KR20020070974A - 생-지지 매트릭스, 그 제조 및 이용방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기질상에 적어도 하나의 생 제한제 및 적어도 하나의 영양원을 포함하는 생 지지 매트릭스를 포함하는 제품에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 생 지지 매트릭스 및 이 매트릭스의 사용 방법에 관한 것이다. 본 발명은 원하지 않는 유기체를 죽이거나 격퇴시키는 대립화학물질을 생성함으로써 동물 및 식물과 같은 원하지 않는 유기체에 대한 생물학적 배리어로써 사용될 수 있다. 본 발명은 용기의 파울링을 방지하도록 용기상의 코팅재로써 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 약물 또는 약제와 같은 특정 대립화학 물질을 제조하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 상기한 생 지지 매트릭스를 제공하는 단계 및 이 매트릭스를 환경에 노출시키는 단계를 포함하는, 대립화학물질을 생성하는 수단으로서 유용한 생 제한 생태학적 기질을 제조하는 방법에 관한 것으로서 매트릭스는 소정의 대립 화학 물질을 생성하는 바이오매스를 제공하도록 제조된다. 생 지지 매트릭스는 바이오매스를 위한 이중의 지지층을 제공한다. 바이오매스는 약제학적 또는 유기체 억제 특성을 갖는 특정의 대립화학 물질을 생성하도록 선택될 수 있다.

Description

생-지지 매트릭스, 그 제조 및 이용방법{BIO-SUPPORTIVE MATRICES, METHODS OF MAKING AND USING THE SAME}
본 출원은 전체 기술이 여기에 참고로 도입된 1999.10.26.자 미국 가 특허출원 제60/161,501호의 우선권을 주장한다.
4000년 동안 사람들은 바다 및 민물의 수생환경에서 사람이 만든 구조물 및 용기의 부식 및 소진의 부정적 영향을 관리하기 위하여 많은 변화된 수단들을 시험했다. 초기 이집트인들은 그들의 용기에 구리를 클래딩했으며, 수세기 후에는 그들의 유용한 생활을 연장하기 위하여 보트 및 네트에 수은 화합물을 칠했다. 종종 새로운 인식이 필요한 중요한 시점에서 혁신이 나타났다. 전쟁의 시기에는 군사과학자들이 속도 및 스텔스 기능을 개선하기 위한 수단을 찾게된다. 에너지 위기 시대인 1970년대에는 배에 드래그(drag)를 증가시켜 40%정도의 작업비용을 상승시키는 어떤 파울링(fouling)을 제거하기 위하여 극단적인 독성물질들이 사용되었다.
지난 30년이상 환경에 대한 국제적인 촛점은 매우 나쁜 관점에서 부식 및 파울링을 조절하는 모든 기존의 방법에 맞추어졌다. ppt독성을 갖는 독성물질은 세계의 산업국가에 있는 항구 및 기항항의 강어귀에서의 모든 생활양식을 변화시켜 그들의 사용을 철저히 금하게 했다. 성공의 목적으로 가정하면 이러한 결과를 이루기 위한 고수준의 독성 및 좁게 한정된 특정수단 ; 단순히 물리화학적 수단을 통한 방출메카니즘의 제어는 신개발품을 실패하게 했다. 환경에 대한 관심은 수생 환경에서 사람이 만든 면의 안전하고 비용면에서 효과적인 관리를 제공하기 위해 잘 알려진 접근을 상당히 방해했다. 생태학적으로 친화적인 독소의 분산은 옥시모론(oxymoron)이다.
수년동안, 대립화학 분야에서는 과학자들이 생물학적 소스로 부터 경제적으로 유익한 수율로 화학물질을 제조하는 효과적인 수단을 제공하기 위해 노력해왔다. 기존에 화학물질 생성으로는 시험관내(시험관형 조건)유도 대사로의 시도를 통하여 화학물질을 생성하기 위해 배트(vats)에서 유기체를 배양하는 것을 포함한다. 이 화학물질은 이후 전형적인 화학적 처리 수단을 통하여 배트로 부터 수집된다. 화학자 및 생물학자에 의한 특정화를 통하여 근시안적 관점을 야기했다.
대립화학물질(allelochemical)은 대사 산물로서 생물학적 유기체에 의해 생산된다. 이 물질들은 일반적으로 일차 또는 보다 단순하게는 이차 대사산물로 불린다. 이들은 종종 생활성제로서 유기체(들)의 세포 외부에 있는 유기체에 의해 사용된다. 역사적으로 이들은 "클로렐린(chlorellin)"으로 불린다. 대립화학물질은 종종 공간(앵커링 표면)을 포함하는 자원을 위한 경쟁에 있어서 다른 유기체의침략에 대한 화학적 배리어 또는 방지제로서 유기체에 의해 사용된다. 대립 화학물질은 또한 침략자에 의한 소비를 억제한다. 대립 화학물질 생성은 내부 또는 외부 자극에 의해 유도된다. 대립화학물질은 자연에서 방어적이거나 공격적일 수 있다. 대립화학물질은 영양 이용 가능성, 광, 온도 등에서 몇명을 포함하는 환경적 요인에 응답하여 생성된다. 안티-파울링(anti-fouling)적용에 있어서 유기체(들)는 전형적으로 종종 동물체로 칭해지는 조류, 규조류, 박테리아로서 자원 및 물리적 공간을 위한 효과적인 경쟁을 보장하도록 이들 대사산물을 생성한다. 해면 및 다른 "연질체" 착생(sessile)유기체와 같은 고수준의 무척추동물도 대립화학물질 활성 연구 및 다른 생활 양식을 위한 많은 기회를 부여하는 것으로 발견되었다. 불행하게도, 이들 대립화학물질은 전형적으로 분리되지 않으며 적절한 매체 및 추가연구 및 잠재적 개발 기회를 제공할 수 없음으로 인하여 특정한 상업적 목적에 사용되지 못했다. 동시에 분야 연구를 위한 배지의 부존재는 적용의 호스트에서 기능적 화학물질에 대한 계통 조사를 막고있다.
발명의 요약
본 발명은 기질의 적어도 한 표면상에 적어도 하나의 생 제한제 및 적어도 하나의 영양원을 포함하는 생 지지 매트릭스를 포함하는 제품에 관한 것이다. 본 발명은 자연 환경과 상호작용하여 환경과 평형으로 선택적 바이오매스(biomass)를 용이하게 하는 계면이 되는, 통상적으로 사용된 성분의 매트릭스 생성을 제공한다. 본 발명은 또한 생 지지 매트릭스 및 이 매트릭스를 사용하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특정 부위에 바이오매스를 형성함으로서 동물 및 식물과 같은 원하지 않는 유기체에 대한 생물학적 배리어로써 사용될 수 있는데 상기 바이오매스는 그러한 원하지 않는 유기체를 죽이거나 이보다는 방지하는 대립 화학물질을 생성한다. 본 발명은 예를 들면 용기에 대한 굴(barhacle)의 부착과 같은 파울링을 방지하기 위해 용기상의 코팅재로써 사용될 수 있다. 본 발명은 또한 약물 또는 약제와 같은 특정의 대립화학물질을 제조하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 대립화학물질을 제조하기 위한 수단으로써 유용한 생 제한제 매트릭스를 제조하는 방법에 관한 것으로서 이 방법은 상기한 생 지지 매트릭스를 제공하는 단계 및 이 매트릭스를 환경에 노출시키는 단계를 포함하는데, 매트릭스는 대립화학물질을 생성하는 바이오 매스를 지지하도록 제조된다. 생 지지 매트릭스는 바이오매스를 위한 이중 지지층을 제공한다. 바이오매스는 약제 또는 유기체 억제 및/또는 생활성 특성을 갖는 특정 대립화학물질을 생성하도록 선택된다. 물리적 매트릭스 및 그 성분들은 유기체의 표적종을 선택하도록 조정된다.
본 발명은 생-지지 매체(bio-supportive medium) 및 그 제조 및 이용 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 적어도 하나의 생-제한 제 (bio-limiting agent) 및 적어도 하나의 영양원을 함유하는 폴리머성 매트릭스에 관한 것이다.
도 1은 기질상에 있는 생 지지 매트릭스의 단면도이다.
명세서 및 첨부된 청구범위에서 대립화학물질이란 용어는 바이오매스의 대사 반응 산물을 일컫는다. 일반적으로 대립화학물질은 바이오매스의 이차 대사 산물(들)이다.
"생 제한 화학물질 또는 생 제한제"란 용어는 매트릭스 또는 부생육지의 표면상에 자리잡거나 거기에서 생육하고 생물학적 유기체의 특정 그룹의 수 및 종류를 제거 또는 변화시키는 효과를 갖도록 작용하는 화학물질을 일컫는다. "생 제한 효과"란 용어는 환경에서의 공간을 포함하는 자원에 대한 경쟁에서 다른 유기체의 반응에 영향을 미치도록 대립 화학물질과 같은 화학물질을 생성 및 이용하는 유기체의 능력을 일컫는다. 생 제한제는 국소적 또는 표면적 매트릭스 환경에 있고 자원에 대하여 경쟁하기위하여 원하지 않는 유기체의 능력을 변화시키도록 작용한다. "바이오매스"란 용어는 생 지지 매트릭스에 부착되거나 그 상부에 잔류하는 생물학적 유기체(들)을 의미한다. 바이오매스는 생 지지 매트릭스로부터 그들의 영양소 일부를 유도하는 유기체로부터 기인한다.
생 지지매트릭스는 생물학적으로 활성이다. 다시말하면, 매트릭스는 바이오매스에 의해 영향을 받는다. 실제로, 생 지지 매트릭스로 적어도 부분적으로 바이오매스에 의해 소비된다. 생 지지 매트릭스는 생 감성가능(bio-degradable)하다. 생 지지 매트릭스는 스테노프로필루릭(stenoprophiluric)이다. 스테노프로필루릭 매트릭스는 매트릭스의 결정 주기성이 계획된 종합 또는 생물학적 활성제(를)와 협조하는 포함되거나 흡수된 제제의 간섭에 의해 변화되어 생물학적 제제를 제한하는 속도로 과립세포내 위치에서 매트릭스의 감성(생물학적, 물리적 및 화학적) 조절을 용이하게 하도록 형성된다. 매트릭스는 적용된 생육지에서 발생하는 유기체의 자연적 변화에 기인하는 바이오매스와는 다른 바이오매스의 진전을 지지 및 감화시킨다. 바이오매스는 1년에 약 0.1-10 또는 약 0.5-2 또는 약 1-1.5 밀의 속도로 소비된다.
상기한 바와 같이 본 발명은 생 지지 매트릭스에 관한 것이다. 생 지지 매트릭스의 조성물은 매트릭스상에 잔류하여 이를 섭취하는 생물학적 유기체(또는 바이오매스)의 타입을 제한하도록 작용한다. 매트릭스는 생 제한제 및 영양제를 포함한다.
생 제한제는 유기체의 변화를 제한하고, 이어서 바이오매스에 바람직하지 않은 생물학적 유기체(들)이 포함되는 것을 방지하기에 충분한 양으로 존재할 수 있다. 생 제한제는 초미량 만큼의 적은 양에서 요구된 생 제한 작용과 관련하여 50중량% 이상의 주성분(영양소)만큼의 양까지 존재할 수 있다. 하나의 실시예에서, 생 제한제는 적어도 2중량%, 또는 적어도 약 5중량% 또는 적어도 약 10중량%의 양으로 존재할 수 있다. 생 제한제는 약 80중량%이하, 또는 약70중량%이하 또는 약 60중량%이하의 양으로 존재할 수 있다. 어떤 경우에는 특정 화학물질의 ppm농도가 생물학적 활성을 제한하는데 사용될 수 있다. 그러한 농도 중 하나는 약10-1000ppm 또는 약 50-500ppm으로 존재하는 생 제한제를 포함할 수 있다.
생 제한제는 유기 또는 무기 생 제한 제를 포함한다. 이 물질들은 바이오매트릭스의 자원에 대해 경쟁하는 바람직한 유기체의 능력이 개선되는 효과를 제공하도록 존재한다. 생 제한제는 한 유기체에 대해서는 영양을 제공하지만 동시에 유사 또는 비유사 종의 다른 유기체에는 독소일 수 있다. 생 제한제는 생물학적으로 이용가능한 형태로 존재한다. "생물학적으로 이용가능한" 이란 용어는 생 제한 효과를 갖도록 유기체에 의해 또는 이것과 함께 상호작용 또는 대사될 수 있는 생 제한제 또는 영양소를 일컫는다.
생 제한제는 유기성 또는 무기성일 수 있다. 조합된 생 제한제가 사용될 수있다. 생 제한제의 예로는 중금속 ; 납, 바나듐, 몰리브덴, 니켈, 주석, 구리, 수은, 등 및 이들 금속의 둘이상의 합금을 포함한다. 생 제한제는 상기한 금속 및 그들 합금의 오르가노-메탈릭(organno-metallics)과 같은 유기화합물을 함유하는 금속일 수 있다. 예를 들면, 주석 또는 구리화합물이 종종 코폴리머 활성 성분으로 칭해지는 생 제한제로서 사용될 수 있다. 또한, 금속이 없는 생 제한제도 사용될 수 있다. 금속이 없는 생 제한제의 예로는 이소티아졸론과 같은 유기 살균제, 콜타르와 같은 페놀화합물, 티아졸 화합물, 티오카바메이트 화합물 등을 포함한다. 생 제한제는 트리-부틸-주석과 같은 무기/유기 화합물일 수 있다. 새롭거나 비자연적인 환경으로 인하여 변성 또는 적응된 바이오매스를 생성하는데 도움을 주는 생 제한제도 사용될 수 있다.
유용한 생 제한제는 구리이다. 구리는 구리금속 입자의 형태가 바람직하다. 이 입자들은 약 20-41㎛의 평균크기를 갖는다. 하나의 실시예에서, 입자는 입방형상을 갖는다. 하나의 실시예에서, 구리 또는 구리 합금종은 형성된 입자가 그들의 직경 또는 최대 단면치수와 거의 동일한 길이를 갖도록, 예를 들면 원형 또는 장방형 단면 와이어를 초핑(chopping)함으로서 제조될 수 있다. 따라서, 플레이크 또는 신장된 필라멘트등 이라기 보다는 구리의 고체덩어리가 제조된다.
하나의 실시예에서, 구리입자는 주 치수의 비가 약0.7-1.0의 범위가 모두가 되도록 된 형상을 갖는다. 따라서, 예를 들면 입자가 평탄한 평면상에 놓여질 경우 그들은 모두 평면과 정면에서의 거의 같은 치수가 되고 각각의 입자에 있어서 평면에서의 두개의 주 치수(즉, 제 1 치수는 평면으로 입자의 길이이고, 제 2 치수는 제 1 치수에 대해 직각에서 측정된 평면으로의 폭이다) 및 그 정면은 모두 서로에 대하여 약0.7-1.0 의 비가 된다. 따라서, 입자들은 고체덩어리이고 플레이크 또는 신장 필라멘트가 아니다. 각각의 입자는 다면형태로서 보다 상세하게는 큐브의 형태이다. 또는, 입자 각각은 이러한 정의를 충족시키는 실린더 또는 다른 형태와 같은 라운드진 표면을 갖는 몸체를 포함할 수 있다. 아니면, 입자가 다면형태의 몸체와 라운드진 표면을 갖는 몸체의 조합을 포함할 수 있다.
생 지지 매트릭스는 또한 적어도 하나의 영양원을 함유한다. 영양원은 본질적인 매트릭스 폴리머, 매트릭스에 있는 첨가제 또는 둘 모두로부터 있을 수 있다. 영양원은 매트릭스에 있는 생물학적으로 이용가능한 소스로부터 유도될 수 있다.
바이오매스는 생존을 유지하기 위해 예를 들면 탄소, 인 및/또는 질소를 요구한다. 또한 소정의 적용을 위해서 부영양소, 미량(예를 들면, 0.5% 이하) 또는 초미량(예를 들면, 0.05%)영양소도 요구한다. 탄소원으로는 하기한 바와 같은 매트릭스의 폴리머를 포함할 수 있다. 탄소는 또한 인산염 화합물 또는 착화된 아민 화합물과 같은 다른 영양소의 성분에 의해 제공될 수 있다. 인의 원으로는 천연 또는 합성 폴리머 성분, 촉매 및 인산염 화합물 및/또는 PO4함유염과 같은 첨가제를 포함한다. 질소원의 예로는 아민, 촉매, 첨가제 및 질소와 암모니아의 염과 같은 폐색화합물을 포함한다. 아민은 모노 또는 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라민, 테트라에틸렌펜타민, 등과 같은 폴리알킬렌 폴리아민을 포함하는 폴리아민일 수 있다. 영양첨가제(들)는 초미량 수준에서 주 원료공급제까지의 양으로 존재한다. 예로는 셀레늄 및 아연을 포함한다. 영양소가 매트릭스에 첨가제로서 공급될 때 그들은 하나의 실시예로 1-500ppm의 수준으로 존재한다.
생 지지 매트릭스는 폴리머 또는 콘크리트와 같은 다른 지지 매체를 포함한다. 폴리머는 천연 또는 합성폴리머일 수 있다. 생 지지 매트릭스는 세멘트성 응집제를 포함할 수 있다. 폴리머는 생 폴리머 또는 생 가공된 폴리머 일 수 있다. 폴리머는 생 지지 매트릭스를 지지할 수 있는 어떤 폴리머도 가능하다. 생 지지 매트릭스를 지지함으로서 폴리머는 생 제한제 및 다른 매트릭스의 첨가제 뿐만 아니라 바이오매스도 지지하는데 필요한 물리적 특성 및 환경을 제공한다.
생 지지매트릭스는 바이오매스에 의해 소정의 속도로 소비되지만 매트릭스의 파괴를 방지하기위한 내구성을 제공하기에 충분한 경도를 갖는다. 가교결합밀도 및/또는 다공성 및/또는 용해도를 변화시킴으로써 매트릭스 물질, 영양소 및 생 제한제의 생 이용가능성은 생 지지 매트릭스를 형성한다. 기본 폴리머 시스템의 화학양론적 비를 조정하거나 매트릭스에 추가 성분을 함유 또는 폐색시킴으로서 소정의 특성이 다양한 요건을 위해 달성될 수 있다. 생 지지 매트릭스의 내구성은 그 적용에 관련이 있다. 예를 들면, 파울링 코팅재로서 사용했을 때 생 지지매트릭스는 마모를 방지하고, 따라서 파울링 유기체로부터 보호될 표면에서 캐트릭스가 제거되는 것을 방지하기에 충분한 강도를 제공한다. 구조적인 적용에 있어서, 매트릭스는 마모가 덜 관련있는 경우 변화된 소비율로 10-20년의 수명을 제공하도록 보다 탄성적이다.
폴리머는 생 제한제 및/또는 영양원과 조화를 이룰수 있는 것이다. 하나의 실시예에서, 폴리머는 생-감성가능하다. 하나의 실시예에서, 폴리머는 바이오매스를 위한 영양원임을 주지해야 한다. 이들 폴리머는 파울링 페인트 및 코팅재에 사용된 것을 포함하는 천연 또는 합성 폴리머일 수 있다. 폴리머는 폴리에폭사이드, 폴리우레탄, 폴리에스더, 고무, 라텍스, 스티렌, 엘라스토머, 아크릴류, 아세토아세테이트, 아세토아세트아미드 및 생가공된 폴리머 일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 매트릭스는 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 비닐 클로라이드, 비닐 아세테이트, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 스티렌, 비닐-이소부틸 에테르, 벤즈알디민, 알디민, 아랄디민, 아세토아세톡시에티메타크릴레이트, 아디민, t-부틸아미노에틸 메타크릴레이트, 카르복실기, 비닐톨루엔-아크릴레이트 코폴리머, 에폭시-또는 콜타르 에폭시계 등으로 이루어진 코폴리머 또는 폴리머를 포함한다. 다른 에폭시류, 우레탄(질소원), 고무, 엘라스토머(탄소원) 및 생폴리머(천연 및 합성, 생 가공된것 포함)와 같은 변성블렌드로부터 유도된 다른 친수성 및 부분적으로 친수성인 폴리머도 사용될 수 있다. 규정된 생제제 용해 또는 용출율 내의 적절한 폴리머 감성 속도를 용이하게 하는 성분들의 블렌드 또는 조합도 사용될 수 있다.
하나의 실시예에서, 매트릭스는 천연 또는 합성고무를 함유한다. 이들 고무의 예로는 폴리설포네이트 폴리에틸렌, 그 중 하나의 예는 hypalon, 에틸렌 프로필렌디엔 모노머, 스티렌 부타디엔 고무, 브로모부틸 고무, 클로로부틸 고무와 같은 염소화 고무, Neoprene과 같은 폴리클로로프렌 및 니트릴 고무를 포함한다.
하나의 실시예에서, 폴리에틸렌 아민형 테트라에틸렌 트리아민(TETA)과 같은가교결합제 또는 촉매가 가교결합 개질제 및 영양소로써 제공된다. 과량의 아민은 중합을 방해하여 다공성을 증가시키고, 가교결합 밀도를 감소시키며, 이어서 생감성이 바람직한 비율로 발생할 수 있는 표면적을 감소시킨다. 폐색된 구리의 용해율은 1일 구리 약 10-20㎍이다. 일부의 아민을 물리적 특성 개질제 또는 가교결합 밀도 조정제로 사용된 촉매 및 다른 관능성 아민 그룹으로 치환하면 유사한 결과가 얻어질 수 있다.
하나의 실시예에서, 폴리머의 중합은 생 제한제와 에나민 복합체를 형성하도록 관능성 아민을 갖는 관능성 아세토아세테이트 그룹을 함유한다. ppm농도의 단일 생활성제 또는 안티-파울링제(들)과 조화를 이룬 보조활성제도 사용될 수 있다. 특정의 적용에서는 다른 통상적인 폴리머 및 촉매성분 및/또는 불활성 또는 홀성 개질제와의 블렌드가 추가의 이로운 특성을 제공한다.
하나의 실시예에서, 자연환경의 서식지가 요구되는 적고 약한 농도에서 발생하는 대립화학물질의 신약 및 정밀한 화학적 적용을 연구하기 위해 유전적으로 변형된 유기체가 지지될 경우에는 하루 30-50㎍/cm2사이의 구리 용출율을 갖는 에폭시 매트릭스 폴리머가 사용된다.
하나의 실시예에서, 밀봉된 루프 냉수계에서 살균제의 사용을 제거하기 위하여 활성 생 제한제로서 바나듐 화합물을 갖는 우레탄 폴리머가 사용되어 살균제가 환경으로 배출될 필요성을 피한다.
하나의 실시예에서, 수생적(습윤 침수된, 열대기후) 환경에 있는 콘크리트저장실(vault)상에 콜타르 폴리머 및 구리금속이 사용되어 자연 유기체에 의한 통신장치 및 콘트리트의 소모를 보호한다.
하나의 실시예에서 시트 또는 필름에 개질된 에폭시 및 구리금속 매트릭스를 부착시키는 것은 민물 서식지에 있는 제브라 머셀(zebra mussel)의 착생을 방해하기 위해 보트나 용기의 흘수선에 적용된다.
하나의 실시예에서, 구리금속 입자를 가지며 이소티아졸론이 분산된 엘라스토머 매트릭스는 나무더미 및 도크의 유용한 수명을 25년까지 연장하도록 수중 건축물에 사용된 나무부재의 보호 및 유지를 위한 우수한 매트릭스를 제공한다. 이소티아졸론은 생파울링 제어 특성을 강화시키는 반면에 금속입자는 수중 보링 유기체에 대하여 보호한다.
또 다른 실시예에서, 매트릭스는 에폭시 수지를 함유한다. 에폭시수지는 에폭시 함유 프리폴리머와 가교결합제를 반응시킴으로써 제조된다. 일반적으로 에폭시 수지는 에피클로로하이드린 비스페놀A와 폴리아민과 같은 적절한 가교결합제로부터 제조된다. 아민은 에폭시 프리폴리머와 반응하는데 필요한 것의 과량으로 사용된다. 아민대 에폭시 프리폴리머의 비는 일반적으로 약 0.75-4:1 또는 약 0.9-2, 또는 약 1-1.5이다.
하나의 실시예에서, 에폭시 수지는 에폭사이드 기의 내부 존재로 특징되는 잘 알려진 다수 유기 수지 중 하나를 포함한다. 그러한 다양한 수지들은 상업적으로 입수가능하다. 그러한 수지는 혼합된 지방족-방향족 또는 독점적으로 비 방향족 (즉, 지방족 또는 사이클로지방족) 분자구조를 갖는다.
혼합된 지방족-방향족 에폭시 수지들은 비스(하이드록시-방향족)알칸 또는 테트라키스-(하이드록시방향족)-알칸과 할로겐 치환 지방족 에폭사이드, 일반적으로는 에피클로로하이드린을 예를들면 소듐 하이드록사이드 또는 포타슘 하이드록사이드의 존재하에서 잘 알려진 방법으로 반응시킴으로써 제조된다. 이러한 조건하에서, 수소 할라이드가 먼저 제거되고 지방족 에폭사이드기는 에테르결합을 통하여 방향족 핵에 결합된다. 이후, 에폭사이드기는 하이드록실기와 축합하여 반응물질 및 반응시간의 상대적인 비율에 따라 크기가 변하는 폴리머성 분자를 형성한다.
에피클로로하이드린 대신에 약 4 이상의 탄소원자, 일반적으로는 약 4-20의 탄소원자를 함유하는 할로겐 치환 지방족 에폭사이드를 사용할 수 있다. 일반적으로, 염소 치환 말단 알킬렌 옥사이드(에폭사이드기가 알킬쇄의 단부상에 있는 것을 나타내는 말단)를 사용하는 것이 바람직하고, 특히 바람직한 것은 상업적 입수성 및 본 발명의 목적에 유용한 에폭시 수지를 형성하는데 있어서의 우수성이라는 이유로 인하여 에피클로로하이드린이다.
원할 경우, 할로겐 치환 지방족 에폭사이드는 예를들면, 케토, 니트로, 니트로소, 에테르, 설파이드, 카르보알콕시 등과 같은 치환체를 함유할 수 있다.
예를들면, 2,2-비스(1-하이드록시-4-나프틸) 프로판 ; 2,2-비스(O-하이드록시페닐)프로판 ; 2,2-비스(P-하이드록시페놀) 부탄, 또는 3,3-비스(P-하이드록시페닐) 헥산 등과 같은, 약 16 이상의 탄소원자, 일반적으로는 약 16-30의 탄소원자를 함유하는 비스-(하이드록시 방향족)알칸을 사용할 수 있다. 원할경우, 비스(하이드록시 방향족) 알칸은 예를들면, 할로겐, 니트로, 니트로소, 에테르, 설파이드,카르보알콕시 등과 같은 치환체를 함유할 수 있다. 일반적으로, 비스(p-하이드록시페닐)알칸을 사용하는 것이 바람직한데 이는 이러한 형태의 화합물이 황산과 같은 탈수제의 존재하에서 페놀과 지방족 케톤 또는 알데하이드의 공지된 축합으로부터 쉽게 입수가능하기 때문이다. 특히 바람직한 것은 "비스페놀 A"로서 상업적으로 입수가능한 2,2-비스-(p-하이드록시페닐)프로판이다.
본 발명의 목적에 특히 적합한 에폭시 수지는 약 300-500, 바람직하게는 약 350-400 범위내의 평균 분자량을 갖는 생성물을 생성하기 위하여 비스-하이드록시페닐)알칸, 바람직하게는 2,2,-비스-(p-하이드록시페닐프로판)과 염소치환된 말단 알킬렌 옥사이드, 바람직하게는 에피클로로하이드린의 반응에 의해 제조된다. 약 380의 평균분자량을 가지며, 2,2-비스-(p-하이드록시페닐)-프로판 및 에피클로로하이드린으로부터 제조되는 바람직한 에폭시 수지중 하나는 상품명 "Epon 1031"로 알려져 있다. 본 발명의 목적에 유용한 일반적 등급의 또 다른 에폭시 수지는 지방족 또는 사이클로지방족 에폭시 수지이다. 이들 수지로는 메틸사이클로헥산, 비닐사이클로헥산, 알파메틸-비닐-사이클로헥센 등과 같은 사이클릭 또는 사이클릭 올레핀류로서 이들은 적어도 탄소 대 탄소 다중결합을 함유한다. 상품명 "Oxiron 2001"로 알려진 그러한 비 방향족 에폭시 수지 중 하나는 퍼아세트산으로 폴리부타디엔을 산화시킴으로써 제조된다. 본 발명의 목적에 유용한 또 다른 등급의 에폭시 수지는 노볼락 수지이다. 대표적인 노볼락 수지는 페놀 노볼락 및 크레졸 노볼락 수지이다.
에폭시 수지는 경화된 에폭시계에서 바람직한 특성을 이루는 다양한 모노머및 폴리머의 첨가에 의해 개질될 수 있다. 예를들면, 에폭시계의 열 안정성은 다양한 모노머를 에폭시 수지-산화제 혼합물과 혼합함으로써 증가될 수 있다. 이 혼합물은 상기한 방법으로 설퍼 디옥사이드와 함께 경화될 수 있다.
본 발명에 따른, 산-경화 에폭시수지와 블렌드된 모노머성 물질의 예로는 아크릴성 또는 비닐 모노머, 퍼퓨릴 알콜, 폴리퍼퓨릴 알콜, 포름알데히드계 열 경화성 수지, 우레탄 수지 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 이들 특정 모노머 및 폴리머가 산 경화 에폭시 수지의 특성을 개질시키는 메카니즘은 현재 알려져 있지 않다. 약 50중량%의 상기 특정한 모노머 및 폴리머가 본 발명에 따른 개질된 에폭시 수지 시스템을 형성하도록 에폭시 수지와 혼합될 수 있는 것으로 발견되었다. 이크릴성 화합물이 에폭시 시스템을 위한 개질제로서 특히 유용하고 특정의 예로는 트리메틸 프로판 트리아크릴레이트 및 퍼퓨릴 메타크릴레이트를 포함한다. 개질제로서 유용한 포름알데히드계 열 경화성 수지로는 페놀 포름알데히드 수지 또는 우레아 포름알데히드 수지를 포함한다. 레조르시놀(resorcinol)도 특히 유용한 개질제이다.
폴리하이드릭 알콜의 예로는 2-약 10의 하이드록시기를 함유하는 것들이다. 이들은 예를들면 에틸렌 글리콜, 디에티렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 디부틸렌 글리콜, 트리부틸렌 글리콜 및 다른 알킬렌 글리콜과 같은 알킬렌 글리콜 및 폴리옥시알킬렌 글리콜 그리고 알킬렌 라디칼이 2-약 8의 탄소원자를 함유하는 폴리옥시알킬렌 글리콜로 설명된다.
여기에 기술된 바와같이 생 지지 매트릭스는 영양 첨가제 및 생 제한제를 함유한다. 일반적으로 매트릭스는 2-3밀(수천분의 1인치)에서 40 또는 50밀의 두께를 갖는다. 매트릭스는 외부환경과 평형을 이루면서 오랜기간동안 바이오매스에 의해 소비되어 대립화학물질로서 생 제한된 바이오매스가 생성된다.
생 지지 매트릭스는 기질에 의해 또는 그 상부에 지지된다. 기질은 보트 또는 배에서도 마찬가지로 용기의 외피이다. 보트 외피는 나무, 화이버글래스, 알루미늄 또는 스틸로 이루어지거나 고무화된 코팅재를 갖는 외피일 수 있다. 생 지지매트릭스는 상기한 물질로 이루어진, 파일링, 부유물 및 부표와 같은 수중 구조물 또는 콘크리트 상에 적용될 수 있다. 이 기질은 또한 생 지지 매트릭스를 지지하고, 매트릭스 및 바이오매스를 위해 필요한 구조적 지지체를 제공하는 표면이 될 수 있다. 기질은 생 지지 매트릭스 및 바이오매스에 대한 지지체를 제공하는 암거 또는 파이핑일 수 있다. 최종 생물학적 배리어(바이오매스, 바이오 필름)은 생 지지 매트릭스, 바이오매스 및 기질을 사용하여 확립될 수 있다. 기질은 구조적 지지체 또는 발효 용기와 같은 용기에서와 같이 표면 확장 영역이 될 수 있다. 기질은 또한 수성 또는 수중 환경에 존재하는 구조물일 수 있다. 기질은 시트, 필름 또는 캐스트 형태일 수 있다. 대립화학물질은 그들이 생성될 때 바이오매스와 분리될 수 있다.
도 1을 참조하면, 생 지지 매트릭스(12)에 점착된 기질을 갖는 생 지지체 매트릭스가 도시되어 있다. 매트릭스(12)는 탄소(C), 질소(N) 및 인(P)을 함유한다. 매트릭스(12)는 대립화학물질(14)을 생성하는 바이오매스(13)를 지지한다.
생 지지 매트릭스는 선택적인 진전을 이루는 바이오매스를 야기하는 생 제한제의 존재하에서 자연적으로 발생하는 유기체(들)를 위한 바이오매스 영양을 지지할 수 있는 베이스 매트릭스 물질을 선택함으로써 이루어진다. 글리콜, 아민 및 구리금속 입자의 블렌딩과 중합된 비스페놀 A수지는 자연적으로 발생하는 유기체에 대하여 탄소 및 질소영양원을 제공하는 반면에 생물학적으로 이용가능한 생 제한량의 구리의 존재에 의해 생성된 생 제한 조건으로 인하여 매트릭스상에 응집하는 유기체의 수 및 종류를 제한한다. 성공의 기준은 제제의 생 제한 조건하에 있으면서 잔여 생 제한 종의 연속적인 성장을 위한 장기간 지지를 제공하기에 상당한 속도로 자연적으로 발생하는 유기체에 의해 감성될 수 있는 매트릭스이다. 이 경우에 가교결합 간섭이 과량의 아민 및 소정형상 및 농도의 특정 구리 금속 입자의 많은 포함으로 생성되어 매트릭스의 계면에서의 구리의 양(생 이용가능한 농도)에 의해 바이오매스에 있는 후속유기체의 수 및 종류를 제한하면서 표면적과 영양소를 제공한다. 작업 가능한 형태는 두개의 미리 혼합된 성분을 사용하여 제조될 수 있다. 트리에틸렌테트라아민과 같은 1.5의 화학양론적 아민과 부가물을 형성하도록 예비반응된 일(1)부의 Araldite 508 대 0.43부의 araldite 6004(가용성 및 친수성을 위한 폴리-글리사이달 블렌드)와 같은 수지인 파트 A. 스프레이 적용을 위해 적절한 유동학을 허용하도록 평탄한 입방형의 입자 형상을 갖는 M-357과 같은 구리입자가 55중량%로 최종 혼합물에 포함되도록 비아민 부가물에 첨가된다. 1:1:1의 MEK:TOL:XYL과 같은 용매 희석제가 적용 조건에 따라 일반적으로 5-12% 사용될 수 있다. 이 경우에, 예비반응으로 혼합비를 4:1로 조정하여 충분한 표면적의 생 이용가능한 생 제한제(구리)가 매트릭스 전체에 걸쳐 분산되고 영양소가 바이오매스에 이용가능하도록 되게 최종 매트릭스 가교결합을 허용한다.
상기 생 지지 매트릭스는 갑각류 및 다른 바람직하지 않은 유기체가 부착하는 것을 방지하도록 적절한 베이스 점착코팅 바이메탈성 갈바니(galvanic) 작용에 대한 부식 및 절연 배리어를 위한 중간코팅을 갖는 보트외피에 매트릭스를 추가함으로써 사용된다. 또 다른 적용은 한 부분에서 다른 부분으로 유기체가 이동하는 것을 방지하기 위하여 암거에 대한 충진제 베이스 코팅 위에 매트릭스를 적용하는 것이다.
본 발명은 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만 명세서를 읽을때 당업자가 많은 변형을 이룰 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서, 여기에 기술된 본 발명은 첨부된 청구범위내에서 그러한 변형을 커버하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (22)

  1. 기질상에 적어도 하나의 생 제한제 및 적어도 하나의 영양원을 포함하는 생 지지 매트릭스를 포함하는 제품.
  2. 제 1항에 있어서, 생 제한제가 금속 또는 유기독소인 제품.
  3. 제 1항에 있어서, 생 제한제가 주석, 구리 또는 니켈 금속, 합금 또는 유기 복합체인 제품.
  4. 제 1항에 있어서, 생 제한제가 구리 또는 구리 합금 입자인 제품.
  5. 제 1항에 있어서, 영양원이 탄소, 인 및 질소원을 포함하는 제품.
  6. 제 1항에 있어서, 영양원이 질소 및 탄소함유 폴리머인 제품.
  7. 제 6항에 있어서, 탄소 및 질소함유 폴리머가 폴리에폭사이드 또는 폴리우레탄인 제품.
  8. 제 7항에 있어서, 폴리머가 에폭시 수지 및 폴리아민 가교결합제로부터 제조된, 가교결합된 폴리에폭사이드인 제품.
  9. 제 1항에 있어서, 생 지지 매트릭스가 적어도 하나의 가교결합된 개질 폴리머를 함유하는 제품.
  10. 제 9항에 있어서, 폴리머가 폴리에폭사이드, 폴리에스터, 폴리우레탄 및 고무로부터 선택되는 제품.
  11. 제 10항에 있어서, 매트릭스의 폴리머가 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 비닐클로라이드, 비닐아세테이트, 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 또는 스티렌의 코폴리머 또는 폴리머인 제품.
  12. 제 1항에 있어서, 생 지지 매트릭스 상에 바이오매스를 더 포함하는 제품.
  13. 제 12항에 있어서, 바이오매스가 생 지지 매트릭스를 소비하는 제품.
  14. 제 1항에 있어서, 기질이 금속 또는 화이버 글래스 용기인 제품.
  15. 생 제한제 및 영양원을 포함하는 생 지지 매트릭스.
  16. 생 제한제 및 적어도 하나의 영양원을 포함하는 생 지지 매트릭스를 제공하는 단계, 기질에 코팅재를 적용하는 단계 및 바이오매스가 생 지지 매트릭스 상에 형성되도록 하는 단계를 포함하는 파울링 방지 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 바이오매스가 파울링 유기체의 부착을 억제하는 적어도 하나의 대립화학물질을 생성하는 방법.
  18. 제 16항에 있어서, 기질이 금속, 화이버글래스, 나무, 세멘트 또는 이들의 조합인 방법.
  19. 제 16항에 있어서, 기질이 보트외피인 방법.
  20. 제 16항에 있어서, 기질이 세멘트 지지체인 방법.
  21. 영양원과 생 제한제를 포함하는 생 지지 매트릭스를 제공하는 단계 및 대립화학물질을 생성하는 바이오매스를 형성하도록 매트릭스가 생감성 가능한 영역에 있는 기질에 생 지지 매트릭스를 적용하여 유기체 이동에 대한 배리어를 제공하는 단계를 포함하는 유기체 이동 방지 방법.
  22. 기질상에 영양원과 생 제한제를 포함하는 생 지지 매트릭스를 제공하는 단계, 대립화학 물질을 생성하는 바이오매스의 형성을 야기하는 환경에 생 지지 매트릭스를 노출시키는 단계 및 바이오매스에 의해 생성된 대립화학물질을 제거하는 단계를 포함하는 대립화학물질 생성방법.
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