KR102338355B1 - 히알루론산염 부직포의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히알루론산염 파이버로 구성된 히알루론산염 부직포 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 습식 부직포제조 공정중에 필수적으로 첨가되는 결합용 섬유인 PVA와 같은 이종 섬유를 전혀 첨가하지 않고, 순수한 히알루론산염으로만 이루어진 부직포를 제공함으로써 세포독성, 피부자극성 등이 없는 인체적합성이 우수한 히알루론산 섬유만으로 이루어진 부직포를 제공할 수 있어 미용패치, 습윤계창상피복재, 조직유착방지막 등으로 이용가능하다.

Description

히알루론산염 부직포의 제조방법{Method Of Producing Hyaluronic Acid Non Woven Fabric}

본 발명은 히알루론산염 파이버만으로 이루어진 히알루론산염 부직포의 제조방법에 관한 것으로서 미용패치, 습윤계창상피복재, 조직유착방지막 등으로 이용가능한 히알루론산염 부직포에 관한 것이다.

히알루론산염은 천연 다당체 고분자의 하나로서 소디움염형태로 주로 생물체의 세포외기질(ECM)에 존재하며 고도의 수분친화성(자기 중량의 약 1,000배이상의 수분함유)으로 인해 생물체 세포의 수분유지 기능을 담당하는 매우 중요한 생체 고분자이다. 이러한 특징으로 히알루론산은 화장품의 보습 성분으로 소량 첨가하여 사용하거나, 안과용 점안액, 겔 형상으로 조직유착 방지막 제재로 사용하고 있으며 일부는 동결건조한 스펀지 형태로 화장품, 의료기기제품에 사용하고 있다.

한편, 히알루론산염이 일정 부분 선상 고분자인 점에 착안하여 섬유화하는 연구개발이 진행되고 있으며, 대표적인 섬유화방법으로는 물과 DMF와 같은 유기용제에 녹인 후 전기방사 하여 나노섬유화하는 방법, 또는 물에 녹인 후 알콜과 같은 비용매에 추출하는 습식방사법을 이용하여 섬유를 제조하는 방법, 마지막으로 고점도의 히알루론산을 200℃ 정도의 고온으로 승온하여 유동성을 갖게 하여 용융방사 하는 방법 등이 제안되고 있다.

이러한 히알루론산염 섬유로 창상피복재, 미용패치, 조직유착방지막등에 사용하기 위해 부직포로 제조할 필요성이 산업계에서 요구되고 있는데, 부직포원료로사용될 히알루론산 섬유는 그 제조방법별로 다음과 같은 문제점이 있는 실정이다.

히알루론산 나노섬유 제조방법은 나노섬유 제조시 필수적으로 사용하는 휘발성 용매인 DMF, DMSO, FORMIC ACID등 유기용매의 추가적인 제거 공정이 필요하며, 부직포제조시 나노섬유 부직포 단독으로는 사용이 불편하고 물성이 취약한 단점이 있으며, 또한 단위시간당 생산성이 매우 낮아 생산단가가 높은 문제점이 있었다.

또한, 용융방사에 의한 히알루론산염섬유 제조시에는 히알루론산염을 수화시키는 공정이 번거로우며, 150℃이상의 고온 승온에 따른 내압설비가 필요하며, 최종적으로 제조된 섬유는 모노필라멘트로서 부직포용도의 제품적용이 불가능한 문제점이 있었다.

습식방사 방법은 일반적으로 방사하여 제조하고자 하는 섬유고분자물질이 비열가소성인 경우 적절한 용매를 사용하여 녹인 후 응고액 중에서 섬유를 고화(solidification)하는 섬유제조 공법으로서 셀룰로오스, 키틴, 키토산, 알긴산등 다당류고분자의 섬유 제조에 널리 사용되고 있다.

그러나 히알루론산염은 일반적인 다당류 고분자에 비하여 수분 친화력이 매우 높고 분자량도 1,000,000Da이상으로 높아 방사용액 제조시 1~2%의 낮은 농도에서도 점도가 급격히 상승하여 압출에 의한 습식방사가 매우 어려우며 과량의 용매인 물을 공정중 제거하기가 곤란하고 이에 따른 섬유 물성이 취약한 점, 용매중 고형분의 농도가 낮아 공정수율이 매우 낮은 점으로 인하여 일반적인 습식방사 공정으로는 히알루론산염 섬유를 제조하는 것이 곤란하였다. 그러나, 최근 미생물발효 방식에 의한 히알루론산염 제조공정이 보편화됨에 따라 비교적 저분자량인 히알루론산염의 제조가 경제적으로 생산 가능해졌고. 이는 비교적 고농도의 방사원액 제조를 가능하게 하였다.

이러한 습식방사방법에 의해 제조된 히알루론산 섬유를 멀티필라멘트 토우로 방사하고 커팅하여 니들펀칭과 같은 건식부직포를 제조할 수 있으나, 대량생산 설비인 니들펀칭 부직포 적용 시 고가의 히알루론산 섬유의 손실이 많아 경제성이 매우 낮았으며, 니들펀칭 부직포 공정 특성상 창상피복재, 미용패치, 조직유착방지막에 사용할 수 있는 100gsm미만의 얇은 부직포를 제조하는 것이 어려운 문제점이 있었다.

대한민국공개특허제10-2011-0110482호(2011년10월07일 공개)

그러므로 본 발명에서는 창상피복재, 미용패치, 조직유착방지막등에 사용할 수 있는 일정수준의 두께 및 강도를 가지는 100% 히알루론산염 부직포를 제조하는 방법을 제공하는 것을 기술적과제로 한다.

이에 본 발명자는 순수한 히알루론산염으로만 이루어진 부직포를 제조하기 위하여 습식부직포제조 공정중에 필수적으로 첨가되는 접합용 섬유인 PVA와 같은 이종 섬유를 전혀 첨가하지 않고, 수분에 용해되는 히알루론산염의 특징에 착안하여 히알루론산염 단섬유 고해시 용매/비용매 비율을 조절하여 부직포를 제조할 수 있었다.

그러므로 본 발명에 의하면, 히알루론산염 파이버만으로 이루어진 습식부직포인 것을 특징으로 하는 히알루론산염 부직포가 제공된다.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 히알루론산염 부직포 및 그 제조방법에 관한 것으로서 미용패치, 습윤계창상피복재, 조직유착방지막 등으로 이용가능한 히알루론산염 파이버 부직포에 관한 것이다.

본 발명에 의하면 히알루론산염 파이버만으로 이루어진 습식부직포가 제공되는데, 상기 습식부직포는 부직포의 구성요소로서 히알루론산염 파이버만으로 이루어진 것이 특징이다.

이렇게 본 발명의 상기 습식부직포는 히알루론산염 파이버 98.0~99.9중량%로 이루어져 습식부직포제조 공정중에 필수적으로 첨가되는 접합용 섬유인 PVA와 같은 이종 섬유를 전혀 첨가하지 않고, 수분에 용해되는 히알루론산염의 특징을 이용하여 히알루론산염 파이버들이 수분과 열에 의해 결속됨으로써 100gsm미만의 얇은 부직포를 형성한 것으로서 생물학적 안전성이 요구되는 제품, 특히 조직유착 방지막(antiadhesionbarrier membrane)과 같은 인체삽입형 의료기기에 적용시에 우수한 생체적합성(biocompatibility)을 나타낼 수 있는 장점이 있는 동시에 기존 히알루론산염 필름으로 제품화한 조직유착방지막(예: SEPRAFILM^??)의 단점인 건조시 부서지는 취약한 물성과 복강경 시술시에 서로 달라붙는 단점을 동시에 해결할 수 있다.

상기 히알루론산염 파이버 98.0중량%미만시에는 조직유착방지막과 같이 인체삽입형 의료기기로 적용시 생물학적 안전성과 생체적합성이 저하할 수 있는 문제점 이 있고, 99.9중량%를 초과하는 경우는 습식부직포 제조공정시 극소량의 수분이 잔존할 수 있기 때문에 때문에 달성하기가 어렵게 된다.

본 발명의 습식부직포의 구성요소인 히알루론산염 파이버를 제조하는 방법은 통상적으로 전기방사방법, 습식방사 방법, 용융방사방법등이 있으나, 본 발명에서는 습식방사방법에 의하여 제조된 히알루론산염 파이버를 사용한다.

본 발명의 히알루론산염 파이버는 습식방사 공정으로 제조되고 히알루론산염이 95~99.9중량%로 이루어진 히알루론산염 파이버인 것을 특징으로 하는데, 상기 히알루론산염 파이버는 히알루론산염(분자량 50,000-100,000Da)을 증류수에 녹여 교반한 방사원액을 탈포하고 압력을 가하여 3,000홀 노즐을 통해 압출하고 에탄올 응고욕에서 응고한 후 에탄올 수세조를 통과시킨 후 글리세린이 용해된 유제조를 통과시키고 히터플레이트를 통과시켜 건조 및 권취한 히알루론산염 파이버를 사용한다. 보다 상세한 히알루론산염 파이버의 제조방법은 후술하기로 한다.

이렇게 제조된 히알루론산염 파이버는 히알루론산염이 95~99.9중량%로서 95중량%미만시에는 가교제로 첨가되는 미반응 염화칼슘등이 다량으로 남는 경우로서 물성저하 및 생물학적 안전성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있으며, 99.9중량%초과하는 경우는 방사 공정중 첨가되는 글리세린과 같은 소량의 첨가제가 필수적인 경우가 있어 달성하기 어려운 문제점이 있다.

이렇게 본 발명의 상기 히알루론산염 파이버는 100% 물을 용매로 하여 습식방사 공정으로 제조된 것이 추가적인 유독성 용매의 제거공정이 불필요한 동시에 공정의 용이성이 우수하고, 생물학적 안전성이 우수하여 인체적용 제품용도 측면에서 바람직하다.

상기 히알루론산염 파이버는 섬도 2~15데니어, 섬유장 1~5mm로서 습식부직포를 제조하는데 유연성과 강도 측면에서 바람직하다.

또한, 상기 히알루론산염 파이버는 콜라겐, 젤라틴, 비타민C유도체, 아데노신, 나이아신아마이드 중 어느 하나 이상이 0.1~10중량% 더 함유되어 있는 것이 기능성물질의 추가 함유에 의해 미용패치용도 적용 측면에서 바람직하다.

이렇게 본 발명에서는 상기 복수의 히알루론산염 파이버로 이루어지고, 상기 히알루론산염 파이버들이 수분과 열에 의해 결속된 습식부직포인 히알루론산염 부직포가 제공되는데, 준비된 히알루론산염 섬유다발을 커팅기를 사용하여 일정길이로 절단하고, 히알루론산염 섬유를 알콜과 물이 혼합된 용해조에 고해한 후, 초지기에 주입후 탈용액하여 시트상으로 만들고 100∼120℃ 로 압착하여 융착 및 건조하여 습식부직포로 형성되는 것이다. 보다 상세한 부직포의 제조방법은 후술하기로 한다.

이렇게 본 발명의 히알루론산염 부직포는 습식제조방법에 의해 히알루론산염 파이버들이 수분과 열에 의해 결속된 것으로서 부직포에 유해한 용매가 잔존하지 않고 인체적합성 소재만이 함유된 것이 특징인 것이다.

상기 습식부직포는 두께 0.1~1.0mm, 중량 20~100g/㎡, 강도 0.5~1.5kgf/㎟인 것이 조직유착 방지막등의 제품용도 적용 측면에서 바람직하다.

또한, 상기 습식부직포는 경우에 따라 알지네이트섬유, CMC(카르복시메틸 셀룰로오스), 키토산섬유, PLA(Polylactic acid), PLGA(Polylactic-co-glycolic acid), PGA(polyglycolic acid), PVA(폴리비닐알코올) 중 어느 하나 이상이 더 함유되도록 하여 제품강도를 보다 더 보강할 수 있으며 인체 삽입시 분해속도를 조절할 수 있다.

이렇게 본 발명에서 제공되는 히알루론산염 습식부직포는 조직유착방지막으로 제조되어 기존 겔타입과 필름타입을 대체하여 시술할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 히알루론산염 부직포의 제조방법의 바람직한 일례에 대하여 설명하기로 한다.

먼저 히알루론산염 파이버를 방사하는 방법에 대해 설명하기로 한다. 분자량 50,000-100,000Da의 히알루론산염을 15~35중량%농도로 용해하여 방사용액을 제조하는 단계를 행한다. 상기 히알루론산염은 소디움 히알루론산을 사용하는 것이 바람직하다.

방사원액의 농도가 15중량%미만인 경우에는 점도가 낮아 응고속도가 저하되고 섬유의 물성이 떨어지며, 35중량%초과인 경우에는 점도가 지나치게 높아 방사성이 저하되는 문제점이 있다.

이후 상기 방사용액의 유동성 향상을 위해 80~100℃로 유지되는 저장조에서 방사용액을 감압탈포 또는 자연탈포하는 단계를 거친다.

추가적으로 상기 히알루론산염 파이버의 방사용액에는 콜라겐, 젤라틴, 비타민C유도체, 아데노신, 나이아신아마이드 중 어느 하나 이상이 0.1~10중량% 함유되도록 할 수 있는데, 미용 패치 용도 적용 측면에서 바람직하다.

탈포 후, 압력을 가하면서 기어펌프를 통하여 정량의 상기 방사용액을 2000~3000개의 방사구를 갖는 노즐을 통해 응고액으로 토출하여 히알루론산염 파이버다발을 형성하는 단계를 행한다. 응고액은 에탄올 100% 응고욕을 사용할 수도 있고, 바람직하게는 토출된 히알루론산염 방사액의 소디움염을 일부 칼슘염으로 치환시켜 응고속도를 증가시켜 섬유의 고화를 촉진시키기 위해 염화칼슘이 1~3중량%용해되어 있는 에탄올 응고욕에서 응고시킬 수도 있다.

이후 상기 응고된 히알루론산염 파이버다발을 알콜조를 통과시켜 불순물을 세정하는 단계를 행한 후, 파이버다발내의 파이버간 집속성 향상을 위해 히알루론산염 파이버다발을 글리세린이 함유된 유제조를 통과시키고 100∼150℃의 히터를 통과시켜 건조시킨 후 와인더에 권취하는 단계를 거쳐 히알루론산 파이버들을 준비한다.

이렇게 준비한 히알루론산 파이버다발을 이용하여 본 발명의 습식부직포를 제조하게 되는데, 먼저 상기 히알루론산염 파이버다발을 커팅기를 사용하여 1∼5mm로 절단한다. 섬유장 1mm미만인 경우에는 부직포 구성섬유의 결속력이 약하고 부서져 물성이 취약하며, 섬유장이 5mm초과인 경우에는 구성섬유의 결속점이 적어 물성이 약한 문제점이 있다.

이후 상기 절단한 히알루론산염 파이버를 0.1∼0.5% 농도로 알콜과 물이 92:8 ~ 85:15의 부피비로 혼합된 용해조에 투입하여 교반시켜 고해하는 단계를 거치는데, 고해시 용해조내 섬유의 농도가 0.5%를 초과할 때에는 파이버간 응집이 발생하여 균일한 부직포제조가 불가능하다. 또한, 용해조내 물이 부피비 15%이상이 되면 고해시킨 히알루론산 파이버의 용해가 촉진되어 부직포 제조가 불가능하며, 반대로 8%미만일 때에는 고해시킨 히알루론산 파이버내에 수분함량이 충분하지 않아 융착 건조시 파이버간 결속이 원활하지 않은 문제가 발생한다.

이후 고해한 히알루론산염 파이버함유 용액을 초지기에 주입후 탈용액하여 시트상으로 만드는 단계를 행한다. 고해한 히알루론산염 파이버함유 용액을 매시가 깔린 초지 제조기에 투입한 후 고르게 분산시키고 용매를 배출시켜 에탄올과 수분이 동시에 함유된 히알루론산염 파이버 시트상을 만든다.

상기 에탄올과 수분이 함유된 시트상의 히알루론산염 파이버를 100∼120℃ 로 30초간 압착하여 융착 및 건조하여 수분과 열에 의해 파이버가 결속된 습식부직포를 제조하여 본 발명의 히알루론산염 부직포의 제조방법을 완료하게 된다.

히알루론산은 수화(hydrolyzed)된 상태에서 충분한 열이 가해지면 유동성을 보이는 특징이 있는데, 열처리 온도가 100℃ 미만인 경우에는 수화된 히알루론산파이버가 유동성을 충분히 갖지 못하여 접합성이 떨어져 부직포의 물성이 저하되며, 열처리 온도가 120℃ 초과인 경우에는 수화된 히알루론산파이버가 열과 압력에 의해 분해되기 시작하여 색상이 갈색으로 변하며 건조후 부서지는 현상이 발생하는 문제가 있으므로 열처리시 온도설정에 유의해야 한다.

그러므로 본 발명에 의하면, 습식 부직포제조 공정중에 필수적으로 첨가되는 결합용 섬유인 PVA와 같은 이종 섬유를 전혀 첨가하지 않고, 순수한 히알루론산염으로만 이루어진 부직포를 제공함으로써 세포독성, 피부자극성 등이 없는 인체적합성이 우수한 히알루론산 섬유만으로 이루어진 부직포를 제조할 수 있는 효과가 있으며, 본 발명에서 제공되는 부직포로 조직유착방지막, 창상피복재,치과용 차폐막, 미용패치 등의 제품에 유용하게 활용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 부직포의 현미경사진이다.

다음의 실시예에서는 본 발명의 히알루론산염 부직포를 제조하는 비한정적인 예시를 하고 있다.

[실시예 1]

1. 히알루론산염 파이버의 방사

분자량 50,000Da의 히알루론산염을 증류수 1리터에 25중량% 농도로 녹인후, 교반하여 방사원액을 제조한다. 이후 100℃로 유지되는 저장조에 이송하여 감압탈포시켰다. 이렇게 제조한 방사용액을 3kgf/㎠ 의 압력을 가하여 기어펌프를 통하여 일정량을 Φ=0.1mm L/D=1 인 3,000홀 노즐을 통해 압출하였다. 토출된 히알루론산염 방사액은 소디움염을 일부 칼슘염으로 치환시켜 응고속도를 증가시키기 위해 염화칼슘이 3%용해되어 있는 에탄올 응고욕에서 응고시킨 후, 에탄올 100% 수세조를 통과시킨 후 섬유다발의 집속성 향상을 위해 1% 글리세린이 용해된 유제조를 통과시켜 150℃ 히터플레이트를 통과시켜 건조 및 권취하였다.

2. 습식부직포의 제조

제조한 파이버다발을 커팅기로 2mm길이로 절단한 후, 에탄올과 물이 92:8의 부피비로 혼합된 고해 용매 10L에 절단한 파이버를 10g 투입하여 교반시켜 균일 분산시킨다. 고해한 용액을 4L 취하여 매시가 깔린 초지 제조기에 투입한 후 고르게 분산시키고 용매를 배출시켜 에탄올과 수분이 동시에 함유된 평량 35g/㎡인 시트상 히알루론산염 부직포를 만든다. 히트프레스를 사용하여 에탄올과 수분이 함유된 시트를 120℃에서 30초간 압착, 건조하여 수분에 의해 열융착된 순수 히알루론산염 부직포를 제조하였다.

[실시예 2]

응고액을 에탄올 100%로만 구성하여 섬유를 방사하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 염화칼슘에 의한 응고촉진작용이 없는 까닭에 섬유의 물성이 실시예 1에 비하여 취약하다.

[비교예 1]

물, DMF 혼합 용매에 분자량 1,500,000Da 히알루론산염을 1%농도로 녹인 후 전기방사를 하여 히알루론산 나노섬유 부직포를 제조하였다.

[비교예 2]

상기 실시예 1과 동일하게 습식부직포를 제조하되, 에탄올과 물이 80:20의 부피비로 혼합된 고해 용매에 절단한 파이버를 투입하여 교반시켜 습식부직포를 제조하였다. 제조된 습식부직포는 도 2에 도시된 바와 같이 물에 의해 용해된 섬유가 팽윤되며 서로 유착되는 현상이 관찰되어 섬유상 부직포에 비하여 유연성이 떨어지며 쉽게 부서지는 특성을 보인다.

상기 실시예 1,2와 비교예 1의 부직포의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

항목	실시예 1	실시예 2	비교예 1
강도	1.2 kgf/㎟	0.8 kgf/㎟	0.2kgf/㎟
신도	20%	18%	40%
섬유강도	1.1g/d	0.7g/d	-
두께	0.3mm	0.4mm	0.05mm

※ 부직포 강도,신도 측정방법: KSK 0521

섬유강도 측정법: KSK ISO 5079

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 분자량 50,000~100,000Da의 히알루론산염을 15~35%농도로 용해하여 방사용액을 제조하는 단계;
   상기 방사용액의 유동성 향상을 위해 80~100℃로 유지되는 저장조에서 방사용액을 탈포하는 단계;
   기어펌프를 통하여 정량의 상기 방사용액을 노즐을 통해 응고액으로 토출하여 히알루론산염 파이버다발을 형성하는 단계;
   상기 응고된 히알루론산염 파이버다발을 알콜조를 통과시켜 불순물을 세정하는 단계;
   파이버다발내의 파이버간 집속성 향상을 위해 히알루론산염 파이버다발을 글리세린이 함유된 유제조를 통과시키고 100∼150℃의 히터를 통과시켜 건조시킨 후 와인더에 권취하는 단계;
   상기 히알루론산염 파이버다발을 커팅기를 사용하여 1∼5mm로 절단하는 단계;
   상기 절단한 히알루론산염 파이버를 0.1∼0.5% 농도로 알콜과 물이 혼합된 용해조에 고해하는 단계;
   상기 고해한 히알루론산염 파이버함유 용액을 초지기에 주입후 탈용액하여 시트상으로 만드는 단계;
   상기 시트상의 히알루론산염 파이버를 100∼120℃ 로 압착하여 융착 및 건조하여 습식부직포를 만드는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히알루론산염 부직포의 제조방법.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 고해단계의 용해조는 알콜과 물이 92:8 ~ 85:15의 부피비로 혼합된 용해조인 것을 특징으로 하는 히알루론산염 부직포의 제조방법.

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