KR20080019318A

KR20080019318A - 층간삽입 반응을 이용한 점토-아미노산 복합체의 제조 방법

Info

Publication number: KR20080019318A
Application number: KR1020060081440A
Authority: KR
Inventors: 문지웅; 박선민; 한양수
Original assignee: 요업기술원
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2006-08-28
Publication date: 2008-03-04
Also published as: KR100824671B1

Abstract

본 발명은 인터칼레이션 반응을 이용하여 점토의 층간에 아미노산이 치환된 점토-아미노산 복합체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 점토-아미노산 복합체 팽윤성 점토인 몬모리로라이트의 층간의 Na⁺ 이온을 아미노산으로 치환하는 인터칼레이션 반응에 의하여 점토의 층과 층 사이에 Na⁺ 대신 아미노산으로 구성된 층이 존재하는 층상나노복합체를 제조 할 수 있다.

점토, 아미노산, 인터칼레이션, 복합체

Description

인터칼레이션에 의한 점토-아미노산 복합체 및 그 제조 방법{CLAY-AMINO ACID COMPLEX BY INTERCALATION AND METHOD PRODUCING THE SAME}

도 1은 점토-아미노산 복합체의 제조과정를 나타낸 도식도이고

도 2는 증류수 세척에 따른 점토-아미노산 복합체의 X 선 회절패턴 (W1 : the first washing, W2 : the second washing W3 : the third washing) ; (A) Kvaline, (B) Kthreonine, (C) Kglutamic acid And (D) Klysine을 나타내며,

도 3은 세척용매에 따른 Kvaline 복합체의 구조변화 (XRD). A) Centrifuged, (B) pH controlled distilled-Water, (C) Ethanol, (D) Methanol, (E) Isoprophylalchole, (F) Acetone, (G) MEK를 나타내며,

도 4는 세척용매에 따른 Kthreonine 복합체의 구조변화 (XRD). A) Centrifuged, (B) pH controlled distilled-Water, (C) Ethanol, (D) Methanol, (E) Isoprophylalchole, (F) Acetone, (G) MEK 을 나타내고 있으며

도 5는 세척용매에 따른 Kglutamic-acid 복합체의 구조변화 (XRD). A) Centrifuged, (B) pH controlled distilled-Water, (C) Ethanol, (D) Methanol, (E) Isoprophylalchole, (F) Acetone, (G) MEK 를 나타낸다.

본 발명은 인터칼레이션법을 이용하여 팽윤성 점토인 Na-motmorillonite 층간의 Na+ 이온을 기능성 유기물인 아미노산으로 치환하여 점토-아미노산 층상복합체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

아미노산은 보습기능 및 영양공급 기능을 갖는 대표적인 화장품 원료로서 알려져 있다. 또한 팽윤성 점토인 Na-motmorillonite 는 피지 흡착능과 기능성 물질 담지 기능 등이 기대됨에도 불구하고 특유의 수분 흡착 및 이에 다른 팽윤성 때문에 기능성 분체화장품 분야에는 적용되지 못하고 있다. 그러므로 본 발명에서는 인터칼레이션 반응에 의하여 Na-motmorillonite 팽윤성의 원인인 층간의 Na+ 이온을 기능성 유기물인 아미노산으로 치환하여 Na-motmorillonite 의 팽윤성을 억제함과 동시에 아미노산의 보습 및 영향공급기능과 Na-motmorillonite 의 피지 흡착능 및 서방성등을 동시에 갖을 수 있는 점토-아미노산 층상복합체를 제조하고자 하였다.

그러나 종래의 연구를 살펴보면, 첫째, Na-motmorillonite 의 팽윤성을 억제하여 분체 화장품 원료로서 사용하고자 하는 시도가 없었으며, 둘째, 공개된 합성조건에 의한 방법으로는 세척과정에서 점토-아미노산 복합체 중의 아미노산이 빠져나와 층상구조가 붕괴하는 문제점이 해결되지 않았다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 한 것으로서, 본 발명의 목적은 인터칼레이션 반응을 통하여 Na-motmorillonite 의 Na⁺를 아미노산으로 치환하여 점토-아미노산 층상복합체를 제조하여 Na-motmorillonite의 팽윤성을 억제하고 대신 아미노산의 보습 및 영양공급 기능성이 부가된 분체화장품 원료로 응용 하고자 함에 있다. 또한 상기 방법에 의하여 층상 복합체를 제조함에 있어서 Methyl Ethyl Keton (MEK)를 세척 용매로 사용함으로써 점토-아미노산 층상복합체에서 아미노산이 재 용출됨을 억제하고자 함에 있다,

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, host 물질로 사용된 Na-motmorillonite(Kunipia-G)를 1 wt% 의 농도로 증류수에 24 시간 이상 충분히 팽윤시켜 사용하였다. 아미노산은 L-valine (C₅H₁₁NO₂, 117.15, 99 %, Junsei Chemical Co., Ltd., Japan), L-threonine (C₄H₉NO₃, 119.12, 99 %, Junsei Chemical Co., Ltd., Japan), L-Glutamic acid (C₅H₇NO₄, 147.13, 99 %, Junsei Chemical Co., Ltd., Japan), L(+)-lysine monohydrochlorid (C₆H₁₄N₂O₂·HCl, 182.65, 99 %, Acros Organics, USA)을 각각 사용하였다.

도 1 에 점토-아미노산 복합체 제조 과정을 도시하였다. 1 wt% 점토 수용액 에 1N 염산과 1 N 수산화나트륨 용액을 사용하여 원하는 pH로 적정한 후 상온에서 하루 이상 교반 하여 충분히 팽윤 되도록 하였다. 60℃ 에서 충분히 안정화된 아미노산 수용액에 미리 팽윤시킨 점토 수용액을 1 : 1 부피비로 하여 천천히 투여하여 인터칼레이션 반응을 유도하였다. 점토와 아미노산 간의 반응을 안정화시키기 위해서 일정 시간 동안 교반하면서 60 ℃에서 유지시켰다. 일정시간 반응 후, 아미노산-점토 복합체를 원심분리와 증류수를 이용하여 반복 세척하여 과량의 아미노산 및 기타 불순물을 제거하였다. 세척이 완료된 시료는 100 ℃ 에서 24 시간 건조 하고 분쇄 하여 분말상의 아미노산-점토 복합체를 완성하였다.

본 발명에서는 상기와 같은 인터칼레이션법을 이용하여 Na-motmorillonite 의 Na+를 아미노산으로 치환한 점토-아미노산 층상복합체를 제조하여 Na-motmorillonite의 팽윤성을 억제하고 대신 아미노산의 보습 및 영양공급 기능성이 부여된 분체 화장품 원료로 응용하고자 함에 있다. 또한 본 발명에서는 인터칼레이션법으로 층상 복합체를 제조함에 있어서, 인터칼레이션 반응을 효과적으로 일으키기 위하여 첨가한 아미노산 및 pH 조절제 등을 세척하는 과정에서 Methyl Ethyl Keton (MEK)를 세척 용매로 사용함으로써 점토-아미노산 층상복합체에서 아미노산이 재 용출됨을 억제 할 수 있었다. 이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하겠으나, 하기의 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 예에 지나지 않으며, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

(실시예)

본 실시예에서는 인터칼레이션 반응을 이용하여 점토-아미노산 복합체를 제조하고, 세척과정에서 사용하는 세척용매를 달리하여 구조적으로 안정한 점토-아미노산 복합체를 제조하고자 하였다. 1 wt% 점토 수용액에 1N 염산(HCl, 36.45, 35.0 ~ 37.0 %, Samchun Pure Chemical CO., Ltd., Korea) 과 1 N 수산화나트륨 용액 (1 N NaOH(aq), Daejung Chemicals & Metals CO., Ltd, Korea) 을 사용하여 원하는 pH로 적정한 후 상온에서 하루 이상 교반하여 충분히 팽윤 되도록 하였다. 60℃에서 충분히 안정화된 아미노산 수용액에 미리 팽윤시킨 점토 수용액을 1 : 1 부피비로 하여 천천히 투여하여 이온 교환 반응 (Ion exchange reaction)을 유도하였다. 점토와 아미노산 간의 반응을 안정화시키기 위해서 일정 시간 동안 교반하면서 60℃에서 유지시켰다. 일정시간 반응 후, 아미노산-점토 복합체를 원심분리기와 선정된 세척용매를 이용하여 반복 세척하여 과량의 아미노산 및 기타 불순물을 제거 하였다. 세척이 완료된 시료는 100℃ 에서 24 시간 건조하고 분쇄하여 분말상의 아미노산-점토 복합체를 완성하였다. 실험상의 편의를 위해서 제조된 복합체에 대해서는 Kunipia-G의 첫 글자 K 와 아미노산의 이름을 인용하여 명명하였다. (예, Kvaline : Kunipia-G 와 L-valine 의 복합체). pH 1.5, 아미노산 농도 CEC 3 배의 조건에서 얻어진 Kvaline, Kthreonine, Kglutamic acid, Klysine 에 대하여 복합체 제조 과정 중에 첨가되는 불순물 (ex; Cl^- ion, excess amino acid)과 미 반응 아미노산을 제거하기 위하여 증류수로 3회 세척하였다. Lyisine을 제외한 아미노산들은 복합체 의 세척 과정에서 층간에서 용출(deintercalation)되어 점토-아미노산 복합체의 저면 간격이 줄어드는 것이 확인되었다 (도2). 증류수 세척 이후 복합 상을 유지하지 못한 Kvaline, Kthreonine, Kglutamic acid 에 대해서 다른 용매를 사용하여 세척 가능성을 평가하였다. 새로운 용매로는 1 N-염산을 이용하여 pH를 1.5로 적정한 증류수(pH controlled distilled-water)와 에탄올 (Ethanol), 메탄올 (Methanol), 이소프로필 알콜(Isoprophylalchole), 아세톤 (Aceton), 메틸에칠케톤 (MEK)을 사용하였다. 도 3에 Kvaline의 세척 결과를 도시하였다. 원심분리 직후 저면간격 13.75Å 갖는 Kvaline을 에탄올, 메탄올, 이소프로필 알콜 그리고 아세톤 세척 결과 (0 0 1) 회절 peak 반가폭이 획대되고, 초기의 복합상이 붕괴되는 현상이 확인 되었다. pH 1.5의 증류수 세척에서는 10.13Å 저면 간격을 나타내어, 증류수 세척에서와 같이 점토 층간에 삽입되었던 아미노산이 완전히 용출됨을 알 수 있었다. 이것은 층간에 존재하였던 아미노산이 H₃O⁺에 의해 재 치환되어 쉽게 용출 되는 것으로 생각된다. 한편, 메틸 에칠 케톤(MEK)을 이용한 세척에서는 (001) 회절 피크로부터 저면 간격 14.52Å으로, 처음 원심분리 시료의 13.75Å보다 층간 거리가 더 확대되었다. 이러한 0.8 정도 저면 간격 확대는, MEK의 유전상수가 매우 낮고, 상대적으로 소수성 (hydrophobic)이 크기 때문에, 아미노산이 세척 과정에서 층간으로부터 용출되어 나오기보다는 MEK에 의해 층간에서 압축되어 기울어진(tilting) 것으로 생각된다. 이러한 경향은 Kthreonine (도 4), Kglutamic acid (도도에서도 동일하게 나타났다.　 Lysine을 제외한 아미노산의 경우는 는 경우 MEK를 세척용매로 사 용하는 경우에서 안정한 점토-아미노산 층상 복합체를 얻을 수 있었다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 인터칼레이션법에 의하여 점토-아미노산 층상 복합체를 제조 할 수 있었으며, MEK 를 세척용매로 사용하여 다양한 아미노산을 점토 층간에 안정하게 인터칼레이션 할 수 있음이 확인 되었다.

이러한 점토-아미노산 복합체는 Na-motmorillonite와 같은 팽윤성 점토의 팽윤성을 억제하여, 아미노산의 보습, 영양공급 기능과 점토의 피지 흡착능 등을 동시에 갖는 고기능성 화장품 원료로서 활용이 기대된다.

Claims

Na-motmorillonite 와 같은 수 팽윤성 점토의 팽윤 성을 억제하여 분체 화장품 원료로 사용하기 위한 목적으로 Na⁺ 이온과 인터칼레이션 가능한 Valine, Threonine, Glutamic Acid, Lysine 을 포함하는 아미노산으로 인터칼레이션 하여 점토-아미노산 복합체를 제조하는 방법
상기 점토-아미노산 복합체의 제조 과정에서 점토-아미노산 층상구조의 안정성을 확보하기 위하여 Methyl Ethyl Keton (MEK) 를 세척용매로 사용하여 제조하는 방법