, 이상의 본 발명에 따른 천연접착제의 단백질 및 당은 마늘에서 추출된 것을 예로 들어 몇 가지 실시예를 이하 상세하게 살펴보기로 한다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 천연접착제 조성물을 얻기 위해 껍질을 벗겨

분쇄한 마늘 1g 당 2~3ml(2.5ml)의 물을 넣고 실온(25℃)에서 2시간 지난 후 필터(whatmanNo 2 filter paper)로 여과하여 수분함량 61.5%로 농축한 농축액으로부터 단백질과 당을 각각 얻었다.

표 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 천연접착제 조성물의 성분분석결과이고, 표 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 천연접착제 조성물의 단백질에 대한 가수분해결과이다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 천연접착제 조성물을 얻기 위해 껍질을 벗겨 분쇄한 마늘 1g 당 2~3ml(2.5ml)의 물을 넣고 100℃에서 2시간 지난 후 필터(whatmanNo 2 filter paper)로 여과하여 수분함량 61.5%로 농축한 농축액으로부터 단백질과 당을 각각 얻었다.

표 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 천연접착제 조성물의 성분분석결과이고, 표 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 천연접착제 조성물의 단백질에 대한 가수분해결과이다.

본 발명의 제 3 실시예에 따른 천연접착제 조성물을 얻기 위해 껍질을 벗겨분쇄한 마늘 1g 당 2~3ml(2.5ml)의 물과 가수분해효소 비스코자임(viscozyme) 0.04중량%를 넣고 45℃에서 2시간 지난 후 필터(whatmanNo 2 filter paper)로 여과하여 수분함량 61.5%로 농축한 농축액으로부터 단백질과 당을 각각 얻었다.

표 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 천연접착제 조성물의 성분분석결과이고, 표 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 천연접착제 조성물의 단백질에 대한 가수분해결과이다.

계속해서 본 발명에 따른 천연접착제 조성물의 물성과 접착특성을 살펴본다.

참고로, 아래에서는 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 천연접착제 조성물을 각각 제 1 및 제 2 표준시료로 나타내었고, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 천연접착제 조성물은 제 1 표준시료와 특별한 차이가 없었으므로 생략한다.

그리고 본 발명에 따른 천연접착제 조성물의 물성을 파악하기 위해 제 1 및 제 2 표준시료를 대상으로 지촉건조시간(candles drying time), PH, 점도(consistency viscosity), 불휘발분(nonvolatile content), 밀도(density)를 측정하였으며, 접착특성을 파악하기 위해 제 1 및 제 2 표준시료의 180°박리강도를 측정하였다. 각각의 정의 및 세부적인 측정조건은 다음과 같다.

(1) 지촉건조시간(candles drying time)

지촉건조시간이란 액체의 건조시간을 알아보기 위한 것으로 액체 도포면을 만져보아 손에 묻어나지 않게 될 때까지의 시간을 의미한다.

본 발명에서는 통상의 접착제 또는 도료 대상 검사방법을 선택하였는데, 보

통의 판유리로서 무색투명하고 양면이 깨끗한 것을 골라 지촉건조시간 측정용 유리판(165×60mm)으로 선택하고, 그 잘린 단면을 금강사의 숫돌로 다듬어 둥글게 한 후 비누, 세제, 알칼리용액의 열탕으로 수세한 다음 에틸알코올과 톨루엔의 혼합액으로 세척하여 먼지가 묻지 않도록 하는 한편, 새로운 판 유리를 사용할 경우에는 중크롬산카리와 농황산의 혼합용액에 24시간 이상 침지한 후 세척하였다. 그리고 깨끗이 조정된 유리판에 제 1 및 제 2 표준시료를 각각 3g 씩 떨어뜨린 후 균등한 힘과 속도(150mm/sec)의 필름 에플리케이터를 이용하여 균일한 두께로 도포한 다음 일정온도(20℃, 40℃, 60℃)와 일정습도를 유지하면서 일정 시간간격마다 손가락으로 만져보아 점착성이 느껴지지 않는 시간을 측정하였다.

(2) PH

제 1 및 제 2 표준시료를 동량의 증류수로 희석한 후 25±1℃에서 PH 측정기(PH meter)로 수차례 측정하여 평균값을 구하였다.

(3) 점도(consistency viscosity)

접착제의 점도는 작업성과 직결되는 요인으로 불휘발분, 평균분자량과 밀접한 연관이 있으며 점도변화는 저장안정성의 척도가 된다.

본 발명에서는 20℃의 실온을 유지하면서 점도계(Brookfield Model DV-I+,회전수 100rpm(스핀들 No 2))를 이용해서 제 1 및 제 2 표준시료의 점도를 2회 측정하였고, 그 평균값을 센티포이즈(cP=P/100)로 나타내었다.

(4) 불휘발분(nonvolatile content)

불휘발분이란 접착제를 가열해서 휘발성 물질을 제거한 후 남는 물질의 중량으로서 해당 물질은 실제 접착력을 발휘하는 접착물질이 된다.

본 발명에서는 직경 4~5cm의 알루미늄 호일 접시를 준비하여 그 무게(W0(g))를 정확히 측정하고, 해당 접시에 제 1 및 제 2 표준시료를 각각 1.5g을 놓은 후 무게(W1(g))를 측정하며, 105±1℃의 열풍 순환식 항온도에서 180±5 분간 건조한 후 건조제가 포함된 데이게이터에서 냉각한 다음 무게(W3(g))를 측정하는 과정을 제 1 및 제 2 표준시료 대해 2회 이상 실시하였고, 아래의 식 1에 따른 결과의 평균값을 유효숫자 2자리로 나타내었다.

식 1 : 불휘발분(%)={(W2-W0)/(W1-W0)}×100

(5) 밀도(density)

20±0.5℃의 온도를 유지한 가운데 무게를 알고 있는 메스실린더(100ml)에 제 1 및 제 2 표준시료를 기포 없이 100ml까지 담은 후 천칭(칭량 500g, 감량0.5g)으로 무게를 측정하여 아래의 식 2에 따라 산출한다.

식 2 : S=(W1-W2)/100

(S:밀도(g/m3), W1:표준시료와 메스실린더 무게(g), W2:메스실린더 무게(g))

(6) 접착성능 : 180°박리 강도

본 발명에서는 KS F 3217의 벽지용 전분계 접착제 검사방법을 사용하였다.

즉, 갈라진 틈이나 흠이 없는 두께 5mm 합판(125×150mm)을 준비한 후 솔 등으로 제 1 및 제 2 표준시료를 50g/m2로 균일하게 도포하고, 5분 후 175×150mm의 면포(117g/m2)를 덮어 49N의 하중을 롤러로 가하면서 왕복하지 않게 일 방향으로만 5회 압착한 다음, 20℃의 환경을 유지하면서 48시간 방치하였다. 그리고 절단기 등 예리한 칼로 폭 25mm 간격으로 합판면 까지 자름새를 넣어 5개의 시험편을 만들고, 시험편 한쪽의 면포를 약 50mm 박리해서 해당 부분의 합판과 면포를 각각 인장시험기의 지그에 부착한 후 200mm/min의 속도로 시험편의 접착부분이 약 10mm가 될 때까지 지그 사이 간격을 벌려 시험편의 박리에 따른 인장 하중값을 측정해서 파상부 최대값 평균을 180°박리강도로 하고, N/25mm로 표시한다. 이때, 시험편의 파괴하중은 인장시험기 용량의 15~80% 범위 내인 것이 적절하다.

아래의 표 8은 제 1 및 제 2 표준시료에 대한 지촉건조시간, PH, 점도, 불휘발분, 밀도의 측정결과를 나타낸 것이다.

보이는 것처럼, 제 1 및 제 2 표준시료의 불휘발분과 밀도는 같다. 점도는 제 2 표준시료가 제 1 표준시료보다 높고, 제 1 표준시료는 중성을 나타내지만 제 2 표준시료는 약산성을 나타내며, 지촉건조시간은 온도가 높아질수록 빠른 경향을 나타내는데 20℃에서 제 2 표준시료가 제 1 표준시료보다 지촉건조시간이 빠르다.

이때, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 천연접착제 조성물은 20℃의 일상조건에서 25분 이하로 건조 가능하며, 기존의 전분계 수지의 점도가 점도계로 측정할수 없을 정도로 높은 것과 비교하면 점도가 낮아 작업성이 뛰어남을 알 수 있다.

아래의 표 9는 제 1 및 제 2 표준시료의 불휘발분과 접착성능 검사결과를 나타낸 것으로서, 비교를 위해 기존의 벽지용 접착제 중 전분계 및 PVAc(Polyvinyl Acetate)에 대한 불휘발분과 접착성능 검사결과를 함께 나타내었다.

보이는 것처럼, 제 1 및 제 2 표준시료의 접착강도는 전분계 접착제보다 우수한 반면 PVAc 보다는 다소 낮은 것을 확인할 수 있는데, 제 1 및 제 2 표준시료와 기존의 접착제는 불휘발분에서 상당한 차이가 나고, 특히 기존 제품의 경우에 작업성의 악화로 인해 더 이상의 불휘발분 증가가 불가능할 것으로 예측되므로 결국 제 1 및 제 2 표준시료의 접착성능이 상대적으로 우수함을 알 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 천연접착제 조성물의 단백질 및 당은 바람직하게는 항균성이 뛰어난 것으로 잘 알려진 마늘로부터 얻어질 수 있고, 이로써 높은 항균특성을 나타낼 수 있다. 이하에서는 제 1 및 제 2 표준시료의 세균 및 곰팡이균에 대한 항균특성을 살펴본다.

(7) 세균에 대한 항균활성

본 발명에서는 agar diffusion method에 준하여 측정하였다. 즉, 0.6％ softagar가 함유된 Mueller Hinton 배지에 표 10의 유해미생물 액체배양액을 각각 50㎕씩 접종하여 잘 혼합한 후 미리 준비해 둔 Mueller Hinton 평판 배지에 중층한 다음, 임의로 제 1 표준시료를 paper disc(Toyo Rhosikaisha, Ltd, 8㎜)에 1, 3, 5, 7, 및 9 ㎎/㎖씩을 흡착시켜 중층배지 위에 얹고 35℃ 항온기에서 배양해서 유해미생물의 생육저해를 나타내는 clear zone을 측정하였다.

그 결과를 도 1에 나타내었는데, 검사에 사용된 세균은 다음과 같고, 도면상소문자 a 내지 e는 각각 천연접착제의 양으로서 (a) 1 ㎎/㎖, (b)3 ㎎/㎖, (c)5 ㎎/㎖, (d) 7 ㎎/㎖ (e)9 ㎎/㎖이다.

A, Bacillus cereus KCCM-11204

B, Escherichia coli ATCC-25922

C, Pseudomonas aeruginosa ATCC-15442

D, Staphylococcus aureus KCTC-1927

E, Salmonella typhiumurium KCTC-2208

F, Vibrio parahaemolyticus

해당 도면을 참조하면 제 1 및 제 2 표준시료는 전반적으로 항균활성이 높은 것을 확인할 수 있다. 특히 제 1 및 제 2 표준시료는 Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella typhiumurium 등에 높은 항균활성을 보이며, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella typhiumurium 의 경우에는 1mg/ml 부터 항균력을 나타내기 시작해서 3~9mg/ml에 이르기까지 매우 높은 항균력

을 유지하고, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Vibrio parahaemolyticus

의 경우에는 3mg/ml 부터 항균력을 나타낸다.

(8) 곰팡이에 대한 항균활성

이 역시 본 발명에서는 agar diffusion method법에 준하여 측정하였다. 즉, 평판배지에 배양된 표 11의 곰팡이 균주에 멸균증류수를 9㎖씩 분주한 후 포자를 현탁해서 포자액 1㎖을 0.6％ soft agar가 함유된 PDA 중층배지에 중층 하고, 임의로 본 발명에 따른 제 1 표준시료를 paper disc(Toyo Rhosi kaisha, Ltd, 8㎜)에 1, 3, 5, 및 7 ㎎/㎖씩 흡착시켜 중층배지 위에 얹어 35℃ 항온기에서 배양하면서 유해미생물의 생육저해를 나타내는 clear zone을 측정하였다.

그 결과를 도 2에 나타내었는데, 검사에 사용된 곰팡이는 다음과 같고, 도면상 소문자 a 내지 e는 천연접착제의 양으로서 (a) 1 ㎎/㎖, (b)3 /㎖, (c)5 ㎎/㎖, (d) 7 ㎎/㎖ 이다.

A, Mucor javanicus AM-2

B, Penicillium sp.

C, Aspergillus niger IFO-31125

D, Rhizopus microsporus KCTC-6969

해당 도면을 참조하면 제 1 및 제 2 표준시료는 곰팡이균에 대해 전반적으로

높은 활성을 보이는 것을 확인할 수 있다. 특히 제 1 및 제 2 표준시료는 5 ㎎/㎖의 농도에서 가장 높은 활성을 나타내었으나 Penicillium의 경우에는 7 ㎎/㎖의 농도에서 가장 높은 활성을 보인다.

따라서 본 발명에 따른 천연접착제 조성물은 접착성은 물론 항균성이 뛰어나 보관성이 높은 것을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 일실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 일실시예는 상기 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.　 따라서, 본 발명의 일실시예는 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (6)

1. 단백질과 유리당을 포함하는 천연 접착제에 있어서,
   알리나제(Allinage)와 알린(Aline)을 포함하여 구성되고,
   렉틴(lectine)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 천연 접착제.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 천연 접착제는 지방산을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 천연 접착제.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 단백질은,
   히드록시프로린(hydroxy proline), 글루타믹 액시드(glutamic acid), 프로린(proline), 글리신(glycine), 알라닌(alanine), 트레오닌(threonine), 세린(serine), 글리신(glycine), 알라닌(alanine), 시스테인(cystine), 메티오닌(methionine), 아이소류신(soleucine), 류신(leucine), 티로신(tyrosine), 페닐알라닌(phenylalanine), 에탄올아미드(ethanolamine), 암모니아(ammonia), 오르니틴(ornithine), 히스티딘(hystidine), 아스파라긴(asparagine), 바닐린(valine), 라이신(lysine), 아르기닌(arginine)중 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 천연 접착제.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 유리당은, 과당(fructose), 포도당(glucose), 자당(sucrose), 엿당(maltose) 중 어느 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 천연 접착제.
6. 제 3항에 있어서,
   상기 지방산은, 라우릭 액시드(Lauric acid), 미리스틱 액시드(Myristic Acid), 팔미틱 액시드(Palmitic acid), 스테아릭 액시드(Stearic acid), 올레익 액시드(Oleic acid), 리노레익 액시드(Linoleic acid), 리노레닉 액시드(Linolenic acid), 아라치딕 액시드(Arachidic acid), 베레닉 액시드(Behenic acid) 중 어느 한 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 천연 접착제.
   
   

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