KR102536510B1 - 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 버섯 균사체 매트를 이용하여 엘라스토머 유사체를 제조하는 방법 및 상기 방법으로 제조된 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체에 관한 것이다. 본 발명의 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체 제조방법은 단계적이고 순차적인 공정을 통해 영률(Young’s modulus)과 밀도(density)의 특성이 엘라스토머 소재에 해당하는 물성을 갖는 엘라스토머 유사체를 효과적으로 제조할 수 있다. 또한, 상기 방법으로 제조한 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체는 합성 엘라스토머를 대체할 수 있는 친환경 소재로 유용하게 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 버섯 균사체 매트를 이용하여 엘라스토머 유사체를 제조하는 방법 및 상기 방법으로 제조된 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체에 관한 것이다.
최근 전 세계적으로 환경보호에 대한 인식이 높아지며 플라스틱 제품을 대체하려는 움직임이 대두되고 있다. 플라스틱은‘쉽게 원하는 모양으로 가공할 수 있다’라는 의미의 그리스어‘plastikos’에서 유래한 단어이며, 단어의 정의는‘열과 압력을 가해 성형할 수 있는 고분자 화합물’이다. 또한 플라스틱은 폴리머의 한 분류로서, 폴리머는 특성에 따라 열가소성 수지, 열경화성 수지, 엘라스토머(elastomer)로 분류한다. 이중 엘라스토머는 고무와 플라스틱의 성질을 가지면서 쉽게 가공이 가능한 고부가가치 고분자 소재이며 우수한 탄성과 복원력, 충격 흡수 등의 특징이 있다. 일부 특성에 따라 열경화성 및 열가소성으로 분류가 가능하다.
또한, 엘라스토머는 대표적으로 기능성 필름, 건물 방음재, 케이블의 피복, 신발 흡수층, 포장재, 완충재, 고무 등에 해당하며, 실생활에 광범위하게 활용되는 소재이다. 플라스틱, 엘라스토머 등 다양한 종류의 폴리머는 생분해가 어려워 폐기처리를 통한 환경오염이 많이 발생하고 있다. 폐기물은 대체로 소각, 매립, 재활용 등으로 처리하지만 소각하는 과정에서 수많은 유해 물질 및 온실가스를 배출하고, 매립할 시 환경오염을 유발하며, 재활용 비율도 높지 않은 실정이다.
따라서 환경친화적인 생분해 가능한 소재의 도입이 시급한 상황이고, 바이오매스 기반 생분해 소재의 연구가 활발히 진행됨에 따라 버섯 균사체의 활용은 상당한 주목을 받고있다. 현시점에도 버섯 균사체는 포장재와 건축재, 대체 가죽, 대체육 등 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 대체재로서 충분히 기능하는 모습을 보여주고 있다. 버섯 균사체의 경우, 스티로폼을 대체하는 용기 또는 완충재, 대체 가죽 등의 연구는 상당히 진척되어 있는 상황이나, 엘라스토머와 같이 탄성을 갖는 소재로의 연구는 부족한 상황이다.
기존의 엘라스토머는 생산 자체에 고도의 기술력이 요구되기 때문에 특정 기업에서만 생산이 가능한 실정이다. 이에 반해 버섯의 배양에는 고도의 기술력이 요구되지는 않으며, 오염 근절 및 최적 생장 환경을 유지할 수 있는 배양 시스템 확립이 가장 중요한 점이라고 할 수 있다. 또한, 버섯의 균막은 균사(hypae)가 촘촘히 그물 구조를 이뤄 질겨지는 특성이 있으므로, 적절한 물리·화학적인 처리공정을 더하여 엘라스토머의 물성을 갖게 하는 버섯 균사체 기반 생분해성 대체재를 목표로 한다. 이와 관련된 종래 연구로서 치마버섯 (Schizophyllum commune) 균사체를 건조시킨 후 농도 16% 이상의 글리세롤에 침지하여 엘라스토머 물성을 나타내는 바이오 필름에 대한 내용이 개시된바 있다. 그러나, 글리세롤 단일 용액만을 활용하는 경우 균사 기반 소재의 성능 지속성이 떨어질 수 있다. 실제로 본 발명자는 시루송편버섯(Trametes orientalis) 균사체 균막 대상 글리세롤 용액 침지를 진행한 결과, 실내에 장시간 방치 시 곰팡이 등에 표면이 일부 오염되는 것을 확인하였다(도면 미개시). 따라서, 이러한 단점을 줄이기 위한 추가적인 처리 공정의 필요성이 있다.
본 발명에서는 기존의 합성 엘라스토머를 대체할 수 있는 친환경 소재로서 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체를 개발하고자 하였으며, 그 결과 식용 버섯 균사체의 부분 중 기균사(aerial hyphae) 및 생물막 균사(biofilm hyphae)가 성장하여 높은 밀도를 보이는 매트(mat)를 이용하여 단계적이고 순차적인 공정을 통해 영률과 밀도의 특성이 엘라스토머 소재에 해당하는 물성을 갖는 엘라스토머 유사체를 제조함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 합성 엘라스토머를 대체할 수 있는 친환경 소재로서 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체를 효과적으로 제조할 수 있는 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 방법으로 제조된 합성 엘라스토머를 대체할 수 있는 친환경 소재로서 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체를 제공한다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서,
본 발명은 a) 버섯 균사체 매트를 준비하는 단계; b) 버섯 균사체 매트에 알칼리 수용액을 전처리하는 단계; c) 전처리 과정을 거친 버섯 균사체 매트를 표면 개질시키는 단계; 및 d) 표면 개질된 버섯 균사체 매트에 가소제 및 코팅제를 처리한 후 열압착하는 단계를 포함하는, 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 버섯 균사체는 시루송편버섯(Trametes orientalis) 균사체일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 알칼리 수용액은 수산화나트륨 수용액일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 c) 단계는 전처리 과정을 거친 버섯 균사체 매트를 아세트산 무수물(Acetic anhydrous), 염화 벤조일(Benzoyl chloride) 및 3-아미노프로필트레에톡시실란(3-Aminopropyltriethoxysilane)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 표면 개질 용액으로 개질시키는 단계일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 가소제는 폴리에틸렌 글리콜일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 코팅제는 옥수수 제인(corn-zein)일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 열압착은 100 ~ 120℃에서 5 ~ 15분간 진행될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 엘라스토머 유사체는 2 ~ 2.5 N/mm2의 영률 및 1 ~ 1.5 g/cm3의 밀도를 가질 수 있다.
본 발명의 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체 제조방법은 단계적이고 순차적인 공정을 통해 영률(Young’s modulus)과 밀도(density)의 특성이 엘라스토머 소재에 해당하는 물성을 갖는 엘라스토머 유사체를 효과적으로 제조할 수 있다. 또한, 상기 방법으로 제조한 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체는 합성 엘라스토머를 대체할 수 있는 친환경 소재로 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 기균사(aerial hyphae), 생물막 균사(biofilm hyphae) 및 침투성 균사(penetrative hyphae)로 이루어진 균사체의 구조를 보여주는 모식도이다.
도 2는 액체 배양된 버섯 균사체(Trametes orientalis (Yasuda) Imazeki)를 플라스틱 박스에 옮긴 후 암실에서 28℃, 습도 80-90%의 조건에서 28일간 배양한 사진이다.
도 3은 버섯 균사체(Trametes orientalis (Yasuda) Imazeki)의 기질 배양이 끝난 후, 버섯 균사체 매트를 채취한 사진이다.
도 4는 본 발명의‘버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체’를 제조하는 공정을 표현한 모식도이다.
도 5a는 버섯 균사체 매트에 알칼리 용액을 전처리한 사진이다(Non-treated: 무처리군, Alkali treated: 알칼리 전처리군).
도 5b는 알칼리 전처리된 버섯 균사체 매트에 다양한 표면 개질용액으로 화학적 표면개질을 진행한 사진이다(Siane treated: 3-아미노프로필트레에톡시실란 처리군, Benzoylation: 염화 벤조일 처리군, Acetylation: 아세트산 무수물 처리군).
도 5c는 버섯 균사체 매트에 알칼리 전처리 후 다양한 표면 개질용액으로 표면을 개질한 다음, 가소제를 포함한 코팅을 진행 후 열압착시킨 사진이다(Siane treated: 3-아미노프로필트레에톡시실란 처리군, Benzoylation: 염화 벤조일 처리군, Acetylation: 아세트산 무수물 처리군).
도 6은 무처리군(NT) 및 본 발명의‘버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체’ 시료별(ACHP, BCHP, SCHP) 표면 형태를 보여주는 SEM 이미지이다.
도 7은 무처리군(NT) 및 본 발명의 ‘버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체’ 시료별(ACHP, BCHP, SCHP) 물 접촉각을 측정한 것이다.
도 8은 무처리군(NT) 및 본 발명의 ‘버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체’ 시료별(ACHP, BCHP, SCHP) 열중량 분석 결과이다.
도 9는 영률(Young’s modulus)-밀도(density)를 기준으로 한 소재 분류 차트(Material properties chart, 출처: CES EduPack 2019, ANSYS Granta ⓒ 2020 Granta Design)에서 본 발명의 ‘버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체’가 속하는 소재 특성을 보여주는 그래프이다.
도 2는 액체 배양된 버섯 균사체(Trametes orientalis (Yasuda) Imazeki)를 플라스틱 박스에 옮긴 후 암실에서 28℃, 습도 80-90%의 조건에서 28일간 배양한 사진이다.
도 3은 버섯 균사체(Trametes orientalis (Yasuda) Imazeki)의 기질 배양이 끝난 후, 버섯 균사체 매트를 채취한 사진이다.
도 4는 본 발명의‘버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체’를 제조하는 공정을 표현한 모식도이다.
도 5a는 버섯 균사체 매트에 알칼리 용액을 전처리한 사진이다(Non-treated: 무처리군, Alkali treated: 알칼리 전처리군).
도 5b는 알칼리 전처리된 버섯 균사체 매트에 다양한 표면 개질용액으로 화학적 표면개질을 진행한 사진이다(Siane treated: 3-아미노프로필트레에톡시실란 처리군, Benzoylation: 염화 벤조일 처리군, Acetylation: 아세트산 무수물 처리군).
도 5c는 버섯 균사체 매트에 알칼리 전처리 후 다양한 표면 개질용액으로 표면을 개질한 다음, 가소제를 포함한 코팅을 진행 후 열압착시킨 사진이다(Siane treated: 3-아미노프로필트레에톡시실란 처리군, Benzoylation: 염화 벤조일 처리군, Acetylation: 아세트산 무수물 처리군).
도 6은 무처리군(NT) 및 본 발명의‘버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체’ 시료별(ACHP, BCHP, SCHP) 표면 형태를 보여주는 SEM 이미지이다.
도 7은 무처리군(NT) 및 본 발명의 ‘버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체’ 시료별(ACHP, BCHP, SCHP) 물 접촉각을 측정한 것이다.
도 8은 무처리군(NT) 및 본 발명의 ‘버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체’ 시료별(ACHP, BCHP, SCHP) 열중량 분석 결과이다.
도 9는 영률(Young’s modulus)-밀도(density)를 기준으로 한 소재 분류 차트(Material properties chart, 출처: CES EduPack 2019, ANSYS Granta ⓒ 2020 Granta Design)에서 본 발명의 ‘버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체’가 속하는 소재 특성을 보여주는 그래프이다.
본 발명은 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체 제조방법을 제공한다.
본 발명에서 ‘버섯 균사체(mycelium)’란 버섯이 생존하기 위해 영양을 흡수하는 기관을 의미한다. 버섯류는 영양기관인 균사체(菌絲體)와 번식기관인 포자를 지닌 자실체(子實體)로 되어 있는데, 균사체는 일반 식물에 비한하면 뿌리/줄기/잎에 해당되며, 자실체는 꽃에 해당된다.
버섯 균사체의 세포벽은 키틴(chitin)과 β-1,3 글루칸(β-1,3 glucan)의 미세섬유들이 직조된 멤브레인 위에 다당류(α-1,3-글루칸) 및 당단백질(주로 mannan 혹은 galactomannoproteins)들이 비정질 겔형 매트릭스가 연결되어 있는 구조를 가지고 있다. 키틴과 β-1,3 글루칸은 세포벽의 구조를 유지하는 요소 성분으로 특히, 키틴은 균사섬유의 기계적인 강성에 있어 매우 중요한 성분이다.
생장 중에 있는 버섯 균사는 양분 지양성을 가지며, 끝단을 팽창하면서 영양분을 섭취, 생장한다. 균사의 팽창 후에는 세포벽에서 선단이 형성되어 분지가 발생할 수 있으며, 연속적이고 특징적인 방사형태로 뻗어나간다. 이러한 분지는 여러 방향으로 신장하여 균사간의 수많은 융합이 발생한다. 균사 간의 융합은 재료적 측면에서는 균일성을 가지고 있으며, 기계적 측면에서는 균사의 미세그물망 형성으로 기계적 강성이 높아진다. 버섯 균사체는 균사가 얽혀 망상층을 형성하고 있으며, 이는 동물가죽의 진피층과 유사한 미세구조를 가지고 있다. 하지만 균사의 밀도가 높지 않아 내구성과 강도가 약하다.
균사는 크게 기균사(aerial hyphae), 생물막 균사(biofilm hyphae) 및 침투성 균사(penetrative hyphae) 3가지로 분류될 수 있다(도 1 참조). 기균사(aerial hyphae)는 균사체 증식에 필요한 산소와 이산화탄소를 교환하는 역할을 하며, 생물막 균사(biofilm hyphae)는 기균사와 침투성 균사 사이에 위치하며, 밀도가 높은 매트 형태를 나타낸다. 생물막 균사(biofilm hyphae)는 배지에서의 수분 이탈을 방지하고, 다른 균의 침입을 방지하며, 균사 생장을 위한 수분을 저장한다. 생물막(biofilm)의 두께와 밀도가 높아질수록, 배지 부분에서의 영양 전달(mass transfer)가 어려워져, 생물막(biofilm)과 기균사(aerial hyphae)의 성장은 멈추게 된다. 한편, 침투성 균사(penetrative hyphae)는 배지 내 영양분을 분해하기 위한 효소물질을 분비하고 분해된 영양분을 섭취하는 역할을 한다.
본 발명에서 ‘버섯 균사체’란 기균사(aerial hyphae), 생물막 균사(biofilm hyphae) 및 침투성 균사(penetrative hyphae) 중, 좁게는 생물막 균사를 의미하며, 넓게는 기균사 및 생물막 균사를 포함하는 개념이다.
본 발명에서는 버섯 균사체의 기균사(aerial hyphae) 및 생물막 균사(biofilm hyphae)가 성장하여 밀도가 높은 매트(mat)의 형태를 보이는 것을 ‘버섯 균사체 매트’라 명명하였다.
본 발명에서 ‘버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체’란 버섯 균사체 매트를 이용하여 제조되는 엘라스토머 물성을 갖는 유사체를 의미한다.
본 발명의 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체 제조방법은, a) 버섯 균사체 매트를 준비하는 단계; b) 버섯 균사체 매트에 알칼리 수용액을 전처리하는 단계; c) 전처리 과정을 거친 버섯 균사체 매트를 표면 개질시키는 단계; 및 d) 표면 개질된 버섯 균사체 매트에 가소제 및 코팅제를 처리한 후 열압착하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 a) 단계는 버섯 균사체 매트를 준비하는 단계로서, 직접 제조하거나 제조된 것을 구입하여 준비할 수 있다.
예를 들어, 버섯 균사체 매트는 버섯 균사체를 배지에 접종 후 배양하여 기균사(aerial hyphae) 및 생물막 균사(biofilm hyphae)를 성장시켜 밀도가 높은 매트(mat) 형태로 제조할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 버섯 균사체는 붉은덕다리버섯(Laetiporus sulphureus), 메꽃버섯부치(Microporus affinis), 영지버섯(Ganoderma lucidum), 치마버섯(Schizophyllum commune), 구름송편버섯(Trametes versicolor), 삼색도장버섯(Daedaleopsis tricolor), 잔나비걸상버섯(Elfvingia applanata), 참바늘버섯(Mycoleptodonoides aitchisonii), 소나무잔나비버섯(Fomitopsis pinicola), 흰주름버섯(Agaricus arvensis), 표고버섯(Lentinula edodes), 솔뿌리혹버섯(Wolfiporia extensa) 및 시루송편버섯(Trametes orientalis)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 버섯 균사체일 수 있으며, 바람직하게는 시루송편버섯(Trametes orientalis) 균사체일 수 있다.
본 발명의 상기 b) 단계는 버섯 균사체 매트를 전처리하는 단계로서, 자세하게는 버섯 균사체 매트에 알칼리 수용액을 전처리하여 버섯 균사체 매트의 구조를 약하게 하여 처리 용액의 침투성을 높이기 위함이다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 알칼리 수용액은 수산화나트륨(NaOH) 수용액일 수 있다.
본 발명의 상기 c) 단계는 버섯 균사체 매트의 표면을 개질하는 단계로서, 자세하게는 상기 b) 단계를 통해 전처리 과정을 거친 버섯 균사체 매트를 표면 개질 용액으로 개질시킴으로써 버섯 균사체 매트에 각종 작용기를 부여하여 물성에 변화를 주는 단계이다. 가공처리를 거치지 않은 버섯 균사체 매트의 경우 친수성의 특성만을 가지는바, 탄성을 가진 플라스틱 소재에 해당하는 엘라스토머의 물성을 구현하고, 다양한 고부가 소재로 응용되기 위해서는 표면 친수성 특성의 조절이 요구된다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 표면 개질 용액은 아세트산 무수물(Acetic anhydrous), 염화 벤조일(Benzoyl chloride) 및 3-아미노프로필트레에톡시실란(3-Aminopropyltriethoxysilane)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 용액일 수 있다.
본 발명의 상기 d) 단계는 버섯 균사체 매트에 가소제 및 코팅제를 처리한 후 열압착하는 단계로서, 자세하게는 상기 c) 단계를 거친 표면 처리된 버섯 균사체 매트에 가소제 및 코팅제를 처리하여 버섯 균사체 매트에 탄성과 유연성을 부여하고 인장강도를 증진시킬 수 있으며, 열압착을 통해 코팅제와의 접착력을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 가소제는 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol, PEG)일 수 있으며, 상기 코팅제는 옥수수 제인(corn-zein)기반의 용액일 수 있으나, 특별히 그 종류를 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 열압착은 100 ~ 120℃에서 5 ~ 15분간 진행될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체를 제공한다.
상기 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체는 2 ~ 2.5 N/mm2의 영률 및 1 ~ 1.5 g/cm3의 밀도를 가질 수 있다.
상기 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체는 소수성 계면 특성을 가질 수 있다.
상기 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체는 표면 개질의 종류에 따라 다양한 계면 특성을 가질 수 있다.
자세하게는, ‘염화 벤조일로 표면 개질된 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체(BCHP)’의 경우 상부(top)와 하부(bottom)의 접촉각이 거의 유사한 수치를 보임에 따라, 내부와 외부가 균일한 계면 특성을 갖는 소재로 사용하기 적합하다. 또한, ‘3-아미노프로필트레에톡시실란으로 표면 개질된 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체(SCHP)’의 경우 상부(top)는 하부(bottom)에 비해 친수성 특징이 좀 더 감소하는 양상을 보이는바, 외부는 물에 대한 친화도가 낮고 내부는 물에 대한 친화도가 높아야 하는 계면 특성이 상이한 소재로의 활용이 가능할 것으로 판단되었다.
이에, 표면 개질의 종류를 달리하여 제조된, 본 발명의 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체는 그 활용 목적에 맞게 사용될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체는 완충 포장재 또는 실내용 매트리스 등의 인테리어 제품으로도 활용할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
버섯 균주 준비 및 배양
<1-1> 버섯 균주 준비
본 실험에서는 전라남도 산림자원연구소에서 분양받은 시루송편버섯 (Trametes orientalis (Yasuda) Imazeki)을 사용하였으며, YMA(yeast malt agar)배지에 보관하였다.
<1-2> 적정 균사체 배양
배양 기질은 참나무 톱밥 80%, 쌀겨를 20% 비율로 섞은 후, 수분함량을 55%정도로 맞춘 뒤, 플라스틱 박스 (155 × 155 × 87 mm, HPL822D, LOCK & LOCK)에 넣고, 121℃에서 60분 동안 멸균 후 사용하였다. 이때, 플라스틱 박스의 뚜껑은 지름 1 cm 크기의 구멍을 여러 개 뚫어 필터를 부착하였다. 액체 배양된 시루송편버섯 균사체는 blender로 분쇄되었고, 3000 rpm에서 20분간 원심분리 후 상등액을 제거하였으며, 신선한 영양원으로 YMB 배지를 첨가하였다. 이 균액을 기질에 접종하고 27℃ 암실에서 80-90% 습도 조건으로 4주간 배양시켜 버섯 균사체 매트를 생산하였다. 생산된 버섯 균사체 매트를 채취 및 건조하였다.
참고로, 상기 ‘버섯 균사체 매트’란 버섯 균사체의 기균사(aerial hyphae) 및 생물막 균사(biofilm hyphae)가 성장하여 밀도가 높은 매트(mat)의 형태를 보이는 것을 의미한다.
도 2는 액체 배양된 버섯 균사체 (Trametes orientalis (Yasuda) Imazeki)를 플라스틱 박스에 옮긴 후 암실에서 28℃, 습도 80-90%의 조건에서 28일간 배양한 사진이며, 도 3은 버섯 균사체 (Trametes orientalis (Yasuda) Imazeki)의 기질 배양이 끝난 후, 균막을 채취한 사진이다.
<실시예 2>
버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체 제조
<2-1> 알칼리 전처리
상기 <실시예 1>의 배양을 통해 제조된 버섯 균사체 매트의 구조를 약하게 하여 처리 용액의 침투성을 높이기 위해 5% (w/v) NaOH 수용액에 15분간 침지하였다. 알칼리 처리가 완료된 균막은 증류수로 세척 후 활용하였다. 알칼리 처리는 균사체 간 얽힘구조를 약하게 하여 이후 활용하는 처리 용액의 원활한 작용을 목적으로 하였다.
<2-2> 표면 개질 처리
상기 실시예 <2-1>을 통해 알칼리 처리된 버섯 균사체 매트는 표면 개질 용액에 일정 시간 침지하였다. 상기 표면 개질 용액으로는 2% (v/v) 3-아미노프로필트레에톡시실란(3-Aminopropyltriethoxysilane; Daejung, Korea), 아세트산 무수물(Acetic anhydrous, Duksan, Korea), 10% (v/v) 염화 벤조일(Benzoyl chloride, Daejung, Korea)을 각각 사용하였다. 이때, 염화 벤조일은 순수 에탄올(100% 에탄올)을 용매로 이용하고, 3-아미노프로필트레에톡시실란은 60% 에탄올을 용매로 이용하여 각각 해당 농도로 제조하여 사용하였다. 아세트산 무수물은 원액을 사용하였다. 시료의 침지는 30분간 진행하였으며, 염화 벤조일(Benzoyl chloride)을 사용하는 경우, 70% 에탄올에 30분간 추가로 침지하였다. 용액 침지가 종료된 버섯 균사체 매트는 증류수로 여러 번 세척 후 60℃에서 1시간 동안 건조하는 과정올 통해, 총 3가지 종류의 표면 개질된 버섯 균사체 매트를 제조하였다.
<2-3> 가소화, 코팅 처리 및 열압착
PEG 400(Sigma-Aldrich Korea)을 70% 에탄올에 녹여 20%(v/v) 폴리에틸렌 글리콜 용액을 제조하고 이후, 상기 폴리에틸렌 글리콜 용액에 옥수수 제인(corn-zein, Sigma Aldrich)을 첨가하여 최종 농도가 15%(w/v) 되도록 가소화 & 코팅 용액을 제조하였다. 상기 가소화 & 코팅 용액에 실시예 <2-2>를 통해 준비된 3가지 종류의 표면 개질된 버섯 균사체 매트를 3시간 동안 처리하였다. 이후 증류수로 세척한 다음 60℃에서 1시간 건조하였다. 마지막으로, 버섯 균사체 매트는 Heated press(Carver 4386 CH Laboratory Manual Heated press, Carver inc, USA) 기기를 활용하여 100 ~ 120℃, 500 ~ 1000 psi에서 10분간 열압착하는 과정을 통해 본 발명의 ‘버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체’를 수득하였다.
| 시료 약어 | 표면 개질 용액 종류 |
| ACHP | 아세트산 무수물(Acetic anhydrous) |
| BCHP | 염화 벤조일(Benzoyl chloride) |
| SCHP | 3-아미노프로필트레에톡시실란(3-Aminopropyltriethoxysilane) |
<실험예 1>
버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체의 물성 측정
상기 <실시예 2>를 통해 제조한 본 발명의 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체의 물성(인장강도, 연신율, 밀도, 영률)을 측정하였다. 인장강도, 연신율, 영률은 80 × 20 mm 균사체 매트 샘플을 제작 후 UTM(AGS-X, Shimadzu, Japan)기기를 이용하여 인장속도 100±20 mm/min조건에서 측정하였다. 또한 밀도는 gas pycnometer(Ultrapyc 5000 Foam, Anton Paar, Austria)를 사용하여 3.0 psi, 20℃ 조건에서 측정하였다.
| 시료 | 인장 강도(N/mm2) | 연신율(%) | 밀도(g/cm3) | 영률(N/mm2) |
| NT | 1.134±0.238 | 14.764±1.339 | 1.178±0.014 | 1.040±0.157 |
| ACHP | 2.593±0.133 | 31.020±1.495 | 1.315±0.016 | 2.323±0.125 |
| BCHP | 2.762±0.090 | 29.686±2.446 | 1.384±0.011 | 2.443±0.079 |
| SCHP | 2.305±0.135 | 27.799±1.697 | 1.347±0.017 | 2.062±0.128 |
| NT : 무처리군 ACHP : 아세트산 무수물(Acetic anhydrous)로 표면 개질된 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체 BCHP : 염화 벤조일(Benzoyl chloride)로 표면 개질된 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체 SCHP : 3-아미노프로필트레에톡시실란(3-Aminopropyltriethoxysilane)으로 표면 개질된 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체 |
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본 실험을 통해 초기 수확된 버섯 균사체 매트는 매우 강한 친수성을 띠는데 반해, 상기 알칼리 처리(실시예 <2-1>), 표면 개질 처리(실시예 <2-2>), 가소화 및 코팅 처리 & 열압착 과정(실시예 <2-3>)을 거치며 점차 친수성 성질이 감소함을 확인하였다(도 7 참조). 특히, ‘염화 벤조일로 표면 개질된 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체(BCHP)’의 경우 상부(top)와 하부(bottom)의 접촉각이 거의 유사한 수치를 보임에 따라, 내부와 외부가 균일한 계면 특성을 갖는 소재로 사용하기 적합한 것으로 판단되었다. 또한, ‘3-아미노프로필트레에톡시실란으로 표면 개질된 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체(SCHP)’의 경우 상부(top)는 소수성 특징이 강하게 나타나고, 하부(bottom)는 상대적으로 친수성에 가까운 특징을 보이는바, 외부는 물에 대한 친화도가 낮고 내부는 물에 대한 친화도가 높아야 하는 계면 특성이 상이한 소재로 사용하기 적합한 것으로 판단되었다.
또한, ‘버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체’의 표면은 상당히 균일한 형태를 띠었으며(도 6 참조), 무처리 시료와 비교하여 고온에서의 중량 변화가 눈에 띄게 감소하였다(도 8 참조).
한편, ‘버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체’의 물성 분류는 도 9에서 나타내었다. 도 9에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 ‘버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체’는 엘라스토머 소재에 속하는 물성을 보여주었다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (9)
- a) 버섯 균사체 매트를 준비하는 단계;
b) 버섯 균사체 매트에 알칼리 수용액을 전처리하는 단계;
c) 전처리 과정을 거친 버섯 균사체 매트를 표면 개질시키는 단계; 및
d) 표면 개질된 버섯 균사체 매트에 가소제 및 코팅제를 처리한 후 열압착하는 단계를 포함하는, 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 버섯 균사체는 시루송편버섯(Trametes orientalis) 균사체인 것을 특징으로 하는, 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 알칼리 수용액은 수산화나트륨 수용액인 것을 특징으로 하는, 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 c) 단계는 전처리 과정을 거친 버섯 균사체 매트를 아세트산 무수물(Acetic anhydrous), 염화 벤조일(Benzoyl chloride) 및 3-아미노프로필트레에톡시실란(3-Aminopropyltriethoxysilane)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종의 표면 개질 용액으로 개질시키는 것을 특징으로 하는, 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 가소제는 폴리에틸렌 글리콜인 것을 특징으로 하는, 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 코팅제는 옥수수 제인(corn-zein)인 것을 특징으로 하는, 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 열압착은 100 ~ 120℃에서 5 ~ 15분간 진행되는 것을 특징으로 하는, 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체 제조방법. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체.
- 제8항에 있어서,
상기 엘라스토머 유사체는 2 ~ 2.5 N/mm2의 영률 및 1 ~ 1.5 g/cm3의 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는, 버섯 균사체 매트 기반의 엘라스토머 유사체.
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Cited By (2)
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| KR20040012238A (ko) | 2002-08-01 | 2004-02-11 | 김명곤 | 뽕나무 버섯 균사체 생산방법 및 그 배지 조성물 |
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2022
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